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DE102010055633A1 - Semiconductor detector with offset bonding contact - Google Patents

Semiconductor detector with offset bonding contact Download PDF

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DE102010055633A1
DE102010055633A1 DE102010055633A DE102010055633A DE102010055633A1 DE 102010055633 A1 DE102010055633 A1 DE 102010055633A1 DE 102010055633 A DE102010055633 A DE 102010055633A DE 102010055633 A DE102010055633 A DE 102010055633A DE 102010055633 A1 DE102010055633 A1 DE 102010055633A1
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DE
Germany
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contact
electrode
semiconductor body
semiconductor
back electrode
Prior art date
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Application number
DE102010055633A
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German (de)
Inventor
Lothar Strüder
Heike Soltau
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Max Planck Gesellschaft zur Foerderung der Wissenschaften eV
PNSensor GmbH
Original Assignee
Max Planck Gesellschaft zur Foerderung der Wissenschaften eV
PNSensor GmbH
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Publication date
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Abstract

Ein Halbleiterdetektor (100), der für die Detektion von elektromagnetischer Strahlung oder von Teilchenstrahlung konfiguriert ist, umfasst einen Halbleiterkörper (10) eines ersten Leitungstyps mit einer Vorderseite (11) und einer Rückseite (12), wobei auf der Vorderseite (11) mindestens ein Ladungssammelkontakt (18) des ersten Leitungstyps angeordnet ist, auf der Rückseite (12) eine Rückelektrodeneinrichtung (13) eines zweiten Leitungstyps angeordnet ist, wobei die Rückelektrodeneinrichtung (13) eingerichtet ist, relativ zum Halbleiterkörper (10) mit einer Sperrspannung beaufschlagt zu werden, und im Halbleiterkörper (10) ein Signalladungs-Einzugsbereich (21) gebildet ist, wobei im Signalladungs-Einzugsbereich (21) erzeugte Signalladungen an dem mindestens einen Ladungssammelkontakt (18) erfassbar sind, und wobei die Rückelektrodeneinrichtung (13) mit einem Elektrodenabschnitt (14) zumindest teilweise über den Signalladungs-Einzugsbereich (21) herausragt, und in dem Elektrodenabschnitt (14) ein Bondkontakt (15) vorgesehen ist, der zum Anschließen einer Bondleitung (19) eingerichtet ist.A semiconductor detector (100) which is configured for the detection of electromagnetic radiation or particle radiation comprises a semiconductor body (10) of a first conductivity type with a front side (11) and a rear side (12), with at least one on the front side (11) Charge collecting contact (18) of the first conductivity type is arranged, a back electrode device (13) of a second conductivity type is arranged on the rear side (12), the back electrode device (13) being set up to have a reverse voltage applied relative to the semiconductor body (10), and a signal charge catchment area (21) is formed in the semiconductor body (10), with signal charges generated in the signal charge catchment area (21) being detectable on the at least one charge collecting contact (18), and with the back electrode device (13) having at least one electrode section (14) partially protrudes over the signal charge catchment area (21), and in the electrode section (14) a bond contact (15) is provided which is set up for connecting a bond line (19).

Description

Die Erfindung betrifft einen Halbleiter-Detektor, der für die Detektion von elektromagnetischer Strahlung oder von Teilchenstrahlung konfiguriert ist, insbesondere ein voll depletierbares Halbleiterbauelement, wie einen Halbleiterdriftdetektor, einen pnCCD-Detektor, einen Avalanche-Photosensor (APS) oder eine Detektordiode.The invention relates to a semiconductor detector which is configured for the detection of electromagnetic radiation or of particle radiation, in particular a fully depletable semiconductor component, such as a semiconductor drift detector, a pnCCD detector, an avalanche photosensor (APS) or a detector diode.

Ein herkömmlicher Halbleiter-Detektor, wie z. B. ein Siliziumdriftdetektor (siehe z. B. US 7 105 827 B2 ), umfasst einen Halbleiterkörper, in dem in Reaktion auf elektromagnetische Strahlung oder Teilchenstrahlung frei bewegliche Signalladungen generiert werden. Die Signalladungen werden an einem Ladungssammelkontakt gesammelt. Mit Elektroden auf den Vorder- und Rückseiten des Halbleiterkörpers wird in diesem das elektrische Potential so geformt, dass Signalladungen aus einem vorbestimmten geometrischen Bereich (Signalladungs-Einzugsbereich) zum Ladungssammelkontakt fließen können. Der Strom der Signalladungen zum Ladungssammelkontakt kann durch einen störenden Lenkstrom überlagert sein, der sich aus verschiedenen Beiträgen zusammensetzt. Diese Beiträge umfassen insbesondere den klassischen SRH-Strom (Shockley-Read-Hall-Strom), der über Zwischenband-Lücken-Störstellen erzeugt wird, einen Oberflächen-Leckstrom und einen Leckstrom, der durch Gitterdefekte erzeugt wird (Defekt-Leckstrom).A conventional semiconductor detector, such. A silicon drift detector (see e.g. US Pat. No. 7,105,827 B2 ) comprises a semiconductor body in which freely movable signal charges are generated in response to electromagnetic radiation or particle radiation. The signal charges are collected at a charge collection contact. With electrodes on the front and rear sides of the semiconductor body, the electrical potential is formed in this in such a way that signal charges can flow from a predetermined geometric area (signal charge feed-in area) to the charge collecting contact. The current of the signal charges to the charge collection contact may be superimposed by a disturbing steering current, which is composed of various contributions. In particular, these contributions include the classic SRH (Shockley Read Hall) current generated by inter-band gap impurities, surface leakage current and leakage current generated by lattice defects (defect leakage current).

Gitterdefekte entstehen z. B. durch eine mechanische Bearbeitung des Halbleiterkörpers bei der Herstellung des Halbleiter-Detektors, insbesondere während einer Nachbearbeitungsphase, z. B. durch die Anwendung von Verbindungstechniken bei der Integration des Halbleiterdetektors in eine Detektoreinrichtung. Die Bildung von Gitterdefekten kann die Ausbeute bei der Herstellung von Halbleiter-Detektoren stark reduzieren und/oder die Empfindlichkeit und Rauscheigenschaften des Halbleiter-Detektors verschlechtern.Lattice defects arise z. Example, by a mechanical processing of the semiconductor body in the manufacture of the semiconductor detector, in particular during a post-processing phase, for. B. by the application of connection techniques in the integration of the semiconductor detector in a detector device. The formation of lattice defects can greatly reduce the yield in the manufacture of semiconductor detectors and / or degrade the sensitivity and noise characteristics of the semiconductor detector.

Eine praktische und einfach anwendbare Verbindungstechnologie ist das Ultraschall-Bonden, mit dem elektrische Leitungen an Elektroden oder mit diesen verbundenen Bondkontakten auf dem Halbleiterkörper angeschlossen werden. Das Ultraschall-Bonden wirkt sich jedoch wegen der Erzeugung von Gitterdefekten im Halbleiterkörper und dem damit verbundenen Defekt-Leckstrom nachteilig aus. Aus der Praxis sind Versuche bekannt, die nachteilige Wirkung des Ultraschall-Bondens durch eine Schutzschicht zwischen dem Halbleiterkörper und dem Bondkontakt zu vermeiden. Eine Schutzschicht hat jedoch nur ein beschränkte Schutzwirkung. Des Weiteren wird mit der Aufbringung der Schutzschicht die Herstellung des Halbleiter-Detektors aufwendiger.A practical and easy-to-use connection technology is ultrasonic bonding, with which electrical leads are connected to electrodes or bonding contacts connected to them on the semiconductor body. However, the ultrasonic bonding has a disadvantage because of the generation of lattice defects in the semiconductor body and the associated defect leakage current. From practice, attempts are known to avoid the adverse effect of the ultrasonic bonding by a protective layer between the semiconductor body and the bonding contact. However, a protective layer has only a limited protective effect. Furthermore, with the application of the protective layer, the production of the semiconductor detector becomes more complicated.

Die genannten Probleme treten nicht nur bei der Anwendung des Ultraschall-Bondens, sondern auch bei der Anwendung anderer Verbindungstechnologien oder anderer Nachbearbeitungsprozesse bei der Herstellung einer Detektoreinrichtung auf.The problems mentioned occur not only in the application of ultrasonic bonding, but also in the application of other connection technologies or other post-processing processes in the manufacture of a detector device.

Die Aufgabe der Erfindung ist es, einen verbesserten Halbleiter-Detektor bereitzustellen, mit dem Nachteile herkömmlicher Halbleiter-Detektoren vermieden werden. Insbesondere ist es im Rahmen der Erfindung wünschenswert, einen Halbleiter-Detektor zu schaffen, der mit hoher Ausbeute und Zuverlässigkeit herstellbar ist und/oder sich durch einen verringerten Defekt-Leckstrom auszeichnet.The object of the invention is to provide an improved semiconductor detector which avoids the disadvantages of conventional semiconductor detectors. In particular, it is desirable in the context of the invention to provide a semiconductor detector which can be produced with high yield and reliability and / or is distinguished by a reduced defect leakage current.

Diese Aufgabe wird durch den Halbleiter-Detektor mit den Merkmalen des Hauptanspruchs gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.This object is achieved by the semiconductor detector having the features of the main claim. Advantageous embodiments of the invention will become apparent from the dependent claims.

Der Grundgedanke der Erfindung besteht in der Bereitstellung eines Halbleiter-Detektors mit einem Halbleiterkörper und mindestens einem Bondkontakt auf der Oberfläche des Halbleiterkörpers, wobei der mindestens eine Bondkontakt außerhalb eines Signalladungs-Einzugsbereichs im Halbleiterkörper angeordnet ist. Der mindestens eine Bondkontakt ist auf dem Halbleiterkörper in einem Oberflächenbereich positioniert, unter dem im Halbleiterkörper keine Sammlung von Signalladungen vorgesehen ist, d. h. der mindestens eine Bondkontakt ist auf dem Halbleiterkörper insbesondere in einem Oberflächenbereich mit einem Abstand von anderen Elektroden vorgesehen, die den Signalladungs-Einzugsbereich formen. Vorteilhafterweise wird mit der geometrischen Verlagerung (Versetzung) des Bondkontakts relativ zur Rückelektrodeneinrichtung eine Potentialkonfiguration geschaffen, welche eine Kontamination von strahlungsinduzierten Signalladungen durch mechanisch-thermisch generierte oder indizierte Störladungen verhindert.The basic idea of the invention is to provide a semiconductor detector with a semiconductor body and at least one bonding contact on the surface of the semiconductor body, wherein the at least one bonding contact is arranged outside a signal charge collection region in the semiconductor body. The at least one bonding contact is positioned on the semiconductor body in a surface area under which no collection of signal charges is provided in the semiconductor body, i. H. the at least one bonding contact is provided on the semiconductor body, in particular in a surface area at a distance from other electrodes which form the signal charge collection area. Advantageously, with the geometric displacement (dislocation) of the bond contact relative to the back electrode device, a potential configuration is created which prevents contamination of radiation-induced signal charges by mechanically-thermally generated or indicated disturbing charges.

Eine Elektrode auf dem Halbleiterkörper, die durch Bonden mit einer elektrischen Leitung (Bondleitung) verbunden werden soll, weist einen Elektrodenabschnitt auf, der den Bondkontakt enthält und entlang der Oberfläche des Halbleiterkörpers über den Signalladungs-Einzugsbereich herausragt. Vorteilhafterweise verhindert die erfindungsgemäße Trennung des Bondkontakts vom Signalladungs-Einzugsbereich, dass Elektronen, die an Gitterdefekten, hervorgerufen z. B. durch den Bond-Vorgang, erzeugt werden, in den Signalladungs-Einzugsbereich wandern, wo sie als Leckstrom den Strom von Signalladungen überlagern würden. Vorteilhafterweise können Elektronen, die an Gitterdefekten, hervorgerufen durch den Bond-Vorgang, erzeugt werden, außerhalb des Signalladungs-Einzugsbereichs gesammelt werden. Im Ergebnis ermöglicht der erfindungsgemäße Halbleiter-Detektor im Vergleich zur herkömmlichen Technik eine erhöhte Empfindlichkeit und ein verringertes Leckstrom-Rauschen. Ferner kann durch die Vermeidung von Gitterdefekt-Störungen die Ausbeute bei der Herstellung von Detektoren erhöht werden. Diese Vorteile werden ohne eine Verkomplizierung des Verfahrens (wie z. B. durch das Aufbringen zusätzlicher Schichten) zur Herstellung des Halbleiter-Detektors erzielt.An electrode on the semiconductor body, which is to be connected by bonding to an electrical line (bonding line), has an electrode portion which contains the bonding contact and protrudes along the surface of the semiconductor body via the signal charge collection region. Advantageously, the inventive separation of the bond contact from the signal charge collection area prevents electrons that are caused by lattice defects, for. B. by the bonding process, migrate into the signal charge collection area, where they would superimpose the current of signal charges as a leakage current. Advantageously, electrons generated at lattice defects caused by the bonding process may be collected outside the signal charge collection region. As a result, the inventive semiconductor detector allows compared to conventional technology increased sensitivity and reduced leakage noise. Furthermore, by avoiding lattice defect perturbations, the yield in the production of detectors can be increased. These advantages are achieved without complicating the process (such as by adding additional layers) to fabricate the semiconductor detector.

Der erfindungsgemäße Halbleiter-Detektor umfasst einen Halbleiterkörper eines ersten Leitungstyps mit einer Vorderseite und einer Rückseite. Die Vorder- und Rückseiten des Halbleiterkörpers sind die Oberflächen, auf denen Elektroden zur Beeinflussung des elektrischen Potentials im Halbleiterkörper und/oder zur Ladungssammlung angeordnet sind. Typischerweise hat der Halbleiterkörper die Gestalt einer ebenen Platte, deren Hauptoberflächen die Vorder- und Rückseiten bilden.The semiconductor detector according to the invention comprises a semiconductor body of a first conductivity type with a front side and a rear side. The front and rear sides of the semiconductor body are the surfaces on which electrodes for influencing the electrical potential in the semiconductor body and / or for charge accumulation are arranged. Typically, the semiconductor body has the shape of a flat plate whose major surfaces form the front and back sides.

Auf der Vorderseite des Halbleiterkörpers ist ein Ladungssammelkontakt des ersten Leitungstyps angeordnet. Der Ladungssammelkontakt ist für die Ableitung eines elektrischen Stroms von Signalladungen, die in Reaktion auf elektromagnetische Strahlung oder Teilchenstrahlung im Halbleiterkörper generiert werden, zu einer Messeinrichtung konfiguriert. Auf der Rückseite des Halbleiterkörpers ist eine Rückelektrodeneinrichtung eines zweiten Leitungstyps, der zum ersten Leitungstyp entgegengesetzt ist, angeordnet. Die Rückelektrodeneinrichtung umfasst mindestens eine Hauptelektrode, die konfiguriert ist, relativ zum Halbleiterkörper mit einer Sperrspannung beaufschlagt zu werden.On the front side of the semiconductor body, a charge collecting contact of the first conductivity type is arranged. The charge collection contact is configured to derive an electrical current from signal charges generated in response to electromagnetic radiation or particle radiation in the semiconductor body to a sensing device. On the rear side of the semiconductor body is arranged a back electrode device of a second conductivity type, which is opposite to the first conductivity type. The back electrode device comprises at least one main electrode which is configured to be subjected to a blocking voltage relative to the semiconductor body.

Zwischen der Vorderseite und der Rückseite des Halbleiterkörpers, insbesondere in dem geometrischen Bereich im Halbleiterkörper, in dem das elektrische Potential durch die Rückelektrodeneinrichtung beeinflusst wird, ist der Signalladungs-Einzugsbereich des Halbleiter-Detektors gebildet. Gemäß der Erfindung ist die Rückelektrodeneinrichtung mit einem von der Rückelektrodeneinrichtung abstehenden Elektrodenabschnitt versehen, der wenigstens zum Teil über den Signalladungs-Einzugsbereich herausragt. In diesem Elektrodenabschnitt, insbesondere in dessen von der Rückelektrodeneinrichtung wegweisenden Teil befindet sich der Bondkontakt zum Anschließen der Bondleitung, mit der die Rückelektrode kontaktiert wird. Wenn die Rückelektrodeneinrichtung allein aus der Hauptelektrode mit dem Elektrodenabschnitt besteht, ragt der Elektrodenabschnitt über den Bereich der Hauptelektrode hinaus. Wenn die Rückelektrodeneinrichtung mit einer (oder mehreren) zusätzlichen, das Potential im Halbleiterkörper beeinflussenden Elektrode(n) ausgestattet ist, ragt der Elektrodenabschnitt über den Bereich der Hauptelektrode und der (den) zusätzlichen Elektrode(n) hinaus.Between the front side and the rear side of the semiconductor body, in particular in the geometric region in the semiconductor body, in which the electrical potential is influenced by the back electrode device, the signal charge collection region of the semiconductor detector is formed. According to the invention, the back electrode device is provided with an electrode section projecting from the back electrode device, which at least partially projects beyond the signal charge feed-in region. In this electrode section, in particular in its part facing away from the back electrode device, there is the bonding contact for connecting the bonding line, with which the back electrode is contacted. When the back electrode means alone consists of the main electrode with the electrode portion, the electrode portion protrudes beyond the region of the main electrode. If the back electrode device is equipped with one or more additional electrodes influencing the potential in the semiconductor body, the electrode section projects beyond the region of the main electrode and the additional electrode (s).

Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform des Halbleiter-Detektors kann auf der Vorderseite des Halbleiterkörpers ein Außenkontakt zur Sammlung von in einem Außenbereich des Halbleiterkörpers generierten Ladungsträgern angeordnet sein.According to an advantageous embodiment of the semiconductor detector, an external contact for collecting charge carriers generated in an outer region of the semiconductor body may be arranged on the front side of the semiconductor body.

Vorteilhafterweise kann gemäß einer bevorzugten Ausführungsform des Halbleiter-Detektors die Rückelektrodeneinrichtung von Abschirmelektroden umgeben sein, die einen kontrollierten Abbau einer an die Rückelektrodeneinrichtung angelegten Spannung hin zum äußeren Rand des Halbleiterkörpers erlauben. Vorteilhafterweise können damit unerwünschte elektrische Felder am Rand des Halbleiter-Detektors vermieden werden. Bei dieser Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass sowohl die Rückelektrodeneinrichtung als auch der herausragende Elektrodenabschnitt mit dem Bondkontakt von Abschirmelektroden umgeben sind.Advantageously, according to a preferred embodiment of the semiconductor detector, the back electrode device can be surrounded by shielding electrodes, which allow a controlled degradation of a voltage applied to the back electrode device to the outer edge of the semiconductor body. Advantageously, unwanted electric fields can thus be avoided at the edge of the semiconductor detector. In this embodiment of the invention, it is provided that both the back electrode device and the protruding electrode section are surrounded by the bonding contact of shielding electrodes.

Hinsichtlich der geometrischen Form des herausragenden Elektrodenabschnitts bestehen vorteilhafterweise keine besonderen Beschränkungen. Der Elektrodenabschnitt kann z. B. einen Elektrodenstreifen mit konstanter Breite umfassen, dessen von der Rückelektrodeneinrichtung wegweisendes Ende den Bondkontakt bildet. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist jedoch vorgesehen, dass der Elektrodenabschnitt einen Bondkontakt mit einer Breite, die ein Bonden einer Bondleitung erlaubt, und einen Streifenabschnitt aufweist, über den der Bondkontakt mit der Rückelektrodeneinrichtung, z. B. der Hauptelektrode verbunden ist. Bei dieser Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass der Streifenabschnitt eine geringere Breite als der Bondkontakt aufweist. Vorteilhafterweise kann damit eine Beeinflussung des elektrischen Potentials im Halbleiterkörper und insbesondere eine Deformation des Signalladungs-Einzugsbereichs minimiert oder ausgeschlossen werden.With regard to the geometric shape of the projecting electrode section, there are advantageously no particular restrictions. The electrode portion may, for. B. comprise an electrode strip with a constant width, the direction away from the back electrode means end forms the bonding contact. According to a preferred embodiment of the invention, however, it is provided that the electrode portion has a bonding contact with a width which allows a bonding of a bonding line, and a strip portion, via which the bonding contact with the back electrode means, for. B. the main electrode is connected. In this embodiment of the invention it is provided that the strip portion has a smaller width than the bonding contact. Advantageously, an influencing of the electrical potential in the semiconductor body and in particular a deformation of the signal charge collection region can thus be minimized or eliminated.

Vorzugsweise sind die Abschirmelektroden, welche die Rückelektrodeneinrichtung mit dem herausragenden Elektrodenabschnitt umgeben, so gebildet, dass sie der äußeren Form des herausragenden Elektrodenabschnitts mit dem Bondkontakt folgen. Der Abstand zwischen der innersten Abschirmelektrode von dem herausragenden Elektrodenabschnitt ist vorzugsweise geringer als die Breite des Bondkontakts. Der Abstand zwischen der innersten Abschirmelektrode und dem Streifenabschnitt zwischen dem Bondkontakt und der Rückelektrodeneinrichtung hat typischerweise eine Breite, die kleiner oder gleich der Breite des Streifenabschnitts ist.Preferably, the shield electrodes surrounding the back electrode means with the projecting electrode portion are formed so as to follow the outer shape of the projecting electrode portion with the bonding contact. The distance between the innermost shielding electrode from the protruding electrode portion is preferably smaller than the width of the bonding contact. The distance between the innermost shielding electrode and the strip portion between the bonding contact and the back electrode means typically has a width that is less than or equal to the width of the tab portion.

Wenn gemäß einer weiteren bevorzugten Gestaltung des erfindungsgemäßen Halbleiter-Detektors der Ladungssammelkontakt auf der Vorderseite des Halbleiterkörpers von mindestens einer ringförmig gebildeten Struktur umgeben ist, die den zweiten Leitungstyp aufweist und in Sperrrichtung gegenüber dem Ladungssammelkontakt gepolt ist, kann der Signalladungs-Einzugsbereich im Halbleiterkörper durch diese Struktur beeinflusst sein. Bei dieser Ausführungsform der Erfindung befindet sich der Bondkontakt außerhalb des durch die ringförmige Struktur auf der Vorderseite und die Rückelektrodeneinrichtung auf der Rückseite des Halbleiterkörpers geformten Signalladungs-Einzugsbereichs.If, according to a further preferred embodiment of the semiconductor detector according to the invention, the charge collecting contact on the front side of the semiconductor body is surrounded by at least one ring-shaped structure, which surrounds the Having the second conductivity type and is poled in the reverse direction relative to the charge collection contact, the signal charge collection region in the semiconductor body may be influenced by this structure. In this embodiment of the invention, the bonding contact is located outside the signal charge collection region formed by the ring-shaped structure on the front side and the back electrode device on the back surface of the semiconductor body.

Gemäß einer bevorzugten Variante der Erfindung ist der Halbleiter-Detektor ein Driftdetektor. In diesem Fall umfasst die ringförmig gebildete Struktur, welche den Ladungssammelkontakt umgibt, eine Vielzahl von Driftelektroden, die zur Erzeugung mindestens eines Driftfeldes im Halbleiterkörper konfiguriert sind. Gemäß einer alternativen Variante ist der Halbleiter-Detektor eine Detektordiode, wobei in diesem Fall die ringförmig gebildete Struktur einen einzelnen Elektrodenring umfasst, welcher den Ladungssammelkontakt umgibt.According to a preferred variant of the invention, the semiconductor detector is a drift detector. In this case, the annular structure surrounding the charge collection contact comprises a plurality of drift electrodes configured to generate at least one drift field in the semiconductor body. According to an alternative variant, the semiconductor detector is a detector diode, in which case the ring-shaped structure comprises a single electrode ring which surrounds the charge collecting contact.

Gemäß weiteren Varianten ist der Halbleiterdetektor ein pnCCD oder ein Avalanche-Photosensor (APS).According to further variants, the semiconductor detector is a pnCCD or an avalanche photosensor (APS).

Vorteilhafterweise bestehen keine Beschränkungen hinsichtlich der Gestaltung der Rückelektrodeneinrichtung des erfindungsgemäßen Halbleiter-Detektors. Beispielsweise kann die Rückelektrodeneinrichtung ausschließlich die flächige Hauptelektrode umfassen, von welcher der Elektrodenabschnitt mit dem Bondkontakt absteht. Alternativ kann die Rückelektrodeneinrichtung die Hauptelektrode umfassen, die von einer Barrierenelektrode umgeben ist, wie es z. B. in US 7 105 827 B2 beschrieben ist. In diesem Fall kann der Elektrodenabschnitt mit dem Bondkontakt mit mindestens einem von der Hauptelektrode und der Barrierenelektrode verbunden sein.Advantageously, there are no restrictions on the design of the back electrode device of the semiconductor detector according to the invention. By way of example, the back electrode device may comprise exclusively the planar main electrode, from which the electrode section projects with the bonding contact. Alternatively, the back electrode means may comprise the main electrode which is surrounded by a barrier electrode, as e.g. In US Pat. No. 7,105,827 B2 is described. In this case, the electrode portion may be connected to the bonding contact with at least one of the main electrode and the barrier electrode.

Das erfindungsgemäße Merkmal der Verlegung des Bondkontakts aus dem Signalladungs-Einzugsbereich heraus in einen nicht-sensitiven Bereich, z. B. Randbereich des Halbleiterkörpers kann gemäß einer weiteren, vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung auch bei der Kontaktierung der Abschirmelektroden, insbesondere der innersten Abschirmelektrode realisiert werden. In diesem Fall weist die innerste Abschirmelektrode einen Elektrodenabschnitt (Abschirm-Elektrodenabschnitt) auf, der aus dem Signalladungs-Einzugsbereich herausragt und einen Bondkontakt für die Abschirmelektrode enthält. Die innerste Abschirmelektrode mit dem Elektrodenabschnitt und dem Abschirmelektroden-Bondkontakt wird von den übrigen Abschirmelektroden ringförmig eingeschlossen. Dieses Prinzip kann auch bei weiteren, nach außen hin angeordneten Abschirmelektroden vorgesehen sein.The inventive feature of laying the bond contact from the signal charge catchment area out into a non-sensitive area, eg. B. edge region of the semiconductor body can be realized according to a further advantageous embodiment of the invention in the contacting of the shielding electrodes, in particular the innermost shielding electrode. In this case, the innermost shield electrode has an electrode portion (shield electrode portion) protruding from the signal charge collection area and containing a bonding contact for the shield electrode. The innermost shield electrode having the electrode portion and the shield electrode bonding contact is annularly enclosed by the remaining shield electrodes. This principle can also be provided in the case of further shielding electrodes arranged outwardly.

Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung werden im Folgenden unter Bezug auf die beigefügten Zeichnungen erläutert, die zeigen in:Further advantages and details of the invention are explained below with reference to the accompanying drawings, which show in:

1: eine bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Halbleiter-Detektors in schematischer Draufsicht, 1 FIG. 1 shows a schematic plan view of a preferred embodiment of the semiconductor detector according to the invention, FIG.

2: die Ausführungsform des Halbleiter-Detektors gemäß 1 in schematischer Querschnittsansicht, 2 : the embodiment of the semiconductor detector according to 1 in a schematic cross-sectional view,

3: eine weitere bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Halbleiter-Detektors in schematischer Draufsicht, und 3 a further preferred embodiment of the semiconductor detector according to the invention in a schematic plan view, and

4: die Ausführungsform des Halbleiter-Detektors gemäß 3 in schematischer Querschnittsansicht. 4 : the embodiment of the semiconductor detector according to 3 in a schematic cross-sectional view.

Merkmale bevorzugter Ausführungsformen der Erfindung werden im Folgenden unter beispielhaftem Bezug auf einen Einkanal-Driftdetektor mit einem Bondkontakt beschrieben. Es wird betont, dass die erfindungsgemäße Bereitstellung des Elektrodenabschnitts mit dem Bondkontakt in entsprechender Weise mit Halbleiter-Detektoren anderer Bauart, insbesondere mit Detektoren mit mehreren Bondkontakten, Mehrkanal-Detektoren und/oder Diodendetektoren realisiert werden kann. So ist z. B. im Fall eines Mehrkanal-Detektors die Realisierung der Erfindung für jeden Kanal vorgesehen. Dabei genügt es, bei gemeinsamer Rückelektrode mehrerer Kanäle, einen gemeinsamen Bondkontakt vorzusehen. Die Merkmale der Erfindung werden im Folgenden insbesondere unter Bezug auf die Anordnung und Form des Elektrodenabschnitts mit dem Bondkontakt erläutert. Einzelheiten des Verfahrens zur Herstellung des Halbleiter-Detektors und insbesondere der Elektroden, wie z. B. Dotierverfahren und lithographische Verfahren, werden nicht erläutert, da diese an sich aus dem Stand der Technik bekannt sind (siehe z. B. US 7 105 827 B2 ).Features of preferred embodiments of the invention will be described below by way of example with reference to a single-channel drift detector with a bonding contact. It is emphasized that the provision according to the invention of the electrode section with the bonding contact can be implemented in a corresponding manner with semiconductor detectors of a different type, in particular with detectors with a plurality of bonding contacts, multi-channel detectors and / or diode detectors. So z. For example, in the case of a multi-channel detector, the realization of the invention is provided for each channel. It is sufficient to provide a common bond contact with common return electrode of multiple channels. The features of the invention will be explained below with particular reference to the arrangement and shape of the electrode portion with the bonding contact. Details of the method for producing the semiconductor detector and in particular the electrodes, such. As doping and lithographic processes are not explained, since these are known per se from the prior art (see, eg. US Pat. No. 7,105,827 B2 ).

1 zeigt einen Halbleiter-Detektor 100 mit einem Halbleiterkörper 10 in schematischer Draufsicht auf die Rückseite 12 des Halbleiterkörpers 10. 2 zeigt die Querschnittsansicht (entlang der Linie II-II in 1) durch den Halbleiterkörper 10 mit der Vorderseite 11 und der Rückseite 12. Der Halbleiterkörper 10 hat einen ersten Leitungstyp, er umfasst z. B. n-leitendes Silizium. 1 shows a semiconductor detector 100 with a semiconductor body 10 in a schematic plan view of the back 12 of the semiconductor body 10 , 2 shows the cross-sectional view (along the line II-II in 1 ) through the semiconductor body 10 with the front 11 and the back 12 , The semiconductor body 10 has a first conductivity type, it comprises z. B. n-type silicon.

Auf der Vorderseite 11 (in 2 untere Seite) des Halbleiterkörpers 10 ist in der Mitte, gegenüberliegend zu einer kreisrunden Hauptelektrode 13 auf der Rückseite 12 ein Ladungssammelkontakt 18 vorgesehen, der zur Verbindung mit einem Signalverstärker (nicht dargestellt) vorgesehen und von einer Gruppe kreisringförmiger Driftelektroden 19 umgeben ist. Des Weiteren ist auf der Vorderseite 11 ein Außenkontakt 20 angeordnet, der zur Sammlung von in Bondnähe erzeugten Gitterdefekt-Elektronen, sowie aller übrigen, im Außenbereich (Bereich außerhalb des Strahlungseintrittsfensters) generierten Elektronen vorgesehen ist.On the front side 11 (in 2 lower side) of the semiconductor body 10 is in the middle, opposite to a circular main electrode 13 on the back side 12 a charge collection contact 18 provided for connection to a signal amplifier (not shown) and provided by a group of annular drift electrodes 19 is surrounded. Furthermore, on the front 11 an external contact 20 arranged, which is provided for the collection of generated near the grid lattice defect electrons, and all other, in the outer region (area outside the radiation entrance window) generated electrons.

Auf der Rückseite 12 des Halbleiterkörpers 10 ist eine Rückelektrodeneinrichtung in Gestalt der Hauptelektrode 13 und einem von der Hauptelektrode 13 abstehenden Elektrodenabschnitt 14 angeordnet. Die Rückelektrodeneinrichtung 13 hat eine zweiten Leitungstyp, sie ist z. B. p-leitend und durch Dotierung im Silizium des Halbleiterkörpers 10 gebildet. Die Hauptelektrode 13 bildet den Zentralbereich der Rückelektrodeneinrichtung, mit dem der Elektrodenabschnitt 14 verbunden ist. Der Elektrodenabschnitt 14 umfasst einen Bondkontakt 15 und einen Streifenabschnitt 16. Die Hauptelektrode 13 ist ringförmig von Abschirmelektroden 17 (z. B. vier Abschirmelektroden 17) umgeben. Der Bondkontakt 15 ist mit einer Bondleitung 22 verbunden.On the back side 12 of the semiconductor body 10 is a back electrode device in the form of the main electrode 13 and one of the main electrode 13 projecting electrode section 14 arranged. The back electrode device 13 has a second conductivity type, it is z. B. p-type and by doping in the silicon of the semiconductor body 10 educated. The main electrode 13 forms the central region of the back electrode device, with which the electrode section 14 connected is. The electrode section 14 includes a bonding contact 15 and a strip section 16 , The main electrode 13 is annular of shielding electrodes 17 (eg four shielding electrodes 17 ) surround. The bond contact 15 is with a bond line 22 connected.

Zwischen der Hauptelektrode 13 und den Driftelektroden 19 ist im Halbleiterkörper 10 der schematisch illustrierte Signalladungs-Einzugsbereich 21 gebildet. Die Ausdehnung des Signalladungs-Einzugsbereichs 21, der zugleich das Strahlungseintrittsfenster darstellt, ist gleich dem Bereich im Halbleiterkörper 10 zwischen der Hauptelektrode 13 und der äußersten Elektrode, z. B. der äußersten Driftelektrode 19, auf der Vorderseite 11. Der Elektrodenabschnitt 14 und insbesondere der Bondkontakt 15 sind allgemein gemäß der Erfindung so angeordnet, dass die senkrechte Projektion von der Fläche des Bondkontakts 15 in den Halbleiterkörper 10 außerhalb des Signalladungs-Einzugsbereichs 21 ist. Defektelektronen, die unterhalb des Bondkontakts 15 erzeugt werden, werden insbesondere durch das Potential der Abschirmelektroden 17 zum Außenkontakt 20 geführt.Between the main electrode 13 and the drift electrodes 19 is in the semiconductor body 10 the schematically illustrated signal charge collection area 21 educated. The extent of the signal charge catchment area 21 , which at the same time represents the radiation entrance window, is equal to the area in the semiconductor body 10 between the main electrode 13 and the outermost electrode, e.g. B. the outermost drift electrode 19 , on the front side 11 , The electrode section 14 and in particular the bonding contact 15 are generally arranged according to the invention such that the perpendicular projection from the surface of the bonding contact 15 in the semiconductor body 10 outside the signal charge catchment area 21 is. Defect electrons, which are below the bond contact 15 are generated in particular by the potential of the shielding electrodes 17 to the external contact 20 guided.

Der Abstand Δx des Bondkontakts 15 vom äußeren Rand der Hauptelektrode 13, d. h. die Länge des Streifenabschnitts 16 beträgt mindestens 100 μm, vorzugsweise 1000 μm. Die Breite der Abschirmelektroden 17 beträgt z. B. 5 μm, 10 μm 20 μm oder 50 μm. Die Breite des Streifenabschnitts 16 beträgt ebenfalls z. B. 5 μm, 10 μm oder 20 μm, während die Breite des Bondkontakts 15 z. B. 50 μm, 100 μm oder 200 μm beträgt. Bei den angegebenen Werten handelt es sich um ungefähre Richtwerte, die Maße können auch unter oder oberhalb der hier angegebenen Bereiche liegen.The distance Δx of the bond contact 15 from the outer edge of the main electrode 13 ie the length of the strip section 16 is at least 100 microns, preferably 1000 microns. The width of the shielding electrodes 17 is z. B. 5 microns, 10 microns 20 microns or 50 microns. The width of the strip section 16 is also z. B. 5 microns, 10 microns or 20 microns, while the width of the bonding contact 15 z. B. 50 microns, 100 microns or 200 microns. The given values are approximate and the dimensions may be below or above the ranges indicated here.

In einer abgewandelten Variante der Erfindung (siehe 3 und 4) kann die flächige Hauptelektrode 13 des Halbleiter-Detektors 100 von einer Barrierenelektrode 13.1 umgeben sein, wie z. B. in US 7 105 827 B2 beschrieben ist. In diesem Fall sind zwei Bondkontakte 15, 15.1 vorhanden. Der erste Bondkontakt 15 ist wie oben beschrieben mit der Hauptelektrode 13 verbunden, während der zweite Bondkontakt 15.1 mit der Barrierenelektrode 13.1 verbunden ist. Damit kann an die Barrierenelektrode 13.1 ein im Vergleich zur Hauptelektrode 13 negativeres Potential angelegt werden, so dass der Einzugsbereich die Barrierelektrode 13.1 umfasst. Mit der Verbindung des zweiten Bondkontakts 15.1 mit der Barrierenelektrode 13.1 werden die oben unter Bezug auf die 1 und 2 beschriebenen Merkmale entsprechend realisiert.In a modified variant of the invention (see 3 and 4 ), the flat main electrode 13 of the semiconductor detector 100 from a barrier electrode 13.1 be surrounded, such. In US Pat. No. 7,105,827 B2 is described. In this case there are two bond contacts 15 . 15.1 available. The first bonding contact 15 is as described above with the main electrode 13 connected during the second bonding contact 15.1 with the barrier electrode 13.1 connected is. This can be connected to the barrier electrode 13.1 one compared to the main electrode 13 be applied negative potential, so that the catchment area, the barrier electrode 13.1 includes. With the connection of the second bond contact 15.1 with the barrier electrode 13.1 the above with respect to the 1 and 2 realized features described accordingly.

In einer weiteren abgewandelten Variante können alternativ oder zusätzlich zum zweiten Bondkontakt 15.1 weitere Bondkontakte zur Kontaktierung von Abschirmelektroden 17 vorgesehen sein, die aufgebaut sind, wie oben in Bezug auf den Elektrodenabschnitt 14 beschrieben ist.In a further modified variant, alternatively or in addition to the second bonding contact 15.1 further bonding contacts for contacting shielding electrodes 17 be provided, which are constructed as above with respect to the electrode portion 14 is described.

Die Erfindung ist nicht auf das vorstehend beschriebene bevorzugte Ausführungsbeispiel beschränkt. Vielmehr ist eine Vielzahl von Varianten und Abwandlungen möglich, die ebenfalls von dem Erfindungsgedanken Gebrauch machen und deshalb in den Schutzbereich fallen. Darunter fallen auch Abwandlungen in der Geometrie des Elektrodenabschnitts mit dem Bondkontakt, der Rückelektrodeneinrichtung und des Ladungssammelkontakts. Darüber hinaus beansprucht die Erfindung auch Schutz für den Gegenstand der Unteransprüche unabhängig von den Merkmalen der in Bezug genommenen Ansprüche.The invention is not limited to the preferred embodiment described above. Rather, a variety of variants and modifications is possible, which also make use of the inventive idea and therefore fall within the scope. This also includes modifications in the geometry of the electrode section with the bonding contact, the back electrode device and the charge collector contact. Moreover, the invention also claims protection for the subject matter of the dependent claims independently of the features of the claims referred to.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Claims (8)

Halbleiterdetektor (100), der für die Detektion von elektromagnetischer Strahlung oder von Teilchenstrahlung konfiguriert ist, umfassend: – einen Halbleiterkörper (10) eines ersten Leitungstyps mit einer Vorderseite (11) und einer Rückseite (12), wobei – auf der Vorderseite (11) mindestens ein Ladungssammelkontakt (18) des ersten Leitungstyps angeordnet ist, – auf der Rückseite (12) eine Rückelektrodeneinrichtung (13) eines zweiten Leitungstyps angeordnet ist, wobei die Rückelektrodeneinrichtung (13) eingerichtet ist, relativ zum Halbleiterkörper (10) mit einer Sperrspannung beaufschlagt zu werden, und – im Halbleiterkörper (10) ein Signalladungs-Einzugsbereich (21) gebildet ist, wobei im Signalladungs-Einzugsbereich (21) erzeugte Signalladungen an dem mindestens einen Ladungssammelkontakt (18) erfassbar sind, dadurch gekennzeichnet, dass – die Rückelektrodeneinrichtung (13) mit einem Elektrodenabschnitt (14) zumindest teilweise über den Signalladungs-Einzugsbereich (21) herausragt, und – in dem Elektrodenabschnitt (14) ein Bondkontakt (15) vorgesehen ist, der zum Anschließen einer Bondleitung (19) eingerichtet ist.Semiconductor detector ( 100 ) configured for the detection of electromagnetic radiation or of particle radiation, comprising: - a semiconductor body ( 10 ) of a first conductivity type with a front side ( 11 ) and a back ( 12 ), where - on the front ( 11 ) at least one charge collection contact ( 18 ) of the first conductivity type is arranged, - on the back ( 12 ) a back electrode device ( 13 ) of a second conductivity type, wherein the back electrode device ( 13 ) is arranged relative to the semiconductor body ( 10 ) be subjected to a blocking voltage, and - in the semiconductor body ( 10 ) a signal charge catchment area ( 21 ) is formed, wherein in the signal charge catchment area ( 21 ) generated signal charges at the at least one charge collecting contact ( 18 ) are detectable, characterized in that - the back electrode device ( 13 ) with an electrode section ( 14 ) at least partially across the signal charge catchment area ( 21 protrudes), and - in the electrode section ( 14 ) a bonding contact ( 15 ) is provided for connecting a bond line ( 19 ) is set up. Halbleiterdetektor gemäß Anspruch 1, bei dem – auf der Vorderseite (11) ein Außenkontakt (20) angeordnet ist, der als Ladungssammelkontakt des ersten Leitungstyps der Sammlung von in einem Außenbereich generierten Ladungsträgern dient.A semiconductor detector according to claim 1, wherein - on the front side ( 11 ) an external contact ( 20 ) serving as a charge collection contact of the first conductivity type of the collection of charge carriers generated in an outdoor area. Halbleiterdetektor gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem – die Rückelektrodeneinrichtung (13) einschließlich dem herausragenden Elektrodenabschnitt (14) mit dem Bondkontakt (15) von Abschirmelektroden (17) umgeben ist, die für einen kontrollierten Abbau der an die Rückelektrodeneinrichtung (13) angelegten Spannung zum Rand des Halbleiterkörpers (10) hin vorgesehen sind.Semiconductor detector according to one of the preceding claims, in which - the back electrode device ( 13 ) including the protruding electrode section ( 14 ) with the bonding contact ( 15 ) of shielding electrodes ( 17 ), which is responsible for controlled degradation of the back electrode device ( 13 ) applied voltage to the edge of the semiconductor body ( 10 ) are provided. Halbleiterdetektor gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem – der herausragende Elektrodenabschnitt (14) der Rückelektrodeneinrichtung (13) zwischen dem Bondkontakt (15) und einem Zentralbereich der Rückelektrodeneinrichtung (13) einen Streifenabschnitt (16) aufweist, dessen Breite geringer als die Breite des Bondkontakts (15) ist.Semiconductor detector according to one of the preceding claims, in which - the protruding electrode section ( 14 ) of the back electrode device ( 13 ) between the bond contact ( 15 ) and a central region of the back electrode device ( 13 ) a strip section ( 16 ) whose width is less than the width of the bonding contact ( 15 ). Halbleiterdetektor gemäß Anspruch 4, bei dem – der Streifenabschnitt (16) von der innersten Abschirmelektrode (17) mit einem Abstand umgeben ist, der geringer als die Breite des Bondkontakts (15) ist.Semiconductor detector according to claim 4, in which - the strip section ( 16 ) from the innermost shielding electrode ( 17 ) is surrounded by a distance which is less than the width of the bonding contact ( 15 ). Halbleiterdetektor gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem – der mindestens eine Ladungssammelkontakt (18) auf der Vorderseite (11) von mindestens einer ringförmig gebildeten Struktur (19) umgeben ist, die den zweiten Leitungstyp aufweist und eingerichtet ist, in Sperrrichtung gegenüber dem Ladungssammelkontakt (18) gepolt zu werden.Semiconductor detector according to one of the preceding claims, in which - the at least one charge collecting contact ( 18 ) on the front side ( 11 ) of at least one ring-shaped structure ( 19 ), which has the second conductivity type and is arranged, in the reverse direction with respect to the charge collecting contact ( 18 ) to be poled. Halbleiterdetektor gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem – auf der Vorderseite (11) gegenüberliegend zur Rückelektrodeneinrichtung (13) Driftelektroden zur Erzeugung mindestens eines Driftfeldes im Halbleiterkörper (10) angeordnet sind.Semiconductor detector according to one of the preceding claims, in which - on the front side ( 11 ) opposite the back electrode device ( 13 ) Drift electrodes for generating at least one drift field in the semiconductor body ( 10 ) are arranged. Halbleiterdetektor gemäß Anspruch 7, bei dem – die Rückelektrodeneinrichtung eine flächige Hauptelektrode (13) umfasst, die von einer Barrierenelektrode umgeben ist, wobei Elektrodenabschnitt (14) mit der Barrierenelektrode verbunden ist.Semiconductor detector according to claim 7, in which - the back electrode device comprises a flat main electrode ( 13 ) surrounded by a barrier electrode, wherein electrode portion ( 14 ) is connected to the barrier electrode.
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