SE514380C2 - Integrerad halvledardetektorteleskop med låg energitröskel - Google Patents
Integrerad halvledardetektorteleskop med låg energitröskelInfo
- Publication number
- SE514380C2 SE514380C2 SE9601235A SE9601235A SE514380C2 SE 514380 C2 SE514380 C2 SE 514380C2 SE 9601235 A SE9601235 A SE 9601235A SE 9601235 A SE9601235 A SE 9601235A SE 514380 C2 SE514380 C2 SE 514380C2
- Authority
- SE
- Sweden
- Prior art keywords
- detector
- thin
- detector part
- telescope
- layer
- Prior art date
Links
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 title claims abstract description 29
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 15
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 claims description 15
- 239000010703 silicon Substances 0.000 claims description 15
- 230000004888 barrier function Effects 0.000 claims description 9
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 claims description 7
- 230000007704 transition Effects 0.000 claims description 6
- 229910052785 arsenic Inorganic materials 0.000 claims description 5
- RQNWIZPPADIBDY-UHFFFAOYSA-N arsenic atom Chemical compound [As] RQNWIZPPADIBDY-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 5
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims description 5
- OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N Phosphorus Chemical compound [P] OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 229910052698 phosphorus Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 239000011574 phosphorus Substances 0.000 claims description 4
- ZOXJGFHDIHLPTG-UHFFFAOYSA-N Boron Chemical compound [B] ZOXJGFHDIHLPTG-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 229910052796 boron Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 239000002019 doping agent Substances 0.000 claims description 3
- 239000000126 substance Substances 0.000 claims description 3
- JBRZTFJDHDCESZ-UHFFFAOYSA-N AsGa Chemical compound [As]#[Ga] JBRZTFJDHDCESZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 229910001218 Gallium arsenide Inorganic materials 0.000 claims description 2
- GPXJNWSHGFTCBW-UHFFFAOYSA-N Indium phosphide Chemical compound [In]#P GPXJNWSHGFTCBW-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 229910000577 Silicon-germanium Inorganic materials 0.000 claims description 2
- LEVVHYCKPQWKOP-UHFFFAOYSA-N [Si].[Ge] Chemical compound [Si].[Ge] LEVVHYCKPQWKOP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 229910052787 antimony Inorganic materials 0.000 claims description 2
- WATWJIUSRGPENY-UHFFFAOYSA-N antimony atom Chemical compound [Sb] WATWJIUSRGPENY-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 238000002347 injection Methods 0.000 claims description 2
- 239000007924 injection Substances 0.000 claims description 2
- HBMJWWWQQXIZIP-UHFFFAOYSA-N silicon carbide Chemical compound [Si+]#[C-] HBMJWWWQQXIZIP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 229910010271 silicon carbide Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 235000012431 wafers Nutrition 0.000 claims 5
- 125000005842 heteroatom Chemical group 0.000 claims 1
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 abstract description 3
- 239000002184 metal Substances 0.000 abstract description 3
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 57
- 238000000034 method Methods 0.000 description 22
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 19
- 238000005530 etching Methods 0.000 description 13
- 239000008367 deionised water Substances 0.000 description 10
- 229910021641 deionized water Inorganic materials 0.000 description 10
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Chemical compound O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 10
- 230000008569 process Effects 0.000 description 9
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 7
- 239000002800 charge carrier Substances 0.000 description 6
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 6
- 229910021332 silicide Inorganic materials 0.000 description 6
- FVBUAEGBCNSCDD-UHFFFAOYSA-N silicide(4-) Chemical compound [Si-4] FVBUAEGBCNSCDD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 238000007598 dipping method Methods 0.000 description 5
- 230000008020 evaporation Effects 0.000 description 5
- 238000001704 evaporation Methods 0.000 description 5
- 238000007664 blowing Methods 0.000 description 4
- 229910017052 cobalt Inorganic materials 0.000 description 4
- 239000010941 cobalt Substances 0.000 description 4
- GUTLYIVDDKVIGB-UHFFFAOYSA-N cobalt atom Chemical compound [Co] GUTLYIVDDKVIGB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 238000000151 deposition Methods 0.000 description 4
- 230000005661 hydrophobic surface Effects 0.000 description 4
- 229910004298 SiO 2 Inorganic materials 0.000 description 3
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 3
- 230000001419 dependent effect Effects 0.000 description 3
- 230000005684 electric field Effects 0.000 description 3
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 3
- 239000012528 membrane Substances 0.000 description 3
- 230000008021 deposition Effects 0.000 description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- 238000010894 electron beam technology Methods 0.000 description 2
- 230000002209 hydrophobic effect Effects 0.000 description 2
- 238000003384 imaging method Methods 0.000 description 2
- 238000002513 implantation Methods 0.000 description 2
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 2
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 2
- BDERNNFJNOPAEC-UHFFFAOYSA-N propan-1-ol Chemical compound CCCO BDERNNFJNOPAEC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000010453 quartz Substances 0.000 description 2
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N silicon dioxide Inorganic materials O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- VLJQDHDVZJXNQL-UHFFFAOYSA-N 4-methyl-n-(oxomethylidene)benzenesulfonamide Chemical compound CC1=CC=C(S(=O)(=O)N=C=O)C=C1 VLJQDHDVZJXNQL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910019001 CoSi Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910018999 CoSi2 Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910005091 Si3N Inorganic materials 0.000 description 1
- -1 TIN Chemical class 0.000 description 1
- 229910008479 TiSi2 Inorganic materials 0.000 description 1
- ATJFFYVFTNAWJD-UHFFFAOYSA-N Tin Chemical compound [Sn] ATJFFYVFTNAWJD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- XSTXAVWGXDQKEL-UHFFFAOYSA-N Trichloroethylene Chemical group ClC=C(Cl)Cl XSTXAVWGXDQKEL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910008814 WSi2 Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000001133 acceleration Effects 0.000 description 1
- HSFWRNGVRCDJHI-UHFFFAOYSA-N alpha-acetylene Natural products C#C HSFWRNGVRCDJHI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 1
- 238000000137 annealing Methods 0.000 description 1
- 238000005452 bending Methods 0.000 description 1
- DFJQEGUNXWZVAH-UHFFFAOYSA-N bis($l^{2}-silanylidene)titanium Chemical compound [Si]=[Ti]=[Si] DFJQEGUNXWZVAH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 description 1
- 238000013461 design Methods 0.000 description 1
- 238000000407 epitaxy Methods 0.000 description 1
- 125000002534 ethynyl group Chemical group [H]C#C* 0.000 description 1
- 230000001747 exhibiting effect Effects 0.000 description 1
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 1
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 1
- 230000010354 integration Effects 0.000 description 1
- 238000005468 ion implantation Methods 0.000 description 1
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 1
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 150000004767 nitrides Chemical class 0.000 description 1
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000037361 pathway Effects 0.000 description 1
- 229910021340 platinum monosilicide Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 1
- 239000011241 protective layer Substances 0.000 description 1
- 239000002994 raw material Substances 0.000 description 1
- 239000000523 sample Substances 0.000 description 1
- 238000005496 tempering Methods 0.000 description 1
- 230000001052 transient effect Effects 0.000 description 1
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L25/00—Assemblies consisting of a plurality of individual semiconductor or other solid state devices ; Multistep manufacturing processes thereof
- H01L25/03—Assemblies consisting of a plurality of individual semiconductor or other solid state devices ; Multistep manufacturing processes thereof all the devices being of a type provided for in the same subgroup of groups H01L27/00 - H01L33/00, or in a single subclass of H10K, H10N, e.g. assemblies of rectifier diodes
- H01L25/04—Assemblies consisting of a plurality of individual semiconductor or other solid state devices ; Multistep manufacturing processes thereof all the devices being of a type provided for in the same subgroup of groups H01L27/00 - H01L33/00, or in a single subclass of H10K, H10N, e.g. assemblies of rectifier diodes the devices not having separate containers
- H01L25/041—Assemblies consisting of a plurality of individual semiconductor or other solid state devices ; Multistep manufacturing processes thereof all the devices being of a type provided for in the same subgroup of groups H01L27/00 - H01L33/00, or in a single subclass of H10K, H10N, e.g. assemblies of rectifier diodes the devices not having separate containers the devices being of a type provided for in group H01L31/00
- H01L25/043—Stacked arrangements of devices
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
- H01L31/08—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof in which radiation controls flow of current through the device, e.g. photoresistors
- H01L31/10—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof in which radiation controls flow of current through the device, e.g. photoresistors characterised by potential barriers, e.g. phototransistors
- H01L31/115—Devices sensitive to very short wavelength, e.g. X-rays, gamma-rays or corpuscular radiation
- H01L31/118—Devices sensitive to very short wavelength, e.g. X-rays, gamma-rays or corpuscular radiation of the surface barrier or shallow PN junction detector type, e.g. surface barrier alpha-particle detectors
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
- H01L2924/0001—Technical content checked by a classifier
- H01L2924/0002—Not covered by any one of groups H01L24/00, H01L24/00 and H01L2224/00
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Computer Hardware Design (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- Light Receiving Elements (AREA)
Description
i fl.nz~.s o ;.: 2 elektroniska energidepositionen till avancemang av elektroner över bandgapet. Detta leder till fotonemission i. fallet med scintillator eller en puls med elektrisk ström som flyter över en övergång i fallet med en halvledardetektor. Övergången i halvledaren kan vara en Schottkybarriär eller en jonimplanterad eller diffunderad övergång.
Halvledardetektorer har den fördelen över elektrostatiska och magnetiska sektorinstrument att de är okänsliga för laddnings- tillståndet för den infallande jonen eller atomen. AE-E detektorn har emellertid en làg energitröskel som motsvarar energin där jonens räckvidd är just tillräcklig för att tränga igenom AE- detektorn. För att minska làgenergitröskeln att vara så làg som möjligt är det nödvändigt att tillverka AE-detektorn så tunn som möjligt.
Teknikens ståndpunkt AE/E-detektorteleskopen med den lägsta tröskeln som för närvaran- de är lämplig för massproduktion baseras på en p-i-n struktur ut- formad i ett självbärande 10 pm Si-membran med area 10 x 10 mm som utformas genom etsning (se Whitlow et al. , Proc. 9th Australian Conf. on Nuclear Techniques of Analysis, Newcastle, Australia, Nov. 1995). Strukturen p-i-n kan utformas genom jonimplantering eller diffundering (se J. Kremmer, Nucl. Instr. and Methods, Vol. 169, pp 499, 1980). Dessa har en làg energi- tröskel ungefär 1A MeV och kan staplas ihop för att bilda grupper som står mot stora fasta vinklar med liten död area på grund av den rektangulära formen. Tunnare detektorer kan tillverkas, emellertid innebär svårigheten att kontrollera etsningen och användningen av Au/Si Schottkyövergångar att upplösningen domineras av jämnheten i detektorns aktiva tjocklek. Den extrema ömtäligheten för de sj älvbärande Si-membranen lägger en teknisk restriktion på minimitjockleken och därmed den låga energitrös- keln som kan uppnås. Detta omintetgör användningen av själv- bärande membranteleskop i rymdfarkoster på grund av G-krafterna och vibrationen under uppskjutningsfasen. Kremrner och Lutz har föreslagit en jonimplanterad n-p*-n struktur som utarmas från tvà ea¶;s1 .4 a1: z3f u l 3 sidor (se Kremmer and Lutz, Nuclear Instrum. and Methods, A235, 365, 1978). I en ytterligare variant föreslår de användning av laterala driftfält för realisera den separata insamlingen av AE- och E-signalerna. Inga data är presenterade från mätningar med denna typ av detektor. Möjligen.efterscmltypiska variationer 150% i bakgrundsdopningen kommer att leda till signifikanta var- iationer i AE-skikttjockleken vilket kommer att resultera.i dålig upplösning.
Integrerade detektorteleskop, till exempel i enlighet med figur 1, har rapporterats av en japansk grupp för ungefär 10 år sedan (se t.ex. Husimi et al., Nuclear Instr. and Methods, Vol 196, pp 131, 1982, samt Y. Kim et al., Nuclear Instr. and Methods, Vol 226, pp 125, 1984). Detta baseras pà en p-n-p strukturs epitaxi- ella tillväxt. Denna integrerade detektor fungerade faktiskt, men konceptet lider emellertid av ett antal nackdelar. Det faktum att epitaxi användes innebär att det inte är möjligt att erhålla ett väl definierat begravt skikt som bildar den begravda kontakten till E- och AE-detektorelementen. Detta.begränsar minimitjockle- ken för den tunna detektorn och tjockleksjämnheten, som kommer att vara kritiskt beroende av gasdynamiken under epitaxin. Ett potentiell allvarligare problem är överkopplingen mellan AE/E- detektorparet på grund av att den intensiva jonisationen längs jonspàret kan.bilda.ett p1asna.med ett ledningsbäraröverskott som överskrider dopningskoncentrationen i den begravda kontakten.
Under dessa förhållanden kan plasmat märkbart modifiera det lokala elektriska fältet runt plasmakolumnen och verka sonlen väg för laddningsbärare mellan E- och AE-detektorerna.
Det amerikanska patentet US-A-5 387 555 beskriver en metod för att skapa begravda silicidskikt med skivbondning. Metoden beskriven innehåller emellertid även åtminstone ett isolerande begravt skikt i kontakt med det begravda silicidskiktet. Vidare saknar metoden i enlighet med patentet ett samverkande dopnings- ämne för diffundering från det begravda silicidskiktet.
Följaktligen framstår det att det finns ett starkt behov av en i :svarat 4 integrerad AE/E-halvledardetektor som allmänt erbjuder en god mekanisk stabilitet och uppvisar en AE-del som till och med kan klara starka momentana mekaniska krafter, t.ex. en acceleration, liksoalâven uppvisa en.hög upplösning, vilket kommer att innebära en mycket tunn struktur nödvändig för detektorns AE-del. Dessa tvá krav kommer att mer eller mindre stà i strid med varandra.
Beskrivning av uppfinningen För att undvika dessa.problenzdiskuterade ovan föreslår den före- liggande uppfinningen en struktur som består av ett antal p-i-n dioder separerade av nætalliska skikt. De metalliska skikten mellan anordningarna säkerställer att det inte finns någon koppling mellan de olika detektorelementen beroende på "funne- ling" av laddningsbärare och sonzminimerar laddningsavbildnings- effekter.
I enlighet med ett huvudsyfte med den föreliggande uppfinningen utformas ett detektorteleskop med en mycket tunn AE-detektordel tillverkad av en första kiselskiva som är bondad/siliciderad mot en andra kiselskiva som bildar en E-detektordel i detektortele- skopet och därmed bildar en väl uppburen mycket tunn AE-detektor för hög upplösning i detektorteleskopet, och den.mycket tunna AE- detektordelen.och E-detektordelen mellan sig vidare uppvisar ett begravt metalliskt skikt som verkar som en kontakt gemensam för de två detektorerna, varvid det metalliska skiktet är mycket tunt och uppvisar làg resistivitet.
Andra syften och fördelar med de olika utföringsformerna av uppfinningen kommer att ytterligare definieras i de beroende patentkraven.
Beskrivning av ritningarna Uppfinningen tillsammans med ytterligare syften och fördelar med denna kan bäst förstås genom hänvisning till följande beskrivning tillsammans med de medföljande ritningarna där lika hänvisnings- beteckningar används för samma eller motsvarande element och i vilka: i i asiat: 5 Fig. 1 demonstrerar en integrerad detektorteleskopstruktur baserad på epitaxiell tillväxt i enlighet med teknikens ståndpunkt, Fig. 2 visar en integrerad AE-E detektor i enlighet med en planarprocessmetod i enlighet med den föreliggande uppfinningen, Fig. 3 visar en detektor där barriärskiktet är utformat som ett metalliskt skikt med det metalliska skiktet som en gemensam kontakt, samt Fig. 4 visar ett högupplösningsdetektorsystenlbestående av ett trippelteleskop.
Utföringsformer av uppfinningen Systemet med en tunn AE- och tjock E-halvledardetektor i en teleskopkonfiguration.gör det möjligt att uppskatta en joniserad partikels identitet och energi. I de flesta systemen är den tunna AE-detektorn självbärande. Émellertid med en aktiv area på 1 cm” och en tjocklek av storleksordningen 10 pm eller mindre är detektorn ömtàlig och bryts lätt sönder. I enlighet med den föreliggande uppfinningen löser möjligheten att låta E-detektorn bära upp den tunna detektorn problemet rörande den nekaniska instabiliteten och skapas en integrerad mekaniskt stabil AE-E detektor. När den låga energigränsen sätts av kravet att partikeln måste vara istånd att gå igenom AE-detektorn, behöver en tunn detektor, tunnare än 10 pm, integreras. Integrationen reducerar även antalet så kallade döda skikt från fyra till tre.
Ett skikt begravt mellan AE- och E-detektorerna, ett dött skikt som verkar som en ohmsk kontakt, är gemensam för båda detekto- rerna och måste vara tunn och ha låg resistivitet. Det begravda skiktet kan utformas genom epi-skikttillväxt, skivbondning eller genom implantering. Möjligheten att utforma ett tunt begravt metalliskt skikt i halvledaren ger en liten serieresistans och därför en liten RC-konstant och snabb laddningsbärarinsamling.
Vidare säkerställer den låga resistiviteten i det begravda 6 metalliska skiktet minimal överhörning mellan de tvà detektorerna beroende pà "funneling" av laddningsbârare (transport av laddningsbärare in i eller ut ur ett utarmat skikt längs jonspàret beroende pà transient störning av det elektriska fältet àstadkommet av lågresistivitetsplasmakolumnen längs jonspàret.) Fig. 2 illustrerar en integrerad AE/E-detektor i enlighet med den föreliggande uppfinningen som resulterar ur planarprocessmetoden .
Det begravda metalliska skiktet 16 kan antingen anslutas med hjälp av en kantkontakt A eller genom genomföringar B. För att: bibehålla en làg serieresistans och minimera minoritetsbärarin- jektion, skapas kraftigt dopade ohmska kontaktskikt 15 och 17 mellan det metalliska skiktet 16 och halvledarskikten 14 och 18.
Dielektriska skikt 12 och 20 odlas eller deponeras för att skydda och göra halvledaren passiv. Ett barriärskikt 10 utformas för att skapa en p-n övergång, en Schottky-barriärövergàng eller en hetero-övergång. Pà samma sätt skapar ett annat barriärskikt 22 motsvarande funktion vid E-detektorhalvledaren pá sidan motsatt AE-detektorn.
En integrerad detektor tillverkades som illustrerat i fig. 2, och anslöts genom en kantkontakt A. En kiselskiva av en första typ rengjordes i förväg med användning av en standardrengöringspro- cess under 10 minuter i en lösning av H2SO4:H2O2 med ett volyms- förhållande av 2,S:1 och sedan sköljdes plattan under 5 minuter i avj oniserat vatten. Den tunna oxiden avlägsnades genom doppning av skivan i en lösning av H2O:HF, med ett volymsförhàllande 10:1, tills skivan hade en hydrofob yta och den torkades därefter genom att blåsa den med Nz-gas. Kiselskivan, som odlades genom flyt- zonsteknologi, hade en diameter 7,6 cm (3 tum), en ytnormal- orientering [1ll], en tjocklek 305 pm, neutroninducerad fos- fordopning, och med en resistivitet 15000 till 24000 Qcm och preparerades med ett nflskikt genom implantation med arsenik.
Arseniken implanterades med en energi 70 keV till en dos 4x1015 cm_,. Skivan rengjordes under 10 min i en lösning av H2SO4:H2O, med ett volymsförhàllande 2,5:1 och sköljdes därefter under 5 min i avjoniserat vatten. Den tunna oxiden avlägsnades därefter genom ” ' ...fl3-80* ¿ 7 doppning av skivan i en lösning av HzøzHF, med ett volymsför- hållande 10:1, tills skivan hade en hydrofob yta. Skivan torkades därefter genom blàsning med Nz-gas. Ett 30 nm (300 Å) tjockt skikt av kobolt elektronstråleföràngades på kiselskivan. För- ångningen startades vid ett grundtryck 1x10'° mbar och under förángningen steg trycket till 9xl0* vid depositionshastigheten 0,4 nms'1. Efter föràngningen bibehölls skivan i parallellplatte- kammaren tills den andra typen av platta var klar för bond- ningsprocessen .
En kiselskiva av en andra typ med en diameter 7,6 cm (3 tum) odlad genom flytzonstekniknologi, med en ytnormalorientering [lO0], en tjocklek 100 pm, dubbelsidigt polerad, fosfordopad, och en resistivitet 100 till 300 Qcm, täcktes sedan pà -en sida med ett med ett plasmakemiskt àngdeponerat SiOZ-skikt med en tjocklek 1 pm. Den tunna oxiden på den icke deponerade ytan avlägsnades genom doppning av skivan i H2O:HF, med ett volyrnsförhàllande 10:l, tills skivan hade en hydrofob yta. Skivan torkades därefter i blâsande Nz-gas. Den första och den andra typen av skivor pressades samman och en 100 g kvartsplatta placerades ovanpå skivorna för att motverka böjning orsakad av skillnad i termisk expansion för det begravda skiktet 16 och kiselskivorna.
En bondning/silicidering utfördes därefter i en Eg-atmosfär vid 900° i en ugn under 30 min. Det deponerade SiOz-skiktet skyddar ytorna fràn orenhetsdiffusion fràn kvartsplattan. Under bond- nings/silicideringsprocessen inkorporeras något av arseniken i det begravda silicidskiktet. Det begravda silicidskiktet verkar då som en diffusionskàlla för bildande av ett nflskikt i den bondade [100] -skivan. Ytterligare anlöpning ökar diffusionsdj upet i kislet.
Ett skyddande skikt av svartvax smâltes sedan på [lOOI-skivan. illfl-skivan polerades/etsades i en lösning av l-lïtvOfCHaCOOl-Izl-IF, med ett volymsförhàllande 5:3:3, vid 40° C under 1 min. Sedan rengjordes de bondade/siliciderade skivorna under 5 min i ord- ningsföljd i var och en av följande lösningar: trikloretylen, i y :sn 8 aceton, propylalkohol och avjoniserat vatten. Det deponerade SiOQ-skiktet avlàgsnades med en BHF-lösning (buffrad- HF) tills ytan var hydrofob. De bondade/siliciderade plattorna etsades sedan vid 80° C under 88 min i en lösning av KOH:H,O med ett viktsförhàllande 1:1. Eftersom etslösningen KOH är anisotrop etsades [100] -skivan ==80 pm, medan [lll] -skivan förblev praktiskt taget oetsad. De bondade/siliciderade skivorna sköljdes i avjoniserat vatten under 5 min, rengjordes under 10 min i en lösning av H2SO4:H2O2 med ett volymsförhàllande 2, 5:1 och sköljdes därefter under 5 min i avjoniserat vatten. Därefter tàcktes
[100] -skivan med ett plasmakemiskt àngdeponerat SiOz-skikt med en tjocklek l pm. I en litografisk etsningsprocess, öppnades etsskàror i oxiden. Resisten skalades av och en kort doppning av de bondade/siliciderade plattorna i en utspädd I-IF-lösning avlägsnade den tunna oxiden i de öppnade etsskárorna.
Plattan försedd med etsskårona etsades sedan under 10 min vid 80° C i en lösning av KOHzHzO som beskrivet ovan, och sköljdes därefter under 5 min i avjoniserat vatten. Det deponerade SiOZ- skiktet avlàgsnades med en BHF-lösning tills ytan var hydrofob.
För att utforma rännor etsades sedan skivan vid 80° C i en lösning av KOHzï-IZO med ett viktsförhàllande lzl tills etsrànnorna var fullt öppna (dvs. etsningen stoppades nere vid det tidigare utformade begravda COSiZ-skiktet) . Då var [100]- skivans tjocklek ungefär 7 pm. De bondade/siliciderade skivorna spolades igen avj oniserat vatten under 5 min, rengj ordes under 10 min i en lösning av H2SO4:H2O2 med ett volymsförhållande av 2,5:l och sköljdes därefter under 5 min i avjoniserat vatten.
Den tunna oxiden avlàgsnades genom doppning av skivorna i HzOzHF, med ett volymsförhållande l0:l, tills skivorna hade en hydrofob yta och de torkades därefter i blàsande Nz-gas. Efter detta vàtoxiderades skivorna vid 900° C under 1 timme. Den våta oxiden gör kiselytorna passiva. Därefter deponerades skivorna av typ
[100] och [lll] båda med en plasmakemisk ånga som deponerade ett SiOZ-skikt med en tjocklek av 1 gm. För att öka skyddet för diffusion av rörliga joner och för att förbättra skrapmotständet i vi-.shwst 9 behandlades ytorna med en plasmakemisk ånga som deponerade ett Si3N_,-skikt med en tjocklek 145 nm (1450 Å) . Ett ringmönster med en bredd av 5 mm omgivande [100] -skivan öppnades i den deponerade oxiden .
Skivan av typen (1001 etsades sedan vid 80° C i en lösning av KOHfl-IZO med ett viktsförhållande 1:1 tills ringmönstret öppnats (dvs. etsningen stoppats vid det tidigare formade begravda Cosiz- skiktet) . Alltså öppnade den etsade omgivande ringen en kontakt (A) mot det begravda skiktet 16 i figur 2. De bondade/silicidera- de skivorna sköljdes åter i avjoniserat vatten under 5 min, rengjordes under 10 min i en lösning av H2SO4:H2O2 med ett volymsförhàllande 2,5:1. I en litografisk etsningsprocess skapades steginriktade detektoröppningar i oxiden~ på skivorna.
Detektoröppningarna hade en fyrkantig form 0,25 cmz med en 0,55 mm hörnradie. Resisten skalades av och den tunna oxiden etsades i en utspâdd HF-lösning. Med hjälp av en elektronstràle för- ângades sedan ett 30 nm (300 Å) tjockt skikt av kobolt pà skivorna med båda strukturtyperna ( [100] och [lll] ) . Förångnings- förhållandet var med ett grundtryck 1xl0'” mbar och under förångningen med en hastighet av 0,4 nms* var trycket 91:10* mbar. Koboltskikten siliciderades i 800° C under 15 min i en N2- omgivning för att bilda CoSi2.
Icke reagerad kobolt etsades under 10 min i en lösning av H2SO,:H2O2 med ett volymsförhàllande 2,5:1 och sköljdes sedan under 5 min i avjoniserat vatten. Sedan implanterades [100]- skivan med BFz med en energi av 90 keV och med en dos 5xl0*5 cm'2. [lll] -skivan implanterades med B med en energi av 70 keV och med en dos 2141015 cm”. Implanterat bor gjordes elektriskt aktivt under en 30 min. vârmebehandling vid 900° C in en Nz-omgivning.
Bearbetningen avslutades med en formande gasanlöpning vid 450° C under 30 min i 90% N, och 10% H2.
Ur denna process erhölls en AE/E-detektor i enlighet med figur 2 som bildar ett integrerat detektorteleskop med en mycket tunn väl uppburen AE-detektor som uppvisar den önskade höga upp- : f lO lösningen med jämn tjocklek och den mekaniska stabiliteten. AE- detektorn kan dä ha en tjocklek som sträcker sig upp till 100 pm, och lämpligen av storleksordningen 7 pm eller mindre för att erhålla en làg tröskelenergi för AE-detektorn.
I den beskrivna belysande utföringsformen av tillverkningen av en AE/E-detektoranordning i enlighet med den föreliggande uppfinningen illustrerades för fallet med fosfordopade substrat, men substratens dopning kan emellertid lika väl använda andra lämpliga dopningsämnen som till exempel bor, arsenik eller antimon. I fallet för någon annan metod, väl känd för fackmannen, för nedetsning av det första substratet kunde även användas en kiselskiva med en ytnormalorientering [lll] för den tunna detektordelen. Grundstrukturen för den mycket tunna-AE-detektor- strukturen kunde även bestå av ett deponerat halvledarskikt av något lämpligt uaterial som indikerat ovan. En första halv- ledarskiva kunde sedan efter bondnings/silicideringsprocessen etsas bort och ersättas av ett tunt deponerat halvledarskikt genom tillämpning av känd teknik.
Den begravda metallen behöver inte vara ren metall utan kan vara sammansättningar med en lämplig metallisk elektronisk struktur av en nitrid, t.ex. TIN, eller en silicid, t.ex. TiSi2, PtSi, WSi2 eller CoSi2. Pâ samma sätt kunde även andra typer av halvledare användas, till exempel kisel, kiselgermanium, kiselkarbid, galliumarsenid och indiumfosfid- Figur 3 demonstrerar en alternativ utföringsform av ett AE/E- detektorteleskop i enlighet med uppfinningen. I figur 3 bildas barriärskikt som begravda skikt 30, 32 med det begravda metal- liska skiktet 16 som en gemensam kontakt. Anslutningen mot det metalliska skiktet görs genon1anslutningsuttagen B. Formen pà AE- detektorn visad framställs till exempel med næsa-etsning med användning av teknik väl känd för fackmannen. De främre och bakre ohmska kontakterna 36, 37 tillverkas med ett kraftigt dopat skikt. Detektorn enligt figur 3 kommer följaktligen att till- verkas pà ett liknande sätt som den beskriven med hänvisning till fifs 1».4 it ii. .zts;o ll figur 2 genom ändring av ordningen för vissa process-steg redan kända för en fackman.
Figur 4 demonstrerar en ytterligare utföringsform av en detektor i enlighet med den föreliggande uppfinningen. I figur 4 illustre- ras ett högupplösningsdetektorsystem vilket grundar sig på ett trippeldetektorteleskop. Detta AEH/AE;/E-detektorteleskop kommer att betraktas som en kombination av de två tidigare diskuterade detektorsystemen presenterade i figurerna 2 och 3. Här återfinns två begravda nætalliska skikt 16A och 16B liksom två halv- ledarskikt 14A, 148 vilka utgör AE-detektorerna och ett tredje halvledarskikt 18 som verkar som en E-detektor. De återstående elementen är samma som de visade i figurerna 2 och 3. Följakt- ligen kan denna trippeldetektor betraktas som en ytterligare utföringsform av den föreliggande uppfinningen.
Alltså kommer det att vara möjligt, i enlighet med den före- liggande uppfinningen, att skapa ett detektorteleskop som innehåller ett antal olika AE-detektordelar ovanpå en gemensam E-detektordel, sonldärmed skapar en Braggkurve-halvledardetektor för att samtidigt mäta identiteten och energin för energetiska joner. I en sådan anordning kan de tunna p-i-n dioddetektorerna läsas ut individuellt med användning av standardmässiga ladd- ningskänsliga förförstärkare. Det metalliska skiktet mellan anordningarna säkerställer att det inte finns någon koppling mellan de olika tunna p-i-n elementdektektorerna beroende på laddningsbärar- " funnel ing" och som minimerar avbi ldningl addnings - effekter.
En sådan anordning kommer att uppnå en.mycket snabbare utläsning på grund av att detektorn inte är beroende av driften av elektroner till en anod under påverkan av ett elektriskt fält.
Vidare kan anordningen göras mycket kompakt eftersom atomtåtheten för halvledare och nætaller är uycket större än för gaser.
Anordningen kommer även att vara mycket hållfast vilket gör den lämplig för rymdprobtillämpningar. Endast låga spänningar, av storleksordningen 50 'V, kommer' att behövas eftersonl de in- i :Staaf 12 dividuella p-i-n dioderna kommer att utarmas med mycket làg pàlagd spänning.
Det kommer att inses av fackmannen att olika modifikationer och ändringar kan göras i den föreliggande uppfinningen utan avsteg från andemeningen och omfattningen av denna, vilket definieras av de bifogade patentkraven.
Claims (11)
1. . Anordning som bildar ett integrerat halvledardetektorte- leskop med làg energitröskel, k å n n e t e c k n a d av att ett AE/E-detektorteleskop bildas med en tunn AE-detektordel (14) tillverkad ur en första halvledarskiva bondad/siliciderad mot en andra halvledarskiva som bildar en E-detektordel (18), detektor- teleskopet uppvisar därvid en väl uppburen mycket tunn AE- detektor för hög energiupplösning, varvid den bondade/silicidera- de tunna AE-detektordelen och E-detektordelen vidare mellan sig har ett begravt metalliskt skikt (16) som verkar som en gemensam kontakt till de tvâ detektorerna, varj ämte det metalliska skiktet vidare är tunt och uppvisar en làg resistivitet och minimerar signalöverhörning mellan AE- och E-detektordelarna.
2. Anordning enligt krav 1, kännetecknad av att den första och andra halvledarskivan består av ett lämpligt dopat kiselsubstrat med en ytnormalorientering [100] eller Illl] , varvid dopningsämnet kan vara något av ämnena fosfor, bor, arsenik eller antimon .
3. Anordning enligt krav 1, kännetecknad av att den tunna AE-detektordelen (14) består av_ ett deponerat halv- ledarskikt.
4. Anordning enligt krav 1, kännetecknad av att den andra halvledarskivan består av ett kiselsubstrat med neutroninducerad fosfordopning och med en ytnormalorientering [lll] .
5. Anordning enligt krav 1, kânnete cknad av att de första och andra halvledarskivorna består av kisel, kiselgermanium, kiselkarbid, galliumarsenid eller indiumfosfid.
6. Anordning enligt krav 1 eller 3, k ä n n e t e c k - n a d av att den tunna AE-detektordelen (14) uppvisar en tjocklek som gàr upp till 100 pm och lämpligen är av storleksord- ningen 7 pm eller mindre. s: 4aifiinizaio, 14
7. Anordning enligt krav 1, k ä n n e t e c k n a d av att det begravda metalliska skiktet (16) på varje sida dessutom är försett med kraftigt dopade ohmska kontaktskikt (15, 17) för att bibehålla en låg serieresistans och för att minimera minoritetsbärarinjektion.
8. Anordning enligt krav 1, k à n n e t e c k n a d av att det begravda metalliska skiktet (16) på varje sida år försett med ett ytterligare barriàrskikt (30, 32) som skapar en p-n övergång, en Schottky-barriàrövergàng eller en hetero-övergång.
9. Anordning enligt vilken som helst kombination av föregående krav, k à n n e t e c k n a d av' att ett trippelde- tektorteleskop som innehåller en första AE1-detektordel (14A) och en andra AE2-detektordel (14B) kombineras med den andra kiselski- van soua bildar E-detektordelen (18), varvid den andra AE2- detektordelen bondas/silicideras mot E-detektordelen och i vilket detektorteleskop den andra AE2-detektordelen bondas/silicideras mot den första AE1-detektordelen.
10. Anordning enligt krav 8, k ä n n e t e c k n a d av att den första AE1-detektordelen (l4A) är en tunn detektor medan den andra AE;-detektordelen (14B) jämfört med den första AE1- detektordelen (l4A) uppvisar en åtskilliga gånger tjockare AE- detektordel.
11. Anordning enligt vilken som helst kombination av föregående krav 1 - 7, k ä n n e t e c k n a d av att ett detektorteleskop skapas som innehåller ett antal olika AE- detektordelar ovanpå en gemensam E-detektordel och med varje detektor åtskild av ett metalliskt skikt, vilket därmed skapar en.Braggkurve-halvledardetektor för att samtidigt mäta identite- ten och energin för energetiska joner.
Priority Applications (6)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
SE9601235A SE514380C2 (sv) | 1996-03-29 | 1996-03-29 | Integrerad halvledardetektorteleskop med låg energitröskel |
AU25245/97A AU2524597A (en) | 1996-03-29 | 1997-03-20 | Integrated deltae-e detector telescope |
PCT/SE1997/000475 WO1997037389A1 (en) | 1996-03-29 | 1997-03-20 | Integrated δe-e detector telescope |
DE69733555T DE69733555T2 (de) | 1996-03-29 | 1997-03-20 | INTEGRIERTES dE-E-DETEKTORTELESKOP |
EP97916687A EP0896738B1 (en) | 1996-03-29 | 1997-03-20 | INTEGRATED dE-E DETECTOR TELESCOPE |
US09/159,609 US6541835B1 (en) | 1996-03-29 | 1998-09-24 | Integrated ΔE-E detector telescope |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
SE9601235A SE514380C2 (sv) | 1996-03-29 | 1996-03-29 | Integrerad halvledardetektorteleskop med låg energitröskel |
Publications (3)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
SE9601235D0 SE9601235D0 (sv) | 1996-03-29 |
SE9601235L SE9601235L (sv) | 1997-09-30 |
SE514380C2 true SE514380C2 (sv) | 2001-02-19 |
Family
ID=20402027
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
SE9601235A SE514380C2 (sv) | 1996-03-29 | 1996-03-29 | Integrerad halvledardetektorteleskop med låg energitröskel |
Country Status (6)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US6541835B1 (sv) |
EP (1) | EP0896738B1 (sv) |
AU (1) | AU2524597A (sv) |
DE (1) | DE69733555T2 (sv) |
SE (1) | SE514380C2 (sv) |
WO (1) | WO1997037389A1 (sv) |
Families Citing this family (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
FR2845522A1 (fr) * | 2002-10-03 | 2004-04-09 | St Microelectronics Sa | Circuit integre a couche enterree fortement conductrice |
CN101401208A (zh) * | 2006-03-15 | 2009-04-01 | 皇家飞利浦电子股份有限公司 | 用于辐射检测的半导体器件 |
US8138583B2 (en) | 2007-02-16 | 2012-03-20 | Cree, Inc. | Diode having reduced on-resistance and associated method of manufacture |
CN103515466A (zh) * | 2012-06-26 | 2014-01-15 | 北京大学 | 一种复合式δe-e核辐射探测器及其制备方法 |
US9437604B2 (en) * | 2013-11-01 | 2016-09-06 | Micron Technology, Inc. | Methods and apparatuses having strings of memory cells including a metal source |
US9341596B1 (en) | 2014-12-22 | 2016-05-17 | International Business Machines Corporation | Annular gas ionization delta E-E detector |
US10134866B2 (en) | 2017-03-15 | 2018-11-20 | International Business Machines Corporation | Field effect transistor air-gap spacers with an etch-stop layer |
Family Cites Families (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
FR1462288A (fr) * | 1965-09-24 | 1966-04-15 | Radiotechnique | Dispositif de détection pour particules |
JPS5648180A (en) * | 1979-09-27 | 1981-05-01 | Tokyo Niyuukutoronikusu:Kk | Semiconductor detector |
US4998151A (en) * | 1989-04-13 | 1991-03-05 | General Electric Company | Power field effect devices having small cell size and low contact resistance |
US5387555A (en) * | 1992-09-03 | 1995-02-07 | Harris Corporation | Bonded wafer processing with metal silicidation |
US5260233A (en) * | 1992-11-06 | 1993-11-09 | International Business Machines Corporation | Semiconductor device and wafer structure having a planar buried interconnect by wafer bonding |
US5376580A (en) * | 1993-03-19 | 1994-12-27 | Hewlett-Packard Company | Wafer bonding of light emitting diode layers |
US5654226A (en) * | 1994-09-07 | 1997-08-05 | Harris Corporation | Wafer bonding for power devices |
-
1996
- 1996-03-29 SE SE9601235A patent/SE514380C2/sv not_active IP Right Cessation
-
1997
- 1997-03-20 WO PCT/SE1997/000475 patent/WO1997037389A1/en active IP Right Grant
- 1997-03-20 EP EP97916687A patent/EP0896738B1/en not_active Expired - Lifetime
- 1997-03-20 AU AU25245/97A patent/AU2524597A/en not_active Abandoned
- 1997-03-20 DE DE69733555T patent/DE69733555T2/de not_active Expired - Lifetime
-
1998
- 1998-09-24 US US09/159,609 patent/US6541835B1/en not_active Expired - Fee Related
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
SE9601235D0 (sv) | 1996-03-29 |
DE69733555D1 (de) | 2005-07-21 |
SE9601235L (sv) | 1997-09-30 |
AU2524597A (en) | 1997-10-22 |
DE69733555T2 (de) | 2006-05-11 |
WO1997037389A1 (en) | 1997-10-09 |
EP0896738A1 (en) | 1999-02-17 |
US6541835B1 (en) | 2003-04-01 |
EP0896738B1 (en) | 2005-06-15 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US4471376A (en) | Amorphous devices and interconnect system and method of fabrication | |
US4070689A (en) | Semiconductor solar energy device | |
TWI394283B (zh) | 電子裝置及形成電子裝置之方法 | |
Sakic et al. | High-efficiency silicon photodiode detector for sub-keV electron microscopy | |
US3523223A (en) | Metal-semiconductor diodes having high breakdown voltage and low leakage and method of manufacturing | |
SE514380C2 (sv) | Integrerad halvledardetektorteleskop med låg energitröskel | |
TWI260778B (en) | A semiconductor device and method for manufacturing the same, a zener diode, a consumer electronic product | |
WO2010045655A1 (en) | Thick semiconductor drift detector fabrication | |
US4238762A (en) | Electrically isolated semiconductor devices on common crystalline substrate | |
US4442592A (en) | Passivated semiconductor pn junction of high electric strength and process for the production thereof | |
US7858425B2 (en) | Monolithic nuclear event detector and method of manufacture | |
EP4383357A1 (en) | Lateral phototransistor | |
Borden | A simple technique for determining the stress at the Si/SiO2 interface | |
TWI246193B (en) | Semiconductor devices using minority carrier controlling substances | |
EP0103767A2 (en) | Method of producing a semiconductor device by ion-implantation and device produced by the method | |
US4416051A (en) | Restoration of high infrared sensitivity in extrinsic silicon detectors | |
US4246590A (en) | Restoration of high infrared sensitivity in extrinsic silicon detectors | |
Canali et al. | Thin Pt and Pd silicide Schottky barriers for silicon solar cells | |
RU2654961C1 (ru) | Способ изготовления многоплощадочного быстродействующего кремниевого pin-фоточувствительного элемента | |
JP2002511195A (ja) | バイポーラトランジスタを具える半導体デバイス及び該デバイスの製造方法 | |
RU2378738C1 (ru) | Способ изготовления детектора короткопробежных частиц | |
US20040178461A1 (en) | Dual-sided microstructured, position-sensitive detector | |
CN219959011U (zh) | 一种含透明电极的碳化硅探测器芯片 | |
Barasch et al. | Gas microstrip chambers | |
WO2004012241A2 (en) | Radiation hardened visible p-i-n detector |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
NUG | Patent has lapsed |