CN107735869A - 高性能辐射检测器和其制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种制造固态辐射检测器的方法，所述方法包括使用多个研磨和抛光步骤机械地研磨和抛光半导体晶片的第一和第二表面。所述方法还包括通过使用氧等离子体使钝化氧化物层生长于所述抛光的第一和第二表面的顶部上以便钝化所述半导体晶片。将阳极接点沉积在所述第一表面顶部上的所述第一钝化氧化物层的顶部上且图案化。将单片或图案化阴极接点沉积在所述第二表面上的所述第二钝化氧化物层的顶部上。可将氮化铝封装层沉积在所述阳极接点上方且图案化以封装所述第一钝化氧化物层，同时在物理上暴露每一阳极接点的中心部分以电连接所述阳极接点。
Description
相关申请案
本申请案主张于2015年2月17日提出申请的美国临时申请案第62/116,957号和于2015年8月6日提出申请的美国临时申请案第62/201,757号的权益，所述申请案的全部内容均以引用方式并入本文中。
技术领域
本申请案涉及辐射检测器和其制造方法的领域。
背景技术
本文所揭示的标的物大体上涉及辐射检测器，其用于通过单光子发射计算断层摄影术(SPECT)或通过正电子发射断层摄影术(PET)的医学成像，例如在核医学(NM)中的低通量应用中；或用作如在医学应用的X射线计算断层摄影术(CT)中的高通量应用中的辐射检测器；以及用于非医学成像应用(例如用于行李扫描中))。
由半导体(例如碲锌镉(CdZnTe或CZT))制得的室温像素化辐射检测器越来越普遍地用于医学和非医学成像中。这些应用指示这些检测器必须展现高能量分辨率和高灵敏度二者。由于这些检测器形成复杂成像***的关键部分，因此其应高度可靠且成本足够低到适应市场需求。
半导体辐射检测器通常包括两个表面，一个具有多个像素化阳极电接点，且另一个具有单片阴极电接点。在应用电接点之前，第一和第二表面通常通过化学湿式蚀刻来蚀刻。对于CZT辐射检测器，进行湿式蚀刻以移除第一和第二表面的机械损坏。此损坏是通过半导体晶片已被切割和抛光以形成表面的先前制造步骤引入。另外，湿式蚀刻形成富含碲的表面，其用于制造具有有利特性的电接点。
其上施加有阳极接点的富含碲的第一表面在阳极接点之间具有非金属化区域。这些区域中的过量碲会减小接触垫之间的表面电阻。博洛特尼科夫(Bolotnikov)等人的论文“CdZnTe像素检测器的接点之间的电荷损失(Charge Loss Between Contacts Of CdZnTePixel Detectors)”，核仪器和方法A(Nucl.Instr.and Meth.A),(1999),432,326-331中已显示，阳极接触垫之间的这些低表面电阻表面引起吸引到阳极接点的事件的电荷损失。此不完全电荷收集会损害这些检测器的能量分辨率和灵敏度。另外，已显示低表面电阻使信号稳定性随时间降格。此不稳定性导致检测器不可靠。
发明内容
为防止阳极之间的区域的低表面电阻的有害作用，在某些实施例中，通过包括多个抛光步骤的序列将半导体晶片的第一表面机械抛光，其中抛光序列的最后一个抛光步骤包括用具有小于约0.1μm粒径的浆液抛光以形成抛光的第一表面。某些实施例还包括使用无湿式化学蚀刻的干式工艺使钝化氧化物层生长于抛光的第一表面顶部上，以钝化且稳定抛光的第一表面。然后将图案化金属接点沉积在钝化氧化物层的顶部上，所述钝化氧化物层具有至少一个图案为(i)像素阳极的图案或(ii)像素阳极和栅电极的图案，所述栅电极具有沿阳极之间的空隙的中心对准的电极线条。
在某些实施例中，通过化学湿式蚀刻蚀刻第二表面以移除来自先前制造步骤的残余机械损坏且使其富含碲，以制造所需电接点。这些实施例还包括在图案化沉积的金属接点上施加保护层以保护第一表面上的金属图案，蚀刻半导体的第二表面并在半导体的蚀刻的第二表面上施加单片阴极电极，然后从第一表面上的图案化金属接点移除保护层。
在一个实施例中，提供制造辐射检测器的方法。使用包括多个抛光步骤的抛光序列将半导体晶片的第一和第二表面机械抛光，其中抛光序列的最后一个抛光步骤包括用具有小于0.1μm粒径的浆液抛光以形成抛光的第一和第二表面。分别使第一钝化氧化物层生长于抛光的第一表面上方且使第二钝化氧化物层生长于抛光的第二表面上方。在第一钝化氧化物层的顶部上形成图案化金属接点，其中图案化金属接点包含像素阳极的图案。在第二钝化氧化物层上形成单片、分段或像素化阴极电极。
在另一实施例中，制造辐射检测器的方法包含：在半导体晶片的第一表面上形成第一钝化氧化物层，在半导体晶片的第二表面上形成第二钝化氧化物层，在第一钝化氧化物层上方形成图案化金属接点，其中图案化金属接点包含像素阳极的图案，在第二钝化氧化物层上方形成阴极电极，将氮化铝(AlN)封装层沉积在像素化阳极的图案上方，在AlN封装层上方形成金属硬掩模层，在金属硬掩模层上方形成光致抗蚀剂图案，使用酸性蚀刻剂且使用AlN封装层作为蚀刻终止层来蚀刻金属硬掩模层的通过光致抗蚀剂图案暴露的部分以在金属硬掩模层中形成硬掩模开口，和使用碱性蚀刻剂蚀刻AlN封装层的暴露于硬掩模开口中的部分以在AlN封装层中形成开口。
在另一实施例中，制造辐射检测器的方法包含在半导体晶片的第一表面上形成第一钝化氧化物层，在半导体晶片的第二表面上形成第二钝化氧化物层，在第一钝化氧化物层上方形成图案化金属接点，其中图案化金属接点包含像素阳极的图案，在第二钝化氧化物层上方形成阴极电极，在像素阳极的图案上方形成掀离掩模图案使得像素化阳极的边缘部分通过掀离掩模图案暴露，将AlN封装层沉积在像素化阳极的边缘部分上方和掀离掩模图案上方，和掀离掀离掩模图案和AlN封装层的位于掀离掩模图案上方的部分以在AlN层封装层中形成开口。
附图说明
图1-4A是图解说明参与制造本发明实施例的辐射检测器的制造步骤的横断面侧视图。
图1是从半导体晶片100制造辐射检测器的第一加工步骤的示意图，所述半导体晶片100可由具有顶部第一表面101和下部第二表面102的CZT晶片制得，其经机械研磨和抛光以形成具有极低来自先前制造步骤的残余损坏的极精细抛光的表面。
图2显示生长于半导体晶片100的第一表面101上的第一钝化氧化物层103和生长于半导体晶片100的第二表面102上的第二钝化氧化物层104的形成。
图3示意性图解说明在第一钝化氧化物层103的顶部上施加金属接点以形成在阳极105之间具有空隙106的阳极105的步骤。
图4A示意性图解说明施加阴极接点107的步骤，所述阴极接点107可以单片、分段或像素化电极形式施加在半导体晶片100的第二表面102顶部上的第二钝化氧化物层104的顶部上。图3或图4中所述的步骤可互换。换句话说，可首先沉积阴极接点且随后可再进行阳极接点沉积。
图4B是图4A装置的透视图，所述装置具有沿阳极之间的空隙的中心延伸的栅极线条且被连续或分段的金属带(称为护环)包围。
图5A-5D示意性图解说明在阳极之间的区域中的暴露的钝化氧化物层顶部上施加AlN封装层的步骤的横断面侧视图。
图6A-6F示意性图解说明在阳极之间的区域中的暴露的钝化氧化物层顶部上施加AlN封装层的另一方法的步骤的横断面侧视图。图6G示意性图解说明将图6F的装置附接到载体的横断面侧视图。
具体实施方式
本文描述制造辐射检测器的各个实施例。如本文所用，第一元件形成或位于第二元件“上方”的配置是第一元件和第二元件呈大体面对配置、且在第一与第二元件之间可具或可不具直接接触(物理接触)的配置。第一元件形成或位于第二元件“上”的配置是第一元件和第二元件直接或通过至少一个中间元件彼此附接的配置。第一元件“直接”形成或位于第二元件“上”的配置是第一元件和第二元件彼此物理接触的配置。采用诸如“第一”和“第二”等序数词仅为区分相似元件，且在整个本说明书和权利要求书中可采用不同序数词来指相同元件。“顶”侧和“底”侧是指以某一方式观察结构时的相对定向，且结构的定向和相应部分的标记根据结构的旋转而变化。
为防止阳极之间的区域的低表面电阻的有害作用，在某些实施例中，通过包括多个抛光步骤的序列机械地抛光半导体晶片的第一表面，其中抛光序列的最后一个抛光步骤包括用具有小于约0.1μm粒径的浆液抛光以形成抛光的第一表面。某些实施例还包括使用无湿式化学蚀刻的干式工艺使第一钝化氧化物层生长于抛光的第一表面顶部上，以便钝化且稳定抛光的第一表面。然后将图案化金属接点沉积在第一钝化氧化物层的顶部上，所述第一钝化氧化物层具有至少一个图案，所述图案为(i)像素阳极的图案或(ii)像素阳极和栅电极的图案，所述栅电极具有沿阳极之间的空隙的中心对准的电极线条。
尽管抛光的第一表面顶部上的第一钝化氧化物层钝化且稳定抛光的第一表面，但第一钝化氧化物层并非绝对可避免湿气和其它大气气体的损害以及处置期间的可能损坏。因此，为保护暴露于阳极像素之间的区域中的第一钝化氧化物层免于降格作用而使检测器的长期可靠性劣化，在某些实施例中，在第一钝化氧化物层和阳极表面的金属接点的上覆图案的顶部上施加封装层。此层以在其中形成与阳极像素接点重合的开口的方式描绘，其中这些开口的尺寸小于接点的尺寸。通过使用导电材料(导电环氧化物或低温焊料)，这些开口允许辐射检测器有效且可靠地附接到电子装置的载体，此使接点在几何上与阳极接点匹配。
在某些实施例中，通过化学湿式蚀刻来蚀刻第二表面以便移除来自先前制造步骤的残余机械损坏且使其富含碲，以制造所需电接点。这些实施例还包括在图案化沉积的金属接点上施加保护层以保护第一表面上的金属图案，蚀刻半导体的第二表面并在半导体的蚀刻的第二表面上施加单片阴极电极，然后从第一表面上的图案化金属接点移除保护层。
各个实施例提供不使用化学蚀刻移除受损层的制造辐射检测器(例如像素化辐射检测器)的方法。因此，在各个实施例中，在阳极接点之间不使用化学蚀刻。
各个实施例提供制造辐射检测器(例如辐射检测器)的方法，其中阴极侧是在不使用化学蚀刻移除受损层下来制造。因此，在各个实施例中，不使用化学蚀刻来形成阴极接点。
下文描述制造辐射检测器(例如其中阳极的表面是通过无湿式化学蚀刻的完全干式工艺制造的像素化辐射检测器)的方法，所述阳极的表面可在检测器制造后有活性且可产生较低表面电阻率和随时间有较小降格的检测器性能。在这些方法中，通过钝化工艺使阳极的表面侧钝化，此产生可产生高表面电阻率的表面稳定。
下文描述制造辐射检测器的方法，其可进一步包括封装第一钝化氧化物层的像素间区域，所述区域暴露于大气下以防止此层的钝化作用降格。下文所述的方法包括将氮化铝(AlN)层沉积在第一钝化氧化物层和阳极表面的金属接点的上覆图案的顶部上，且然后对其进行描绘(即图案化)以形成与像素阳极接点重合的开口，其中这些开口的尺寸小于接点的尺寸。因此，此方法提供检测器的有效封装，这是因为第一钝化氧化物层的部分均不暴露于环境有害作用和处置期间的可能损坏下。另外，所述方法通过使用导电材料(例如导电环氧化物或低温焊料金属)提供安全且有效的将辐射检测器附接到电子装置载体、以使阳极像素与载体上的接点接触的方式。
下文描述制造辐射检测器(例如其中阴极的表面是通过无湿式化学蚀刻的完全干式工艺制造的检测器)的方法，所述阴极的表面在检测器制造后有活性且可产生较低表面电阻率和随时间有较小降格的检测器性能。在这些方法中，通过钝化工艺使阴极的表面侧钝化，此会稳定表面，从而产生高表面电阻率。
下文描述制造像素化半导体辐射检测器的方法，其可通过在阳极侧上不纳入任何湿式化学蚀刻、掀离工艺，且在一些实施例中可不纳入光学光刻的简单工艺来进行。根据多个实施例制造的像素化半导体辐射检测器可具有沉积在第一钝化氧化物层上的电接点作为阳极，所述第一钝化氧化物层因极薄氧化物的性质而通过所述层内的缺陷水平促进穿过所述层的载流子隧穿。
下文所述制造像素化半导体辐射检测器的方法可通过在阴极侧上也不纳入任何湿式化学蚀刻、掀离工艺，且在一些实施例中可不纳入光学光刻的简单工艺来进行。根据多个实施例制造的像素化半导体辐射检测器可具有沉积在第二钝化氧化物层上的呈单片、分段或像素化阴极形式的电接点，所述第二钝化氧化物层因极薄氧化物的性质而通过所述层内的缺陷水平促进穿过所述层的载流子隧穿。
在各个实施例中，干式制造工艺可如图1-4A中所图解说明来提供，例如以如下文所述制造像素化辐射检测器。具体来说，图1图解说明制造辐射检测器的第一加工步骤。图1示意性显示半导体衬底(例如，半导体晶片)100，例如碲锌镉(CZT)晶片，其具有顶部第一表面101和下部第二表面102。在如图1中所显示的第一制造步骤中，在可包括双侧研磨和抛光或连续一侧研磨和抛光(后者通常称为抛光)的工艺中将半导体晶片100的第一和第二表面101和102机械研磨并抛光。抛光包括若干抛光步骤，其中每一连续抛光步骤是使用具有晶粒(即抛光粒子，例如氧化铝、碳化硅或金刚石晶粒)的浆液来进行，所述晶粒小于先前抛光步骤的浆液的晶粒。在半导体晶片100的每一抛光步骤中，留在半导体晶片100表面上的机械损坏在抛光步骤后与此抛光步骤中所用的浆液的粒径成比例。抛光序列的最后抛光步骤包括用具有小于0.1μm粒径的浆液抛光以形成具有极低来自先前制造步骤的残余损坏的极精细抛光的表面。
图2显示生长于半导体晶片100的第一表面101上的第一钝化氧化物层103和生长于半导体晶片100的第二表面102上的第二钝化氧化物层104的形成。在一个实施例中，第一钝化氧化物层103和第二钝化氧化物层104可通过使用可包括以下步骤的等离子体工艺使那些钝化层生长于半导体晶片100的顶部上来形成：
1.通过使用氩、氢或其混合物和其与其它气体的混合物的等离子体清洁第一和第二表面101和102，以从第一和第二表面101和102清除来自抛光工艺的可能尚未通过抛光阶段后的常规清洁阶段完全清除的任何残余污染物。清洁工艺是通过产生被吹扫出放置半导体晶片100的室的残余污染物的挥发性组分来实现。气体混合物的等离子体是通过用以下方式耦合产生等离子体所需的能量由气体来形成：通过kHz范围内的频率或MHz范围内的频率、或通过微波(GHz)辐射中的频率、或通过DC高电压、或通过溅射或电子束室内部的放电机制或DC磁控管。
2.通过在小于1毫托的压力下在足以维持所述压力的流速下氧等离子体的流动，使第一钝化氧化物层103生长于顶部第一表面101上且使第二钝化氧化物层104生长于下部第二表面102上。氧等离子体是通过电离工艺通过用以下方式耦合产生等离子体所需的足够功率来形成：通过kHz范围内的频率或MHz范围内的频率、或通过微波(GHz)辐射中的频率、或通过DC高电压、或通过溅射或电子束室内部的放电机制或DC磁控管。
第一和第二钝化氧化物层103和104的厚度各自可为几纳米(nm)。此厚度随等离子体加工时间增加直到达到约5-6nm的饱和厚度值。
在CZT半导体晶片100的情形下，第一和第二钝化氧化物层103和104包括氧化碲(TeO2)、TeO、CdO、CdTeO3和/或TeO3的组合。性质为极薄氧化物的此钝化层提供穿过其的强透纳作用。
图3示意性图解说明在第一钝化氧化物层103的顶部上施加金属接点以形成在阳极105之间具有空隙106的阳极105(即阳极电极像素)的步骤。生长的第一钝化氧化物层103的顶表面的部分在物理上暴露于空隙106下。在无钝化氧化物层103下，半导体晶片100将暴露于空隙106下，从而在阳极105之间产生低表面电阻，且因此损害辐射检测器的性能。空隙106处第一钝化氧化物层103的存在提供阳极105之间的高表面电阻以用于高性能辐射检测器中。
第一钝化氧化物层103确保层103下方的CZT表面无化学活性，这是因为其尚未经化学蚀刻且钝化工艺已稳定其表面状态。因此，所述表面极稳定且适于制造不随时间降格的辐射检测器。
阳极105可通过物理气相沉积方法(例如，蒸发或溅射)在真空室中或通过化学沉积方法(例如，化学镀敷、电镀或化学气相沉积)来沉积。阳极105可在物理气相沉积期间通过阴影掩模方法或在沉积后通过物理或化学沉积方法通过光学光刻和蚀刻技术图案化。
图4A示意性图解说明施加阴极(例如，阴极接点)107的步骤，所述阴极可以单片、分段或像素化电极形式施加在位于半导体晶片100的第二表面102上的第二钝化氧化物层104的顶部上。此阴极电极107可通过物理气相沉积方法(例如，蒸发或溅射)在真空室中或通过化学沉积方法(例如，化学镀敷、电镀或化学气相沉积)来沉积。阴极电极107可在物理气相沉积期间通过阴影掩模方法或在沉积后通过物理或化学沉积方法通过光学光刻和蚀刻技术图案化。
用于形成像素化阳极电极105和阴极电极107的金属可包括以下中的至少一者：铟、金、铂、镍、钛、铬、铝、其合金或包括这些金属中的一些或全部的层堆叠。
如图4B中所显示，沉积在位于第一表面101顶部上的第一钝化氧化物层103顶部上的图案化金属接点具有至少一种选自以下的图案：(i)像素阳极105的图案；(ii)像素阳极105和栅电极125的图案，所述栅电极125包含沿阳极105之间的空隙106的中心对准的操纵栅电极线条；或(iii)像素化阳极105和栅电极125和护环135的图案，所述护环135包含包围(即围绕)阳极105的连续或分段金属带。
在一个实施例中，提供制造辐射检测器的方法。所述方法可包括以下步骤：使用包括多个抛光步骤的抛光序列将半导体晶片的第一和第二表面机械抛光，其中抛光序列的最后一个抛光步骤包括用具有小于0.1μm粒径的浆液抛光以形成抛光的第一和第二表面；使钝化氧化物层生长于(i)抛光的第一和第二表面的顶部上以钝化那些表面或(ii)随后在钝化之前经化学蚀刻的那些抛光的表面的顶部上；将图案化金属接点沉积在第一表面顶部上的钝化氧化物层的顶部上，所述钝化氧化物层具有至少一个图案，所述图案为(i)像素阳极的图案，或(ii)像素阳极和栅电极的图案，所述栅电极具有沿阳极之间的空隙的中心对准的电极线条，或(iii)具有由连续或分段金属带(被称为护环)包围的图案(i)或(ii)；和将单片、分段或像素化阴极电极施加在半导体的第二表面顶部上的钝化氧化物层的顶部上。
在一个实施例中，半导体晶片可为N型半导体、P型半导体或本征半导体中的一者。在一个实施例中，栅电极可为通过等于或低于阳极的电压电位的电压电位偏压的操纵栅极。在一个实施例中，护环电极可通过等于或低于阳极的电压电位的电压电位偏压。在一个实施例中，半导体晶片可包含碲锌镉(CZT)。在一个实施例中，钝化层包含氧化碲(TeO2)、TeO、CdO、CdTeO3和/或TeO3的组合。在一个实施例中，使用等离子体氧化工艺使钝化氧化物层生长于半导体晶片上。在一个实施例中，等离子体工艺包括通过用以下方式耦合产生等离子体所需的能量来电离气体：(i)kHz范围(例如，1-999kHz)中的频率，或(ii)MHz范围(例如，1-999MHz)中的频率，或(iii)通过微波(GHz)辐射(例如，1-999GHz)中的频率，或(iv)通过DC高电压(例如，300-800V)，或(v)通过溅射或电子束室内部的放电机制或DC磁控管。在一个实施例中，气体为氧化剂气体(例如氧)或包括氧化剂气体(例如氧)的气体混合物。
在一个实施例中，像素化阳极电极和阴极电极是由金属形成，所述金属为以下中的至少一者：铟、金、铂、镍、钛、铬、铝、其合金或包括这些金属中的一些或全部的层堆叠。在一个实施例中，图案化金属是通过包含蒸发或溅射的物理沉积或通过化学沉积和使用光学光刻或阴影掩模方法图案化而施加到半导体晶片。在一个实施例中，半导体晶片的第一和第二表面是在同一制造步骤中同时被抛光。在一个实施例中，半导体晶片的第一和第二表面是在多个不同制造步骤中被抛光。在一个实施例中，像素化阳极电极和阴极电极是在多个不同制造步骤中施加到半导体晶片。
图5A-5D示意性图解说明使用掀离方法在阳极之间的区域中的暴露的钝化氧化物层顶部上形成AlN封装层的步骤。在一些实施例中，可使用图5A-5D中所图解说明的方法使封装层形成于图4A和4B中所显示的装置上。然而，在替代性实施例中，可使用图5A-5D中所图解说明的方法使封装层形成于除图4A和4B中所显示装置外的辐射检测器装置上。
参考图5A，用掩模108(例如光致抗蚀剂掩模或用于促进掀离工艺的另一适宜掩模，例如任何其它牺牲层，例如聚合物膜和掀离抗蚀剂，例如聚二甲基戊二酰亚胺(pmgi))覆盖位于晶片100的阳极侧第一表面101的第一钝化氧化物层103和位于第一钝化氧化物层103上方的金属接点的上覆图案(例如，阳极105和任选地操纵电极125和/或护环135)。
参考图5B，然后以一定方式使掩模108暴露且显影，使得显影的掀离掩模图案108(例如，光致抗蚀剂或牺牲掩模图案)的区域在几何上与金属接点(例如，阳极105和任选地操纵电极125和/或护环135)的图案重合。显影的掀离掩模108图案的横向尺寸小于接点的尺寸(例如，掩模图案窄于相应的下伏阳极105)。
参考图5C，将介电材料的封装层109施加在第一钝化氧化物层103、金属接点(例如，阳极105、操纵栅电极125和/或护环135)的图案和显影的掀离掩模108图案(即在存在光致抗蚀剂图案的同时)上方。封装层109的介电材料可为例如氮化铝(AlN)。封装层109的厚度可介于3nm到1,000nm范围内，但也可采用较小和较大厚度。
参考图5D，采用掀离技术以使得掀离掩模108掀离，且在封装层109中的移除掀离掩模和封装层109上覆部分的区域中形成开口110。封装层109中的开口110在几何上与金属接点图案的中心区域(例如，阳极105的中心)重合。封装层109中的开口110的横向尺寸小于金属接点下伏图案的尺寸(即，开口110的横向尺寸窄于下伏阳极105的横向尺寸且任选地窄于操纵栅电极和/或护环的宽度)。
在其它实施例中，可采用图6A-6F中所图解说明的光学光刻和两步蚀刻方法使封装层形成于阳极之间的区域中的暴露的钝化氧化物层顶部上。在一些实施例中，可使用图6A-6F中所图解说明的方法使封装层形成并图案化于图4A和4B中所显示的装置上。然而，在替代性实施例中，可使用图6A-6F中所图解说明的方法使封装层形成并图案化于除图4A和4B中所显示装置外的辐射检测器装置上。
参考图6A，在第一钝化氧化物层103和金属接点图案(例如，阳极105和任选地操纵电极125和/或护环135)的顶部上形成介电材料的封装层109。封装层109的介电材料可为例如氮化铝(AlN)。封装层109的厚度可介于3nm到1,000nm范围内，但也可采用较小和较大厚度。
参考图6B，用金属层(即金属硬掩模)111覆盖连续封装层109(其可包括例如AlN)，所述金属层可为例如薄钛(Ti)层、钨(W)层或钽(Ta)层或具有介于3nm到300nm范围内的厚度的另一金属硬掩模。
参考图6C，用光致抗蚀剂层112覆盖金属层111。使光致抗蚀剂层112以一定方式暴露且显影以在其中形成开口113。开口113在几何上与金属接点)图案(例如，阳极105和任选地操纵电极125和/或护环135的中心部分重合。开口113的横向尺寸小于阳极105的横向尺寸(即，开口113的宽度窄于阳极105的宽度)。
参考图6D，通过光致抗蚀剂层112中的开口蚀刻金属层111。优选地，使用采用酸性蚀刻剂(即具有小于7的pH)的湿式蚀刻来蚀刻金属层111中的开口。例如，如果金属层111包括钛，那么可采用使用稀HF酸或HF缓冲溶液的湿式蚀刻。在一个实施例中，可将不会腐蚀下伏封装层109(其可为例如AlN层)的酸蚀刻剂用于湿式蚀刻工艺。使用封装层109作为蚀刻终止层在金属层111中形成开口114。开口114在几何上与阳极105的中心部分重合。开口114的横向尺寸小于阳极的横向尺寸(即，开口114窄于阳极105)。可在金属层111中形成开口114的步骤后移除或保留图案化光致抗蚀剂112。
参考图6E，通过金属层111中的开口114蚀刻封装层109。在一个实施例中，可采用将封装层109的材料选择性蚀刻到金属层111的材料的湿式蚀刻。优选地，湿式蚀刻使用碱性蚀刻剂(即具有大于7的pH)。例如，倘若封装层109包括AlN，那么可进行采用氢氧化钾(KOH)溶液或其它碱性蚀刻剂的湿式蚀刻。所述AlN蚀刻剂不会腐蚀金属材料(例如钛)或下伏阳极105。由此在封装层109中形成开口115。开口115在几何上与金属接点图案(例如，阳极105和任选地操纵电极125和/或护环135)的中心部分重合。开口115的横向尺寸小于金属接点图案的横向尺寸(例如，开口115窄于相应下伏阳极105)。使用硬掩模111和酸性和碱性蚀刻剂二者的两步蚀刻工艺是有利的，原因在于可使用通常通过碱性蚀刻剂(例如KOH)蚀刻的典型低成本光致抗蚀剂112。因此，如果省略硬掩模111，那么需要不通过KOH蚀刻的更昂贵的特殊光致抗蚀剂作为掩模。相比之下，通过使用硬掩模111作为蚀刻终止层，可使用低成本光致抗蚀剂112作为掩模以使用酸性蚀刻剂来蚀刻金属硬掩模111。光致抗蚀剂112可在此蚀刻步骤后移除，且AlN层109可随后使用碱性蚀刻剂使用金属硬掩模111作为掩模来蚀刻。
参考图6F，可通过用稀HF酸或用HF缓冲溶液蚀刻来移除剩余金属层111(其可为钛层)。
因此，在一个实施例中，所述方法可包含将氮化铝(AlN)层作为封装层沉积在钝化氧化物和金属接点上覆图案的顶部上；和以一定方式图案化封装AlN层以使其具有与阳极重合的开口，其中这些开口的尺寸小于接点的尺寸。图案化可包括图5A-5D的掀离方法或图6A-6F的光学光刻和两步蚀刻方法。若需要，可沿分割线140穿过阳极105之间的空间106将含有阳极105和层109的半导体晶片100分割成块。
因此，如上文所述，在图5A-5D中所图解说明的一个实施例中，封装层可通过以下方式图案化：在金属接点的图案上形成光致抗蚀剂图案、使得像素化阳极的边缘部分通过光致抗蚀剂图案暴露，将AlN封装层沉积在像素化阳极的边缘部分上方和光致抗蚀剂图案上方，和掀离光致抗蚀剂图案和AlN层封装层的位于光致抗蚀剂图案上方的部分以在AlN层封装层中形成开口。
在图6A-6F中所图解说明的另一实施例中，封装层可通过以下方式图案化：将氮化铝(AlN)封装层沉积在金属接点的图案上方，在AlN封装层上形成金属硬掩模层，在金属硬掩模层上形成光致抗蚀剂图案，使用酸性蚀刻剂且使用AlN封装层作为蚀刻终止层来蚀刻金属硬掩模层的通过光致抗蚀剂图案暴露的部分以在金属硬掩模层中形成硬掩模开口，和使用碱性蚀刻剂蚀刻AlN封装层的暴露于硬掩模开口中的部分以在AlN封装层中形成开口。
在图6G中所显示的一个实施例中，所述方法可进一步包含将图5D或图6F的辐射检测器200附接到电子装置(例如ASIC、插针栅极阵列或印刷电路板)的载体300。载体300具有在几何上与阳极105匹配的电接点(例如，电极或导线)310。在封装层109中的开口115中形成导电材料210以将阳极105(和任选地操纵栅125和/或护环135)电连接到载体电接点310。在一个实施例中，导电材料210为导电环氧化物或低熔融金属合金焊料。若需要，可在载体300与辐射检测器200之间形成一或多个其它电绝缘层120和/或320。
尽管本发明已根据特定实施例进行描述，但根据前述描述应明了，所属领域技术人员将明了多种替代、修改和变化形式。除非另外明确说明或明确不相容，否则本文所述的每一实施例可个别地或与任何其它实施例组合实施。因此，本发明打算涵盖在本发明和随附权利要求书的范畴和精神内的所有所述替代、修改和变化形式。
Claims (20)
1.一种用于制造辐射检测器的方法，所述方法包含：
使用包括多个抛光步骤的抛光序列机械地抛光半导体晶片的第一和第二表面，其中所述抛光序列的最后一个抛光步骤包括用具有小于0.1μm粒径的浆液抛光以形成抛光的第一和第二表面；
分别使第一钝化氧化物层生长于所述抛光的第一表面上方且使第二钝化氧化物层生长于所述抛光的第二表面上方；
在所述第一钝化氧化物层的顶部上形成图案化金属接点，其中所述图案化金属接点包含像素阳极的图案；和
在所述第二钝化氧化物层上形成单片、分段或像素化阴极电极。
2.根据权利要求1所述的方法，其中所述半导体晶片是N型半导体、P型半导体或本征半导体中的一者。
3.根据权利要求1所述的方法，其中所述图案化金属接点包含像素阳极和通过等于或低于所述像素阳极的电压电位的电压电位偏压的操纵栅电极的图案。
4.根据权利要求3所述的方法，所述图案化金属接点包含像素阳极、操纵栅电极和通过等于或低于所述像素阳极的所述电压电位的电压电位偏压的护环电极的图案。
5.根据权利要求1所述的方法，其中：
所述半导体晶片包含碲锌镉CZT；且
所述第一和第二钝化氧化物层包含氧化碲(TeO2)、TeO、CdO、CdTeO3和TeO3中的至少两者的组合。
6.根据权利要求5所述的方法，其中使用等离子体氧化方法使所述第一和第二钝化氧化物层生长于所述半导体晶片上。
7.根据权利要求1所述的方法，其中所述像素化阳极和所述阴极电极是由选自以下中的至少一者的金属形成：铟、金、铂、镍、钛、铬、铝、其合金或包括这些金属中的一些或全部的层堆叠。
8.根据权利要求1所述的方法，其中所述半导体的所述第一和第二表面是在同一制造步骤中同时被抛光。
9.根据权利要求1所述的方法，其中所述半导体的所述第一和第二表面是在多个不同制造步骤中被抛光。
10.根据权利要求1所述的方法，其中所述像素化阳极和所述阴极电极是在不同制造步骤中形成。
11.根据权利要求1所述的方法，其进一步包含：
将氮化铝(AlN)封装层沉积在所述第一钝化氧化物层和金属接点的所述图案上方；和
在所述AlN封装层中形成与金属接点的所述图案重合的开口，其中所述开口的横向尺寸窄于所述像素阳极的横向尺寸。
12.根据权利要求11所述的方法，其进一步包含在所述开口中形成与金属接点的所述图案接触的导电材料，且将所述辐射检测器附接到载体。
13.根据权利要求11所述的方法，其中在所述AlN封装层中形成所述开口包含：
在金属接点的所述图案上形成掀离掩模图案，使得所述像素化阳极的边缘部分通过光致抗蚀剂图案暴露；
将所述AlN封装层沉积在所述像素阳极之间的空间中的所述第一钝化氧化物层上方、所述像素阳极的所述边缘部分上方和所述掀离掩模图案上方；和
掀离所述掀离掩模图案和所述AlN层封装层的位于所述掀离图案上方的部分以在所述AlN层封装层中形成所述开口。
14.根据权利要求11所述的方法，其中在所述AlN封装层中形成所述开口包含：
在所述AlN封装层上方形成金属硬掩模层；
在所述金属硬掩模层上方形成光致抗蚀剂图案；
使用所述AlN封装层作为蚀刻终止件来蚀刻所述金属硬掩模层金属层的通过所述光致抗蚀剂图案暴露的部分，以在所述金属硬掩模层中形成硬掩模开口；和
蚀刻所述AlN封装层的暴露于所述硬掩模开口中的部分以在所述AlN封装层中形成所述开口。
15.根据权利要求14所述的方法，其中所述金属硬掩模层金属层的所述部分是使用酸性蚀刻剂蚀刻，且所述AlN封装层的部分是使用碱性蚀刻剂蚀刻。
16.一种用于制造辐射检测器的方法，所述方法包含：
在半导体晶片的第一表面上形成第一钝化氧化物层；
在所述半导体晶片的第二表面上形成第二钝化氧化物层；
在所述第一钝化氧化物层上方形成图案化金属接点，其中所述图案化金属接点包含像素阳极的图案；
在所述第二钝化氧化物层上方形成阴极电极；
在金属接点的所述图案上形成掀离掩模图案，使得所述像素化阳极的边缘部分通过所述掀离掩模图案暴露；
将AlN封装层沉积在所述像素化阳极的所述边缘部分上方和所述掀离掩模图案上方；和
掀离所述掀离掩模图案和所述AlN层封装层的位于所述掀离掩模图案上方的部分以在所述AlN层封装层中形成开口。
17.根据权利要求16所述的方法，其进一步包含在所述开口中形成与金属接点的所述图案接触的导电材料。
18.一种用于制造辐射检测器的方法，所述方法包含：
在半导体晶片的第一表面上形成第一钝化氧化物层；
在所述半导体晶片的第二表面上形成第二钝化氧化物层；
在所述第一钝化氧化物层上方形成图案化金属接点，其中所述图案化金属接点包含像素阳极的图案；
在所述第二钝化氧化物层上方形成阴极电极；
将氮化铝(AlN)封装层沉积在金属接点的所述图案上方；
在所述AlN封装层上方形成金属硬掩模层；
在所述金属硬掩模层上方形成光致抗蚀剂图案；
使用酸性蚀刻剂且使用所述AlN封装层作为蚀刻终止件来蚀刻所述金属硬掩模层的通过所述光致抗蚀剂图案暴露的部分以在所述金属硬掩模层中形成硬掩模开口；和
使用碱性蚀刻剂蚀刻所述AlN封装层的暴露于所述硬掩模开口中的部分以在所述AlN封装层中形成所述开口。
19.根据权利要求18所述的方法，其进一步包含在所述开口中形成与金属接点的所述图案接触的导电材料。
20.根据权利要求18所述的方法，其中：
所述酸性蚀刻剂包含氢氟酸；
所述碱性蚀刻剂包含氢氧化钾；
所述图案化金属接点包含像素阳极以及操纵栅电极和护环电极中的至少一者的图案；
所述半导体晶片包含碲锌镉CZT；
所述钝化氧化物层包含氧化碲(TeO2)、TeO、CdO、CdTeO3和TeO3中的至少两者的组合；且
所述金属硬掩模层包含Ti、W或Ta。
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