DE2543065A1

DE2543065A1 - Verfahren zum herstellen einer ortsaufloesenden detektoranordnung

Info

Publication number: DE2543065A1
Application number: DE19752543065
Authority: DE
Inventors: Hartmut Dr Boroffka; Ingmar Dr Feigt; Hartmut Runge
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1975-09-26
Filing date: 1975-09-26
Publication date: 1977-03-31

Description

Verfahren zum Herstellen einer ortsauflösenden Detektoranordnung
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Herstellen einer ortsauflösenden Detektoranordnung für ionisierende Strahlung in Streifenbauform mit sperrenden Elektroden auf der einen Flachseite eines hochohmigen Halbleitergrundkörpers. Der pn-8>ergang der sperrenden Elektroden ist jeweils durch eine Oxidschicht abgedeckt. Auf der gegenüberliegenden Flachseite des Halbleitergrundkörpers sind ebenfalls streifenförmige Elektroden angeordnet, die gegenüber den Streifenelektroden auf der oberen Flachseite in einem vorbestimmten Winkel, im allgemeinen einem rechten Winkel, versetzt sind. Solche Streifendetektoren sind auch unter der Bezeichnung Schachbrettzähler bekannt.
Ein bekannter Detektor dieser Art enthält auf der oberen Flachseite eine größere Anzahl parallel zueinander angeordnete Streifenelektroden, denen jeweils eine Oberflächen-Grenzschicht vorgelagert ist. Die Elektroden bestehen aus einer aufgedampften Goldschicht, die mit der Halbleiterscheibe einen Ubergang des Schottky-Typs bildet. Die gegenüberliegende untere Flachseite des Halbleiterkörpers, der aus Germanium oder Silizium bestehen kann, enthält ebenfalls streifenförmige Elektroden aus aufgedampftem Aluminium mit ohmschen Charakter, die gegenüber den gleichrichtenden Elektroden auf der oberen Flachseite um einen rechten Winkel versetzt sind. Die Kreuzungspunkte der Elektroden auf den beiden Flachseiten bilden jeweils einen Einzeldetektor für die einfallende Strahlung. Diese Anordnung ist geeignet als ortsauflösender Detektor sowohl für geladene Teilchen als auch für Gamma- und Röntgenstrahlen sowie für Lichtstrahlen mit einer Energie größer als etwa 1,1 eV.
Streifendetektoren können bekanntlich in einer Kamera nach Art eines Anger-Systems zur Sichtbarmachung von Gaimnastrahlenbildern verwendet werden. Die sonst üblichen Photomultiplier werden dann durch die Kreuzungspunkte der Streifenelektroden ersetzt. Ein Bildverstärker dieser Einrichtung erhält somit anstelle des Ausgangsleuchtschirmes den Halbleiterdetektor. Eine Schwierigkeit besteht nun darin, daß der Streifendetektor nach dem Einbau in den Bildverstärker erhöhten Temperaturen von mehr als 3000C ausgesetzt wird. Die bekannten Schachbrettzähler mit aufgedampften Elektroden benötigen nun zu ihrem Aufbau Kunststoffteile, die bei Temperaturen oberhalb 1500C bereits verbrennen und den Detektor unbrauchbar machen. Außerdem kann bei hohen Temperaturen das Metall der Goldelektroden in den Halbleiterkörper eindiffundieren und den sperrenden Metall-Halbleiterübergang zerstören.
Man hat deshalb solche Streifendetektoren in Planartechnik hergestellt. Bei diesen Detektoren werden auf der oberen Flachseite eines n-leitenden Halbleiterkörpers, insbesondere aus Silizium, mit einem spezifischen Widerstand von mindestens 100 Ohmcm durch Diffusion streifenförmige p-leitende Elektroden gebildet.
Der pn-Ubergang dieser Elektroden wird an der Oberfläche durch eine Oxidschicht abgedeckt. Anschließend wird auf der gegenüberliegenden Flachseite ein Teil des Halbleiterkörpers abgetragen und dann wird der Halbleiterkörper auch dort mit streifenförmigen sperrfreien Elektroden versehen. Die Oxidschicht bildet einen Schutz für die sperrenden Elektroden, deren Wirksamkeit sich auch bei verhältnismäßig hohen Temperaturen nicht wesentlich ändert.
Beim Anlegen einer Betriebsspannung zwischen den Elektroden auf der oberen Flachseite und den Elektroden auf der gegenüberliegenden Flachseite kann sich die Feldzone nicht nur senkrecht zu den Flachseiten, sondern auch in Richtung zu den benachbarten Streifen der gleichen Flachseite ausdehnen. Dabei können bereits bei verhältnismäßig niedrigen Betriebsspannungeri die Feldzonen benachbarter Elektroden zusammenstoßen. Treffen Teilchen in diese Zwischenzone, so werden die durch das Teilchen gebildeten Ladungsträger undefiniert nach beiden Elektroden abgeleitet.
Dies führt zu Fehlimpulsen, dem sogenannten Ubersprechen.
Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, ohne nennenswerte Sperrstromerhöhung mit der Raumladungszone an der Rückseite anstoßen zu können und zugleich einen elektrischen Nebenschluß zwischen den rückseitigen Elektrodenkonfigurationen zu verhindern. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß nach dem Aufbringen der sperrenden Elektroden mit ihren Oxidschichten die sperrfreien Elektroden durch Ionenimplantation mit der Dotierung des Halbleiterkörpers hergestellt werden.
Es werden somit zunächst die für ein gutes Sperrverhalten entscheidenden Hochtemperaturprozesse, also Oxidation und Diffusion an der Oberseite des Halbleiterkörpers ausgeführt und anschließend die sperrfreien Elektroden auf der gegenüberliegenden Seite durch Ionenimplantation hergestellt. Dann kann das nachfolgende kurzzeitige Ausheizen bei Temperaturen von etwa 400 bis 700 0C die sperrenden Konfigurationen auf der oberen Flachseite nicht mehr beeinflussen.
Eine besonders vorteilhafte weitere Ausgestaltung des Verfahrens besteht darin, daß nach dem Ausheizen in einer zweiten Implantation entgegengesetzten Vorzeichens wie das des Grundmaterials unter der Oxidschicht auf der unteren Flachseite des Halbleiterkörpers zwischen den Elektroden wenigstens annähernd die sogenannte Flachbandbedingung hergestellt wird, d.h. in diesem Kanal werden n- und p-leitende Ladungsträger kompensiert. Damit werden Channel-Effekte zwischen den sperrfreien Elektroden vermieden und somit dort ein elektrischer Nebenschluß verhindert.
Zur weiteren Erläuterung der Erfindung wird auf die Zeichnung Bezug genommen, in der die Verfahrensschritte anhand einer Figur schematisch veranschaulicht sind.
Nach der Figur ist ein Halbleiterkörper 2, der vorzugsweise aus n-leitendem Silizium mit einem spezifischen Widerstand von vorzugsweise wenigstens 100 Ohmcm, insbesondere etwa 1000 Ohmcm und mehr, auf seiner oberen Flachseite mit streifenförmigen gleichrichtenden Elektroden 4 versehen, die durch Eindiffundieren von p-leitendem Dotierungsstoff, insbesondere Bor, hergestellt sind und denen ein pn-Übergang 6 vorgelagert ist und die durch eine Metallschicht 8 abgedeckt sind, die beispielsweise aus Aluminium bestehen kann. Zwischen den Elektroden 4 ist der Halbleiterkörper 2 mit ebenfalls streifenförmigen Oxidschichten 10 versehen, die den pn-Ubergang der benachbarten Elektroden 4 jeweils dort abdecken, wo er an die Oberfläche des Halbleiterkörpers 2 tritt.
An der unteren Flachseite ist der Halbleiterkörper 2 mit ebenfalls streifenförmigen sperrfreien Elektroden 12 versehen. Diese Elektrodenbereiche haben durch Ionenimplantation eine n -Leitfähigkeit erhalten und sind deshalb niederohmig. Zwischen den sperrfreien Elektroden 12 sind ebenfalls streifenförmige Oxidstege 14 vorgesehen, die im allgemeinen aus Siliziumoxid SiO2 bestehen können. Die Elektroden 12 an der unteren Flachseite des Halbleiterkörpers 2 mit ihren Oxidschichten 14 sind gegenüber den Streifenelektroden auf der oberen Flachseite um einen rechten Winkel versetzt, was in der Figur durch eine strichpunktierte Teilungslinie angedeutet ist. Der untere Teil der Detektoranordnung soll deshalb gegenüber dem oberen Teil um einen rechten Winkel versetzt sein. Die Kreuzungspunkte der sperrenden Elektroden 4 mit den sperrfreien Elektroden 12 bilden jeweils einen Detektor für eine einfallende ionisierende Strahlung, wie es in der Figur durch Pfeile 18 angedeutet ist. In dieser Anordnung können mit einer Dicke des Halbleiterkörpers von beispielsweise 40# P und einem spezifischen Widerstand von beispielsweise 1000 Ohmcm bereits mit einer angelegten Spannung von 1 Volt die den sperrenden Elektrodenbereichen vorgelagerten Raumladungszonen 20 jeweils bis zu den sperrfreien Elektroden der gegenüberliegenden Flachseite des Halbleiterkörpers 2 ausgedehnt werden, wie es in der Figur gestrichelt angedeutet ist.
In der so hergestellten Detektoranordnung werden Gitterfehler des Halbleiterkörpers 2, welche durch die Ionenimplantation entstanden sind, durch kurzzeitiges Ausheizen beseitigt. Die Temperatur wird beim Ausheizen niedriger gewählt als bei den vorhergehenden Diffusions- und Oxidationsprozessen und im allgemeinen zwischen 400 und 700 0C betragen.
Eine besonders vorteilhafte weitere Ausgestaltung des Herstellungsverfahrens nach der Erfindung besteht darin, daß nach dem Ausheizen die Oberflächenbereiche 22 des Halbleiterkörpers 2 zwischen den sperrfreien Elektroden 12 unterhalb der Oxidationsschicht 14 durch Ionenimplantation von Ladungsträgern derart kompensiert werden, daß die sogenannte Flachbandbedingung besteht, d.h. in diesen Oberflächenbereichen befinden sich die n- und p-leitenden Ladungsträger im Gleichgewicht. Durch diese Maßnahme werden die bekannten Channel-Effekte zwischen den Elektroden an der unteren Flachseite des Halbleiterkörpers ausgeschlossen.
2 Patentansprüche 1 Figur

Claims

Patentansprüche ())ver#ahren zum Herstellen einer ortsauflösenden Detektoranordnung für ionisierende Strahlung in Streifenbauform mit sperrenden Elektroden auf einer Flachseite eines hochohmigen Halbleitergrundkörpers, deren pn-2bergang jeweils durch eine Oxidschicht abgedeckt ist und die auf der gegenüberliegenden Flachseite mit sperrfreien Elektroden versehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß nach dem Aufbringen der sperrenden Elektroden (4) mit ihren Oxidschichten (10) die sperrfreien Elektroden (12) durch Ionenimplantation mit der Dotierung des Halbleitergrundkörpers (2) hergestellt werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Halbleiterkörper nach der Herstellung der Elektroden ausgeheizt wird und anschließend in den Oberflächenbereichen (22) des Halbleiterkörpers (2) zwischen den sperrfreien Elektroden (12) unter den Oxidschichten (14) durch Ionenimplantation. Flachbandbedingung hergestellt wird.