WO1995024738A1 - Semiconductor detector for short-wave radiation and process for producing the same - Google Patents

Semiconductor detector for short-wave radiation and process for producing the same Download PDF

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WO1995024738A1
WO1995024738A1 PCT/DE1995/000257 DE9500257W WO9524738A1 WO 1995024738 A1 WO1995024738 A1 WO 1995024738A1 DE 9500257 W DE9500257 W DE 9500257W WO 9524738 A1 WO9524738 A1 WO 9524738A1
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semiconductor
semiconductor layer
layer
detector
radiation
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PCT/DE1995/000257
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Norbert Haase
Andreas Kalz
Peter Hübler
Wolfram Budde
Ralf Gottfried-Gottfried
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Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V.
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    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61N—ELECTROTHERAPY; MAGNETOTHERAPY; RADIATION THERAPY; ULTRASOUND THERAPY
    • A61N5/00—Radiation therapy
    • A61N5/06—Radiation therapy using light
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01J—MEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
    • G01J1/00—Photometry, e.g. photographic exposure meter
    • G01J1/42—Photometry, e.g. photographic exposure meter using electric radiation detectors
    • G01J1/429—Photometry, e.g. photographic exposure meter using electric radiation detectors applied to measurement of ultraviolet light
    • 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
    • H01L31/101—Devices sensitive to infrared, visible or ultraviolet radiation
    • H01L31/102—Devices sensitive to infrared, visible or ultraviolet radiation characterised by only one potential barrier
    • H01L31/105—Devices sensitive to infrared, visible or ultraviolet radiation characterised by only one potential barrier the potential barrier being of the PIN type
    • 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
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    • H01L31/112—Devices sensitive to infrared, visible or ultraviolet radiation characterised by field-effect operation, e.g. junction field-effect phototransistor
    • H01L31/113—Devices sensitive to infrared, visible or ultraviolet radiation characterised by field-effect operation, e.g. junction field-effect phototransistor being of the conductor-insulator-semiconductor type, e.g. metal-insulator-semiconductor field-effect transistor

Definitions

  • the invention relates to a semiconductor detector for short-wave radiation, in particular for UV light, and to the method for its production, preferably using Si-CMOS technology.
  • a detector can be used, for example, as a UV erythema threshold detector with a spectral bandwidth from 290 nm to 330 nm and the detection wavelength of 310 nm. Further application possibilities arise with appropriate dimensioning of the radiation-sensitive area in the area of UV spectroscopy or in the visual area in the area of colorimetry.
  • UV erythema As a result of the absorption of UV radiation, it occurs in the tissue of the human body such as B. the skin or the eye depending on the spectral depth of penetration to photochemical reactions. In order to achieve a biological effect, a radiation threshold value must be exceeded, which is associated with a threshold radiation duration. Biological effects such as UV erythema, photocarcinogenesis, photoconjunctivitis and photokeratitis may be mentioned here as health effects. Since the UV erythema effect function includes that of the other biological effects, a detector with integrated signal amplification and an accumulator is given below, for example, which has a narrowband spectral sensitivity with its maximum near the UV erythema stimulus threshold of 310 nm , detects a minimum of approx. 50 J / m 2 and is insensitive in the rest of the spectral range. State of the art
  • spectrally sensitive semiconductor components with a p-n junction are used. With their help, for example, radiation dosimeters can be manufactured.
  • the spectral radiation sensitivity can be realized in different ways.
  • 129-136 uses a Si-MOS photodiode for the detection of electromagnetic radiation.
  • the optically generated electron-hole pairs are spatially separated by the local electric field of the space charge zone, so that a photo voltage or a photocurrent is produced at the electrodes.
  • the space charge area is so extensive that almost all incident photons are absorbed in the space charge area.
  • the spectral sensitivity is achieved in DE-OS 30 12 523 by jointly encapsulating the radiation-sensitive semiconductor chip with a correcting filter glass in a transparent plastic.
  • the disadvantages of the components realized in this way are high manufacturing and assembly costs as well as poor miniaturization and integration options.
  • DE-OS 31 01 700 specifies a photodiode for detection and / or for intensity measurement, preferably monochromatic electromagnetic radiation.
  • the aim of this invention is photodiodes with such optical properties, by means of which the conversion losses which occur in conventional photodiodes due to incomplete absorption in the blocking region and the reflection losses of the radiation energy for a predetermined wavelength range are largely eliminated.
  • DE-OS 34 26 226 describes a UV-sensitive photo element and a process for its production. It consists of a p-n material, the p-doped surface zone exposed to the incident light being designed in a network-like manner, so that the island-shaped semiconductor regions connected with n-doped substrate material fill the gaps in the network-like surface zone. This enlargement of the surface zone increases the sensitivity for short-wave light. The sensitivity distribution in the rest of the spectral range does not change as a result, so that suppression of the longer-wave radiation is not possible with this technical solution.
  • EP 296371 specifies a photodetector for UV radiation and a method for its production.
  • the photodetector has a front-side semiconductor structure with differently doped areas in a substrate, the effective detector volume being limited by a potential threshold generated in the substrate to a depth corresponding to the penetration depth of the short-wave part of the radiation. This limitation of the effective detector volume in depth results in a higher spectral sensitivity in the UV range compared to that in the visual and near infrared range.
  • the potential threshold is generated by a flat diffusion or by a corresponding ion implantation of foreign atoms in the semiconductor substrate in such a way that the generation and separation of charge carriers can only take place at a depth of 50 nm to 300 nm.
  • the object of the invention is to provide a semiconductor detector with high spectral sensitivity in the short-wave, in particular in the UV range, and minimal sensitivity in the visual (VIS) and near infrared (NIR) range, which has an effective detector volume, the depth of which is sharply limited and is easily adjustable to a minimum value of less than 10 nm during manufacture.
  • VIS visual
  • NIR near infrared
  • the semiconductor detector according to the invention consists of a substrate with a thin semiconductor layer arranged on the front and an insulating intermediate layer located between the semiconductor layer and the substrate.
  • the substrate can consist of an insulator, so that no intermediate insulating layer is necessary.
  • the semiconductor detector contains a photodetector (eg as a photodiode), the differently doped areas and effective detector volume of which are arranged laterally next to one another in an area of the semiconductor layer (radiation-sensitive area).
  • a photodetector eg as a photodiode
  • Other components of the photodetector such as. B. the gate in the case of a MOS structure of the photodetector can be applied to the semiconductor layer.
  • the effective detector volume is to be understood here as the volume whose charge carriers generated by the incident radiation contribute to the measurement signal of the photodetector. According to the invention, the effective detector volume extends over the entire thickness of the semiconductor layer, so that its depth is exactly limited by the insulating intermediate layer or by an insulating substrate.
  • the thickness of the semiconductor layer corresponds approximately to the penetration depth of the incident short-wave radiation of the wavelength range to be detected into this layer.
  • the depth of penetration of the radiation into a Si layer corresponds to approximately 220 nm at a wavelength of 400 nm, approximately 40 to 50 nm at a wavelength of 300 nm and approximately 30 nm at a wavelength of 250 nm. Below the depth of penetration is here understand the depth at which almost 100% of the incident radiation is absorbed.
  • the basic structure of the semiconductor detector according to the invention consisting of substrate, semiconductor layer and possibly insulating intermediate layer, can be produced, for example, using SOI technology, preferably by implantation of oxygen (SIMOX process) or nitrogen in a Si substrate, by wafer bonding or using SOS technology.
  • the semiconductor detector according to the invention Due to the small depth of the effective detector volume, the semiconductor detector according to the invention has a high sensitivity in the short-wave (UV) and a very low sensitivity in the longer-wave (VIS, NIR) spectral range.
  • the longer-wave radiation which is absorbed in the substrate and generates charge carriers there, does not contribute to the measurement signal, since according to the invention the substrate and semiconductor layers are themselves electrically isolated from one another by an intermediate layer or by the substrate (as an insulator). Since, according to the invention, the effective detector volume extends over the entire thickness of the semiconductor layer, the limitation of the detector volume is advantageously possible exactly by controlling the thickness of the semiconductor layer during the manufacture of the detector.
  • the effective detector volume is sharply limited in depth by the intermediate insulation layer or an insulating substrate.
  • the thickness of the semiconductor layer can be set, for example in the case of an SOI semiconductor substrate, by targeted etching back with high accuracy.
  • Semiconductor layers with a thickness of approximately 5 nm can thus be implemented.
  • the semiconductor detector according to the invention can thus be precisely adapted to wavelengths whose penetration depth is well below 150 nm by a suitable choice of the layer thickness of the semiconductor layer.
  • an interference layer stack is applied to the radiation-sensitive area of the semiconductor layer (claim 4), which acts as a spectral bandpass with maximum transmission for the central wavelength ⁇ of the wavelength range to be detected.
  • the interference band stack primarily sets the lower band edge of the wavelength range to be detected, while the upper band edge is determined by the thickness of the semiconductor layer and thus the effective detector volume.
  • the layer stack preferably consists of alternating metal and dielectric layers with layer thicknesses of approximately ⁇ / 4. Furthermore, the interference layer stack contains a lower ⁇ / 2 layer as a protective layer of the photodetector (claim 5). The top dielectric ⁇ / 4 layer also serves as passivation of the detector.
  • the layer thickness of the semiconductor layer Due to the exact adjustability of the layer thickness of the semiconductor layer, this can be selected within the limits set by the penetration depth so that the interference condition for minimal reflection in the wavelength range of the radiation to be detected is fulfilled (claim 3).
  • the semiconductor layer of the photodetector thus itself forms part of the interference layer stack.
  • the semiconductor detector according to the invention can thus be used to implement a narrow-band detector for the UV range, the spectral bandwidth of which is set via the thickness of the semiconductor layer and the layer sequence and layer thicknesses of the interference layers.
  • a detector can e.g. B. with a maximum sensitivity in the spectral range from 290 nm to 330 nm for a detection wavelength of 310 nm, which has insensitivity in the visual and near infrared range.
  • measurement tasks in the visual area in the field of colorimetry can of course also be carried out.
  • a signal amplifier with a dynamic range of at least four decades and an accumulator are preferably integrated in another area of the semiconductor layer (claims 16 and 18).
  • This other area can have the same or a different, in particular greater, layer thickness than the radiation-sensitive area.
  • the integrable evaluation electronics also include, for example, an analog-digital converter, a digital characteristic curve correction unit, a temperature compensation and a threshold value logic.
  • the isolation of the different regions of the semiconductor layer from one another is preferably effected by LOCOS oxide (claim 14).
  • the evaluation electronics can also be integrated in the case of a semiconductor substrate (claim 17).
  • the photodetector can be a pin diode, which consists of p and n regions arranged in the semiconductor layer (claim 8).
  • p + * and n + regions with an ohmic contact and a quasi-intrinsically conductive i-region are introduced as an effective detector volume in the semiconductor layer.
  • the thickness of the semiconductor layer for the UV range is preferably between 30 nm and 100 nm.
  • the photodetector can also consist of a MOS structure which is arranged in the semiconductor layer, the gate permeable to radiation being applied to the front of the semiconductor layer and insulated from it, and the effective detector volume being an electrical one, of the intensity of the Radiation-dependent resistance between source and drain line forms.
  • a Schottky diode is implemented in the semiconductor layer as a photo detector, which consists of an n-type doping introduced into the semiconductor layer and an n + region introduced as a counterelectrode, which are ohmically contacted outside the radiation-sensitive region, the n-doping being completed on the front side with a Schottky contact applied to the semiconductor layer.
  • a further development of the invention consists in at least partially removing the substrate material below the radiation-sensitive region (claim 11) in order to minimize the conversion of radiation into thermal energy by absorption of longer-wave radiation and the associated heating of the detector. At the same time, the otherwise inevitable back reflections of transmitted radiation (especially in the VIS and NIR range) at the interface with the substrate are avoided. In order to avoid back reflections at the interface with air, an absorption layer for longer-wave radiation can also be applied on the back of the exposed insulation layer.
  • FIG 1 shows an example of the structure of the invention
  • FIG. 2 schematically shows an example of the evaluation electronics of a
  • Embodiment of the semiconductor detector according to the invention Embodiment of the semiconductor detector according to the invention.
  • the semiconductor detector can be manufactured in different ways, a semiconductor detector according to claim 2, for example by means of SOS technology.
  • the semiconductor detector according to claim 1 is implemented, for example, on a SIMOX semiconductor substrate. This is with an oxygen implantation of 1.8 x 10 18 cm “ 2 O + at 200 keV in a Si semiconductor substrate, preferably in several partial dose implantation steps, and a subsequent healing at 1300 ° C to 1400 ° C and 2 to 6 hours in Ar / 0 2 atmosphere produced by oxidation and etching back a Si film thickness (3) of about 60 nm for the radiation-sensitive area and the CMOS electronics (evaluation electronics) in one step.
  • the Si film (3) All active components, photodetector and CMOS evaluation electronics (10) are produced in the Si film (3). After the annealing, the buried oxide film thickness (2) of 400 nm arises below the Si film. If a wafer bonding process is used (instead of the SIMOX process), the oxide film thickness could optionally be set to 50 nm to 2000 nm.
  • the lateral isolation of the active elements is achieved by local oxidation (LOCOS) of the Si film (3).
  • LOC local oxidation
  • the adjustment of the threshold voltage for the NMOS and PMOS transistors of the evaluation electronics (10) shown in FIG. 1 takes place selectively before the poly-Si gate production by means of B and As implantation via lacquer masks.
  • the i-region (7) of the pin diode can be weakly n or p-doped without additional masks.
  • the thickness and doping of the i-region (7) is set for the bandwidth of the electromagnetic radiation to be detected from 290 nm to 330 nm to 60 nm and an n-doping of the i-region from 1 E15 cm "3.
  • the best noise properties are achieved with high-resistance Si substrates in the i-region without additional implantations
  • P NMOS-LDD, 30-40 keV, 1 E13 cm “2 )
  • As NMOS -N +, 80 keV, 5 E15 cm “ 2
  • BF 2 PMOS-P +, 80 keV, S EI ⁇ cm- 2
  • the N + cathode and P + anode regions (4, 5) of the pin diode of the detector are simultaneously produced without additional masks.
  • the N MOS transistor for the evaluation electronics (10) is designed as an LDD transistor.
  • TiSi 2 Ti salicide layer
  • the sheet resistance of the extremely thin N + and P + film regions is reduced to 2 to 5 ohms / sq.
  • the AlSi or AlSiCu wiring (9) with TiN barrier of the entire UV erythema stimulus threshold detector is produced.
  • the insulation layer above the effective detector volume (7) of the pin diode is removed at the same time. The effective detector volume (7) is also exposed during the final structuring of the final passivation.
  • the interference layer stack (11) consisting of 320 nm to 340 nm SiO 2 , 10 to 15 nm Al, 180 nm Si0 2 , 10 to 15 nm Al and 90 nm Si0 2 or optionally consisting of is in the exposed window of the active area 40 nm Si 3 N 4 , 70 nm Si0 2 , 40 nm Si 3 N 4 and 70 nm Si0 2 applied and structured with a dry etching process.
  • the interference layer stack improves the edge steepness of the bandpass on the long-wave side.
  • the carrier volume of the diode should have the smallest possible heat capacity.
  • the back of the substrate (1) below the active region (8) of the pin diode is subjected to an etching treatment and the space below the active region (8) is etched out of the substrate (shown in dashed lines in FIG. 1).
  • the oxide film (2) is used as an etching stop. At the same time, this causes a reduction in the otherwise inevitable back reflections of the transmitted radiation into the detector area at the interfaces to the substrate.
  • the signal evaluation takes place with the evaluation electronics shown in FIG. 2 by converting the photocurrent into an equivalent voltage by means of a measuring amplifier (12).
  • the dynamic range of at least 4 decades requires automatic range switching. This can be done via a feedback impedance. Resistors or switched capacitors can be used as the feedback impedance.
  • the output signal of the measuring amplifier is converted via an analog-digital converter (13) and, after a digital characteristic curve correction (14), is integrated into an accumulator (15).
  • An additional integrated temperature compensation of the detector signal is necessary in any case if the substrate material below the detector is not removed. It can take place behind the measuring amplifier as well as after the analog-digital conversion.
  • the accumulator takes over the integration of the detector signal and thus the actual determination of the radiation dose.
  • the accumulator can be reset after 24 hours using an integrated clock or via a reset switch that can be operated from the outside.

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Abstract

A semiconductor detector for short-wave radiation is disclosed, in particular in the UV range, as well as a process for producing the same. Known semiconductor detectors for the UV range have the disadvantage of detecting with considerable difficulty a narrow band of wavelengths in a wavelength range lower than approximately 350 nm. The disclosed semiconductor detector allows on the contrary such radiation to be detected with high sensitivity in a narrow band. The detector consists of a substrate that bears on its front side a semiconductor layer. The substrate and the semiconductor layer are either electrically insulated from each other by an intermediate layer or the substrate itself consists of an insulator. The photodetector components are arranged next to each other in the semiconductor layer as differently doped areas and the active detector volume. The active detector volume extends over the whole thickness of the semiconductor layer, and the thickness of the semiconductor layer is set to correspond to the depth of penetration into said layer of the radiation to be detected. The semiconductor detector may be used for example as a detector of the erythema-causing skin irritability threshold by UV radiation.

Description

BESCHREIBUNG DESCRIPTION
HALBLEITERDETEKTOR FÜR KURZWELLIGE STRAHLUNG UND VERFAHREN ZU DESSEN HERSTELLUNGSEMICONDUCTOR DETECTOR FOR SHORTWAVE RADIATION AND METHOD FOR THE PRODUCTION THEREOF
Technisches GebietTechnical field
Die Erfindung betrifft einen Halbleiterdetektor für kurzwellige Strahlung, insbe¬ sondere für UV-Licht, sowie das Verfahren zu dessen Herstellung vorzugsweise in Si-CMOS-Technologie. Ein solcher Detektor ist beispielsweise als UV- Erythem-Reizschwellendetektor mit einer spektralen Bandbreite von 290 nm bis 330 nm und der Nachweiswellenlänge von 310 nm verwendbar. Weitere Anwendungsmöglichkeiten ergeben sich bei entsprechender Dimensionierung des strahlungsempfindlichen Bereichs auf dem Gebiet der UV-Spektroskopie oder im visuellen Bereich auf dem Gebiet der Farbmetrik.The invention relates to a semiconductor detector for short-wave radiation, in particular for UV light, and to the method for its production, preferably using Si-CMOS technology. Such a detector can be used, for example, as a UV erythema threshold detector with a spectral bandwidth from 290 nm to 330 nm and the detection wavelength of 310 nm. Further application possibilities arise with appropriate dimensioning of the radiation-sensitive area in the area of UV spectroscopy or in the visual area in the area of colorimetry.
Infolge der Absorption von UV-Strahlung kommt es im Gewebe des menschli¬ chen Körpers wie z. B. der Haut oder dem Auge in Abhängigkeit von der spektralen Eindringtiefe zu photochemischen Reaktionen. Zur Erzieiung eines biologischen Effekts muß ein Bestrahlungsschwellwert überschritten sein, der mit einer Schwellbestrahlungsdauer verbunden ist. Als biologische Effekte seien hier gesundheitsschädigende Wirkungen wie UV-Erythem, Photokarziogenese, Photokonjuktivitis und Photokeratitis genannt. Da die UV-Erythem-Wirkungs- funktion die der anderen biologischen Effekte einschließt, ist weiter unten beispielsweise ein Detektor mit integrierter Signalverstärkung und Akkumulator angegeben, der eine schmalbandige spektrale Empfindlichkeit mit seinem Maximum in der Nähe der UV-Erythem-Reizschwelle von 310 nm besitzt, minimal ca. 50 J/m2 nachweist und im übrigen Spektralbereich unempfindlich ist. Stand der TechnikAs a result of the absorption of UV radiation, it occurs in the tissue of the human body such as B. the skin or the eye depending on the spectral depth of penetration to photochemical reactions. In order to achieve a biological effect, a radiation threshold value must be exceeded, which is associated with a threshold radiation duration. Biological effects such as UV erythema, photocarcinogenesis, photoconjunctivitis and photokeratitis may be mentioned here as health effects. Since the UV erythema effect function includes that of the other biological effects, a detector with integrated signal amplification and an accumulator is given below, for example, which has a narrowband spectral sensitivity with its maximum near the UV erythema stimulus threshold of 310 nm , detects a minimum of approx. 50 J / m 2 and is insensitive in the rest of the spectral range. State of the art
Bei vielen Anwendungen der Meß-, Steuer- und Regelungstechnik werden spektral empfindliche Halbleiterbauelemente mit einem p-n-Übergang einge¬ setzt. Mit ihrer Hilfe lassen sich zum Beispiel Strahlungsdosimeter herstellen. Die spektrale Strahlungsempfindlichkeit läßt sich auf verschiedene Art und Weise realisieren.In many applications of measurement, control and regulation technology, spectrally sensitive semiconductor components with a p-n junction are used. With their help, for example, radiation dosimeters can be manufactured. The spectral radiation sensitivity can be realized in different ways.
So wird beispielsweise in der DE-OS 30 12 523 und in H.-G. Graf, G. Zimmer, "lon-lmplanted MOS-Technology Compatible Photodides", Sensors and Actuators, 3 (1982/83), 129 - 136 eine Si-MOS-Photodiode zur Detektion elek¬ tromagnetischer Strahlung verwendet. Bei einer solchen Diode werden die op¬ tisch erzeugten Elektronen-Lochpaare durch das lokale elektrische Feld der Raumladungszone räumlich getrennt, so daß eine Photospannung bzw. ein Pho¬ tostrom an den Elektroden entsteht. Bei einer pin-Diode ist der Raumladungsbe¬ reich so weit ausgedehnt, daß nahezu alle einfallenden Photonen im Raumla¬ dungsgebiet absorbiert werden. Die spektrale Empfindlichkeit wird in der DE-OS 30 12 523 durch gemeinsame Verkapselung des strahlungsempfindlichen Halbleiterchips mit einem korrigierenden Filterglas in einem transparenten Kunststoff erreicht. Die Nachteile der auf diese Weise realisierten Bauelemente sind hohe Fertigungs- und Montagekosten sowie mangelhafte Miniaturisierungs¬ und Integrationsmöglichkeit.For example, in DE-OS 30 12 523 and in H.-G. Graf, G. Zimmer, "lon-implanted MOS-Technology Compatible Photodides", Sensors and Actuators, 3 (1982/83), 129-136 uses a Si-MOS photodiode for the detection of electromagnetic radiation. In such a diode, the optically generated electron-hole pairs are spatially separated by the local electric field of the space charge zone, so that a photo voltage or a photocurrent is produced at the electrodes. In the case of a pin diode, the space charge area is so extensive that almost all incident photons are absorbed in the space charge area. The spectral sensitivity is achieved in DE-OS 30 12 523 by jointly encapsulating the radiation-sensitive semiconductor chip with a correcting filter glass in a transparent plastic. The disadvantages of the components realized in this way are high manufacturing and assembly costs as well as poor miniaturization and integration options.
In der DE-OS 31 01 700 wird eine Photodiode zum Nachweis und/oder zur In¬ tensitätsmessung vorzugsweise monochromatischer elektromagnetischer Strahlung angegeben. Ziel dieser Erfindung sind Photodioden mit solchen opti¬ schen Eigenschaften, durch welche die bei konventionellen Photodioden durch unvollständige Absorption im Sperrbereich auftretenden Umwandlungsverluste und die Reflexionsverluste der Strahlungsenergie für einen vorgegebenen Wel¬ lenlängenbereich weitgehend aufgehoben werden. Dies wird erreicht, indem der Halbleiter mit einer Interferenzschichtfolge hohen Reflexionsgrades hinterlegt ist und eine in Strahlungsrichtung gemessene optische Dicke von n x d = m x λ/4 aufweist, wobei λ die gewünschte Nachweis-Wellenlänge ist, bei welcher der Absorptionskoeffizient den Wert k annimmt, n die Brechzahl des Halbleiters bei der Wellenlänge λ und m eine ganze Zahl in der Nähe des Wertes 2/π x k ist. Mit dieser Lösung werden zwar die Mängel gegenüber der DE-OS 30 12523 beseitigt, jedoch werden halbleiterfertigungstechnische Bedingungen zur Realisierbarkeit des Detektors, wie Diffusion von Metallionen, nicht berücksich¬ tigt. Weiterhin wird hier keine Lösung zur Erhöhung der spektralen Empfindlich¬ keit des Halbleiterbauelementes im UV-Bereich bei gleichzeitiger drastischer Senkung im visuellen und NIR-Bereich angegeben.DE-OS 31 01 700 specifies a photodiode for detection and / or for intensity measurement, preferably monochromatic electromagnetic radiation. The aim of this invention is photodiodes with such optical properties, by means of which the conversion losses which occur in conventional photodiodes due to incomplete absorption in the blocking region and the reflection losses of the radiation energy for a predetermined wavelength range are largely eliminated. This is achieved in that the semiconductor is deposited with an interference layer sequence of high reflectance and has an optical thickness of nxd = mx λ / 4 measured in the radiation direction, where λ is the desired detection wavelength at which the absorption coefficient takes the value k, n the Refractive index of the semiconductor at the wavelength λ and m is an integer near the value 2 / π xk. With Although this solution eliminates the shortcomings compared to DE-OS 30 12523, conditions relating to semiconductor manufacturing for the feasibility of the detector, such as diffusion of metal ions, are not taken into account. Furthermore, no solution for increasing the spectral sensitivity of the semiconductor component in the UV range while drastically reducing it in the visual and NIR range is given here.
In der DE-OS 34 26 226 sind ein UV-empfindliches Photoelement und ein Verfahren zu seiner Herstellung beschrieben. Es besteht aus einem p-n-Material, wobei die dem einfallenden Licht ausgesetzte p-dotierte Oberflächenzone netzartig ausgebildet ist, so daß die mit n-dotiertem Substratmaterial verbunde¬ nen inselförmigen Halbleiterbereiche die Lücken der netzartig ausgebildeten Oberflächenzone ausfüllen. Durch diese Vergrößerung der Oberflächenzone wird eine Empfindlichkeitserhöhung für kurzwelliges Licht erzielt. Die Empfind- lichkeitsverteilung im übrigen Spektralbereich ändert sich dadurch nicht, so daß mit dieser technischen Lösung keine Unterdrückung der längerweliigen Strah¬ lung möglich ist.DE-OS 34 26 226 describes a UV-sensitive photo element and a process for its production. It consists of a p-n material, the p-doped surface zone exposed to the incident light being designed in a network-like manner, so that the island-shaped semiconductor regions connected with n-doped substrate material fill the gaps in the network-like surface zone. This enlargement of the surface zone increases the sensitivity for short-wave light. The sensitivity distribution in the rest of the spectral range does not change as a result, so that suppression of the longer-wave radiation is not possible with this technical solution.
In der EP 296371 sind ein Photodetektor für UV-Strahlung und ein Verfahren zu dessen Herstellung angegeben. Der Photodetektor weist eine vorderseitige Halbleiterstruktur mit unterschiedlich dotierten Bereichen in einem Substrat auf, wobei das wirksame Detektorvolumen durch eine im Substrat erzeugte Poten- tialschwelle in einer der Eindringtiefe des kurzwelligen Teils der Strahlung entsprechenden Tiefe begrenzt ist. Diese Begrenzung des wirksamen Detektor¬ volumens in der Tiefe bewirkt eine höhere spektrale Empfindlichkeit im UV-Be¬ reich gegenüber der im visuellen und nahen Infrarotbereich. Die Potential¬ schwelle wird durch eine flache Diffusion oder durch eine dementsprechende Ionenimplantation von Fremdatomen im Halblei-tersubstrat in der Weise erzeugt, daß die Generation und Trennung von Ladungsträgern nur in einer Tiefe von 50 nm bis 300 nm erfolgen kann. Langwellige Infrarotstrahlung passiert diesen Bereich und führt zur Rekombination im Substrat. Da für den sichtbaren Spek¬ tralbereich dieser flach dotierte bzw. implantierte Halbleiterbereich bereits schon eine endliche Absorption aufweist, kann eine Restempfindlichkeit des Detektors in diesem Bereich nicht beseitigt werden. Desweiteren sind geringe Dotierungs- tiefen von 50 nm bis 150 nm zwar theoretisch denkbar, jedoch praktisch nicht realisierbar und steuerbar, da sich die Fremdatome nach dem Dotierungs- bzw. Implantationsprozeß auf Zwischengitterplätzen befinden und somit eine Wärme¬ behandlung des Halbleiters erforderlich ist, die eine Ausdiffusion aus diesem ge¬ ringen Bereich bewirkt. Somit können mit diesem Verfahren praktisch nur Dotierungs- bzw. Implantationsprofile mit einer Tiefe ab etwa 150 nm erzeugt werden, wobei die exakte Steuerung der Tiefe problematisch ist.EP 296371 specifies a photodetector for UV radiation and a method for its production. The photodetector has a front-side semiconductor structure with differently doped areas in a substrate, the effective detector volume being limited by a potential threshold generated in the substrate to a depth corresponding to the penetration depth of the short-wave part of the radiation. This limitation of the effective detector volume in depth results in a higher spectral sensitivity in the UV range compared to that in the visual and near infrared range. The potential threshold is generated by a flat diffusion or by a corresponding ion implantation of foreign atoms in the semiconductor substrate in such a way that the generation and separation of charge carriers can only take place at a depth of 50 nm to 300 nm. Long-wave infrared radiation passes this area and leads to recombination in the substrate. Since this flat-doped or implanted semiconductor region already has a finite absorption for the visible spectral region, a residual sensitivity of the detector in this region cannot be eliminated. Furthermore, low doping Depths of 50 nm to 150 nm are theoretically conceivable, but practically not realizable and controllable, since the foreign atoms are located on interstitial sites after the doping or implantation process and therefore heat treatment of the semiconductor is required which diffuses out of it wrestling area causes. Thus, practically only doping or implantation profiles with a depth of approximately 150 nm or more can be generated with this method, the exact control of the depth being problematic.
Darstellung der ErfindungPresentation of the invention
Aufgabe der Erfindung ist es, einen Halbleiter-Detektor mit hoher spektraler Empfindlichkeit im kurzwelligen, insbesondere im UV-Bereich, und minimaler Empfindlichkeit im visuellen (VIS) und nahen Infrarotbereich (NIR) anzugeben, der ein wirksames Detektorvolumen aufweist, dessen Tiefe scharf begrenzt und bei der Herstellung auf einfache Weise bis auf einen Minimalwert von weniger als 10 nm exakt einstellbar ist.The object of the invention is to provide a semiconductor detector with high spectral sensitivity in the short-wave, in particular in the UV range, and minimal sensitivity in the visual (VIS) and near infrared (NIR) range, which has an effective detector volume, the depth of which is sharply limited and is easily adjustable to a minimum value of less than 10 nm during manufacture.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den in den Ansprüchen 1 oder 2 angegebenen Merkmalen gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen des Halbleiter- Detektors sind in den Unteransprüchen angegeben.The object is achieved with the features specified in claims 1 or 2. Preferred embodiments of the semiconductor detector are specified in the subclaims.
Der erfindungsgemäße Halbleiter-Detektor besteht aus einem Substrat mit einer vorderseitig angeordneten dünnen Halblerterschicht und einer zwischen Halblei¬ terschicht und Substrat befindlichen isolierenden Zwischenschicht. Alternativ kann das Substrat aus einem Isolator bestehen, so daß keine isolierende Zwischenschicht notwendig ist.The semiconductor detector according to the invention consists of a substrate with a thin semiconductor layer arranged on the front and an insulating intermediate layer located between the semiconductor layer and the substrate. Alternatively, the substrate can consist of an insulator, so that no intermediate insulating layer is necessary.
Der Halbleiter-Detektor enthält einen Photodetektor (z. B. als Photodiode), dessen unterschiedlich dotierte Bereiche und wirksames Detektorvolumen in einem Bereich der Halbleiterschicht lateral nebeneinander angeordnet sind (strahlungsempfindlicher Bereich). Weitere Bestandteile des Photodetektors, wie z. B. das Gate im Falle einer MOS-Struktur des Photodetektors, können auf der Halbleiterschicht aufgebracht sein. Unter dem wirksamen Detektorvolumen ist hier das Volumen zu verstehen, dessen durch die einfallende Strahlung erzeugte Ladungsträger zum Meßsignal des Photodetektors beitragen. Das wirksame Detektorvolumen erstreckt sich erfindungsgemäß über die gesamte Dicke der Halbleiterschicht, so daß es in der Tiefe durch die isolierende Zwischenschicht oder durch ein isolierendes Substrat exakt begrenzt ist. Die Dicke der Halbleiterschicht entspricht ungefähr der Eindringtiefe der einfallenden kurzwelligen Strahlung des nachzuweisenden Wellenlängenbereichs in diese Schicht. So entspricht die Eindringtiefe der Strahlung in eine Si-Schicht bei einer Wellenlänge von 400 nm etwa 220 nm, bei einer Wellenlänge von 300 nm etwa 40 bis 50 nm und bei einer Wellenlänge von 250 nm etwa 30 nm. Unter der Ein¬ dringtiefe ist hier die Tiefe zu verstehen, bei der nahezu 100 % der einfallenden Strahlung absorbiert sind.The semiconductor detector contains a photodetector (eg as a photodiode), the differently doped areas and effective detector volume of which are arranged laterally next to one another in an area of the semiconductor layer (radiation-sensitive area). Other components of the photodetector, such as. B. the gate in the case of a MOS structure of the photodetector can be applied to the semiconductor layer. The effective detector volume is to be understood here as the volume whose charge carriers generated by the incident radiation contribute to the measurement signal of the photodetector. According to the invention, the effective detector volume extends over the entire thickness of the semiconductor layer, so that its depth is exactly limited by the insulating intermediate layer or by an insulating substrate. The thickness of the semiconductor layer corresponds approximately to the penetration depth of the incident short-wave radiation of the wavelength range to be detected into this layer. For example, the depth of penetration of the radiation into a Si layer corresponds to approximately 220 nm at a wavelength of 400 nm, approximately 40 to 50 nm at a wavelength of 300 nm and approximately 30 nm at a wavelength of 250 nm. Below the depth of penetration is here understand the depth at which almost 100% of the incident radiation is absorbed.
Da nur die im wirksamen Detektorvoiumen erzeugten Ladungsträger zum Ausgangssignal beitragen, wird der längerwellige Teil der Strahlung, der den weitaus größten Teil seiner Energie aufgrund der größeren Eindringtiefe außerhalb des wirksamen Detektorvolumens abgibt, nicht detektiert. Die Grundstruktur des erfindungsgemäßen Halbleiterdetektors, bestehend aus Substrat, Halbleiterschicht und evtl. isolierender Zwischenschicht, kann bei¬ spielsweise in SOI-Technik gefertigt sein, vorzugsweise durch Implantation von Sauerstoff (SIMOX-Prozeß) oder Stickstoff in ein Si-Substrat, durch Wafer- bonding oder mittels SOS-Technik.Since only the charge carriers generated in the effective detector volume contribute to the output signal, the longer-wave part of the radiation, which emits by far the largest part of its energy due to the greater depth of penetration outside the effective detector volume, is not detected. The basic structure of the semiconductor detector according to the invention, consisting of substrate, semiconductor layer and possibly insulating intermediate layer, can be produced, for example, using SOI technology, preferably by implantation of oxygen (SIMOX process) or nitrogen in a Si substrate, by wafer bonding or using SOS technology.
Der erfindungsgemäße Halbleiterdetektor weist aufgrund der geringen Tiefe des wirksamen Detektorvolumens eine hohe Empfindlichkeit im kurzwelligen (UV) und eine sehr geringe Empfindlichkeit im längerwelligen (VIS, NIR) Spektralbe¬ reich auf. Die längerwellige Strahlung, die im Substrat absorbiert wird und dort Ladungsträger erzeugt, trägt nicht zum Meßsignal bei, da erfindungsgemäß Substrat- und Halbleiterschicht durch eine Zwischenschicht oder durch das Substrat (als Isolator) selbst elektrisch voneinander isoliert sind. Da sich erfin¬ dungsgemäß das wirksame Detektorvolumen über die gesamte Dicke der Halbleiterschicht erstreckt, ist die Begrenzung des Detektorvolumens in vorteil¬ hafter Weise über eine Steuerung der Dicke der Halbleiterschicht bei der Herstellung des Detektors exakt möglich. Das wirksame Detektorvolumen wird in der Tiefe durch die Isolationszwischenschicht oder ein isolierende Substrat scharf begrenzt. Die Dicke der Halbleiterschicht läßt sich beispielsweise bei einem SOI-Halbleiter- substrat durch gezieltes Rückätzen mit hoher Genauigkeit einstellen. Halbleiter¬ schichten ab einer Dicke von etwa 5 nm sind damit realisierbar. Der erfindungsgemäße Halbleiterdetektor kann somit durch geeignete Wahl der Schichtdicke der Halbleiterschicht auch an Wellenlängen, deren Eindringtiefe deutlich unter 150 nm liegt, exakt angepaßt werden.Due to the small depth of the effective detector volume, the semiconductor detector according to the invention has a high sensitivity in the short-wave (UV) and a very low sensitivity in the longer-wave (VIS, NIR) spectral range. The longer-wave radiation, which is absorbed in the substrate and generates charge carriers there, does not contribute to the measurement signal, since according to the invention the substrate and semiconductor layers are themselves electrically isolated from one another by an intermediate layer or by the substrate (as an insulator). Since, according to the invention, the effective detector volume extends over the entire thickness of the semiconductor layer, the limitation of the detector volume is advantageously possible exactly by controlling the thickness of the semiconductor layer during the manufacture of the detector. The effective detector volume is sharply limited in depth by the intermediate insulation layer or an insulating substrate. The thickness of the semiconductor layer can be set, for example in the case of an SOI semiconductor substrate, by targeted etching back with high accuracy. Semiconductor layers with a thickness of approximately 5 nm can thus be implemented. The semiconductor detector according to the invention can thus be precisely adapted to wavelengths whose penetration depth is well below 150 nm by a suitable choice of the layer thickness of the semiconductor layer.
In einer besonderen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Halbleiterdetek¬ tors ist auf den strahlungsempfindlichen Bereich der Halbleiterschicht ein Interfe¬ renzschichtstapel aufgebracht (Anspruch 4), der als spektraler Bandpaß mit maximaler Transmission für die Zentralwellenlänge λ des nachzuweisenden Wellenlängenbereichs wirkt.In a special embodiment of the semiconductor detector according to the invention, an interference layer stack is applied to the radiation-sensitive area of the semiconductor layer (claim 4), which acts as a spectral bandpass with maximum transmission for the central wavelength λ of the wavelength range to be detected.
Durch den Interferenzschichtstapel wird in erster Linie die untere Bandkante des nachzuweisenden Wellenlängenbereichs eingestellt, während die obere Bandkante durch die Dicke der Halbleiterschicht und damit des wirksamen Detektorvolumens bestimmt wird.The interference band stack primarily sets the lower band edge of the wavelength range to be detected, while the upper band edge is determined by the thickness of the semiconductor layer and thus the effective detector volume.
Der Schichtstapel besteht vorzugsweise aus abwechselnd metall- und dielektri- schen-Schichten mit Schichtdicken von etwa λ/4. Weiterhin enthält der Interfe¬ renzschichtstapel eine untere λ/2-Schicht als Schutzschicht des Photodetektors (Anspruch 5). Die oberste dielektrische λ/4-Schicht dient gleichzeitig als Passi- vierung des Detektors.The layer stack preferably consists of alternating metal and dielectric layers with layer thicknesses of approximately λ / 4. Furthermore, the interference layer stack contains a lower λ / 2 layer as a protective layer of the photodetector (claim 5). The top dielectric λ / 4 layer also serves as passivation of the detector.
Durch die exakte Einstellbarkeit der Schichtdicke der Halbleiterschicht kann diese innerhalb der durch die Eindringtiefe gesetzten Grenzen so gewählt werden, daß die Interferenzbedingung für minimale Reflexion im Wellenlängen¬ bereich der nachzuweisenden Strahlung erfüllt ist (Anspruch 3). Damit bildet die Halbleiterschicht des Photodetektors selbst einen Teil des Interferenzschichtsta¬ pels.Due to the exact adjustability of the layer thickness of the semiconductor layer, this can be selected within the limits set by the penetration depth so that the interference condition for minimal reflection in the wavelength range of the radiation to be detected is fulfilled (claim 3). The semiconductor layer of the photodetector thus itself forms part of the interference layer stack.
Mit dem erfindungsgemäßen Halbleiterdetektor läßt sich somit ein schmalbandi- ger Detektor für den UV-Bereich realisieren, dessen spektrale Bandbreite über die Dicke der Halbleiterschicht und die Schichtfolge und Schichtdicken der Inter- fernzschichten eingestellt wird. Ein solcher Detektor kann z. B. mit einer maxima¬ len Empfindlichkeit im Spektralbereich von 290 nm bis 330 nm für eine Nach¬ weiswellenlänge von 310 nm ausgeführt werden, der Unempfindlichkeit im vi¬ suellen und nahen Infrarotbereich besitzt. Bei entsprechender Wahl der Dicke der Halbleiterschicht im strahlungsempfind¬ lichen Bereich sowie des Interferenzschichtstapels sind natürlich auch Meßauf¬ gaben im visuellen Bereich auf dem Gebiet der Farbmetrik erfüllbar. Um geringe Strahlungsdichten wie 50 J/m2 nachzuweisen, ist ein Signalverstär¬ ker mit einem Dynamikumfang von mindestens vier Dekaden sowie ein Akkumu¬ lator vozugsweise in einem anderen Bereich der Halbleiterschicht integriert (Ansprüche 16 und 18). Dieser andere Bereich kann die gleiche oder auch eine andere, insbesondere größere Schichtdicke aufweisen als der strahlungsem¬ pfindliche Bereich. Zur integrierbaren Auswerteelektronik gehören weiterhin bei¬ spielsweise ein Analog-Digital-Wandler, eine digitale Kennlinienkorrektureinheit, eine Temperaturkompensation und eine Schwellwertlogik. Die Isolation der ver¬ schiedenen Bereiche der Halbleiterschicht voneinander wird vorzugsweise durch LOCOS-Oxid bewirkt (Anspruch 14).The semiconductor detector according to the invention can thus be used to implement a narrow-band detector for the UV range, the spectral bandwidth of which is set via the thickness of the semiconductor layer and the layer sequence and layer thicknesses of the interference layers. Such a detector can e.g. B. with a maximum sensitivity in the spectral range from 290 nm to 330 nm for a detection wavelength of 310 nm, which has insensitivity in the visual and near infrared range. With a corresponding choice of the thickness of the semiconductor layer in the radiation-sensitive area and of the interference layer stack, measurement tasks in the visual area in the field of colorimetry can of course also be carried out. In order to detect low radiation densities such as 50 J / m 2 , a signal amplifier with a dynamic range of at least four decades and an accumulator are preferably integrated in another area of the semiconductor layer (claims 16 and 18). This other area can have the same or a different, in particular greater, layer thickness than the radiation-sensitive area. The integrable evaluation electronics also include, for example, an analog-digital converter, a digital characteristic curve correction unit, a temperature compensation and a threshold value logic. The isolation of the different regions of the semiconductor layer from one another is preferably effected by LOCOS oxide (claim 14).
Die Auswerteelektronik kann auch im Falle eines Halbleitersubstrates in dieses integriert sein (Anspruch 17).The evaluation electronics can also be integrated in the case of a semiconductor substrate (claim 17).
Vorteilhafte Ausführungsformen zur Ausgestaltung des Photodetektors sind in den Ansprüchen 7 bis 10 angegeben.Advantageous embodiments for the configuration of the photodetector are specified in claims 7 to 10.
So kann der Photodetektor eine pin-Diode sein, die aus in der Halbleiterschicht angeordneten p- und n-Bereichen besteht (Anspruch 8). Bei einer pin-Diode als Photodetektor (Anspruch 7) sind in die Halbleiterschicht p+* und n+ -Bereiche mit einer ohmschen Kontaktierung und einem quasiintrin- sisch leitenden i-Bereich als wirksamem Detektorvolumen eingebracht. Die Dicke der Halbleiterschicht beträgt für den UV-Bereich vorzugsweise zwischen 30 nm und 100 nm.Thus, the photodetector can be a pin diode, which consists of p and n regions arranged in the semiconductor layer (claim 8). In the case of a pin diode as a photodetector, p + * and n + regions with an ohmic contact and a quasi-intrinsically conductive i-region are introduced as an effective detector volume in the semiconductor layer. The thickness of the semiconductor layer for the UV range is preferably between 30 nm and 100 nm.
Der Photodetektor kann gemäß Anspruch 9 auch aus einer MOS-Struktur bestehen, die in der Halbleiterschicht angeordnet ist, wobei das für die Strahlung durchlässige Gate vorderseitig auf der Halbleiterschicht aufgebracht und von dieser isoliert ist, und das wirksame Detektorvolumen einen elektrischen, von der Intensität der Strahlung abhängigen Widerstand zwischen Source- und Drainleitung bildet.According to claim 9, the photodetector can also consist of a MOS structure which is arranged in the semiconductor layer, the gate permeable to radiation being applied to the front of the semiconductor layer and insulated from it, and the effective detector volume being an electrical one, of the intensity of the Radiation-dependent resistance between source and drain line forms.
Nach Anspruch 10 wird in der Halbleiterschicht eine Schottky-Diode als Photo¬ detektor realisiert, die aus einer in die Halbleiterschicht eingebrachten n-Dotie- rung und als Gegenelektrode angrenzend eingebrachten n+ -Bereichen besteht, die außerhalb des strahlungsempfindlichen Bereichs ohmsch-kontaktiert sind, wobei die n-Dotierung vorderseitig mit einem auf der Halbleiterschicht aufge¬ brachten Schottky-Kontakt abgeschlossen ist.According to claim 10, a Schottky diode is implemented in the semiconductor layer as a photo detector, which consists of an n-type doping introduced into the semiconductor layer and an n + region introduced as a counterelectrode, which are ohmically contacted outside the radiation-sensitive region, the n-doping being completed on the front side with a Schottky contact applied to the semiconductor layer.
Eine Weiterbildung der Erfindung besteht darin, daß Substratmaterial unterhalb des strahlungsempfindlichen Bereichs zumindest teilweise zu entfernen (Anspruch 11), um die Umwandlung von Strahlung in Wärmeenergie durch Ab¬ sorption längerwelliger Strahlung und die damit verbundene Erwärmung des Detektors zu minimieren. Gleichzeitig werden dadurch die ansonsten unver¬ meidlichen Rückreflexionen transmittierter Strahlung (vor allem im VIS- und NIR- Bereich) an der Grenzfläche zum Substrat vermieden. Zur Vermeidung der Rückreflexionen an der Grenzfläche zu Luft kann auch gemäß Anspruch 12 eine Absorptionsschicht für längerwellige Strahlung rückseitig auf die freigelegte Iso¬ lationsschicht aufgebracht werden.A further development of the invention consists in at least partially removing the substrate material below the radiation-sensitive region (claim 11) in order to minimize the conversion of radiation into thermal energy by absorption of longer-wave radiation and the associated heating of the detector. At the same time, the otherwise inevitable back reflections of transmitted radiation (especially in the VIS and NIR range) at the interface with the substrate are avoided. In order to avoid back reflections at the interface with air, an absorption layer for longer-wave radiation can also be applied on the back of the exposed insulation layer.
Eine vorteilhafte Variante des erfindungsgemäßen Halbleiterdetektors und das Verfahren zu dessen Herstellung (Ansprüche 19 bis 21) sollen nachstehend am Beispiel des UV-Erythem-Reizschwellendetektors für den Wellenlängenbereich von 290 nm bis 330 nm in Verbindung mit den Zeichnungen (Figur 1 und Figur 2) näher erläutert werden.An advantageous variant of the semiconductor detector according to the invention and the method for its production (claims 19 to 21) are described below using the example of the UV erythema stimulus threshold detector for the wavelength range from 290 nm to 330 nm in conjunction with the drawings (FIG. 1 and FIG. 2) are explained.
Kurze Beschreibung der ZeichnungenBrief description of the drawings
Figur 1 zeigt ein Beispiel für den Aufbau des erfindungsgemäßenFigure 1 shows an example of the structure of the invention
Halbleiterdetektors.Semiconductor detector.
Figur 2 zeigt schematisch ein Beispiel für die Auswerteelektronik einerFIG. 2 schematically shows an example of the evaluation electronics of a
Ausführungsform des erfindungsgemäßen Halbleiterdetektors.Embodiment of the semiconductor detector according to the invention.
AusfύhrunαsbeispielExecution example
Der Halbleiterdetektor kann auf unterschiedliche Weise hergestellt werden, ein Halbleiterdetektor nach Anspruch 2 beispielsweise mittels SOS-Technik. Der Halbleiterdetektor nach Anspruch 1 wird beispielsweise auf einem SIMOX- Halbleitersubstrat realisiert. Dieses wird mit einer Sauerstoffimplantation von 1,8 x 1018cm"2 O+ bei 200 keV in ein Si-Halbleitersubstrat, vorzugsweise in mehreren Teildosisimplantationsschritten, und einer anschließenden Ausheilung bei 1300 °C bis 1400 °C und 2 bis 6 Stunden in Ar/02-Atmosphäre hergestellt. Durch Oxidation und Rückätzung wird eine Si-Filmdicke (3) von etwa 60 nm für den strahlungsempfindlichen Bereich und die CMOS-Elektronik (Auswerteelek¬ tronik) in einem Schritt eingestellt. Spezifische unterschiedliche Si-Filmdicken für strahlungsempfindlichen Bereich und CMOS-Auswerteelektronik werden mit einer zusätzlichen selektiven Oxidation und Rückätzung justiert. In Figur 1 ist die Struktur des beispielhaften Halbleiterdetektors mit einer pin-Di¬ ode als Photodetektor und einem Teil der integrierten Auswerteelektronik (die Figur enthält als Beispiel nur zwei Transistoren der Auswerteelektronik) darge¬ stellt.The semiconductor detector can be manufactured in different ways, a semiconductor detector according to claim 2, for example by means of SOS technology. The semiconductor detector according to claim 1 is implemented, for example, on a SIMOX semiconductor substrate. This is with an oxygen implantation of 1.8 x 10 18 cm " 2 O + at 200 keV in a Si semiconductor substrate, preferably in several partial dose implantation steps, and a subsequent healing at 1300 ° C to 1400 ° C and 2 to 6 hours in Ar / 0 2 atmosphere produced by oxidation and etching back a Si film thickness (3) of about 60 nm for the radiation-sensitive area and the CMOS electronics (evaluation electronics) in one step. Specific different Si film thicknesses for radiation-sensitive area and CMOS evaluation electronics are adjusted with an additional selective oxidation and etching back. The structure of the exemplary semiconductor detector with a pin diode as a photodetector and a part of the integrated evaluation electronics is shown in FIG. represents.
Im Si-Film (3) werden alle aktiven Bauelemente, Photodetektor und CMOS- Auswerteelektronik (10), hergestellt. Unterhalb des Si-Filmes entsteht nach der Ausheilung die vergrabene Oxidfilmdicke (2) von 400 nm. Bei Verwendung eines Waferbonding-Verfahrens (statt SIMOX-Prozeß) könnte die Oxidfilmdicke wahlweise auf 50 nm bis 2000 nm eingestellt werden.All active components, photodetector and CMOS evaluation electronics (10) are produced in the Si film (3). After the annealing, the buried oxide film thickness (2) of 400 nm arises below the Si film. If a wafer bonding process is used (instead of the SIMOX process), the oxide film thickness could optionally be set to 50 nm to 2000 nm.
Die laterale Isolation der Aktivelemente wird durch lokale Oxidation (LOCOS) des Si-Filmes (3) erreicht.The lateral isolation of the active elements is achieved by local oxidation (LOCOS) of the Si film (3).
Die Justage der Schwellspannung für die in Figur 1 gezeigten NMOS- und PMOS-Transistoren der Auswerteelektronik (10) erfolgt vor der Poly-Si-Gate- Herstellung durch B- und As-Implantation selektiv über Lackmasken. Unter Nutzung dieser Implantationsschritte im Dosisbereich 1 E11 bis 3 E12 cm-2 kann je nach Dotierung des SOI-Ausgangssubstrates wahlweise ohne zusätzliche Masken das i-Gebiet (7) der pin-Diode schwach n oder p-dotiert werden. Die Dicke und Dotierung des i-Gebietes (7) wird für die nachzuweisende Bandbreite der elektromagnetischen Strahlung von 290 nm bis 330 nm auf 60 nm und eine n-Dotierung des i-Gebietes von 1 E15 cm"3 eingestellt. Die besten Rauscheigen¬ schaften werden mit hochohmigen Si-Substraten ohne zusätzliche Implantatio¬ nen in das i-Gebiet erreicht. Nach der Poly-Si-Gate-Herstellung werden durch P (NMOS-LDD, 30 - 40 keV, 1 E13 cm"2), As (NMOS-N + , 80 keV, 5 E15 cm"2) und BF2 (PMOS-P+, 80 keV, S EIδ cm-2) Implantation und Ausheilung die Source- und Drain-Gebiete hergestellt. Mit der As- und BF2-lmplantation werden ohne zusätzliche Masken gleichzeitig die N+ -Kathoden- und P+ -Anodengebiete (4,5) der pin-Diode des Detektors hergestellt. Der N MOS-Transistor für die Auswerteelektronik (10) wird als LDD-Transistor ausgeführt. Eine 20 nm bis 50 nm dicke Ti-Salicide-Schicht (TiSi2) wird auf alle N+- und P+- Gebiete der pin-Diode und der Auswerteelektronik durch Ti-Sputtern, Tempern und selektives Ätzen aufgebracht. Dadurch wird der Schichtwiderstand der ex¬ trem dünnen N+- und P+ -Filmgebiete auf 2 bis 5 Ohm/sq reduziert. Nach Aufbringen einer BPSG-Isolationsschicht wird die AlSi- oder AlSiCu- Verdrahtung (9) mit TiN-Barriere des gesamten UV-Erythem-Reizschwellende- tektors hergestellt. Bei der Kontaktfensterätzung wird gleichzeitig die Isolations¬ schicht über dem wirksamen Detektorvolumen (7) der pin-Diode entfernt. Ebenso wird bei der abschließenden Strukturierung der Endpassivierung das wirksame Detektorvolumen (7) freigelegt. Dieses kann wahlweise auch über eine zusätzliche Maske in einem separaten Ätzschritt erfolgen. Danach wird in das freigelegte Fenster des Aktivgebietes der Interferenz¬ schichtstapel (11) bestehend aus 320 nm bis 340 nm SiO2, 10 bis 15 nm AI, 180 nm Si02, 10 bis 15 nm AI und 90 nm Si02 oder wahlweise bestehend aus 40 nm Si3N4, 70 nm Si02, 40 nm Si3N4 und 70 nm Si02 aufgebracht und mit einem Trockenätzverfahren strukturiert. Der Interferenzschichtstapel bewirkt eine Verbesserung der Kantensteilheit des Bandpasses auf der langwelligen Seite.The adjustment of the threshold voltage for the NMOS and PMOS transistors of the evaluation electronics (10) shown in FIG. 1 takes place selectively before the poly-Si gate production by means of B and As implantation via lacquer masks. Using these implantation steps in the dose range 1 E11 to 3 E12 cm -2 , depending on the doping of the SOI output substrate, the i-region (7) of the pin diode can be weakly n or p-doped without additional masks. The thickness and doping of the i-region (7) is set for the bandwidth of the electromagnetic radiation to be detected from 290 nm to 330 nm to 60 nm and an n-doping of the i-region from 1 E15 cm "3. The best noise properties are achieved with high-resistance Si substrates in the i-region without additional implantations After the poly-Si gate production, P (NMOS-LDD, 30-40 keV, 1 E13 cm "2 ), As (NMOS -N +, 80 keV, 5 E15 cm " 2 ) and BF 2 (PMOS-P +, 80 keV, S EIδ cm- 2 ) implantation and healing the source and drain areas. With the As and BF 2 implantation, the N + cathode and P + anode regions (4, 5) of the pin diode of the detector are simultaneously produced without additional masks. The N MOS transistor for the evaluation electronics (10) is designed as an LDD transistor. A 20 nm to 50 nm thick Ti salicide layer (TiSi 2 ) is applied to all N + and P + areas of the pin diode and the evaluation electronics by Ti sputtering, annealing and selective etching. As a result, the sheet resistance of the extremely thin N + and P + film regions is reduced to 2 to 5 ohms / sq. After applying a BPSG insulation layer, the AlSi or AlSiCu wiring (9) with TiN barrier of the entire UV erythema stimulus threshold detector is produced. In the case of contact window etching, the insulation layer above the effective detector volume (7) of the pin diode is removed at the same time. The effective detector volume (7) is also exposed during the final structuring of the final passivation. This can optionally be done using an additional mask in a separate etching step. Then the interference layer stack (11) consisting of 320 nm to 340 nm SiO 2 , 10 to 15 nm Al, 180 nm Si0 2 , 10 to 15 nm Al and 90 nm Si0 2 or optionally consisting of is in the exposed window of the active area 40 nm Si 3 N 4 , 70 nm Si0 2 , 40 nm Si 3 N 4 and 70 nm Si0 2 applied and structured with a dry etching process. The interference layer stack improves the edge steepness of the bandpass on the long-wave side.
Da sich die temperaturempfindliche Wirkung einer nach dem beschriebenen Verfahren hergestellen pin-Diode als Detektor auf einem kleinen Volumenbereich mit einer pin-Diodenfläche von einigen 100 x 100 μm2 beschränkt, sollte das Trägervolumen der Diode eine möglichst kleine Wärmekapazität besitzen. Dazu wird in einer vorteilhaften Variante die Rückseite des Substrates (1) unterhalb des Aktivgebietes (8) der pin-Diode einer Ätzbehandlung unterworfen und der Raumbereich unterhalb des Aktivgebietes (8) aus dem Substrat herausgeätzt (in Figur 1 gestrichelt gezeichnet). Dabei wird der Oxidfilm (2) als Äztstop verwen¬ det. Dieses bewirkt gleichzeitig eine Reduzierung der an den Grenzflächen zum Substrat ansonsten unvermeidlichen Rückreflexionen der transmittierten Strah¬ lung in das Detektorgebiet. Die Signalauswertung erfolgt mit der in Figur 2 gezeigten Auswerteelektronik über eine Umsetzung des Photostroms in eine äquivalente Spannung mittels eines Meßverstärkers (12). Der Dynamikumfang von mindestens 4 Dekaden er¬ fordert eine automatische Bereichsumschaltung. Diese kann über eine Rück¬ kopplungsimpedanz erfolgen. Als Rückkopplungsimpedanz können Wider¬ stände oder geschaltete Kondensatoren verwendet werden. Das Ausgangs¬ signal des Meßverstärkers wird über einen Analog-Digital-Wandler (13) umge¬ setzt und nach einer digitalen Kennlinienkorrektur (14) in einem Akkumulator (15) aufintegriert. Eine zusätzlich integrierte Temperaturkompensation des De¬ tektorsignals ist in jedem Fall erforderlich, wenn das Substratmaterial unterhalb des Detektors nicht entfernt wird. Sie kann sowohl hinter dem Meßverstärker wie auch nach der Analog-Digital-Umsetzung erfolgen. Der Akkumulator übernimmt die Integration des Detektorsignals und somit die eigentliche Bestimmung der Strahlungsdosis. Eine Rücksetzung des Akkumulators kann sowohl nach 24 Stunden über eine ebenfalls integrierte Uhr oder auch über einen von außen zu bediendenden Resetschalter erfolgen. Since the temperature-sensitive effect of a pin diode manufactured according to the described method as a detector is limited to a small volume area with a pin diode area of a few 100 x 100 μm 2 , the carrier volume of the diode should have the smallest possible heat capacity. To this end, in an advantageous variant, the back of the substrate (1) below the active region (8) of the pin diode is subjected to an etching treatment and the space below the active region (8) is etched out of the substrate (shown in dashed lines in FIG. 1). The oxide film (2) is used as an etching stop. At the same time, this causes a reduction in the otherwise inevitable back reflections of the transmitted radiation into the detector area at the interfaces to the substrate. The signal evaluation takes place with the evaluation electronics shown in FIG. 2 by converting the photocurrent into an equivalent voltage by means of a measuring amplifier (12). The dynamic range of at least 4 decades requires automatic range switching. This can be done via a feedback impedance. Resistors or switched capacitors can be used as the feedback impedance. The output signal of the measuring amplifier is converted via an analog-digital converter (13) and, after a digital characteristic curve correction (14), is integrated into an accumulator (15). An additional integrated temperature compensation of the detector signal is necessary in any case if the substrate material below the detector is not removed. It can take place behind the measuring amplifier as well as after the analog-digital conversion. The accumulator takes over the integration of the detector signal and thus the actual determination of the radiation dose. The accumulator can be reset after 24 hours using an integrated clock or via a reset switch that can be operated from the outside.

Claims

PATENTANSPRÜCHE PATENT CLAIMS
1. Halbleiterdetektor für kurzwellige Strahlung, insbesondere im UV-Bereich, der aus einem Substrat (1) mit einer vorderseitig angeordneten Halbleiter¬ schicht (3) besteht, die Bestandteile eines Photodetektors in Form von un¬ terschiedlich dotierten Bereichen (4, 5) und einem wirksamen Detektorvo¬ lumen (7) enthält, wobei das wirksame Detektorvolumen in einer Tiefe be¬ grenzt ist, die der Eindringtiefe der vorderseitig einfallenden Strahlung (6) des nachzuweisenden Wellenlängenbereiches in das Detektorvolumen entspricht, und weitere Bestandteile des Photodetektors vorderseitig auf der Halbleiterschicht aufgebracht sein können, gekennzeichnet durch folgende Merkmale:1. Semiconductor detector for short-wave radiation, in particular in the UV range, which consists of a substrate (1) with a semiconductor layer (3) arranged on the front, the components of a photodetector in the form of differently doped areas (4, 5) and contains an effective detector volume (7), the effective detector volume being limited to a depth which corresponds to the penetration depth of the radiation (6) of the wavelength range to be detected, which is to be detected, into the detector volume, and further components of the photodetector applied to the front of the semiconductor layer can be characterized by the following features:
- Substrat (1) und Halbleiterschicht (3) sind durch eine elektrisch isolie¬ rende Zwischenschicht (2) voneinander getrennt;- The substrate (1) and the semiconductor layer (3) are separated from one another by an electrically insulating intermediate layer (2);
- die unterschiedlich dotierten Bereiche (4, 5) und das wirksame Detektor¬ volumen (7) sind in einem ersten Bereich (8) der Halbleiterschicht lateral nebeneinander angeordnet;- The differently doped regions (4, 5) and the effective detector volume (7) are arranged laterally next to one another in a first region (8) of the semiconductor layer;
- das wirksame Detektorvolumen (7) erstreckt sich über die gesamte Dicke der Halbleiterschicht (3) im ersten Bereich (8), so daß es in der Tiefe durch die isolierende Zwischenschicht (2) begrenzt ist.- The effective detector volume (7) extends over the entire thickness of the semiconductor layer (3) in the first region (8), so that it is limited in depth by the insulating intermediate layer (2).
2. Halbleiterdetektor für kurzwellige Strahlung, insbesondere im UV-Bereich, der aus einem Substrat (1) mit einer vorderseitig angeordneten Halbleiter¬ schicht (3) besteht, die Bestandteile eines Photodetektors in Form von un¬ terschiedlich dotierten Bereichen (4, 5) und einem wirksamen Detektorvo¬ lumen (7) enthält, wobei das wirksame Detektorvolumen in einer Tiefe be¬ grenzt ist, die der Eindringtiefe der vorderseitig einfallenden Strahlung (6) des nachzuweisenden Wellenlängenbereiches in das Detektorvolumen entspricht, und weitere Bestandteile des Photodetektors vorderseitig auf der Halbleiterschicht aufgebracht sein können, gekennzeichnet durch folgende Merkmale:2. Semiconductor detector for short-wave radiation, in particular in the UV range, which consists of a substrate (1) with a semiconductor layer (3) arranged on the front, the components of a photodetector in the form of differently doped areas (4, 5) and contains an effective detector volume (7), the effective detector volume being limited to a depth which corresponds to the penetration depth of the radiation (6) of the wavelength range to be detected, which is to be detected, into the detector volume, and further components of the photodetector applied to the front of the semiconductor layer can be characterized by the following features:
- das Substrat (1) besteht aus einem Isolator; - die unterschiedlich dotierten Bereiche (4, 5) und das wirksame Detektor¬ volumen (7) sind in einem ersten Bereich (8) der Halbleiterschicht lateral nebeneinander angeordnet;- The substrate (1) consists of an insulator; - The differently doped regions (4, 5) and the effective detector volume (7) are arranged laterally next to one another in a first region (8) of the semiconductor layer;
- das wirksame Detektorvolumen (7) erstreckt sich über die gesamte Dicke der Halbleiterschicht (3) im ersten Bereich (8), so daß es in der Tiefe durch den Isolator (1) begrenzt ist.- The effective detector volume (7) extends over the entire thickness of the semiconductor layer (3) in the first region (8), so that it is limited in depth by the insulator (1).
3. Halbleiterdetektor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Dicke der Halbleiterschicht (3) im ersten Bereich (8) so gewählt ist, daß die Interferenzbedingung für minimale Reflexion im Wellenlängenbereich der nachzuweisenden Strahlung an der vorderseitigen Eintrittsfläche in die Halbleiterschicht erfüllt ist.3. A semiconductor detector according to claim 1 or 2, characterized in that the thickness of the semiconductor layer (3) in the first region (8) is selected so that the interference condition for minimal reflection in the wavelength range of the radiation to be detected is met at the front entry surface in the semiconductor layer .
4. Halbleiterdetektor nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß auf den Photodetektor über dem wirksamen Detektorvolumen (7) mehrere übereinanderliegende Interferenzschichten (11) aufgebracht sind, die als spektraler Bandpaß wirken und eine maximale Transmission für den Wellenlängenbereich der nachzuweisenden Strahlung aufweisen.4. Semiconductor detector according to one of claims 1 to 3, characterized in that a plurality of superimposed interference layers (11) are applied to the photodetector over the effective detector volume (7), which act as a spectral bandpass filter and have a maximum transmission for the wavelength range of the radiation to be detected .
5. Halbleiterdetektor nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Interferenzschichten (11) abwechselnd metall- und dielektrische- Schichten sind, die eine Dicke von etwa λ/4 aufweisen, wobei die unterste Schicht als Schutzschicht dient und eine Dicke von etwa λ/2 aufweist.5. Semiconductor detector according to claim 4, characterized in that the interference layers (11) are alternately metal and dielectric layers, which have a thickness of approximately λ / 4, the lowermost layer serving as a protective layer and a thickness of approximately λ / 2 having.
6. Halbleiterdetektor nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß auf den Photodetektor über dem ersten Bereich (8) der Halbleiterschicht (3) eine dielektrische Schutzschicht aufgebracht ist. 6. Semiconductor detector according to one of claims 1 to 3, characterized in that a dielectric protective layer is applied to the photodetector over the first region (8) of the semiconductor layer (3).
7. Halbleiterdetektor nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Photodetektor eine pin-Diode ist, bestehend aus in der Halbleiter¬ schicht (3) angeordneten p+- und n+ -Bereichen mit einer ohmschen Kon- taktierung und einem quasiintrinsisch leitenden i-Bereich als wirksamem Detektorvolumen (7), wobei die Dicke der Halbleiterschicht (3) zwischen 30 nm und 100 nm beträgt.7. Semiconductor detector according to one of claims 1 to 6, characterized in that the photodetector is a pin diode consisting of p + and n + regions arranged in the semiconductor layer (3) with an ohmic contact and one quasi-intrinsically conductive i-region as an effective detector volume (7), the thickness of the semiconductor layer (3) being between 30 nm and 100 nm.
8. Halbleiterdetektor nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Photodetektor eine pn-Diode ist, bestehend aus in der Halbleiter¬ schicht (3) angeordneten p- und n-Bereichen.8. Semiconductor detector according to one of claims 1 to 6, characterized in that the photodetector is a pn diode, consisting of p- and n-regions arranged in the semiconductor layer (3).
9. Halbleiterdetektor nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Photodetektor aus einer MOS-Struktur besteht, die in der Halblei¬ terschicht (3) angeordnet ist, wobei das für die Strahlung durchlässige Gate vorderseitig auf der Halbleiterschicht aufgebracht und von dieser isoliert ist, und das wirksame Detektorvolumen (7) einen elektrischen, von der Intensi¬ tät der Strahlung abhängigen Widerstand zwischen Source- und Drainleitung bildet.9. A semiconductor detector according to any one of claims 1 to 6, characterized in that the photodetector consists of a MOS structure which is arranged in the semiconductor layer (3), the gate permeable to radiation being applied on the front side of the semiconductor layer and by the latter is insulated, and the effective detector volume (7) forms an electrical resistance between the source and drain lines, which is dependent on the intensity of the radiation.
10. Halbleiterdetektor nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Photodetektor aus einer in die Halbleiterschicht (3) eingebrachten n- Dotierung und als Gegenelektrode angrenzend eingebrachten n+ -Berei¬ chen besteht, die außerhalb des ersten Bereichs (8) ohmsch-kontaktiert sind, wobei die n-Dotierung vorderseitig mit einem auf der Halbleiterschicht (3) aufgebrachten Schottky-Kontakt abgeschlossen ist.10. Semiconductor detector according to one of claims 1 to 6, characterized in that the photodetector consists of an n-doping introduced into the semiconductor layer (3) and n + regions adjacent as a counterelectrode, which outside the first region (8) are ohmic contacted, the n-doping being completed on the front side with a Schottky contact applied to the semiconductor layer (3).
11. Halbleiterdetektor nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Substrat (1) im Bereich unterhalb des wirksamen Detektorvolumens (7) eine rückseitige Ausnehmung aufweist. 11. Semiconductor detector according to one of claims 1 to 10, characterized in that the substrate (1) in the region below the effective detector volume (7) has a rear recess.
12. Halbleiterdetektor nach Anspruch 11 , dadurch gekennzeichnet, daß durch die rückseitige Ausnehmung ein Bereich der Isolationsschicht (2) freigelegt und darauf rückseitig eine Absorptionsschicht aufgebracht ist.12. A semiconductor detector according to claim 11, characterized in that a region of the insulation layer (2) is exposed through the rear recess and an absorption layer is applied to the rear thereof.
13. Halbleiterdetektor nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Halbleiterschicht (3) aus Silizium besteht, das mittels SOI-Technik auf das Substrat (1) aufgebracht wurde.13. Semiconductor detector according to one of claims 1 to 12, characterized in that the semiconductor layer (3) consists of silicon, which was applied to the substrate (1) by means of SOI technology.
14. Halbleiterdetektor nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die in der Halbleiterschicht (3) befindlichen Bestandteile des Photode¬ tektors lateral durch LOCOS-Oxid von den weiteren Bereichen der Halblei¬ terschicht isoliert sind.14. Semiconductor detector according to one of claims 1 to 13, characterized in that the components of the photodetector located in the semiconductor layer (3) are laterally isolated by LOCOS oxide from the further regions of the semiconductor layer.
15. Halbleiterdetektor nach einem der Ansprüche 1, 3 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß das Substrat (1) ein Halbleitersubstrat und die Isolationsschicht (2) eine Oxid-Schicht ist.15. Semiconductor detector according to one of claims 1, 3 to 13, characterized in that the substrate (1) is a semiconductor substrate and the insulation layer (2) is an oxide layer.
16. Halbleiterdetektor nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß in einem zweiten Bereich der Halbleiterschicht (3), der die gleiche oder eine andere Schichtdicke wie der erste Bereich (8) aufweisen kann, eine Auswerteelektronik (10) für den Photodetektor integriert ist.16. Semiconductor detector according to one of claims 1 to 15, characterized in that in a second region of the semiconductor layer (3), which may have the same or a different layer thickness as the first region (8), evaluation electronics (10) for the photodetector is integrated.
17. Halbleiterdetektor nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß in einem Bereich des Halbleitersubstrates (1) eine Auswerteelektronik für den Photodetektor integriert ist. 17. A semiconductor detector according to claim 15, characterized in that evaluation electronics for the photodetector are integrated in a region of the semiconductor substrate (1).
18. Halbleiterdetektor nach einem der Ansprüche 16 oder 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Auswerteelektronik (10) einen Meßverstärker (12), einen Analog- Digital-Wandler (13), eine digitale Kennlinienkorrektureinheit (14), einen Ak¬ kumulator (15), eine Temperaturkompensation und eine Schwellwertlogik aufweist.18. Semiconductor detector according to one of claims 16 or 17, characterized in that the evaluation electronics (10) a measuring amplifier (12), an analog-digital converter (13), a digital characteristic curve correction unit (14), an accumulator (15) , has a temperature compensation and a threshold logic.
19. Verfahren zur Herstellung des Halbleiterdetektors nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch folgende Verfahrensschritte:19. A method for producing the semiconductor detector according to claim 1 or 2, characterized by the following method steps:
- Bereitstellen eines SOI-Halbleitersubstrates, beispielsweise erzeugt mit¬ tels SiMOX-Prozeß;- Providing an SOI semiconductor substrate, for example produced by means of the SiMOX process;
- exaktes Einstellen der Dicke der vorderseitigen Siliziumhalbleiterschicht (3) entsprechend der Eindringtiefe der nachzuweisenden Strahlung durch Oxidation und Rückätzung;- Precise setting of the thickness of the front silicon semiconductor layer (3) according to the penetration depth of the radiation to be detected by oxidation and etching back;
- Herstellung der unterschiedlich dotierten Bereiche in der Halbleiterschicht (3) durch Implantation und nachfolgende Ausheilung;- Production of the differently doped areas in the semiconductor layer (3) by implantation and subsequent healing;
- laterale Isolation der Aktivelemente durch lokale Oxidation (LOCOS);- lateral isolation of the active elements by local oxidation (LOCOS);
- Aufbringen einer Isolationsschicht;- application of an insulation layer;
- Kontaktfensterätzung;- contact window etching;
- Herstellung der Verdrahtung (9);- Production of the wiring (9);
- Wegätzen der Isolationsschicht über dem wirksamen Detektorvolumen- Etching away the insulation layer over the effective detector volume
(7);(7);
- wahlweises Aufbringen eines Interferenzschichtstapels (11) oder einer dielektrischen Schutzschicht über dem wirksamen Detektorvolumen;- optionally applying an interference layer stack (11) or a dielectric protective layer over the effective detector volume;
20. Verfahren nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß zusätzlich in die Rückseite des Substrates (1) im Bereich unterhalb des wirksamen Detektorvolumens (7) eine Ausnehmung geätzt wird.20. The method according to claim 19, characterized in that a recess is additionally etched in the back of the substrate (1) in the region below the effective detector volume (7).
21. Verfahren nach einem der Ansprüche 19 oder 20, dadurch gekennzeichnet, daß zusätzlich in einem zweiten Bereich der Halbleiterschicht (3) die Halbleiterstrukturen für die Auswerteelektronik (10) eingebracht werden. 21. The method according to any one of claims 19 or 20, characterized in that the semiconductor structures for the evaluation electronics (10) are additionally introduced in a second region of the semiconductor layer (3).
22. Verwendung des Halbleiterdetektors nach einem der Anprüche 1 bis 18 zur Bestimmung der Strahlungsdosis, insbesondere als UV-Erythem-Reiz- schwellendetektor. 22. Use of the semiconductor detector according to one of claims 1 to 18 for determining the radiation dose, in particular as a UV erythema stimulus threshold detector.
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