[發明專利]半導體器件

有效

• 申請號: 201410812062.2
• 申請日: 2014-12-22
• 公開（公告）號: CN105789365B
• 公開（公告）日: 2018-02-13
• 發明（設計）人: 殷華湘;賈云叢;袁烽;陳大鵬
• 申請（專利權）人: 中國科學院微電子研究所
• 主分類號: H01L31/105
• 分類號: H01L31/105
• 代理公司: 北京藍智輝煌知識產權代理事務所(普通合伙)11345
• 代理人: 陳紅

技術領域

本發明涉及半導體器件領域，特別地，涉及一種半導體X線探測器。

背景技術

X線探測器在當今社會生產和生活領域都有著廣泛的應用。常見的X線探測器根據其探測成像原理，有以下幾種形式：膠片成像，固體探測器，氣體探測器，以及半導體探測器。其中，半導體探測器因其體積小、速度快、信息處理便捷、設計方案靈活，在業界得到了廣泛的應用，成為了未來X線探測器市場的主流。

半導體探測器包括了硅基像素探測器，CCD/CMOS探測器，a-SiFPD探測器等若干形式。其中，硅基像素探測器的空間分辨率高，響應速度快，因而得到了研究人員的重視。但是其成本較高，且其設計制備需要多種學科的融合，技術門檻很高。

硅基像素X線探測器的常規結構為硅基二極管陣列基板與讀出電路陣列基板通過倒裝焊點陣封裝。具體可以參見附圖1，示意了單個像素的結構，硅基二極管陣列基板20與讀出電路陣列基板10通過銦焊料球14鍵合連接。

這種常規結構的硅基像素X線探測器，需要大面積、高分辨率、高靈敏度、低漏電硅基PIN二極管陣列，也需要高分辨率、高靈敏度讀出電路，同時也對用于互連的封裝技術提出了較高要求，需要高密度芯片級的銦倒裝焊點陣鍵合封裝技術，以獲得較低的電阻和較低的寄生電容以及大陣列下的低應力高成品率要求。

因此，對二極管陣列、讀出電路以及互連技術的高要求，使得硅基像素X線探測器的系統復雜、制造工藝要求苛刻、成本過高，并且，現有的器件結構中，電學信號在系統間進行傳導的過程中，容易遭受干擾，噪聲影響嚴重。

因此，需要提供一種新結構的硅基像素X線探測器，以克服現有技術的缺陷。

發明內容

本發明提出了一種半導體X線探測器，其中，在硅基二極管陣列中集成在片信號處理和放大電路，以獲得良好的器件性能。

本發明提供了一種半導體器件，包括半導體X線探測器的像素單元，其包括：

硅基二極管陣列基板和讀出電路陣列基板，其通過銦焊料球連接；

所述讀出電路陣列基板上形成有讀出電路，第一鈍化層以及第一UBM；

所述硅基二極管陣列基板上形成有背面N⁺接觸層，正面P⁺層，其中，所述背面N⁺接觸層與所述正面P⁺層之間的所述硅基二極管陣列基板部分為本征層，從而形成了硅基PIN二極管；

所述正面P⁺層之上還形成有氧化層，PIN接觸層，第二鈍化層以及第二UBM；

其中，所述硅基二極管陣列基板的正面還形成有低溫TFT，以構成像素單元內的在片信號處理和放大電路。

同時，本發明還提供一種半導體器件制造方法，用于制造半導體X線探測器的像素單元，其包括：

提供讀出電路陣列基板和硅基二極管陣列基板；

在所述讀出電路陣列基板形成讀出電路；

然后在所述讀出電路之上形成第一鈍化層以及第一UBM；

在所述硅基二極管陣列基板的背面形成背面N⁺接觸層，在所述硅基二極管陣列基板的正面形成正面P⁺層；

在所述正面P⁺層之上形成氧化層，PIN接觸層，第二鈍化層以及第二UBM；

通過銦焊料球將所述讀出電路陣列基板和所述硅基二極管陣列基板連接，從而形成半導體X線探測器像素單元；

其中，在所述硅基二極管陣列基板的正面形成低溫TFT，以構成像素單元內的在片信號處理和放大電路。

同時，根據本發明的另一個方面，本發明還提供一種半導體X線探測器的操作方法，采用如前所述的半導體器件，其包括：

將像素單元中的硅基PIN二極管獲取的信號輸入至低溫TFT，經過信號處理和放大之后，通過銦焊料球輸出給讀出電路陣列基板上的讀出電路。

根據本發明的一個方面，所述低溫TFT為倒柵結構，其柵極形成于所述氧化層之中，其溝道層形成于所述氧化層之上，所述氧化層的一部分將所述柵極和所述溝道層隔離。

根據本發明的一個方面，所述低溫TFT為正柵結構，其溝道層形成于所述氧化層之中，其柵極形成于所述氧化層之上，所述氧化層的一部分將所述柵極和所述溝道層隔離。

根據本發明的一個方面，所述低溫TFT的溝道層材料為多晶硅，α-Si:H，非晶態氧化物半導體，其采用低溫工藝形成。