[發明專利]一種輻射探測器的制造方法

在審

• 申請號: 201711210753.5
• 申請日: 2017-11-28
• 公開（公告）號: CN107978655A
• 公開（公告）日: 2018-05-01
• 發明（設計）人: 王麟;徐青
• 申請（專利權）人: 湖北京邦科技有限公司
• 主分類號: H01L31/18
• 分類號: H01L31/18;H01L31/08;G01T1/202;G01T1/24
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技術領域

本發明涉及一種輻射探測器件，尤其是一種輻射探測器的制造方法。

背景技術

輻射探測技術廣泛應用于醫學成像系統(如PET，正電子發射斷層成像設備)、天文觀測(如X射線望遠鏡)、國土安全、高能物理實驗、核輻射監測等領域。早期的輻射探測技術，一般使用的是傳統的光電倍增管(PMT)。采用光電倍增管的輻射探測技術具有許多優勢，例如高增益(10⁶或更高)，較好的線性特性和較低的暗電流等，但是該技術也存在一些明顯的缺點，比如龐大的尺寸、較高的工作電壓、對磁場敏感、復雜的制造技術以及高昂的成本等。

目前，以硅為材料的光電探測器在輻射探測領域得到了廣泛應用，包括電荷耦合器件(CCD)、光電二極管(PAD)、單光子雪崩二極管(SAPD)、硅雪崩光電倍增器件(SiPM)等。與電荷耦合器件相比，光電二極管具有工作功率低，與標準的CMOS工藝兼容，制造成本低，能夠與模擬或數字處理電路集成等優點。但是光電二極管增益較低(一般為100)，所以室溫下的信噪比很差。單光子雪崩二極管(SAPD)通過提高工作電壓使器件工作在高增益工作模式，以進行單光子探測。但是，單光子雪崩二極管的高增益工作模式不能對入射光進行線性模式的探測，因為在這種模式下雪崩倍增產生的電流與入射光子數目無關。而作為新型半導體探測器的硅光電倍增器件(SiPM)，因其高內部增益、高探測靈敏度、低工作電壓、低功耗、低成本、便于批量生產等優點而具有廣泛的應用前景。硅光電倍增器件是一種在半導體材料的襯底上形成的，包含有若干工作在蓋革模式下的光電二極管并串聯相同數量的淬滅電阻的光電探測器件(也稱之為光敏像素單元)。每一個光敏像素單元有共同的電極作為信號輸出。一個光子入射到光敏像素單元中被吸收后會在像素的光敏區產生電子-空穴對。由于每一個光敏像素單元的光敏區內存在一個較高的電場，漂移的電子會通過雪崩的方式在這個大電場中產生大量電子-空穴對，最終導致擊穿。電阻單元位于雪崩擊穿結構單元附近，它會抑制雪崩倍增過程并使它逐漸減弱停止。由于器件中所有光敏像素具有共同的電極，作為各像素信號總和輸出，因而探測到的光子數與輸出信號大小線性相關。

但是受限于硅原子較小的原子序數，硅半導體光電探測器對中高能射線的探測效率較低，如1mm厚度的硅探測器對60kev的γ射線的光電探測效率還不到10％，因此硅半導體光電探測器只能應用于低能(<10kev)X射線探測領域。而通過將閃爍晶體與硅探測器相耦合，可以大幅提高探測器的探測效率和可探測的射線能量范圍。此類探測器的工作原理是，入射射線射入到閃爍晶體內部后與晶體相互作用，射線損失能量被晶體原子吸收后產生可見光光子，這些可見光光子被硅探測器所探測到，從而產生電信號。

在傳統的輻射探測器制造的過程中，光電探測器部分與閃爍晶體部分是分開的。即通常是在光電器件制造、封裝完成后，再與加工好的閃爍晶體進行耦合裝配。閃爍晶體的加工包括定向切割、粗磨、精磨、機械拋光等一系列復雜的加工工序。為保證閃爍晶體較高加工效率的同時具有較理想的形狀精度和表面形貌，需要各工序中的每一步都精確控制，這對加工的工藝設備以及加工的條件提出了較高的要求。特別是當閃爍晶體的尺寸(包括長、寬、高)變小之后，會存在加工困難、精度難以控制等問題。由于閃爍晶體的尺寸與輻射探測器的空間分辨率和能量分辨率有關，因此閃爍晶體的加工質量、與光電器件的耦合質量對輻射探測器的成像效果有很大的影響。

發明內容

本發明的目的就在于提供一種輻射探測器件的制造方法，該方法是直接將閃爍晶體生長在半導體光電器件的晶圓上，然后對制造完成的輻射探測器進行切割，形成輻射探測器產品。采用這種方法不僅省去了復雜的閃爍晶體加工工序，避免了小尺寸晶體加工困難、精度難以控制的問題，而且可以通過控制生長的晶體厚度以及輻射探測器切割尺寸的方式來控制探測器的空間分辨率及能量分辨率。

為達到上述目的，本發明的解決方案是：

一種輻射探測器的制造方法，其特征在于，包括如下步驟：

S1,提供半導體裸晶圓；

S2,采用標準半導體制造工藝對所述半導體裸晶圓進行加工制造，在所述半導體裸晶圓上制作光電器件，形成光電器件晶圓；

S3,在所述光電器件晶圓含有光電器件的一側上生長閃爍晶體；

S4,在所述閃爍晶體之上淀積防潮層；

S5,在含有閃爍晶體和防潮層的晶圓上制作芯片管腳，形成輻射探測器晶圓；

S6,對所述輻射探測器晶圓進行切割，形成最終的輻射探測器產品。