基于soi cmos工藝的輻射探測(cè)器件及其制備方法
【專利摘要】一種基于SOI?CMOS工藝的輻射探測(cè)器件及其制備方法，埋氧氧化層上從內(nèi)向外依次設(shè)有Si薄膜區(qū)、源極或漏極注入?yún)^(qū)和介質(zhì)隔離區(qū)，Si薄膜區(qū)上嵌有體區(qū)注入?yún)^(qū)，源極或漏極注入?yún)^(qū)和體區(qū)注入?yún)^(qū)上設(shè)有歐姆接觸電極；埋氧氧化層下設(shè)有Si襯底，Si襯底上開有底部向上的凹槽，凹槽表面有背柵電極，埋氧氧化層內(nèi)有與背柵電極相連的背通孔金屬填充區(qū)。該器件輻射靈敏度高、感生電荷容量高、工作柵電壓低、可靠性高。在基片正面生長介質(zhì)隔離區(qū)；注入離子得源極或漏極注入?yún)^(qū)和體區(qū)注入?yún)^(qū)；濺射淀積得歐姆接觸電極；基片背面刻蝕探測(cè)窗口區(qū)和背通孔區(qū)并向其中填充金屬。該方法工藝簡(jiǎn)單、重復(fù)性好、成本低、易和現(xiàn)有大規(guī)模集成電路的制作工藝整合。
【專利說明】基于SOI CMOS工藝的輻射探測(cè)器件及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于微電子【技術(shù)領(lǐng)域】，涉及半導(dǎo)體器件，具體涉及一種基于SOI CMOS工藝的輻射探測(cè)器件及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]輻射探測(cè)器主要是為了測(cè)量各種輻射環(huán)境粒子，例如光子、中子、α粒子、β粒子和高能離子等。因此，它在核物理、醫(yī)療、生物醫(yī)學(xué)場(chǎng)合以及宇航衛(wèi)星探測(cè)等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。例如，在空間應(yīng)用領(lǐng)域，需要實(shí)時(shí)測(cè)量空間環(huán)境粒子的計(jì)量率，從而確保電子設(shè)備的正常工作。
[0003]MOS器件型輻射劑量計(jì)指的是用半導(dǎo)體材料制作出來的劑量計(jì)。在輻射條件下，器件的柵氧介質(zhì)區(qū)域會(huì)產(chǎn)生感生的空穴電子對(duì)，其中一定數(shù)量的電子空穴對(duì)會(huì)立即發(fā)生復(fù)合并消失，而那些沒有發(fā)生復(fù)合的電子空穴對(duì)在電場(chǎng)的作用下會(huì)慢慢漂移。如果柵極加上正偏壓，那么電子就會(huì)迅速漂移到柵極上并離開靈敏區(qū)域。這意味著在柵極加上正偏壓可以增加劑量計(jì)的靈敏度。與電子運(yùn)動(dòng)方向相反，空穴會(huì)緩慢的向Si襯底方向移動(dòng)。作為SiO2的一個(gè)固有特性，在SiO2中會(huì)有一些空穴陷阱。在Si和SiO2的界面處附近，空穴陷阱的密度最高。因此，當(dāng)空穴向Si襯底方向移動(dòng)時(shí)，一定數(shù)量的空穴就會(huì)被空穴陷阱俘獲，從而引起SiO2區(qū)域中正電荷的增加量跟所受到的輻射量服從一定的函數(shù)關(guān)系，是一種次線性的關(guān)系。這是因?yàn)殡S著輻照量的增加，空穴陷阱的數(shù)量會(huì)減少，柵壓區(qū)域的靈敏度會(huì)下降。隨著SiO2E域中正電荷的增加，MOS管的開端電壓會(huì)增加，所以通過測(cè)量MOS管的開端電壓之差Λ V，就可以計(jì)算出MOS劑量計(jì)受到的輻射累計(jì)劑量D。
[0004]1983年，Ian thomson首次利用MOS器件來進(jìn)行輻射效應(yīng)的探測(cè)并對(duì)其ρ-MOS的RADFET輻射劑量計(jì)進(jìn)行了標(biāo)定。1985年，M einhard knoll利用浮柵MOS器件對(duì)輻射劑量率進(jìn)行計(jì)量，由于采用浮柵結(jié)構(gòu)和干法氧化二氧化硅柵介質(zhì)工藝，從而使MOS器件的抗輻射性能進(jìn)一步提高，輻射感生的電荷主要產(chǎn)生在浮柵上。
[0005]1996年，R istic利用厚柵氧結(jié)構(gòu)，得到了具有高抗輻射退化能力的RADFET器件，但其柵極的工作電壓過高。1998年，O’ Cornell利用干法熱氧化和PECVD的工藝方法，研制出一種Si02/Si0N的疊層?xùn)沤橘|(zhì)結(jié)構(gòu),利用此結(jié)構(gòu),將其福射靈敏度提升到7.54mv/rad,并成功將其應(yīng)用到臨床工作醫(yī)療中。
[0006]2004年，Arner haran系統(tǒng)研究了非摻雜和摻雜的介質(zhì)的MOS器件的長期可靠性問題，研究表明摻雜后的柵介質(zhì)能夠有效的改善RADFET器件的長期可靠性。
[0007]綜上所述，當(dāng)前國際上的RADFET器件都是基于體硅工藝，采用SiO2(SiN)柵介質(zhì)薄膜形成的。該型RADFET器件的主要問題有以下幾個(gè)方面:1)由于采用了體硅工藝，未對(duì)單粒子效應(yīng)做有效的隔離；2)為了抑制RADFET器件輻射后閾值電壓的退化，一般都采用較厚的柵氧厚度，造成RADFET器件的工作電壓過高；3)現(xiàn)有的RADFET器件普遍采用SiO2(SiON)結(jié)構(gòu)柵介質(zhì)，這使其靈敏度響應(yīng)偏低；4)現(xiàn)有的RADFET器件的工作時(shí)間較短，無法滿足長期的輻射信息數(shù)據(jù)的記錄；5)缺乏保護(hù)裝置，在突發(fā)性的高輻射環(huán)境下，容易造成MOS劑量率器件的燒毀。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]本發(fā)明的目的在于提供一種基于SOI CMOS工藝的輻射探測(cè)器件及其制備方法，該基于SOI CMOS工藝的輻射探測(cè)器件的輻射靈敏度高、感生電荷容量高、工作柵電壓較低，該制備方法成本低、工藝簡(jiǎn)單、重復(fù)性好、易于和現(xiàn)有的大規(guī)模集成電路工藝整合。
[0009]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為:
[0010]一種基于SOI CMOS工藝的輻射探測(cè)器件，包括埋氧氧化層，埋氧氧化層的正面從中心向兩側(cè)分別依次對(duì)稱的設(shè)有Si薄膜區(qū)、源極或漏極注入?yún)^(qū)和介質(zhì)隔離區(qū)，Si薄膜區(qū)的上表面嵌有體區(qū)注入?yún)^(qū)，源極或漏極注入?yún)^(qū)和體區(qū)注入?yún)^(qū)的上方設(shè)有歐姆接觸電極；埋氧氧化層的背面設(shè)有Si襯底，Si襯底上開設(shè)有底部向上的凹槽，凹槽的深度等于Si襯底的厚度，凹槽的表面設(shè)有背柵電極，埋氧氧化層內(nèi)設(shè)有與背柵電極相連的背通孔金屬填充區(qū)。
[0011]所述的源極或漏極注入?yún)^(qū)和體區(qū)注入?yún)^(qū)的摻雜類型為N型或P型；
[0012]每立方厘米的源極或漏極注入?yún)^(qū)和體區(qū)注入?yún)^(qū)內(nèi)摻雜有2X1013-5X IO15個(gè)摻雜離子。
[0013]所述的體區(qū)注入?yún)^(qū)的厚度小于Si薄膜區(qū)厚度的二分之一；
[0014]所述的源極或漏極注入?yún)^(qū)的厚度等于Si薄膜區(qū)的厚度。
[0015]所述的背通孔金屬填充區(qū)的深度h小于埋氧氧化層厚度；
[0016]所述的背通孔金屬填充區(qū)設(shè)置多個(gè)，且相鄰的背通孔金屬填充區(qū)間距d小于背通孔金屬填充區(qū)的深度h。
[0017]所述的背柵電極的凹槽部分為背面探測(cè)窗口。
[0018]一種基于SOI CMOS工藝的輻射探測(cè)器件的制備方法，包括以下步驟:
[0019]I)在SOI CMOS基片的正面，利用LOCOS或者STI工藝，生長介質(zhì)隔離區(qū)，其中SOICMOS基片包括Si襯底、Si襯底上方的埋氧氧化層、以及埋氧氧化層上方的Si薄膜區(qū)；
[0020]2)采用光刻工藝，在生長有介質(zhì)隔離區(qū)的SOI CMOS基片的正面光刻出源區(qū)或漏區(qū)的圖形，對(duì)其進(jìn)行能量為50-100KeV，劑量為2X1013-5X1015的摻雜離子注入，再去除光刻膠，得到源極或漏極注入?yún)^(qū)；
[0021]3)采用光刻工藝，在SOI CMOS基片的Si薄膜區(qū)上光刻出體區(qū)的圖形，對(duì)其進(jìn)行能量為50-100KeV，劑量為2X1013-5X1015的摻雜離子注入，再去除光刻膠，得到體區(qū)注入?yún)^(qū)；
[0022]4)采用濺射淀積的方法，利用Ti作為靶材，將金屬Ti濺射在整個(gè)SOI CMOS基片的正面上，接著在600-800°C下燒結(jié)Ι-lOmin，分別在金屬Ti與源極或漏極注入?yún)^(qū)和體區(qū)注入?yún)^(qū)的接觸處形成歐姆接觸電極，然后采用濕法化學(xué)清洗掉其余部分的金屬Ti ；
[0023]5)在經(jīng)過步驟4)處理后的SOI CMOS基片的正面和背面淀積Si3N4層，在背面Si3N4層上光刻出探測(cè)窗口，腐蝕探測(cè)窗口部分的區(qū)域直至埋氧氧化層裸露，獲得探測(cè)窗口區(qū)；
[0024]6)先在探測(cè)窗口區(qū)內(nèi)的埋氧氧化層上光刻出背通孔區(qū)的圖案，再采用氟基ICP工藝刻蝕埋氧氧化層，形成可供金屬填充的背通孔區(qū)，再去除光刻膠；
[0025]7)采用濺射工藝或Cu互聯(lián)工藝完全填充背通孔區(qū)，同時(shí)采用濺射工藝或Cu互聯(lián)工藝在探測(cè)窗口區(qū)的表面填充一層金屬層，得到背柵電極和背通孔金屬填充區(qū)，再去除正面的Si3N4層，得到基于SOI CMOS工藝的輻射探測(cè)器件。
[0026]所述的步驟I)中利用LOCOS工藝，生長介質(zhì)隔離區(qū)的具體步驟為:去除SOI CMOS基片上的氧化層、清洗，采用干氧氧化的方法生長厚度為50-200nm的SiO2墊氧層，其中所使用的氧化爐溫度為900-1100°C,氧化瓶溫度為85-95°C,氧化時(shí)間為5_10min ;而后采用低壓化學(xué)氣相淀積的方法生長厚度為180-220nm的Si3N4掩蔽層，其中淀積壓力為25-35Pa，淀積時(shí)間為30-60min，淀積溫度600_850°C;利用光刻工藝，光刻出介質(zhì)隔離區(qū)的圖形，經(jīng)氧化得到介質(zhì)隔離區(qū)最后利用反應(yīng)離子刻蝕工藝刻蝕去除Si3N4掩蔽層，并去除光刻膠；
[0027]所述的步驟I)中利用STI工藝，生長介質(zhì)隔離區(qū)的具體步驟為:去除SOI CMOS基片上的氧化層、清洗，采用干氧氧化的方法生長厚度大于50-200nm的SiO2墊氧層，其中所使用的氧化爐溫度為900-1100°C,氧化瓶溫度為85-95°C,氧化時(shí)間為5_10min ;而后采用低壓化學(xué)氣相淀積的方法生長厚度為180-220nm的Si3N4掩蔽層，其中淀積壓力為25-35Pa，淀積時(shí)間為30-60min，淀積溫度600-850°C ;利用光刻工藝，光刻出介質(zhì)隔離區(qū)圖形，而后利用反應(yīng)離子刻蝕工藝刻蝕去除Si3N4掩蔽層，并完成介質(zhì)隔離區(qū)的刻蝕；之后采用低壓化學(xué)氣相淀積的方法生長厚度為180-220nm的TEOS氧化物填充介質(zhì)隔離區(qū)，其中淀積壓力為45-55Pa，淀積時(shí)間為30_60min，淀積溫度為600-850°C ;再利用化學(xué)機(jī)械拋光的方法完成SOI CMOS基片表面的平整化；最后，利用磷酸煮沸SOI CMOS基片，去除Si3N4掩蔽層，得到介質(zhì)隔離區(qū)。
[0028]所述的步驟5)的具體步驟為:采用低壓化學(xué)氣相淀積的方法分別在SOI CMOS基片的正面和背面生長厚度為180-220nm的Si3N4掩蔽層，其中淀積壓力為25_35Pa，淀積時(shí)間為30-60min，淀積溫度為600_850°C;再利用光刻工藝，光刻出探測(cè)窗口的圖形，然后利用反應(yīng)離子刻蝕工藝刻蝕去除背面的Si3N4掩蔽層和步驟I)中生成的SiO2墊氧層，并去除光刻膠；最后，采用四甲基氫氧化銨的摩爾濃度為10-45%的、溫度為50-110°C的腐蝕液，以濕法腐蝕方法腐蝕出SOI CMOS基片背面的探測(cè)窗口區(qū)，直至埋氧氧化層裸露。
[0029]所述的步驟6)中采用氟基ICP工藝刻蝕的具體工藝參數(shù)分別為:上電極功率50-300W、偏壓 0-80V、壓力 l_3Pa、刻蝕時(shí)間 50_200s。
[0030]所述的步驟7)采用濺射工藝時(shí)的具體步驟為:采用濺射金屬完全填充背通孔區(qū)，并在探測(cè)窗口區(qū)的表面濺射厚度為0.5-1.6μπι的金屬層，形成背柵電極和背通孔金屬填充區(qū)，再去除光刻膠，最后去除正面的Si3N4層，得到基于SOI CMOS工藝的輻射探測(cè)器件；
[0031]所述的步驟7)采用Cu互聯(lián)工藝時(shí)的具體步驟為:將具有背通孔區(qū)和背面的探測(cè)窗口區(qū)的SOI CMOS基片放入到原子層淀積的腔體中，使用CuCl2源和H2分別作為Cu源和還原劑，N2作為載氣，在290-300°C下進(jìn)行Cu籽晶的原子層淀積，其具體工藝步驟為:用N2清洗Cu源管道、放置樣品、抽真空，當(dāng)真空度為(I?5) X IO-5Torr時(shí)，在N2保護(hù)下升溫到320-3300C，然后進(jìn)行表面N2吹掃，再噴Cu源進(jìn)行淀積前的表面預(yù)反應(yīng)，然后交替噴Cu源和H2,進(jìn)行表面反應(yīng)生成Cu籽晶層，最后通N2,完成Cu籽晶層的生長；然后將SOI CMOS基片放入到水浴溫度為50-100°C的含Cu的電鍍液中，以SOI CMOS基片作為陰極，陽極處的電鍍液中含有銅離子，進(jìn)行電化學(xué)鍍銅，形成背柵電極和背通孔金屬填充區(qū)；之后，采用CMP的方法使背柵電極表面平整；最后，去除正面的Si3N4層，得到基于SOI CMOS工藝的輻射探測(cè)器件。
[0032]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下有益效果:[0033]本發(fā)明提供的基于SOI CMOS工藝的輻射探測(cè)器件，包括埋氧氧化層，埋氧氧化層的正面從中心向兩側(cè)分別依次對(duì)稱的設(shè)有Si薄膜區(qū)、源極或漏極注入?yún)^(qū)和介質(zhì)隔離區(qū)，Si薄膜區(qū)的上表面嵌有體區(qū)注入?yún)^(qū)，源極或漏極注入?yún)^(qū)和體區(qū)注入?yún)^(qū)的上方設(shè)有歐姆接觸電極；埋氧氧化層的背面設(shè)有Si襯底，Si襯底上開設(shè)有底部向上的凹槽，凹槽的深度等于Si襯底的厚度，凹槽的表面設(shè)有背柵電極，埋氧氧化層內(nèi)設(shè)有與背柵電極相連的背通孔金屬填充區(qū)。Si襯底、埋氧氧化層和Si薄膜區(qū)是采用SOI CMOS基片得到，從而有效抑制單粒子效應(yīng)對(duì)基于SOI CMOS工藝的輻射探測(cè)器件性能參數(shù)的影響。采用埋氧氧化層作為柵介質(zhì)，使產(chǎn)生的輻射感生電荷存儲(chǔ)在埋氧氧化層中，完成大容量輻射感生電荷的存儲(chǔ)，有效的減少了基于SOI CMOS工藝的輻射探測(cè)器件的體積，便于基于SOI CMOS工藝的輻射探測(cè)器件的集成。由于采用了背通孔叉指狀的背柵型結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，在降低基于SOI CMOS工藝的輻射探測(cè)器件的閾值電壓的同時(shí)，還保證了較高的輻射感生電荷的存儲(chǔ)容量，擴(kuò)展了基于SOICMOS工藝的輻射探測(cè)器件的探測(cè)范圍，從而保證能夠長期有效的在輻射環(huán)境下工作。通過改變背柵式和背通孔叉指結(jié)構(gòu)的尺寸，能夠有效地調(diào)整基于SOI CMOS工藝的輻射探測(cè)器件的探測(cè)范圍。通過組合不同尺寸的背通孔叉指結(jié)構(gòu)的基于SOI CMOS工藝的輻射探測(cè)器件，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)劑量率的數(shù)字式讀出。通過控制體區(qū)注入?yún)^(qū)的電壓，能夠有效抑制背通孔叉指結(jié)構(gòu)的工作電流，因此，可以保護(hù)于基于SOI CMOS工藝的輻射探測(cè)器件在總劑量效應(yīng)的作用下而不被燒毀。因此本發(fā)明提供的基于SOI CMOS工藝的輻射探測(cè)器件的輻射靈敏度高、感生電荷容量高、工作柵電壓較低、可靠性高，可用于核物理，醫(yī)療、生物醫(yī)學(xué)場(chǎng)合以及宇航衛(wèi)星探測(cè)中，具有良好的應(yīng)用前景。
[0034]本發(fā)明提供的基于SOI CMOS工藝的輻射探測(cè)器件的制備方法，先在SOI CMOS基片的正面，利用L0C0S或者STI工藝，生長介質(zhì)隔離區(qū)；然后在SOI CMOS基片的正面利用離子注入技術(shù)形成源極或漏極注入?yún)^(qū)和體區(qū)注入?yún)^(qū)；接著采用濺射淀積的方法形成歐姆接觸電極；然后在SOI CMOS基片的背面刻蝕形成探測(cè)窗口區(qū)和背通孔區(qū)，再填充金屬，得到背柵電極和背通孔金屬填充區(qū)，最終得到結(jié)合背通孔叉指結(jié)構(gòu)和SOI的器件結(jié)構(gòu)的背柵型的基于SOI CMOS工藝的輻射探測(cè)器件。背通孔叉指結(jié)構(gòu)和SOI的器件結(jié)構(gòu)能夠保證基于SOI CMOS工藝的輻射探測(cè)器件工作在強(qiáng)輻射的環(huán)境條件下，而不被燒毀?；赟OI CMOS工藝的輻射探測(cè)器件可以通過調(diào)整背通孔金屬填充區(qū)的深度和寬度來有效的控制基于SOICMOS工藝的輻射探測(cè)器件閾值電壓的范圍，從而提升了基于SOI CMOS工藝的輻射探測(cè)器件的探測(cè)精度和探測(cè)范圍。本發(fā)明提供的基于SOI CMOS工藝的輻射探測(cè)器件的制備方法工藝簡(jiǎn)單、重復(fù)性好、可靠性高、成本低、完全兼容現(xiàn)有的CMOS體硅工藝，易于和現(xiàn)有的大規(guī)模集成電路工藝整合，同時(shí)降低了器件的開發(fā)成本。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0035]圖1是本發(fā)明的基于SOI CMOS工藝的輻射探測(cè)器件的剖面結(jié)構(gòu)示意圖；
[0036]圖2是本發(fā)明的基于SOI CMOS工藝的輻射探測(cè)器件的制備工藝流程圖。
[0037]其中:1為背柵電極，2為背面探測(cè)窗口，3為Si襯底，4為埋氧氧化層，5為背通孔金屬填充區(qū)，6為源極或漏極注入?yún)^(qū)，7為介質(zhì)隔離區(qū)，8為Si薄膜區(qū)，9為體區(qū)注入?yún)^(qū)，10為歐姆接觸電極?！揪唧w實(shí)施方式】
[0038]下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說明。
[0039]參照?qǐng)D1，本發(fā)明提供的基于SOI CMOS工藝的輻射探測(cè)器件包括埋氧氧化層4，埋氧氧化層4的正面從中心向兩側(cè)分別依次對(duì)稱的設(shè)有Si薄膜區(qū)8、源極或漏極注入?yún)^(qū)6和介質(zhì)隔離區(qū)7，Si薄膜區(qū)8的上表面嵌有體區(qū)注入?yún)^(qū)9，源極或漏極注入?yún)^(qū)6和體區(qū)注入?yún)^(qū)9的上方設(shè)有歐姆接觸電極10 ;埋氧氧化層4的背面設(shè)有Si襯底3，Si襯底3上開設(shè)有底部向上的凹槽，凹槽的深度等于Si襯底3的厚度，凹槽的表面設(shè)有背柵電極1，背柵電極I的凹槽部分為背面探測(cè)窗口 2，埋氧氧化層4內(nèi)設(shè)有與背柵電極I相連的背通孔金屬填充區(qū)5。源極或漏極注入?yún)^(qū)6和體區(qū)注入?yún)^(qū)9的摻雜類型為N型或P型；每立方厘米的源極或漏極注入?yún)^(qū)6和體區(qū)注入?yún)^(qū)9內(nèi)摻雜有2X 1013-5X IO15個(gè)摻雜離子。體區(qū)注入?yún)^(qū)9的厚度小于Si薄膜區(qū)8厚度的二分之一；源極或漏極注入?yún)^(qū)6的厚度等于Si薄膜區(qū)8的厚度。背通孔金屬填充區(qū)5的深度h小于埋氧氧化層4厚度；背通孔金屬填充區(qū)5設(shè)置多個(gè)，且相鄰的背通孔金屬填充區(qū)5間距d小于背通孔金屬填充區(qū)5的深度h。
[0040]下面結(jié)合圖2和具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明提供的電容式Si基輻射探測(cè)器件的制備方法作進(jìn)一步詳細(xì)說明。
[0041]實(shí)施例1
[0042]I)在SOI CMOS基片的正面，利用LOCOS工藝，生長介質(zhì)隔離區(qū)，其中SOI CMOS基片包括Si襯底、Si襯底上方的埋氧氧化層、以及埋氧氧化層上方的Si薄膜區(qū)。
[0043]其具體步驟為:去除SOI CMOS基片上的所有氧化層、清洗，采用干氧氧化的方法生長厚度為50nm的SiO2墊氧層，其中所使用的氧化爐溫度為900°C，氧化瓶溫度為85°C，氧化時(shí)間為5min ;而后采用低壓化學(xué)氣相淀積的方法(LPCVD)生長厚度為190nm的Si3N4掩蔽層，其中淀積壓力為25Pa，淀積時(shí)間為30min，淀積溫度600°C ;利用光刻工藝，光刻出介質(zhì)隔離區(qū)的圖形，依次利用干法氧化、濕法氧化和干法氧化的方法進(jìn)行高溫氧化，得介質(zhì)隔離區(qū)，最后利用反應(yīng)離子刻蝕工藝(RIE)刻蝕去除Si3N4掩蔽層，并采用濕法去除光刻膠。
[0044]2)采用光刻工藝，在生長有介質(zhì)隔離區(qū)的SOI CMOS基片的正面光刻出源區(qū)或漏區(qū)的圖形，對(duì)其進(jìn)行能量為50KeV，劑量為2 X IO13的摻雜離子注入，摻雜類型為N型，再采用濕法去除光刻膠，得到源極或漏極注入?yún)^(qū)。
[0045]3)采用光刻工藝，在SOI CMOS基片的Si薄膜區(qū)上光刻出體區(qū)的圖形，對(duì)其進(jìn)行能量為70KeV，劑量為3 X IO15的摻雜離子注入，摻雜類型為N型，再采用濕法去除光刻膠，得到體區(qū)注入?yún)^(qū)。
[0046]4)采用濺射淀積的方法，利用高溫高純度(99%以上)Ti作為靶材，將金屬Ti地毯式的濺射在整個(gè)SOI CMOS基片的正面上，接著在600°C下燒結(jié)lmin，分別在金屬Ti與源極或漏極注入?yún)^(qū)和體區(qū)注入?yún)^(qū)的接觸處形成歐姆接觸電極，然后采用濕法化學(xué)清洗掉其余部分的金屬Ti。
[0047]5)在經(jīng)過步驟4)處理后的SOI CMOS基片的正面和背面淀積Si3N4層，在背面Si3N4層上光刻出探測(cè)窗口，腐蝕探測(cè)窗口部分的區(qū)域直至埋氧氧化層裸露，獲得探測(cè)窗口區(qū)。
[0048]其具體步驟為:采用低壓化學(xué)氣相淀積的方法(LPCVD)分別在SOI CMOS基片的正面和背面生長厚度為220nm的Si3N4掩蔽層，其中淀積壓力為35Pa，淀積時(shí)間為60min，淀積溫度為600°C;再利用光刻工藝，光刻出探測(cè)窗口的圖形，然后利用反應(yīng)離子刻蝕工藝(RIE)刻蝕去除背面的Si3N4掩蔽層和步驟I)中生成的SiO2墊氧層，并采用濕法去除光刻膠；最后，采用四甲基氫氧化銨(TMAH)的摩爾濃度為45%的、溫度為110°C的腐蝕液，以濕法腐蝕方法腐蝕出SOI CMOS基片背面的探測(cè)窗口區(qū)，直至埋氧氧化層裸露。
[0049]6)先在探測(cè)窗口區(qū)內(nèi)的埋氧氧化層上光刻出背通孔區(qū)的圖案，再采用氟基ICP工藝刻蝕埋氧氧化層，形成可供金屬填充的圓柱體的背通孔區(qū)，再采用濕法去除光刻膠。其中采用氟基ICP工藝刻蝕的具體工藝參數(shù)分別為:上電極功率50W、偏壓0V、壓力IPa、刻蝕時(shí)間 200s。
[0050]7)采用濺射工藝或Cu互聯(lián)工藝完全填充背通孔區(qū)，同時(shí)采用濺射工藝或Cu互聯(lián)工藝在探測(cè)窗口區(qū)的表面填充一層金屬層，得到背柵電極和背通孔金屬填充區(qū)，再去除正面的Si3N4層，得到基于SOI CMOS工藝的輻射探測(cè)器件。
[0051]其具體步驟為:采用濺射工藝時(shí)的具體步驟為:采用濺射金屬完全填充背通孔區(qū)，并在探測(cè)窗口區(qū)的表面濺射厚度為1.6 μ m的金屬層，形成背柵電極和背通孔金屬填充區(qū)，再采用濕法去除光刻膠，最后去除正面的Si3N4層，得到基于SOI CMOS工藝的輻射探測(cè)器件。
[0052]實(shí)施例2
[0053]I)在SOI CMOS基片的正面，利用LOCOS工藝，生長介質(zhì)隔離區(qū)，其中SOI CMOS基片包括Si襯底、Si襯底上方的埋氧氧化層、以及埋氧氧化層上方的Si薄膜區(qū)。
[0054]其具體步驟為:去除SOI CMOS基片上的所有氧化層、清洗，采用干氧氧化的方法生長厚度為125nm的SiO2墊氧層，其中所使用的氧化爐溫度為950°C，氧化瓶溫度為88°C，氧化時(shí)間為9min ;而后采用低壓化學(xué)氣相淀積的方法(LPCVD)生長厚度為210nm的Si3N4掩蔽層，其中淀積壓力為33Pa，淀積時(shí)間為45min，淀積溫度700°C ;利用光刻工藝，光刻出介質(zhì)隔離區(qū)的圖形，依次利用干法·氧化、濕法氧化和干法氧化的方法進(jìn)行高溫氧化，得介質(zhì)隔離區(qū)，最后利用反應(yīng)離子刻蝕工藝(RIE)刻蝕去除Si3N4掩蔽層，并采用濕法去除光刻膠。
[0055]2)采用光刻工藝，在生長有介質(zhì)隔離區(qū)的SOI CMOS基片的正面光刻出源區(qū)或漏區(qū)的圖形，對(duì)其進(jìn)行能量為70KeV，劑量為I X IO15的摻雜離子注入，摻雜類型為N型，再采用濕法去除光刻膠，得到源極或漏極注入?yún)^(qū)。
[0056]3)采用光刻工藝，在SOI CMOS基片的Si薄膜區(qū)上光刻出體區(qū)的圖形，對(duì)其進(jìn)行能量為80KeV，劑量為4X IO15的摻雜離子注入，摻雜類型為N型，再采用濕法去除光刻膠，得到體區(qū)注入?yún)^(qū)。
[0057]4)采用濺射淀積的方法，利用高溫高純度(99%以上)Ti作為靶材，將金屬Ti地毯式的濺射在整個(gè)SOI CMOS基片的正面上，接著在750°C下燒結(jié)6min，分別在金屬Ti與源極或漏極注入?yún)^(qū)和體區(qū)注入?yún)^(qū)的接觸處形成歐姆接觸電極，然后采用濕法化學(xué)清洗掉其余部分的金屬Ti。
[0058]5)在經(jīng)過步驟4)處理后的SOI CMOS基片的正面和背面淀積Si3N4層，在背面Si3N4層上光刻出探測(cè)窗口，腐蝕探測(cè)窗口部分的區(qū)域直至埋氧氧化層裸露，獲得探測(cè)窗口區(qū)。
[0059]其具體步驟為:采用低壓化學(xué)氣相淀積的方法(LPCVD)分別在SOI CMOS基片的正面和背面生長厚度為205nm的Si3N4掩蔽層，其中淀積壓力為27Pa，淀積時(shí)間為35min，淀積溫度為750°C;再利用光刻工藝，光刻出探測(cè)窗口的圖形，然后利用反應(yīng)離子刻蝕工藝(RIE)刻蝕去除背面的Si3N4掩蔽層和步驟I)中生成的SiO2墊氧層，并采用濕法去除光刻膠?’最后，采用四甲基氫氧化銨(TMAH)的摩爾濃度為25%的、溫度為90°C的腐蝕液，以濕法腐蝕方法腐蝕出SOI CMOS基片背面的探測(cè)窗口區(qū)，直至埋氧氧化層裸露。
[0060]6)先在探測(cè)窗口區(qū)內(nèi)的埋氧氧化層上光刻出背通孔區(qū)的圖案，再采用氟基ICP工藝刻蝕埋氧氧化層，形成可供金屬填充的圓柱體的背通孔區(qū)，再采用濕法去除光刻膠。其中采用氟基ICP工藝刻蝕的具體工藝參數(shù)分別為:上電極功率250W、偏壓10V、壓力1.75Pa、刻蝕時(shí)間150s。
[0061]7)采用Cu互聯(lián)工藝填充背通孔區(qū)和背面的探測(cè)窗口區(qū)，得到背柵電極和背通孔金屬填充區(qū)，再去除正面的Si3N4層，得到基于SOI CMOS工藝的輻射探測(cè)器件。
[0062]其具體步驟為:將具有背通孔區(qū)和背面的探測(cè)窗口區(qū)的SOI CMOS基片放入到原子層淀積的腔體中，使用CuCl2源和H2分別作為Cu源和還原劑，N2作為載氣，在300°C下進(jìn)行Cu籽晶的原子層淀積，其具體工藝步驟為:用N2清洗Cu源管道、放置樣品、抽真空，當(dāng)真空度為3X10_5Torr時(shí)，在N2保護(hù)下升溫到325°C，然后進(jìn)行樣品表面N2吹掃，再向樣品表面噴Cu源進(jìn)行淀積前的表面預(yù)反應(yīng)，然后向樣品表面交替噴Cu源和H2,進(jìn)行表面反應(yīng)生成Cu籽晶層，最后通N2,完成Cu籽晶層的生長；然后將SOI CMOS基片放入到水浴溫度為50°C的含Cu的電鍍液中，以SOI CMOS基片作為陰極，陽極處的電鍍液中含有銅離子，進(jìn)行電化學(xué)鍍銅，形成背柵電極和背通孔金屬填充區(qū)；之后，采用CMP的方法，通過改變墊片硬度、調(diào)制壓力、轉(zhuǎn)速及拋光液的流量和組分比來使背柵電極表面平整；最后，采用濕法去除正面的Si3N4層，得到基于SOI CMOS工藝的輻射探測(cè)器件。
[0063]實(shí)施例3
[0064]I)在SOI CMOS基片的正面，利用L0C0S工藝，生長介質(zhì)隔離區(qū)，其中SOI CMOS基片包括Si襯底、Si襯底上方的埋氧氧化層、以及埋氧氧化層上方的Si薄膜區(qū)。
[0065]其具體步驟為:去除SOI CMOS基片上的所有氧化層、清洗，采用干氧氧化的方法生長厚度為IOOnm的SiO2墊氧層,其中所使用的氧化爐溫度為1000°C,氧化瓶溫度為90°C，氧化時(shí)間為8min ;而后采用低壓化學(xué)氣相淀積的方法(LPCVD)生長厚度為205nm的Si3N4掩蔽層，其中淀積壓力為27Pa，淀積時(shí)間為55min，淀積溫度750°C ;利用光刻工藝，光刻出介質(zhì)隔離區(qū)的圖形，依次利用干法氧化、濕法氧化和干法氧化的方法進(jìn)行高溫氧化，得介質(zhì)隔離區(qū)，最后利用反應(yīng)離子刻蝕工藝(RIE)刻蝕去除Si3N4掩蔽層，并采用濕法去除光刻膠。
[0066]2)采用光刻工藝，在生長有介質(zhì)隔離區(qū)的SOI CMOS基片的正面光刻出源區(qū)或漏區(qū)的圖形，對(duì)其進(jìn)行能量為80KeV，劑量為4X IO15的摻雜離子注入，摻雜類型為P型，再采用濕法去除光刻膠，得到源極或漏極注入?yún)^(qū)。
[0067]3)采用光刻工藝，在SOI CMOS基片的Si薄膜區(qū)上光刻出體區(qū)的圖形，對(duì)其進(jìn)行能量為50KeV，劑量為2 X IO13的摻雜離子注入，摻雜類型為P型，再采用濕法去除光刻膠，得到體區(qū)注入?yún)^(qū)。
[0068]4)采用濺射淀積的方法，利用高溫高純度(99%以上)Ti作為靶材，將金屬Ti地毯式的濺射在整個(gè)SOI CMOS基片的正面上，接著在650°C下燒結(jié)8min，分別在金屬Ti與源極或漏極注入?yún)^(qū)和體區(qū)注入?yún)^(qū)的接觸處形成歐姆接觸電極，然后采用濕法化學(xué)清洗掉其余部分的金屬Ti。
[0069]5)在經(jīng)過步驟4)處理后的SOI CMOS基片的正面和背面淀積Si3N4層，在背面Si3N4層上光刻出探測(cè)窗口，腐蝕探測(cè)窗口部分的區(qū)域直至埋氧氧化層裸露，獲得探測(cè)窗口區(qū)。
[0070]其具體步驟為:采用低壓化學(xué)氣相淀積的方法(LPCVD)分別在SOI CMOS基片的正面和背面生長厚度為210nm的Si3N4掩蔽層，其中淀積壓力為30Pa，淀積時(shí)間為45min，淀積溫度為800°C;再利用光刻工藝，光刻出探測(cè)窗口的圖形，然后利用反應(yīng)離子刻蝕工藝(RIE)刻蝕去除背面的Si3N4掩蔽層和步驟I)中生成的SiO2墊氧層，并采用濕法去除光刻膠；最后，采用四甲基氫氧化銨(TMAH)的摩爾濃度為40%的、溫度為100°C的腐蝕液，以濕法腐蝕方法腐蝕出SOI CMOS基片背面的探測(cè)窗口區(qū)，直至埋氧氧化層裸露。
[0071]6)先在探測(cè)窗口區(qū)內(nèi)的埋氧氧化層上光刻出背通孔區(qū)的圖案，再采用氟基ICP工藝刻蝕埋氧氧化層，形成可供金屬填充的圓柱體的背通孔區(qū)，再采用濕法去除光刻膠。其中采用氟基ICP工藝刻蝕的具體工藝參數(shù)分別為:上電極功率200W、偏壓20V、壓力2Pa、刻蝕時(shí)間IOOs0
[0072]7)采用濺射工藝或Cu互聯(lián)工藝完全填充背通孔區(qū)，同時(shí)采用濺射工藝或Cu互聯(lián)工藝在探測(cè)窗口區(qū)的表面填充一層金屬層，得到背柵電極和背通孔金屬填充區(qū)，再去除正面的Si3N4層，得到基于SOI CMOS工藝的輻射探測(cè)器件。
[0073]其具體步驟為:采用濺射工藝時(shí)的具體步驟為:采用濺射金屬完全填充背通孔區(qū)，并在探測(cè)窗口區(qū)的表面濺射厚度為0.5 μ m的金屬層，形成背柵電極和背通孔金屬填充區(qū)，再采用濕法去除光刻膠，最后去除正面的Si3N4層，得到基于SOI CMOS工藝的輻射探測(cè)器件。
[0074]實(shí)施例4
[0075]I)在SOI CMOS基片的正面，利用STI工藝，生長介質(zhì)隔離區(qū)，其中SOI CMOS基片包括Si襯底、Si襯底上方的埋氧氧化層、以及埋氧氧化層上方的Si薄膜區(qū)。
[0076]其具體步驟為:去除SOI CMOS基片上的所有氧化層、清洗，采用干氧氧化的方法生長厚度大于200nm的SiO2墊氧層，其中所使用的氧化爐溫度為1100°C,氧化瓶溫度為95°C，氧化時(shí)間為IOmin ;而后采用低壓化學(xué)氣相淀積的方法(LPCVD)生長厚度為180nm的Si3N4掩蔽層，其中淀積壓力為35Pa，淀積時(shí)間為60min，淀積溫度850°C;利用光刻工藝，光刻出介質(zhì)隔離區(qū)圖形，而后利用反應(yīng)離子刻蝕工藝(RIE)刻蝕去除Si3N4掩蔽層，并完成介質(zhì)隔離區(qū)的刻蝕；之后采用低壓化學(xué)氣相淀積的方法(LPCVD)生長厚度為ISOnm的TEOS氧化物填充介質(zhì)隔離區(qū)，其中淀積壓力為55Pa，淀積時(shí)間為30min，淀積溫度為850°C ;再利用化學(xué)機(jī)械拋光(CMP)的方法完成SOI CMOS基片表面的平整化；最后，利用熱磷酸煮沸SOICMOS基片，去除Si3N4掩蔽層，得到介質(zhì)隔離區(qū)。
[0077]2)采用光刻工藝，在生長有介質(zhì)隔離區(qū)的SOI CMOS基片的正面光刻出源區(qū)或漏區(qū)的圖形，對(duì)其進(jìn)行能量為lOOKeV，劑量為5 X IO15的摻雜離子注入，摻雜類型為N型，再采用濕法去除光刻膠，得到源極或漏極注入?yún)^(qū)。
[0078]3)采用光刻工藝，在SOI CMOS基片的Si薄膜區(qū)上光刻出體區(qū)的圖形，對(duì)其進(jìn)行能量為90KeV，劑量為I X IO15的摻雜離子注入，摻雜類型為N型，再采用濕法去除光刻膠，得到體區(qū)注入?yún)^(qū)。
[0079]4)采用濺射淀積的方法，利用高溫高純度(99%以上)Ti作為靶材，將金屬Ti地毯式的濺射在整個(gè)SOI CMOS基片的正面上，接著在800°C下燒結(jié)lOmin，分別在金屬Ti與源極或漏極注入?yún)^(qū)和體區(qū)注入?yún)^(qū)的接觸處形成歐姆接觸電極，然后采用濕法化學(xué)清洗掉其余部分的金屬Ti。
[0080]5)在經(jīng)過步驟4)處理后的SOI CMOS基片的正面和背面淀積Si3N4層，在背面Si3N4層上光刻出探測(cè)窗口，腐蝕探測(cè)窗口部分的區(qū)域直至埋氧氧化層裸露，獲得探測(cè)窗口區(qū)。
[0081]其具體步驟為:采用低壓化學(xué)氣相淀積的方法(LPCVD)分別在SOI CMOS基片的正面和背面生長厚度為180nm的Si3N4掩蔽層，其中淀積壓力為25Pa，淀積時(shí)間為30min，淀積溫度為850°C ;再利用光刻工藝，光刻出探測(cè)窗口的圖形，然后利用反應(yīng)離子刻蝕工藝(RIE)刻蝕去除背面的Si3N4掩蔽層和步驟I)中生成的SiO2墊氧層，并采用濕法去除光刻膠；最后，采用四甲基氫氧化銨(TMAH)的摩爾濃度為10%的、溫度為50°C的腐蝕液，以濕法腐蝕方法腐蝕出SOI CMOS基片背面的探測(cè)窗口區(qū)，直至埋氧氧化層裸露。
[0082]6)先在探測(cè)窗口區(qū)內(nèi)的埋氧氧化層上光刻出背通孔區(qū)的圖案，再采用氟基ICP工藝刻蝕埋氧氧化層，形成可供金屬填充的圓柱體的背通孔區(qū)，再采用濕法去除光刻膠。其中采用氟基ICP工藝刻蝕的具體工藝參數(shù)分別為:上電極功率300W、偏壓80V、壓力3Pa、刻蝕時(shí)間50s。
[0083]7)采用Cu互聯(lián)工藝填充背通孔區(qū)和背面的探測(cè)窗口區(qū)，得到背柵電極和背通孔金屬填充區(qū)，再去除正面的Si3N4層，得到基于SOI CMOS工藝的輻射探測(cè)器件。
[0084]其具體步驟為:將具有背通孔區(qū)和背面的探測(cè)窗口區(qū)的SOI CMOS基片放入到原子層淀積的腔體中，使用CuCl2源和H2分別作為Cu源和還原劑，N2作為載氣，在290°C下進(jìn)行Cu籽晶的原子層淀積，其具體工藝步驟為:用N2清洗Cu源管道、放置樣品、抽真空，當(dāng)真空度為I X 10_5Torr時(shí)，在N2保護(hù)下升溫到330°C，然后進(jìn)行樣品表面N2吹掃，再向樣品表面噴Cu源進(jìn)行淀積前的表面預(yù)反應(yīng)，然后向樣品表面交替噴Cu源和H2，進(jìn)行表面反應(yīng)生成Cu籽晶層，最后通N2,完成Cu籽晶層的生長；然后將SOI CMOS基片放入到水浴溫度為100°C的含Cu的電鍍液中，以SOI CMOS基片作為陰極，陽極處的電鍍液中含有銅離子，進(jìn)行電化學(xué)鍍銅，形成背柵電極和背通孔金屬填充區(qū)；之后，采用CMP的方法，通過改變墊片硬度、調(diào)制壓力、轉(zhuǎn)速及拋光液的流量和組分比來使背柵電極表面平整；最后，采用濕法去除正面的Si3N4層，得到基于SOI CMOS工藝的輻射探測(cè)器件。
[0085]實(shí)施例5
[0086]I)在SOI CMOS基片的正面，利用STI工藝，生長介質(zhì)隔離區(qū)，其中SOI CMOS基片包括Si襯底、Si襯底上方的埋氧氧化層、以及埋氧氧化層上方的Si薄膜區(qū)。
[0087]其具體步驟為:去除SOI CMOS基片上的所有氧化層、清洗，采用干氧氧化的方法生長厚度大于150nm的SiO2墊氧層，其中所使用的氧化爐溫度為1050°C，氧化瓶溫度為92°C，氧化時(shí)間為6min ;而后采用低壓化學(xué)氣相淀積的方法(LPCVD)生長厚度為200nm的Si3N4掩蔽層，其中淀積壓力為30Pa，淀積時(shí)間為40min，淀積溫度800°C ;利用光刻工藝，光刻出介質(zhì)隔離區(qū)圖形，而后利用反應(yīng)離子刻蝕工藝(RIE)刻蝕去除Si3N4掩蔽層，并完成介質(zhì)隔離區(qū)的刻蝕；之后采用低壓化學(xué)氣相淀積的方法(LPCVD)生長厚度為200nm的TEOS氧化物填充介質(zhì)隔離區(qū)，其中淀積壓力為50Pa，淀積時(shí)間為45min，淀積溫度為700°C ;再利用化學(xué)機(jī)械拋光(CMP)的方法完成SOI CMOS基片表面的平整化；最后，利用熱磷酸煮沸SOICMOS基片，去除Si3N4掩蔽層，得到介質(zhì)隔離區(qū)。
[0088]2)采用光刻工藝，在生長有介質(zhì)隔離區(qū)的SOI CMOS基片的正面光刻出源區(qū)或漏區(qū)的圖形，對(duì)其進(jìn)行能量為90KeV，劑量為3 X IO15的摻雜離子注入，摻雜類型為P型，再采用濕法去除光刻膠，得到源極或漏極注入?yún)^(qū)。
[0089]3)采用光刻工藝，在SOI CMOS基片的Si薄膜區(qū)上光刻出體區(qū)的圖形，對(duì)其進(jìn)行能量為60KeV，劑量為I X IO14的摻雜離子注入，摻雜類型為P型，再采用濕法去除光刻膠，得到體區(qū)注入?yún)^(qū)。
[0090]4)采用濺射淀積的方法，利用高溫高純度(99%以上)Ti作為靶材，將金屬Ti地毯式的濺射在整個(gè)SOI CMOS基片的正面上，接著在700°C下燒結(jié)4min，分別在金屬Ti與源極或漏極注入?yún)^(qū)和體區(qū)注入?yún)^(qū)的接觸處形成歐姆接觸電極，然后采用濕法化學(xué)清洗掉其余部分的金屬Ti。
[0091]5)在經(jīng)過步驟4)處理后的SOI CMOS基片的正面和背面淀積Si3N4層，在背面Si3N4層上光刻出探測(cè)窗口，腐蝕探測(cè)窗口部分的區(qū)域直至埋氧氧化層裸露，獲得探測(cè)窗口區(qū)。
[0092]其具體步驟為:采用低壓化學(xué)氣相淀積的方法(LPCVD)分別在SOI CMOS基片的正面和背面生長厚度為190nm的Si3N4掩蔽層，其中淀積壓力為33Pa，淀積時(shí)間為40min，淀積溫度為700°C;再利用光刻工藝，光刻出探測(cè)窗口的圖形，然后利用反應(yīng)離子刻蝕工藝(RIE)刻蝕去除背面的Si3N4掩蔽層和步驟I)中生成的SiO2墊氧層，并采用濕法去除光刻膠?’最后，采用四甲基氫氧化銨(TMAH)的摩爾濃度為20%的、溫度為60°C的腐蝕液，以濕法腐蝕方法腐蝕出SOI CMOS基片背面的探測(cè)窗口區(qū)，直至埋氧氧化層裸露。
[0093]6)先在探測(cè)窗口區(qū)內(nèi)的埋氧氧化層上光刻出背通孔區(qū)的圖案，再采用氟基ICP工藝刻蝕埋氧氧化層，形成可供金屬填充的圓柱體的背通孔區(qū)，再采用濕法去除光刻膠。其中采用氟基ICP工藝刻蝕的具體工藝參數(shù)分別為:上電極功率150W、偏壓40V、壓力1.5Pa、刻蝕時(shí)間125s。
[0094]7)采用濺射工藝或Cu互聯(lián)工藝完全填充背通孔區(qū)，同時(shí)采用濺射工藝或Cu互聯(lián)工藝在探測(cè)窗口區(qū)的表面填充一層金屬層，得到背柵電極和背通孔金屬填充區(qū)，再去除正面的Si3N4層，得到基于SOI CMOS工藝的輻射探測(cè)器件。
[0095]其具體步驟為:采用濺射工藝時(shí)的具體步驟為:采用濺射金屬完全填充背通孔區(qū)，并在探測(cè)窗口區(qū)的表面濺射厚度為Iym的金屬層，形成背柵電極和背通孔金屬填充區(qū)，再采用濕法去除光刻膠，最后去除正面的Si3N4層，得到基于SOI CMOS工藝的輻射探測(cè)器件。
[0096]實(shí)施例6
[0097]I)在SOI CMOS基片的正面，利用STI工藝，生長介質(zhì)隔離區(qū)，其中SOI CMOS基片包括Si襯底、Si襯底上方的埋氧氧化層、以及埋氧氧化層上方的Si薄膜區(qū)。
[0098]其具體步驟為:去除SOI CMOS基片上的所有氧化層、清洗，采用干氧氧化的方法生長厚度大于75nm的SiO2墊氧層，其中所使用的氧化爐溫度為975°C，氧化瓶溫度為93°C，氧化時(shí)間為7min ;而后采用低壓化學(xué)氣相淀積的方法(LPCVD)生長厚度為220nm的Si3N4掩蔽層，其中淀積壓力為28Pa，淀積時(shí)間為50min，淀積溫度650°C ;利用光刻工藝，光刻出介質(zhì)隔離區(qū)圖形，而后利用反應(yīng)離子刻蝕工藝(RIE)刻蝕去除Si3N4掩蔽層，并完成介質(zhì)隔離區(qū)的刻蝕；之后采用低壓化學(xué)氣相淀積的方法(LPCVD)生長厚度為220nm的TEOS氧化物填充介質(zhì)隔離區(qū)，其中淀積壓力為45Pa，淀積時(shí)間為60min，淀積溫度為600°C ;再利用化學(xué)機(jī)械拋光(CMP)的方法完成SOI CMOS基片表面的平整化；最后，利用熱磷酸煮沸SOI CMOS基片，去除Si3N4掩蔽層，得到介質(zhì)隔離區(qū)。[0099]2)采用光刻工藝，在生長有介質(zhì)隔離區(qū)的SOI CMOS基片的正面光刻出源區(qū)或漏區(qū)的圖形，對(duì)其進(jìn)行能量為60KeV，劑量為I X IO14的摻雜離子注入，摻雜類型為P型，再采用濕法去除光刻膠，得到源極或漏極注入?yún)^(qū)。
[0100]3)采用光刻工藝，在SOI CMOS基片的Si薄膜區(qū)上光刻出體區(qū)的圖形，對(duì)其進(jìn)行能量為IOOKeV,劑量為5 X IO15的摻雜離子注入，摻雜類型為P型，再采用濕法去除光刻膠，得到體區(qū)注入?yún)^(qū)。
[0101]4)采用濺射淀積的方法，利用高溫高純度(99%以上)Ti作為靶材，將金屬Ti地毯式的濺射在整個(gè)SOI CMOS基片的正面上，接著在680°C下燒結(jié)2min，分別在金屬Ti與源極或漏極注入?yún)^(qū)和體區(qū)注入?yún)^(qū)的接觸處形成歐姆接觸電極，然后采用濕法化學(xué)清洗掉其余部分的金屬Ti。
[0102]5)在經(jīng)過步驟4)處理后的SOI CMOS基片的正面和背面淀積Si3N4層，在背面Si3N4層上光刻出探測(cè)窗口，腐蝕探測(cè)窗口部分的區(qū)域直至埋氧氧化層裸露，獲得探測(cè)窗口區(qū)。
[0103]其具體步驟為:采用低壓化學(xué)氣相淀積的方法(LPCVD)分別在SOI CMOS基片的正面和背面生長厚度為200nm的Si3N4掩蔽層，其中淀積壓力為28Pa，淀積時(shí)間為50min，淀積溫度為650°C;再利用光刻工藝，光刻出探測(cè)窗口的圖形，然后利用反應(yīng)離子刻蝕工藝(RIE)刻蝕去除背面的Si3N4掩蔽層和步驟I)中生成的SiO2墊氧層，并采用濕法去除光刻膠?’最后，采用四甲基氫氧化銨(TMAH)的摩爾濃度為30%的、溫度為70°C的腐蝕液，以濕法腐蝕方法腐蝕出SOI CMOS基片背面的探測(cè)窗口區(qū)，直至埋氧氧化層裸露。
[0104]6)先在探測(cè)窗口區(qū)內(nèi)的埋氧氧化層上光刻出背通孔區(qū)的圖案，再采用氟基ICP工藝刻蝕埋氧氧化層，形成可供金屬填充的圓柱體的背通孔區(qū)，再采用濕法去除光刻膠。其中采用氟基ICP工藝刻蝕的具 體工藝參數(shù)分別為:上電極功率100W、偏壓60V、壓力2.5Pa、刻蝕時(shí)間75s。
[0105]7)采用Cu互聯(lián)工藝填充背通孔區(qū)和背面的探測(cè)窗口區(qū)，得到背柵電極和背通孔金屬填充區(qū)，再去除正面的Si3N4層，得到基于SOI CMOS工藝的輻射探測(cè)器件。
[0106]其具體步驟為:將具有背通孔區(qū)和背面的探測(cè)窗口區(qū)的SOI CMOS基片放入到原子層淀積的腔體中，使用CuCl2源和H2分別作為Cu源和還原劑，N2作為載氣，在295°C下進(jìn)行Cu籽晶的原子層淀積，其具體工藝步驟為:用N2清洗Cu源管道、放置樣品、抽真空，當(dāng)真空度為5X10_5Torr時(shí)，在N2保護(hù)下升溫到320°C，然后進(jìn)行樣品表面N2吹掃，再向樣品表面噴Cu源進(jìn)行淀積前的表面預(yù)反應(yīng)，然后向樣品表面交替噴Cu源和H2,進(jìn)行表面反應(yīng)生成Cu籽晶層，最后通N2,完成Cu籽晶層的生長；然后將SOI CMOS基片放入到水浴溫度為80°C的含Cu的電鍍液中，以SOI CMOS基片作為陰極，陽極處的電鍍液中含有銅離子，進(jìn)行電化學(xué)鍍銅，形成背柵電極和背通孔金屬填充區(qū)；之后，采用CMP的方法，通過改變墊片硬度、調(diào)制壓力、轉(zhuǎn)速及拋光液的流量和組分比來使背柵電極表面平整；最后，采用濕法去除正面的Si3N4層，得到基于SOI CMOS工藝的輻射探測(cè)器件。
【權(quán)利要求】
1.一種基于SOI CMOS工藝的輻射探測(cè)器件，其特征在于:包括埋氧氧化層(4)，埋氧氧化層(4)的正面從中心向兩側(cè)分別依次對(duì)稱的設(shè)有Si薄膜區(qū)(8)、源極或漏極注入?yún)^(qū)(6)和介質(zhì)隔離區(qū)(7) ,Si薄膜區(qū)(8)的上表面嵌有體區(qū)注入?yún)^(qū)(9)，源極或漏極注入?yún)^(qū)(6)和體區(qū)注入?yún)^(qū)(9)的上方設(shè)有歐姆接觸電極(10);埋氧氧化層(4)的背面設(shè)有Si襯底(3)，Si襯底(3)上開設(shè)有底部向上的凹槽，凹槽的深度等于Si襯底(3)的厚度，凹槽的表面設(shè)有背柵電極(I)，埋氧氧化層(4)內(nèi)設(shè)有與背柵電極(I)相連的背通孔金屬填充區(qū)(5)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于SOICMOS工藝的輻射探測(cè)器件，其特征在于:所述的源極或漏極注入?yún)^(qū)(6)和體區(qū)注入?yún)^(qū)(9)的摻雜類型為N型或P型； 每立方厘米的源極或漏極注入?yún)^(qū)(6)和體區(qū)注入?yún)^(qū)(9)內(nèi)摻雜有2X1013-5X1015個(gè)摻雜罔子。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的基于SOICMOS工藝的輻射探測(cè)器件，其特征在于:所述的體區(qū)注入?yún)^(qū)(9)的厚度小于Si薄膜區(qū)(8)厚度的二分之一； 所述的源極或漏極注入?yún)^(qū)出)的厚度等于Si薄膜區(qū)(8)的厚度。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的基于SOICMOS工藝的輻射探測(cè)器件，其特征在于:所述的背通孔金屬填充區(qū)(5)的深度h小于埋氧氧化層(4)厚度； 所述的背通孔金屬 填充區(qū)(5)設(shè)置多個(gè)，且相鄰的背通孔金屬填充區(qū)(5)間距d小于背通孔金屬填充區(qū)(5)的深度h。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于SOICMOS工藝的輻射探測(cè)器件，其特征在于:所述的背柵電極(I)的凹槽部分為背面探測(cè)窗口(2)。
6.一種基于SOI CMOS工藝的輻射探測(cè)器件的制備方法，其特征在于:包括以下步驟: 1)在SOICMOS基片的正面，利用L0C0S或者STI工藝，生長介質(zhì)隔離區(qū)(7)，其中SOICMOS基片包括Si襯底(3)、Si襯底(3)上方的埋氧氧化層⑷、以及埋氧氧化層⑷上方的Si薄膜區(qū)； 2)采用光刻工藝，在生長有介質(zhì)隔離區(qū)(7)的SOICMOS基片的正面光刻出源區(qū)或漏區(qū)的圖形，對(duì)其進(jìn)行能量為50-100KeV，劑量為2X1013-5X1015的摻雜離子注入，再去除光刻膠，得到源極或漏極注入?yún)^(qū)(6)； 3)采用光刻工藝，在SOICMOS基片的Si薄膜區(qū)上光刻出體區(qū)的圖形，對(duì)其進(jìn)行能量為50-100KeV，劑量為2X1013-5X1015的摻雜離子注入，再去除光刻膠，得到體區(qū)注入?yún)^(qū)(9)； 4)采用濺射淀積的方法，利用Ti作為靶材，將金屬Ti濺射在整個(gè)SOICMOS基片的正面上，接著在600-800°C下燒結(jié)Ι-lOmin，分別在金屬Ti與源極或漏極注入?yún)^(qū)(6)和體區(qū)注入?yún)^(qū)(9)的接觸處形成歐姆接觸電極(10)，然后采用濕法化學(xué)清洗掉其余部分的金屬Ti ； 5)在經(jīng)過步驟4)處理后的SOICMOS基片的正面和背面淀積Si3N4層，在背面Si3N4層上光刻出探測(cè)窗口，腐蝕探測(cè)窗口部分的區(qū)域直至埋氧氧化層(4 )裸露，獲得探測(cè)窗口區(qū)； 6)先在探測(cè)窗口區(qū)內(nèi)的埋氧氧化層(4)上光刻出背通孔區(qū)的圖案，再采用氟基ICP工藝刻蝕埋氧氧化層(4)，形成可供金屬填充的背通孔區(qū)，再去除光刻膠； 7)采用濺射工藝或Cu互聯(lián)工藝完全填充背通孔區(qū)，同時(shí)采用濺射工藝或Cu互聯(lián)工藝在探測(cè)窗口區(qū)的表面填充一層金屬層，得到背柵電極(I)和背通孔金屬填充區(qū)(5)，再去除正面的Si3N4層，得到基于SOI CMOS工藝的輻射探測(cè)器件。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的基于SOICMOS工藝的輻射探測(cè)器件的制備方法，其特征在于:所述的步驟I)中利用LOCOS工藝，生長介質(zhì)隔離區(qū)(7)的具體步驟為:去除SOI CMOS基片上的氧化層、清洗，采用干氧氧化的方法生長厚度為50-200nm的SiO2墊氧層，其中所使用的氧化爐溫度為900-1100°C,氧化瓶溫度為85-95°C,氧化時(shí)間為5_10min ;而后采用低壓化學(xué)氣相淀積的方法生長厚度為180-220nm的Si3N4掩蔽層，其中淀積壓力為25-35Pa，淀積時(shí)間為30-60min，淀積溫度600_850°C;利用光刻工藝，光刻出介質(zhì)隔離區(qū)(7)的圖形，經(jīng)氧化得到介質(zhì)隔離區(qū)(7)，最后利用反應(yīng)離子刻蝕工藝刻蝕去除Si3N4掩蔽層，并去除光刻膠; 所述的步驟I)中利用STI工藝，生長介質(zhì)隔離區(qū)(7)的具體步驟為:去除SOI CMOS基片上的氧化層、清洗，采用干氧氧化的方法生長厚度大于50-200nm的SiO2墊氧層，其中所使用的氧化爐溫度為900-1100°C,氧化瓶溫度為85-95°C,氧化時(shí)間為5_10min ;而后采用低壓化學(xué)氣相淀積的方法生長厚度為180-220nm的Si3N4掩蔽層，其中淀積壓力為25-35Pa，淀積時(shí)間為30-60min，淀積溫度600_850°C;利用光刻工藝，光刻出介質(zhì)隔離區(qū)(7)圖形，而后利用反應(yīng)離子刻蝕工藝刻蝕去除Si3N4掩蔽層，并完成介質(zhì)隔離區(qū)(7)的刻蝕；之后采用低壓化學(xué)氣相淀積的方法生長厚度為180-220nm的TEOS氧化物填充介質(zhì)隔離區(qū)(7)，其中淀積壓力為45-55Pa，淀積時(shí)間為30_60min，淀積溫度為600-850°C ;再利用化學(xué)機(jī)械拋光的方法完成SOI CMOS基片表面的平整化；最后，利用磷酸煮沸SOI CMOS基片，去除Si3N4掩蔽層，得到介質(zhì)隔離區(qū)(7)。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的基于SOICMOS工藝的輻射探測(cè)器件的制備方法，其特征在于:所述的步驟5)的具體步驟為:采用低壓化學(xué)氣相淀積的方法分別在SOI CMOS基片的正面和背面生長厚度為180-220nm的Si3N4掩蔽層，其中淀積壓力為25_35Pa，淀積時(shí)間為30-60min，淀積溫度為600_850°C ;再利用光刻工藝，光刻出探測(cè)窗口的圖形，然后利用反應(yīng)離子刻蝕工藝刻蝕去除背面的Si3N4掩蔽層和步驟I)中生成的SiO2墊氧層，并去除光刻膠；最后，采用四甲基氫氧化銨的 摩爾濃度為10-45%的、溫度為50-110°C的腐蝕液，以濕法腐蝕方法腐蝕出SOI CMOS基片背面的探測(cè)窗口區(qū)，直至埋氧氧化層(4)裸露。
9.根據(jù)權(quán)利要求6-8中任意一項(xiàng)所述的基于SOICMOS工藝的輻射探測(cè)器件的制備方法，其特征在于:所述的步驟6)中采用氟基ICP工藝刻蝕的具體工藝參數(shù)分別為:上電極功率 50-300W、偏壓 0-80V、壓力 l_3Pa、刻蝕時(shí)間 50_200s。
10.根據(jù)權(quán)利要求6-8中任意一項(xiàng)所述的基于SOICMOS工藝的輻射探測(cè)器件的制備方法，其特征在于:所述的步驟7)采用濺射工藝時(shí)的具體步驟為:采用濺射金屬完全填充背通孔區(qū)，并在探測(cè)窗口區(qū)的表面濺射厚度為0.5-1.6μπι的金屬層，形成背柵電極(I)和背通孔金屬填充區(qū)(5)，再去除光刻膠，最后去除正面的Si3N4層，得到基于SOI CMOS工藝的輻射探測(cè)器件； 所述的步驟7)采用Cu互聯(lián)工藝時(shí)的具體步驟為:將具有背通孔區(qū)和背面的探測(cè)窗口區(qū)的SOI CMOS基片放入到原子層淀積的腔體中，使用CuCl2源和H2分別作為Cu源和還原劑，隊(duì)作為載氣，在290-300°C下進(jìn)行Cu籽晶的原子層淀積，其具體工藝步驟為:用隊(duì)清洗Cu源管道、放置樣品、抽真空，當(dāng)真空度為(I~5) X IO-5Torr時(shí)，在N2保護(hù)下升溫到320-330°C，然后進(jìn)行表面N2吹掃，再噴Cu源進(jìn)行淀積前的表面預(yù)反應(yīng)，然后交替噴Cu源和H2，進(jìn)行表面反應(yīng)生成Cu籽晶層，最后通N2,完成Cu籽晶層的生長；然后將SOI CMOS基片放入到水浴溫度為50-100°C的含Cu的電鍍液中，以SOI CMOS基片作為陰極，陽極處的電鍍液中含有銅離子，進(jìn)行電化學(xué)鍍銅，形成背柵電極(I)和背通孔金屬填充區(qū)(5);之后，采用CMP的方法使背柵電極( I)表面平整；最后，去除正面的Si3N4層，得到基于SOI CMOS工藝的輻射探測(cè)器件。
【文檔編號(hào)】H01L31/0224GK103715293SQ201310656997
【公開日】2014年4月9日 申請(qǐng)日期:2013年12月5日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月5日
【發(fā)明者】楊凌 申請(qǐng)人:中國航天科技集團(tuán)公司第九研究院第七七一研究所