[发明专利]半导体器件

说明书

技术领域

本发明涉及半导体器件领域，特别地，涉及一种半导体X线探测器。

背景技术

X线探测器在当今社会生产和生活领域都有着广泛的应用。常见的X线探测器根据其探测成像原理，有以下几种形式：胶片成像，固体探测器，气体探测器，以及半导体探测器。其中，半导体探测器因其体积小、速度快、信息处理便捷、设计方案灵活，在业界得到了广泛的应用，成为了未来X线探测器市场的主流。

半导体探测器包括了硅基像素探测器，CCD/CMOS探测器，a-SiFPD探测器等若干形式。其中，硅基像素探测器的空间分辨率高，响应速度快，因而得到了研究人员的重视。但是其成本较高，且其设计制备需要多种学科的融合，技术门槛很高。

硅基像素X线探测器的常规结构为硅基二极管阵列基板与读出电路阵列基板通过倒装焊点阵封装。具体可以参见附图1，示意了单个像素的结构，硅基二极管阵列基板20与读出电路阵列基板10通过铟焊料球14键合连接。

这种常规结构的硅基像素X线探测器，需要大面积、高分辨率、高灵敏度、低漏电硅基PIN二极管阵列，也需要高分辨率、高灵敏度读出电路，同时也对用于互连的封装技术提出了较高要求，需要高密度芯片级的铟倒装焊点阵键合封装技术，以获得较低的电阻和较低的寄生电容以及大阵列下的低应力高成品率要求。

因此，对二极管阵列、读出电路以及互连技术的高要求，使得硅基像素X线探测器的系统复杂、制造工艺要求苛刻、成本过高，并且，现有的器件结构中，电学信号在系统间进行传导的过程中，容易遭受干扰，噪声影响严重。

因此，需要提供一种新结构的硅基像素X线探测器，以克服现有技术的缺陷。

发明内容

本发明提出了一种半导体X线探测器，其中，在硅基二极管阵列中集成在片信号处理和放大电路，以获得良好的器件性能。

本发明提供了一种半导体器件，包括半导体X线探测器的像素单元，其包括：

硅基二极管阵列基板和读出电路阵列基板，其通过铟焊料球连接；

所述读出电路阵列基板上形成有读出电路，第一钝化层以及第一UBM；

所述硅基二极管阵列基板上形成有背面N⁺接触层，正面P⁺层，其中，所述背面N⁺接触层与所述正面P⁺层之间的所述硅基二极管阵列基板部分为本征层，从而形成了硅基PIN二极管；

所述正面P⁺层之上还形成有氧化层，PIN接触层，第二钝化层以及第二UBM；

其中，所述硅基二极管阵列基板的正面还形成有低温TFT，以构成像素单元内的在片信号处理和放大电路。

同时，本发明还提供一种半导体器件制造方法，用于制造半导体X线探测器的像素单元，其包括：

提供读出电路阵列基板和硅基二极管阵列基板；

在所述读出电路阵列基板形成读出电路；

然后在所述读出电路之上形成第一钝化层以及第一UBM；

在所述硅基二极管阵列基板的背面形成背面N⁺接触层，在所述硅基二极管阵列基板的正面形成正面P⁺层；

在所述正面P⁺层之上形成氧化层，PIN接触层，第二钝化层以及第二UBM；

通过铟焊料球将所述读出电路阵列基板和所述硅基二极管阵列基板连接，从而形成半导体X线探测器像素单元；

其中，在所述硅基二极管阵列基板的正面形成低温TFT，以构成像素单元内的在片信号处理和放大电路。

同时，根据本发明的另一个方面，本发明还提供一种半导体X线探测器的操作方法，采用如前所述的半导体器件，其包括：

将像素单元中的硅基PIN二极管获取的信号输入至低温TFT，经过信号处理和放大之后，通过铟焊料球输出给读出电路阵列基板上的读出电路。

根据本发明的一个方面，所述低温TFT为倒栅结构，其栅极形成于所述氧化层之中，其沟道层形成于所述氧化层之上，所述氧化层的一部分将所述栅极和所述沟道层隔离。

根据本发明的一个方面，所述低温TFT为正栅结构，其沟道层形成于所述氧化层之中，其栅极形成于所述氧化层之上，所述氧化层的一部分将所述栅极和所述沟道层隔离。

根据本发明的一个方面，所述低温TFT的沟道层材料为多晶硅，α-Si:H，非晶态氧化物半导体，其采用低温工艺形成。