大面积双面硅漂移探测器的加工工艺
阅读：424发布：2021-03-21
专利汇可以提供大面积双面硅漂移探测器的加工工艺专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本 发明 公开了一种大面积双面 硅 漂移探测器的加工工艺，属于 半导体 探测器加工技术领域。在制作大面积SDD时按八个步骤进行，包括 晶圆 吸杂 氧 化、双面标记制作、正 反面 P型注入 刻蚀 、N型 阳极 注入刻蚀、注入完成后 退火 、正反面注入区域氧化层全刻蚀、正反面 电极 制作、快速退火；八个步骤依次进行，最终制得所需要的大面积SDD。本发明能够在大面积双面SDD制作的同时，实现提高晶圆氧化的 质量 、正反两面的对准 精度 以及大幅降低引入杂质 风 险的目的。，下面是大面积双面硅漂移探测器的加工工艺专利的具体信息内容。
1.一种大面积双面硅漂移探测器的加工工艺，其特征在于，整个工艺在恒温恒湿的百级超净间中进行，包括以下步骤：
S1，在氧化炉中对晶圆进行吸杂氧化：对氧化炉多次长时间清洗，同时用高纯氮和高纯氧不间断供给，纯化氧化炉内的气体环境，使空间干燥；设置特殊气体和特殊温度梯度组合，将晶圆放入氧化炉中；分阶段调节氧化炉炉体温度至所需的温度，设置每一阶段的氧化时间，氧化结束后，取出晶圆并在金相显微镜下检查无损后封存；
所述特殊气体为含有三氯乙酸的氧气，三氯乙酸含量为1-2mL/min；所述特殊温度梯度为一个高温-中温-高温的梯度，高温的温度范围为1000℃至1200℃，中温的温度范围为700℃至1000℃，氧化时长为36h～72h；
S2，分别利用匀胶机、光刻机、显影柜、加热台、刻蚀柜和酸洗柜在所述S1中氧化后的晶圆上制作双面光刻对准标记；
S3，对所述S2中处理后的晶圆进行正反面P型注入刻蚀；
S4，将所述S3中处理后的晶圆进行N型注入刻蚀；
S5，将S4中注入刻蚀后的晶圆利用退火炉进行热退火；
S6，将所述S5中热退火后的晶圆进行正反面注入区域氧化层全刻蚀；
S7，将所述S6中处理后的晶圆利用磁控溅射仪进行镀铝，再进行正反面电极的制作；
S8，将所述S7中处理后的晶圆利用退火炉进行快速退火。
2.根据权利要求1所述的一种大面积双面硅漂移探测器的加工工艺，其特征在于，所述S2中双面光刻对准标记的制作过程包括以下步骤：
S21，将所述S1中氧化后的晶圆经烘干冷却至室温后，放置于匀胶机上，设定匀胶转速、匀胶时长和滴胶量分别对晶圆的正面和反面涂抹光刻胶；涂胶后利用加热台分别对晶圆正反两面进行烘干；
S22，开启光刻机中的上下汞灯，校准光强，使双面曝光上下表面的曝光时长相同；再安装上下掩模版，并真空吸附掩模版，同时对上下掩模版进行对准调节；调节后将所述S21中处理后的晶圆放置在下掩模版上，调整晶圆位置至掩模版的正中间，合上上下掩模版，真空密着后进行曝光；
S23，将S22中曝光后的晶圆放入显影柜的显影槽中进行显影，配置合适配比的正胶显影液，所述合适配比的正胶显影液中显影液和水的配比为9:1；根据汞灯光强和曝光时长以及多次实验记录预先估计显影时长；显影完成后将晶圆用去离子水清洗晶圆上残留的显影液，待吹干后并用金相显微镜进行检查；所述S23中的曝光时长为15s；
S24，将所述S23中处理后的晶圆放置加热台中烘干，烘干时间长于所述S21中对晶圆正反两面进行烘干的时间，以保证光刻胶足够致密，HF刻蚀液不会渗透过光刻胶；
S25，将S24中得到的晶圆放置刻蚀柜中，根据刻蚀要求和其他工艺情况配置二氧化硅刻蚀液，并根据晶圆表面二氧化硅在所配得的刻蚀液中的反应速率确定刻蚀时长；刻蚀对准标记后，将晶圆放置清洗柜中用去离子水清洗晶圆上残留的刻蚀液；再将清洗好的晶圆放置于盛有光刻胶剥离液烧杯中进行去胶；去胶后将晶圆用去离子水清洗，再利用酸洗机进行酸洗。
3.根据权利要求1或2所述的一种大面积双面硅漂移探测器的加工工艺，其特征在于，所述S3中对晶圆进行正反面P型注入刻蚀包括以下步骤：
S31，晶圆正面刻蚀：
将所述S25中酸洗好的晶圆放入甩干机中清洗甩干，至清洗后的废水电阻达到设定值；
再将晶圆放入烘箱中烘干20～30min后取出冷却至室温；先对晶圆反面进行匀胶，之后将晶圆反面朝下放置于加热台上通过氮气吹起对晶圆反面进行烘干，烘干后冷却至室温再对晶圆正面进行匀胶；正面匀胶完成后，将晶圆反面贴在加热台上对晶圆正面进行烘干；烘干完成冷却至室温后进行曝光；所述曝光的对准标记为所述S2中刻蚀生成的标记，曝光工序与所述S22中相同；曝光后进行显影，所述显影的工序与所述S23中的工序相同；
显影后将晶圆正面放加热台上进行烘干，之后对晶圆反面进行二次匀胶；之后将晶圆反面朝下放在加热台上通过氮气吹起烘干；烘干后依次进行刻蚀、去胶、清洗和酸洗；所述刻蚀、去胶、清洗和酸洗的工序与所述S25中相同；
S32，晶圆反面刻蚀：
将S31所述晶圆观察没有缺陷后，进行清洗，放入烘箱中20～30min使晶圆加热干燥；反面光刻刻蚀之前需要先进行正面匀胶保护，氮气吹起将正面烘干，然后反面匀胶，烘干，光刻，显影，刻蚀，去离子水清洗、吹干，再在显微镜下观察刻蚀部分的颜色，待刻蚀到了需要的颜色，再放在光刻胶剥离液中进行去胶；去胶完成后要反复清洗，然后进行酸洗、去离子水清洗、甩干、封存；
S33，正反面P型离子注入：
根据需要注入的深度以及刻蚀剩下的二氧化硅厚度设定离子注入机加速器电压，先将需要注入的元素材料气态化，然后通入离子注入机的离子源室中，再由电子激发电离元素气态粒子成离子，通过分析器选择可以用于注入的离子，然后在设定合适电压的加速器中加速，再经离子注入机的四级透镜聚焦后进入离子注入机的靶室进行离子注入；
所述需要注入的深度为电极厚度，范围为1～5μm。
4.根据权利要求1所述的一种大面积双面硅漂移探测器的加工工艺，其特征在于，所述S4中N型注入刻蚀包括以下步骤：
S41，P型注入完成以后，使得光刻区域在预留区域的中心，再进行烘干，反面保护匀胶、刻蚀，且刻蚀后无需去胶；当刻蚀区域不粘水且为银白色时，刻蚀完成，确定刻蚀到底再用去离子水清洗；之后在烘箱中进行加热干燥，在进行光刻胶匀胶；所述光刻胶匀胶和所述N型注入光刻刻蚀匀胶步骤相同；在光刻机上曝光后进行显影和烘干；
所述在光刻机上曝光的过程中，所用掩模版与N型注入光刻曝光时的掩模版不同；
S42，根据要求注入的深度，设定离子注入机加速器的电压值，在离子注入机工作一切正常的情况下进行整面的离子注入。
5.根据权利要求1所述的一种大面积双面硅漂移探测器的加工工艺，其特征在于，所述S5的热退火过程为：
去完胶后在去离子水中反复清洗，然后在新配的酸洗液中清洗；酸洗完成后用去离子水清洗几次，再在RCAⅠ和RCAⅡ进行重金属清洗，然后在去离子水中反复清洗，再在甩干机中吹洗甩干以备退火；将晶圆放入退火炉之前要对退火炉进行多次清洗，清洗完成后再将晶圆放入退火炉中，退火过程中晶圆在氮气保护下进行；退火完成后进行注入区域氧化层全刻蚀；
所述热退火是在超纯氮气氛围中，温度在600～800℃时，保温2～4h，最后在氮气氛围中降温至室温。
6.根据权利要求1所述的一种大面积双面硅漂移探测器的加工工艺，其特征在于，所述S6中的正反面注入区域氧化层全刻蚀，包括以下步骤：
S61，正面全刻蚀：将晶圆放在匀胶台上进行匀胶、烘干、曝光、显影，待显影完成后在去离子水中反复清洗干净，然后吹干，再在显微镜下观察；显影没有缺陷则可以进行后烘、刻蚀，所述刻蚀保证显影区域的二氧化硅被完全刻蚀掉；刻蚀完成后进行去离子水清洗、去胶、去离子水清洗、酸洗，酸洗完成后在去离子水中清洗几次，放入甩干机再吹洗、甩干，以备反面刻蚀；
S62，反面全刻蚀：
清洗好的将晶圆放入烘箱中进行加热干燥，完成后冷却至室温，再进行匀胶、烘干、曝光、显影、去离子水清洗、吹干，再在显微镜下观察；在显微镜下观察没有缺陷后再进行后烘，将晶圆放在加热台上，正面朝下贴着加热台，后烘完成后冷却至室温，再进行反面保护胶匀胶，然后进行烘干、刻蚀；刻蚀完成后进行去离子水清洗、去胶、去离子水清洗、酸洗、去离子水清洗、甩干，以备镀电极。
7.根据权利要求1所述的一种大面积双面硅漂移探测器的加工工艺，其特征在于，所述S7中正反面电极制作的过程为：
先将晶圆放在稀释的氢氟酸溶液中浸泡片刻，刻蚀掉刻蚀区域的氧化层；之后将晶圆进行去氧化层清洗并甩干放在磁控溅射炉中；清洗好后将晶圆放在磁控溅射仪中，设定电流为0.5-1A，真空度为8*10-4，氩气流量为40-80/mL/min进行镀铝；
镀铝后进行电极制作：先进行正面铝刻蚀，将晶圆放在匀胶台上进行匀胶、烘干、曝光、显影、去离子水清洗、吹干，再在显微镜下观察；将晶圆放在加热台上后烘，后烘完成后冷却至室温，然后对反面进行保护匀胶再在加热台上烘干，反面朝下，氮气吹起；烘干后冷却至室温，将晶圆放入铝刻蚀液中；将铝刻蚀液加热到50～80℃的合适温度，刻蚀完成后进行去胶、去离子水清洗；再进行反面铝刻蚀，所述反面铝刻蚀与正面铝刻蚀方法相同。
8.根据权利要求1所述的一种大面积双面硅漂移探测器的加工工艺，其特征在于，所述S8的快速退火的过程为：
将晶圆放入退火炉中，设定升温功率和600℃～800℃的目标温度；先通较长时间的氮气，调整氮气的通气流量，并保持2h～4h的通气时长，确保腔内的空气全部排出；然后通入氢气与氮气体积比为4：96的混合气体，加热到400～500℃的目标温度并保持恒温状态5～
10min，最后在氮气氛围中降温至室温，取出晶圆，完成退火并封装。
大面积双面硅漂移探测器的加工工艺
技术领域
背景技术
[0002] X射线脉冲星是大质量恒星演化、坍缩、超新星爆发的遗迹，具有极其稳定的自转周期(稳定度优于10-19s/s)，被誉为自然界最精准的天文时钟，能够为近地空间、深空探测和星际飞行航天器提供位置、速度、时间和姿态等高精度导航信息，基于脉冲星的导航是永不可被摧毁的新型导航体制。但脉冲星X射线辐射流量非常低(10-5ph/s/cm2)，探测难度大，因此X射线探测器是组成脉冲星导航系统的核心部件。国际上X射线探测器的研究，朝着具有低功耗、高能量分辨率的硅漂移探测器(Silicon Drift Detector，SDD)技术方向发展，以满足X射线脉冲星自主导航授时系统高性能、大区域覆盖、高可用性的重大技术需求。
[0003] 目前，国际上硅漂移探测器的典型面积为50mm2左右，价格昂贵。因为探测器设计的科学问题及物理问题复杂繁琐，目前世界上顶尖的SDD生产厂家，如KETEK和AMTEK，依然没有攻克大面积单元SDD的设计和制备技术，目前国内的SDD研究也依然停留在小单元面积的阶段，在研的高校研究所以及企业均高度依赖进口。
[0004] 针对从现有的小面积SDD单元到大面积SDD单元设计上的跨越，其工艺制作难度也大幅增加。第一，由于单元面积的增大，一个晶圆上仅有几个探测器单元，若其中一个单元的任何部位在制作的过程中引入杂质，该单元就会报废。任一单元的报废，都会使得晶圆的报废率大幅增加。第二，由于探测器的单元面积大，探测器的电极是双面设计，其阴极制作非常关键。第三，大面积的SDD单元在离子注入时若引入一个杂质，将会使得一个单元报废，尤其注入其中一面时，另一面存在引入杂质的风险。
发明内容
[0006] 本发明的目的在于提供一种大面积双面硅漂移探测器的加工工艺，以实现大面积双面硅漂移探测器的制作，提高晶圆氧化的质量、正反两面的对准精度以及大幅降低引入杂质风险的目的。
[0007] 本发明所采用的技术方案是，提供一种大面积双面硅漂移探测器的加工工艺，整个工艺在恒温恒湿的百级超净间中进行，包括以下步骤：
[0008] S1，在氧化炉中对晶圆进行吸杂氧化：对氧化炉多次长时间清洗，同时用高纯氮和高纯氧不间断供给，纯化氧化炉内的气体环境，使空间干燥；设置特殊气体和特殊温度梯度组合，将晶圆放入氧化炉中；分阶段调节氧化炉炉体温度至所需的温度，设置每一阶段的氧化时间，氧化结束后，取出晶圆并在金相显微镜下检查无损后封存；
[0009] 所述特殊气体为TCA/O2；即含有三氯乙酸的氧气，三氯乙酸含量为1-2mL/min，所述特殊温度梯度为一个高温-中温-高温的梯度，高温的温度范围为1000℃至1200℃，中温的温度范围为700℃至1000℃，氧化时长为36h～72h；
[0011] S3，对所述S2中处理后的晶圆进行正反面P型注入刻蚀；
[0012] S4，将所述S3中处理后的晶圆进行N型注入刻蚀；
[0013] S5，将S4中注入刻蚀后的晶圆利用退火炉进行热退火；
[0014] S6，将所述S5中热退火后的晶圆进行正反面注入区域氧化层全刻蚀；
[0016] S8，将所述S7中处理后的晶圆利用退火炉进行快速退火。
[0017] 进一步地，所述S2中双面光刻对准标记的制作过程包括以下步骤：
[0019] S22，开启光刻机中的上下汞灯，校准光强，使双面曝光上下表面的曝光时长相同；再安装上下掩模版，并真空吸附掩模版，同时对上下掩模版进行对准调节；调节后将所述S21中处理后的晶圆放置在下掩模版上，调整晶圆位置至掩模版的正中间，合上上下掩模版，真空密着后进行曝光；
[0020] S23，将S22中曝光后的晶圆放入显影柜的显影槽中进行显影，配置合适配比的正胶显影液，所述合适配比的正胶显影液中显影液和水的配比为9:1；根据汞灯光强和曝光时长以及多次实验记录预先估计显影时长；显影完成后将晶圆用去离子水清洗晶圆上残留的显影液，待吹干后并用金相显微镜进行检查；所述S23中的曝光时长为15s；
[0021] S24，将所述S23中处理后的晶圆放置加热台中烘干，烘干时间长于所述S21中对晶圆正反两面进行烘干的时间，以保证光刻胶足够致密，HF刻蚀液不会渗透过光刻胶；
[0022] S25，将S24中得到的晶圆放置刻蚀柜中，根据刻蚀要求和其他工艺情况配置二氧化硅刻蚀液，并根据晶圆表面二氧化硅在所配得的刻蚀液中的反应速率确定刻蚀时长；刻蚀对准标记后，将晶圆放置清洗柜中用去离子水清洗晶圆上残留的刻蚀液；再将清洗好的晶圆放置于盛有光刻胶剥离液烧杯中进行去胶；去胶后将晶圆用去离子水清洗，再利用酸洗机进行酸洗。
[0023] 进一步地，所述S3中对晶圆进行正反面P型注入刻蚀包括以下步骤：
[0024] S31，晶圆正面刻蚀：
[0025] 将所述S25中酸洗好的晶圆放入甩干机中清洗甩干，至清洗后的废水电阻达到设定值；再将晶圆放入烘箱中烘干20～30min后取出冷却至室温；先对晶圆反面进行匀胶，之后将晶圆反面朝下放置于加热台上通过氮气吹起对晶圆反面进行烘干，烘干后冷却至室温再对晶圆正面进行匀胶；正面匀胶完成后，将晶圆反面贴在加热台上对晶圆正面进行烘干；烘干完成冷却至室温后进行曝光；所述曝光的对准标记为所述S2中刻蚀生成的标记，曝光工序与所述S22中相同；曝光后进行显影，所述显影的工序与所述S23中的工序相同；
[0026] 显影后将晶圆正面放加热台上进行烘干，之后对晶圆反面进行二次匀胶；之后将晶圆反面朝下放在加热台上通过氮气吹起烘干；烘干后依次进行刻蚀、去胶、清洗和酸洗；所述刻蚀、去胶、清洗和酸洗的工序与所述S25中相同；
[0027] S32，晶圆反面刻蚀：
[0028] 将S31所述晶圆观察没有缺陷后，进行清洗，放入烘箱中20～30min使晶圆加热干燥。反面光刻刻蚀之前需要先进行正面匀胶保护，氮气吹起将正面烘干，然后反面匀胶，烘干，光刻，显影，刻蚀，去离子水清洗、吹干，再在显微镜下观察刻蚀部分的颜色，待刻蚀到了需要的颜色，再放在光刻胶剥离液中进行去胶；去胶完成后要反复清洗，然后进行酸洗、去离子水清洗、甩干、封存。
[0029] S33，正反面P型离子注入：
[0030] 根据需要注入的深度(注入深度即电极厚度1～5μm，根据设计而定)以及刻蚀剩下的二氧化硅厚度设定离子注入机加速器电压，先将需要注入的元素材料气态化，然后通入离子注入机的离子源室中，再由电子激发电离元素气态粒子成离子，通过分析器选择可以用于注入的离子，然后在设定合适电压的加速器中加速，再经离子注入机的四级透镜聚焦后进入离子注入机的靶室进行离子注入。
[0031] 进一步地，所述S4中N型注入刻蚀包括以下步骤：
[0032] S41，P型注入完成以后，使得光刻区域在预留区域的中心，再进行烘干，反面保护匀胶、刻蚀，且刻蚀后无需去胶；当刻蚀区域不粘水且为银白色时，刻蚀完成，确定刻蚀到底再用去离子水清洗；之后在烘箱中进行加热干燥，在进行光刻胶匀胶；所述光刻胶匀胶和所述N型注入光刻刻蚀匀胶步骤相同；在光刻机上曝光后进行显影和烘干；
[0033] 所述在光刻机上曝光的过程中，所用掩模版与N型注入光刻曝光时的掩模版不同。
[0034] S42，根据要求注入的深度，设定离子注入机加速器的电压值，在离子注入机工作一切正常的情况下进行整面的离子注入。
[0035] 进一步地，所述S5的热退火过程为：
[0036] 去完胶后在去离子水中反复清洗，然后在新配的酸洗液中清洗；酸洗完成后用去离子水清洗几次，再在RCAⅠ和RCAⅡ进行重金属清洗，然后在去离子水中反复清洗，再在甩干机中吹洗甩干以备退火；将晶圆放入退火炉之前要对退火炉进行多次清洗，清洗完成后再将晶圆放入退火炉中，退火过程中晶圆在氮气保护下进行；退火完成后进行注入区域氧化层全刻蚀；
[0037] 所述热退火是在超纯氮气氛围中，温度在600～800℃时，保温2～4h，最后在氮气氛围中降温至室温。
[0038] 进一步地，所述S6中的正反面注入区域氧化层全刻蚀，包括以下步骤：
[0039] S61，正面全刻蚀：将晶圆放在匀胶台上进行匀胶、烘干、曝光、显影，待显影完成后在去离子水中反复清洗干净，然后吹干，再在显微镜下观察；显影没有缺陷则可以进行后烘、刻蚀，所述刻蚀保证显影区域的二氧化硅被完全刻蚀掉；刻蚀完成后进行去离子水清洗、去胶、去离子水清洗、酸洗，酸洗完成后在去离子水中清洗几次，放入甩干机再吹洗、甩干，以备反面刻蚀；
[0040] S62，反面全刻蚀：
[0041] 清洗好的将晶圆放入烘箱中进行加热干燥，完成后冷却至室温，再进行匀胶、烘干、曝光、显影、去离子水清洗、吹干，再在显微镜下观察；在显微镜下观察没有缺陷后再进行后烘，将晶圆放在加热台上，正面朝下贴着加热台，后烘完成后冷却至室温，再进行反面保护胶匀胶，然后进行烘干、刻蚀；刻蚀完成后进行去离子水清洗、去胶、去离子水清洗、酸洗、去离子水清洗、甩干，以备镀电极。
[0042] 进一步地，所述S7中正反面电极制作的过程为：
[0043] 先将晶圆放在稀释的氢氟酸溶液中浸泡片刻，刻蚀掉刻蚀区域的氧化层；之后将晶圆进行去氧化层清洗并甩干放在磁控溅射炉中；清洗好后将晶圆放在磁控溅射仪中，设-4定电流为0.5-1A，真空度为8*10 ，氩气流量为40-80/mL/min进行镀铝；
[0044] 镀铝后进行电极制作：先进行正面铝刻蚀，将晶圆放在匀胶台上进行匀胶、烘干、曝光、显影、去离子水清洗、吹干，再在显微镜下观察；将晶圆放在加热台上后烘，后烘完成后冷却至室温，然后对反面进行保护匀胶再在加热台上烘干，反面朝下，氮气吹起；烘干后冷却至室温，将晶圆放入铝刻蚀液中；将铝刻蚀液加热到50～80℃的合适温度，刻蚀完成后进行去胶、去离子水清洗；再进行反面铝刻蚀，所述反面铝刻蚀与正面铝刻蚀方法相同。
[0045] 进一步地，所述S8的快速退火的过程为：
[0046] 将晶圆放入退火炉中，设定升温功率和600℃至800℃的目标温度；先通较长时间的氮气，调整氮气的通气流量，并保持2h～4h的通气时长，确保腔内的空气全部排出；然后通入氢气与氮气体积比为4:96的混合气体后，加热到400～500℃的目标温度并保持恒温5～10min，最后在氮气氛围中降温至室温，取出晶圆，完成退火并封装。
[0047] 本发明的有益效果是：
[0048] 1.由特殊气体和特殊温度梯度控制的吸杂氧化工艺在氧化过程中不仅可以保存超纯高阻硅材料的纯度，更能进一步提高晶圆的质量。
[0049] 2.利用双面的标记制作控制探测器的双面对准精度，将复杂的探测器的双面电极制作进行简化，使得工艺可行性大幅提高。
[0051] 为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0052] 图1是加工工艺的简化流程图。
[0053] 图2是掩膜版左右两侧光刻对准标记图。其中
[0054] 图2a)是掩模版左侧上部分的光刻对准标记图。
[0055] 图2b)是掩模版右侧上部分的光刻对准标记图。
[0056] 图2c)是掩模版左侧下部分的光刻对准标记图。
[0057] 图2d)是掩模版右侧下部分的光刻对准标记图。
[0058] 图3是显影后的标记图。
[0059] 图4是刻蚀后的标记图。
[0060] 图5a)是晶圆显影后半径为1厘米的正面螺旋状SDD图。
[0061] 图5b)是晶圆显影后半径为2厘米的正面螺旋状SDD图。
[0062] 图5c)是晶圆显影后半径为1厘米的不同设计的正面螺旋状SDD图。
[0063] 图5d)是晶圆显影后半径为1厘米的正面同心环状SDD图。
[0064] 图5e)是晶圆显影后半径为2厘米的正面同心环状SDD图。
[0065] 图5f)是晶圆显影后半径为1厘米的不同设计的正面同心环状SDD图。
[0066] 图6a)是晶圆刻蚀去胶后半径为1厘米的正面螺旋状SDD图。
[0067] 图6b)是晶圆刻蚀去胶后半径为2厘米的正面螺旋状SDD图。
[0068] 图6c)是晶圆刻蚀去胶后半径为1厘米的不同设计的正面螺旋状SDD图。
[0069] 图6d)是晶圆刻蚀去胶后半径为1厘米的正面同心环状SDD图。
[0070] 图6e)是晶圆刻蚀去胶后半径为2厘米的正面同心环状SDD图。
[0071] 图6f)是晶圆刻蚀去胶后半径为1厘米的不同设计的正面同心环状SDD图。
[0072] 图7a`)是晶圆显影后半径为1厘米的反面螺旋状SDD图。
[0073] 图7b`)是晶圆显影后半径为2厘米的反面螺旋状SDD图。
[0074] 图7c`)是晶圆显影后半径为1厘米的不同设计的反面螺旋状SDD图。
[0075] 图7d`)是晶圆显影后半径为1厘米的反面同心环状SDD图。
[0076] 图7e`)是晶圆显影后半径为2厘米的反面同心环状SDD图。
[0077] 图7f`)是晶圆显影后半径为1厘米的不同设计的反面同心环状SDD图。
[0078] 图8a`)是晶圆刻蚀去胶后半径为1厘米的反面螺旋状SDD图。
[0079] 图8b`)是晶圆刻蚀去胶后半径为2厘米的反面螺旋状SDD图。
[0080] 图8c`)是晶圆刻蚀去胶后半径为1厘米的不同设计的反面螺旋状SDD图。
[0081] 图8d`)是晶圆刻蚀去胶后半径为1厘米的反面同心环状SDD图。
[0082] 图8e`)是晶圆刻蚀去胶后半径为2厘米的反面同心环状SDD图。
[0083] 图8f`)是晶圆刻蚀去胶后半径为1厘米的不同设计的反面同心环状SDD图。
[0084] 图9a)是注入区域氧化层全刻蚀显影后半径为1厘米的正面螺旋状SDD图。
[0085] 图9b)是注入区域氧化层全刻蚀显影后半径为2厘米的正面螺旋状SDD图。
[0086] 图9c)是注入区域氧化层全刻蚀显影后半径为1厘米的不同设计的正面螺旋状SDD图。
[0087] 图9d)是注入区域氧化层全刻蚀显影后半径为1厘米的正面同心环状SDD图。
[0088] 图9e)是注入区域氧化层全刻蚀显影后半径为2厘米的正面同心环状SDD图。
[0089] 图9f)是注入区域氧化层半径为1厘米的不同设计的正面同心环状SDD图。
[0090] 图10a)是注入区域氧化层全刻蚀后半径为1厘米的正面螺旋状SDD图。
[0091] 图10b)是注入区域氧化层全刻蚀后半径为2厘米的正面螺旋状SDD图。
[0092] 图10c)是注入区域氧化层全刻蚀后半径为1厘米不同设计的正面螺旋状SDD图。
[0093] 图10d)是注入区域氧化层全刻蚀后半径为1厘米的正面同心环状SDD图。
[0094] 图10e)是注入区域氧化层全刻蚀后半径为2厘米的正面同心环状SDD图。
[0095] 图10f)是注入区域氧化层全刻蚀后半径为1厘米的不同设计的正面同心环状SDD图。
[0096] 图11a`)是注入区域氧化层全刻蚀显影后半径为1厘米的反面螺旋状SDD图。
[0097] 图11b`)是注入区域氧化层全刻蚀显影后半径为2厘米的反面螺旋状SDD图。
[0098] 图11c`)是注入区域氧化层全刻蚀显影后半径为1厘米的不同设计的反面螺旋状SDD图。
[0099] 图11d`)是注入区域氧化层全刻蚀显影后半径为1厘米的反面同心环状SDD图。
[0100] 图11e`)是注入区域氧化层全刻蚀显影后半径为2厘米的反面同心环状SDD图。
[0101] 图11f`)是注入区域氧化层全刻蚀显影后半径为1厘米的不同设计的反面同心环状SDD图。
[0102] 图12a’)是注入区域氧化层全刻蚀后半径为1厘米的反面螺旋状SDD图。
[0103] 图12b’)是注入区域氧化层全刻蚀后半径为2厘米的反面螺旋状SDD图。
[0104] 图12c’)是注入区域氧化层全刻蚀后半径为1厘米的不同设计的反面螺旋状SDD图。
[0105] 图12d’)是注入区域氧化层全刻蚀后半径为1厘米的反面同心环状SDD图。
[0106] 图12e’)是注入区域氧化层全刻蚀后半径为2厘米的反面同心环状SDD图。
[0107] 图12f’)是注入区域氧化层全刻蚀后半径为1厘米的不同设计的反面同心环状SDD图。
[0108] 图13a)是正面铝刻蚀后半径为1厘米的螺旋状SDD图。
[0109] 图13b)是正面铝刻蚀后半径为2厘米的螺旋状SDD图。
[0110] 图13c)是正面铝刻蚀后半径为1厘米的不同设计的螺旋状SDD图。
[0111] 图13d)是正面铝刻蚀后半径为1厘米的同心环状SDD图。
[0112] 图13e)是正面铝刻蚀后半径为2厘米的同心环状SDD图。
[0113] 图13f)是正面铝刻蚀后半径为1厘米的不同设计的同心环状SDD图。
[0114] 图14a`)是反面铝刻蚀后半径为1厘米的螺旋状SDD图。
[0115] 图14b`)是反面铝刻蚀后半径为2厘米的螺旋状SDD图。
[0116] 图14c`)是反面铝刻蚀后半径为1厘米的不同设计的螺旋状SDD图。
[0117] 图14d`)是反面铝刻蚀后半径为1厘米的同心环状SDD图。
[0118] 图14e`)是反面铝刻蚀后半径为2厘米的同心环状SDD图。
[0119] 图14f`)是反面铝刻蚀后半径为1厘米的不同设计的同心环状SDD图。
具体实施方式
[0120] 下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0121] 本发明通过实验分析得到吸杂氧化，双面光刻刻蚀，保护性双面离子注入等特殊创新型工艺，建立强度在0.5～15keV软X射线粒子的高能量分辨率、高效收集SDD的创新制作方式。
[0122] 本发明运用的仪器：
[0123] 氧化炉是通过复杂的特殊吸杂氧化工艺对超纯高阻硅晶圆进行氧化，获得需要的氧化层厚度和高质量晶圆。
[0124] 匀胶机是将氧化好的硅晶圆放在匀胶机上，通过高速旋转让光刻胶均匀地覆盖在硅晶圆的表面。
[0125] 加热台是用来烘干涂在硅晶圆上的粘稠状态的光刻胶，经过加热台烘干，粘稠态的光刻胶在晶圆表面固化，光刻胶的致密性发生变化，与晶圆粘得更牢固，便于后面的光刻。
[0126] 光刻机是让涂好胶并烘干的硅晶圆曝光。光刻机上下汞灯产生强紫外线，通过正、反面掩模版使需要曝光的区域曝光。
[0127] 显影柜是用来光刻后显影的设备。晶圆在光刻机上曝光后，再在装有显影液的显影槽中显影。光刻胶中的感光剂在曝光之前是不溶于显影液的。在曝光过程中，光刻胶中的感光剂发生了化学反应，成为了不稳定乙烯酮，容易水解为茚并羧酸。曝光的光刻胶在碱性显影液中的溶解度比未曝光的光刻胶高得多，在合适的时间里，曝光部分的光刻胶就完全溶解在显影液中，没有曝光的区域几乎没有溶解。如此，掩模版上的图形就转移到硅晶圆上。
[0128] 刻蚀柜用于二氧化硅刻蚀、铝刻蚀。二氧化硅刻蚀是利用其与氢氟酸反应，产生六氟化硅、水、和氢气(SiO2+6HF→SiF6+2H2O+H2)。铝刻蚀是利用金属铝与铝腐蚀液的化学反应。二氧化硅刻蚀和铝刻蚀都是刻蚀掉没有光刻胶覆盖的区域，而有光刻胶覆盖的区域在刻蚀时间内会被保护而不受影响。刻蚀柜是一个存放试剂和操作台的功能，因此这些操作都是在刻蚀柜里进行，显影需要配置显影液，去胶需要配置去胶液体剥离液，清洗在刻蚀柜的清洗槽中用去离子水喷淋等，吹干使用刻蚀柜中的氮气喷枪。
[0131] 金相显微镜用于检查显影、光刻后是否有缺陷。
[0132] 磁控溅射仪用于镀金属铝电极。高纯度铝硅靶材安装好后，把晶圆放在晶圆架中，抽真空、调节溅射电流、晶圆架转速以及氩气流量后开始溅射生成适当厚度的金属铝。
[0133] 烘箱用于烘干晶圆。甩干后的晶圆表面存在大量水分子，通过在氮气氛围的烘箱中烘干，以便于烘干的晶圆用于之后的工艺。
[0134] 退火炉用于减少硅和氧化硅的表面缺陷以及改善金属铝和硅的直接接触。用于硅晶圆掺杂的离子注入外包给专门的离子注入公司。p型掺杂注入的离子是硼，n型掺杂注入的离子是磷。离子注入在硅晶圆中产生了大量缺陷，通过退火炉退火工艺可以修复这些缺陷，同时激活注入的离子。
[0135] 激光切割机用于切割晶圆，将单个大面积SDD单元以及小面积的阵列从完成的硅晶圆上切割下来以便通过独特的封装工艺封装。
[0136] 在制作大面积SDD时大致按八个步骤进行，包括晶圆吸杂氧化、双面标记制作、正反面p型注入刻蚀、n型阳极注入刻蚀、注入完成后退火、正反面注入区域氧化层全刻蚀、正反面电极制作、快速退火。八个步骤依次进行，最终制得所需要的大面积SDD。晶圆氧化所需要的单晶硅晶圆是超纯高阻硅晶圆，电阻率在4×103Ω·㎝～2×104Ω·㎝，直径为4英寸(大约100㎜)，晶相为<1 1 1>或<1 0 0>，厚度在300μm～500μm。具体过程如下：
[0137] 一、在对硅晶圆进行氧化之前，要保证氧化炉清理干净，不能有任何金属离子，以防在氧化过程中，这些金属杂质离子扩散进入硅晶圆中，产生缺陷，增大SDD单元的漏电流。因此，开始氧化前需长时间多次对氧化炉进行清洗，逐渐减少炉中杂质离子或完全清除杂质离子。氧化炉清洗分长清洗和短清洗，长清洗和短清洗只是在各个具体清洗阶段有时长的差别，都是在经过反复尝试后确定的特定温度和气体氛围中进行清洗。长时间未使用的氧化炉进行氧化需要进行长清洗，使用频率高则进行短清洗。多次清洗完成后，再将高阻硅晶圆放入氮气保护氛围的氧化炉中，再通过复杂的特殊吸杂氧化工艺得到想要的氧化层厚度的硅晶圆。当前已经成熟的吸杂氧化工艺是经过多次氧化实验，不断优化才得到的。氧化过程必须要用高纯氮和高纯氧，而且在需要的阶段相应气体供给不能间断，只要有一处与设定工艺不同，就得不到想要的氧化硅晶圆，氧化炉中的所有晶圆都将报废，所以在氧化之前要计算好气体需要量，时刻注意氧化供气储量和氧化各阶段时间节点。硅晶圆的氧化是制作大面积SDD的起点，也是所有工艺模块中的重中之重。设置特殊气体(TCA/O2)和特殊温度梯度组合，将晶元芯片放入氧化炉中，进舟，调节温度，设置参数，氧化，退舟，取出芯片，肉眼检查，金相显微镜下检查；封存；特殊温度梯度是指一个高温中温高温的梯度，高温的温度范围为1000至1200摄氏度，中温是700至1000摄氏度，氧化时长在36小时至72小时之间，需要根据晶圆的状况进行判断。
[0138] 二、氧化完成后，进行双面光刻对准标记的制作。将氧化后的晶圆放在匀胶机上进行匀胶。匀胶前先用酒精擦洗匀胶托盘，保证匀胶托盘干净。晶圆要在烘箱中进行脱水烘干，烘箱温度要设定在合适的温度并保持恒定，脱水烘干后冷却至室温，再将晶圆放在托盘上，真空吸附防止晶圆甩出，设定最佳的匀胶转速、匀胶时长和滴胶量。在滴胶之前，首先要滴除湿增粘剂HMDS，HMDS能够对硅晶圆表面进行除湿并增大表面与胶的粘黏性。待匀胶完成后将晶圆放在加热台上烘干，氮气吹起晶圆防止光刻胶与加热台粘连导致胶脱落以及粘上杂物。加热台设定合适烘干时长和温度并保持恒定。温度太高，光刻胶会开裂。如果温度太低，光刻胶烘干程度不够，影响光刻胶与硅晶圆表面的粘度，光刻胶粘得不牢固，在显影过程光刻胶可能会脱落。氮气吹起烘干后，冷却至室温，然后给另一面匀胶。匀完胶后，再放在加热台上贴着烘干，首先把前面已经烘干的一面贴着加热台烘合适的时间，然后再翻过来贴着加热台烘相等的时间，烘干冷却至室温后便可进行光刻步骤。双面光刻标记制作大致步骤为清洗甩干，反面涂胶，正面涂胶，前烘，曝光，显影，清洗，吹干，检查，后烘，刻蚀，去胶，清洗，甩干，金相显微镜下检查，密封待下一步使用。
[0139] 在曝光之前需做好曝光的准备工作，提前打开上下汞灯，待一段时间后汞灯光强稳定，再校准上下汞灯的光强，使光线能够均匀的透射到置放晶圆的载物台上，而且尽量使上下表面的光强接近，以使双面曝光上下表面的曝光时长相同、显影时长接近，尽量不出现上下表面显影时长差别过大。如果上下表面显影时间差太大，会导致一面没显影完全而另一面又显影太过，出现显影线宽变宽甚至整个线条被溶解掉的情况。经过反复试验，要确定光强与曝光时长的对应。不能太短，也不能太长。曝光时间太短，光刻胶曝光时间不够，显影太慢或者无法显影完全。曝光时间太长，很难控制显影时间，会出现过度显影的情况。
[0140] 调整好上下汞灯的光强后开始安装上下掩模版，并且真空吸附掩模版，确定掩模版吸附牢固，再进行上下掩模版对准调节。在之后的所有光刻工艺过程都有对应的一套标记，并且在标记旁边标注说明为某一具体光刻步骤的标记。图2是上下掩模版左、右边的对准标记，这套标记在掩模版的设计里也有说明。在之后的所有光刻工艺过程都有对应的一套标记，并且在标记旁边有标注说明为某一具体光刻的标记。图中左、右边的标记是粗对准调节标记，只是通过这两个标记找到上下掩模版对准的位置，然后通过图中下面的左、右标记精确调节上、下掩模版对准。通过下面的左、右标记可以看出上、下掩模版的左右、前后以及水平弧形偏差。调节上、下掩模版对准时，上掩模版保持不动，只调节下掩模版。通过转动和上下移动下掩模版(操纵相应的调节螺杆)将下掩模版调节到与上掩模版对准的位置。
[0141] 上下掩模版调节对准后，再将晶圆轻轻放在下掩模版上，调整晶圆位置在掩模版的正中间，然后合上上下掩模版，真空密着。密着真空度不能开得过大，以免压坏掩模版和晶圆。密着完成，设置合适的曝光时长开始曝光。曝光完成后，要先取消真空密着，然后在分开上、下掩模版，取下晶圆开始显影。
[0142] 显影是在显影柜中进行。配置适量和合适配比的正胶显影液，合适配比的正胶显影液中显影液和水的配比为9:1；根据汞灯光强和曝光时长(15s)以及多次实验记录预先估计显影时长；显影完成后将晶圆用去离子水清洗晶圆上残留的显影液，待吹干后并用金相显微镜进行检查；根据汞灯光强和曝光时长以及多次实验记录可以预先估计显影时长，然后根据观察到的显影实际情况再确定显影是否完成。根据经验，如果显影未完成，可以明显的看见有光刻胶正在溶解，而且在显影的过程，曝光区域因厚度的变化所显现出来的颜色也会发生变化，如果颜色不再变化说明显影已经完成。显影完成后，要用去离子水反复多清洗几次晶圆，以防有残留液附在曝光显影位置，影响观察以及以后的刻蚀。
[0143] 图3是显影后在金相显微镜下看到的标记，可以看到标记边线明显，中间的小“十”字形清楚可见，完全不影响以后的光刻对准。显影完清洗吹干再在显微镜下观察，如果没有影响下一次光刻对准之类的问题，便可进行后烘。后烘温度要比前烘温度高，时间也稍长，以保证光刻胶足够致密，HF刻蚀液不会渗透过光刻胶。后烘完成后，待温度冷却至室温，便可进行刻蚀。图4是刻蚀后的标记。我们刻蚀对准标记时，没有将显影出来的区域的二氧化硅完全刻蚀掉，而是保留了一定厚度的二氧化硅。这是因为如果将二氧化硅刻蚀完全，那么标记这部分刻蚀的区域就会是银白色。而在图2中可以看到，使用的光刻机光刻对准系统是黑白的，从而在下一次光刻的时候，银白色几乎没有色差，不便于进行对准调节。根据需要保留的厚度再计算需要刻蚀掉的厚度，再根据二氧化硅在所配得的刻蚀液中的反应速率确定刻蚀时长。经过多次实验发现，需要根据刻蚀要求和其他工艺情况配置特殊成分配比的二氧化硅刻蚀液。温度对刻蚀液的刻蚀速率影响很大，所以刻蚀时需要考虑温度的影响。
[0144] 标记制作确定了下一模块工艺的光刻对准系统，标记制作的好坏直接影响下一次光刻的质量。同时根据设计，本次的光刻、刻蚀确定了正、反面，在之后的工艺中根据正、反面使用对应的正、反面掩模版，任何一次光刻都要注意使用对应的正、反面掩模版。
[0145] 刻蚀完成后将晶圆放在清洗柜中用去离子水反复清洗几次，避免晶圆上有残留的刻蚀液并带入到光刻胶剥离液中，对晶圆再次刻蚀而毁坏晶圆。将清洗好的晶圆放入光刻胶剥离液之前将光刻胶剥离液加热升温到合适温度并恒温保持，去胶时间足够长，保证晶圆上的光刻胶尽量被剥离液完全剥离掉。光刻胶剥离完成后同样用去离子水清洗彻底，然后再进行酸洗。酸洗液是浓硫酸和双氧水的混合溶液，这种溶液有强氧化和脱水的功能。因此，在放入酸洗液之前要用去离子水反复清洗几次，不能让光刻胶剥离液和大面积光刻胶残留在晶圆上，以致在酸洗过程中大面积碳化粘在晶圆上而永久性无法清洗干净。
[0146] 三、对准标记做好后进行P型注入刻蚀。首先将酸洗好的晶圆放在甩干机中再次清洗甩干，直到清洗后的废水电阻达到设定值清洗才完成。然后将晶圆放入保持设定温度的烘箱中烘干(在烘箱进行脱水烘干工序的温度都相同，时长为20～30min)，烘干到设定时间后再取出冷却至室温。后续所有的烘箱脱水烘干、匀胶、前烘、光刻、后烘、刻蚀、去胶、酸洗以及去离子水清洗等工序的操作内容、注意事项、温度设定、各时长设定等与对准标记步骤一样。如果先对正面进行刻蚀，那么就要对反面进行保护。因此，晶圆冷却后先对反面进行匀胶，然后在加热台上氮气吹起反面朝下烘干(避免光刻胶粘在加热台上)，烘干完成后冷却至室温再对正面进行匀胶。正面匀胶完成后再进行烘干，因为反面已经烘干过了，现在可以把反面朝下贴着加热台烘干(前烘)，烘干完成后冷却至室温然后进行曝光。这次曝光的对准标记就是标记制作工艺模块中刻蚀生成的标记，对准位置有“P-implant”字样。
[0147] 图5是显影后晶圆的正面六个半径分别是1cm和1.5cm的SDD单元局部照片，其中a)、c)是半径为1cm的螺旋型SDD单元，d)、f)是半径为1cm的同心环SDD单元，b)是半径为1.5cm的螺旋型SDD单元，e)是半径为1.5cm的同心环SDD单元。照片中线条较宽的黄色区域是曝光区域，也就是光刻胶被显影掉的区域，而线条较窄的棕色区域是非曝光区域，光刻胶没有被显影液溶解。显影完成之后，将晶圆在显微镜下观察，如果显影图像存在缺陷，一般包括棕色光刻胶线条局部脱落、某个曝光点没有显影掉、局部有刮痕以及某个点有脏污物。
存在的缺陷如果不影响晶圆和探测器单元后续工艺以及性能，那么就可以进行接下来的后烘、刻蚀工艺。
存在的缺陷如果不影响晶圆和探测器单元后续工艺以及性能，那么就可以进行接下来的后烘、刻蚀工艺。
[0148] 先将显影完的晶圆放在加热台上进行后烘，后烘完以后进行反面保护胶二次匀胶再烘干，因为第一次反面保护胶匀完以后，在前烘过程，反面是贴着加热台的，在曝光过程，反面也是贴着晶圆放置台的，反面与固体外物两次直接接触，反面的保护胶存在被刮落的可能性。因此，必须进行二次保护胶匀胶才能保证反面不会被毁坏，这是双面光刻中通过单面制作工艺完成的关键步骤。保护胶二次匀胶完成后，可以观察到反面中心有一较小区域与周围有明显的边界，这是由于胶的互溶产生的，这个区域的大小由滴胶到开始匀胶这个短暂时间长短决定的，时间长互溶区域就大。经过多次实验，这个互溶区域并不影续的刻蚀，但是在制作的过程中尽量减小这个区域的大小，以防大面积互溶区域可能存在潜在的脱胶风险。匀完后，反面朝下，氮气吹起烘干，烘干时长要足够，要保证反面保护胶在刻蚀的过程中不会脱落以及刻蚀液不会渗透过光刻胶而刻蚀反面。烘干后冷却至室温，再在刻蚀柜中进行刻蚀。在P型注入刻蚀的过程中看出，在一面进行制作的时候就要对另一面进行两次匀胶保护以免被损坏，在后续的工艺模块中同样需要如此操作工序。
[0149] 图6是正面刻蚀去胶后晶圆正面局部图形。根据刻蚀后颜色判断，保留的二氧化硅厚度大概是 左右，这个厚度根据工艺要求而定，前面有提到，但是不能完全刻蚀掉。保留的二氧化硅有掩蔽杂质进入硅基体中作用。保留的二氧化硅厚度不同，在离子注入工艺中，注入离子能量不同，注入电压大小设定就不同。刻蚀完成后，将晶圆放在去离子水中反复清洗几次，确保晶圆上不粘有刻蚀液，然后放入已加热好的光刻胶剥离液中进行去胶。
去胶时间要足够长，保证光刻胶完全剥离。去完胶以后再用去离子水清洗几次，再放入浓硫酸酸洗液中，每次清洗都要用新配的浓硫酸酸洗液才能保证酸洗液有较强的去污能力。酸洗完成后再用去离子水反复清洗，再放入甩干机中吹洗、甩干，然后封存以备进行反面工艺制作。
去胶时间要足够长，保证光刻胶完全剥离。去完胶以后再用去离子水清洗几次，再放入浓硫酸酸洗液中，每次清洗都要用新配的浓硫酸酸洗液才能保证酸洗液有较强的去污能力。酸洗完成后再用去离子水反复清洗，再放入甩干机中吹洗、甩干，然后封存以备进行反面工艺制作。
[0150] 反面制作工艺几乎和正面工艺是一致的。先将正面刻蚀完成并清洗好的晶圆进行烘箱脱水烘干、匀胶、前烘、反面曝光、显影及去离子水清洗，再在金相显微镜观察。由于正面已经刻蚀完成，需要保护正面以免被损坏，因此，在做反面的时候就需要先进行正面匀胶保护。图7展示的是显影后晶圆反面的局部图形，图中a′)-f′)分别对应上图中的a)-f)，晶圆中的六个大面积的SDD单元。反面与正面不同的是反面没有阳极的制作，且阴极设计也不同。观察没有缺陷后，再进行后烘、正面保护胶二次匀胶、烘干、刻蚀、去离子水清洗、吹干，再在显微镜下观察刻蚀部分的颜色，待刻蚀到了需要的颜色，再放在光刻胶剥离液中进行去胶。图8展示的是刻蚀去胶后晶圆反面局部的图形。去胶完成后要反复清洗，然后进行酸洗、去离子水清洗、甩干，封存以备进行离子注入工艺。
[0151] 正、反面P型注入刻蚀都完成后，下一步工艺模块为双面P型离子注入。根据需要注入的深度以及刻蚀剩下的二氧化硅厚度设定离子注入机加速器电压(注入深度即电极厚度1～5μm，根据设计而定)，先将需要注入的元素材料气态化，然后通入离子源室中，再由电子激发电离元素气态粒子成离子，通过分析器选择可以用于注入的离子，然后在设定合适电压的加速器中加速，再经四级透镜聚焦后进入靶室注入。
[0152] 四、P型注入完成后，再进行N型注入刻蚀。N型注入刻蚀的目的是在每个SDD单元的中心刻蚀设定的区域作为收集电极阳极。每个SDD单元只有一个收集阳极，且都在正面，因此只需做正面的N型注入刻蚀。将注入完成后的晶圆进行酸洗、去离子水清洗、甩干，然后进行脱水烘干、匀胶、烘干、曝光、显影、去离子水清洗、观察。观察光刻区域是否在设计预留区域的中心，如果在中心则可以进行后烘、反面保护匀胶、刻蚀。N型注入刻蚀要将二氧化硅完全刻蚀掉，因此刻蚀时间要比P型注入刻蚀时间长。设定好刻蚀时间，待设定时间结束后再用去离子水进行清洗。如果刻蚀区域不粘水且为银白色，说明刻蚀已完成。确定刻蚀到底再用去离子水清洗几次，再进行去胶、酸洗、去离子水清洗、甩干。在烘箱中烘干，然后进行N型注入前的保护胶匀胶。保护胶匀胶和N型注入光刻刻蚀匀胶步骤相同，在光刻机上曝光的时候，不能用与N型注入光刻曝光相同的掩模版，确保避免因掩模版上没有观察到的缺陷导致探测器单元局部短路的情况。显影完成后要进行后烘，冷却封存以备N型离子注入。
[0153] 可以注意到这次的刻蚀与前面工艺模块有所不同，区别在于这次刻蚀完成后并没有进行去胶清洗工艺，不去胶是因为覆盖在晶圆上的光刻胶在N型注入的过程中具掩蔽作用。由于在P型注入工艺模块中，注入区域只剩下了相对薄的二氧化硅层，在N型注入的过程中，硼离子有可能会穿透这层二氧化硅层，因此保留光刻胶相当于增加了一层屏障。根据设计要求注入的深度，设定离子注入机加速器的电压值，在离子注入机工作一切正常的情况下进行离子注入。离子注入是整面进行的，而不仅在限定的N型注入刻蚀区域，因其他区域有二氧化硅层和光刻胶掩蔽，在合适的加速电压的情况下，只会在设定区域进行离子注入。
[0154] 五、N型离子注入完成后需进行热退火。因为P型离子注入和N型离子注入的过程中会造成晶格损伤，毁坏晶圆的晶体结构，在晶圆中产生大量缺陷，且由于晶格被损伤，射入的杂质原子在晶体中所处的位置既有可能为替位缺陷也有可能为间隙缺陷。因此必须经过热退火，修复晶格，让掺入的杂质原子进入替位缺陷的位置以实现电激活。退火前先去光刻胶，这是因为经过注入过程，光刻胶的特性和致密性都有很大改变，相较刻蚀后的去胶，这次去胶时间比较长。去完胶后在去离子水中反复清洗，然后在新配的酸洗液中清洗。酸洗完成后用去离子水清洗几次，再在RCAⅠ和RCAⅡ进行重金属清洗，然后在去离子水中反复清洗，再在甩干机中吹洗甩干以备退火。将晶圆放入退火炉之前要对退火炉进行多次清洗，清洗完成后再将晶圆放入退火炉中，热退火是在超纯氮气氛围中，温度在600～800℃时，保温2～4h，最后在氮气氛围中降温至室温；退火完成后进行注入区域氧化层全刻蚀。
[0155] 六、注入区域氧化层全刻蚀是将需要镀电极的区域和连接区域刻蚀到底。先镀正面电极。将晶圆放在匀胶台上进行匀胶、烘干、曝光、显影，待显影完成后在去离子水中反复清洗干净，然后吹干，再在显微镜下观察。图9就是P型注入和N型注入区域氧化层全刻蚀正面显影后的局部图形。细心观察可以看到，只要在曝光对准调整得足够准，全刻蚀区域线条基本是在注入刻蚀的中间，这是由注入刻蚀的掩模版和全刻蚀的掩模版相互对应决定的，这样的设计思想既能够满足PN结的结构，又确定了在实验过程中有效的对准偏差。
[0156] 显影没有缺陷则可以进行后烘、刻蚀。这次刻蚀是全刻蚀，所以要保证显影区域的二氧化硅被完全刻蚀掉。图10是注入区域氧化层全刻蚀后正面局部图形。图中每个单元的中心较小区域就是N型注入刻蚀过程提到过的收集阳极区域。a)、b)、c)三个单元中有规律的其他小亮斑是预留的测试点，是方便以后测试环中的I-V特性，也可以作为分压器时的分压接触点。在每个单元的螺旋环的首尾接触点是探测器单元的正面阴极电极电压起始点。d)、e)、f)同心环都是刻蚀到底的，每一环都是一个接触电极。刻蚀完成后进行去离子水清洗、去胶、去离子水清洗、酸洗，酸洗完成后在去离子水中清洗几次，放入甩干机再吹洗、甩干，以备反面刻蚀。
[0157] 将清洗好的晶圆放入烘箱中进行脱水烘干，烘干完成后冷却至室温，再进行匀胶、烘干、曝光、显影、去离子水清洗、吹干，再在显微镜下观察。图11是反面注入区域氧化层需要全刻蚀的局部图形。在显微镜下观察没有缺陷后再进行后烘，将晶圆放在加热台上，正面朝下贴着加热台，后烘完成后冷却至室温，再进行反面保护胶匀胶，然后进行烘干、刻蚀。
[0158] 图12是刻蚀后局部图形。每个探测器单元只有一个收集电极阳极，因此在反面没有阳极，图中所有银白色亮斑都是分压接触点和电极接触点。刻蚀完成后进行去离子水清洗、去胶、去离子水清洗、酸洗、去离子水清洗、甩干，以备镀电极。
[0159] 七、镀电极之前，首先要将晶圆放在特别稀释的氢氟酸溶液中浸泡非常短的时间，将刻蚀区域的氧化层刻蚀掉。因为在做了前面的所有工艺后，刻蚀的区域已经刻蚀到底，单晶硅直接裸露在空气中，所以在刻蚀区域表面的单晶硅会被氧化，产生一层很薄的氧化硅。为了保证镀电极工艺中镀上的铝能够与单晶硅很好的接触，尽可能减小接触电阻，在将晶圆放在磁控溅射炉中进行镀铝之前要进行去氧化层清洗。清洗好后将晶圆放在磁控溅射仪中，设定电流为0.5-1A，真空度为8*10-4，氩气流量为40-80/mL/min进行镀铝；镀铝后进行铝刻蚀工艺模块，制作电极。
[0160] 先进行正面铝刻蚀。将晶圆放在匀胶台上进行匀胶、烘干、曝光、显影、去离子水清洗、吹干，再在显微镜下观察。只要显影后的区域是完全将刻蚀到底的区域覆盖住而且没有出现临近两个区域短路的情况就可以进行下一步工艺。先将晶圆放在加热台上后烘，后烘完成后冷却至室温，然后对反面进行保护匀胶再在加热台上烘干，反面朝下，氮气吹起。烘干后冷却至室温，将晶圆放入铝刻蚀液中，注意反应现象，控制刻蚀时间，细致观察可以看到刻蚀液由纯清到浑浊再到纯清的过程。将铝刻蚀液加热到合适温度，刻蚀完成后再进行去胶、去离子水清洗，需保证清洗干净。因为是金属铝，所以这次的刻蚀没有酸洗过程，只能通过足够的去胶时间和去离子水洗来保证晶圆的洁净度。图13是正面铝刻蚀完成后的局部图形，刻蚀到底区域都是被铝覆盖了，也没有出现各个同心环短路的情况，说明刻蚀效果良好。正面刻蚀完成后再进行反面刻蚀。反面铝刻蚀的工艺与正面相同，图14展示的是反面铝刻蚀完成后的局部图形，封装以备退火。
[0161] 八、将晶圆放入退火炉中，设定升温功率和600℃至800℃的目标温度。先通较长时间的氮气，根据退火炉内腔大小调整氮气的通气流量并保持2h～4h的通气时长，确保腔内的空气全部排出。然后通入氢气与氮气体积比为4:96的混合气体后，加热到400～500℃的目标温度并保持恒温5～10min，最后在氮气氛围中降温至室温，取出晶圆，完成退火并封装。这次退火主要是让铝与硅接触更紧密，减小电极的接触电阻以及消除表面缺陷。所有关键工艺完成后，接下来对整片硅晶圆上所有探测器单元进行电学特性测试。然后再使用激光切割机对晶圆进行切割，将每一个探测器单元单独切割出来，再应用半导体器件封装工艺进行封装，以备后续测试与应用。
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