JPH0476515B2 - - Google Patents
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- JPH0476515B2 JPH0476515B2 JP60015682A JP1568285A JPH0476515B2 JP H0476515 B2 JPH0476515 B2 JP H0476515B2 JP 60015682 A JP60015682 A JP 60015682A JP 1568285 A JP1568285 A JP 1568285A JP H0476515 B2 JPH0476515 B2 JP H0476515B2
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- JP
- Japan
- Prior art keywords
- boron
- semiconductor substrate
- film
- region
- boron film
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
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- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01T—MEASUREMENT OF NUCLEAR OR X-RADIATION
- G01T3/00—Measuring neutron radiation
- G01T3/08—Measuring neutron radiation with semiconductor detectors
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- Physics & Mathematics (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- High Energy & Nuclear Physics (AREA)
- Molecular Biology (AREA)
- Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
- Measurement Of Radiation (AREA)
- Light Receiving Elements (AREA)
Description
本発明は熱中性子線を含む放射線を検出する半
導体放射線検出器の製造方法に関する。
導体放射線検出器の製造方法に関する。
半導体放射線検出器は、その代表例を第２図に
示すようにｐ形の高比抵抗シリコン板２１にりん
拡散によつてｎ領域22を形成し、このpn接合に
対する逆電圧の印加によつて生ずる空乏層内に放
射線が入射した際発生する電子−正孔対に基づ
き、図示しない両面の両電極間に流れる電流によ
つて放射線を検出するものである。 しかし中性子線は電荷をもつていないので、核
反応以外には軌道電子や原子核のクーロン場には
なんらの作用も及ぼさず、従つて電子−正孔対が
生じない。このため、中性子線を中性子吸収断面
積の大きい物質を透過させ、中性子核変換反応に
よりα線を発生させ、このα線によつて空乏層内
に電子−正孔対を生成させる。このため従来は、
検出器のシリコン板２１に放射線が入射する窓の
部分に、例えばほう素を含むボラル板２３を装着
し、熱中性子線１１の入射の際にほう素中の中性
子吸収断面積の約５桁大きいほう素の同位元素
10Bの10B（ｎ、α）反応を利用してα線１２を発
生させこれを検出する方法をとつていた。しかし
α線は物質に吸収され易く、例えば5.5.MeVのエ
ネルギのα線の飛程は、空気中で約４cm、シリコ
ン中で約30μｍである。このため、中性子核変換
反応物質で発生したα線が反応物質と放射線検出
素子との間の空気層および検出素子の電極部や
pn接合領域などの不感領域で吸収され易いため
検出効率が悪い。この欠点を除くために本発明者
等の発明に係り、特願昭59−96110号、特願昭59
−158414号によつて出願された放射線検出器にお
いては、空乏層が形成される半導体基板上に、例
えば10BによるジボランよりプラズマCVDによつ
て生成されるほう素被膜を設けてその中での10B
（ｎ、α）反応を利用していた。しかしｐ形半導
体基板を用いる場合、第３図に示すように裏面電
極６とp+オーム接触層２４の間に形成したほう
素被膜２で発生するα線１２を効率よく検出する
ためには、空乏層７がオーム接触層２４に達する
まで裏面電極６と表面電極５の間に高い逆バイア
ス電圧を印加する必要がある。一方、ｎ形半導体
基板の場合は、ほう素被膜をpn接合の表面側に
設けることができるため、ほう素被膜で発生した
α線が極めて効率よく空乏層領域に達し検出され
るので高い逆バイアス電圧の必要はない。しかし
このほう素被膜は通電性があるため不要部分に被
着した被膜を除去しなければならないが、ほう素
被膜は極めて耐薬品性が強く、半導体基板周囲の
不要な部分を選択的に除去することは困難で、そ
のために多くの工数を要していた。そのほか、半
導体基板のほう素被膜に接触する領域に侵入した
ほう素を電気的に活性化してp+領域にするため
に加熱する際、半導体基板の少数キヤリアのライ
フタイムの低下や、結晶欠陥の発生が起こる問題
があつた。
示すようにｐ形の高比抵抗シリコン板２１にりん
拡散によつてｎ領域22を形成し、このpn接合に
対する逆電圧の印加によつて生ずる空乏層内に放
射線が入射した際発生する電子−正孔対に基づ
き、図示しない両面の両電極間に流れる電流によ
つて放射線を検出するものである。 しかし中性子線は電荷をもつていないので、核
反応以外には軌道電子や原子核のクーロン場には
なんらの作用も及ぼさず、従つて電子−正孔対が
生じない。このため、中性子線を中性子吸収断面
積の大きい物質を透過させ、中性子核変換反応に
よりα線を発生させ、このα線によつて空乏層内
に電子−正孔対を生成させる。このため従来は、
検出器のシリコン板２１に放射線が入射する窓の
部分に、例えばほう素を含むボラル板２３を装着
し、熱中性子線１１の入射の際にほう素中の中性
子吸収断面積の約５桁大きいほう素の同位元素
10Bの10B（ｎ、α）反応を利用してα線１２を発
生させこれを検出する方法をとつていた。しかし
α線は物質に吸収され易く、例えば5.5.MeVのエ
ネルギのα線の飛程は、空気中で約４cm、シリコ
ン中で約30μｍである。このため、中性子核変換
反応物質で発生したα線が反応物質と放射線検出
素子との間の空気層および検出素子の電極部や
pn接合領域などの不感領域で吸収され易いため
検出効率が悪い。この欠点を除くために本発明者
等の発明に係り、特願昭59−96110号、特願昭59
−158414号によつて出願された放射線検出器にお
いては、空乏層が形成される半導体基板上に、例
えば10BによるジボランよりプラズマCVDによつ
て生成されるほう素被膜を設けてその中での10B
（ｎ、α）反応を利用していた。しかしｐ形半導
体基板を用いる場合、第３図に示すように裏面電
極６とp+オーム接触層２４の間に形成したほう
素被膜２で発生するα線１２を効率よく検出する
ためには、空乏層７がオーム接触層２４に達する
まで裏面電極６と表面電極５の間に高い逆バイア
ス電圧を印加する必要がある。一方、ｎ形半導体
基板の場合は、ほう素被膜をpn接合の表面側に
設けることができるため、ほう素被膜で発生した
α線が極めて効率よく空乏層領域に達し検出され
るので高い逆バイアス電圧の必要はない。しかし
このほう素被膜は通電性があるため不要部分に被
着した被膜を除去しなければならないが、ほう素
被膜は極めて耐薬品性が強く、半導体基板周囲の
不要な部分を選択的に除去することは困難で、そ
のために多くの工数を要していた。そのほか、半
導体基板のほう素被膜に接触する領域に侵入した
ほう素を電気的に活性化してp+領域にするため
に加熱する際、半導体基板の少数キヤリアのライ
フタイムの低下や、結晶欠陥の発生が起こる問題
があつた。
本発明は、上述の欠点を除き、pn接合を有す
るｎ形半導体基板のｐ領域側の表面に、選択的な
除去の必要のないほう素被膜が形成され、かつ加
熱による半導体基板の少数キヤリアのライフタイ
ム低下や結晶欠陥の発生の少ない、熱中性子線の
検出も可能な半導体放射線検出器の製造方法を提
供することを目的とする。
るｎ形半導体基板のｐ領域側の表面に、選択的な
除去の必要のないほう素被膜が形成され、かつ加
熱による半導体基板の少数キヤリアのライフタイ
ム低下や結晶欠陥の発生の少ない、熱中性子線の
検出も可能な半導体放射線検出器の製造方法を提
供することを目的とする。
本発明は、ｎ形半導体基板の一方の面に選択的
にほう素被膜を被着すると共に半導体基板のほう
素被膜に接触する領域にほう素を侵入させ、つい
で光アニールにより侵入したほう素を電気的に活
性化して本来の半導体基板との間にpn接合を形
成するｐ形領域を生成することにより上記の目的
を達成する。
にほう素被膜を被着すると共に半導体基板のほう
素被膜に接触する領域にほう素を侵入させ、つい
で光アニールにより侵入したほう素を電気的に活
性化して本来の半導体基板との間にpn接合を形
成するｐ形領域を生成することにより上記の目的
を達成する。
以下図を引用して本発明の実施例について説明
する。既に説明した第２図、第３図を含めて各図
に共通な部分には同一の符号が付されている。第
１図は本発明の一実施例の工程と動作原理を示す
もので、ｎ形シリコン基板１の表面にマスク１３
を通してほう素被膜２を形成したのち、このシリ
コン基板を赤外線照射アニール炉に挿入して、例
えば900℃で10秒乾燥窒素中でアニールを行い、
シリコン基板１中に侵入したほう素３をさらに電
気的に活性化し、p+領域４を形成する（ａおよ
びｂ図）。次に、マスク１３より100〜200μｍ口
径の小さいマスク１４を通して、例えばアルミニ
ウムの真空蒸着法でほう素被膜２の表面上に電極
５を、またシリコン基板１の裏面に電極６を形成
する（ｃ図）。素子作製条件は次のとおりである。 (1) 基板：シリコン単結晶、ｎ形、比抵抗10kΩ
cm以上 (2) ほう素被膜：ジボラン〔B2H6（1000ppmH2
ベース）〕を用いたDCプラズマCVD法で作製。 (3) プラズマCVD法 基板温度：200℃ 圧 力：2.0Torr 印加電圧：560V 第１図ｄに示すようにこの検出素子に逆電圧−
VBを印加した状態で熱中性子線１１が入射する
とほう素被膜２において10B＋ｎ→7Li＋αの中性
子核変換反応によりα線１２が発生し、このα線
によつて空乏層７に電子−正孔対が生成され、こ
れが増幅回路１５を通して検出される。特にこの
場合ほう素被膜２の直下に侵入したほう素原子
層、すなわちp+層４の厚さが約0.1μｍのため放射
線に対する不感層幅が極めて薄く熱中性子の検出
効率が高い。 第４図は本発明の別の実施例を示すもので、第
３図と異なる点はｎ形シリコン基板１の表面に熱
酸化膜またはCVD酸化膜８を被着したのち（ａ
図）、ホトエツチング工程で窓９をあけ（ｂ図）
この窓上にマスク１４を通してほう素被膜２を形
成した点である（ｃ図）。次いで光アニールによ
るアニールを第１図の場合と同様に行う（ｄ図）。
第４図ｅは第１図ｃと同様の工程であるが、この
結果第４図ｆに示すように酸化膜８が表面保護膜
として存在するため、信頼性の良い検出器が得ら
れるという利点がある。 本発明による放射線検出器の構造自体は従来の
検出器と同様であるから、当然熱中性子以外の放
射線も検出できる。例えはγ線の場合には、光電
効果、コンプトン効果による二次電子線を検出す
るため、第５図の曲線５１のように出力はパルス
波高に対し連続スペクトルを示すから、曲線５２
に示す熱中性子線のパルス波高と明確に判別でき
る。また入射窓にポリエチレン板をおけは速中性
子線の検出も可能である。すなわち、速中性子線
がポリエチレン板に入射すると、弾性衝突によつ
てたたき出されたプロトンが空乏層に入射して電
子−正孔対を生じるので、他の放射線と同様に検
出できる。
する。既に説明した第２図、第３図を含めて各図
に共通な部分には同一の符号が付されている。第
１図は本発明の一実施例の工程と動作原理を示す
もので、ｎ形シリコン基板１の表面にマスク１３
を通してほう素被膜２を形成したのち、このシリ
コン基板を赤外線照射アニール炉に挿入して、例
えば900℃で10秒乾燥窒素中でアニールを行い、
シリコン基板１中に侵入したほう素３をさらに電
気的に活性化し、p+領域４を形成する（ａおよ
びｂ図）。次に、マスク１３より100〜200μｍ口
径の小さいマスク１４を通して、例えばアルミニ
ウムの真空蒸着法でほう素被膜２の表面上に電極
５を、またシリコン基板１の裏面に電極６を形成
する（ｃ図）。素子作製条件は次のとおりである。 (1) 基板：シリコン単結晶、ｎ形、比抵抗10kΩ
cm以上 (2) ほう素被膜：ジボラン〔B2H6（1000ppmH2
ベース）〕を用いたDCプラズマCVD法で作製。 (3) プラズマCVD法 基板温度：200℃ 圧 力：2.0Torr 印加電圧：560V 第１図ｄに示すようにこの検出素子に逆電圧−
VBを印加した状態で熱中性子線１１が入射する
とほう素被膜２において10B＋ｎ→7Li＋αの中性
子核変換反応によりα線１２が発生し、このα線
によつて空乏層７に電子−正孔対が生成され、こ
れが増幅回路１５を通して検出される。特にこの
場合ほう素被膜２の直下に侵入したほう素原子
層、すなわちp+層４の厚さが約0.1μｍのため放射
線に対する不感層幅が極めて薄く熱中性子の検出
効率が高い。 第４図は本発明の別の実施例を示すもので、第
３図と異なる点はｎ形シリコン基板１の表面に熱
酸化膜またはCVD酸化膜８を被着したのち（ａ
図）、ホトエツチング工程で窓９をあけ（ｂ図）
この窓上にマスク１４を通してほう素被膜２を形
成した点である（ｃ図）。次いで光アニールによ
るアニールを第１図の場合と同様に行う（ｄ図）。
第４図ｅは第１図ｃと同様の工程であるが、この
結果第４図ｆに示すように酸化膜８が表面保護膜
として存在するため、信頼性の良い検出器が得ら
れるという利点がある。 本発明による放射線検出器の構造自体は従来の
検出器と同様であるから、当然熱中性子以外の放
射線も検出できる。例えはγ線の場合には、光電
効果、コンプトン効果による二次電子線を検出す
るため、第５図の曲線５１のように出力はパルス
波高に対し連続スペクトルを示すから、曲線５２
に示す熱中性子線のパルス波高と明確に判別でき
る。また入射窓にポリエチレン板をおけは速中性
子線の検出も可能である。すなわち、速中性子線
がポリエチレン板に入射すると、弾性衝突によつ
てたたき出されたプロトンが空乏層に入射して電
子−正孔対を生じるので、他の放射線と同様に検
出できる。
本発明は、例えばマスクを用いることによりｎ
形半導体基板上に選択的にほう素被膜を形成する
ため耐品性の強いほう素被膜を一旦、基板の一方
の面全体に形成したのち、化学的なエツチングや
スパツタリングなどの方法で不要部分を除去する
従来の方法にくらべて製造工程が大幅に短縮でき
る。また、半導体基板中に侵入したほう素の電気
的活性化を光アニール法で短時間に行うため、基
板の少数キヤリアのライフタイム低下や基板での
結晶欠陥の発生が少なく、そのほか基板に侵入し
たほう素がさらに拡散して広がることがないので
ｐ領域が限られた大きさに形成できるなどの効果
がある。その結果、逆もれ電流の少ない、すなわ
ち、ノイズが少ない検出素子が容易に得られる。
しかも本発明ではｎ形半導体基板上に被着したほ
う素被膜からのほう素の侵入により、ほう素被膜
直下にpn接合が生じ、それによつて空乏層が形
成されるので、放射線に対する不感層幅を極めて
薄くできる。その結果、10B（ｎ、α）反応を起こ
して発生したα線、すなわち熱中性子線が効率よ
く検出できる。
形半導体基板上に選択的にほう素被膜を形成する
ため耐品性の強いほう素被膜を一旦、基板の一方
の面全体に形成したのち、化学的なエツチングや
スパツタリングなどの方法で不要部分を除去する
従来の方法にくらべて製造工程が大幅に短縮でき
る。また、半導体基板中に侵入したほう素の電気
的活性化を光アニール法で短時間に行うため、基
板の少数キヤリアのライフタイム低下や基板での
結晶欠陥の発生が少なく、そのほか基板に侵入し
たほう素がさらに拡散して広がることがないので
ｐ領域が限られた大きさに形成できるなどの効果
がある。その結果、逆もれ電流の少ない、すなわ
ち、ノイズが少ない検出素子が容易に得られる。
しかも本発明ではｎ形半導体基板上に被着したほ
う素被膜からのほう素の侵入により、ほう素被膜
直下にpn接合が生じ、それによつて空乏層が形
成されるので、放射線に対する不感層幅を極めて
薄くできる。その結果、10B（ｎ、α）反応を起こ
して発生したα線、すなわち熱中性子線が効率よ
く検出できる。
第１図は本発明の一実施例の工程および動作原
理を順次示す断面図、第２図および第３図は従来
の半導体放射線検出器の動作原理をそれぞれ示す
断面図、第４図は別の実施例の工程および動作原
理を順次示す断面図、第５図は本発明による検出
器の出力パルス波高を示す線図である。 １：ｎ形シリコン基板、２：ほう素被膜、４：
p+領域、５，６：電極、７：空乏層、１１：中
性子線、１２：α線。
理を順次示す断面図、第２図および第３図は従来
の半導体放射線検出器の動作原理をそれぞれ示す
断面図、第４図は別の実施例の工程および動作原
理を順次示す断面図、第５図は本発明による検出
器の出力パルス波高を示す線図である。 １：ｎ形シリコン基板、２：ほう素被膜、４：
p+領域、５，６：電極、７：空乏層、１１：中
性子線、１２：α線。
Claims (1)
- １ ｎ形半導体基板の一面の所定の領域にほう素
被膜を被着し、該半導体基板にほう素被膜と接触
するｐ形領域を設けて半導体基板本来の部分との
間にpn接合を形成する方法であつて、ｎ形半導
体基板の一方の面に選択的にほう素被膜を被着す
ると共に該半導体基板のほう素被膜に接触する領
域にほう素を侵入させ、次いで光アニールにより
ほう素を電気的に活性化することを特徴とする半
導体放射線検出器の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60015682A JPS61174777A (ja) | 1985-01-30 | 1985-01-30 | 半導体放射線検出器の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60015682A JPS61174777A (ja) | 1985-01-30 | 1985-01-30 | 半導体放射線検出器の製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS61174777A JPS61174777A (ja) | 1986-08-06 |
| JPH0476515B2 true JPH0476515B2 (ja) | 1992-12-03 |
Family
ID=11895519
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP60015682A Granted JPS61174777A (ja) | 1985-01-30 | 1985-01-30 | 半導体放射線検出器の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS61174777A (ja) |
-
1985
- 1985-01-30 JP JP60015682A patent/JPS61174777A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS61174777A (ja) | 1986-08-06 |
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