JPS61174777A - 半導体放射線検出器の製造方法 - Google Patents
半導体放射線検出器の製造方法Info
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- JPS61174777A JPS61174777A JP60015682A JP1568285A JPS61174777A JP S61174777 A JPS61174777 A JP S61174777A JP 60015682 A JP60015682 A JP 60015682A JP 1568285 A JP1568285 A JP 1568285A JP S61174777 A JPS61174777 A JP S61174777A
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- JP
- Japan
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- boron
- substrate
- semiconductor substrate
- radiation detector
- Prior art date
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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)
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- Measurement Of Radiation (AREA)
Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
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。
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形の高圧抵抗シリコン板２１にりん拡散によってｎ
ｗＩ域２２を形成し、このｐｎ接合に対する逆電圧の印
加によっ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
流れる電流によっ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っていないので、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、従って電子−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
って空乏層内に電子−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Ｉ＠Ｂ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
方法をとっていた。しかしα線は物質に吸収され易く、
例えば５．５．ＭａＶのエネルギのα線の飛程は、空気
中で約４ａｍ、シリコン中で約３０−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５９−１５８４
１４号によっ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＋６１３によ
るジボランよりプラズマＣＶＤによって生成されるほう
素抜膜を設けてその中での１６ Ｂ（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
に形成したほう素抜膜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
るまで表面電極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、はう素抜膜をｐｎ接合の表面側に設けることができ
るため、はう素抜膜で発生した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、しかしこのほう素抜膜は導電性があるため不
要部分に被着した被膜を除去しなければならないが、は
う素抜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
素抜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″領域するために加熱する際、半導体基板の少
数キャリアのライフタイムの低下や、結晶欠陥の発生が
起こる問題があった。
にｐ形の高圧抵抗シリコン板２１にりん拡散によってｎ
ｗＩ域２２を形成し、このｐｎ接合に対する逆電圧の印
加によっ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
流れる電流によっ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っていないので、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、従って電子−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
って空乏層内に電子−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Ｉ＠Ｂ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
方法をとっていた。しかしα線は物質に吸収され易く、
例えば５．５．ＭａＶのエネルギのα線の飛程は、空気
中で約４ａｍ、シリコン中で約３０−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５９−１５８４
１４号によっ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＋６１３によ
るジボランよりプラズマＣＶＤによって生成されるほう
素抜膜を設けてその中での１６ Ｂ（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
に形成したほう素抜膜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
るまで表面電極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、はう素抜膜をｐｎ接合の表面側に設けることができ
るため、はう素抜膜で発生した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、しかしこのほう素抜膜は導電性があるため不
要部分に被着した被膜を除去しなければならないが、は
う素抜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
素抜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″領域するために加熱する際、半導体基板の少
数キャリアのライフタイムの低下や、結晶欠陥の発生が
起こる問題があった。
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 ｆ＋Ｊｌ域側の表面に、選択的な除去の
必要のないほう素抜膜が形成され、かつ加熱による半導
体基板の少数キャ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。
導体基板のｐ ｆ＋Ｊｌ域側の表面に、選択的な除去の
必要のないほう素抜膜が形成され、かつ加熱による半導
体基板の少数キャ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
抜膜を被着すると共に半一導体基板のほう素抜膜に接触
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。
抜膜を被着すると共に半一導体基板のほう素抜膜に接触
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を通してほう素抜膜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 １００〜２００−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
着法でほう素抜膜２の表面上に電極５を、またシリコン
基板１の表面に雪ｊ？ｉ６を老成する（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１０ ｋΩ−
以上 ２）はう素抜膜ニジボラン（ＢｚＨｂ（１０００ｐｐＩ
ＩＩＨｚベース）〕を用いたり、ＣプラズマＣＶＤ法で
作製。 ３）プラズマＣＶＤ法 基板温度：２００℃圧
力 ： ２． ＯＴｏｒｒ 印加電圧：５６０Ｖ 第１図（ｄｌに示すようにこの検出素子に逆電圧−■、
を印加した状態で熱中性子線１１が入射するとほう素抜
膜２において”Ｂ ＋ ｎ −＝’Ｌｉ ＋αの中性子
核変換反応によりα線１２が発生し、このα線によって
空乏層７に電子−正孔対が生成され、これが増幅回路１
５を通して検出される。特にこの場合はう素抜膜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０．１−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１０表面に熱酸化膜またはＣ
ＶＤ酸化膜８を被着したのち（３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 （０図）０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（ａｌは第１図ｔｃ＋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、信鯨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０例えば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ば連中性子線の検出
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、弾性衝突によっ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。
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を通してほう素抜膜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 １００〜２００−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
着法でほう素抜膜２の表面上に電極５を、またシリコン
基板１の表面に雪ｊ？ｉ６を老成する（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１０ ｋΩ−
以上 ２）はう素抜膜ニジボラン（ＢｚＨｂ（１０００ｐｐＩ
ＩＩＨｚベース）〕を用いたり、ＣプラズマＣＶＤ法で
作製。 ３）プラズマＣＶＤ法 基板温度：２００℃圧
力 ： ２． ＯＴｏｒｒ 印加電圧：５６０Ｖ 第１図（ｄｌに示すようにこの検出素子に逆電圧−■、
を印加した状態で熱中性子線１１が入射するとほう素抜
膜２において”Ｂ ＋ ｎ −＝’Ｌｉ ＋αの中性子
核変換反応によりα線１２が発生し、このα線によって
空乏層７に電子−正孔対が生成され、これが増幅回路１
５を通して検出される。特にこの場合はう素抜膜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０．１−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１０表面に熱酸化膜またはＣ
ＶＤ酸化膜８を被着したのち（３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 （０図）０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（ａｌは第１図ｔｃ＋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、信鯨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０例えば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ば連中性子線の検出
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、弾性衝突によっ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ッ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
板の少数キャ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 ６ｉ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、はう素被膜直下にｐｎ接
合が生じ、それによっ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、”
Ｂ （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。
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ッ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
板の少数キャ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 ６ｉ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、はう素被膜直下にｐｎ接
合が生じ、それによっ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、”
Ｂ （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：はう素被膜、４：ｐ″領域
５，６：電極、７：空乏層、ｌｌ：中性子線、１２：α
線。 才１紐 求ｊ 図 ；； ″７４図
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：はう素被膜、４：ｐ″領域
５，６：電極、７：空乏層、ｌｌ：中性子線、１２：α
線。 才１紐 求ｊ 図 ；； ″７４図
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
する方法であって、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 true JPS61174777A (ja) | 1986-08-06 |
| JPH0476515B2 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 |
|---|---|
| JPH0476515B2 (ja) | 1992-12-03 |
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