JPS61292969A - 半導体輻射検出器セルアレイの製造方法 - Google Patents

半導体輻射検出器セルアレイの製造方法

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JPS61292969A
JPS61292969A JP61041353A JP4135386A JPS61292969A JP S61292969 A JPS61292969 A JP S61292969A JP 61041353 A JP61041353 A JP 61041353A JP 4135386 A JP4135386 A JP 4135386A JP S61292969 A JPS61292969 A JP S61292969A
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アンドレ　サムエル　バージエス
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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。

Description

【発明の詳細な説明】 「産業上の利用分野」 この発明は一般（＝は電磁輻射検出器に関し、更に詳し
くは固体Ｘ線スペクトロメータの製造方法に関する。
「従来技術」 電磁輻射Ｘ線源の分析のための従来の装置は普通レリコ
ン電荷結合素子（ＣＣＤ）か又はリチウムドリフト検出
器を使用している。これらはいずれも入力輻射の１象形
成可能性の点及びエネルギ解像度、特にエネルギの高い
Ｘ線源の検出能力の点で不充分であることが認識されて
いる。
最近、１〜３　Ｑ　ｋｅｖの範囲のＸ線源（二対し動作
するようにされたＸ線検出器が開発され、これによれば
すぐれたエネルギ解像度ととも（−高い空間解像度を得
ることが可能である。この検出器では米国特許第４４７
２７２８号に示されているように。
厚いシリコン本体中に熱移動（サーマルマイクレージョ
ン）（二よりアルミニュームのマトリックス。
即ち格子を形成している。このアルミニュームのマトリ
ックスは四辺形（＝配列されたＸ線検出セル、即ち画素
（ピクセル）のセル壁を構成している。
各セルの中心を通ってアルミ電極が同様に熱移動により
形成され、そのアルミセル壁と中心アルミ電極にバイア
ス手段を接続してそのセル壁間の横方向の電荷キャリア
欠乏をつくり、入射Ｘ線エネルギによるシリコン内での
光電効果によりつくられた電子あるいは正孔として電荷
キャリアを集収して像形成を行う。
このような検出器に意図した機能を実行することができ
るが、その製造と動作の点にいくつかの限界があること
がわかっている。ビクセルを構成する格子の壁をできる
だけ薄く１例えば２ミル（約５１ミクロン）以下にしな
ければならない。このように薄い壁を従来の熱移動技術
でシリコンウェハに作ることは非常に困難であり、また
非常に長い熱移動時間を要する。更に熱移動により形成
された壁はその垂直軸から不規則にずれる傾向がある。
これはある形に熱移動させる困難さ、結晶欠陥、温度不
均一、熱移動用炉中のウェハの位置、等の多くの原因に
よる。連続した線ではなく互（＝１ミル離れた点を熱移
動させることによって必′要な熱移動時間を減らそうと
すると別の問題が生じた。熱移動された点間を接続する
のにアルミニュームのような接触用金属を使用しなけれ
ばならない。もしこの金属回路が壁境界の不規則な横方
向のずれ（二より壁境界と重なってしまうと、壁と基板
の接合部はショートされ検出素子が動作不能となる。更
に次の処理段階で４〜６ミルの中心電極の位置合せなす
ることは比較的に容易であるが薄い壁の位置合せは非常
に難しいことがわかっている。
この検出器を実際（＝使用すると漏れ電流が予想以上（
二大きい。これはＰ型のアルミ中心電極がｎ型のシリコ
ン本体によってＰ型アルミ壁から分離されているためｐ
ｎｐ型トランジスタを形成し、電荷注入によりトランジ
スタ動作が起るためであると考えられる。
「発明が解決しようとする問題点」 この発明の目的は１〜３０ｋｅＶの範囲のＸ線源（二対
し動作するようにされた電磁輻射検出器アレイを製造す
る方法を提供することである。
この・発明のもう一つの目的は半導体検出器アレイにお
ける拡散金属壁の形成と位置合せを正確に行うことがで
きる方法を提供することである。
この発明の更に他の目的は比較的に少ない工程数ですみ
簡単で実行し易い検出器の製造方法を提供することであ
る。
［問題点を解決するための手段」 前述の目的は厚いｎ型半導体中（１互（二独立した検出
器セル、即ちビクセルを隣接して形成したアレイを有す
るＸ線検出器を作ること（二より達成される。各セルを
規定する壁は半導体ウェハ；：複数の穴をレーザによっ
て開け、そこから計のドープ物質を拡散させることによ
り隣接するセルを分離する共通壁として形成される。こ
の製造工程は更（二番セルの中心（二おいてＰ型金属の
熱移動（二よりウェハの対向面の間を延びる電極を形成
する工程を含む。
「実施例」 第１因に示すよう（＝Ｘ線検出器アレイは例えばシリコ
ンウェハのような高抵抗率の半導体材料から作られた比
較的に厚い本体１０（＝形成される。
このウェハ１０には多゛数キャリア濃度がほぼ１０１４
／ａ−のｎ型導電性を示すよう（ニリンがわずか（ニド
ーブされている。このウェハ１０の厚さは高エネルギＸ
線（＝よって確実に光電子が発生されるよう（＝入射Ｘ
線の予測される侵入深さよりわずかに大となるよう選ば
れている。特（１照射面に入射するＸ線の半導体材料へ
の侵入深さは入射Ｘ線エネルギの３乗に比例する。例え
ば１〜３０ｋｅＶの範囲内のＸ線Ｌ：対してウェハ１０
の厚さは５０ミル（約１．２７ＩＩＢ）程度のオーダに
する必要がある。ウェハ１０の温度をほぼ１０００℃（
二保ってその表面（１水蒸気と酸素を流すことにより１
例えば約２０００人と比較的に薄い５ｉ０２のＩ？ｉ１
２，１４をウェハ１０の上下両面（＝形成する。
シリコンウェハ１０はそれぞれが検出器セルである四角
形の格子状の、即ちマトリックス配列されたビクセル１
６に構成され、それ（＝よってＸ線像に対する空間的及
びエネルギの分解能を得ている。第１図では９つのセル
が示されている。格子はウェハ１０上面から下面までこ
れらに直角（：延びる垂直金属壁１８と２０（二より構
成されている。
各ビクセル１６はその水平方向断面が四辺形で。
互に同じ形をしているのが好ましい。
第２ａ乃至第２ｄ６に壁１８．２０を形成するいくつか
の工程を順次示す。壁１８，２０を形成すべき領域を規
定するホトレジストマスク２２を第２ａ図に示すよう（
＝ウェハ１０の上側５ｉＯ２１ｉ１２の上に形成する。
次に第２ｂ図に示すよう（＝ウェハ１０を弗酸緩衛エツ
チング液に浸けて５ｉ０２層の露出している領域を除去
する。レーザ光（二より第２Ｃ図に示すようにウェハ１
０の露出領域にクエへ面に直角に円い貫通孔２３を開け
る。貫通孔２３の直径はほぼ１ミル（約２５．４ミクロ
ン）であり、２ミルの間隔をおいてとびとびに形成され
る。このような貫通孔２３を格子に沿って多数形成し、
ウェハ１０の水平断面に四辺形の配列を形成する。
次（＝このウェハ１０を１１００℃の炉に入れる。
ＰＯＣ）、の拡散ドーパント源の恒温液溝中（＝窒素と
酸素の混合キャリアガスな吹き込んで、それによって得
られた拡散用の燐原子を含むキャリアガスを前記炉の中
に導入する。計型燐原子の濃度がほぼ１０”　／ｃｍ３
の燐のガスドーパントは貫通孔２３を通ってシリコンウ
ェハ１０中に拡散スる。ウェハ１０は口型ドーパントで
ある燐原子が貫通孔２３の軸から１ミルの距離を拡散す
るの（＝充分な時間だけ炉の中（二置かれる。これによ
って第２ｄ図に示すよう（−隣接する２つの貫通孔２３
の内壁からのドーパント原子の拡散領域は互に接触する
。このよう（ニして濃度勾配拡散の技術を使ってシリコ
ンウェハ中に一原子の連続した壁が形成される。
次（＝好ましくはアルミニュームのような金属の帯（ス
トリップ）２４をウェハ上面の露出した壁領域の上に蒸
着して燐拡散領域と接触接続し第１図に示すような構造
を得る。同様（二ンーザで開けられた貫通孔のウェハ底
面１４側の開孔上にもアルミニュームストリップを蒸着
し、燐拡散領域との接触接続を行う。
各ビクセル１６の中央にはウェハ１０の一方の面から他
方の面まで厚さ方向に延びる拡散金属電極２８が設けら
れている。この中心電極２８はアルミニュームのような
金属の濃度勾配による拡散によって形成することができ
る。この工程を第３図を参照して説明する。第３ａ図に
示すように電極２８が形成されるべき領域を残して５ｉ
０２層１２の上にホトレジストマスク２９を形成する。
ウェハ１０を弗酸中（＝浸けて５ｉ０２の露出した領域
を第３ｂ因に示すよう（＝除去する。次に第３Ｃ図（二
示すよう（１熱クロム酸中でホトレジストを除去して１
：水洗いする。例えばアルミニュームのようなＰ型金属
の薄膜３０を第３ｄ図（＝示すようにウェハ１０の上面
（二形成する。次に第３ｅ図；二示すように電極２８を
形成する領域以外のアルミニューム薄膜３０の領域を露
出させてホトレジストマスク３２を形成する。露出され
たアルミニューム薄膜３０を第３ｆ図に示すように燐酸
でエツチングし１次に第３ｇ図に示すようにホトレジス
トを熱クロム酸で除去しウェハ１０を水洗いする。この
ウェハ１０を１１５０℃程度の炉で加熱するが、ウェハ
の下面（底面）側を炉の室内温度に保持するとともに上
面側はそれよりわずか（二低い例えば１１０００Ｃ程度
に保つこと（二よってウェハの厚み方向に温度勾配を形
成する。加熱されたウェハ１０の温度の低い方の面（上
面）の５ｉＯｚが除去された領域（二形成されたアルミ
ニューム薄膜３０はこの温度勾配（＝よって反対側面（
′Ｆ′面）まで垂直に急速（二拡散される。この金属の
温度勾配によるウェハ１０に対する厚み方向の拡散は非
常（＝速いのでその間の横方向の拡散はごくわずかであ
る。従って電極２８はウェハ１０の面（二対しほぼ直角
である。各電極２８の断面寸法をビクセル１６の断面と
比較して小さくすることによってＸ線が中心電極２８に
直接入射する確率を小さくすることができる。
Ｘ線像の空間分解能（解像力）を高める（：は隣接ビク
セル１６の中心電極２８間隔が２ｓｗ程度となるように
各ビクセルの横断面を小さくすればよい。
この場合のＸ線検出ビクセル１６は第１図に示すような
四辺形格子配列となる。
壁領域１８　、２０及び中心電極２８を形成するために
拡散された金属が完全に半導体材料のウェハ１０を横切
って延び両対向面まで達しているので検出器セルのアレ
イは深いダイオードアレイを有することになる。米国特
許第４４７２７２８号（＝記載されているように中心電
極２８と格子壁１８゜２０の間にバイアス電位を与える
と空乏層（ドナ及びアクセプタを中和するだけの充分な
自由正孔又は電子密度が無い領域゛）が各ビクセル１６
の中心電極２８から壁１８．２０までウェハの全厚みに
渡って横方向に生じる。これによりウェハ１０に入射す
るウェハの厚さより短い侵入深さのＸ線。
即ち３０ｋｅＶまでのＸ線が確実にウェハ材料と光電子
相互作用を行うことができる。ビクセル内のどこでこの
相互作用が起っても、生じた電子は中心電極２８（＝引
き寄せられるので、その結果入射Ｘ線の検出規準となる
。各ビクセルの中心電極を別個のＣＣＤ素子に接続し、
そのＣＣＤ素子によって各ビクセルを順次読出し、検出
器アレイ上の照射像を見ているような観察物の象を合成
するようにすることもできる。
「発明の効果」 上述した方法による検出器アレイの製造は高精度を実現
するのが容易である。レーザ穿孔（二よりセル壁の配列
を容易に実現でき、又セル壁の垂直軸からのずれも非常
（＝少ないものとなる。更にｐｎｎ＋ｎｎ−はトランジ
スタ作用がないので面倒な漏れ電流も生じない。セルの
壁を形成するための他のドーパント材料としてはヒ素あ
るいはビスマスを使うことができる。
【図面の簡単な説明】
第１図は本発明によって作られたＸ線検出器アレイの部
分断面斜視図、第２ａ乃至第２ｄ図はＸ線検出器プレイ
の壁部のいくつかの製造工程（二おける断面図、第３ａ
乃至第３ｇ図はＸ線検出器アレイの中心電極のいくつか
の製造工程における断面図である。 １０：シリコンウェハ、１２　、１４　：　ＳｉＯ２，
１６：ビクセル（検出器セル）、１８．２０：壁。 ２２：ホトレジストマスク、２３：貫通孔、２４ニアル
ミ電極、２８：中心電極、２９　、３２　：ホトレジス
トマスク、３０ニアルミニユーム薄膜。

Claims (10)

    【特許請求の範囲】
  1. （１）ａ）隣接するセル間の壁を規定する四辺形の配列
    を構成する格子に沿つて間隔をおいて半導体本体の厚み
    方向に貫通する複数の貫通孔を形成する工程と、 ｂ）前記貫通孔を通してドーパントを拡散する工程と、 ｃ）各前記セル内で前記半導体本体の対向する一方の面
    から他方の面に達する金属の中心電極を形成する工程、 とを含む半導体輻射検出器セルアレイの製造方法。
  2. （２）前記貫通孔を形成する工程はレーザによつて行う
    特許請求の範囲第１項記載の半導体輻射検出器セルアレ
    イの製造方法。
  3. （３）前記中心電極を形成する金属はＰ型導電性の金属
    であり、前記貫通孔を通して拡散させるドーパントは前
    記半導体本体のドーパント濃度より大きな濃度のｎ＾＋
    型導電性ドーパントである特許請求の範囲第２項記載の
    半導体輻射検出器セルアレイの製造方法。
  4. （４）前記Ｐ型導電性の金属はアルミニウムを含み、前
    記ｎ＾＋型導電性ドーパントは燐を含む特許請求の範囲
    第３項記載の半導体輻射検出器セルアレイの製造方法。
  5. （５）前記貫通孔を通してドーパントを拡散させる工程
    は隣接する前記貫通孔からのドーパント拡散領域が互に
    接触して前記セルの連続した壁を形成するのに充分な時
    間行う特許請求の範囲第３項記載の半導体輻射検出器セ
    ルアレイの製造方法。
  6. （６）前記半導体本体の貫通孔の対向する両面の開口か
    ら拡散されたドーパントと金属オーミックコンタクトを
    形成する工程を含む特許請求の範囲第５項記載の半導体
    輻射検出器セルアレイの製造方法。
  7. （７）前記中心電極を形成する工程は熱移動工程を含む
    特許請求の範囲第６項記載の半導体輻射検出器セルアレ
    イの製造方法。
  8. （８）前記半導体本体の厚さは約５０ミル（１．２７ミ
    リ）であり、前記中心電極の間隔は約２ミリであり、前
    記貫通孔の間隔は約５１ミクロンである特許請求の範囲
    第１項記載の半導体輻射検出器セルアレイの製造方法。
  9. （９）前記半導体本体を１０００℃に保つてその表面に
    水蒸気と酸素を通過させて両面に薄い酸化層を形成する
    工程を含む特許請求の範囲第１項記載の半導体輻射検出
    器セルアレイの製造方法。
  10. （１０）前記中心電極は前記壁からほぼ等しい位置に形
    成される特許請求の範囲第１項記載の半導体輻射検出器
    セルアレイの製造方法。
JP61041353A 1985-06-18 1986-02-26 半導体輻射検出器セルアレイの製造方法 Pending JPS61292969A (ja)

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US06/745,977 US4618380A (en) 1985-06-18 1985-06-18 Method of fabricating an imaging X-ray spectrometer

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JPS61292969A true JPS61292969A (ja) 1986-12-23

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