JP2010004038A - ニュートロン検出構造 - Google Patents

Abstract

【課題】簡単に製造でき、市販入手可能なＳＯＩ ＳＲＡＭを利用したニュートロン検出構造を提供する。
【解決手段】シリコン-オン-絶縁体メモリセルから作られた中性子検出構造体は、入射中性子を放射帯電粒子に変換するための変換層と、放射帯電粒子を受けるデバイス層と、該デバイス層および変換層に直接隣接して、該デバイス層から変換層を隔てる埋設された酸化物層と、絶縁層と、埋設された酸化物層およびデバイス層に対向して絶縁層上に形成されたパッシベーション層と、デバイス層に電気的な接触を提供する複数の伝導コンタクトとを有する。
【選択図】図１

Description

本発明は、ニュートロン（中性子）に関して高感度の検出を提供することができる構造に関し、特に、大量生産されたデバイスを改善することができるニュートロン検出構造に関する。

多数の貨物コンテナ、船、及び飛行機が、港、国境、および輸送センターで受け入れられ、毎日毎時、放射線兵器（例えば、小さな汚れた爆弾）のような核デバイスの許可の無い配送の可能性がある。更に、域外へのデバイスの密輸はまた、テロリストおよびかかるデバイスを得る他の無許可のものを管理することにも関係する。

多くのタイプの放射線検出器が開発されてきたけれども、より有望なタイプの一つが、ホウ素がドープされたような（例えば、boron-10）、１またはそれ以上のニュートロン転換層と一緒に用いられるシリコン−オン−絶縁体（ＳＯＩ）静的ランダムアクセスメモリ（ＳＲＡＭ）である。たとえば、米国海軍に譲受された米国特許第６，８６７，４４４号および第７，２７１，３８９号は、２つのかかるデバイスに関するものであり、それらの全体はリファレンスとしてここに組み入れられる。しかしながら、これらのデバイスは、準備およびプロセスが複雑な高濃度ドープされた埋設層を備えた基板を要求する。回路プロセスの後もまた、基板に埋設された転換層のために困難が伴う。

それゆえ、より簡単に製造でき、市販入手可能なＳＯＩ ＳＲＡＭを利用したニュートロン検出構造が望まれる。かかる構造は、例えば、小さな核デバイスから放射されるニュートロンを無人で検出することができるべきである。

シリコン−オン−絶縁体メモリセルから作られたニュートロン（中性子）検出構造体は、入射ニュートロンを放射帯電粒子に変換するための変換層と、放射帯電粒子を受けるデバイス層と、該デバイス層および変換層に直接隣接して、該デバイス層から変換層を隔てる埋設された酸化物層と、絶縁層と、埋設された酸化物層およびデバイス層に対向して絶縁層上に形成されたパッシベーション層と、デバイス層に電気的な接触を提供する複数の伝導コンタクトとを有することを特徴とする。かかる構造体を製造するための対応する方法は、パッシベーションされたＳＯＩ ＳＲＡＭウェハにキャリアを永久的にボンディングするステップと、絶縁基板を除去するステップと、絶縁基板の少なくとも一部が除去された変換層を堆積するステップと、デバイス層に少なくとも一つの電気的コンタクトを提供するために埋設された酸化物層および変換層に少なくとも一つの開口部を形成するステップとを有することを特徴とする。

ここに記載する実施形態は、核デバイスで使用される核分裂物質の崩壊生成物の一つである、ニュートロン（中性子）を高感度に検出可能にすることを提供する。根本的な検出技術は、米国特許第６，８６７，４４４号および第７，２７１，３８９号により詳細に記載されており、両者ともそれらの全体をリファレンスとしてここに組み入れる。本実施形態によれば、大量生産されたデバイスに提供されたニュートロン検出フィルムを実装する構造体が示される。

一般的には、デバイスは、混乱したアルファ粒子をカウントするように構成されたＳＯＩ ＣＭＯＳ ＳＲＡＭ回路から製造される。低温ウェハボンディング、ウェハ薄化および裏面処理技術は、近位にニュートロン転換フィルム、並びに、デバイスをパッケージのリードに接続するためのバンプまたは伝導ワイヤを備えた薄いＳＲＡＭに永久に取り付けられた、新しいキャリアウェハを有する完成したデバイスを生成するのに用いられる。

好ましい構造は、スピン・オン（spin-on）絶縁体または他の接着剤を使用して、不活性キャリア基板を完全なＩＣウェハの基板に第１の永久ボンディングをすることにより作られる。次いで、オリジナル基板は、埋設された酸化物層の下面を露出させるように、シリコンをグライディングし、研磨し、および、化学的エッチングすることによってＩＣ層から除去される。次いで、露出された埋設された酸化物表面の上にニュートロン転換層が堆積される。次いで、材料および埋設された酸化物層を通った開口部が形成され、それにより、回路メタライゼーションパッドの下側が露出し、ボンドワイヤまたは伝導バンプを使用して、パッケージとデバイスとの間の接続を可能にする。均等な構造は、好ましいキャリアの上で活性化デバイス層をかえるように、"debondable"ＳＯＩウェハを使用して形成することができる。Debondable ＳＯＩウェハは、ＳＯＩＴＥＣに従属するＴｒａｃｉｔによって記述されている。

図１は、本発明の実施形態による、パッシベーションされたデバイスウェハ１００を図示する。ウェハ１００は、１またはそれ以上の静的ランダムアクセスメモリ（ＳＲＡＭ）エレメント及び／又は他の回路を包含するような、完成した集積回路ウェハであって良い。図１に示した例は、ＳＯＩデバイスウェハである。

ウェハ１００は、バルクシリコンであるのが好ましい基板１０２（すなわち、「ハンドル」ウェハ）を含む。埋設された酸化物（ＢＯＸ）層１０４のような絶縁体が、基板１０２の上に横たわる。デバイス層１０６が、ＢＯＸ層１０４の上に横たわり、良好なデバイス機能性（すなわち、ＳＲＡＭセル／アレイ）を提供するように適当にパターニングされる。デバイス層１０６は、シリコンであるのが好ましく、基本的なＳＯＩ構造として一緒に役に立つ二酸化珪素ＢＯＸ層１０４の上に横たわる。絶縁層１０８は、デバイス層１０６の上部表面および側を部分的又は完全に取り囲む。パッシベーション層１１０は、絶縁層１０８の上に横たわる。図示したように、コンタクト１１２（例えば、メタライゼーション）は、パッシベーション層１１２からのデバイス層１０６に対する電気的な接続を提供しうる。更に、基板１０２に対する頂部側コンタクト１１４ａ−ｂ（例えば、１又はそれ以上のメタライゼーション）がまた、設けられても良い。典型的なＳＯＩデバイス製造に関する周知の構造である一方で、ウェハ１００の一般的な構造は、本発明の実施形態によるニュートロン検出器を製造する際のスターティングポイントとして役立つ。

図２は、本発明の実施形態による、引き続いての処理をした状態でのパッシベーションされたデバイスウェハ１００に相当する構造体２００を図示する。接着層２０２が、パッシベーションされた回路ウェハ１００をキャリア２０４に永久的にボンディングし、ボンディングされたキャリアを備えたデバイスウェハを形成する。低温ボンディングプロセスが用いられるのが好ましい。

図３は、本発明の実施形態による、引き続いての処理をした状態での図２の構造体２００に相当する構造体３００を図示する。基板１０２（ハンドルウェハ）は、除去される。除去には、グライディング、研磨、および、ハンドルウェハのエッチングオフが含まれうる。他の除去技術もまた、利用可能である。別の実施形態では、Debondable ＳＯＩウェハが、薄いデバイス層１０６を絶縁するのに用いられ得る。かかるDebondable ＳＯＩウェハによって、適当なキャリアの上で活性化デバイス層をかえることができ得る。Debondable ＳＯＩウェハは、フランスのベルナン（Bernin）に本社を置くＳＯＩＴＥＣに従属するＴｒａｃｉｔによって記述され、オファーされている。

図４は、本発明の実施形態による、引き続いての処理をした状態での図３の構造体３００に相当する構造体４００を図示する。ニュートロン検出層４０２は、デバイス層１０６に対向するように、ＢＯＸ層１０４上に堆積される。ニュートロン堆積層４０２は、入射ニュートロンを帯電した粒子に変換するボロンドープされた変換層であるのが好ましい。帯電した粒子の少なくともいくつかは、デバイス層１０６で受けられ、（例えば、デバイス層１０６におけるＳＲＡＭにおける）ビット変化であるとされうる単一イベントアップセット（ＳＥＵ；Single Event Upsets）の原因となる。ボロンドープ変換層に加えて、米国特許第６，８６７，４４４号および第７，２７１，３８９号に記載されているような、他のタイプのニュートロン検出層は、別の実施形態として利用可能である。

図５は、本発明の実施形態による、引き続いての処理をした状態での図４の構造体４００を図示する。複数のビア５０２ａ−ｂが、頂部側コンタクト１１４ａ−ｂへのアクセスを提供し、その結果、１またはそれ以上の電気的接続がデバイスに設けられうる。ビア５０２ａ−ｂは、適当なパターニング開口部が（エッチングプロセスなどによって）生成され、その結果、ビア５０２ａ−ｂは、頂部側のコンタクト１１４ａ−ｂと整列する。これらのビアは、頂部側のメタライゼーションへのアクセスを提供し、それによって、上のＳＲＡＭ回路の制御を可能にする。

図６Ａは、本発明の第１の実施形態による、引き続いての処理をした状態での図４の構造体４００を図示する。伝導パンプ６０２ａ−ｂが、ビア５０２ａ−ｂに形成されている。伝導バンプ６０２ａ−ｂは、例えば、金、ニッケル、パラジウム、銅、銀、アルミニウム、タングステン、種々の合金、はんだ、及び／又は、伝導性エポキシからなってよい。他の伝導性の材料もまた、伝導バンプ６０２ａ−ｂに関して用いられうる。伝導バンプ６０２ａ−ｂは、例えば、回路基板上でボンドパッドでコンタクトを形成するのに用いられうる。示したように、伝導バンプ６０２ａ−ｂは、検出層４０２の表面を越えてはみ出すのが好ましい。

図６Ｂは、本発明の第１の実施形態による、オープンパッケージリードフレーム７０２での図６Ａの構造体４００を図示する。オープンパッケージリードフレーム７０２は、伝導バンプ６０２ａ−ｂと電気的に接触を形成するための伝導ボンドパッド７０６ａ−ｂを備えたリードフレーム部７０４ａ−ｂを有する。所望ならば、開口部７０８が、検出層４０２への衰えないアクセスを提供することを含んでよい。

図７Ａは、パッケージ組立体に関する、本発明の第２の実施形態による、引き続いての処理をした状態での図５の構造体４００を図示する。図７Ａは、構造体４００が上下にひっくり返っていることと、コンタクト１１４ｂ−ａに対するボイド８０２ａ−ｂが、ＢＯＸ層１０４内に部分的に通る、ビア５０２ａ−ｂよりも深く示されていることを除いて、図５と同様である。他の深さもまた用いることができ、ゴールは、強度を維持しながら、コンタクト１１４ａ−ｂと電気的接触を作ることである。

図７Ｂは、本発明の第２の実施形態による、引き続いての処理をした状態での図７Ａの構造体４００を図示する。ワイヤボンド９０２ａ−ｂが、コンタクト１１４ｂ−ａと電気的に接触するように配置され、固定されている。ワイヤボンド９０２ａ−ｂは、次いで、（例えば、回路基板にあるもののような）他の回路に適当に接続されうる。かかる他の回路は、例えば、デバイス層１０６のＳＲＡＭによってストアされ、ニュートロン検出層４０２によって検出された多数の放射イベントをカウントするためのカウント回路を含む。他の実施形態では、追加のパッケージングは、（例えば、パッケージングに関する他の伝導リードに接続することによって、）直接又は間接的なコンタクトを作るワイヤボンド９０２ａ−ｂを伴って、図７Ｂに示した構造体４００を取り囲む。

図７Ｃは、本発明の第２の実施形態による、パッケージとして組み立てられた図７Ｂの構造体４００を図示する。この第２の実施形態では、パッケージ・ダイ・パッド層１００２が、キャリア２０４に隣接している。ワイヤボンド９０２ａ−ｂが接続される一体化されたリードを備える、モールディングされた樹脂パッケージ（図示せず）が、改善された頑丈さを提供することを含みうる。

図８は、本発明の実施形態による、ニュートロン検出構造体を製造するための方法８００を図示する。方法８００は、ブロック８０２で、パッシベーションされたＳＯＩ ＳＲＡＭウェハにキャリアを永久にボンディングすることを含む。パッシベーションされたＳＯＩ ＳＲＡＭウェハは、絶縁基板または半導体基板のような基板と、デバイス層と、埋設酸化物層とを有する。ブロック８０４では、基板は除去され、ブロック８０６では、少なくとも基板の一部が除去された場所に転換層が堆積される。ブロック８０８では、デバイス層に対して少なくとも１つの電気的コンタクトを提供するように、少なくとも一個の開口部が、転換層および埋設された酸化物層に形成される。

基板を除去すること（ブロック８０４）は、基板（ハンドルウェハ）をグライディング、研磨、及び／又は、エッチングオフすることによって実行され、あるいは、その代わりに、（例えば、上述したＳＯＩＴＥＣなどから入手可能な）市販入手可能なDebondable ＳＯＩウェハをデボンディングすることによって実行されうる。少なくとも一つの電気的接触（ブロック８０８）は、例えば、少なくとも一つの開口部内に延びるワイヤボンディング、若しくは、少なくとも一つの開口部を満たす伝導バンプであってよい。

上述した構造体および方法は、ここに記載した特定のアプリケーションに限定されない。図１乃至７Ｃに例示した実施形態は、一定の比率で描かれたものではないが、ニュートロン検出デバイスの製造中の中間構造段階を効果的に例示することを目的としているものである。

本発明による実施形態及び種々の変更をここに記載してきた。しかしながら、当業者は、添付の特許請求の範囲で画定された本発明の精神及び範囲を逸脱することなく、種々の実施形態の組み合わせと同様に、これらの変更及び実施携帯をすることができることは当業者にとって明らかであろう。

本発明の実施形態によるパッシベーションされたデバイスウェハを例示する。 本発明の実施形態による引き続きの処理をされた状態でのパッシベーションされたデバイスに対応する構造を例示する。 本発明の実施形態による引き続きの処理の状態での図２の構造を例示する。 本発明の実施形態による引き続きの処理の状態での図３の構造を例示する。 本発明の実施形態による引き続きの処理の状態での図４の構造を例示する。 本発明の第１の実施形態による引き続きの処理の状態での図５の構造を例示する。 本発明の第１の実施形態による、オープンパッケージリードフレームでの図６Ａの構造を例示する。 本発明の第２の実施形態による引き続きの処理の状態での図５の構造を例示する。 本発明の第２の実施形態による引き続きの処理の状態での図７Ａの構造を例示する。 本発明の第２の実施形態による、パッケージとして組み立てられた図７Ｂの構造を例示する。 本発明の実施形態によるニュートロン検出構造を製造するための方法８００を例示する。

Claims (3)

1. 入射ニュートロンを放射帯電粒子に変換するための変換層と、
   前記放射帯電粒子を受けるデバイス層と、
   前記変換層と前記デバイス層とに直接隣接し、前記デバイス層から前記変換層を隔てる埋設された酸化物層と、
   絶縁層であって、少なくともその一部が前記埋設された酸化物層から前記デバイス層に対向していることを特徴とする絶縁層と、
   前記埋設された酸化物層および前記デバイス層に対向した絶縁層の上に形成されたパッシベーション層と、
   前記絶縁層に対向した前記パッシベーション層に対して接着層によって接着されたキャリアと、
   前記デバイス層に電気的接触を提供するための複数の伝導コンタクトと、
   を有することを特徴とするニュートロン検出構造体。
2. 前記変換層がボロンを有することを特徴とする請求項１に記載の構造体。
3. 前記デバイス層が、静的ランダムアクセスメモリ（ＳＲＡＭ）デバイスを含むことを特徴とする請求項１に記載の構造体。

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