JP2854550B2 - 半導体粒子検出器およびその製造方法 - Google Patents
半導体粒子検出器およびその製造方法Info
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-
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- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
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-
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、原子または核の粒
子を検出する装置に関し、特に、半導体粒子検出器およ
びその製造方法に関する。
子を検出する装置に関し、特に、半導体粒子検出器およ
びその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】研究室において核反応の研究をする場
合、重い核子、即ち、原子番号の大きい原子のイオン、
核分裂片、核反応生成物を検出し、同定することが必要
である。また、一般的に、粒子の放出を伴う放射現象の
分析および宇宙線の分析にも上記同様に粒子の検出およ
び同定が必要である。
合、重い核子、即ち、原子番号の大きい原子のイオン、
核分裂片、核反応生成物を検出し、同定することが必要
である。また、一般的に、粒子の放出を伴う放射現象の
分析および宇宙線の分析にも上記同様に粒子の検出およ
び同定が必要である。
【０００３】粒子を同定するためには、運動エネルギ
ー、運動量（方向）、原子質量および原子番号のような
粒子と関連する種々の量を測定することが必要である。
ー、運動量（方向）、原子質量および原子番号のような
粒子と関連する種々の量を測定することが必要である。
【０００４】粒子の流路に配置された厚い半導体検出器
（典型的には厚さ３００〜４００μｍ）と薄い半導体検
出器（典型的には厚さ数μｍから数十μｍ）を使用して
質量およびエネルギーを測定する方法が知られている。
粒子は、最初に薄い検出器と相互作用をし、そのエネル
ギー（ΔＥ）の一部のみを失い、次いで厚い検出器と相
互作用をし、その残りのエネルギー（Ｅ−ΔＥ）のすべ
てを与える（Ｅは薄い検出器との衝突の瞬間における粒
子の全エネルギーを示す）。薄い検出器を通るエネルギ
ーΔＥの損失は、質量に正比例し、全エネルギーＥに反
比例するので、ΔＥおよびＥ−ΔＥの測定により粒子の
質量がわかる。
（典型的には厚さ３００〜４００μｍ）と薄い半導体検
出器（典型的には厚さ数μｍから数十μｍ）を使用して
質量およびエネルギーを測定する方法が知られている。
粒子は、最初に薄い検出器と相互作用をし、そのエネル
ギー（ΔＥ）の一部のみを失い、次いで厚い検出器と相
互作用をし、その残りのエネルギー（Ｅ−ΔＥ）のすべ
てを与える（Ｅは薄い検出器との衝突の瞬間における粒
子の全エネルギーを示す）。薄い検出器を通るエネルギ
ーΔＥの損失は、質量に正比例し、全エネルギーＥに反
比例するので、ΔＥおよびＥ−ΔＥの測定により粒子の
質量がわかる。
【０００５】検出すべき粒子が特に重いか又は比較的低
いエネルギーを有する場合には、ΔＥ検出器は透過能が
低いことを考慮して非常に薄くなければならず、従っ
て、非常に壊れやすく非常に高価なものになる。さら
に、この検出器が粒子の空間分布についての情報も与え
ることができるようにしなければならない場合、即ち位
置検出器でなければならない場合には、その感知領域を
非常に広範囲にしなければならない。当然、この要求は
非常に薄くしなければならない要求と矛盾し、厚さを薄
くするための通常の技術によって可能な位置検出器の表
面積は非常に制限され、実際にはそれらの表面積は１ｃ
ｍ2 以上にできない。
いエネルギーを有する場合には、ΔＥ検出器は透過能が
低いことを考慮して非常に薄くなければならず、従っ
て、非常に壊れやすく非常に高価なものになる。さら
に、この検出器が粒子の空間分布についての情報も与え
ることができるようにしなければならない場合、即ち位
置検出器でなければならない場合には、その感知領域を
非常に広範囲にしなければならない。当然、この要求は
非常に薄くしなければならない要求と矛盾し、厚さを薄
くするための通常の技術によって可能な位置検出器の表
面積は非常に制限され、実際にはそれらの表面積は１ｃ
ｍ2 以上にできない。
【０００６】この制限を克服するために、図３に概略的
に示すような一片の半導体上に製造できるΔＥとＥの複
合検出器が提案されている（Nuclear Instruments and
Methods in Physics Reserch (1987, 365 〜377 頁）)
。この検出器は、Ｎ型不純物をドープした半導体ウェ
ーハに高エネルギー（１０. ８ＭｅＶ）のホウ素
（Ｂ＋）イオンを注入することによって製造される。こ
れは、注入面から約１２μｍの深さに埋め込まれた厚さ
約０. ６μｍの高濃度にドープしたＰ＋型層１１、即
ち、２つのＮ型層１２、１３の間に挿入されたＰ＋層を
生成する。次いで、このウェーハを所望の寸法の正方形
のダイ１０に切断し、個々のダイについて高温でホウ素
の析出および拡散処理を行い、埋込れたＰ＋層１１の端
部と接触する両側面にＰ＋型領域１４を形成する。これ
らの２つの層および埋込れた層との電気接触を形成する
ために、前面と後面に両側面同様に、それぞれ金属電極
１５、１６および１７を形成する。
に示すような一片の半導体上に製造できるΔＥとＥの複
合検出器が提案されている（Nuclear Instruments and
Methods in Physics Reserch (1987, 365 〜377 頁）)
。この検出器は、Ｎ型不純物をドープした半導体ウェ
ーハに高エネルギー（１０. ８ＭｅＶ）のホウ素
（Ｂ＋）イオンを注入することによって製造される。こ
れは、注入面から約１２μｍの深さに埋め込まれた厚さ
約０. ６μｍの高濃度にドープしたＰ＋型層１１、即
ち、２つのＮ型層１２、１３の間に挿入されたＰ＋層を
生成する。次いで、このウェーハを所望の寸法の正方形
のダイ１０に切断し、個々のダイについて高温でホウ素
の析出および拡散処理を行い、埋込れたＰ＋層１１の端
部と接触する両側面にＰ＋型領域１４を形成する。これ
らの２つの層および埋込れた層との電気接触を形成する
ために、前面と後面に両側面同様に、それぞれ金属電極
１５、１６および１７を形成する。
【０００７】ダイの前後に電極１５および１６を形成す
る前に、Ｎ＋領域８および９のようにＮ型不純物の濃度
を高める。
る前に、Ｎ＋領域８および９のようにＮ型不純物の濃度
を高める。
【０００８】このようにして、埋込れた層によって構成
される共通のアノードを有する２つのダイオードが同一
のダイに生成される。上側の薄いダイオードはΔＥ検出
器を構成し、下側の厚いダイオードはＥ検出器を構成す
る。
される共通のアノードを有する２つのダイオードが同一
のダイに生成される。上側の薄いダイオードはΔＥ検出
器を構成し、下側の厚いダイオードはＥ検出器を構成す
る。
【０００９】動作中において、図中アース記号で示され
る共通の端子に関してそれぞれ２つの電圧Ｖ１、Ｖ２
が、上側電極１５および下側電極１６と側面電極１７と
の間に印加され、これらの信号がこれらの２つのダイオ
ードを反対方向にバイアスする。このようにして２つ検
出器のための空乏領域、活性領域を構成する。破線の矢
印で示される検出すべき粒子は、複合検出器の前面に衝
突し、２つの空乏領域を通過して、パルス電流を生成す
る電極の方に移動する電子−正孔対を形成する。これら
の電流は、適当な回路１８、１９によって集められて増
幅され、次いで、ΔＥおよびＥ−ΔＥの量を示すため、
言い換えれば入射する粒子の質量を示すために、適当な
電気的装置７によって測定および表示される。上述した
ような従来の検出器では、ΔＥ検出器の部分は、より厚
いＥ検出器の部分と一体に形成されるので、壊れ易さの
問題がなく非常に薄く作ることができる。
る共通の端子に関してそれぞれ２つの電圧Ｖ１、Ｖ２
が、上側電極１５および下側電極１６と側面電極１７と
の間に印加され、これらの信号がこれらの２つのダイオ
ードを反対方向にバイアスする。このようにして２つ検
出器のための空乏領域、活性領域を構成する。破線の矢
印で示される検出すべき粒子は、複合検出器の前面に衝
突し、２つの空乏領域を通過して、パルス電流を生成す
る電極の方に移動する電子−正孔対を形成する。これら
の電流は、適当な回路１８、１９によって集められて増
幅され、次いで、ΔＥおよびＥ−ΔＥの量を示すため、
言い換えれば入射する粒子の質量を示すために、適当な
電気的装置７によって測定および表示される。上述した
ような従来の検出器では、ΔＥ検出器の部分は、より厚
いＥ検出器の部分と一体に形成されるので、壊れ易さの
問題がなく非常に薄く作ることができる。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】しかし、この検出器
は、（側方のＰ＋領域の形成、電極の形成など）必要な
工程うちのかなりの工程をウェーハを切断した後の各々
のダイについて個々に行わなければならないので、大規
模の製造には適していない。さらに、この検出器は位置
検出器として動作することができない等の問題がある。
は、（側方のＰ＋領域の形成、電極の形成など）必要な
工程うちのかなりの工程をウェーハを切断した後の各々
のダイについて個々に行わなければならないので、大規
模の製造には適していない。さらに、この検出器は位置
検出器として動作することができない等の問題がある。
【００１１】従って、本発明は、大規模な製造に適した
構造の半導体粒子検出器を提供することを目的とする。
構造の半導体粒子検出器を提供することを目的とする。
【００１２】また、本発明は、位置検出器として動作で
きる半導体粒子検出器を提供することを目的とする。
きる半導体粒子検出器を提供することを目的とする。
【００１３】さらに、本発明は、新規な粒子検出器を製
造する方法を提供することを目的とする。
造する方法を提供することを目的とする。
【００１４】
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
め、本発明による半導体材料のダイ２０に形成された粒
子検出器は、ダイの前面に表面を有する第１の型の伝導
性（Ｎ）の第１の層２２と、ダイの後面に表面を有する
第１の型の伝導性（Ｎ）の第２の層２３と、第１の層と
第２の層との間に挿入され、ダイ２０の端部から所定の
間隔で横方向に延びる、第２の型の伝導性（Ｐ）の第３
の層２１と、それぞれ第１の層２２および第２の層２３
の上に配置され、第１の層および第２の層と電気的に接
続する第１の電気接続手段２５，３１および第２の電気
接続手段２６，３２と、第３の層２１と電気的に接続す
る第３の電気接続手段２７，２４とを備え、第２の型の
伝導性（Ｐ）の第３の層２１はダイ２０内の前記第１の
層と第２の層との間に連続して形成され、第３の電気接
続手段が、ダイの前面から第３の層２１まで延びる第２
の型の伝導性（Ｐ）の領域２４と、この領域２４と表面
が電気的に接触する電気接触手段２７とから構成され、
第１の層２２が、挿入された前記第３の層２１と、第２
の型の伝導性（Ｐ）の領域２４とによって完全に前記第
２の層２３から分離されていることを特徴とする粒子検
出器。
め、本発明による半導体材料のダイ２０に形成された粒
子検出器は、ダイの前面に表面を有する第１の型の伝導
性（Ｎ）の第１の層２２と、ダイの後面に表面を有する
第１の型の伝導性（Ｎ）の第２の層２３と、第１の層と
第２の層との間に挿入され、ダイ２０の端部から所定の
間隔で横方向に延びる、第２の型の伝導性（Ｐ）の第３
の層２１と、それぞれ第１の層２２および第２の層２３
の上に配置され、第１の層および第２の層と電気的に接
続する第１の電気接続手段２５，３１および第２の電気
接続手段２６，３２と、第３の層２１と電気的に接続す
る第３の電気接続手段２７，２４とを備え、第２の型の
伝導性（Ｐ）の第３の層２１はダイ２０内の前記第１の
層と第２の層との間に連続して形成され、第３の電気接
続手段が、ダイの前面から第３の層２１まで延びる第２
の型の伝導性（Ｐ）の領域２４と、この領域２４と表面
が電気的に接触する電気接触手段２７とから構成され、
第１の層２２が、挿入された前記第３の層２１と、第２
の型の伝導性（Ｐ）の領域２４とによって完全に前記第
２の層２３から分離されていることを特徴とする粒子検
出器。
【００１５】また、本発明による第１の型の伝導性
（Ｎ）の半導体材料のダイに粒子検出器を形成する方法
は、第１の型の伝導性（Ｎ）の半導体材料のダイの前面
および後面に表面を有する第１の型の伝導性の２つの層
２２，２３の間に挿入される第２の型の伝導性（Ｐ）の
層２１を形成するようなドーズ量およびエネルギーでダ
イの前面からドーピング材料を注入する工程と、２つの
層２２，２３の表面に電気接続手段２５，３１；２６，
３２を形成する工程と、挿入された層２１と電気的に接
続する電気接続手段２７，２４を形成する工程とからな
り、挿入された層２１と電気的に接続する電気接続手段
を形成する工程が、ダイの前面から挿入された層２１ま
で延びる第２の型の伝導性（Ｐ）の領域２４を形成する
工程と、この領域と表面が電気的に接触する電気接触手
段２７を形成する工程とからなることを特徴とする。
（Ｎ）の半導体材料のダイに粒子検出器を形成する方法
は、第１の型の伝導性（Ｎ）の半導体材料のダイの前面
および後面に表面を有する第１の型の伝導性の２つの層
２２，２３の間に挿入される第２の型の伝導性（Ｐ）の
層２１を形成するようなドーズ量およびエネルギーでダ
イの前面からドーピング材料を注入する工程と、２つの
層２２，２３の表面に電気接続手段２５，３１；２６，
３２を形成する工程と、挿入された層２１と電気的に接
続する電気接続手段２７，２４を形成する工程とからな
り、挿入された層２１と電気的に接続する電気接続手段
を形成する工程が、ダイの前面から挿入された層２１ま
で延びる第２の型の伝導性（Ｐ）の領域２４を形成する
工程と、この領域と表面が電気的に接触する電気接触手
段２７を形成する工程とからなることを特徴とする。
【００１６】また、本発明による第１の型の伝導性
（Ｎ）の基板から半導体材料２０のダイに粒子検出器を
形成する方法は、第１の型の伝導性（Ｎ）の基板の表面
にドーピングすることによって第２の型の伝導性（Ｐ）
の層２１を形成する工程と、基板上のエピタキシャル成
長によって第２の型の伝導性（Ｐ）の層２１上に第１の
型の伝導性（Ｎ）の層２２を形成する工程と、基板の表
面に電気接続手段２６，３２；２５，３１を形成し、第
２の型の伝導性（Ｐ）の層２１との接合部の表面と反対
の表面にエピタキシャル層を形成する工程と、エピタキ
シャル層の自由表面から第２の型の伝導性（Ｐ）の層２
１まで延びる第２の型の伝導性（Ｐ）の領域２４の形成
およびこの領域２４と表面が電気的に接触する電気接触
手段の形成によって、第２の型の伝導性（Ｐ）の層２１
と電気的に接続する電気接続手段２７，２４を形成する
工程とからなることを特徴とする。
（Ｎ）の基板から半導体材料２０のダイに粒子検出器を
形成する方法は、第１の型の伝導性（Ｎ）の基板の表面
にドーピングすることによって第２の型の伝導性（Ｐ）
の層２１を形成する工程と、基板上のエピタキシャル成
長によって第２の型の伝導性（Ｐ）の層２１上に第１の
型の伝導性（Ｎ）の層２２を形成する工程と、基板の表
面に電気接続手段２６，３２；２５，３１を形成し、第
２の型の伝導性（Ｐ）の層２１との接合部の表面と反対
の表面にエピタキシャル層を形成する工程と、エピタキ
シャル層の自由表面から第２の型の伝導性（Ｐ）の層２
１まで延びる第２の型の伝導性（Ｐ）の領域２４の形成
およびこの領域２４と表面が電気的に接触する電気接触
手段の形成によって、第２の型の伝導性（Ｐ）の層２１
と電気的に接続する電気接続手段２７，２４を形成する
工程とからなることを特徴とする。
【００１７】
【発明の実施の形態】以下、添付図面を参照して本発明
の実施例を説明する。
の実施例を説明する。
【００１８】図１に示すように、本発明による検出器２
０は、半導体材料、例えば単結晶シリコン（Ｓｉ）から
なる単一のダイに形成される。検出器２０は、上側層２
２および下側層２３の２つのＮ型層と、高濃度にドープ
され、Ｐ+ で示される埋め込まれたＰ型層、即ち、２つ
のＮ型層の間に挿入されたＰ+ 型層２１の三層とからな
る。図３に示される従来の構造と異なり、Ｐ+ 層２１
は、ダイの端部から所定の間隔で延びている。Ｐ+ 層２
１との電気接触のために、ダイの上面又は前面からＰ+
層２１まで延びている高濃度にドープしたＰ型領域であ
り、表面に例えばアルミニウム（Ａｌ）の金属の帯２７
の形態の接触部材を有する領域２４が設けられている。
Ｐ+ 接触領域２４は、上方から見て正方形のフレームの
形状を有するのが好ましい。しかし、単に１つ又は２つ
の帯によって構成することもでき、孤立した複数の領域
によって構成することもできる。同様に、金属接点を異
なった形状にすることもできる。上側層のＮ型層２２
は、２つのＮ型層の間に挿入されたＰ+ 型層２１と、ダ
イの上面又は前面からＰ+ 層２１まで延びている高濃度
にドープしたＰ型領域２４とにより、完全に下側層のＮ
型層２３と分けられている。
０は、半導体材料、例えば単結晶シリコン（Ｓｉ）から
なる単一のダイに形成される。検出器２０は、上側層２
２および下側層２３の２つのＮ型層と、高濃度にドープ
され、Ｐ+ で示される埋め込まれたＰ型層、即ち、２つ
のＮ型層の間に挿入されたＰ+ 型層２１の三層とからな
る。図３に示される従来の構造と異なり、Ｐ+ 層２１
は、ダイの端部から所定の間隔で延びている。Ｐ+ 層２
１との電気接触のために、ダイの上面又は前面からＰ+
層２１まで延びている高濃度にドープしたＰ型領域であ
り、表面に例えばアルミニウム（Ａｌ）の金属の帯２７
の形態の接触部材を有する領域２４が設けられている。
Ｐ+ 接触領域２４は、上方から見て正方形のフレームの
形状を有するのが好ましい。しかし、単に１つ又は２つ
の帯によって構成することもでき、孤立した複数の領域
によって構成することもできる。同様に、金属接点を異
なった形状にすることもできる。上側層のＮ型層２２
は、２つのＮ型層の間に挿入されたＰ+ 型層２１と、ダ
イの上面又は前面からＰ+ 層２１まで延びている高濃度
にドープしたＰ型領域２４とにより、完全に下側層のＮ
型層２３と分けられている。
【００１９】上側層２２および下側層２３は、それぞれ
高濃度にドープされＮ＋で示される２つのＮ型表面領域
３１および３２と電気的に接触し、それぞれ２つの金属
層２５および２６によって電気的に接触している。従来
の検出器について説明したように、金属層２５、２６
は、金属の帯２７とともに検出器の端子電極を構成し、
検出器をバイアス電源、増幅回路、処理装置および表示
器に接続するためのものである。上側の電極は、入射し
た粒子に対する遮蔽効果をできるだけ減少させるために
非常に薄い層に形成するのが好ましい。あるいは、表面
領域３１の全体にわたる代わりに、フレームと同様に、
一定周囲の領域に独立に形成することもできる。ダイの
上面は、絶縁材料の層、典型的には二酸化ケイ素（Ｓｉ
Ｏ2 ）の層３３によって覆われて、その層３３には、電
極２５および２７の接触のために孔が形成されている。
高濃度にドープされＮ＋で示される２つのＮ型表面領域
３１および３２と電気的に接触し、それぞれ２つの金属
層２５および２６によって電気的に接触している。従来
の検出器について説明したように、金属層２５、２６
は、金属の帯２７とともに検出器の端子電極を構成し、
検出器をバイアス電源、増幅回路、処理装置および表示
器に接続するためのものである。上側の電極は、入射し
た粒子に対する遮蔽効果をできるだけ減少させるために
非常に薄い層に形成するのが好ましい。あるいは、表面
領域３１の全体にわたる代わりに、フレームと同様に、
一定周囲の領域に独立に形成することもできる。ダイの
上面は、絶縁材料の層、典型的には二酸化ケイ素（Ｓｉ
Ｏ2 ）の層３３によって覆われて、その層３３には、電
極２５および２７の接触のために孔が形成されている。
【００２０】下側のダイオードの空乏領域、即ち、埋込
れたＰ＋層２１およびＮ層２３によって形成された領域
は、Ｎ層２３内に深く延びており、Ｐ＋領域２４まで横
方向に延びている。この構造は、Ｐ＋領域２４とダイ２
０のエッジとの間のＮ層２３の部分が空乏領域の最大の
大きさよりも広くなるような大きさが好ましい。
れたＰ＋層２１およびＮ層２３によって形成された領域
は、Ｎ層２３内に深く延びており、Ｐ＋領域２４まで横
方向に延びている。この構造は、Ｐ＋領域２４とダイ２
０のエッジとの間のＮ層２３の部分が空乏領域の最大の
大きさよりも広くなるような大きさが好ましい。
【００２１】上述したような構造は、同一のシリコン
（Ｓｉ）ウェーハから多数製造することができ、ウェー
ハをダイに切断した後の製造工程を必要としない。これ
により大規模な工業的製造が可能になる。
（Ｓｉ）ウェーハから多数製造することができ、ウェー
ハをダイに切断した後の製造工程を必要としない。これ
により大規模な工業的製造が可能になる。
【００２２】次に、本発明による検出器の２つの製造方
法について説明する。
法について説明する。
【００２３】第１の方法は、Ｎ型単結晶シリコン（Ｓ
ｉ）ウェーハについて行われる以下のような主な工程か
らなる。 （ａ）酸化雰囲気において高温で成長させることによっ
てウェーハの前面全体に二酸化ケイ素（ＳｉＯ2 ）層を
形成する。 （ｂ）材料のマスキングおよび選択的な除去の通常の技
術によって、Ｐ＋接触領域２４に望ましい寸法に対応す
る寸法の開口部を二酸化ケイ素（ＳｉＯ2 ）層に形成す
る。 （ｃ）高濃度のドーズ量（１０14〜１０15ａ／ｃｍ2 ）
のホウ素（Ｂ＋）イオンを低エネルギー（６０〜８０ｋ
ｅＶ）でウェーハの前面に注入する。 （ｄ）酸化雰囲気において高温拡散を行い、Ｐ＋領域２
４を形成するとともに、ウェーハの前面の覆われていな
い領域に二酸化ケイ素（ＳｉＯ2 ）層を形成する。 （ｅ）埋込れたＰ+ 層２１に所定の寸法の開口部に二酸
化ケイ素（ＳｉＯ2 ）層を形成する。 （ｆ）前面から１〜３μｍの深さに厚さ０. ５〜１μｍ
のＰ＋層２１を形成するように、高濃度のドーズ量（１
０14〜１０15ａ／ｃｍ2 ）のホウ素（Ｂ＋）イオンを高
エネルギー（０. ５〜３ＭｅＶ）で注入する。 （ｇ）覆われていない前面領域に新しい二酸化ケイ素
（ＳｉＯ2 ）層を形成する。 （ｈ）濃縮Ｎ＋表面領域を形成するために望ましい寸法
に対応する寸法の開口部を形成する。 （ｉ）高濃度のドーズ量（約１０15ａ／ｃｍ2 ）のヒ素
（Ａｓ）を低エネルギー（４０〜８０ｋｅＶ）でウェー
ハの前面に注入する。 （ｌ）高濃度のドーズ量（１０15〜１０16ａ／ｃｍ2 ）
のリン（Ｐ＋）イオンを低エネルギー（８０ｋｅＶ）で
ウェーハの後部に注入する。 （ｍ）覆われていない前面領域に新しい二酸化ケイ素
（ＳｉＯ2 ）層を形成する。 （ｎ）電極２５および２７のための接点を形成するため
に望ましい寸法に対応する寸法の開口部を形成する。 （ｏ）アルミニウム（Ａｌ）層をウェーハの前面に蒸着
する。 （ｐ）電極２５および２７を形成するためにその層から
アルミニウム（Ａｌ）を選択的に除去する。 （ｑ）アルミニウム（Ａｌ）層をウェーハの後部に蒸着
する。 （ｒ）ウェーハをダイに分割する。
ｉ）ウェーハについて行われる以下のような主な工程か
らなる。 （ａ）酸化雰囲気において高温で成長させることによっ
てウェーハの前面全体に二酸化ケイ素（ＳｉＯ2 ）層を
形成する。 （ｂ）材料のマスキングおよび選択的な除去の通常の技
術によって、Ｐ＋接触領域２４に望ましい寸法に対応す
る寸法の開口部を二酸化ケイ素（ＳｉＯ2 ）層に形成す
る。 （ｃ）高濃度のドーズ量（１０14〜１０15ａ／ｃｍ2 ）
のホウ素（Ｂ＋）イオンを低エネルギー（６０〜８０ｋ
ｅＶ）でウェーハの前面に注入する。 （ｄ）酸化雰囲気において高温拡散を行い、Ｐ＋領域２
４を形成するとともに、ウェーハの前面の覆われていな
い領域に二酸化ケイ素（ＳｉＯ2 ）層を形成する。 （ｅ）埋込れたＰ+ 層２１に所定の寸法の開口部に二酸
化ケイ素（ＳｉＯ2 ）層を形成する。 （ｆ）前面から１〜３μｍの深さに厚さ０. ５〜１μｍ
のＰ＋層２１を形成するように、高濃度のドーズ量（１
０14〜１０15ａ／ｃｍ2 ）のホウ素（Ｂ＋）イオンを高
エネルギー（０. ５〜３ＭｅＶ）で注入する。 （ｇ）覆われていない前面領域に新しい二酸化ケイ素
（ＳｉＯ2 ）層を形成する。 （ｈ）濃縮Ｎ＋表面領域を形成するために望ましい寸法
に対応する寸法の開口部を形成する。 （ｉ）高濃度のドーズ量（約１０15ａ／ｃｍ2 ）のヒ素
（Ａｓ）を低エネルギー（４０〜８０ｋｅＶ）でウェー
ハの前面に注入する。 （ｌ）高濃度のドーズ量（１０15〜１０16ａ／ｃｍ2 ）
のリン（Ｐ＋）イオンを低エネルギー（８０ｋｅＶ）で
ウェーハの後部に注入する。 （ｍ）覆われていない前面領域に新しい二酸化ケイ素
（ＳｉＯ2 ）層を形成する。 （ｎ）電極２５および２７のための接点を形成するため
に望ましい寸法に対応する寸法の開口部を形成する。 （ｏ）アルミニウム（Ａｌ）層をウェーハの前面に蒸着
する。 （ｐ）電極２５および２７を形成するためにその層から
アルミニウム（Ａｌ）を選択的に除去する。 （ｑ）アルミニウム（Ａｌ）層をウェーハの後部に蒸着
する。 （ｒ）ウェーハをダイに分割する。
【００２４】第２の方法は、Ｎ型単結晶シリコン（Ｓ
ｉ）ウェーハについて行われる以下のような主な工程か
らなる。 （１）第１の方法の工程（ａ）と同様に最初の酸化を行
う。 （２）第１の方法の工程（ｂ）と同様に開口部を形成す
る。 （３）高濃度のドーズ量（１０14〜１０15ａ／ｃｍ2 ）
のホウ素（Ｂ）を低エネルギー（４０〜８０ｋｅＶ）で
注入する。 （４）高温（９００〜１１００℃）で熱処理してホウ素
（Ｂ）を約１μｍの深さまで拡散させる。 （５）前の工程中に形成された二酸化ケイ素（Ｓｉ
Ｏ2 ）を除去する。 （６）高温でエピタキシャル成長させることによってウ
ェーハの前面にＮ型単結晶層を形成し、Ｎ層２２を生成
する。 （７）ウェーハの前面（エピタキシャル層の表面）に二
酸化ケイ素（ＳｉＯ2 ）層を形成する。 （８）第１の方法の工程（ｂ）〜（ｄ）と同様にＰ＋接
触領域２４を形成する。 （９）第１の方法の工程（ｈ）〜（ｑ）と同様にウェー
ハの前面および後部に濃縮領域および電極を形成する。 （１０）ウェーハをダイに分割する。
ｉ）ウェーハについて行われる以下のような主な工程か
らなる。 （１）第１の方法の工程（ａ）と同様に最初の酸化を行
う。 （２）第１の方法の工程（ｂ）と同様に開口部を形成す
る。 （３）高濃度のドーズ量（１０14〜１０15ａ／ｃｍ2 ）
のホウ素（Ｂ）を低エネルギー（４０〜８０ｋｅＶ）で
注入する。 （４）高温（９００〜１１００℃）で熱処理してホウ素
（Ｂ）を約１μｍの深さまで拡散させる。 （５）前の工程中に形成された二酸化ケイ素（Ｓｉ
Ｏ2 ）を除去する。 （６）高温でエピタキシャル成長させることによってウ
ェーハの前面にＮ型単結晶層を形成し、Ｎ層２２を生成
する。 （７）ウェーハの前面（エピタキシャル層の表面）に二
酸化ケイ素（ＳｉＯ2 ）層を形成する。 （８）第１の方法の工程（ｂ）〜（ｄ）と同様にＰ＋接
触領域２４を形成する。 （９）第１の方法の工程（ｈ）〜（ｑ）と同様にウェー
ハの前面および後部に濃縮領域および電極を形成する。 （１０）ウェーハをダイに分割する。
【００２５】図２の実施例は位置検出器を示している。
この実施例では、図１同じ部分には同一の参照符号を付
している。図１の構造と比較して異なっているのは、ダ
イの前面に単一の接点を設ける代わりに４つの平行な接
触ストリップ２５ａ，２５ｂ，２５ｃおよび２５ｄが設
けられ、単一の濃縮Ｎ＋領域の代わりに接触のための帯
の数と等しい数の複数の領域３１ａ，３１ｂ，３１ｃお
よび３１ｄが設けられていることだけである。
この実施例では、図１同じ部分には同一の参照符号を付
している。図１の構造と比較して異なっているのは、ダ
イの前面に単一の接点を設ける代わりに４つの平行な接
触ストリップ２５ａ，２５ｂ，２５ｃおよび２５ｄが設
けられ、単一の濃縮Ｎ＋領域の代わりに接触のための帯
の数と等しい数の複数の領域３１ａ，３１ｂ，３１ｃお
よび３１ｄが設けられていることだけである。
【００２６】各々の電極は、下にある空乏領域の帯状内
に生ずるパルス電流を測定することにより入射する粒子
の相対位置を明らかにするための基準点を提供するよう
に電極同志は互いに接続されておらず、個々の電極でパ
ルス電流を測定することになる。
に生ずるパルス電流を測定することにより入射する粒子
の相対位置を明らかにするための基準点を提供するよう
に電極同志は互いに接続されておらず、個々の電極でパ
ルス電流を測定することになる。
【００２７】粒子の衝突位置をさらに一層正確に決定す
ることができる本発明の他の実施例によれば、独立した
カソード電極と同様に小さい寸法の複数の接触部材がダ
イの前面に設けられている。
ることができる本発明の他の実施例によれば、独立した
カソード電極と同様に小さい寸法の複数の接触部材がダ
イの前面に設けられている。
【００２８】上述したことから明らかなように、本発明
による検出器は、非常に広い活性面による問題を生ずる
ことなく、既に述べたように、大規模な工業的製造方法
によって製造できる。以上、本発明の２つの実施例のみ
について説明したが、本発明では様々な変形が可能であ
る。例えば、一連のＮＰ＋Ｎ層によって形成する代わり
に、一連のＰＮ＋Ｐ層によって構成し、それに対応し
て、全体的に同様の技術を使用して反対の形をドープす
るように製造方法を変形することも可能である。
による検出器は、非常に広い活性面による問題を生ずる
ことなく、既に述べたように、大規模な工業的製造方法
によって製造できる。以上、本発明の２つの実施例のみ
について説明したが、本発明では様々な変形が可能であ
る。例えば、一連のＮＰ＋Ｎ層によって形成する代わり
に、一連のＰＮ＋Ｐ層によって構成し、それに対応し
て、全体的に同様の技術を使用して反対の形をドープす
るように製造方法を変形することも可能である。
【００２９】
【発明の効果】上述したように、本発明によれば、大規
模な製造に適した構造の半導体粒子検出器および位置検
出器として動作できる半導体粒子検出器を提供すること
ができる。
模な製造に適した構造の半導体粒子検出器および位置検
出器として動作できる半導体粒子検出器を提供すること
ができる。
【図１】本発明による粒子検出器の一実施例である。
【図２】本発明による粒子検出器の他の実施例である。
【図３】従来の粒子検出器およびその検出器による粒子
検出装置である。
検出装置である。
２０ 検出器 ２１ Ｐ型層（埋込れたＰ＋層） ２２ 上側Ｎ型層 ２３ 下側Ｎ型層 ２４ Ｐ＋接触領域 ２５、２６ 金属層 ２７ 金属帯 ３１，３２ Ｎ型表面領域 ３３ 二酸化ケイ素層（ＳｉＯ2 層）
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ピエロ ジョルジョ ファッリカ イタリア国 95129 カタニア ヴィア ヴー． オニーナ 80／エー (56)参考文献 特開 平６−302844（ＪＰ，Ａ) 特開 昭64−37879（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−310702（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−75569（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) H01L 31/09
Claims (9)
- 【請求項１】 第１の型の伝導性（Ｎ）の第１の層(22)
と、第１の型の伝導性（Ｎ）の第２の層(23)と、前記第
１の層と第２の層との間に挿入されダイ(20)の端部から
所定の間隔で横方向に延びる第２の型の伝導性（Ｐ）の
第３の層(21)と、前記第１の層(22)および第２の層(23)
の上にそれぞれ配置された第１の層および第２の層と電
気的に接続する第１の電気接続手段(25,31) および第２
の電気接続手段(26,32) と、前記第３の層(21)と電気的
に接続する第３の電気接続手段(27,24) とからなる半導
体材料のダイ(20)に形成された粒子検出器であって、 前記第２の型の伝導性（Ｐ）の第３の層(21)はダイ(20)
内の前記第１の層(22)と第２の層(23)との間に連続して
形成され、 前記第３の電気接続手段が、ダイの前面から前記第３の
層(21)まで延びる第２の型の伝導性（Ｐ）の領域(24)
と、この領域(24)と表面が電気的に接触する電気接触手
段(27)とから構成され、前記第１の層(22)が、挿入され
た前記第３の層(21)と、前記第２の型の伝導性（Ｐ）の
領域(24)とによって完全に前記第２の層(23)から分離さ
れていることを特徴とする粒子検出器。 - 【請求項２】 前記第１の層（22）が前記第２の層（2
3）よりも薄いことを特徴とする請求項１に記載の粒子
検出器。 - 【請求項３】 前記第２の型の伝導性（Ｐ）の領域（2
4）が、前記第３の層（21）の端部領域に接触し、前記
ダイ（20）の端部から所定の間隔で横方向に延びること
を特徴とする請求項１又は２に記載の粒子検出器。 - 【請求項４】 前記第１の層（22）と電気的に接続する
前記第１の電気接続手段が、互いに隔離された複数の導
電性材料の帯（25ａ〜25ｄ）からなることを特徴とする
請求項１乃至３のいずれかに記載の粒子検出器。 - 【請求項５】 前記第１の層（22）と電気的に接続する
前記第１の電気接続手段が、互いに隔離された複数の接
触部材からなることを特徴とする、請求項１乃至３のい
ずれかに記載の粒子検出器。 - 【請求項６】 請求項１乃至５のいずれかに記載された
粒子検出器と、前記第１、第２および第３の電気接続手
段に接続され、前記第１の層（22）と第３の層（23）の
間および前記第２の層（23）と第３の層（21）の間に形
成された２つの接合部を反対方向にバイアスし、これら
の接合部を通る電流を検出し、検出された電流と関連す
る信号を得て、これらの信号を処理し、これらの信号の
処理の結果を表示する手段（18，19， 7，V1，V2）を含
むことを特徴とする粒子検出装置。 - 【請求項７】 第１の型の伝導性（Ｎ）の半導体材料の
ダイの前面および後面に表面を有する第１の型の伝導性
の２つの層（22，23）の間に挿入される第２の型の伝導
性（Ｐ）の層（21）を形成するようなドーズ量およびエ
ネルギーで、ダイの前面からドーピング材料を注入する
工程と、前記２つの層（22，23）の表面に電気接続手段
（25，31；26，32）を形成する工程と、前記挿入された
層（21）と電気的に接続する電気接続手段（27，24）を
形成する工程とからなる粒子検出器を形成する方法にお
いて、前記挿入された層（21）と電気的に接続する電気
接続手段を形成する工程が、前記ダイの前面から前記挿
入された層まで延びる第２の型の伝導性（Ｐ）の領域
（24）を形成する工程と、この領域と表面が電気的に接
触する電気接触手段（27）を形成する工程とからなるこ
とを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の粒子
検出器を形成する方法。 - 【請求項８】 前記挿入された層（21）を形成するため
の注入工程の前に、前記第２の型の伝導性（Ｐ）の領域
（24）を形成する工程がドーピング材料を注入および拡
散することによって行われることを特徴とする、請求項
７に記載の方法。 - 【請求項９】 第１の型の伝導性（Ｎ）の基板の表面に
ドーピングすることによって第２の型の伝導性（Ｐ）の
層（21）を形成する工程と、前記基板上のエピタキシャ
ル成長によって前記第２の型の伝導性（Ｐ）の層（21）
上に第１の型の伝導性（Ｎ）の層（22）を形成する工程
と、前記基板の表面に電気接続手段（26，32；25，31）
を形成し、前記第２の型の伝導性（Ｐ）の層（21）との
接合部の表面と反対の表面にエピタキシャル層を形成す
る工程と、前記エピタキシャル層の自由表面から前記第
２の型の伝導性（Ｐ）の層（21）まで延びる第２の型の
伝導性（Ｐ）の領域（24）の形成およびこの領域（24）
と表面が電気的に接触する電気接触手段の形成によっ
て、前記第２の型の伝導性（Ｐ）の層（21）と電気的に
接続する電気接続手段（27，24）を形成する工程とから
なる、第１の型の伝導性（Ｎ）の基板から半導体材料
（20）のダイに請求項１乃至５のいずれかに記載の粒子
検出器を形成する方法。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| EP95830060A EP0730304B1 (en) | 1995-02-27 | 1995-02-27 | A semiconductor particle-detector and methods for the manufacture thereof |
| IT95830060.0 | 1995-02-27 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0923020A JPH0923020A (ja) | 1997-01-21 |
| JP2854550B2 true JP2854550B2 (ja) | 1999-02-03 |
Family
ID=8221859
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP8039997A Expired - Fee Related JP2854550B2 (ja) | 1995-02-27 | 1996-02-27 | 半導体粒子検出器およびその製造方法 |
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| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5854506A (ja) |
| EP (1) | EP0730304B1 (ja) |
| JP (1) | JP2854550B2 (ja) |
| DE (1) | DE69523285D1 (ja) |
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|---|---|---|---|---|
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| CN101401208A (zh) * | 2006-03-15 | 2009-04-01 | 皇家飞利浦电子股份有限公司 | 用于辐射检测的半导体器件 |
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| US8158449B2 (en) * | 2008-10-08 | 2012-04-17 | International Business Machines Corporation | Particle emission analysis for semiconductor fabrication steps |
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|---|---|---|---|---|
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| JPH01117375A (ja) * | 1987-10-30 | 1989-05-10 | Hamamatsu Photonics Kk | 半導体装置 |
| NL8900343A (nl) * | 1989-02-13 | 1990-09-03 | Univ Delft Tech | Plaatsgevoelige stralingsdetector. |
| US5286986A (en) * | 1989-04-13 | 1994-02-15 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Semiconductor device having CCD and its peripheral bipolar transistors |
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| JPH06310702A (ja) * | 1993-04-26 | 1994-11-04 | Matsushita Electron Corp | 固体撮像装置およびその製造方法 |
-
1995
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1996
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