JPH069255B2 - 半導体中性子線検出素子の製造方法 - Google Patents
半導体中性子線検出素子の製造方法Info
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- JPH069255B2 JPH069255B2 JP62323240A JP32324087A JPH069255B2 JP H069255 B2 JPH069255 B2 JP H069255B2 JP 62323240 A JP62323240 A JP 62323240A JP 32324087 A JP32324087 A JP 32324087A JP H069255 B2 JPH069255 B2 JP H069255B2
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- Japan
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- boron
- film
- rays
- neutron
- semiconductor
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Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、熱中性子線が入射した際ほう素の同位元素10
Ｂとの反応によって発生するα線を利用する半導体中性
子線検出素子の製造方法に関する。
Ｂとの反応によって発生するα線を利用する半導体中性
子線検出素子の製造方法に関する。
半導体放射線検出素子の原理は、ｐｎ接合や半導体−金
属ショットキー接合または単結晶半導体と非晶質半導体
とのヘテロ接合等、いずれかの方法でダイオード構造を
形成し、そのダイオードに逆バイアス電圧を印加し、こ
れにより半導体中に空乏層を拡げ、この空乏層中に飛来
した放射線により発生する電子−正孔対を電流パルスと
してカウントし検出するものである。
属ショットキー接合または単結晶半導体と非晶質半導体
とのヘテロ接合等、いずれかの方法でダイオード構造を
形成し、そのダイオードに逆バイアス電圧を印加し、こ
れにより半導体中に空乏層を拡げ、この空乏層中に飛来
した放射線により発生する電子−正孔対を電流パルスと
してカウントし検出するものである。
放射線でも、ｘ線，α線，β線およびｒ線は、半導体空
乏層内で直接電子−正孔対を生じさせるのでそのままで
放射線の検出が可能である。これに対して中性子線は電
荷をもっていないので、核反応以外には軌道電子や原子
核のクーロン場になんらの作用も及ぼさず、従って半導
体空乏層内で電子−正孔対は生じず、中性子線の検出は
上記の方法では不可能である。このため中性子線検知方
法として、中性子の吸収断面積の大きな物質に中性子線
を透過させ、中性子核変換反応によりα線を発生させ、
そのα線が半導体空乏層内で生成する電子−正孔対を検
知することによる方法がある。
乏層内で直接電子−正孔対を生じさせるのでそのままで
放射線の検出が可能である。これに対して中性子線は電
荷をもっていないので、核反応以外には軌道電子や原子
核のクーロン場になんらの作用も及ぼさず、従って半導
体空乏層内で電子−正孔対は生じず、中性子線の検出は
上記の方法では不可能である。このため中性子線検知方
法として、中性子の吸収断面積の大きな物質に中性子線
を透過させ、中性子核変換反応によりα線を発生させ、
そのα線が半導体空乏層内で生成する電子−正孔対を検
知することによる方法がある。
その具体的な例として、熱中性子線に対して散乱断面積
の大きなほう素の同位元素10Ｂを用い、下記の式で示す
反応に従って、熱中性子線が入射した際ほう素から発生
するα線（4He）と7Li核を検出する方法がある。10 Ｂ＋ｎ→7Li＋α（4He）…………(1) 第２図はこの方法を用いた、例えば特開昭61−17477号
公報で公知の熱中性子線検出素子の断面構造と検出原理
を示すもので、ｎ形シリコン基板21の上面を被覆する表
面保護膜24の窓部に、例えは特開昭59−218732号公報，
特開昭59−219462号公報により公知のように、プラズマ
ＣＶＤ法で成膜されたほう素被膜22が接触し、その下に
ｐ＋層23が形成され、ほう素被膜22の上面に電極25が、
基板21の下面に電極26が設けられている。この素子に逆
バイアス−ＶＢを印加して空乏層27が生じた状態で熱中
性子線28が照射されると、ほう素被膜22に含まれる10Ｂ
との間で(1)式の中性子変換反応が生じ、α線29または7
Li核30が空乏層６に到達したとき電子−正孔対が生じ、
これらが図示していない増幅回路と計数回路を介して検
出される。
の大きなほう素の同位元素10Ｂを用い、下記の式で示す
反応に従って、熱中性子線が入射した際ほう素から発生
するα線（4He）と7Li核を検出する方法がある。10 Ｂ＋ｎ→7Li＋α（4He）…………(1) 第２図はこの方法を用いた、例えば特開昭61−17477号
公報で公知の熱中性子線検出素子の断面構造と検出原理
を示すもので、ｎ形シリコン基板21の上面を被覆する表
面保護膜24の窓部に、例えは特開昭59−218732号公報，
特開昭59−219462号公報により公知のように、プラズマ
ＣＶＤ法で成膜されたほう素被膜22が接触し、その下に
ｐ＋層23が形成され、ほう素被膜22の上面に電極25が、
基板21の下面に電極26が設けられている。この素子に逆
バイアス−ＶＢを印加して空乏層27が生じた状態で熱中
性子線28が照射されると、ほう素被膜22に含まれる10Ｂ
との間で(1)式の中性子変換反応が生じ、α線29または7
Li核30が空乏層６に到達したとき電子−正孔対が生じ、
これらが図示していない増幅回路と計数回路を介して検
出される。
この素子の中性子感度を高めるためには(1)式からわか
るように10Ｂ濃度を高めればよい。その方法として先
ず、ほう素被膜22を厚くすることが考えられる。しか
し、ほう素被膜中のα線と7Li核の飛程は極めて短く、
α線で約４．４μｍ、7Li核で約１．４μｍなので、ほ
う素被膜22が厚過ぎると大部分の熱中性子線はほう素被
膜の表面近傍の10Ｂと反応し、生じたα線と7Li核はほ
う素被膜に吸収させるのみで空乏層27に達しない。すな
わち、熱中性子感度の低下のみが生じるためほう素被膜
の厚みには限度があり、天然のほう素（10Ｂ：19.8％，
11Ｂ：80.2％）を含むB2H6ガスを用いて形成した検出素
子では表面積を増加させる以外に高感度化が期待できな
い。
るように10Ｂ濃度を高めればよい。その方法として先
ず、ほう素被膜22を厚くすることが考えられる。しか
し、ほう素被膜中のα線と7Li核の飛程は極めて短く、
α線で約４．４μｍ、7Li核で約１．４μｍなので、ほ
う素被膜22が厚過ぎると大部分の熱中性子線はほう素被
膜の表面近傍の10Ｂと反応し、生じたα線と7Li核はほ
う素被膜に吸収させるのみで空乏層27に達しない。すな
わち、熱中性子感度の低下のみが生じるためほう素被膜
の厚みには限度があり、天然のほう素（10Ｂ：19.8％，
11Ｂ：80.2％）を含むB2H6ガスを用いて形成した検出素
子では表面積を増加させる以外に高感度化が期待できな
い。
上記のような理由から一般に濃縮した10Ｂを用いる方法
が知られている。例えば、濃縮した10Ｂを含む溶液をシ
リコンウエハに刷毛で塗布したのち、熱処理をしてｐｎ
接合を形成し、(1)式の反応を用いて熱中性子を検出す
る方法がH.M.Mann and F.J.Janarekにより米国雑誌
“ＩＲＥ Trans."ＮＳ−９，No３(1962)200ページ、10
Ｂをシリコン基板表面にイオン注入法で注入したのち熱
処理を施してｐｎ接合を形成する方法がI.G.Gverdtsite
liその他によりソ連雑誌“Prib.Tekh.Eksp.”No.３，(1
979)81ページに述べられている。しかし、前者の方法
は、刷毛で塗布するためにほう素被膜厚がウエハ毎やロ
ット毎で異なり、中性子線感度のばらつきが大きい。ま
た後者の方法は、少なくとも１×1017cm-2以上のドーズ
量のためにイオン注入に長時間を要し、そのほかにイオ
ン注入装置が高価であるなどの欠点がある。濃縮した10
Ｂを用いたものとしては、10Ｂを濃縮したBF3ガスを充
填した10BF3比例計数管が一般に知られている。しか
し、これにはガスを用いるため検出器の小形軽量化が困
難，約1000Vの高い印加電圧が必要，経時変化が大，な
どの欠点がある。上記のようにこれらはいずれも欠点が
あり、小形軽量，長寿命，低電圧動作，量産性などを目
的とした工業計測用熱中性子線検出素子には適しない。
が知られている。例えば、濃縮した10Ｂを含む溶液をシ
リコンウエハに刷毛で塗布したのち、熱処理をしてｐｎ
接合を形成し、(1)式の反応を用いて熱中性子を検出す
る方法がH.M.Mann and F.J.Janarekにより米国雑誌
“ＩＲＥ Trans."ＮＳ−９，No３(1962)200ページ、10
Ｂをシリコン基板表面にイオン注入法で注入したのち熱
処理を施してｐｎ接合を形成する方法がI.G.Gverdtsite
liその他によりソ連雑誌“Prib.Tekh.Eksp.”No.３，(1
979)81ページに述べられている。しかし、前者の方法
は、刷毛で塗布するためにほう素被膜厚がウエハ毎やロ
ット毎で異なり、中性子線感度のばらつきが大きい。ま
た後者の方法は、少なくとも１×1017cm-2以上のドーズ
量のためにイオン注入に長時間を要し、そのほかにイオ
ン注入装置が高価であるなどの欠点がある。濃縮した10
Ｂを用いたものとしては、10Ｂを濃縮したBF3ガスを充
填した10BF3比例計数管が一般に知られている。しか
し、これにはガスを用いるため検出器の小形軽量化が困
難，約1000Vの高い印加電圧が必要，経時変化が大，な
どの欠点がある。上記のようにこれらはいずれも欠点が
あり、小形軽量，長寿命，低電圧動作，量産性などを目
的とした工業計測用熱中性子線検出素子には適しない。
本発明の目的は、上述の欠点を除き、α線発生のために
濃縮した10Ｂを用いて高感度であり小形軽量，長寿命，
低電圧動作，量産性などの特性を有し、かつ信頼性が高
く、低コストでできる半導体中性子線検出素子の製造方
法を提供することにある。
濃縮した10Ｂを用いて高感度であり小形軽量，長寿命，
低電圧動作，量産性などの特性を有し、かつ信頼性が高
く、低コストでできる半導体中性子線検出素子の製造方
法を提供することにある。
上記の目的を達成するために、本発明は、ｎ形半導体基
板上に濃縮した同位元素10Ｂを含むほう素被膜が被着さ
れ、その被膜の下にｐ形ドーピング層を有する中性子線
検出素子の製造の際に、濃縮した10Ｂを含むジボランガ
スを用いてプラズマＣＶＤ法でほう素被膜を半導体基体
の一面に堆積し、同時にほう素を基体内に侵入させてｐ
形ドーピング層を形成するものとする。
板上に濃縮した同位元素10Ｂを含むほう素被膜が被着さ
れ、その被膜の下にｐ形ドーピング層を有する中性子線
検出素子の製造の際に、濃縮した10Ｂを含むジボランガ
スを用いてプラズマＣＶＤ法でほう素被膜を半導体基体
の一面に堆積し、同時にほう素を基体内に侵入させてｐ
形ドーピング層を形成するものとする。
濃縮された10Ｂを含むジボランガスを用いてプラズマＣ
ＶＤ法で成膜するとほう素被膜の成膜速度も増加するの
で、濃縮度を上まわる高い10Ｂ含有量のほう素被膜が得
られ、α線発生効率が増大する。
ＶＤ法で成膜するとほう素被膜の成膜速度も増加するの
で、濃縮度を上まわる高い10Ｂ含有量のほう素被膜が得
られ、α線発生効率が増大する。
第１図は本発明の一実施例に用いたプラズマＣＶＤ反応
槽を示し、真空容器２内に電極11,12が対向配置され、
容器２にはバルブ31を介して真空排気系32、ガスの圧力
と流量を調整するための調整回路41を介してガスボンベ
42および真空計５が連結され、電極11,12にはグロー放
電用直流電源６が接続されている。下部電極12にはその
上に載置される基体７を加熱するために、電源82に接続
されたヒータ81が備えられている。
槽を示し、真空容器２内に電極11,12が対向配置され、
容器２にはバルブ31を介して真空排気系32、ガスの圧力
と流量を調整するための調整回路41を介してガスボンベ
42および真空計５が連結され、電極11,12にはグロー放
電用直流電源６が接続されている。下部電極12にはその
上に載置される基体７を加熱するために、電源82に接続
されたヒータ81が備えられている。
第３図に示すようにシリコン酸化膜あるいは非晶質シリ
コン膜により表面保護膜24により被覆後、フォトエッチ
ングあるいは金属マスクを用いてのドライエッチングに
より窓20を開けたｎ系シリコン基板21を第１図の基体７
として下部電極12の上に置く。次いで真空容器２内を、
例えば１×10-6Torr以下に排気したのち、94％以上の10
Ｂを含むB2H6を水素で1000ppmに希釈したガスの入った
ボンベ42から容器２に導入し４Torrに保持したのち、電
源６により直流550Ｖを電極11,12間に印加してグロー放
電を発生させ、ほう素被膜22を半導体基板21上に披着さ
せる。
コン膜により表面保護膜24により被覆後、フォトエッチ
ングあるいは金属マスクを用いてのドライエッチングに
より窓20を開けたｎ系シリコン基板21を第１図の基体７
として下部電極12の上に置く。次いで真空容器２内を、
例えば１×10-6Torr以下に排気したのち、94％以上の10
Ｂを含むB2H6を水素で1000ppmに希釈したガスの入った
ボンベ42から容器２に導入し４Torrに保持したのち、電
源６により直流550Ｖを電極11,12間に印加してグロー放
電を発生させ、ほう素被膜22を半導体基板21上に披着さ
せる。
第４図は、天然のほう素から成り立つB2H6および94％以
上に濃縮した10Ｂを含むB2H6を各々水素で1000ppmに希
釈したものを用いてほう素被膜を形成した場合のガス圧
力とほう素被膜の厚さとの関係を示す。これにより、線
51で示した濃縮した10Ｂを含むB2H6を用いた場合は、線
52で示した天然のほう素を19.8％含むB2H6を用いた場合
にくらべ約１．７倍厚いほう素被膜が得られる。この成
膜速度が異なる理由は明確ではないが、第１図の装置で
のほう素膜成膜時のプラズマ発光スペクトルを解析する
とBHの発光強度と対応し、その強度も濃縮10Ｂを含むB2
H6を用いた場合は、天然のB2H6を用いた場合の１．７倍
高い。
上に濃縮した10Ｂを含むB2H6を各々水素で1000ppmに希
釈したものを用いてほう素被膜を形成した場合のガス圧
力とほう素被膜の厚さとの関係を示す。これにより、線
51で示した濃縮した10Ｂを含むB2H6を用いた場合は、線
52で示した天然のほう素を19.8％含むB2H6を用いた場合
にくらべ約１．７倍厚いほう素被膜が得られる。この成
膜速度が異なる理由は明確ではないが、第１図の装置で
のほう素膜成膜時のプラズマ発光スペクトルを解析する
とBHの発光強度と対応し、その強度も濃縮10Ｂを含むB2
H6を用いた場合は、天然のB2H6を用いた場合の１．７倍
高い。
このように濃縮した10Ｂを含むB2H6を用いると、成膜速
度が１．７倍早くなるため、含有10Ｂ濃度が天然ほう素
の場合の94／19.8倍になることと相まって同一成膜時間
で94／19.8×１．７＝８、すなわち８倍だけ10Ｂ含有量
の高いほう素被膜22が得られる。
度が１．７倍早くなるため、含有10Ｂ濃度が天然ほう素
の場合の94／19.8倍になることと相まって同一成膜時間
で94／19.8×１．７＝８、すなわち８倍だけ10Ｂ含有量
の高いほう素被膜22が得られる。
第５図はＴＲＩＧＡ炉のビームポートより得られる熱中
性子線を第１図の装置を用いて作成した検出素子に照射
した時に得られた出力波高分布を示すもので、縦軸は素
子により検出された熱中性子線数の計数値であり、横軸
は10Ｂ（ｎ，α）7Li反応により得られたα線と7Li核の
エネルギをCh（チャネル）で表示している。第５図の計
数分布53は本発明により10Ｂを濃縮したB2H6を用いてほ
う素被膜22を形成した検出素子により得られた出力波高
分布、計数分布54は天然のB2H6を用いてほう素被膜を形
成した検出素子の出力波高分布であり、α線のピーク，
7Li核のピークおよびｒ線成分が観測される。中性子線
量計として用いる場合は、γ線成分を除いた計数の総数
を求めることで、例えば7Li核のピーク値より高いエネ
ルギの総計数値を求めることで、同一成膜条件でほう素
被膜を形成したとして、前記のように約８倍熱中性子感
度の高い素子が得られる。
性子線を第１図の装置を用いて作成した検出素子に照射
した時に得られた出力波高分布を示すもので、縦軸は素
子により検出された熱中性子線数の計数値であり、横軸
は10Ｂ（ｎ，α）7Li反応により得られたα線と7Li核の
エネルギをCh（チャネル）で表示している。第５図の計
数分布53は本発明により10Ｂを濃縮したB2H6を用いてほ
う素被膜22を形成した検出素子により得られた出力波高
分布、計数分布54は天然のB2H6を用いてほう素被膜を形
成した検出素子の出力波高分布であり、α線のピーク，
7Li核のピークおよびｒ線成分が観測される。中性子線
量計として用いる場合は、γ線成分を除いた計数の総数
を求めることで、例えば7Li核のピーク値より高いエネ
ルギの総計数値を求めることで、同一成膜条件でほう素
被膜を形成したとして、前記のように約８倍熱中性子感
度の高い素子が得られる。
本発明によれば、熱中性子線の入射の際にα線を発生さ
せるため、空乏層の形成される半導体基体上に披着させ
るほう素被膜を濃縮した10Ｂを含むB2H6を用いたプラズ
マＣＶＤ法で成膜することにより、BHのプラズマ発光強
度が高まり、全く同一条件で成膜しても膜厚が厚くな
り、熱中性子線に対する散乱断面積を有する10Ｂ含有量
が濃縮度と相まって高いほう素被膜が形成され、高濃度
に熱中性子線が検出できる素子が得られる。従って、こ
の検出素子と所定の形状のパラフィンなどの中性子線に
対する減速材とを組み合わせると、軽量で小型の、従来
は不可能であった個人用の中性子線被曝管理用線量計が
容易に得られるようになった。
せるため、空乏層の形成される半導体基体上に披着させ
るほう素被膜を濃縮した10Ｂを含むB2H6を用いたプラズ
マＣＶＤ法で成膜することにより、BHのプラズマ発光強
度が高まり、全く同一条件で成膜しても膜厚が厚くな
り、熱中性子線に対する散乱断面積を有する10Ｂ含有量
が濃縮度と相まって高いほう素被膜が形成され、高濃度
に熱中性子線が検出できる素子が得られる。従って、こ
の検出素子と所定の形状のパラフィンなどの中性子線に
対する減速材とを組み合わせると、軽量で小型の、従来
は不可能であった個人用の中性子線被曝管理用線量計が
容易に得られるようになった。
第１図は本発明の一実施例に用いられるプラズマＣＶＤ
反応槽の構成図、第２図は本発明により製造される熱中
性子線検出素子の断面図、第３図は第１図の反応槽に挿
入前の半導体基板の断面図、第４図は本発明の一実施例
および従来例におけるほう素被膜の膜厚と成膜時のガス
圧との関係線図、第５図は本発明の一実施例による素子
および従来の素子により熱中性子線照射により得られた
出力波高分布図である。 11，12：電極、２：真空容器、42：ガスボンベ、７：基
体、21：ｎ形シリコン基板、22：ほう素被膜、23：ｐ
層、25，26：電極、27：空乏層。
反応槽の構成図、第２図は本発明により製造される熱中
性子線検出素子の断面図、第３図は第１図の反応槽に挿
入前の半導体基板の断面図、第４図は本発明の一実施例
および従来例におけるほう素被膜の膜厚と成膜時のガス
圧との関係線図、第５図は本発明の一実施例による素子
および従来の素子により熱中性子線照射により得られた
出力波高分布図である。 11，12：電極、２：真空容器、42：ガスボンベ、７：基
体、21：ｎ形シリコン基板、22：ほう素被膜、23：ｐ
層、25，26：電極、27：空乏層。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 関 康和 神奈川県横須賀市長坂２丁目２番１号 株 式会社富士電機総合研究所内 (72)発明者 松崎 一夫 神奈川県横須賀市長坂２丁目２番１号 株 式会社富士電機総合研究所内 (72)発明者 鈴木 敏和 神奈川県川崎市川崎区田辺新田１番１号 富士電機株式会社内 (72)発明者 山野 俊也 神奈川県川崎市川崎区田辺新田１番１号 富士電機株式会社内 (72)発明者 吉田 義輝 神奈川県川崎市川崎区田辺新田１番１号 富士電機株式会社内 (56)参考文献 特開 昭62−293613（ＪＰ，Ａ)
Claims (2)
- 【請求項１】ｎ形半導体基板上に濃縮した同位元素10Ｂ
を含むほう素被膜が披着され、該被膜の下にｐ形ドーピ
ング層を有する中性子検出素子の製造の際に、10Ｂを含
むジボランガスを用いてプラズマＣＶＤ法でほう素被膜
を半導体基体の一面を堆積し、同時にほう素を基体内に
侵入させてｐ形ドーピング層を形成することを特徴とす
る半導体中性子線検出素子の製造方法。 - 【請求項２】特許請求の範囲第１項記載の方法におい
て、ジボランガスのほう素の94％以上が10Ｂであること
を特徴とする半導体中性子線検出素子の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62323240A JPH069255B2 (ja) | 1987-12-21 | 1987-12-21 | 半導体中性子線検出素子の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62323240A JPH069255B2 (ja) | 1987-12-21 | 1987-12-21 | 半導体中性子線検出素子の製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH01164071A JPH01164071A (ja) | 1989-06-28 |
| JPH069255B2 true JPH069255B2 (ja) | 1994-02-02 |
Family
ID=18152566
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP62323240A Expired - Lifetime JPH069255B2 (ja) | 1987-12-21 | 1987-12-21 | 半導体中性子線検出素子の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH069255B2 (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO1991017462A1 (fr) * | 1990-04-27 | 1991-11-14 | Hitachi, Ltd. | Dosimetre d'exposition aux neutrons pour utilisation individuelle, debitmetre de dose de neutrons, detecteur de neutrons et procede pour leur fabrication |
| CN103160799A (zh) * | 2011-12-19 | 2013-06-19 | 同方威视技术股份有限公司 | 中子敏感镀膜及其形成方法 |
-
1987
- 1987-12-21 JP JP62323240A patent/JPH069255B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH01164071A (ja) | 1989-06-28 |
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