JPS6057677A - 放射感応半導体装置 - Google Patents

放射感応半導体装置

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JPS6057677A
JPS6057677A JP59142479A JP14247984A JPS6057677A JP S6057677 A JPS6057677 A JP S6057677A JP 59142479 A JP59142479 A JP 59142479A JP 14247984 A JP14247984 A JP 14247984A JP S6057677 A JPS6057677 A JP S6057677A
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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】 本発明は、第1酌電型の第1半W体領域と、この第1導
電型とは反対の第2導電型の層伏゛1′−勇体区域との
間の少なくとも1一つのpn接合を有する少なくとも放
射感応ダイオードか設のられている下勇体本体を具える
放η・1感応′I′、導体装置であって、前記の層状半
導体区域(よ動作中Catはその厚さおよび表面積全体
に亘って空乏化される。↓゛・うな厚さおよび不純物濃
度を有するようにした放射感胞、主、」ζ1体装置に関
するものである。
上述した種類の放射感応半導体装置は2)8tに、電磁
放射、4.+iに可視光や赤外線を<B流或いII雷電
圧直接変換するのに用いられれる。例えば、電気光学技
術においてはフォトグイオートが用いられ”(いる。こ
のような半導体装置は、X線放射をフォトダイオードが
特に感応する放射に変換する例えば、沃化セシウムのシ
ンチレータが設けられているX線スキャナのよ・)な医
療装置にも用いられている。更にこのような半導体装置
は例えば電子放−躬のような粒子放射を検出するのに用
いられる。
このような放射検出器における問題は前記のpn接合の
容量がしばしば高くなるということである。
このような高容量は前述したような放射検出器の高周波
作動に悪影響を及ぼすとともに、特に弱い信号(すなわ
ち低放射強度)で信号対1fff音比を劣化させる。
一般に、この容量は特に拡散領域(殆んどの場合n型半
導体本体中のp型拡散領域)の表面積の広さによって決
まる。しかし、検出器の放射怒度をできるだけ最大に、
従って光電流をできるだり最大にする為に、この表面積
はできるだり大きく選択するのが好ましい。表面積を大
きくすることに関連する高容量を減少させる為には、拡
散領域を例えば指状構造とすることによりこの拡散領域
の表面積をわずかにへ少−1しめろようにずろことがで
きる。
前述した種類の半導体装置は肪開昭53−136987
号公報に記載されており既知である。
ごの公報に記11反されている放射jみ応pn接合の容
量は、作動状態で第2m電型の層状オ37i体iz域を
完全に空乏化することにより可成り減少−uしめられて
いる。
このような半導体装置では、」、冒こ第1勇′屯型の領
域と第2導電型の領域との双方の接続接点を入射放射の
側に位置さゼる場合に問題がη二しる。放射検出器の有
効表面積をできるだLJ人きくする為に、実際に金属接
点化パターン、ずなわら層状区域の金属接点化パターン
もできるだけ小さくするのが好ましい。空乏化された層
状区域内で放射によって発生せしめられる少数電荷−)
−ヤリアは拡11゜によって接続接点に到達せしめる必
要があり、従って放射感応半導体装置の感応速度が悪影
響を受ける。特に医療分野においてはこの感応速度を充
分速くする必要がある。その理由(、;、この感応速度
がX線露光時間、従って患者が受ける放射線量を決定す
る要因となる為である。
本発明の目的は、上述した欠点を大部分jllt (b
た前述した種類の半導体装置を提供せんとするにある。
本発明は、9、Yに層状区域を特定の形状とすることに
より上述した目的を達成しろるという事実を確かめ、か
かる認識を基に成したものである。
本発明は、第1導電型の第1半導体領域と、この第1導
電型とは反対の第2辱電型の層状半導体区域との間の少
な(とも1つのpn接合を有する少なくとも1つの放射
感応ダイオードが設けられている半導体本体を具える放
射感応半導体装置であって、前記の層状半m8体区域は
動作中はぼその厚さおよび表面積全体に亘って空乏化さ
れるような厚さおよび不純物濃度を有するようにした放
射感応半m、体装置において、前記の層状半導体区域は
上方から見て複数個のザブ区域を有し、これらザブ区域
の幅がその連結点から見て減少していることを特徴とす
る。層状半導体区域には中央部分を設り、この中央部分
から前記のザブ区域が突出部分として延在するようにす
るのが好ましい。
本発明によれば、層状半導体区域と第1゛1′専休領域
との間のpn接合が逆方向にバイアスされると、少数電
荷キャリヤを中央部分の方に加速してこの中央部分に少
数型1iij ;+−ヤリ・)・を集めるような電界を
生しる電位降下変化を突出部分に生せしめるようになる
。この手段によれば、少数電イ:−:■−1−ヤリャの
移送が可成り加速され、他軸しうる信号が一層急速に得
られ、X線露光の場合、露光+ryI問および放射線■
が可成り減少する。
加速電界の効果は全く異なる方法、ずなわら層状区域の
厚さを徐々に減少さセることにょっ“Cも得ることがで
きる。
従って一木発明による他の31鷺す体装置は、層状半導
体区域が少な(とも1つのザブ区域をイ〕し、該ザブ区
域の厚さが層状半導体区域に対する連結iJ 域からの
方向で見て減少しでいることを′Rj fThとする。
また、突出部分がほぼ完全に空乏化されるという事実の
為に、pn接合の容量が可成り減少するという他の利点
が得られる。従って、このような半導体装置は優れた信
号対雑音比を有する。
層状半導体区域は上方から見て星形とし、突出部分が、
6個或いは8個の尖端を有する足形の尖端部を構成する
ようにするのがりrましい。コンピュータX線トモグラ
フィに適用する場合、1個のダイオードが一般にザブダ
イオードのマトリックスを有するようにする。
図面につき本発明を説明する。
図面は線図的なものであり、寸法は実際のものに正比例
して17.iいておらず、明瞭とする為に断面図におい
て特に厚さ方向の寸法を著しく誇張して示した。また同
し導電型の半導体区域には同一方向の斜4jiiを(=
Jし、各図を通して対応する部分には同一符号をイ(」
シた。
第1および2図の半導体装置1は半導体本体2を具えて
おり、この半博体本体2は、本例では約5・10′4原
子/C艷のトナー濃度に相当する1oΩ−cmのソート
抵抗値を有するn型表面領域4を具えている。半導体本
体2の表面3にはp型のIQ;扶゛し1j体区域5.6
を設け、この半導体I2域5,6は11型領域4とでp
n接合7を形成する。半)、q体区域5.6の平均ドー
ピング濃度は2・10′′〜I01′のアクセプタ原子
/ cmとし、その厚さは約」μrnとする。このこと
は、pn接合7にまたかろ逆方向の低電圧で半導体区域
5,6が完全に空乏化されるということを意味する。
本発明によれは、半導体区域5,6に−にカかり見て(
第1図参照)数個の突出部分6を設り、ごれら突出部分
6の幅を中心から夕(力に向いて例えば50μmの距離
に亘って5μmからi p rnに力友少させる。この
場合、半導体区域5,6を6つの尖端を有する星形とす
る。中央部づI5には半導体区域5,6に接点を形成す
る為のII′Iメ域トを形成する。n型表面領域4に接
点を形成する為に、本例では星形p−区域を囲んでn′
接点拡散I乙域1]を設&Jる。表面3にば絶縁層10
を被覆し、この絶縁層に接点孔11および12をあり、
ご力、らの接点孔を経てp′区域8およびn“IX点拡
11シ区域1〕にそれぞれ金属化パターン13.14を
接触させる。
p型区域5,6は作動状態でその厚さおよび表面のほぼ
全体に亘って空乏化されるという事実の為に、関連の空
乏層容量はほぼ無視することができ、従って、第1およ
び第2図の半導体装置は極めて好ましい゛信号+J ’
l((音比を有するようになる。
半導体区域5,6は例えば”イオン注入により形成する
ことができ、また必ずしも表面に位置させる必要はなく
、半導体区域5,6を表面に位置させていない半導体装
置を第3図に示す。この第3図の半導体装置は半導体区
域5,6およびn゛型の表面層15を除いて第2図の半
導体装置と同じである。このような多量にI・−ピング
した表面層15は電界を発生し、従って少数電荷4−ヤ
リャ(ごの場合正孔)はその下側のn型領域4の方向に
加速される。従って既知のように、表面再結合のiJ能
性が減少し、放射感応半導体装置の感度が増大する。
前述したように突出部分(サフ区域)6は作動状態で完
全に空乏化される。この空乏化は適当なドーピング濃度
においてOVですへて達成しうるも、pn接合7が逆方
向にバイアスされ人叫く≦てに達成されるのが一般的で
ある。第4図は関連の空乏1べ域16を有する突出部分
6を線図的に示ず。1lrl接イ17にまたがる逆電圧
による電位変化を一点11“i k(ii l −1に
より種々の位置に示”づ。突出部分らの幅か5い1.1
から中心に向けて増大すると、1111接合7にまノー
かる関連の電圧降下iJ徐々に人きくなり1、これに、
1、り電界を生ぜしめる。第4図で631、二の′lj
j:界を矢印18により線図的に示しである。、二の電
界は突出部分6に到達する電子が中央部分5に向りて加
速される効果をイ)する。
従って、n型領域4で発生ずる電子はp n I度合7
と関連ずろ空乏区域に達すると直1ノにこのlln接合
7の逆電圧により突出部分〔jの1つI曳いは中火部分
5に向りて加速される。ごれらの電子か突出部分6の1
つに達する場合には、これらの突出部分6が特別な形状
をしている為にこれらの電子は中央部分5の方向に加速
される。従−2て、放射に、!、。
り発生せしめられた電子は接点である金属化)くターン
13に急速に且つ有効に流れる。
第5および6図はX線スキャナに用いるのに適した本発
明による半導体装置の一部を示す。本例では、記録すべ
きX線放射を例えば沃化セシウムのジンチレーク19に
より半導体装置1が特に感応する放射に変換する。半導
体装置lは複数個のダイオードを具え、これらダイオー
ドは第1〜3図につき前述したのと同様に一般に星形と
した複数個のザブダイオード20を以って構成する。
ザブダ・rオート20の全信号を1個のダイオードから
取出す為に、この半導体装置には特にボンデインクバッ
ト22をイjする金属化パターン21を設ける。各ダイ
オードは後に説明ずろn型領域23によって囲む。す°
ブダイオーF’2(lのρn接合7にまたがる逆電圧は
、接点孔11を経て金17X化パターン21が接触され
ているn型領域5,6.8と半導体装置の下側面の」−
の接点24との間に印加される。
満足な接点を形成する為に、この接点24とn型N4と
の間に、多量にドーピングされたn型接点区域25を配
置する。
金属化パターン27および接点孔2))を経てI)型領
域23に接触するボンティングパノt”2[iにより、
ごのn型領域23とn型領域4との間の1111接合2
9をも、関連の空乏領域がリーブダイオード20のす1
1妾11n接僑7の空乏領域に接するように逆方li+
4 cこバイアスすることがてきる。従って、特開昭J
7−48275−’1戸!l] $lfl書に詳細に説
明されているように縁効果(marginaleffe
ct)が防止される。
実際に、例えば24個の上述したダイオ−1−を有する
ような半導体装置に才昌1てl:jずべでのダイオード
に対し1個のボンデインクバット26で充分°(ある。
その理由は、金1j、化パターン2fi、 27と接i
’+(I、しているp′領領域ずヴてのダイオードを囲
んCいる為である。しかし、各タイオート4jそれぞれ
個別にホンディングパノl2()を11jj L:l 
<:、と、製造il留りを1烏めることができる。この
点を第7図につき詳細に説明する。
第7図は、n型の2つのスクライブレーン301i11
に第5および6図につき説明した種Iffの例えば72
個のダイオードを配置した半導体片の一部を示す平面図
である。X線装置に用いる為に、24個のダイオードの
列を有する半導体装置を必要とする場合には、例えば第
X番目、第25番目および第49番目のダイオートに接
点孔28および接点金属化ノ々多−ン2G、 2′7を
設りれば充分である。この場合、第1〜24番目のダイ
オード、第25〜48@目のダイオードおよび第25〜
48@目のダイオードを取囲む領域23を接続するごと
ができ、縁効果の除去に関する前述した利点が得られる
製造に際しては実際に、満足に作動しない或いは欠陥さ
えもあるダイオードが得られるおそれがある。しかしダ
イオードの各々に前述した接点の金属化パターン26.
27を設けた場合、満足に作動するダイオードが一列で
24個互いに並べて配置されるものとすれば、満足に動
作しないか或いは欠陥のあるダイオードを有する列から
1個以上の半導体装置が得られる。
例えば、−列で第3番目のダイオード(第7図において
31で示す)に欠陥があり、第4〜27番目のダイオー
ドに欠陥がない場合には、第3番目の夕゛イオー1”3
1および第4@目のダイメーート321:jlのスクラ
イフ゛レーン36と、第27紺−目のダイJ−F’33
および第28番目のタイオート34間のスクライソ゛レ
ーン37とで切断することにより少なくとも1−po:
+7μJ足に作動する31′、 、’7i体装置が1゛
1られる。スクーノイブレーン37の右側に位置する4
5個0)夕・(」〜−t” lp ′ら再び数個のダイ
オ−1ζに、例えは第29番1」θ)タイオード35に
或いは第528;川」のダイ」−一部のマ多0〕多数の
ダイオードに欠陥があるおそン1.ツノ1ある。この場
合、満足に作動する2つの半導体装置力ITられる。
しかし、24(11+lのダイオードli7.■−)Q
)接点金1.1;化パターン26.27を用いる場合C
1二4;1.’ −l+Yi 3t (r、二1′14
す1する半導体装置は全く或いは多くとも1つしツノ・
j′jられない。満足に作動する半λ1)体装置の個数
を一列当り多くしうる可能性は、−・列当りのダイ」−
一部の個数を3×24個よりもわ゛づかに多く、例えも
よ80個以上に’M IJeすることによりわすかに同
めることができる。その理由iJ、”/+:l°1足乙
、H′l・■すI L i、; I、)タ゛イメ′−ド
は一般に半導体結晶の周縁Cに位置−寸−る為てあ本発
明は」二連した例のみに限定されず、幾多の変更を加え
うろこと勿論である。例えば、前述した半導体領域およ
び半導体区域の導電型をすべて(同時に)反対の導電型
とすることができる。更に、半導体区域5,6に対する
厚さおよびドーピング濃度を他の値に選択することがで
き、しかも突出部分(サブ区域)6の形状を異ならせる
こともできる。例えば、数個の勺ブダイオード20がザ
ブダイオードのアセンブリの隅部に位置する第5図にお
けるのと同様に、第1〜3図の突出部分6を例えば方形
部40の隅部内に位置する多数の接点区域から延在させ
ることもできる。更に半導体区域(突出部分)6を幅で
はなく厚さにおいて徐々に減少さセ、これにより同じ効
果、すなわちこの区域において加速用の電界を形成する
という効果を得る。この場合、このような半導体区域を
必ずしも突出部分のようなザブ区域に小分割する必要は
なく、第1図において方形部40の表面積のほぼ全体を
占めるようにすることができる。厚さを減少させていく
このような半博、体区域は、例えは厚さを徐々に増大さ
せていくマスクを経てイオンを注入することにより得ら
れる。
【図面の簡単な説明】
第1図は、本発明による放射感応ダイオードを示す線図
的平面図、 第2図は、第1図の1l−1j綿上を断面とし矢の。 方向に見た断面図、 第3図は、第2図に示す装置の変形例を示ずIすi面図
、 第4図は、第1および2図に示ずクイオードのt’iB
におりる電位変化およびこ/1.に1ン1連する電\)
11゜を線図的に示ず説明図、 第5図は、数個のダイオ−1を有!l−る本発明による
半導体装置の一部を示ず線し1的!1″−1111図、
第6図は、第5図のVl −V1℃A Jを断面とし矢
の方向に見た断面図、 第7図は、第5,6図に示−L’l’49休装置を製造
丈る半導体片の一部を示す線図的千面し1である。 ■・・・半導体装置 2・・半導体装置3・・・2の表
面 4・・・n型表面領域5,6・・・p型層状半導体
区域(6・・・ザブ区域)7.29・・・pn接合 8
・・・p“区域9・・・n゛接点拡散区域 10・・・
絶縁層11.1.2.28・・・接点孔 13、14.2]、、27・・・金属化パターン15・
・・n+型表面層 16・・・空乏区域19・・・シン
チレータ 20・・・サブダイオード22.26・・・
ポンディングパッド 23・・・p型頭域 24・・・接点 25・・・n型接点区域 30.36.’37・・・スクライブレーン手続補正書 昭和59年 8 月28日 1、事件の表示 昭和59年 特 許 願第14.24・79号2発明の
名称 放射感応半導体装置 3、補正をする者 事f1との関係特許出願人 名称 エヌ・ベー・フィリップス・ フルーイランベンファブリケン 1、明細書第16頁第6〜9行の「ダイオードから・・
・おそれがある。」を「ダイオードにおいても数個のダ
イオードに欠陥があってもよい。 例えば第29番目のダイオード35に欠陥があってもよ
いしくこの場合第30番目以降のダイオードから選択し
た24個の順次のダイオードより成る1つの半導体装置
が得られる)、或いは第52番目のダイオード以後の多
数のダイオードに欠陥があってもよい(この場合第28
〜51番目のダイオードで1つの半導体装1r;が得ら
れる)。」に訂正する。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1、第1窩電型の第1半導体領域と、この第14電型と
    は反対の第2導電型の層状半導体区域との間の少なくと
    も1つのpn接合を有する少なくとも放射感応ダイオ−
    、ドが設けられている半導体本体を具える放射感応半導
    体装置であって、前記の層状半導体区域は動作中はぼそ
    の厚さおよび表面積全体に亘って空乏化されるような厚
    さおよび不純物濃度を有するようにした放射感応半導体
    装置において、前記の層状半導体区域は上方から見て複
    数個のサブ区域を有し、これらザブ区域の幅がその共通
    連結領域からの方向で見て減少し−Cいることを特徴と
    する放射感応半導体装置。 2、第1導電型の第1半導体領域と、この第1導電型と
    は反対の第24電型の層状半導体区域との間の少なくと
    も1つのpn接合を有する少なくとも1つの放射感応ダ
    イオードが設けられている半薄体本体を具える放射感応
    半導体装置であって、前記の層状半導体区域は動作中は
    ぼその厚さおよび表面積全体に且つて空乏化されるよう
    な厚さおよび不純物濃度を有するようにした放射感応半
    導体装置乙こおいて、前記の層状半導体区域G:1少7
    ざくとも1つのサブ区域を有し、該・す゛ブ区域の厚さ
    が層状半導体区域に対する連結領域からの方向で見て、
    減少しζいることを特徴とする放射jδ応半導体装置。 3、特許請求の範囲1または2記載の放射感応半導体装
    置において、前記のj父状半m体区域が中央部分を有し
    1.このtj」裏部分から1);1記のサブ区域が突出
    部分として延在していることを特徴とする放躬感応手勇
    体装置。 4、特許請求の範囲3記載の放射感応半導体装置におい
    て、共通連結領域の中火部分のIZ域に層状半導体区域
    よりも多量にドーピングした第2導電型の半均2体領域
    を存在さ−lたごとを特徴とする放射感応半導体装置。 5、特許請求の範囲1または3記載の放射感応半導体装
    置において、サブ区域の長さをその最大幅の少なくとも
    5倍、多くとも25倍としたことを特徴とする放射感応
    半導体装置。 6、特許請求の範囲1〜5のいずれか1つに記載の放射
    感応半導体装置において、前記の層状半導体区域を上方
    から見て特に星形としたことを特徴とする放射感応半導
    体装置。 7、特許請求の範囲1〜6のいずれか1つに記載の放射
    怒応半導体装〜において、放射感応グイオートは共通接
    点金属化パターンが設りられた複数個のpn接合を具え
    ており、これらpn接合か一緒になって前記の放射感応
    ダイオードを構成していることを特徴とする放射感応半
    導体装置。 8、特許請求の範囲7記載の放射感応半導体装置におい
    て、放射感応半導体装置が複数個の放射感応ダイオード
    を有しており、これら放射感応グイオートの各々が第2
    導電型の領域によって囲まれていることを特徴とする放
    射感応半導体装置。 9、特許請求の範囲8記載の放則惑応半心体を置におい
    て、容赦η・j感応ダイオードを囲む第2導電型領域に
    それぞれ別個の接点接続体か設けられていることを特徴
    とする放射感応半導体装置。
JP59142479A 1983-07-14 1984-07-11 放射感応半導体装置 Granted JPS6057677A (ja)

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