KR101090083B1 - Manufacturing Method for Real Time Gamma-ray/Thermal Neutron Detector Coupled pMOSFET and pMOSFET Deposited Gadolinium - Google Patents

Manufacturing Method for Real Time Gamma-ray/Thermal Neutron Detector Coupled pMOSFET and pMOSFET Deposited Gadolinium Download PDF

Info

Publication number
KR101090083B1
KR101090083B1 KR1020090066051A KR20090066051A KR101090083B1 KR 101090083 B1 KR101090083 B1 KR 101090083B1 KR 1020090066051 A KR1020090066051 A KR 1020090066051A KR 20090066051 A KR20090066051 A KR 20090066051A KR 101090083 B1 KR101090083 B1 KR 101090083B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
pmosfet
deposited
gadolinium
thermal neutron
sensor
Prior art date
Application number
KR1020090066051A
Other languages
Korean (ko)
Other versions
KR20110008628A (en
Inventor
이남호
Original Assignee
한국원자력연구원
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 한국원자력연구원 filed Critical 한국원자력연구원
Priority to KR1020090066051A priority Critical patent/KR101090083B1/en
Publication of KR20110008628A publication Critical patent/KR20110008628A/en
Application granted granted Critical
Publication of KR101090083B1 publication Critical patent/KR101090083B1/en

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01T—MEASUREMENT OF NUCLEAR OR X-RADIATION
    • G01T1/00—Measuring X-radiation, gamma radiation, corpuscular radiation, or cosmic radiation
    • G01T1/16—Measuring radiation intensity
    • G01T1/24—Measuring radiation intensity with semiconductor detectors
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01T—MEASUREMENT OF NUCLEAR OR X-RADIATION
    • G01T3/00—Measuring neutron radiation
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof

Landscapes

  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • High Energy & Nuclear Physics (AREA)
  • Molecular Biology (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Measurement Of Radiation (AREA)
  • Light Receiving Elements (AREA)

Abstract

본 발명은 pMOSFET에 보호막으로 가돌리늄을 일체로 층착하여 보호막과 pMOSFET 사이에 공간이 형성되지 않게 함으로써 전환전자의 손실을 줄여 보다 정확하게 감마선과 열중성자을 탐지할 수 있게 한 pMOSFET과 가돌리늄(Gd)을 증착한 pMOSFET을 결합한 감마선/열중성자 동시 탐지소자 및 그 제조 방법에 관한 것이다. The present invention deposited pMOSFET and gadolinium (Gd) to reduce gamma rays and thermal neutrons more accurately by reducing the loss of switching electrons by integrally depositing gadolinium as a protective film on the pMOSFET so that no space is formed between the protective film and the pMOSFET. The present invention relates to a gamma ray / thermal neutron simultaneous detection device combining a pMOSFET and a method of manufacturing the same.

이러한 본 발명의 하는 pMOSFET과 가돌리늄(Gd)을 증착한 pMOSFET을 결합한 감마선/열중성자 탐지소자는 산화층인 pMOSFET칩을 갖는 pMOSFET센서와 ; 산화층인 pMOSFET칩을 갖으며, pMOSFET칩 표면에 핵반응막인 가돌리늄(Gd)막이 증착된 Gd증착pMOSFET센서와 ; 상기 Gd증착pMOSFET센서와 pMOSFET센서의 감마선량을 감산하는 감산기(Subtracter)와 ; 상기 pMOSFET센서로부터 검출된 감마선 선량만을 표시하는 감마선선량표시계 및 ; 상기 감산기로부터 출력되는 열중성자에 의한 방사선량만을 표시하는 열중성자선량표시계로 구성된 것을 특징으로 한다.A gamma ray / thermal neutron detection device incorporating the pMOSFET and the pMOSFET deposited with gadolinium (Gd) according to the present invention includes a pMOSFET sensor having a pMOSFET chip as an oxide layer; A Gd-deposited pMOSFET sensor having a pMOSFET chip as an oxide layer and having a gadolinium (Gd) film as a nuclear reaction film deposited on a surface of the pMOSFET chip; A subtracter for subtracting gamma doses of the Gd-deposited pMOSFET sensor and the pMOSFET sensor; A gamma dose indicator for displaying only the gamma dose detected from the pMOSFET sensor; And a thermal neutron dose display indicating only the radiation dose by the thermal neutron output from the subtractor.

가돌리늄 박막, 열중성자선량, 감마선선량, 감산기 Gadolinium thin film, thermal neutron dose, gamma dose, subtractor

Description

ｐＭＯＳＦＥＴ과 가돌리늄(Ｇｄ)을 증착한 ｐＭＯＳＦＥＴ을 결합한 감마선/열중성자 동시 탐지소자 제조 방법{Manufacturing Method for Real Time Gamma-ray/Thermal Neutron Detector Coupled pMOSFET and pMOSFET Deposited Gadolinium}Manufacturing Method for Real Time Gamma-ray / Thermal Neutron Detector Coupled pMOSFET and pMOSFET Deposited Gadolinium}

본 발명은 감마선과 열중성자를 모두 탐지할 수 있는 소자 제조방법에 관한 것으로써, 상세하게는 pMOSFET에 보호막으로 가돌리늄을 일체로 층착하여 보호막과 pMOSFET 사이에 공간이 형성되지 않게 함으로써 전환전자의 손실을 줄여 보다 정확하게 감마선과 열중성자을 탐지할 수 있게 한 pMOSFET과 가돌리늄(Gd)을 증착한 pMOSFET을 결합한 감마선/열중성자 동시 탐지소자 제조 방법에 관한 것이다. The present invention relates to a method for fabricating a device capable of detecting both gamma rays and thermal neutrons, and more particularly, gadolinium is integrally deposited on the pMOSFET as a protective film so that no space is formed between the protective film and the pMOSFET, thereby reducing the loss of the switching electrons. The present invention relates to a method for fabricating a gamma-ray / thermal neutron detection device combining a pMOSFET and a pMOSFET deposited with gadolinium (Gd), which makes it possible to detect gamma rays and thermal neutrons more accurately.

종래의 열중성자의 검출기는 B-19(n,a)Li-7 및 Li-6(n,α)H-3 반응에 의해 2차 방출되는 α입자를 감지하거나, H-3(n,p)H-3 반응에 의해 방출되는 양자를 검출함으로써 열중성자의 양을 측정하는 방법을 사용하였다.Conventional thermal neutron detectors detect α particles secondary released by B-19 (n, a) Li-7 and Li-6 (n, α) H-3 reactions, or H-3 (n, p A method of measuring the amount of thermal neutrons by detecting protons emitted by the H-3 reaction was used.

이와 같은 방법은 붕소(B)나 리튬(Li)에 열중성자가 조사될 때 일으키는 핵반응에 의해 생성되는 입자(알파, 양자)를 계수기로 카운터(counter) 함으로써 열중성자를 측정하는 것이므로 복잡한 전자계수회로가 내재되고 규모가 커서 사용자의 휴대에 불편하다는 단점이 있다.This method uses a complex electron counting circuit to measure thermal neutrons by countering particles (alpha, quantum) produced by nuclear reactions caused by thermal neutron irradiation to boron (B) or lithium (Li) with a counter. Is inherent in size and large inconvenient to carry by user.

한편 소형의 열중성자용 필름을 이용하는 방법은 열중성자 피폭 후에 피폭된 필름을 수거하여 인화하는 방법을 통하여 피폭 중성자 량을 알 수 있으므로 부가적인 인화장치가 필요할 뿐만 아니라 현장에서 실시간으로 방사선의 피폭 량을 알 수가 없으므로 사용자의 안정성에 문제가 발생할 소지가 있다는 문제점이 있다. On the other hand, the method of using a small thermal neutron film shows the amount of neutrons exposed through the method of collecting and igniting the exposed film after thermal neutron exposure. There is a problem that there is a possibility that a problem may occur in the stability of the user because it is unknown.

이러한 단점을 보완하여 본 출원인 개발한 것으로 특허 제0423536호가 있다. Complementing this shortcoming has been developed by the present applicant, there is a patent No. 0423536.

이는 산화층인 pMOSFET 칩이 장치된 pMOSFET 어셈블리로 이루어진 pMOSFET센서와, 산화층인 pMOSFET 칩이 장착된 pMOSFET 어셈블리와, 이 pMOSFET 칩의 상부에 장치되며 내부에 핵반응막인 가돌리늄(Gd)층이 코팅된 pMOSFET 보호 캡으로 이루어진 Gd증착pMOSFET 센서와, 상기 Gd증착pMOSFET센서에서 pMOSFET 센서의 감마선량을 감산하는 감산기(Subtracter)와, 감산기로부터 출력되는 열중성자에 의한 방사선량만을 표시하는 열중성자선량표시계와, pMOSFET센서로부터 검출된 감마선 선량만을 표시하는 감마선선량표시계로 구성된 감마선/열중성자를 동시에 검출하는 실시간 전자적 선량계이다.It is a pMOSFET sensor consisting of a pMOSFET assembly equipped with an oxide layer pMOSFET chip, a pMOSFET assembly equipped with an oxide layer pMOSFET chip, and a pMOSFET protection layer having a gadolinium (Gd) layer on top of the pMOSFET chip. A gd-deposited pMOSFET sensor consisting of a cap, a subtracter for subtracting the gamma dose of the pMOSFET sensor from the Gd-deposited pMOSFET sensor, a thermal neutron dose display indicating only the radiation dose by the thermal neutron output from the subtractor, and a pMOSFET sensor It is a real-time electronic dosimeter which simultaneously detects a gamma ray / thermal neutron composed of a gamma dose dosimeter for displaying only the gamma radiation dose detected.

그러나 이와 같이 구성된 종래의 선량계는 전기적으로 쇼트(short) 현상이 발생되는 것을 방지하기 위해서 pMOSFET과 보호 캡 사이에 공간을 형성하였으나, 이렇게 형성된 공간으로 인한 전환전자들의 손실이 있는 단점이 있다.However, the conventional dosimeter configured as described above forms a space between the pMOSFET and the protective cap in order to prevent an electrical short from occurring, but has a disadvantage in that the switching electrons are lost due to the space thus formed.

또한, 이러한 기존의 선량계는 pMOSFET센서와 Gd증착pMOSFET 센서를 각각 제작하여 서로 전기적으로 연결하여 구성된 것으로써, 하나의 측정 모듈 내에 감마선 및 열중성자 감지기가 일체형으로 제작되어 있더라도 각각의 방사선 감지 센서 및 회로가 내재된 복잡한 회로로 구성되어 전력의 소모가 크고 센서 및 측정기의 오류 발생 시 고장원인 발견 및 수리에 어려움이 있었다.In addition, the conventional dosimeter is composed of a pMOSFET sensor and a Gd-deposited pMOSFET sensor and electrically connected to each other, even if a gamma ray and a thermal neutron detector are integrated in one measurement module, each radiation detection sensor and circuit The circuit is composed of complex circuits, which consumes a lot of power and have difficulty in finding and repairing the cause of failure in the event of an error in the sensor or the measuring instrument.

본 발명은 위와 같은 종래기술의 문제점을 해결하기 위해 개발된 것으로써, The present invention was developed to solve the above problems of the prior art,

탐지소자를 구성하는 pMOSFET와 전환전자 생성용 가돌리늄층을 갖는 pMOSFET를 반도체 제조공정으로 일체로 구성함으로써 회로구성을 단순화하고, 전력 소모를 줄일 수 있을 뿐만 아니라 크기를 줄인 pMOSFET과 가돌리늄(Gd)을 증착한 pMOSFET을 결합한 감마선/열중성자 동시 탐지소자 제조 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다. By integrating the pMOSFET constituting the detection device and the pMOSFET having the gadolinium layer for converting electron generation into a semiconductor manufacturing process, the circuit configuration can be simplified, the power consumption can be reduced, and the pMOSFET and gadolinium (Gd) with reduced size are deposited. An object of the present invention is to provide a method for fabricating a gamma ray / thermal neutron detection device combining one pMOSFET.

이러한 본 발명에 따른 pMOSFET과 가돌리늄(Gd)을 증착한 pMOSFET을 결합한 감마선/열중성자 탐지소자 제조 방법은 상기와 같이 구성된 탐지소자의 pMOSFET과 Gd증착pMOSFET를 제조하는 방법에 관한 것으로 pMOSFET 제조 과정은 n형기판(Substrate)에 산화막(Oxide layer)을 형성한 후 소스와 드레인 영역을 제외한 영역의 산화막 상부에 포토레지스트(Photo-Resist)(ox)를 코팅 후 리소그래피(Lithography)에 의해 소스와 드레인 영역을 식각(Etching)한 후, p형불순물(p-type Boron)을 주입(Implant)하여 소스와 드레인을 형성하는 단계(S1)와 ; 기판 접촉 영역을 제외한 부분에 포토레지스트(ox)를 코팅하고 리소그래피로 기판 접촉 영역을 식각한 후 n형불순물(n-type Phosphorus)을 주입하여 기판접촉부를 형성하는 단계(S2)와 ; 전극간의 쇼트(short)를 막기 위해 전체적으로 산화막(PMD, Pre-Matal Deposition)을 형성하고 전극부분을 제외한 부분에 포트레지스트(ox)를 코팅한 후 리소그래피에 의해 전극 부분만 식각하는 절연부 형성 단계(S3)와 ; The method of manufacturing a gamma ray / thermal neutron detection device combining the pMOSFET and the pMOSFET deposited with gadolinium (Gd) according to the present invention relates to a method of manufacturing a pMOSFET and a Gd-deposited pMOSFET of the detection device configured as described above. After forming an oxide layer on the substrate, the photo-resist (ox) is coated on the oxide layer except for the source and drain regions, and then the source and drain regions are formed by lithography. After etching, implanting a p-type impurity (p-type boron) to form a source and a drain (S1); Coating a photoresist (ox) on a portion other than the substrate contact region, etching the substrate contact region by lithography, and then injecting an n-type phosphorus to form a substrate contact portion (S2); In order to prevent short between the electrodes, an oxide film (PMD, Pre-Matal Deposition) is formed as a whole, and a photoresist (ox) is coated on a portion except the electrode portion, and then an insulating part forming step of etching only the electrode portion by lithography ( S3) and;

삭제delete

일부가 식각된 산화막이 적층된 기판위에 화학기상증착(CVD, Chemical Vapor Deposition) 방법으로 전극 재료를 증착시키고, 포토레지스트(ox)를 코팅 후 리소그래피에 의해 전극 이외의 부분을 식각(Etching)하는 전극 형성 단계(S4)로 이루어지고, Gd증착pMOSFET센서를 구성하는 Gd증착pMOSFET는 전극이 형성된 위에 가돌리늄을 증착한 후 리소그래피에 의해 게이트(G) 이외의 영역을 식각하는 단계(S5)를 더 수행함을 특징으로 한다.An electrode material is deposited on a substrate on which a portion of an oxide film is etched by a chemical vapor deposition (CVD) method, and the photoresist (ox) is coated, followed by lithography to etch portions other than the electrode. Forming step (S4), the Gd-deposited pMOSFET constituting the Gd-deposited pMOSFET sensor further performs a step (S5) of etching the region other than the gate G by lithography after depositing gadolinium on the electrode is formed. It features.

본 발명은 가돌리늄(Gd)을 증착하여 열중성자 영향으로 발생된 전환전자가 거의 모두 게이트 산화막으로 입사되게 함으로써, 열중성자의 검출 효율을 높일 수 있는 효과가 있다. The present invention has the effect of increasing the detection efficiency of the thermal neutron by depositing gadolinium (Gd) so that almost all of the conversion electrons generated by the thermal neutron effect to the gate oxide film.

또한, 반도체 제조 공정을 통하여 pMOSFET과 Gd증착pMOSFET를 단위셀로 제작할 수 있어 대량생산에 따른 제작 단가의 절감할 수 있는 효과가 있다. In addition, since the pMOSFET and the Gd-deposited pMOSFET can be manufactured as a unit cell through a semiconductor manufacturing process, the manufacturing cost of mass production can be reduced.

또한, 이렇게 단일 셀로 구성함으로써 소형화가 가능하고, 낮은 소비전력으로 구동될 수 있으며, 회로를 단순화함으로써 고장시 수리를 용이하게 할 수 있는 효과가 있다. In addition, such a single cell can be miniaturized, can be driven with low power consumption, and the circuit can be easily repaired in the event of a failure.

이하, 본 발명에 따른 감마선/열중성자 탐지소자를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. Hereinafter, a gamma ray / thermal neutron detection device according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 1은 본 발명에 따른 감마선/열중성자 동시 탐지소자의 구성도이고, 도 2는 본 발명에 따른 감마선/열중성자 동시 탐지소자를 구성하는 pMOSFET 센서의 제조공정도이고, 도 3은 본 발명에 따른 감마선/열중성자 동시 탐지소자를 구성하는 Gd증착pMOSFET 센서의 제조공정도이고, 도 4는 본 발명에 따른 감마선/열중성자 동시 탐지소자를 구성하는 Gd증착pMOSFET 센서의 단면도이고, 도 4는 본 발명에 따른 감마선/열중성자 동시 탐지소자를 구성하는 Gd증착pMOSFET센서와 pMOSFET가 결합된 단위 셀의 단면도이고, 도 6은 pMOSFET과 Gd증착pMOSFET 단위 셀의 전극 배선도이고, 도 7은 pMOSFET과 Gd증착pMOSFET 단위 셀의 등가회로도이다.1 is a configuration diagram of a gamma ray / thermal neutron simultaneous detection device according to the present invention, FIG. 2 is a manufacturing process diagram of a pMOSFET sensor constituting a gamma ray / thermal neutron simultaneous detection device according to the present invention, and FIG. 4 is a manufacturing process diagram of a Gd deposited pMOSFET sensor constituting a gamma ray / thermal neutron detection device, FIG. 4 is a cross-sectional view of a Gd deposited pMOSFET sensor constituting a gamma ray / thermal neutron detection device according to the present invention, and FIG. Fig. 6 is a cross-sectional view of a unit cell in which a Gd-deposited pMOSFET sensor and a pMOSFET are combined to form a gamma-ray / thermal neutron detection device according to the present invention. FIG. 6 is an electrode wiring diagram of a pMOSFET and a Gd-deposited pMOSFET unit cell, and FIG. 7 is a pMOSFET and Gd-deposited pMOSFET unit. Equivalent circuit diagram of a cell.

도시한 바와 같이 본 발명에 따른 감마선/열중성자 탐지소자는 산화층인 pMOSFET칩을 갖는 pMOSFET센서(1)와 ; 산화층인 pMOSFET칩을 갖으며, pMOSFET칩 표면에 핵반응막인 가돌리늄(Gd)막(20)이 증착된 Gd증착pMOSFET센서(2)와 ; 상기 Gd증착pMOSFET센서(2)와 pMOSFET센서(1)의 감마선량을 감산하는 감산기(Subtracter)(3)와 ; 상기 pMOSFET센서(1)로부터 검출된 감마선 선량만을 표시하는 감마선선량표시계(4) 및 ; 상기 감산기(3)로부터 출력되는 열중성자에 의한 방사선량만을 표시하는 열중성자선량표시계(5)로 구성된다. As shown, the gamma ray / thermal neutron detection element includes a pMOSFET sensor 1 having a pMOSFET chip as an oxide layer; A Gd-deposited pMOSFET sensor 2 having a pMOSFET chip as an oxide layer and having a gadolinium (Gd) film 20 as a nuclear reaction film deposited on the surface of the pMOSFET chip; A subtracter 3 for subtracting the gamma dose of the Gd-deposited pMOSFET sensor 2 and the pMOSFET sensor 1; A gamma dose indicator (4) for displaying only the gamma dose dose detected from the pMOSFET sensor (1); It consists of a thermal neutron dose indicator 5 which displays only the radiation dose by the thermal neutron output from the subtractor 3.

상기 pMOSFET센서(1)는 감마선량만을 검출하는 수단으로 감마선에 피폭될 경우 pMOSFET센서(1)의 산화층(Oxide Layer)인 pMOSFET칩에서 발생되는 이온화 현상에 의해 정공과 전자가 분리되고, 분리된 정공의 축적에 의해 pMOSFET의 문턱전압(Threshold Voltage, VT)의 천이현상이 발생되며, 이 문턱전압의 변화량(ΔVT)을 측정함으로써 감마선 피폭량을 측정할 수 있다.The pMOSFET sensor 1 is a means for detecting only gamma dose, and when exposed to gamma rays, holes and electrons are separated and separated by an ionization phenomenon generated in a pMOSFET chip, which is an oxide layer of the pMOSFET sensor 1. As a result, a transition phenomenon of the threshold voltage (VT) of the pMOSFET is generated, and the gamma-ray exposure amount can be measured by measuring the change amount (ΔVT) of the threshold voltage.

상기 Gd증착pMOSFET센서(2)는 감마선과 열중성자를 모두 검출하는 수단으로써, pMOSFET칩의 상부에 증착된 핵변환물질인 가돌리늄(Gadolinium)(20)에서 핵반응으로 인한 전환전자(Conversion Electron)를 생성시킨다. The Gd-deposited pMOSFET sensor 2 is a means for detecting both gamma rays and thermal neutrons. The Gd-deposited pMOSFET sensor 2 generates conversion electrons due to the nuclear reaction in the gadolinium 20, which is a nuclear conversion material deposited on the pMOSFET chip. Let's do it.

이렇게 발생된 전환전자는 pMOSFET 게이트와 기판(Substrate) 사이에 놓인 산화층(22)에서 이온화 현상을 발생시키고, 이 이온화 현상이 pMOSFET의 문턱전압(Threshold Voltage)을 변화시키며, 이 변화량은 입사 열중성자의 선량(Dose)과 비례하게 되어, 결국 열중성자 선량의 측정은 pMOSFET의 문턱전압의 변화량 측정으로 감지가 가능하다.The generated switching electrons generate an ionization phenomenon in the oxide layer 22 between the pMOSFET gate and the substrate, and this ionization phenomenon changes the threshold voltage of the pMOSFET, and the amount of change is determined by the incident thermal neutron. In proportion to the dose, the measurement of the thermal neutron dose can be detected by measuring the variation of the threshold voltage of the pMOSFET.

이러한 가돌리늄막(20)을 아래에서 설명하는 바와 같이, 반도체 공정을 이용해 증착하는 것은 발생된 전자의 대부분이 바로 아래에 놓인 pMOSFET의 게이트로 흡수되도록 하는데 유리하고, 가돌리늄막(20)에 의한 다른 전극과의 전기적 쇼트(short)를 막을 수 있게 하기 위해서이다.As described below, the deposition of this gadolinium film 20 using a semiconductor process is advantageous to allow most of the generated electrons to be absorbed into the gate of the pMOSFET beneath it, and the other electrode by the gadolinium film 20. This is to prevent electrical shorts with the.

또한 핵반응물질로 가돌리늄을 사용하는 이유는 보론 동위원소(10B), 리튬 동위원소(6Li) 등의 핵반응물질들도 가돌리늄과 같이 이차 입자(알파, 감마)를 발생시키게 되고, 이 입자들을 pMOSFET으로 측정할 수 있지만, 가돌리늄에 비해 중성자에 대한 감도가 약해서 pMOSFET에서의 전기적 변화량이 약하기 때문이다. In addition, the reason for using gadolinium as a nuclear reactant is that nuclear reactants such as boron isotope (10B) and lithium isotope (6Li) also generate secondary particles (alpha, gamma) like gadolinium, and these particles are measured by pMOSFET. This is because the sensitivity to neutrons is weaker than that of gadolinium and the amount of electrical change in the pMOSFET is weak.

따라서, 상기 가돌리늄막(20)은 반도체 제조 공정인 리소그래피(lithography)에 의해 증착된다. Thus, the gadolinium film 20 is deposited by lithography, which is a semiconductor manufacturing process.

또한, 상기 pMOSFET센서(1)와 Gd증착pMOSFET센서(2)는 단일 셀(cell)로 구성하는 것이 바람직하다. In addition, the pMOSFET sensor 1 and the Gd-deposited pMOSFET sensor 2 are preferably configured as a single cell.

이렇게 pMOSFET센서(1)와 Gd증착pMOSFET센서(2)를 단일 셀(cell)로 구성함으로써, 각각 제작된 것을 결합하는 번거로움을 줄일 수 있다. Thus, by configuring the pMOSFET sensor 1 and the Gd-deposited pMOSFET sensor 2 as a single cell, it is possible to reduce the inconvenience of combining the manufactured ones.

상기와 같이 구성된 감마선/열중성자 탐지소자를 구성하는 상기 감산기(3)와, 감마선선량표시계(4)와, 열중성자선량표시계(5)는 본 출원인에 의해 출원되고 등록된 상기의 특허 제0423536호에 구성된 것들과 대향되는 것으로 이에 대한 상세한 설명은 생략한다. The subtractor 3, the gamma dose indicator 4, and the thermal neutron dose indicator 5 constituting the gamma ray / thermal neutron detection device configured as described above are patented and registered by the present applicant. As opposed to those configured in the detailed description thereof will be omitted.

상기와 같이 구성된 pMOSFET과 가돌리늄(Gd)을 증착한 pMOSFET을 결합한 감마선/열중성자 탐지소자를 제조하는 방법은 아래와 같다. A method of manufacturing a gamma ray / thermal neutron detection device combining a pMOSFET configured as described above and a pMOSFET deposited with gadolinium (Gd) is as follows.

본 발명의 요지는 감마선/열중성자 탐지소자를 구성하는 전체 구성요소에 관한 것이 아니라 pMOSFET센서(1)와 Gd증착pMOSFET센서(2)를 제조하는 방법에 있는 것으로 상기 감산기(3)와, 감마선선량표시계(4)와, 열중성자선량표시계(5)에 대한 설명은 생략한다. The gist of the present invention is not related to the entire components constituting the gamma ray / thermal neutron detection element, but to a method of manufacturing the pMOSFET sensor 1 and the Gd-deposited pMOSFET sensor 2, and the subtractor 3 and gamma dose. Description of the display system 4 and the thermal neutron dose display system 5 is omitted.

즉, 본 발명의 요지는 감마선/열중성자 탐지소자를 구성하는 pMOSFET센서(1)와 Gd증착pMOSFET센서(2)를 제조하는 방법에 관한 것이다. That is, the gist of the present invention relates to a method of manufacturing the pMOSFET sensor 1 and the Gd-deposited pMOSFET sensor 2 constituting the gamma ray / thermal neutron detection element.

상기한 pMOSFET센서(1)와 Gd증착pMOSFET센서(2)는 전체적으로 동일한 구성을 갖으며, 감마선/열중성자 탐지소자를 구성하는 전체 구성요소를 제조하는 방법에 관한 것이 아니라 pMOSFET센서(1)와 Gd증착pMOSFET센서(2)를 제조하는 방법에 관한 것이라 할 수 있다. The pMOSFET sensor 1 and the Gd-deposited pMOSFET sensor 2 have the same configuration as a whole, and are not related to the method of manufacturing the entire component constituting the gamma ray / thermal neutron detection element, but the pMOSFET sensor 1 and the Gd. It can be said that the method for manufacturing the deposited pMOSFET sensor (2).

이러한 본 발명의 감마선/열중성자 탐지소자 제조 방법은 pMOSFET센서(1)와 Gd증착pMOSFET센서(2)를 포함하여 구성된 감마선/열중성자 탐지소자 제조 방법에 있어서, pMOSFET 제조 과정은 n형기판(Substrate)(11, 21)에 산화막(Oxide layer)(12, 22)을 형성한 후 소스와 드레인 영역을 제외한 영역의 산화막(12, 22) 상부에 포토레지스트(Photo-Resist)(ox)를 코팅 후 리소그래피(Lithography)에 의해 소스와 드레인 영역을 식각(Etching)한 후, p형불순물(p-type Boron)을 주입(Implant)하여 소스(13a, 23a)와 드레인(13b, 23b)을 형성하는 단계(S1)와 ; 기판 접촉 영역을 제외한 부분에 포토레지스트(ox)를 코팅하고 리소그래피로 기판 접촉 영역을 식각한 후 n형불순물(n-type Phosphorus)을 주입하여 몸체 접촉부(13c, 23c)를 형성하는 단계(S2)와 ; 전극간의 쇼트(short)를 막기 위해 전체적으로 산화 막(PMD, Pre-Matal Deposition)(24)을 형성하고 전극부분을 제외한 부분에 포트레지스트(ox)를 코팅한 후 리소그래피에 의해 전극 부분만 식각하는 절연부 형성 단계(S3)와 ; 일부가 식각된 산화막(24)이 적층된 기판위에 화학기상증착(CVD, Chemical Vapor Deposition) 방법으로 전극 재료를 증착시키고, 포토레지스트(ox)를 코팅 후 리소그래피에 의해 전극(15, 25) 이외의 부분을 식각(Etching)하는 전극 형성 단계(S4)로 이루어진다. Such a method of manufacturing a gamma ray / thermal neutron detection device of the present invention includes a pMOSFET sensor 1 and a Gd-deposited pMOSFET sensor 2, and the method of manufacturing a gamma ray / thermal neutron detection device includes a n-type substrate (Substrate). Oxide layers 12 and 22 are formed on the layers 11 and 21, and then a photo-resist layer is coated on the oxide layers 12 and 22 except for the source and drain regions. After etching the source and drain regions by lithography, p-type boron is implanted to form the sources 13a and 23a and the drains 13b and 23b. (S1) and; Coating the photoresist (ox) on portions other than the substrate contact region, etching the substrate contact region by lithography, and then injecting n-type phosphorus to form body contacts 13c and 23c (S2). Wow ; In order to prevent short between electrodes, an oxide film (PMD, Pre-Matal Deposition) 24 is formed as a whole, and a photoresist (ox) is coated on a portion except the electrode, followed by lithography to etch only the electrode. Part forming step (S3); The electrode material is deposited on the substrate on which the etched oxide film 24 is laminated by chemical vapor deposition (CVD), and the photoresist (ox) is coated and then lithography is applied to other than the electrodes 15 and 25. An electrode forming step S4 of etching the portion is performed.

위와 같은 과정에 의해 이루어지는 pMOSFET 제조 과정은 통상의 반도체 제조 공정과 동일 유사하다 할 것이다. The pMOSFET fabrication process by the above process will be similar to the conventional semiconductor fabrication process.

다만, 본 발명은 이러한 과정에 의해 이루어지는 pMOSFET 제조 과정에 가돌리늄(Gd) 증착과정을 더하여 Gd증착pMOSFET센서(2)를 제조하는 방법에 특징이 있는 것으로 Gd증착pMOSFET는 전극(25)이 형성된 위에 가돌리늄을 증착한 후 리소그래피에 의해 게이트(G) 이외의 영역을 식각하는 단계(S5)을 더 수행함에 의해 이루어진다. However, the present invention is characterized by a method of manufacturing a Gd-deposited pMOSFET sensor 2 by adding a gadolinium (Gd) deposition process to a pMOSFET fabrication process made by such a process. The Gd-deposited pMOSFET has a gadolinium on the electrode 25 formed thereon. After the deposition, the step (S5) of etching a region other than the gate G by lithography is performed.

이러한 과정에서 상기 전극 형성 단계(S4)는 실리콘(Silicon)과의 오믹접촉(Ohmic Contact)이 잘되도록 티타늄(Ti)(25a)을 먼저 증착하고, 티타늄(Ti)의 녹을 방지하기 위해 티타늄의 위에 티타늄 나이트라이드(TiN)를 증착한 후 알루미늄(Al)을 증착하고, 전극 이외의 부분에 포토레지스트(ox)를 코팅한 후 리소그래피로 전극 부분만 남기는 과정에 의해 이루어진다. In this process, the electrode forming step (S4) first deposits titanium (Ti) 25a so that ohmic contact with silicon may be well, and then, on the top of titanium to prevent rust of the titanium (Ti). After depositing titanium nitride (TiN), aluminum (Al) is deposited, and a photoresist (ox) is coated on a portion other than the electrode, followed by lithography, which leaves only the electrode portion.

상기한 바와 같이 본 발명을 구성하는 pMOSFET센서(1)와 Gd증착pMOSFET센서(2)는 도 6에 도시한 바와 같이 단위 셀로 구성되고, 이렇게 단위 셀로 구성된 두 센서(1, 2)는 전체적으로 위의 과정에 의해 만들어지고, 마지막 단계(S5)에서 Gd증착pMOSFET에만 가돌리늄(20)을 증착한다. As described above, the pMOSFET sensor 1 and the Gd-deposited pMOSFET sensor 2 constituting the present invention are configured as unit cells as shown in FIG. The gadolinium 20 is deposited only on the Gd-deposited pMOSFET in the final step S5.

도 7은 도 5에 도시한 pMOSFET과 Gd증착pMOSFET단위 셀의 등가회로도이다.FIG. 7 is an equivalent circuit diagram of a pMOSFET and a Gd-deposited pMOSFET unit cell shown in FIG. 5.

게이트(G)와 드레인(D)을 함께 접지(GND, Ground)에 연결하고, 소스(S)와 기판를 함께 연결하여 정전류(ISD)를 인가하면 출력 단에서 문턱전압을 측정하게 된다.When the gate (G) and the drain (D) are connected together to ground (GND, Ground), and the source (S) and the substrate are connected together to apply a constant current (I SD ), the threshold voltage is measured at the output terminal.

따라서 열중성자와 감마선에 모두 영향을 받는 Gd증착pMOSFET의 출력 단(Vth1)에서는 열중성자와 감마선으로 인한 문턱 전압의 변화 값을 측정하게 되고, 감마선의 영향만 받는 pMOSFET의 출력 단(Vth2)에서는 감마선으로 인한 문턱 전압의 변화 값을 측정하게 된다.Therefore, at the output terminal (Vth1) of the Gd-deposited pMOSFET which is affected by both the thermal neutron and the gamma ray, the change of the threshold voltage due to the thermal neutron and the gamma ray is measured, and the gamma ray at the output terminal (Vth2) of the pMOSFET only affected by the gamma ray The change of the threshold voltage due to the measurement is made.

결국 이 두 값들은 감산기(3)에서 Vth1 - Vth2를 계산하여 열중성자선량에 대한 값을 찾게 되고, 감마선과 열중성자가 공존하는 환경에서 그 두 선량 모두 측정 가능하게 된다.Eventually, these two values are calculated for the thermal neutron dose by calculating Vth1-Vth2 in the subtractor (3), and both doses can be measured in the environment where gamma rays and thermal neutrons coexist.

도 1은 본 발명에 따른 감마선/열중성자 동시 탐지소자의 구성도, 1 is a block diagram of a gamma-ray / thermal neutron detection device according to the present invention,

도 2는 본 발명에 따른 감마선/열중성자 동시 탐지소자를 구성하는 pMOSFET 센서의 제조공정도, 2 is a manufacturing process diagram of a pMOSFET sensor constituting a gamma ray / thermal neutron simultaneous detection device according to the present invention;

도 3은 본 발명에 따른 감마선/열중성자 동시 탐지소자를 구성하는 Gd증착pMOSFET 센서의 제조공정도,3 is a manufacturing process diagram of a Gd-deposited pMOSFET sensor constituting a gamma ray / thermal neutron simultaneous detection device according to the present invention;

도 4는 본 발명에 따른 감마선/열중성자 동시 탐지소자를 구성하는 Gd증착pMOSFET 센서의 단면도, 4 is a cross-sectional view of a Gd deposited pMOSFET sensor constituting a gamma ray / thermal neutron simultaneous detection device according to the present invention;

도 5는 본 발명에 따른 감마선/열중성자 동시 탐지소자를 구성하는 Gd증착pMOSFET센서와 pMOSFET가 결합된 단위 셀의 단면도, FIG. 5 is a cross-sectional view of a unit cell in which a Gd-deposited pMOSFET sensor and a pMOSFET are combined to form a gamma ray / thermal neutron detection device according to the present invention;

도 6은 pMOSFET과 Gd증착pMOSFET 단위 셀의 전극 배선도, 6 is an electrode wiring diagram of a pMOSFET and a Gd-deposited pMOSFET unit cell;

도 7은 pMOSFET과 Gd증착pMOSFET 단위 셀의 등가회로도.7 is an equivalent circuit diagram of a pMOSFET and a Gd deposited pMOSFET unit cell.

<도면의 주요 부분에 대한 부호 설명>Description of the Related Art [0002]

1 : pMOSFET1: pMOSFET

11 : n형기판 12 : 산화막  11 n-type substrate 12 oxide film

13 : p형불순물 13' : n불순물  13: p-type impurity 13 ': n impurity

14 : 산화막 15 : 전극 15a : 오믹접촉층  14 oxide film 15 electrode 15a ohmic contact layer

2 : Gd증착pMOSFET2: Gd deposition pMOSFET

20 : 가돌리늄막 21 : n형기판 22 : 산화막  20 gadolinium film 21 n-type substrate 22 oxide film

23 : p형불순물 23' : n불순물  23: p-type impurity 23 ': n impurity

24 : 산화막 25 : 전극 25a : 오믹접촉층  24 oxide film 25 electrode 25a ohmic contact layer

3 : 감산기3: subtractor

4 : 감마선선량표시계4 gamma dose indicator

5 : 열중성자선량표시계5: thermal neutron dosimeter

Claims (5)

삭제delete 삭제delete 삭제delete pMOSFET센서(1)와 Gd증착pMOSFET센서(2)를 포함하여 구성된 감마선/열중성자 탐지소자 제조 방법에 있어서, A method of manufacturing a gamma ray / thermal neutron detection device comprising a pMOSFET sensor 1 and a Gd-deposited pMOSFET sensor 2, pMOSFET 제조 과정은 pMOSFET manufacturing process n형기판(Substrate)(11, 21)에 산화막(Oxide layer)(12, 22)을 형성한 후 소스와 드레인 영역을 제외한 영역의 산화막(12, 22) 상부에 포토레지스트(Photo-Resist)(ox)를 코팅 후 리소그래피(Lithography)에 의해 소스와 드레인 영역을 식각(Etching)한 후, p형불순물(p-type Boron)을 주입(Implant)하여 소스(13a, 23a)와 드레인(13b, 23b)을 형성하는 단계(S1)와 ; Oxide layers 12 and 22 are formed on the n-type substrates 11 and 21, and then photo-resist is formed on the oxide films 12 and 22 except for the source and drain regions. After coating ox, the source and drain regions are etched by lithography, and then p-type boron is implanted to source (13a, 23a) and drain (13b, 23b). Forming a step (S1); 기판 접촉 영역을 제외한 부분에 포토레지스트(ox)를 코팅하고 리소그래피로 기판 접촉 영역을 식각한 후 n형불순물(n-type Phosphorus)을 주입하여 몸체 접촉부(13c, 23c)를 형성하는 단계(S2)와 ; Coating the photoresist (ox) on portions other than the substrate contact region, etching the substrate contact region by lithography, and then injecting n-type phosphorus to form body contacts 13c and 23c (S2). Wow ; 전극간의 쇼트(short)를 막기 위해 전체적으로 산화막(PMD, Pre-Matal Deposition)(24)을 형성하고 전극부분을 제외한 부분에 포트레지스트(ox)를 코팅한 후 리소그래피에 의해 전극 부분만 식각하는 절연부 형성 단계(S3)와 ; To prevent short between the electrodes, an overall insulating layer 24 is formed to form an oxide film (PMD, Pre-Matal Deposition) 24, and a photoresist is coated on a portion except the electrode, followed by lithography to etch only the electrode. Forming step S3; 일부가 식각된 산화막(24)이 적층된 기판위에 화학기상증착(CVD, Chemical Vapor Deposition) 방법으로 전극 재료를 증착시키고, 포토레지스트(ox)를 코팅 후 리소그래피에 의해 전극(15, 25) 이외의 부분을 식각(Etching)하는 전극 형성 단계(S4)로 이루어지고, The electrode material is deposited on the substrate on which the etched oxide film 24 is laminated by chemical vapor deposition (CVD), and the photoresist (ox) is coated and then lithography is applied to other than the electrodes 15 and 25. The electrode forming step (S4) of etching the portion (Etching), Gd증착pMOSFET센서(2)를 구성하는 Gd증착pMOSFET는 전극(25)이 형성된 위에 가돌리늄을 증착한 후 리소그래피에 의해 게이트(G) 이외의 영역을 식각하는 단계(S5)을 더 수행함을 특징으로 하는 pMOSFET과 가돌리늄(Gd)을 증착한 pMOSFET을 결합한 감마선/열중성자 탐지소자 제조 방법.The Gd-deposited pMOSFET constituting the Gd-deposited pMOSFET sensor 2 is further characterized by further performing step S5 of etching gadolinium on the electrode 25 formed thereon and then etching the region other than the gate G by lithography. Method for manufacturing gamma-ray / thermal neutron detection device combining pMOSFET and pMOSFET deposited with gadolinium (Gd). 제 4 항에 있어서, The method of claim 4, wherein 상기 전극 형성 단계(S4)는 실리콘(Silicon)과의 오믹접촉(Ohmic Contact)이 잘되도록 티타늄(Ti)을 먼저 증착하고, 티타늄(Ti)의 녹을 방지하기 위해 티타늄의 위에 티타늄 나이트라이드(TiN)를 증착한 후 알루미늄(Al)을 증착하고, 전극 이외의 부분에 포토레지스트(ox)를 코팅한 후 리소그래피로 전극 부분만 남기는 과정에 의해 이루어짐을 특징으로 하는 pMOSFET과 가돌리늄(Gd)을 증착한 pMOSFET을 결합한 감마선/열중성자 탐지소자 제조 방법.The electrode forming step (S4) is first deposited titanium (Ti) so that ohmic contact with silicon (Siil) is well, and titanium nitride (TiN) on the titanium to prevent the rust of titanium (Ti) PMOSFET and gadolinium (Gd) are deposited by depositing aluminum (Al), coating a photoresist (ox) on a portion other than the electrode, and then leaving only the electrode portion by lithography. Method of manufacturing a gamma ray / thermo neutron detection device combined with.
KR1020090066051A 2009-07-20 2009-07-20 Manufacturing Method for Real Time Gamma-ray/Thermal Neutron Detector Coupled pMOSFET and pMOSFET Deposited Gadolinium KR101090083B1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020090066051A KR101090083B1 (en) 2009-07-20 2009-07-20 Manufacturing Method for Real Time Gamma-ray/Thermal Neutron Detector Coupled pMOSFET and pMOSFET Deposited Gadolinium

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020090066051A KR101090083B1 (en) 2009-07-20 2009-07-20 Manufacturing Method for Real Time Gamma-ray/Thermal Neutron Detector Coupled pMOSFET and pMOSFET Deposited Gadolinium

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20110008628A KR20110008628A (en) 2011-01-27
KR101090083B1 true KR101090083B1 (en) 2011-12-07

Family

ID=43614604

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020090066051A KR101090083B1 (en) 2009-07-20 2009-07-20 Manufacturing Method for Real Time Gamma-ray/Thermal Neutron Detector Coupled pMOSFET and pMOSFET Deposited Gadolinium

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR101090083B1 (en)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101702977B1 (en) * 2013-11-06 2017-02-22 주식회사 엔바이로코리아 a portable radioactive ray detector and the radioactive ray detecting system using thereof

Also Published As

Publication number Publication date
KR20110008628A (en) 2011-01-27

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Bradley et al. Solid state microdosimetry
Holmes-Siedle et al. RADFET: A review of the use of metal-oxide-silicon devices as integrating dosimeters
US20100096674A1 (en) Methods and systems of thick semiconductor drift detector fabrication
US7271389B2 (en) Neutron detection device and method of manufacture
US9804273B2 (en) Combined n-type and p-type MOS-based radiation sensors for environmental compensations
US9547089B2 (en) Ionizing radiation sensor
Rachevski et al. Large-area linear Silicon Drift Detector design for X-ray experiments
Ratti et al. Dark count rate degradation in cmos spads exposed to x-rays and neutrons
Heinonen et al. Results on radiation hardness of black silicon induced junction photodetectors from proton and electron radiation
KR101090083B1 (en) Manufacturing Method for Real Time Gamma-ray/Thermal Neutron Detector Coupled pMOSFET and pMOSFET Deposited Gadolinium
Buerkle et al. Ionizing radiation detector for environmental awareness in FPGA-based flight computers
CN102735350A (en) Silicon photo-multiplier structure, production and usage
WO2010045655A1 (en) Thick semiconductor drift detector fabrication
Mathur Ion storage dosimetry
US10797195B2 (en) Ionizing radiation sensor based on float-zone silicon with p-type conductivity
RU2551257C1 (en) Ionising radiation matrix sensor
KR20020073241A (en) Semiconductor device and method for the fabrication
Shaneyfelt et al. An embeddable SOI radiation sensor
Lim et al. Cylindrical silicon-on-insulator microdosimeter: Design, fabrication and TCAD modeling
CN112054087B (en) Graphene semiconductor radiation detection device and preparation method thereof
Mousoulis et al. Characterization of fading of a MOS-based sensor for occupational radiation dosimetry
Dannheim et al. Design and tests of the silicon sensors for the ZEUS micro vertex detector
Zucca et al. Characterization of bulk damage in CMOS MAPS with deep N-well collecting electrode
Gottwald et al. Advanced silicon radiation detectors in the vacuum ultraviolet (VUV) and the extreme ultraviolet (EUV) spectral range
YP et al. Novel methods to reduce leakage current in Si PIN photodiodes designed and fabricated with different dielectrics

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20141008

Year of fee payment: 4

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20160928

Year of fee payment: 6

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20181002

Year of fee payment: 8