JP4346348B2 - Semiconductor radiation detector - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、pn接合部又はショットキー接合部からなる放射線有感部を有する半導体放射線検出器に関する。
【0002】
【従来の技術】
図7は従来の半導体放射線検出器を示す断面図である。従来の半導体検出器は、例えばn型シリコン基板21の表面にp型の拡散層22が形成されており、このp型拡散層22の上の部分を除いた基板表面上にシリコン酸化膜24が形成されている。そして、このシリコン酸化膜24及びシリコン基板21上に、上部アルミニウム電極23が形成されており、従って、上部アルミニウム電極23は拡散層22とオーミック接触している。この場合、上部アルミニウム電極23が拡散層22に接続する部分が放射線の有感領域に相当する。この有感領域以外のシリコン基板21上の部分はシリコン酸化膜24で覆われており、上部アルミニウム電極23は有感領域(拡散層22)以外の部分ではシリコン酸化膜24によりシリコン基板21から絶縁されている。そして、拡散層22の外周にはシリコン基板21よりも高濃度のn型の拡散層がチャネルストッパー25として形成されている。また、シリコン基板21の下面には、アルミニウム電極27が形成されている。
【0003】
このように構成された半導体放射線検出器においては、アルミニウム電極23とアルミニウム電極27との間に、アルミニウム電極23が負となる電圧を印加すると、アルミニウム電極27に接続されたn型のシリコン基板21と、アルミニウム電極23にオーミック接続されたp型の拡散層22との間に逆バイアスが印加され、p型拡散層22の下に空乏層26が広がる。そして、空乏層26に放射線が入射すると、放射線は空乏層26内で電子・正孔対のキャリア(電荷)を発生させ、発生した電子・正孔対は空乏層26の電界により分離され、アルミニウム電極23,27に電流が流れて検出される。
【0004】
なお、以上の説明はシリコン基板21がn型の場合であるが、p型の場合であっても、拡散層22及びチャネルストッパー25(n型拡散層)の極性と、印加電圧の極性を変えることにより、同様の機能を有する半導体放射線検出器を得ることができる。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
上述のような半導体放射線検出器において、放射線の入射に伴って発生する電子・正孔対の数は入射する放射線のエネルギーで決まるため、より高感度な検出器を実現するためには、一般的には、空乏層の広がり幅又は電界を制御して発生した電子・正孔対を効率的に分離することと、再結合及び欠陥へのトラップを低減して電子・正孔対の消滅を防止することが必要である。しかしながら、これらの対策には限界があり、従来、既にこの限界に近い対策がとられている。
【0006】
一方で、検出信号を増大させる方法として、発生した電子及び正孔を高電界で加速し、その結果、十分高いエネルギーを得た電子・正孔がSi原子に衝突することにより、新たな電子・正孔対を発生させることも考案されているが、信号レベルの安定性及び長期的な信頼性の観点では望ましくない。
【0007】
本発明はかかる問題点に鑑みてなされたものであって、デバイス構造を複雑にすることなく、また、コストを上昇させることなく、検出感度を高めることができる半導体放射線検出器を提供することを目的とする。
【0008】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る半導体放射線検出器は、第1導電型半導体基板と、この半導体基板の表面に形成され素子形成領域を区画する素子分離領域と、前記素子形成領域内に形成されたpn接合部又はショットキー接合部からなる放射線有感領域と、この有感領域に接触した信号検出用の電極と、前記信号検出用の電極と電気的に接続された配線電極と、この配線電極と前記半導体基板との間に設けられた絶縁膜と、を有し、前記素子分離領域は、前記半導体基板と同一の第1導電型で前記半導体基板よりも高濃度の拡散層であるチャネルストッパーであり、前記半導体基板の表面における前記素子分離領域よりも前記有感領域の反対側の領域にて、前記配線電極、前記絶縁膜及び前記半導体基板からMOS構造が形成されており、放射線の入射により前記有感領域に空乏層が形成されたときに前記MOS構造においても空乏層が形成されることを特徴とする。
【0010】
本発明に係る他の半導体放射線検出器は、第1導電型半導体基板と、この半導体基板の表面に形成され素子形成領域を区画する素子分離領域と、前記素子形成領域内に形成されたpn接合部又はショットキー接合部からなる放射線有感領域と、この有感領域に接触した信号検出用の電極と、前記信号検出用の電極と電気的に接続された配線電極と、この配線電極と前記半導体基板との間に設けられた絶縁膜と、を有し、前記素子分離領域は、前記半導体基板とは絶縁膜を介して絶縁され、前記半導体基板と同一電位を印加されたフィールドプレートであり、前記半導体基板の表面における前記素子分離領域よりも前記有感領域の反対側の領域にて、前記配線電極、前記絶縁膜及び前記半導体基板からMOS構造が形成されており、放射線の入射により前記有感領域に空乏層が形成されたときに前記MOS構造においても空乏層が形成されることを特徴とする。
【0011】
なお、素子形成領域が素子分離領域により区画されているということは、素子形成領域が素子分離領域に囲まれていることを意味しない。即ち、前記素子分離領域は前記有感領域を必ずしも取り囲む必要は無く、空乏層が延びない等、素子分離が必要でない方向については素子分離領域を設けなくてもよい。しかし、前記MOS構造と有感領域との間には素子分離領域を設けることが必要である。
【0012】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について、添付の図面を参照して具体的に説明する。図1は本発明の実施形態に係る半導体放射線検出器を示す断面図である。n型シリコン基板1の表面にp型の拡散層2が設けられており、このp型拡散層2の上部を除くシリコン基板1の表面上に、シリコン酸化膜4が形成されている。そして、このシリコン酸化膜4及びシリコン基板1上に、上部アルミニウム電極3が形成されており、この上部アルミニウム電極3は拡散層2上にシリコン酸化膜4が形成されていないので、拡散層2に対し、オーミック接触している。この場合に、上部アルミニウム電極3が拡散層2にオーミック接触している部分が放射線の有感領域に相当する。よって、この有感領域以外のシリコン基板1の上はシリコン酸化膜4で覆われており、この有感領域以外の部分では、上部アルミニウム電極3はシリコン酸化膜4によりシリコン基板1から絶縁されている。
【0013】
また、拡散層2を取り囲むようにして、シリコン基板1よりも高濃度のn型の拡散層がチャネルストッパー5として形成されている。このチャネルストッパー5に囲まれた領域が、チャネルストッパー5により素子分離された素子形成領域である。そして、アルミニウム電極3は、シリコン基板1の表面上におけるチャネルストッパー5の外側、つまり拡散層2の反対側の領域にまで延長して形成されており、シリコン基板1におけるチャネルストッパー5に隣接する領域上にまで形成されている。これにより、このチャネルストッパー5の外側の領域に、上部アルミニウム電極3と、シリコン酸化膜4と、シリコン基板1とからなるMOS構造が形成されている。シリコン基板の下面には、下部アルミニウム電極8が形成されている。
【0014】
次に、上述の如く構成された本実施形態の半導体放射線検出器の動作について説明する。下部アルミニウム電極8に接触したn型のシリコン基板1と、p型の拡散層2との間に逆バイアスを印加すると、拡散層2の下に空乏層6が拡がる。このとき、上部アルミニウム電極3に印加する電圧は、下部アルミニウム電極8を接地してシリコン基板1を接地する(0Vとする)場合には、負の電圧である。そして、放射線が空乏層6に入射すると、この放射線は空乏層6内で電子・正孔対のキャリア(電荷)を発生させ、発生した電子・正孔対は空乏層6の電界により分離され、アルミニウム電極3,8間に電流が流れて検出信号を発生させる。
【0015】
このように、半導体検出器を動作させるために、上記逆バイアス電圧を印加すると、上部アルミニウム電極3と、シリコン酸化膜4と、シリコン基板1とで構成されるMOS構造において、チャネルストッパー5に囲まれた素子形成領域の外側のシリコン基板1の表面にも空乏層7が拡がる。上部アルミニウム電極3の印加電圧が前記MOS構造の閾値電圧を超える場合、つまり、印加電圧の絶対値が閾値電圧の絶対値より大きくなる場合には、空乏層7の表面には反転層が形成され、更に電圧を印加(絶対値を増加)しても、それ以上空乏層7は拡がらない。
【0016】
次に、上述の如く、本発明の半導体放射線検出器により放射線の検出感度を向上させることができるという動作原理について説明する。放射線が半導体の有感領域に入射することにより生成する電子・正孔対が検出信号を発生させるという半導体放射線検出器の基本原理は、従来技術と同様である。しかし、本発明においては、放射線の有感領域を区画する素子分離領域であるチャネルストッパー5に隣接する領域に設けられたMOS構造の作用が付加される。
【0017】
半導体デバイスのシミュレーション技術により、半導体素子の電気的な特性を数値解析する(例えば、「檀良 編著、産業図書株式会社 発行、プロセス・デバイスシミュレーション技術」)。このデバイスシミュレーション法におけるデバイスシミュレータを使用して、本願発明者らが解析した結果について、図2及び図3を使用して説明する。解析に使用したデバイス構造は以下のとおりである。厚さが500μmで、抵抗率が250Ω・cmのn型シリコン基板61の表面上に、厚さが400nmのシリコン酸化膜62が形成されており、このシリコン酸化膜62の上にアルミニウム電極63が形成されている。また、シリコン基板61の下面にはアルミニウム電極64がオーミック接触している。
【0018】
そして、MOS構造の上部アルミニウム電極63に、図3に示すように、電圧71を印加する。このとき、下部アルミニウム電極64はゼロ電位(接地)にする。上部アルミニウム電極63への印加電圧71は、時間ゼロ(0)、1ナノ(1n)秒、2ナノ(2n)秒、3ナノ(3n)秒及びそれ以降を、夫々−50V、−49.9V、−49.9V、−50Vとし、半導体シミュレータを使用して過渡解析を実施した。この過渡解析は、図3の印加電圧71を与えたときに定常状態に戻るのに充分な時間として、10マイクロ秒まで行った。結果として、上部電極63に流れる電流を時間で積分して得られる電荷は、デバイスの平面視において、表面面積の単位面積あたり、約24ピコC/平方センチメートル(ピコは10の−12乗)であり、電流がMOS構造から外部に流出する方向となった。但し、電流の方向は一定ではなく、電流がMOS構造に上部電極から流入する方向から、外部に流出する方向へと変化する。電流を時間積分すると、結果的にMOS構造から上部電極63を通じて外部に流出する電荷が勝っていた。更には、一般的に、半導体放射線検出器の信号検出部は、抵抗と容量(コンデンサ)とが並列に接続された構成とするが、この容量成分はローパスフィルタとして作用するため、信号の高周波成分は減衰し、上部電極からMOS構造に流入する電流成分は、より高周波成分を含むため、この上部電極からMOS構造に流入する電流成分は検出信号への寄与が小さくなり、その結果、上部電極を通してMOS構造から流出する電流成分が、検出信号に寄与し、より有効に作用する。
【0019】
以上の説明は、MOS構造自体の動作を説明したものである。次に、このMOS構造を併設した本発明の半導体放射線検出器の動作について説明する。図1に示す本実施形態の半導体放射線検出器において、n型のシリコン基板1を接地し、上部アルミニウム電極3に例えば−50Vを印加すると、空乏層6が拡がる。その空乏層6にアルファ線等の放射線が入射したとき、電子・正孔対が生成し、空乏層6の電界によって分離され、発生した正孔はp型拡散層2を経て、上部アルミニウム電極3に流出する。一方、発生した電子は基板下面のアルミニウム電極8から流出する。発生した電子が基板下面から流出するため、電流は電子と反対の方向にアルミニウム電極8からアルミニウム電極3に向けて流れる。この電流によって、シリコン基板1の上部は、基板底部(0V)よりも電圧が下がる。つまり、負の電位となる。仮に、上部アルミニウム電極3の電圧が−50Vに固定されていた場合には上部アルミニウム電極3/シリコン酸化膜4/シリコン基板1で構成されるMOS構造で、図2及び図3を参照して説明したように、上部電極3に図3の電圧71を印加したのと同じ方向にパルス状の電圧が印加されることになる。更に、一般的に、上部アルミニウム電極3は抵抗を介して電圧が印加される。抵抗の外部に−50Vという固定の電圧を印加するとき、外部に流出する電流により、上部電極3は−50Vよりも浅い電圧(絶対値が50よりも小さい負の電圧)となり、このことも図3の印加電圧71と同じ方向のパルス電圧の印加に相当する。従って、図1の上部アルミニウム電極3/シリコン酸化膜4/シリコン基板1で構成されるMOS構造には、図2及び図3で説明したのと同様の現象が起きる。パルス電圧の形状(時間、パルス電圧の高さ)は図2及び図3で行ったシミュレーションとは異なることが予想されるが、図1のアルミニウム電極3には、放射線により発生した正孔による信号電流に、MOS構造から同じ方向の変位電流の信号が加わることになり、上部アルミニウム電極から検出される放射線の信号が増強される。
【0020】
上述の如く、本実施形態においては、素子形成領域に空乏層6が形成されると共に、素子形成領域の外側にも空乏層7が形成されるため、放射線の検出電流が増幅され、検出感度を高めることができる。
【0021】
なお、上記第1の実施形態は、シリコン基板1がn型の場合であるが、p型の場合であっても、拡散層2及びチャネルストッパー5(n型拡散層)の極性と、印加電圧の極性を変えることにより、同様の機能を有する半導体放射線検出器を得ることができる。
【0022】
また、上記第1の実施形態においては、上部電極3はアルミニウム配線としたが、これに限らず、拡散層2とオーミックコンタクトがとれる配線材料であればよい。
【0023】
また、上記第1の実施形態は、拡散層2の表面全面を上部アルミニウム電極3により被覆したが、拡散層2と電気的接続がとれる限り、拡散層2の全部でなく一部を覆うように、アルミニウム電極3を形成してもよい。
【0024】
また、上記第1の実施形態は有感部に空乏層を形成する手段として、pn接合を設けたが、これに限らずショットキー接合を設けてもよい。具体的には、n型シリコン基板の場合には、上部電極として金等を使用し、p型シリコン基板の場合には上部電極としてアルミニウム等を使用することによりショットキー接合を形成できる。
【0025】
また、上記第1の実施形態は、空乏層7の上部の配線を、拡散層2にオーミック接触する上部アルミニウム電極3と同時に形成したが、半導体放射線検出器のデバイス構造としては、必ずしもこれらを同時に形成しなくてもよく、別工程で形成した後、両者を電気的に接続してもかまわない。但し、製造コストの観点からは、空乏層7の上部の配線は、拡散層2にオーミック接触する上部アルミニウム電極3と同時に形成する配線を使用した方が好ましい。
【0026】
また、上記第1の実施形態は、絶縁膜4としてシリコン酸化膜を使用しているが、電気的に絶縁性を有する限り、シリコン酸化膜に限定されず、シリコン窒化膜等の他の絶縁膜、又は、複数の絶縁体の積層膜でもかまわない。但し、シリコン基板の表面と接する絶縁膜は、界面での欠陥密度を抑制する必要があるため、熱酸化したシリコン酸化膜であることが好ましい。
【0027】
次に、本発明の第2の実施形態について図4を参照して説明する。本実施形態が図1に示す実施形態と異なる点は、素子分離領域として、図1のチャネルストッパー(拡散層)の代わりに、フィールドプレートを使用した点である。この素子分離領域以外の構成は図1の第1実施形態と同様である。
【0028】
n型シリコン基板31の表面にp型拡散層32が形成されており、このp型拡散層32とアルミニウム電極33とのオーミック接触領域を除くシリコン基板31の表面上には、シリコン酸化膜34が形成されている。このシリコン酸化膜34内には、平面視で拡散層32を取り囲む位置に、素子分離領域としてのフィールドプレート35が形成されている。このフィールドプレート35は通常アルミニウムで形成されるが、配線材料であれば、アルミニウムに限定されず、種々の材料で形成することができる。なお、アルミニウム電極33は拡散層32とのオーミック接触領域から、フィールドプレート35を超えて拡散層32の反対側の領域まで延在している。また、シリコン基板31の下面にもアルミニウム電極38が形成されている。
【0029】
本実施形態においては、フィールドプレート35にシリコン基板31と同一電位の電圧を印加することにより、フィールドプレート35は素子分離の機能を発揮する。そこで、アルミニウム電極34に逆バイアスの電圧を印加することにより、フィールドプレート35により素子分離された素子領域に空乏層36が形成され、放射線がこの空乏層36に入射した場合に、電子・正孔対が発生し、検出電流がアルミニウム電極34に流れる。この場合に、フィールドプレート35に仕切られた素子領域の外側にも、アルミニウム電極33が形成されているので、この領域に構成されるMOS構造においても空乏層37が形成される。
【0030】
上述の如く、フィールドプレート35の外側にアルミニウム電極33が延びて形成されているので、本実施形態においても、前述の作用により、放射線により発生した正孔による信号電流に、MOS構造から同じ方向の変位電流の信号が加わることになり、検出電流の増幅作用が得られ、極めて高い放射線検出精度を得ることができる。
【0031】
フィールドプレート35が素子分子の機能を果たすためには、フィールドプレート35には、通常、シリコン基板31と同一電位の電圧を印加するが、フィールドプレート35の直下のシリコン基板31を反転させない電位であれば、必ずしもシリコン基板31と同一電位にする必要はない。なお、シリコン基板31を反転させる上部アルミニウム電極33の電圧は、シリコン基板31の濃度、絶縁膜(シリコン酸化膜34)の誘電率と膜厚、及び上部アルミニウム電極33の仕事関数の関数として実用上問題ない精度で予測できる。また、導電型の極性、空乏層を形成するための接合の種類、上部電極及び絶縁体の材質などは、上記第1実施形態と同様である。
【0032】
なお、上記実施形態においては、半導体基板として、シリコン基板を使用してが、このシリコン基板に限らず、ダイヤモンド又はSiC等の半導体基板を使用しても良い。
【0033】
次に、図5を参照して、本発明の半導体放射線検出器の各層の平面レイアウトパターンの一例について説明する。図5の例は、円形の領域41がシリコン酸化膜がない開口部であり、有感領域である。この有感領域41以外の領域は、シリコン基板上にシリコン酸化膜が設けられている。有感領域41を取り囲む環状領域42は素子分離領域である。太枠43で囲まれた領域の全面にはアルミニウム電極が設けられている。環状領域42の外側にはこの環状領域42に隣接する環状領域44が設けられており、この環状領域44がMOS構造となっている。なお、図5に示すレイアウトパターンは円形であるが、これに限らず、有感領域41を取り囲む環状の素子分離領域44の外側にこれに隣接するように配置すれば、矩形等の他の形状で構成してもよい。
【0034】
また、図6を参照して、本発明の半導体放射線検出器の各層の平面レイアウトパターンの他の例について説明する。有感領域となる領域51は矩形であり、絶縁膜(シリコン酸化膜)に設けられた開口部である。領域51以外の領域にはシリコン基板上にシリコン酸化膜が設けられている。太枠で囲まれた領域53の全面にはアルミニウム電極が設けられており、このアルミニウム電極が設けられた領域は、有感領域51の1辺から一方向に延出している。そして、この延出領域と有感領域51との間に、素子分離領域52が設けられている。この素子分離領域52の外側に延出する領域54においてMOS構造が設けられている。この図6に示すように、素子分離領域52及びMOS構造は、必ずしも有感領域51を取り囲む必要はない。
【0035】
【実施例】
以下、本発明の範囲に入る実施例の効果について、シミュレーションした結果について説明する。このシミュレーションに使用した半導体放射線検出器の構造は、図1に示したものである。この半導体シミュレーションは下記表1に示す条件で実施した。また、各層の平面レイアウト形状は図5に示す同心円状のものである。
【0036】
【表1】
【0037】
上部アルミニウム電極3を−50Vに保持して、エネルギー1MeVのアルファ線が半導体検出器の中央に垂直方向に入射した状況を、シミュレーションにより解析した。その結果、MOS構造を有する本発明の実施例のデバイス構造では、従来のMOS構造を有しない場合に比較して信号強度である電荷量が20%多いという結果を得た。このシミュレーション例では、有感領域の開口部の面積に対し、MOS構造の領域は36%を占めるが、実際の半導体放射線検出器の面積は、この例よりも大きく、1%程度の面積の増加でも、20%程度の信号増強効果が得られる。
【0038】
【発明の効果】
以上詳述したように、本発明によれば、デバイス構造を複雑にすることなく、また製造コストを上昇させることなく、放射線の検出感度を著しく高感度にすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施形態に係る半導体放射線検出器を示す断面図である。
【図2】本発明の動作原理を説明するためのシミュレーションに関するMOS構造を示す断面図である。
【図3】本発明の動作原理を説明するためのシミュレーションに関する印加電圧を示すグラフ図である。
【図4】本発明の第2の実施形態に係る半導体放射線検出器を示す断面図である。
【図5】本発明の半導体放射線検出器の各層の平面レイアウト形状の一例を示す模式図である。
【図6】本発明の半導体放射線検出器の各層の平面レイアウト形状の他の例を示す模式図である。
【図7】従来の半導体放射線検出器を示す断面図である。
【符号の説明】
1、21、31、61;n型シリコン基板
2、22、32;p型拡散層
3、23、33、63;上部アルミニウム電極
4、24、34、62;シリコン酸化膜
5、25;チャネルストッパー
6、7、26、36、37;空乏層
8、27、38、64;下部アルミニウム電極
35;フィールドプレート
41、51;有感領域
42、52;素子分離領域
43、53;上部アルミニウム電極成膜領域
44、54;MOS構造形成領域
71;シミュレーションで上部電極に印加した電圧[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a semiconductor radiation detector having a radiation sensitive part composed of a pn junction or a Schottky junction.
[0002]
[Prior art]
FIG. 7 is a cross-sectional view showing a conventional semiconductor radiation detector. In the conventional semiconductor detector, for example, a p-
[0003]
In the semiconductor radiation detector configured as described above, when a voltage at which the
[0004]
Although the above description is for the case where the
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
In semiconductor radiation detectors as described above, the number of electron-hole pairs generated with the incidence of radiation is determined by the energy of the incident radiation. In this method, the electron-hole pairs generated by controlling the spread width or electric field of the depletion layer are separated efficiently, and the recombination and trapping of defects are reduced to prevent the electron-hole pairs from disappearing. It is necessary to. However, there are limits to these measures, and measures close to this limit have already been taken.
[0006]
On the other hand, as a method of increasing the detection signal, the generated electrons and holes are accelerated by a high electric field, and as a result, electrons and holes that have obtained sufficiently high energy collide with Si atoms, thereby creating new electrons and holes. Although generation of hole pairs has been devised, it is not desirable in terms of signal level stability and long-term reliability.
[0007]
The present invention has been made in view of such problems, and it is an object of the present invention to provide a semiconductor radiation detector capable of increasing detection sensitivity without complicating the device structure and without increasing the cost. Objective.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
A semiconductor radiation detector according to the present invention includes a first conductivity type semiconductor substrate , an element isolation region that is formed on the surface of the semiconductor substrate and partitions an element formation region , and a pn junction formed in the element formation region or a radiation sensible region consisting Schottky junction, the electrode for signal detection in contact with the sensible area, before SL signal detecting electrode and electrically connected to the wiring electrode, the semiconductor and the wiring electrode An insulating film provided between the substrate and the element isolation region is a channel stopper which is a diffusion layer having the same first conductivity type as the semiconductor substrate and a higher concentration than the semiconductor substrate; on the opposite side area of the isolation region and the sensible area than the surface of the semiconductor substrate, the wiring electrode, the insulating film and the and the semiconductor substrate are MOS structure formed by the incident radiation Also it characterized in that a depletion layer is formed in the MOS structure when a depletion layer formed in Kieu sense region.
[0010]
Another semiconductor radiation detector according to the present invention includes a first conductivity type semiconductor substrate, an element isolation region formed on the surface of the semiconductor substrate and partitioning an element formation region, and a pn junction formed in the element formation region. A radiation sensitive region comprising a portion or a Schottky junction, a signal detection electrode in contact with the sensitive region, a wiring electrode electrically connected to the signal detection electrode, the wiring electrode and the An isolation film provided between the semiconductor substrate, and the element isolation region is a field plate that is insulated from the semiconductor substrate via the insulation film and is applied with the same potential as the semiconductor substrate. A MOS structure is formed from the wiring electrode, the insulating film, and the semiconductor substrate in a region opposite to the sensitive region from the element isolation region on the surface of the semiconductor substrate, Also it characterized in that a depletion layer is formed in the MOS structure when a depletion layer formed in the sensible area by.
[0011]
Note that the fact that the element formation region is partitioned by the element isolation region does not mean that the element formation region is surrounded by the element isolation region. That is, the element isolation region does not necessarily surround the sensitive region, and the element isolation region may not be provided in a direction where element isolation is not required, for example, a depletion layer does not extend. However, it is necessary to provide an element isolation region between the MOS structure and the sensitive region.
[0012]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be specifically described with reference to the accompanying drawings. FIG. 1 is a sectional view showing a semiconductor radiation detector according to an embodiment of the present invention. A p-
[0013]
Further, an n-type diffusion layer having a higher concentration than the silicon substrate 1 is formed as a
[0014]
Next, the operation of the semiconductor radiation detector of the present embodiment configured as described above will be described. When a reverse bias is applied between the n-type silicon substrate 1 in contact with the lower aluminum electrode 8 and the p-
[0015]
As described above, when the reverse bias voltage is applied to operate the semiconductor detector, the MOS structure constituted by the
[0016]
Next, the operation principle that the radiation detection sensitivity can be improved by the semiconductor radiation detector of the present invention as described above will be described. The basic principle of a semiconductor radiation detector in which electron-hole pairs generated when radiation enters a sensitive region of a semiconductor generates a detection signal is the same as in the prior art. However, in the present invention, the effect of the MOS structure provided in the region adjacent to the
[0017]
The electrical characteristics of semiconductor elements are numerically analyzed by semiconductor device simulation technology (for example, “Edited by Dan Ryo, published by Sangyo Tosho Co., Ltd., process / device simulation technology”). The results of analysis by the present inventors using a device simulator in this device simulation method will be described with reference to FIGS. The device structure used for the analysis is as follows. A
[0018]
Then, a
[0019]
The above description explains the operation of the MOS structure itself. Next, the operation of the semiconductor radiation detector of the present invention provided with this MOS structure will be described. In the semiconductor radiation detector of this embodiment shown in FIG. 1, when the n-type silicon substrate 1 is grounded and, for example, −50 V is applied to the
[0020]
As described above, in this embodiment, the depletion layer 6 is formed in the element formation region and the depletion layer 7 is also formed outside the element formation region, so that the radiation detection current is amplified and the detection sensitivity is increased. Can be increased.
[0021]
In the first embodiment, the silicon substrate 1 is n-type, but the polarity of the
[0022]
In the first embodiment, the
[0023]
In the first embodiment, the entire surface of the
[0024]
In the first embodiment, the pn junction is provided as a means for forming the depletion layer in the sensitive part. However, the present invention is not limited to this, and a Schottky junction may be provided. Specifically, a Schottky junction can be formed by using gold or the like as an upper electrode in the case of an n-type silicon substrate and using aluminum or the like as an upper electrode in the case of a p-type silicon substrate.
[0025]
In the first embodiment, the upper wiring of the depletion layer 7 is formed at the same time as the
[0026]
In the first embodiment, a silicon oxide film is used as the insulating
[0027]
Next, a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. This embodiment is different from the embodiment shown in FIG. 1 in that a field plate is used as an element isolation region instead of the channel stopper (diffusion layer) shown in FIG. The configuration other than the element isolation region is the same as that of the first embodiment shown in FIG.
[0028]
A p-
[0029]
In this embodiment, by applying a voltage having the same potential as that of the
[0030]
As described above, since the
[0031]
In order for the
[0032]
In the above embodiment, a silicon substrate is used as the semiconductor substrate. However, the present invention is not limited to this silicon substrate, and a semiconductor substrate such as diamond or SiC may be used.
[0033]
Next, an example of a planar layout pattern of each layer of the semiconductor radiation detector of the present invention will be described with reference to FIG. In the example of FIG. 5, the
[0034]
Moreover, with reference to FIG. 6, the other example of the planar layout pattern of each layer of the semiconductor radiation detector of this invention is demonstrated. A
[0035]
【Example】
Hereinafter, the simulation results of the effects of the embodiments falling within the scope of the present invention will be described. The structure of the semiconductor radiation detector used for this simulation is shown in FIG. This semiconductor simulation was performed under the conditions shown in Table 1 below. Further, the planar layout shape of each layer is concentric as shown in FIG.
[0036]
[Table 1]
[0037]
The situation where the
[0038]
【The invention's effect】
As described above in detail, according to the present invention, the detection sensitivity of radiation can be made extremely high without complicating the device structure and without increasing the manufacturing cost.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a cross-sectional view showing a semiconductor radiation detector according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a cross-sectional view showing a MOS structure related to a simulation for explaining the operating principle of the present invention.
FIG. 3 is a graph showing an applied voltage related to a simulation for explaining an operation principle of the present invention.
FIG. 4 is a cross-sectional view showing a semiconductor radiation detector according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a schematic view showing an example of a planar layout shape of each layer of the semiconductor radiation detector of the present invention.
FIG. 6 is a schematic view showing another example of the planar layout shape of each layer of the semiconductor radiation detector of the present invention.
FIG. 7 is a cross-sectional view showing a conventional semiconductor radiation detector.
[Explanation of symbols]
1, 21, 31, 61; n-
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