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JP4469454B2 - Manufacturing method of drift type silicon radiation detector having PN junction portion - Google Patents
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JP4469454B2 - Manufacturing method of drift type silicon radiation detector having PN junction portion - Google Patents

Manufacturing method of drift type silicon radiation detector having PN junction portion Download PDF

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、シリコン放射線検出器の製造方法に関し、より詳しくは、PN接合部分を有するドリフト型シリコン放射線検出器の製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来のシリコン放射線検出器の製造方法は、図1に描かれているように、以下の過程を有するものであった。
(1)シリコンウエハ1の洗浄(図2A)
(2)不純物拡散(図2B)
(3)不純物ドリフト(図2C)
(4)研磨仕上げ(不純物拡散層とは反対の面の研磨仕上げ)(図2D)
(5)金属の蒸着(表面障壁を形成する)(図2E)
(6)接着(マウント)
(7)電極蒸着
上記過程(3)の不純物のドリフトにおいて、ウエハの中央部に比べウエハの周縁部でのドリフト速度が高いために、周縁部で不純物4(図2C)がウエハの反対側の面に達したときには、中央部では、依然として不純物がウエハの反対側の面に達していない。
【0003】
ドリフトの妨げとなる不純物(リン、等)や欠陥は、ウエハの外周部に比べ中心部に多いために、ドリフト速度はウエハの外周部で比較的高くなる。ウエハの中心部に不純物や欠陥が多い理由は、結晶成長時、液体から固体になるとき、一般に不純物や欠陥が後で固まる部分に追いやられるので、切り出した1ウエハに着目すると、外周部よりも後で固まったと考えられる中心部分に不純物や欠陥が多くなるということである。
【0004】
ドリフト法は、Si中のP型不純物Bによる正孔を、N型不純物Liによる電子で補償し、中性領域を作ってゆくものである。そのため、Liの進む速度は、B濃度と関係する。Si基板は、B不純物をドープされたP型だが、後で拡散されるB領域は、基板より3桁ほど多い高濃度層になっている。そのため、後に拡散されたB領域にドリフトされたLiが達すると、その部分では、Li補償に相当の時間がかかり、停止しているように見える。
【0005】
このため、上記過程(4)の研磨仕上げをして、中央部の不純物のドリフト層が現れるまでウエハの反対側の面を研磨(図2D)して、反対側の面全体にドリフトされた不純物4(図2D)が現れているようにしなければならない。
【0006】
このような従来の方法には、以下の様な問題点があった。
(ア)不純物のドリフトが終了したのちに研磨仕上げを必要とする。
(イ)不純物のドリフトの後に、表面障壁を形成するための金属の蒸着する過程(5)を必要とする。この金属を蒸着する過程は、蒸着される金属を高温(500℃以上)で処理する。これに対して、既に形成された不純物ドリフト層は、150℃程度の温度で、不純物拡散層をドリフトさせて形成されたものなので、このような高温度の蒸着過程により、破壊されるおそれがある。
(ウ)このような従来の方法で製造されたドリフト型シリコン検出器では、表面障壁型ダイオードが形成されることになるので、周囲環境(圧力変化、湿度、埃など)に影響され易く、特性の劣化を起こしやすい。表面障壁型では、電極金属とSiとの間でダイオード特性を決定しているので、周囲環境(圧力、湿度、埃、など)に弱い。例えば、電極金属に傷などついた場合、表面障壁型は、完全に劣化してしまう。
(エ)ウエハを形成するシリコン基材内の不純物分布の不均一性により、不純物のドリフト速度が、不均一となり、大口径(直径3インチ以上)で厚い(5mm以上)の検出器を製作するのは困難である。厚い検出器が必要とされる理由として、次の様なことがあげられる。即ち、検出器の厚みにより、ノイズの原因となる電気容量を小さくできるので、検出器としての性能が向上するということである。その理由は、電気容量Cと検出器の厚みdとの間には、以下の式で与えられる関係がある。
【0007】
C = εsε0S/d
ここで、εsはシリコンの比誘電率、ε0は真空中の誘電率、Sは検出器の面積を、各々表している。特に、大面積検出器では、この厚みが重要な要素となる。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記の従来の製造方法により製造された、シリコン放射線検出器の問題点、及び製造方法の難点を解決するために、PN接合型ダイオードを形成し、劣悪な環境にも強い厚みのあるシリコン放射線検出器を製造することを目的とする。
【0009】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために、本発明では、PN接合部分を有するドリフト型シリコン放射線検出器の製造方法であって、第1導電型の半導体基板を洗浄する洗浄過程と、前記半導体基板を酸素雰囲気内で加熱して、前記半導体基板の第1の主面と、前記第1の主面とは反対側の第2の主面とに酸化膜を形成する、酸化過程と、前記酸化膜のうち拡散部分を除去する、第1のフォトプロセス過程と、前記半導体基板の前記第1の主面のうち前記酸化膜の前記拡散部分が除去されたことにより露出された部分に、前記第1導電型の第1の不純物からなるとともに、円形の中央部分と、当該円形の中央部分と同中心に形成された環状部分とからなる第1の拡散層を形成する、第1拡散過程と、前記第1の拡散層を覆う第2の酸化膜を形成する第2の酸化過程と、前記半導体基板の前記第2の主面うち前記酸化膜の前記拡散部分が除去されたことにより露出された部分に、前記第1導電型とは相異なる第2導電型の第2の不純物からなる第2の拡散層を形成する、第2拡散過程と、前記第2の酸化膜のうち前記第1の拡散層に対応する部分を除去する、第2のフォトプロセス過程と、前記第1の拡散層および前記第2の酸化膜を覆うドリフト用の電極を形成する過程と、前記第2の拡散層を前記第1の主面に向けてドリフトさせて、前記第2の拡散層から前記第1の拡散層まで延在する前記第2導電型のドリフト領域を形成する、ドリフト過程であって、前記ドリフト領域と前記第1の拡散層との境界にはPN接合が形成されるとともに、ガードリング構造が形成されている、前記ドリフト過程とを有することを特徴とするドリフト型シリコン放射線検出器の製造方法が提供される。
【0010】
【発明の実施の形態】
図3に例示されているように、本件出願のシリコン放射線検出器の製造方法は、以下の過程を有するものである。
(1)シリコンウエハの洗浄
(2)酸化
(3)フォトプロセス
(4)第1の不純物の拡散(図4B)
(5)第2の不純物の拡散(図4C)
(6)第2の不純物のドリフト(図4D)
(7)研磨
(8)表面処理
(9)接着(マウント)
(10)電極蒸着
以下に、本発明の製造方法について、具体例をあげながら説明する。
【0011】
本発明の製造方法で使用された素材シリコンウエハの具体例の性能諸元は、以下のようなものである。
結晶製法 FZ法
結晶方位 <111>又は<100>
ドープ剤 B(硼素)
抵抗率 100Ω・cm(から3000Ω・cm)
キャリアライフタイム 1ミリ秒以上
転位密度 1000/cm2以下
P(隣)濃度 5×1012以下
O(酸素)濃度 1×1016以下
表面仕上げ ラッピング又は片面ミラー仕上げ
この具体例では、第1の不純物として硼素(B)、第2の不純物としてリチウム(Li)を用いた。第1の不純物としては、P型不純物(アクセプタ)である、硼素(B)、アルミニウム(Al)、インジウム(In)、亜鉛(Zn)、ガリウム(Ga)、タリウム(Ti)が、第2の不純物としては、N型不純物(ドナー)である、リチウム(Li)、リン(P)、ヒ素(As)、アンチモン(Sb)、ビスマス(Bi)が、各々、用いられても良い。
(1)洗浄過程
最初に、ウエハを、アセトン及びメタノールで超音波洗浄又は煮沸洗浄する、有機溶剤洗浄が行われる。次にウエハを王水で煮沸洗浄する。次に、ウエハを、純水又は脱イオン水(15MΩ・cm以上)で、流水洗浄する。最後に、エッチング液(例えば、1HF:2HNO3:1CH3COOH)により、ウエハの表面の破砕層を溶かして除去する。
(2)酸化過程
ウエハを純酸素中で850℃で(600℃から900℃までで)7時間に亘って加熱し、膜厚約5000オングストロームのSiO2膜を形成する。
(3)フォトプロセス(PEP)過程
後の拡散過程で用いられる拡散部分に形成されているSiO2膜を除去する。拡散過程ではウエハ全体を加熱するので、拡散させたくない場所を酸化膜で覆う必要がある。
(4)B(硼素)拡散過程
PBF(Poly Boron Film)を拡散部分に塗布し、850℃で(600℃から900℃までで)24時間に亘って加熱し、拡散の深さが0.4μm(0.2μm以上)のB拡散層2(図4B)を形成する。
(5)Li(リチウム)拡散過程
B拡散層が形成された表面(以下、「ウエハの主面」という)とは反対のウエハの表面(以下、「ウエハの反対面」という)に、真空中(1×10-4Torr以下)で、450℃(400℃から500℃まで)で、6分間(3分間から15分間まで)に亘って加熱して、拡散の深さが0.3mmから0.7mmまでのリチウム拡散層3(図4C)を形成する。
(6)Li(リチウム)ドリフト過程
まず、ウエハ内に形成されたPN接合ダイオードの逆方向特性が良好になるように、即ち、リーク電流が減少するように、Li拡散層3(図4D)の形成された表面(Li側端面)をメサエッチング又は溝加工し、次に、電圧1000V/cm(500V/cmから2000V/cmまで)で、温度130±20℃で、以下の式で定められる時間tに亘って、ドリフト処理を行なう(図4D)。
【0012】
W=(2×μVt)1/2 (式1)
ここで、Wはドリフト領域の幅[cm]、μはリチウムの移動度[cm2/V・秒]、Vは逆バイアス電圧[V]、tはドリフト時間[秒]を、各々、表している。
【0013】
このように、式1から求められるドリフト時間tに亘るドリフト処理が終了すると、Liのドリフトされた部分(Liドリフト層)がウエハの半径方向に沿った断面全体で、既に形成されているB拡散層と接し、このLiドリフト層4(図4D)とB拡散層2(図4D)との間にPN接合が形成される。
(7)研磨過程
透過型検出器を製作する場合には、Liドリフト過程の後に、研磨過程が行われて、Li拡散層が完全に除去される。透過型のものを全空乏層検出器と称し、放射線のエネルギー損失と、その時に作る電荷量を検出するために使用される。また、透過型でないものは、部分空乏層検出器として使用される。
(8)表面処理過程
最初に、ウエハを純水又は脱イオン水(15MΩ・cm)で流水洗浄する、純水洗浄が行われる。次に、ウエハをアセトン及びメタノールで超音波洗浄又は煮沸洗浄する、有機溶剤洗浄が行われる。次に、ウエハを王水で煮沸洗浄する、王水洗浄が行われる。次に、ウエハを純水又は脱イオン水15MΩ・cm)で流水洗浄する、2度目の純水洗浄が行われる。最後に、エッチング液(例えば1HF:3HNO3)を用いて、研磨面及び側面(B拡散層が形成された面以外の全ての面)をエッチングする。
(9)接着(マウント)過程
ウエハ1(図5A、図5B)を、ガラスエポキシ、アクリル、セラミックなどの絶縁物6(図5A、図5B)に、絶縁性接着剤で接着する。
(10)蒸着過程
真空蒸着により、ウエハの主面と反対面の両方に、Au、Pt、Pd、Ni、Alなどの金属を蒸着して、金属電極を形成する。
【0014】
上記の本発明の製造方法で製造されたシリコン放射線検出器の仕様及び特性評価の結果を、以下に示す。
【0015】
仕様
形状 直径146mm 厚さ10mm
有効直径 114mm以上
有効厚さ 6000μm±200μm
有感領域内厚さ均一性 ±10μm以内(全面積の95%以上の部分)
全空乏化電圧 600V
耐電圧 800V
リーク電流 150μA以下(600V,25℃)
電極 側面取り出し
特性評価の結果
シリコン放射線検出器の電圧・電流特性は、図6に示すものとなった。特性評価試験での最小の電圧50Vでの電流は、およそ21μAであり、最大の電圧350Vでの電流は、およそ38μAであった。
【0016】
シリコン放射線検出器の電圧・容量特性は、図7に示すものとなった。バイアス電圧によらず、容量がほぼ一定となっている。これは、ドリフト層の抵抗率が非常に高いためバイアス電圧によって空乏層が大きく拡がることはないことを表している。
【0017】
ドリフト層の抵抗率が高いということは、キャリア濃度が低いということで、低い電圧で空乏層がより拡がるということである。この空乏層の厚さが、検出器の有効厚さ(この部分に放射線が飛び込んだ時に信号として検出されることになる)になるので、キャリア濃度が低いほど、容易に厚い検出器が形成できる。ボロン層は、0.5μm程度、リチウムドリフト層は、数mm程度であり、ボロン層は不感層である放射線入射窓となるので、できるだけ薄いほうが好ましく、リチウムドリフト層は有感部分なので、できるだけ厚いほうが好ましい。また、ボロン側に空乏層が拡がると、ブレークダウンを起こしてしまうので、キャリア濃度を高くして、空乏層がボロン層内に拡がらない様にしている。
【0018】
シリコン放射線検出器のα線分解能を求めるために行われた測定結果を表す測定スペクトルのグラフを図8に示す。グラフの横軸は、チャンネルを表し、このチャンネルはα線のエネルギーに対応し、縦軸は、カウント数を表し、このカウント数は各チャンネル(エネルギー)のα線が、検出器によって検出されたカウント数を表している。
【0019】
分解能は、カウント数が最大となるチャンネルで、カウント数が最大値の1/2となるチャンネル幅を除算した値で与えられる。この分解能の値が小さいほど、性能の良い検出器であるとされている。
【0020】
図8の測定結果から、カウント数は378.7チャンネル(5.5MeV)で最大となり、カウント数が最大値の1/2の値となるチャンネル幅は7.43チャンネル(108keV)となることが測定された。従って、この検出器の分解能は、108keV/5.5MeV=0.0196=1.96%となった。
【0021】
この分解能の値を大きくする原因の1つとして、α線粒子の検出器内でのゆらぎがある。そして、この検出器内部のゆらぎの大きな要因として、検出器の表面の表面不感層の存在による、粒子の散乱がある。この表面不感層は、第2の不純物のドリフト層が、第1の不純物の拡散層に達していない場合に形成される。5.5MeVのα線は、シリコン中で30μm程度までしか透過しないので、このような不感層が形成されていた場合、分解能の値が大きなものとなってしまう。本発明で製作された検出器では、分解能の値は、1.96%と、十分に良好な値なので、上述した表面不感層は形成されていないことが分かる。
【0022】
図8の測定スペクトルうち、パルサーは、測定系のノイズを表すもので、検出器から出力信号を増幅するプリアンプに直接疑似信号を入力した場合のスペクトルを表している。
【0023】
シリコン放射線検出器のα線飽和特性を図9に示す。この特性評価試験は、α線のシリコン基材中での飛程が30μm程度なので、入射部にどの程度の不感部分(ドリフト層が到達していない部分に相当する)が存在するを調べるために行われた。
【0024】
次に、図10、図11、及び図12を参照しながら、本発明の第2実施例について説明する。
【0025】
図10は、本発明の第2実施例の製造法の過程を表すフローチャートである。シリコンウエハの洗浄過程及び酸化過程は、図3に示された実施例と等しい。フォトプロセス1では、第一の不純物の拡散層が形成されるシリコン基材1の表面即ちウエハの主面のSiO2膜のうち形成されるB拡散層に対応する部分が除去される。次に第一の不純物の拡散過程が実行されて、図11B及び図12に示された円形の中央部分2aのB拡散層と、中央部分と同中心の環状部分2bの拡散層とが形成される。
【0026】
つぎに、SiO2膜の形成過程では、ウエハの主面全体に亘ってSiO2膜7が形成される。それに続き第二の不純物の拡散過程では、ウエハの反対面にLi拡散層3が形成される(図11C)。
【0027】
フォトプロセス2では、SiO2膜7のうちB拡散層2a及び2bが形成されていない主面を覆う部分が残されて、SiO2膜7の他の部分が除去される(図11D)。
【0028】
次の第二の不純物のドリフト過程では、ドリフト処理が行われて、図11Eに示したLiドリフト層が形成される。この第二の不純物のドリフト過程では、図11Eに示した金電極8がドリフト用の電極として用いられる。この金電極8は、フォトプロセス2の終了後、この第二の不純物のドリフト過程が開始される前に真空蒸着により形成される。
【0029】
図12は、本発明の第2実施例によって製造された検出器の平面図(図12A)と側断面図(図12B)である。図12Aでは、図面を明瞭にするために、金電極8を省略しているが、実際には、中央部分2aと環状部分2bとを覆うようにして円形の金電極8が形成されている。環状部分2bは、ガードリングとして働き、検出器が使用されているときのリーク電流を防止する機能を有する。
【0030】
その後に実行される研磨過程、表面処理過程、接着(マウント)過程は、図3に示された実施例と等しい。電極蒸着過程では、金電極8が形成された主面とは反対の反対面にのみ電極が形成される。
【0031】
次に、図13、図14、及び図15を参照しながら、本発明の第3実施例について説明する。
【0032】
図13は、本発明の第3実施例の製造法の過程を表すフローチャートである。シリコンウエハの洗浄過程及び酸化過程は、図3に示された実施例と等しい。フォトプロセス1では、第一の不純物の拡散層が形成されるシリコン基材1の表面即ちウエハの主面のSiO2膜のうち形成されるB拡散層に対応する部分が除去される。次に第一の不純物の拡散過程が実行されて、図14B及び図15に示されたストライプ状のB拡散層2cが形成される。
【0033】
つぎに、SiO2膜の形成過程では、ウエハの主面全体に亘ってSiO2膜7が形成される。それに続き第二の不純物の拡散過程では、ウエハの反対面にLi拡散層3が形成される(図14C)。
【0034】
フォトプロセス2では、SiO2膜7のうちストライプ状のB拡散層2cが形成されていない主面を覆う部分が残されて、SiO2膜7の他の部分が除去される(図14D)。
【0035】
次の第二の不純物のドリフト過程では、ドリフト処理が行われて、図14Eに示したLiドリフト層が形成される。この第二の不純物のドリフト過程では、図14Eに示した金電極8がドリフト用の電極として用いられる。この金電極8は、フォトプロセス2の終了後、この第二の不純物のドリフト過程が開始される前に形成される。
【0036】
図15は、本発明の第3実施例によって製造された検出器の平面図(図15A)と側断面図(図15B)である。図15Aでは、図面を明瞭にするために、金電極8を省略してしるが、実際には、ストライプ状のB拡散層2cに対応する形状の金電極が形成されている。
【0037】
その後に実行される研磨過程、表面処理過程、及び接着(マウント)過程は、図3に示された実施例と等しい。電極蒸着過程では、一次元の位置検出器を製造する場合は、主面に形成された金電極をストライプ状のB拡散層に対応する形状とする処理が行われ、反対面には全体に亘って電極が形成される。また、二次元の位置検出器を製造する場合には、反対面には、主面のストライプ状の電極と直交するストライプ状の電極が形成される。
【0038】
本発明の第2実施例及び第3実施例の方法で、SiO2膜の形成過程が実行される理由について説明する。
【0039】
第3の実施例のように、ストライプ状のB拡散層を形成した場合、ストライプ状のB拡散層の間のシリコン基材の部分では、ドリフト領域の先端が金電極に達した時点でPN接合がその達した位置で消滅して、B拡散層の間のシリコン基材の部分の全体がドリフト層によって中性領域化されないうちに、ドリフトが停止してしまう。一方、位置検出器では、ストライプ状の各拡散層の間は、高い抵抗値を有する領域でなければならない。B拡散層の間の領域が、ドリフト層によって中性領域化されずに拡散層と同じ導電形のままの領域である場合、各ストライプ状の拡散層は、電気的に絶縁されないことになり、位置検出器としての機能が得られなくなるからである。このように、ドリフト層による中性領域化が完了するまえにドリフトが停止することを防止するために、ドリフト過程の前に、ストライプ状の拡散層の間のシリコン基材の主面を覆うSiO2膜を形成し、ドリフト領域が金電極と接触しないようにして、ドリフトが継続されるようにした。
【0040】
更に、位置検出器として用いられる場合も含めて、放射線検出器として用いられる場合、シリコン基材の側面に沿って流れるリーク電流を防止するために、主面の拡散層の形状を中央部分とこの中央部分を取り囲む環状部分として形成して、この環状部分をリーク電流を防止するためのガードリングとして用いている。
【0041】
このようにガードリングを形成する場合も、上述した位置検出器の場合と同様に、中央部分と環状部分との間の領域を完全に中性領域化して、その領域を高い抵抗値とすることが必要である。
【0042】
【発明の効果】
本発明によれば、従来の方法では必要とされていた、不純物のドリフトが終了したのちに研磨仕上げを必要とせずに、PN接合を形成することができ、このPN接合がSi基板内部に形成されているので、周囲環境(圧力変化、湿度、埃など)に影響されにくい特性の劣化を起こしにくい検出器を製作することができる。さらに、本発明によれば、大口径(直径3インチ以上)で厚い(5mm以上)の検出器を製作することができ、ノイズの原因となる電気容量の小さい検出器が提供される。
【0043】
更に本発明によれば、製造される位置検出器の各ストライプ状の拡散層を電気的に絶縁するように、拡散層の間のシリコン基材の部分を完全にドリフト層により中性化することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】従来のシリコン放射線検出器の製造方法の過程を表すフローチャート。
【図2】A乃至Eからなり、従来のシリコン放射線検出器の製造方法によって製造されるシリコン放射線検出器の各過程における断面を描いた模式図。
【図3】本発明のドリフト型シリコン放射線検出器の製造方法の過程を表すフローチャート。
【図4】A乃至Dからなり、本発明のドリフト型シリコン放射線検出器の製造方法によって製造されるシリコン放射線検出器の各過程における断面を描いた模式図。
【図5】A及びBからなり、Aは、本発明の方法によって製造されたシリコン放射線検出器の平面図、Bは、本発明の方法によって製造されたシリコン放射線検出器の側断面図。
【図6】本発明の方法によって製造されたシリコン放射線検出器の電圧電流特性のグラフ。
【図7】本発明の方法によって製造されたシリコン放射線検出器の電圧キャパシタンス特性のグラフ。
【図8】本発明の方法によって製造されたシリコン放射線検出器のα線分解能を求めるための測定スペクトルのグラフ。
【図9】本発明の方法によって製造されたシリコン放射線検出器のα線飽和特性のグラフ。
【図10】本発明の第2実施例のドリフト型シリコン放射線検出器の製造方法の過程を表すフローチャート。
【図11】A乃至Eからなり、本発明の第2実施例のドリフト型シリコン放射線検出器の製造方法によって製造されるシリコン放射線検出器の各過程における断面を描いた模式図。
【図12】A及びBからなり、Aは、本発明の第2実施例の方法によって製造されたシリコン放射線検出器の平面図、Bは、本発明の第2実施例の方法によって製造されたシリコン放射線検出器の側断面図。
【図13】本発明の第3実施例のドリフト型シリコン放射線検出器の製造方法の過程を表すフローチャート。
【図14】A乃至Eからなり、本発明の第3実施例のドリフト型シリコン放射線検出器の製造方法によって製造されるシリコン放射線検出器の各過程における断面を描いた模式図。
【図15】A及びBからなり、Aは、本発明の第3実施例の方法によって製造されたシリコン放射線検出器の平面図、Bは、本発明の第3実施例の方法によって製造されたシリコン放射線検出器の側断面図。
【符号の説明】
1 シリコン基材
2 ボロン(B)拡散層
2a B拡散層の中央円形部分
2b B拡散層の環状部分
2c ストライプ状のB拡散層
3 リチウム(Li)拡散層
4 リチウム(Li)ドリフト層
5 金属層
6 絶縁物
7 SiO2
8 金電極
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a method for manufacturing a silicon radiation detector, and more particularly to a method for manufacturing a drift-type silicon radiation detector having a PN junction portion.
[0002]
[Prior art]
As shown in FIG. 1, the conventional method for manufacturing a silicon radiation detector has the following processes.
(1) Cleaning of silicon wafer 1 (FIG. 2A)
(2) Impurity diffusion (FIG. 2B)
(3) Impurity drift (FIG. 2C)
(4) Polishing finish (polishing finish on the surface opposite to the impurity diffusion layer) (FIG. 2D)
(5) Metal deposition (forms a surface barrier) (FIG. 2E)
(6) Adhesion (mounting)
(7) Electrode deposition In the impurity drift in the above step (3), since the drift speed at the peripheral edge of the wafer is higher than that at the central portion of the wafer, the impurity 4 (FIG. 2C) is on the opposite side of the wafer at the peripheral edge. When the surface is reached, the impurities still do not reach the opposite surface of the wafer in the center.
[0003]
Since there are more impurities (phosphorus, etc.) and defects that hinder drift in the central part than in the outer peripheral part of the wafer, the drift speed is relatively high at the outer peripheral part of the wafer. The reason why there are many impurities and defects in the central part of the wafer is that when the crystal is grown, the liquid or solid is generally driven to the part where the impurities and defects are later solidified. It means that there are many impurities and defects in the central part that is thought to be solidified later.
[0004]
In the drift method, holes due to P-type impurities B in Si are compensated with electrons due to N-type impurities Li, thereby creating a neutral region. Therefore, the speed at which Li proceeds is related to the B concentration. The Si substrate is a P-type doped with B impurities, but the B region to be diffused later is a high-concentration layer that is about three orders of magnitude higher than the substrate. For this reason, when Li drifted in the B region diffused later arrives, it takes a considerable time for Li compensation in that portion, and it seems that it has stopped.
[0005]
For this reason, after the polishing finish in the above step (4), the opposite surface of the wafer is polished (FIG. 2D) until the impurity drift layer in the central portion appears, and the drifted impurity on the entire opposite surface. 4 (FIG. 2D) must appear.
[0006]
Such a conventional method has the following problems.
(A) Polishing is required after the drift of impurities is completed.
(A) After the impurity drift, a step (5) of depositing a metal for forming a surface barrier is required. In the process of depositing the metal, the deposited metal is processed at a high temperature (500 ° C. or higher). On the other hand, the already formed impurity drift layer is formed by drifting the impurity diffusion layer at a temperature of about 150 ° C., and may be destroyed by such a high temperature deposition process. .
(C) In the drift type silicon detector manufactured by such a conventional method, since a surface barrier type diode is formed, it is easily affected by the surrounding environment (pressure change, humidity, dust, etc.), and has characteristics. It is easy to cause deterioration. In the surface barrier type, since the diode characteristics are determined between the electrode metal and Si, it is weak to the surrounding environment (pressure, humidity, dust, etc.). For example, when the electrode metal is scratched, the surface barrier type is completely deteriorated.
(D) Impurity drift speed becomes non-uniform due to non-uniformity of impurity distribution in the silicon base material forming the wafer, and a large diameter (3 inches or more) and thick (5 mm or more) detector is manufactured. It is difficult. The reason why a thick detector is required is as follows. That is, the electric capacity that causes noise can be reduced depending on the thickness of the detector, so that the performance as a detector is improved. The reason is that there is a relationship given by the following equation between the capacitance C and the thickness d of the detector.
[0007]
C = ε s ε 0 S / d
Here, ε s represents the relative dielectric constant of silicon, ε 0 represents the dielectric constant in vacuum, and S represents the area of the detector. In particular, in a large area detector, this thickness is an important factor.
[0008]
[Problems to be solved by the invention]
In order to solve the problems of the silicon radiation detector manufactured by the above-described conventional manufacturing method and the difficulty of the manufacturing method, the present invention forms a PN junction diode and has a thickness that is strong even in a poor environment. An object is to produce a silicon radiation detector.
[0009]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, according to the present invention, there is provided a method of manufacturing a drift-type silicon radiation detector having a PN junction portion, a cleaning process for cleaning a semiconductor substrate of a first conductivity type, Heating in an atmosphere to form an oxide film on a first main surface of the semiconductor substrate and a second main surface opposite to the first main surface; an oxidation process; and The first conductive process is performed on a portion of the first main surface of the semiconductor substrate exposed by removing the diffusion portion of the oxide film and a first photo process step of removing the diffusion portion. Forming a first diffusion layer comprising a first impurity of the mold and comprising a circular central portion and an annular portion formed at the same center as the circular central portion; Forming a second oxide film covering the first diffusion layer; And oxidation process, the said said exposed portion by the diffusing part is removing the oxide film of the second main surface of the semiconductor substrate, the first of said first conductivity type different from the second conductivity type Forming a second diffusion layer made of two impurities, a second diffusion process, and removing a portion of the second oxide film corresponding to the first diffusion layer; A step of forming a drift electrode covering the first diffusion layer and the second oxide film; and drifting the second diffusion layer toward the first main surface to form the second diffusion Forming a drift region of the second conductivity type extending from a layer to the first diffusion layer, wherein a PN junction is formed at a boundary between the drift region and the first diffusion layer. And the guard ring structure is formed. Method for producing a drift-type silicon radiation detector and having a preparative process is provided.
[0010]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
As illustrated in FIG. 3, the method for manufacturing the silicon radiation detector of the present application includes the following steps.
(1) Cleaning of silicon wafer (2) Oxidation (3) Photo process (4) Diffusion of first impurity (FIG. 4B)
(5) Second impurity diffusion (FIG. 4C)
(6) Second impurity drift (FIG. 4D)
(7) Polishing (8) Surface treatment (9) Adhesion (mounting)
(10) Electrode deposition The production method of the present invention will be described below with specific examples.
[0011]
The performance specifications of the specific example of the material silicon wafer used in the manufacturing method of the present invention are as follows.
Crystal production method FZ crystal orientation <111> or <100>
Dope agent B (boron)
Resistivity 100Ω · cm (from 3000Ω · cm)
Carrier lifetime 1 ms or more Dislocation density 1000 / cm 2 or less P (adjacent) concentration 5 × 10 12 or less O (oxygen) concentration 1 × 10 16 or less Surface finish Lapping or single-sided mirror finish In this example, the first impurity Boron (B) was used as the second impurity, and lithium (Li) was used as the second impurity. As the first impurities, boron (B), aluminum (Al), indium (In), zinc (Zn), gallium (Ga), and thallium (Ti), which are P-type impurities (acceptors), As the impurities, lithium (Li), phosphorus (P), arsenic (As), antimony (Sb), and bismuth (Bi), which are N-type impurities (donors), may be used.
(1) Cleaning process First, the wafer is subjected to organic solvent cleaning in which the wafer is subjected to ultrasonic cleaning or boiling cleaning with acetone and methanol. Next, the wafer is cleaned by boiling with aqua regia. Next, the wafer is washed with running water with pure water or deionized water (15 MΩ · cm or more). Finally, the crushed layer on the surface of the wafer is dissolved and removed with an etching solution (for example, 1HF: 2HNO 3 : 1CH 3 COOH).
(2) Oxidation process The wafer is heated in pure oxygen at 850 ° C. (from 600 ° C. to 900 ° C.) for 7 hours to form a SiO 2 film having a film thickness of about 5000 Å.
(3) The SiO 2 film formed in the diffusion portion used in the diffusion process after the photo process (PEP) process is removed. Since the entire wafer is heated in the diffusion process, it is necessary to cover an area where the diffusion is not desired with an oxide film.
(4) B (boron) diffusion process PBF (Poly Boron Film) is applied to the diffusion portion and heated at 850 ° C. (from 600 ° C. to 900 ° C.) for 24 hours, and the diffusion depth is 0.4 μm. A B diffusion layer 2 (FIG. 4B) of 0.2 μm or more is formed.
(5) Li (Lithium) diffusion process In a vacuum on the surface of the wafer opposite to the surface on which the B diffusion layer is formed (hereinafter referred to as “the main surface of the wafer”) (hereinafter referred to as “the opposite surface of the wafer”). (1 × 10 −4 Torr or less) at 450 ° C. (from 400 ° C. to 500 ° C.) for 6 minutes (from 3 minutes to 15 minutes). Lithium diffusion layer 3 (FIG. 4C) of up to 7 mm is formed.
(6) Li (lithium) drift process First, the Li diffusion layer 3 (FIG. 4D) is formed so that the reverse characteristics of the PN junction diode formed in the wafer are improved, that is, the leakage current is reduced. The formed surface (Li side end face) is mesa-etched or grooved, and then at a voltage of 1000 V / cm (from 500 V / cm to 2000 V / cm) at a temperature of 130 ± 20 ° C. and a time determined by the following formula Drift processing is performed over t (FIG. 4D).
[0012]
W = (2 × μVt) 1/2 (Formula 1)
Here, W represents the width of the drift region [cm], μ represents the mobility of lithium [cm 2 / V · sec], V represents the reverse bias voltage [V], and t represents the drift time [sec], respectively. Yes.
[0013]
In this way, when the drift process over the drift time t obtained from Equation 1 is completed, the Li drifted portion (Li drift layer) is already formed in the entire cross section along the radial direction of the wafer. A PN junction is formed between the Li drift layer 4 (FIG. 4D) and the B diffusion layer 2 (FIG. 4D).
(7) Polishing process When a transmission type detector is manufactured, a polishing process is performed after the Li drift process, and the Li diffusion layer is completely removed. The transmission type is called a fully depleted layer detector, and is used to detect the energy loss of radiation and the amount of charge produced at that time. Those not transmissive are used as partially depleted layer detectors.
(8) Surface treatment process First, pure water cleaning is performed in which the wafer is washed with pure water or deionized water (15 MΩ · cm). Next, organic solvent cleaning is performed by ultrasonic cleaning or boiling cleaning of the wafer with acetone and methanol. Next, aqua regia cleaning is performed in which the wafer is boiled and washed with aqua regia. Next, a second pure water cleaning is performed in which the wafer is washed with running pure water or deionized water (15 MΩ · cm). Finally, the polishing surface and side surfaces (all surfaces other than the surface on which the B diffusion layer is formed) are etched using an etching solution (for example, 1HF: 3HNO 3 ).
(9) Bonding (Mounting) Process The wafer 1 (FIGS. 5A and 5B) is bonded to an insulator 6 (FIGS. 5A and 5B) such as glass epoxy, acrylic, and ceramic with an insulating adhesive.
(10) Deposition process A metal electrode is formed by vapor-depositing a metal such as Au, Pt, Pd, Ni, and Al on both the main surface and the opposite surface of the wafer by vacuum deposition.
[0014]
The specifications of the silicon radiation detector manufactured by the manufacturing method of the present invention and the results of characteristic evaluation are shown below.
[0015]
Specification shape Diameter 146mm Thickness 10mm
Effective diameter 114mm or more Effective thickness 6000μm ± 200μm
Thickness uniformity within sensitive area Within ± 10μm (more than 95% of the total area)
Total depletion voltage 600V
Withstand voltage 800V
Leakage current 150μA or less (600V, 25 ℃)
As a result of the evaluation of the electrode side surface extraction characteristics, the voltage / current characteristics of the silicon radiation detector are as shown in FIG. The current at the minimum voltage of 50 V in the characterization test was approximately 21 μA, and the current at the maximum voltage of 350 V was approximately 38 μA.
[0016]
The voltage / capacitance characteristics of the silicon radiation detector are as shown in FIG. The capacity is almost constant regardless of the bias voltage. This indicates that since the resistivity of the drift layer is very high, the depletion layer is not greatly expanded by the bias voltage.
[0017]
The high resistivity of the drift layer means that the carrier concentration is low, which means that the depletion layer is further expanded at a low voltage. Since the thickness of this depletion layer becomes the effective thickness of the detector (it will be detected as a signal when radiation enters this portion), a thicker detector can be easily formed as the carrier concentration is lower. . The boron layer is about 0.5 μm, the lithium drift layer is about several mm, and the boron layer is a radiation entrance window that is a dead layer. Therefore, it is preferable that it is as thin as possible, and the lithium drift layer is as thick as possible because it is a sensitive part. Is preferred. Further, since the breakdown occurs when the depletion layer expands on the boron side, the carrier concentration is increased so that the depletion layer does not expand into the boron layer.
[0018]
FIG. 8 shows a graph of a measurement spectrum that represents the measurement result performed to obtain the α-ray resolution of the silicon radiation detector. The horizontal axis of the graph represents a channel, this channel corresponds to the energy of α-rays, the vertical axis represents the number of counts, and this number of counts was detected by the detector for each channel (energy). Represents the count number.
[0019]
The resolution is given by a value obtained by dividing the channel width at which the count number is the maximum and the channel width at which the count number is ½ of the maximum value. The smaller the resolution value, the better the detector.
[0020]
From the measurement results of FIG. 8, the count number is maximum at 378.7 channels (5.5 MeV), and the channel width at which the count number is ½ of the maximum value is 7.43 channels (108 keV). Measured. Therefore, the resolution of this detector was 108 keV / 5.5 MeV = 0.0196 = 1.96%.
[0021]
One of the causes for increasing the resolution value is fluctuation of α-ray particles in the detector. As a major factor of fluctuation inside the detector, there is particle scattering due to the presence of a surface insensitive layer on the surface of the detector. The surface insensitive layer is formed when the drift layer of the second impurity does not reach the diffusion layer of the first impurity. Since 5.5 MeV α-rays are transmitted through silicon only up to about 30 μm, when such a dead layer is formed, the resolution value becomes large. In the detector manufactured by the present invention, the resolution value is 1.96%, which is a sufficiently good value, so that it can be seen that the above-described surface insensitive layer is not formed.
[0022]
Of the measurement spectrum of FIG. 8, the pulsar represents the noise of the measurement system, and represents the spectrum when the pseudo signal is directly input from the detector to the preamplifier that amplifies the output signal.
[0023]
FIG. 9 shows the α-ray saturation characteristics of the silicon radiation detector. In this characteristic evaluation test, the range of α rays in the silicon substrate is about 30 μm, and therefore, in order to investigate how much insensitive part (corresponding to the part where the drift layer has not reached) exists in the incident part. It was conducted.
[0024]
Next, a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. 10, FIG. 11, and FIG.
[0025]
FIG. 10 is a flowchart showing the process of the manufacturing method according to the second embodiment of the present invention. The cleaning process and oxidation process of the silicon wafer are the same as the embodiment shown in FIG. In the photo process 1, the surface of the silicon substrate 1 on which the first impurity diffusion layer is formed, that is, the portion corresponding to the B diffusion layer to be formed in the SiO 2 film on the main surface of the wafer is removed. Next, the diffusion process of the first impurity is performed to form the B diffusion layer of the circular central portion 2a shown in FIGS. 11B and 12 and the diffusion layer of the annular portion 2b concentric with the central portion. The
[0026]
Next, in the process of forming the SiO 2 film, the SiO 2 film 7 is formed over the entire main surface of the wafer. Subsequently, in the second impurity diffusion process, the Li diffusion layer 3 is formed on the opposite surface of the wafer (FIG. 11C).
[0027]
In photo process 2, the portion covering the B diffusion layer 2a and the main surface of 2b is not formed of the SiO 2 film 7 is left, another portion of the SiO 2 film 7 is removed (FIG. 11D).
[0028]
In the next drift process of the second impurity, a drift process is performed, and the Li drift layer shown in FIG. 11E is formed. In this second impurity drift process, the gold electrode 8 shown in FIG. 11E is used as a drift electrode. The gold electrode 8 is formed by vacuum deposition after the photo process 2 is finished and before the second impurity drift process is started.
[0029]
FIG. 12 is a plan view (FIG. 12A) and a side sectional view (FIG. 12B) of a detector manufactured according to the second embodiment of the present invention. In FIG. 12A, the gold electrode 8 is omitted for the sake of clarity, but in reality, a circular gold electrode 8 is formed so as to cover the central portion 2a and the annular portion 2b. The annular portion 2b functions as a guard ring and has a function of preventing leakage current when the detector is used.
[0030]
The polishing process, surface treatment process, and adhesion (mounting) process executed thereafter are the same as those in the embodiment shown in FIG. In the electrode deposition process, an electrode is formed only on the opposite surface opposite to the main surface on which the gold electrode 8 is formed.
[0031]
Next, a third embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 13, 14, and 15. FIG.
[0032]
FIG. 13 is a flowchart showing the process of the manufacturing method according to the third embodiment of the present invention. The cleaning process and oxidation process of the silicon wafer are the same as the embodiment shown in FIG. In the photo process 1, the surface of the silicon substrate 1 on which the first impurity diffusion layer is formed, that is, the portion corresponding to the B diffusion layer to be formed in the SiO 2 film on the main surface of the wafer is removed. Next, the diffusion process of the first impurity is performed, and the stripe-shaped B diffusion layer 2c shown in FIGS. 14B and 15 is formed.
[0033]
Next, in the process of forming the SiO 2 film, the SiO 2 film 7 is formed over the entire main surface of the wafer. Subsequently, in the second impurity diffusion process, the Li diffusion layer 3 is formed on the opposite surface of the wafer (FIG. 14C).
[0034]
In photo process 2, the portion covering the principal surface of the stripe-shaped B diffusion layer 2c is not formed of the SiO 2 film 7 is left, another portion of the SiO 2 film 7 is removed (FIG. 14D).
[0035]
In the next drift process of the second impurity, a drift process is performed, and the Li drift layer shown in FIG. 14E is formed. In this second impurity drift process, the gold electrode 8 shown in FIG. 14E is used as a drift electrode. The gold electrode 8 is formed after the photo process 2 is finished and before the second impurity drift process is started.
[0036]
FIG. 15 is a plan view (FIG. 15A) and a side sectional view (FIG. 15B) of a detector manufactured according to the third embodiment of the present invention. In FIG. 15A, the gold electrode 8 is omitted for the sake of clarity, but in reality, a gold electrode having a shape corresponding to the stripe-shaped B diffusion layer 2c is formed.
[0037]
The polishing process, surface treatment process, and bonding (mounting) process performed thereafter are the same as those in the embodiment shown in FIG. In the electrode deposition process, when manufacturing a one-dimensional position detector, the gold electrode formed on the main surface is processed into a shape corresponding to the stripe-shaped B diffusion layer, and the opposite surface is entirely covered. Thus, an electrode is formed. When a two-dimensional position detector is manufactured, a stripe-shaped electrode orthogonal to the stripe-shaped electrode on the main surface is formed on the opposite surface.
[0038]
The reason why the SiO 2 film formation process is executed by the methods of the second and third embodiments of the present invention will be described.
[0039]
When the stripe-shaped B diffusion layer is formed as in the third embodiment, the PN junction is formed when the tip of the drift region reaches the gold electrode in the silicon substrate portion between the stripe-shaped B diffusion layers. Disappears at the reached position, and the drift stops before the entire silicon base portion between the B diffusion layers is made neutral by the drift layer. On the other hand, in the position detector, the stripe-shaped diffusion layers must be regions having a high resistance value. When the region between the B diffusion layers is a region that is not neutralized by the drift layer and remains the same conductivity type as the diffusion layer, each stripe-shaped diffusion layer is not electrically insulated, This is because the function as a position detector cannot be obtained. Thus, in order to prevent the drift from stopping before the neutralization by the drift layer is completed, before the drift process, the SiO covering the main surface of the silicon substrate between the stripe-shaped diffusion layers is provided. Two films were formed to keep the drift region from contacting the gold electrode so that drift continued.
[0040]
Furthermore, when used as a radiation detector, including when used as a position detector, the shape of the diffusion layer on the main surface is set to the central portion and this to prevent leakage current flowing along the side surface of the silicon substrate. It is formed as an annular portion surrounding the central portion, and this annular portion is used as a guard ring for preventing leakage current.
[0041]
Even in the case of forming the guard ring in this manner, as in the case of the position detector described above, the region between the central portion and the annular portion is completely neutralized, and the region has a high resistance value. is required.
[0042]
【The invention's effect】
According to the present invention, a PN junction can be formed without the need for polishing after the impurity drift, which is required in the conventional method, is completed. This PN junction is formed inside the Si substrate. Therefore, it is possible to manufacture a detector that does not easily deteriorate characteristics that are not easily affected by the surrounding environment (pressure change, humidity, dust, etc.). Furthermore, according to the present invention, a detector having a large diameter (3 inches or more in diameter) and a thick (5 mm or more) can be manufactured, and a detector having a small electric capacity that causes noise is provided.
[0043]
Furthermore, according to the present invention, the silicon substrate portion between the diffusion layers is completely neutralized by the drift layer so as to electrically insulate each striped diffusion layer of the manufactured position detector. Can do.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a flowchart showing a process of a conventional method for manufacturing a silicon radiation detector.
FIGS. 2A and 2B are schematic views illustrating cross sections in each process of a silicon radiation detector made of A to E and manufactured by a conventional method of manufacturing a silicon radiation detector. FIGS.
FIG. 3 is a flowchart showing a process of a method for manufacturing a drift type silicon radiation detector according to the present invention.
FIG. 4 is a schematic diagram illustrating a cross section in each process of the silicon radiation detector, which is composed of A to D and manufactured by the method of manufacturing a drift type silicon radiation detector of the present invention.
5 is a plan view of a silicon radiation detector manufactured by the method of the present invention, and A is a sectional side view of the silicon radiation detector manufactured by the method of the present invention. FIG.
FIG. 6 is a graph of voltage-current characteristics of a silicon radiation detector manufactured by the method of the present invention.
FIG. 7 is a graph of voltage capacitance characteristics of a silicon radiation detector manufactured by the method of the present invention.
FIG. 8 is a graph of a measured spectrum for obtaining an α-ray resolution of a silicon radiation detector manufactured by the method of the present invention.
FIG. 9 is a graph of α-ray saturation characteristics of a silicon radiation detector manufactured by the method of the present invention.
FIG. 10 is a flowchart showing a process of a manufacturing method of a drift type silicon radiation detector according to the second embodiment of the present invention.
FIGS. 11A to 11E are schematic views illustrating cross sections in respective processes of a silicon radiation detector made of A to E and manufactured by the method of manufacturing a drift type silicon radiation detector according to the second embodiment of the present invention. FIGS.
12 is a plan view of a silicon radiation detector manufactured by the method according to the second embodiment of the present invention, and A is manufactured by the method according to the second embodiment of the present invention. The side sectional view of a silicon radiation detector.
FIG. 13 is a flowchart showing a process of a drift type silicon radiation detector manufacturing method according to a third embodiment of the present invention.
FIGS. 14A and 14B are schematic views illustrating cross sections in respective steps of a silicon radiation detector made of A to E and manufactured by the drift type silicon radiation detector manufacturing method according to the third embodiment of the present invention; FIGS.
FIG. 15 is composed of A and B, A is a plan view of a silicon radiation detector manufactured by the method of the third embodiment of the present invention, and B is manufactured by the method of the third embodiment of the present invention. The side sectional view of a silicon radiation detector.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Silicon base material 2 Boron (B) diffusion layer 2a Central circular part 2b of B diffusion layer Ring-shaped part 2c of B diffusion layer Striped B diffusion layer 3 Lithium (Li) diffusion layer 4 Lithium (Li) drift layer 5 Metal layer 6 Insulator 7 SiO 2 film 8 Gold electrode

Claims (5)

PN接合部分を有するドリフト型シリコン放射線検出器の製造方法であって、
第1導電型の半導体基板を洗浄する洗浄過程と、
前記半導体基板を酸素雰囲気内で加熱して、前記半導体基板の第1の主面と、前記第1の主面とは反対側の第2の主面とに酸化膜を形成する、酸化過程と、
前記酸化膜のうち拡散部分を除去する、第1のフォトプロセス過程と、
前記半導体基板の前記第1の主面のうち前記酸化膜の前記拡散部分が除去されたことにより露出された部分に、前記第1導電型の第1の不純物からなるとともに、円形の中央部分と、当該円形の中央部分と同中心に形成された環状部分とからなる第1の拡散層を形成する、第1拡散過程と、
前記第1の拡散層を覆う第2の酸化膜を形成する第2の酸化過程と、
前記半導体基板の前記第2の主面うち前記酸化膜の前記拡散部分が除去されたことにより露出された部分に、前記第1導電型とは相異なる第2導電型の第2の不純物からなる第2の拡散層を形成する、第2拡散過程と、
前記第2の酸化膜のうち前記第1の拡散層に対応する部分を除去する、第2のフォトプロセス過程と、
前記第1の拡散層および前記第2の酸化膜を覆うドリフト用の電極を形成する過程と、
前記第2の拡散層を前記第1の主面に向けてドリフトさせて、前記第2の拡散層から前記第1の拡散層まで延在する前記第2導電型のドリフト領域を形成する、ドリフト過程であって、前記ドリフト領域と前記第1の拡散層との境界にはPN接合が形成されるとともに、ガードリング構造が形成されている、前記ドリフト過程と
を有することを特徴とするドリフト型シリコン放射線検出器の製造方法。
A method of manufacturing a drift-type silicon radiation detector having a PN junction portion,
A cleaning process for cleaning the semiconductor substrate of the first conductivity type;
An oxidation process in which the semiconductor substrate is heated in an oxygen atmosphere to form an oxide film on a first main surface of the semiconductor substrate and a second main surface opposite to the first main surface; ,
A first photo process for removing a diffusion portion of the oxide film;
A portion of the first main surface of the semiconductor substrate exposed by removing the diffusion portion of the oxide film is made of the first impurity of the first conductivity type and has a circular central portion. Forming a first diffusion layer comprising a circular central portion and an annular portion formed in the same center; and a first diffusion process;
A second oxidation process for forming a second oxide film covering the first diffusion layer;
A portion of the second main surface of the semiconductor substrate exposed by removing the diffusion portion of the oxide film is exposed to a second impurity of a second conductivity type different from the first conductivity type. Forming a second diffusion layer comprising: a second diffusion process;
Removing a portion of the second oxide film corresponding to the first diffusion layer; a second photo process step;
Forming a drift electrode covering the first diffusion layer and the second oxide film;
Drift that drifts the second diffusion layer toward the first main surface to form the drift region of the second conductivity type extending from the second diffusion layer to the first diffusion layer. A drift type comprising: a drift process in which a PN junction is formed at a boundary between the drift region and the first diffusion layer and a guard ring structure is formed. Manufacturing method of silicon radiation detector.
PN接合部分を有するドリフト型シリコン放射線検出器の製造方法であって、
第1導電型の半導体基板を洗浄する洗浄過程と、
前記半導体基板を酸素雰囲気内で加熱して、前記半導体基板の第1の主面と、前記第1の主面とは反対側の第2の主面とに酸化膜を形成する、酸化過程と、
前記酸化膜のうち拡散部分を除去する、第1のフォトプロセス過程と、
前記半導体基板の前記第1の主面のうち前記酸化膜の前記拡散部分が除去されたことにより露出された部分に、前記第1導電型の第1の不純物からなるとともに、複数のストライプ状の部分からなる第1の拡散層を形成する、第1拡散過程と、
前記第1の拡散層を覆う第2の酸化膜を形成する第2の酸化過程と、
前記半導体基板の前記第2の主面うち前記酸化膜の前記拡散部分が除去されたことにより露出された部分に、前記第1導電型とは相異なる第2導電型の第2の不純物からなる第2の拡散層を形成する、第2拡散過程と、
前記第2の酸化膜のうち前記第1の拡散層に対応する部分を除去する、第2のフォトプロセス過程と、
前記第1の拡散層および前記第2の酸化膜を覆うドリフト用の電極を形成する過程と、
前記第2の拡散層を前記第1の主面に向けてドリフトさせて、前記第2の拡散層から前記第1の拡散層まで延在する前記第2導電型のドリフト領域を形成する、ドリフト過程であって、前記ドリフト領域と前記第1の拡散層との境界にはストライプ状のPN接合が形成されている、前記ドリフト過程と
を有することを特徴とするドリフト型シリコン放射線検出器の製造方法。
A method of manufacturing a drift-type silicon radiation detector having a PN junction portion,
A cleaning process for cleaning the semiconductor substrate of the first conductivity type;
An oxidation process in which the semiconductor substrate is heated in an oxygen atmosphere to form an oxide film on a first main surface of the semiconductor substrate and a second main surface opposite to the first main surface; ,
A first photo process for removing a diffusion portion of the oxide film;
A portion of the first main surface of the semiconductor substrate exposed by removing the diffusion portion of the oxide film is made of the first impurity of the first conductivity type and has a plurality of stripe-like shapes. Forming a first diffusion layer comprising a portion, a first diffusion process;
A second oxidation process for forming a second oxide film covering the first diffusion layer;
A portion of the second main surface of the semiconductor substrate exposed by removing the diffusion portion of the oxide film is exposed to a second impurity of a second conductivity type different from the first conductivity type. Forming a second diffusion layer comprising: a second diffusion process;
Removing a portion of the second oxide film corresponding to the first diffusion layer; a second photo process step;
Forming a drift electrode covering the first diffusion layer and the second oxide film;
Drift that drifts the second diffusion layer toward the first main surface to form the drift region of the second conductivity type extending from the second diffusion layer to the first diffusion layer. A drift type silicon radiation detector comprising: a drift process in which a striped PN junction is formed at a boundary between the drift region and the first diffusion layer. Method.
前記第1の不純物が、硼素(B)、アルミニウム(Al)、インジウム(In)、亜鉛(Zn)、ガリウム(Ga)、タリウム(Ti)のいずれかからなり、
前記第2の不純物が、リチウム(Li)、リン(P)、ヒ素(As)、アンチモン(Sb)、ビスマス(Bi)からなることを特徴とする請求項1または請求項2に記載の方法。
The first impurity is any of boron (B), aluminum (Al), indium (In), zinc (Zn), gallium (Ga), and thallium (Ti),
3. The method according to claim 1, wherein the second impurity includes lithium (Li), phosphorus (P), arsenic (As), antimony (Sb), and bismuth (Bi).
前記第1の不純物が、硼素(B)からなり、
前記第2の不純物が、リチウム(Li)からなることを特徴とする請求項1または請求項2に記載の方法。
The first impurity comprises boron (B);
The method according to claim 1, wherein the second impurity is lithium (Li).
前記ドリフト過程が、以下の式により求められる時間tに亘って行われ、
W=(2×μVt)1/2
ここで、Wはドリフト領域の幅[cm]、μは前記第2の不純物の移動度[cm2 ]、Vは逆バイアス電圧[V]、tはドリフト時間[秒]を、各々、表している、ことを特徴とする請求項1乃至4のいずれかに記載の方法。
The drift process is performed for a time t determined by the following equation:
W = (2 × μVt) 1/2
Here, W represents the width [cm] of the drift region, μ represents the mobility of the second impurity [cm 2 ], V represents the reverse bias voltage [V], and t represents the drift time [second]. The method according to any one of claims 1 to 4, characterized in that:
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