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JPH0476055B2 - - Google Patents
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JPH0476055B2 - - Google Patents

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Publication number
JPH0476055B2
JPH0476055B2 JP59230778A JP23077884A JPH0476055B2 JP H0476055 B2 JPH0476055 B2 JP H0476055B2 JP 59230778 A JP59230778 A JP 59230778A JP 23077884 A JP23077884 A JP 23077884A JP H0476055 B2 JPH0476055 B2 JP H0476055B2
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JP
Japan
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resistance
semiconductor
incident
particle beam
layer
Prior art date
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Application number
JP59230778A
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Japanese (ja)
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JPS61108930A (en
Inventor
Akinaga Yamamoto
Yoshitaka Terada
Seiji Yamaguchi
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Hamamatsu Photonics KK
Original Assignee
Hamamatsu Photonics KK
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Publication date
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Publication of JPH0476055B2 publication Critical patent/JPH0476055B2/ja
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    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10FINORGANIC SEMICONDUCTOR DEVICES SENSITIVE TO INFRARED RADIATION, LIGHT, ELECTROMAGNETIC RADIATION OF SHORTER WAVELENGTH OR CORPUSCULAR RADIATION
    • H10F30/00Individual radiation-sensitive semiconductor devices in which radiation controls the flow of current through the devices, e.g. photodetectors
    • H10F30/20Individual radiation-sensitive semiconductor devices in which radiation controls the flow of current through the devices, e.g. photodetectors the devices having potential barriers, e.g. phototransistors
    • H10F30/29Individual radiation-sensitive semiconductor devices in which radiation controls the flow of current through the devices, e.g. photodetectors the devices having potential barriers, e.g. phototransistors the devices being sensitive to radiation having very short wavelengths, e.g. X-rays, gamma-rays or corpuscular radiation

Landscapes

  • Measurement Of Radiation (AREA)
  • Testing Or Measuring Of Semiconductors Or The Like (AREA)
  • Measurement Of Length, Angles, Or The Like Using Electric Or Magnetic Means (AREA)
  • Photometry And Measurement Of Optical Pulse Characteristics (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) 本発明は光スポツトや粒子線の入射位置を計測
することにより、光または粒子を発散する被計測
物の動きや位置の計測、制御を行う場合の検出器
として、または発散される光や粒子が非常に微弱
であるような画像を計測する場合、ランダムに入
射する粒子線の位置と頻度を蓄積することにより
積分画像を得る場合に用いる粒子線等の入射位置
を検出するための半導体入射位置検出装置に関す
る。
[Detailed Description of the Invention] (Industrial Application Field) The present invention measures and controls the movement and position of an object to be measured that emits light or particles by measuring the incident position of a light spot or a particle beam. Particles used as a detector for cases where the emitted light or particles are very weak, or when obtaining an integral image by accumulating the positions and frequencies of randomly incident particle beams. The present invention relates to a semiconductor incident position detection device for detecting the incident position of a line or the like.

(従来の技術) 従来の半導体を用いた粒子線用の位置検出装置
を第9図を参照して説明する。
(Prior Art) A conventional particle beam position detection device using a semiconductor will be described with reference to FIG.

2次元半導体位置検出装置として表面分割型の
半導体位置検出装置と両面分割型の半導体位置検
出装置が知られている。
2. Description of the Related Art As two-dimensional semiconductor position detecting devices, there are known semiconductor position detecting devices of a surface-split type and a double-side split type.

第9図a,bおよびcは、それぞれ表面分割型
の半導体位置検出装置の斜視図、断面図および平
面図である。
9a, b, and c are a perspective view, a sectional view, and a plan view, respectively, of a surface-divided type semiconductor position detection device.

従来の表面分割型の半導体位置検出装置は各図
に示されているように、ある伝導型を示す半導体
基板1の片面に反対の伝導型の抵抗層2を形成し
てある。
As shown in each figure, a conventional surface-divided type semiconductor position detection device has a resistive layer 2 of the opposite conductivity type formed on one side of a semiconductor substrate 1 of a certain conductivity type.

抵抗層2の形状は正方形または長方形であり、
その抵抗層2の辺に沿つて辺の長さの一定の割合
の部分に電極3が形成されている。
The shape of the resistance layer 2 is square or rectangular,
An electrode 3 is formed along the side of the resistance layer 2 at a portion corresponding to a certain length of the side.

第9図d、e、fは、それぞれ両面分割型の半
導体位置検出装置の斜視図、断面図および平面図
である。
9d, e, and f are a perspective view, a sectional view, and a plan view, respectively, of a double-sided split type semiconductor position detection device.

半導体基板1上に形成された、基板とは反対の
伝導型を持つ正方形または長方形の抵抗層2の一
組の向かい合う辺に沿つて電極3が形成され、ま
た半導体基板1裏面には全面に基板と同じ伝導型
の抵抗層5が形成されている。
Electrodes 3 are formed on a semiconductor substrate 1 along a pair of opposite sides of a square or rectangular resistance layer 2 having a conductivity type opposite to that of the substrate. A resistance layer 5 of the same conductivity type is formed.

そして裏面には前記表面の電極3と直交する対
辺に沿つて電極4が形成されている。
An electrode 4 is formed on the back surface along the opposite side orthogonal to the electrode 3 on the front surface.

入射粒子の位置を座標軸を第9図のcおよびf
のように正方形または長方形の抵抗層の中心点を
通り、抵抗層の辺と平行になるように取り、電極
と交わる点を±1とする座標系により特定する。
The position of the incident particle is expressed as the coordinate axes c and f in Figure 9.
It is specified by a coordinate system that passes through the center point of a square or rectangular resistance layer, parallel to the sides of the resistance layer, and sets the point where it intersects with the electrode as ±1.

表面分割型の半導体位置検出装置では電極3の
、3の、3の、3のを接地し、電極に
p−n接合が逆バイアスとなるように電圧をかけ
ておく。また両面分割型の半導体位置検出装置で
は電極3の、3のと、電極3の、3のと
の間にp−n接合が逆バイアスとなるようにバイ
アスをかけておく。
In the surface-divided type semiconductor position detection device, electrodes 3, 3, 3, and 3 are grounded, and a voltage is applied to the electrodes so that the pn junction becomes reverse biased. Further, in the double-sided split type semiconductor position detection device, a bias is applied between the electrodes 3 and 3 so that the pn junction is reverse biased.

抵抗層の上の任意の座標(x、y)の点に粒子
が入射すると内部効果によつて発生した励起キヤ
リアはp−n接合で分離され、表面分割型ではそ
の一方のキヤリアが抵抗層2で分割され、電極3
の〜に流れ込む。電極3のの電流をI1、3
のの電流をI2、3のの電流をI3、3のの電
流をI4とすると X=(I3−I1)/(I3+I1) Y=(I2−I4)/(I2+I4) の計算(演算)をすることにより(x、y)に対
応した位置出力を得ることができる。
When a particle is incident on a point at arbitrary coordinates (x, y) on the resistance layer, excited carriers generated by internal effects are separated by a p-n junction, and in the surface split type, one of the carriers is connected to the resistance layer 2. electrode 3
flows into ~. The current of electrode 3 is I 1 , 3
Let the current of 2 be I 2 , the current of 3 be I 3 , and the current of 3 be I 4 X=(I 3 − I 1 )/(I 3 +I 1 ) Y=(I 2I 4 )/ By calculating (I 2 +I 4 ), a position output corresponding to (x, y) can be obtained.

両面分割型の半導体位置検出装置ではp−n接
合で分離されたキヤリアのうち一方は表面に設け
られた抵抗層で分離され電極3のとに流れ込
む。他方は裏面の抵抗層5で分割され電極4の
とに流れる。
In a double-sided split type semiconductor position detection device, one of the carriers separated by the pn junction is separated by a resistance layer provided on the surface and flows into the electrode 3. The other part is divided by the resistance layer 5 on the back surface and flows to the electrode 4.

X=(I3−I1)/(I3+I1) Y=(I2−I4)/(I2+I4) の計算(演算)をすることにより(x、y)に対
応した位置出力を得ることができる。
The position corresponding to ( x , y ) is calculated by calculating (operating) You can get the output.

前記表面分割型と両面分割型の半導体位置検出
装置は互いに他方にはない長所と短所を備えてい
る。第10図は半導体位置検出装置の位置出力特
性を示すグラフである。同図Aは表面分割型の装
置の位置出力特性、同図Bは両面分割型の装置の
位置出力特性を示している。
The surface-split type and double-side split type semiconductor position detection devices each have advantages and disadvantages that the other does not have. FIG. 10 is a graph showing the position output characteristics of the semiconductor position detection device. Figure A shows the position output characteristics of a surface-split type device, and Figure B shows the position output characteristics of a double-sided split type device.

いずれのものも13mm×13mmの抵抗層2内の10mm
×10mmの領域内をX軸、Y軸にそれぞれ平行に一
定ピツチで粒子線の代わりに光スポツトを移動さ
せて得られた前述のX、Yの出力特性をグラフ化
したものである。
Both are 10mm inside the 13mm x 13mm resistance layer 2.
This is a graph of the aforementioned X and Y output characteristics obtained by moving a light spot instead of a particle beam at a constant pitch parallel to the X and Y axes within an area of 10 mm.

第10図Aに示す表面分割型の装置では、測定
のための光スポツトは碁盤の目を形成するように
一定ピツチで移動させているのに、出力図形のピ
ツチは一定ではなく周辺部においてピツチが狭く
なつている。
In the surface division type device shown in Fig. 10A, the light spot for measurement is moved at a constant pitch so as to form a grid, but the pitch of the output figure is not constant, but is centered around the periphery. is getting narrower.

これに対して第10図Bに示す両面分割型の装
置の出力特性はほぼ一定ピツチとなつていて歪が
少ない。
On the other hand, the output characteristics of the double-sided split type device shown in FIG. 10B have a substantially constant pitch and have little distortion.

両面分割型の装置は、前述のように出力特性が
優れているが、基板1にある結晶欠陥をゲツタリ
ングするのが困難である。そのため、表面分割型
の装置に比較して接合もれ電流がはるかに大きく
なり、その値は表面分割型の装置の10倍〜100倍
に達することがある。
Although the double-sided split type device has excellent output characteristics as described above, it is difficult to getter the crystal defects in the substrate 1. Therefore, the junction leakage current is much larger than that of a surface-divided type device, and its value can reach 10 to 100 times that of a surface-divided type device.

また位置検出装置の雑音特性は主に抵抗層のシ
ート抵抗で決定され、信号レベルが小さい場合に
は、シート抵抗を大きくして雑音を小さくする必
要がある。
Further, the noise characteristics of the position detection device are mainly determined by the sheet resistance of the resistance layer, and when the signal level is low, it is necessary to increase the sheet resistance to reduce noise.

しかしながら、粒子の入射によつて生ずる特性
の劣化はシート抵抗が大きい程顕著になる。
However, the deterioration of characteristics caused by the incidence of particles becomes more pronounced as the sheet resistance increases.

入射粒子が特に電子または荷電粒子のような場
合には照射によつてシリコン基板表面に損傷を発
生する。この損傷がp−n接合の近傍の場合、通
常の粒子線検出装置では多少の暗電流の増加をま
ねくが致命的な劣化とはならない。
Irradiation causes damage to the silicon substrate surface, especially if the incident particles are electrons or charged particles. If this damage occurs near the pn junction, it will cause a slight increase in dark current in a normal particle beam detection device, but it will not cause fatal deterioration.

しかし位置検出装置の場合には、薄い不純物ド
ープにより抵抗層の抵抗値が変化すると共に暗電
流および変換感度の劣化等も通常の粒子線検出装
置に比較して大きなものとなる。さらに電子や荷
電粒子の入射に対する不感層を小さくするため
に、抵抗層を覆つている保護膜を取り除くと低キ
ヤリア濃度の抵抗層は、表面の汚染や表面の寄生
電荷などにより一層特性劣化が顕著となる。
However, in the case of a position detection device, the resistance value of the resistance layer changes due to thin impurity doping, and the dark current and conversion sensitivity deteriorates to a greater degree than in a normal particle beam detection device. Furthermore, when the protective film covering the resistive layer is removed in order to reduce the insensitive layer to the incidence of electrons and charged particles, the characteristics of the resistive layer with a low carrier concentration deteriorate even more due to surface contamination and surface parasitic charges. becomes.

以上を要約すると、表面分割型位置検出装置
は、もれ電流が小さくできるが位置出力誤差が大
きく、両面分割型位置検出装置は位置出力誤差は
小さいが、もれ電流が大きく、両位置検出装置と
も抵抗層側からの粒子の入射には、特に電子や荷
電粒子のような場合、特性の劣化が付随する。
To summarize the above, the surface split type position sensing device can reduce leakage current, but the position output error is large, and the double side split type position sensing device has a small position output error, but the leakage current is large, and both position sensing devices In both cases, the incidence of particles from the resistive layer side is accompanied by deterioration of characteristics, especially in the case of electrons and charged particles.

(発明の目的) 本発明の目的は、もれ電流が小さく、位置出力
の歪が小さく、逆バイアス印加が容易で、粒子線
(特に電子または荷電粒子)の照射によつて位置
出力特性の変化や感度の劣化がなく、かつ高感度
な粒子線等の入射位置を検出するための半導体入
射位置検出装置を提供することにある。
(Objective of the Invention) The object of the present invention is to have low leakage current, small distortion of position output, easy application of reverse bias, and change in position output characteristics by irradiation with particle beams (especially electrons or charged particles). An object of the present invention is to provide a semiconductor incident position detection device for detecting the incident position of a particle beam or the like with high sensitivity and without deterioration of sensitivity.

(発明の構成) 前記目的を達成するために、本発明による粒子
線等の入射位置を検出するための半導体入射位置
検出装置は、第1の導電型を有する半導体基板に
第2の導電型から成る抵抗層を形成し、半導体基
板に入射した粒子線または光スポツト(以下「粒
子線等」)によつて生成された電流が前記抵抗層
の周辺に設けられた複数の電極に分割されて出力
される半導体位置検出素子であつて、粒子線等の
入射を第2の導電型から成る抵抗層が形成されて
いる面の反対側の半導体基板より入射させるよう
にし、 この入射面となる半導体基板の表面に充分薄く
かつ高濃度の第1の導電型の層を形成し、 前記抵抗層の形状が抵抗層を4つの円弧状の抵
抗線で、その抵抗線の接続点が正方形または矩形
の各角に位置するように囲み、前記抵抗線の接続
点から電流が取り出されるようにし、前記抵抗層
のシート抵抗値rと円弧状抵抗線の線抵抗率Ri
と円弧状抵抗線の曲率半径aiとの関係を Ri=r/ai(iは1〜4の整数)として構成さ
れている。
(Structure of the Invention) In order to achieve the above object, a semiconductor incident position detection device for detecting the incident position of a particle beam, etc. according to the present invention includes a semiconductor substrate having a first conductivity type, a semiconductor substrate having a first conductivity type, a semiconductor substrate having a second conductivity type, a particle beam, etc. A current generated by a particle beam or optical spot (hereinafter referred to as "particle beam, etc.") incident on the semiconductor substrate is divided into a plurality of electrodes provided around the resistive layer and output. A semiconductor position detection element configured to allow the incidence of a particle beam or the like to enter from the semiconductor substrate on the opposite side of the surface on which the resistive layer of the second conductivity type is formed, and the semiconductor substrate serving as the incident surface. A sufficiently thin and highly concentrated layer of the first conductivity type is formed on the surface of the resistor layer, and the shape of the resistor layer is formed by four arcuate resistance wires, each of which has a square or rectangular connection point. The sheet resistance r of the resistance layer and the linear resistivity Ri of the arc-shaped resistance wire are
The relationship between and the radius of curvature ai of the arc-shaped resistance wire is set as Ri=r/ai (i is an integer from 1 to 4).

前記検出すべき粒子線は電子または荷電粒子で
ある。
The particle beam to be detected is an electron or a charged particle.

(実施例) 以下、図面等を参照して本発明をさらに詳しく
説明する。
(Example) Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to the drawings and the like.

第1図は本発明による粒子線等の入射位置を検
出するための半導体入射位置検出装置の実施例を
示す平面図および縦断面図である。
FIG. 1 is a plan view and a longitudinal sectional view showing an embodiment of a semiconductor incident position detection device for detecting the incident position of a particle beam or the like according to the present invention.

この実施例は、特に電子および荷電粒子の入射
位置を検出対象とするものである。
In this embodiment, the detection target is particularly the incident position of electrons and charged particles.

半導体基板11としてn型シリコンウエーハ、
比抵抗3kΩcm以上のものを使用する。
An n-type silicon wafer as the semiconductor substrate 11;
Use one with a specific resistance of 3kΩcm or more.

この半導体基板11の両面とも鏡面研摩する。 Both sides of this semiconductor substrate 11 are mirror polished.

この半導体基板11を熱酸化し全面に次のホウ
素の拡散マスクとなる厚いSiO2を成長させる。
次に半導体基板1上の一方の面のSiO2に一辺の
長さ26mmの正方形の頂点を結ぶ半径acmの弧の部
分に沿つて幅300μmの線状に、ホトリソグラフ
イーによつて孔あけする。
This semiconductor substrate 11 is thermally oxidized to grow a thick layer of SiO 2 on the entire surface, which will serve as a diffusion mask for the next boron.
Next, a hole with a width of 300 μm is formed in the SiO 2 on one side of the semiconductor substrate 1 by photolithography along an arc with a radius of acm connecting the vertices of a square with a side length of 26 mm. .

そしてこの部分にホウ素をイオン注入によつて
導入し熱処理によつて拡散させ、弧の部分の長さ
の方向の単位長さ(1cm)当たりの抵抗が全工程
終了後R(Ω/cm)となるように調節した。この
線状の弧の部分をボーダ抵抗部13と呼ぶことに
する。
Then, boron is introduced into this part by ion implantation and diffused by heat treatment, so that the resistance per unit length (1 cm) in the direction of the length of the arc part becomes R (Ω/cm) after the completion of the entire process. I adjusted it so that This linear arc portion will be referred to as a border resistance portion 13.

再び半導体基板11を酸化し、ボーダ抵抗部1
3の上に5000ÅのSiO2を成長させる。
The semiconductor substrate 11 is oxidized again, and the border resistance part 1 is
Grow 5000 Å of SiO 2 on top of 3.

次にホトリソグラフイーによりボーダ抵抗部1
3で囲まれている領域のSiO2と、ボーダ抵抗部
13が形成されているのと反対側の面の全面の
SiO2を除去する。
Next, by photolithography, the border resistor part 1 is
SiO 2 in the area surrounded by 3 and the entire surface on the opposite side where the border resistance part 13 is formed.
Remove SiO2 .

この時ボーダ抵抗部13にもオーバラツプして
SiO2を取り除くようにする。オーバラツプの幅
は50μmである。
At this time, the border resistance section 13 is also overlapped.
Try to remove SiO2 . The width of the overlap is 50 μm.

この半導体基板11を熱酸化し、前記SiO2
去部に1500ÅのSiO2を成長させる。
This semiconductor substrate 11 is thermally oxidized to grow SiO 2 of 1500 Å in the SiO 2 removed portion.

次に、半導体基板の前記パターンの側に加速エ
ネルギー75kevでボロンイオンを、またパターン
と反対側の全面に150kevでリンイオンを注入し
た。注入後、基板をN2雰囲気中でアニールする。
アニール後のパターン面(ボロンイオイ注入面)
のシート抵抗値r(Ω/□)は、全工程終了後R
=r/aとなるように調整された。またリンイオ
ン注入層のシート抵抗値は50(Ω/□)、注入層の
厚みは3000Åである。リンイオン注入層側の1500
Åの酸化膜はアニール後全面除去された。
Next, boron ions were implanted into the pattern side of the semiconductor substrate at an acceleration energy of 75 keV, and phosphorus ions were implanted into the entire surface on the opposite side from the pattern at 150 keV. After implantation, the substrate is annealed in a N2 atmosphere.
Pattern surface after annealing (boron sulfur implanted surface)
The sheet resistance value r (Ω/□) is R after all processes are completed.
=r/a. Further, the sheet resistance value of the phosphorus ion implantation layer is 50 (Ω/□), and the thickness of the implantation layer is 3000 Å. 1500 on the phosphorus ion implantation layer side
The oxide film of Å was completely removed after annealing.

ボーダ抵抗部13によつて囲まれたボロンイオ
ン注入部を抵抗層部14、反対側のリンイオン注
入部をn+部12と呼ぶことにする。
The boron ion implanted portion surrounded by the border resistance portion 13 will be referred to as a resistance layer portion 14, and the phosphorus ion implanted portion on the opposite side will be referred to as an n + portion 12.

ボーダ抵抗部13の4隅の頂点の部分に、ボー
ダ抵抗部13からはみ出さないようにして直径
600μmのAL電極15が同心円状に形成され、n+
部12の周辺には金(Au)がマスク蒸着され、
半導体基板と合金して裏面の電極とした。
At the apex portions of the four corners of the border resistance section 13, the diameter is
A 600 μm AL electrode 15 is formed concentrically, and n +
Gold (Au) is mask-deposited around the portion 12,
It was alloyed with a semiconductor substrate to form an electrode on the back surface.

半導体基板は5ピンセラミツクケースにダイボ
ンデイング、ワイヤボンデイング接続する。
The semiconductor substrate is connected to a 5-pin ceramic case by die bonding and wire bonding.

チツプの寸法は30mm×30mmであり、ボーダ抵抗
部13の線抵抗率Rは8kΩ/cm、弧の部分の曲率
半径aは5cm、抵抗層部のシート抵抗は40kΩ/
□である。
The dimensions of the chip are 30 mm x 30 mm, the linear resistivity R of the border resistance part 13 is 8 kΩ/cm, the radius of curvature a of the arc part is 5 cm, and the sheet resistance of the resistive layer part is 40 kΩ/cm.
It is □.

第2図は以上の工程で製作された半導体位置検
出装置を使つて位置検出をする演算回路のブロツ
ク図である。
FIG. 2 is a block diagram of an arithmetic circuit for position detection using the semiconductor position detection device manufactured through the above steps.

C1〜C4は電荷−電圧変換器である。 C1 to C4 are charge-voltage converters.

C1〜C4の入力の電位は接地電位となつていて
粒子の入射により変換された電荷信号が流れ込
み、電圧に変換された信号V1〜V4をそれぞれ出
力する。
The potential of the inputs of C 1 to C 4 is the ground potential, and charge signals converted by the incidence of particles flow into them, and signals V 1 to V 4 converted to voltages are output, respectively.

A1〜A5は加算器である。S1とS2は減算器であ
る。D1とD2除算器で送出されるX信号とY信号
は X=〔(V2+V3)−(V1+V4)〕
/(V1+V2+V3+V4) Y=〔(V1+V2)−(V3+V4)〕
/(V1+V2+V3+V4) となつている。
A1 to A5 are adders. S 1 and S 2 are subtractors. The X and Y signals sent by the D 1 and D 2 dividers are X = [(V 2 + V 3 ) - (V 1 + V 4 )]
/(V 1 +V 2 +V 3 +V 4 ) Y=[(V 1 +V 2 )−(V 3 +V 4 )]
/(V 1 +V 2 +V 3 +V 4 ).

粒子の入射の代わりに、スポツト状の光パルス
を、前記装置に取り付けた素子面上にn+部12
の中央20mm×20mm内を一定ピツチで照射させなが
ら移動し位置演算をさせた結果を第3図に示す。
第3図から明らかなように位置演算出力のピツチ
はほぼ一定で直線の歪も小さい。
Instead of incident particles, a spot-like light pulse is applied to the n + area 12 on the element surface attached to the device.
Figure 3 shows the results of position calculations performed by moving while irradiating the central 20 mm x 20 mm area at a constant pitch.
As is clear from FIG. 3, the pitch of the position calculation output is almost constant and the distortion of the straight line is small.

同一の基板の厚み方向構造を持つ従来の表面分
割型の位置検出装置と比べて、位置出力特性が改
善されていることは明らかである。
It is clear that the position output characteristics are improved compared to conventional surface-divided position detection devices that have the same structure in the thickness direction of the substrate.

次に本発明により、位置出力特性が改善される
理由を説明する。
Next, the reason why the position output characteristics are improved by the present invention will be explained.

第4図に示すように無限大の長さに延びた2つ
の平行な電極61,62の間に均一な抵抗層が形
成されている場合を想定して図のようにX座標軸
を取る。
As shown in FIG. 4, assuming that a uniform resistance layer is formed between two parallel electrodes 61 and 62 extending to an infinite length, the X coordinate axis is taken as shown in the figure.

電極61と電極62を接地する。X=X1の点
に電流源Iが接続されれば電極61と62に流入
する電流I1とI2とX1の関係は X=(I2−I1)/(I2+I1) となる。
Electrode 61 and electrode 62 are grounded. If the current source I is connected to the point where X= X1 , the relationship between the currents I1 , I2 , and X1 flowing into the electrodes 61 and 62 is as follows: X=( I2I1 )/( I2 + I1 ) becomes.

したがつて、このような状態の電極を作れば、
位置の直線性は最良となり、位置誤差は零となる
はずである。
Therefore, if we create an electrode in this state,
The linearity of the position should be the best and the position error should be zero.

ところで第5図のように均一で無限の広さの抵
抗層72の中に半径a(cm)の孔があいていて、
円弧に沿つて線抵抗71が付けられているとす
る。線抵抗71の抵抗率をR(Ω/cm)とし、抵
抗層73のシート抵抗をr(Ω/□)とする。
By the way, as shown in FIG. 5, there is a hole with a radius of a (cm) in the uniform and infinitely wide resistance layer 72.
It is assumed that a wire resistance 71 is attached along the arc. Let the resistivity of the line resistance 71 be R (Ω/cm), and the sheet resistance of the resistance layer 73 be r (Ω/□).

円の中心0を通るようにX軸を取り、−X軸か
ら角度θを取る。
Take the X-axis so that it passes through the center 0 of the circle, and take the angle θ from the -X-axis.

均一な電流JがX方向に流れていてその電流が
円形の孔によつて乱されないとするとθ=0から
θ=θ1の間の線抵抗にはJasinθの電流が流入す
る。
Assuming that a uniform current J is flowing in the X direction and is not disturbed by the circular hole, a current of Jasinθ flows into the line resistance between θ=0 and θ= θ1 .

この電流がθ=θ1とθ=θ1+dθの線抵抗に起こ
す電位降下はdθのxと直角方向の投影をdxとし、
その電位降下をdVxとすると dx=asinθだからdVx=Jasinθ・rdθとなる。線抵
抗71上の電位降下と抵抗層上の電位降下が等し
い時、電流が乱されていないということであるか
ら Jasinθ・aR・dθ=Jasinθ・r・dθ ∴R=r/a となる。
The potential drop caused by this current in the line resistance of θ = θ 1 and θ = θ 1 + dθ is the projection of dθ in the direction perpendicular to x as dx,
If the potential drop is dVx, then since dx=asinθ, dVx=Jasinθ・rdθ. When the potential drop on the wire resistor 71 and the potential drop on the resistance layer are equal, it means that the current is not disturbed, so Jasinθ·aR·dθ=Jasinθ·r·dθ ∴R=r/a.

さて第6図のように一辺の長さl1とl2の長方形
の頂点を通る半径a12,a23,a34,a14の円弧によ
つて囲まれた抵抗層85があり、円弧に沿つて線
抵抗率R12,R23,R34,R14の線抵抗の抵抗線7
1,72,73,74が付けられているとする。
Now, as shown in Fig. 6, there is a resistance layer 85 surrounded by arcs with radii a 12 , a 23 , a 34 , and a 14 passing through the vertices of a rectangle with side lengths l 1 and l 2 . Resistance line 7 of line resistance along which line resistivity is R 12 , R 23 , R 34 , R 14
Assume that 1, 72, 73, and 74 are attached.

抵抗層のシート抵抗をr(Ω/□)とすると R12=r/a12、R23=r/a23、 R34=r/a34、R14=r/a14となつている。 Letting the sheet resistance of the resistance layer be r (Ω/□), R 12 = r/a 12 , R 23 = r/a 23 , R 34 = r/a 34 , and R 14 = r/a 14 .

抵抗線71と74を接続し接地して、抵抗線7
2と73を接続して接地する。
Connect resistance wires 71 and 74 and ground them.
Connect 2 and 73 and ground.

これを第4図と比べると、第5図のような関係
から第6図と第4図は等価であると考えられる。
Comparing this with FIG. 4, it is considered that FIG. 6 and FIG. 4 are equivalent from the relationship shown in FIG. 5.

このようにして第6図のような電極構造を使う
ことによつて位置誤差のない位置出力が得られ
る。
In this way, by using the electrode structure as shown in FIG. 6, a position output without any position error can be obtained.

第7図は、前記実施例装置の使用状態を示す斜
視図および基板内の不純物濃度分布を示すグラフ
である。
FIG. 7 is a perspective view showing the usage state of the device of the embodiment and a graph showing the impurity concentration distribution in the substrate.

以上のように構成され使用される本発明による
粒子線等の入射位置を検出するための半導体入射
位置検出装置の特徴を列記する。
The features of the semiconductor incident position detecting device for detecting the incident position of a particle beam or the like according to the present invention configured and used as described above will be listed below.

前述のような電極形状を用いることによつて
位置誤差の小さな位置出力が得られる。
By using the electrode shape as described above, a position output with small position error can be obtained.

本発明の粒子線等の入射位置を検出するため
の半導体入射位置検出装置は、n+部のイオン
注入およびアニールによつて半導体基板内の結
晶欠陥のゲツタリングができ、暗電流が従来の
表面分割型の装置と同程度もしくはそれ以下と
なつた。
The semiconductor incident position detection device for detecting the incident position of a particle beam, etc. of the present invention is capable of gettering crystal defects in a semiconductor substrate by ion implantation and annealing of the n It is now on the same level as or even lower than the type of device.

表面分割型の装置では信号の情報量として粒
子線入射による変換電流をX演算用、Y演算用
に分けて使用していたのに対し、本発明の検出
装置では、X演算用、Y演算用共に、全変換電
流を用いて演算されるためS/Nの点で有利で
ある。
In the surface-divided type device, the converted current due to particle beam incidence is used separately for X calculation and Y calculation as the information amount of the signal, whereas in the detection device of the present invention, the converted current for X calculation and Y calculation is used separately. Both are advantageous in terms of S/N because they are calculated using the entire converted current.

本発明の粒子線等の入射位置を検出するため
の半導体入射位置検出装置は、粒子の入射を抵
抗層部側から行わないから、特に粒子が電子ま
たは荷電粒子である場合には、入射による抵抗
層部のシート抵抗変化や接合の暗電流の増加が
ない。
The semiconductor incident position detection device for detecting the incident position of particle beams, etc. of the present invention does not make the particles incident from the resistance layer side, so especially when the particles are electrons or charged particles, there is a resistance due to the incident. There is no change in sheet resistance of the layers or increase in junction dark current.

本発明の粒子線等の入射位置を検出するため
の半導体入射位置検出装置は、抵抗層側から粒
子が入射する検出装置と比べ、入射部(n+部)
の不純物濃度が高く、また、n+部は充分薄く
形成されているから、深さ方向の不純物濃度勾
配による加速電界を大きくできる。
The semiconductor incident position detecting device for detecting the incident position of a particle beam, etc. of the present invention is different from a detection device in which particles are incident from the resistance layer side .
Since the impurity concentration is high and the n + part is formed sufficiently thin, it is possible to increase the accelerating electric field due to the impurity concentration gradient in the depth direction.

そのため、電子または荷電粒子の入射により
表面近傍に発生したキヤリアを、再結合中心の
多く存在する半導体表面からすばやく内部に走
行させることができる。
Therefore, carriers generated near the surface due to the incidence of electrons or charged particles can be quickly caused to travel inward from the semiconductor surface where many recombination centers exist.

したがつて、感度が高くでき、電子または電
荷粒子の入射による損傷が生じても感度が安定
である。また表面(粒子入射面)の汚染や表面
の寄生電荷の影響を受けにくい。
Therefore, the sensitivity can be high, and the sensitivity is stable even if damage occurs due to the incidence of electrons or charged particles. It is also less susceptible to surface (particle incidence surface) contamination and surface parasitic charges.

前記効果をさらに説明するために、第8図に
3kevのエネルギーを持つ電子の入射に対する検
出装置の感度変化(曲線S)を示す。
In order to further explain the above effect, FIG.
The change in sensitivity of the detection device (curve S) with respect to the incidence of electrons with an energy of 3 keV is shown.

同図には、抵抗層上のSiO2を除去し、抵抗層
側から入射する場合(曲線J)との結果も示して
ある。
The figure also shows the results when SiO 2 on the resistance layer is removed and the light is incident from the resistance layer side (curve J).

(発明の効果) 以上説明したように本発明による半導体入射位
置検出装置は粒子線等の入射を第2の導電型から
成る抵抗層が形成されているのと反対側の半導体
基板より入射させるようにしてある。そして、こ
の入射面となる半導体基板の表面に、充分薄くか
つ高濃度の第1の導電型の層を形成してある。
(Effects of the Invention) As explained above, the semiconductor incident position detection device according to the present invention allows the incidence of particle beams, etc. to be made from the semiconductor substrate on the opposite side to the side where the resistive layer of the second conductivity type is formed. It is set as. A sufficiently thin and highly concentrated layer of the first conductivity type is formed on the surface of the semiconductor substrate serving as the incident surface.

そのためもれ電流が小さく、位置出力の歪が小
さく、逆バイアス印加が容易で、粒子線(特に電
子または荷電粒子)の照射によつて位置出力特性
の変化や感度の劣化がなく、かつ高感度で粒子線
等の入射位置を検出することができる。
Therefore, leakage current is small, distortion of position output is small, reverse bias can be easily applied, there is no change in position output characteristics or deterioration of sensitivity due to irradiation with particle beams (especially electrons or charged particles), and high sensitivity. It is possible to detect the incident position of particle beams, etc.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]

第1図は本発明による粒子線等の入射位置を検
出するための半導体入射位置検出装置の実施例を
示す平面図および縦断面図である。第2図は前記
半導体位置検出装置を使つて位置検出をする演算
回路のブロツク図である。第3図は本発明による
半導体位置検出装置の位置出力特性を示すグラフ
である。第4図、第5図、第6図は半導体位置検
出装置における位置検出の誤差の発生を防止する
構成を説明するためのモデルを示す図である。第
7図は、前記実施例装置の使用状態を示す斜視図
および、基板内の不純物濃度分布を示すグラフで
ある。第8図は、本発明による粒子線等の入射位
置を検出するための半導体入射位置検出装置の寿
命試験の結果を示すグラフである。第9図は従来
の半導体位置検出装置を示す図であつて、同図
a,bおよびcは、それぞれ表面分割型の半導体
位置検出装置の斜視図、断面図および平面図であ
り、同図d,e,fは、それぞれ両面分割型の半
導体位置検出装置の斜視図、断面図および平面図
である。第10図は前記従来の半導体位置検出装
置の位置出力特性を示すグラフであり、同図Aは
表面分割型の半導体位置検出装置の位置出力特
性、同図Bは両面分割型の位置出力特性を示して
いる。 11……半導体基板、12……n+部、13…
…ボーダ抵抗部、14……抵抗層部、C1〜C4
…電荷−電圧変換器、A1〜A5……加算器、S1
S2……減算器、D1,D2……除算器。
FIG. 1 is a plan view and a longitudinal sectional view showing an embodiment of a semiconductor incident position detection device for detecting the incident position of a particle beam or the like according to the present invention. FIG. 2 is a block diagram of an arithmetic circuit for position detection using the semiconductor position detection device. FIG. 3 is a graph showing the position output characteristics of the semiconductor position detection device according to the present invention. FIG. 4, FIG. 5, and FIG. 6 are diagrams showing models for explaining a configuration for preventing the occurrence of position detection errors in a semiconductor position detection device. FIG. 7 is a perspective view showing the usage state of the device of the embodiment, and a graph showing the impurity concentration distribution in the substrate. FIG. 8 is a graph showing the results of a life test of the semiconductor incident position detection device for detecting the incident position of a particle beam or the like according to the present invention. FIG. 9 is a diagram showing a conventional semiconductor position detection device, and FIG. , e, and f are a perspective view, a sectional view, and a plan view, respectively, of a double-sided split type semiconductor position detection device. FIG. 10 is a graph showing the position output characteristics of the conventional semiconductor position detection device, in which FIG. 10A shows the position output characteristics of the surface split type semiconductor position detection device, and FIG. It shows. 11...Semiconductor substrate, 12...n + part, 13...
...Border resistance section, 14...Resistance layer section, C 1 to C 4 ...
...Charge-voltage converter, A1 to A5 ...Adder, S1 ,
S 2 ...subtractor, D 1 , D 2 ...divider.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1 第1の導電型を有する半導体基板に第2の導
電型から成る抵抗層を形成し、半導体基板に入射
した粒子線または光スポツト(以下「粒子線等」)
によつて生成された電流が前記抵抗層の周辺に設
けられた複数の電極に分割されて出力される半導
体位置検出素子であつて、 粒子線等の入射を第2の導電型から成る抵抗層
が形成されている面の反対側の半導体基板より入
射させるようにし、 この入射面となる半導体基板の表面に充分薄く
かつ高濃度の第1の導電型の層を形成し、 前記抵抗層の形状が抵抗層を4つの円弧状の抵
抗線で、その抵抗線の接続点が正方形または矩形
の各角に位置するように囲み、前記抵抗線の接続
点から電流が取り出されるようにし、前記抵抗層
のシート抵抗値rと円弧状抵抗線の線抵抗率Ri
と円弧状抵抗線の曲率半径aiとの関係を Ri=r/ai(iは1〜4の整数)として構成し
た粒子線等の入射位置を検出するための半導体入
射位置検出装置。 2 前記検出すべき粒子線は電子または荷電粒子
である特許請求の範囲第1項記載の粒子線等の入
射位置を検出するための半導体入射位置検出装
置。
[Claims] 1. A resistive layer of a second conductivity type is formed on a semiconductor substrate of a first conductivity type, and a particle beam or light spot (hereinafter referred to as "particle beam, etc.") incident on the semiconductor substrate is formed.
A semiconductor position detection element in which a current generated by the resistive layer is divided into a plurality of electrodes provided around the resistive layer and outputted, the resistive layer having a second conductivity type being A sufficiently thin and highly concentrated layer of the first conductivity type is formed on the surface of the semiconductor substrate serving as the incident surface, and the shape of the resistive layer is surrounds the resistance layer with four arc-shaped resistance wires such that the connection points of the resistance wires are located at each corner of a square or rectangle, so that current is taken out from the connection points of the resistance wires, and the resistance layer The sheet resistance value r and the linear resistivity Ri of the arc-shaped resistance wire
A semiconductor incident position detection device for detecting the incident position of a particle beam, etc., configured such that the relationship between the radius of curvature ai of the arc-shaped resistance wire and the radius of curvature ai is Ri=r/ai (i is an integer from 1 to 4). 2. A semiconductor incident position detection device for detecting an incident position of a particle beam or the like according to claim 1, wherein the particle beam to be detected is an electron or a charged particle.
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