半导体器件及其制造方法技术

提供一种适于检测中子、小型且可降低制造成本的半导体器件及其制造方法。一种半导体器件，在半导体衬底１上形成包含同位素［１０］↑Ｂ的硼元素含有层４，使向硼元素含有层４照射的中子与同位素［１０］↑Ｂ反应而放射出的α射线进入半导体衬底１，通过在半导体衬底中产生的电子－空穴对８来检测中子的量。（*该技术在2021年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种，特别是涉及进行辐射检测的半导体器件。
技术介绍
从现有技术已知作为中子的检测方法的采用BF3计数管的检测方法和采用金属薄膜的放射活化的方法。但是，在使用计数管的方法或采用金属薄膜放射活化的方法中，因为计数管体积大，因此器件自身难免大型化，存在不能实时测量中子场的问题。另一方面，作为辐射检测器，虽然已知半导体检测器，但其特性上中子的检测几乎不用。另外，现有的半导体型检测器还存在成本非常高的问题。
技术实现思路
为解决上述问题提出本专利技术，第一个目的是提供一种适于检测中子、小型且降低制造成本的。第二个目的是提供一种可瞬时监视分析检测出的中子的。本专利技术的半导体器件为用于检测中子的量的半导体器件，包括半导体衬底、和具有形成于所述半导体衬底上的同位素10B的硼元素含有层。另外，具有在所述硼元素含有层的下层中的所述半导体衬底表面区域中形成的PN结部，通过所述中子和所述同位素10B的反应放射出的α射线在所述PN结部的耗尽层中产生电子-空穴对，根据所述电子-空穴对的电荷量来检测所述中子的量。另外，在检测所述中子的区域和其它区域中的所述半导体器件上具有由规定的半导体元件构成的分析用电路部，通过所述分析用电路部来进行所述电子-空穴对的电荷分析。另外，所述分析用电路部中的所述硼元素含有层的所述同位素10B浓度与检测所述中子的区域的所述硼元素含有层的所述同位素10B浓度相比，为低浓度。另外，在所述分析用电路部中没有设置所述硼元素含有层。另外，本专利技术的半导体器件制造方法为检测中子的半导体器件的制造方法，包括将规定杂质搀入半导体衬底上的第一区域中以在该半导体衬底的表面区域中形成PN结的第一步骤，在所述半导体衬底的第二区域中形成分析检测的所述中子用的分析用电路部的第二步骤，和至少在所述第一区域的所述半导体衬底上形成包含与所述中子反应而放射出α射线的同位素10B的硼元素含有层的第三步骤。另外，在所述第三步骤中，形成所述硼元素含有层，所述第二区域中的所述同位素10B浓度与所述第一区域的所述同位素10B浓度相比，为低浓度。另外，在所述第三步骤中，仅在所述第一区域的半导体衬底上形成所述硼元素含有层。附图说明图1是表示本专利技术实施例1的半导体器件的结构的示意剖面图。图2是表示本专利技术实施例1的半导体器件的斜视图。图3是表示本专利技术实施例2的半导体器件的结构的示意剖面图。专利技术实施例下面参照附图来说明本专利技术的几个实施例。实施例1图1是表示作为本专利技术实施例1的半导体器件的半导体型辐射检测器的示意剖面图。实施例1的半导体器件为将本专利技术应用于1芯片型的中子检测器中的器件。首先根据图1来说明实施例1的半导体器件的结构。如图1所示，实施例1的半导体器件具有辐射检测部1A和分析用内部电路部1B两个区域来构成。辐射检测部1A为用作检测入射的中子检测器的区域。在辐射检测部1A中，在由元件分离氧化膜2划定的P型硅半导体衬底1的表面区域内形成N型杂质扩散层，在与P型硅半导体衬底1之间形成PN结。另外，相对于PN结的交界面3，在上下方向的规定范围内形成耗尽层。另一方面，在分析用内部电路部1B中，通过栅极氧化膜6在P型硅半导体衬底1上形成栅极5，在栅极5的两侧的P型硅半导体衬底1的表面区域上形成作为源极/漏极的杂质扩散层7，同时构成MOS晶体管。在分析用内部电路部1B中，构成通过这种MOS晶体管和组合其它元件的电路来检测在辐射检测部1A中检测出的辐射的电路。在分析用内部电路部1B中构成的电路通过适当组合例如放大微小信号的放大电路、仅选择特定的波峰脉冲的单通道波峰分析电路、检查两系统的脉冲间一致的同步计数电路、计数脉冲数的定标器电路、自动分析脉冲波峰的频度分布的多路复用波峰分析电路等几个基本电路来构成。在辐射检测部1A和分析用内部电路部1B中的P型硅半导体衬底1上形成硼元素(B)含有层4。在该硼元素含有层4中，包含规定比例的同位素10B，而不是稳定同位素的硼。通常，同位素10B在天然存在的硼元素中约含20％。在本实施例的半导体器件中，使硼元素含有层4中含有一定浓度或该浓度以上的同位素10B。下面说明这种实施例1的半导体器件的制造方法。首先，在P型硅半导体衬底1上通过所谓LOCOS法、STI法等形成元件分离氧化膜2，以划定元件活性区域，在辐射检测部1A的元件活性区域中通过例如离子注入来搀入N型杂质，在与P型硅半导体衬底1之间形成PN结。另一方面，在分析用内部电路部1B中，在P型硅半导体衬底1上形成栅极氧化膜6和栅极5，通过离子注入N型杂质，在栅极5两侧的P型硅半导体衬底1上形成杂质扩散层7。在分析用内部电路部1B中，通过包含这种栅极5、杂质扩散层7的MOS晶体管等元件来形成分析用电路。之后，在辐射检测部1A和分析用内部电路部1B的P型硅半导体衬底1上形成硼元素含有层4中，得到图1所示的结构。这里，硼元素含有层4的形成中存在在采用CVD法成膜的同时向膜中搀入硼元素的方法、在形成作为硼元素含有层4底部的膜(层间绝缘膜)之后通过离子注入来搀入硼元素的方法等。中子的放射活化依赖于硼元素含有层4中存在的同位素10B的个数，即使硼元素含有层4中的同位素10B的浓度稀，只要形成厚的硼元素含有层4即可，反之，在硼元素含有层4中的同位素10B的浓度浓的情况下，可使硼元素含有层4变薄。特别是，通过将硼元素含有层4中的同位素10B的浓度设定在1020个/cm3-1023个/cm3的范围内，最好将浓度的上限设定在1022个/cm3以下，能可靠地使中子与10B反应，而高效地放射出α射线。图2是表示实施例1的半导体器件结构的斜视图。如图2所示，在实施例1的半导体器件中，将P型硅半导体衬底1上的区域分成多个区域，将辐射检测部1A和分析用内部电路部1B配置在彼此对角的位置上。通过分离辐射检测部1A和分析用内部电路部1B，可将例如中子的照射限定在辐射检测部1A的区域中，还可将因α射线放射到分析用内部电路部1B P型半导体基板1而导致的软错误的发生抑制到最小限度。下面说明实施例1的半导体器件中的中子检测的原理和工作。首先，辐射检测部1A中受到作为被检测对象的中子的照射。于是，硼元素含有层4中的同位素10B与照射的中子反应，在硼元素含有层4中进行10B(n，α)7Li反应。因此，从硼元素含有层4向下层的P型硅半导体衬底1放射出α射线。放射出的α射线进入到辐射检测部1A的P型硅半导体衬底中，如图1所示，在PN结的交界面3附近的耗尽层中或其附近发生电子-空穴对8。因为电子-空穴对8的发生对应于α射线的放射量来进行，所以通过收集PN结区域中发生的电子-空穴对8的电荷，就可检测α射线。因此，通过检测PN结中流过的电流，可求出α射线的放射量，从而可求出照射的中子的量。具体来说，可通过从耗尽层中收集到的电荷量来放大PN结中流过的电流脉动，测量计数或波峰分布可求出α射线的能量谱。因此，通过分析流过PN结的电流，可详细地求出照射的中子的量、特性。分析用内部电路部1B具有从收集到的电荷量来进行上述分析的功能。通过将分析用内部电路部1B与辐射检测部1A配置在同一衬底上、即同一芯片上，可在收集了电子-空穴对8的电荷后瞬时进行上述的分析，可瞬时监视入射的中子射线。另外，因为从作为对于中子的反应部的辐射检测部1A本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种半导体器件，检测中子的量，其特征在于：包括半导体衬底，和包含形成于所述半导体衬底上的同位素↑［１０］Ｂ的硼元素含有层。

【技术特征摘要】
JP 2001-3-13 70071/011.一种半导体器件，检测中子的量，其特征在于包括半导体衬底，和包含形成于所述半导体衬底上的同位素10B的硼元素含有层。2.根据权利要求1所述的半导体器件，其特征在于具有在所述硼元素含有层的下层中的所述半导体衬底表面区域中形成的PN结部，通过所述中子和所述同位素10B的反应放射出的α射线在所述PN结部的耗尽层中产生电子-空穴对，根据所述电子-空穴对的电荷量来检测所述中子的量。3.根据权利要求2所述的半导体器件，其特征在于在与检测所述中子的区域不同的区域的所述半导体器件上具有由规定的半导体元件构成的分析用电路部，通过所述分析用电路部来进行所述电子-空穴对的电荷分析。4.根据权利要求3所述的半导体器件，其特征在于所述分析用电路部中的所述硼元素含有层的所述同位素10B浓度与检测所述中子的区域的所述硼元素含有层的所述同位素10B浓...

【专利技术属性】
技术研发人员：印部贵之，
申请(专利权)人：三菱电机株式会社，
类型：发明
国别省市：JP[日本]