(57)【要約】      （修正有）【課題】高放射線耐性と費用効率の高い製造性とを兼ね備える放射線変換装置および放射変換装置の製造方法を提供する。【解決手段】光電池、フォトダイオード、または半導体放射線検知装置などの放射線変換装置は、第１の導電型の第１の補償区域１１１を有する半導体部分と、第１の補償区域を互いに分離するベース部とを含む。第１の補償区域は柱構造に配置される。各柱構造は空間的に分離された第１の補償区域を含み、半導体部分の主面に対し垂直方向に延びる。隣り合う前記柱構造同士の間に、ベース部は第１の導電型と相補的である第２の導電型の第２の補償区域１２２を含む。【選択図】図１Ｃ
2014216651.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の導電型の第１の補償区域と前記第１の補償区域同士を互いに分離するベース部とを含む半導体部分を含む放射線変換装置であって、
前記第１の補償区域は柱構造に配置され、各柱構造は前記第１の補償区域の少なくとも２つを含み、前記半導体部分の主面に対し垂直方向に延び、
前記ベース部は隣り合う前記柱構造同士の間に第２の相補導電型の第２の補償区域を含む、放射線変換装置。
【請求項２】
前記第１の補償区域を垂直方向に分離する前記ベース部の部分が一様な不純物分布を有する、請求項１に記載の放射線変換装置。
【請求項３】
前記第１の補償区域を垂直方向に分離する前記ベース部の部分が、前記第１の補償区域内の平均正味不純物濃度の最大で２０分の１の平均正味不純物濃度を有する、請求項１に記載の放射線変換装置。
【請求項４】
前記第１の補償区域を垂直方向に分離する前記ベース部の部分は第２の導電型を有する、請求項１に記載の放射線変換装置。
【請求項５】
前記第２の補償区域と、前記第１の補償区域を垂直方向に分離する前記ベース部の部分とは、一様な不純物分布を有し、
前記垂直方向に沿った前記第１の補償区域の不純物プロファイルはほぼガウス分布である、請求項１に記載の放射線変換装置。
【請求項６】
前記垂直方向に沿った前記第２の補償区域の不純物プロファイルはほぼガウス分布である、請求項１に記載の放射線変換装置。
【請求項７】
前記第２の補償区域を前記垂直方向に分離するベース部の部分は第１の導電型を有する、請求項６に記載の放射線変換装置。
【請求項８】
前記柱構造は縞状であり、前記主面に対して第１の横方向に延びる、請求項１に記載の放射線変換装置。
【請求項９】
前記主面と直接接触して配置された第１の電極構造をさらに含む、請求項８に記載の放射線変換装置。
【請求項１０】
前記第１の電極構造は前記第１の横方向と交差する第２の横方向に走る複数のストリップを含む、請求項９に記載の放射線変換装置。
【請求項１１】
前記第１の電極構造は前記第１の横方向と平行に走る複数のストリップを含む、請求項９に記載の放射線変換装置。
【請求項１２】
前記ストリップのそれぞれは前記柱構造の少なくとも２つに割り当てられる、請求項１１に記載の放射線変換装置。
【請求項１３】
前記半導体部分は第１の導電型の第１のコンタクト領域を含み、
前記第１のコンタクト領域は前記第１の電極構造にオーム接触を与える平均正味不純物濃度を有し、
前記第１のコンタクト領域は前記割り当てられた柱構造の第１の補償区域のうちの１つと前記第１の電極構造と直接接触する、請求項９に記載の放射線変換装置。
【請求項１４】
前記半導体部分は第２の導電型の第２のコンタクト領域を含み、
前記第２のコンタクト領域は第２の電極構造にオーム接触を与える平均正味不純物濃度を有し、
前記第２のコンタクト領域は前記ベース部と前記第２の電極構造とに直接接触する、請求項１に記載の放射線変換装置。
【請求項１５】
前記第２のコンタクト領域は前記主面と直接接触する、請求項１４に記載の放射線変換装置。
【請求項１６】
前記第２のコンタクト領域は前記主面と対向する前記半導体部分の表面と直接接触する、請求項１４に記載の放射線変換装置。
【請求項１７】
縞状の柱構造に配置された第１の導電型の第１の補償区域と第２の相補導電型の第２の補償区域とを、隣り合う前記柱構造同士の間に含む半導体部分であって、各柱構造は前記第１の補償区域のうちの少なくとも２つを含み、垂直方向と前記半導体部分の主面に対して第１の横方向とに延びる、半導体部分と、
前記半導体部分と直接接触する複数のストリップを含む第１の電極構造であって、各ストリップは前記柱構造のうちの２つに割り当てられる、第１の電極構造と、
を含む放射線変換装置。
【請求項１８】
ストリップは前記第１の横方向と交差する第２の横方向に走る、請求項１７に記載の放射線変換装置。
【請求項１９】
ストリップは前記第１の横方向と平行に走り、各ストリップは前記柱構造のうちの２つの隣り合う柱構造の間を走る、請求項１７に記載の放射線変換装置。
【請求項２０】
第１の導電型の第１の補償区域とベース部とを含む半導体部分を含む放射線変換装置であって、
前記第１の補償区域は柱構造に配置され、各柱構造は前記半導体部分の主面に対し垂直方向に延び、
前記ベース部は、隣り合う前記柱構造同士の間にバックグラウンド部分と第２の相補導電型の第２の補償区域とを含み、前記第２の補償区域は前記垂直方向に延びる別の柱構造を形成し、前記第２の補償区域の垂直方向不純物プロファイルはガウス分布である、放射線変換装置。
【請求項２１】
前記柱構造のそれぞれは少なくとも２つの空間的に分離された第１の補償区域を含む、請求項２０に記載の放射線変換装置。
【請求項２２】
半導体基板上に一連の半導体層をエピタキシーにより成長する工程と、
前記半導体層のうちの少なくとも２つにおいて、前記半導体層のうちの後続のものを先行のものの上に成長する前に、前記半導体層のうちの先行のものの処理面の露出された第１の部分に第１の導電型の不純物を導入する工程と、
前記導入された不純物から第１の補償区域を形成するために、成長させた半導体層をアニールする工程であって、前記第１の補償区域が構造的に接続される前に前記アニーリングは終了される、工程と、を含む放射線変換装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【背景技術】
【０００１】
半導体変換装置では、入射放射線は電子を価電子帯から伝導帯に転送することにより電子正孔対を生成する。生成された電子正孔対は、それらの極性に従って分離され、それぞれの電極へ伝搬し、そこで電流を誘起する。放射線変換機構は半導体放射線検出器、光電池、および光検出器において使用され得る。改善された放射線変換装置を提供することが望ましい。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００２】
一実施形態によると、放射線変換装置は、第１の導電型の第１の補償区域と第１の補償区域同士を互いに分離するベース部とを有する半導体部分を含む。第１の補償区域は柱構造に配置され、各柱構造は第１の補償区域のうちの少なくとも２つを含み、半導体部分の主面に対し垂直方向に延びる。隣り合う前記柱構造同士の間に、ベース部は第１の導電型に対し相補的な第２の導電型の第２の補償区域を含む。
【０００３】
別の実施形態による放射線変換装置は、ストライプ状の柱構造に配置された第１の導電型の第１の補償区域と、隣り合う柱構造間に第２の相補導電型の第２の補償区域を有する半導体部分とを含む。各柱構造は、第１の補償区域のうちの少なくとも２つを含み、半導体部分の主面に対し垂直方向と第１の横方向とに延びる。複数のストリップを有する第１の電極構造が半導体部分に直接隣接する。各ストリップは柱構造のうちの少なくとも２つに割り当てられる。
【０００４】
別の実施形態による放射線変換装置は、第１の導電型の第１の補償区域とベース部とを有する半導体部分を含む。第１の補償区域は柱構造に配置され、各柱構造は半導体部分の主面に対し垂直方向に延びる。ベース部は、隣り合う前記柱構造同士の間にバックグラウンド部分と第２の相補導電型の第２の補償区域とを含む。第２の補償区域は垂直方向に延びる別の柱構造を形成する。第２の補償区域の垂直不純物プロファイルはガウス分布である。
【０００５】
別の実施形態によると、放射線変換装置の製造方法は半導体基板上に一連の半導体層をエピタキシーにより成長する工程を含む。半導体層のうちの少なくとも２つでは、先行半導体層の上に後続半導体層を成長する前に同先行半導体層の処理面の露出された第１の部分中に第１の導電型の不純物が導入される。半導体層は導入された不純物により第１の補償区域を形成するためにアニールされる。アニーリングは、第１の補償区域が構造的に接続される前に終了される。
【０００６】
当業者は、以下の詳細な明細書を読み添付図面を見ると更なる特徴と利点を認識する。
【０００７】
添付図面は本発明のさらなる理解を与えるために含まれており、本明細書に援用されその一部を構成する。添付図面は、本発明のいくつかの実施形態を例示し、本明細書と共に本発明の原理を説明することに役立つ。本発明の他の実施形態および目的とする利点は、以下の詳細明細書を参照することにより良く理解されるので、容易に理解される。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１Ａ】一実施形態による放射線検出装置の単純化ブロック図である。
【図１Ｂ】別の実施形態による太陽発電機の単純化ブロック図である。
【図１Ｃ】一実施形態による放射線変換装置の一部の概略断面図である。
【図２Ａ】一様にｎドープのベース部を提供する一実施形態による放射線変換装置の一部の概略断面図である。
【図２Ｂ】電極間印加電圧の無い図２Ａの放射線変換装置内の電荷キャリア分布を示す概略図である。
【図２Ｃ】逆バイアスモードにおける図２Ａの放射線変換装置内の電荷キャリア分布を示す概略図である。
【図２Ｄ】一様にｐドープのベース部を提供する一実施形態による放射線変換装置の一部の概略断面図である。
【図３Ａ】注入された第１と第２の補償区域を提供する一実施形態による放射線変換装置の一部の概略断面図である。
【図３Ｂ】電極間印加電圧の無い図３Ａの放射線変換装置内の電界プロファイルを示す概略図である。
【図３Ｃ】逆バイアスモードにおける図３Ａの放射線変換装置内の電界プロファイルを示す概略図である。
【図４Ａ】空間的に分離された両不純物タイプが注入された補償区域を提供する一実施形態による放射線変換装置の一部の概略断面図である。
【図４Ｂ】接続された両不純物タイプが注入された補償区域を提供する一実施形態による放射線変換装置の一部の概略断面図である。
【図４Ｃ】同じ側にｐとｎの電極を提供する一実施形態による放射線変換装置の一部の概略断面図である。
【図５Ａ】２つの柱構造に割り当てられた単一ストリップを有する電極を提供する一実施形態による放射線変換装置の一部の概略上面図である。
【図５Ｂ】図５Ａの放射線変換装置の概略断面図である。
【図６】縞状柱構造を横切るストリップを有する電極を提供する一実施形態による放射線変換装置の一部の概略上面図である。
【図７Ａ】エピタキシーにより成長させた第１の半導体層の部分内に不純物を導入した後の一実施形態による放射線変換装置の製造方法を例示するための半導体基板の概略断面図である。
【図７Ｂ】一連の半導体層を成長した後の図７Ａの半導体基板の概略断面図である。
【図７Ｃ】アニーリング後の図７Ｂの半導体基板の概略断面図である。
【図８Ａ】エピタキシーにより成長させた第１の半導体層の部分内に両タイプの不純物を導入した後の別の実施形態による放射線変換装置の製造方法を例示するための半導体基板の概略断面図である。
【図８Ｂ】一連の半導体層を成長した後の図８Ａの半導体基板の概略断面図である。
【図８Ｃ】アニーリング後の図８Ｂの半導体基板の概略断面図である。
【図９】別の実施形態による放射線変換装置の製造方法の概略流れ図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下の詳細な説明では、実施形態の一部をなし、本発明を実施することができる特定の実施態様を例示として示す添付図面を参照する。本発明の趣旨と範囲から逸脱することなく他の実施形態を利用し得ることおよび構造的または論理的変更をなしうることを理解すべきである。例えば、一実施形態について例示または説明される特徴は、さらに別の実施形態をもたらすために他の実施形態上でまたはそれに関連して使用することができる。本発明はこのような変更および変形を含むように意図されている。これらの例は特定の言語を使用して説明されるが、特定の言語は添付の特許請求範囲を制限するものと解釈されてはならない。図面は実寸で描かれていなく、例示目的のためだけである。明確のために、同じ要素は、別途記載のない限り、様々な図面内の対応する参照符号により示された。
【００１０】
用語「有する」、「含む」、「備える」、「なる」などは、開放型であり、述べられた構造、要素または特徴の存在を示すが、追加要素または特徴を排除するものではない。冠詞「ａ」、「ａｎ」および「ｔｈｅ」は、文脈が明確に指示しない限り単数の物だけでなく複数の物を含むように意図されている。
【００１１】
用語「電気的に接続された」は、電気的に接続された要素間の恒久的低オーム性接続、例えば、当該要素間の直接接触、または金属および／または高ドープ半導体を介した低オーム性接続を指す。用語「電気的に接続された」は、信号送信に適合化された１つまたは複数の介在要素が電気的に接続された素子（例えば、第１の状態において低オーム性接続を与え第２の状態において高オーム性電気的減結合を一時的に与えるように制御可能な素子）間に設けられ得るということを含む。
【００１２】
添付図面は、ドーピングタイプ「ｎ」または「ｐ」の隣に「−」または「＋」を示すことにより相対的ドーピング濃度を示す。例えば、「ｎ−」は「ｎ」ドーピング領域のドーピング濃度より低いドーピング濃度を意味し、一方「ｎ＋」ドーピング領域は「ｎ」ドーピング領域より高いドーピング濃度を有する。同じ相対的ドーピング濃度のドーピング領域は必ずしも同じ絶対的ドーピング濃度を有しない。例えば、２つの異なる「ｎ」ドーピング領域が同じまたは異なる絶対的ドーピング濃度を有し得る。
【００１３】
図１Ａに、放射線検知装置として構成された半導体放射線変換装置９１０に基づく放射線測定器９０１を示す。放射線変換装置９１０は、非導電モードにおいて作動される逆バイアス半導体ダイオードであり得る。直流源９４０と増幅器回路９２０は放射線変換装置９１０の電極に電気的に接続され得る。評価ユニット９３０は増幅器回路９２０の出力端子に電気的に接続され得る。
【００１４】
直流源９４０は放射線変換装置９１０を逆バイアスして放射線変換装置９１０内に空乏領域を生成する。入射放射線９９０は放射線変換装置９１０の放射線受信面に入射する。入射放射線９９０は、電離放射線（例えばガンマ線、ベータ線、Ｘ線）または非電離放射線（例えば紫外光、可視光または赤外線光）であり得、電子正孔対を生成する。空乏領域内において、生成された電子と正孔は対応する電極に移動し、電極間に電流パルスを誘起する。増幅器回路９２０は誘導された電流を増幅し得、評価ユニット９３０は増幅された電流をさらに処理および解析し得る。
【００１５】
放射線変換装置９１０の感度は、加速された電子がさらなる電子正孔対の生成をトリガするように、真性電荷キャリア密度を低減する冷却装置により、および／または電極間に比較的高い電圧を印加することにより、増加され得る。電極のそれぞれは、入射放射線に関する局所情報を得るために異なるやり方で分割され評価され得る。
【００１６】
図１Ｂに、光電池として構成された放射線変換装置９１０を使用する太陽発電機９０２を参照する。放射線変換装置９１０の出力電流は、バッファ電池９６０の充電を制御するまたは負荷９７０（例えば直流−交流変換器）に電流を供給する充電制御装置９５０に供給され得る。
【００１７】
図１Ｃは、光電池、フォトダイオード、または放射線検知装置として構成され得る放射線変換装置９１０を参照する。放射線変換装置９１０は、単結晶質半導体材料で実現される半導体部分１００を含む。一実施形態によると、半導体材料は、シリコン結晶Ｓｉ、ゲルマニウム結晶Ｇｅ、またはシリコンゲルマニウム結晶ＳｉＧｅである。他の実施形態によると、単結晶半導体材料は一例として窒化ガリウムＧａＮまたはガリウム砒素ＧａＡｓであり得る。
【００１８】
半導体部分１００は、主面１０１および主面１０１とほぼ平行であり得る裏面１０２を有する。主面１０１と裏面１０２間の厚さは５０μｍ〜数ミリメートルであり得る。シリコンベースの放射線検知装置は、１５０μｍ〜４００μｍ（例えば約２５０μｍ）の厚さを有し得る。半導体部分１００の形状は、数ミリメートルの範囲のエッジ長を有する長方形または数ミリメートルの直径を有する円であり得る。主面１０１の法線は垂直方向を定義し、法線方向に垂直な方向は横方向である。
【００１９】
半導体部分１００は、柱構造１１０で配置される第１の導電型の第１の補償区域１１１を含む。各柱構造１１０は垂直方向に延び、少なくとも２つの第１の補償区域１１１を含む。柱構造１１０の第１の補償区域１１１のいくつかまたはすべては空間的に互いに分離される。
【００２０】
ベース部１２０は第１の補償区域１１１同士を互いに分離する。ベース部１２０は第１の導電型に対し相補的な第２の導電型の第２の補償区域１２２を含む。第２の補償区域１２２は隣り合う柱構造１１０間に形成される。ベース部１２０はさらに、第１の補償区域１１１を垂直方向に分離する部分１２１を含む。
【００２１】
部分１２１は、第１の補償区域１１１の導電型と反対の第２の導電型を有し得る。例えば、部分１２１を含むベース部１２０と第２の補償区域１２２は一様なバックグラウンド不純物濃度を有し得る。他の実施形態によると、ベース部１２０の部分１２１は、第１の補償区域１１１と同じ導電型を有するが、不純物濃度と垂直方向不純物プロファイルに関しては第１の補償区域１１１とは著しく異なる。
【００２２】
例えば、第１の補償区域１１１を垂直方向に分離するベース部１２０の部分１２１は、例えば少なくとも１０Ｖの逆バイアス電圧を印加することにより、動作モードにおいて十分に空乏化されるような平均正味不純物濃度を有し得る。第１の補償区域１１１内の平均正味不純物濃度は、ベース部１２０の部分１２１内の平均正味不純物濃度の少なくとも２０倍またはさらには少なくとも４０倍である。
【００２３】
ベース部１２０の部分１２１の垂直方向不純物プロファイルは、第１の補償区域１１１内の垂直方向不純物プロファイルと著しく異なり得る。例えば、第１の補償区域１１１の垂直方向不純物プロファイルはガウス分布を近似し得るが、部分１２１の不純物分布はほぼ一様である。
【００２４】
放射線変換装置９１０が逆バイアスされると、第１と第２の補償区域１１１と１２２間に印加される電界は、ＰＩＮダイオードの真性層と比較して高いベース部１２０内のバックグラウンド不純物濃度においてすら、半導体部分１００の主要部分を空乏化する。増加されたバックグラウンド不純物濃度は、元の検出容積のほんの一部だけを空乏化することができるように、正味不純物濃度をより高いアクセプタ濃度に徐々にシフトする放射線損傷を考慮して装置頑強性を増大させる。空乏化された部分は縮小するのでＰＩＮダイオードに基づく従来の放射線変換装置が徐々に敏感でなくなる場合、放射線の放射線検知装置の感度に対する放射線の長期的影響と補償区域１１１に基づく光電池の効率は低い。
【００２５】
接続された補償区域を有する柱構造１１０を使用する手法と比較して、著しく少ない数のエピタキシャル層および／または注入された不純物を拡散するためのより短いアニール時間が必要とされる。放射線変換装置９１０の製造は著しく単純化され、費用効率が高い。
【００２６】
図２Ａ〜２Ｄでは、放射線変換装置９１０の半導体部分１００は主面１０１（放射線受信面であり得る）および主面１０１と平行な裏面１０２を有する。半導体部分１００は長方形または円形形状を有し得る。柱構造１１０は、主面１０１と裏面１０２との間の垂直方向に延びる。柱構造１１０は円柱状またはストリップ状であり得る。一実施形態によると、主面１０１と平行な柱構造１１０の断面は、円、長円形、楕円または長方形（例えば丸角を有する四角）である。例示の実施形態によると、柱構造１１０は縞状であり、第１の横方向に垂直な第２の横方向の幅より著しく長い主面１０１と平行な第１の横方向の長さを有する。
【００２７】
各柱構造１１０は、空間的に互いに分離される２つ以上の第１の補償区域１１１を含む。第１の補償区域１１１は第１の導電型を有し、ベース部１２０内に埋め込まれる。隣り合う柱構造１１０間のベース部１２０の部分は、第１の導電型の反対である第２の導電型の第２の補償区域１２２を提供する。ベース部１２０の別の部分１２１は垂直方向に沿って第１の補償区域１１１を分離する。
【００２８】
第１の補償区域１１１内の不純物は、十分に高い逆電圧を印加することにより隣り合う柱構造１１０間の領域が完全に空乏化されるように、第２の補償区域１２２内の不純物を補償する。その結果の空乏領域は、入射放射線が自由電荷キャリアを生成し自由電荷キャリアがそれぞれの電極に輸送される検出容積を表す。
【００２９】
必要とされる動作逆電圧（検知電圧）は、第１と第２の補償区域１１１と１２２内の不純物濃度と第１と第２の補償区域１１１と１２２の寸法とに依存する。
【００３０】
一実施形態によると、第１の補償区域１１１内の第１の導電型のドーパント電荷は第２の補償区域１２２内の第２の導電型のドーパント電荷より高い。第１の表面１０１と平行な面であって第１の補償区域１１１を切断する面では、第１の導電型の不純物原子の数は第２の導電型の不純物原子の数を越える。
【００３１】
典型的な検出器電圧（通常、降伏電圧の５％〜９５％）は、第２の補償区域１２２を十分に空乏化するが、第１の補償区域１１１を十分には空乏化しない。検出器電圧と第１の補償区域１１１の横方向寸法は、第１の補償区域１１１の残りの非空乏部分の横方向幅が第１の補償区域１１１内で優勢な電荷キャリア拡散長より短くなるように、整合され得る。この非空乏部分の幅は、例えば拡散長の５０％未満または拡散長の１０％未満であり得る。このようにして、第１の補償区域１１１内の放射線により生成される自由電荷キャリアの再結合が最小化され、検知感度が最大化される。
【００３２】
例えば、第１の補償区域１１１内の平均正味ドーパント濃度と第２の補償区域１２２内の平均正味ドーパント濃度との比は２〜１０５であり得、一実施形態によると、ベース部１２０内の不純物濃度は、Ｓｉについては少なくとも１．５×１０１３ｃｍ−３または５×１０１３ｃｍ−３、Ｇｅについては少なくとも２．５×１０１４ｃｍ−３、Ｓｉについては最大で１．５×１０１７ｃｍ−３、Ｇｅについては最大で２．５×１０１７ｃｍ−３である。柱構造１１０は均等に離間され得る。シリコン装置に関しては、隣り合う柱構造１１０の中心間ピッチｄは１０μｍ〜２００μｍ例えば２０μｍ〜１６０μｍであり得る。
【００３３】
第１の電極構造２１０は主面１０１に直接接触して配置され、半導体部分１００に直接隣接する。第１の電極構造２１０は、主面１０１の閉鎖部を覆う連続的かつ一様な層であり得る。他の実施形態によると、第１の電極構造２１０は複数のストリップを含む。各ストリップは１つまたは複数の柱構造１１０に割り当てられ、それぞれのストリップは、検知電圧が印加されると第１の電極構造２１０に印加される電位を、割り当てられた柱構造１１０に与えるようにする。
【００３４】
図示の実施形態によると、各単独のストリップは単一柱構造１１０に割り当てられる。他の実施形態によると、各単独のストリップは柱構造１１０の少なくとも２つに割り当てられる。別の実施形態によると、ストリップは第１の横方向と交差する第２の横方向に走る。例えば、第２の横方向は第１の横方向に対し垂直である。
【００３５】
第１の導電型の高濃度ドープの第１のコンタクト領域１１８は、第１の電極構造２１０と半導体部分１００との間の低オーム接触（ショットキー接触）を実現するために、第１の電極構造２１０に直接隣接する半導体部分１００の部分内に設けられる。例えば、ｐ型シリコン（ｐ−Ｓｉ）については、第１のコンタクト領域１１８内の不純物濃度は少なくとも１０１６ｃｍ−３、ｎ型シリコン（ｎ−Ｓｉ）については少なくとも３×１０１９ｃｍ−３であり得る。
【００３６】
第１のコンタクト領域１１８は柱構造１１０に整合され得る。例えば、各コンタクト領域１１８は柱構造１１０のうちの１つの柱構造の垂直突起内に完全に配置され得る。別の実施形態によると、コンタクト領域１１８のいくつかまたはすべては、１つの柱構造１１０または２つ以上の柱構造１１０の垂直突起と部分的に重なるだけである。第１のコンタクト領域１１８は、最も近い第１の補償区域１１１から離間されてもよいしそれと重なってもよい。
【００３７】
半導体部分１００は裏面１０２に直接隣接する第２の導電型の１つまたは複数の第２のコンタクト領域１２８を含む。第２のコンタクト領域１２８はオーム接触を第２の電極構造２２０に与える。第２の電極構造２２０は裏面１０２の閉領域を覆い得る。他の実施形態によると、第２の電極構造２２０はストリップを含み得、各ストリップは、少なくとも１つの第２の補償区域１２２の垂直突起と部分的にまたは完全に重なる。
【００３８】
第１と第２の電極構造２１０と２２０のそれぞれは１つまたは複数の層を含み得、各層は、アルミニウムＡｌ、銅Ｃｕ、またはアルミニウム銅合金例えばＡｌＣｕまたはＡｌＳｉＣｕを含み得る。他の実施形態によると、第１と第２の電極構造２１０と２２０の少なくとも１つは透明導電性材料（例えば酸化錫）で実現される。第１と第２の電極構造２１０と２２０の少なくとも１つは、主構成成分としてニッケルＮｉ、金Ａｕ、銀Ａｇ、チタンＴｉ、タンタルＴａ、またはパラジウムＰｄを含む１つまたは複数の層を含み得る。
【００３９】
第２の補償区域１２２と第１の補償区域１１１を垂直方向に分離する部分１２１とを含むベース部１２０はほぼ一様な不純物分布を有する。第１の補償区域１１１の垂直方向不純物プロファイルはほぼガウス分布である。図示の実施形態によると、第１の導電型はｐ型であり、第２の導電型はｎ型である。
【００４０】
図２Ｂに、印可逆電圧の無いアイドル状態における図２Ａの放射線検知装置９１０内の電荷キャリア分布を示す。図２Ｃに、第１と第２の電極構造２１０と２２０間に印加された十分に高い逆電圧を有する電荷キャリア分布を示す。第１の補償区域１１１同士は互いに接続されないという事実にもかかわらず、ベース部１２０は第１の補償区域１１１同士間で完全に空乏化され、半導体部分１００の主要部分は入射放射線を電流に変換するのに有効である。
【００４１】
スーパージャンクションＩＧＦＥＴ（絶縁ゲート電界効果トランジスタ）装置以外においては、放射線変換装置は、少なくとも部分的にフローティング状態の第１の補償区域１１１が装置の性能に悪影響を及ぼさないように、順方向すなわちオン状態モードでは作動されない。
【００４２】
第１の補償区域１１１は、（ｉ）エピタキシーにより半導体層を成長する工程と、（ｉｉ）成長させた半導体層の垂直方向に整合された表面部分中に不純物を注入する工程および注入された不純物の拡散を制御するための最終アニール工程とを含むシーケンスを繰り返すことにより設けられ得る。第１の補償区域１１１が接続されることを保証するために、構造的に接続された第１の補償区域１１１が十分に多くの数のエピタキシャル層および／または十分に長いアニールを必要とする場合、非接続の第１の補償区域１１１に依存する実施形態は、放射線変換装置９１０の製造が単純化され費用効率が高くなるように、より少ない数のエピタキシャル層および／または低減されたアニール時間で済ます。
【００４３】
図２Ｄの放射線変換装置９１０は、ｎ型である第１の型の不純物とｐ型である第２の型の不純物とを有する図２Ａの放射線変換装置に対応する。加えて、ベース区域１２０は印加電圧に対応するためのｐ型バッファ層１２５を含み得る。バッファ層１２５内の不純物濃度は、バッファ層１２５外のベース部１２０の部分内の不純物濃度より低くなり得る。バッファ層１２５はエピタキシーにより成長し、成長中にｉｎ−ｓｉｔｕドープされ得る。放射線損傷がアクセプタ濃度を徐々に増加させるので、本実施形態は動作寿命内のベース部１２０の低ドープ部分内の導電型の変化を排除する。
【００４４】
図３Ａ〜３Ｃの放射線変換装置９１０は、第１のコンタクト領域１１８が主面１０１に最も近い第１の変換領域１１１に直接隣接するという点で図２Ａの放射線変換装置９１０と異なる。加えて、第２の補償区域１２２は、例えばマスク有り注入またはマスク無し注入によりエピタキシャル半導体層の表面中に第２の導電型の不純物を導入することにより少なくとも部分的に生じる。第２の補償区域１２２の垂直方向不純物プロファイルはガウス分布を近似する。エピタキシャル成長中にｉｎ−ｓｉｔｕドープすることの代わりに注入処理により第２の補償区域１２２の不純物のかなりの部分（例えば少なくとも５０％または９０％超）を実現することで補償精度を増し得る。
【００４５】
動作の過程で、放射線がより多くのアクセプタ原子を徐々に生成して第２の補償区域１２２の外側のベース部１２０の低ドープのバックグラウンド部分１２６内のドーパントレベルをｎ型からｐ型へシフトさせたとしても、より高濃度ドープのｎドープの第２の補償区域１２２が隣り合う柱構造１１０間のベース部１２０の部分の完全な空乏化を依然として保証する。
【００４６】
図３Ｂは、図３Ａの放射線変換装置９１０のエージング前の電界を示し、図３Ｃは模擬エージング後の同装置９１０の電界を示す。エージング後のｐ型不純物の領域濃度は２×１０１３ｃｍ−３であると考えられ、これは通常のエージング処理により実現されるｐ型領域濃度より著しく高いと考えられる。
【００４７】
加えて、エージングは、いくつかの点でより好都合である電界勾配をもたらす。例えば、柱構造１１０のエッジに発生する最大電界強度が低減される。この効果は、放射線変換装置９１０のエッジ部における終端構造の放射線耐性を改善し得る。ｐ型ベースの場合、エピタクシーエージングは、電界強度がベース区域１２０内の柱構造１１０間の界面に沿って徐々に低下し、最大電界が第２のコンタクト領域１２８に平行でありかつ隣にあるベース区域１２０の側面層部分内にますます大きく現れるので、より好都合な電界勾配を生じ得る。
【００４８】
一実施形態によると、ｎ型の第１の補償区域１１１は、拡散処理の温度／時間予算が著しく低減されるように、高速拡散ドナー形不純物（例えば硫黄Ｓ、セレンＳｅ）で実現され得る。加えて、シリコンＳｉのエネルギーギャプにおいて深いエネルギーレベルを与える硫黄ＳとセレンＳｅのようなドナー材料は、自由電荷キャリア濃度の効果的低減の結果として検出器容積内の拡散長を増加させる。
【００４９】
図４Ａでは、放射線変換装置９１０のベース区域１２０は、ほぼガウス分布である垂直方向不純物プロファイルを有する第２の補償区域１２２を含む。２つ以上の第２の補償区域１２２が垂直方向に沿って整合され、柱構造１１０から離間された別の柱構造を形成する。ベース部１２０の一様にドープされたバックグラウンド部分１２６は、第１の補償区域１１１を有する柱構造１１０と第２の補償区域１２２を有する別の柱構造とを分離し得る。柱構造１１０は第１のコンタクト領域１１８に接続され得、別の柱構造は１または複数の第２のコンタクト領域１２８に接続され得る。
【００５０】
第２の補償区域１２２内の正味ドーパント濃度は第１の補償区域１１１内の不純物濃度に実質的に対応し得る。残りのバックグラウンド部分１２６は真性ｎ型またはｐ型であり得る。ベース部１２０は、補償区域１１１と１２２内の比較的高い不純物濃度においても完全に空乏化され得る。
【００５１】
各柱構造１１０の第１の補償区域１１１はベース部１２０の一様にドープされたバックグラウンド部分１２６により分離され得、別の柱構造の第２の補償区域１２２は一様にドープされたバックグラウンド部分１２６により分離され得る。
【００５２】
図４Ｂの実施形態によると、各柱構造１１０の第１の補償区域１１１は構造的に互いに接続されるまたは互いに重なり、別の柱構造の第２の補償区域１２２は構造的に互いに接続されるまたは互いに重なる。
【００５３】
図４Ｃに、主面１０１における第１と第２の電極２１０と２２０の両方を設ける放射線変換装置９１０を参照する。不透明な電極物質が第１と第２の電極２１０と２２０の両方に使用され得、裏面１０２は放射線が半導体部分１００に入射する放射線受信面を形成する。
【００５４】
図５Ａと図５Ｂは、縞状の柱構造１１０で配置された第１の導電型の第１の補償区域１１１を含む半導体部分１００を有する放射線変換装置９１０を参照する。各柱構造１１０の第１の補償区域１１１は互いに接続されても、互いに分離されてもよい。隣り合う柱構造１１０間で、第２の相補導電型の第２の補償区域１２２が別の柱構造を形成し得る。各柱構造１１０は、半導体部分１００の主面１０１に対し垂直方向および第１の横方向に延びる。第１の電極構造２１０は主面１０１における半導体部分１００に直接接触し、複数のストリップを含む。各ストリップは少なくとも２つの柱構造１１０に割り当てられる。図示の実施形態によると、ストリップは第１のコンタクト領域１１８に直接接触し、第１のコンタクト領域１１８のそれぞれは２つの平行柱構造１１０に割り当てられる。
【００５５】
図６に示す実施形態によると、第１の電極２１０のストリップは、縞状の柱構造１１０により定義された第１の横方向に垂直に交差する第２の横方向に走る。高濃度ドープの第１のコンタクト領域１１８は第１の電極構造２１０と柱構造１１０間にショットキー接触を実現するためにストリップと平行に走る。
【００５６】
第１の電極２１０のストリップの第１のピッチｄ１は柱構造１１０の第２のピッチｄ２とは分離されている。一実施形態によると、柱構造１１０の第２のピッチｄ２は、検出器領域内の高ドーパントレベルと第１の電極構造２１０のストリップの大きなピッチとの両方を実現するために、第１のピッチｄ１より著しく小さく（例えば最大で２分の１）、放射線変換装置９１０の製造を単純化してより信頼できるものにする。
【００５７】
図７Ａ〜７Ｃは、放射線変換装置の製造を参照する。半導体ベース基板１００ａ上には半導体層１００ｂがエピタキシーにより成長する。成長させる半導体層１００ｂの結晶格子は、ベース基板１００ａ内の結晶格子に整合して成長する。マスク層が、成長させた半導体層１００ｂ上に堆積され、開口３１５を有する不純物マスク３１０を得るためにフォトリソグラフィ処理によりパターン化される。成長させた半導体層１００ｂは低ｐドープまたは低ｎドープされた真性層であり得る。第１の導電型の不純物（例えばｐ型）は、注入領域１１１ａを形成するために、不純物マスク３１０内の開口３１５を通して、成長させた半導体層１００ｂの露出された第１の表面部分に導入される。注入エネルギーは、不純物が、成長させた半導体層１００ｂの露出面の極近傍に注入されるように、選択され得る。
【００５８】
図７Ａに、注入マスク３１０により露出された第１の部分内の成長させた半導体層１００ｂの露出面近くに注入された領域１１１ａを示す。注入マスク３１０は除去され、（ｉ）半導体層をエピタキシーにより成長する工程、（ｉｉ）第１の注入マスク３１０内の開口に整合された開口を有する注入マスクを設ける工程、（ｉｉｉ）第１の導電型の不純物を注入する工程、（ｉｖ）注入マスクを除去する工程を含むサイクルが数回繰り返される。
【００５９】
図７Ｂに、ベース基板１００ａ上に５つの半導体層１００ｂ〜１００ｆを連続的にエピタキシーにより成長することにより得られた半導体部分１００を示す。第１〜第４の半導体層１００ｂ〜１００ｅ内では、注入された領域１１１ａ〜１１１ｄが、得られた半導体部分１００の主面１０１に対し垂直な垂直方向に沿って整合される。アニールは、注入された領域１１１ａ〜１１１ｄの不純物が、柱構造１１０内に配置される第１の補償区域１１１を形成するために外に拡散するように、行われる。アニーリングは第１の補償区域１１１が互いに重なる前に終了される。次に、主面１０１に直接接触する第１の導電型の第１のコンタクト領域１１８が形成される。第２の導電型の第２のコンタクト領域１２８が裏面１０２に設けられ得る。第１と第２のコンタクト領域１１８と１２８を有するショットキー接触を形成する電極構造２１０と２２０が設けられる。
【００６０】
図７Ｃに、図２Ａの放射線変換装置に似たその結果の放射線変換装置９１０を示す。他の実施形態によると、各サイクルは、図３Ａの放射線変換装置を得るために第１の導電型の不純物のマスク有り注入の前後に第２の導電型の不純物のマスク無し注入を含み得る。
【００６１】
図８Ａ〜８Ｃは、図７Ａの注入された領域１１１ａを覆う第２の注入マスク３２０を設ける別の方法を参照する。各サイクルにおいて、第１の導電型に対し相補的である第２の導電型の不純物が、エピタキシャル半導体層１００ｂ〜１００ｆのいくつかまたはそれぞれの中に第２の導電型の別の注入された領域１２２ａを形成するために、エピタキシャル半導体層１００ｂ中に注入される。第１と第２の導電型の注入のシーケンスは各半導体層１００ｂ〜１００ｆ毎に逆転され得る。
【００６２】
図９によると、放射線変換装置の製造方法は半導体基板上に一連の半導体層をエピタキシーにより成長する工程（８０２）を含み、第１の導電型の不純物が、後続半導体層を成長する前に、成長させた半導体層のそれぞれの露出面の第１の部分の中へ導入される（８０４）。成長させた半導体層は導入された不純物により第１の補償区域を形成するためにアニールされる（８０６）。第１の補償区域はベース部により分離されたままであり、相補的な第２の導電型の第２の補償区域は第１の補償区域を横方向に分離し、ベース部の別の部分は第１の補償区域を垂直方向に分離する。
【００６３】
ここでは特定の実施形態が示され説明されたが、様々な代替および／または等価実施形態が本発明の範囲から逸脱することなく、図示され説明された特定の実施形態を置換し得るということが、当業者により理解される。本出願は、本明細書で論述された特定の実施形態への任意の適合化またはその変形もカバーするように意図されている。したがって、本発明は特許請求の範囲とその等価物だけにより制限されることが意図されている。
【符号の説明】
【００６４】
１８  第１のコンタクト領域
１００  半導体部分
１００ａ  半導体ベース基板
１００ｂ〜１００ｆ  半導体層
１０１  主面
１０２  裏面
１１０  柱構造
１１１  第１の補償区域
１１１ａ〜１１１ｄ  注入領域
１１８  第１のコンタクト領域
１２０  ベース部
１２１  部分
１２２  第２の補償区域
１２２ａ〜１２２ｄ  注入領域
１２５  ｐ型バッファ層
１２６  低ドープのバックグラウンド部分
１２８  第２のコンタクト領域
２１０  第１の電極構造
２２０  第２の電極構造
３１０  不純物マスク
３１５  開口
８０２、８０４、８０６  工程
９０１  放射線測定器
９０２  太陽発電機
９１０  放射線変換装置
９２０  増幅器回路
９３０  評価ユニット
９４０  直流源
９５０  充電制御装置
９６０  バッファ電池
９７０  負荷
９９０  入射放射線
ｄ、ｄ１、ｄ２  ピッチ
【図１Ａ】
2014216651.tif 000003
【図１Ｂ】
2014216651.tif 000004
【図１Ｃ】
2014216651.tif 000005
【図２Ａ】
2014216651.tif 000006
【図２Ｂ】
2014216651.tif 000007
【図２Ｃ】
2014216651.tif 000008
【図２Ｄ】
2014216651.tif 000009
【図３Ａ】
2014216651.tif 000010
【図３Ｂ】
2014216651.tif 000011
【図３Ｃ】
2014216651.tif 000012
【図４Ａ】
2014216651.tif 000013
【図４Ｂ】
2014216651.tif 000014
【図４Ｃ】
2014216651.tif 000015
【図５Ａ】
2014216651.tif 000016
【図５Ｂ】
2014216651.tif 000017
【図６】
2014216651.tif 000018
【図７Ａ】
2014216651.tif 000019
【図７Ｂ】
2014216651.tif 000020
【図７Ｃ】
2014216651.tif 000021
【図８Ａ】
2014216651.tif 000022
【図８Ｂ】
2014216651.tif 000023
【図８Ｃ】
2014216651.tif 000024
【図９】
2014216651.tif 000025
【外国語明細書】
2014216651000001.pdf
2014216651000002.pdf
2014216651000003.pdf
2014216651000004.pdf