(57)【要約】  【課題】  素子表面の重金属汚染に起因するリーク電流を低減し、正確かつ安定した計測が可能な半導体Ｘ線検出素子を提供する。【解決手段】  ｐ層領域にｎ層１３を接合するとともにｎ層１３側からｐ層領域にＬｉを拡散させてｐ層領域の一部にｉ層１２を形成し、残りをｐ層１１とし、さらに、ｎ層１３表面上にｎ面電極１６を形成し、ｐ層表面上にｐ面電極１５を形成し、ｎ面電極１６とｐ面電極１５との間に逆バイアス電圧を印加して、ｉ層１２に入射するＸ線を電子・正孔対に変換して検出する半導体Ｘ線検出素子であって、ｎ面電極１６の周端部からｎ層１３周端部を経てｉ層１２ａ周端部に至る素子表面の一部を除去する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ｐ層領域にｎ層を接合するとともにｎ層側からｐ層領域にＬｉを拡散させてｐ層領域の一部にｉ層を形成し、残りをｐ層とし、さらに、ｎ層表面上にｎ面電極を形成し、ｐ層表面上にｐ面電極を形成し、ｎ面電極とｐ面電極との間に逆バイアス電圧を印加して、ｉ層領域に入射するＸ線を電子・正孔対に変換して検出する半導体Ｘ線検出素子であって、ｎ面電極の周端部からｎ層周端部を経てｉ層周端部に至る素子表面の一部が除去されていることを特徴とする半導体Ｘ線検出素子。
【請求項２】
前記半導体Ｘ線検出素子は、平面部と平面部上に円筒状に突出する突出部とを有するトップハット型構造であり、ｐ面電極およびｐ層が平面部内に形成され、ｎ面電極、ｎ層、ｎ層近傍のｉ層は突出部に形成されるとともに、ｎ面電極周端部、ｎ層周端部、ｎ層近傍のｉ層周端部は突出部側壁を形成し、突出部側壁のｎ面電極周端部からｎ層周端部を経てｉ層周端部に至る素子表面の一部が除去されていることを特徴とする請求項１に記載の半導体Ｘ線検出素子。
【請求項３】
ｐ層領域にｎ層を接合するとともにｎ層側からｐ層領域にＬｉを拡散させてｐ層の一部にｉ層を形成し、残りをｐ層とし、さらに、ｎ層表面上にｎ面電極を形成し、ｐ層表面上にｐ面電極を形成してなる半導体Ｘ線検出素子の製造方法であって、
ｎ面電極の周端部からｎ層領域周端部を経てｉ層領域周端部に至る素子表面の一部を超音波加工によりテーパ状または階段状に除去することを特徴とする半導体Ｘ線検出素子の製造方法。
【請求項４】
超音波加工により素子の一部をテーパ状または階段状に除去した後に、除去部分をエッチング加工することを特徴とする請求項３に記載の半導体Ｘ線検出素子の製造方法。  
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、Ｘ線を検出するための半導体Ｘ線検出素子に関する。この半導体Ｘ線検出素子は、例えば、エネルギー分散型蛍光Ｘ線分析装置やＸ線マイクロアナライザなどの分析装置の検出器に用いられる。
【背景技術】
【０００２】
エネルギー分散型のＸ線検出器には、従来からＳｉやＧｅを母材とする半導体Ｘ線検出素子が利用されている。特に、Ｐ型シリコン基板にＬｉ（リチウム）をドリフトさせて形成するリチウムドリフト型の半導体Ｘ線検出素子（Ｓｉ（Ｌｉ）Ｘ線検出素子）は、エネルギー分解能が優れ検出素子として広く利用されている（例えば特許文献１参照）。
【０００３】
図５は、従来のＳｉ（Ｌｉ）Ｘ線検出素子の構造を示す図である。この素子は、ｐ層１０１を形成するｐ型Ｓｉ基板に、Ｌｉ拡散層（Ｌｉドリフト層）からなるｉ層１０２と、ｎ層（好ましくはｎ型不純物を高濃度にドープしたｎ＋層）１０３とを形成してなるｐｉｎ構造の半導体層を有する、いわゆるトップハット型の検出素子である。ｐ側にはＡｕ(金)のｐ面リング電極１０４、Ｎｉ（ニッケル）のｐ面電極１０５が形成され、ｎ側にはＮｉ／Ａｕの積層構造からなるｎ面電極１０６が形成される。そしてｉ層の一部領域１０２ａ、ｎ層１０３、ｎ面電極１０６が円筒状の凸型に突出するトップハット部分１０７を形成している。トップハット部分１０７は、ｎ面電極１０６の外側表面の中央部分を除いて保護膜１０８（例えばレジン）で覆うようにしている。
【０００４】
トップハット部分１０７の直下には、Ｘ線が入射するためのウインド領域１０９が形成してあり、ウインド領域１０９からＸ線が入射すると、ｉ層１０２内で電子・正孔対を生じる。電子・正孔対は、この領域に印加される逆バイアス電圧により分離され、電荷を発生する。この電子・正孔対を発生するために必要なエネルギーは約３．９ｅＶであり、入射Ｘ線のエネルギーに比例した数が生じる。
【０００５】
このＳｉ（Ｌｉ）Ｘ線検出素子は、熱エネルギーによる電子・正孔対への影響を取り除き、リーク電流や熱雑音を抑制するために、真空中で液体窒素温度まで冷却された状態で使用され、これにより安定した状態で電荷量の測定が行われる。測定した電荷量に、電圧変換、時間微分などの演算処理を行うことで、試料からの蛍光Ｘ線のエネルギー（入射Ｘ線エネルギー）が導き出される。これは元素固有の物性値であるので、試料に含まれる元素を特定することができる。
【特許文献１】特開平１０−３３５６９１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
Ｌｉ拡散層（ｉ層１０２）では、Ｓｉ中のｐ型不純物であるＢ（ボロン）による正孔とｎ型不純物であるＬｉによる電子とが補償しあうことにより、空乏層領域を形成する。特に、トップハット部分の空乏層領域（ｉ層１０２ａ）では、できるだけＢ−Ｌｉ以外の不純物濃度を減らすようにしてあり、Ｌｉ−Ｂを除く不純物原子の数がおよそ１０９〜１０１０個／ｃｍ３程度に維持されているのが一般的である。
ところが、製造工程中の何等かの理由で、素子形成工程中に、トップハット部分１０７の表面に、重金属などの汚れが付着する場合がある。この場合は、付着した不純物が原因となってリーク電流が大きくなる。また、汚れた表面上がｎ層化（ｎ＋層化）し、逆バイアスを印加した場合に、均一な電界が発生できなくなる。
【０００７】
図６は、トップハット部分の表面に金属汚染領域１１０が形成された素子に、逆バイアス電圧を印加したときの電界状態を説明する図である。トップハット部分１０７側面のｎ層化が生じた結果、金属汚染領域１１０近傍で電界が歪んでいる。このような電界曲線を有する素子では、この付近で入射Ｘ線により発生した電子あるいは正孔は側壁部分に派生したチャネルに到達してしまう。この電荷は、途中でトラップされ、結果として、エネルギースペクトルデータを得たときに、スペクトルピークの低エネルギー側にテールを引くことになる。また、バックグランドノイズが大きくなる。
【０００８】
また、素子製造プロセス中に、ｐ面側へのＬｉの拡散の具合を測定する必要がある。この測定は、薄いフッ化水素酸（ＨＦ）を加えた飽和硫酸銅溶液（ＣｕＳＯ４）によるメッキを行い、測定を行う。この方法は、簡単にｐ面に至るまでＬｉ拡散領域が形成されているかを見極めることができるので便利である反面、Ｃｕイオンがトップハット部分の表面に付着すると、エッチングによっても除去が困難であり、Ｃｕが不純物となって、上記と同様に特性を劣化させてしまうことになる。
【０００９】
そこで、本発明は、素子表面の重金属汚染に起因するリーク電流を低減し、また、汚染された表面のｎ＋層化を防ぐことにより、正確かつ安定した計測が可能な半導体Ｘ線検出素子を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記課題を解決するためになされた本発明の半導体Ｘ線検出素子は、ｐ層領域にｎ層を接合するとともにｎ層側からｐ層領域にＬｉを拡散させてｐ層領域の一部にｉ層を形成し、残りをｐ層とし、さらに、ｎ層表面上にｎ面電極を形成し、ｐ層表面上にｐ面電極を形成し、ｎ面電極とｐ面電極との間に逆バイアス電圧を印加して、ｉ層領域に入射するＸ線を電子・正孔対に変換して検出する半導体Ｘ線検出素子であって、ｎ面電極の周端部からｎ層周端部を経てｉ層周端部に至る素子表面の一部が除去されるようにしている。
【００１１】
この発明によれば、半導体Ｘ線検出素子は、ｐｉｎ構造の半導体層が形成され、そのうち、少なくともｎ面電極、ｎ層、Ｌｉ拡散によるｉ層が積層構造を有しており、素子周端部において、これら各層が積層する断面が表面（素子の側壁面）に露出する。この素子周端にて露出する積層構造部分を除去することにより、たとえ素子表面に重金属等が付着する場合であっても、この部分に付着している重金属等を素子の一部とともに除去する。これにより、ｎ面電極からｎ層を経てｉ層に至る表面部分に形成される導電性経路を完全に切断し、重金属等の付着に起因するリーク電流の増加、あるいは、不均一電界の発生をなくす。
【００１２】
ここで、ｐ層領域にはｐ型のＳｉ、Ｇｅなどのウェハを用いるが好ましく、特にｐ型Ｓｉウェハを用いるのが好ましい。最初にｐｎ接合を形成するためのｎ層は、不純物としてＬｉをドープすることにより形成するのが好ましい。
Ｌｉをｐ層領域へ拡散させることによるｉ層の形成は、ｐ面電極とｎ面電極との間に逆バイアス電圧を印加した状態でＬｉの熱拡散を行うドリフト工程によるのが好ましい。
【発明の効果】
【００１３】
この発明によれば、製造プロセス中にＬｉ拡散層であるｉ層表面部分が、何かの理由で重金属等に汚染された場合や、素子製造プロセス中に飽和硫酸銅溶液（ＣｕＳＯ４）によるメッキを行い、拡散の具合を測定することにより、Ｃｕイオンが素子表面に付着した場合であっても、表面に付着した金属による素子特性への影響を除去することができ、安定して正確な測定ができる半導体Ｘ線検出素子を得ることができる。
【００１４】
（その他の課題を解決するための手段及び効果）
上記発明において、半導体Ｘ線検出素子は、平面部と平面部上に円筒状に突出する突出部とを有するトップハット型構造であり、ｐ面電極およびｐ層が平面部内に形成され、ｎ面電極、ｎ層、ｎ層近傍のｉ層は突出部に形成されるとともに、ｎ面電極周端部、ｎ層周端部、ｎ層近傍のｉ層周端部は突出部側壁を形成し、突出部側壁のｎ面電極周端部からｎ層周端部を経てｉ層周端部に至る素子表面の一部が除去されるようにしてもよい。
これによれば、ｎ面電極周端部、ｎ層周端部、ｎ層近傍のｉ層周端部がトップハット構造の突出部側壁を形成している場合に、突出部側壁のｎ面電極周端部からｎ層周端部を経てｉ層周端部に至る素子表面の一部を除去することにより、たとえこの部分の表面に付着している重金属があったとしても、これを除去することができるので、ｎ面電極からｎ層を経てｉ層に至る表面に形成される導電性経路を除去することができる。
【００１５】
また、別の観点からなされた本発明の一つである半導体Ｘ線検出素子の製造方法は、ｐ層領域にｎ層を接合するとともにｎ層側からｐ層領域にＬｉを拡散させてｐ層の一部にｉ層を形成し、残りをｐ層とし、さらに、ｎ層表面上にｎ面電極を形成し、ｐ層表面上にｐ面電極を形成してなる半導体Ｘ線検出素子の製造方法であって、ｎ面電極の周端部からｎ層領域周端部を経てｉ層領域周端部に至る素子表面の一部を超音波加工によりテーパ状または階段状に除去するようにしている。
これによれば、ｎ面電極の周端部からｎ層領域周端部を経てｉ層領域周端部に至る素子表面の一部を超音波加工によりテーパ状または階段状に除去することにより、表面に形成される導電性経路を完全に分離し、重金属等の付着に起因するリーク電流の増加、あるいは、不均一電界の発生をなくすことができる。また、除去手段として超音波加工を用いることにより、素子のコーナ部分を簡単かつ精度よくテーパ状あるいは階段状に加工することができる。
【００１６】
上記製造方法において、超音波加工により素子の一部をテーパ状または階段状に除去した後に、引き続き除去部分をエッチング加工するようにしてもよい。これにより、テーパ状または階段状に加工した後に、加工部分の傷や超音波加工時の汚染物を完全除去できるので、超音波加工により適当な形状に加工した上で、汚れのない加工面を形成することが可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、本発明の半導体Ｘ線検出器について、図を用いて具体的に説明する。図1は本発明の一実施形態である半導体Ｘ線検出器の構成を示す図である。
この素子１０は、ｐ層１１を形成するｐ型Ｓｉ基板に、ｎ型不純物であるＬｉを拡散させたＬｉ拡散層（Ｌｉドリフト層）からなるｉ層１２と、ｎ型不純物を高濃度にドープしたｎ＋層１３とから構成されるｐｉｎ構造の半導体層を有する、いわゆるトップハット型の検出素子である。ｐ側にはＡｕのｐ面リング電極１４、Ｎｉのｐ面電極１５が形成され、ｎ側にはＮｉ／Ａｕの積層構造からなるｎ面電極１６が形成される。そしてｉ層の一部領域１２ａ、ｎ＋層１３、ｎ面電極１６は、凸型に突出する円筒状のトップハット部分１７を形成している。トップハット部分１７は、ｎ面電極１６表面の中央部分を除いて保護膜（レジン）１８で覆うようにしている。
トップハット部分１７の直下には、Ｘ線が入射するためのウインド領域１９が形成してあり、ウインド領域１９からＸ線が入射すると、ｉ層１２内で電子・正孔対を生じる。電子・正孔対は、ｐ面電極１９とｎ面電極１６間に印加される逆バイアス電圧により分離され、電荷（および正孔）を発生する。
【００１８】
さらに、トップハット部分１７の上部側において、ｎ面電極１６の周端部分からｎ層領域１３の周端部分を経てｉ層領域の周端部に至るコーナ部分２０は、除去してあり、たとえ、製造工程中にこの部分の面上に重金属等の汚染物質が付着したとしても、最終的には汚染物質が除去されるようにしてある。そして、表面保護膜１８は、コーナ部分２０を除去後した後の清浄な表面を覆うように形成してある。
【００１９】
このようにして形成した半導体Ｘ線検出素子１０に、逆バイアス電圧を印加したときの電解状態を図２に示す。たとえ、トップハット部分１７のｉ層部分の側壁に金属汚染部分２１が残っていても、コーナ部分２０にて、ｎ層領域１３、ｎ面電極１６とｉ層１２ａとが完全切断できており、その結果、逆バイアス電圧を印加しても、電解曲線は湾曲することがない。
そのため、エネルギー分散を測定したときに、スペクトルピークの低エネルギー側にテールが現われたり、バックグランドが大きくなるなどの影響は発生しない。
【００２０】
次に、コーナ部分２０の加工方法について説明する。図３、図４は、加工方法を説明する図である。加工しようとする素子１０を超音波加工機にセットし（（図３ａ）、図４ａ））、ｎ電極１６の上方から加工形状に合った適当な工具を、ｎ電極１６周端部のコーナ部分２０に押し当て、スラリー（砥粒を含む加工液）を供給しながら接触面を加工する。具体的には、コーナ部分２０をテーパ状に加工するときは、内面がテーパ形状の工具２３を対向させ（図３（ｂ））、階段状に加工するときは内面が円筒状の工具２４を対向させる（図４（ｂ））。これにより、コーナ部分２０を任意の形状に精度よく加工することができる。
【００２１】
さらに、超音波加工後のコーナ部分２０を残してマスクで覆い、エッチング処理を行う（図３（ｃ）、図４（ｃ））。その後、マスクを除去し、洗浄処理を行うことにより、コーナ部分２０に汚れのない面が形成された素子１０が得られる（図３（ｄ）、図４（ｄ））。
続いて、表面保護膜を形成することにより、半導体Ｘ線検出素子が完成する。
【産業上の利用可能性】
【００２２】
本発明は、半導体Ｘ線検出素子の製造に利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明の一実施形態である半導体Ｘ線検出素子の構成を示す図。
【図２】図１の半導体Ｘ線検出素子に逆バイアス電圧を印加したときの電界曲線を示す図。
【図３】図１の半導体Ｘ線検出素子におけるコーナ部分の加工方法を説明する図。
【図４】図１の半導体Ｘ線検出素子におけるコーナ部分の他の加工方法を説明する図。
【図５】従来の半導体Ｘ線検出素子の構成を示す図。
【図６】図５の半導体Ｘ線検出素子に逆バイアス電圧を印加したときの電界曲線を示す図。
【符号の説明】
【００２４】
１０：半導体Ｘ線検出素子
１１：ｐ層
１２、１２ａ：ｉ層（Ｌｉ拡散層）
１３：ｎ層
１４：ｐ層リング電極
１５：ｐ面電極
１６：ｎ面電極
１７：トップハット部分
１９：ウインド領域
２０：コーナ部分
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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