(57)【要約】中性子探知器を製造する方法であって、少なくとも酸化物層を基板の上に形成し、活性化半導体層を酸化物層の上に形成し、内部連絡層を活性化半導体層の上に形成することにより第1のウェハを形成するステップと、活性化半導体層および酸化物層を介して内部連絡層から延びる少なくとも一つの電気伝導経路を形成するステップと、第1のウェハと第2のウェハとの内部連絡層の間に回路転送結合を形成するステップと、回路転送結合を形成した後、第1のウェハの基板を除去するステップと、第1のウェハの基板を除去した後に、結合パッドを第1のウェハの酸化物に堆積するステップであって、結合パッドが電気伝導経路に電気的に接続されていることを特徴とするステップと、第1のウェハの基板を除去した後に、第1のウェハの酸化物層上に障壁層を堆積するステップと、障壁層を堆積させた後、中性子転換層を障壁層に堆積させるステップとを有することを特徴とする。【選択図】図４
2013537622.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
中性子探知器を製造する方法であって、
少なくとも酸化物層を基板の上に形成し、活性化半導体層を酸化物層の上に形成し、内部連絡層を活性化半導体層の上に形成することによって第１のウェハを形成するステップと、
活性化半導体層および酸化物層を介して内部連絡層から延びる少なくとも一つの電気伝導経路を形成するステップと、
第１のウェハと第２のウェハとの内部連絡層の間に回路転送結合を形成するステップと、
前記回路転送結合を形成した後、前記第１のウェハの基板を除去するステップと、
前記第１のウェハの基板を除去した後に、結合パッドを第１のウェハの酸化物に堆積するステップであって、結合パッドが電気伝導経路に電気的に接続されていることを特徴とするステップと、
前記第１のウェハの基板を除去した後に、第１のウェハの酸化物層上に障壁層を堆積するステップと、
障壁層を堆積させた後、中性子転換層を障壁層に堆積させるステップと
を有することを特徴とする方法。
【請求項２】
第１のウェハを形成するステップが、内部連絡層の上に誘電層形成するステップを包含し、第２のウェハが、酸化物コンタクト層を有し、回路転送結合を形成するステップが、第１のウェハの誘電層と第２のウェハの酸化物コンタクト層との間に酸化物同士（oxide-to-oxide）の結合を形成することからなることを特徴とする請求項１の方法。
【請求項３】
第１のウェハを形成するステップは、内部連絡層に金属層を家伊勢宇するステップを包含し、第２のウェハが、金属接点層を有し、回路転送結合を形成するステップが、第１のウェハの金属層と第２のウェハの金属接点層との間に金属同士（metal-to-metal）の結合を形成することが設けられていることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項４】
第１のウェハの基板を除去している間、結合パッドを堆積させ、障壁層を堆積させ、および、中性子転換層を堆積させ、内部連絡層と第２のウェハとの間の機械的な結合を維持するように構成されることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項５】
第１のウェハの酸化物層の上に結合パッドを堆積させるステップが、少なくとも一つの電気伝導経路の露出部の上に結合パッドを堆積させることから成ることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項６】
障壁層を堆積させた後、少なくとも一つの電気伝導経路をさらすために障壁層を介して開口部をパターンニングするステップと、
前記開口部に接触を堆積させるステップであって、前記結合パッドを堆積させるステップが、接触および障壁層の上に結合パッドを堆積させるステップを有することを特徴とするステップと、
を更に有することを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項７】
中性子転換層をパターンニングするステップを更に有すること特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項８】
デバイスを複数の個々の中性子探知器にダイシングするステップを更に有することを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項９】
中性子転換層を堆積させた後、第１のウェハが、第１の基板上に第１の内部連絡層と、第１の内部連絡層の上に第１の活性化半導体層と、第１の活性化半導体層上に第１の酸化物層と、第１の酸化物層の上に第１の結合パッドと、第１の電気伝導経路と、第１の酸化物層の上に第１の障壁層と、第１の障壁層の上に第１の中性子転換層とを有し、
第１の中性子転換層、第１の結合パッドおよび第１の障壁層の上にコンタクト層を堆積させるステップと、
少なくとも第２の酸化物層を第２の基板の上に形成し、第２の活性化半導体層を第２の酸化物層の上に形成し、第２の内部連絡層を活性化半導体層の上に形成することによって第３のウェハを形成するステップと、
第３のウェハの第２の酸化物層および第２の活性化半導体層を介して第２の内部連絡層から延びる少なくとも１つの第２の電気伝導経路を形成するステップと、
第２の内部連絡層とコンタクト層との間に第２の回路転送結合を形成するステップと、
第２の回路転送結合を形成した後、第３のウェハの第２の基板を除去するステップと、
第３のウェハの第２の基板を除去した後、第２の結合パッドを第３のウェハの第２の酸化物上に堆積させるステップであって、前記第２の結合パッドが、第３のウェハの少なくとも１つの第２の電気伝導経路に電気的に接続していることを特徴とするステップと、
第３のウェハの第２の基板を除去した後、第２の障壁層を第３のウェハの第２の酸化物層の上に堆積させるステップと、
第２の障壁層を堆積させた後、第２の中性子転換層を第２の障壁層の上に堆積させるステップと
を更に有することを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項１０】
第１のウェハを有する半導体デバイスであって、
基板と、
基板上の酸化物層と、
酸化物層上の活性化半導体層と、
活性化半導体層上の内部連絡層であって、活性化半導体層が第２の荷電粒子を検出するように構成された荷電敏感回路のアレイを有することを特徴とする内部連絡層と、
基板と前記基板上のコンタクト層とを有する第２のウェハと、
第１のウェハのコンタクト層と前記第２のウェハのコンタクト層との間に形成された回路転送結合と、
を備えたことを特徴とする半導体デバイス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
[0001]  本開示は、一般に半導体デバイスを目的とする。
【背景技術】
【０００２】
[0002]  中性子粒子検出は、核分裂性の核物質検出のための方法である。中性子が電荷を有しないので、それらの検出は一般に核反応におけるそれらの関与に依存する。いくつかの中性子探知器は、3HeかBF3ガスのような、中性子に敏感な材料を含んでいるガス入りの管を含み、それはイオン化でその後検出されることができる第２のチャージされる粒子を形成するために中性子と反応する。比較的高価な、比較的大きな、頑丈でないこの種のガス入りプロポーショナル中性子探知器が機械的にあり、そして、大量の力が作動することを必要とする。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００３】
[0003]  全体的に、本開示は中性子探知器として使われることができる半導体デバイスを製造することに関する。半導体デバイスは、酸化物層、活性化半導体層および基板上の内部連絡層から成る第１のウェハを形成し、第１のウェハと第２のウェハとの間に回路転送結合を形成し、基板を除去し、酸化物層に結合パッド、障壁層および中性子変換層を堆積させることによって製造される。
【０００４】
[0004]  ある態様では、本開示は、中性子探知器を製造する方法であって、
少なくとも酸化物層を基板の上に形成し、活性化半導体層を酸化物層の上に形成し、内部連絡層を活性化半導体層の上に形成することによって第１のウェハを形成するステップと、
活性化半導体層および酸化物層を介して内部連絡層から延びる少なくとも一つの電気伝導経路を形成するステップと、
第１のウェハと第２のウェハとの内部連絡層の間に回路転送結合を形成するステップと、
前記回路転送結合を形成した後、前記第１のウェハの基板を除去するステップと、
前記第１のウェハの基板を除去した後に、結合パッドを第１のウェハの酸化物に堆積するステップであって、結合パッドが電気伝導経路に電気的に接続されていることを特徴とするステップと、
前記第１のウェハの基板を除去した後に、第１のウェハの酸化物層上に障壁層を堆積するステップと、
障壁層を堆積させた後、中性子転換層を障壁層に堆積させるステップと
を有することを特徴とする方法について開示する。
【０００５】
[0005]  他の態様では、本開示は、第１のウェハを有する半導体デバイスであって、基板と、基板上の酸化物層と、酸化物層上の活性化半導体層と、活性化半導体層上の内部連絡層であって、活性化半導体層が第２の荷電粒子を検出するように構成された荷電敏感回路のアレイを有することを特徴とする内部連絡層と、基板と前記基板上のコンタクト層とを有する第２のウェハと、第１のウェハのコンタクト層と前記第２のウェハのコンタクト層との間に形成された回路転送結合と、を備えたことを特徴とする半導体デバイスについて開示する。
【０００６】
[0006]  本開示の一つ以上の実施形態の詳細は、添付の図面および下記の説明に記載される。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】[0007]  図１は、例示の中性子探知器の概略側面図である。
【図２】[0008]  図２は図１の中性子探知器の概略側面図であり、活性化半導体層において検出された結果として生じる２次荷電粒子と中性子変換層の核反応を例示する。
【図３】[0009]  図３は、中性子探知器を製造するために用いることができる例示のデバイスウェハの概略側面図である。
【図４】[0010]  図４は、デバイスウェハが、ハンドル・ウェハに結合される前の、処理の次のステージでの図３の例示のデバイスウェハの概略側面図である。
【図５】[0011]  図５は、デバイスウェハがハンドル・ウェハに結合されたあと、処理の次のステージの図4の例示の構造の概略側面図である。
【図６】[0012]  図６は、デバイスウェハの基板の除去の後の処理の次のステージの図５の例示の構造の概略側面図である。
【図７】[0013]  図７は、結合パッドおよび障壁層を堆積させ、接合パッド開口をパターニングした後の処理の次のステージの図６の例示の構造の概略側面図である。
【図８】[0014]  図８は、障壁層およびコンタクトパッドを堆積させた後の処理の別の次のステージの図６の例示の構造の概略側面図である。
【図９】[0015]  図９は、中性子変換層を堆積させた後の処理の次のステージの図７の例示の構造の概略側面図である。
【図１０Ａ】[0016]  図１０Ａは、複数の中性子検出ダイから成るウェハの処理の概略側面図である。
【図１０Ｂ】図１０Ｂは、複数の中性子検出ダイから成るウェハの処理の概略側面図である。
【図１０Ｃ】図１０Ｃは、複数の中性子検出ダイから成るウェハの処理の概略側面図である。
【図１０Ｄ】図１０Ｄは、複数の中性子検出ダイから成るウェハの処理の概略側面図である。
【図１０Ｅ】図１０Ｅは、複数の中性子検出ダイから成るウェハの処理の概略側面図である。
【図１０Ｆ】図１０Ｆは、複数の中性子検出ダイから成るウェハの処理の概略側面図である。
【図１１】[0017]  図１１は、中性子探知器を製造するために用いることができる他の例示のデバイスウェハの概略側面図である。
【図１２】[0018]  図１２は、図１１のデバイスウェハから作られる他の中性子探知器の概略側面図である。
【図１３】[0019]  図１３は、多くの複数の中性子検出装置を備えた中性子探知器の概略側面図である。
【図１４】[0020]  図１４は、中性子探知器を作る例示の方法のフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
[0021]  一般に、本開示は、ソリッドステート中性子探知器として使われることができる半導体デバイスを作る方法を目指す。この開示に記載されている方法によってできたソリッドステート中性子探知器は、電離放射線（例えば中性子核反応で生産される２次荷電粒子）を検出する活性化半導体層の使用を介して中性子の存在の指示を提供する。中性子は中性子変換材料に遭遇するとき、ソリッドステート中性子探知器は、２次荷電粒子（例えばアルファ粒子）を形成する中性子変換材料（例えば、ホウ素-10）の固体薄膜を含む。本願明細書において記載されている実施形態において、中性子変換材料は半導体デバイス層（また、２次荷電粒子に影響される荷電敏感回路（例えば一つ以上のメモリ回路アレイ）の列から成る活性化半導体層）の近くに配置され、半導体デバイス層の変化の検出は中性子の存在を示す。２次荷電粒子によって半導体デバイス層に存在する電気素子の電気効果が生じることがあり、電気効果は中性子の存在を検出するために検出されることができる。ソリッドステート中性子探知器は、主なサイズ、コスト、電圧を利用することができ、そして、大量の動力スケーリングはシリコン・マイクロエレクトロニクスを製造して、中性子に敏感な材料を含んでいるガス入りの管を使用する中性子探知器と比較して、より高価ではならない。
【０００９】
[0022]  本願明細書において記載されている中性子探知器において、（例えばホウ素-10の同位元素薄膜からのような）中性子変換層において発生する２次荷電粒子は、ランダム、等方性軌道および固体（例えばシリコンまたは二酸化ケイ素）の限られた進入レンジを有することができる。少なくともこの理由のために、実際的には可能であるように、充分な数の２次荷電粒子が検出可能な変化を起こすために活性化半導体層に着くことができるように、中性子変換層は活性化半導体層の近くに配置されることができる。活性化半導体層が薄い酸化物層の前方側面に堆積されるいくつかの実施形態では、２次荷電粒子が活性化半導体層に着くように含まれることができる薄い酸化物層およびいかなる薄い障壁層またはボンド層も通過しなければならないだけであるために、中性子変換層は薄い酸化物層の背側（例えば、前方側面としての反対側上）に堆積される。この構成は、中性子変換層において発生する大量の２次荷電粒子が活性化半導体層の充分なイオン・トラックを有することができる。このような方法で、中性子探知器は、中性子変換層を有する中性子の反応によって生産される２次荷電粒子の検出を提供する。
【００１０】
[0023]  本願明細書において記載されているソリッドステート中性子探知器を作る例示の方法は、活性化半導体層、関連する相互接続および第１のウェハ基板上の薄い酸化物層が結合されて、移されるウェハ間（WAFER-TO-WAFER）転送ステップが設けられ、第２のハンドル・ウェハ基板が、第１のウェハ基板の除去によってあとに続くように構成されている。ウェハ間（WAFER-TO-WAFER）転送には、半導体デバイス間の永久回路転送ボンドおよび適切なハンドル基板の形成が設けられて、標準的な相補型金属-酸化物-半導体（CMOS）技術による次の半導体処理を考慮に入れるように構成されている。方法はまた、中性子変換材料がウェハ・レベルでプロセス中に最後のステップまたは最後のステップのうち１つでさえ堆積させることができ、その結果、標準の半導体製造工場の外で堆積することができる。
【００１１】
[0024]  中性子変換層の材料が製造方法（例えば活性化半導体層および内部連絡層を形成するために用いる装置）上の副作用を有し、特別な堆積手順によって一般に取り扱われるので、後で（例えば、最後のステップまたはほとんど最後のステップで）中性子変換材料を中性子探知器形成プロセスに置くことは有利である。ソリッドステート中性子探知器の剰余の形成の後、中性子変換材料を堆積させることによって半導体製造工場がダイおよバイアセンブリ・レベルで、ストック製造法を使用することができ、その一方で、中性子変換層はウェハ・レベルで堆積することができ、それは中性子変換の従来のいくつかの方法と比較して、より安価で信頼性が高い製造プロセスにダイ・レベルか組立てレベルまたは両方ともで重要で高価な方法開発および変化を必要とした材料堆積を提供することができる。
【００１２】
[0025]  図１は、例示の半導体デバイス10（中性子探知器10とも称する）を示し、基板12、コンタクト層14、16の上に横たわっている基板12、コンタクト層14の上に横たわっている少なくとも一つの内部連絡層18、16、内部連絡層18の上に横たわっている活性化半導体層20、絶縁体層（例えば活性化半導体層20の上に横たわっている酸化物層22（また、埋設された酸化物またはＢＯＸ層22と称する）およびＢＯＸ層22の上に横たわっている中性子変換層24）から成る。いくつかの実施形態では、中性子探知器10はまた、中性子変換層24の中性子変換材料によって活性化半導体層20および／または内部連絡層18の汚染を予防するのを助けるためにBOX層22と中性子変換層24と間に障壁層26を含むことができる。障壁層26はまた、中性子変換層24とBOX層22との間の接着を促進するのを助けることができる。障壁層26として使われることができる材料の実施形態は、窒化ケイ素またはオキシナイトライド（oxynitride）スタックを含むが、これに限定されるものではない。接着層（図示せず）がまた、中性子変換層24をBOX層22または障壁層26に接着するように提供される。いくつかの実施形態では、パッシベーション層はまた、BOX層22と中性子変換層24との間で堆積することができる。
【００１３】
[0026]  図１に示される実施形態では、中性子探知器10もまた、活性化半導体層20を、内部連絡層18を介してプリント基板（図示せず）のような中性子探知器10に対して外部の回路に電気的に接続する結合パッド28が設けられる。ある実施形態では、内部連絡18を電気的に接続するために活性化半導体層20およびBOX層22を介して内部連絡層18から結合パッド28に延びる、バイア30のような少なくとも一つの電気伝導経路が形成される。いくつかの実施形態において、結合パッド28は、外側の回路に対する結合パッド28に結合される導線32を備えた外部回路バイアワイヤボンディングに電気的に接続される。しかし、フリップチップ・ソルダーバンプのような外部回路と結合パッド28との間の他のいかなる適切な電気的接続も実行されることができる。図１の実施形態において、中性子探知器10は、フレームを外部回路に提供する電気的パッケージのパッケージリードフレーム34に載置されるように示される。結合パッド28は、外部回路に電気接続を提供するために導線32を有するパッケージに結合される導線である。
【００１４】
[0027]  図２は、中性子探知器10と相互に作用している中性子の概念上の具体例である。中性子探知器10は、中性子変換層24を用いて、中性子を検出し、中性子36と反応する中性子変換材料が設けられて、核反応サイト48から２次荷電粒子38を発することように構成される。２次荷電粒子38は、２次荷電粒子38が活性化半導体層20によって検出されることができる荷電雲40を生成する活性化半導体層20に、浸透する中性子変換層24および酸化物層22を通過する。ある実施形態では、中性子変換層24は、マグネトロン・スパッタリングおよび標準的な化学蒸気堆積技術によって堆積された純粋なホウ素-10薄膜を備える。ホウ素-10は、アルファ粒子およびリチウム-7イオン（7Ｌｉ）を発するために一つ以上の中性子36と反応する。アルファ粒子およびリチウム-7イオンは、活性化半導体層20の荷電雲40を形成することができる２次荷電粒子38の両方の実施形態である。中性子変換層24において使われることができる他の材料は、ホウ素-10でドープされる層またはホウ素-10またはリチウムリッチ材料から成るborophosphosilicateガラス（BPSG）のような、ホウ素-10で豊かにされた化合物を含むが、これに限定されるものではない。
【００１５】
[0028]   アルファ粒子およびリチウム-7イオンを形成するためにホウ素-10の中性子変換層24との中性子36の反応を介して、２次荷電粒子38が形成されたあと、
２次荷電粒子38は、ＢＯＸ層22、および、中性子探知器10に存在するのであれば、障壁層26およびいかなるパッシベーション層を介して、活性化半導体層20に中性子変換層24から発される。活性化半導体層20は、２次荷電粒子38によって形成される荷電雲40を検出するように構成される。ある実施形態では、活性化半導体層20は、荷電敏感回路44のアレイ42を有し、例えば、シングル・イベントアップセット（SEUs）に影響されすいスタティックＲＡＭ（SRAM）デバイスにある。少なくとも一つの２次荷電粒子38が、活性化半導体層20に着く前に、活性化半導体層20の方向に全体的に発される２次荷電粒子38は、一部の中性子変換層24、障壁層26（あるならば）およびBOX層22を通過しなければならない。活性化半導体層20内に発せられる２次荷電粒子38は、２次荷電粒子38が活性化半導体層20内で移動するイオン・トラック46に沿って荷電雲40を生成する。
【００１６】
[0029]  ２次荷電粒子38のイオン・トラック46が、荷電敏感アレイ42（以下「検出可能荷電」と称する）によって検出される充分な荷電を生成する少なくとも最小限のトラック長さTIonを有する場合、荷電敏感アレイ42は、少なくとも一つの２次荷電粒子38の存在を検出する。この最小限のイオン・トラック長さTIonは、荷電敏感アレイ42の特定の回路44の感度に依存する。ある実施形態では、荷電敏感アレイ42は、検出可能な荷電を作る活性化半導体層20の最小限のトラック長さTIonが、約0.4ミクロンと約0.9ミクロンとの間、例えば約0.7ミクロンのような約0.2ミクロンと約1.5ミクロンの間であるような感度を有する。
【００１７】
[0030]  中性子変換層24から発される２次荷電粒子38の各々は、限られたエネルギー量を有して、このようにデバイス10を通して限られた進入レンジRを有する。中性子変換層24から発せられた２次荷電粒子38の実際の進入レンジRは、２次荷電粒子38が通過する材料および２次荷電粒子38を生成する反応に依存する。例えば、中性子36とホウ素-10との間の反応から発され、（BOX層22の誘電材料として使われることができる）二酸化ケイ素および（活性化半導体層20の半導体材料として使われることができる）シリコンを介して発されるアルファ粒子は、約3.5ミクロンの進入レンジを有することが示される。この限られた進入レンジRのため、実際的に可能であるくらい活性化半導体層20の近くに中性子変換層24を配置することにより、中性子探知器10によって中性子36の検出を改善することができる、それは、２次荷電粒子38が、活性化半導体層20に着く前に侵入するのにより少ない距離を有するためである。
【００１８】
[0031]  ある実施形態では、ＢＯＸ層22および障壁層または接着層は約2.5ミクロンの厚みを有し、生成された２次荷電粒子38の約5%未満は、シリコンの検出可能なイオン・トラック長を有する。しかし、他の実施形態では、BOX層22および障壁層または接着層の厚みは、約0.25ミクロンまで減少し、約35%の生成された２次荷電粒子38が、検出可能なイオン・トラックを備えた活性化半導体層20に進入することができる。図２に示される実施形態において、中性子変換層24と活性化半導体層20との間の距離は、BOX層22と（あるならば）障壁層26との厚みに等しく、TBoxとして示される。
【００１９】
[0032]  活性化半導体層20に届き、検出可能な荷電を生成するのに十分な少なくとも所望の最小限のイオン・トラック長さTIonを備えた活性化半導体層20に侵入する、生成された２次荷電粒子38の一部が見積もられる。下の式１は、中性子変換層24の範囲内で特定の位置で中性子の反応から活性化半導体層20に届く生成された２次荷電粒子38の一部を推定するために１つの式を提供する。式１は、２次荷電粒子38が、中性子変換層24内の反応48のポイントから一様に発されると仮定する。加えて、式１はそれを活性化半導体層20の領域活性化半導体層20の全体の方向に発される生成された２次荷電粒子38の半分だけとみなす。第２の仮定が、考慮から生成された２次荷電粒子38の50%を除去すると共に、少なくとも一般に平面活性化半導体層20と全体的に平行な単一の全体的に平面中性子変換層24の場合、中性子変換層24が、活性化半導体層20からどれくらい近いかにかかわらず、生成された２次荷電粒子38（例えば、活性化半導体層20から離れた方向に発される）のほぼ半分が、活性化半導体層20によって捕獲されることに失敗すると予想される。
【００２０】
[0033]  中性子変換層24の底部（すなわちＢＯＸ層22に最も近い中性子変換層24の表面に対する「底部」）から深さTxで反応ポイント48で起こる中性子変換反応に関して、厚さTBoxを有する障壁層26およびＢＯＸ層22を介して所望のイオン・トラック長TIonに対して少なくとも活性化半導体層20を進入するのに充分なエネルギーを有する２次荷電粒子38の一部FTxは、式１に基づいて決定される。
【００２１】
【数１】
2013537622.tif 000003
【００２２】
[0034]  中性子変換層24（中性子変換層24はTNCLの総厚みを有する）内の全ての可能な中性子反応のための捕獲された２次荷電粒子38の全体的の一部を推定するために、式１は、式２に示すように、中性子変換層24の全ての厚みの全体にわたって統合される。
【００２３】
【数２】
2013537622.tif 000004
【００２４】
[0035]  式１および２によって決定された部分Ｆは、所望の最小限のトラック長さTIonに進入するのに充分なエネルギーを有する活性化半導体層20に到着することができる２次荷電粒子38の一部を示すだけである。
【００２５】
[0036]  式1および2によって示されるように、２次荷電粒子38が、最小限のイオン・トラック長TIonに侵入するのに充分なエネルギーを有するどうかに影響する主要因は、活性化半導体層20、ＢＯＸ層22および障壁層26の材料の２次荷電粒子38の進入レンジRと、ＢＯＸ層22および障壁層26の厚さTBoxと、中性子変換層24（Tx）内の核反応48の位置である。式１および２から分かるように、検出可能な２次荷電粒子38の一部は、BOX層22の厚さとして増加し、中性子変換層24と活性化半導体層20（例えばパッシベーション層または接着層）との間の他のいかなる中間の層もの厚さと同様に、障壁層26は減少し、そうすると、充分なイオン・トラック長TIonで更に２次荷電粒子は活性化半導体層20に到達する。ある実施形態では、BOX層22および障壁層26（同様に、いかなるパッシベーション層、接着層または他の層があってもよい）の集積された厚さTBoxは、例えば、約0.25ミクロンのような、例えば約0.15ミクロンと約0.5ミクロンとの間のような約0.1ミクロンと約1ミクロンとの間にある。
【００２６】
[0037]  ＢＯＸ層22の機能性に悪影響を与えることのないＢＯＸ層22の望ましい最小限の厚みを制限することができる実際的な考慮すべき問題はＢＯＸ層22（それは電気的に結合パッド28および障壁層26（バイア30のような電気伝導経路除外する）からの活性化半導体層20、結合パッド28（例えば、導線の形成に耐えるために、ワイヤ32でワイヤボンディングを形成する）の機械の健全性および活性化半導体層20の荷電敏感回路44に加えられている静電容量の防止を分離するのに選ばれることができる）によって提供される電気絶縁の量を含み、荷電敏感アレイ42が２次荷電粒子38によって堆積する比較的小さい変化を検出することをむずかしくする。BOX層22の望ましい最小限の厚み以下で、BOX層22の厚さを制限する逆影響は、例えば、活性化半導体層22と結合パッド28と障壁層26と間の電気絶縁の低下を含むことである。
【００２７】
[0038]  障壁層26の機能性に悪影響を与えることのない障壁層26の望ましい最小限の厚さを制限することができる実際的な考慮すべき問題は障壁層26によって提供される汚染保護の量を含むことができ、それは中性子変換層24の中性子変換材料によってまたは他の移動イオンの汚染（例えばNa+イオン、堆積均一性および障壁層26のステップカバー）によって活性化半導体層20および内部連絡層18の汚染を予防するのに選ばれることができる。例えば、望ましい最小限の厚さ以下で厚さに障壁層26の厚さを制限する逆影響は、中性子変換層24の中性子変換材料によって、活性化半導体層20の汚染を含み得る。ある実施形態では、BOX層22が、例えば約0.15ミクロンと約0.5ミクロンとの間、例えば約0.25ミクロンのような、約0.05ミクロンと約1.5ミクロンとの間の厚みを有する。ある実施形態では、障壁層26は、約0.05ミクロンと約0.25ミクロンの間、例えば約0.1ミクロンのような、約0.05ミクロンと約1.5ミクロンとの間の厚さを有する。
【００２８】
[0039]  本開示の中性子探知器10において有用な活性化半導体層20の例示の一部は、図2に示され、２次荷電粒子38によって引き起こされる荷電雲40を検出することができる活性化半導体層20において組み立てられる荷電敏感回路44のアレイ42を含む。ある実施形態では、活性化半導体層20は単一のイベントアップセット（SEU）の現象を利用し、それは電離放射線の存在下で、生じる半導体メモリデバイスの放射線障害性ビットエラーから生じる。これらのSEUは、SEUが起こるときに、決定する半導体デバイスを使用するに際して電離放射線（例えば中性子核反応48によって生成される２次荷電粒子）の存在を検出するために用いることができる。本願明細書に記載されているソリッドステート中性子探知器10は、アルファ粒子のような中性子変換材料（例えば２次荷電粒子を形成する10B）から作られる固体フィルムの使用によるSEU現象を利用することができる。
【００２９】
[0040]  いくつかの実施形態では、荷電敏感回路44は、p-チャネルおよびn-チャネル金属-酸化物-半導体電界効果トランジスタ（MOSFET）（例えばレジスタ、コンデンサ、ダイオードおよびバイポーラ接合トランジスタ（BJTs））から成ることができる。いくつかの実施形態では、従来の半導体メモリデバイス（例えば個々のメモリ・セルを有するスタティックＲＡＭ（SRAM）デバイス）と同様の荷電敏感回路44を構成することができる。ある実施形態では、それらが荷電敏感アレイ42を「打つ（hit）」（例えば、相互に作用するかまたは接触する）ので、荷電敏感回路44は２次荷電粒子を検出して、計数するように構成することができる。これらのｈｉｔを計数するのに用いることができる回路の例示のタイプは、ステート・ラッチ回路（state latching circuits）、グリッチ生成回路（glitch generating circuits）および／またはチャージロス回路（charge loss circuits）を包含するが、それらに限定されるわけではない。ステート・ラッチ回路は、単一のイベントアップセット・ベースであり、後の読み出しのためにバイナリ状態変化をストアする。ステート・ラッチ回路は、第２のbitlineおよび第２のイネーブルセレクトトランジスタを欠いている１つの状態のメモリ・セルであってもよい。これらの回路によって、アップセットの空間マッピングと同様に、非常にまれなリードをすることができる。グリッチ生成回路またはエッジ生成セルは、例えば、検出された各アップセットに関する上昇または下降エッジのような「グリッチ（glitch）」を生成する。チャージ-ロス回路は、２次荷電粒子侵入に応答して、ノード上にチャージリークを引き起こす。観測可能な回路変化は、セル電流、閾値電圧、リード中のビットラインの電圧の変化、または、浮遊ボディ効果であってよい。チャージ-ロス回路は、ビット線に連結するドレインおよび低電圧に連結するソースを備えた部分的に空乏した浮遊ボディSOIトランジスタのアレイとして造られることができる。
【００３０】
[0041]  他の実施形態では、荷電敏感回路44はまた、ダイナミック・ランダム・アクセス・メモリ（DRAM）、他の種類のランダム・アクセス・メモリ、非ランダム・アクセス・メモリ、電荷結合素子、荷電注入デバイスまたは他のメモリデバイス構造および基板から
なってもよい。本開示の中性子探知器10で使われることができる荷電敏感回路44およバイアレイ42の実施形態は、2009年8月6日に出願された「Neutron Detector Cell Efficiency」と名づけられた米国特許出願シリアル番号第12/536,950号に開示される。
【００３１】
[0042]  ある実施形態では、活性化半導体層20は、半導体材料（例えばシリコン）の層からなり、荷電敏感アレイ42の回路44が半導体材料に作られる。ある実施形態では、回路44は、例えば、自由電子のより高いレベルで領域を形成するために半導体材料の選択された部分に、不純物を拡散することによって製造され、図２では「ネガティブ」に関してはＮによって示され、または、正孔のより高いレベルで図２では「ポジティブ」に関してはＰによって示される。いくつかの実施形態では、活性化半導体層20の半導体材料は、シリコンから成ることができる。他の実施形態では、例えば、活性化半導体層20が、炭化ケイ素（SiC）、ゲルマニウム（Ge）、シリコン・ゲルマニウム（SiGe）、ヒ化ガリウム（GaAs）、ダイヤモンドまたは他のいかなる適当な半導体材料のような他の半導体材料から成ることができるが、これらに制限されない。
【００３２】
[0043]  図1に一旦戻ると、少なくとも一つの内部連絡層18は、互いに活性化半導体層20の荷電敏感アレイ42の電気素子を電気的に接続し、中性子探知器10に接続しているプリント基板（図示せず）のような外部回路に接続するバイアおよび伝導性接触を含む。内部連絡層18は、図1において詳細に例示されない。内部連絡層18（時々メタル層と称される）は、二酸化ケイ素または低κ誘電体のような誘電材料に囲まれている、例えば、配線、トレース、および／または、電気伝導バイアによって形成される電気伝導経路を含む。電気伝導経路は、中性子探知器10に対する外部回路とアレイ４２との間と荷電敏感アレイ42の間に無制限のルーティング層を提供する。ある実施形態では、中性子探知器10は、例えば、活性化半導体層に隣接して直接堆積された第１の内部連絡層と、該第1の内部連絡層直接隣接して堆積された第２の内部連絡層とを備えた活性化半導体層20に堆積された２つの内部連絡層（図示せず）のような、複数の内部連絡層18を有する。
【００３３】
[0044]  電気伝導経路（例えばバイア30）は、内部連絡層18と結合パッド28との間の電気接続を提供する。ある実施形態では、バイア30は電気導電材料（例えばタングステンまたは銅）から成る。他の例では、結合パッド28と内部連絡層18との間の電気伝導経路は、結合パッドと内部連絡層18との間の電気伝導ができるドーピングしたシリコンのようなドーピングした半導体材料からなる。各々の結合パッド28が他の実施形態の任意の適当な数の電気伝導経路に電気的に連結することができるけれども、ある実施形態では、少なくとも２つのバイア30は、各々の結合パッド28に関して提供される。
【００３４】
結合パッド28は、バイア30を介して内部連絡層18を外部回路（例えばプリント基板）に電気的に接続する。図１に示される実施形態において、結合パッド28は、側方に対向する活性化半導体層20のBOX層22（例えば直接隣接したBOX層22）に堆積される。ある実施形態では、結合パッド28は、内部連絡層18と外部回路（例えば、電力供給、接地点、信号源、他のチップ、プリント基板、など）と間の電気接続を許すために十分に大きい領域を提供する。結合パッド28は、例えばアルミニウム、金または、AlCuのようなアルミニウム合金のようないかなる適切な電気伝導材料からも形成されることができる。
【００３５】
[0046] 図3-9は、中性子探知器10を作る間の例示の方法が定められた例示の構造を例示する。図３は、中性子探知器10の機能的な構成要素を定める構造上の構成要素を含む例示のデバイスウェハ50を例示する。デバイスウェハ50は、基板52の前方側面に堆積される絶縁体層22（例えば埋設された酸化物（BOX）層22）を有する基板52（例えば大きさ半導体基板）から成る。活性化半導体層20は、BOX層22の前方側面に製造される。デバイスウェハ50も、活性化半導体層20の前方側面に堆積される少なくとも一つの内部連絡層18から成る。デバイスウェハ50はまた、内部連絡層18の前方側面に堆積されるコンタクト層16から成ることができる。
【００３６】
[0047]  下記のように、デバイスウェハ50の構造の多数は、最終的な中性子探知器10の構造になる。例えば、デバイスウェハ50の絶縁体層は、中性子探知器10のBOX層22を定め、デバイスウェハ50の活性化半導体層は、中性子探知器10の活性化半導体層20を定め、デバイスウェハ50の内部連絡層は中性子探知器10の内部連絡層18を定める。したがって、同じ参照番号は、全体にこれらの構造を記載するために用いられる。図３に示される実施形態では、バイア30は、デバイスウェハ50の一部分として予め形成され、例えば、バイア30は、BOX層22、活性化半導体層20および内部連絡層18の製造中に形成される。下記のように、バイアはまた、基板52の除去の後のように、デバイスウェハ50の次の処理の後で形成されることができる。図３に示すように、バイア30は、活性化半導体層20を介して、および、BOX層22を介して、内部連絡層18から伸びる。
【００３７】
[0048]  図４は、図３に示される製造の次のステージでのデバイスウェハ50を示す。図４では、デバイスウェハ50は逆にされ、ハンドル・ウェハ60の上に１秒配置され、その結果、ハンドル・ウェハ60はデバイスウェハ50の前方側面に結合される。デバイスウェハ50の基板52が除去されるとき、ハンドル・ウェハ60は、活性化半導体層20および内部連絡層18に対する構造上の支持を提供する。ハンドル・ウェハ60は、バルク基板12（それは、後で中性子探知器10（図1）の基板12を画定する）から成ることができ、コンタクト層14は基板12上に堆積される。基板12は、半導体材料（例えばバルクシリコン、シリコン酸化物、窒化ケイ素、サファイヤ、ゲルマニウム、SiGe、炭化ケイ素、サファイヤまたは金属）から成ることができる。ある実施形態では、デバイスウェハ50およびハンドル・ウェハ60は、全体的に同じ寸法を有し、デバイスウェハ50の側面はハンドル・ウェハ60の側面に合わせられ、その結果、結果として生じた結合ウェハが全体的に、より大きな厚み以外、各々のウェハ50、60と同じ寸法を有する。
【００３８】
[0049] デバイスウェハ50およびハンドル・ウェハ60は、デバイスウェハ50およびハンドル・ウェハ60の外縁部が整列配置されることを確実にすることによって整列配置されることができる。配置の他の方法は、ウェハを整列配置する赤外線ビジョン、またはウェハ50、60がお互いに合わせられるように、ツールに各々のウェハ50、60を整列配置する配置ツールの使用の活用法を含むことができる。ハンドル・ウェハ60の接触層14がデバイスウェハ50の前方側面と接触するように、デバイスウェハ50は配置される。図４および５に示されるある実施形態では、コンタクト層14はデバイスウェハの接触層16の前方側面と接触して配置される。他の例では、コンタクト層14は内部連絡層18の前方側面と接触して配置される。
【００３９】
[0050]   図４に関して上記したように、図５は、ハンドル・ウェハ60上のデバイスウェハ50の位置決めの後、処理における次のステップを示す。図５に示すように、デバイスウェハ50は、ウェハ転送結合62を有するハンドル・ウェハ60に結合され、それはデバイスウェハ50およびハンドル・ウェハ60の前方側面の間で形成される。ある実施形態では、ウェハ転送結合62（本願明細書ではまた、回路転送結合62と称される）は、ハンドル・ウェハ60およびデバイスウェハ50の接触層14の間で形成される。ある実施形態では、デバイスウェハ50は、内部連絡層18の前方側面に堆積されるコンタクト層16（例えば、対向する活性化半導体層20）を有し、回路転送結合62が、デバイスウェハ50の接触層16の前方側面とハンドル・ウェハ60の接触層14との間で形成される。
【００４０】
[0051]  後で詳しく述べるように、回路転送結合62が形成されたあと、デバイスウェハ50の基板52は、除去され、追加的な半導体処理ステップが、中性子探知器10を製造するために結果として生じるウェハに実行される。したがって、回路転送結合62は、追加的な処理ステップの間、活性化半導体層20および内部連絡層18に対する機械の構造上の支持を提供するのに十分に強い永久ボンドを提供するように構成される。加えて、回路転送結合62は、それがウェハの次の処理の間に従属するという処理状況に耐えるように構成される。例えば、デバイスウェハ基板52が除去されるにつれて、基板52の除去が研磨または化学機械的平坦化（CMP）によって実行される場合、回路転送ボンド62は大きい剪断力をかけられ得る。回路転送ボンド62はまた、ダイ切断の間、例えばダイ鋸を使用して、大きな機械の力をかけられ得る。他の例では、回路転送結合62は、次の層（例えば結合パッド28、障壁層26、不動態化またはボンド層および中性子変換層24）の堆積のために、高温に晒され得る。ある実施形態では、回路転送結合62が、約100℃と約400℃と間の比較的低い温度で形成され、その結果、回路転送結合62の形成が、内部連絡層18の内部連絡部分を形成する金属化をコンプロマイズしない。ハンドル・ウェハ60にデバイスウェハ50を結合するのに用いることができる回路転送結合62の実施形態は、酸化物同士（oxide-to-oxide）結合および金属同士（metal-to-metal）の結合を含む。
【００４１】
[0052]  ある実施形態では、回路転送結合62は、酸化物が設けられ、2枚の誘電層の間で形成される酸化物同士（oxide-to-oxide）の結合からなる。ある実施形態では、デバイスウェハ50は、内部連絡層18に堆積された二酸化ケイ素またはTEOSのような誘電材料からなるコンタクト層16を有し、ハンドル・ウェハ60はまた、二酸化ケイ素またはTEOSのような誘電材料から成るコンタクト層14を有する。他の例では、酸化物同士（oxide-to-oxide）の結合は、内部連絡層18（例えば内部連絡層18内で電気伝導経路を絶縁する誘電体）の一部である誘電材料とハンドル・ウェハのコンタクト層14との間に形成される。酸化物同士（oxide-to-oxide）の結合は、表面を平坦化または研磨することにより、および、上昇した温度および／または圧力で一緒にコンタクト層14およびコンタクト層16を押圧することなどによって、コンタクト層14およびコンタクト層16の表面を準備することによって形成される。酸化物同士（oxide-to-oxide）結合の例示は、フランスのBerninのS.O.I.TEC Silicon On Insulator Technologies（「Soitec」）によって用いられる直接酸化物ボンディング方法である。酸化物溶融ボンディング、共晶ボンディング、熱圧着ボンディング、または、silicon-on-glass（「SOG」）ボンディングのような他のボンディング方法を用いることが出来る。
【００４２】
[0053]  他の例では、回路転送結合62は、2つのメタル層の間で形成される金属同士（metal-to-metal）の結合からなる。ある実施形態では、ハンドル・ウェハ60は、金属接点層14（例えば銅から成る層）から成ることができる。ハンドル・ウェハ60の金属接点層14は、デバイスウェハ50の金属部分に結合される。ハンドル・ウェハ60の金属接点層14に結合されるデバイスウェハ50の金属部分は、内部連絡層18に堆積された銅の層のような、金属接点層16から成り、または、デバイスウェハ50の金属は、内部連絡層18（例えば、配線、トレース、または、荷電敏感アレイ42と結合パッド28と間と、荷電敏感アレイ42の電気素子との間に相互接続を提供するバイアのような電気伝導経路）を定める金属内部連絡の一部から成ることができる。ある実施形態では、内部連絡層18内の所望でない短絡を防止するために、誘電層（図示せず）は、デバイスウェハ50の金属接点層16と内部連絡層18との間に堆積されることができる。金属同士（metal-to-metal）の結合は、表層を平坦化または研磨して、時々拡散結合または拡散溶接と称されるような高い温度および／または圧力で一緒にコンタクト層14およびコンタクト層16を押圧することなどによって金属接点層14、16の表面を準備することによって形成されることができる。金属同士の接着している方法の実施形態は、Naperville（IL）のTezzaron Semiconductorによって提供される熱圧着方法である。
【００４３】
[0054]  図６は、図５に関して上述した回路転送結合62の形成の後の処理における次のステップを示す。図６において、デバイスウェハ50の基板52は、BOX層22の背側から除去された。回路転送結合62は、内部連絡層18、活性化半導体層20およびBOX層22に安全にハンドル・ウェハ60を結合し、ハンドル・ウェハ60の基板12は取り除かれたデバイスウェハ50の基板52の代わりに、サポート基板として作用する。ある実施形態では、基板52の除去は、少なくとも、基板52の材料をグラインディングして除去し、基板52の材料を研磨で除去し、化学的-機械的研磨（「CMP」）および化学的エッチングのようなもので除去することによって達成される。基板52の材料を除去する他の方法がまた、使われることができる。ある実施形態では、デバイスウェハ50の基板52の除去はまた、基板52を除去するプロセスの終わりで、BOX層22の一部をグラインディングし、研磨し、または、エッチングすることなどによって、BOX層22の一部の除去を提供する。
【００４４】
[0055]  図7は、図6に関して上記の通りに基板52の除去の後、処理における次のステップを示す。図７では、結合パッド28はBOX層22の背側の上に堆積され、その結果、結合パッドはバイア30に電気的に接続され、かくして内部連絡層18に電気的に接続される。障壁層26はまた、BOX層22の背側の上に堆積する。
【００４５】
[0056]  図7に示される実施形態では、結合パッド28は、バイア30の上のＢＯＸ層22の背側上の場所で堆積され、障壁層26は、ＢＯＸ層22の背側の一部の結合パッド28および残留する露出部をカバーするためにその後堆積される。上述したように、ある実施形態では、ハンドル・ウェハ60にデバイスウェハ50を結合する前に、バイア30はデバイスウェハ50に予め形成され、その結果、バイア30は、活性化半導体層20およびBOX層22を介して内部連絡層18から伸びる。かかる場合、基板52がBOX層22の背側から除去されるとき、バイア30は露出される。その結果、結合パッド28がBOX層22の背側に堆積されるとき、結合パッド28を定める材料は、バイア30が伸びるBOX層22の領域を通じて堆積することができ、その結果、結合パッド28はバイア30と電気的接触される。ある実施形態では、結合パッド28の材料は、堆積することができ、それから例えばエッチングによってパターニングされることができ、その結果、材料が結合パッド28の所望の位置に残る。他の例では、BOX層22の背側は、露出された結合パッド28の位置だけでマスクされ、次いで、結合パッド28の材料が、露出された部分に堆積され、マスクは除去される。
【００４６】
図７の実施形態では、一旦結合パッド28が形成されたならば、障壁層26はBOX層22にわたって堆積され、パターニングされる。他の層は（例えばパッシベーション層または接着層のような）BOX層22上へ堆積することができ、その後に、障壁層26はBOX層22にわたって堆積される。ある実施形態では、障壁層26は、BOX層22および結合パッド28の全体にわたって堆積し、それから、障壁層26はパターニングされ、例えばマスキングおよびエッチングによって、結合パッド28にわたって障壁層26を介して開口部をつくる。
【００４７】
[0057]  図８に示された他の例では、障壁層26が、バイア30の露出部を含むＢＯＸ層22の全てを実質的にカバーするように、障壁層26はＢＯＸ層22にわたって堆積される。次のステップにおいて、一つ以上の開口部は、バイア30をさらすために障壁層26において（例えばそばにマスキングおよびエッチングによって）パターニングされる。少なくとも一つの金属化接触64（例えばAlCuまたはタングステン接触材料）は、バイア30に障壁層26を介して電気的接点を提供するために開口部に堆積される。結合パッド28は次いで、堆積され、金属化接触64にわたって障壁層26の頂部にパターニングされ、その結果、結合パッド28は金属化接触64を介してバイア30に電気的に接続される。
【００４８】
[0058]  さらに別の実施形態（図8に示されない）では、結合パッド28は、中性子変換層24または障壁層26だけの堆積の後まで、堆積することはない。かかる実施形態では、中性子変換層24および障壁層は、結合パッドとバイア30との間の電気接続を提供するためにバイア30をさらすようにパターニングされる。金属化接触はまた、結合パッドとバイア30との間の電気接続を提供するために形成されることができる。電気伝導材料から成ることができる中性子変換層24はまた、中性子変換層24と結合パッド（図示せず）との間の誘電絶縁層などによって結合パッドから電気的に絶縁されることを必要とするかもしれない。
【００４９】
[0059]  図９は、図７に関して上記の通りに結合パッド28および障壁層26の堆積の後の処理における次のステップを示す。中性子変換層24を有する中性子の反応から発される２次荷電粒子38（図2）が荷電敏感アレイ42によって検出されることができるように、中性子変換層24は堆積され、活性化半導体層20の上の障壁層26に従ってパターニングされる。ある実施形態では、中性子変換層24は、障壁層26および結合パッド28の上のシャドーマスク（図示せず）を最初に形成することによって堆積され、シャドーマスクは、中性子変換層24が堆積されることが望まれる障壁層26の一部をさらす。中性子変換層24の中性子変換材料は、次いで、シャドーマスクの露出部を通じて堆積される。中性子変換層24は、中性子変換層24のために選ばれる中性子変換材料を堆積させることができるいかなる適切な技術も使用して堆積することができる。例えば、ホウ素-10の中性子変換材料が選ばれる場合、中性子変換層20はマグネトロン・スパッタリングによってまたは化学蒸気堆積によって堆積することができる。中性子変換材料が堆積したあと、シャドーマスクは取り外され、中性子変換層24を残す。中性子変換材料は、例えば結合パッド28をさらすために、中性子変換材料の選択的な部分を取り出すために、例えば従来のフォトリソグラフィおよびエッチング技術などにより、例えば反応性イオンエッチングのような、他の方法によってパターニングされることができる。
【００５０】
[0060]  図3-9に関して記載されている例示の方法によって示されるように、中性子変換層24が比較的薄い障壁層26およびＢＯＸ層22によって活性化半導体層20から切り離されるだけであるので、デバイスウェハ50とハンドル・ウェハ60との間の回路転送結合62を形成して、その後デバイスウェハ50の基板52を除去することによって中性子探知器10を形成する技術によって中性子変換層24が活性化半導体層20の非常に近くに堆積することができる。図3-9に関しても上記した例示の方法によって、中性子変換層24が最後の層または中性子探知器10の製造の間、堆積する最後の層のうちの１つである。中性子変換層24を作るために用いる中性子変換材料が中性子探知器を組み立てるために用いる器材を製造している半導体デバイスを汚染することができるので、これは有利であり、特にフロントエンドの処理器材が活性化半導体層20（例えば拡散炉および湿式化学オペレーション）を作るのに用いられる。
【００５１】
[0061]  いくつかの半導体製造工場は、中性子変換材料または他のいかなる非標準材料も堆積させないか、または、それらの器材に危険を原因として生じるので従来の中性子変換材料堆積があったいかなる部品でも作用しないのが好ましい。図3-9に関する例示の方法によって中性子変換層24が製造工場の半導体処理の、そして、製造工場からの別々の製造環境の完成の後、堆積されることができる。いくつかの製造工場が標準でないCMOSプロセスの処理より、変化または追加を好まないので、これは有利である。このような中性子変換材料を堆積させるための必要なプロセスとして任意の非標準、CMOSベースのプロセスは、追加の工学的制御を必要とし、コストと製造プロセスへのリスクを追加し、学習、統計的工程管理、歩留まり/信頼性標準CMOSプロセスからくる改良からの処理を除去する。
【００５２】
[0062]   図3-9は、単一の中性子探知器10を形成するハンドル・ウェハ60およびデバイスウェハ50の一部にフォーカスする。換言すれば、図3-9は、デバイスウェハ50およびハンドル・ウェハ60の個々のダイに集中する。しかし、いくつかの実施形態では、複数の中性子探知器は、単一のデバイスウェハ50から形成される。図10A-10Fは、デバイスウェハ50が、複数のダイ66A、66B、66Cから成る実施形態を例示し、各々のダイ66A、66B、66Cは、個々の中性子探知器10A、10B、10Cを形成することができる。図10A-10Fは、全てのウェハに実装されている図3-9のステップを示す。例えば、図10Aでは、（上記した図3に記載の）デバイスウェハ50が形成される時、活性化半導体層20は、複数の荷電敏感アレイ42A、42B、42Cを有し、各々の荷電敏感アレイ42A 42B 42Cは、中性子探知器10A、10B、10C（図10F）を各々形成するそれぞれのダイ66A、66B、66Cに対応する。図10Bでは、デバイスウェハ50は、図5について述べたように、それらの間で形成される回路転送結合62を有するハンドル・ウェハ60に結合される。図10Cでは、図6について述べたように、デバイスウェハ50の基板52は、BOX層22へ移された。図10Dでは、障壁層26は堆積し、中性子探知器10および図7について述べたように、結合パッド28A、28B、28Cは、各々のダイ66A、66B、66Cに関して形成される。図10Eでは、中性子変換層24A、24B、24Cは、堆積され、図9で上述した様に、各々のダイ66A、66B、66Cに関してパターニングされる。
【００５３】
[0063]  各々のダイ66A、66B、66Cが、それぞれ機能的な中性子探知器10A、10B、10Cであるために必要な構成要素の全てを有するように、一旦、各々のダイ66A、66B、66Cが形成されると、図10Eに示されるウェハは、分離された中性子探知器10A、10B、10Cを形成するために個々のダイス68A、68B、68Cに個別化される。個別化（または、ダイシングまたはウェハダイシングと称する）は、いかなる適切な技術を用いて、例えば基板12および／またはウェハの他の層のスクライブラインおよびスクライブラインに沿ってウェハに線をひき、または、ウェハを個別に切ることは小立方体にする破壊の形成によって、例えば機械式ウェハ鋸で、またはレーザー・カットによって達成されることができる。図10Fは、ウェハをダイシングした後の、個々の中性子探知器10A、10B、10Cを示す。
【００５４】
[0064]  上述したように図3に示される実施形態では、例えば、デバイスウェハ50をハンドル・ウェハ60に結合し、基板を除去する前に、ＢＯＸ層22、活性化半導体層20および内部連絡層18を構成する間、バイア30が形成されるように、バイア30のような電気伝導経路が「予め形成される」。他の実施形態では、バイア30は、他の方法によって、そして、他の時間に形成されることができる。ある実施形態では、デバイスウェハ50がハンドル・ウェハ60に結合されたあと、バイア30は形成されず、デバイスウェハ50の基板52が除去される。かかる実施形態では、基板52が除去されたあと、一つ以上の開口部はBOX層22および活性化半導体層20で、内部連絡層18に達するようにパターニングされることができる。電気伝導材料（例えばタングステン）は、次いで、バイア30を形成するために開口部に堆積することができる。バイア材料が、バイア30を活性化半導体層20の構成要素から電気的に絶縁するために堆積する前に、電気絶縁材料（例えば二酸化ケイ素のような誘電体またはテトラエチルオルトシリケートな酸化物（「TEOS酸化物」）は、堆積され、または、開口部において成長する。
【００５５】
[0065]  図11は、電気伝導経路（例えばバイア72）の他の構成を有している他の例示の中性子探知器80（図12）を形成するために用いる例示のデバイスウェハ70を図示する。上述した図３に関して記載したデバイスウェハ50と同様に、図１１の例示のデバイスウェハ70は、基板52、酸化物層（例えば基板52に直接堆積された埋設酸化物（BOX）層22）のような絶縁体層22、BOX層22に直接堆積された活性化半導体層20、および、（例えば、直接隣接する）活性化半導体層20に堆積された少なくとも一つの内部連絡層18とを備える。基板52、BOX層22、活性化半導体層20およびデバイスウェハ70および中性子探知器80の内部連絡層18は、図1-10に関するデバイスウェハ50および中性子探知器10に関して機能の点で上記したそれらと実質的に同様である。このために、デバイスウェハ70および中性子探知器80のこれらの構成要素は、デバイスウェハ50のために使われるのと同じ参照番号によってラベル付けされる。図11にも示される実施形態のデバイスウェハ70はまた、活性化半導体層20を介して内部連絡層18から伸びる少なくとも１つの予め形成されるバイア72を有する。しかし、図11に示される実施形態で、BOX層22を介してまた延びる例示のデバイスウェハ50（図3）のバイア30と比較すると、バイア72は、BOX層22を通って延びない。バイア72は、BOX層22で止まって、BOX層22によってカバーされる。いくつかの実施形態では、バイア72はまた、よりかなりの幅を有することができ、それはデバイスウェハ50（図3）のためのバイア30よりx,y方向（直角x-z軸は、説明を補助するために図11に示される）において測定されることができる。後で詳しく述べるように、より広いバイア72は、よりかなりの表面積を提供し、それはバイア72にアクセスするためにBOX層22に形成された開口部内でバイア72と結合パッド28と間の電気接続の形成を補助することができる。
【００５６】
[0066]  デバイスウェハ70は、デバイスウェハ50および中性子探知器10に関して上の図3-9に関して記載されている同じステップによって処理されることができる。例えば、デバイスウェハ70は、ハンドル・ウェハ60に回路転送結合によって結合されることができ、基板52は除去されることができ、障壁層26、結合パッド28および中性子変換層24はBOX層22に堆積されることができる。デバイスウェハ70から形成され、結果として生じる中性子探知器80の実施形態を図12に示す。図12の実施形態に示すように、障壁層26はBOX層22の上に堆積し、開口部は、例えば、アクセス・バイア30に対する障壁層26の開口部が図8に関して上記している類似した方法のバイア72をさらすために障壁層26およびBOX層22によって形成される。障壁層26およびBOX層22でバイア72をさらした後に、バック接触82が堆積され、それは、例えば開口部および接触バイア72を満たすタングステンバック接触材料であってよい。結合パッド28を定めている材料は、次いで、電気的に結合パッド28をバイア72に接続するためにバック接触82と接触し、それゆえに、内部連絡層18にある結合パッド28を定めるために障壁層26を通じて堆積する。図７に関して上記した様に、いくつかの実施形態は、結合パッド28は、堆積、次いで、結合パッド28の材料を例えばエッチングによってパターニングすることによって形成され、または、結合パッド28は、シャドーマスキングによって形成され、その結果、結合パッド28の所望の位置だけが露出される。結合パッド28を定めるための他の技術を考察する。図12に示すように、中性子変換層24はまた、障壁層26に堆積される。中性子探知器80の中性子変換層24は、中性子探知器10の中性子変換層24に関する図9に関して、上記の通りに同じ方法によって堆積することができる。
【００５７】
[0067]  図13は、z軸方向（直交するx-z軸が、図13の説明を補助するために、図13に示される）で別の頂部にスタックし、一緒に結合される、複数の中性子検出装置92A, 92B, 92C, 92D, 92E, 92F（集合的に、本願明細書において「中性子検出装置92」と称する）のスタックを含む中性子検出器90を示す。各々の中性子検出装置92は、それぞれの活性化半導体層20A、20B、20C、20D、20E、20F（集合的に、本願明細書において「活性化半導体層20」と称する）を備えたそれぞれのBOX層22A、22B、22C、22D、22E、22F（集合的に、本願明細書において「BOX層22」と称する）と、BOX層22の一方の側のそれぞれの内部連絡層18A、18B、18C、18D、18E、18F（本願明細書において集合的に「相互接続層18」と称する）と、それぞれの障壁層26A、26B、26C、26D、26E、26F（集合的に、本願明細書において「障壁層26」と称する）と、BOX層22の他の側のそれぞれの中性子変換層24A、24B、24C、24D、24E、24F（集合的に、本願明細書において「中性子変換層24」と称する）とからなる各々の中性子検出装置92を備えた、個々の中性子探知器10（図1）と同一の構造およびきのうであってもよい。中性子探知器90への入射である中性子を捕獲し、変換することができる中性子変換材料のより大きな量を提供するので、積み重ねられた中性子探知器90は中性子に対して増加した感度を提供する。
【００５８】
[0068]  第１の中性子検出装置90Aは、基板12上の中性子探知器10（図3-9）を作るために上記した同じ方法によって作られることができる。ある実施形態では、第１の中性子検出装置90Aが作られたあと、誘電層94Aは、中性子変換層24Aを通じて堆積され、誘電層94Aを通って延びる一つ以上のインタースタック（interstack）バイア96Aが形成される。ある実施形態では、誘電層94Aは、誘電材料（例えば、高密度プラスマ堆積を経て堆積するTEOS酸化物）から成る。誘電層94Aの誘電材料が堆積したあと、化学的機械的平坦化（「CMP」）などによって、誘電材料は平坦化される。インタースタックバイア96Aはまた、インタースタックバイア96Aを形成するために、例えば、誘電層94Aを介してエッチングし、タングステンのような電気伝導材料を堆積させることによって、誘電層94Aを介して形成される。結合パッド28Aは、誘電層94Aの上面（ｚ軸方向）で、誘電層94Aにまたはその上に形成されることができる。結合パッド28Aは、結合パッド28Aを形成するために、銅のダマスクの材料またはAlCu合金のような電気伝導材料を堆積させることによってあとに続き、例えばエッチングなどによって、誘電層94Aをパターニングすることによって形式される。誘電層94Aは、インタースタックバイア96Aと結合パッド28Aを中性子変換層24Aから電気的に絶縁する。インタースタックバイア96Aは、中性子検出装置92Aの相互接続層18Aの一つ以上の結合パッド28Aを電気的に接続する。
【００５９】
[0069]  次に、図3に関して上記したデバイスウェハ50と同様のデバイスウェハ（図示せず）は、図5に関して上述した結合と同様に、デバイスウェハの内部連絡層18Bと誘電層の上面との間に回路転送結合62Aによって、第１の中性子変換装置に結合される。このような方法で、第１の中性子検出装置92Aは、第２の中性子検出装置92Bの形成のための「ハンドル・ウェハ」として作用する。ある実施形態では、回路転送結合62Aは、第１の中性子検出装置92A上の金属コンタクトと第２の中性子検出装置92B上の金属コンタクトとの間で形成される金属同士の結合である。図13に示されるある実施形態では、金属同士の結合は、第２の中性子検出装置92Bの内部連絡層18Bの金属部分と結合パッド28Aとの間で形成される。金属同士の結合の実施形態は、図５に関して上に更に詳細に記載されている。
【００６０】
[0070]  他の例では、回路転送結合62Aは、第1の中性子検出装置92Aの誘電層94Aと、第２の中性子検出装置92Bの内部連絡層18Bに堆積された誘電コンタクト層（図示せず）との間で形成される酸化物同士（oxide-to-oxide）結合である。この種の実施形態では、第１の中性子検出装置92Aの相互接続層18Aと第２の中性子検出装置92Bの相互接続層18Bとの間に電気接続を提供するために誘電コンタクト層を通って延びる一つ以上のバイア（図示せず）が形成される。酸化物同士（oxide-to-oxide）結合の実施形態は、図5に関してより詳細に記載されている。
【００６１】
[0071]  回路転送結合が62Aが、第1の中性子検出装置92Aとデバイスウェハとの間で形成されたあと、デバイスウェハ（図示せず）の基板は、図6に関して上記した方法と同様にＢＯＸ層22Bの下へ移される。障壁層26Bおよび中性子変換層24Bは、BOX層22B（図7-9に関して上記した方法と同様に）上へ堆積する。第二誘電体層94Bは、中性子変換層24Bおよび障壁層26Bにわたって堆積され、同じ方法で、誘電層94Aは、中性子変換層24Aおよび障壁層26Aにわたって堆積された。誘電層94Aおよびインタースタックバイア96Aに関して上述した方法と同様に、誘電層94Bは平坦化され、インタースタックバイア96Bが誘電層94Bに形成される。結合パッド28Bは、誘電層94Bの上に形成され、インタースタックバイア96Bを介して第２の中性子検出装置92Bの内部連絡層18Bに電気的に接続される。このような方法で、結合パッド28Bは、バイア96Bおよび内部連絡層18Bを介して第２の中性子検出装置92Bの活性化半導体層20Bに電気的に接続している。結合パッド28Bは更に、結合パッド28Aを介して第１の中性子検出装置92Aの活性化半導体層と、インタースタックバイア96Aと、および内部連絡層18Aとに接続している。
【００６２】
[0072]  プロセスは、図13に示すように、追加的な中性子検出装置92C、92d、92Eおよび92Fを形成するために追加的なデバイスウェハによって繰り返されることができる。電気接続が、インタースタックバイア96、結合パッド28および、内部連絡層18によって提供されるけれども、中性子検出装置92の複数の活性化半導体層20は、中性子検出装置92の荷電敏感アレイによる２次荷電粒子38の検出が、一番上の結合パッド28Fから、例えばワイヤー接合接続を介して外側の回路への接続を介して回路の外側に報告されるように一緒に接続される。
【００６３】
[0073]  中性子探知器10、80を作る例示の方法を、図14のフローチャートに示す。例示の方法は、（例えば、基板52に直接隣接する）基板52上に酸化物層（例えばBOX層22）を少なくとも少なくとも形成することによりデバイスウェハ50（100）を形成するステップと、活性化半導体層20を（例えば、BOX層22に直接隣接する）BOX層22の上に形成するステップと、内部連絡層18を（例えば、半導体層20に直接隣接する）活性化半導体層20の上に形成するステップとを有する。バイア30、72のような少なくとも一つの電気伝導経路がまた、形成され（102）、該バイアは活性化半導体層20およびBOX層22を介して内部連絡層18から伸びる。ある実施形態では、バイア30、72のような電気伝導経路は、デバイスウェハ50の製造中に予め形成される。回路転送結合62は、デバイスウェハ50の内部連絡層18とハンドル・ウェハ60との間に形成される（104）。回路転送結合（104）の形成の後、基板52はデバイスウェハ50（106）から除去される。ある実施形態では、回路転送結合62（104）の形成の後、および、基板（106）の除去の後、BOX層22を介して貫通半導体バイア（through semiconductor via (TSVs)）、活性化半導体層20を形成することによって、少なくとも一つの電気伝導経路が形成され（102）、接続パッド（図示せず）のような内部連絡層18の電気伝導材料に着けるために少なくとも部分的に内部連絡層18に形成される。基板52が除去された（106）あと、結合パッド28は、BOX層22（例えば、BOX層22と直接隣接）（108）に堆積され、結合パッド28は、バイア30に電気的につながられる。また、基板52が除去された（106）あと、障壁層26はBOX層22（110）に堆積される。障壁層26が堆積した（110）あと、中性子変換層24は障壁層26（112）に堆積される。デバイスウェハ50が複数の個々の中性子探知器10を形成するために複数の個々のダイから成る場合、ウェハは中性子探知器10（114）の複数のダイスにされることができる。
【００６４】
[0074]  図5に関して記載したように、デバイスウェハ50とハンドル・ウェハ60との間に回路転送結合62を形成するステップ（104）は、ハンドル・ウェハ60上の誘電コンタクト層14と、デバイスウェハ50の内部連絡層18上の誘電コンタクト層16との間の酸化物同士（oxide-to-oxide）の結合のような、酸化物同士（oxide-to-oxide）の結合を形成するステップから成ることができる。別の実施形態では、回路転送結合62（104）を形成するステップはまた、ハンドル・ウェハ60の金属接点層14と、内部連絡層18の金属部分か又は内部連絡層18に堆積される金属接点層16との間の金属同士（metal-to-metal）の結合のような、金属同士（metal-to-metal）の結合を形成するステップから成ることができる。
【図１】
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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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０Ａ】
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【図１０Ｂ】
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【図１０Ｃ】
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【図１０Ｄ】
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【図１０Ｅ】
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【図１０Ｆ】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図２】
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【国際調査報告】
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