[发明专利]具有薄互连堆叠的中子传感器

说明书

技术领域

本发明通常涉及半导体装置。

背景技术

中子粒子探测是一种用于核裂变材料探测的方法。由于中子不带有电荷，它们的探测通常依赖于它们参与核反应。一些中子探测器采用填充有气体的管，填充有气体的管含有中子敏感材料，例如³He或者BF₃气体，中子敏感材料与中子反应形成随后能够通过电离探测的次生带电粒子。这种填充适当比例的气体的中子探测器通常相对较昂贵，体积相对较大，机械强度不高，并且需要大量能量。

发明内容

通常，本发明涉及一种可以用作中子探测器的半导体装置。半导体探测器(也称为中子探测器)包括位于(例如，制造在)衬底上的有源半导体层，沉积在有源半导体层上的薄互连层堆叠，和沉积在互连堆叠上的中子转换层。此外，本发明涉及一种制造半导体装置的方法。

一个方面，本发明涉及一种方法，其包括在衬底上制造有源半导体层，在有源半导体层上沉积互连层堆叠，以及在互连层堆叠上沉积中子转换层，其中互连层堆叠被构造成使得在中子转换层中产生的至少大约10％的次生带电粒子在有源半导体层中能具有足够的离子轨迹长度以产生可探测电荷。

另一方面，本发明涉及一种半导体装置，其包括衬底，位于衬底上的有源半导体层，沉积在有源半导体层上的互连层堆叠，以及沉积在互连层堆叠上的中子转换层，其中互连层堆叠被构造成使得在中子转换层中产生的至少大约10％的次生带电粒子在有源半导体层中能具有足够的离子轨迹长度以产生可探测电荷。

另一方面，本发明涉及一种半导体装置，其包括衬底，位于衬底上的有源半导体层，沉积在有源半导体层上的中子转换层，以及沉积在中子转换层上的互连层堆叠。在一些例子中，衬底可以包括块状半导体衬底或绝缘体上硅(SOI)型衬底。

本发明的一个或多个实施例的详细内容通过附图和下面的说明书来描述。本发明的其它特征、目的和优点通过说明书和图以及通过权利要求来体现。

附图说明

图1是块状半导体衬底上的一个实例中子探测器的示意性侧视图。

图2是块状半导体衬底上的另一个实例中子探测器的示意性侧视图。

图3是显示中子转换层中的核反应以及在有源半导体层中检测到的所产生的次生带电粒子的中子探测器的示意性侧视图。

图4是绝缘体衬底上的一个实例中子探测器的示意性侧视图。

图5是具有沉积在互连堆叠下并且邻接有源半导体层的中子转换层的一个实例中子探测器的示意性侧视图。

图6是图1-4中所示实例中子探测器的一个实例制造方法的流程图。

图7是图5中所示实例中子探测器的一个实例制造方法的流程图。

具体实施方式

通常，本发明涉及一种可以用作固态中子探测器的半导体装置。固态中子探测器通过使用有源半导体层探测电离辐射的存在来提供中子存在的指示，例如通过中子核反应产生的次生带电粒子。固态中子探测器使用中子转换材料的固体膜，中子转换材料例如为硼-10，当中子遭遇中子转换材料时，中子转换材料形成次生带电粒子，例如α粒子。在此所述的实例中，中子转换材料设置成邻接半导体装置层，该半导体装置层包含对次生带电粒子敏感的电荷-敏感电路阵列(例如，一个或多个存储器电路阵列)，并且半导体装置层中变化的探测指示中子的存在。次生带电粒子可以在存在于半导体装置层中的电气元件中产生电效应。固态中子探测器具有大规模制造的硅微电子器件的特征尺寸、成本、电压和功率标定的优点，并且，因此，相对使用包含中子敏感材料的气体填充管的中子探测器比较便宜。

在此所述的中子探测器中，中子转化膜设置成足够靠近半导体装置层以便足够多的次生带电粒子到达半导体装置层以产生可探测的变化。在一些实例中，中子探测器包括位于薄互连堆叠顶部的中子转换层，并且，结果是，中子转换层邻接有源半导体层，允许在中子转换层中产生的大比例的次生带电粒子在有源半导体层中具有足够的离子轨迹。这样，中子探测器提供中子与中子转换层反应产生的次生带电粒子的探测。