JP2003004855A - Radiation detector - Google Patents
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 放射線のクロストークが抑制され、画像精度
に優れた放射線検出器を提供する。
【解決手段】 本発明による放射線検出器１は、放射線
を光に変換するシンチレータ部材２と、半導体基板１１
と、半導体基板１１上に１次元状又は２次元状に形成さ
れシンチレータ部材２によって変換された光を電気信号
へと変換する複数のホトダイオード１２と、複数のホト
ダイオード１２の間に形成され複数のホトダイオード１
２を分離するトレンチ溝１３と、トレンチ溝１３内に充
填された放射線遮蔽部材１４とを有する光検出素子３
と、を備えたことを特徴とする。このような放射線検出
器１によれば、トレンチ溝１３内には放射線遮蔽部材１
４が充填されているので、シンチレータ部材２で光に変
換されずに透過した放射線が各ホトダイオード１２間で
クロトークすることが抑制される。
(57) [Problem] To provide a radiation detector which suppresses radiation crosstalk and has excellent image accuracy. A radiation detector according to the present invention includes a scintillator member for converting radiation into light, and a semiconductor substrate.
And a plurality of photodiodes 12 formed one-dimensionally or two-dimensionally on the semiconductor substrate 11 to convert light converted by the scintillator member 2 into electric signals, and a plurality of photodiodes formed between the plurality of photodiodes 12 1
Photodetector 3 having a trench groove 13 for separating the light emitting element 2 and a radiation shielding member 14 filled in the trench groove 13.
And characterized in that: According to such a radiation detector 1, the radiation shielding member 1 is provided in the trench 13.
4 is filled, the radiation transmitted through the scintillator member 2 without being converted into light is suppressed from crosstalk between the photodiodes 12.
Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、放射線ＣＴ装置等
の医療用装置又は手荷物検査装置等に使用される放射線
検出器に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a radiation detector used in a medical apparatus such as a radiation CT apparatus or a baggage inspection apparatus.
【０００２】[0002]
【従来の技術】特許第２７２０１５９号公報は、放射線
を光に変換するシンチレータ素子と、光を電気信号に変
換する光電変換素子とを備えた放射線検出器が開示され
ている。この放射線検出器には仕切り板が設けられてお
り、隣接する各チャンネル間でのクロストークを抑制す
ることが可能になっている。2. Description of the Related Art Japanese Patent No. 2720159 discloses a radiation detector including a scintillator element for converting radiation into light and a photoelectric conversion element for converting light into an electric signal. The radiation detector is provided with a partition plate, and it is possible to suppress crosstalk between adjacent channels.
【０００３】[0003]
【発明が解決しようとする課題】放射線検出器では、シ
ンチレータによって光に変換されずにシンチレータを透
過してしまう放射線があり、透過した放射線は隣接する
各チャンネル間をクロストークし、最終的に得られる画
像精度に悪影響を与えることがあった。しかしながら、
従来型の放射線検出器に設けられた仕切り板によって
は、このような放射線が各チャンネル間でクロストーク
が発生するのを抑制することはできなかった。そこで、
本発明の目的は、画像精度に優れた放射線検出器を提供
することにある。また、本発明の他の目的は、放射線の
クロストークの発生が抑制された放射線検出器を提供す
ることにある。In the radiation detector, there is radiation that is not converted into light by the scintillator and is transmitted through the scintillator, and the transmitted radiation crosstalks between adjacent channels and finally obtains it. The resulting image accuracy may be adversely affected. However,
With the partition plate provided in the conventional radiation detector, it is not possible to prevent such radiation from causing crosstalk between channels. Therefore,
An object of the present invention is to provide a radiation detector excellent in image accuracy. Another object of the present invention is to provide a radiation detector in which generation of radiation crosstalk is suppressed.
【０００４】[0004]
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明による放射線検出器は、放射線を光に変換す
るシンチレータ部材と、シンチレータ部材がその光入射
面側に設けられシンチレータ部材によって変換された光
を電気信号へと変換して出力する光検出素子と、を備
え、光検出素子は、複数のホトダイオードが形成される
と共に複数のホトダイオードの間に分離用のトレンチ溝
が形成された半導体基板と、トレンチ溝内に充填された
放射線遮蔽部材と、を有することを特徴とする。このよ
うな放射線検出器によれば、トレンチ溝内には放射線遮
蔽部材が充填されているので、シンチレータ部材で光に
変換されずに透過した放射線が各ホトダイオード間でク
ロトークすることが抑制される。In order to achieve the above object, a radiation detector according to the present invention comprises a scintillator member for converting radiation into light and a scintillator member provided on the light incident surface side of the scintillator member for conversion. A semiconductor substrate in which a plurality of photodiodes are formed and a trench groove for separation is formed between the plurality of photodiodes. And a radiation shielding member with which the trench groove is filled. According to such a radiation detector, since the radiation shielding member is filled in the trench groove, it is possible to prevent the radiation transmitted without being converted into light by the scintillator member from crosstalking between the photodiodes.
【０００５】トレンチ溝は、複数のホトダイオードの各
ＰＮ接合部より深い位置まで形成されていることが望ま
しい。これにより、各ホトダイオード間での放射線のク
ロストーク、又は各ホトダイオード内に発生したキャリ
アが隣接するホトダイオードへと互いに移動することが
抑制される。It is desirable that the trench groove be formed deeper than the PN junctions of the plurality of photodiodes. Thereby, crosstalk of radiation between the photodiodes or carriers generated in the photodiodes are prevented from moving to the adjacent photodiodes.
【０００６】トレンチ溝は、更に半導体基板まで達して
いることが望ましい。これにより、複数のホトダイオー
ドは半導体基板上で分割されるので、各ホトダイオード
間での放射線のクロストーク、又は各ホトダイオード内
に発生したキャリアが隣接するホトダイオードへと互い
に移動することが更に抑制される。It is desirable that the trench groove further reaches the semiconductor substrate. As a result, since the plurality of photodiodes are divided on the semiconductor substrate, radiation crosstalk between the photodiodes or carriers generated in the photodiodes are further suppressed from moving to the adjacent photodiodes.
【０００７】トレンチ溝の露出面と放射線遮蔽部材との
間には、第１絶縁膜が介在されていることが望ましい。
これにより、トレンチ溝近傍で発生するリーク電流を抑
制すると共に、ＰＮ接合部を保護することが可能とな
る。A first insulating film is preferably interposed between the exposed surface of the trench groove and the radiation shielding member.
This makes it possible to suppress the leak current generated near the trench groove and protect the PN junction.
【０００８】放射線遮蔽部材上には第２絶縁膜が設けら
れ、第２絶縁膜上には複数のホトダイオードのＰＮ接合
に対し電気的に接続された配線、が形成されていてもよ
い。放射線遮蔽部材上を配線のためのスペースとして使
用することにより、放射線検出器を小型化することが可
能となる。A second insulating film may be provided on the radiation shielding member, and a wiring electrically connected to the PN junctions of the plurality of photodiodes may be formed on the second insulating film. By using the radiation shielding member as a space for wiring, the radiation detector can be downsized.
【０００９】この第２絶縁膜は、シンチレータが発光す
る光を透過する透光性材料から成ることが望ましい。こ
れにより、第２絶縁膜は光検出素子のうちシンチレータ
部材が設けられる側の面全体に対して設けることが可能
となる。The second insulating film is preferably made of a translucent material that transmits the light emitted by the scintillator. Accordingly, the second insulating film can be provided on the entire surface of the photodetector element on the side where the scintillator member is provided.
【００１０】このトレンチ溝は、誘導結合プラズマエッ
チングにより形成されていることが望ましい。これによ
り、エッチング処理によって分離された各ホトダイオー
ド間の幅を狭くすることが可能となる。また、加工によ
る歪みや損傷も抑えられるため、これらによる暗電流が
発生するのを抑制することが可能となる。This trench groove is preferably formed by inductively coupled plasma etching. This makes it possible to reduce the width between the photodiodes separated by the etching process. Further, since distortion and damage due to processing can be suppressed, it is possible to suppress the generation of dark current due to these.
【００１１】放射線遮蔽部材は、例えば、金、銅、タン
グステン、モリブデン、鉛、のうちの何れかを含んでい
る。The radiation shielding member contains, for example, any one of gold, copper, tungsten, molybdenum, and lead.
【００１２】シンチレータ部材と光検出素子との間に設
けられ、シンチレータ部材によって変換された光を複数
のホトダイオードへと導く複数の光ファイバが配列され
た光ファイバプレート、を更に備えていてもよい。これ
により、シンチレータ部材によって変換された光は複数
のホトダイオードへと漏れなく導かれる。An optical fiber plate may be further provided which is provided between the scintillator member and the photodetecting element and in which a plurality of optical fibers for guiding the light converted by the scintillator member to a plurality of photodiodes are arranged. Thereby, the light converted by the scintillator member is guided to the plurality of photodiodes without leakage.
【００１３】シンチレータ部材は、放射線遮蔽材料から
成り複数のホトダイオードに対応するようにシンチレー
タ部材を複数に分割する仕切り板、を有していてもよ
い。シンチレータ部材に放射線遮蔽材料から成る仕切り
板が設けられることで、シンチレータ部材内での放射線
のクロストークを防止することが可能となる。The scintillator member may have a partition plate which is made of a radiation shielding material and divides the scintillator member into a plurality of sections so as to correspond to the plurality of photodiodes. By providing the scintillator member with a partition plate made of a radiation shielding material, it becomes possible to prevent radiation crosstalk in the scintillator member.
【００１４】仕切り板の表面には光反射板が形成されて
いることが望ましい。これにより、シンチレータ部材内
での光のクロストークを防止することが可能となる。It is desirable that a light reflection plate is formed on the surface of the partition plate. This makes it possible to prevent crosstalk of light within the scintillator member.
【００１５】[0015]
【発明の実施の形態】以下、図面に従って本発明の実施
形態に係る放射線検出器について説明する。なお、以下
の説明では、同一または相当部分には同一符号を付し、
重複する説明は省略する。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION A radiation detector according to an embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings. In the following description, the same or corresponding parts are designated by the same reference numerals,
A duplicate description will be omitted.
【００１６】図１は、第１実施形態に係る放射線検出器
の側面断面図である。図２は、放射線検出器内の光検出
素子の平面図である。放射線検出器１は、放射線を光に
変換するシンチレータ部材２と、光学的接着剤３１によ
ってシンチレータ部材２に接着されシンチレータ部材２
によって変換された光を更に電気信号へと変換する光検
出素子３と、から構成されている。光学的接着剤３１に
は、シンチレータ部材２が変換した光を透過するものが
使用されている。FIG. 1 is a side sectional view of the radiation detector according to the first embodiment. FIG. 2 is a plan view of the photodetector element in the radiation detector. The radiation detector 1 includes a scintillator member 2 that converts radiation into light, and a scintillator member 2 that is adhered to the scintillator member 2 with an optical adhesive 31.
The light detection element 3 further converts the light converted by the above into an electric signal. As the optical adhesive 31, a material that transmits the light converted by the scintillator member 2 is used.
【００１７】光検出素子３は、半導体基板１１（材料：
Ｎ型Ｓｉ，不純物濃度：５×１０18／ｃｍ3，厚み：３
５０μｍ）上に２次元状に配列されシンチレータ部材２
によって変換された光を更に電気信号へと変換する複数
のホトダイオード１２と、複数のホトダイオード１２が
変換した電気信号が取り出される上面電極１８ａ、裏面
電極１８ｂとを備えている。ホトダイオード１２は更
に、Ｐ型半導体層１２ａ（材料：Ｐ型Ｓｉ，不純物濃
度：１×１０19／ｃｍ3，厚み：０.５μｍ）、及びＮ型
半導体層１２ｂ（材料：Ｎ型Ｓｉ，不純物濃度：５×１
０12／ｃｍ3，厚み：４.５μｍ）とから構成されてい
る。Ｎ型半導体層１２ｂの不純物濃度はＰ型半導体層１
２ａの不純物濃度より低く設定されているので、これら
の間に形成される空乏層はＮ型半導体１２ｂ側に広が
る。なお、これらの導電型は反転されていてもよい。The photodetector 3 is made of a semiconductor substrate 11 (material:
N-type Si, impurity concentration: 5 × 10 18 / cm 3 , thickness: 3
50 μm) and scintillator members 2 arranged two-dimensionally on
It is provided with a plurality of photodiodes 12 for further converting the light converted by the above into an electric signal, and an upper surface electrode 18a and a back surface electrode 18b from which the electric signals converted by the plurality of photodiodes 12 are taken out. The photodiode 12 further includes a P-type semiconductor layer 12a (material: P-type Si, impurity concentration: 1 × 10 19 / cm 3 , thickness: 0.5 μm), and an N-type semiconductor layer 12b (material: N-type Si, impurity concentration). : 5 x 1
0 12 / cm 3 , thickness: 4.5 μm). The impurity concentration of the N-type semiconductor layer 12b is the P-type semiconductor layer 1
Since it is set lower than the impurity concentration of 2a, the depletion layer formed between them spreads to the N-type semiconductor 12b side. Note that these conductivity types may be inverted.
【００１８】複数のホトダイオード１２の間にはトレン
チ溝１３（溝幅：５０〜１００μｍ，溝深さ：１５〜２
０μｍ）がそれぞれ形成されており、各ホトダイオード
１２が相互に電気的な影響を受けないように素子分離さ
れている。A trench groove 13 (groove width: 50 to 100 μm, groove depth: 15 to 2) is provided between the plurality of photodiodes 12.
0 μm), and the photodiodes 12 are element-isolated so as not to be electrically influenced by each other.
【００１９】トレンチ溝１３には更に放射線遮蔽部材１
４が充填されており、これにより、シンチレータ部材２
で光に変換されずにシンチレータ部材２を透過した放射
線が、各ホトダイオード１２間でクロストークを起こす
ことが抑制されている。また、これによって光検出素子
３の強度が向上する、といった利点もある。放射線遮蔽
部材１４には、放射線吸収性の高い高密度金属として、
銅が使用されている。In the trench groove 13, the radiation shielding member 1 is further provided.
4 is filled, whereby the scintillator member 2
Radiation transmitted through the scintillator member 2 without being converted into light is suppressed from causing crosstalk between the photodiodes 12. This also has the advantage that the strength of the photodetector element 3 is improved. For the radiation shielding member 14, as a high-density metal having high radiation absorption,
Copper is used.
【００２０】このトレンチ溝１３は、図１に示されるよ
うに、ホトダイオード１２を構成するＰ型半導体層１２
ａとＮ型半導体層１２ｂとの間のＰＮ接合部を超え、更
に半導体基板１１にまで達するように形成されている。
これによってホトダイオード１２は半導体基板１１上で
分割され、またトレンチ溝１３内には放射線遮蔽部材１
４が充填されているので、各ホトダイオード１２間での
放射線のクロストークが更に抑制される。またこれによ
って、各ホトダイオード１２内に発生したキャリアが隣
接するホトダイオード１２へと互いに移動することが同
様に抑制されている。This trench groove 13 is, as shown in FIG. 1, a P-type semiconductor layer 12 which constitutes a photodiode 12.
It is formed so as to extend beyond the PN junction between a and the N-type semiconductor layer 12b and further reach the semiconductor substrate 11.
As a result, the photodiode 12 is divided on the semiconductor substrate 11, and the radiation shielding member 1 is provided in the trench groove 13.
Since 4 is filled, the radiation crosstalk between the photodiodes 12 is further suppressed. This also similarly suppresses the carriers generated in each photodiode 12 from moving to the adjacent photodiode 12.
【００２１】トレンチ溝１３の露出面と放射線遮蔽部材
１４との間には第１絶縁膜１５ａ（熱酸化膜：Ｓｉ
Ｏ2）が介在されており、トレンチ溝１３近傍で発生す
るリーク電流を抑制すると共に、ＰＮ接合を保護するこ
とが可能となっている。A first insulating film 15a (thermal oxide film: Si) is provided between the exposed surface of the trench groove 13 and the radiation shielding member 14.
O 2 ) is interposed, and it is possible to suppress the leak current generated near the trench groove 13 and protect the PN junction.
【００２２】また、放射線遮蔽部材１４上には第２絶縁
膜１５ｂ（透明保護膜）が形成されており、この第２絶
縁膜１５ｂ上には配線１６が設けられている。図２に示
されるように、配線１６の一端はホトダイオード１２の
ＰＮ接合１２ｃに対して電気的に接続され、放射線遮蔽
部材１４上を這った後、他端は電極パッド３８へと接続
されている。第１実施形態による放射線検出器１では、
放射線遮蔽部材１４上のスペースを配線１６に使用する
ことで、放射線検出器１を小型化することが可能となっ
ている。なお、第２絶縁膜１５ｂはシンチレータ部材２
が発光する光を透過する透過性材料から成る。これによ
り、図１に示されるように、放射線遮蔽部材１４上だけ
でなく光検出素子３の全体に対して第２絶縁膜１５ｂを
設けることが可能となっている。A second insulating film 15b (transparent protective film) is formed on the radiation shielding member 14, and a wiring 16 is provided on the second insulating film 15b. As shown in FIG. 2, one end of the wiring 16 is electrically connected to the PN junction 12c of the photodiode 12, and after crawling on the radiation shielding member 14, the other end is connected to the electrode pad 38. . In the radiation detector 1 according to the first embodiment,
By using the space above the radiation shielding member 14 for the wiring 16, the radiation detector 1 can be downsized. The second insulating film 15b is formed by the scintillator member 2
Is made of a transmissive material that transmits the light emitted by. As a result, as shown in FIG. 1, the second insulating film 15b can be provided not only on the radiation shielding member 14 but also on the entire photodetecting element 3.
【００２３】既に説明したように、放射線検出器１で
は、シンチレータ部材２に入射した放射線は、シンチレ
ータ部材２によってまず光に変換される。この光は光検
出素子３へと進み、ホトダイオード１２によって更に電
気信号へと変換され、この電気信号は上面電極１８ａ、
裏面電極１８ｂによって取り出される。光の強度は放射
線の強度に比例し、また取り出される電気信号の強度も
光強度に比例するため、放射線の強弱のパターンがその
まま電気信号に反映され、モニタなどを通じてそのパタ
ーンを肉眼で見ることが可能になっている。As described above, in the radiation detector 1, the radiation incident on the scintillator member 2 is first converted into light by the scintillator member 2. This light travels to the photo-detecting element 3 and is further converted into an electric signal by the photodiode 12, and this electric signal is converted into the upper electrode 18a,
It is taken out by the back surface electrode 18b. The intensity of light is proportional to the intensity of radiation, and the intensity of the electrical signal that is extracted is also proportional to the intensity of light, so the pattern of the intensity of radiation is directly reflected in the electrical signal, and the pattern can be seen with the naked eye through a monitor or the like. It is possible.
【００２４】第１実施形態による放射線検出器１では、
放射線遮蔽部材１４が設けられているので、シンチレー
タ部材２によって光へと変換されずシンチレータ部材２
を透過しホトダイオード１２へと進んだ放射線は、隣接
するホトダイオード１２へとクロストークすることが抑
制されている。また、この放射線遮蔽部材１４が充填さ
れているトレンチ溝１３は、半導体基板１１に達するま
での深さに形成されているため、ホトダイオード１２内
に発生したキャリアが隣接するホトダイオード１２へと
移動することがなく、また、トレンチ溝は第１絶縁膜が
形成されているので、リーク電流の発生も抑制されてい
る。従ってキャリアのクロストークについても抑制され
ている。In the radiation detector 1 according to the first embodiment,
Since the radiation shielding member 14 is provided, it is not converted into light by the scintillator member 2 and the scintillator member 2
Radiation that has passed through and traveled to the photodiode 12 is suppressed from crosstalking to the adjacent photodiode 12. Further, since the trench groove 13 filled with the radiation shielding member 14 is formed to a depth reaching the semiconductor substrate 11, carriers generated in the photodiode 12 may move to the adjacent photodiode 12. In addition, since the first insulating film is formed in the trench groove, the generation of leak current is suppressed. Therefore, carrier crosstalk is also suppressed.
【００２５】このように、放射線検出器１では放射線，
光，キャリアの何れについてもクロストークが抑制され
たものになっているため、放射線の強弱パターンが微細
な点まで忠実に反映された電気信号のパターンが得ら
れ、画像精度に優れたものとなっている。第１実施形態
による放射線検出器１では、更にトレンチ溝１３の溝幅
が狭く形成されているため、更に、不感応領域の少ない
放射線検出器１が実現されている。この点についての詳
細は後述する。As described above, the radiation detector 1
Since crosstalk is suppressed for both light and carrier, it is possible to obtain an electric signal pattern that faithfully reflects even the minute points of the radiation intensity pattern, resulting in excellent image accuracy. ing. In the radiation detector 1 according to the first embodiment, the trench width of the trench groove 13 is further narrowed, so that the radiation detector 1 having a smaller insensitive region is realized. Details of this point will be described later.
【００２６】図３（ａ）〜３（ｄ）、図４（ａ）〜４
（ｄ）は、第１実施形態による放射線検出器の光検出素
子の各製造工程を示す図である。光検出素子３の製造に
あたっては、図３（ａ）に示すように、まず半導体基板
１１上にエピタキシャル成長法を用いて厚さ約５μｍの
Ｎ型半導体層１２ｂを形成する。3 (a) to 3 (d) and 4 (a) to 4
(D) is a figure showing each manufacturing process of the photon detection element of the radiation detector by a 1st embodiment. In manufacturing the photodetecting element 3, as shown in FIG. 3A, first, the N-type semiconductor layer 12b having a thickness of about 5 μm is formed on the semiconductor substrate 11 by the epitaxial growth method.
【００２７】次に図３（ｂ）に示すように、Ｎ型半導体
層１２ｂの露出表面側からＰ型不純物としてＢ（ボロ
ン）を拡散・添加し、Ｎ型半導体層１２ｂの表層部に厚
さ０.５μｍのＰ型半導体層１２ａを形成する。従っ
て、Ｎ型半導体層１２ｂの厚さは４.５μｍとなる。こ
の工程によってＰＮ接合１２ｃを有するホトダイオード
が形成される。Next, as shown in FIG. 3B, B (boron) is diffused and added as a P-type impurity from the exposed surface side of the N-type semiconductor layer 12b to a thickness of the surface layer portion of the N-type semiconductor layer 12b. A P-type semiconductor layer 12a having a thickness of 0.5 μm is formed. Therefore, the thickness of the N-type semiconductor layer 12b is 4.5 μm. By this step, a photodiode having the PN junction 12c is formed.
【００２８】次に図３（ｃ）に示すように、酸化性雰囲
気中で熱処理を行うことによりＰ型半導体層１２ａの表
面を熱酸化し厚さ０.１μｍの絶縁膜１５ａ'（Ｓｉ
Ｏ2）を堆積・成膜する。なお、この堆積法としてＣＶ
Ｄ法（化学的気相成長法）やスパッタ法などを用いても
よい。Next, as shown in FIG. 3C, a heat treatment is performed in an oxidizing atmosphere to thermally oxidize the surface of the P-type semiconductor layer 12a, and the insulating film 15a '(Si having a thickness of 0.1 μm)
O 2 ) is deposited and formed into a film. CV is used as the deposition method.
The D method (chemical vapor deposition method) or the sputtering method may be used.
【００２９】次に図３（ｄ）に示すように、ＩＣＰ（誘
導結合プラズマ）エッチングにより、所定の位置に、溝
幅３２：５０〜１００μｍ，溝深さ３３：１５〜２０μ
ｍのトレンチ溝１３を形成する。エッチングは、ホトリ
ソグラフィー技術を用いて絶縁膜１５ａ'上にマスクパ
ターンを形成し、絶縁膜を除去した後に行われる。この
トレンチ溝１３は、半導体基板１１とＮ型半導体層１２
ｂとの境界面から半導体基板１１へと１０〜１５μｍ食
い込んだ深さに形成されるため、図３（ｂ）の工程で形
成されたホトダイオードは電気的に相互の影響を受けな
いように素子分離され、複数のホトダイオード１２に分
割される。特に、ホトダイオード１２に対する光照射に
よって生成されたキャリアが隣接するホトダイオード１
２へと移動してキャリアのクロストークが生じること、
が抑制されている。Next, as shown in FIG. 3D, the groove width is 32:50 to 100 μm and the groove depth is 33:15 to 20 μ at predetermined positions by ICP (inductively coupled plasma) etching.
A trench groove 13 of m is formed. The etching is performed after forming a mask pattern on the insulating film 15a 'by using a photolithography technique and removing the insulating film. The trench groove 13 is formed on the semiconductor substrate 11 and the N-type semiconductor layer 12.
The photodiode formed in the step of FIG. 3B is separated into elements so that the photodiode formed in the step of FIG. And is divided into a plurality of photodiodes 12. Particularly, the photodiode 1 in which the carriers generated by the light irradiation to the photodiode 12 are adjacent to each other
Move to 2 and cause carrier crosstalk,
Is suppressed.
【００３０】また、このＩＣＰ（誘導結合プラズマ）エ
ッチングでは、微細な加工が可能であるためトレンチ溝
１３の溝幅３２を狭く形成することが可能となる。特開
平１−１９１０８５号公報や特開平１０−１０２３５号
公報には、ダイヤモンドカッターなどで形成された溝内
にクロストーク防止用の仕切り板が挿入された放射線検
出器が開示されているが、この方法では溝幅は少なくと
もダイヤモンドカッターの厚さ数１００μｍ以上とな
り、更に加工歪みや損傷が多く残るため、これらによる
悪影響（リーク電流が発生しやすくなる）を回避する分
として加工端面から１００μｍ程度溝幅を余計に設ける
必要があった。第１実施形態が採用している誘導結合プ
ラズマエッチングでは、上記したようにトレンチ溝１３
の溝幅３２を５０〜１００μｍに形成することが可能で
ある。これにより、各ホトダイオード１２の面積を十分
にとることができ、シンチレータ部材２が変換した光に
対して反応しない不感応領域（即ち、溝部領域）が少な
く、空間利用効率、空間分解能に優れた放射線検出器１
が実現される。Further, in this ICP (inductively coupled plasma) etching, since fine processing is possible, the groove width 32 of the trench groove 13 can be formed narrow. Japanese Patent Application Laid-Open No. 1-191085 and Japanese Patent Application Laid-Open No. 10-10235 disclose a radiation detector in which a partition plate for preventing crosstalk is inserted in a groove formed by a diamond cutter or the like. In the method, the groove width is at least several 100 μm or more of the thickness of the diamond cutter, and more processing strain and damage remain. Had to be added. In the inductively coupled plasma etching adopted in the first embodiment, as described above, the trench groove 13
It is possible to form the groove width 32 of 50 to 100 μm. As a result, the area of each photodiode 12 can be sufficiently taken, the insensitive region (that is, the groove region) that does not react to the light converted by the scintillator member 2 is small, and the radiation excellent in space utilization efficiency and spatial resolution is obtained. Detector 1
Is realized.
【００３１】次に図４（ａ）に示すように、水分を含む
酸化性雰囲気中で熱処理（８５０℃〜１１００℃）を行
うことにより、図３（ｄ）に示す工程によって露出した
半導体層表面（Ｓｉ）を熱酸化して第１絶縁膜１５ａ
（ＳｉＯ2）を形成する。なお、この第１絶縁膜１５ａ
と絶縁膜１５ａ'とは連続している。Next, as shown in FIG. 4A, a heat treatment (850 ° C. to 1100 ° C.) is performed in an oxidizing atmosphere containing water to expose the surface of the semiconductor layer exposed in the step shown in FIG. 3 (d). The first insulating film 15a is formed by thermally oxidizing (Si).
(SiO 2 ) is formed. In addition, this first insulating film 15a
And the insulating film 15a 'are continuous.
【００３２】次に図４（ｂ）に示すように、図３（ｄ）
に示す工程によって形成されたトレンチ溝１３に放射線
遮蔽部材１４を充填する。この充填工程は、スパッタ蒸
着法又はスクリーン印刷法によって行われる。スパッタ
蒸着法の場合、先ずチタン（Ｔｉ）などの金属をスパッ
タ蒸着によりトレンチ溝１３内に付着させた上で、銅
（Ｃｕ）を無電界メッキする（チタン，銅＝放射線遮蔽
部材１４）。この際、メッキした部分がトレンチ溝１３
の中央部で凸状になる場合には、エッチングにより除去
するようにする。スクリーン印刷法の場合、銅などの放
射線遮蔽作用のある金属を含む金属ペースト（すなわ
ち、これが放射線遮蔽部材１４）を、マスクを介してト
レンチ溝１３内に埋め込む。トレンチ溝１３内に埋め込
む放射線遮蔽部材１４としては、樹脂に放射線遮蔽作用
のある粒子を含ませたものや、ｐｂ半田などを使用する
こともできる。Next, as shown in FIG. 4B, FIG.
The radiation shield member 14 is filled in the trench groove 13 formed by the step shown in FIG. This filling step is performed by a sputter deposition method or a screen printing method. In the case of the sputter deposition method, first, a metal such as titanium (Ti) is deposited in the trench groove 13 by sputter deposition, and then copper (Cu) is electroless plated (titanium, copper = radiation shielding member 14). At this time, the plated portion is the trench groove 13
If it has a convex shape at the central part, it is removed by etching. In the case of the screen printing method, a metal paste containing a metal having a radiation shielding effect such as copper (that is, this is a radiation shielding member 14) is embedded in the trench groove 13 via a mask. As the radiation shielding member 14 to be embedded in the trench groove 13, a resin containing particles having a radiation shielding effect, pb solder, or the like can be used.
【００３３】次に図４（ｃ）に示すように、アクリル系
樹脂から成る厚さ約１μｍ〜１０μｍの透明保護膜（第
２絶縁膜）１５ｂを、ホトダイオード１２が形成されて
いる側に形成する（これについては図１では省略されて
いる）。これにより、シンチレータを光検出素子上に固
着するシンチレータアッセイ時の、ホトダイオード１２
の保護が可能となる。Next, as shown in FIG. 4C, a transparent protective film (second insulating film) 15b made of acrylic resin and having a thickness of about 1 μm to 10 μm is formed on the side where the photodiode 12 is formed. (This is omitted in Figure 1). As a result, the photodiode 12 during the scintillator assay in which the scintillator is fixed on the photodetector element
Can be protected.
【００３４】なお、光検出素子３を、図２に示すように
ホトダイオード１２を２次元的に配列することにより構
成し、ＣＭＯＳトランジスタなどから成る信号処理回路
を同一基板上に形成して信号処理を行わせるように用い
る場合には、基板上のＣＭＯＳトランジスタは、シンチ
レータアッセイ工程時にこの透明保護膜（第２絶縁膜）
１５ｂにより機械的に保護されることが可能となる。The photodetector 3 is constructed by arranging the photodiodes 12 two-dimensionally as shown in FIG. 2, and a signal processing circuit composed of CMOS transistors is formed on the same substrate to perform signal processing. When used as a substrate, the CMOS transistor on the substrate has a transparent protective film (second insulating film) during the scintillator assay process.
It becomes possible to be protected mechanically by 15b.
【００３５】最後に図４（ｄ）に示すように、上面電極
１８ａ及び裏面電極１８ｂ，配線１６とをスパッタ法、
または蒸着法により形成し、図２に示すように電極パッ
ド３８を表面両側に設け、光検出素子３が完成する。な
お、上面電極１８ａの設置は、コンタクトホール３９を
パターニングで開口した後に行われる。Finally, as shown in FIG. 4D, the upper surface electrode 18a, the back surface electrode 18b, and the wiring 16 are sputtered,
Alternatively, it is formed by the vapor deposition method, and the electrode pads 38 are provided on both sides of the surface as shown in FIG. 2 to complete the photodetecting element 3. The upper electrode 18a is installed after the contact hole 39 is opened by patterning.
【００３６】このようにして作製された光検出素子３
は、シンチレータ部材２が発光する光を透過する光学的
接着剤３１によりシンチレータ部材２に接着され、放射
線検出器１が完成する。The photo-detecting element 3 manufactured in this way
Is bonded to the scintillator member 2 with an optical adhesive 31 that transmits the light emitted by the scintillator member 2, and the radiation detector 1 is completed.
【００３７】図５（ａ）は、第２実施形態に係る放射線
検出器の側面断面図である。図５（ｂ）は、第３実施形
態に係る放射線検出器の側面断面図である。特に言及し
ない箇所については、第１実施形態と同一であるものと
する。第２実施形態による放射線検出器１０１では、複
数の光ファイバ１５０ａが２次元状に配列された光ファ
イバプレート１５０が、シンチレータ部材２と光検出素
子３との間に光学的接着剤によって接着された状態で設
けられている。シンチレータ部材２によって変換された
光は、各光ファイバ１５０ａによって複数のホトダイオ
ード１２へと導かれる。これにより、各光ファイバ１５
０ａの入力端に入力された各光は漏れなく光ファイバ１
５０ａの出力端に出力され、光のクロストークを防止す
ることが可能となっている。FIG. 5A is a side sectional view of the radiation detector according to the second embodiment. FIG. 5B is a side sectional view of the radiation detector according to the third embodiment. Parts that are not particularly referred to are the same as those in the first embodiment. In the radiation detector 101 according to the second embodiment, an optical fiber plate 150 in which a plurality of optical fibers 150a are two-dimensionally arranged is adhered between the scintillator member 2 and the photodetector element 3 with an optical adhesive. It is provided in the state. The light converted by the scintillator member 2 is guided to the plurality of photodiodes 12 by each optical fiber 150a. As a result, each optical fiber 15
Each light input to the 0a input end does not leak and the optical fiber 1
The light is output to the output end of 50a, and it is possible to prevent light crosstalk.
【００３８】第３実施形態による放射線検出器２０１で
は、シンチレータ部材２０２内に、複数のホトダイオー
ド１２に対応するようにシンチレータ部材２０２を分割
する仕切り板２６０が設けられている。仕切り板２６０
は、放射線遮蔽材料から成るため、シンチレータ部材２
０２内での放射線のクロストークを防止することが可能
となっている。この仕切り板２６０の表面には、更に光
反射板２６０ａが形成されており、これにより、更にシ
ンチレータ部材２０２内での光のクロストークを防止す
ることも可能となっている。In the radiation detector 201 according to the third embodiment, a partition plate 260 that divides the scintillator member 202 so as to correspond to the plurality of photodiodes 12 is provided inside the scintillator member 202. Partition plate 260
Is made of a radiation shielding material, so that the scintillator member 2
It is possible to prevent crosstalk of radiation within 02. A light reflection plate 260a is further formed on the surface of the partition plate 260, which makes it possible to further prevent crosstalk of light in the scintillator member 202.
【００３９】以上、本発明をその実施形態に基づき具体
的に説明したが、本発明は、本発明を実施するにあたっ
て前記実施形態に限定されるものではなく、本発明の請
求項の範囲内に該当する発明の全ての変更を包含し、配
置、構成、形状、サイズ、などについて変更が可能であ
る。Although the present invention has been specifically described based on the embodiments thereof, the present invention is not limited to the above embodiments for carrying out the present invention and falls within the scope of the claims of the present invention. It is possible to change the arrangement, configuration, shape, size, etc., including all changes of the applicable invention.
【００４０】[0040]
【発明の効果】本発明では、複数のホトダイオード間に
形成されたトレンチ溝内に放射線遮蔽部材が充填されて
いるので、シンチレータ部材で光に変換されずに透過し
た放射線が各ホトダイオード間でクロトークすることが
抑制される。これにより画像精度に優れた放射線検出器
が実現される。According to the present invention, since the radiation shielding member is filled in the trench groove formed between the plurality of photodiodes, the radiation that is transmitted without being converted into light by the scintillator member is crosstalked between the photodiodes. Is suppressed. Thereby, a radiation detector excellent in image accuracy is realized.
【図１】図１は、第１実施形態に係る放射線検出器の側
面断面図である。FIG. 1 is a side sectional view of a radiation detector according to a first embodiment.
【図２】図２は、放射線検出器内の光検出素子の平面図
である。FIG. 2 is a plan view of a photodetector element in a radiation detector.
【図３】図３（ａ）〜３（ｄ）は、第１実施形態による
放射線検出器の光検出素子の各製造工程を示す図であ
る。3 (a) to 3 (d) are views showing respective manufacturing steps of the photodetecting element of the radiation detector according to the first embodiment.
【図４】図４（ａ）〜４（ｄ）は、第１実施形態による
放射線検出器の光検出素子の各製造工程を示す図であ
る。4 (a) to 4 (d) are views showing respective manufacturing steps of the photo-detecting element of the radiation detector according to the first embodiment.
【図５】図５（ａ）は、第２実施形態に係る放射線検出
器の側面断面図であり、図５（ｂ）は、第３実施形態に
係る放射線検出器の側面断面図である。5A is a side sectional view of a radiation detector according to a second embodiment, and FIG. 5B is a side sectional view of a radiation detector according to a third embodiment.
１，１０１，２０１…放射線検出器、２，２０２…シン
チレータ部材、３…光検出素子、１１…半導体基板、１
２…ホトダイオード、１２ａ…Ｐ型半導体層、１２ｂ…
Ｎ型半導体層、１２ｃ…ＰＮ接合部、１３…トレンチ
溝、１４…放射線遮蔽部材、１５ａ…第１絶縁膜、１５
ｂ…第２絶縁膜、１６…配線、１５０…光ファイバプレ
ート、１５０ａ…光ファイバ、２６０…仕切り板、２６
０ａ…光反射板。1, 101, 201 ... Radiation detector, 2, 202 ... Scintillator member, 3 ... Photodetector element, 11 ... Semiconductor substrate, 1
2 ... Photodiode, 12a ... P-type semiconductor layer, 12b ...
N-type semiconductor layer, 12c ... PN junction part, 13 ... Trench groove, 14 ... Radiation shielding member, 15a ... First insulating film, 15
b ... 2nd insulating film, 16 ... Wiring, 150 ... Optical fiber plate, 150a ... Optical fiber, 260 ... Partition plate, 26
0a ... a light reflector.
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 坂本 明 静岡県浜松市市野町1126番地の１ 浜松ホ トニクス株式会社内 Ｆターム(参考） 2G088 EE01 EE29 GG19 JJ05 JJ29 JJ37 5F088 AA01 BA20 BB03 BB07 DA20 HA15 JA11 JA17 JA20 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continued front page (72) Inventor Akira Sakamoto 1 Hamamatsuho, 1126 Nomachi, Hamamatsu City, Shizuoka Prefecture Tonics Co., Ltd. F-term (reference) 2G088 EE01 EE29 GG19 JJ05 JJ29 JJ37 5F088 AA01 BA20 BB03 BB07 DA20 HA15 JA11 JA17 JA20
Claims (11)
と、 前記シンチレータ部材がその光入射面側に設けられ、前
記シンチレータ部材によって変換された光を電気信号へ
と変換して出力する光検出素子とを備え、 前記光検出素子は、複数のホトダイオードが形成される
と共に前記複数のホトダイオードの間に分離用のトレン
チ溝が形成された半導体基板と、前記トレンチ溝内に充
填された放射線遮蔽部材と、を有することを特徴とする
放射線検出器。1. A scintillator member for converting radiation into light, and a photodetector element provided with the scintillator member on the light incident surface side thereof, for converting the light converted by the scintillator member into an electric signal and outputting the electric signal. And a photodetection element, a semiconductor substrate in which a plurality of photodiodes are formed and a trench groove for separation is formed between the plurality of photodiodes, and a radiation shielding member filled in the trench groove. A radiation detector comprising:
オードの各ＰＮ接合部より深い位置まで形成されている
請求項１に記載の放射線検出器。2. The radiation detector according to claim 1, wherein the trench groove is formed to a position deeper than each PN junction portion of the plurality of photodiodes.
達している請求項１又は２に記載の放射線検出器。3. The radiation detector according to claim 1, wherein the trench groove reaches the semiconductor substrate.
蔽部材との間には、第１絶縁膜が介在されている請求項
１〜３の何れか１項に記載の放射線検出器。4. The radiation detector according to claim 1, wherein a first insulating film is interposed between the exposed surface of the trench groove and the radiation shielding member.
設けられ、前記第２絶縁膜上には前記複数のホトダイオ
ードのＰＮ接合に対し電気的に接続された配線、が形成
されている請求項１〜４の何れか１項に記載の放射線検
出器。5. A second insulating film is provided on the radiation shielding member, and a wiring electrically connected to the PN junctions of the plurality of photodiodes is formed on the second insulating film. The radiation detector according to any one of claims 1 to 4.
発光する光を透過する透光性材料から成る請求項５に記
載の放射線検出器。6. The radiation detector according to claim 5, wherein the second insulating film is made of a translucent material that transmits light emitted by the scintillator.
ッチングにより形成されている請求項１〜６の何れかに
記載の放射線検出器。7. The radiation detector according to claim 1, wherein the trench groove is formed by inductively coupled plasma etching.
ステン、モリブデン、鉛、のうちの何れかを含む請求項
１〜７の何れか１項に記載の放射線検出器。8. The radiation detector according to claim 1, wherein the radiation shielding member includes any one of gold, copper, tungsten, molybdenum, and lead.
との間に設けられ、前記シンチレータ部材によって変換
された光を前記複数のホトダイオードへと導く複数の光
ファイバが配列された光ファイバプレート、を更に備え
た請求項１〜８の何れか１項に記載の放射線検出器。9. An optical fiber plate, which is provided between the scintillator member and the photodetector element, and in which a plurality of optical fibers that guide the light converted by the scintillator member to the plurality of photodiodes are arranged. The radiation detector according to claim 1, wherein the radiation detector is provided.
材料から成り前記複数のホトダイオードに対応するよう
に前記シンチレータ部材を複数に分割する仕切り板、を
有する請求項１〜９の何れか１項に記載の放射線検出
器。10. The scintillator member according to claim 1, further comprising a partition plate made of a radiation shielding material and dividing the scintillator member into a plurality of pieces so as to correspond to the plurality of photodiodes. Radiation detector.
成されている請求項１０に記載の放射線検出器。11. The radiation detector according to claim 10, wherein a light reflection plate is formed on a surface of the partition plate.
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