(57)【要約】【課題】  特性検査だけでは、初期故障する半導体放射線検出素子を選別できない。初期故障する半導体放射線検出素子を選別除去する方法が求められている。  【解決手段】  前記課題を解決するため、半導体結晶ウェハから放射線検出素子を切り出し、切り出した後、放射線検出素子に対して、ストレスを加える処理を行い、ストレスを加える処理が終了した後に合格品を選別する特性検査をする放射線検出素子の製造方法とした。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体結晶ウェハから放射線検出素子を切り出し、
前記切り出した後、前記放射線検出素子に対して、ストレスを加える処理を行い、
前記ストレスを加える処理が終了した後に合格品を選別する特性検査をすることを特徴とする放射線検出素子の製造方法。
【請求項２】
請求項１に記載の前記ストレスを加える処理は、
加熱して冷却する処理を２回以上行う処理又は振動を与える処理であることを特徴とする放射線検出素子の製造方法。
【請求項３】
請求項１に記載の前記ストレスを加える処理は、
加熱して冷却する処理を２回以上行う処理及び振動を与える処理であることを特徴とする放射線検出素子の製造方法。
【請求項４】
請求項１に記載の製造方法において、
前記ストレスを加える処理は、外部回路と接続する接続部材の取り付けを行う前に行うことを特徴とする放射線検出素子の製造方法。
【請求項５】
請求項１の製造方法で製造された半導体検出素子を複数有し、
複数の前記半導体検出素子と接続される接続部材を有することを特徴とする半導体検出器。
【請求項６】
請求項１に記載されている半導体結晶の材料が、ＧａＡｓ，ＣｄＴｅ，ＣｄＺｎＴｅのいずれかである放射線検出素子の製造方法。
【請求項７】
請求項１に記載された製造方法で製造された半導体放射線検出素子を搭載した核医学診断装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体結晶を放射線検出素子として製造する方法、半導体放射線検出器、核医学診断装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
特開平５−１５５６９９号公報には、放射線検出素子を歩留まりよく得るため、ＣdＴe単結晶を第１の熱処理を行った後、第２の熱処理を行うことが記載されている（要約の記載）。２回の熱処理を行った後にウェハから放射線検出素子を作製することが記載されている（００１４段落）。
【０００３】
【特許文献１】特開平５−１５５６９９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
２回の熱処理を行った後にウェハから放射線検出素子を作製しているので、ウェハから素子を切り出すときに生じる微小欠陥の成長による半導体検出器の初期故障が考慮されていない。特性検査だけでは、初期故障する半導体放射線検出素子を選別できず、初期故障する半導体放射線検出素子を選別除去する方法が求められている。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
前記課題を解決するため、半導体結晶ウェハから放射線検出素子を切り出し、切り出した後、放射線検出素子に対して、ストレスを加える処理を行い、ストレスを加える処理が終了した後に合格品を選別する特性検査をする放射線検出素子の製造方法とした。
【発明の効果】
【０００６】
ウェハから素子を切り出すときに生じる微小欠陥の成長による半導体検出器の初期故障を防ぐことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
本発明の半導体放射線検出素子の製造方法，半導体検出器，核医学診断装置について、以下説明する。
【０００８】
放射線計測技術（半導体放射線検出素子を用いた半導体放射線検出等）は近年医療分野への適用が活発化しており、核医学診断装置として実用化が進んでいる。核医学診断装置の例として、シンチカメラ，単一光子放射型コンピュータ断層撮影（ＳＰＥＣＴ）装置，陽電子放射断層撮像（ＰＥＴ）装置などがある。これらはいずれも被検査者の体内に放射性物質を含む薬剤を入れ、放射性物質が発するガンマ線の分布を測定するものである。ガンマ線は透過力が強いため人体内部にあっても外部からその分布を測定可能である。ガンマ線の分布から薬剤の分布を知ることができ、各種の診断を行うことができる。
【０００９】
核医学診断装置における放射線検出器には主としてシンチレータと光電子増倍管とを組み合わせたものが用いられてきた。シンチレータではガンマ線が入射すると相互作用して微弱な光を発する（シンチレーション）。微弱な光を光電子増倍管により電気信号として増幅し、ガンマ線の入射を検知する。一方、半導体を放射線検出器として用いる半導体放射線検出器を用いる方法も知られている。半導体ではガンマ線が入射すると相互作用により電荷が発生し、その電荷を収集することでガンマ線の入射を検知する。シンチレータではガンマ線のエネルギーが光に変換された後、電気信号に再度変換されるのに対し、半導体ではガンマ線のエネルギーが電荷量、すなわち直接電気信号に変換される。そのため半導体放射線検出器を用いると、ガンマ線のエネルギーを正確に知ることができる。ガンマ線は体内を通過するときや検出器内で散乱を受けてエネルギーが減衰することがある。このような散乱ガンマ線はもとのガンマ線よりエネルギーが小さく、半導体放射線検出器のようなエネルギー弁別能力が高い検出器を用いれば容易にもとのガンマ線かどうか識別することができる。結果的には、散乱ガンマ線の影響が少ない、画質の良いガンマ線イメージを得ることができる。
【００１０】
放射線検出素子として用いる半導体結晶材料として、従来はリチウム入りシリコンや高純度ゲルマニウムが用いられてきた。しかしシリコンは原子番号が小さいためにガンマ線の感度が低く、ゲルマニウムは極低温まで冷却しないと動作させることができないなど、少数を使用する特別な用途以外には使用できなかった。ＧａＡｓやＣｄＴｅ,ＣｄＺｎＴeなどの化合物半導体は有効原子番号も比較的大きくガンマ線感度は高い。しかし化合物半導体はいずれも脆くて機械的に弱く、取扱いを注意しないと容易に欠けや割れが生じて不良品になるという問題がある。
【００１１】
取扱いに注意を要する問題に関しては、特開２００５−２５７４３７号に開示されているように半導体結晶を他の部材に接着することで大幅に緩和される。外部と直接接触するのは接着した電極部材であり、半導体結晶は保護されるからである。しかしながら、このような構造にしてもまだ他に解決すべき課題が生じた。
【００１２】
特性検査に合格した半導体放射線検出素子を、複数個を接着して組み立てて放射線検出器を製作し、プリント基板に実装した。ところがこれらの放射線検出器を試験的に使用した段階で、ごくわずかな数ではあるが初期不良品が生じた。
【００１３】
プリント基板に実装した後に初期故障した放射線検出器は交換する必要があるが、このような作業には多大なコストが発生する。したがって、初期故障するような放射線検出器はあらかじめ選別除去しておくのが望ましいが、特性を測定しても初期故障するものとそうでないものとの区別ができず、初期故障する検出器を選別することはできなかった。また、検出器は複数個の半導体放射線検出素子を使用しているが、故障した検出器を調べると故障しているのは複数個のうちの１個という場合がほとんどであった。すなわち検出器が故障してそれを除去すると、正常な半導体放射線検出素子まで一緒に除去することになる。したがって、放射線検出器として組み立てる前の半導体放射線検出素子の段階で初期故障する可能性があるものを選別除去することが課題として挙げられる。
【００１４】
半導体結晶に対して加熱して冷却する処理を２回あるいはそれ以上実施することや、機械的な振動を与えることで、半導体結晶には熱ストレスや機械的なストレスがかかることになる。その結果、暗電流やスペクトル測定から判別できなかった半導体結晶内の微小欠陥を、処理後には暗電流やスペクトル測定にて顕在化することができる。
【００１５】
このような微小欠陥の正体は、主としてウェハから素子を切り出すときに生じる微小なクラックに起因することがわかった。ウェハから素子を切り出すためには、ダイシング装置という回転刃を有する切断装置を使用する。そのときＧａＡｓ,ＣｄＴｅ,ＣｄＺｎＴｅなどの脆い結晶材料は、切断部周辺に微小なクラックが入りやすい。また、このようにして生じたクラックは一度の熱処理や短時間の振動では顕在化しにくく、２回以上の熱処理や、長時間の振動によって成長し、やがて素子特性を悪化させて顕在化することもわかった。したがって、このような微小な欠陥を有する結晶にプリント板への実装など検出器へ熱や振動が何度か加わった場合に微小欠陥が成長し、その結果初期故障が発生する。一方、微小欠陥がない半導体結晶は加熱冷却や振動によるストレスが加わっても欠陥が成長しないため、初期故障しない。このような半導体検出素子を用いて製作した放射線検出器は信頼性が高く、核医学診断装置に用いれば初期故障が少ない、良質の装置となる。その結果核医学診断装置の稼動率が上がるという効果が得られるのである。
【００１６】
本発明の放射線検出素子に対してストレスを加える処理の例として、加熱して冷却する処理を２回以上行う処理又は振動を与える処理が挙げられる。
【００１７】
本発明の合格品を選別する特性検査の例として、暗電流やスペクトル測定が挙げられる。
【実施例１】
【００１８】
次に、本発明の実施例を図面を用いて説明する。
【００１９】
第一の実施例である半導体放射線検出素子の製造方法を図１に示す。半導体結晶インゴットからウェハを切り出し、電極膜を形成する。電極膜を形成した後、ダイシング装置等でウェハから素子を所定の形状に切り出す。その後加熱冷却の反復処理を施し、特性検査をして完成となる。加熱冷却の反復処理は、図２に示すパターンで実施した。すなわち室温Ｔ１から加熱温度Ｔ２を＋８０℃とし、１０℃／分の速度で加熱時間２１の間温度を上げた。温度が加熱温度Ｔ２に達したところで今度は冷却温度Ｔ３を−１０℃とし、−１０℃／分の変化速度で温度を下げた。加熱温度Ｔ２から冷却温度Ｔ３に達するまでには冷却時間２２を要した。さらに加熱温度Ｔ２と冷却温度Ｔ３の間で加熱冷却を繰り返し、合計３サイクル反復した。一方、図３は比較例としての製造方法で、加熱冷却の反復処理を含まないものである。図１に示した本実施例の製造方法で半導体放射線検出素子を製造し、図４に示した半導体放射線検出器４０を製作した。半導体放射線検出器４０は半導体放射線検出素子４１および半導体放射線検出素子４２を、電極板４３，電極板４４，電極板
４５で挟んだ構造のもので、半導体放射線検出素子４１および半導体放射線検出素子４２は外部と直接接触しないため損傷しにくく取扱いが容易である。半導体放射線検出素子と電極板は接着材で接続される。放射線検出器４０を１０００個を製作し、プリント基板に実装し、初期不良を選別するためのバーンイン試験を実施したところ、初期不良となるものはなかった。一方、従来の製造方法で製造した半導体放射線検出素子１０００個をプリント基板に実装してバーンイン試験を実施したところ、２個が初期不良となった。検出器のプリント基板への実装は電極をプリント基板へハンダ付け等により行う。また、加熱冷却を１サイクルだけ実施した半導体放射線検出素子に関しても試したが、加熱冷却をしない場合と同様に２個が初期不良となった。加熱冷却を２回実施したところ初期不良は発生しなかった。余裕を考慮して加熱冷却のサイクルを３サイクルとしても、初期不良は発生しなかった。
【００２０】
本実施例では加熱冷却の反復処理における温度は加熱温度Ｔ２は＋８０℃、冷却温度
Ｔ３は−１０℃としたが、特にこの温度でなければならないことはなく、材料や形状に応じて変えればよい。また、温度の変化速度や反復回数も同様で、処理対象の材料や形状に応じて変えれやればよい。重要なのは、特性検査の前に加熱冷却を反復することである。つまり、半導体結晶ウェハから放射線検出素子を切り出した後であって、外部回路との接続部材の取り付けを行う前の状態において、前記放射線検出素子に対して、加熱して冷却する処理を１回の処理とし、前記加熱して冷却する処理を２回もしくは２回以上の回数実施し、前記加熱して冷却する処理が全て終了した後に特性検査をして合格品の選別を実施する。
【００２１】
本発明は、ＧａＡｓ，ＣｄＴｅ，ＣｄＺｎＴｅなど、脆い半導体結晶に対して実施すると効果的である。ＳｉやＧｅでは初期不良が発生せず、効果が確認できなかった。
【００２２】
なお、半導体結晶を加熱して欠陥を低減する方法が、例えば特開平８−１６６４６２号に開示されている。この場合にも半導体結晶を加熱し、冷却することになるが、本実施例とは本質的に異なるものである。なぜなら本実施例は欠陥を顕在化しようとするものであり、欠陥を低減するものではないからである。よって図２に示したように加熱冷却を２回以上繰り返す必要もない点で、本実施例とは異なる。
【００２３】
上述した様に、半導体結晶ウェハから放射線検出素子を切り出し、切り出した後、放射線検出素子に対して、ストレスを加える処理を行い、ストレスを加える処理が終了した後に合格品を選別する特性検査をする放射線検出素子の製造方法により、微小欠陥の成長による半導体検出器の初期故障防止ができる。
【実施例２】
【００２４】
第二の実施例である半導体放射線検出素子の製造方法を図５に示す。図５は図１の加熱冷却反復処理を振動処理に置き換えたものとなっている。第一の実施例と同様に、半導体結晶インゴットから所要の工程を経て素子を切り出した。その後振動処理を施し、特性検査をして完成とした。振動処理は図６に示したようにゴムマット６５の上に半導体放射線検出素子６１，６２，６３，６４を置き、振動台６５からゴムマット６５に４０Ｈｚの振動を３０秒間加えることにより実施した。図５に示した本実施形態の製造方法で半導体放射線検出素子を製造し、図４に示した放射線検出器４０を製作した。放射線検出器４０を１０００個を製作し、プリント基板に実装してバーンイン試験を実施したところ、初期不良となるものはなかった。つまり、半導体結晶ウェハから放射線検出素子を切り出した後に、機械的な振動を与える処理を実施し、その後に特性検査をして合格品の選別を実施するものである。
【００２５】
実施例１および実施例２の処理は加熱冷却と振動という異なった処理であるが、どちらか一方あるいは両方実施しても効果的である。両方実施する場合、どちらを先に実施しても結果は同じで、初期不良品を選別排除するのに有効である。半導体結晶ウェハから放射線検出素子を切り出した後であって、外部回路との接続部材の取り付けを行う前の状態において、加熱して冷却する処理を２回もしくは２回以上の回数実施することと、機械的な振動を与える処理とを併用し、処理が終了した後に特性検査をして合格品の選別を実施しても良い。２つの処理を併用することで、熱的なストレスおよび機械的なストレスの両方の要因を排除した検出器を製造することができる。
【実施例３】
【００２６】
実施例１で製作した放射線検出器４０を用いてＰＥＴ装置を製作した。６０時間使用したところ、初期故障を示す検出器はなく、検出器を交換する必要はなかった。従来の方法で製作した放射線検出器を用いた場合、６０時間使用後に故障した検出器は全体の０.２％あったため、検出器の交換が必要となった。実施例１で製作した放射線検出器４０を用いてＰＥＴ装置を製作することにより検出器の初期不良交換が不要となり、製作コストを低減できた。また、核医学診断装置として高い信頼性を持たせることが可能になった。実施例２で製作した放射線検出器を用いてＰＥＴ装置を製作することでも検出器の初期不良交換が不要となり、製作コストを低減できる。
【産業上の利用可能性】
【００２７】
本発明は半導体放射線検出器素子において初期故障するものをあらかじめ取り除く製造方法である。これを核医学診断装置、たとえばガンマカメラやＰＥＴ装置、ＳＰＥＣＴ装置に適用するのが好ましい。これらの核医学診断装置では、被測定者に放射性薬剤を投与するため、途中で故障して測定が中断するような事態は避けねばならない。本発明による高い信頼性を有する放射線検出器を用いればそのような事態を招くことはない。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】実施例１の半導体放射線検出素子の製造フローを示した図。
【図２】加熱冷却の時間変化を示した図。
【図３】比較例の半導体放射線検出素子の製造フローを示した図。
【図４】放射線検出器を示す図。
【図５】実施例２の半導体放射線検出素子の製造フローを示した図。
【図６】振動処理を示した図。
【符号の説明】
【００２９】
２１，２３  加熱時間
２２  冷却時間
４０  半導体放射線検出器
４１，４２，６１，６２，６３，６４  半導体放射線検出素子
４３，４４，４５  電極板
６５  ゴムマット
６６  振動台
Ｔ１  室温
Ｔ２  加熱温度
Ｔ３  冷却温度
【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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