(57)【要約】【課題】増幅部への放射線の入射を抑制して、当該増幅部の特性が劣化するのを防止することが可能な放射線撮像装置を提供すること。【解決手段】放射線撮像装置１は、固体撮像素子１１、シンチレータ２１、マウント基板３１、枠体４１等を備える。固体撮像素子１１は、ＭＯＳ型イメージセンサであって、Ｓｉ基板１２の一方面側に形成された、光感応部１３、シフトレジスタ部及び増幅部１５を有する。光感応部１３は、光電変換を行う光電変換素子としてのフォトダイオード１６を複数含んでおり、これらのフォトダイオード１６は二次元状に配列されている。増幅部１５は、フォトダイオード１６からの出力を増幅し、出力する。シンチレータ２１は、Ｓｉ基板１２の一方面における光感応部１３、シフトレジスタ部及び増幅部１５が形成された領域を覆うように、当該領域上に直接形成されている。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板の一方面側に形成され、入射された光を光電変換する光感応部と、
前記基板の前記一方面側に形成され、前記光感応部からの出力を増幅する増幅部と、
前記基板の前記一方面における前記光感応部及び前記増幅部が形成された領域を覆うように配置され、放射線を可視光に変換するシンチレータと、を有することを特徴とする放射線撮像装置。
【請求項２】
前記基板の前記一方面側に形成され、前記光感応部からの出力を前記増幅部に向けて送り出すためのシフトレジスタ部を更に有し、
前記シンチレータは、前記基板の前記一方面における前記シフトレジスタ部が形成された領域を更に覆うように配置されていることを特徴とする請求項１に記載の放射線撮像装置。
【請求項３】
前記シンチレータは、前記基板の前記一方面上に直接形成されていることを特徴とする請求項１に記載の放射線撮像装置。
【請求項４】
前記光感応部は、２次元に配列された複数の光電変換素子を含んでいることを特徴とする請求項１に記載の放射線撮像装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、放射線撮像装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
この種の放射線撮像装置として、ファイバオプティカルプレート（以下、ＦＯＰと称する）と、このＦＯＰの一方の表面に設けられたシンチレータと、ＦＯＰの他方の表面に対向して設けられた半導体イメージセンサと、半導体イメージセンサの出力を増幅する増幅部（増幅素子）と、半導体イメージセンサ及び増幅部を囲むように設けられた枠体と、を備えたものが知られている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００３】
また、光電変換を行う光検出器が１次元又は２次元に配列された光検出器アレイと、光検出器の光入射面上に直接形成されたシンチレータと、を備えた放射線撮像装置も知られている（例えば、特許文献２参照。）。
【０００４】
【特許文献１】
特開２０００−２８７３５号公報
【特許文献２】
国際公開ＷＯ９８／３６２９０号パンフレット
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上記特許文献１に開示されたような撮像装置では、ＦＯＰ自体の大面積化が不可能であるために、撮像面積の大面積化は困難であった。このため、上記特許文献２に開示されているように、ＦＯＰを用いることなく、光検出器の光入射面上にシンチレータを直接形成する手法が考えられる。また、光検出器の光入射面上にシンチレータを直接形成するのではなく、支持体上にシンチレータを形成し、光検出器の光入射面とシンチレータとを密着させる手法も考えられる。
【０００６】
しかしながら、ＦＯＰを用いない構成とした場合、増幅部の特性が劣化するという新たな問題点が発生するようになった。発明者等の調査研究の結果、放射線（例えば、Ｘ線）がシンチレータまたは枠体に入射すると、コンプトン効果により、散乱放射線が発生していることが判明した。シンチレータまたは枠体にて散乱放射線が発生していても、ＦＯＰが存在する場合には、散乱放射線はＦＯＰに含まれる鉛により遮蔽される。ところが、ＦＯＰが存在しない場合には、発生した散乱放射線は遮蔽されることなく、増幅部に入射することとなる。したがって、増幅部の特性劣化の要因は、散乱放射線の入射によるものと考えられる。特に、半導体イメージセンサや光検出器アレイといった光感応部と増幅部とを同一の半導体基板上に形成した場合、光感応部と増幅部とが近づいて配置されることとなり、増幅部に散乱放射線が入射しやすくなる。また、増幅部をＳｉ基板に形成した場合、散乱放射線は撮像装置に入射するＸ線よりも低エネルギーであるために、Ｓｉでの吸収が大きく、増幅部に与えるダメージも大きくなる。
【０００７】
本発明は、増幅部への放射線の入射を抑制して、当該増幅部の特性が劣化するのを防止することが可能な放射線撮像装置を提供することを課題とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る放射線撮像装置は、基板の一方面側に形成され、入射された光を光電変換する光感応部と、上記基板の一方面側に形成され、光感応部からの出力を増幅する増幅部と、基板の一方面における光感応部及び増幅部が形成された領域を覆うように配置され、放射線を可視光に変換するシンチレータと、を有することを特徴としている。
【０００９】
本発明に係る放射線撮像装置では、シンチレータにより増幅部が形成された領域も覆われているので、シンチレータ等で発生した散乱放射線は、増幅部に到達するまでの間に、シンチレータに吸収されて弱められることとなる。この結果、シンチレータ等で発生した散乱放射線が増幅部に入射するのが抑制され、増幅部の特性が劣化するのを防止することができる。
【００１０】
また、本発明においては、装置が本来備えているシンチレータを用いることにより、増幅部への散乱放射線の入射を抑制しているので、散乱放射線の入射を抑制する目的で新たに放射線遮蔽部材等を用いる必要がなく、装置の構成や製造工程等が複雑化するようなことはない。
【００１１】
また、基板の一方面側に形成され、光感応部からの出力を増幅部に向けて送り出すためのシフトレジスタ部を更に有し、シンチレータは、基板の一方面におけるシフトレジスタ部が形成された領域を更に覆うように配置されていることが好ましい。この場合、シフトレジスタ部が形成された領域もシンチレータにより覆われているので、シンチレータ等で発生した散乱放射線がシフトレジスタ部に入射するのも抑制されることとなり、シフトレジスタ部の特性が劣化するのも防止することができる。
【００１２】
また、シンチレータは、基板の一方面上に直接形成されていることが好ましい。また、光感応部は、２次元に配列された複数の光電変換素子を含んでいることが好ましい。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しながら本発明による放射線撮像装置の好適な実施形態について詳細に説明する。なお、説明において、同一要素又は同一機能を有する要素には、同一符号を用いることとし、重複する説明は省略する。
【００１４】
図１及び図２は、本実施形態に係る放射線撮像装置の断面構成を説明するための概略図であり、図３は、本実施形態に係る放射線撮像装置を示す平面図である。なお、図３では、ボンディングワイヤの図示を省略している。
【００１５】
本実施形態の放射線撮像装置１は、図１〜図３に示されるように、固体撮像素子１１、シンチレータ２１、マウント基板３１、枠体４１等を備えている。
【００１６】
固体撮像素子１１は、ＭＯＳ型イメージセンサであって、Ｓｉ基板１２の一方面側に形成された、光感応部１３、シフトレジスタ部１４及び増幅部１５を有している。このように、光感応部１３、シフトレジスタ部１４及び増幅部１５は、同一基板（Ｓｉ基板１２）に形成されている。Ｓｉ基板１２（固体撮像素子１１）は、マウント基板３１上に固定されている。
【００１７】
光感応部１３は、光電変換を行う光電変換素子としてのフォトダイオード１６を複数含んでおり、これらのフォトダイオード１６は二次元状に配列されている。また、固体撮像素子１１は、光の入射に応答してそれぞれのフォトダイオード１６で発生した電荷の読み出しを制御するための複数のＭＯＳＦＥＴ（電界効果トランジスタ）（図示せず）も有している。本実施形態においては、Ｓｉ基板１２の面積は、１６９００ｍｍ２（＝１３０ｍｍ×１３０ｍｍ）程度であり、光感応部１３の面積は、１５６２５ｍｍ２（＝１２５ｍｍ×１２５ｍｍ）程度である。
【００１８】
シフトレジスタ部１４は、それぞれのフォトダイオード１６で発生した電荷を順次読み出して対応する増幅部１５に向けて出力するように、上記ＭＯＳＦＥＴの駆動制御を行う。シフトレジスタ部１４は、Ｓｉ基板１２に形成された配線（図示せず）を通して、対応するＭＯＳＦＥＴに電気的に接続されている。
【００１９】
増幅部１５は、Ｓｉ基板１２に形成された配線（図示せず）を通して、対応するフォトダイオード１６と電気的に接続可能とされており、当該フォトダイオード１６からの出力を増幅し、出力する。増幅部１５は、例えば、フォトダイオード１６からの出力（電流出力）を増幅するアンプ（チャージアンプ）と、このアンプに並列に接続された容量素子と、アンプ及び容量素子に並列に接続されたスイッチ素子等を含む。
【００２０】
Ｓｉ基板１２には、それぞれの増幅部１５と電気的に接続されて形成されたボンディングパッド部１７が複数形成されている。これらのボンディングパッド部１７は、ボンディングワイヤ５１により、マウント基板３１に形成されたボンディングパッド部３２に電気的に接続されている。これにより、増幅部１５からの出力は、マウント基板３１を通して撮像装置１外部に送られることとなる。また、Ｓｉ基板１２には、それぞれのシフトレジスタ部１４と電気的に接続されて形成されたボンディングパッド部１８が複数形成されている（特に、図３参照）。これらのボンディングパッド部１８は、ボンディングワイヤ（図示せず）により、マウント基板３１に形成されたボンディングパッド部３３に電気的に接続されている。これにより、撮像装置１外部からの信号は、マウント基板３１を通してシフトレジスタ部１４に送られることとなる。
【００２１】
シンチレータ２１は、入射した放射線（例えば、Ｘ線）を可視光に変換するもので、柱状構造を呈している。シンチレータ２１は、図３にも示されるように、Ｓｉ基板１２の一方面における光感応部１３、シフトレジスタ部１４及び増幅部１５が形成された領域を覆うように、当該領域上に直接形成されている。これにより、シンチレータ２１は、Ｓｉ基板１２の一方面における光感応部１３、シフトレジスタ部１４及び増幅部１５が形成された領域に接触して配置されることとなる。なお、Ｓｉ基板１２の一方面におけるボンディングパッド部１７，１８が形成された領域は、シンチレータ２１にて覆われておらず、露出している。
【００２２】
シンチレータ２１には、各種の材料を用いることができるが、発光効率が良いＴＩドープのＣｓＩ等が好ましい。シンチレータ２１の上には、シンチレータ２１の柱状構造を覆ってその間隙まで入り込み、シンチレータ２１を密閉する保護膜（図示せず）が形成されている。保護膜は、放射線を透過し、水蒸気を遮断する材料、例えばポリパラキシリレン樹脂（スリーボンド社製、商品名パリレン）、特にポリパラクロロキシリレン（同社製、商品名パリレンＣ）を用いることが好ましい。本実施形態においては、シンチレータ２１の厚みは、３００μｍ程度である。
【００２３】
シンチレータ２１は、蒸着法により、ＣｓＩの柱状結晶を成長させることで形成することができる。また、保護膜は、ＣＶＤ法により形成することができる。なお、シンチレータ２１及び保護膜の形成方法については、本願出願人による上記特許文献２（国際公開ＷＯ９８／３６２９０号パンフレット）等において詳細に開示されており、ここでの説明を省略する。
【００２４】
枠体４１は、固体撮像素子１１を囲むようにマウント基板３１上に固定されて、設けられている。枠体４１には、光感応部１３に対応する位置に、矩形形状の開口４２が形成されており、放射線がこの開口４２を通ってシンチレータ２１に入射することとなる。枠体４１と、Ｓｉ基板１２及びマウント基板３１との間には空間Ｓが形成されている。空間Ｓ内には、固体撮像素子１１のシフトレジスタ部１４及び増幅部１５、ボンディングパッド部１７，３２、ボンディングワイヤ５１等が位置する。このように、ボンディングワイヤ５１は、枠体４１と、Ｓｉ基板１２及びマウント基板３１とで画成される空間Ｓ内に配設されているので、当該ボンディングワイヤ５１は枠体４１によって押さえつけられることなく、外部からの物理的応力から保護される。また、枠体４１には、その増幅部１５側とは反対側に放射線遮蔽性の材料（例えば、鉛等）からなる遮蔽材４３が設けられており、この遮蔽材４３にて放射線を十分に遮蔽している。本実施形態おいては、遮蔽材４３の厚みは２．５ｍｍ程度である。
【００２５】
以上のように、本実施形態の放射線撮像装置１においては、シンチレータ２１によりＳｉ基板１２における増幅部１５が形成された領域も覆われているので、シンチレータ２１または枠体４１で発生した散乱放射線は、増幅部１５に到達するまでの間に、シンチレータ２１に吸収されて弱められることとなる。この結果、シンチレータ２１または枠体４１で発生した散乱放射線が増幅部１５に入射するのが抑制され、増幅部１５の特性が劣化するのを防止することができる。
【００２６】
また、本実施形態の放射線撮像装置１においては、固体撮像素子１１の撮像面側にシンチレータ２１を形成する工程により、Ｓｉ基板１２における増幅部１５が形成された領域にもシンチレータ２１を形成することができる。このように、本来備えているシンチレータ２１を用いることにより、増幅部１５への散乱放射線の入射を抑制しているので、散乱放射線の入射を抑制する目的で新たに放射線遮蔽部材等を設ける必要がなく、放射線撮像装置１の構成や製造工程等が複雑化するようなことはない。
【００２７】
また、本実施形態の放射線撮像装置１においては、シンチレータ２１によりＳｉ基板１２におけるシフトレジスタ部１４が形成された領域も覆われているので、シンチレータ２１または枠体４１で発生した散乱放射線がシフトレジスタ部１４に入射するのも抑制されることとなり、シフトレジスタ部１４の特性が劣化するのも防止することができる。
【００２８】
本発明は、前述した実施形態に限定されるものではない。例えば、本実施形態においては、固体撮像素子１１として、ＭＯＳ型イメージセンサの代わりに、ＣＣＤイメージセンサを用いてもよい。
【００２９】
また、本実施形態においては、シンチレータ２１をＳｉ基板１２上に直接形成するようにしているが、これに限られるものではない。例えば、放射線透過性基板上にシンチレータを形成したシンチレータ基板を用い、Ｓｉ基板１２の一方面における光感応部１３、シフトレジスタ部１４及び増幅部１５が形成された領域とシンチレータとが接触するように、シンチレータ基板を配置した構成としてもよい。なお、シンチレータの上に保護膜が形成されている場合には、上記光感応部１３、シフトレジスタ部１４及び増幅部１５が形成された領域と保護膜とが接触するようになる。
【００３０】
【発明の効果】
以上、詳細に説明したように、本発明によれば、増幅部への放射線の入射を抑制して、当該増幅部の特性が劣化するのを防止することが可能な放射線撮像装置を提供することができる。
【００３１】
また、本発明によれば、散乱放射線の入射を抑制する目的で新たに放射線遮蔽部材等を用いる必要がなく、装置の構成や製造工程等が複雑化するの防ぐことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施形態に係る放射線撮像装置の断面構成を説明するための概略図である。
【図２】本実施形態に係る放射線撮像装置の断面構成を説明するための概略図である。
【図３】本実施形態に係る放射線撮像装置を示す平面図である。
【符号の説明】
１…放射線撮像装置、１１…固体撮像素子、１２…Ｓｉ基板、１３…光感応部、１４…シフトレジスタ部、１５…増幅部、１６…フォトダイオード、２１…シンチレータ、３１…マウント基板。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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