(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＣｄＴｅ又はＣｄＺｎＴｅからなるチップ基板であって、
前記チップ基板の端部にチッピングを有し、
前記チッピングの長さが３００μｍ以下であることを特徴とするチップ基板。
【請求項２】
前記チッピングの長さは、前記チップ基板の第１の側面の稜線の第１の延長線を引き、前記チップ基板のチッピングが生じた端部と前記第１の延長線とが直交の関係をなす各長さのうち最大距離をａ１とし、前記第１の側面と直交関係にある第２の側面の稜線から引いた第２の延長線に対してもチッピングが生じた端部と前記第２の延長線とが直交の関係をなす各長さのうち最大距離をａ２として、ａ１≠ａ２の場合には、ａ１とａ２のうち短い方の長さであり、ａ１＝ａ２の場合には、このａ１＝ａ２の長さであることを特徴とする請求項１に記載のチップ基板。
【請求項３】
請求項１又は２に記載のチップ基板と、
前記チップ基板の第１の面に配設された第１の金属電極と、
前記第１の面と対向する前記チップ基板の第２の面に配設された第２の金属電極と、を備えることを特徴とする放射線検出器。
【請求項４】
ＣｄＴｅ又はＣｄＺｎＴｅからなる基板を準備し、
前記基板の第１の面と、前記第１の面に対向する前記基板の第２の面を研磨し、
前記基板の第１の面に第１の金属電極を形成し、前記第１の金属電極と対向するように前記基板の第２の面に第２の金属電極を形成し、
前記第１の金属電極と前記第２の金属電極とが配設された前記基板を所定の形状に切断し、
前記第１の金属電極と前記第２の金属電極とが配設されたチップ基板の端部に生じるチッピングの長さが３００μｍ以下となるように、前記チップ基板を形成することを含むことを特徴とする放射線検出器の製造方法。
【請求項５】
前記チッピングの長さは、前記チップ基板の第１の側面の稜線の第１の延長線を引き、前記チップ基板のチッピングが生じた端部と前記第１の延長線とが直交の関係をなす各長さのうち最大距離をａ１とし、前記第１の側面と直交関係にある第２の側面の稜線から引いた第２の延長線に対してもチッピングが生じた端部と前記第２の延長線とが直交の関係をなす各長さのうち最大距離をａ２として、ａ１≠ａ２の場合には、ａ１とａ２のうち短い方の長さであり、ａ１＝ａ２の場合には、このａ１＝ａ２の長さであることを特徴とする請求項４に記載の放射線検出器の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＣｄＴｅ又はＣｄＺｎＴｅからなるチップ基板、及びそれを用いた放射線検出器及び放射線検出器の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＩＩ−ＶＩ族化合物半導体であるテルル化カドミウム（ＣｄＴｅ）やテルル化亜鉛カドミウム（ＣｄＺｎＴｅ）は、シリコン（Ｓｉ）やゲルマニウム（Ｇｅ）に比べて、バンドギャップが大きく、放射線検出器として使用した場合には、熱雑音等の影響が小さくできるので、冷却装置を必要とせずに検出器を構成できるので小型化が可能であり、また、不純物をドーピングすることによってさらなる高抵抗化が容易であるので、暗電流（リーク電流）の発生を抑制できるため、エネルギー分解能を向上させることが可能な放射線検出器に用いられている。放射線検出器は、ＣｄＴｅやＣｄＺｎＴｅの単結晶で形成された基板の両面に金属電極を形成した放射線検出素子を、検出回路に接続することにより構成される。放射線検出器は、放射線検出素子が放射線を受けた際に放出する電子量を検出回路で電流に変換して増幅することにより、放射線を検出する。
【０００３】
放射線スペクトルの検出感度とエネルギー分解能を向上させるために、ＣｄＴｅやＣｄＺｎＴｅの単結晶で形成された基板に様々な処理を施すことが検討されている。例えば、特許文献１には、基板に２５０℃以上４５０℃以下の温度下に少なくとも２０時間保持される熱処理を施すことにより、キャリア移動度μとキャリアの寿命τとの積μτが２．０×１０−３ｃｍ２／Ｖ以上とすることが記載されている。
【０００４】
一方で、放射線スペクトルの検出感度とエネルギー分解能を向上させるには、金属電極から基板に電圧を印加した時に、キャリア注入によるリーク電流の急増を防ぐ必要もある。例えば、特許文献２には、ポリッシングにより基板の表面処理を行い、原子間力顕微鏡で基板表面を観察したときに１０μｍ×１０μｍの視野範囲内に深さ１ｎｍ以上の線状の研磨ダメージの痕跡が観察されず、かつ、蛍光灯下目視で基板表面を観察したときにオレンジピールが観察されない基板を形成することが記載されている。また、特許文献３には、基板表面をエッチングすることにより加工変質層を除去した後、無電解メッキにより電極を形成することが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平６−３４５５９８５号公報
【特許文献２】国際公開第２０１１／０４０５６６号
【特許文献３】特開平３−２０１４８７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、放射線スペクトルの検出感度とエネルギー分解能をさらに向上させるには、リーク電流をさらに低減する必要がある。上述した方法だけではリーク電流が十分には低減できず、新たなアプローチが必要であった。
【０００７】
本発明は、上記の如き従来技術の問題点を解決し、リーク電流を低減し、放射線スペクトルの検出感度とエネルギー分解能を向上させた放射線検出器、その製造方法、及びそれを実現するＣｄＴｅ又はＣｄＺｎＴｅからなるチップ基板を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の一実施形態によると、ＣｄＴｅ又はＣｄＺｎＴｅからなる矩形のチップ基板であって、前記チップ基板の端部にチッピングを有し、前記チッピングの長さが３００μｍ以下であるチップ基板が提供される。
【０００９】
前記チップ基板において、前記チッピングの長さは、前記チップ基板の第１の側面の稜線の第１の延長線を引き、前記チップ基板のチッピングが生じた端部と前記第１の延長線とが直交の関係をなす各長さのうち最大距離をａ１とし、前記第１の側面と直交関係にある第２の側面の稜線から引いた第２の延長線に対してもチッピングが生じた端部と前記第２の延長線とが直交の関係をなす各長さのうち最大距離をａ２として、ａ１≠ａ２の場合には、ａ１とａ２のうち短い方の長さであってもよい。また、ａ１＝ａ２の場合には、このａ１＝ａ２の長さであってもよい。
【００１０】
また、本発明の一実施形態によると、前記何れかのチップ基板と、前記チップ基板の第１の面に配設された第１の金属電極と、前記第１の面と対向する前記チップ基板の第２の面に配設された第２の金属電極と、を備える放射線検出器が提供される。
【００１１】
また、本発明の一実施形態によると、ＣｄＴｅ又はＣｄＺｎＴｅからなる基板を準備し、前記基板の第１の面と、前記第１の面に対向する前記基板の第２の面を研磨し、前記基板の第１の面に第１の金属電極を形成し、前記第１の金属電極と対向するように前記基板の第２の面に第２の金属電極を形成し、前記第１の金属電極と前記第２の金属電極とが配設された前記基板を所定の形状に切断し、前記第１の金属電極と前記第２の金属電極とが配設されたチップ基板の端部に生じるチッピングの長さが３００μｍ以下となるように、前記チップ基板を形成することを含む放射線検出器の製造方法が提供される。
【００１２】
前記放射線検出器の製造方法において、前記チッピングの長さは、前記チップ基板の第１の側面の稜線の第１の延長線を引き、前記チップ基板のチッピングが生じた端部と前記第１の延長線とが直交の関係をなす各長さのうち最大距離をａ１とし、前記第１の側面と直交関係にある第２の側面の稜線から引いた第２の延長線に対してもチッピングが生じた端部と前記第２の延長線とが直交の関係をなす各長さのうち最大距離をａ２として、ａ１≠ａ２の場合には、ａ１とａ２のうち短い方の長さであってもよい。また、ａ１＝ａ２の場合には、このａ１＝ａ２の長さであってもよい。
【発明の効果】
【００１３】
本発明に係るＣｄＴｅ又はＣｄＺｎＴｅからなるチップ基板は、リーク電流を低減し、放射線スペクトルの検出感度とエネルギー分解能を向上させた放射線検出器を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の一実施形態に係る放射線検出器に用いる放射線検出素子１００を示す模式図であり、（ａ）は放射線検出素子１００の上面図であり、（ｂ）は（ａ）のＡＡ’における断面図であり、（c）は（ｂ）のチッピング１５０を拡大した図である。
【図２】本発明の一実施形態に係る放射線検出素子１００を備えた放射線検出器５００の側面図である。
【図３】本発明の一実施例に係るダイシングにより生じたチッピングの状態を示す図である。
【図４】本発明の一実施例に係る放射線検出素子１００の特性を示す図であり、（ａ）はチッピングの長さとリーク電流の関係を示し、（ｂ）はチッピングの長さと放射線スペクトルの半値幅の関係を示す。
【図５】本発明の一実施例に係る放射線検出素子１００のチッピングの長さと放射線ピーク強度の関係を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、図面を参照して本発明に係るＣｄＴｅもしくはＣｄＺｎＴｅからなるチップ基板、及びそれを用いた放射線検出器及び放射線検出器の製造方法について説明する。本発明のＣｄＴｅもしくはＣｄＺｎＴｅからなるチップ基板、及びそれを用いた放射線検出器及び放射線検出器の製造方法は、以下に示す実施の形態及び実施例の記載内容に限定して解釈されるものではない。なお、本実施の形態及び後述する実施例で参照する図面において、同一部分又は同様な機能を有する部分には同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。
【００１６】
図１は、本発明の一実施形態に係る放射線検出器に用いる放射線検出素子１００を示す模式図である。図１（ａ）は放射線検出素子１００の上面図であり、図１（ｂ）は図１（ａ）のＡＡ’における断面図であり、図１（ｃ）は図１（ａ）のチッピング１５０を拡大した図である。また、図２は、放射線検出素子１００を備えた放射線検出器５００の側面図である。
【００１７】
放射線検出素子１００は、チップ基板２０と、チップ基板２０の第１の面（図１（ｂ）ではチップ基板２０の下面）に配設された第１の金属電極１１と、第１の面と対向するチップ基板２０の第２の面（図１（ｂ）ではチップ基板２０の上面）に配設された第２の金属電極１３と、を備える。第１の金属電極１１は、例えば、チップ基板２０の第１の面の全面に形成される。また、第２の金属電極１３は、例えば、チップ基板２０の第２の面にマトリクス状に配設される。また、放射線検出器５００は、第３の金属電極６０を配設した集積回路基板５０を備える。放射線検出素子１００の第２の金属電極１３は、集積回路基板５０に配設された、対応する第３の金属電極６０と、バンプ６５を介して接続される。
【００１８】
チップ基板２０は、ＣｄＴｅもしくはＣｄＺｎＴｅからなる基板である。チップ基板２０は、薄い板状に形成されており、例えば、第１の金属電極１１及び第２の金属電極１３が形成される主面は、（１１１）面となっている。結晶方位［１１１］は、ＣｄＺｎＴｅにおける極性軸であるため、チップ基板２０の表面のうち第２の面側の表面組成はＣｄの割合が高く、第１の面側の表面組成はＴｅの割合が高くなっている。
【００１９】
第１の金属電極１１、第２の金属電極１３及び第３の金属電極６０は、金、白金、イリジウム等の貴金属を用いた薄膜で形成される。本実施形態において、第１の金属電極１１及び第２の金属電極１３は共通電極である。また、第３の金属電極６０は、バンプ６５を介して第２の金属電極１３からの電流を受ける。
【００２０】
集積回路基板５０は、コンデンサや増幅器等を備える。チップ基板２０が放射線（硬Ｘ線やγ線）を受けて電子を放出すると、電子がバイアス電圧により電離電流となり、放射線検出素子１００から、第２の金属電極１３、バンプ６５及び第２の金属電極１３を介して集積回路基板５０へと流れる。コンデンサ、増幅器を経てパルス信号に変換され、パルス信号がマルチチャンネルアナライザで解析され、放射線のスペクトルを得る。
【００２１】
後述するように、放射線検出素子１００は、金属電極形成工程の後、ダイシング工程を経て製造される。チップ基板２０を構成するＣｄＴｅやＣｄＺｎＴｅは、ダイシング工程における加工歪の発生により、チップ基板２０の端部に加工変質層が多く出現し、切断面での欠け（チッピング）が多くなる。本発明者らは、チッピングが放射線検出素子１００の検出感度やエネルギー分解能を低下させる原因であることを見出した。このようなチップ基板２０のチッピングによる放射線検出素子１００の検出感度やエネルギー分解能の低下についての知見は、これまでの報告されておらず、以降に説明する本発明は、放射線検出器のリーク電流を低減し、放射線スペクトルの検出感度とエネルギー分解能を向上させる新規なアプローチである。
【００２２】
ここで、図１（ａ）を参照する。上述したように、放射線検出素子１００は、第１の金属電極１１及び第２の金属電極１３を形成した後、チップ基板２０をダイシングして製造される。このとき、ダイシング工程における加工歪の発生により、図１（ａ）に示したように、チッピング１５０が生じる。本発明者らは、チッピングの長さが３００μｍ以下の範囲であれば、放射線検出素子１００のリーク電流を低減し、放射線スペクトルの検出感度とエネルギー分解能を向上させることができることを見出した。後述する実施例に示すように、チッピングの長さが３００μｍを超えると、リーク電流が急激に増加するため好ましくない。一方、ダイシング工程が必須であるため、チップ基板２０からチッピングを完全になくすことはできないが、チッピングの長さを２０〜５０μｍ程度にまで低減することは可能である。
【００２３】
なお、本明細書において、「チッピングの長さ」とは、図１（ｃ）と図３を基に説明すると、チップ基板内部のチッピング（欠け）部分と、矩形のチップ基板の側面１７１の稜線の延長線１８１を引き、チッピングが発生した端部１５５と延長線１８１とが直交の関係をなす各長さのうち最大距離をａ１とし、また矩形のチップ基板の側面１７１と直交関係にある側面１７３の稜線から引いた延長線１８３に対してもチッピングの端部１５５と延長線１８３とが直交の関係をなす各長さのうち最大距離をａ２として、ａ１≠ａ２の場合には、ａ１とａ２のうち短い方の長さ１９０として定義する。また、ａ１＝ａ２の場合には、このａ１＝ａ２の長さ１９０として定義する。
【００２４】
本出願は、チップ基板２０に生じるチッピング１５０の長さを３００μｍ以下に制御することにより、リーク電流を低減し、放射線スペクトルの検出感度とエネルギー分解能を向上させることができることを初めて報告するものである。
【００２５】
（放射線検出器の製造方法）
チップ基板２０に生じるチッピング１５０の長さを所定の範囲に制御するための放射線検出器５００の製造方法について説明する。放射線検出器５００の製造方法は、例えば、基板製造工程、電極形成工程及びダイシング工程を含むが、これらに限定されるものではない。基板製造工程は、ＣｄＴｅもしくはＣｄＺｎＴｅからなる基板を準備する工程であって、ＣｄＴｅもしくはＣｄＺｎＴｅの単結晶インゴットを結晶面（１１１）に沿って切断することにより薄い円盤状の基板（ウエハ）を切り出す（切断工程）。切り出した基板は、切断面（第１の金属電極１１を配設する第１の面及び第２の金属電極１３を配設する第２の面）をアルミナ粉末等の研磨剤を用いて物理的に鏡面研磨する（研磨工程）。この研磨工程は、基板毎に複数回繰り返してもよい。
【００２６】
電極形成工程においては、基板の第１の面に第１の金属電極１１を形成し、第１の金属電極と対向するように基板の第２の面に第２の金属電極１３を形成する（電極形成工程）。電極形成工程では、例えば、基板をメタノールに浸漬し、室温で超音波洗浄することにより、基板に付着した異物を除去する。
【００２７】
例えば、基板を塩化白金酸（ＩＶ）六水和物水溶液に塩酸を混合しためっき液に浸漬することで、基板の研磨面に貴金属、例えば、プラチナ（Ｐｔ）を析出させて金属電極を形成する（めっき工程）。その後、基板に窒素ガスを噴きつけることにより乾燥させて、第１の金属電極１１及び第２の金属電極１３を備えた基板を得る。なお、第１の金属電極１１及び第２の金属電極１３は、一つのメッキ工程で形成してもよく、また、異なる金属溶液を用いて別のメッキ工程で形成してもよい。
【００２８】
第１の金属電極１１及び第２の金属電極１３を備えた基板はダイシング工程により、チップ基板２０へと分割される。ここで、本発明においては、チッピングの長さを上述した範囲に制御する。基板をダイシングするには、一般にスライサー又はダイサーが用いられる。本発明においては、チッピングの発生を抑制するために、ダイシング時の基板に生じる加工歪を小さくする必要がある。このため、本発明においては、高精度に基板を切断可能なダイサーをダイシング工程に用いることが好ましい。このように、加工歪を小さくして、第１の金属電極１１及び第２の金属電極１３を備えたチップ基板２０を基板から切り出して、本実施形態に係る放射線検出素子１００を製造することができる。
【００２９】
また、得られた放射線検出素子１００は、第３の金属電極６０を配設した集積回路基板５０とバンプ６５を介して接続する。第２の金属電極１３は第３の金属電極６０と接続され、放射線検出器５００を得る。本実施形態において、バンプ６５には、公知の材料を用いることができ、例えば、金（Ａｕ）やハンダ等が挙げられる。
【００３０】
以上説明したように、本発明においては、高精度に基板を切断可能なダイサーをダイシング工程に用いることにより、基板に生じる加工歪を小さくして、チッピングの長さを上述した範囲に制御することができる。
【実施例】
【００３１】
（ＣｄＺｎＴｅ単結晶の製造）
実施例として、ＣｄＴｅ単結晶基板を用いた。ＣｄＴｅ単結晶はＶＧＦ法（例えば、特開２０１０−１５０１３８号公報）により成長させた。常圧容器の中心にリザーバ部を有する石英アンプルを配置し、石英アンプル内にはｐＢＮ（pyrolytic Boron Nitride）製ルツボを配置した。石英アンプルを包囲するようにヒータを設けた。ヒータは、ルツボに対応する部分とリザーバ部に対応する部分とを別々の温度に加熱でき、かつ常圧容器内の温度分布を細かく制御できる３段の多段型構造を有するものを用いた。
【００３２】
石英アンプルのリザーバ部に易揮発性元素であるＣｄ単体を約１０ｇ入れるとともに、ｐＢＮ製ルツボにＣｄＴｅ原料を約３０００ｇ入れて石英アンプル内に配置した後、石英アンプルを真空封止した。このとき、ＣｄＴｅ原料には、１００ｐｐｍｗｔの塩素をドープして合成したＣｄＴｅ多結晶をブロック状に分割したものを用いた。
【００３３】
そして、ヒータで加熱昇温してルツボ内のＣｄＴｅ原料を融解した後、ヒータでリザーバ部を７８０℃に加熱して、Ｃｄ蒸気圧を０．１１６ＭＰａに制御を行うとともに、ルツボを１１００℃に加熱した。さらに、常圧容器内に所望の温度分布が生じるように各ヒータへの供給電力量を制御装置で制御しながら加熱炉内の温度を０．１℃／ｈｒの降温速度で徐々に下げて、約２００時間かけて原料融液の表面から下方に向かってＣｄＴｅ単結晶を成長させた。
【００３４】
その後、ＣｄＴｅ単結晶を、９５０℃、２０時間、Ｃｄ蒸気圧を０．１３０ＭＰａ印加しながら、加熱し（ポストアニール）、直径７８ｍｍ、長さ６０ｍｍのＣｌドープｎ型ＣｄＺｎＴｅ単結晶インゴットを得た。
【００３５】
製造したＣｄＴｅ単結晶インゴットから厚さ１８００μｍ、３０ｍｍ×３０ｍｍのＣｄＴｅ基板を５枚切り出して１バッチの加工単位として、処理工程を全て５枚１組で行った。粒径２μｍのアルミナ砥粒を水に溶かした研磨液とガラス研磨板を用いてラッピング処理を行い、厚さが１４００μｍとなるように加工した。次に、研磨布付きの回転研磨盤を用いて、以下の条件によりポリシング（鏡面研磨）処理を行った。
【００３６】
（ポリシング条件）
鏡面研磨液：以下の割合で各成分を混合した鏡面研磨液
次亜塩素酸カルシウム水溶液（有効塩素７０％）：１Ｌ
炭酸水素カルシウム：１５０ｇ
水：４Ｌ
塩化カルシウム：６０ｇ
研磨機の定盤径：３００ｍｍφ
定盤回転数：５０ｒｐｍ
加工圧：７０ｇ／ｃｍ２
研磨時間：７０ｍｉｎ
研磨流量：２Ｌ／ｈｒ
研磨量：５０μｍ
研磨布：発泡ポリウレタン系軟質クロス
【００３７】
（金属電極の形成）
１容量％の臭素を混合したメタノール溶液のエッチング液に基板を浸漬し、室温で基板の研磨面をエッチングして基板の表面から加工変質層を除去した。メタノールを用いて基板からエッチング液を除去し、純水を用いて基板からメタノールを除去した。
【００３８】
その後、基板を温度５０℃、濃度０．８３ｇ／Ｌの塩化白金酸（ＩＶ）六水和物水溶液に塩酸を混合しためっき液に浸漬することで、基板表面にＰｔを析出させて金属電極を形成した。その後、基板に窒素ガスを噴きつけることにより乾燥させて、Ｐｔ／／Ｐｔ電極基板（基板の両面にＰｔ電極が配置された基板）を得た。
【００３９】
Ｐｔ／／Ｐｔ電極を備えた基板は、ダイシング工程により、チップ基板２０へと分割し、放射線検出素子１００を形成した。
【００４０】
（ダイシング工程）
本実施例においては、準備した基板にダイシング工程を行った。実施例として、ダイサーを用い、比較例としてスライサーを用いて基板をダイシングした。実施例及び比較例のダイシングの条件を表１に示す。
【表１】
0006366418.tif 000002
【００４１】
図３は、本実施例に係るダイシングにより生じたチッピングの状態を示す図である。本実施例に係るダイシングにより生じたチッピングの長さは、３００μｍ以下であった。また、実施例及び比較例についてチッピングの長さを表２に示す。
【表２】
0006366418.tif 000003
【００４２】
（リーク電流）
実施例及び比較例の放射線検出素子１００について、ＣｄＴｅ基板を挟むように対向した両電極間に電圧を印加し、放射線源からの照射をしない状態でリーク電流を測定した。図４（ａ）にチッピングの長さとリーク電流の関係を示す。図４（ａ）から、チッピングの長さが３００μｍ迄はリーク電流が少ないことがわかる。
【００４３】
（放射線スペクトルの半値幅）
実施例及び比較例の放射線検出素子１００に対して、５７Ｃｏを管球に使用した放射線源よりガンマ線を照射し、その時検出された１２２．１ｋｅＶのエネルギースペクトラ強度の半値幅（ＦＷＨＭ）を測定した。図４（ｂ）にチッピングの長さと半値幅の関係を示す。図４（ｂ）から、チッピングの長さが３００μｍを超えると、半値幅が急激に上昇することが明らかとなった。
【００４４】
（放射線ピーク強度）
実施例及び比較例の放射線検出素子１００に対して、５７Ｃｏを管球に使用した放射線源よりガンマ線を照射し、その時検出された１２２．１ｋｅＶのエネルギースペクトラのピーク強度（Intensity）を測定した。図５にチッピングの長さと放射線ピーク強度の関係を示す。図５から、チッピングの長さが３００μｍを超えると、放射線ピーク強度が急激に低下することが明らかとなった。
【符号の説明】
【００４５】
１１：第１の金属電極、１３：第２の金属電極、２０：チップ基板、６０：第３の金属電極、６５：バンプ、１００：放射線検出素子、１５０：チッピング、１５５：端部、１７１：チップ基板の側面、１７３：チップ基板の側面、１８１：線、１８３：線、１９０：最大距離、５００：放射線検出器
【図１】
0006366418.tif 000004
【図２】
0006366418.tif 000005
【図３】
0006366418.tif 000006
【図４】
0006366418.tif 000007
【図５】
0006366418.tif 000008