(57)【要約】【課題】高エネルギーγ線等の高エネルギー放射線に対しても、高感度かつ高いエネルギー識別能力を有するとともに、高い画像分解能を備えた半導体放射線画像検出器を得るための製造方法を提供する。【解決手段】ＣｄＴｅ単結晶ウェーハ１１上にｐ型ＣｄＴｅ単結晶層１２をＭＯＶＰＥ法によりエピタキシャル成長させて形成する。次にｐ型Ｓｉ単結晶基板１４に導電性樹脂をコートし、前記ＣｄＴｅ単結晶ウェーハ上のｐ型ＣｄＴｅ単結晶層１２と貼り合わせて硬化する。さらにＣｄＴｅ単結晶ウェーハ１１の非接合面およびＳｉ単結晶基板１４の非接合面にＡｕを蒸着して電極１５および１６を形成する。その後、溝１７をＣｄＴe単結晶ウェーハ側の電極１６側よりＳｉ単結晶基板１４の内部に到達する深さで、Ｘ方向およびＹ方向にそれぞれ形成する。【選択図】図１
2012242111.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＣｄＴｅ系単結晶ウェーハ上に、前記ＣｄＴｅ系単結晶ウェーハより比抵抗の小さいｐ型あるいはｎ型のＣｄＴｅ系単結晶層１をエピタキシャル成長にて形成させた後、前記ＣｄＴe系単結晶層１と同じ伝導型を有する半導体単結晶基板を前記ＣｄＴｅ系単結晶層１に接合し、さらに対向するＣｄＴｅ系単結晶ウェーハの非接合面と半導体単結晶基板の非接合面にそれぞれ電極を形成し、前記前記ＣｄＴｅ系単結晶ウェーハの前記ＣｄＴｅ層１とは反対の表面より半導体単結晶基板内部に至るまでＸ方向およびＹ方向に少なくとも一本づつ溝を形成することによって素子分離を行う、半導体放射線画像検出器の製造方法。
【請求項２】
前記ＣｄＴｅ系単結晶層１と反対の伝導型を有するＣｄＴｅ系単結晶層２が前記ＣｄＴｅ単結晶ウェーハ上に前記前記ＣｄＴｅ層とは反対側にエピタキシャル成長にて形成される、請求項１に記載の半導体放射線画像検出器の製造方法。
【請求項３】
前記ＣｄＴe系単結晶層１と同じ伝導型を有する半導体単結晶基板とＣｄＴｅ系単結晶層１との接合が導電性樹脂により行われる、請求項１または２に記載の半導体放射線画像検出器の製造方法。
【請求項４】
前記ＣｄＴｅ系単結晶がＣｄＴｅ単結晶あるいはＣｄＺｎＴｅ単結晶であり、前記半導体単結晶がＳｉ単結晶である、請求項１〜３のいずれか１項に記載の半導体放射線画像検出器の製造方法。
【請求項５】
前記溝の形成がダイシング、レーザー、あるいはイオンエッチングにより行われる、請求項１〜４のいずれか１項に記載の半導体放射線画像検出器の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、医療用放射線診断装置、工業用Ｘ線検査装置等に用いられる半導体放射線画像検出器の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体放射線検出器としては、大面積化、高感度化、さらには高分解能化の要求が従来あったが、これらの項目をいずれも満足する半導体放射線検出器は実用化されていない。放射線検出用材料として、テルル化カドミウム（以下、ＣｄＴeと記す）あるいはテルル化亜鉛カドミウム（以下、ＣｄＺｎＴｅと記す）等の高比抵抗結晶が用いられているが、ＣｄＴe、ＣｄＺｎＴｅの大型バルク結晶を得ることが困難な状況である。
【０００３】
そこで、ｎ型Ｓｉ単結晶基板上にＭＯＶＰＥ法によって、ｐ型ＣｄＴe層を０．１〜０．５ｍｍ程度エピタキシャル成長により形成し、ｐ型ＣｄＴe層の表面からＳｉ基板に達する素子分離溝を直交するように多数設けて、Ｓｉ単結晶基板裏面側の共通電極と、ｐ型ＣｄＴe層の表面側の電極とによって二次元的に配列した多数のヘテロ接合構造の検出素子を有する半導体検出器が開示されている（特許文献１）。本検出器はＳｉ単結晶基板を用いるため、大面積化が可能であるが、ｐ型ＣｄＴe層を０．１〜０．５ｍｍ程度形成しても、高エネルギーの放射線を検出する感度が十分ではなかった。また、感度を上げるためｐ型ＣｄＴe層を数ｍｍの厚みにエピタキシャル成長させるには長時間要するため、実現が困難である。
【０００４】
一方、図４に示すように、１０ｍｍ角、厚さ２ｍｍのＣｄＺｎＴｅバルク結晶の厚み方向の一方の面に共通電極を設け、他方の面に複数の電極を設けて、複数の画像検出素子を有する放射線検出器が報告されている（非特許文献１）。裏面共通電極と表面各電極との間にバイアス電圧を印加し、裏面共通電極と表面各電極との間に発生する電界により、入射放射線によって発生する電子あるいは正孔を電極に引き出し、放射線画像を光信号電流として検出する。しかし、このタイプの検出器では、前記特許文献１のような素子分離用の溝がないため、発生する電子あるいは正孔を複数の電極が共有するチャージシェアリング効果により画像分解能が低下する。
【０００５】
さらに、図５に示すように、厚さ５ｍｍのＣｄＴeバルク結晶の厚み方向の両面に電極を設けてこの結晶を切断して、０．８ｍｍ×０．５ｍｍの画素サイズになるように切断し、切断された個片をスペースを設けて６４個（８×８）並べた完全分離構造の検出器アレイが高分解能であることが報告されている（非特許文献２）。しかし、ＣｄＴｅ結晶は脆いために取り扱いが困難であるとともに、素子の配列精度を向上することに限界がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特許第４１０７６１６号公報
【非特許文献】
【０００７】
【非特許文献１】A. E. Bolotnikov, W. R. Cook, F. A. Harrison et al., Nucl.Instrum, Methods Phys. Res. A, 432(1999), 326-331
【非特許文献２】Y. Tomita, Y. Shirayanagi, S. Mitsui et al., (社)映像情報メディア学会技術報告(2004.9.24)
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明の課題は、高エネルギーγ線等の高エネルギー放射線に対しても、高感度かつ高いエネルギー識別能力を有するとともに、高い画像分解能を備えた半導体放射線画像検出器を得るための製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明者らは、柔らかく、かつ脆くて取り扱いの困難なＣｄＴｅバルク結晶を機械的強度が高いＳｉ単結晶基板等により支持して、かつ素子を分離するため、上記課題を解決しうることを見出した。すなわち、本発明によれば、以下の半導体放射線画像検出器の製造方法が提供される。
【００１０】
[１]    ＣｄＴｅ系単結晶ウェーハ上に、前記ＣｄＴｅ系単結晶より比抵抗の小さいｐ型あるいはｎ型のＣｄＴｅ系単結晶層１をエピタキシャル成長にて形成させた後、前記ＣｄＴe系単結晶層１と同じ伝導型を有する半導体単結晶基板と前記ＣｄＴｅ系単結晶層１とを接合し、さらに対向するＣｄＴｅ系単結晶ウェーハの非接合面と半導体単結晶基板の非接合面にそれぞれ電極を形成し、前記前記ＣｄＴｅ系単結晶ウェーハ上の前記ＣｄＴｅ系単結晶層１とは反対の表面より半導体単結晶基板内部に至るまでＸ方向およびＹ方向に少なくとも一本づつ溝を形成することによって素子分離を行う、半導体放射線画像検出器の製造方法。
【００１１】
[２]    前記ＣｄＴｅ系単結晶層１と反対の伝導型を有するＣｄＴｅ系単結晶層２が前記ＣｄＴｅ系単結晶ウェーハ上に前記前記ＣｄＴｅ系単結晶層１とは反対側にエピタキシャル成長にて形成される、前記［１］に記載の半導体放射線画像検出器の製造方法。
【００１２】
[３]    前記ＣｄＴe系単結晶層１と同じ伝導型を有する半導体単結晶基板とＣｄＴｅ系単結晶層１との接合が導電性樹脂により行われる、前記[１]または[２]の半導体放射線画像検出器の製造方法。
【００１３】
[４]    前記ＣｄＴｅ系単結晶がＣｄＴｅ単結晶あるいはＣｄＺｎＴｅ単結晶であり、前記半導体単結晶がＳｉ単結晶である、前記[１]〜[３]のいずれかの半導体放射線画像検出器の製造方法。
【００１４】
[５]    前記溝の形成がダイシング、レーザー、あるいはイオンエッチングにより行われる、前記[１]〜[４]のいずれかの半導体放射線画像検出器の製造方法。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、高エネルギーγ線等の高エネルギー放射線に対しても、高感度かつ高いエネルギー識別能力を有するとともに、高い画像分解能を備えた放射線画像検出器を得るための製造方法を容易に得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明第１の実施例を示す図である。
【図２】本発明第２の実施例を示す図である。
【図３】本発明第３の実施例を示す図である。
【図４】第１の従来例を示す図である。
【図５】第２の従来例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、図面を参照しつつ本発明の実施の形態について説明する。本発明は、以下の実施形態に限定されるものではなく、発明の範囲を逸脱しない限りにおいて、変更、修正、改良を加え得るものである。
【００１８】
本発明の実施形態について、図１をベースに適宜変更形態を加えて説明をする。放射線を検出する単結晶としてはＣｄＴｅ単結晶あるいはＣｄＺｎＴｅ単結晶が好適に用いられる。ＣｄＴｅ単結晶ウェーハ１１上にエピタキシャル成長にて形成するＣｄＴｅ単結晶層１２と接合する基板１４としては半導体結晶が用いられるが、なかでもｐ型あるいはｎ型のＳｉ単結晶が、コスト、信頼性の観点で好適である。Ｓｉ基板１４と同伝導型のｐ型あるいはｎ型のＣｄＴｅ単結晶層１２とは直接接合を行わず、後述するように導電性樹脂等で接合するため、Ｓｉ単結晶はその面方位を特に選ばない。Ｓｉ単結晶基板１４として、例えば、３インチ〜１２インチ、厚み０．５〜１．５ｍｍのウェーハを用いる。
【００１９】
一方、ＣｄＴｅ単結晶ウェーハ１１は例えば厚み１〜５ｍｍ、１０〜２０ｍｍ角程度でごく微量の不純物ドープのある単結晶ウェーハ上にＳｉ単結晶基板１４と同じ伝導型のｐ型あるいはｎ型のＣｄＴｅ単結晶層１２をＭＯＶＰＥ等により１〜２０μｍの厚さにエピタキシャル成長させる。ＣｄＴｅ単結晶層１２をｐ型あるいはｎ型にするため、一般的にはｐ型にするにはヒ素、ｎ型にするにはヨウ素をドープする。なお、エピタキシャル成長が可能な範囲で、ＣｄＴｅ単結晶ウェーハとその上にエピタキシャル成長させる膜の組成を変えることが可能である。なお、ＣｄＴｅ単結晶ウェーハは比較的高比抵抗であることが好ましく、その比抵抗は１０６Ωｃｍ以上であることが好ましい。
【００２０】
次に、ＣｄＴｅ単結晶ウェーハ１１上にエピタキシャル成長したｐ型あるいはｎ型のＣｄＴｅ単結晶層１２と同型のｐ型あるいはｎ型のＳｉ単結晶基板１４とを導電性樹脂、例えば微粒の銀を含むエポキシ樹脂にて接合する。導電性樹脂は常温〜１００℃にて硬化させる。この導電性接合層１３の硬化後の厚みは１〜  １０μｍ、一方比抵抗は小さいことが好ましいが接合性の点からある程度の樹脂量を必要とするため０．０００１〜１Ωｃｍが好ましい。
【００２１】
導電性接合剤で接合されたＳｉ単結晶基板１４の非接合面とＣｄＴｅ単結晶ウェーハ１１の非接合面に電極１５及び１６を形成する。電極としてはオーミック電極あるいはショットキー電極を形成する。例えば、オーミック電極としてＡｕあるいはＡｕ−Ｉｎ等を、蒸着法あるいはスパッタリング法等により１μｍ程度形成する。なお、ＣｄＴｅ単結晶層１２とＳｉ単結晶基板１４を導電性接合剤にて接合する前に、ＣｄＴｅ単結晶ウェーハ１１とＳｉ単結晶基板１４の各非接合面側に予め一対のオーミック電極を形成することも可能である。さらに、ＣｄＴｅ単結晶ウェーハ１１上に電極を形成する前に、前記接合されるｐ型あるいはｎ型のＣｄＴｅ単結晶層１２とは反対の伝導型を有する、ｎ型あるいはｐ型のＣｄＴｅ単結晶層を形成することも好適に行われる。
【００２２】
最後に、接合一体化されたＣｄＴｅ単結晶ウェーハ１１とＳｉ単結晶基板１４とに対して、ＣｄＴe単結晶ウェーハ１１側の電極１６側よりＸ方向およびＹ方向に溝１７を形成する。溝で分断された各チップの一辺の大きさは目的に応じて変わるが、例えば０．５ｍｍ〜１．５ｍｍとする。また、溝の幅は０．１〜０．３ｍｍ程度である。溝の深さは少なくとも、ＣｄＴｅ単結晶ウェーハ１１の表面の電極１６から導電性接合層を超えてＳｉ単結晶基板１４内部に至る深さであるが、必要な分解能と基板強度との関係で適宜決める。
【実施例】
【００２３】
以下、本発明を実施例に基づいてさらに詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
【００２４】
（実施例１）
図１は第１実施例に係るものである。比抵抗２×１０７Ωｃｍ（ｐ型ライク伝導性）を有し、厚み２ｍｍのＣｄＴｅ単結晶ウェーハ１１上にｐ型伝導性を有するＣｄＴｅ単結晶層１２をＭＯＶＰＥ法によりエピタキシャル成長させて厚み５μｍ形成した。一方、１ｍｍ厚のｐ型Ｓｉ単結晶基板１４に導電性樹脂（銀微粒子を含むエポキシ系接着剤）をコートし、前記ＣｄＴｅ単結晶１１上のｐ型ＣｄＴｅ単結晶層１２と貼り合わせ、室温で１時間硬化させた。硬化後の接着層の厚みは５μｍであった。また比抵抗は０．０３Ωｃｍであった。次にＣｄＴｅ単結晶ウェーハ１１の非接合面およびＳｉ単結晶１４の非接合面にＡｕを蒸着法にて形成し、電極１６および１５とした。その後、溝１７をＣｄＴe単結晶ウェーハ１１側の電極１６より２．６ｍｍの深さで、Ｘ方向およびＹ方向にともに１ｍｍピッチで形成した。なお、溝幅は０．１５ｍｍとした。溝入れの結果、ＣｄＴｅ単結晶ウェーハおよびエピタキシャル成長させたＣｄＴｅ単結晶層は欠けることなく各素子を形成することができたので放射線検出分解能が良く、また放射線検出感度とエネルギー分解能も良好であった。
【００２５】
（実施例２）
図２は第２実施例に係るものである。実施例１同様に、比抵抗２×１０７Ωｃｍ（ｐ型ライク伝導性）を有し、厚み２ｍｍのＣｄＴｅ単結晶ウェーハ２１上の一方の面にｐ型伝導性を有するＣｄＴｅ単結晶層２２、および他方の面にｎ型伝導性を有するＣｄＴｅ単結晶層２５をＭＯＶＰＥ法によりエピタキシャル成長させて厚み５μｍづつ形成した。一方、１ｍｍ厚のｐ型Ｓｉ単結晶基板２４に導電性樹脂（銀微粒子を含むエポキシ接着剤）をコートし、前記ＣｄＴｅ単結晶ウェーハ２１上のｐ型ＣｄＴｅ単結晶層２２とを貼り合わせて、室温で１時間硬化させた。硬化後の接着層の厚みは５μｍであった。また比抵抗は０．０３Ωｃｍであった。次にＣｄＴｅ単結晶ウェーハ２１の非接合面（ｎ型ＣｄＴｅ単結晶層上）およびＳｉ単結晶基板２４の非接合面にＡｕを蒸着法にて形成し、電極２６および２７とした。その後、溝２８をＣｄＴe単結晶ウェーハ側の電極２６より２．６ｍｍの深さで、Ｘ方向およびＹ方向ともに１ｍｍピッチで形成した。なお、溝幅は０．１５ｍｍとした。溝入れの結果、ＣｄＴｅ単結晶ウェーハおよびエピタキシャル成長させたＣｄＴｅ単結晶層は欠けることなく各素子を形成することができたので放射線検出分解能が良く、また放射線検出感度とエネルギー分解能も実施例１とほぼ同等であった。
【００２６】
（実施例３）
図３は第３実施例に係るものである。第２実施例におけるＣｄＴｅ単結晶上に形成するｐ型ＣｄＴｅ単結晶層をｎ型ＣｄＴｅ単結晶層に、ｎ型ＣｄＴｅ単結晶層をｐ型ＣｄＴｅ単結晶層に替えて、かつ、ｐ型Ｓｉ単結晶基板をｎ型Ｓｉ単結晶基板に替えたものである。すなわち、実施例１あるいは２同様に、２×１０７Ωｃｍ（ｐ型ライク伝導性）を有し、厚み２ｍｍのＣｄＴｅ単結晶ウェーハ３１上の一方の面にｎ型伝導性を有するＣｄＴｅ単結晶層３２、他方の面にｐ型伝導性を有するＣｄＴｅ単結晶層３５をＭＯＶＰＥ法によりエピタキシャル成長させて厚み５μｍづつ形成した。一方、１ｍｍ厚のｎ型Ｓｉ単結晶基板３４に導電性樹脂（銀微粒子を含むエポキシ接着剤）をコートし、前記ＣｄＴｅ単結晶ウェーハ３１上のｎ型ＣｄＴｅ単結晶層３２と貼り合わせ、室温で１時間硬化させた。硬化後の接着層の厚みは５μｍであった。また比抵抗は０．０３Ωｃｍであった。次にＣｄＴｅ単結晶ウェーハ３１の非接合面（ｐ型ＣｄＴｅ単結晶層上）およびＳｉ単結晶基板３４の非接合面にＡｕを蒸着にて形成し、電極３６および３７とした。その後、溝３８をＣｄＴe単結晶ウェーハ側の電極１より２．６ｍｍの深さで、Ｘ方向およびＹ方向ともに１ｍｍピッチで形成した。なお、溝幅は０．１５ｍｍとした。溝入れの結果、ＣｄＴｅ単結晶ウェーハおよびエピタキシャル成長させたＣｄＴｅ単結晶層は欠けることなく各素子を形成することができたので放射線検出分解能が良く、また放射線検出感度とエネルギー分解能も実施例１および２とほぼ同等であった。
【００２７】
（比較例１）
比較例として、図４に示す構造の素子を作成した。厚さ２ｍｍのＣｄＴｅ結晶の厚み方向の一方の面にＡｕの共通電極を設け、他方の面に複数のＡｕ電極を設けた。なおＸ方向およびＹ方向ともに電極を１ｍｍピッチ、電極間隔を０．１５ｍｍとした。放射線検出分解能は実施例１〜３に比べて低下した。
【００２８】
実施例１〜３によれば、放射線検出用として厚みの大きいＣｄＴｅ単結晶ウェーハを用い、当該ＣｄＴｅ単結晶ウェーハとＳｉ単結晶基板とを導電性を確保しつつ低温で接合することにより、加工および取り扱いが容易になるともに、素子毎に電極が分離して形成されているので放射線検出分解能が優れている。
【産業上の利用可能性】
【００２９】
本発明は、医療用放射線診断装置、工業用Ｘ線検査装置等に使用される半導体放射線画像検出器の製造方法として利用することができる。
【符号の説明】
【００３０】
１１、２１、３１：ＣｄＴｅ単結晶ウェーハ、１２、２２、３５：ｐ型ＣｄＴｅ単結晶層、１３、２３、３３：導電性接合層、１４、２４：ｐ型Ｓｉ単結晶基板、３４：ｎ型Ｓｉ単結晶基板、２５、３２：ｎ型ＣｄＴｅ単結晶層、１５、１６、２６、２７、３６、３７：電極、１７、２８、３８：分離溝
【図１】
2012242111.tif 000003
【図２】
2012242111.tif 000004
【図３】
2012242111.tif 000005
【図４】
2012242111.tif 000006
【図５】
2012242111.tif 000007