JP2015061041A - 放射線検出器および放射線検出装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ＴＳＶ絶縁膜の絶縁耐圧を向上させることのできる放射線検出器および放射線検出装置を提供する。
【解決手段】半導体基板１２から層間絶縁膜２８を通る第１開口４０と、層間絶縁膜２８と第２絶縁膜３６との間に設けられ光検出部２２に接続された配線３０と、第１開口４０の底面、側面および半導体基板１２の第２面の一部に設けられ、第１開口４０の底部を通じて配線３０に接続する第１電極４４ａと、半導体基板１２の前記第２面に設けられた第２電極４４ｂと、半導体基板１２に設けられ第１電極４４ａを取り囲み、第２電極４４ｂは取り囲まない位置に設けられた第２開口４６と、半導体基板１２の前記第２面において第１電極４４ａ、第２電極４４ｂ、第１開口４０および第２開口５０ｂを覆い、第１電極４４ａに通じる第３開口５０ａおよび第２電極４４ｂに通じる第４開口５０ｂが設けられた絶縁性の樹脂層５０と、を備える。
【選択図】図１

Description

本発明の実施形態は、放射線検出器および放射線検出装置に関する。

Ｘ線撮像装置およびコンピュータ断層撮像システム（ＣＴ(Computerized Tomography)）などの放射線撮像システムでは、Ｘ線源からのＸ線ビームが患者や荷物などの検査対象や被検物に向けて照射される。Ｘ線ビームは検査対象を通過することによって減衰し、放射線検出器に入射する。放射線検出器には検出画素がアレイ状に配置されているので、放射線検出器に入射されたＸ線は、アレイ状に配置された検出画素に入射する。各検出画素が検知する放射線の強度は、一般的にＸ線の減衰度に依存する。アレイ状に配置された検出画素の各検出素子は、各検出素子で検知した減衰Ｘ線ビームに対応する電気信号を別々に発生する。これらの信号は、解析のためにデータ処理システムに伝送され、このデータ処理システムで最終的に画像が作成される。

特開２００８−２５１９６４号公報

本実施形態は、ＴＳＶ絶縁膜の絶縁耐圧を向上させることのできる放射線検出器および放射線検出装置を提供する。

本実施形態による放射線検出器は、第１面および前記第１面に対向する第２面を有する半導体基板と、前記半導体基板の前記第１面側に設けられた光検出部と、前記光検出部を覆うように前記第１面上に設けられた第１絶縁膜と、前記第１絶縁膜を覆う第２絶縁膜と、 前記第２絶縁膜上に設けられ放射線を可視光に変換するシンチレータと、前記半導体基板および前記第１絶縁膜を通る第１開口と、前記第１絶縁膜と前記第２絶縁膜の間に設けられ、前記光検出部に接続された配線と、前記第１開口の底面、側面および前記第２面の一部に設けられ、前記第１開口の底部を通じて前記配線に接続する第１電極と、前記第１開口で分割された前記半導体基板の内、前記光検出部が形成されている前記半導体基板の前記第２面に設けられた第２電極と、前記半導体基板に設けられ、前記第１電極を取り囲み、前記第２電極は取り囲まない位置に設けられた第２開口と、前記半導体基板の前記第２面において前記第１電極、前記第２電極、前記第１開口および第２開口を覆い、前記第１電極に通じる第３開口および前記第２電極に通じる第４開口が設けられた絶縁性の樹脂層と、を備える。

第１実施形態による放射線検出器を示す断面図。 第１実施形態の放射線検出器の１画素を示す平面図。 第１実施形態の放射線検出器の画素アレイを示す平面図。 第１実施形態の第１変形例による放射線検出器を示す断面図。 第１実施形態の第２変形例による放射線検出器を示す断面図。 図６（ａ）乃至６（ｃ）は、第１実施形態の放射線検出器の製造工程を示す断面図。 図７（ａ）乃至７（ｃ）は、第１実施形態の放射線検出器の製造工程を示す断面図。 図８（ａ）乃至８（ｃ）は、第１実施形態の放射線検出器の製造工程を示す断面図。 第２実施形態による放射線検出器を示す断面図。 第３実施形態による放射線検出器を示す断面図。 図１１（ａ）および図１１（ｂ）は、第３実施形態の放射線検出器の製造工程を示す断面図。 図１２（ａ）乃至１２（ｃ）は、第４実施形態による放射線検出装置を説明する図。

実施形態を説明する前に、実施形態に至った経緯について説明する。

間接変換型の放射線検出器においては、放射線がシンチレータに入射することによって発生する可視光をフォトダイオードや光電子増倍管などの光検出部によって検出する。

このようなシンチレータと、アレイ状に配置された光検出部を有する画素とを備えた放射線検出器において、アレイ状に画素を並べて高画質のＣＴ画像を得るべく、多数の画素を高密度で形成することが要求されている。この時、高密度で形成された画素からの電気信号を取り出すには、配線接続をワイヤボンディングで行うことは困難であり、一般的にＴＳＶ(Through Silicon Via)電極と呼ばれる貫通電極を形成する必要がある。

光検出部にＴＳＶ電極を形成する場合、半導体基板に光検出部を形成してからＴＳＶ電極を形成する手順（ビアラスト）が一般的である。ＴＳＶ電極を形成してから半導体基板に光検出部を形成する手順（ビアファースト）の場合、ＴＳＶ電極の材料が光検出部の製造プロセスにおける様々な負荷（熱履歴など）に対する耐久性を有する必要があり、ＴＳＶ電極の材料が制約されるからである。

このＴＳＶ電極の製造方法として、一般的に、光検出部が形成された半導体基板にＴＳＶ電極を形成するための貫通孔を形成し、半導体基板とＴＳＶ電極を絶縁分離するための絶縁層を形成した後に、メッキ法などを用いてＴＳＶ電極を形成している。この時、貫通孔の側壁に形成する絶縁膜（以下、ＴＳＶ絶縁膜ともいう）の絶縁耐圧が重要である。特に、ガイガーモードで動作するアバランシェフォトダイオード（以下、ＡＰＤとも云う）の場合、ＡＰＤのカソード電極とアノード電極間に２０Ｖ〜８０Ｖ程度の比較的高い電圧を印加して駆動する。このため、ＡＰＤのＴＳＶ絶縁膜には十分な絶縁耐圧が必要になる。すなわち、１０Ｖ以下の印加電圧で使用する低電圧デバイスに比べて、ＡＰＤにＴＳＶ電極を形成する場合は、このＴＳＶ絶縁膜の絶縁耐圧に十分に留意する必要がある。

本発明者達は、ＴＳＶ絶縁膜の耐圧を向上させるために、以下の考察を行った。

ＴＳＶ電極を形成する場合、半導体基板が厚いと貫通孔の開口加工が困難になるため、基板を支持する部材に接着剤に接合し、基板を研磨によって薄化してから、貫通孔の開口加工を行う。したがって、ＴＳＶ絶縁膜を形成する場合、接着剤の耐熱性に留意する必要がある。例えば、比較的低温で絶縁膜を形成できるプラズマＣＶＤ(Chemical Vapor Deposition)法を用いてＴＳＶ絶縁膜を形成する場合、接着剤の耐熱性を考慮して、低温、例えば２００℃でＳｉＯ_２膜を形成すると、熱酸化膜や高温プラズマで成膜したＣＶＤ膜に比べて、膜質が低下し、絶縁耐圧が低下してしまう。特に、基板表面に比べて、貫通孔の底部ではＣＶＤガスの流れが悪くなるため、この底部での絶縁膜の膜質の低下が顕著になる。或いは、ＴＳＶ絶縁膜を樹脂材料で形成する場合、樹脂からなる絶縁膜を形成した後に、貫通孔の底部にコンタクトプラグを形成し、引き続き、ＴＳＶ電極を形成することになる。この場合、コンタクトプラグやＴＳＶ電極を形成する工程で樹脂からなる絶縁膜が劣化し、ＴＳＶ絶縁膜の絶縁耐圧が低下してしまう。

ＴＳＶ絶縁膜の絶縁耐圧を向上する手法として、シリコン基板にデバイスやＴＳＶ電極を形成する前に、ＴＳＶ電極を取り囲むようにシリコン基板を貫通した分離溝を形成し、この分離溝に絶縁膜を形成する方法がある。この製造方法においては、分離溝に以下に述べる手順でＳｉ系絶縁膜を形成する。すなわち、分離溝を開口加工した後に、分離溝の内壁にポリシリコンを形成し、その後、このポリシリコンを熱酸化によってＳｉＯ_２膜に変性する。引き続き、このＳｉＯ_２膜の隙間部分にＣＶＤ法でＳｉＯ_２膜を形成する。この場合、分離溝の開口工程に引き続いて行われるデバイスの形成工程や貫通電極の形成工程の様々な負荷（熱履歴など）を考慮して、分離溝に形成する絶縁膜の選択が行われる。

このような製造方法を用いても、ＴＳＶ絶縁膜に十分な耐熱性が必要であり、絶縁膜の材料の選択肢が限定されるという問題がある。また、分離溝内の絶縁膜をＳｉ系絶縁膜で形成しているが、ボイド回避のために分離溝の幅を小さくする必要があり、分離溝の加工が難しいという問題がある。更に、分離溝を硬く脆いＳｉ系絶縁膜で充填しているために、薄化Ｓｉ基板のハンドリング時に分離溝部にクラックが入る可能性有るという問題がある。或いは、分離溝内の絶縁膜の形成工程が煩雑となり、製造コストが高くなるという問題もある。

本発明者達は鋭意研究に取り組み、ＴＳＶ絶縁膜の耐圧を向上させることの可能な放射線検出器および放射線検出装置を得ることができた。これらの放射線検出器および放射線検出装置について以下の実施形態で説明する。

以下、実施形態について、図面を用いて説明する。但し、図面は模式的なものであり、厚みと平面寸法との関係、各層の厚みの比率等は現実のものとは異なることに留意すべきである。したがって、具体的な厚みや寸法は以下の説明を参酌して判断すべきものである。また、図面相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれていることは勿論である。

（第１実施形態）
そこで、本実施形態に係る放射線検出器は、第１面および第１面に対向する第２面を有する半導体基板と半導体基板の第１面側に設けられた光検出部と、光検出部を覆うように第１面上に設けられた第１絶縁膜と、第１絶縁膜を覆う第２絶縁膜と、第２絶縁膜上に設けられ放射線を可視光に変換するシンチレータと、半導体基板および第１絶縁膜を通る第１開口と、第１絶縁膜と第２絶縁膜の間に設けられ、光検出部に接続された配線と、第１開口の底面、側面および第２面の一部に設けられ第１開口の底部を通じて配線に接続する第１電極と、第１開口で分割された前記半導体基板の内、光検出部が形成されている半導体基板の第２面に設けられた第２電極と、半導体基板に設けられ、第１電極を取り囲み、第２電極は取り囲まない位置に設けられた第２開口と、半導体基板の第２面において第１電極、第２電極、第１開口および第２開口を覆い、第１電極に通じる第３開口および第２電極に通じる第４開口が設けられた絶縁性の樹脂層と、を備える。

第１実施形態による放射線検出器を図１乃至図３を参照して説明する。この第１実施形態の放射線検出器１０は、図３に示すように、半導体基板（図１に示す半導体基板１２）上にマトリクス状に配列された複数の画素２０を備えている。図３では、５行×５列の画素アレイを示している。各画素２０は図２に示すように複数のセル２１を有し、これらのセル２１は例えばアルミからなる配線３０を介して並列に接続されている。この配線３０は、各画素２０に対して設けられたＴＳＶ電極４４ａに接続される。なお、各画素２０には、裏面電極４４ｂが設けられている。ＴＳＶ電極４４ａの周りの断面を図１に示す。

この実施形態の放射線検出器１０は、図１に示すように、半導体基板１２の一方の面に各セル２１に含まれる光検出部２２が設けられている。この光検出部２２はアバランシェフォトダイオード（以下、ＡＰＤともいう）からなっている。これらの光検出部２２を覆うように例えばＳｉＯ_２からなる絶縁膜２４が設けられている。この絶縁膜２４上に例えばポリシリコンからなる抵抗２６が設けられている。この抵抗２６は各光検出部２２に対応して設けられ、光検出部２２の特性を得るために設けられる。抵抗２６を覆うように多層のＳｉＯ_２層からなる層間絶縁膜２８が設けられている。この層間絶縁膜２８上に配線３０が設けられ、この配線３０は、層間絶縁膜２８および絶縁膜２４に設けられたコンタクト２９ａを介して光検出部２２に接続されるとともに、層間絶縁膜２８に設けられたコンタクト２９ｂ、２９ｃを介して抵抗２６に接続される。すなわち、光検出部２２は、コンタクト２９ａ、２９ｂ、２９ｃおよび配線３０を介して抵抗２６と直列に接続される。この配線３０を覆うように例えばＳｉＯ_２からなる絶縁膜３６が設けられている。この絶縁膜３６上に、Ｘ線を可視光に変換するシンチレータ７０が接着剤６０を介して設けられている。

半導体基板１２の光検出部２２が設けられた面と反対側の面（裏面）に配線３０に通じる貫通孔４０が各画素２０に対して１個設けられる。そして貫通孔４０には、その底面および側面を覆うとともに、半導体基板１２の裏面上にも延在するように導電材料、例えばＴｉ層とＣｕ層の積層構造からなるシード層４２ａが設けられる。Ｔｉ層はバリアメタルである。このシード層４２を覆うように例えばＣｕからなる電極４４ａが設けられ、この電極４４ａがＴＳＶ電極となる。また、貫通孔４０を取り囲むように、半導体基板１２に分離溝４６が設けられる。この分離溝４６は半導体基板１２を貫通するように設けられ、図１においては、絶縁膜２４に達する。この分離溝４６によって、各画素のＴＳＶ電極４４ａと、光検出部２２を有するセル２１が電気的に分離される。また、この分離溝４６の外側の半導体基板１２の裏面上に、シード層４２ｂが設けられ、このシード層４２ｂ上に例えばＣｕからなる電極４４ｂが設けられる。この電極４４ｂが裏面電極となる。この裏面電極４４ｂは半導体基板１２に電圧を印加する端子となる。ＴＳＶ電極４４ａ、裏面電極４４ｂ、および分離溝４６を覆うように樹脂からなる絶縁膜５０が半導体基板１２の裏面に設けられる。この絶縁膜５０には、ＴＳＶ電極４４ａに通じる開口５０ａと、裏面電極４４ｂに通じる開口５０ｂが設けられる。

このように構成された放射線検出器１０においては、外部からＸ線が図１の上方からシンチレータ７０に入射すると、このＸ線はシンチレータ７０によって可視光に変換され、この可視光が接着剤６０、絶縁膜３６、絶縁膜２８、および絶縁膜２４を透過し、光検出部２２によって検出される。シンチレータ７０から放出される可視光の光子数はシンチレータ７０に入射する放射線のエネルギーに比例する。これにより、シンチレータ７０から放出された可視光の光子数を計数することによって、検査対象を透過した放射線のエネルギーを測定することができる。この特性をＣＴなどに適用することによって、エネルギー弁別によるＣＴ画像、即ち、カラーＣＴ画像を得ることができる。

本実施形態においては、ガイガーモードで動作するＡＰＤからなる光検出部２２を備えた複数のセル２１を配線３０に対して並列に配置した画素２０をアレイ状に配置した構成を有している。ガイガーモードで動作するＡＰＤとは、ＡＰＤ２２に１光子が入射する毎に、１電流パルスを放出するフォトダイオードである。なお、本実施形態においては、各画素２０には、複数個のＡＰＤ２２が配線３０に対して並列に配置されているので、各画素２０が検出し損なう光子の数は減らすことができる。そして、複数のＡＰＤ２２を並列に配置した画素２０をアレイ状に配置することで、光子が入射したＡＰＤの数に比例した波高の電流パルスが得られる。このパルスの波高を測定することで、放射線検出器１０に入射した光子数、即ち、シンチレータ７０に入射した放射線のエネルギーを測定することができる。

（第１変形例）
第１実施形態の第１変形例による放射線検出器を図４に示す。この第１変形例の放射線検出器１０Ａは、図１に示す第１実施形態の放射線検出器１において、貫通孔４０および分離溝４６が形成された半導体基板１２の裏面を覆うように例えばＣＶＤ(Chemical Vapor Deposition)法によって形成されたＳｉＯ_２からなる絶縁膜４１を更に設け、この絶縁膜４１を覆うように、シード層４２ａ、４２ｂが設けられ、これらのシード層４２ａ、４２ｂ上にそれぞれＴＳＶ電極４４ａ、裏面電極４４ｂが設けられた構造を有している。なお、貫通孔４０の底面の絶縁膜４１には、開口が設けられ、この開口の底面を覆うようにシード層４２ａが設けられている。

（第２変形例）
第１実施形態の第２変形例による放射線検出器を図５に示す。この第１変形例の放射線検出器１０Ｂは、図１に示す第１実施形態の放射線検出器１において、分離溝４６の底面が配線３０に到達する構造を有している。

（製造方法）
次に、第１実施形態の放射線検出器１０の製造方法について図６（ａ）乃至図８（ｃ）を参照して説明する。

まず、図６（ａ）に示すように、Ｓｉ基板１２の一方の面に、ＡＰＤからなる光検出部２２を形成する。Ｓｉ基板１２としては、例えば厚さ７２５μｍのＳｉ基板を用いる。ＡＰＤからなる光検出部２２が形成されたＳｉ基板１２の一方の面を覆うように、絶縁膜２４を形成し、この絶縁膜２４上にポリシリコンからなる抵抗２６を形成する。続いて、この抵抗２６を覆うように、多層のＳｉＯ_２層からなる層間絶縁膜２８を形成する。そして、この層間絶縁膜２８および絶縁膜２４中に光検出部２２および抵抗２６に通じる開口を形成し、この開口を導電材料、例えばアルミニウムまたはタングステン等で埋め込み、コンタクト２９ａ、２９ｂ、２９ｃを形成する。その後、コンタクト２９ａ、２９ｂ、２９ｃに接続する、例えばアルミニウムからなる配線３０を層間絶縁膜２８上に形成する。このとき、光検出部２２は、コンタクト２９ａ、２９ｂ、２９ｃおよび配線３０を介して抵抗２６と直列に接続される。その後、配線３０を覆うように層間絶縁膜２８上に例えばＳｉＯ_２からなる絶縁膜３６を形成する。

続いて、図６（ｂ）に示すように、接着剤８２を用いて透明支持部材であるサポートガラス８４とＳｉ基板１２とを接合する。例えば、サポートガラス８４の厚さは５００μｍとする。

その後、図６（ｃ）に示すように、サポートガラス８４を支持部材としてＳｉ基板１２を４０μｍ〜１００μｍ程度の厚さまで研磨し、薄くする。

次に、図７（ａ）に示すように、Ｓｉ基板１２とサポートガラス８４の位置を反転する。そして半導体基板１２の裏面のＴＳＶ電極４４ａを形成する位置にＲＩＥ(Reactive Ion Etching)法を用いて貫通孔４０を開口する。この時、貫通孔４０の底部は配線３０まで到達する。配線３０はＲＩＥのエッチングストッパにもなる。

続いて、図７（ｂ）に示すように、ＲＩＥ法を用いて、貫通孔４０を取り囲むように分離溝４６を形成する。この分離溝４６の底部は、Ｓｉ基板１２を貫通する。分離溝４６は、Ｓｉ基板１２を貫通した後、絶縁膜２４を部分的にエッチングしてもかまわない。あるいは、図５に示す第２変形例のように、貫通孔４０と同様に配線３０まで達してもよい。なお、分離溝４６の幅（図面上左右方向の長さ）は、５μｍ〜５０μｍである。

その後、図７（ｃ）に示すように、貫通孔４０の底面、側面、および半導体基板１２の裏面を覆うように、Ｔｉ層およびＣｕ層の積層構造をスパッタ法で形成することにより積層構造のシード層を形成する。その後、シード層上に電解メッキ法により、例えばＣｕ膜を形成する。ここで、Ｃｕのメッキは貫通孔４０を完全に埋め尽くす充填型ではなく、非充填型（コンフォーマル型）とし、貫通孔４０の凹部は後工程で樹脂からなる絶縁膜５０を充填する。続いて、シード層およびＣｕ膜をパターニングすることにより、貫通孔４０の底面および側面ならびに半導体基板１２の裏面の一部にシード層４２ａおよびＴＳＶ電極４４ａ形成するとともに、半導体基板１２の裏面上の、分離溝４６の外側の領域にシード層４２ｂおよび裏面電極４４ｂを形成する。

次に、図８（ａ）に示すように、ＴＳＶ電極４４ａおよび裏面電極４４ｂを覆うように、半導体基板１２の裏面に樹脂からなる絶縁膜５０を形成し、この絶縁膜５０に、ＴＳＶ電極４４ａおよび裏面電極４４ｂにそれぞれ通じる開口５０ａおよび開口５０ｂを形成する。絶縁膜５０には例えば感光性ソルダーレジストが用いられる。この場合、感光性ソルダーレジストをコーティングした後、所定のフォトマスクを用いて露光、現像を行うことにより、開口５０ａ、５０ｂの有する絶縁膜５０を形成することができる。または、絶縁膜５０として、非感光性の絶縁樹脂（エポキシ樹脂、アクリル樹脂など）を用いてもよい。この場合、非感光性の絶縁樹脂をコーティングした後、所定のパターンのレジストマスクを非感光性の絶縁樹脂上に形成し、エッチングにより絶縁樹脂をパターニングすることにより、開口５０ａ、５０ｂを有する絶縁膜５０を得ることができる。

その後、図８（ｂ）に示すように、半導体基板１２からサポートガラス８４を剥離する。このとき、接着剤８２も絶縁膜３６から剥離される。

最後に、図８（ｃ）に示すように、絶縁膜３６上に接着剤６０を塗布し、その後、シンチレータ７０をＳｉ基板１２と接合する。これにより、図１に示す放射線検出器１０が完成する。シンチレータ７０にはＬＧＳＯ、ＬＹＳＯなどの材料を用いることができる。接着剤６０はシンチレータで発生した可視光を透過する透明度を有する。また、接着剤６０の厚みは概ね数１０μｍ〜１００μｍ程度である。

以上説明した製造方法によれば、分離溝４６を形成することにより、ＴＳＶ絶縁膜５０の絶縁耐圧、即ち、ＴＳＶ電極４４ａと裏面電極４４ｂとの間の絶縁耐圧を大幅に向上することができる。また、貫通孔４０と分離溝４６を絶縁樹脂５０で充填するため、樹脂の機械的強度と適度な弾性効果により、薄化したＳｉ基板１２をハンドリングする際のウェハ破損を防止することができる。また、分離溝４６の加工性を向上させるために、分離溝４６の幅を広くした場合にも、絶縁樹脂５０を用いれば分離溝４６への充填が容易でありことから、分離溝４６の加工が容易になる。更に、貫通孔４０と分離溝４６を充填する絶縁樹脂５０を一体形成することで、製造プロセスを簡素化でき、製造コストの低減が可能となる。

第１実施形態およびその変形例によれば、ＴＳＶ絶縁膜の絶縁耐圧を向上させることのできる放射線検出器を得ることができる。

（第２実施形態）
第２実施形態による放射線検出器の断面を図９に示す。この第２実施形態の放射線検出器１０Ｃは、図１に示す第１実施形態の放射線検出器１０において、貫通孔４０および分離溝４６が形成された領域に対応する絶縁膜３６上の領域上にそれぞれＳｉＮからなる絶縁層６３ａ、６３ｂが設けられた構造を有している。これらの絶縁層６３ａ、６３ｂを設けることにより、貫通孔４０と分離溝４６を形成することに起因する薄化したＳｉ基板１２の強度低下を補強することができる。

この第２実施形態も第１実施形態と同様の効果を得ることができる。なお、第２実施形態に放射線検出器の第１実施形態の第１変形例または第２変形例を適用してもよい。

（第３実施形態）
第３実施形態による放射線検出器の断面を図１０に示す。この第３実施形態の放射線検出器１０Ｄは、図１に示す第１実施形態の放射線検出器１０において、絶縁膜３６とシンチレータ７０との間に、サポートガラス８４を設け、このサポートガラス８４は絶縁膜３６と接着剤８２によって接着されるとともに、接着剤６８によってシンチレータ７０と接着された構造を有している。

次に、この第３実施形態の放射線検出器１０Ｄの製造方法について図１１（ａ）および図１１（ｂ）を参照して説明する。図８（ａ）に示す製造工程までは、第１実施形態と同様に形成する。第１実施形態では、サポートガラス８４を半導体基板１２から分離したが、第３実施形態においては、樹脂からなる絶縁膜５０にＴＳＶ電極４４ａおよび裏面電極４４ｂにそれぞれ達する開口５０ａおよび開口５０ｂを形成した後（図８（ａ））、サポートガラス８４を薄化する（図１１（ａ））。この薄化には、研磨やエッチングが用いられる。サポートガラス８４は、例えば５００μｍの厚さから５０μｍ〜１００μｍの厚さまで薄化される。

最後に、図１１（ｂ）に示すように、接着剤６８を用いてシンチレータ７０を、薄化されたサポートガラス８４に接合する。これにより、図１０に示す放射線検出器１０Ｄが完成する。シンチレータ７０にはＬＧＳＯ、ＬＹＳＯなどの材料を用いることができる。接着剤６８、８２はシンチレータで発生した可視光を透過する透明度を有する必要があり、また、接着剤６８，８２の厚みは概ね数１０〜１００ｕｍ程度とする。

この第３実施形態も第１実施形態と同様の効果を得ることができる。さらに、第３実施形態はサポートガラス８４を備えているので、第１実施形態の放射線検出器１に比べて強度が強いため、放射線検出器をハンドリングする際の破損を一層防止することができる。

以上説明したように、第１乃至第３実施形態およびそれらの変形例によれば、ＴＳＶを取り囲むように半導体基板を貫通した分離溝を形成することにより、ＴＳＶ絶縁膜の絶縁耐圧（ＴＳＶ電極と裏面電極の間の絶縁耐圧）を大幅に向上することができる。

また、ＴＳＶ電極部の貫通孔と分離溝部に絶縁樹脂を一体充填するため、樹脂の機械的強度と適度な弾性効果により、薄化Ｓｉ基板をハンドリングする際のウェハ破損を回避することができる。また、分離溝の加工性を向上させるために、分離溝幅を広くした場合にも、絶縁樹脂を用いれば分離溝への充填が容易でありことから、分離溝加工が容易になる。更に、貫通孔と分離溝を充填する絶縁樹脂を一体形成することで、製造プロセスを簡素化でき、製造コストの低減が可能となる。

なお、第３実施形態の放射線検出器に第１実施形態の第１変形例または第２変形例を適用してもよい。また、この第３実施形態の放射線検出器を第２実施形態に適用してもよい。

（第４実施形態）
第４実施形態による放射線検出装置の構成を図１２（ａ）乃至１２（ｃ）を参照して説明する。図１２（ａ）は第４実施形態の放射線検出装置５００の構成を示す断面図である。

図１２（ａ）に示すように、放射線検出装置５００は、放射線管５２０と、放射線管５２０に対向して設けられた放射線検出部５１０と、信号処理部５８０と、を備えている。

放射線管５２０は、対向する放射線検出部５１０に向かって、ファン状にＸ線等の放射線ビーム５３０を照射する装置である。放射線管５２０から照射された放射線ビーム５３０は、図示しない架台上の被検体５４０を透過して、放射線検出部５１０に入射する。

放射線検出部５１０は、放射線管５２０から照射され、一部が被検体５４０を透過する放射線ビーム５３０を入射面２２１で受けて、放射線を可視光に変換し、それを電気信号として検出する装置である。放射線検出装置５００は、略円弧状に配列した複数の放射線検出部５１０と、放射線検出部５１０の入射面２２１側に設置されたコリメータ５５０と、各放射線検出部５１０の放射線管５２０側とは反対側の電極に信号線１５０により接続される信号処理部５８０とを有する。

放射線検出部５１０は、入射面２２１から入射した放射線（放射線ビーム５３０）を可視光に変換し、後述する光電変換素子１１４により可視光を電気信号（電流）に変換（光電変換）する。

コリメータ５５０は、放射線検出部５１０の入射面２２１側に設置され、放射線検出部５５０に対して放射線が平行に入射するように屈折させる光学系である。

信号処理部５８０は、各放射線検出部５１０によって光電変換された電気信号（電流）を信号線１５０を介して受信し、この電流値により各放射線検出部５１０に入射する放射線のエネルギーを算出する。そして、信号処理部５８０は、各放射線検出部５１０に入射する放射線のエネルギーから被検体５４０の物質に応じたカラー化された放射線画像を生成する。

そして、放射線管５２０および放射線検出部５１０は、上述の被検体５４０を中心として回転するように配置されている。これによって、放射線検出装置５００は、被検体５４０の断面画像を生成することができる。

なお、本実施形態に係る放射線検出装置５００は、人体および動植物の断層像だけでなく、物品の内部の透視等のセキュリティ装置等の各種検査装置としても適用できる。

図１２（ｂ）、１２（ｃ）を参照しながら、放射線検出部５１０および放射線検出器１０の構成について説明する。図１２（ｂ）は、略円弧状に配列した複数の放射線検出部５１０の構成図であり、図１２（ｃ）は、放射線検出部５１０のうち特に放射線検出器１０の概略構成図である。

図１２（ｂ）に示すように、複数の放射線検出部５１０は、略円弧状に配列して構成され、放射線の入射面側にはコリメータ５５０が配置されている。図１２（ｃ）に示すように、放射線検出部５１０は、素子支持板２００上に放射線検出器１０が固定されている。放射線検出器１０は、内部に複数の光電変換素子１１４が配設された光電変換層１１０と、放射線をシンチレーション光に変換するシンチレータ２１０とを有する。光電変換層１１０およびシンチレータ２１０は、光電変換層１１０の入射面側とシンチレータ２１０の出射面側とが接着層により接着された積層構造を有する。

シンチレータ２１０は、直交する２方向において所定のピッチで形成された光反射層２１５を有する。光電変換層１１０およびシンチレータ２１０は、光反射層２１５によって、マトリックス状に配列した複数の光電変換要素２２０に画定される。複数の光電変換要素２２０には、それぞれ複数の光電変換素子１１４が含まれ、光電変換要素２２０ごとに入射した放射線のエネルギーが検出される。

図１２（ａ）乃至１２（ｃ）に示した放射線検出装置５００では、放射線検出器５１０として、第１乃至第３実施形態およびそれらの変形例のいずれかの放射線検出器を用いている。また、光検出素子１１４は、第１乃至第３実施形態で説明した画素２０に相当する。

第４実施形態によれば、ＴＳＶ絶縁膜の絶縁耐圧を向上させることのできる放射線検出器を備えた放射線検出装置を得ることができる。

なお、第１乃至第３実施形態およびそれらの変形例の放射線検出器、第４実施形態の放射線検出装置は、人体や動植物の断層像だけでなく、物品の内部の透視などのセキュリティ用や各種検査用装置としても用いることができる。

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これらの実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これらの実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。

１０、１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃ、１０Ｄ 放射線検出器
１２ 半導体基板
２０ 画素
２１ セル
２２ 光検出部
２４ 絶縁膜
２６ 抵抗
２８ 層間絶縁膜
２９ａ、２９ｂ、２９ｃ コンタクト
３０ 配線
３６ 絶縁膜
４０ 貫通孔
４２ａ シード層
４２ｂ シード層
４４ａ ＴＳＶ電極
４４ｂ 裏面電極
５０ 樹脂の絶縁膜
５０ａ 開口
５０ｂ 開口
６０ 接着剤
６２ 接着剤
６３ａ、６３ｂ 絶縁層
６８ 接着剤
７０ シンチレータ
８２ 接着剤
８４ サポートガラス
５００ 放射線検出装置

Claims (10)

1. 第１面および前記第１面に対向する第２面を有する半導体基板と、
   前記半導体基板の前記第１面側に設けられた光検出部と、
   前記光検出部を覆うように前記第１面上に設けられた第１絶縁膜と、
   前記第１絶縁膜を覆う第２絶縁膜と、
   前記第２絶縁膜上に設けられ放射線を可視光に変換するシンチレータと、
   前記半導体基板および前記第１絶縁膜を通る第１開口と、
   前記第１絶縁膜と前記第２絶縁膜の間に設けられ、前記光検出部に接続された配線と、
   前記第１開口の底面、側面および前記第２面の一部に設けられ、前記第１開口の底部を通じて前記配線に接続する第１電極と、
   前記第１開口で分割された前記半導体基板の内、前記光検出部が形成されている前記半導体基板の前記第２面に設けられた第２電極と、
   前記半導体基板に設けられ、前記第１電極を取り囲み、前記第２電極は取り囲まない位置に設けられた第２開口と、
   前記半導体基板の前記第２面において前記第１電極、前記第２電極、前記第１開口および第２開口を覆い、前記第１電極に通じる第３開口および前記第２電極に通じる第４開口が設けられた絶縁性の樹脂層と、
   を備える放射線検出器。
2. 前記第２開口は前記第１絶縁膜も通り、前記配線に通じる請求項１記載の放射線検出器。
3. 前記第１電極と前記第１開口の底面および側面との間に設けられた金属のシード層を更に備えている請求項１または２記載の放射線検出器。
4. 前記第１電極と前記第１開口の底面および側面との間に設けられた第３絶縁膜を更に備え、前記第３絶縁膜の前記第１開口の底部に前記配線に通じる孔が設けられ、前記第１電極は前記孔を通じて前記配線に接続する請求項１または２記載の放射線検出器。
5. 前記第３絶縁膜と前記第１電極との間に設けられた金属のシード層を更に備えている請求項４記載の放射線検出器。
6. 前記第１開口および前記第２開口に対応する、前記第２絶縁膜の領域上に窒化シリコンからなる絶縁層が更に設けられている請求項１乃至５のいずれかに記載の放射線検出器。
7. 前記シンチレータと前記第２絶縁膜とは、接着剤によって接合されている請求項１乃至６のいずれかに記載の放射線検出器。
8. 前記半導体基板上にマトリクス状に配列された複数の画素を有し、各画素は、それぞれが前記光検出部を有する複数個のセルと、前記第１電極と、前記第２電極と、前記配線と、を備え、各画素内において、前記複数個のセルが前記配線に対して並列に接続されている請求項１乃至７のいずれかに記載の放射線検出器。
9. 前記光検出部はアバランシェフォトダイオードを備えている請求項１乃至８のいずれかに記載の放射線検出器。
10. 請求項１乃至９のいずれかに記載の放射線検出器と、
    前記放射線検出器に対向して設けられ被写体を介して放射線を前記放射線検出器に放射する放射線管と、
    前記放射線検出器から出力される信号を処理する信号処理部と、
    を備えた放射線検出装置。

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