JPH01216290A - 半導体放射線位置検出器とその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〈産業上の利用分野） 本発明は、例えばＸ線撮影装置およびガンマカメラ等、
二次元放射線画像を得るための装置に利用することがで
きる、半導体を検出素子として用いた放射線位置検出器
とその製造方法に関する。

〈従来の技術〉 ＣｄＴｅやＨｇ１ｚ等の化合物半導体を用いた放射線検
出素子を利用して二次元放射線画像を得る方法としては
、従来、複数の放射線検出素子を基板上に一次元方向に
配列して一次元検出素子アレイを形成し、この検出素子
アレイを所定の方向に走査して放射線の二次元画像を得
る方法（特願昭５７−２１０７６１．特願昭５７−２０
４０５３）や、例えば第１０図の斜視図に示すように、
化合物半導体１の片面にたんざく状の複数の電極１０２
ａ。

１０２ｂ、・・・を互いに平行に設け、その裏面にはこ
れと直交して同じく複数の電極１０３ａ、１０３ｂ。

・・・を設けて二次元検出素子アレイＤ１゜を形成し、
放射線の入射により、電極１０２ａ、１０２ｂ。

・・・が出力するＸ方向の位置情報および電極１０３ａ
。

１０３ｂ、・・・が出力するＸ方向の位置情報から放射
線の二次元画像を得る方法（Ｎｕｃｌｅａｒ　Ｉｎｓｔ
ｒｕｍｅｎｔａｎｄＭｅｔｈｏｄ、２１３　（１９８３
）９５）が採られている。

（発明が解決しようとする課題〉 ところで、前者の方法によれば、−次元検出素子アレイ
を走査するための機構が必要で、撮像装置が複雑、かつ
、大損りなものになり、しかも、−次元検出素子アレイ
を走査する毎に放射線の計数時間が必要になるため、撮
影領域全体の二次元画像を得るのに多くの時間を要する
という欠点がある。

また、後者の方法によれば、二次元検出素子アレイＤ１
゜に同時に二つの放射線が入射したときには、その入射
位置を検出することは不可能で、従って線量率が極めて
低い放射線の二次元画像を得る場合にしか適用できない
という欠点がある。

そこで、上述の二つの方法の欠点を解決するために、半
導体の一面に共通電極を設け、その反対側の面には行列
状に複数の信号取り出し電極を設けて二次検出素子アレ
イを形成し、各信号取り出し電極の信号を並列処理する
ことにより、放射線の入射位置情報を得る方法が考えら
れつつあるが、この方法によれば、各信号取り出し電極
それぞれに、アンプ、コンパレータおよびカウンタ等か
らなる信号処理回路を１個づつ接続する必要があり、そ
の接続が、次に説明する理由により、きわめて困難で、
この点が製品化を推し進めるに当り大きな障害となって
いた。

−ａに、放射線検出素子の信号取り出し電極は信号処理
回路にワイヤにより接続されている場合が多く、例えば
−次元検出素子アレイの場合、第１１図の部分断面図に
示すように、基板１１４上に信号処理回路（図示せず）
に導通する複数の導体パターン１１６１を形成しておき
、検出素子ＤＩ＋の各信号取り出し電極１１２１それぞ
れをワイヤリングにより該当する各導体パターン１１６
１に接続する方法が採られている。ところが、この方法
を複数の信号取り出し電極を行列状に設けた二次元検出
素子アレイに適用すると、信号取り出し電極が行列状に
設けられているため、個々のワイヤが交錯し合いワイヤ
間で短絡が生じる虞れがあり、しかも、信号取り出し電
極全てのワイヤリングを行うには、きわめて多（時間が
必要になり、従って、二次元検出素子アレイに一次元検
出素子アレイと同様なワイヤリングを施すことは実質的
に不可能である。ここで、例えば第１２図の部分断面図
に示すように、基板１２４上に各信号取り出し電極１１
２．、に対応する位置関係で各導体パターン１１ＬＪを
形成しておけば、個々のワイヤが交錯することなくワイ
ヤリングを施こすことは可能ではあるが、このようなワ
イヤリングは特殊であり、現状のワイヤリング装置では
施工することが非常に難しく、しかも、検出素子アレイ
Ｄ１□を基板１２４に固着する工程も必要なことから、
製造工程が複雑になり、製品コストがきわめて高いもの
になるという新らたな問題が生じる。

本発明の第１の目的は、例えば放射線撮影装置に利用し
た際に、二次元放射線画像に関する情報を短時間で出力
することができ、しかも、線量率が高い放射線の検出も
可能な半導体放射線位置検出器を提供することにあり、
また、第２の目的は、製品の信顛性の向上、および、製
品コストの低減を図ることのできる、半導体放射線位置
検出器の製造方法を提供することにある。

８（課題を解決するための手段〉 上記の第１の目的を達成するための構成を、実施例に対
応する第２図、第３図、および第４図を参照しつつ説明
すると、本発明は、板状の化合物半導体１の一面に共通
電極２を設けるとともに、その反対側の面には、各画素
に対応させるべく行列状に複数個の信号取り出し電極３
゜＋３１２＋　・・・３、ｊ、・・・を設けて放射線二
次元検出素子アレイＤ。

を形成する。また、各信号取り出し電極３＝ｊには、そ
れぞれ１個の信号処理回路５　ａｊを接続する。

そして、各信号処理回路５．４の出力から放射線の二次
元入射位置情報を得るよう構成する。

また、上記の第２の目的を達成するための製造方法を、
実施例に対応する第２図および第３図を参照しつつ説明
すると、本発明は、各信号取り出し電極３ｉｊそれぞれ
に、その各電極３　ｘｊに導通するハンダバンプＳ　ｉ
ｊを形成する。また、基板４上に、信号処理回路５ｉｊ
が複数個形成された回路素″！−５を配設するとともに
、基板４上には、各信号処理回路５　＋４にそれぞれ個
別に導通する複数の導体パターン６□＋６＋ｔ＋　・・
・６　ｉＪ＋　・・・を、その各端部が各ハンダバンプ
Ｓｉｊの配置関係と対応するよう形成する。次に、各ハ
ンダバンプＳ！Ｊをそれぞれ該当する各導体パターン６
　ｉｊの先端部に接触させた状態で、所定の温度で溶か
した後硬化させることにより、各信号取り出し電極３　
ｉｊとその各電極３　ｉａに該当する導体パターン８　
ｘＪとを電気的に接続しつつ、放射線二次元検出素子ア
レイＤ＋を基板４に固着することによって、特徴づけら
れる。

く作用） 本発明の構造を有する半導体放射線位置検出器によると
、各画素ごとの放射線入射位置情報をそれぞれ個別に、
かつ、同時に出力することができ、しかも、放射線二次
検出素子アレイＤ、に複数の放射線が同時に入射した場
合でも、その各入射位置つまり各・画素に対応する各信
号処理回路５　ｍｊが個別に動作して、それぞれの放射
線の入射位置情報を出力することができる。

また、本発明の製造方法によれば、全ての信号取り出し
電極３□＋　　３＋ｚ、・・・３，１・・・を、それぞ
れコ亥当する導体パターン６＋＋＋　　６ｔｚ＋　・・
・１６ｉｊ＋　・・・つまり信号処理回路５．、．５゜
、・・・＋５Ｌｊ＋　・・・にハンダバンプＳ　ｉｊに
より一度に接続することが可能になる。

〈実施例） 本発明の実施例を、以下、図面に基づいて説明する。

第１図は本発明実施例の全体斜視図、第２図はその長手
方向の縦断面図、第３図はそのＡ部詳細図、第４図は放
射線二次元素子アレイＤ、の斜視図、第５図は本発明実
施例の回路構成を示すブロック図である。

例えばＣｄＴｅやＨｇ１．等の結晶からなる化合物半導
体１の一面側には、Ａｕ等を一様に蒸着してなる共通電
極２が形成されている。

半導体１の反対側の面には、各画素に対応させるべ（、
行列状に複数個の信号取り出し電極３１１　＋３．２．
・・・＋３１Ｊ＋　・・・が形成されており、共通電極
２側を放射線入射側とする放射線二次元検出素子アレイ
Ｄ１を形成している。なお、各信号取り出し電極３五、
の大きさは、例えばＩＩＩＩＩ１１角〜０．２ｍｍ角程
度であり、また、隣接する信号取り出し電極Ｇ　ｉｊ間
における隙間は例えば０．１ｍｍ〜０．０２１１１ａ１
程度である。

一方、セラミック等の基板４上には、回路素子５が搭載
されており、この回路素子５内には、信号取り出し電極
３□、３□、・・・＋３１ｊと同じ個数の信号処理回路
５＋＋、５゜、・・・＋５４ｊ＋　・・・が−列に互い
に隣接して形成されている。この各信号処理回路５　ｉ
ｊは、その入力側から順次形成されたプリアンプ５ａ、
メインアンプ５ｂ、コンパレータ５ｃおよびカウンタ５
ｄによって構成されている。

また、基板４上には、各信号処理回路５　ｔ　Ｊの入力
側にそれぞれ個別に導通する接続用薄体パターン６　ｉ
ａが、その各先端部の位置を信号取り出し電極３□、３
゜、・・・＋３４ｊ＋　・・・の行列状の配置に対応さ
せるべく形成されている。さらに、基板４上には、各信
号処理回路５　ｉｊの出力側にそれぞれ個別に導通する
出力用導体パターン７　ｉｊが形成されている。

このように構成された基板４上に放射線二次元検出素子
アレイＤ、が搭載され、各信号取り出し電極３ｉＪは、
それ奢れ該当する接続用の導体パターン６ｉＪの先端部
に、ＡｕおよびＮｉメタル層８　ｉ　ｊおよび９　ｉｊ
ｓならびにハンダバンプＳ　ｉｊによって電気的に接続
される。

次に、製造方法を第２図および第３図を参照しつつ説明
する。

まず、半導体１の一面側の各信号取り出し電極３　ｌ　
Ｊ上に、それぞれＡｕおよびＮｉメタル層８ａｊおよび
９　ｉｊ、ならびにハンダバンプＳ　ｉｊを後述する方
法で順次形成するとともに、各信号取り出し電極３１ｊ
をハンダ濡れ性の悪いフォトレジスト１０で覆っておく
。一方、基板４上に、信号取り出し電極３＋＋＋３１□
、・・・＋３ｉｊ＋　・・・と同じ個数の信号処理回路
（図示せず）が形成された回路素子５を配設するととも
に、その基板４上には、各信号処理回路の入力側にそれ
ぞれ個別に導通する接続用導体パターン６４ｊを、その
各先端部が各信号取り出し電極Ｇ　ｉｊ上に設けられた
各ハンダバンプＳ逼ｊに１対１に対応する形状になるよ
う形成し、又基板４上に各信号処理回路の出力側にそれ
ぞれ個別に導通する出力用導体パターン７　ｍｊを形成
する。

そして、この基板４上に放射線二次元検出素子アレイＤ
、を、その各ハンダバンプＳ　ｉｊがそれぞれ該当する
各接続用導体パターン６１、に接触するよう配設し、こ
の状態で、各ハンダバンプＳ　４４を例えば２００℃程
度で溶かした後硬化させることにより、各信号取り出し
電極３　ｉｊをそれぞれ該当する接続用導体パターン６
目に電気的に接続するとともに、放射線二次元検出素子
アレイ貼を基板４に固着して、第１図に示す半導体放射
線位置検出器を得る。ここで、各ＡｕおよびＮｉメタル
層８　ｉｊおよび９Ｂは各信号取り出し電極３　ｔｊと
各ハンダバンプＳ　ｉｊとの接着強度を高めるとともに
、ハンダバンプＳｉ、が溶けた時にハンダが半導体１内
に流入しないようにするために設けられている。

また、各信号取り出し電極３目はフォトレジスト１０に
よって覆われており、ハンダバンプＳ　ｉｊが溶けた時
に、その一部がメタル層８　ａｊ＋　　Ｌｊかららはみ
出しても互いに隣接する各信号取り出し電極３４．間で
短絡が生じることはない。

次いで、ＡｕおよびＮｉメタル層８　ｓｊおよび９直４
、ならびにハンダバンプＳ　ｉｊの作製方法を、第６図
（ａ）乃至（ｄ）を参照しつつ説明する。

まず、半導体１の一面側にリフトオフ法によりＡｕを付
着して複数の信号取り出し電１３ｉｊを行列状に形成し
く図（ａ、））、さらに、各信号取り出し電極３　ｆｆ
１７の一部が露呈するようフォトレジスト１０を一様に
塗布した後、ＮｉおよびＡｕを順次蒸着してＮｉおよび
Ａｕ膜を形成する（図（ｂ））。

次にＡｕ膜表面上に、その各窪み部が露呈するようフォ
トレジスト（図示せず）を−様に塗布した後、その各窪
み部上にハンダバンプＳ　ｉｊをＡｕおよびＮｉ層を電
流経路とする電界メツキによって形成しく図（Ｃ））、
そして、Ａｕ膜上のフォトレジストをはく離液で除去し
た後、ＡｕおよびＮｉ膜を各ハンダバンプＳｉｊをマス
クとしてエツチングし、さらに、各ハンダバンプＳ　ｉ
ｊを例えば２００°Ｃで溶解した後硬化させることによ
って、各信号取り出し電極３　ｉ、上に、図（ｄ）に示
す形状のＡｕおよびＮｉメタル層８！ｊおよび９　Ｌａ
ｓならびにハンダバンプＳ　ｉｊを形成する。なお、Ａ
ｕ薄のエッチャントとしてはヨードのヨー化カリ水溶液
を使用し、また、Ｎｉｌのエッチャントとしては、硝酸
、酢酸およびアセトンの混合液を使用する。そして、半
導体１の各信号取り出し電極３　ｈｊの反対側の面にＡ
ｕを一様に蒸着して共通電極２を形成する。なお、この
共通電極２は、上述の工程を行う前に形成しておいても
よい。

次に、他の実施例を第７図の部分断面図を参照しつつ説
明する。

この例では、半導体１の一面側にリフトオフ法によりＡ
ｕ、ＣｕおよびＣｒの三層からなる信号取り出し電極７
３Ｎ、を行列状に形成する。次に、各信号取り出し電極
７３五、ＯＣｒ層上に、先の実施例と同様な手法で、Ａ
ｕおよびＣｕメタル層７８．ｊおよび？９．ｊ、ならび
にハンダバンプＳ　ｉｊを形成する。そして、この各ハ
ンダバンプＳムｊをそれぞれ該当する基板４上の接続用
導体パターン６　ｉｊに接触させ、各ハンダバンプＳｉ
ｊを溶かした後硬化させることにより、先の実施例と同
様な構造を有する半導体放射線位置検出器を得る。なお
、この例では、ハンダバンプＳｉｊおよびメタル層７８
．Ｊ。

７９目を形成する際に塗布したフォトレジスト全てを除
去してもよく、この場合、各信号取り出し電極７３．ｊ
ＯＣｒ層面が露呈するが、Ｃｒはハンダ濡れ性が悪く、
各ハンダバンプＳ　ｉｊが溶けた時に、その一部がメタ
ル層７８ｉｊ、７９ｉ、からはみ出しても、Ｃｒ層面上
で広がることはなく、互いに隣接する各信号取り出し電
極７３８、間で短絡が生じることはない。

なお、第１図に示す半導体放射線位置検出器複数個を配
列して第８図に示すような大面積を有する検出器アレイ
を構成してもよく、この場合、各検出器の放射線二次元
検出素子アレイＤ、をほとんど隙間なく隣接して配列す
ることが可能になり、放射線の小窓領域を掻めて少なく
することができる。

また、以上は放射線二次元検出素子アレイＤ１を一つの
基板４に実装した例を説明したが、本発明は、これに限
られることなく、第９図に示すように、−列ごとの信号
取り出し電極３目・・・３　＋Ｈにそれぞれ対応する回
路素子９５ａ・・・９５ｈが配設された基板９４ａ・・
・９４ｈを絶縁体Ｃを介して積層して基板ユニット９４
を形成し、この基板ユニット９４に放射線二次元検出素
子アレイＤ、を実装してもよい。

〈発明の効果〉 以上説明したように、本発明の半導体放射線位置検出器
によれば、化合物半導体の一面に共通電極を設けるとと
もに、その反対側の面には複数個の信号取り出し電極を
設けて放射線二次元検出素子アレイを形成し、その各信
号取り出し電極には、それぞれ１個の信号処理回路を接
続したから、各画素ごとの放射線入射位置情報を個別に
、かつ、同時に出力することが可能になり、放射線撮影
装置に利用した際に、短時間で放射線二次元画像を得る
ことができる。しかも、二次元検出素子アレイに複数の
放射線が同時に入射した場合でも、それぞれの放射線の
入射位置情報を出力することが可能で、高い線量率を有
する放射線にも適応できる。

また、本発明の製造方法によると、放射線二次元検出素
子アレイの全ての信号取り出し電極を、それぞれ該当す
る基板上の導体パターンつまり信号処理回路にハンダバ
ンプによって一度に電気的に接続すると同時に、二次元
検出素子アレイを基板に固着するので、製造時間がきわ
めて短かくなり、かつ、二次元検出素子アレイを基板に
固着するための工程を省略することができるとともに、
製品がコンパクトになる結果、製造コストがきわめて安
くなる。また、信号取り出し電極と信号処理回路との接
続時に、互いに隣接する信号取り出し電極間で短絡が生
じることがないので、信頼性の高い製品を得ることがで
きる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明実施例の全体斜視図、 第２図はその長手方向の縦断面図、 第３図はそのＡ部詳細図、 第４図は放射線二次元素子アレイＤｌの斜視図、第５図
は本発明実施例の回路構成を示すブロック図、 第６図は本発明実施例のＡｕおよびＮｉメタル層ならび
にハンダバンプの作製方法を説明するための図、 第７図乃至第９図は本発明の他の実施例を説明するため
の図、 第１０図は放射線二次元検出素子アレイの従来例の斜視
図、 第１１図および第１２図は発明が解決しようとする課題
を説明するための図である。 １・・・・化合物半導体 ２・・・・共通電極 ３１１＋　　３１ｚ、・−・、３□、−・・・・・・信
号取り出し電極 ４・・・・基板 ５□、５゜、・−１５バ、・− ・・・・信号処理回路 ６１１＋　　　６＋ｔ＋　　　−一・＋６ｊ□、°−一
・・・・接続用導体パターン Ｓ　ｊｉ・・・ハンダバンプ Ｄ、・・・放射線二次元検出素子アレイ特許出願人　　
　　株式会社島津製作所　　　　　　代　理　人　　　
　弁理士　　西１）新２９１！ 第１１図 第１２図　　　　Ｄη ｎｂ＋１１２４

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）板状の化合物半導体の一面に共通電極を設けると
   ともに、その反対側の面には、各画素に対応させるべく
   行列状に複数個の信号取り出し電極を設けて放射線二次
   元検出素子アレイを形成し、上記各信号取り出し電極に
   は、それぞれ１個の信号処理回路を接続し、その各信号
   処理回路の出力から放射線の二次元入射位置情報を得る
   よう構成してなる、半導体放射線位置検出器。
2. （２）上記各信号取り出し電極それぞれに、その各電極
   に導通するハンダバンプを形成し、かつ、上記信号処理
   回路を基板上に配設するとともに、その基板上には、上
   記各信号処理回路にそれぞれ個別に導通する複数の導体
   パターンを、その各端部が上記各ハンダバンプの配置関
   係に対応するように形成し、次に、上記各ハンダバンプ
   それぞれを、該当する上記導体パターンの先端部に接触
   させた状態で所定の温度で溶かした後硬化させることに
   より、上記各信号取り出し電極とその各電極に該当する
   上記導体パターンとを電気的に接続しつつ、上記放射線
   二次元検出素子アレイを上記基板に固着することを特徴
   とする、請求項１記載の半導体放射線位置検出器の製造
   方法。