JP4397012B2 - 孔型電極を有する半導体イメージセンサ及びその製造方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、放射線を検出するイメージセンサ及びその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
硬Ｘ線或いはγ線等の放射線を検出し画像情報を発生するイメージセンサは、様々な技術分野において利用されている。例えば、ある天体からの輻射場を検出することで、その天体の物理的状況や空間的構造を知ることができ、また、人体等にＸ線を照射し、その透過波を調べることで、当該人体等の断層像を取得することもできる。この他にも、原子力分野（放射線廃棄物のガラス固化検査や放射線モニタ装置等）、非破壊検査分野（半導体検査装置等）、資源探査分野（地中の資源探査等）等、種々の分野において利用されている。
【０００３】
これらの各分野で従来使用されているイメージセンサは、例えば次の様な構成を有する。
【０００４】
図２０（ａ）は、従来のイメージセンサ８０の典型例を示した図である。図２０（ａ）に示すように、イメージセンサ８０は、入射した放射線を検出して電気信号を発生する検出素子（Ｓｉ素子或いはＧｅ素子等）８１と、当該検出素子８１と同一平面に配置され電気信号を増幅する増幅ＩＣ８４とを有している。また、イメージセンサ８０において、検出素子８１から引き出される配線は、ワイヤボンディング８３によって増幅ＩＣ８４へと接続されている。
【０００５】
図２０（ｂ）は、図２０（ａ）のＢ−Ｂ方向による断面図を示した図である。図２０（ｂ）に示すように、検出素子８１は、半導体（Ｓｉ、Ｇｅ、ＣｄＴｅ、ＣｄＺｎＴｅ等）８７と、当該半導体を挟持する電極８５、８６を有している。放射線を検出する場合には、電極８５、８６に電圧を印加し、放射線入射によって発生する電子や陽子から各エネルギー帯の放射線を検出している。
【０００６】
しかしながら、Ｓｉ素子或いはＧｅ素子を採用したイメージセンサは、数ＫｅＶ乃至数十ＫｅＶまでの低エネルギーのＸ線しか検知することができず、実用において要求される感度を満足するものではない。
【０００７】
また、感度の高いＣｄＴｅ或いはＣｄＺｎＴｅを使用した場合であっても、従来の構造では、次に述べる理由により電荷を効率よく収集することができない。すなわち、高エネルギー粒子の材料内散乱効率を高くするために半導体材料の厚さを厚くした場合、電極までの距離が長くなってしまい、電荷の収集効率は下がることとなり、その結果、感度は低下してしまう。一方、収集効率を向上させるため、半導体材料の厚さを薄くした場合には、反対に高エネルギー粒子の材料内散乱効率が低下することとなり、その結果、電荷の収集効率が向上したとしても感度は低下してしまう。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、硬Ｘ線エネルギー帯であっても、高感度で検出可能なイメージセンサ及びその製造方法を提供することを目的としている。
【０００９】
また、本発明は、ＣｄＴｅ等の有害な物質を扱う場合において、人体に影響のない穴空け技術を提供することを目的としている。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記目的を達成するため、以下に述べる手段を講じた。
【００１１】
本発明の第１の視点は、半導体からなるプレートと、前記プレート上の第１の方向及び第２の方向に沿って所定の間隔で前記プレートの厚さ方向に貫通して形成された複数の孔型電極と、前記孔型電極のそれぞれに電圧を供給する手段であって、隣り合うことのない所定の複数の前記孔型電極をアノードとした場合に、当該複数のアノードと隣り合う各孔型電極をカソードとして電圧を供給する電圧供給手段と、を具備するイメージセンサであって、当該イメージセンサには、前記アノードと、前記複数のカソードと、当該アノードと当該複数のカソードとの間に存在する前記半導体と、からなる複数のセンサ素子がマトリックス状に配列されたセンサ素子アレイが形成されていることを特徴とするイメージセンサである。
【００１２】
本発明の第２の視点は、半導体プレートを上側層及び下側層によって挟持するステップと、所定の液体中において、所定サイズのドリルにより、前記上側層及び前記下側層とともに前記半導体プレートに第１の方向及び第２の方向に沿って所定の間隔で複数の孔を形成するステップと、前記上側層及び前記下側層を前記半導体プレートから除去するステップと、前記複数の孔をメタライズし、複数の孔型電極を形成するステップと、前記複数の孔型電極のうち隣り合うことのない所定の孔型電極をアノードとし、当該アノードと隣り合う各孔型電極をカソードとして電圧を印加するための電気配線を形成するステップと、を具備することを特徴とするイメージセンサ製造方法である。
【００１３】
このような構成によれば、硬Ｘ線エネルギー帯であっても、高感度で検出可能なイメージセンサ及びその製造方法を実現することができる。
【００１４】
また、ＣｄＴｅ等の有害な物質を扱う場合において、人体に影響のない穴空け技術を実現することができる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の第１及び第２の実施形態を図面に従って説明する。なお、以下の説明において、略同一の機能及び構成を有する構成要素については、同一符号を付し、重複説明は必要な場合にのみ行う。
【００１６】
（第１の実施形態）
本実施形態に係るイメージセンサは、ＣｄＴｅ（テルル化カドミウム）或いはＣｄＺｎＴｅ（テルル化亜鉛カドミウム）等の半導体からなる所定の厚さの半導体プレート１３（図１乃至図４参照）に、孔型の第１の電極１２が所定ピッチで形成された検出面と、検出した信号を増幅するためのＩＣを実装したＩＣ基板１８（図５，図６参照）と、当該ＩＣ基板１８とＣｄＴｅプレート１３とを接続するための接続層２０（図７乃至図９参照）と、を具備している。なお、以下の説明では、簡単のため半導体プレート１３をＣｄＴｅからなるものに統一して説明するが、ＣｄＺｎＴｅその他の半導体からなるものであっても同様の構成にてイメージセンサ１０を実現することができる。
【００１７】
図１は、イメージセンサ１０の検出面を示した上面図である。ＣｄＴｅからなる半導体プレート１３は、イメージセンサ１０の検出面を形成する。ＣｄＴｅは、Ｃｄ（カドミウム）とＴｅ（テルル）とから成る化合物半導体であり、そのエネルギーギャップは、室温下で１．４７ｅＶ程度となっている。
【００１８】
孔型の第１の電極１２は、ＣｄＴｅプレート１３に、１００ミクロン乃至２００ミクロン程度のドリルによって所定ピッチ（例えば、５０ミクロン）で複数の孔を形成し、当該複数の孔をＰｔ、Ｈｇ、Ａｕ、ＩｎＴｅ、Ａｌ等でメタライズすることによって形成される。また、第１の電極１２の一端には、当該第１の電極１２と後述する電気配線引き出し手段との電気的接続をとるための第２の電極１６（パッド）が設けられている。
【００１９】
なお、一般にＣｄＴｅ或いはＣｄＺｎＴｅは脆く、また人体に有害な物質であることから、この複数の孔は、後述する特別な手法によって形成される。
【００２０】
第１の電極１２は、所定の形態にてアノード（陽極）とカソード（陰極）とに振り分けられる。振り分けられたアノードとカソード及びＣｄＴｅ（或いはＣｄＺｎＴｅ）の一部とで、センサ素子を形成する。
【００２１】
図２は、イメージセンサ１０の検出面の一部を拡大した上面図である。図２において、黒い孔はアノードに振り分けられた第１の電極１２を、白い孔はカソードに振り分けられた第１の電極１２をそれぞれ示す。すなわち、所定の第１の電極１２をアノードとした場合には、当該アノードとなる第１の電極１２と隣り合う第１の電極１２がカソードとなるように、アノードとカソードとを振り分けるようにする。図２に示したイメージセンサ１０では、一つのアノード１２０と、８つのカソードと、これらに囲まれたＣｄＴｅとからなるセンサ素子１４がマトリックス状に配列された構成となっている。
【００２２】
また、図２の点線１４は、アノード、カソード及びＣｄＴｅ（或いはＣｄＺｎＴｅ）の一部からなるセンサ素子１４を示している。各センサ素子１４において、アノード１２０とカソード１２２との間に電圧をかけて形成された空乏層に放射線が入射すると、その飛跡に沿って電子と正孔とが多数生成される。この正負の電荷を電気信号として取り出すことで、各センサ素子１４は、入射した放射線に基づく画像情報を発生する。
【００２３】
なお、センサ素子１４は、アノードとなる第１の電極１２と隣り合う第１の電極１２をカソードに割り当てた構成であればよく、図１及び図２に示したものに限定する趣旨ではない。例えば、次の様な変形例が考えられる。
【００２４】
図３は、イメージセンサ１０の変形例の検出面を示した上面図であり、図４は、図３に示したイメージセンサ１０の検出面の一部を拡大した上面図である。図３に示すように、センサ素子１４は、一つのアノード１２０に隣り合う４つのカソードを割り当てたものであってもよい。
【００２５】
次に、イメージセンサ１０が有するＩＣ基板１８について説明する。図５は、ＩＣ基板１８の概略構成を説明するための上面図である。図６は、図５丸内の拡大図である。
【００２６】
本配線層１９により、全てのアノード１２０は、独立に、全てのカソード１２２は結線され、外部への信号取り出し電極へつながっている。
【００２７】
ＩＣ基板１８は、各センサ素子１４が検出した信号を増幅するための複数のＩＣを実装した基板である。また、ＩＣ基板１８には、図示していない複数の耐放射線性を有するＩＣのそれぞれが有するフィリップチップパッド１８０（以下、「ＦＣパッド」と称する。）が、二次元マトリックス状に形成されている。当該ＦＣパッド１８０の位置は、上述した第１の電極１２及び第２の電極１６の位置と対応しており、フィリップチップ実装（以下、「ＦＣ実装」）は双方の位置を基準として実行される。また、ＦＣパッド１８０上には、後述するスタッドバンプ接続部が形成される。
【００２８】
なお、第１の電極１２のアノードとカソードとの割り振りは、本ＩＣ基板１８のＦＣパッド１８０によって実現される。
【００２９】
次に、ＣｄＴｅプレート１３とＩＣ基板１８との間に設けられる接続層２０について、図７乃至図９を参照しながら説明する。
【００３０】
図７は、図１に示したイメージセンサ１０のＡ−Ａに沿った断面図である。図８は、図７の第１の電極１２近傍の拡大図である。図９は、第１の電極１２から配線を引き出すためのスタッドバンプ接続部２２を説明するための図である。各図からわかるように、本接続層２０は、ＣｄＴｅプレート１３をＩＣ基板１８にＦＣ実装するためのスタッドバンプ接続部２２と、絶縁層２４とを有している。
【００３１】
スタッドバンプ接続部２２は、各ＩＣ基板１８上のＦＣパッド１８０上に形成されており、金等からなるＡｕスタッドバンプ２２０と、当該Ａｕスタッドバンプ２２０の先端に形成されたインジウム層２２１（図９参照）とを有している。Ａｕスタッドバンプ２２０は、ＦＣパッド１８０上に突出形状バンプを一段形成或いは二段以上積層形成したものである。このＡｕスタッドバンプ２２０は、センサ素子とＩＣとの間の通電、及びセンサ素子間リーク電流の低減化（特に、二段、三段と層数を増やした場合にリーク電流が大幅に低下する。）後述するＦＣ実装における接続誤差を吸収する役割を果たす。従って、その材料は、伝導性が良く比較的柔らかい金属であることが好ましい。そのため、本実施形態ではＡｕを使用しているが、同様の機能をもつものであれば、他の物質であってもよい。
【００３２】
インジウム層２２１は、Ａｕスタッドバンプ２２０の先端に設けられる薄膜層と電極１２に突入する部位からなる。当該インジウム層２２１は、製造段階では所定の高さで先細り形状に形成され、ＦＣ実装において第２の電極１６に圧接される（この圧接のため、図９においては、当該インジウム層２２１の一部はＣｄＴｅプレート１３の電極１２からなる孔に挿入される。）。インジウム層２２１は、センサ素子１４とＩＣとの間の確実な通電と、後述するＦＣ実装において必要とされる所定の高さを提供する役割を果たす。その材料としては、本実施形態ではＣｄＴｅ素子を使用していることから、融点が１００℃以下の半田材料であることが好ましく、例えばインジウムの他にビスマス等も使用できる。
【００３３】
図１０、図１１は、インジウム層２２１の形成方法を説明するための図である。図１０に示すように、図示していないＦＣボンダのヘッド側に設けられたＡｕスタッドバンプ２２０付きＩＣ基板１８を、Ｉｎがメッキされたステンレス基板１７に押しつける。当該押しつけは、所定のヘッド温度制御、所定のヘッド速度、所定の加重制御等の下に実行され、また、複数回繰り返す場合もある。所定の押しつけ時間の後、所定のヘッド温度制御、所定のヘッド速度、所定の加重制御等の下にヘッド引き上げを行うことで、Ａｕスタッドバンプ２２０先端へのＩｎ転写を完了する。
【００３４】
図１１は、当該ステップＳ２の工程において形成されたＡｕスタッドバンプ２２０先端に形成されたＩｎ層２２１を模式的に示した図である。図１１に示すように、ステップＳ２の段階におけるＩｎ層２２１は、先細りの形状と所定の高さを有している。また、Ａｕスタッドバンプ２２０の形状も図９に示したように潰れてはいない。スタッドバンプ部２２は、ＦＣ実装において、図１１に示したスタッドバンプ部２０を第２の電極１６に圧接することにより、図９に示した形態となる。
【００３５】
絶縁層２４は、アンダーフィルに形成される樹脂層であり、例えばエポキシ樹脂等によって形成される。絶縁層２４は、スタッドバンプ接続部２２及びインジウム層を埋没させ相互に電気的に絶縁し補強する役割を果たす。当該絶縁層２４により、各センサ素子１４とＩＣ基板１８との熱膨張係数の差により発生する熱応力は、スタッドバンプ接続部２２及びインジウム層に集中しない。
【００３６】
本イメージセンサ１０は、独立した画素を形成する各センサ素子１４がマトリックス状に配列されたセンサ素子アレイを有する。また、上記イメージセンサ１０の各々のセンサ素子１４は、独立に信号を取り出せる。従って、センサ素子アレイは、各画素毎、すなわち各センサ素子１４について個別に信号処理することが出来る。
【００３７】
本イメージセンサ１０によれば、センサ素子アレイにさらにセンサ素子を増設する場合、本センサ１０の場合、プレート１３を大型化して第１の電極１２の数を増やす、或いは、より直径の小さな第１の電極１２をより小さなピッチで多く形成することで、容易に高画素数のイメージセンサ１０を生成することができる。さらに、電荷収集に必要な電圧を変えることなく、イメージセンサ１０の厚さを増やすことで発生電荷を高効率に収集することができる。これらは、ガンマ線検出器としての効率を向上させるのに好適な性質である。
【００３８】
また、イメージセンサ１０の各センサ素子１４に電圧を印加した場合、アノードとカソードとの間にかかる電界は対数的なものとなる。このため、効率よく且つ確実に電子を収集することができる構造となり、その結果、分解能を向上させることができる。
【００３９】
本イメージセンサ１０においては、接続層２０、特にスタッドバンプ接続部２２及びＩｎ層２２１）によってセンサ素子アレイ１１とＩＣ基板１８とが積層的実装された三次元実装であることも特徴の一つであると言える。当該三次元的実装によるイメージセンサによれば、各センサ素子の下からＩＣ接続をとっているので、センサ素子数がさらに増えた場合であっても容易に信号引き出しを行うことができる。その結果、従来に比してさらに高画素数の画像を生成することができる。また、当該三次元的実装により、小型化されたイメージセンサも実現することが可能である。
【００４０】
なお、第１の電極１２からの電気配線の引き出しは、上述したバンプによる電気配線の引き出しのほか、配線基板、ケーブルによる直接引き出し等によっても可能である。なお、ケーブルによる直接引き出しの場合には、第２の電極１６は、必ずしも必要ではない。また、配線基板を使用する場合には、当該基板によって第１の電極１２をアノードとカソードとに割り振る構成とすることもできる。
【００４１】
（イメージセンサの製造方法）
次に、イメージセンサ１０の製造方法の概略について説明する。一般に、ＣｄＴｅ或いはＣｄＺｎＴｅは脆い半導体物質である。従って、例えば第１の電極１２に対応する複数の孔をドリル等によって形成する場合、チッピングやクラック等を発生することがある。このチッピングやクラックは、センサ素子１４の検出能力、或いはイメージセンサとしての機能そのものを低下させる原因となる。
【００４２】
また、ＣｄＴｅ或いはＣｄＺｎＴｅ及びその他の化合物半導体は人体に有害な物質である。特に、第１の電極１２に対応する複数の孔をドリル等によって形成する場合には、ＣｄＴｅ等の粉が空中に浮遊し、製造者が呼吸により吸い込む危険性がある。この危険性は、製造上の大きな障害となり、本イメージセンサ１０の量産化に影響を及ぼす原因となる。
【００４３】
本製造方法は、これらの問題点を解決するものであり、チッピング及びクラックの発生を防止でき、安全且つ量産可能なものである。
【００４４】
図１２は、イメージセンサ１０の製造方法の概略を示したフローチャートである。図１２において、まず所定サイズのＣｄＴｅプレートを、保護層で挟持する（ステップＳ１）。
【００４５】
ここで、保護層とは、ＣｄＴｅプレートの上側及び下側に所定の厚さにて設置される各層であり、第１の電極１２に対応する複数の孔形成において、ＣｄＴｅプレートにチッピング及びクラックの発生を防止する機能を有する。その素材は、ＣｄＴの硬度に近い高度を有する物質（例えば、ＣｄＴｅの高度をｘとすれば、ｘ±０．３ｘ程度の高度を有する物質）、或いは、ＣｄＴｅそのものとすることが好ましい。これらの素材、によって形成された保護層により、ＣｄＴｅプレートを例えばクリップ挟持又は接着し固定する。
【００４６】
次に、保護層が形成されたＣｄＴｅプレートを水の中に入れ、所定サイズのドリルによって第１の電極１２に対応した所定サイズの孔を複数形成する（ステップＳ２）。ここで、ＣｄＴｅプレートを水の中に入れるのは、ドリルによる穴空けにより有害物質であるＣｄＴｅ等の粉が飛ばないようにするためである。この粉状のＣｄＴｅ等の浮遊防止に使用する液体は、水には限定されず、ＣｄＴｅ等と化学反応を起こさないものであれば何でもよい。例えば、アルコールであっても、同様の目的を果たすことができる。なお、本実施形態で水を使用したのは、コスト削減の観点からである。
【００４７】
次に、保護層をＣｄＴｅプレートから除去する（ステップＳ３）。
【００４８】
次に、孔の中をメタライズし、孔型の第１の電極１２を形成する（ステップＳ４）。メタライズの手法としては、例えばメッキやスパッタ、蒸着法等を採用することができる。
【００４９】
最後に、必要に応じて銀ペースト等の塗布や電極１２と同一手法（メッキやスパッタ、蒸着法等）により、第１の電極１２の一端に第２の電極１６を形成し（ステップＳ５）、ＣｄＴｅプレート１３を得ることができる。
【００５０】
発明者らの実験では、当該保護層の厚さは、ステップＳ１において、上側と下側共にＣｄＴｅプレートの厚さの半分以上であれば特に良好な結果を得ることができた。また、本製造方法のステップＳ２において、直径５０ミクロンのドリルにより１００ミクロンのピッチで孔を形成した場合であっても、チッピング及びクラックは発生せず良好なイメージセンサ１０を製造することができた。
【００５１】
以上述べた製造方法によれば、素材として脆く人体に有害なＣｄＴｅ或いはＣｄＺｎＴｅ、ＧａＡｓ、ＨｇＩ ２ その他の化合物半導体であっても、チッピング及びクラックの発生を防止でき、安全且つ容易に製造することが可能である。
【００５２】
（第２の実施形態）
第２の実施形態では、複数の第１の実施形態に係るイメージセンサ１０を積層した構造を有するイメージセンサ部（三次元的イメージセンサ）３０について説明する。このイメージセンサ部３０は、検出する放射線の入射角を把握することができるものであり、入射γ線のエネルギーが大きい場合には、さらに積層数（段数）を増やすことで対応することができる。例えば、天体から輻射されるＸ線等の入射角の把握が重要である宇宙物理学等の分野に特に実益がある。又、医学や工学分野においても、放射線が出た空間位置をイメージとして検出することができる。
【００５３】
図１３は、イメージセンサ部３０を具備する放射線カメラモジュールの外観図を示している。図１４は、イメージセンサ部３０の構成とその機能を説明するための模式図である。
【００５４】
図１３において、放射線カメラモジュールは、イメージセンサ部３０、プリアンプ部３２、サンプリングアンプ部３４を具備している。
【００５５】
イメージセンサ部３０は、図１４に示すように、第１の実施形態に係るイメージセンサ１０を複数個積層し、それぞれのイメージセンサ１０が検出した信号を独立に読み出す構成を有している。このイメージセンサ部３０が有するイメージセンサ１０には、図１５及び図１６に示すように、これらのイメージセンサ１０の間には、全てのセンサ素子１４の検出信号を、外部への信号取り出し電極１９０へ読み出すためのポリイミド或いはエポキシ等からなる薄い配線層１９が形成されている。また、図１７はイメージセンサ１０の断面図、図１８は、ＣｄＴｅプレート１３と配線層１９との接続部の拡大図である。また、図１９は、スタッドバンプ接続部２２の拡大図である。図１８、図１９及び図１６（点線部）で示すように、各検出素子１８０によって検出された信号は、信号取り出し配線１９１によって信号取り出し電極１９０へ取り出され、後段のプリアンプ部３２へと送り出される。
【００５６】
プリアンプ部３２は、サンプリングアンプ部３４の前段に設けられる増幅器であり、イメージセンサ部３０が検出した検出信号を増幅し、雑音の混入やＳ／Ｎ比の低下を防止する。
【００５７】
サンプリングアンプ部３４は主増幅器であり、プリアンプ部３２から入力した検出信号の標本化・増幅、トリガーの生成、サンプルホールド等の信号処理を行う。
【００５８】
例えば１０２２ｋｅＶ以上のγ線は、本三次元的イメージセンサ部３０によって、コンプトン散乱のため次の様な電子ホール対生成によって検出される。例えば、宇宙線（γ線）が図１４に示す様な方向からイメージセンサ部３０に入射し、イメージセンサ３０１内で電子ホール対に変換されたとする。このとき、各イメージセンサ３０１、３０２、３０３においては、電子・陽電子が通過する際の信号が検出され、センサ素子１４に検出されることになる。従って、各イメージセンサ３０１、３０２、３０３における検出位置をたどれば、宇宙線の入射方向を高い精度で把握することができる。また、イメージセンサ部３０は、従来のイメージセンサの様に一定の入射方向を制限するためのコリメータを必要としないので、あらゆる方向から入射する放射線にも対応することができる。
【００５９】
以上、本発明を実施形態に基づき説明したが、本発明の思想の範疇において、当業者であれば、各種の変更例及び修正例に想到し得るものであり、それら変形例及び修正例についても本発明の範囲に属するものと了解される。例えば、図１や図３に示した形態に限定されす、例えばセンサ素子１４は、その形状を正六角形とし、当該正六角形の対角線の交点に存在する一つのアノードに、各頂点位置に設けられた６つのカソードからなる構成としてもよい。
【００６０】
また、上記実施形態には種々の段階の発明が含まれており、開示される複数の構成要件における適宜な組合わせにより種々の発明が抽出され得る。例えば、実施形態に示される全構成要件から幾つかの構成要件が削除されても、発明が解決しようとする課題の欄で述べた課題が解決でき、発明の効果の欄で述べられている効果の少なくとも１つが得られる場合には、この構成要件が削除された構成が発明として抽出され得る。
【００６１】
【発明の効果】
以上本発明によれば、硬Ｘ線エネルギー帯であっても、高感度・高分解能で検出可能なイメージセンサ及びその製造方法を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１（ａ）は、第１の実施形態に係るイメージセンサ１０の検出面を示した上面図である。
【図２】図２は、第１の実施形態に係るイメージセンサ１０の検出面の一部を拡大した上面図である。
【図３】図３は、第１の実施形態に係るイメージセンサ１０の変形例の検出面を示した上面図である。
【図４】図４は、図３に示したイメージセンサ１０の検出面の一部を拡大した上面図である。
【図５】図５は、配線層１９の概略構成を説明するための上面図である。図６は、図５丸内の拡大図である。
【図６】図６は、図５の第１の電極１２近傍の拡大図である。（＊形式的制限より、加筆部を本文中Ｐ７に移動。）
【図７】図７は、図１のＡ−Ａに沿ったイメージセンサ１０の断面図である。
【図８】図８は、図７に示した断面図のＣｄＴｅプレート１３と配線層１９との接続部の拡大図である。
【図９】図９は、接続層２０が有するスタッドバンプ接続部２２の拡大図である。
【図１０】図１０は、インジウム層の形成方法を説明するための図である。
【図１１】図１１は、インジウム層の形成方法を説明するための図である。
【図１２】図１２は、イメージセンサ１０の製造方法の概略を示したフローチャートである。
【図１３】図１３は、イメージセンサ部３０を具備する放射線カメラモジュールの外観図を示している。
【図１４】図１４は、イメージセンサ部３０の構成とその機能を説明するための模式図である。
【図１５】図１５は、第２の実施形態に係るイメージセンサ１０の検出面を示した上面図である。
【図１６】図１６は、第２の実施形態に係るイメージセンサ１０の検出面の一部を拡大した上面図である。
【図１７】図１７は、第２の実施形態に係るイメージセンサ１０の断面図である。
【図１８】図１８は、第２の実施形態に係るイメージセンサ１０のＣｄＴｅプレート１３と配線層１９との接続部の拡大図である。
【図１９】図１９は、第２の実施形態に係るイメージセンサ１０のスタッドバンプ接続部２２の拡大図である。
【図２０】図２０は、（ａ）、（ｂ）は、従来のイメージセンサの構成を説明するための図である。
【符号の説明】
１０、３０、３０１、３０２、３０３…イメージセンサ
１１…センサ素子アレイ
１２…第１の電極
１３…半導体プレート
１４…センサ素子
１６…第２の電極
１７…ステンレス基板
１８…ＩＣ基板
１９…配線層（多層配線フィルム）
２０…接続層
２２…スタッドバンプ接続部
２４…絶縁層
３０…イメージセンサ部
３２…プリアンプ部
３４…サンプリングアンプ部
８０…イメージセンサ
８１…検出素子
８３…ワイヤボンディング
８４…増幅ＩＣ
８５、８６…電極
１２０…アノード
１２２…カソード
１３１…インジウム層
１８０…フィリップチップパッド
１９０…信号取り出し電極
１９１…信号取り出し配線
２２０…Ａｕスタッドバンプ
２２１…インジウム層
３０４…配線用セラミック等フレーム
【発明の属する技術分野】
本発明は、放射線を検出するイメージセンサ及びその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
硬Ｘ線或いはγ線等の放射線を検出し画像情報を発生するイメージセンサは、様々な技術分野において利用されている。例えば、ある天体からの輻射場を検出することで、その天体の物理的状況や空間的構造を知ることができ、また、人体等にＸ線を照射し、その透過波を調べることで、当該人体等の断層像を取得することもできる。この他にも、原子力分野（放射線廃棄物のガラス固化検査や放射線モニタ装置等）、非破壊検査分野（半導体検査装置等）、資源探査分野（地中の資源探査等）等、種々の分野において利用されている。
【０００３】
これらの各分野で従来使用されているイメージセンサは、例えば次の様な構成を有する。
【０００４】
図２０（ａ）は、従来のイメージセンサ８０の典型例を示した図である。図２０（ａ）に示すように、イメージセンサ８０は、入射した放射線を検出して電気信号を発生する検出素子（Ｓｉ素子或いはＧｅ素子等）８１と、当該検出素子８１と同一平面に配置され電気信号を増幅する増幅ＩＣ８４とを有している。また、イメージセンサ８０において、検出素子８１から引き出される配線は、ワイヤボンディング８３によって増幅ＩＣ８４へと接続されている。
【０００５】
図２０（ｂ）は、図２０（ａ）のＢ−Ｂ方向による断面図を示した図である。図２０（ｂ）に示すように、検出素子８１は、半導体（Ｓｉ、Ｇｅ、ＣｄＴｅ、ＣｄＺｎＴｅ等）８７と、当該半導体を挟持する電極８５、８６を有している。放射線を検出する場合には、電極８５、８６に電圧を印加し、放射線入射によって発生する電子や陽子から各エネルギー帯の放射線を検出している。
【０００６】
しかしながら、Ｓｉ素子或いはＧｅ素子を採用したイメージセンサは、数ＫｅＶ乃至数十ＫｅＶまでの低エネルギーのＸ線しか検知することができず、実用において要求される感度を満足するものではない。
【０００７】
また、感度の高いＣｄＴｅ或いはＣｄＺｎＴｅを使用した場合であっても、従来の構造では、次に述べる理由により電荷を効率よく収集することができない。すなわち、高エネルギー粒子の材料内散乱効率を高くするために半導体材料の厚さを厚くした場合、電極までの距離が長くなってしまい、電荷の収集効率は下がることとなり、その結果、感度は低下してしまう。一方、収集効率を向上させるため、半導体材料の厚さを薄くした場合には、反対に高エネルギー粒子の材料内散乱効率が低下することとなり、その結果、電荷の収集効率が向上したとしても感度は低下してしまう。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、硬Ｘ線エネルギー帯であっても、高感度で検出可能なイメージセンサ及びその製造方法を提供することを目的としている。
【０００９】
また、本発明は、ＣｄＴｅ等の有害な物質を扱う場合において、人体に影響のない穴空け技術を提供することを目的としている。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記目的を達成するため、以下に述べる手段を講じた。
【００１１】
本発明の第１の視点は、半導体からなるプレートと、前記プレート上の第１の方向及び第２の方向に沿って所定の間隔で前記プレートの厚さ方向に貫通して形成された複数の孔型電極と、前記孔型電極のそれぞれに電圧を供給する手段であって、隣り合うことのない所定の複数の前記孔型電極をアノードとした場合に、当該複数のアノードと隣り合う各孔型電極をカソードとして電圧を供給する電圧供給手段と、を具備するイメージセンサであって、当該イメージセンサには、前記アノードと、前記複数のカソードと、当該アノードと当該複数のカソードとの間に存在する前記半導体と、からなる複数のセンサ素子がマトリックス状に配列されたセンサ素子アレイが形成されていることを特徴とするイメージセンサである。
【００１２】
本発明の第２の視点は、半導体プレートを上側層及び下側層によって挟持するステップと、所定の液体中において、所定サイズのドリルにより、前記上側層及び前記下側層とともに前記半導体プレートに第１の方向及び第２の方向に沿って所定の間隔で複数の孔を形成するステップと、前記上側層及び前記下側層を前記半導体プレートから除去するステップと、前記複数の孔をメタライズし、複数の孔型電極を形成するステップと、前記複数の孔型電極のうち隣り合うことのない所定の孔型電極をアノードとし、当該アノードと隣り合う各孔型電極をカソードとして電圧を印加するための電気配線を形成するステップと、を具備することを特徴とするイメージセンサ製造方法である。
【００１３】
このような構成によれば、硬Ｘ線エネルギー帯であっても、高感度で検出可能なイメージセンサ及びその製造方法を実現することができる。
【００１４】
また、ＣｄＴｅ等の有害な物質を扱う場合において、人体に影響のない穴空け技術を実現することができる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の第１及び第２の実施形態を図面に従って説明する。なお、以下の説明において、略同一の機能及び構成を有する構成要素については、同一符号を付し、重複説明は必要な場合にのみ行う。
【００１６】
（第１の実施形態）
本実施形態に係るイメージセンサは、ＣｄＴｅ（テルル化カドミウム）或いはＣｄＺｎＴｅ（テルル化亜鉛カドミウム）等の半導体からなる所定の厚さの半導体プレート１３（図１乃至図４参照）に、孔型の第１の電極１２が所定ピッチで形成された検出面と、検出した信号を増幅するためのＩＣを実装したＩＣ基板１８（図５，図６参照）と、当該ＩＣ基板１８とＣｄＴｅプレート１３とを接続するための接続層２０（図７乃至図９参照）と、を具備している。なお、以下の説明では、簡単のため半導体プレート１３をＣｄＴｅからなるものに統一して説明するが、ＣｄＺｎＴｅその他の半導体からなるものであっても同様の構成にてイメージセンサ１０を実現することができる。
【００１７】
図１は、イメージセンサ１０の検出面を示した上面図である。ＣｄＴｅからなる半導体プレート１３は、イメージセンサ１０の検出面を形成する。ＣｄＴｅは、Ｃｄ（カドミウム）とＴｅ（テルル）とから成る化合物半導体であり、そのエネルギーギャップは、室温下で１．４７ｅＶ程度となっている。
【００１８】
孔型の第１の電極１２は、ＣｄＴｅプレート１３に、１００ミクロン乃至２００ミクロン程度のドリルによって所定ピッチ（例えば、５０ミクロン）で複数の孔を形成し、当該複数の孔をＰｔ、Ｈｇ、Ａｕ、ＩｎＴｅ、Ａｌ等でメタライズすることによって形成される。また、第１の電極１２の一端には、当該第１の電極１２と後述する電気配線引き出し手段との電気的接続をとるための第２の電極１６（パッド）が設けられている。
【００１９】
なお、一般にＣｄＴｅ或いはＣｄＺｎＴｅは脆く、また人体に有害な物質であることから、この複数の孔は、後述する特別な手法によって形成される。
【００２０】
第１の電極１２は、所定の形態にてアノード（陽極）とカソード（陰極）とに振り分けられる。振り分けられたアノードとカソード及びＣｄＴｅ（或いはＣｄＺｎＴｅ）の一部とで、センサ素子を形成する。
【００２１】
図２は、イメージセンサ１０の検出面の一部を拡大した上面図である。図２において、黒い孔はアノードに振り分けられた第１の電極１２を、白い孔はカソードに振り分けられた第１の電極１２をそれぞれ示す。すなわち、所定の第１の電極１２をアノードとした場合には、当該アノードとなる第１の電極１２と隣り合う第１の電極１２がカソードとなるように、アノードとカソードとを振り分けるようにする。図２に示したイメージセンサ１０では、一つのアノード１２０と、８つのカソードと、これらに囲まれたＣｄＴｅとからなるセンサ素子１４がマトリックス状に配列された構成となっている。
【００２２】
また、図２の点線１４は、アノード、カソード及びＣｄＴｅ（或いはＣｄＺｎＴｅ）の一部からなるセンサ素子１４を示している。各センサ素子１４において、アノード１２０とカソード１２２との間に電圧をかけて形成された空乏層に放射線が入射すると、その飛跡に沿って電子と正孔とが多数生成される。この正負の電荷を電気信号として取り出すことで、各センサ素子１４は、入射した放射線に基づく画像情報を発生する。
【００２３】
なお、センサ素子１４は、アノードとなる第１の電極１２と隣り合う第１の電極１２をカソードに割り当てた構成であればよく、図１及び図２に示したものに限定する趣旨ではない。例えば、次の様な変形例が考えられる。
【００２４】
図３は、イメージセンサ１０の変形例の検出面を示した上面図であり、図４は、図３に示したイメージセンサ１０の検出面の一部を拡大した上面図である。図３に示すように、センサ素子１４は、一つのアノード１２０に隣り合う４つのカソードを割り当てたものであってもよい。
【００２５】
次に、イメージセンサ１０が有するＩＣ基板１８について説明する。図５は、ＩＣ基板１８の概略構成を説明するための上面図である。図６は、図５丸内の拡大図である。
【００２６】
本配線層１９により、全てのアノード１２０は、独立に、全てのカソード１２２は結線され、外部への信号取り出し電極へつながっている。
【００２７】
ＩＣ基板１８は、各センサ素子１４が検出した信号を増幅するための複数のＩＣを実装した基板である。また、ＩＣ基板１８には、図示していない複数の耐放射線性を有するＩＣのそれぞれが有するフィリップチップパッド１８０（以下、「ＦＣパッド」と称する。）が、二次元マトリックス状に形成されている。当該ＦＣパッド１８０の位置は、上述した第１の電極１２及び第２の電極１６の位置と対応しており、フィリップチップ実装（以下、「ＦＣ実装」）は双方の位置を基準として実行される。また、ＦＣパッド１８０上には、後述するスタッドバンプ接続部が形成される。
【００２８】
なお、第１の電極１２のアノードとカソードとの割り振りは、本ＩＣ基板１８のＦＣパッド１８０によって実現される。
【００２９】
次に、ＣｄＴｅプレート１３とＩＣ基板１８との間に設けられる接続層２０について、図７乃至図９を参照しながら説明する。
【００３０】
図７は、図１に示したイメージセンサ１０のＡ−Ａに沿った断面図である。図８は、図７の第１の電極１２近傍の拡大図である。図９は、第１の電極１２から配線を引き出すためのスタッドバンプ接続部２２を説明するための図である。各図からわかるように、本接続層２０は、ＣｄＴｅプレート１３をＩＣ基板１８にＦＣ実装するためのスタッドバンプ接続部２２と、絶縁層２４とを有している。
【００３１】
スタッドバンプ接続部２２は、各ＩＣ基板１８上のＦＣパッド１８０上に形成されており、金等からなるＡｕスタッドバンプ２２０と、当該Ａｕスタッドバンプ２２０の先端に形成されたインジウム層２２１（図９参照）とを有している。Ａｕスタッドバンプ２２０は、ＦＣパッド１８０上に突出形状バンプを一段形成或いは二段以上積層形成したものである。このＡｕスタッドバンプ２２０は、センサ素子とＩＣとの間の通電、及びセンサ素子間リーク電流の低減化（特に、二段、三段と層数を増やした場合にリーク電流が大幅に低下する。）後述するＦＣ実装における接続誤差を吸収する役割を果たす。従って、その材料は、伝導性が良く比較的柔らかい金属であることが好ましい。そのため、本実施形態ではＡｕを使用しているが、同様の機能をもつものであれば、他の物質であってもよい。
【００３２】
インジウム層２２１は、Ａｕスタッドバンプ２２０の先端に設けられる薄膜層と電極１２に突入する部位からなる。当該インジウム層２２１は、製造段階では所定の高さで先細り形状に形成され、ＦＣ実装において第２の電極１６に圧接される（この圧接のため、図９においては、当該インジウム層２２１の一部はＣｄＴｅプレート１３の電極１２からなる孔に挿入される。）。インジウム層２２１は、センサ素子１４とＩＣとの間の確実な通電と、後述するＦＣ実装において必要とされる所定の高さを提供する役割を果たす。その材料としては、本実施形態ではＣｄＴｅ素子を使用していることから、融点が１００℃以下の半田材料であることが好ましく、例えばインジウムの他にビスマス等も使用できる。
【００３３】
図１０、図１１は、インジウム層２２１の形成方法を説明するための図である。図１０に示すように、図示していないＦＣボンダのヘッド側に設けられたＡｕスタッドバンプ２２０付きＩＣ基板１８を、Ｉｎがメッキされたステンレス基板１７に押しつける。当該押しつけは、所定のヘッド温度制御、所定のヘッド速度、所定の加重制御等の下に実行され、また、複数回繰り返す場合もある。所定の押しつけ時間の後、所定のヘッド温度制御、所定のヘッド速度、所定の加重制御等の下にヘッド引き上げを行うことで、Ａｕスタッドバンプ２２０先端へのＩｎ転写を完了する。
【００３４】
図１１は、当該ステップＳ２の工程において形成されたＡｕスタッドバンプ２２０先端に形成されたＩｎ層２２１を模式的に示した図である。図１１に示すように、ステップＳ２の段階におけるＩｎ層２２１は、先細りの形状と所定の高さを有している。また、Ａｕスタッドバンプ２２０の形状も図９に示したように潰れてはいない。スタッドバンプ部２２は、ＦＣ実装において、図１１に示したスタッドバンプ部２０を第２の電極１６に圧接することにより、図９に示した形態となる。
【００３５】
絶縁層２４は、アンダーフィルに形成される樹脂層であり、例えばエポキシ樹脂等によって形成される。絶縁層２４は、スタッドバンプ接続部２２及びインジウム層を埋没させ相互に電気的に絶縁し補強する役割を果たす。当該絶縁層２４により、各センサ素子１４とＩＣ基板１８との熱膨張係数の差により発生する熱応力は、スタッドバンプ接続部２２及びインジウム層に集中しない。
【００３６】
本イメージセンサ１０は、独立した画素を形成する各センサ素子１４がマトリックス状に配列されたセンサ素子アレイを有する。また、上記イメージセンサ１０の各々のセンサ素子１４は、独立に信号を取り出せる。従って、センサ素子アレイは、各画素毎、すなわち各センサ素子１４について個別に信号処理することが出来る。
【００３７】
本イメージセンサ１０によれば、センサ素子アレイにさらにセンサ素子を増設する場合、本センサ１０の場合、プレート１３を大型化して第１の電極１２の数を増やす、或いは、より直径の小さな第１の電極１２をより小さなピッチで多く形成することで、容易に高画素数のイメージセンサ１０を生成することができる。さらに、電荷収集に必要な電圧を変えることなく、イメージセンサ１０の厚さを増やすことで発生電荷を高効率に収集することができる。これらは、ガンマ線検出器としての効率を向上させるのに好適な性質である。
【００３８】
また、イメージセンサ１０の各センサ素子１４に電圧を印加した場合、アノードとカソードとの間にかかる電界は対数的なものとなる。このため、効率よく且つ確実に電子を収集することができる構造となり、その結果、分解能を向上させることができる。
【００３９】
本イメージセンサ１０においては、接続層２０、特にスタッドバンプ接続部２２及びＩｎ層２２１）によってセンサ素子アレイ１１とＩＣ基板１８とが積層的実装された三次元実装であることも特徴の一つであると言える。当該三次元的実装によるイメージセンサによれば、各センサ素子の下からＩＣ接続をとっているので、センサ素子数がさらに増えた場合であっても容易に信号引き出しを行うことができる。その結果、従来に比してさらに高画素数の画像を生成することができる。また、当該三次元的実装により、小型化されたイメージセンサも実現することが可能である。
【００４０】
なお、第１の電極１２からの電気配線の引き出しは、上述したバンプによる電気配線の引き出しのほか、配線基板、ケーブルによる直接引き出し等によっても可能である。なお、ケーブルによる直接引き出しの場合には、第２の電極１６は、必ずしも必要ではない。また、配線基板を使用する場合には、当該基板によって第１の電極１２をアノードとカソードとに割り振る構成とすることもできる。
【００４１】
（イメージセンサの製造方法）
次に、イメージセンサ１０の製造方法の概略について説明する。一般に、ＣｄＴｅ或いはＣｄＺｎＴｅは脆い半導体物質である。従って、例えば第１の電極１２に対応する複数の孔をドリル等によって形成する場合、チッピングやクラック等を発生することがある。このチッピングやクラックは、センサ素子１４の検出能力、或いはイメージセンサとしての機能そのものを低下させる原因となる。
【００４２】
また、ＣｄＴｅ或いはＣｄＺｎＴｅ及びその他の化合物半導体は人体に有害な物質である。特に、第１の電極１２に対応する複数の孔をドリル等によって形成する場合には、ＣｄＴｅ等の粉が空中に浮遊し、製造者が呼吸により吸い込む危険性がある。この危険性は、製造上の大きな障害となり、本イメージセンサ１０の量産化に影響を及ぼす原因となる。
【００４３】
本製造方法は、これらの問題点を解決するものであり、チッピング及びクラックの発生を防止でき、安全且つ量産可能なものである。
【００４４】
図１２は、イメージセンサ１０の製造方法の概略を示したフローチャートである。図１２において、まず所定サイズのＣｄＴｅプレートを、保護層で挟持する（ステップＳ１）。
【００４５】
ここで、保護層とは、ＣｄＴｅプレートの上側及び下側に所定の厚さにて設置される各層であり、第１の電極１２に対応する複数の孔形成において、ＣｄＴｅプレートにチッピング及びクラックの発生を防止する機能を有する。その素材は、ＣｄＴの硬度に近い高度を有する物質（例えば、ＣｄＴｅの高度をｘとすれば、ｘ±０．３ｘ程度の高度を有する物質）、或いは、ＣｄＴｅそのものとすることが好ましい。これらの素材、によって形成された保護層により、ＣｄＴｅプレートを例えばクリップ挟持又は接着し固定する。
【００４６】
次に、保護層が形成されたＣｄＴｅプレートを水の中に入れ、所定サイズのドリルによって第１の電極１２に対応した所定サイズの孔を複数形成する（ステップＳ２）。ここで、ＣｄＴｅプレートを水の中に入れるのは、ドリルによる穴空けにより有害物質であるＣｄＴｅ等の粉が飛ばないようにするためである。この粉状のＣｄＴｅ等の浮遊防止に使用する液体は、水には限定されず、ＣｄＴｅ等と化学反応を起こさないものであれば何でもよい。例えば、アルコールであっても、同様の目的を果たすことができる。なお、本実施形態で水を使用したのは、コスト削減の観点からである。
【００４７】
次に、保護層をＣｄＴｅプレートから除去する（ステップＳ３）。
【００４８】
次に、孔の中をメタライズし、孔型の第１の電極１２を形成する（ステップＳ４）。メタライズの手法としては、例えばメッキやスパッタ、蒸着法等を採用することができる。
【００４９】
最後に、必要に応じて銀ペースト等の塗布や電極１２と同一手法（メッキやスパッタ、蒸着法等）により、第１の電極１２の一端に第２の電極１６を形成し（ステップＳ５）、ＣｄＴｅプレート１３を得ることができる。
【００５０】
発明者らの実験では、当該保護層の厚さは、ステップＳ１において、上側と下側共にＣｄＴｅプレートの厚さの半分以上であれば特に良好な結果を得ることができた。また、本製造方法のステップＳ２において、直径５０ミクロンのドリルにより１００ミクロンのピッチで孔を形成した場合であっても、チッピング及びクラックは発生せず良好なイメージセンサ１０を製造することができた。
【００５１】
以上述べた製造方法によれば、素材として脆く人体に有害なＣｄＴｅ或いはＣｄＺｎＴｅ、ＧａＡｓ、ＨｇＩ ２ その他の化合物半導体であっても、チッピング及びクラックの発生を防止でき、安全且つ容易に製造することが可能である。
【００５２】
（第２の実施形態）
第２の実施形態では、複数の第１の実施形態に係るイメージセンサ１０を積層した構造を有するイメージセンサ部（三次元的イメージセンサ）３０について説明する。このイメージセンサ部３０は、検出する放射線の入射角を把握することができるものであり、入射γ線のエネルギーが大きい場合には、さらに積層数（段数）を増やすことで対応することができる。例えば、天体から輻射されるＸ線等の入射角の把握が重要である宇宙物理学等の分野に特に実益がある。又、医学や工学分野においても、放射線が出た空間位置をイメージとして検出することができる。
【００５３】
図１３は、イメージセンサ部３０を具備する放射線カメラモジュールの外観図を示している。図１４は、イメージセンサ部３０の構成とその機能を説明するための模式図である。
【００５４】
図１３において、放射線カメラモジュールは、イメージセンサ部３０、プリアンプ部３２、サンプリングアンプ部３４を具備している。
【００５５】
イメージセンサ部３０は、図１４に示すように、第１の実施形態に係るイメージセンサ１０を複数個積層し、それぞれのイメージセンサ１０が検出した信号を独立に読み出す構成を有している。このイメージセンサ部３０が有するイメージセンサ１０には、図１５及び図１６に示すように、これらのイメージセンサ１０の間には、全てのセンサ素子１４の検出信号を、外部への信号取り出し電極１９０へ読み出すためのポリイミド或いはエポキシ等からなる薄い配線層１９が形成されている。また、図１７はイメージセンサ１０の断面図、図１８は、ＣｄＴｅプレート１３と配線層１９との接続部の拡大図である。また、図１９は、スタッドバンプ接続部２２の拡大図である。図１８、図１９及び図１６（点線部）で示すように、各検出素子１８０によって検出された信号は、信号取り出し配線１９１によって信号取り出し電極１９０へ取り出され、後段のプリアンプ部３２へと送り出される。
【００５６】
プリアンプ部３２は、サンプリングアンプ部３４の前段に設けられる増幅器であり、イメージセンサ部３０が検出した検出信号を増幅し、雑音の混入やＳ／Ｎ比の低下を防止する。
【００５７】
サンプリングアンプ部３４は主増幅器であり、プリアンプ部３２から入力した検出信号の標本化・増幅、トリガーの生成、サンプルホールド等の信号処理を行う。
【００５８】
例えば１０２２ｋｅＶ以上のγ線は、本三次元的イメージセンサ部３０によって、コンプトン散乱のため次の様な電子ホール対生成によって検出される。例えば、宇宙線（γ線）が図１４に示す様な方向からイメージセンサ部３０に入射し、イメージセンサ３０１内で電子ホール対に変換されたとする。このとき、各イメージセンサ３０１、３０２、３０３においては、電子・陽電子が通過する際の信号が検出され、センサ素子１４に検出されることになる。従って、各イメージセンサ３０１、３０２、３０３における検出位置をたどれば、宇宙線の入射方向を高い精度で把握することができる。また、イメージセンサ部３０は、従来のイメージセンサの様に一定の入射方向を制限するためのコリメータを必要としないので、あらゆる方向から入射する放射線にも対応することができる。
【００５９】
以上、本発明を実施形態に基づき説明したが、本発明の思想の範疇において、当業者であれば、各種の変更例及び修正例に想到し得るものであり、それら変形例及び修正例についても本発明の範囲に属するものと了解される。例えば、図１や図３に示した形態に限定されす、例えばセンサ素子１４は、その形状を正六角形とし、当該正六角形の対角線の交点に存在する一つのアノードに、各頂点位置に設けられた６つのカソードからなる構成としてもよい。
【００６０】
また、上記実施形態には種々の段階の発明が含まれており、開示される複数の構成要件における適宜な組合わせにより種々の発明が抽出され得る。例えば、実施形態に示される全構成要件から幾つかの構成要件が削除されても、発明が解決しようとする課題の欄で述べた課題が解決でき、発明の効果の欄で述べられている効果の少なくとも１つが得られる場合には、この構成要件が削除された構成が発明として抽出され得る。
【００６１】
【発明の効果】
以上本発明によれば、硬Ｘ線エネルギー帯であっても、高感度・高分解能で検出可能なイメージセンサ及びその製造方法を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１（ａ）は、第１の実施形態に係るイメージセンサ１０の検出面を示した上面図である。
【図２】図２は、第１の実施形態に係るイメージセンサ１０の検出面の一部を拡大した上面図である。
【図３】図３は、第１の実施形態に係るイメージセンサ１０の変形例の検出面を示した上面図である。
【図４】図４は、図３に示したイメージセンサ１０の検出面の一部を拡大した上面図である。
【図５】図５は、配線層１９の概略構成を説明するための上面図である。図６は、図５丸内の拡大図である。
【図６】図６は、図５の第１の電極１２近傍の拡大図である。（＊形式的制限より、加筆部を本文中Ｐ７に移動。）
【図７】図７は、図１のＡ−Ａに沿ったイメージセンサ１０の断面図である。
【図８】図８は、図７に示した断面図のＣｄＴｅプレート１３と配線層１９との接続部の拡大図である。
【図９】図９は、接続層２０が有するスタッドバンプ接続部２２の拡大図である。
【図１０】図１０は、インジウム層の形成方法を説明するための図である。
【図１１】図１１は、インジウム層の形成方法を説明するための図である。
【図１２】図１２は、イメージセンサ１０の製造方法の概略を示したフローチャートである。
【図１３】図１３は、イメージセンサ部３０を具備する放射線カメラモジュールの外観図を示している。
【図１４】図１４は、イメージセンサ部３０の構成とその機能を説明するための模式図である。
【図１５】図１５は、第２の実施形態に係るイメージセンサ１０の検出面を示した上面図である。
【図１６】図１６は、第２の実施形態に係るイメージセンサ１０の検出面の一部を拡大した上面図である。
【図１７】図１７は、第２の実施形態に係るイメージセンサ１０の断面図である。
【図１８】図１８は、第２の実施形態に係るイメージセンサ１０のＣｄＴｅプレート１３と配線層１９との接続部の拡大図である。
【図１９】図１９は、第２の実施形態に係るイメージセンサ１０のスタッドバンプ接続部２２の拡大図である。
【図２０】図２０は、（ａ）、（ｂ）は、従来のイメージセンサの構成を説明するための図である。
【符号の説明】
１０、３０、３０１、３０２、３０３…イメージセンサ
１１…センサ素子アレイ
１２…第１の電極
１３…半導体プレート
１４…センサ素子
１６…第２の電極
１７…ステンレス基板
１８…ＩＣ基板
１９…配線層（多層配線フィルム）
２０…接続層
２２…スタッドバンプ接続部
２４…絶縁層
３０…イメージセンサ部
３２…プリアンプ部
３４…サンプリングアンプ部
８０…イメージセンサ
８１…検出素子
８３…ワイヤボンディング
８４…増幅ＩＣ
８５、８６…電極
１２０…アノード
１２２…カソード
１３１…インジウム層
１８０…フィリップチップパッド
１９０…信号取り出し電極
１９１…信号取り出し配線
２２０…Ａｕスタッドバンプ
２２１…インジウム層
３０４…配線用セラミック等フレーム
Claims (14)
- 半導体からなるプレートと、
前記プレート上の第１の方向及び第２の方向に沿って所定の間隔で前記プレートの厚さ方向に貫通して形成された複数の孔型電極と、
前記孔型電極のそれぞれに電圧を供給する手段であって、隣り合うことのない所定の複数の前記孔型電極をアノードとした場合に、当該複数のアノードと隣り合う各孔型電極をカソードとして電圧を供給する電圧供給手段と、
を具備するイメージセンサであって、
前記アノードと、前記複数のカソードと、当該アノードと当該複数のカソードとの間に存在する前記半導体と、からなる複数のセンサ素子がマトリックス状に配列されたセンサ素子アレイが形成されていること、
を特徴とするイメージセンサ。 - 前記各センサ素子は、一個のアノードと、等間隔に配列され且つ前記アノードから等距離に配列された複数のカソードと、を有すること特徴とする請求項１記載のイメージセンサ。
- 前記各センサ素子は、四個のカソードを有することを特徴とする請求項２記載のイメージセンサ。
- 前記各センサ素子は、六個のカソードを有することを特徴とする請求項２記載のイメージセンサ。
- 前記各センサ素子は、一個のアノードと、八個のカソードとを有することを特徴とする請求項１記載のイメージセンサ。
- 前記センサ素子アレイを積層し、前記複数のセンサ素子のいずれかに入射した放射線に基づく電気信号を増幅するための複数のＩＣが設けられたＩＣ基板と、前記センサ素子アレイと前記ＩＣ基板との間に設けられ、前記各センサ素子の電極と前記各ＩＣの電極とを電気的に接続する接続層と、
を具備することを特徴とする請求項１記載のイメージセンサ。 - 前記接続層は、前記各ＩＣの電極上に形成された複数のスタッドバンプと、
前記各スタッドバンプの先端に形成され、前記各センサ素子の電極と電気的に接続された複数の薄膜層と、を有すること、
を特徴とする請求６記載のイメージセンサ。 - 前記接続層は、前記各ＩＣの電極上に少なくとも二段のスタッドバンプが積層形成された複数のバンプ接続手段と、
前記各バンプ接続手段の先端に形成され、前記各センサ素子の電極と電気的に接続される複数の薄膜層と、を有すること、
を特徴とする請求項６記載のイメージセンサ。 - 前記接続層は、前記各スタッドバンプ及び前記各薄膜層を埋没させる絶縁層を有することを特徴とする請求項７又は８記載のイメージセンサ。
- 前記各スタッドバンプは金からなり、前記各薄膜層はインジウムからなることを特徴とする請求項７又は８記載のイメージセンサ。
- 前記半導体は、ＣｄＴｅ、ＣｄＺｎＴｅ、ＧａＡｓ或いはＨｇＩ ２ の化合物半導体であることを特徴とする請求項１記載のイメージセンサ。
- 半導体プレートを上側層及び下側層によって挟持するステップと、
所定の液体中において、所定サイズのドリルにより、前記上側層及び前記下側層とともに前記半導体プレートに所定の間隔で複数の孔を形成するステップと、
前記上側層及び前記下側層を前記半導体プレートから除去するステップと、
前記複数の孔をメタライズし、複数の孔型電極を形成するステップと、
前記複数の孔型電極のうち隣り合うことのない所定の孔型電極をアノードとし、当該アノードと隣り合う各孔型電極をカソードとして電圧を印加するための電気配線を形成するステップと、
を具備することを特徴とするイメージセンサ製造方法。 - 前記電気配線を形成するステップは、
第１の基板に設けられた所定数のＩＣチップの各電極パッドにスタッドバンプを形成するステップと、
第２の基板にインジウムをメッキするステップと、
前記第２の基板にメッキされたインジウムを前記各スタッドバンプの先端に転写して複数の薄膜層を形成するステップと、
前記各薄膜層と前記各孔型電極とを接続することで、前記アノードと、前記複数のカソードと、当該アノードと当該複数のカソードとの間に存在する前記半導体と、からなる複数のセンサ素子がマトリックス状に配列されたセンサ素子アレイを前記第１の基板の各ＩＣにフィリップチップ実装するステップと、
前記第１の基板と前記センサ素子アレイとの間に絶縁樹脂を注入し硬化させるステップと、
を有することを特徴とする請求項１２記載のイメージセンサ製造方法。 - 複数のイメージセンサ装置を積層した積層イメージセンサ装置であって、
各イメージセンサ装置は、半導体からなるプレートと、前記プレート上の第１の方向及び第２の方向に沿って所定の間隔で前記プレートの厚さ方向に貫通して形成された複数の孔型電極と、前記孔型電極のそれぞれに電圧を供給する手段であって、隣り合うことのない所定の複数の前記孔型電極をアノードとした場合に、当該複数のアノードと隣り合う各孔型電極をカソードとして電圧を供給する電圧供給手段と、を有するイメージセンサであって、前記アノードと、前記複数のカソードと、当該アノードと当該複数のカソードとの間に存在する前記半導体と、からなる複数のセンサ素子がマトリックス状に配列されたセンサ素子アレイが形成されているイメージセンサと、
前記各センサ素子の電極と増幅装置の電極とを電気的に接続する接続手段と、
を具備すること、
を特徴とする積層イメージセンサ装置。
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