JP6281268B2 - Radiation detector using gas amplification - Google Patents
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Description
本発明は、ピクセル型電極によるガス増幅を用いた放射線検出器に関する。 The present invention relates to a radiation detector using gas amplification by a pixel-type electrode.
ガス増幅を利用した放射線検出器として、従来、ピクセル型の放射線検出器が用いられてきた。この放射線検出器は、例えば両面プリント基板の表面にストリップ状陰極電極が形成されるとともに、裏面に陽極ストリップが形成され、ストリップ状陰極電極には、一定間隔に開口部が形成されるとともに、開口部の中心には背面の陽極ストリップと接続されている円柱状陽極電極、すなわちピクセル電極が形成されたような構成を採っている。 Conventionally, a pixel type radiation detector has been used as a radiation detector utilizing gas amplification. In this radiation detector, for example, a strip-like cathode electrode is formed on the surface of a double-sided printed circuit board, an anode strip is formed on the back surface, and openings are formed at regular intervals in the strip-like cathode electrode. A cylindrical anode electrode connected to the rear anode strip, that is, a pixel electrode is formed at the center of the portion.
なお、上記放射線検出器は、例えばHeとメタンとの混合ガス中に配置される。また、上記ピクセル電極には例えば+600Vの電圧が印加されている。 In addition, the said radiation detector is arrange | positioned, for example in the mixed gas of He and methane. In addition, a voltage of +600 V, for example, is applied to the pixel electrode.
上記放射線検出器においては、所定の放射線が前記検出器内に入射すると、前記ガスが電離して電子を生成し、この電子は、上記ストリップ状陰極電極と上記ピクセル電極との間に印加された大電圧、及び上記ピクセル電極の点電極としての形態(形状異方性)に起因して生成される強力な電場によって、電子雪崩増幅を引き起こす。一方、前記電子雪崩増幅によって生じた正イオンは、周囲の前記ストリップ状陰極電極に向けてドリフトする。 In the radiation detector, when predetermined radiation is incident on the detector, the gas is ionized to generate electrons, and the electrons are applied between the strip-like cathode electrode and the pixel electrode. Electron avalanche amplification is caused by a large electric field and a strong electric field generated due to the shape (shape anisotropy) of the pixel electrode as a point electrode. On the other hand, positive ions generated by the electron avalanche amplification drift toward the surrounding strip-like cathode electrode.
この結果、対象となるストリップ状陰極電極及びピクセル電極に、それぞれ正孔と電子とがチャージされる。したがって、このようにして電荷が生成されたストリップ状陰極電極及びピクセル電極の位置を検出することによって、放射線の検出器における入射位置を特定することができ、放射線の検出が可能となる(特許文献1)。 As a result, holes and electrons are charged to the target strip-like cathode electrode and pixel electrode, respectively. Therefore, by detecting the positions of the strip-like cathode electrode and pixel electrode in which charges are generated in this way, the incident position in the radiation detector can be specified, and radiation can be detected (Patent Document). 1).
上述した放射線検出器では、ピクセル電極に印加する電圧を大きくすると、生成される電場の強度も増大し、上述した電子雪崩増幅が顕著になるので、ストリップ状陰極電極及びピクセル電極に生成される電荷量が増大して、放射線の感度(ガス増幅率)が向上する。一方、ピクセル電極に印加する電圧を大きくすると、ピクセル電極の形状や雰囲気中の異物に起因した異常放電によって、ピクセル電極を破損してしまう場合がある。また、ピクセル電極に印加する電圧を小さくすると、上述した異常放電は減少するが、上述した電子雪崩増幅の度合いも小さくなり、放射線の検出感度が低下してしまう。 In the above-described radiation detector, when the voltage applied to the pixel electrode is increased, the intensity of the generated electric field also increases, and the above-described electron avalanche amplification becomes significant. Therefore, the charges generated in the strip-like cathode electrode and the pixel electrode are increased. The amount is increased and the sensitivity (gas amplification factor) of radiation is improved. On the other hand, when the voltage applied to the pixel electrode is increased, the pixel electrode may be damaged due to abnormal discharge caused by the shape of the pixel electrode or foreign matter in the atmosphere. Further, when the voltage applied to the pixel electrode is reduced, the above-described abnormal discharge is reduced, but the degree of the above-mentioned electronic avalanche amplification is also reduced, and the radiation detection sensitivity is lowered.
かかる観点より、ピクセル電極に印加する電圧の大きくする代わりに、ピクセル電極を狭小化して、生成する電場の強度を向上させることが試みられている。しかしながら、ピクセル電極はプリント基板内に形成した貫通孔内にビアフィルメッキによって形成するため、ピクセル電極を狭小化するためには、前記貫通孔も狭小化する必要がある。一方、貫通孔を狭小化すると、前記貫通孔内に均一にビアフィルメッキを行うことができず、均一なピクセル電極を形成できずに、前記ピクセル電極において異常放電や絶縁破壊や感度ばらつき(低感度のピクセルが増える恐れ)などの問題が生じる。したがって、前記ピクセル電極の狭小化は、その製造方法に依存して自ずと制限されてしまう(特許文献2)。 From such a point of view, instead of increasing the voltage applied to the pixel electrode, attempts have been made to narrow the pixel electrode and improve the strength of the generated electric field. However, since the pixel electrode is formed by via fill plating in the through hole formed in the printed circuit board, it is necessary to narrow the through hole in order to narrow the pixel electrode. On the other hand, if the through hole is narrowed, the via fill plating cannot be performed uniformly in the through hole, and a uniform pixel electrode cannot be formed. This may cause problems such as an increase in sensitivity pixels. Therefore, the narrowing of the pixel electrode is naturally limited depending on the manufacturing method (Patent Document 2).
同様に、ピクセル電極に印加する電圧を大きくする代わりに、放射線検出器にGEM(Gas Electron Multiplier;ガス電子増幅器)を取り付けることも試みられているが、GEMの煩雑な設置に起因した増幅のばらつきが発生してしまい、安定的に放射線検出を行うことができないという問題もあった。 Similarly, instead of increasing the voltage applied to the pixel electrode, it has been attempted to attach a GEM (Gas Electron Multiplier) to the radiation detector. There is also a problem that radiation cannot be stably detected.
この結果、現状では、上記ピクセル型の放射線検出器の感度(ガス増幅率)を十分に向上させることができないという問題があった。 As a result, there is a problem that the sensitivity (gas amplification factor) of the pixel-type radiation detector cannot be sufficiently improved at present.
本発明は、十分高い感度(ガス増幅率)を有するピクセル型電極によるガス増幅を用いた放射線検出器、及びその製造方法を提供することを目的とする。 An object of this invention is to provide the radiation detector using the gas amplification by the pixel-type electrode which has sufficiently high sensitivity (gas amplification factor), and its manufacturing method.
上記目的を達成すべく、本発明は、
表面に酸化膜が形成された半導体基材の第1の面上に形成されるとともに、円形状の複数の開口部を有する第1の電極パターンと、
前記半導体基材の前記第1の面と相対向する第2の面上に形成されるとともに、前記絶縁部材の前記第2の面から前記第1の面に向けて形成された複数の貫通孔内それぞれに形成された複数のビア導体層を有する第2の電極パターンとを具え、
前記複数のビア導体層の上端部それぞれが前記第1の電極パターンの前記複数の開口部の中心部に露出していることを特徴とする、ガス増幅を用いた放射線検出器に関する。
In order to achieve the above object, the present invention provides:
A first electrode pattern formed on a first surface of a semiconductor substrate having an oxide film formed on the surface and having a plurality of circular openings;
A plurality of through holes formed on the second surface opposite to the first surface of the semiconductor substrate and formed from the second surface of the insulating member toward the first surface A second electrode pattern having a plurality of via conductor layers formed in each of them,
The present invention relates to a radiation detector using gas amplification, wherein upper end portions of the plurality of via conductor layers are exposed at central portions of the plurality of openings of the first electrode pattern.
本発明者らは、上記目的を達成すべく鋭意検討を実施した。その結果、従来のピクセル型放射線検出器の感度(ガス増幅率)を十分に向上させることが出来ない原因が、ピクセル電極を構成する上記第2の電極パターンにおけるビア導体層を、放射線検出器を構成する絶縁部材に対して貫通孔を形成した後、この貫通孔内にビアフィルメッキによって形成していることが原因であることを見出した。 The inventors of the present invention have intensively studied to achieve the above object. As a result, the reason why the sensitivity (gas amplification factor) of the conventional pixel type radiation detector cannot be sufficiently improved is that the via conductor layer in the second electrode pattern constituting the pixel electrode is replaced with the radiation detector. After forming a through-hole with respect to the insulating member to comprise, it discovered that it was because it formed in this through-hole by via fill plating.
一般的に絶縁部材にフィルドビアを形成する場合、高アスペクトにするほど貫通孔の内壁面が平滑ではなくなり、凹凸が生じるようになる。このため、ビアフィルメッキを行うと、得られたフィルドビア中に空隙が発生したり、フィルドビアの不着等の不具合が生じたりし易く、均一なピクセル電極を形成できない。したがって、高アスペクト比の貫通孔を形成することができず、絶縁部材の厚さも相対的に低下してしまっていた。 Generally, when a filled via is formed in an insulating member, the inner wall surface of the through hole becomes less smooth and uneven as the aspect ratio becomes higher. For this reason, when via fill plating is performed, voids are easily generated in the obtained filled vias, and defects such as non-attachment of filled vias are likely to occur, and a uniform pixel electrode cannot be formed. Therefore, a through hole having a high aspect ratio cannot be formed, and the thickness of the insulating member is relatively reduced.
その結果、相対向する面に形成された第1の電極パターン及び第2の電極パターンの距離が必然的に近接してしまい、ピクセル電極、すなわち第1の電極パターン及び第2の電極パターン間に電圧を印加した際に、絶縁部材の第1の面及び第2の面上に形成された第1の電極パターン及び第2の電極パターン間にも上記絶縁部材を介して電界(電気力線)が生成されることになり、上記電圧に基づく電界(電気力線)が、ピクセル電極と、このピクセル電極が位置する開口部の外周縁に存在する第1の電極パターンとの間に集中しないことが原因であることを見出した。 As a result, the distance between the first electrode pattern and the second electrode pattern formed on the opposing surfaces is necessarily close, and the pixel electrode, that is, between the first electrode pattern and the second electrode pattern. When a voltage is applied, an electric field (lines of electric force) is also generated between the first electrode pattern and the second electrode pattern formed on the first surface and the second surface of the insulating member via the insulating member. The electric field (electric field lines) based on the voltage is not concentrated between the pixel electrode and the first electrode pattern existing on the outer peripheral edge of the opening where the pixel electrode is located. I found out that is the cause.
したがって、本発明では、放射線検出器を構成する基材として絶縁部材に代えて半導体基材を用い、この半導体基材の表面に酸化膜を形成した後に、いわゆるTSV(through silicon via)技術を用いて当該半導体基材に貫通孔を形成するようにしている。そして、当該貫通孔内にめっき処理を行うことにより、上記貫通孔内にビア導体層を形成するようにしている。 Therefore, in the present invention, a semiconductor substrate is used instead of an insulating member as a substrate constituting the radiation detector, and after forming an oxide film on the surface of the semiconductor substrate, a so-called TSV (through silicon via) technique is used. Through holes are formed in the semiconductor substrate. A via conductor layer is formed in the through hole by performing a plating process in the through hole.
TSV技術によれば、内壁面が平滑となるようにして貫通孔を形成することができる。したがって、得られたビア導体層中に空隙が発生したり、ビア導体層の不着等の不具合が生じたりし難く、均一なピクセル電極を形成できるようになる。この結果、高アスペクト比の貫通孔を形成することができ、放射線検出器を構成する、表面に酸化膜が形成されてなる半導体基材の厚さを十分に大きくすることができる。 According to the TSV technique, the through hole can be formed so that the inner wall surface is smooth. Therefore, voids are not generated in the obtained via conductor layer, and defects such as non-attachment of the via conductor layer are unlikely to occur, and a uniform pixel electrode can be formed. As a result, a through-hole with a high aspect ratio can be formed, and the thickness of the semiconductor substrate constituting the radiation detector and having the oxide film formed on the surface can be sufficiently increased.
この結果、半導体基材の両面に形成する第1の電極パターン及び第2の電極パターン間の距離を十分に大きくすることができる。したがって、第1の電極パターン及び第2の電極パターン間に電圧を印加した際に、第1の電極パターン及び第2の電極パターン間に生成される電界(電気力線)を抑制することができ、上記電圧に基づく電界(電気力線)を、ビア導体層の上端部から構成されるピクセル電極と、このピクセル電極が位置する開口部の外周縁に存在する第1の電極パターンとの間に集中させることができる。このため、GEM(Gas Electron Multiplier;ガス電子増幅器)などを用いることによる装置の煩雑化を抑制した状態で、上記放射線検出器の感度(ガス増幅率)を向上させることができるようになる。 As a result, the distance between the first electrode pattern and the second electrode pattern formed on both surfaces of the semiconductor substrate can be sufficiently increased. Therefore, when a voltage is applied between the first electrode pattern and the second electrode pattern, an electric field (lines of electric force) generated between the first electrode pattern and the second electrode pattern can be suppressed. The electric field (electric field lines) based on the voltage is applied between the pixel electrode constituted by the upper end portion of the via conductor layer and the first electrode pattern existing on the outer periphery of the opening where the pixel electrode is located Can concentrate. For this reason, the sensitivity (gas amplification factor) of the radiation detector can be improved in a state in which complication of the apparatus due to the use of GEM (Gas Electron Multiplier) is suppressed.
また、本発明では、放射性検出器の基材として半導体を用いているので放射線の透過率が高く、例えば放射線検出器の周囲にETCC(Electron Tracking Compton Camera)を配設することによって、散乱ガンマ線の検出を行うことができる。したがって、散乱ガンマ線の検出を3次元的に行うことができるようになり、当該散乱ガンマ線の飛跡をモニタリングすることができる。 In the present invention, since a semiconductor is used as the base material of the radioactive detector, the radiation transmittance is high. For example, by arranging an ETCC (Electron Tracking Compton Camera) around the radiation detector, Detection can be performed. Accordingly, the scattered gamma rays can be detected three-dimensionally, and the tracks of the scattered gamma rays can be monitored.
なお、上述のように、半導体基材の厚さを増大させることができ、TSV技術によって平滑な内壁面の貫通孔が形成できることの結果として、当該貫通孔のアスペクト比は2以上、さらには8以上とすることができる。 As described above, the thickness of the semiconductor substrate can be increased, and as a result of the formation of a smooth inner wall surface through-hole by the TSV technique, the aspect ratio of the through-hole is 2 or more, and further 8 This can be done.
本発明の一例において、ビア導体層の長さ方向における中心部を中空とすることができる。また、本発明の一例において、ビア導体層は、貫通孔を埋設するように形成することができる。本発明では、このようないずれの形態においても、上述した作用効果を得ることができる。 In an example of the present invention, the central portion in the length direction of the via conductor layer can be hollow. In one example of the present invention, the via conductor layer can be formed so as to bury the through hole. In the present invention, the above-described effects can be obtained in any of these forms.
また、本発明の一例において、ビア導体層の上端部の高さを、前記半導体基材の前記第1の面の水平レベルと等しくすることができる。この場合、ビア導体層の上端部の幅(径)を貫通孔の径と実質的に等しくできる。すなわち、ビア導体層の上端部の幅(径)を狭窄することができるので、第1の電極パターン及び第2の電極パターン間に電圧を印加した際に、ビア導体層の上端部から構成されるピクセル電極と、このピクセル電極が位置する開口部の外周縁に存在する第1の電極パターンとの間に上記電圧に基づく電界(電気力線)をより集中させることができ、本発明の放射線検出器の感度をより向上させることができる。 In one example of the present invention, the height of the upper end portion of the via conductor layer can be made equal to the horizontal level of the first surface of the semiconductor substrate. In this case, the width (diameter) of the upper end portion of the via conductor layer can be made substantially equal to the diameter of the through hole. That is, since the width (diameter) of the upper end portion of the via conductor layer can be narrowed, it is configured from the upper end portion of the via conductor layer when a voltage is applied between the first electrode pattern and the second electrode pattern. The electric field (electric lines of force) based on the voltage can be more concentrated between the pixel electrode and the first electrode pattern existing on the outer peripheral edge of the opening where the pixel electrode is located. The sensitivity of the detector can be further improved.
また、本発明の一例において、第1の電極パターンと、半導体基材の第1の面との間に絶縁性樹脂層を配設することができる。半導体基材の表面に形成した酸化膜は絶縁性が低く、第1の電極パターン及び第2の電極パターン間に印加する電圧にも依存するが、例えば数nA〜数十nAのリーク電流が発生したり、また、酸化膜とビア導体層の上端部との間で放電が発生して酸化膜にクラックを形成させたりしてしまう場合がある。その結果、上記電圧に基づく電界が、ビア導体層の上端部から構成されるピクセル電極と、このピクセル電極が位置する開口部の外周縁に存在する第1の電極パターンとの間に集中させることができず、本発明の放射線検出器の感度が低下するなどの問題が生じる場合がある。 In one example of the present invention, an insulating resin layer can be disposed between the first electrode pattern and the first surface of the semiconductor substrate. The oxide film formed on the surface of the semiconductor substrate has low insulation, and a leak current of, for example, several nA to several tens of nA is generated, depending on the voltage applied between the first electrode pattern and the second electrode pattern. In addition, a discharge may occur between the oxide film and the upper end portion of the via conductor layer, and a crack may be formed in the oxide film. As a result, the electric field based on the voltage is concentrated between the pixel electrode formed from the upper end portion of the via conductor layer and the first electrode pattern existing on the outer peripheral edge of the opening where the pixel electrode is located. In some cases, the sensitivity of the radiation detector of the present invention is lowered.
しかしながら、上述のように、第1の電極パターンと、前記半導体基材の前記第1の面との間に絶縁性樹脂層を配設することにより、酸化膜が絶縁性樹脂層で覆われるようになるので、当該酸化膜の露出の割合が減少する。したがって、上述したリーク電流の問題などを回避することができ、本発明の放射線検出器の感度を向上させることができる。 However, as described above, by disposing the insulating resin layer between the first electrode pattern and the first surface of the semiconductor substrate, the oxide film is covered with the insulating resin layer. Therefore, the exposure ratio of the oxide film is reduced. Therefore, the above-described problem of leakage current can be avoided, and the sensitivity of the radiation detector of the present invention can be improved.
なお、絶縁性樹脂層は、複数の貫通孔それぞれにビア導体層を埋設するように形成した状態において、複数の貫通孔それぞれの内部にまで延在するようにして配設することができる。この場合、複数の貫通孔内を埋設するようにして複数のビア導体層を形成した場合において、絶縁性樹脂層の端部が複数の貫通孔の内部に存在しているので、当該絶縁性樹脂層は複数のビア導体層それぞれの上端部を狭窄するようになる。したがって、第1の電極パターン及び第2の電極パターン間に電圧を印加した際に、ビア導体層の上端部から構成されるピクセル電極と、このピクセル電極が位置する開口部の外周縁に存在する第1の電極パターンとの間に上記電圧に基づく電界(電気力線)を集中させることができ、本発明の放射線検出器の感度を向上させることができる。 The insulating resin layer can be disposed so as to extend to the inside of each of the plurality of through holes in a state where the via conductor layer is embedded in each of the plurality of through holes. In this case, when the plurality of via conductor layers are formed so as to be embedded in the plurality of through holes, the end portions of the insulating resin layer exist inside the plurality of through holes. The layer narrows the upper end of each of the plurality of via conductor layers. Therefore, when a voltage is applied between the first electrode pattern and the second electrode pattern, the pixel electrode formed from the upper end portion of the via conductor layer and the outer peripheral edge of the opening where the pixel electrode is located exist. The electric field (electric field lines) based on the voltage can be concentrated between the first electrode pattern and the sensitivity of the radiation detector of the present invention can be improved.
本発明の“中心部”とは、製造上の誤差等に起因して、ビア導体層の上端部が第1の電極パターンの開口部の中心部に位置せず、許容される製造誤差の範囲内で上記中心部からずれている場合をも含むものである。 The “center portion” of the present invention refers to an allowable range of manufacturing error because the upper end portion of the via conductor layer is not positioned at the center portion of the opening of the first electrode pattern due to a manufacturing error or the like. It also includes the case where it deviates from the central part.
以上説明したように、本発明によれば、十分高い感度(ガス増幅率)を有するピクセル型電極によるガス増幅を用いた放射線検出器、及びその製造方法を提供することができる。 As described above, according to the present invention, it is possible to provide a radiation detector using gas amplification by a pixel electrode having sufficiently high sensitivity (gas amplification factor), and a method for manufacturing the same.
以下、本発明の特徴及びその他の利点について、発明を実施するための形態に基づいて説明する。 Hereinafter, the features and other advantages of the present invention will be described based on embodiments for carrying out the invention.
(第1の実施形態)
図1は、本実施形態のガス増幅を利用した放射線検出器の概略構成を示す斜視図であり、図2は、図1に示す放射線検出器のピクセル電極周辺部分を拡大して示す断面図である。
(First embodiment)
FIG. 1 is a perspective view showing a schematic configuration of a radiation detector using gas amplification according to the present embodiment, and FIG. is there.
図1に示すように、本実施形態のガス増幅を利用した放射線検出器10は、検出パネル1と、この検出パネル11の上方において相対向するようにして設けられた電極板12とを含んでいる。
As shown in FIG. 1, a
図1及び図2に示すように、検出パネル11は、表面に酸化膜111Cを有する半導体基材111の主面111A上に形成された、円形状の複数の開口部112Aを有する第1の電極パターン112と、半導体基材111の裏面111B上に形成された第2の電極パターン113とを含んでいる。第2の電極パターン113は、半導体基材111を裏面111Bから主面111Aに向けて形成された貫通孔111Hの内壁面に形成されたビア導体層114を有しており、このビア導体層114の上端部114Aが、第1の電極パターン112の開口部112Aの中心部に露出している。
As shown in FIGS. 1 and 2, the
なお、ビア導体層114の上端部114Aは貫通孔111Hから半導体基材111の主面111A上に延在しており、ピクセル電極を構成する。半導体基材111は汎用の半導体から構成することができる。
The
また、本実施形態の“中心部”は、製造上の誤差等に起因して、ビア導体層114の上端部114Aが第1の電極パターン112の開口部112Aの中心部に位置せず、許容される製造誤差の範囲内で上記中心部からずれている場合をも含む概念である。
Further, the “center portion” of the present embodiment is not allowed because the
なお、図1に示す放射線検出器10の検出パネル11では、簡略化して、第1の電極パターン112において合計8個の開口部112Aが形成され、4個ずつ2列に配列されるとともに、各開口部112A内にビア導体層14の上端部14Aが露出し、これによって合計8個の検出電極が形成されるようにしている。しかしながら、検出電極の数及び配列方法は、必要に応じて任意に設定することができる。
In addition, in the
本実施形態の放射線検出器10では、以下に説明する製造方法において、放射線検出器10(検出パネル11)を構成する半導体基材111に対して、いわゆるTSV(through silicon via)技術を用いて貫通孔111Hを形成した後、この貫通孔111H内に例えばコンフォーマルメッキを行うことにより、貫通孔111H内に長さ方向が中空であるビア導体層114(いわゆるコンフォーマルなめっき層、すなわちビア導体層)を形成し、その上端部114Aを第1の電極パターン112の開口部112Aの中心部に露出させるようにしている。
In the
TSV技術によれば、内壁面が平滑となるようにして貫通孔111Hを形成することができる。したがって、ビア導体層114中に空隙が発生したり、ビア導体層114の不着等の不具合が生じたりし難くなる。この結果、高アスペクト比の貫通孔を形成することができ、半導体基材111の厚さを十分に大きくすることができる。この結果、半導体基材111の両面に形成する第1の電極パターン112及び第2の電極パターン113間の距離を十分に大きくすることができる。
According to the TSV technique, the through
したがって、第1の電極パターン112及び第2の電極パターン113間に電圧を印加した際に、半導体基材111を介して第1の電極パターン112及び第2の電極パターン113間に生成される電界(電気力線)を抑制することができ、上記電圧に基づく電界(電気力線)を、ピクセル電極として機能するビア導体層114の上端部114Aと、この上端部114Aが位置する開口部112Aの外周縁に存在する第1の電極パターン112との間に集中させることができる。したがって、GEM(Gas Electron Multiplier;ガス電子増幅器)などを用いることによる装置の煩雑化を抑制した状態で、放射線検出器10の感度(ガス増幅率)を向上させることができるようになる。
Therefore, when a voltage is applied between the
具体的に、半導体基材111の厚さをt1、貫通孔111Hの直径をd1とした場合に、貫通孔111Hのアスペクト比t1/d1は、2以上とすることができ、さらには8以上とすることができる。これによって例えば半導体基材111の厚さt1を400μm以上とすることができる。したがって、例えば第1の電極パターン112及び第2の電極パターン113間に600V程度の電圧を印加した場合においても、半導体基材111を介した第1の電極パターン112及び第2の電極パターン112間に生成する電界(電気力線)を抑制することができるので、放射線検出器10の感度(ガス増幅率)を十分に向上させることができる。
Specifically, when the thickness of the
なお、貫通孔111Hのアスペクト比t1/d1の上限は特に限定されるものではないが現状の加工技術においては約16程度である。但し、加工技術の進歩に伴ってアスペクト比t1/d1の上限も上昇する。
The upper limit of the aspect ratio t1 / d1 of the through
また、ビア導体層114の厚さd2は例えば1μm以上15μm以下とすることができる。ビア導体層114の厚さd2が上記下限値よりも小さいと、ビア導体層114の表面に層内部に形成されたボイド等が露出してしまい、ピクセル電極の形状不良となって、ビア導体層114がピクセル電極として機能しなくなる場合がある。
Further, the thickness d2 of the via
さらに、ビア導体層114の上端部114Aの延在部114Bの大きさ(長さ)は、例えば5μm以上30μm以下とすることができる。延在部114Bの大きさが上記下限値よりも小さいと、上述した孔の加工形状に依存しない電界集中構造を構成することができなくなり、延在部114Bの大きさが上記上限値よりも大きいと、ビア導体層114の上端部114Aが大きくなりすぎて、ビア導体層114がピクセル電極として十分に機能しなくなる場合がある。
Furthermore, the size (length) of the extending
なお、ビア導体層114の突出部の高さ(厚さ)t4は、以下に説明する放射線検出器10の製造方法に起因して第1の電極パターン112の厚さt2とほぼ等しくなるが、製造方法を工夫して互いに異なるようにしてもよい。
Note that the height (thickness) t4 of the protruding portion of the via
また、各部位の大きさの一例を示すと、第1の電極パターン112の厚さt2、第2の電極パターン113の厚さt3及びビア導体層114の突出部の高さt4は、それぞれ5μm〜18μmとすることができる。さらに、開口部112Aの直径D1は、例えば80μm〜300μmとすることができる。
As an example of the size of each part, the thickness t2 of the
図3は、本実施形態のガス増幅を利用した放射線検出器の変形例の概略構成を示す断面図であり、放射線検出器のピクセル電極周辺部分を拡大して示している。 FIG. 3 is a cross-sectional view showing a schematic configuration of a modified example of the radiation detector using gas amplification according to the present embodiment, and shows an enlarged peripheral portion of the pixel electrode of the radiation detector.
図3に示す本実施形態のガス増幅を利用した放射線検出器20(検出パネル21)は、貫通孔111H内を埋設するようにしてビア導体層114を形成し、その上端部114Aを、貫通孔111Hの開口部111Sから突出させて半導体基材111の主面111Aに延在させるようにしている点で、図2等に示す第1の実施形態の放射線検出器10(検出パネル11)と相違する。
The radiation detector 20 (detection panel 21) using the gas amplification of this embodiment shown in FIG. 3 forms the via
このように、貫通孔111H内を埋設するようにして例えばめっき処理を行うことによりビア導体層114を形成しても、上述した中空のビア導体層を用いた場合と同様の作用効果を奏する。
Thus, even if the via
(第2の実施形態)
図4は、本実施形態のガス増幅を利用した放射線検出器の概略構成を示す断面図であり、放射線検出器のピクセル電極周辺部分を拡大して示している。
(Second Embodiment)
FIG. 4 is a cross-sectional view showing a schematic configuration of a radiation detector using gas amplification according to the present embodiment, and shows an enlarged peripheral portion of a pixel electrode of the radiation detector.
図4に示す本実施形態のガス増幅を利用した放射線検出器30(検出パネル31)は、ビア導体層114の上端部114Aの高さを、半導体基材111の主面111Aの水平レベルと等しくしている点で図3に示す第1の実施形態の放射線検出器20(検出パネル21)と相違する。したがって、以下では、かかる相違点に基づく作用効果について説明する。
In the radiation detector 30 (detection panel 31) using the gas amplification of this embodiment shown in FIG. 4, the height of the
なお、図1〜図3に示す放射線検出器10,20の構成要素と類似あるいは同一の構成については同一の符号を用いている。
In addition, the same code | symbol is used about the structure similar or the same as the component of the
上述したように、本実施形態の放射線検出器30(検出パネル31)では、ビア導体層114の上端部114Aの高さを、半導体基材111の主面111Aの水平レベルと等しくしているので、ビア導体層114の上端部114Aの幅(径)が貫通孔111Hの径と実質的に等しくなる。
As described above, in the radiation detector 30 (detection panel 31) of the present embodiment, the height of the
この結果、ビア導体層114の上端部114Aの幅(径)を、図3に示すような延在部114Bを有するような態様と比較して、貫通孔111Hの径に合せて小さくすることができるので、第1の電極パターン112及び第2の電極パターン113間に電圧を印加した際に、ビア導体層114の上端部114Aから構成されるピクセル電極と、このピクセル電極が位置する開口部112Aの外周縁に存在する第1の電極パターン112との間に上記電圧に基づく電界(電気力線)をより集中させることができ、本発明の放射線検出器の感度をより向上させることができる。
As a result, the width (diameter) of the
なお、その他の特徴及び作用効果については第1の実施形態に示す放射線検出器10(検出パネル11)と同様であるので、説明を省略する。 Since other features and operational effects are the same as those of the radiation detector 10 (detection panel 11) shown in the first embodiment, description thereof will be omitted.
(第3の実施形態)
図5は、本実施形態のガス増幅を利用した放射線検出器の概略構成を示す断面図であり、放射線検出器のピクセル電極周辺部分を拡大して示している。
(Third embodiment)
FIG. 5 is a cross-sectional view showing a schematic configuration of a radiation detector using gas amplification of the present embodiment, and shows an enlarged peripheral portion of a pixel electrode of the radiation detector.
図5に示す本実施形態の放射線検出器40(検出パネル41)は、第1の電極パターン112と、半導体基材111の主面111Aとの間に感光性ポリイミドなどの絶縁性樹脂層42が配設されている点で図1に示す放射線検出器10(検出パネル11)と相違する。したがって、以下では、かかる相違点に基づく作用効果について説明する。
In the radiation detector 40 (detection panel 41) of the present embodiment shown in FIG. 5, an insulating
なお、図1〜図4に示す放射線検出器10,20,30の構成要素と類似あるいは同一の構成については同一の符号を用いている。
In addition, the same code | symbol is used about the structure similar or the same as the component of the
半導体基材111の主面111Aに形成した酸化膜111Cは絶縁性が低く、第1の電極パターン112及び第2の電極パターン113間に印加する電圧にも依存するが、例えば数nA〜数十nAのリーク電流が発生したり、また、酸化膜111Cとビア導体層114の上端部114Aとの間で放電が発生して酸化膜111Cにクラックを形成させたりしてしまう場合がある。その結果、上記電圧に基づく電界を、ビア導体層114の上端部114Aから構成されるピクセル電極と、このピクセル電極が位置する開口部112Aの外周縁に存在する第1の電極パターン112Aとの間に集中させることができず、放射線検出器40(検出パネル41)の感度が低下するなどの問題が生じる場合がある。
The
しかしながら、上述のように、第1の電極パターン112と、半導体基材111の主面111Aとの間に、例えば厚さ1μm〜20μmの絶縁性樹脂層42を配設することにより、酸化膜111Cが絶縁性樹脂層42で覆われるようになるので、当該酸化膜111Cの露出の割合が減少する。したがって、半導体基材111の主面111Aの絶縁性が実質的に向上することになるので、上述したリーク電流の問題などを回避することができ、放射線検出器40(検出パネル41)の感度を向上させることができる。
However, as described above, by disposing the insulating
なお、本実施形態では、第2の電極パターン113と半導体基材111の裏面111Bとの間にも絶縁性樹脂層43が形成されているが、当該絶縁性樹脂層43は主として放射線検出器40(検出パネル41)の製造方法に起因して配設されたものである。しかしながら、絶縁性樹脂層43が存在することにより、半導体基材111の裏面111Bの絶縁性が実質的に向上することになるので、例えばビア導体層114の下端部と半導体基材111の裏面111B側の酸化膜111Cとの間における放電等を防止することができる。この結果、裏面111B側の酸化膜111Cにおけるクラックの発生を抑制することができ、放射線検出器40(検出パネル41)の感度を向上させることができる。
In the present embodiment, the insulating
また、本実施形態の放射線検出器40(検出パネル41)では、絶縁性樹脂層42で半導体基材111の主面111Aに形成された酸化膜111Cの総てを覆うようにしているが、少なくとも第1の電極パターン112と半導体基材111の主面111Aとの間に絶縁性樹脂層42が形成されていれば、上述した作用効果を奏することができる。但し、絶縁性樹脂層42で酸化膜111Cの総てを覆うことにより、上述した作用効果をより確実に奏することができるようになる。
In the radiation detector 40 (detection panel 41) of the present embodiment, the insulating
なお、その他の特徴及び作用効果については第1の実施形態に示す放射線検出器10(検出パネル11)と同様であるので、説明を省略する。 Since other features and operational effects are the same as those of the radiation detector 10 (detection panel 11) shown in the first embodiment, description thereof will be omitted.
(第4の実施形態)
図6は、本実施形態のガス増幅を利用した放射線検出器の概略構成を示す断面図であり、放射線検出器のピクセル電極周辺部分を拡大して示している。
(Fourth embodiment)
FIG. 6 is a cross-sectional view showing a schematic configuration of a radiation detector using gas amplification according to the present embodiment, and shows an enlarged peripheral portion of a pixel electrode of the radiation detector.
図6に示す本実施形態のガス増幅を利用した放射線検出器50(検出パネル51)は、第3の実施形態における絶縁性樹脂層42を、複数の貫通孔111Hそれぞれにビア導体層114を埋設するように形成した状態において、複数の貫通孔111Hそれぞれの内部にまで延在するようにして配設している点で、図1に示す放射線検出器10(検出パネル11)と相違する。したがって、以下では、かかる相違点に基づく作用効果について説明する。
The radiation detector 50 (detection panel 51) using the gas amplification of this embodiment shown in FIG. 6 embeds the insulating
なお、図1〜図5に示す放射線検出器10,20,30,40の構成要素と類似あるいは同一の構成については同一の符号を用いている。
In addition, the same code | symbol is used about the structure similar or the same as the component of the
本実施形態では、図3に示す第1の実施形態の放射線検出器20(検出パネル21)と同様に、複数の貫通孔111H内をビア導体層114で埋設し、さらに、絶縁性樹脂層42を複数の貫通孔111Hそれぞれの内部にまで延在するようにして延在させている。
In the present embodiment, as in the radiation detector 20 (detection panel 21) of the first embodiment shown in FIG. 3, the plurality of through
この場合、絶縁性樹脂層42の端部が複数の貫通孔111Hの内部に存在しているので、絶縁性樹脂層42は複数のビア導体層114それぞれの上端部114Aを狭窄するようになる。したがって、第1の電極パターン112及び第2の電極パターン113間に電圧を印加した際に、ビア導体層114Aの上端部から構成されるピクセル電極と、このピクセル電極が位置する開口部112Aの外周縁に存在する第1の電極パターン112との間に上記電圧に基づく電界(電気力線)をより集中させることができ、放射線検出器50の感度をより向上させることができる。
In this case, since the end portions of the insulating
なお、その他の特徴及び作用効果については第1の実施形態に示す放射線検出器10(検出パネル11)と同様であるので、説明を省略する。 Since other features and operational effects are the same as those of the radiation detector 10 (detection panel 11) shown in the first embodiment, description thereof will be omitted.
(第5の実施形態)
本実施形態では、第1の実施形態の放射線検出器10(検出パネル11)の製造方法について説明する。なお、以下では、半導体基材111としてシリコンを用いた場合について、サブストラクト法を用いて製造する場合について説明する。図7〜図9は、本実施形態の製造方法における工程図である。
(Fifth embodiment)
In the present embodiment, a method for manufacturing the radiation detector 10 (detection panel 11) of the first embodiment will be described. In the following, the case where silicon is used as the
最初に、図7に示すように、シリコンからなる半導体基材111の主面111Aに対して、例えばDeep RIE(Reactive Ion Etching)を行い、主面111Aから裏面111Bに向けて貫通孔111Hを形成する。次いで、図8に示すように、半導体基材111に酸化性雰囲気中で熱処理を行い、半導体基材111の表面に酸化膜111Cを形成する。
First, as shown in FIG. 7, for example, deep RIE (Reactive Ion Etching) is performed on the
次いで、図9に示すように、半導体基材111の主面111A、裏面111B及び貫通孔111Hの内壁面に対して無電解めっきを施してシード層を形成した後、当該シード層を電極としてめっき処理を行い、それぞれめっき層112X,113X及び114Xを形成する。
Next, as shown in FIG. 9, after electroless plating is performed on the
その後、めっき層112X,113X及び114Xに対してフォトリソグラフィーを行ってパターニングをし、図2に示すような第1の電極パターン112、第2の電極パターン113及びビア導体層114を得、放射線検出器10(検出パネル11)を得る。
Thereafter, the plating layers 112X, 113X, and 114X are patterned by photolithography to obtain a
なお、放射線検出器10(検出パネル11)の製造をサブストラクト法で行う代わりに、セミアディティブ法を用いて行うこともできる。 Note that the radiation detector 10 (detection panel 11) can be manufactured using a semi-additive method instead of the substruct method.
また、図3に示す放射線検出器20(検出パネル21)は、上述しためっき処理に代えてビアフィリングめっきを行うことによって得ることができる。 Moreover, the radiation detector 20 (detection panel 21) shown in FIG. 3 can be obtained by performing via filling plating instead of the above-described plating treatment.
さらに、図4に示す放射線検出器30(検出パネル31)は、上述しためっき処理に代えてビアフィリングめっきを行い、さらに、めっき層112に対してフォトリソグラフィーを行う際に、ビア導体層114の貫通孔111Hから露出した部分をマスキングしないようにすることによって得ることができる。
Further, the radiation detector 30 (detection panel 31) shown in FIG. 4 performs via filling plating in place of the above-described plating process, and further performs photolithography on the
(第6の実施形態)
本実施形態では、第3の実施形態の放射線検出器40(検出パネル41)の製造方法について説明する。なお、以下では、半導体基材111としてシリコンを用いた場合について、サブストラクト法を用いて製造する場合について説明する。図10〜図12は、本実施形態の製造方法における工程図である。
(Sixth embodiment)
In the present embodiment, a method for manufacturing the radiation detector 40 (detection panel 41) of the third embodiment will be described. In the following, the case where silicon is used as the
最初に、第5の実施形態で説明したように、シリコンからなる半導体基材111の主面111Aに対して、例えばDeep RIE(Reactive Ion Etching)を行い、主面111Aから裏面111Bに向けて貫通孔111Hを形成し、次いで、半導体基材111に酸化性雰囲気中で熱処理を行い、半導体基材111の表面に酸化膜111Cを形成する(図7及び図8参照)。
First, as described in the fifth embodiment, for example, deep RIE (Reactive Ion Etching) is performed on the
次いで、図10に示すように、半導体基材111の主面111A及び裏面111Bの全体に例えば感光性のポリイミドなどからなる絶縁性樹脂膜42X及び43Xを敷設する。
Next, as shown in FIG. 10, insulating
次いで、図11に示すように、絶縁性樹脂膜42X及び43Xに対してフォトリソグラフィーを行うことにより、半導体基材111の主面111A及び裏面111B上に絶縁性樹脂層42及び43を形成する。
Next, as shown in FIG. 11, the insulating
次いで、図12に示すように、半導体基材111の主面111A、裏面111B及び貫通孔111Hの内壁面に対して無電解めっきを施してシード層を形成した後、当該シード層を電極としてめっき処理を行い、それぞれめっき層112X,113X及び114Xを形成する。
Next, as shown in FIG. 12, after electroless plating is performed on the
その後、めっき層112X,113X及び114Xに対してフォトリソグラフィーを行ってパターニングをし、図5に示すような第1の電極パターン112、第2の電極パターン113及びビア導体層114を得、放射線検出器40(検出パネル41)を得る。
Thereafter, the plating layers 112X, 113X, and 114X are patterned by photolithography to obtain a
なお、放射線検出器40(検出パネル41)の製造をサブストラクト法で行う代わりに、セミアディティブ法を用いて行うこともできる。 Note that the radiation detector 40 (detection panel 41) can be manufactured using a semi-additive method instead of the substruct method.
また、図6に示す放射線検出器50(検出パネル51)は、上述しためっき処理に代えてビアフィリングめっきを行い、さらに絶縁性樹脂層42及び43の端部が貫通孔111H内に延在するようにして絶縁性樹脂膜42X及び43Xに対してフォトリソグラフィーを行うことにより得ることができる。
Further, the radiation detector 50 (detection panel 51) shown in FIG. 6 performs via filling plating instead of the above-described plating process, and the end portions of the insulating resin layers 42 and 43 extend into the through
以上、本発明を上記具体例に基づいて詳細に説明したが、本発明は上記具体例に限定されるものではなく、本発明の範疇を逸脱しない限りにおいて、あらゆる変形や変更が可能である。 The present invention has been described in detail based on the above specific examples. However, the present invention is not limited to the above specific examples, and various modifications and changes can be made without departing from the scope of the present invention.
例えば、上記実施形態では明示しかったものの、図4に示す第2の実施形態の放射線検出器30(検出パネル31)において、第1の電極パターン112と半導体基材111の主面111Aとの間に絶縁性樹脂層42を配設することもできる。これによって、図5に示す第3の実施形態と同様の作用効果を得ることができる。
For example, although it was clearly shown in the above embodiment, in the radiation detector 30 (detection panel 31) of the second embodiment shown in FIG. 4, between the
10,20,30,40,50 放射線検出器
11,21,31,41,51 検出パネル
12 電極板
111 半導体基材111
111H 貫通孔
112 第1の電極パターン
112A 第1の電極パターンの円形状開口部
113 第2の電極パターン
114 ビア導体層
114A ビア導体層の上端部
114B ビア導体層の延在部
10, 20, 30, 40, 50
111H Through-
Claims (8)
前記半導体基材の前記第1の面と相対向する第2の面上に形成されるとともに、前記半導体基材の前記第2の面から前記第1の面に向けて形成された複数の貫通孔内それぞれに形成された複数のビア導体層を有する第2の電極パターンと、
前記第1の電極パターンと前記半導体基材の前記第1の面との間に配設された絶縁性樹脂層と、を備え、
前記複数のビア導体層の上端部それぞれが前記第1の電極パターンの前記複数の開口部の中心部に露出していることを特徴とする、ガス増幅を用いた放射線検出器。 A first electrode pattern formed on a first surface of a semiconductor substrate having an oxide film formed on the surface and having a plurality of circular openings;
A plurality of penetrations formed on a second surface opposite to the first surface of the semiconductor substrate and formed from the second surface of the semiconductor substrate toward the first surface A second electrode pattern having a plurality of via conductor layers formed in each of the holes ;
An insulating resin layer disposed between the first electrode pattern and the first surface of the semiconductor substrate;
A radiation detector using gas amplification, wherein upper end portions of the plurality of via conductor layers are exposed at central portions of the plurality of openings of the first electrode pattern.
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