JPH10209417A - 固体放射線検出装置 - Google Patents
固体放射線検出装置Info
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- JPH10209417A JPH10209417A JP9010685A JP1068597A JPH10209417A JP H10209417 A JPH10209417 A JP H10209417A JP 9010685 A JP9010685 A JP 9010685A JP 1068597 A JP1068597 A JP 1068597A JP H10209417 A JPH10209417 A JP H10209417A
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Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
- H01L27/14—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
- H01L27/144—Devices controlled by radiation
- H01L27/146—Imager structures
- H01L27/14665—Imagers using a photoconductor layer
- H01L27/14676—X-ray, gamma-ray or corpuscular radiation imagers
-
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- H01L27/148—Charge coupled imagers
- H01L27/14893—Charge coupled imagers comprising a photoconductive layer deposited on the CCD structure
Abstract
(57)【要約】
【課題】 高エネルギーの放射線の検出効率が良く、検
出面積の大きな、放射線損傷の小さな２次元の固体放射
線検出装置を実現する。 【解決手段】 絶縁層３を介してＰ-単結晶シリコン半
導体１とＰ-単結晶シリコン半導体２があり、Ｐ-単結晶
シリコン半導体１はＮ領域４とＰ+領域５を形成するこ
とによりＰＩＮフォトダイオード１７を有する構造とな
っており、Ｐ+領域６はＰＩＮフォトダイオードのチャ
ンネルストッパーである。Ｐ-単結晶シリコン半導体２
にはポリシリコン８とポリシリコン９を電極としてもつ
２層電極構造をもちＮ領域７をもつ埋め込みチャネルＣ
ＣＤであるＣＤＴ１４が形成されている。
出面積の大きな、放射線損傷の小さな２次元の固体放射
線検出装置を実現する。 【解決手段】 絶縁層３を介してＰ-単結晶シリコン半
導体１とＰ-単結晶シリコン半導体２があり、Ｐ-単結晶
シリコン半導体１はＮ領域４とＰ+領域５を形成するこ
とによりＰＩＮフォトダイオード１７を有する構造とな
っており、Ｐ+領域６はＰＩＮフォトダイオードのチャ
ンネルストッパーである。Ｐ-単結晶シリコン半導体２
にはポリシリコン８とポリシリコン９を電極としてもつ
２層電極構造をもちＮ領域７をもつ埋め込みチャネルＣ
ＣＤであるＣＤＴ１４が形成されている。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明はＸ線、γ線、荷電粒
子などの高エネルギーの放射線の２次元像の検出に適し
たＣＣＤまたはＢＢＤを使用した固体放射線検出装置に
関するものである。
子などの高エネルギーの放射線の２次元像の検出に適し
たＣＣＤまたはＢＢＤを使用した固体放射線検出装置に
関するものである。
【０００２】
【従来の技術】天文学や医療の分野においてはＸ線など
の検出を電気的信号に変換して２次元的（像）に行うこ
とがもとめられており、そのなかでも堅固で小型化の可
能な固体検出装置が求められている。
の検出を電気的信号に変換して２次元的（像）に行うこ
とがもとめられており、そのなかでも堅固で小型化の可
能な固体検出装置が求められている。
【０００３】そのためにはたとえば日本物理学会誌第４
８巻第４号（１９９３年）の２６４から２７０頁に詳細
に述べられているように、可視光の固体撮像素子として
開発されたＣＣＤ（電荷結合素子）を利用した固体撮像
素子で高比抵抗の基板を使用し空乏層の厚みを厚くする
というような方法がとられておりこのような方法で１０
ｋｅＶで量子効率５０％程度が得られている。
８巻第４号（１９９３年）の２６４から２７０頁に詳細
に述べられているように、可視光の固体撮像素子として
開発されたＣＣＤ（電荷結合素子）を利用した固体撮像
素子で高比抵抗の基板を使用し空乏層の厚みを厚くする
というような方法がとられておりこのような方法で１０
ｋｅＶで量子効率５０％程度が得られている。
【０００４】あるいは固体撮像素子の表面にシンチレー
ター層を設けＸ線などを可視光に変換するというような
方法も行われている。ところでこの際利用されるＣＴＤ
（電荷転送素子）を利用した固体放射線検出装置はたと
えば図２にインタライン型ＣＴＤの場合の基本構成を示
すように１画素分の光電変換素子１３により生じた電荷
は転送ゲート２３により垂直転送ＣＴＤ２１に移され更
に水平転送ＣＴＤ２２に移され出力ゲート２４より出力
信号を得るような構造となっている。
ター層を設けＸ線などを可視光に変換するというような
方法も行われている。ところでこの際利用されるＣＴＤ
（電荷転送素子）を利用した固体放射線検出装置はたと
えば図２にインタライン型ＣＴＤの場合の基本構成を示
すように１画素分の光電変換素子１３により生じた電荷
は転送ゲート２３により垂直転送ＣＴＤ２１に移され更
に水平転送ＣＴＤ２２に移され出力ゲート２４より出力
信号を得るような構造となっている。
【０００５】また１画素分の構造は図９に断面を示すよ
うに光電変換素子１３のほかにＣＴＤ１４、この場合は
垂直転送ＣＣＤをふくむものとなっている。この図の例
では光電変換素子はフォトダイオードであり、垂直転送
ＣＣＤは埋め込みチャネルＣＣＤ（ＢＣＣＤ）である。
うに光電変換素子１３のほかにＣＴＤ１４、この場合は
垂直転送ＣＣＤをふくむものとなっている。この図の例
では光電変換素子はフォトダイオードであり、垂直転送
ＣＣＤは埋め込みチャネルＣＣＤ（ＢＣＣＤ）である。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】このような固体放射線
検出装置においては空乏層がそれほど延ばせないため高
エネルギーの放射線の検出効率は低くまた走査機能を中
心とする信号処理回路にたとえばＣＣＤのようなＭＯＳ
構造を多用しているため放射線損傷も起こり易い。
検出装置においては空乏層がそれほど延ばせないため高
エネルギーの放射線の検出効率は低くまた走査機能を中
心とする信号処理回路にたとえばＣＣＤのようなＭＯＳ
構造を多用しているため放射線損傷も起こり易い。
【０００７】また光電変換素子と信号処理回路を同一面
上に形成するため実質的検出部面積が制約をうけてい
る。シンチレーターを利用した場合は分解能を犠牲にす
ることになり、また低エネルギーの放射線の検出効率が
低下し、かつ固体撮像素子上に光学的に優れたシンチレ
ーター層を形成することは困難である。
上に形成するため実質的検出部面積が制約をうけてい
る。シンチレーターを利用した場合は分解能を犠牲にす
ることになり、また低エネルギーの放射線の検出効率が
低下し、かつ固体撮像素子上に光学的に優れたシンチレ
ーター層を形成することは困難である。
【０００８】そこで本発明では張り合わせ構造のＳＯＩ
基板を利用しＳＯＩ基板の両面に単結晶シリコン半導体
を使用し、この２つ単結晶シリコン半導体に別々に光電
変換素子と信号の転送・読みだし、蓄積、増幅などの信
号処理回路を設けることにより、分解能を犠牲にするこ
となく高エネルギーの放射線の検出効率を向上させ、ま
た放射線損傷の起こりにくい固体放射線検出装置を実現
することを目的とするものである。
基板を利用しＳＯＩ基板の両面に単結晶シリコン半導体
を使用し、この２つ単結晶シリコン半導体に別々に光電
変換素子と信号の転送・読みだし、蓄積、増幅などの信
号処理回路を設けることにより、分解能を犠牲にするこ
となく高エネルギーの放射線の検出効率を向上させ、ま
た放射線損傷の起こりにくい固体放射線検出装置を実現
することを目的とするものである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】本発明では固体放射線検
出装置として張り合わせ構造のＳＯＩ基板を利用しＳＯ
Ｉ基板の両面に単結晶シリコン半導体を使用し、この２
つ単結晶シリコン半導体に別々に光電変換素子と信号の
転送・読みだし、蓄積、増幅などの信号処理回路を設け
る。
出装置として張り合わせ構造のＳＯＩ基板を利用しＳＯ
Ｉ基板の両面に単結晶シリコン半導体を使用し、この２
つ単結晶シリコン半導体に別々に光電変換素子と信号の
転送・読みだし、蓄積、増幅などの信号処理回路を設け
る。
【００１０】これにより、検出面積を広くできる。また
光電変換素子を形成した単結晶シリコン半導体側から放
射線を入射することにより放射線損傷も軽減できる。ま
た光電変換素子を形成した単結晶シリコン半導体に高抵
抗基板をＦＺ法（Floating Zone Method）で製造した単
結晶シリコン半導体を使用することで空乏層を深くのば
すことが可能となる。
光電変換素子を形成した単結晶シリコン半導体側から放
射線を入射することにより放射線損傷も軽減できる。ま
た光電変換素子を形成した単結晶シリコン半導体に高抵
抗基板をＦＺ法（Floating Zone Method）で製造した単
結晶シリコン半導体を使用することで空乏層を深くのば
すことが可能となる。
【００１１】光電変換素子にはフォトダイオード、ＰＩ
Ｎフォトダイオード、ＡＰＤ、フォトトランジスタが使
用できるがＰＩＮフォトダイオードが空乏層を深くのば
すのに優れている。また信号の転送・読みだし機能をＣ
ＣＤ（電荷結合素子），ＢＢＤ（bucket brigade devic
e）のＣＴＤ（電荷転送素子）とすることで回路構成が
簡易となる。
Ｎフォトダイオード、ＡＰＤ、フォトトランジスタが使
用できるがＰＩＮフォトダイオードが空乏層を深くのば
すのに優れている。また信号の転送・読みだし機能をＣ
ＣＤ（電荷結合素子），ＢＢＤ（bucket brigade devic
e）のＣＴＤ（電荷転送素子）とすることで回路構成が
簡易となる。
【００１２】またＢＢＤはＭＯＳＦＥＴ、接合形ＦＥ
Ｔ、バイポーラートランジスターなどで構成できるが特
に接合形ＦＥＴを使用することで放射線損傷の少ない転
送効率の優れたＢＢＤとすることが可能となる。
Ｔ、バイポーラートランジスターなどで構成できるが特
に接合形ＦＥＴを使用することで放射線損傷の少ない転
送効率の優れたＢＢＤとすることが可能となる。
【００１３】
【発明の実施の形態】以下に本発明の実施の形態を図面
に基づいて説明する。図１は本発明の第１の実施例の放
射線検出装置の断面図で、絶縁層３を介してＰ-単結晶
シリコン半導体１とＰ-単結晶シリコン半導体２があり
ＳＯＩ基板を使用する構造となっており、Ｐ-単結晶シ
リコン半導体１は光電変換素子１３を有する構造となっ
ており、Ｐ-単結晶シリコン半導体２にはＣＤＴ１４が
形成されている。
に基づいて説明する。図１は本発明の第１の実施例の放
射線検出装置の断面図で、絶縁層３を介してＰ-単結晶
シリコン半導体１とＰ-単結晶シリコン半導体２があり
ＳＯＩ基板を使用する構造となっており、Ｐ-単結晶シ
リコン半導体１は光電変換素子１３を有する構造となっ
ており、Ｐ-単結晶シリコン半導体２にはＣＤＴ１４が
形成されている。
【００１４】ＣＤＴ１４は放射線を遮蔽するシールド１
０をもつ構造となっている。ＣＤＴ１４をもつＰ+単結
晶シリコン半導体２は開口部１２をもち入射線１５はＰ
-単結晶シリコン半導体２側から入射し、開口部１２を
通ってＰ-単結晶シリコン半導体１に形成された光電変
換素子１３に入射する。
０をもつ構造となっている。ＣＤＴ１４をもつＰ+単結
晶シリコン半導体２は開口部１２をもち入射線１５はＰ
-単結晶シリコン半導体２側から入射し、開口部１２を
通ってＰ-単結晶シリコン半導体１に形成された光電変
換素子１３に入射する。
【００１５】ＣＴＤとしてはＣＣＤ、ＢＢＤが利用で
き、ＢＢＤはＭＯＳＦＥＴ、接合形ＦＥＴ、バイポーラ
ートランジスタで構成できる。光電変換素子素子として
はフォトダイオード、ＰＩＮフォトダイオード、フォト
トランジスタ、ＡＰＤ、ＭＯＳキャパシタが利用でき
る。
き、ＢＢＤはＭＯＳＦＥＴ、接合形ＦＥＴ、バイポーラ
ートランジスタで構成できる。光電変換素子素子として
はフォトダイオード、ＰＩＮフォトダイオード、フォト
トランジスタ、ＡＰＤ、ＭＯＳキャパシタが利用でき
る。
【００１６】なお上記説明ではＰ-単結晶シリコン半導
体を例としたがＮ-単結晶シリコン半導体でも全く同様
に本発明が適用できる。以下の説明ではＰ-単結晶シリ
コン半導体あるいはＮ-単結晶シリコン半導体のどちら
かだけで説明するがその場合でもＰ-単結晶シリコン半
導体とＮ-単結晶シリコン半導体の両方に本発明は当然
適用できる。
体を例としたがＮ-単結晶シリコン半導体でも全く同様
に本発明が適用できる。以下の説明ではＰ-単結晶シリ
コン半導体あるいはＮ-単結晶シリコン半導体のどちら
かだけで説明するがその場合でもＰ-単結晶シリコン半
導体とＮ-単結晶シリコン半導体の両方に本発明は当然
適用できる。
【００１７】図２は本発明の放射線検出装置の構成図で
あり垂直転送ＣＴＤ２１と水平転送ＣＴＤ２２よりなる
インタライン形放射線検出装置である。光電変換素子１
３で生じた電荷は転送ゲート２３により垂直転送ＣＴＤ
２１に転送され、更に水平転送ＣＴＤ２２に転送され、
出力ゲート２４より出力される。
あり垂直転送ＣＴＤ２１と水平転送ＣＴＤ２２よりなる
インタライン形放射線検出装置である。光電変換素子１
３で生じた電荷は転送ゲート２３により垂直転送ＣＴＤ
２１に転送され、更に水平転送ＣＴＤ２２に転送され、
出力ゲート２４より出力される。
【００１８】なお図１は図２の水平方向の断面図であ
る。このＣＤＴ１４をもつＰ-単結晶シリコン半導体２
側からの入射方法では光電変換素子１３の受光面すなわ
ち開口部１２と垂直転送ＣＴＤ２１は同一面上になり受
光面は垂直転送ＣＴＤ２１の面積による制約を受けるこ
とになる。
る。このＣＤＴ１４をもつＰ-単結晶シリコン半導体２
側からの入射方法では光電変換素子１３の受光面すなわ
ち開口部１２と垂直転送ＣＴＤ２１は同一面上になり受
光面は垂直転送ＣＴＤ２１の面積による制約を受けるこ
とになる。
【００１９】また構成回路あるいは素子としては光電変
換素子１３、垂直転送ＣＴＤ２１、水平転送ＣＴＤ２
２、転送ゲート２３、出力ゲート２４だけであるがたと
えば光電変換素子１３、にトランジスターを接続して増
幅機能をもたせたすることも可能である。
換素子１３、垂直転送ＣＴＤ２１、水平転送ＣＴＤ２
２、転送ゲート２３、出力ゲート２４だけであるがたと
えば光電変換素子１３、にトランジスターを接続して増
幅機能をもたせたすることも可能である。
【００２０】図３は本発明の第２の実施例の放射線検出
装置の断面図で、絶縁層３を介してＰ-単結晶シリコン
半導体１とＰ-単結晶シリコン半導体２がありＳＯＩ基
板を使用する構造となっており、Ｐ-単結晶シリコン半
導体１はＰＩＮフォトダイオードよりなる光電変換素子
１３を有する構造となっており、Ｐ-単結晶シリコン半
導体２にはＣＤＴ１４が形成されている。
装置の断面図で、絶縁層３を介してＰ-単結晶シリコン
半導体１とＰ-単結晶シリコン半導体２がありＳＯＩ基
板を使用する構造となっており、Ｐ-単結晶シリコン半
導体１はＰＩＮフォトダイオードよりなる光電変換素子
１３を有する構造となっており、Ｐ-単結晶シリコン半
導体２にはＣＤＴ１４が形成されている。
【００２１】ＰＩＮフォトダイオードを利用することに
より空乏層を深くのばすことができなおかつ入射線１５
をＰ-単結晶シリコン半導体１側から入射することがで
き、この構造では垂直転送ＣＴＤ２１を形成する領域と
光電変換素子１３を形成する領域は積層構造となってお
り、転送回路と光電変換素子とが競合することなく光電
変換素子の実質的受光面積を大きくできる。
より空乏層を深くのばすことができなおかつ入射線１５
をＰ-単結晶シリコン半導体１側から入射することがで
き、この構造では垂直転送ＣＴＤ２１を形成する領域と
光電変換素子１３を形成する領域は積層構造となってお
り、転送回路と光電変換素子とが競合することなく光電
変換素子の実質的受光面積を大きくできる。
【００２２】この構造ではさらにＰ-単結晶シリコン半
導体２に形成されたＣＤＴ１４やその他の信号処理回路
は放射線の影響を受けにくい。Ｐ-単結晶シリコン半導
体２側の開口部１２は単に光電変換素子１３とＣＤＴ１
４の間の配線にだけ必要となる。
導体２に形成されたＣＤＴ１４やその他の信号処理回路
は放射線の影響を受けにくい。Ｐ-単結晶シリコン半導
体２側の開口部１２は単に光電変換素子１３とＣＤＴ１
４の間の配線にだけ必要となる。
【００２３】
【実施例】図１は本発明の第１の実施例の放射線検出装
置の断面図で、絶縁層３を介してＰ-単結晶シリコン半
導体１とＰ-単結晶シリコン半導体２がありＳＯＩ基板
を使用する構造となっており、Ｐ-単結晶シリコン半導
体１はＮ領域４とＰ+領域５を形成することによりＰＩ
Ｎフォトダイオードよりなる光電変換素子１３を有する
構造となっており、Ｐ+領域６はＰＩＮフォトダイオー
ドのチャンネルストッパーである。
置の断面図で、絶縁層３を介してＰ-単結晶シリコン半
導体１とＰ-単結晶シリコン半導体２がありＳＯＩ基板
を使用する構造となっており、Ｐ-単結晶シリコン半導
体１はＮ領域４とＰ+領域５を形成することによりＰＩ
Ｎフォトダイオードよりなる光電変換素子１３を有する
構造となっており、Ｐ+領域６はＰＩＮフォトダイオー
ドのチャンネルストッパーである。
【００２４】Ｐ-単結晶シリコン半導体２にはＣＤＴ１
４が形成されている。ＣＴＤ１４はＮ領域７をもつ埋め
込みチャネルＣＣＤであり、ポリシリコン８とポリシリ
コン９を電極としてもつ２層電極構造をもち、放射線の
遮蔽のためのシールド１０をもち層間絶縁等にＳｉＯ2
２１１が形成されている。
４が形成されている。ＣＴＤ１４はＮ領域７をもつ埋め
込みチャネルＣＣＤであり、ポリシリコン８とポリシリ
コン９を電極としてもつ２層電極構造をもち、放射線の
遮蔽のためのシールド１０をもち層間絶縁等にＳｉＯ2
２１１が形成されている。
【００２５】ＣＤＴ１４をもつＰ-単結晶シリコン半導
体２は開口部１２をもち入射線１５はＰ-単結晶シリコ
ン半導体２側から入射し、開口部１２を通ってＰ-単結
晶シリコン半導体１に形成された光電変換素子１３に入
射する。図２は本発明の第１の実施例の放射線検出装置
の構成図であり垂直転送ＣＴＤ２１と水平転送ＣＴＤ２
２よりなるインタライン形放射線検出装置である。
体２は開口部１２をもち入射線１５はＰ-単結晶シリコ
ン半導体２側から入射し、開口部１２を通ってＰ-単結
晶シリコン半導体１に形成された光電変換素子１３に入
射する。図２は本発明の第１の実施例の放射線検出装置
の構成図であり垂直転送ＣＴＤ２１と水平転送ＣＴＤ２
２よりなるインタライン形放射線検出装置である。
【００２６】光電変換素子１３で生じた電荷は転送ゲー
ト２３により垂直転送ＣＴＤ２１に転送され、更に水平
転送ＣＴＤ２２に転送され、出力ゲート２４より出力さ
れる。なお図１は図２の水平方向の断面図である。
ト２３により垂直転送ＣＴＤ２１に転送され、更に水平
転送ＣＴＤ２２に転送され、出力ゲート２４より出力さ
れる。なお図１は図２の水平方向の断面図である。
【００２７】図３は本発明の第２の実施例の放射線検出
装置の断面図で、絶縁層３を介してＰ-単結晶シリコン
半導体１とＰ-単結晶シリコン半導体２がありＳＯＩ基
板を使用する構造となっており、Ｐ-単結晶シリコン半
導体１はＮ領域４とＰ+領域５を形成することによりＰ
ＩＮフォトダイオード１７を有する構造となっており、
Ｐ +領域６はＰＩＮフォトダイオードのチャンネルスト
ッパーである。
装置の断面図で、絶縁層３を介してＰ-単結晶シリコン
半導体１とＰ-単結晶シリコン半導体２がありＳＯＩ基
板を使用する構造となっており、Ｐ-単結晶シリコン半
導体１はＮ領域４とＰ+領域５を形成することによりＰ
ＩＮフォトダイオード１７を有する構造となっており、
Ｐ +領域６はＰＩＮフォトダイオードのチャンネルスト
ッパーである。
【００２８】Ｐ-単結晶シリコン半導体２にはポリシリ
コン８とポリシリコン９を電極としてもつ２層電極構造
をもちＮ領域７をもつ埋め込みチャネルＣＣＤであるＣ
ＤＴ１４が形成されている。ＰＩＮフォトダイオードを
利用することにより空乏層を深くのばすことができ入射
線１５をＰ-単結晶シリコン半導体１側から入射するこ
とができる。
コン８とポリシリコン９を電極としてもつ２層電極構造
をもちＮ領域７をもつ埋め込みチャネルＣＣＤであるＣ
ＤＴ１４が形成されている。ＰＩＮフォトダイオードを
利用することにより空乏層を深くのばすことができ入射
線１５をＰ-単結晶シリコン半導体１側から入射するこ
とができる。
【００２９】この方法では転送回路とＰＩＮフォトダイ
オードとが積層構造となり転送回路とＰＩＮフォトダイ
オードとが競合することなく光電変換素子の実質的受光
面積を大きくできる。この構造ではさらにＰ-単結晶シ
リコン半導体２に形成されたＣＤＴ１４やその他の信号
処理回路は放射線損傷を受けにくい。
オードとが積層構造となり転送回路とＰＩＮフォトダイ
オードとが競合することなく光電変換素子の実質的受光
面積を大きくできる。この構造ではさらにＰ-単結晶シ
リコン半導体２に形成されたＣＤＴ１４やその他の信号
処理回路は放射線損傷を受けにくい。
【００３０】Ｐ-単結晶シリコン半導体２側の開口部１
２は単にＰＩＮフォトダイオード１７とＣＤＴ１４の間
の配線にだけ必要となる。ＰＩＮフォトダイオード１７
を形成するＰ-単結晶シリコン半導体１は低い印加逆電
圧で大きく空乏層をのばすためＦＺ法（Floating Zone
Method）により製造された高抵抗基板を使用するのがよ
い。ＦＺ法によれば比抵抗１ｋΩ・ｃｍを越える高抵抗
単結晶シリコンが容易に得られ、数１０Ｖで数１００μ
ｍの空乏層化が容易に達成できる。
２は単にＰＩＮフォトダイオード１７とＣＤＴ１４の間
の配線にだけ必要となる。ＰＩＮフォトダイオード１７
を形成するＰ-単結晶シリコン半導体１は低い印加逆電
圧で大きく空乏層をのばすためＦＺ法（Floating Zone
Method）により製造された高抵抗基板を使用するのがよ
い。ＦＺ法によれば比抵抗１ｋΩ・ｃｍを越える高抵抗
単結晶シリコンが容易に得られ、数１０Ｖで数１００μ
ｍの空乏層化が容易に達成できる。
【００３１】図４は本発明の第２の実施例の放射線検出
装置の構成図であり垂直転送ＣＴＤ２１と水平転送ＣＴ
Ｄ２２よりなるインタライン形放射線検出装置である。
ＰＩＮフォトダイオード１７で生じた電荷は転送ゲート
２３により垂直転送ＣＴＤ２１に転送され、更に水平転
送ＣＴＤ２２に転送され、出力ゲート２４より出力され
る。
装置の構成図であり垂直転送ＣＴＤ２１と水平転送ＣＴ
Ｄ２２よりなるインタライン形放射線検出装置である。
ＰＩＮフォトダイオード１７で生じた電荷は転送ゲート
２３により垂直転送ＣＴＤ２１に転送され、更に水平転
送ＣＴＤ２２に転送され、出力ゲート２４より出力され
る。
【００３２】１画素分のＰＩＮフォトダイオード１７は
点線で示されている。本実施例ではＰＩＮフォトダイオ
ードと転送回路等の形成領域は積層構造であるので図４
にしめすように転送回路等に制限されることなく１画素
分のＰＩＮフォトダイオードをつまり実質の放射線検出
領域を広くとることができる。
点線で示されている。本実施例ではＰＩＮフォトダイオ
ードと転送回路等の形成領域は積層構造であるので図４
にしめすように転送回路等に制限されることなく１画素
分のＰＩＮフォトダイオードをつまり実質の放射線検出
領域を広くとることができる。
【００３３】またＰＩＮフォトダイオード１７を形成し
たＰ-単結晶シリコン半導体１がＰ-単結晶シリコン半導
体２に形成された諸回路にたいして放射線の遮蔽をなす
という利点もある。図５は本発明の第３の実施例の放射
線検出装置の断面図であり図４でみれば垂直転送ＣＴＤ
２１と平行な方向の断面図である。以下の実施例ではこ
の方向の断面図が他と区別しやすくわかりやすいので、
この方向の断面図で説明する。
たＰ-単結晶シリコン半導体１がＰ-単結晶シリコン半導
体２に形成された諸回路にたいして放射線の遮蔽をなす
という利点もある。図５は本発明の第３の実施例の放射
線検出装置の断面図であり図４でみれば垂直転送ＣＴＤ
２１と平行な方向の断面図である。以下の実施例ではこ
の方向の断面図が他と区別しやすくわかりやすいので、
この方向の断面図で説明する。
【００３４】図５ではＣＴＤとしては埋め込みチャネル
ＣＣＤが使用されている。すなわち絶縁層３を介してＰ
-単結晶シリコン半導体１とＰ-単結晶シリコン半導体２
があり、Ｐ-単結晶シリコン半導体１はＮ領域４とＰ+領
域５を形成することによりＰＩＮフォトダイオード１７
を有する構造となっており、Ｐ+領域６はＰＩＮフォト
ダイオードのチャンネルストッパーである。
ＣＣＤが使用されている。すなわち絶縁層３を介してＰ
-単結晶シリコン半導体１とＰ-単結晶シリコン半導体２
があり、Ｐ-単結晶シリコン半導体１はＮ領域４とＰ+領
域５を形成することによりＰＩＮフォトダイオード１７
を有する構造となっており、Ｐ+領域６はＰＩＮフォト
ダイオードのチャンネルストッパーである。
【００３５】Ｐ-単結晶シリコン半導体２にはポリシリ
コン８とＡｌ１６を電極としてもつ２層電極構造をもち
Ｎ領域７をもつ埋め込みチャネルＣＣＤである垂直転送
ＣＣＤ１８が形成されている。図６は本発明の第４の実
施例の放射線検出装置の断面図であり、絶縁層３を介し
てＰ-単結晶シリコン半導体１とＰ-単結晶シリコン半導
体２があり、Ｐ-単結晶シリコン半導体１はＮ領域４と
Ｐ+領域５を形成することによりＰＩＮフォトダイオー
ド１７を有する構造となっており、Ｐ+領域６はＰＩＮ
フォトダイオードのチャンネルストッパーである。
コン８とＡｌ１６を電極としてもつ２層電極構造をもち
Ｎ領域７をもつ埋め込みチャネルＣＣＤである垂直転送
ＣＣＤ１８が形成されている。図６は本発明の第４の実
施例の放射線検出装置の断面図であり、絶縁層３を介し
てＰ-単結晶シリコン半導体１とＰ-単結晶シリコン半導
体２があり、Ｐ-単結晶シリコン半導体１はＮ領域４と
Ｐ+領域５を形成することによりＰＩＮフォトダイオー
ド１７を有する構造となっており、Ｐ+領域６はＰＩＮ
フォトダイオードのチャンネルストッパーである。
【００３６】Ｐ-単結晶シリコン半導体２にはソースと
ドレインとなるＮ領域７とＡｌ１６を電極としてもつ垂
直転送ＭＯＳＢＢＤ１８が形成されている。図７は本発
明の第５の実施例の放射線検出装置の断面図であり、絶
縁層３を介してＮ-単結晶シリコン半導体３１とＮ-単結
晶シリコン半導体３２があり、Ｎ-単結晶シリコン半導
体３１はＰ+領域３３とＮ+領域３４を形成することによ
りＰＩＮフォトダイオード１７を有する構造となってお
り、Ｎ+領域３５はＰＩＮフォトダイオードのチャンネ
ルストッパーである。
ドレインとなるＮ領域７とＡｌ１６を電極としてもつ垂
直転送ＭＯＳＢＢＤ１８が形成されている。図７は本発
明の第５の実施例の放射線検出装置の断面図であり、絶
縁層３を介してＮ-単結晶シリコン半導体３１とＮ-単結
晶シリコン半導体３２があり、Ｎ-単結晶シリコン半導
体３１はＰ+領域３３とＮ+領域３４を形成することによ
りＰＩＮフォトダイオード１７を有する構造となってお
り、Ｎ+領域３５はＰＩＮフォトダイオードのチャンネ
ルストッパーである。
【００３７】Ｎ-単結晶シリコン半導体３２にはソース
とドレインとなるＮ+領域７と、ゲートとなるＰ+領域３
８とＡｌ１６を電極としてもつ垂直転送接合形ＦＥＴＢ
ＢＤ３９が形成されている。この接合形ＦＥＴＢＢＤは
ＳｉＯ2の放射線による損傷の影響を受けにくく放射線
検出装置に使用するのに有利である。
とドレインとなるＮ+領域７と、ゲートとなるＰ+領域３
８とＡｌ１６を電極としてもつ垂直転送接合形ＦＥＴＢ
ＢＤ３９が形成されている。この接合形ＦＥＴＢＢＤは
ＳｉＯ2の放射線による損傷の影響を受けにくく放射線
検出装置に使用するのに有利である。
【００３８】図８は本発明の放射線検出装置の製造工程
を示す図であり、特に本発明の実現に重要な張り合わせ
ＳＯＩ基板の製造工程を示す図である。図８（ａ）に示
すようにまずＦＺ法で製造された高抵抗のＮ-単結晶シ
リコン半導体３１にＰ+領域３３、Ｎ+領域３５を設け
る。
を示す図であり、特に本発明の実現に重要な張り合わせ
ＳＯＩ基板の製造工程を示す図である。図８（ａ）に示
すようにまずＦＺ法で製造された高抵抗のＮ-単結晶シ
リコン半導体３１にＰ+領域３３、Ｎ+領域３５を設け
る。
【００３９】一方図８（ｂ）に示すようにＣＣＤあるい
はＢＢＤ等を形成するＮ-単結晶シリコン半導体３２に
は絶縁層３を形成する。この絶縁層３は通常ＳｉＯ2で
ありこのＳｉＯ2を介してＮ-単結晶シリコン半導体３１
とＮ-単結晶シリコン半導体３２を熱圧着することによ
り張り合わせ構造の両面単結晶シリコン半導体であるＳ
ＯＩ基板が得られる。
はＢＢＤ等を形成するＮ-単結晶シリコン半導体３２に
は絶縁層３を形成する。この絶縁層３は通常ＳｉＯ2で
ありこのＳｉＯ2を介してＮ-単結晶シリコン半導体３１
とＮ-単結晶シリコン半導体３２を熱圧着することによ
り張り合わせ構造の両面単結晶シリコン半導体であるＳ
ＯＩ基板が得られる。
【００４０】このＳＯＩ基板の片面あるいは両面を必要
に応じて研磨したあと所定の工程を経ることにより図
１、図３、図５、図６、図７に示した本発明の放射線検
出装置が得られる。ここでＮ-単結晶シリコン半導体を
例としたがもちろんＰ-単結晶シリコン半導体でも同様
である。
に応じて研磨したあと所定の工程を経ることにより図
１、図３、図５、図６、図７に示した本発明の放射線検
出装置が得られる。ここでＮ-単結晶シリコン半導体を
例としたがもちろんＰ-単結晶シリコン半導体でも同様
である。
【００４１】
【発明の効果】以上述べたように本発明では両面に単結
晶シリコン半導体をもつ張り合わせ構造のＳＯＩ基板の
一方の単結晶シリコン半導体に光電変換素子を、もう一
方の単結晶シリコン半導体に転送回路をはじめとする信
号処理回路を形成し、光電変換素子を形成する単結晶シ
リコン半導体としてＦＺ法により製造された高抵抗基板
を使用し、光電変換素子をＰＩＮフォトダイオードとす
ることにより空乏層を深くのばすことができ高エネルギ
ーの放射線の検出効率の大きな２次元の固体放射線検出
装置を実現できる。
晶シリコン半導体をもつ張り合わせ構造のＳＯＩ基板の
一方の単結晶シリコン半導体に光電変換素子を、もう一
方の単結晶シリコン半導体に転送回路をはじめとする信
号処理回路を形成し、光電変換素子を形成する単結晶シ
リコン半導体としてＦＺ法により製造された高抵抗基板
を使用し、光電変換素子をＰＩＮフォトダイオードとす
ることにより空乏層を深くのばすことができ高エネルギ
ーの放射線の検出効率の大きな２次元の固体放射線検出
装置を実現できる。
【００４２】また転送回路としてＣＣＤや、ＢＢＤが使
用でき構造が簡易な効率のよい転送が可能となる。光電
変換素子の形成部と信号処理回路の形成部を積層構造と
することができ光電変換素子の実質的検出面積を大きく
することも可能となる。
用でき構造が簡易な効率のよい転送が可能となる。光電
変換素子の形成部と信号処理回路の形成部を積層構造と
することができ光電変換素子の実質的検出面積を大きく
することも可能となる。
【００４３】また完全空乏層化したＰＩＮフォトダイオ
ードを形成した単結晶シリコン半導体側から放射線を入
射することで信号処理回路の放射線損傷を低減できる。
更にＢＢＤとして接合形ＦＥＴを使用することでも放射
線損傷を低減できる。
ードを形成した単結晶シリコン半導体側から放射線を入
射することで信号処理回路の放射線損傷を低減できる。
更にＢＢＤとして接合形ＦＥＴを使用することでも放射
線損傷を低減できる。
【図１】本発明の第１の実施例の放射線検出装置の断面
図である。
図である。
【図２】本発明の第１の実施例の放射線検出装置の構成
図である。
図である。
【図３】本発明の第２の実施例の放射線検出装置の断面
図である。
図である。
【図４】本発明の第２の実施例の放射線検出装置の構成
図である。
図である。
【図５】本発明の第３の実施例の放射線検出装置の断面
図である。
図である。
【図６】本発明の第４の実施例の放射線検出装置の断面
図である。
図である。
【図７】本発明の第５の実施例の放射線検出装置の断面
図である。
図である。
【図８】本発明の放射線検出装置の製造工程図である。
【図９】従来の固体撮像素子の断面図である。
１，２ Ｐ-単結晶シリコン半導体 ３ 絶縁層 ４，７ Ｎ領域 ５，６ Ｐ+領域 ８，９ ポリシリコン １０ シールド １１ ＳｉＯ2 １２ 開口部 １３ 光電変換素子 １４ ＣＴＤ １５ 入射線 １６ Ａｌ １７ ＰＩＮフォトダイオード １８ 垂直転送ＣＣＤ １９ 垂直転送ＭＯＳＢＢＤ ２１ 垂直転送ＣＴＤ ２２ 水平転送ＣＴＤ ２３ 転送ゲート ２４ 出力ゲート ３１，３２ Ｎ-単結晶シリコン半導体 ３３，３６，３８ Ｐ+領域 ３４，３５，３７ Ｎ+領域 ３９ 垂直転送接合形ＦＥＴＢＢＤ
Claims (8)
- 【請求項１】 絶縁層（３）を介して両面に単結晶シリ
コン半導体を有する半導体基板の、一方の面の単結晶シ
リコン半導体（１）に光電変換素子（１３）を設け、も
う一方の面の単結晶シリコン半導体（２）にＣＴＤ（１
４）をもつ信号処理回路を設けたことを特徴とする固体
放射線検出装置。 - 【請求項２】 前記ＣＴＤ（１４）がＣＣＤであること
を特徴とする請求項１記載の固体放射線検出装置。 - 【請求項３】 前記ＣＴＤ（１４）がＢＢＤであること
を特徴とする請求項１記載の固体放射線検出装置。 - 【請求項４】 前記ＢＢＤが接合形ＦＥＴよりなること
を特徴とする請求項３記載の固体放射線検出装置。 - 【請求項５】 前記光電変換素子（１３）がＰＩＮフォ
トダイオードであることを特徴とする請求項１記載の固
体放射線検出装置。 - 【請求項６】 前記光電変換素子を設けた単結晶シリコ
ン半導体（１）がＦＺ法により製造された単結晶シリコ
ン半導体であることを特徴とする請求項１記載の固体放
射線検出装置。 - 【請求項７】 絶縁層（３）を介して両面に単結晶シリ
コン半導体を有する半導体基板の一方の面の単結晶シリ
コン半導体（１）に光電変換素子（１３）を設けもう一
方の面の単結晶シリコン半導体（２）にＣＴＤ（１４）
をもつ信号処理回路を設けた固体放射線検出装置におい
て入射線（１５）を光電変換素子（１３）を設けた単結
晶シリコン半導体（１）側から入射することを特徴する
固体放射線検出装置。 - 【請求項８】 前記単結晶シリコン半導体（１）側にシ
ンチレーターを有することを特徴する請求項７記載の固
体放射線検出装置。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9010685A JPH10209417A (ja) | 1997-01-23 | 1997-01-23 | 固体放射線検出装置 |
| US09/012,168 US6114685A (en) | 1997-01-23 | 1998-01-22 | Solid-state radiation detector having a charge transfer device |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9010685A JPH10209417A (ja) | 1997-01-23 | 1997-01-23 | 固体放射線検出装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH10209417A true JPH10209417A (ja) | 1998-08-07 |
Family
ID=11757133
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP9010685A Pending JPH10209417A (ja) | 1997-01-23 | 1997-01-23 | 固体放射線検出装置 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US6114685A (ja) |
| JP (1) | JPH10209417A (ja) |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2001075977A1 (fr) * | 2000-04-04 | 2001-10-11 | Hamamatsu Photonics K.K. | Detecteur d'energie a semi-conducteur |
| JP2001291892A (ja) * | 2000-04-04 | 2001-10-19 | Hamamatsu Photonics Kk | 放射線検出器 |
| JP2001291853A (ja) * | 2000-04-04 | 2001-10-19 | Hamamatsu Photonics Kk | 半導体エネルギー検出素子 |
| US7157352B2 (en) | 2002-10-11 | 2007-01-02 | Sony Corporation | Method for producing ultra-thin semiconductor device |
| JP2012509492A (ja) * | 2008-11-18 | 2012-04-19 | コーニンクレッカ フィリップス エレクトロニクス エヌ ヴィ | スペクトルイメージング検出器 |
| JP2014235167A (ja) * | 2013-05-31 | 2014-12-15 | オックスフォード インストゥルメンツ アナリティカル オーワイＯｘｆｏｒｄ Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ Ａｎａｌｙｔｉｃａｌ Ｏｙ | 放射線シールドを有する半導体検出器 |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2001075737A (ja) * | 1999-09-06 | 2001-03-23 | Canon Inc | 座標入力装置及びその方法、コンピュータ可読メモリ |
| DE102005026242B4 (de) * | 2005-06-07 | 2007-05-03 | Austriamicrosystems Ag | Photodiode mit integrierter Halbleiterschaltung und Verfahren zur Herstellung |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS58221562A (ja) * | 1982-06-18 | 1983-12-23 | Fuji Xerox Co Ltd | 原稿読取装置 |
| JPH07161958A (ja) * | 1993-12-09 | 1995-06-23 | Nec Corp | 固体撮像装置 |
-
1997
- 1997-01-23 JP JP9010685A patent/JPH10209417A/ja active Pending
-
1998
- 1998-01-22 US US09/012,168 patent/US6114685A/en not_active Expired - Fee Related
Cited By (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2001075977A1 (fr) * | 2000-04-04 | 2001-10-11 | Hamamatsu Photonics K.K. | Detecteur d'energie a semi-conducteur |
| JP2001291892A (ja) * | 2000-04-04 | 2001-10-19 | Hamamatsu Photonics Kk | 放射線検出器 |
| JP2001291853A (ja) * | 2000-04-04 | 2001-10-19 | Hamamatsu Photonics Kk | 半導体エネルギー検出素子 |
| US7148551B2 (en) | 2000-04-04 | 2006-12-12 | Hamamatsu Photonics K.K. | Semiconductor energy detector |
| JP4522531B2 (ja) * | 2000-04-04 | 2010-08-11 | 浜松ホトニクス株式会社 | 半導体エネルギー検出素子 |
| JP4571267B2 (ja) * | 2000-04-04 | 2010-10-27 | 浜松ホトニクス株式会社 | 放射線検出器 |
| US7157352B2 (en) | 2002-10-11 | 2007-01-02 | Sony Corporation | Method for producing ultra-thin semiconductor device |
| JP2012509492A (ja) * | 2008-11-18 | 2012-04-19 | コーニンクレッカ フィリップス エレクトロニクス エヌ ヴィ | スペクトルイメージング検出器 |
| JP2014235167A (ja) * | 2013-05-31 | 2014-12-15 | オックスフォード インストゥルメンツ アナリティカル オーワイＯｘｆｏｒｄ Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ Ａｎａｌｙｔｉｃａｌ Ｏｙ | 放射線シールドを有する半導体検出器 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| US6114685A (en) | 2000-09-05 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| RD01 | Notification of change of attorney |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7421 Effective date: 20040302 |