(57)【要約】【課題】  シリコン基板上に高品質なヨウ化ビスマス層を形成すること、さらにはシリコン基板上にヨウ化ビスマス層を配した放射線検出素子を提供すること。【解決手段】  放射線検出素子２０３は、シリコン基板１２と、シリコン基板に配置されたヨウ化ビスマス層１１と、ヨウ化ビスマス層のうち、シリコン基板と接する面と対向する面に配置された電極（１３又は１４）とを備える。また、ヨウ化ビスマス層１１は、シリコン基板の（１１１）面に接している。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
シリコン基板と、
前記シリコン基板に配置されたヨウ化ビスマス層と、
前記ヨウ化ビスマス層のうち、前記シリコン基板と接する面と対向する面に配置された電極とを備え、
前記ヨウ化ビスマス層は、前記シリコン基板の（１１１）面に接していることを特徴とする放射線検出素子。
【請求項２】
前記ヨウ化ビスマス層は、ｃ軸配向していることを特徴とする請求項１に記載の放射線検出素子。
【請求項３】
前記ヨウ化ビスマス層の厚さが１０μｍ以上３００μｍ以下であることを特徴とする請求項１又は２に記載の放射線検出素子。
【請求項４】
前記シリコン基板の少なくとも一部の抵抗率は１０Ωｃｍ以下であり、
前記電極と前記シリコン基板とが電極対として機能することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の放射線検出素子。
【請求項５】
前記シリコン基板の抵抗率は１０Ωｃｍより大きく、
前記シリコン基板のうち、前記ヨウ化ビスマス層と接する面と対向する面に電極が配置されており、
前記ヨウ化ビスマス層に配置された前記電極と、前記シリコン基板に配置された前記電極とが電極対として機能することを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の放射線検出素子。
【請求項６】
請求項４又は５に記載の放射線検出素子と、
前記電極対の間に電圧を印加する手段と、
前記電極対と電気的に接続された集積回路とを備えることを特徴とする放射線検出器。
【請求項７】
請求項４に記載の放射線検出素子と、
前記電極対の間に電圧を印加する手段と、
前記電極対と電気的に接続された集積回路とを備え、
前記集積回路は前記シリコン基板の（１１１）面に形成されていることを特徴とする放射線検出器。
【請求項８】
前記シリコン基板の、前記集積回路が形成されている面と対向する面に接して前記ヨウ化ビスマス層が形成されていることを特徴とする請求項７に記載の放射線検出器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はヨウ化ビスマス層を備える放射線検出素子及び放射線検出器に関する。
【背景技術】
【０００２】
医療用や工業用の放射線検出器において、ヨウ化鉛（ＰｂＩ２）、ヨウ化水銀（ＨｇＩ２）、ヨウ化ビスマス（ＢｉＩ３）などの重金属ハロゲン化合物を光電変換層として用いた放射線検出素子やＸ線イメージセンサの研究がされている。尚、本発明及び本明細書において、光電変換層とは、放射線を電荷に変換する層、つまり、放射線の照射を受けて電荷（キャリアともいう）を生じる層のことを指す。
【０００３】
重金属ハロゲン化合物はＸ線吸収特性に優れるため、高性能なＸ線イメージングセンサ用材料として期待されているものの、緻密性が不十分であるために、光電変換層の欠陥を通して検出層に配置された電極対間で短絡が発生することがある。
【０００４】
特許文献１には、光電変換層が成層される電極を、光電変換層との格子不整合が２０％以内の導電性層とすることによって、光電変換層の配向を制御し、光電変換層の欠陥を軽減して短絡を軽減することが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特許４１５３７８３
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１には、光電変換層との格子整合が高い導電性層の具体例が複数開示されている。
【０００７】
一方、シリコン基板は、汎用性が高い基板として種々の用途で用いられているが、シリコン基板上に緻密性が高い重金属ハロゲン化合物の層を形成する方法は特許文献１に記載されていない。
【０００８】
そこで、本発明の目的は、シリコン基板に形成された、電極間で短絡が発生しない程度以上に緻密性が高い光電変換層、その光電変換層を備える放射線検出素子、及びその放射線検出素子を備える放射線検出器を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の一側面としての放射線検出素子は、シリコン基板と、前記シリコン基板に配置されたヨウ化ビスマス層と、前記ヨウ化ビスマス層のうち、前記シリコン基板と接する面と対向する面に配置された電極とを備え、前記ヨウ化ビスマス層は、前記シリコン基板の（１１１）面に接していることを特徴とする。本発明のその他の側面は以下で説明をする発明を実施するための形態で明らかにする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明により、シリコン基板に形成された、電極間で短絡が発生しない程度以上に緻密性が高い光電変換層、その光電変換層を備える放射線検出素子、及びその放射線検出素子を備える放射線検出器を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の放射線検出素子の代表的な実施の形態を説明する模式図。
【図２】実施例１に係るヨウ化ビスマス層の光学顕微鏡像。
【図３】実施例１に係るヨウ化ビスマス層のＸ線回折測定結果。
【図４】比較例１に係るヨウ化ビスマス層の光学顕微鏡像。
【図５】比較例２に係るヨウ化ビスマス層の光学顕微鏡像。
【図６】実施例２に係る放射線検出素子を示す模式図。
【図７】実施例３に係る放射線検出素子を示す模式図。
【図８】実施例４に係る放射線検出素子を示す模式図。
【図９】実施例５に係る放射線検出素子を示す模式図。
【図１０】実施例４に係る放射線検出素子を示す模式図。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
本発明の実施形態に係るヨウ化ビスマス層について説明をする。ヨウ化ビスマス層は、光電変換層として機能する。本実施形態のヨウ化ビスマス層は、シリコン基板１２の（１１１）面と接するように形成されている。
【００１３】
本発明者らが鋭意検討したところ、シリコン基板上にヨウ化ビスマス層を形成するに際し、シリコン基板として（１１１）面方位の基板を用いると、緻密性と平坦性が高いヨウ化ビスマス層を形成可能なことが判明した。この際、ヨウ化ビスマス層のヨウ化ビスマスは、シリコン基板の（１１１）面上にｃ軸を優先的に配向して形成される。つまり、シリコン基板の（１１１）面と接するように形成されたヨウ化ビスマス層のヨウ化ビスマスは、ｃ軸配向している。以下、そのヨウ化ビスマス層を構成するヨウ化ビスマスがｃ軸配向しているとき、そのヨウ化ビスマス層がｃ軸配向しているということがある。但し、本発明及び本明細書において、ｃ軸配向とは、完全なｃ軸配向のみを指すわけでなく、ｃ軸を優先的に配向していることを含む。つまり、ヨウ化ビスマス層のＸ線回折による結晶構造解析の評価で得られる、（００３）、（００６）、（００９）、（００１２）のピークが、（１１３）と（３００）よりも十分に大きいとき、そのヨウ化ビスマス層はｃ軸配向しているものとする。（００３）、（００６）、（００９）、（００１２）のピークは、（００１）面の系列ピークである。
【００１４】
さらに具体的には、（００９）のピークが（００３）、（００６）、（００１２）以外の他のピークより、１００倍以上大きいとき、そのヨウ化ビスマス層のヨウ化ビスマスはｃ軸配向しているものとする。また、ｃ軸配向の中でも、（００９）のピークが（００３）、（００６）、（００１２）以外の他のピークより、１０００倍以上大きいことが更に好ましい。尚、他のピークとは、ヨウ化ビスマスに由来する他のピークのことを指し、基板等に由来するピーク（シリコン基板の（１１１）面上にヨウ化ビスマス層を形成し、これを計測した場合は、（１１１）のピーク）は含まれない。ヨウ化ビスマスがｃ軸配向しているとき、ヨウ化ビスマス結晶の＜００１＞方向が基板の鉛直方向に向いている。
【００１５】
このように（１１１）面方位のシリコン基板を用いることで、大面積の単結晶基板として入手可能なシリコン基板上に、緻密性と平坦性が高い光電変換層備える放射線検出素子を、集積して形成することが可能となる。さらに、（１１１）面方位のシリコン基板に集積回路を形成すれば、ヨウ化ビスマス層を形成した基板と集積回路とを接合する必要がなくなるため、放射線の小型化が可能になったり、部品数を少なくしたりすることができる。
【００１６】
本実施形態のヨウ化ビスマス層は、上述したように、シリコン基板１２の（１１１）面にヨウ化ビスマス層を形成することで製造可能である。以下、より詳細に説明をする。
【００１７】
シリコン基板は、面方位が（１１１）であり、オフ角（ウェハ表面と面方位との間に生じるずれ角）は、１度以内であれば良い。シリコン基板の製法は、特に問わないが、例えば、Ｃｚ法およびＦｚ法で育成したものが利用可能である。シリコン基板の抵抗率は、０．０１から１０００００Ωｃｍの範囲のものが利用可能であり、特に抵抗率が１０Ωｃｍ以下であればシリコン基板を共通電極として利用することが可能となるため好ましい。また、シリコン基板に、あらかじめ抵抗率の異なる領域をパターニング形成しておき、シリコン基板の一部の抵抗率を１０Ωｃｍ以下とすると、抵抗率が１０Ωｃｍ以下の領域をパターン電極（例えば、画素電極）として用いることができる。ドーパントの種類は特に問わず、例えば、Ｂ（ボロン）やＰ（リン）、Ａｓ（ヒ素）、Ｓｂ（アンチモン）などを用いることができる。また、基板方位が（１１１）であれば、ＳＯＩ（Ｓｉｌｉｃｏｎ  Ｏｎ  Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ  ｗａｆｅｒ）基板を用いてもよい。
【００１８】
本実施形態のヨウ化ビスマス層は、シリコン基板の（１１１）面と接する。そのため、シリコン基板に自然酸化膜が形成されている場合は、フッ酸やバッファードフッ酸などで自然酸化層を除去して用いることが好ましい。これにより、緻密性と平坦性が高いウ化ビスマス層をシリコン基板面にわたって均一に形成することが可能となる。
【００１９】
ヨウ化ビスマス層１１は、ヨウ化ビスマス（ＢｉＩ３）の結晶からなる。但し、ヨウ素とビスマスの組成比は、厳密に１：３でなくても良い。
【００２０】
ヨウ化ビスマス層の形成方法は、真空蒸着法や近接昇華法やホットウォール蒸着法や化学気相成長法や印刷などの手法を用いることができる。但し、純度の高いヨウ化ビスマス層を形成する観点から、ヨウ化ビスマス層を真空中で形成することが好ましいため、真空蒸着法、近接昇華法、ホットウォール蒸着法が好ましい。ヨウ化ビスマス層の成膜条件としては、成長温度や成長レートなどに関して、ヨウ化ビスマスがｃ軸配向している層が得られる条件を適宜、選択する。たとえば真空中でヨウ化ビスマス層を形成する場合、基板温度を５０〜２００℃の範囲内とし、成長レートを０．１〜１０μｍ／ｈの範囲とすることで、ｃ軸配向しているヨウ化ビスマス層を形成することができる。
【００２１】
ヨウ化ビスマスの層厚は、１０μｍ以上３００μｍ以下であることが好ましい。ヨウ化ビスマス層をＸ線検出素子の光電変換層として用いる場合は、Ｘ線を十分に吸収することが好ましいため、３０μｍ以上の厚さを有することが更に好ましい。３０μｍ以上の厚いヨウ化ビスマス層は、薄いヨウ化ビスマス層よりも、緻密で平坦な層を形成することが難しいことが多いが、シリコン基板の（１１１）面と接するようにヨウ化ビスマス層と形成すると、緻密で平坦なヨウ化ビスマス層を形成することができる。
【００２２】
形成したヨウ化ビスマス層に対して、適宜、熱処理などの後処理を行うことができる。特に、ヨウ素雰囲気中で熱処理することは、Ｘ線照射下において高感度なヨウ化ビスマス層を得る観点から、好適な手法の一つであり、Ｘ線以外の放射線照射下においても同様の効果が得られるものと考えられる。この際、基板の種類によっては熱処理時に層はがれなどが生じる場合があり、例えばＡｕ上のヨウ化ビスマス層は熱処理により層はがれが生じることがあるが、シリコン基板上のヨウ化ビスマス層は熱処理への耐性が良好である。よって、シリコン基板の（１１１）面と接するように形成されたヨウ化ビスマス層は、感度が高い放射線検出能力を有する光電変換層として用いるのに好適な構造である。
【００２３】
次に、上述のヨウ化ビスマス層を備える放射線検出素子の好ましい実施の形態について説明する。図１は、ヨウ化ビスマス層１１とシリコン基板１２と、画素電極１３と共通電極１４とを備える放射線検出素子２０３であり、１５はＸ線である。ヨウ化ビスマス層１１とシリコン基板１２については上述の通りなので、ここでは説明を省略する。
【００２４】
画素電極１３および共通電極１４としては、Ａｕ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｍｏ、カーボン、ＩＴＯなどの導電性材料を用いることができる。電極は、真空蒸着や導電性インクの印刷などの手法で形成することができる。
【００２５】
本発明及び本明細書において、Ｘ線とは、放射線のうち、エネルギーが２ｋｅＶ以上１０００ｋｅＶ以下の電磁波のことを指し、上記エネルギー範囲のγ線を含むものとする。検出対象であるＸ線１５は、例えば、Ｘ線源から照射されるＸ線やアイソトープから照射されたγ線を用いることができる。但し、本実施形態に係る放射線検出素子の検出対象はＸ線に限定されず、電子線、陽電子線、荷電重粒子、電磁波、中性子などを検出できると考えられる。放射線の中で、α線はヘリウム４の原子核の粒子線、β線は電子線である。本実施形態の放射線検出素子２０３は、放射線としてＸ線の検出に用いる場合には、Ｘ線イメージセンサとして用いることができる。尚、図１において、Ｘ線１５は上方から照射されているが、Ｘ線の場合にはシリコン基板１２を透過することができるため、下方から照射してもよい。
【００２６】
上述のように、（１１１）面方位のシリコン基板と接するようにヨウ化ビスマス層を形成すると、緻密で平坦なヨウ化ビスマス層を形成可能なことができる。しかしながら、発明者らが鋭意検討したところ、酸化膜が形成された状態の（１１１）面方位のシリコン基板に厚さ１０μｍ以上のヨウ化ビスマス層を形成すると、ヨウ化ビスマス層のヨウ化ビスマスがｃ軸配向しないことが分かった。同様に、他の面方位を有したシリコン基板に厚さ１０μｍ以上のヨウ化ビスマス層を形成しても、ヨウ化ビスマス層のヨウ化ビスマスがｃ軸配向しないことが分かった。よって、これらのヨウ化ビスマス層は平坦性と緻密性が（１１１）面方位のシリコン基板と接するように形成したヨウ化ビスマス層よりも低い。酸化膜が形成された状態の（１１１）面方位のシリコン基板や、他の面方位を有したシリコン基板に形成されたヨウ化ビスマス層のように、緻密性が低い層を光電変換層として用いると、上下電極間の短絡が生じたり、電界分布が不均一になったりすることがある。
【００２７】
他にも、ＡｕやＰｔなどの下地電極を用いると、これらの材料上には比較的平坦なヨウ化ビスマス層が形成されるが、本実施形態のように（１１１）面方位のシリコン基板を用いれば、これらの高価な貴金属を用いる必要がなくなる。
【実施例１】
【００２８】
本実施例１は、図１に示すように、シリコン基板と、シリコン基板に配置されたヨウ化ビスマス層１１を有した放射線検出素子に関する。ヨウ化ビスマス層が光電変換層として機能する。
【００２９】
まず、抵抗率０．０１Ωｃｍのｐ型シリコン基板１２を用意した。シリコン基板１２の面方位は（１１１）であり、Ｃｚ法で育成されたシリコンウエハである。このシリコン基板１２をバッファードフッ酸液中（ステラケミファ社  ＬＡＬ１０００）に１０秒間、浸漬することで表面の自然酸化層を除去した。
【００３０】
純度９９．９９％のＢｉＩ３粉末を石英管中で昇華精製処理を施すことで、ヨウ化ビスマス原料を用意した。この昇華精製したヨウ化ビスマス原料を、真空排気可能な装置内の石英容器にセットし、さらに対向して配された基板ホルダーには上述のシリコン基板１２をセットした。シリコン基板１２は、上述の自然酸化層除去工程の後で、２０分以内に真空環境下に配置することで、表面酸化を抑制した。
【００３１】
次に、装置内を２ｘ１０−３Ｐａまで真空排気した後、原料加熱用のヒーターの設定温度を２００℃、基板加熱用のヒーターの設定温度を１５０℃にした状態で１０時間保持し、真空蒸着を行った。この真空蒸着により、シリコン基板１２の（１１１）面と接するヨウ化ビスマス層を形成した。重量測定から、形成されたヨウ化ビスマス層の厚さは３０μｍであることがわかった。
【００３２】
光学顕微鏡でヨウ化ビスマス層の表面形状を観察すると、図２のように、表面が平坦な結晶が配列した緻密な層が確認された。結晶のサイズは３０から６０μｍ程度であった。Ｘ線回折によりをヨウ化ビスマス層の結晶方位を調べると、図３に示すように、バックグラウンドレベル以上のピークは（００３）（００９）（００６）（００１２）のピークのみであり、ｃ軸配向しているヨウ化ビスマス層が形成されていることが判った。他のピークはバックグラウンドレベルであり、（００９）のピークとそれらバックグラウンドレベルのピークの比は１０００以上である。
【００３３】
このように、ヨウ化ビスマス層がｃ軸配向していることから、図２の光学顕微鏡観察で見られた平坦な面は、ヨウ化ビスマスのｃ面であることが判った。
【００３４】
ヨウ化ビスマス層１１のうち、シリコン基板と接する面と対向する面にＡｕの画素電極１３を配置し、シリコン基板１２のうち、光電変換層と接する面と対向する面（以下、裏面と呼ぶことある）にＡｕの共通電極１４を配置し、放射線検出素子とした。画素電極１３と共通電極１４の間に電圧を印加しながらＸ線を照射してＸ線応答特性を評価することで、放射線検出素子からの、Ｘ線照射に対応した信号が検出される。
【００３５】
また、電極対（画素電極と共通電極）に電圧を印加する手段と放射線検出素子の電極対とを電気的に接続することで、放射線検出器とすることができる。
【実施例２】
【００３６】
本実施例は、図６に示すように、放射線検出素子２０３と、放射線検出素子の電極対に電圧を印加する手段２０４と、電極対の一方と電気的に接続された集積回路であるＬＳＩ素子２０２とを備える放射線検出器に関する。尚、ＬＳＩ素子２０２は、各画素の信号電荷を読み出すことができる回路である。また、光電変換層として、シリコン基板１２の（１１１）面に形成した、ｃ軸配向しているヨウ化ビスマス層１１を用いている。
【００３７】
まず、実施例１と同様の手法により、放射線検出素子２０３を用意する。本実施例では、抵抗率が０．０１Ωｃｍで厚さが約５００μｍの、ｎ型の（１１１）シリコン基板に、厚さ１２０μｍのヨウ化ビスマス層を形成する。成膜手法は実施例１と同様である。ヨウ化ビスマス層１１には、３００μｍ角の画素電極１３が形成されている。（図６では簡略化して３つの画素電極として記している）。画素電極１３は、厚さ１００ｎｍのＡｕの蒸着層である。シリコン基板の裏面には、共通電極を配置せず、シリコン基板を共通電極として用いている。
【００３８】
一方で、一般的な半導体プロセスにより、集積回路が形成されたＬＳＩ素子２０２を用意する。集積回路としては、各画素の信号電荷を読み出すことができる回路として、それぞれの画素ごとに光子数計数回路（フォトンカウンティング回路）が搭載されている。光子数計数回路は、前置増幅回路、波形整形回路、波高弁別回路、パルス計数回路などを有し、入力パルス信号の数を出力する回路である。この回路により、放射線照射に伴いヨウ化ビスマス層１１で生成されたキャリアに起因したパルスの数を計数することで、照射された放射線の光子数を検出することができる。
【００３９】
放射線検出素子２０３とＬＳＩ素子２０２とを図６に示すようにバンプ２０１を介して接続する。バンプとしては、印刷で形成した導電性樹脂パターンを用いる。また、放射線検出素子の電極対に電圧を印加する手段と放射線検出器の電極対とを電気的に接続する。シリコン基板（共通電極）と画素電極の間に電圧を印加しながらＸ線の照射を行うことで、光電変換層で生成された電荷が集積回路で処理され、最終的に、Ｘ線イメージのデータとして出力される。
【００４０】
本実施例では、ＬＳＩ素子に実装する回路として、光子数計数回路を用いたが、放射線検出素子からの信号を読み出す回路であれば、その他の回路を用いることもできる。例えば、各画素に対応して蓄積容量とトランジスタを配し、画素電極からの信号電荷を蓄積容量に蓄積させ、各画素の信号電荷をトランジスタを用いて順次読みだす回路を用いることもできる。
【００４１】
本実施例においては、放射線検出素子２０３とＬＳＩ素子２０２をバンプ接続することで、両者の表面を対向して近接した状態で接合できるため、小型で高機能な放射線検出器を実現している。放射線検出素子２０３の基板とＬＳＩ素子２０２の両方にシリコン基板を用いているため、バンプ接続プロセスの安定性が良好で、信頼性の高いバンプ接続がなされているという特徴がある。また、ヨウ化ビスマス層をシリコン基板（１１１）上に形成できるため、実施例１と同様に、緻密性と平坦性が高いヨウ化ビスマス層を光電変換層として用いることができる。
【実施例３】
【００４２】
本実施例は、図７に示すような、集積回路２１１が形成されたシリコン基板１２に光電変換層としてｃ軸配向しているヨウ化ビスマス層１１が形成された放射線検出素子２０３である。
【００４３】
まず、（１１１）シリコン基板１２に、一般的な半導体プロセスを用いて、絶縁膜２１９、ゲート２１８、ｎ型領域２１２、配線層２１４を形成することで、トランジスタや配線などの集積回路２１１を形成する。画素領域は、低抵抗のｎ型領域２１２としてパターニングされており、このｎ型領域はそれぞれ集積回路２１１として光子数計数回路が電気的に接続されている。
【００４４】
次に、画素領域２１６のシリコン基板の（１１１）面を露出させた後、（１１１）面にヨウ化ビスマス層１１を形成する。集積回路領域２１７には保護層２１３が形成されており、この上にもヨウ化ビスマス層が形成される。ヨウ化ビスマス層の上（つまり、シリコン基板と接する面と対向する面）には、共通電極１４を形成する。このような構成により、ヨウ化ビスマス層１１と、集積回路２１１を有したシリコン基板を、バンプなどの接合部材を用いることなく一体化することができる。つまり、ヨウ化ビスマス層１１と集積回路２１１とを一体形成することができる。このような集積回路と光電変換層が一体形成された放射線検出素子は、部品点数が少ないことやバンプ接続工程が必要ないなどの利点がある。尚、この放射線検出素子は、図面の上方、つまり、光電変換層のうち、シリコン基板と接する面と対向する面の側から放射線が入射するように使用することが好ましい。そのように用いることで、放射線の光路において、集積回路２１１の上流に配置されたヨウ化ビスマス層１１が、集積回路へ照射される放射線量を低減することができるため、信頼性の高い集積回路の動作が可能となる。
【００４５】
また、ヨウ化ビスマス層をシリコン基板の（１１１）面上に形成できるため、良好なＸ線検出が可能となる。また、ヨウ化ビスマス層をシリコン基板（１１１）上に形成できるため、実施例１と同様に、緻密性と平坦性が高いヨウ化ビスマス層を光電変換層として用いることができる。尚、本実施例も実施例２と同様に、光子数計数回路以外の回路を集積回路として用いることができる。
【実施例４】
【００４６】
本実施例は、図８に示すような、シリコン基板１２に集積回路２１１が形成されており、更に、シリコン基板の一部が画素電極として機能する放射線検出素子２０３の例である。本実施例は、シリコン基板１２の第１の面２３３に集積回路２１１が形成されており、第１の面と対向する第２の面２３４にｃ軸配向しているヨウ化ビスマス層が形成されている。尚、第１の面２３３、第２の面２３４共に、面方位は（１１１）である。
【００４７】
まず、シリコン基板１２の第１の面２３３にトランジスタや配線などの集積回路２１１を形成する。また、図８に示すように、シリコン基板内部には画素部２２２と画素分離部２２１が設けられている。画素部２２２はｎ型の低抵抗領域で、画素電極として機能し、光電変換層と集積回路を電気接続する。画素分離部２２１は高抵抗領域で、たとえばｎ型の基板を用いた場合にはイオン注入によりｐ型部位を形成することで画素分離部２２１とすることができる。他にも、画素分離部２２１として、トレンチを形成後に絶縁材料を埋め込んだ構造を用いてもよい。
【００４８】
次に、このシリコン基板の第１の面２３３を配線層２１４を介して支持基板２２３に貼り合わせる。支持基板は平坦面を有し、貼り合わせ可能なものであればこだわらないが、たとえばシリコンウエハを用いることができる。
【００４９】
次に、シリコン基板の第２の面側を研磨してシリコン基板１２を３０μｍ程度まで薄くしたのち、この第２の面にｃ軸配向しているヨウ化ビスマス層１１を形成する。ヨウ化ビスマス層は画素部２２２を介して、集積回路と電気的に接続される。さらにヨウ化ビスマス層のうち、シリコン基板の（１１１）面と接する面と対向する面にＡｕ層からなる共通電極１４を形成する。
【００５０】
このようにして支持基板２２３上に、配線層２１４と集積回路（ＡＳＩＣ）２１１がスタックされ、さらにその上に光電変換層（ヨウ化ビスマス層１１）がスタックされた放射線検出素子２０３を構成することができる。
【００５１】
本実施例の放射線検出素子２０３のヨウ化ビスマス層は、シリコン基板の（１１１）面上に形成できるため、ヨウ化ビスマス層をｃ軸配向とすることができる。また、バンプを用いずに、光電変換層と集積回路を有したシリコン基板をコンパクトに一体化できる。
【００５２】
また、本実施例の放射線検出素子は、実施例４のようにシリコン基板の画素領域の周辺に集積回路を配する領域を必要としない（本実施例において、集積回路は画素部の下方にスタック配置される）。これにより、画素領域を配置する面積が大きくすることが可能となり、感度が高い放射線検出器とすることができる。また、集積回路を配する面積を大きくとることができるため、画素領域のピッチ（つまり、画素ピッチ）を小さくすることが可能となり、高精細な画像を取得可能な放射線のイメージセンサとすることができる。
【００５３】
尚、本実施例においては、シリコン基板の第１の面２３３に集積回路２１１を配して支持基板２２３を貼り合わせた構成としたが、放射線検出素子は、図１０のような構成としても良い。図１０の放射線検出素子は、シリコン基板の第１の面に画素電極１３を配置し、別途用意したＬＳＩ素子２０２と画素電極１３とをバンプ２０１を介して接続する構成である。また、本実施例も実施例２と同様に、光子数計数回路以外の回路を集積回路として用いることができる。
【実施例５】
【００５４】
本実施例は、図９に示すような、高抵抗なシリコン基板１２の（１１１）面にヨウ化ビスマス層を形成した放射線検出素子２０３の例である。本実施例においても、シリコン基板１２上に、ヨウ化ビスマス層１１を形成している。ヨウ化ビスマス層はシリコン基板の（１１１）面上にｃ軸を優先的に配向して形成されている。
【００５５】
まず、実施例１と同様に、放射線検出素子２０３を用意する。但し、本実施例では、シリコン基板１２として、抵抗率が１０００００Ωｃｍのｐ型の（１１１）シリコン基板を用いた。また、シリコン基板の厚さは約３００μｍである。シリコン基板の（１１１）面に、実施例１と同様の方法を用いて、厚さ１００μｍのヨウ化ビスマス層を形成する。ヨウ化ビスマス層のうち、シリコン基板の（１１１）面と接する面と対向する面には、共通電極１４が形成されている。共通電極１４は、厚さ１００ｎｍのＡｕの蒸着層である。シリコン基板の裏面には、画素に対応して３００μｍ角の画素電極１３が形成されている。画素電極１３は、厚さ２００ｎｍのＡｕの蒸着層である。
【００５６】
放射線検出素子２０３と、実施例２で用いたＬＳＩ素子２０２とを、図９に示すようにバンプ２０１を介して電気的に接続する。バンプとしては、印刷で形成した導電性樹脂パターンを用いる。
【００５７】
共通電極１４と画素電極の間に電圧を印加しながら、放射線の照射を行うことで、光電変換層で生成された電荷が集積回路で処理され、最終的に、放射線イメージのデータとして出力される。
【００５８】
本実施例では、シリコン基板１２として高抵抗なシリコン基板を用いたことにより、ヨウ化ビスマス層中で生成した電荷に加えて、高抵抗のシリコン基板１２中で生成した電荷も信号に寄与しうるという特徴がある。
【００５９】
また、本実施例においては、放射線検出素子２０３とＬＳＩ素子２０２をバンプ接続することで、小型で高機能な放射線検出素子を実現している。
【００６０】
バンプ接続面の両面、すなわち放射線検出素子２０３のシリコン基板１２とＬＳＩ素子２０２の両方にシリコン基板を用いているため、信頼性の高いバンプ接続が可能である。
【００６１】
また、ヨウ化ビスマス層をシリコン基板（１１１）に形成できるため、緻密性と平坦性が高いヨウ化ビスマス層を光電変換層とすることができる。
【００６２】
（比較例）
比較例１及び２として、本実施例１と同様の方法で、シリコン基板にヨウ化ビスマス層を形成した。但し、比較例１において、シリコン基板の面方位は（１００）であり、比較例２において、シリコン基板の面方位は（１１０）である。比較例１及び２において、用いたシリコン基板以外は実施例１と同様であり、自然酸化膜の除去や成膜条件は実施例１と同様である。
【００６３】
比較例１において形成されたヨウ化ビスマス層の光学顕微鏡写真を図４に示す。図４において黒色の影に見える部分は、ヨウ化ビスマス結晶が基板に対して斜めに成長し、大きな凸を形成した部分に相当する。この部分が黒色に見えるのは、上方向から照射された光が反射されて、結像面に到達しなくためである。図４に示すように、比較例１のヨウ化ビスマス層は、表面の凹凸が大きく（つまり、平坦性が低く）、緻密性は低かった。
【００６４】
また、比較例１のヨウ化ビスマス層をＸ線回折した結果、ヨウ化ビスマスの（１１３）や（３００）のピークが観測された。（００９）のピークも観測されたが、（００９）のピークは（１１３）のピークの約２０倍であり、ｃ軸配向していないことが判った。
【００６５】
比較例２において形成されたヨウ化ビスマス層の光学顕微鏡写真を図５に示す。図５においても黒色の影に見える部分は、ヨウ化ビスマス結晶が基板に対して斜めに成長した部分である。
【００６６】
図５に示すように、比較例２のヨウ化ビスマス層は、表面の凹凸が大きく、緻密性は低かった。
【００６７】
比較例１と２のヨウ化ビスマス層のような、緻密性が低いヨウ化ビスマス層を光電変換層として用いると、電極対の間に短絡が生じてしまう可能性が高くなる。
【００６８】
以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明はこれらの実施形態に限定されず、その要旨の範囲内で種々の変形および変更が可能である。
【符号の説明】
【００６９】
１１  ヨウ化ビスマス層
１２  シリコン基板
１３  画素電極
１４  共通電極
１５  Ｘ線
２０１  バンプ
２０２  ＬＳＩ素子
２０３  Ｘ線検出素子
２０４  電圧を印加する手段
２１１  集積回路
２１２  ｎ型領域
２１３  保護層
２１４  配線層
２１６  集積回路領域
２１７  画素領域
２２１  画素分離部
２２２  画素部
２３１  画素分離部
２３２  低抵抗ｎ型部
２３３  第１の面
２３４  第２の面
【図１】
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【図３】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図２】
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【図４】
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【図５】
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