(57)【要約】【課題】制御素子の転送能力を低下させることなく感度を向上させる。【解決手段】光信号を電気信号に変換する光電変換素子と、前記光電変換素子で変換された電気信号の読み出しを制御する制御素子とが、それぞれ平面上に配列された光電変換装置において、前記光電変換素子の半導体層は複数層としており、前記制御素子の半導体層は少なくとも一層以上としており、前記光電変換素子もしくは前記制御素子の複数層からなる半導体層は、半導体層毎にフォトリソグラフィー法によりパターンを形成しており、前記制御素子の半導体層の厚さが、前記光電変換素子の半導体層の厚さの合計よりも薄くなくようにしている。【選択図】　　　図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光信号を電気信号に変換する光電変換素子と、前記光電変換素子で変換された電気信号の読み出しを制御する制御素子とが、それぞれ平面上に配列された光電変換装置において、
前記光電変換素子の半導体層は複数層としており、前記制御素子の半導体層は少なくとも一層以上としており、前記光電変換素子もしくは前記制御素子の前記複数層の半導体層は、半導体層毎にフォトリソグラフィー法によりパターンを形成しており、
前記制御素子の半導体層の厚さが、前記光電変換素子の半導体層の厚さの合計よりも薄くなるようにしていることを特徴とする光電変換装置。
【請求項２】
前記光電変換素子の半導体層と前記制御素子の半導体層とは同一プロセスで形成されており、前記制御素子の半導体層は、少なくとも一部が除去されていることを特徴とする請求項１記載の光電変換装置。
【請求項３】
前記各半導体層は絶縁層と接しており、前記絶縁層と当該絶縁層に接する半導体層とを連続して真空装置内で真空状態を維持したままで形成していることを特徴とする請求項１又は２記載の光電変換装置。
【請求項４】
前記制御素子の半導体層の前記絶縁層に接していない面の少なくとも一部に接する層は、連続して真空装置内で真空状態を維持したまま形成されていることを特徴とする請求項３記載の光電変換装置。
【請求項５】
真空装置から出され前記半導体層の表面が大気に露出した場合、次の層を形成する前に、当該半導体層を少なくともアンモニアと過酸化水素水との混合溶液、塩酸と過酸化水素水との混合溶液、弗化水素酸と弗化アンモニウムと酢酸溶液との少なくとも何れかを含む混合溶液或いはキレート剤を含有した溶液で、表面処理を行う、
成膜室の中で少なくとも水素を含む雰囲気中でプラズマ処理を行う、
又は酸素を有する雰囲気中でプラズマ処理を行うことを特徴とする請求項１から４の何れか１項記載の光電変換装置。
【請求項６】
前記プラズマ処理の放電電力は、前記絶縁層と最離層の半導体層を形成するとき以下としていることを特徴とする請求項５記載の光電変換装置。
【請求項７】
請求項１から６の何れか１項記載の光電変換装置を備えることを特徴とする放射線検出装置。
【請求項８】
請求項７記載の放射線検出装置を備えることを特徴とする放射線検出システム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光電変換装置、放射線検出装置及びシステムに関し、特に、医療画像診断装置、非破壊検査装置、放射線を用いた分析装置などの光電変換装置、放射線検出装置及びシステムに関する。
【０００２】
なお、本明細書において、放射線の範ちゅうに、Ｘ線、α線、β線、γ線などの電磁波も含むものとして説明する。
【０００３】
【従来の技術】
従来、医療画像診断で用いられる撮影には、静止画像を得る一般撮影と動画像を得る透視撮影とに大きく分類される。夫々の撮影方法は必要に応じて、撮影装置を含めて選択される。
【０００４】
一般撮影、すなわち、静止画を得る方法は、蛍光板とフィルムとを組み合わせたスクリーンフィルム系（以下、「Ｓ／Ｆ」と称する。）を用い、フィルムを露光、現像した後、定着させる方法、或いは、放射線画像を輝尽性蛍光体に潜像として記録した後、輝尽性蛍光体にレーザーを走査し、出力された光出力情報をセンサーで読み取る（コンピューティッドラジオグラフィ、以下、「ＣＲ」と称する。）方法が一般的である。
【０００５】
しかし、両方法は、放射線画像を得るためのワークフローが煩雑となることがあり、且つ、デジタル化は、間接的には可能であるが、即時性に欠け、他の医療画像診断で用いられるＣＴ、ＭＩＲなどのデジタル化された環境を考慮すると、整合性のある十分な状況とは言い難い。
【０００６】
また、透視撮影、すなわち、動画像は、電子管を用いたイメージインテンシファイア（以下、「Ｉ．Ｉ」と称する。）が主に使用されているが、電子管を用いるため装置が大規模となるばかりか、未だ、視野領域、すなわち、検出面積が小さく、医療画像診断分野においては大面積化が切望されている。
【０００７】
さらに、装置構成上の問題から、得られた動画像はクロストークが多く、鮮明な画像への改善が期待されている。
【０００８】
一方、液晶ＴＦＴ技術の進歩、情報インフラの整備が充実した現在では、非単結晶シリコン、例えば、非晶質シリコン（以下、「ａ−Ｓｉ」と称する。）を用いた光電変換素子とスイッチＴＦＴにより構成されたセンサーアレーと、放射線を可視光などに変換する蛍光体とを組み合わせたフラットパネル検出器（以下、「ＦＰＤ」と称する。）が提案され、大面積で、且つ、真のデジタル化の可能性が出てきている。
【０００９】
このＦＰＤは、放射線画像を瞬時に読み取り、瞬時にディスプレイ上に表示できるものであり、また、画像は、デジタル情報として直接取り出すことが可能であるため、データーの保管、或いは、加工、転送など取り扱いが便利であるといった特徴がある。また、感度などの諸特性は、撮影条件に依存するが、従来のＳ／Ｆ系撮影法、ＣＲ撮影法に比較して、同等又はそれ以上であることが確認されている。
【００１０】
図１１は、従来のＦＰＤの模式的な等価回路図である。図１１において、１０１は光電変換素子部、１０２はスイッチＴＦＴ部、１０３はスイッチＴＦＴ駆動配線、１０４は信号線、１０５はバイアス配線、１０６は信号処理回路、１０７はＴＦＴ駆動回路、１０８はＡ／Ｄ変換部である。
【００１１】
Ｘ線などの放射線がＰＦＤに入射すると、図示しない蛍光体により可視光に変換される。変換光は、光電変換部１０１により電荷に変換され、光電変換部１０１内に蓄積される。その後、ＴＦＴ駆動回路１０７より、ＴＦＴ駆動配線１０３からスイッチＴＦＴ部１０２を動作させ、この蓄積電荷を信号線１０４を通じて、信号処理回路１０６に転送させ、処理後にＡ／Ｄ変換部１０８にてＡ／Ｄ変換され出力される。
【００１２】
基本的には、上述の様な素子構成が一般的であり、特に、光電変換部１０１はＰＩＮ型フォトダイオード（以下、「ＰＩＮ型ＰＤ」と称する。）、或いは、本発明者等が採用しているＭＩＳ型フォトダイオード（以下、「ＭＩＳ型ＰＤ」と称する）など様々な素子が提案されている。
【００１３】
図１２は、図１１の光電変換部（ＭＩＳ型ＰＤ）１画素分の模式的平面図である。図１２において、２０１はＭＩＳ型ＰＤ部下電極、２０２はスイッチＴＦＴ駆動配線、２０３はスイッチＴＦＴのゲート電極、２０４はコンタクトホール、２０５はバイアス配線、２０６は信号線、２０７はスイッチＴＦＴソースドレイン電極（以下、「ＳＤ電極」と称する。）である。
【００１４】
図１３は、図１２の模式的断面図である。図１３において、３０１はガラス基板、３０５はゲート絶縁膜、３０６は真性ａ−Ｓｉ膜、３０７はホールブロッキング層、３１０は信号線、３２０は保護膜、３２１は有機樹脂層、３２２は蛍光体層である。
【００１５】
図１５Ａ〜図１５Ｅは、図１２に示すＭＩＳ型ＰＤの製造工程図である。
【００１６】
第１に、ガラス基板上に、第１の金属層により、スイッチＴＦＴ駆動配線２０２、ＭＩＳ型ＰＤ下電極２０１、スイッチＴＦＴゲート電極２０３を形成する（図１５Ａ）。
【００１７】
第２に、ゲート絶縁膜、真性ａ−Ｓｉ膜、ホールブロッキング層を順次積層する。
【００１８】
第３に、ＭＩＳ型ＰＤ下電極２０１とスイッチＴＦＴのＳＤ電極２０７とを接合するためのコンタクトホール２０４を形成する（図１５Ｂ）。
【００１９】
第４に、第２の金属層を積層し、１回目のレジストワークにより、バイアス配線２０５を形成する。このとき、後述するスイッチＴＦＴＳＤ電極２０７、及び、信号線２０６が形成される領域は島状に残される（図１５Ｃ）。
【００２０】
第５に、２回目のレジストワークによりスイッチＴＦＴＳＤ電極２０７、信号線２０６を形成し、引き続き、ｎ＋半導体層を除去する。すなわち、スイッチＴＦＴのＳＤ電極間のギャップ部が形成され、同時にＭＩＳ型ＰＤ部のｎ＋半導体層は電極として残される（図１５Ｄ）。
【００２１】
第６に、素子間分離を行う（図１５Ｅ）。
【００２２】
第７に、保護層を積層し、配線引き出し部など、必要な領域を除去する。
【００２３】
その後、蛍光体を有機樹脂などで貼り合わせる。
【００２４】
上述の様に製造されるＦＰＤは、図１２及び図１３に示すように、ＭＩＳ型ＰＤとスイッチＴＦＴは層構成が同一であるため、製造方法が簡便で、高歩留まり、低価格を実現できる利点があり、且つ、感度などの諸特性も十分満足できるものと評価されている。
【００２５】
そのため、現在、一般撮影に用いられる装置としては、従来のＳ／Ｆ法及びＣＲ法に代わって、上述のＦＰＤが採用されるに至っている。
【００２６】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、従来の技術は、以下のような課題がある。すなわち、従来のＦＰＤにおいては、大面積で、且つ、完全デジタル化が達成され、漸く、一般撮影に主に使用され始めている状況であるが、感度といった点では、更なる向上が期待されており、また、透視撮影を可能とするためには、より一層の感度向上が必須と考えられる。
【００２７】
図１４は、図１１のＭＩＳ型ＰＤを用いたＦＰＤの１ビットの等価回路である。図１４において、Ｃ１はＭＩＳ型ＰＤの合成容量、Ｃ２は信号線に形成される寄生容量、ＶＳはセンサーバイアス電位、Ｖｒはセンサーリセット電位、ＳＷ１はＭＩＳ型ＰＤのＶＳ／Ｖｒ切り替えスイッチ、ＳＷ２はスイッチＴＦＴのＯＮ／ＯＦＦ切り替えスイッチ、ＳＷ３は信号線リセットスイッチ、Ｖｏｕｔは出力電圧である。
【００２８】
ＭＩＳ型ＰＤにはバイアス電位として半導体層が空乏化する様、ＶＳ／Ｖｒ切り替えスイッチＳＷ１により電位ＶＳが与えられる。この状態で、蛍光体からの変換光が半導体層に入射すると、ホールブロッキング層で阻止されていた正電荷がａ−Ｓｉ層内に蓄積され、電位差Ｖｔが発生する。
【００２９】
その後、ＯＮ／ＯＦＦ切り替えスイッチＳＷ２よりスイッチＴＦＴのＯＮ電圧が印加され、電圧Ｖｏｕｔとして出力される。出力Ｖｏｕｔは図示しない読出し回路により読み出され、その後ＳＷ３により信号線がリセットされ、順次読出しが行われる。
【００３０】
上述の駆動方法に従って、スイッチＴＦＴをライン毎に順次ＯＮすることにより、１フレームの全読出しが完了する。その後、ＶＳ／Ｖｒ切り替えスイッチＳＷ１よりＭＩＳ型ＰＤにリセット電位Ｖｒを与え、リセットを行い、再度、バイアス電位ＶＳを与え、画像読み取りの蓄積動作に入る。
【００３１】
ＭＩＳ型ＰＤの出力Ｖｏｕｔの飽和値は、概ね電位Ｖｔに比例する。電位Ｖｔは、バイアス電圧差ＶＳ−Ｖｒと内部ＧａｉｎＧの積により決まる。内部ＧａｉｎＧとは、Ｃｉｎｓ／（Ｃｉｎｓ＋Ｃｓｅｍｉ）で求められる。出力電圧Ｖｏｕｔは、概ね電位Ｖｔに対しＣ１／Ｃ２容量比で出力される。
【００３２】
ＭＩＳ型ＰＤの感度は、光入射状態での上述の飽和出力電圧、すなわち、信号成分と、暗状態での出力電圧、すなわち、ノイズ成分の比で概ね表現できる。
【００３３】
信号成分は、一般的には、（１）ＰＤ開口率、（２）ＰＤ光入射効率、言い換えれば、真性ａ−Ｓｉ膜内に入射する光量、さらに、（３）内部Ｇａｉｎに依存する。
【００３４】
上述の（１）ＰＤ開口率を向上させる場合、配線幅、或いは、配線間のスペースをシュリンクして、実現することが考えられるが、逆に、微細化に伴い、配線抵抗、或いは、信号線の寄生容量が増大し、ノイズ成分が増大する結果となる。
【００３５】
すなわち、信号成分は改善されるが、ノイズ成分は増加することになり、感度低下を引き起こす場合がある。さらに、微細化により、配線ルールが厳しくなるため、歩留まり低下などの生産性を低下させることになる。
【００３６】
そこで、上述の（２）光入射効率を向上させるために、光電変換層であるａ−Ｓｉ膜半導体層の膜厚を増加することが効果的である。
【００３７】
また、上述の（３）内部Ｇａｉｎを向上させる場合、ａ−Ｓｉ膜も厚膜化、或いは、ゲートＳｉＮ膜の薄膜化を実施する必要がある。しかし、ＳｉＮ膜の薄膜化は、配線交差部の絶縁耐圧を低下させるために限度がある。
【００３８】
そこで、（２）と同様にａ−Ｓｉ膜の膜厚を増加させることが効果的である。
【００３９】
光電変換部がＰＩＮ型ＰＤの場合、上述の（３）のような内部ゲインという考え方はなく、発生したキャリアは、ＴＦＴを駆動することで全て読み出すことができる。しかし、（２）に記載したように、光入射効率を向上させるためには光電変換層であるａ−Ｓｉ膜半導体層の膜厚を厚くすることが有効である。
【００４０】
以上説明したように、光電変換層であるａ−Ｓｉ膜を厚膜化することで、光入射効率を向上させ、ＭＩＳ型ＰＤの内部ゲインを向上することができる。
【００４１】
しかし、ａ−Ｓｉ膜を厚膜化すると応力により絶縁基板がそり基板を搬送することができなくなったり、膜の剥がれが発生する。これは、特に大基板に起りやすい現象で、放射線検出装置のように大きなもので４００〜５００ｍｍになると前記現象が発生しやすくなる。
【００４２】
また、ＴＦＴの半導体層の膜厚まで厚くなると、ＴＦＴのオン抵抗が大きくなり転送効率が落ちるために、できることであればＴＦＴの膜厚は薄い状態が望ましい。
【００４３】
そこで、本発明は、ＴＦＴなどの制御素子の転送能力を低下させることなく、感度を向上させることを課題とする。
【００４４】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明は、光信号を電気信号に変換する光電変換素子と、前記光電変換素子で変換された電気信号の読み出しを制御する制御素子とが、それぞれ平面上に配列された光電変換装置において、前記光電変換素子の半導体層は複数層としており、前記制御素子の半導体層は少なくとも一層以上としており、前記光電変換素子もしくは前記制御素子の複数層からなる半導体層は、半導体層毎にフォトリソグラフィー法によりパターンを形成しており、前記制御素子の半導体層の厚さが、前記光電変換素子の半導体層の厚さの合計よりも薄くなるようにしている。
【００４５】
さらに、本発明の放射線検出装置は、上記光電変換装置を備える。
【００４６】
さらにまた、本発明の放射線検出システムは、上記放射線検出装置を備える。
【００４７】
すなわち、本発明の光電変換装置は、光電変換素子及び制御素子の半導体層を形成した後に、当該制御素子の半導体層の少なくとも一部を除去するとともに、主として光電変換素子側に半導体素子を積層することで、電気信号の転送効率を低下させることなく、感度を向上している。
【００４８】
具体的には、制御素子の半導体層の少なくとも一部を除去する際には、フォトリソグラフィー法によりパターニングを行う。
【００４９】
【発明の実施の形態】
（実施形態１）
図１は、本発明の実施形態１のＭＩＳ型ＰＤを用いたＸ線検出装置の模式的平面図である。図１において、１はＭＩＳ型ＰＤ部、２はスイッチＴＦＴ部、３はスイッチＴＦＴ駆動配線、４は信号線、５はバイアス配線である。
【００５０】
Ｘ線は、図示しない蛍光体により可視光に変換され、ＭＩＳ型ＰＤ部１に入射する。入射光はＭＩＳ型ＰＤ部１で光電変換されＭＩＳ型ＰＤ部１内に蓄積される。その後、スイッチＴＦＴ部駆動配線３からＯＮ電圧が印加され、スイッチＴＦＴ部２がＯＮ状態となり、信号線４を介して出力電圧が読み出される。その後、バイアス配線５より、リセット電圧がＭＩＳ型ＰＤ部１に印加され、ＭＩＳ型ＰＤ部１に蓄積された電荷をリセットする。
【００５１】
図２は、図１のＡ−Ａの模式的断面図である。図３は、図１のＢ−Ｂの模式的断面図である。図２，図３において、１０はガラス基板、１１はＭＩＳ型ＰＤの下電極、１２はスイッチＴＦＴ部２のゲート電極、１４は第１の絶縁膜、１５ａは１回目に形成された下部半導体層、１５ｂは２回目に形成された上部半導体層、１６は第２の絶縁層、１７はオーミックコンタクト層、１８はコンタクトホール、１９はバイアス配線、２０は信号線、２１はスイッチＴＦＴＳＤ電極、３０は保護層、３１は有機樹脂層、３２は蛍光体層である。
【００５２】
図３に示すように、スイッチＴＦＴ部駆動配線３とバイアス配線１９との交差部は、第１の絶縁膜４、下部半導体層１５ａ、上部半導体層１５ｂ、第２の絶縁層１６を介して構成されている。また、スイッチＴＦＴ部駆動配線３と信号線４との交差部も第１の絶縁膜４、下部半導体層１５ａ、上部半導体層１５ｂ、第２の絶縁層１６を介して構成されている。
【００５３】
第２の絶縁層１６を備えた結果、信号線４の寄生容量であるＣ２容量の低減ができ、ＩＣノイズ、信号線ノイズがそれぞれ改善される。また、スイッチＴＦＴ部駆動配線３の寄生容量に起因していると考えられているクロストークも同様に低減される。
【００５４】
さらには、後述するように、スイッチＴＦＴ部２のチャネル部が、真空装置の真空の状態を維持した状態で形成されるため、パーティクルの発生等が防止でき、チャネル部が形成されるスイッチＴＦＴ部２に比較して、ＴＦＴ特性、すなわち、閾値電圧、ＯＮ抵抗、ＯＦＦ抵抗の均一性が向上できる。その結果、スイッチＴＦＴ部２のＯＮ電圧、ＯＦＦ電圧のマージンを低減でき、低消費電力化が可能となる。
【００５５】
本実施形態では、光電変換素子にＭＩＳ型ＰＤを取り上げているが、光電変換素子はＰＩＮ型ＰＤでも構わない。
【００５６】
次に、図１のＸ線検出装置の製造方法について説明する。
【００５７】
図４Ａ〜図４Ｇは、図１のＸ線検出装置の製造工程図である。
【００５８】
第１に、ガラス基板１０上に、ＭＩＳ型ＰＤの下電極１１等となる金属層を、２５００Åの厚さのＡｌ−Ｎｄ薄膜と３００Åの厚さのＭｏ薄膜とからなる積層膜をスパッター装置により成膜する。
【００５９】
第２に、ウエットエッチングを用いたフォトリソグラフィー法により、スイッチＴＦＴ部駆動配線３、ゲート電極１２、及び、ＭＩＳ型ＰＤの下電極１１をパターン形成する（図４Ａ）。
【００６０】
第３に、第１の絶縁膜１４となるＳｉＮ層、下部半導体層１５ａとなるａ−Ｓｉ膜をプラズマＣＶＤ装置により、各々２５００Å、４０００Åの厚さで形成する。
【００６１】
第４に、そのａ−Ｓｉ膜をフォトリソグラフィー法でパターニングする。この際、寸法制御しやすいＲＩＥ（リアクティブイオンエッチング）を用いてもよいし、プラズマダメージの少ないＰＥ（プラズマエッチング）やＣＤＥ（ケミカルドライエッチング）を用いてもよい。
【００６２】
エッチングにあたり、スイッチＴＦＴ部２の下部半導体層１５ａを４０００Å全てエッチングし、その下部に配置している第１の絶縁膜１４は残すようにしている。下部半導体層１５ａは４０００Å全てをエッチングしなくてもよく、５００〜２０００Å程度残し、第１の絶縁膜１４と下部半導体層１５ａの界面は露出しなくてもよい（図４Ｂ）。
【００６３】
なお、図４Ｂにおいて、４１はスイッチＴＦＴ部２のチャネル部、４２はスイッチＴＦＴゲート駆動配線３とバイアス配線５との交差部となる領域、４３はＭＩＳ型ＰＤ下電極１１とバイアス配線５の交差部となる領域、４５は信号線４とゲート駆動配線３の交差部となる領域を示している。
【００６４】
第５に、第４の工程で使用したレジストを除去した後で、表面の有機膜を除去するために酸素プラズマもしくはキレート剤を含有した溶液で表面処理を行う。酸素プラズマを行う場合は、下部半導体層１５ａの形成時の放電電力以下の電力で処理すると、膜の微結晶化や水素脱離を防止することができるためなおよい。また、プラズマ処理温度も同様で、下部半導体層１５ａの形成時の加熱温度以下が望ましい。
【００６５】
第６に、表面に形成されている表面シリコン酸化膜を除去するために、濃度０．３％〜１５．０％の弗化水素酸で約１０ｓｅｃ〜２ｍｉｎ表面処理を行う。弗化水素酸濃度はこの値よりも高くても低くてもよいが、低ければ処理時間を長くするためタクトが低下し、また高ければ絶縁基板が白濁したりエッチングされるなどのダメージが加わるので望ましくない。
【００６６】
弗化水素酸の代わりに弗化水素酸と弗化アンモニウムの混合溶液でも表面のシリコン酸化膜は除去することができるし、さらにこの混合溶液に酢酸を添加することで、薬液の処理能力を安定させることができる。
【００６７】
第３の工程と第４〜第６の工程とを複数回繰り返すことで、スイッチＴＦＴ部２の下部半導体層１５ａを薄膜化することができる。結果、スイッチＴＦＴ部２の下部半導体層１５ａを０〜２０００Åとし、スイッチＴＦＴ部２以外の位置の下部半導体層１５ａを５０００〜２００００Åとすることができる。スイッチＴＦＴ部２に下部半導体層１５ａを残す場合は、複数の下部半導体層１５ａのうち、最初に形成した下部半導体層１５ａを残すと、第１絶縁層１４と最初に形成した下部半導体層１５ａを連続して真空装置内で真空状態を維持したままで形成出来るので好ましい。
【００６８】
第７に、上部半導体層１５ｂとなるａ−Ｓｉ層を、続いて第２の絶縁膜１６となるＳｉＮ絶縁膜を、プラズマＣＶＤ装置により、各々２００〜２０００Åの厚さと２５００Åの厚さとで成膜する。このときに、上部半導体層１５ｂとなるａ−Ｓｉ層と第２の絶縁膜１６となるＳｉＮ絶縁膜は、連続して真空装置内で真空状態を維持したままで成膜できればなお良い。
【００６９】
第８に、ＲＩＥ或いはＣＤＥを用いたフォトリソグラフィー法により、スイッチＴＦＴ部２のチャネル部４１、交差部４２、交差部４３、信号線部４及び交差部４５以外の位置に形成している第２の絶縁層１６を除去する（図４Ｃ）。
【００７０】
第９に、オーミックコンタクト層１７となるｎ＋層をプラズマＣＶＤ装置により、１０００Åの厚さで形成する。
【００７１】
第１０に、ＲＩＥ或いはＣＤＥを用いたフォトリソグラフィー法により、コンタクトホール１８を形成する（図４Ｄ）。
【００７２】
このとき、コンタクトホール１８は、良好なテーパー形状を実現するため、第８の工程で第２の絶縁膜１６を除去しており、本工程では第１の絶縁膜１４、下部半導体層１５ａ、上部半導体層１５ｂ及びオーミックコンタクト層１７となるｎ＋層をエッチングするようにしている。
【００７３】
第１１に、ＳＤ電極２１となる金属層として、Ｍｏ薄膜５００Å、Ａｌ薄膜１μ、Ｍｏ薄膜３００Åをスパッター装置により形成する。
【００７４】
第１２に、ウエットエッチングによるフォトリソグラフィー法により、バイアス配線１９をパターン形成する（図４Ｅ）。
【００７５】
このとき、レジストパターンは、同時に、スイッチＴＦＴ部２のＳＤ電極２１、及び、信号線４が形成される領域は、夫々のパターンを包括する島状領域４６を残す。
【００７６】
第１３に、再度、ウエットエッチングを用いたフォトリソグラフィー法により、スイッチＴＦＴ部２のＳＤ電極２１、信号線４をパターン形成する。引き続き、同一レジストパターンでＰＥ、ＲＩＥもしくはＣＤＥを用いてｎ＋膜を除去する（図４Ｆ）。
【００７７】
このとき、レジストパターンは、同時に、ＭＩＳ型ＰＤの上電極となる領域、及び、バイアス線を包括する領域の島状領域４７を残す。
【００７８】
第１４に、ＲＩＥ或いはＣＤＥを用いたフォトリソグラフィー法により、第１の絶縁膜１４、下部半導体層１５ａ及び上部半導体層１５ｂの各一部を除去し、素子間分離を行う（図４Ｇ）。
【００７９】
このとき、第１の絶縁膜１４は必ずしも除去する必要はなく、下部半導体層１５ａ及び上部半導体層１５ｂのみを除去するだけでもよい。また、第４の工程でパターニングした下部半導体層１５ａと第７の工程で形成した上部半導体層１５ｂとを一括してエッチングしなくても、第４の工程でパターニングした下部半導体層１５ａの外周部で形成した上部半導体層１５ｂのみをエッチングしてもよい。
【００８０】
図５は、図２のＣ部の模式的な断面図である。素子間分離の際は、第１の絶縁膜１４、下部半導体層１５ａ及び上部半導体層１５ｂを一括して除去できる様に、ＭＩＳ型ＰＤ部のオーミックコンタクト層１７のパターンを、これらよりも若干小さくしているが、図５に示すように、第１の絶縁膜１４、下部半導体層１５ａ及び上部半導体層１５ｂと、オーミックコンタクト層１７とを一括して除去してもよい。島状領域４７を大きくすることになる。
【００８１】
第１５に、保護膜３０となるＳｉＮ膜２５００ÅをプラズマＣＶＤ装置により成膜する。
【００８２】
第１６に、ＲＩＥ或いはＣＤＥを用いたフォトリソグラフィー法により、配線引き出し部などを露出させる。
【００８３】
第１７に蛍光体３２を有機樹脂層３１等で貼り合わせる。
【００８４】
以上の工程により、図２のＦＰＤが製造される。
【００８５】
また、本実施形態は、製造装置及び製造プロセスの個性を考慮して、工程入れ替えなどの変更が可能である。
【００８６】
（実施形態２）
図６は、本発明の実施形態２のＸ線検出装置の模式的な平面図である。図７は、図６のＡ−Ａの模式的断面図である。図８は、図６のＢ−Ｂの模式的断面図である。図６〜図８において、図１に示した部分と同様の部分には、同一符号を付している。
【００８７】
後述の製造方法より説明するように、スイッチＴＦＴ部２はチャネルエッチ型ＴＦＴで、実施形態１と比べプロセスを簡略化しており、パネルの歩留まり向上と低コスト化を図れるようにしている。
【００８８】
本実施形態では、光電変換素子にＭＩＳ型ＰＤを取り上げているが、光電変換素子はＰＩＮ型ＰＤでも構わない。
【００８９】
次に、図６のＸ線検出装置の製造方法について説明する。
【００９０】
図９Ａ〜図９Ｆは、図６のＸ線検出装置の製造工程図である。
【００９１】
第１〜第４の工程は実施形態１と同様である。
【００９２】
第５に、第４の工程で使用したレジストを除去した後で、表面の有機膜を除去するためにアンモニアと過酸化水素水との混合溶液、塩酸と過酸化水素水との混合溶液で表面処理を行う。ここでは、実施形態１で説明したように、酸素プラズマ処理やキレート剤を含む溶液で処理を行ってもよい（図９Ａ，図９Ｂ）。
【００９３】
第６の工程は、実施形態１と同様である。
【００９４】
第７に、上部半導体層１５ｂとなるａ−Ｓｉ膜を、オーミックコンタクト層１７となるｎ＋層を、プラズマＣＶＤ装置により、各々４０００Å、１０００Åの厚さで形成する。上部半導体層１５ｂとなるａ−Ｓｉ膜の成膜前に、水素プラズマにより、表面を水素終端化、清浄化を行うことで上部半導体層１５ｂと下部半導体層１５ａとの接合を良好にとることができる。
【００９５】
上部半導体層１５ｂとなるａ−Ｓｉ膜とオーミックコンタクト層１７となるｎ＋層は、ＣＶＤ装置の中で真空を維持した状態で連続して形成するとなおよい。
【００９６】
第８に、ＲＩＥ或いはＣＤＥを用いたフォトリソグラフィー法により、コンタクトホール１８を形成する（図９Ｃ）。
【００９７】
この後の工程は、実施形態１と同様である（図９Ｄ〜図９Ｆ）。
【００９８】
（実施形態３）
図１０は、本発明の実施形態３のＸ線検出システムの模式的な平面図である。
【００９９】
Ｘ線チューブ６０５０で発生したＸ線６０６０は患者或いは被験者６０６１の胸部６０６２を透過し、蛍光体を上部に実装した光電変換装置６０４０に入射する。この入射したＸ線には患者６０６１の体内部の情報が含まれている。Ｘ線の入射に対応して蛍光体は発光し、これを光電変換して電気的情報を得る。この情報は、デジタルに変換されイメージプロセッサ６０７０により画像処理され制御室のディスプレイ６０８０で観察できる。
【０１００】
また、この情報は電話回線６０９０等の伝送手段により遠隔地へ転送でき、別の場所のドクタールームなどディスプレイ６０８１に表示もしくは光ディスク等の保存手段に保存することができ、遠隔地の医師が診断することも可能である。またフィルムプロセッサ６１００によりフィルム６１１０に記録することもできる。
【０１０１】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明は、光電変換素子の半導体層を厚くするとともに、制御素子の半導体層を薄くしているので、光吸収効率の向上による内部ゲインを向上しながら、制御素子の電気信号の転送効率を妨げないようにすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態１のＭＩＳ型ＰＤを用いたＸ線検出装置の模式的平面図である。
【図２】図１のＡ−Ａの模式的断面図である。
【図３】図１のＢ−Ｂの模式的断面図である。
【図４】図１のＸ線検出装置の製造工程図である。
【図５】図１のＣ部の模式的な断面図である。
【図６】本発明の実施形態２のＸ線検出装置の模式的な平面図である。
【図７】図６のＡ−Ａの模式的断面図である。
【図８】図６のＢ−Ｂの模式的断面図である。
【図９】図６のＸ線検出装置の製造工程図である。
【図１０】本発明の実施形態３のＸ線検出システムの模式的な平面図である。
【図１１】従来のＦＰＤの模式的な等価回路図である。
【図１２】図１１の光電変換部（ＭＩＳ型ＰＤ）１画素分の模式的平面図である。
【図１３】図１２の模式的断面図である。
【図１４】図１１のＭＩＳ型ＰＤを用いたＦＰＤの１ビットの等価回路である。
【図１５】図１２に示すＭＩＳ型ＰＤの製造工程図である。
【符号の説明】
１　ＭＩＳ型ＰＤ部
２　スイッチＴＦＴ部
３　スイッチＴＦＴの駆動配線
４　信号線
５　バイアス配線
１０　ガラス基板
１１　ＭＩＳ型ＰＤの下電極
１２　スイッチＴＦＴのゲート電極
１３　スイッチＴＦＴの駆動配線
１４　第１の絶縁膜
１５ａ　下部半導体層
１５ｂ　上部半導体層
１６　第２の絶縁層
１７　オーミックコンタクト層
１８　コンタクトホール
１９　バイアス配線
２０　信号線
２１　スイッチＴＦＴＳＤ電極
３０　保護層
３１　有機樹脂層
３２　蛍光体層
４１　スイッチＴＦＴチャネル部
４２　ゲート駆動配線とバイアス配線の交差部
４３　ＭＩＳ型ＰＤの下電極とバイアス配線の交差部
４４　信号線部
４５　信号線とゲート駆動配線の交差部
４６　スイッチＴＦＴのＳＤ電極と信号線の領域
４７　バイアス線とＭＩＳ型ＰＤの上電極部の領域
１０１　光電変換素子部
１０２　スイッチＴＦＴ部
１０３、２０２、３０２　スイッチＴＦＴ駆動配線
１０４、２０６、３１０　信号線
１０５、２０５、３０８　バイアス配線
１０６　信号処理回路
１０７　ＴＦＴ駆動回路
１０８　Ａ／Ｄ変換部
２０１　ＭＩＳ型ＰＤ下電極
２０３　スイッチＴＦＴゲート電極
２０４　コンタクトホール
２０７　スイッチＴＦＴソースドレイン電極
３０１　ガラス基板
３０５　ゲート絶縁膜
３０６　真性ａ−Ｓｉ膜
３０７　ホールブロッキング層
３２０　保護膜
３２１　有機樹脂層
３２２　蛍光体層
Ｃ１　ＭＩＳ型ＰＤの合成容量
Ｃ２　信号線に形成される寄生容量
ＶＳ　センサーバイアス電位
Ｖｒ　センサーリセット電位
ＳＷ１　ＭＩＳ型ＰＤのＶＳ／Ｖｒ切り替えスイッチ
ＳＷ２　スイッチＴＦＴのＯＮ／ＯＦＦ切り替えスイッチ
ＳＷ３　信号線リセットスイッチ
Ｖｏｕｔ　出力電圧
Ｖｔ　電位差
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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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１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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