(57)【要約】【課題】性能の高いＸ線検出器を提供する。【解決手段】アモルファスシリコン膜35の面積に比べて透明導電膜39の面積を大きくし、アモルファスシリコン膜35の側面より透明導電膜39の周辺部39aを突出させる。アモルファスシリコン膜35の全面からフォトダイオード素子18の駆動に必要な電流を供給し、フォトダイオード素子18の応答性を向上させる。反射防止膜の機能も有する透明導電膜39でアモルファスシリコン膜35の内部に入射する蛍光の量を増大させ、フォトダイオード素子18の感度を向上させる。フォトダイオード素子18の動作に必要な高電界をアモルファスシリコン膜35に印加しても、アモルファスシリコン膜35の側面を流れる漏洩電流が増加せず、フォトダイオード素子18の性能を向上させる。【選択図】図１
2009130127.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
回路基板上に光電変換素子および蛍光変換膜が形成される放射線検出器であって、
前記光電変換素子は、回路基板上に形成された半導体層およびこの半導体層上に形成された透明導電膜を有し、半導体層上の全面を透明導電膜が覆いかつ半導体層上の面積に比べて透明導電膜の面積が大きく形成されている
ことを特徴とする放射線検出器。
【請求項２】
回路基板上に光電変換素子および蛍光変換膜が形成される放射線検出器であって、
前記光電変換素子は、回路基板上に形成された半導体層およびこの半導体層上に形成された透明導電膜を有し、半導体層上の全面を透明導電膜が覆いかつ半導体層の周辺部より透明導電膜の周辺部が突出されている
ことを特徴とする放射線検出器。
【請求項３】
回路基板上に光電変換素子および蛍光変換膜が形成される放射線検出器の製造方法であって、
前記回路基板上に光電変換素子を構成する半導体層および透明導電膜を積層する工程と、
前記光電変換素子の形成域を除き透明導電膜を除去する工程と、
前記光電変換素子の形成域を除き、かつ前記透明導電膜の面積よりも小さい面積になるように半導体層を除去する工程と
を具備していることを特徴とする放射線検出器の製造方法。
【請求項４】
回路基板上に光電変換素子および蛍光変換膜が形成される放射線検出器の製造方法であって、
前記回路基板上に光電変換素子を構成する半導体層および透明導電膜を積層する工程と、
前記光電変換素子の形成域を除き透明導電膜を除去する工程と、
前記光電変換素子の形成域を除き、かつ前記透明導電膜の周辺部が前記半導体層の周辺部よりも突出する状態に半導体層を除去する工程と
を具備していることを特徴とする放射線検出器の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、放射線を検出する放射線検出器およびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
新世代の診断用Ｘ線画像検出器として、アクティブマトリクスを用いた平面形のＸ線検出器が注目を集めている。このＸ線検出器にＸ線を照射することより、Ｘ線撮影像またはリアルタイムのＸ線画像がデジタル信号として出力される。このＸ線検出器は、固体検出器であることから、画質性能や安定性の面でも極めて期待が大きく、多くの研究開発が進められている。
【０００３】
実用化の最初の用途として、比較的大きな線量で、静止画像を収集する胸部あるいは一般撮影用に開発され、近年商品化されている。より高性能で、透視線量下で毎秒３０フレーム以上のリアルタイム動画を実現させる必要のある循環器、消化器分野への応用に対しても近い将来に商品化が予想される。この動画用途に対しては、Ｓ／Ｎの改善や微小信号のリアルタイム処理技術などが重要な開発項目となっている。
【０００４】
この種のＸ線検出器には、大きく分けて直接方式と間接方式との二方式がある。直接方式は、Ｘ線をａ−Ｓｅなどの光導電膜により直接電荷信号に変換し、電荷蓄積用のキャパシタに導く方式である。一方、間接方式は、シンチレータ層である蛍光変換膜によりＸ線を受けて一旦可視光に変換し、可視光をａ−ＳｉフォトダイオードやＣＣＤにより信号電荷に変換し、電荷蓄積用のキャパシタに導く方式である。
【０００５】
現在実用化されているＸ線検出器の多くが間接方式を採用している。従来の間接方式のＸ線検出器においては、人体などを透過したＸ線画像をＸ線検出器に入射し、その画像情報を電気信号に変換する。この際、蛍光変換膜によってＸ線を可視光に変換し、その可視光を光電変換基板の格子状に形成された画素毎に検出し、二次元的な画像情報の電気信号として出力する。
【０００６】
光電変換基板は、液晶表示装置の製造工程に類似している薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）パネル製造工程により、信号配線および薄膜トランジスタを形成した回路基板を作成し、その回路基板上に入力面からの蛍光を検出するフォトダイオード素子を画素毎に格子状に形成し、そのフォトダイオード素子を下部に配置されている薄膜トランジスタに電気的に接続している。
【０００７】
光電変換基板の画素毎に格子状に形成されるフォトダイオード素子は、一般的にアモルファスシリコン（ａ−Ｓｉ）を主成分とし、真性半導体であるｉ型のアモルファスシリコン層を、リンを添加することにより実現されるｎ型アモルファスシリコン層と、ホウ素を添加することにより実現されるｐ型アモルファスシリコン層とにより挟み込んだ構造をしている。一般的には信号配線と薄膜トランジスタを形成した回路基板上にｎ型アモルファスシリコン層、ｉ型アモルファスシリコン層、ｐ型アモルファスシリコン層をＣＶＤ法（気相成長法）により順次積層している。その後、フォトダイオード素子の内部における面内方向への電荷移動による画像の解像度劣化を避けるため、フォトダイオード素子を画素毎に分離し、画素毎に電気的に独立させた後、フォトダイオード素子の上部への電圧供給用の配線を形成している（例えば、特許文献１参照）。
【０００８】
このような工程により製造された光電変換基板上に入力面の蛍光変換膜が形成されている。蛍光変換膜は入射Ｘ線を可視光に変換する機能を有する蛍光物質から構成され、蛍光物質の種類としてはＧｄ２Ｏ２Ｓ：Ｔｂ（テルビウム添加硫化酸化ガドリニウム）やＣｓＩ：Ｔｌ（タリウム添加沃化セシウム）が用いられることが多い。
【０００９】
Ｇｄ２Ｏ２Ｓ：Ｔｂを蛍光物質として用いる場合、粒子状のＧｄ２Ｏ２Ｓ：Ｔｂを樹脂中に分散した膜を用いる。それに対してＣｓＩ：Ｔｌを蛍光物質として用いる場合、真空蒸着法により光電変換基板上にＣｓＩ：Ｔｌ膜を形成するもので、その際に適切な製造条件をとることで、光電変換基板に対して垂直方向の柱状構造を持つＣｓＩ：Ｔｌ膜を形成することができる。その柱状構造を持つＣｓＩ：Ｔｌ入力面は、Ｇｄ２Ｏ２Ｓ：Ｔｂを用いた入力面より入射Ｘ線に対する解像度が高く、高性能のＸ線検出器が可能となる。
【００１０】
そして、フォトダイオード素子は、薄膜トランジスタを形成した回路基板上に形成されており、フォトダイオード素子の内部で発生した電荷が、フォトダイオード素子の上部に形成されているＩＴＯ（錫添加酸化インジウム）の透明導電膜と、フォトダイオード素子および回路基板の間に形成された下部電極とを通して取り出される。下部電極は回路基板の薄膜トランジスタのドレイン端子に接続され、薄膜トランジスタの駆動に応じて電荷が外部に出力される。ここで用いられる下部電極であるが、通常は薄膜の形成が容易であり、抵抗率が低くパターン形成の容易なアルミニウムを主成分とする金属物質が用いられることが多い。
【００１１】
アモルファスシリコンを主成分とするフォトダイオード素子の製造工程においては、回路基板上の全面にＣＶＤ（科学気相成長法）によりアモルファスシリコン膜が積層形成される。このアモルファスシリコン膜は、フォトダイオードとしての性能を高めるため、主にリンを微量混入したｎ型アモルファスシリコン膜、不純物を踏まないｉ型アモルファスシリコン膜、主にボロンを微量混入したｐ型アモルファスシリコン膜を順次積相した構造をもつ。
【００１２】
回路基板上の全面に形成されたアモルファスシリコン膜の形成後に透明導電膜であるＩＴＯ膜を全面に積層する。アモルファスシリコン膜上に形成されたＩＴＯ膜は、ＰＤとして機能するアモルファスシリコン膜に電流を供給するとともに、Ｘ線検出器に入射したＸ線により入力面を構成するＣｓＩ：Ｔｌなどの蛍光体から発生する光を透過する機能が必要である。この際にＩＴＯ膜の光学屈折率が１．９７前後であり、光学屈折率４．３のアモルファスシリコン膜上に積層することにより光学的反射防止膜としての機能を併せ持ち、入力膜からの蛍光をより多く透過することが可能になる。具体的にはＩＴＯ膜の膜厚を７０ｎｍ前後にすることにより、ＣｓＩ：Ｔｌにより構成された入力面からの発光が最大となる５５０ｎｍ付近の反射率をほぼ０％にすることが可能になり、フォトダイオードの感度を高めることが可能になる。
【００１３】
回路基板上の全面に形成されたアモルファスシリコン膜の状態では、入力した光画像により発生した電荷がアモルファスシリコン膜の内部を通じて横方向に広がってしまい、画像の解像度が極度に悪化してしまうため、透明導電膜を含むアモルファスシリコン膜を画素単位にて分離し、入射光により発生した電荷が横方向に広がるのを防ぐ必要がある。
【００１４】
アモルファスシリコン膜および透明導電膜を画素毎に分離するためには、透明導電膜上に感光性レジスト膜を塗布し、紫外線照射により画素パターンを感光性レジスト膜に露光し、現像処理を行い、画素毎に分離をしたレジストパターンを形成する。その後、透明導電膜を塩酸もしくは蓚酸を主成分とするエッチング液を用いて、レジストパターンの無い領域の透明導電膜を除去する。
【００１５】
透明導電膜のパターン形成を終えた後に、アモルファスシリコン膜を画素毎に分離する工程となる。アモルファスシリコン膜上にはパターン形成された透明導電膜と感光性レジスト膜とが積層された状態となっている。この回路基板をフッ素を含むガス（ＣＦ4、ＳＦ6）を高周波電力などによりプラズマ状態にしたチャンバ内に導入することにより、露出している領域のアモルファスシリコン膜はフッ素イオン、フッ素ラジカル原子と反応し、気体状のフッ素化合物になって、回路基板の表面より離脱する。この反応によって感光性レジスト膜もしくは透明導電膜にて覆われていない領域のアモルファスシリコン膜を全て除去することが可能となり、画素毎に分離したアモルファスシリコン膜が完成する。
【００１６】
アモルファスシリコン膜を画素毎に分離した後、回路基板上の全面を透明樹脂にて覆う。そして、アモルファスシリコン膜上に残された透明導電膜上の透明樹脂にコンタクトホールを形成し、コンタクトホール内部を含む領域に上部電極を形成することで個々のアモルファスシリコン膜に電圧を印加することが可能となる。最後に、再度、透明樹脂を回路基板上の全面に塗布形成することで、フォトダイオード素子と回路基板を含む光電変換基板が完成する。この光電変換基板上にＸ線により蛍光を発する蛍光変換膜を重ね、外部回路を接続することによって、Ｘ線検出器が完成する。
【特許文献１】特開平９−９００４８号公報（第４頁、図１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１７】
上述したＸ線検出器の製造方法では、透明導電膜の外形寸法よりもアモルファスシリコン膜の外形寸法の方が大きくなる。これは、透明導電膜のエッチング時に、パターン形成されたレジスト膜で覆われていない透明導電膜をウエットエッチングプロセスにより溶解、除去する際、エッチング液がレジスト端部の透明導電膜の側面から浸入し、レジストにて覆われている透明導電膜の一部領域を除去してしまうためである。その結果、残った透明導電膜のパターンの外形寸法はレジスト膜パターンの外形寸法より小さくなる。その後に行うアモルファスシリコン膜のエッチングでは真空中プラズマによるドライエッチングプロセスを用いることが多い。このプロセスは透明導電膜のエッチングに用いるウエットプロセスと比較すると、エッチング形状の異方性が強く、レジスト膜形状に非常に近い形状のエッチングとなる。そのため、ウエットエッチングされる透明導電膜の外形寸法はドライエッチングされるアモルファスシリコン膜の外形寸法より小さくなってしまう。
【００１８】
このようにアモルファスシリコン膜の外形寸法より透明導電膜の外形寸法が小さくなることにより、以下の問題が発生する。
【００１９】
アモルファスシリコン膜上に形成された透明導電膜は、アモルファスシリコンにて構成されたフォトダイオードに電流を供給するとともに、反射防止膜としての機能も併せ持つ。従来技術によるＸ線検出器のフォトダイオードでは、フォトダイオードとして機能するアモルファスシリコン膜の表面に透明導電膜により覆われていない領域が発生してしまう。このアモルファスシリコン膜が露出している領域では、フォトダイオードの駆動に必要な電流の供給が不十分になり、応答性の悪化が発生する。また、反射防止膜として機能する透明導電膜が無いため、その領域では入力面から発生した蛍光の反射率が高まり、アモルファスシリコン膜内部に入射する蛍光の量が減少する。これらのことにより、フォトダイオードの応答性の悪化や感度減少が発生し、Ｘ線検出器としての性能が悪化してしまう。
【００２０】
また、フォトダイオードを構成するアモルファスシリコン膜と透明導電膜の形状が一致している場合には、上記問題は発生しないが、フォトダイオードの漏洩電流が増加する問題が発生する。フォトダイオードとして良好な動作を行うには、アモルファスシリコン膜に数万Ｖ／ｃｍという高電界を印加する必要がある。外部から光の入らない状態ではこのような高電界を印加してもアモルファスシリコン膜の内部を流れる漏洩電流は十分に小さく、Ｘ線検出器としての動作上問題は発生しない。しかし、アモルファスシリコン膜の側面は電気的に不安定であり、側面を流れる漏洩電流がフォトダイオード全体を流れる漏洩電流の大半を占めることが多く発生する。アモルファスシリコン膜の側面を流れる漏洩電流は電界強度に強く影響され、電界強度の増加とともに漏洩電流は大幅に上昇してしまう。従来技術によるフォトダイオードでは、誘電体であるｉ型アモルファスシリコン膜の上部に導電性のあるｐ型アモルファスシリコン膜と透明導電膜が積層され、透明導電膜の外形はアモルファスシリコン膜よりも小さい。この状態にてフォトダイオードの動作に必要な数万Ｖ／ｃｍの高電界をアモルファスシリコン膜に印加すると、アモルファスシリコン膜の端部に電界が集中し、局部的に大きな電界強度が発生することになる。この現象によりフォトダイオードを構成するアモルファスシリコン膜の側面を流れる漏洩電流が増加するため、フォトダイオードとしての性能が悪化し、Ｘ線検出器の性能が低くなることが避けられない。
【００２１】
本発明は、このような点に鑑みなされたもので、性能の高い放射線検出器およびその製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００２２】
本発明の放射線検出器は、回路基板上に光電変換素子および蛍光変換膜が形成される放射線検出器であって、前記光電変換素子は、回路基板上に形成された半導体層およびこの半導体層上に形成された透明導電膜を有し、半導体層上の全面を透明導電膜が覆いかつ半導体層の面積に比べて透明導電膜の面積が大きく形成されているものである。
【００２３】
また、本発明の放射線検出器は、回路基板上に光電変換素子および蛍光変換膜が形成される放射線検出器であって、前記光電変換素子は、回路基板上に形成された半導体層およびこの半導体層上に形成された透明導電膜を有し、半導体層上の全面を透明導電膜が覆いかつ半導体層の周辺部より透明導電膜の周辺部が突出されているものである。
【００２４】
また、本発明の放射線検出器の製造方法は、回路基板上に光電変換素子および蛍光変換膜が形成される放射線検出器の製造方法であって、前記回路基板上に光電変換素子を構成する半導体層および透明導電膜を積層する工程と、前記光電変換素子の形成域を除き透明導電膜を除去する工程と、前記光電変換素子の形成域を除き、かつ前記透明導電膜の面積よりも小さい面積になるように半導体層を除去する工程とを具備しているものである。
【００２５】
また、本発明の放射線検出器の製造方法は、回路基板上に光電変換素子および蛍光変換膜が形成される放射線検出器の製造方法であって、前記回路基板上に光電変換素子を構成する半導体層および透明導電膜を積層する工程と、前記光電変換素子の形成域を除き透明導電膜を除去する工程と、前記光電変換素子の形成域を除き、かつ前記透明導電膜の周辺部が前記半導体層の周辺部よりも突出する状態に半導体層を除去する工程とを具備しているものである。
【発明の効果】
【００２６】
本発明によれば、半導体層上の全面を透明導電膜が覆い、半導体層の面積に比べて透明導電膜の面積が大きく形成されるか、あるいは半導体層の周辺部より透明導電膜の周辺部が突出されることにより、光電変換素子の応答性の悪化や感度減少を防止し、性能の高い放射線検出器を提供できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２７】
以下、本発明の一実施の形態を、図面を参照して説明する。
【００２８】
図９に放射線検出器の分解状態の斜視図を示す。
【００２９】
11は放射線検出器としてのＸ線検出器で、このＸ線検出器11は、間接形のＸ線画像検出器であり、マトリクス状に配列された複数の画素12を有する光電変換基板13、およびこの光電変換基板13の表面に積層形成された入力面である蛍光変換膜14によって構成されている。
【００３０】
光電変換基板13は、主にガラスで構成される基板15上に回路層16が形成された回路基板17を有し、この回路基板17上に光電変換素子としてのフォトダイオード素子18が各画素毎に形成されている。
【００３１】
そして、蛍光変換膜14中に放射線としてのＸ線19が入射すると、蛍光変換膜14にてＸ線19の二次元分布に対応する可視光が発生し、発生した可視光がフォトダイオード素子18に入射して電荷に変換される。
【００３２】
次に、図１０に放射線検出器を模式的に示す正面図を示す。
【００３３】
薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）21とコンデンサ22とフォトダイオード素子18とは、それぞれ組として格子状に配置され、それぞれの組がＸ線画像の画素12に対応する。基板15上には、各薄膜トランジスタ21のゲート電極を接続する複数の制御電極23が行方向に配列され、各薄膜トランジスタ21のドレインを接続する複数の読出電極24が列方向に配列されている。このような回路構成にすることにより、画素12毎の各フォトダイオード素子18にて発生した電荷は、それぞれに接続されている薄膜トランジスタ21のゲート電極がオン状態になるまでそれぞれに接続されたコンデンサ22に保持され、その状態のときに制御電極23を１つだけオン状態にすると、そのオンになった制御電極23に接続された同じ列の薄膜トランジスタ21がオン状態になり、その薄膜トランジスタ21を通じてそれに接続されているコンデンサ22の電荷が読出電極24に流れる。これによって、特定の行に対応する画像情報が外部に出力されることになる。さらに、オンにする制御電極23を順々に変えることにより、全体の画像情報を外部に映像信号として出力することが可能となる。
【００３４】
次に、図１に放射線検出器の断面図を示すもので、１つの画素12を示している。
【００３５】
基板15上に薄膜トランジスタ21のゲート電極27が形成され、このゲート電極27を含む基板15上に絶縁膜28が形成されている。絶縁膜28上には、ゲート電極27に対向して半導体膜29が形成されている。半導体膜29を含む絶縁膜28上には、薄膜トランジスタ21のソース電極30およびドレイン電極31が形成されているとともに、これらソース電極30およびドレイン電極31上に酸化シリコン（ＳｉＯ２）や窒化シリコン（ＳｉＮｘ）などの保護膜32が形成されている。ソース電極30およびドレイン電極31には導電性や環境性に優れるＡｌ合金膜やＡｌ／Ｍｏ積層膜などが用いられ、絶縁膜28や保護膜32には酸化シリコン（ＳｉＯ２）や窒化シリコン（ＳｉＮｘ）などの材料が用いられている。これら基板15やこの基板15上に形成された薄膜トランジスタ21などによって回路基板17が構成されている。なお、この回路基板17の製造方法は、一般的なアクティブ型液晶表示装置と同じ手法により実現可能であり、また材料も同等のものを使用することができる。
【００３６】
薄膜トランジスタ21のドレイン電極31上には、フォトダイオード素子18が形成されている。このフォトダイオード素子18は、アモルファスシリコン（ａ−Ｓｉ）を主成分とした半導体層としてのアモルファスシリコン膜35であり、薄膜トランジスタ21のドレイン電極31上、ｎ型アモルファスシリコン層36、ｉ型アモルファスシリコン層37、ｐ型アモルファスシリコン層38がＣＶＤ法によって順次積層され、外部から入射した光子を電荷に変換する機能を有している。このフォトダイオード素子18上には、フォトダイオード素子18への電流供給と外部からの光を透過する機能を有する透明導電膜39がスパッタ蒸着法によって形成されている。フォトダイオード素子18および透明導電膜39は、Ｘ線検出器11の画素12の単位で分離した構造を有しており、隣接する画素12間による電気的接続を遮断することにより、解像度の高いＸ線画像を得ることが可能となっている。
【００３７】
透明導電膜39は、アモルファスシリコン膜35上の全面を覆い、かつ、透明導電膜39の面積がアモルファスシリコン膜35の面積に比べて大きく、透明導電膜39の周辺部39aがアモルファスシリコン膜35の周辺部つまり側面より突出されている。
【００３８】
薄膜トランジスタ21、フォトダイオード素子18および透明導電膜39を覆って樹脂や無機絶縁物などで構成される絶縁層42が形成され、この絶縁層42上に透明導電膜39に電気的に接続される主に金属で構成されたバイアス電極43が形成され、絶縁層42およびバイアス電極43を覆って上部保護膜44が形成されている。そして、回路基板17やこの回路基板17上に形成されたフォトダイオード素子18などによって光電変換基板13が構成されている。
【００３９】
次に、Ｘ線検出器11の光電変換基板13の製造工程を説明する。
【００４０】
図２には、一般的な液晶表示装置の製造工程により製造された回路基板17を示し、基板15上に、ゲート電極27、絶縁膜28、半導体膜29、ソース電極30、ドレイン電極31および保護膜32を形成している。
【００４１】
図３に示すように、回路基板17の表面全体に、アモルファスシリコン膜35を構成するｎ型アモルファスシリコン層36、ｉ型アモルファスシリコン層37、ｐ型アモルファスシリコン層38をＣＶＤ法によって順次積層形成する。その際、シラン（ＳｉＨ４）、ジボラン（Ｂ２Ｈ６）、フォスフィン（ＰＨ３）などをプラズマ状態にて分解し、基板表面に各アモルファスシリコン層36，37，38を順番に積層形成する。
【００４２】
各アモルファスシリコン層36，37，38の形成後には、ｐ型アモルファスシリコン層38上に、錫添加酸化インジウム（ＩＴＯ）や亜鉛添加酸化インジウム（ＩＺＯ）などの透明導電膜39を真空スパッタ蒸着によって形成する。
【００４３】
続いて、図４に示すように、透明導電膜39の表面に感光性樹脂を塗布し、紫外線露光技術により感光性樹脂に格子状パターンを露光する。その後、現像工程を行うことによって、透明導電膜39上に感光性レジスト膜47のパターンを形成する。
【００４４】
続いて、図５に示すように、基板全体を蓚酸もしくは王水を主成分とするエッチング液中に入れ、透明導電膜39の感光性レジスト膜47で覆われていない露出箇所を除去する。この際、アモルファスシリコン膜35と感光性レジスト膜47とに挟まれた透明導電膜39の側面からエッチング液が入り込み、感光性レジスト膜47にて覆われた透明導電膜39の一部も除去される。そのため、透明導電膜39の大きさは感光性レジスト膜47の大きさよりも小さくなる。
【００４５】
続いて、図６に示すように、アモルファスシリコン膜35の除去工程となる。シリコンはフッ素と反応することにより揮発性の高いフッ素化合物となることが知られている。図６にて示した基板を真空装置内に入れ、フッ素を含むガスを真空装置内に流した状態で外部から高周波電力を入力することで、基板周囲にフッ素を含むガスのプラズマを発生させることができる。一例としてはガスの種類としてＣＦ4（四フッ化炭素）を３０ｍＴｏｒｒの圧力になるように流し、同時に１３．５６ＭＨｚの周波数を持ち数百ワットの高周波電力を外部から加えることで、真空装置内部を容易にプラズマ状態にすることが可能となる。このとき、フッ素を含むガスはプラズマよりエネルギを得て励起状態のフッ素原子やイオン状態のフッ素原子を大量に発生させる。イオン状態や励起状態のフッ素原子はシリコンと容易に反応し、揮発性の高いフッ素化合物になってシリコン表面から離脱する。この反応が図５に示した回路基板17上のアモルファスシリコン膜35の表面にて連続的に発生する。感光性レジスト膜47と透明導電膜39の表面は励起状態のフッ素原子に対して耐性があるため、感光性レジスト膜47および透明導電膜39にて覆われていない領域のアモルファスシリコン膜35は選択的に除去される。
【００４６】
一般的な製造装置では回路基板17が電気的に絶縁された状態にて高周波によって発生したフッ素を含むプラズマ中にてエッチングを行うことになる。この際に高周波により発生したプラズマによって回路基板17は負の電位となることが知られている。プラズマ電位に対して基板電位が負になることにより、プラズマ中のイオンが加速されて基板表面に衝突、基板表面のアモルファスシリコン膜35の除去が進行する。この際に負に帯電した基板にイオン状のフッ素が飛来するため、フッ素イオンは基板に対して垂直の方向を持つことになる。加速されたフッ素イオンはレジストにて保護されてないアモルファスシリコン膜35を除去するため、感光性レジスト膜47の下部にあるアモルファスシリコン膜35は除去されずに残る。フッ素イオンは基板に対して垂直に飛来するため、残されたアモルファスシリコン膜35の側面は垂直に近くなり、感光性レジスト膜47の外形とほぼ同じ形状になる。ここで説明した工程により、図５に示した基板表面状態は図６に示す基板表面状態へと変化していく。
【００４７】
図６には、アモルファスシリコン膜35を画素分離する過程の基板表面状態を示す。感光性レジスト膜47および透明導電膜39はフッ素プラズマでは除去が困難であるため残されている。それに対して、アモルファスシリコン膜35はフッ素プラズマにより一部除去された状態である。
【００４８】
従来技術によるフォトダイオード素子18は図６に示す形状を持ち、透明導電膜39の大きさはアモルファスシリコン膜35よりも小さくなってしまう。このように透明導電膜39がアモルファスシリコン膜35よりも小さい形状を持つ場合、上述したようにフォトダイオード素子18の性能悪化を起こす可能性が高い。
【００４９】
このような問題を回避するため、図６に示したアモルファスシリコン膜35を画素分離する過程の基板表面状態となっても、さらにフッ素プラズマ中によるアモルファスシリコン膜35の除去を続行し、アモルファスシリコン膜35の大きさを透明導電膜39よりも小さくする。アモルファスシリコン膜35を除去する工程にて使用するフッ素プラズマ中には、電気的に中性である励起状態のフッ素が存在する。この励起状態のフッ素原子は負に帯電した回路基板17による電界の影響を受けず、等方的な運動成分を持つことが知られている。励起状態のフッ素原子でもアモルファスシリコン膜35の除去は可能であり、運動方向が等方的なためアモルファスシリコン膜35の側面から容易に浸入し、感光性レジスト膜47の下部にあるアモルファスシリコン膜35の一部を除去する。
【００５０】
その結果、図７に示すように、透明導電膜39よりもアモルファスシリコン膜35の面積が小さく、透明導電膜39の周辺部39aがアモルファスシリコン膜35の側面より突出する構造を実現することが可能となる。
【００５１】
そして、図７に示す状態の回路基板17を有機溶剤中に入れることにより感光性レジスト膜47を除去することで図８に示す状態となる。
【００５２】
その後、図１に示すように、液体状の透明樹脂であって感光性のある保護層42を塗布し、紫外線により露光、現像することによって電気的接続部を露出する。その際に、液体状の透明樹脂を回路基板17上に塗布するため、ひさし状に突出している透明導電膜39の周辺部39aの下部にも透明樹脂を充填することは容易であり、空洞の発生による不都合は発生することは少ない。さらに、バイアス電極43をＴＦＴ回路形成技術を用いて形成し、さらに上部保護層44を形成することで、光電変換基板13が完成する。
【００５３】
このように、アモルファスシリコン膜35の面積に比べて透明導電膜39の面積を大きくし、アモルファスシリコン膜35の側面より透明導電膜39の周辺部39aを突出させることにより、フォトダイオード素子18の応答性の悪化や感度減少を防止し、性能の高いＸ線検出器18を提供できる。
【００５４】
すなわち、アモルファスシリコン膜35上に形成された透明導電膜39は、アモルファスシリコン膜35にて構成されたフォトダイオード素子18に電流を供給するとともに、反射防止膜としての機能も併せ持つ。アモルファスシリコン膜35の表面全体が透明導電膜39により覆われ、覆われない領域がなくなることにより、フォトダイオード素子18の駆動に必要な電流を供給でき、フォトダイオード素子18の応答性を向上でき、また、アモルファスシリコン膜35の内部に入射する蛍光の量が増大し、フォトダイオード素子18の感度が向上し、Ｘ線検出器11としての性能を向上できる。
【００５５】
フォトダイオード素子18として良好な動作を行うには、アモルファスシリコン膜35に数万Ｖ／ｃｍという高電界を印加する必要がある。外部から光の入らない状態ではこのような高電界を印加してもアモルファスシリコン膜35の内部を流れる漏洩電流は十分に小さく、Ｘ線検出器11としての動作上問題は発生しない。しかし、アモルファスシリコン膜35の側面は電気的に不安定であり、側面を流れる漏洩電流がフォトダイオード素子18の全体を流れる漏洩電流の大半を占めることが多く発生する。アモルファスシリコン膜35の側面を流れる漏洩電流は電界強度に強く影響され、電界強度の増加とともに漏洩電流は大幅に上昇してしまう。従来技術によるフォトダイオード素子18では、透明導電膜39の外形はアモルファスシリコン膜35よりも小さく、フォトダイオード素子18の動作に必要な数万Ｖ／ｃｍの高電界をアモルファスシリコン膜35に印加すると、アモルファスシリコン膜35の端部に電界が集中し、局部的に大きな電界強度が発生し、アモルファスシリコン膜35の側面を流れる漏洩電流が増加し、フォトダイオード素子18としての性能が悪化し、Ｘ線検出器11の性能が低下する。それに対して、本実施の形態のように、アモルファスシリコン膜35の面積に比べて透明導電膜39の面積が大きく、アモルファスシリコン膜35の側面より透明導電膜39の周辺部39aが突出することにより、フォトダイオード素子18の動作に必要な数万Ｖ／ｃｍの高電界をアモルファスシリコン膜35に印加しても、アモルファスシリコン膜35の端部に電界が集中し、局部的に大きな電界強度が発生し、アモルファスシリコン膜35の側面を流れる漏洩電流が増加するようなことがなくなり、フォトダイオード素子18としての性能が向上し、それによりＸ線検出器11の性能を向上できる。
【図面の簡単な説明】
【００５６】
【図１】本発明の一実施の形態を示す放射線検出器の断面図である。
【図２】同上放射線検出器の製造プロセスを示す断面図である。
【図３】同上放射線検出器の図２に続く製造プロセスを示す断面図である。
【図４】同上放射線検出器の図３に続く製造プロセスを示す断面図である。
【図５】同上放射線検出器の図４に続く製造プロセスを示す断面図である。
【図６】同上放射線検出器の図５に続く製造プロセスを示す断面図である。
【図７】同上放射線検出器の図６に続く製造プロセスを示す断面図である。
【図８】同上放射線検出器の図７に続く製造プロセスを示す断面図である。
【図９】同上放射線検出器の分解状態の斜視図である。
【図１０】同上放射線検出器を模式的に示す正面図である。
【符号の説明】
【００５７】
11    放射線検出器としてのＸ線検出器
14    蛍光変換膜
17    回路基板
18    光電変換素子としてのフォトダイオード素子
35    半導体層としてのアモルファスシリコン膜
39    透明導電膜
【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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