JP2004015000A - 放射線検出装置及び放射線撮像システム - Google Patents
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Abstract
【課題】ＭＩＳ型ＰＤを用いたＦＰＤでは、ＭＩＳ型ＰＤとスイッチＴＦＴの両デバイス特性を単独に改善可能なデバイス構成を提案し、ＰＩＮ型ＰＤを用いたＦＰＤでは、高歩留まり、低価格を実現する放射線検出装置を提供する。
【解決手段】スイッチＴＦＴを配列した第１の絶縁基板１と、光電変換素子を配列した第２の絶縁基板１９を、導電性接着剤２０を介して互いに貼り合わせる。Ｘ線は、蛍光体１８に入射し、可視光に変換され、ＭＩＳ型ＰＤの半導体層１２に入射して光電変換され、ＰＤ内に蓄積される。スイッチＴＦＴのゲート電極２にＯＮ電圧が印加されると、ＰＤ内に蓄積された電荷は、導電性接着剤２０を介して、信号線９から出力として読み出される。開口率を大幅に増大させ、基板周辺部で封止し、その空間を気密構造とし、信号線に対する寄生容量を減少させ、低ノイズの高品位ＦＰＤを実現する。
【選択図】 図１
【解決手段】スイッチＴＦＴを配列した第１の絶縁基板１と、光電変換素子を配列した第２の絶縁基板１９を、導電性接着剤２０を介して互いに貼り合わせる。Ｘ線は、蛍光体１８に入射し、可視光に変換され、ＭＩＳ型ＰＤの半導体層１２に入射して光電変換され、ＰＤ内に蓄積される。スイッチＴＦＴのゲート電極２にＯＮ電圧が印加されると、ＰＤ内に蓄積された電荷は、導電性接着剤２０を介して、信号線９から出力として読み出される。開口率を大幅に増大させ、基板周辺部で封止し、その空間を気密構造とし、信号線に対する寄生容量を減少させ、低ノイズの高品位ＦＰＤを実現する。
【選択図】 図１
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、Ｘ線、γ線などの放射線を検出する放射線検出装置に関し、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に応用される放射線検出装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、医療画像診断で用いられる撮影方法は、静止画像を得る一般撮影と動画像を得る透視撮影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。
【０００３】
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と略記）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と略記）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。
【０００４】
このＦＰＤは、放射線画像を瞬時に読み取り、リアルタイムで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、データの保管、或いは、加工、転送など取り扱いが便利であると言った特徴がある。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。
【０００５】
このＦＰＤの模式的等価回路図の一例を図７に示す。図中、１０１は光電変換素子部、１０２は転送用ＴＦＴ部、１０３は転送用ＴＦＴ駆動配線、１０４は信号線、１０５は光電変換素子バイアス配線、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。
【０００６】
Ｘ線などの放射線は紙面上部より入射し、不図示の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を介して転送ＴＦＴ１０２を動作させ、この蓄積電荷を信号線１０４に転送し、信号処理回路１０６にて処理され、更に、１０８にてＡ／Ｄ変換され出力される。
【０００７】
基本的には、上述の様な素子構成が一般的であり、特に、光電変換素子はＰＩＮ型フォトダイオード（以下、ＰＩＮ型ＰＤと略記）、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と略記）が一般的であり、その他、様々な素子が提案されている。また、蛍光体は、Ｇｄ２Ｏ２Ｓ：Ｔｂ、或いは、ＣｓＩ：Ｔｌが一般的に使用されている。
【０００８】
ＰＩＮ型ＰＤを用いたＦＰＤとしては、Ｐｈｉｌｉｐｓ社により、米国特許５２７６３２９にて開示されている。本特許では、第１の基板にＣｓＩなどの蛍光体を形成し、第２の基板にＰＩＮ型ＰＤとＴＦＴからなるスイッチ素子により構成される画素を２次元に形成し、第１の基板と第２の基板を絶縁部材を介して接続する構造のＦＰＤを提案している。
【０００９】
しかしながら、ＰＩＮ型ＰＤとＴＦＴにより構成されるセンサー基板は、夫々の素子の膜構成が大きく異なり、非常に複雑な工程を経て製造される。即ち、高歩留まりで生産すことが困難であると言った問題を抱えている。
【００１０】
一方、ＭＩＳ型ＰＤは、スイッチＴＦＴと膜構成が同一であるため、製造方法が簡便であり、高歩留まりで生産ができる最大の利点がある。また、従来、Ｓ／Ｆ系で使用されているＧｄ２Ｏ２Ｓ：Ｔｂ蛍光体をセンサー基板に貼り合せる構造であるため、簡便に、低価格で実現できる構成となっている。代表例としては、本発明者等により、特許登録３０６６９４４号、ＵＳＰ６０７５２５６で開示されている。
【００１１】
図８は、１画素の模式的平面図である。２０３はＭＩＳ型ＰＤ部の下電極、２０２はスイッチＴＦＴ駆動配線、２０４はスイッチＴＦＴのゲート電極、２０８はセンサーバイアス配線、２１０は信号線、２０９はスイッチＴＦＴのソース・ドレイン電極（以下、ＳＤ電極と略記）、２１１はコンタクトホールである。
【００１２】
また図９は、図８に示した１画素内の各素子を模式的に配列した模式的断面図である。２０１はガラス基板、２０２はスイッチＴＦＴ駆動配線、２０３はＭＩＳ型ＰＤ下電極、２０４はスイッチＴＦＴゲート電極、２０５はゲート絶縁膜、２０６は真性ａ−Ｓｉ膜、２０７はホールブロッキング層、２０８はバイアス配線、２０９は転送ＴＦＴＳＤ電極、２１０は信号線、２２０は保護膜、２２１は有機樹脂層、２２２は蛍光体層である。
【００１３】
次に、同一の基板上にＭＩＳ型ＰＤとＴＦＴからなるスイッチ素子を形成したＦＰＤの製造方法の一例について、図１０〜図１４を参照して説明する。図中の番号は、図８と同様である。
【００１４】
第１工程は、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２０３、スイッチＴＦＴゲート電極２０４を形成する。その模式的平面図を図１０に示す。
【００１５】
第２工程は、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。
【００１６】
第３工程は、ＭＩＳ型ＰＤ下電極２０３とスイッチＴＦＴのＳＤ電極２０９とを接合するためのコンタクトホール２１１を形成する。その模式的平面図を図１１に示す。
【００１７】
第４工程は、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２０８を形成する。この時、後述するスイッチＴＦＴのＳＤ電極２０９、及び信号線２１０が形成される領域は島状に残される。その模式的平面図を図１２に示す。
【００１８】
第５工程は、２回目のレジストワークによりスイッチＴＦＴのＳＤ電極２０９、信号線２１０を形成し、引き続き、ｎ＋半導体層を除去する。即ち、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。その模式的平面図を図１３に示す。
【００１９】
第６工程は、素子間分離を行う。その模式的平面図を図１４に示す。
【００２０】
第７工程は、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。その後、蛍光体を有機樹脂などで貼り合わせる。
【００２１】
上述の様に製造されるＦＰＤは、図８及び図９からも明らかな様に、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。その結果、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。
【００２２】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述のＭＩＳ型ＰＤを用いた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、感度の点では、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、より一層の感度向上が必須と考えられている。
【００２３】
前述の様に、本発明者らのＦＰＤは、ＭＩＳ型ＰＤとスイッチＴＦＴの層構成が同一であるため、同一プロセスで同時に作成できる。即ち、製造方法が簡便であるため、高歩留まり、高品質、低価格で実現できる利点がある。しかし、原理的に同一平面上に各素子を形成するため、開口率の向上、言い換えれば、感度に限度があると言った課題がある。
【００２４】
ＭＩＳ型ＰＤの感度は、ＣＩＮＳを絶縁層の容量、ＣＳＥＭＩを半導体層の容量とすると、ＣＩＮＳ／（ＣＩＮＳ＋ＣＳＥＭＩ）で表される内部ゲインに比例する。言い換えれば、半導体層の厚膜化、或いは、絶縁膜の薄膜化が、感度向上には、望ましい方向と言える。
【００２５】
一方、スイッチＴＦＴの転送能力、即ち、ＯＮ抵抗は、通常の範囲では、半導体層の薄膜化に従い改善される。これは、ソース・ドレイン電極下に形成される寄生抵抗が減少するためであると推定される。また、絶縁膜は、原理的に、薄膜化することによりスイッチＴＦＴの転送能力が向上するが、配線交差部などにおける段差でのステップカバレジ性が低下する。その結果、絶縁層厚みは、歩留まりを考慮して決定される。
【００２６】
つまり、ＭＩＳ型ＰＤとスイッチＴＦＴの両特性がバランス良く満足する半導体層の厚みと、歩留りを考慮した絶縁層の厚みが決定される。その結果、ＴＦＴサイズが大きくなり、ＭＩＳ型ＰＤの開口率は圧縮され、ＴＦＴサイズに依存する寄生容量が増大するなど、夫々の素子の特性は夫々妥協した性能を使用せざるを得ないと言った問題がある。
【００２７】
また、ＰＩＮ型ＰＤを用いたＦＰＤに関しては、ＭＩＳ型ＰＤを用いたＦＰＤとは異なり、根本的に製造方法が複雑であり、高歩留まりを確保して、生産すると言った点で大きな問題を抱えている。
【００２８】
そこで、本発明の目的は、ＭＩＳ型ＰＤを用いたＦＰＤにおいては、ＭＩＳ型ＰＤとスイッチＴＦＴの両デバイス特性を夫々、単独に改善することが可能なデバイス構成を提案し、更なる、感度向上を達成するものである。
【００２９】
また、ＰＩＮ型ＰＤを用いたＦＰＤにおいては、製造方法を改良し、高歩留まり、低価格を実現するものである。
【００３０】
【課題を解決するための手段】
上述の課題を解決するため、本発明は、スイッチＴＦＴを配列した第１の基板と、光電変換素子を配列した第２の基板を、導電性部材を介して互いに貼り合わせ、開口率を大幅に増大させ、高感度ＦＰＤを実現することを特徴とする。
【００３１】
このため、スイッチＴＦＴ基板とセンサー基板を夫々作成するので、製造工程が単純化され、高歩留まりが実現できる。
【００３２】
また、第２の基板に配置された蛍光体層上、或いは、蛍光体基板上に光電変換素子を形成することにより、蛍光体と光電変換素子との距離を最小にして、空間分解能を向上させ、高品位ＦＰＤを実現する。
【００３３】
第１の基板と第２の基板は、基板周辺部を封止し、第１の基板と第２の基板で形成される空間を減圧、或いは、不活性ガスを導入することにより、特に、信号線に対する寄生容量を減少させ、低ノイズの高品位ＦＰＤを実現する。また、耐湿性を確保するための保護膜などを必要としないので、製造工程を簡略化できる。
【００３４】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
【００３５】
（実施例１）
まず、ＭＩＳ型ＰＤを用いたＸ線検出装置の第１の実施例について述べる。図１は、本実施例の１画素の模式的断面図である。
【００３６】
図１において、１は第１の絶縁基板、２はスイッチＴＦＴのゲート電極、４はＴＦＴの第１の絶縁層、５は真性半導体層、６は第２の絶縁層、７はオーミックコンタクト層、８はソース・ドレイン電極、９は信号線、１０はＭＩＳ型ＰＤの画素電極、１１は絶縁層、１２は半導体層、１３はオーミックコンタクト層、１４は透明電極層、１８は蛍光体層、１９は第２の絶縁基板、２０は導電性接着剤である。
【００３７】
本実施例では、Ｘ線は、蛍光体１８に入射し、可視光に変換される。変換光は、ＭＩＳ型ＰＤの半導体層１２に入射する。入射光は光電変換されＰＤ内に蓄積される。その後、スイッチＴＦＴのゲート電極２にＯＮ電圧が印加され、スイッチＴＦＴがＯＮ状態となり、ＰＤ内に蓄積された電荷は、導電性接着剤２０を介して、信号線９から出力として読み出される。その後、透明電極１４より、リセット電位がＭＩＳ型ＰＤ部に与えられ、ＰＤをリセットする。そして、再度、所定のバイアス電位が与えられる。
【００３８】
同図より、ＭＩＳ型ＰＤの画素電極１０は、画素サイズと略同一のサイズで配置することができるため、開口率は概ね１００％を実現できる。また、この時、信号線９が画素電極１０とオーバーラップする様に配置されるが、第１の基板１と第２の基板１９の間隙に、窒素ガスなどの不活性ガスを封入することにより、距離もあることから、信号線に関わる寄生容量が低減され、ノイズ低減を実現することができる。
【００３９】
更には、スイッチＴＦＴの膜厚構成とＭＩＳ型ＰＤの膜厚構成が異なる形で実現できるため、ＭＩＳ型ＰＤの内部ゲインは、１．５倍程度改善され、上述の開口率の向上分と合わせて、例えば、画素ピッチが１６０μｍでは、約２倍以上の改善が可能となった。また、スイッチＴＦＴの転送能力が少なくとも１０倍以上となり、ＴＦＴサイズを小型化することができ、その結果、ＴＦＴサイズに依存した寄生容量が低減され、ノイズ低減が可能となった。
【００４０】
図２は、複数の画素が形成されているＦＰＤの模式的断面図である。図中、１はＴＦＴが形成された第１の絶縁基板、１９はＭＩＳ型ＰＤが形成された第２の絶縁基板である。２０は各画素の導電性接着剤、２１は後述する封止剤であり、第１の基板と第２の基板を基板周辺で封止するために使用され、第１と第２の基板間の気密が保持される構造となっている。
【００４１】
次に、本実施例のＦＰＤの製造方法について説明する。先ず、ＴＦＴ基板について説明する。
【００４２】
第１工程は、ガラス基板上に、第１の金属層として、Ａｌ−Ｎｄ薄膜２５００Å、Ｍｏ薄膜３００Åの積層膜をスパッター装置により成膜する。
【００４３】
第２工程は、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の駆動用ゲート配線、ゲート電極をパターン形成する。
【００４４】
第３工程は、第１の絶縁膜としてＳｉＮ層、半導体層として非単結晶Ｓｉ膜、第２の絶縁層としてＳｉＮ層をプラズマＣＶＤ装置により、夫々２５００Å、５００Å、２０００Å成膜する。
【００４５】
第４工程は、ＲＩＥを用いたフォトリソグラフィー法により、スイッチＴＦＴのソース・ドレイン部のＳｉＮ層を除去する。
【００４６】
第５工程は、オーミックコンタクト層として燐ドープｎ＋型膜をプラズマＣＶＤ装置により、２００Å成膜する。
【００４７】
第６工程は、第２の金属層として、Ｍｏ薄膜５００Å、Ａｌ薄膜４０００Å、Ｍｏ薄膜３００Åをスパッター装置により成膜する。
【００４８】
第７工程は、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、スイッチＴＦＴのソース・ドレイン電極、信号線を形成する。引き続き、同一レジストパターンでスイッチＴＦＴのチャネル部のｎ＋膜をＲＩＥ装置で除去する。
【００４９】
第８工程は、ＲＩＥ或いはＣＤＥを用いたフォトリソグラフィー法により、非単結晶Ｓｉ層、オーミックコンタクト層を除去し、素子間分離を行う。
【００５０】
以上がＴＦＴ基板を作成する製造工程である。
【００５１】
次に、ＭＩＳ型ＰＤ基板について説明する。
【００５２】
第１工程は、ガラス基板、或いは、ＰＥＴ基板１９にＩＴＯ膜１４を４００Åでスパッター装置により成膜する。
【００５３】
第２工程は、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、所定のパターンに加工する。
【００５４】
第３工程は、ＭＩＳ型ＰＤのオーミックコンタクト層１３として燐ドープｎ＋型膜、真性半導体層としてａ−Ｓｉ膜１２、絶縁膜１１としてＳｉＮ層をプラズマＣＶＤ装置により、夫々２００Å、６０００Å、１５００Å成膜する。
【００５５】
第４工程は、金属層として、Ｍｏ薄膜５００Å、Ａｌ薄膜２０００Å、Ｍｏ薄膜３００Åをスパッター装置により成膜する。
【００５６】
第５工程は、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、ＭＩＳ型ＰＤの画素電極１０を形成する。
【００５７】
以上がＭＩＳ型ＰＤ基板の製造工程である。
【００５８】
次に、ＴＦＴ基板とＭＩＳ型ＰＤ基板の貼り合せ方法について説明する。
【００５９】
第１工程は、ＭＩＳ型ＰＤ基板の所定の位置に導電性接着剤を印刷する。
【００６０】
第２工程は、ＴＦＴ基板の周辺に封止剤を印刷する。
【００６１】
第３工程は、ＴＦＴ基板とＭＩＳ型ＰＤ基板を制度良く重ね合わせ、加熱加圧圧着により貼り合せる。この時、窒素雰囲気中で行う。
【００６２】
第４工程は、ＭＩＳ型ＰＤ基板上にＳ／Ｆ系で使用されているＧｄ２Ｏ２Ｓ：Ｔｂの蛍光体を貼り付ける。また、ＣｓＩが形成された基板を貼り付けることも可能である。
【００６３】
以上により、本実施例のＦＰＤが製造される。
【００６４】
この様に、スイッチＴＦＴとＭＩＳ型ＰＤを異なる基板に形成し、スイッチＴＦＴ特性の向上とＭＩＳ型ＰＤ特性の向上が両立して達成でき、導電性接着剤により、必要な電気接続をとり、且つ、周辺を封止することにより、デバイス作成上必要な保護膜が不要になるにもかかわらず、高信頼のＦＰＤを実現できる。本実施例においては、信号電荷の駆動を行うＴＦＴ基板の半導体層は５００Å、それに対して光電変換基板は６０００Åと大きく異ならせることが可能となり、駆動能力が高く、光電変換効率の向上した放射線撮像装置を提供することが可能となる。また、駆動用基板をｐｏｌｙ−ＳｉからなるＴＦＴとして更に駆動能力を高めることも可能である。これは以下の実施形態においても同様である。
【００６５】
（実施例２）
次に、ＭＩＳ型ＰＤを用いたＸ線検出装置の第２の実施例について述べる。本実施例では、実施例１と比較して層構成を逆転したＭＩＳ型ＰＤについて述べる。ＭＩＳ型ＰＤへのバイアス方法は、実施例１とは異なるが、ＦＰＤの機能上、本質的な差異はない。
【００６６】
本実施例の模式的断面図を図３に示す。図中、符番は実施例１の図１〜図２と同様である。同図において、ＭＩＳ型ＰＤの画素電極として、オーミックコンタクト層が機能している。
【００６７】
以下に本実施例のＭＩＳ型ＰＤ基板の製造方法について述べる。ＴＦＴ基板の製造方法は実施例１と同様である。
【００６８】
第１工程は、ガラス基板、或いは、ＰＥＴにＩＴＯ膜１４を４００Åでスパッター装置により成膜する。
【００６９】
第２工程は、ウエットエッチングを用いたによるフォトリソグラフィー法により、所定のパターンに加工する。
【００７０】
第３工程は、ＭＩＳ型ＰＤの絶縁膜１１としてＳｉＮ層、真性半導体層１２としてａ−Ｓｉ膜、オーミックコンタクト層として燐ドープｎ＋型膜１３をプラズマＣＶＤ装置により、夫々１５００Å、６０００Å、１０００Å成膜する。
【００７１】
第４工程は、ＲＩＥを用いたフォトリソグラフィー法により、オーミックコンタクト層を画素電極として所定のパターンに加工する。
【００７２】
本実施例では、上述の様に、画素電極としてオーミックコンタクト層を使用しており、抵抗値を考慮すると厚膜化が必要である。しかし、製造装置、或いは、生産プロセスによっては、厚膜化ができない場合がある。その場合は、その他導電膜と併用することが可能である。
【００７３】
即ち、第３工程に引き続き、導電膜を成膜し、第４工程において、先ず、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、導電膜を画素電極としてパターニングし、引き続き、同一レジストパターンでオーミックコンタクト層をＲＩＥ装置で加工することにより、導電膜とオーミックコンタクト層が画素電極として形成できる。
【００７４】
また、第３工程において、半導体層、或いは、絶縁層までも同時に加工して、画素毎にＭＩＳ型ＰＤを島状にすることも可能である。
【００７５】
上述の様にＭＩＳ型ＰＤ基板を作成し、実施例１と同様にＴＦＴ基板と貼り合せて、ＦＰＤを製造することができる。
【００７６】
（実施例３）
次に、高機能化を実現するＭＩＳ型ＰＤを用いたＸ線検出装置の第３の実施例について述べる。本実施例では、実施例１および２における、ＭＩＳ型ＰＤと蛍光体との距離を低減することにより、空間分解能を向上させることが可能となる。
【００７７】
図４は、１画素の模式的断面図である。図中、２２は蛍光体を有する基板、２３はＡｌ反射層、その他符番は実施例１の図１〜図２と同様である。すなわち本実施例においては、蛍光体基板上にＭＩＳ型のセンサー素子を直接形成した構成である。
【００７８】
本実施例によれば、蛍光体基板からの変換光がＭＩＳ型ＰＤに入射する際に、蛍光体基板とＰＤ間の距離が低減されているため、多重反射などの影響を低減できるため、空間分解能を向上させる効果がある。
【００７９】
この時、蛍光体基板は、ＣｓＩの単結晶、或いは、多結晶、Ｇｄ２Ｏ２Ｓの単結晶、或いは、多結晶、更には、絶縁基板にＣｓＩ柱状結晶を成膜、或いは、Ｇｄ２Ｏ２Ｓ結晶粉末を塗布した後、平坦化、保護膜を塗布し蛍光体基板とすることもできる。この時、平坦化、保護膜としては、耐熱性の高い、ダウケミカル社製ＢＣＢ（ベンゾシクロブテン）が好適である。勿論、反射層としてＡｌ反射層が放射線入射側に配置されている方が好ましい。
【００８０】
上述の蛍光体基板に実施例１と同様にＭＩＳ型ＰＤを形成し、ＴＦＴ基板と貼り合せることにより、ＦＰＤを製造することができる。
【００８１】
（実施例４）
次に、ＰＩＮ型ＰＤを用いたＸ線検出装置の実施例について述べる。
【００８２】
図５は、本実施例の１画素の模式的断面図である。３１はＰＩＮ型ＰＤの画素電極、３２はＰ型半導体層、３３はＩ型半導体層、３４はＮ型半導体層、その他符番は実施例１の図１〜図２と同様である。また、本実施例はＰＩＮ型ＰＤの層構成の一例を示したが、勿論、薄膜層構成を逆転したＰＩＮ型ＰＤにおいても、ＦＰＤの機能上、本質的な差異はない。
【００８３】
以下に本実施例のＰＩＮ型ＰＤ基板の製造方法について述べる。ＴＦＴ基板の製造方法は実施例１と同様である。
【００８４】
第１工程は、ガラス基板、或いは、ＰＥＴにＩＴＯ膜を４００Åでスパッター装置により成膜する。
【００８５】
第２工程は、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、所定のパターンに加工する。
【００８６】
第３工程は、ＰＩＮ型ＰＤのＰ型半導体層としてボロンドープ非単結晶Ｓｉ膜、Ｉ型半導体層としてａ−Ｓｉ膜、Ｎ型半導体層としてリンドープ非単結晶Ｓｉ膜をプラズマＣＶＤ装置により、夫々３００Å、６０００Å、３００Å成膜する。
【００８７】
第４工程は、金属層として、Ｍｏ薄膜５００Å、Ａｌ薄膜２０００Å、Ｍｏ薄膜３００Åをスパッター装置により成膜する。
【００８８】
第５工程は、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、ＰＩＮ型ＰＤの画素電極を形成し、引き続き、同一レジストパターンでＮ型半導体層をＲＩＥ装置で加工する。
【００８９】
また、第５工程において、Ｉ型半導体層、或いは、Ｐ型半導体層までも同時に加工して、画素毎にＰＩＮ型ＰＤを島状にすることも可能である。
【００９０】
上述のＰＩＮ型ＰＤ基板を作成し、ＴＦＴ基板と貼り合せることにより、実施例１と同様にＦＰＤを製造することができる。
【００９１】
本実施例では、ＰＩＮ型ＰＤ基板とＴＦＴ基板を別々に作成することから、夫々の基板の製造方法は、非常に簡便になり、その結果、高歩留まりを達成できる。また、従来の積層構造に対して、平坦化膜、保護膜などが不要となるため、２種類の基板を使用しているが、工数的には、減少していると言った利点もある。
【００９２】
（実施例５）
図６は、本発明による放射線検出装置のＸ線診断システムへの適用例を示したものである。
【００９３】
Ｘ線チューブ６０５０で発生したＸ線６０６０は患者あるいは被験者６０６１の胸部６０６２を透過し、放射線検出装置（イメージセンサ）６０４０に入射する。この入射したＸ線には被験者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表面又は裏面の蛍光体によって可視光に変換し、これを光電変換して、電気信号を得る。この電気信号はデジタル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。
【００９４】
また、この画像情報は電話回線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。
【００９５】
以上の実施形態では、Ｘ線撮像システムを例に説明したが、シンチレータによって放射線を光に変換し、この光を光電変換する装置構成としても、同様である。なお、放射線とはＸ線以外のα，β，γ線等を含む。
【００９６】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明は、スイッチＴＦＴを配列した第１の基板と、光電変換素子を配列した第２の基板を、導電性部材を介して互いに貼り合わせる構成なので、開口率を大幅に増大させ、高感度ＦＰＤを実現することができる。
【００９７】
また、第１の基板と第２の基板間は、空間が保持されており、空間が気密されている構造なので、従来、必要であった保護膜などが不要となり、簡略化された製造工程が実現できる。更に、この空間により、信号線の寄生容量が低減され、低ノイズのＦＰＤが実現できる。
【００９８】
また、第１の基板と第２の基板を別々に製造するので、製造工程が単純化され、高歩留まりと低価格化、設計自由度のアップなどの利点がある。特に、ＰＤ部の膜構成、膜厚構成は大幅に自由度が増加し、また、ＴＦＴにおいても、多結晶Ｓｉの使用などの自由度が広がる利点がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例１の１画素の模式的断面図である。
【図２】実施例１のＦＰＤの模式的断面図である。
【図３】実施例２の１画素の模式的断面図である。
【図４】実施例３の１画素の模式的断面図である。
【図５】実施例４の１画素の模式的断面図である。
【図６】本発明による放射線検出装置のＸ線診断システムへの適用例を示す図である。
【図７】従来のＦＰＤの模式的等価回路図である。
【図８】従来の１画素の模式的平面図である。
【図９】従来の１画素内の素子配列の模式的断面図である。
【図１０】従来のＦＰＤの製造方法を説明する模式的平面図である。
【図１１】従来のＦＰＤの製造方法を説明する模式的平面図である。
【図１２】従来のＦＰＤの製造方法を説明する模式的平面図である。
【図１３】従来のＦＰＤの製造方法を説明する模式的平面図である。
【図１４】従来のＦＰＤの製造方法を説明する模式的平面図である。
【符号の説明】
１ 第１の絶縁基板
２ スイッチＴＦＴのゲート電極
４ ＴＦＴの第１の絶縁層
５ ＴＦＴの真性半導体層
６ ＴＦＴの第２の絶縁層
７ ＴＦＴのオーミックコンタクト層
８ スイッチＴＦＴのソース・ドレイン電極
９ ソース・ドレイン電極に接続されている信号線
１０ ＭＩＳ型ＰＤの画素電極
１１ ＭＩＳ型ＰＤの絶縁層
１２ ＭＩＳ型ＰＤの真性半導体層
１３ ＭＩＳ型ＰＤのオーミックコンタクト層
１４ 透明電極層
１８ 蛍光体層
１９ 第２の絶縁基板
２０ 導電性接着剤
２１ 封止剤
２２ 蛍光体基板
２３ Ａｌ反射層
３１ ＰＩＮ型ＰＤの画素電極
３２ ＰＩＮ型ＰＤのＰ型半導体層
３３ ＰＩＮ型ＰＤのＩ型半導体層
３４ ＰＩＮ型ＰＤのＮ型半導体層
１０１ 光電変換素子部
１０２ スイッチＴＦＴ部
１０３ スイッチＴＦＴ駆動配線
１０４ 信号線
１０５ 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 ガラス基板
２０２ スイッチＴＦＴ駆動配線
２０３ ＭＩＳ型ＰＤ下電極
２０４ スイッチＴＦＴゲート電極
２０５ ゲート絶縁膜
２０６ 真性ａ−Ｓｉ膜
２０７ ホールブロッキング層
２０８ バイアス配線
２０９ スイッチＴＦＴソース・ドレイン電極
２１０ 信号線
２１１ コンタクトホール
２２０ 保護膜
２２１ 有機樹脂層
２２２ 蛍光体層
【発明の属する技術分野】
本発明は、Ｘ線、γ線などの放射線を検出する放射線検出装置に関し、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に応用される放射線検出装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、医療画像診断で用いられる撮影方法は、静止画像を得る一般撮影と動画像を得る透視撮影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。
【０００３】
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と略記）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と略記）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。
【０００４】
このＦＰＤは、放射線画像を瞬時に読み取り、リアルタイムで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、データの保管、或いは、加工、転送など取り扱いが便利であると言った特徴がある。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。
【０００５】
このＦＰＤの模式的等価回路図の一例を図７に示す。図中、１０１は光電変換素子部、１０２は転送用ＴＦＴ部、１０３は転送用ＴＦＴ駆動配線、１０４は信号線、１０５は光電変換素子バイアス配線、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。
【０００６】
Ｘ線などの放射線は紙面上部より入射し、不図示の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を介して転送ＴＦＴ１０２を動作させ、この蓄積電荷を信号線１０４に転送し、信号処理回路１０６にて処理され、更に、１０８にてＡ／Ｄ変換され出力される。
【０００７】
基本的には、上述の様な素子構成が一般的であり、特に、光電変換素子はＰＩＮ型フォトダイオード（以下、ＰＩＮ型ＰＤと略記）、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と略記）が一般的であり、その他、様々な素子が提案されている。また、蛍光体は、Ｇｄ２Ｏ２Ｓ：Ｔｂ、或いは、ＣｓＩ：Ｔｌが一般的に使用されている。
【０００８】
ＰＩＮ型ＰＤを用いたＦＰＤとしては、Ｐｈｉｌｉｐｓ社により、米国特許５２７６３２９にて開示されている。本特許では、第１の基板にＣｓＩなどの蛍光体を形成し、第２の基板にＰＩＮ型ＰＤとＴＦＴからなるスイッチ素子により構成される画素を２次元に形成し、第１の基板と第２の基板を絶縁部材を介して接続する構造のＦＰＤを提案している。
【０００９】
しかしながら、ＰＩＮ型ＰＤとＴＦＴにより構成されるセンサー基板は、夫々の素子の膜構成が大きく異なり、非常に複雑な工程を経て製造される。即ち、高歩留まりで生産すことが困難であると言った問題を抱えている。
【００１０】
一方、ＭＩＳ型ＰＤは、スイッチＴＦＴと膜構成が同一であるため、製造方法が簡便であり、高歩留まりで生産ができる最大の利点がある。また、従来、Ｓ／Ｆ系で使用されているＧｄ２Ｏ２Ｓ：Ｔｂ蛍光体をセンサー基板に貼り合せる構造であるため、簡便に、低価格で実現できる構成となっている。代表例としては、本発明者等により、特許登録３０６６９４４号、ＵＳＰ６０７５２５６で開示されている。
【００１１】
図８は、１画素の模式的平面図である。２０３はＭＩＳ型ＰＤ部の下電極、２０２はスイッチＴＦＴ駆動配線、２０４はスイッチＴＦＴのゲート電極、２０８はセンサーバイアス配線、２１０は信号線、２０９はスイッチＴＦＴのソース・ドレイン電極（以下、ＳＤ電極と略記）、２１１はコンタクトホールである。
【００１２】
また図９は、図８に示した１画素内の各素子を模式的に配列した模式的断面図である。２０１はガラス基板、２０２はスイッチＴＦＴ駆動配線、２０３はＭＩＳ型ＰＤ下電極、２０４はスイッチＴＦＴゲート電極、２０５はゲート絶縁膜、２０６は真性ａ−Ｓｉ膜、２０７はホールブロッキング層、２０８はバイアス配線、２０９は転送ＴＦＴＳＤ電極、２１０は信号線、２２０は保護膜、２２１は有機樹脂層、２２２は蛍光体層である。
【００１３】
次に、同一の基板上にＭＩＳ型ＰＤとＴＦＴからなるスイッチ素子を形成したＦＰＤの製造方法の一例について、図１０〜図１４を参照して説明する。図中の番号は、図８と同様である。
【００１４】
第１工程は、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２０３、スイッチＴＦＴゲート電極２０４を形成する。その模式的平面図を図１０に示す。
【００１５】
第２工程は、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。
【００１６】
第３工程は、ＭＩＳ型ＰＤ下電極２０３とスイッチＴＦＴのＳＤ電極２０９とを接合するためのコンタクトホール２１１を形成する。その模式的平面図を図１１に示す。
【００１７】
第４工程は、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２０８を形成する。この時、後述するスイッチＴＦＴのＳＤ電極２０９、及び信号線２１０が形成される領域は島状に残される。その模式的平面図を図１２に示す。
【００１８】
第５工程は、２回目のレジストワークによりスイッチＴＦＴのＳＤ電極２０９、信号線２１０を形成し、引き続き、ｎ＋半導体層を除去する。即ち、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。その模式的平面図を図１３に示す。
【００１９】
第６工程は、素子間分離を行う。その模式的平面図を図１４に示す。
【００２０】
第７工程は、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。その後、蛍光体を有機樹脂などで貼り合わせる。
【００２１】
上述の様に製造されるＦＰＤは、図８及び図９からも明らかな様に、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。その結果、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。
【００２２】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述のＭＩＳ型ＰＤを用いた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、感度の点では、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、より一層の感度向上が必須と考えられている。
【００２３】
前述の様に、本発明者らのＦＰＤは、ＭＩＳ型ＰＤとスイッチＴＦＴの層構成が同一であるため、同一プロセスで同時に作成できる。即ち、製造方法が簡便であるため、高歩留まり、高品質、低価格で実現できる利点がある。しかし、原理的に同一平面上に各素子を形成するため、開口率の向上、言い換えれば、感度に限度があると言った課題がある。
【００２４】
ＭＩＳ型ＰＤの感度は、ＣＩＮＳを絶縁層の容量、ＣＳＥＭＩを半導体層の容量とすると、ＣＩＮＳ／（ＣＩＮＳ＋ＣＳＥＭＩ）で表される内部ゲインに比例する。言い換えれば、半導体層の厚膜化、或いは、絶縁膜の薄膜化が、感度向上には、望ましい方向と言える。
【００２５】
一方、スイッチＴＦＴの転送能力、即ち、ＯＮ抵抗は、通常の範囲では、半導体層の薄膜化に従い改善される。これは、ソース・ドレイン電極下に形成される寄生抵抗が減少するためであると推定される。また、絶縁膜は、原理的に、薄膜化することによりスイッチＴＦＴの転送能力が向上するが、配線交差部などにおける段差でのステップカバレジ性が低下する。その結果、絶縁層厚みは、歩留まりを考慮して決定される。
【００２６】
つまり、ＭＩＳ型ＰＤとスイッチＴＦＴの両特性がバランス良く満足する半導体層の厚みと、歩留りを考慮した絶縁層の厚みが決定される。その結果、ＴＦＴサイズが大きくなり、ＭＩＳ型ＰＤの開口率は圧縮され、ＴＦＴサイズに依存する寄生容量が増大するなど、夫々の素子の特性は夫々妥協した性能を使用せざるを得ないと言った問題がある。
【００２７】
また、ＰＩＮ型ＰＤを用いたＦＰＤに関しては、ＭＩＳ型ＰＤを用いたＦＰＤとは異なり、根本的に製造方法が複雑であり、高歩留まりを確保して、生産すると言った点で大きな問題を抱えている。
【００２８】
そこで、本発明の目的は、ＭＩＳ型ＰＤを用いたＦＰＤにおいては、ＭＩＳ型ＰＤとスイッチＴＦＴの両デバイス特性を夫々、単独に改善することが可能なデバイス構成を提案し、更なる、感度向上を達成するものである。
【００２９】
また、ＰＩＮ型ＰＤを用いたＦＰＤにおいては、製造方法を改良し、高歩留まり、低価格を実現するものである。
【００３０】
【課題を解決するための手段】
上述の課題を解決するため、本発明は、スイッチＴＦＴを配列した第１の基板と、光電変換素子を配列した第２の基板を、導電性部材を介して互いに貼り合わせ、開口率を大幅に増大させ、高感度ＦＰＤを実現することを特徴とする。
【００３１】
このため、スイッチＴＦＴ基板とセンサー基板を夫々作成するので、製造工程が単純化され、高歩留まりが実現できる。
【００３２】
また、第２の基板に配置された蛍光体層上、或いは、蛍光体基板上に光電変換素子を形成することにより、蛍光体と光電変換素子との距離を最小にして、空間分解能を向上させ、高品位ＦＰＤを実現する。
【００３３】
第１の基板と第２の基板は、基板周辺部を封止し、第１の基板と第２の基板で形成される空間を減圧、或いは、不活性ガスを導入することにより、特に、信号線に対する寄生容量を減少させ、低ノイズの高品位ＦＰＤを実現する。また、耐湿性を確保するための保護膜などを必要としないので、製造工程を簡略化できる。
【００３４】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
【００３５】
（実施例１）
まず、ＭＩＳ型ＰＤを用いたＸ線検出装置の第１の実施例について述べる。図１は、本実施例の１画素の模式的断面図である。
【００３６】
図１において、１は第１の絶縁基板、２はスイッチＴＦＴのゲート電極、４はＴＦＴの第１の絶縁層、５は真性半導体層、６は第２の絶縁層、７はオーミックコンタクト層、８はソース・ドレイン電極、９は信号線、１０はＭＩＳ型ＰＤの画素電極、１１は絶縁層、１２は半導体層、１３はオーミックコンタクト層、１４は透明電極層、１８は蛍光体層、１９は第２の絶縁基板、２０は導電性接着剤である。
【００３７】
本実施例では、Ｘ線は、蛍光体１８に入射し、可視光に変換される。変換光は、ＭＩＳ型ＰＤの半導体層１２に入射する。入射光は光電変換されＰＤ内に蓄積される。その後、スイッチＴＦＴのゲート電極２にＯＮ電圧が印加され、スイッチＴＦＴがＯＮ状態となり、ＰＤ内に蓄積された電荷は、導電性接着剤２０を介して、信号線９から出力として読み出される。その後、透明電極１４より、リセット電位がＭＩＳ型ＰＤ部に与えられ、ＰＤをリセットする。そして、再度、所定のバイアス電位が与えられる。
【００３８】
同図より、ＭＩＳ型ＰＤの画素電極１０は、画素サイズと略同一のサイズで配置することができるため、開口率は概ね１００％を実現できる。また、この時、信号線９が画素電極１０とオーバーラップする様に配置されるが、第１の基板１と第２の基板１９の間隙に、窒素ガスなどの不活性ガスを封入することにより、距離もあることから、信号線に関わる寄生容量が低減され、ノイズ低減を実現することができる。
【００３９】
更には、スイッチＴＦＴの膜厚構成とＭＩＳ型ＰＤの膜厚構成が異なる形で実現できるため、ＭＩＳ型ＰＤの内部ゲインは、１．５倍程度改善され、上述の開口率の向上分と合わせて、例えば、画素ピッチが１６０μｍでは、約２倍以上の改善が可能となった。また、スイッチＴＦＴの転送能力が少なくとも１０倍以上となり、ＴＦＴサイズを小型化することができ、その結果、ＴＦＴサイズに依存した寄生容量が低減され、ノイズ低減が可能となった。
【００４０】
図２は、複数の画素が形成されているＦＰＤの模式的断面図である。図中、１はＴＦＴが形成された第１の絶縁基板、１９はＭＩＳ型ＰＤが形成された第２の絶縁基板である。２０は各画素の導電性接着剤、２１は後述する封止剤であり、第１の基板と第２の基板を基板周辺で封止するために使用され、第１と第２の基板間の気密が保持される構造となっている。
【００４１】
次に、本実施例のＦＰＤの製造方法について説明する。先ず、ＴＦＴ基板について説明する。
【００４２】
第１工程は、ガラス基板上に、第１の金属層として、Ａｌ−Ｎｄ薄膜２５００Å、Ｍｏ薄膜３００Åの積層膜をスパッター装置により成膜する。
【００４３】
第２工程は、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の駆動用ゲート配線、ゲート電極をパターン形成する。
【００４４】
第３工程は、第１の絶縁膜としてＳｉＮ層、半導体層として非単結晶Ｓｉ膜、第２の絶縁層としてＳｉＮ層をプラズマＣＶＤ装置により、夫々２５００Å、５００Å、２０００Å成膜する。
【００４５】
第４工程は、ＲＩＥを用いたフォトリソグラフィー法により、スイッチＴＦＴのソース・ドレイン部のＳｉＮ層を除去する。
【００４６】
第５工程は、オーミックコンタクト層として燐ドープｎ＋型膜をプラズマＣＶＤ装置により、２００Å成膜する。
【００４７】
第６工程は、第２の金属層として、Ｍｏ薄膜５００Å、Ａｌ薄膜４０００Å、Ｍｏ薄膜３００Åをスパッター装置により成膜する。
【００４８】
第７工程は、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、スイッチＴＦＴのソース・ドレイン電極、信号線を形成する。引き続き、同一レジストパターンでスイッチＴＦＴのチャネル部のｎ＋膜をＲＩＥ装置で除去する。
【００４９】
第８工程は、ＲＩＥ或いはＣＤＥを用いたフォトリソグラフィー法により、非単結晶Ｓｉ層、オーミックコンタクト層を除去し、素子間分離を行う。
【００５０】
以上がＴＦＴ基板を作成する製造工程である。
【００５１】
次に、ＭＩＳ型ＰＤ基板について説明する。
【００５２】
第１工程は、ガラス基板、或いは、ＰＥＴ基板１９にＩＴＯ膜１４を４００Åでスパッター装置により成膜する。
【００５３】
第２工程は、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、所定のパターンに加工する。
【００５４】
第３工程は、ＭＩＳ型ＰＤのオーミックコンタクト層１３として燐ドープｎ＋型膜、真性半導体層としてａ−Ｓｉ膜１２、絶縁膜１１としてＳｉＮ層をプラズマＣＶＤ装置により、夫々２００Å、６０００Å、１５００Å成膜する。
【００５５】
第４工程は、金属層として、Ｍｏ薄膜５００Å、Ａｌ薄膜２０００Å、Ｍｏ薄膜３００Åをスパッター装置により成膜する。
【００５６】
第５工程は、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、ＭＩＳ型ＰＤの画素電極１０を形成する。
【００５７】
以上がＭＩＳ型ＰＤ基板の製造工程である。
【００５８】
次に、ＴＦＴ基板とＭＩＳ型ＰＤ基板の貼り合せ方法について説明する。
【００５９】
第１工程は、ＭＩＳ型ＰＤ基板の所定の位置に導電性接着剤を印刷する。
【００６０】
第２工程は、ＴＦＴ基板の周辺に封止剤を印刷する。
【００６１】
第３工程は、ＴＦＴ基板とＭＩＳ型ＰＤ基板を制度良く重ね合わせ、加熱加圧圧着により貼り合せる。この時、窒素雰囲気中で行う。
【００６２】
第４工程は、ＭＩＳ型ＰＤ基板上にＳ／Ｆ系で使用されているＧｄ２Ｏ２Ｓ：Ｔｂの蛍光体を貼り付ける。また、ＣｓＩが形成された基板を貼り付けることも可能である。
【００６３】
以上により、本実施例のＦＰＤが製造される。
【００６４】
この様に、スイッチＴＦＴとＭＩＳ型ＰＤを異なる基板に形成し、スイッチＴＦＴ特性の向上とＭＩＳ型ＰＤ特性の向上が両立して達成でき、導電性接着剤により、必要な電気接続をとり、且つ、周辺を封止することにより、デバイス作成上必要な保護膜が不要になるにもかかわらず、高信頼のＦＰＤを実現できる。本実施例においては、信号電荷の駆動を行うＴＦＴ基板の半導体層は５００Å、それに対して光電変換基板は６０００Åと大きく異ならせることが可能となり、駆動能力が高く、光電変換効率の向上した放射線撮像装置を提供することが可能となる。また、駆動用基板をｐｏｌｙ−ＳｉからなるＴＦＴとして更に駆動能力を高めることも可能である。これは以下の実施形態においても同様である。
【００６５】
（実施例２）
次に、ＭＩＳ型ＰＤを用いたＸ線検出装置の第２の実施例について述べる。本実施例では、実施例１と比較して層構成を逆転したＭＩＳ型ＰＤについて述べる。ＭＩＳ型ＰＤへのバイアス方法は、実施例１とは異なるが、ＦＰＤの機能上、本質的な差異はない。
【００６６】
本実施例の模式的断面図を図３に示す。図中、符番は実施例１の図１〜図２と同様である。同図において、ＭＩＳ型ＰＤの画素電極として、オーミックコンタクト層が機能している。
【００６７】
以下に本実施例のＭＩＳ型ＰＤ基板の製造方法について述べる。ＴＦＴ基板の製造方法は実施例１と同様である。
【００６８】
第１工程は、ガラス基板、或いは、ＰＥＴにＩＴＯ膜１４を４００Åでスパッター装置により成膜する。
【００６９】
第２工程は、ウエットエッチングを用いたによるフォトリソグラフィー法により、所定のパターンに加工する。
【００７０】
第３工程は、ＭＩＳ型ＰＤの絶縁膜１１としてＳｉＮ層、真性半導体層１２としてａ−Ｓｉ膜、オーミックコンタクト層として燐ドープｎ＋型膜１３をプラズマＣＶＤ装置により、夫々１５００Å、６０００Å、１０００Å成膜する。
【００７１】
第４工程は、ＲＩＥを用いたフォトリソグラフィー法により、オーミックコンタクト層を画素電極として所定のパターンに加工する。
【００７２】
本実施例では、上述の様に、画素電極としてオーミックコンタクト層を使用しており、抵抗値を考慮すると厚膜化が必要である。しかし、製造装置、或いは、生産プロセスによっては、厚膜化ができない場合がある。その場合は、その他導電膜と併用することが可能である。
【００７３】
即ち、第３工程に引き続き、導電膜を成膜し、第４工程において、先ず、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、導電膜を画素電極としてパターニングし、引き続き、同一レジストパターンでオーミックコンタクト層をＲＩＥ装置で加工することにより、導電膜とオーミックコンタクト層が画素電極として形成できる。
【００７４】
また、第３工程において、半導体層、或いは、絶縁層までも同時に加工して、画素毎にＭＩＳ型ＰＤを島状にすることも可能である。
【００７５】
上述の様にＭＩＳ型ＰＤ基板を作成し、実施例１と同様にＴＦＴ基板と貼り合せて、ＦＰＤを製造することができる。
【００７６】
（実施例３）
次に、高機能化を実現するＭＩＳ型ＰＤを用いたＸ線検出装置の第３の実施例について述べる。本実施例では、実施例１および２における、ＭＩＳ型ＰＤと蛍光体との距離を低減することにより、空間分解能を向上させることが可能となる。
【００７７】
図４は、１画素の模式的断面図である。図中、２２は蛍光体を有する基板、２３はＡｌ反射層、その他符番は実施例１の図１〜図２と同様である。すなわち本実施例においては、蛍光体基板上にＭＩＳ型のセンサー素子を直接形成した構成である。
【００７８】
本実施例によれば、蛍光体基板からの変換光がＭＩＳ型ＰＤに入射する際に、蛍光体基板とＰＤ間の距離が低減されているため、多重反射などの影響を低減できるため、空間分解能を向上させる効果がある。
【００７９】
この時、蛍光体基板は、ＣｓＩの単結晶、或いは、多結晶、Ｇｄ２Ｏ２Ｓの単結晶、或いは、多結晶、更には、絶縁基板にＣｓＩ柱状結晶を成膜、或いは、Ｇｄ２Ｏ２Ｓ結晶粉末を塗布した後、平坦化、保護膜を塗布し蛍光体基板とすることもできる。この時、平坦化、保護膜としては、耐熱性の高い、ダウケミカル社製ＢＣＢ（ベンゾシクロブテン）が好適である。勿論、反射層としてＡｌ反射層が放射線入射側に配置されている方が好ましい。
【００８０】
上述の蛍光体基板に実施例１と同様にＭＩＳ型ＰＤを形成し、ＴＦＴ基板と貼り合せることにより、ＦＰＤを製造することができる。
【００８１】
（実施例４）
次に、ＰＩＮ型ＰＤを用いたＸ線検出装置の実施例について述べる。
【００８２】
図５は、本実施例の１画素の模式的断面図である。３１はＰＩＮ型ＰＤの画素電極、３２はＰ型半導体層、３３はＩ型半導体層、３４はＮ型半導体層、その他符番は実施例１の図１〜図２と同様である。また、本実施例はＰＩＮ型ＰＤの層構成の一例を示したが、勿論、薄膜層構成を逆転したＰＩＮ型ＰＤにおいても、ＦＰＤの機能上、本質的な差異はない。
【００８３】
以下に本実施例のＰＩＮ型ＰＤ基板の製造方法について述べる。ＴＦＴ基板の製造方法は実施例１と同様である。
【００８４】
第１工程は、ガラス基板、或いは、ＰＥＴにＩＴＯ膜を４００Åでスパッター装置により成膜する。
【００８５】
第２工程は、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、所定のパターンに加工する。
【００８６】
第３工程は、ＰＩＮ型ＰＤのＰ型半導体層としてボロンドープ非単結晶Ｓｉ膜、Ｉ型半導体層としてａ−Ｓｉ膜、Ｎ型半導体層としてリンドープ非単結晶Ｓｉ膜をプラズマＣＶＤ装置により、夫々３００Å、６０００Å、３００Å成膜する。
【００８７】
第４工程は、金属層として、Ｍｏ薄膜５００Å、Ａｌ薄膜２０００Å、Ｍｏ薄膜３００Åをスパッター装置により成膜する。
【００８８】
第５工程は、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、ＰＩＮ型ＰＤの画素電極を形成し、引き続き、同一レジストパターンでＮ型半導体層をＲＩＥ装置で加工する。
【００８９】
また、第５工程において、Ｉ型半導体層、或いは、Ｐ型半導体層までも同時に加工して、画素毎にＰＩＮ型ＰＤを島状にすることも可能である。
【００９０】
上述のＰＩＮ型ＰＤ基板を作成し、ＴＦＴ基板と貼り合せることにより、実施例１と同様にＦＰＤを製造することができる。
【００９１】
本実施例では、ＰＩＮ型ＰＤ基板とＴＦＴ基板を別々に作成することから、夫々の基板の製造方法は、非常に簡便になり、その結果、高歩留まりを達成できる。また、従来の積層構造に対して、平坦化膜、保護膜などが不要となるため、２種類の基板を使用しているが、工数的には、減少していると言った利点もある。
【００９２】
（実施例５）
図６は、本発明による放射線検出装置のＸ線診断システムへの適用例を示したものである。
【００９３】
Ｘ線チューブ６０５０で発生したＸ線６０６０は患者あるいは被験者６０６１の胸部６０６２を透過し、放射線検出装置（イメージセンサ）６０４０に入射する。この入射したＸ線には被験者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表面又は裏面の蛍光体によって可視光に変換し、これを光電変換して、電気信号を得る。この電気信号はデジタル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。
【００９４】
また、この画像情報は電話回線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。
【００９５】
以上の実施形態では、Ｘ線撮像システムを例に説明したが、シンチレータによって放射線を光に変換し、この光を光電変換する装置構成としても、同様である。なお、放射線とはＸ線以外のα，β，γ線等を含む。
【００９６】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明は、スイッチＴＦＴを配列した第１の基板と、光電変換素子を配列した第２の基板を、導電性部材を介して互いに貼り合わせる構成なので、開口率を大幅に増大させ、高感度ＦＰＤを実現することができる。
【００９７】
また、第１の基板と第２の基板間は、空間が保持されており、空間が気密されている構造なので、従来、必要であった保護膜などが不要となり、簡略化された製造工程が実現できる。更に、この空間により、信号線の寄生容量が低減され、低ノイズのＦＰＤが実現できる。
【００９８】
また、第１の基板と第２の基板を別々に製造するので、製造工程が単純化され、高歩留まりと低価格化、設計自由度のアップなどの利点がある。特に、ＰＤ部の膜構成、膜厚構成は大幅に自由度が増加し、また、ＴＦＴにおいても、多結晶Ｓｉの使用などの自由度が広がる利点がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例１の１画素の模式的断面図である。
【図２】実施例１のＦＰＤの模式的断面図である。
【図３】実施例２の１画素の模式的断面図である。
【図４】実施例３の１画素の模式的断面図である。
【図５】実施例４の１画素の模式的断面図である。
【図６】本発明による放射線検出装置のＸ線診断システムへの適用例を示す図である。
【図７】従来のＦＰＤの模式的等価回路図である。
【図８】従来の１画素の模式的平面図である。
【図９】従来の１画素内の素子配列の模式的断面図である。
【図１０】従来のＦＰＤの製造方法を説明する模式的平面図である。
【図１１】従来のＦＰＤの製造方法を説明する模式的平面図である。
【図１２】従来のＦＰＤの製造方法を説明する模式的平面図である。
【図１３】従来のＦＰＤの製造方法を説明する模式的平面図である。
【図１４】従来のＦＰＤの製造方法を説明する模式的平面図である。
【符号の説明】
１ 第１の絶縁基板
２ スイッチＴＦＴのゲート電極
４ ＴＦＴの第１の絶縁層
５ ＴＦＴの真性半導体層
６ ＴＦＴの第２の絶縁層
７ ＴＦＴのオーミックコンタクト層
８ スイッチＴＦＴのソース・ドレイン電極
９ ソース・ドレイン電極に接続されている信号線
１０ ＭＩＳ型ＰＤの画素電極
１１ ＭＩＳ型ＰＤの絶縁層
１２ ＭＩＳ型ＰＤの真性半導体層
１３ ＭＩＳ型ＰＤのオーミックコンタクト層
１４ 透明電極層
１８ 蛍光体層
１９ 第２の絶縁基板
２０ 導電性接着剤
２１ 封止剤
２２ 蛍光体基板
２３ Ａｌ反射層
３１ ＰＩＮ型ＰＤの画素電極
３２ ＰＩＮ型ＰＤのＰ型半導体層
３３ ＰＩＮ型ＰＤのＩ型半導体層
３４ ＰＩＮ型ＰＤのＮ型半導体層
１０１ 光電変換素子部
１０２ スイッチＴＦＴ部
１０３ スイッチＴＦＴ駆動配線
１０４ 信号線
１０５ 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 ガラス基板
２０２ スイッチＴＦＴ駆動配線
２０３ ＭＩＳ型ＰＤ下電極
２０４ スイッチＴＦＴゲート電極
２０５ ゲート絶縁膜
２０６ 真性ａ−Ｓｉ膜
２０７ ホールブロッキング層
２０８ バイアス配線
２０９ スイッチＴＦＴソース・ドレイン電極
２１０ 信号線
２１１ コンタクトホール
２２０ 保護膜
２２１ 有機樹脂層
２２２ 蛍光体層
Claims (9)
- スイッチＴＦＴを配列した第１の基板と、光電変換素子を配列した第２の基板とを備え、
前記第１の基板と第２の基板とが互いに貼り合わされ、前記スイッチＴＦＴのソース、もしくはドレイン電極と光電変換素子とが導電性部材で接続されていることを特徴とする放射線検出装置。 - 前記光電変換素子は、少なくとも、半導体層、絶縁層から構成されていることを特徴とする請求項１に記載の放射線検出装置。
- 前記光電変換素子は、少なくとも、第１の導電型の半導体層、真性半導体層、第２の導電型の半導体層から構成されていることを特徴とする請求項１に記載の放射線検出装置。
- 前記第２の基板の前記光電変換素子が配列された反対側に、蛍光体層が配置されていことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の放射線検出装置。
- 前記第２の基板上に蛍光体層が配置され、該蛍光体層上に光電変換素子が配置されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の放射線検出装置。
- 前記第２の基板は、蛍光体基板からなることを特徴とする請求項１〜３項のいずれか１項に記載の放射線検出装置。
- 前記第１の基板と第２の基板は、該基板周辺部で封止されていることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の放射線検出装置。
- 前記第１の基板と第２の基板間は、大気圧と比較して減圧されているか、もしくは、不活性ガスが封入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装置。
- 被験者または被験物に放射線を照射するための放射線源と、この放射線を検出する請求項１〜８のいずれか１項に記載の放射線検出装置と、
この検出された信号をデジタル変換して画像処理する画像処理手段と、
この処理された画像を表示する表示手段とを備えることを特徴とする放射線撮像システム。
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