JP2012227263A - 検出装置の製造方法、その製造方法で製造された検出装置を用いた放射線検出装置、及び、検出システム - Google Patents

Abstract

【課題】 高性能な平面型の検出装置をマスク枚数の増加に伴うコストアップや歩留まりの低下をすることなく提供する。
【解決手段】 基板１００上に成膜された第１導電膜から第１電極１２１及び制御電極１３１を形成する第１の工程と、第１の工程の後に絶縁膜と半導体膜とを順次に成膜する第２の工程と、前記第２の工程の後に不純物半導体膜と第２導電膜とを順次に成膜し第２導電膜から共通電極配線１４と第１導電部材１３７とを形成する第３の工程と、第３の工程の後に成膜された透明導電性酸化物から第２電極１２５及び第２導電部材１３８とを、不純物半導体膜から不純物半導体層１２４及び不純物半導体層１３３とを、を同一のマスクを用いて形成する第４の工程と、を有する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、医療用画像診断装置、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検出装置の製造方法、検出装置、放射線検出装置、及び、検出システムに関するものである。

近年、薄膜半導体製造技術は、ＴＦＴ（薄膜トランジスタ）等のスイッチ素子と光電変換素子等の変換素子とを組み合わせた画素のアレイ（画素アレイ）を有する検出装置や放射線検出装置にも利用されている。
従来の検出装置には、１画素内に光電変換素子とＴＦＴとを基板上に共通の製造工程で形成したもの（以下、平面型の検出装置と称する）がある（特許文献１参照）。特許文献１では、以下の技術内容が開示されている。ＴＦＴのソース又はドレイン電極となるＡｌ（アルミニウム）等の金属層の形成とＴＦＴのチャネルとなる領域の不純物半導体層の除去とを同一のマスクで行う。そして、そのマスクとは別のマスクで光電変換素子におけるＡｌ等の金属層のエッチングを行い光電変換素子の上部電極を形成する。また、ソース又はドレイン電極となる金属層を低抵抗化するために、膜厚が１μｍのＡｌを金属層として用いている。

特開平１０−１４４９００号公報

特許文献１では、膜厚が１μｍである厚いＡｌを金属層として用いている。この金属層は、低抵抗化のため、半導体デバイスの配線材料として好適に使用される、例えばＡｌやＣｕ（銅）等、比抵抗が温度３００Ｋで３．０μΩ・ｃｍ未満の金属材料が、０．５〜１μｍの膜厚で形成される。これらの金属材料は不動態ではないため、製造工程中に使用したエッチング液の残留成分や水分等による腐食に弱い。そのため、ソース又はドレイン電極を耐湿性の高いパッシベーション膜でカバレッジ良く覆うことが必要となる。耐湿性の高いパッシベーション膜としては、窒化シリコン（ＳｉＮ）等のＣＶＤ法で形成された無機絶縁膜が用いられる。ＣＶＤ法で形成された無機絶縁膜は硬質であるため、薄く形成するとその製造工程中の熱処理に伴う熱膨張及び熱収縮により亀裂が生じる恐れがある。そのため、ソース又はドレイン電極を硬質な無機絶縁膜でカバレッジ良く覆うためには、ソース又はドレイン電極と同等の０．５〜１μｍの膜厚で形成する必要がある。しかしながら硬質の無機絶縁膜は応力が高いため、基板に生じる反りが大きくなる等、厚く形成することは好ましくない。また、厚い無機絶縁膜をＣＶＤ法等の蒸着法で形成するのは時間がかかるため、スループットが低下し、製造コストの面でも不利となる。
また、特許文献１では、光電変換素子の上部電極を金属層で設けており、光電変換素子全体により均一にバイアスを与えるためには、光電変換素子の不純物半導体層を金属層で広く覆うことが求められる。しかしながら、光電変換素子の不純物半導体層を金属層で広く覆うと、光電変換素子の表面積に対する光電変換素子の半導体層に光が入射できる面積の割合である開口率を低減させてしまう。
更に、光電変換素子の上部電極と、ＴＦＴのソース又はドレイン電極と、をそれぞれ別に形成すると、マスク数が増加するため、歩留りの低下やコストアップといった問題を生じ得る。
本発明は、このような問題を解決しようとするものであり、高い開口率の光電変換素子と腐食に強いＴＦＴとが共通の工程で作製される検出装置を、マスク数の増加に伴うコストアップや歩留まりの低下を招くことなく製造する方法を提供することを目的とする。

本発明の検出装置の製造方法は、基板の上に、第１電極と絶縁層と半導体層と不純物半導体層と第２電極とをこの順で前記基板側から有し、前記第２電極に共通電極配線が電気的に接続された光電変換素子と、制御電極と絶縁層と半導体層と不純物半導体層と第１及び第２主電極とをこの順で前記基板側から有する薄膜トランジスタと、を有する検出装置の製造方法であって、前記第２電極と、前記電極配線と、前記第１及び第２主電極と、前記半導体層の不純物半導体層と、前記薄膜トランジスタの不純物半導体層は、不純物半導体膜を覆うように、不動態ではない金属材料を含む第２導電膜を前記基板の上に成膜し、前記第２導電膜から前記第１及び第２主電極に含まれる第１導電部材と前記電極配線とを形成する第１の工程と、前記不純物半導体膜と前記電極配線と前記第１導電部材とを覆うように、前記基板の上に透明導電性酸化物膜を成膜し、前記透明導電性酸化物膜から前記第１及び第２主電極に含まれる第２導電部材と前記第２電極とを形成し、前記不純物半導体膜から前記薄膜トランジスタの不純物半導体層と前記光電変換素子の不純物半導体層とを形成する第２の工程と、を行って形成され、前記第２の工程は、同一のマスクを用いて、前記第２導電部材と前記第２電極と前記薄膜トランジスタの不純物半導体層と前記光電変換素子の不純物半導体層とを形成する工程であり、前記第１の工程は、前記同一のマスクとは別のマスクを用いて、前記第１導電部材と前記電極配線とを形成する工程であることを特徴とする。

本発明により、開口率の高い光電変換素子と腐食に強いＴＦＴとが共通の工程で作製される平面型の検出装置を、コストアップや歩留まりの低下を招くことなく提供することが可能となる。

本発明の第１の実施形態に係る検出装置の１画素あたりの平面図及び断面図である。 本発明の第１の実施形態に係る検出装置の製造方法を説明するためのマスクパターン及び断面図である。 本発明の第１の実施形態に係る検出装置の製造方法を説明するためのマスクパターン及び断面図である。 本発明の検出装置の等価回路図である。 本発明の第２の実施形態に係る検出装置の１画素あたりの平面図及び断面図である。 本発明の第２の実施形態に係る検出装置の製造方法を説明するためのマスクパターン及び断面図である。 本発明の検出装置を用いた放射線検出システムの概念図である。

以下、本発明の実施形態について、添付の図面を参照して具体的に説明する。なお、本願明細書において放射線は、放射線崩壊によって放出される粒子（光子を含む）の作るビームであるα線、β線、γ線などの他に、同程度以上のエネルギーを有するビーム、例えばＸ線や粒子線、宇宙線なども、含まれるものとする。

（第１の実施形態）
先ず、図１（ａ）及び図１（ｂ）を用いて本発明の第１の実施形態に係る検出装置の一画素の構成について説明する。図１（ａ）は１画素あたりの平面図であり、図１（ｂ）は図１（ａ）のＡ−Ａ’での断面図である。

本発明の検出装置における１つの画素１１は、放射線又は光を電荷に変換する光電変換素子１２と、光電変換素子１２の電荷に応じた電気信号を出力するスイッチ素子であるＴＦＴ（薄膜トランジスタ）１３とを含む。光電変換素子１２は、ＴＦＴ１３と同じ層構成であるＭＩＳ型光電変換素子を用いている。光電変換素子１２とＴＦＴ１３とは、ガラス基板等の絶縁性の基板１００の上の同一平面内に互いに横に並んで（横並びで）配置されている。この光電変換素子１２とＴＦＴ１３は、共通の工程で基板１００の上に形成される。
光電変換素子１２は、基板１００の上に、基板側から順に設けられた、第１電極１２１と、絶縁層１２２と、半導体層１２３と、半導体層１２３よりも高不純物濃度の不純物半導体層１２４と、第２電極１２５と、を含む。光電変換素子１２の第２電極１２５には、Ａｌ等の金属材料を用いた電極配線１４が電気的に接合される。第２電極１２５には、ＩＴＯ等の透明導電性酸化物が用いられ、半導体層１２３及び不純物半導体層１２４が設けられている光電変換素子１２の領域において、不純物半導体層１２４の表面全面と電極配線１４とを覆うように、設けられている。第２電極１２５により、光電変換素子全体により均一にバイアスを与えられ、且つ、開口率の高い光電変換素子１２が準備できる。
ＴＦＴ１３は、基板１００の上に、基板側から順に、制御電極１３１と、絶縁層１３２と、半導体層１３３と、半導体層１３３よりも不純物濃度の高い不純物半導体層１３４と、第１主電極及び第２主電極１３５と、を含む。不純物半導体層１３４はその一部領域で第１及び第２主電極１３５と接しており、その一部領域と接する半導体層１３３の領域の間の領域が、ＴＦＴのチャネル領域となる。制御電極１３１は制御配線１５と電気的に接合されており、第１及び第２主電極１３５の一方は光電変換素子１２の第１電極１２１と電気的に接合されており、第１及び第２主電極１３５の他方は信号配線１６と電気的に接合されている。なお、本実施形態では第１及び第２主電極１３５の他方と信号配線１６とは、同じ導電層で一体的に構成されており、第１及び第２主電極１３５の他方が信号配線１６の一部をなしている。信号配線１６、第１及び第２主電極１３５は、Ａｌ等の金属材料を用いた第１導電部材１３６と、ＩＴＯ等の透明導電性酸化物を用いた第２導電部材１３７と、を含む。第１導電部材１３６は、第２導電部材１３７に覆われ、第２導電部材１３７と不純物半導体層１３４との間に設けられている。

ここで、電極配線１４及び第１導電部材１３６は、低抵抗化のために膜厚が約１μｍのＡｌを用いている。第１導電部材１３６の材料としては、Ａｌの他に、Ｃｕ等の比抵抗が温度３００Ｋで３．０μΩ・ｃｍ未満の金属材料や、それらの金属材料を主成分とする合金が好適に用いられる。なお、本願明細書では、温度３００Ｋで比抵抗が３．０μΩ・ｃｍ未満の金属材料やそれらの金属材料を主成分とする合金を、低抵抗金属材料と称する。この低抵抗金属材料は、不動態ではないため、製造工程中に使用したエッチング液の残留成分や水分等による腐食に弱い。ここで不動態とは、金属が熱力学的には腐食する条件にありながら腐食をおこさない状態をいい、腐食とは、金属が使用環境との化学反応によって表面から金属ではない状態になって失われていくことをいう。また、Ｍｏ、Ｃｒ、Ｔｉ等の低抵抗金属材料よりも比抵抗の大きい金属材料及びその合金を、低抵抗金属材料の上下に設ける構成を用いてもよい。これは、Ａｌ等と他の部材との抵抗性接触や拡散防止のために設けられるもので、バリア層又はオーミックコンタクト層と称される。ただし、このような構成であっても、エッチングによって形成された電極配線１４及び第１導電部材１３６の側面には、不動態ではない金属材料が現れている。電極配線１４及び第１導電部材１３６の膜厚は、電気抵抗率と成膜プロセスの精度を鑑みると、０．５〜１μｍが好ましい。一方、第２電極１２５と第２導電部材１３７は、ＩＴＯ等の透明導電性酸化物を用いている。透明導電性酸化物としては、ＩＴＯの他に、ＺｎＯ、ＳｎＯ_２、ＣｕＡｌＯ_２等が好適に用いられる。透明導電性酸化物は不動態であるため、その耐腐食性が先の低抵抗金属材料に比べて高い。また、透明導電性酸化物は、スパッタリング法により低い硬度で成膜可能で、ＣＶＤ法で成膜される無機絶縁膜に比べて、カバレッジ良く第１導電部材１３６を覆うことができる。このように、不動態ではない低抵抗金属材料を用いた第１導電部材１３６を、不動態である透明導電性酸化物を用いた第２導電部材１３７で覆うことにより、耐腐食性の高いＴＦＴ１３の第１及び第２主電極１３５を準備できる。また、透明導電性酸化物のエッチングによる後退量（サイドエッチング量）を抑制するために、透明導電性酸化物の膜厚は約５０ｎｍとしている。ここで、平面型の検出装置では、光電変換素子の開口率及びそれに応じたＳ／Ｎ比を考慮すると、光電変換素子の不純物半導体層を広く覆って且つ光透過率の高い光電変換素子の電極と、極力小サイズで且つ高い動作速度のＴＦＴと、が要求される。高い動作速度のＴＦＴを準備するためには、ＴＦＴのチャネル幅（Ｗ）とチャネル長（Ｌ）の比であるＷ／Ｌを大きくすることが重要である。このため、小サイズで且つ高い動作速度のＴＦＴを準備するためには、ＴＦＴのチャネル長をより小さくすることが求められる。そのため、透明導電性酸化物の膜厚は、ＴＦＴに要求される動作速度と、光電変換素子の開口率とを鑑みて、要求されるＷ／Ｌから、１００ｎｍ以下であることが好ましい。また、透明導電性酸化物の膜厚は、光電変換素子の第２電極１２５に要求される電気抵抗率を鑑みると、５０ｎｍ以上であることが好ましい。そして、第２電極１２５と第２導電部材１３７の膜厚は共通電極配線１４と第１導電部材１３６の膜厚に比べて、０．０２〜０．１倍と小さいことが望ましい。そして、第２導電部材１３７が第１導電部材１３６を覆うことによって、第２導電部材１３７が第１及び第２主電極１３５の端面を規定する構成となる。それにより、ＴＦＴ１３のチャネル長がエッチングによる後退量が抑制された第２導電部材１３７によって規定されることとなり、ＴＦＴ１３のチャネル長を小さくすることが可能となる。
そして、変換素子１２及びＴＦＴ１３は、保護層１４７で覆われる。

次に、図２及び図３を用いて、本発明の第１の実施形態における検出装置の製造方法を説明する。なお、図２及び図３の（ａ），（ｃ），（ｅ）は、それぞれ各工程で使用されるフォトマスクのマスクパターンの平面模式図であり、図２及び図３の（ｂ），（ｄ），（ｆ）は、それぞれ図１（ａ）のＡ−Ａ’に対応する位置の各工程における断面模式図である。

まず、図２（ａ）及び（ｂ）に示す第１の工程では、絶縁性の基板１００の上に、第１導電層１４１となるＡｌ等の第１導電膜をスパッタリング法により成膜する。そして、図２（ａ）に示す第１のマスクを用いて、成膜された第１導電膜をエッチングして、図１（ｂ）に示した第１電極１２１及び制御電極１３１となる第１導電層１４１を形成する。つまり、第１電極１２１と制御電極１３１は同一の第１導電膜から形成された第１導電層１４１を用いていることとなる。ここで、同一の膜から形成された層を用いるとは、同じ成膜工程で成膜された膜をエッチング等により造形化してそれぞれの層として用いることを指す。

次に、図２（ｃ）及び（ｄ）に示す第２の工程では、絶縁性の基板１００の上から、第１導電層１４１を覆うように、窒化シリコン膜等の絶縁膜１４２’と、アモルファスシリコン膜等の半導体膜１４３’と、をプラズマＣＶＤ法によりこの順に成膜する。そして、図２（ｃ）に示す第２のマスクを用いて、成膜された絶縁膜１４２’及び半導体膜１４３’をエッチングして、コンタクトホール２００を形成する。絶縁膜１４２’は後に絶縁層１４２となり、半導体膜１４３’は後に半導体層１４３となる。つまり、絶縁層１２２と絶縁層１３２は同一の絶縁膜１４２’から形成された絶縁層１４２を用いており、半導体層１２３と半導体層１３３は同一の半導体膜１４３’から形成された半導体層１４３を用いている。

次に、図２（ｅ）及び（ｆ）に示す第３の工程では、図２（ｅ）に示す第３のマスクを用いて、ＴＦＴ１３のチャネルが設けられる領域の半導体膜１４３’を、ドライエッチングにより薄膜化する。これにより、ＴＦＴ１３のオン抵抗を低減することができる。

次に、図３（ａ）及び（ｂ）に示す第４の工程では、絶縁膜１４２’及び半導体膜１４３’を覆うように、不純物半導体膜１４４’としてリン等の５価の元素を不純物として混入したアモルファスシリコン膜をプラズマＣＶＤ法により成膜する。なお、ここでは、不純物半導体膜１４４’としてリン等の５価の元素を不純物として混入したアモルファスシリコン膜を用いたが、本発明はそれに限定されるものではない。不純物半導体膜１４４’として、ボロン等のホール効果を持つ元素を不純物として混入したアモルファスシリコン膜を用いてもよい。次に、不純物半導体膜１４４’を覆うように、Ａｌを用いたスパッタリング法により第２導電層１４５となる第２導電膜を成膜する。ここで、第２導電膜１４４’は、電気抵抗率と成膜プロセスの精度を鑑みると、０．５〜１μｍの膜厚が好ましく、本実施形態では、１μｍの膜厚となるように成膜される。ここで、第２導電膜の材料としては、低抵抗金属材料が好適に用いられる。また、Ｍｏ、Ｃｒ、Ｔｉ等の低抵抗金属材料よりも比抵抗の大きい金属材料及びその合金と、低抵抗金属材料と、比抵抗の大きい金属材料と、を順次に成膜してもよい。比抵抗の大きい金属材料は、低抵抗金属材料と他の部材との抵抗性接触や拡散防止のために設けられるものである。そして、図３（ａ）に示される第４のマスクを用いて、第２導電膜をウエットエッチングして、電極配線１４と、ＴＦＴ１３の第１及び第２主電極１３５に含まれる第１導電部材１３６となる第２導電層１４５を形成する。つまり、電極配線１４と第１導電部材１３６は同一の第２導電膜から形成された第２導電層１４５を用いている。この際、ＴＦＴ１３のチャネルとなる半導体膜の領域上の不純物半導体膜１４４’は除去されずに残っている。また、このウエットエッチングで使用するエッチング液はリン酸に硝酸と酢酸を混合した混合液であり、このウエットエッチングは等方性エッチングである。この第４の工程により、電極配線１４と、ＴＦＴ１３の第１及び第２主電極１３５に含まれる第１導電部材１３６と、を同一の第４のマスクを使用して同時に形成することが可能となる。それにより、マスク数及び工程数を増加させることが防止できる。

次に、図３（ｃ）及び（ｄ）に示す第５の工程では、不純物半導体膜１４４’と第２導電層１４５とを覆うように、スパッタリング法により第３導電層１４６となるＩＴＯ等の透明導電性酸化物の膜である透明導電性酸化物膜を成膜する。ここで、透明導電性酸化物膜の膜厚は、ＴＦＴに要求される動作速度と、光電変換素子の開口率とを鑑みて、要求されるＷ／Ｌから、１００ｎｍ以下であることが好ましい。また、透明導電性酸化物膜の膜厚は、光電変換素子の第２電極１２５に要求される電気抵抗率を鑑みると、５０ｎｍ以上であることが好ましい。そして、透明導電性酸化物膜の膜厚は、５０〜１００ｎｍであることから、第１導電層１４５の膜厚に比べて、０．０２〜０．１倍と小さいことが望ましい。本実施形態では、透明導電性酸化物膜は、５０ｎｍの膜厚となるように成膜される。次に、図３（ｄ）に示す第４のマスクとは別の第５のマスクを用いて、透明導電性酸化物膜をウエットエッチングして、光電変換素子１２の第２電極１２５と、ＴＦＴ１３の第１及び第２主電極１３５に含まれる第２導電部材１３７となる第３導電層１４６を形成する。つまり、第２電極１２５と第２導電部材１３７は同じ透明導電性酸化物膜から形成された第３導電層１４６を用いている。このウエットエッチングで使用するエッチング液は塩酸と硝酸の混合液であり、このウエットエッチングは等方性エッチングである。そして、第５のマスクを用いて、不純物半導体膜１４４’と、半導体膜１４３’の一部と、を連続してドライエッチングする。それにより、不純物半導体層１２４及び不純物半導体層１３４となる不純物半導体層１４４を、第３導電層１４６と同一の第５のマスクを用いて第３導電層１４６と順次に形成する。つまり、不純物半導体層１２４と不純物半導体層１３４は同一の不純物半導体膜１４４’から形成された不純物半導体層１４４を用いている。この第５の工程により、マスク数及び工程数を大幅に増加させることなく、第２電極１２５及び不純物半導体層１２４によって規定される光電変換素子１２の開口部と、ＴＦＴ１３のチャネルと、を同一の第５のマスクを使用して同時に形成することが可能となる。そして、この第５の工程により、ＴＦＴ１３のチャネルとなる半導体膜の領域上の不純物半導体膜１４４’は除去される。第５の工程によって、光電変換素子全体により均一にバイアスを与えられ、且つ、光の透過率の高い第２電極１２５と、腐食に強い第１及び第２主電極と、を同一の第５のマスクを共通に用いて、同時に形成することが可能となる。また、第５の工程によって形成されたＴＦＴ１３のチャネルは、エッチングによる後退量の少ない、第２導電層１４５より薄い透明導電性酸化物膜をエッチングして形成された第３導電層１４６によって規定される。そのため、チャネル長を短く形成することが容易となり、Ｗ／Ｌが大きく高い動作速度のＴＦＴを簡便に準備することが可能となる。

次に、図３（ｅ）及び（ｆ）に示す第６の工程では、図３（ｅ）に示す第６のマスクを用いて、不要な半導体膜１４３’及び絶縁膜１４２’をエッチングして、素子間の分離を行う。それにより、光電変換素子１２の半導体層１２３及びＴＦＴ１３の半導体層１３３となる半導体層１４３と、光電変換素子の絶縁層１２２及びＴＦＴ１３の絶縁層１３２が形成される。

そして、光電変換素子１２及びＴＦＴ１３を覆うように、保護層１４７を成膜し、共通の製造工程で図１（ｂ）に示す構成が作製される。

上記工程により形成された第２導電層１４５は、第３導電層１４６によりすべて覆われた構造となっている。第３導電層１４６として、腐食に強いＩＴＯ等の透明導電性酸化物が用いられているため、保護層１４７を用いて光電変換素子１２及びＴＦＴ１３の全面を覆う必要はない。保護層１４７として、半導体層１４３及び不純物半導体層１４４の側壁及び、チャネルとなる領域の半導体層１４３が覆える程度の厚さ、例えば第２導電層１４５の膜厚よりも小さい２００ｎｍの膜厚、のＣＶＤ法で成膜された無機絶縁膜を用いることができる。もしくは、無機絶縁膜を用いることなく、無機絶縁膜に比べて、腐食に対する耐性は低いが、厚い膜厚で形成することが容易な有機絶縁膜を、保護層１４７として用いることも可能となる。

次に、図４を用いて本発明の第１の実施形態に係る放射線検出装置の概略的等価回路を説明する。なお、図４では説明の簡便化のため３行３列の等価回路図を用いたが、本発明はそれに限定されるものではなく、放射線検出装置はｎ行ｍ列（ｎ，ｍはいずれも２以上の自然数）の画素アレイを有する。本実施形態における検出装置は、基板１００の表面上に、行方向及び列方向に配列された複数の画素１を含む光電変換部３が設けられている。各画素１は、放射線又は光を電荷に変換する光電変換素子１２と、光電変換素子１２の電荷に応じた電気信号を出力するＴＦＴ１３と、を含む。光電変換素子の第２電極１２５側の表面（光電変換部３の第１表面）に、放射線を光電変換素子が感知可能な可視光に波長変換するシンチレータ（不図示）が配置される。電極配線１４は、列方向に配列された複数の光電変換素子１２の第２電極１２５に共通に接続される。駆動線１５は、行方向に配列された複数のＴＦＴ１３の制御電極１３１に共通に接続され、駆動回路２に電気的に接続される。駆動回路２が列方向に複数配列された駆動配線１５に駆動パルスを順次に又は同時に供給することにより、行単位で画素からの電気信号が、行方向に配列された複数の信号配線１６に並列に出力される。信号配線１６は、列方向に配列された複数のＴＦＴ１３の第２主電極１３６に共通に接続され、読出回路４に電気的に接続される。読出回路４は、信号配線１６毎に、信号配線１６からの電気信号を積分して増幅する積分増幅器５と、積分増幅器５で増幅して出力された電気信号をサンプルホールドするサンプルホールド回路６を備える。読出回路４は更に、複数のサンプルホールド回路６から並列に出力される電気信号を直列の電気信号に変換するマルチプレクサ７と、出力された電気信号をデジタルデータに変換するＡ／Ｄ変換器８を含む。積分増幅器５の非反転入力端子には電源回路９から基準電位Ｖｒｅｆが供給される。電源回路９は更に、行方向に配列された複数の電極配線１４に電気的に接続されており、光電変換素子１２の第２電極１２５にバイアス電位Ｖｓ又は初期化電位Ｖｒを供給する。

以下に、本実施形態の放射線検出装置の動作について説明する。光電変換素子１２の第１電極１２１にはＴＦＴ１３を介して基準電位Ｖｒｅｆを与え、第２電極１２５にはバイアス電位Ｖｓを与えることにより、半導体層１２３が空乏化するようなバイアスを光電変換素子１２に与える。この状態で、被検体に向けて曝射された放射線は、被検体による減衰を受けて透過し、シンチレータで可視光に変換され、この可視光が光電変換素子１２に入射し、電荷に変換される。この電荷に応じた電気信号は、駆動回路２から駆動線１５に印加される駆動パルスによりＴＦＴ１３が導通状態となることで、信号配線１６に出力され、読出回路４によりデジタルデータとして外部に読み出される。その後、共通電極配線１４の電位をバイアス電位Ｖｓから初期化電位Ｖｒに変化させてＴＦＴ１３を導通状態とすることにより、光電変換素子１２で発生し残留した正のキャリアが除去される。その後、共通電極配線１４の電位を初期化電位Ｖｒからバイアス電位Ｖｓに変化させてＴＦＴ１３を導通状態とすることにより、光電変換素子１２の初期化がなされる。

なお、本実施形態では、制御電極１３１が制御配線１５と電気的に接合され、第１及び第２主電極１３５の一方は光電変換素子１２の第１電極１２１と電気的に接合された形態を説明したが、本発明はそれに限定されるものではない。一つの画素１１において第１及び第２主電極１３５の一方が電極配線１４と電気的に接合され、第１電極１２１が複数の光電変換素子１２で共通化されていてもよい。その場合、図４（ｂ）で説明したコンタクトホールを設ける工程は不要となる。

（第２の実施形態）
次に、図５（ａ）及び図５（ｂ）を用いて本発明の第２の実施形態に係る検出装置の一画素の構成について説明する。図５（ａ）は１画素あたりの平面図であり、図５（ｂ）は図５（ａ）のＡ−Ａ’での断面図である。なお、第１の実施形態で説明したものと同じものは同じ番号を付与し、詳細な説明は割愛する。
本実施形態では、第１の実施形態の構成に加えて、光電変換素子１２の半導体層１２３及びＴＦＴ１３の半導体層１３３の側壁を覆う層間絶縁層１４８と、ＴＦＴ１３のチャネルとなる領域の半導体層１３３を覆うエッチストップ層１４９と、を備えている。このような構成により、光電変換素子１２及びＴＦＴ１３の側壁において耐水性が向上する。また、制御配線１５と信号配線１６との間に絶縁層が２層存在することとなり、信号配線１６にかかる寄生容量が低減し、ノイズを低減することが可能となる。

次に、図６を用いて、本発明の第２の実施形態における検出装置の製造方法を説明する。なお、図６の（ａ），（ｃ），（ｅ），（ｇ）は、それぞれ各工程で使用されるフォトマスクのマスクパターンの平面模式図であり、図６の（ｂ），（ｄ），（ｆ），（ｈ）は、それぞれ図５（ａ）のＡ−Ａ’に対応する位置の各工程における断面模式図である。なお、第１〜３の各工程は第１の実施形態で説明したものと同じであるため、詳細な説明は割愛する。
図６（ａ）及び（ｂ）に示す第４の工程では、図６（ａ）に示す第４のマスクを用いて、不要な半導体膜１４３’及び絶縁膜１４２’をエッチングして、素子間の分離を行う。それにより、光電変換素子１２の半導体層１２３及びＴＦＴ１３の半導体層１３３となる半導体層１４３と、光電変換素子の絶縁層１２２及びＴＦＴ１３の絶縁層１３２が形成される。

次に、図６（ｃ）及び（ｄ）に示す第５の工程では、絶縁性の基板１００の上に、半導体層１４３を覆うように、層間絶縁層１４８及びエッチストップ層１４９となる窒化シリコン膜等の層間絶縁膜をプラズマＣＶＤ法により成膜する。そして、図６（ｄ）に示す第５のマスクを用いて、成膜されたシリコン窒化膜をエッチングして、層間絶縁層１４８及びエッチストップ層１４９を形成する。

次に、図６（ｅ）及び（ｆ）に示す第６の工程では、絶縁層１４２と半導体層１４３と層間絶縁層１４８とエッチストップ層１４９とを覆うように、プラズマＣＶＤ法により不純物半導体層１４４となる不純物半導体膜１４４’を成膜する。次に、不純物半導体膜１４４’を覆うように、Ａｌを用いたスパッタリング法により第２導電層１４５と第２導電膜を成膜する。ここで、第２導電層１４５となる第２導電膜は、１μｍの膜厚となるように成膜される。そして、図６（ｅ）に示される第６のマスクを用いて、第２導電層１４５となる第２導電膜をウエットエッチングして、電極配線１４と、ＴＦＴ１３の第１及び第２主電極に含まれる第１導電部材１３６となる第２導電層１４５を形成する。つまり、電極配線１４と第１導電部材１３６は同一の第２導電膜から形成された第２導電層１４５を用いている。この際、ＴＦＴ１３のチャネルとなる半導体膜の領域上の不純物半導体膜１４４’は除去されずに残っている。また、このウエットエッチングで使用するエッチング液はリン酸に硝酸と酢酸を混合した混合液であり、このウエットエッチングは等方性エッチングである。この第６の工程により、電極配線１４と、ＴＦＴ１３の第１及び第２主電極１３５に含まれる第１導電部材１３６と、を同一の第６のマスクを使用して同時に形成することが可能となる。それにより、マスク数及び工程数を増加させることが防止できる。

次に、図６（ｇ）及び（ｈ）に示す第７の工程では、不純物半導体膜１４４’と第２導電層１４５とを覆うように、スパッタリング法により第３導電層１４６となるＩＴＯ等の透明導電性酸化物膜を成膜する。ここで、透明導電性酸化物膜は、５０ｎｍの膜厚となるように成膜される。次に、図６（ｇ）に示す第６のマスクとは別の第７のマスクを用いて、透明導電性酸化物膜をウエットエッチングして、光電変換素子１２の第２電極１２５と、ＴＦＴ１３の第１及び第２主電極１３５に含まれる第２導電部材１３７となる第３導電層１４６を形成する。つまり、第２電極１２５と第２導電部材１３７は同じ透明導電性酸化物膜から形成された第３導電層１４６を用いている。このウエットエッチングで使用するエッチング液は塩酸と硝酸の混合液であり、このウエットエッチングは等方性エッチングである。そして、第７のマスクを用いて、不純物半導体膜１４４’と、半導体層１４３の一部と、を連続してドライエッチングする。それにより、不純物半導体層１２４及び不純物半導体層１３４となる不純物半導体層１４４を、第３導電層１４６と同一の第７のマスクを用いて第３導電層１４６と順次に形成する。この第７の工程により、マスク数及び工程数を増加させることなく、第２電極１２５及び不純物半導体層１２４によって規定される光電変換素子１２の開口部と、ＴＦＴ１３のチャネルと、を同一の第７のマスクを共通に使用して同時に形成することが可能となる。そして、この第７の工程により、ＴＦＴ１３のチャネルとなる半導体層１４３の領域上の不純物半導体膜は除去される。第７の工程によって、光電変換素子全体により均一にバイアスを与えられ、且つ、光の透過率の高い第２電極１２５と、腐食に強い第１及び第２主電極１３５と、を同一の第７のマスクを共通に用いて、同時に形成することが可能となる。また、第７の工程によって形成されたＴＦＴ１３のチャネルは、エッチングによる後退量の少ない、第２導電層１４５より薄い透明導電性酸化物をエッチングして形成された第３導電層１４６によって規定される。そのため、チャネル長を短く形成することが容易となり、Ｗ／Ｌが大きく高い動作速度のＴＦＴを簡便に準備することが可能となる。また、半導体層１２３の表面及び側面は、層間絶縁層１４８と第３導電層１４６によって覆われる構成となる。これにより、半導体層１２３の側壁がエッチング時のエッチャントによって晒されないため、半導体層１２３の側壁を流れるリーク電流を防止できる。また、半導体層１３３の表面及び側面は、層間絶縁層１４８と第３導電層１４５とエッチストップ層１４９によって覆われる構成となる。特に、ＴＦＴ１３のチャネルとなる領域の半導体層１３３は、第３導電層１４５とエッチストップ層１４９によって覆われている。そのため、ＴＦＴ１３のチャネルとなる領域の半導体層１３３がエッチング時のエッチャントによって晒されないため、ＴＦＴ１３のチャネルでのリーク電流を低減することが可能となる。

そして、光電変換素子１２及びＴＦＴ１３を覆って、保護層１４７を成膜し、共通の製造工程で図５（ｂ）に示す構成が作製される。なお、本実施形態では、４〜６μｍと厚い膜厚で形成することが容易な有機絶縁膜を、保護層１４７として用いる。この保護層１４７により、平坦な表面を形成することが可能となり、その上にＣｓＩ等の柱状結晶構造を有するシンチレータ（不図示）を堆積法によって形成することが可能となる。なお、このことは第１の実施形態でも同様である。

（第３の実施形態）
次に、図７を用いて、本発明の検出装置を用いた放射線検出システムを説明する。

放射線源である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、シンチレータを光電変換部３の光電変換素子１２の上方に配置した放射線検出装置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シンチレータは発光し、これを光電変換部３で光電変換して、電気的情報を得る。この情報はディジタルに変換され信号処理手段となるイメージプロセッサ６０７０により画像処理され制御室の表示手段となるディスプレイ６０８０で観察できる。

また、この情報は電話回線６０９０等の伝送処理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表示手段となるディスプレイ６０８１に表示もしくは光ディスク等の記録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。また記録手段となるフィルムプロセッサ６１００により記録媒体となるフィルム６１１０に記録することもできる。

１１ 画素
１２ 光電変換素子
１３ ＴＦＴ
１４ 電極配線
１５ 制御配線
１６ 信号配線
１００ 基板
１４１ 第１導電層
１４２ 絶縁層
１４３ 半導体層
１４４ 不純物半導体層
１４５ 第２導電層
１４６ 第３導電層
１４７ 保護層

Claims (11)

1. 基板の上に、第１電極と絶縁層と半導体層と不純物半導体層と第２電極とをこの順で前記基板側から有し、前記第２電極に電極配線が電気的に接続された光電変換素子と、制御電極と絶縁層と半導体層と不純物半導体層と第１及び第２主電極とをこの順で前記基板側から有する薄膜トランジスタと、を有する検出装置の製造方法であって、
   前記第２電極と、前記電極配線と、前記第１及び第２主電極と、前記半導体層の不純物半導体層と、前記薄膜トランジスタの不純物半導体層は、
   不純物半導体膜を覆うように、不動態ではない金属材料を含む第２導電膜を前記基板の上に成膜し、前記第２導電膜から前記第１及び第２主電極に含まれる第１導電部材と前記電極配線とを形成する第１の工程と、
   前記第１の工程の後に、前記不純物半導体膜と前記電極配線と前記第１導電部材とを覆うように、前記基板の上に透明導電性酸化物膜を成膜し、前記透明導電酸化物膜から前記第１及び第２主電極に含まれる第２導電部材と前記第２電極とを形成し、前記不純物半導体膜から前記薄膜トランジスタの不純物半導体層と前記光電変換素子の不純物半導体層とを形成する第２の工程と、を行って形成され、
   前記第２の工程は、同一のマスクを用いて、前記第２導電部材と前記第２電極と前記薄膜トランジスタの不純物半導体層と前記光電変換素子の不純物半導体層とを形成する工程であり、前記第１の工程は、前記同一のマスクとは別のマスクを用いて、前記第１導電部材と前記電極配線とを形成する工程であることを特徴とする検出装置の製造方法。
2. 前記半導体膜の成膜と前記不純物半導体膜の成膜との間に、前記絶縁膜及び前記半導体膜にコンタクトホールを形成する工程を更に有することを特徴とする請求項１に記載の検出装置の製造方法。
3. 前記コンタクトホールを形成した後に、前記半導体膜から前記光電変換素子の半導体層及び前記薄膜トランジスタの半導体層を形成する工程を更に有することを特徴とする請求項２に記載の検出装置の製造方法。
4. 前記コンタクトホールの形成と前記不純物半導体膜の成膜との間に、
   前記半導体膜から前記光電変換素子の半導体層及び前記薄膜トランジスタの半導体層を形成する工程と、
   前記光電変換素子の半導体層及び前記薄膜トランジスタの半導体層を覆って成膜された層間絶縁膜から、前記光電変換素子の半導体層の側面と前記薄膜トランジスタの半導体層の側面とを覆う層間絶縁層と、前記薄膜トランジスタのチャネルとなる領域の前記薄膜トランジスタの半導体層を覆うエッチストップ層と、を形成する工程と、
   を更に有することを特徴とする請求項２に記載の検出装置の製造方法。
5. 基板の上に、第１電極と絶縁層と半導体層と不純物半導体層と第２電極とをこの順で前記基板側から有し、前記第２電極に電極配線が電気的に接続された光電変換素子と、制御電極と絶縁層と半導体層と不純物半導体層と第１及び第２主電極とをこの順で前記基板側から有する薄膜トランジスタと、を有する検出装置の製造方法であって、
   前記基板の上に成膜された第１導電膜から前記第１電極及び前記制御電極を第１のマスクを用いて形成する第１の工程と、
   前記第１電極と前記制御電極とを覆うように、前記基板の上に絶縁膜と半導体膜とをこの順に成膜する第２の工程と、
   前記半導体膜を覆うように、前記基板の上に、不純物半導体膜と、不動態ではない金属材料を含む第２導電膜と、をこの順に成膜し、前記第２導電膜から、前記電極配線と、前記第１及び第２主電極に含まれる第１導電部材と、を第２のマスクを用いて形成する第３の工程と、
   前記不純物半導体膜と前記電極配線と前記第１導電部材とを覆うように、前記基板の上に透明導電性酸化物膜を成膜する第４の工程と、
   前記透明導電性酸化物膜から前記第１及び第２主電極に含まれる第２導電部材と前記第２電極とを、前記不純物半導体膜から前記薄膜トランジスタの不純物半導体層と前記光電変換素子の不純物半導体層とを、第３のマスクを用いて形成する第５の工程と、
   前記第５の工程の後に、前記半導体膜から前記光電変換素子の半導体層及び前記薄膜トランジスタの半導体層を第４のマスクを用いて形成する第６の工程と、
   を有することを特徴とする検出装置の製造方法。
6. 基板の上に、第１電極と絶縁層と半導体層と不純物半導体層と第２電極とをこの順で前記基板側から有し、前記第２電極に電極配線が電気的に接続された光電変換素子と、制御電極と絶縁層と半導体層と不純物半導体層と第１及び第２主電極とをこの順で前記基板側から有する薄膜トランジスタと、を有する検出装置の製造方法であって、
   前記基板の上に成膜された第１導電膜から前記第１電極及び前記制御電極を第１のマスクを用いて形成する第１の工程と、
   前記第１電極と前記制御電極とを覆うように、前記基板の上に絶縁膜と半導体膜とをこの順に成膜する第２の工程と、
   前記半導体膜から前記光電変換素子の半導体層及び前記薄膜トランジスタの半導体層を第２のマスクを用いて形成する第３の工程と、
   前記光電変換素子の半導体層と前記薄膜トランジスタの半導体層とを覆うように、前記基板の上に成膜された層間絶縁膜から、前記光電変換素子の半導体層の側面と前記薄膜トランジスタの半導体層の側面とを覆う層間絶縁層と、前記薄膜トランジスタのチャネルとなる領域の前記薄膜トランジスタの半導体層を覆うエッチストップ層と、を第３のマスクを用いて形成する第４の工程と、
   前記光電変換素子の半導体層と前記薄膜トランジスタの半導体層と前記層間絶縁層と前記エッチストップ層とを覆うように、前記基板の上に、不純物半導体膜と、不動態ではない金属材料を含む第２導電膜と、をこの順に成膜し、前記第２導電膜から、前記電極配線と、前記第１及び第２主電極に含まれる第１導電部材と、を第４のマスクを用いて形成する第５の工程と、
   前記不純物半導体膜と前記電極配線と前記第１導電部材とを覆うように、前記基板の上に透明導電性酸化物膜を成膜する第６の工程と、
   前記透明導電性酸化物膜から前記第１及び第２主電極に含まれる第２導電部材と前記第２電極とを、前記不純物半導体膜から前記薄膜トランジスタの不純物半導体層と前記光電変換素子の不純物半導体層とを、第５のマスクを用いて形成する第７の工程と、
   を有することを特徴とする検出装置の製造方法。
7. 前記第２の工程と前記第３の工程の間に、前記絶縁膜及び前記半導体膜にコンタクトホールを形成する工程を更に有することを特徴とする請求項５又は６に記載の検出装置の製造方法。
8. 前記透明導電性酸化物は、前記第２導電膜より薄く成膜されることを特徴とする請求項１から７のいずれか１項に記載の検出装置の製造方法。
9. 前記第２導電膜は０．５〜１μｍの膜厚で成膜され、前記透明導電性酸化物は５０〜１００ｎｍの膜厚で成膜されることを特徴とする請求項８に記載の検出装置の製造方法。
10. 請求項１〜９のいずれか１項に記載の製造方法で製造された検出装置と、前記検出装置の前記光電変換素子の上方に配置されたシンチレータと、を具備することを特徴とする放射線検出装置。
11. 請求項１０に記載の放射線検出装置と、
    前記放射線検出装置からの信号を処理する信号処理手段と、
    前記信号処理手段からの信号を記録するための記録手段と、
    前記信号処理手段からの信号を表示するための表示手段と、
    前記信号処理手段からの信号を伝送するための伝送処理手段と、
    を具備することを特徴とする放射線検出システム。

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