JP2015228408A - 放射線検出素子、放射線検出器と放射線検出素子の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 容易に製造可能な、リーク電流を軽減することができる放射線検出素子と、該放射線検出素子を備える放射線検出器と、該放射線検出器の製造方法を提供すること。
【解決手段】 放射線検出素子は、絶縁性の面（第１の面１７）を有する基板１１と、絶縁性の面に配置された複数の第１の電極（例えば、Ａｕ１２）と、複数の第１の電極のそれぞれに選択的に配置されたＢｉＩ_３膜１３と、ＢｉＩ_３膜に配置された第２の電極１４とを備える。複数の第１の電極のそれぞれは、絶縁性の面よりもＢｉＩ_３の付着係数が高い。
【選択図】 図１

Description

本発明は放放射線検出素子、放射線検出器と放射線検出素子の製造方法に関する。

医療用や工業用の放射線検出器において、アモルファスセレン、ＣｄＴｅ、ＣｄＺｎＴｅ、ＨｇＩ_２、ＰｂＩ_２、ＢｉＩ_３などの半導体を検出層として用いた直接変換型の放射線検出器が知られている。直接変換型の放射線検出器においては、放射線によって検出層で生成された電荷（キャリアともいう）の面内方向への拡散によって、電荷が生成箇所直下の画素電極で検出されずに、隣接する画素電極で検出されることがある。このように、電荷が生成直下の画素以外の画素で検出されると、放射線検出器の解像度の低下につながる。

特許文献１には画素電極が配置された回路基板上に、ＰｂＩ２からなる検出層の成膜と、検出層の空隙への絶縁体の成膜とを繰り返し行い、画素間に絶縁体が配置された放射線検出素子を製造する方法が記載されている。放射線検出素子をこのような構成とすることで、隣接画素間におけるキャリアのやり取り（リーク電流）を抑制することができる。

特開２００７−１０３８４７

しかしながら、特許文献１に記載の放射線検出素子の製造方法は、検出層と絶縁体の成膜を少しずつ多数回行うため、容易な放射線検出素子の製造方法であるとは言えなかった。

そこで本発明は、特許文献１に記載されている放射線検出素子よりも容易に製造可能な、リーク電流を軽減することができる放射線検出素子と、該放射線検出素子を備える放射線検出器と、該放射線検出素子の製造方法を提供することを目的とする。

本発明の一側面としての放射線検出素子は、絶縁性の第１の面を有する基板と、前記第１の面に配置された複数の第１の電極と、前記複数の第１の電極のそれぞれに選択的に配置されたＢｉＩ_３膜と、前記ＢｉＩ_３膜に配置された第２の電極とを備え、前記複数の第１の電極のそれぞれは、前記第１の面よりもＢｉＩ_３の付着係数が高いことを特徴とする。

本発明の一側面としての放射線検出素子によれば、特許文献１よりも容易に製造可能な、リーク電流を軽減することができる放射線検出素子を提供することができる。

本発明のその他の側面については、以下で説明する実施の形態で述べる。

本発明による放射線検出素子の製造法の一例を説明する模式図 本発明による放射線検出素子の製造法の一例を説明する模式図 本発明による放射線検出素子の製造法の一例を説明する模式図 本発明による放射線検出素子の一例を説明する模式図 ＢｉＩ_３膜を成膜する装置の模式図

以下、図面に基づいて本発明の実施形態について説明をする。

本実施形態では、パターニングされた第１の電極の上に選択的にＢｉＩ_３膜を配置する。

パターニングされた第１の電極同士が分離している場合、つまり、第１の電極が複数ある場合、このように選択的にＢｉＩ_３膜を配置することで、複数の第１の電極のうち、隣り合う第１の電極に配置されたＢｉＩ_３膜同士の少なくとも一部が分離する。一方、パターニングされた第１の電極は、連続していても良い。例えば、導電性の面に、複数の領域が露出するように絶縁性の材料を配置し、その露出した領域（以下、露出領域と呼ぶことがある）をパターニングされた第１の電極とする場合、第１の電極は連続する電極（つまり、１つの電極）である。このように、連続する電極をパターニングされた第１の電極とする場合、複数の露出領域のうち、隣り合う露出領域に配置されたＢｉＩ_３膜同士の少なくとも一部が分離する。

第１の電極の上に選択的にＢｉＩ_３膜を配置するためには、第１の電極の材料としてＢｉＩ_３膜の付着係数が高い材料を用いればよい。これにより、検出層として機能するＢｉＩ_３膜同士の少なくとも一部が分離するため、検出層面内へのキャリアの拡散を軽減でき、リーク電流を軽減することができる。リーク電流を軽減できるため、放射線検出器の解像度も向上すると考えられる。

以下、本実施形態にかかる放射線検出素子を製造する方法についてより詳細に説明をする。本実施形態にかかる放射線検出素子の製造方法は、以下（１）〜（３）の工程を有する。
（１）基板の第１の面に第１の電極を形成する工程（以下、第１の工程と呼ぶことがある）。
（２）第１の電極にＢｉＩ_３を成膜してＢｉＩ_３膜を形成する工程（以下、第２の工程と呼ぶことがある）。
（３）ＢｉＩ_３膜に第２の電極を電気的に接続する工程（以下、第３の工程と呼ぶことがある）。

図１及び図２は本実施形態の一例を示した図である。

（１）第１の工程について
第１の工程は、第１の電極を第１の面に形成する工程である。第１の電極の材料は、第１の面のうち、第１の電極が形成されていない領域よりもＢｉＩ_３の付着係数が高い材料とする。材料については、第２の工程で詳細に説明をする。

図１（ａ）は、シリコン基板１１に熱酸化膜（ＳｉＯ_２）１０を形成し、ＳｉＯ_２が形成された面を第１の面１７として、第１の電極となるＡｕ１２をパターン状に成膜したものである。リソグラフィーやメタルマスクを用いてスパッタリングや真空蒸着など行えば、Ａｕを所望のパターンに成膜することができる。このように、絶縁性の第１の面１７の複数の領域に導電性の材料（つまり、電極材料）を配置することで、複数の第１の電極（Ａｕ１２）を形成した基板１６を得ることができる。このとき、導電性の材料は、第１の面１７よりもＢｉＩ_３の付着係数が高い材料を用いる。尚、本発明及び本明細書では、第１の面に導電性の領域が１つまたは複数存在していても、その第１の面に配置された複数の第１の電極同士が電気的に接続されていない場合は、その第１の面は絶縁性の面であるとみなす。例えば、図１（ａ）の第１の面１７には、スルーホール１８が複数存在するが、スルーホール同士が絶縁されているため、第１の電極同士は電気的に接続されていない。よって、第１の面１７は絶縁性の面である。

図２（ａ）は、シリコン基板１１に、第１の電極となるＡｕ２０を成膜し、Ａｕ２０が成膜された面を第１の面２７として、絶縁性の材料であるＳｉＯ_２２１を第１の面にパターニングして配置したものである。Ａｕのパターニング同様に、リソグラフィーやメタルマスクを用いてスパッタリングやプラズマＣＶＤなどを行えば、絶縁性の材料を所望のパターンに成膜することができ、第１の面に絶縁部（ＳｉＯ_２２１）を形成することができる。このように、第１の面１７が導電性の場合、導電性の第１の面に絶縁性の材料（ＳｉＯ_２２１）を配置することで、第１の電極（Ａｕ２０）を形成した基板を得ることができる。但し、この場合、第１の面１７のうち、絶縁性の材料（ＳｉＯ_２２１）から露出した領域が第１の電極として機能するため、第１の面の複数の領域が露出するように、絶縁性の材料（ＳｉＯ_２２１）を第１の面に配置する必要がある。加えて、絶縁性の材料は、第１の面よりもＢｉＩ_３の付着係数が低い材料を用いる。

（２）第２の工程について
第２の工程は、ＢｉＩ_３膜を第１の電極に選択的に成膜する工程である。

図１（ａ）に示す、複数の第１の電極を形成した基板１６にＢｉＩ_３膜を成膜すると、ＢｉＩ_３のＡｕ上への付着係数とＳｉＯ_２上への付着係数の違いから、図１（ｂ）のようにＡｕ上に選択的にＢｉＩ_３膜１３が配置されることを本発明者らは見出した。ここでＢｉＩ_３の付着係数とは、異なる材料の上に同一条件でＢｉＩ_３を成膜した際、材料上へのＢｉＩ_３の付着量の違いを比較するものであり、比較対象同士の付着量を任意の値で割った値と定義する。また、複数の材料から構成される面へのＢｉＩ_３の付着係数も同様であり、ある材料とある面とに同一条件でＢｉＩ_３を成膜した際のＢｉＩ_３の付着量を任意の値で割れば、材料と面との付着係数を比較することもできる。ある材料上へのＢｉＩ_３の付着量は、成膜中に材料上に飛来するＢｉＩ_３と材料上から再離脱するＢｉＩ_３との差分で与えられることから、材料とＢｉＩ_３の結合力が弱く、再離脱するＢｉＩ_３の割合が大きな材料はＢｉＩ_３の付着係数が低いということになる。図１に示した例の場合、Ａｕ上へのＢｉＩ_３の付着係数がＳｉＯ_２上へのＢｉＩ_３の付着係数よりも高いことから、例えば特許文献１のような特殊な成膜方法を用いなくても、Ａｕ（つまり、第１の電極）上に選択的にＢｉＩ_３膜が配置できる。また、ＡｕがＢｉＩ_３膜で被覆された後も、ＢｉＩ_３は付着係数の低いＳｉＯ_２上には形成されず、Ａｕ上のＢｉＩ_３膜の上に選択的に形成され続け、図１（ｂ）のような、ＢｉＩ_３膜が形成される。

尚、第１の面は単一の材料からなる必要はなく、第１の面のうち、第１の電極が設けられていない領域の少なくとも一部のＢｉＩ_３の付着係数が第１の電極のＢｉＩ_３の付着係数よりも低ければ良い。

このように形成された図１（ｂ）のＢｉＩ_３膜は、隣り合う第１の電極に配置されたＢｉＩ_３膜同士が空隙１９により分離された構造を有する。

図２（ａ）で示した、第１の電極を形成した基板２６にＢｉＩ_３膜を成膜しても、図１（ａ）の基板１６にＢｉＩ_３膜を成膜した時と同様に、第１の電極に選択的にＢｉＩ_３膜が成膜される。そして、図２（ｂ）のような、隣り合う露出領域に配置されたＢｉＩ_３膜同士が空隙２９により分離された構造を有するＢｉＩ_３膜が取得できる。

このように、選択的にＢｉＩ_３膜の成膜を行うために、第１の電極の材料は、第１の面のうち、第１の電極が形成されていない領域よりもＢｉＩ_３の付着係数が高い材料とする必要がある。なお、第１の面のうち、第１の電極が形成されていない領域とは、図１のように、第１の面が絶縁性の場合は、第１の電極が配置されずに、第１の電極材料から露出した領域のことを指す。一方、図２のように、第１の面が導電性の場合は、絶縁性の材料が配置された領域のことを指す。つまり、第１の面が絶縁性の場合、第１の面の材料よりもＢｉＩ_３の付着係数が高い導電性の材料を第１の面に配置して、複数の第１の電極を形成する。一方、第１の面が導電性の場合、第１の面の材料よりもＢｉＩ_３の付着係数が低い絶縁性の材料を第１の面に配置して、第１の電極である複数の露出領域を形成する。加えて、第１の電極の表面がＢｉＩ_３膜で被膜された後も、第１の電極の表面を被膜したＢｉＩ_３膜に新たなＢｉＩ_３膜が成膜されるために、第１の面が絶縁性の場合、第１の面の材料は、ＢｉＩ_３の付着係数が低い絶縁性の材料とする。一方、第１の面が導電性の場合、第１の面に配置する絶縁性の材料（ＳｉＯ_２２１）は、ＢｉＩ_３付着係数が低い材料とする。

ＢｉＩ_３膜へのＢｉＩ_３の付着係数は高いため、このようにＢｉＩ_３の付着係数が低い材料を用いれば、ＢｉＩ_３がＢｉＩ_３上へ選択的に成膜される。ＢｉＩ_３の付着係数が低い、ＳｉＯ_２以外の絶縁性材料として、例えば、ＳｉＣ、Ｓｉ_３Ｎ_４、Ｓｉ、プリント基板の基材（例えば、ポリイミド等）、レジスト等の有機物などを用いることができる。絶縁性材料として、これらの材料から１つの材料のみを用いてもよいし、混合したり、併用したりしてもよい。併用とは、例えば、絶縁性の第１の面の一部がＳｉＣであり、ほかの領域がＳｉＯ_２であるように、異なる領域で異なる材料を用いることを指す。

一方、ＢｉＩ_３の付着係数が高い、Ａｕ以外の導電性材料として、例えば、グラファイト、Ｐｔ、ＩＴＯのような導電性酸化物などを用いることができる。導電性材料として、これらの材料から１つの材料のみを用いてもよいし、混合したり、併用したりしてもよい。また、これらの材料は、ＳｉＣ、Ｓｉ_３Ｎ_４、Ｓｉ、プリント基板の基材、レジスト等の有機物のいずれよりもＢｉＩ_３の付着係数が高い。よって、これらの材料を適宜組み合わせれば、ＢｉＩ_３付着係数が高い導電性材料と、ＢｉＩ_３付着係数が低い絶縁性材料とを選択することができる。加えて、上述の導電性材料にＢｉＩ_３膜を成膜すると、ＢｉＩ_３膜はＢｉＩ_３の結晶のｃ軸が基板面と垂直な方向に揃った構造（ｃ軸配向）を有する。この構造は、放射線の吸収に適した緻密な構造であるため、第１の電極に形成されるＢｉＩ_３膜のＢｉＩ_３の結晶はｃ軸配向していることが好ましい。本発明及び本明細書では、ｃ軸配向しているＢｉＩ_３の結晶で構成されるＢｉＩ_３膜を、ｃ軸配向のＢｉＩ_３膜と呼ぶことがある。ｃ軸配向のＢｉＩ_３膜の結晶構造をＸ線回折で評価すると、（００１）面の系列ピークである（００３）、（００６）、（００９）、（００１２）のピークが、他のピークである（１１３）と（３００）よりも十分に大きい。本発明及び本明細書では、（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ＢｉＩ_３膜はｃ軸配向であるとする。また、（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。

（３）第３の工程について
第３の工程は、第２の電極をＢｉＩ_３膜に配置する工程である。図１（ｃ）は、互いに分離した複数のＢｉＩ_３膜上に第２の電極を配置したものである。第２の電極の配置方法は、特に問わず、一般的な電極の配置方法を用いることができる。例えば一般的な真空蒸着のように、選択性を持たない成膜方法を用いる場合は、図１（ｃ）のように、分離した複数のＢｉＩ_３膜１３同士の空隙１９に絶縁材料１５を配置して、ＢｉＩ_３膜間に絶縁材料部（絶縁材料１５）を設けることが好ましい。ＢｉＩ_３膜間の絶縁部を設けると、第２の電極と第１の電極との短絡を比較的容易に避けながら、第２の電極を配置することができる。ＢｉＩ_３膜間の絶縁部の材料は、絶縁材料であれば特に問わないが、例えば、有機物から成る絶縁材料を用いることができる。このように、ＢｉＩ_３膜の空隙１９に絶縁部を設ける際、防湿性のある材料を用いることでＢｉＩ_３膜の酸化を防ぐこともできる。また、第２の電極を有する基板を、ＢｉＩ_３膜１３と第２の電極とが接するように配置することで、ＢｉＩ_３膜に第２の電極を配置してもよい。パターニングされたＡｕ１２（第１の電極）を画素電極とし、第１の電極と第２の電極１４との間に電圧を印加する手段を第１の電極と第２の電極と電気的に接続することで、検出層であるＢｉＩ_３膜１３が画素毎に分離された放射線検出器として機能する。この際、画素電極となる第１の電極（Ａｕ１２）はＳｉＯ_２１０に設けたスルーホール１８上に配置されることで、ＳｉＯ_２１０下部に設けたＴＦＴアレイ（不図示）から成る信号読み出し回路と電気的に接続がなされている。また、電極からのキャリア注入を抑制する目的で、ＢｉＩ_３膜１３と第２の電極１４の間にキャリア注入阻止層を設けても良い。本実施形態によると、検出層であるＢｉＩ_３膜自体を加工することなく、また、ひとつの材料の成膜を複数回の成膜で行う必要がないため、多数回の成膜を行うよりも簡易な方法でＢｉＩ_３膜がピクセル化された放射線検出素子を作製することが可能となる。

また、第１の電極を共通電極として用いてもよい。図２において、第１の面２７は導電性であるため、複数の露出領域同士は電気的に接続されている。よって、複数の露出領域が１つの第１の電極を構成している。このように、複数の露出領域が電気的に接続している場合は、第１の電極を共通電極として用いる。尚、図２において、複数の露出領域は全て電気的に接続されているが、一部のみが電気的に接続されていても良い。図２（ｃ）は、第１の電極を共通電極とし、ＢｉＩ_３膜に、第２の画素電極と信号読み出し回路とを有する電極付き回路基板３２を配置した放射線検出素子である。尚、図２（ｃ）の電極付き回路基板３２は、第２の電極として複数の画素電極を有する。図２（ｃ）では、回路基板３２とＢｉＩ_３膜１３表面を導電性のバンプ２３を介して圧着している。これにより、ＢｉＩ_３膜のうち、第１の電極と接する面と対向する面と第２の電極とを電気的に接続することができる。図２（ｃ）において、バンプ２３は回路基板２２側の全ての画素電極に１：１で対応するように設けてあり、パターニングされたＢｉＩ_３膜１３と１：１で対応するように接続されている。しかしながら、パターニングされたＢｉＩ_３膜と第２の電極とが１：１で対応すれば、バンプの数は特に問わない。また、パターニングされたＢｉＩ_３膜と第２の電極とが１：１で対応せず、例えば、２：１で対応しても良いが、この場合、１：１で対応するときと比較してピッチの小さなパターニングが必要になるため、１：１で対応する方が好ましい。また、パターニングされたＢｉＩ_３膜と第２の電極とが例えば１：２で対応しても良いが、この場合、１：１で対応するときよりもリーク電流を軽減する効果が小さくなるため、１；１で対応する方が好ましい。第１と第２の電極の間に電圧を印加する手段を第１と第２の電極と電気的に接続し、ＢｉＩ_３膜１３を配置したＡｕ２０と回路基板３２の画素電極との間に電圧を印加することで、検出層であるＢｉＩ_３膜１３がピクセル化された放射線検出器となる。

また、図３（ｂ）のように、第１の電極（Ａｕ１２）と接続した貫通電極３０が形成され、第１の電極（Ａｕ１２）にＢｉＩ_３膜１３を成膜した場合、ＢｉＩ_３膜１３が配置された基板裏面側と回路基板２２とをバンプ２３を介して圧着することも可能である。図３（ｂ）のような、ＢｉＩ_３膜１３が配置された基板の製造方法は、まず、図３（ａ）に示すように、シリコン基板１１の第１の面３７を熱酸化して第１の面３７をＳｉＯ_２１０からなる絶縁性の面とし、さらに複数の貫通電極３０を形成する。そして、複数の貫通電極３０のそれぞれに、第１の電極としてＡｕ１２をパターニングし、ＢｉＩ_３膜１３を成膜すれば取得できる。

この場合、図３（ｃ）のように、ＢｉＩ_３膜１３のうち、第１の電極（Ａｕ１２）と接する面と対向する面に、第２の電極１４を配置する。そして、回路基板２２と接続された第１の電極と、第２の電極１４の間に電圧を印加する手段を第１と第２の電極と接続することで、放射線検出器として機能する。

また、図３（ａ）において、貫通電極がＡｕのようにＢｉＩ_３の付着係数が高い材料で形成されている場合、第１の電極材料を貫通電極３０に配置しなくても、ＢｉＩ_３膜を貫通電極３０に選択的に成膜することもできる（図４）。この場合、貫通電極が第１の電極である。

貫通電極３０の配置周期が短く、ＢｉＩ_３膜１３の膜厚が厚い場合、図４のようにＢｉＩ_３膜１３が上部で結合して連続膜を形成する場合もある。この場合でも、ＢｉＩ_３膜１３のうち、第１の電極（貫通電極３０）と接する面と対向する面に第２の電極１４を配置する。そして、回路基板２２の画素電極と第２の電極１４の間に電圧を印加する手段を画素電極と第２の電極と電気的に接続することで放射線検出器となる。また、図４のように、ＢｉＩ_３膜１３の一部が接し、連続膜を形成する場合でも、ＢｉＩ_３膜１３同士が完全な連続膜である場合よりもリーク電流を軽減することができる。これは、隣り合う第１の電極に配置されたＢｉＩ_３膜１３同士の少なくとも一部が分離されていれば、分離されている部分では絶縁されているため、キャリアの面内方向への拡散を軽減できるためである。尚、図４のように、隣り合う第１の電極に配置されたＢｉＩ_３膜１３同士の一部が接していても、リーク電流を軽減することができることは、貫通電極を設けない場合（例えば、図１及び２に示した放射線検出素子）であっても同様である。

上述の製造方法により製造される放射線検出素子について説明をする。

上述の製造方法により製造される放射線検出素子の第１の形態は、絶縁性の第１の面１７を有する基板１０、１１と、第１の面１７に配置された複数の第１の電極（Ａｕ１２）と、複数の第１の電極のそれぞれに選択的に配置されたＢｉＩ_３膜１３と、を備える。加えて、ＢｉＩ_３膜に配置された第２の電極１４も備える。複数の第１の電極のそれぞれは、第１の面よりもＢｉＩ_３の付着係数が高い。複数の第１の電極に配置されたＢｉＩ_３膜同士は、少なくとも一部が互いに分離しているため、第１の面のうち、複数の第１の電極同士の間に位置する領域が空隙１９と接している。また、図４のように、隣り合う第１の画素に配置されたＢｉＩ_３膜同士が接している場合、第１の電極のうち１つの電極に配置されたＢｉＩ_３膜と、隣り合う電極に配置されたＢｉＩ_３膜と、第１の面の一部とが空間４０を形成する。空隙１９と空間４０は、ＢｉＩ_３膜が形成されていなければ良く、例えば、空隙１９と空間４０との一部または全部に絶縁材料が配置されることで、ＢｉＩ_３膜間に絶縁部を配置しても良い。

上述の製造方法により製造される放射線検出素子の第２の形態は、導電性の第１の面２７を有する基板（Ａｕ２０、シリコン基板１１を備える基板）と、第１の面に配置された絶縁部（ＳｉＯ_２１０）を備える。そして、第１の面の絶縁部から第１の面の複数の領域が露出することで、第１の電極が形成されている。加えて、放射線検出素子は、第１の電極に選択的に配置されたＢｉＩ_３膜と、ＢｉＩ_３膜に配置された第２の電極とを備える。第１の電極は、第１の面の絶縁部よりもＢｉＩ_３の付着係数が高い。第１の形態と同様に、第１の面の絶縁部から露出した複数の領域に配置されたＢｉＩ_３膜同士は、少なくとも一部が互いに分離しているため、第１の面の絶縁部のうち、第１の面と接する面と対向する面が、空隙２９と接している。また、図４のように、露出領域のうち、隣り合う露出領域に配置されたＢｉＩ_３膜同士が接している場合、ある露出領域に配置されたＢｉＩ_３膜と、隣り合う露出領域に配置されたＢｉＩ_３膜と、絶縁部とが空間を形成する。空隙２９と空間は、ＢｉＩ_３膜が形成されていなければ良く、一部または全部に絶縁材料が配置されることで、ＢｉＩ_３膜間の絶縁部を構成してもよい。図２、図３、図４のように、ＢｉＩ_３膜が配置された基板と回路基板を接合する場合、ＢｉＩ_３膜が配置された基板に反りがあると、接合面が均一な高さとならない。これにより、中心部或いは周辺部において回路基板との電気的な接続が確保できずに欠陥画素が生じる可能性がある。本実施形態によると、基板上に配置されたＢｉＩ_３膜がパターニングされており、基板の一部にＢｉＩ_３膜が接していないことで、ＢｉＩ_３膜が少なくとも一部で分離している。よって、基板全体にＢｉＩ_３膜が形成され、ＢｉＩ_３膜が一様な膜となっているよりも応力が緩和されることから基板の反りが抑制できる。このため、回路基板と接合する際に欠陥画素が発生する可能性を軽減できる。また、検出層であるＢｉＩ_３膜自体を加工することなく、同一の材料の成膜を多数回繰り返さなくてもＢｉＩ_３膜がピクセル化された放射線検出素子を製造することが可能となる。

本実施例は、本発明による放射線検出素子を備える放射線検出器の製造方法の具体例を図１を用いて説明する。

２５０μｍ四方の開口部が３００μｍ周期で正方状に配列したメタルマスクを用いて、表面に熱酸化によるＳｉＯ_２１０が形成されたシリコン基板１１上に膜厚５０ｎｍのＡｕをスパッタリングにより成膜する。これにより、第１の電極であるＡｕ１２がパターン状に配置された図１（ａ）のような基板１６を用意する（第１の工程）。次に、図５で示すＢｉＩ_３の成膜装置を用いて基板１６にＢｉＩ_３膜を成膜する。チャンバー５０を真空排気した後、原料５１となるＢｉＩ_３を配置した石英坩堝５２を２００℃に加熱することで原料を昇華させ、基板１６の温度を１５０℃に保ちながら基板１６にＢｉＩ_３膜を成膜する（第２の工程）。９０分間成膜を行った後、基板１６を成膜装置から取り出して光学顕微鏡と電子顕微鏡で基板を観察したところ、図１（ｂ）のようにＡｕ１２上にのみ選択的にＢｉＩ_３膜１３が約５０μｍの厚みで配置されていることを確認した。また、上記の条件で成膜したＢｉＩ_３膜１３はｃ軸配向であり、放射線の吸収に適した緻密な構造であることが確認できた。続いてＢｉＩ_３膜の酸化を抑制するため、ＢｉＩ_３膜の空隙部に有機物から成る防湿コーティング用樹脂を絶縁材料１５として充填した後、樹脂を硬化させ、ＢｉＩ_３膜の空隙１９に絶縁部を配置する。更にＢｉＩ_３膜１３表面と空隙部に充填した絶縁材料１５表面を均等な高さに研磨した後、真空蒸着で膜厚５０ｎｍのＡｕを成膜する。これにより、図１（ｃ）のように、ＢｉＩ_３膜１３のうち、パターニングされたＡｕ１２と接する面と対向する面に第２の電極１４を配置する（第３の工程）。このように、絶縁材料をＢｉＩ_３膜の空隙部に充填することで、第２の電極の配置に真空蒸着を用いても、第１の電極と第２の電極との短絡を容易に防ぐことができる。

使用するシリコン基板１１がＴＦＴアレイを有した回路基板である場合、パターニングされたＡｕ１２を画素電極とする。そして、画素電極（Ａｕ１２）と第２の電極１４との間に電圧を印加する手段を画素電極（Ａｕ１２）と第２の電極と接続することで、検出層であるＢｉＩ_３膜１３がピクセル化された放射線検出器として機能する。使用するシリコン基板１１が、図３（ａ）のような、貫通電極３０を有する基板３１である場合、図１（ｃ）の工程の後に図３（ｃ）のようにＢｉＩ_３膜１３が配置された基板裏面側と、ＴＦＴアレイを有した回路基板２２をＡｕのバンプ２３を介して接合する。パターニングされたＡｕ１２のそれぞれが貫通電極３０のそれぞれと電気的に接続しており、回路基板２２はパターニングされたＡｕ１２と等しい画素ピッチを有している。そのため、貫通電極３０と回路基板２２の画素電極を位置合わせした上で、貫通電極と回路基板を接合する。回路基板２２の画素電極と第２の電極１４の間に電圧を印加する手段を画素電極と第２の電極と接続することで、検出層であるＢｉＩ_３膜１３がピクセル化された放射線検出器として機能する。このように、電圧を印加する手段を回路基板の画素電極と接続した場合であっても、Ａｕ１２は貫通電極３０を介して画素電極と電気的に接続されているため、ＢｉＩ_３膜１３を直接接する第１の電極として機能する。

本実施例は、本発明による放射線検出素子を備える放射線検出器の製造方法の具体例を図２を用いて説明する。実施例１では、基板の第１の面が絶縁性の面である具体例を説明したが、本実施例では、基板の第１の面が導電性の面である具体例を説明する。

シリコン基板１１上に膜厚５０ｎｍのＡｕ２０をスパッタリングにより成膜し、基板の第１の面を導電性の面とする。その後、Ａｕ上にスピンコートでレジストを塗布した後に露光することで、Ａｕ上に２５０μｍ四方、３００μｍ周期で正方状に配列したレジストパターンを形成する。レジストパターン上に膜厚５０ｎｍのＳｉＯ_２スパッタリングで成膜した後、リフトオフによりＳｉＯ_２２１が格子状に残り、Ａｕ２０が２５０μｍ四方、３００μｍ周期で正方状に露出した図２（ａ）のような基板を用意する（第１の工程）。実施例１と同様にＢｉＩ_３膜を成膜し（第２の工程）、樹脂を充填して硬化させ、表面を研磨する。本実施例のように、第２の電極を有する基板をＢｉＩ_３膜に配置することで第２の電極をＢｉＩ_３膜と電気的に接続する場合、ＢｉＩ_３膜の高さを揃える必要がある。よって、成膜後のＢｉＩ_３膜の高さが揃っていない場合は、ＢｉＩ_３膜を研磨して高さを揃える必要があるが、ＢｉＩ_３膜の空隙２９に絶縁材料を充填してから研磨すると、ＢｉＩ_３膜の折れ又は曲がりなどの損傷を軽減しつつＢｉＩ_３膜を研磨することができる。

次に、図２（ｃ）のように電極付き回路基板３２とＢｉＩ_３膜１３表面をバンプ２３を介して接合する（第３の工程）。実施例１と同様に、電極付き回路基板３２はパターニングされたＡｕ１２と等しい画素ピッチを有し、ＢｉＩ_３膜１３と電極付き回路基板３２の画素電極を位置合わせした上でバンプ２３を介してＢｉＩ_３膜１３と電極付き回路基板３２と接合する。第１の面のうち、ＳｉＯ_２から露出したＡｕ（第１の電極）と電極付き回路基板の第２の電極が対向するように位置合わせを行えば、ＢｉＩ_３膜の一部が連続膜となった場合であっても、リーク電流が軽減できるように、ＢｉＩ_３膜１３に第２の電極を配置できる。電極付き回路基板３２の画素電極とＡｕ２０の間に電圧を印加する手段を画素電極と第１の電極と電気的に接続することで検出層であるＢｉＩ_３膜１３がピクセル化された放射線検出器として機能する。

１０ ＳｉＯ_２
１１ シリコン基板
１２ Ａｕ
１３ ＢｉＩ_３膜
１４ 第２の電極
１５ 絶縁材料
１６ 基板
１７ 第１の面
１８ スルーホール
１９ 空隙
２０ Ａｕ
２１ ＳｉＯ_２
２２ 回路基板
２３ バンプ
２４ 放射線検出素子
２６ 基板
２７ 第１の面
２９ 空隙
３０ 貫通電極
３１ 基板
３２ 電極付き回路基板
３７ 第１の面
４０ 空間
５０ チャンバー
５１ 原料
５２ 石英坩堝
５３ ヒーター
５４ 加熱冷却機構

Claims (23)

1. 絶縁性の面を有する基板と、
   前記絶縁性の面に配置された複数の第１の電極と、
   前記複数の第１の電極のそれぞれに選択的に配置されたＢｉＩ_３膜と、
   前記ＢｉＩ_３膜に配置された第２の電極とを備え、
   前記複数の第１の電極のそれぞれは、前記絶縁性の面よりもＢｉＩ_３の付着係数が高く、
   前記絶縁性の面は、ＢｉＩ_３よりもＢｉＩ_３の付着係数が低いことを特徴とする放射線検出素子。
2. 前記絶縁性の面は、ＳｉＯ_２、ＳｉＣ、Ｓｉ_３Ｎ_４、Ｓｉ、プリント基板の基材、レジストの少なくともいずれかを含むことを特徴とする請求項１に記載の放射線検出素子。
3. 前記絶縁性の面のうち、前記複数の第１の電極同士の間に位置する領域が空隙と接していることを特徴とする請求項１または２に記載の放射線検出素子。
4. 前記複数の第１の電極のうちの１つの電極に配置されたＢｉＩ_３膜と、
   前記複数の第１の電極のうち、前記１つの電極と隣り合う電極に配置されたＢｉＩ_３膜とが接し、
   前記１つの電極に配置されたＢｉＩ_３膜と、前記隣り合う電極に配置されたＢｉＩ_３膜と、前記絶縁性の面の一部とが空間を形成してい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。
5. 前記複数の第１の電極のうちの１つの電極に配置されたＢｉＩ_３膜と、
   前記複数の第１の電極のうち、前記１つの電極と隣り合う電極に配置されたＢｉＩ_３膜とが絶縁部により電気的に分離されてい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。
6. 導電性の面を有する基板と、
   前記導電性の面に配置された絶縁性材料と、
   前記絶縁性材料から前記導電性の面の複数の領域が露出して形成される第１の電極に選択的に配置されたＢｉＩ_３膜と、
   前記ＢｉＩ_３膜に配置された第２の電極とを備え、
   前記第１の電極は、前記絶縁性材料よりもＢｉＩ_３の付着係数が高く、
   前記絶縁性材料は、ＢｉＩ_３よりもＢｉＩ_３の付着係数が低いことを特徴とする放射線検出素子。
7. 前記絶縁性材料は、ＳｉＯ_２、ＳｉＣ、Ｓｉ_３Ｎ_４、Ｓｉ、プリント基板の基材、レジストの少なくともいずれかを含むことを特徴とする請求項６に記載の放射線検出素子。
8. 前記絶縁性材料のうち、前記導電性の面と接する面と対向する面が、空隙と接していることを特徴とする請求項６または７に記載の放射線検出素子。
9. 前記複数の領域のうち１つの領域に配置されたＢｉＩ_３膜と、
   前記複数の領域のうち、前記１つの領域と隣り合う領域に配置されたＢｉＩ_３膜とが接し、
   前記１つの領域に配置されたＢｉＩ_３と、前記隣り合う領域に配置されたＢｉＩ_３膜と、前記絶縁性材料とが空間を形成していることを特徴とする請求項６乃至８のいずれか１項に記載の放射線検出素子。
10. 前記複数の領域のうちの１つの領域に配置されたＢｉＩ_３膜と、
    前記複数の領域のうち、前記１つの領域と隣り合う領域に配置されたＢｉＩ_３膜とが絶縁部により電気的に分離されていることを特徴とする請求項６乃至８のいずれか１項に記載の放射線検出素子。
11. 前記第１の電極がＡｕ、グラファイト、Ｐｔの少なくともいずれかを含むことを特徴とする請求項１乃至１０のいずれか１項に記載の放射線検出素子。
12. 前記ＢｉＩ_３膜は前記第１の電極にｃ軸配向で配置されていることを特徴とする請求項１乃至１１のいずれか１項に記載の放射線検出素子。
13. 前記空間に絶縁材料が配置されていることを特徴とする請求項４または９に記載の放射線検出素子。
14. 請求項１乃至１３のいずれか１項に記載の放射線検出素子と、
    前記第１の電極と前記第２の電極とに電圧を印加する手段とを備える放射線検出器。
15. 基板の面に第１の電極を形成する工程と、
    前記第１の電極にＢｉＩ_３を成膜してＢｉＩ_３膜を形成する工程と、
    前記ＢｉＩ_３膜と第２の電極とを電気的に接続するする工程とを有し、
    前記第１の電極を形成する工程において、
    前記第１の電極は、前記の面のうち、前記第１の電極が形成されていない領域の少なくとも一部よりもＢｉＩ_３の付着係数が高い材料で形成することを特徴とする放射線検出素子の製造方法。
16. 前記面は絶縁性であり、
    前記第１の電極を形成する工程は、
    前記面に、前記面よりもＢｉＩ_３の付着係数が高い導電性の材料を複数の領域に配置する工程であることを特徴とする請求項１５に記載の放射線検出素子の製造方法。
17. 前記面は導電性であり、
    前記第１の電極を形成する工程は、
    前記導電性の面の複数の領域が、前記導電性の面よりもＢｉＩ_３の付着係数が低い絶縁性の材料から露出するように、前記絶縁性の材料を配置する工程であることを特徴とする請求項１５に記載の放射線検出素子の製造方法。
18. 前記第２の電極を電気的に接続する工程は、
    前記ＢｉＩ_３膜のうち、前記第１の電極と接する面と対向する面に前記第２の電極を配置する工程であることを特徴とする請求項１５乃至１７のいずれか１項に記載の放射線検出素子の製造方法。
19. 前記第２の電極を電気的に接続する工程は、
    前記第２の電極を有する基板の前記第２の電極と、前記ＢｉＩ_３膜のうち、前記第１の電極と接する面と対向する面とを電気的に接続する工程であることを特徴とする請求項１５乃至１８のいずれか１項に記載の放射線検出素子の製造方法。
20. 前記第２の電極を有する基板は、前記第２の電極と信号読み出し回路とを有する電極付き回路基板であることを特徴とする請求項１８に記載の放射線検出素子の製造方法。
21. 前記電極付き回路基板と前記ＢｉＩ_３膜とは、バンプを介して電気的に接続されていることを特徴とする請求項２０に記載の放射線検出素子の製造方法。
22. 前記基板と信号読み出し回路を有する回路基板とを電気的に接続する工程を有することを特徴とする請求項１５乃至１７のいずれか１項に記載の放射線検出素子の製造方法。
23. 前記基板と前記信号読み出し回路とは、バンプを介して電気的に接続されていることを特徴とする請求項２２に記載の放射線検出素子の製造方法。

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