JP3405706B2

JP3405706B2 - 放射線検出素子

Info

Publication number: JP3405706B2
Application number: JP2000060707A
Authority: JP
Inventors: 卓也本目; 敏雄高林; 宏人佐藤
Original assignee: Hamamatsu Photonics KK
Current assignee: Hamamatsu Photonics KK
Priority date: 1997-02-14
Filing date: 2000-03-06
Publication date: 2003-05-12
Anticipated expiration: 2018-02-12
Also published as: JP2000284053A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、放射線検出素子、
特に、医療用のＸ線撮影等に用いられる大面積の受光部
を有する放射線検出素子に関する。

【０００２】

【従来の技術】医療、工業用のＸ線撮影では、従来、Ｘ
線感光フィルムが用いられてきたが、利便性や撮影結果
の保存性の面から放射線検出素子を用いた放射線イメー
ジングシステムが普及してきている。このような放射線
イメージングシステムにおいては、複数の画素を有する
放射線検出素子を用いて放射線による２次元画像データ
を電気信号として取得し、この信号を処理装置により処
理して、モニタ上に表示している。代表的な放射線検出
素子は、１次元あるいは２次元に配列された光検出器上
にシンチレータを配して、入射する放射線をシンチレー
タで光に変換して、検出する仕組みになっている。

【０００３】典型的なシンチレータ材料であるＣｓＩ
は、吸湿性材料であり、空気中の水蒸気（湿気）を吸収
して溶解する。この結果、シンチレータの特性、特に解
像度が劣化するという問題があった。

【０００４】シンチレータを湿気から保護する構造とし
た放射線検出素子としては、特開平５−１９６７４２号
公報に開示された技術が知られている。この技術では、
シンチレータ層の上部に水分不透過性の防湿バリヤを形
成することにより、シンチレータを湿気から保護してい
る。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかし、この技術で
は、シンチレータ層外周部の防湿バリヤを放射線検出素
子の基板に密着させることが難しく、特に、胸部Ｘ線撮
影などに用いる大面積の放射線検出素子においては、外
周部の長さが長いため、防湿バリヤがはがれやすくなっ
て、シンチレータ層が完全に密封されず、水分がシンチ
レータ層に侵入してその特性が劣化しやすいという欠点
がある。

【０００６】さらに、この技術では、薄膜層、光反射層
を形成してから水分シール層を形成しているが、薄膜
層、光反射層は上面のみに形成されているので、各層を
形成する工程中におけるシンチレータ側面の防湿につい
て考慮されていない。

【０００７】また、この技術では、防湿バリヤの水分シ
ール層は、シリコーンポッティング材等を液状の状態で
シンチレータ層に塗工するか、放射線検出素子の受光面
側に設置する窓材の内側にこのシリコーンポッティング
材等を塗工した後、水分シール層の乾燥前にこの窓材を
シンチレータ層上に設置することにより、水分シール層
を固定する製造方法が開示されている。この製造方法で
は、水分シール層を表面形状が不規則なシンチレータ層
上に均一に形成することが難しく、密着性が低下する可
能性がある。この点は、特に、大面積の放射線検出素子
で起こりやすい。

【０００８】本発明は、上記の問題点に鑑みてシンチレ
ータの防湿用に均一で製造が容易な保護膜を有する放射
線検出素子を提供することを課題とするものである。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、本発明に係る放射線検出素子は、(1)複数の受光素
子を基板上に１次元あるいは２次元に配列して受光部を
形成した受光素子アレイと、(2)この受光素子上に柱状
結晶として堆積された放射線を光に変換するシンチレー
タ層と、(3)このシンチレータ層の上面から側面を経て
受光素子のシンチレータ層形成部の周囲の領域までを受
光素子のパッシベーション膜に密着するように一括して
覆い、柱状結晶の少なくとも上部の隙間に入り込むよう
にＣＶＤ法により直接、一体成形されている水分の侵入
を遮断するためのポリパラキシリレン樹脂製の有機膜
と、を備えていることを特徴とする。

【００１０】本発明によれば、シンチレータ層の上部お
よび側面から受光素子表面のシンチレータ層形成部の周
囲の領域までを覆うように有機膜がＣＶＤ法により一体
成形されており、この有機膜はシンチレータ層の柱状結
晶の上部隙間に入り込んでいるので、有機膜がシンチレ
ータ層に密着し、耐久性が確保される。

【００１１】この有機膜はシンチレータ層の外側で基板
に密着固定されていることが好ましい。このようにする
と、有機膜の周辺からの剥がれが好適に防止される。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下、本発明の好適な実施形態を
図面に基づいて説明する。なお、理解を容易にするため
に各図面において同一の構成要素に対しては可能な限り
同一の参照番号を附し、重複する説明は省略する。ま
た、各図面における寸法、形状は実際のものとは必ずし
も同一ではなく、理解を容易にするため誇張している部
分がある。

【００１３】図１は、本発明の一実施形態の上面図であ
り、図２はその外周辺部のＡ−Ａ線拡大断面図である。

【００１４】まず、図１、図２を参照して本実施形態の
構成を説明する。絶縁性、例えばガラス製の基板１上
に、光電変換を行う受光素子２が２次元上に配列され
て、受光部を形成している。この受光素子２は、アモル
ファスシリコン製のフォトダイオード（ＰＤ）や薄膜ト
ランジスタ（ＴＦＴ）から構成されている。各行又は各
列の受光素子２の各々は、信号読み出し用の信号線３に
より電気的に接続されている。外部回路（図示していな
い）へ信号を取り出すための複数のボンディングパッド
４は、基板１の外周辺、例えば隣接する２辺、に沿って
配置されており、信号線３を介して対応する複数の受光
素子２に電気的に接続されている。受光素子２及び信号
線３上には、絶縁性のパッシベーション膜５が形成され
ている。このパッシベーション膜５には、窒化シリコ
ン、又は酸化シリコンを用いることが好ましい。一方、
ボンディングパッド４は、外部回路との接続のために露
出されている。以下、この基板及び基板上の回路部分を
受光素子アレイ６と呼ぶ。

【００１５】受光素子アレイ６の受光部上には、入射し
た放射線を可視光に変換する柱状構造のシンチレータ７
が形成されている。シンチレータ７には、各種の材料を
用いることができるが、発光効率が良いＴｌドープのＣ
ｓＩ等が好ましい。また、受光素子アレイ６の受光部の
外周を囲み、ボンディングパッドの内側位置には、細長
い枠状に形成された樹脂製の樹脂枠８が配置されてい
る。この樹脂枠８には、シリコン樹脂である信越化学製
のＫＪＲ６５１あるいはＫＥ４８９７、東芝シリコン製
ＴＳＥ３９７、住友３Ｍ製ＤＹＭＡＸ６２５Ｔ等を用い
ることが好ましい。これらは、半導体素子の機械的、電
気的保護のための表面処理用に広く用いられており、後
述する上部に形成される保護膜１２との密着性も高いか
らである。

【００１６】樹脂枠８の枠内のシンチレータ７上には、
いずれもＸ線を透過し、水蒸気を遮断する第１の有機膜
９と、無機膜１０と、第２の有機膜１１とがそれぞれ積
層されて保護膜１２を形成している。

【００１７】第１の有機膜９と第２の有機膜１１には、
ポリパラキシリレン樹脂（スリーボンド社製、商品名パ
リレン）、特にポリパラクロロキシリレン（同社製、商
品名パリレンＣ）を用いることが好ましい。パリレンに
よるコーティング膜は、水蒸気及びガスの透過が極めて
少なく、撥水性、耐薬品性も高いほか、薄膜でも優れた
電気絶縁性を有し、放射線、可視光線に対して透明であ
るなど有機膜９、１１にふさわしい優れた特徴を有して
いる。パリレンによるコーティングの詳細については、
スリーボンド・テクニカルニュース（平成４年９月２３
日発行）に記されており、ここでは、その特徴を述べ
る。

【００１８】パリレンは、金属の真空蒸着と同様に真空
中で支持体の上に蒸着する化学的蒸着（ＣＶＤ）法によ
ってコーティングすることができる。これは、原料とな
るジパラキシリレンモノマーを熱分解して、生成物をト
ルエン、ベンゼンなどの有機溶媒中で急冷しダイマーと
呼ばれるジパラキシリレンを得る工程と、このダイマー
を熱分解して、安定したラジカルパラキシリレンガスを
生成させる工程と、発生したガスを素材上に吸着、重合
させて分子量約５０万のポリパラキシリレン膜を重合形
成させる工程からなる。

【００１９】パリレン蒸着と金属の真空蒸着には、２つ
の大きな違いがある。まず、パリレン蒸着時の圧力は、
金属真空蒸着の場合の圧力０．００１トールに比べて高
い０．１〜０．２トールであること、そして、パリレン
の蒸着の適応係数が金属蒸着の適応係数１に比べて２桁
から４桁低いことである。このため、蒸着時には、単分
子膜が被着物全体を覆った後、その上にパリレンが蒸着
していく。したがって、０．２μｍ厚さからの薄膜をピ
ンホールのない状態で均一な厚さに生成することがで
き、液状では不可能だった鋭角部やエッジ部、ミクロン
オーダの狭い隙間へのコーティングも可能である。ま
た、コーティング時に熱処理等を必要とせず、室温に近
い温度でのコーティングが可能なため、硬化に伴う機械
的応力や熱歪みが発生せず、コーティングの安定性にも
優れている。さらに、ほとんどの固体材料へのコーティ
ングが可能である。

【００２０】また、無機膜１０にはＸ線透過性であれ
ば、可視光に対しては、透明、不透明、反射性などの各
種の材料を用いることができ、Ｓｉ、Ｔｉ、Ｃｒの酸化
膜や金、銀、アルミなどの金属薄膜が使用できる。特
に、可視光に対して反射性の膜を用いると、シンチレー
タ７で発生した蛍光が外に漏れるのを防ぎ感度を上昇さ
せる効果があるので好ましい。ここでは、成形が容易な
Ａｌを用いた例について説明する。Ａｌ自体は空気中で
腐蝕しやすいが、無機膜１０は、第１の有機膜９及び第
２の有機膜１１で挟まれているため、腐蝕から守られて
いる。

【００２１】この保護膜１２は、前述したパリレンコー
ティングによって形成されるが、ＣＶＤ法によって形成
されるため、受光素子アレイ６の表面全体を覆うように
形成される。そのため、ボンディングパッド４を露出さ
せるためには、ボンディングパッド４より内側でパリレ
ンコーティングで形成された保護膜１２を切断して、外
部の保護膜１２を除去する必要がある。後述するよう
に、樹脂枠８の枠部分の略中心付近で保護膜１２を切断
することにより、保護膜１２の外周部は樹脂枠８によっ
て固定されるので、保護膜１２が外周部からはがれるの
を防止することができる。さらに、この保護膜１２の外
周部は、被覆樹脂１３によってその下の樹脂枠８ととも
にコーティングされている。被覆樹脂１３には、保護膜
１２及び樹脂枠８への接着性が良好な樹脂、例えば例え
ばアクリル系接着剤である協立化学産業株式会社製ＷＯ
ＲＬＤＲＯＣＫＮｏ．８０１−ＳＥＴ２（７０，０
００ｃＰタイプ）を用いることが好ましい。この樹脂接
着剤は、１００ｍＷ／ｃｍ²の紫外線照射により約２０
秒で硬化し、効果皮膜は柔軟かつ十分な強度を有し、耐
湿、耐水、耐電触性、耐マイグレーション性に優れてお
り、各種材料、特にガラス、プラスチック等への接着性
が良好で、被覆樹脂１３として好ましい特性を有する。
あるいは、樹脂枠８と同じシリコン樹脂を用いてもよ
い。または、樹脂枠８にこの被覆樹脂１３とおなじアク
リル系接着剤を用いてもよい。

【００２２】次に、図３〜図１１を参照して、この実施
形態の製造工程について説明する。図３に示されるよう
な受光素子アレイ６の受光面上に図４に示されるよう
に、ＴｌをドープしたＣｓＩの柱状結晶を蒸着法によっ
て６００μｍの厚さだけ成長させてシンチレータ７層を
形成する。

【００２３】一方、図５に示されるように受光部と受光
素子アレイのそれぞれの外周の間で、ボンディングパッ
ド４の内側のパッシベーション膜５上に受光部の外辺に
沿って樹脂枠８が幅１mm、高さ０．６mmの細長い枠状に
形成される。この枠形成には、例えば、岩下エンジニア
リング製AutoShooter-3型のような自動Ｘ−Ｙコーティ
ング装置を用いるとよい。この時に、上部に形成される
第１の有機膜９との密着性をさらに向上させるため、樹
脂枠８の表面を粗面処理すればより好ましい。粗面処理
としては、筋をいれたり、表面に多数の小さなくぼみを
形成する処理がある。

【００２４】シンチレータ７層を形成するＣｓＩは、吸
湿性が高く、露出したままにしておくと空気中の水蒸気
を吸湿して溶解してしまう。そこで、これを防止するた
めに、図６に示されるように、ＣＶＤ法により厚さ１０
μｍのパリレンで基板全体を包み込んで第１の有機膜９
を形成する。ＣｓＩの柱状結晶には隙間があるが、パリ
レンはこの狭い隙間にある程度入り込むので、第１の有
機膜９は、シンチレータ７層に密着する。さらに、パリ
レンコーティングにより、凹凸のあるシンチレータ７層
表面に均一な厚さの精密薄膜コーティングが得られる。
また、パリレンのＣＶＤ形成は、前述したように、金属
蒸着時よりも真空度が低く、常温で行うことができるた
め、加工が容易である。

【００２５】さらに、図７に示されるように、入射面側
の第１の有機膜９表面に０．２μｍ厚さのＡｌ膜を蒸着
法により積層して無機膜１０を形成する。そして、再度
ＣＶＤ法により、パリレンを基板全体の表面に１０μｍ
厚さで被覆して第２の有機膜１１を形成する（図８参
照）。この第２の有機膜１１には、無機膜１０の腐蝕に
よる劣化を防ぐ。

【００２６】こうして形成した保護膜１２を樹脂枠８の
長手方向に沿ってカッター１４で切断する（図９参
照）。樹脂枠８で凸部が形成されているため、切断箇所
の確認が容易なほか、樹脂枠８の厚みの分だけカッター
１４を挿入する際の余裕があるため、樹脂枠８の下にあ
る信号線３を傷つけるおそれがなくなり、加工が簡単に
なり、製品の歩留まりが向上する。そして、この切断部
から外側及び入射面裏側の保護膜１２を除去して、外部
回路との接続用のボンディングパッド４を露出させる
（図１０参照）。その後、保護膜１２の外周部と露出し
た樹脂枠８を覆うようにアクリル樹脂からなる被覆樹脂
１３でコーティングして紫外線照射により、被覆樹脂１
３を硬化させる（図１１参照）。

【００２７】ここで、一般にパッシベーション膜５と第
１の有機膜９は、密着性が悪い。しかし、本実施形態の
構造によれば、第１の有機膜９とパッシベーション膜５
との間に双方と密着する樹脂枠８を介しているため、第
１の有機膜９が樹脂枠８によりパッシベーション膜５に
密着する。また、被覆樹脂１３を設けなくとも、保護膜
１２は、樹脂枠８を介して受光素子アレイ１２に密着す
るが、被覆樹脂１３を形成すれば、第１の有機膜９を含
む保護膜１２が樹脂枠８と被覆樹脂１３に挟み込まれて
固定されるので、受光素子アレイ６上への保護膜１２の
密着性がより一層向上して好ましい。したがって、保護
膜１２によりシンチレータ７が密封されるので、シンチ
レータ７への水分の侵入を確実に防ぐことができ、シン
チレータ７の吸湿劣化による素子の解像度低下を防ぐこ
とができる。

【００２８】続いて、本実施形態の動作を図１、図２に
より、説明する。入射面側から入射したＸ線（放射線）
は、第１の有機膜９、無機膜１０、第２の有機膜１１の
全てを透過してシンチレータ７に達する。このＸ線は、
シンチレータ７で吸収され、Ｘ線の光量に比例した可視
光が放射される。放射された可視光のうち、Ｘ線の入射
方向に逆行した可視光は、第１の有機膜９を透過して、
無機膜１０で反射される。このため、シンチレータ７で
発生した可視光はほとんど全てが、パッシベーション膜
５を経て受光素子２に入射する。このため、効率の良い
高感度の測定が可能となる。

【００２９】各々の受光素子２では、光電変換により、
この可視光の光量に対応する電気信号が生成されて一定
時間蓄積される。この可視光の光量は入射するＸ線の光
量に対応しているから、つまり、各々の受光素子２に蓄
積されている電気信号は、入射するＸ線の光量に対応す
ることになり、Ｘ線画像に対応する画像信号が得られ
る。受光素子２に蓄積されたこの画像信号を信号線３を
介してボンディングパッド４から順次読み出すことによ
り、外部に転送し、これを所定の処理回路で処理するこ
とにより、Ｘ線像を表示することができる。

【００３０】以上の説明では、保護膜１２としてパリレ
ン製の第１の有機膜９、１１の間に無機膜１０を挟み込
んだ構造のものについて説明したが、第１の有機膜９と
第２の有機膜１１の材料は異なるものでも良い。また、
無機膜１０として腐蝕に強い材料を使用しているような
場合は、第２の有機膜１１自体を設けなくてもよい。

【００３１】また、ここでは、樹脂枠８と被覆樹脂１３
が受光素子アレイ６の受光素子２部分の外側のパッシベ
ーション膜５上に形成されている例を説明したが、受光
素子２とボンディングパッド４が近接している場合に
は、その境界部分に樹脂枠８を形成するのは困難であ
る。ボンディングパッド４を確実に露出させ、かつ保護
膜１２の周囲を被覆樹脂１３で確実にコーティングする
ためには、樹脂枠８および被覆樹脂１３の位置を受光素
子２側にずらすことが好ましい。そのためには、シンチ
レータ７を受光素子２上の全面に形成するのではなく、
ボンディングパッド４近傍の画素を除いた有効画面領域
の受光素子２上に形成する。そして、有効画面領域の外
側、つまり無効画素上に樹脂枠８を形成した上で、形成
したシンチレータ７の層全部を覆い、樹脂枠８に達する
ように保護膜１２を形成する。その後、樹脂枠８の長手
方向に沿って保護膜１２を切断し、有効画面領域外の保
護膜１２を除去し、樹脂枠８に沿って保護膜１２の縁を
被覆樹脂１３によりコーティングすればよい。この場
合、ボンディングパッド４近傍の画素は樹脂枠８と被覆
樹脂１３で覆われるか、前面にシンチレータ７が存在し
ないので、その放射線に対する感度が低下し、結果とし
てこれらの画素は使用できず受光素子２の有効画素数、
有効画面面積が減少することとなるが、受光素子２が大
画面で全画素数が多い場合には、無効画素の比率は少な
く、素子の構成によっては製作が容易になるメリットが
ある。

【００３２】次に、図１２、図１３を参照して本発明の
別の実施形態について説明する。図１２はこの実施形態
の放射線検出素子の上面図であり、図１３はそのＢ−Ｂ
線拡大断面図である。この素子の基本的な構成は、図１
および図２に示される実施形態の素子と同一であり、相
違点のみを以下、説明する。

【００３３】図１２、図１３に示されるこの実施形態で
は、保護膜１２は受光素子アレイ６の受光面側および裏
面側の前面に形成されており、ボンディングアレイ４部
分のみが露出されている。そして、露出されたボンディ
ングアレイ４部分を囲むように、樹脂枠８が形成されて
おり、この樹脂枠８上で保護膜１２の境界（縁）に沿っ
て被覆樹脂１３がコーティングされている。本実施形態
でも、ボンディングパッド４部が確実に露出されるとと
もに、保護膜１２は樹脂枠８と被覆樹脂１３により受光
素子アレイ６に確実に密着されるのでシンチレータ７層
が密封されて、吸湿による劣化を防止することができ
る。

【００３４】これは特にボンディングパッド４部が小さ
いＣＣＤやＭＯＳ型の撮像素子の場合に保護膜のはがれ
を引き起こすおそれのある境界部分である縁部分の長さ
を減らすことができ有効である。

【００３５】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
吸湿性の高いシンチレータを保護するために、シンチレ
ータを覆ってパリレン等からなる有機膜が形成されてお
り、保護膜の役割を果たす。この有機膜は柱状結晶から
なるシンチレータ層の柱状結晶の上部隙間に入り込んで
形成されているのでシンチレータ層とが密着し、耐湿性
が向上する。そして、シンチレータ層の上部を覆ってい
る有機膜でさらにシンチレータ層の側面も覆っているの
で、次工程で無機膜を形成する場合においても、シンチ
レータ層が好適に防湿され、より放射線検出素子の信頼
性を向上させられる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態の上面図である。

【図２】図１のＡ−Ａ線拡大断面図である。

【図３】図１の実施形態の製造工程を示す図である。

【図４】図１の実施形態の製造工程の続きを示す図であ
る。

【図５】図１の実施形態の製造工程の続きを示す図であ
る。

【図６】図１の実施形態の製造工程の続きを示す図であ
る。

【図７】図１の実施形態の製造工程の続きを示す図であ
る。

【図８】図１の実施形態の製造工程の続きを示す図であ
る。

【図９】図１の実施形態の製造工程の続きを示す図であ
る。

【図１０】図１の実施形態の製造工程の続きを示す図で
ある。

【図１１】図１の実施形態の製造工程の続きを示す図で
ある。

【図１２】本発明の別の実施形態の上面図である。

【図１３】図１２のＢ−Ｂ線拡大断面図である。

【符号の説明】

１…基板、２…受光素子、３…信号線、４…ボンディン
グパッド、５…パッシベーション膜、６…受光素子アレ
イ、７…シンチレータ、８…樹脂枠、９、１１…有機
膜、１０…無機膜、１２…保護膜。

フロントページの続き (56)参考文献特開平５−196742（ＪＰ，Ａ) 特開平５−107362（ＪＰ，Ａ) 特開昭62−73538（ＪＰ，Ａ) 特開昭63−215987（ＪＰ，Ａ) 特開平５−93780（ＪＰ，Ａ) 特開平７−238281（ＪＰ，Ａ) 特開平４−174400（ＪＰ，Ａ) 国際公開98／36290（ＷＯ，Ａ１) 米国特許4803366（ＵＳ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G01T 1/20 G01T 7/00 H01L 31/09

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】複数の受光素子を基板上に１次元あるい
は２次元に配列して受光部を形成した受光素子アレイ
と、前記受光素子上に柱状結晶として堆積された放射線を光
に変換するシンチレータ層と、前記シンチレータ層の上面から側面を経て前記受光素子
の前記シンチレータ層形成部の周囲の領域までを受光素
子のパッシベーション膜に密着するように一括して覆
い、前記柱状結晶の少なくとも上部の隙間に入り込むよ
うにＣＶＤ法により直接、一体成形されている水分の侵
入を遮断するためのポリパラキシリレン樹脂製の有機膜
と、を備えている放射線検出素子。
【請求項２】前記有機膜は前記シンチレータ層の外側
で前記受光素子表面に密着固定されている請求項１記載
の放射線検出素子。