JP4220025B2 - Radiation image sensor and manufacturing method thereof - Google Patents

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JP4220025B2
JP4220025B2 JP24820098A JP24820098A JP4220025B2 JP 4220025 B2 JP4220025 B2 JP 4220025B2 JP 24820098 A JP24820098 A JP 24820098A JP 24820098 A JP24820098 A JP 24820098A JP 4220025 B2 JP4220025 B2 JP 4220025B2
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scintillator
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卓也 本目
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Hamamatsu Photonics KK
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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
この発明は、医療用のX線撮影等に用いられる放射線イメージセンサ及びその製造方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
医療、工業用のX線撮影では、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、放射線検出素子により2次元の放射線による画素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。
【0003】
従来、放射線検出素子を構成するシンチレータパネルとして、特公平5−39558号公報に開示されているシンチレータパネルが知られている。このシンチレータパネルは、FOP上に典型的なシンチレータ材料であるCsIからなる柱状構造のシンチレータを形成している。この柱状構造を有するシンチレータにおいては、柱状構造を有するシンチレータの1本1本がライトガイドとしての役目をにない、放射線によって発生した光を光出射面まで導いているため解像度の劣化が低く押さえられている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、柱状構造のシンチレータにおいては、シンチレータの径を小さくすればするほど解像度の劣化を抑制することができるが、シンチレータにより発生した光がシンチレータの光出射面に到達するまでに数多くの反射吸収を繰り返すため撮像素子の受光部に入射する光が減少するという問題があった。また、シンチレータの径を大きくすればするほど受光部に到達する光は多くなるが、横方向にも光が伝わり易くなり、隣接あるいはある程度遠くの受光部まで到達し結果として解像度が劣化するという問題があった。なお、特開平3−79075号公報には、画素間に存在するシンチレータの隙間にセパレータを設けた放射線撮像素子が開示されている。
【0005】
この発明の課題は、高解像度を維持した状態で撮像素子の受光部に入射する光を増加させることができる放射線イメージセンサ及びその製造方法を提供すことである。
【0006】
【課題を解決するための手段】
請求項1記載の放射線イメージセンサは、撮像素子の受光面上に形成された柱状構造のシンチレータと、前記柱状構造のシンチレータの少なくとも一部を被覆する有機膜とを備える放射線イメージセンサにおいて、前記撮像素子の受光部上に形成された前記柱状構造のシンチレータの柱径が前記撮像素子の受光部上以外の部分に形成された前記柱状構造のシンチレータの柱径に比較して大きいことを特徴とする。
【0007】
この請求項1記載の放射線イメージセンサによれば、撮像素子の受光部上に形成されている柱径の大きい柱状構造のシンチレータで発生した光は対向する受光部に伝達されやすく、またこの柱径の大きい柱状構造のシンチレータに隣接し、受光部上以外の部分に形成された柱径の小さい柱状構造のシンチレータで発生した光が柱径の大きい柱状構造のシンチレータに入射した場合、その光は柱径の大きい柱状構造のシンチレータに対向する受光部に伝達されやすい。従って、受光部に到達する光量を増加させることができる。
【0008】
また、請求項2記載の放射線イメージセンサは、基板上に形成された柱状構造のシンチレータと、前記柱状構造のシンチレータの少なくとも一部を被覆する有機膜と、前記シンチレータ側に受光面を向けて配置された撮像素子とを備える放射線イメージセンサにおいて、前記撮像素子の受光部に対向している前記柱状構造のシンチレータの柱径が前記撮像素子の受光部以外の部分に対向している前記柱状構造のシンチレータの柱径に比較して大きいことを特徴とする。
【0009】
この請求項2記載の放射線イメージセンサによれば、撮像素子の受光部に対向して形成されている柱径の大きい柱状構造のシンチレータで発生した光は対向する受光部に伝達されやすく、またこの柱径の大きい柱状構造のシンチレータに隣接し、受光部上以外の部分に対向して形成された柱径の小さい柱状構造のシンチレータで発生した光が柱径の大きい柱状構造のシンチレータに入射した場合、その光は柱径の大きい柱状構造のシンチレータに対向する受光部に伝達されやすい。従って、受光部に到達する光量を増加させることができる。
【0010】
また、請求項3記載の放射線イメージセンサの製造方法は、撮像素子の受光面上に柱状構造のシンチレータを形成する第1の工程と、前記撮像素子の受光部上に形成された前記柱状構造のシンチレータの柱径を、前記撮像素子の受光部上以外の部分に形成された前記柱状構造のシンチレータの柱径に比較して大径化させる第2の工程と、前記シンチレータの表面を有機膜で覆う第3の工程とを備えることを特徴とする。
【0011】
この請求項3記載の放射線イメージセンサの製造方法によれば、撮像素子の受光部上に形成されている柱径の大きい柱状構造のシンチレータで発生した光は対向する受光部に伝達されやすく、またこの柱径の大きい柱状構造のシンチレータに隣接し、受光部上以外の部分に形成された柱径の小さい柱状構造のシンチレータで発生した光が柱径の大きい柱状構造のシンチレータに入射した場合、その光は柱径の大きい柱状構造のシンチレータに対向する受光部に伝達されやすい。従って、受光部に到達する光量を増加させることが可能な放射線イメージセンサを製造することができる。
【0012】
また、請求項4記載の放射線イメージセンサの製造方法は、請求項3記載の放射線イメージセンサの製造方法の前記第2の工程における前記シンチレータの大径化を前記シンチレータに対するレーザ照射により行うことを特徴とする。
【0013】
また、請求項5記載の放射線イメージセンサの製造方法は、請求項3記載の放射線イメージセンサの製造方法の前記第2の工程における前記シンチレータの大径化を前記シンチレータの水分による潮解を利用して行うことを特徴とする。
【0014】
また、請求項6記載の放射線イメージセンサの製造方法は、基板上に形成された柱状構造のシンチレータと、前記シンチレータ側に受光面を向けて配置された撮像素子とを備える放射線イメージセンサを製造する方法において、前記基板上に前記柱状構造のシンチレータを形成する第1の工程と、前記撮像素子の受光部に対応する位置の前記柱状構造のシンチレータの柱径を、それ以外の前記柱状構造のシンチレータの柱径に比較して大径化させる第2の工程と、前記シンチレータの表面を有機膜で覆う第3の工程と、前記シンチレータ側に受光面を向けて前記撮像素子を配置する第4の工程とを備えることを特徴とする。
【0015】
この請求項6記載の放射線イメージセンサの製造方法によれば、撮像素子の受光部に対向している柱状構造のシンチレータにより撮像素子の受光部に伝達される光量を増加させることが可能な放射線イメージセンサを製造することができる。
【0016】
また、請求項7記載の放射線イメージセンサの製造方法は、請求項6記載の放射線イメージセンサの製造方法の前記第2の工程における前記シンチレータの大径化を前記シンチレータに対するレーザ照射により行うことを特徴とする。
【0017】
また、請求項8記載の放射線イメージセンサの製造方法は、請求項6記載の放射線イメージセンサの製造方法の前記第2の工程における前記シンチレータの大径化を前記シンチレータの水分による潮解を利用して行うことを特徴とする。
【0018】
【発明の実施の形態】
以下、図1〜図4を参照して、この発明の第1の実施の形態の説明を行う。図1は実施の形態にかかる放射線イメージセンサ2の断面図である。図1に示すように、放射線イメージセンサ2は、薄膜トランジスタ+フォトダイオードアレイ(撮像素子)10の受光部10bに対応して設けられている単結晶化されたシンチレータ12の表面を耐湿性の向上を目的とする第1のポリパラキシリレン膜(有機膜)14により覆い、更に、この第1のポリパラキシリレン膜14上に耐湿性の向上を目的とするAl膜16を設けると共に、Al膜16上に、このAl膜16の剥がれを防止するための第2のポリパラキシリレン膜18を設けた構造を有するものである。
【0019】
次に、図2〜図4を参照して、この放射線イメージセンサ2の製造工程について説明する。図2(a)に示すように、放射線イメージセンサ2を構成する薄膜トランジスタ+フォトダイオードアレイ(以下、フォトダイオードアレイという。)10は、以下に説明する工程で製造される。まず、ガラス基板上にフォトリソグラフィ技術を用いて、薄膜トランジスタ及びフォトダイオードアレイを形成し、ボンディングパッド部を除いてアレイ保護のためにSiN等の無機絶縁膜でこのアレイを覆う。次に、フォトダイオードやAl配線等による凹凸を緩和するために、さらにポリイミド膜を数μmコーティングする。この工程の前にアレイテスタ等により欠陥検出をし、紫外線レーザ等を用いてAl配線の短絡等の修復を行なうこともある。このような工程で製造された、フォトダイオードアレイ10は、基板10a上に受光部10bが200μmのピッチでアレイ状に形成され、各受光部10bに対応してアモルファスシリコン薄膜トランジスタのスイッチング素子10cが設けられている。なお、図3(a)は、フォトダイオードアレイ10の一部を示す平面図である。なお、フォトダイオード(PD)へのバイパスラインが薄膜トランジスタ上を通っているが電気的にはゲートラインと接続されていない。
【0020】
まず、このフォトダイオードアレイ10の受光面上に、TlをドープしたCsIの柱状結晶を蒸着法によって成長させ、柱径3μm、厚さ600μmの柱状構造のシンチレータ12を形成する(図2(b)参照)。なお、図3(b)は、図3(a)のフォトダイオードアレイ10の受光面上に柱状構造のシンチレータ12を形成した状態を示す平面図である。
【0021】
次に、受光部10b上に形成されたシンチレータ12の上面に、150μm径に絞ったYAGレーザを照射する。これにより受光部10b上に形成された柱状構造のシンチレータ12が融合して、受光部10b上に形成されたシンチレータ12のみを融合させ大結晶化させ大きな結晶とする(図2(c)参照)。より好ましくは単結晶化させる。なお、図3(c)は、YAGレーザの照射により受光部10b上に形成されたシンチレータ12のみを大きな結晶とした状態を示す平面図である。
【0022】
次に、シンチレータ12が形成されたフォトダイオードアレイ10をCVD装置の蒸着室に入れ、ポリパラキシリレンの原料を昇華させた蒸気中に露出させておくことにより、シンチレータ12を形成したフォトダイオードアレイ10の全体を10μmの厚さの第1のポリパラキシリレン膜14で覆う(図4(a)参照)。 次に、第1のポリパラキシリレン膜14で覆ったフォトダイオードアレイ10をCVD装置の蒸着室から取り出し、第1のポリパラキシリレン膜14の表面にAl膜16を300nmの厚さで蒸着する(図4(b)参照)。ここでAl膜16は、シンチレータ12の耐湿性の向上を目的とするものであるためシンチレータ12を覆う範囲で形成される。
【0023】
その後、Al膜16の表面に、このAl膜16の剥がれを防止するための第2のポリパラキシリレン膜18を形成する(図4(c)参照)。即ち、第1のポリパラキシリレン膜14の成膜の場合と同様に、シンチレータ12が形成されたフォトダイオードアレイ10をCVD装置の蒸着室に入れ、CVD法によりAl膜16の表面及びAl膜16が形成されていない第1のポリパラキシリレン膜14上に第2のポリパラキシリレン膜18を10μmの厚さで成膜する。この工程を終了することにより放射線イメージセンサ2の製造が終了する。
【0024】
この第1の実施の形態にかかる放射線イメージセンサ2によれば、フォトダイオードアレイ10の受光部10bに対向している柱径の大きい柱状構造のシンチレータで発生した光は対向する受光部10bに伝達されやすい。またこの大きなシンチレータに隣接し受光部10b以外の部分に形成された柱状の小さい柱状構造のシンチレータで発生した光が柱径の大きい柱状構造のシンチレータに入射した場合、その光は柱径の大きい柱状構造のシンチレータに対向する受光部10bに伝達されやすい。これにより、受光部10bに到達する光量を増加させることができる。
【0025】
ところで柱径の大きい柱状構造のシンチレータで発生した光の多くは対向している受光部10bに到達するが、一部は柱径の大きい柱状構造のシンチレータに対向していない受光部(近接している受光部)に進行し、この光がその受光部に入射すると解像度劣化の原因になる。しかし、柱径の大きい柱状構造のシンチレータに隣接する柱径の小さい柱状構造のシンチレータの数多くの界面で反射、吸収が繰り返され近接している受光部にはほとんど到達しないので解像度劣化を抑えることができる。
【0026】
また、シンチレータ12の表面を第1のポリパラキシリレン膜14、Al膜16及び第2のポリパラキシリレン膜18で覆っているためシンチレータ12の耐湿性も維持することができる。
【0027】
なお、上述の第1の実施の形態においては、フォトダイオードアレイ10の受光部10b上に形成されたシンチレータ12の大結晶化をYAGレーザの照射により行っているが、これに限らず水分による潮解を利用してシンチレータ12の大結晶化を行っても良い。
【0028】
この場合には、柱状構造のシンチレータ12を形成したフォトダイオードアレイ10(図2(b)参照)のシンチレータ12上にFe製メッシュ30を配置する(図5(a)参照)。ここでFe製メッシュ30は、200μmのピッチ(アレイ状に形成されている受光部10bと同一のピッチ)でアレイ状に形成されたΦ150μmのマスク部30aを有するものであり、Fe製メッシュ30のマスク部30aが受光部10b上に位置するように配置する。なお、フォトダイオードアレイ10の下面にはFe製メッシュ30がシンチレータ12の表面に密着するように磁石を配置することが好ましい。
【0029】
次に、シンチレータ12上にFe製メッシュ30を配置した状態でポリパラキシリレン膜32を3μmの厚さで成膜する。これにより図5(b)に示すように、Fe製メッシュ30でマスクされていない部分のシンチレータ12がポリパラキシリレン膜32で覆われる。
【0030】
次に、Fe製メッシュ30を取り外した状態で湿度90%、気温30℃の雰囲気中に24時間放置すると、ポリパラキシリレン膜で覆われていない受光部10b上に形成されている柱状構造のシンチレータ12が潮解して融合し大結晶化、好ましくは単結晶化させる。
【0031】
また、上述の第1の実施の形態においては、シンチレータ12を形成する基板としてフォトダイオードアレイ10を用いているが、これに限らずCCD、MOS型固体イメージセンサ等を用いるようにしてもよい。
【0032】
次に、図6〜図8を参照して、この発明の第2の実施の形態の説明を行う。図6は第2の実施の形態にかかる放射線イメージセンサ4の断面図である。図6に示すように、放射線イメージセンサ4は、Al製の基板40上にフォトダイオードアレイ50の受光部50bに対応して設けられている単結晶化されたシンチレータ42の表面を耐湿性の向上を目的とする第1のポリパラキシリレン膜(有機膜)44により覆い、更に、この第1のポリパラキシリレン膜44上に耐湿性の向上を目的とするSiO2膜46を設けると共に、SiO2膜46上に、このSiO2膜46の剥がれを防止するための第2のポリパラキシリレン膜48を設けた構造を有するものである。
【0033】
次に、図7〜図8を参照して、この放射線イメージセンサ4の製造工程について説明する。まず、図7(a)に示すように、Al製の基板40の一方の表面に、TlをドープしたCsIの柱状結晶を蒸着法によって成長させ、柱径3μm、厚さ600μmの柱状構造のシンチレータ42を形成する。
【0034】
次に、シンチレータ42の上面に150μm径に絞ったYAGレーザを照射する。これによりYAGレーザを照射した部分のシンチレータ42が融合して大結晶化し大きな結晶となる。なお、YAGレーザの照射は、薄膜トランジスタ+フォトダイオードアレイ(以下、フォトダイオードアレイという。)50(図6参照)の受光部50bが形成されているピッチと同じピッチで繰り返す。これによりフォトダイオードアレイ50の受光部に対応する位置のシンチレータ42のみを大きな結晶とする(図7(b)参照)。
【0035】
次に、シンチレータ42が形成された基板40をCVD装置の蒸着室に入れ、ポリパラキシリレンの原料を昇華した蒸気中に露出させておくことにより、シンチレータ42を形成した基板40の全体を10μmの厚さの第1のポリパラキシリレン膜44で覆う(図7(c)参照)。次に、第1のポリパラキシリレン膜44で覆った基板40をCVD装置の蒸着室から取り出し、第1のポリパラキシリレン膜44の表面にSiO2膜46を300nmの厚さで蒸着する(図8(a)参照)。ここでSiO2膜46は、シンチレータ42の耐湿性の向上を目的とするものであるためシンチレータ42を覆う範囲で形成される。
【0036】
その後、SiO2膜46の表面に、このSiO2膜46の剥がれを防止するための第2のポリパラキシリレン膜48を形成する(図8(b)参照)。即ち、第1のポリパラキシリレン膜44の成膜の場合と同様に、シンチレータ42が形成された基板40をCVD装置の蒸着室に入れ、CVD法によりSiO2膜46の表面及びSiO2膜46が形成されていない第1のポリパラキシリレン膜44上に第2のポリパラキシリレン膜48を10μmの厚さで成膜する。
【0037】
次に、シンチレータ42上にフォトダイオードアレイ50を貼り付ける(図8(c)参照)。即ち、フォトダイオードアレイ50は、基板50a上に受光部50bが200μmのピッチでアレイ状に形成され、各受光部50bに対応してアモルファスシリコン薄膜トランジスタにより形成されたスイッチング回路50cが設けられたものであり、シンチレータ42側にフォトダイオードアレイ50の受光面を向け、大結晶化したシンチレータ42に受光部50bが対向するように位置合わせを行いフォトダイオードアレイ50を貼り付ける。この工程を終了することにより放射線イメージセンサ4の製造が終了する。
【0038】
この第2の実施の形態にかかる放射線イメージセンサ4によれば、フォトダイオードアレイ50の受光部50bに対向する柱径の大きい柱状構造のシンチレータで発生した光は対向する受光部50bに伝達されやすい。またこの大きなシンチレータに隣接し受光部50b以外の部分に形成された柱径の小さい柱状構造のシンチレータで発生した光が柱径の大きい柱状構造のシンチレータに入射した場合、その光は柱径の大きい柱状構造のシンチレータに対向する受光部50bに伝達されやすい。これにより受光部50bに到達する光量を増加させることができる。
【0039】
ところで柱径の大きい柱状構造のシンチレータで発生した光の多くは対向している受光部50bに到達するが、一部は対向していない受光部(近接している受光部)に進行する。この光がその受光部50bに入射すると解像度劣化の原因になる。しかし、柱径の大きい柱状構造のシンチレータに隣接する柱径の小さい柱状構造のシンチレータの数多くの界面で反射、吸収が繰り返され近接している受光部にはほとんど到達しないので解像度劣化を抑えることができる。また、シンチレータ42の表面を第1のポリパラキシリレン膜44、SiO2膜46及び第2のポリパラキシリレン膜48で覆っているためシンチレータ42の耐湿性も維持することができる。
【0040】
なお、上述の第2の実施の形態においては、フォトダイオードアレイ50の受光部50bに対向している部分のシンチレータ42の大結晶化をYAGレーザの照射により行っているが、第1の実施の形態の場合と同様に水分による潮解を利用してシンチレータ42の大結晶化を行っても良い。
【0041】
なお、上述の各実施の形態における、ポリパラキシリレンには、ポリパラキシリレンの他、ポリモノクロロパラキシリレン、ポリジクロロパラキシリレン、ポリテトラクロロパラキシリレン、ポリフルオロパラキシリレン、ポリジメチルパラキシリレン、ポリジエチルパラキシリレン等を含む。
【0042】
また、上述の各実施の形態においては、シンチレータとしてCsI(Tl)が用いられているが、これに限らずCsI(Na)、NaI(Tl)、LiI(Eu)、KI(Tl)等を用いてもよい。
【0043】
また、上述の第2の実施の形態においては、シンチレータ42を形成する基板としてAl製の基板40を用いているが、X線透過率の良い基板であればよいことからC(グラファイト)製の基板、特にアモルファスカーボン製の基板やBe製の基板等を用いても良い。
【0044】
【発明の効果】
この発明の放射線イメージセンサによれば、撮像素子の受光部上に形成された柱状構造のシンチレータにより撮像素子の受光部に伝達される光量を増加させることができる。また、シンチレータの表面を有機膜で覆っているためシンチレータの耐湿性も維持することができる。
【0045】
また、この発明の放射線イメージセンサの製造方法によれば、撮像素子の受光部上に形成された柱状構造のシンチレータにより撮像素子の受光部に伝達される光量を増加させることが可能な放射線イメージセンサを製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明の第1の実施の形態にかかる放射線イメージセンサの断面図である。
【図2】この発明の第1の実施の形態にかかる放射線イメージセンサの製造工程を示す図である。
【図3】この発明の第1の実施の形態にかかる放射線イメージセンサの製造工程を示す図である。
【図4】この発明の第1の実施の形態にかかる放射線イメージセンサの製造工程を示す図である。
【図5】この発明の第1の実施の形態にかかる放射線イメージセンサの製造工程の変形例を説明するための図である。
【図6】この発明の第2の実施の形態にかかる放射線イメージセンサの断面図である。
【図7】この発明の第2の実施の形態にかかる放射線イメージセンサの製造工程を示す図である。
【図8】この発明の第2の実施の形態にかかる放射線イメージセンサの製造工程を示す図である。
【符号の説明】
2,4…放射線イメージセンサ、10…フォトダイオードアレイ、12…シンチレータ、14…第1のポリパラキシリレン膜、16…Al膜、18…第2のポリパラキシリレン膜、40…基板、42…シンチレータ、44…第1のポリパラキシリレン膜、46…SiO2膜、48…第2のポリパラキシリレン膜。
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a radiation image sensor used for medical X-ray imaging and the like and a method for manufacturing the same.
[0002]
[Prior art]
In medical and industrial X-ray imaging, an X-ray photosensitive film has been used, but radiation imaging systems using radiation detection elements have become widespread from the viewpoint of convenience and preservation of imaging results. In such a radiation imaging system, pixel data based on two-dimensional radiation is acquired as an electrical signal by a radiation detection element, and this signal is processed by a processing device and displayed on a monitor.
[0003]
Conventionally, a scintillator panel disclosed in Japanese Patent Publication No. 5-39558 is known as a scintillator panel constituting a radiation detection element. This scintillator panel forms a columnar scintillator made of CsI, which is a typical scintillator material, on an FOP. In this scintillator having a columnar structure, each of the scintillators having a columnar structure does not serve as a light guide, and light generated by radiation is guided to the light exit surface, so that degradation in resolution is suppressed to a low level. ing.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
By the way, in a scintillator having a columnar structure, the resolution can be suppressed as the diameter of the scintillator is reduced. However, a large number of reflections are absorbed before the light generated by the scintillator reaches the light exit surface of the scintillator. Since it repeats, there existed a problem that the light which injects into the light-receiving part of an image pick-up element reduces. In addition, the larger the scintillator diameter, the more light reaches the light receiving part, but the light easily propagates in the horizontal direction, and reaches the light receiving part adjacent or some distance away, resulting in degradation of resolution. was there. Japanese Patent Laid-Open No. 3-79075 discloses a radiation imaging element in which a separator is provided in a scintillator gap existing between pixels.
[0005]
An object of the present invention is to provide a radiation image sensor capable of increasing light incident on a light receiving portion of an image sensor while maintaining high resolution, and a method for manufacturing the same.
[0006]
[Means for Solving the Problems]
The radiation image sensor according to claim 1, comprising: a columnar structure scintillator formed on a light receiving surface of an image sensor; and an organic film that covers at least a part of the columnar structure scintillator. A column diameter of the columnar structure scintillator formed on the light receiving portion of the element is larger than a column diameter of the columnar structure scintillator formed on a portion other than the light receiving portion of the imaging element. .
[0007]
According to the radiation image sensor of the first aspect, light generated by the scintillator having a columnar structure with a large column diameter formed on the light receiving portion of the image sensor is easily transmitted to the opposing light receiving portion, and the column diameter If light generated by a columnar structure scintillator with a small column diameter that is adjacent to a columnar structure scintillator with a large column diameter is incident on a columnar structure scintillator with a large column diameter, the light It is easy to be transmitted to the light receiving part facing the scintillator having a columnar structure with a large diameter. Accordingly, it is possible to increase the amount of light reaching the light receiving unit.
[0008]
The radiation image sensor according to claim 2 is a scintillator having a columnar structure formed on a substrate, an organic film covering at least a part of the scintillator having the columnar structure, and a light receiving surface facing the scintillator side. In the radiation image sensor comprising the image sensor, the column diameter of the columnar structure scintillator facing the light receiving portion of the image sensor faces the portion other than the light receiving portion of the image sensor. It is characterized by being larger than the column diameter of the scintillator.
[0009]
According to the radiation image sensor of the second aspect, light generated by the scintillator having a columnar structure with a large column diameter formed facing the light receiving portion of the image sensor is easily transmitted to the facing light receiving portion. When light generated by a columnar structure scintillator with a small column diameter formed adjacent to a scintillator with a columnar structure with a large column diameter and facing a portion other than the light receiving part enters the scintillator with a columnar structure with a large column diameter The light is likely to be transmitted to the light receiving portion facing the scintillator having a columnar structure with a large column diameter. Accordingly, it is possible to increase the amount of light reaching the light receiving unit.
[0010]
According to a third aspect of the present invention, there is provided a radiation image sensor manufacturing method comprising: a first step of forming a columnar structure scintillator on a light receiving surface of an image sensor; and the columnar structure formed on a light receiving portion of the image sensor. A second step of increasing the column diameter of the scintillator in comparison with the column diameter of the columnar scintillator formed on a portion other than the light receiving portion of the image sensor; and an organic film on the surface of the scintillator And a third step of covering.
[0011]
According to the method for manufacturing a radiation image sensor according to claim 3, the light generated by the columnar structure scintillator having a large column diameter formed on the light receiving portion of the image sensor is easily transmitted to the opposing light receiving portion. When light generated by a columnar structure scintillator with a small column diameter formed on a portion other than the light receiving part adjacent to the columnar structure scintillator with a large column diameter is incident on the columnar structure scintillator with a large column diameter, Light is likely to be transmitted to the light receiving portion facing the scintillator having a columnar structure with a large column diameter. Therefore, a radiation image sensor capable of increasing the amount of light reaching the light receiving unit can be manufactured.
[0012]
According to a fourth aspect of the present invention, there is provided a method of manufacturing a radiation image sensor, wherein the scintillator is increased in diameter by the laser irradiation to the scintillator in the second step of the method of manufacturing the radiation image sensor according to the third aspect. And
[0013]
According to a fifth aspect of the present invention, there is provided a method for manufacturing the radiation image sensor, wherein the scintillator is increased in diameter in the second step of the method for manufacturing the radiation image sensor according to the third aspect by using deliquescence due to moisture of the scintillator. It is characterized by performing.
[0014]
According to a sixth aspect of the present invention, there is provided a radiation image sensor manufacturing method including a columnar structure scintillator formed on a substrate and an image sensor disposed with a light receiving surface facing the scintillator side. in the method, the scintillator of the first step and, the column diameters of the scintillator of the columnar structure in the position corresponding to the light receiving portion of the imaging element, and the other of the columnar structure to form a scintillator of said columnar structure on the substrate of a second step for comparing the column diameters to large diameter, and a third step of covering the surface of the scintillator by the organic film, the fourth positioning the imaging device toward the light-receiving surface on the scintillator side And a process.
[0015]
According to the method for manufacturing a radiation image sensor according to claim 6, a radiation image capable of increasing the amount of light transmitted to the light receiving portion of the image pickup device by the columnar structure scintillator facing the light receiving portion of the image pickup device. A sensor can be manufactured.
[0016]
According to a seventh aspect of the present invention, there is provided a method for manufacturing a radiation image sensor, wherein the scintillator is enlarged in diameter by performing laser irradiation on the scintillator in the second step of the method for manufacturing a radiation image sensor according to the sixth aspect. And
[0017]
Further, in the method for manufacturing a radiation image sensor according to claim 8, the increase in the diameter of the scintillator in the second step of the method for manufacturing the radiation image sensor according to claim 6 is performed using deliquescence due to moisture of the scintillator. It is characterized by performing.
[0018]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
The first embodiment of the present invention will be described below with reference to FIGS. FIG. 1 is a cross-sectional view of a radiation image sensor 2 according to an embodiment. As shown in FIG. 1, the radiation image sensor 2 improves the moisture resistance of the surface of a single crystal scintillator 12 provided corresponding to the light receiving portion 10b of the thin film transistor + photodiode array (imaging device) 10. The first polyparaxylylene film (organic film) 14 is covered with the target, and an Al film 16 is provided on the first polyparaxylylene film 14 for the purpose of improving moisture resistance. 16 has a structure in which a second polyparaxylylene film 18 for preventing the Al film 16 from peeling off is provided.
[0019]
Next, a manufacturing process of the radiation image sensor 2 will be described with reference to FIGS. As shown in FIG. 2A, a thin film transistor + photodiode array (hereinafter referred to as a photodiode array) 10 constituting the radiation image sensor 2 is manufactured by the steps described below. First, a thin film transistor and a photodiode array are formed on a glass substrate by using a photolithography technique, and this array is covered with an inorganic insulating film such as SiN for array protection except for the bonding pad portion. Next, in order to alleviate unevenness due to photodiodes, Al wirings, etc., a polyimide film is further coated by several μm. Before this step, defects may be detected by an array tester or the like, and repair such as a short circuit of the Al wiring may be performed using an ultraviolet laser or the like. In the photodiode array 10 manufactured by such a process, the light receiving portions 10b are formed in an array shape with a pitch of 200 μm on the substrate 10a, and a switching element 10c of an amorphous silicon thin film transistor is provided corresponding to each light receiving portion 10b. It has been. FIG. 3A is a plan view showing a part of the photodiode array 10. Note that a bypass line to the photodiode (PD) passes over the thin film transistor, but is not electrically connected to the gate line.
[0020]
First, CsI columnar crystals doped with Tl are grown on the light receiving surface of the photodiode array 10 by vapor deposition to form a columnar scintillator 12 having a column diameter of 3 μm and a thickness of 600 μm (FIG. 2B). reference). FIG. 3B is a plan view showing a state in which the columnar structure scintillator 12 is formed on the light receiving surface of the photodiode array 10 of FIG.
[0021]
Next, the upper surface of the scintillator 12 formed on the light receiving unit 10b is irradiated with a YAG laser with a diameter of 150 μm. As a result, the columnar scintillator 12 formed on the light receiving portion 10b is fused, and only the scintillator 12 formed on the light receiving portion 10b is fused to be crystallized into a large crystal (see FIG. 2C). . More preferably, single crystallization is performed. FIG. 3C is a plan view showing a state where only the scintillator 12 formed on the light receiving portion 10b by the irradiation of the YAG laser is made into a large crystal.
[0022]
Next, the photodiode array 10 on which the scintillator 12 is formed is placed in a vapor deposition chamber of a CVD apparatus and exposed to vapor obtained by sublimating a polyparaxylylene raw material, thereby forming the photodiode array on which the scintillator 12 is formed. 10 is entirely covered with a first polyparaxylylene film 14 having a thickness of 10 μm (see FIG. 4A). Next, the photodiode array 10 covered with the first polyparaxylylene film 14 is taken out from the vapor deposition chamber of the CVD apparatus, and an Al film 16 is vapor deposited to a thickness of 300 nm on the surface of the first polyparaxylylene film 14. (See FIG. 4B). Here, since the Al film 16 is intended to improve the moisture resistance of the scintillator 12, it is formed in a range that covers the scintillator 12.
[0023]
Thereafter, a second polyparaxylylene film 18 for preventing the peeling of the Al film 16 is formed on the surface of the Al film 16 (see FIG. 4C). That is, as in the case of forming the first polyparaxylylene film 14, the photodiode array 10 on which the scintillator 12 is formed is placed in the vapor deposition chamber of the CVD apparatus, and the surface of the Al film 16 and the Al film are formed by the CVD method. A second polyparaxylylene film 18 having a thickness of 10 μm is formed on the first polyparaxylylene film 14 where 16 is not formed. By completing this process, the production of the radiation image sensor 2 is completed.
[0024]
According to the radiation image sensor 2 according to the first embodiment, light generated by a columnar structure scintillator having a large column diameter facing the light receiving portion 10b of the photodiode array 10 is transmitted to the facing light receiving portion 10b. Easy to be. Further, when light generated by a scintillator having a small columnar structure adjacent to the large scintillator and formed in a portion other than the light receiving portion 10b is incident on a scintillator having a columnar structure having a large column diameter, the light is columnar with a large column diameter. It is easy to be transmitted to the light receiving portion 10b facing the structure scintillator. Thereby, the light quantity which reaches | attains the light-receiving part 10b can be increased.
[0025]
By the way, most of the light generated in the columnar structure scintillator having a large column diameter reaches the light receiving unit 10b facing each other, but a part of the light receiving unit (closely adjacent to the columnar structure scintillator having a large column diameter). If this light is incident on the light receiving portion, it causes resolution degradation. However, since the reflection and absorption are repeated at many interfaces of the columnar structure scintillator adjacent to the columnar structure scintillator with a larger column diameter and hardly reach the adjacent light receiving part, resolution degradation can be suppressed. it can.
[0026]
Further, since the surface of the scintillator 12 is covered with the first polyparaxylylene film 14, the Al film 16, and the second polyparaxylylene film 18, the moisture resistance of the scintillator 12 can be maintained.
[0027]
In the above-described first embodiment, the scintillator 12 formed on the light receiving portion 10b of the photodiode array 10 is crystallized by irradiation with a YAG laser. The scintillator 12 may be crystallized using the above.
[0028]
In this case, an Fe mesh 30 is disposed on the scintillator 12 of the photodiode array 10 (see FIG. 2B) in which the columnar scintillator 12 is formed (see FIG. 5A). Here, the Fe mesh 30 has a Φ150 μm mask portion 30a formed in an array at a pitch of 200 μm (the same pitch as the light receiving portions 10b formed in an array). The mask part 30a is disposed on the light receiving part 10b. A magnet is preferably disposed on the lower surface of the photodiode array 10 so that the Fe mesh 30 is in close contact with the surface of the scintillator 12.
[0029]
Next, a polyparaxylylene film 32 is formed to a thickness of 3 μm with the Fe mesh 30 disposed on the scintillator 12. As a result, as shown in FIG. 5B, the scintillator 12 that is not masked by the Fe mesh 30 is covered with the polyparaxylylene film 32.
[0030]
Next, when the Fe mesh 30 is removed and left in an atmosphere of 90% humidity and 30 ° C. for 24 hours, the columnar structure formed on the light receiving portion 10b not covered with the polyparaxylylene film is formed. The scintillator 12 is deliquescent and fused to form a large crystal, preferably a single crystal.
[0031]
In the first embodiment described above, the photodiode array 10 is used as a substrate on which the scintillator 12 is formed. However, the present invention is not limited to this, and a CCD, a MOS solid-state image sensor, or the like may be used.
[0032]
Next, a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 6 is a cross-sectional view of the radiation image sensor 4 according to the second embodiment. As shown in FIG. 6, the radiation image sensor 4 improves the moisture resistance of the surface of a single crystal scintillator 42 provided on an Al substrate 40 corresponding to the light receiving portion 50b of the photodiode array 50. A first polyparaxylylene film (organic film) 44 intended for the purpose of coating, and a SiO 2 film 46 intended to improve moisture resistance is provided on the first polyparaxylylene film 44, and on the SiO 2 film 46, and has a second polyparaxylylene film 48 is provided a structure for preventing the peeling of the SiO 2 film 46.
[0033]
Next, with reference to FIGS. 7-8, the manufacturing process of this radiation image sensor 4 is demonstrated. First, as shown in FIG. 7 (a), a columnar crystal of CsI doped with Tl is grown on one surface of an Al substrate 40 by vapor deposition to form a columnar structure scintillator having a column diameter of 3 μm and a thickness of 600 μm. 42 is formed.
[0034]
Next, the upper surface of the scintillator 42 is irradiated with a YAG laser with a diameter of 150 μm. As a result, the portion of the scintillator 42 irradiated with the YAG laser is fused and crystallized into a large crystal. The YAG laser irradiation is repeated at the same pitch as the pitch at which the light receiving portions 50b of the thin film transistor + photodiode array (hereinafter referred to as photodiode array) 50 (see FIG. 6) are formed. As a result, only the scintillator 42 at the position corresponding to the light receiving portion of the photodiode array 50 is made a large crystal (see FIG. 7B).
[0035]
Next, the substrate 40 on which the scintillator 42 is formed is placed in the vapor deposition chamber of the CVD apparatus, and the raw material of polyparaxylylene is exposed to sublimated vapor, whereby the entire substrate 40 on which the scintillator 42 is formed is 10 μm. Are covered with a first polyparaxylylene film 44 having a thickness (see FIG. 7C). Next, the substrate 40 covered with the first polyparaxylylene film 44 is taken out from the vapor deposition chamber of the CVD apparatus, and the SiO 2 film 46 is deposited on the surface of the first polyparaxylylene film 44 to a thickness of 300 nm. (See FIG. 8 (a)). Here, since the SiO 2 film 46 is intended to improve the moisture resistance of the scintillator 42, it is formed in a range that covers the scintillator 42.
[0036]
Thereafter, a second polyparaxylylene film 48 for preventing peeling of the SiO 2 film 46 is formed on the surface of the SiO 2 film 46 (see FIG. 8B). That is, as in the case of forming the first polyparaxylylene film 44, the substrate 40 on which the scintillator 42 is formed is placed in the vapor deposition chamber of the CVD apparatus, and the surface of the SiO 2 film 46 and the SiO 2 film are formed by the CVD method. A second polyparaxylylene film 48 is formed to a thickness of 10 μm on the first polyparaxylylene film 44 where 46 is not formed.
[0037]
Next, the photodiode array 50 is pasted on the scintillator 42 (see FIG. 8C). That is, in the photodiode array 50, the light receiving portions 50b are formed in an array shape with a pitch of 200 μm on the substrate 50a, and a switching circuit 50c formed of an amorphous silicon thin film transistor is provided corresponding to each light receiving portion 50b. Yes, the light receiving surface of the photodiode array 50 is directed to the scintillator 42 side, alignment is performed so that the light receiving portion 50b faces the scintillator 42 that has been crystallized, and the photodiode array 50 is attached. By completing this process, the production of the radiation image sensor 4 is completed.
[0038]
According to the radiation image sensor 4 according to the second embodiment, light generated by a columnar structure scintillator having a large column diameter facing the light receiving portion 50b of the photodiode array 50 is easily transmitted to the facing light receiving portion 50b. . If light generated by a scintillator having a columnar structure with a small column diameter formed adjacent to the large scintillator and other than the light receiving portion 50b is incident on a scintillator having a columnar structure with a large column diameter, the light has a large column diameter. The light is easily transmitted to the light receiving portion 50b facing the columnar scintillator. Thereby, the light quantity which reaches | attains the light-receiving part 50b can be increased.
[0039]
By the way, most of the light generated in the scintillator having a columnar structure with a large column diameter reaches the light receiving unit 50b facing each other, but part of the light travels to the light receiving unit (close light receiving unit) not facing each other. When this light is incident on the light receiving portion 50b, resolution is deteriorated. However, since the reflection and absorption are repeated at many interfaces of the columnar structure scintillator adjacent to the columnar structure scintillator with a larger column diameter and hardly reach the adjacent light receiving part, resolution degradation can be suppressed. it can. Further, since the surface of the scintillator 42 is covered with the first polyparaxylylene film 44, the SiO 2 film 46, and the second polyparaxylylene film 48, the moisture resistance of the scintillator 42 can be maintained.
[0040]
In the second embodiment, the scintillator 42 in the portion facing the light receiving portion 50b of the photodiode array 50 is crystallized by irradiation with a YAG laser. As in the case of the embodiment, the scintillator 42 may be largely crystallized by utilizing deliquescence by moisture.
[0041]
The polyparaxylylene in each of the above-described embodiments includes polyparaxylylene, polymonochloroparaxylylene, polydichloroparaxylylene, polytetrachloroparaxylylene, polyfluoroparaxylylene, poly Including dimethyl paraxylylene, polydiethyl paraxylylene and the like.
[0042]
In each of the above-described embodiments, CsI (Tl) is used as the scintillator, but not limited to this, CsI (Na), NaI (Tl), LiI (Eu), KI (Tl), or the like is used. May be.
[0043]
Further, in the second embodiment described above, the Al substrate 40 is used as the substrate for forming the scintillator 42. However, any substrate having good X-ray transmittance may be used, so that it is made of C (graphite). A substrate, particularly an amorphous carbon substrate, a Be substrate, or the like may be used.
[0044]
【The invention's effect】
According to the radiation image sensor of the present invention, the amount of light transmitted to the light receiving portion of the image sensor can be increased by the columnar structure scintillator formed on the light receiving portion of the image sensor. Moreover, since the surface of the scintillator is covered with an organic film, the moisture resistance of the scintillator can be maintained.
[0045]
According to the method for manufacturing a radiation image sensor of the present invention, the radiation image sensor capable of increasing the amount of light transmitted to the light receiving portion of the image pickup device by the columnar structure scintillator formed on the light receiving portion of the image pickup device. Can be manufactured.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a cross-sectional view of a radiation image sensor according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a diagram showing manufacturing steps of the radiation image sensor according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a diagram showing manufacturing steps of the radiation image sensor according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a diagram showing manufacturing steps of the radiation image sensor according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a view for explaining a modification of the manufacturing process of the radiation image sensor according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 6 is a cross-sectional view of a radiation image sensor according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 7 is a diagram showing manufacturing steps of the radiation image sensor according to the second embodiment of the present invention.
FIG. 8 is a diagram showing manufacturing steps of the radiation image sensor according to the second embodiment of the present invention.
[Explanation of symbols]
2, 4 ... radiation image sensor, 10 ... photodiode array, 12 ... scintillator, 14 ... first polyparaxylylene film, 16 ... Al film, 18 ... second polyparaxylylene film, 40 ... substrate, 42 ... scintillator 44 ... first polyparaxylylene film, 46 ... SiO 2 film, 48 ... second polyparaxylylene film.

Claims (8)

撮像素子の受光面上に形成された柱状構造のシンチレータと、前記柱状構造のシンチレータの少なくとも一部を被覆する有機膜とを備える放射線イメージセンサにおいて、
前記撮像素子の受光部上に形成された前記柱状構造のシンチレータの柱径が前記撮像素子の受光部上以外の部分に形成された前記柱状構造のシンチレータの柱径に比較して大きいことを特徴とする放射線イメージセンサ。
In a radiation image sensor comprising a columnar scintillator formed on a light receiving surface of an imaging device, and an organic film covering at least a part of the columnar scintillator,
The column diameter of the scintillator having the columnar structure formed on the light receiving portion of the image sensor is larger than the column diameter of the scintillator having the columnar structure formed on a portion other than on the light receiving portion of the image sensor. Radiation image sensor.
基板上に形成された柱状構造のシンチレータと、前記柱状構造のシンチレータの少なくとも一部を被覆する有機膜と、前記シンチレータ側に受光面を向けて配置された撮像素子とを備える放射線イメージセンサにおいて、
前記撮像素子の受光部に対向している前記柱状構造のシンチレータの柱径が前記撮像素子の受光部以外の部分に対向している前記柱状構造のシンチレータの柱径に比較して大きいことを特徴とする放射線イメージセンサ。
In a radiation image sensor comprising: a columnar structure scintillator formed on a substrate; an organic film covering at least a part of the columnar structure scintillator; and an image sensor disposed with a light receiving surface facing the scintillator side.
A column diameter of the columnar scintillator facing the light receiving portion of the image sensor is larger than a column diameter of the columnar scintillator facing a portion other than the light receiving portion of the image sensor. Radiation image sensor.
撮像素子の受光面上に柱状構造のシンチレータを形成する第1の工程と、
前記撮像素子の受光部上に形成された前記柱状構造のシンチレータの柱径を、前記撮像素子の受光部上以外の部分に形成された前記柱状構造のシンチレータの柱径に比較して大径化させる第2の工程と、
前記シンチレータの表面を有機膜で覆う第3の工程と、
を備えることを特徴とする放射線イメージセンサの製造方法。
A first step of forming a columnar scintillator on a light receiving surface of an image sensor;
The column diameter of the scintillator with the columnar structure formed on the light receiving portion of the image sensor is larger than the column diameter of the scintillator with the columnar structure formed on a portion other than on the light receiving portion of the image sensor. A second step of
A third step of covering the surface of the scintillator with an organic film;
A method for producing a radiation image sensor, comprising:
前記第2の工程における前記シンチレータの大径化を前記シンチレータに対するレーザ照射により行うことを特徴とする請求項3記載の放射線イメージセンサの製造方法。4. The method of manufacturing a radiation image sensor according to claim 3, wherein the diameter of the scintillator in the second step is increased by laser irradiation of the scintillator. 前記第2の工程における前記シンチレータの大径化を前記シンチレータの水分による潮解を利用して行うことを特徴とする請求項3記載の放射線イメージセンサの製造方法。4. The method of manufacturing a radiation image sensor according to claim 3, wherein the diameter of the scintillator in the second step is increased by utilizing deliquescence due to moisture of the scintillator. 基板上に形成された柱状構造のシンチレータと、前記シンチレータ側に受光面を向けて配置された撮像素子とを備える放射線イメージセンサを製造する方法において、
前記基板上に前記柱状構造のシンチレータを形成する第1の工程と、
前記撮像素子の受光部に対応する位置の前記柱状構造のシンチレータの柱径を、それ以外の前記柱状構造のシンチレータの柱径に比較して大径化させる第2の工程と、
前記シンチレータの表面を有機膜で覆う第3の工程と、
前記シンチレータ側に受光面を向けて前記撮像素子を配置する第4の工程と、
を備えることを特徴とする放射線イメージセンサの製造方法。
In a method of manufacturing a radiation image sensor comprising a scintillator having a columnar structure formed on a substrate, and an image sensor disposed with a light receiving surface facing the scintillator side,
A first step of forming a scintillator of said columnar structure on the substrate,
A second step of increasing a column diameter of the scintillator having the columnar structure at a position corresponding to the light receiving unit of the imaging element as compared with a column diameter of the other scintillator having the columnar structure ;
A third step of covering the surface of the scintillator with an organic film;
A fourth step of placing the imaging device toward the light-receiving surface to the scintillator side,
A method for producing a radiation image sensor, comprising:
前記第2の工程における前記シンチレータの大径化を前記シンチレータに対するレーザ照射により行うことを特徴とする請求項6記載の放射線イメージセンサの製造方法。The method of manufacturing a radiation image sensor according to claim 6, wherein the scintillator is enlarged in diameter in the second step by laser irradiation of the scintillator. 前記第2の工程における前記シンチレータの大径化を前記シンチレータの水分による潮解を利用して行うことを特徴とする請求項6記載の放射線イメージセンサの製造方法。The method of manufacturing a radiation image sensor according to claim 6, wherein the diameter of the scintillator in the second step is increased using deliquescence due to moisture of the scintillator.
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