JPWO2013051174A1 - 放射線検出器の製造方法 - Google Patents

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貴弘 土岐
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Abstract

Ｘ線検出器１において、共通電極６と対向電極９との間に設けられ、入射した放射線に感応して電荷を生成する半導体層２は、ＣｄＴｅまたはＣｄＺｎＴｅの多結晶膜である。半導体層２は、その厚み方向２ａに沿った断面における対向電極９側の半導体層２の端部２ｂに接して２００μｍ角の領域７１内で、双晶の筋の長さの合計である双晶長が３ｍｍ以下である。双晶長が短いことは、双晶が抑えられていることを示す。これにより、多結晶膜の結晶粒中における電荷の走行が妨げられないので、結晶粒中の走行性を良くすることができる。そのため、放射線の感度を良くなり入射放射線に対する応答性を良くすることができる。

Description

本発明は、Ｘ線、γ線、光等のような放射線を検出する機能を有し、医用および異物検査等の産業用に使用される放射線検出器およびその製造方法に関する。
従来から高感度な放射線検出器の材料として各種の半導体材料、とりわけＣｄＴｅ（テルル化カドミウム）またはＣｄＺｎＴｅ（テルル化亜鉛カドミウム）の結晶体が研究・開発され、一部製品化されている。このＣｄＴｅまたはＣｄＺｎＴｅの半導体材料を医用の放射線検出器に応用するには、大面積（例えば２０ｃｍ角以上）の放射線の半導体層（変換層または検出層ともいう）を形成する必要がある。このような大面積の半導体層を形成することは技術的にもコスト的にも現実的でない。そこで、近接昇華法を用いることにより多結晶膜の半導体層を形成している（例えば、特許文献１参照）。なお、多結晶膜の半導体層は、多結晶半導体層や半導体多結晶膜等とも呼ばれる。
近接昇華法による多結晶膜の半導体層の形成は、次のように行われる。蒸着チャンバ内には下部サセプタが設けられている。下部サセプタにはＣｌを含む多結晶膜の材料を焼結させて生成したソースが配置され、このソースに対向して支持基板が配置される。支持基板は、蒸着面を下方に向けた状態で下部サセプタ（ソース）に対してスペーサを介して配置される。そして、真空ポンプを動作させて蒸着チャンバ内を減圧雰囲気にした後、蒸着チャンバの上下部に設けられたヒータによりソース等を加熱する。これによりソースが昇華し、支持基板の下面に付着して半導体層が形成される。そして、半導体層の形成後、さらにＣｌ（原子）を含むガス（蒸気）を供給しつつ加熱することにより、半導体層にＣｌを追加ドープさせている（例えば、特許文献２参照）。
また、ＣｄＴｅの半導体層においては、リーク電流を低減させるためにＺｎをドープすることが知られている。また、電荷走行性を改善し、検出特性（感度、応答性等）を向上させるためにＣｌ等のハロゲンをドープすることが知られている。半導体層にドープされるＺｎ濃度およびＣｌ濃度については、例えば、Ｚｎ濃度が１mol％以上５mol％以下であり、Ｃｌ濃度が１ppmwt以上３ppmwt以下であることが提案されている（例えば、特許文献３参照）。
特開２００１−２４２２５５号公報 特許第４２６９６５３号公報 国際公開第２０１０／１１３２２２号
しかしながら、本件発明者らは、半導体層の多結晶膜において、多結晶膜中に双晶といわれる結晶欠陥が多く存在すると、感度が低下し、入射Ｘ線に対する応答性も悪くなるという問題を見出した。双晶とは、結晶の面欠陥の一つで、結晶格子の構造は同じであるが、ある一定の面（双晶面）を境界にして、互いに鏡面対称となっているような結晶である。例えば、面心立方晶の場合、結晶面は、図１０（ａ）に示すように、通常、ＡＢＣＡＢＣの順番で重なって構成される。しかしながら、双晶は、図１０（ｂ）に示すように、ＡＢＣＡＣＢＡで構成され、図１０（ｂ）中の中央に示すＡ面（双晶面）に対して鏡面対称の構造になる。Ａ面（双晶面）においては、通常と異なる原子の並びとなるので、変換された電荷の走行が妨げられて感度が低下し、入射Ｘ線に対する応答性も悪くなると考えられている。
また、このような多結晶膜中の双晶は、多結晶膜が成長する際に生じる。すなわち、多結晶膜中の各結晶粒が大きく成長する際に、隣同士の結晶粒が押し合うことで結晶粒内に双晶が発生する。従来の製造方法では、ソースにＣｌ成分が含まれていることにより、ソースを昇華して形成される半導体層の多結晶膜の結晶粒を小さくすることができる。しかしながら、半導体層の成膜初期では、結晶粒が大きく成長することを抑えることができるが、成膜初期でソース中のＣｌが消失して少なくなってしまい、成膜の途中で結晶粒が大きく成長することを抑えることができなくなってしまう。
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、多結晶膜の結晶粒に発生する双晶の発生を抑えることにより感度を良くし、放射線入射に対する応答性を良くする放射線検出器およびその製造方法を提供することを目的とする。
本発明は、このような目的を達成するために、次のような構成をとる。すなわち、本発明に係る放射線検出器は、共通電極と電荷を収集するための対向電極との間に設けられ、入射した放射線に感応して電荷を生成する半導体層を備えた放射線検出器において、前記半導体層は、ＣｄＴｅまたはＣｄＺｎＴｅの多結晶膜であり、前記半導体層の厚み方向に沿った断面における前記対向電極側の前記半導体層の端部に接して２００μｍ角の領域内で、双晶面の長さの合計である双晶長が３ｍｍ以下であることを特徴とするものである。
本発明に係る放射線検出器によれば、共通電極と電荷を収集するための対向電極との間に設けられ、入射した放射線に感応して電荷を生成する半導体層は、ＣｄＴｅまたはＣｄＺｎＴｅの多結晶膜である。そして、半導体層は、その厚み方向に沿った断面における対向電極側の半導体層の端部に接して２００μｍ角の領域内で、双晶の筋の長さの合計である双晶長が３ｍｍ以下である。双晶長が短いことは、双晶が抑えられていることを示す。これにより、多結晶膜の結晶粒中における電荷の走行が妨げられないので、結晶粒中の走行性を良くすることができる。そのため、放射線の感度を良くなり入射放射線に対する応答性を良くすることができる。
また、本発明に係る放射線検出器において、前記半導体層は、昇華法による形成時にＣｌがドープされた多結晶膜であることが好ましい。双晶は、多結晶膜の各結晶粒が大きく成長し、隣接する結晶粒同士が押し合うことにより、結晶粒中に発生する。しかしながら、半導体層は、昇華法による形成時にＣｌがドープされた多結晶膜である。これにより、各結晶粒が大きく成長し、隣接する結晶粒同士が押し合って結晶粒中に双晶が発生する前に、新しい結晶粒を成長させた半導体層とすることができる。
また、本発明に係る放射線検出器の製造方法は、入射した放射線に感応して電荷を生成する多結晶膜の半導体層を、ＣｄＴｅ、ＺｎＴｅおよびＣｄＺｎＴｅの少なくとも一つを含む第１の材料と、ＣｄＣｌ２およびＺｎＣｌ２の少なくとも一つを含む第２の材料との混合体をソースとして、チャンバ内において昇華法により形成する放射線検出器の製造方法において、前記半導体層を形成する際、Ｃｌ濃度が１０％以上５０％以下でかつ流量が０より大きく１００ＳＣＣＭ以下の条件のＣｌ含有ガスを前記チャンバの外部から内部に供給することを特徴とするものである。
本発明に係る放射線検出器の製造方法によれば、入射した放射線に感応して電荷を生成する多結晶膜の半導体層をチャンバ内において昇華法により形成する。昇華法による半導体層形成のソースとして、ＣｄＴｅ、ＺｎＴｅおよびＣｄＺｎＴｅの少なくとも一つを含む第１の材料と、ＣｄＣｌ２およびＺｎＣｌ２の少なくとも一つを含む第２の材料との混合体が用いられる。この半導体層を形成する際に、Ｃｌ濃度が１０％以上５０％以下でかつ流量が０より大きく１００ＳＣＣＭ以下の条件のＣｌ含有ガスが前記チャンバの外部から内部に供給される。
双晶は、多結晶膜の各結晶粒が大きく成長し、隣接する結晶粒同士が押し合うことにより、結晶粒中に発生する。しかしながら、ソースやＣｌ含有ガスのＣｌ成分により、各結晶粒が大きく成長し、隣接する結晶粒同士が押し合って結晶粒中に双晶が発生する前に、新しい結晶粒を成長させることができる。すなわち、ソースに含まれるＣｌ成分により、半導体層形成の初期における双晶の発生を抑えることができる。また、チャンバの外部から内部にＣｌ含有ガスを供給することにより、半導体層形成途中の双晶の発生を抑えることができる。これらにより、双晶の発生を抑えた半導体層を形成することができる。そのため、結晶粒中の双晶部分での電荷の走行が妨げられないので、結晶粒中の電荷の走行性を良くすることができる。したがって、放射線の感度を良くなり入射放射線に対する応答性を良くすることができる。
また、半導体層の形成の際に、チャンバの外部から内部にＣｌ含有ガスが供給されることにより、結晶粒界にＣｌが入り込み、結晶粒界での電荷の走行性を良くすることができる。そのため、結晶粒界での電荷の走行が妨げられないので、結晶粒中の電荷の走行性を良くすることができる。また、ソースやＣｌ含有ガスのＣｌ成分により、半導体層における多結晶膜の各結晶粒が小さくなり、半導体層における支持基板側から先端側まで結晶粒の大きさを均一化することができる。
すなわち、結晶粒中および結晶粒界の電荷の走行性が良くなり、結晶粒が小さく均一に形成されることにより、半導体層の面内における電荷の出力均一性が高められる。そのため、ある画素では感度が良く、ある画素では感度が悪いということが抑えられるので、感度ばらつきが低減され、出力の時間的なゆらぎを低減させることができる。また、放射線の感度を良くなり入射放射線に対する応答性を良くすることができ、また時間的なゆらぎが低減された信号出力が得られるので、例えばオフセット補正などのリアルタイム補正が容易になる等、高品質な放射線画像を取得することができる。
また、本発明に係る放射線検出器の製造方法において、前記Ｃｌ含有ガスは、クロロホルムガスを不活性ガスで希釈したものであることが好ましい。クロロホルムのガスは、例えば塩化水素に比べて取り扱いが容易である。すなわち、塩化水素は、チャンバ内や配管を激しく損傷させてしまうことがあるが、クロロホルムは、チャンバ内や配管を損傷させることがない。また、クロロホルムは、塩化水素に比べて多くのＣｌが供給される。すなわち、クロロホルムは、塩化水素に比べて１分子当たりのＣｌの個数（３個）が多いからと考えられる。
本発明の第１発明に係る放射線検出器によれば、共通電極と電荷を収集するための対向電極との間に設けられ、入射した放射線に感応して電荷を生成する半導体層は、ＣｄＴｅまたはＣｄＺｎＴｅの多結晶膜である。そして、半導体層は、その厚み方向に沿った断面における対向電極側の半導体層の端部に接して２００μｍ角の領域内で、双晶の筋の長さの合計である双晶長が３ｍｍ以下である。双晶長が短いことは、双晶が抑えられていることを示す。これにより、多結晶膜の結晶粒中における電荷の走行が妨げられないので、結晶粒中の走行性を良くすることができる。そのため、放射線の感度を良くなり入射放射線に対する応答性を良くすることができる。
本発明の第２発明に係る放射線検出器の製造方法によれば、入射した放射線に感応して電荷を生成する多結晶膜の半導体層をチャンバ内において昇華法により形成する。昇華法による半導体層形成のソースとして、ＣｄＴｅ、ＺｎＴｅおよびＣｄＺｎＴｅの少なくとも一つを含む第１の材料と、ＣｄＣｌ２およびＺｎＣｌ２の少なくとも一つを含む第２の材料との混合体が用いられる。この半導体層を形成する際に、Ｃｌ濃度が１０％以上５０％以下でかつ流量が０より大きく１００ＳＣＣＭ以下の条件のＣｌ含有ガスが前記チャンバの外部から内部に供給される。
双晶は、多結晶膜の各結晶粒が大きく成長し、隣接する結晶粒同士が押し合うことにより、結晶粒中に発生する。しかしながら、ソースやＣｌ含有ガスのＣｌ成分により、各結晶粒が大きく成長し、隣接する結晶粒同士が押し合って結晶粒中に双晶が発生する前に、新しい結晶粒を成長させることができる。すなわち、ソースに含まれるＣｌ成分により、半導体層形成の初期における双晶の発生を抑えることができる。また、チャンバの外部から内部にＣｌ含有ガスを供給することにより、半導体層形成途中の双晶の発生を抑えることができる。これらにより、双晶の発生を抑えた半導体層を形成することができる。そのため、結晶粒中の双晶部分での電荷の走行が妨げられないので、結晶粒中の電荷の走行性を良くすることができる。したがって、放射線の感度を良くなり入射放射線に対する応答性を良くすることができる。
実施例に係るＸ線検出器の構成を示す縦断面図である。 実施例に係るＸ線検出器の構成を示すブロック図である。 実施例に係るＸ線検出器の製造方法を示すフローチャートである。 近接昇華法による半導体層形成の説明に供する図である。 半導体層の多結晶膜の双晶および粒界の一例を示し、蒸着チャンバの外部から内部に供給するＣｌ含有ガスのＣｌ濃度が３％の場合を示す縦断面写真である。 半導体層の多結晶膜の双晶および粒界の一例を示し、蒸着チャンバの外部から内部に供給するＣｌ含有ガスのＣｌ濃度が１０％の場合を示す縦断面写真である。 ２００μｍ角内の領域の双晶長とＣｌ濃度との関係を示す図である。 双晶長を求める方法の説明に供する図である。 （ａ）はＸ線検出器における悪い場合の応答特性の一例を示す図であり、（ｂ）はＸ線検出器における良い場合の応答特性の一例を示す図である。 （ａ）は通常の結晶構造を示す図であり、（ｂ）は双晶の結晶構造を示す図である。
以下、図面を参照して本発明の実施例を説明する。図１は、実施例に係るＸ線検出器の構成を示す縦断面図であり、図２は、実施例に係るＸ線検出器の構成を示すブロック図である。また、本実施例では、放射線検出器の一例として、Ｘ線を検出するＸ線検出器（ＦＰＤ；フラットパネル型Ｘ線検出器）について説明する。
図１を参照する。Ｘ線検出器１は、入射したＸ線に感応して電荷（電子−正孔対キャリア）を生成する半導体層２を有する対向基板３と、生成された電荷を蓄積するとともに蓄積された電荷を読み出すアクティブマトリクス基板４とを備えている。
対向基板３は、Ｘ線入射方向（図１中の符号ｘ）から順番に、半導体層２の基礎となる支持基板５と、支持基板５の下面に形成されるバイアス電圧印加用の共通電極６と、半導体層２への電荷（電子）の注入を阻止する電子注入阻止層７と、半導体層２と、半導体層２への電荷（正孔）の注入を阻止する正孔注入阻止層８と、電荷収集用の対向電極９と、が積層形成された構成となっている。
一方、アクティブマトリクス基板４は、生成された電荷を蓄積するコンデンサ１１と、コンデンサ１１に蓄積された電荷を読み出すスイッチング素子として機能する薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）１２などを備えている。コンデンサ１１とＴＦＴ１２等は、絶縁基板１３上に形成される。コンデンサ１１は、画素電極１４と絶縁膜１５とグランド線１６とで構成されている。グランド線１６は、アースされたり、予め設定された所定電圧が印加されていたりする。ＴＦＴ１２は、画素電極１４および絶縁膜１５、データ線１７、ゲートチャネル１８、ゲート線１９で構成されている。なお、絶縁膜２０は保護膜として形成される。
対向基板３とアクティブマトリクス基板４は、対向基板３の対向電極９とアクティブマトリクス基板４の画素電極１４とがバンプ電極３１で接合されることにより、貼り合わされている。
図１中の符号ＤＵは、Ｘ線検出素子を示しており、Ｘ線検出素子ＤＵでの検出が１画素に相当する。Ｘ線検出素子ＤＵは、２次元マトリクス状に配置され、例えば１５００×１５００個程度（２３０×２３０ｍｍ程度）で構成される。Ｘ線検出素子ＤＵは、図２に示すように、図示の便宜上３×３個で構成されている。すなわち、アクティブマトリクス基板４には、コンデンサ１１とＴＦＴ１２との複数組がマトリクス状（３×３組）に配置されている。
図２において、ゲート線１９は、行（Ｘ）方向のＸ線検出素子ＤＵで共通に接続するように構成されており、データ線１７は、列（Ｙ）方向のＸ線検出素子ＤＵで共通に接続するように構成されている。また、ゲート線１９は、ゲート駆動部３３と接続しており、データ線１７は、順番に電荷電圧変換アンプ３５、マルチプレクサ３７に接続している。ゲート駆動部３３、電荷電圧変換アンプ３５およびマルチプレクサ３７は、駆動制御部３９で制御されるようになっており、例えば図示しない外部装置からの信号で駆動される。
次に、実施例におけるＸ線検出器１の製造方法について、図３のフローチャートに沿って説明する。なお、ステップＳ０１〜Ｓ０５は、対向基板３を作成する工程を示す。ステップＳ０６，Ｓ０７は、アクティブマトリクス基板４を作成する工程とバンプ電極３１を形成する工程を示す。対向基板３とアクティブマトリクス基板４は、分離して作成される。
〔ステップＳ０１〕共通電極の形成
図１を参照する。支持基板５は、Ｘ線の吸収係数が小さなものが好ましく、例えば、グラファイトや、セラミック（Ａｌ２Ｏ３、ＡｌＮ）、シリコン等が用いられる。支持基板５上（図１では下側）に共通電極６を形成する。共通電極６は、ＩＴＯ（酸化インジウムスズ）や、Ａｕ（金）、Ｐｔ（白金）などの導電材料から構成され、支持基板５上に蒸着法やスパッタリング等で形成される。支持基板５にグラファイトのような導電性材料を用いる場合は、共通電極６が省略され、支持基板５が共通電極６として機能する。
〔ステップＳ０２〕電子注入阻止層の形成
共通電極６上（図１では下側）に電子注入阻止層７を形成する。電子注入阻止層７は、ＺｎＴｅ、Ｓｂ２Ｓ３、またはＳｂ２Ｔｅ３等のｐ型半導体で構成され、共通電極６上に昇華法、蒸着もしくはスパッタリング、化学析出法、または電析法等によって形成される。
〔ステップＳ０３〕半導体層の形成（半導体層の形成とＣｌ含有ガスの供給）
電子注入阻止層７上（図１では下側）に半導体層２を形成する。半導体層２は、ＣｄＴｅまたはＣｄＺｎＴｅの化合物半導体で構成される。半導体層２は、図４に示す装置を用いて「近接昇華法」により形成される。
蒸着チャンバ４１内に、支持基板（共通電極）５を載置する。蒸着チャンバ４１内には、ソースＳを置くための下部サセプタ４３が配設されている。そのため、支持基板５は、下部サセプタ４３（ソースＳ）に対してスペーサ４５を介して蒸着面を下方に向けた状態で配置される。すなわち、支持基板５は、ソースＳに対向して配置される。蒸着チャンバ４１の上部には基板側ヒータ４７が配設され、蒸着チャンバ４１の下部にはソース側ヒータ４９が配設される。真空ポンプ５１を動作させて蒸着チャンバ４１を所定の減圧雰囲気にした後、上下部の基板側ヒータ４７およびソース側ヒータ４９により、支持基板５およびソースＳを加熱する。さらに、蒸着チャンバ４１の外部から内部に、付加ソースとして塩化水素（ＨＣｌ）やクロロホルム（ＣＨＣｌ３）などを含むＣｌ含有ガス（蒸気）が、流量を調整しながら供給される。なお、基板側ヒータ４７およびソース側ヒータ４９は、例えば、ランプヒータで構成される。なお、蒸着チャンバ４１が本発明のチャンバに相当する。
下部サセプタ４３に配置するソースＳとしては、ＣｄＴｅ、ＺｎＴｅ（テルル化亜鉛）、およびＣｄＺｎＴｅの少なくとも１つを含む第１の材料と、ＣｄＣｌ２（塩化カドミウム）、およびＺｎＣｌ２（塩化亜鉛）の少なくとも１つを含む第２の材料との混合体を用いる。第１の材料と第２の材料との混合体は、多結晶膜の形成前（成膜前）に、予め、常圧かつ不活性ガス雰囲気（例えばＡｒガス）中で加熱することで焼結化しておく。
Ｃｌ含有ガスは、蒸着チャンバ４１の吸気口５２の手前に設けられたバルブ５３により流量を調節して供給される。Ｃｌ含有ガスは、塩化水素（ＨＣｌ）やクロロホルム（ＣＨＣｌ３）などのＣｌガス（蒸気）と、アルゴン（Ａｒ）、窒素（Ｎ２）などの不活性ガスとを含んで構成される。クロロホルムは、例えば液体のクロロホルムを気化させたガス（蒸気）が用いられる。不活性ガス供給部５５は、Ｃｌ含有ガス供給部５７に不活性ガスを供給する。不活性ガスは、例えば１００ＳＣＣＭ（２５℃で規格化）で供給される。Ｃｌガスは、不活性ガスで希釈され、予め設定されたＣｌ濃度（モルパーセント）および流量で供給される。すなわち、Ｃｌ含有ガスは、例えばクロロホルムガスの場合、Ｃｌ濃度を１０％以上５０％以下でかつ、流量を０より大きく１００ＳＣＣＭ以下の条件で蒸着チャンバ４１の外部から内部に供給される。Ｃｌ含有ガスは、蒸着チャンバ４１内の成膜中の半導体層２に対して供給される。
Ｃｌ濃度が１０％未満の場合は、成膜中の半導体層２に対してのＣｌの供給量が足りなくなり、結晶粒が大きく成長して双晶が発生してしまう。また、Ｃｌ濃度が５０％を超える場合、Ｃｌ濃度が高いほど結晶粒の粒径が細かくなり、双晶も入りにくくなる傾向にある。しかしながら、Ｃｌ濃度が高すぎると別の問題が生じる。すなわち、粒界を補償する（粒界に入り込む）分量以上の余剰Ｃｌが入ると、リーク電流が増加してしまう。
また、流量が１００ＳＣＣＭを超える場合、まず、流量を増やすと、気化させたクロロホルムガスは薄められるので、Ｃｌ濃度は低下する。そのため、流量が１００ＳＣＣＭを超える場合、十分なＣｌ濃度が得られない。また、真空引きの排気口５９が支持基板５の横（側方）にあり、支持基板５の横から真空ポンプ５１により真空引き（減圧）する。そのため、圧力一定で成膜しようとすると、Ｃｌ含有ガスの流量を多くすれば真空引き量も増えるので、気流ができてしまう。これにより、半導体層２の膜厚分布の差が大きくなる問題も生じる。
なお、Ｃｌ濃度は、Ｑ−ｍａｓｓ（四重極形質量分析計）で監視される。Ｑ−ｍａｓｓで測定できる真空度は、蒸着チャンバ４１内での通常成膜時２６０Ｐａよりも低い０．０１Ｐａ以下で行わなければならない。そのため、図４に示すように、蒸着チャンバ４１と真空ポンプ５１との間の配管６１を分岐させて、オリフィスバルブ６３を介在させてＱ−ｍａｓｓ６５、ＴＭＰ（ターボ分子ポンプ）６７、および真空ポンプ６９を接続している。
なお、Ｃｌ含有ガスの蒸着チャンバ４１内への供給は、基板側ヒータ４７およびソース側ヒータ４９の加熱と同時であってもよく、加熱前からであってもよく、また、加熱後にソースＳが昇華して多結晶膜を形成する前であってもよい。すなわち、半導体層２の多結晶膜を形成する際に、半導体層２の多結晶膜の結晶粒が大きく成長しないタイミングにＣｌ含有ガスを供給する。
下部サセプタ４３に、ソースＳとしてＣｄＴｅ、ＺｅＴｅ、ＣｌＣｌ２を６０：２３：１７の割合（モル比）で混合して入れ、Ａｒガス雰囲気中でソース側ヒータ４９によりソース温度６９０℃に加熱することで焼結する。ソースＳの焼結後、焼結したソースＳに対向して支持基板５を配置する。そして、蒸着チャンバ４１内を減圧して圧力２６０Ｐａにする。減圧後、基板側ヒータ４７およびソース側ヒータ４９により基板温度５５０℃、ソース温度６５０℃に加熱してソースＳを昇華させる。ソースＳを加熱して昇華させることにより、ソースＳに対向配置された支持基板５の電子注入阻止層７の表面に多結晶膜が形成される。このとき、蒸着チャンバ４１の外部から内部にＣｌ含有ガス、すなわち気化したクロロホルムガスをＡｒガスで希釈したガスを、上述の条件でバルブ５３により濃度および流量を調節して供給する。この状態で約２時間、６００〜７００μｍの多結晶膜を形成する。これにより、支持基板５の電子注入阻止層７の下面に所定量（１〜５wtppm（最適値２wtppm））のＣｌがドープされたＣｄＺｎＴｅの多結晶膜が付着して半導体層２が形成される。
また、ソースＳ中のＣｌは、次のように作用する。ソースＳ中のＣｌは、焼結時にソースＳのＣｄＴｅ結晶粒中に、例えばＣｄＺｎＴｅの場合、ごく微量のＺｎとＣｌとが取り込まれる。高抵抗化および感度向上に寄与する。また、半導体層２形成初期（成膜初期）に結晶粒が大きく成長することを抑える。一方、Ｃｌ含有ガスは、半導体層２形成途中に結晶粒が大きく成長することを抑える。また、結晶粒界に入り込み、結晶粒界での電荷の走行性を良くすることができる（結晶粒界の不活性化）。
なお、多結晶膜の形成後は、基板側ヒータ４７およびソース側ヒータ４９を１時間かけて常温（室温）に戻す。６００〜７００μｍの多結晶膜は、表面を研磨して４００μｍ程度の厚みにする。近接昇華法により形成した多結晶膜は、アズデポ（そのまま）の状態では、表面の凹凸が数百μｍと激しく、また、膜厚にばらつきがあり、表面を平坦にするために６００〜７００μｍの多結晶膜を形成して研磨する。
このように形成された半導体層２の多結晶膜の断面をエッチングして粒界と双晶の状態を確認する。エッチングは、硝酸３０ｍｌ＋水６０ｍｌ＋二クロム酸カリウム１２ｇに硝酸銀４５ｍｇを溶解したエッチャント（エッチング液）を用いる。図５および図６は、半導体層２の多結晶膜に発生した双晶と粒界（結晶粒の大きさ）の一例を示す縦断面写真である。また、図５および図６中の結晶粒内の横筋が双晶を示す。図５の双晶がある結晶粒に比べて図６の結晶粒が細かく、結晶粒内の双晶が抑えられている。なお、図５および図６の写真の上側から見たとき、図５の結晶粒の粒径は１００μｍ以上あり、図６の結晶粒の粒径は数十μｍ程度である。
図５および図６において、予め領域７１を設定してその領域７１内の双晶の筋（双晶面）の長さを計測し、双晶の筋の長さの合計である双晶長を調べる。双晶長を調べた結果を図７に示す。図７は、２００μｍ角の領域７１内の双晶長とＣｌ濃度との関係を示す図である。蒸着チャンバ４１の外部から内部にＣｌ含有ガスが供給されるＣｌ濃度は、Ｑ−ｍａｓｓ６５で計測された数値である。図７に示すように、Ｃｌ濃度が０％の場合（Ｃｌ含有ガスの供給なし）は、双晶長が５ｍｍ程度であり、Ｃｌ濃度が３％の場合は、双晶長が３．５ｍｍ程度である。また、Ｃｌ濃度が１０％の場合は、双晶長が２．７ｍｍ程度である。なお、図５はＣｌ濃度が３％の場合を示し、図６はＣｌ濃度が１０％の場合を示す。
このように、Ｃｌ含有ガスを供給してもＣｌ濃度が低い（例えば３％）とＣｌの供給量が足りず結晶粒が大きく成長して双晶が発生し易くなり、Ｃｌ濃度が１０％になると、結晶粒が小さく成長されて双晶の発生が抑えられる。すなわち、Ｃｌ濃度が１０％よりも低い双晶長が３ｍｍより大きい場合は、比較的に長く双晶が発生するので、双晶部分（双晶面）でのキャリアの走行が妨げられることになる。しかしながら、２００μｍ角の領域内で双晶長が３ｍｍ以下の場合は双晶が抑えられる。これにより、多結晶膜の結晶粒中における電荷の走行が妨げられないので、結晶粒中の走行性を良くすることができる。
双晶長を求める方法を具体的に説明する。まず、図５および図６に示すように、半導体層２の多結晶膜の厚み（成長）方向２ａ（図１）に沿った断面における例えば２００μｍ角の領域７１を予め設定する。図５および図６中に示す正方形の領域は、２００μｍ角に限定されない。領域７１は、正方形や四角形に限定されず、例えば円形や多角形でもよい。領域７１の位置は、例えば、所望の研磨厚である例えば４００μｍから内側に設定される。なお、領域７１の位置は、所望の研磨厚の外側に、あるいは外側を一部含んで設定してもよい。領域７１の位置は、図１に示すように、共通電極６とは反対側である対向電極９側における半導体層２の厚み方向２ａの端部２ｂにほぼ接して半導体層２の内側に設定してもよい。
次に、図８（ａ）に示すように、予め設定された２００μｍ角の領域７１内の結晶粒７３における双晶の筋７５ａ〜７５ｄの長さをそれぞれに測定する。双晶長７７は、図８（ｂ）に示すように、双晶の筋７５ａ〜７５ｄの合計を求める。
なお、２００μｍ角の領域７１内で双晶長７７が３ｍｍ以下は、例えば３００μｍ角の領域７１内で双晶長７７が６．７５ｍｍ以下とするようにしてもよい。
〔ステップＳ０４〕正孔注入阻止層の形成
半導体層２上（図１では下側）に正孔注入阻止層８を形成する。正孔注入阻止層８は、ＣｄＳ（硫化カドミウム）、ＺｎＳ（硫化亜鉛）、ＺｎＯ（酸化亜鉛）、またはＳｂ２Ｓ３（硫化アンチモン）等のｎ型半導体で構成され、昇華法、蒸着法、スパッタリング、化学析出法、または電析法等で形成される。正孔注入阻止層８は、必要に応じてパターニングして画素ごとに分離して形成する。但し、正孔注入阻止層８が高抵抗で隣接画素リークによる空間解像度低下などの弊害が無ければ、分離して形成しなくてもよい。
なお、必要に応じて、電子注入阻止層７と正孔注入阻止層８との配置を交換した構成としてもよいし、また、電子注入阻止層７および正孔注入阻止層８のいずれか一方あるいは両方を形成しない構成としてもよい。
〔ステップＳ０５〕対向電極の形成
正孔注入阻止層８上（図１では下側）に対向電極９を形成する。対向電極９は、共通電極６と同様に、ＩＴＯや、Ａｕ、Ｐｔなどの導電材料から構成され、正孔注入阻止層８上に蒸着法やスパッタリング等で形成される。なお、必要に応じて、対向電極９を形成しない構成としてもよい。なお、この場合、後述するバンプ電極３１が対向電極９として機能する。
〔ステップＳ０６〕アクティブマトリクス基板の作成
ガラス等で構成される絶縁基板１３上にグランド線１６とゲート線１９とを形成し、絶縁膜１５を形成する。グランド線１６およびゲート線１９は、Ｔａ（タンタル）、Ａｌ（アルミニウム）、Ｍｏ（モリブデン）等の金属膜で構成される。これらの金属膜は、蒸着法またはスパッタリング等で形成される。絶縁膜１５は、ＳｉＮｘやＳｉＯｘで構成され、蒸着法等で形成される。また、絶縁膜１５は、無機膜の他にアクリルやポリイミド等で構成してもよい。
ＴＦＴ１２を形成するためにゲートチャネル１８を絶縁膜１５上に形成する。ゲートチャネル１８は、ａ−Ｓｉ（アモルファスシリコン）やｐ−Ｓｉ（ポリシリコン）を蒸着法で形成し、不純物を拡散させて例えばｎ＋層としたもので構成される。
コンデンサ１１およびＴＦＴ１２を作成するために画素電極１４とデータ線１７とを絶縁膜１５等上に形成し、また、絶縁膜２０を形成する。画素電極１４およびデータ線１７は、Ｔａ、Ａｌ、Ｔｉ（チタン）等の金属膜で構成される。これらの金属膜は、蒸着法またはスパッタリング等で形成される。絶縁膜２０は、絶縁膜１５と同様に形成されるが、バンプ電極３１を形成する画素電極１４上には、絶縁膜２０を形成しないようにする。なお、ＴＦＴ１２は、ボトムゲート構造であるが、トップゲート構造にしてもよい。
〔ステップＳ０７〕バンプ電極の形成
ステップＳ０６で形成されたアクティブマトリクス基板４上にバンプ電極３１を形成する。バンプ電極３１は、導電性ペーストをスクリーン印刷することで形成される。
バンプ電極３１は、導電性ペーストで構成され、例えば、ゴムを主成分とした母材に、カーボンを主成分とした導電性材料と、常温で放置することにより有機物質が徐々に揮発して硬化する、あるいは空気中の水分と縮合反応して硬化するバインダー樹脂とを配合したもので構成される。この導電性ペーストに含まれる導電性材料については、導電性を有していれば、適宜材料を選択しても良い。また、例えば、母材の主成分をゴムと例示したが、その他の高分子材料でもよい。バインダー樹脂についても、必ずしも樹脂に限定されず、接着性および硬化性を有する素材の混合物であってもよい。
また、導電性ペーストには、例えば、バインダー樹脂のように常温で放置することにより有機物質が徐々に揮発して硬化する、あるいは空気中の水分と縮合反応して硬化する素材が含まれていることが望ましいが、温度変化（１００℃程度まで）を与えることにより硬化する物質が含まれていてもよい。
〔ステップＳ０８〕対向基板とアクティブマトリクス基板との貼り合わせ（接合）
対向基板３の対向電極９とアクティブマトリクス基板４の画素電極１４上に形成されたバンプ電極３１とを接合する。これにより、対向基板３とアクティブマトリクス基板４とが貼り合われる。接合は、予め設定された所定の圧力を加えながら、常温放置、あるいは必要に応じて加熱することにより行われる。また、バンプ電極３１以外にも、異方導電性フィルム（ＡＣＦ）を用いて接合（接続）してもよい。
以上の工程により、Ｘ線検出器１が作成される。なお、この他に、ゲート駆動部３３、電荷電圧変換アンプ３５、マルチプレクサ３７、および駆動制御部３９等が設けられる。
次に、図１および図２を参照して、Ｘ線検出器１の動作を簡単に説明をする。Ｘ線管から被検体に向けてＸ線が照射され（Ｘ線管と被検体は共に図示しない）、被検体を透過したＸ線はＸ線検出器１に入射する。半導体層２にＸ線が入射すると、光導電効果により半導体層２で電荷が生成される。このとき、コンデンサ１１と、電子注入阻止層７を介した半導体層２とは、バンプ電極３１により直列に接続された構成となっている。そのため、共通電極６にバイアス電圧（Ｖｈ）を印加しておくと、半導体層２内で生成された電荷が移動する。そして、生成された電荷は、対向電極９で収集されてコンデンサ１１に蓄積される。
コンデンサ１１に蓄積された電荷は、ＴＦＴ１２によりコンデンサ１１から読み出される。ゲート駆動部３３は、例えば図２の上側のゲート線１９から１行ずつ順番に電圧を印加して信号を送信することで、ＴＦＴ１２を接続（ＯＮ）の状態にし、コンデンサ１１に蓄積された電荷をデータ線１７から読み出しを行う。電荷電圧変換アンプ３５は、データ線１７を通じて取り出された電荷を電圧に変換して電圧信号として出力する。マルチプレクサ３７は、複数の電圧信号から１つの電圧信号を選択して出力する。このようにして出力された電圧信号に基づいてＸ線画像が取得される。
本実施例に係るＸ線検出器１によれば、共通電極６と電荷を収集するための対向電極９との間に設けられ、入射した放射線に感応して電荷を生成する半導体層２は、ＣｄＴｅまたはＣｄＺｎＴｅの多結晶膜である。そして、半導体層２は、その厚み方向２ａに沿った断面における対向電極９側の半導体層２の端部２ｂにほぼ接して２００μｍ角の領域７１内で、双晶の筋７５ａ〜７５ｄの長さの合計である双晶長７７が３ｍｍ以下である。双晶長７７が短いことは、双晶が抑えられていることを示す。これにより、多結晶膜の結晶粒中における電荷の走行が妨げられないので、結晶粒中の走行性を良くすることができる。そのため、放射線の感度を良くなり入射放射線に対する応答性を良くすることができる。
また、双晶は、多結晶膜の各結晶粒が大きく成長し、隣接する結晶粒同士が押し合うことにより、結晶粒中に発生する。しかしながら、半導体層２は、昇華法による形成時にＣｌがドープされた多結晶膜である。これにより、各結晶粒が大きく成長し、隣接する結晶粒同士が押し合って結晶粒中に双晶が発生する前に、新しい結晶粒を成長させた半導体層とすることができる。
本実施例に係るＸ線検出器１の製造方法によれば、入射した放射線に感応して電荷を生成する多結晶の半導体層２を蒸着チャンバ４１内において昇華法により形成する。昇華法による半導体層２形成のソースＳとして、ＣｄＴｅ、ＺｎＴｅおよびＣｄＺｎＴｅの少なくとも一つを含む第１の材料と、ＣｄＣｌ２およびＺｎＣｌ２の少なくとも一つを含む第２の材料との混合体が用いられる。この半導体層２を形成する際に、Ｃｌ濃度が１０％以上５０％以下でかつ流量が０より大きく１００ＳＣＣＭ以下の条件のＣｌ含有ガスが蒸着チャンバ４１の外部から内部に供給される。
双晶は、多結晶膜の各結晶粒が大きく成長し、隣接する結晶粒同士が押し合うことにより、結晶粒中に発生する。しかしながら、ソースＳやＣｌ含有ガスのＣｌ成分により、各結晶粒が大きく成長し、隣接する結晶粒同士が押し合って結晶粒中に双晶が発生する前に、新しい結晶粒を成長させることができる。すなわち、ソースＳに含まれるＣｌ成分により、半導体層２形成の初期における双晶の発生を抑えることができる。また、蒸着チャンバ４１の外部から内部にＣｌ含有ガスを供給することにより、半導体層２形成途中の双晶の発生を抑えることができる。これらにより、双晶の発生を抑えた半導体層２を形成することができる。そのため、結晶粒中の双晶部分での電荷の走行が妨げられないので、結晶粒中の電荷の走行性を良くすることができる。したがって、放射線の感度を良くなり入射放射線に対する応答性を良くすることができる。
すなわち、多結晶膜の半導体層２の結晶粒中に双晶があるなど感度が低下すると、図９（ａ）に示すように、矩形パルス状のＸ線を照射しても、検出信号（信号電流）の波形において、立ち上がり・立ちさがりがなだらかに変化するなど応答性が悪い。一方、半導体層２の感度がよいと、図９（ｂ）に示すように、矩形パルス状のＸ線照射とほぼ同一の検出信号の波形を得ることができ、応答性がよい。
また、半導体層２の形成の際に、蒸着チャンバ４１の外部から内部に付加ソースとしてＣｌ含有ガスが供給されることにより、結晶粒界にＣｌが入り込み、結晶粒界での電荷の走行性を良くすることができる（結晶粒界の不活性化）。そのため、結晶粒界での電荷の走行が妨げられないので、結晶粒中の電荷の走行性を良くすることができる。また、ソースＳやＣｌ含有ガスのＣｌ成分により、半導体層２における多結晶膜の結晶粒が小さくなり、半導体層２における支持基板５側から先端側まで結晶粒の大きさを均一化することができる（モフォロジーの改善）。
すなわち、結晶粒中および結晶粒界の電荷の走行性が良くなり、結晶粒が小さく均一に形成されることにより、半導体層２の面内における電荷の出力均一性が高められる。そのため、ある画素では感度が良く（図９（ｂ））、ある画素では感度が悪い（図９（ａ））ということが抑えられたり、１つの画素当たりの結晶粒が増えたりするので、感度ばらつきが低減され、出力の時間的なゆらぎが低減される（低ノイズ化）。また、Ｘ線の感度を良くなり入射Ｘ線に対する応答性を良くすることができ、また時間的なゆらぎが低減された信号出力が得られるので、例えばオフセット補正などのリアルタイム補正が容易になる等、高品質なＸ線画像を取得することができる。
なお、半導体層２がＣｄＺｎＴｅの多結晶膜である場合、ＣｄＺｎＴｅの多結晶膜は高抵抗であるので、共通電極６と対向電極９との間のリーク電流を抑えることができる。
また、蒸着チャンバ４１の外部から内部に供給されるＣｌ含有ガスは、クロロホルムガスを不活性ガスで希釈したものである。クロロホルムのガスは、例えば塩化水素に比べて取り扱いが容易である。すなわち、塩化水素は、蒸着チャンバ４１内や配管を激しく損傷させてしまうことがあるが、クロロホルムは、蒸着チャンバ４１内や配管を損傷させることがない。また、クロロホルムは、塩化水素に比べて多くのＣｌが供給される。すなわち、クロロホルムは、塩化水素に比べて１分子当たりのＣｌの個数（３個）が多いからと考えられる。
また、半導体層２で生成された電荷を蓄積するコンデンサ１１と、このコンデンサ１１から電荷を読み出すＴＦＴ１２との複数組がマトリクス状に配置されたアクティブマトリクス基板４とを備えている。半導体層２は双晶の発生が抑えられているので、Ｘ線の感度が良くなり、入射Ｘ線に対する応答性が良い。そのため、半導体層２で変換された電荷をコンデンサ１１に蓄積し、ＴＦＴ１２で読み出すことにより、高品質の放射線画像を取得することができる。
本発明は、上記実施形態に限られることはなく、下記のように変形実施することができる。
（１）上述した実施例では、図２に示すように、２次元状のＸ線像を検出するものであったが、１次元のＸ線像を検出するものであってもよい。
（２）上述した実施例および変形例（１）では、放射線検出器としてＸ線を検出するＸ線検出器を一例に説明したが、これに限定されない。放射線検出器は、γ線または光（例えば赤外線）等を検出するものであってもよい。
（３）上述した実施例および各変形例では、第１材料と第２材料との混合体であるソースＳを用いて、近接昇華法により、支持基板５（電子注入阻止層７）に半導体層２を形成し、その形成の際に、蒸着チャンバ４１の外部から内部にＣｌ含有ガスを供給した。しかしながら、ソースＳは、第１材料のみで構成されていてもよい。この場合、例えばソースＳ等の加熱前（成膜初期）からＣｌ含有ガスを供給するようにしてもよい。
１ … Ｘ線検出器
２ … 半導体層
２ａ … 半導体層の厚み方向
２ｂ … 半導体層の端部
６ … 共通電極
９ … 対向電極
４１ … 蒸着チャンバ
５３ … バルブ
５５ … 不活性ガス供給部
５７ … Ｃｌ含有ガス供給部
６５ … Ｑ−ｍａｓｓ（四重極形質量分析計）
７１ … 領域
７３ … 結晶粒
７５ａ〜７５ｄ … 双晶の筋
７７ … 双晶長
Ｓ … ソース
本発明は、Ｘ線、γ線、光等のような放射線を検出する機能を有し、医用および異物検査等の産業用に使用される放射線検出器の製造方法に関する。
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、多結晶膜の結晶粒に発生する双晶の発生を抑えることにより感度を良くし、放射線入射に対する応答性を良くする放射線検出器の製造方法を提供することを目的とする。
本発明は、このような目的を達成するために、次のような構成をとる。すなわち、本発明に係る放射線検出器の製造方法は、入射した放射線に感応して電荷を生成する多結晶膜の半導体層を、ＣｄＴｅ、ＺｎＴｅおよびＣｄＺｎＴｅの少なくとも一つを含む第１の材料と、ＣｄＣｌ２およびＺｎＣｌ２の少なくとも一つを含む第２の材料との混合体をソースとして、チャンバ内において昇華法により形成する放射線検出器の製造方法において、前記半導体層を形成する際、Ｃｌ濃度が１０％以上５０％以下でかつ流量が０より大きく１００ＳＣＣＭ以下の条件のＣｌ含有ガスを前記チャンバの外部から内部に供給することを特徴とするものである。
本発明に係る放射線検出器の製造方法によれば、入射した放射線に感応して電荷を生成する多結晶膜の半導体層をチャンバ内において昇華法により形成する。昇華法による半導体層形成のソースとして、ＣｄＴｅ、ＺｎＴｅおよびＣｄＺｎＴｅの少なくとも一つを含む第１の材料と、ＣｄＣｌ２およびＺｎＣｌ２の少なくとも一つを含む第２の材料との混合体が用いられる。この半導体層を形成する際に、Ｃｌ濃度が１０％以上５０％以下でかつ流量が０より大きく１００ＳＣＣＭ以下の条件のＣｌ含有ガスが前記チャンバの外部から内部に供給される。

Claims (4)

  1. 共通電極と電荷を収集するための対向電極との間に設けられ、入射した放射線に感応して電荷を生成する半導体層を備えた放射線検出器において、
    前記半導体層は、ＣｄＴｅまたはＣｄＺｎＴｅの多結晶膜であり、
    前記半導体層の厚み方向に沿った断面における前記対向電極側の前記半導体層の端部に接して２００μｍ角の領域内で、双晶面の長さの合計である双晶長が３ｍｍ以下であることを特徴とする放射線検出器。
  2. 請求項１に記載の放射線検出器において、
    前記半導体層は、昇華法による形成時にＣｌがドープされた多結晶膜であることを特徴とする放射線検出器。
  3. 入射した放射線に感応して電荷を生成する多結晶膜の半導体層を、ＣｄＴｅ、ＺｎＴｅおよびＣｄＺｎＴｅの少なくとも一つを含む第１の材料と、ＣｄＣｌ２およびＺｎＣｌ２の少なくとも一つを含む第２の材料との混合体をソースとして、チャンバ内において昇華法により形成する放射線検出器の製造方法において、
    前記半導体層を形成する際、Ｃｌ濃度が１０％以上５０％以下でかつ流量が０より大きく１００ＳＣＣＭ以下の条件のＣｌ含有ガスを前記チャンバの外部から内部に供給することを特徴とする放射線検出器の製造方法。
  4. 請求項３に記載の放射線検出器の製造方法において、
    前記Ｃｌ含有ガスは、クロロホルムガスを不活性ガスで希釈したものであることを特徴とする放射線検出器の製造方法。
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