CN104637962A - 图像传感器及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种图像传感器及其制造方法。该图像传感器包括基板、以及在基板上依次层叠形成的多个光电转换元件和多个开关元件。各光电转换元件包括氢化非晶硅层。各开关元件包括非晶氧化物半导体层。图像传感器还包括阻挡层，所述阻挡层设置在光电转换元件的氢化非晶硅层与开关元件的非晶氧化物半导体层之间，其中，阻挡层抑制从氢化非晶硅层分离的氢的透过。

Description

图像传感器及其制造方法
技术领域
本发明涉及图像传感器的结构及其制造方法，具体地涉及放射线摄影装置用图像传感器的结构及其制造方法。
背景技术
用于使用X射线透过像以非破坏的方式检查调查对象的内部的技术在例如医疗领域和工业用非破坏检查的领域的各种领域中已成为不可缺少的技术。特别地，能够将X射线的透过像作为电子数据直接获取的X射线图像传感器由于例如摄影的迅速性、通过使用图像处理辅助X射线读影的能力、以及支持动画的能力的性能，而被广泛地使用。称作FPD(平板探测器)的装置主要作为这样的X射线图像传感器使用。
日本未审查的专利申请公开(JP-A)No.H04-206573公开了近来经常作为FPD(参照该文献的图5)使用的结构。图13示出了以下结构：开关元件700和光电转换元件300层叠设置在基板200上，用于将X射线转换成光的荧光体层600也设置在层叠结构上，其中，钝化膜750和平坦化膜760插入荧光体层600与层叠结构之间。每个开关元件700包括栅电极710、栅绝缘膜720、a－Si：H(氢化非晶硅)膜730、源极和漏极金属740。各光电转换元件300包括下部电极310、a－Si：H膜330、以及上部电极350。在所公开的结构中，通过利用荧光体层600将透过检测体的X射线转换成光、利用光电转换元件300将光转换成电荷、然后通过对开关元件700进行开闭从该结构中输出电荷，来获得依赖于X射线的照射强度的电信号。
在现在广泛使用的FPD中，对于作为开关元件的TFT(薄膜晶体管)，使用a－Si：H TFT，对于光电转换元件，使用a－Si：H光电二极管。应该注意到，虽然在该例中给出了开关元件、光电转换元件、以及荧光体层按照该顺序层叠在基板上的结构，但是FPD可以具有如JP-A No.H06-342078的图1中所公开的、基板、荧光体层、光电转换元件、开关元件按照该顺序层叠的其他的层叠结构。另外，具有不使用荧光体层的采用用于将X射线转换成电信号的不同技术的FPD。例如，JP-A No.S62-86855(参照文献的图2)公开了使用将X射线直接转换成电荷的光导体层的结构，并且公开了使用Bi12Ge20作为光导体层的例子的方法。然而，将X射线直接转换成电荷的直接型FPD具有量子效率比使用荧光体层的间接型FPD低的缺点。具有如上所述的各种FPD结构。然而，它们全部具有在基板上至少层叠形成开关元件和光电转换元件的结构。
近年来，在医疗领域中，越来越需要X射线诊断装置来实现放射线摄影时的更高的分辨率和支持透视(拍摄运动的或实时图像)。这是因为：更高的分辨率对于更详细观察患部是必不可少的，对于要进行射线摄影的最佳状态的确认和找到适于射线摄影的时机需要透视。为了提高FPD的分辨率，需要从为了实现高分辨率所准备的增多数量的光检测器以高速读出信号。为了支持透视，需要在预定的帧周期内从所有的光检测器读出信号。即，为了使具有更高分辨率的FPD支持透视，需要以极高的速度来读出信号。
限制FPD的信号读出速度的主要原因是开关元件的接通电阻。在以往的FPD中，对于开关元件，使用a－Si：H TFT。a－Si：H的场效应迁移率低至1cm2/Vs或更低。其引起a－Si：H TFT的高接通电阻。可替选地，作为能够形成在大尺寸基板上的开关元件，具有poly－Si(多晶硅)TFT。poly-Si的场效应迁移率被报告为高于100cm2/Vs。因此，poly-Si TFT的接通电阻极小。
然而，poly-Si TFT具有它们的阈值电压大幅波动的另一问题。这种阈值电压的波动引起FPD的信号电荷的波动，引起FPN(固定的图案噪声)。FPN可通过改变信号读出电路来校正，但这引起有关动态范围变窄和/或信号读出电路的成本提高的其他的问题。导致FPN的poly－Si TFT的阈值电压波动是由于poly－Si TFT的结晶结构为多结晶引起的本质的问题，因此对于FPD几乎不使用poly－Si TFT。
近年来，非晶氧化物半导体被迅速地开发。In－Ga－Zn－O是代表例。非晶氧化物半导体的场效应迁移率是大约10cm2/Vs～20cm2/Vs，并且比a－Si：H的场效应迁移率大1个数量级或更大。因此，由非晶氧化物半导体形成的TFT的接通电阻比a－Si：H TFT的接通电阻小1个数量级或更小。另外，由于其结构是非晶结构，因此不会产生像poly-Si TFT那样阈值电压大幅波动的问题。
JP-A No.2009-71057公开了将非晶氧化物半导体应用于图像传感器的例子(参照文献的图3)。在此描述的图像传感器具有多个光检测器层叠设置在基板上的结构，其中每个光检测器包括开关元件以及对特定的波长具有敏感度的光电转换部。在图14中示出了光检测器的单元结构。该结构通过将作为开关元件100的TFT和光电转换元件800层叠设置在基板200上而形成，其中，钝化膜150插入在它们之间。TFT由栅电极110、栅绝缘膜120、非晶氧化物半导体膜130、以及源极和漏极电极140构成。光电转换元件800由下部电极810、光电转换膜820、以及上部电极830构成。如果在这种情况下将非晶氧化物半导体应用于图像传感器，可能能够实现信号的高速读出。
尽管非晶氧化物半导体具有优秀的特性，但是根据制作方法具有不能控制断开状态电流的问题。该问题的原因在于，如在JP-A No.2008-42088(参照段落0006)和JP-A No.2008-60419(参照文献的段落0005)中描述的，难以控制非晶氧化物半导体的氧缺失(氧空位)。作为对策，JP-A No.2008-42088公开了两个绝缘层进行层叠使得非晶氧化物半导体层被夹在它们之间的结构，并且公开了使与非晶氧化物半导体层接触的绝缘层的两个界面中的任一个界面的氧空位浓度小于非晶氧化物半导体膜中的氧空位浓度的技术(见文献的权利要求10)。另外，JP-A No.2008-60419公开了在非晶氧化物半导体膜上层叠第一绝缘层和第二绝缘层的结构，并且公开了在将第二绝缘层层叠在第一绝缘层上之前使第一绝缘层氧化的方法(见文献的权利要求1)。
然而，在如图13所示具有将作为开关元件的TFT形成在基板上、然后形成由a－Si：H制成的光电转换元件的结构的FPD中，非晶氧化物半导体应用于TET的情况中，本申请的发明人发现：即使将例如JP-A No.2008-42088和JP-ANo.2008-60419中描述的制造方法应用于FPD，TFT的特性大幅波动，由此无法使图像传感器稳定地工作。在将由a－Si：H制成的光电转换元件形成在基板上、然后在其上形成由非晶氧化物半导体制成的TFT的情况中，结果是同样的。
本发明人进一步分析的结果，发现上述问题的如下原因。即，在基板上形成非晶氧化物半导体膜、然后在该非晶氧化物半导体膜上形成a－Si：H膜的情况下，a－Si：H膜的原料气体中包含的氢浸透非晶氧化物半导体膜，这引起TFT的特性劣化。在首先形成a－Si：H膜，然后在a－Si：H膜上形成非晶氧化物半导体膜的另一情况中，例如非晶氧化物半导体膜形成时和层叠在TFT上的绝缘膜形成时等造成的温度上升的结果，氢与形成光电转换元件的a－Si：H膜分离，并且氢浸透直至非晶氧化物半导体膜，这也会引起TFT的特性劣化。
本发明致力于解决上述问题。
发明内容
鉴于上述的问题，提供示例性图像传感器以及这种图像传感器的示例性制造方法，其中，所述图像传感器具有以下结构：各光电转换元件包括氢化非晶硅层，每个开关元件包括非晶氧化物半导体层；并且能够抑制开关元件的特性劣化。
根据本发明的一个方面的图像传感器是包括基板、以及在基板上依次层叠形成的多个光电转换元件和多个开关元件的图像传感器。各光电转换元件包括氢化非晶硅层。各开关元件包括非晶氧化物半导体层。所述图像传感器还包括设置在所述光电转换元件的所述氢化非晶硅层与所述开关元件的所述非晶氧化物半导体层之间的阻挡层，其中，所述阻挡层抑制从所述氢化非晶硅层分离的氢的透过。
在所述图像传感器中，所述阻挡层可以设置在所述光电转换元件与所述开关元件之间。另外，所述阻挡层可以包括由选自SiC、Al2O3、Y2O3、AlN的至少一种材料制成的膜。另外，所述图像传感器可以具有光电转换元件接收朝向所述基板的上部行进的光的结构，其中所述基板的上部是形成有所述光电转换元件的一侧，所述阻挡层可以具有层叠结构，在所述层叠结构中，在由所述至少一种材料形成的膜的上表面和下表面上形成有绝缘膜，例如，其中由所述至少一种材料形成的膜被SiN膜夹置的层叠结构。
在所述图像传感器中，各光电转换元件可以包括层叠在所述氢化非晶硅层的上面、或者所述氢化非晶硅层的上面和下面的氢化非晶碳化硅层，其中氢化非晶碳化硅层作为所述阻挡层发挥功能。
所述图像传感器还可以包括在所述基板的底面上或所述开关元件的上面的荧光体层，以用于放射线摄影装置，其中所述底面是所述基板的与形成有所述光电转换元件侧的面相反的面。另外，所述图像传感器可以还包括设置成矩阵的多个像素，其中，所述光电转换元件的所述氢化非晶硅层可以形成在所述多个像素之间连续的层，在所述多个像素的每个像素中，所述氢化非晶硅层的上面的所述氢化非晶碳化硅层以及所述光电转换元件的上部电极可以与其他的像素中的所述氢化非晶硅层的上面的所述氢化非晶碳化硅层以及所述光电转换元件的上部电极分离。
根据本发明的另一方面的制造图像传感器的方法是制造包括基板、以及层叠设置在基板上的多个光电转换元件和多个开关元件的图像传感器的方法。该方法包括：在所述基板上，形成分别包括氢化非晶硅层的所述多个光电转换元件；在形成所述多个光电转换元件之后，将分别包括非晶氧化物半导体层的所述多个开关元件层叠形成在所述多个光电转换元件的上面；以及在形成所述多个光电转换元件与形成所述多个开关元件之间，形成阻挡层，其中所述阻挡层抑制从所述氢化非晶硅层分离的氢的透过。
根据本发明的另一方面的制造图像传感器的方法是制造包括基板、以及层叠设置在基板上的多个光电转换元件和多个开关元件的图像传感器的方法。所述方法包括：在所述基板上形成分别包括氢化非晶硅层的所述多个光电转换元件；以及在形成所述多个光电转换元件之后，将分别包括非晶氧化物半导体层的所述多个开关元件层叠形成在所述多个光电转换元件的上面。所述形成所述多个光电转换元件包括形成层叠在各光电转换元件的所述氢化非晶硅层的上面的氢化非晶碳化硅层，其中所述氢化非晶碳化硅层作为抑制从所述氢化非晶硅层分离的氢的透过的阻挡层发挥功能。
将在下面对示例性实施方式的其他特征进行说明。
附图说明
现在将参照附图仅以示例的方式对实施方式进行描述，附图意在是示例性的而非限制性的，其中在多个附图中相同的元件的附图标记相同，其中：
图1是表示根据实施方式1的图像传感器的结构的剖视图；
图2是表示根据实施方式2的图像传感器的结构的剖视图；
图3是表示根据实施例1的图像传感器的结构的剖视图；
图4是表示根据实施例2的图像传感器的结构的剖视图；
图5是表示根据实施例3的图像传感器的结构的剖视图；
图6是表示根据实施例4的图像传感器的结构的剖视图；
图7是表示根据实施例5的图像传感器的结构的剖视图；
图8是表示根据实施例5的图像传感器的结构的俯视图；
图9是表示本发明的图像传感器的电路结构的框图；
图10是能够应用于根据本发明的图像传感器的信号读出电路的电路图；
图11是表示根据本发明的图像传感器的操作的时序图；
图12是表示根据实施例7的图像传感器的结构的剖视图；
图13是表示常规的图像传感器的结构的剖视图；以及
图14是表示常规的图像传感器的结构的剖视图。
具体实施方式
下面将参照附图描述图像传感器及图像传感器的制造方法的示例性实施例。本领域的技术人员应当理解，参照这些附图在这里给出的描述仅用于示例目的，而绝不旨在限定潜在的实施方式的范围，潜在的实施方式的范围能够参照所附的权利要求来确定。
根据如本发明的实施方式的示例性图像传感器及该图像传感器的示例性制造方法，能够以高速读出高分辨率的图像传感器的信号。因此，可以提供用于X射线检测的FPD，该FPD具有更高的分辨率并且支持透视(拍摄移动或实时图像)。
关于其理由，示例性图像传感器使用用于开关元件的非晶氧化物半导体。非晶氧化物半导体的场效应迁移率为大约10cm2/Vs～20cm2/Vs，其比a－Si：H的场效应迁移率大一个数量级或更大。因此，能够以高速从高分辨率的图像传感器中读出信号。
根据如本发明的实施方式的图像传感器的示例性制造方法，能够抑制对于开关元件使用非晶氧化物半导体的图像传感器的制造偏差，并由此提高生产率。
这是因为在示例性的图像传感器中，在形成开关元件之前，形成作为光电转换元件的a－Si：H层。因此，可以防止a－Si：H层的原料气体中包含的氢浸透非晶氧化物半导体层。另外，在示例性的图像传感器中，在所述光电转换元件的氢化非晶硅层与所述开关元件的所述非晶氧化物半导体层之间，例如光电转换元件与开关元件之间，设置抑制氢的透过的阻挡层。因此，能够防止由于例如开关元件形成时的热导致氢从a－Si：H层分离，并且防止氢浸透到非晶氧化物半导体。另外，阻挡层作为SiC层可以被构成为各光电转换元件的一部分，由此能够减少制造成本。
以下，将参照附图对本发明的实施方式进行详细说明。应当注意到，为了确保视图的可视性，各附图中的各构件的大小和比例适当地进行变更。在各剖视图中，这些构件通过它们的阴影进行区别。
实施方式1
图1是根据实施方式1的图像传感器的剖视图。本实施方式的图像传感器具有以下结构：在基板200上层叠设置多个由a－Si：H制成的光电转换元件300、以及多个作为非晶氧化物半导体TFT的开关元件100。在光电转换元件300与开关元件100之间设置有抑制氢的透过的阻挡层500。
各光电转换元件300由下部电极310、作为p型氢化非晶硅的层的p－a－Si：H层320、作为本征氢化非晶硅的层的i－a－Si：H层330、作为n型氢化非晶硅层的n－a－Si：H层340、以及上部电极350构成。该结构是在以下假设下提供的：光从下部电极310侧进入光电转换元件300，即光电转换元件300接收来自其底侧的光。各开关元件100由栅电极110、栅绝缘膜120、非晶氧化物半导体膜130、沟道保护膜135、漏电极140、以及源电极145构成。所期望的是，各个光电转换元件300的下部电极310与共同电极410电连接，并且在形成光电转换元件300之后形成保护膜420和平坦化膜430。另外，当使用图像传感器作为用于检测X射线的FPD时，将荧光体层600设置在作为玻璃板的基板200的底面上，其中该底面与形成有光电转换元件的表面相反。
接下来，对具有上述结构的图像传感器的制造工序进行说明。在基板200上形成光电转换元件300。具体而言，在基板200上形成共同电极410。例如，基板200可由玻璃制成，共同电极410可由电阻率较小的材料(诸如Al、Cr)制成。接下来，形成各光电转换元件的下部电极310。下部电极310可以由用于透明电极的材料(诸如，ITO(Indium Tin Oxide：铟锡氧化物))制成。之后，层叠并图案化p－a－Si：H层320、i－a－Si：H层330、n－a－Si：H层340。此时，期望的是，在同一真空室中连续地形成这三个层。在这三个层上形成每个光电转换元件的上部电极350。例如，上部电极350可由Cr制成。接下来，在上部电极350上形成保护膜420和平坦化膜430。例如，保护膜420可以是SiO2或SiN的单层膜、或由这些材料构成的多层膜。例如，平坦化膜430可由丙烯酸酯树脂制成。在此，存在根据光电转换元件和开关元件的布局的平面度而不需要设置平坦化膜430的情况。
接下来，在本实施方式中，在平坦化膜上形成阻挡层500。阻挡层500可由可以抑制氢透过的材料(例如SiC、Al2O3、Y2O3、AlN)制成。
在阻挡层上形成开关元件100。具体而言，按照顺序形成各开关元件的栅电极110和栅绝缘膜120。例如，栅电极110可由Al或Cr或者这些金属的合金制成，栅绝缘膜120可由SiO2制成。在此，存在根据阻挡层500的种类而发生栅电极110的绝缘劣化的情况。在这种情况下，可以在阻挡层500与栅电极110之间设置例如SiO2层的绝缘层。接下来，形成各开关元件的非晶氧化物半导体膜130。非晶氧化物半导体膜130可以是InGaZnO膜或者包括In、Ga、Zn中的至少一种的氧化物膜。在形成非晶氧化物半导体膜130之后可以实施退火处理。之后，可以形成各开关元件的沟道保护膜135。例如，在形成沟道保护膜135的情况下，沟道保护膜135可以是SiO2膜。在形成沟道保护膜135和非晶氧化物半导体膜130之后，要形成为各开关元件的漏电极140和源电极145的金属膜成层并图案化为电极。优选地，将成为漏电极140、源电极145的金属膜由电阻率低的金属制成，例如Al、Mo和/或Ti的合金。接下来，形成钝化膜150。例如，钝化膜150可以是SiO2的单层膜、或者由SiO2和SiN构成的多层膜。在形成钝化膜150之后，可以实施退火处理。
当使用图像传感器作为X射线检测用的FPD时，在基板200的与设置有基板200的光电转换元件300的表面相反的表面上设置荧光体层600。例如，荧光体层600可由碘化铯制成。
根据本实施方式，能够以高速读出高分辨率的图像传感器的信号，这使用于X射线检测的FPD具有更高的分辨率并且支持透视(拍摄移动或实时图像)。另外，能够抑制图像传感器的制造偏差，由此提高生产率。其原因将在下面进行说明。
在(20cm×20cm或大于20cm×20cm)的大尺寸的图像传感器(诸如用于X射线检测的FPD)中，开关元件由a－Si：H制成。由于a－Si：H的场效应迁移率小至1cm2/Vs或更低，因此对图像传感器的信号读出速度已进行限制。根据本实施方式的图像传感器中的开关元件由非晶氧化物半导体制成。非晶氧化物半导体的场效应迁移率为大约10cm2/Vs到20cm2/Vs，其比a－Si：H的场效应迁移率大一个数量级或更大。因此，能够以高速读出高分辨率的图像传感器的信号。
即使非晶氧化物半导体用于本实施方式的图像传感器中的开关元件，也能够抑制开关元件的特性的变动。在具有常规结构的图像传感器中，当使用非晶氧化物半导体的TFT作为开关元件时，引起TFT的特性变得不稳定的问题。这是因为：当形成a－Si：H的光电转换元件时，光电转换元件的原料气体中包含的氢浸透非晶氧化物半导体的层，并引起氧缺失。另一方面，在具有常规结构的图像传感器中，如果首先形成光电转换元件，然后形成非晶氧化物半导体层，由于非晶氧化物半导体层形成时、或者退火等其他的处理时传导至基板的热，氢也从a－Si：H脱离，并浸透到非晶氧化物半导体层中。在本实施方式的图像传感器中，首先在基板上形成光电转换元件，然后在光电转换元件上形成抑制氢透过的阻挡层，然后形成非晶氧化物半导体层。特别地，当阻挡层包括由SiC、Al2O3、Y2O3、AlN中的至少一种材料制成的膜时，该膜的氢渗透系数与具有相同膜厚的SiO2或SiN的膜相比小很多。因此，能够抑制来自光电转换元件的氢的浸透，并且能够抑制开关元件中的特性的变动。出于该原因，能够以高生产率制造使用非晶氧化物半导体的图像传感器。
实施方式2：
图2示出了根据实施方式2的图像传感器的剖视图。本实施方式的图像传感器具有在基板200上层叠设置由a－Si：H制成的光电转换元件300、以及作为非晶氧化物半导体TFT的开关元件100的结构。
开关元件的结构与实施方式1所示的结构相同。各光电转换元件300由以下部件构成：下部电极310；作为p型氢化非晶碳化硅的层的p－a－SiC：H层325；作为本征氢化非晶硅层的i－a－Si：H层330；作为n型氢化非晶碳化硅的层的n－a－SiC：H层345；以及上部电极350。即，各光电转换元件300具有以下结构：该结构包括作为阻挡层而发挥功能的n－a－SiC：H层345，作为氢化非晶硅层的i－a－Si：H层330的上层，即，在该氢化非晶硅层的上面。该结构是在以下假设下提供的：光从下部电极310侧进入光电转换元件300，即光电转换元件300接收来自其底侧的光。另外，可以取代p－a－SiC：H层325，使用p－a－Si：H层。期望的是，各个光电转换元件300的下部电极310与共同电极410电连接，并在各光电转换元件300的上部电极350上形成保护膜420和平坦化膜430。另外，当使用图像传感器作为用于检测X射线的FPD时，将荧光体层600设置在作为玻璃板的基板200的底面上，其中该底面与形成有上述结构的表面相反。
应当注意到，具有上述结构的图像传感器可通过如下工序制造：在基板200上形成光电转换元件300；在光电转换元件300上层叠形成开关元件100；如果需要，在基板200的相对于设置有光电转换元件300的面相反的面上设置荧光体层600。在制造过程中，各光电转换元件300包括层叠在作为氢化非晶硅层的i－a－Si：H层330的上面并作为阻挡层发挥功能的n－a－SiC：H层345。
根据本实施方式，与实施方式1相同，能够以高速读出高分辨率的图像传感器的信号，由此使用于X射线检测的FPD具有更高的分辨率并且支持透视(拍摄移动或实时图像)。另外，能够抑制图像传感器的制造偏差，由此提高生产率。另外，能够减小图像传感器的制造成本。其理由将在下面进行说明。
能够提高图像传感器的信号读出速度的理由与在实施方式1中所说明的理由相同。另外，能够抑制制造偏差并且能够提高生产率的理由与在实施方式1中所说明的理由相同。
能够减小制造成本的理由是，在本实施方式中，抑制氢透过的阻挡层用各光电转换元件的一部分替代。虽然各光电转换元件的碳化硅SiC的层具有抑制氢的透过的功能，但在本实施方式中，其也作为各个光电转换元件的n型半导体层(最上层的半导体层)使用。因此，不需要如实施方式1那样新设置阻挡层。因此，能够降低制造成本。通过改变杂质，该SiC层也可以作为各个光电转换元件中的p型半导体层使用。考虑到载流子的迁移率，许多P－I－N型光电转换元件具有接收P型半导体层上的入射光的结构。但是，当使用SiC层作为P型半导体层时，光学带隙比a－Si层的光学带隙更大地扩展，由此能够提高量子效率。为了制造本实施方式的结构，准备用于形成作为阻挡层而发挥功能的n－a－SiC：H层345的原料气体系统。因此，可以在不另外准备原料系统系统的情况下，很容易地将p型半导体层变更为SiC。因此，能够以低成本制作量子效率高的图像传感器。
实施例
实施例1
图3示出了根据实施方式1的图像传感器的其他的实施例的结构。关于在基板200上层叠形成光电转换元件300、阻挡层500、开关元件100，该结构与前面的实施例的结构相同，但不同之处在于，在开关元件100上形成将X射线转换成光的荧光体层600。关于该结构，图像传感器从其设置有荧光体层600的面被X射线照射。由于来自荧光体层600(并朝向基板的上部行进)的光从上部侧进入到光电转换元件300，因此期望如下形成各光电转换元件300的结构。各光电转换元件300的下部电极310由于不需要使光透过，因此可由电阻率小的材料(例如Al和Cr)制成。在这种情况下，可以在同一金属层中形成各光电转换元件300的共同电极410和下部电极310。在各光电转换元件300的下部电极310上层叠n－a－Si：H层321、i－a－Si：H层330、以及p－a－Si：H层341。如此，能够获得空穴向光电转换元件300的光进入侧移动的结构。因此，能够高效地收集在i－a－Si：H层330中生成的电子空穴对，由此还提高了余像特性。另外，可以在开关元件100与荧光体层600之间设置平坦化膜160。
另外，阻挡层500可由与在实施方式1中所示的材料相同的材料SiC、Al2O3、Y2O3、AlN中的至少一种制成。但是，由于在本实施例的结构中，照射在光电转换元件300上的光穿过阻挡层500，因此期望使用能够防止光在阻挡层500中被吸收或者在阻挡层500上被反射的结构。上述的能够应用于阻挡层500的所有材料几乎都不具有对可见光的吸收性，但具有比例如SiO2或丙烯酸酯树脂的折射率更大的折射率。具体地，SiC的折射率大约为2.6，其比SiO2的1.45和丙烯酸酯树脂的约1.5的折射率大很多。因此，通过形成阻挡层500以具有SiN膜、SiC膜、SiN膜的多层结构(即，SiC膜被SiN膜夹置的层叠结构)，能够大幅减小阻挡层上的光的反射。这是因为：SiN的折射率大约为2，其是SiO2或丙烯酸酯树脂的折射率与SiC的折射率之间的中间值，并且SiN层作为抗反射涂层发挥功能。应当注意，其他材料的折射率是：Al2O3：大约1.7；Y2O3：大约1.8；AlN：大约2.1，因此，不言而喻，通过如上述的SiC的情况将这些材料中的任一种与具有适当的折射率的薄膜组合来形成多层结构，能够获得抗反射效果。
根据本实施例，与实施方式1相同，能够以高速读出高分辨率的图像传感器的信号，由此使用于X射线检测的FPD具有更高的分辨率并且支持透视(拍摄运动或实时图像)。另外，能够抑制图像传感器的制造偏差，并由此提高生产率。另外，能够提高图像传感器的空间分辨率。其理由将在下面进行说明。
能够提高图像传感器的信号读出速度的理由与在实施方式1中所说明的理由相同。另外，能够抑制制造偏差并且能够提高生产率的理由与在实施方式1中所说明的理由相同。
接下来，对能够提高空间分辨率的理由进行说明。如果如实施方式1中所示将荧光体层600设置在基板200的在光电转换元件300和开关元件100侧的面相反的面上，从荧光体层600发射的光在基板200的厚度方向上在基板200中传播，并进入到光电转换元件300。在此，荧光体层600发射的光与X射线的传播方向无关地扩散。因此，如果基板200很厚，光没有到达位于X射线的传播方向的直线上的关注的光电转换元件、而到达相邻的光电转换元件的可能性提高。其结果，空间分辨率下降。然而，在本实施例中，将荧光体层600设置在开关元件100上面。在光电转换元件300与荧光体层600之间设置有各开关元件的保护膜420、平坦化膜430、阻挡层500、栅绝缘膜120、钝化膜150、平坦化膜160。可以将所有的这些膜的膜厚形成为总计10μm或小于10μm。这比基板200的厚度薄很多。另外，可以用于阻挡层500的SiC、Al2O3、Y2O3、AlN在从红外到紫外区域的范围具有高的透过率。因此，量子效率极少地下降。因此，能够减小光在原本应该被光照射的光电转换元件的周边传播的可能性，由此空间分辨率提高。
实施例2
图4示出了根据实施方式1的图像传感器的其他实施例的结构。关于在基板上200上层叠形成光电转换元件300、阻挡层500、以及开关元件100、然后将荧光体层600进一步设置在层叠结构上，该结构与实施例1的结构相同，不同之处在于各个光电转换元件300的结构。在该实施例中，各个光电转换元件300作为肖特基二极管发挥功能。i－a－Si：H层330、p－a－Si：H层341、以及上部电极350按照顺序层叠在各个光电转换元件300的下部电极310上。来自荧光体层600的光从上部电极侧进入到光电转换元件300。为了使肖特基二极管的势垒高度适当，选择形成为下部电极310的金属使其适于半导体层至关重要。具体而言，选择使金属的逸出功高于半导体层的电子亲和能的组合。当半导体层由a－Si：H制成时，可以通过例如对下部电极310使用Cr来制备良好的肖特基二极管。上部电极可通过使用例如ITO电极的透明电极制成。
根据本实施例，与实施例1相同，可以使用于X射线检测的FPD具有更高的分辨率并且支持透视(拍摄移动或实时图像)，由此提高生产率。另外，能够提高图像传感器的空间分辨率。另外，能够减小制造成本。其理由在下面进行说明。
能够提高图像传感器的信号读出速度的理由与在实施方式1中所说明的理由相同。另外，能够抑制制造偏差并且能够提高生产率的理由与在实施方式1中所说明的理由相同。能够提高空间分辨率的理由与在实施例1中所说明的理由相同。
在本实施例中，作为各光电转换元件300，使用肖特基二极管。如上所述，该结构不具有n－a－Si：H层。因此，能够将制造成本减小与没有层叠n－a－Si：H层的半导体层相对应的量。
实施例3：
图5示出根据实施方式2的图像传感器的其他的实施例的结构。关于在基板200上层叠形成光电转换元件300和开关元件100，该结构与前面的例子中的结构相同，不同之处在于，荧光体层600在平坦化膜160插入到荧光体层600与开关元件100之间的状态下，设置在开关元件100上。另外，所期望的是，各光电转换元件300具有包括下部电极310、n－a－Si：H层321、i－a－Si：H层330、p－a－SiC：H层346、以及上部电极350的结构。在该结构中，可以取代n－a－Si：H层321，使用n－a－SiC：H层。
根据本实施例，与实施方式2相同，能够使用于X射线检测的FPD具有更高的分辨率并且支持透视(拍摄移动或实时图像)，提高生产率，并减小制造成本。另外，能够如实施例2所示地提高图像传感器的空间分辨率。
该实施例的图像传感器能够提高分辨率、支持透视(动画摄影)、提高生产率、并且减小制造成本的理由与在实施方式2中所说明的理由相同。能够提高空间分辨率的理由与在实施例1中所说明的理由相同。
实施例4：
图6示出了根据实施方式2的图像传感器的其他的实施例的结构。关于在基板200上层叠形成光电转换元件300、开关元件100、以及荧光体层600，该结构与实施例3的结构相同，不同之处在于各个光电转换元件300的结构。在此所使用的各个光电转换元件300由下部电极310、i－a－Si：H层330、p－a－SiC：H层347、以及上部电极350构成。即，其具有肖特基势垒二极管的结构。选择用于下部电极310的金属，使得其逸出功大于半导体层的电子亲和能。在该例中，下部电极310由Cr制成，在这种情况下，共同电极410可以使用与下部电极310相同的金属形成。上部电极350可以由使光透过的ITO制成。
根据本实施例，与实施例3相同，能够使图像传感器实现提高的分辨率并支持透视(拍摄移动或实时图像)，从而提高生产率，并提高图像传感器的空间分辨率。另外，能够比实施例3中所示的图像传感器进一步降低制造成本。
本实施例的图像传感器能够提高分辨率、支持透视(拍摄移动或实时图像)、并提高生产率的理由与在实施方式2中所说明的理由相同。能够提高空间分辨率的理由与在实施例1中所说明的理由相同。能够比实施例3的图像传感器进一步降低制造成本的理由是因为构成各光电转换元件的半导体层的数目为2层，这比实施例3中所示的构成光电转换元件的半导体层的数目即3层少。
实施例5：
图7示出了与实施方式2有关的图像传感器的其他的实施例的结构。该结构包括具有与光电转换元件300相同的层结构并设置在两个相邻的像素中的光电转换元件300之间的假区301。至少对于上部电极以及与上部电极接触的包括添加到其中的杂质的非晶半导体层，假区301中的上部电极以及与上部电极接触的包括添加到其中的杂质的非晶半导体层与光电转换元件300中的上部电极以及与上部电极接触的包括添加到其中的杂质的非晶半导体层电分离。在图7的例子中，各光电转换元件300从基板200侧依次具有下部电极310、作为p型氢化非晶碳化硅层的p-a－SiC：H层325、作为本征氢化非晶硅层的i-a－Si：H层330、作为n型氢化非晶碳化硅层的n－a－SiC：H层345、以及上部电极350的层叠结构。在这种结构中，在各像素中，光电转换元件300中的上部电极350和设置在最上侧的氢化非晶碳化硅层(在此，作为n型氢化非晶碳化硅层的n－a－SiC：H层345)与假区301中的上部电极和设置在最上侧的氢化非晶碳化硅层电分离，至少氢化非晶硅层(在此，i-a－Si：H层330、p-a－SiC：H层325、以及下部电极310)在像素之间连续。
图8示出了上部电极350的俯视图，其中阴影部分表示设置有上部电极350的区域。从图7和图8中可知，整个区域被划分成多个像素303的部分，各部分包括设置的光电转换元件300和假区301，其中，绝缘区域302插入在光电转换元件300与假区301之间，其中，通过从层叠结构移除上部电极350以及作为n型氢化非晶碳化硅层的n－a－SiC：H层345，形成绝缘区域302。通过具有这样的布局，各像素的光电转换元件300的上部电极与相邻的像素的光电转换元件300的上部电极电分离。虽然在图8中没有示出，但通过使用非晶氧化物半导体TFT形成的各个开关元件100被设置在相应的假区301上的位置上。
虽然图7没有示出荧光体层，但本实施例的图像传感器包括荧光体层，可以将荧光体层与实施方式1同样地设置在基板200的与形成有光电转换元件300的面相反的面上，或者也可以将荧光体层与实施例1同样地设置在开关元件100的上面。另外，当移除上部电极350以及作为n型氢化非晶碳化硅层的n－a－SiC：H层345以形成各个绝缘区域302时，即使作为本征氢化非晶硅的层的i-a－Si：H层330在绝缘区域302中被部分地蚀刻，也不会有问题。
根据本实施例，与实施方式2同样地，能够以高速读出高分辨率的图像传感器的信号，并且能够使用于X射线检测的FPD具有更高的分辨率并支持透视(拍摄移动或实时图像)。另外，能够抑制图像传感器的特性的制造偏差并提高生产率。另外，能够降低图像传感器的制造成本。
能够降低本实施例的图像传感器的制造成本的理由与在实施方式2中所说明的理由相同。另外，本实施例的图像传感器能够提高分辨率、支持透视(拍摄移动或实时图像)、并提高生产率的理由除了在实施方式2中所说明的理由以外，还具有如下的理由。即，当形成作为非晶氧化物半导体TFT的开关元件100时，由于在形成构成开关元件100的膜时传导至基板的热、以及当执行开关元件100的退火处理时传导至基板的热，氢与作为构成各光电转换元件的氢化非晶硅层的a－Si：H层分离，并浸透到非晶氧化物半导体层。本实施例的图像传感器能够进一步减小分离的氢浸透到非晶氧化物半导体层。这是因为作为在层叠结构中包含最多氢的本征氢化非晶硅的层的各i-a－Si：H层330具有非常小的截面面积，并且与保护膜420接触的面积减小。
实施例6：
图9示出了使用在实施方式1、2以及实施例1～5中说明的结构来形成图像传感器的例子的电路图。图像传感器900具有多个像素910设置成矩阵的结构，其中，各像素910包括作为开关元件的TFT 911、以及光电转换元件912。虽然图9示出了4×4像素设置成矩阵形状的例子，但不言而喻的是，可以根据目的改变像素的数目。沿纵向排列成像素列的TFT 911的漏极端子与相同的数据线D1～D4连接，沿横向排列成像素行的TFT的栅极端子与相同的栅极线G1～G4连接。各光电转换元件912的一端与相应的TFT连接。各光电转换元件912的另一端与相应的偏置线Vb连接。数据线D1～D4与信号读出电路920连接，栅极线G1～G4与栅极驱动电路930连接。
可以通过使用数量与数据线的数量相同的图10中所示的电路形成信号读出电路920。图10示出了使用由运算放大器921、积分电容922、以及复位开关923构成的积分电路作为信号读出电路的例子。数据线D1～D4与信号读出电路920中的积分电路的输入端子In连接。偏置电压Vb被设定成使反向偏压施加于构成光电转换元件912的p－i－n二极管或肖特基二极管的电位。这种电位由光电转换元件912的等价电容以及照射在图像传感器上的最大曝光量决定。优选地对电位进行确定，即使当最大量的光照射到图像传感器时，使电位达到在光电转换元件912的内部保持有反向偏压方向的电场的程度。
图11示出了图像传感器的动作的时序图。图中的G1～G4示出了各栅极线的电位，RST示出了积分电路的复位开关923的动作。当RST处于其高电平时，复位开关导通。Out＿1～Out＿4示出了信号读出电路920的输出。Out＿1是与数据线D1连接的积分电路的输出。同样地，Out＿2、Out＿3、Out＿4是分别与数据线D2、数据线D3、数据线D4连接的积分电路的输出。
首先，对所有的像素的光电转换元件912施加反向偏压。之后，在时间段Tx的期间中利用X射线照射图像传感器。然后，图像传感器的荧光体层将X射线转换成光，根据光的量，储存在各个光电转换元件912中的电荷减少。在一定的时间段之后，依次对栅极线施加脉冲。时间段T1是对栅极线G1施加脉冲的时间段，由此连接到栅极线G1的像素行的TFT成为导通状态，电流以使得在相应的光电转换元件912中已减少的电荷进行再充电的方向流入数据线D1～D4。通过利用积分电路对这种电流进行积分，获得与X射线的照射量相对应的信号。在信号的积分结束之后，积分电路的复位开关根据信号RST而设定成导通状态，储存在积分电容中的电荷被复位。通过对所有的栅极线进行上述动作，能够获得二维的X射线影像。
实施例7：
图12示出了根据实施方式2的图像传感器的其他的实施例的结构。该结构除了各光电转换元件300的结构以外，与在实施例3中所示的结构相同。在本实施例中，各光电转换元件300由下部电极310、绝缘层360、i－a－Si：H层330、n－a－SiC：H层345、以及上部电极350构成。在此，各光电转换元件具有称作MIS(金属绝缘层半导体)二极管的结构。在此，例如，下部电极310可由Cr或Al制成，上部电极350可以是由例如ITO制成的透明电极。
根据本实施例，与实施例3同样地，能够使图像传感器实现高分辨率并支持透视(拍摄移动或实时图像)，提高生产率，提高图像传感器的空间分辨率，并减小制造成本。
其理由与在实施例3中所说明的理由相同。另外，在该结构中，可以仅使用本征半导体层、p型或n型半导体层制作各个光电转换元件的半导体层。即，如p－i－n二极管那样，不需要在制造时导入两种杂质，由此能够简化制造设备。但是，在MIS二极管中，必须在信号读出时对二极管施加正向偏压来进行复位，因此信号读出速度稍慢。
应当注意，本发明不限于上述的实施方式和实施例，只要不违背本发明的主旨，则可以适当地改变图像传感器的结构和制造方法。
例如，虽然在上面将SiC、Al2O3、Y2O3、AlN列举作为阻挡层的可能的材料，但阻挡层仅需要包括具有抑制氢透过的功能的材料。
另外，在上面，示出了包括a－Si：H的光电转换元件和设置在光电转换元件与开关元件之间的阻挡层的结构、以及各光电转换元件中的至少最上层的半导体层作为阻挡层而发挥功能的另一种结构。可替选地，通过将这些结构组合，能够形成在至少最上层的半导体层作为阻挡层发挥功能的各光电转换元件与开关元件之间进一步设置另一阻挡层的另一种结构。通过制作多个阻挡层，在图像传感器中，能够进一步提高抑制氢透过的功能。
另外，在上面，图像传感器的各构成部件的厚度不特别地限定。但是，各构成部件的厚度可以设定为能够使作为结果的传感器作为图像传感器适当动作的任意的值(对于阻挡层，能够使阻挡层高效地抑制氢的透过的任意的值)。另外，在上面，对于用于形成图像传感器的各构成部件的制造装置，没有进行记载。但是，作为制造装置，可以适当地使用例如溅射装置、真空蒸发装置、CVD(Chemical Vapor Deposition：化学汽相淀积)装置、PVD(Physical VaporDeposition：物理气相沉积)装置、RIE(Reactive Ion Etching：反应离子蚀刻)装置、以及离子注入装置。

Claims (10)

1.一种图像传感器，包括：
基板；
在所述基板上依次层叠形成的多个光电转换元件和多个开关元件，各个所述光电转换元件包括氢化非晶硅层，各个所述开关元件包括非晶氧化物半导体层；以及
阻挡层，所述阻挡层设置在所述光电转换元件的所述氢化非晶硅层与所述开关元件的所述非晶氧化物半导体层之间，所述阻挡层抑制从所述氢化非晶硅层分离的氢的透过。
2.根据权利要求1所述的图像传感器，其中，
所述阻挡层设置在所述光电转换元件与所述开关元件之间。
3.根据权利要求2所述的图像传感器，其中，
所述阻挡层包括由选自SiC、Al2O3、Y2O3、AlN的至少一种材料制成的膜。
4.根据权利要求3所述的图像传感器，其中，
所述光电转换元件接收朝向所述基板的上部行进的光，所述基板的上部是形成有所述光电转换元件的一侧，以及
所述阻挡层具有层叠结构，在所述层叠结构中，由所述至少一种材料制成的膜由SiN膜夹置。
5.根据权利要求1所述的图像传感器，其中，
各个所述光电转换元件包括层叠在所述氢化非晶硅层的上面的氢化非晶碳化硅层，所述氢化非晶碳化硅层作为所述阻挡层发挥功能。
6.根据权利要求5所述的图像传感器，其中，
各个所述光电转换元件还包括层叠在所述氢化非晶硅层的下面的氢化非晶碳化硅层。
7.根据权利要求5所述的图像传感器，还包括布置成矩阵的多个像素，其中，
所述光电转换元件的所述氢化非晶硅层形成在所述多个像素之间连续的层，以及
在所述多个像素的每个像素中，所述氢化非晶硅层的上面的所述氢化非晶碳化硅层以及所述光电转换元件的上部电极与其他的像素中的所述氢化非晶硅层的上面的所述氢化非晶碳化硅层以及所述光电转换元件的上部电极隔离。
8.根据权利要求1所述的图像传感器，还包括在所述基板的底面上或所述开关元件上面的荧光体层，所述底面是所述基板的与形成有所述光电转换元件侧的面相反的面，
其中，所述图像传感器是用于放射线摄影装置的图像传感器。
9.一种制造图像传感器的方法，所述图像传感器包括基板、以及层叠设置在所述基板上的多个光电转换元件和多个开关元件，所述方法包括：
在所述基板上形成分别包括氢化非晶硅层的所述多个光电转换元件；
在形成所述多个光电转换元件之后，将分别包括非晶氧化物半导体层的所述多个开关元件层叠形成在所述多个光电转换元件的上面；以及
在形成所述多个光电转换元件与形成所述多个开关元件之间，形成阻挡层，所述阻挡层抑制从所述氢化非晶硅层分离的氢的透过。
10.一种制造图像传感器的方法，所述图像传感器包括基板、以及层叠设置在所述基板上的多个光电转换元件和多个开关元件，所述方法包括：
在所述基板上形成分别包括氢化非晶硅层的所述多个光电转换元件；以及
在形成所述多个光电转换元件之后，将分别包括非晶氧化物半导体层的所述多个开关元件层叠形成在所述多个光电转换元件的上面，
其中，形成所述多个光电转换元件包括形成层叠在各个所述光电转换元件的所述氢化非晶硅层的上面的氢化非晶碳化硅层，所述氢化非晶碳化硅层作为抑制从所述氢化非晶硅层分离的氢的透过的阻挡层发挥功能。
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