CN105359272A - 放射线摄像装置和放射线摄像显示系统 - Google Patents

放射线摄像装置和放射线摄像显示系统 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种放射线摄像装置，其包括：多个像素，其基于放射线产生信号电荷；和场效应晶体管，其用于从所述多个像素读出所述信号电荷，所述晶体管包括：从衬底侧依次堆叠的第一氧化硅膜、包括有源层的半导体层、和第二氧化硅膜，和设置为中间隔着所述第一和第二氧化硅膜之一面对所述半导体层的第一栅电极。所述第二氧化硅膜的厚度等于或者大于所述第一氧化硅膜的厚度。

Description

放射线摄像装置和放射线摄像显示系统
技术领域
本发明涉及例如基于放射线获得图像的放射线摄像装置以及包括该放射线摄像装置的放射线摄像显示系统。
背景技术
已经提出一种例如基于诸如X射线的放射线获得图像信号的放射线摄像装置(例如参见专利文献1和2)。
参考文献列表
专利文献
专利文献1：日本未审查的专利申请公开No.2008-252074
专利文献2：日本未审查的专利申请公开No.2004-265935
发明内容
在上述放射线摄像装置中，薄膜晶体管(TFT)用作基于放射线从每一个像素读出信号电荷的开关器件。在这个TFT中，期望的是实现关于放射线具有高可靠性的器件结构。
因此，期望的是提供一种可以实现具有高可靠性的器件结构的放射线摄像装置以及包括这样的放射线摄像装置的放射线摄像显示系统。
根据本公开的放射线摄像装置包括：多个像素，其基于放射线产生信号电荷；和场效应晶体管，其用于从所述多个像素读出所述信号电荷，所述晶体管包括：从衬底侧依次堆叠的第一氧化硅膜、包括有源层的半导体层、和第二氧化硅膜，和设置为中间隔着所述第一和第二氧化硅膜之一面对所述半导体层的第一栅电极。所述第二氧化硅膜的厚度等于或者大于所述第一氧化硅膜的厚度。
根据本公开的放射线摄像显示系统包括本公开的上述放射线摄像装置和显示单元，所述显示单元配置为基于所述放射线摄像装置获得的摄像信号显示图像。
在根据本公开的各个实施例的放射线摄像装置和放射线摄像显示系统中，用于从每一像素读出信号电荷的晶体管包括从衬底侧依次堆叠的第一氧化硅膜、半导体层和第二氧化硅膜、以及设置为中间隔着第一和第二氧化硅膜面对所述半导体层的第一栅电极。第二氧化硅膜的厚度等于或者大于第一氧化硅膜的厚度，这可以在制造过程中抑制半导体层的第二氧化硅膜上的界面劣化，并且使得晶体管特性是有利的。
在根据本公开的各个实施例的放射线摄像装置和放射线摄像显示系统中，用于从每一像素读出基于放射线的信号电荷的晶体管包括从衬底侧依次堆叠的第一氧化硅膜、半导体层和第二氧化硅膜、以及设置为中间隔着第一和第二氧化硅膜面对所述半导体层的第一栅电极。这里，因为第二氧化硅膜的厚度等于或者大于第一氧化硅膜的厚度，使得晶体管特性制造是有利的。这使得可以实现具有高可靠性的器件结构。
附图说明
图1是图示了根据本公开的实施例的放射线摄像装置的整体配置的框图。
图2A是图示了在间接变换型的情况下的像素部的示意性配置的示意图。
图2B是图示了在直接变换型的情况下的像素部的示意性配置的示意图。
图3是如图1所示的像素和其他部件的具体配置示例的电路图。
图4是图示了如图2所示的晶体管的配置的截面图。
图5A是用于描述氧化硅膜的膜厚的TEM(透射电子显微镜)照片(对应于如图12所示的配置)。
图5B是示意性地图示了图5A的一部分的截面图。
图6是图示了图1所示的列选择部的具体配置示例的方框图。
图7A是用于描述X射线对晶体管的电流电压特性的影响的特征图。
图7B是用于描述包括形成半导体层的步骤的制造步骤的剖视图。
图7C是图示了图7B之后的步骤的剖视图。
图7D是图示了图7C之后的步骤的剖视图。
图7E是图示了图7D之后的步骤的剖视图。
图7F是图示氧化硅膜的总膜厚和阈值电压的漂移之间的关系的特征图。
图8是图示根据变型例1的晶体管的配置的剖视图。
图9A是图示X射线施加到根据示例1的晶体管前后的电流电压特性的图。
图9B是图示X射线施加到根据示例2的晶体管前后的电流电压特性的图。
图10是图示了示例1和2中的阈值电压漂移量的特征图。
图11是图示根据变型例2的晶体管的配置的剖视图。
图12是图示根据变型例3-1的晶体管的配置的剖视图。
图13是图示根据变型例3-2的晶体管的配置的剖视图。
图14是图示根据变型例4的像素及其他部件的配置的电路图。
图15是图示根据变型例5的像素及其他部件的配置的电路图。
图16是图示根据变型例6-1的像素及其他部件的配置的电路图。
图17是图示根据变型例6-2的像素及其他部件的配置的电路图。
图18是图示根据应用例的摄像显示系统的示意配置的示意图。
具体实施方式
下面参照附图详细地描述本公开的一些实施例。应当注意，说明书将以如下顺序给出。
1.实施例(包括顶栅TFT的放射线摄像装置的示例，其中，与半导体层的顶侧邻接的氧化硅膜的厚度大于与半导体层的底侧邻接的氧化硅膜的厚度)
2.变型例1(顶栅晶体管的另一个示例)
3.变型例2(底栅晶体管的一个示例)
4.变型例3-1(双栅晶体管的一个示例)
5.变型例3-2(双栅晶体管的另一个示例)
6.变型例4(另一个无源像素电路的示例)
7.变型例5(另一个无源像素电路的示例)
8.变型例6-1和6-2(有源像素电路的示例)
9.应用例(放射线摄像显示系统的示例)
(实施例)
[配置]
图1图示了根据本公开的实施例的整个放射线摄像装置(放射线摄像装置1)的方框配置。放射线摄像装置1例如可以基于进入的放射线Rrad(例如α射线、β射线、γ射线和X射线)读取物体的信息(拍摄物体的图像)。放射线摄像装置1包括像素部11，还包括作为像素部11的驱动电路的行扫描部13、A/D变换部14、列扫描部15和系统控制部16。
(像素部11)
像素部11包括基于放射线产生信号电荷的多个像素(摄像像素或者单位像素)20。像素20以二维方式布置为阵列(成为矩阵)。应当注意，如图1所示，在下文中，像素部11中的水平方向(行方向)和垂直方向(列方向)分别地称为“H”方向和“V”方向。放射线摄像装置1可以是所谓的间接变换类型和所谓的直接变换类型，只要放射线摄像装置1将后述的晶体管22用作用于读出来自于像素部11的信号电荷的开关装置。图2A图示了间接变换类型的像素部11的配置，并且图2B图示了直接变换类型的像素部11的配置。
在间接变换类型中(见图2A)，像素部11在光电变换层111A上(光接收表面侧)包括波长变换层112。波长变换层112配置为将放射线Rrad变换为处于光电变换层111的敏感区域的波长(例如可见光)的放射线。波长变换层112例如可以配置为由将例如X射线变换为可见光的荧光体(例如诸如CsI(加添Tl)、Gd2O2S、BaFX(其中，X是Cl、Br、I或者任何其它元素)、NaI和CaF2的闪烁器)。这样的波长变换层112可以隔着由例如有机材料或者旋涂玻璃材料制成的平坦化膜而形成于光电变换层111上。光电变换层111A可以包括例如光电二极管的光电变换器件(后述的光电变换器件21)。
在直接变换类型中(见图2B)，像素部11可以包括吸收进入的放射线Rrad以产生电信号(空穴和电子)的变换层(直接变换层111B)。直接变换层111B可以例如由非晶硒(a-Se)半导体或者镉碲(CdTe)半导体制成。
虽然放射线摄像装置1可以是间接变换类型和直接变换类型，在如下的实施例及其他如下示例中，将主要以间接变换类型作为示例描述。换言之，如后所详述，在像素部11中，放射线Rrad在波长变换层112中变换为可见光，其后可见光在光电变换层111A(光电变换器件21)中变换为电信号，并且电信号被读出为信号电荷。
图3图示了像素20的电路配置(所谓的无源电路配置)以及A/D变换部14中的后述的电荷放大电路171的电路配置的示例。这个无源像素20包括一个光电变换器件21和一个晶体管22。沿着H方向延伸的读出控制线Lread和沿着V方向延伸的信号线Lsig耦合至像素20。
光电变换器件21可以由例如PIN(PositiveIntrinsicNegative)光电二极管或者MIS(Metal-Insulator-Semiconductor)传感器制成，并且产生对应于如上所述的进入的光量的电荷量的信号电荷。应当注意，这里，光电变换器件21的阴极耦合至存储结点N。
晶体管22是当响应于通过读出控制线Lread供给的行扫描信号变换至导通状态而将由光电变换器件21获得的信号电荷(输入电压Vin)输出至信号线Lsig的晶体管(读出晶体管)。这里，晶体管22由N沟道(N型)场效应晶体管(FET)构成。或者，晶体管22可以由P沟道(P型)FET或者任何其它晶体管构成。
图4图示了晶体管22的截面构造。在这个实施例中，晶体管22具有所谓的顶栅薄膜晶体管的器件构造。晶体管22可以在衬底110上例如依次包括第一栅绝缘膜129(第一栅绝缘膜)、半导体层126、第二栅绝缘膜130(第二栅绝缘膜)和第一栅电极120A。源漏极128设置在层间绝缘膜131上以填充接触孔H1。
半导体层126例如可以包括沟道层(有源层)126a、LDD(轻掺杂漏极)层126b和N+层126c,并且例如由诸如非晶硅、微晶硅或者多结晶硅(多晶硅)和优选地低温多晶硅(LTPS)等基于硅的半导体制成。或者，半导体层126可以由诸如铟嫁氧化锌(InGaZnO)或者氧化锌(ZnO)的氧化物半导体制成。LDD层126b形成于沟道层126a和N+层126c之间，以减少漏电流。
源漏极128用作源极和漏极，并且可以是例如由包括钛(Ti)，铝(Al)、钼(Mo)、钨(W)和铬(Cr)的元素之一制成的单层膜，或者是包括两种以上这些元素的多层膜。
第一栅电极120A可以是例如由包括钼、钛、铝、钨和铬的元素之一制成的单层膜，或者是包括两个或更多个这些元素的多层膜。第一栅电极120A被设置为中间隔着第二栅绝缘膜130面对半导体层126(更具体地说是沟道层126a)(半导体层126的面对第一栅电极120A的区域是沟道层126a)。
(栅绝缘膜的构成)
第一栅绝缘膜129和第二栅绝缘膜130各自例如包括由诸如氧化硅(SiOx)或者氮氧化硅(SiON)的材料制成的氧化硅膜(含氧的硅复合膜)。更具体地说，第一栅绝缘膜129和第二栅绝缘膜130各自是由诸如氧化硅或者氮氧化硅的材料制成的单层膜，或者是包括诸如氧化硅膜和氮化硅膜(诸如氮化硅(SiNx)膜)的多层膜。在第一栅绝缘膜129和第二栅绝缘膜130中，上述氧化硅膜设置在半导体层126侧(与半导体层126邻接)。例如，在半导体层126由低温多晶硅制成的情况下，由于制造工艺的原因，氧化硅膜形成为与半导体层126邻接。
第一栅绝缘膜129和第二栅绝缘膜130各自可以优选地是包括氧化硅膜和氮化硅膜的上述多层膜。这里，第一栅绝缘膜129和第二栅绝缘膜130各自是多层膜。更具体地说，第一栅绝缘膜129可以例如包括从衬底110侧依次叠放的氮化硅膜129A和氧化硅膜129B。第二栅绝缘膜130可以例如包括从半导体层126侧开始依次叠放的氧化硅膜130A、氮化硅膜130B和氧化硅膜130C。应当注意，在这个实施例中，氧化硅膜129B对应于本公开的“第一氧化硅膜”的具体示例，并且氧化硅膜130A对应于本公开的“第二氧化硅膜”的具体示例。
在这个实施例中，第二栅绝缘膜130的与半导体层126的顶侧(顶面)邻接的氧化硅膜130A的厚度等于或者大于第一栅绝缘膜129的与半导体126的底侧(底面)邻接的氧化硅膜129B的厚度。而且，氧化硅膜129B和氧化硅膜130A的总厚度优选地是65nm或更小。这使得可以降低晶体管的阈值电压向着负侧的漂移，从而抑制了特性的劣化。
作为第一栅绝缘膜129和第二栅绝缘膜130中的各个膜的厚度的示例，例如在第一栅绝缘膜129中，氮化硅膜129A的厚度例如是30nm至120nm(包括端值)，氧化硅膜129B的厚度例如是5nm至60nm(包括端值)。在第二栅绝缘膜130中，氧化硅膜130A的厚度例如是5nm至60nm(包括端值)，氮化硅膜130B的厚度例如是10nm至120nm(包括端值)，并且氧化硅膜130C的厚度例如是5nm至60nm(包括端值)。在这些膜厚范围内，氧化硅膜129B和130A的厚度的每一个设置为满足上述大小关系，并且优选地设置为总厚度是65nm或更小。
这里，半导体层126和第一栅电极120A之间的电容(栅电容)例如根据(但是不限于)形成第二栅绝缘膜130的各个膜的介电常数和厚度来决定。如上所述，因为制造过程的原因，氧化硅膜129B和130A与半导体层126邻接，就晶体管特性来说(后文将要详述)，氧化硅膜129B和130A的总厚度优选相对较薄(例如65nm或更小)。在第二栅绝缘膜130中，主要地，通过在上述叠放构造中调整氮化硅膜130B的厚度，使得可以设定栅电容。
氮化硅膜130B的厚度优选地大于氧化硅膜130A的厚度，并且可以例如是10nm或更大。这使得可以容易地形成期望的栅电容，同时保持氧化硅膜129A和氧化硅膜130B的总厚度例如保持在65nm或更小。
应该注意，上述第二栅绝缘膜130中的每个膜(具体地氧化硅膜130A)的厚度可以优选地在以下具体的位置进行测量。更具体地说，如图5A所示，在晶体管22的堆叠构造中，极小的突起X易于形成于例如由多晶硅制成的半导体层126(沟道层126a)的表面上。结果，在上述的半导体层126上方的各个膜、具体地在氧化硅膜130A中，难以获得突起X周围的有利的覆盖(各个膜易于被局部地打薄)。因此，如图5B所示意性地图示，优选地使用在突起X之间的平坦部A中的厚度(t)作为第二栅绝缘膜130的至少氧化硅膜130A的厚度。
层间绝缘膜131可以是例如由包括氧化硅、氮氧化硅和氮化硅的材料之一制成的单层膜，或者是包括两个或更多这些材料的多层膜。例如，层间绝缘膜131可以例如包括从第一栅电极120A侧依次叠放的氧化硅膜131A、氮化硅膜131B和氧化硅膜131C。应当注意，另一个层间绝缘膜可以进一步形成为覆盖层间绝缘膜131和源漏极128。
(行扫描部13)
行扫描部13可以包括诸如后述的移位寄存电路和预定的逻辑电路等部件，并且是逐行(以水平线为单位)执行像素部11中的多个像素20的驱动(线序扫描)的像素驱动部(行扫描电路)。更具体地说，行扫描部13可以通过线序扫描例如执行诸如每个像素20的读出操作和重置操作的摄像操作。应当注意，通过读出控制线Lread将上述行扫描信号供给至每个像素20来执行线序扫描。
(A/D变换部14)
A/D变换部14包括各自为多个(这里为四个)信号线Lsig设置的多个列选择部17。A/D变换部14基于通过信号线Lsig输入的信号电压(对应于信号电荷的电压)执行A/D变换(模数变换)。结果，产生作为数字信号的输出数据Dout(摄像信号)，并且输出至外部。
例如，如图6所示，每个列选择部17可以包括电荷放大器172、电容器件(诸如电容器或者反馈电容器件)C1、开关SW1、采样保持(S/H)电路173、包括四个开关SW2的多路复用电路(选择电路)174和A/D变换器175。在这些部件中，电荷放大器172、电容器件C1、开关SW1、S/H电路173和开关SW2为每个信号线Lsig而设置。多路复用电路174和A/D变换器175为各个列选择部17而设置。应当注意，电荷放大器172、电容器件C1和开关SW1构成如图3所示的电荷放大电路171。
电荷放大器172是用于将从信号线Lsig读出的信号电荷变换(Q-V变换)为电压的放大器。在电荷放大器172中，信号线Lsig的一端耦合至在位于负侧(-侧)的输入端子，并且预定的重置电压Vrst被输入至位于正侧(+侧)的输入端子。反馈连接通过包括电容器件C1和开关SW1的并联电路设置在电荷放大器172的输出端子和位于负侧的输入端子之间。换言之，电容器件C1的一个端子和另一个端子分别地耦合至位于电荷放大器172的负侧的输入端子和电荷放大器172的输出端子。类似地，开关SW1的一个端子和另一个端子分别地耦合至位于电荷放大器172的负侧的输入端子和电荷放大器172的输出端子。应当注意，开关SW1的ON/OFF状态由通过放大复位控制线Lcarst从系统控制部16提供的控制信号(放大复位控制信号)所控制。
S/H电路173设置在电荷放大器172和多路复用电路174(开关SW2)之间，并且是用于暂时保持来自于电荷放大器172的输出电压Vca的电路。
多路复用电路174是当四个开关SW2之一根据列扫描部15的扫描驱动依次进入接通状态时，有选择地在每个S/H电路173和A/D变换器175之间建立或者中断连接的电路。
A/D变换器175是对通过开关SW2从S/H电路173输入的输出电压进行A/D变换的电路，从而生成并且输出上述输出数据Dout。
(列扫描部15)
列扫描部15可以例如包括未图示的移位寄存器和未图示的地址解码器，并且可以用于在扫描每个开关SW2的同时依次驱动列选择部17中的每个开关SW2。由列扫描部15进行的这样的选择扫描使得通过每个信号线Lsig读出的每个像素20的信号(上述输出数据Dout)被依次输出至外部。
(系统控制部16)
系统控制部16用于控制行扫描部13、A/D变换部14和列扫描部中的每一个的操作。更具体地说，系统控制部16包括时序发生器，该时序发生器产生上述各种时序信号(控制信号)，并且基于时序发生器所产生的这些各种时序信号对行扫描部13、A/D变换部14和列扫描部15执行驱动控制。基于系统控制部16的这样的控制，行扫描部13、A/D变换部14和列扫描部15中的每个对像素部11中的多个像素20执行摄像驱动(线序摄像驱动)，从而从像素部11获得输出数据Dout。
[功能和效果]
在根据该实施例的放射线摄像装置1中，例如，诸如X射线的放射线Rrad进入像素部11，基于所进入的光的信号电荷在每个像素20(这里是光电变换元件21)中产生。在这时候，具体地，在如图3所示的存储结点N中，通过所产生的信号电荷的累积引起根据结点电容的电压变化。因此，输入电压Vin(对应于信号电荷的电压)被提供给晶体管22的漏极。其后，当晶体管22响应于通过读出控制线Lread所提供的行扫描信号而转换到接通状态时，上述信号电荷被读出至信号线Lsig。
所读出的信号电荷通过信号线Lsig针对每多个(这里为四个)像素列被输入至A/D变换部14中的列选择部17。在列选择部17中，首先，在包括电荷放大器172和其他部件的电荷放大电路中，对通过每个信号线Lsig输入的每个信号电荷执行Q-V变换(从信号电荷至信号电压的变换)。随后，对所述变换所产生的每个信号电压(来自于电荷放大器172的输出电压Vca)通过S/H电路173和多路复用电路174在A/D变换器175中执行A/D变换，以产生作为数字信号的输出数据Dout(摄像信号)。于是，输出数据Dout被依次从每个列选择部17输出，并且被传输到外面(或者被输入至未图示的内部存储器)。
已经进入放射线摄像装置1的一些放射线Rrad不被上述波长变换层112(或者直接变换层111B)吸收，并且泄漏至下面的层，并且当晶体管22暴露于这样的放射线时，会发生以下的缺陷。晶体管22包括第一栅绝缘膜129和第二栅绝缘膜130中的氧化硅膜(氧化硅膜129B和130A)。当放射线进入这些氧化硅膜中，这些膜中的电子例如但是不限于受到所谓的光电效应、康普顿(Compton)散射或者电子对生成所激发。结果，空穴被捕获并且累积在第一栅绝缘膜129和第二栅绝缘膜130中，空穴也被捕获并且累积在与沟道层126a的界面处。这可以例如导致(但是不限于)晶体管22的阈值电压Vth至负侧(-侧)的漂移或者S(阈)值的劣化，这可以导致截止电流的增加或者导通电流的减小。
图7A图示了每个X射线照射剂量的晶体管22的漏极电流Id(源极和漏极之间的电流)相对于栅极电压Vg的关系(电流电压特性)。照射条件包括80kV的管电压和3.2mGy/秒的剂量率，并且图示了当照射剂量是0Gy(初值)、54Gy、79Gy、104Gy、129Gy、154Gy、254Gy和354Gy时的特性。应当注意的是，低温多晶硅用于半导体层126，源极和漏极之间的电压Vds是0.1V。可以发现，随着X射线照射剂量的增加，阈值电压Vth(例如栅极电压Vg，其中，Id＝1.0×10-13A)漂移至负侧，并且S值劣化。
这里，在晶体管22中，如上所述，半导体层126的表面易于变粗糙(突起X易于形成)，并且氧化硅膜130A易于局部地变薄。如这个实施例那样，当第二栅绝缘膜130的氧化硅膜130A的厚度等于或者大于第一栅绝缘膜129的氧化硅膜129B的厚度时，例如，获得了氧化硅膜130A的有利的范围，这导致了有利的晶体管特性(阈值电压特性或者S值)。而且，这使得可以例如抑制每个装置的特性的变化的发生。
具体地，这是由以下原因导致的。该原因是：在制造晶体管22的步骤中当半导体层126形成时，使用例如由氧化硅(SiO2)制成的阻挡膜(阻挡膜130a1)。下面将使用阻挡膜130a1的情况描述为获得以上所述的有利的覆盖的技术的示例。然而，阻挡膜130a1不是必须形成的。
具体地，如图7B所示，在多晶硅层1260形成于第一栅绝缘膜129上之后(通过ELA的结晶步骤之后)，阻挡膜130a1形成于多晶硅层1260上。随后，如图7C所示,通过阻挡膜130a1对多晶硅层1260进行掺杂，以形成半导体层126。通过使用用于形成半导体层126的阻挡膜130a1，使得在无须暴露(露出)半导体层126(具体地，沟道层126a)的界面的情况下执行该步骤。因此，不易于发生半导体层126中的界面的劣化(例如污染)，并且可以抑制特性的劣化。可以在结晶化处理之前、即氮化硅膜129A、氧化硅膜129B和非晶硅层(对应于结晶前的半导体层126)之前的各个成膜处理可以连续进行(无须暴露于例如但不限于真空室中的空气)。因此，半导体层126的底侧的界面是抗劣化的。
其后，如图7D所示，半导体层126和阻挡膜130a1被图形化为预定的形状。端面(N+层126c的端面)通过该图形化而被暴露，并且例如当氮化硅膜130B在这个状态下形成时，阈值电压通过界面状态的影响被容易地漂移至负侧。因此，如图7E所示，进一步形成单层氧化硅膜130a2以覆盖半导体层126和阻挡膜130a1的端面。其后，氮化硅膜130B优选地形成于氧化硅膜130a2上。换言之，在制造过程中，为了保持有利的晶体管特性，上述氧化硅膜130A可以优选地包括阻挡膜130a1和氧化硅膜130a2(优选地通过多阶段成膜处理形成)。
由于上述原因，半导体层126上方的氧化硅膜130A的厚度等于或者大于半导体层126下方的氧化硅膜129B的厚度，这使得可以抑制晶体管特性的劣化。
这使得晶体管22的特性是有利的。而且，如后所述，在与半导体层126邻接的氧化硅膜129B和130A的总厚度是65nm或更小(薄)的情况下是特别有效的。这也使得可以抑制由上述空穴捕获所引起的特性的劣化，从而进一步提高了可靠性。
图7F图示了氧化硅(SiO2)膜的厚度的总和(总厚度)和阈值电压的漂移量(△Vth)之间的关系。应当注意，图上的纵轴上的符号”-(减)”表示阈值电压漂移至负侧。氧化硅膜的厚度和阈值电压之间有这样的关系，并且该关系具有线性。例如，当氧化硅膜129B和130A的总厚度是65nm或更小时，这可以使得漂移量保持在2V以下，并且可以保证充分的晶体管寿命。
如上所述，在这个实施例中，用于从每一像素20读出基于放射线Rrad的信号电荷的晶体管22的器件结构从衬底110侧依次包括氧化硅膜129B、半导体层126、氧化硅膜130A和第一栅电极。因为氧化硅膜130A的厚度等于或者大于氧化硅膜129B的厚度，晶体管22的成品量提高。这可以使得器件结构具有高的可靠性。
接着，下面将要描述上述实施例的变型例。应当注意，同样的部件用如同上述实施例的同样的附图标记来表示，并且恰当地省略其描述。
(变型例1)
图8图示了根据变型例1的晶体管的截面构造。在上述实施例(如图3中的示例)，第二栅绝缘膜(第二栅绝缘膜130)具有三层构造，其包括从半导体层126侧依次堆叠的氧化硅膜130A、氮化硅膜130B和氧化硅膜130C，然而第二栅绝缘膜的多层构造不限于此。例如，如同该变型例那样，第二栅绝缘膜(第二栅绝缘膜134)可以具有二层构造，其包括从半导体层126侧依次堆叠的氧化硅膜134A和氮化硅膜134B。
图9A图示了将X射线施加至上述实施例中(被认为是示例1)的晶体管22前后的电流电压特性，并且图9B图示了将X射线施加至该变型例(被认为是示例2)中的晶体管前后的电流电压特性。X射线照射条件类似于图7F，并且图示了X射线照射剂量是0Gy和25Gy的情况。而且，图10图示了在示例1和2的电流电压特性中的X射线照射(25Gy)之后的阈值电压漂移量(△Vth)。将电流Id是1.0×10-13(A)的情况下的栅压用作阈值电压Vth。由此结果，在这个变型例中的器件构造中的电流电压特性类似于在上述实施例中的那些，并且由X射线照射的性能也是相似的。因此，即使在这个变型例中，有可能获得与上述实施例中的那些类似的效果。只要与半导体126邻接的氧化硅膜130A所形成的厚度等于或者大于氧化硅膜129B的厚度，第二栅绝缘膜130可以具有三层构造或者二层构造。或者，虽然未图示，第二栅绝缘膜130可以配置为单层膜，例如是氧化硅膜130A。
(变型例2)
图11图示了根据变型例2的晶体管的截面的构造。在上述实施例中，举例说明了顶栅器件构造；然而，本公开的晶体管可以具有如本变型例那样的底栅器件构造。这个变型例的器件构造可以例如从衬底110侧依次包括第一栅电极120A、第一栅绝缘膜129、半导体层126和氧化硅膜130A。而且，层间绝缘膜132形成于氧化硅膜130A上，并且形成穿过层间绝缘膜132和氧化硅膜130A的接触孔H1。源漏极128设置在层间绝缘膜132上以填充接触孔H1。层间绝缘膜132可以例如是多层膜，其从氧化硅膜130A侧依次包括氮化硅膜132A和氧化硅膜132B。
即使在这个变型例中，氧化硅膜130A的厚度等于或者大于氧化硅膜129B的厚度，这使得可以获得与上述实施例类似的效果。而且，层间绝缘膜132的氮化硅膜132A的厚度优选地大于氧化硅膜130A的厚度(例如是10nm或更大)。进一步，由于与上述实施例相似的原因，与半导体层126邻接的氧化硅膜129B和130A的总厚度优选地是65nm或更小。
(变型例3-1)
图12图示了根据变型例3-1的晶体管的截面的构造。在上述实施例中，举例说明了顶栅器件构造。然而，本公开的晶体管可以具有如本变型例那样的所谓的双栅构造。这个变型例的器件构造可以例如从衬底110侧依次包括第一栅电极120A、第一栅绝缘膜129、半导体层126、第二栅绝缘膜130和第二栅电极120B。而且，层间绝缘膜133形成于第二栅绝缘膜130和第二栅电极膜120B上，并且形成穿过层间绝缘膜133和第二栅绝缘膜130的接触孔H1。源漏极128设置在层间绝缘膜133上以填充接触孔H1。层间绝缘膜133可以例如是多层膜，其从氧化硅膜130A侧依次包括氧化硅膜133A、氮化硅膜133B和氧化硅膜133C。
即使在这个变型例中，氧化硅膜130A的厚度等于或者大于氧化硅膜129B的厚度，这使得可以获得与上述实施例类似的效果。而且，由于与上述实施例相似的原因，层间绝缘膜132的氮化硅膜132A的厚度优选地大于氧化硅膜130A的厚度(例如是10nm以上)。进一步，由于与上述实施例相似的的原因，与半导体层126邻接的氧化硅膜129B和130A的总厚度优选地是65nm或更小。
(变型例3-2)
图13图示了根据变型例3-2的晶体管的截面的构造。即使在上述变型例3-1中的双栅器件构造中，第二栅绝缘膜的多层构造不做具体限制，并且可以使用在上述变型例1中所述的具有二层构造的第二栅绝缘膜。
(变型例4)
图14图示了根据变型例4的像素(像素20A)的电路构造，以及在上述实施例中所述的电荷放大电路171的电路构造示例。在这个变型例中的像素20A具有如实施例中的像素20的无源电路构造，并且包括一个光电变换元件21和一个晶体管22。而且，沿着H方向延伸的读出控制线Lread和沿着V方向延伸的信号线Lsig被耦合至像素20。
然而，在这个变型例中的像素20A中，不同于上述实施例中的像素20，光电变换元件21的阳极耦合至存储结点N，并且阴极耦合至地。在像素20A中，光电变换元件21的阳极可以耦合至存储结点N，即使是这样的构造，也可以获得与根据上述实施例的放射线摄像装置1相似的效果。
(变型例5)
图15图示了根据变型例5的像素(像素20B)的像素的电路构造，以及在上述实施例中所述的电荷放大电路171的电路构造示例。这个变型例中的像素20B具有如同实施例中的像素20的所谓的无源电路构造，并且包括一个光电变换元件21并且耦合至沿着H方向延伸的读出控制线Lread和沿着V方向延伸的信号线Lsig。
然而，在这个变型例中，像素20B包括二个晶体管22。两个晶体管22彼此串联耦合(晶体管22之一的源极或者漏极电耦合至另一个晶体管22的源极或者漏极)。两个晶体管22设置在一个像素20中，使得可以减少关断泄漏。
彼此串联耦合的两个晶体管22可以设置在像素20B中，使得即使在这种情况下，可以获得与上述实施例类似的效果。应当注意，三个以上晶体管可以彼此串联耦合。
(变型例6-1和6-2)
图16图示了根据变型例6-1的像素(像素20C)的像素的电路构造，以及在后述的实施例中的电荷放大电路171A的电路构造示例。而且，图17图示了根据变型例6-2的像素(像素20D)的电路构造，以及电荷放大电路171A的电路构造示例。根据变型例6-1和6-2的像素20C和20D各自不同于上面描述的像素20、20A和20B，并且各自具有所谓的有源像素电路。
有源像素20C和20D各自包括一个光电变换元件21和三个晶体管22、23和24。沿着H方向延伸的读出控制线Lread和复位控制线Lrst和沿着V方向延伸的信号线Lsig耦合至像素20C和20D中的每一个。
在像素20C和20D中的每一个中，晶体管22的栅极、源极和漏极分别地耦合至读出控制线Lread、信号线Lsig和形成源极跟随电路的晶体管23的漏极。晶体管23的源极耦合至电源VDD，其栅极通过存储结点N耦合至光电变换元件21的阴极(图16中的示例)或者阳极(图17中的示例)、以及用作重置晶体管的晶体管24的漏极。晶体管24的栅极耦合至复位控制线Lrst，并且其源极被提供有重置电压Vrst。在变型例6-1中，光电变换元件21的阳极耦合至地面，并且在变型例6-2中，光电变换元件21的阴极耦合至地面。
而且，在这些变型例6-1和6-2中，取代上述电荷放大电路171中的电荷放大器172、电容器件C1和开关SW1的是，电荷放大电路171A包括放大器176和恒流源177。在放大器176中，正侧上的输入端子耦合至信号线Lsig，负侧上的输入端子和输出端子彼此耦合，从而形成电压跟随电路。应当注意，恒流源177的一个端子耦合至信号线Lsig的一端，并且恒流源177的另一个端子耦合至电源VSS。
上述间接变换或者直接变换放射线摄像装置用作基于放射线Rrad获得电信号的各种摄像装置中的任何一种。例如，上述间接变换或者直接变换放射线摄像装置可以应用于医用X射线摄像装置(诸如数字式射线照相)、用于在诸如机场等位置检测携带物品的X射线照相装置以及工业用X射线摄像装置(例如用于检测集装箱中的危险品的装置)。
(应用例)
根据上述实施例和上述变型例的放射线摄像装置适用于下述的放射线摄像显示系统。
图18示意性地图示了根据应用例的放射线摄像显示系统(放射线摄像显示系统5)的示意构造示例。放射线摄像显示系统5包括放射线摄像装置1，放射线摄像装置1包括根据上述实施例和上述其它示例的像素部11及其他部件、图象处理部52和显示单元4，并且是在本示例中的使用放射线的放射线摄像显示系统。
图象处理部52对从放射线摄像装置1输出的输出数据Dout(摄像信号)执行预定的图象处理，以产生图像数据D1。显示单元4在预定的监视屏40上基于在图象处理部52中生成的图像数据D1显示图像。
在放射线摄像显示系统5中，放射线摄像装置1基于从诸如X射线源的放射源51施加至物体50的放射线Rrad获得物体50的图像数据Dout，并且将如此获得的图像数据Dout输出至图象处理部52。图象处理部52对输入的图像数据Dout执行上述预定的图象处理，并且将通过图象处理所生成的图像数据(显示数据)D1输出至显示单元4。显示单元4基于所输入的图像数据D1在监视屏40显示图像信息(拍摄的图像)。
在这个应用例的放射线摄像显示系统5中，放射线摄像装置1可以将物体50的图像作为电信号获得，这样，所获得的电信号传送至显示单元4可以执行图像显示。换言之，这使得可以观察物体50的图像，而无须使用照相胶片，并且可以解决活动图像拍摄和活动图像显示的问题。
虽然上面描述了实施例、变型例和应用例，本公开的内容不限于此，并且可以进行多种变型。例如，在上述实施例和上述其它示例中，以包括1～3个叠放绝缘膜的膜作为第一和第二栅极绝缘膜的每一个的示例。然而，第一和第二栅极绝缘膜各自可以是包括四个以上叠放绝缘膜的膜。只要第二栅极绝缘膜的氧化硅膜设置在半导体层侧，并且所形成的厚度等于或者大于第一栅极绝缘膜中的氧化硅膜，任何多层构造使得可以获得本公开的效果。
而且，根据上述实施例和上述其它示例的像素部中的像素的电路构造不局限于在上述实施例和上述其它示例中所述的那些(像素20、20A至20D的电路构造)，并且可以是任何其它电路构造。相似地，诸如行扫描部和列选择部的其它部件的电路构造不局限于在上述实施例和上述其它示例中所描述的那些，并且可以是任何其它电路构造。
而且，例如可以在相同的衬底上形成在上述实施例和上述其它示例中所述的像素部、行扫描部、A/D变换部(列选择部)、列扫描部及其他部件。具体地，例如，通过使用诸如低温多晶硅的多晶半导体，可以在同一衬底上形成这些电路部中的开关及其他部件。这使得可以例如基于来自于外部系统控制部的控制信号对同一衬底执行驱动操作，从而获得纤细的底板(具有三个自由边的框架结构)以及在布线连接的可靠性上的改善。
应当注意，本公开可以具有下述配置。
(1)一种放射线摄像装置，其包括：
多个像素，其基于放射线产生信号电荷；和
场效应晶体管，其用于从所述多个像素读出所述信号电荷，
所述晶体管包括：
从衬底侧依次堆叠的第一氧化硅膜、包括有源层的半导体层、和第二氧化硅膜，和
设置为隔着所述第一和第二氧化硅膜之一面对所述半导体层的第一栅电极，并且
所述第二氧化硅膜的厚度等于或者大于所述第一氧化硅膜的厚度。
(2)根据(1)的放射线摄像装置，其中，所述晶体管从所述衬底侧依次包括所述第一氧化硅膜、所述半导体层、所述第二氧化硅膜和所述第一栅电极。
(3)根据(2)的放射线摄像装置，其中，在所述第二氧化硅膜和所述第一栅电极之间设置有具有比所述第二氧化硅膜的厚度更大厚度的氮化硅膜。
(4)根据(3)的放射线摄像装置，其中，所述氮化硅膜的厚度为10nm或更大。
(5)根据(1)至(4)中的任何一个的放射线摄像装置，其中，所述第一和第二氧化硅膜的总厚度是65nm或更小。
(6)根据(1)的放射线摄像装置，其中，所述晶体管从所述衬底侧依次包括所述第一栅电极、所述第一氧化硅膜、所述半导体层和所述第二氧化硅膜。
(7)根据(6)的放射线摄像装置，其中，在所述第二氧化硅膜上设置有具有比所述第二氧化硅膜的厚度更大厚度的氮化硅膜。
(8)根据(7)的放射线摄像装置，其中，所述氮化硅膜的厚度为10nm或更大。
(9)根据(1)的放射线摄像装置，其中，
所述晶体管从衬底侧依次包括所述第一栅电极、所述第一氧化硅膜、所述半导体层和所述第二氧化硅膜，和
所述晶体管在所述第二氧化硅膜上包括第二栅电极以面对所述第一栅电极。
(10)根据(9)的放射线摄像装置，其中，在所述第二氧化硅膜和所述第一栅电极之间设置有具有比所述第二氧化硅膜的厚度更大厚度的氮化硅膜。
(11)根据(10)的放射线摄像装置，其中，所述氮化硅膜的厚度为10nm以上。
(12)根据(1)至(11)中的任何一个的放射线摄像装置，其中，所述半导体层包括多晶硅、微晶硅、非晶硅和氧化物半导体之一。
(13)根据(12)的放射线摄像装置，其中，所述半导体层包括低温多晶硅。
(14)根据(1)至(13)中的任何一个的放射线摄像装置，还包括在所述多个像素的光进入侧的波长变换层，
其中，所述多个像素中的每一个包括光电变换元件，和
所述波长变换层配置为将所述放射线变换为处于所述光电变换元件的敏感区域中的波长的放射线。
(15)根据(14)的放射线摄像装置，其中，所述光电变换元件由PIN型光电二极管和MIS型传感器之一构成。
(16)根据(1)至(13)中的任何一个的放射线摄像装置，其中，所述多个像素中的每一个包括吸收所述放射线以产生所述信号电荷的变换层。
(17)根据(1)至(16)中的任何一个的放射线摄像装置，其中，所述放射线包括X射线。
(18)一种放射线摄像显示系统，其设置有放射线摄像装置和显示单元，所述显示单元配置为基于所述放射线摄像装置获得的摄像信号显示图像，所述放射线摄像装置包括：
多个像素，其基于放射线产生信号电荷；和
场效应晶体管，其用于从所述多个像素读出所述信号电荷，
所述晶体管包括：
从衬底侧依次堆叠的第一氧化硅膜、包括有源层的半导体层、和第二氧化硅膜，和
设置为中间隔着所述第一和第二氧化硅膜之一面对所述半导体层的第一栅电极，并且
所述第二氧化硅膜的厚度等于或者大于所述第一氧化硅膜的厚度。
本申请要求2013年7月17日提交的日本优先权专利申请JP2013-148271的权益，其全部内容通过引用并入此处。
本领域的技术人员应当理解：根据设计要求及其他因素可以发生各种变型、组合、子组合和变更，它们都在所附的权利要求书及其等同物的范围内。

Claims (18)

1.一种放射线摄像装置，其包括：
多个像素，其基于放射线产生信号电荷；和
场效应晶体管，其用于从所述多个像素读出所述信号电荷，
所述晶体管包括：
从衬底侧依次堆叠的第一氧化硅膜、包括有源层的半导体层、和第二氧化硅膜，和
设置为中间隔着所述第一和第二氧化硅膜之一面对所述半导体层的第一栅电极，并且
所述第二氧化硅膜的厚度等于或者大于所述第一氧化硅膜的厚度。
2.根据权利要求1所述的放射线摄像装置，其中，所述晶体管从所述衬底侧依次包括所述第一氧化硅膜、所述半导体层、所述第二氧化硅膜和所述第一栅电极。
3.根据权利要求2所述的放射线摄像装置，其中，在所述第二氧化硅膜和所述第一栅电极之间设置有具有比所述第二氧化硅膜的厚度更大厚度的氮化硅膜。
4.根据权利要求3所述的放射线摄像装置，其中，所述氮化硅膜的厚度为10nm或更大。
5.根据权利要求1所述的放射线摄像装置，其中，所述第一和第二氧化硅膜的总厚度是65nm或更小。
6.根据权利要求1所述的放射线摄像装置，其中，所述晶体管从所述衬底侧依次包括所述第一栅电极、所述第一氧化硅膜、所述半导体层和所述第二氧化硅膜。
7.根据权利要求6所述的放射线摄像装置，其中，在所述第二氧化硅膜上设置有具有比所述第二氧化硅膜的厚度更大厚度的氮化硅膜。
8.根据权利要求7所述的放射线摄像装置，其中，所述氮化硅膜的厚度为10nm或更大。
9.根据权利要求1所述的放射线摄像装置，其中，
所述晶体管从衬底侧依次包括所述第一栅电极、所述第一氧化硅膜、所述半导体层和所述第二氧化硅膜，并且
所述晶体管在所述第二氧化硅膜上包括第二栅电极以面对所述第一栅电极。
10.根据权利要求9所述的放射线摄像装置，其中，在所述第二氧化硅膜和所述第一栅电极之间设置有具有比所述第二氧化硅膜的厚度更大厚度的氮化硅膜。
11.根据权利要求10所述的放射线摄像装置，其中，所述氮化硅膜的厚度为10nm或更大。
12.根据权利要求1所述的放射线摄像装置，其中，所述半导体层包括多晶硅、微晶硅、非晶硅和氧化物半导体之一。
13.根据权利要求12所述的放射线摄像装置，其中，所述半导体层包括低温多晶硅。
14.根据权利要求1所述的放射线摄像装置，还包括在所述多个像素的光进入侧的波长变换层，
其中，所述多个像素中的每一个包括光电变换元件，和
所述波长变换层配置为将所述放射线变换为具有处于所述光电变换元件的敏感区域中的波长的放射线。
15.根据权利要求14所述的放射线摄像装置，其中，所述光电变换元件由PIN型光电二极管和MIS型传感器之一构成。
16.根据权利要求1所述的放射线摄像装置，其中，所述多个像素中的每一个包括吸收所述放射线以产生所述信号电荷的变换层。
17.根据权利要求1所述的放射线摄像装置，其中，所述放射线包括X射线。
18.一种放射线摄像显示系统，其设置有放射线摄像装置和显示单元，所述显示单元配置为基于所述放射线摄像装置获得的摄像信号显示图像，所述放射线摄像装置包括：
多个像素，其基于放射线产生信号电荷；和
场效应晶体管，其用于从所述多个像素读出所述信号电荷，
所述晶体管包括：
从衬底侧依次堆叠的第一氧化硅膜、包括有源层的半导体层、和第二氧化硅膜，和
设置为中间隔着所述第一和第二氧化硅膜之一面对所述半导体层的第一栅电极，并且
所述第二氧化硅膜的厚度等于或者大于所述第一氧化硅膜的厚度。
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