CN110392927A - 摄像装置和x射线摄像装置 - Google Patents

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Abstract

本发明的一个方面的摄像装置具备：光电转换部，其将入射的光转换为电荷；以及检测部，其检测由光电转换部产生的电荷，光电转换部具备按矩阵状排列的多个光电二极管，检测部具备与多个光电二极管对应设置并按矩阵状排列的多个TFT，光电二极管具备下部电极、半导体层以及上部电极，在半导体层的周缘部，在下部电极的厚度方向的至少一部分与半导体层之间设置有绝缘层，绝缘层的端部具有该绝缘层的下表面与侧面形成锐角的锥形形状。

Description

摄像装置和X射线摄像装置
技术领域
本发明的若干方面涉及摄像装置和X射线摄像装置。
本申请关于2017年3月16日在日本提交申请的特愿2017-051166号主张优先权，并在此引用其内容。
背景技术
例如在医疗用诊断装置的领域中以往以来已知X射线摄像装置。在X射线摄像装置中有直接转换方式和间接转换方式这2个方式。其中，在间接转换方式的X射线摄像装置中，在X射线转换层中将被照射的X射线转换为可见光，使用光电二极管和开关元件将该可见光检测为图像。
在下述的专利文献1中，公开了具备按矩阵状排列的多个光检测元件的光电转换装置。光检测元件包括光电二极管和薄膜晶体管。以下，在本说明书中，将薄膜晶体管(ThinFilm Transistor)缩写为TFT。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：特开2015-79840号公报
发明内容
发明要解决的问题
在专利文献1的光电转换装置中，为了抑制光电二极管的漏电流，采用了在光电二极管的下部电极上设置具有开口部的绝缘层并在开口部中使光电二极管的半导体层(接触层)与下部电极接触的构成。然而，在该构成中，漏电流对策仍不充分，要求进一步降低光电二极管的漏电流的对策。
本发明的一个方面是为了解决上述问题而完成的，其目的之一在于通过降低光电二极管的漏电流而提供一种拍摄性能优异的摄像装置。另外，本发明的一个方面的目的之一在于提供具备上述的摄像装置的X射线摄像装置。
用于解决问题的方案
为了达到上述的目的，本发明的一个方面的摄像装置具备：光电转换部，其将入射的光转换为电荷；以及检测部，其检测由上述光电转换部产生的上述电荷，上述光电转换部具备按矩阵状排列的多个光电二极管，上述检测部具备与上述多个光电二极管对应设置并按矩阵状排列的多个薄膜晶体管，上述光电二极管具备下部电极、半导体层以及上部电极，在上述半导体层的周缘部，在上述下部电极的厚度方向的至少一部分与上述半导体层之间设置有绝缘层，上述绝缘层的端部具有该绝缘层的下表面与侧面形成锐角的锥形形状。
在本发明的一个方面的摄像装置中也可以是，上述绝缘层的下表面与侧面形成的锥形角度θ满足θ≤30°。
在本发明的一个方面的摄像装置中也可以是，上述绝缘层是氧化硅层。
在本发明的一个方面的摄像装置中也可以是，上述绝缘层具有氮化硅层与氧化硅层的两层结构，上述氮化硅层设置于上述下部电极与上述氧化硅层之间。
在本发明的一个方面的摄像装置中也可以是，上述下部电极具有第1电极层与第2电极层的两层结构，在上述半导体层的周缘部，在上述第1电极层与上述第2电极层之间设置有绝缘层，上述半导体层的下表面是与上述第2电极层接触的。
在本发明的一个方面的摄像装置中也可以是，上述薄膜晶体管具备包括In-Ga-Zn-O系氧化物半导体的半导体层。
本发明的一个方面的X射线摄像装置具备：X射线转换部，其在被照射X射线时根据上述X射线的强度产生光；以及本发明的一个方面的摄像装置，上述光电转换部将从上述X射线转换部射出的光转换为上述电荷。
发明效果
根据本发明的一个方面，能提供能降低光电二极管的漏电流、拍摄性能优异的摄像装置。另外，根据本发明的一个方面，能提供拍摄性能优异的X射线摄像装置。
附图说明
图1是第1实施方式的X射线摄像装置的概要构成图。
图2是第1实施方式的摄像装置的截面图。
图3是图2的附图标记A的部分的放大图。
图4是用于说明比较例的摄像装置的问题的图。
图5是第2实施方式的摄像装置的截面图。
图6A是用于说明摄像装置的制造工艺上的问题的图。
图6B是用于说明消除问题的方法的图。
图7是第2实施方式的摄像装置的截面图。
具体实施方式
[第1实施方式]
以下，使用图1～图4说明本发明的第1实施方式。
本实施方式的X射线摄像装置是间接转换方式的X射线摄像装置的一例。
图1是本实施方式的X射线摄像装置的概要构成图。
此外，在以下的各附图中，为了使各构成要素易于观看，有时根据构成要素的不同使尺寸的比例尺不同来将其示出。
如图1所示，X射线摄像装置1具备X射线转换部2和摄像装置3。X射线转换部2在被照射X射线Lx时根据X射线Lx的强度产生可见光Lv。X射线转换部2例如包括CsI：Tl、Gd2O2S：Tb等公知的闪烁体。摄像装置3拍摄基于由X射线转换部2产生的可见光Lv的图像。
摄像装置3具备光电转换部4和检测部5。光电转换部4具备按矩阵状排列的多个光电二极管7。后述光电二极管7的具体构成。光电转换部4将入射的可见光Lv转换为电荷。
检测部5具备按矩阵状排列的多个TFT8和多个电容器9。检测部5检测由光电转换部4产生的电荷。多个TFT8各自与光电转换部4的多个光电二极管7中的每一个光电二极管7对应设置，并电连接到各光电二极管7。另外，多个电容器9各自与多个TFT8中的每一个TFT8对应设置，并电连接到各TFT8。电容器9暂时存储由光电转换部4产生的电荷。TFT8读出在电容器9中暂时存储的电荷。
光电二极管7、TFT8以及电容器9构成摄像装置3的一个像素11。摄像装置3通过按每一像素11读出根据从X射线转换部2入射的可见光Lv的强度产生的电荷来拍摄图像。
图2是本实施方式的摄像装置3的截面图。
如图2所示，在基板13的第1面13a设置有TFT8和光电二极管7。TFT8具备栅极电极15、栅极绝缘膜16、氧化物半导体层17、源极电极18以及漏极电极19。在本实施方式中，TFT8由底栅方式的沟道蚀刻型TFT构成。
在基板13的第1面13a形成有栅极电极15。栅极电极15例如包括W(钨)/Ta(钽)的层叠膜。栅极绝缘膜16以覆盖栅极电极15的方式形成于基板13的第1面13a。栅极绝缘膜16例如包括SiO2(氧化硅层)/SiNx(氮化硅层)的层叠膜。
在栅极绝缘膜16上形成有氧化物半导体层17。氧化物半导体层17例如包括In-Ga-Zn-O系氧化物半导体。在氧化物半导体层17的沟道区域17c上没有形成蚀刻阻挡层，源极电极18和漏极电极19的沟道区域17c侧的端部的下表面以与氧化物半导体层17的上表面接触的方式配置。源极电极18和漏极电极19例如包括Ti(钛)/Al(铝)/Ti(钛)的3层的层叠金属膜。沟道蚀刻型TFT8例如通过在氧化物半导体层17上形成源极/漏极电极用导电膜并进行源极/漏极分离而形成。在源极/漏极分离工序中，有时沟道区域17c的表面部分会被蚀刻。
氧化物半导体层17所包含的氧化物半导体既可以是非晶质氧化物半导体，也可以是具有结晶质部分的结晶质氧化物半导体。作为结晶质氧化物半导体，可举出多晶氧化物半导体、微晶氧化物半导体、c轴与层面大致垂直取向的结晶质氧化物半导体等。
氧化物半导体层17也可以具有两层以上的层叠结构。在氧化物半导体层17具有层叠结构的情况下，氧化物半导体层17也可以包含非晶质氧化物半导体层和结晶质氧化物半导体层。或者，氧化物半导体层17也可以包含结晶结构不同的多个结晶质氧化物半导体层。另外，也可以包含多个非晶质氧化物半导体层。在氧化物半导体层17具有包含上层和下层的两层结构的情况下，优选上层所包含的氧化物半导体的能隙大于下层所包含的氧化物半导体的能隙。不过，在这些层的能隙之差比较小的情况下，下层的氧化物半导体的能隙也可以大于上层的氧化物半导体的能隙。
非晶质氧化物半导体和上述的各结晶质氧化物半导体的材料、结构、成膜方法、具有层叠结构的氧化物半导体层的构成等记载于例如特开2014-007399号公报中。为了参照，将特开2014-007399号公报的全部公开内容引用到本说明书中。
氧化物半导体层17例如可以包含In、Ga以及Zn中的至少1种金属元素。在本实施方式中，氧化物半导体层17例如包含In-Ga-Zn-O系半导体(例如氧化铟镓锌)。在此，In-Ga-Zn-O系半导体是In(铟)、Ga(镓)、Zn(锌)的三元系氧化物，并且In、Ga以及Zn的比例(组成比)没有特别限定，例如包含In：Ga：Zn＝2：2：1、In：Ga：Zn＝1：1：1、In：Ga：Zn＝1：1：2等。这种氧化物半导体层17能由包含In-Ga-Zn-O系半导体的氧化物半导体膜形成。
In-Ga-Zn-O系半导体既可以是非晶质，也可以是结晶质。作为结晶质In-Ga-Zn-O系半导体，优选c轴与层面大致垂直取向的结晶质In-Ga-Zn-O系半导体。
此外，结晶质In-Ga-Zn-O系半导体的结晶结构例如公开于上述的特开2014-007399号公报、特开2012-134475号公报、特开2014-209727号公报等中。为了参照，将特开2012-134475号公报和特开2014-209727号公报的全部公开内容引用到本说明书中。
具有In-Ga-Zn-O系氧化物半导体层的TFT具有高迁移率(与a-SiTFT相比超过20倍)和低漏电流(与a-SiTFT相比不到百分之一)。因此，适于作为驱动TFT(例如，在包含多个像素的显示区域的周边设置于与显示区域相同的基板上的驱动电路所包含的TFT)和像素TFT(设置于像素的TFT)使用。该TFT由于具有高迁移率，因此能进行高速读出，适于动态图像用途。另外，由于像素TFT(检测部5的TFT8)的漏电流小，所以噪声降低，能改善X射线的检测灵敏度。另外，能将TFT/开关元件小型化，有利于高清晰化。而且，漏电流得以降低，因此对于低功耗化是有利的。
氧化物半导体层17也可以包含其它氧化物半导体来代替In-Ga-Zn-O系半导体。例如可以包含In-Sn-Zn-O系半导体(例如In2O3-SnO2-ZnO；InSnZnO)。In-Sn-Zn-O系半导体是In(铟)、Sn(锡)以及Zn(锌)的三元系氧化物。或者，氧化物半导体层17也可以包含In-Al-Zn-O系半导体、In-Al-Sn-Zn-O系半导体、Zn-O系半导体、In-Zn-O系半导体、Zn-Ti-O系半导体、Cd-Ge-O系半导体、Cd-Pb-O系半导体、CdO(氧化镉)、Mg-Zn-O系半导体、In-Ga-Sn-O系半导体、In-Ga-O系半导体、Zr-In-Zn-O系半导体、Hf-In-Zn-O系半导体等。
第1层间绝缘层21以覆盖源极电极18和漏极电极19的方式形成于栅极绝缘膜16上。第1层间绝缘层21例如包括SiO2(氧化硅膜)/SiNx(氮化硅膜)的层叠膜。光电二极管7形成于第1层间绝缘层21上。
图3是光电二极管7的部分(图2的附图标记A的部分)的放大图。
如图3所示，光电二极管7具备阴极电极23(下部电极)、半导体层24以及阳极电极25(上部电极)。半导体层24从下层侧起按顺序包含n+型硅层27、i型硅层28以及p+型硅层29。即，这些层配置成n+型硅层27与阴极电极23接触，p+型硅层29与阳极电极25接触。阴极电极23例如包括Ti(钛)/Al(铝)/Ti(钛)的3层的层叠金属膜。阳极电极25例如包括ITO(铟锡氧化物)等透明导电膜。
如图2所示，阴极电极23的一端向TFT8的漏极电极19的上方延伸，经由贯通第1层间绝缘层21的接触孔31与漏极电极19接触。通过该构成，光电二极管7的阴极电极23与TFT8的漏极电极19被电连接。
第2层间绝缘层33以覆盖阴极电极23的与漏极电极19的连接部分的方式形成于第1层间绝缘层21上。第2层间绝缘层33例如包括SiO2(氧化硅层)。第2层间绝缘层33的端部在光电二极管7的半导体层24的周缘部24s中设置于被夹在阴极电极23和n+型硅层27之间的位置。即，在半导体层24的周缘部24s，在阴极电极23与n+型硅层27之间设置有第2层间绝缘层33。在没有设置第2层间绝缘层33的半导体层24的中央部24c，阴极电极23是与n+型硅层27直接接触的。本实施方式的第2层间绝缘层33相当于权利要求书的绝缘层。
如图3所示，第2层间绝缘层33的端部33t具有该第2层间绝缘层33的下表面33b与侧面33c形成锐角的锥形形状。第2层间绝缘层33的下表面33b与侧面33c形成的锥形角度θ只要是0°＜θ＜90°即可，更优选满足θ≤30°。
第3层间绝缘层35以覆盖光电二极管7的方式形成在第2层间绝缘膜33上。第3层间绝缘层35例如包括SiNx(氮化硅膜)。
第1平坦化层37形成于第3层间绝缘膜35上。由光电二极管7或TFT8导致的台阶通过第1平坦化层37得以平坦化。
在第1层间绝缘层21上，在与阴极电极23相同的层中形成有中继电极39。中继电极39经由贯通第1层间绝缘层21的接触孔41与源极电极18接触。
源极线43形成于第1平坦化层37上。源极线43经由将第1平坦化层37、第3层间绝缘层35以及第2层间绝缘层33贯通的接触孔45与中继电极39接触。通过该构成，源极线43与源极电极18经由中继电极39被电连接。源极线43例如包括Ti(钛)/Al(铝)/Ti(钛)的层叠膜和ITO膜。
在第1平坦化层37上，在与源极线43相同的层中形成有偏压线47。偏压线47经由将第1平坦化层37和第3层间绝缘层35贯通的接触孔49与阳极电极25接触。通过该构成，偏压线47与阳极电极25被电连接。
第4层间绝缘层50以覆盖源极线43和偏压线47的方式形成于第1平坦化层37上。第4层间绝缘层50例如包括SiNx(氮化硅膜)。第2平坦化层51形成于第4层间绝缘层50上。由源极线43或偏压线47导致的台阶通过第2平坦化层51得以平坦化。
图4是用于说明比较例的摄像装置的问题的图，是仅示出光电二极管的部分的截面图。
如图4所示，在比较例的摄像装置中，光电二极管107的阳极电极125与构成半导体层124的n+型硅层127、i型硅层128及p+型硅层129被图案化为各层的端面全都对齐到同一平面上。半导体层124和阳极电极125被绝缘膜135覆盖。与本实施方式同样地，阴极电极123为了构成与TFT的漏极电极连接的连接部而向侧方延伸。
在上述的光电二极管107的制造工艺中，在形成阴极电极123之后，从下层侧起层叠构成n+型硅层127、i型硅层128、p+型硅层129、阳极电极125的各层的4层的膜，然后对构成阳极电极125、p+型硅层129、i型硅层128、n+型硅层127的各层的4层的膜一并进行蚀刻，将这些层图案化。
然而，在对4层的膜一并进行蚀刻时，成为阴极电极123的膜的表面也持续被蚀刻，因此来自阴极电极123的蚀刻残渣140附着到上述的4层的膜的侧壁。其结果是，该蚀刻残渣140成为漏电路径，易于发生泄电。
在该情况下，在光电二极管107的阳极电极125与阴极电极123之间的二极管侧面发生漏电，暗电流的电平变高。光电二极管是承担光电转换的功能的重要部分，起到从光电二极管的上层和下层取出电荷，对图像输送电信号的作用。因此，要求确保光电转换效率、像素间均匀性等特性，但当产生光电二极管的漏电流时，有可能发生光电二极管的灵敏度降低、均匀性恶化等问题，导致对比度降低。
关于这一点，如本实施方式的摄像装置3那样，在半导体层24的周缘部中在阴极电极23与n+型硅层27之间设置有第2层间绝缘层33的情况下，在对阳极电极25、p+型硅层29、i型硅层28、n+型硅层27这4层一并进行蚀刻时，第2层间绝缘层33成为蚀刻阻挡物。
即，通过第2层间绝缘层33保护了阴极电极23的表面不受蚀刻剂的影响，因此能抑制从阴极电极23产生蚀刻残渣。
然而，本发明的发明人经过研究，结果发现若第2层间绝缘层的端部是相对于基板面垂直地陡立的形状，则在位于第2层间绝缘层的端部的部位上会在半导体层形成陡峭的台阶，其结果是，有可能在半导体层产生微小的裂缝，导致暗电流增加。
针对该问题，在本实施方式的摄像装置3中，第2层间绝缘层33的端部33t具有该第2层间绝缘层33的下表面33b与侧面33c形成锐角的锥形形状，因此产生于半导体层24的台阶变得平缓，能抑制裂缝的发生。特别是，若第2层间绝缘层33的锥形角度θ是θ≤30°，则能充分地抑制裂缝的发生。其原因是，当锥形角度θ大于30°时，易于以图3的第2层间绝缘层33的端部33t为起点在半导体层产生裂缝或空洞，这会导致出现不良。其结果是，根据本实施方式，能实现具有高对比度、拍摄性能优异的X射线摄像装置1。
另外，在本实施方式中，使用的是具备In-Ga-Zn-O系氧化物半导体层17的TFT8，因此与使用的是使用了非晶硅(a-Si)的TFT的情况相比，能降低TFT的漏电流。当TFT8的漏电流小时，能改善X射线的检测灵敏度。
[第2实施方式]
以下，使用图5、图6A以及图6B说明本发明的第2实施方式。
本实施方式的X射线摄像装置的基本构成与第1实施方式相同，光电二极管的构成与第1实施方式不同。
图5是第2实施方式的摄像装置的截面图。图6A是用于说明摄像装置的制造工艺上的问题的图。图6B是用于说明消除问题的方法的图。
在图5、图6A以及图6B中，针对与在第1实施方式中使用的附图共同的构成要素附上相同的附图标记，省略说明。
如图5所示，在本实施方式的摄像装置中，在构成光电二极管67的半导体层24的周缘部中，在阴极电极23与半导体层24(n+型硅层27)之间设置有绝缘层61。绝缘层61的端部具有该绝缘层61的下表面61b与侧面61c形成锐角的锥形形状。
绝缘层61具有氮化硅层611与氧化硅层612的两层结构，下层侧是氮化硅层611，上层侧是氧化硅层612。即，氮化硅层611设置于阴极电极23与氧化硅层612之间。
其它构成与第1实施方式是同样的。
在本实施方式中，也能抑制半导体层的裂缝，因此能得到与第1实施方式同样的效果，即，能实现具有高对比度、拍摄性能优异的X射线摄像装置。
然而，如图6A所示，作为比较例，在绝缘层仅包括氧化硅层612的情况下，有可能由于氧化硅层612所包含的氧而发生阴极电极23的氧化，导致氧化物残渣63残存于阴极电极23的表面。在这种情况下，会产生无法获得阴极电极23与n+型硅层27的欧姆接触这样的问题。
针对该问题，根据本实施方式，如图6B所示，通过将绝缘膜61设为两层结构，用氮化硅层611形成绝缘层61的下层侧并用氧化硅层612形成绝缘层61的上层侧，不仅具有了使漏电流降低的结构，而且能抑制阴极电极23上的氧化物残渣63的发生。由此，能实现阴极电极23与n+型硅层27的欧姆接触，能形成特性优异的光电二极管67。
[第3实施方式]
以下，使用图7说明本发明的第3实施方式。
本实施方式的X射线摄像装置的基本构成与第1实施方式相同，光电二极管的构成与第1实施方式不同。
图7是第7实施方式的摄像装置的截面图。
在图7中，针对与在第1实施方式中使用的附图共同的构成要素附上相同的附图标记，省略说明。
如图7所示，在本实施方式的摄像装置中，光电二极管77的阴极电极79具有第1电极层791与第2电极层792的两层结构。第1电极层791和第2电极层792可以由相同种类的导电性材料构成，也可以由不同种类的导电性材料构成。但是，上层侧的第2电极层792在进行半导体层24的端面的湿式清洗时会暴露于清洗液中，因此希望是对清洗液具有耐受性的膜种类。
在第1实施方式中，在半导体层24的周缘部24s，第2层间绝缘层33设置于阴极电极23与n+型硅层27之间，而在本实施方式中，在半导体层24的周缘部24s，第2层间绝缘层33设置于阴极电极79的第1电极层791与第2电极层792之间。即，第2层间绝缘层33在半导体层24的周缘部24s中位于阴极电极79的厚度方向的一部分与半导体层24之间。
第2电极层792以第2电极层792的端部比半导体层24的端面更向外侧延伸的方式设置。由此，半导体层24的下表面的整个区域与第2电极层792接触。
其它构成与第1实施方式是同样的。
在本实施方式中，也能抑制半导体层24的裂缝，因此能得到与第1实施方式同样的效果，即，能实现具有高对比度、拍摄性能优异的X射线摄像装置。
在第1实施方式的构成中，半导体层24中的位于第2层间绝缘层33的上部的部分未与阴极电极23直接接触，因此有可能发生信号的延迟。针对该问题，根据本实施方式的构成，由于半导体层24(n+型硅层27)的整个区域是与第2电极层792接触的，因此能抑制信号的延迟的发生。
此外，本发明的技术范围不限于上述实施方式，能在不脱离本发明的主旨的范围内施加各种变更。
例如在上述实施方式中，作为光电二极管，举出了PIN型二极管的例子，但例如也可以使用PN接合型二极管。另外，作为TFT，举出了底栅方式的沟道蚀刻型TFT的例子，但例如也可以使用沟道阻挡型TFT，还可以使用顶栅方式的TFT。另外，关于构成摄像装置的各构成要素的数量、形状、尺寸、配置、材料等的具体记载，并不局限于上述实施方式中例示的内容，能适当地变更。
另外，本发明的一方面并不局限于X射线摄像装置，还能应用于拍摄基于可见光的图像的摄像装置。
工业上的可利用性
本发明的若干方面能应用于摄像装置或X射线摄像装置。
附图标记说明
1…X射线摄像装置；2…X射线转换部；3…摄像装置；4…光电转换部；5…检测部；7、67、77…光电二极管；8…TFT(薄膜晶体管)；17…氧化物半导体层；23、79…阴极电极(下部电极)；24…半导体层；25…阳极电极(上部电极)；33…第2层间绝缘层(绝缘层)；61…绝缘层；611…氮化硅层；612…氧化硅层；791…第1金属层；792…第2金属层。

Claims (7)

1.一种摄像装置，其特征在于，具备：
光电转换部，其将入射的光转换为电荷；以及
检测部，其检测由上述光电转换部产生的上述电荷，
上述光电转换部具备按矩阵状排列的多个光电二极管，
上述检测部具备与上述多个光电二极管对应设置并按矩阵状排列的多个薄膜晶体管，
上述光电二极管具备下部电极、半导体层以及上部电极，
在上述半导体层的周缘部，在上述下部电极的厚度方向的至少一部分与上述半导体层之间设置有绝缘层，
上述绝缘层的端部具有该绝缘层的下表面与侧面形成锐角的锥形形状。
2.根据权利要求1所述的摄像装置，
上述绝缘层的下表面与侧面形成的锥形角度θ满足θ≤30°。
3.根据权利要求1所述的摄像装置，
上述绝缘层是氧化硅层。
4.根据权利要求1所述的摄像装置，
上述绝缘层具有氮化硅层与氧化硅层的两层结构，
上述氮化硅层设置于上述下部电极与上述氧化硅层之间。
5.根据权利要求1所述的摄像装置，
上述下部电极具有第1电极层与第2电极层的两层结构，
在上述半导体层的周缘部，在上述第1电极层与上述第2电极层之间设置有绝缘层，
上述半导体层的下表面是与上述第2电极层接触的。
6.根据权利要求1所述的摄像装置，
上述薄膜晶体管具备包括In-Ga-Zn-O系氧化物半导体的半导体层。
7.一种X射线摄像装置，其特征在于，具备：
X射线转换部，其在被照射X射线时根据上述X射线的强度产生光；以及
权利要求1至权利要求6中的任意一项所述的摄像装置，
上述光电转换部将从上述X射线转换部射出的光转换为上述电荷。
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