JP2001320039A

JP2001320039A - 光電変換装置

Info

Publication number: JP2001320039A
Application number: JP2000139126A
Authority: JP
Inventors: Kazuaki Tashiro; 和昭田代
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2000-05-11
Filing date: 2000-05-11
Publication date: 2001-11-16

Abstract

(57)【要約】【課題】読み出し信号のノイズの発生を防止し、容量
素子が安定して駆動する光電変換装置を提供する。【解決手段】基板上に、少なくとも能動素子と、容量
素子と、前記容量素子からに蓄積されている電荷を出力
する信号配線と、を配して画素を形成し、画素電極と少
なくとも前記容量素子上に積層した光電変換層とを有す
る光電変換装置において、少なくとも前記画素電極と前
記信号配線との間に、導電体層を備えている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、光電変換装置に
関し、特に、Ｘ線等の放射線画像を読み取るための高性
能大面積の光電変換装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、光電変換装置は、コンピューター
などに接続するスキャナ等に用いられていた。ことに最
近では新たな応用として、大面積２次元化した光電変換
装置がデジタルＸ線検出用に提案されている。２次元の
光電変換装置としては、センサ、薄膜トランジスタ等を
基板上に２次元に配置したものが考案されている。Ｘ線
を直接センサ部で検出する光電変換装置として、従来以
下のようなものが提案されている。

【０００３】図４（ａ）は、従来の光電変換装置の１画
素分の平面図である。図４（ｂ）は図４（ａ）のＡ−Ｂ
の断面及び光電変換画素と光電変換層Ｓをバイアス電源
Ｅを介して接続した図である。

【０００４】図４（ａ）において、Ｔは能動素子として
の薄膜トランジスタである。これは、各画素からの信号
を読み出すために水素化非晶質シリコン半導体層を用い
て構成されている。能動素子とは、スイッチング素子や
増幅素子を意味する。ここでは、スイッチング素子とし
て薄膜トランジスタを用いた最も簡単な構造を示す。ま
た、Ｃは電荷蓄積用のコンデンサである。Ｐは画素電極
である。Ｒはコンタクトホールである。Ｓｉｇは信号線
である。ｇは駆動薄膜トランジスタのゲート配線であ
る。

【０００５】図４（ｂ）において、光電変換層Ｓは、画
素領域の全てを覆うように形成している。また、バイア
ス電圧Ｅによって、数１００Ｖの電圧を印加する。図示
しないＸ線出力装置から出力されるＸ線を直接電荷キャ
リアに変換するためである。Ｑはガラス基板である。ガ
ラス基板Ｑ上には、薄膜トランジスタＴと電荷蓄積用の
コンデンサＣとが構成されている。

【０００６】また、画素電極Ｐは、光電変換層Ｓからの
電荷を画素ごとに集める。画素電極Ｐは、画素の開口率
をあげるためにコンデンサＣの上電極４０９に積層する
形で形成されている。画素電極ＰとコンデンサＣとは、
コンタクトホールＲを介して接続されている。Ｅは光電
変換層Ｓにバイアスを与える電源を示している。

【０００７】Ｘ線が光電変換層Ｓに入射すると、Ｘ線に
より光電変換層Ｓ中に電荷キャリアが発生する。共通電
極４１１に接続されたバイアス電源Ｅを駆動することに
よって、光電変換層Ｓ中に電界が生じる。これによって
発生した電荷は画素電極Ｐに至る。そのため、各画素電
極Ｐに接続されたコンデンサＣに、Ｘ線の量に応じた電
荷が充電される。その後、各画素に設置されている薄膜
トランジスタＴをＯＮすることによって、コンデンサＣ
に蓄積されている画像情報、すなわち電荷を外部回路に
転送して、外部回路では、画像情報を読み出す。

【０００８】従来の光電変換装置に備える画素は、まず
薄膜トランジスタＴとコンデンサＣとを作製する。そし
て、それらの上に光電変換層Ｓを積層して作製する。

【０００９】図５は、このように作成した画素を、３×
３に配列した光電変換装置を示す模式図である。３×３
に配列した画素には、垂直シフトレジスタ（ＳＲ１）と
水平シフトレジスタ（ＳＲ２）とが備えられており、水
平シフトレジスタと信号線Ｓｉｇ１〜Ｓｉｇ３との間に
は、読み出した電荷を増幅するアンプが備えられてい
る。

【００１０】垂直シフトレジスタから出力される指示信
号は、ゲート配線ｇ１〜ｇ３を介してトランジスタＴ１
−１〜Ｔ３−３に入力される。トランジスタＴ１−１〜
Ｔ３−３は、指示信号が入力されると、コンデンサＣ１
−１〜Ｃ３−３に蓄積されている電荷を信号線Ｓｉｇ１
〜Ｓｉｇ３に出力する。水平シフトレジスタは、信号線
Ｓｉｇ１〜Ｓｉｇ３に読み取り信号を出力する。画像信
号である電荷は、読み取り信号に従って、信号線Ｓｉｇ
１〜Ｓｉｇ３を介してアンプ（Ａｍｐ）で増幅される。
そして、水平シフトレジスタを介して図示しない外部回
路へ出力される。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】上述したように、従来
の光電変換装置に備える画素は、それの開口率を向上さ
せるために、画素電極をコンデンサの上電極に積層する
形で形成していた。ところが、画素の開口率を向上させ
るために、画素電極を広くするほど、画素電極と信号線
やゲート配線との重なり容量が大きくなる。重なり容量
は寄生容量となるため、読み出し信号にノイズが発生し
たり、トランジスタの駆動が不安定になるなどの問題が
ある。そこで、寄生容量を小さくするために、層間絶縁
層を厚くするという手法がなされていた。

【００１２】また、光電変換層で吸収しきれなかったＸ
線が能動素子に照射されると、能動素子の劣化やノイズ
が発生する場合があった。例えばトランジスタではスレ
ッショールド電圧がＸ線照射によりシフトして動作点が
ずれてしまうという不具合を起こす。また、トランジス
タやアンプなどにＸ線が入射すると、ここで電子・ホー
ル対が生成され、これがノイズの発生原因となることも
ある。これらは。能動素子を単結晶シリコンで作成する
と顕著に現れる。

【００１３】しかし、画素電極とコンデンサの上電極と
は、厚い層間絶縁膜を介して接続しなければならない。
そのため、層間絶縁層をエッチングする工程や、金属膜
を成膜させる工程が適切に行えず、画素に不良が発生す
る場合があった。これは、光電変換装置の歩留まりを低
下させ、コストアップの要因になっていた。

【００１４】そこで、本発明は、層間絶縁膜を厚くする
ことなく、読み出し信号のノイズの発生を防止するとと
もに、トランジスタを安定して駆動させることを目的と
する。

【００１５】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、この発明は、基板上に、少なくとも能動素子と、容
量素子と、前記容量素子に蓄積されている電荷を出力す
る信号線と、を配して画素を形成し、画素電極と少なく
とも前記容量素子上に積層した光電変換層とを有する光
電変換装置において、少なくとも前記画素電極と前記信
号線との間に、導電体層を備えている。

【００１６】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照してこの発明の
実施の形態について説明する。

【００１７】［実施形態１］この実施形態では、積層型
センサと薄膜トランジスタとを組み合わせた画素を２次
元に配列して構成する光電変換装置及びこれの製造方法
を示す。

【００１８】図１（ａ）は、この実施形態の光電変換装
置の１画素分の平面図である。図１（ｂ）は、図１
（ａ）のＡ−Ｂの断面及び光電変換画素と光電変換層Ｓ
をバイアス電源Ｅを介して接続した状態を示す図であ
る。

【００１９】図１（ａ）において、Ｔは各画素からの電
荷信号を読み出すための薄膜トランジスタである。トラ
ンジスタＴのゲート絶縁層には、水素化非晶質窒化シリ
コン層を用いている。半導体層には、水素化非晶質シリ
コン層を用いている。ソース電極及びドレイン電極のオ
ーミック層には、Ｎ⁺型水素化非晶質シリコン層を用い
ている。

【００２０】また、Ｃは電荷蓄積用のコンデンサであ
る。コンデンサＣは、薄膜トランジスタＴと同じ材料を
用いて、同様の層構成で作成している。薄膜トランジス
タＴからコンデンサＣまで、連続した層から構成してい
る。また、Ｒ１、Ｒ２はコンタクトホールである。Ｓｉ
ｇは信号線である。ｇは駆動薄膜トランジスタＴのゲー
ト配線である。ＧＮＤはコンデンサＣの下電極配線であ
る。

【００２１】図１（ｂ）において、Ｑはガラス基板であ
る。ガラス基板Ｑの上には、コンデンサＣと薄膜トラン
ジスタＴとを形成している。１０１はゲート電極、１０
２はコンデンサ下電極、１０３はゲート絶縁膜、１０４
は半導体層、１０５はＮ⁺型層、１０６はドレイン電
極、１０７は第１の層間絶縁層、１０８は導電体層であ
る金属層、１０９は第２の層間絶縁層、１１０は酸化ア
ルミ層、１１１はドレイン電極、かつ、コンデンサＣの
上電極である。

【００２２】この実施形態では、金属層１０８を、画素
全面に積層した第１の層間絶縁層１０７上に形成してい
る。また、金属層１０８は、コンデンサＣの下層電極配
線上に存在する第１の層間絶縁層１０７に作成したコン
タクトホールＲ２を介して、コンデンサＣの下電極配線
ＧＮＤと接続している。下電極配線ＧＮＤは、画素の外
部に接地されグラウンド電位となる。なお、この実施形
態では、グラウンド電位としているが、固定電位であれ
ばこれに限定されない。

【００２３】また、Ｐは光電変換層Ｓから出力される電
荷を画素ごとに集める画素電極である。画素電極Ｐは、
トランジスタＴの上部を除き、第１の層間絶縁層１０７
及び第２の層間絶縁層１０９を介して、コンタクトホー
ルＲ１を介してコンデンサＣの上電極１１１と接続して
いる。金属層１０８は、可能な限り広い面積を確保する
ために、ここでは、コンタクトホールＲ１の部分を除い
て画素領域全面に形成している。また、画素電極と信号
線との間に形成している。

【００２４】さらに、Ｓは光電変換層である。光電変換
層Ｓは、画素領域の全てを覆うように形成している。ま
た、バイアス電源Ｅによって、電圧が印加される。図示
しないＸ線出力装置から出力されるＸ線を直接電荷キャ
リアに変換するためである。なお、この明細書では、Ｘ
線を光に含めるものとする。光電変換層Ｓの材料には、
非晶質シリコンａ−Ｓｉ、非晶質セレンａ−Ｓｅ、酸化
鉛ＰｂＯ、ヨウ化鉛ＰｂＩ₂、硫化カドミウムＣｄＳ、
カドミウムテルルＣｄＴｅ、カドミウムセレンＣｄＳ
ｅ、ヨウ化水銀ＨｇＩ₂、カドミウムジンクテルルＣｄ
ＺｎＴｅを用いている。これらは、暗導電率が低く、光
導電性の高い材料である。

【００２５】また、有機材料として、光導電性を有する
有機ポリマや有機半導体、またこれらの材料とＸ線吸収
材料である無機材料とを組み合わせた複合材料を利用す
ることもできる。１１３は光電変換層Ｓにバイアスを与
える共通電極を示す。共通電極１１３は、光電変換層Ｓ
の全面に形成している。Ｅはバイアス電源であり、光電
変換層Ｓにたとえば５００Ｖの電圧を印加する。また、
画素電極Ｐの表面に、キャリアブロッキング層１１０を
形成する。

【００２６】光電変換装置にＸ線が入射すると、Ｘ線に
より光電変換層Ｓには、電荷キャリアが発生する。共通
電極１１３に接続されたバイアス電源Ｅによって、光電
変換層Ｓには電界が生じる。これによって発生した電荷
は画素電極に至る。そのため、各画素電極に接続された
コンデンサＣに、Ｘ線の量に応じた電荷が充電される。

【００２７】このような光電変換装置の画素を以下の製
造工程により作製する。

【００２８】まず、洗浄ガラス基板Ｑ上に、スパッタ法
により図示しないクロムを５００Å成膜する。このクロ
ム上にフォトレジストのパターンを形成して、これをマ
スクにしてクロムエッチングを行う。その後、フォトレ
ジストを剥離洗浄した後に、各画素の薄膜トランジスタ
Ｔのゲート電極１０１、ゲート配線ｇ、コンデンサＣの
下電極１０２を形成する。

【００２９】つぎに、これらの上に、ＳｉＨ₄ガス、Ｎ
Ｈ₃ガス、Ｈ₂ガスを使って、プラズマＣＶＤ法により、
水素化非晶質窒化シリコン層１０３を３０００Åの厚さ
で形成する。ひきつづき、ＳｉＨ₄ガス、Ｈ₂ガスを使
い、プラズマＣＶＤ法により水素化非晶質シリコン層１
０４を３０００Åの厚さで形成する。さらに、ＳｉＨ₄
ガス、ＰＨ₃ガス、Ｈ₂ガスを使って、プラズマＣＶＤ法
によりＮ⁺型水素化微結晶シリコン層１０５を２０００
Åの厚さで形成する。その上に、スパッタ法によりアル
ミ層を１μｍ成膜する。

【００３０】その後、所望の形状のフォトレジストのパ
ターンをアルミ層上に形成し、薄膜トランジスタＴのソ
ース電極１０６、ドレイン電極１１１、信号線Ｓｉｇを
形成する。なお、後述するようにドレイン電極１１１
は、コンデンサＣの上電極と同一の材料で連続して層を
形成している。すなわち、ドレイン電極１１１は、コン
デンサＣの上電極でもある。

【００３１】さらに、これらをマスクにして、薄膜トラ
ンジスタＴのチャネル部のＮ⁺型水素化微結晶シリコン
層のエッチングを行い、フォトレジストの剥離洗浄後チ
ャネルを形成する。

【００３２】つづいて、ホトリソ工程により、アイソレ
ーションのフォトレジストパターンを作成する。これを
マスクにドライエッチングにより水素化非晶質窒化シリ
コン層、水素化非晶質シリコン層、Ｎ⁺型水素化微結晶
シリコン層の一部を除去して、画素領域の素子のアイソ
レーションを行う。

【００３３】つぎに、ＳｉＨ₄ガス、ＮＨ₃ガス、Ｈ₂ガ
スを使ってプラズマＣＶＤ法により、第１の層間絶縁層
１０７として、水素化非晶質窒化シリコン層を５０００
Å形成する。所望の形状のフォトレジストのパターン
を、第１の層間絶縁層１０７上に形成し、これをマスク
にドライエッチングにより、水素化非晶質窒化シリコン
層の一部を除去して、コンデンサＣの下電極配線ＧＮＤ
と金属層１０８とを接続するためのコンタクトホールＲ
２を形成する。

【００３４】その上に、スパッタ法により金属層１０８
としてアルミ層を３０００Å成膜する。このとき、金属
層１０８の一部とコンデンサＣの下電極配線ＧＮＤと
を、コンタクトホールＲ２を通じて接続する。所望の形
状のフォトレジストのパターンを金属層１０８上に形成
し、これをマスクにドライエッチングにより金属層１０
８の一部を除去し、画素電極ＰとコンデンサＣの上電極
１１１とを接続するためのコンタクトホールＲａを形成
する。金属層１０８は、画素電極と信号線との間にあっ
て、電気シールドの機能を備えている。その効果を大き
くするため金属層１０８は、コンタクトホールＲ１の部
分を除いて、画素領域全体に残すことが好ましい。

【００３５】つぎに、この上から、ＳｉＨ₄ガス、ＮＨ₃
ガス、Ｈ₂ガスを使ってプラズマＣＶＤ法により、第２
の層間絶縁層１０９として、水素化非晶質窒化シリコン
層を５０００Å形成する。所望の形状のフォトレジスト
のパターンを、第２の層間絶縁層１０９上に形成し、こ
れをマスクにドライエッチングにより第１，第２の層間
絶縁層１０７，１０９である水素化非晶質窒化シリコン
層の一部を除去し、画素電極ＰとコンデンサＣの上電極
１１１とを接続するコンタクトホールＲｂを形成する。

【００３６】このとき、金属層１０８のコンタクトホー
ルＲａは、第１，第２の層間絶縁層１０７，１０９のコ
ンタクトホールＲｂより大きめに作成する。このように
して、コンタクトホールＲａとＲｂとからコンタクトホ
ールＲ１を完成させ、金属膜１０８を第１の層間絶縁層
１０７と第２の層間絶縁層１０９との間に形成される。
したがって、この後に形成する画素電極Ｐと接続するこ
とはない。

【００３７】その上にスパッタ法により、アルミ層を１
μｍ成膜する。このとき、アルミ層の一部とコンデンサ
Ｃの上電極配線とを接続する。これは、画素電極Ｐとな
る。光電変換層Ｓで発生するリーク電流の主な原因は、
画素電極Ｐから出力されるキャリアが注入されるためで
ある。そこで、キャリアの注入を防止するために、画素
電極Ｐ上にホールブロッキング層として、酸化アルミ層
１１０を２０００Å形成する。この実施形態では、スパ
ッタ法により作成したアルミ層の表面を、陽極酸化する
ことで形成する。

【００３８】その後、こうして形成されたアルミ層上に
所望の形状にフォトレジストのパターンを形成し、これ
をマスクにしてアルミ層をエッチングする。ひき続き酸
化アルミ層１１０をエッチングして、画素電極Ｐを形成
する。そして、光電変換層Ｓとしてａ−Ｓｅを蒸着によ
り５００μｍ積層する。光電変換層Ｓの上側に画素電極
Ｐ上に電荷キャリアのブロッキング層１１２として酸化
シリコンを１μｍ積層する。その上にスパッタ法により
アルミ層を１μｍ成膜し、共通電極１１３とした。最後
に、図示しない保護層を形成する。

【００３９】この実施形態によると、金属層１０８は、
コンデンサＣの下電極配線ＧＮＤ上に存在する第１の層
間絶縁膜１０７に作成したコンタクトホールＲ２を介し
て、コンデンサＣの下電極配線ＧＮＤと接続している。
そのため、金属層１０８はグラウンド電位となる。その
結果として、金属層１０８はコンタクトホールＲ１の部
分以外で、信号線、ゲート配線を覆っているので、信号
線Ｓｉｇやゲート配線ｇは、電気的には画素電極Ｐから
絶縁することができる。そのため、画素電極Ｐと信号線
Ｓｉｇ及びゲート配線ｇとの間に寄生容量が発生しな
い。

【００４０】また、第１の層間絶縁層１０７及び第２の
層間絶縁層１０８は、それぞれ１μｍ以下で通常の薄膜
工程で形成することができる。これにより、開口率９０
％程度に設定して画素電極を形成しても、特性の劣化も
なく、歩留まりを低下させることもない。この結果、高
品質、高性能の光電変換装置をコストアップせずに作成
することができる。

【００４１】図５は、上記のように作成した画素を、３
×３に配列した光電変換装置を示す模式図である。３×
３に配列した画素には、垂直シフトレジスタ（ＳＲ１）
と水平シフトレジスタ（ＳＲ２）とが備えられており、
水平シフトレジスタと信号線Ｓｉｇとの間には、読み出
した電荷を増幅するアンプが備えられている。

【００４２】垂直シフトレジスタから出力される指示信
号は、ゲート配線ｇ１〜ｇ３を介してトランジスタＴ１
−１〜Ｔ３−３に入力される。トランジスタＴ１−１〜
Ｔ３−３は、指示信号が入力されると、コンデンサＣ１
−１〜Ｃ３−３に蓄積されている電荷を信号線Ｓｉｇ１
〜Ｓｉｇ３に出力する。水平シフトレジスタは、信号線
Ｓｉｇ１〜Ｓｉｇ３に読み取り信号を出力する。画像信
号である電荷は、読み取り信号に従って、信号線Ｓｉｇ
１〜Ｓｉｇ３を介してアンプ（Ａｍｐ）で増幅される。
そして、水平シフトレジスタを介して図示しない外部回
路へ出力される。

【００４３】また、この実施形態では、金属層１０８と
して、アルミニウムを用いた場合を例に説明したが、こ
のほかに、原子番号の大きい金属を用いることにより、
Ｘ線によるスイッチング素子や増幅素子などの能動素子
へのダメージを防ぐことができる。特に、原子番号が７
２以上のハフニウムＨｆ、タンタルＴａ、タングステン
Ｗ、金Ａｕ、なまりＰｂ、ビスマスＢｉは、安全な金属
で、且つＸ線の吸収率が大きい物であり、少なくともこ
れらを含む合金を、金属層１０８の原料として用いるこ
とができる。

【００４４】これらの金属を金属層１０８に用い、能動
素子を覆うように配することで、画素電極と配線との電
気シールド機能に加え、Ｘ線シールドの機能を備えるこ
とができる。これにより、能動素子がダメージを受けな
いようにすることができ、信頼性や寿命が延びる。ま
た、Ｘ線ノイズも減少して、画質が向上する。

【００４５】［実施形態２］この実施形態では、第２の
層間絶縁層を金属層を陽極酸化で作成する光電変換装置
の光電変換画素及びこれの製造方法を示す。さらに、こ
の実施形態では、製造工程の簡略化を図り、高性能、高
品質を保ちながら製造コストを低減する光電変換装置の
光電変換画素及びこれの製造方法を示す。

【００４６】図２（ａ）は、この実施形態の光電変換装
置の１画素分の平面図である。図２（ｂ）は、図（ａ）
のＡ−Ｂの断面及び光電変換画素と光電変換層Ｓをバイ
アス電源Ｅを介して接続した図である。なお、図２
（ａ）、（ｂ）は、実施形態１と同様の部材には、同一
の符号を付している。

【００４７】図２（ｂ）において、光電変換層Ｓは、非
晶質セレンａ−Ｓｅを蒸着により画素領域の全てを覆う
ように形成している。ガラス基板Ｑ上には、各画素から
出力される電荷信号を読み出す薄膜トランジスタＴを形
成している。ゲート絶縁層には、水素化非晶質窒化シリ
コン層を用いている。半導体層には、水素化非晶質シリ
コン層を用いている。ソース電極及びドレイン電極のオ
ーミック層には、Ｎ⁺型水素化非晶質シリコン層を用い
ている。

【００４８】さらに、コンデンサＣは、薄膜トランジス
タＴと同じ材料を用いて、同様の層構成で形成してい
る。薄膜トランジスタＴからコンデンサＣまで、連続し
た層から構成している。

【００４９】この実施形態によると、金属層１０８を、
画素全面に積層した第１の層間絶縁層１０７上に形成し
ている。そのため、金属層１０８は、コンデンサＣの下
電極配線ＧＮＤ上に存在する第１の層間絶縁層１０７中
に作成したコンタクトホールＲ２を介して、コンデンサ
Ｃの下電極配線ＧＮＤと接続される。下電極配線ＧＮＤ
は、光電変換装置の外部に接地され、グラウンド電位と
なる。なお、この実施形態では、グラウンド電位として
いるが、固定電位であればこれに限定されない。

【００５０】実施形態１では、さらに、金属層の上に、
第２の層間絶縁層１０９を成膜して形成していたが、こ
の実施形態では、金属層１０８の表面を陽極酸化してか
ら、この陽極配化膜を、第２の層間絶縁層１０９とす
る。これにより、層間絶縁層１０９の成膜と、コンタク
トホールを形成するために行うパターニングの回数を減
らすことができる。

【００５１】つまり、金属層１０８に、コンタクトホー
ルＲ１を形成し、その後、金属層１０８を陽極酸化する
ことで、金属層１０８の表面全面を陽極酸化膜とする。
この後、金属層１０８のコンタクトホールＲ１のパター
ンをマスクに、第１の層間絶縁層１０７をエッチングす
ることで、第１の層間絶縁層１０７にコンタクトホール
Ｒ１を完成する。これにより光電変換装置の画素を製造
する工程簡略化を図る。そのため、光電変換装置の製造
コストをダウンすることができる。コンタクトホールＲ
１を通じて、この後に形成する画素電極Ｐとコンデンサ
Ｃの上電極１１１とを接続する。

【００５２】このような光電変換装置を以下の製造工程
により作製する。

【００５３】まず、洗浄ガラス基板Ｑ上に、スパッタ法
により図示しないクロムを５００Å成膜する。このクロ
ム上にフォトレジストのパターンを形成して、これをマ
スクにしてクロムエッチングを行う。その後、フォトレ
ジストを剥離洗浄した後に、各画素の薄膜トランジスタ
Ｔのゲート電極１０１、ゲート配線ｇ、コンデンサＣの
下電極１０２を形成する。

【００５４】つぎに、これらの上に、ＳｉＨ₄ガス、Ｎ
Ｈ₃ガス、Ｈ₂ガスを使って、プラズマＣＶＤ法により、
水素化非晶質窒化シリコン層１０３を３０００Åの厚さ
で形成する。ひきつづき、ＳｉＨ₄ガス、Ｈ₂ガスを使
い、プラズマＣＶＤ法により水素化非晶質シリコン層１
０４を３０００Åの厚さで形成する。さらに、ＳｉＨ₄
ガス、ＰＨ₃ガス、Ｈ₂ガスを使って、プラズマＣＶＤ法
によりＮ⁺型水素化微結晶シリコン層１０５を２０００
Åの厚さで形成する。その上に、スパッタ法によりアル
ミ層を１μｍ成膜する。

【００５５】その後、所望の形状のフォトレジストのパ
ターンをこのアルミ層上に形成し、薄膜トランジスタＴ
のソース電極１０６、ドレイン電極１１１、信号線Ｓｉ
ｇを形成する。なお、ドレイン電極１１１は、コンデン
サの上電極も兼ねている。さらに、これをマスクに薄膜
トランジスタＴのチャネル部のＮ⁺型水素化微結晶シリ
コン層のエッチングを行い、フォトレジストの剥離洗浄
後チャネルを形成する。

【００５６】つづいて、ホトリソ工程により、アイソレ
ーションのフォトレジストパターンを作成する。これを
マスクにドライエッチングにより、水素化非晶質窒化シ
リコン層、水素化非晶質シリコン層、Ｎ⁺型水素化微結
晶シリコン層の一部を除去して、画素領域の素子のアイ
ソレーションを行う。

【００５７】つぎに、ＳｉＨ₄ガス、ＮＨ₃ガス、Ｈ₂ガ
スを使ってプラズマＣＶＤ法により、第１の層間絶縁層
１０７として水素化非晶質窒化シリコン層を５０００Å
形成する。所望の形状のフォトレジストのパターンを、
第１の層間絶縁層１０７上に形成し、これをマスクにド
ライエッチングにより、水素化非晶質窒化シリコン層の
一部を除去して、コンデンサＣの下電極配線ＧＮＤを露
出させ、これと金属層１０８とを接続するためのコンタ
クトホールＲ２を形成する。

【００５８】その上に、スパッタ法により金属層１０８
としてアルミ層を１μｍ成膜する。この時、金属層１０
８の一部とコンデンサＣの下電極配線ＧＮＤとをコンタ
クトホールＲ２を通じて接続する。所望の形状のフォト
レジストのパターンを金属層１０８上に形成し、これを
マスクにドライエッチングにより、金属層１０８の一部
を除去し、画素電極ＰとコンデンサＣの上電極１１１と
を接続するためのコンタクトホールＲ１を形成する。

【００５９】この実施形態では、金属層１０８の表面を
陽極酸化して陽極酸化膜とする。なお、実施形態１と同
様に、Ｔａなどの金属又はこれらのすくなくとも１つを
含む合金などの陽極酸化できる金属等を用いることがで
きる。これを第２の層間絶縁層１０９としている。この
陽極酸化膜をマスクとして、ドライエッチング等によ
り、第１の層間絶縁層１０７をエッチングして、コンタ
クトホールＲ１を完成する。

【００６０】この上に、実施形態１と同様に、スパッタ
法により画素電極用としてアルミ層を１μｍ成膜する。
この時、アルミ層の一部とコンデンサＣの上電極配線と
を接続する。このアルミ層の表面を陽極酸化することで
酸化アルミ層を２０００Åの厚さで形成している。

【００６１】その後、酸化アルミ層１１０上に所望の形
状にフォトレジストのパターンを形成し、これをマスク
にして酸化アルミ層１１０をエッチングする。ひき続き
酸化アルミ膜１１０をエッチングして、画素電極Ｐを形
成する。そして、光電変換層Ｓとしてａ−Ｓｅを蒸着に
より５００μｍ積層する。実施形態１と同様にブロッキ
ング層２１２として酸化シリコンを１μｍ積層する。

【００６２】実施形態１では、金属層１０８の上に、第
２の層間絶縁層１０９を成膜工程により形成している。
しかし、この実施形態では、金属層１０８の表面を陽極
酸化して、これにより形成した陽極酸化膜を第２の層間
絶縁層１０９としている。コンタクトホールＲ１を開け
た金属層１０８の表面全面を陽極酸化した後、金属層１
０８のコンタクトホールＲ１のパターンをマスクに、第
１の層間絶縁層１０７をエッチングすることで、第１の
層間絶縁層１０７にコンタクトホールＲ１を完成する。
これによりコンタクトホールパターニングの回数を一回
減らすことができる。

【００６３】また、この実施形態により、金属層１０８
は、コンタクトホールＲ１の部分以外で、信号線、ゲー
ト配線を覆って、電気シールドとして作用させて、画素
電極Ｐと信号線Ｓｉｇ及びゲート配線ｇとの間の寄生容
量を除去している。これにより、画素の開口率９０％程
度に設定して画素電極を形成しても、寄生容量による特
性の劣化もなく、また金属層１０８の表面を陽極酸化す
ることで絶縁膜を形成することにより、製造工程は簡略
化され、層間絶縁層は１μｍ以下とすることができる。
したがって光電変換装置の歩留まりを低下させない。そ
の結果、高品質、高性能を実現しつつ、コストダウンし
た光電変換装置を提供することができる。

【００６４】［実施形態３］この実施形態では、工程の
簡略化を図り、高性能、高品質を保ちながら製造コスト
の低減を実現する光電変換装置の光電変換画素及びこれ
の製造方法を示す。

【００６５】図３（ａ）は、この実施形態の光電変換装
置の１画素分の平面図を示す。図３（ｂ）は図（ａ）の
Ａ−Ｂの断面及び光電変換画素と光電変換層Ｓをバイア
ス電源Ｅを介して接続した図である。なお、図３
（ａ）、（ｂ）において、実施形態１と同様の部材に
は、同一の符号を付している。

【００６６】図３（ｂ）において、光電変換層Ｓは、非
晶質セレンａ−Ｓｅを蒸着により画素領域の全てを覆う
ように形成している。ガラス基板Ｑ上には、各画素から
出力される電荷信号を読み出す薄膜トランジスタＴを形
成している。ゲート絶縁層には、水素化非晶質窒化シリ
コン層を用いている。半導体層には、水素化非晶質シリ
コン層を用いているソース及びドレイン電極のオーミッ
ク層には、Ｎ⁺型水素化非晶質シリコン層を用いてい
る。

【００６７】さらに、コンデンサＣは、薄膜トランジス
タＴと同じ材料で同様の層構成によって形成している。
薄膜トランジスタＴからコンデンサＣまで、連続した層
から構成している。これにより、薄膜トランジスタＴと
コンデンサＣとの間の段差を少なくすることができ、こ
の後に積層する第２の層間絶縁層１０９や金属層１０８
が、この段差部で段差切れを起こさなくなる。

【００６８】この実施形態によると、金属層１０８を、
画素全面に積層した第１の層間絶縁層１０７上に形成し
ている。そのため、金属層１０８は、第１の層間絶縁膜
１０７上に作成したコンタクトホールＲ２を介して、コ
ンデンサＣの下電極１０２と接続している。

【００６９】この実施形態では、コンデンサＣの下電極
配線（ＧＮＤ）を設けていない。つまり、金属層１０８
を光電変換装置の外部でグラウンド電位に落とすこと
で、各画素のコンデンサＣの下電極１０２をグラウンド
電位とすることができる。その結果、コンデンサＣの下
電極１０２をグラウンド電位とするための下電極配線を
設けなくてもよくなる。したがって、下電極配線が配線
切れを起こすことを防止することができる。なお、この
実施形態では、グラウンド電位としているが、固定電位
であればこれに限定されない。

【００７０】この実施形態では、実施形態２と同様に、
金属層１０８の表面を陽極酸化し、第２の層間絶縁層１
０９を形成している。金属層１０８はコンタクトホール
Ｒ１の部分以外で信号線、ゲート配線を覆って電気シー
ルドとして作用するので、画素電極Ｐと信号線Ｓｉｇ、
ゲート配線ｇとの間の寄生容量を除去することができ
る。

【００７１】これにより、画素の開口率を９０％程度に
設定して画素電極Ｐを形成しても、寄生容量による特性
の劣化もなく、また製造工程は、実施形態２に比してさ
らに簡略化され、第２の層間絶縁層１０９は、１μｍ以
下で形成することができる。したがって、光電変換装置
の歩留まりを低下させない。その結果、高品質、高性能
を実現しつつコストダウンした光電変換装置を提供する
ことができる。

【００７２】なお、この実施形態では、実施形態２で説
明した製造工程によって画素を製造する場合の説明をし
たが、画素の製造工程は、実施形態１で説明した製造工
程によって製造してもよい。

【００７３】

【発明の効果】この発明は、画素電極は、能動素子の上
部では、第１の層間絶縁層及び第２の層間絶縁層を介し
て、容量素子の上電極と接続している。このため、画素
電極と信号線及びゲート配線との間の寄生容量を除去す
ることができる。

【００７４】この発明によると、導電体層を第１の絶縁
層と第２の絶縁層との間に形成する。そのため、導電体
層が、その後に形成する画素電極と接続することがなく
なる。

【００７５】さらに、この発明によると、容量素子は、
能動素子と同じ材料を用いて、同様の層構成で形成して
いる。また、能動素子から容量素子まで連続した層から
構成している。そのため、能動素子と容量素子との間の
段差を少なくすることができる。したがって、この後の
工程で、能動素子と容量素子との上に層間絶縁層や導電
体層を積層しても、この段差部で段差切れが生じない。

【００７６】また、この発明によると、導電体層を陽極
酸化することで、導電体層の表面を陽極酸化膜とする。
この陽極酸化膜は、第２の層間絶縁層と同様の機能を有
する。そのため、光電変換装置の画素を製造する工程簡
略化が図れる。したがって、光電変換装置の製造コスト
をダウンすることができる。

【００７７】また、画素電極Ｐは、第２の層間絶縁層で
ある陽極酸化膜を介して容量素子の上電極と接続してい
る。画素電極と信号線、ゲート配線との間の寄生容量を
除去することができる。したがって、画素の開口率を９
０％程度に設定して画素電極を形成しても、寄生容量に
よって画素の特性が劣化することもない。また、画素の
製造工程は簡略化され、層間絶縁層は１μｍ以下で形成
することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施形態１の光電変換装置の光電変換画素を示
す図である。

【図２】実施形態２の光電変換装置の光電変換画素を示
す図である。

【図３】実施形態３の光電変換装置の光電変換画素を示
す図である。

【図４】従来技術の光電変換装置の光電変換画素を示す
図である。

【図５】光電変換画素を二次配列した等価回路の回路図
である。

【符号の説明】

Ｐ画素電極Ｑガラス基板Ｔ薄膜トランジスタＣコンデンサＲ１、Ｒ２コンタクトホールＳｉｇ信号線ＧＮＤコンデンサ下電極配線ｇゲート配線ＳＲ１垂直シフトレジスタＳＲ２水平シフトレジスタＳ光電変換層Ｅバイアス電極１０１、４０１ゲート電極１０２、４０２コンデンサ下電極１０３、４０３ゲート絶縁層１０４、４０４半導体層１０５、４０５Ｎ⁺ 型層１０６、４０６ドレイン電極１０７第１の層間絶縁層１０８金属層１０９第２の層間絶縁層１１０酸化アルミ層１１１、４０９ソース電極、コンデンサ上電極４０７層間絶縁層１１２、４１０キャリアブロッキング層１１３、４１１共通電極

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考）Ｈ０４Ｎ 5/335 Ｈ０１Ｌ 31/00 ＡＦターム(参考） 4M118 AA05 AA08 AB01 BA05 CA14 CB06 CB08 CB20 FB03 FB09 FB13 FB16 FB19 FB23 FB26 GA10 HA26 5C024 AX11 CX03 GX05 GX18 GY31 5F088 AB05 AB09 BA03 BB03 DA05 DA17 EA04 EA06 HA20 LA07 5F110 AA02 AA16 BB10 CC07 DD02 EE04 EE44 FF03 FF07 FF30 GG02 GG15 GG24 GG33 GG45 HK03 HK09 HK15 HK16 HK21 HK25 HK26 HK33 HK35 NN03 NN04 NN24 NN35 NN71 NN72 NN80

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】基板上に、少なくとも能動素子と、容量
素子と、前記容量素子に蓄積されている電荷を出力する
信号線と、を配して画素を形成し、画素電極と少なくと
も前記容量素子上に積層した光電変換層とを有する光電
変換装置において、少なくとも前記画素電極と前記信号線との間に、導電体
層を備えてなることを特徴とする光電変換装置。
【請求項２】前記導電体層は、第１の層間絶縁層と第
２の層間絶縁層との間に形成していることを特徴とする
請求項１の光電変換装置。
【請求項３】前記導電体層を固定電位とすることを特
徴とする請求項１又は２に記載の光電変換装置。
【請求項４】前記導電体層と前記容量素子とを接続す
ることにより、前記容量素子の下電極を前記固定電位に
することを特徴とする請求項３の光電変換装置。
【請求項５】前記能動素子と前記容量素子は、非晶質
シリコン層を有することを特徴とする請求項１〜４のう
ちいずれか１項に記載の光電変換装置。
【請求項６】前記能動素子と前記容量素子は、単結晶
シリコン上に配されていることを特徴とする請求項１か
ら５のうちいずれか１項に記載の光電変換装置。
【請求項７】前記光電変換層は、暗導電率が低く光導
電性の高い材料からなることを特徴とする請求項１〜６
のうちいずれか１項に記載の光電変換装置。
【請求項８】前記材料は、非晶質シリコンａ−Ｓｉ、
非晶質セレンａ−Ｓｅ、酸化鉛ＰｂＯ、ヨウ化鉛ＰｂＩ
₂、硫化カドミウムＣｄＳ、カドミウムテルルＣｄＴ
ｅ、カドミウムセレンＣｄＳｅ、ヨウ化水銀ＨｇＩ₂の
いずれかであることを特徴とする請求項７に記載の光電
変換装置。
【請求項９】前記導電体層は、金属からなることを特
徴とする請求項１〜６のうちいずれか１項に記載の光電
変換装置。
【請求項１０】前記導電体層は、ハフニウム、タンタ
ル、タングステン、金、なまり、ビスマス、原子番号が
７２以上のＸ線吸収率の大きい金属あるいは少なくとも
これらを含む合金からなることを特徴とする請求項１〜
６のうちいずれか１項に記載の光電変換装置。
【請求項１１】前記導電体層の表面に金属酸化膜を形
成することによって前記第２の層間絶縁層とすることを
特徴とする請求項９に記載の光電変換装置。
【請求項１２】前記導電体層の表面を陽極酸化するこ
とによって前記第２の層間絶縁膜層を形成することを特
徴とする請求項９記載の光電変換装置。
【請求項１３】前記能動素子と前記容量素子とは、同
じ材料を用いて、連続した同一の半導体層、絶縁層から
なることを特徴とする請求項１〜９のうちいずれか１項
に記載の光電変換装置。