JP2004165354A

JP2004165354A - 半導体装置

Info

Publication number: JP2004165354A
Application number: JP2002328389A
Authority: JP
Inventors: Shinichi Takeda; 慎市竹田
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2002-11-12
Filing date: 2002-11-12
Publication date: 2004-06-10

Abstract

【課題】光電変換基板を大きくすることなく実装部品やコストの削減ができ、且つ、安定した高画質の放射線撮像装置を得る。
【解決手段】複数個の光電変換素子と信号転送素子を有する画像が二次元的に配列された光電変換装置と前記光電変換装置の駆動や信号を読み出す為の半導体素子からなる電子部品及び電気回路基板が備わる半導体装置において、前記半導体素子からなる電子部品に形成される回路に接続されないスルー配線が設けられ、前記スルー配線の一方は前記光電変換装置と、また、もう一方は前記電気回路基板と接続されている。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、大面積プロセスを用いて形成する半導体装置に係わり、例えば、液晶テレビ・液晶プロジェクター等の薄膜トランジスタを用いた表示装置やファクシミリ・デジタルコピーあるいはＸ線撮像装置等の光電変換素子に薄膜半導体を用いた等倍読み取り系の光電変換装置が備わる半導体装置に係わる。
【０００２】
【従来の技術】
従来、ファクシミリや複写機、スキャナあるいはＸ線撮像装置等の読み取り装置として、縮小光学系とＣＣＤ型センサーを組み合わせたシステムであった。しかしながら、近年になり水素化アモルファスシリコン（以下ａ−Ｓｉと記す）に代表される光電変換半導体材料の開発により、光電変換素子及び信号処理部を大面積の基板に形成し、情報源と等倍の光学系で読み取る密着型センサーの開発が進んでいる。
【０００３】
特にａ−Ｓｉは光電変換材料としてだけでなく、薄膜電界効果型トランジスタ（以下ＴＦＴと記す）の半導体材料としても用いることができるので光電変換半導体層とＴＦＴの半導体層と同時に形成することができる利点を有している。
【０００４】
以下、従来技術について図を用いて説明する。図３は従来の半導体装置である光電変換装置を用いた放射線撮像装置におけるの模式的回路図である。図４（Ａ）（Ｂ）（Ｃ）は従来の放射線撮像装置の概略の構成図であり、１１図（Ａ）は模式的平面図、図４（Ｂ）及び（Ｃ）はそれぞれ図４（Ａ）のＡ−−−Ａ’の模式的断面図、Ｂ−−−Ｂ’の模式的断面図である。
【０００５】
尚、図３は、説明を簡潔にするため、放射線可視光変換装置、読出し装置については、不図示の部分があり、詳細図示していない。
【０００６】
図３に示すように光電変換装置：１００には、二次元的に画素が配列されていて画素はフォトダイオード等からなる光電変換素子と薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）等による信号転送素子から構成されている。フォトダイオードのカソード電極はバイアスラインＶｓに接続されバイアス電圧が印加されている。ＴＦＴのソース電極はデータラインＳｉｇＮに、ゲート電極はゲートラインＶｇＮにそれぞれ接続されている。この例において光電変換装置の駆動及び光電変換素子は得た画像信号を読み出すのに必要な配線は、バイアスライン、ゲートライン、データラインである。またフォトダイオードのアノード電極とＴＦＴのドレイン電極は各画素で相互に接続されている。この例ではバイアスラインとデータラインは垂直上方向、ゲートラインは水平左方向に引き回され、光電変換装置の各々一辺に引き出される。更に、バイアスラインとデータラインは読み出し回路の電子部品が実装されたＴＣＰ：５００を経由して駆動読み出し装置：３００の光電変換素子制御信号読出し回路部：３１１に接続さている。またゲートラインは光電変換装置上のＴＦＴ駆動回路の電子部品に接続されており、光電変換基板：１００上の電子部品に必要な電源や制御信号は外部のＴＦＴ駆動制御回路部と配線部材：４００により接続され得ている。
【０００７】
次に図４（Ａ）〜（Ｃ）を用いて本従来例における構成を説明する。
【０００８】
光電変換装置：１００の光電変換素子や信号転送素子及び配線は、ガラス基板からなる光電変換基板：１０１上に薄膜半導体プロセスによって作製されている。
【０００９】
電気回路基板からなる読み出し装置：３００は、配線パターンが形成されたＰＣＢ（ＰｒｉｎｔＣｉｒｃｕｉｔＢｏａｒｄ）等の電気回路基板：３０１上に、光電変換素子を駆動させる為の各種電位等を作る電源回路、その電源を制御する為の制御回路、光電変換素子からの信号を受取る信号処理回路（Ａ／Ｄ変換など）等が備わっている。前記回路は、半導体素子からなる各種アンプＩＣ、各種ロジックＩＣ、レギュレータＩＣ等の電子部品：３０３からなり、ＰＣＢ上に搭載されている。また、前述の一部の回路を形成する電子部品（ＩＣチップ等）をフレキシブル配線板上に実装した実装部品付フレキのＴＣＰ：５００を光電変換装置：１００と読み取り装置：３００の接続に用い、ＴＣＰ：５００の読取装置：３００側の電気接続本数を軽減し作製を容易にしている。
【００１０】
もう一辺の電気回路であるＴＦＴ駆動用回路（シフトレジスタ）は、光電変換基板：１００上の電子回路部品：３０２からなり、回路を形成したＩＣチップをＣＯＧ（ＣｈｉｐＯｎＧｌａｓｓ）方式で光電変換基板：１００上に実装し電気的に接続している。また、光電変換基板上に実装された電子部品：３０２への電源や制御配線は光電変換変換基板上に共通化されて引き回され各々に分配される。更に、光電変換基板外部との接続にはフレキシブル配線板等の配線部材：４００を異方性導電膜などを用いて接着接続し引き出され外部の電源や制御回路に接続される。
【００１１】
更に、光電変換装置：１００の上には画素領域：１０９を覆うように、Ｘ線を可視光に変換するための蛍光板からなる放射線可視光変換装置：１５０が配置され、本従来例の放射線装置を構成している。
【００１２】
このような本従来例の放射線撮像装置は、蛍光板へ入射したＸ線を可視光に変換し、変換された可視光が光電変換装置：１００の光電変換素子に入射し電気信号として蓄積され光電変換される。光電変換された信号は、信号転送素子によってＴＣＰ：５００上の電子部品に転送し電子部品のＡｍｐ回路にて信号増幅され、更に、読出し装置：３００に送られる。読み出し装置３００に送られた増幅信号は、更に、Ａ／Ｄ変換等の回路で信号処理されＸ線画像データをデジタルデータとして得ることができる。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
このような、図３及び図４（Ａ）〜図４Ｃの従来の放射線装置は、図４Ｃのように光電変換基板：１００上に電子部品をＣＯＧ方式により実装し、更に電子部品の接続端子郡を光電変換基板：１００上の接続端子郡と対向するように配置して一括に接続するＦａｃｅＤｏｗｎとすることで、接続にかかる工数や部品コストを低減している。
【００１４】
しかながら、光電変換装置：１００と駆動読み出し装置：３００などの外部回路基板との接続には、配線のみの為の部材の配線部材：４００及び高価なＴＣＰ：５００により接続されておいる。
【００１５】
更に、ノイズによる画像品位の低下を防ぐため配線部材やＴＣＰには、シールド材を別途必要としコスト高を招いている。
【００１６】
また、光電変換基板上の電子部品への共通電源や制御線の配線を光電変換基板上に形成できるため、光電変換装置の外部への接続端子数、即ち配線部材：４００との接続端子を減らすことで作製を容易にしており、同様に図４ＢのＴＣＰ：５００上の電子部品：３０３を光電変換基板：１０１上に実装できれば、更なる工数の低減並びに作製を容易にすることが可能である。
【００１７】
しかしながら、ＴＣＰ：５００上の電子部品：３０３は、光電変換素子からの非常に微弱な信号を扱うため、低ノイズで高階調のＡ／Ｄ変換ができるレベルのアナログ信号の増幅しなければならない。そのため、Ａｍｐ回路を形成するトランジスタ素子のサイズが大きく、光電変換基板上の電子品：３０２のＴＦＴ駆動用のシフトレジスタ回路を形成するＩＣチップサイズに比べ非常に大きく、２５６ラインのデータラインを扱うＩＣチップのサイズは約１０ｍｍ×２０ｍｍ程度になってしまう。そのため、光電変換変換基板上に配置し実装すると光電変換基板が大きくなってしまうという問題が生じ、装置の大型化を招く。
【００１８】
また、非常に高倍率の信号増幅を行うため、各チップへの供給電源電圧の微妙なばらつきがチップ間の特性差となって現れ画像品位を低下させたり、による配線配線のインピーダンスのばらつきを抑制する必要がある。しかしながら、薄膜プロセスを用いる光電変換基板上の配線の低抵抗化が必要であるが厚膜化するには光電変換装置のコストが高くなってしまう。
【００１９】
【課題を解決するための手段】
上記目的を解決するため、本出願に係わる発明は、複数個の光電変換素子と信号転送素子を有する画素が二次元的に配列された光電変換装置と前記光電変換装置の駆動や信号を読み出す為の半導体素子からなる電子部品及び電気回路基板が備わる半導体装置において、前記半導体素子からなる電子部品に形成される回路に接続されないスルー配線が設けられ、前記スルー配線の一方は前記光電変換装置と、また、もう一方は前記電気回路基板と接続されていることを特徴とする。
【００２０】
また、前記光電変換装置と前記電気回路基板とが前記スルー配線が形成された半導体からなる電子部品のみで接続されていることを特徴とする。
【００２１】
また、前記スルー配線が形成された半導体からなる電子部品にはアナログ信号を増幅するＡｍｐ回路が形成されていることを特徴とする。
【００２２】
また、前記光電変換装置と前記駆動読出し装置は、各々の接続端子が形成される面を同一平面に配置し、前記光電変換素子と前記駆動読出し装置とを接続する前記電子部品が前記光電変換装置と前記駆動読出し装置の双方の上に近接して配置されることを特徴とする。
【００２３】
また、前記光電変換装置と前記駆動読出し装置との接続が前記光電変換装置並びに前記電気回路基板に設けられた各々の接続端子と対向配置された前記スルー配線が形成された半導体素子からなる電子部品の接続端子との接続により接続されることを特徴とする。
【００２４】
【発明の実施の形態】
図１及び図２（Ａ）〜（Ｃ）は本発明、第１の実施例を示す半導体装置であり、図１は本実施例の放射線撮像装置におけるの模式的回路図である。また、図４（Ａ）（Ｂ）（Ｃ）は本実施例の放射線撮像装置の概略の構成図であり、１１図（Ａ）は模式的平面図、図４（Ｂ）及び（Ｃ）はそれぞれ図４（Ａ）のＡ−−−Ａ’の模式的断面図、Ｂ−−−Ｂ’の模式的断面図である。
【００２５】
尚、図１は、説明を簡潔にするため、放射線可視光変換装置、読出し装置については、不図示の部分があり、詳細図示していない。
【００２６】
尚、前述の従来例の説明に用いた図３及び図４（Ａ）、（Ｂ）及び（Ｃ）と同一または同等のものには、同一番号を付し、説明を簡略あるいは省略する。
【００２７】
図１において、光電変換装置：１０には、従来例と同様に二次元的に画素が配列されていて画素領域：１０９を形成している。また同様に、バイアスラインＶｓとデータラインＳｉｇＮは垂直上方向、ゲートラインＶｇＮは水平左方向に引き回され、光電変換装置の各々一辺に引き出される。
【００２８】
本実施例において、ＳｉｇＮと接続される電子部品：３０３からなるＡｍｐ回路は、光電変換装置１と駆動読み出し装置：３０の双方に重なり跨ぐような領域になっている。
【００２９】
また、光電変換基板：１１上の電子部品：３０２に必要な電源や制御信号、更にバイアスラインＶｓは、電子部品：３０３に設けられたスルー配線：３１３を経由し駆動読み出し装置：３０のＴＦＴ駆動制御回路部：３１２、Ｖｓ用電源回路にそれぞれ接続され得ている。
【００３０】
スルー配線：３１３は、半導体チップである電子部品：３０３上にＡｍｐ回路とは寄与や接続されない別の配線である。本実施例では、半導体チップに形成されたＡｍｐ回路の両脇に１ラインづつの計２ライン形成し、電子部品：３０２に必要な電源や制御信号、バイアスラインＶｓの光電変換装置：１０と外部回路基板である駆動読み出し装置：３０との接続配線としている。
【００３１】
次に、図２（Ａ）〜（Ｃ）において、本実施例の構成を説明する。
【００３２】
従来例と同様の光電変換装置：１０、光電変換装置上に配置される放射線可視光変換装置：１５０、電気回路基板からなる駆動読み出し装置：３０、ＴＦＴ駆動用回路（シフトレジスタ）等を形成する電子部品：３０２、光電変換素子を駆動させる為の各種電位等を作る電源回路、その電源を制御する為の制御回路、光電変換素子からの信号を受取る信号処理回路（Ａ／Ｄ変換など）等を形成する電子部品：３０３からなっている。
【００３３】
図２（Ｂ）で明らかなように本実施例の放射線撮像装置は、光電変換装置：１０と駆動読み取り装置：３０との接続を電子部品：３０３でのみ行っている。
光電変換装置：１０を構成する光電変換基板：１１と駆動読み取り装置：３０を構成する電気回路基板：３１上に電子部品：３０３が跨るように配置され、光電変換基板：１１並びに電気回路基板：３１に設けられた各々の接続端子と対向配置された電子部品：３０３の接続端子を異方性導電膜等を用い加熱接着により接続されている。
【００３４】
光電変換装置：１０と駆動読出し装置：３０は、各々の接続端子が形成される面を同一平面に配置し、光電変換装置：１０と駆動読出し装置：３０とを接続する電子部品：３０３が光電変換装置：１０と駆動読出し装置：３０の双方の上に近接して配置されている。また、光電変換基板：１１上のＴＦＴ駆動回路の電子部品：３０２に必要な電源や制御信号は駆動読み出し装置：３０にＴＦＴ駆動制御回路を形成し、前述の光電変換装置：１０と駆動読出し装置：３０の双方の上に近接して配置された光電変換装置：１０と駆動読出し装置：３０とを接続する電子部品：３０３内に形成されたスルー配線：３１３により接続され得ている。
【００３５】
以上説明したように、本実施例の放射線撮像装置は、光電変換装置：１０と駆動読出し装置：３０との接続を光電変換装置：１０と駆動読出し装置：３０の双方の上に近接して配置された光電変換装置：１０と駆動読出し装置：３０とを接続する電子部品：３０３のみで接続できるため他の配線部材を必要とせず、部材や接続工数を削減できた。
【００３６】
また、光電変換基板：１１に接続する電子部品：３０３の全体を光電変換基板：１１上に配置せずに済むため光電変換装置：１０を大きくすることなく、接続にかかる工数や部品コストを低減することができる。更に、光電変換基板基板：１１と接続されている電子部品：３０３への電源供給は、低抵抗配線が容易なＰＣＢ上の配線で行うため電位が安定した電源の分配ができ電子部品の特性差が発生せず高画質の画像が得られる。
【００３７】
尚、本実施例では、光電変換装置：１０と駆動読出し装置：３０との接続を光電変換装置：１０と駆動読出し装置：３０の双方の上に近接して配置された光電変換装置：１０と駆動読出し装置：３０とを接続する電子部品：３０３で行ったが、スルー配線：３１２を形成した電子部品：３０３を従来例の用にＴＣＰの形態に実装し電子部品を搭載したＴＣＰのみで光電変換装置：１０と駆動読出し装置：３０との接続をすることもできる。
【００３８】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、光電変換基板を大きくすることなく実装部品やコストの削減ができ、且つ、安定した高画質の放射線撮像装置を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の模式的回路図である。
【図２】（Ａ）本発明の模式的平面図である。
（Ｂ）本発明の図２（Ａ）Ａ−−−Ａ’部の模式的断面図である。
（Ｃ）本発明の図２（Ａ）Ｂ−−−Ｂ’部の模式的断面図である。
【図３】従来例の模式的回路図である。
【図４】（Ａ）従来例の模式的平面図である。
（Ｂ）従来例の図４（Ａ）Ａ−−−Ａ’部の模式的断面図である。
（Ｃ）従来例の図４（Ａ）Ｂ−−−Ｂ’部の模式的断面図である。
【符号の説明】
１０，１００光電変換装置
３０，３００駆動読み出し装置（電気回路基板）
１５０放射線可視光変換装置
３０２，３０３半導体からなる電子部品
４００配線部材

Claims

複数個の光電変換素子と信号転送素子を有する画素が二次元的に配列された光電変換装置と前記光電変換装置の駆動や信号を読み出す為の半導体素子からなる電子部品及び電気回路基板が備わる半導体装置において、前記半導体素子からなる電子部品に形成される回路に接続されないスルー配線が設けられ、前記スルー配線の一方は前記光電変換装置と、また、もう一方は前記電気回路基板と接続されていることを特徴とする半導体装置。
前記光電変換装置と前記電気回路基板とが前記スルー配線が形成された半導体からなる電子部品のみで接続されていることを特徴とする半導体装置。
前記スルー配線が形成された半導体からなる電子部品にはアナログ信号を増幅するＡｍｐ回路が形成されていることを特徴とする請求項１及び２記載の半導体装置
前記光電変換装置と前記駆動読出し装置は、各々の接続端子が形成される面を同一平面に配置し、前記光電変換素子と前記駆動読出し装置とを接続する前記電子部品が前記光電変換装置と前記駆動読出し装置の双方の上に近接して配置されることを特徴とする請求項１記載の半導体装置半導体装置。
前記光電変換装置と前記駆動読出し装置との接続が前記光電変換装置並びに前記電気回路基板に設けられた各々の接続端子と対向配置された前記スルー配線が形成された半導体素子からなる電子部品の接続端子との接続により接続されることを特徴とする請求項１記載の半導体装置。