JP2004228518A - 放射線撮像装置及びその製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】入射する光量又は放射線量を調整（ＡＥＣ制御）用に設けられた変換素子の配置の自由度を向上させるとともに、ＡＥＣ制御の精度を向上させた放射線撮像装置及びその製造方法を実現することができるようにする。
【解決手段】入射した放射線から画像信号を生成する画素を複数備える変換部と、変換部内に入射した放射線の照射量に応じて電荷を生成する変換素子との形成を、画素のみで構成される第１の領域（〔１〕）と、画素と変換素子を駆動する配線とで構成される第２の領域（〔２〕）と、画素と変換素子とで構成される第３の領域（〔３〕）とに区分して形成し、第３の領域（〔３〕）内に配設された変換素子からの出力を各々独立して処理することができるようにする。
【選択図】 図５
【解決手段】入射した放射線から画像信号を生成する画素を複数備える変換部と、変換部内に入射した放射線の照射量に応じて電荷を生成する変換素子との形成を、画素のみで構成される第１の領域（〔１〕）と、画素と変換素子を駆動する配線とで構成される第２の領域（〔２〕）と、画素と変換素子とで構成される第３の領域（〔３〕）とに区分して形成し、第３の領域（〔３〕）内に配設された変換素子からの出力を各々独立して処理することができるようにする。
【選択図】 図５
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、放射線撮像装置及びその製造方法に関し、特に、放射線により像を形成するものに用いて好適なものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、医療業界において「Ｘ線画像情報のディジタル化」の要求が高まりつつある。このディジタル化が達成されれば、医師が最適なアングルでの患者のＸ線画像情報をリアルタイムに知ることができ、その得られたＸ線画像情報を光磁気ディスクのような媒体を用いて記録及び管理をすることができる。また、ファクシミリや他の通信方式等を利用すれば、患者のＸ線画像情報を世界中のどこの病院にも短時間で送ることが可能となる。
【０００３】
また、建物の躯体などの物体内部の検査に代表される非破壊検査などにおいても、Ｘ線撮影をするための各種機器の設置や必要とする部位の撮影を、何度もやり直せるものでもない。
【０００４】
したがって、このような分野においても、所望部位のＸ線画像情報をリアルタイムに提供することに対する要求は高い。そこで、最近ではフイルムの代わりにＣＣＤ固体撮像素子やアモルファスシリコンセンサを用いたＸ線撮像装置が提案されてきている。
【０００５】
次に、我々が以前提案した放射線撮像装置の一例を説明する。
図８は、二次元エリアセンサの構成を示す回路図である。また、図９は、二次元エリアセンサの１画素に相当する各構成素子の平面図及び断面図であり、図９（ａ）はその平面図、図９（ｂ）はその断面図である。
【０００６】
図８の放射線撮像装置においては、センサ素子１１０１とそれに接続された転送用トランジスタ１１０２とを１組として構成される画素１１０３が、２次元状に縦４セル、横４セルの合計１６画素で構成されている。
【０００７】
そして、センサ素子１１０１はバイアス手段１１０４に接続され、転送用トランジスタ１１０２はそのゲートがゲート線を介してシフトレジスタ１１０５と接続されている。また、転送用トランジスタ１１０２の出力信号は信号出力線を介して増幅器・マルチプレクサ・Ａ／Ｄ変換器１１０６に転送され、順次信号処理される。また、転送用トランジスタ１１０２の信号出力線には、リセット手段１１０７が接続されている。
【０００８】
図８の破線で囲んだ部分は、大面積の同一絶縁基板１１０８上に形成されているが、このうち１画素に相当する部分の平面図を図９（ａ）に示す。
【０００９】
図９（ａ）に示すように、１つの画素に光電変換素子１１０１、ＴＦＴ（薄膜トランジスタ）１１０２、及び信号配線ＳＩＧが形成されている。また、図９（ａ）中の破線Ａ−Ｂ間で示した部分の断面図を図９（ｂ）に示す。
【００１０】
図９（ｂ）に示した層構成によれば、絶縁基板１上に、光電変換素子１１０１、ＴＦＴ１１０２、及び信号配線ＳＩＧとが同時に積層され構成されている。これらは、絶縁基板１上に共通の下部メタル層２、窒化シリコン層（ＳｉＮ）７、ｉ層４、ｎ層５、及び上部メタル層６の順に積層され、各層のエッチングのみで形成されている。その後、光電変換素子１１０１としてＰ層２３、Ｉ層２４、Ｎ層２５を形成し、その上にＩＴＯ等からなる上部電極層２６を形成する。
【００１１】
また、画素上部にはパッシベーション用窒化シリコン膜（ＳｉＮ）８とＣｓＩ、Ｇｄ２Ｏ２Ｓ等の放射線を可視光に波長変換する蛍光体１２が形成されている。放射線撮像装置に像情報の含まれるＸ線１３が入射すると、蛍光体１２で像情報光１４に変換され、この光が光電変換素子１１０１に入射する。
【００１２】
次に、放射線撮像装置における、Ｘ線源から照射されるＸ線の露出を自動的に制御する、Ｘ線自動露出制御装置（ＡＥＣ）について説明をする。
【００１３】
一般に、２次元状に配設されたセンサを有する放射線撮像装置において、入力される光量また放射線量を調整（ＡＥＣ制御）することが必要である。これは以下に示す２つに分類することができる。
（１）ＡＥＣ制御用のセンサを、放射線撮像装置とは別に別途設ける。
（２）放射線撮像装置内の全部あるいは一部のセンサを高速で読み出して、ＡＥＣ制御用信号とする。
【００１４】
従来は、入力するＸ線パターンを２次元画像化する２次元センサの前面に、Ｘ線の減衰が５％程度である薄型のＡＥＣ制御用センサを複数個配置して、これらのＡＥＣ制御用センサの出力によりＸ線の曝射をストップして、画像化に適切なＸ線量を得ようとするものであった。ここで使用されるＡＥＣ制御用センサとしては、イオンチャンバで直接的に電荷として取り出すものや、蛍光体光をファイバーで外部に取り出し、フォトマルで電荷に変換するものが使用されている。
【００１５】
また、従来、Ｘ線撮像装置には、設置型一般撮影用としては１７〜１８インチ×１７〜１８インチ、モバイル型としては１４〜１５インチ×１７〜１８インチの光電変換部を備えていることが多い。また、歯科用や車載用などの他製品に対して、用途に応じて様々なサイズが必要とされている。
【００１６】
Ｘ線撮像装置に備えられている光電変換部の製造方法には、ＭＰＡ（ミラー・プロジェクション・マスク・アライナー）露光方式や、ステッパー方式がある。ＭＰＡ方式は、ステッパ−方式に比べフォトマスクサイズが大きく、大判パネル（２００１年現在、最大４４８ｍｍ×７６０ｍｍ）を一括で露光することが可能であり、生産タクトの点で非常に有利である。
【００１７】
ＭＰＡ方式では、フォトマスクパターンと基板に転写されたパターンとが１対１で対応しているため、１製品に対して、フォトリソグラフィー工程数に対応した枚数のフォトマスクが必要である。また、ステッパ−方式でも１製品に対し、同様の枚数のフォトマスクを使用するのが一般的である。
【００１８】
図１０は、従来のＭＰＡ方式で用いるフォトマスクの模式的平面図である。
また、図１１は、図１０に示すフォトマスクによって作製された放射線撮像装置の光電変換部の模式的平面図である。
【００１９】
図１１に示した光電変換部は、光電変換素子がマトリクス状に配列された画素エリア１０１ｂと、画素エリア１０１ｂからのセンサ出力を外部に読み出すＡｍｐ＿ＩＣ接続用配パッド部１０２ｂと、画素エリア１０１ｂへのセンサ出力のための信号を供給するＤｒ＿ＩＣ接続用パッド部１０３ｂとが構成されており、また、図１０に示したフォトマスクは、画素エリア１０１ｂに対応するマスクパターン１０１ａと、Ａｍｐ＿ＩＣ接続用配パッド部１０２ｂに対応するマスクパターン１０２ａと、Ｄｒ＿ＩＣ接続用パッド部１０３ｂに対応するマスクパターン１０３ａとで形成されている。
【００２０】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前述したように、２次元状に画素が配設された放射線撮像装置において、別途ＡＥＣ制御用のセンサを設けて入力される光量また放射線量を調整（ＡＥＣ制御）する場合、ＡＥＣ制御用センサの配置が問題となる。つまり、一般にＡＥＣ制御に必要な情報は被写体の中央部分にあり、画像撮像用センサによる撮像に支障無いようにＡＥＣ制御用センサを配置するには別途光学手段、あるいは光学的減衰の非常に小さいＡＥＣ制御用センサが必要となる。
【００２１】
また、全画素を使用する場合には、画素数の比較的少ないセンサではＡＥＣ制御が可能であるが、画素数が２０００個×２０００個を超えるようなセンサでは高速駆動用回路が必要となって装置全体のコスト上昇を招くとともに、高速で駆動する必要があるために、電荷の蓄積時間及び電荷の転送時間、容量のリセット時間等の時間を十分にとることが困難となり、結果的に撮像画像の画質低下を引き起こすという問題がある。
【００２２】
また、放射線撮像装置の変換部のパターン形成を行なうためのフォトマスクは高額であり、特に、前述したＭＰＡ方式はステッパー方式に比べフォトマスクサイズが大きく、大判パネル（２００１年現在、最大４４８ｍｍ×７６０ｍｍ）を一括で露光することが可能なため生産タクトの点で非常に有利であるが、コストが高い。このため、上述したＡＥＣ制御を行なう機能を、ある放射線撮像装置の変換部と同一基板上に構成する場合と、構成しない場合の両方の種類を構成するときは、２種類のフォトマスクを準備する必要が生じ、結果的にフォトマスクのコストは２倍になってしまう。ここで、上述した２種類のフォトマスクを準備するのは、ＡＥＣ制御を行なう機能は、人体及び生物の撮像においては有効であるが、非破壊検査などにおいては必要の無い場合もあるからである。
【００２３】
更に、ＡＥＣ制御を行なう機能を、ある放射線撮像装置の変換部と同一基板上に構成する場合のみを考えても、１種類のフォトマスクを準備するだけでは、そのＡＥＣ制御を行なう機能の配置を変更することができない。
【００２４】
本発明は上述の問題点にかんがみてなされたもので、高速駆動を必要とせずに入射する光量又は放射線量を調整（ＡＥＣ制御）をするときに、そのＡＥＣ制御用に設けられた変換素子の配置の自由度を向上させるとともに、ＡＥＣ制御の精度を向上させた放射線撮像装置及びその製造方法を実現することを目的とする。
【００２５】
【課題を解決するための手段】
本発明の放射線撮像装置の製造方法は、入射した放射線から画像信号を生成し、第１の変換素子を有する画素を複数備える変換部を含み、前記変換部内に配設され、当該変換部内に入射した放射線を検知する第２の変換素子を有する放射線撮像装置の製造方法であって、前記画素のみを形成するための第１のフォトマスクと、前記画素と前記第２の変換素子を駆動する配線とを形成するための第２のフォトマスクと、前記画素と前記第２の変換素子とを形成するための第３のフォトマスクとの少なくとも３種類のフォトマスクを用いた複数回のステップ露光により形成することを特徴とするものである。
【００２６】
本発明の放射線撮像装置は、入射した放射線から画像信号を生成し、第１の変換素子を有する画素を複数備える変換部を含み、前記変換部内に配設され、当該変換部内に入射した放射線を検知する第２の変換素子と、前記第２の変換素子と接続し、前記変換部内に入射した放射線を検出する処理回路部とを備え、前記変換部及び前記第２の変換素子は、前記画素のみで構成される第１の領域と、前記画素と前記第２の変換素子を駆動する配線とで構成される第２の領域と、前記画素と前記第２の変換素子とで構成される第３の領域とに区分されて形成されており、前記処理回路部は、前記各第２の変換素子からの出力を各々独立して処理することを特徴とするものである。
【００２７】
【発明の実施の形態】
次に、添付図面を参照しながら本発明の放射線撮像装置及びその製造方法の実施の形態について説明する。
【００２８】
（第１の実施形態）
以下、本発明の第１の実施形態を図１〜図６に基づいて説明する。
図１は、本実施形態の放射線撮像装置の回路図である。また、図２及び図３は、放射線撮像装置の１画素に相当する各構成素子の平面図及び断面図であり、図２（ａ）、図３（ａ）はその平面図であり、図２（ｂ）、図３（ｂ）はそれぞれ図２（ａ）、図３（ａ）中の破線Ａ−Ｂ間で示した部分の断面図である。
【００２９】
図１において、Ｓ１１〜Ｓ３３は第１の光電変換素子、Ｃ１１〜Ｃ３３はキャパシタ、Ｔ１１〜Ｔ３３は転送用ＴＦＴ、Ｓ０は第２の光電変換素子である。Ｖｓは読み出し用電源、Ｖｇはリフレッシュ用電源であり、それぞれスイッチＳＷｓ、ＳＷｇを介して第１の光電変換素子Ｓ１１〜Ｓ３３に接続されている。スイッチＳＷｓはインバータを介して、また、スイッチＳＷｇは直接にリフレッシュ制御回路ＲＦに接続されており、リフレッシュ期間はＳＷｇがオンし、その他の期間はＳＷｓがオンするよう制御されている。
【００３０】
１画素は、それぞれ１つの第１の光電変換素子とキャパシタ、及びＴＦＴで構成され、その信号出力は、信号配線ＳＩＧを介して検出用集積回路ＩＣに出力される。本実施形態の二次元エリアセンサでは、合計９個の画素を３つのブロックに分け、１ブロックあたり３画素の出力を同時に転送して、信号配線ＳＩＧを介して検出用集積回路ＩＣによって順次変換されて出力される。また、１ブロック内の３画素を行方向に配置し、３ブロックを順に列方向に配置することにより各画素を二次元的に配置している。また、図１の破線で囲んだ部分は、大面積の同一絶縁基板１００であり、これらの画素がこの絶縁基板１００上に形成されている。
【００３１】
更に、通常の画像を撮像するための第１の光電変換素子Ｓ１１〜Ｓ３３とは異なる形状をした、櫛歯状の細長い第２の光電変換素子Ｓ０が、第１の光電変換素子Ｓ２１、Ｓ３１と第１の光電変換素子Ｓ２２、Ｓ３２との間に配置されている。ここで、図１及び図２における第２の光電変換素子Ｓ０はＴＦＴ型センサであり、ゲート電極電位がソース電極電位に対して、負に固定されているため、ゲート電極がない場合と比較して、より大きな光電流と暗電流の比が得られる。
【００３２】
第２の光電変換素子Ｓ０は、入射した光量または放射線量の照射量を検出するための電荷を生成するＡＥＣ制御用センサである。この第２の光電変換素子Ｓ０のドレイン電極がバイアス電源（Ｂｉａｓ２）に接続され、そのソース電極が増幅器（ＡＭＰ２）に接続されているため、入射した光量または放射線量に応じて第２の光電変換素子Ｓ０で発生した電荷を増幅して出力することができる。ここで、ゲート電極電位がソース電極電位に対して、負に固定されているため、ゲート電極がない場合と比較して、より大きな光電流と暗電流との比が得られる。この得られた光電流と暗電流との比により、第２の光電変換素子Ｓ０の性能を向上させることが可能となる。
【００３３】
第１の光電変換素子Ｓ１１と第１の光電変換素子Ｓ１２との間には、第２の光電変換素子Ｓ０のドレイン電極と第２の光電変換素子Ｓ０を駆動するバイアス電源（Ｂｉａｓ２）とを接続する配線、第２の光電変換素子Ｓ０のソース電極と第２の光電変換素子Ｓ０の出力を増幅する増幅器（ＡＭＰ２）とを接続する配線及び固定電位と第２の光電変換素子Ｓ０のゲート電極とを接続する配線との３つの配線部Ｓ００が配設されている。
【００３４】
図２（ａ）は、第１の光電変換素子Ｓ２２（またはＳ３２）を含む画素の平面図であり、図２（ｂ）はその断面図である。ここで、ＡＥＣ制御用センサである第２の光電変換素子Ｓ０の層構成は、第１の光電変換素子Ｓ２２、キャパシタＣ２２及びＴＦＴ（Ｔ２２）と同様の構成である。
【００３５】
図３（ａ）は、第１の光電変換素子Ｓ１２を含む画素の平面図であり、図３（ｂ）はその断面図である。ここで、第２の光電変換素子Ｓ０に接続される配線部Ｓ００の層構成は、第１の光電変換素子Ｓ１２、キャパシタＣ１２及びＴＦＴ（Ｔ１２）と同様である。また、図１におけるその他の第１の光電変換素子（Ｓ１１、Ｓ２１、Ｓ３１、Ｓ１３、Ｓ２３、Ｓ３３）は、従来例を示す図９のセンサ素子１１０１と同様の構成である。
【００３６】
このように、第２の光電変換素子Ｓ０を、ＡＥＣ制御用センサに用いることにより、ＡＥＣ制御機能を光電変換部に低コストで構成することが可能となる。
【００３７】
ここで、図２に示した放射線撮像装置の光電変換部の形成方法について説明する。
本実施形態においては、キャパシタＣ２２と第１の光電変換素子Ｓ２２とは、特別に素子を分離しておらず、第１の光電変換素子Ｓ２２の電極面積を大きくすることによりキャパシタＣ２２を形成している。
【００３８】
まず、絶縁材料であるガラス基板１上にスパッタ等により、Ｃｒを膜厚５０ｎｍ程度で堆積させて下部メタル層２を形成し、その後フォトリソグラフィーによりパターニングを行ない、不必要なエリアをエッチングする。これにより、第２の光電変換素子Ｓ０の下部電極と、第１の光電変換素子Ｓ２２とキャパシタＣ１１との下部電極と、ＴＦＴ（Ｔ２２）のゲート電極とが形成される。
【００３９】
次に、ＣＶＤ法により同一真空内で窒化シリコン膜（ＳｉＮ）７、ｉ層４、ｎ層５をそれぞれ膜厚２００ｎｍ、５００ｎｍ、５０ｎｍ程度で堆積する。これら各層は、第１の光電変換素子Ｓ２２及び第２の光電変換素子Ｓ０においては、窒化シリコン膜７が絶縁層、ｉ層４が光電変換半導体層、ｎ層５がホール注入阻止層となり、また、ＴＦＴ（Ｔ２２）においては、窒化シリコン膜７がゲート絶縁膜、ｉ層４が半導体層、ｎ層５がオーミックコンタクト層となる。更に、これら各層は、キャパシタＣ２２の中間層となり、また、信号配線のクロス部絶縁層としても使われる。
【００４０】
各層の厚さは、上述した数値の厚さに限らず二次元エリアセンサとして使用する電圧、電流、電荷、入射光量等により最適に設計することが可能であるが、少なくとも窒化シリコン膜７は、電子とホールが通過できず、また、ＴＦＴ（Ｔ２２）のゲート絶縁膜として機能させるためには、膜厚５０ｎｍ以上の厚さが必要である。
【００４１】
各層堆積後、上部メタル層６としてＡ１をスパッタ等により膜厚１０００ｎｍ程度で堆積させる。更にフォトリソグラフィーによりパターニングを行ない、不必要なエリアをエッチングにて除去する。これにより、第１の光電変換素子Ｓ２２とキャパシタＣ２２との上部電極と、第２の光電変換素子Ｓ０の上部電極と、ＴＦＴ（Ｔ２２）の主電極であるソース電極並びにドレイン電極と、信号配線ＳＩＧとが形成される。
【００４２】
更に、ｎ層５をＲＩＥでエッチングしてＴＦＴ（Ｔ２２）のチャネル部のみ開口し、その後、エッチングを行なって不必要な窒化シリコン膜７、ｉ層４、ｎ層５を除去して各素子を分離する。
【００４３】
前述の作製プロセスにより、第１の光電変換素子Ｓ２２、第２の光電変換素子Ｓ０、ＴＦＴ（Ｔ２２）及びキャパシタＣ２２が形成される。本実施形態では、１画素について説明を行なったが他の画素についても同時に形成されることは言うまでもない。
【００４４】
また、耐久性を向上させるために、各素子の上部を窒化シリコン膜等のパッシベーション腹８で覆い、更にＣｓＩ，Ｇｄ２０２Ｓ等の波長変換体となる蛍光体１２を形成する。そして、上方から像情報の含まれるＸ線１３が入射すると、蛍光体１２で像情報光１４に変換され、この変換された光が第１の光電変換素子Ｓ２２及び第２の光電変換素子Ｓ０に入射する。
【００４５】
本実施形態では、第１の光電変換素子Ｓ１１〜Ｓ３３、第２の光電変換素子Ｓ０、ＴＦＴ（Ｔ１１〜Ｔ３３）、キャパシタＣ１１〜Ｃ３３、及び信号配線ＳＩＧを、同時に堆積した共通の下部メタル層２、窒化シリコン膜７、ｉ層４、ｎ層５、及び上部メタル層６と、各層のエッチングのみで形成することができる。また、第１の光電変換素子Ｓ１１〜Ｓ３３及び第２の光電変換素子Ｓ１１〜Ｓ３３内に注入素子層が１カ所しかなく、かつ、同一真空内で形成することができる。
【００４６】
更に、ＴＦＴ（Ｔ１１〜Ｔ３３）の特性上重要なゲート絶縁膜とｉ層界面も同一真空内で形成することができる。また、キャパシタＣ１１〜Ｃ３３の中問層が熱によるリークの少ない絶縁層を含んでいるため、良好な特性のキャパシタを形成することができる。最終的に読み出される第１の光電変換素子Ｓ１１〜Ｓ３３の出力は、第１の光電変換素子Ｓ１２、Ｓ２２、Ｓ３２の面積が小さいため、出力は小さくなるが、その分は信号補正により補正される。
【００４７】
ここで、ＡＥＣ制御用センサである第２の光電変換素子Ｓ０の配置例を示す。例えば、図４に示すようなストライプ状のＡＥＣ制御用センサ（第２の光電変換素子Ｓ０）のグループＬ、Ｒ、Ｃのような３箇所の配置例がよく用いられる。
【００４８】
次に、実際に露光機（ステッパー）によって６インチのフォトマスク（有効エリア４×４インチ）を用いて作製する１５インチ×１８インチの光電変換部について説明する。
図５は、本実施形態における放射線撮像装置の光電変換部の模式的平面図である。
【００４９】
図５は、光電変換部を５２エリアに分割し、７パターン（〔１〕〜〔３〕、〔１０〕〜〔１３〕）のフォトマスクを用いて露光（パターニング）して光電変換部を形成した様子を示している。〔１〕〜〔３〕は画素エリア、〔１０〕及び〔１１〕はＡｍｐ＿ＩＣ接続用配線パッド部、〔１２〕及び〔１３〕はＤｒ＿ＩＣ接続用配線パッド部の配置エリアである。
【００５０】
ここで、〔１０〕及び〔１１〕のＡｍｐ＿ＩＣ接続用配線パッド部に接続される読出し用のＡｍｐ＿ＩＣは、センサ出力を画素エリア（〔１〕〜〔３〕）の上下両方向から読み出すことが可能である。同様に、〔１２〕及び〔１３〕のＤｒ＿ＩＣ接続用配線パッド部に接続されるＴＦＴ駆動用Ｄｒ＿ＩＣも、画素エリア（〔１〕〜〔３〕）内のＴＦＴを画素エリア（〔１〕〜〔３〕）の左右両方向から駆動させることが可能である。
【００５１】
続いて、図５に示す〔１〕〜〔３〕の画素エリアの画素パターンについて説明する。
〔１〕〜〔３〕の画素エリアの画素パターンは、１画素が１６０μｍ角で構成され、１つのエリアの大きさが約３インチであるので、１つの画素エリアの画素数は約２４０画素×２４０画素となる。
【００５２】
画素エリア〔１〕内の１画素パターンは、全画素が従来例の図９で示した光電変換部と同様の構成で形成される。また、画素エリア〔２〕内の１画素パターンは、例えば図４で示したようなストライプ状に６ライン分で構成され、そのラインには図３で示した第２の光電変換素子に接続される配線部（Ｓ００）と第１の光電変換素子（Ｓ１２）とを有する画素が配置され、そのライン間には図９で示した画素が配置されて形成される。
【００５３】
また、画素エリア〔３〕内の１画素パターンは、例えば図４で示したようなストライプ状に６ライン分で構成され、そのラインには図２で示したＡＥＣ制御用センサである第２の光電変換素子Ｓ０と光電変換素子（Ｓ１２）とを有する画素が配置され、そのライン間には図９で示した画素が配置されて形成される。
【００５４】
ここで、本実施形態の放射線撮像装置においては、図５に示した各画素エリア〔３〕内に配設された各第２の光電変換素子Ｓ０からの出力は、それぞれが独立して増幅器で処理されるものとする。このように構成することで、ＡＥＣ制御の精度を向上させることができる。
【００５５】
また、図５のように、画素エリア（光電変換部）を上述した〔１〕〜〔３〕のマスクパターンを用いて形成することにより、ＡＥＣ制御用センサとして画素エリアに配設した第２の光電変換素子Ｓ０を光電変換部の画素エリア中で、任意の位置に配置することができる。
【００５６】
また、非破壊検査などにおいて、ＡＥＣ制御用センサである第２の光電変換素子Ｓ０が不要な場合には、図６に示すように、画素エリア（光電変換部）を上述した〔１〕のマスタパターンのみで構成することができる。これにより、図５に示した第２の光電変換素子Ｓ０を構成する場合と比較して、コストを低減させることができる。
【００５７】
（第２の実施形態）
以下、本発明の第２の実施形態を図７に基づいて説明する。
図７は、本実施形態の放射線撮像装置のシステム構成図である。Ｘ線発生部６０１から曝射されたＸ線は、不図示の蛍光部により可視光に変換されて、像情報を有する放射線が２次元センサ６０２に入射する。
【００５８】
また、この２次元センサ６０２への入射と同時に、センサ基板上に作り込まれたＡＥＣ制御用センサである第２の光電変換素子の第１光電変換部６０３、第２光電変換部６０４、第３光電変換部６０５にも可視光に変換された光が照射する。
【００５９】
ＡＥＣ制御用センサである第２の光電変換素子の各光電変換部６０３〜６０５は、それぞれがセンサ基板内の異なる場所に配置されている。前述したように、例えば、図４に示すようなストライプ状のＡＥＣ制御用センサ（第２の光電変換素子）のグループＬ、Ｒ、Ｃの集合が挙げられる。
【００６０】
第２の光電変換素子の各光電変換部６０３〜６０５で入射光から発生した電荷は、各光電変換部６０３〜６０５から取り出されて、各加算部６０６〜６０８でグループごとに加算される。ここでの加算方法は単純に加算する他に、図４に示す６本のストライプにそれぞれ重み付けを行なって加算をしてもよい。各加算部６０６〜６０８で加算された電荷は、それぞれ各積分部６０９〜６１１で積分され、各積分出力は選択部６１２に入力される。
【００６１】
選択部６１２では、各積分部６０９〜６１１から出力された３つの積分出力を選択的に使用するか、加算して使用するかを制御する。この制御は、撮影される部位に依存しており、例えば、胸部正面の撮影であれば、グループＬとグループＲのいずれかの出力が大きい方を選択し、腹部や胸部側面の撮影であれば、グループＣの出力を単独で採用するなどである。
【００６２】
選択部６１２で選択された出力は、比較部６１４において閾値設定部６１３で予め設定されている閾値と比較される。この閾値よりも大きければ、Ｘ線遮断部６１５を駆動して、Ｘ線発生部６０１からの曝射を停止させる。このＸ線曝射の停止が行なわれると、２次元センサ６０２の積分を終了し、その２次元センサ６０２からのデータは、ＡＤ変換された後にメモリ６１６に転送されて記憶される。このメモリ６１６に記憶されたデータは、システムバス６１７を介して接続されているシステム制御部６１８で制御され、その読み出し等がなされる。
【００６３】
このように第２の光電変換素子を用いてその出力を利用することにより、Ｘ線の曝射停止の制御を行なうことができるとともに、これに起因して２次元センサ６０２の積分を早期に終了して、その２次元センサ６０２に蓄積される不必要なオフセット電荷を制限することができる。
【００６４】
また、２次元センサ６０２からのデータの取り込みをＸ線の曝射停止に合わせて行なうようにすることによって、撮影画像の表示を早期に行なうことができる。
【００６５】
（本発明の他の実施形態）
本発明は複数の機器から構成されるシステムに適用しても１つの機器からなる装置に適用しても良い。
【００６６】
また、前述した実施形態の機能、例えば図７に示した放射線撮像装置のシステム構成の各構成要素を実現するように各種のデバイスを動作させ、前記各種デバイスと接続された装置あるいはシステム内のコンピュータに対し、記憶媒体から、またはインターネット等の伝送媒体を介して前記実施形態の機能を実現するためのソフトウェアのプログラムコードを供給し、そのシステムあるいは装置のコンピュータ（ＣＰＵあるいはＭＰＵ）に格納されたプログラムに従って前記各種デバイスを動作させることによって実施したものも、本発明の範疇に含まれる。
【００６７】
また、この場合、前記ソフトウェアのプログラムコード自体が前述した実施形態の機能を実現することになり、そのプログラムコード自体、及びそのプログラムコードをコンピュータに供給するための手段、例えばかかるプログラムコードを格納した記憶媒体は本発明を構成する。かかるプログラムコードを記憶する記憶媒体としては、例えばフレキシブルディスク、ハードディスク、光ディスク、光磁気ディスク、ＣＤ−ＲＯＭ、磁気テープ、不揮発性のメモリカード、ＲＯＭ等を用いることができる。
【００６８】
また、コンピュータが供給されたプログラムコードを実行することにより、前述の実施形態で説明した機能が実現されるだけでなく、そのプログラムコードがコンピュータにおいて稼働しているＯＳ（オペレーティングシステム）あるいは他のアプリケーションソフト等の共同して前述の実施形態で示した機能が実現される場合にもかかるプログラムコードは本発明の実施形態に含まれる。
【００６９】
更に、供給されたプログラムコードがコンピュータの機能拡張ボードやコンピュータに接続された機能拡張ユニットに備わるメモリに格納された後、そのプログラムコードの指示に基づいてその機能拡張ボードや機能拡張ユニットに備わるＣＰＵ等が実際の処理の一部または全部を行ない、その処理によって前述した実施形態の機能が実現される場合にも本発明に含まれる。
【００７０】
【発明の効果】
本発明によれば、第３の領域内に配設された第２の変換素子からの出力を各々独立して処理回路部で処理するようにしたので、ＡＥＣ制御の精度を向上させることができる。
【００７１】
また、変換部内に画素とは独立して第２の変換素子を配設するようにしたので、入力される放射線の照射量を調整（ＡＥＣ制御）するために画素からの出力を高速で読み出すことが不要になるとともに、ＡＥＣ制御用のセンサを別途設ける必要がなくなるため、放射線撮像装置の構成を簡易にすることができる。これにより低コストな放射線撮像装置を実現することができる。
【００７２】
また、変換部と当該変換部内に配設された第２の変換素子とを、３種類のマスクパターンを用いて第１の領域、第２の領域及び第３の領域とに区分して形成するようにしたので、ＡＥＣ制御用センサである第２の変換素子を変換部内で任意の位置に配設することができる。更に、非破壊検査などにおいて、ＡＥＣ制御用センサである第２の変換素子を必要としない場合には、変換部を画素のみで形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態における放射線撮像装置の回路図である。
【図２】放射線撮像装置の１画素に相当する各構成素子の平面図及び断面図である。
【図３】放射線撮像装置の１画素に相当する各構成素子の平面図及び断面図である。
【図４】第２の光電変換素子の配置イメージ図である。
【図５】フォトマスクを用いて形成された放射線撮像装置の光電変換部における平面図である。
【図６】フォトマスクを用いて形成された放射線撮像装置の光電変換部における平面図である。
【図７】本発明の第２の実施形態における放射線撮像装置のシステム構成図である。
【図８】従来における放射線撮像装置の回路図である。
【図９】従来における放射線撮像装置の１画素に相当する各構成素子の平面図及び断面図である。
【図１０】従来における放射線撮像装置の光電変換部をＭＰＡ法により形成するときに用いるフォトマスクの模式図である。
【図１１】従来における放射線撮像装置の光電変換部の模式図である。
【符号の説明】
Ｓ１１〜Ｓ３３ 第１の光電変換素子
Ｓ０ 第２の光電変換素子
Ｓ００ 配線部
Ｃ１１〜Ｃ３３ キャパシタ
Ｔ１１〜Ｔ３３ トランジスタ（転送用ＴＦＴ）
Ｖｓ 読み出し用電源
Ｖｇ リフレッシュ用電源
ＳＷｓ、ＳＷｇ スイッチ
ＲＦ リフレッシュ制御回路
ＳＩＧ 信号配線
１００ 絶縁基板
Ｂｉａｓ２ バイアス電源
ＡＭＰ２ 増幅器
ＳＲ１、ＳＲ２ シフトレジスタ
Ｇ１〜Ｇ４ ゲート線
Ｓ１〜Ｓ４ 信号線
〔１〕〜〔３〕 画素エリア
〔１０〕、〔１１〕 Ａｍｐ＿ＩＣ接続用配線パッド部の配置エリア
〔１２〕、〔１３〕 Ｄｒ＿ＩＣ接続用配線パッド部の配置エリア
【発明の属する技術分野】
本発明は、放射線撮像装置及びその製造方法に関し、特に、放射線により像を形成するものに用いて好適なものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、医療業界において「Ｘ線画像情報のディジタル化」の要求が高まりつつある。このディジタル化が達成されれば、医師が最適なアングルでの患者のＸ線画像情報をリアルタイムに知ることができ、その得られたＸ線画像情報を光磁気ディスクのような媒体を用いて記録及び管理をすることができる。また、ファクシミリや他の通信方式等を利用すれば、患者のＸ線画像情報を世界中のどこの病院にも短時間で送ることが可能となる。
【０００３】
また、建物の躯体などの物体内部の検査に代表される非破壊検査などにおいても、Ｘ線撮影をするための各種機器の設置や必要とする部位の撮影を、何度もやり直せるものでもない。
【０００４】
したがって、このような分野においても、所望部位のＸ線画像情報をリアルタイムに提供することに対する要求は高い。そこで、最近ではフイルムの代わりにＣＣＤ固体撮像素子やアモルファスシリコンセンサを用いたＸ線撮像装置が提案されてきている。
【０００５】
次に、我々が以前提案した放射線撮像装置の一例を説明する。
図８は、二次元エリアセンサの構成を示す回路図である。また、図９は、二次元エリアセンサの１画素に相当する各構成素子の平面図及び断面図であり、図９（ａ）はその平面図、図９（ｂ）はその断面図である。
【０００６】
図８の放射線撮像装置においては、センサ素子１１０１とそれに接続された転送用トランジスタ１１０２とを１組として構成される画素１１０３が、２次元状に縦４セル、横４セルの合計１６画素で構成されている。
【０００７】
そして、センサ素子１１０１はバイアス手段１１０４に接続され、転送用トランジスタ１１０２はそのゲートがゲート線を介してシフトレジスタ１１０５と接続されている。また、転送用トランジスタ１１０２の出力信号は信号出力線を介して増幅器・マルチプレクサ・Ａ／Ｄ変換器１１０６に転送され、順次信号処理される。また、転送用トランジスタ１１０２の信号出力線には、リセット手段１１０７が接続されている。
【０００８】
図８の破線で囲んだ部分は、大面積の同一絶縁基板１１０８上に形成されているが、このうち１画素に相当する部分の平面図を図９（ａ）に示す。
【０００９】
図９（ａ）に示すように、１つの画素に光電変換素子１１０１、ＴＦＴ（薄膜トランジスタ）１１０２、及び信号配線ＳＩＧが形成されている。また、図９（ａ）中の破線Ａ−Ｂ間で示した部分の断面図を図９（ｂ）に示す。
【００１０】
図９（ｂ）に示した層構成によれば、絶縁基板１上に、光電変換素子１１０１、ＴＦＴ１１０２、及び信号配線ＳＩＧとが同時に積層され構成されている。これらは、絶縁基板１上に共通の下部メタル層２、窒化シリコン層（ＳｉＮ）７、ｉ層４、ｎ層５、及び上部メタル層６の順に積層され、各層のエッチングのみで形成されている。その後、光電変換素子１１０１としてＰ層２３、Ｉ層２４、Ｎ層２５を形成し、その上にＩＴＯ等からなる上部電極層２６を形成する。
【００１１】
また、画素上部にはパッシベーション用窒化シリコン膜（ＳｉＮ）８とＣｓＩ、Ｇｄ２Ｏ２Ｓ等の放射線を可視光に波長変換する蛍光体１２が形成されている。放射線撮像装置に像情報の含まれるＸ線１３が入射すると、蛍光体１２で像情報光１４に変換され、この光が光電変換素子１１０１に入射する。
【００１２】
次に、放射線撮像装置における、Ｘ線源から照射されるＸ線の露出を自動的に制御する、Ｘ線自動露出制御装置（ＡＥＣ）について説明をする。
【００１３】
一般に、２次元状に配設されたセンサを有する放射線撮像装置において、入力される光量また放射線量を調整（ＡＥＣ制御）することが必要である。これは以下に示す２つに分類することができる。
（１）ＡＥＣ制御用のセンサを、放射線撮像装置とは別に別途設ける。
（２）放射線撮像装置内の全部あるいは一部のセンサを高速で読み出して、ＡＥＣ制御用信号とする。
【００１４】
従来は、入力するＸ線パターンを２次元画像化する２次元センサの前面に、Ｘ線の減衰が５％程度である薄型のＡＥＣ制御用センサを複数個配置して、これらのＡＥＣ制御用センサの出力によりＸ線の曝射をストップして、画像化に適切なＸ線量を得ようとするものであった。ここで使用されるＡＥＣ制御用センサとしては、イオンチャンバで直接的に電荷として取り出すものや、蛍光体光をファイバーで外部に取り出し、フォトマルで電荷に変換するものが使用されている。
【００１５】
また、従来、Ｘ線撮像装置には、設置型一般撮影用としては１７〜１８インチ×１７〜１８インチ、モバイル型としては１４〜１５インチ×１７〜１８インチの光電変換部を備えていることが多い。また、歯科用や車載用などの他製品に対して、用途に応じて様々なサイズが必要とされている。
【００１６】
Ｘ線撮像装置に備えられている光電変換部の製造方法には、ＭＰＡ（ミラー・プロジェクション・マスク・アライナー）露光方式や、ステッパー方式がある。ＭＰＡ方式は、ステッパ−方式に比べフォトマスクサイズが大きく、大判パネル（２００１年現在、最大４４８ｍｍ×７６０ｍｍ）を一括で露光することが可能であり、生産タクトの点で非常に有利である。
【００１７】
ＭＰＡ方式では、フォトマスクパターンと基板に転写されたパターンとが１対１で対応しているため、１製品に対して、フォトリソグラフィー工程数に対応した枚数のフォトマスクが必要である。また、ステッパ−方式でも１製品に対し、同様の枚数のフォトマスクを使用するのが一般的である。
【００１８】
図１０は、従来のＭＰＡ方式で用いるフォトマスクの模式的平面図である。
また、図１１は、図１０に示すフォトマスクによって作製された放射線撮像装置の光電変換部の模式的平面図である。
【００１９】
図１１に示した光電変換部は、光電変換素子がマトリクス状に配列された画素エリア１０１ｂと、画素エリア１０１ｂからのセンサ出力を外部に読み出すＡｍｐ＿ＩＣ接続用配パッド部１０２ｂと、画素エリア１０１ｂへのセンサ出力のための信号を供給するＤｒ＿ＩＣ接続用パッド部１０３ｂとが構成されており、また、図１０に示したフォトマスクは、画素エリア１０１ｂに対応するマスクパターン１０１ａと、Ａｍｐ＿ＩＣ接続用配パッド部１０２ｂに対応するマスクパターン１０２ａと、Ｄｒ＿ＩＣ接続用パッド部１０３ｂに対応するマスクパターン１０３ａとで形成されている。
【００２０】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前述したように、２次元状に画素が配設された放射線撮像装置において、別途ＡＥＣ制御用のセンサを設けて入力される光量また放射線量を調整（ＡＥＣ制御）する場合、ＡＥＣ制御用センサの配置が問題となる。つまり、一般にＡＥＣ制御に必要な情報は被写体の中央部分にあり、画像撮像用センサによる撮像に支障無いようにＡＥＣ制御用センサを配置するには別途光学手段、あるいは光学的減衰の非常に小さいＡＥＣ制御用センサが必要となる。
【００２１】
また、全画素を使用する場合には、画素数の比較的少ないセンサではＡＥＣ制御が可能であるが、画素数が２０００個×２０００個を超えるようなセンサでは高速駆動用回路が必要となって装置全体のコスト上昇を招くとともに、高速で駆動する必要があるために、電荷の蓄積時間及び電荷の転送時間、容量のリセット時間等の時間を十分にとることが困難となり、結果的に撮像画像の画質低下を引き起こすという問題がある。
【００２２】
また、放射線撮像装置の変換部のパターン形成を行なうためのフォトマスクは高額であり、特に、前述したＭＰＡ方式はステッパー方式に比べフォトマスクサイズが大きく、大判パネル（２００１年現在、最大４４８ｍｍ×７６０ｍｍ）を一括で露光することが可能なため生産タクトの点で非常に有利であるが、コストが高い。このため、上述したＡＥＣ制御を行なう機能を、ある放射線撮像装置の変換部と同一基板上に構成する場合と、構成しない場合の両方の種類を構成するときは、２種類のフォトマスクを準備する必要が生じ、結果的にフォトマスクのコストは２倍になってしまう。ここで、上述した２種類のフォトマスクを準備するのは、ＡＥＣ制御を行なう機能は、人体及び生物の撮像においては有効であるが、非破壊検査などにおいては必要の無い場合もあるからである。
【００２３】
更に、ＡＥＣ制御を行なう機能を、ある放射線撮像装置の変換部と同一基板上に構成する場合のみを考えても、１種類のフォトマスクを準備するだけでは、そのＡＥＣ制御を行なう機能の配置を変更することができない。
【００２４】
本発明は上述の問題点にかんがみてなされたもので、高速駆動を必要とせずに入射する光量又は放射線量を調整（ＡＥＣ制御）をするときに、そのＡＥＣ制御用に設けられた変換素子の配置の自由度を向上させるとともに、ＡＥＣ制御の精度を向上させた放射線撮像装置及びその製造方法を実現することを目的とする。
【００２５】
【課題を解決するための手段】
本発明の放射線撮像装置の製造方法は、入射した放射線から画像信号を生成し、第１の変換素子を有する画素を複数備える変換部を含み、前記変換部内に配設され、当該変換部内に入射した放射線を検知する第２の変換素子を有する放射線撮像装置の製造方法であって、前記画素のみを形成するための第１のフォトマスクと、前記画素と前記第２の変換素子を駆動する配線とを形成するための第２のフォトマスクと、前記画素と前記第２の変換素子とを形成するための第３のフォトマスクとの少なくとも３種類のフォトマスクを用いた複数回のステップ露光により形成することを特徴とするものである。
【００２６】
本発明の放射線撮像装置は、入射した放射線から画像信号を生成し、第１の変換素子を有する画素を複数備える変換部を含み、前記変換部内に配設され、当該変換部内に入射した放射線を検知する第２の変換素子と、前記第２の変換素子と接続し、前記変換部内に入射した放射線を検出する処理回路部とを備え、前記変換部及び前記第２の変換素子は、前記画素のみで構成される第１の領域と、前記画素と前記第２の変換素子を駆動する配線とで構成される第２の領域と、前記画素と前記第２の変換素子とで構成される第３の領域とに区分されて形成されており、前記処理回路部は、前記各第２の変換素子からの出力を各々独立して処理することを特徴とするものである。
【００２７】
【発明の実施の形態】
次に、添付図面を参照しながら本発明の放射線撮像装置及びその製造方法の実施の形態について説明する。
【００２８】
（第１の実施形態）
以下、本発明の第１の実施形態を図１〜図６に基づいて説明する。
図１は、本実施形態の放射線撮像装置の回路図である。また、図２及び図３は、放射線撮像装置の１画素に相当する各構成素子の平面図及び断面図であり、図２（ａ）、図３（ａ）はその平面図であり、図２（ｂ）、図３（ｂ）はそれぞれ図２（ａ）、図３（ａ）中の破線Ａ−Ｂ間で示した部分の断面図である。
【００２９】
図１において、Ｓ１１〜Ｓ３３は第１の光電変換素子、Ｃ１１〜Ｃ３３はキャパシタ、Ｔ１１〜Ｔ３３は転送用ＴＦＴ、Ｓ０は第２の光電変換素子である。Ｖｓは読み出し用電源、Ｖｇはリフレッシュ用電源であり、それぞれスイッチＳＷｓ、ＳＷｇを介して第１の光電変換素子Ｓ１１〜Ｓ３３に接続されている。スイッチＳＷｓはインバータを介して、また、スイッチＳＷｇは直接にリフレッシュ制御回路ＲＦに接続されており、リフレッシュ期間はＳＷｇがオンし、その他の期間はＳＷｓがオンするよう制御されている。
【００３０】
１画素は、それぞれ１つの第１の光電変換素子とキャパシタ、及びＴＦＴで構成され、その信号出力は、信号配線ＳＩＧを介して検出用集積回路ＩＣに出力される。本実施形態の二次元エリアセンサでは、合計９個の画素を３つのブロックに分け、１ブロックあたり３画素の出力を同時に転送して、信号配線ＳＩＧを介して検出用集積回路ＩＣによって順次変換されて出力される。また、１ブロック内の３画素を行方向に配置し、３ブロックを順に列方向に配置することにより各画素を二次元的に配置している。また、図１の破線で囲んだ部分は、大面積の同一絶縁基板１００であり、これらの画素がこの絶縁基板１００上に形成されている。
【００３１】
更に、通常の画像を撮像するための第１の光電変換素子Ｓ１１〜Ｓ３３とは異なる形状をした、櫛歯状の細長い第２の光電変換素子Ｓ０が、第１の光電変換素子Ｓ２１、Ｓ３１と第１の光電変換素子Ｓ２２、Ｓ３２との間に配置されている。ここで、図１及び図２における第２の光電変換素子Ｓ０はＴＦＴ型センサであり、ゲート電極電位がソース電極電位に対して、負に固定されているため、ゲート電極がない場合と比較して、より大きな光電流と暗電流の比が得られる。
【００３２】
第２の光電変換素子Ｓ０は、入射した光量または放射線量の照射量を検出するための電荷を生成するＡＥＣ制御用センサである。この第２の光電変換素子Ｓ０のドレイン電極がバイアス電源（Ｂｉａｓ２）に接続され、そのソース電極が増幅器（ＡＭＰ２）に接続されているため、入射した光量または放射線量に応じて第２の光電変換素子Ｓ０で発生した電荷を増幅して出力することができる。ここで、ゲート電極電位がソース電極電位に対して、負に固定されているため、ゲート電極がない場合と比較して、より大きな光電流と暗電流との比が得られる。この得られた光電流と暗電流との比により、第２の光電変換素子Ｓ０の性能を向上させることが可能となる。
【００３３】
第１の光電変換素子Ｓ１１と第１の光電変換素子Ｓ１２との間には、第２の光電変換素子Ｓ０のドレイン電極と第２の光電変換素子Ｓ０を駆動するバイアス電源（Ｂｉａｓ２）とを接続する配線、第２の光電変換素子Ｓ０のソース電極と第２の光電変換素子Ｓ０の出力を増幅する増幅器（ＡＭＰ２）とを接続する配線及び固定電位と第２の光電変換素子Ｓ０のゲート電極とを接続する配線との３つの配線部Ｓ００が配設されている。
【００３４】
図２（ａ）は、第１の光電変換素子Ｓ２２（またはＳ３２）を含む画素の平面図であり、図２（ｂ）はその断面図である。ここで、ＡＥＣ制御用センサである第２の光電変換素子Ｓ０の層構成は、第１の光電変換素子Ｓ２２、キャパシタＣ２２及びＴＦＴ（Ｔ２２）と同様の構成である。
【００３５】
図３（ａ）は、第１の光電変換素子Ｓ１２を含む画素の平面図であり、図３（ｂ）はその断面図である。ここで、第２の光電変換素子Ｓ０に接続される配線部Ｓ００の層構成は、第１の光電変換素子Ｓ１２、キャパシタＣ１２及びＴＦＴ（Ｔ１２）と同様である。また、図１におけるその他の第１の光電変換素子（Ｓ１１、Ｓ２１、Ｓ３１、Ｓ１３、Ｓ２３、Ｓ３３）は、従来例を示す図９のセンサ素子１１０１と同様の構成である。
【００３６】
このように、第２の光電変換素子Ｓ０を、ＡＥＣ制御用センサに用いることにより、ＡＥＣ制御機能を光電変換部に低コストで構成することが可能となる。
【００３７】
ここで、図２に示した放射線撮像装置の光電変換部の形成方法について説明する。
本実施形態においては、キャパシタＣ２２と第１の光電変換素子Ｓ２２とは、特別に素子を分離しておらず、第１の光電変換素子Ｓ２２の電極面積を大きくすることによりキャパシタＣ２２を形成している。
【００３８】
まず、絶縁材料であるガラス基板１上にスパッタ等により、Ｃｒを膜厚５０ｎｍ程度で堆積させて下部メタル層２を形成し、その後フォトリソグラフィーによりパターニングを行ない、不必要なエリアをエッチングする。これにより、第２の光電変換素子Ｓ０の下部電極と、第１の光電変換素子Ｓ２２とキャパシタＣ１１との下部電極と、ＴＦＴ（Ｔ２２）のゲート電極とが形成される。
【００３９】
次に、ＣＶＤ法により同一真空内で窒化シリコン膜（ＳｉＮ）７、ｉ層４、ｎ層５をそれぞれ膜厚２００ｎｍ、５００ｎｍ、５０ｎｍ程度で堆積する。これら各層は、第１の光電変換素子Ｓ２２及び第２の光電変換素子Ｓ０においては、窒化シリコン膜７が絶縁層、ｉ層４が光電変換半導体層、ｎ層５がホール注入阻止層となり、また、ＴＦＴ（Ｔ２２）においては、窒化シリコン膜７がゲート絶縁膜、ｉ層４が半導体層、ｎ層５がオーミックコンタクト層となる。更に、これら各層は、キャパシタＣ２２の中間層となり、また、信号配線のクロス部絶縁層としても使われる。
【００４０】
各層の厚さは、上述した数値の厚さに限らず二次元エリアセンサとして使用する電圧、電流、電荷、入射光量等により最適に設計することが可能であるが、少なくとも窒化シリコン膜７は、電子とホールが通過できず、また、ＴＦＴ（Ｔ２２）のゲート絶縁膜として機能させるためには、膜厚５０ｎｍ以上の厚さが必要である。
【００４１】
各層堆積後、上部メタル層６としてＡ１をスパッタ等により膜厚１０００ｎｍ程度で堆積させる。更にフォトリソグラフィーによりパターニングを行ない、不必要なエリアをエッチングにて除去する。これにより、第１の光電変換素子Ｓ２２とキャパシタＣ２２との上部電極と、第２の光電変換素子Ｓ０の上部電極と、ＴＦＴ（Ｔ２２）の主電極であるソース電極並びにドレイン電極と、信号配線ＳＩＧとが形成される。
【００４２】
更に、ｎ層５をＲＩＥでエッチングしてＴＦＴ（Ｔ２２）のチャネル部のみ開口し、その後、エッチングを行なって不必要な窒化シリコン膜７、ｉ層４、ｎ層５を除去して各素子を分離する。
【００４３】
前述の作製プロセスにより、第１の光電変換素子Ｓ２２、第２の光電変換素子Ｓ０、ＴＦＴ（Ｔ２２）及びキャパシタＣ２２が形成される。本実施形態では、１画素について説明を行なったが他の画素についても同時に形成されることは言うまでもない。
【００４４】
また、耐久性を向上させるために、各素子の上部を窒化シリコン膜等のパッシベーション腹８で覆い、更にＣｓＩ，Ｇｄ２０２Ｓ等の波長変換体となる蛍光体１２を形成する。そして、上方から像情報の含まれるＸ線１３が入射すると、蛍光体１２で像情報光１４に変換され、この変換された光が第１の光電変換素子Ｓ２２及び第２の光電変換素子Ｓ０に入射する。
【００４５】
本実施形態では、第１の光電変換素子Ｓ１１〜Ｓ３３、第２の光電変換素子Ｓ０、ＴＦＴ（Ｔ１１〜Ｔ３３）、キャパシタＣ１１〜Ｃ３３、及び信号配線ＳＩＧを、同時に堆積した共通の下部メタル層２、窒化シリコン膜７、ｉ層４、ｎ層５、及び上部メタル層６と、各層のエッチングのみで形成することができる。また、第１の光電変換素子Ｓ１１〜Ｓ３３及び第２の光電変換素子Ｓ１１〜Ｓ３３内に注入素子層が１カ所しかなく、かつ、同一真空内で形成することができる。
【００４６】
更に、ＴＦＴ（Ｔ１１〜Ｔ３３）の特性上重要なゲート絶縁膜とｉ層界面も同一真空内で形成することができる。また、キャパシタＣ１１〜Ｃ３３の中問層が熱によるリークの少ない絶縁層を含んでいるため、良好な特性のキャパシタを形成することができる。最終的に読み出される第１の光電変換素子Ｓ１１〜Ｓ３３の出力は、第１の光電変換素子Ｓ１２、Ｓ２２、Ｓ３２の面積が小さいため、出力は小さくなるが、その分は信号補正により補正される。
【００４７】
ここで、ＡＥＣ制御用センサである第２の光電変換素子Ｓ０の配置例を示す。例えば、図４に示すようなストライプ状のＡＥＣ制御用センサ（第２の光電変換素子Ｓ０）のグループＬ、Ｒ、Ｃのような３箇所の配置例がよく用いられる。
【００４８】
次に、実際に露光機（ステッパー）によって６インチのフォトマスク（有効エリア４×４インチ）を用いて作製する１５インチ×１８インチの光電変換部について説明する。
図５は、本実施形態における放射線撮像装置の光電変換部の模式的平面図である。
【００４９】
図５は、光電変換部を５２エリアに分割し、７パターン（〔１〕〜〔３〕、〔１０〕〜〔１３〕）のフォトマスクを用いて露光（パターニング）して光電変換部を形成した様子を示している。〔１〕〜〔３〕は画素エリア、〔１０〕及び〔１１〕はＡｍｐ＿ＩＣ接続用配線パッド部、〔１２〕及び〔１３〕はＤｒ＿ＩＣ接続用配線パッド部の配置エリアである。
【００５０】
ここで、〔１０〕及び〔１１〕のＡｍｐ＿ＩＣ接続用配線パッド部に接続される読出し用のＡｍｐ＿ＩＣは、センサ出力を画素エリア（〔１〕〜〔３〕）の上下両方向から読み出すことが可能である。同様に、〔１２〕及び〔１３〕のＤｒ＿ＩＣ接続用配線パッド部に接続されるＴＦＴ駆動用Ｄｒ＿ＩＣも、画素エリア（〔１〕〜〔３〕）内のＴＦＴを画素エリア（〔１〕〜〔３〕）の左右両方向から駆動させることが可能である。
【００５１】
続いて、図５に示す〔１〕〜〔３〕の画素エリアの画素パターンについて説明する。
〔１〕〜〔３〕の画素エリアの画素パターンは、１画素が１６０μｍ角で構成され、１つのエリアの大きさが約３インチであるので、１つの画素エリアの画素数は約２４０画素×２４０画素となる。
【００５２】
画素エリア〔１〕内の１画素パターンは、全画素が従来例の図９で示した光電変換部と同様の構成で形成される。また、画素エリア〔２〕内の１画素パターンは、例えば図４で示したようなストライプ状に６ライン分で構成され、そのラインには図３で示した第２の光電変換素子に接続される配線部（Ｓ００）と第１の光電変換素子（Ｓ１２）とを有する画素が配置され、そのライン間には図９で示した画素が配置されて形成される。
【００５３】
また、画素エリア〔３〕内の１画素パターンは、例えば図４で示したようなストライプ状に６ライン分で構成され、そのラインには図２で示したＡＥＣ制御用センサである第２の光電変換素子Ｓ０と光電変換素子（Ｓ１２）とを有する画素が配置され、そのライン間には図９で示した画素が配置されて形成される。
【００５４】
ここで、本実施形態の放射線撮像装置においては、図５に示した各画素エリア〔３〕内に配設された各第２の光電変換素子Ｓ０からの出力は、それぞれが独立して増幅器で処理されるものとする。このように構成することで、ＡＥＣ制御の精度を向上させることができる。
【００５５】
また、図５のように、画素エリア（光電変換部）を上述した〔１〕〜〔３〕のマスクパターンを用いて形成することにより、ＡＥＣ制御用センサとして画素エリアに配設した第２の光電変換素子Ｓ０を光電変換部の画素エリア中で、任意の位置に配置することができる。
【００５６】
また、非破壊検査などにおいて、ＡＥＣ制御用センサである第２の光電変換素子Ｓ０が不要な場合には、図６に示すように、画素エリア（光電変換部）を上述した〔１〕のマスタパターンのみで構成することができる。これにより、図５に示した第２の光電変換素子Ｓ０を構成する場合と比較して、コストを低減させることができる。
【００５７】
（第２の実施形態）
以下、本発明の第２の実施形態を図７に基づいて説明する。
図７は、本実施形態の放射線撮像装置のシステム構成図である。Ｘ線発生部６０１から曝射されたＸ線は、不図示の蛍光部により可視光に変換されて、像情報を有する放射線が２次元センサ６０２に入射する。
【００５８】
また、この２次元センサ６０２への入射と同時に、センサ基板上に作り込まれたＡＥＣ制御用センサである第２の光電変換素子の第１光電変換部６０３、第２光電変換部６０４、第３光電変換部６０５にも可視光に変換された光が照射する。
【００５９】
ＡＥＣ制御用センサである第２の光電変換素子の各光電変換部６０３〜６０５は、それぞれがセンサ基板内の異なる場所に配置されている。前述したように、例えば、図４に示すようなストライプ状のＡＥＣ制御用センサ（第２の光電変換素子）のグループＬ、Ｒ、Ｃの集合が挙げられる。
【００６０】
第２の光電変換素子の各光電変換部６０３〜６０５で入射光から発生した電荷は、各光電変換部６０３〜６０５から取り出されて、各加算部６０６〜６０８でグループごとに加算される。ここでの加算方法は単純に加算する他に、図４に示す６本のストライプにそれぞれ重み付けを行なって加算をしてもよい。各加算部６０６〜６０８で加算された電荷は、それぞれ各積分部６０９〜６１１で積分され、各積分出力は選択部６１２に入力される。
【００６１】
選択部６１２では、各積分部６０９〜６１１から出力された３つの積分出力を選択的に使用するか、加算して使用するかを制御する。この制御は、撮影される部位に依存しており、例えば、胸部正面の撮影であれば、グループＬとグループＲのいずれかの出力が大きい方を選択し、腹部や胸部側面の撮影であれば、グループＣの出力を単独で採用するなどである。
【００６２】
選択部６１２で選択された出力は、比較部６１４において閾値設定部６１３で予め設定されている閾値と比較される。この閾値よりも大きければ、Ｘ線遮断部６１５を駆動して、Ｘ線発生部６０１からの曝射を停止させる。このＸ線曝射の停止が行なわれると、２次元センサ６０２の積分を終了し、その２次元センサ６０２からのデータは、ＡＤ変換された後にメモリ６１６に転送されて記憶される。このメモリ６１６に記憶されたデータは、システムバス６１７を介して接続されているシステム制御部６１８で制御され、その読み出し等がなされる。
【００６３】
このように第２の光電変換素子を用いてその出力を利用することにより、Ｘ線の曝射停止の制御を行なうことができるとともに、これに起因して２次元センサ６０２の積分を早期に終了して、その２次元センサ６０２に蓄積される不必要なオフセット電荷を制限することができる。
【００６４】
また、２次元センサ６０２からのデータの取り込みをＸ線の曝射停止に合わせて行なうようにすることによって、撮影画像の表示を早期に行なうことができる。
【００６５】
（本発明の他の実施形態）
本発明は複数の機器から構成されるシステムに適用しても１つの機器からなる装置に適用しても良い。
【００６６】
また、前述した実施形態の機能、例えば図７に示した放射線撮像装置のシステム構成の各構成要素を実現するように各種のデバイスを動作させ、前記各種デバイスと接続された装置あるいはシステム内のコンピュータに対し、記憶媒体から、またはインターネット等の伝送媒体を介して前記実施形態の機能を実現するためのソフトウェアのプログラムコードを供給し、そのシステムあるいは装置のコンピュータ（ＣＰＵあるいはＭＰＵ）に格納されたプログラムに従って前記各種デバイスを動作させることによって実施したものも、本発明の範疇に含まれる。
【００６７】
また、この場合、前記ソフトウェアのプログラムコード自体が前述した実施形態の機能を実現することになり、そのプログラムコード自体、及びそのプログラムコードをコンピュータに供給するための手段、例えばかかるプログラムコードを格納した記憶媒体は本発明を構成する。かかるプログラムコードを記憶する記憶媒体としては、例えばフレキシブルディスク、ハードディスク、光ディスク、光磁気ディスク、ＣＤ−ＲＯＭ、磁気テープ、不揮発性のメモリカード、ＲＯＭ等を用いることができる。
【００６８】
また、コンピュータが供給されたプログラムコードを実行することにより、前述の実施形態で説明した機能が実現されるだけでなく、そのプログラムコードがコンピュータにおいて稼働しているＯＳ（オペレーティングシステム）あるいは他のアプリケーションソフト等の共同して前述の実施形態で示した機能が実現される場合にもかかるプログラムコードは本発明の実施形態に含まれる。
【００６９】
更に、供給されたプログラムコードがコンピュータの機能拡張ボードやコンピュータに接続された機能拡張ユニットに備わるメモリに格納された後、そのプログラムコードの指示に基づいてその機能拡張ボードや機能拡張ユニットに備わるＣＰＵ等が実際の処理の一部または全部を行ない、その処理によって前述した実施形態の機能が実現される場合にも本発明に含まれる。
【００７０】
【発明の効果】
本発明によれば、第３の領域内に配設された第２の変換素子からの出力を各々独立して処理回路部で処理するようにしたので、ＡＥＣ制御の精度を向上させることができる。
【００７１】
また、変換部内に画素とは独立して第２の変換素子を配設するようにしたので、入力される放射線の照射量を調整（ＡＥＣ制御）するために画素からの出力を高速で読み出すことが不要になるとともに、ＡＥＣ制御用のセンサを別途設ける必要がなくなるため、放射線撮像装置の構成を簡易にすることができる。これにより低コストな放射線撮像装置を実現することができる。
【００７２】
また、変換部と当該変換部内に配設された第２の変換素子とを、３種類のマスクパターンを用いて第１の領域、第２の領域及び第３の領域とに区分して形成するようにしたので、ＡＥＣ制御用センサである第２の変換素子を変換部内で任意の位置に配設することができる。更に、非破壊検査などにおいて、ＡＥＣ制御用センサである第２の変換素子を必要としない場合には、変換部を画素のみで形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態における放射線撮像装置の回路図である。
【図２】放射線撮像装置の１画素に相当する各構成素子の平面図及び断面図である。
【図３】放射線撮像装置の１画素に相当する各構成素子の平面図及び断面図である。
【図４】第２の光電変換素子の配置イメージ図である。
【図５】フォトマスクを用いて形成された放射線撮像装置の光電変換部における平面図である。
【図６】フォトマスクを用いて形成された放射線撮像装置の光電変換部における平面図である。
【図７】本発明の第２の実施形態における放射線撮像装置のシステム構成図である。
【図８】従来における放射線撮像装置の回路図である。
【図９】従来における放射線撮像装置の１画素に相当する各構成素子の平面図及び断面図である。
【図１０】従来における放射線撮像装置の光電変換部をＭＰＡ法により形成するときに用いるフォトマスクの模式図である。
【図１１】従来における放射線撮像装置の光電変換部の模式図である。
【符号の説明】
Ｓ１１〜Ｓ３３ 第１の光電変換素子
Ｓ０ 第２の光電変換素子
Ｓ００ 配線部
Ｃ１１〜Ｃ３３ キャパシタ
Ｔ１１〜Ｔ３３ トランジスタ（転送用ＴＦＴ）
Ｖｓ 読み出し用電源
Ｖｇ リフレッシュ用電源
ＳＷｓ、ＳＷｇ スイッチ
ＲＦ リフレッシュ制御回路
ＳＩＧ 信号配線
１００ 絶縁基板
Ｂｉａｓ２ バイアス電源
ＡＭＰ２ 増幅器
ＳＲ１、ＳＲ２ シフトレジスタ
Ｇ１〜Ｇ４ ゲート線
Ｓ１〜Ｓ４ 信号線
〔１〕〜〔３〕 画素エリア
〔１０〕、〔１１〕 Ａｍｐ＿ＩＣ接続用配線パッド部の配置エリア
〔１２〕、〔１３〕 Ｄｒ＿ＩＣ接続用配線パッド部の配置エリア
Claims (12)
- 入射した放射線から画像信号を生成し、第１の変換素子を有する画素を複数備える変換部を含み、
前記変換部内に配設され、当該変換部内に入射した放射線を検知する第２の変換素子を有する放射線撮像装置の製造方法であって、
前記画素のみを形成するための第１のフォトマスクと、
前記画素と前記第２の変換素子を駆動する配線とを形成するための第２のフォトマスクと、
前記画素と前記第２の変換素子とを形成するための第３のフォトマスクと
の少なくとも３種類のフォトマスクを用いた複数回のステップ露光により形成することを特徴とする放射線撮像装置の製造方法。 - 入射した放射線から画像信号を生成し、第１の変換素子を有する画素を複数備える変換部を含み、
前記変換部内に配設され、当該変換部内に入射した放射線を検知する第２の変換素子と、
前記第２の変換素子と接続し、前記変換部内に入射した放射線を検出する処理回路部とを備え、
前記変換部及び前記第２の変換素子は、
前記画素のみで構成される第１の領域と、
前記画素と前記第２の変換素子を駆動する配線とで構成される第２の領域と、
前記画素と前記第２の変換素子とで構成される第３の領域と
に区分されて形成されており、
前記処理回路部は、前記各第２の変換素子からの出力を各々独立して処理することを特徴とする放射線撮像装置。 - 前記処理回路部は、前記第２の変換素子からの出力電荷を積分する積分手段と、
前記積分手段で積分された値と予め設定されている閾値とを比較する比較手段と、
前記比較手段にて前記閾値よりも前記積分値が大きいと判定されたときに、前記変換部内に照射する放射線を停止する放射線遮断手段と
を有することを特徴とする請求項２に記載の放射線撮像装置。 - 前記第２の変換素子が基板上の複数の個所に設けられており、前記処理回路部は、複数の第２の変換素子の中から最適個所の第２の変換素子を選択して放射線の照射量を検出することを特徴とする請求項２または３に記載の放射線撮像装置。
- 前記処理回路部は、前記変換部とは独立していることを特徴とする請求項２〜４のいずれか１項に記載の放射線撮像装置。
- 前記第１の変換素子がＭＩＳ型半導体構造で形成されていることを特徴とする請求項２〜５のいずれか１項に記載の放射線撮像装置。
- 前記第２の変換素子は、基板上に、少なくとも絶縁層、光電変換半導体層、オーミック接続のための半導体層、及び電極層を順次積層して形成されており、かつ前記電極層及び前記半導体層は２つに分割され対向して配設されていることを特徴とする請求項２〜６のいずれか１項に記載の放射線撮像装置。
- 前記第２の変換素子がＴＦＴ型半導体構造で形成されていることを特徴とする請求項２〜７のいずれか１項に記載の放射線撮像装置。
- 前記放射線を可視光に変換する波長変換体を更に有することを特徴とする請求項２〜８のいずれか１項に記載の放射線撮像装置。
- 前記画素が前記第１の変換素子と当該第１の変換素子に接続され、当該第１の変換素子で生成した電荷を出力するスイッチ素子とを備えて構成されており、前記スイッチ素子がＴＦＴであることを特徴とする請求項２〜９のいずれか１項に記載の放射線撮像装置。
- 前記処理回路部は、前記第２の変換素子からの出力をもとに、前記第１の変換素子からの出力電荷を蓄積するメモリの蓄積停止タイミングを決定する手段を有することを特徴とする請求項２〜１０のいずれか１項に記載の放射線撮像装置。
- 前記第１の変換素子に接続される信号線を有し、前記第２の変換素子は前記画素間に配設され、かつ前記信号線間に配設されていることを特徴とする請求項２〜１１のいずれか１項に記載の放射線撮像装置。
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|---|---|---|---|
| JP2003017809A JP2004228518A (ja) | 2003-01-27 | 2003-01-27 | 放射線撮像装置及びその製造方法 |
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Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2012056950A1 (ja) * | 2010-10-26 | 2012-05-03 | 富士フイルム株式会社 | 放射線検出器および放射線画像撮影装置 |
| JP2013000254A (ja) * | 2011-06-15 | 2013-01-07 | Fujifilm Corp | 放射線画像撮影装置および方法 |
| WO2016199820A1 (ja) * | 2015-06-10 | 2016-12-15 | 東芝電子管デバイス株式会社 | アレイ基板、および放射線検出器 |
-
2003
- 2003-01-27 JP JP2003017809A patent/JP2004228518A/ja active Pending
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| KR20170134672A (ko) * | 2015-06-10 | 2017-12-06 | 도시바 덴시칸 디바이스 가부시키가이샤 | 어레이 기판 및 방사선 검출기 |
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| KR102001168B1 (ko) | 2015-06-10 | 2019-07-17 | 캐논 덴시칸 디바이스 가부시키가이샤 | 어레이 기판 및 방사선 검출기 |
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