JP2009212120A - Electromagnetic wave detection element - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、電磁波検出素子に係り、特に、互いに交差して配設された複数の走査配線及び複数の信号配線の各交差部に対応してセンサ部が設けられ、画像を検出するTFTアクティブマトリクス基板を用いた電磁波検出素子に関する。 The present invention relates to an electromagnetic wave detection element, and in particular, a TFT active matrix in which a sensor unit is provided corresponding to each intersection of a plurality of scanning wirings and a plurality of signal wirings arranged to cross each other, and detects an image. The present invention relates to an electromagnetic wave detection element using a substrate.
近年、薄膜トランジスタ(TFT(Thin film transistor))がマトリクス状に設けられたアクティブマトリックス基板上にX線感応層を配置し、X線情報を直接デジタルデータに変換できるFPD(flat panel detector)等の放射線画像検出装置が実用化されている。このFPDは、従来のイメージングプレートに比べて、即時に画像を確認でき、動画も確認できるといったメリットがあり、急速に普及が進んでいる。 In recent years, an X-ray sensitive layer is disposed on an active matrix substrate in which thin film transistors (TFTs) are provided in a matrix, and radiation such as an FPD (flat panel detector) that can directly convert X-ray information into digital data. An image detection apparatus has been put into practical use. Compared with conventional imaging plates, this FPD has the advantage that images can be confirmed instantly and moving images can be confirmed, and is rapidly spreading.
この種の放射線画像検出装置は、種々のタイプのものが提案されており、例えば、放射線を直接電荷に変換して蓄積する直接変換方式や、放射線を一度CsI:Tl、GOS(Gd2O2S:Tb)などのシンチレータで光に変換し、変換した光を半導体層で電荷に変換して蓄積する間接変換方式がある(例えば、本願出願人による特許文献1)。
Various types of radiological image detection apparatuses of this type have been proposed. For example, a direct conversion system that directly converts radiation into electric charges and stores the radiation, CsI: Tl, GOS (Gd2O2S: Tb) There is an indirect conversion method in which the light is converted into light by a scintillator, etc., and the converted light is converted into electric charges in a semiconductor layer and accumulated (for example,
一例として、図8には、間接変換型の放射線画像検出装置に用いられる電磁波検出素子10’の1画素単位の構造を示す平面図が示されており、図9には、図8のA−A線断面図が示されている。
As an example, FIG. 8 shows a plan view showing the structure of one pixel unit of the electromagnetic
図8に示すように、電磁波検出素子10’は、互いに交差して配設された複数の走査配線101’及び複数の信号配線3’の各交差部に対応してセンサ部103’及びTFTスイッチ4’が設けられている。
As shown in FIG. 8, the electromagnetic
このセンサ部103’は、図9に示されるように、光が照射されることにより電荷が発生する半導体層6’、半導体層6’の光が照射される照射面側に光透過性を有する導電性部材により形成され、当該半導体層6’に対してバイアス電圧を印加する上部電極7’、及び半導体層6’の光の非照射面側に形成され、当該半導体層6’に発生した電荷を収集する下部電極14’を備えている。
As shown in FIG. 9, the
また、この電磁波検出素子10’では、上部電極7にバイアス電圧を供給する共通電極配線25’が半導体層6’の上層に配置されている。
Further, in the electromagnetic
TFTスイッチ4’は、センサ部103’の下部電極14’に接続され、光が照射されて下部電極14’に蓄積された電荷の信号配線3’への読み出しを制御する。
The
一方、特許文献2には、図10に示すように、センサ部103’内での半導体層6’の面積比率を最大化して光の利用効率(フィルファクタ)を向上させる技術が提案されており、下部電極14’を信号配線3’及び走査配線101’とを重畳させる構成も提案されている。
ところで、図8に示されるように、TFTスイッチ4’近傍で信号配線3’と下部電極14’が重畳していない場合は、図9に示されるように、シンチレータで発生した光がこれらの隙間から入射し、裏面に配置された支持基板あるいは回路基板等で散乱して迷光となってTFTスイッチ4’のチャネル部4A’に入射し、この結果、TFTスイッチ4’からのリーク電流が増加するといった問題があった。
As shown in FIG. 8, when the signal wiring 3 ′ and the
そこで、上記特許文献2に記載の技術を用いて、図10に示されるように、下部電極14’を信号配線3’及び走査配線101’とを重畳させた場合は、TFTスイッチ4’のチャネル部4A’への光の入射を防ぐことができるため、TFTスイッチ4’からのリーク電流を抑制することができる。
Therefore, when the technique described in
しかしながら、このように下部電極14’を信号配線3’及び走査配線101’とを重畳させた場合は、下部電極14’と信号配線3’との間の寄生容量が大きくなり、このような構造を採用できる製品は限定されてしまう。なお、上記特許文献2では、絶縁膜(Anticoupling Layer)を設けることによりクロストークを2%以下にすることができることが記載されている。
However, when the lower electrode 14 'is overlapped with the signal wiring 3' and the scanning wiring 101 'in this way, the parasitic capacitance between the lower electrode 14' and the signal wiring 3 'is increased, and such a structure. Products that can be used are limited. Note that
すなわち、電磁波検出素子10’は、大型化するほど下部電極14’と信号配線3’との重畳部分が増加して信号配線3’にかかる寄生容量が増加し、寄生容量による電子ノイズが無視できなくなる。このため、例え絶縁膜を設けた場合であっても、下部電極14’と信号配線3’間の寄生容量が依然として課題となる。
That is, as the electromagnetic
本発明は上記問題点を解消するためになされたものであり、信号配線の寄生容量の増加を抑制しつつ、薄膜トランジスタからのリーク電流の発生を抑制することができる電磁波検出素子を提供することを目的とする。 The present invention has been made to solve the above-described problems, and provides an electromagnetic wave detection element capable of suppressing the occurrence of leakage current from a thin film transistor while suppressing an increase in parasitic capacitance of a signal wiring. Objective.
上記目的を達成するために、本発明の電磁波検出素子は、互いに交差して配設された複数の走査配線及び複数の信号配線の各交差部に対応して各々設けられ、前記走査配線にゲート電極が接続され、前記信号配線又は前記各交差部に対応して各々設けられたセンサ部の何れか一方にソース電極が接続され、他方にドレイン電極が接続された薄膜トランジスタと、前記各交差部毎に、前記検出対象とする電磁波に対して遮光性を有する部材により前記信号配線の前記薄膜トランジスタとの接続部を含む一部分の前記電磁波の照射面側に形成された遮光部と、を備えている。 In order to achieve the above object, the electromagnetic wave detection element of the present invention is provided corresponding to each intersection of a plurality of scanning wirings and a plurality of signal wirings arranged to cross each other, and a gate is provided on the scanning wiring. A thin-film transistor in which a source electrode is connected to one of the signal wiring and the sensor unit provided corresponding to each intersection, and a drain electrode is connected to the other; and each intersection And a light shielding part formed on a part of the irradiation surface side of the electromagnetic wave including a connection part of the signal wiring with the thin film transistor by a member having a light shielding property to the electromagnetic wave to be detected.
本発明の電磁波検出素子は、センサ部の検出対象とする電磁波によりスイッチング特性が変化する薄膜トランジスタにより、当該検出対象とする電磁波が照射されてセンサ部に蓄積された電荷の信号配線への読み出しが制御されている。 The electromagnetic wave detection element of the present invention controls the readout of the charge accumulated in the sensor unit by irradiating the target electromagnetic wave with the thin film transistor whose switching characteristics are changed by the electromagnetic wave to be detected by the sensor unit. Has been.
そして、本発明では、検出対象とする電磁波に対して遮光性を有する部材による遮光部が、信号配線の薄膜トランジスタとの接続部を含む一部分の電磁波の照射面側に形成されている。 And in this invention, the light-shielding part by the member which has a light-shielding property with respect to the electromagnetic waves made into a detection object is formed in the irradiation surface side of a part of electromagnetic waves including the connection part with the thin-film transistor of signal wiring.
このように、本発明の電磁波検出素子は、検出対象とする電磁波に対して遮光性を有する部材による遮光部を、信号配線の薄膜トランジスタとの接続部を含む一部分にのみ形成しているので、信号配線の寄生容量の増加を抑制しつつ、薄膜トランジスタからのリーク電流の発生を抑制することができる。 As described above, the electromagnetic wave detection element of the present invention forms the light shielding portion by a member having a light shielding property against the electromagnetic wave to be detected only in a part including the connection portion with the thin film transistor of the signal wiring. Generation of leakage current from the thin film transistor can be suppressed while suppressing increase in parasitic capacitance of the wiring.
なお、上記電磁波検出素子は、前記一部分が、前記信号配線に接続された前記ソース電極又は前記ドレイン電極の何れかの電極の前記信号配線に未接続側の端から当該信号配線の当該電極に対して反対側の端までの距離をK1とした場合、前記薄膜トランジスタのチャネル部の信号配線方向の両端から各々距離K1の同心円と前記信号配線とが交差する交差範囲内の領域であることが好ましい。なお、前記何れかの電極は、信号配線にソース電極が接続されている場合、ソース電極であり、信号配線にドレイン電極が接続されている場合、ドレイン電極である。 In addition, the electromagnetic wave detecting element has a portion that is not connected to the signal wiring of the electrode of either the source electrode or the drain electrode connected to the signal wiring from the end of the signal wiring to the electrode of the signal wiring. When the distance to the opposite end is K1, it is preferable that the concentric circle at a distance K1 from the both ends in the signal wiring direction of the channel portion of the thin film transistor is an area within the intersection range where the signal wiring intersects. Any one of the electrodes is a source electrode when the source electrode is connected to the signal wiring, and is a drain electrode when the drain electrode is connected to the signal wiring.
また、上記電磁波検出素子は、前記センサ部が、前記検出対象する電磁波が照射されることにより電荷が発生する半導体層と、前記検出対象する電磁波に対して遮光性を有する導電性部材により形成され、前記半導体層に発生した電荷を収集する電極と、を有し、前記遮光部を、前記電荷を収集する電極を前記信号配線の前記一部分の前記照射面側に延伸することにより形成してもよい。 In the electromagnetic wave detection element, the sensor unit is formed of a semiconductor layer that generates electric charges when irradiated with the electromagnetic wave to be detected, and a conductive member having a light shielding property against the electromagnetic wave to be detected. An electrode for collecting charges generated in the semiconductor layer, and the light shielding portion may be formed by extending the electrode for collecting charges toward the irradiation surface side of the part of the signal wiring. Good.
また、上記電磁波検出素子は、前記遮光部と前記信号配線の間に、比誘電率2〜4、膜厚1〜4μmの層間絶縁膜を設けてもよい。 In the electromagnetic wave detection element, an interlayer insulating film having a relative dielectric constant of 2 to 4 and a film thickness of 1 to 4 μm may be provided between the light shielding portion and the signal wiring.
また、上記電磁波検出素子は、前記遮光部を、さらに前記走査配線の一部分又は全部の前記照射面側に形成してもよい。 In the electromagnetic wave detecting element, the light shielding portion may be further formed on a part or all of the irradiation surface side of the scanning wiring.
ここで、前記電磁波は上記センサ部で主として検出される電磁波を意味し、たとえば間接変換方式の放射線画像検出装置に用いられる電磁波検出素子の場合はシンチレータによって発せられる光がこれに相当する。したがって、前記半導体層のシンチレータと向き合う側が電磁波照射面となり、シンチレータとは反対側が電磁波の非照射面となる。 Here, the electromagnetic wave means an electromagnetic wave that is mainly detected by the sensor unit. For example, in the case of an electromagnetic wave detection element used in an indirect conversion type radiological image detection apparatus, light emitted by a scintillator corresponds to this. Therefore, the side facing the scintillator of the semiconductor layer is an electromagnetic wave irradiation surface, and the side opposite to the scintillator is an electromagnetic wave non-irradiation surface.
このように、本発明によれば、検出対象とする電磁波に対して遮光性を有する部材による遮光部を、信号配線の薄膜トランジスタとの接続部を含む一部分にのみ形成しているので、信号配線の寄生容量の増加を抑制しつつ、薄膜トランジスタからのリーク電流の発生を抑制することができる、という優れた効果を有する。 As described above, according to the present invention, since the light shielding portion made of a member having a light shielding property against the electromagnetic wave to be detected is formed only in a part including the connection portion of the signal wiring with the thin film transistor, It has an excellent effect that generation of a leak current from the thin film transistor can be suppressed while suppressing an increase in parasitic capacitance.
以下、図面を参照しながら本発明の実施の形態について説明する。なお、以下では、本発明を、放射線画像検出装置100に適用した場合について説明する。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In the following, the case where the present invention is applied to the radiation
[第1の実施の形態]
図1には、第1の実施の形態に係る放射線画像検出装置100の全体構成が示されている。ただし、放射線を光に変換するシンチレータは省略されている。
[First Embodiment]
FIG. 1 shows an overall configuration of a radiation
同図に示すように、本実施の形態に係る放射線画像検出装置100は、電磁波検出素子10を備えている。
As shown in the figure, the radiation
電磁波検出素子10は、後述する上部電極と半導体層と下部電極を備え、照射された放射線をシンチレータで変換した光を受けて電荷を蓄積するセンサ部103と、センサ部103に蓄積された電荷を読み出すためのTFTスイッチ4と、を含んで構成される画素が2次元状に多数設けられている。
The electromagnetic
また、電磁波検出素子10には、上記TFTスイッチ4をON/OFFするための複数の走査配線101と、上記センサ部103に蓄積された電荷を読み出すための複数の信号配線3と、が互いに交差して設けられている。
Further, in the electromagnetic
各信号配線3には、当該信号配線3に接続された何れかのTFTスイッチ4がONされることによりセンサ部103に蓄積された電荷量に応じた電気信号が流れる。各信号配線3には、各信号配線3に流れ出した電気信号を検出する信号検出回路105が接続されており、各走査配線101には、各走査配線101にTFTスイッチ4をON/OFFするための制御信号を出力するスキャン信号制御装置104が接続されている。
An electric signal corresponding to the amount of electric charge accumulated in the
信号検出回路105は、各信号配線3毎に、入力される電気信号を増幅する増幅回路を内蔵している。信号検出回路105では、各信号配線3より入力される電気信号を増幅回路により増幅して検出することにより、画像を構成する各画素の情報として、各センサ部103に蓄積された電荷量を検出する。
The
この信号検出回路105及びスキャン信号制御装置104には、信号検出回路105において検出された電気信号に所定の処理を施すとともに、信号検出回路105に対して信号検出のタイミングを示す制御信号を出力し、スキャン信号制御装置104に対してスキャン信号の出力のタイミングを示す制御信号を出力する信号処理装置106が接続されている。
The
次に、図2及び図3を参照して、本実施形態に係る電磁波検出素子10についてより詳細に説明する。なお、図2には、本実施形態に係る電磁波検出素子10の1画素単位の構造を示す平面図が示されており、図3には、図2のA−A線断面図が示されている。
Next, with reference to FIG.2 and FIG.3, it demonstrates in detail about the electromagnetic
図3に示すように、電磁波検出素子10は、無アルカリガラス等からなる絶縁性の基板1上に、走査配線101、ゲート電極2が形成されており、走査配線101とゲート電極2は接続されている(図2参照。)。走査配線101及びゲート電極2が形成された配線層(以下、この配線層を「第1信号配線層」ともいう。)は、Al若しくはCu、又はAl若しくはCuを主体とした積層膜を用いて形成されているが、これらに限定されるものではない。
As shown in FIG. 3, the electromagnetic
この走査配線101及びゲート電極2上には、走査配線101及びゲート電極2を覆い一面に絶縁膜15が形成されており、ゲート電極2上に位置する部位がTFTスイッチ4におけるゲート絶縁膜として作用する。この絶縁膜15は、例えば、SiNX 等からなっており、例えば、CVD(Chemical Vapor Deposition)成膜により形成される。
An insulating
絶縁膜15上のゲート電極2上には、半導体活性層8が島状に形成されている。この半導体活性層8は、例えば、アモルファスシリコン膜からなる。
On the
これらの上層には、ソース電極9、及びドレイン電極13が形成されており、半導体活性層8のソース電極9とドレイン電極13と間の部分が、TFTスイッチ4のチャネル部4Aとなる。このソース電極9及びドレイン電極13が形成された配線層には、ソース電極9、ドレイン電極13とともに、信号配線3が形成されている。ソース電極9は信号配線3に接続されている(図2参照。)。信号配線3、ソース電極9及びドレイン電極13が形成された配線層(以下、この配線層を「第2信号配線層」ともいう。)は、Al若しくはCu、又はAl若しくはCuを主体とした積層膜が用いて形成されるが、これらに限定されるものではない。
A
このソース電極9及びドレイン電極13と半導体活性層8との間にはコンタクト層(不図示)が形成されている。このコンタクト層は、不純物添加アモルファスシリコン等の不純物添加半導体からなる。これらによりスイッチング用のTFTスイッチ4が構成される。
A contact layer (not shown) is formed between the
これら半導体活性層8、ソース電極9、ドレイン電極13、及び信号配線3を覆い、基板1上の画素が設けられた領域のほぼ全面(ほぼ全領域)には、TFT保護膜層11が形成されている。このTFT保護膜層11は、例えば、SiNX 等からなっており、例えば、CVD成膜により形成される。
A TFT
このTFT保護膜層11上には、塗布型の層間絶縁膜12が形成されている。この層間絶縁膜12は、低誘電率(比誘電率εr=2〜4)の感光性の有機材料(例えば、ポジ型感光性アクリル系樹脂:メタクリル酸とグリシジルメタクリレートとの共重合体からなるベースポリマーに、ナフトキノンジアジド系ポジ型感光剤を混合した材料など)により1〜4μmの膜厚で形成されている。本実施の形態に係る電磁波検出素子10では、この層間絶縁膜12によって層間絶縁膜12上層と下層に配置される金属間の寄生容量を低く抑えている。また、一般的にこのような材料は平坦化膜としての機能も有しており、下層の段差が平坦化される効果も有する。これにより、上層に配置される半導体層6の形状が平坦化されるため、半導体層6の凹凸による吸収効率の低下や、リーク電流の増加を抑制することができる。この層間絶縁膜12及びTFT保護膜層11には、ドレイン電極13と対向する位置にコンタクトホール16が形成されている。
A coating type
層間絶縁膜12上には、コンタクトホール16を埋めつつ、画素領域を覆うと共に、信号配線3のTFTスイッチ4との接続部を含む一部分(図2参照。)を上面側から覆うように、センサ部103の下部電極14が形成されている。下部電極14は、コンタクトホール16を介してTFTスイッチ4のドレイン電極13と接続されている。
On the
この下部電極14には、チャネル部4Aへの光の入射を抑制するため遮光性メタルを採用しており、例えば、Al、Cu、若しくはMo、又はAl、Cu、Moの何れかを主体とする合金膜、積層膜が採用される。本実施の形態では、一例として、MoW膜200nmを採用している。
The
ここで、図5を参照して、下部電極14により信号配線3を覆う範囲について説明する。
Here, the range in which the
本実施形態に係る電磁波検出素子10では、ソース電極9の信号配線3に未接続側の端から当該ソース電極9に接続された信号配線3の当該ソース電極9に対して反対側の端までの距離をK1とした場合、チャネル部4Aの信号配線3方向の両端から各々距離K1の同心円と信号配線3とが交差する交差範囲R内の領域を信号配線3もしくは下部電極14で遮光することが好ましく、最大の効果が得られる理想的な交差量である。
In the electromagnetic
例えば、信号配線3と下部電極14との交差する部分を交差範囲R以上長くした場合は、信号配線3と下部電極14間の寄生容量が増加するため、信号検出回路105でのSN比が劣化する一方で、TFTスイッチ4に下部電極14の非配置部側(図3の下面側)から光が入射するため効果が小さい。
For example, when the portion where the
一方、信号配線3と下部電極14との交差する部分を交差範囲Rよりも短くした場合は、下部電極14の信号配線3方向の両サイドからの光入射は交差量の減少にともない増加するが、信号配線3と下部電極14間の寄生容量が減少して信号検出回路105でのSN比が改善するため、一定の効果が得られる。
On the other hand, when the intersection of the
したがって、下部電極14が覆う範囲は上記交差範囲R以下とすることが望ましい。
Therefore, it is desirable that the range covered by the
一方、下部電極14(図3参照。)上には、フォトダイオードとして機能する半導体層6が形成されている。本実施の形態では、半導体層6として、PIN構造のフォトダイオードを採用しており、下層からn+層、i層、p+層を順に積層して形成する。
On the other hand, a
この半導体層6上には、上部電極7が形成されている。この上部電極7には、例えば、ITOやIZO(酸化亜鉛インジウム)などの光透過性の高い材料を用いている。
An
そして、上部電極7及び層間絶縁膜12上には保護絶縁膜17が形成されている。保護絶縁膜17はTFT保護膜層11と同じく、例えば、SiNx 等からなっており、例えば、CVD成膜により形成される。
A protective insulating
この保護絶縁膜17上には、共通電極配線25がAl若しくはCu、又はAl若しくはCuを主体とした合金あるいは積層膜で形成される。
On the protective insulating
さらに、保護絶縁膜17には、共通電極配線25と上部電極7を接続するためコンタクト部27が設けられている。
Further, the protective insulating
このコンタクト部27には、中央に保護絶縁膜17の形成されたコンタクトホール27Aが設けられており、コンタクトホール27Aを覆うようにコンタクト27Bが設けられている。共通電極配線25は、保護絶縁膜17に設けられたコンタクト部27を介して上部電極7と電気的に接続される。
The
このように形成された電磁波検出素子10には、図4に示すように、光吸収性の低い接着樹脂28等を用いてGOS等からなるシンチレータ30が貼り付けられている。
As shown in FIG. 4, a
次に、図6(A)〜(J)を参照して、第1の実施形態に係る電磁波検出素子10の製造工程の一例を説明する。
Next, an example of a manufacturing process of the electromagnetic
まず、基板1上に、第1信号配線層として、ゲート電極2、走査配線101を形成する(図6(A))。この第1信号配線層は、Al、Al合金等の低抵抗金属、若しくは高融点金属からなるバリアメタル層との積層膜からなり、膜厚が100〜300nm前後でスパッタリング法にて基板1上に堆積される。その後、フォトリソグラフィー技術にてレジスト膜のパターンニングを行う。その後、Al用のエッチャントによるウェットエッチ法か、ドライエッチ法にて金属膜をパターンニングする。その後、レジストを除去することにより第1信号配線層が完成する。
First, the
次に、第1信号配線層上に、絶縁膜15、半導体活性層8、コンタクト層(不図示)を順次堆積する(図6(B))。絶縁膜15はSiNxからなり膜厚は200〜600nm、半導体活性層8はアモルファスシリコンからなり膜厚20〜200nm前後、コンタクト層は不純物添加アモルファスシリコンからなり膜厚10〜100nm前後で、P−CVD(Plasma-Chemical Vapor Deposition)法にて堆積する。その後、第1信号配線層と同様に、フォトリソグラフィー技術によりレジストのパターンニングを行う。その後、半導体活性層8と不純物添加半導体によるコンタクト層を絶縁膜15に対し選択的にドライエッチングすることにより半導体活性領域を形成する。
Next, an insulating
次に、絶縁膜15、及び半導体活性層8の上層に、第2信号配線層として、信号配線3、ソース電極9、ドレイン電極13を形成する(図6(C))。この第2信号配線層は、第1信号配線層と同様に、Al、Al合金等の低抵抗金属、若しくは高融点金属からなるバリアメタル層との積層膜、又はMo等の高融点金属膜単層からなり、膜厚が100〜300nm前後である。第1信号配線層と同様に、フォトリソグラフィー技術にてパターンニングを行い、Al用のエッチャントによるウェットエッチ法か、ドライエッチ法にて金属膜をパターンニングする。その際、選択的にエッチング法を採用することにより絶縁膜15は除去されない。ドライエッチ法にて、コンタクト層と半導体活性層8の一部を除去しチャネル領域を形成する。
Next, the
次に、上記のように形成された層の上層に、TFT保護膜層11及び層間絶縁膜12を順次形成する(図6(D))。TFT保護膜層11及び層間絶縁膜12は無機材料単体の場合や、無機材料からなる保護絶縁膜と有機系材料からなる層間絶縁膜の積層により形成する場合や、有機系からなる層間絶縁膜単層により形成する場合がある。本実施形態では、下層の共通電極配線25と下部電極14間との静電容量を抑制する一方で、TFTスイッチ4の特性を安定させるため感光性の層間絶縁膜12と無機材料からなるTFT保護膜層11の積層構造としており、例えば、CVD成膜によりTFT保護膜層11を形成し、塗布系材料である感光性の層間絶縁膜12材料を塗布、プリベーク後、露光、現像のステップを通過後、焼成を行なって各層を形成する。
Next, the TFT
次に、フォトリソグラフィー技術によりTFT保護膜層11をパターンニングする(図6(E))。なお、TFT保護膜11を配置しない場合には、このステップは必要ない。
Next, the TFT
次に、上記の層の上層にAl系材料、若しくはITO等の金属材料をスパッタリング法により堆積する。膜厚は20〜200nm前後である。フォトリソグラフィー技術にてパターンニングを行い、メタル用のエッチャント等によるウェットエッチ法か、ドライエッチ法にてパターンニングして下部電極14を形成する(図6(F))。なお、この下部電極14は、上述したように、画素領域を覆うと共に、信号配線3のTFTスイッチ4との接続部を含む一部分を上面側から覆うように形成する。
Next, an Al-based material or a metal material such as ITO is deposited on the above layer by a sputtering method. The film thickness is around 20 to 200 nm. Patterning is performed by a photolithography technique, and patterning is performed by a wet etching method using a metal etchant or the like or a dry etching method to form the lower electrode 14 (FIG. 6F). As described above, the
次に、CVD法で下層より順にn+、i、p+の各層を堆積して半導体層6を形成する(図6(G))。膜厚は、それぞれn+層50〜500nm、i層0.2〜2μm、p+層50〜500nmである。半導体層6は各層を順に積層してフォトリソグラフィー技術により、半導体層6をパターンニングし、ドライエッチ、若しくはウェットエッチによる下層の層間絶縁膜12との選択エッチすることにより完成する。
Next, n + , i, and p + layers are sequentially deposited from the lower layer by the CVD method to form the semiconductor layer 6 (FIG. 6G). The film thicknesses are n + layer 50 to 500 nm, i layer 0.2 to 2 μm, and p + layer 50 to 500 nm, respectively. The
ここでは、n+、i、p+の順で積層したが、p+、i、n+の順で積層し、PINダイオードとしてもかまわない。この場合、TFTスイッチ4はソース電極9とドレイン電極13が逆となる。
Here, the layers are stacked in the order of n + , i, and p + , but they may be stacked in the order of p + , i, and n + to form a PIN diode. In this case, the
次に、上部電極7及び保護絶縁膜17を形成する(図6(H))。上部電極7は上記のようにして形成された層の上層に、ITO等の透明電極材料をスパッタリング法により堆積する。膜厚は20〜200nm前後である。フォトリソグラフィー技術にてパターンニングを行い、ITO用のエッチャント等によるウェットエッチ法か、ドライエッチ法にて上部電極7をパターンニングする。保護絶縁膜17は、上部電極7及び層間絶縁膜12を覆うようにSiNx膜を堆積する。膜厚は100〜500nm前後である。その後、フォトリソグラフィー技術にてパターンニングを行い、ドライエッチ法にてパターンニングしてコンタクトホール27Aを形成する。
Next, the
次に、共通電極配線25及びコンタクト部27を形成する(図6(I))。共通電極配線25及びコンタクト27Bは、上記のようにして形成された層の上層に、Al若しくはCu、又はAl若しくはCuを主体とした合金等の金属材料をスパッタリング法により堆積する。膜厚は100〜500nm前後である。フォトリソグラフィー技術にてパターンニングを行い、メタル用のエッチャント等によるウェットエッチ法か、ドライエッチ法にてパターンニングして共通電極配線25及びコンタクト27Bを形成する。
Next, the
最後にこのように形成された電磁波検出素子10に接着樹脂28等を用いてGOSからなるシンチレータ30が貼り付けることにより、図4に示すような電磁波検出素子10が形成される。
Finally, the
次に、上記構造の放射線画像検出装置100の動作原理について説明する。
Next, the operation principle of the radiation
図4の上方からX線が照射されると、照射されたX線は、シンチレータ30に吸収され、可視光に変換される。X線は、図4の下方から照射してもかまわない。この場合にも、X線はシンチレータ30に吸収され、可視光に変換される。シンチレータ30から発生する光量は、通常の医療診断用のX線撮影では0.5〜2μW/cm2である。この発生した光は、接着樹脂28の層を通過して、TFTアレイ基板上にアレイ状に配置されたセンサ部103の半導体層6に照射される。
When X-rays are irradiated from above in FIG. 4, the irradiated X-rays are absorbed by the
電磁波検出素子10には、半導体層6が各画素単位に分離して備えられている。半導体層6は、共通電極配線25を介して上部電極7から所定のバイアス電圧が印加されており、光が照射されると内部に電荷が発生する。例えば、半導体層6が下層からn+層、i層、p+層(n+アモルファスシリコン、アモルファスシリコン、p+アモルファスシリコン)の順に積層したPIN構造の場合は、上部電極7に負のバイアス電圧が印加されるものとされており、I層の膜厚が1μm程度の場合、印加されるバイアス電圧が−5〜−10V程度である。半導体層6には、このような状態で光が未照射の場合、数〜数+pA/mm2以下の電流しか流れない。一方、半導体層6には、このような状態で光が照射(100μW/cm2)されると、0.3μA/mm2程度の明電流が発生する。この発生した電荷は下部電極14により収集される。下部電極14は、TFTスイッチ4のドレイン電極13と接続されており、TFTスイッチ4のソース電極9は、信号配線3に接続されている。画像検出時には、TFTスイッチ4のゲート電極2に負バイアスが印加されてオフ状態に保持されており、下部電極14に収集された電荷が蓄積される。
The electromagnetic
画像読出時には、TFTスイッチ4のゲート電極2に走査配線101を介して順次ON信号(+10〜20V)が印加される。これにより、TFTスイッチ4が順次ONされることにより下部電極14に蓄積された電荷量に応じた電気信号が信号配線3に流れ出す。信号検出回路105は、信号配線3に流れ出した電気信号に基づいて各センサ部103に蓄積された電荷量を、画像を構成する各画素の情報として検出する。これにより、電磁波検出素子10に照射されたX線により示される画像を示す画像情報を得ることができる。
At the time of image reading, an ON signal (+10 to 20 V) is sequentially applied to the
ところで、本実施の形態に係る電磁波検出素子10は、下部電極14を延伸させて信号配線3のTFTスイッチ4との接続部を含む一部分を上面側(シンチレータ30側)を覆うように形成している。これにより、シンチレータ30で発生して信号配線3とソース電極9の接続部に入射する光が下部電極14により遮断されて迷光となることが抑制されるため、リーク電流の増加を抑制することができる。
By the way, the electromagnetic
また、本実施の形態に係る電磁波検出素子10は、下部電極14を信号配線3の一部分でしか重畳させていないため、信号配線3の寄生容量の増加を抑制することができる。
Further, the electromagnetic
また、本実施形態に係る電磁波検出素子10は、下部電極14を延伸させて信号配線3のTFTスイッチ4との接続部を含む一部分を覆う遮光部を兼ねさせているため、電磁波検出素子10に別層として遮光部を形成する必要がない。
Moreover, since the electromagnetic
[第2の実施の形態]
次に、下部電極14を、走査配線101とも重畳させる場合について説明する。
[Second Embodiment]
Next, a case where the
図7には、第2の実施形態に係る電磁波検出素子10の1画素単位の構造を示す平面図が示されている。なお、図7における図2と同一部分については説明を省略する。また、図7のA−A線断面図は上述した図3と同様であるため、説明を省略する。
FIG. 7 is a plan view showing the structure of one pixel unit of the electromagnetic
本実施の形態では、センサ部103の下部電極14が、コンタクトホール16を埋めつつ、画素領域を覆うと共に、信号配線3のTFTスイッチ4との接続部を含む一部分を上面側から覆い、さらに、走査配線101の全部を上面側から覆うように形成されている。
In the present embodiment, the
このように、本実施の形態に係る電磁波検出素子10は、下部電極14を走査配線101の全部を上面側から覆うように形成しているので、走査配線101側からの光の入射も防ぐことができ、さらに迷光の影響を抑制できるため、リーク電流の増加をさらに抑制することができる。
As described above, in the electromagnetic
なお、上記各実施の形態によれば、下部電極14を延伸させて遮光部を兼ねさせる場合について説明したが、下部電極14とは別に光に対して遮光性を有する部材により遮光部を形成してもよい。
In addition, according to each said embodiment, although the case where the
また、上記各実施の形態によれば、共通電極配線25を信号配線3と並行に形成しているので、信号配線3が共通電極配線25と交差しなくなり、信号配線3に共通電極配線25と交差したことによる配線の寄生容量の増加を防ぐことができるため、信号配線3に発生する電子ノイズを低減することができる。
Further, according to each of the above embodiments, since the
また、上記各実施の形態では、共通電極配線25を信号配線3と並行に形成した場合について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば、共通電極配線25を走査配線101と並行に形成してもよい。
In each of the above embodiments, the case where the
また、上記各実施の形態では、検出対象とする電磁波としてX線を検出することにより画像を検出する放射線画像検出装置100に本発明を適用した場合について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば、検出対象とする電磁波は可視光や紫外線、赤外線等いずれであってもよい
その他、上記各実施の形態で説明した放射線画像検出装置100の構成(図1参照。)及び電磁波検出素子10の構成(図2〜図7)は一例であり、本発明の主旨を逸脱しない範囲内において適宜変更可能であることは言うまでもない。
In each of the above embodiments, the case where the present invention is applied to the radiation
2 ゲート電極
3 信号配線
6 半導体層
4 TFTスイッチ(薄膜トランジスタ)
4A チャネル部
9 ソース電極
10 電磁波検出素子
12 層間絶縁膜
13 ドレイン電極
14 下部電極(遮光部、電極)
101 走査配線
103 センサ部
R 交差範囲
2
101
Claims (5)
前記各交差部毎に、前記検出対象とする電磁波に対して遮光性を有する部材により前記信号配線の前記薄膜トランジスタとの接続部を含む一部分の前記電磁波の照射面側に形成された遮光部と、
を備えた電磁波検出素子。 A plurality of scanning wirings and a plurality of signal wirings arranged so as to cross each other are provided corresponding to each crossing portion, and a gate electrode is connected to the scanning wiring, and corresponds to the signal wiring or each crossing portion. A thin film transistor in which a source electrode is connected to any one of the sensor units provided and a drain electrode is connected to the other, and
For each of the crossing portions, a light shielding portion formed on a part of the electromagnetic wave irradiation surface side including a connection portion with the thin film transistor of the signal wiring by a member having a light shielding property with respect to the electromagnetic wave to be detected;
An electromagnetic wave detecting element comprising:
請求項1記載の電磁波検出素子。 The portion is a distance from an end of the source electrode connected to the signal wiring or the drain electrode not connected to the signal wiring to an end of the signal wiring opposite to the electrode. The electromagnetic wave detecting element according to claim 1, wherein K1 is a region within a crossing range where concentric circles each having a distance K1 and the signal wiring intersect each other from both ends of the channel portion of the thin film transistor in the signal wiring direction.
前記検出対象する電磁波が照射されることにより電荷が発生する半導体層と、
前記検出対象する電磁波に対して遮光性を有する導電性部材により形成され、前記半導体層に発生した電荷を収集する電極と、を有し、
前記遮光部は、前記電荷を収集する電極を前記信号配線の前記一部分の前記照射面側に延伸することにより形成されている
請求項1又は請求項2記載の電磁波検出素子。 The sensor unit is
A semiconductor layer that generates charges when irradiated with the electromagnetic wave to be detected; and
An electrode that is formed of a conductive member having a light shielding property with respect to the electromagnetic wave to be detected and collects charges generated in the semiconductor layer, and
The electromagnetic wave detecting element according to claim 1, wherein the light shielding portion is formed by extending an electrode that collects the electric charges toward the irradiation surface side of the part of the signal wiring.
請求項1〜請求項3の何れか1項記載の電磁波検出素子。 An interlayer insulating film having a relative dielectric constant of 2 to 4 and a film thickness of 1 to 4 μm is provided between the light shielding portion and the signal wiring.
The electromagnetic wave detection element of any one of Claims 1-3.
請求項1〜請求項4の何れか1項記載の電磁波検出素子。 The electromagnetic wave detection element according to claim 1, wherein the light shielding portion is further formed on a part or all of the irradiation surface side of the scanning wiring.
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