JP2009272452A - 固体撮像装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ソース線を介しての画素間のクロストークの発生を防止することにより、解像度を向上させることのできる固体撮像装置を提供すること。
【解決手段】固体撮像装置１００の各画素１００ａには、第１電極８１ａ、ドレイン電極６ｃ、および電界効果型トランジスタ３０のドレインに対して、当該画素に対してＸ方向で隣接する画素のソース線６ａが位置する側に、定電位に保持されたシールド線７が形成されている。従って、データ線６ａ₂の電位変化が画素１００ａ₁の第１電極８１ａ₁の電位に及ばないので、画素１００ａ間のクロストークを防止することができ、解像度が高い固体撮像装置１００を実現することができる。
【選択図】図３

Description

本発明は、入射光を電気信号に変換する固体撮像装置に関するものである。

医療画像診断や非破壊検査等においてはＸ線などの放射線を用いて撮像しているが、放射線の撮影では縮小光学系の実現が難しいことから等倍での撮像が必要とされる。従って、医療画像診断や非破壊検査等には、大面積の撮像面が求められるので、ガラスなどの基板に対して各種薄膜を堆積させて複数の画素をマトリクス状に構成した固体撮像装置が用いられる。また、固体撮像装置によって２次元イメージセンサを構成する場合も、大面積の撮像面が求められるので、ガラスなどの基板に対して各種薄膜を堆積させて複数の画素がマトリクス状に構成される（特許文献１、２参照）。

このような固体撮像装置を構成するにあたって、本願発明者が案出した固体撮像装置は、例えば、図８（ａ）、（ｂ）に構成を有している。なお、図８（ａ）、（ｂ）に示す固体撮像装置は、本発明の特徴との対比が分りやすいように、本願発明者が案出したもので、従来技術ではない。図８（ａ）、（ｂ）に示す固体撮像装置１００では、絶縁基板１０上で交差する方向をＸ方向およびＹ方向としたとき、絶縁基板１０上には、Ｘ方向に延在する複数本のゲート線３ａと、Ｙ方向に延在する複数本のソース線６ａとが形成され、かかるゲート線３ａとソース線６ａとの各交差に対応する位置に画素１００ａが構成される。画素１００ａは、入射光量に応じた電荷を発生させるＰＩＮフォトダイオードからなる光電変換素子８０と、光電変換素子８０の第１電極８１ａにドレインが電気的接続された電界効果型トランジスタ３０とを備えており、光電変換素子８０の第２電極８５ａには、光電変換素子８０に逆バイアスが印加されるように定電位が印加される。第２電極８５ａに定電位を印加するにあたって、第２電極８５ａの上層には上層側絶縁膜２３が形成され、上層側絶縁膜２３に形成されたコンタクトホール２３ａを介してバイアス線５ａが第２電極８５ａに電気的接続している。また、光電変換素子８０の第１電極８１ａを電界効果型トランジスタ３０のドレインに電気的接続するにあたって、ソース線６ａの上層には下層側絶縁膜２２が形成され、下層側絶縁膜２２に形成されたコンタクトホール２２ａを介して第１電極８１ａがドレイン電極６ｃに電気的接続している。このように構成した固体撮像装置１００では、光電変換素子８０が受光した際に発生した電荷は、光電変換素子８０に寄生する容量に蓄積される。また、各画素１００ａには光電変換素子８０に並列に電気的接続された蓄積容量が形成される場合があり、この場合、光電変換素子８０で発生した電荷は光電変換素子８０に寄生する容量および蓄積容量に蓄積される。従って、ゲート線３ａを介して供給されるゲートパルスによって電界効果型トランジスタ３０をオンオフさせれば、各画素１００ａに蓄積された電荷に対応する信号を、ソース線６ａを介して検出することができる。
特許第３１４４０９１号公報 特許第３０５０４０２号公報

しかしながら、図８（ａ）、（ｂ）に示す固体撮像装置１００では、図９を参照して説明する理由から、Ｘ方向で隣接する画素１００ａ間でのクロストークに起因して解像度の低下が発生しやすいという問題点があり、かかる解像度の低下は、例えば固体撮像装置１００を用いてＸ線画像装置を構成した際、マンモグラフィのように小さな病巣を発見する際の妨げになる。

すなわち、図８（ａ）、（ｂ）に示す固体撮像装置１００ａでは、図９に示すように、画素１００ａに種々の寄生容量Ｃ₁、Ｃ₂、Ｃ₃が存在し、これらの寄生容量Ｃ₁、Ｃ₂、Ｃ₃のうち、光電変換素子８０の第１電極８１ａと、この画素１００ａにＸ方向で隣接する画素に対応するソース線６ａとの間の寄生容量Ｃ₂は、第１電極８１ａの面積が広い分、大きいため、クロストークを発生させる。より具体的には、Ｘ方向で隣接する２つの画素１００ａを各々、画素１００ａ₁、１００ａ₂とし、各画素１００ａ₁、１００ａ₂に対応する要素に添え字₁、₂を付して説明すると、画素１００ａ₁、１００ａ₂に蓄積された電荷（信号）を読み出す読出し期間において、画素１００ａ₁、１００ａ₂の信号は、データ線６ａ₁、６ａ₂に対して電界効果型トランジスタ３０₁、３０₂を介して出力されるので、ソース線６ａ₁、６ａ₂の電位が変化する。その際、寄生容量Ｃ₂を介してソース線６ａ₂の電位変化が光電変換素子８０₁と電界効果型トランジスタ３０₁との交点Ｐや第１電極８１ａに伝わると、データ線６ａ₁の電位は、自身が対応する画素１００ａ₁の信号だけでなく、隣接する画素１００ａ₂の信号の影響を受けることになり、隣接する画素１００ａ₁、１００ａ₂においてクロストークが発生する。また、他行の画素に発生した電界（信号）を読み出す保持期間においては、他行の画素の信号によってデータ線６ａ₂の電位が変化する。かかる電位変化は、寄生容量Ｃ₂を介して、隣接する画素１００ａ₁の第１電極８１ａ₁の電位（電界効果型トランジスタ３０₁のドレイン電圧）を変化させる結果、当該画素素１００ａ₁における電界効果型トランジスタ３０₁のソース−ドレイン電圧を変化させる。その結果、電界効果型トランジスタ３０₁のリーク電流が変化し、かかるリーク電流は、第１電極８１ａ₁の電位を変化させることになるため、ソース線６ａ₂に接続されている他の行の画素の信号の影響が画素１００ａ₁の信号に影響を及ぼすことになる。

以上の問題点に鑑みて、本発明の課題は、ソース線を介しての画素間のクロストークの発生を防止することにより、解像度を向上させることのできる固体撮像装置を提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明では、絶縁基板上所定方向に延在する複数本のゲート線と、該ゲート線と交差した方向に延在する複数本のソース線と、前記ゲート線と前記ソース線との各交差に対応する位置において、入射光量に応じた電荷を発生させる光電変換素子、および前記ソース線にソースが電気的接続された電界効果型トランジスタを備えた複数の画素と、を有し、前記光電変換素子の第１電極が前記電界効果型トランジスタのドレインに電気的接続され、前記光電変換素子の第２電極に定電位が印加される固体撮像装置において、前記絶縁基板を平面視したとき、前記画素の前記第１電極および前記ドレインと、当該画素に対して前記ゲート線が延在する方向で隣接する画素に対応する前記ソース線とによって挟まれた領域には、所定の電位が印加されたシールド線が形成されていることを特徴とする。

本発明では、Ｘ方向で隣接する２つの画素において、一方の画素に形成された第１電極と、他方の画素に対応するソース線との間に、定電位に保持されたシールド線が形成されているため、一方の画素に形成された第１電極と、他方の画素に対応するソース線との間に寄生する容量が小さい。従って、画素に蓄積された電荷（信号）を読み出す読出し期間において、画素の信号がデータ線に対して電界効果型トランジスタを介して出力される際、ソース線の電位が変化しても、かかる電位の変化は、寄生容量を介して、隣接する画素の第１電極に伝わりにくい。それ故、隣接する画素において、読出し期間にクロストークが発生することを防止することができる。また、他行の画素に発生した電界（信号）を読み出す保持期間においては、他行の画素の信号によってデータ線の電位が変化しても、かかる電位変化は、寄生容量を介して、隣接する画素の第１電極の電位（電界効果型トランジスタのドレイン電圧）を変化させない。このため、当該画素における電界効果型トランジスタのソース−ドレイン電圧を変化しないので、電界効果型トランジスタのリーク電流も変化しない。それ故、電界効果型トランジスタのリーク電流の変化に起因して、第１電極の電位が変化することがないため、ソース線に接続されている他の行の画素の信号の影響が画素の信号に影響を及ぼすことがない。よって、本発明によれば、画素間のクロストークを防止することができるので、解像度が高い固体撮像装置を実現することができる。

本発明において、前期シールド線には固定電位が印加されていることが好ましい。

本発明において、前記シールド線は、前記ソース線に並列して延在していることが好ましい。このように構成すると、Ｙ方向に配列された複数の画素に対して共通のシールド線を通すことができるので、画素構成を簡素化することができる。

本発明において、前記シールド線は、前記ソース線、前記第１電極、または前記第２電極と同層に形成されてなることが好ましい。

本発明において、前記シールド線は、平面視において前記第１電極に対して絶縁膜を介して一部が重なっていることが好ましい。このように構成すると、シールド線によって光電変換素子に並列に電気的接続する蓄積容量を構成することができる。

本発明において、前記シールド線は、前記ソース線または前記第１電極と同層に形成されてなることが好ましい。このように構成すると、第１電極とソース線とによって挟まれた領域において、隣接する画素において、一方の画素の第１電極、または他方の画素のソース線と同一層上で隣接する位置にシールド線が配置されるので、一方の画素の第１電極と他方の画素のソース線との間に寄生する容量を効果的に小さくすることができる。それ故、クロストークの発生を効果的に防止することができる。

本発明は、前記絶縁基板上において、下層側から上層側に向かって、前記電界効果型トランジスタおよび前記光電変換素子が順に形成されている構成、あるいは前記絶縁基板上において、下層側から上層側に向かって、前記光電変換素子および前記電界効果型トランジスタが順に形成されている構成の固体撮像装置に適用することができる。

以下、本発明の実施の形態を説明する。以下の説明で参照する図においては、各層や各部材を図面上で認識可能な程度の大きさとするため、各層や各部材毎に縮尺を異ならしめてある。また、以下の説明では、図８および図９を参照して説明した構成との対比が分りやすいように、共通する機能を有する部分には同一の符号を付して説明する。なお、電界効果型トランジスタの場合、その導電型や電流が流れる方向によって、ソースとドレインとが入れ替わるが、本発明では、便宜上、光電変換素子が接続されている側をドレインとし、信号線（データ線）が接続されている側をソースとしてある。

［実施の形態１］
（全体構成）
図１および図２は各々、本発明を適用した固体撮像装置の電気的構成を示すブロック図、および外観を模式的に示す説明図である。

図１に示す固体撮像装置１００は、Ｘ方向に延在する複数本のゲート線３ａと、Ｙ方向に延在する複数本のソース線６ａとを有しており、ゲート線３ａとソース線６ａとの交差に対応する各位置に画素１００ａが配置されている。このようにして複数の画素１００ａがマトリクス状に配置された領域によって撮像領域１００ｃが構成されている。複数の画素１００ａの各々には、入射光量に応じた電荷を発生させる光電変換素子８０、およびこの光電変換素子８０に電気的に接続された電界効果型トランジスタ３０が形成されており、光電変換素子８０はＰＩＮフォトダイオードからなる。ゲート線３ａは電界効果型トランジスタ３０のゲートに電気的接続し、ソース線６ａは電界効果型トランジスタ３０のソースに電気的接続している。電界効果型トランジスタ３０のドレインは、光電変換素子８０の第１電極８１ａ（アノード）に電気的接続している。本形態では、ソース線６ａと並列するように、バイアス線５ａが延在しており、バイアス線５ａは、光電変換素子８０の第２電極８５ａ（カソード）に電気的接続している。従って、光電変換素子８０に逆バイアスを印加することができる。なお、バイアス線５ａは、ゲート線３ａと並列するように延在している構成を採用することもできる。

複数の画素１００ａの各々には、複数の画素１００ａの各々に保持容量９０が存在している。かかる保持容量９０の一方の電極は、光電変換素子８０の第１電極８１ａと同様、電界効果型トランジスタ３０のドレインに電気的接続され、保持容量９０の他方の電極は、光電変換素子８０の第２電極８５ａと同様、バイアス線５ａに電気的接続されているものとして表され、保持容量９０と光電変換素子８０とは並列に電気的接続されている。ここで、保持容量９０は、光電変換素子８０に逆バイアスを印加した際、光電変換素子８０に生成される空乏層により形成される構成や、かかる空乏層により形成される容量成分に加えて、別途、画素１００ａに対して光電変換素子８０とは並列に電気的接続された蓄積容量９０ａを形成することによっても構成される。いずれの場合も、保持容量９０は、光電変換素子８０で発生した電界を蓄積し、かかる保持容量９０に蓄積された電荷は、画素１００ａで受光した光量に対応する。

複数のゲート線３ａはゲート線駆動回路１１０に接続されており、各画素１００ａの電界効果型トランジスタ３０は、ゲート線駆動回路１１０から出力されたゲートパルスによって順次、オンオフする。複数のソース線６ａは、読出回路１２０に接続されており、電界効果型トランジスタ３０のオンオフ動作に連動して、各画素１００ａでの入射光量に応じた電気信号が順次、ソース線６ａを介して読出回路１２０に出力される。読出回路１２０は、オペアンプとキャパシタとにより構成されるいわゆるチャージセンシングアンプを備えている。また、バイアス線５ａには定電位が印加される。かかる定電位をバイアス線５ａに印加するにあたって、複数本のバイアス線５ａを１本の本線に集約させて端子に接続し、かかる端子から定電位を印加する構成などを採用することができる。

かかる固体撮像装置１００において、図１を参照して説明したゲート線３ａ、ソース線６ａ、バイアス線５ａ、容量線３ｃ、画素１００ａ（光電変換素子８０、電界効果型トランジスタ３０、保持容量９０）は、図２に示す絶縁基板１０上に形成される。ここで、絶縁基板１０の略中央領域は、上記の画素１００ａが複数マトリクス状に配列された撮像領域１００ｃとして利用される。また、図２に示す例では、ゲート線駆動回路１１０および読出回路１２０は、絶縁基板１０上とは別の駆動用ＩＣ（図示せず）などに形成されており、これらの駆動用ＩＣが実装されたフレキシブル基板１５０が絶縁基板１０に実装されている。

このように構成した固体撮像装置１００において、本形態では、ソース線６ａを介して画素１００ａ間でクロストークが発生することを防止することを目的にシールド線７が形成されており、シールド線７には所定の電位が印加される。かかる電位としては、データ線６ａやドレインに印加される電位の他、それらの間の電位を用いることができ、固定電位であることが好ましい。シールド線７に定電位に印加するにあたって、本形態では、バイアス線５ａと同様、複数本のシールド線７を１本の本線に集約させて端子に接続し、かかる端子から定電位を印加する構成が採用されている。なお、本形態では、最もＸ方向に位置する画素１００ａに対してもシールド線７が形成されている。

（画素等の構成）
図３（ａ）、（ｂ）は各々、本発明の実施の形態１に係る固体撮像装置１００の画素１００ａ２つ分の平面図、および断面図であり、図３（ｂ）は、図３（ａ）のＡ２−Ａ２′線に相当する位置で固体撮像装置１００を切断したときの断面図に相当する。なお、図３（ａ）では、ゲート線３ａおよびそれと同時形成された薄膜は細い実線で示し、ソース線６ａおよびそれと同時形成された薄膜は一点鎖線で示し、半導体膜（能動層）は細くて短い点線で示し、光電変換素子８０の第１電極８１ａは細くて長い点線で示し、光電変換素子８０の半導体層は太い実線で示し、光電変換素子８０の第２電極８５ａは太くて長い点線で示してある。

図３（ａ）に示すように、絶縁基板１０上には、ゲート線３ａとソース線６ａとが互いに交差する方向に延在しており、ゲート線３ａとソース線６ａとの交差に対応する各位置に画素１００ａが形成されている。また、ソース線６ａと並列するようにバイアス線５ａが延在している。本形態において、ゲート線３ａおよびソース線６ａは、隣接する画素１００ａで挟まれた領域で延在し、バイアス線５ａは画素１００ａの中央を通るように形成されている。

画素１００ａには、ＰＩＮフォトダイオードからなる光電変換素子８０、およびこの光電変換素子８０に電気的に接続された電界効果型トランジスタ３０が形成されており、ゲート線３ａの一部によって電界効果型トランジスタ３０のゲート電極３ｂが形成され、ソース線６ａの一部によって電界効果型トランジスタ３０のソース電極６ｂが形成されている。電界効果型トランジスタ３０のドレイン電極６ｃは、光電変換素子８０の第１電極８１ａに電気的接続し、バイアス線５ａは、光電変換素子８０の第２電極８５ａに電気的接続している。

かかる画素１００ａの断面構成等を、図３（ａ）（ｂ）を参照して説明する。図３（ａ）、（ｂ）に示す固体撮像装置１００において、絶縁基板１０の基体は、石英基板や耐熱性のガラス基板などの絶縁基板からなり、その表面には、ボトムゲート構造の電界効果型トランジスタ３０が形成されている。電界効果型トランジスタ３０では、ゲート線３ａの一部からなるゲート電極３ｂ、ゲート絶縁膜２１、電界効果型トランジスタ３０の能動層を構成するアモルファスシリコン膜からなる半導体層１ａ、高濃度Ｎ型不純物がドープされたアモルファスシリコン膜からなるコンタクト層４ａ、４ｂがこの順に積層されている。半導体層１ａのうち、ソース側の端部には、コンタクト層４ａを介してソース線６ａがソース電極６ｂとして重なっており、ドレイン側の端部には、コンタクト層４ｂを介してドレイン電極６ｃが重なっている。ソース線６ａおよびドレイン電極６ｃは同時形成された導電膜からなる。ゲート線３ａは、厚さが５０ｎｍ程度のモリブデン膜と、厚さが２５０ｎｍ程度のアルミニム膜の積層膜であり、半導体膜１ａは厚さが１２０ｎｍ程度のアモルファスシリコン膜であり、ゲート絶縁膜２１は厚さが５００ｎｍ程度のシリコン窒化膜であり、コンタクト層４ａ、４ｂは厚さが５０ｎｍ程度の高濃度Ｎ型のアモルファスシリコン膜であり、ソース線６ａは、厚さが５０ｎｍ程度のモリブデン膜と、厚さが２５０ｎｍ程度のアルミニム膜と、厚さが５０ｎｍ程度のモリブデン膜の積層膜からなる。

ソース線６ａおよびドレイン電極６ｃの表面側には、厚さが５００ｎｍ程度のシリコン窒化膜からなる下層側絶縁膜２２が形成されている。下層側絶縁膜２２の上層には、光電変換素子８０の第１電極８１ａが形成されており、かかる第１電極８１ａは下層側絶縁膜２２に形成されたコンタクトホール２２ａの内部でドレイン電極６ｃの上面に接して電気的接続している。このようにして、第１電極８１ａは、第１電極８１ａより下層側で電界効果型トランジスタ３０のドレインに電気的接続している。第１電極８１ａは、厚さが５０ｎｍ程度のモリブデン膜と、厚さが２５０ｎｍ程度のアルミニム膜と、厚さが５０ｎｍ程度のモリブデン膜の積層膜からなる。

第１電極８１ａの上層には、高濃度Ｐ型の不純物がドープされたアモルファスシリコン膜からなる高濃度Ｐ型半導体膜８２ａ、真性のアモルファスシリコン膜からなるＩ型半導体膜８３ａ（真性半導体膜）、高濃度Ｎ型の不純物がドープされたアモルファスシリコン膜からなる高濃度Ｎ型半導体膜８４ａが積層され、高濃度Ｎ型半導体膜８４ａの上層には第２電極８５ａが積層されている。かかる第１電極８１ａ、高濃度Ｐ型半導体膜８２ａ、Ｉ型半導体膜８３ａ、高濃度Ｎ型半導体膜８４ａ、および第２電極８５ａによって、光電変換素子８０はＰＩＮフォトダイオードとして構成されている。第２電極８５ａは、厚さが５０ｎｍ程度のＩＴＯ（Indium Tin Oxide）膜からなる。なお、高濃度Ｎ半導体膜８４ａ、Ｉ型半導体膜８３ａ、高濃度Ｐ半導体膜８２ａの順に形成されることもある。いずれの場合も、本形態では、第２電極８５ａの側から入射した光を検出する。

光電変換素子８０の上層側には、撮像領域１００ｃの全面に、厚さが５００ｎｍ程度のシリコン窒化膜などの無機絶縁膜からなる上層側絶縁膜２３が形成されており、かかる上層側絶縁膜２３の上層にはバイアス線５ａが形成されている。ここで、上層側絶縁膜２３には、第２電極８５ａと重なる位置にコンタクトホール２３ａが形成されている。このため、バイアス線５ａは、コンタクトホール２３ａの内部で第２電極８５ａに重なって第２電極８５ａに電気的接続されている。また、バイアス線５ａの上層側には、厚さが５００ｎｍ程度のシリコン窒化膜からなる表面保護層２４が形成されている。なお、固体撮像装置１０をＸ線などの放射線を用いた医療画像診断や非破壊検査等に用いる場合、表面保護層２４自身によって、あるいは表面保護層２４の上層にリン光体などによって放射線ビームを可視光に変換する変換層が構成される。バイアス線５ａは、厚さが５０ｎｍ程度のモリブデン膜と、厚さが２５０ｎｍ程度のアルミニム膜と、厚さが５０ｎｍ程度のモリブデン膜の積層膜からなる。

（シールド線の構成）
図４は、本発明の実施の形態１に係る固体撮像装置１００の画素１００ａに寄生する容量を示す等価回路図である。

図３（ａ）、（ｂ）を参照して説明したように、本形態の固体撮像装置１００において、１つの画素１００ａでは、Ｘ方向に沿って、ソース線６ａ、電界効果型トランジスタ３０、および光電変換素子８０が配置され、かかる構成がＸ方向で繰り返されて行方向に複数の画素１００ａが配列され、上記の構成がＹ方向で繰り返されて列方向に複数の画素１００ａが配列されている。このように構成した固体撮像装置１００において、画素１００ａに形成した光電変換素子８０の第１電極８１ａと、この画素１００ａにＸ方向で隣接する画素１００ａに対応するソース線６ａとの間に大きな容量が寄生していると、図９を参照して説明したように、画素１００ａでクロストークが発生する。

そこで、本形態では、絶縁基板１０を平面視したとき、画素１００ａに形成された第１電極８１ａと、この画素１００ａに対してＸ方向で隣接する画素１００ａに対応するソース線６ａとによって挟まれた領域には、定電位に保持されたシールド線７が形成されており、かかるシールド線７は、画素１００ａの第１電極８１ａ、ドレイン電極６ｃ、および電界効果型トランジスタ３０のドレインに対して、当該画素に対してＸ方向で隣接する画素に対応するソース線６ａが位置する側に形成されている。

かかるシールド線７の構成をより具体的に説明するために、Ｘ方向で隣接する２つの画素１００ａを各々、画素１００ａ₁、１００ａ₂とし、各画素１００ａ₁、１００ａ₂に対応する要素に添え字₁、₂を付して説明すると、まず、画素１００ａ₁では、Ｘ方向に沿って、ソース線６ａ₁、電界効果型トランジスタ３０₁、および光電変換素子８０₁が配置され、画素１００ａ₂でも、画素１００ａ₁と同様に、Ｘ方向に沿って、ソース線６ａ₂、電界効果型トランジスタ３０₂、および光電変換素子８０₂が配置されており、第１電極８１ａ₁は、隣接する画素１００ａ₂に対応するソース線６ａ₂との間に所定の隙間を隔てるように形成されている。

また、絶縁基板１０上において、ゲート絶縁膜２１と下層側絶縁膜２２との層間には、ソース線６ａと同時形成された導電膜６ｅによってシールド線７が形成され、かかるシールド線７は、ソース線６ａ₂に沿ってＹ方向に延在している。ここで、シールド線７は定電位に保持されている。

従って、本形態では、図４に示すように、画素１００ａ₁、１００ａ₂には種々の寄生容量Ｃ₁、Ｃ_3、Ｃ₄、Ｃ₅、Ｃ₆が存在しているが、一方の画素１００ａ₁における光電変換素子８０₁と電界効果型トランジスタ３０₁との交点Ｐや第１電極８１ａと、他方の画素１００ａ₂に対応するソース線６ａ₂との間の電気力線がシールド線によって効果的に遮断されるので、第１電極８１ａの面積が広いわりには、一方の画素１００ａ₁における光電変換素子８０₁と電界効果型トランジスタ３０₁との交点Ｐや第１電極８１ａと、他方の画素１００ａ₂に対応するソース線６ａ₂との間の寄生容量Ｃ₆が小さい。

本形態では、シールド線７（導電膜６ｅ）のＸ方向と反対側のエッジは第１電極８１ａの真下位置にある。このため、シールド線７と第１電極８１ａとは、下層側絶縁膜２２を介して対向しており、シールド線７（導電膜６ｅ）を下電極とし、第１電極８１ａを上電極とし、下層側絶縁膜２２を誘電体膜とする蓄積容量９０ａが形成されている。

（本形態の主な効果）
以上説明したように、本形態では、Ｘ方向で隣接する２つの画素１００ａ₁、１００ａ₂において、一方の画素１００ａ₁に形成された第１電極８１ａと、他方の画素１００ａ₂に対応するソース線６ａ₂との間に、定電位に保持されたシールド線７が形成されているため、一方の画素１００ａ₁に形成された第１電極８１ａと、他方の画素１００ａ₂に対応するソース線６ａ₂との間の寄生容量Ｃ₆が小さい。従って、画素１００ａ₁、１００ａ₂に蓄積された電荷（信号）を読み出す読出し期間において、画素１００ａ₂の信号がデータ線６ａ₂に対して電界効果型トランジスタ３０₂を介して出力される際、ソース線６ａ₂の電位が変化しても、かかる電位の変化は、寄生容量Ｃ₆を介して、隣接する画素の第１電極８１ａ₁に伝わりにくい。それ故、隣接する画素１００ａ₁、１００ａ₂において、読出し期間にクロストークが発生することを防止することができる。また、他行の画素に発生した電界（信号）を読み出す保持期間においては、他行の画素の信号によってデータ線６ａ₂の電位が変化しても、かかる電位変化は、寄生容量Ｃ₆を介して、隣接する画素１００ａ₁の第１電極８１ａ₁の電位（電界効果型トランジスタ３０₁のドレイン電圧）を変化させない。このため、画素１００ａ₁における電界効果型トランジスタ３０₁のソース−ドレイン電圧が変化しないので、電界効果型トランジスタ３０₁のリーク電流も変化しない。それ故、電界効果型トランジスタ３０₁のリーク電流の変化に起因して、第１電極８１ａ₁の電位が変化することがないため、ソース線６ａ₂に接続されている他の行の画素の信号の影響が画素の信号に影響を及ぼすことがない。よって、本形態によれば、画素１００ａ間のクロストークを防止することができるので、解像度が高い固体撮像装置１００を実現することができる。

また、本形態において、シールド線７は、ソース線６ａに対して並列してＹ方向に延在しているため、Ｙ方向に配列された複数の画素１００ａに対して共通のシールド線７を通すことができるので、画素構成を簡素化することができる。

さらに、本形態において、シールド線７は、データ線６ａと同層に形成された導電膜６ｅからなるため、新たな膜を追加する必要がないので、製造工程数が増えない。

さらにまた、シールド線７（導電膜６ｅ）を幅広に形成して第１電極８１ａと下層側絶縁膜２２を介して対向させることにより、シールド線７（導電膜６ｅ）を下電極とし、第１電極８１ａを上電極とし、下層側絶縁膜２２を誘電体膜とする蓄積容量９０ａが形成されている。このため、容量線を追加しなくても、十分な容量を備えた蓄積容量９０ａ（保持容量９０）を形成することができ、かつ、誘電体膜が下層側絶縁膜２２のみからなるため、蓄積容量９０ａの容量が大きいという利点がある。

［実施の形態２］
図５（ａ）、（ｂ）は各々、本発明の実施の形態２に係る固体撮像装置１００の画素１００ａ２つ分の平面図、および断面図であり、図５（ｂ）は、図５（ａ）のＡ３−Ａ３′線に相当する位置で固体撮像装置１００を切断したときの断面図に相当する。なお、本形態の基本的な構成は、実施の形態１と同様であるため、共通する部分には同一の符号を付してそれらの説明を省略する。

図５（ａ）、（ｂ）に示す固体撮像装置１００でも、実施の形態１と同様、絶縁基板１０上では、Ｘ方向に延在するゲート線３ａと、Ｙ方向に延在するソース線６ａとの交差に対応する各位置に画素１００ａが形成されており、ソース線６ａと並列するようにバイアス線５ａが延在している。

このように構成した固体撮像装置１００において、画素１００ａでのクロストークの発生を防止することを目的に実施の形態１では、データ線６ａと同時形成された導電膜６ｅによってシールド線７を形成したが、本形態では、下層側絶縁膜２２と上層側絶縁膜２３の層間に、第１電極８１ａと同時形成された導電膜８１ｅによって、シールド線７が形成され、かかるシールド線７は、定電位に保持されている。本形態でも、実施の形態１と同様、シールド線７（導電膜８１ｅ）は、画素１００ａに形成された第１電極８１ａと、この画素１００ａに対してＸ方向で隣接する画素１００ａに対応するソース線６ａとによって挟まれた領域に形成され、画素１００ａの第１電極８１ａ、ドレイン電極６ｃ、および電界効果型トランジスタ３０のドレインに対して、当該画素に対してＸ方向で隣接する画素に対応するソース線６ａが位置する側に形成されている。このため、一方の画素１００ａ₁に形成された第１電極８１ａと、他方の画素１００ａ₂に対応するソース線６ａとの間に寄生する容量が小さい。

このように本形態でも、実施の形態１と同様、Ｘ方向で隣接する２つの画素１００ａ₁、１００ａ₂において、一方の画素１００ａ₁に形成された第１電極８１ａと、他方の画素１００ａ₂に対応するソース線６ａ₂との間に、定電位に保持されたシールド線７が形成されているため、一方の画素１００ａ₁に形成された第１電極８１ａと、他方の画素１００ａ₂に対応するソース線６ａ₂との間に寄生する容量が小さい。従って、データ線６ａ₂の電位変化が画素１００ａ₁の第１電極８１ａ₁の電位に及ばないので、画素１００ａ間のクロストークを防止することができ、解像度が高い固体撮像装置１００を実現することができる。

また、本形態において、シールド線は、第１電極８１ａと同層に形成された導電膜８１ｅからなるため、新たな膜を追加する必要がないので、製造工程数が増えない。

［実施の形態３］
図６（ａ）、（ｂ）は各々、本発明の実施の形態３に係る固体撮像装置１００の画素１００ａ２つ分の平面図、および断面図であり、図６（ｂ）は、図６（ａ）のＡ４−Ａ４′線に相当する位置で固体撮像装置１００を切断したときの断面図に相当する。なお、本形態の基本的な構成は、実施の形態１と同様であるため、共通する部分には同一の符号を付してそれらの説明を省略する。

図６（ａ）、（ｂ）に示す固体撮像装置１００でも、実施の形態１と同様、絶縁基板１０上では、Ｘ方向に延在するゲート線３ａと、Ｙ方向に延在するソース線６ａとの交差に対応する各位置に画素１００ａが形成されており、ソース線６ａと並列するようにバイアス線５ａが延在している。

このように構成した固体撮像装置１００において、画素１００ａでのクロストークの発生を防止することを目的に実施の形態１では、データ線６ａと同時形成された導電膜６ｅによってシールド線７を形成したが、本形態では、下層側絶縁膜２２と上層側絶縁膜２３の層間に、第２電極８５ａと同時形成された導電膜８５ｅによって、シールド線７が形成され、かかるシールド線７は、定電位に保持されている。本形態でも、実施の形態１と同様、シールド線７（導電膜８５ｅ）は、画素１００ａに形成された第１電極８１ａと、この画素１００ａに対してＸ方向で隣接する画素１００ａに対応するソース線６ａとによって挟まれた領域に形成され、画素１００ａの第１電極８１ａ、ドレイン電極６ｃ、および電界効果型トランジスタ３０のドレインに対して、当該画素に対してＸ方向で隣接する画素に対応するソース線６ａが位置する側に形成されている。このため、一方の画素１００ａ₁に形成された第１電極８１ａと、他方の画素１００ａ₂に対応するソース線６ａとの間に寄生する容量を低減することができる。

このように本形態でも、実施の形態１と同様、Ｘ方向で隣接する２つの画素１００ａ₁、１００ａ₂において、一方の画素１００ａ₁に形成された第１電極８１ａと、他方の画素１００ａ₂に対応するソース線６ａ₂との間に、定電位に保持されたシールド線７が形成されているため、一方の画素１００ａ₁に形成された第１電極８１ａと、他方の画素１００ａ₂に対応するソース線６ａ₂との間に寄生する容量が小さい。従って、データ線６ａ₂の電位変化が画素１００ａ₁の第１電極８１ａ₁の電位に及ばないので、画素１００ａ間のクロストークを防止することができ、解像度が高い固体撮像装置１００を実現することができる。

また、本形態において、シールド線は、第２電極８５ａと同層に形成された導電膜８５ｅからなるため、新たな膜を追加する必要がないので、製造工程数が増えない。

［実施の形態４］
図７（ａ）、（ｂ）は各々、本発明の実施の形態４に係る固体撮像装置１００の画素１００ａ２つ分の平面図、および断面図であり、図７（ｂ）は、図７（ａ）のＡ５−Ａ５′線に相当する位置で固体撮像装置１００を切断したときの断面図に相当する。なお、本形態の基本的な構成は、実施の形態１と同様であるため、共通する部分には同一の符号を付してそれらの説明を省略する。

実施の形態１〜３に係る固体撮像装置１００では、絶縁基板１０上において、下層側から上層側に向かって、電界効果型トランジスタ３０および光電変換素子８０が順に形成されていたが、図７（ａ）、（ｂ）に示すように、本形態では、絶縁基板１０上において、下層側から上層側に向かって、光電変換素子８０および電界効果型トランジスタ３０が順に形成されている。

より具体的には、絶縁基板１０上には、まず、第２電極８５ａが形成され、かかる第２電極８５ａの上に、高濃度Ｎ型半導体膜８４ａ、Ｉ型半導体膜８３ａ、高濃度Ｐ型半導体膜８２ａ、およびＩＴＯ膜からなる第１電極８１ａが積層されてＰＩＮフォトダイオードからなる光電変換素子８０が構成されている。なお、高濃度Ｐ半導体膜８２ａ、Ｉ型半導体膜８３ａ、高濃度Ｎ半導体膜８４ａの順に形成されることもある。いずれの場合も、本形態では、第１電極８１ａの側から入射した光を検出する。

また、光電変換素子８０の上層には絶縁膜２７が形成され、絶縁膜２７の上層にゲート線３ａの一部からなるゲート電極３ｂが形成されている。また、ゲート電極３ｂの上層にはゲート絶縁膜２１が形成され、かかるゲート絶縁膜２１の上層には、電界効果型トランジスタ３０の能動層を構成するアモルファスシリコン膜からなる半導体層１ａ、高濃度Ｎ型不純物がドープされたアモルファスシリコン膜からなるコンタクト層４ａ、４ｂがこの順に積層されている。半導体層１ａのうち、ソース側の端部には、コンタクト層４ａを介してソース線６ａがソース電極６ｂとして重なっており、ドレイン側の端部には、コンタクト層４ｂを介してドレイン電極６ｃが重なっている。ソース線６ａおよびドレイン電極６ｃは同時形成された導電膜からなる。ゲート絶縁膜２１および絶縁膜２７にはコンタクトホール２１ａが形成されており、かかるコンタクトホール２１ａを介してドレイン電極６ｃが第１電極８１ａに電気的接続されている。電界効果型トランジスタ３０の上層側には、撮像領域１００ｃの全面に表面保護層２４が形成されている。なお、固体撮像装置１０をＸ線などの放射線を用いた医療画像診断や非破壊検査等に用いる場合、表面保護層２４自身によって、あるいは表面保護層２４の上層にリン光体などによって放射線ビームを可視光に変換する変換層が構成される。

このように構成した固体撮像装置１００では、第２電極８５ａをＹ方向に延在させてバイアス線として利用して光電変換素子８０に逆バイアスを印加する。なお、第２電極８５ａについてはＸ方向に延在させてよく、撮像領域１００ｂの略全面に形成してもよい。

このように構成した固体撮像装置１００でも、実施の形態１〜３と同様、第２電極８５ａ、第１電極８１ａ、ソース線６ａなどと同層の導電膜を用いてシールド線７が形成されている。本形態では、ソース線６ａと同時形成された導電膜６ｆを用いてシールド線７が形成されており、かかるシールド線７（導電膜６ｆ）は、画素１００ａの第１電極８１ａ、ドレイン電極６ｃ、および電界効果型トランジスタ３０のドレインに対して、当該画素に対してＸ方向で隣接する画素に対応するソース線６ａが位置する側に形成されている。より具体的には、シールド線７は、Ｘ方向で隣接する２つの画素１００ａ₁、１００ａ₂において、一方の画素１００ａ₁に形成された第１電極８１ａと、他方の画素１００ａ₂に対応するソース線６ａ₂との間でＹ方向に延在している。このように構成したシールド線７も定電位に保持される。このため、一方の画素１００ａ₁に形成された第１電極８１ａと、他方の画素１００ａ₂に対応するソース線６ａ₂との間に寄生する容量が小さい。従って、データ線６ａ₂の電位変化が画素１００ａ₁の第１電極８１ａ₁の電位に及ばないので、画素１００ａ間のクロストークを防止することができ、解像度が高い固体撮像装置１００を実現することができる。

また、本形態において、シールド線７は、データ線６ａと同層に形成された導電膜６ｆからなるため、新たな膜を追加する必要がないので、製造工程数が増えない。

［その他の実施の形態］
上記実施の形態では、光電変換素子８０としてＰＩＮフォトダイオードを用いたが、ＰＮフォトダイオードを用いてもよい。また、電界効果型トランジスタ３０として、アモルファスシリコン膜を用いたＴＦＴを例に説明したが、ポリシリコン膜や単結晶シリコン層を用いたＴＦＴを、電界効果型トランジスタ３０として用いてもよい。上記実施の形態１〜４では、ドレイン電極６ｃと第１電極８１ａを別々に形成したが、第１電極８１ａをドレイン電極と兼用してもよい。上記実施の形態では、光電変換素子８０のアノードが電界効果型トランジスタ３０のドレインに電気的接続し、光電変換素子８０のカソードがバイアス線５ａに電気的接続している例を説明したが、光電変換素子８０に逆バイアスが印加される構成であれば、光電変換素子８０のカソードが電界効果型トランジスタ３０のドレインに電気的接続し、光電変換素子８０のアノードがバイアス線５ａに電気的接続している構成であってもよい。

本発明を適用した固体撮像装置の電気的構成を示すブロック図である。 本発明を適用した固体撮像装置の外観を模式的に示す説明図である。 （ａ）、（ｂ）は各々、本発明の実施の形態１に係る固体撮像装置の画素２つ分の平面図、および断面図である。 本発明の実施の形態１に係る固体撮像装置の画素に寄生する容量を示す等価回路図である。 （ａ）、（ｂ）は各々、本発明の実施の形態２に係る固体撮像装置の画素２つ分の平面図、および断面図である。 （ａ）、（ｂ）は各々、本発明の実施の形態３に係る固体撮像装置の画素２つ分の平面図、および断面図である。 （ａ）、（ｂ）は各々、本発明の実施の形態４に係る固体撮像装置の画素２つ分の平面図、および断面図である。 （ａ）、（ｂ）は各々、本発明の参考例に係る固体撮像装置の画素２つ分の平面図、および断面図である。 本発明の参考例に係る固体撮像装置の画素に寄生する容量を示す等価回路図である。

符号の説明

３ａ・・ゲート線、５ａ・・バイアス線、６ａ・・ソース線、６ｃ・・ドレイン電極、７・・シールド線、１０・・基板、３０・・電界効果型トランジスタ、８０・・光電変換素子、８１ａ・・光電変換素子の第１電極、８５ａ・・光電変換素子の第２電極、９０・・保持容量、９０ａ・・蓄積容量、１００・・固体撮像装置、１００ａ・・画素、１００ｃ・・撮像領域

Claims (8)

1. 絶縁基板上所定方向に延在する複数本のゲート線と、該ゲート線と交差した方向に延在する複数本のソース線と、前記ゲート線と前記ソース線との各交差に対応する位置において、入射光量に応じた電荷を発生させる光電変換素子、および前記ソース線にソースが電気的接続された電界効果型トランジスタを備えた複数の画素と、を有し、前記光電変換素子の第１電極が前記電界効果型トランジスタのドレインに電気的接続され、前記光電変換素子の第２電極に定電位が印加される固体撮像装置において、
   前記絶縁基板を平面視したとき、前記画素の前記第１電極および前記ドレインと、当該画素に対して前記ゲート線が延在する方向で隣接する画素に対応する前記ソース線とによって挟まれた領域には、所定の電位が印加されたシールド線が形成されていることを特徴とする固体撮像装置。
2. 前記シールド線には固定電位が印加されていることを特徴とする請求項１に記載の固体撮像装置。
3. 前記シールド線は、前記ソース線に並列して延在していることを特徴とする請求項１または２に記載の固体撮像装置。
4. 前記シールド線は、前記ソース線、前記第１電極、または前記第２電極と同層に形成されてなることを特徴とする請求項１乃至３の何れか一項に記載の固体撮像装置。
5. 前記シールド線は、平面視において前記第１電極に対して絶縁膜を介して一部が重なっていることを特徴とする請求項１乃至３の何れか一項に記載の固体撮像装置。
6. 前記シールド線は、前記ソース線または前記第１電極と同層に形成されてなることを特徴とする請求項１乃至３の何れか一項に記載の固体撮像装置。
7. 前記絶縁基板上では、下層側から上層側に向かって、前記電界効果型トランジスタおよび前記光電変換素子が順に形成されていることを特徴とする請求項１乃至６の何れか一項に記載の固体撮像装置。
8. 前記絶縁基板上では、下層側から上層側に向かって、前記光電変換素子および前記電界効果型トランジスタが順に形成されていることを特徴とする請求項１乃至６の何れか一項に記載の固体撮像装置。

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