JP2010003766A - 電磁波検出素子 - Google Patents
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Abstract
【課題】フィルファクタの低下を抑えつつ、信号配線の電子ノイズをより低減させた電磁波検出素子を提供する。
【解決手段】走査配線101、信号配線3、及び蓄積容量配線102をセンサ部103よりも下層に各々絶縁膜を介して設けられた異なる金属層により形成しており、信号配線3を下層に形成する。
【選択図】図3
【解決手段】走査配線101、信号配線3、及び蓄積容量配線102をセンサ部103よりも下層に各々絶縁膜を介して設けられた異なる金属層により形成しており、信号配線3を下層に形成する。
【選択図】図3
Description
本発明は、電磁波検出素子に係り、特に、照射された電磁波により示される画像を検出する電磁波検出素子に関する。
近年、TFT(Thin film transistor)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)等の電磁波検出素子が実用化されている。この電磁波検出素子は、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。
この種の電磁波検出素子は、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、半導体層で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。
この電磁波検出素子は、例えば、複数の走査配線及び複数の信号配線が互いに交差して配設され、当該走査配線及び信号配線の各交差部に対応して電荷蓄積部及びTFTスイッチが設けられ、各交差部の電荷蓄積部及びTFTスイッチ素子を覆うように半導体層が設けられている。このような電磁波検出素子を用いた放射線画像撮影装置では、放射線画像を撮影する場合、X線が照射される間、各走査配線に対してOFF信号を出力して各TFTスイッチをオフにして半導体層に発生した電荷を各電荷蓄積部に蓄積し、画像を読み出す場合、各走査配線に対して1ラインずつ順にON信号を出力して各電荷蓄積部に蓄積された電荷を電気信号として読み出し、読み出した電気信号をデジタルデータへ変換することにより、放射線画像を得ている。
この電磁波検出素子に関する技術として、特許文献1には、基板上の半導体層よりも下層に3層の別な金属層で走査配線、信号配線、共通電極をこの順に形成した構成が記載されている。
また、特許文献2には、信号配線を半導体層よりも上層に形成すると共に、半導体層よりも下層にTFTスイッチ素子をトップゲート構成で形成し、信号配線とTFTスイッチ素子をコンタクトホールを介して接続した構成が記載されている。
特表2008−503086号公報
特開2004−6780号公報
ところで、電磁波検出素子において信号配線に発生する電子ノイズは、信号配線の配線容量による影響が大きい。従って、電子ノイズを低減させて検出画像の画質を向上させるためには、信号配線の配線容量の低減が課題となっている。
しかし、特許文献1に記載の構成では、信号配線と収集電極との間の配線容量をより低下させるには不十分な構成である。
また、特許文献2に記載の構成では、半導体層よりも上層の信号配線と半導体層よりも下層のTFTスイッチ素子を接続するコンタクトホールを形成する必要があり、このコンタクトホールのため、半導体層を大きくできず、放射線を受光可能な領域の面積(フィルファクタ)が低下する。
本発明は、上記の事情に鑑み、フィルファクタの低下を抑えつつ、信号配線の電子ノイズをより低減させた電磁波検出素子を提供することを目的とする。
上記目的を達成するために、請求項1記載の発明の電磁波検出素子は、並列に設けられた複数の走査配線と、前記走査配線と交差して並列に設けられた複数の信号配線と、前記走査配線と前記信号配線との交差部に対応して設けられ、前記走査配線と前記信号配線に接続された薄膜トランジスタと、電磁波の照射に応じて電荷を発生する半導体層及び当該半導体層に発生した電荷を収集する収集電極を有し、前記薄膜トランジスタの各々に接続されたセンサ部と、前記センサ部に対して共通にバイアス電圧を印加するために設けられた複数の共通配線と、を備え、前記走査配線、前記信号配線、及び前記共通配線は前記センサ部よりも下層に各々絶縁膜を介して別々に設けられた配線層により形成されており、前記信号配線は前記走査配線及び前記共通配線が形成された配線層よりも前記収集電極から離れた配線層により形成されている。
本発明の電磁波検出素子は、走査配線が並列に複数設けられ、信号配線が走査配線と交差して並列に複数設けられており、薄膜トランジスタが走査配線と信号配線との交差部に対応して設けられ、走査配線と前記信号配線に接続され、センサ部が電磁波の照射に応じて電荷を発生する半導体層及び当該半導体層に発生した電荷を収集する収集電極を有し、前記薄膜トランジスタの各々に接続されており、共通配線がセンサ部に対して共通にバイアス電圧を印加するために設けられている。
そして、本発明では、走査配線、信号配線、及び共通配線はセンサ部よりも下層に各々絶縁膜を介して別々に設けられた配線層により形成されており、信号配線は走査配線及び前記共通配線が形成された配線層よりも収集電極から離れた配線層により形成されている。
このように、本発明によれば、走査配線、信号配線、及び共通配線をセンサ部よりも下層に各々絶縁膜を介して設けられた異なる配線層により形成しており、信号配線を走査配線及び共通配線が形成された配線層よりも収集電極から離れた配線層により形成することにより、信号配線と収集電極との間の配線容量がより低下するため、信号配線の電子ノイズをより低減させることできる。また、走査配線、信号配線、及び共通配線をセンサ部よりも下層の配線層により形成しているので、センサ部に照射される電磁波が走査配線、信号配線、及び共通配線によって遮られず、また、信号配線と薄膜トランジスタとの接続部分がセンサ部の配置に影響を与えなくなるため、フィルファクタの低下を抑えることができる。
なお、本発明は、請求項2に記載の発明のように、前記走査配線、前記信号配線、及び前記共通配線は基板の一方の面に前記センサ部と共に形成されており、前記信号配線は前記走査配線及び前記共通配線よりも下層の配線層により形成されてもよい。
また、本発明は、請求項3に記載の発明のように、前記走査配線、及び前記共通配線は基板の一方の面に前記センサ部と共に形成されており、前記信号配線は基板の他方の面に形成され当該基板に設けられたスルーホールを介して前記薄膜トランジスと接続されてもよい。
また、本発明は、請求項4に記載の発明のように、前記共通配線を、前記信号配線に並列に設けられることがより好ましい。
また、本発明は、請求項5に記載の発明のように、前記センサ部は、前記半導体層に対してバイアス電圧を印加するバイアス電極を各々有し、
前記共通配線を、前記バイアス電極に接続してもよい。
前記共通配線を、前記バイアス電極に接続してもよい。
また、本発明は、請求項6に記載の発明のように、前記センサ部は、前記半導体層に対してバイアス電圧を印加するバイアス電極を各々有し、前記共通配線を、前記バイアス電極に接続してもよい。
本発明の電磁波検出素子は、フィルファクタの低下を抑えつつ、信号配線の電子ノイズをより低減させることできる、という優れた効果を有する。
以下、図面を参照して本発明の画像検出器の一実施の形態を適用した放射線画像撮影装置100について説明する。
[第1の実施の形態]
図1には、本実施の形態に係る放射線画像撮影装置100の全体構成が示されている。
図1には、本実施の形態に係る放射線画像撮影装置100の全体構成が示されている。
同図に示すように、本実施の形態に係る放射線画像撮影装置100は、電磁波検出素子10を備えている。
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受けて電荷を発生するセンサ部103と、センサ部103で発生した電荷を蓄積する電荷蓄積容量5と、電荷蓄積容量5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。電荷蓄積容量5の一方の電極は蓄積容量配線102を介して接地されて電圧レベルがグランドレベルとされている。
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、上記電荷蓄積容量5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。
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されることにより電荷蓄積容量5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。
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、各電荷蓄積容量5に蓄積された電荷量を検出する。
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。
次に、図2及び図3を参照して、本実施の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、本実施の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。
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、信号配線3が形成されている。この信号配線3が形成された金属層(以下、この金属層を「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。
第1信号配線層上には、一面に絶縁膜15Aが形成されている。この絶縁膜15A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。
絶縁膜15A上には、ソース電極9、及びドレイン電極13が形成されている。ソース電極9は、絶縁膜15Aに形成されたコンタクト21(図2参照。)を介して信号配線3に接続されている。このソース電極9及びドレイン電極13が形成された金属層には、ソース電極9、ドレイン電極13とともに、蓄積容量下部電極14、及び蓄積容量配線102(図2参照。)が形成されており、蓄積容量下部電極14は蓄積容量配線102に接続されている。このソース電極9、ドレイン電極13、蓄積容量下部電極14、及び蓄積容量配線102が形成された金属層(以下、この金属層を「第2信号配線層」ともいう。)も、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。
第2信号配線層上には、一面に絶縁膜15Bが形成されている。この絶縁膜15Bも、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。
絶縁膜15B上のソース電極9とドレイン電極13の間の領域には、半導体活性層8が形成されている。この半導体活性層8は、TFTスイッチ4のチャネル部であり、例えば、アモルファスシリコン膜からなる。また、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。
これらの上層には、一面に絶縁膜15Bが形成されており、半導体活性層8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15Bも、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。
この絶縁膜15B上には、走査配線101(図2参照。)及び半導体活性層8に対応する位置にゲート電極2が形成され、蓄積容量下部電極14に対応する位置に蓄積容量上部電極18が形成されている。ゲート電極2は、走査配線101に接続されている。蓄積容量上部電極18は絶縁膜15Bに形成されたコンタクトホール22を介してドレイン電極13に接続されている。この走査配線101、ゲート電極2、及び蓄積容量上部電極18が形成された金属層(以下、この金属層を「第3信号配線層」ともいう。)も、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。
本実施の形態に係る電磁波検出素子10では、ゲート電極2や絶縁膜15B、ソース電極9、ドレイン電極13、半導体活性層8によりTFTスイッチ4が構成されており、蓄積容量下部電極14や絶縁膜15B、蓄積容量上部電極18により電荷蓄積容量5が構成されている。なお、TFTスイッチ4は電荷蓄積容量5に蓄積される電荷の極性によってソース電極9とドレイン電極13が逆となる。
そして、これらの上層の基板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、層間絶縁膜12が形成されている。この層間絶縁膜12は、感光性を有するアクリル樹脂などの有機材料からなり、膜厚が1〜4μm、比誘電率が2〜4である。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には、蓄積容量上部電極18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。なお、第3信号配線層と層間絶縁膜12との間にTFTスイッチ4を保護するため、TFT保護膜層をさらに形成するようにしてもよい。
層間絶縁膜12上には、各画素毎に、各々コンタクトホール16を埋めつつ、画素領域を覆うようにセンサ部103の下部電極11が形成されており、この下部電極11は、非晶質透明導電酸化膜(ITO)からなり、蓄積容量上部電極18と接続されている。
下部電極11上の基板1上の画素が設けられた画素領域のほぼ全面には、半導体層6が一様に形成されている。この半導体層6は、X線などの電磁波が照射されることにより、内部に電荷(電子−正孔)を発生するものである。つまり、半導体層6は電磁波導電性を有し、X線による画像情報を電荷情報に変換するためのものである。半導体層6は、例えば、セレンを主成分とする非晶質のa−Se(アモルファスセレン)からなる。ここで、主成分とは、50%以上の含有率を有するということである。
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、不図示のバイアス電源が接続されており、バイアス電源からバイアス電圧が供給されている。
次に、図4(A)〜(H)を参照して、本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。
まず、基板1上に、第1信号配線層として、信号配線3を形成する(図4(A))。この第1信号配線層は、Al若しくはCu、又はAl若しくはCuを主体とした合金等の低抵抗金属、もしくは低抵抗金属と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ガラス基板上に堆積される。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。
次に、第1信号配線層上に、絶縁膜15Aを堆積する(図4(B))。絶縁膜15Aは、SiNxからなり膜厚は200〜600nmで、P−CVD(Plasma-Chemical Vapor Deposition)法にて堆積する。その後、絶縁膜15Aに対して、フォトリソグラフィー技術にてコンタクト21のパターンニングを行い、ドライエッチ法にて選択的にパターンニングする。
次に、絶縁膜15A上に、第2信号配線層として、ソース電極9、ドレイン電極13、蓄積容量下部電極14、及び蓄積容量配線102を形成する(図4(C))。第2信号配線層は、第1信号配線層と同様に、Al若しくはCu、又はAl若しくはCuを主体とした合金等の低抵抗金属、もしくは低抵抗金属と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前後である。この第2信号配線層を設けた後に、不純物添加アモルファスシリコンからなるコンタクト層(不図示)を膜厚10〜100nm前後で、P−CVD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15Aは除去されない。
次に、ソース電極9、及びドレイン電極13部分に、半導体活性層8を堆積する(図4(D))。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前後で、P−CVD法にて堆積する。その後、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を絶縁膜15A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。
次に、これらの層上に、絶縁膜15Bを堆積する(図4(E))。絶縁膜15Bも、絶縁膜15Aと同様に、SiNxからなり膜厚は200〜600nmで、P−CVD法にて堆積する。その後、絶縁膜15Bに対して、フォトリソグラフィー技術にてコンタクト22のパターンニングを行い、ドライエッチ法にて選択的にパターンニングする。
次に、絶縁膜15B上に、第3信号配線層として、ゲート電極2、走査配線101、及び蓄積容量上部電極18を形成する(図4(F))。第3信号配線層も、第1及び第2信号配線層と同様に、Al若しくはCu、又はAl若しくはCuを主体とした合金等の低抵抗金属、もしくは低抵抗金属と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前後である。その後、第1及び第2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。
次に、上記のように形成された層の上層に、層間絶縁膜12を堆積し、コンタクトホール16を形成する(図4(G))。層間絶縁膜はSiNx、SiO2等の無機材料か、もしくはSOG、感光性アクリル材料等の有機絶縁膜材料からなる。一般的に有機絶縁膜材料の方が誘電率が低く、また厚膜化が容易なため信号配線3−電荷収集電極間の容量低減に効果があり好ましい。感光性有機絶縁膜材料の場合には、材料を1〜3μm前後の膜厚でスピン塗布後、フォトリソグラフィー技術にてコンタクトホール16のパターンニングを行い、専用エッチャントにてパターンニングし、焼成することにより完成する。感光性材料でない場合には他のレイヤーと同様にフォトリソグラフィー後にドライエッチなどを行いコンタクトホールの形成を行う。なお、コンタクトホール16の大きさは、10μm角よりも小さいことが望ましい。コンタクトホール16が大きい場合、半導体膜6を製膜後に段差部により結晶化が生じるからである。
次に、上記の層の上層にAl系材料もしくは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4(H))。
次に、上記のように形成された層の上層に、半導体層6を一様に形成し、半導体層6上に上部電極7を形成する(図4(I))。半導体層6は、例えば、セレンを主成分とする非晶質のa−Se(アモルファスセレン)からなる。上部電極7には、不図示のバイアス電源が接続されており、バイアス電源からバイアス電圧が供給されている。
次に、本実施の形態に係る放射線画像撮影装置100の動作原理について説明する。
上部電極7と蓄積容量下部電極14との間に電圧を印加した状態で、半導体層6にX線が照射されると、半導体層6内に電荷(電子−正孔対)が発生する。
半導体層6と電荷蓄積容量5とは電気的に直列に接続された構造となっているので、半導体層6内に発生した電子は+電極側に移動すると共に、正孔は−電極側に移動し、その結果、電荷蓄積容量5に電荷が蓄積される。
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、電荷蓄積容量5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の電荷蓄積容量5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。
ここで、本実施の形態に係る放射線画像撮影装置100では、図2に示すように、信号配線3が走査配線101及び蓄積容量配線102よりも下層の金属層より形成されている。
このように、本実施の形態によれば、走査配線101、信号配線3、及び蓄積容量配線102をセンサ部103よりも下層に各々絶縁膜を介して設けられた異なる金属層により形成しており、信号配線3を下層に形成することにより、信号配線3と下部電極11とが離れ、信号配線3の配線容量がより低下するため、信号配線3の電子ノイズをより低減させることできる。特に、本実施の形態のように、信号配線3を最も下層の金属層に形成することにより、電子ノイズを小さくすることができる。
また、本実施の形態によれば、走査配線101、信号配線3、及び蓄積容量配線102をセンサ部103よりも下層の金属層により形成しているので、センサ部103に照射されるX線が走査配線101、信号配線3、及び蓄積容量配線102によって遮られず、また、信号配線3とTFTスイッチ4との接続部分がセンサ部の配置に影響を与えなくなるため、フィルファクタの低下を抑えることができる。
また、TFTスイッチ4の製造工程において、静電破壊に起因して各信号配線間でリーク不良が多発することが問題となっている。本実施の形態の構造を採用した場合、TFTスイッチ4のソース電極−ゲート電極間の方が信号配線3と走査配線101の交差部よりも絶縁膜が薄くすることができるため、耐電圧が低く設定される。これにより、静電気によりリーク不良が発生した場合にも、高い確率でTFTスイッチ4のリーク不良となる。電磁波検出素子10では、配線間のリーク不良が発生した場合、ライン欠陥不良となるが、TFTスイッチ4でのリーク不良が発生した場合、TFTスイッチ4を切り離せば単一画素の不良とすることができる。通常、放射線画像撮影装置100では、単一画素の不良の場合、周辺画素のデータから欠陥画素の情報を生成し、画像補正することにより良品化することができるが、ライン欠陥不良の場合、画像補間による修正は困難な場合が多い。したがって、上記のようにライン欠陥不良を回避するようにすることによって製造歩留まりを向上することができる。
また、信号配線3は、低抵抗化することが必要なため、厚膜化することが好ましい。つまり、信号配線3の金属層は、ソース電極とドレイン電極の金属層よりも厚くすることが望ましい。しかし、ソース電極9及びドレイン電極13と同層に信号配線3を形成した場合には、金属膜を厚膜化した場合、パターンニングの精度が落ちるため、膜厚に制限があった。これに対し、本の実施の形態の電磁波検出素子10によれば、信号配線3を異なる金属層に形成するようにしたので、信号配線3を厚膜化して低抵抗な信号配線3を実現することができ、信号配線3ノイズを低減できる。また、ソース電極およびドレイン電極等の金属層を薄くすることができるのでプロセスを削減することができる。
[第2の実施の形態]
第2の実施の形態に係る放射線画像撮影装置100の構成は、上記第1の実施の形態(図1参照)と同一であるので、ここでの説明は省略する。
第2の実施の形態に係る放射線画像撮影装置100の構成は、上記第1の実施の形態(図1参照)と同一であるので、ここでの説明は省略する。
図5には、本実施の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6には、図5のA−A線断面図が示されている。
本実施の形態に係る電磁波検出素子10の基板1は、ポリイミド等の絶縁体を用いたフレキシブル基板とされている。この基板1には、各画素に対応する位置にスルーホール30が設けられており、導電性の金属によってメッキした後にパターニングすることにより、スルーホール30内部が導電性の金属により埋められると共に、スルーホール30部分の両面にそれぞれメタルキャップ31A、31Bが設けられている。
また、本実施の形態に係る電磁波検出素子10は、基板1の一方の面に蓄積容量配線102や走査配線101等の第2信号配線層以上の各層を形成し、基板1の他方の面に信号配線3を形成している。ソース電極9は、一方の面に設けられたメタルキャップ31Aに接続されており、信号配線3は他方の面にメタルキャップ31Bに接続されている。図6では、他方の面に設けた信号配線3を破線によって示している。
また、基板1としてポリイミド等の絶縁体を用いた場合、半導体層6をIGZO、ZmOなどの酸化物半導体で形成する。酸化物半導体は、アモルファスセレンに比べて低温で形成可能であるため、ポリイミド等を用いた基板1にも、例えば、スパッタリング法により層を形成することができる。なお、本実施の形態では、基板1としてポリイミド等の絶縁体を用いた場合について説明したが、無アルカリガラス等からなる基板を用いもよい。この場合は、例えば、ウェットエッジ又はサンドブラスト工程を行うことにより基板にスルーホールを形成することができる。
次に、本実施の形態に係る放射線画像検出装置100の動作原理について説明する。
信号配線3は、スルーホール30を介してTFTスイッチ4に接続されている。信号配線3には、TFTスイッチ4がONされることにより電荷蓄積容量5に蓄積された電荷量に応じた電気信号が流れる。
このように、信号配線3を基板1の他方の面に設けることにより、走査配線101や蓄積容量配線102、下部電極11とが離れるため、信号配線3の配線容量を小さくすることができる。
また、本実施の形態によれば、信号配線3を基板1の他方の面に設けることにより、配線配置の自由度を高めることができる。
なお、上記各実施の形態では、蓄積容量配線102を信号配線3に並行に設けたが、蓄積容量配線102を走査配線101に並行に設けてもよい。例えば、図7には、第1の実施の形態に係る電磁波検出素子10において、蓄積容量配線102を信号配線3に並行に設けた場合の構造を示す平面図が示されている。このように蓄積容量配線102を信号配線3に並行に設けることにより、画素領域において蓄積容量配線102と信号配線3が交差しなくなるため、信号配線3の配線容量を小さくすることができる。
また、上記各実施の形態では、第1〜第3信号配線層の3層の金属層によって電磁波検出素子10の各配線を形成した場合について説明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、より多くの金属層を用いて形成してもよい。
また、上記各実施の形態では、共通配線として、各電荷蓄積容量5の蓄積容量下部電極14に対して共通にバイアス電圧を印加するための蓄積容量配線102を設けた場合について説明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い。例えば、各センサ部103に対応して個別に上部電極7を形成して、半導体層6に対して各上部電極7からバイアス電圧を印加するように構成した場合、共通配線として、例えば、半導体層6の下層に、各上部電極7にバイアス電圧を印加するためのバイアス配線を信号配線3と並行に配置し、絶縁膜及び層間絶縁膜12に形成されたコンタクトホールを介して上部電極7と接続するようにしてもよい。
また、上記各実施の形態では、半導体層6において放射線を直接電荷に変換する、いわゆる直接変換方式の電磁波検出素子10に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い。例えば、放射線が衝突することにより電磁波(例えば、光)を発する物質、いわゆるシンチレータにより発生した光を光電変換し、得られる電荷を各光電変換素子に付随する容量(補助容量をさらに付設する場合もある)に蓄積する、いわゆる間接変換方式の電磁波検出素子において、各光電変換素子の電極にバイアス電圧を印加するためのバイアス配線を同様の構成としてもよい。
この間接変換方式の電磁波検出素子では、半導体層6上にシンチレータによる層を形成し、一旦X線をシンチレータに吸収させ、その際にシンチレータから生じる光を受けて半導体層6が電荷を発生することになるが、半導体層6としては1μmから20μm程度の厚さでよい。これにより、画素毎の下部電極11の静電容量が大きくなるので、直接変換方式のように電荷蓄積容量5を別途形成しない場合も多い。
間接変換方式の電磁波検出素子では、直接変換方式の電磁波検出素子のように半導体層6を連続的に形成しても良いが、半導体層6が画素毎に区切られてアレイ状に設けられることが多い。その場合、上部電極7は共通配線によって接続される。
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撮影装置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撮影装置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。
3 信号配線
4 TFTスイッチ(薄膜トランジスタ)
5 電荷蓄積容量
6 半導体層
7 上部電極(バイアス電極)
10 電磁波検出素子
11 下部電極
12 層間絶縁膜
13 ドレイン電極
14 蓄積容量下部電極
15A 絶縁膜
15B 絶縁膜
100 放射線画像撮影装置
101 走査配線
102 蓄積容量配線(共通配線)
103 センサ部
4 TFTスイッチ(薄膜トランジスタ)
5 電荷蓄積容量
6 半導体層
7 上部電極(バイアス電極)
10 電磁波検出素子
11 下部電極
12 層間絶縁膜
13 ドレイン電極
14 蓄積容量下部電極
15A 絶縁膜
15B 絶縁膜
100 放射線画像撮影装置
101 走査配線
102 蓄積容量配線(共通配線)
103 センサ部
Claims (6)
- 並列に設けられた複数の走査配線と、
前記走査配線と交差して並列に設けられた複数の信号配線と、
前記走査配線と前記信号配線との交差部に対応して設けられ、前記走査配線と前記信号配線に接続された薄膜トランジスタと、
電磁波の照射に応じて電荷を発生する半導体層及び当該半導体層に発生した電荷を収集する収集電極を有し、前記薄膜トランジスタの各々に接続されたセンサ部と、
前記センサ部に対して共通にバイアス電圧を印加するために設けられた複数の共通配線と、を備え、
前記走査配線、前記信号配線、及び前記共通配線は前記センサ部よりも下層に各々絶縁膜を介して別々に設けられた配線層により形成されており、前記信号配線は前記走査配線及び前記共通配線が形成された配線層よりも前記収集電極から離れた配線層により形成された
電磁波検出素子。 - 前記走査配線、前記信号配線、及び前記共通配線は基板の一方の面に前記センサ部と共に形成されており、前記信号配線は前記走査配線及び前記共通配線よりも下層の配線層により形成された
請求項1記載の電磁波検出素子。 - 前記走査配線、及び前記共通配線は基板の一方の面に前記センサ部と共に形成されており、前記信号配線は基板の他方の面に形成され当該基板に設けられたスルーホールを介して前記薄膜トランジスと接続されている
請求項1記載の電磁波検出素子。 - 前記共通配線を、前記信号配線に並列に設けられている
請求項1〜請求項3の何れか1項記載の電磁波検出素子。 - 前記センサ部は、前記半導体層に対してバイアス電圧を印加するバイアス電極を各々有し、
前記共通配線を、前記バイアス電極に接続した
請求項1〜請求項4の何れか1項記載の電磁波検出素子。 - 前記センサ部は、電磁波が照射されることにより前記半導体層に発生した電荷を蓄積する蓄積容量を各々有し、
前記共通配線を、前記蓄積容量に接続した
請求項1〜請求項4の何れか1項記載の電磁波検出素子。
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JP2008159671A JP2010003766A (ja) | 2008-06-18 | 2008-06-18 | 電磁波検出素子 |
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-
2008
- 2008-06-18 JP JP2008159671A patent/JP2010003766A/ja active Pending
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