JP2012146805A - 放射線撮像装置、放射線撮像表示システムおよびトランジスタ - Google Patents
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Abstract
【解決手段】放射線撮像装置1は、フォトダイオードとトランジスタ111Bとを含む光電変換層を有する。トランジスタ111Bは、基板11上に、第1ゲート電極120A、第1ゲート絶縁膜129、半導体層126、第2ゲート絶縁膜130および第2ゲート電極120Bをこの順に有し、第1ゲート絶縁膜129および第2ゲート絶縁膜130におけるSiO2膜の総和が65nm以下となっている。トランジスタが被曝すると、ゲート絶縁膜におけるSiO2膜に正孔がチャージされ、閾値電圧がシフトし易くなるが、上記のようなSiO2膜厚の最適化により、閾値電圧シフトが効果的に抑制される。
【選択図】図4
Description
1.実施の形態(ゲート絶縁膜における酸化シリコン膜の厚みの総和が65nm以下のトランジスタを含む間接変換型の放射線撮像装置の例)
2.変形例1(画素駆動回路をパッシブ駆動回路とした例)
3.変形例2(直接変換型の放射線撮像装置の例)
4.適用例(放射線撮像表示システムの例)
[放射線撮像装置の全体構成]
図1は、本発明の一実施の形態に係る放射線撮像装置(放射線撮像装置1)の全体構成を表すものである。放射線撮像装置1は、いわゆる間接変換型FPD(Flat Panel Detector)であり、α線、β線、γ線、X線に代表される放射線を波長変換後に受光し、放射線に基づく画像情報を読み取るものである。この放射線撮像装置1は、医療用をはじめ、手荷物検査等のその他の非破壊検査用のX線撮像装置として好適に用いられるものである。
図2は、画素部12の断面構造を表したものである。画素部12は、基板11上に、後述のフォトダイオード111Aおよびトランジスタ111Bを含む光電変換層112を有し、これらの光電変換層112上に、層間絶縁膜等よりなる絶縁膜112が形成されている。この光電変換層112上には、例えば平坦化膜113が設けられている。尚、平坦化膜113上には、図示しない保護膜が設けられていてもよいし、平坦化膜113が保護膜を兼ねていてもよい。
図3は、光電変換層112における単位画素12aの回路構成の一例である。単位画素12aは、フォトダイオード111A(光電変換素子)と、トランジスタTr1,Tr2,Tr3(後述のトランジスタ111Bに相当)と、前述の垂直信号線18と、画素駆動線17としての行選択線171およびリセット制御線172とを含むものである。
図4は、トランジスタ111Bの断面構成例であり、光電変換層112の断面構造の一部に相当するものである。図5は、図4における半導体層126近傍の積層構造を模式的に表したものである。
上記のようなトランジスタ111Bは、例えば次のようにして作製することができる。図6〜9は、トランジスタ111Bの作製方法を工程順に説明するための断面図である。
図10は、フォトダイオード111Aの断面構成例であり、図2に示した光電変換層112の一部に相当するものである。このフォトダイオード111Aは、上記トランジスタ111Bと共に基板11上に設けられ、その積層構造の一部がトランジスタ111Bと共通し、同一の薄膜プロセスによって形成されるものである。以下、フォトダイオード111Aの詳細構成について説明する。
上記のようなフォトダイオード111Aおよびトランジスタ111B(光電変換層112)が形成された基板11上を平坦化するために形成されるものであり、有機膜により構成されている。
シンチレータ層114は、放射線をフォトダイオード111Aの感度域に波長変換するものである。このシンチレータ層114は、例えばX線を可視光に変換する蛍光体が用いられる。このような蛍光体としては、例えば、ヨウ化セシウム(CsI)にタリウム(Tl)を添加したもの、酸化硫黄カドミウム(Gd2O2S)にテルビウム(Tb)を添加したもの、BaFX(XはCl,Br,I等)等が挙げられる。シンチレータ層114の厚みは100μm〜600μmであることが望ましく、例えば600μmである。このようなシンチレータ層114は、平坦化膜113上に例えば真空蒸着法を用いて成膜することができる。
保護膜115は、例えばパリレンCよりなる有機膜である。シンチレータ層114に用いられる上記のような蛍光体材料、特にCsIは水分によって劣化し易いため、シンチレータ層114上には、水分バリア層としての保護膜115が設けられていることが望ましい。
本実施の形態の作用、効果について、図1〜図5および図10〜図13を参照して説明する。放射線撮像装置1では、図示しない放射線(例えばX線)照射源から照射され、被写体(検出体)を透過した放射線を取り込み、この放射線を波長変換した後に光電変換することによって、被写体の画像を電気信号として取得する。詳細には、放射線撮像装置1に入射した放射線は、まず、画素部12上に設けられたシンチレータ層114において、フォトダイオード111Aの感度域(ここでは可視域)の波長に変換される。そして、この波長変換後の光は、シンチレータ層114を出射すると、平坦化層113を透過し、光電変換層112へ入射する。
ここで、本実施の形態の比較例に係るトランジスタ(トランジスタ100)の断面構造を、図11に示す。トランジスタ100は、基板101上に、ゲート電極102、ゲート絶縁膜103、チャネル層104aを含む半導体層104および第1層間絶縁膜105がこの順に設けられている。第1層間絶縁膜105には、コンタクトホールが設けられ、このコンタクトホールを介してソース・ドレイン電極106が半導体層104に接続されている。ソース・ドレイン電極106および第1層間絶縁膜105上には第2層間絶縁膜107が形成されている。このような構成において、ゲート絶縁膜103は、基板101側から順に窒化シリコン膜103Aおよび酸化シリコン膜103Bを積層したものである。第1層間絶縁膜105は、基板11側から順に、酸化シリコン膜105A、窒化シリコン膜105Bおよび酸化シリコン膜15Cを積層したものである。
ここで、実施例として、図4に示したトランジスタ構造において、第1ゲート絶縁膜129および第2ゲート絶縁膜130の各層の膜厚を変化させて閾値電圧のシフト量(ΔVth)について測定した。具体的には、図14に示したように、実施例1〜5として、SiO2膜の膜厚の総和(SiO2合計)を、10nm,40nm,55nm,65nmとした場合についてそれぞれ閾値電圧を測定した。
上記実施の形態では画素の駆動回路をアクティブ駆動回路により構成した例について説明したが、図18に示したようなパッシブ駆動回路であってもよい。尚、上記実施の形態と同一の構成要素については同一符号を付してその説明は省略する。本変形例では、単位画素Pが、フォトダイオード111A、容量成分138およびトランジスタTr(読出し用のトランジスタTr3に相当)を含んで構成されている。トランジスタTrは、蓄積ノードNと垂直信号線18との間に接続されており、行走査信号Vreadに応答してオンすることにより、フォトダイオード111Aにおける受光量に基づいて蓄積ノードNに蓄積された信号電荷を垂直信号線18へ出力する。このように、画素の駆動方式は、上記実施の形態で述べたアククティブ駆動方式に限らず、本変形例のようなパッシブ駆動方式であってもよい。
上記実施の形態では、放射線撮像装置として、画素部12上にシンチレータ層114を設けた間接変換型FPDを例に挙げたが、本発明の放射線撮像装置は、直接変換型FPDにも適用可能である。即ち、放射線から可視光への波長変換を行うシンチレータ層114(および保護膜115)を有さず、画素部12が、放射線を電気信号へ直接変換する機能を有していてもよい。図19にその一例(ここでは、上記変形例1において説明したパッシブ駆動回路を用いた画素部の例を挙げる)を示す。本変形例では、画素部12が、光電変換素子111C、容量成分141およびトランジスタTr(読出し用のトランジスタTr3に相当)を含み、光電変換素子111Cにおいて放射線から電気信号への変換がなされるようになっている。光電変換素子111Cは、例えば上部電極139Aと画素電極139Bとの間に、直接変換層140を有し、この直接変換層140は、例えばアモルファスセレン半導体(a−Se),カドミウムテルル半導体(CdTe)により構成されている。
上記実施の形態および変形例1,2において説明した放射線撮像装置1は、例えば図20に示したような放射線撮像表示システム2に適用可能である。放射線撮像表示システム2は、放射線撮像装置1と、画像処理部25と、表示装置28とを備えている。このような構成により、放射線撮像表示システム2では、放射線撮像装置1が、X線源26から被写体27に向けて照射された放射線に基づき、被写体27の画像データDoutを取得し、画像処理部25へ出力する。画像処理部25は、入力された画像データDoutに対して所定の画像処理を施し、その画像処理後の画像データ(表示データD1)を表示装置28へ出力する。表示装置28は、モニタ画面28aを有しており、そのモニタ画面28aに、画像処理部25から入力された表示データD1に基づく画像を表示する。
Claims (13)
- 基板上に、第1のゲート電極、第1のゲート絶縁膜、半導体層、第2のゲート絶縁膜および第2のゲート電極をこの順に有し、
前記第1および第2のゲート絶縁膜がそれぞれ、酸素を有する1または複数のシリコン化合物膜を含み、かつそれらのシリコン化合物膜の厚みの総和が65nm以下である
トランジスタ。 - 前記シリコン化合物膜が酸化シリコン(SiO2)膜である
請求項1に記載のトランジスタ。 - 前記第1のゲート絶縁膜は、前記基板側から順に窒化シリコン膜および酸化シリコン膜を積層したものであり、
前記第2のゲート絶縁膜は、前記第1のゲート電極側から順に、酸化シリコン膜、窒化シリコン膜および酸化シリコン膜を積層したものである
請求項2に記載のトランジスタ。 - 前記半導体層は、多結晶シリコン、微結晶シリコン、非結晶シリコンまたは酸化物半導体からなる
請求項1に記載のトランジスタ。 - 前記半導体層は、低温多結晶シリコンからなる
請求項4に記載のトランジスタ。 - トランジスタおよび光電変換素子を含む画素部を備え、
前記トランジスタは、
基板上に、第1のゲート電極、第1のゲート絶縁膜、半導体層、第2のゲート絶縁膜および第2のゲート電極をこの順に有し、
前記第1および第2のゲート絶縁膜はそれぞれ、酸素を有する1または複数のシリコン化合物膜を含み、かつそれらのシリコン化合物膜の厚みの総和が65nm以下である
放射線撮像装置。 - 前記シリコン化合物膜が酸化シリコン(SiO2)膜である
請求項6に記載の放射線撮像装置。 - 前記第1のゲート絶縁膜は、前記基板側から順に窒化シリコン膜および酸化シリコン膜を積層したものであり、
前記第2のゲート絶縁膜は、前記第1のゲート電極側から順に、酸化シリコン膜、窒化シリコン膜および酸化シリコン膜を積層したものである
請求項7に記載の放射線撮像装置。 - 前記半導体層は、多結晶シリコン、微結晶シリコン、非結晶シリコンまたは酸化物半導体からなる
請求項6に記載の放射線撮像装置。 - 前記半導体層は、低温多結晶シリコンからなる
請求項9に記載の放射線撮像装置。 - 前記画素部上に、放射線の波長を前記光電変換素子の感度域の波長に変換する波長変換層を備えた
請求項6ないし請求項10のいずれか1項に記載の放射線撮像装置。 - 前記光電変換素子が、放射線を吸収して電気信号に変換する機能を有する
請求項6ないし請求項10のいずれか1項に記載の放射線撮像装置。 - 放射線に基づく画像を取得する撮像装置と、前記撮像装置により取得された画像を表示する表示装置とを備え、
前記撮像装置は、
トランジスタおよび光電変換素子を含む画素部を備え、
前記トランジスタは、
基板上に、第1のゲート電極、第1のゲート絶縁膜、半導体層、第2のゲート絶縁膜および第2のゲート電極をこの順に有し、
前記第1および第2のゲート絶縁膜はそれぞれ、酸素を有する1または複数のシリコン化合物膜を含み、かつそれらのシリコン化合物膜の厚みの総和が65nm以下である
放射線撮像表示システム。
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