JP2013157347A - Imaging device and method of manufacturing the same, and imaging display system - Google Patents
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Images
Abstract
Description
本開示は、光電変換素子を含むセンサー基板を有する撮像装置およびその製造方法、ならびにそのような撮像装置を備えた撮像表示システムに関する。 The present disclosure relates to an imaging device having a sensor substrate including a photoelectric conversion element, a manufacturing method thereof, and an imaging display system including such an imaging device.
従来、各画素(撮像画素)に光電変換素子(フォトダイオード)を内蔵する撮像装置として、種々のものが提案されている(例えば、特許文献1参照)。そのような光電変換素子を有する撮像装置の一例としては、いわゆる光学式のタッチパネルや、放射線撮像装置などが挙げられる。 2. Description of the Related Art Conventionally, various devices have been proposed as an image pickup device in which a photoelectric conversion element (photodiode) is built in each pixel (image pickup pixel) (for example, see Patent Document 1). As an example of an imaging apparatus having such a photoelectric conversion element, a so-called optical touch panel, a radiation imaging apparatus, and the like can be given.
ところで、上記したような撮像装置では一般に、複数の画素を駆動(撮像駆動)することによって撮像画像が得られる。このようにして得られる撮像画像の画質を向上させるための手法についても従来より種々のものが提案されているが、更なる改善手法の提案が望まれる。 By the way, generally in an imaging device as described above, a captured image is obtained by driving (imaging driving) a plurality of pixels. Various methods for improving the image quality of the captured image obtained in this way have been proposed, but further improvement methods are desired.
本開示はかかる問題点に鑑みてなされたもので、その目的は、撮像画像の画質を向上させることが可能な撮像装置およびその製造方法、ならびにそのような撮像装置を備えた撮像表示システムを提供することにある。 The present disclosure has been made in view of such problems, and an object thereof is to provide an imaging device capable of improving the image quality of a captured image, a manufacturing method thereof, and an imaging display system including such an imaging device. There is to do.
本開示の撮像装置は、基板上に形成された複数の光電変換素子およびその駆動素子と、光電変換素子および駆動素子の上層側に配設された平坦化膜とを有するセンサー基板を備え、平坦化膜が黒色膜からなるものである。 An imaging apparatus according to an embodiment of the present disclosure includes a sensor substrate having a plurality of photoelectric conversion elements formed on a substrate and a driving element thereof, and a planarization film disposed on an upper layer side of the photoelectric conversion elements and the driving elements. The chemical film is a black film.
本開示の撮像表示システムは、上記本開示の撮像装置と、この撮像装置により得られた撮像信号に基づく画像表示を行う表示装置とを備えたものである。 The imaging display system of the present disclosure includes the imaging device of the present disclosure and a display device that displays an image based on an imaging signal obtained by the imaging device.
本開示の撮像装置の製造方法は、センサー基板を形成する工程を含むようにしたものである。このセンサー基板を形成する工程は、基板上に複数の光電変換素子およびその駆動素子を形成する工程と、光電変換素子および駆動素子の上層側に黒色膜からなる平坦化膜を形成する工程とを含んでいる。 The manufacturing method of the imaging device of the present disclosure includes a step of forming a sensor substrate. The step of forming the sensor substrate includes a step of forming a plurality of photoelectric conversion elements and their driving elements on the substrate, and a step of forming a flattening film made of a black film on the upper side of the photoelectric conversion elements and the driving elements. Contains.
本開示の撮像装置およびその製造方法ならびに撮像表示システムでは、センサー基板における光電変換素子および駆動素子の上層側の平坦化膜が、黒色膜からなる。これにより、駆動素子への光照射が防止され、光リークに起因した駆動素子の特性劣化が抑えられる。また、光電変換素子への迷光の入射が防止され、撮像信号におけるノイズ成分が低減する。 In the imaging device, the manufacturing method thereof, and the imaging display system of the present disclosure, the planarization film on the upper layer side of the photoelectric conversion element and the driving element in the sensor substrate is made of a black film. As a result, light irradiation to the drive element is prevented, and deterioration of the characteristics of the drive element due to light leakage is suppressed. In addition, stray light is prevented from entering the photoelectric conversion element, and noise components in the imaging signal are reduced.
本開示の撮像装置およびその製造方法ならびに撮像表示システムによれば、センサー基板における光電変換素子および駆動素子の上層側の平坦化膜が黒色膜からなるようにしたので、光リークに起因した駆動素子の特性劣化を抑えることができると共に、迷光の入射に起因した撮像信号におけるノイズ成分を低減することができる。よって、撮像画像の画質を向上させることが可能となる。 According to the imaging apparatus, the manufacturing method thereof, and the imaging display system of the present disclosure, since the planarization film on the upper layer side of the photoelectric conversion element and the driving element in the sensor substrate is made of a black film, the driving element caused by light leakage Of the image pickup signal due to the incidence of stray light can be reduced. Therefore, the image quality of the captured image can be improved.
以下、本開示の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。なお、説明は以下の順序で行う。
1.実施の形態(放射線撮像装置において平坦化膜を黒色膜により構成した例)
2.変形例(黒色膜からなる平坦化膜が光電変換素子の電極と隔離配置された例)
3.適用例(放射線撮像表示システムへの適用例)
4.その他の変形例(放射線撮像装置以外の撮像装置の例等)
Hereinafter, embodiments of the present disclosure will be described in detail with reference to the drawings. The description will be given in the following order.
1. Embodiment (Example in which the flattening film is formed of a black film in the radiation imaging apparatus)
2. Modified example (example in which a flattened film made of a black film is separated from an electrode of a photoelectric conversion element)
3. Application example (application example to radiation imaging display system)
4). Other variations (examples of imaging devices other than radiation imaging devices)
<実施の形態>
[放射線撮像装置1の断面構成]
図1は、本開示の一実施の形態に係る撮像装置(放射線撮像装置1)の断面構成例を表すものである。放射線撮像装置1は、α線、β線、γ線、X線に代表される放射線を波長変換して受光し、放射線に基づく画像情報を読み取る(被写体を撮像する)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。
<Embodiment>
[Cross-sectional configuration of radiation imaging apparatus 1]
FIG. 1 illustrates a cross-sectional configuration example of an imaging apparatus (radiation imaging apparatus 1) according to an embodiment of the present disclosure. The
放射線撮像装置1は、センサー基板10上に後述する波長変換部材20が配設されたものである。これらのセンサー基板10および波長変換部材20は、別々のモジュールとして作製されたものである。
The
センサー基板10は、複数の画素(後述する単位画素P)を有している。このセンサー基板10は、基板11の表面に、複数のフォトダイオード111A(光電変換素子)と、このフォトダイオード111Aの駆動素子としての薄膜トランジスタ(TFT:Thin Film Transistor)111Bとを含む画素回路が形成されたものである。本実施の形態では、これらのフォトダイオード111Aおよび薄膜トランジスタ111Bは、ガラス等よりなる基板11上に並設されており、それらの一部(ここでは、後述のゲート絶縁膜121,第1層間絶縁膜112A,第2層間絶縁膜112B)が互いに共通の層となっている。
The
ゲート絶縁膜121は、基板11上に設けられており、例えば酸化シリコン(SiO2)膜、酸窒化シリコン(SiON)膜および窒化シリコン膜(SiN)のうちの1種よりなる単層膜またはそれらのうちの2種以上よりなる積層膜により構成されている。
The
第1層間絶縁膜112Aは、ゲート絶縁膜121上に設けられており、例えば酸化シリコン膜または窒化シリコン膜等の絶縁膜からなる。この第1層間絶縁膜112Aはまた、後述する薄膜トランジスタ111B上を覆う保護膜(パッシベーション膜)としても機能するようになっている。
The first interlayer
(フォトダイオード111A)
フォトダイオード111Aは、入射光の光量(受光量)に応じた電荷量の電荷(光電荷)を発生して内部に蓄積する光電変換素子であり、例えばPIN(Positive Intrinsic Negative Diode)型のフォトダイオードからなる。フォトダイオード111Aでは、その感度域が例えば可視域となっている(受光波長帯域が可視域である)。このフォトダイオード111Aは、例えば、基板11上の選択的な領域に、ゲート絶縁膜121および第1層間絶縁膜112Aを介して配設されている。
(Photodiode 111A)
The
具体的には、フォトダイオード111Aは、第1層間絶縁膜112A上に、下部電極124、n型半導体層125N、i型半導体層125I、p型半導体層125Pおよび上部電極126がこの順に積層されてなる。これらのうち、n型半導体層125N、i型半導体層125Iおよびp型半導体層125Pが、本開示における「光電変換層」の一具体例に対応する。なお、ここでは、基板側(下部側)にn型半導体層125N、上部側にp型半導体層125Pをそれぞれ設けた例を挙げたが、これと逆の構造、すなわち下部側(基板側)をp型半導体層、上部側をn型半導体層とした構造であってもよい。
Specifically, in the
下部電極124は、光電変換層(n型半導体層125N,i型半導体層125I,p型半導体層125P)から信号電荷を読み出すための電極であり、ここでは薄膜トランジスタ111Bにおける後述するドレイン電極123Dに接続されている。このような下部電極124は、例えば、モリブデン(Mo),アルミニウム(Al),モリブデンが積層された3層構造(Mo/Al/Mo)からなる。
The
n型半導体層125Nは、例えば非晶質シリコン(アモルファスシリコン:a−Si)により構成され、n+領域を形成するものである。このn型半導体層125Nの厚みは、例えば10nm〜50nm程度である。
The n-
i型半導体層125Iは、n型半導体層125Nおよびp型半導体層125Pよりも導電性の低い半導体層、例えばノンドープの真性半導体層であり、例えば非晶質シリコン(a−Si)により構成されている。このi型半導体層125Iの厚みは、例えば400nm〜1000nm程度であるが、厚みが大きい程、光感度を高めることができる。
The i-
p型半導体層125Pは、例えば非晶質シリコン(a−Si)により構成され、p+領域を形成するものである。このp型半導体層125Pの厚みは、例えば40nm〜50nm程度である。
The p-
上部電極126は、例えば光電変換の際の基準電位(バイアス電位)を前述した光電変換層へ供給するための電極であり、基準電位供給用の電源配線である配線層127に接続されている。この上部電極126は、例えばITO(Indium Tin Oxide)等の透明導電膜により構成されている。
The
(薄膜トランジスタ111B)
薄膜トランジスタ111Bは、例えば電界効果トランジスタ(FET:Field Effect Transistor)からなる。この薄膜トランジスタ11Bでは、基板11上に、例えばチタン(Ti),Al,Mo,タングステン(W),クロム(Cr)等からなるゲート電極120が形成され、このゲート電極120上に前述したゲート絶縁膜121が形成されている。
(
The
また、ゲート絶縁膜121上には半導体層122が形成されており、この半導体層122はチャネル領域を有している。半導体層122は、例えば多結晶シリコン、微結晶シリコンまたは非晶質シリコンにより構成されている。あるいは、酸化インジウムガリウム亜鉛(InGaZnO)または酸化亜鉛(ZnO)等の酸化物半導体により構成されていてもよい。
A
このような半導体層122上には、読出し用の信号線や各種の配線に接続された、ソース電極123Sおよびドレイン電極123Dが形成されている。具体的には、ここでは、ドレイン電極123Dがフォトダイオード111Aにおける下部電極124に接続され、ソース電極123Sが後述する垂直信号線18(ソース線)に接続されている。これらのソース電極123Sおよびドレイン電極123Dはそれぞれ、例えば、Ti,Al,Mo,W,Cr等により構成されている。
On the
センサー基板10ではまた、このようなフォトダイオード111Aおよび薄膜トランジスタ111Bの上層に、第2層間絶縁膜112B、第1平坦化膜113A、保護膜114および第2平坦化膜113Bがこの順に設けられている。
In the
(第2層間絶縁膜112B)
第2層間絶縁膜112Bは、薄膜トランジスタ111B上と、フォトダイオード111Aにおける側面および上面(上部電極127上)の端部とを覆うように設けられており、例えば酸化シリコン膜または窒化シリコン膜等の絶縁膜からなる。なお、この第2層間絶縁膜112Bが、本開示における「層間絶縁膜」の一具体例に対応する。
(Second
The second
(第1平坦化膜113A)
第1平坦化膜113Aは、フォトダイオード111Aおよび薄膜トランジスタ111Bの上層側に配設されており、本実施の形態では黒色膜により構成されている。具体的には、この黒色膜は、例えば黒色化樹脂(以下の遮光性粒子を含むことで黒色化した樹脂)からなる。詳細には、この黒色化樹脂は、例えば、アクリル等の透明樹脂中に、カーボン(C)やチタン(Ti)などの粒子(遮光性粒子)が分散されてなる。これにより、第1平坦化膜113Aはある程度の導電性を示す場合があることから、できるだけ高抵抗となる(導電性が低くなる)ようにするのが望ましい。第1平坦化膜113Aの厚みは、フォトダイオード111Aの形成領域を除いた部分(平坦部)において、例えば2.1μm程度以下であることが望ましい。後述する迷光(隣接画素からの入射光)の入射を抑止する作用と、平坦化作用(断線の防止作用)とを両立させるためである。この第1平坦化膜113Aにはまた、フォトダイオード111Aの形成領域付近に対応して、開口部H1が形成されている。この開口部H1の側面はテーパ状となっており、この側面はフォトダイオード111Aの上部電極126上に配置されている。なお、この第1平坦化膜113Aが、本開示における「平坦化膜」の一具体例に対応する。
(
The
保護膜114は、上部電極126、配線層127および第1平坦化膜113A上の全面に設けられており、例えば酸化シリコン膜または窒化シリコン膜等の絶縁膜からなる。
The
第2平坦化膜113Bは、保護膜114上の全面に設けられており、例えばポリイミド等の透明樹脂材料からなる。
The
(波長変換部材20)
波長変換部材20は、前述したように、センサー基板10とは別のモジュールとして作製されたものであり、例えばシンチレータプレート(シンチレータパネル)等からなる。つまり、この波長変換部材20は平板状(プレート状)の部材であり、例えばガラスなどの透明な基板上にシンチレータ層(波長変換層)が設けられたものである。このシンチレータ層上には、更に防湿性を有する保護膜が形成されていてもよく、あるいはシンチレータ層および基板の全体を覆うように保護膜が設けられていてもよい。
(Wavelength conversion member 20)
As described above, the
このような波長変換部材20には、例えば放射線(X線)を可視光に変換するシンチレータ(蛍光体)が用いられる。換言すると、波長変換部材20は、外部から入射した放射線(X線)を光電変換素子111Aの感度域(可視域)に波長変換する機能を有している。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(CsI;Tl)、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。シンチレータ層の厚みは100μm〜600μmであることが望ましい。例えば蛍光体材料としてCsI;Tlを用いた場合には、厚みは例えば600μmである。なお、このシンチレータ層は、透明基板上に例えば真空蒸着法を用いて成膜することができる。ここでは、波長変換部材20として上記のようなシンチレータプレートを例示したが、放射線をフォトダイオード111Aの感度域に波長変換可能な波長変換部材であればよく、上述の材料に特に限定されない。
For such a
[センサー基板10の詳細構成]
図2は、上記のようなセンサー基板10の機能ブロック構成を表したものである。センサー基板10は、基板11上に、撮像領域(撮像部)としての画素部12を有すると共に、この画素部12の周辺領域に、例えば行走査部13、水平選択部14、列走査部15およびシステム制御部16からなる周辺回路(駆動回路)を有している。
[Detailed Configuration of Sensor Board 10]
FIG. 2 shows a functional block configuration of the
(画素部12)
画素部12は、例えば行列状に2次元配置された単位画素P(以下、単に「画素」と記述する場合もある)を有し、単位画素Pは、前述のフォトダイオード111Aおよび薄膜トランジスタ111Bを含んでいる。この単位画素Pには、例えば画素行ごとに画素駆動線17(例えば行選択線およびリセット制御線等:ゲート線)が配線され、画素列ごとに垂直信号線18(ソース線)が配線されている。画素駆動線17は、単位画素Pからの信号読み出しのための駆動信号を伝送するものである。画素駆動線17の一端は、行走査部13の各行に対応した出力端に接続されている。
(Pixel part 12)
The
ここで図3は、センサー基板10(画素部12)における単位画素Pの平面構成例を表したものである。このように単位画素Pでは、薄膜トランジスタ111B(駆動素子)におけるドレイン電極123Dがフォトダイオード111Aにおける下部電極124に接続され、ソース電極123Sが垂直信号線18に接続されている。なお、この図3中に示したII−II線に沿った断面構成例が、図1に示したセンサー基板10の断面構成に対応している。
Here, FIG. 3 illustrates a planar configuration example of the unit pixel P in the sensor substrate 10 (pixel unit 12). Thus, in the unit pixel P, the
一方、図4は、図3中に示したIII−III線に沿った、センサー基板10の断面構成例を表したものである。この図4に示した断面構成は、基本的には図1に示した断面構成と同様であるが、基板11上において薄膜トランジスタ111Bの代わりに垂直信号線18が形成されている。具体的には、ゲート絶縁膜121と第1層間絶縁膜112Aとの間の選択的な領域(図1における薄膜トランジスタ111Bの形成領域に対応)に、垂直信号線18が設けられている。
On the other hand, FIG. 4 shows a cross-sectional configuration example of the
(周辺回路)
図2に示した行走査部13は、シフトレジスタやアドレスデコーダ等によって構成され、画素部12の各画素Pを、例えば行単位で駆動する画素駆動部である。行走査部13によって選択走査された画素行の各画素Pから出力される信号(撮像信号)は、垂直信号線18の各々を通して水平選択部14に供給される。
(Peripheral circuit)
The
水平選択部14は、垂直信号線18ごとに設けられたアンプや水平選択スイッチ等によって構成されている。
The
列走査部15は、シフトレジスタやアドレスデコーダ等によって構成され、水平選択部14の各水平選択スイッチを走査しつつ順番に駆動するものである。この列走査部15による選択走査により、垂直信号線18の各々を通して伝送される各画素の信号が順番に水平信号線19に出力され、この水平信号線19を通して基板11の外部へ伝送されるようになっている。
The
なお、これらの行走査部13、水平選択部14、列走査部15および水平信号線19からなる回路部分は、基板11上に直に形成されていてもよいし、あるいは外部制御IC(Integrated Circuit)に配設されたものであってもよい。また、それらの回路部分は、ケーブル等により接続された他の基板に形成されていてもよい。
The circuit portion including the
システム制御部16は、基板11の外部から与えられるクロックや、動作モードを指令するデータなどを受け取り、また、放射線撮像装置1の内部情報などのデータを出力するものである。システム制御部16は更に、各種のタイミング信号を生成するタイミングジェネレータを有し、このタイミングジェネレータで生成された各種のタイミング信号を基に、行走査部13、水平選択部14および列走査部15などの周辺回路の駆動制御を行うようになっている。
The
[撮像装置1の製造方法]
上記のような放射線撮像装置1は、例えば次のようにして製造することができる。図5〜図10は、放射線撮像装置1の製造方法(特にセンサー基板10の製造方法)の一例を、工程順に断面図で表したものである。
[Manufacturing Method of Imaging Device 1]
The
最初に、センサー基板10を作製する。具体的には、まず図5に示したように、例えばガラスよりなる基板11上に、薄膜トランジスタ111Bを、公知の薄膜プロセスにより形成する。続いて、この薄膜トランジスタ111B上に、前述した材料からなる第1層間絶縁膜112Aを、例えばCVD(Chemical Vapor Deposition:化学気相成長)法およびフォトリソグラフィ法を用いて形成する。そののち、薄膜トランジスタ111Bにおけるドレイン電極123Dと電気的に接続するようにして、前述した材料からなる下部電極124を、例えばスパッタ法およびフォトリソグラフィ法を用いて形成する。
First, the
次いで、図6に示したように、第1層間絶縁膜112A上の全面に、前述した材料からなるn型半導体層125N、i型半導体層125Iおよびp型半導体層125Pをこの順に、例えばCVD法により成膜する。そののち、p型半導体層125P上のフォトダイオード111Aの形成予定領域に、前述した材料からなる上部電極126を、例えばスパッタ法およびフォトリソグラフィ法を用いて形成する。
Next, as shown in FIG. 6, an n-
続いて、図7に示したように、形成したn型半導体層125N、i型半導体層125Iおよびp型半導体層125Pの積層構造を、例えばドライエッチング法を用いて、所定の形状にパターニングする。これにより、基板11上にフォトダイオード111Aが形成される。
Subsequently, as shown in FIG. 7, the stacked structure of the formed n-
次いで、図8に示したように、前述した材料からなる第2層間絶縁膜112Bを、例えばCVD法およびフォトリソグラフィ法を用いて、薄膜トランジスタ111B上と、フォトダイオード111Aにおける側面および上面(上部電極127上)の端部とを覆うように形成する。そののち、この第2層間絶縁膜112B上(フォトダイオード111Aおよび薄膜トランジスタ111Bの上層側)の全面に、前述した材料(透明樹脂中に遮光性粒子が分散されたもの)からなる第1平坦化膜113Aを、例えばCVD法を用いて成膜する。そして、例えばフォトリソグラフィ法を用いてエッチング(ドライエッチング等)を行うことにより、この第1平坦化膜113Aにおけるフォトダイオード111Aの形成領域に対応して開口部H1を形成する。これにより、前述した黒色膜からなる第1平坦化膜113Aが形成される。
Next, as shown in FIG. 8, the second
続いて、図9に示したように、第1平坦化膜113Aにおける開口部H1内(上部電極126上)に、例えばAl,Cu等からなる配線層127を、例えばスパッタ法およびフォトリソグラフィ法を用いて形成する。
Subsequently, as shown in FIG. 9, a
そののち、図10に示したように、第1平坦化膜113A、上部電極126および配線層127上の全面に、前述した材料からなる保護膜114および第2平坦化膜113Bをこの順に、例えばCVD法を用いて成膜する。これにより、図1に示したセンサー基板10が完成する。
After that, as shown in FIG. 10, the
最後に、前述した製法にて別途作製した波長変換部材20を、センサー基板10上に貼り合わせる(例えば、画素部12の周辺領域をシール材等により接着するか、または、画素部12周辺あるいはパネル全面を押さえて固定する)。これにより、図1に示した放射線撮像装置1が完成する。
Finally, the
[撮像装置1の作用・効果]
(1.撮像動作)
この放射線撮像装置1では、例えば図示しない放射線源(例えばX線源)から照射され、被写体(検出体)を透過した放射線が入射すると、この入射した放射線が波長変換後に光電変換され、被写体の画像が電気信号(撮像信号)として得られる。詳細には、放射線撮像装置1に入射した放射線は、まず、波長変換部材20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(波長変換部材20において可視光を発光する)。このようにして波長変換部材20から発せられた可視光は、センサー基板10へ入射する。
[Operation and Effect of Imaging Device 1]
(1. Imaging operation)
In this
センサー基板10では、フォトダイオード111Aの一端(例えば、上部電極126)に、配線127を介して所定の基準電位(バイアス電位)が印加されると、上部電極126の側から入射した光が、その受光量に応じた電荷量の信号電荷に変換される(光電変換がなされる)。この光電変換によって発生した信号電荷は、フォトダイオード111Aの他端(例えば、下部電極124)側から光電流として取り出される。
In the
詳細には、フォトダイオード111Aにおける光電変換によって発生した電荷は光電流として読み出され、薄膜トランジスタ111Bから撮像信号として出力される。このようにして出力された撮像信号は、行走査部13から画素駆動線17を介して伝送される行走査信号に従って、垂直信号線18に出力される(読み出される)。垂直信号線18に出力された撮像信号は、垂直信号線18を通じて画素列ごとに、水平選択部14へ出力される。そして、列走査部15による選択走査により、垂直信号線18の各々を通して伝送される各画素の撮像信号が順番に水平信号線19に出力され、この水平信号線19を通して基板11の外部へ伝送される(出力データDoutが外部へ出力される)。以上のようにして、放射線撮像装置1において放射線を用いた撮像画像が得られる。
Specifically, the charge generated by photoelectric conversion in the
(2.第1平坦化膜113Aの作用)
ここで図11および図12を参照して、本実施の形態の放射線撮像装置1における第1平坦化膜113Aの作用について、比較例と比較しつつ詳細に説明する。
(2. Action of the
Here, with reference to FIGS. 11 and 12, the operation of the
(比較例)
図11は、比較例に係る放射線撮像装置(放射線撮像装置100)の断面構成を表したものである。この比較例の放射線撮像装置100は、図1に示した本実施の形態の放射線撮像装置1において、前述した第1平坦化膜113Aを有するセンサー基板10の代わりに、透明膜(ポリイミド膜等)からなる第1平坦化膜103Aを有するセンサー基板101が設けられたものである。
(Comparative example)
FIG. 11 illustrates a cross-sectional configuration of a radiation imaging apparatus (radiation imaging apparatus 100) according to a comparative example. In the
この放射線撮像装置100では、上記したように、センサー基板101において、フォトダイオード111Aおよび薄膜トランジスタ111Bの上層側の第1平坦化膜103Aが透明膜であるため、以下の理由により撮像画像の画質劣化が生じてしまう。
In the
すなわち、まず、外部からの入射光L101が、第1平坦化膜103Aを透過して薄膜トランジスタ111Bへと入射してしまう(薄膜トランジスタ111Bへの光照射がなされてしまう)。このため、この薄膜トランジスタ111Bにおいて、入射光L101に起因した光リークが生じてしまう。このような光リークは、薄膜トランジスタ111Bにおける特性(読み出し特性)の劣化を引き起こし、撮像画像の画質劣化につながる。
That is, first, the incident light L101 from the outside passes through the
また、隣接画素等からの迷光L102が、第1平坦化膜103Aを介してフォトダイオード111Aへと入射してしまうことから、このフォトダイオード111Aから得られる撮像信号におけるノイズ成分(迷光L102に起因したノイズ成分)が増大する。つまり、この点からも撮像画像の画質劣化が生じてしまう。
In addition, since stray light L102 from an adjacent pixel or the like enters the
(本実施の形態)
これに対して本実施の形態の放射線撮像装置1では、図1および図12に示したように、センサー基板10におけるフォトダイオード111Aおよび薄膜トランジスタ111Bの上層側の第1平坦化膜113Aが、黒色膜からなる。
(This embodiment)
On the other hand, in the
これにより図12に示したように、上記比較例とは異なり、外部からの入射光L1が第1平坦化膜113Aを透過しなくなる。つまり、入射光L1が薄膜トランジスタ111Bへと入射してしまう(薄膜トランジスタ111Bへの光照射がなされてしまう)のが回避され、薄膜トランジスタ111Bにおける光リークが防止される。その結果、薄膜トランジスタ111Bにおける入射光L1に起因した特性(読み出し特性)の劣化が抑えられる。
Accordingly, as shown in FIG. 12, unlike the comparative example, the incident light L1 from the outside does not pass through the
また、隣接画素等からの迷光L2が、第1平坦化膜113Aを介してフォトダイオード111Aへと入射してしまうのも防止される。これにより、このフォトダイオード111Aから得られる撮像信号におけるノイズ成分(迷光L2に起因したノイズ成分)が低減する。
Further, stray light L2 from adjacent pixels or the like is prevented from entering the
以上のように本実施の形態では、センサー基板10おけるフォトダイオード111Aおよび薄膜トランジスタ111Bの上層側の第1平坦化膜113Aが黒色膜からなるようにしたので、光リークに起因した薄膜トランジスタ111Bの特性劣化を抑えることができると共に、迷光の入射に起因した撮像信号におけるノイズ成分を低減することができる。よって、撮像画像の画質を向上させることが可能となる。
As described above, in the present embodiment, the
また、例えば上記した入射光L1や迷光L2の入射を防止するための部材(遮光膜等)を別途設ける必要がないため、製造コストを抑えつつ画質向上を図ることが可能となる。 Further, for example, it is not necessary to separately provide a member (such as a light-shielding film) for preventing the incident light L1 and stray light L2 from entering, so that it is possible to improve the image quality while suppressing the manufacturing cost.
<変形例>
続いて、上記実施の形態の変形例について説明する。なお、実施の形態における構成要素と同一のものには同一の符号を付し、適宜説明を省略する。
<Modification>
Then, the modification of the said embodiment is demonstrated. In addition, the same code | symbol is attached | subjected to the same thing as the component in embodiment, and description is abbreviate | omitted suitably.
図13は、変形例に係る撮像装置(放射線撮像装置1A)の断面構成例を表したものである。本変形例の放射線撮像装置1Aは、上記実施の形態の放射線撮像装置1において、センサー基板10の代わりに以下説明するセンサー基板10Aが設けられたものである。
FIG. 13 illustrates a cross-sectional configuration example of an imaging apparatus (
センサー基板10Aは、黒色膜からなる第1平坦化膜113Aが設けられていることなど、基本的にはセンサー基板10と同様の構成となっているが、以下の点がセンサー基板10と異なっている。
The
すなわち、このセンサー基板10Aでは、図13中の符号P1a,P1bで示したように、第1平坦化膜113Aと、フォトダイオード111Aにおける電極(下部電極124および上部電極126)とが、互いに隔離するように配置されている。具体的には、平坦化膜113Aにおける開口部H1の側面が、センサー基板10の場合(上部電極126上に配置)とは異なり、第2層間絶縁膜112B上に配置されている。つまり、センサー基板10では、遮光性粒子が分散されてなる第1平坦化膜113Aと上部電極126とが部分的に接しているのに対し、センサー基板10Aでは、これら第1平坦化膜113Aと上部電極126とが接していない(電気的に絶縁されている)。
That is, in the
これにより本変形例では、上記実施の形態における効果に加え、以下の効果も得ることが可能となる。すなわち、まず、前述した黒色膜(透明樹脂中に遮光性粒子が分散されてなる膜)では、多少の導電性を示すことに加えて粒子という不純物(混ぜ物)が含まれているため、電荷のリークパスが発生する。このため、上記したように、第1平坦化膜113Aと、フォトダイオード111Aにおける電極(下部電極124および上部電極126)とが互いに隔離するように配置することにより、そのようなリークパスの発生を回避することができる。その結果、フォトダイオード111Aの特性劣化を防止し、撮像画像の更なる画質向上を図ることが可能となる。
Thereby, in this modification, in addition to the effect in the said embodiment, the following effects can also be acquired. That is, first, the above-described black film (film in which light-shielding particles are dispersed in a transparent resin) contains impurities (mixtures) called particles in addition to showing some conductivity. A leak path occurs. For this reason, as described above, the
<適用例>
続いて、上記実施の形態および変形例に係る撮像装置(放射線撮像装置)の、撮像表示システム(放射線撮像表示システム)への適用例について説明する。
<Application example>
Subsequently, an application example of the imaging device (radiation imaging device) according to the above-described embodiment and the modified example to an imaging display system (radiation imaging display system) will be described.
図14は、適用例に係る撮像表示システム(放射線撮像表示システム5)の概略構成例を模式的に表したものである。この放射線撮像表示システム5は、上記実施の形態等に係る画素部12等を有する放射線撮像装置1,1Aと、画像処理部52と、表示装置4とを備えており、放射線を用いた撮像表示システム(放射線撮像表示システム)として構成されている。
FIG. 14 schematically illustrates a schematic configuration example of an imaging display system (radiation imaging display system 5) according to an application example. The radiation imaging display system 5 includes
画像処理部52は、放射線撮像装置1,1Aから出力される出力データDout(撮像信号)に対して所定の画像処理を施すことにより、画像データD1を生成するものである。表示装置4は、画像処理部52において生成された画像データD1に基づく画像表示を、所定のモニタ画面40上で行うものである。
The
このような構成からなる放射線撮像表示システム5では、放射線撮像装置1,1Aが、光源(ここではX線源等の放射線源51)から被写体50に向けて照射された照射光(ここでは放射線)に基づき、被写体50の画像データDoutを取得し、画像処理部52へ出力する。画像処理部52は、入力された画像データDoutに対して上記した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4へ出力する。表示装置4は、入力された画像データD1に基づいて、モニタ画面40上に画像情報(撮像画像)を表示する。
In the radiation imaging display system 5 having such a configuration, the
このように、本適用例の放射線撮像表示システム5では、放射線撮像装置1,1Aにおいて被写体50の画像を電気信号として取得可能であるため、取得した電気信号を表示装置4へ伝送することによって画像表示を行うことができる。すなわち、従来のような放射線写真フィルムを用いることなく、被写体50の画像を観察することが可能となり、また、動画撮影および動画表示にも対応することが可能となる。
As described above, in the radiation imaging display system 5 of this application example, since the image of the subject 50 can be acquired as an electrical signal in the
<その他の変形例>
以上、実施の形態、変形例および適用例を挙げて本開示の技術を説明したが、本技術はこれらの実施の形態等に限定されず、種々の変形が可能である。
<Other variations>
As described above, the technology of the present disclosure has been described with the embodiment, the modification, and the application example. However, the present technology is not limited to the embodiment and the like, and various modifications can be made.
例えば、上記実施の形態等では、フォトダイオード111Aや薄膜トランジスタ111Bにおける半導体層が、主に非晶質半導体(非晶質シリコン等)により構成されている場合を例に挙げて説明したが、これには限られない。すなわち、上記した半導体層が、例えば、多結晶半導体(多結晶シリコン等)や微結晶半導体(微結晶シリコン等)により構成されているようにしてもよい。
For example, in the above embodiment and the like, the case where the semiconductor layer in the
また、上記実施の形態等では、第1平坦化膜113Aが黒色膜からなる場合を例に挙げて説明したが、これには限られず、例えば第2層間絶縁膜112B等を黒色膜により構成してもよい。このように構成した場合でも、上記実施の形態等と同様の効果を得ることが可能となる。
In the above-described embodiment and the like, the case where the
更に、上記実施の形態等では、撮像装置が放射線撮像装置として構成されている場合を例に挙げて説明したが、本開示は、放射線撮像装置以外の撮像装置(および放射線撮像表示システム以外の撮像表示システム)にも適用することが可能である。具体的には、例えば図15に示した撮像装置3のように、上記実施の形態等で説明したセンサー基板10,10Aを備えると共に波長変換部材20を省いた(設けないようにした)構成としてもよい。このように構成した場合であっても、センサー基板10,10A内に上記実施の形態等で説明した黒色膜からなる「平坦化膜」が設けられていることにより、同様の効果を得ることが可能である。
Furthermore, in the above-described embodiment and the like, the case where the imaging device is configured as a radiation imaging device has been described as an example. However, the present disclosure is an imaging device other than the radiation imaging device (and imaging other than the radiation imaging display system). It is also possible to apply to a display system. Specifically, for example, as in the imaging device 3 shown in FIG. 15, the
なお、本技術は以下のような構成を取ることも可能である。
(1)
基板上に形成された複数の光電変換素子およびその駆動素子と、前記光電変換素子および前記駆動素子の上層側に配設された平坦化膜とを有するセンサー基板を備え、
前記平坦化膜が黒色膜からなる
撮像装置。
(2)
前記黒色膜が黒色化樹脂からなる
上記(1)に記載の撮像装置。
(3)
前記黒色化樹脂は、透明樹脂中に遮光性粒子が分散されてなる
上記(2)に記載の撮像装置。
(4)
前記光電変換素子は、下部電極、光電変換層および上部電極がこの順に積層されてなり、
前記平坦化膜と前記下部電極および前記上部電極とが、互いに隔離するように配置されている
上記(3)に記載の撮像装置。
(5)
前記センサー基板は、前記光電変換素子における側面と上面の端部とを少なくとも覆う層間絶縁膜を有し、
前記平坦化膜は、前記光電変換素子の形成領域に開口部を有し、
前記開口部の側面が、前記層間絶縁膜上に配置されている
上記(4)に記載の撮像装置。
(6)
前記光電変換素子が、PIN型のフォトダイオードからなる
上記(1)ないし(5)のいずれかに記載の撮像装置。
(7)
前記センサー基板上に配設され、入射した放射線を前記光電変換素子の感度域に波長変換する波長変換部材を更に備え、
放射線撮像装置として構成されている
上記(1)ないし(6)のいずれかに記載の撮像装置。
(8)
前記放射線がX線である
上記(7)に記載の撮像装置。
(9)
撮像装置と、この撮像装置により得られた撮像信号に基づく画像表示を行う表示装置とを備え、
前記撮像装置は、
基板上に形成された複数の光電変換素子およびその駆動素子と、前記光電変換素子および前記駆動素子の上層側に配設された平坦化膜とを有するセンサー基板を備え、
前記平坦化膜が黒色膜からなる
撮像表示システム。
(10)
センサー基板を形成する工程を含み、
前記センサー基板を形成する工程は、
基板上に複数の光電変換素子およびその駆動素子を形成する工程と、
前記光電変換素子および前記駆動素子の上層側に、黒色膜からなる平坦化膜を形成する工程と
を含む撮像装置の製造方法。
In addition, this technique can also take the following structures.
(1)
Comprising a sensor substrate having a plurality of photoelectric conversion elements formed on the substrate and their driving elements, and a planarization film disposed on an upper layer side of the photoelectric conversion elements and the driving elements;
An imaging apparatus in which the planarizing film is a black film.
(2)
The imaging device according to (1), wherein the black film is made of a blackening resin.
(3)
The blackening resin is an imaging device according to (2), in which light-shielding particles are dispersed in a transparent resin.
(4)
The photoelectric conversion element is formed by laminating a lower electrode, a photoelectric conversion layer, and an upper electrode in this order,
The imaging device according to (3), wherein the planarizing film, the lower electrode, and the upper electrode are disposed so as to be separated from each other.
(5)
The sensor substrate has an interlayer insulating film that covers at least a side surface and an end of the upper surface of the photoelectric conversion element;
The planarization film has an opening in a formation region of the photoelectric conversion element,
The imaging device according to (4), wherein a side surface of the opening is disposed on the interlayer insulating film.
(6)
The imaging device according to any one of (1) to (5), wherein the photoelectric conversion element is formed of a PIN photodiode.
(7)
A wavelength conversion member that is disposed on the sensor substrate and converts the wavelength of incident radiation into a sensitivity range of the photoelectric conversion element;
The imaging apparatus according to any one of (1) to (6), configured as a radiation imaging apparatus.
(8)
The imaging device according to (7), wherein the radiation is X-rays.
(9)
An imaging device, and a display device that displays an image based on an imaging signal obtained by the imaging device,
The imaging device
Comprising a sensor substrate having a plurality of photoelectric conversion elements formed on the substrate and their driving elements, and a planarization film disposed on an upper layer side of the photoelectric conversion elements and the driving elements;
An imaging display system in which the planarizing film is a black film.
(10)
Forming a sensor substrate;
The step of forming the sensor substrate includes:
Forming a plurality of photoelectric conversion elements and their driving elements on a substrate;
Forming a flattened film made of a black film on an upper layer side of the photoelectric conversion element and the driving element.
1,1A…放射線撮像装置、10,10A…センサー基板、11…基板、111A…フォトダイオード(光電変換素子)、111B…薄膜トランジスタ、112A…第1層間絶縁膜、112B…第2層間絶縁膜、113A…第1平坦化膜、113B…第2平坦化膜、114…保護膜、12…画素部、17…画素駆動線、18…垂直信号線、20…波長変換部材、3…撮像装置、4…表示装置、5…放射線撮像表示システム、50…被写体、51…放射線源、H1…開口部、P…単位画素。
DESCRIPTION OF
Claims (10)
前記平坦化膜が黒色膜からなる
撮像装置。 Comprising a sensor substrate having a plurality of photoelectric conversion elements formed on the substrate and their driving elements, and a planarization film disposed on an upper layer side of the photoelectric conversion elements and the driving elements;
An imaging apparatus in which the planarizing film is a black film.
請求項1に記載の撮像装置。 The imaging device according to claim 1, wherein the black film is made of a blackening resin.
請求項2に記載の撮像装置。 The imaging device according to claim 2, wherein the blackening resin includes light-shielding particles dispersed in a transparent resin.
前記平坦化膜と前記下部電極および前記上部電極とが、互いに隔離するように配置されている
請求項3に記載の撮像装置。 The photoelectric conversion element is formed by laminating a lower electrode, a photoelectric conversion layer, and an upper electrode in this order,
The imaging device according to claim 3, wherein the planarizing film, the lower electrode, and the upper electrode are disposed so as to be separated from each other.
前記平坦化膜は、前記光電変換素子の形成領域に開口部を有し、
前記開口部の側面が、前記層間絶縁膜上に配置されている
請求項4に記載の撮像装置。 The sensor substrate has an interlayer insulating film that covers at least a side surface and an end of the upper surface of the photoelectric conversion element;
The planarization film has an opening in a formation region of the photoelectric conversion element,
The imaging device according to claim 4, wherein a side surface of the opening is disposed on the interlayer insulating film.
請求項1に記載の撮像装置。 The imaging apparatus according to claim 1, wherein the photoelectric conversion element is a PIN type photodiode.
放射線撮像装置として構成されている
請求項1に記載の撮像装置。 A wavelength conversion member that is disposed on the sensor substrate and converts the wavelength of incident radiation into a sensitivity range of the photoelectric conversion element;
The imaging device according to claim 1, wherein the imaging device is configured as a radiation imaging device.
請求項7に記載の撮像装置。 The imaging device according to claim 7, wherein the radiation is X-rays.
前記撮像装置は、
基板上に形成された複数の光電変換素子およびその駆動素子と、前記光電変換素子および前記駆動素子の上層側に配設された平坦化膜とを有するセンサー基板を備え、
前記平坦化膜が黒色膜からなる
撮像表示システム。 An imaging device, and a display device that displays an image based on an imaging signal obtained by the imaging device,
The imaging device
Comprising a sensor substrate having a plurality of photoelectric conversion elements formed on the substrate and their driving elements, and a planarization film disposed on an upper layer side of the photoelectric conversion elements and the driving elements;
An imaging display system in which the planarizing film is a black film.
前記センサー基板を形成する工程は、
基板上に複数の光電変換素子およびその駆動素子を形成する工程と、
前記光電変換素子および前記駆動素子の上層側に、黒色膜からなる平坦化膜を形成する工程と
を含む撮像装置の製造方法。 Forming a sensor substrate;
The step of forming the sensor substrate includes:
Forming a plurality of photoelectric conversion elements and their driving elements on a substrate;
Forming a flattened film made of a black film on an upper layer side of the photoelectric conversion element and the driving element.
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