JP2013258315A - 撮像装置および撮像表示システム - Google Patents
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Abstract
【解決手段】撮像装置は、各々が光電変換素子21と電界効果型トランジスタ22とを含む複数の画素と、光電変換素子21の周辺領域に配設されると共に、トランジスタ22に接続された読み出し制御線211および信号線210とを備える。読み出し制御線211は、トランジスタ22のゲート電極220と電気的に接続された下部配線層211bと、下部配線層211bと電気的に接続された状態で積層されると共に、信号線210と同層に設けられた上部配線層211aとを有し、読み出し制御線211において、下部配線層211bと、信号線と同層の上部配線層211aとが積層されている。
【選択図】図4
Description
1.実施の形態(トランジスタの第1ゲート電極と同層に、光電変換素子の下部電極を設けた撮像装置の例)
2.変形例1(第2ゲート電極と同層に下部電極を設けた場合の例)
3.変形例2(信号線よりも上層に下部電極を設けた場合の例)
4.変形例3(下部電極を設けない場合(n型半導体層に低温ポリシリコンを用いた場合)の例)
5.変形例4−1,4−2(パッシブ型の画素回路の他の例)
6.変形例5−1,5−2(アクティブ型の画素回路の例)
7.変形例6(間接変換型撮像装置の例)
8.変形例7(直接変換型撮像装置の例)
9.適用例(撮像表示システムの例)
[構成]
図1は、本開示の一実施の形態に係る撮像装置(撮像装置1)の全体のブロック構成を表すものである。撮像装置1は、入射光(撮像光)に基づいて被写体の情報を読み取る(被写体を撮像する)ものである。この撮像装置1は、例えば、撮像部11、行走査部13、A/D変換部14、列走査部15およびシステム制御部16を備えている。
撮像部11は、入射光(撮像光)に応じて電気信号を発生させるものである。この撮像部11では、画素(撮像画素,単位画素)20が、行列状(マトリクス状)に2次元配置されており、各画素20は、入射光の光量に応じた電荷量の光電荷を発生して内部に蓄積する光電変換素子(後述の光電変換素子21)を有している。尚、図1中に示したように、以下、撮像部11内における水平方向(行方向)を「H」方向とし、垂直方向(列方向)を「V」方向として説明する。
図4は、画素20の要部の平面構成例を表したものである。図5は、図4のA−A’線に対応する領域の断面構成、図6はコンタクト部(コンタクト部C1)付近の断面構成をそれぞれ表したものである。このように、画素20には、光電変換素子21と、トランジスタ22とが配置されるが、図4には、簡便化のため、光電変換素子21の形成領域には、下部電極111(第1電極)のみを示し、他の構成要素の図示を省略している。
上記のような撮像部11において、本実施の形態では、光電変換素子21の周辺領域に読み出し制御線211(Lread)および信号線210が配設される。具体的には、読み出し制御線211が例えばH方向に沿って、信号線210が例えばV方向に沿って、互いに交差して(全体として格子状となるように)それぞれ設けられている。光電変換素子21は、それらの読み出し制御線211および信号線210によって囲まれる領域内に、トランジスタ22と共に設けられている。
本実施の形態の撮像装置1では、撮像光Linが撮像部11へ入射すると、各画素20内の光電変換素子21において、この撮像光Linが信号電荷に変換(光電変換)される。このとき、蓄積ノードNでは、光電変換により発生した信号電荷の蓄積によって、ノード容量に応じた電圧変化が生じる。具体的には、蓄積ノード容量をCs、発生した信号電荷をqとすると、蓄積ノードNでは(q/Cs)の分だけ電圧が変化(ここでは低下)する。このような電圧変化に応じて、トランジスタ22のドレインには信号電荷に対応した電圧が印加される。そして、読み出し制御線Lreadから供給される行走査信号に応じてトランジスタ22がオン状態になると、蓄積ノードNに蓄積された信号電荷(トランジスタ22のドレインに印加された上記信号電荷に対応した電圧)が画素20から信号線Lsigへ読み出される。
ここで、図7に、本実施の形態の比較例に係る画素の要部平面構成を示す。図8(B)には、図7のB−B’線における断面構造について示す。この比較例においても、本実施の形態と同様、読み出し制御線1013(Lread)が、上部配線層1013aと下部配線層1013bとが積層してなり、それらがコンタクト部C100において電気的に接続されている。また、下部配線層1013bは、トランジスタ102のゲート電極(ゲート配線)と同層に設けられ、上部配線層1013aは、信号線1012と同層に設けられている。上部配線層1013aおよび下部配線層1013bの積層構造により、上述したような効果(配線抵抗低減)を得ることができる。
図10は、変形例1に係る画素の断面構造を表したものである。尚、図10は、図4のA−A’線における断面図に相当するものである。上記実施の形態では、下部電極111を、下部配線層211bの下側のゲート配線層211b1と同層に設けたが、下部電極111の配設位置はこれに限定されず、上部配線層211aと異なる層であればよい。
図11(A),(B)は、変形例2に係る画素の断面構造を表したものである。尚、これらの図はそれぞれ、図4のA−A’線における断面図に相当するものである。本変形例のように、下部電極111は、上部配線層211aよりも上層に設けられていてもよい。但し、この場合には、図11(A)に示したように、下部配線層211bの一部を除去してもよいし、あるいは図11(B)に示したように、除去しない構成としてもよい。下部電極111と下部配線層211bとの間において容量結合が生じにくいためである。
図12は、変形例3に係る画素の断面構造を表したものである。上記実施の形態等では、光電変換素子21として、下部電極111と上部電極115との間に、n型半導体層112、i型半導体層113およびp型半導体層114が積層された構造を例示したが、これらのうち下部電極111は、非形成であってもよい。例えば、n型半導体層117に、低温多結晶シリコンを用いることにより、下部電極111を要さない素子(光電変換素子21a)形成が可能となる。具体的には、光電変換素子21aでは、基板110上の選択的な領域に、絶縁膜116を介してn型半導体層117が設けられ、このn型半導体層117上に、i型半導体層113、p型半導体層114および上部電極115がこの順に積層されている。このようにn型半導体層117に低温多結晶シリコンを用いた場合には、n型半導体層117が低抵抗となるため、下部電極111は不要となる。このような場合にも、上記実施の形態と同等の効果を得ることができる。
図13は、変形例4−1に係る画素(画素20A)の回路構成を、チャージアンプ回路171の回路構成例と共に表したものである。この画素20Aは、上記実施の形態の画素20と同様、パッシブ型の画素回路を有し、1つの光電変換素子21と1つのトランジスタ22とを有している。また、この画素20Aには読み出し制御線Lreadと、信号線Lsigとが接続されている。
図14は、変形例4−2に係る画素(画素20B)の回路構成を、チャージアンプ回路171の回路構成例と共に表したものである。この画素20Bは、上記実施の形態の画素20と同様、パッシブ型の回路構成となっており、読み出し制御線Lreadと、信号線Lsigとに接続されている。
図15は、変形例4−3に係る画素(画素20C)の回路構成を、アンプ回路171Aの回路構成例とともに表したものである。図16は、変形例4−4に係る画素(画素20D)の回路構成を、アンプ回路171Aの回路構成例とともに表したものである。これらの画素20C,20Dはそれぞれ、これまで説明した画素20,20A,20Bとは異なり、いわゆるアクティブ型の画素回路を有している。
図17(A)は、変形例5−1に係る撮像部(撮像部11A)の概略構成を模式的に表したものである。本変形例では、撮像部11上(絶縁膜116上)に、更に波長変換層120を有している。波長変換層120は、放射線Rrad(α線,β線,γ線,X線等)を、光電変換素子21の感度域に波長変換するものであり、これにより光電変換素子21では、この放射線Rradに基づく情報を読み取ることが可能となっている。この波長変換層120は、例えばX線などの放射線を可視光に変換する蛍光体(例えば、シンチレータ)からなる。このような波長変換層120は、例えば絶縁膜116上に、有機平坦化膜、スピンオングラス材料等からなる平坦化膜を形成し、その上部に蛍光体膜(CsI、NaI、CaF2等)を形成することにより得られる。このような画素構造は、例えばいわゆる間接型の放射線撮像装置に適用される。
図17(B)は、変形例5−2に係る撮像部(撮像部11B)の概略構成を模式的に表したものである。撮像部11Bは、これまでに説明した実施の形態等と異なり、入射した放射線Rradを電気信号に変換する光電変換素子を有するものである。このような光電変換素子は、例えば、アモルファスセレン(a−Se)半導体や、カドミニウムテルル(CdTe)半導体などにより構成されている。このような構造は、例えばいわゆる直接型の放射線撮像装置に適用される。
上記実施の形態および変形例に係る撮像装置は、以下に説明するような撮像表示システムへ適用可能である。
(1)
各々が光電変換素子と電界効果型のトランジスタとを含む複数の画素と、
前記光電変換素子の周辺領域に配設されると共に、前記トランジスタに接続された読み出し制御線および信号線とを備え、
前記読み出し制御線は、
前記トランジスタのゲート電極と電気的に接続された第1の配線層と、
前記第1の配線層と電気的に接続された状態で積層されると共に、前記信号線と同層に設けられた第2の配線層とを有する
撮像装置。
(2)
前記第1の配線層の少なくとも一部が除去されている
上記(1)に記載の撮像装置。
(3)
前記光電変換素子は、基板上に第1電極、第1の導電型半導体層、真性半導体層、第2の導電型半導体層および第2電極をこの順に有し、
前記第1電極は、前記読み出し制御線の前記第2の配線層と互いに異なる層に設けられている
上記(2)に記載の撮像装置。
(4)
前記第1電極は、前記第1の配線層の除去領域において、前記読み出し制御線側に張り出して設けられている
上記(2)または(3)に記載の撮像装置。
(5)
前記第1電極は、前記第2の配線層と前記基板との間の層に設けられている
上記(3)または(4)に記載の撮像装置。
(6)
前記トランジスタは、前記基板側から順に第1のゲート電極、半導体層および第2のゲート電極を少なくとも有し、
前記第1の配線層は、
前記第1のゲート電極と同層に設けられた第1のゲート配線層と、
前記第2のゲート電極と同層に設けられた第2のゲート配線層とを含む
上記(5)に記載の撮像装置。
(7)
前記第1電極は、前記第1のゲート配線層と同層に設けられている
上記(6)に記載の撮像装置。
(8)
前記第1電極は、前記第2のゲート配線層と同層に設けられている
上記(6)に記載の撮像装置。
(9)
前記第1電極は、前記第2の配線層の前記基板と反対側の層に設けられている
上記(3)または(4)に記載の撮像装置。
(10)
前記第1の導電型半導体層は、非晶質シリコン、微結晶シリコンまたは多結晶シリコンを含む
上記(3)〜(9)のいずれかに記載の撮像装置。
(11)
前記光電変換素子は、基板上に第1の導電型半導体層、真性半導体層、第2の導電型半導体層および第2電極をこの順に有し、
前記第1の導電型半導体層は、前記読み出し制御線の前記第2の配線層と互いに異なる層に設けられている
上記(2)に記載の撮像装置。
(12)
前記第1の導電型半導体層は低温多結晶シリコンを含む
上記(11)に記載の撮像装置。
(13)
前記光電変換素子上に、放射線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
上記(1)〜(12)のいずれかに記載の撮像装置。
(14)
前記光電変換素子は、入射した放射線に基づいて電気信号を発生するものである
上記(1)〜(13)のいずれかに記載の撮像装置。
(15)
前記放射線はX線である
上記(13)または(14)に記載の撮像装置。
(16)
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、
各々が光電変換素子と電界効果型のトランジスタとを含む複数の画素と、
前記光電変換素子の周辺領域に配設されると共に、前記トランジスタに接続された読み出し制御線および信号線とを備え、
前記読み出し制御線は、
前記トランジスタのゲート電極と電気的に接続された第1の配線層と、
前記第1の配線層と電気的に接続された状態で積層されると共に、前記信号線と同層に設けられた第2の配線層とを有する
撮像表示システム。
Claims (16)
- 各々が光電変換素子と電界効果型のトランジスタとを含む複数の画素と、
前記光電変換素子の周辺領域に配設されると共に、前記トランジスタに接続された読み出し制御線および信号線とを備え、
前記読み出し制御線は、
前記トランジスタのゲート電極と電気的に接続された第1の配線層と、
前記第1の配線層と電気的に接続された状態で積層されると共に、前記信号線と同層に設けられた第2の配線層とを有する
撮像装置。 - 前記第1の配線層の少なくとも一部が除去されている
請求項1に記載の撮像装置。 - 前記光電変換素子は、基板上に第1電極、第1の導電型半導体層、真性半導体層、第2の導電型半導体層および第2電極をこの順に有し、
前記第1電極は、前記読み出し制御線の前記第2の配線層と互いに異なる層に設けられている
請求項2に記載の撮像装置。 - 前記第1電極は、前記第1の配線層の除去領域において、前記読み出し制御線側に張り出して設けられている
請求項2に記載の撮像装置。 - 前記第1電極は、前記第2の配線層と前記基板との間の層に設けられている
請求項3に記載の撮像装置。 - 前記トランジスタは、前記基板側から順に第1のゲート電極、半導体層および第2のゲート電極を少なくとも有し、
前記第1の配線層は、
前記第1のゲート電極と同層に設けられた第1のゲート配線層と、
前記第2のゲート電極と同層に設けられた第2のゲート配線層とを含む
請求項5に記載の撮像装置。 - 前記第1電極は、前記第1のゲート配線層と同層に設けられている
請求項6に記載の撮像装置。 - 前記第1電極は、前記第2のゲート配線層と同層に設けられている
請求項6に記載の撮像装置。 - 前記第1電極は、前記第2の配線層の前記基板と反対側の層に設けられている
請求項3に記載の撮像装置。 - 前記第1の導電型半導体層は、非晶質シリコン、微結晶シリコンまたは多結晶シリコンを含む
請求項3に記載の撮像装置。 - 前記光電変換素子は、基板上に第1の導電型半導体層、真性半導体層、第2の導電型半導体層および第2電極をこの順に有し、
前記第1の導電型半導体層は、前記読み出し制御線の前記第2の配線層と互いに異なる層に設けられている
請求項2に記載の撮像装置。 - 前記第1の導電型半導体層は低温多結晶シリコンを含む
請求項11に記載の撮像装置。 - 前記光電変換素子上に、放射線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1に記載の撮像装置。 - 前記光電変換素子は、入射した放射線に基づいて電気信号を発生するものである
請求項1に記載の撮像装置。 - 前記放射線はX線である
請求項13に記載の撮像装置。 - 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、
各々が光電変換素子と電界効果型のトランジスタとを含む複数の画素と、
前記光電変換素子の周辺領域に配設されると共に、前記トランジスタに接続された読み出し制御線および信号線とを備え、
前記読み出し制御線は、
前記トランジスタのゲート電極と電気的に接続された第1の配線層と、
前記第1の配線層と電気的に接続された状態で積層されると共に、前記信号線と同層に設けられた第2の配線層とを有する
撮像表示システム。
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