JP2014116429A - 撮像装置及び撮像表示システム - Google Patents
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Abstract
【解決手段】撮像装置1は、フォトダイオード111Aを有し、同一面に配置される複数の画素Pと、フォトダイオード111Aの表面に設けられた上部電極126と、1個のフォトダイオード111Aに対応する上部電極126の複数箇所と電気的に接続され、かつそれぞれのフォトダイオード111Aに対応する上部電極126にそれぞれ複数設けられる第1導体131と、隣接する画素Pの間に設けられて第1導体131同士を電気的に接続し、かつ隣接する画素Pの間においても第1導体131同士を電気的に接続する第2導体132と、を含む。
【選択図】図2
Description
1.撮像装置
1−1.全体構成
1−2.画素の断面構造
1−3.配線
1−4.撮像装置の動作
1−5.撮像装置の製造方法
2.変形例
2−1.第1変形例
2−2.第2変形例
2−3.第3変形例
2−4.第4変形例
2−5.第5変形例
3.適用例
4.本開示の構成
<1−1.全体構成>
図1は、本実施形態に係る撮像装置を、機能ブロックを用いて示した図である。図2は、撮像装置が有する画素の平面図である。撮像装置1は、波長変換されたα線、β線、γ線及びX線に代表される放射線を光として受光し、放射線に基づく画像情報を読み取ることにより、被写体を撮像する装置である。撮像装置1は、医療用を始めとして、手荷物検査等の非破壊検査用のX線撮像装置として好適に用いられる。
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、適宜画素Pともいう)を有している。本実施形態において、行列状に配置された複数の画素Pの行方向をX方向、列方向をY方向とする。X方向及びY方向は、2次元における直交座標系における一方の座標軸と、これに直交する他方の座標軸とに相当する。このため、本実施形態において、複数の画素Pは、X−Y平面を同一面(同一平面)として配置されている。なお、X方向及びY方向に直交する方向は、Z方向である。
図1に示す行走査部13は、シフトレジスタ及びアドレスデコーダ等を備えている。行走査部13は、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、それぞれの垂直信号線18の各々を通って水平選択部14に入力される。水平選択部14は、垂直信号線18毎に設けられたアンプ及び水平選択スイッチ等を備えている。
図3は、図2のA−A断面図である。図4は、図2のB−B断面図である。図4に示した断面の構造は、図3に示した断面の構造と同様であるが、基板11に、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において、図3では薄膜トランジスタ111Bの形成領域が示されているが、図4では垂直信号線18が示されている。
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る。フォトダイオード111Aは、例えば、PIN(Positive Intrinsic Negative Diode)型のフォトダイオードである。フォトダイオード111Aは、その感度域が、例えば可視光領域となっている(受光波長帯域が可視光領域である)。フォトダイオード111Aは、例えば、基板11の表面側における選択的な領域に、ゲート絶縁膜121及び第1層間絶縁膜112Aを介して配設されている。
薄膜トランジスタ111Bは、フォトダイオード111Aが蓄積した電荷を取り出すための素子である。本実施形態において、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)である。この薄膜トランジスタ111Bは、基板11の表面に、例えば、チタン(Ti)、Al、Mo、タングステン(W)、クロム(Cr)等を含むゲート電極120が形成されている。ゲート電極120の表面には、上述したゲート絶縁膜121が形成されている。
第2層間絶縁膜112Bは、薄膜トランジスタ111Bと、フォトダイオード111Aにおける側面及び上面(上部電極126の表面)の端部とを覆うように設けられている。第2層間絶縁膜112Bは、例えば、酸化シリコン膜又は窒化シリコン膜等の絶縁膜で形成される。なお、この第2層間絶縁膜112Bは、本開示における層間絶縁膜の一具体例に対応する。
第1平坦化膜113Aは、フォトダイオード111A及び薄膜トランジスタ111Bの上層側、すなわち、基板11からより離れた位置に配設されている。本実施形態において、第1平坦化膜113Aは、黒色膜によって形成されている。具体的には、黒色膜は、例えば黒色化樹脂(次に列挙する遮光性粒子を含むことで黒色化した樹脂)で形成される。詳細には、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)及びチタン(Ti)等の粒子(遮光性粒子)のうち少なくとも一方が、上述した遮光性粒子として分散されている。このような構造により、第1平坦化膜113Aは、ある程度の導電性を示す場合がある。このため、第1平坦化膜113Aは、できる限り高抵抗となる、すなわち、導電性が低くなるようにするのが望ましい。
本実施形態において、波長変換部材20は、上述したように、センサー基板10とは異なるモジュールである。波長変換部材20は、例えばシンチレータプレート(シンチレータパネル)等を含む。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、例えばガラス等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の表面には、防湿性を有する保護膜がさらに形成されていてもよい。また、前述した保護膜は、シンチレータ層及びセンサー基板10の全体を覆うように設けられていてもよい。
図5は、本実施形態に係る撮像装置が備える配線の平面図である。上述したように、配線130の複数の第1導体131は、1個の画素Pが有する1個の光電変換素子としてのフォトダイオード111Aに対応する上部電極126の複数箇所と電気的に接続される。そして、第1導体131は、それぞれの画素Pが有するフォトダイオード111Aに対応する上部電極126に、それぞれ複数設けられる。本実施形態において、第1導体131は、平面視が矩形(正方形を含む)であるが、第1導体131の平面視における形状はこれに限定されるものではない。図5に示す例において、それぞれの画素Pのフォトダイオード111Aは、4個の第1導体131が接続されている。第1導体131と上部電極126とが接続する箇所を、適宜接続部CPという。図5に示す例において、上部電極126は、4個の接続部CPを有する。
図8は、本実施形態に係る配線の配置の変形例を示す平面図である。この撮像装置1Aは、画素行137aと画素行137bとの間及び画素行137cと画素行137dとの間に、第1導体131と第2導体132とを含む配線130が配置されている。そして、撮像装置1Aは、画素行137bと画素行137cとの間及び画素行137dと画素行137eとの間に配線130は配置されていない。
撮像装置1、1A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、入射した放射線が波長変換後に光電変換され、被写体の画像を電気信号(撮像信号)として生成する。詳細には、撮像装置1に入射した放射線は、まず、波長変換部材20によって、フォトダイオード111Aの感度域(ここでは可視光領域)の波長に変換される。すなわち、放射線が入射した波長変換部材20は、可視光を発光する。このようにして、波長変換部材20が発生した可視光は、センサー基板10へ入射する。
図9から図14は、撮像装置の製造方法を工程順に表した断面図である。撮像装置1、1Aを製造するにあたって、まず、センサー基板10を作製する。具体的には、図9に示すように、例えば、ガラス製の基板11の表面に、薄膜トランジスタ111Bを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の表面に、前述した材料を含む第1層間絶縁膜112Aを、例えば、CVD(Chemical Vapor Deposition:化学気相成長)法及びフォトリソグラフィ法を用いて形成する。その後、前述した材料を含む下部電極124を、薄膜トランジスタ111Bのドレイン電極123Dと電気的に接続するように、例えば、スパッタ法及びフォトリソグラフィ法を用いて形成する。
<2−1.第1変形例>
図15は、第1変形例に係る撮像装置を示す図である。図15は、撮像装置1Bが有する複数の画素P及び配線130bを拡大して示している。以下の変形例を示す図も同様である。撮像装置1Bが有する配線130bは、隣接する画素Pの間に第2導体132bが設けられ、第2導体132bと一方の画素Pとが対向する位置に、第2導体132bと一方の画素Pに対応する上部電極126とを電気的に接続する複数の第1導体131bが設けられる。
図16は、第2変形例に係る撮像装置を示す図である。図17は、第1導体と画素の透明電極との接続部分を拡大した図である。撮像装置1Cが有する配線130cは、第1導体131cが、平面視が矩形形状である画素Pの四隅のうち、少なくとも三隅(矩形領域の三隅)に存在する上部電極126と電気的に接続している。本変形例では、第1導体131cは、画素Pの四隅に存在する上部電極126と電気的に接続している。
図18は、第3変形例に係る撮像装置を示す図である。第3変形例は、第2変形例と同様であるが、第2変形例の配線130cが有していた行方向、すなわちX方向に延在し、列方向、すなわちY方向に配列される2個の第2導体132cxのうち一方を設けない点が異なる。
図19は、第4変形例に係る撮像装置を示す図である。図20は、第1導体と画素の透明電極との接続部分を拡大した図である。撮像装置1Eの配線130eは、第1導体131eと、第2導体132ex、132ey、132ecを有する。2個の第1導体131eは、平面視が矩形形状の画素Pの二隅(矩形領域の二隅)に対応する位置の上部電極126と、それぞれの隅で電気的に接続している。2個の第1導体131eは、いずれもX方向及びY方向に対して所定の角度(本変形例では45度)だけ傾斜している。
図21は、第5変形例に係る撮像装置を示す図である。撮像装置1Fの配線130fは、平面視が略三角形の第1導体131fと、1個の画素Pにおいて隣接する第1導体131f同士を電気的に接続する第2導体132faと、隣接する画素Pの間において隣接し、かつ対向して配置される第1導体131f同士を電気的に接続する第2導体132fbとを含む。第1導体131fは、平面視が矩形形状の画素Pの二隅に対応する位置の上部電極126と電気的に接続している。第1導体131fは、1個の画素Pに2個設けられている。第2導体132fa、132fbは、いずれも行方向、すなわちX方向に延在している。
上述した実施形態又は変形例に係る撮像装置1(1A〜1F)を、撮像表示システムへ適用した例について説明する。
本開示は、次のような構成を採ることができる。
(1)光電変換素子を有し、同一面に配置される複数の画素と、
前記光電変換素子の表面に設けられた透明電極と、
1個の前記光電変換素子に対応する前記透明電極の複数箇所と電気的に接続され、かつそれぞれの前記光電変換素子に対応する前記透明電極にそれぞれ複数設けられる第1導体と、
隣接する前記画素の間に設けられて前記第1導体同士を電気的に接続し、かつ隣接する前記画素間においても前記第1導体同士を電気的に接続する第2導体と、
を含む撮像装置。
(2)それぞれの前記画素は、前記光電変換素子が蓄積した電荷を取り出すための駆動素子を備え、
前記第2導体は、前記画素の表面と直交する方向から見たときに、前記駆動素子を駆動するための信号を前記駆動素子に与えるための駆動線と重なる位置に設けられる、前記(1)に記載の撮像装置。
(3)前記複数の画素は行列状に配列されており、
1個の前記光電変換素子に対応する前記透明電極と電気的に接続される少なくとも1個の前記第1導体は、隣接する前記画素の間に形成される行方向に向かう隙間と列方向に向かう隙間とを通って電気的に接続されている、前記(1)又は前記(2)に記載の撮像装置。
(4)それぞれの前記画素は、平面視が略矩形であり、
前記第1導体は、前記画素の四隅にそれぞれ設けられ、かつ隣接する前記画素の対向する隅の位置に存在する前記透明電極同士を電気的に接続する、前記(1)から前記(3)のいずれか1つに記載の撮像装置。
(5)前記画素は平面視が略矩形であり、
隣接する前記画素の間に前記第2導体が設けられ、前記第2導体と一方の前記画素とが対向する位置に、前記第2導体と一方の前記画素に対応する前記透明電極とを電気的に接続する複数の前記第1導体が設けられる、前記(1)から前記(3)のいずれか1つに記載の撮像装置。
(6)前記画素は平面視が略矩形であり、
前記第1導体は、前記画素の四隅のうち、少なくとも3隅に存在する前記透明電極と電気的に接続される、前記(1)から前記(3)のいずれか1つに記載の撮像装置。
(7)前記(1)から前記(6)のいずれか1つに記載の撮像装置と、
前記撮像装置の入光面側に設けられた波長変換部材と、
前記撮像装置が出力した撮像信号に基づく画像を表示する表示装置と、
を含む撮像表示システム。
4 表示装置
5 撮像表示システム
10 センサー基板
11 基板
12 画素部
13 行走査部
14 水平選択部
15 列走査部
16 システム制御部
17 画素駆動線
18 垂直信号線
19 水平信号線
20 波長変換部材
40 モニタ画面
50 被写体
51 放射線源
52 画像処理部
111A フォトダイオード
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
120 ゲート電極
121 ゲート絶縁膜
122 半導体層
123S ソース電極
123D ドレイン電極
124 下部電極
125N n型半導体層
125I i型半導体層
125P p型半導体層
126 上部電極
130、130b、130c、130d、130e、130f、230 配線
131、131b、131c、131d、131e、131f 第1導体
132、132b、132cc、132cx、132cy、132dx、132dy、132dc、132ex、132ey、132ec、132fa、132fb 第2導体
135 行方向隙間
136 列方向隙間
137a、137b、137c、137d、137e 画素行
CP 接続部
H1 開口部
P 単位画素(画素)
Claims (7)
- 光電変換素子を有し、同一面に配置される複数の画素と、
前記光電変換素子の表面に設けられた透明電極と、
1個の前記光電変換素子に対応する前記透明電極の複数箇所と電気的に接続され、かつそれぞれの前記光電変換素子に対応する前記透明電極にそれぞれ複数設けられる第1導体と、
隣接する前記画素の間に設けられて前記第1導体同士を電気的に接続し、かつ隣接する前記画素間においても前記第1導体同士を電気的に接続する第2導体と、
を含む撮像装置。 - それぞれの前記画素は、前記光電変換素子が蓄積した電荷を取り出すための駆動素子を備え、
前記第2導体は、前記画素の表面と直交する方向から見たときに、前記駆動素子を駆動するための信号を前記駆動素子に与えるための駆動線と重なる位置に設けられる、請求項1に記載の撮像装置。 - 前記複数の画素は行列状に配列されており、
1個の前記光電変換素子に対応する前記透明電極と電気的に接続される少なくとも1個の前記第1導体は、隣接する前記画素の間に形成される行方向に向かう隙間と列方向に向かう隙間とを通って電気的に接続されている、請求項1又は2に記載の撮像装置。 - それぞれの前記画素は、平面視が略矩形であり、
前記第1導体は、前記画素の四隅にそれぞれ設けられ、かつ隣接する前記画素の対向する隅の位置に存在する前記透明電極同士を電気的に接続する、請求項1から3のいずれか1項に記載の撮像装置。 - 前記画素は平面視が略矩形であり、
隣接する前記画素の間に前記第2導体が設けられ、前記第2導体と一方の前記画素とが対向する位置に、前記第2導体と一方の前記画素に対応する前記透明電極とを電気的に接続する複数の前記第1導体が設けられる、請求項1から3のいずれか1項に記載の撮像装置。 - 前記画素は平面視が略矩形であり、
前記第1導体は、前記画素の四隅のうち、少なくとも3隅に存在する前記透明電極と電気的に接続される、請求項1から3のいずれか1項に記載の撮像装置。 - 請求項1から6のいずれか1項に記載の撮像装置と、
前記撮像装置の入光面側に設けられた波長変換部材と、
前記撮像装置が出力した撮像信号に基づく画像を表示する表示装置と、
を含む撮像表示システム。
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