JP3544075B2

JP3544075B2 - Method for manufacturing photoelectric conversion device

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Publication number: JP3544075B2
Application number: JP23530196A
Authority: JP
Inventors: 功小林; 紀之海部; 和昭田代; 登志男亀島; 忠夫遠藤; 慎市竹田
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1995-09-05
Filing date: 1996-09-05
Publication date: 2004-07-21
Anticipated expiration: 2016-09-05
Also published as: JPH09153606A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光電変換装置に係わり、特に大面積の光電変換装置、例えばファクシミリ、デジタル複写機あるいはＸ線撮像装置等に用いられる２次元の光電変換装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、ファクシミリ、デジタル複写機等の読み取り系としては、縮小光学系とＣＣＤ型センサを用いた読み取り系が用いられていたが、近年、アモルファスシリコン（以下、ａ−Ｓｉと記す）に代表される光電変換半導体材料の開発により、光電変換素子及び信号処理部を大面積の基板に形成し、情報源と等倍の光学系で読み取るいわゆる密着型センサの開発がめざましい。特にａ−Ｓｉは光電変換材料としてだけでなく、薄膜電界効果型トランジスタ（以下ＴＦＴと記す）としても用いることができるので光電変換半導体層とＴＦＴの半導体層とを同時に形成することができる利点を有している。
【０００３】
ａ−Ｓｉを用いた光電変換装置は、その基本構造が米国特許第４，３７６，８８８号明細書又は特公昭６２−２３９４４号或は特公昭６３−６６１１７号公報に記載されている。
【０００４】
ａ−Ｓｉ光センサとａ−ＳｉＴＦＴを一体的に形成する為の具体例は米国特許第４，９３１，６６１号、第５，３３８，６９０号、第５，３０６，６４８号の各明細書に記載されている。
【０００５】
本発明者らは、これら明細書に開示の技術を基に、画素数を大巾に増大させた２次元エリア型の光電変換装置を試作した。その光電変換装置の概略を図３、図２を参照して説明する。この装置はヨーロッパ特許公開第０６６０４２１号公報に記載されている。
【０００６】
図３、図２に２０００×２０００個の画素を持つ光電変換装置を示す平面図を示す。２０００×２０００個の検出器を構成する場合、光電変換素子を縦・横方向にそれぞれ数を増やせばよいが、この場合、制御配線（走査線）もｇ１〜ｇ２０００に示すように２０００本になり信号配線（データ線）もｓｉｇ１〜ｓｉｇ２０００に示すように２０００本になる。また走査回路や検出用集積回路（検出用ＩＣ）も２０００本の制御・処理をしなければならず大規模となる。これをそれぞれ１チップのＩＣで行うことは１チップが非常に大きくなり製造時の歩留まりや価格等で不利である。そこで、図に示すように走査回路は例えば１００段のシフトレジスタを１個のチップに形成し、２０個の走査回路チップ（ＳＲ１−１〜ＳＲ１−２０）を使用すれば良い。また検出用集積回路も１００個の処理回路を１個のチップに形成し、２０個の検出用集積回路チップ（ＩＣ１〜ＩＣ２０）を使用する。
【０００７】
図３には左側（Ｌ）に２０チップ（ＳＲ１−１〜ＳＲ１−２０）と下側（Ｄ）に２０チップ実装し、１チップあたり１００本の制御配線、信号配線をおのおのワイヤーボンディングでチップと接線している。図３中破線で囲まれる部分は２次元エリア状に配列された光電変換素子アレイ部分に相当する。また検出用集積回路の外部への接続は省略している。
【０００８】
図２には別の例が示されており、ここでは左側（Ｌ）に１０チップ（ＳＲ１−１〜ＳＲ１−１０）と右側（Ｒ）に１０チップ（ＳＲ１−１１〜ＳＲ１−２０）と上側（Ｕ）に１０チップ（ＩＣ１〜１０）、下側（Ｄ）に１０チップ（ＩＣ１１〜２０）を実装している。この構成は上・下・左・右側（Ｕ、Ｄ、Ｌ、Ｒ）にそれぞれ各配線を１０００本ずつに振り分けているため、各辺の配線の密度が小さくなり、また各辺のワイヤーボンディングの密度も小さく、製造歩留まりが向上する。配線の振り分けは左側（Ｌ）にｇ１，ｇ３，ｇ５，…，ｇ１９９９、右側（Ｒ）にｇ２，ｇ４，ｇ６，…，ｇ２０００とし、つまり奇数番目の制御配線を左側（Ｌ）、偶数番目の制御配線を右側（Ｒ）に振り分ける。こうすると各配線は等間隔に引き出され配線されるので密度の集中なく歩留まりが向上する。また、上側（Ｕ）下側（Ｄ）への配線も同様に振り分ければよい。
【０００９】
また、図示していないが、別の例として、配線の振り分けは左側（Ｌ）にｇ１〜ｇ１００，ｇ２０１〜ｇ３００，…，ｇ１８０１〜ｇ１９００、右側（Ｒ）にｇ１０１〜ｇ２００，ｇ３０１〜ｇ４００，…，ｇ１９０１〜ｇ２０００を振り分け、つまり、１チップごと連続な制御線を振り分け、これを左・右側（Ｌ・Ｒ）交互に振り分けることも考えられる。こうすると、１チップ内は連続に制御でき、駆動タイミングの調整や設定が容易で回路を複雑にしなくてよく、安価なＩＣが使用できる上・下側（Ｕ・Ｄ）についても同様で、連続な処理が可能で安価なＩＣが使用できる。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、大面積の光電変換装置では、製造時の微小なちり、特にアモルファスシリコンなどの半導体層を基板に堆積する時に薄膜堆積装置の壁から剥れ出るゴミ、及びメタル層を基板に堆積する時に残っているほこりを完全になくすことが困難であったため、配線の不具合、即ち配線のショートまたはオープンをゼロにすることは困難であった。
【００１１】
また、大面積の光電変換装置では、制御配線または信号配線がショートまたはオープンになると、その配線に接続されている光電変換素子の全ての出力信号が不正確なものとなり、光電変換装置としては使用不可能となるのである。
【００１２】
つまり、大面積の光電変換装置を作製する時の１枚の基板が大きくなればなるほど基板１枚あたりの歩留まりは低くなり、同時に基板１枚あたりの不具合による損失額も大きくなるのである。
【００１３】
又、一種類の基板サイズでは、それを貼り合わせて装置を構成する場合に、貼り合わせ後の大面積装置のサイズが元の基板サイズの２倍、４倍、６倍…というように倍数に制限される。
【００１４】
更に、又制御配線の選択順序（走査順序）を図２の矢印ＡＬ１に示す方向に設計しようとすると、図２の左側Ｌに配される各走査回路ＳＲ１−１〜ＳＲ１−１０の出力端子の配置順序と、図２の右側Ｒに配される各走査回路ＳＲ１−１１〜ＳＲ１−２０の出力端子の配列順序と、が互いに逆になる。従って、左右両側に配される走査回路を同じ構造のＩＣチップで作るとすると、左又は右側いずれか一方の接続線（制御配線と走査回路の出力端子とを接続する線）を多層配線等で構成しなければならない。こうなると、接続線の構造が複雑且つ高コストなものになり、又、走査回路の高密度実装を妨げる。
【００１５】
又、出力端子の配置順序を変えた２種類のＩＣを用意して一方を左側に、他方を右側に配することもできるが、基本動作が同じであるにもかかわらず２種のＩＣを製造することは高コスト化の原因になる。
【００１６】
このような問題は走査回路だけの問題ではなく読み出した信号を時系列に並べかえて出力する為の検出用ＩＣ（ＩＣ−１〜ＩＣ−２０）においても同様に生じる。
【００１７】
［発明の目的］
よって、本発明の第１の目的は、大面積の光電変換装置を作製する時の基板１枚あたりの歩留まりを向上させ、かつ基板１枚あたりの不具合による損失額を小さくすることにより、結果的に大面積の光電変換装置のコストを低減することである。
【００１８】
また、本発明の第２の目的は、大面積の光電変換装置を作製する時の検査工程の効率の向上およびそれに伴うスループット向上および部品点数の削減に伴う総合的なコストを低減することである。
【００１９】
本発明の第３の目的は、貼り合わせにより得られる装置のサイズの種類を増大しうる光電変換装置を提供することにある。
【００２０】
本発明の第４の目的は、駆動回路の種類を増やすことなく、又、接続を複雑にすることのない光電変換装置を提供することにある。
【００２１】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本発明は、以下の手段を有する。
【００２２】
本発明は、光電変換装置の製造方法において、２次元状に配された光電変換素子を有する基板に、該基板の外周部の一辺に沿って、同一構成の複数の走査回路チップを並べて実装し、該外周部の別の一辺に沿って、同一構成の複数の検出用回路チップを並べて実装する実装工程と、前記実装工程の後、前記基板を複数個、前記走査回路チップと前記検出用回路チップのいずれも実装されていない辺を相互に隣接させて、平面的に配置し貼り合わせる工程と、を含む。
また、本発明は、前記走査回路チップ及び前記検出用回路チップが前記外周部のうち隣接する２辺側に実装され、同一構成の光電変換素子アレイが形成された４枚の前記基板を、相互に９０°回転した向きで４枚配置してもよい。
【００５０】
【発明の実施の形態】
［作用］
本発明によれば、作製する時の基板１枚あたりの歩留まりを向上させ、かつ基板１枚あたりの不具合による損失額は小さくすることができ、結果的に大面積の光電変換装置のコストを低減することができるという作用が得られる。
【００５１】
また、本発明によれば、検査工程の効率の向上及びそれに伴うスループットの向上及び部品点数の削減が可能となり、結果的に大面積の光電変換装置のコストをさらに低減することができるという作用が得られる。
【００５２】
また、本発明によれば、大きさの異なる基板を用いるので貼り合わせにより得られる装置のサイズの種類を増大できる。
【００５３】
また、本発明によれば、駆動回路の種類を増やしたり、接続を複雑にしないですむ。
【００５４】
また、光電変換素子の注入阻止層が一か所のみで光の入射量を検出することができ、プロセスの最適化が容易で、歩留まりの向上が図れ、製造コストの低減が可能で、ＳＮ比の高い低コストの光電変換装置を供給することができるという作用が得られる。
【００５５】
また、Ｘ線撮像装置に適用すれば出力を瞬時に写し出すことが可能となり、更に画像処理及びデータの保管も可能となる。又、感度もフィルムに比べて良く、人体に影響の少ない微弱なＸ線で鮮明な画像を得ることができるという作用が得られる。
【００５６】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。
【００５７】
（第１の実施形態）
図１は、本発明の第１の実施形態に係る光電変換装置の全体平面図である。なお、図３及び図２と同一機能の部分には同一符号を付してあり、説明を省略する場合がある。
【００５８】
図１に示す光電変換装置において特徴的な点は、４枚の基板の上に構成されている光電変換装置１００、２００、３００、４００の各々４枚をすき間ができるだけ小さくなるように貼り合わせることによって１つの大きな光電変換装置を構成している点である。
【００５９】
光電変換素子アレイを有する基板１００の上には、光電変換素子が１０００×１０００個配置され（図中、斜線部）１０００本の制御配線ｇ１〜ｇ１０００と１０００本の信号配線ｓｉｇ１〜ｓｉｇ１０００の計２０００本の配線と接続されている。走査回路ＳＲ１は１００段ごとに１個のチップに集積化されており、基板１００の上には、ＳＲ１−１〜ＳＲ１−１０の計１０個の走査回路のチップが配置され制御配線ｇ１〜ｇ１０００と接続されている。
【００６０】
また、検出用集積回路も１００個の処理回路ごと１個のチップに集積化され、ＩＣ１〜ＩＣ１０の計１０個の検出用ＩＣチップが配置され信号配線ｓｉｇ１〜ｓｉｇ１０００と接続されている。
【００６１】
他の光電変換素子アレイを有する基板２００、３００、４００においても基板１００と同様であり、光電変換素子は１０００×１０００個配置されており、１０００本の制御配線と１０００本の信号配線により接続されている。また走査回路及び検出用集積回路も同様に１０個ずつ配置されている。これらの走査回路及び検出用集積回路は各基板毎に異なるものを用いることもできるが、本発明においては後述するように同一のＩＣチップを用いることが好ましい。また、４枚の光電変換装置において同時に走査することも可能であり、そのような場合は図３に示す例と比較すると１／４の走査時間を短縮することが可能となる。
【００６２】
図１において各基板上の走査方向は、走査回路ＳＲ１−１〜ＳＲ１−１０においては矢印１００ＳＳに示す方向であり、検出用回路ＩＣ−１〜ＩＣ−１０においては矢印１００ＳＩに示す方向である。
【００６３】
図１に示す装置は、全く同じ構成の光電変換素子アレイを有する基板が、互いに９０°回転させて配置されて構成されている。即ち、左上の基板１００に対して点ＰＰを中心に時計回りに９０°回転させると右上の基板２００の位置となり、更に９０°回転させると右下の基板３００の位置になる。そして、時計回りに更に９０°回転させると左下の基板４００の位置になる。左下の基板４００の位置は、換言すれば、左上の基板１００の位置から点ＰＰを中心に反時計回りに９０°回転させた位置となっている。
【００６４】
又、大面積の光電変換装置の４辺の各辺には走査回路ＳＲ１−１〜ＳＲ１−１０と検出用回路ＩＣ−１〜ＩＣ−１０がそれぞれ設置されている。
【００６５】
図１の例では、各辺における走査回路の走査方向１００ＳＳと検出用回路の走査方向１００ＳＩの向きが反対向きであるが、いずれか一方の走査方向を逆にすれば各辺における走査方向は走査回路及び検出用回路共に同じ向きになる。各基板の検出用回路ＩＣ−１〜ＩＣ−５から出力された信号は各基板に対応して設けられた４つのメモリ（不図示）にそれぞれ格納され、必要に応じて座標変換等を行って図１における物理的な画素の座標に対応させて処理すれば、入力された被写体の画像を表示装置等に再生できる。
【００６６】
走査回路は単一方向にシフトするシフトレジスタを有しており、そのシフトレジスタのシフト方向により走査方向が定められる。
【００６７】
検出用回路も単一方向にシフトするシフトレジスタを有しており、そのシフトレジスタのシフト方向により、信号の取り込み順序又は取り込んだ信号の出力順序（走査方向）が定められる。
【００６８】
本実施例によれば、走査回路及び検出用回路共にそれぞれ一種類のＩＣチップさえあれば光電変換装置の駆動回路を構成できるので、駆動回路のコストが高くならない。
【００６９】
又、多層配線等を用いて、走査回路や検出用回路と、光電変換素子アレイの制御配線及び信号配線と、を接続する必要もなく、単純な結線により接続でき、コスト上昇が生じない。
【００７０】
各ＩＣチップは、４つの基板を貼り合わせた後に、異方性導電性接着剤等で各基板と接続する方が各基板と接続してから各基板を貼り合わせる方法より望ましい。
【００７１】
４枚の光電変換素子アレイの基板をすき間なく貼り合わせて大面積の光電変換装置を構成することにより、基板１枚あたりの歩留まりは高くなり、同時に基板１枚あたりの不具合による損失額を小さくすることができる。
【００７２】
具体的には、図１の大面積光電変換装置における光電変換素子が配置してある面積と図３の光電変換装置における光電変換素子が配置してある面積が同じ場合、図１に示す各基板内のすべての制御配線とすべての信号配線の合計の長さは図３に示す光電変換装置内のすべての制御配線とすべての信号配線の合計の長さの約１／４となる。
このような光電変換装置において制御配線及び信号配線のショートまたはオープンはその配線に接続されている光電変換素子のすべての出力信号が不正確なものとなるため、光電変換装置としては使用不可能となってしまう。そのため、すべての信号配線及びすべての信号配線の合計の長さにほぼ比例して上記のような不具合が生じ、歩留まりを下げるのである。
【００７３】
よって、図１に示す基板１枚あたりの配線の不具合による歩留まりは、図３に示す光電変換装置の約４倍となる。また、図１に示す基板１枚が不具合となり、使用不可能になった場合の損失額は、基板の面積にほぼ比例するため、図３に示す光電変換装置において不具合を発生し使用不可能になった場合の損失額の約１／４となるのである。
【００７４】
また、光電変換素子の基板上には、図４（ａ）、図４（ｂ）に示すように、第１の電極層２、絶縁層７、光電変換を行いうる半導体層４、第１導電型のキャリアの注入を阻止する半導体層５、及び第２の電極層６を積層した光電変換素子が設けられている。そして、この光電変換装置は前記半導体層４に入射した信号光により発生した第１導電型のキャリアを前記半導体層５に蓄積させ、前記第１導電型と異なる第２導電型のキャリアを前記第２の電極層６に導く方向に前記受光素子に電界を与える光電変換手段と、前記受光素子に電界を与えて、前記第１導電型のキャリアを前記半導体層から前記第２の電極層に導く方向に前記光電変換素子に電界を与えるリフレッシュ手段と、前記光電変換手段による光電変換動作中に前記半導体層に蓄積された前記第１導電型のキャリアもしくは前記第２の電極層に導かれた前記第２導電型のキャリアを検出する為の信号検出部と、を有している。
【００７５】
図４（ａ）、図４（ｂ）において、Ｓ１１は受光素子、Ｔ１１はＴＦＴ、Ｃ１１はコンデンサ、およびＳＩＧは信号配線である。コンデンサＣ１１と受光素子Ｓ１１とを分離せず、受光素子Ｓ１１とコンデンサＣ１１とを一体的に形成している。これは受光素子とコンデンサとＴＦＴとがほぼ同じ層構成であるから可能なことである。また、画素上部にはパッシベーション膜として窒化シリコン膜ＳｉＮが形成されている。上方より光が光電変換素子に入射すると電気信号（蓄積電荷量）に変換される。
【００７６】
（第２の実施形態）
本発明の第２の実施形態に係る光電変換装置は図１に示すものと同じである。
【００７７】
本実施形態の光電変換装置において特徴的な点は、図１で説明した４枚の基板上の光電変換素子アレイ１００がすべて同一の光電変換素子アレイ１００で構成されており、かつ各々の光電変換素子アレイを有する基板４枚を同一平面内において９０°ずつ回転させすき間なく貼り合わせることによって１つの大きな光電変換装置を構成している点である。同一構成のアレイは、同じ製造プロセスによって作製される。
【００７８】
基板１００の上には、光電変換素子が１０００×１０００個配置され、１０００本の制御配線ｇ１〜ｇ１０００と１０００本の信号配線ｓｉｇ１〜ｓｉｇ１０００の計２０００本の配線と接続されている。走査回路ＳＲ１は１００段ごとに１個のチップに集積化されており、基板１００の上には、ＳＲ１−１〜ＳＲ１−１０の計１０個のチップが配置され制御配線ｇ１〜ｇ１０００と接続されている。
【００７９】
また、検出用集積回路も１００個の処理回路ごと１個のチップに集積化され、ＩＣ１〜ＩＣ１０の計１０個のチップが配置され信号配線ｓｉｇ１〜ｓｉｇ１０００と接続されている。これらの走査回路及び検出用集積回路は各基板毎に同じものを用いる。また、４枚の光電変換装置において同時に走査することも可能であり、そのような場合は図８に示す例と比較すると１／４の走査時間に短縮できる。
【００８０】
基板上に所定のパターンの光電変換素子及び配線を形成したものを４つ用意し、同一のシフトレジスタ及び検出用集積回路を実装し、その４枚の基板を各々９０°ずつ回転させすき間なく貼り合わせて大面積の光電変換装置を構成することにより、部品点数の大幅な削減が可能となる。また、検査工程も１種類の装置で行うことが可能となり、検査工程の効率の向上及びそれに伴うスループットの向上が可能となる。その結果大面積の光電変換装置のコストを低減することが可能となる。
【００８１】
（第３の実施形態）
図５は、本発明の第３の実施形態に係る光電変換装置の全体平面図である。なお図３乃至図１と同一機能の部分には同一符号を付してあり、説明を省略する場合がある。
【００８２】
図５に示す光電変換装置において特徴的な点は、４つの光電変換素子アレイの基板の各々の光電変換素子部の光電変換素子数及び／又は光電変換素子部の平面的な形状が互いに異なっていることである。
【００８３】
具体的には図１の右上の基板と図５の右上の基板２２０の相違点は光電変換素子数が１０００個×１０００個から７００個×１０００個になった点であり、それに伴ない信号配線が１０００本から７００本へ減少し、検出用集積回路が１０個から７個へ減少している。
【００８４】
同様に図１の左下の基板と図５の左下の基板４４０の相違点は光電変換素子数が１０００個×１０００個から１０００個×７００個になった点であり、それに伴ない制御配線が、１０００本から７００本へ減少し、走査回路が１０個から７個へ減少している。
【００８５】
同様に図１の右下の基板と図５の右下の基板３３０の相違点は、光電変換素子数が１０００個×１０００個から７００個×７００個になった点であり、それに伴ない信号配線及び制御配線が１０００本から７００本へ共に減少し、検出用集積回路及び走査回路が共に１０個から７個へ減少している。
【００８６】
このように４枚の基板のうちの一部の基板の光電変換素子アレイ部の光電変換素子数及び／又は光電変換素子アレイ部の平面的な形状を変更することにより、４枚貼り合わせて構成した光電変換装置の全体的な光電変換素子部の面積又は形状を変更する事が可能となる。
【００８７】
即ち、４枚貼り合わせて光電変換装置を構成する場合、通常は標準的な大きさの光電変換素子アレイを有する基板を４枚作製し、それらを貼り合わせるのであるが、４枚貼り合わせた時の全体的な光電変換部の大きさが小さいものや大きいもの、又は全体的な光電変換部の形状が異なるものが必要な時は、４枚の基板のうち１枚又は２枚又は３枚だけを新たに作製し、それを標準的な光電変換素子アレイを有する基板と入れ替えることで、所望の４枚貼り合わせの光電変換装置を構成することが可能になる。
【００８８】
具体的な例として、図１に示した光電変換装置を標準的な成人用のＸ線装置の読み取り部として用いる事が考えられるが、そういう場合、図５の小型化した装置を小児用のＸ線装置の読み取り部として用いる事ができる。
【００８９】
以上のように、４枚貼り合わせた場合の全体的な光電変換部の形状が異なった光電変換装置を形成する場合、４枚の光電変換装置全てを新たに作製することなく、一部の光電変換装置を新たに作製することにより所望とする光電変換装置を構成することができる。
【００９０】
これにより、各光電変換装置の設計及び部品コスト及び検査コストを低減する事が可能になり、総合的な製品コストを下げる事が可能になる。
【００９１】
（第４の実施形態）
第４の実施形態としては、上記した第１乃至第３の各実施形態の光電変換素子の上部に蛍光体を配置し、Ｘ線レントゲン装置を構成したものである。
【００９２】
基板上の構成は、前述した図４（ｂ）の光入射側にＸ線等の高エネルギー線を吸収し可視光を発生する発光体の層を設けたものである。それを図６に示す。パッシベーション膜ＳｉＮ上に発光体としての蛍光体を配している。この蛍光体としてはヨウ化セシウム（ＣｓＩ）が挙げられ、Ｘ線を受光すると蛍光を発生する。この蛍光を受光素子Ｓ１１で光電変換する。例えば縦横１ｍｍあたり５×５個の画素を２０００×２０００個の画素として２次元的に配置すれば４０ｃｍ×４０ｃｍのＸ線検出器が得られる。
【００９３】
これをＸ線フィルムの代わりにＸ線発生器と組み合わせＸ線レントゲン装置を構成すれば胸部レントゲン検診や乳ガン検診に使用できる。するとフィルムと異なり瞬時にその出力をＣＲＴで写し出すことが可能で、さらに出力をディジタルに変換しコンピュータで画像処理して目的に合わせた出力に変換することも可能である。また光磁気ディスクに保管もでき、過去の画像を瞬時に検索することもできる。また感度もフィルムより良く人体に影響の少ない微弱なＸ線で鮮明な画像を得ることもできる。
【００９４】
次に、図７、図８を参照して本発明に用いられる光電変換素子アレイの駆動法について説明する。ここでは１チップの走査回路による走査線数を３、１チップの検出用ＩＣによるデータ線数を３として３×３マトリクスの光電変換素子アレイを駆動する場合を例に挙げるが、走査回路ＩＣと検出用ＩＣとを１０個づつ用い走査線を１０００本、データ線を１０００本、光電変換素子を１０００×１０００マトリクスとすれば、図１の１つの基板の走査・検出が行えることは明らかである。
【００９５】
図７は、本発明の光電変換装置の駆動方法を説明する為の回路図である。各光電変換素子（画素）の構成としては図４（ａ）、図４（ｂ）、図６に示したものと同じ構造を採用できる。
【００９６】
図７において、Ｓ１１〜Ｓ３３は受光素子で下部電極側をＧ、上部電極側をＤで示している。Ｃ１１〜Ｃ３３は蓄積用コンデンサ、Ｔ１１〜Ｔ３３は転送用ＴＦＴである。Ｖｓは読み出し用電源、Ｖｇはリフレッシュ用電源であり、それぞれスイッチＳＷｓ、ＳＷｇを介して全光電変換素子Ｓ１１〜Ｓ３３のＧ電極に接続されている。スイッチＳＷｓはインバータを介して、スイッチＳＷｇは直接にリフレッシュ制御回路ＲＦに接続されており、リフレッシュ期間はスイッチＳＷｇがｏｎするよう制御されている。１画素は１個の受光素子とコンデンサ、およびＴＦＴで構成され、その出力信号は信号配線ＳＩＧを介して検出用集積回路ＩＣに出力される。
【００９７】
図７中の破線で囲んだ部分は大面積の同一絶縁基板上に形成されている。
【００９８】
図８は図７の動作を示すタイミングチャートである。
【００９９】
はじめに走査回路ＳＲ１およびＳＲ２により制御配線ｇ１〜ｇ３、ｓ１〜ｓ２にハイレベルのパルスが印加される。すると転送用ＴＦＴ・Ｔ１１〜Ｔ３３とスイッチＭ１〜Ｍ３がオンし導通し、全受光素子Ｓ１１〜Ｓ３３のＤ電極は基準電位としてのＧＮＤ電位になる（積分検出器Ａｍｐの入力端子はＧＮＤ電位に設計されているため）。同時にリフレッシュ制御回路ＲＦがハイレベルのパルスを出力しスイッチＳＷｇがオンし全受光素子Ｓ１１〜Ｓ３３のＧ電極はリフレッシュ用電源Ｖｇにより正電位になる。すると全受光素子Ｓ１１〜Ｓ３３はリフレッシュモードになりリフレッシュされる。つぎにリフレッシュ制御回路ＲＦがローレベルのパルスを出力しスイッチＳＷｓがオンし全受光素子Ｓ１１〜Ｓ３３のＧ電極は読み取り用電源Ｖｓにより負電位になる。すると全受光素子Ｓ１１〜Ｓ３３は光電変換モードになり同時にコンデンサＣ１１〜Ｃ３３は初期化される。この状態で走査回路ＳＲ１およびＳＲ２により制御配線ｇ１〜ｇ３、ｓ１〜ｓ２にローレベルのパルスが印加される。すると転送用ＴＦＴ・Ｔ１１〜Ｔ３３のスイッチＭ１〜Ｍ３がオフし、全受光素子Ｓ１１〜Ｓ３３のＤ電極はＤＣ的にはオープンになるがコンデンサＣ１１〜Ｃ３３によって電位は保持される。
【０１００】
しかし、この時点では光線は入射されていないため、全受光素子Ｓ１１〜Ｓ３３には光は入射されず光電流は流れない。この状態で光線がパルス的に出射され被写体を介して受光素子Ｓ１１〜Ｓ３３に入射する。この光により流れた光電流は電荷としてそれぞれのコンデンサＣ１１〜Ｃ３３に蓄積され光線の入射終了後も保持される。
【０１０１】
つぎに、走査回路ＳＲ１により制御配線ｇ１にハイレベルの制御パルスが印加され、走査回路ＳＲ２の制御配線ｓ１〜ｓ３への制御パルス印加によって転送用ＴＦＴ・Ｔ１１〜Ｔ３３のスイッチＭ１〜Ｍ３を通してｖ１〜ｖ３が順次出力される。同様に走査回路ＳＲ１、ＳＲ２の制御により他の光信号も順次出力される。２次元の光情報が電気信号に変換されてｖ１〜ｖ９として得られる。静止画像を得る場合はここまでの動作であるが動画像を得る場合はここまでの動作を繰り返す。
【０１０２】
この光電変換装置では受光素子のＧ電極が共通に接続され、この共通の配線をスイッチＳＷｇとスイッチＳＷｓを介してリフレッシュ用電源Ｖｇと読み取り用電源Ｖｓに接続して、Ｇ電極の電位に制御している為、全光電変換素子を同時にリフレッシュモードと光電変換モードとに切り換えることができる。このため複雑な制御なくして１画素あたり１個のＴＦＴで光出力を得ることができる。
【０１０３】
従来のＸ線レントゲン装置におけるＸ線フィルムに代えて本発明の光電変換装置をＸ線発生器と組み合わせ用いれば新規なＸ線レントゲン装置となる。
【０１０４】
これは胸部レントゲン検診や乳ガン検診に使用できる。するとフィルムと異なり瞬時にその出力をＣＲＴで映し出すことが可能で、さらに出力をディジタルに変換しコンピュータで画像処理して目的に合わせた出力に変換することも可能である。また光磁気ディスクに保管もでき、過去の画像を瞬時に検索することもできる。また感度もフィルムより良く人体に影響の少ない微弱なＸ線で鮮明な画像を得ることもできる。
【０１０５】
又、本発明の光電変換装置に用いられる受光素子としては、光導電素子や光起電力素子が用いられるが、以下に述べる理由により、図４（ａ）、図４（ｂ）、図６に示したような光電変換素子が好ましく用いられる。
【０１０６】
図９（ａ）〜（ｃ）は受光素子としての光センサの構成を示す図であり、図９（ａ），（ｂ）は二種類の光センサの層構成を示し、図９（ｃ）は共通した代表的な駆動方法を示している。図９（ａ），（ｂ）共にフォト・ダイオード型の光センサであり、図９（ａ）はＰＩＮ型、図９（ｂ）はショットキー型と称されている。
【０１０７】
図９（ａ），（ｂ）中、１は絶縁基板、２は下部電極、３はｐ型半導体層（以下ｐ層と記す）、４は真性半導体層（以下ｉ層と記す）、５はｎ型半導体層（以下ｎ層と記す）６は透明電極である。図９（ｂ）のショットキー型では下部電極２の材料を適当に選び、下部電極２からｉ層４に電子が注入されないようショットキーバリア層が形成されている。図９（ｃ）において、１０は上記光センサを記号化して表わした光センサを示し、１１は電源、１２は電流アンプ等の検出部を示している。光センサ１０中Ｃで示された方向は図９（ａ），（ｂ）中の透明電極６側、Ａで示された方向が下部電極２側であり、電源１１はＡ側に対しＣ側に正の電圧が加わる様に設定されている。
【０１０８】
ここで動作を簡単に説明する。図９（ａ），（ｂ）に示されるように、矢印で示された方向から光が入射され、ｉ層４に達すると、光は吸収され電子とホールが発生する。ｉ層４には電源１１により電界が印加されているため電子はＣ側、つまりｎ層５を通過して透明電極６に移動し、ホールはＡ側つまり下部電極２に移動する。よって、光センサ１０に光電流が流れたことになる。また、光が入射しない場合ｉ層４で電子もホールも発生せず、また、透明電極内６のホールはｎ層５がホールの注入阻止層として働き、下部電極２内の電子は図９（ａ）のＰＩＮ型ではｐ層３が、図９（ｂ）のショットキー型ではショットキーバリア層が、電子の注入阻止層として働き、電子、ホール共に移動できず、電流は流れない。したがって光の入射の有無で電流が変化し、これを図９（ｃ）の検出部１２で検出すれば光センサとして動作する。
【０１０９】
しかしながら、上記光センサでＳＮ比が高く、低コストの光電変換装置を生産するのは困難であった。以下その理由について説明する。
【０１１０】
第１の理由は、図９（ａ）のＰＩＮ型、図９（ｂ）のショットキー型は共に２ヵ所に注入阻止層が必要なところにある。図９（ａ）のＰＩＮ型において注入阻止層であるｎ層５は電子を透明電極６に導くと同時にホールがｉ層４に注入するのを阻止する特性が必要である。どちらかの特性を逸すれば光電流が低下したり、光が入射しない時の電流（以下暗電流と記す）が発生、増加することになりＳＮの低下の原因になる。この暗電流はそれ自身がノイズと考えられると同時にショットノイズと呼ばれるゆらぎ、いわゆる量子ノイズを含んでおり、たとえ検出部１２で暗電流を差し引く処理をしても、暗電流に伴う量子ノイズを小さくすることはできない。通常この特性を向上させるためｉ層４やｎ層５の成膜の条件や、作成後のアニールの条件の最適化を図る必要がある。しかし、もう一つの注入阻止層であるｐ層３についても電子、ホールが逆ではあるが同等の特性が必要であり、同様に各条件の最適化が必要である。通常、前者ｎ層の最適化と後者ｐ層の最適化の条件は同一でなく、両者の条件を同時に満足させるのは困難である。つまり、同一光センサ内に二ヵ所の注入阻止層が必要なことは高ＳＮ比の光センサの形成を困難にする。
【０１１１】
これは図９（ｂ）のショットキー型においても同様である。また図９（ｂ）のショットキー型においては片方の注入阻止層にショットキーバリア層を用いているが、これは下部電極２とｉ層４の仕事関数の差を利用するもので、下部電極２の材料が限定されたり、界面の局在準位の影響が特性に大きく影響し、条件を満足させるのはさらに困難である。また、さらにショットキーバリア層の特性を向上させるために、下部電極２とｉ層４の間に１００オングストローム前後の薄いシリコンや金属の酸化膜、窒化膜を形成することも報告されているが、これはトンネル効果を利用し、ホールを下部電極２に導き、電子のｉ層４への注入を阻止する効果を向上させるもので、やはり仕事関数の差を利用しているため下部電極２の材料の限定は必要であるし、電子の注入の阻止とトンネル効果によるホールの移動という逆の性質を利用するため酸化膜や窒化膜は１００オングストローム前後と非常に薄いところに限定され、かつ、厚さや膜質の制御は難しく生産性を低下させられる。
【０１１２】
また、注入阻止層が２ヵ所必要なことは生産性を低下させコストもアップする。これは注入阻止層が特性上需要な為２ヵ所中１ヵ所でもゴミ等で欠陥が生じた場合、光センサとしての特性が得られないからである。
【０１１３】
第２の理由を図１０を用いて説明する。図１０は薄膜の半導体膜で形成した電界効果型トランジスタ（ＴＦＴ）の層構成を示している。ＴＦＴは光電変換装置を形成するうえで制御部の一部として利用することがある。図中図９と同一なものは同番号で示してある。図１０において、７はゲート絶縁膜であり、６０は上部電極である。形成法を順を追って説明する。絶縁基板１上にゲート電極（Ｇ）として働く下部電極２、ゲート絶縁膜７、ｉ層４、ｎ層５、ソース、ドレイン電極（Ｓ、Ｄ）として働く上部電極６０を順次成膜し、上部電極６０をエッチングしてソース、ドレイン電極を形成し、その後ｎ層５をエッチングしてチャネル部を構成している。ＴＦＴの特性はゲート絶縁膜７とｉ層４の界面の状態に敏感で通常その汚染を防ぐために同一真空内で連続に堆積する。
【０１１４】
従来の光センサをこのＴＦＴと同一基板上に形成する場合、この層構成が問題となりコストアップや特性の低下を招く。この理由は図９に示した光センサの構成が、図９（ａ）のＰＩＮ型が電極／ｐ層／ｉ層／ｎ層／電極、図９（ｂ）のショットキー型が電極／ｉ層／ｎ層／電極という構成であるのに対し、ＴＦＴは電極／絶縁膜／ｉ層／ｎ層／電極という構成で両者が異なるからである。これは同一プロセスで形成できないことを示し、プロセスの複雑化による歩留まりの低下、コストアップを招く。また、ｉ層／ｎ層を共通化するにはゲート絶縁膜７やｐ層３のエッチング工程が必要となり、先に述べた光センサの重要な層である注入阻止層のｐ層３とｉ層４が同一真空内で成膜できなかったり、ＴＦＴの重要なゲート絶縁膜７とｉ層４の界面がゲート絶縁膜のエッチングにより汚染され、特性の劣化やＳＮ比の低下の原因になる。
【０１１５】
また、前述した図９（ｂ）のショットキー型の特性を改善するため下部電極２とｉ層４の間に酸化膜や窒化膜を形成したものは膜構成の順は同一であるが先に述べたように酸化膜や窒化膜は１００オングストローム前後である必要がありゲート絶縁膜と共用することは困難である。
【０１１６】
図１１に、ゲート絶縁膜とＴＦＴの歩留まりについて、我々が実験した結果を示す。ゲート絶縁膜厚が１０００オングストローム以下で歩留まりは急激に低下し、８００オングストロームで歩留まりは約３０％、５００オングストロームで歩留まりは０％、２５０オングストロームではＴＦＴの動作すら確認できなかった。トンネル効果を利用した光センサの酸化膜や窒化膜と、電子やホールを絶縁しなければならないＴＦＴのゲート絶縁膜を共用化することは明らかに困難であり、これをデータが示している。
【０１１７】
またさらに、図示していないが電荷や電流の積分値を得るのに必要となる素子である容量素子（以下コンデンサと記す）を光センサと同一の構成でリークが少ない良好な特性のものを作るのは難しい。コンデンサは２つの電極間に電荷を蓄積するのが目的なため電極間の中間層には必ず電子とホールの移動を阻止する層が必要であるのに対し、従来の光センサは電極間に半導体層のみ利用しているため熱的にリークの少ない良好な特性の中間層を得るのは難しいからである。
【０１１８】
このように光電変換装置を構成するうえで重要な素子であるＴＦＴやコンデンサとプロセス的にまたは特性的にマッチングが良くないことは複数の光センサを２次元に多数配置し、この光信号を順次検出するようなシステム全体を構成するうえで工程が多くかつ複雑になるため歩留まりが非常に悪く、低コストで高性能多機能な装置を作るうえで問題になる。
【０１１９】
【発明の効果】
以上、説明したように、本発明によれば、作製する時の基板１枚あたりの歩留まりを向上させ、かつ基板１枚あたりの不具合による損失額は小さくすることができ、結果的に大面積の光電変換装置のコストを低減することができるという効果が得られる。
【０１２０】
また、本発明によれば、検査工程の効率の向上及びそれに伴うスループットの向上及び部品点数の削減が可能となり、結果的に大面積の光電変換装置のコストをさらに低減することができるという効果が得られる。
【０１２１】
また、本発明によれば、大きさの異なる基板を用いるので貼り合わせにより得られる装置のサイズの種類を増大できるという効果が得られる。
【０１２２】
また、本発明によれば、駆動回路の種類を増やしたり、接続を複雑にしないですむという効果が得られる。
【０１２３】
また、本発明によれば、光電変換素子の注入阻止層が一か所のみで光の入射量を検出することができ、プロセスの最適化が容易で、歩留まりの向上が図れ、製造コストの低減が可能で、ＳＮ比の高い低コストの光電変換装置を供給することができるという効果が得られる。
【０１２４】
また、本発明によれば、本発明の光電変換装置をＸ線撮像装置に適用すれば、出力を瞬時に写し出すことが可能となり、更に画像処理及びデータの保管も可能となる。又、感度もフィルムに比べて良く、人体に影響の少ない微弱なＸ線で鮮明な画像を得ることができるという効果が得られる。
【０１２５】
また、本発明によれば、走査回路及び検出用回路共にそれぞれ一種類のＩＣチップさえあれば光電変換装置の駆動回路を構成できるので、駆動回路のコストが高くならないという効果が得られる。
【０１２６】
また、本発明によれば、多層配線等を用いて、走査回路や検出用回路と、光電変換素子アレイの制御配線及び信号配線と、を接続する必要もなく、単純な結線により接続でき、コスト上昇が生じないという効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る光電変換装置の全体平面図である。
【図２】２０００×２０００個の画素を持つ光電変換装置を示す平面図である。
【図３】２０００×２０００個の画素を持つ光電変換装置を示す平面図である。
【図４】光電変換素子の基板上の構成を示す平面図（ａ）及び断面図（ｂ）である。
【図５】本発明の第３の実施形態に係る光電変換装置の全体平面図である。
【図６】本発明の第４の実施形態として、第１乃至第３の各実施形態の光電変換素子の上部に蛍光体を配置し、Ｘ線レントゲン装置を構成した例を示す断面模式図である。
【図７】本発明の光電変換装置の駆動方法を説明する為の回路図である。
【図８】図７の動作を示すタイミングチャートである。
【図９】光センサの層構成と、代表的な駆動方法を示す図である。
【図１０】薄膜の半導体膜で形成した電界効果型トランジスタ（ＴＦＴ）の層構成を示す図である。
【図１１】ゲート絶縁膜とＴＦＴの歩留まりの実験結果を示す図である。
【符号の説明】
１００、２００、３００、４００光電変換装置（基板）
ｇ１〜ｇ１０００制御配線
ｓｉｇ１〜ｓｉｇ１０００信号配線
ＳＲ１−１〜ＳＲ１−１０走査回路チップ
ＩＣ１〜ＩＣ１０検出用ＩＣチップ
１００ＳＩ、１００ＳＳ走査方向[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a photoelectric conversion device, and more particularly to a two-dimensional photoelectric conversion device used for a large-area photoelectric conversion device, such as a facsimile, a digital copying machine, or an X-ray imaging device.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, a reading system using a reduction optical system and a CCD type sensor has been used as a reading system for a facsimile, a digital copying machine, or the like. In recent years, amorphous silicon (hereinafter abbreviated as a-Si) has been used. With the development of photoelectric conversion semiconductor materials, a so-called contact type sensor in which a photoelectric conversion element and a signal processing unit are formed on a large-area substrate and read by an information source and an optical system of the same magnification is remarkable. In particular, since a-Si can be used not only as a photoelectric conversion material but also as a thin film field effect transistor (hereinafter referred to as TFT), there is an advantage that a photoelectric conversion semiconductor layer and a semiconductor layer of a TFT can be simultaneously formed. Have.
[0003]
The basic structure of a photoelectric conversion device using a-Si is described in U.S. Pat. No. 4,376,888, Japanese Patent Publication No. 62-23944 or Japanese Patent Publication No. 63-66117.
[0004]
Specific examples for integrally forming the a-Si photosensor and the a-Si TFT are described in U.S. Pat. Nos. 4,931,661, 5,338,690, and 5,306,648. It is described in.
[0005]
The present inventors have prototyped a two-dimensional area type photoelectric conversion device in which the number of pixels is greatly increased based on the technology disclosed in these specifications. An outline of the photoelectric conversion device will be described with reference to FIGS. This device is described in EP-A-0 660 421.
[0006]
3 and 2 are plan views showing a photoelectric conversion device having 2000 × 2000 pixels. When 2,000 × 2,000 detectors are configured, the number of photoelectric conversion elements may be increased in the vertical and horizontal directions. In this case, the number of control wirings (scanning lines) is 2,000 as shown by g1 to g2000. The number of signal wirings (data lines) is 2,000 as shown by sig1 to sig2000. In addition, a scanning circuit and a detection integrated circuit (detection IC) also need to control and process 2,000 lines, resulting in a large scale. Performing each of these operations with one-chip IC is disadvantageous in terms of yield, cost, and the like during manufacture because one chip becomes very large. Therefore, as shown in the figure, the scanning circuit may be formed by forming, for example, a 100-stage shift register on one chip and using 20 scanning circuit chips (SR1-1 to SR1-20). The detection integrated circuit also includes 100 processing circuits formed on one chip, and uses 20 detection integrated circuit chips (IC1 to IC20).
[0007]
In FIG. 3, 20 chips (SR1-1 to SR1-20) are mounted on the left side (L) and 20 chips are mounted on the lower side (D), and 100 control wirings and signal wirings per chip are connected to the chip by wire bonding. It is tangent. A portion surrounded by a broken line in FIG. 3 corresponds to a photoelectric conversion element array portion arranged in a two-dimensional area. The connection of the detection integrated circuit to the outside is omitted.
[0008]
FIG. 2 shows another example, in which 10 chips (SR1-1 to SR1-10) are on the left (L) and 10 chips (SR1-11 to SR1-20) are on the right (R). 10 chips (IC1 to 10) are mounted on (U) and 10 chips (IC11 to 20) are mounted on the lower side (D). In this configuration, since each wiring is distributed to 1000 lines each in the upper, lower, left, and right sides (U, D, L, R), the wiring density on each side is reduced, and the wire bonding on each side is reduced. The density is small, and the production yield is improved. .., G1999 on the left (L) and g2, g4, g6,..., G2000 on the right (R), that is, the odd-numbered control lines are on the left (L), Distribute the control wiring to the right (R). In this case, the wiring is drawn out at equal intervals and wired, so that the yield is improved without concentration. In addition, the wiring to the upper side (U) and the lower side (D) may be similarly allocated.
[0009]
Also, although not shown, as another example, the wiring is distributed on the left side (L) as g1 to g100, g201 to g300,. , G1901 to g2000, that is, a continuous control line is allocated for each chip, and the control lines are alternately allocated to the left and right sides (LR). In this way, the inside of one chip can be controlled continuously, the adjustment and setting of the drive timing are easy, the circuit does not need to be complicated, and the same applies to the upper and lower sides (UD) where an inexpensive IC can be used. Processing and inexpensive ICs can be used.
[0010]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the case of a large-area photoelectric conversion device, minute dust during manufacturing, particularly dust that peels off from the wall of the thin film deposition device when a semiconductor layer such as amorphous silicon is deposited on the substrate, and when a metal layer is deposited on the substrate. Since it was difficult to completely remove the remaining dust, it was difficult to eliminate wiring defects, that is, short-circuit or open wiring.
[0011]
In a large-area photoelectric conversion device, if a control wiring or a signal wiring is short-circuited or opened, all output signals of the photoelectric conversion elements connected to the wiring become inaccurate, and the photoelectric conversion device is not used. It becomes impossible.
[0012]
In other words, the yield of a single substrate when manufacturing a large-area photoelectric conversion device increases as the size of the substrate decreases, and at the same time, the amount of loss due to defects per substrate increases.
[0013]
Also, with one type of substrate size, when the devices are configured by bonding them together, the size of the large-area device after bonding is doubled, such as twice, four times, six times, etc., of the original substrate size. Limited.
[0014]
Further, when the control line selection order (scanning order) is designed in the direction indicated by the arrow AL1 in FIG. 2, the output terminals of the scanning circuits SR1-1 to SR1-10 arranged on the left side L in FIG. The arrangement order and the arrangement order of the output terminals of the scanning circuits SR1-11 to SR1-20 arranged on the right side R in FIG. 2 are opposite to each other. Therefore, assuming that the scanning circuits disposed on both the left and right sides are made of IC chips having the same structure, either the left or right connection line (the line connecting the control wiring and the output terminal of the scanning circuit) is formed by multilayer wiring or the like. Must be configured. In this case, the structure of the connection line becomes complicated and expensive, and the high-density mounting of the scanning circuit is hindered.
[0015]
It is also possible to prepare two types of ICs in which the arrangement order of the output terminals is changed and arrange one type on the left side and the other type on the right side. Doing so causes higher costs.
[0016]
Such a problem occurs not only in the scanning circuit but also in the detection ICs (IC-1 to IC-20) for rearranging and outputting read signals in time series.
[0017]
[Object of the invention]
Therefore, a first object of the present invention is to improve the yield per substrate when manufacturing a large-area photoelectric conversion device and to reduce the amount of loss due to defects per substrate as a result. Another object is to reduce the cost of a large-area photoelectric conversion device.
[0018]
A second object of the present invention is to improve the efficiency of an inspection process when manufacturing a large-area photoelectric conversion device, to improve the throughput associated therewith, and to reduce the overall cost associated with the reduction in the number of components. .
[0019]
A third object of the present invention is to provide a photoelectric conversion device capable of increasing the types of devices obtained by bonding.
[0020]
A fourth object of the present invention is to provide a photoelectric conversion device that does not increase the types of drive circuits and does not complicate the connection.
[0021]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above problems, the present invention has the following means.
[0022]
The present inventionIn a method of manufacturing a photoelectric conversion device, a plurality of scanning circuit chips having the same configuration are arranged and mounted on a substrate having photoelectric conversion elements arranged two-dimensionally along one side of an outer peripheral portion of the substrate. Along the other side of, a mounting step of arranging and mounting a plurality of circuit chips for detection having the same configuration, and after the mounting step, a plurality of substrates, any of the scanning circuit chip and the circuit chip for detection Placing the unmounted sides adjacent to each other, arranging them in a plane, and bonding them together.
The present invention also relates to a method in which the scanning circuit chip and the detection circuit chip are mounted on two adjacent sides of the outer peripheral portion, and the four substrates on which a photoelectric conversion element array having the same configuration is formed are connected to each other. May be arranged in a direction rotated by 90 °.
[0050]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
[Action]
ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the yield per substrate at the time of manufacture can be improved, and the amount of loss due to defects per substrate can be reduced, and as a result, the cost of a large-area photoelectric conversion device can be reduced. Is obtained.
[0051]
Further, according to the present invention, it is possible to improve the efficiency of the inspection process, thereby improving the throughput and reducing the number of components, and as a result, the cost of a large-area photoelectric conversion device can be further reduced. can get.
[0052]
Further, according to the present invention, since substrates having different sizes are used, it is possible to increase the number of types of devices obtained by bonding.
[0053]
Further, according to the present invention, it is not necessary to increase the number of types of drive circuits or to complicate the connection.
[0054]
In addition, the injection blocking layer of the photoelectric conversion element can detect the amount of incident light only at one place, so that the process can be easily optimized, the yield can be improved, the manufacturing cost can be reduced, and the SN ratio can be reduced. The operation that a low-cost photoelectric conversion device with high cost can be supplied can be obtained.
[0055]
Further, if the present invention is applied to an X-ray imaging apparatus, an output can be instantaneously captured, and further, image processing and data storage can be performed. Further, the sensitivity is better than that of a film, and an effect that a clear image can be obtained with weak X-rays having little effect on the human body can be obtained.
[0056]
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
[0057]
(1st Embodiment)
FIG. 1 is an overall plan view of the photoelectric conversion device according to the first embodiment of the present invention. Note that portions having the same functions as those in FIGS. 3 and 2 are denoted by the same reference numerals, and description thereof may be omitted.
[0058]
A characteristic point of the photoelectric conversion device illustrated in FIG. 1 is that four photoelectric conversion devices 100, 200, 300, and 400 each formed over four substrates are bonded to each other so that a gap is as small as possible. This constitutes one large photoelectric conversion device.
[0059]
On the substrate 100 having the photoelectric conversion element array, 1000 × 1000 photoelectric conversion elements are arranged (hatched portions in the figure). A total of 2000 control wirings g1 to g1000 and 1000 signal wirings sig1 to sig1000 are provided. Connected to book wiring. The scanning circuit SR1 is integrated on one chip for every 100 stages. On the substrate 100, a total of ten scanning circuit chips SR1-1 to SR1-10 are arranged, and control wirings g1 to g1000 are provided. Is connected to
[0060]
The detection integrated circuit is also integrated on one chip for every 100 processing circuits, and a total of ten detection IC chips of IC1 to IC10 are arranged and connected to the signal wirings sig1 to sig1000.
[0061]
The substrates 200, 300, and 400 having the other photoelectric conversion element arrays are the same as the substrate 100, and 1000 × 1000 photoelectric conversion elements are arranged and connected by 1000 control wirings and 1000 signal wirings. ing. Similarly, ten scanning circuits and ten detection integrated circuits are also arranged. Although these scanning circuits and detection integrated circuits can be different for each substrate, it is preferable to use the same IC chip as described later in the present invention. Further, it is also possible to scan simultaneously with four photoelectric conversion devices, and in such a case, it is possible to reduce the scanning time by １／ compared with the example shown in FIG.
[0062]
In FIG. 1, the scanning direction on each substrate is the direction indicated by arrow 100SS in the scanning circuits SR1-1 to SR1-10, and the direction indicated by arrow 100SI in the detection circuits IC-1 to IC-10.
[0063]
The device shown in FIG. 1 is configured by arranging substrates having a photoelectric conversion element array of exactly the same configuration by rotating each other by 90 °. That is, when the substrate 100 is rotated clockwise by 90 ° about the point PP with respect to the substrate 100 on the upper left, the substrate on the upper right200 position, and if it is further rotated 90 °, the lower right substrate300 position. And if it is further rotated 90 ° clockwise, the lower left substrate400 position. Lower left board4The position of 00 is, in other words, a position rotated 90 ° counterclockwise around the point PP from the position of the substrate 100 at the upper left.
[0064]
Further, scanning circuits SR1-1 to SR1-10 and detection circuits IC-1 to IC-10 are provided on each of the four sides of the large-area photoelectric conversion device.
[0065]
In the example of FIG. 1, the scanning direction 100SS of the scanning circuit and the scanning direction 100SI of the detection circuit on each side are opposite to each other. However, if either one of the scanning directions is reversed, the scanning direction on each side becomes the scanning direction. The circuit and the detection circuit have the same orientation. The signals output from the detection circuits IC-1 to IC-5 of each substrate are stored in four memories (not shown) provided corresponding to each substrate, and are subjected to coordinate conversion and the like as necessary. If the processing is performed in correspondence with the physical pixel coordinates in FIG. 1, the input image of the subject can be reproduced on a display device or the like.
[0066]
The scanning circuit has a shift register that shifts in a single direction, and the scanning direction is determined by the shift direction of the shift register.
[0067]
The detection circuit also has a shift register that shifts in a single direction, and the shift direction of the shift register determines the order of capturing signals or the order of output (scanning direction) of the captured signals.
[0068]
According to the present embodiment, the driving circuit of the photoelectric conversion device can be configured with only one type of IC chip for each of the scanning circuit and the detection circuit, so that the cost of the driving circuit does not increase.
[0069]
Further, it is not necessary to connect the scanning circuit or the detection circuit to the control wiring and the signal wiring of the photoelectric conversion element array by using a multilayer wiring or the like, and they can be connected by a simple connection, so that the cost does not increase.
[0070]
It is more preferable to connect each IC chip to each substrate with an anisotropic conductive adhesive or the like after bonding the four substrates than to bond each substrate after connecting each substrate.
[0071]
By forming a large-area photoelectric conversion device by bonding substrates of four photoelectric conversion element arrays without gaps, the yield per substrate is increased, and at the same time, the amount of loss due to defects per substrate is reduced. be able to.
[0072]
Specifically, when the area where the photoelectric conversion elements are arranged in the large-area photoelectric conversion device in FIG. 1 is the same as the area where the photoelectric conversion elements are arranged in the photoelectric conversion device in FIG. 3, each substrate shown in FIG. The total length of all the control wirings and all the signal wirings is about of the total length of all the control wirings and all the signal wirings in the photoelectric conversion device shown in FIG.
In such a photoelectric conversion device, short-circuiting or opening of the control wiring and the signal wiring means that all output signals of the photoelectric conversion elements connected to the wiring are inaccurate, and thus cannot be used as a photoelectric conversion device. turn into. For this reason, the above-described problem occurs substantially in proportion to the total length of all signal wirings and all signal wirings, thereby lowering the yield.
[0073]
Therefore, the yield due to the failure of the wiring per substrate shown in FIG. 1 is about four times that of the photoelectric conversion device shown in FIG. Further, since the loss amount when one substrate shown in FIG. 1 becomes defective and becomes unusable is almost proportional to the area of the substrate, the photoelectric conversion device shown in FIG. In this case, it is about 1/4 of the loss amount.
[0074]
On the substrate of the photoelectric conversion element, as shown in FIGS. 4A and 4B, a first electrode layer 2, an insulating layer 7, a semiconductor layer 4 capable of performing photoelectric conversion, and a first conductive layer. A photoelectric conversion element is provided in which a semiconductor layer 5 for preventing injection of a type carrier and a second electrode layer 6 are stacked. And this photoelectric conversion device is the semiconductor layer4The carrier of the first conductivity type generated by the signal light incident on the semiconductor layer 5 is accumulated in the semiconductor layer 5, and the carrier of the second conductivity type different from the first conductivity type is guided to the second electrode layer 6 in the direction of receiving the light. A photoelectric conversion means for applying an electric field to the element, and a refresh for applying an electric field to the light receiving element to apply an electric field to the photoelectric conversion element in a direction in which the first conductivity type carrier is guided from the semiconductor layer to the second electrode layer. Means for detecting a carrier of the first conductivity type accumulated in the semiconductor layer or a carrier of the second conductivity type guided to the second electrode layer during a photoelectric conversion operation by the photoelectric conversion means. And a signal detection unit.
[0075]
4A and 4B, S11 is a light receiving element, T11 is a TFT, C11 is a capacitor, and SIG is a signal wiring. Without separating the capacitor C11 and the light receiving element S11, the light receiving element S11 and the capacitor C11 are integrally formed. This is possible because the light receiving element, the capacitor, and the TFT have substantially the same layer configuration. In addition, a silicon nitride film SiN is formed as a passivation film over the pixel. When light enters the photoelectric conversion element from above, it is converted into an electric signal (the amount of accumulated charge).
[0076]
(Second embodiment)
The photoelectric conversion device according to the second embodiment of the present invention is the same as that shown in FIG.
[0077]
A feature of the photoelectric conversion device of the present embodiment is that the photoelectric conversion element arrays 100 on the four substrates described in FIG. 1 are all constituted by the same photoelectric conversion element array 100, and each of the photoelectric conversion elements The point is that one large photoelectric conversion device is formed by rotating four substrates having an element array by 90 ° in the same plane and bonding them together with no gap. Arrays having the same configuration are manufactured by the same manufacturing process.
[0078]
1000 × 1000 photoelectric conversion elements are arranged on the substrate 100, and are connected to a total of 2000 wirings of 1000 control wirings g1 to g1000 and 1000 signal wirings sig1 to sig1000. The scanning circuit SR1 is integrated on one chip for every 100 stages, and a total of ten chips SR1-1 to SR1-10 are arranged on the substrate 100 and connected to control wirings g1 to g1000. ing.
[0079]
The integrated circuit for detection is also integrated on one chip for every 100 processing circuits, and a total of ten chips IC1 to IC10 are arranged and connected to signal wirings sig1 to sig1000. The same scanning circuit and detection integrated circuit are used for each substrate. Further, it is also possible to perform scanning simultaneously with four photoelectric conversion devices, and in such a case, the scanning time can be reduced to すると compared with the example shown in FIG.
[0080]
Preparing four substrates with a predetermined pattern of photoelectric conversion elements and wiring on the substrate, mounting the same shift register and detection integrated circuit, rotating the four substrates by 90 ° each, and attaching them without gaps By configuring a photoelectric conversion device having a large area in addition, the number of components can be significantly reduced. In addition, the inspection process can be performed by one type of apparatus, so that the efficiency of the inspection process and the associated throughput can be improved. As a result, the cost of a large-area photoelectric conversion device can be reduced.
[0081]
(Third embodiment)
FIG. 5 is an overall plan view of the photoelectric conversion device according to the third embodiment of the present invention. 3 to 1 are denoted by the same reference numerals, and description thereof may be omitted.
[0082]
A characteristic point of the photoelectric conversion device illustrated in FIG. 5 is that the number of photoelectric conversion elements and / or the planar shape of each photoelectric conversion element section of each of the substrates of the four photoelectric conversion element arrays are different from each other. It is that you are.
[0083]
Specifically, the difference between the upper right substrate in FIG. 1 and the upper right substrate 220 in FIG. 5 is that the number of photoelectric conversion elements is increased from 1000 × 1000 to 700 × 1000, and the signal wiring Has been reduced from 1000 to 700, and the number of integrated circuits for detection has been reduced from 10 to 7.
[0084]
Similarly, the difference between the substrate at the lower left of FIG. 1 and the substrate 440 at the lower left of FIG. 5 is that the number of photoelectric conversion elements has changed from 1000 × 1000 to 1000 × 700. The number of scanning circuits is reduced from 1,000 to 700, and the number of scanning circuits is reduced from ten to seven.
[0085]
Similarly, the difference between the lower right substrate of FIG. 1 and the lower right substrate 330 of FIG. 5 is that the number of photoelectric conversion elements is changed from 1000 × 1000 to 700 × 700. The number of wirings and control wirings has been reduced from 1000 to 700, and the number of integrated circuits for detection and the number of scanning circuits have both been reduced from 10 to 7.
[0086]
By changing the number of photoelectric conversion elements in the photoelectric conversion element array portion and / or the planar shape of the photoelectric conversion element array portion of some of the four substrates, the four substrates are bonded together. It is possible to change the area or shape of the entire photoelectric conversion element portion of the photoelectric conversion device.
[0087]
That is, when a photoelectric conversion device is configured by bonding four substrates, usually, four substrates having a photoelectric conversion element array of a standard size are manufactured and bonded, but when the four substrates are bonded together, When the size of the whole photoelectric conversion part is small or large, or when the shape of the whole photoelectric conversion part is different, only one or two or three of the four substrates Is newly manufactured and replaced with a substrate having a standard photoelectric conversion element array, whereby a desired four-layered photoelectric conversion device can be formed.
[0088]
As a specific example, the photoelectric conversion device shown in FIG. 1 may be used as a reading unit of a standard adult X-ray device. In such a case, the miniaturized device of FIG. It can be used as a reading unit of a line device.
[0089]
As described above, when forming a photoelectric conversion device having a different overall shape of the photoelectric conversion unit when four substrates are bonded together, some photoelectric conversion units need not be newly manufactured, and some of the photoelectric conversion units need not be newly manufactured. By newly manufacturing a conversion device, a desired photoelectric conversion device can be formed.
[0090]
As a result, it is possible to reduce the design, component cost, and inspection cost of each photoelectric conversion device, and it is possible to reduce the overall product cost.
[0091]
(Fourth embodiment)
In the fourth embodiment, an X-ray X-ray apparatus is configured by disposing a phosphor on the photoelectric conversion element of each of the above-described first to third embodiments.
[0092]
The structure on the substrate is such that a light-emitting layer that absorbs high-energy rays such as X-rays and generates visible light is provided on the light incident side in FIG. It is shown in FIG. A phosphor as a light emitter is arranged on the passivation film SiN. As this phosphor, cesium iodide (CsI) is cited, and emits fluorescence when receiving X-rays. This fluorescence is photoelectrically converted by the light receiving element S11. For example, if 5 × 5 pixels per 1 mm in length and width are arranged two-dimensionally as 2000 × 2000 pixels, an X-ray detector of 40 cm × 40 cm can be obtained.
[0093]
If this is combined with an X-ray generator instead of an X-ray film to form an X-ray radiograph, it can be used for chest X-ray examination and breast cancer examination. Then, unlike the film, the output can be instantly displayed on a CRT, and further, the output can be converted into digital, processed by a computer, and converted into an output suitable for the purpose. It can also be stored on a magneto-optical disk, and past images can be searched instantaneously. Further, the sensitivity is better than that of a film, and a clear image can be obtained with weak X-rays having little effect on the human body.
[0094]
Next, a method of driving the photoelectric conversion element array used in the present invention will be described with reference to FIGS. Here, a case where the number of scanning lines by a one-chip scanning circuit is 3, the number of data lines by a one-chip detection IC is 3, and a photoelectric conversion element array of a 3 × 3 matrix is driven will be described as an example. It is apparent that one substrate shown in FIG. 1 can be scanned and detected by using 1000 detection lines, 1000 scanning lines, 1000 data lines, and 1000 × 1000 matrices of photoelectric conversion elements. .
[0095]
FIG. 7 is a circuit diagram for explaining a method for driving the photoelectric conversion device of the present invention. As the configuration of each photoelectric conversion element (pixel), the same structure as that shown in FIGS. 4A, 4B, and 6 can be adopted.
[0096]
In FIG. 7, S11 to S33 are light receiving elements, and the lower electrode side is denoted by G and the upper electrode side is denoted by D. C11 to C33 are storage capacitors, and T11 to T33 are transfer TFTs. Vs is a read power supply and Vg is a refresh power supply, which are connected to the G electrodes of all the photoelectric conversion elements S11 to S33 via switches SWs and SWg, respectively. The switch SWs is connected via an inverter to the switch SWg, and the switch SWg is directly connected to the refresh control circuit RF, and is controlled so that the switch SWg is turned on during the refresh period. One pixel is composed of one light receiving element, a capacitor, and a TFT, and the output signal is output to the detection integrated circuit IC via the signal wiring SIG.
[0097]
The portion surrounded by the broken line in FIG. 7 is formed on the same large-area insulating substrate.
[0098]
FIG. 8 is a timing chart showing the operation of FIG.
[0099]
First, high-level pulses are applied to the control lines g1 to g3 and s1 to s2 by the scanning circuits SR1 and SR2. Then, the transfer TFTs T11 to T33 and the switches M1 to M3 are turned on to conduct, and the D electrodes of all the light receiving elements S11 to S33 become the GND potential as the reference potential (the input terminal of the integration detector Amp is designed to be the GND potential). Because it is). At the same time, the refresh control circuit RF outputs a high-level pulse, the switch SWg is turned on, and the G electrodes of all the light receiving elements S11 to S33 become positive potential by the refresh power supply Vg. Then, all the light receiving elements S11 to S33 enter the refresh mode and are refreshed. Next, the refresh control circuit RF outputs a low-level pulse, the switches SWs are turned on, and the G electrodes of all the light receiving elements S11 to S33 are set to a negative potential by the reading power supply Vs. Then, all the light receiving elements S11 to S33 enter the photoelectric conversion mode, and at the same time, the capacitors C11 to C33 are initialized. Controlled by scanning circuits SR1 and SR2 in this statewiringLow-level pulses are applied to g1 to g3 and s1 to s2. Then, the switches M1 to M3 of the transfer TFTs T11 to T33 are turned off, and the D electrodes of all the light receiving elements S11 to S33 become DC open, but the potential is held by the capacitors C11 to C33.
[0100]
However, at this time, since no light beam has entered, no light enters the light receiving elements S11 to S33 and no photocurrent flows. In this state, a light beam is emitted in a pulsed manner and enters the light receiving elements S11 to S33 via the subject. The photocurrent flowing by this light is accumulated as a charge in each of the capacitors C11 to C33, and is held even after the end of the light beam incidence.
[0101]
Next, a high-level control pulse is applied to the control line g1 by the scanning circuit SR1, and v1 through the switches M1 to M3 of the transfer TFTs T11 to T33 by application of the control pulse to the control lines s1 to s3 of the scanning circuit SR2. v3 are sequentially output. Similarly, other optical signals are sequentially output under the control of the scanning circuits SR1 and SR2. Two-dimensional optical information is converted into electric signals and obtained as v1 to v9. The operation up to this point is performed to obtain a still image, but the operation up to here is repeated to obtain a moving image.
[0102]
In this photoelectric conversion device, the G electrode of the light receiving element is connected in common, and this common wiring is connected to the refresh power supply Vg and the read power supply Vs via the switch SWg and the switch SWs to control the potential of the G electrode. Therefore, all the photoelectric conversion elements can be simultaneously switched between the refresh mode and the photoelectric conversion mode. Therefore, an optical output can be obtained with one TFT per pixel without complicated control.
[0103]
If the photoelectric conversion device of the present invention is used in combination with an X-ray generator instead of an X-ray film in a conventional X-ray device, a new X-ray device can be obtained.
[0104]
It can be used for chest x-ray screening and breast cancer screening. Then, unlike a film, the output can be instantly projected on a CRT, and the output can be converted to digital, processed by a computer and converted into an output suitable for the purpose. It can also be stored on a magneto-optical disk, and past images can be searched instantaneously. Further, the sensitivity is better than that of a film, and a clear image can be obtained with weak X-rays having little effect on the human body.
[0105]
As the light receiving element used in the photoelectric conversion device of the present invention, a photoconductive element or a photovoltaic element is used. For the reasons described below, FIGS. 4 (a), 4 (b) and 6 The photoelectric conversion element as shown is preferably used.
[0106]
FIGS. 9A to 9C are diagrams showing the configuration of an optical sensor as a light receiving element. FIGS. 9A and 9B show the layer configurations of two types of optical sensors, and FIG. Indicates a common representative driving method. 9 (a) and 9 (b) are photo-diode type optical sensors. FIG. 9 (a) is called a PIN type and FIG. 9 (b) is called a Schottky type.
[0107]
9A and 9B, reference numeral 1 denotes an insulating substrate, 2 denotes a lower electrode, 3 denotes a p-type semiconductor layer (hereinafter referred to as a p-layer), 4 denotes an intrinsic semiconductor layer (hereinafter referred to as an i-layer), and 5 denotes The n-type semiconductor layer (hereinafter referred to as n-layer) 6 is a transparent electrode. In the Schottky type shown in FIG. 9B, the material of the lower electrode 2 is appropriately selected, and a Schottky barrier layer is formed so that electrons are not injected from the lower electrode 2 to the i-layer 4. In FIG. 9C, reference numeral 10 denotes an optical sensor symbolically representing the optical sensor, reference numeral 11 denotes a power supply, and reference numeral 12 denotes a detection unit such as a current amplifier. The direction indicated by C in the optical sensor 10 is the transparent electrode 6 side in FIGS. 9A and 9B, the direction indicated by A is the lower electrode 2 side, and the power supply 11 is on the C side with respect to the A side. Is set so that a positive voltage is applied.
[0108]
Here, the operation will be briefly described. As shown in FIGS. 9A and 9B, light is incident from the direction indicated by the arrow, and when it reaches the i-layer 4, the light is absorbed and electrons and holes are generated. Since an electric field is applied to the i-layer 4 by the power supply 11, electrons move to the transparent electrode 6 through the C-side, that is, the n-layer 5, and holes move to the A-side, that is, the lower electrode 2. Therefore, a photocurrent has flown through the optical sensor 10. When no light is incident, neither electrons nor holes are generated in the i-layer 4, the n-layer 5 functions as a hole injection blocking layer for the holes in the transparent electrode 6, and the electrons in the lower electrode 2 correspond to those in FIG. In FIG. 9A, the p-type layer 3 functions as a pin layer, and in the Schottky type shown in FIG. 9B, the Schottky barrier layer functions as an electron injection blocking layer. Both electrons and holes cannot move, and no current flows. Therefore, the current changes depending on the presence or absence of light, and if the current is detected by the detection unit 12 in FIG.
[0109]
However, it has been difficult to produce a low-cost photoelectric conversion device with a high SN ratio using the optical sensor. The reason will be described below.
[0110]
The first reason is that both the PIN type shown in FIG. 9A and the Schottky type shown in FIG. 9B require two injection blocking layers. In the PIN type shown in FIG. 9A, the n-layer 5 serving as an injection-blocking layer needs to have a property of guiding electrons to the transparent electrode 6 and simultaneously preventing holes from being injected into the i-layer 4. If either of the characteristics is missed, the photocurrent decreases, or a current when light does not enter (hereinafter referred to as a dark current) is generated and increased, which causes a reduction in SN. The dark current itself includes noise, which is considered as noise and fluctuation called shot noise, so-called quantum noise. Even if the dark current is subtracted by the detection unit 12, the quantum noise associated with the dark current is reduced. I can't. Usually, in order to improve this characteristic, it is necessary to optimize the conditions for forming the i-layer 4 and the n-layer 5 and the annealing conditions after the formation. However, the p-layer 3, which is another injection blocking layer, requires the same characteristics although the electron and hole are reversed, and similarly, optimization of each condition is necessary. Usually, the conditions for the optimization of the former n-layer and the optimization of the latter p-layer are not the same, and it is difficult to satisfy both conditions at the same time. That is, the necessity of two injection blocking layers in the same optical sensor makes it difficult to form an optical sensor having a high SN ratio.
[0111]
This is the same for the Schottky type shown in FIG. In the Schottky type shown in FIG. 9B, a Schottky barrier layer is used as one of the injection blocking layers. The Schottky barrier layer utilizes the difference in work function between the lower electrode 2 and the i-layer 4 and is used as the lower electrode. The material of No. 2 is limited, and the influence of the localized level of the interface greatly affects the characteristics, and it is more difficult to satisfy the conditions. It has also been reported that a thin silicon or metal oxide film or nitride film of about 100 angstroms is formed between the lower electrode 2 and the i-layer 4 in order to further improve the characteristics of the Schottky barrier layer. This is to improve the effect of introducing holes to the lower electrode 2 by using the tunnel effect to prevent injection of electrons into the i-layer 4. Since the difference in work function is used, the material of the lower electrode 2 is also used. Is necessary, and the oxide film and the nitride film are limited to a very thin place of about 100 angstroms in order to utilize the opposite properties of blocking the injection of electrons and moving holes by the tunnel effect. It is difficult to control film quality, and productivity can be reduced.
[0112]
Also, the need for two injection blocking layers reduces productivity and increases costs. This is because the characteristics of an optical sensor cannot be obtained if a defect occurs due to dust or the like in one of the two locations because the injection blocking layer is demanded in terms of characteristics.
[0113]
No.The second reason will be described with reference to FIG. FIG. 10 shows a layer configuration of a field effect transistor (TFT) formed of a thin semiconductor film. The TFT may be used as a part of a control unit when forming a photoelectric conversion device. In the figure, the same elements as those in FIG. 9 are indicated by the same numbers. In FIG. 10, 7 is a gate insulating film, and 60 is an upper electrode. The formation method will be described step by step. A lower electrode 2 serving as a gate electrode (G), a gate insulating film 7, an i-layer 4, an n-layer 5, and an upper electrode 60 serving as source and drain electrodes (S, D) are sequentially formed on the insulating substrate 1. The electrode 60 is etched to form source and drain electrodes, and then the n-layer 5 is etched to form a channel. The characteristics of the TFT are sensitive to the state of the interface between the gate insulating film 7 and the i-layer 4 and are usually deposited continuously in the same vacuum in order to prevent the contamination.
[0114]
When a conventional optical sensor is formed on the same substrate as the TFT, this layer configuration becomes a problem, resulting in an increase in cost and a decrease in characteristics. The reason for this is that the configuration of the optical sensor shown in FIG. 9 is such that the PIN type shown in FIG. 9A is an electrode / p layer / i layer / n layer / electrode, and the Schottky type shown in FIG. 9B is an electrode / i layer. This is because the TFT has a configuration of electrode / insulating film / i-layer / n-layer / electrode, whereas the TFT has a configuration of / n layer / electrode. This indicates that they cannot be formed by the same process, which leads to a decrease in yield and an increase in cost due to complexity of the process. Further, in order to make the i-layer / n-layer common, an etching step of the gate insulating film 7 and the p-layer 3 is required, and the p-layer 3 and the i-layer of the injection blocking layer, which are important layers of the optical sensor described above. 4 cannot be formed in the same vacuum, or an important interface between the gate insulating film 7 and the i-layer 4 of the TFT is contaminated by etching of the gate insulating film, which causes deterioration of characteristics and a reduction in the SN ratio.
[0115]
In the case where an oxide film or a nitride film is formed between the lower electrode 2 and the i-layer 4 in order to improve the Schottky characteristics shown in FIG. As described above, the oxide film and the nitride film need to be around 100 angstroms, and it is difficult to share the oxide film and the nitride film with the gate insulating film.
[0116]
FIG. 11 shows the results of experiments performed on the yield of the gate insulating film and the TFT. When the thickness of the gate insulating film was 1000 Å or less, the yield sharply decreased. At 800 Å, the yield was about 30%. At 500 Å, the yield was 0%. It is obviously difficult to share the oxide film and nitride film of the optical sensor utilizing the tunnel effect with the gate insulating film of the TFT which must insulate electrons and holes, as shown by the data.
[0117]
Further, although not shown, a capacitive element (hereinafter referred to as a capacitor), which is an element necessary for obtaining an integrated value of electric charge and current, is manufactured with the same configuration as the optical sensor and good characteristics with little leakage. Difficult. The purpose of a capacitor is to accumulate charge between two electrodes, so an intermediate layer between the electrodes must have a layer that blocks the movement of electrons and holes, whereas a conventional optical sensor has a semiconductor between the electrodes. This is because it is difficult to obtain an intermediate layer having good characteristics with little thermal leakage because only the layer is used.
[0118]
As described above, the fact that matching is not good in terms of process or characteristics with TFTs and capacitors, which are important elements in configuring a photoelectric conversion device, is because a large number of optical sensors are arranged two-dimensionally and these optical signals are sequentially transmitted. Since many steps and complicated steps are involved in configuring the entire system for detection, the yield is extremely low, and this is a problem in producing a low-cost, high-performance, multifunctional device.
[0119]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, it is possible to improve the yield per substrate at the time of manufacturing and to reduce the amount of loss due to defects per substrate, resulting in a large area. The effect that the cost of the photoelectric conversion device can be reduced can be obtained.
[0120]
Further, according to the present invention, it is possible to improve the efficiency of the inspection process, thereby improving the throughput and reducing the number of components, and as a result, the cost of a large-area photoelectric conversion device can be further reduced. can get.
[0121]
Further, according to the present invention, since substrates having different sizes are used, there is an effect that the number of types of devices obtained by bonding can be increased.
[0122]
Further, according to the present invention, it is possible to obtain the effect that it is not necessary to increase the number of types of drive circuits or to complicate the connection.
[0123]
Further, according to the present invention, the injection blocking layer of the photoelectric conversion element can detect the amount of incident light only at one place, and the process can be easily optimized, the yield can be improved, and the manufacturing cost can be reduced. And a low-cost photoelectric conversion device having a high SN ratio can be provided.
[0124]
Further, according to the present invention, when the photoelectric conversion device of the present invention is applied to an X-ray imaging device, it is possible to instantaneously output an output, and further, to perform image processing and data storage. Further, the sensitivity is better than that of a film, and an effect that a clear image can be obtained with weak X-rays having little effect on the human body can be obtained.
[0125]
Further, according to the present invention, the driving circuit of the photoelectric conversion device can be configured with only one type of IC chip for each of the scanning circuit and the detection circuit, so that the effect of not increasing the cost of the driving circuit can be obtained.
[0126]
Further, according to the present invention, it is not necessary to connect the scanning circuit or the detection circuit to the control wiring and the signal wiring of the photoelectric conversion element array by using a multilayer wiring or the like, and the wiring can be connected by simple wiring, and the cost can be reduced. The effect of no rise is obtained.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is an overall plan view of a photoelectric conversion device according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a plan view showing a photoelectric conversion device having 2000 × 2000 pixels.
FIG. 3 is a plan view showing a photoelectric conversion device having 2000 × 2000 pixels.
4A and 4B are a plan view and a cross-sectional view illustrating a configuration of a photoelectric conversion element on a substrate.
FIG. 5 is an overall plan view of a photoelectric conversion device according to a third embodiment of the present invention.
FIG. 6 is a schematic cross-sectional view showing an example in which a phosphor is arranged above the photoelectric conversion element of each of the first to third embodiments to constitute an X-ray X-ray apparatus as a fourth embodiment of the present invention. is there.
FIG. 7 is a circuit diagram for explaining a method for driving the photoelectric conversion device of the present invention.
FIG. 8 is a timing chart showing the operation of FIG.
FIG. 9 is a diagram showing a layer configuration of an optical sensor and a typical driving method.
FIG. 10 is a diagram illustrating a layer configuration of a field-effect transistor (TFT) formed of a thin semiconductor film.
FIG. 11 is a view showing an experimental result of a yield of a gate insulating film and a TFT.
[Explanation of symbols]
100, 200, 300, 400 Photoelectric conversion device (substrate)
g1 to g1000 control wiring
sig1 to sig1000 signal wiring
SR1-1 to SR1-10 Scanning circuit chip
IC1 to IC10 IC chip for detection
100SI, 100SS scanning direction

Claims

In a method for manufacturing a photoelectric conversion device,
  On a substrate having two-dimensionally arranged photoelectric conversion elements, a plurality of scanning circuit chips having the same configuration are arranged and mounted along one side of an outer peripheral portion of the substrate, and along another side of the outer peripheral portion, A mounting step of mounting a plurality of detection circuit chips having the same configuration side by side,
  After the mounting step, a plurality of the substrate, a side on which none of the scanning circuit chip and the detection circuit chip are mounted adjacent to each other, a planar arrangement and bonding step,
  A method for manufacturing a photoelectric conversion device, comprising:

The scanning circuit chip and the detection circuit chip are mounted on two adjacent sides of the outer peripheral portion, and the four substrates on which the photoelectric conversion element array having the same configuration is formed are rotated by 90 ° with respect to each other. The method for manufacturing a photoelectric conversion device according to claim 1, wherein four substrates are arranged.