JP3589954B2

JP3589954B2 - Electromagnetic wave detector, image detector, and method of manufacturing electromagnetic wave detector

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Publication number: JP3589954B2
Application number: JP2000202789A
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Inventors: 良弘和泉
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Filing date: 2000-07-04
Publication date: 2004-11-17
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Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、Ｘ線等の放射線、可視光、赤外線等の電磁波による画像を検出できる電磁波検出器及び画像検出器に係り、半導体膜の局所的な構造変化や電荷阻止特性の不良の発生が少ない電磁波検出器及び画像検出器に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、電磁波検出器の一種として、例えば、Ｘ線等の電磁波を感知して電荷（電子−正孔対）を発生する半導体膜、すなわち電磁波導電性を有する半導体膜と、画素電極等からなる半導体センサとを行方向及び列方向の二次元状に配置するとともに、各画素電極毎にスイッチング素子を設けて、各行毎にスイッチング素子を順次オンにして各列毎に上記電荷を読み出す二次元画像検出器が知られている。
【０００３】
上記二次元画像検出器は、例えば、特開平４−２１２４５８号公報（対応米国特許第５１３２５４１号）、文献「Ｄ．Ｌ．Ｌｅｅ，ｅｔａｌ．， ” ＡＮｅｗＤｉｇｉｔａｌＤｅｔｅｃｔｏｒｆｏｒＰｒｏｊｅｃｔｉｏｎＲａｄｉｏｇｒａｐｈｙ ” ，ＳＰＩＥ，２４３２，ｐｐ．２３７−２４９，１９９５」等にその構造や原理が記載されている。
【０００４】
上記文献” ＡＮｅｗＤｉｇｉｔａｌＤｅｔｅｃｔｏｒｆｏｒＰｒｏｊｅｃｔｉｏｎＲａｄｉｏｇｒａｐｈｙ ” に記載の従来の二次元画像検出器の構成と原理とについて以下に簡単に説明する。図３は、該文献に記載の二次元画像検出器の構成を示す断面図である。
【０００５】
二次元画像検出器は、例えばＳｅからなり、電磁波導電性を示す半導体膜３１を備え、この上層に単一のバイアス電極３２が、下層に複数の電荷収集電極３３…が形成されている。各電荷収集電極３３は、それぞれ電荷蓄積容量（Ｃ_ｓ）３４及びスイッチング素子３５に接続されている。また、半導体膜３１とバイアス電極３２との間には電荷阻止層として誘電体層３６が設けられている。また、半導体膜３１と電荷収集電極３３との間には、電荷阻止層として電子阻止層３７が設けられている。
【０００６】
このような二次元画像検出器にＸ線等の電磁波が入射すると、半導体膜３１内で電荷（電子−正孔対）が発生する。半導体膜３１で発生した電子は＋電極側に、正孔は−電極側に移動し、その結果、電荷蓄積容量３４に電荷が蓄積される仕組みになっている。電荷蓄積容量３４に蓄積された電荷は、スイッチング素子３５をオンにすることで外部に取り出される。このような電荷収集電極３３、電荷蓄積容量３４、スイッチング素子３５を二次元状に配置し、線順次に電荷を読み出していくことで、検出対象である電磁波の二次元情報を得ることが可能となる。
【０００７】
一般に、電磁波導電性を有する半導体膜としては、Ｓｅ、ＣｄＴｅ、ＣｄＺｎＴｅ、ＰｂＩ_２、ＨｇＩ_２、ＳｉＧｅ、Ｓｉ等が使用されるが、上記文献においては、暗抵抗が高く、Ｘ線照射に対して良好な電磁波導電性を示し、真空蒸着法により低温で大面積成膜が可能な非晶質（アモルファス）材料が好まれ、アモルファスＳｅ（ａ−Ｓｅ）膜が広く用いられている。
【０００８】
また、電荷収集電極としては、各種の金属膜や導電酸化膜が使用されているが、下記の理由により、ＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ−Ｔｉｎ−Ｏｘｉｄｅ）等の透明導電酸化膜が用いられることが多い。
【０００９】
（１）二次元画像検出器において入射Ｘ線量が多い場合、不要な電荷が半導体膜中（あるいは半導体膜と隣接する層との界面付近）に捕獲されることがある。このような残留電荷は、長時間メモリーされたり、時間をかけつつ移動したりするので、以降の画像検出時にＸ線検出特性が劣化したり、残像（虚像）が現れたりして問題になる。そこで、特開平９−９１５３号公報（対応米国特許第５５６３４２１号）には、半導体膜に残留電荷が発生した場合に、半導体膜の外側から光を照射することで、残留電荷を励起させて取り除く方法が開示されている。この場合、半導体膜の下側（電荷収集電極側）から効率よく光を照射するためには、電荷収集電極が照射光に対して透明である必要がある。
【００１０】
（２）電荷収集電極の面積充填率（フィルファクター）を大きくするためや、また、スイッチング素子をシールドする目的で、スイッチング素子を覆うように電荷収集電極を形成することが望まれるが、電荷収集電極が不透明であると、電荷収集電極の形成後にスイッチング素子を観察することができない。例えば、電荷収集電極を形成後、スイッチング素子の特性検査を行う場合、スイッチング素子が不透明な電荷収集電極で覆われていると、スイッチング素子の特性不良が見つかった際、その原因を解明するために光学顕微鏡等で観察することができない。従って、電荷収集電極の形成後もスイッチング素子を容易に観察することができるように、電荷収集電極は透明であることが望ましい。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、電荷収集電極としてＩＴＯ等の透明導電酸化膜を用い、その上に直接、または電荷阻止層を介して、ａ−Ｓｅ膜を成膜すると以下のような問題が発生しやすい。
【００１２】
ＩＴＯ膜は、比較的低温で成膜できる点や、大面積成膜にも向いている点で、上記用途の場合、スパッタリング法で成膜される。しかし、スパッタリング法で得られたＩＴＯ膜は通常、多結晶膜となるため、得られる膜の表面はランダムに並んだ結晶の影響により、微細な凹凸や局所的な突起が存在する。
【００１３】
このような凹凸や突起が存在するＩＴＯ膜表面に半導体膜としてａ−Ｓｅ膜を直接、あるいは電荷阻止層を介して成膜すると、凹凸の激しい領域や突起の部分で、ａ−Ｓｅ膜の構造が局所的に変化（例えば、結晶化）したり、その部分の電荷阻止特性が悪くなり、暗電流が局所的に増加したりする現象が起きることがある。特に、ａ−Ｓｅ膜を半導体膜として使用する検出器の場合、１０Ｖ／μｍ程度の強い電界で動作させる必要があるため上記不良が発生しやすい。
【００１４】
本発明は上記問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、半導体膜の局所的な構造変化や電荷阻止特性の不良の発生が少ない電磁波検出器及び画像検出器を提供することにある。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
本発明の電磁波検出器は、上記の課題を解決するために、検出対象の電磁波に感応して電荷を生成する半導体膜と、半導体膜で生成された電荷を取り出す電荷収集電極とを備えた電磁波検出器において、電荷収集電極が非晶質透明導電酸化膜からなることを特徴としている。
【００１６】
上記の構成によれば、電荷収集電極が非晶質透明導電酸化膜からなるので、非晶質透明導電酸化膜の表面のモフォロジーの滑らかさにより、電荷収集電極表面の凹凸や局所的な突起を少なくすることができる。従って、電荷収集電極上に成膜される半導体膜の局所的な変化や電荷阻止特性の不良の発生の少ない電磁波検出器を提供することができる。
【００１７】
上記の発明における電磁波検出器は、電荷収集電極が、非晶質のインジウムと錫との酸化物からなることが好ましい。
【００１８】
上記の構成によれば、例えば、電荷収集電極の抵抗値や透明性が劣化するといったトレードオフを防止することができる。
【００１９】
上記の発明における電磁波検出器は、電荷収集電極が、インジウムと、亜鉛またはゲルマニウムとを含有することにより、より一層容易に非晶質の透明導電膜を成膜することができる。
【００２０】
上記の発明における電磁波検出器は、上記電荷収集電極が、スパッタリング法により水素および／または水が混入されたスパッタガス中にて成膜されたものであることがより好ましい。
【００２１】
上記の構成によれば、電荷収集電極が、スパッタリング法により水素および／または水が混入されたスパッタガス中にて成膜されたものであるので、非晶質の透明導電膜である電荷収集電極を安定して成膜する事ができる。
【００２２】
上記の発明における電磁波検出器は、半導体膜と電荷収集電極との間に、半導体膜への電荷の注入を阻止する電荷注入阻止層が形成されていることが好ましい。
【００２３】
上記の構成によれば、半導体膜と電荷収集電極との間に、半導体膜への電荷の注入を阻止する電荷注入阻止層が形成されていることにより、電荷が電荷収集電極から半導体膜に注入されるのを防止し、暗電流の増加を防止することができる。
【００２４】
上記の発明における電磁波検出器は、半導体膜を介して電荷収集電極と対向するようにバイアス電極が設けられ、該バイアス電極と、半導体膜との間に、半導体膜への電荷の注入を阻止する電荷注入阻止層が形成されていることが好ましい。
【００２５】
上記の構成によれば、半導体膜を介して電荷収集電極と対向するようにバイアス電極が設けられ、該バイアス電極と、半導体膜との間に、半導体膜への電荷の注入を阻止する電荷注入阻止層が形成されていることにより、暗電流の増加を防止することができる。
【００２６】
上記の発明における電磁波検出器は、半導体膜がセレンを主成分とする非晶質の膜からなることが好ましい。
上記の構成によれば、半導体膜がセレンを主成分とする非晶質の膜からなるので、暗抵抗が高く、Ｘ線照射に対して良好な電磁波導電特性を示し、真空蒸着法により低温で大面積成膜が可能な半導体膜を形成することができる。
【００２７】
上記の発明における電磁波検出器は、電荷収集電極の表面の凹凸が、５ｎｍ以下であることが好ましい。
上記の構成によれば、電荷収集電極の表面の凹凸や局所的な突起に起因する特性不良の発生を抑制することができる。
【００２８】
本発明の画像検出器は、上記の課題を解決するために、電磁波検出器を複数備えた画像検出器であって、上記電荷収集電極が１次元または２次元に複数配列されると共に、上記電荷収集電極に個別に接続された電荷蓄積容量と、該電荷蓄積容量に個別に接続されたスイッチング素子とを複数備えていることを特徴としている。
【００２９】
上記の構成によれば、電荷収集電極が、１次元または２次元に複数配列されると共に、上記電荷収集電極に個別に接続された電荷蓄積容量と、該電荷蓄積容量に個別に接続されたスイッチング素子とを複数備えているので、１次元または２次元の電磁波情報を一旦電荷蓄積容量に蓄積し、スイッチング素子を順次走査していくことで、１次元または２次元の電荷情報を簡単に読み出すことができる。また、電荷収集電極を分割パターニングすることができる。従って、電荷収集電極上に成膜される半導体膜の局所的な変化や電荷阻止特性の不良の発生の少ない画像検出器を提供することができる。
【００３０】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の一形態について図１および図２に基づいて説明すれば、以下の通りである。
【００３１】
以下の説明においては、電磁波検出器を複数備えており、それを２次元に配列されたものを二次元画像検出器とする。
【００３２】
図１は、本発明の実施の一形態における電磁波検出器としての二次元画像検出器の１画素単位の構造を示す断面図、図２はその平面図である。図１、図２に示す１画素のサイズは、０．１ｍｍ×０．１ｍｍ〜０．３ｍｍ×０．３ｍｍ程度であり、二次元画像検出器全体としてはこの画素（電磁波検出器）がＸＹマトリクス状に５００×５００〜３０００×３０００画素程度配列されたものが一般的である。
【００３３】
図１に示すように、二次元画像検出器は、アクティブマトリックス基板１０上に、電磁波導電性を有する半導体膜６、及び、図示しない高圧電源に接続されたバイアス電極（共通電極）７が順次形成されている。半導体膜６は、Ｘ線などの電磁波が照射されることにより、内部に電荷（電子−正孔）を発生するものである。つまり、半導体膜６は電磁波導電性を有し、Ｘ線による画像情報を電荷情報に変換するためのものである。また、半導体膜６は、例えば、セレンを主成分とする非晶質のａ−Ｓｅ（アモルファスセレン）からなる。ここで、主成分とは、５０％以上の含有率を有するということである。
【００３４】
以下に、アクティブマトリックス基板１０について詳しく説明する。
【００３５】
アクティブマトリックス基板１０は、ガラス基板１、ゲート電極２、電荷蓄積容量電極（以下、Ｃ_ｓ電極と称する）１４、ゲート絶縁膜１５、接続電極１３、チャネル層８、コンタクト層９、データ電極３、絶縁保護膜１７、層間絶縁膜１２、電荷収集電極１１とを有している。
【００３６】
また、ゲート電極２やゲート絶縁膜１５、データ電極３、接続電極１３、チャネル層８、コンタクト層９等で以て薄膜トランジスタ（ＴＦＴ：ＴｈｉｎＦｉｌｍＴｒａｎｓｉｓｔｏｒ）４が構成されており、Ｃ_ｓ電極１４やゲート絶縁膜１５、接続電極１３等で以て電荷蓄積容量（Ｃ_ｓ）５が構成されている。
【００３７】
ガラス基板１は支持基板であり、ガラス基板１としては、例えば、無アルカリガラス基板（例えば、コーニング社製＃１７３７等）を用いることができる。ゲート電極（走査線）２及びデータ電極３は、格子状に配列された電極配線であり、その交点には薄膜トランジスタ（以下、ＴＦＴと称する）４が形成されている。ＴＦＴ４はスイッチング素子であり、そのソース・ドレインは、各々データ電極３と接続電極１３とに接続されている。データ電極３はそのソース電極、接続電極１３はそのドレイン電極である。つまり、データ電極３は、信号線としての直線部分と、ＴＦＴ４を構成するための延長部分とを備えており、接続電極１３は、ＴＦＴ４と電荷蓄積容量５とをつなぐように設けられている。
【００３８】
ゲート絶縁膜１５は、ＳｉＮ_Ｘや、ＳｉＯ_Ｘ等からなっている。ゲート絶縁膜１５は、ゲート電極２及びＣ_ｓ電極１４を覆うように設けられており、ゲート電極２上に位置する部位がＴＦＴ４におけるゲート絶縁膜として作用し、Ｃ_ｓ電極１４上に位置する部位は電荷蓄積容量５における誘電体層として作用する。つまり、電荷蓄積容量５は、ゲート電極２と同一層に形成されたＣ_ｓ電極１４と接続電極１３との重畳領域によって形成されている。なお、ゲート絶縁膜１５としては、ＳｉＮ_ＸやＳｉＯ_Ｘに限らず、ゲート電極２及びＣ_ｓ電極１４を陽極酸化した陽極酸化膜を併用することもできる。
【００３９】
また、チャネル層（ｉ層）８はＴＦＴ４のチャネル部であり、データ電極３と接続電極１３とを結ぶ電流の通路である。コンタクト層（ｎ^＋層）９はデータ電極３と接続電極１３とのコンタクトを図る。
【００４０】
絶縁保護膜１７は、データ電極３及び接続電極１３上、つまり、ガラス基板１上に、ほぼ全面（ほぼ全領域）にわたって形成されている。これにより、接続電極１３とデータ電極３とを保護すると共に、電気的な絶縁分離を図っている。また、絶縁保護膜１７は、その所定位置、つまり、接続電極１３において電荷蓄積容量５を介してＣ_ｓ電極１４と対向している部分上に位置する部位に、コンタクトホール１６を有している。
【００４１】
電荷収集電極１１は、非晶質透明導電酸化膜からなっている。電荷収集電極１１は、コンタクトホール１６を埋めるようにして形成されており、データ電極３上及び接続電極１３上に積層されている。電荷収集電極１１と半導体膜６とは電気的に導通しており、半導体膜６で発生した電荷を電荷収集電極１１で収集できるようになっている。
【００４２】
層間絶縁膜１２は、感光性を有するアクリル樹脂からなり、ＴＦＴ４の電気的な絶縁分離を図っている。層間絶縁膜１２には、コンタクトホール１６が貫通しており、電荷収集電極１１は接続電極１３に接続されている。
【００４３】
ガラス基板１上には、ゲート電極２及びＣ_ｓ電極１４が設けられている。ゲート電極２の上方には、ゲート絶縁膜１５を介して、チャネル層（ｉ層）８、及び、コンタクト層（ｎ^＋層）９がこの順に形成されている。コンタクト層９上には、データ電極３と接続電極１３とが形成されている。接続電極１３は、電荷蓄積容量５を構成する層の上方に積層されている。また、接続電極１３とデータ電極３の上方には絶縁保護膜１７が配されている。
【００４４】
絶縁保護膜１７の上方には、ＴＦＴ４の層間絶縁膜１２が設けられている。層間絶縁膜１２の上層、すなわちアクティブマトリックス基板１０の最上層には電荷収集電極１１が設けられている。電荷収集電極１１とＴＦＴ４とは接続電極１３を介して接続されている。
【００４５】
また、Ｃ_ｓ電極１４の上方にはゲート絶縁膜１５が配されており、その上方には接続電極１３が配されている。電荷収集電極１１と接続電極１３とは、層間絶縁膜１２を貫通するコンタクトホール１６によって接続されている。
【００４６】
バイアス電極７とＣ_ｓ電極１４との間には、図示しない高圧電源が接続されている。この高圧電源により、バイアス電極７とＣ_ｓ電極１４との間に電圧が印加される。これにより、電荷蓄積容量５を介してバイアス電極７と電荷収集電極１１との間に電界を発生させることができる。このとき、半導体膜６と電荷蓄積容量５とは、電気的に直列に接続された構造になっているので、バイアス電極７にバイアス電圧を印加しておくと、半導体膜６内で電荷（電子−正孔対）が発生する。半導体膜６で発生した電子は＋電極側に、正孔は−電極側に移動し、その結果、電荷蓄積容量５に電荷が蓄積される。
【００４７】
二次元画像検出器全体としては、電荷収集電極１１は１次元または２次元に複数配列されると共に、電荷収集電極１１に個別に接続された電荷蓄積容量５と、電荷蓄積容量５に個別に接続されたＴＦＴ４とを複数備えている。これにより、１次元または２次元の電磁波情報を一旦電荷蓄積容量５に蓄積し、ＴＦＴ４を順次走査していくことで、１次元または２次元の電荷情報を簡単に読み出すことができる。
【００４８】
以下に、二次元画像検出器の製造工程の一例について説明する。
【００４９】
まず、ガラス基板１上に、ＴａやＡｌ等の金属膜をスパッタ蒸着により厚さ約３００ｎｍに成膜した後、所望の形状にパターニングすることにより、ゲート電極２及びＣ_ｓ電極１４を形成する。
【００５０】
そして、このゲート電極２及びＣ_ｓ電極１４を覆うようにして、ガラス基板１の略全面にＳｉＮ_Ｘや、ＳｉＯ_Ｘ等からなるゲート絶縁膜１５をＣＶＤ（ＣｈｅｍｉｃａｌＶａｐｏｒＤｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法により厚さ約３５０ｎｍに成膜する。なお、ゲート絶縁膜１５としては、ＳｉＮ_ＸやＳｉＯ_Ｘに限らず、ゲート電極２及びＣ_ｓ電極１４を陽極酸化した陽極酸化膜を併用することもできる。
【００５１】
また、ゲート絶縁膜１５を介して、ゲート電極２の上方にチャネル層８が配されるように、ＣＶＤ法により、アモルファスシリコン（以下、ａ−Ｓｉと称する）を、厚さ約１００ｎｍに成膜した後、所望の形状にパターニングすることにより、チャネル層８を形成する。
【００５２】
チャネル層８の上層にコンタクト層９が配されるように、ＣＶＤ法によりａ−Ｓｉを厚さ約４０ｎｍに成膜した後、所望の形状にパターニングすることにより、コンタクト層９を形成する。
【００５３】
さらに、コンタクト層９上に、ＴａやＡｌ等の金属膜をスパッタ蒸着により厚さ約３００ｎｍに成膜した後、所望の形状にパターニングすることにより、データ電極３及び接続電極１３を形成する。
【００５４】
このようにしてＴＦＴ４及び電荷蓄積容量５等を形成したガラス基板１の略全面を覆うようにＳｉＮ_ＸをＣＶＤ法で厚さ約３００ｎｍに成膜することにより、絶縁保護膜１７を形成する。その後、コンタクトホール１６となる接続電極１３上の所定の部分に形成された、ＳｉＮ_Ｘ膜を除去しておく。
【００５５】
上記絶縁保護膜１７上の略全面を覆うように、感光性を有するアクリル樹脂等を厚さ約３μｍに成膜し、層間絶縁膜１２を形成する。そして、フォトリソグラフィ技術によるパターニングを行い、絶縁保護膜１７におけるコンタクトホール１６となる部分と位置合わせをしてコンタクトホール１６を形成する。
【００５６】
層間絶縁膜１２上に、ＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ−Ｔｉｎ−Ｏｘｉｄｅ）等の非晶質透明導電酸化膜をスパッタ蒸着法にて厚さ約２００ｎｍに成膜し、所望の形状にパターニングして電荷収集電極１１を形成する。この時、絶縁保護膜１７及び層間絶縁膜１２に設けたコンタクトホール１６を介して、電荷収集電極１１と接続電極１３とを電気的に導通させる（短絡させる）。
【００５７】
なお、本実施の形態では上述したように、アクティブマトリックス基板１０として電荷収集電極１１がＴＦＴ４の上方にオーバーラップする、いわゆる屋根型構造（マッシュルーム電極構造）を採用しているが、非屋根型構造を採用してもかまわない。また、スイッチング素子としてａ−Ｓｉを用いたＴＦＴ４を用いたが、これに限らず、ｐ−Ｓｉ（ポリシリコン）を用いてもよい。また、データ電極３及び接続電極１３がゲート絶縁膜１５を介してゲート電極２より上方にある逆スタガ構造を採用したが、スタガ構造にしてもよい。
【００５８】
上記のように形成されたアクティブマトリックス基板１０の画素配列領域をすべて覆うように、ａ−Ｓｅ（アモルファスセレン）からなり電磁波導電性を有する半導体膜６を真空蒸着法により膜厚が約０．５ｍｍ〜１．５ｍｍになるように成膜する。
【００５９】
最後に、半導体膜６の略全面にＡｕ、Ａｌなどからなるバイアス電極７を真空蒸着法により約２００ｎｍの厚さで形成する。
【００６０】
なお、半導体膜６と電荷収集電極１１との界面に、電子又は正孔の半導体膜６への注入を阻止する電荷注入阻止層や、半導体膜６と電荷収集電極１１との密着性を向上させるバッファー層を形成してもよい。また同様に、半導体膜６とバイアス電極７の界面にも電荷注入阻止層やバッファー層を形成してもよい。電荷注入阻止層やバッファー層としてはａ−Ａｓ_２Ｓｅ_３や、アルカリ元素イオンやハロゲン元素イオンが添加されたａ−Ｓｅ等を用いることが可能である。
【００６１】
次に、上記構造の二次元画像検出器の動作原理について説明する。バイアス電極７とＣ_ｓ電極１４との間に電圧を印加した状態で、半導体膜６にＸ線が照射されると、半導体膜６内に電荷（電子−正孔対）が発生する。そして、半導体膜６と電荷蓄積容量５とは電気的に直列に接続された構造となっているので、半導体膜６内に発生した電子は＋電極側に、正孔は−電極側に移動し、その結果、電荷蓄積容量５に電荷が蓄積される。
【００６２】
電荷蓄積容量５に蓄積された電荷は、ゲート電極２への入力信号によってＴＦＴ４をオン状態にすることによりデータ電極３を介して外部に取り出すことが可能となる。
【００６３】
そして、ゲート電極２とデータ電極３とからなる電極配線、ＴＦＴ４及び電荷蓄積容量５は、すべてＸＹマトリクス状に設けられているため、ゲート電極に入力する信号を順次走査し、データ電極３からの信号をデータ電極３毎に検知することにより、二次元的にＸ線の画像情報を得ることが可能となる。
【００６４】
続いて、電荷収集電極１１について詳細に説明する。本発明で用いる電荷収集電極１１は、非晶質透明導電酸化膜によって構成されている。非晶質透明導電酸化膜材料としては、インジウムと錫との酸化物（ＩＴＯ）や、インジウムと亜鉛との酸化物（ＩＺＯ：Ｉｎｄｉｕｍ−Ｚｉｎｃ−Ｏｘｉｄ）、インジウムとゲルマニウムとの酸化物（ＩＧＯ：Ｉｎｄｉｕｍ−Ｇｅｒｍａｎｉｕｍ−Ｏｘｉｄｅ）等を基本組成とするものを使用することができる。
【００６５】
非晶質透明導電酸化膜は、スパッタリング法で成膜する際に、低温で成膜したり、スパッタリング中のガス圧をある一定以上に設定するなどの方法でも簡単に成膜することができるが、この場合、非晶質透明導電酸化膜の抵抗値や透明性が劣化するといったトレードオフが見られる。これに対し、上記のトレードオフが無く（又は小さく）、かつ安定して非晶質透明導電酸化膜を得るためには、以下の方法が有効である。
【００６６】
（１）アルゴン等の不活性ガス中に、必要に応じて酸素を混入し、さらに、水素または水を混入させたスパッタガスを用いてＩＴＯをスパッタ成膜することで、非晶質のＩＴＯ膜を形成する。なお、スパッタガスには、水素及び水を混入してもかまわない。
【００６７】
（２）酸化インジウムと酸化亜鉛との組成物からなる焼結体ターゲットを用いてスパッタリング法で成膜することで、非晶質のＩＺＯ膜を形成する。
【００６８】
（３）酸化インジウムと酸化ゲルマニウムとの組成物からなる焼結体ターゲットを用いて、スパッタリング法で成膜することで、非晶質のＩＧＯ膜を形成する。
【００６９】
上記のような非晶質状態の透明導電酸化膜は、通常の多結晶性透明導電酸化膜に比べて表面のモフォロジーが滑らかである。例えば、多結晶ＩＴＯ膜の場合、表面に最大１０ｎｍ程度の凹凸が存在するが、非晶質ＩＴＯ膜の場合、表面の凹凸は５ｎｍ以下に抑えることが可能である。
【００７０】
微小な凹凸や突起が存在する多結晶のＩＴＯ膜表面にａ−Ｓｅ膜を直接、又は電荷阻止層を介して成膜した場合、ＩＴＯ膜の凹凸の激しい領域や突起が突発的に存在する部分において、ａ−Ｓｅ膜の構造が局所的に変化（例えば、結晶化）したり、その部分の電荷阻止特性が悪くなり、暗電流が局所的に増加する現象が現れることがある。この不良の発生率として、ａ−Ｓｅからなる半導体膜６に１０Ｖ／μｍ程度の強い電界を印加して動作させた場合、不良画素発生率（上述の不良が発生した画素数／全画素数）は０．００１％〜０．００８％であった。これに対し上述の（２）の方法で電荷収集電極１１表面を非晶質透明導電酸化膜で形成することにより、不良発生率を０．０００２％〜０．０００５％に減少させることが可能となる。また、上述の（１）、（３）の方法で形成された非晶質透明導電酸化膜を電荷収集電極１１として用いても、効果に大小の差は見られるものの、不良画素発生率の低減効果が確認される。
【００７１】
このように、非晶質の透明導電酸化膜を電荷収集電極１１として使用すれば、その上にａ−Ｓｅに代表される非晶質状態の半導体膜６を形成しても、電荷収集電極１１表面の凹凸や局所的な突起に起因する特性不良の発生を抑制することができる。
【００７２】
また、上記の二次元画像検出器は、電荷収集電極１１を画素単位に複数に分離することで、１次元又は２次元の電磁波情報を検出できるようになる。電荷収集電極１１をエッチングにより複数の電荷収集電極１１にパターニングする際、結晶性が高い膜では結晶粒の影響によりパターンエッジのシャープネスが悪くなるが、非晶質膜では結晶粒の影響を受けないため、シャープネスの優れたパターンエッジが得られる。このように、電荷収集電極１１が非晶質膜からなることによって、微細でかつパターン精度が優れた電荷収集電極１１を形成することができる。従って、画素ピッチが小さく高精細な二次元画像検出器や、電荷収集電極１１のフィルファクターが大きな二次元画像検出器を容易に実現することができる。
【００７３】
なお、本発明における二次元画像検出器は、半導体膜がａ−Ｓｅからなるので、高電界印加時のアバランシェ効果を利用した二次元画像検出器などにも有効である。
【００７４】
【発明の効果】
以上のように、本発明の電磁波検出器は、電荷収集電極が非晶質透明導電酸化膜からなる構成である。
【００７５】
これにより、電荷収集電極が表面のモフォロジーの滑らかな非晶質透明導電酸化膜からなるので、電荷収集電極表面の凹凸や局所的な突起を少なくすることができる。従って、電荷収集電極上に半導体膜を形成しても、電荷収集電極表面の凹凸や局所的な突起に起因する、半導体膜の局所的な変化や電荷阻止特性の不良の発生の少ない電磁波検出器を提供することができるといった効果を奏する。
【００７６】
上記の電磁波検出器は、電荷収集電極が、非晶質のインジウムと錫との酸化物からなる透明導電膜である構成である。
【００７７】
これにより、例えば、電荷収集電極の抵抗値や透明性が劣化するといったトレードオフを防止することができる。これにより、例えば、高感度な電磁波検出器を提供できるといった効果を奏する。
【００７８】
上記の電磁波検出器は、電荷収集電極が、インジウムと、亜鉛またはゲルマニウムとを含有する構成であるので、容易に非晶質の透明導電膜を成膜することができる。これにより、例えば、高感度な電磁波検出器を提供できるといった効果を奏する。
【００７９】
上記の電磁波検出器は、電荷収集電極が、スパッタリング法により水素および／または水が混入されたスパッタガス中にて成膜される構成である。
【００８０】
これにより、非晶質の透明導電膜である電荷収集電極を安定して、かつ、容易に成膜することができるといった効果を奏する。
【００８１】
上記の電磁波検出器は、半導体膜と電荷収集電極との間に、半導体膜への電荷の注入を阻止する電荷注入阻止層が形成されている構成である。
【００８２】
これにより、電荷が電荷収集電極から半導体膜に注入されるのを防止し、暗電流の増加を防止することができる。従って、例えば、高感度な電磁波検出器を提供できるといった効果を奏する。
【００８３】
上記の電磁波検出器は、半導体膜を介して電荷収集電極と対向するようにバイアス電極が設けられ、該バイアス電極と、半導体膜との間に、半導体膜への電荷の注入を阻止する電荷注入阻止層が形成されている構成である。
【００８４】
これにより、半導体膜に電荷が注入されるのを防止し、暗電流の増加を防止することができる。従って、例えば、高感度な電磁波検出器を提供できるといった効果を奏する。
【００８５】
上記の電磁波検出器は、半導体膜がセレンを主成分とする非晶質の膜からなる構成である。
これにより、暗抵抗が高く、Ｘ線照射に対して良好な電磁波導電特性を示し、真空蒸着法により低温で大面積成膜が可能な半導体膜を形成することができ、例えば、上記半導体膜を用いて、高感度な電磁波検出器を提供できるといった効果を奏する。
【００８６】
上記の電磁波検出器は、電荷収集電極の表面の凹凸が、５ｎｍ以下である構成である。
これにより、電荷収集電極の表面の凹凸や局所的な突起に起因する特性不良の発生を抑制することができるといった効果を奏する。
【００８７】
本発明の画像検出器は、上記電磁波検出器を複数備えた画像検出器であって、上記電荷収集電極が、１次元または２次元に複数配列されると共に、上記電荷収集電極に個別に接続された電荷蓄積容量と、該電荷蓄積容量に個別に接続されたスイッチング素子とを複数備えている構成である。
【００８８】
これにより、１次元または２次元の電磁波情報を一旦電荷蓄積容量に蓄積し、それらを順次走査していくことで、１次元または２次元の電荷情報を簡単に読み出すことができ、また、電荷収集電極を分割パターニングすることができる。従って、例えば、電荷収集電極が上記非晶質の導電膜からなっていると、エッチング時のパターン精度が向上するため、電荷収集電極を高精細に分割パターニングすることができ、このため、画素ピッチが小さく高精細な画像検出器を提供できるといった効果を奏する。また、電荷収集電極上に成膜される半導体膜の局所的な変化や電荷阻止特性の不良の発生の少ない画像検出器を提供することができるといった効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の一形態に係る電磁波検出器としての二次元画像検出器の１画素単位の構造を示す断面図である。
【図２】上記二次元画像検出器の平面図である。
【図３】従来の二次元画像検出器の構造を示す断面図である。
【符号の説明】
１ガラス基板
２ゲート電極
３データ電極
４ＴＦＴ
５電荷蓄積容量（Ｃ_ｓ）
６半導体膜
７バイアス電極
８チャネル層
９コンタクト層
１０アクティブマトリックス基板
１１電荷収集電極
１２層間絶縁膜
１３接続電極
１４Ｃ_ｓ電極
１５ゲート絶縁膜
１６コンタクトホール
１７絶縁保護膜[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to an electromagnetic wave detector and an image detector capable of detecting an image by electromagnetic waves such as radiation such as X-rays, visible light, and infrared rays, and has less occurrence of a local structural change of a semiconductor film and a defect of a charge blocking property. The present invention relates to an electromagnetic wave detector and an image detector.
[0002]
[Prior art]
2. Description of the Related Art Conventionally, as one type of electromagnetic wave detector, for example, a semiconductor film that senses electromagnetic waves such as X-rays and generates charges (electron-hole pairs), that is, a semiconductor film having electromagnetic wave conductivity, a pixel electrode, and the like is provided. A two-dimensional image in which semiconductor sensors are arranged two-dimensionally in a row direction and a column direction, switching elements are provided for each pixel electrode, and the switching elements are sequentially turned on for each row to read the electric charges for each column. Detectors are known.
[0003]
The two-dimensional image detector is disclosed in, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. Hei 4-212458 (corresponding to U.S. Pat. No. 5,132,541); 2432, pp. 237-249, 1995 ”and the like describe the structure and principle.
[0004]
The configuration and principle of the conventional two-dimensional image detector described in the above-mentioned document “A New Digital Detector for Projection Radiography” will be briefly described below. FIG. 3 is a cross-sectional view illustrating a configuration of the two-dimensional image detector described in the document.
[0005]
The two-dimensional image detector includes, for example, a semiconductor film 31 made of Se and exhibiting electromagnetic wave conductivity. A single bias electrode 32 is formed in an upper layer, and a plurality of charge collecting electrodes 33 are formed in a lower layer. Each charge collecting electrode 33 has a charge storage capacitance (C_s) 34 and the switching element 35. In addition, a dielectric layer 36 is provided between the semiconductor film 31 and the bias electrode 32 as a charge blocking layer. An electron blocking layer 37 is provided between the semiconductor film 31 and the charge collecting electrode 33 as a charge blocking layer.
[0006]
When electromagnetic waves such as X-rays enter such a two-dimensional image detector, charges (electron-hole pairs) are generated in the semiconductor film 31. Electrons generated in the semiconductor film 31 move to the positive electrode side, and holes move to the negative electrode side. As a result, electric charges are accumulated in the electric charge storage capacitor 34. The charge stored in the charge storage capacitor 34 is taken out by turning on the switching element 35. By arranging such charge collecting electrodes 33, charge storage capacitors 34, and switching elements 35 two-dimensionally and reading out the charges line-sequentially, two-dimensional information of the electromagnetic wave to be detected can be obtained. Become.
[0007]
Generally, semiconductor films having electromagnetic wave conductivity include Se, CdTe, CdZnTe, PbI₂, HgI₂, SiGe, Si, etc. are used. However, in the above-mentioned literature, amorphous resistance is high, which shows good electromagnetic wave conductivity to X-ray irradiation, and is capable of forming a large-area film at a low temperature by a vacuum deposition method. Quality (amorphous) materials are preferred, and amorphous Se (a-Se) films are widely used.
[0008]
Various metal films and conductive oxide films are used as the charge collecting electrodes. For the following reasons, a transparent conductive oxide film such as ITO (Indium-Tin-Oxide) is often used.
[0009]
(1) When the incident X-ray amount is large in the two-dimensional image detector, unnecessary charges may be captured in the semiconductor film (or near the interface between the semiconductor film and an adjacent layer). Such a residual charge is stored in a memory for a long time or moves while taking a long time, so that the X-ray detection characteristics are degraded at the time of subsequent image detection, and an afterimage (virtual image) appears, which causes a problem. Japanese Unexamined Patent Publication No. 9-9153 (corresponding to US Pat. No. 5,563,421) discloses that when a residual charge is generated in a semiconductor film, the residual charge is excited and removed by irradiating light from outside the semiconductor film. A method is disclosed. In this case, in order to efficiently irradiate light from below the semiconductor film (on the side of the charge collection electrode), the charge collection electrode needs to be transparent to the irradiation light.
[0010]
(2) In order to increase the area filling rate (fill factor) of the charge collecting electrode and to shield the switching element, it is desirable to form the charge collecting electrode so as to cover the switching element. If the electrodes are opaque, the switching elements cannot be observed after the formation of the charge collection electrodes. For example, when performing a characteristic inspection of a switching element after forming a charge collecting electrode, if the switching element is covered with an opaque charge collecting electrode, when a characteristic defect of the switching element is found, it is necessary to clarify the cause. Cannot be observed with an optical microscope or the like. Therefore, it is desirable that the charge collecting electrode is transparent so that the switching element can be easily observed even after the formation of the charge collecting electrode.
[0011]
[Problems to be solved by the invention]
However, when a transparent conductive oxide film such as ITO is used as the charge collection electrode and an a-Se film is formed thereon directly or via a charge blocking layer, the following problems tend to occur.
[0012]
The ITO film is formed by a sputtering method in the above-mentioned application because the ITO film can be formed at a relatively low temperature and is suitable for large-area film formation. However, since an ITO film obtained by a sputtering method is usually a polycrystalline film, the surface of the obtained film has fine irregularities and local protrusions due to the influence of randomly arranged crystals.
[0013]
When an a-Se film is formed as a semiconductor film directly or via a charge blocking layer on the surface of the ITO film having such irregularities and protrusions, the structure of the a-Se film is increased in the region of the irregularities and protrusions. May locally change (for example, crystallize), or the charge blocking characteristics of the portion may be deteriorated, and a dark current may locally increase. In particular, in the case of a detector using an a-Se film as a semiconductor film, it is necessary to operate the device in a strong electric field of about 10 V / μm, and thus the above-described defect is likely to occur.
[0014]
The present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to provide an electromagnetic wave detector and an image detector which are less likely to cause a local structural change of a semiconductor film and a defect in charge blocking characteristics. .
[0015]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above-described problems, an electromagnetic wave detector according to the present invention includes an electromagnetic wave including: a semiconductor film that generates electric charges in response to an electromagnetic wave to be detected; and a charge collection electrode that extracts electric charges generated by the semiconductor film. In the detector, the charge collection electrode is made of an amorphous transparent conductive oxide film.
[0016]
According to the above configuration, since the charge collection electrode is formed of the amorphous transparent conductive oxide film, unevenness and local protrusions on the surface of the charge collection electrode are reduced by the smooth morphology of the surface of the amorphous transparent conductive oxide film. Can be reduced. Therefore, it is possible to provide an electromagnetic wave detector in which local change of the semiconductor film formed on the charge collecting electrode and occurrence of a defect in charge blocking characteristics are small.
[0017]
In the electromagnetic wave detector according to the above invention, it is preferable that the charge collection electrode is made of an oxide of amorphous indium and tin.
[0018]
According to the above configuration, for example, it is possible to prevent a trade-off in which the resistance value and the transparency of the charge collection electrode are deteriorated.
[0019]
In the electromagnetic wave detector according to the present invention, the charge collection electrode contains indium, zinc, or germanium, so that the amorphous transparent conductive film can be more easily formed.
[0020]
In the electromagnetic wave detector according to the above invention, it is more preferable that the charge collection electrode is formed by sputtering in a sputtering gas mixed with hydrogen and / or water.
[0021]
According to the above configuration, since the charge collecting electrode is formed by sputtering in a sputtering gas mixed with hydrogen and / or water, the charge collecting electrode is an amorphous transparent conductive film. Can be formed stably.
[0022]
In the electromagnetic wave detector according to the above invention, it is preferable that a charge injection blocking layer for preventing charge injection into the semiconductor film is formed between the semiconductor film and the charge collection electrode.
[0023]
According to the above configuration, the charge is injected from the charge collection electrode into the semiconductor film by forming the charge injection blocking layer between the semiconductor film and the charge collection electrode for preventing charge injection into the semiconductor film. And increase of dark current can be prevented.
[0024]
In the electromagnetic wave detector according to the above invention, a bias electrode is provided so as to face the charge collection electrode via the semiconductor film, and between the bias electrode and the semiconductor film, injection of charge into the semiconductor film is prevented. Preferably, a charge injection blocking layer is formed.
[0025]
According to the above configuration, the bias electrode is provided so as to face the charge collecting electrode via the semiconductor film, and the charge injection for preventing charge injection into the semiconductor film is provided between the bias electrode and the semiconductor film. The formation of the blocking layer can prevent an increase in dark current.
[0026]
In the electromagnetic wave detector according to the above invention, it is preferable that the semiconductor film is formed of an amorphous film containing selenium as a main component.
According to the above configuration, since the semiconductor film is formed of an amorphous film containing selenium as a main component, the semiconductor film has a high dark resistance, exhibits good electromagnetic wave conductivity to X-ray irradiation, and has a low temperature by a vacuum deposition method. A semiconductor film that can be formed over a large area can be formed.
[0027]
In the electromagnetic wave detector according to the above invention, it is preferable that the unevenness of the surface of the charge collecting electrode is 5 nm or less.
According to the above configuration, it is possible to suppress the occurrence of the characteristic failure caused by the unevenness or the local protrusion on the surface of the charge collecting electrode.
[0028]
An image detector according to an aspect of the present invention is an image detector including a plurality of electromagnetic wave detectors, wherein the plurality of charge collection electrodes are arranged one-dimensionally or two-dimensionally. It is characterized by comprising a plurality of charge storage capacitors individually connected to the collection electrodes and a plurality of switching elements individually connected to the charge storage capacitors.
[0029]
According to the above configuration, a plurality of charge collecting electrodes are arranged one-dimensionally or two-dimensionally, and the charge storage capacitors individually connected to the charge collection electrodes, and the switching devices individually connected to the charge storage capacitors. Since a plurality of elements are provided, one-dimensional or two-dimensional charge information can be easily read out by temporarily storing one-dimensional or two-dimensional electromagnetic wave information in a charge storage capacitor and sequentially scanning the switching elements. Can be. Further, the charge collecting electrode can be divided and patterned. Therefore, it is possible to provide an image detector in which local change of the semiconductor film formed on the charge collection electrode and occurrence of defects in the charge blocking characteristics are small.
[0030]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
An embodiment of the present invention will be described below with reference to FIGS.
[0031]
In the following description, a plurality of electromagnetic wave detectors are provided, and a two-dimensionally arranged one is referred to as a two-dimensional image detector.
[0032]
FIG. 1 is a sectional view showing the structure of one pixel unit of a two-dimensional image detector as an electromagnetic wave detector according to an embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a plan view thereof. The size of one pixel shown in FIGS. 1 and 2 is approximately 0.1 mm × 0.1 mm to 0.3 mm × 0.3 mm, and this pixel (electromagnetic wave detector) is an XY matrix as a whole two-dimensional image detector. In general, pixels arranged in a shape of about 500 × 500 to 3000 × 3000 pixels are used.
[0033]
As shown in FIG. 1, in the two-dimensional image detector, a semiconductor film 6 having electromagnetic wave conductivity and a bias electrode (common electrode) 7 connected to a high-voltage power supply (not shown) are sequentially formed on an active matrix substrate 10. Have been. The semiconductor film 6 generates charges (electrons-holes) internally when irradiated with electromagnetic waves such as X-rays. That is, the semiconductor film 6 has electromagnetic wave conductivity and converts image information by X-rays into charge information. The semiconductor film 6 is made of, for example, amorphous a-Se (amorphous selenium) containing selenium as a main component. Here, the main component means having a content of 50% or more.
[0034]
Hereinafter, the active matrix substrate 10 will be described in detail.
[0035]
The active matrix substrate 10 includes a glass substrate 1, a gate electrode 2, a charge storage capacitor electrode (hereinafter, C_s(Referred to as an electrode) 14, a gate insulating film 15, a connection electrode 13, a channel layer 8, a contact layer 9, a data electrode 3, an insulating protective film 17, an interlayer insulating film 12, and a charge collecting electrode 11.
[0036]
Further, a thin film transistor (TFT: Thin Film Transistor) 4 is constituted by the gate electrode 2, the gate insulating film 15, the data electrode 3, the connection electrode 13, the channel layer 8, the contact layer 9, and the like._sThe electrode 14, the gate insulating film 15, the connection electrode 13, and the like make the charge storage capacitance (C_s5) is constituted.
[0037]
The glass substrate 1 is a support substrate. As the glass substrate 1, for example, a non-alkali glass substrate (for example, # 1737 manufactured by Corning Incorporated) can be used. The gate electrode (scanning line) 2 and the data electrode 3 are electrode wirings arranged in a lattice, and a thin film transistor (hereinafter, referred to as TFT) 4 is formed at the intersection. The TFT 4 is a switching element, and its source and drain are connected to the data electrode 3 and the connection electrode 13, respectively. The data electrode 3 is its source electrode, and the connection electrode 13 is its drain electrode. That is, the data electrode 3 includes a linear portion as a signal line and an extended portion for forming the TFT 4, and the connection electrode 13 is provided so as to connect the TFT 4 and the charge storage capacitor 5.
[0038]
The gate insulating film 15 is made of SiN_XOr SiO_XEtc. The gate insulating film 15 includes the gate electrode 2 and C_sIt is provided so as to cover the electrode 14, and a portion located on the gate electrode 2 acts as a gate insulating film in the TFT 4,_sThe portion located on the electrode 14 functions as a dielectric layer in the charge storage capacitor 5. That is, the charge storage capacitor 5 is formed by the C layer formed in the same layer as the gate electrode 2._sIt is formed by an overlapping region of the electrode 14 and the connection electrode 13. The gate insulating film 15 is made of SiN_XAnd SiO_XThe gate electrode 2 and C_sAn anodized film obtained by anodizing the electrode 14 may be used in combination.
[0039]
The channel layer (i-layer) 8 is a channel portion of the TFT 4 and is a current path connecting the data electrode 3 and the connection electrode 13. Contact layer (n⁺The layer 9 makes contact between the data electrode 3 and the connection electrode 13.
[0040]
The insulating protective film 17 is formed over substantially the entire surface (substantially the entire region) on the data electrode 3 and the connection electrode 13, that is, on the glass substrate 1. As a result, the connection electrodes 13 and the data electrodes 3 are protected, and electrical isolation is achieved. The insulating protective film 17 is located at a predetermined position, that is, at the connection electrode 13 via the charge storage capacitor 5._sA contact hole 16 is provided at a portion located on a portion facing the electrode 14.
[0041]
The charge collecting electrode 11 is made of an amorphous transparent conductive oxide film. The charge collection electrodes 11 are formed so as to fill the contact holes 16, and are stacked on the data electrodes 3 and the connection electrodes 13. The charge collection electrode 11 and the semiconductor film 6 are electrically connected, and the charge generated in the semiconductor film 6 can be collected by the charge collection electrode 11.
[0042]
The interlayer insulating film 12 is made of an acrylic resin having photosensitivity, and electrically isolates the TFT 4. A contact hole 16 penetrates through the interlayer insulating film 12, and the charge collection electrode 11 is connected to the connection electrode 13.
[0043]
On a glass substrate 1, a gate electrode 2 and C_sAn electrode 14 is provided. Above the gate electrode 2, a channel layer (i-layer) 8 and a contact layer (n⁺A layer 9 is formed in this order. The data electrode 3 and the connection electrode 13 are formed on the contact layer 9. The connection electrode 13 is stacked above a layer constituting the charge storage capacitor 5. An insulating protective film 17 is provided above the connection electrodes 13 and the data electrodes 3.
[0044]
The interlayer insulating film 12 of the TFT 4 is provided above the insulating protection film 17. The charge collection electrode 11 is provided on the interlayer insulating film 12, that is, on the uppermost layer of the active matrix substrate 10. The charge collection electrode 11 and the TFT 4 are connected via the connection electrode 13.
[0045]
Also, C_sA gate insulating film 15 is provided above the electrode 14, and a connection electrode 13 is provided above the gate insulating film 15. The charge collection electrode 11 and the connection electrode 13 are connected by a contact hole 16 penetrating the interlayer insulating film 12.
[0046]
Bias electrode 7 and C_sA high-voltage power supply (not shown) is connected between the electrodes 14. The bias electrode 7 and C_sA voltage is applied between the electrode 14. Thereby, an electric field can be generated between the bias electrode 7 and the charge collection electrode 11 via the charge storage capacitor 5. At this time, since the semiconductor film 6 and the charge storage capacitor 5 are electrically connected in series, if a bias voltage is applied to the bias electrode 7, the charge (electrons) in the semiconductor film 6 will be increased. -Hole pairs) are generated. The electrons generated in the semiconductor film 6 move to the positive electrode side, and the holes move to the negative electrode side.
[0047]
In the whole two-dimensional image detector, the charge collecting electrodes 11 are arranged one-dimensionally or two-dimensionally, and the charge storage capacitors 5 individually connected to the charge collection electrodes 11 and the charge storage electrodes 5 individually connected to the charge storage capacitors 5. And a plurality of TFTs 4. Thus, the one-dimensional or two-dimensional charge information can be easily read out by temporarily storing the one-dimensional or two-dimensional electromagnetic wave information in the charge storage capacitor 5 and sequentially scanning the TFT 4.
[0048]
Hereinafter, an example of a manufacturing process of the two-dimensional image detector will be described.
[0049]
First, a metal film such as Ta or Al is formed to a thickness of about 300 nm on a glass substrate 1 by sputter deposition, and then patterned into a desired shape to form a gate electrode 2 and a C electrode._sAn electrode 14 is formed.
[0050]
The gate electrode 2 and C_sSiN is formed on substantially the entire surface of the glass substrate 1 so as to cover the electrode 14._XOr SiO_XThe gate insulating film 15 is formed to a thickness of about 350 nm by a CVD (Chemical Vapor Deposition) method. The gate insulating film 15 is made of SiN_XAnd SiO_XThe gate electrode 2 and C_sAn anodized film obtained by anodizing the electrode 14 may be used in combination.
[0051]
Amorphous silicon (hereinafter referred to as a-Si) is formed to have a thickness of about 100 nm by the CVD method so that the channel layer 8 is disposed above the gate electrode 2 via the gate insulating film 15. After that, the channel layer 8 is formed by patterning into a desired shape.
[0052]
The contact layer 9 is formed by depositing a-Si to a thickness of about 40 nm by the CVD method so that the contact layer 9 is disposed on the channel layer 8 and then patterning it into a desired shape.
[0053]
Further, a data film 3 and a connection electrode 13 are formed on the contact layer 9 by forming a metal film such as Ta or Al to a thickness of about 300 nm by sputter deposition and then patterning it into a desired shape.
[0054]
SiN is formed so as to cover substantially the entire surface of the glass substrate 1 on which the TFTs 4 and the charge storage capacitors 5 are formed._XIs formed to a thickness of about 300 nm by a CVD method to form an insulating protective film 17. Thereafter, the SiN formed at a predetermined portion on the connection electrode 13 to be the contact hole 16 is formed._XRemove the film.
[0055]
An acrylic resin or the like having photosensitivity is formed to a thickness of about 3 μm so as to cover substantially the entire surface of the insulating protective film 17, and the interlayer insulating film 12 is formed. Then, patterning is performed by a photolithography technique, and the contact hole 16 is formed in alignment with a portion to be the contact hole 16 in the insulating protective film 17.
[0056]
An amorphous transparent conductive oxide film such as ITO (Indium-Tin-Oxide) is formed to a thickness of about 200 nm on the interlayer insulating film 12 by a sputter deposition method, and is patterned into a desired shape to form the charge collecting electrode 11. To form At this time, the charge collection electrode 11 and the connection electrode 13 are electrically connected (short-circuited) via the contact hole 16 provided in the insulating protective film 17 and the interlayer insulating film 12.
[0057]
In the present embodiment, as described above, a so-called roof-type structure (mushroom electrode structure) in which the charge collecting electrodes 11 overlap above the TFT 4 is adopted as the active matrix substrate 10, but a non-roof-type structure is used. May be adopted. Further, although the TFT 4 using a-Si is used as the switching element, the present invention is not limited to this, and p-Si (polysilicon) may be used. Further, although the inverted staggered structure in which the data electrode 3 and the connection electrode 13 are located above the gate electrode 2 via the gate insulating film 15 is employed, a staggered structure may be employed.
[0058]
A semiconductor film 6 made of a-Se (amorphous selenium) and having electromagnetic conductivity is formed to a thickness of about 0.5 mm by vacuum evaporation so as to cover the entire pixel array region of the active matrix substrate 10 formed as described above. The film is formed to have a thickness of 1.5 mm.
[0059]
Finally, a bias electrode 7 made of Au, Al, or the like is formed on substantially the entire surface of the semiconductor film 6 to a thickness of about 200 nm by a vacuum deposition method.
[0060]
At the interface between the semiconductor film 6 and the charge collecting electrode 11, a charge injection blocking layer for preventing injection of electrons or holes into the semiconductor film 6, or the adhesion between the semiconductor film 6 and the charge collecting electrode 11 is improved. A buffer layer may be formed. Similarly, a charge injection blocking layer or a buffer layer may be formed at the interface between the semiconductor film 6 and the bias electrode 7. A-As for the charge injection blocking layer and the buffer layer₂Se₃Alternatively, a-Se or the like to which an alkali element ion or a halogen element ion is added can be used.
[0061]
Next, the operation principle of the two-dimensional image detector having the above structure will be described. Bias electrode 7 and C_sWhen the semiconductor film 6 is irradiated with X-rays in a state where a voltage is applied between the electrode 14 and the electrodes 14, charges (electron-hole pairs) are generated in the semiconductor film 6. Since the semiconductor film 6 and the charge storage capacitor 5 are electrically connected in series, the electrons generated in the semiconductor film 6 move to the positive electrode side, and the holes move to the negative electrode side. As a result, charges are stored in the charge storage capacitor 5.
[0062]
The charge stored in the charge storage capacitor 5 can be taken out through the data electrode 3 by turning on the TFT 4 by an input signal to the gate electrode 2.
[0063]
Since the electrode wiring including the gate electrode 2 and the data electrode 3, the TFT 4, and the charge storage capacitor 5 are all provided in an XY matrix, the signals input to the gate electrode are sequentially scanned, and By detecting a signal for each data electrode 3, it is possible to obtain two-dimensional X-ray image information.
[0064]
Subsequently, the charge collecting electrode 11 will be described in detail. The charge collecting electrode 11 used in the present invention is made of an amorphous transparent conductive oxide film. As the amorphous transparent conductive oxide film material, oxides of indium and tin (ITO), oxides of indium and zinc (IZO: Indium-Zinc-Oxid), oxides of indium and germanium (IGO: Indium-Germanium-Oxide) or the like having a basic composition can be used.
[0065]
The amorphous transparent conductive oxide film can be easily formed by a method such as forming a film at a low temperature or setting a gas pressure during sputtering to a certain value or more when forming a film by a sputtering method. In this case, there is a trade-off in that the resistance value and the transparency of the amorphous transparent conductive oxide film are deteriorated. On the other hand, the following method is effective to stably obtain an amorphous transparent conductive oxide film without the above trade-off (or small).
[0066]
(1) An amorphous ITO film is formed by sputter-depositing ITO with an inert gas such as argon by mixing oxygen as necessary and further using a sputtering gas mixed with hydrogen or water. To form Note that hydrogen and water may be mixed in the sputtering gas.
[0067]
(2) An amorphous IZO film is formed by sputtering using a sintered body target composed of a composition of indium oxide and zinc oxide.
[0068]
(3) An amorphous IGO film is formed by forming a film by a sputtering method using a sintered target made of a composition of indium oxide and germanium oxide.
[0069]
The transparent conductive oxide film in the amorphous state as described above has a smoother surface morphology than a normal polycrystalline transparent conductive oxide film. For example, in the case of a polycrystalline ITO film, the surface has irregularities of about 10 nm at the maximum, but in the case of an amorphous ITO film, the surface irregularities can be suppressed to 5 nm or less.
[0070]
When an a-Se film is formed directly or via a charge blocking layer on the surface of a polycrystalline ITO film having minute irregularities or projections, a region where the ITO film has severe irregularities or a portion where projections suddenly exist. In some cases, the phenomenon that the structure of the a-Se film is locally changed (for example, crystallization), the charge blocking property of the portion is deteriorated, and the dark current is locally increased. When the semiconductor film 6 made of a-Se is operated by applying a strong electric field of about 10 V / μm as a defect occurrence rate, the defective pixel occurrence rate (the number of pixels in which the above-described defect has occurred / the total number of pixels) Was 0.001% to 0.008%. On the other hand, by forming the surface of the charge collecting electrode 11 with an amorphous transparent conductive oxide film by the method (2) described above, the defect occurrence rate can be reduced to 0.0002% to 0.0005%. Become. Further, even when the amorphous transparent conductive oxide film formed by the above-described methods (1) and (3) is used as the charge collection electrode 11, although the effect is slightly different, the defective pixel occurrence rate is reduced. The effect is confirmed.
[0071]
As described above, when the amorphous transparent conductive oxide film is used as the charge collection electrode 11, even if the amorphous semiconductor film 6 represented by a-Se is formed thereon, the charge collection electrode 11 It is possible to suppress the occurrence of characteristic failure due to surface irregularities and local protrusions.
[0072]
The two-dimensional image detector can detect one-dimensional or two-dimensional electromagnetic wave information by dividing the charge collecting electrode 11 into a plurality of pixels. When patterning the charge collecting electrodes 11 into a plurality of charge collecting electrodes 11 by etching, the sharpness of the pattern edge is deteriorated by the influence of crystal grains in a film having high crystallinity, but is not affected by the crystal grains in an amorphous film. Therefore, a pattern edge having excellent sharpness can be obtained. Since the charge collection electrode 11 is made of an amorphous film in this way, the charge collection electrode 11 that is fine and has excellent pattern accuracy can be formed. Accordingly, it is possible to easily realize a high-definition two-dimensional image detector having a small pixel pitch and a high fill factor of the charge collecting electrode 11.
[0073]
Note that the two-dimensional image detector of the present invention is also effective for a two-dimensional image detector utilizing the avalanche effect when a high electric field is applied, since the semiconductor film is made of a-Se.
[0074]
【The invention's effect】
As described above, the electromagnetic wave detector of the present invention has a configuration in which the charge collection electrode is formed of the amorphous transparent conductive oxide film.
[0075]
Thus, since the charge collecting electrode is formed of an amorphous transparent conductive oxide film having a smooth surface morphology, it is possible to reduce irregularities and local protrusions on the surface of the charge collecting electrode. Therefore, even if a semiconductor film is formed on the charge collecting electrode, an electromagnetic wave detector with less occurrence of local changes in the semiconductor film and poor charge blocking characteristics due to unevenness and local protrusions on the surface of the charge collecting electrode. Is provided.
[0076]
The above-mentioned electromagnetic wave detector has a configuration in which the charge collection electrode is a transparent conductive film made of an oxide of amorphous indium and tin.
[0077]
This can prevent, for example, a trade-off in which the resistance value and the transparency of the charge collection electrode deteriorate. Thereby, for example, there is an effect that a highly sensitive electromagnetic wave detector can be provided.
[0078]
In the above-described electromagnetic wave detector, since the charge collection electrode has a structure containing indium, zinc, or germanium, an amorphous transparent conductive film can be easily formed. Thereby, for example, there is an effect that a highly sensitive electromagnetic wave detector can be provided.
[0079]
The above-described electromagnetic wave detector has a configuration in which the charge collecting electrode is formed by sputtering in a sputtering gas mixed with hydrogen and / or water.
[0080]
Thereby, there is an effect that the charge collection electrode, which is an amorphous transparent conductive film, can be formed stably and easily.
[0081]
The above-described electromagnetic wave detector has a configuration in which a charge injection blocking layer that blocks charge injection into the semiconductor film is formed between the semiconductor film and the charge collection electrode.
[0082]
This can prevent charges from being injected from the charge collecting electrode into the semiconductor film and prevent an increase in dark current. Therefore, for example, there is an effect that a highly sensitive electromagnetic wave detector can be provided.
[0083]
In the above-described electromagnetic wave detector, a bias electrode is provided so as to face a charge collection electrode via a semiconductor film, and charge injection for preventing charge injection into the semiconductor film is provided between the bias electrode and the semiconductor film. This is a configuration in which a blocking layer is formed.
[0084]
Thus, charge injection into the semiconductor film can be prevented, and an increase in dark current can be prevented. Therefore, for example, there is an effect that a highly sensitive electromagnetic wave detector can be provided.
[0085]
The above-described electromagnetic wave detector has a configuration in which the semiconductor film is an amorphous film containing selenium as a main component.
This makes it possible to form a semiconductor film having high dark resistance, exhibiting good electromagnetic wave conductivity to X-ray irradiation, and capable of forming a large-area film at a low temperature by a vacuum deposition method. When used, an effect is provided that a highly sensitive electromagnetic wave detector can be provided.
[0086]
The above-mentioned electromagnetic wave detector has a configuration in which unevenness on the surface of the charge collecting electrode is 5 nm or less.
Thereby, there is an effect that it is possible to suppress the occurrence of characteristic failure due to unevenness or local protrusion on the surface of the charge collecting electrode.
[0087]
An image detector according to the present invention is an image detector including a plurality of the electromagnetic wave detectors, wherein the plurality of charge collection electrodes are arranged one-dimensionally or two-dimensionally, and individually connected to the charge collection electrodes. And a plurality of switching elements individually connected to the charge storage capacitor.
[0088]
As a result, one-dimensional or two-dimensional electromagnetic wave information is temporarily stored in a charge storage capacitor, and the one-dimensional or two-dimensional charge information can be easily read out by sequentially scanning them. The electrodes can be divided and patterned. Therefore, for example, when the charge collection electrode is made of the amorphous conductive film, the pattern accuracy at the time of etching is improved, so that the charge collection electrode can be divided and patterned with high precision. This provides an effect that a high-definition image detector having a small size can be provided. Further, there is an effect that it is possible to provide an image detector in which a local change of a semiconductor film formed on the charge collection electrode and a failure in charge blocking characteristics are less likely to occur.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a cross-sectional view showing a structure of one pixel unit of a two-dimensional image detector as an electromagnetic wave detector according to one embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a plan view of the two-dimensional image detector.
FIG. 3 is a cross-sectional view illustrating a structure of a conventional two-dimensional image detector.
[Explanation of symbols]
1 Glass substrate
2 Gate electrode
3 Data electrode
4 TFT
5 Charge storage capacity (C_s)
6 Semiconductor film
7 bias electrode
8 Channel layer
9 Contact layer
10 Active matrix substrate
11 Charge collection electrode
12 interlayer insulating film
13 Connection electrode
14 C_selectrode
15 Gate insulating film
16 Contact hole
17 Insulation protective film

Claims

A semiconductor film that generates an electric charge in response to an electromagnetic wave to be detected;
An electromagnetic wave detector comprising: a charge collection electrode for extracting a charge generated by the semiconductor film;
The semiconductor film is an amorphous film containing selenium as a main component,
The semiconductor film is formed on the charge collection electrode,
An electromagnetic wave detector, wherein the charge collection electrode is made of an amorphous transparent conductive oxide film, and the surface of the charge collection electrode has a roughness of 5 nm or less.

2. The electromagnetic wave detector according to claim 1, wherein the charge collection electrode is made of an oxide of amorphous indium and tin.

The electromagnetic wave detector according to claim 1, wherein the charge collection electrode contains indium and zinc or germanium.

4. The electromagnetic wave according to claim 1, wherein the charge collecting electrode is formed by sputtering in a sputtering gas mixed with hydrogen and / or water. 5. Detector.

The charge injection blocking layer for preventing charge injection into the semiconductor film is formed between the semiconductor film and the charge collection electrode, according to any one of claims 1 to 4, wherein: Electromagnetic wave detector.

A bias electrode is provided so as to face the charge collection electrode via the semiconductor film, and a charge injection blocking layer for preventing charge injection into the semiconductor film is formed between the bias electrode and the semiconductor film. The electromagnetic wave detector according to claim 1, wherein:

The electromagnetic wave detector according to any one of claims 1 to 6, wherein the semiconductor film has a thickness of 0.5 mm to 1.5 mm.

An image detector comprising a plurality of the electromagnetic wave detectors according to any one of claims 1 to 7,
A plurality of the charge collection electrodes are arranged one-dimensionally or two-dimensionally, a plurality of charge storage capacitors individually connected to the charge collection electrodes, and a plurality of switching elements individually connected to the charge storage capacitors. An image detector.

A semiconductor film that generates electric charges in response to an electromagnetic wave to be detected,
  In a method for manufacturing an electromagnetic wave detector including a charge collection electrode for extracting a charge generated in the semiconductor film,
  As the semiconductor film, an amorphous film containing selenium as a main component is used,
  Using an amorphous transparent conductive oxide film as the charge collection electrode,
  The amorphous transparent conductive oxide film is formed by a sputtering method in a sputtering gas mixed with hydrogen and / or water to form irregularities on the surface of the charge collecting electrode to 5 nm or less. Of manufacturing an electromagnetic wave detector.