JP4458750B2

JP4458750B2 - Radiation imaging apparatus, driving method thereof, and manufacturing method thereof

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Publication number: JP4458750B2
Application number: JP2003017808A
Authority: JP
Inventors: 実渡辺
Original assignee: Canon Inc
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Priority date: 2003-01-27
Filing date: 2003-01-27
Publication date: 2010-04-28
Anticipated expiration: 2023-01-27
Also published as: JP2004228517A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）及び光電変換素子を有する放射線撮像装置、その駆動方法及びその製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、絶縁基板上にＴＦＴを作りこむＴＦＴマトリックスパネルの大判化や駆動速度の高速化が急速に進められている。ＴＦＴを用いた液晶パネルの製造技術は、可視光を電気信号に変換する光電変換素子を有するエリアセンサ（例えば、Ｘ線撮像装置）へと利用されており、表面にＸ線（放射線）から可視光線への変換層を配置することで放射線撮像装置としても活用されている。このようなパネルが放射線撮像装置として使用される場合、放射線撮像装置の中に、以下の３つの機能を備えた放射線モニタ基板を別に配置する必要がある。
（１）照射された放射線をモニタする。
（２）モニタした放射線量が設定値となったときに、放射線発生器に放射線照射を停止させる信号を送る。
（３）放射線の照射が終了したことをモニタし、放射線撮像装置を駆動させる信号を送り、画像を取り込む。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
このため、従来の放射線撮像装置は、大型で厚く重量も重いものとなっている。しかしながら、放射線撮像装置には、携帯して使用することができるような小型で薄型の装置の要求が高い。例えば、病院内に設置されたＸ線撮影用の放射線撮像装置を持ってベッドとベッドとの間を移動したり、人が手で持ったまま撮影したりするようなときに、放射線撮像装置が小型であることが要求される。また、病院では女性の看護師が撮影装置の準備をする場合があり、このような場合にも、更なる軽量化が求められている。
【０００４】
本発明は、かかる問題点に鑑みてなされたものであって、小型かつ軽量で、容易に持ち運びすることができる放射線撮像装置、その駆動方法及びその製造方法を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
第１の発明に係る放射線撮像装置は、基板と、前記基板上に配設され、放射線を電気信号に変換する複数の第１の半導体変換素子と、前記第１の半導体変換素子に接続された複数の薄膜トランジスタとを備えた変換部と、前記変換部内に入射した放射線の照射量を検出するために前記基板上に配設され、放射線を電気信号に変換する電界効果トランジスタ型の第２の半導体変換素子と、を有し、前記第２の半導体変換素子の制御電極は、前記複数の薄膜トランジスタのうちから選択された少なくとも１個の薄膜トランジスタの制御電極に接続されていることを特徴とする。
【０００６】
第２の発明に係る放射線撮像装置の駆動方法は、放射線源と、基板と、前記基板上に配設され、放射線を電気信号に変換する複数の第１の半導体変換素子と、前記第１の半導体変換素子に接続された複数の薄膜トランジスタとを備えた変換部と、前記変換部内に入射した放射線の照射量を検出するために前記基板上に配設され、放射線を電気信号に変換する電界効果トランジスタ型の第２の半導体変換素子と、を有し、前記第２の半導体変換素子の制御電極は、前記複数の薄膜トランジスタのうちから選択された少なくとも１個の薄膜トランジスタの制御電極に接続されている放射線撮像装置を駆動する方法であって、前記第２の半導体変換素子を用いて前記変換部内に入射した放射線の照射量を検出するために、前記第２の半導体変換素子の制御電極に前記薄膜トランジスタのオフ電圧を印加する工程と、前記放射線源から放射線を前記変換部に向けて照射する工程と、前記照射量がある値に到達した時に、前記放射線源からの放射線の照射を停止させる工程と、前記第１の半導体変換素子に蓄積された電荷を読み出すために、前記薄膜トランジスタの制御電極に動作電圧を印加する工程と、前記第２の半導体変換素子内の残存電荷を除去するために、前記第２の半導体変換素子の半導体層に順方向バイアスを印加する工程と、を有し、前記薄膜トランジスタの制御電極に動作電圧を印加する工程の一部と前記第２の半導体変換素子の半導体層に順方向バイアスを印加する工程とを同時に行うことを特徴とする。
【０００７】
第３の発明に係る放射線撮像装置の製造方法は、基板と、前記基板上に配設され、放射線を電気信号に変換する複数の第１の半導体変換素子と、前記第１の半導体変換素子に接続された複数の薄膜トランジスタとを備えた変換部と、前記変換部内に入射した放射線の照射量を検出するために前記基板上に配設され、放射線を電気信号に変換する電界効果トランジスタ型の第２の半導体変換素子と、を有し、前記第２の半導体変換素子の制御電極は、前記複数の薄膜トランジスタのうちから選択された少なくとも１個の薄膜トランジスタの制御電極に接続されている放射線撮像装置の製造方法であって、前記基板上に、同一の層から前記第１の半導体変換素子のセンサ電極、前記薄膜トランジスタの制御電極及び前記第２の半導体変換素子の制御電極を形成する工程と、前記基板の上方に、前記第１の半導体変換素子の共通電極、前記薄膜トランジスタのソース電極及びドレイン電極、並びに前記第２の半導体変換素子のソース電極及びドレイン電極用の導電膜を形成する工程と、前記導電膜をパターニングすることにより、前記共通電極を形成する工程と、前記導電膜を更にパターニングすることにより、前記薄膜トランジスタのソース電極及びドレイン電極、並びに前記第２の半導体変換素子のソース電極及びドレイン電極を形成する工程と、を有することを特徴とする。
【０００８】
これらの本発明においては、第２の半導体変換素子を介して検出された放射線量に基づいてＡＥＣ制御を行うことが可能である。このとき、第２の半導体変換素子が、第１の半導体変換素子と同一の基板上に形成されているので、第２の半導体変換素子による放射線の減衰は生じない。また、一部の薄膜トランジスタと第２の半導体変換素子との間で両者の制御電極が互いに接続されているので、後述のように、第２の半導体変換素子の制御電極用の配線が不要となり、第１及び第２の半導体変換素子の受光面積を大きく確保することが可能である。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態に係る放射線撮像装置、その駆動方法及びその製造方法について、添付の図面を参照して具体的に説明する。
【００１０】
（参考例）
先ず、参考例について説明する。この参考例は、本願発明者が本願発明に想到する過程で創作したものである。図１は、参考例に係る放射線撮像装置の回路構成を示す等価回路図である。図２は、参考例に係る放射線撮像装置の全体的な構成を示すレイアウト図である。図１には、画素エリアに４行４列（１６個）の画素が設けられている例を示すが、その数はこれに限定されるものではない。
【００１１】
本参考例においては、画素毎に、撮像用光電変換素子（第１の光電変換素子）とスイッチング用薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）との組み合わせ、又は撮像用光電変換素子とスイッチング用ＴＦＴとＡＥＣ制御用のモニタ用光電変換素子（第２の光電変換素子）との組み合わせが設けられている。具体的には、図１中の上から第ａ行、第ｂ列の画素には、１個の撮像用光電変換素子Ｍｂａと１個のスイッチング用薄膜トランジスタＴｂａとが設けられている（ａ、ｂ＝１、２、３、４）。更に、第４列で第３行及び第４行の画素には、夫々、１個のモニタ用光電変換素子ＭＡ４３、ＭＡ４４が設けられている。また、第４列で第１行及び第２行の画素には、夫々、モニタ用光電変換素子用の引き回し配線が設けられている。
【００１２】
また、第ｂ列に配置された４個の撮像用光電変換素子は共通のバイアス線Ｖｓｂに接続されており、撮像用信号処理回路部５１から一定バイアスが印加されている。第ａ行に配置された４個のスイッチング用ＴＦＴのゲート電極（制御電極）は、共通のゲート線Ｖｇａに接続されており、ゲートドライバ回路部５２によりゲートのＯＮ／ＯＦＦが制御される。更に、第ｂ列に配置された４個のスイッチング用ＴＦＴのソース電極又はドレイン電極は、共通の信号線Ｓｉｇｂに接続されている。信号線Ｓｉｇ１〜Ｓｉｇ４は、撮像用信号処理回路部５１に接続されている。
【００１３】
モニタ用光電変換素子ＭＡ４３及びＭＡ４４はＴＦＴ型のセンサであり、その各ソース電極は電源５３に接続され、各ドレイン電極はモニタ用信号処理回路部５４に接続され、各ゲート電極（制御電極）はゲートドライバ回路部５２に接続されている。電源５３からソース電極に電圧を印加することによって、ソース・ドレイン間に電位を与えると、電極間の受光部に光が照射されて発生したエレクトロン及びホールがソース・ドレイン間の電位差により各電極に輸送される。この電荷をモニタ用信号処理回路５４でリアルタイムに読み取ることで、光照射量を測定することができる。
【００１４】
図１に示すような構成の回路を、多数の画素を備えた放射線撮像装置に適用すると、例えば、図２に示すように、変換部（画素エリア）Ｔ内に、撮像用光電変換素子及びスイッチング用ＴＦＴが設けられた複数の画素が集合した領域Ｒ１、撮像用光電変換素子、スイッチング用ＴＦＴ及びモニタ用光電変換素子が設けられた複数の画素が集合した領域Ｒ２、並びに撮像用光電変換素子、スイッチング用ＴＦＴ及びモニタ用光電変換素子用の引き回し配線が設けられた複数の画素が集合した領域Ｒ３が存在することとなる。
【００１５】
次に、参考例における３種類の画素の平面構成について説明する。図３は、参考例に係る放射線撮像装置においてモニタ用光電変換素子及びその引き回し配線のいずれもが設けられていない画素の平面構成を示すレイアウト図である。図４は、参考例に係る放射線撮像装置においてモニタ用光電変換素子が設けられた画素の平面構成を示すレイアウト図である。図５は、参考例に係る放射線撮像装置においてモニタ用光電変換素子用の引き回し配線が設けられた画素の平面構成を示すレイアウト図である。また、図６は、図３中のＩ−Ｉ線に沿った断面図であり、図７は、図４中のＩＩ−ＩＩ線に沿った断面図である。なお、図３乃至図５では、半導体層をその下方に存在する制御電極等よりも内側に示しているが、これは、便宜上のものであり、この参考例では、図６及び図７に示すように、半導体層や光電変換層はその下方に存在する制御電極等よりも拡がって形成されており、また、半導体層や光電変換層の下には第１の絶縁膜が存在する。このことは、他のレイアウト図においても同様である。
【００１６】
モニタ用光電変換素子及びその引き回し配線のいずれもが設けられていない画素には、図３及び図６に示すように、絶縁基板１０上に、撮像用光電変換素子１のセンサ電極１１及びスイッチング用ＴＦＴ３の制御電極（ゲート電極）１２並びにこれらを覆う第１の絶縁膜１３が形成されている。
【００１７】
第１の絶縁膜１３上には、センサ電極１１と整合するようにして半導体層（光電変換層）１４ａ及びオーミックコンタクト層１５ａが順次積層されている。更に、オーミックコンタクト層１５ａ上に、共通電極バイアスライン１６が形成されている。この共通電極バイアスライン１６は、図１中のバイアス線Ｖｓ１〜Ｖｓ４に相当する。
【００１８】
第１の絶縁膜１３上には、更に、制御電極１２と整合するようにして半導体層１４ｂが形成され、この半導体層１４ｂ上の２箇所に、オーミックコンタクト層１５ｂが形成されている。一方のオーミックコンタクト層１５ｂは、センサ電極１１の上方まで拡がっている。そして、このセンサ電極１１の上方まで拡がったオーミックコンタクト層１５ｂ上にドレイン電極１７ｄが形成され、他方のオーミックコンタクト層１５ｂ上にソース電極１７ｓが形成されている。前記一方のオーミックコンタクト層１５ｂ、半導体層１４ｂ及び第１の絶縁膜１３には、スルーホール２７が形成されており、ドレイン電極１７ｄはセンサ電極１１と電気的に接続されている。
【００１９】
そして、これらを覆う第２の絶縁膜１８が形成されている。また、図示しないが、第２の絶縁膜１８上には、Ｘ線を可視光線に変換する蛍光体層が形成されている。
【００２０】
なお、ソース電極１７ｓは信号線１９に接続されており、制御電極１２はゲート配線２０に接続されている。信号線１９は、図１中のＳｉｇ１〜Ｓｉｇ４に相当し、ゲート配線２０は、図１中のゲート線Ｖｇ１〜Ｖｇ４に相当する。
【００２１】
このように構成された画素は、少なくとも領域Ｒ１に存在し、領域Ｒ２及びＲ３に存在していてもよい。
【００２２】
次に、モニタ用光電変換素子が設けられた画素の構成について説明する。この画素では、図４及び図７に示すように、絶縁基板１０上に、撮像用光電変換素子１のセンサ電極１１及びスイッチング用ＴＦＴ３の制御電極（ゲート電極）１２の他に、モニタ用光電変換素子２の制御電極２１が形成されており、第１の絶縁膜１３によりこれらの電極が覆われている。この画素と図３及び図６に示す画素と比較すると、画素の形状及び面積は同一であり、図４及び図７に示す画素では、制御電極２１が形成されているために、センサ電極１１等が小さくなっている。撮像用光電変換素子１及びスイッチング用ＴＦＴ３の構成は、撮像用光電変換素子１が小さくなっていることを除いて、図３及び図６に示す画素と同様である。
【００２３】
モニタ用光電変換素子２では、第１の絶縁膜１３上に、制御電極２１と整合するようにして半導体層（光電変換層）１４ｃが形成され、この半導体層１４ｃ上の２箇所に、オーミックコンタクト層１５ｃが形成されている。そして、２個のオーミックコンタクト層１５ｃ上に、夫々ドレイン電極２２ｄ、ソース電極２２ｓが形成されている。ドレイン電極２２ｄ、ソース電極２２ｓは、第２の絶縁膜１８に覆われている。
【００２４】
なお、図４に示すように、制御電極２１は、半導体層１４ｃよりも長く延びて形成されており、第１の絶縁膜１３の制御電極２１の両端部に整合する位置には、スルーホール２８が形成されている。そして、このスルーホール２８を介してゲート配線２０を跨ぎ、ゲート配線２０を挟んで隣り合う画素の制御電極２１同士を電気的に接続する上部配線２３が形成されている。
【００２５】
このように構成された画素は、領域Ｒ２に存在する。
【００２６】
モニタ用光電変換素子用の引き回し配線が設けられた画素には、図５に示すように、ドレイン電極２２ｄ用の配線２４、制御電極２１用の配線２５及びソース電極２２ｓ用の配線２６が形成されている。この画素と図３及び図６に示す画素と比較すると、画素の形状及び面積は同一であり、図５に示す画素では、配線２４乃至２６が形成されているために、センサ電極１１等が小さくなっている。撮像用光電変換素子１及びスイッチング用ＴＦＴ３の構成は、撮像用光電変換素子１が小さくなっていることを除いて、図３及び図６に示す画素と同様である。
【００２７】
このように構成された画素は、領域Ｒ３に存在する。
【００２８】
また、図６及び図７には示さないが、第２の絶縁膜１８の上方には、Ｘ線を可視光線に変換する蛍光体層が形成されている。
【００２９】
このように構成された参考例によれば、絶縁基板１０上にモニタ用光電変換素子２を撮像用光電変換素子１とは別に設けているため、放射線モニタ基板を別に配置する必要がなく、装置全体を小型化及び軽量化することが可能である。
【００３０】
しかし、この参考例では、図４に示すように、制御電極２１と上部配線２３とを接続するために、スルーホール２８を設ける必要があり、モニタ用光電変換素子２の受光面積は十分とはいい難い。また、図５に示すように、引き回し配線２４乃至２６が設けられた画素では、撮像用光電変換素子１の受光面積が、図３に示す画素と比較すると、極端に小さくなっている。従って、この参考例では、両光電変換素子１及び２の開口率が十分であるとはいえない。
【００３１】
そこで、本願発明者が更に鋭意検討を重ねた結果、制御電極２１を隣接するゲート配線２０に接続し、制御電極２１用の引き回し配線２５を除くことで、モニタ用光電変換素子２の受光面積（開口率）、及び引き回し配線が設けられた画素内の撮像用光電変換素子１の受光面積（開口率）を上げ、特性を向上させることができることを見出した。以下、本発明の実施形態について説明する。
【００３２】
（第１の実施形態）
先ず、本発明の第１の実施形態について説明する。図８は、本発明の第１の実施形態に係る放射線撮像装置においてモニタ用光電変換素子が設けられた画素の平面構成を示すレイアウト図である。図９は、第１の実施形態に係る放射線撮像装置においてモニタ用光電変換素子用の引き回し配線が設けられた画素の平面構成を示すレイアウト図である。また、図１０は、図８中のＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿った断面図である。
【００３３】
第１の実施形態においては、モニタ用光電変換素子が設けられた画素では、図８及び図１０に示すように、制御電極２１がゲート配線２０に接続されている。このゲート配線２０には、同一画素内に設けられたスイッチング用ＴＦＴ３の制御電極１２も接続されている。
【００３４】
このように構成された画素は、参考例における領域Ｒ２のように、集合して配置されており、例えば、ドレイン電極２２ｄ、ソース電極２２ｓ、共通電極バイアスライン１６及び信号線１９がこれらの画素間で共有されている。
【００３５】
また、モニタ用光電変換素子用の引き回し配線が設けられた画素には、図９に示すように、ドレイン電極２２ｄ用の配線２４及びソース電極２２ｓ用の配線２６が形成されているが、参考例とは異なり、制御電極２１用の配線は形成されていない。これは制御電極２１がゲート配線２０に接続されているためである。ソース電極２２ｓ及びドレイン電極２２ｄは、夫々パネル外部まで配線２４、２６により引き回されている。
【００３６】
また、モニタ用光電変換素子及びその引き回し配線のいずれもが設けられていない画素の構成は、図３及び図６に示す画素（参考例の画素）と同様である。
【００３７】
図８及び図１０に示す画素と図３及び図６に示す画素と比較すると、画素の形状及び面積は同一であり、図８及び図１０に示す画素では、モニタ用光電変換素子２が形成されているために、その分だけ撮像用光電変換素子１の受光面積（開口率）が小さくなっている。また、図９に示す画素と図３及び図６に示す画素と比較すると、画素の形状及び面積は同一であり、配線２４及び２６が形成されているために、その分だけ撮像用光電変換素子１の受光面積（開口率）が小さくなっている。
【００３８】
これらの画素は、例えば参考例と同様に、図２に示すようにして配置される。つまり、四角形の二次元に形成された変換部Ｔの中の４隅と中央付近に、モニタ用光電変換素子及び撮像用光電変換素子が対になって形成された複数の画素が設けられた領域Ｒ２が配置されている。本実施形態では、領域Ｒ２内の２０行×３列の画素に、モニタ用光電変換素子が設けられている。
【００３９】
次に、上述のように構成された第１の実施形態に係る放射線撮像装置を駆動する方法について説明する。
【００４０】
先ず、前述のように、モニタ用光電変換素子２のソース電極２２ｓに電源５３から電圧を印加し、ソース・ドレイン間に電位を与えておく。また、制御電極２１には、ゲート配線２０からＴＦＴ３のオフ電圧である半導体層の空乏化電圧を印加することにより、ダークカレントの防止とエレクトロン及びホールの収集効率を高めておく。
【００４１】
このような状態で、蛍光体層（図示せず）にＸ線が照射され、蛍光体層から可視光線が光電変換部に照射されると、モニタ用光電変換素子２により吸収された可視光線が電荷に変換され、ドレイン電極２２ｄを通じてモニタ用信号処理回路５４へ輸送される。このため、この電荷量をＸ線照射量としてリアルタイムで測定することができる。
【００４２】
その後、モニタ用信号処理回路５４で測定されたＸ線照射量が設定値に到達すると、Ｘ線発生器に信号を送り、Ｘ線の照射を停止させる。また、その直後に、ＴＦＴ３のゲート配線２０に順次ＴＦＴ３の動作電圧を印加することにより、撮像用光電変換素子１の容量に蓄積された電荷を信号線１９から読み取る。
【００４３】
また、この時、動作電圧を印加したゲート配線２０に接続された制御電極２１から、モニタ用光電変換素子３の半導体層１４ｃに順方向電圧（ＴＦＴ３の動作電圧）が印加されるため、モニタ用光電変換素子２内の絶縁膜１３と半導体層１４ｃとの界面にＸ線照射量に対応して蓄積された電荷を除去することができる。
【００４４】
このような第１の実施形態によれば、参考例と比較すると、モニタ用光電変換素子２に、上部配線用のスルーホールが設けられていないため、その受光面積（開口率）が大きくなっている。また、引き回し配線が設けられた画素について、参考例では、３本の引き回し配線２４乃至２６が設けられているが、第１の実施形態では、制御電極用の引き回し配線２５が設けられておらず、２本の引き回し配線２４及び２６が設けられているのみである。従って、第１の実施形態によれば、この画素での撮像用光電変換素子１の受光面積（開口率）が大きくなっている。更に、第１の実施形態では、制御電極２１の電位を駆動するための回路が不要であるため、回路が簡素化される。
【００４５】
なお、ある画素に、撮像用光電変換画素１が設けられておらず、モニタ用光電変換素子２及びそれに隣接する画素内のモニタ用光電変換素子２用の引き回し配線のみが設けられていてもよい。
【００４６】
また、例えば領域Ｒ２内の２０行×１列の画素又は１行×３列の画素のように、領域Ｒ２内の１ライン内の画素のみに、モニタ用光電変換素子が設けられていてもよい。
【００４７】
次に、第１の実施形態に係る放射線撮像装置を製造する方法について説明する。図１１（ａ）乃至（ｄ）及び図１２（ａ）乃至（ｃ）は、本発明の第１の実施形態に係る放射線撮像装置を製造する方法を工程順に示す断面図である。
【００４８】
先ず、図１１（ａ）に示すように、絶縁基板１０上に、第１の金属層としてＡｌＮｄ膜３１を、例えばスパッタリングにより５００〜４０００Å成膜する。第１の金属層として、Ｍｏ膜又はＴａ膜を形成してもよく、また、複数の膜を順次成膜した積層膜を形成してもよい。次に、フォトリソグラフィ法により、レジスト膜３２をマスクとして、ＡｌＮｄ膜３１をパターニングすることにより、センサ電極１１、制御電極１２及び２１並びにゲート配線２０を形成する。ＡｌＮｄ膜３１のエッチングは、例えば硝酸、リン酸及び酢酸を含有するエッチング液を使用したウェットプロセスにより行う。パターニング後、レジスト膜３２を除去する。
【００４９】
次いで、図１１（ｂ）に示すように、第１の絶縁膜１３を１５００〜４０００Å、半導体層３３を２０００〜１５０００Å、ＣＶＤ法により連続して成膜する。半導体層３３が、撮像用光電変換素子１の半導体層（光電変換層）１４ａ、ＴＦＴ３の半導体層１４ｂ、モニタ用光電変換素子２の半導体層（光電変換層）１４ｃになる。第１の絶縁膜１３としては、例えばＳｉＮ膜を用いる。
【００５０】
その後、フォトリソグラフィ法により、ＴＦＴ３の制御電極１２上が開口されたレジスト膜３４をマスクとして、半導体層３３を５００〜５０００Åだけエッチングする。この工程は、撮像用光電変換素子１及びモニタ用光電変換素子２で光吸収率を高めるために半導体層３３を２０００〜１５０００Åと厚く積層しているため、このままでは、ＴＦＴ３のソース・ドレイン間の直列抵抗が高くなるので、半導体層３３を薄膜化することでＴＦＴ３のオン抵抗を低減することを目的としている。この際、エッチングは、例えばドライエッチングにより行う。また、ドライエッチングとしては、半導体層３３のダメージを少なく、高い加工精度を得るために、プラズマエッチングが好ましいが、同様に半導体層３３のダメージが少ないケミカルドライエッチングでも良いし、低パワー（例えば０．１〜０．２Ｗ／ｃｍ²程度）、高圧力（例えば１０〜３０Ｐａ程度）で行う反応性エッチングでも良い。パターニング後、レジスト膜３４を除去する。
【００５１】
次に、図１１（ｃ）に示すように、オーミックコンタクト層３５を１００〜１０００Å、ＣＶＤ法により成膜する。半導体層３３とオーミックコンタクト層３５との界面に酸化シリコンが介在している場合は、前処理としてフッ化水素酸（例えば０．１〜１０質量％程度）で処理をしてもよく、有機膜が介在している場合は、酸素プラズマを照射し除去してもよい。また、オーミックコンタクト層３５の成膜直前に、ＣＶＤ装置内で水素プラズマによる最終処理をしても良い。
【００５２】
次いで、フォトリソグラフィ法により、レジスト膜３６をマスクとして、スルーホール２７を形成する。スルーホール２７はＴＦＴ３のドレイン電極１７ｄと撮像用光電変換素子１のセンサ電極１１とを電気的に接続しており、可視光線を受光部で吸収した際に発生した電荷は、受光部と容量結合しているセンサ電極１１からドレイン電極１７ｄを通じて読み取られる。
【００５３】
なお、後から成膜する金属膜のカバレッジを良くするため、エッチングとして、ケミカルドライエッチングを行い、ホール部の断面をテーパーエッチングすることが好ましい。金属膜のカバレッジを考慮する必要がない良い場合は、反応性イオンエッチングで加工精度を上げても良いし、プラズマエッチングで形成しても良い。パターニング後、レジスト膜３６を除去する。
【００５４】
次に、図１１（ｄ）に示すように、第２の金属層としてＡｌ膜３７を、例えばスパッタリングにより１０００〜４０００Å成膜する。第２の金属層として、Ｍｏ膜又はＴａ膜を形成してもよく、また、複数の膜を順次成膜した積層膜を形成してもよい。また、スルーホール２７の表面に酸化膜が形成されて、スルーホール２７との接続が悪い場合には、Ａｌ膜３７の成膜前に、逆スパッタリングにより酸化膜を除去するプロセスを入れると良い。
【００５５】
次いで、フォトリソグラフィ法により、レジスト膜３８をマスクとして、Ａｌ膜３７をパターニングすることにより、共通電極バイアスライン１６を形成する。Ａｌ膜３７のエッチングは、例えば硝酸、リン酸及び酢酸を含有するエッチング液を使用したウェットプロセスにより行う。従って、Ａｌ膜３７はレジスト膜３８よりも若干内側に後退する。このパターニングの際に、ソース電極１７ｓ及び２２ｓ、ドレイン電極１７ｄ及び２２ｄ並びに信号線１９が形成される予定の領域のＡｌ膜３７は、本工程でエッチングされないようにレジスト膜３８でマスクしておく。パターニング後、レジスト膜３８を除去する。
【００５６】
その後、図１２（ａ）に示すように、フォトリソグラフィ法により、新たなレジスト膜３９をマスクとして、Ａｌ膜３７をパターニングすることにより、ソース電極１７ｓ及び２２ｓ、ドレイン電極１７ｄ及び２２ｄ並びに信号線１９を形成する。Ａｌ膜３７のエッチングは、例えば硝酸、リン酸及び酢酸を含有するエッチング液を使用したウェットプロセスにより行う。従って、Ａｌ膜３７はレジスト膜３８よりも若干内側に後退する。
【００５７】
この際に、既に形成されている共通電極バイアスライン１６は、本工程でエッチングされないようにレジスト膜３９でマスクしておく。また、次工程で行うドライエッチングの際に、撮像用光電変換素子１の開口領域内のオーミックコンタクト層３５が除去されないよう、共通電極バイアスライン１６だけでなく、撮像用光電変換素子１の開口領域全体をレジスト膜３９によりマスクしておく。
【００５８】
次に、図１２（ａ）に示すように、レジスト膜３９をマスクとして、ドライエッチングを行うことにより、ＴＦＴ３のギャップ部、即ち、ソース−ドレイン間のオーミックコンタクト層３５を除去することにより、オーミックコンタクト層１５ａ乃至１５ｃを形成する。
【００５９】
次いで、図１２（ｂ）に示すように、フォトリソグラフィ法により、レジスト膜４０をマスクとして、半導体層３３やオーミックコンタクト層３５の不要な部分を除去することにより、撮像用光電変換素子１の開口領域を区画し、半導体層１４ａ乃至１４ｃを形成する。パターニング後、レジスト膜４０を除去する。
【００６０】
なお、第１の絶縁膜１３の不要な部分は、本実施形態では除去しないが、除去してもよい。第１の絶縁膜１３を除去せずに残存させる場合には、加工精度を確保するために、半導体層３３やオーミックコンタクト層３５の不要な部分を除去するためのエッチングは、半導体層３３と第１の絶縁膜１３を構成するＳｉＮ膜との選択比を確保しやすいプラズマエッチングで行うことが好ましい。
【００６１】
その後、図１２（ｃ）に示すように、第２の絶縁膜１８を保護膜として２０００〜１００００Å、ＣＶＤ法により成膜する。第２の絶縁膜１８としては、例えばＳｉＮ膜を形成することができる。このようにして、撮像用光電変換素子１、モニタ用光電変換素子２及びＴＦＴ３を形成することができる。
【００６２】
そして、蛍光体層（図示せず）を形成し、電気接続を確保するために、周辺部の保護膜を、フォトリソグラフィ法を用いてパターニング及びドライエッチングを行って除去することにより、放射線撮像装置を完成させることができる。
【００６３】
（第２の実施形態）
次に、本発明の第２の実施形態について説明する。参考例及び第１の実施形態では、モニタ用光電変換素子２が変換部Ｔの内部に設けられているのに対し、第２の実施形態では、モニタ用光電変換素子２が変換部Ｔの近傍に設けられている。図１３は、本発明の第２の実施形態に係る放射線撮像装置に設けられたＴＦＴマトリックスパネルの擬似等価回路図である。
【００６４】
この放射線撮像装置には、例えば１２行×９列の撮像用光電変換素子１を備えた光電変換部、及び３つのモニタ用光電変換素子２が設けられている。各撮像用光電変換素子１は、スイッチング用ＴＦＴ３と対になって１個の画素を構成している。撮像用光電変換素子１、モニタ用光電変換素子２及びスイッチング用ＴＦＴ３の断面構成は、夫々第１の実施形態におけるものと同様である。
【００６５】
撮像用光電変換素子１の制御電極１２はゲート配線ｇ１〜ｇ１２を通じてゲートドライバ回路部５２に接続され、ソース電極１７ｓは信号線ｓ１〜ｓ９を通じて撮像用信号処理回路部５１に接続されている。
【００６６】
モニタ用光電変換素子２は、例えばＴＦＴ型のセンサであり、そのソース電極１７ｓは電源に接続され、ドレイン電極１７ｄは一つの配線にまとめられてモニタ用信号処理回路部５４に共通接続されている。３つのモニタ用光電変換素子２は、夫々基板の左端、中央部、右端に配置されている。モニタ用光電変換素子２の各制御電極２１は、撮像用光電変換画素１の第１２行目のゲート配線ｇ１２と接続されている。
【００６７】
このように構成された第２の実施形態においては、ソース電極１７ｓに電源５３から電圧を印加することによって、ソース・ドレイン間に電位を与えると、電極間の受光部に光が照射されて発生したエレクトロン及びホールをソース・ドレイン間の電位差により各電極に輸送される。この電荷をモニタ用信号処理回路５４でリアルタイムに読み取ることで、光照射量をモニタすることができる。このモニタ時は、第１２行目のゲート配線ｇ１２に、ＴＦＴ３のオフ電圧である半導体層の空乏化電圧を印加し、ダークカレントの防止とエレクトロン及びホールの収集効率を高める。また、モニタ用光電変換素子２内の絶縁膜１３と半導体層１４ｃとの界面に蓄積されたホールは、第１２行目の画素から電荷を読み出す時にゲート配線ｇ１２に印加するＴＦＴの動作電圧を利用して除去することができる。
【００６８】
図１４は、第２の実施形態においてゲートドライバ回路部５２から各ゲート配線に与えられる電圧及びそのタイミングを示すタイミングチャートである。
【００６９】
先ず、時間Ｔｘｏｎ〜Ｔｘｏｆｆで放射線をパネルに照射する。この放射線が、基板上に配置された蛍光体層により可視光線に変換され、各光電変換素子１及び２に照射される。光電変換部に照射された可視光線は二次元的に配置された撮像用光電変換素子１で吸収され、電荷として各素子の容量に蓄積される。また、モニタ用光電変換素子２で吸収された可視光線は、同じく電荷に変換され、ドレイン電極１７ｄを通じてモニタ用信号処理回路５４へ輸送される。これにより、Ｘ線照射量をリアルタイムでモニタすることができる。
【００７０】
そして、モニタ用信号処理回路５４で測定されたＸ線照射量が設定値に到達すると、Ｘ線発生器に信号を送り、Ｘ線の照射を停止させる。また、その直後に、ゲート配線ｇ１〜ｇ１２に順次ＴＦＴ３の動作電圧を印加することにより、撮像用光電変換素子１の容量に蓄積された電荷を信号線ｓ１〜ｓ９から読み取る。
【００７１】
また、ゲート配線ｇ１２にＴＦＴ３の動作電圧を印加すると（時間Ｔｒｏｎ〜Ｔｒｏｆｆ）、ゲート配線ｇ１２に接続された３つの制御電極２１から、モニタ用光電変換素子２の各半導体層１４ｃに順方向電圧（ＴＦＴ３の動作電圧）が印加されるため、モニタ用光電変換素子２内の絶縁膜１３と半導体層１４ｃとの界面にＸ線照射量に対応した蓄積された電荷が除去される（リフレッシュ動作）。
【００７２】
このような第２の実施形態によれば、光電変換部内にモニタ用光電変換素子２自体及びその引き回し配線を設ける必要がないため、全ての画素において撮像用光電変換素子１の受光面積（開口率）を第１の実施形態よりも向上させることができる。また、モニタ用光電変換素子２の大きさは、画素の大きさに拘わらず、パネルの大きさに応じて設定することができるので、モニタ用光電変換素子２の受光面積（開口率）を第１の実施形態よりも向上させることが可能である。
【００７３】
次に、第２の実施形態に係る放射線撮像装置を製造する方法について説明する。図１５乃至図２０は、本発明の第２の実施形態に係る放射線撮像装置を製造する方法を工程順に示す断面図である。ここで、図１５（ａ）乃至図２０（ａ）は、モニタ用光電変換素子２に相当する部分を示し、図１５（ｂ）乃至図２０（ｂ）は、撮像用光電変換素子１に相当する部分を示す。
【００７４】
先ず、図１５（ａ）及び（ｂ）に示すように、絶縁基板１０上に、第１の金属層としてＡｌＮｄ膜３１を、例えばスパッタリングにより５００〜４０００Å成膜する。第１の金属層として、Ｍｏ膜又はＴａ膜を形成してもよく、また、複数の膜を順次成膜した積層膜を形成してもよい。次に、フォトリソグラフィ法により、レジスト膜３２をマスクとして、ＡｌＮｄ膜３１をパターニングすることにより、センサ電極１１、制御電極１２及び２１並びにゲート配線２０を形成する。ＡｌＮｄ膜３１のエッチングは、例えば硝酸、リン酸及び酢酸を含有するエッチング液を使用したウェットプロセスにより行う。パターニング後、レジスト膜３２を除去する。
【００７５】
次いで、図１６（ａ）及び（ｂ）に示すように、第１の絶縁膜１３を１５００〜４０００Å、半導体層３３を２０００〜１５０００Å、オーミックコンタクト層３５を１００〜１０００Å、ＣＶＤ法により連続して成膜する。半導体層３３が、撮像用光電変換素子１の半導体層（光電変換層）１４ａ、ＴＦＴ３の半導体層１４ｂ、モニタ用光電変換素子２の半導体層（光電変換層）１４ｃになる。第１の絶縁膜１３としては、例えばＳｉＮ膜を用いる。
【００７６】
次いで、図１６（ａ）及び（ｂ）に示すように、フォトリソグラフィ法により、レジスト膜３６をマスクとして、スルーホール２７を形成する。スルーホール２７はＴＦＴ３のドレイン電極１７ｄと撮像用光電変換素子１のセンサ電極１１とを電気的に接続しており、可視光線を受光部で吸収した際に発生した電荷は、受光部と容量結合しているセンサ電極１１からドレイン電極１７ｄを通じて読み取られる。
【００７７】
なお、後から成膜する金属膜のカバレッジを良くするため、エッチングとして、ケミカルドライエッチングを行い、ホール部の断面をテーパーエッチングすることが好ましい。金属膜のカバレッジを考慮する必要がない良い場合は、反応性イオンエッチングで加工精度を上げても良いし、プラズマエッチングで形成しても良い。パターニング後、レジスト膜３６を除去する。
【００７８】
次に、図１７（ａ）及び（ｂ）に示すように、第２の金属層としてＡｌ膜３７を、例えばスパッタリングにより１０００〜４０００Å成膜する。第２の金属層として、Ｍｏ膜又はＴａ膜を形成してもよく、また、複数の膜を順次成膜した積層膜を形成してもよい。また、スルーホール２７の表面に酸化膜が形成されて、スルーホール２７との接続が悪い場合には、Ａｌ膜３７の成膜前に、逆スパッタリングにより酸化膜を除去するプロセスを入れると良い。
【００７９】
次いで、図１７（ａ）及び（ｂ）に示すように、フォトリソグラフィ法により、レジスト膜３８をマスクとして、Ａｌ膜３７をパターニングすることにより、共通電極バイアスライン１６を形成する。Ａｌ膜３７のエッチングは、例えば硝酸、リン酸及び酢酸を含有するエッチング液を使用したウェットプロセスにより行う。従って、Ａｌ膜３７はレジスト膜３８よりも若干内側に後退する。このパターニングの際に、ソース電極１７ｓ及び２２ｓ、ドレイン電極１７ｄ及び２２ｄ並びに信号線１９が形成される予定の領域のＡｌ膜３７は、本工程でエッチングされないようにレジスト膜３８でマスクしておく。パターニング後、レジスト膜３８を除去する。
【００８０】
その後、図１９（ａ）及び（ｂ）に示すように、フォトリソグラフィ法により、新たなレジスト膜３９をマスクとして、Ａｌ膜３７をパターニングすることにより、ソース電極１７ｓ及び２２ｓ、ドレイン電極１７ｄ及び２２ｄ並びに信号線１９を形成する。Ａｌ膜３７のエッチングは、例えば硝酸、リン酸及び酢酸を含有するエッチング液を使用したウェットプロセスにより行う。従って、Ａｌ膜３７はレジスト膜３８よりも若干内側に後退する。
【００８１】
この際に、既に形成されている共通電極バイアスライン１６は、本工程でエッチングされないようにレジスト膜３９でマスクしておく。また、次工程で行うドライエッチングの際に、撮像用光電変換素子１の開口領域内のオーミックコンタクト層３５が除去されないよう、共通電極バイアスライン１６だけでなく、撮像用光電変換素子１の開口領域全体をレジスト膜３９によりマスクしておく。
【００８２】
次に、図１８（ａ）及び（ｂ）に示すように、レジスト膜３９をマスクとして、ドライエッチングを行うことにより、ＴＦＴ３のギャップ部、即ち、ソース−ドレイン間のオーミックコンタクト層３５を除去する。
【００８３】
次いで、図１９（ａ）及び（ｂ）に示すように、フォトリソグラフィ法により、レジスト膜４０をマスクとして、半導体層３３やオーミックコンタクト層３５の不要な部分を除去することにより、撮像用光電変換素子１の開口領域を区画する。パターニング後、レジスト膜４０を除去する。
【００８４】
なお、第１の絶縁膜１３の不要な部分は、本実施形態では除去しないが、除去してもよい。第１の絶縁膜１３を除去せずに残存させる場合には、加工精度を確保するために、半導体層３３やオーミックコンタクト層３５の不要な部分を除去するためのエッチングは、半導体層３３と第１の絶縁膜１３を構成するＳｉＮ膜との選択比を確保しやすいプラズマエッチングで行うことが好ましい。
【００８５】
その後、図２０（ａ）及び（ｂ）に示すように、第２の絶縁膜１８を保護膜として２０００〜１００００Å、ＣＶＤ法により成膜する。第２の絶縁膜１８としては、例えばＳｉＮ膜を形成することができる。このようにして、撮像用光電変換素子１、モニタ用光電変換素子２及びＴＦＴ３を形成することができる。図２１は、第２の実施形態におけるモニタ用光電変換素子２の平面構成を示す断面図である。図１５乃至図２０は、図２１中のＩＶ−ＩＶ線に沿った断面を示している。
【００８６】
そして、蛍光体層（図示せず）を形成し、電気接続を確保するために、周辺部の保護膜を、フォトリソグラフィ法を用いてパターニング及びドライエッチングを行って除去することにより、放射線撮像装置を完成させることができる。
【００８７】
なお、第２の実施形態では、モニタ用光電変換素子２のゲート電極がゲート配線ｇ１２に接続されているが、ゲートドライバ回路部５２にゲート配線ｇ１〜ｇ１２とは独立して接続されたゲート配線に接続されていてもよい。この場合、このゲート配線には、ゲート配線ｇ１〜ｇ１２に動作電圧を順次印加した後、又はゲート配線ｇ１２に動作電圧を印加すると同時に、モニタ用光電変換素子２の各半導体層１４ｃに順方向電圧を印加することにより、リフレッシュ動作として、蓄積された電荷を除去すればよい。
【００８８】
この場合、モニタ用光電変換素子２のゲート電極を駆動するための回路部を、ＴＦＴのゲートドライバ回路部５２と共通化することができる。
【００８９】
ここで、上述の第１又は第２の実施形態に係る放射線撮像装置を製造する方法の説明では、オーミックコンタクト層を形成した後に第２の金属膜を形成しているが、第２の金属膜を形成する前に、ＩＴＯ（Indium-Tin-Oxide）等からなる透明電極膜をオーミックコンタクト層上に形成してもよい。このような透明電極膜を形成することにより、オーミックコンタクト層の膜厚を薄くしても問題が生ずることはなくなるため、オーミックコンタクト層の膜厚を薄膜化することが可能となり、これによって入射光量自体を増大させることができる。また、モニタ用光電変換素子２においても、ソース電極２２ｓ及びドレイン電極２２ｄに透明電極膜を使用すれば、入射光量を増大させることができるため、その感度が向上する。
【００９０】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、第２の半導体変換素子が、第１の半導体変換素子と同一の基板上に形成されているので、装置全体を小型化及び軽量化することができる。また、第２の半導体変換素子を介して検出された放射線量に基づいてＡＥＣ制御を行うことができ、このとき、第２の半導体変換素子による放射線の減衰が生じないため、良好な画質の撮像画像を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】参考例に係る放射線撮像装置の回路構成を示す等価回路図である。
【図２】参考例に係る放射線撮像装置の全体的な構成を示すレイアウト図である。
【図３】参考例に係る放射線撮像装置においてモニタ用光電変換素子及びその引き回し配線のいずれもが設けられていない画素の平面構成を示すレイアウト図である。
【図４】参考例に係る放射線撮像装置においてモニタ用光電変換素子が設けられた画素の平面構成を示すレイアウト図である。
【図５】参考例に係る放射線撮像装置においてモニタ用光電変換素子用の引き回し配線が設けられた画素の平面構成を示すレイアウト図である。
【図６】図３中のＩ−Ｉ線に沿った断面図である。
【図７】図４中のＩＩ−ＩＩ線に沿った断面図である。
【図８】本発明の第１の実施形態に係る放射線撮像装置においてモニタ用光電変換素子が設けられた画素の平面構成を示すレイアウト図である。
【図９】第１の実施形態に係る放射線撮像装置においてモニタ用光電変換素子用の引き回し配線が設けられた画素の平面構成を示すレイアウト図である。
【図１０】図８中のＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿った断面図である。
【図１１】本発明の第１の実施形態に係る放射線撮像装置を製造する方法を工程順に示す断面図である。
【図１２】同じく、本発明の第１の実施形態に係る放射線撮像装置を製造する方法を工程順に示す断面図であり、図１１に示す工程の次工程を示す断面図である。
【図１３】本発明の第２の実施形態に係る放射線撮像装置に設けられたＴＦＴマトリックスパネルの擬似等価回路図である。
【図１４】第２の実施形態においてゲートドライバ回路部５２から各ゲート配線に与えられる電圧及びそのタイミングを示すタイミングチャートである。
【図１５】本発明の第２の実施形態に係る放射線撮像装置を製造する方法を示す断面図である。
【図１６】同じく、本発明の第２の実施形態に係る放射線撮像装置を製造する方法を示す断面図であり、図１５に示す工程の次工程を示す断面図である。
【図１７】同じく、本発明の第２の実施形態に係る放射線撮像装置を製造する方法を示す断面図であり、図１６に示す工程の次工程を示す断面図である。
【図１８】同じく、本発明の第２の実施形態に係る放射線撮像装置を製造する方法を示す断面図であり、図１７に示す工程の次工程を示す断面図である。
【図１９】同じく、本発明の第２の実施形態に係る放射線撮像装置を製造する方法を示す断面図であり、図１８に示す工程の次工程を示す断面図である。
【図２０】同じく、本発明の第２の実施形態に係る放射線撮像装置を製造する方法を示す断面図であり、図１９に示す工程の次工程を示す断面図である。
【図２１】第２の実施形態におけるモニタ用光電変換素子２の平面構成を示す断面図である。
【符号の説明】
１；撮像用光電変換素子（第１の半導体変換素子）
２；モニタ用光電変換素子（第２の半導体変換素子）
３；ＴＦＴ
５１；撮像用信号処理回路部
５２；ゲートドライバ回路部
５３；電源
５４；モニタ用信号処理回路部
Ｒ１〜Ｒ３；領域
Ｔ；変換部
Ｍ１１〜Ｍ１４、Ｍ２１〜Ｍ２４、Ｍ３１〜Ｍ３４、Ｍ４１〜Ｍ４４；ＭＩＳ型光電変換素子
Ｐ１１〜Ｐ１４、Ｐ２１〜Ｐ２４、Ｐ３１〜Ｐ３４、Ｐ４１〜Ｐ４４；ＰＩＮ型光電変換素子
ＭＡ４１〜ＭＡ４４；ＴＦＴ型センサ
Ｔ１１〜Ｔ１４、Ｔ２１〜Ｔ２４、Ｔ３１〜Ｔ３４、Ｔ４１〜Ｔ４４；スイッチング用ＴＦＴ
Ｖｓ１〜Ｖｓ４；バイアス線
Ｓｉｇ１〜Ｓｉｇ４；信号線
Ｖｇ１〜Ｖｇ４；ゲート線[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a radiation imaging apparatus having a thin film transistor (TFT) and a photoelectric conversion element, a driving method thereof, and a manufacturing method thereof.
[0002]
[Prior art]
In recent years, TFT matrix panels in which TFTs are formed on an insulating substrate have been rapidly increased in size and driving speed. The manufacturing technology of a liquid crystal panel using TFT is used for an area sensor (for example, an X-ray imaging apparatus) having a photoelectric conversion element that converts visible light into an electric signal, and visible on the surface from X-rays (radiation). It is also used as a radiation imaging device by arranging a conversion layer for light rays. When such a panel is used as a radiation imaging apparatus, it is necessary to separately arrange a radiation monitor substrate having the following three functions in the radiation imaging apparatus.
(1) Monitor the irradiated radiation.
(2) When the monitored radiation dose reaches a set value, a signal for stopping radiation irradiation is sent to the radiation generator.
(3) Monitor the end of radiation irradiation, send a signal for driving the radiation imaging apparatus, and capture an image.
[0003]
[Problems to be solved by the invention]
For this reason, the conventional radiation imaging apparatus is large, thick and heavy. However, there is a high demand for a radiation imaging apparatus that is small and thin so that it can be carried and used. For example, when a radiation imaging apparatus for X-ray imaging installed in a hospital is moved between beds or when a person takes a picture while holding it with a hand, the radiation imaging apparatus is It is required to be small. In hospitals, a female nurse may prepare an imaging apparatus, and even in such a case, further weight reduction is required.
[0004]
The present invention has been made in view of such problems, and an object of the present invention is to provide a radiation imaging apparatus that is small and lightweight and can be easily carried, a driving method thereof, and a manufacturing method thereof.
[0005]
[Means for Solving the Problems]
A radiation imaging apparatus according to a first aspect of the present invention is connected to a substrate, a plurality of first semiconductor conversion elements disposed on the substrate and converting radiation into an electrical signal, and the first semiconductor conversion element. A conversion section having a plurality of thin film transistors, and a field effect transistor type second semiconductor disposed on the substrate for detecting the amount of radiation incident on the conversion section and converting radiation into an electrical signal And a control electrode of the second semiconductor conversion element is connected to a control electrode of at least one thin film transistor selected from the plurality of thin film transistors.
[0006]
According to a second aspect of the present invention, there is provided a radiation imaging apparatus driving method including a radiation source, a substrate, a plurality of first semiconductor conversion elements disposed on the substrate and converting radiation into an electrical signal, and the first A field effect that converts a radiation into an electrical signal disposed on the substrate for detecting a dose of radiation incident on the conversion part, and a conversion part having a plurality of thin film transistors connected to a semiconductor conversion element A transistor-type second semiconductor conversion element, and a control electrode of the second semiconductor conversion element is connected to a control electrode of at least one thin film transistor selected from the plurality of thin film transistors A method for driving a radiation imaging apparatus, wherein the second semiconductor conversion element is used to detect an irradiation amount of radiation incident on the conversion unit using the second semiconductor conversion element. A step of applying an off-voltage of the thin film transistor to the control electrode, a step of irradiating radiation from the radiation source toward the conversion unit, and irradiation of radiation from the radiation source when the irradiation amount reaches a certain value , A step of applying an operating voltage to the control electrode of the thin film transistor in order to read out the charge accumulated in the first semiconductor conversion element, and a removal of residual charge in the second semiconductor conversion element For applying a forward bias to the semiconductor layer of the second semiconductor conversion element. Then, a part of the step of applying an operating voltage to the control electrode of the thin film transistor and the step of applying a forward bias to the semiconductor layer of the second semiconductor conversion element are simultaneously performed. It is characterized by that.
[0007]
According to a third aspect of the present invention, there is provided a method of manufacturing a radiation imaging apparatus, comprising: a substrate; a plurality of first semiconductor conversion elements disposed on the substrate that convert radiation into an electrical signal; and the first semiconductor conversion element. A conversion unit including a plurality of connected thin film transistors; and a field effect transistor type first device disposed on the substrate for detecting the amount of radiation incident on the conversion unit and converting radiation into an electrical signal. And a control electrode of the second semiconductor conversion element is connected to a control electrode of at least one thin film transistor selected from the plurality of thin film transistors. A manufacturing method comprising: forming a sensor electrode of the first semiconductor conversion element, a control electrode of the thin film transistor, and a control of the second semiconductor conversion element from the same layer on the substrate. A step of forming an electrode; and a conductive electrode for the common electrode of the first semiconductor conversion element, the source electrode and the drain electrode of the thin film transistor, and the source electrode and the drain electrode of the second semiconductor conversion element above the substrate. A step of forming a film, a step of forming the common electrode by patterning the conductive film, a source electrode and a drain electrode of the thin film transistor, and the second semiconductor by further patterning the conductive film. Forming a source electrode and a drain electrode of the conversion element.
[0008]
In the present invention, AEC control can be performed based on the radiation dose detected via the second semiconductor conversion element. At this time, since the second semiconductor conversion element is formed on the same substrate as the first semiconductor conversion element, radiation attenuation by the second semiconductor conversion element does not occur. In addition, since both control electrodes are connected to each other between some of the thin film transistors and the second semiconductor conversion element, the wiring for the control electrode of the second semiconductor conversion element becomes unnecessary as described later. It is possible to secure a large light receiving area of the first and second semiconductor conversion elements.
[0009]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, a radiation imaging apparatus according to an embodiment of the present invention, a driving method thereof, and a manufacturing method thereof will be specifically described with reference to the accompanying drawings.
[0010]
(Reference example)
First, a reference example will be described. This reference example was created by the inventor in the process of conceiving the present invention. FIG. 1 is an equivalent circuit diagram illustrating a circuit configuration of a radiation imaging apparatus according to a reference example. FIG. 2 is a layout diagram illustrating the overall configuration of the radiation imaging apparatus according to the reference example. Although FIG. 1 shows an example in which pixels of 4 rows and 4 columns (16 pixels) are provided in the pixel area, the number is not limited to this.
[0011]
In this reference example, for each pixel, a combination of an imaging photoelectric conversion element (first photoelectric conversion element) and a switching thin film transistor (TFT), or an imaging photoelectric conversion element, a switching TFT, and an AEC control monitor A combination with the photoelectric conversion element for use (second photoelectric conversion element) is provided. Specifically, in the pixels in the a-th row and the b-th column from the top in FIG. 1, one imaging photoelectric conversion element Mba and one switching thin film transistor Tba are provided (a, b). = 1, 2, 3, 4). Further, one monitor photoelectric conversion element MA43, MA44 is provided for each pixel in the third row and the fourth row in the fourth column. In the fourth column, the pixels in the first row and the second row are each provided with a lead-out wiring for the monitor photoelectric conversion element.
[0012]
The four imaging photoelectric conversion elements arranged in the b-th column are connected to a common bias line Vsb, and a constant bias is applied from the imaging signal processing circuit unit 51. The gate electrodes (control electrodes) of the four switching TFTs arranged in the a-th row are connected to a common gate line Vga, and the gate driver circuit unit 52 controls ON / OFF of the gate. Further, the source electrodes or drain electrodes of the four switching TFTs arranged in the b-th column are connected to the common signal line Sigb. The signal lines Sig1 to Sig4 are connected to the imaging signal processing circuit unit 51.
[0013]
The monitor photoelectric conversion elements MA43 and MA44 are TFT type sensors, each source electrode is connected to a power source 53, each drain electrode is connected to a monitor signal processing circuit unit 54, and each gate electrode (control electrode) is The gate driver circuit unit 52 is connected. When a potential is applied between the source and drain by applying a voltage from the power source 53 to the source electrode, electrons and holes generated by irradiating light to the light receiving portion between the electrodes are applied to each electrode due to the potential difference between the source and drain. Transported. By reading this electric charge in real time by the monitor signal processing circuit 54, the amount of light irradiation can be measured.
[0014]
When the circuit having the configuration shown in FIG. 1 is applied to a radiation imaging apparatus including a large number of pixels, for example, as shown in FIG. 2, an imaging photoelectric conversion element and switching are provided in a conversion unit (pixel area) T. A region R1 in which a plurality of pixels provided with TFTs for collection are gathered, a photoelectric conversion element for imaging, a region R2 in which a plurality of pixels provided with switching TFTs and photoelectric conversion elements for monitoring are gathered, and a photoelectric conversion element for imaging, A region R3 in which a plurality of pixels provided with routing wirings for the switching TFTs and the monitor photoelectric conversion elements is present.
[0015]
Next, the planar configuration of the three types of pixels in the reference example will be described. FIG. 3 is a layout diagram illustrating a planar configuration of a pixel in which neither the monitor photoelectric conversion element nor its routing wiring is provided in the radiation imaging apparatus according to the reference example. FIG. 4 is a layout diagram illustrating a planar configuration of a pixel provided with a monitor photoelectric conversion element in the radiation imaging apparatus according to the reference example. FIG. 5 is a layout diagram illustrating a planar configuration of a pixel provided with a lead-out wiring for a monitor photoelectric conversion element in a radiation imaging apparatus according to a reference example. 6 is a cross-sectional view taken along the line II in FIG. 3, and FIG. 7 is a cross-sectional view taken along the line II-II in FIG. 3 to 5, the semiconductor layer is shown on the inner side of the control electrode or the like existing below, but this is for convenience. In this reference example, the semiconductor layer is shown in FIG. 6 and FIG. As described above, the semiconductor layer and the photoelectric conversion layer are formed so as to extend more than the control electrode and the like existing below the semiconductor layer and the photoelectric conversion layer, and the first insulating film is present under the semiconductor layer and the photoelectric conversion layer. The same applies to other layout diagrams.
[0016]
As shown in FIG. 3 and FIG. 6, the sensor electrode 11 of the imaging photoelectric conversion element 1 and the switching electrode are provided on a pixel on which neither the monitor photoelectric conversion element nor the lead wiring thereof is provided. A control electrode (gate electrode) 12 of the TFT 3 and a first insulating film 13 covering these are formed.
[0017]
On the first insulating film 13, a semiconductor layer (photoelectric conversion layer) 14a and an ohmic contact layer 15a are sequentially stacked so as to be aligned with the sensor electrode 11. Further, a common electrode bias line 16 is formed on the ohmic contact layer 15a. The common electrode bias line 16 corresponds to the bias lines Vs1 to Vs4 in FIG.
[0018]
A semiconductor layer 14b is further formed on the first insulating film 13 so as to be aligned with the control electrode 12, and ohmic contact layers 15b are formed at two locations on the semiconductor layer 14b. One ohmic contact layer 15 b extends to above the sensor electrode 11. A drain electrode 17d is formed on the ohmic contact layer 15b extending above the sensor electrode 11, and a source electrode 17s is formed on the other ohmic contact layer 15b. A through hole 27 is formed in the one ohmic contact layer 15 b, the semiconductor layer 14 b, and the first insulating film 13, and the drain electrode 17 d is electrically connected to the sensor electrode 11.
[0019]
And the 2nd insulating film 18 which covers these is formed. Although not shown, a phosphor layer that converts X-rays into visible light is formed on the second insulating film 18.
[0020]
The source electrode 17 s is connected to the signal line 19, and the control electrode 12 is connected to the gate wiring 20. The signal line 19 corresponds to Sig1 to Sig4 in FIG. 1, and the gate wiring 20 corresponds to the gate lines Vg1 to Vg4 in FIG.
[0021]
The pixel configured as described above may exist at least in the region R1, and may exist in the regions R2 and R3.
[0022]
Next, a configuration of a pixel provided with a monitor photoelectric conversion element will be described. In this pixel, as shown in FIGS. 4 and 7, in addition to the sensor electrode 11 of the imaging photoelectric conversion element 1 and the control electrode (gate electrode) 12 of the switching TFT 3 on the insulating substrate 10, the photoelectric conversion for monitoring is performed. The control electrode 21 of the element 2 is formed, and these electrodes are covered with the first insulating film 13. Compared with this pixel and the pixel shown in FIGS. 3 and 6, the shape and area of the pixel are the same. In the pixel shown in FIGS. 4 and 7, the control electrode 21 is formed. Is getting smaller. The configuration of the imaging photoelectric conversion element 1 and the switching TFT 3 is the same as that of the pixel shown in FIGS. 3 and 6 except that the imaging photoelectric conversion element 1 is small.
[0023]
In the monitoring photoelectric conversion element 2, a semiconductor layer (photoelectric conversion layer) 14 c is formed on the first insulating film 13 so as to be aligned with the control electrode 21, and ohmic contacts are formed at two locations on the semiconductor layer 14 c. A layer 15c is formed. A drain electrode 22d and a source electrode 22s are formed on the two ohmic contact layers 15c, respectively. The drain electrode 22 d and the source electrode 22 s are covered with the second insulating film 18.
[0024]
As shown in FIG. 4, the control electrode 21 is formed to extend longer than the semiconductor layer 14 c, and the through hole 28 is located at a position aligned with both ends of the control electrode 21 of the first insulating film 13. Is formed. An upper wiring 23 is formed to straddle the gate wiring 20 via the through hole 28 and electrically connect the control electrodes 21 of adjacent pixels with the gate wiring 20 interposed therebetween.
[0025]
The pixel configured in this manner exists in the region R2.
[0026]
As shown in FIG. 5, a wiring 24 for the drain electrode 22d, a wiring 25 for the control electrode 21, and a wiring 26 for the source electrode 22s are formed in the pixel provided with the lead wiring for the monitor photoelectric conversion element. ing. Compared with this pixel and the pixel shown in FIGS. 3 and 6, the shape and area of the pixel are the same. In the pixel shown in FIG. 5, since the wirings 24 to 26 are formed, the sensor electrode 11 and the like are small. It has become. The configuration of the imaging photoelectric conversion element 1 and the switching TFT 3 is the same as that of the pixel shown in FIGS. 3 and 6 except that the imaging photoelectric conversion element 1 is small.
[0027]
The pixel configured in this manner exists in the region R3.
[0028]
Although not shown in FIGS. 6 and 7, a phosphor layer that converts X-rays into visible light is formed above the second insulating film 18.
[0029]
According to the reference example configured as described above, since the monitor photoelectric conversion element 2 is provided separately from the imaging photoelectric conversion element 1 on the insulating substrate 10, there is no need to separately arrange the radiation monitor substrate. The whole can be reduced in size and weight.
[0030]
However, in this reference example, as shown in FIG. 4, it is necessary to provide a through hole 28 in order to connect the control electrode 21 and the upper wiring 23, and the light receiving area of the monitor photoelectric conversion element 2 is sufficient. It ’s not good. Further, as shown in FIG. 5, in the pixel provided with the routing wirings 24 to 26, the light receiving area of the imaging photoelectric conversion element 1 is extremely small as compared with the pixel shown in FIG. 3. Therefore, in this reference example, it cannot be said that the aperture ratios of both the photoelectric conversion elements 1 and 2 are sufficient.
[0031]
Therefore, as a result of further intensive studies by the inventors of the present application, the control electrode 21 is connected to the adjacent gate wiring 20 and the routing wiring 25 for the control electrode 21 is removed, whereby the light receiving area of the monitoring photoelectric conversion element 2 ( It has been found that the aperture ratio) and the light receiving area (aperture ratio) of the imaging photoelectric conversion element 1 in the pixel provided with the routing wiring can be increased to improve the characteristics. Hereinafter, embodiments of the present invention will be described.
[0032]
(First embodiment)
First, a first embodiment of the present invention will be described. FIG. 8 is a layout diagram showing a planar configuration of a pixel provided with a monitor photoelectric conversion element in the radiation imaging apparatus according to the first embodiment of the present invention. FIG. 9 is a layout diagram illustrating a planar configuration of a pixel in which a lead-out wiring for a monitor photoelectric conversion element is provided in the radiation imaging apparatus according to the first embodiment. FIG. 10 is a cross-sectional view taken along line III-III in FIG.
[0033]
In the first embodiment, in the pixel provided with the monitoring photoelectric conversion element, the control electrode 21 is connected to the gate wiring 20 as shown in FIGS. A control electrode 12 of the switching TFT 3 provided in the same pixel is also connected to the gate wiring 20.
[0034]
The pixels configured in this manner are arranged together like the region R2 in the reference example. For example, the drain electrode 22d, the source electrode 22s, the common electrode bias line 16 and the signal line 19 are between these pixels. Shared on.
[0035]
Further, as shown in FIG. 9, a wiring 24 for the drain electrode 22d and a wiring 26 for the source electrode 22s are formed in the pixel provided with the lead wiring for the monitor photoelectric conversion element. Unlike the case, the wiring for the control electrode 21 is not formed. This is because the control electrode 21 is connected to the gate wiring 20. The source electrode 22s and the drain electrode 22d are routed to the outside of the panel by wirings 24 and 26, respectively.
[0036]
In addition, the configuration of the pixel in which neither the monitor photoelectric conversion element nor the routing wiring thereof is provided is the same as the pixel shown in FIGS. 3 and 6 (the pixel in the reference example).
[0037]
Compared with the pixel shown in FIGS. 8 and 10 and the pixel shown in FIGS. 3 and 6, the shape and area of the pixel are the same, and the photoelectric conversion element 2 for monitoring is formed in the pixel shown in FIGS. 8 and 10. For this reason, the light receiving area (aperture ratio) of the photoelectric conversion element 1 for imaging is reduced accordingly. 9 and the pixel shown in FIG. 3 and FIG. 6 have the same shape and area, and the wirings 24 and 26 are formed. Accordingly, the photoelectric conversion element for image pickup correspondingly The light receiving area (aperture ratio) of 1 is small.
[0038]
These pixels are arranged as shown in FIG. 2, for example, as in the reference example. That is, a region in which a plurality of pixels formed by a pair of a monitor photoelectric conversion element and an imaging photoelectric conversion element are provided in the vicinity of the four corners and the center of a rectangular two-dimensional conversion unit T R2 is arranged. In the present embodiment, monitor photoelectric conversion elements are provided in pixels of 20 rows × 3 columns in the region R2.
[0039]
Next, a method for driving the radiation imaging apparatus according to the first embodiment configured as described above will be described.
[0040]
First, as described above, a voltage is applied from the power source 53 to the source electrode 22s of the monitoring photoelectric conversion element 2, and a potential is applied between the source and the drain. Further, by applying a semiconductor layer depletion voltage, which is an off voltage of the TFT 3, to the control electrode 21 from the gate wiring 20, dark current prevention and electron and hole collection efficiency are increased.
[0041]
In this state, when a fluorescent layer (not shown) is irradiated with X-rays and visible light is irradiated from the fluorescent layer to the photoelectric conversion unit, visible light absorbed by the monitoring photoelectric conversion element 2 is absorbed. It is converted into electric charge and transported to the monitor signal processing circuit 54 through the drain electrode 22d. For this reason, this charge amount can be measured in real time as the X-ray irradiation amount.
[0042]
Thereafter, when the X-ray irradiation amount measured by the monitor signal processing circuit 54 reaches a set value, a signal is sent to the X-ray generator to stop the X-ray irradiation. Immediately thereafter, the operating voltage of the TFT 3 is sequentially applied to the gate wiring 20 of the TFT 3 to read the charge accumulated in the capacitance of the imaging photoelectric conversion element 1 from the signal line 19.
[0043]
At this time, since the forward voltage (the operating voltage of the TFT 3) is applied to the semiconductor layer 14c of the monitoring photoelectric conversion element 3 from the control electrode 21 connected to the gate wiring 20 to which the operating voltage is applied, Electric charges accumulated at the interface between the insulating film 13 and the semiconductor layer 14c in the photoelectric conversion element 2 corresponding to the X-ray irradiation amount can be removed.
[0044]
According to the first embodiment, since the monitor photoelectric conversion element 2 is not provided with a through hole for the upper wiring, the light receiving area (aperture ratio) is increased as compared with the reference example. Yes. In the reference example, the three lead wires 24 to 26 are provided for the pixels provided with the lead wires. However, in the first embodiment, the control electrode lead wires 25 are not provided. Only two routing wires 24 and 26 are provided. Therefore, according to the first embodiment, the light receiving area (aperture ratio) of the imaging photoelectric conversion element 1 in this pixel is large. Furthermore, in the first embodiment, since a circuit for driving the potential of the control electrode 21 is not necessary, the circuit is simplified.
[0045]
Note that the imaging photoelectric conversion pixel 1 may not be provided in a certain pixel, and only the monitoring photoelectric conversion element 2 and the lead-out wiring for the monitoring photoelectric conversion element 2 in the adjacent pixel may be provided. .
[0046]
Further, for example, a monitor photoelectric conversion element may be provided only in a pixel in one line in the region R2, such as a pixel in 20 rows × 1 column or a pixel in 1 row × 3 columns in the region R2. .
[0047]
Next, a method for manufacturing the radiation imaging apparatus according to the first embodiment will be described. FIGS. 11A to 11D and FIGS. 12A to 12C are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing the radiation imaging apparatus according to the first embodiment of the present invention in the order of steps.
[0048]
First, as shown in FIG. 11A, an AlNd film 31 is formed as a first metal layer on an insulating substrate 10 by sputtering, for example, by 500 to 4000 mm. As the first metal layer, a Mo film or a Ta film may be formed, or a laminated film in which a plurality of films are sequentially formed may be formed. Next, the AlNd film 31 is patterned by photolithography using the resist film 32 as a mask, thereby forming the sensor electrode 11, the control electrodes 12 and 21, and the gate wiring 20. The AlNd film 31 is etched by a wet process using an etchant containing nitric acid, phosphoric acid and acetic acid, for example. After the patterning, the resist film 32 is removed.
[0049]
Next, as shown in FIG. 11B, the first insulating film 13 and the semiconductor layer 33 are continuously formed by a CVD method with a thickness of 1500 to 4000 mm and a thickness of 2000 to 15000 mm, respectively. The semiconductor layer 33 becomes the semiconductor layer (photoelectric conversion layer) 14a of the imaging photoelectric conversion element 1, the semiconductor layer 14b of the TFT 3, and the semiconductor layer (photoelectric conversion layer) 14c of the monitor photoelectric conversion element 2. For example, a SiN film is used as the first insulating film 13.
[0050]
Thereafter, the semiconductor layer 33 is etched by 500 to 5000 mm by photolithography using the resist film 34 opened on the control electrode 12 of the TFT 3 as a mask. In this process, since the semiconductor layer 33 is stacked as thick as 2000 to 15000 mm in order to increase the light absorption rate in the imaging photoelectric conversion element 1 and the monitor photoelectric conversion element 2, the state between the source and drain of the TFT 3 is maintained as it is. Since the series resistance is increased, an object is to reduce the on-resistance of the TFT 3 by reducing the thickness of the semiconductor layer 33. At this time, the etching is performed by dry etching, for example. Further, as the dry etching, plasma etching is preferable in order to reduce damage to the semiconductor layer 33 and obtain high processing accuracy. However, chemical dry etching in which damage to the semiconductor layer 33 is also small may be used, and low power (for example, 0) may be used. .1 to 0.2 W / cm ² Reactive etching performed at a high pressure (for example, about 10 to 30 Pa). After the patterning, the resist film 34 is removed.
[0051]
Next, as shown in FIG.11 (c), the ohmic contact layer 35 is formed into a film by the CVD method for 100-1000 mm. When silicon oxide is present at the interface between the semiconductor layer 33 and the ohmic contact layer 35, it may be treated with hydrofluoric acid (for example, about 0.1 to 10% by mass) as a pretreatment, May be removed by irradiating oxygen plasma. Further, a final treatment with hydrogen plasma may be performed in the CVD apparatus immediately before the formation of the ohmic contact layer 35.
[0052]
Next, through holes 27 are formed by photolithography using the resist film 36 as a mask. The through hole 27 electrically connects the drain electrode 17d of the TFT 3 and the sensor electrode 11 of the imaging photoelectric conversion element 1, and the charge generated when the visible light is absorbed by the light receiving portion is capacitively coupled with the light receiving portion. The sensor electrode 11 is read through the drain electrode 17d.
[0053]
In order to improve the coverage of the metal film to be formed later, it is preferable to perform chemical dry etching as etching and taper-etch the cross section of the hole portion. If it is not necessary to consider the coverage of the metal film, the processing accuracy may be increased by reactive ion etching, or plasma etching may be used. After the patterning, the resist film 36 is removed.
[0054]
Next, as shown in FIG. 11D, an Al film 37 is formed as a second metal layer by 1000 to 4000 mm, for example, by sputtering. As the second metal layer, a Mo film or a Ta film may be formed, or a laminated film in which a plurality of films are sequentially formed may be formed. If an oxide film is formed on the surface of the through hole 27 and the connection with the through hole 27 is poor, a process of removing the oxide film by reverse sputtering is preferably performed before the Al film 37 is formed.
[0055]
Next, the common electrode bias line 16 is formed by patterning the Al film 37 by photolithography using the resist film 38 as a mask. Etching of the Al film 37 is performed by a wet process using an etchant containing nitric acid, phosphoric acid and acetic acid, for example. Therefore, the Al film 37 recedes slightly inward from the resist film 38. During this patterning, the Al film 37 in the region where the source electrodes 17s and 22s, the drain electrodes 17d and 22d, and the signal line 19 are to be formed is masked with a resist film 38 so as not to be etched in this step. After the patterning, the resist film 38 is removed.
[0056]
Thereafter, as shown in FIG. 12A, the Al film 37 is patterned by a photolithography method using the new resist film 39 as a mask, whereby the source electrodes 17s and 22s, the drain electrodes 17d and 22d, and the signal line 19 are patterned. Form. Etching of the Al film 37 is performed by a wet process using an etchant containing nitric acid, phosphoric acid and acetic acid, for example. Therefore, the Al film 37 recedes slightly inward from the resist film 38.
[0057]
At this time, the already formed common electrode bias line 16 is masked with a resist film 39 so as not to be etched in this step. In addition, not only the common electrode bias line 16 but also the opening region of the imaging photoelectric conversion element 1 so that the ohmic contact layer 35 in the opening region of the imaging photoelectric conversion element 1 is not removed during dry etching performed in the next step. The whole is masked with a resist film 39.
[0058]
Next, as shown in FIG. 12A, by performing dry etching using the resist film 39 as a mask, the gap portion of the TFT 3, that is, the ohmic contact layer 35 between the source and the drain is removed, thereby forming an ohmic contact. Contact layers 15a to 15c are formed.
[0059]
Next, as shown in FIG. 12B, unnecessary portions of the semiconductor layer 33 and the ohmic contact layer 35 are removed by photolithography using the resist film 40 as a mask, thereby opening the photoelectric conversion element 1 for imaging. The regions are partitioned to form the semiconductor layers 14a to 14c. After the patterning, the resist film 40 is removed.
[0060]
Although unnecessary portions of the first insulating film 13 are not removed in this embodiment, they may be removed. In the case where the first insulating film 13 is left without being removed, etching for removing unnecessary portions of the semiconductor layer 33 and the ohmic contact layer 35 is performed together with the semiconductor layer 33 and the second layer in order to ensure processing accuracy. It is preferable to perform the plasma etching so that the selection ratio with the SiN film constituting the first insulating film 13 can be easily secured.
[0061]
Thereafter, as shown in FIG. 12C, the second insulating film 18 is formed as a protective film by a CVD method with a thickness of 2000 to 10,000 mm. As the second insulating film 18, for example, a SiN film can be formed. In this manner, the imaging photoelectric conversion element 1, the monitor photoelectric conversion element 2, and the TFT 3 can be formed.
[0062]
Then, in order to form a phosphor layer (not shown) and ensure electrical connection, the peripheral protective film is removed by patterning and dry etching using a photolithography method, thereby obtaining a radiation imaging apparatus. Can be completed.
[0063]
(Second Embodiment)
Next, a second embodiment of the present invention will be described. In the reference example and the first embodiment, the monitoring photoelectric conversion element 2 is provided inside the conversion unit T, whereas in the second embodiment, the monitoring photoelectric conversion element 2 is in the vicinity of the conversion unit T. Is provided. FIG. 13 is a pseudo equivalent circuit diagram of a TFT matrix panel provided in the radiation imaging apparatus according to the second embodiment of the present invention.
[0064]
In this radiation imaging apparatus, for example, a photoelectric conversion unit including an imaging photoelectric conversion element 1 of 12 rows × 9 columns and three monitor photoelectric conversion elements 2 are provided. Each imaging photoelectric conversion element 1 is paired with a switching TFT 3 to constitute one pixel. The cross-sectional configurations of the imaging photoelectric conversion element 1, the monitor photoelectric conversion element 2, and the switching TFT 3 are the same as those in the first embodiment.
[0065]
The control electrode 12 of the imaging photoelectric conversion element 1 is connected to the gate driver circuit unit 52 through the gate wirings g1 to g12, and the source electrode 17s is connected to the imaging signal processing circuit unit 51 through the signal lines s1 to s9.
[0066]
The monitor photoelectric conversion element 2 is, for example, a TFT type sensor, the source electrode 17s is connected to a power source, and the drain electrode 17d is combined into one wiring and commonly connected to the monitor signal processing circuit unit 54. . The three monitor photoelectric conversion elements 2 are disposed at the left end, the center portion, and the right end of the substrate, respectively. Each control electrode 21 of the monitor photoelectric conversion element 2 is connected to the gate wiring g12 in the twelfth row of the imaging photoelectric conversion pixel 1.
[0067]
In the second embodiment configured as described above, when a voltage is applied between the source and the drain by applying a voltage from the power source 53 to the source electrode 17s, light is emitted to the light receiving portion between the electrodes. Electrons and holes are transported to each electrode by the potential difference between the source and drain. The amount of light irradiation can be monitored by reading this charge in real time by the monitor signal processing circuit 54. At the time of monitoring, a depletion voltage of the semiconductor layer, which is an off voltage of the TFT 3, is applied to the gate wiring g12 in the twelfth row, thereby preventing dark current and increasing the collection efficiency of electrons and holes. Further, the holes accumulated at the interface between the insulating film 13 and the semiconductor layer 14c in the monitoring photoelectric conversion element 2 use the operating voltage of the TFT applied to the gate wiring g12 when reading out charges from the pixels in the 12th row. And can be removed.
[0068]
FIG. 14 is a timing chart showing the voltage applied to each gate line from the gate driver circuit section 52 and the timing thereof in the second embodiment.
[0069]
First, the panel is irradiated with radiation at times Txon to Txoff. This radiation is converted into visible light by the phosphor layer disposed on the substrate, and is irradiated to the photoelectric conversion elements 1 and 2. Visible light irradiated to the photoelectric conversion unit is absorbed by the imaging photoelectric conversion element 1 arranged two-dimensionally, and is accumulated as a charge in the capacitance of each element. The visible light absorbed by the monitoring photoelectric conversion element 2 is also converted into electric charge and transported to the monitoring signal processing circuit 54 through the drain electrode 17d. Thereby, the X-ray irradiation dose can be monitored in real time.
[0070]
When the X-ray irradiation amount measured by the monitor signal processing circuit 54 reaches a set value, a signal is sent to the X-ray generator to stop the X-ray irradiation. Immediately thereafter, the operating voltage of the TFT 3 is sequentially applied to the gate wirings g1 to g12, thereby reading the charges accumulated in the capacitance of the imaging photoelectric conversion element 1 from the signal lines s1 to s9.
[0071]
Further, when the operating voltage of the TFT 3 is applied to the gate wiring g12 (time Tron to Troff), the forward voltage (from the three control electrodes 21 connected to the gate wiring g12 to each semiconductor layer 14c of the monitoring photoelectric conversion element 2 ( Since the operating voltage of the TFT 3 is applied, the accumulated electric charge corresponding to the X-ray irradiation amount is removed from the interface between the insulating film 13 and the semiconductor layer 14c in the monitoring photoelectric conversion element 2 (refresh operation).
[0072]
According to the second embodiment, since it is not necessary to provide the monitoring photoelectric conversion element 2 itself and its routing wiring in the photoelectric conversion unit, the light receiving area (aperture ratio) of the imaging photoelectric conversion element 1 in all the pixels. ) Can be improved as compared with the first embodiment. In addition, since the size of the monitor photoelectric conversion element 2 can be set according to the size of the panel regardless of the size of the pixel, the light receiving area (aperture ratio) of the monitor photoelectric conversion element 2 is set to the first value. It is possible to improve more than the first embodiment.
[0073]
Next, a method for manufacturing the radiation imaging apparatus according to the second embodiment will be described. 15 to 20 are cross-sectional views showing a method of manufacturing a radiation imaging apparatus according to the second embodiment of the present invention in the order of steps. Here, FIG. 15A to FIG. 20A show a portion corresponding to the monitoring photoelectric conversion element 2, and FIG. 15B to FIG. 20B correspond to the imaging photoelectric conversion element 1. The part to do is shown.
[0074]
First, as shown in FIGS. 15A and 15B, an AlNd film 31 is formed as a first metal layer on the insulating substrate 10 by sputtering, for example, by 500 to 4000 mm. As the first metal layer, a Mo film or a Ta film may be formed, or a laminated film in which a plurality of films are sequentially formed may be formed. Next, the AlNd film 31 is patterned by photolithography using the resist film 32 as a mask, thereby forming the sensor electrode 11, the control electrodes 12 and 21, and the gate wiring 20. The AlNd film 31 is etched by a wet process using an etchant containing nitric acid, phosphoric acid and acetic acid, for example. After the patterning, the resist film 32 is removed.
[0075]
Next, as shown in FIGS. 16A and 16B, the first insulating film 13 is 1500 to 4000 mm, the semiconductor layer 33 is 2000 to 15000 mm, the ohmic contact layer 35 is 100 to 1000 mm, and continuously by the CVD method. Form a film. The semiconductor layer 33 becomes the semiconductor layer (photoelectric conversion layer) 14a of the imaging photoelectric conversion element 1, the semiconductor layer 14b of the TFT 3, and the semiconductor layer (photoelectric conversion layer) 14c of the monitor photoelectric conversion element 2. For example, a SiN film is used as the first insulating film 13.
[0076]
Next, as shown in FIGS. 16A and 16B, through holes 27 are formed by photolithography using the resist film 36 as a mask. The through hole 27 electrically connects the drain electrode 17d of the TFT 3 and the sensor electrode 11 of the imaging photoelectric conversion element 1, and the charge generated when the visible light is absorbed by the light receiving portion is capacitively coupled with the light receiving portion. The sensor electrode 11 is read through the drain electrode 17d.
[0077]
In order to improve the coverage of the metal film to be formed later, it is preferable to perform chemical dry etching as etching and taper-etch the cross section of the hole portion. If it is not necessary to consider the coverage of the metal film, the processing accuracy may be increased by reactive ion etching, or plasma etching may be used. After the patterning, the resist film 36 is removed.
[0078]
Next, as shown in FIGS. 17A and 17B, an Al film 37 is formed as a second metal layer by 1000 to 4000 mm, for example, by sputtering. As the second metal layer, a Mo film or a Ta film may be formed, or a laminated film in which a plurality of films are sequentially formed may be formed. If an oxide film is formed on the surface of the through hole 27 and the connection with the through hole 27 is poor, a process of removing the oxide film by reverse sputtering is preferably performed before the Al film 37 is formed.
[0079]
Next, as shown in FIGS. 17A and 17B, the Al film 37 is patterned by photolithography using the resist film 38 as a mask to form the common electrode bias line 16. Etching of the Al film 37 is performed by a wet process using an etchant containing nitric acid, phosphoric acid and acetic acid, for example. Therefore, the Al film 37 recedes slightly inward from the resist film 38. During this patterning, the Al film 37 in the region where the source electrodes 17s and 22s, the drain electrodes 17d and 22d, and the signal line 19 are to be formed is masked with a resist film 38 so as not to be etched in this step. After the patterning, the resist film 38 is removed.
[0080]
After that, as shown in FIGS. 19A and 19B, the Al film 37 is patterned by photolithography using the new resist film 39 as a mask, thereby forming the source electrodes 17s and 22s and the drain electrodes 17d and 22d. In addition, a signal line 19 is formed. Etching of the Al film 37 is performed by a wet process using an etchant containing nitric acid, phosphoric acid and acetic acid, for example. Therefore, the Al film 37 recedes slightly inward from the resist film 38.
[0081]
At this time, the already formed common electrode bias line 16 is masked with a resist film 39 so as not to be etched in this step. In addition, not only the common electrode bias line 16 but also the opening region of the imaging photoelectric conversion element 1 so that the ohmic contact layer 35 in the opening region of the imaging photoelectric conversion element 1 is not removed during dry etching performed in the next step. The whole is masked with a resist film 39.
[0082]
Next, as shown in FIGS. 18A and 18B, by performing dry etching using the resist film 39 as a mask, the gap portion of the TFT 3, that is, the ohmic contact layer 35 between the source and drain is removed. .
[0083]
Next, as shown in FIGS. 19A and 19B, by using the resist film 40 as a mask, unnecessary portions of the semiconductor layer 33 and the ohmic contact layer 35 are removed by photolithography, thereby performing photoelectric conversion for imaging. An opening region of the element 1 is defined. After the patterning, the resist film 40 is removed.
[0084]
Although unnecessary portions of the first insulating film 13 are not removed in this embodiment, they may be removed. In the case where the first insulating film 13 is left without being removed, etching for removing unnecessary portions of the semiconductor layer 33 and the ohmic contact layer 35 is performed together with the semiconductor layer 33 and the second layer in order to ensure processing accuracy. It is preferable to perform the plasma etching so that the selection ratio with the SiN film constituting the first insulating film 13 can be easily secured.
[0085]
Thereafter, as shown in FIGS. 20A and 20B, the second insulating film 18 is formed as a protective film by a CVD method with a thickness of 2000 to 10,000 mm. As the second insulating film 18, for example, a SiN film can be formed. In this manner, the imaging photoelectric conversion element 1, the monitor photoelectric conversion element 2, and the TFT 3 can be formed. FIG. 21 is a cross-sectional view illustrating a planar configuration of the monitoring photoelectric conversion element 2 according to the second embodiment. 15 to 20 show cross sections taken along line IV-IV in FIG.
[0086]
Then, in order to form a phosphor layer (not shown) and ensure electrical connection, the peripheral protective film is removed by patterning and dry etching using a photolithography method, thereby obtaining a radiation imaging apparatus. Can be completed.
[0087]
In the second embodiment, the gate electrode of the monitoring photoelectric conversion element 2 is connected to the gate wiring g12. However, the gate wiring connected to the gate driver circuit unit 52 independently of the gate wirings g1 to g12. It may be connected to. In this case, the forward voltage is applied to each semiconductor layer 14c of the monitoring photoelectric conversion element 2 after the operation voltage is sequentially applied to the gate lines g1 to g12 or simultaneously with the application of the operation voltage to the gate line g12. Is applied to remove the accumulated charge as a refresh operation.
[0088]
In this case, the circuit unit for driving the gate electrode of the monitoring photoelectric conversion element 2 can be shared with the gate driver circuit unit 52 of the TFT.
[0089]
Here, in the description of the method for manufacturing the radiation imaging apparatus according to the first or second embodiment described above, the second metal film is formed after the ohmic contact layer is formed. Before forming the transparent electrode film, a transparent electrode film made of ITO (Indium-Tin-Oxide) or the like may be formed on the ohmic contact layer. By forming such a transparent electrode film, there is no problem even if the thickness of the ohmic contact layer is reduced. Therefore, it is possible to reduce the thickness of the ohmic contact layer. It can increase itself. In the photoelectric conversion element 2 for monitoring, if a transparent electrode film is used for the source electrode 22s and the drain electrode 22d, the amount of incident light can be increased, and the sensitivity is improved.
[0090]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, since the second semiconductor conversion element is formed on the same substrate as the first semiconductor conversion element, the entire apparatus can be reduced in size and weight. . In addition, AEC control can be performed based on the radiation dose detected through the second semiconductor conversion element. At this time, radiation attenuation by the second semiconductor conversion element does not occur. An image can be obtained.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is an equivalent circuit diagram showing a circuit configuration of a radiation imaging apparatus according to a reference example.
FIG. 2 is a layout diagram illustrating an overall configuration of a radiation imaging apparatus according to a reference example.
FIG. 3 is a layout diagram illustrating a planar configuration of a pixel in which neither a monitor photoelectric conversion element nor a routing wiring thereof is provided in a radiation imaging apparatus according to a reference example;
FIG. 4 is a layout diagram illustrating a planar configuration of a pixel provided with a monitor photoelectric conversion element in a radiation imaging apparatus according to a reference example.
FIG. 5 is a layout diagram illustrating a planar configuration of a pixel provided with a lead-out wiring for a monitor photoelectric conversion element in a radiation imaging apparatus according to a reference example.
6 is a cross-sectional view taken along line II in FIG. 3. FIG.
7 is a cross-sectional view taken along the line II-II in FIG.
FIG. 8 is a layout diagram showing a planar configuration of a pixel provided with a monitor photoelectric conversion element in the radiation imaging apparatus according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 9 is a layout diagram illustrating a planar configuration of a pixel provided with a lead-out wiring for a monitor photoelectric conversion element in the radiation imaging apparatus according to the first embodiment.
10 is a cross-sectional view taken along line III-III in FIG.
FIG. 11 is a cross-sectional view showing a method of manufacturing the radiation imaging apparatus according to the first embodiment of the present invention in the order of steps.
12 is a cross-sectional view showing a method for manufacturing the radiation imaging apparatus according to the first embodiment of the present invention in the order of steps, and is a cross-sectional view showing a step subsequent to the step shown in FIG. 11;
FIG. 13 is a pseudo equivalent circuit diagram of a TFT matrix panel provided in a radiation imaging apparatus according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 14 is a timing chart showing a voltage applied from the gate driver circuit section 52 to each gate wiring and its timing in the second embodiment.
FIG. 15 is a cross-sectional view showing a method for manufacturing a radiation imaging apparatus according to the second embodiment of the present invention.
16 is a cross-sectional view showing a method for manufacturing a radiation imaging apparatus according to the second embodiment of the present invention, and a cross-sectional view showing a step subsequent to the step shown in FIG.
17 is a cross-sectional view showing a method for manufacturing the radiation imaging apparatus according to the second embodiment of the present invention, and a cross-sectional view showing a step subsequent to the step shown in FIG.
18 is a cross-sectional view showing a method for manufacturing a radiation imaging apparatus according to the second embodiment of the present invention, and a cross-sectional view showing a step subsequent to the step shown in FIG.
FIG. 19 is a cross-sectional view showing a method for manufacturing the radiation imaging apparatus according to the second embodiment of the present invention, and a cross-sectional view showing a step subsequent to the step shown in FIG. 18;
20 is a cross-sectional view showing a method for manufacturing a radiation imaging apparatus according to the second embodiment of the present invention, and a cross-sectional view showing a step subsequent to the step shown in FIG.
FIG. 21 is a cross-sectional view showing a planar configuration of a monitoring photoelectric conversion element 2 in the second embodiment.
[Explanation of symbols]
1; Photoelectric conversion element for imaging (first semiconductor conversion element)
2; Monitor photoelectric conversion element (second semiconductor conversion element)
3; TFT
51: Signal processing circuit section for imaging
52; Gate driver circuit section
53; Power supply
54; Monitor signal processing circuit section
R1-R3; region
T: Conversion unit
M11 to M14, M21 to M24, M31 to M34, M41 to M44; MIS type photoelectric conversion element
P11-P14, P21-P24, P31-P34, P41-P44; PIN type photoelectric conversion element
MA41-MA44; TFT type sensor
T11 to T14, T21 to T24, T31 to T34, T41 to T44; switching TFT
Vs1 to Vs4; bias line
Sig1 to Sig4; signal lines
Vg1 to Vg4; gate lines

Claims

A substrate,
A conversion unit provided on the substrate and including a plurality of first semiconductor conversion elements that convert radiation into an electrical signal; and a plurality of thin film transistors connected to the first semiconductor conversion elements;
A second semiconductor conversion element of a field effect transistor type disposed on the substrate for detecting the amount of radiation incident on the converter and converting the radiation into an electrical signal;
The radiation imaging apparatus, wherein a control electrode of the second semiconductor conversion element is connected to a control electrode of at least one thin film transistor selected from the plurality of thin film transistors.

The first semiconductor conversion element and the thin film transistor are arranged in a matrix on the substrate,
The control electrode of the thin film transistor is connected to any one of a plurality of gate wirings arranged in parallel to each other,
The control electrode of the second semiconductor conversion element is connected to the gate wiring to which the control electrode of the thin film transistor adjacent to the second semiconductor conversion element is connected in the direction in which the plurality of gate wirings extend. The radiation imaging apparatus according to claim 1.

A first pixel including the first semiconductor conversion element and the second semiconductor conversion element; and a second pixel including the first semiconductor conversion element and not including the second semiconductor conversion element. Exists,
The first pixel and the second pixel have substantially the same area,
The light receiving area of the first semiconductor conversion element in the first pixel is smaller than the light receiving area of the first semiconductor conversion element in the second pixel. The radiation imaging apparatus described.

A plurality of the second semiconductor conversion elements are provided in the conversion unit,
When the arrangement of the first and second pixels arranged in the extending direction of the plurality of gate wirings is defined as a row, and the arrangement of the first and second pixels arranged in a direction orthogonal thereto is defined as a column, 4. The radiation imaging apparatus according to claim 3, wherein at least a part of the second semiconductor conversion element is provided in a plurality of second pixels constituting the same row or column.

The structure of the first semiconductor conversion element is a MIS type structure including a sensor electrode,
The radiation imaging according to any one of claims 1 to 4, wherein the sensor electrode, the control electrode of the thin film transistor, and the control electrode of the second semiconductor conversion element are formed in the same layer. apparatus.

The radiation imaging apparatus according to claim 1, wherein the second semiconductor conversion element is disposed around the conversion unit.

A radiation source;
A substrate,
A conversion unit provided on the substrate and including a plurality of first semiconductor conversion elements that convert radiation into an electrical signal; and a plurality of thin film transistors connected to the first semiconductor conversion elements;
A second semiconductor conversion element of a field effect transistor type disposed on the substrate for detecting the amount of radiation incident on the converter and converting the radiation into an electrical signal;
The control electrode of the second semiconductor conversion element is a method for driving a radiation imaging apparatus connected to the control electrode of at least one thin film transistor selected from the plurality of thin film transistors,
Applying an off voltage of the thin film transistor to a control electrode of the second semiconductor conversion element in order to detect an irradiation amount of radiation incident in the conversion unit using the second semiconductor conversion element;
Irradiating the conversion unit with radiation from the radiation source;
Stopping the radiation of radiation from the radiation source when the irradiation amount reaches a certain value;
Applying an operating voltage to a control electrode of the thin film transistor in order to read out the electric charge accumulated in the first semiconductor conversion element;
Applying a forward bias to the semiconductor layer of the second semiconductor conversion element in order to remove the residual charge in the second semiconductor conversion element;
I have a,
A method of driving a radiation imaging apparatus, wherein a part of a step of applying an operating voltage to a control electrode of the thin film transistor and a step of applying a forward bias to a semiconductor layer of the second semiconductor conversion element are simultaneously performed .

A substrate,
A conversion unit provided on the substrate and including a plurality of first semiconductor conversion elements that convert radiation into an electrical signal; and a plurality of thin film transistors connected to the first semiconductor conversion elements;
A second semiconductor conversion element of a field effect transistor type disposed on the substrate for detecting the amount of radiation incident on the converter and converting the radiation into an electrical signal;
The control electrode of the second semiconductor conversion element is a method of manufacturing a radiation imaging apparatus connected to a control electrode of at least one thin film transistor selected from the plurality of thin film transistors,
Forming a sensor electrode of the first semiconductor conversion element, a control electrode of the thin film transistor, and a control electrode of the second semiconductor conversion element from the same layer on the substrate;
Forming a common electrode of the first semiconductor conversion element, a source electrode and a drain electrode of the thin film transistor, and a conductive film for the source electrode and the drain electrode of the second semiconductor conversion element above the substrate;
Forming the common electrode by patterning the conductive film;
Forming the source electrode and drain electrode of the thin film transistor and the source electrode and drain electrode of the second semiconductor conversion element by further patterning the conductive film;
A method for manufacturing a radiation imaging apparatus, comprising: