JP4498283B2 - 撮像装置、放射線撮像装置及びこれらの製造方法 - Google Patents

撮像装置、放射線撮像装置及びこれらの製造方法 Download PDF

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Description

本発明は、薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）等のスイッチ素子及び光信号を電気信号に変換する変換素子を有する画素が二次元状に配された撮像装置、及びこの撮像装置とシンチレータを用いた放射線撮像装置に関する。また本発明は、放射線を電気信号に変換する変換素子を用いた放射線撮像装置に関する。さらに、本発明はこれらの撮像装置、放射線撮像装置の製造方法に関するものである。
近年、絶縁基板上にスイッチ素子としてのＴＦＴを作りこむＴＦＴマトリックスパネルの大判化が急速に進められている。また、同様にスイッチ素子とセンサ素子とを用いたエリアセンサ（例えば、放射線撮像装置）の技術も実用化されている。撮像装置として用いるエリアセンサは、ＴＦＴ等のスイッチ素子と光電変換素子となる変換素子とが対になる画素が、マトリックス状に配置されたものである。放射線撮像装置として用いる場合には、撮像装置としてのエリアセンサ上に、放射線を、可視光，赤外光等の光電変換素子が感知可能な波長帯域の光に変換するシンチレータを配置し、シンチレータからの光を光電変換素子となる変換素子で光電変換する。放射線撮像装置としてのエリアセンサは他に、ＴＦＴ等のスイッチ素子と、放射線を直接、電気信号（電荷）に変換する半導体変換材料を用いた変換素子とを用いるものもある。
このような撮像装置や放射線撮像装置では、変換素子の高感度化やスイッチ素子の駆動速度の高速化も進んでいる。変換素子の高感度化は、変換素子の面積を大きくすることで達成でき、このため一つの画素内の変換素子の閉める面積（開口率）の向上が要求されている。また、スイッチ素子の駆動速度を上げるためにＴＦＴのサイズを大きくしたり、配線抵抗を下げるために配線幅を太くしたりといったレイアウトが求められる。このため、高感度化・高速化を達成するためには、スイッチ素子やスイッチ素子に接続される各配線の上部に変換素子を配置する、積層構造の画素が望ましい。
一方で、スイッチ素子の上部に変換素子を配置する積層構造は、プロセスが複雑になり、その結果、欠陥画素が発生する確率が高くなる場合がある。そこで、欠陥画素を電気的に分離し他の画素への影響を無くす除去工程を用いることで、撮像装置や放射線撮像装置のエリアセンサの歩留まりを確保している。電気的に分離された画素の位置は記憶され、周囲の画素のデータを用いてデータ補間する画像処理が行われる。
従来ではＴＦＴを形成した後、変換素子を形成する積層構造の撮像装置や放射線撮像装置において、画素に欠陥が発生した場合、欠陥画素をレーザー光により電気的に分離し、周辺の画素に影響を及ぼさないよう除去する提案がなされている。
特許文献１の明細書に示された撮像装置、放射線撮像装置においては、スイッチ素子の上部に変換素子（特許文献１では半導体変換素子として記載）を配置しており、レーザー光を照射する領域の、変換素子の電極一部を除くよう形成することが記載されている。
上記特許文献１で示される一構成例の模式的断面図を図１０に示す。図１０はスイッチ素子の上部に光電変換素子となる変換素子を積層する積層構造の画素を表した図である。
図１０において、スイッチ素子となるＴＦＴ１００１は、ガラス基板１００上に設けられたゲート電極となる第一の導電層１０１、ゲート絶縁膜となる第一の絶縁層１０２、チャネル領域を構成する半導体層１０３、第二の絶縁層１０４を備えている。また、オーミックコンタクト層となる第一の不純物半導体層１０５、ソース、ドレイン電極となる第二の導電層１０６を備えている。ＴＦＴ１００１上には、層間絶縁層となる第三の絶縁層１０７を介して変換素子１００４が設けられている。
光電変換素子となる変換素子１００４は、下電極となる第三の導電層１０８、第一のｎ型半導体層１０９、光電変換層となる第二の半導体層１１０、第一のｐ型半導体層１１１、上電極となる第四の導電層１１２から構成される。変換素子１００４上にはＸ線等の放射線を、可視光，赤外光等の変換素子が感知可能な波長帯域の光に変換するシンチレータ（特許文献１では蛍光体層として記載）１１９が配されている。
変換素子１００４の下電極となる第３の導電層１０８及び第一のｎ型半導体層１０９は、スイッチ素子となるＴＦＴ１００１の上部に開口部１２０が設けられている。この結果、画素の変換素子１００４に欠陥が発生した場合、開口部１２０からＴＦＴ１００４にレーザー光を照射し、ＴＦＴ１００１と変換素子１００４とを電気的に分離し画素の除去を行なっている。
上記特許文献１で示される他の構成例の模式的平面図を図１１に示す。図１１において、２００は光電変換素子となる変換素子の下電極、２０１はＴＦＴ駆動配線、２０２はスイッチ素子となる薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）、２０３，２０６は欠陥部分のイメージである。また、２０４は除去部分のイメージ、２０５は信号配線、２０７はコンタクトホール部、２０８はバイアス配線、２０９は光電変換層となる第二の半導体層を示す。
図１１に示すように、本構成例では、スイッチ素子となるＴＦＴの上部を除くように変換素子を構成する第二の半導体層２０９を配置している。そして、前述の画素の除去部が、平面図内に除去のイメージ２０４として３箇所示されている。変換素子の下電極２００は除去する箇所を予め避けるように配置されている。これは、欠陥が発生した場合に、除去部にレーザー光を照射し欠陥部を電気的に分離するためである。ＴＦＴが下電極２００で覆われていないので、除去する際に、ＴＦＴ部の視認性に優れ、除去部を間違えることなくアライメントを取ることができる。
特開２００４−１７９６４５号公報
図１０に示すような構成にすると、スイッチ素子となるＴＦＴの上部に入射した光に対して電荷の収集効率が落ちてしまう。これは、ＴＦＴの上部のアモルファスシリコン層に光が入射しても、
１） その上下にアモルファスシリコンの空乏化電圧がかかる領域とかからない領域が混在する。
２） 変換素子の個別電極となる下電極から電荷を収集できない領域が発生する。
という２点から、変換素子の機能が低下してしまうためである。また、図１１に示すように、スイッチ素子上の変換素子のアモルファスシリコンを除去した場合では、スイッチ素子上では完全に光電変換素子としての機能はなくなり、感度の低下につながってしまう。
そこで、スイッチ素子の上部に変換素子の下電極とアモルファスシリコン層を積層すると、スイッチ素子の視認性が非常に悪くなる。この結果、変換素子に欠陥が発生した際に、スイッチ素子にレーザー光などを照射し変換素子とスイッチ素子を電気的に分離しようとすると、安定して加工できなくなるため、ＴＦＴを破壊し、ゲート電極とソース・ドレイン電極間のショートを引き起こしてしまう。
よって、ＴＦＴの上部に変換素子を積層し、変換素子の開口率を確保した構成のまま、変換素子に欠陥が発生しても、スイッチ素子を破壊することなく安定して確実に電気的に分離する手法が求められる。
本発明の撮像装置は、絶縁基板上に配置された、ソース電極とドレイン電極とを有する薄膜トランジスタと、前記薄膜トランジスタ上に配置された光電変換素子と、前記薄膜トランジスタと前記光電変換素子との間に配置された絶縁膜と、を有する画素を複数有する撮像装置であって、
前記複数の画素は、前記絶縁膜に配置されたコンタクトホール部を介して前記薄膜トランジスタの前記ソース電極又はドレイン電極と前記光電変換素子とが接続されている第１の画素と、前記第１の画素のコンタクトホール部に対応する領域において、前記光電変換素子と前記薄膜トランジスタの前記ソース電極又はドレイン電極となる導電層とが共に除去されることによって、前記光電変換素子と前記薄膜トランジスタとの電気的な接続が分離された第２の画素と、を有することを特徴とする。
本発明の放射線撮像装置は、上記撮像装置を用いた放射線撮像装置であって、前記変換素子上に放射線を光に変換するシンチレータを設けたことを特徴とするものである。
また本発明の放射線撮像装置は、絶縁基板上に配置された、ソース電極とドレイン電極とを有する薄膜トランジスタと、前記薄膜トランジスタ上に配置された、放射線を直接電気信号に変換する変換素子と、前記薄膜トランジスタと前記変換素子との間に配置された絶縁膜と、を有する画素を複数有する放射線撮像装置であって、
前記複数の画素は、前記絶縁膜に配置されたコンタクトホール部を介して前記薄膜トランジスタの前記ソース電極又はドレイン電極と前記変換素子とが接続されている第１の画素と、前記第１の画素のコンタクトホール部に対応する領域において、前記変換素子と前記薄膜トランジスタの前記ソース電極又はドレイン電極となる導電層とが共に除去されることによって、前記変換素子と前記薄膜トランジスタとの電気的な接続が分離された第２の画素とを有することを特徴とする。
本発明の撮像装置の製造方法は、絶縁基板上に配置された、ソース電極とドレイン電極とを有する薄膜トランジスタと、前記薄膜トランジスタ上に配置された光電変換素子と、前記薄膜トランジスタと前記光電変換素子との間に配置された絶縁膜と、を有する画素を複数有する撮像装置の製造方法であって、
前記複数の画素の各々において、前記絶縁膜に配置されたコンタクトホール部を介して前記薄膜トランジスタの前記ソース電極又はドレイン電極と前記光電変換素子とを接続する工程と、
前記複数の画素のうち、欠陥画素を認識する工程と、
前記欠陥画素の前記コンタクトホール部を認識する工程と、
前記欠陥画素の前記コンタクトホール部の少なくとも一部を除去し、前記光電変換素子と前記薄膜トランジスタとの接続を分離する工程と、を有することを特徴とする。
また、本発明の撮像装置の製造方法は、絶縁基板上に配置された、ソース電極とドレイン電極とを有する薄膜トランジスタと、前記薄膜トランジスタ上に配置された、放射線を直接電気信号に変換する変換素子と、前記薄膜トランジスタと前記変換素子との間に配置された絶縁膜と、を有する画素を複数有する放射線撮像装置の製造方法であって、
前記複数の画素の各々において、前記絶縁膜に配置されたコンタクトホール部を介して前記薄膜トランジスタの前記ソース電極又はドレイン電極と前記変換素子とを接続する工程と、
前記複数の画素のうち、欠陥画素を認識する工程と、
前記欠陥画素の前記コンタクトホール部を認識する工程と、
前記欠陥画素の前記コンタクトホール部の少なくとも一部を除去し、前記変換素子と前記薄膜トランジスタとの接続を分離する工程と、を有することを特徴とする。
また本発明の放射線撮像システムは、上記放射線撮像装置と、前記放射線撮像装置からの信号を処理する信号処理手段と、前記信号処理手段からの信号を記録するための記録手段と、前記信号処理手段からの信号を表示するための表示手段と、前記信号処理手段からの信号を伝送するための伝送処理手段と、前記放射線を発生させるための放射線源と、を具備することを特徴とする。
本願における放射線は、α線やβ線等の粒子線、Ｘ線、γ線を含むものである。
本発明によれば、変換素子の開口率を確保したまま、変換素子に欠陥が発生しても、安定して確実にスイッチ素子と変換素子を電気的に分離し、撮像装置、放射線撮像装置を製造する際の歩留まりを向上できる。したがって、撮像装置、放射線撮像装置を安価で安定して提供することが可能となる。
以下、本発明の実施形態について、添付の図面を参照して具体的に説明する。
以下の実施形態は、主に放射線撮像装置を構成した場合について説明するが、本発明は放射線を電気信号に変換する放射線撮像装置に限定されず、可視光，赤外光等の光を電気信号に変換する撮像装置にも適用することができる。
（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１は本発明の第１の実施形態に関わる撮像装置となる放射線撮像用センサパネルの画素の断面図で、基板上に、ＴＦＴ，層間絶縁膜，変換素子の順に積層した画素の断面図である。図１(a)はレーザー光による除去前の断面図、図１(b)は除去後の断面図を示したものである。
図２は図１の断面構造を持つ画素の平面構造を表した図である。図２(a)は平面図、図２(b)は図１(a)に示す断面構造を有する画素を反射型光学顕微鏡で観察した場合の外観イメージ図である。また、図２(c)は図１(a)に示す断面構造の、第二の絶縁層６に平坦化性を持たない絶縁層を用いた構造を有する画素を反射型光学顕微鏡で観察した場合の外観イメージ図を示したものである。ここで、先の図１(a)は、図２のA-A’の断面図を示したものである。
本実施形態の放射線撮像装置に用いる変換素子は、可視光，赤外光等の光を電気信号に変換する素子（光電変換素子となる）、又はα線やβ線等の粒子線、Ｘ線、γ線を含む放射線を直接電気信号（電荷）に変換する素子である。放射線を直接変換しない、例えば可視光等の光を電気信号に変換する変換素子（光電変換素子）を用いる場合には、その上部に、放射線を、可視光，赤外光等の変換素子が感知可能な波長帯域の光に変換するシンチレータ（不図示）を配置する。以下の説明では主として光を電気信号に変換する変換素子（光電変換素子）を用いた場合について説明する。
図１(a)に示すように、本実施形態の放射線撮像装置の画素は、基板上に形成されたスイッチ素子としての薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）は、ゲート電極となる第一の導電層１、ゲート絶縁層となる第一の絶縁層２、チャネル部となる第一の半導体層３を有する。また、オーミックコンタクト層となる第一の不純物半導体層４、ソース・ドレイン電極となる第二の導電層５を有する。
また、光電変換素子となる変換素子は、第三の導電層７、第三の絶縁層８、第二の半導体層９、第二の不純物半導体層１０、透明導電層の第四の導電層１１、第五の導電層１２からなるＭＩＳ（Metal-Insulator-Semiconductor）型で構成されている。第三の導電層７は下電極となり、第二の半導体層９は光電変換層となり、第四の導電層１１は上電極となり、第五の導電層１２はバイアス配線となる。１３は保護層である。
変換素子が、放射線を直接電気信号に変換する素子の場合は、第二の半導体層９は放射線を直接電気信号に変換可能な材料が用いられる。また、第三の絶縁層８は不純物半導体層に替える構成でも良い。また第四の導電層１１は光透過性でなくてもよく、比較的抵抗値の高い透明導電層を用いなくてもよいため、第５の導電層はなくともよい。
変換素子は、第二の絶縁層６を介してＴＦＴの上部に配置されており、広い開口率を確保している。第三の導電層７からなる変換素子の下電極は、図２に示すコンタクトホール部２６を介してスイッチ素子としてのＴＦＴの第二の導電層５からなるドレイン電極に接続されている。
本実施形態で、変換素子内に異物の混入やリソグラフィーにおける欠陥が発生した場合、変換素子とスイッチ素子とを電気的に分離することで、周辺が画素への悪影響を防止し、基板を良品として使用することが可能になる。そこで、レーザー光照射領域１４にレーザー光を照射し、各膜を除去することで、変換素子とスイッチ素子とを電気的に分離する。変換素子に異物の混入やリソグラフィーにおける欠陥が発生した場合、スイッチ素子としてのＴＦＴのソース電極、もしくはドレイン電極をレーザー光により除去することも考えられる。しかし、図１(a)に示すような、ＴＦＴの上部に変換素子を配置するような構造の場合、顕微鏡光が変換素子で吸収されてしまうため、ソース電極やドレイン電極の位置を認識することができず、加工位置を間違えてしまう場合がある。変換素子にＴＦＴの段差形状が転写されていれば、反射光を利用し位置を認識することが可能である。しかし、図１(a)に示すように第二の絶縁層６が平坦化性を有する絶縁膜（有機平坦化膜・リフローにより形成された膜）であったり、ＣＭＰにより平坦に加工された膜であると、変換素子にはＴＦＴ段差が転写されず、反射光でも位置を確認することが難しくなる。
一方、図１(a)、図２(b)に示すように、変換素子とＴＦＴを接続するコンタクトホール部は、顕微鏡光で外観を見たときに段差部を容易に認識することが可能である。そして、変換素子とＴＦＴの接続部であるため、レーザー光を照射し膜を除去することで、加工位置を間違えず、容易に電気的な接続を分離することができる。
図１(b)は、図１(a)に示すレーザー光照射領域１４に、実際にレーザー光を照射し、膜を除去した後の断面図である。図１(b)に示すように、スイッチ素子としてのＴＦＴと変換素子の接続を分離することが可能である。しかし実際には、加工した断面には、レーザー光により除去した膜が再付着する場合もある。したがって、第二の絶縁層６の膜厚が薄いと、第三の導電層７からなる変換素子の下電極と、第二の導電層５からなるＴＦＴのドレイン電極が、導電性を有する再付着した膜によりショートしてしまうこともある。このため、第二の絶縁層６の膜厚は厚ければ厚いほど良く、誘電率にもよるが、現実的にはレーザー光照射領域１４の近傍において、第二の絶縁層６の膜厚が1.0μm以上の厚さが望ましい。また、変換素子の下電極が、低抵抗である必要がない場合、膜厚を、例えば0.1μm以下程度と薄くすることで、レーザー光で除去するときの除去量を少なくすることができ、結果、レーザー光照射時の再付着量を低減することが可能であるためなお良い。
図１では、光電変換機能を有する変換素子（光電変換素子）にＭＩＳ型を用いているが、ＰＩＮ型でも良い。光電変換素子上に、放射線を、可視光，赤外光等の光電変換素子が感知可能な波長帯域の光に変換するＣｓＩ等のシンチレータを形成することで放射線撮像装置を構成することができる。また、変換素子の第三の絶縁層８を不純物半導体層に替え、半導体層９を光電変換材料として用いられるアモルファスシリコンから、アモルファスセレンやヨウ化鉛・カドミウムテルルのような放射線を直接、電気信号に変換する材料に替えてもよい。この場合、シンチレータを設けることなく放射線撮像装置を構成することができる。
スイッチ素子としてのＴＦＴには、ボトムゲートのギャップエッチング型を用いているが、エッチストッパー型ＴＦＴでも良く、トップゲート型のＴＦＴやＬＤＤ構造のポリシリコンでも構わない。
また、第二の絶縁層６は、平坦化性を有する例えばポリイミドやアクリル系の有機平坦化膜，リフローによる絶縁膜，有機シリコン系シロキサン材料ガスによるＣＶＤ膜や、ボロン・リン・ドープ酸化膜等を用いると良い。また、平坦化を行なわない例えばプラズマＣＶＤで形成した窒化シリコン膜や酸化シリコン膜でも良い。
図２(a)は図１に示すような画素の平面図を表したものである。ＴＦＴ２４と変換素子２５が対となっており、実際には図２に示す画素がマトリックス状に複数個配置されている。
ＴＦＴ２４と、ＴＦＴ２４に接続されるゲート配線２１，信号配線２２とは、変換素子２５の下に配置されている。変換素子２５の上電極は、バイアス配線２３と接続されている。また、ＴＦＴ２４や各配線の上部に変換素子を配置することで、変換素子２５の開口率を確保することができ、その結果、変換素子が高い感度を持つことができる。
図２(b)は図１(a)に示す断面構造の外観イメージ図を示したものである。図２(b)に示すように、図１(a)に示す断面構造の画素を、反射型顕微鏡で観察すると、ＴＦＴ２４やＴＦＴ２４と接続される各配線を光学的に確認することができなくなる。また、図１(a)に示すように、第二の絶縁層６に平坦化性を有する絶縁膜を用いると、ＴＦＴ２４の形状が絶縁膜により平坦化され、段差形状としても確認することができなくなってしまう。
いま、上部に形成された変換素子に、例えば、製造工程で異物が付着し欠陥が発生したとする。このとき、ＴＦＴ部２４と変換素子２５の接続を分離するために、ＴＦＴ部２４のソースもしくはドレイン電極や、各配線をレーザー光により除去し欠陥部を電気的に分離したくても、上記の理由により、レーザー光の照射位置を決めることができない。以上のようなことから、ＴＦＴ２４の上部に変換素子を配置する構成をとる撮像装置、放射線撮像装置においては、上部から位置認識が行ないやすいパターンをレーザー光により除去することが必要となる。
この結果、図２(b)中のコンタクトホール部２６にレーザー光を照射し、接続部を分離することが、加工を行なう位置精度に優れ、ＴＦＴ２４と変換素子２５を安定して電気的に分離することが可能な加工方法となる。
このとき、前述のように図１(a)に示す第二の絶縁層６の膜厚は、厚ければ厚いほどＴＦＴ２４と変換素子２５を電気的に分離しやすくなる。また、第二の絶縁層６の膜厚を厚くすることで、変換素子２５とＴＦＴ２４の間に形成する容量を小さくすることができ、撮像装置、放射線撮像装置のノイズを小さくすることが可能である。また、第二の絶縁層６の膜厚を厚くすると、図２(b)に示すような反射型光学顕微鏡で確認する外観で、コンタクトホール部２６の外観コントラストが強くなり、レーザー光を照射する際の位置認識がより一層簡単になる。
図２(c)は、図１(a)の断面図において、第二の絶縁層６が平坦化性を持たない場合の、反射方光学顕微鏡による外観イメージ図である。この場合も、ＴＦＴ２４の段差により多少はＴＦＴ２４やＴＦＴ２４と接続される各配線を光学的に確認することが可能であるが、パターンのエッジを検出するに留まるため、各部の位置の検出精度は落ち、レーザー光照射位置が安定しない。
前述のように、図１(a)における第二の絶縁層６の膜厚は、以下の理由により厚ければ厚いほど良い。
１） レーザー光照射時に、除去膜の再付着によるショート防止のため
２） ＴＦＴ２４と変換素子２５との間に形成する容量を小さくし、ノイズの小さな変換素子を提供するため
３） 反射型光学顕微鏡による位置認識精度向上のため
このため、第二の絶縁層６の膜厚は1.0μm以上であることが望ましい。図２(c)のように、第二の絶縁層６が平坦化性を持っていない場合でも、絶対段差が大きいコンタクトホール部２６の位置検出が行ないやすいため、コンタクトホール部２６をレーザー光により除去することで、安定して欠陥部を電気的に分離することが可能になる。
図３は図１(a)の断面構造を持つ画素を有する撮像装置の簡易等価回路図を示したものである。
図３は、本発明における撮像装置の簡易等価回路図である。基板５０上に、スイッチ素子となるＴＦＴ２４と光電変換素子となる変換素子２５が対となる画素がマトリックス状に配置されている。そして、ＴＦＴ２４と接続されるゲート配線２１，信号配線２２と、変換素子２５と接続されるバイアス配線２３が、それぞれ、ゲートドライバー回路部５２、信号処理回路部５１，共通電極ドライバー回路部５３に接続されている。撮像装置に不図示のシンチレータから可視光が入射し生成したキャリアに比例した信号を、ゲートドライバー回路部５２により制御されたゲート配線２１にＴＦＴのオン電圧を印加することで信号処理回路部５１に転送することができる。共通電極ドライバー回路部５３に接続されたバイアス配線２３は、定電位を印加するよう制御されている。そして、変換素子２５がＭＩＳ型光電変換素子の場合、バイアス配線２３に印加する電位を制御することで、蓄積されたホールやエレクトロンを除去することが可能となる。変換素子２５が放射線を直接電気信号に変換する素子の場合にはシンチレータを変換素子上に設けない。なお、変換素子は図２に示すように四角形状でなく、ハニカム形状等の他の形状であってもよい。さらに、図３では変換素子、スイッチ素子からなる画素の配列は行列状に示してあるが、二次元状の配列であればよく、例えばハニカム状の配列であってもよい。シンチレータは保護層１３上に直接ＣｓＩ等のシンチレータ材料を積層させてもよいが、カーボン板やフィルムにＣｓＩ等のシンチレータ層を設けて、接着層を介して図１に示すような放射線撮像用センサパネルに貼り合わせてもよい。
図６は、本実施形態の画素を使用し、上部に放射線を可視光等の光に変換するシンチレータ５４を配置し、周辺にはゲートドライバー回路部５２と信号処理回路部５１を設けた、放射線撮像装置の一例を示した図である。共通電極ドライバー回路部５３は不図示であるが信号処理回路部５１側に設けられている。変換素子として放射線を可視光等の光に変換する素子を用いた場合にはシンチレータ５４は不要となる。
次に、レーザー光の照射領域が図１とは異なる例について説明する。
図４は図１(a)と同じ断面図で、レーザー光の照射領域１４を図１(a)より小さい例を示した断面図で、図４(a)はレーザー光照射前，図４(b)はレーザー光照射後の各膜を除去した後の断面図を示したものである。図５は図１(b)よりもレーザー光の照射領域が大きい場合の例を示した断面図である。なお、図１の構成部材と同一構成部材については同一符号を付して説明を省略する。
図４に示すように、レーザー光の照射領域を狭くし、コンタクトホール部２６のテーパー部で膜の除去を行なうと、除去部のＴＦＴと変換素子の距離Ｄが近くなり、図４(b)に示すように、除去した膜が再付着膜１５として付着する場合がある。この場合に、膜を除去したにも関わらず、再付着膜１５を通じて電気的にショートしてしまい、結果歩留まりの低下につながってしまうことがある。このため、第二の絶縁膜により初めに確保したＴＦＴと変換素子の距離を十分厚くし、かつ、距離の制御ができにくいコンタクトホール部２６の部分、特にコンタクトホール部のテーパー部でレーザー光による膜の除去を行なわないことが望ましい。前述のように、第二の絶縁膜の膜厚は1.0μm以上であることが望ましく、厚ければ厚いほどレーザー光の膜の除去によるＴＦＴと変換素子の電気的な分離が容易になる。そして、除去されるべきコンタクトホール部２６は、テーパー部を含むように除去することが望ましい。
図５は、図１(a)と同じ方向の断面図で、レーザー光照射領域１４を図１(a)よりも広くし、ＴＦＴのドレイン電極の膜を積極的に除去した場合の断面図である。この結果、レーザー光による膜の除去量は増えるが、例えば、除去膜の再付着が発生しても、ドレイン電極の残面積が小さくなるため、ＴＦＴと変換素子のショート確率が下がり、結果、歩留まり向上につながる。
以上に述べたように、ＴＦＴと変換素子を接続するコンタクトホール部２６の各膜を、レーザー光により除去することで、変換素子に欠陥が発生しても、電気的に分離し周辺の画素に影響のないよう加工することが可能となる。
（第２の実施形態）
先ず、本発明の第２の実施形態について説明する。
図７から図９は、本発明に関わる第２の実施形態の、撮像装置となる放射線撮像用センサパネルの画素の平面図を表したものである。
図７は本発明の第２の実施形態に関わる平面構造を表した図で、図７(a)は平面図，図７(b)は図７(a)に示す平面構造の画素を反射型光学顕微鏡で観察した場合の外観イメージ図である。図８はレーザー光の照射領域を示す図である。
図９は図７(a)に示す画素のＴＦＴ部のみの平面図で、図９(a)が通常のＴＦＴの平面図を、図９(b)は別の例を示すTFTの平面図である。
図７(a)は、一つの変換素子２５と２つのスイッチ素子たるＴＦＴ３４，３７とが対となる画素を示している。第一のＴＦＴ３４は、第一のゲート配線３１，信号配線２２と接続されており、変換素子２５に蓄積された電荷を周辺に配置された信号処理回路部５１に転送するためのものである。第二のＴＦＴ３７は、リセット配線３３を通じて変換素子２５にリセット電位を印加するためのものである。３８は第二のＴＦＴ３７のゲート電極に接続される第二のゲート配線である。第一のＴＦＴ３４，第二のＴＦＴ３７の上部に、層間絶縁膜を介して変換素子２５が配置されている。第一のコンタクトホール部３６は変換素子２５と第一のＴＦＴ３４とを接続し、第二のコンタクトホール部３９は変換素子２５と第二のＴＦＴ３７とを接続する。第一のＴＦＴ３４は信号転送用スイッチ素子、第二のＴＦＴはリセット用スイッチ素子となる。
図７(b)は、図７(a)に示す画素を、反射型光学顕微鏡で観察した場合の外観イメージ図である。第一のＴＦＴ３４，第二のＴＦＴ３７と、各ＴＦＴに接続される各配線は、上部に配置された変換素子により可視光が吸収されるため位置を確認することができない。また、第一のＴＦＴ３４，第二のＴＦＴ３７と変換素子２５の間に配置された層間絶縁膜に平坦化性を有する平坦化膜を用いると、各ＴＦＴの段差を見るもできず、結果、図７(b)に示すように各ＴＦＴ，各配線の位置を認識することができなくなる。
ここで、変換素子２５に、異物混入などにより欠陥部が発生すると、ＴＦＴと変換素子２５を電気的に分離する必要がある。そこで図８に示すように、第一のコンタクトホール部３６、第二のコンタクトホール部３９をレーザー光照射エリア１４としてレーザー光を照射し、変換素子２５とＴＦＴを構成する各膜を除去することで、変換素子２５とＴＦＴを電気的に分離することが可能となる。本実施形態では、変換素子２５に接続されるＴＦＴが２つ存在し、第一のコンタクトホール部３６と第二のコンタクトホール部３９が存在するため、レーザー光を２箇所に照射する。ただし、第一のＴＦＴ３４のドレイン電極と第二のＴＦＴ３７のドレイン電極とを共通の導電層で構成し、一つのコンタクトホール部で変換素子２５と接続することも可能であり、その場合は一つのコンタクトホール部を除去すればよい。
図９は、図７(a)に示すＴＦＴの、ソースもしくはドレイン電極の形状とレーザー光照射領域１４の関係を示したものである。図には示していないが、実際にはその上部に光電変換素子が配置されている。
図９(a)は、図７(a)に示すＴＦＴ部のソース電極・ドレイン電極形状を、図９(b)は、ＴＦＴ部のソース電極もしくはドレイン電極の一方の電極の形状を変えたものである。また、図９(c)と図９(d)は、それぞれ図９(a)と図９(b)のレーザー光による加工後を表した図である。
図９(a)に示すように、ここでは、レーザー光照射領域は、コンタクトホール部で接続される台座部全てを除去している。コンタクトホール台座部の膜を全て除去することで、レーザー光による加工時に除去した膜が再付着しても、変換素子とＴＦＴをより安定して分離することができる。ただし、変換素子とＴＦＴが分離できれば、コンタクトホール台座部の膜の一部が残っていてもよい。
次に、図９(a)と比較し、図９(b)のソースもしくはドレイン電極の形状は異なっており、レーザー光を照射しコンタクトホール台座部全てを除去した後で、除去領域の端部に金属膜が露出する断面長さが短くなるように形成している。図９(c)と図９(d)が加工後の図で、図９(d)は図９(c)に比べて、加工端部に露出するＴＦＴのソースもしくはドレイン電極の断面長さが約１／２〜１／３程度になっている。この結果、レーザー光を照射し各膜を除去した際に、除去した膜が再付着したとしても、再付着膜によりＴＦＴと不図示の上部に配置された変換素子２５がショートする確率をより小さくすることが可能になる。また、図には示していないが、このショート確率を下げるためには、ＴＦＴと変換素子２５の間に形成する層間絶縁膜が、レーザー光照射領域１４部近傍において1.0μm以上にすると良い。また、レーザー光の照射は、テーパー部を含めたコンタクトホール部を除去すると良い。
（応用例）
図１２は本発明による放射線撮像装置のＸ線診断システムへの応用例を示したものである。
図１２に示すように、放射線源となるＸ線チューブ６０５０で発生したＸ線６０６０は患者あるいは被験者６０６１の胸部６０６２を透過し、シンチレータ（蛍光体）を上部に実装した放射線撮像装置６０４０に入射する。この入射したＸ線には患者６０６１の体内部の情報が含まれている。Ｘ線の入射に対応してシンチレータは発光し、これを光電変換して、電気的情報を得る。この情報はディジタルに変換され信号処理手段となるイメージプロセッサ６０７０により画像処理され制御室の表示手段となるディスプレイ６０８０で観察できる。
また、この情報は電話回線６０９０等の伝送処理手段により遠隔地へ転送でき、別の場所のドクタールームなどに設置された表示手段となるディスプレイ６０８１に表示もしくは光ディスク等の記録手段に保存することができ、遠隔地の医師が診断することもできる。また記録手段となるフィルムプロセッサ６１００により記録媒体となるフィルム６１１０に記録することもできる。
本発明は、医療用や非破壊検査用のＸ線等の放射線検出装置に適用できる。また、可視光等の光を電気信号に変換する撮像装置、特に大面積な光電変換領域を有する撮像装置に適用できる。
本発明の第１の実施形態に関わる画素の断面図である。 本発明の第１の実施形態に関わる画素の平面図である。 本発明の第１の実施形態に関わる簡易等価回路図である。 本発明の第１の実施形態に関わる画素の断面図である。 本発明の第１の実施形態に関わる画素の断面図である。 本実施例の画素を配置した放射線撮像装置を表した図である。 本発明の第２の実施形態に関わる画素の平面図である。 本発明の第２の実施形態に関わる画素の平面図である。 本発明の第２の実施形態に関わるＴＦＴ部のみの平面図である。 本従来例で示される模式的断面図である。 本従来例で示される模式的平面図である。 本発明の放射線撮像装置のＸ線診断システムへの応用例を説明する概略図である。
符号の説明
１ 第一の導電層
２ 第一の絶縁層
３ 第一の半導体層
４ 第一の不純物半導体層
５ 第二の導電層
６ 第二の絶縁層
７ 第三の導電層
８ 第三の絶縁層
９ 第二の半導体層
１０ 第二の不純物半導体層
１１ 第四の導電層
１２ 第五の導電層
１３ 保護層
１４ レーザー光照射領域
１５ 再付着膜
２１ ゲート配線
２２ 信号配線
２３ バイアス配線
２４ ＴＦＴ
２５ 光電変換素子
２６ コンタクトホール部
３１ 第一のゲート配線
３３ リセット配線
３４ 第一のＴＦＴ
３６ 第一のコンタクトホール
３７ 第二のＴＦＴ
３８ 第二のゲート配線
３９ 第二のコンタクトホール
５０ 基板
５１ 信号処理回路部
５２ ゲートドライバー回路部
５３ 共通電極ドライバー回路部
５４ シンチレータ

Claims (9)

  1. 絶縁基板上に配置された、ソース電極とドレイン電極とを有する薄膜トランジスタと、前記薄膜トランジスタ上に配置された光電変換素子と、前記薄膜トランジスタと前記光電変換素子との間に配置された絶縁膜と、を有する画素を複数有する撮像装置であって、
    前記複数の画素は、前記絶縁膜に配置されたコンタクトホール部を介して前記薄膜トランジスタの前記ソース電極又はドレイン電極と前記光電変換素子とが接続されている第１の画素と、前記第１の画素のコンタクトホール部に対応する領域において、前記光電変換素子と前記薄膜トランジスタの前記ソース電極又はドレイン電極となる導電層とが共に除去されることによって、前記光電変換素子と前記薄膜トランジスタとの電気的な接続が分離された第２の画素と、を有することを特徴とする撮像装置。
  2. 前記除去は前記コンタクトホール部のテーパー部を含んでいることを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
  3. 前記薄膜トランジスタは前記光電変換素子から電気信号を転送する信号転送用薄膜トランジスタと、前記光電変換素子をリセットするためのリセット用薄膜トランジスタとからなる請求項１又は２に記載の撮像装置。
  4. 請求項１から３のいずれか１項に記載の撮像装置を用いた放射線撮像装置であって、前記光電変換素子上に配置された、放射線を光に変換するシンチレータを有することを特徴とする放射線撮像装置。
  5. 絶縁基板上に配置された、ソース電極とドレイン電極とを有する薄膜トランジスタと、前記薄膜トランジスタ上に配置された、放射線を直接電気信号に変換する変換素子と、前記薄膜トランジスタと前記変換素子との間に配置された絶縁膜と、を有する画素を複数有する放射線撮像装置であって、
    前記複数の画素は、前記絶縁膜に配置されたコンタクトホール部を介して前記薄膜トランジスタの前記ソース電極又はドレイン電極と前記変換素子とが接続されている第１の画素と、前記第１の画素のコンタクトホール部に対応する領域において、前記変換素子と前記薄膜トランジスタの前記ソース電極又はドレイン電極となる導電層とが共に除去されることによって、前記変換素子と前記薄膜トランジスタとの電気的な接続が分離された第２の画素と、を有することを特徴とする放射線撮像装置。
  6. 絶縁基板上に配置された、ソース電極とドレイン電極とを有する薄膜トランジスタと、前記薄膜トランジスタ上に配置された光電変換素子と、前記薄膜トランジスタと前記光電変換素子との間に配置された絶縁膜と、を有する画素を複数有する撮像装置の製造方法であって、
    前記複数の画素の各々において、前記絶縁膜に配置されたコンタクトホール部を介して前記薄膜トランジスタの前記ソース電極又はドレイン電極と前記光電変換素子とを接続する工程と、
    前記複数の画素のうち、欠陥画素を認識する工程と、
    前記欠陥画素の前記コンタクトホール部を認識する工程と、
    前記欠陥画素の前記コンタクトホール部の少なくとも一部を除去し、前記光電変換素子と前記薄膜トランジスタとの接続を分離する工程と、を有することを特徴とする撮像装置の製造方法。
  7. 請求項６に記載の製造方法を用いた放射線撮像装置の製造方法であって、
    前記コンタクトホール部を除去した後に、前記光電変換素子上に、放射線を光に変換するシンチレータを配置することを特徴とする放射線撮像装置の製造方法。
  8. 絶縁基板上に配置された、ソース電極とドレイン電極とを有する薄膜トランジスタと、前記薄膜トランジスタ上に配置された、放射線を直接電気信号に変換する変換素子と、前記薄膜トランジスタと前記変換素子との間に配置された絶縁膜と、を有する画素を複数有する放射線撮像装置の製造方法であって、
    前記複数の画素の各々において、前記絶縁膜に配置されたコンタクトホール部を介して前記薄膜トランジスタの前記ソース電極又はドレイン電極と前記変換素子とを接続する工程と、
    前記複数の画素のうち、欠陥画素を認識する工程と、
    前記欠陥画素の前記コンタクトホール部を認識する工程と、
    前記欠陥画素の前記コンタクトホール部の少なくとも一部を除去し、前記変換素子と前記薄膜トランジスタとの接続を分離する工程と、を有することを特徴とする放射線撮像装置の製造方法。
  9. 請求項４又は５に記載の放射線撮像装置と、
    前記放射線撮像装置からの信号を処理する信号処理手段と、
    前記信号処理手段からの信号を記録するための記録手段と、
    前記信号処理手段からの信号を表示するための表示手段と、
    前記信号処理手段からの信号を伝送するための伝送処理手段と、
    放射線を発生させるための放射線源と、を具備することを特徴とする放射線撮像システム。
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