JP4753516B2 - 放射線イメージャ用構造及び、放射線イメージャを製造する方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、放射線イメージャに関し、特に、トランジスタの持続的な光伝導性と非線形画素応答と不完全なコンタクトバイアとによって引き起こされるクロストークを減らすための光遮断材料の混入に関する。
【０００２】
【発明の背景】
放射線イメージャは、典型的には、シンチレータに結合される。シンチレータに吸収された放射線（例えば、ｘ線ビーム）が光フォトンを放出させ、光フォトンは次にイメージャの光電性領域に入る。イメージャは、典型的には、かなり平坦な基板（例えば、ガラス）を備える。その基板上には光電性画素の２次元アレイが配置される。各画素は、フォトダイオード等の光電性撮像素子（光センサ）とそれに関連する薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）等のスイッチング素子とを含む。フォトダイオードとＴＦＴは両方ともに、（ドープ、もしくは、非ドープの）水素化アモルファスシリコン、もしくは、その合金を含むことが好ましい。何故ならば、これらの材料の特徴にメリットがあり、また、製造が比較的容易であるからである。水素化アモルファスシリコンは「アモルファスシリコン」又は「ａ−Ｓｉ」と一般的に呼ばれ、上述の光電性画素アレイは、典型的には、「アクティブ」であると呼ばれる。また、イメージャのアクティブ領域に含まれるものは、画素に電気的に接続された金属のアドレス線である。
【０００３】
各フォトダイオードには逆バイアス電圧が供給される。シンチレータからの光フォトンを吸収した結果、フォトダイオードで発生した電荷はコンタクトで集められるので、ダイオードのバイアスが低下することになる。アレイ内のＴＦＴスイッチング素子がアドレス線を介してフォトダイオードを読出し用電子装置に接続したときに、集められた電荷は読み出される。
【０００４】
アクティブアレイのアドレス線は、アクティブ画素領域から基板端に向かって延びるコンタクトフィンガーに電気的に接続される。尚、それらのコンタクトフィンガーは、典型的にはコンタクトバイアを介してコンタクトパッドに電気的に接続される。外部スキャン線駆動回路とデータ線読出し回路への電気的接続はコンタクトパッドでなされる。
【０００５】
光フォトンが生成されるシンチレータ領域に直接対応して並べられた複数のフォトダイオードだけによってシンチレータからの入射光フォトンが十分吸収されたとき、アレイによって生成された信号の最適な空間解像度とコントラストがアクティブ領域で得られる。しかしながら、シンチレータからの光フォトンはしばしば散乱するので、ＴＦＴスイッチング素子やアドレス線へ通ることがある。この散乱と吸収によって、アレイでのノイズとクロストークが増大するという問題が起こる。クロストークによってアレイの空間的解像度が減少し、ＴＦＴスイッチング素子での光フォトンの吸収によって、スプリアス信号が生じて読出し用電子装置へ通されることがある。
【０００６】
従って、シンチレータからの光はダイオードの逆バイアス（所望の信号）を放電させるが、同じ光がＴＦＴのａ−シリコンにも衝突して、高いソース−ドレイン電圧によって駆動される光電流が生成される。この光電流は、光が止まった後でさえ持続する。従って、オブジェクト下の領域内の画素が読み出されるときに、ｘ線ビーム又はその他の放射線が止められた後でさえ、読み出されていない画素からの持続的な光電流の一部が読出し用増幅器によって積分される。従って、好ましくないタイプの、空間的に長距離に渡るクロストークが画像で発生する。光電流のさらに別の影響は画素からの非線形応答が発生することであって、これは、この漏洩電流によってフォトダイオードから電荷が失われるために発生する。
【０００７】
従って、ＴＦＴの光電性性によってｘ線イメージャ等のａ−Ｓｉ放射線イメージャの性能が劣化する可能性があることは明らかである。さらに、高いが、臨床的に妥当なｘ線被爆レベルでは、例えば、検査中のオブジェクトによって減衰したｘ線信号を受け取らない画素のフォトダイオードによって、最も高い電解効果トランジスタ（ＦＥＴ）のソース−ドレイン電圧が生成されるので、ＦＥＴの光電流が増大する。
【０００８】
上述の問題に加えて、アレイのアクティブ領域の外のコンタクトフィンガーに配置される複数のコンタクトバイアの製造と加工時にしばしばその完全性に関して譲歩がなされるという別の懸念がある。コンタクトバイアは、光透過性導電性酸化物（典型的には、酸化錫インジウム（ＩＴＯ）、酸化錫、酸化インジウム、酸化亜鉛等）を含む共通電極材料で充填される。コンタクトバイアに共通電極を用いることにより、アクティブアレイから伸びるアドレス線の下方の金属に対するコンタクトパッドからの外部電気接続が簡単になる。
【０００９】
しかしながら、比較的薄い（約１００ｎｍ）共通電極層は、その下のコンタクトバイア内の比較的厚い（１〜２μｍ）光透過性誘電体層の上に連続層を形成する。何故ならば、ＩＴＯは非常に薄く、また、その多結晶特性から多孔性であるため、コンタクトフィンガー内の下のアドレス線材料に対するコンタクトが加工中に劣化することがある。特に、下の金属とＩＴＯ−金属界面の化学的攻撃によって劣化することがある。
【００１０】
従って、入射光フォトンからＴＦＴがシールドされたイメージャアレイが望まれることは明らかである。さらに、電気的歩留まりの改善と、コンタクトバイアの機械的ロバスト性も望まれる。従って、共通電極とコンタクトバイアとその他のイメージャ構造の完全さを維持したり、改善したりする一方で、イメージャの性能が劣化することなく、ＴＦＴの光電性を低下させる手段が必要である。
【００１１】
【発明の概要】
本発明は、基板上に配置されたスイッチング素子の光電性領域のほぼ全体を覆う不透明シールドを備える放射線イメージャ用構造を含む。光電性領域は半導体層の光電性部分を備え、この光電性部分は底部導電金属層を覆うが、半導体層を覆う第１の上部導電金属層と第２の上部導電金属層に拘束されない。さらに、本構造は光透過性誘電体層と不透明シールドの間に配置された共通電極と光電性領域を覆う光透過性誘電体層を含む。
【００１２】
【発明の実施の形態】
本発明は、トランジスタの光電性性と、非線形画素応答と、コンタクトバイアの完全さに起因するクロストークの問題に焦点を当てている。光遮断材料をイメージャ構造に組み込むことによって、光フォトンがスイッチング素子に侵入して吸収されることが防止される。さらに、イメージャのコンタクトフィンガー領域内の充填されたコンタクトバイアを覆うために光遮断材料を用いる場合、バイア構成はその後の処理でもそのままである。
【００１３】
図１は本発明の模範的な放射線イメージャ１０の上面図である。しかしながら、簡単化のために、本発明の光遮断の態様は図１に示されていない。イメージャ１０は、典型的には、一般的な平滑なガラス製基板１２上に形成される。イメージャ１０には、フォトダイオードであることが好ましい複数の光センサ、即ち、光電性性撮像素子（不図示）で構成されるアクティブアレイ１４が含まれる。各撮像素子は、それに関連するスイッチング素子（不図示）を備えるが、これは薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）であることが好ましい。各光センサとスイッチング素子（例えば、フォトダイオードとＴＦＴ）の組み合わせは「画素（ピクセル）」と呼ばれる。複数の画素は行と列のマトリクス状に配列され、各画素は、典型的には、イメージャに光学的に結合されたシンチレータ（不図示）からの光フォトンが当たるようにアクティブアレイ１４内に配置される。
【００１４】
ここで説明される本発明はＴＦＴとフォトダイオードを用いることに限定されるものではなく、それらは例示だけの目的で全体に渡って議論されるものであることに注意していただきたい。当業者であればわかっていることであるが、その他の適切なスイッチング素子や光センサを代わりに利用してもよい。
【００１５】
放射線イメージャ１０には、光センサアレイ１４内の個々の画素をアドレスする複数のアドレス線１１も含まれる。各アドレス線１１は、イメージャ１０の第１軸１０１にほぼ沿ったデータ線３２か、イメージャ１０の第２軸１０２にほぼ沿ったデータ線３６のいずれか一方である。上述の第１と第２の軸は互いに直交する。典型的にはこれらのアドレス線１１の各セットはアレイを横断して延びているはずであるが、図１ではイラストを簡単にするために、アレイ１４を横断して延びる２，３本のデータ線３２およびスキャン線３６だけが示されている。スキャン線とデータ線は行と列にそれぞれ配列されているので、アクティブアレイ１４内のどの画素も１本のスキャン線と１本のデータ線でアドレス可能である。動作時に、行スキャン線３６の電圧がオンになると、ＴＦＴによって、各スキャン線のフォトダイオードの電荷が外部アンプに接続された列データ線３２を介して読み出される。アドレス線１１には、クロムやモリブデンやアルミニウムやタンタルやタングステン等の導電材料が含まれる。
【００１６】
図示されているように、アドレス線線１１（即ち、スキャン線３６とデータ線３２）は、アクティブ領域から基板１２の端へ延びるコンタクトフィンガー２０を含む画素アレイ１４のアクティブ領域に配置されている。典型的には、金属延長部１１２が対応するアドレス線１１から電気的に延びるように各コンタクトフィンガー２０がイメージャ１０に配置されている。その上、各コンタクトフィンガー２０の各金属延長部１１２は、図１で駆動回路とリード回路として示されている外部デバイスに電気的に接続可能である対応するコンタクトパッド１８に電気的に接続されている。しかしながら、典型的には、コンタクトパッド１８は金属延長部１１２から電気的に絶縁されるように配置されており、それに対する電気的に接続はコンタクトフィンガー２０のコンタクトバイア（不図示）を介して一般的に行われている。コンタクトパッド１８には、アルミニウムやモリブデンやクロムや酸化錫インジウム等の導電材料、もしくは、モリブデン上に酸化錫インジウムを配置したような多層の導電材料が含まれる。コンタクトパッドと、共通電極を介したアレイとの接続については、クァズニク（Ｋｗａｓｎｉｃｋ）他に付与されて本出願人に譲渡された米国特許第５３８９７７５号で議論されている。
【００１７】
図２は、図１のアクティブアレイ１４の代表的な画素領域１４０の拡大平面図である。典型的にはフォトダイオードである各光センサ１６０に対して電気的接続されたＴＦＴが典型的な例であるスイッチング素子１３０と、一対のアドレス線線１１が画素領域１４０に含まれる。
【００１８】
本発明によれば、図２は、スイッチング素子（例えば、ＴＦＴ）１３０の光電性領域（図３と図４の２５０）をほぼ（約９０％以上）覆う「光遮断」材料、即ち、不透明な材料で構成された不透明シールド１９５（その周囲は破線で示されている）を示す。この光電性領域には半導体層１３６の光電性部分２５１、典型的には、ａ−Ｓｉが含まれる。光電性部分２５１は網目状の陰影で示されており、底部の導電金属層１３２、例えば、ゲート電極とオーバラップする。オーバラップするが、光電性部分２５１を覆わない半導体層１３６は、第１の上部導電金属層（例えば、ソース電極）１４４と第２の上部導電金属層（例えば、ドレイン電極）１４２である。
【００１９】
従って、光電性部分２５１は、第１の上部導電金属層のソース１４４と第２の上部導電金属層のドレイン１４２から束縛されない。ここでは「束縛されない」という用語を慣例的に用いており、これは上方に位置する第１と第２の上部導電金属層１４２および１４４によって妨げられない部分２５１を指す。さらに、ソース１４４とドレイン１４２は不透明であるので、ソース１４４とドレイン１４２の下にある半導体材料は光電性部分２５１の一部とは考えられない。光電性領域２５０の一部であるチャネル領域１４５は、第２の上部導電金属層１４２（ドレイン）から第１の上部導電金属層１４４（ソース）を横方向に分離する。また、ゲート金属１３２は、スキャン（行）線３６（アドレス線１１）を形成し、ドレイン金属１４２はデータ（列）アドレス線３２（もしくは、１１）を形成する。
【００２０】
不透明シールド１９５を形成する光遮断材料は、モリブデン（Ｍｏ）、クロム（Ｃｒ）、タンタル（Ｔａ）、アルミニウム（Ａｌ）等の光吸収性導電金属が好ましい。しかしながら、その代わりに、その材料はアモルファスシリコン等の半導体材料でもよく、また、母材内に分散させた金属酸化物粒子上の染料／有機層又は炭素のような光吸収性非導電材料でもよい。ここで用いられる「光遮断」と「不透明」という用語は両方とも１より大きい吸光度、好ましくは２より大きい吸光度をもつ材料を表す。ここで用いられる「吸光度」は材料の光吸収特性の尺度であり、透過率の（底が１０の）負の対数によって決定される（透過率とはサンプルを透過する入射光の分数である）。
【００２１】
底部導電金属層１３２（ゲート電極）はアルミニウムやクロムやモリブデンやタンタルやタングステン等の導電材料である。同様に、第１の上部導電金属層（ソース電極）１４４と第２の上部導電金属層（ドレイン電極）１４２は、アルミニウムやクロムやモリブデンやタンタルやタングステン等の導電金属から成る。
【００２２】
図３は、線２−２に沿った、図２の領域１４０の断面３００を示す。しかしながら、図３の光遮断材料層１９０には不透明シールド１９５を形成するためのパターンが形成されていない。図３のイメージャのアクティブ領域からの代表的な画素１２０には、第１の上部導電金属層１４４、例えば、ソース電極によってフォトダイオード１６０に電気的接続されているＴＦＴ１３０が含まれる。
【００２３】
図３に示される模範的な画素１２０のＴＦＴ１３０は基板１２上に配置される。典型的には、シリコン酸化物やシリコン窒化物やシリコンオキシ窒化物等の無機誘電体材料であるゲート誘電体層１３４は、ゲート電極１３２（即ち、底部導電金属層）上に配置される。アモルファスシリコン等の半導体層１３６はゲート誘電体層１３４上に配置される。ドープされた半導体層１３８は、典型的にはｎ＋がドープされたａ−Ｓｉであって、ａ−Ｓｉ層１３６上に配置される。ゲート電極層１３２上のこれらの層は、ＴＦＴ１３０の体を形成するためにパターン化される。さらに、ＴＦＴの体上に配置され、チャネル領域１４５によって横方向に分離される第１の上部導電金属層、例えば、ソース電極１４４と、第２の上部導電金属層、例えば、ドレイン電極１４２をＴＦＴ１３０は備える。ソース電極１４４とドレイン電極１４２の間の領域内の半導体層１３６の一部とｎ＋シリコン層１３８を除去することによってチャネル領域１４５が形成される。ＴＦＴのパッシベーション層１５０は、典型的には、シリコン酸化物、シリコン窒化物、シリコンオキシ窒化物等の無機誘電体材料であって、ＴＦＴ１３０上に配置される。ＴＦＴのパッシベーション層１５０は、典型的には、約０．１μｍ〜１μｍの範囲の厚さである。図２と図３と図４で示されているように、ＴＦＴ１３０の光電性領域２５０には、ａ−Ｓｉ半導体層１３６下のゲート電極領域１３２の光電性部分２５１が含まれる。光電性部分２５１は、ソース電極１４４とドレイン電極１４２を形成する導電金属に束縛されない。光電性領域２５０を含むそれらの素子は全て基板１２上で垂直方向に位置決めされる。
【００２４】
フォトダイオード１６０は基板１２上に配置され、ＴＦＴ１３０にソース電極１４４を介して電気的に接続される。フォトダイオード１６０は基板１２上に配置され、ソース電極１４４を含む電気的に同じ導電材料から形成される底部コンタクト電極１６２を含む。光センサアイランド１６４は、底部コンタクト電極１６２と電気的に接触して配置される。光センサアイランド１６４は、典型的には、基板１２から上面１６５に向かって側壁が上方内側に傾斜しているメサ形である。光センサアイランド１６４は、典型的には、ａ−Ｓｉや、ａ−Ｓｉとその他の材料の組み合わせ、例えば、ａ−Ｓｉカーバイドやａ−Ｓｉ ゲルマニウムを含み構成される。さらに、光センサアイランド１６４は、典型的には、比較的細長いｎ型ドープ領域（不図示）とｐ型ドープされた領域（不図示）をさらに備え、隣接する電極との電気的接触を改善し、ｐｉｎダイオード構造を形成するためのアイランド構造の底部と上部のそれぞれにこれらが配置される。光センサアイランド１６４の厚さは、構成によっては厚さが１０ミクロンより長くなることもあるが、典型的には約０．１ミクロン〜１０ミクロンの範囲である。所望のアイランド構造（とイメージャのその他の特徴）を構築するために、アモルファスシリコンとそれに関連する材料が、典型的には、プラズマＣＶＤ装置（ＰＥＣＶＤ）や同様の方法で堆積されて、次に例えばエッチングによってパターン化される。
【００２５】
次に、本発明の光透過性誘電体層１７０は、アクティブアレイの各画素１２０とコンタクトフィンガー（不図示）等のアレイ外領域を含むイメージャの全体に亘って堆積される。光透過性誘電体層１７０の厚さは、典型的には、約０．１μｍ〜約２μｍの範囲である。ここで使われる用語である「光透過性」とは、入射光のうちの少なくとも約１０％が通過できること、好ましくは、約９０％〜１００％が通過できることを意味する。光透過性誘電体層１７０は、熱的に安定な有機誘電体材料か、無機誘電体材料か、有機および無機誘電体材料の組合わせ（デュアル誘電体）のいずれかを含む。適切な有機誘電体の例としては、ポリイミド、ポリアミド、ポリカーボネート、ポリエステル、ポリフェニレンエーテル、アクリル樹脂、およびこれらの混合物がある。模範的な無機誘電体材料としては、シリコン窒化物やシリコン酸化物がある。上述のデュアル誘電体については、ワズニック（Ｋｗａｓｎｉｃｋ）他に付与され本出願人に譲渡された米国特許第５２３３１８１号で議論されている。
【００２６】
誘電体層１７０が有機ポリマ、例えば、ポリイミドである場合は、誘電体層をその構造に適用するために従来のコーティング法を用いることができる。これらの方法には、「スピニング」法や「メニスカス・コーティング」法が含まれる。プラズマＣＶＤによって、シリコン酸化物やシリコン窒化物やシリコンオキシ窒化物等の有機誘電体を堆積することができる。デュアル誘電体は、典型的には、有機ダイオード誘電体とポリマ層を様々な態様で含むものであって、複数の方法を組み合わせて用いることによってこれを適用することができる。
【００２７】
堆積後には、従来どうりに（一般的に周知の技術を利用して）複数のコンタクト領域を覆わないように光透過性誘電体層１７０がパターン化される。図３に示されるように、各コンタクト領域１６５は光センサ、即ち、フォトダイオード１６０のそれぞれの上に存在する。
【００２８】
光透過性誘電体層１７０がパターン化された後で、光透過性誘電体層１７０上に配置し、フォトダイオード１３０のコンタクト領域１６５と電気的に接触するように共通電極層１８０がイメージャ上に堆積される。共通電極層１８０の厚さは約５０ｎｍ〜約２００ｎｍの範囲であるが、通常は約１００ｎｍである。共通電極１８０は、典型的には、酸化錫インジウムや酸化錫やインジウム酸化物や亜鉛酸化物等の光透過性導電性酸化物（１８０）である。
【００２９】
次に、典型的には、スパッタリング、もしくは、ＰＥＣＶＤによって、共通電極１８０上に上述の不透明な材料、即ち、「光遮断」材料を含む層１９０を堆積して、イメージャ１０のアクティブ領域と非アクティブ領域の両方を覆う。共通電極１８０上に配置された不透明層１９０の厚さは約２０ｎｍ〜約２００ｎｍの範囲であることが好ましいが、通常は約５０ｎｍである。しかしながら、約１０ｎｍ〜約５００ｎｍの範囲内でより薄いか、もしくは、より厚い層１９０を使ってもよい。ウエイ（Ｗｅｉ）他に付与されて本出願人に譲渡された米国特許第５５１７０３１号に開示された不透明ポリマに関して、光遮断層１９０の形成に役立つ本光遮断材料の光吸収度は不透明ポリマの光吸収度より大きいので、処理が容易であるより薄い層を使うことができる。
【００３０】
次に、図２と図４に描かれているように、不透明層１９０がパターン化される。エッチ工程とフォトレジスト除去工程を含む従来のフォトリソグラフィ技術を利用して、不透明シールド１９５を形成する。共通電極１８０の堆積工程やパターン化工程の前後で、不透明層１９０の堆積工程やパターン化工程を実行してもよい。しかしながら、共通電極１８０の堆積後だが共通電極１８０のパターン化処理前に、これらの工程（即ち、不透明層１９０の堆積とパターン化）を実行することが好ましい。図４に示されているように、不透明シールド１９５は光電性領域２５０をほぼ（約９０％以上の）覆うので、ａ−Ｓｉ層１３６の光電性領域２５１のほぼ全域（約９０％以上）が覆われる。尚、それは、ＴＦＴ領域の底部導電金属層（ゲート電極） １３２を覆う。しかしながら、シールド１９５は、通常、ａ−Ｓｉ領域２５１の端を約２μｍ以上越えて伸びている。尚、それはゲート１３２を覆う。この場合、フォトリソグラフィの処理中に位置決めが失敗することがあり、これは広領域の基板では一般的に起こることである。また、図２には、その伸びている様子も描かれており、領域２５１を越えて伸びる不透明シールド１９５が示されている。
【００３１】
上述の光透過性誘電体層１７０は、イメージャ１０ （図１）のアクティブ領域１４上だけでなくコンタクトフィンガー２０上にも堆積される。従って、コンタクト領域１６５ （図３）を覆わないように光透過性誘電体層１７０をパターン化するときに、少なくとも１つのコンタクトバイアを誘電体層内に形成して、各コンタクトフィンガーを覆うこともできる。図６ａ−ｃに示されているように、各コンタクトバイア２１は光透過性誘電体層１７０を通って金属延長部１１２まで伸びるが、以下で詳細に説明される。さらに、共通電極１８０は光透過性誘電体層１７０上に堆積されると同時に、上述したように、各コンタクトバイア２１内にも堆積される。同様に、光遮断材料層１９０を共通電極層１８０上に堆積して、コンタクトフィンガー２０を含むイメージャ構造１０全体を覆う。
【００３２】
オプションとして、充填されたコンタクトバイア２１上に（上述のＴＦＴの不透明シールドに沿って）不透明キャップ１９８を形成するように光遮断層を同時にパターン化することもできる。このようなキャップによって、バイアの電気的接触の信頼性を改善することができ、また、ＴＦＴの不透明シールドを製造する際の光遮断材料のエッチ中にバイアを保護することもできる。
【００３３】
本発明によれば、図５はその不透明キャップ１９８を示し、図１のコンタクトフィンガー２０の拡大部５００を描いている。簡単化のため、コンタクトフィンガー２０が配置されている基板は図５には示されていない。部分５００は、光遮断材料の堆積、パターン化後のコンタクトフィンガー２０のコンタクトバイア領域５１０の上部面である。図５に示されるように、コンタクトバイア領域５１０は金属延長部１１２（例えば、モリブデン、クロム、アルミニウム）を備え、これは、図１に示されるアクティブアレイ１４からのアドレス線１１の拡張部である。アドレス線１１は、ゲート電極２３２からか、もしくは、図２のドレイン電極１４２から伸びている。金属延長部１１２上に上述の光透過性誘電体層があり、これは１層又は２層（デュアル誘電体）でよい。図５に示されるように、誘電体層は、無機誘電体層１７１（例えば、シリコン酸化物、シリコン窒化物、シリコンオキシ窒化物）を備え、（少なくとも１つの）コンタクトバイア２１を形成するようにパターン化された有機誘電体層１７２（例えば、ポリイミド）を覆うデュアル誘電体である。コンタクトバイア２１の形成後、光透過性共通電極１８０は、これはＩＴＯであることが好ましいが、誘電体１７１、１７２上とコンタクトバイア２１に堆積される。充填されたコンタクトバイア２１によって、共通電極１８０（例えば、ＩＴＯ）と同じ材料であるコンタクトパッド１８（図１）と、フィンガー２０の金属延長部１１２との間の電気的接続がなされる。共通電極１８０上には上述の光遮断材料を含む不透明キャップ１９８（その周囲は破線線で示される）がある。不透明キャップ１９８は、コンタクトバイア２１のほぼ全面（約９０％以上）を覆うようにパターン化される。尚、コンタクトバイア２１を介して共通電極１８０は、下の金属延長部１１２（対応するアドレス線１１から）とコンタクトパッド１８（図１）を接続する。バイア端の傾斜は様々であるのでキャップ１９８はコンタクトバイア２１の端を約５μｍ以上越えて伸びることが好ましい。しかしながら、近傍のコンタクトフィンガー間の短絡のリスクを最小にするために、一般的には、不透明キャップ１９８は共通電極（ＩＴＯ）パターン端を越えて伸びない（図６に示す）。
【００３４】
図６Ａ〜図６Ｃは別の実施形態を示し、そのそれぞれは図５の線５−５に沿った部分５００の断面を描いたものである。図６Ａ〜図６Ｃに示されているように、アクティブアレイからのアドレス線１１（図１）の延長部である金属延長部１１２は基板１２上に配置されている。延長部１１２の上には光透過性誘電体１７０があり、この誘電体層１７０は、それらの図では、無機誘電体層１７１（例えば、シリコン酸化物、シリコン窒化物、シリコンオキシ窒化物）と、層１７１の一部（図６Ｃ）又はその全体（図６Ａ）を覆う有機誘電体層１７２とより成るデュアル誘電体である。図６Ｂでは、無機誘電体層１７２が層１７１を覆って、金属延長部１１２上に伸びる一実施形態を示されている。別の実施形態としては、層１７１および１７２が両方ともに無機誘電体である構造と、層１７１が有機誘電体であるが層１７２は無機誘電体である構造がある。図６Ａ〜図６Ｃの誘電体１７０（無機誘電体１７１と有機誘電体１７２）は（少なくとも）コンタクトバイア２１を形成するようにパターン化されており、光透過性共通電極１８０は誘電体１７０に順応してその上に堆積して（即ち、下の領域の地形を横断して伸びる）、コンタクトバイア２１を充填する。このため、図１のコンタクトパッド１８と、下の金属延長部１１２との電気的接続が容易になる。上述したように、不透明キャップ１９８は金属充填バイア２１のほぼ全てを覆う。
【００３５】
不透明シールド１９５（図２と図４）と、オプションとしての不透明キャップ１９８（図５と図６）がパターン化とエッチング用のフォトレジストを用いて形成された後で、本分野では周知のＯ2 中でのプラズマアッシングやウエットストリッピング等の従来工程を用いることによってパターン化用フォトレジストが除去される。不透明シールド１９５とオプションとしてのキャップ１９８を形成するために用いられる光遮断材料がモリブデンである場合、ＩＴＯがほとんど通さない標準のエッチング液（例えば、硝酸とリン酸を含むシアンテク（Ｃｙａｎｔｅｋ）１２−Ｓ）を用いてそれをウェットエッチすることができる。ＨＣＩ含有エッチング液を用いるイメージャ処理について従来技術で開示されているように、次に、共通電極１８０がパターン化される
放射線イメージャは、キャップ１９８とシールド１９５と共通電極１８０上にバリヤ層（不図示）を形成することによって完成し、次に、シンチレータ（不図示）に接続される。シンチレータはアクティブアレイ上に配置され、検出したい種類の放射線に対して高い吸収断面をもつように選択されたシンチレーティング材料を含む。例えば、ｘ線検出用に設計されたイメージャでのシンチレータ材料は、典型的には、タリウムがドープされたセシウムヨウ化物（ＣｓＩ：Ｔｈ）やナトリウム（ＣｓＩ：Ｎａ）がドープされたセシウムヨウ化物（ＣｓＩ：Ｎａ）であるが、この代わりに、シンチレータ材料は酸化硫酸ガドリニウム（ＧｄＯＳ）結晶体粉末でもよい。
【００３６】
本発明は好適な実施形態に関連して図示され説明されたが、本発明の精神と範囲から逸脱することなく、態様とその細部を様々に変えることができることは当業者であれば理解していることである。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の放射線イメージャの上面図である。
【図２】 図１のイメージャのアクティブアレイの一セグメントの拡大図である。
【図３】 製造中の図２のアレイセグメントの一部の線２−２に沿った断面図である。
【図４】 製造中の図２のアレイセグメントの一部の線２−２に沿った断面図である。
【図５】 図１のイメージャの一コンタクトフィンガーの一セグメントの拡大図である。
【図６】 図５のコンタクトフィンガーの一セグメントの一部の線５−５に沿った模範的な実施形態の断面図である。
【符号の説明】
１０ 放射線イメージャ
１１ アドレス線
１２ 基板
１８ コンタクトパッド
２０ コンタクトフィンガー
２１ コンタクトバイア
３２ データ線
３６ スキャン線
１３０ スイッチング素子
１４０ 画素領域
１９５ 不透明シールド
２５０ 光電性領域
２５１ 光電性部分
【発明の属する技術分野】
本発明は、放射線イメージャに関し、特に、トランジスタの持続的な光伝導性と非線形画素応答と不完全なコンタクトバイアとによって引き起こされるクロストークを減らすための光遮断材料の混入に関する。
【０００２】
【発明の背景】
放射線イメージャは、典型的には、シンチレータに結合される。シンチレータに吸収された放射線（例えば、ｘ線ビーム）が光フォトンを放出させ、光フォトンは次にイメージャの光電性領域に入る。イメージャは、典型的には、かなり平坦な基板（例えば、ガラス）を備える。その基板上には光電性画素の２次元アレイが配置される。各画素は、フォトダイオード等の光電性撮像素子（光センサ）とそれに関連する薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）等のスイッチング素子とを含む。フォトダイオードとＴＦＴは両方ともに、（ドープ、もしくは、非ドープの）水素化アモルファスシリコン、もしくは、その合金を含むことが好ましい。何故ならば、これらの材料の特徴にメリットがあり、また、製造が比較的容易であるからである。水素化アモルファスシリコンは「アモルファスシリコン」又は「ａ−Ｓｉ」と一般的に呼ばれ、上述の光電性画素アレイは、典型的には、「アクティブ」であると呼ばれる。また、イメージャのアクティブ領域に含まれるものは、画素に電気的に接続された金属のアドレス線である。
【０００３】
各フォトダイオードには逆バイアス電圧が供給される。シンチレータからの光フォトンを吸収した結果、フォトダイオードで発生した電荷はコンタクトで集められるので、ダイオードのバイアスが低下することになる。アレイ内のＴＦＴスイッチング素子がアドレス線を介してフォトダイオードを読出し用電子装置に接続したときに、集められた電荷は読み出される。
【０００４】
アクティブアレイのアドレス線は、アクティブ画素領域から基板端に向かって延びるコンタクトフィンガーに電気的に接続される。尚、それらのコンタクトフィンガーは、典型的にはコンタクトバイアを介してコンタクトパッドに電気的に接続される。外部スキャン線駆動回路とデータ線読出し回路への電気的接続はコンタクトパッドでなされる。
【０００５】
光フォトンが生成されるシンチレータ領域に直接対応して並べられた複数のフォトダイオードだけによってシンチレータからの入射光フォトンが十分吸収されたとき、アレイによって生成された信号の最適な空間解像度とコントラストがアクティブ領域で得られる。しかしながら、シンチレータからの光フォトンはしばしば散乱するので、ＴＦＴスイッチング素子やアドレス線へ通ることがある。この散乱と吸収によって、アレイでのノイズとクロストークが増大するという問題が起こる。クロストークによってアレイの空間的解像度が減少し、ＴＦＴスイッチング素子での光フォトンの吸収によって、スプリアス信号が生じて読出し用電子装置へ通されることがある。
【０００６】
従って、シンチレータからの光はダイオードの逆バイアス（所望の信号）を放電させるが、同じ光がＴＦＴのａ−シリコンにも衝突して、高いソース−ドレイン電圧によって駆動される光電流が生成される。この光電流は、光が止まった後でさえ持続する。従って、オブジェクト下の領域内の画素が読み出されるときに、ｘ線ビーム又はその他の放射線が止められた後でさえ、読み出されていない画素からの持続的な光電流の一部が読出し用増幅器によって積分される。従って、好ましくないタイプの、空間的に長距離に渡るクロストークが画像で発生する。光電流のさらに別の影響は画素からの非線形応答が発生することであって、これは、この漏洩電流によってフォトダイオードから電荷が失われるために発生する。
【０００７】
従って、ＴＦＴの光電性性によってｘ線イメージャ等のａ−Ｓｉ放射線イメージャの性能が劣化する可能性があることは明らかである。さらに、高いが、臨床的に妥当なｘ線被爆レベルでは、例えば、検査中のオブジェクトによって減衰したｘ線信号を受け取らない画素のフォトダイオードによって、最も高い電解効果トランジスタ（ＦＥＴ）のソース−ドレイン電圧が生成されるので、ＦＥＴの光電流が増大する。
【０００８】
上述の問題に加えて、アレイのアクティブ領域の外のコンタクトフィンガーに配置される複数のコンタクトバイアの製造と加工時にしばしばその完全性に関して譲歩がなされるという別の懸念がある。コンタクトバイアは、光透過性導電性酸化物（典型的には、酸化錫インジウム（ＩＴＯ）、酸化錫、酸化インジウム、酸化亜鉛等）を含む共通電極材料で充填される。コンタクトバイアに共通電極を用いることにより、アクティブアレイから伸びるアドレス線の下方の金属に対するコンタクトパッドからの外部電気接続が簡単になる。
【０００９】
しかしながら、比較的薄い（約１００ｎｍ）共通電極層は、その下のコンタクトバイア内の比較的厚い（１〜２μｍ）光透過性誘電体層の上に連続層を形成する。何故ならば、ＩＴＯは非常に薄く、また、その多結晶特性から多孔性であるため、コンタクトフィンガー内の下のアドレス線材料に対するコンタクトが加工中に劣化することがある。特に、下の金属とＩＴＯ−金属界面の化学的攻撃によって劣化することがある。
【００１０】
従って、入射光フォトンからＴＦＴがシールドされたイメージャアレイが望まれることは明らかである。さらに、電気的歩留まりの改善と、コンタクトバイアの機械的ロバスト性も望まれる。従って、共通電極とコンタクトバイアとその他のイメージャ構造の完全さを維持したり、改善したりする一方で、イメージャの性能が劣化することなく、ＴＦＴの光電性を低下させる手段が必要である。
【００１１】
【発明の概要】
本発明は、基板上に配置されたスイッチング素子の光電性領域のほぼ全体を覆う不透明シールドを備える放射線イメージャ用構造を含む。光電性領域は半導体層の光電性部分を備え、この光電性部分は底部導電金属層を覆うが、半導体層を覆う第１の上部導電金属層と第２の上部導電金属層に拘束されない。さらに、本構造は光透過性誘電体層と不透明シールドの間に配置された共通電極と光電性領域を覆う光透過性誘電体層を含む。
【００１２】
【発明の実施の形態】
本発明は、トランジスタの光電性性と、非線形画素応答と、コンタクトバイアの完全さに起因するクロストークの問題に焦点を当てている。光遮断材料をイメージャ構造に組み込むことによって、光フォトンがスイッチング素子に侵入して吸収されることが防止される。さらに、イメージャのコンタクトフィンガー領域内の充填されたコンタクトバイアを覆うために光遮断材料を用いる場合、バイア構成はその後の処理でもそのままである。
【００１３】
図１は本発明の模範的な放射線イメージャ１０の上面図である。しかしながら、簡単化のために、本発明の光遮断の態様は図１に示されていない。イメージャ１０は、典型的には、一般的な平滑なガラス製基板１２上に形成される。イメージャ１０には、フォトダイオードであることが好ましい複数の光センサ、即ち、光電性性撮像素子（不図示）で構成されるアクティブアレイ１４が含まれる。各撮像素子は、それに関連するスイッチング素子（不図示）を備えるが、これは薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）であることが好ましい。各光センサとスイッチング素子（例えば、フォトダイオードとＴＦＴ）の組み合わせは「画素（ピクセル）」と呼ばれる。複数の画素は行と列のマトリクス状に配列され、各画素は、典型的には、イメージャに光学的に結合されたシンチレータ（不図示）からの光フォトンが当たるようにアクティブアレイ１４内に配置される。
【００１４】
ここで説明される本発明はＴＦＴとフォトダイオードを用いることに限定されるものではなく、それらは例示だけの目的で全体に渡って議論されるものであることに注意していただきたい。当業者であればわかっていることであるが、その他の適切なスイッチング素子や光センサを代わりに利用してもよい。
【００１５】
放射線イメージャ１０には、光センサアレイ１４内の個々の画素をアドレスする複数のアドレス線１１も含まれる。各アドレス線１１は、イメージャ１０の第１軸１０１にほぼ沿ったデータ線３２か、イメージャ１０の第２軸１０２にほぼ沿ったデータ線３６のいずれか一方である。上述の第１と第２の軸は互いに直交する。典型的にはこれらのアドレス線１１の各セットはアレイを横断して延びているはずであるが、図１ではイラストを簡単にするために、アレイ１４を横断して延びる２，３本のデータ線３２およびスキャン線３６だけが示されている。スキャン線とデータ線は行と列にそれぞれ配列されているので、アクティブアレイ１４内のどの画素も１本のスキャン線と１本のデータ線でアドレス可能である。動作時に、行スキャン線３６の電圧がオンになると、ＴＦＴによって、各スキャン線のフォトダイオードの電荷が外部アンプに接続された列データ線３２を介して読み出される。アドレス線１１には、クロムやモリブデンやアルミニウムやタンタルやタングステン等の導電材料が含まれる。
【００１６】
図示されているように、アドレス線線１１（即ち、スキャン線３６とデータ線３２）は、アクティブ領域から基板１２の端へ延びるコンタクトフィンガー２０を含む画素アレイ１４のアクティブ領域に配置されている。典型的には、金属延長部１１２が対応するアドレス線１１から電気的に延びるように各コンタクトフィンガー２０がイメージャ１０に配置されている。その上、各コンタクトフィンガー２０の各金属延長部１１２は、図１で駆動回路とリード回路として示されている外部デバイスに電気的に接続可能である対応するコンタクトパッド１８に電気的に接続されている。しかしながら、典型的には、コンタクトパッド１８は金属延長部１１２から電気的に絶縁されるように配置されており、それに対する電気的に接続はコンタクトフィンガー２０のコンタクトバイア（不図示）を介して一般的に行われている。コンタクトパッド１８には、アルミニウムやモリブデンやクロムや酸化錫インジウム等の導電材料、もしくは、モリブデン上に酸化錫インジウムを配置したような多層の導電材料が含まれる。コンタクトパッドと、共通電極を介したアレイとの接続については、クァズニク（Ｋｗａｓｎｉｃｋ）他に付与されて本出願人に譲渡された米国特許第５３８９７７５号で議論されている。
【００１７】
図２は、図１のアクティブアレイ１４の代表的な画素領域１４０の拡大平面図である。典型的にはフォトダイオードである各光センサ１６０に対して電気的接続されたＴＦＴが典型的な例であるスイッチング素子１３０と、一対のアドレス線線１１が画素領域１４０に含まれる。
【００１８】
本発明によれば、図２は、スイッチング素子（例えば、ＴＦＴ）１３０の光電性領域（図３と図４の２５０）をほぼ（約９０％以上）覆う「光遮断」材料、即ち、不透明な材料で構成された不透明シールド１９５（その周囲は破線で示されている）を示す。この光電性領域には半導体層１３６の光電性部分２５１、典型的には、ａ−Ｓｉが含まれる。光電性部分２５１は網目状の陰影で示されており、底部の導電金属層１３２、例えば、ゲート電極とオーバラップする。オーバラップするが、光電性部分２５１を覆わない半導体層１３６は、第１の上部導電金属層（例えば、ソース電極）１４４と第２の上部導電金属層（例えば、ドレイン電極）１４２である。
【００１９】
従って、光電性部分２５１は、第１の上部導電金属層のソース１４４と第２の上部導電金属層のドレイン１４２から束縛されない。ここでは「束縛されない」という用語を慣例的に用いており、これは上方に位置する第１と第２の上部導電金属層１４２および１４４によって妨げられない部分２５１を指す。さらに、ソース１４４とドレイン１４２は不透明であるので、ソース１４４とドレイン１４２の下にある半導体材料は光電性部分２５１の一部とは考えられない。光電性領域２５０の一部であるチャネル領域１４５は、第２の上部導電金属層１４２（ドレイン）から第１の上部導電金属層１４４（ソース）を横方向に分離する。また、ゲート金属１３２は、スキャン（行）線３６（アドレス線１１）を形成し、ドレイン金属１４２はデータ（列）アドレス線３２（もしくは、１１）を形成する。
【００２０】
不透明シールド１９５を形成する光遮断材料は、モリブデン（Ｍｏ）、クロム（Ｃｒ）、タンタル（Ｔａ）、アルミニウム（Ａｌ）等の光吸収性導電金属が好ましい。しかしながら、その代わりに、その材料はアモルファスシリコン等の半導体材料でもよく、また、母材内に分散させた金属酸化物粒子上の染料／有機層又は炭素のような光吸収性非導電材料でもよい。ここで用いられる「光遮断」と「不透明」という用語は両方とも１より大きい吸光度、好ましくは２より大きい吸光度をもつ材料を表す。ここで用いられる「吸光度」は材料の光吸収特性の尺度であり、透過率の（底が１０の）負の対数によって決定される（透過率とはサンプルを透過する入射光の分数である）。
【００２１】
底部導電金属層１３２（ゲート電極）はアルミニウムやクロムやモリブデンやタンタルやタングステン等の導電材料である。同様に、第１の上部導電金属層（ソース電極）１４４と第２の上部導電金属層（ドレイン電極）１４２は、アルミニウムやクロムやモリブデンやタンタルやタングステン等の導電金属から成る。
【００２２】
図３は、線２−２に沿った、図２の領域１４０の断面３００を示す。しかしながら、図３の光遮断材料層１９０には不透明シールド１９５を形成するためのパターンが形成されていない。図３のイメージャのアクティブ領域からの代表的な画素１２０には、第１の上部導電金属層１４４、例えば、ソース電極によってフォトダイオード１６０に電気的接続されているＴＦＴ１３０が含まれる。
【００２３】
図３に示される模範的な画素１２０のＴＦＴ１３０は基板１２上に配置される。典型的には、シリコン酸化物やシリコン窒化物やシリコンオキシ窒化物等の無機誘電体材料であるゲート誘電体層１３４は、ゲート電極１３２（即ち、底部導電金属層）上に配置される。アモルファスシリコン等の半導体層１３６はゲート誘電体層１３４上に配置される。ドープされた半導体層１３８は、典型的にはｎ＋がドープされたａ−Ｓｉであって、ａ−Ｓｉ層１３６上に配置される。ゲート電極層１３２上のこれらの層は、ＴＦＴ１３０の体を形成するためにパターン化される。さらに、ＴＦＴの体上に配置され、チャネル領域１４５によって横方向に分離される第１の上部導電金属層、例えば、ソース電極１４４と、第２の上部導電金属層、例えば、ドレイン電極１４２をＴＦＴ１３０は備える。ソース電極１４４とドレイン電極１４２の間の領域内の半導体層１３６の一部とｎ＋シリコン層１３８を除去することによってチャネル領域１４５が形成される。ＴＦＴのパッシベーション層１５０は、典型的には、シリコン酸化物、シリコン窒化物、シリコンオキシ窒化物等の無機誘電体材料であって、ＴＦＴ１３０上に配置される。ＴＦＴのパッシベーション層１５０は、典型的には、約０．１μｍ〜１μｍの範囲の厚さである。図２と図３と図４で示されているように、ＴＦＴ１３０の光電性領域２５０には、ａ−Ｓｉ半導体層１３６下のゲート電極領域１３２の光電性部分２５１が含まれる。光電性部分２５１は、ソース電極１４４とドレイン電極１４２を形成する導電金属に束縛されない。光電性領域２５０を含むそれらの素子は全て基板１２上で垂直方向に位置決めされる。
【００２４】
フォトダイオード１６０は基板１２上に配置され、ＴＦＴ１３０にソース電極１４４を介して電気的に接続される。フォトダイオード１６０は基板１２上に配置され、ソース電極１４４を含む電気的に同じ導電材料から形成される底部コンタクト電極１６２を含む。光センサアイランド１６４は、底部コンタクト電極１６２と電気的に接触して配置される。光センサアイランド１６４は、典型的には、基板１２から上面１６５に向かって側壁が上方内側に傾斜しているメサ形である。光センサアイランド１６４は、典型的には、ａ−Ｓｉや、ａ−Ｓｉとその他の材料の組み合わせ、例えば、ａ−Ｓｉカーバイドやａ−Ｓｉ ゲルマニウムを含み構成される。さらに、光センサアイランド１６４は、典型的には、比較的細長いｎ型ドープ領域（不図示）とｐ型ドープされた領域（不図示）をさらに備え、隣接する電極との電気的接触を改善し、ｐｉｎダイオード構造を形成するためのアイランド構造の底部と上部のそれぞれにこれらが配置される。光センサアイランド１６４の厚さは、構成によっては厚さが１０ミクロンより長くなることもあるが、典型的には約０．１ミクロン〜１０ミクロンの範囲である。所望のアイランド構造（とイメージャのその他の特徴）を構築するために、アモルファスシリコンとそれに関連する材料が、典型的には、プラズマＣＶＤ装置（ＰＥＣＶＤ）や同様の方法で堆積されて、次に例えばエッチングによってパターン化される。
【００２５】
次に、本発明の光透過性誘電体層１７０は、アクティブアレイの各画素１２０とコンタクトフィンガー（不図示）等のアレイ外領域を含むイメージャの全体に亘って堆積される。光透過性誘電体層１７０の厚さは、典型的には、約０．１μｍ〜約２μｍの範囲である。ここで使われる用語である「光透過性」とは、入射光のうちの少なくとも約１０％が通過できること、好ましくは、約９０％〜１００％が通過できることを意味する。光透過性誘電体層１７０は、熱的に安定な有機誘電体材料か、無機誘電体材料か、有機および無機誘電体材料の組合わせ（デュアル誘電体）のいずれかを含む。適切な有機誘電体の例としては、ポリイミド、ポリアミド、ポリカーボネート、ポリエステル、ポリフェニレンエーテル、アクリル樹脂、およびこれらの混合物がある。模範的な無機誘電体材料としては、シリコン窒化物やシリコン酸化物がある。上述のデュアル誘電体については、ワズニック（Ｋｗａｓｎｉｃｋ）他に付与され本出願人に譲渡された米国特許第５２３３１８１号で議論されている。
【００２６】
誘電体層１７０が有機ポリマ、例えば、ポリイミドである場合は、誘電体層をその構造に適用するために従来のコーティング法を用いることができる。これらの方法には、「スピニング」法や「メニスカス・コーティング」法が含まれる。プラズマＣＶＤによって、シリコン酸化物やシリコン窒化物やシリコンオキシ窒化物等の有機誘電体を堆積することができる。デュアル誘電体は、典型的には、有機ダイオード誘電体とポリマ層を様々な態様で含むものであって、複数の方法を組み合わせて用いることによってこれを適用することができる。
【００２７】
堆積後には、従来どうりに（一般的に周知の技術を利用して）複数のコンタクト領域を覆わないように光透過性誘電体層１７０がパターン化される。図３に示されるように、各コンタクト領域１６５は光センサ、即ち、フォトダイオード１６０のそれぞれの上に存在する。
【００２８】
光透過性誘電体層１７０がパターン化された後で、光透過性誘電体層１７０上に配置し、フォトダイオード１３０のコンタクト領域１６５と電気的に接触するように共通電極層１８０がイメージャ上に堆積される。共通電極層１８０の厚さは約５０ｎｍ〜約２００ｎｍの範囲であるが、通常は約１００ｎｍである。共通電極１８０は、典型的には、酸化錫インジウムや酸化錫やインジウム酸化物や亜鉛酸化物等の光透過性導電性酸化物（１８０）である。
【００２９】
次に、典型的には、スパッタリング、もしくは、ＰＥＣＶＤによって、共通電極１８０上に上述の不透明な材料、即ち、「光遮断」材料を含む層１９０を堆積して、イメージャ１０のアクティブ領域と非アクティブ領域の両方を覆う。共通電極１８０上に配置された不透明層１９０の厚さは約２０ｎｍ〜約２００ｎｍの範囲であることが好ましいが、通常は約５０ｎｍである。しかしながら、約１０ｎｍ〜約５００ｎｍの範囲内でより薄いか、もしくは、より厚い層１９０を使ってもよい。ウエイ（Ｗｅｉ）他に付与されて本出願人に譲渡された米国特許第５５１７０３１号に開示された不透明ポリマに関して、光遮断層１９０の形成に役立つ本光遮断材料の光吸収度は不透明ポリマの光吸収度より大きいので、処理が容易であるより薄い層を使うことができる。
【００３０】
次に、図２と図４に描かれているように、不透明層１９０がパターン化される。エッチ工程とフォトレジスト除去工程を含む従来のフォトリソグラフィ技術を利用して、不透明シールド１９５を形成する。共通電極１８０の堆積工程やパターン化工程の前後で、不透明層１９０の堆積工程やパターン化工程を実行してもよい。しかしながら、共通電極１８０の堆積後だが共通電極１８０のパターン化処理前に、これらの工程（即ち、不透明層１９０の堆積とパターン化）を実行することが好ましい。図４に示されているように、不透明シールド１９５は光電性領域２５０をほぼ（約９０％以上の）覆うので、ａ−Ｓｉ層１３６の光電性領域２５１のほぼ全域（約９０％以上）が覆われる。尚、それは、ＴＦＴ領域の底部導電金属層（ゲート電極） １３２を覆う。しかしながら、シールド１９５は、通常、ａ−Ｓｉ領域２５１の端を約２μｍ以上越えて伸びている。尚、それはゲート１３２を覆う。この場合、フォトリソグラフィの処理中に位置決めが失敗することがあり、これは広領域の基板では一般的に起こることである。また、図２には、その伸びている様子も描かれており、領域２５１を越えて伸びる不透明シールド１９５が示されている。
【００３１】
上述の光透過性誘電体層１７０は、イメージャ１０ （図１）のアクティブ領域１４上だけでなくコンタクトフィンガー２０上にも堆積される。従って、コンタクト領域１６５ （図３）を覆わないように光透過性誘電体層１７０をパターン化するときに、少なくとも１つのコンタクトバイアを誘電体層内に形成して、各コンタクトフィンガーを覆うこともできる。図６ａ−ｃに示されているように、各コンタクトバイア２１は光透過性誘電体層１７０を通って金属延長部１１２まで伸びるが、以下で詳細に説明される。さらに、共通電極１８０は光透過性誘電体層１７０上に堆積されると同時に、上述したように、各コンタクトバイア２１内にも堆積される。同様に、光遮断材料層１９０を共通電極層１８０上に堆積して、コンタクトフィンガー２０を含むイメージャ構造１０全体を覆う。
【００３２】
オプションとして、充填されたコンタクトバイア２１上に（上述のＴＦＴの不透明シールドに沿って）不透明キャップ１９８を形成するように光遮断層を同時にパターン化することもできる。このようなキャップによって、バイアの電気的接触の信頼性を改善することができ、また、ＴＦＴの不透明シールドを製造する際の光遮断材料のエッチ中にバイアを保護することもできる。
【００３３】
本発明によれば、図５はその不透明キャップ１９８を示し、図１のコンタクトフィンガー２０の拡大部５００を描いている。簡単化のため、コンタクトフィンガー２０が配置されている基板は図５には示されていない。部分５００は、光遮断材料の堆積、パターン化後のコンタクトフィンガー２０のコンタクトバイア領域５１０の上部面である。図５に示されるように、コンタクトバイア領域５１０は金属延長部１１２（例えば、モリブデン、クロム、アルミニウム）を備え、これは、図１に示されるアクティブアレイ１４からのアドレス線１１の拡張部である。アドレス線１１は、ゲート電極２３２からか、もしくは、図２のドレイン電極１４２から伸びている。金属延長部１１２上に上述の光透過性誘電体層があり、これは１層又は２層（デュアル誘電体）でよい。図５に示されるように、誘電体層は、無機誘電体層１７１（例えば、シリコン酸化物、シリコン窒化物、シリコンオキシ窒化物）を備え、（少なくとも１つの）コンタクトバイア２１を形成するようにパターン化された有機誘電体層１７２（例えば、ポリイミド）を覆うデュアル誘電体である。コンタクトバイア２１の形成後、光透過性共通電極１８０は、これはＩＴＯであることが好ましいが、誘電体１７１、１７２上とコンタクトバイア２１に堆積される。充填されたコンタクトバイア２１によって、共通電極１８０（例えば、ＩＴＯ）と同じ材料であるコンタクトパッド１８（図１）と、フィンガー２０の金属延長部１１２との間の電気的接続がなされる。共通電極１８０上には上述の光遮断材料を含む不透明キャップ１９８（その周囲は破線線で示される）がある。不透明キャップ１９８は、コンタクトバイア２１のほぼ全面（約９０％以上）を覆うようにパターン化される。尚、コンタクトバイア２１を介して共通電極１８０は、下の金属延長部１１２（対応するアドレス線１１から）とコンタクトパッド１８（図１）を接続する。バイア端の傾斜は様々であるのでキャップ１９８はコンタクトバイア２１の端を約５μｍ以上越えて伸びることが好ましい。しかしながら、近傍のコンタクトフィンガー間の短絡のリスクを最小にするために、一般的には、不透明キャップ１９８は共通電極（ＩＴＯ）パターン端を越えて伸びない（図６に示す）。
【００３４】
図６Ａ〜図６Ｃは別の実施形態を示し、そのそれぞれは図５の線５−５に沿った部分５００の断面を描いたものである。図６Ａ〜図６Ｃに示されているように、アクティブアレイからのアドレス線１１（図１）の延長部である金属延長部１１２は基板１２上に配置されている。延長部１１２の上には光透過性誘電体１７０があり、この誘電体層１７０は、それらの図では、無機誘電体層１７１（例えば、シリコン酸化物、シリコン窒化物、シリコンオキシ窒化物）と、層１７１の一部（図６Ｃ）又はその全体（図６Ａ）を覆う有機誘電体層１７２とより成るデュアル誘電体である。図６Ｂでは、無機誘電体層１７２が層１７１を覆って、金属延長部１１２上に伸びる一実施形態を示されている。別の実施形態としては、層１７１および１７２が両方ともに無機誘電体である構造と、層１７１が有機誘電体であるが層１７２は無機誘電体である構造がある。図６Ａ〜図６Ｃの誘電体１７０（無機誘電体１７１と有機誘電体１７２）は（少なくとも）コンタクトバイア２１を形成するようにパターン化されており、光透過性共通電極１８０は誘電体１７０に順応してその上に堆積して（即ち、下の領域の地形を横断して伸びる）、コンタクトバイア２１を充填する。このため、図１のコンタクトパッド１８と、下の金属延長部１１２との電気的接続が容易になる。上述したように、不透明キャップ１９８は金属充填バイア２１のほぼ全てを覆う。
【００３５】
不透明シールド１９５（図２と図４）と、オプションとしての不透明キャップ１９８（図５と図６）がパターン化とエッチング用のフォトレジストを用いて形成された後で、本分野では周知のＯ2 中でのプラズマアッシングやウエットストリッピング等の従来工程を用いることによってパターン化用フォトレジストが除去される。不透明シールド１９５とオプションとしてのキャップ１９８を形成するために用いられる光遮断材料がモリブデンである場合、ＩＴＯがほとんど通さない標準のエッチング液（例えば、硝酸とリン酸を含むシアンテク（Ｃｙａｎｔｅｋ）１２−Ｓ）を用いてそれをウェットエッチすることができる。ＨＣＩ含有エッチング液を用いるイメージャ処理について従来技術で開示されているように、次に、共通電極１８０がパターン化される
放射線イメージャは、キャップ１９８とシールド１９５と共通電極１８０上にバリヤ層（不図示）を形成することによって完成し、次に、シンチレータ（不図示）に接続される。シンチレータはアクティブアレイ上に配置され、検出したい種類の放射線に対して高い吸収断面をもつように選択されたシンチレーティング材料を含む。例えば、ｘ線検出用に設計されたイメージャでのシンチレータ材料は、典型的には、タリウムがドープされたセシウムヨウ化物（ＣｓＩ：Ｔｈ）やナトリウム（ＣｓＩ：Ｎａ）がドープされたセシウムヨウ化物（ＣｓＩ：Ｎａ）であるが、この代わりに、シンチレータ材料は酸化硫酸ガドリニウム（ＧｄＯＳ）結晶体粉末でもよい。
【００３６】
本発明は好適な実施形態に関連して図示され説明されたが、本発明の精神と範囲から逸脱することなく、態様とその細部を様々に変えることができることは当業者であれば理解していることである。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の放射線イメージャの上面図である。
【図２】 図１のイメージャのアクティブアレイの一セグメントの拡大図である。
【図３】 製造中の図２のアレイセグメントの一部の線２−２に沿った断面図である。
【図４】 製造中の図２のアレイセグメントの一部の線２−２に沿った断面図である。
【図５】 図１のイメージャの一コンタクトフィンガーの一セグメントの拡大図である。
【図６】 図５のコンタクトフィンガーの一セグメントの一部の線５−５に沿った模範的な実施形態の断面図である。
【符号の説明】
１０ 放射線イメージャ
１１ アドレス線
１２ 基板
１８ コンタクトパッド
２０ コンタクトフィンガー
２１ コンタクトバイア
３２ データ線
３６ スキャン線
１３０ スイッチング素子
１４０ 画素領域
１９５ 不透明シールド
２５０ 光電性領域
２５１ 光電性部分
Claims (12)
- （ａ）基板（１２）上に配置されたスイッチング素子（１３０）の光電性領域（２５０）であって、前記光電性領域が半導体層（１３６）の光電性部分（２５１）を含み、前記光電性部分（２５１）は前記スイッチング素子（１３０）のゲート電極を構成する底部導電金属層（１３２）を覆っているが、前記スイッチング素子（１３０）のソース電極を構成する第１の上部導電金属層（１４４）と前記スイッチング素子（１３０）のドレイン電極を構成する第２の上部導電金属層（１４２）により完全に覆われておらず、前記第１の上部導電金属層（１４４）と前記第２の上部導電金属層（１４２）は前記半導体層（１３６）を覆っている、当該光電性領域（２５０）と、
（ｂ）前記光電性領域（２５０）を覆い、光遮断材料で構成された不透明シールド（１９５）と、
（ｃ）前記光電性領域（２５０）を覆う光透過性誘電体層（１７０）と、
（ｄ）前記ソース電極（１４４）と電気的に接続する、前記基板（１２）上に配置された光センサ（１６０）の底部コンタクト電極（１６２）と、
（ｅ）前記底部コンタクト電極（１６２）と電気的に接触して配置された前記光センサ（１６０）の光センサアイランド（１６４）と、
（ｆ）前記光透過性誘電体層（１７０）と前記不透明シールド（１９５）の間及び、前記光センサアイランド（１６４）の上に配置され、前記光センサ（１６０）に電圧を供給する多孔性の共通電極（１８０）と、
（ｇ）前記基板（１２）上に配置され、前記ドレイン電極と電気的に接続されたコンタクトフィンガー（２０）とを備え、
前記コンタクトフィンガー（２０）は、
ａ）前記第２の上部導電金属層（１４２）から横方向に伸びる金属延長部（１１２）と、
ｂ）前記金属延長部（１１２）上に配置され、コンタクトバイア（２１）が形成された前記光透過性誘電体層（１７０）と、
ｃ）前記コンタクトバイア（２１）を充填するように、前記光透過性誘電体層（１７０）と前記金属延長部（１１２）の上に配置された前記共通電極（１８０）と、
ｄ）前記光遮断材料で構成され、前記コンタクトバイア（２１）を充填する前記共通電極（１８０）を覆う不透明キャップ（１９８）とを含んでおり、
前記コンタクトバイア（２１）は前記光透過性誘電体層（１７０）を通って前記金属延長部（１１２）に伸びている、放射線イメージャ（１０）用構造。 - 前記共通電極（１８０）は酸化錫インジウムと酸化錫と酸化インジウムと亜鉛酸化物のグループから選択される、請求項１の構造。
- 前記不透明シールド（１９５）は、１より大きい吸光度をもつ光吸収性導電金属で構成され、前記光電性部分（２５１）の下の前記底部導電層（１３２）の端を２μｍ越えて伸びている、請求項１の構造。
- 前記光遮断材料は、モリブデン、アモルファスシリコン、クロム、タンタル、又はアルミニウムを含む、請求項１の構造。
- 前記底部導電金属層（１３２）はアルミニウム、クロム、モリブデン、タンタル、もしくは、タングステンを含む、請求項１の構造。
- 前記第１と第２の上部導電金属層（１４４、１４２）は、アルミニウム、クロム、モリブデン、タンタル、又はタングステンを含む、請求項１の構造。
- 前記光透過性誘電体層（１７０）は有機誘電体材料、無機誘電体材料、又はそれらの組み合わせ、もしくは、それらの多数の層（１７１、１７２）を含む、請求項１の構造。
- 前記有機誘電体材料はポリイミド、ポリアミド、ポリカーボネート、ポリエステル、ポリフェニレンエーテル、アクリル樹脂、又はそれらの混合のグループから選択され、前記無機誘電体材料は、シリコン酸化物とシリコン窒化物とシリコンオキシ窒化物のグループから選択される、請求項７の構造。
- 前記不透明キャップ（１９８）は、前記コンタクトバイア（２１）の端から５μｍ伸びている、請求項１の構造。
- 基板（１２）上に配置される放射線イメージャ（１０）であって、 （ａ）複数の画素（１２０）と複数のアドレス線（１１）を含むアクティブアレイ（１４）であって、前記複数の画素（１２０）は行と列のマトリクス状に配置され、前記画素の各々は対応する光センサ（１６０）に電気的に接続されたスイッチング素子（１３０）を含み、各前記アドレス線（１１）は画素（１２０）のそれぞれと電気的に接触し、各前記スイッチング素子（１３０）はその中に前記請求項１乃至９に記載の構造を備える放射線イメージャ。
- 請求項１０に記載の放射線イメージャを製造する方法であって、
前記基板（１２）上に前記ゲート電極（１３２）を配置するステップと、
前記ゲート電極（１３２）上にゲート誘電体層（１３４）を配置するステップと、
前記ゲート誘電体層（１３４）上に半導体層（１３６）を配置するステップと、
前記半導体層（１３６）上にドープされた半導体層（１３８）を配置するステップと、
前記スイッチング素子（１３０）のチャネル領域（１４５）によって互いに横方向に分離されるように前記第１の上部導電金属層と、前記第２の上部導電金属層を前記ドープされた半導体層（１３８）上に配置すると共に、前記コンタクトフィンガー（２０）の前記金属延長部（１１２）を形成するステップと、
前記チャネル領域（１４５）、前記第１の上部導電金属層及び、前記第２の上部導電金属層の上にＴＦＴのパッシベーション層（１５０）を配置するステップと、
前記光透過性誘電体層（１７０）を前記ＴＦＴのパッシベーション層（１５０）及び前記コンタクトフィンガー（２０）の前記金属延長部（１１２）の上に配置するステップと、
前記コンタクトフィンガー（２０）の前記光透過性誘電体層（１７０）をパターン化して、前記コンタクトバイア（２１）を形成するステップと、
前記コンタクトバイア（２１）を充填するように、前記コンタクトフィンガー（２０）の前記光透過性誘電体層（１７０）と前記金属延長部（１１２）の上及び、前記スイッチング素子（１３０）の前記光透過性誘電体層（１７０）の上に前記共通電極（１８０）を配置するステップと、
前記コンタクトフィンガー（２０）の前記共通電極（１８０）の上及び、前記スイッチング素子（１３０）の前記共通電極（１８０）の上に前記光遮断材料を堆積するステップと、
前記コンタクトバイア（２１）の前記不透明キャップ（１９８）と前記スイッチング素子（１３０）の前記不透明シールド（１９５）を形成するように前記光遮断材料をパターン化するステップと、
を含む放射線イメージャを製造する方法。 - 前記共通電極（１８０）は酸化錫インジウム（ＩＴＯ）で構成され、前記光遮断材料は、モリブデンで構成され、
前記光遮断材料をパターン化するステップが、エッチング液を用いて前記光遮断材料をウェットエッチするステップを含む、請求項１１の方法。
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