JP6125017B2 - X線イメージセンサー用基板 - Google Patents

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Description

本発明は、X線が入射したX線変換膜からの電荷信号に基づいて、X線が透過した被写体のイメージを表示するX線イメージセンサー用基板に関する。
一般に、X線撮像装置は、X線イメージセンサーを備えており、X線発生器により人体等の被写体に多方向からX線を照射し、被写体を透過したX線の強度分布(即ち、被写体の投影)をX線イメージセンサーで測定する。
このX線イメージセンサーとしては、例えば、透明基板上に構成される薄膜トランジスタ(Thin Film Transistor、以下、「TFT」とも称する)と、TFTを包含して覆う第1保護絶縁膜と、第1保護絶縁膜の上に設けられ、その一部が少なくともTFTを遮蔽するように構成される容量電極と、第1保護絶縁膜の上に形成された容量電極を覆うように構成される第2保護絶縁膜と、第2保護絶縁膜の上にTFTの一端子と繋ぐように構成される画素電極とを備えたX線イメージセンサーが開示されている。そして、容量電極と第2保護絶縁膜と画素電極により構成される蓄積容量に、変換膜にX線を照射することにより発生した電荷が蓄積される構成となっている(例えば、特許文献1参照)。
特開2004−87604号公報
ここで、X線イメージセンサーを高精細化する(即ち、画素のピッチを小さくする)と、蓄積容量を構成する電極の面積が小さくなるため、蓄積容量が小さくなる。
また、データ信号線(以下、「ソース線」という。)には、複数のTFTが接続されているため、複数のTFTからの漏れ電流がノイズとなる。
従って、上述のごとく、蓄積容量が小さくなると、この蓄積容量がTFTの漏れ電流に起因するノイズに埋もれることになり、X線の強弱による電荷変換差を判断できなくなるという問題があった。
また、蓄積容量を大きくするためには、蓄積容量を構成する電極の面積を大きくする、または、絶縁膜を薄く形成して、蓄積容量を構成する電極間のギャップを狭くすることが考えられるが、高精細化されたX線イメージセンサーにおいては、電極の面積を大きくすることは困難であり、また、絶縁膜を薄くすると、TFTの特性や歩留まり(耐圧)に影響するため、蓄積容量を構成する絶縁膜を薄くすることは困難である。
そこで、本発明は、上述の問題に鑑みてなされたものであり、高精細化された場合であっても、簡単な構成で、蓄積容量を増加することができるX線イメージセンサー用基板を提供することを目的とする。
上記目的を達成するために、本発明の第1のX線イメージセンサー用基板は、絶縁基板と、絶縁基板上に設けられたゲート電極、及び補助容量電極と、ゲート電極、及び補助容量電極を覆うように、絶縁基板上に設けられたゲート絶縁膜と、ゲート電極に重なるように、ゲート絶縁膜上に設けられた半導体層と、ゲート絶縁膜上、及び半導体層上に設けられ、ゲート絶縁膜を介して補助容量電極と対向して配置されることにより蓄積容量を形成するドレイン電極と、半導体層、及びドレイン電極を覆うように、ゲート絶縁膜上に設けられたパッシベーション膜と、パッシベーション膜上に設けられた平坦化膜と、平坦化膜上に設けられた容量電極と、容量電極を覆うように、平坦化膜上に設けられた層間絶縁膜と、層間絶縁膜上に形成され、パッシベーション膜、平坦化膜、及び層間絶縁膜に形成されたコンタクトホールを介して、ドレイン電極と電気的に接続され、層間絶縁膜を介して容量電極と対向して配置されることにより他の蓄積容量を形成する画素電極とを備えることを特徴とする。
本発明の第2のX線イメージセンサー用基板は、絶縁基板と、絶縁基板上に設けられたゲート電極、及び補助容量電極と、ゲート電極、及び補助容量電極を覆うように、絶縁基板上に設けられたゲート絶縁膜と、ゲート電極に重なるように、ゲート絶縁膜上に設けられた半導体層と、ゲート絶縁膜上、及び前記半導体層上に設けられ、ゲート絶縁膜を介して補助容量電極と対向して配置されることにより蓄積容量を形成するドレイン電極と、半導体層、及びドレイン電極を覆うように、ゲート絶縁膜上に設けられたパッシベーション膜と、パッシベーション膜上に設けられ、パッシベーション膜を介してドレイン電極と対向して配置されることにより他の蓄積容量を形成する容量電極とを備えることを特徴とする。
本発明の第3のX線イメージセンサー用基板は、絶縁基板と、絶縁基板上に設けられたゲート電極、及び補助容量電極と、ゲート電極、及び補助容量電極を覆うように、絶縁基板上に設けられたゲート絶縁膜と、ゲート電極に重なるように、ゲート絶縁膜上に設けられた半導体層と、ゲート絶縁膜上、及び半導体層上に設けられ、ゲート絶縁膜を介して補助容量電極と対向して配置されることにより第1の蓄積容量を形成するドレイン電極と、半導体層、及びドレイン電極を覆うように、ゲート絶縁膜上に設けられたパッシベーション膜と、パッシベーション膜上に設けられ、パッシベーション膜を介してドレイン電極と対向して配置されることにより第2の蓄積容量を形成する容量電極と、容量電極を覆うように、パッシベーション膜上に設けられた層間絶縁膜と、層間絶縁膜上に形成され、パッシベーション膜、及び層間絶縁膜に形成されたコンタクトホールを介して、ドレイン電極と電気的に接続され、層間絶縁膜を介して容量電極と対向して配置されることにより第3の蓄積容量を形成する画素電極とを備えることを特徴とする。
本発明によれば、蓄積容量を確実に確保することが可能になるため、X線の強弱による電荷変換差を確実に判断することができ、高精細化されたX線イメージセンサーにおいて、高解像度の画像を得ることが可能になる。
本発明の第1の実施形態に係るX線イメージセンサーの断面図である。 本発明の第1の実施形態に係るX線イメージセンサーの製造工程を断面で示す説明図である。 本発明の第1の実施形態に係るX線イメージセンサーの製造工程を断面で示す説明図である。 本発明の第2の実施形態に係るX線イメージセンサーの断面図である。 本発明の第2の実施形態に係るX線イメージセンサーの製造工程を断面で示す説明図である。 本発明の第3の実施形態に係るX線イメージセンサーの断面図である。 本発明の第3の実施形態に係るX線イメージセンサーの製造工程を断面で示す説明図である。 本発明の第4の実施形態に係るX線イメージセンサーの断面図である。 本発明の第4の実施形態に係るX線イメージセンサーの製造工程を断面で示す説明図である。 本発明の第4の実施形態に係るX線イメージセンサーの製造工程を断面で示す説明図である。 本発明の変形例に係るフォトセンサーを示す断面図である。
以下、本発明の実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。尚、本発明は以下の実施形態に限定されるものではない。
(第1の実施形態)
図1は、本発明の第1の実施形態に係るX線イメージセンサーの断面図である。
X線イメージセンサー1は、図1に示すように、薄膜トランジスタ5を備えた薄膜トランジスタ基板2と、薄膜トランジスタ基板2に対向して配置され、変換膜25を備えた対向基板3と、薄膜トランジスタ基板2及び対向基板3の間に設けられた導電性樹脂部材15とを備えている。
薄膜トランジスタ5は、ガラス基板等の絶縁基板4と、絶縁基板4上に設けられたゲート電極6、及び補助容量電極7と、ゲート電極6、及び補助容量電極7を覆うように、絶縁基板上に設けられたゲート絶縁膜8と、ゲート絶縁膜8上でゲート電極6に重なるように島状に設けられたチャネル領域を有する酸化物半導体層9と、酸化物半導体層9上に、ゲート電極6に重なるとともにチャネル領域を挟んで互いに対峙するように設けられたソース電極10及びドレイン電極11とを備えている。
また、薄膜トランジスタ基板2は、X線イメージセンサー1用の基板であり、上述の薄膜トランジスタ5(即ち、酸化物半導体層9、ソース電極10、及びドレイン電極11)を覆うように、ゲート絶縁膜8上に設けられたパッシベーション膜12と、パッシベーション膜12上に設けられた平坦化膜13と、平坦化膜13上に設けられた容量電極14と、容量電極14を覆うように、平坦化膜13上に設けられた層間絶縁膜16と、層間絶縁膜16上にマトリクス状に設けられ、薄膜トランジスタ5に接続された画素電極17とを備えている。
また、図1に示すように、パッシベーション膜12、平坦化膜13及び層間絶縁膜16には、コンタクトホール18が形成されており、コンタクトホール18の一部がドレイン電極11に接触している。そして、コンタクトホール18において、画素電極17がドレイン電極11に接触にすることにより、画素電極17とドレイン電極11とが電気的に接続されている。
即ち、ドレイン電極11は、パッシベーション膜12、平坦化膜13及び層間絶縁膜16に形成されたコンタクトホール18を介して画素電極17に接続される構成となっている。
また、図1に示すように、X線イメージセンサー1は、セルギャップが均一になるように規制するための複数のスペーサ19を備えている。
また、スペーサ19は、例えば、アクリル系の感光性樹脂材料からなり、フォトリソグラフィ法により形成される。
ゲート電極6、及び補助容量電極7は、例えば、絶縁基板4上に設けられ、チタン等により形成された第1導電膜と、第1導電膜上に設けられ、アルミニウム等により形成された第2導電膜と、第2導電膜上に設けられ、チタン等により形成された第3導電膜との積層膜により構成されている。なお、ソース電極10、及びドレイン電極11についても、同様の積層膜により構成されている。
ゲート絶縁膜8、及びパッシベーション膜12を構成する材料としては、例えば、酸化シリコン(SiO)、窒化シリコン(SiN)等が挙げられる。なお、ゲート絶縁膜8、及びパッシベーション膜12を、酸化シリコン膜と窒化シリコン膜による2層の積層構造で形成する構成としても良い。
平坦化膜13は、TFT5の形成膜面を平坦にする機能を有するものであり、この平坦化膜13は、アクリル樹脂等の有機樹脂材料や、上述の酸化シリコンや窒化シリコン等の無機材料により構成されている。なお、TFT5の平坦性と、ゲートバスラインとソースバスラインが交差する箇所に発生する容量を軽減するとの観点から、平坦化膜13の厚みは、0.5μm以上10μm以下が好ましい。
層間絶縁膜16を構成する材料としては、例えば、酸化シリコン(SiO)、窒化シリコン(SiN)等が挙げられるが、上述の平坦化膜13と同様に、アクリル樹脂等の有機樹脂材料により構成しても良い。
酸化物半導体層9は、インジウム、ガリウム、及び亜鉛から構成される酸化物半導体、例えば、酸化インジウムガリウム亜鉛(In−Ga−Zn−O)等からなる酸化物半導体膜により形成されている。
また、容量電極14、及び画素電極17は、例えば、インジウム錫酸化物(ITO)や、インジウム亜鉛酸化物(IZO)、酸化ケイ素を含有するインジウム錫酸化物(ITSO)等により形成されている。なお、容量電極14、及び画素電極17をアルミニウム、チタン、モリブテン、タングステン、タンタル、銀、銅等の金属または、これらの金属の積層構造により形成してもよい。
対向基板3は、図1に示すように、ガラス基板等の絶縁基板20と、絶縁基板20上に設けられたバイアス印加用の電極21と、電極21上に設けられた変換膜25とを備えている。
電極21は、例えば、アルミニウム、チタン、モリブテン、タングステン、タンタル、銀、銅等の金属または、これらの金属の積層構造により形成されており、この電極21を介して、変換膜25に対してバイアスが印加される構成となっている。電極21の厚みは、例えば、0.5μm〜30μmに設定することができる。
変換膜25は、X線情報を電気情報に変換する膜として機能するものであり、例えば、CdTe、CdZnTe、InP、a-Se等が用いられる。変換膜25の厚みは、例えば、50μm〜1000μmに設定することができる。
なお、本実施形態の対向基板3としては、絶縁基板20上に、CdTe等を近接蒸着することにより変換膜25を設けたものや、CdTe等の結晶に、直接、電極21を成膜したものを絶縁基板20に対してタイル状に貼り付けたものを使用することができる。
また、図1に示すように、薄膜トランジスタ基板2と対向基板3との間に導電性樹脂部材15が設けられており、この導電性樹脂部材15は、薄膜トランジスタ基板2に設けられた画素電極17、及び対向基板3に設けられた変換膜25に接触し、導電性樹脂部材15により、薄膜トランジスタ基板2と対向基板3とが接合される構成となっている。
この導電性樹脂部材15は、例えば、感光性のカーボンを過剰添加した樹脂材料(例えば、液晶表示装置における遮光用のブラックマトリクスを形成する樹脂材料)等の導電性を有する樹脂材料により形成され、フォトリソグラフィ法により形成される。なお、半田金属により形成してもよい。図1に示すように、この導電性樹脂部材15を介して、画素電極17と変換膜25とが電気的に接続される構成となっている。
そして、このようなX線イメージセンサー1においては、まず、X線発生器から放射されるとともに、人体等の被写体に照射され、被写体を透過したX線が変換膜25に入射すすると、変換膜25において、正孔と電子対が生じる。次いで、電極21を介して、変換膜25に対してバイアスを印加すると、その印加したバイアスの正負に応じて、そのバイアスで引上げた極性と逆極性の電荷(例えば、プラスのバイアスを印加した場合は、正孔)が、導電性樹脂部材15を介して、薄膜トランジスタ基板2における蓄積容量に蓄積される。そして、この蓄積された電荷を、画素毎の薄膜トランジスタ5により電流として読み取ることにより、画素毎にX線の透過の強弱を電流量に変換し、画像として認識可能なX線画像を得ることができる。
この際、本実施形態におけるX線イメージセンサー1においては、図1に示すように、容量電極14、層間絶縁膜16、及び画素電極17により構成された蓄積容量のみならず、補助容量電極7、ゲート絶縁膜8、及びドレイン電極11により構成された蓄積容量を備えている。
従って、X線イメージセンサー1を高精細化する(即ち、画素のピッチを小さくして、高解像度化を図る)ことにより、蓄積容量を構成する電極の面積が小さくなる場合であっても、上記従来のX線イメージセンサーに比し、蓄積容量を確実に確保することが可能になる。その結果、蓄積容量が薄膜トランジスタ5の漏れ電流等に起因するノイズに埋もれるという不都合の発生を防止することができ、X線の強弱による電荷変換差を確実に判断することができるため、高精細化されたX線イメージセンサー1において、高解像度の画像を得ることが可能になる。
なお、本実施形態においては、薄膜トランジスタ5の特性を低下させることなく、蓄積容量の大きさを確保するとの観点から、図1に示すゲート絶縁膜8の厚みHを5〜1000nmに設定する構成としている。また、同様の観点から、層間絶縁膜16の厚みHを50〜1000nmに設定する構成としている。
次に、本実施形態のX線イメージセンサーの製造方法の一例について図を用いて説明する。図2〜図3は、本実施形態のX線イメージセンサーの製造工程を断面で示す説明図である。
<ゲート電極形成工程>
まず、ガラス基板などの絶縁基板4の基板全体に、例えば、スパッタリング法により、チタン膜(厚さ10nm〜200nm)、アルミニウム膜(厚さ100nm〜800nm程度)、及びチタン膜(厚さ50〜500nm)を順に成膜した後に、これらの膜に対してフォトリソグラフィ及びエッチングを行うとともに、レジストの剥離洗浄を行うことにより、図2に示すように、絶縁基板4上に、ゲート電極6、及び補助容量電極7を同時に形成する。
<ゲート絶縁膜形成工程>
次いで、ゲート電極6、及び補助容量電極7が形成された基板全体に、CVD法により、例えば、酸化シリコン膜を成膜して、図2に示すように、ゲート電極6、及び補助容量電極7を覆うようにゲート絶縁膜8(厚さ5nm〜500nm程度)を形成する。
なお、フォトリソグラフィ及びエッチングを行うとともに、レジストの剥離洗浄を行うことにより、ゲート絶縁膜8に、外部からの電気入力端子部位を開口する。
また、ゲート絶縁膜8を2層の積層構造で形成する構成としても良い。この場合、例えば、上述の酸化シリコン膜と、窒化シリコンによる2層構造とすることができる。
この場合、下層側のゲート絶縁膜として、SiHとNHとを反応ガスとして用いて窒化シリコン膜を形成するとともに、上層側のゲート絶縁膜として、NO、SiHを反応ガスとして用いて酸化シリコン膜を形成することができる。
<酸化物半導体層形成工程>
次いで、スパッタリング法により、例えば、In−Ga−Zn−O系の酸化物半導体膜(厚さ10nm〜200nm程度)を成膜し、その後、その酸化物半導体膜に対して、フォトリソグラフィ、ウエットエッチング及びレジストの剥離洗浄を行うことにより、図3に示すように、ゲート電極6に重なるように、ゲート絶縁膜8上に、酸化物半導体層9を形成する。
<ソースドレイン形成工程>
次いで、酸化物半導体層9が形成された基板全体に、例えば、スパッタリング法により、例えば、チタン膜(厚さ10nm〜200nm)、アルミニウム膜(厚さ100nm〜800nm程度)、及びチタン膜(厚さ50〜500nm)を順に成膜した後に、これらの膜に対してフォトリソグラフィ及びエッチングを行うとともに、レジストの剥離洗浄を行うことにより、図2に示すように、酸化物半導体層9上、及びゲート絶縁膜8上に、ソース電極10、及びドレイン電極11を同時に形成する。
この際、図2に示すように、酸化物半導体層9のチャネル領域を露出させるとともに、薄膜トランジスタ5において、ソース電極10及びドレイン電極11が、チャネル領域を挟んで互いに対峙するように設けられる。
また、図2に示すように、ゲート絶縁膜8上に形成されたドレイン電極11は、ゲート絶縁膜8を介して、補助容量電極7と対向して配置され、補助容量電極7、ゲート絶縁膜8、及びドレイン電極11により、蓄積容量が形成される。
<パッシベーション膜形成工程>
次いで、ソース電極10及びドレイン電極11が形成された基板の全体に、プラズマCVD法により、例えば、窒化シリコン膜、酸化シリコン膜(厚さ5nm〜500nm程度)などを成膜し、これらの膜に対してフォトリソグラフィ及びエッチングを行うとともに、レジストの剥離洗浄を行うことにより、図2に示すように、ゲート絶縁膜8上に、薄膜トランジスタ5を覆う(即ち、酸化物半導体層9、ソース電極10、及びドレイン電極11を覆う)パッシベーション膜12を形成する。
<平坦化膜形成工程>
次いで、パッシベーション膜12が形成された基板の全体に、スピンコート法又はスリットコート法により、感光性のアクリル樹脂等からなる感光性の有機絶縁膜を厚さ0.5μm〜10μm程度に塗布することにより、図3に示すように、パッシベーション膜12の表面上に、平坦化膜13を形成する。
<容量電極形成工程>
次いで、平坦化膜13が形成された基板全体に、スパッタリング法により、例えば、インジウム亜鉛酸化物からなるIZO膜(厚さ50nm〜500nm程度)などの透明導電膜を成膜した後に、その透明導電膜に対して、フォトリソグラフィ、ウエットエッチング及びレジストの剥離洗浄を行うことにより、図3に示すように、平坦化膜13上に、容量電極14を形成する。
<層間絶縁膜形成工程>
次いで、容量電極14が形成された基板の全体に、プラズマCVD法により、例えば、酸化シリコン膜、窒化シリコン膜などを成膜し、図3に示すように、平坦化膜13上に、容量電極14を覆う層間絶縁膜16(厚さ50nm〜1000nm程度)を形成する。
<コンタクトホール形成工程>
次いで、フォトリソグラフィによりパターンを形成し、露光、現像を行い、エッチング法を使用してパターンニングを行うことにより、図3に示すように、パッシベーション膜12、平坦化膜13、及び層間絶縁膜16をエッチングして、コンタクトホール18を形成する。
<画素電極形成工程>
次いで、層間絶縁膜16が形成された基板全体に、スパッタリング法により、例えば、インジウム亜鉛酸化物からなるIZO膜(厚さ50nm〜500nm程度)などの透明導電膜を成膜した後に、その透明導電膜に対して、フォトリソグラフィ、ウエットエッチング及びレジストの剥離洗浄を行うことにより、図3に示すように、コンタクトホール18上、及び層間絶縁膜16上に、画素電極17を形成する。
この際、図3に示すように、層間絶縁膜16上に形成された画素電極17は、層間絶縁膜16を介して、容量電極14と対向して配置され、容量電極14、層間絶縁膜16、及び画素電極17により、蓄積容量が形成される。
<スペーサ形成工程>
次いで、フォトリソグラフィ法によりスペーサ19を形成する。より具体的には、画素電極17が形成された基板全体に、スピンコート法により、アクリル系の感光性樹脂を塗布し、その塗布された感光性樹脂を、フォトマスクを介して露光した後に、現像することにより、スペーサ19を厚さ4μm程度に形成する。
以上のようにして、薄膜トランジスタ基板2を作製することができる。
<導電性樹脂部材形成工程>
次いで、コンタクトホール18上、及び層間絶縁膜16上に形成された画素電極17上に、例えば、感光性のカーボンを過剰添加した樹脂材料等の導電性を有する樹脂材料からなる導電性樹脂部材15を形成する。
<貼り合わせ工程>
次いで、ガラス基板等の絶縁基板20と、絶縁基板20上に設けられたバイアス印加用の電極21と、電極21上に設けられた変換膜25とを備えた対向基板3を用意し、導電性樹脂部材15を介して、薄膜トランジスタ基板2と対向基板3とを貼り合わせて接合する。
この際、薄膜トランジスタ基板2と対向基板3との間に設けられた導電性樹脂部材15は、薄膜トランジスタ基板2に設けられた画素電極17、及び対向基板3に設けられた変換膜25と接触し、導電性樹脂部材15を介して、画素電極17と変換膜25とが電気的に接続される。
以上のようにして、本実施形態のX線イメージセンサー1を製造することができる。
以上に説明した本実施形態においては、以下の効果を得ることができる。
(1)本実施形態においては、薄膜トランジスタ基板2が、容量電極14、層間絶縁膜16、及び画素電極17により構成された蓄積容量と、補助容量電極7、ゲート絶縁膜8、及びドレイン電極11により構成された蓄積容量とを備えている。従って、X線イメージセンサー1を高精細化することにより、蓄積容量を構成する電極の面積が小さくなる場合であっても、上記従来のX線イメージセンサーに比し、蓄積容量を確実に確保することが可能になる。その結果、X線の強弱による電荷変換差を確実に判断することができるため、高精細化されたX線イメージセンサー1において、高解像度の画像を得ることが可能になる。
(2)本実施形態においては、酸化物半導体層9が、インジウム、ガリウム、及び亜鉛から構成される酸化物半導体からなる構成としている。従って、薄膜トランジスタ5において、高移動度、低オフ電流という良好な特性を得ることができる。
(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。図4は、本発明の第2の実施形態に係るX線イメージセンサーの断面図である。なお、上記第1の実施形態と同様の構成部分については同一の符号を付してその説明を省略する。
本実施形態のX線イメージセンサー30においては、上述の第1の実施形態における容量電極14、層間絶縁膜16、及び画素電極17により構成された蓄積容量の代わりに、図4に示すように、ドレイン電極11、パッシベーション膜12、及び容量電極14により構成された蓄積容量を備えている点に特徴がある。
このような構成により、上記第1の実施形態におけるX線イメージセンサー1と同様に、上記従来のX線イメージセンサーに比し、蓄積容量を確実に確保することが可能になるため、蓄積容量が薄膜トランジスタ5の漏れ電流等に起因するノイズに埋もれるという不都合の発生を防止することができる。従って、X線の強弱による電荷変換差を確実に判断することができるため、高精細化されたX線イメージセンサー30において、高解像度の画像を得ることが可能になる。
また、上記第1の実施形態におけるX線イメージセンサー1とは異なり、層間絶縁膜16、及び画素電極17を設ける必要がなくなるため、X線イメージセンサー30の構成が簡素化され、製造工程数を増加させることなく、蓄積容量を確保することが可能になる。
なお、本実施形態における薄膜トランジスタ基板31においては、図4に示すように、容量電極14は、平坦化膜13を覆うように、当該平坦化膜13上、及びパッシベーション膜12上に設けられており、ドレイン電極11、パッシベーション膜12、及び容量電極14により蓄積容量が構成されている。
また、パッシベーション膜12のみにコンタクトホール32が形成されており、コンタクトホール32の一部がドレイン電極11に接触している。そして、コンタクトホール32に導電性樹脂部材15が設けられており、この導電性樹脂部材15は、薄膜トランジスタ基板31に設けられたドレイン電極11、及び対向基板3に設けられた変換膜25に接触する構成となっている。そして、図4に示すように、この導電性樹脂部材15を介して、ドレイン電極11と変換膜25とが電気的に接続される構成となっている。
次に、本実施形態のX線イメージセンサーの製造方法の一例について図を用いて説明する。図5は、本実施形態のX線イメージセンサーの製造工程を断面で示す説明図である。
まず、上述の第1の実施形態の場合と同様(即ち、図2に示す場合と同様)に、ゲート電極形成工程、ゲート絶縁膜形成工程、酸化物半導体層形成工程、ソースドレイン形成工程、及びパッシベーション膜形成工程を行う。
なお、本実施形態においては、薄膜トランジスタ5の特性を低下させることなく、蓄積容量の大きさを確保するとの観点から、図4に示すパッシベーション膜12の厚みHを5〜500nmに設定する構成としている。
<平坦化膜形成工程>
次いで、パッシベーション膜12が形成された基板の全体に、スピンコート法又はスリットコート法により、感光性のアクリル樹脂等からなる感光性の有機絶縁膜を厚さ0.5μm〜10μm程度に塗布することにより、図5に示すように、パッシベーション膜12上に、平坦化膜13を形成する。
なお、本実施形態においては、図5に示すように、平坦化膜13は、薄膜トランジスタ5の酸化物半導体層9を覆うように、当該酸化物半導体層9に対向する部分に配置される。
また、平坦化膜13を、ゲートバスライン上を覆うように形成することにより、ソースバスラインが交差する部分において発生する容量を軽減することができる。
<容量電極形成工程>
次いで、平坦化膜13が形成された基板全体に、スパッタリング法により、例えば、インジウム亜鉛酸化物からなるIZO膜(厚さ50nm〜500nm程度)などの透明導電膜を成膜した後に、その透明導電膜に対して、フォトリソグラフィ、ウエットエッチング及びレジストの剥離洗浄を行うことにより、図5に示すように、平坦化膜13を覆うように、当該平坦化膜13上、及びパッシベーション膜12上に、容量電極14を形成する。従って、ドレイン電極11、パッシベーション膜12、及び容量電極14により蓄積容量が構成されることになる。
<コンタクトホール形成工程>
次いで、フォトリソグラフィによりパターンを形成し、露光、現像を行い、エッチング法を使用してパターンニングを行うことにより、図4に示すように、パッシベーション膜12をエッチングして、コンタクトホール32を形成する。
<スペーサ形成工程>
次いで、フォトリソグラフィ法によりスペーサ19を形成する。より具体的には、容量電極14が形成された基板全体に、スピンコート法により、アクリル系の感光性樹脂を塗布し、その塗布された感光性樹脂を、フォトマスクを介して露光した後に、現像することにより、スペーサ19を厚さ4μm程度に形成する。
以上のようにして、薄膜トランジスタ基板31を作製することができる。
そして、上述の第1の実施形態の場合と同様に、導電性樹脂部材形成工程、及び貼り合わせ工程を行うことにより、薄膜トランジスタ基板31と対向基板3との間に設けられた導電性樹脂部材15が、薄膜トランジスタ基板31に設けられたドレイン電極11、及び対向基板3に設けられた変換膜25と接触し、導電性樹脂部材15を介して、ドレイン電極11と変換膜25とが電気的に接続される。
以上のようにして、本実施形態のX線イメージセンサー30を製造することができる。
以上に説明した本実施形態においては、以下の効果を得ることができる。
(3)本実施形態においては、薄膜トランジスタ基板31が、ドレイン電極11、パッシベーション膜12、及び容量電極14により構成された蓄積容量と、補助容量電極7、ゲート絶縁膜8、及びドレイン電極11により構成された蓄積容量とを備えている。従って、X線イメージセンサー30を高精細化することにより、蓄積容量を構成する電極の面積が小さくなる場合であっても、上記従来のX線イメージセンサーに比し、蓄積容量を確実に確保することが可能になる。その結果、X線の強弱による電荷変換差を確実に判断することができるため、高精細化されたX線イメージセンサー30において、高解像度の画像を得ることが可能になる。
(4) また、上記第1の実施形態におけるX線イメージセンサー1とは異なり、層間絶縁膜16、及び画素電極17を設ける必要がなくなるため、X線イメージセンサー30の構成が簡素化され、製造工程数を増加させることなく、蓄積容量を確保することが可能になる。
(第3の実施形態)
次に、本発明の第3の実施形態について説明する。図6は、本発明の第3の実施形態に係るX線イメージセンサーの断面図である。なお、上記第1及び第2の実施形態と同様の構成部分については同一の符号を付してその説明を省略する。
本実施形態のX線イメージセンサー40においては、上述の第2の実施形態におけるX線イメージセンサー30に、第1の実施形態において説明した層間絶縁膜16、及び画素電極17を設け、容量電極14、層間絶縁膜16、及び画素電極17により構成された蓄積容量を追加した点に特徴がある。
このような構成により、本実施形態のX線イメージセンサー40は、補助容量電極7、ゲート絶縁膜8、及びドレイン電極11により構成された蓄積容量、ドレイン電極11、パッシベーション膜12、及び容量電極14により構成された蓄積容量、及び容量電極14、層間絶縁膜16、及び画素電極17により構成された蓄積容量を備えることになるため、上記従来のX線イメージセンサーに比し、蓄積容量をより一層確実に確保することが可能になる。その結果、蓄積容量が薄膜トランジスタ5の漏れ電流等に起因するノイズに埋もれるという不都合の発生を確実に防止することができ、X線の強弱による電荷変換差をより一層確実に判断することができるため、高精細化されたX線イメージセンサー40において、高解像度の画像を確実に得ることが可能になる。
なお、本実施形態における薄膜トランジスタ基板41においては、図6に示すように、容量電極14を覆うように、パッシベーション膜12上に設けられた層間絶縁膜16と、層間絶縁膜16上にマトリクス状に設けられ、薄膜トランジスタ5に接続された画素電極17とを備えている。
また、図6に示すように、パッシベーション膜12、及び層間絶縁膜16には、コンタクトホール18が形成されており、コンタクトホール18の一部がドレイン電極11に接触している。そして、コンタクトホール18において、画素電極17がドレイン電極11に接触にすることにより、画素電極17とドレイン電極11とが電気的に接続されている。
即ち、ドレイン電極11は、パッシベーション膜12及び層間絶縁膜16に形成されたコンタクトホール42を介して画素電極17に接続される構成となっている。
そして、コンタクトホール42に導電性樹脂部材15が設けられており、この導電性樹脂部材15は、薄膜トランジスタ基板41に設けられたドレイン電極11、及び対向基板3に設けられた変換膜25に接触する構成となっている。そして、図6に示すように、この導電性樹脂部材15を介して、ドレイン電極11と変換膜25とが電気的に接続される構成となっている。
次に、本実施形態のX線イメージセンサーの製造方法の一例について図を用いて説明する。図7は、本実施形態のX線イメージセンサーの製造工程を断面で示す説明図である。
まず、上述の第2の実施形態の場合と同様に、ゲート電極形成工程、ゲート絶縁膜形成工程、酸化物半導体層形成工程、ソースドレイン形成工程、パッシベーション膜形成工程、平坦化膜形成工程、及び容量電極形成工程を行う。
<層間絶縁膜形成工程>
次いで、容量電極14が形成された基板の全体に、プラズマCVD法により、例えば、酸化シリコン膜、窒化シリコン膜などを成膜し、図7に示すように、パッシベーション膜12の表面上に、容量電極14、及び平坦化膜13を覆う層間絶縁膜16(厚さ50nm〜1000nm程度)を形成する。
<コンタクトホール形成工程>
次いで、フォトリソグラフィによりパターンを形成し、露光、現像を行い、エッチング法を使用してパターンニングを行うことにより、図7に示すように、パッシベーション膜12、及び層間絶縁膜16をエッチングして、コンタクトホール42を形成する。
<画素電極形成工程>
次いで、層間絶縁膜16が形成された基板全体に、スパッタリング法により、例えば、インジウム亜鉛酸化物からなるIZO膜(厚さ50nm〜500nm程度)などの透明導電膜を成膜した後に、その透明導電膜に対して、フォトリソグラフィ、ウエットエッチング及びレジストの剥離洗浄を行うことにより、図7に示すように、コンタクトホール42上、及び層間絶縁膜16上に、画素電極17を形成する。
この際、図7に示すように、上述の第1の実施形態と同様に、層間絶縁膜16上に形成された画素電極17は、層間絶縁膜16を介して、容量電極14と対向して配置され、容量電極14、層間絶縁膜16、及び画素電極17により、蓄積容量が形成される。
<スペーサ形成工程>
次いで、フォトリソグラフィ法によりスペーサ19を形成する。より具体的には、画素電極17が形成された基板全体に、スピンコート法により、アクリル系の感光性樹脂を塗布し、その塗布された感光性樹脂を、フォトマスクを介して露光した後に、現像することにより、スペーサ19を厚さ4μm程度に形成する。
以上のようにして、薄膜トランジスタ基板41を作製することができる。
そして、上述の第1の実施形態の場合と同様に、導電性樹脂部材形成工程、及び貼り合わせ工程を行うことにより、薄膜トランジスタ基板41と対向基板3との間に設けられた導電性樹脂部材15が、薄膜トランジスタ基板41に設けられた画素電極17、及び対向基板3に設けられた変換膜25と接触し、導電性樹脂部材15を介して、画素電極17と変換膜25とが電気的に接続される。
以上のようにして、本実施形態のX線イメージセンサー40を製造することができる。
以上に説明した本実施形態においては、以下の効果を得ることができる。
(5)本実施形態においては、薄膜トランジスタ基板41が、ドレイン電極11、パッシベーション膜12、及び容量電極14により構成された蓄積容量と、補助容量電極7、ゲート絶縁膜8、及びドレイン電極11により構成された蓄積容量と、容量電極14、層間絶縁膜16、及び画素電極17により構成された蓄積容量とを備えている。従って、X線イメージセンサー40を高精細化することにより、蓄積容量を構成する電極の面積が小さくなる場合であっても、上記従来のX線イメージセンサーに比し、蓄積容量を確実に確保することが可能になる。その結果、X線の強弱による電荷変換差を確実に判断することができるため、高精細化されたX線イメージセンサー40において、高解像度の画像を得ることが可能になる。
(第4の実施形態)
次に、本発明の第4の実施形態について説明する。図8は、本発明の第4の実施形態に係るX線イメージセンサーの断面図である。なお、上記第1〜第3の実施形態と同様の構成部分については同一の符号を付してその説明を省略する。
本実施形態のX線イメージセンサー50においては、上述の第1の実施形態における平坦化膜13にディンプル部13aが形成されており、このディンプル部13aに容量電極14が設けられている点に特徴がある。
このような構成により、容量電極14の表面積が増加するとともに、ディンプル部13aにおいて、ドレイン電極11と容量電極14との距離を小さくすることが可能になる。
このような構成により、本実施形態のX線イメージセンサー50は、補助容量電極7、ゲート絶縁膜8、及びドレイン電極11により構成された蓄積容量、ドレイン電極11、パッシベーション膜12、平坦化膜13、及び容量電極14により構成された蓄積容量、及び容量電極14、層間絶縁膜16、及び画素電極17により構成された蓄積容量を備えることになるため、上記従来のX線イメージセンサーに比し、蓄積容量をより一層確実に確保することが可能になる。その結果、蓄積容量が薄膜トランジスタ5の漏れ電流等に起因するノイズに埋もれるという不都合の発生を確実に防止することができ、X線の強弱による電荷変換差をより一層確実に判断することができるため、高精細化されたX線イメージセンサー50において、高解像度の画像を確実に得ることが可能になる。
次に、本実施形態のX線イメージセンサーの製造方法の一例について図を用いて説明する。図9〜図10は、本実施形態のX線イメージセンサーの製造工程を断面で示す説明図である。
まず、上述の第1の実施形態の場合と同様(即ち、図2に示す場合と同様)に、ゲート電極形成工程、ゲート絶縁膜形成工程、酸化物半導体層形成工程、ソースドレイン形成工程、及びパッシベーション膜形成工程を行う。
<平坦化膜形成工程>
次いで、パッシベーション膜12が形成された基板の全体に、スピンコート法又はスリットコート法により、感光性のアクリル樹脂等からなる感光性の有機絶縁膜を厚さ0.5μm〜10μm程度に塗布することにより、図9に示すように、パッシベーション膜12上に、平坦化膜13を形成する。
次いで、この平坦化膜13に対して、例えば、遮光部と光透過部が市松模様状に形成されたマスクを使用して露光、現像によりパターンニングを行い、図9に示すように、平坦化膜13にディンプル部13aを形成する。
<容量電極形成工程>
次いで、ディンプル部13aを有する平坦化膜13が形成された基板全体に、スパッタリング法により、例えば、インジウム亜鉛酸化物からなるIZO膜(厚さ50nm〜500nm程度)などの透明導電膜を成膜した後に、その透明導電膜に対して、フォトリソグラフィ、ウエットエッチング及びレジストの剥離洗浄を行うことにより、図9に示すように、平坦化膜13上に、容量電極14を形成する。
この際、図9に示すように、平坦化膜13のディンプル部13aに容量電極14が設けられ、ドレイン電極11、パッシベーション膜12、平坦化膜13、及び容量電極14により蓄積容量が構成されることになる。
<層間絶縁膜形成工程>
次いで、容量電極14が形成された基板の全体に、プラズマCVD法により、例えば、酸化シリコン膜、窒化シリコン膜などを成膜し、図10に示すように、平坦化膜13上に、容量電極14を覆う層間絶縁膜16(厚さ50nm〜1000nm程度)を形成する。
<コンタクトホール形成工程>
次いで、フォトリソグラフィによりパターンを形成し、露光、現像を行い、エッチング法を使用してパターンニングを行うことにより、図10に示すように、パッシベーション膜12、平坦化膜13、及び層間絶縁膜16をエッチングして、コンタクトホール18を形成する。
<画素電極形成工程>
次いで、層間絶縁膜16が形成された基板全体に、スパッタリング法により、例えば、インジウム亜鉛酸化物からなるIZO膜(厚さ50nm〜500nm程度)などの透明導電膜を成膜した後に、その透明導電膜に対して、フォトリソグラフィ、ウエットエッチング及びレジストの剥離洗浄を行うことにより、図10に示すように、コンタクトホール18上、及び層間絶縁膜16上に、画素電極17を形成する。
この際、図10に示すように、層間絶縁膜16上に形成された画素電極17は、層間絶縁膜16を介して、容量電極14と対向して配置され、容量電極14、層間絶縁膜16、及び画素電極17により、蓄積容量が形成される。
<スペーサ形成工程>
次いで、フォトリソグラフィ法によりスペーサ19を形成する。より具体的には、画素電極17が形成された基板全体に、スピンコート法により、アクリル系の感光性樹脂を塗布し、その塗布された感光性樹脂を、フォトマスクを介して露光した後に、現像することにより、スペーサ19を厚さ4μm程度に形成する。
以上のようにして、薄膜トランジスタ基板51を作製することができる。
そして、上述の第1の実施形態の場合と同様に、導電性樹脂部材形成工程、及び貼り合わせ工程を行うことにより、薄膜トランジスタ基板51と対向基板3との間に設けられた導電性樹脂部材15が、薄膜トランジスタ基板51に設けられた画素電極17、及び対向基板3に設けられた変換膜25と接触し、導電性樹脂部材15を介して、画素電極17と変換膜25とが電気的に接続される。
以上のようにして、本実施形態のX線イメージセンサー50を製造することができる。
以上に説明した本実施形態においては、以下の効果を得ることができる。
(6)本実施形態においては、薄膜トランジスタ基板51が、ドレイン電極11、パッシベーション膜12、及び容量電極14により構成された蓄積容量と、補助容量電極7、ゲート絶縁膜8、及びドレイン電極11により構成された蓄積容量と、ドレイン電極11、パッシベーション膜12、平坦化膜13、及び容量電極14により構成された蓄積容量を備えている。従って、X線イメージセンサー50を高精細化することにより、蓄積容量を構成する電極の面積が小さくなる場合であっても、上記従来のX線イメージセンサーに比し、蓄積容量を確実に確保することが可能になる。その結果、X線の強弱による電荷変換差を確実に判断することができるため、高精細化されたX線イメージセンサー50において、高解像度の画像を得ることが可能になる。
(7)また、本実施形態においては、平坦化膜13にディンプル部13aを形成し、ディンプル部13aに容量電極14を設ける構成としている。従って、容量電極14の表面積が増加するとともに、ディンプル部13aにおいて、ドレイン電極11と容量電極14との距離を小さくすることが可能になる。その結果、ドレイン電極11、パッシベーション膜12、平坦化膜13、及び容量電極14により構成された蓄積容量を更に備えることになるため、上記従来のX線イメージセンサーに比し、蓄積容量をより一層確実に確保することが可能になる。
なお、上記実施形態は以下のように変更しても良い。
上記実施形態においては、半導体層として酸化物半導体層9を使用したが、半導体層はこれに限定されず、酸化物半導体層の代わりに、例えば、アモルファスシリコンやポリシリコンからなるシリコン系半導体層を薄膜トランジスタの半導体層として使用する構成としても良い。
また、上記実施形態においては、酸化物半導体層として、酸化インジウムガリウム亜鉛(In−Ga−Zn−O)からなる酸化物半導体層を使用したがが、酸化物半導体層はこれに限定されず、インジウム(In)、ガリウム(Ga)、アルミニウム(Al)、銅(Cu)、亜鉛(Zn)、マグネシウム(Mg)、カドミウム(Cd)のうち少なくとも1種を含む金属酸化物からなる材料を用いても良い。
これらの材料からなる酸化物半導体層は、アモルファスであっても移動度が高いため、スイッチング素子のオン抵抗を大きくすることができる。従って、データ読み出し時の出力電圧の差が大きくなり、S/N比を向上させることができる。
例えば、IGZO(In-Ga-Zn-O)の他に、InGaO(ZnO)、MgZn1−xO、CdZn1−xO、CdO等の酸化物半導体膜を挙げることができる。
また、1族元素、13族元素、14族元素、15族元素、または17族元素のうち1種、または複数種の不純物元素が添加されたZnOの非晶質状態、多結晶状態、または非晶質状態と多結晶状態が混在する微結晶状態のもの、あるいは上記不純物が添加されていないものを使用することもできる。
また、本発明は、例えば、フォトセンサー等の他のセンサーにも適用することができる。
より具体的には、例えば、図11に示すように、画素電極17上に光電変換素子であるフォトダイオード61が積層されたフォトセンサー60に適用することができる。
このフォトダイオード61は、下層から、リン(P)等のn型不純物がドープされたアモルファスシリコン膜62と、ドープをしていないイントリンシックのアモルファスシリコン膜63と、ボロン(B)等のp型不純物がドープされたアモルファスシリコン膜64の積層膜により構成されている。
そして、フォトダイオード61上に透明電極65が形成されており、透明電極65は、フォトダイオード61と透明電極65とを覆うように形成された保護膜である層間絶縁膜66に開口したコンタクトホール67を介して、層間絶縁膜66上に形成されたバイアス線68と接続されている。
本発明の活用例としては、X線が入射したX線変換膜からの電荷信号に基づいて、X線が透過した被写体のイメージを表示するX線イメージセンサー用基板が挙げられる。
1 X線イメージセンサー
2 薄膜トランジスタ基板(X線イメージセンサー用基板)
3 対向基板
4 絶縁基板
5 薄膜トランジスタ
6 ゲート電極
7 補助容量電極
8 ゲート絶縁膜
9 酸化物半導体層
10 ソース電極
11 ドレイン電極
12 パッシベーション膜
13 平坦化膜
13a ディンプル部
14 容量電極
15 導電性樹脂部材
16 層間絶縁膜
17 画素電極
18 コンタクトホール
19 スペーサ
20 絶縁基板
21 電極
25 変換膜
30 X線イメージセンサー
31 薄膜トランジスタ基板(X線イメージセンサー用基板)
32 コンタクトホール
40 X線イメージセンサー
41 薄膜トランジスタ基板(X線イメージセンサー用基板)
42 コンタクトホール
50 X線イメージセンサー
51 薄膜トランジスタ基板(X線イメージセンサー用基板)

Claims (5)

  1. 絶縁基板と、
    前記絶縁基板上に設けられたゲート電極、及び補助容量電極と、
    前記ゲート電極、及び前記補助容量電極を覆うように、前記絶縁基板上に設けられたゲート絶縁膜と、
    前記ゲート電極に重なるように、前記ゲート絶縁膜上に設けられた半導体層と、
    前記ゲート絶縁膜上、及び前記半導体層上に設けられ、前記ゲート絶縁膜を介して前記補助容量電極と対向して配置されることにより蓄積容量を形成するドレイン電極と、
    前記半導体層、及び前記ドレイン電極を覆うように、前記ゲート絶縁膜上に設けられたパッシベーション膜と、
    前記パッシベーション膜上に設けられた平坦化膜と、
    前記平坦化膜上に設けられた容量電極と、
    前記容量電極を覆うように、前記平坦化膜上に設けられた層間絶縁膜と、
    前記層間絶縁膜上に形成され、前記パッシベーション膜、前記平坦化膜、及び前記層間絶縁膜に形成されたコンタクトホールを介して、前記ドレイン電極と電気的に接続され、前記層間絶縁膜を介して前記容量電極と対向して配置されることにより他の蓄積容量を形成する画素電極と
    を備えることを特徴とするX線イメージセンサー用基板。
  2. 前記平坦化膜にディンプル部が形成されており、該ディンプル部に前記容量電極が設けられていることを特徴とする請求項1に記載のX線イメージセンサー用基板。
  3. 絶縁基板と、
    前記絶縁基板上に設けられたゲート電極、及び補助容量電極と、
    前記ゲート電極、及び前記補助容量電極を覆うように、前記絶縁基板上に設けられたゲート絶縁膜と、
    前記ゲート電極に重なるように、前記ゲート絶縁膜上に設けられた半導体層と、
    前記ゲート絶縁膜上、及び前記半導体層上に設けられ、前記ゲート絶縁膜を介して前記補助容量電極と対向して配置されることにより蓄積容量を形成するドレイン電極と、
    前記半導体層、及び前記ドレイン電極を覆うように、前記ゲート絶縁膜上に設けられたパッシベーション膜と、
    前記パッシベーション膜上に設けられ、該パッシベーション膜を介して前記ドレイン電極と対向して配置されることにより他の蓄積容量を形成する容量電極と
    を備えることを特徴とするX線イメージセンサー用基板。
  4. 絶縁基板と、
    前記絶縁基板上に設けられたゲート電極、及び補助容量電極と、
    前記ゲート電極、及び前記補助容量電極を覆うように、前記絶縁基板上に設けられたゲート絶縁膜と、
    前記ゲート電極に重なるように、前記ゲート絶縁膜上に設けられた半導体層と、
    前記ゲート絶縁膜上、及び前記半導体層上に設けられ、前記ゲート絶縁膜を介して前記補助容量電極と対向して配置されることにより第1の蓄積容量を形成するドレイン電極と、
    前記半導体層、及び前記ドレイン電極を覆うように、前記ゲート絶縁膜上に設けられたパッシベーション膜と、
    前記パッシベーション膜上に設けられ、該パッシベーション膜を介して前記ドレイン電極と対向して配置されることにより第2の蓄積容量を形成する容量電極と、
    前記容量電極を覆うように、前記パッシベーション膜上に設けられた層間絶縁膜と、
    前記層間絶縁膜上に形成され、前記パッシベーション膜、及び前記層間絶縁膜に形成されたコンタクトホールを介して、前記ドレイン電極と電気的に接続され、前記層間絶縁膜を介して前記容量電極と対向して配置されることにより第3の蓄積容量を形成する画素電極と
    を備えることを特徴とするX線イメージセンサー用基板。
  5. 前記半導体層が、酸化物半導体層であることを特徴とする請求項1〜請求項4のいずれか1項に記載のX線イメージセンサー用基板。
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