JPH09199699A - 薄膜イメージセンサ - Google Patents
薄膜イメージセンサInfo
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Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
- H01L27/14—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
- H01L27/144—Devices controlled by radiation
- H01L27/146—Imager structures
- H01L27/14601—Structural or functional details thereof
- H01L27/14609—Pixel-elements with integrated switching, control, storage or amplification elements
-
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 高効率で画素間のクロストークがなく、か
つ、量産性の高い、Ｘ線画像測定用の薄膜イメージセン
サを得る。 【解決手段】 基板として光ファイバープレート１１を
用い、光ファイバプレート１１の異なる面上に対峙し
て、薄膜トランジスタ２６及びＰＩＮダイオードによる
光伝導体２４と、シンチレーション蛍光体２２とを配置
して構成される。光伝導体２４は、光入射側であるＰ層
２１７が光ファイバプレート１１側になるように配置さ
れ、Ｐ層２１７側の透明電極と薄膜トランジスタのドレ
イン電極とが、Ｐ層側透明電極と一体化されたドレイン
電極１２として同一の材料及びプロセスにより同一平面
上に一体に形成される。被写体を透過したＸ線２１は、
シンチレーション蛍光体２２に入射して長波長光２３に
変換され、長波長光２３が、光ファイバプレート１１を
介して光伝導体２４のＰ層２１７に入射し、光伝導体２
４に光電流を発生させる。この光電流が、外付けの電流
計によって測定される。
つ、量産性の高い、Ｘ線画像測定用の薄膜イメージセン
サを得る。 【解決手段】 基板として光ファイバープレート１１を
用い、光ファイバプレート１１の異なる面上に対峙し
て、薄膜トランジスタ２６及びＰＩＮダイオードによる
光伝導体２４と、シンチレーション蛍光体２２とを配置
して構成される。光伝導体２４は、光入射側であるＰ層
２１７が光ファイバプレート１１側になるように配置さ
れ、Ｐ層２１７側の透明電極と薄膜トランジスタのドレ
イン電極とが、Ｐ層側透明電極と一体化されたドレイン
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上に一体に形成される。被写体を透過したＸ線２１は、
シンチレーション蛍光体２２に入射して長波長光２３に
変換され、長波長光２３が、光ファイバプレート１１を
介して光伝導体２４のＰ層２１７に入射し、光伝導体２
４に光電流を発生させる。この光電流が、外付けの電流
計によって測定される。
Description
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、Ｘ線画像測定用に使用
して好適な薄膜イメージセンサに係り、特に、医療用Ｘ
線診断装置におけるＸ線画像測定部を平板化するために
開発されているＸ線画像測定用の薄膜イメージセンサに
関する。
して好適な薄膜イメージセンサに係り、特に、医療用Ｘ
線診断装置におけるＸ線画像測定部を平板化するために
開発されているＸ線画像測定用の薄膜イメージセンサに
関する。
【０００２】
【従来の技術】Ｘ線画像測定用に使用する薄膜イメージ
センサ（以下、Ｘ線薄膜イメージセンサという）関する
従来技術として、例えば、Ｍ．Ｊ．Ｐowell, et al.,Ma
terialResearch Society Symposium Proceedings Vol.2
58,pp.1127-1137(1992)等に記載された技術が知られて
いる。
センサ（以下、Ｘ線薄膜イメージセンサという）関する
従来技術として、例えば、Ｍ．Ｊ．Ｐowell, et al.,Ma
terialResearch Society Symposium Proceedings Vol.2
58,pp.1127-1137(1992)等に記載された技術が知られて
いる。
【０００３】図５は従来技術によるＸ線薄膜イメージセ
ンサにおける画素部の断面構造を示す図であり、以下、
図５を参照して従来技術によるＸ線薄膜イメージセンサ
の構造及び動作原理を説明する。図５において、２１は
Ｘ線、２２はシンチレーション蛍光体、２３は長波長
光、２５は光電流、２６は薄膜トランジスタ、２７はゲ
ート電極、２８はゲート絶縁層、２９は半導体層、２１
０はコンタクト層、２１１はソース電極、２１２はドレ
イン電極、２１３はパシベーション層、２１４は遮光
層、２１５はａ−Ｓｉ Ｎ層、２１６はａ−Ｓｉ Ｉ
層、２１７はａ−ＳｉＰ層、２１８は透明電極、２１９
はコモン電極、２２０はコンタクト電極、２２１はガラ
ス基板、２２２は平坦化層である。
ンサにおける画素部の断面構造を示す図であり、以下、
図５を参照して従来技術によるＸ線薄膜イメージセンサ
の構造及び動作原理を説明する。図５において、２１は
Ｘ線、２２はシンチレーション蛍光体、２３は長波長
光、２５は光電流、２６は薄膜トランジスタ、２７はゲ
ート電極、２８はゲート絶縁層、２９は半導体層、２１
０はコンタクト層、２１１はソース電極、２１２はドレ
イン電極、２１３はパシベーション層、２１４は遮光
層、２１５はａ−Ｓｉ Ｎ層、２１６はａ−Ｓｉ Ｉ
層、２１７はａ−ＳｉＰ層、２１８は透明電極、２１９
はコモン電極、２２０はコンタクト電極、２２１はガラ
ス基板、２２２は平坦化層である。
【０００４】図５に示すように、従来技術によるＸ線薄
膜イメージセンサの１つの画素は、ガラス基板２２１
と、その上に形成された光伝導電体２４及び薄膜トラン
ジスタ２３と、これらを覆うポリイミド等による透明な
平坦化層２２２と、この平坦化層２２２の上に形成され
たシンチレーション蛍光体２２とを備えて構成される。
膜イメージセンサの１つの画素は、ガラス基板２２１
と、その上に形成された光伝導電体２４及び薄膜トラン
ジスタ２３と、これらを覆うポリイミド等による透明な
平坦化層２２２と、この平坦化層２２２の上に形成され
たシンチレーション蛍光体２２とを備えて構成される。
【０００５】このように構成されるＸ線薄膜イメージセ
ンサにおいて、被写体を透過したＸ線２１が、シンチレ
ーション蛍光体２２に入射すると、このＸ線２２は、長
波長光２３に変換され、この長波長光２３が光伝導体２
４に入射する。これにより、光伝導体２４に光電流２５
が発生する。この光電流２５は、通電状態の薄膜トラン
ジスタ２６を介して、外付けの電流計によって測定され
る。
ンサにおいて、被写体を透過したＸ線２１が、シンチレ
ーション蛍光体２２に入射すると、このＸ線２２は、長
波長光２３に変換され、この長波長光２３が光伝導体２
４に入射する。これにより、光伝導体２４に光電流２５
が発生する。この光電流２５は、通電状態の薄膜トラン
ジスタ２６を介して、外付けの電流計によって測定され
る。
【０００６】Ｘ線薄膜イメージセンサは、前述のような
画素を２次元的に複数配置し、薄膜トランジスタ２６の
通電／遮断状態を時系列に制御しながら、Ｘ線強度に対
して単調増加する光電流量を逐次測定することにより、
Ｘ線の２次元イメージを電気信号に変換して検知するこ
とができるものである。
画素を２次元的に複数配置し、薄膜トランジスタ２６の
通電／遮断状態を時系列に制御しながら、Ｘ線強度に対
して単調増加する光電流量を逐次測定することにより、
Ｘ線の２次元イメージを電気信号に変換して検知するこ
とができるものである。
【０００７】薄膜トランジスタ２６は、ゲート電極２
７、ゲート絶縁層２８、半導体層２９、コンタクト層２
１０、ソース電極２１１、ドレイン電極２１２、パシベ
ーション層２１３、遮光層２１４により構成される。ま
た、光伝導体２４は、５族元素例えば、燐（Ｐ）を添加
したアモルファスシリコン（以下、ａ−Ｓｉという）Ｎ
層２１５、添加元素のないａ−Ｓｉ Ｉ層２１６、及
び、３族元素、例えば、ボロン（Ｂ）を添加したａ−Ｓ
ｉ Ｐ層２１７を順次積層した所謂ＰＩＮ構造を、光入
射側であるＰ層側が前記長波長光が透過する透明電極２
１８、Ｎ層側が各光伝導体に共通電位を与えるコモン電
極２１９になるように、２枚の電極で挾んだ光ダイオー
ドにより構成される。そして、薄膜トランジスタ２３の
ドレイン電極２１２と光伝導体２４のＰ層側の透明電極
２１８とは、コンタクト電極２２０により接続される。
７、ゲート絶縁層２８、半導体層２９、コンタクト層２
１０、ソース電極２１１、ドレイン電極２１２、パシベ
ーション層２１３、遮光層２１４により構成される。ま
た、光伝導体２４は、５族元素例えば、燐（Ｐ）を添加
したアモルファスシリコン（以下、ａ−Ｓｉという）Ｎ
層２１５、添加元素のないａ−Ｓｉ Ｉ層２１６、及
び、３族元素、例えば、ボロン（Ｂ）を添加したａ−Ｓ
ｉ Ｐ層２１７を順次積層した所謂ＰＩＮ構造を、光入
射側であるＰ層側が前記長波長光が透過する透明電極２
１８、Ｎ層側が各光伝導体に共通電位を与えるコモン電
極２１９になるように、２枚の電極で挾んだ光ダイオー
ドにより構成される。そして、薄膜トランジスタ２３の
ドレイン電極２１２と光伝導体２４のＰ層側の透明電極
２１８とは、コンタクト電極２２０により接続される。
【０００８】前述した従来技術によるＸ線薄膜イメージ
センサは、ガラス基板２２１上に形成した薄膜トランジ
スタ２６と光伝導体２４との上に、平坦化層２２２を介
してシンチレーション蛍光体２２が積層されるように、
薄膜トランジスタ２６、光伝導体２４、及びシンチレー
ション蛍光体２２が、ガラス基板の同一面上に配置され
る。従って、光伝導体２４は、光入射側であるＰ層２１
７がシンチレーション蛍光体２２側に、また、Ｎ層２１
５がガラス基板２２１側になるように配置される。
センサは、ガラス基板２２１上に形成した薄膜トランジ
スタ２６と光伝導体２４との上に、平坦化層２２２を介
してシンチレーション蛍光体２２が積層されるように、
薄膜トランジスタ２６、光伝導体２４、及びシンチレー
ション蛍光体２２が、ガラス基板の同一面上に配置され
る。従って、光伝導体２４は、光入射側であるＰ層２１
７がシンチレーション蛍光体２２側に、また、Ｎ層２１
５がガラス基板２２１側になるように配置される。
【０００９】図６は薄膜イメージセンサ全体の構成を示
す図であり、薄膜イメージセンサ全体は、図５に示した
構造を有する薄膜イメージセンサが１画素となるよう
に、多数のイメージセンサがマトリクス状に配置されて
構成されている。
す図であり、薄膜イメージセンサ全体は、図５に示した
構造を有する薄膜イメージセンサが１画素となるよう
に、多数のイメージセンサがマトリクス状に配置されて
構成されている。
【００１０】この図から判るように、光伝導体のコモン
電極２１９には、電源ＶCEが接続され、行方向に並ぶ薄
膜トランジスタのゲート電極２７は、ロードライバによ
り順次駆動され、検出信号は、列方向から読み出しアン
プ、マルチプレクサを介して画像信号として出力され
る。このような薄膜イメージセンサは、Ｘ線撮像装置等
の結像面に配置されて使用される。
電極２１９には、電源ＶCEが接続され、行方向に並ぶ薄
膜トランジスタのゲート電極２７は、ロードライバによ
り順次駆動され、検出信号は、列方向から読み出しアン
プ、マルチプレクサを介して画像信号として出力され
る。このような薄膜イメージセンサは、Ｘ線撮像装置等
の結像面に配置されて使用される。
【００１１】なお、前述したような薄膜イメージセンサ
全体の構成及び使用方法は、後述する本発明の各実施形
態の場合も同様であるので、実施形態の説明において
は、これらの説明を省略し、１つの画素についてのみ説
明する。
全体の構成及び使用方法は、後述する本発明の各実施形
態の場合も同様であるので、実施形態の説明において
は、これらの説明を省略し、１つの画素についてのみ説
明する。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】前述した従来技術によ
るＸ線薄膜イメージセンサは、電気的接触を避ける必要
がある薄膜トランジスタ２６のドレイン電極２１２及び
光伝導体２４のコモン電極２１９が同一平面上に同時に
形成され、また、光伝導体２４のＰ層側透明電極２１８
が薄膜トランジスタ２６のドレイン電極２１２とは異な
る平面上に形成され、両電極形成後に両者がコンタクト
電極２１０で接続されて製造される。そして、ドレイン
電極２１２とコモン電極２１９とは一定間隔（例えば１
０μｍ以上）離して配置され、Ｐ層２１７側の透明電極
２１８の一部が不透明なコンタクト電極２１０で被覆さ
れる。
るＸ線薄膜イメージセンサは、電気的接触を避ける必要
がある薄膜トランジスタ２６のドレイン電極２１２及び
光伝導体２４のコモン電極２１９が同一平面上に同時に
形成され、また、光伝導体２４のＰ層側透明電極２１８
が薄膜トランジスタ２６のドレイン電極２１２とは異な
る平面上に形成され、両電極形成後に両者がコンタクト
電極２１０で接続されて製造される。そして、ドレイン
電極２１２とコモン電極２１９とは一定間隔（例えば１
０μｍ以上）離して配置され、Ｐ層２１７側の透明電極
２１８の一部が不透明なコンタクト電極２１０で被覆さ
れる。
【００１３】この結果、従来技術によるＸ線薄膜イメー
ジセンサは、画素面積における光伝導体２４の受光部の
面積が占める割合、所謂開口率が小さくなり、Ｘ線薄膜
イメージセンサの光電変換効率が低いという問題点を有
してしまうことになる。
ジセンサは、画素面積における光伝導体２４の受光部の
面積が占める割合、所謂開口率が小さくなり、Ｘ線薄膜
イメージセンサの光電変換効率が低いという問題点を有
してしまうことになる。
【００１４】また、一般に、Ｘ線から長波長光への変換
効率の高いシンチレーション蛍光体２２を形成するため
には、結晶性が高い蛍光体を形成する必要がある。この
ためには、下地となる平坦化層２２２の表面を平坦にす
る必要がある。
効率の高いシンチレーション蛍光体２２を形成するため
には、結晶性が高い蛍光体を形成する必要がある。この
ためには、下地となる平坦化層２２２の表面を平坦にす
る必要がある。
【００１５】前述した従来技術によるＸ線薄膜イメージ
センサは、１μｍ前後の凹凸を有する薄膜トランジスタ
２６及び光伝導体２４の上を平坦化するために、平坦化
層２２２の厚さは少なくとも１μｍ以上必要となり、層
形成に長時間を要し量産性が悪いという問題点を有して
いると同時に、シンチレーション蛍光体２２と光伝導体
２４との間が離れるため、隣接画素との光学的なクロス
トークが発生し、解像度が低下するという問題を有して
いる。さらに、前述した従来技術によるＸ線薄膜イメー
ジセンサは、シンチレーション蛍光体２２の形成時に薄
膜トランジスタ２６及び光伝導体２４にダメージを与え
るため、不良発生率が高いという問題点をも有してい
る。
センサは、１μｍ前後の凹凸を有する薄膜トランジスタ
２６及び光伝導体２４の上を平坦化するために、平坦化
層２２２の厚さは少なくとも１μｍ以上必要となり、層
形成に長時間を要し量産性が悪いという問題点を有して
いると同時に、シンチレーション蛍光体２２と光伝導体
２４との間が離れるため、隣接画素との光学的なクロス
トークが発生し、解像度が低下するという問題を有して
いる。さらに、前述した従来技術によるＸ線薄膜イメー
ジセンサは、シンチレーション蛍光体２２の形成時に薄
膜トランジスタ２６及び光伝導体２４にダメージを与え
るため、不良発生率が高いという問題点をも有してい
る。
【００１６】本発明の目的は、前述した従来技術の問題
点を解決し、開口率を増加させて光電変換効率を向上さ
せることができ、シンチレーション蛍光体の結晶性を向
上させてＸ線から長波長光への変換効率を向上させるこ
とができ、さらに、薄膜形成／加工時間の短縮を図って
量産性を向上させることのできる薄膜イメージセンサを
提供することにある。
点を解決し、開口率を増加させて光電変換効率を向上さ
せることができ、シンチレーション蛍光体の結晶性を向
上させてＸ線から長波長光への変換効率を向上させるこ
とができ、さらに、薄膜形成／加工時間の短縮を図って
量産性を向上させることのできる薄膜イメージセンサを
提供することにある。
【００１７】
【課題を解決するための手段】本発明によれば前記目的
は、薄膜トランジスタ、ＰＩＮ光ダイオードからなる光
伝導体、シンチレーション蛍光体、及び、ガラス基板の
積層構造からなるＸ線画像測定用の薄膜イメージセンサ
において、ガラス基板として光ファイバプレートを用
い、前記光ファイバプレートの異なる面上に、薄膜トラ
ンジスタ及びＰＩＮダイオードによる光伝導体と、シン
チレーション蛍光体とを対峙して配置することにより達
成される。
は、薄膜トランジスタ、ＰＩＮ光ダイオードからなる光
伝導体、シンチレーション蛍光体、及び、ガラス基板の
積層構造からなるＸ線画像測定用の薄膜イメージセンサ
において、ガラス基板として光ファイバプレートを用
い、前記光ファイバプレートの異なる面上に、薄膜トラ
ンジスタ及びＰＩＮダイオードによる光伝導体と、シン
チレーション蛍光体とを対峙して配置することにより達
成される。
【００１８】また、前記目的は、前記光伝導体を、受光
面となるＰ層が光ファイバプレート側になるように配置
し、前記光伝導体のＰ層側透明電極を薄膜トランジスタ
のドレイン電極と一体に形成し、前記シンチレーション
蛍光体により変換された長波長光を光ファイバプレート
を透過した後に光伝導体に入射させるようにすることに
より達成される。
面となるＰ層が光ファイバプレート側になるように配置
し、前記光伝導体のＰ層側透明電極を薄膜トランジスタ
のドレイン電極と一体に形成し、前記シンチレーション
蛍光体により変換された長波長光を光ファイバプレート
を透過した後に光伝導体に入射させるようにすることに
より達成される。
【００１９】本発明は、光伝導体のＰ層側透明電極と薄
膜トランジスタのドレイン電極とが一体化され、Ｐ層側
透明電極面がコンタクト電極に被覆されないため、受光
素子としての光導電体の開口率を増加させて光電変換効
率を向上させることができる。また、本発明は、シンチ
レーション蛍光体を平坦な光ファイバプレート上に形成
することができるので、結晶性を高くして変換効率を高
くすることができ、しかも、厚い平坦化膜を形成する時
間を必要としないので、量産性を向上することができ
る。さらに、本発明は、シンチレーション蛍光体と光伝
導体とが光ファイバプレートによって光学的に結合され
るため、隣接画素との間で光学的なクロストークを生じ
ることがなく画像の解像度の低下を防止することができ
る。
膜トランジスタのドレイン電極とが一体化され、Ｐ層側
透明電極面がコンタクト電極に被覆されないため、受光
素子としての光導電体の開口率を増加させて光電変換効
率を向上させることができる。また、本発明は、シンチ
レーション蛍光体を平坦な光ファイバプレート上に形成
することができるので、結晶性を高くして変換効率を高
くすることができ、しかも、厚い平坦化膜を形成する時
間を必要としないので、量産性を向上することができ
る。さらに、本発明は、シンチレーション蛍光体と光伝
導体とが光ファイバプレートによって光学的に結合され
るため、隣接画素との間で光学的なクロストークを生じ
ることがなく画像の解像度の低下を防止することができ
る。
【００２０】
【発明の実施の形態】以下、本発明による薄膜イメージ
センサの実施形態を図面により詳細に説明する。
センサの実施形態を図面により詳細に説明する。
【００２１】図１は本発明の第１の実施形態によるＸ線
薄膜イメージセンサの画素部の断面構造を示す図であ
る。図１において、１１は光ファイバプレート、１２は
Ｐ層側透明電極と一体化されたドレイン電極、１３は保
護絶縁膜、１４は保護膜であり、他の符号は図１の場合
と同一である。
薄膜イメージセンサの画素部の断面構造を示す図であ
る。図１において、１１は光ファイバプレート、１２は
Ｐ層側透明電極と一体化されたドレイン電極、１３は保
護絶縁膜、１４は保護膜であり、他の符号は図１の場合
と同一である。
【００２２】図１に示す本発明の第１の実施形態による
Ｘ線薄膜イメージセンサは、従来技術におけるガラス基
板２２１の代わりに、光ファイバプレート１１によるガ
ラス基板を用い、この光ファイバプレート１１の異なる
面上に対峙して、薄膜トランジスタ２６及びＰＩＮダイ
オードによる光伝導体２４と、シンチレーション蛍光体
２２とを対峙するように配置して構成される。光伝導体
２４は、光入射側であるＰ層２１７がガラス基板に代わ
る光ファイバプレート１１側になるように配置され、Ｐ
層２１７側の透明電極と薄膜トランジスタのドレイン電
極とが、Ｐ層側透明電極と一体化されたドレイン電極１
２として同一の材料及びプロセスにより同一平面上に一
体に形成される。
Ｘ線薄膜イメージセンサは、従来技術におけるガラス基
板２２１の代わりに、光ファイバプレート１１によるガ
ラス基板を用い、この光ファイバプレート１１の異なる
面上に対峙して、薄膜トランジスタ２６及びＰＩＮダイ
オードによる光伝導体２４と、シンチレーション蛍光体
２２とを対峙するように配置して構成される。光伝導体
２４は、光入射側であるＰ層２１７がガラス基板に代わ
る光ファイバプレート１１側になるように配置され、Ｐ
層２１７側の透明電極と薄膜トランジスタのドレイン電
極とが、Ｐ層側透明電極と一体化されたドレイン電極１
２として同一の材料及びプロセスにより同一平面上に一
体に形成される。
【００２３】次に、前述したような構造を有する本発明
の第１の実施形態によるＸ線薄膜イメージセンサの製造
方法について説明する。
の第１の実施形態によるＸ線薄膜イメージセンサの製造
方法について説明する。
【００２４】まず、基板として用いる厚さ約２mmの光フ
ァイバプレート１１（例えば、ガリレオ社製：ファイバ
径１０μｍタイプ）の良く洗浄された表面に、マグネト
ロンスパッタ法を用いて、基板温度１５０℃で厚さ１４
０nmのＣｒを形成する。次に、Ｃｒをエッチングにより
加工し、ゲート電極２７を形成する。その際、エッチン
グ液としてＣｅ(ＮＨ４)2(ＮＯ)6にＨＮＯ3を適量添加
した水溶液を用いた。このエッチング後のＣｒ膜端部の
テーパ角は約１０度であった。
ァイバプレート１１（例えば、ガリレオ社製：ファイバ
径１０μｍタイプ）の良く洗浄された表面に、マグネト
ロンスパッタ法を用いて、基板温度１５０℃で厚さ１４
０nmのＣｒを形成する。次に、Ｃｒをエッチングにより
加工し、ゲート電極２７を形成する。その際、エッチン
グ液としてＣｅ(ＮＨ４)2(ＮＯ)6にＨＮＯ3を適量添加
した水溶液を用いた。このエッチング後のＣｒ膜端部の
テーパ角は約１０度であった。
【００２５】次に、ゲート電極２７が形成された光ファ
イバプレート１１上に、ＲＦプラズマＣＶＤ装置を用い
て、ゲート絶縁層２８、半導体層２９、コンタクト層２
１０として、ａ−ＳｉＮ：Ｈを３００nm、ａ−Ｓｉ：Ｈ
を２００nm、及び、燐がドープされたａ−Ｓｉ：Ｈ（ｎ
+−ａ−Ｓｉ：Ｈ）を３０nm、連続して形成する。その
後、ａ−Ｓｉ：Ｈ及びｎ+−ａ−Ｓｉ：Ｈをドライエッ
チングにより島状に加工する。
イバプレート１１上に、ＲＦプラズマＣＶＤ装置を用い
て、ゲート絶縁層２８、半導体層２９、コンタクト層２
１０として、ａ−ＳｉＮ：Ｈを３００nm、ａ−Ｓｉ：Ｈ
を２００nm、及び、燐がドープされたａ−Ｓｉ：Ｈ（ｎ
+−ａ−Ｓｉ：Ｈ）を３０nm、連続して形成する。その
後、ａ−Ｓｉ：Ｈ及びｎ+−ａ−Ｓｉ：Ｈをドライエッ
チングにより島状に加工する。
【００２６】さらに、その上に、マグネトロンスパッタ
法を用いて、基板温度１５０℃で厚さ１４０nmの錫が添
加された酸化インジウムからなるＩＴＯ透明導電膜を形
成する。このＩＴＯ膜をエッチングにより加工し、薄膜
トランジスタ２６のソース電極２１１及び光伝導体２４
のＰ層側透明電極と一体化されたドレイン電極１２を形
成する。
法を用いて、基板温度１５０℃で厚さ１４０nmの錫が添
加された酸化インジウムからなるＩＴＯ透明導電膜を形
成する。このＩＴＯ膜をエッチングにより加工し、薄膜
トランジスタ２６のソース電極２１１及び光伝導体２４
のＰ層側透明電極と一体化されたドレイン電極１２を形
成する。
【００２７】その上に、ＲＦプラズマＣＶＤ装置を用い
て、パシベーション膜２１３として、ａ−ＳｉＮ：Ｈを
３００nm形成後、ドライエッチングにより、Ｐ層側透明
電極上のａ−ＳｉＮ：Ｈを除去し、その上に、ＲＦプラ
ズマＣＶＤ装置を用いて、ａ−Ｓｉ：ＨからなるＰ層２
１７、Ｉ層２１６、及び、Ｎ層２１５を各層の膜厚がそ
れぞれ１０nm、１μｍ、１０nmとなるように連続形成
後、ドライエッチングにより島状加工する。
て、パシベーション膜２１３として、ａ−ＳｉＮ：Ｈを
３００nm形成後、ドライエッチングにより、Ｐ層側透明
電極上のａ−ＳｉＮ：Ｈを除去し、その上に、ＲＦプラ
ズマＣＶＤ装置を用いて、ａ−Ｓｉ：ＨからなるＰ層２
１７、Ｉ層２１６、及び、Ｎ層２１５を各層の膜厚がそ
れぞれ１０nm、１μｍ、１０nmとなるように連続形成
後、ドライエッチングにより島状加工する。
【００２８】次に、その上に、ＲＦプラズマＣＶＤ装置
を用いて、保護絶縁膜１３として、ａ−ＳｉＮ：Ｈを３
００nm形成後、ドライエッチングにより、Ｎ層上のａ−
ＳｉＮ：Ｈを除去し、その上に、マグネトロンスパッタ
法を用いて、基板温度１５０℃で厚さ１４０ｎｍのＣｒ
を形成後、エッチングにより加工し、コモン電極２１９
を形成する。その上に、スピンコート法を用いて、厚さ
１μｍのポリイミド膜を形成し、１５０℃、１時間アニ
ールして固化して、保護膜１４を形成する。
を用いて、保護絶縁膜１３として、ａ−ＳｉＮ：Ｈを３
００nm形成後、ドライエッチングにより、Ｎ層上のａ−
ＳｉＮ：Ｈを除去し、その上に、マグネトロンスパッタ
法を用いて、基板温度１５０℃で厚さ１４０ｎｍのＣｒ
を形成後、エッチングにより加工し、コモン電極２１９
を形成する。その上に、スピンコート法を用いて、厚さ
１μｍのポリイミド膜を形成し、１５０℃、１時間アニ
ールして固化して、保護膜１４を形成する。
【００２９】以上により、薄膜トランジスタ２６とＰＩ
Ｎダイオードによる受光部としての光伝導体２４とが光
ファイバプレート１１の同一面上に形成される。
Ｎダイオードによる受光部としての光伝導体２４とが光
ファイバプレート１１の同一面上に形成される。
【００３０】次に、光ファイバプレート１１の他の面上
に、シンチレーション蛍光体２２として、厚さ３００〜
１０００μｍのヨウ化セシウム（ＣｓＩ）を、蒸着法を
用いて形成する。以上により、本発明の第１の実施形態
によるＸ線薄膜イメージセンサを完成させることができ
る。
に、シンチレーション蛍光体２２として、厚さ３００〜
１０００μｍのヨウ化セシウム（ＣｓＩ）を、蒸着法を
用いて形成する。以上により、本発明の第１の実施形態
によるＸ線薄膜イメージセンサを完成させることができ
る。
【００３１】前述した本発明の第１の実施形態によるＸ
線薄膜イメージセンサにおいて、被写体を透過したＸ線
２１は、シンチレーション蛍光体２２に入射して長波長
光２３に変換される。そして、この長波長光２３は、光
ファイバプレート１１のファイバを介して光伝導体２４
のＰ層２１７に入射し、光伝導体２４に光電流を発生さ
せる。この光電流が、通電状態の薄膜トランジスタ２６
を介して、外付けの電流計によって測定される点は従来
技術の場合と同様である。
線薄膜イメージセンサにおいて、被写体を透過したＸ線
２１は、シンチレーション蛍光体２２に入射して長波長
光２３に変換される。そして、この長波長光２３は、光
ファイバプレート１１のファイバを介して光伝導体２４
のＰ層２１７に入射し、光伝導体２４に光電流を発生さ
せる。この光電流が、通電状態の薄膜トランジスタ２６
を介して、外付けの電流計によって測定される点は従来
技術の場合と同様である。
【００３２】本発明の第１の実施形態によるＸ線薄膜イ
メージセンサは、光伝導体２４のＰ層２１７側の透明電
極１２が不透明なコンタクト電極により被覆されること
がないため、開口率を増加させて光電変換効率を向上さ
せることができる。
メージセンサは、光伝導体２４のＰ層２１７側の透明電
極１２が不透明なコンタクト電極により被覆されること
がないため、開口率を増加させて光電変換効率を向上さ
せることができる。
【００３３】また、本発明の第１の実施形態によるＸ線
薄膜イメージセンサは、平坦度の高い光ファイバプレー
ト１１上にシンチレーション蛍光体２２を形成している
ので、シンチレーション蛍光体２２の結晶性を向上ささ
せることができ、Ｘ線から長波長光への変換効率を向上
させることができ、さらに、従来技術の場合のように薄
膜トランジスタ、光伝導体上に平坦化層を形成する必要
がないので、薄膜形成／加工時間の短縮を図って量産性
を向上させることができる。
薄膜イメージセンサは、平坦度の高い光ファイバプレー
ト１１上にシンチレーション蛍光体２２を形成している
ので、シンチレーション蛍光体２２の結晶性を向上ささ
せることができ、Ｘ線から長波長光への変換効率を向上
させることができ、さらに、従来技術の場合のように薄
膜トランジスタ、光伝導体上に平坦化層を形成する必要
がないので、薄膜形成／加工時間の短縮を図って量産性
を向上させることができる。
【００３４】さらに、本発明の第１の実施形態によるＸ
線薄膜イメージセンサは、シンチレーション蛍光体２２
と光伝導体２４とが光ファイバプレート１１によって光
学的に結合されているため、隣接画素との光学的なクロ
ストークがなく、解像度の低下を防止することができ
る。
線薄膜イメージセンサは、シンチレーション蛍光体２２
と光伝導体２４とが光ファイバプレート１１によって光
学的に結合されているため、隣接画素との光学的なクロ
ストークがなく、解像度の低下を防止することができ
る。
【００３５】図２は本発明の第２の実施形態によるＸ線
薄膜イメージセンサの画素部の断面構造を示す図であ
る。図２において、３１はソース電極であり、他の符号
は図１の場合と同一である。
薄膜イメージセンサの画素部の断面構造を示す図であ
る。図２において、３１はソース電極であり、他の符号
は図１の場合と同一である。
【００３６】図２に示す本発明の第２の実施形態による
Ｘ線薄膜イメージセンサは、前述した本発明の第１の実
施形態におけるソース電極２１１を、より抵抗の低い例
えばＣｒで形成したソース電極３１としたものである。
すなわち、図１により説明した本発明第１の実施形態に
おけるソース電極２１１は、光伝導体２４Ｐ層２１７側
透明電極と一体化されたドレイン電極１２と同一材料の
ＩＴＯにより形成したが、本発明の第２の実施形態にお
けるソース電極３１は、図２に示すように、より抵抗の
低い例えばＣｒで形成したものである。この場合、ゲー
ト電極形成と同様な方法を用いてソース電極３１を形成
する工程が新たに付加される。
Ｘ線薄膜イメージセンサは、前述した本発明の第１の実
施形態におけるソース電極２１１を、より抵抗の低い例
えばＣｒで形成したソース電極３１としたものである。
すなわち、図１により説明した本発明第１の実施形態に
おけるソース電極２１１は、光伝導体２４Ｐ層２１７側
透明電極と一体化されたドレイン電極１２と同一材料の
ＩＴＯにより形成したが、本発明の第２の実施形態にお
けるソース電極３１は、図２に示すように、より抵抗の
低い例えばＣｒで形成したものである。この場合、ゲー
ト電極形成と同様な方法を用いてソース電極３１を形成
する工程が新たに付加される。
【００３７】図３は本発明の第３の実施形態によるＸ線
薄膜イメージセンサの画素部の断面構造を示す図であ
る。図３において、図の符号は図２の場合と同一であ
る。
薄膜イメージセンサの画素部の断面構造を示す図であ
る。図３において、図の符号は図２の場合と同一であ
る。
【００３８】図３に示す本発明の第３の実施形態による
Ｘ線薄膜イメージセンサは、薄膜トランジスタ２６の構
造を正スタガ構造としたものである。すなわち、図１、
図２により説明した本発明の第１、第２の実施形態にお
ける薄膜トランジスタ２６は、ゲート電極１７が基板側
に位置する所謂逆スタガ構造であったが、本発明の第３
の実施形態における薄膜トランジスタ２６は、図３に示
すように、ソース電極及びＰ層側透明電極と一体化され
たドレイン電極１２が基板側に位置する所謂正スタガ構
造を有している。
Ｘ線薄膜イメージセンサは、薄膜トランジスタ２６の構
造を正スタガ構造としたものである。すなわち、図１、
図２により説明した本発明の第１、第２の実施形態にお
ける薄膜トランジスタ２６は、ゲート電極１７が基板側
に位置する所謂逆スタガ構造であったが、本発明の第３
の実施形態における薄膜トランジスタ２６は、図３に示
すように、ソース電極及びＰ層側透明電極と一体化され
たドレイン電極１２が基板側に位置する所謂正スタガ構
造を有している。
【００３９】前述した本発明の第２、第３の実施形態に
よるＸ線薄膜イメージセンサの構造によっても、本発明
の第１の実施形態の場合と同様な効果を得ることができ
る。
よるＸ線薄膜イメージセンサの構造によっても、本発明
の第１の実施形態の場合と同様な効果を得ることができ
る。
【００４０】図４は本発明の第４の実施形態によるＸ線
薄膜イメージセンサの画素部の断面構造を示す図であ
る。図４において、５１は集光機能を有する光ファイバ
プレートであり、他の符号は図２の場合と同一である。
薄膜イメージセンサの画素部の断面構造を示す図であ
る。図４において、５１は集光機能を有する光ファイバ
プレートであり、他の符号は図２の場合と同一である。
【００４１】図４に示す本発明の第４の実施形態による
Ｘ線薄膜イメージセンサは、光ファイバプレートとし
て、シンチレーション蛍光体２２側の入射面の面積が光
伝導体２４側の出射面の面積よりも大きい集光機能を有
する光ファイバプレート５１を使用したものである。こ
の光ファイバプレート５１は、各画素対応に光ファイバ
プレートを構成する光ファイバの入射面の断面積が出射
面の断面積よりも大きく形成され、薄膜トランジスタを
含む１つの画素全体の面積からの入射光を、光伝導体の
受光面であるＰ層に集光するものである。なお、このよ
うな集光機能を有する光ファイバプレートの製法に関す
る技術として、特開平５−２４９４５０号公報等に記載
された技術が知られている。
Ｘ線薄膜イメージセンサは、光ファイバプレートとし
て、シンチレーション蛍光体２２側の入射面の面積が光
伝導体２４側の出射面の面積よりも大きい集光機能を有
する光ファイバプレート５１を使用したものである。こ
の光ファイバプレート５１は、各画素対応に光ファイバ
プレートを構成する光ファイバの入射面の断面積が出射
面の断面積よりも大きく形成され、薄膜トランジスタを
含む１つの画素全体の面積からの入射光を、光伝導体の
受光面であるＰ層に集光するものである。なお、このよ
うな集光機能を有する光ファイバプレートの製法に関す
る技術として、特開平５−２４９４５０号公報等に記載
された技術が知られている。
【００４２】前述した本発明の第４の実施形態によれ
ば、前述の本発明の第１〜第３の実施形態の場合と同様
な効果を得ることができると共に、さらに、シンチレー
ション蛍光体側の入射面の面積が光伝導体側の出射面の
面積よりも大きい集光機能を有する光ファイバプレート
を用い、光ファイバプレートの出射面を光伝導体の受光
面に合わせることにより、シンチレーション蛍光体によ
り変換された長波長光の発光を効率良く光伝導体へ導く
ことができるため、薄膜イメージセンサの効率をさらに
向上させることができる。
ば、前述の本発明の第１〜第３の実施形態の場合と同様
な効果を得ることができると共に、さらに、シンチレー
ション蛍光体側の入射面の面積が光伝導体側の出射面の
面積よりも大きい集光機能を有する光ファイバプレート
を用い、光ファイバプレートの出射面を光伝導体の受光
面に合わせることにより、シンチレーション蛍光体によ
り変換された長波長光の発光を効率良く光伝導体へ導く
ことができるため、薄膜イメージセンサの効率をさらに
向上させることができる。
【００４３】前述した本発明の実施形態は、本発明がＸ
線薄膜イメージセンサであるとして説明したがた、本発
明の薄膜イメージセンサは、シンチレーション蛍光体を
取り除けば、光イメージを読み取る通常の所謂薄膜イメ
ージセンサとしても利用することができる。
線薄膜イメージセンサであるとして説明したがた、本発
明の薄膜イメージセンサは、シンチレーション蛍光体を
取り除けば、光イメージを読み取る通常の所謂薄膜イメ
ージセンサとしても利用することができる。
【００４４】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
光伝導体の開口率を増加させて光電変換効率を向上させ
ることができ、また、シンチレーション蛍光体の結晶性
を向上させることができるため、Ｘ線から長波長光への
変換効率を向上させることができ、薄膜形成／加工時間
の短縮を図って量産性を向上させることができる。
光伝導体の開口率を増加させて光電変換効率を向上させ
ることができ、また、シンチレーション蛍光体の結晶性
を向上させることができるため、Ｘ線から長波長光への
変換効率を向上させることができ、薄膜形成／加工時間
の短縮を図って量産性を向上させることができる。
【００４５】さらに、本発明によれば、シンチレーショ
ン蛍光体と光伝導体とが光ファイバプレート１１によっ
て光学的に結合されているため、隣接画素との光学的な
クロストークを生じさせることがなく、解像度の低下を
防止することができる。
ン蛍光体と光伝導体とが光ファイバプレート１１によっ
て光学的に結合されているため、隣接画素との光学的な
クロストークを生じさせることがなく、解像度の低下を
防止することができる。
【図１】本発明の第１の実施形態によるＸ線薄膜イメー
ジセンサの画素部の断面構造を示す図である。
ジセンサの画素部の断面構造を示す図である。
【図２】本発明の第２の実施形態によるＸ線薄膜イメー
ジセンサの画素部の断面構造を示す図である。
ジセンサの画素部の断面構造を示す図である。
【図３】本発明の第３の実施形態によるＸ線薄膜イメー
ジセンサの画素部の断面構造を示す図である。
ジセンサの画素部の断面構造を示す図である。
【図４】本発明の第４の実施形態によるＸ線薄膜イメー
ジセンサの画素部の断面構造を示す図である。
ジセンサの画素部の断面構造を示す図である。
【図５】従来技術によるＸ線薄膜イメージセンサにおけ
る画素部の断面構造を示す図である。
る画素部の断面構造を示す図である。
【図６】薄膜イメージセンサ全体の構成を示す図であ
る。
る。
１１、５１ 光ファイバプレート １２ Ｐ層側透明電極と一体化されたドレイン電極 １３ 保護絶縁膜 １４ 保護膜 ２２ シンチレーション蛍光体 ２４ 光伝導体 ２６ 薄膜トランジスタ ２７ ゲート電極 ２８ ゲート絶縁層 ２９ 半導体層 ２１０ コンタクト層 ２１１、３１ ソース電極 ２１２ ドレイン電極 ２１３ パシベーション層 ２１４ 遮光層 ２１５ ａ−Ｓｉ Ｎ層 ２１６ ａ−Ｓｉ Ｉ層 ２１７ ａ−Ｓｉ Ｐ層 ２１８ 透明電極 ２１９ コモン電極 ２２０ コンタクト電極 ２２１ ガラス基板 ２２２ 平坦化層
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 檜山 郁夫 茨城県日立市大みか町七丁目１番１号 株 式会社日立製作所日立研究所内 (72)発明者 峯村 哲郎 茨城県日立市大みか町七丁目１番１号 株 式会社日立製作所日立研究所内
Claims (7)
- 【請求項１】 薄膜トランジスタ、ＰＩＮ光ダイオード
からなる光伝導体、シンチレーション蛍光体、及び、ガ
ラス基板の積層構造からなるＸ線画像測定用の薄膜イメ
ージセンサにおいて、ガラス基板として光ファイバプレ
ートを用い、前記光ファイバプレートの異なる面上に、
薄膜トランジスタ及びＰＩＮダイオードによる光伝導体
と、シンチレーション蛍光体とを対峙して配置したこと
を特徴とする薄膜イメージセンサ。 - 【請求項２】 前記光伝導体は、受光面となるＰ層が光
ファイバプレート側になるように配置され、前記光伝導
体のＰ層側透明電極が薄膜トランジスタのドレイン電極
と一体に形成され、前記シンチレーション蛍光体により
変換された長波長光が光ファイバプレートを透過した後
に光伝導体に入射することを特徴とする請求項１記載の
薄膜イメージセンサ。 - 【請求項３】 前記薄膜トランジスタのソース電極は、
前記光伝導体のＰ層側透明電極と一体に形成された前記
ドレイン電極と同一の透明電極材料により同時に形成さ
れることを特徴とする請求項１または２記載の薄膜イメ
ージセンサ。 - 【請求項４】 前記薄膜トランジスタのソース電極は、
前記光伝導体のＰ層側透明電極と一体に形成された前記
ドレイン電極材料よりも低抵抗率の薄膜材料により形成
されることを特徴とする請求項１または２記載の薄膜イ
メージセンサ。 - 【請求項５】 前記薄膜トランジスタは、ゲート電極が
光ファイバプレート側に位置する逆スタガ構造、また
は、ソース電極及び前記光導電体のＰ層側透明電極と一
体化されたドレイン電極が光ファイバプレート側に位置
する正スタガ構造を有することを特徴とする請求項１な
いし４のうち１記載の薄膜イメージセンサ。 - 【請求項６】 前記薄膜トランジスタは、アモルファス
シリコン薄膜及びアモルファス窒化シリコン薄膜を用い
たアモルファスシリコン薄膜トランジスタであり、前記
光伝導体は、５族元素を添加したアモルファスシリコン
Ｎ層、添加元素のないアモルファスシリコンＩ層、及
び、３族元素を添加したアモルファスシリコンＰ層を順
次積層したＰＩＮ構造を有し、光入射側であるＰ層側が
透明電極、Ｎ層側が各光伝導体に共通電位を与えるコモ
ン電極になるように、２枚の電極で挾んだ光ダイオード
であることを特徴とする請求項１ないし５のうち１記載
の薄膜イメージセンサ。 - 【請求項７】 前記光ファイバプレートは、画素毎のシ
ンチレーション蛍光体側の入射面の面積が光伝導体側の
出射面の面積よりも大きい集光機能を有する光ファイバ
プレートであり、前記光ファイバプレートの出射面が光
伝導体の受光面に対向させられていることを特徴とする
請求項１ないし６のうち１記載の薄膜イメージセンサ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8004140A JPH09199699A (ja) | 1996-01-12 | 1996-01-12 | 薄膜イメージセンサ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8004140A JPH09199699A (ja) | 1996-01-12 | 1996-01-12 | 薄膜イメージセンサ |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
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- 1996-01-12 JP JP8004140A patent/JPH09199699A/ja active Pending
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