WO2017170936A1 - 光電変換装置及びｘ線検出装置 - Google Patents

光電変換装置及びｘ線検出装置 Download PDF

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    • Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy

Definitions

  • Patent Document 2 Although the performance with respect to the leakage current is improved, since the thin film transistor and a part of the contact are formed outside the photodiode, the ratio of the area of the silicon layer is reduced. As a result, a trade-off problem occurs in which the performance is reduced with respect to the quantum efficiency.
  • the problems described above are caused by the fact that the increase in the area of the photodiode and the reduction in the step height of the contact hole cannot be realized simultaneously.
  • the formation area of the photodiode 25 (formation area of the semiconductor stacked portion 28 including the Si layer) in one pixel PX is increased, and the photodiode It is possible to simultaneously reduce the step due to the second contact hole 27 in the formation region 25. For this reason, the quantum efficiency can be increased, an increase in leakage current can be suppressed, and the performance of the photodiode 25 can be improved.

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Abstract

本発明の一態様の光電変換装置は、マトリクス状に配置されたフォトダイオード及び薄膜トランジスタと、薄膜トランジスタ上に積層された層間絶縁膜と、層間絶縁膜に形成され薄膜トランジスタのソース電極の表面に達する第１コンタクトホールと、層間絶縁膜に形成され薄膜トランジスタのドレイン電極の表面に達する第２コンタクトホールと、を有する素子基板を備え、第１コンタクトホールを介して、薄膜トランジスタのソース電極とソースバスラインとが接続され、第２コンタクトホールを介して、薄膜トランジスタのドレイン電極とフォトダイオードの下層電極とが接続されており、第１コンタクトホールのテーパー部よりも、第２コンタクトホールのテーパー部の方が緩やかな傾斜である。

Description

光電変換装置及びＸ線検出装置
　本発明のいくつかの態様は、光電変換装置及びＸ線検出装置に関するものである。
　本願は、２０１６年４月１日に、日本に出願された特願２０１６－０７４７２９号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。
　従来、フォトセンサの出力性能を高める方法の１つに、フォトダイオードのシリコン（Ｓｉ）層の面積の割合を増加させる方法がある。例えば、特許文献１には、フォトダイオードがダイオード・ボトム接点開口であるコンタクトホールを包含する形状となっていた。しかしながら、フォトダイオードを構成するシリコン層がコンタクトホールのエッジを跨って形成されているため段差が発生し、シリコン成膜時におけるステップカバレッジの悪化してしまう。これにより、リーク電流（暗電流）が増加して、フォトセンサの感度を低下させるという問題があった。
　これを解決する手段として、特許文献２には、フォトダイオードがコンタクトホールの開口エッジよりも内側で、且つドレイン電極のパターンよりも内側に形成されていることが開示されている。
　特許文献１では、量子効率を上げるため、フォトダイオードは、コンタクトホールと薄膜トランジスタを包含し、ダイオード面積を増加させている。しかしながら、コンタクトホールに段差が発生し、リーク電流が増加する。
　一方、特許文献２では、薄膜トランジスタとコンタクトをフォトダイオードの外側に形成するため、リーク電流に関して、性能が向上するものの、ダイオード面積が低下し、両者でトレードオフの関係にある。
特開２００３－１５８２５３号公報 特開２００８－２８３１１３号公報
　しかしながら、特許文献２では、リーク電流に関して性能が向上するものの、薄膜トランジスタとコンタクトの一部がフォトダイオードの外側に形成されるため、シリコン層の面積の割合が低下してしまう。これにより、逆に量子効率に関して、性能が低下するトレードオフの課題が生じてしまう。
　上述したような問題は、フォトダイオードの面積の増大とコンタクトホールの段差の低減を同時に実現できないことに起因する。
　本発明の一つの態様は、上記従来技術の問題点に鑑み成されたものであって、フォトダイオードにおけるシリコン層の面積の割合を減少させることなく、リーク電流を軽減することのできる、光電変換装置及びＸ線検出装置を提供することを目的とする。
　本発明の一態様における光電変換装置は、マトリクス状に配置されたフォトダイオード及び薄膜トランジスタと、前記薄膜トランジスタ上に積層された層間絶縁膜と、前記層間絶縁膜に形成され前記薄膜トランジスタのソース電極の表面に達する第１コンタクトホールと、前記層間絶縁膜に形成され前記薄膜トランジスタのドレイン電極の表面に達する第２コンタクトホールと、を有する素子基板を備え、前記第１コンタクトホールを介して、前記薄膜トランジスタの前記ソース電極とソースバスラインとが接続され、前記第２コンタクトホールを介して、前記薄膜トランジスタの前記ドレイン電極と前記フォトダイオードの下層電極とが接続されており、前記第１コンタクトホールのテーパー部よりも、前記第２コンタクトホールのテーパー部の方が緩やかな傾斜である。
　本発明の一態様における光電変換装置は、マトリクス状に配置されたフォトダイオード及び薄膜トランジスタと、前記薄膜トランジスタ上に積層された層間絶縁膜と、前記層間絶縁膜に形成され前記薄膜トランジスタのドレイン電極の表面に達する第２コンタクトホールと、前記層間絶縁膜に形成され前記薄膜トランジスタのゲート電極の表面に達する第３コンタクトホールと、を有する素子基板を備え、前記第２コンタクトホールを介して、前記薄膜トランジスタの前記ドレイン電極と前記フォトダイオードの下層電極とが接続されており、前記第３コンタクトホールを介して、前記薄膜トランジスタの前記ゲート電極とゲートバスラインとが接続されており、前記第３コンタクトホールのテーパー部よりも、前記第２コンタクトホールのテーパー部の方が緩やかな傾斜である。
　また、本発明の一態様における光電変換装置において、前記第２コンタクトホールのテーパー形状は、前記第１コンタクトホール又は、前記、第３コンタクトホールのテーパー形状よりも１．５倍以上、緩やかな傾斜である構成としてもよい。
　また、本発明の一態様における光電変換装置において、前記第２コンタクトホールのテーパー部の傾斜角度θが略５０°以下である構成としてもよい。
　また、本発明の一態様における光電変換装置において、前記第２コンタクトホールのテーパー部は、開口幅に対する開口深さのアスペクト比率が２：１である構成としてもよい。
　また、本発明の一態様における光電変換装置において、前記第２コンタクトホールのテーパー形状に段差部が設けられている構成としてもよい。
　また、本発明の一態様における光電変換装置において、前記層間絶縁膜は、膜厚が１μｍ以上の平坦化層である構成としてもよい。
　また、本発明の一態様における光電変換装置において、前記層間絶縁膜は、有機絶縁膜である構成としてもよい。
　また、本発明の一態様における光電変換装置において、前記層間絶縁膜は、感光性アクリル絶縁膜である構成としてもよい。
　また、本発明の一態様における光電変換装置において、前記薄膜トランジスタは、平面視で前記フォトダイオードと重なっている構成としてもよい。
　また、本発明の一態様における光電変換装置において、前記層間絶縁膜のうち、前記薄膜トランジスタと前記フォトダイオードとの間に位置する部分は平坦である構成としてもよい。
　また、本発明の一態様における光電変換装置において、前記フォトダイオードがＰＩＮである構成としてもよい。
　本発明の一態様におけるＸ線検出装置は、Ｘ線を可視光に変換するシンチレータと、上記の光電変換装置と、を備えている。
　本発明の一態様によれば、フォトダイオードにおけるシリコン層の面積の割合を減少させることなく、リーク電流を軽減することのできる、光電変換装置を提供することができる。
第１実施形態の光電変換装置における等価回路図。 第１実施形態の光電変換装置における１画素の構成を示す平面図。 図２のＡ－Ａ線に沿う断面図。 第２実施形態の光電変換装置における薄膜トランジスタの構成を示す平面図。 図４のＢ－Ｂ線に沿う断面図。 第３実施形態の光電変換装置における薄膜トランジスタの構成を示す平面図。 図６のＣ－Ｃ線に沿う断面図。 図６のＤ－Ｄ線に沿う断面図。 本発明の一態様に係るＸ線検出装置の構成を説明するための図。
　［第１実施形態］
　以下、本発明の第１実施形態の光電変換装置について説明する。
　なお、以下の各図面においては、各構成要素を見やすくするため、構成要素によって寸法の縮尺を異ならせて示すことがある。
　図１は、第１実施形態の光電変換装置１００における等価回路図である。図２は、第１実施形態の光電変換装置１００における１画素の構成を示す平面図である。
　図１に示すように、光電変換装置１００は、複数の画素ＰＸがマトリクス状に配置された素子基板１０を有している。素子基板１０には、複数のソースバスラインＳＬ，ＳＬ…が、互いに平行に延在するように設けられている。素子基板１０には、複数のゲートバスラインＧＬ，ＧＬ…が、互いに平行に延在するように設けられている。複数のゲートバスラインＧＬ，ＧＬ…は、複数のソースバスラインＳＬ，ＳＬ…と直交している。素子基板１０上には、複数のゲートバスラインＧＬと複数のソースバスラインＳＬとが格子状に設けられている。隣り合う２本のソースバスラインＳＬと隣り合う２本のゲートバスラインＧＬとによって区画された矩形状の領域が１つの画素ＰＸとなる。
　本実施形態の光電変換装置１００は、図１及び図２に示すように、１画素ＰＸ内に薄膜トランジスタ１９とフォトダイオード２５とを備えて構成されている。ソースバスラインＳＬは、薄膜トランジスタ１９のソース電極１４に接続されている。ゲートバスラインＧＬは、薄膜トランジスタ１９のゲート電極１３に接続されている。
　図３は、図２のＡ－Ａ線に沿う断面図である。
　また、表１に各構成要素の具体例を示す。以下の説明において表１を適宜参照する。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
　図３に示すように、絶縁基板１１上には、半導体層１２、ゲート電極１３、ソース電極１４、ドレイン電極１５等を有する薄膜トランジスタ１９が形成されている。絶縁基板１１には、例えば、透明なガラス基板を用いることができる。
　絶縁基板１１の一面側には、金属からなるゲート電極１３が形成されている。ゲート電極１３の材料としては、例えばＷ（タングステン）／ＴａＮ（窒化タンタル）の積層膜、Ｍｏ（モリブデン）、Ｔｉ（チタン）、Ａｌ（アルミニウム）等が用いられる。ゲート電極１３の膜厚は、例えば表１に示すように２００ｎｍ～５００ｎｍである。
　さらに、ゲート電極１３の表面の一部及び絶縁基板１１の表面の一部を覆うようにして、ゲート絶縁膜２１が形成されている。ゲート絶縁膜２１の材料としては、例えばシリコン酸化膜、シリコン窒化膜、若しくはこれらの積層膜等が用いられる。ゲート絶縁膜２１の膜厚は、例えば表１に示すように、３００ｎｍ～５００ｎｍである。
　ゲート絶縁膜２１の表面には、平面視においてゲート電極１３と重なる位置に半導体層１２が形成されている。半導体層１２は、ＩＧＺＯ等の半導体材料からなる。
　ゲート絶縁膜２１上には、半導体層１２上に一部乗り上げるようにして、ソース電極１４及びドレイン電極１５が形成されている。ソース電極１４は、半導体層１２のソース領域に接続されている。同様に、ドレイン電極１５は、半導体層１２のドレイン領域に接続されている。ソース電極１４及びドレイン電極１５の材料としては、上述したゲート電極１３と同様の導電性材料が用いられる。本実施形態では、Ａｌ系の材料を用いて形成され、例えば表１に示すように、膜厚３００ｎｍ～８００ｎｍを有する。
　ゲート絶縁膜２１上には、ソース電極１４及びドレイン電極１５と同じレイヤーで、さらにゲートバスラインＧＬが形成されている。ゲートバスラインＧＬは、ゲート絶縁膜２１に形成されたコンタクトホール３９（図２）を介して下層側のゲート電極１３に接続されている。ゲートバスラインＧＬは、ソース電極１４及びドレイン電極１５と同時にパターン形成される。ゲート電極１３は抵抗が高いため、ゲートバスラインＧＬは抵抗の低いソース電極１４と同じ金属層で形成することにより、ノイズ等の発生を抑制することができる。
　ゲート絶縁膜２１上には、ドレイン電極１５及びソース電極１４を覆うようにして、第１層間絶縁膜２２が形成されている。第１層間絶縁膜２２の材料としては、上述のゲート絶縁膜と同様の材料、もしくは有機絶縁性材料が用いられる。第１層間絶縁膜２２の膜厚は、例えば表１に示すように、３００ｎｍ～６００ｎｍである。
　第１層間絶縁膜２２上には、所定の膜厚（１μｍ～３μｍ）の第１平坦化層２３が設けられている。
　第１平坦化層２３は、感光性アクリル樹脂膜あるいは有機絶縁膜からなり、露光・現像することによって開孔された第１コンタクトホール２４及び第２コンタクトホール２７を有している。第１コンタクトホール２４は、ソース電極１４の表面に達する貫通孔である。第２コンタクトホール２７は、ドレイン電極１５の表面に達する貫通孔である。
　第１平坦化層２３は、ＣＶＤ成膜装置を用いて成膜する。そのため、無機絶縁膜からなる場合は成膜時間が長くなってしまう。一方、塗布型のＳＯＧ（スピン　オン　グラス）、例えば、有機絶縁膜の場合は、短時間での成膜が可能であり、平坦化性も良好である。
また、感光性アクリル樹脂膜の場合は、現像によって形状加工が可能であるという利点を有する。
　第１平坦化層２３の上には、ソースバスラインＳＬ及びフォトダイオード２５の下層電極２６が形成されている。下層電極２６は、Ａｌ系の材料を用いて形成され、膜厚３００ｎｍ～８００ｎｍを有する。
　ソースバスラインＳＬは、第１平坦化層２３及び第１層間絶縁膜２２を貫通する第１コンタクトホール２４を介して薄膜トランジスタ１９のソース電極１４に接続されている。
　フォトダイオード２５の下層電極２６は、第１平坦化層２３及び第１層間絶縁膜２２を貫通する第２コンタクトホール２７を介して薄膜トランジスタ１９のドレイン電極１５に接続されている。下層電極２６の上には、半導体積層部２８が形成されている。
　半導体積層部２８は、Ｎ型またはＰ型の半導体層と、真性半導体層と、Ｎ型又は、Ｐ型の半導体層とがこの順に積層された構造を有している。例えば表１に示すように、半導体層の膜厚は、Ｐ型半導体層の膜厚は５ｎｍ～３０ｎｍ、真性半導体層の膜厚は８００ｎｍ～１５００ｎｍ、Ｎ型半導体層の膜厚は１０ｎｍ～５０ｎｍである（いずれも不図示）。
　半導体積層部２８の表面上には、フォトダイオード２５の上層電極２９が形成されている。上層電極２９は、ＩＴＯ、ＩＺＯなどの透明電極からなり、例えば表１に示すように、２０ｎｍ～３００ｎｍの膜厚を有する。
　フォトダイオード２５は、絶縁基板１１上に薄膜トランジスタ１９を形成した後、公知の方法を用いて薄膜トランジスタ１９上に積層する形で形成される。フォトダイオード２５は、第１コンタクトホール２４の開口エッジの外側に配置される。薄膜トランジスタ１９上にフォトダイオード２５を積層させることで、１画素ＰＸ内におけるフォトダイオード２５の開口率を高めることができる。
　ここで、第１平坦化層２３のうち、第２コンタクトホール２７以外で薄膜トランジスタ１９とフォトダイオード２５とが平面視で重なる領域Ｒは、その表面が平坦になっている。
　第１平坦化層２３の上には、ソースバスラインＳＬ及び上層電極２９を覆うようにして第２層間絶縁膜３０が形成されている。第２層間絶縁膜３０は、上述した第１層間絶縁膜２２と同様の絶縁性材料が用いられる。第２層間絶縁膜３０の膜厚は、２００ｎｍ～５００ｎｍである。
　第２層間絶縁膜３０の上には、１μｍ～３μｍの膜厚を有する第２平坦化層３１が形成され、絶縁基板１１上における各種配線及び電極間の段差を緩和している。第２平坦化層３１は、上述した第１平坦化層２３と同様に感光性アクリル樹脂からなる。
　第２平坦化層３１の表面上には、さらにバイアスラインＶＬが形成されている。バイアスラインＶＬは、第２層間絶縁膜３０及び第２平坦化層３１に形成されたバイアスライン用コンタクトホール３３を介して、フォトダイオード２５の上層電極２９に接続されている。
　バイアスラインＶＬは、図２に示すようにゲートバスラインＧＬと平行に延在し、平面視でゲートバスラインＧＬと重なるようにゲートバスラインＧＬ上に積層して形成されている。
　バイアスラインＶＬは、Ａｌ系の材料を用いて形成され、第２平坦化層３１及び第２層間絶縁膜３０を貫通するバイアスライン用コンタクトホール３３を介してフォトダイオード２５の上層電極２９に接続されている。バイアスラインＶＬの膜厚は、例えば表１に示すように、３００ｎｍ～８００ｎｍである。
　第２平坦化層３１の上には、バイアスラインＶＬを覆うようにして第３層間絶縁膜３４と第３平坦化層３５とがこの順に積層されている。第３層間絶縁膜３４は、上述した第１層間絶縁膜２２と同様の絶縁性材料を用いて形成され、例えば表１に示すように、１００ｎｍ～５００ｎｍの膜厚を有する。第３平坦化層３５は、上述した第１平坦化層２３と同様に感光性アクリル樹脂を用いて形成され、例えば表１に示すように、１μｍ～３μｍの膜厚を有する。
　次に、本実施形態の特徴部分について述べる。
　本実施形態の光電変換装置１００では、１画素ＰＸ内に薄膜トランジスタ１９とフォトダイオード２５とが積層された状態で配置されている。フォトダイオード２５は、図２及び図３に示すように、フォトダイオード２５の下層電極２６と薄膜トランジスタ１９のドレイン電極１５とを接続する第２コンタクトホール２７の開口エッジを跨ぐようにして、薄膜トランジスタ１９上に積層して形成されている。
　本実施形態の光電変換装置１００では、ソースバスラインＳＬと薄膜トランジスタ１９のソース電極１４とを接続する第１コンタクトホール２４と、フォトダイオード２５の下層電極２６と薄膜トランジスタ１９のドレイン電極１５とを接続する第２コンタクトホール２７とのテーパー形状が異なっている。図３に示すように、第２コンタクトホール２７のテーパー部２７ａは、第１コンタクトホール２４のテーパー部２４ａよりも緩やかな傾斜で形成されている。つまり、第１コンタクトホール２４のテーパー部２４ａにおける傾斜角度θ１と、第２コンタクトホール２７のテーパー部２７ａにおける傾斜角度θ２との関係が、θ２＜θ１の関係を満たす。
　ここで、上記傾斜角度θ１，第１層間絶縁膜２２の表面と第１コンタクトホール２４の側壁面であるテーパー部２４ａとのなす角度である。また、傾斜角度θ２は、第１層間絶縁膜２２の表面２２ａと第２コンタクトホール２７の側壁面であるテーパー部２７ａとのなす角度である。
　第２コンタクトホール２７のテーパー形状が急峻な場合は、フォトダイオード２５の形成領域において、第２コンタクトホール２７の開口エッジに起因する段差が生じてしまう。このようなコンタクトホール部分におけるステップガバレッジによって、フォトダイオード２５の暗電流（リーク電流）が増加し、フォトダイオード２５の特性が低下してしまう。
　そこで、本実施形態では、第２コンタクトホール２７におけるテーパー形状を緩やかにし、フォトダイオード２５の形成領域において、第２コンタクトホール２７の開口エッジに起因する段差が緩和されるようにした。具体的には、第２コンタクトホール２７におけるテーパー部２７ａの傾斜角度を約４５°～５０°以下に設定するとともに、開口幅Ｌ２に対する開口深さｔのアスペクト比率が２：１以上となるように設定し、第２コンタクトホール２７のテーパー部２７ａが緩やかな傾斜になるように形成した。
　すると、フォトダイオード２５の下層電極２６と薄膜トランジスタ１９のドレイン電極１５とを接続する第２コンタクトホール２７におけるＸ方向の開口幅Ｌ２が、ソースバスラインＳＬと薄膜トランジスタ１９のソース電極１４とを接続する第１コンタクトホール２４におけるＸ方向の開口幅Ｌ１よりも１．５倍以上大きくなり、第２コンタクトホール２７のテーパー形状を、第１コンタクトホール２４のテーパー形状よりも緩やかな傾斜にすることができた。
　これにより、フォトダイオード２５の形成領域において、第２コンタクトホール２７による段差が低減され、リーク電流の増加が抑えられる。また、フォトダイオード２５を薄膜トランジスタ１９の上に積層して形成したことにより、１画素ＰＸ内におけるフォトダイオード２５の形成領域（Ｓｉ層を含む半導体構造の形成面積）の割合が減少するのを抑えることができる。
　ここで例えば、ソースバスラインＳＬとソース電極１４とを接続するコンタクトホールのテーパー形状が緩やかな場合、ソースバスラインＳＬの配線幅がコンタクトホールのテーパー形状の影響を受けて細くなり、配線抵抗値の増加やフォトダイオード２５からの読み出し信号の特性低下などの問題が生じるおそれがある。そこで、ソースバスラインＳＬの配線幅が細くなるのを抑えるために、コンタクト領域におけるソースバスラインＳＬの配線幅を太くすると、今度は、１画素ＰＸ内におけるフォトダイオード２５の開口率の低下を招いてしまう。このようなことから、ソースバスラインＳＬ側の第１コンタクトホール２４のテーパー形状は急峻な方が適している。
　また、フォトダイオード２５の開口率を向上させる方法の１つとして、例えば、コンタクト領域におけるソースバスラインＳＬの配線幅を抑えることが考えられるが、上述したように、配線抵抗値の増加やフォトダイオードからの読み出し信号の特性の低下などを考えると限界がある。
　例えば、第１平坦化層２３の膜厚が２μｍ～３μｍである場合に、例えば、第１コンタクトホール２４のテーパー部２４ａにおける傾斜角度θ１を約７５°とすると、ソースバスラインＳＬのコンタクト部分における配線幅を５μｍ～８μｍ程度に抑えることが可能である。しかしながら、フォトダイオード２５の暗電流が大きくなってしまう。
　フォトダイオード２５の開口率を向上させる他の方法として、本実施形態では、フォトダイオード２５の下層電極２６と薄膜トランジスタ１９のドレイン電極１５とを接続する第２コンタクトホール２７を、平面視でフォトダイオード２５と重なる位置に配置する構成を採用している。この構成であれば、フォトダイオード２５の開口率の低下を招くことなく、コンタクト領域における接続信頼性も改善できるため、１画素ＰＸ内に薄膜トランジスタ１９とフォトダイオード２５とを配置する構成において有効である。
　また、本実施形態では、薄膜トランジスタ１９上に積層された第１平坦化層２３、およびフォトダイオード２５の上に積層された第２平坦化層３１は、それぞれ１μｍ以上の膜厚を有している。これにより、薄膜トランジスタ１９及びフォトダイオード２５の上方における段差を軽減するとともに、フォトダイオード２５の性能劣化を防ぐことができる。
　また、第１平坦化層２３及び第２平坦化層３１のそれぞれにおいて、上下に積層される配線及び電極、フォトダイオード２５と薄膜トランジスタ１９との間の容量を軽減することができる。
　以上述べたように、本実施形態の光電変換装置１００によれば、１画素ＰＸ内におけるフォトダイオード２５の形成面積（Ｓｉ層を含む半導体積層部２８の形成面積）を増大させることと、フォトダイオード２５の形成領域における第２コンタクトホール２７による段差を低減することを同時に実現することが可能である。このため、量子効率を高めることができるとともにリーク電流の増加が抑えられ、フォトダイオード２５の性能向上を図ることができる。
　本実施形態では、第１平坦化層２３に対して第１コンタクトホール２４及び第２コンタクトホール２７をそれぞれ形成する際は、グレートーンマスク、ハーフ露光マスクなどの多階調マスクを用いることで、テーパー形状の異なる第１コンタクトホール２４及び第２コンタクトホール２７を同時に形成することができる。
［第２実施形態］
　次に、本発明の第２実施形態の光電変換装置２００について説明する。
　以下に示す本実施形態の光電変換装置２００の基本構成は、上記第１実施形態と略同様であるが、第２コンタクトホール２７のテーパー形状において異なる。よって、以下の説明では、異なる部分について詳しく説明し、共通な箇所の説明は省略する。また、説明に用いる各図面において、図１～図３と共通の構成要素には同一の符号を付すものとする。
　図４は、第２実施形態の光電変換装置２００における薄膜トランジスタ１９の構成を示す平面図である。図５は、図４のＢ－Ｂ線に沿う断面図である。
　本実施形態における光電変換装置２００は、図４及び図５に示すように、第２コンタクトホール２７のテーパー部２７ａの略中腹に段差部２７ｂが設けられている。第２コンタクトホール２７は、第１平坦化層２３に対してハーフトーンマスクを用いた露光を行うことにより形成することができる。
　図５に示す第２コンタクトホール２７のテーパー部２７ａのうち、段差部２７ｂよりも絶縁基板１１側の傾斜面２７ｃと第１層間絶縁膜２２の表面２２ａとのなす傾斜角度θ３は、第１実施形態において図３に示した傾斜角度θ２よりも小さい（θ３＜θ２）。
　すなわち、第２コンタクトホール２７のテーパー部２７ａに段差部２７ｂを設け、テーパー形状における傾斜を２段階にすることで、テーパー部２７ａをより緩やかな傾斜角度にすることができる。
［第３実施形態］
　次に、本発明の第３実施形態の光電変換装置３００について説明する。
　以下に示す本実施形態の光電変換装置３００の基本構成は、上記第１実施形態と略同様であるが、第３コンタクトホール３７をさらに備えた点において異なる。よって、以下の説明では、異なる部分について詳しく説明し、共通な箇所の説明は省略する。また、説明に用いる各図面において、図１～図３と共通の構成要素には同一の符号を付すものとする。
　図６は、第３実施形態の光電変換装置３００における薄膜トランジスタ１９の構成を示す平面図である。図７は、図６のＣ－Ｃ線に沿う断面図である。図８は、図６のＤ－Ｄ線に沿う断面図である。
　本実施形態における光電変換装置３００では、図６及び図８に示すように、薄膜トランジスタ１９を構成するゲート電極１３が、平面視において半導体層１２と重なる領域からゲートバスラインＧＬと重なる領域に亘って形成されている。先の実施形態では、ゲートバスラインＧＬはソース電極１４と同じ層に形成されていたが、本実施形態では、ゲートバスラインＧＬが下層電極２６と同じ層に形成されている点において異なる。
　図８に示すように、ゲートバスラインＧＬは、薄膜トランジスタ１９を覆う第１平坦化層２３の表面に形成されている。第１平坦化層２３、第１層間絶縁膜２２及びゲート絶縁膜２１には、下層に位置するゲート電極１３の表面に達する第３コンタクトホール３７が形成されており、当該第３コンタクトホール３７を介してゲートバスラインＧＬとゲート電極１３とが接続されている。ゲートバスラインＧＬ上には、第２層間絶縁膜３０が形成されている。
　本実施形態の構成においても、フォトダイオード２５側の第２コンタクトホール２７の開口幅Ｌ２を、ゲート電極側の第３コンタクトホール３７の開口幅Ｌ４の１．５倍以上の長さにすることが可能である。
［Ｘ線検出装置］
　次に、本発明の一態様に係る光電変換装置を備えたＸ線検出装置４００について説明する。
　図９は、本発明の一態様に係るＸ線検出装置４００の構成を説明するための図である。
　図９に示すように、Ｘ線検出装置４００は、Ｘ線を光に変換するシンチレータ４０２と、光を検出するフォトセンサ４０１とを有して構成されている。フォトセンサ４０１とシンチレータ４０２とは、互いに所定の間隔をおいて配置されており、Ｘ線検出装置４００の解像度を高めるためにこれらの配置間隔が均一になっている。
　患者などの被検査物ＭがＸ線検出装置４００とＸ線原４０３との間に配置され、Ｘ線原４０３から発せられたＸ線が、被検査物Ｍを通ってＸ線検出装置４００のシンチレータ４０２に入射すると、光を発する。シンチレータ４０２から発せられた光はフォトセンサ４０１で受光され、Ｘ線画像が撮像される。この際、フォトセンサ４０１は、行列方向にマトリクス状に配置された複数の画素を有する構成が有効である。
　フォトセンサ４０１として、上述した各実施形態の光電変換装置１００，２００，３００のいずれかを用いている。上述したフォトダイオード２５は、光が照射されると電流が発生する光電変換素子である。したがって、シンチレータ４０２から発せられた光を検出することで、フォトダイオード２５には光電流が流れる。
　ここで、フォトセンサ４０１とシンチレータ４０２との間隔を一定にすることで、シンチレータ４０２で変換された光がフォトセンサ４０１に均一に入射させることが可能である。シンチレータ４０２で変換された光がフォトセンサ４０１に均一に入射することで、フォトセンサ４０１の分解能を高めることができる。
　シンチレータ４０２は、シンチレータ層であってもよい。シンチレータ４０２は、放射線を光電変換素子（フォトダイオード２５）が感知可能な光に変換するものであり、柱状結晶を複数有する構造である。柱状結晶を有するシンチレータ４０２は、シンチレータ４０２で発生した光が柱状結晶内を伝搬するので光散乱が少なく、解像度を向上させることができる。柱状結晶を形成するシンチレータ４０２の材料としては、ハロゲン化アルカリを主成分とする材料が好適に用いられる。例えば、ＣｓＩ：Ｔｌ、ＣｓＩ：Ｎａ、ＣｓＢｒ：Ｔｌ、ＮａＩ：Ｔｌ、ＬｉＩ：Ｅｕ、ＫＩ：Ｔｌ等が用いられる。その作製方法は、例えばＣｓＩ：Ｔｌでは、ＣｓＩとＴｌを同時に蒸着することで形成できる。
　シンチレータ４０２は、材料として、一般的にヨウ化セシウム（ＣｓＩ）：ナトリウム（Ｎａ）、ヨウ化セシウム（ＣｓＩ）：タリウム（Ｔｌ）、ヨウ化ナトリウム（ＮａＩ）、あるいは酸硫化ガドリニウム（Ｇｄ２Ｏ２Ｓ）などが用いられ、ダイシングなどにより溝を形成したり、柱状構造が形成されるように蒸着法で堆積したりすることで、解像度特性を向上させることができる。その他のシンチレータ４０２の材料には、ａ－Ｓｅ、Ｓｉ、ＣｄＴｅ、ＣｄＺｎＴｅ、ＨｇＩ２、ＰｂＩ２等が挙げられる。
　また、フォトセンサ４０１とシンチレータ４０２とが同一基板上に設けられた構成であってもよい。
　例えば、図３に示す素子基板１０における、第３平坦化層３５の上に、ＣｓＩからなるＸ線を可視光に変換するシンチレータ４０２を公知の方法で蒸着してもよい。
　以上、添付図面を参照しながら本発明に係る好適な実施形態について説明したが、本発明は係る例に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
　本発明のいくつかの態様は、フォトダイオードにおけるシリコン層の面積の割合を減少させることなく、リーク電流を軽減することが必要な光電変換装置及びＸ線検出装置などに適用することができる。
　１０…素子基板、１３…ゲート電極、１４…ソース電極、１５…ドレイン電極、１９…薄膜トランジスタ、２４…第１コンタクトホール、２４ａ，２７ａ…テーパー部、２５…フォトダイオード、２６…下層電極、２７…第２コンタクトホール、２７ｂ…段差部、３３…バイアスライン用コンタクトホール、３７…第３コンタクトホール、３７…コンタクトホール、１００，２００，３００…光電変換装置、４００…Ｘ線検出装置、４０２…シンチレータ、ＧＬ…ゲートバスライン、Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３…開口幅、ＳＬ…ソースバスライン、ｔ…開口深さ

Claims (13)

  1. 　マトリクス状に配置されたフォトダイオード及び薄膜トランジスタと、
    　前記薄膜トランジスタ上に積層された層間絶縁膜と、
    　前記層間絶縁膜に形成され前記薄膜トランジスタのソース電極の表面に達する第１コンタクトホールと、
    　前記層間絶縁膜に形成され前記薄膜トランジスタのドレイン電極の表面に達する第２コンタクトホールと、
    を有する素子基板を備え、
    　前記第１コンタクトホールを介して、前記薄膜トランジスタの前記ソース電極とソースバスラインとが接続され、
    　前記第２コンタクトホールを介して、前記薄膜トランジスタの前記ドレイン電極と前記フォトダイオードの下層電極とが接続されており、
    　前記第１コンタクトホールのテーパー部よりも、前記第２コンタクトホールのテーパー部の方が緩やかな傾斜である、光電変換装置。
  2. 　マトリクス状に配置されたフォトダイオード及び薄膜トランジスタと、
    　前記薄膜トランジスタ上に積層された層間絶縁膜と、
    　前記層間絶縁膜に形成され前記薄膜トランジスタのドレイン電極の表面に達する第２コンタクトホールと、
    　前記層間絶縁膜に形成され前記薄膜トランジスタのゲート電極の表面に達する第３コンタクトホールと、を有する素子基板を備え、
    　前記第２コンタクトホールを介して、前記薄膜トランジスタの前記ドレイン電極と前記フォトダイオードの下層電極とが接続されており、
    　前記第３コンタクトホールを介して、前記薄膜トランジスタの前記ゲート電極とゲートバスラインとが接続されており、
    　前記第３コンタクトホールのテーパー部よりも、前記第２コンタクトホールのテーパー部の方が緩やかな傾斜である、光電変換装置。
  3. 　前記第２コンタクトホールのテーパー形状は、前記第１コンタクトホール又は、前記第３コンタクトホールのテーパー形状よりも１．５倍以上、緩やかな傾斜である、請求項１または２に記載の光電変換装置。
  4. 　前記第２コンタクトホールのテーパー部の傾斜角度θが略５０°以下である、請求項１または２に記載の光電変換装置。
  5. 　前記第２コンタクトホールのテーパー部は、開口幅に対する開口深さのアスペクト比率が２：１である、請求項１または２に記載の光電変換装置。
  6. 　前記第２コンタクトホールのテーパー形状に段差部が設けられている、請求項１または２に記載の光電変換装置。
  7. 　前記層間絶縁膜は、膜厚が１μｍ以上の平坦化層である、請求項１または２に記載の光電変換装置。
  8. 　前記層間絶縁膜は、有機絶縁膜である、請求項１または２に記載の光電変換装置。
  9. 　前記層間絶縁膜は、感光性アクリル絶縁膜である、請求項１または２に記載の光電変換装置。
  10. 　前記薄膜トランジスタは、平面視で前記フォトダイオードと重なっている、請求項１または２に記載の光電変換装置。
  11. 　前記層間絶縁膜のうち、前記薄膜トランジスタと前記フォトダイオードとの間に位置する部分は平坦である、請求項１または２に記載の光電変換装置。
  12. 　前記フォトダイオードがＰＩＮである、請求項１または２に記載の光電変換装置。
  13. 　Ｘ線を可視光に変換するシンチレータと、
    　請求項１から１２のいずれか一項に記載の光電変換装置と、を備えた、Ｘ線検出装置。
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