(57)【要約】  本発明の一態様による撮像装置は、入射した光を電荷に変換する光電変換部と、光電変換部で発生した電荷を検出する検出部と、を備え、光電変換部は、マトリクス状に配列された複数のフォトダイオードを備え、検出部は、複数のフォトダイオードに対応して設けられ、マトリクス状に配列された複数のＴＦＴを備え、フォトダイオードは、下部電極と半導体層と上部電極とを備え、半導体層の周縁部において、下部電極の厚さ方向の少なくとも一部と半導体層との間に絶縁層が設けられ、絶縁層の端部は、当該絶縁層の下面と側面とが鋭角をなすテーパ形状を有する。
2018169009.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
入射した光を電荷に変換する光電変換部と、
前記光電変換部で発生した前記電荷を検出する検出部と、を備え、
前記光電変換部は、マトリクス状に配列された複数のフォトダイオードを備え、
前記検出部は、前記複数のフォトダイオードに対応して設けられ、マトリクス状に配列された複数の薄膜トランジスタを備え、
前記フォトダイオードは、下部電極と半導体層と上部電極とを備え、
前記半導体層の周縁部において、前記下部電極の厚さ方向の少なくとも一部と前記半導体層との間に絶縁層が設けられ、
前記絶縁層の端部は、当該絶縁層の下面と側面とが鋭角をなすテーパ形状を有する、撮像装置。
【請求項２】
前記絶縁層の下面と側面とのなすテーパ角度θがθ≦３０°を満たす、請求項１に記載の撮像装置。
【請求項３】
前記絶縁層は、酸化シリコン層である、請求項１に記載の撮像装置。
【請求項４】
前記絶縁層は、窒化シリコン層と酸化シリコン層との２層構造を有し、
前記窒化シリコン層は、前記下部電極と前記酸化シリコン層との間に設けられている、請求項１に記載の撮像装置。
【請求項５】
前記下部電極は、第１電極層と第２電極層との２層構造を有し、
前記半導体層の周縁部において、前記第１電極層と前記第２電極層との間に絶縁層が設けられ、
前記半導体層の下面が前記第２電極層に接触している、請求項１に記載の撮像装置。
【請求項６】
前記薄膜トランジスタは、Ｉｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ系の酸化物半導体からなる半導体層を備える、請求項１に記載の撮像装置。
【請求項７】
Ｘ線が照射された際に前記Ｘ線の強度に応じて光を発生するＸ線変換部と、
請求項１から請求項６までのいずれか一項に記載の撮像装置と、を備え、
前記光電変換部は、前記Ｘ線変換部から射出された光を前記電荷に変換する、Ｘ線撮像装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明のいくつかの態様は、撮像装置およびＸ線撮像装置に関する。
本願は、２０１７年３月１６日に日本に出願された特願２０１７−０５１１６６号について優先権を主張し、その内容をここに援用する。
【背景技術】
【０００２】
Ｘ線撮像装置は、例えば医療用診断装置の分野において従来から知られている。Ｘ線撮像装置には、直接変換方式と間接変換方式の２つの方式がある。そのうち、間接変換方式のＸ線撮像装置では、Ｘ線変換層において照射されたＸ線を可視光に変換し、この可視光をフォトダイオードとスイッチング素子とを用いて画像として検出する。【０００３】
下記の特許文献１に、マトリクス状に配列された複数の光検出素子を備えた光電変換装置が開示されている。光検出素子は、フォトダイオードと薄膜トランジスタとから構成されている。以下、本明細書において、薄膜トランジスタ（Thin Film Transistor）をＴＦＴと略記する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１５−７９８４０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１の光電変換装置では、フォトダイオードのリーク電流を抑制する目的で、フォトダイオードの下部電極上に開口部を有する絶縁層が設けられ、開口部においてフォトダイオードの半導体層（コンタクト層）と下部電極とを接触させる構成が採用されている。しかしながら、この構成ではリーク電流対策がまだ不十分であり、フォトダイオードのリーク電流をさらに低減する対策が求められている。【０００６】
本発明の一つの態様は、上記の課題を解決するためになされたものであり、フォトダイオードのリーク電流を低減することにより撮像性能に優れた撮像装置を提供することを目的の一つとする。また、本発明の一つの態様は、上記の撮像装置を備えたＸ線撮像装置を提供することを目的の一つとする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記の目的を達成するため、本発明の一つの態様の撮像装置は、入射した光を電荷に変換する光電変換部と、前記光電変換部で発生した前記電荷を検出する検出部と、を備え、前記光電変換部は、マトリクス状に配列された複数のフォトダイオードを備え、前記検出部は、前記複数のフォトダイオードに対応して設けられ、マトリクス状に配列された複数の薄膜トランジスタを備え、前記フォトダイオードは、下部電極と半導体層と上部電極とを備え、前記半導体層の周縁部において、前記下部電極の厚さ方向の少なくとも一部と前記半導体層との間に絶縁層が設けられ、前記絶縁層の端部は、当該絶縁層の下面と側面とが鋭角をなすテーパ形状を有する。【０００８】
本発明の一つの態様の撮像装置において、前記絶縁層の下面と側面とのなすテーパ角度θは、θ≦３０°を満たしてもよい。【０００９】
本発明の一つの態様の撮像装置において、前記絶縁層は、酸化シリコン層であってもよい。【００１０】
本発明の一つの態様の撮像装置において、前記絶縁層は、窒化シリコン層と酸化シリコン層との２層構造を有し、前記窒化シリコン層は、前記下部電極と前記酸化シリコン層との間に設けられていてもよい。【００１１】
本発明の一つの態様の撮像装置において、前記下部電極は、第１電極層と第２電極層との２層構造を有し、前記半導体層の周縁部において、前記第１電極層と前記第２電極層との間に絶縁層が設けられ、前記半導体層の下面が前記第２電極層に接触していてもよい。【００１２】
本発明の一つの態様の撮像装置において、前記薄膜トランジスタは、Ｉｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ系の酸化物半導体からなる半導体層を備えていてもよい。【００１３】
本発明の一つの態様のＸ線撮像装置は、Ｘ線が照射された際に前記Ｘ線の強度に応じて光を発生するＸ線変換部と、本発明の一つの態様の撮像装置と、を備え、前記光電変換部は、前記Ｘ線変換部から射出された光を前記電荷に変換する。
【発明の効果】
【００１４】
本発明の一つの態様によれば、フォトダイオードのリーク電流を低減することができ、撮像性能に優れた撮像装置を提供することができる。また、本発明の一つの態様によれば、撮像性能に優れたＸ線撮像装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】第１実施形態のＸ線撮像装置の概略構成図である。
【図２】第１実施形態の撮像装置の断面図である。
【図３】図２の符号Ａの部分の拡大図である。
【図４】比較例の撮像装置の問題点を説明するための図である。
【図５】第２実施形態の撮像装置の断面図である。
【図６Ａ】撮像装置の製造プロセスでの問題点を説明するための図である。
【図６Ｂ】問題点を解消する方法を説明するための図である。
【図７】第２実施形態の撮像装置の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
［第１実施形態］
以下、本発明の第１実施形態について、図１〜図４を用いて説明する。
本実施形態のＸ線撮像装置は、間接変換方式のＸ線撮像装置の一例である。
図１は、本実施形態のＸ線撮像装置の概略構成図である。
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。
【００１７】
図１に示すように、Ｘ線撮像装置１は、Ｘ線変換部２と、撮像装置３と、を備えている。Ｘ線変換部２は、Ｘ線Ｌｘが照射された際にＸ線Ｌｘの強度に応じて可視光Ｌｖを発生する。Ｘ線変換部２は、例えばＣｓＩ：Ｔｌ、Ｇｄ２Ｏ２Ｓ：Ｔｂ等の周知のシンチレータにより構成される。撮像装置３は、Ｘ線変換部２で発生した可視光Ｌｖによる画像を撮像する。
【００１８】
撮像装置３は、光電変換部４と、検出部５と、を備えている。光電変換部４は、マトリクス状に配列された複数のフォトダイオード７を備えている。フォトダイオード７の詳細な構成は後述する。光電変換部４は、入射した可視光Ｌｖを電荷に変換する。
【００１９】
検出部５は、マトリクス状に配列された複数のＴＦＴ８と複数のキャパシタ９とを備えている。検出部５は、光電変換部４で発生した電荷を検出する。複数のＴＦＴ８の各々は、光電変換部４の複数のフォトダイオード７の各々に対応して設けられており、各フォトダイオード７に電気的に接続されている。また、複数のキャパシタ９の各々は、複数のＴＦＴ８の各々に対応して設けられており、各ＴＦＴ８に電気的に接続されている。キャパシタ９は、光電変換部４で発生した電荷を一時的に蓄積する。ＴＦＴ８は、キャパシタ９に一時的に蓄積された電荷を読み出す。
【００２０】
フォトダイオード７、ＴＦＴ８およびキャパシタ９は、撮像装置３の一つの画素１１を構成する。撮像装置３は、Ｘ線変換部２から入射した可視光Ｌｖの強度に応じて発生した電荷を画素１１毎に読み出すことによって画像を撮像する。
【００２１】
図２は、本実施形態の撮像装置３の断面図である。
図２に示すように、基板１３の第１面１３ａに、ＴＦＴ８とフォトダイオード７とが設けられている。ＴＦＴ８は、ゲート電極１５と、ゲート絶縁膜１６と、酸化物半導体層１７と、ソース電極１８と、ドレイン電極１９と、を備えている。本実施形態において、ＴＦＴ８は、ボトムゲート方式のチャネルエッチ型ＴＦＴで構成されている。
【００２２】
基板１３の第１面１３ａに、ゲート電極１５が形成されている。ゲート電極１５は、例えばＷ（タングステン）／Ｔａ（タンタル）の積層膜で構成されている。ゲート絶縁膜１６は、ゲート電極１５を覆うように、基板１３の第１面１３ａに形成されている。ゲート絶縁膜１６は、例えばＳｉＯ２（酸化シリコン層）／ＳｉＮｘ（窒化シリコン層）の積層膜で構成されている。
【００２３】
ゲート絶縁膜１６上に、酸化物半導体層１７が形成されている。酸化物半導体層１７は、例えばＩｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ系の酸化物半導体で構成されている。酸化物半導体層１７のチャネル領域１７ｃ上にはエッチストップ層が形成されておらず、ソース電極１８およびドレイン電極１９のチャネル領域１７ｃ側の端部の下面は、酸化物半導体層１７の上面と接するように配置されている。ソース電極１８およびドレイン電極１９は、例えばＴｉ（チタン）／Ａｌ（アルミニウム）／Ｔｉ（チタン）の３層の積層金属膜で構成されている。チャネルエッチ型のＴＦＴ８は、例えば酸化物半導体層１７上にソース・ドレイン電極用の導電膜を形成し、ソース・ドレイン分離を行うことによって形成される。ソース・ドレイン分離工程において、チャネル領域１７ｃの表面部分がエッチングされる場合がある。
【００２４】
酸化物半導体層１７に含まれる酸化物半導体は、アモルファス酸化物半導体であってもよいし、結晶質部分を有する結晶質酸化物半導体であってもよい。結晶質酸化物半導体としては、多結晶酸化物半導体、微結晶酸化物半導体、ｃ軸が層面に概ね垂直に配向した結晶質酸化物半導体などが挙げられる。
【００２５】
酸化物半導体層１７は、２層以上の積層構造を有していてもよい。酸化物半導体層１７が積層構造を有する場合、酸化物半導体層１７は、非晶質酸化物半導体層と結晶質酸化物半導体層とを含んでいてもよい。あるいは、酸化物半導体層１７は、結晶構造の異なる複数の結晶質酸化物半導体層を含んでいてもよい。また、複数の非晶質酸化物半導体層を含んでいてもよい。酸化物半導体層１７が上層と下層とを含む２層構造を有する場合、上層に含まれる酸化物半導体のエネルギーギャップは、下層に含まれる酸化物半導体のエネルギーギャップよりも大きいことが好ましい。ただし、これらの層のエネルギーギャップの差が比較的小さい場合には、下層の酸化物半導体のエネルギーギャップが上層の酸化物半導体のエネルギーギャップよりも大きくてもよい。
【００２６】
非晶質酸化物半導体および上記の各結晶質酸化物半導体の材料、構造、成膜方法、積層構造を有する酸化物半導体層の構成などは、例えば特開２０１４−００７３９９号公報に記載されている。参考のために、特開２０１４−００７３９９号公報の開示内容の全てを本明細書に援用する。
【００２７】
酸化物半導体層１７は、例えば、Ｉｎ、ＧａおよびＺｎのうち少なくとも１種の金属元素を含んでもよい。本実施形態では、酸化物半導体層１７は、例えば、Ｉｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ系の半導体（例えば酸化インジウムガリウム亜鉛）を含む。ここで、Ｉｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ系の半導体は、Ｉｎ（インジウム）、Ｇａ（ガリウム）、Ｚｎ（亜鉛）の三元系酸化物であって、Ｉｎ、ＧａおよびＺｎの割合（組成比）は特に限定されず、例えばＩｎ：Ｇａ：Ｚｎ＝２：２：１、Ｉｎ：Ｇａ：Ｚｎ＝１：１：１、Ｉｎ：Ｇａ：Ｚｎ＝１：１：２等を含む。このような酸化物半導体層１７は、Ｉｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ系の半導体を含む酸化物半導体膜から形成することができる。
【００２８】
Ｉｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ系の半導体は、アモルファスでもよいし、結晶質でもよい。結晶質Ｉｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ系の半導体としては、ｃ軸が層面に概ね垂直に配向した結晶質Ｉｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ系の半導体が好ましい。
【００２９】
なお、結晶質Ｉｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ系の半導体の結晶構造は、例えば、上述した特開２０１４−００７３９９号公報、特開２０１２−１３４４７５号公報、特開２０１４−２０９７２７号公報などに開示されている。参考のために、特開２０１２−１３４４７５号公報および特開２０１４−２０９７２７号公報の開示内容の全てを本明細書に援用する。
【００３０】
Ｉｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ系の酸化物半導体層を有するＴＦＴは、高い移動度（ａ−ＳｉＴＦＴに比べて２０倍超）および低いリーク電流（ａ−ＳｉＴＦＴに比べて１００分の１未満）を有している。そのため、駆動ＴＦＴ（例えば、複数の画素を含む表示領域の周辺に、表示領域と同じ基板上に設けられる駆動回路に含まれるＴＦＴ）および画素ＴＦＴ（画素に設けられるＴＦＴ）として好適に用いられる。このＴＦＴは、高い移動度を有するため、高速読み出しが可能であり、動画用途に好適である。また、画素ＴＦＴ（検出部５のＴＦＴ８）のオフリーク電流が小さいことによりノイズが低減し、Ｘ線の検出感度を改善することができる。また、ＴＦＴ／スイッチング素子を小型化することが可能となり、高精細化に有利である。さらに、リーク電流が低減されるため、低消費電力化に有利である。
【００３１】
酸化物半導体層１７は、Ｉｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ系半導体に代えて、他の酸化物半導体を含んでいてもよい。例えばＩｎ−Ｓｎ−Ｚｎ−Ｏ系半導体（例えばＩｎ２Ｏ３−ＳｎＯ２−ＺｎＯ；ＩｎＳｎＺｎＯ）を含んでもよい。Ｉｎ−Ｓｎ−Ｚｎ−Ｏ系半導体は、Ｉｎ（インジウム）、Ｓｎ（スズ）およびＺｎ（亜鉛）の三元系酸化物である。あるいは、酸化物半導体層１７は、Ｉｎ−Ａｌ−Ｚｎ−Ｏ系半導体、Ｉｎ−Ａｌ−Ｓｎ−Ｚｎ−Ｏ系半導体、Ｚｎ−Ｏ系半導体、Ｉｎ−Ｚｎ−Ｏ系半導体、Ｚｎ−Ｔｉ−Ｏ系半導体、Ｃｄ−Ｇｅ−Ｏ系半導体、Ｃｄ−Ｐｂ−Ｏ系半導体、ＣｄＯ（酸化カドミウム）、Ｍｇ−Ｚｎ−Ｏ系半導体、Ｉｎ−Ｇａ−Ｓｎ−Ｏ系半導体、Ｉｎ−Ｇａ−Ｏ系半導体、Ｚｒ−Ｉｎ−Ｚｎ−Ｏ系半導体、Ｈｆ−Ｉｎ−Ｚｎ−Ｏ系半導体などを含んでいてもよい。
【００３２】
第１層間絶縁層２１は、ソース電極１８およびドレイン電極１９を覆うように、ゲート絶縁膜１６上に形成されている。第１層間絶縁層２１は、例えばＳｉＯ２（シリコン酸化膜）／ＳｉＮｘ（シリコン窒化膜）の積層膜で構成されている。フォトダイオード７は、第１層間絶縁層２１上に形成されている。
【００３３】
図３は、フォトダイオード７の部分（図２の符号Ａの部分）の拡大図である。
図３に示すように、フォトダイオード７は、カソード電極２３（下部電極）と、半導体層２４と、アノード電極２５（上部電極）と、を備えている。半導体層２４は、下層側から順にｎ＋型シリコン層２７、ｉ型シリコン層２８、およびｐ＋型シリコン層２９を含んでいる。すなわち、これらの層は、ｎ＋型シリコン層２７がカソード電極２３に接し、ｐ＋型シリコン層２９がアノード電極２５に接するように配置されている。カソード電極２３は、例えばＴｉ（チタン）／Ａｌ（アルミニウム）／Ｔｉ（チタン）の３層の積層金属膜で構成されている。アノード電極２５は、例えばＩＴＯ（インジウムスズ酸化物）等の透明導電膜で構成されている。
【００３４】
図２に示すように、カソード電極２３の一端は、ＴＦＴ８のドレイン電極１９の上方に延び、第１層間絶縁層２１を貫通するコンタクトホール３１を介してドレイン電極１９と接触している。この構成により、フォトダイオード７のカソード電極２３とＴＦＴ８のドレイン電極１９とは、電気的に接続されている。
【００３５】
第２層間絶縁層３３は、カソード電極２３のドレイン電極１９との接続部分を覆うように、第１層間絶縁層２１上に形成されている。第２層間絶縁層３３は、例えばＳｉＯ２（酸化シリコン層）で構成されている。第２層間絶縁層３３の端部は、フォトダイオード７の半導体層２４の周縁部２４ｓではカソード電極２３とｎ＋型シリコン層２７との間に挟まれた位置に設けられている。すなわち、半導体層２４の周縁部２４ｓにおいては、カソード電極２３とｎ＋型シリコン層２７との間に第２層間絶縁層３３が設けられている。第２層間絶縁層３３が設けられていない半導体層２４の中央部２４ｃにおいては、カソード電極２３とｎ＋型シリコン層２７とが直接接触している。本実施形態の第２層間絶縁層３３は、特許請求の範囲の絶縁層に相当する。
【００３６】
図３に示すように、第２層間絶縁層３３の端部３３ｔは、当該第２層間絶縁層３３の下面３３ｂと側面３３ｃとが鋭角をなすテーパ形状を有している。第２層間絶縁層３３の下面３３ｂと側面３３ｃとのなすテーパ角度θは、０°＜θ＜９０°であればよいが、θ≦３０°を満たすことがより好ましい。
【００３７】
第３層間絶縁層３５は、フォトダイオード７を覆うように、第２層間絶縁膜３３上に形成されている。第３層間絶縁層３５は、例えばＳｉＮｘ（シリコン窒化膜）で構成されている。
【００３８】
第１平坦化層３７は、第３層間絶縁膜３５上に形成されている。フォトダイオード７やＴＦＴ８に起因する段差は、第１平坦化層３７によって平坦化される。
【００３９】
第１層間絶縁層２１上に、カソード電極２３と同じレイヤーで中継電極３９が形成されている。中継電極３９は、第１層間絶縁層２１を貫通するコンタクトホール４１を介してソース電極１８と接触している。
【００４０】
ソース線４３は、第１平坦化層３７上に形成されている。ソース線４３は、第１平坦化層３７、第３層間絶縁層３５および第２層間絶縁層３３を貫通するコンタクトホール４５を介して中継電極３９と接触している。この構成により、ソース線４３とソース電極１８とは、中継電極３９を介して電気的に接続されている。ソース線４３は、例えばＴｉ（チタン）／Ａｌ（アルミニウム）／Ｔｉ（チタン）の積層膜とＩＴＯ膜とから構成されている。
【００４１】
第１平坦化層３７上には、ソース線４３と同じレイヤーでバイアス線４７が形成されている。バイアス線４７は、第１平坦化層３７および第３層間絶縁層３５を貫通するコンタクトホール４９を介してアノード電極２５と接触している。この構成により、バイアス線４７とアノード電極２５とは、電気的に接続されている。
【００４２】
第４層間絶縁層５０は、ソース線４３およびバイアス線４７を覆うように、第１平坦化層３７上に形成されている。第４層間絶縁層５０は、例えばＳｉＮｘ（シリコン窒化膜）で構成されている。第２平坦化層５１は、第４層間絶縁層５０上に形成されている。ソース線４３やバイアス線４７に起因する段差は、第２平坦化層５１によって平坦化される。
【００４３】
図４は、比較例の撮像装置の問題点を説明するための図であり、フォトダイオードの部分のみを示す断面図である。
図４に示すように、比較例の撮像装置において、フォトダイオード１０７のアノード電極１２５と、半導体層１２４を構成するｎ＋型シリコン層１２７、ｉ型シリコン層１２８、およびｐ＋型シリコン層１２９とは、各層の端面が全て同一平面上に揃うようにパターニングされている。半導体層１２４およびアノード電極１２５は、絶縁膜１３５により覆われている。カソード電極１２３は、本実施形態と同様、ＴＦＴのドレイン電極と接続される接続部を構成するために側方に延びている。
【００４４】
上記のフォトダイオード１０７の製造プロセスにおいては、カソード電極１２３を形成した後、下層側からｎ＋型シリコン層１２７、ｉ型シリコン層１２８、ｐ＋型シリコン層１２９、アノード電極１２５の各層を構成する４層の膜を積層した後、アノード電極１２５、ｐ＋型シリコン層１２９、ｉ型シリコン層１２８、ｎ＋型シリコン層１２７の各層を構成する４層の膜を一括してエッチングし、これらの層をパターニングする。
【００４５】
ところが、４層の膜を一括してエッチングする際、カソード電極１２３となる膜の表面も続けてエッチングされるため、カソード電極１２３からのエッチング残渣１４０が上記の４層の膜の側壁に付着する。その結果、このエッチング残渣１４０がリーク経路となり、リークが発生しやすくなる。
【００４６】
その場合、フォトダイオード１０７のアノード電極１２５とカソード電極１２３との間におけるダイオード側面でのリークが発生し、暗電流のレベルが高くなる。フォトダイオードは、光電変換の機能を担う重要な部分であり、フォトダイオードの上層と下層から電荷を取り出して、画像に電気信号を送る作用を奏する。そのため、光電変換効率、画素間均一性等の特性の確保が求められるが、フォトダイオードのリーク電流が発生すると、フォトダイオードの感度低下、均一性の悪化等の問題が生じ、コントラストが低下する虞がある。
【００４７】
その点、本実施形態の撮像装置３のように、半導体層２４の周縁部においてカソード電極２３とｎ＋型シリコン層２７との間に第２層間絶縁層３３が設けられている場合、アノード電極２５、ｐ＋型シリコン層２９、ｉ型シリコン層２８、ｎ＋型シリコン層２７の４層を一括してエッチングする際に、第２層間絶縁層３３がエッチングストッパーとなる。
すなわち、第２層間絶縁層３３によってカソード電極２３の表面がエッチャントから保護されるため、カソード電極２３からのエッチング残渣の発生が抑えられる。
【００４８】
ところが、本発明者らの検討の結果、第２層間絶縁層の端部が基板面に対して垂直に切り立った形状であると、第２層間絶縁層の端部に位置する箇所で半導体層に急峻な段差が形成される結果、半導体層に微小なクラックが発生し、暗電流が増加するおそれがあることが判った。
【００４９】
この問題に対して、本実施形態の撮像装置３において、第２層間絶縁層３３の端部３３ｔは、当該第２層間絶縁層３３の下面３３ｂと側面３３ｃとが鋭角をなすテーパ形状を有しているため、半導体層２４に生じる段差がなだらかになり、クラックの発生を抑えることができる。特に、第２層間絶縁層３３のテーパ角度θがθ≦３０°であれば、クラックの発生を十分に抑えることができる。テーパ角度θが３０°よりも大きいと、図３の第２層間絶縁層３３の端部３３ｔを起点として半導体層にクラックや空洞が発生しやすくなり、これが不良に繋がるからである。その結果、本実施形態によれば、高いコントラストを有し、撮像性能に優れたＸ線撮像装置１を実現することができる。
【００５０】
また、本実施形態では、Ｉｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ系の酸化物半導体層１７を備えたＴＦＴ８が用いられているため、アモルファスシリコン（ａ−Ｓｉ）を用いたＴＦＴを用いた場合と比べて、ＴＦＴのオフリーク電流を低減することができる。ＴＦＴ８のオフリーク電流が小さいと、Ｘ線の検出感度を改善することができる。
【００５１】
［第２実施形態］
以下、本発明の第２実施形態について、図５、図６Ａおよび図６Ｂを用いて説明する。
本実施形態のＸ線撮像装置の基本構成は第１実施形態と同一であり、フォトダイオードの構成が第１実施形態と異なる。
図５は、第２実施形態の撮像装置の断面図である。図６Ａは、撮像装置の製造プロセスでの問題点を説明するための図である。図６Ｂは、問題点を解消する方法を説明するための図である。
図５、図６Ａおよび図６Ｂにおいて、第１実施形態で用いた図面と共通の構成要素には同一の符号を付し、説明を省略する。
【００５２】
図５に示すように、本実施形態の撮像装置では、フォトダイオード６７を構成する半導体層２４の周縁部において、カソード電極２３と半導体層２４（ｎ＋型シリコン層２７）との間に絶縁層６１が設けられている。絶縁層６１の端部は、当該絶縁層６１の下面６１ｂと側面６１ｃとが鋭角をなすテーパ形状を有している。
【００５３】
絶縁層６１は、窒化シリコン層６１１と酸化シリコン層６１２との２層構造を有しており、下層側が窒化シリコン層６１１であり、上層側が酸化シリコン層６１２である。すなわち、窒化シリコン層６１１は、カソード電極２３と酸化シリコン層６１２との間に設けられている。
その他の構成は、第１実施形態と同様である。
【００５４】
本実施形態においても、半導体層のクラックを抑えることができるため、高いコントラストを有し、撮像性能に優れたＸ線撮像装置を実現することができる、といった第１実施形態と同様の効果が得られる。
【００５５】
ところで、図６Ａに示すように、比較例として、絶縁層が酸化シリコン層６１２のみで構成されている場合、酸化シリコン層６１２に含まれる酸素によりカソード電極２３の酸化が起こり、カソード電極２３の表面に酸化物残渣６３が残存するおそれがある。この場合、カソード電極２３とｎ＋型シリコン層２７とのオーミックコンタクトが取れなくなる、という問題が生じる。
【００５６】
この問題に対して、本実施形態によれば、図６Ｂに示すように、絶縁膜６１を２層構造とし、絶縁層６１の下層側を窒化シリコン層６１１で形成し、上層側を酸化シリコン層６１２で形成することにより、リーク電流を低減させる構造を有した上で、カソード電極２３上の酸化物残渣６３の発生を抑制することができる。これにより、カソード電極２３とｎ＋型シリコン層２７とのオーミックコンタクトが実現でき、特性に優れたフォトダイオード６７を形成することができる。
【００５７】
［第３実施形態］
以下、本発明の第３実施形態について、図７を用いて説明する。
本実施形態のＸ線撮像装置の基本構成は第１実施形態と同一であり、フォトダイオードの構成が第１実施形態と異なる。
図７は、第７実施形態の撮像装置の断面図である。
図７において、第１実施形態で用いた図面と共通の構成要素には同一の符号を付し、説明を省略する。
【００５８】
図７に示すように、本実施形態の撮像装置において、フォトダイオード７７のカソード電極７９は、第１電極層７９１と第２電極層７９２との２層構造を有している。第１電極層７９１と第２電極層７９２とは、同じ種類の導電性材料から構成されていてもよいし、異なる種類の導電性材料から構成されていてもよい。ただし、上層側の第２電極層７９２は、半導体層２４の端面のウェット洗浄を行う際に洗浄液に晒されるため、洗浄液に対して耐性を有する膜種であることが望ましい。
【００５９】
第１実施形態では、半導体層２４の周縁部２４ｓにおいて、第２層間絶縁層３３がカソード電極２３とｎ＋型シリコン層２７との間に設けられていたのに対して、本実施形態では、半導体層２４の周縁部２４ｓにおいて、第２層間絶縁層３３がカソード電極７９の第１電極層７９１と第２電極層７９２との間に設けられている。すなわち、第２層間絶縁層３３は、半導体層２４の周縁部２４ｓにおいて、カソード電極７９の厚さ方向の一部と半導体層２４との間に位置している。
【００６０】
第２電極層７９２は、第２電極層７９２の端部が半導体層２４の端面よりも外側に延びるように設けられている。これにより、半導体層２４の下面の全域が第２電極層７９２に接触している。
その他の構成は、第１実施形態と同様である。
【００６１】
本実施形態においても、半導体層２４のクラックを抑えることができるため、高いコントラストを有し、撮像性能に優れたＸ線撮像装置を実現することができる、といった第１実施形態と同様の効果が得られる。
【００６２】
第１実施形態の構成においては、半導体層２４のうち、第２層間絶縁層３３の上部に位置する部分がカソード電極２３に直接接触していないため、信号の遅延が発生するおそれがある。この問題に対して、本実施形態の構成によれば、半導体層２４（ｎ＋型シリコン層２７）の全域が第２電極層７９２に接触しているため、信号の遅延の発生を抑えることができる。
【００６３】
なお、本発明の技術範囲は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。
例えば上記実施形態では、フォトダイオードとして、ＰＩＮ型ダイオードの例を挙げたが、例えばＰＮ接合型ダイオードが用いられてもよい。また、ＴＦＴとして、ボトムゲート方式のチャネルエッチ型ＴＦＴの例を挙げたが、例えばチャネルストップ型ＴＦＴが用いられてもよいし、トップゲート方式のＴＦＴが用いられてもよい。その他、撮像装置を構成する各構成要素の数、形状、寸法、配置、材料等の具体的な記載については、上記実施形態で例示したものに限らず、適宜変更が可能である。
【００６４】
また、本発明の一態様は、Ｘ線撮像装置に限らず、可視光による画像を撮像する撮像装置にも適用が可能である。
【産業上の利用可能性】
【００６５】
本発明のいくつかの態様は、撮像装置もしくはＸ線撮像装置に利用が可能である。
【符号の説明】
【００６６】
１…Ｘ線撮像装置、２…Ｘ線変換部、３…撮像装置、４…光電変換部、５…検出部、７，６７，７７…フォトダイオード、８…ＴＦＴ（薄膜トランジスタ）、１７…酸化物半導体層、２３，７９…カソード電極（下部電極）、２４…半導体層、２５…アノード電極（上部電極）、３３…第２層間絶縁層（絶縁層）、６１…絶縁層、６１１…窒化シリコン層、６１２…酸化シリコン層、７９１…第１金属層、７９２…第２金属層。
【図１】
2018169009.tif 000003
【図２】
2018169009.tif 000004
【図３】
2018169009.tif 000005
【図４】
2018169009.tif 000006
【図５】
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【図６Ａ】
2018169009.tif 000008
【図６Ｂ】
2018169009.tif 000009
【図７】
2018169009.tif 000010
【手続補正書】
【提出日】令和1年9月11日(2019.9.11)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
入射した光を電荷に変換する光電変換部と、
前記光電変換部で発生した前記電荷を検出する検出部と、を備え、
前記光電変換部は、マトリクス状に配列された複数のフォトダイオードを備え、
前記検出部は、前記複数のフォトダイオードに対応して設けられ、マトリクス状に配列された複数の薄膜トランジスタを備え、
前記フォトダイオードは、下部電極と半導体層と上部電極とを備え、
前記半導体層の周縁部において、前記下部電極の厚さ方向の少なくとも一部と前記半導体層との間に絶縁層が設けられ、
前記絶縁層の端部は、当該絶縁層の下面と側面とが鋭角をなすテーパ形状を有し、
前記下部電極は、第１電極層と第２電極層との２層構造を有し、
前記半導体層の周縁部において、前記第１電極層と前記第２電極層との間に絶縁層が設けられ、
前記半導体層の下面が前記第２電極層に接触している、撮像装置。
【請求項２】
前記絶縁層の下面と側面とのなすテーパ角度θがθ≦３０°を満たす、請求項１に記載の撮像装置。
【請求項３】
前記絶縁層は、酸化シリコン層である、請求項１に記載の撮像装置。
【請求項４】
前記絶縁層は、窒化シリコン層と酸化シリコン層との２層構造を有し、
前記窒化シリコン層は、前記下部電極と前記酸化シリコン層との間に設けられている、請求項１に記載の撮像装置。
【請求項５】
前記薄膜トランジスタは、Ｉｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ系の酸化物半導体からなる半導体層を備える、請求項１に記載の撮像装置。
【請求項６】
Ｘ線が照射された際に前記Ｘ線の強度に応じて光を発生するＸ線変換部と、
請求項１から請求項５までのいずれか一項に記載の撮像装置と、を備え、
前記光電変換部は、前記Ｘ線変換部から射出された光を前記電荷に変換する、Ｘ線撮像装置。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１５】
【図１】第１実施形態のＸ線撮像装置の概略構成図である。
【図２】第１実施形態の撮像装置の断面図である。
【図３】図２の符号Ａの部分の拡大図である。
【図４】比較例の撮像装置の問題点を説明するための図である。
【図５】第２実施形態の撮像装置の断面図である。
【図６Ａ】撮像装置の製造プロセスでの問題点を説明するための図である。
【図６Ｂ】問題点を解消する方法を説明するための図である。
【図７】第３実施形態の撮像装置の断面図である。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００５６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００５６】
この問題に対して、本実施形態によれば、図６Ｂに示すように、絶縁層６１を２層構造とし、絶縁層６１の下層側を窒化シリコン層６１１で形成し、上層側を酸化シリコン層６１２で形成することにより、リーク電流を低減させる構造を有した上で、カソード電極２３上の酸化物残渣６３の発生を抑制することができる。これにより、カソード電極２３とｎ＋型シリコン層２７とのオーミックコンタクトが実現でき、特性に優れたフォトダイオード６７を形成することができる。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００５７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００５７】
［第３実施形態］
以下、本発明の第３実施形態について、図７を用いて説明する。
本実施形態のＸ線撮像装置の基本構成は第１実施形態と同一であり、フォトダイオードの構成が第１実施形態と異なる。
図７は、第３実施形態の撮像装置の断面図である。
図７において、第１実施形態で用いた図面と共通の構成要素には同一の符号を付し、説明を省略する。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００６６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００６６】
１…Ｘ線撮像装置、２…Ｘ線変換部、３…撮像装置、４…光電変換部、５…検出部、７，６７，７７…フォトダイオード、８…ＴＦＴ（薄膜トランジスタ）、１７…酸化物半導体層、２３，７９…カソード電極（下部電極）、２４…半導体層、２５…アノード電極（上部電極）、３３…第２層間絶縁層（絶縁層）、６１…絶縁層、６１１…窒化シリコン層、６１２…酸化シリコン層、７９１…第１電極層、７９２…第２電極層。
【国際調査報告】
2018169009.tif 000011
2018169009.tif 000012
2018169009.tif 000013
2018169009.tif 000014