(57)【要約】【課題】  積層構造の放射線撮像装置において、ＴＦＴの特性を低下させないことを目的としている。【解決手段】  これを実現するために、本発明の放射線撮像装置のＴＦＴは、ゲート電極、絶縁層、半導体層、高濃度不純物半導体層、ソース及びドレイン電極とから成り、前記半導体層の少なくとも１辺がゲート電極の内側に形成されており、かつソース電極若しくはドレイン電極もしくは高濃度不純物半導体層の何れかが前記半導体層の側面と接続されており、かつソース電極とドレイン電極が比対称である構造とする。【選択図】  図1
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
放射線を波長変換する波長変換体を備え、波長変換された放射線を電荷に変換する１個若しくは複数個の半導体変換素子と、１個若しくは複数個の薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）とから成る画素が、絶縁基板上にマトリクス状に配設された放射線撮像装置において、
前記スイッチ素子は、ゲート電極、絶縁層、半導体層、高濃度不純物半導体層、ソース及びドレイン電極とから成り、前記半導体層の少なくとも１辺がゲート電極の内側に形成されており、かつソース電極若しくはドレイン電極もしくは高濃度不純物半導体層の何れかが前記半導体層の側面と接続されており、かつソース電極とドレイン電極が比対称であることを特徴とする放射線撮像装置。
【請求項２】
前記放射線撮像装置において、前記薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）が前記半導体変換素子の下層に形成されたことを特徴とする請求項１に記載の放射線撮像装置。
【請求項３】
放射線を電荷に変換する１個若しくは複数個の半導体変換素子と、前記半導体変換素子の下層に形成された１個若しくは複数個の薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）とから成る画素が、絶縁基板上にマトリクス状に配設された放射線撮像装置において、
前記スイッチ素子は、ゲート電極、絶縁層、半導体層、高濃度不純物半導体層、ソース及びドレイン電極とから成り、前記半導体層の少なくとも１辺がゲート電極の内側に形成されており、かつソース電極若しくはドレイン電極もしくは高濃度不純物半導体層の何れかが前記半導体層の側面と接続されており、かつソース電極とドレイン電極が比対称であることを特徴とする放射線撮像装置。
【請求項４】
前記放射線撮像装置において、前記薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）が前記半導体変換素子の下層に形成されたことを特徴とする請求項３に記載の放射線撮像装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、医療用画像診断装置、非破壊検査装置、放射線を用いた分析装置などに応用される光電変換装置、及び放射線撮像装置に関するものである。なお、本明細書では、可視光等の電磁波やＸ線、α線、β線、γ線なども、放射線に含まれるものとする。
【背景技術】
【０００２】
近年、ＴＦＴを用いた液晶パネルの製造技術の発展や、半導体変換素子を有するエリアセンサの各分野への利用（例えば医療用Ｘ線撮像装置）の進展により、医療用放射線撮像装置においても大面積化、かつディジタル化が達成されている。医療用放射線撮像装置は、液晶パネル等とは異なり、微小信号をディジタル変換して画像出力するという特徴を持っており、放射線画像を瞬時に読み取り、瞬時にディスプレイ上に表示できるものである。この放射線撮像装置は、製品化が達成されている一方、更なる感度向上を目指して種々の提案がなされている。開口率を向上させるため、ＴＦＴ素子上にセンサ素子（半導体変換素子）を積層する構造が示されている（例えば、特許文献１）。本従来例では、ＴＦＴ素子のソースまたはドレイン電極に接続された電極がＴＦＴ素子上を被覆し、かつセンサの個別電極となっている構造である。また、ＴＦＴ素子はソース電極とドレイン電極が対称の構造である。
【特許文献１】米国特許第５４９８８８０号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、上記放射線撮像装置のＴＦＴ素子においては、ＴＦＴ素子形成後に、センサ素子を形成するための高温の熱処理が加わる。このため、ＴＦＴ素子の半導体層は、水素がぬけるため抵抗が高くなる。つまり、ＴＦＴのＯＮ抵抗が高くなり、ＴＦＴ特性が低下してしまう。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本発明は上記課題を解決するための手段として、ゲート電極、絶縁層、半導体層、高濃度不純物半導体層、ソース及びドレイン電極とから成り、前記半導体層の少なくとも１辺がゲート電極の内側に形成されており、かつソース電極若しくはドレイン電極もしくは高濃度不純物半導体層の何れかが前記半導体層の側面と接続されており、かつソース電極とドレイン電極が比対称である構造のＴＦＴを有することを特徴とする放射線撮像装置を提供する。
【発明の効果】
【０００５】
以上説明したように、本出願に係わる放射線撮像装置は、ゲート電極、絶縁層、半導体層、高濃度不純物半導体層、ソース及びドレイン電極とから成るＴＦＴを、前記半導体層がゲート電極の内側に形成されており、かつソース電極若しくはドレイン電極もしくは高濃度不純物半導体層の何れかが前記半導体層の側面と接続されており、かつソース電極とドレイン電極が比対称である構造にすることで、駆動能力を高くでき、かつ信号線の寄生容量を小さくする効果をもつ。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００６】
以下、本発明の実施の形態を、実施例とともに図面を参照しつつ詳細に説明する。
【０００７】
〔実施形態１〕
以下本発明の放射線撮像装置の第１の実施形態を図面を用いて説明する。図１は本発明の放射線撮像装置の等価回路図、図２は平面図、図３は１画素の平面図と断面図である。
【０００８】
図１、図２のように、Ｐ１１〜Ｐ４４は光電変換素子などの半導体変換素子、Ｔ１１〜Ｔ４４は薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）であり、それぞれ画素を構成している。なお、ここでは画素エリアに４×４画素を示しているが、実際には例えば１０００×２０００画素が絶縁基板上に配置されている。
【０００９】
光電変換素子Ｐ１１〜Ｐ４４は共通のバイアス線Ｖｓ１〜４に接続されており、読み出し装置から一定バイアスが印加されている。各ＴＦＴのゲート電極は、共通のゲート線Ｖｇ１〜Ｖｇ４に接続されており、ゲート駆動装置からＴＦＴのゲートのＯＮ、ＯＦＦを制御する。また、各ＴＦＴのソース若しくはドレイン電極は、共通の信号線Ｓｉｇ１〜Ｓｉｇ４に接続されており、Ｓｉｇ１〜Ｓｉｇ４は、読み出し装置に接続されている。ここではゲート駆動装置と読み出し装置を、それぞれ片側にしか配置していないが、両側に配置すれば駆動速度が向上する等、更に良い放射線撮像装置となる。
【００１０】
被検体に向けて曝射されたＸ線は、被検体により減衰を受けて透過し、ここでは図示しない蛍光体層で可視光に変換され、この可視光が光電変換素子に入射し、電荷に変換される。この電荷は、ゲート駆動装置により印加されるゲート駆動パルスによりＴＦＴを介して信号線に転送され、読み出し装置により外部に読み出される。その後、共通のバイアス線により、光電変換素子で発生し転送されきれなかった電荷が除去される。
【００１１】
ここで、ＴＦＴについて説明する。図３のようにＴＦＴのＯＮ抵抗は、チャネル抵抗Ｒｃと各膜の接続抵抗Ｒａ、縦の抵抗（半導体層のバルク抵抗）Ｒｓが接続されたかたちで表現できる。本実施形態のＴＦＴは、ゲート電極、絶縁層、半導体層、高濃度不純物半導体層、ソース及びドレイン電極とから成る。また、半導体層（図３ではゲート電極内側の点線領域）はゲート電極の内側に形成されており、かつソース電極若しくはドレイン電極が半導体層の側面と接続されている。これにより、半導体層の側面ではソース電極若しくはドレイン電極とチャネル部の距離が短くなり、Ｒｓに比べ非常に抵抗の小さい、Ｒｐのようなパスができる。また、ソース電極とドレイン電極に関しては、信号線に接続される電極を囲むように他方の電極を配置することで、ＴＦＴ面積を増やすことなくチャネル幅Ｗを大きくでき、同時に信号線に接続された電極面積を小さくできるため、ＴＦＴのＯＮ抵抗が小さくなるだけでなく、ノイズ成分となる信号線の寄生容量も小さくできる。
【００１２】
そして図３のように、Ｖｇ線とＳｉｇ線のクロス部の面積を小さくすれば、ノイズ成分となる信号線の寄生容量を更に小さくできるため、なお良い。
【００１３】
以上のように、ＴＦＴの構造をゲート電極、絶縁層、半導体層、高濃度不純物半導体層、ソース及びドレイン電極とから成り、前記半導体層がゲート電極の内側に形成されており、かつソース電極若しくはドレイン電極もしくは高濃度不純物半導体層の何れかが前記半導体層の側面と接続されており、かつソース電極とドレイン電極が比対称にすることで、従来よりＴＦＴの駆動能力が高く、寄生容量の小さい放射線撮像装置を提供できる。
【００１４】
本実施形態では、半導体変換素子をＭＩＳ型としたが、これはＰＩＮ型であっても同様の効果が得られる。また、本実施形態では積層センサを示したが、ＴＦＴ形成後に熱処理の加わらない平面センサのＴＦＴにおいても、同様の効果が得られる。
【００１５】
更に、ここでは放射線を蛍光体層で可視光に変換し、この可視光が光電変換素子で電荷に変換される間接型の放射線撮像装置を実施形態としたが、アモルファスセレン等の放射線を直接電荷に変換できる材料を用いた直接型の放射線撮像装置を用いても同様の効果が得られる。
【００１６】
〔実施形態２〕
以下本発明の放射線撮像装置の第２の実施形態を図面を用いて説明する。図４は本発明の放射線撮像装置の１画素の平面図と断面図である。
【００１７】
本実施形態では、ＴＦＴの構造以外は実施形態１と同様であるため、説明を省略する。図４のように、本実施形態のＴＦＴは、信号線に接続されるソース若しくはドレイン電極の下層の絶縁層、半導体層、高濃度不純物半導体層がゲート電極の外側まで形成されている。これにより、実施形態１の効果に加え、ノイズ成分となるゲート電極とソース若しくはドレイン電極との容量を小さくすることができ、更なる特性の向上が可能となる。
【００１８】
〔実施形態３〕
以下本発明の放射線撮像装置の第２の実施形態を図面を用いて説明する。図５は本発明の放射線撮像装置の等価回路図、図６は平面図、図７は１画素の平面図と断面図である。本実施形態では、ＴＦＴの上部に半導体変換素子を積層した、積層タイプの放射線撮像装置を示す。Ｐ１１〜Ｐ４４（図６では点線領域）は光電変換素子などの半導体変換素子、Ｔ１１〜Ｔ４４は読み出し用の薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）、Ｔｒ１１〜Ｔｒ４４はリセット用のＴＦＴであり、それぞれ画素を構成している。なお、ここでは画素エリアに４×４画素を示しているが、実際には例えば１０００×２０００画素が絶縁基板上に配置されている。
【００１９】
図５、図６のように、光電変換素子Ｐ１１〜Ｐ４４は共通のバイアス線Ｖｓ１〜４に接続されており、読み出し装置から一定バイアスが印加されている。読み出し用ＴＦＴのゲート電極は、共通のゲート線Ｖｇ１〜Ｖｇ４に接続されており、ゲート駆動装置からＴＦＴのゲートのＯＮ、ＯＦＦを制御する。また、ソース若しくはドレイン電極は、共通の信号線Ｓｉｇ１〜Ｓｉｇ４に接続されており、Ｓｉｇ１〜Ｓｉｇ４は、読み出し装置に接続されている。一方、リセット用ＴＦＴのゲート電極は、共通のゲート線Ｖｒ１〜Ｖｒ４に接続されており、ゲート駆動装置からＴＦＴのゲートのＯＮ、ＯＦＦを制御する。また、ソース若しくはドレイン電極は、共通のリセット配線Ｒ１〜Ｒ４に接続されており、Ｒ１〜Ｒ４は、読み出し装置に接続されている。ここではゲート駆動装置と読み出し装置を、それぞれ片側にしか配置していないが、両側に配置すれば駆動速度が向上する等、更に良い放射線撮像装置となる。
【００２０】
被検体に向けて曝射されたＸ線は、被検体により減衰を受けて透過し、ここでは図示しない蛍光体層で可視光に変換され、この可視光が光電変換素子に入射し、電荷に変換される。この電荷は、ゲート駆動装置により印加されるゲート駆動パルスにより読み出し用ＴＦＴを介して信号線に転送され、読み出し装置により外部に読み出される。その後、光電変換素子で発生し転送されきれなかった電荷が、リセット用ＴＦＴを介してリセット配線に転送され、読み出し装置により除去される。
【００２１】
ここで、ＴＦＴについて説明する。図７のようにＴＦＴのＯＮ抵抗は、チャネル抵抗Ｒｃと各膜の接続抵抗Ｒａ、縦の抵抗（半導体層のバルク抵抗）Ｒｓが接続されたかたちで表現できる。本実施形態のＴＦＴは、ゲート電極、絶縁層、半導体層、高濃度不純物半導体層、ソース及びドレイン電極とから成る。また、半導体層（図７ではゲート電極内側の点線領域）はゲート電極の内側に形成されており、かつソース電極若しくはドレイン電極と接続された高濃度不純物半導体層が半導体層の側面と接続されている。これにより、半導体層の側面ではソース電極若しくはドレイン電極とチャネル部の距離が短くなり、Ｒｓに比べ非常に抵抗の小さい、Ｒｐのようなパスができる。また、ソース電極若しくはドレイン電極と半導体層の側面の間に高濃度不純物半導体層が形成されているため、シュットキー電流やトンネル電流のようなリーク電流を防止する効果もある。また、ソース電極とドレイン電極に関しては、信号線に接続される電極を囲むように他方の電極を配置することで、ＴＦＴ面積を増やすことなくチャネル幅Ｗを大きくでき、同時に信号線に接続された電極面積を小さくできるため、ＴＦＴのＯＮ抵抗が小さくなるだけでなく、ノイズ成分となる信号線の寄生容量も小さくできる。
【００２２】
そして図７のように、Ｖｇ線とＳｉｇ線のクロス部の面積を小さくすれば、ノイズ成分となる信号線の寄生容量を更に小さくできるため、なお良い。
【００２３】
以上のように、ＴＦＴの構造をゲート電極、絶縁層、半導体層、高濃度不純物半導体層、ソース及びドレイン電極とから成り、前記半導体層がゲート電極の内側に形成されており、かつソース電極若しくはドレイン電極もしくは高濃度不純物半導体層の何れかが前記半導体層の側面と接続されており、かつソース電極とドレイン電極が比対称にすることで、従来よりＴＦＴの駆動能力が高く、寄生容量の小さい放射線撮像装置を提供できる。
【００２４】
本実施形態では、半導体変換素子をＭＩＳ型としたが、これはＰＩＮ型であっても同様の効果が得られる。また、本実施形態では積層センサを示したが、ＴＦＴ形成後に熱処理の加わらない平面センサのＴＦＴにおいても、同様の効果が得られる。
【００２５】
更に、ここでは放射線を蛍光体層で可視光に変換し、この可視光が光電変換素子で電荷に変換される間接型の放射線撮像装置を実施形態としたが、アモルファスセレン等の放射線を直接電荷に変換できる材料を用いた直接型の放射線撮像装置を用いても同様の効果が得られる。
【００２６】
〔実施形態４〕
以下本発明の放射線撮像装置の第４の実施形態を図面を用いて説明する。図８は本発明の放射線撮像装置の１画素の平面図と断面図である。
【００２７】
本実施形態では、ＴＦＴの構造以外は実施形態３と同様であるため、説明を省略する。
【００２８】
図８のように、本実施形態のＴＦＴは、信号線に接続されるソース若しくはドレイン電極の下層の絶縁層、半導体層、高濃度不純物半導体層がゲート電極の外側まで形成されている。これにより、実施形態３の効果に加え、ノイズ成分となるゲート電極とソース若しくはドレイン電極との容量を小さくすることができ、更なる特性の向上が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明の放射線撮像装置の第１の実施形態を説明する等価回路図
【図２】本発明の放射線撮像装置の第１の実施形態を説明する平面図
【図３】本発明の放射線撮像装置の第１の実施形態を説明する１画素の平面図と断面図
【図４】本発明の放射線撮像装置の第２の実施形態を説明する１画素の平面図と断面図
【図５】本発明の放射線撮像装置の第３の実施形態を説明する等価回路図
【図６】本発明の放射線撮像装置の第３の実施形態を説明する平面図
【図７】本発明の放射線撮像装置の第３の実施形態を説明する１画素の平面図と断面図
【図８】本発明の放射線撮像装置の第４の実施形態を説明する１画素の平面図と断面図
【符号の説明】
【００３０】
ＴＦＴ  薄膜トランジスタ
Ｖｇ線  ゲート線
Ｓｉｇ線  信号線
Ｖｓ線  バイアス線
Ｐ１１〜Ｐ４４  光電変換素子（半導体変換素子）
Ｔ１１〜Ｔ４４  薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）
Ｖｇ１〜４  共通のゲート線
Ｓｉｇ１〜８  共通の信号線
Ｖｓ１〜４  共通バイアス線
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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