(57)【要約】【課題】欠陥検査工程において欠陥画素の特定が容易で、かつ狭画素ピッチの光電変換装置及び放射線撮像装置において、特性低下を防止する。【解決手段】光電変換素子１と、光電変換素子に電気的に接続される信号転送用ＴＦＴ（薄膜トランジスタ）２と、光電変換素子に電気的に接続される、光電変換素子にバイアスを印加するためのリセット用ＴＦＴ３と、を有する画素が、二次元状に絶縁性基板上に配設され、光電変換素子１と、信号転送用ＴＦＴ２及びリセット用ＴＦＴ３とが共通のコンタクトホール９を介して電気的に接続されている。信号転送用ＴＦＴ２のソース又はドレイン電極と、リセット用ＴＦＴ３のソース又はドレイン電極とが共通の導電層からなる。【選択図】図１
2007201246.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも光信号を電気信号に変換する変換素子と、前記変換素子に電気的に接続される信号転送用スイッチ素子と、前記変換素子に電気的に接続される、前記変換素子にバイアスを印加するためのリセット用スイッチ素子と、を有する画素が、二次元状に絶縁性基板上に配設された光電変換装置であって、
前記変換素子と、前記信号転送用スイッチ素子及び前記リセット用スイッチ素子とが共通のコンタクトホールを介して電気的に接続されていることを特徴とする光電変換装置。
【請求項２】
請求項１に記載の光電変換装置において、前記信号転送用スイッチ素子の一方の電極が前記変換素子と電気的に接続され、前記リセット用スイッチ素子の一方の電極が前記変換素子と電気的に接続され、
少なくとも一部が、前記信号転送用スイッチ素子の前記一方の電極となる導電層と、少なくとも一部が前記リセット用スイッチ素子の前記一方の電極となる導電層とが共通の導電層からなり、前記共通の導電層と前記変換素子との電気的な接続が前記共通のコンタクトホールを介して行われることを特徴とする光電変換装置。
【請求項３】
請求項２に記載の光電変換装置において、前記信号転送用スイッチ素子及び前記リセット用スイッチ素子は薄膜トランジスタであり、前記信号転送用スイッチ素子の前記一方の電極及びリセット用スイッチ素子の前記一方の電極は、前記薄膜トランジスタのソース電極又はドレイン電極であることを特徴とする光電変換装置。
【請求項４】
請求項１から３のいずれか１項に記載の光電変換装置において、前記絶縁性基板上に前記信号転送用スイッチ素子及び前記リセット用スイッチ素子が形成され、
前記信号転送用スイッチ素子及び前記リセット用スイッチ素子が形成された領域の少なくとも一部を除く、前記絶縁性基板上の領域に、前記変換素子が設けられることを特徴とする光電変換装置。
【請求項５】
請求項１から３のいずれか１項に記載の光電変換装置において、前記絶縁性基板上に前記信号転送用スイッチ素子及び前記リセット用スイッチ素子が形成され、
前記信号転送用スイッチ素子及び前記リセット用スイッチ素子が形成された領域を含む、前記絶縁性基板上の領域に、絶縁層を介して前記変換素子が設けられることを特徴とする光電変換装置。
【請求項６】
請求項１から５のいずれか１項に記載の光電変換装置を備えた放射線撮像装置において、前記変換素子上に放射線を光に変換するシンチレータを備えたことを特徴とする放射線撮像装置。
【請求項７】
少なくとも放射線を電気信号に変換する変換素子と、前記変換素子に電気的に接続される信号転送用スイッチ素子と、前記変換素子に電気的に接続される、前記変換素子にバイアスを印加するためのリセット用スイッチ素子と、を有する画素が、二次元状に絶縁性基板上に配設された放射線撮像装置であって、
前記変換素子と、前記信号転送用スイッチ素子及び前記リセット用スイッチ素子とが共通のコンタクトホールを介して電気的に接続されていることを特徴とする放射線撮像装置。
【請求項８】
請求項７に記載の放射線撮像装置において、前記信号転送用スイッチ素子の一方の電極が前記変換素子と電気的に接続され、前記リセット用スイッチ素子の一方の電極が前記変換素子と電気的に接続され、
少なくとも一部が、前記信号転送用スイッチ素子の前記一方の電極となる導電層と、少なくとも一部が前記リセット用スイッチ素子の前記一方の電極となる導電層とが共通の導電層からなり、前記共通の導電層と前記変換素子との電気的な接続が前記共通のコンタクトホールを介して行われることを特徴とする放射線撮像装置。
【請求項９】
請求項８に記載の放射線撮像装置において、前記信号転送用スイッチ素子及び前記リセット用スイッチ素子は薄膜トランジスタであり、前記信号転送用スイッチ素子の前記一方の電極及びリセット用スイッチ素子の前記一方の電極は、前記薄膜トランジスタのソース電極又はドレイン電極であることを特徴とする放射線撮像装置。
【請求項１０】
請求項７から９のいずれか１項に記載の放射線撮像装置において、前記絶縁性基板上に前記信号転送用スイッチ素子及び前記リセット用スイッチ素子が形成され、
前記信号転送用スイッチ素子及び前記リセット用スイッチ素子が形成された領域の少なくとも一部を除く、前記絶縁性基板上の領域に、前記変換素子が設けられることを特徴とする放射線撮像装置。
【請求項１１】
請求項７から９のいずれか１項に記載の放射線撮像装置において、前記絶縁性基板上に前記信号転送用スイッチ素子及び前記リセット用スイッチ素子が形成され、
前記信号転送用スイッチ素子及び前記リセット用スイッチ素子が形成された領域を含む、前記絶縁性基板上の領域に、絶縁層を介して前記変換素子が設けられることを特徴とする放射線撮像装置。
【請求項１２】
請求項６から１１のいずれか１項に記載の放射線撮像装置と、
前記放射線撮像装置からの信号を処理する信号処理手段と、
前記信号処理手段からの信号を記録するための記録手段と、
前記信号処理手段からの信号を表示するための表示手段と、
前記信号処理手段からの信号を伝送するための伝送処理手段と、
前記放射線を発生させるための放射線源と、
を具備することを特徴とする放射線撮像システム。
【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、本願明細書では、放射線は、Ｘ線，γ線、あるいはα線，β線などの粒子線を含むものをいう。また、変換素子とは少なくとも光信号又は放射線を電気信号に変換する半導体素子をいう。
【背景技術】
【０００２】
近年、薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）を用いた液晶ディスプレイ用パネルの製造技術が進展し、パネルの大型化と共に表示部の大画面化が進んでいる。この製造技術は半導体によって構成された変換素子（光電変換素子）とＴＦＴなどのスイッチ素子を有する大面積エリアセンサに応用されている。そのようなエリアセンサ（放射線撮像用センサパネル）は、放射線を可視光等の光に変換するシンチレータと組み合わせて、医療用Ｘ線撮像装置のような放射線撮像装置の分野で利用されている。
【０００３】
従来、医療画像診断で用いられる撮影方法は、静止画像を得るための一般撮影と、動画像を得るための透視撮影に大きく分類されるが、上記の放射線撮像装置は現在のところ、主に一般撮影に使用され始めている。しかしながら、透視撮影に対しては読み取り速度といった点で十分でない状況である。
【０００４】
そこで、特許文献１では、エリアセンサの１画素を、変換素子と、変換素子からの信号を転送するための転送用スイッチ素子（転送用ＴＦＴ等）と、変換素子をリセットするためのリセット用スイッチ素子（リセット用ＴＦＴ）によって構成している。この構成により、読み取り速度を短縮した放射線撮像装置の提案が成されている。
【０００５】
また、一般にエリアセンサ（放射線撮像用センサパネル）の画素の構造は、変換素子とスイッチ素子とを同一平面上に配置する平面型と、スイッチ素子の上部に変換素子を配置する積層型の２つに分類される。前者は、変換素子とスイッチ素子を同じ半導体製造プロセスで形成可能なため、製造プロセスを簡略化できる。また後者は、変換素子をスイッチ素子の上方に配置するために平面型と比べて１画素における変換素子の面積を大きく形成することができる。そのため画素の開口率を大きくできるため、高感度となる。このことから、特許文献１においては、積層型センサについても記載されている。
【０００６】
図１１は従来の積層型の構造を用いた放射線撮像装置の平面図、図１２は図１１中Ｃ−Ｃ’の断面図、図１３は従来の積層型の構造を用いた放射線撮像装置の等価回路図である。放射線撮像装置の画素上にシンチレータが配されているが、図１１及び図１３においては省略されている。
【０００７】
従来の放射線撮像装置は１画素内において、図１１のように変換素子（光電変換素子）１０１と転送用スイッチ素子（転送用ＴＦＴ）１０２とリセット用スイッチ素子（リセット用ＴＦＴ）１０３を有している。また、変換素子１０１にバイアスを印加するためのバイアス配線１０４、転送用スイッチ素子１０２に駆動信号を与えるゲート配線１０５、転送用スイッチ素子１０２を介して変換素子１０１の信号を読み出すための信号配線１０６を有している。更に、リセット用スイッチ素子１０３に駆動信号を与えるゲート線１０７、リセット用スイッチ素子１０３にリセットバイアスを印加するためのリセット配線１０８を有している。
【０００８】
従来の放射線撮像装置の１画素における層構成について、図１２を用いて説明する。図示するように、転送用スイッチ素子１０２とリセット用スイッチ素子１０３は、絶縁性基板１１０上に形成された第１の導電層１１１、第１の絶縁層１１２、第１の半導体層１１３、第１の不純物半導体層１１４、第２の導電層１１５から構成されている。ここで、第１の導電層１１１は転送用スイッチ素子１０２及びリセット用スイッチ素子１０３のゲート電極及びゲート配線１０５、１０７として、第１の絶縁層１１２はゲート絶縁膜として用いられている。また、第１の半導体層１１３は転送用スイッチ素子１０２及びリセット用スイッチ素子１０３のチャネルとして、第１の不純物半導体層１１４はオーミックコンタクト層として用いられている。また、第２の導電層１１５は転送用スイッチ素子１０２及びリセット用スイッチ素子１０３のソースもしくはドレイン電極、信号配線１０６、リセット配線１０８として用いられている。その上層に、層間絶縁層１１６を設け、更にその層間絶縁層１１６上に変換素子１０１を構成するＭＩＳ型光電変換素子が積層される。変換素子１０１を構成するＭＩＳ型光電変換素子は、第３の導電層１１７、第２の絶縁層１１８、第２の半導体層（光電変換層）１１９、第２の不純物半導体層１２０、第４の導電層１２１から構成されている。ここで、第３の導電層１１７はＭＩＳ型光電変換素子の下電極として、第２の絶縁層１１８はＭＩＳ型光電変換素子の絶縁層として用いられている。また、第２の半導体層１１９はＭＩＳ型光電変換素子の光電変換層として、第２の不純物半導体層１２０はＭＩＳ型光電変換素子のホールブロッキング効果を有するオーミックコンタクト層として用いられている。また、第４の導電層１２１はＭＩＳ型光電変換素子の上電極またはバイアス配線１０４として用いられている。更にその上層に第３の絶縁層（保護層）１２２、パッシベーション層１２３、接着層１２４、シンチレータ１２５が形成される。
【０００９】
また、変換素子１０１の下電極である第３の導電層１１７と、転送用スイッチ素子１０２のソースもしくはドレイン電極である第２の電極層１１５はコンタクトホール１０９を介して接続される。同様に、変換素子１０１の下電極である第３の電極層１１７と、リセット用スイッチ素子１０３のソースもしくはドレイン電極である第２の電極層１１５もコンタクトホール１０９を介して接続される。
【００１０】
従来の放射線撮像装置の動作原理について、図１３を用いて説明する。図１３においては変換素子１０１、転送用スイッチ素子１０２及びリセット用スイッチ素子１０３は二次元状に配される。まず、変換素子１０１を構成する光電変換素子の第２の半導体層１１９が空乏化するようにバイアス配線１０４から変換素子１０１にバイアスを与える。この状態で、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、変換素子１０１上のシンチレータで可視光等の光に変換され、この光が変換素子１０１に入射して電荷に変換される。この電荷は、駆動装置１２６からゲート配線１０５に印加されるゲート駆動パルスにより転送用スイッチ素子１０２を導通状態にすることにより信号配線１０６に転送され、読み出し装置１２７により外部に読み出される。その後、駆動装置１２６からゲート配線１０７にゲート駆動パルスを印加し、リセット用スイッチ素子１０３を導通状態にする。この間にリセット配線１０８に変換素子をリセットするためのバイアスを印加し、変換素子１０１で発生し転送しきれなかった残留電荷が除去される。
【００１１】
以上の動作を繰り返すことにより、１画像の画像信号が得られ、更に繰り返し１画像の画像信号を取得することにより動画像が得られる。
【００１２】
なお、図１３には３×３画素を示しているが、実際には例えば２０００×２０００画素が絶縁性基板１１０上に配置され、放射線撮像用センサパネルを構成している。
【００１３】
また、コンタクトホール１０９は、放射線撮像用センサパネルの構造によって、その機能を十分に果たすための必要なサイズが異なる。通常、平面型では１０μｍ程度であるが、特に平坦化するために層間絶縁層１１６を用いた積層型では、層間絶縁層１１６の膜厚分だけホールが深くなる。また積層型の場合には、転送用スイッチ素子１０２とリセット用スイッチ素子１０３上に層間絶縁層１１６を介して変換素子１０１を設ける構成により寄生容量が生ずるので、これを抑制する観点からも層間絶縁層１１６の厚さを厚くすることが望ましい。そのため、コンタクトホール１０９内に成膜される膜のカバレジを考慮し、平面型の場合よりコンタクトホール１０９のテーパー角を緩やかにするため、コンタクトホール１０９の直径は１５〜２０μｍ程度のサイズである。
【特許文献１】特開２００３−２１８３３９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
特許文献１では、図１１のように転送用スイッチ素子１０２とリセット用スイッチ素子１０３がそれぞれ独立に配置されており、変換素子１０１を構成する光電変換素子とスイッチ素子を接続するためのコンタクトホール１０９が、１画素内においてそれぞれ独立して設けられている。このため、例えばある画素においてリセット用スイッチ素子１０３のコンタクトホール１０９に接続不良が発生した場合でも、転送用スイッチ素子１０２が正常であれば変換素子の何らかの信号を読み出すことができるため、欠陥検査工程において欠陥画素の特定が困難な場合がある。
【００１５】
また、コンタクトホールのサイズは通常１０μｍ〜２０μｍ程度となるが、例えば画素ピッチｄ１、ｄ２が２００μｍと大きい場合には、図１１のように、このコンタクトホールのサイズは大きな問題とはならず、各スイッチ素子を自由に配置できる。
【００１６】
これに対してマンモ撮影のように高精細画像が求められる場合は、画素ピッチが小さくなるが、図１４のように１画素内に２つのスイッチ素子を配置できるのは、１００μｍ程度の画素ピッチｄ３、ｄ４が限界である。更に８０μｍ、５０μｍと画素ピッチｄ３、ｄ４がより小さくなった場合には、コンタクトホール１０９がゲート配線１０５や信号配線１０６などの各配線と重なってしまう恐れがある。
【００１７】
また、放射線撮像用センサパネル内において、層間絶縁層１１６の膜厚にばらつきが発生した場合には、コンタクトホール１０９のサイズがばらつく。その結果、各配線と変換素子１０１との間の寄生容量が放射線撮像用センサパネル内でばらつき、感度ばらつきを生じる。これを防ぐために、例えばゲート配線１０５を細くすると、ゲート配線１０５の抵抗が大きくなる。そのため、ゲート配線１０５に加えられるゲート駆動パルスが小さくなるため、転送用スイッチ素子１０２で十分な信号の転送を行うためには転送用スイッチ素子１０２の導通時間が増加し、読み取り速度が低下する。また、例えば信号配線１０６を細くすると、信号配線１０６の抵抗が大きくなるため、ノイズが増加し、Ｓ／Ｎ即ち感度が低下してしまう。即ち、いずれにしても特性の低下が引き起こされる可能性がある。
【００１８】
以上のことから、本発明の目的は、欠陥検査工程において欠陥画素の特定が容易で、かつ小さい画素ピッチの光電変換装置や放射線撮像装置において、特性低下を防止することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１９】
本発明は上記課題を解決するための手段として、少なくとも光信号を電気信号に変換する変換素子と、前記変換素子に電気的に接続される信号転送用スイッチ素子と、前記変換素子に電気的に接続される、前記変換素子にバイアスを印加するためのリセット用スイッチ素子と、を有する画素が、二次元状に絶縁性基板上に配設された光電変換装置であって、
前記変換素子と、前記信号転送用スイッチ素子及び前記リセット用スイッチ素子とが共通のコンタクトホールを介して電気的に接続されていることを特徴とする光電変換装置を提供する。
【００２０】
上記光電変換装置は、変換素子上に放射線を光に変換するシンチレータを備えて放射線撮像装置を構成することができる。
【００２１】
また本発明は、少なくとも放射線を電気信号に変換する変換素子と、前記変換素子に電気的に接続される信号転送用スイッチ素子と、前記変換素子に電気的に接続される、前記変換素子にバイアスを印加するためのリセット用スイッチ素子と、を有する画素が、二次元状に絶縁性基板上に配設された放射線撮像装置であって、
前記変換素子と、前記信号転送用スイッチ素子及び前記リセット用スイッチ素子とが共通のコンタクトホールを介して電気的に接続されてい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】
【００２２】
本発明によれば、欠陥検査工程において欠陥画素の特定が容易となる。また小さい画素ピッチの光電変換装置や放射線撮像装置においても、特性低下を防止することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
以下、本発明を実施するための最良の形態を、図面を参照しつつ詳細に説明する。以下の説明では放射線撮像装置を取り上げて説明するが、シンチレータを用いた放射線撮像装置は、光電変換装置上にシンチレータを配置した構成であり、この光電変換装置は本発明の光電変換装置の最良の形態となる。
［第１の実施形態］
以下に、本発明の第１の実施形態に係る放射線撮像装置について、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１画素の平面図、図２は図１中Ａ−Ａ’の断面図である。
【００２４】
本実施形態における放射線撮像装置は、転送用スイッチ素子（転送用ＴＦＴ）とリセット用スイッチ素子（リセット用ＴＦＴ）の上部に、変換素子を構成するＭＩＳ型光電変換素子を形成した積層型の放射線撮像用センサパネルを有している。更に、その上部に放射線を可視光等の光に変換するためのシンチレータを有する間接型の放射線撮像装置である。本実施形態の放射線撮像装置の等価回路図は図１３と同様であり、その動作原理については図１１〜図１４を用いて説明した従来の放射線撮像装置と同様であるため、ここでは説明を省略する。
【００２５】
本実施形態の放射線撮像装置の構成について、図１及び図２を用いて説明する。
【００２６】
図１において、１は入射した可視光等の光を電荷に変換する光電変換素子などの変換素子、２は変換素子１で変換された電荷を転送するための転送用スイッチ素子、３は変換素子１をリセットするためのリセット用スイッチ素子である。変換素子１上には不図示の入射した放射線を可視光等の光に変換するシンチレータが配置されている。転送用スイッチ素子はここでは転送用ＴＦＴ、リセット用スイッチ素子はリセット用ＴＦＴである。４は変換素子１にバイアスを印加するためのバイアス配線、５は駆動装置（不図示）からのゲート駆動パルスを転送用スイッチ素子２に与えるためのゲート配線である。６は転送用スイッチ素子２で転送された電荷を読み出し装置（不図示）に伝送するための信号配線である。７は駆動装置（不図示）からのゲート駆動パルスをリセット用スイッチ素子３に与えるためのゲート配線、８は変換素子１をリセットするためのバイアスを与えるためのリセット配線である。９は変換素子１と転送用スイッチ素子２のソースもしくはドレイン電極及びリセット用スイッチ素子３のソースもしくはドレイン電極とを電気的に接続するためのコンタクトホールである。
【００２７】
図２に示されるように、転送用スイッチ素子２とリセット用スイッチ素子３はそれぞれ、絶縁性基板１０上に形成された、第１の導電層１１、第１の絶縁層１２、第１の半導体層１３、第１の不純物半導体層１４、第２の導電層１５から構成されている。ここで、第１の導電層１１は転送用スイッチ素子２及びリセット用スイッチ素子３のゲート電極及びゲート配線５、７として、第１の絶縁層１２はゲート絶縁膜として用いられている。また、第１の半導体層１３は転送用スイッチ素子２及びリセット用スイッチ素子３のチャネルとして、第１の不純物半導体層１４はオーミックコンタクト層として用いられている。また、第２の導電層１５は転送用スイッチ素子２及びリセット用スイッチ素子３のソースもしくはドレイン電極、信号配線６、リセット配線８として用いられている。その上層に、層間絶縁層１６を設け、更にその層間絶縁層１６上に変換素子１を構成するＭＩＳ型光電変換素子が積層される。変換素子１を構成するＭＩＳ型光電変換素子は、第３の導電層１７、第２の絶縁層１８、第２の半導体層１９、第２の不純物半導体層２０、第４の導電層２１、第５の導電層２６から形成されている。ここで、第３の導電層１７はＭＩＳ型光電変換素子の下電極として、第２の絶縁層１８はＭＩＳ型光電変換素子の絶縁層として用いられている。また、第２の半導体層１９はＭＩＳ型光電変換素子の光電変換層として、第２の不純物半導体層２０はＭＩＳ型光電変換素子のホールブロッキング効果を有するオーミックコンタクト層及び上電極として用いられている。また、第４の導電層２１はＭＩＳ型光電変換素子のバイアス配線４として、第５の導電層２６はＭＩＳ型光電変換素子の上電極として用いられている。更にその上層に第３の絶縁層（保護層）２２、パッシベーション層２３、接着層２４、放射線を可視光等の光に変換するＣｓＩ等のシンチレータ２５が形成される。シンチレータ２５はカーボン板やフィルム（不図示）にシンチレータ２５を設けて、接着層２４を介して放射線撮像用センサパネルに貼り合わせたものである。
【００２８】
転送用スイッチ素子２のソース、ドレイン電極の一方と、リセット用スイッチ素子３のソース、ドレイン電極の一方は、共通の第２の導電層１５から構成され、第２の導電層１５は共通の電極となっている。ただし、共通の第２の導電層１５は、転送用スイッチ素子２のソース、ドレイン電極の一方と、リセット用スイッチ素子３のソース、ドレイン電極の一方と、転送用スイッチ素子２及びリセット用スイッチ素子３の一方の電極どうしを接続する配線と、からなると考えることもできる。その場合、共通の第２の導電層１５の一部が、転送用スイッチ素子２のソース、ドレイン電極の一方と、リセット用スイッチ素子３のソース、ドレイン電極の一方とを構成することになる。
ここで本実施形態では、光電変換素子の下電極である第３の導電層１７と転送用スイッチ素子２のソース、ドレイン電極（第２の導電層１５）の一方とをコンタクトホール９で接続している。また光電変換素子の下電極（第３の導電層１７）とリセット用スイッチ素子３のソース、ドレイン電極（第２の導電層１５）の一方とをコンタクトホール９で接続している。つまり、共通の１つのコンタクトホール９で光電変換素子となる変換素子１、転送用スイッチ素子２、リセット用スイッチ素子３を接続している。
【００２９】
よって、コンタクトホール９に接続不良が発生した場合には、光電変換素子の信号が読み出せないため、欠陥検査工程における欠陥画素の特定が容易である。
【００３０】
また、本実施形態の放射線撮像装置の画素ピッチｄ５、ｄ６は８０μｍであるが、層間絶縁層を介して光電変換素子を配する積層構成を取るために、コンタクトホール９の直径を２０μｍとした場合でも、２つのスイッチ素子を配置することができる。すなわち、本実施形態では、１画素内にコンタクトホールが１つとなるため、ゲート配線５、７や信号配線６の線幅を細くすることなく１画素内に２つのＴＦＴを配置可能となる。つまり、光電変換素子と接続するためのコンタクトホールを２つのスイッチ素子に対して共通に用いることにより、１画素内でのコンタクトホールの占める面積の割合が低下し、小さいピッチの画素においても２つのスイッチ素子を配置する領域の確保が容易になる。
【００３１】
以上のことから、本実施形態の放射線撮像装置は、欠陥検査工程において欠陥画素の特定が容易で、かつ小さい画素ピッチの放射線撮像装置の場合でも、特性低下が防止可能である。
【００３２】
なお、図１には１画素を示しているが、実際には例えば２０００×２０００画素が絶縁性基板１０上に配置され、放射線撮像用センサパネルを構成している。また、本実施形態において、光電変換素子とシンチレータと組み合わせた間接型の放射線撮像装置を示した。しかし、光電変換素子に代えて、放射線を直接電荷に変換するアモルファスセレン等の半導体層を電極間に挟んだ変換素子を用いた、放射線を直接電荷に変換する直接型の放射線撮像装置においても同様の効果が得られる。また、間接型の放射線撮像装置の変換素子は、ＭＩＳ型の光電変換素子の他の光電変換素子、例えばＰＩＮ型の光電変換素子を用いても構わない。また、間接型の放射線撮像装置の画素の構造に関しては、光電変換素子とスイッチ素子が同一層で構成されている平面型でも、スイッチ素子の上部に光電変換素子が形成されている積層型でも構わない。さらに、本実施形態ではカーボン板やフィルムにＣｓＩ等のシンチレータ層を設けて、接着層２４を介して放射線撮像用センサパネルに貼り合わせた例を取り上げたが、パッシベーション層２３上に直接ＣｓＩ等のシンチレータ材料を積層させてもよい。
［第２の実施形態］
以下に、本発明の第２の実施形態に係る放射線撮像装置について、図面を用いて説明する。図３は本実施形態の放射線撮像装置の１画素の平面図、図４は図３中のＢ−Ｂ’の断面図である。
【００３３】
本実施形態における放射線撮像装置は、転送用スイッチ素子（転送用ＴＦＴ）とリセット用スイッチ素子（リセット用ＴＦＴ）の上部に、変換素子を構成するＭＩＳ型光電変換素子を配置した積層型の放射線撮像用基板を有している。更に、その上部に放射線を可視光等の光に変換するためのシンチレータを有した間接型の放射線撮像装置である。本実施形態の放射線撮像装置の等価回路図は図１３と同様であり、その動作原理については、図１１〜図１４を用いて説明した従来の放射線撮像装置と同様であるため、ここでは説明を省略する。
【００３４】
本実施形態の放射線撮像装置の構成について、図３及び図４を用いて説明する。
【００３５】
図３において、１は入射した可視光等の光を電荷に変換するための光電変換素子などの変換素子、２は変換素子１で変換された電荷を転送するための転送用スイッチ素子、３は変換素子１をリセットするためのリセット用スイッチ素子である。変換素子１上には不図示の入射した放射線を可視光等の光に変換するシンチレータが配置されている。転送用スイッチ素子はここでは転送用ＴＦＴ、リセット用スイッチ素子はリセット用ＴＦＴである。４は変換素子１にバイアスを印加するためのバイアス配線、５は駆動装置（不図示）からのゲート駆動パルスを転送用スイッチ素子２に与えるためのゲート配線である。６は転送用スイッチ素子２で転送された電荷を読み出し装置（不図示）に伝送するための信号配線である。７は駆動装置（不図示）からのゲート駆動パルスをリセット用スイッチ素子３に与えるためのゲート配線、８は変換素子１をリセットするためのバイアスを与えるためのリセット配線である。９は変換素子１と転送用スイッチ素子２のソースもしくはドレイン電極及びリセット用スイッチ素子３のソースもしくはドレイン電極とを電気的に接続するためのコンタクトホールである。
【００３６】
図４に示されるように、転送用スイッチ素子２とリセット用スイッチ素子３は、絶縁性基板１０上に形成された、第１の導電層１１、第１の絶縁層１２、第１の半導体層１３、第４の絶縁層２８、第１の不純物半導体層１４、第２の導電層１５から構成されている。ここで、第１の導電層１１は転送用スイッチ素子２及びリセット用スイッチ素子３のゲート電極及びゲート配線５、７として、第１の絶縁層１２はゲート絶縁膜として用いられている。また、第１の半導体層１３は転送用スイッチ素子２及びリセット用スイッチ素子３のチャネルとして、第１の不純物半導体層１４はオーミックコンタクト層として用いられている。また、第２の導電層１５は転送用スイッチ素子２及びリセット用スイッチ素子３のソースもしくはドレイン電極、信号配線６、リセット配線８として用いられている。その上層に、第５の絶縁層（保護層）２７、層間絶縁層１６を設け、更にその層間絶縁層１６上に変換素子１を構成するＭＩＳ型光電変換素子が積層される。変換素子１を構成するＭＩＳ型光電変換素子は、第３の導電層１７、第２の絶縁層１８、第２の半導体層１９、第２の不純物半導体層２０、第４の導電層２１、第５の導電層２６から形成されている。ここで、第３の導電層１７はＭＩＳ型光電変換素子の下電極として、第２の絶縁層１８はＭＩＳ型光電変換素子の絶縁層として用いられている。また、第２の半導体層１９はＭＩＳ型光電変換素子の光電変換層として、第２の不純物半導体層２０はＭＩＳ型光電変換素子のホールブロッキング効果を有するオーミックコンタクト層として用いられている。また、第４の導電層２１はＭＩＳ型光電変換素子の上電極またはバイアス配線４として、第５の導電層２６はＭＩＳ型光電変換素子の上電極として用いられている。更にその上層に第３の絶縁層２２、パッシベーション２３、放射線を可視光等の光に変換するＣｓＩ等のシンチレータ層２５が形成される。シンチレータ層２５はパッシベーション２３上に直接積層させて形成している。
【００３７】
転送用スイッチ素子２のソース、ドレイン電極の一方と、リセット用スイッチ素子３のソース、ドレイン電極の一方は、共通の第２の導電層１５から構成され、第２の導電層１５は共通の電極となっている。ただし、共通の第２の導電層１５は、転送用スイッチ素子２のソース、ドレイン電極の一方と、リセット用スイッチ素子３のソース、ドレイン電極の一方と、転送用スイッチ素子２及びリセット用スイッチ素子３の一方の電極どうしを接続する配線と、からなると考えることもできる。その場合、共通の第２の導電層１５の一部が、転送用スイッチ素子２のソース、ドレイン電極の一方と、リセット用スイッチ素子３のソース、ドレイン電極の一方とを構成することになる。
【００３８】
ここで本実施形態では、光電変換素子の下電極である第３の導電層１７と転送用スイッチ素子２のソース、ドレイン電極（第２の導電層１５）の一方とをコンタクトホール９で接続している。また光電変換素子の下電極（第３の導電層１７）とリセット用スイッチ素子３のソース、ドレイン電極（第２の導電層１５）の一方とをコンタクトホール９で接続している。つまり、共通の１つのコンタクトホール９で光電変換素子となる変換素子１、転送用スイッチ素子２、リセット用スイッチ素子３を接続している。
【００３９】
よって、コンタクトホール９に接続不良が発生した場合には、光電変換素子の信号が読み出せないため、欠陥検査工程における欠陥画素の特定が容易である。
【００４０】
また、本実施形態の放射線撮像装置の画素ピッチｄ５、ｄ６は８０μｍであるが、層間絶縁層を介して光電変換素子を配する積層構成を取るために、コンタクトホール９のサイズを２０μｍとした場合でも、２つのスイッチ素子を配置することができる。すなわち、本実施形態では、１画素内にコンタクトホールが１つとなるため、ゲート配線５、７や信号配線６の線幅を細くすることなく、１画素内に２つのＴＦＴを配置可能となる。つまり、光電変換素子と接続するためのコンタクトホールを２つのスイッチ素子に対して共通に用いることにより、１画素内でのコンタクトホールの占める面積の割合が低下し、小さいピッチの画素においても２つのスイッチ素子を配置する領域の確保が容易になる。
【００４１】
更に、実施形態１とは異なり、バイアス配線４がコンタクトホール９上に配置されないようにしている。これにより、コンタクトホール９が深い場合でも、レジスト膜厚が均一な領域でバイアス配線４のパターニングが可能なため、更なるプロセスの安定化が実現できる。ここでは、バイアス配線４の配列方向をゲート配線５、７と平行に配列しているが、バイアス配線４がコンタクトホール９上に配置されない位置に配されていれば、信号配線６と平行に配されてもよい。
【００４２】
以上のことから、本実施形態の放射線撮像装置は、欠陥検査工程において欠陥画素の特定が容易で、かつ小さい画素ピッチの放射線撮像装置の場合でも、特性低下が防止可能である。
なお、図３には１画素を示しているが、実際には例えば２０００×２０００画素が絶縁性基板１０上に配置され、放射線撮像用センサパネルを構成している。また、本実施形態において、変換素子を光電変換素子とシンチレータと組み合わせた間接型の放射線撮像装置を示した。しかし光電変換素子に代えて、放射線を直接電荷に変換するアモルファスセレン等の半導体層を電極間に挟んだ変換素子を用いた、放射線を直接電荷に変換する直接型の放射線撮像装置においても同様の効果が得られる。また、間接型の放射線撮像装置の変換素子は、ＭＩＳ型の光電変換素子の他の光電変換素子、例えばＰＩＮ型の光電変換素子を用いても構わない。また、間接型の放射線撮像装置の画素の構造に関しては、半導体変換素子とスイッチ素子が同一層で構成されている平面型でも、スイッチ素子の上部に光電変換素子が形成されている積層型でも構わない。
さらに、本実施形態ではパッシベーション層２３上に直接ＣｓＩ等のシンチレータ材料を積層させたが、カーボン板やフォルムにＣｓＩ等のシンチレータ層を設けて、接着層を介して放射線撮像用センサパネルに貼り合わせてもよい。
【００４３】
また、上述した実施形態１及び２において、共通のコンタクトホールとした場合に、必ずしも共通の電極を用いなくてもよい（後述する実施形態３から５についても同様である）。これは、転送用スイッチ素子２のソースもしくはドレイン電極の一方と、リセット用スイッチ素子３のソースもしくはドレイン電極の一方とが共通の電極でなくても、転送用スイッチ素子２及びリセット用スイッチ素子３のソースもしくはドレイン電極の端部が、コンタクトホール内に形成されていれば、共通接続ができるからである。
［第３の実施形態］
以下に、本発明の第３の実施形態に係る放射線撮像装置について、図面を用いて説明する。図５は本実施形態の放射線撮像装置の断面図であり、図１中のＡ−Ａ’の断面に相当する断面図である。図２の構成部材と同一構成部材については同一符号を付して説明を省略する。
【００４４】
本実施形態は、第１の実施形態を示す図２の光電変換素子に代えて、放射線を可視光等の光に変換するアモルファスセレン等の半導体層を電極間に挟んだ変換素子を用いた、放射線を直接電荷に変換する直接型の放射線撮像装置に関するものである。
【００４５】
図５に示す本実施形態の放射線撮像装置と図２に示す第１の実施形態の放射線撮像装置との違いは次の点である。第１の相違点は図５に示す本実施形態の放射線撮像装置は放射線を直接電荷に変換させる変換素子を用いた構成となっているため、シンチレータ２５及び接着層２４がないことである。また、第２の相違点は放射線を直接電荷に変換するアモルファスセレン等の半導体層を電極間に挟むために第２の絶縁層１８が第３の不純物半導体層３０に置き代わっていることである。
以上説明した実施形態１から３においては、図１、図３に示すように、転送用スイッチ素子２とリセット用スイッチ素子３が形成されたほぼ四角状の領域上に、その領域内に収まるように層間絶縁層１６を介して変換素子を配置した例を説明した。しかし、変換素子（実施形態３の直接変換型の変換素子を含む）１が配置される領域は、転送用スイッチ素子２とリセット用スイッチ素子３が形成される領域上に収まるように配置される必要は必ずしもない。つまり積層型の放射線撮像装置は、コンタクトホールを介して、変換素子１と、転送用スイッチ素子２、リセット用スイッチ素子３とが接続されていればよい。また、変換素子は四角形状でなく、ハニカム形状等の他の形状であってもよい。さらに、図１３では変換素子、転送用スイッチ素子、リセット用スイッチ素子からなる画素の配列は行列状と示してあるが、二次元状の配列であればよく、例えばハニカム状の配列であってもよい。
［第４の実施形態］
以下に、本発明の第４の実施形態に係る放射線撮像装置について、図面を用いて説明する。図６は本実施形態の放射線撮像装置の断面図である。図２の構成部材と同一構成部材については同一符号を付して説明を省略する。
【００４６】
第１〜第３の実施形態は、転送用スイッチ素子とリセット用スイッチ素子の上部に、変換素子を構成するＭＩＳ型光電変換素子を配置した積層型の放射線撮像用基板を有している。本実施形態は転送用スイッチ素子とリセット用スイッチ素子の上部を除いて光電変換素子を形成したものである。かかる構成では、光電変換素子形成後に、転送用スイッチ素子やリセット用スイッチ素子のソース・ドレイン電極間のショート等の欠陥が発見された場合でも、当該欠陥箇所をレーザーで除去するリペアを行うことができる。
［第５の実施形態］
次に本発明の第５の実施形態について説明するが、一画素に転送用及びリセット用スイッチ素子に対して２つのコンタクトホールが設けられた比較例とを対比して説明する。
【００４７】
図７は、画素ピッチが５０μｍの場合の比較例の放射線撮像装置の平面図、また図８は、図７中のＸ−Ｘ’の断面図である。また、図９は本発明の第５の実施形態による平面型の放射線撮像装置の平面図である。図１及び図２の構成部材と同一構成部材については同一符号を付して説明を省略する。
【００４８】
図８に示すように、平面型の場合は、光電変換素子である変換素子１と転送用スイッチ素子（ここでは、転送用ＴＦＴ）２とリセット用スイッチ素子（ここでは、リセット用ＴＦＴ）３を同一の層により、同時形成できる。即ち、光電変換素子１の光電変換層と、転送用スイッチ素子２、リセット用スイッチ素子３のチャネル層とは同一の第１の半導体層１３から形成される。また、変換素子１のホールブロッキング効果を有するオーミックコンタクト層と、転送用スイッチ素子２、リセット用スイッチ素子３のオーミックコンタクト層は同一の第１の不純物半導体層１４から形成される。
【００４９】
ここで、平面型においては層間絶縁膜１６を配置しないため、コンタクトホール９１，９２を直径１０μｍ程度で形成可能である。
【００５０】
しかしながら、図７に示すように、画素ピッチｄ６を５０μｍとすると、バイアス線４が上下の画素で接続されない配置となってしまう場合がある。
【００５１】
これに対して本実施形態の平面型の放射線撮像装置においては、画素ピッチが５０μｍの場合でも、図９に示すように、１画素内でのコンタクトホール９の占める面積の割合が低下するため、バイアス線４の配置が容易となる。また、その他の実施形態と同様の効果が得られる。
［応用例］
図１０は本発明による放射線撮像装置のＸ線診断システムへの応用例を示したものである。
【００５２】
図１０に示すように、Ｘ線チューブ６０５０で発生したＸ線６０６０は患者あるいは被験者６０６１の胸部６０６２を透過し、シンチレータ（蛍光体）を上部に実装した放射線撮像装置６０４０に入射する。この入射したＸ線には患者６０６１の体内部の情報が含まれている。Ｘ線の入射に対応してシンチレータは発光し、これを光電変換して、電気的情報を得る。この情報はディジタルに変換され信号処理手段となるイメージプロセッサ６０７０により画像処理され制御室の表示手段となるディスプレイ６０８０で観察できる。
【００５３】
また、この情報は電話回線６０９０等の伝送処理手段により遠隔地へ転送でき、別の場所のドクタールームなどに設置された表示手段となるディスプレイ６０８１に表示もしくは光ディスク等の記録手段に保存することができ、遠隔地の医師が診断することも可能である。また記録手段となるフィルムプロセッサ６１００により記録媒体となるフィルム６１１０に記録することもできる。
【産業上の利用可能性】
【００５４】
本発明は、医療診断機器、非破壊検査機器等に用いられる、放射線撮像用センサパネル及び放射線撮像装置に用いられるものである。
【図面の簡単な説明】
【００５５】
【図１】本発明の第１の実施形態である放射線撮像装置を説明する平面図である。
【図２】本発明の第１の実施形態である放射線撮像装置を説明する、図１中Ａ−Ａ’の断面図である。
【図３】本発明の第２の実施形態である放射線撮像装置を説明する平面図である。
【図４】本発明の第２の実施形態である放射線撮像装置を説明する、図３中Ｂ−Ｂ’の断面図である。
【図５】本発明の第３の実施形態である放射線撮像装置を説明する断面図である。
【図６】本発明の第４の実施形態である放射線撮像装置を説明する断面図である。
【図７】画素ピッチが５０μｍの場合の比較例の放射線撮像装置の平面図である。
【図８】図７中のＸ−Ｘ’の断面図である。
【図９】本発明の第５の実施形態による平面型の放射線撮像装置の平面図である。
【図１０】本発明の放射線撮像装置のＸ線診断システムへの応用例を説明する概略図である。
【図１１】従来の放射線撮像装置を説明する平面図である。
【図１２】従来の放射線撮像装置を説明する、図８中Ｃ−Ｃ’の断面図である。
【図１３】従来の放射線撮像装置を説明する等価回路図である。
【図１４】従来の放射線撮像装置の課題を説明する平面図である。
【符号の説明】
【００５６】
１  変換素子
２  転送用スイッチ素子（転送用ＴＦＴ）
３  リセット用スイッチ素子（リセット用ＴＦＴ）４  バイアス配線
５  転送用ＴＦＴのゲート配線
６  信号配線
７  リセット用ＴＦＴのゲート配線
８  リセット配線
９  コンタクトホール
【図１３】
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【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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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１４】
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