(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上にＭＩＳ型光センサと薄膜トランジスタを組み合わせて構成される画素が二次元に複数配置された光電変換装置であって、
前記薄膜トランジスタ上に前記ＭＩＳ型光センサが設けられ、
前記ＭＩＳ型光センサは、第１の電極と、第２の電極と、前記第１の電極と前記第２の電極の間に設けられた光電変換のための半導体層と、前記第１の電極と前記半導体層の間に設けられた絶縁層とからなり、
前記薄膜トランジスタのソース電極及びドレイン電極と、前記ＭＩＳ型光センサの前記第１の電極又は前記第２の電極のうち前記基板側の電極は、共通の電極層により構成され、
前記第２の電極又は前記第１の電極のうち前記基板とは反対側の光入射側の電極の面積及び前記半導体層の面積の方が、前記共通の電極層の面積より広く、
前記半導体層は、前記薄膜トランジスタ上に配置され、当該薄膜トランジスタの遮光材として兼用していることを特徴とする光電変換装置。
【請求項２】
前記絶縁層が第１導電型のキャリアおよび前記第１導電型と異なる第２導電型のキャリアの通過を阻止する層で、前記半導体層が光電変換のための層であり、更に、前記ＭＩＳ型光センサが前記半導体層への前記第１導電型のキャリアの注入を阻止する注入阻止層を有し、前記薄膜トランジスタが、前記ＭＩＳ型光センサのリフレッシュ動作では、前記第１導電型のキャリアを前記半導体層から前記第１の電極に導く方向に電界を与え、光電変換動作では、前記半導体層に入射した光により発生した前記第１導電型のキャリアを前記半導体層内に留まらせ、前記第２導電型のキャリアを前記第１の電極に導く方向に電界を与え、前記光電変換動作により前記半導体層に蓄積される前記第１導電型のキャリアもしくは前記第１の電極に導かれた前記第２導電型のキャリアを光信号として検出するように制御することを特徴とする請求項１に記載の光電変換装置。
【請求項３】
前記絶縁層が、前記ＭＩＳ型光センサの前記絶縁層としての機能と、前記薄膜トランジスタとＭＩＳ型光センサの層間絶縁層との機能を兼用していることを特徴とする請求項２に記載の光電変換装置。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれか１項に記載の光電変換装置を有するＸ線検出装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ファクシミリ、スキャナ等に用いられる光電変換装置に係わり、特に、Ｘ線等の放射線画像を読み取るために用いられる高性能大面積の２次元光電変換装置及びそれを用いたＸ線検出装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
光電変換装置は、従来コンピューターなどのスキャナ等に用いられているが、特に、最近では新たな応用として、大面積２次元の光電変換装置が医療用に提案され、開発されてきている。例えば、胸部撮影用のＸ線検出装置を作製する場合、２次元の光電変換装置にＸ線を可視光に変換するための蛍光板を組み合わせて大判のデジタルＸ線検出装置などが提案されている。
【０００３】
このような大面積２次元の光電変換装置としては、非晶質シリコンからなるＭＩＳ型センサやホトダイオード型センサ、また薄膜トランジスタ等を基板上に、２次元に配置したものが使われる。なお、非単結晶シリコンとは、非晶質シリコン、微結晶シリコン、多結晶シリコンを含んだものである。
【０００４】
図６（ａ）は、従来の光電変換装置の１画素分の平面図を示す。図６（ｂ）は図６（ａ）のＡ−Ｂ線の断面図を示し、ＭＩＳ型光センサＳ、スイッチング部としての駆動薄膜トランジスタＴで構成されている。
【０００５】
図６において、１１０１はガラス基板、１１０２はセンサ下電極、１１０３はゲート電極、１１０４はゲート絶縁膜、１１０５は半導体層、１１０６はＮ+型層、１１０７はドレイン電極、１１０８はソース電極、１１０９は絶縁層、Ｓは光電変換素子、Ｔは薄膜トランジスタである。
【０００６】
更に、ＳＩＧは信号配線、ｇは薄膜トランジスタのゲート線、Ｄ，ＧはそれぞれＭＩＳセンサの上電極、下電極を示す。光によりセンサＳで発生した電荷は、薄膜トランジスタを通して、不図示の読み出し回路で読み出される。センサＳと薄膜トランジスタＴは同一の半導体層を利用しているので、画素中、薄膜トランジスタ領域は、センサの開口率を減らす原因となっている。
【０００７】
また、図７（ａ）は、別の従来の光電変換装置の１画素分の平面図を示し、図７（ｂ）は、図７（ａ）のＡ−Ｂ線の断面図を示す。図中、センサとして水素化非晶質シリコンのＰＩＮ型ホトダイオードＳ、スイッチング部としての水素化非晶質シリコン半導体層を用いた薄膜トランジスタＴで構成されている。
【０００８】
図７において、１２０１はガラス基板、１２０２はセンサ下電極、１２０３，１２１２はＮ+型層、１２０４，１２１１は半導体層、１２０５はＰ+型層、１２０６はＩＴＯ、１２０７は層間絶縁層、１２０８は共通配線、１２１０はゲート絶縁膜、１２１３はドレイン電極、１２１４はソース電極、Ｓは光電変換素子、Ｔは薄膜トランジスタである。
【０００９】
更に、ＳＩＧは信号配線、ｇは薄膜トランジスタのゲート配線、Ｅはホトダイオードの共通電極を示す。光によりホトダイオードＳで発生した電荷は、薄膜トランジスタＴを通して、不図示の読み出し回路で、読み出される。
【００１０】
この従来例では、まず薄膜トランジスタを作製したのち、ＰＩＮ型のセンサを積層する形で作製する。そのため半導体層の成膜回数が多くなる。また電極層も薄膜トランジスタのゲート電極層、ソース・ドレイン電極とセンサ下電極層、センサ上の透明電極層、センサ共通電極層と４層の電極層が必要になっていた。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
従来の光電変換装置では、センサと薄膜トランジスタを一画素内に配列するので、パターン精度や、歩留を確保しつつ５０％以上の開口率を稼ぐことが難しく、その結果、感度をより向上させることができなかった。
【００１２】
また、従来の光電変換素子にＰＩＮ型ホトダイオードを採用し、これと薄膜トランジスタを組み合わせた構造では積層構造が避けられず、工程が複雑になりコストが嵩むなどの問題があった。
【００１３】
本発明は、上記従来の問題点に鑑みなされたもので、その目的は、パターン精度や、歩留を確保しつつ５０％以上の開口率を稼ぐことにより、感度をより向上でき、しかも、簡単な工程で、低コストで作製することが可能な光電変換装置及びそれを用いたＸ線検出装置を提供することにある。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
本発明の光電変換装置は、上記目的を達成するため、基板上にＭＩＳ型光センサと薄膜トランジスタを組み合わせて構成される画素が二次元に複数配置された光電変換装置であって、前記薄膜トランジスタ上に前記ＭＩＳ型光センサが設けられ、前記ＭＩＳ型光センサは、第１の電極と、第２の電極と、前記第１の電極と前記第２の電極の間に設けられた光電変換のための半導体層と、前記第１の電極と前記半導体層の間に設けられた絶縁層とからなり、前記薄膜トランジスタのソース電極及びドレイン電極と、前記ＭＩＳ型光センサの前記第１の電極又は前記第２の電極のうち前記基板側の電極は、共通の電極層により構成され、前記第２の電極又は前記第１の電極のうち前記基板とは反対側の光入射側の電極の面積及び前記半導体層の面積の方が、前記共通の電極層の面積より広く、前記半導体層は、前記薄膜トランジスタ上に配置され、当該薄膜トランジスタの遮光材として兼用していることを特徴とする。
【００１５】
また、本発明のＸ線検出装置は、上記光電変換装置を有することを特徴とする。
【００１６】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。
【００１７】
（第１の実施形態）
図１（ａ）は本発明の光電変換装置の第１の実施形態を示す平面図、図１（ｂ）はそのＡ−Ｂ線における断面図である。なお、図１は１画素分の構成を示す。また、第１の実施形態では、ＭＩＳ型センサと薄膜トランジスタを組み合わせた２次元の光電変換装置に本発明を適用した場合の形態について説明する。
【００１８】
図１において、５０１はガラス基板、５０２はゲート電極、５０３はゲート絶縁膜、５０４，５０７は半導体層、５０５，５０９はＮ+型層、５０６，５１０は層間絶縁層、５０８は絶縁層、５１１は共通配線、５１２は信号線、Ｓ１１は光電変換素子、Ｔ１１は薄膜トランジスタ、ＳＩＧは信号線、ｇｎはゲート線である。
【００１９】
本実施形態では薄膜トランジスタを作製した基板上にＭＩＳセンサを積層する。このとき、薄膜トランジスタのＮ+型層５０５でＭＩＳ型センサの下電極をも構成する。金属層の成膜とパターニングは２回行えばよい。
【００２０】
図１中、ＭＩＳ型光電変換素子の５０９は、Ｎ+型水素化微結晶シリコン層であり、窓層として機能している。後述するように、このＮ+型水素化微結晶シリコン層は注入阻止層（ブロッキング層）、電極層としても機能している。また半導体層については、適宜非単結晶シリコンあるいはその化合物などから材料を選んで作製することができる。
【００２１】
図２はこの光電変換装置１画素の等価回路を示す。ＭＩＳ型光センサＳ１１、スイッチング部としての薄膜トランジスタＴ１１で構成されている。ＳＩＧは信号配線である。ｇ１は薄膜トランジスタのゲート線、Ｄ，ＧはそれぞれＭＩＳセンサの上電極、下電極を示す。Ｃｇｓ，Ｃｇｄは薄膜トランジスタのゲート電極とソース電極、ドレイン電極との重なりによる容量である。光によりＳ１１で発生した電荷は、薄膜トランジスタＴ１１を通して、Ｃｇｓ，Ｃｇｄに蓄えられた後、不図示の読み出し回路で、この電荷を読み出す。ここでは１ビットについての場合であるが、実際にはこのＣｇｓ，Ｃｇｄは、このゲート線につながった他の薄膜トランジスタのものとの合計である。このように蓄積容量はＣｇｓ，Ｃｇｄを利用している。
【００２２】
次に、ＭＩＳ型センサの動作説明を、図３を用いて行う。図３（ａ），（ｂ）はそれぞれリフレッシュモード、光電変換モードの動作を示す光電変換素子のエネルギーバンド図である。図中の１〜５は各層の厚さ方向の状態を示している。
【００２３】
リフレッシュモード（ａ）において、Ｄ電極はＧ電極に対して負の電位が与えられているために、イントリンシック水素化非晶質シリコン層３内の黒丸で示されたホールは電界によりＤ電極に導かれる。同時に白丸で示された電子はイントリンシック水素化非晶質シリコン層３に注入される。このとき一部のホールと電子はＮ+型水素化微結晶シリコン層２、イントリンシック水素化非晶質シリコン層３中において再結合して消滅する。充分に長い時間この状態が続けば、イントリンシック水素化非晶質シリコン層３内のホールはイントリンシック水素化非晶質シリコン層３から掃き出される。
【００２４】
この状態で、光電変換モード（ｂ）になると、Ｄ電極はＧ電極に対して正の電位が与えられるために、イントリンシック水素化非晶質シリコン層３中の電子は瞬時にＤ電極に導かれる。しかしホールはＮ+型水素化微結晶シリコン層２が注入阻止層として働くために、イントリンシック水素化非晶質シリコン層３中に導かれることはない。この状態でイントリンシック水素化非晶質シリコン層３内に光が入射すると、光は吸収され電子、ホール対が発生する。この電子は電界により電極に導かれ、ホールはイントリンシック水素化非晶質シリコン層３内を移動し水素化非晶質窒化シリコン層４の界面に達するが、ここで阻止されイントリンシック水素化非晶質シリコン層３内に留まることになる。このとき電子はＤ電極に移動し、ホールはイントリンシック水素化非晶質シリコン層３内の水素化非晶質窒化シリコン層４界面に移動するため、素子内の電気的中性を保つために、電流がＧ電極から流れる。この電流は光により発生した電子、ホール対に対応するので、入射した光に比例する。
【００２５】
図４は光電変換装置の全体回路を示す。光電変換素子、駆動用薄膜トランジスタ、配線等は同一プロセスにより、同一基板上に形成することができる。回路図中Ｓ１１〜Ｓ３３は光電変換素子を表している。Ｔ１１〜Ｔ３３は薄膜トランジスタである。Ｖｓは読みだし用電源、Ｖｇはリフレッシュ用電源であり、それぞれスイッチＳＷｓ、ＳＷｇを介して全光電変換素子Ｓ１１〜Ｓ３３の下電極Ｇに接続されている。スイッチＳＷｓはインバータを介して、スイッチＳＷｇは直接にリフレッシュ制御回路ＲＦに接続されており、リフレッシュ期間はスイッチＳＷｇがＯＮ、その他の期間はスイッチＳＷｓがＯＮするように制御されている。信号出力は信号配線ＳＩＧにより検出用集積回路ＩＣに接続されている。図４では９個の画素を３個のブロックに分け、１ブロックあたり３画素の出力を同時に転送し、この信号が検出用集積回路によって順次出力に変換され出力される。説明しやすいように９画素の２次元画像入力部としたが、実際にはさらに高密度の画素構成となっている。たとえば画素サイズを１５０μｍ角の大きさで、２０ｃｍ角の光電変換装置を作製した場合、画素数はおよそ１８０万画素となる。
【００２６】
このような光電変換装置を以下の製造工程により作製した。
【００２７】
１．洗浄ガラス基板（図１の５０１）上に、スパッタによりクロムを５００Å成膜する。このクロム上に所望の形状にフォトレジストのパターンを形成して、これをマスクにエッチングを行い、その後フォトレジストを剥離洗浄後、各画素の薄膜トランジスタのゲート電極５０２とした。
【００２８】
２．次にこの上に、ＳｉＨ4 ガス、ＮＨ3 ガス、Ｈ2 ガスを使ってプラズマＣＶＤにより水素化非晶質窒化シリコン層５０３を形成した。引き続きＳｉＨ4 ガス、Ｈ2 ガスを使いプラズマＣＶＤにより水素化非晶質シリコン層５０４を形成した。さらにＳｉＨ4 ガス、ＰＨ3 ガス、Ｈ2 ガスを使ってプラズマＣＶＤによりＮ+型水素化微結晶シリコン層５０５を形成した。
【００２９】
３．ホトリソ工程により薄膜トランジスタアイソレーションのフォトレジストパターンを作製し、これをマスクにドライエッチングにより水素化非晶質窒化シリコン層、水素化非晶質シリコン層、Ｎ+型水素化微結晶シリコン層を一部除去し、フォトレジスト剥離洗浄後アイソレーションを行った。
【００３０】
４．然る後、このアルミ上に、所望の形状にフォトレジストパターンを形成し、これをマスクに薄膜トランジスタのチャネル部のＮ+型水素化微結晶シリコン層のエッチングを行い、フォトレジスト剥離洗浄後、チャネルを形成した。
【００３１】
５．次にこの上に、ＳｉＨ4 ガス、ＮＨ3 ガス、Ｈ2 ガスを使ってプラズマＣＶＤにより水素化非晶質窒化シリコン層５０６を形成した。
【００３２】
６．ホトリソ工程により薄膜トランジスタ電極、センサ下電極用コンタクトホールのフォトレジストパターンを作製し、これをマスクにドライエッチングにより水素化非晶質窒化シリコン層を一部除去し、コンタクトホールを形成した。
【００３３】
７．この上に、ＳｉＨ4 ガス、Ｈ2 ガスを使いプラズマＣＶＤにより水素化非晶質シリコン層５０７を形成した。さらにＳｉＨ4 ガス、ＮＨ3 ガス、Ｈ2 ガスを使ってプラズマＣＶＤにより水素化非晶質窒化シリコン層５０８を形成した。引き続きＳｉＨ4 ガス、ＰＨ3 ガス、Ｈ2 ガスを使ってプラズマＣＶＤによりＮ+型水素化微結晶シリコン層５０９を形成した。本実施形態ではＮ+型水素化微結晶シリコン５０９が電極層と窓層を兼ね備えている。
【００３４】
８．ホトリソ工程によりセンサ部アイソレーションのフォトレジストパターンを作製し、これをマスクにドライエッチングにより水素化非晶質窒化シリコン層、水素化非晶質シリコン層、Ｎ+型水素化微結晶シリコン層を一部除去し、フォトレジスト剥離洗浄後、アイソレーションを行った。
【００３５】
９．ＳｉＨ4 ガス、ＮＨ3 ガス、Ｈ2 ガスを使ってプラズマＣＶＤにより層間絶縁層としての水素化非晶質窒化シリコン層５１０を５０００Å形成した。
【００３６】
１０．ホトリソ工程によりコンタクトホール用のフォトレジストパターンを作製し、ドライエッチングにより層間絶縁層の水素化非晶質窒化シリコン層を一部除去し、フォトレジスト剥離洗浄後、コンタクトホールの形成を行った。本実施形態では、材料の性質により敏感にエッチング特性を制御できるケミカルドライエッチングを用い、コンタクトホールを作製した。水素化非晶質窒化シリコン層とＮ+型層のエッチングの選択性を用いて、センサ上部でのオーバーエッチングを極力減らすことができた。
【００３７】
１１．その上にスパッタ法によりアルミ（Ａｌ）を１ｕｍ（μｍ）成膜した。
【００３８】
１２．然る後、このアルミ（Ａｌ）上に、所望の形状にフォトレジストパターンを形成し、これをマスクにエッチングを行い、フォトレジスト剥離洗浄後、センサの共通配線５１１、信号線５１２とした。
【００３９】
１３．最後に保護層（不図示）を設けた。
【００４０】
本実施形態ではセンサとしてＭＩＳ型のセンサを薄膜トランジスタ上に積層する。かつ薄膜トランジスタの電極をＮ+型水素化微結晶シリコン層５０５で代用させ、さらにこのＮ+型水素化微結晶シリコン層５０５にホトセンサの下電極層の機能を持たせた。
【００４１】
この構造をとることにより、従来電極としての金属層を３層作製する必要があったのが２層に減らすことができた。
【００４２】
また、本実施形態では、積層型であるので薄膜トランジスタとセンサの最適設計を行うことができるので、特性向上を実現できた。
【００４３】
これらの構造により、従来５０％以下だった開口率は７０％以上を確保することができるようになり、その結果、感度は１．４倍以上になった。本実施形態においては、薄膜トランジスタ上に延在する半導体層で吸収された光によって発生したキャリアは、センサの光キャリアとして十分利用されているものと思われる。感度が向上したために、この光電変換装置を医療用Ｘ線検出装置に利用する場合、より少ないＸ線線量で、良質の画像を得ることができるようになった。さらに入射した光は半導体層で完全に吸収されるので、実質的に薄膜トランジスタは完全に遮光された形になり、光入射による薄膜トランジスタのリーク電流増加はなくなった。その結果、クロストークを低減し、良質な画像を得ることができた。
【００４４】
また、本実施形態の構造と製造方法により製造上のコストの上昇を押さえつつ、より高品質な光電変換装置を作製することができた。
【００４５】
本実施形態では、Ｎ+型水素化微結晶シリコン５０５をセンサと薄膜トランジスタで兼用する構成をとったが、薄膜トランジスタの構造を電子ではなくホールを利用する構造として、Ｐ+型水素化微結晶化シリコンをセンサと共用する構成とすることもできる。また十分な特性を得られるならば、これら水素化微結晶シリコンを用いることに限定されない。
【００４６】
（第２の実施形態）
次に、本発明の第２の実施形態について説明する。本実施形態ではＭＩＳ型センサと薄膜トランジスタを組み合わせた２次元光電変換装置の別の実施形態として、工程を簡略化した形態を示す。
【００４７】
図５（ａ）は本実施形態の光電変換装置の１画素分の平面図、図５（ｂ）は図５（ａ）のＡ−Ｂ線における断面図を示す。
【００４８】
図５において、９０１はガラス基板、９０２はゲート電極、９０３はゲート絶縁膜、９０４，９０７は半導体層、９０５、９０８はＮ+型層、９０６は絶縁層、９０９は層間絶縁層、９１０は共通配線、９１１は信号線である。
【００４９】
本実施形態では、水素化非晶質窒化シリコン層に接した電極から信号を読み出すようになっている。ＭＩＳ型光センサＳ１１、光電変換素子駆動部としての薄膜トランジスタＴ１１で構成されている。さらにＳＩＧは信号配線である。ｇ１は薄膜トランジスタのゲート線である。
【００５０】
本実施形態の動作は、基本的に第１の実施形態と同様である。
【００５１】
また、光電変換装置の半導体層、薄膜トランジスタの半導体層には基本的に水素化非晶質シリコンを用いたが、半導体層としては非単結晶シリコンあるいはその化合物などから適宜選択することができる。
【００５２】
このような光電変換装置を以下の製造工程により作製した。
【００５３】
１．洗浄ガラス基板（図５の９０１）上に、スパッタによりクロムを５００Å成膜する。このクロム上に所望の形状にフォトレジストのパターンを形成して、これをマスクにエッチングを行い、その後フォトレジストを剥離洗浄後、各画素の薄膜トランジスタのゲート電極９０２とした。
【００５４】
２．次にこの上に、ＳｉＨ4 ガス、ＮＨ3 ガス、Ｈ2 ガスを使ってプラズマＣＶＤにより水素化非晶質窒化シリコン層９０３を形成した。引き続きＳｉＨ4 ガス、Ｈ2 ガスを使いプラズマＣＶＤにより水素化非晶質シリコン層９０４を形成した。さらにＳｉＨ4 ガス、ＰＨ3 ガス、Ｈ2 ガスを使ってプラズマＣＶＤによりＮ+型水素化微結晶シリコン層９０５を形成した。
【００５５】
３．ホソリソ工程により薄膜トランジスタアイソレーションのフォトレジストパターンを作製し、これをマスクにドライエッチングにより水素化非晶質窒化シリコン層、水素化非晶質シリコン層、Ｎ+型水素化微結晶シリコン層を一部除去し、フォトレジスト剥離洗浄後、アイソレーションを行った。
【００５６】
４．然る後、所望の形状にフォトレジストのパターンを形成し、これをマスクに薄膜トランジスタのチャネル部のＮ+型水素化微結晶シリコン層９０５のエッチングを行い、フォトレジスト剥離洗浄後、チャネルを形成した。
【００５７】
５．次にこの上に、ＳｉＨ4 ガス、ＮＨ3 ガス、Ｈ2 ガスを使ってプラズマＣＶＤにより水素化非晶質窒化シリコン層９０６を形成した。本実施形態においては、この水素化非晶質窒化シリコン層９０６は、光電変換素子の絶縁層としての機能と、薄膜トランジスタと光電変換素子との層間絶縁層の機能を持っている。
【００５８】
次に、ＳｉＨ4 ガス、Ｈ2 ガスを使いプラズマＣＶＤにより水素化非晶質シリコン層９０７を形成した。さらにＳｉＨ4 ガス、ＰＨ3 ガス、Ｈ2 ガスを使ってプラズマＣＶＤによりＮ+型水素化微結晶シリコン層９０８を形成した。
【００５９】
本実施形態ではＮ+型水素化微結晶シリコン層９０８がオーミック層と電極層と窓層を兼ね備えている。
【００６０】
６．ホトリソ工程によりセンサ部アイソレーションのフォトレジストパターンを作製し、これをマスクにドライエッチングにより水素化非晶質窒化シリコン層、水素化非晶質シリコン層、Ｎ+型水素化微結晶シリコン層を一部除去し、フォトレジスト剥離洗浄後、アイソレーションを行った。
【００６１】
７．ＳｉＨ4 ガス、ＮＨ3 ガス、Ｈ2 ガスを使ってプラズマＣＶＤにより層間絶縁層としての水素化非晶質窒化シリコン層９０９：５０００Åを形成した。
【００６２】
８．ホトリソ工程によりコンタクトホール用のフォトレジストパターンを作製し、ドライエッチングにより層間絶縁層の水素化非晶質窒化シリコン層９０９を一部除去し、フォトレジスト剥離洗浄後、コンタクトホールの形成を行った。
【００６３】
９．その上にスパッタ法によりアルミ（Ａｌ）を１μｍ成膜した。
【００６４】
１０．然る後、このアルミ（Ａｌ）上に、所望の形状にフォトレジストのパターンを形成し、これをマスクにエッチングを行い、フォトレジスト剥離洗浄後、センサの共通配線９１０、信号線９１１とした。
【００６５】
１１．最後に保護層（不図示）を設けた。
【００６６】
本実施形態では薄膜トランジスタを作製した基板上にＭＩＳセンサを積層する。このとき、薄膜トランジスタのＮ+型微結晶シリコン層９０５でＭＩＳ型センサの下電極をも構成する。金属層の成膜とパターニングは２回行えばよい。
【００６７】
本実施形態ではセンサとしてＭＩＳ型のセンサＳ１１を薄膜トランジスタＴ１１上に積層する。かつ薄膜トランジスタの電極をＮ+型水素化微結晶シリコン層９０５で代用させ、さらにこのＮ+型微結晶シリコン層９０５をセンサの下電極層の機能を持たせた。この構造をとることにより、従来電極としての金属層を３層作製する必要があったのが２層に減らすことができ、また積層型であるので薄膜トランジスタとセンサの最適設計を行うことができるので、特性向上を実現できた。
【００６８】
これらの構造により、従来５０％以下だった開口率は７０％以上を確保することができるようになり、その結果、感度は１．４倍以上になった。本実施形態においても、薄膜トランジスタ上に延在する半導体層９０７で吸収された光によって発生したキャリアは、センサの光キャリアとして十分利用されているものと思われる。感度が向上したために、この光電変換装置を医療用Ｘ線検出装置に利用する場合、より少ないＸ線線量で、良質の画像を得ることができるようになった。さらに入射した光は半導体層９０７で完全に吸収されるので、実質的に薄膜トランジスタは完全に遮光された形になり、光入射による薄膜トランジスタのリーク電流増加はなくなった。その結果、クロストークを低減し、良質な画像を得ることができた。
【００６９】
また、本実施形態の構造と製造方法により製造上のコストの上昇を押さえつつ、より高品質な光電変換装置を作製することができた。
【００７０】
本実施形態ではＮ+型水素化微結晶シリコン層９０５をセンサと薄膜トランジスタで兼用する構成をとったが、薄膜トランジスタの構造を電子ではなくホールを利用する構造として、Ｐ+型水素化微結晶化シリコンをセンサと共用する構成とすることもできる。また十分な特性を得られるならば、これら水素化微結晶シリコンを用いることに限定されない。
【００７１】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、光の利用を最大限にするため、ＭＩＳ型センサを薄膜しトランジスタ上に積層し、画素一杯の面積を窓として利用することで開口率を向上することができる。また、薄膜トランジスタはＭＩＳ型センサの半導体層を遮光材として兼用し、同一のプロセスで作製でき、効果的に安価に実現できる。更に、共通の半導体層をＭＩＳ型センサと薄膜トランジスタの電極に適用し、工程の簡略化を行うことで安価に作製することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の光電変換装置の第１の実施形態を示す平面図及び断面図である。
【図２】第１の実施形態の１画素の等価回路図である。
【図３】第１の実施形態のＭＩＳ型センサの動作を説明する図である。
【図４】第１の実施形態の光電変換装置の全体回路を示す回路図である。
【図５】本発明の第２の実施形態を示す平面図及び断面図である。
【図６】従来例の光電変換装置を示す平面図及び断面図である。
【図７】他の従来例の光電変換装置を示す平面図及び断面図である。
【符号の説明】
５０１，９０１  ガラス基板
５０２，９０２  ゲート電極
５０３，９０３  ゲート絶縁膜
５０４，５０７，９０４，９０７  半導体層
５０５，５０９，９０５，９０８  Ｎ+型層
５０６，５１０，９０９  層間絶縁層
５０８，９０６  絶縁層
５１１，９１０  共通配線
５１２，９１１，ＳＩＧ  信号線
Ｃｇｓ，Ｃｇｄ配線容量
Ｓ，Ｓ１１  光電変換素子
Ｔ，Ｔ１１  薄膜トランジスタ
ｇｎ，ｇ，ｇ１  ゲート線
【図１】
0003814568.tif 000002
【図２】
0003814568.tif 000003
【図３】
0003814568.tif 000004
【図４】
0003814568.tif 000005
【図５】
0003814568.tif 000006
【図６】
0003814568.tif 000007
【図７】
0003814568.tif 000008