JP2013157347A - 撮像装置およびその製造方法ならびに撮像表示システム - Google Patents

Abstract

【課題】撮像画像の画質を向上させることが可能な撮像装置およびその製造方法、ならびにそのような撮像装置を備えた撮像表示システムを提供する。
【解決手段】撮像装置１は、基板１１上に形成された複数の光電変換素子１１１Ａおよびその駆動素子１１１Ｂと、光電変換素子１１１Ａおよび駆動素子１１１Ｂの上層側に配設された平坦化膜１１３Ａ、１１３Ｂと、平坦化膜１１３Ｂの上層に配設された波長変換部材２０とを有し、平坦化膜１１３Ａが黒色膜からなる。
【選択図】図１

Description

本開示は、光電変換素子を含むセンサー基板を有する撮像装置およびその製造方法、ならびにそのような撮像装置を備えた撮像表示システムに関する。

従来、各画素（撮像画素）に光電変換素子（フォトダイオード）を内蔵する撮像装置として、種々のものが提案されている（例えば、特許文献１参照）。そのような光電変換素子を有する撮像装置の一例としては、いわゆる光学式のタッチパネルや、放射線撮像装置などが挙げられる。

特開平７−８６５４５号公報

ところで、上記したような撮像装置では一般に、複数の画素を駆動（撮像駆動）することによって撮像画像が得られる。このようにして得られる撮像画像の画質を向上させるための手法についても従来より種々のものが提案されているが、更なる改善手法の提案が望まれる。

本開示はかかる問題点に鑑みてなされたもので、その目的は、撮像画像の画質を向上させることが可能な撮像装置およびその製造方法、ならびにそのような撮像装置を備えた撮像表示システムを提供することにある。

本開示の撮像装置は、基板上に形成された複数の光電変換素子およびその駆動素子と、光電変換素子および駆動素子の上層側に配設された平坦化膜とを有するセンサー基板を備え、平坦化膜が黒色膜からなるものである。

本開示の撮像表示システムは、上記本開示の撮像装置と、この撮像装置により得られた撮像信号に基づく画像表示を行う表示装置とを備えたものである。

本開示の撮像装置の製造方法は、センサー基板を形成する工程を含むようにしたものである。このセンサー基板を形成する工程は、基板上に複数の光電変換素子およびその駆動素子を形成する工程と、光電変換素子および駆動素子の上層側に黒色膜からなる平坦化膜を形成する工程とを含んでいる。

本開示の撮像装置およびその製造方法ならびに撮像表示システムでは、センサー基板における光電変換素子および駆動素子の上層側の平坦化膜が、黒色膜からなる。これにより、駆動素子への光照射が防止され、光リークに起因した駆動素子の特性劣化が抑えられる。また、光電変換素子への迷光の入射が防止され、撮像信号におけるノイズ成分が低減する。

本開示の撮像装置およびその製造方法ならびに撮像表示システムによれば、センサー基板における光電変換素子および駆動素子の上層側の平坦化膜が黒色膜からなるようにしたので、光リークに起因した駆動素子の特性劣化を抑えることができると共に、迷光の入射に起因した撮像信号におけるノイズ成分を低減することができる。よって、撮像画像の画質を向上させることが可能となる。

本開示の一実施の形態に係る放射線撮像装置の構成例を表す断面図である。 図１に示したセンサー基板の構成例を表すブロック図である。 図１に示したセンサー基板の構成例を表す平面図である。 図３中に示したＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿った断面構成例を表す図である。 図１に示した放射線撮像装置の製造方法における一工程に表す断面図である。 図５に続く工程を表す断面図である。 図６に続く工程を表す断面図である。 図７に続く工程を表す断面図である。 図８に続く工程を表す断面図である。 図９に続く工程を表す断面図である。 比較例に係る放射線撮像装置の構成および作用を表す断面図である。 図１に示した放射線撮像装置の作用について説明するための断面図である。 変形例に係る放射線撮像装置の構成例を表す断面図である。 適用例に係る放射線撮像表示システムの概略構成を表す模式図である。 その他の変形例に係る撮像装置の概略構成を表す模式図である。

以下、本開示の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。なお、説明は以下の順序で行う。

１．実施の形態（放射線撮像装置において平坦化膜を黒色膜により構成した例）
２．変形例（黒色膜からなる平坦化膜が光電変換素子の電極と隔離配置された例）
３．適用例（放射線撮像表示システムへの適用例）
４．その他の変形例（放射線撮像装置以外の撮像装置の例等）

＜実施の形態＞
［放射線撮像装置１の断面構成］
図１は、本開示の一実施の形態に係る撮像装置（放射線撮像装置１）の断面構成例を表すものである。放射線撮像装置１は、α線、β線、γ線、Ｘ線に代表される放射線を波長変換して受光し、放射線に基づく画像情報を読み取る（被写体を撮像する）ものである。この放射線撮像装置１は、医療用をはじめ、手荷物検査等のその他の非破壊検査用のＸ線撮像装置として好適に用いられるものである。

放射線撮像装置１は、センサー基板１０上に後述する波長変換部材２０が配設されたものである。これらのセンサー基板１０および波長変換部材２０は、別々のモジュールとして作製されたものである。

センサー基板１０は、複数の画素（後述する単位画素Ｐ）を有している。このセンサー基板１０は、基板１１の表面に、複数のフォトダイオード１１１Ａ（光電変換素子）と、このフォトダイオード１１１Ａの駆動素子としての薄膜トランジスタ（ＴＦＴ：Thin Film Transistor）１１１Ｂとを含む画素回路が形成されたものである。本実施の形態では、これらのフォトダイオード１１１Ａおよび薄膜トランジスタ１１１Ｂは、ガラス等よりなる基板１１上に並設されており、それらの一部（ここでは、後述のゲート絶縁膜１２１，第１層間絶縁膜１１２Ａ，第２層間絶縁膜１１２Ｂ）が互いに共通の層となっている。

ゲート絶縁膜１２１は、基板１１上に設けられており、例えば酸化シリコン（ＳｉＯ₂）膜、酸窒化シリコン（ＳｉＯＮ）膜および窒化シリコン膜（ＳｉＮ）のうちの１種よりなる単層膜またはそれらのうちの２種以上よりなる積層膜により構成されている。

第１層間絶縁膜１１２Ａは、ゲート絶縁膜１２１上に設けられており、例えば酸化シリコン膜または窒化シリコン膜等の絶縁膜からなる。この第１層間絶縁膜１１２Ａはまた、後述する薄膜トランジスタ１１１Ｂ上を覆う保護膜（パッシベーション膜）としても機能するようになっている。

（フォトダイオード１１１Ａ）
フォトダイオード１１１Ａは、入射光の光量（受光量）に応じた電荷量の電荷（光電荷）を発生して内部に蓄積する光電変換素子であり、例えばＰＩＮ（Positive Intrinsic Negative Diode）型のフォトダイオードからなる。フォトダイオード１１１Ａでは、その感度域が例えば可視域となっている（受光波長帯域が可視域である）。このフォトダイオード１１１Ａは、例えば、基板１１上の選択的な領域に、ゲート絶縁膜１２１および第１層間絶縁膜１１２Ａを介して配設されている。

具体的には、フォトダイオード１１１Ａは、第１層間絶縁膜１１２Ａ上に、下部電極１２４、ｎ型半導体層１２５Ｎ、ｉ型半導体層１２５Ｉ、ｐ型半導体層１２５Ｐおよび上部電極１２６がこの順に積層されてなる。これらのうち、ｎ型半導体層１２５Ｎ、ｉ型半導体層１２５Ｉおよびｐ型半導体層１２５Ｐが、本開示における「光電変換層」の一具体例に対応する。なお、ここでは、基板側（下部側）にｎ型半導体層１２５Ｎ、上部側にｐ型半導体層１２５Ｐをそれぞれ設けた例を挙げたが、これと逆の構造、すなわち下部側（基板側）をｐ型半導体層、上部側をｎ型半導体層とした構造であってもよい。

下部電極１２４は、光電変換層（ｎ型半導体層１２５Ｎ，ｉ型半導体層１２５Ｉ，ｐ型半導体層１２５Ｐ）から信号電荷を読み出すための電極であり、ここでは薄膜トランジスタ１１１Ｂにおける後述するドレイン電極１２３Ｄに接続されている。このような下部電極１２４は、例えば、モリブデン（Ｍｏ），アルミニウム（Ａｌ），モリブデンが積層された３層構造（Ｍｏ／Ａｌ／Ｍｏ）からなる。

ｎ型半導体層１２５Ｎは、例えば非晶質シリコン（アモルファスシリコン：ａ−Ｓｉ）により構成され、ｎ＋領域を形成するものである。このｎ型半導体層１２５Ｎの厚みは、例えば１０ｎｍ〜５０ｎｍ程度である。

ｉ型半導体層１２５Ｉは、ｎ型半導体層１２５Ｎおよびｐ型半導体層１２５Ｐよりも導電性の低い半導体層、例えばノンドープの真性半導体層であり、例えば非晶質シリコン（ａ−Ｓｉ）により構成されている。このｉ型半導体層１２５Ｉの厚みは、例えば４００ｎｍ〜１０００ｎｍ程度であるが、厚みが大きい程、光感度を高めることができる。

ｐ型半導体層１２５Ｐは、例えば非晶質シリコン（ａ−Ｓｉ）により構成され、ｐ＋領域を形成するものである。このｐ型半導体層１２５Ｐの厚みは、例えば４０ｎｍ〜５０ｎｍ程度である。

上部電極１２６は、例えば光電変換の際の基準電位（バイアス電位）を前述した光電変換層へ供給するための電極であり、基準電位供給用の電源配線である配線層１２７に接続されている。この上部電極１２６は、例えばＩＴＯ（Indium Tin Oxide）等の透明導電膜により構成されている。

（薄膜トランジスタ１１１Ｂ）
薄膜トランジスタ１１１Ｂは、例えば電界効果トランジスタ（ＦＥＴ：Field Effect Transistor）からなる。この薄膜トランジスタ１１Ｂでは、基板１１上に、例えばチタン（Ｔｉ），Ａｌ，Ｍｏ，タングステン（Ｗ），クロム（Ｃｒ）等からなるゲート電極１２０が形成され、このゲート電極１２０上に前述したゲート絶縁膜１２１が形成されている。

また、ゲート絶縁膜１２１上には半導体層１２２が形成されており、この半導体層１２２はチャネル領域を有している。半導体層１２２は、例えば多結晶シリコン、微結晶シリコンまたは非晶質シリコンにより構成されている。あるいは、酸化インジウムガリウム亜鉛（ＩｎＧａＺｎＯ）または酸化亜鉛（ＺｎＯ）等の酸化物半導体により構成されていてもよい。

このような半導体層１２２上には、読出し用の信号線や各種の配線に接続された、ソース電極１２３Ｓおよびドレイン電極１２３Ｄが形成されている。具体的には、ここでは、ドレイン電極１２３Ｄがフォトダイオード１１１Ａにおける下部電極１２４に接続され、ソース電極１２３Ｓが後述する垂直信号線１８（ソース線）に接続されている。これらのソース電極１２３Ｓおよびドレイン電極１２３Ｄはそれぞれ、例えば、Ｔｉ，Ａｌ，Ｍｏ，Ｗ，Ｃｒ等により構成されている。

センサー基板１０ではまた、このようなフォトダイオード１１１Ａおよび薄膜トランジスタ１１１Ｂの上層に、第２層間絶縁膜１１２Ｂ、第１平坦化膜１１３Ａ、保護膜１１４および第２平坦化膜１１３Ｂがこの順に設けられている。

（第２層間絶縁膜１１２Ｂ）
第２層間絶縁膜１１２Ｂは、薄膜トランジスタ１１１Ｂ上と、フォトダイオード１１１Ａにおける側面および上面（上部電極１２７上）の端部とを覆うように設けられており、例えば酸化シリコン膜または窒化シリコン膜等の絶縁膜からなる。なお、この第２層間絶縁膜１１２Ｂが、本開示における「層間絶縁膜」の一具体例に対応する。

（第１平坦化膜１１３Ａ）
第１平坦化膜１１３Ａは、フォトダイオード１１１Ａおよび薄膜トランジスタ１１１Ｂの上層側に配設されており、本実施の形態では黒色膜により構成されている。具体的には、この黒色膜は、例えば黒色化樹脂（以下の遮光性粒子を含むことで黒色化した樹脂）からなる。詳細には、この黒色化樹脂は、例えば、アクリル等の透明樹脂中に、カーボン（Ｃ）やチタン（Ｔｉ）などの粒子（遮光性粒子）が分散されてなる。これにより、第１平坦化膜１１３Ａはある程度の導電性を示す場合があることから、できるだけ高抵抗となる（導電性が低くなる）ようにするのが望ましい。第１平坦化膜１１３Ａの厚みは、フォトダイオード１１１Ａの形成領域を除いた部分（平坦部）において、例えば２．１μｍ程度以下であることが望ましい。後述する迷光（隣接画素からの入射光）の入射を抑止する作用と、平坦化作用（断線の防止作用）とを両立させるためである。この第１平坦化膜１１３Ａにはまた、フォトダイオード１１１Ａの形成領域付近に対応して、開口部Ｈ１が形成されている。この開口部Ｈ１の側面はテーパ状となっており、この側面はフォトダイオード１１１Ａの上部電極１２６上に配置されている。なお、この第１平坦化膜１１３Ａが、本開示における「平坦化膜」の一具体例に対応する。

保護膜１１４は、上部電極１２６、配線層１２７および第１平坦化膜１１３Ａ上の全面に設けられており、例えば酸化シリコン膜または窒化シリコン膜等の絶縁膜からなる。

第２平坦化膜１１３Ｂは、保護膜１１４上の全面に設けられており、例えばポリイミド等の透明樹脂材料からなる。

（波長変換部材２０）
波長変換部材２０は、前述したように、センサー基板１０とは別のモジュールとして作製されたものであり、例えばシンチレータプレート（シンチレータパネル）等からなる。つまり、この波長変換部材２０は平板状（プレート状）の部材であり、例えばガラスなどの透明な基板上にシンチレータ層（波長変換層）が設けられたものである。このシンチレータ層上には、更に防湿性を有する保護膜が形成されていてもよく、あるいはシンチレータ層および基板の全体を覆うように保護膜が設けられていてもよい。

このような波長変換部材２０には、例えば放射線（Ｘ線）を可視光に変換するシンチレータ（蛍光体）が用いられる。換言すると、波長変換部材２０は、外部から入射した放射線（Ｘ線）を光電変換素子１１１Ａの感度域（可視域）に波長変換する機能を有している。このような蛍光体としては、例えば、ヨウ化セシウム（ＣｓＩ）にタリウム（Ｔｌ）を添加したもの（ＣｓＩ；Ｔｌ）、酸化硫黄カドミウム（Ｇｄ₂Ｏ₂Ｓ）にテルビウム（Ｔｂ）を添加したもの、ＢａＦＸ（ＸはＣｌ，Ｂｒ，Ｉ等）等が挙げられる。シンチレータ層の厚みは１００μｍ〜６００μｍであることが望ましい。例えば蛍光体材料としてＣｓＩ；Ｔｌを用いた場合には、厚みは例えば６００μｍである。なお、このシンチレータ層は、透明基板上に例えば真空蒸着法を用いて成膜することができる。ここでは、波長変換部材２０として上記のようなシンチレータプレートを例示したが、放射線をフォトダイオード１１１Ａの感度域に波長変換可能な波長変換部材であればよく、上述の材料に特に限定されない。

［センサー基板１０の詳細構成］
図２は、上記のようなセンサー基板１０の機能ブロック構成を表したものである。センサー基板１０は、基板１１上に、撮像領域（撮像部）としての画素部１２を有すると共に、この画素部１２の周辺領域に、例えば行走査部１３、水平選択部１４、列走査部１５およびシステム制御部１６からなる周辺回路（駆動回路）を有している。

（画素部１２）
画素部１２は、例えば行列状に２次元配置された単位画素Ｐ（以下、単に「画素」と記述する場合もある）を有し、単位画素Ｐは、前述のフォトダイオード１１１Ａおよび薄膜トランジスタ１１１Ｂを含んでいる。この単位画素Ｐには、例えば画素行ごとに画素駆動線１７（例えば行選択線およびリセット制御線等：ゲート線）が配線され、画素列ごとに垂直信号線１８（ソース線）が配線されている。画素駆動線１７は、単位画素Ｐからの信号読み出しのための駆動信号を伝送するものである。画素駆動線１７の一端は、行走査部１３の各行に対応した出力端に接続されている。

ここで図３は、センサー基板１０（画素部１２）における単位画素Ｐの平面構成例を表したものである。このように単位画素Ｐでは、薄膜トランジスタ１１１Ｂ（駆動素子）におけるドレイン電極１２３Ｄがフォトダイオード１１１Ａにおける下部電極１２４に接続され、ソース電極１２３Ｓが垂直信号線１８に接続されている。なお、この図３中に示したＩＩ−ＩＩ線に沿った断面構成例が、図１に示したセンサー基板１０の断面構成に対応している。

一方、図４は、図３中に示したＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿った、センサー基板１０の断面構成例を表したものである。この図４に示した断面構成は、基本的には図１に示した断面構成と同様であるが、基板１１上において薄膜トランジスタ１１１Ｂの代わりに垂直信号線１８が形成されている。具体的には、ゲート絶縁膜１２１と第１層間絶縁膜１１２Ａとの間の選択的な領域（図１における薄膜トランジスタ１１１Ｂの形成領域に対応）に、垂直信号線１８が設けられている。

（周辺回路）
図２に示した行走査部１３は、シフトレジスタやアドレスデコーダ等によって構成され、画素部１２の各画素Ｐを、例えば行単位で駆動する画素駆動部である。行走査部１３によって選択走査された画素行の各画素Ｐから出力される信号（撮像信号）は、垂直信号線１８の各々を通して水平選択部１４に供給される。

水平選択部１４は、垂直信号線１８ごとに設けられたアンプや水平選択スイッチ等によって構成されている。

列走査部１５は、シフトレジスタやアドレスデコーダ等によって構成され、水平選択部１４の各水平選択スイッチを走査しつつ順番に駆動するものである。この列走査部１５による選択走査により、垂直信号線１８の各々を通して伝送される各画素の信号が順番に水平信号線１９に出力され、この水平信号線１９を通して基板１１の外部へ伝送されるようになっている。

なお、これらの行走査部１３、水平選択部１４、列走査部１５および水平信号線１９からなる回路部分は、基板１１上に直に形成されていてもよいし、あるいは外部制御ＩＣ（Integrated Circuit）に配設されたものであってもよい。また、それらの回路部分は、ケーブル等により接続された他の基板に形成されていてもよい。

システム制御部１６は、基板１１の外部から与えられるクロックや、動作モードを指令するデータなどを受け取り、また、放射線撮像装置１の内部情報などのデータを出力するものである。システム制御部１６は更に、各種のタイミング信号を生成するタイミングジェネレータを有し、このタイミングジェネレータで生成された各種のタイミング信号を基に、行走査部１３、水平選択部１４および列走査部１５などの周辺回路の駆動制御を行うようになっている。

［撮像装置１の製造方法］
上記のような放射線撮像装置１は、例えば次のようにして製造することができる。図５〜図１０は、放射線撮像装置１の製造方法（特にセンサー基板１０の製造方法）の一例を、工程順に断面図で表したものである。

最初に、センサー基板１０を作製する。具体的には、まず図５に示したように、例えばガラスよりなる基板１１上に、薄膜トランジスタ１１１Ｂを、公知の薄膜プロセスにより形成する。続いて、この薄膜トランジスタ１１１Ｂ上に、前述した材料からなる第１層間絶縁膜１１２Ａを、例えばＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition：化学気相成長）法およびフォトリソグラフィ法を用いて形成する。そののち、薄膜トランジスタ１１１Ｂにおけるドレイン電極１２３Ｄと電気的に接続するようにして、前述した材料からなる下部電極１２４を、例えばスパッタ法およびフォトリソグラフィ法を用いて形成する。

次いで、図６に示したように、第１層間絶縁膜１１２Ａ上の全面に、前述した材料からなるｎ型半導体層１２５Ｎ、ｉ型半導体層１２５Ｉおよびｐ型半導体層１２５Ｐをこの順に、例えばＣＶＤ法により成膜する。そののち、ｐ型半導体層１２５Ｐ上のフォトダイオード１１１Ａの形成予定領域に、前述した材料からなる上部電極１２６を、例えばスパッタ法およびフォトリソグラフィ法を用いて形成する。

続いて、図７に示したように、形成したｎ型半導体層１２５Ｎ、ｉ型半導体層１２５Ｉおよびｐ型半導体層１２５Ｐの積層構造を、例えばドライエッチング法を用いて、所定の形状にパターニングする。これにより、基板１１上にフォトダイオード１１１Ａが形成される。

次いで、図８に示したように、前述した材料からなる第２層間絶縁膜１１２Ｂを、例えばＣＶＤ法およびフォトリソグラフィ法を用いて、薄膜トランジスタ１１１Ｂ上と、フォトダイオード１１１Ａにおける側面および上面（上部電極１２７上）の端部とを覆うように形成する。そののち、この第２層間絶縁膜１１２Ｂ上（フォトダイオード１１１Ａおよび薄膜トランジスタ１１１Ｂの上層側）の全面に、前述した材料（透明樹脂中に遮光性粒子が分散されたもの）からなる第１平坦化膜１１３Ａを、例えばＣＶＤ法を用いて成膜する。そして、例えばフォトリソグラフィ法を用いてエッチング（ドライエッチング等）を行うことにより、この第１平坦化膜１１３Ａにおけるフォトダイオード１１１Ａの形成領域に対応して開口部Ｈ１を形成する。これにより、前述した黒色膜からなる第１平坦化膜１１３Ａが形成される。

続いて、図９に示したように、第１平坦化膜１１３Ａにおける開口部Ｈ１内（上部電極１２６上）に、例えばＡｌ，Ｃｕ等からなる配線層１２７を、例えばスパッタ法およびフォトリソグラフィ法を用いて形成する。

そののち、図１０に示したように、第１平坦化膜１１３Ａ、上部電極１２６および配線層１２７上の全面に、前述した材料からなる保護膜１１４および第２平坦化膜１１３Ｂをこの順に、例えばＣＶＤ法を用いて成膜する。これにより、図１に示したセンサー基板１０が完成する。

最後に、前述した製法にて別途作製した波長変換部材２０を、センサー基板１０上に貼り合わせる（例えば、画素部１２の周辺領域をシール材等により接着するか、または、画素部１２周辺あるいはパネル全面を押さえて固定する）。これにより、図１に示した放射線撮像装置１が完成する。

［撮像装置１の作用・効果］
（１．撮像動作）
この放射線撮像装置１では、例えば図示しない放射線源（例えばＸ線源）から照射され、被写体（検出体）を透過した放射線が入射すると、この入射した放射線が波長変換後に光電変換され、被写体の画像が電気信号（撮像信号）として得られる。詳細には、放射線撮像装置１に入射した放射線は、まず、波長変換部材２０において、フォトダイオード１１１Ａの感度域（ここでは可視域）の波長に変換される（波長変換部材２０において可視光を発光する）。このようにして波長変換部材２０から発せられた可視光は、センサー基板１０へ入射する。

センサー基板１０では、フォトダイオード１１１Ａの一端（例えば、上部電極１２６）に、配線１２７を介して所定の基準電位（バイアス電位）が印加されると、上部電極１２６の側から入射した光が、その受光量に応じた電荷量の信号電荷に変換される（光電変換がなされる）。この光電変換によって発生した信号電荷は、フォトダイオード１１１Ａの他端（例えば、下部電極１２４）側から光電流として取り出される。

詳細には、フォトダイオード１１１Ａにおける光電変換によって発生した電荷は光電流として読み出され、薄膜トランジスタ１１１Ｂから撮像信号として出力される。このようにして出力された撮像信号は、行走査部１３から画素駆動線１７を介して伝送される行走査信号に従って、垂直信号線１８に出力される（読み出される）。垂直信号線１８に出力された撮像信号は、垂直信号線１８を通じて画素列ごとに、水平選択部１４へ出力される。そして、列走査部１５による選択走査により、垂直信号線１８の各々を通して伝送される各画素の撮像信号が順番に水平信号線１９に出力され、この水平信号線１９を通して基板１１の外部へ伝送される（出力データＤoutが外部へ出力される）。以上のようにして、放射線撮像装置１において放射線を用いた撮像画像が得られる。

（２．第１平坦化膜１１３Ａの作用）
ここで図１１および図１２を参照して、本実施の形態の放射線撮像装置１における第１平坦化膜１１３Ａの作用について、比較例と比較しつつ詳細に説明する。

（比較例）
図１１は、比較例に係る放射線撮像装置（放射線撮像装置１００）の断面構成を表したものである。この比較例の放射線撮像装置１００は、図１に示した本実施の形態の放射線撮像装置１において、前述した第１平坦化膜１１３Ａを有するセンサー基板１０の代わりに、透明膜（ポリイミド膜等）からなる第１平坦化膜１０３Ａを有するセンサー基板１０１が設けられたものである。

この放射線撮像装置１００では、上記したように、センサー基板１０１において、フォトダイオード１１１Ａおよび薄膜トランジスタ１１１Ｂの上層側の第１平坦化膜１０３Ａが透明膜であるため、以下の理由により撮像画像の画質劣化が生じてしまう。

すなわち、まず、外部からの入射光Ｌ１０１が、第１平坦化膜１０３Ａを透過して薄膜トランジスタ１１１Ｂへと入射してしまう（薄膜トランジスタ１１１Ｂへの光照射がなされてしまう）。このため、この薄膜トランジスタ１１１Ｂにおいて、入射光Ｌ１０１に起因した光リークが生じてしまう。このような光リークは、薄膜トランジスタ１１１Ｂにおける特性（読み出し特性）の劣化を引き起こし、撮像画像の画質劣化につながる。

また、隣接画素等からの迷光Ｌ１０２が、第１平坦化膜１０３Ａを介してフォトダイオード１１１Ａへと入射してしまうことから、このフォトダイオード１１１Ａから得られる撮像信号におけるノイズ成分（迷光Ｌ１０２に起因したノイズ成分）が増大する。つまり、この点からも撮像画像の画質劣化が生じてしまう。

（本実施の形態）
これに対して本実施の形態の放射線撮像装置１では、図１および図１２に示したように、センサー基板１０におけるフォトダイオード１１１Ａおよび薄膜トランジスタ１１１Ｂの上層側の第１平坦化膜１１３Ａが、黒色膜からなる。

これにより図１２に示したように、上記比較例とは異なり、外部からの入射光Ｌ１が第１平坦化膜１１３Ａを透過しなくなる。つまり、入射光Ｌ１が薄膜トランジスタ１１１Ｂへと入射してしまう（薄膜トランジスタ１１１Ｂへの光照射がなされてしまう）のが回避され、薄膜トランジスタ１１１Ｂにおける光リークが防止される。その結果、薄膜トランジスタ１１１Ｂにおける入射光Ｌ１に起因した特性（読み出し特性）の劣化が抑えられる。

また、隣接画素等からの迷光Ｌ２が、第１平坦化膜１１３Ａを介してフォトダイオード１１１Ａへと入射してしまうのも防止される。これにより、このフォトダイオード１１１Ａから得られる撮像信号におけるノイズ成分（迷光Ｌ２に起因したノイズ成分）が低減する。

以上のように本実施の形態では、センサー基板１０おけるフォトダイオード１１１Ａおよび薄膜トランジスタ１１１Ｂの上層側の第１平坦化膜１１３Ａが黒色膜からなるようにしたので、光リークに起因した薄膜トランジスタ１１１Ｂの特性劣化を抑えることができると共に、迷光の入射に起因した撮像信号におけるノイズ成分を低減することができる。よって、撮像画像の画質を向上させることが可能となる。

また、例えば上記した入射光Ｌ１や迷光Ｌ２の入射を防止するための部材（遮光膜等）を別途設ける必要がないため、製造コストを抑えつつ画質向上を図ることが可能となる。

＜変形例＞
続いて、上記実施の形態の変形例について説明する。なお、実施の形態における構成要素と同一のものには同一の符号を付し、適宜説明を省略する。

図１３は、変形例に係る撮像装置（放射線撮像装置１Ａ）の断面構成例を表したものである。本変形例の放射線撮像装置１Ａは、上記実施の形態の放射線撮像装置１において、センサー基板１０の代わりに以下説明するセンサー基板１０Ａが設けられたものである。

センサー基板１０Ａは、黒色膜からなる第１平坦化膜１１３Ａが設けられていることなど、基本的にはセンサー基板１０と同様の構成となっているが、以下の点がセンサー基板１０と異なっている。

すなわち、このセンサー基板１０Ａでは、図１３中の符号Ｐ１ａ，Ｐ１ｂで示したように、第１平坦化膜１１３Ａと、フォトダイオード１１１Ａにおける電極（下部電極１２４および上部電極１２６）とが、互いに隔離するように配置されている。具体的には、平坦化膜１１３Ａにおける開口部Ｈ１の側面が、センサー基板１０の場合（上部電極１２６上に配置）とは異なり、第２層間絶縁膜１１２Ｂ上に配置されている。つまり、センサー基板１０では、遮光性粒子が分散されてなる第１平坦化膜１１３Ａと上部電極１２６とが部分的に接しているのに対し、センサー基板１０Ａでは、これら第１平坦化膜１１３Ａと上部電極１２６とが接していない（電気的に絶縁されている）。

これにより本変形例では、上記実施の形態における効果に加え、以下の効果も得ることが可能となる。すなわち、まず、前述した黒色膜（透明樹脂中に遮光性粒子が分散されてなる膜）では、多少の導電性を示すことに加えて粒子という不純物（混ぜ物）が含まれているため、電荷のリークパスが発生する。このため、上記したように、第１平坦化膜１１３Ａと、フォトダイオード１１１Ａにおける電極（下部電極１２４および上部電極１２６）とが互いに隔離するように配置することにより、そのようなリークパスの発生を回避することができる。その結果、フォトダイオード１１１Ａの特性劣化を防止し、撮像画像の更なる画質向上を図ることが可能となる。

＜適用例＞
続いて、上記実施の形態および変形例に係る撮像装置（放射線撮像装置）の、撮像表示システム（放射線撮像表示システム）への適用例について説明する。

図１４は、適用例に係る撮像表示システム（放射線撮像表示システム５）の概略構成例を模式的に表したものである。この放射線撮像表示システム５は、上記実施の形態等に係る画素部１２等を有する放射線撮像装置１，１Ａと、画像処理部５２と、表示装置４とを備えており、放射線を用いた撮像表示システム（放射線撮像表示システム）として構成されている。

画像処理部５２は、放射線撮像装置１，１Ａから出力される出力データＤout（撮像信号）に対して所定の画像処理を施すことにより、画像データＤ１を生成するものである。表示装置４は、画像処理部５２において生成された画像データＤ１に基づく画像表示を、所定のモニタ画面４０上で行うものである。

このような構成からなる放射線撮像表示システム５では、放射線撮像装置１，１Ａが、光源（ここではＸ線源等の放射線源５１）から被写体５０に向けて照射された照射光（ここでは放射線）に基づき、被写体５０の画像データＤoutを取得し、画像処理部５２へ出力する。画像処理部５２は、入力された画像データＤoutに対して上記した所定の画像処理を施し、その画像処理後の画像データ（表示データ）Ｄ１を表示装置４へ出力する。表示装置４は、入力された画像データＤ１に基づいて、モニタ画面４０上に画像情報（撮像画像）を表示する。

このように、本適用例の放射線撮像表示システム５では、放射線撮像装置１，１Ａにおいて被写体５０の画像を電気信号として取得可能であるため、取得した電気信号を表示装置４へ伝送することによって画像表示を行うことができる。すなわち、従来のような放射線写真フィルムを用いることなく、被写体５０の画像を観察することが可能となり、また、動画撮影および動画表示にも対応することが可能となる。

＜その他の変形例＞
以上、実施の形態、変形例および適用例を挙げて本開示の技術を説明したが、本技術はこれらの実施の形態等に限定されず、種々の変形が可能である。

例えば、上記実施の形態等では、フォトダイオード１１１Ａや薄膜トランジスタ１１１Ｂにおける半導体層が、主に非晶質半導体（非晶質シリコン等）により構成されている場合を例に挙げて説明したが、これには限られない。すなわち、上記した半導体層が、例えば、多結晶半導体（多結晶シリコン等）や微結晶半導体（微結晶シリコン等）により構成されているようにしてもよい。

また、上記実施の形態等では、第１平坦化膜１１３Ａが黒色膜からなる場合を例に挙げて説明したが、これには限られず、例えば第２層間絶縁膜１１２Ｂ等を黒色膜により構成してもよい。このように構成した場合でも、上記実施の形態等と同様の効果を得ることが可能となる。

更に、上記実施の形態等では、撮像装置が放射線撮像装置として構成されている場合を例に挙げて説明したが、本開示は、放射線撮像装置以外の撮像装置（および放射線撮像表示システム以外の撮像表示システム）にも適用することが可能である。具体的には、例えば図１５に示した撮像装置３のように、上記実施の形態等で説明したセンサー基板１０，１０Ａを備えると共に波長変換部材２０を省いた（設けないようにした）構成としてもよい。このように構成した場合であっても、センサー基板１０，１０Ａ内に上記実施の形態等で説明した黒色膜からなる「平坦化膜」が設けられていることにより、同様の効果を得ることが可能である。

なお、本技術は以下のような構成を取ることも可能である。
（１）
基板上に形成された複数の光電変換素子およびその駆動素子と、前記光電変換素子および前記駆動素子の上層側に配設された平坦化膜とを有するセンサー基板を備え、
前記平坦化膜が黒色膜からなる
撮像装置。
（２）
前記黒色膜が黒色化樹脂からなる
上記（１）に記載の撮像装置。
（３）
前記黒色化樹脂は、透明樹脂中に遮光性粒子が分散されてなる
上記（２）に記載の撮像装置。
（４）
前記光電変換素子は、下部電極、光電変換層および上部電極がこの順に積層されてなり、
前記平坦化膜と前記下部電極および前記上部電極とが、互いに隔離するように配置されている
上記（３）に記載の撮像装置。
（５）
前記センサー基板は、前記光電変換素子における側面と上面の端部とを少なくとも覆う層間絶縁膜を有し、
前記平坦化膜は、前記光電変換素子の形成領域に開口部を有し、
前記開口部の側面が、前記層間絶縁膜上に配置されている
上記（４）に記載の撮像装置。
（６）
前記光電変換素子が、ＰＩＮ型のフォトダイオードからなる
上記（１）ないし（５）のいずれかに記載の撮像装置。
（７）
前記センサー基板上に配設され、入射した放射線を前記光電変換素子の感度域に波長変換する波長変換部材を更に備え、
放射線撮像装置として構成されている
上記（１）ないし（６）のいずれかに記載の撮像装置。
（８）
前記放射線がＸ線である
上記（７）に記載の撮像装置。
（９）
撮像装置と、この撮像装置により得られた撮像信号に基づく画像表示を行う表示装置とを備え、
前記撮像装置は、
基板上に形成された複数の光電変換素子およびその駆動素子と、前記光電変換素子および前記駆動素子の上層側に配設された平坦化膜とを有するセンサー基板を備え、
前記平坦化膜が黒色膜からなる
撮像表示システム。
（１０）
センサー基板を形成する工程を含み、
前記センサー基板を形成する工程は、
基板上に複数の光電変換素子およびその駆動素子を形成する工程と、
前記光電変換素子および前記駆動素子の上層側に、黒色膜からなる平坦化膜を形成する工程と
を含む撮像装置の製造方法。

１，１Ａ…放射線撮像装置、１０，１０Ａ…センサー基板、１１…基板、１１１Ａ…フォトダイオード（光電変換素子）、１１１Ｂ…薄膜トランジスタ、１１２Ａ…第１層間絶縁膜、１１２Ｂ…第２層間絶縁膜、１１３Ａ…第１平坦化膜、１１３Ｂ…第２平坦化膜、１１４…保護膜、１２…画素部、１７…画素駆動線、１８…垂直信号線、２０…波長変換部材、３…撮像装置、４…表示装置、５…放射線撮像表示システム、５０…被写体、５１…放射線源、Ｈ１…開口部、Ｐ…単位画素。

Claims (10)

1. 基板上に形成された複数の光電変換素子およびその駆動素子と、前記光電変換素子および前記駆動素子の上層側に配設された平坦化膜とを有するセンサー基板を備え、
   前記平坦化膜が黒色膜からなる
   撮像装置。
2. 前記黒色膜が黒色化樹脂からなる
   請求項１に記載の撮像装置。
3. 前記黒色化樹脂は、透明樹脂中に遮光性粒子が分散されてなる
   請求項２に記載の撮像装置。
4. 前記光電変換素子は、下部電極、光電変換層および上部電極がこの順に積層されてなり、
   前記平坦化膜と前記下部電極および前記上部電極とが、互いに隔離するように配置されている
   請求項３に記載の撮像装置。
5. 前記センサー基板は、前記光電変換素子における側面と上面の端部とを少なくとも覆う層間絶縁膜を有し、
   前記平坦化膜は、前記光電変換素子の形成領域に開口部を有し、
   前記開口部の側面が、前記層間絶縁膜上に配置されている
   請求項４に記載の撮像装置。
6. 前記光電変換素子が、ＰＩＮ型のフォトダイオードからなる
   請求項１に記載の撮像装置。
7. 前記センサー基板上に配設され、入射した放射線を前記光電変換素子の感度域に波長変換する波長変換部材を更に備え、
   放射線撮像装置として構成されている
   請求項１に記載の撮像装置。
8. 前記放射線がＸ線である
   請求項７に記載の撮像装置。
9. 撮像装置と、この撮像装置により得られた撮像信号に基づく画像表示を行う表示装置とを備え、
   前記撮像装置は、
   基板上に形成された複数の光電変換素子およびその駆動素子と、前記光電変換素子および前記駆動素子の上層側に配設された平坦化膜とを有するセンサー基板を備え、
   前記平坦化膜が黒色膜からなる
   撮像表示システム。
10. センサー基板を形成する工程を含み、
    前記センサー基板を形成する工程は、
    基板上に複数の光電変換素子およびその駆動素子を形成する工程と、
    前記光電変換素子および前記駆動素子の上層側に、黒色膜からなる平坦化膜を形成する工程と
    を含む撮像装置の製造方法。

Images