JP3814568B2

JP3814568B2 - Photoelectric conversion device and X-ray detection device using the same

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Publication number: JP3814568B2
Application number: JP2002208368A
Authority: JP
Inventors: 和昭田代
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2002-07-17
Filing date: 2002-07-17
Publication date: 2006-08-30
Anticipated expiration: 2018-11-19
Also published as: JP2003158253A

Description

【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
５０５，５０９，９０５，９０８Ｎ⁺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[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a photoelectric conversion device used for a facsimile, a scanner, and the like, and more particularly, a high-performance large-area two-dimensional photoelectric conversion device used for reading a radiation image such as an X-ray and an X-ray detection device using the same. It is about.
[0002]
[Prior art]
The photoelectric conversion device is conventionally used for a scanner such as a computer. In particular, recently, as a new application, a large-area two-dimensional photoelectric conversion device has been proposed and developed for medical use. For example, when producing an X-ray detection device for chest radiography, a large-format digital X-ray detection device has been proposed by combining a two-dimensional photoelectric conversion device with a fluorescent plate for converting X-rays into visible light.
[0003]
As such a large-area two-dimensional photoelectric conversion device, an MIS type sensor or photodiode type sensor made of amorphous silicon, a thin film transistor or the like arranged two-dimensionally on a substrate is used. Note that non-single-crystal silicon includes amorphous silicon, microcrystalline silicon, and polycrystalline silicon.
[0004]
FIG. 6A is a plan view of one pixel of a conventional photoelectric conversion device. FIG. 6B is a cross-sectional view taken along the line AB of FIG. 6A, and includes a MIS type optical sensor S and a driving thin film transistor T as a switching unit.
[0005]
In FIG. 6, 1101 is a glass substrate, 1102 is a sensor lower electrode, 1103 is a gate electrode, 1104 is a gate insulating film, 1105 is a semiconductor layer, 1106 is an N ⁺ type layer, 1107 is a drain electrode, 1108 is a source electrode, 1109 is An insulating layer, S is a photoelectric conversion element, and T is a thin film transistor.
[0006]
Further, SIG is a signal wiring, g is a gate line of a thin film transistor, and D and G are an upper electrode and a lower electrode of the MIS sensor, respectively. The electric charge generated in the sensor S by light is read by a reading circuit (not shown) through the thin film transistor. Since the sensor S and the thin film transistor T use the same semiconductor layer, the thin film transistor region in the pixel causes a reduction in the aperture ratio of the sensor.
[0007]
FIG. 7A shows a plan view of one pixel of another conventional photoelectric conversion device, and FIG. 7B shows a cross-sectional view taken along line AB in FIG. 7A. In the figure, the sensor is composed of a hydrogenated amorphous silicon PIN photodiode S as a sensor and a thin film transistor T using a hydrogenated amorphous silicon semiconductor layer as a switching portion.
[0008]
7, 1201 is a glass substrate, 1202 is a sensor lower electrode, 1203 and 1212 are N ⁺ type layers, 1204 and 1211 are semiconductor layers, 1205 is a P ⁺ type layer, 1206 is ITO, 1207 is an interlayer insulating layer, and 1208 is Common wiring, 1210 is a gate insulating film, 1213 is a drain electrode, 1214 is a source electrode, S is a photoelectric conversion element, and T is a thin film transistor.
[0009]
Furthermore, SIG is a signal wiring, g is a gate wiring of a thin film transistor, and E is a common electrode of a photodiode. The electric charges generated in the photodiode S due to light are read through the thin film transistor T by a reading circuit (not shown).
[0010]
In this conventional example, a thin film transistor is first manufactured, and then a PIN type sensor is stacked. For this reason, the number of times the semiconductor layer is formed increases. Further, the electrode layer also requires a gate electrode layer of the thin film transistor, a source / drain electrode and a sensor lower electrode layer, a transparent electrode layer on the sensor, a sensor common electrode layer and four electrode layers.
[0011]
[Problems to be solved by the invention]
In the conventional photoelectric conversion device, since the sensor and the thin film transistor are arranged in one pixel, it is difficult to obtain an aperture ratio of 50% or more while ensuring pattern accuracy and yield, and as a result, sensitivity is further improved. I could not.
[0012]
In addition, when a PIN type photodiode is used for a conventional photoelectric conversion element and this is combined with a thin film transistor, a laminated structure is inevitable, and the process becomes complicated and costs increase.
[0013]
The present invention has been made in view of the above-mentioned conventional problems, and its purpose is to improve the sensitivity by increasing the aperture ratio of 50% or more while ensuring the pattern accuracy and the yield, and it is simple. Another object is to provide a photoelectric conversion device that can be manufactured at low cost and an X-ray detection device using the photoelectric conversion device.
[0014]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, a photoelectric conversion device of the present invention is a photoelectric conversion device in which a plurality of pixels configured by combining a MIS photosensor and a thin film transistor are two-dimensionally arranged on a substrate, and the photoelectric conversion device is formed on the thin film transistor. The MIS type photosensor is provided, and the MIS type photosensor is provided for a first electrode, a second electrode, and a photoelectric conversion provided between the first electrode and the second electrode. A semiconductor layer; an insulating layer provided between the first electrode and the semiconductor layer; a source electrode and a drain electrode of the thin film transistor; and the first electrode or the second electrode of the MIS photosensor . Of the electrodes, the substrate-side electrode is constituted by a common electrode layer, and the second electrode or the first electrode has a light incident side electrode area opposite to the substrate and the semiconductor layer. Face of Who is wider than the area of said common electrode layer, the semiconductor layer is disposed on the thin film transistor, characterized in that it also serves as a light-shielding material of the thin film transistor.
[0015]
Moreover, the X-ray detection apparatus of this invention has the said photoelectric conversion apparatus, It is characterized by the above-mentioned.
[0016]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Next, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
[0017]
(First embodiment)
FIG. 1A is a plan view showing a first embodiment of the photoelectric conversion device of the present invention, and FIG. 1B is a cross-sectional view taken along the line AB. FIG. 1 shows a configuration for one pixel. In the first embodiment, a mode in which the present invention is applied to a two-dimensional photoelectric conversion device in which a MIS type sensor and a thin film transistor are combined will be described.
[0018]
In FIG. 1, 501 is a glass substrate, 502 is a gate electrode, 503 is a gate insulating film, 504 and 507 are semiconductor layers, 505 and 509 are N ⁺ type layers, 506 and 510 are interlayer insulating layers, 508 is an insulating layer, 511 Is a common line, 512 is a signal line, S11 is a photoelectric conversion element, T11 is a thin film transistor, SIG is a signal line, and gn is a gate line.
[0019]
In this embodiment, a MIS sensor is stacked on a substrate on which a thin film transistor is manufactured. At this time, the N ⁺ type layer 505 of the thin film transistor also constitutes the lower electrode of the MIS type sensor. The metal layer may be formed and patterned twice.
[0020]
In FIG. 1, MIS type photoelectric conversion element 509 is an N ⁺ type hydrogenated microcrystalline silicon layer and functions as a window layer. As will be described later, this N ⁺ -type hydrogenated microcrystalline silicon layer also functions as an injection blocking layer (blocking layer) and an electrode layer. The semiconductor layer can be manufactured by appropriately selecting a material from non-single crystal silicon or a compound thereof.
[0021]
FIG. 2 shows an equivalent circuit of one pixel of the photoelectric conversion device. The MIS type optical sensor S11 is composed of a thin film transistor T11 as a switching unit. SIG is a signal wiring. g1 is a gate line of the thin film transistor, and D and G are an upper electrode and a lower electrode of the MIS sensor, respectively. Cgs and Cgd are capacitances due to overlapping of the gate electrode, the source electrode, and the drain electrode of the thin film transistor. The charges generated in S11 by light are stored in Cgs and Cgd through the thin film transistor T11, and then read out by a read circuit (not shown). Here, although it is a case of 1 bit, in reality, Cgs and Cgd are the sum of those of other thin film transistors connected to the gate line. In this way, the storage capacity uses Cgs and Cgd.
[0022]
Next, the operation of the MIS type sensor will be described with reference to FIG. FIGS. 3A and 3B are energy band diagrams of the photoelectric conversion element showing operations in the refresh mode and the photoelectric conversion mode, respectively. 1-5 in the figure have shown the state of the thickness direction of each layer.
[0023]
In the refresh mode (a), since a negative potential is applied to the D electrode with respect to the G electrode, the holes indicated by the black circles in the intrinsic hydrogenated amorphous silicon layer 3 are made into the D electrode by an electric field. Led. At the same time, electrons indicated by white circles are injected into the intrinsic hydrogenated amorphous silicon layer 3. At this time, some holes and electrons are recombined in the N ⁺ type hydrogenated microcrystalline silicon layer 2 and the intrinsic hydrogenated amorphous silicon layer 3 and disappear. If this state continues for a sufficiently long time, holes in the intrinsic hydrogenated amorphous silicon layer 3 are swept from the intrinsic hydrogenated amorphous silicon layer 3.
[0024]
In this state, when the photoelectric conversion mode (b) is entered, since the D electrode is given a positive potential with respect to the G electrode, the electrons in the intrinsic hydrogenated amorphous silicon layer 3 are instantaneously guided to the D electrode. It is burned. However, the holes are not introduced into the intrinsic hydrogenated amorphous silicon layer 3 because the N ⁺ -type hydrogenated microcrystalline silicon layer 2 serves as an injection blocking layer. When light enters the intrinsic hydrogenated amorphous silicon layer 3 in this state, the light is absorbed and an electron / hole pair is generated. The electrons are guided to the electrode by an electric field, and the holes move in the intrinsic hydrogenated amorphous silicon layer 3 and reach the interface of the hydrogenated amorphous silicon nitride layer 4, but are blocked here and are not intrinsic hydrogenated. It stays in the crystalline silicon layer 3. At this time, electrons move to the D electrode, and holes move to the interface of the hydrogenated amorphous silicon nitride layer 4 in the intrinsic hydrogenated amorphous silicon layer 3, so that the electrical neutrality in the device is maintained. , Current flows from the G electrode. Since this current corresponds to an electron-hole pair generated by light, it is proportional to the incident light.
[0025]
FIG. 4 shows an entire circuit of the photoelectric conversion device. The photoelectric conversion element, the driving thin film transistor, the wiring, and the like can be formed over the same substrate by the same process. In the circuit diagram, S11 to S33 represent photoelectric conversion elements. T11 to T33 are thin film transistors. Vs is a reading power source and Vg is a refreshing power source, which are connected to the lower electrodes G of all the photoelectric conversion elements S11 to S33 via switches SWs and SWg, respectively. The switch SWs is directly connected to the refresh control circuit RF through an inverter, and is controlled so that the switch SWg is ON during the refresh period and the switch SWs is ON during the other periods. The signal output is connected to the detection integrated circuit IC by a signal wiring SIG. In FIG. 4, 9 pixels are divided into 3 blocks, and the output of 3 pixels per block is simultaneously transferred. This signal is sequentially converted into an output by the integrated circuit for detection and output. For ease of explanation, a 9-pixel two-dimensional image input unit is used, but actually, the pixel configuration has a higher density. For example, when a photoelectric conversion device with a pixel size of 150 μm square and a 20 cm square is manufactured, the number of pixels is approximately 1.8 million pixels.
[0026]
Such a photoelectric conversion device was manufactured by the following manufacturing process.
[0027]
1. On the cleaning glass substrate (501 in FIG. 1), 500 nm of chromium is deposited by sputtering. A photoresist pattern having a desired shape is formed on the chromium, and etching is performed using the photoresist pattern as a mask. After that, the photoresist is peeled and washed, and the gate electrode 502 of the thin film transistor of each pixel is formed.
[0028]
2. Next, a hydrogenated amorphous silicon nitride layer 503 was formed thereon by plasma CVD using SiH ₄ gas, NH ₃ gas, and H ₂ gas. Subsequently, a hydrogenated amorphous silicon layer 504 was formed by plasma CVD using SiH ₄ gas and H ₂ gas. Further, an N ⁺ -type hydrogenated microcrystalline silicon layer 505 was formed by plasma CVD using SiH ₄ gas, PH ₃ gas, and H ₂ gas.
[0029]
3. A thin film transistor isolation photoresist pattern is fabricated by a photolithography process, and a portion of the hydrogenated amorphous silicon nitride layer, hydrogenated amorphous silicon layer, and N ⁺ -type hydrogenated microcrystalline silicon layer is formed by dry etching using the photoresist pattern as a mask. After removing and removing the photoresist, it was isolated.
[0030]
4). Thereafter, a photoresist pattern is formed in a desired shape on the aluminum, and the N ⁺ -type hydrogenated microcrystalline silicon layer in the channel portion of the thin film transistor is etched using the photoresist pattern as a mask. Formed.
[0031]
5). Next, a hydrogenated amorphous silicon nitride layer 506 was formed thereon by plasma CVD using SiH ₄ gas, NH ₃ gas, and H ₂ gas.
[0032]
6). Photoresist patterns of the thin film transistor electrode and the sensor lower electrode contact hole were prepared by a photolithography process, and part of the hydrogenated amorphous silicon nitride layer was removed by dry etching using this as a mask to form a contact hole.
[0033]
7). On top of this, a hydrogenated amorphous silicon layer 507 was formed by plasma CVD using SiH ₄ gas and H ₂ gas. Further, a hydrogenated amorphous silicon nitride layer 508 was formed by plasma CVD using SiH ₄ gas, NH ₃ gas, and H ₂ gas. Subsequently, an N ⁺ -type hydrogenated microcrystalline silicon layer 509 was formed by plasma CVD using SiH ₄ gas, PH ₃ gas, and H ₂ gas. In this embodiment, N ⁺ -type hydrogenated microcrystalline silicon 509 has both an electrode layer and a window layer.
[0034]
8). A photo resist pattern for the sensor part isolation is prepared by a photolithography process, and a hydrogenated amorphous silicon nitride layer, a hydrogenated amorphous silicon layer, and an N ⁺ type hydrogenated microcrystalline silicon layer are integrated by dry etching using this as a mask. After removing the part and cleaning the photoresist, the isolation was performed.
[0035]
9. A hydrogenated amorphous silicon nitride layer 510 as an interlayer insulating layer was formed in a thickness of 5000 by plasma CVD using SiH ₄ gas, NH ₃ gas, and H ₂ gas.
[0036]
10. A photoresist pattern for a contact hole was prepared by a photolithography process, a part of the hydrogenated amorphous silicon nitride layer of the interlayer insulating layer was removed by dry etching, and contact holes were formed after removing the photoresist. In the present embodiment, the contact hole is formed by using chemical dry etching that can control the etching characteristics sensitively depending on the properties of the material. Using the etching selectivity of the hydrogenated amorphous silicon nitride layer and the N ⁺ -type layer, overetching at the top of the sensor could be reduced as much as possible.
[0037]
11. A 1 μm (μm) film of aluminum (Al) was formed thereon by sputtering.
[0038]
12 Thereafter, a photoresist pattern was formed in a desired shape on the aluminum (Al), and etching was performed using the photoresist pattern as a mask. After the photoresist was peeled and washed, the common wiring 511 and the signal line 512 of the sensor were obtained.
[0039]
13. Finally, a protective layer (not shown) was provided.
[0040]
In this embodiment, a MIS type sensor is stacked on a thin film transistor as a sensor. In addition, the N ⁺ -type hydrogenated microcrystalline silicon layer 505 was substituted for the electrode of the thin film transistor, and this N ⁺ -type hydrogenated microcrystalline silicon layer 505 was given the function of the lower electrode layer of the photosensor.
[0041]
By adopting this structure, it was possible to reduce the number of metal layers as conventional electrodes from three to two.
[0042]
Further, in the present embodiment, since it is a stacked type, the optimum design of the thin film transistor and the sensor can be performed, so that the characteristic improvement can be realized.
[0043]
With these structures, it was possible to ensure an aperture ratio of 70% or more, which was conventionally 50% or less, and as a result, the sensitivity was 1.4 times or more. In this embodiment, the carrier generated by the light absorbed by the semiconductor layer extending on the thin film transistor is considered to be sufficiently utilized as the optical carrier of the sensor. Since the sensitivity has been improved, when this photoelectric conversion device is used for a medical X-ray detection device, a high-quality image can be obtained with a smaller X-ray dose. Further, since the incident light is completely absorbed by the semiconductor layer, the thin film transistor is substantially completely shielded from light, and an increase in leakage current of the thin film transistor due to light incidence is eliminated. As a result, crosstalk was reduced and a good quality image could be obtained.
[0044]
In addition, a higher quality photoelectric conversion device could be manufactured while suppressing an increase in manufacturing cost by the structure and manufacturing method of the present embodiment.
[0045]
In the present embodiment, the N ⁺ -type hydrogenated microcrystalline silicon 505 is used as both a sensor and a thin film transistor. However, the thin film transistor has a P ⁺ -type hydrogenated microcrystalline silicon as a structure using holes instead of electrons. Can be shared with the sensor. Further, the use of these hydrogenated microcrystalline silicon is not limited as long as sufficient characteristics can be obtained.
[0046]
(Second Embodiment)
Next, a second embodiment of the present invention will be described. In the present embodiment, an embodiment in which the process is simplified is shown as another embodiment of a two-dimensional photoelectric conversion device in which a MIS type sensor and a thin film transistor are combined.
[0047]
FIG. 5A is a plan view of one pixel of the photoelectric conversion device of this embodiment, and FIG. 5B is a cross-sectional view taken along the line AB in FIG.
[0048]
In FIG. 5, 901 is a glass substrate, 902 is a gate electrode, 903 is a gate insulating film, 904 and 907 are semiconductor layers, 905 and 908 are N ⁺ type layers, 906 is an insulating layer, 909 is an interlayer insulating layer, and 910 is common. A wiring 911 is a signal line.
[0049]
In this embodiment, a signal is read from an electrode in contact with the hydrogenated amorphous silicon nitride layer. The MIS type optical sensor S11 and a thin film transistor T11 as a photoelectric conversion element driving unit are configured. Further, SIG is a signal wiring. g1 is a gate line of the thin film transistor.
[0050]
The operation of this embodiment is basically the same as that of the first embodiment.
[0051]
Further, although hydrogenated amorphous silicon is basically used for the semiconductor layer of the photoelectric conversion device and the semiconductor layer of the thin film transistor, the semiconductor layer can be appropriately selected from non-single crystal silicon or a compound thereof.
[0052]
Such a photoelectric conversion device was manufactured by the following manufacturing process.
[0053]
1. On the cleaning glass substrate (901 in FIG. 5), a 500-thick chromium film is formed by sputtering. A photoresist pattern having a desired shape is formed on the chromium, and etching is performed using the photoresist pattern as a mask. After that, the photoresist is peeled off and washed, and the gate electrode 902 of the thin film transistor of each pixel is formed.
[0054]
2. Next, a hydrogenated amorphous silicon nitride layer 903 was formed thereon by plasma CVD using SiH ₄ gas, NH ₃ gas, and H ₂ gas. Subsequently, a hydrogenated amorphous silicon layer 904 was formed by plasma CVD using SiH ₄ gas and H ₂ gas. Further, an N ⁺ -type hydrogenated microcrystalline silicon layer 905 was formed by plasma CVD using SiH ₄ gas, PH ₃ gas, and H ₂ gas.
[0055]
3. A thin film transistor isolation photoresist pattern is fabricated by a photolithography process, and part of the hydrogenated amorphous silicon nitride layer, hydrogenated amorphous silicon layer, and N ⁺ -type hydrogenated microcrystalline silicon layer are dry-etched using this photoresist pattern as a mask. After removing and cleaning the photoresist, isolation was performed.
[0056]
4). Thereafter, a photoresist pattern is formed in a desired shape, and the N ⁺ -type hydrogenated microcrystalline silicon layer 905 in the channel portion of the thin film transistor is etched using this as a mask. After removing the photoresist and cleaning, a channel is formed. .
[0057]
5). Next, a hydrogenated amorphous silicon nitride layer 906 was formed thereon by plasma CVD using SiH ₄ gas, NH ₃ gas, and H ₂ gas. In this embodiment, the hydrogenated amorphous silicon nitride layer 906 has a function as an insulating layer of the photoelectric conversion element and a function of an interlayer insulating layer between the thin film transistor and the photoelectric conversion element.
[0058]
Next, a hydrogenated amorphous silicon layer 907 was formed by plasma CVD using SiH ₄ gas and H ₂ gas. Further, an N ⁺ -type hydrogenated microcrystalline silicon layer 908 was formed by plasma CVD using SiH ₄ gas, PH ₃ gas, and H ₂ gas.
[0059]
In this embodiment, the N ⁺ type hydrogenated microcrystalline silicon layer 908 has both an ohmic layer, an electrode layer, and a window layer.
[0060]
6). A photo resist pattern for the sensor part isolation is prepared by a photolithography process, and a hydrogenated amorphous silicon nitride layer, a hydrogenated amorphous silicon layer, and an N ⁺ type hydrogenated microcrystalline silicon layer are integrated by dry etching using this as a mask. After removing the part and cleaning the photoresist, the isolation was performed.
[0061]
7). A hydrogenated amorphous silicon nitride layer 909: 5000 として was formed as an interlayer insulating layer by plasma CVD using SiH ₄ gas, NH ₃ gas, and H ₂ gas.
[0062]
8). A photoresist pattern for a contact hole was produced by a photolithography process, a part of the hydrogenated amorphous silicon nitride layer 909 of the interlayer insulating layer was removed by dry etching, and contact holes were formed after removing the photoresist.
[0063]
9. An aluminum (Al) film having a thickness of 1 μm was formed thereon by sputtering.
[0064]
10. Thereafter, a photoresist pattern was formed in a desired shape on the aluminum (Al), and etching was performed using the photoresist pattern as a mask. After the photoresist was peeled and washed, the sensor common wiring 910 and the signal line 911 were obtained.
[0065]
11. Finally, a protective layer (not shown) was provided.
[0066]
In this embodiment, a MIS sensor is stacked on a substrate on which a thin film transistor is manufactured. At this time, the N ⁺ type microcrystalline silicon layer 905 of the thin film transistor also constitutes the lower electrode of the MIS type sensor. The metal layer may be formed and patterned twice.
[0067]
In the present embodiment, an MIS type sensor S11 is stacked on the thin film transistor T11 as a sensor. The electrode of the thin film transistor was replaced with an N ⁺ type hydrogenated microcrystalline silicon layer 905, and this N ⁺ type microcrystalline silicon layer 905 was provided with the function of the lower electrode layer of the sensor. By adopting this structure, it was possible to reduce the number of metal layers as conventional electrodes from three to two, and because it is a stacked type, the thin film transistor and sensor can be optimally designed. And improved characteristics.
[0068]
With these structures, it was possible to ensure an aperture ratio of 70% or more, which was conventionally 50% or less, and as a result, the sensitivity was 1.4 times or more. Also in this embodiment, it is considered that the carriers generated by the light absorbed by the semiconductor layer 907 extending on the thin film transistor are sufficiently utilized as the optical carrier of the sensor. Since the sensitivity has been improved, when this photoelectric conversion device is used for a medical X-ray detection device, a high-quality image can be obtained with a smaller X-ray dose. Further, since the incident light is completely absorbed by the semiconductor layer 907, the thin film transistor is substantially completely shielded from light, and an increase in leakage current of the thin film transistor due to light incidence is eliminated. As a result, crosstalk was reduced and a good quality image could be obtained.
[0069]
In addition, a higher quality photoelectric conversion device could be manufactured while suppressing an increase in manufacturing cost by the structure and manufacturing method of the present embodiment.
[0070]
In this embodiment, the N ⁺ -type hydrogenated microcrystalline silicon layer 905 is configured to be used both as a sensor and a thin film transistor. However, as a structure in which the thin film transistor uses holes instead of electrons, P ⁺ -type hydrogenated microcrystalline silicon is used. Can be shared with the sensor. Further, the use of these hydrogenated microcrystalline silicon is not limited as long as sufficient characteristics can be obtained.
[0071]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, in order to maximize the use of light, the aperture ratio is improved by thinning a MIS type sensor and stacking it on a transistor and using the area of a pixel as a window. Can do. Further, the thin film transistor can be manufactured by the same process using the semiconductor layer of the MIS type sensor as a light shielding material, and can be realized effectively and inexpensively. Further, by applying a common semiconductor layer to the MIS sensor and the electrode of the thin film transistor and simplifying the process, it can be manufactured at low cost.
[Brief description of the drawings]
FIGS. 1A and 1B are a plan view and a cross-sectional view illustrating a first embodiment of a photoelectric conversion device of the invention. FIGS.
FIG. 2 is an equivalent circuit diagram of one pixel according to the first embodiment.
FIG. 3 is a diagram illustrating the operation of the MIS type sensor according to the first embodiment.
FIG. 4 is a circuit diagram illustrating an entire circuit of the photoelectric conversion apparatus according to the first embodiment.
5A and 5B are a plan view and a cross-sectional view showing a second embodiment of the present invention.
6A and 6B are a plan view and a cross-sectional view illustrating a conventional photoelectric conversion device.
7A and 7B are a plan view and a cross-sectional view illustrating another conventional photoelectric conversion device.
[Explanation of symbols]
501, 901 Glass substrate 502, 902 Gate electrode 503, 903 Gate insulating film 504, 507, 904, 907 Semiconductor layer 505, 509, 905, 908 N ⁺ type layer 506, 510, 909 Interlayer insulating layer 508, 906 Insulating layer 511 , 910 Common wiring 512, 911, SIG signal line Cgs, Cgd wiring capacitance S, S11 photoelectric conversion element T, T11 thin film transistor gn, g, g1 gate line

Claims

A photoelectric conversion device in which a plurality of pixels configured by combining a MIS photosensor and a thin film transistor are two-dimensionally arranged on a substrate,
The MIS type photosensor is provided on the thin film transistor,
The MIS photosensor includes a first electrode, a second electrode, a semiconductor layer for photoelectric conversion provided between the first electrode and the second electrode, and the first electrode. And an insulating layer provided between the semiconductor layers,
Of the source electrode and drain electrode of the thin film transistor and the first electrode or the second electrode of the MIS photosensor , the electrode on the substrate side is constituted by a common electrode layer,
Of the second electrode or the first electrode, the area of the electrode on the light incident side opposite to the substrate and the area of the semiconductor layer are wider than the area of the common electrode layer,
The photoelectric conversion device , wherein the semiconductor layer is disposed on the thin film transistor and also serves as a light shielding material for the thin film transistor .

The insulating layer is a layer that blocks passage of a carrier of a first conductivity type and a carrier of a second conductivity type different from the first conductivity type, the semiconductor layer is a layer for photoelectric conversion, and the MIS type The photosensor includes an injection blocking layer that blocks the injection of the first conductivity type carrier into the semiconductor layer, and the thin film transistor causes the first conductivity type carrier to pass through the refresh operation of the MIS photosensor. An electric field is applied in a direction leading from the semiconductor layer to the first electrode, and in the photoelectric conversion operation, the first conductivity type carrier generated by the light incident on the semiconductor layer is allowed to stay in the semiconductor layer, and the second An electric field is applied in a direction in which conductive carriers are guided to the first electrode, and the first conductive carriers accumulated in the semiconductor layer or the first electrode are guided by the photoelectric conversion operation. The photoelectric conversion device according to serial second conductive carrier to claim 1, wherein the controller controls so as to detect an optical signal.

3. The photoelectric device according to claim 2 , wherein the insulating layer has a function as the insulating layer of the MIS photosensor and a function of the thin film transistor and an interlayer insulating layer of the MIS photosensor. Conversion device.

An X-ray detection apparatus comprising the photoelectric conversion apparatus according to claim 1 .