JP5757096B2 - 放射線撮像装置および放射線撮像表示システム - Google Patents

Description

本発明は、例えば医療用や非破壊検査用のＸ線撮影に好適な放射線撮像装置および放射線撮像表示システムに関する。

近年、画像を電気信号として取得する手法（光電変換による撮像手法）として、ＣＣＤ（Charge Coupled Device Image Sensor）イメージセンサやＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor）イメージセンサを用いた手法が主流となっている。これらのイメージセンサでの撮像エリアは、結晶基板（シリコンウェハ）のサイズに制限されることとなる。ところが、特にＸ線を使用して撮像を行う医療分野では、撮像エリアの大面積化が要求されており、また動画性能に対する需要も高まりつつある。

例えば、人体の胸部Ｘ線撮影装置として、放射線写真フィルムを介さずに、直接電気信号として得る次のような放射線撮像装置が用いられている。即ち、基板上に、フォトダイオード等の光電変換素子を有する画素部を設け、この画素部上に、蛍光体材料よりなる波長変換層を形成したものである。このような構成により、装置へ入射した放射線は波長変換層において可視光に変換された後、この可視光が光電変換素子において受光され、その受光量に応じた電気信号が読み出される。

このように波長変換層を用いた放射線撮像装置では、その波長変換層に用いられる蛍光体材料が水分の介入によって劣化することが知られている。そこで、波長変換層を覆うように保護膜を設け、波長変換層を封止する手法が提案されている（例えば、特許文献１，２）。

特許第３０２９８７３号公報 特許第３０７７９４１号公報

一方、上記のような放射線撮像装置では、画素部を駆動するための回路部（ドライバ回路）を有している。これらの回路部および画素部は、トランジスタの半導体材料としてアモルファスシリコンを用いた場合、同一の基板上に集積することはできないが、多結晶シリコンや微結晶シリコン等を用いた場合には集積可能となり、例えば基板上の画素部の周辺領域に回路部を形成可能となる。

ところが、このように、基板上の画素部周辺に回路部を形成した場合、次のような不具合が生じる。即ち、上述したように、波長変換層に用いられる蛍光体材料が水分の介入などによって劣化し、その影響で、画素部の周辺回路等のトランジスタ特性の劣化が生じる虞がある。

本発明はかかる問題点に鑑みてなされたもので、その目的は、画素部の周辺回路におけるトランジスタ特性の劣化を抑制することが可能な放射線撮像装置および放射線撮像表示システムを提供することにある。

本発明の放射線撮像装置は、基板上に設けられ、光電変換素子を有する画素部と、基板上の画素部の周辺領域に配設され、画素部を駆動する回路部と、画素部上に設けられ、放射線の波長を光電変換素子の感度域の波長に変換する波長変換層と、波長変換層を覆って設けられた保護膜とを備えたものである。波長変換層の端部はテーパ形状を有し、回路部は、低温多結晶シリコンを含むトランジスタを有すると共に、波長変換層の端部に非対向で、かつ端部よりも内側の領域に設けられている。

本発明の第１の放射線撮像表示システムは、放射線に基づく画像を取得する撮像装置（上記本発明の第１の放射線撮像装置）と、この撮像装置により取得された画像を表示する表示装置とを備えたものである。

本発明の第１の放射線撮像装置および第１の放射線撮像表示システムでは、入射した放射線が波長変換層において波長変換された後、光電変換素子において受光され、その受光量に対応する電気信号（撮像データ）が得られる。ここで、波長変換層に水分が介入すると、基板上のトランジスタでは、固定電荷の影響により閾値電圧がシフトすることがある。また、このような波長変換層のイオン化は、その端部から生じ易い。回路部が波長変換層の端部に非対向の領域に設けられていることにより、回路部では、トランジスタが上記イオン化の影響を受けにくく、閾値電圧のシフトが抑制される。

本発明の第１の放射線撮像装置および第１の放射線撮像表示システムによれば、画素部上に放射線を所定の波長に変換する波長変換層を設けると共に、回路部を、画素部の周辺領域のうちの波長変換層の端部に非対向の領域に設けるようにしたので、回路部において、トランジスタの閾値電圧のシフトを抑制することができる。よって、画素部の周辺回路におけるトランジスタ特性の劣化を抑制することが可能となる。

本発明の第１の実施形態に係る放射線撮像装置の全体構成を表す機能ブロック図である。 図１に示した画素部の断面構造を表す模式図である。 図２に示した単位画素における画素回路構成（アクティブ駆動方式）の一例である。 図３に示したフォトダイオードおよびトランジスタの断面構造を表す模式図である。 図１に示した画素部の周辺領域における断面構造を表す模式図であり、（Ａ）は図１のＩ−Ｉ線、（Ｂ）は図１のII−II線における断面構造を示す。 比較例に係る画素部の周辺領域における断面構造を表す模式図である。 変形例１に係る画素部の周辺領域における断面構造を表す模式図である。 本発明の第２の実施形態に係る画素部の周辺領域における断面構造を表す模式図である。 変形例２に係る画素部の周辺領域における断面構造を表す模式図である。 変形例３に係る画素回路構成（パッシブ駆動方式）の一例である。 適用例に係る放射線撮像表示システムの全体構成を表す模式図である。

以下、本発明を実施するための形態について図面を参照して説明する。尚、説明は以下の順序で行う。

１．第１の実施の形態（回路部をシンチレータ層の端部よりも外側に配設した例）
２．変形例１（回路部を端部よりも内側に配設した例）
３．第２の実施の形態（回路部上に電気シールド層を設けた例）
４．適用例（放射線撮像表示システムの例）

＜第１の実施の形態＞
［構成］
図１は、本発明の一実施の形態に係る放射線撮像装置（放射線撮像装置１）の全体構成を表すものである。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、基板１１上に画素部１０Ａを有し、この画素部１０Ａの周囲に、画素部１０Ａを駆動するための回路部１０Ｂが配設されたものである。画素部１０Ａ上には、図示しない波長変換層（後述のシンチレータ層２２）が設けられている。基板１１上の端縁部には、外部接続用のボンディングパッド２０が設けられている。

画素部１０Ａは、放射線撮像装置１における撮像エリアとなるものである。この画素部１０Ａでは、入射光の光量に応じた電荷量の光電荷を発生して内部に蓄積する光電変換素子（後述のフォトダイオード１１１Ａ）を含む単位画素Ｐ（以下、単に「画素」と記述する場合もある）が行列状に２次元配置されている。単位画素Ｐには、画素駆動線１７として例えば２本の配線（具体的には行選択線およびリセット制御線）が画素行ごとに設けられている。

画素部１０Ａには更に、行列状の画素配列に対して画素行ごとに画素駆動線１７が行方向（画素行の画素の配列方向）に沿って配線され、画素列ごとに垂直信号線１８が列方向（画素列の画素の配列方向）に沿って配線されている。画素駆動線１７は、画素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。図１では、画素駆動線１７について１本の配線として示しているが、１本に限られるものではない。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。この画素部１０Ａの構成については後述する。

回路部１０Ｂは、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を有している。この回路部１０Ｂは、例えば列走査部１５に、ＤＣ電圧が印加されるトランジスタを含んでいる。

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１０Ａ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単位画素から出力される信号は、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。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、当該水平信号線１９を通して基板１１の外部へ伝送される。

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上に直に形成された回路であってもよいし、あるいは外部制御ＩＣ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。システム制御部１６はさらに、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、当該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などの周辺回路部の駆動制御を行う。

［画素部１０Ａの詳細構成］
図２は、画素部１０Ａの断面構造を表したものである。画素部１０Ａは、基板１１上に、光電変換層１２ａを有しており、この光電変換層１２ａでは、画素Ｐ毎にフォトダイオード１１１Ａが設けられ、このフォトダイオード１１１Ａ上に後述の層間絶縁膜よりなる絶縁膜１２が形成されている。更にその絶縁膜１２上に、例えば有機材料もしくは窒化シリコンよりなる平坦化膜２１が設けられている。尚、平坦化膜２１上には、図示しない保護膜が設けられていてもよいし、平坦化膜２１が保護膜を兼ねていてもよい。この平坦化膜２１上に、シンチレータ層２２（波長変換層）が設けられ、シンチレータ層２２を覆うように保護膜２３が形成されている。以下、画素部１０Ａの要部の構成について具体的に説明する。

（単位画素Ｐの回路構成）
図３は、フォトダイオード１１１Ａを含む単位画素Ｐの回路構成の一例である。単位画素Ｐは、フォトダイオード１１１Ａ（光電変換素子）と、トランジスタＴｒ１，Ｔｒ２，Ｔｒ３と、前述の垂直信号線１８と、画素駆動線１７としての行選択線１７１およびリセット制御線１７２とを含むものである。

フォトダイオード１１１Ａは、例えばＰＩＮ(Positive Intrinsic Negative Diode) フォトダイオードであり、例えばその感度域が可視域（受光波長帯域が可視域）となっている。このフォトダイオード１１１Ａは、カソード（端子１３３）に基準電位Ｖxrefが印加されることで、入射光の光量（受光量）に応じた電荷量の信号電荷を発生するものである。フォトダイオード１１１Ａのアノードは蓄積ノードＮに接続されている。蓄積ノードＮには容量成分１３１が存在し、フォトダイオード１１１Ａで発生した信号電荷は蓄積ノードＮに蓄積される。尚、フォトダイオード１１１Ａを蓄積ノードＮとグランド（ＧＮＤ）との間に接続した構成としてもよい。

トランジスタＴｒ１，Ｔｒ２，Ｔｒ３（画素トランジスタ）はいずれも、例えばＮチャネル型の電界効果トランジスタであり、例えば微結晶シリコンまたは多結晶シリコン等のシリコン系半導体が用いられている。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）等の酸化物半導体が用いられていてもよい。

トランジスタＴｒ１は、リセットトランジスタであり、参照電位Ｖrefが与えられる端子１３２と蓄積ノードＮとの間に接続されている。このトランジスタＴｒ１は、リセット信号Ｖrstに応答してオンすることによって蓄積ノードＮの電位を参照電位Ｖrefにリセットするものである。トランジスタＴｒ２は、読出トランジスタであり、ゲートが蓄積ノードＮに、端子１３４（ドレイン）が電源ＶＤＤにそれぞれ接続されている。このトランジスタＴｒ２は、フォトダイオード１１１Ａで発生した信号電荷をゲートで受け、当該信号電荷に応じた信号電圧を出力する。トランジスタＴｒ３は、行選択トランジスタであり、トランジスタＴｒ２のソースと垂直信号線１８との間に接続されており、行走査信号Ｖreadに応答してオンすることにより、トランジスタＴｒ２から出力される信号を垂直信号線１８に出力する。このトランジスタＴｒ３については、トランジスタＴｒ２のドレインと電源ＶＤＤとの間に接続する構成を採ることも可能である。

（フォトダイオード１１１Ａおよびトランジスタ１１１Ｂの断面構成）
図４は、フォトダイオード１１１Ａおよびトランジスタ１１１Ｂの断面構成の一例である。但し、図４に示したトランジスタ１１１Ｂは、上述の回路部１０Ｂに配設されるトランジスタ、および画素部１０Ａにおける上記３つのトランジスタＴｒ１，Ｔｒ２，Ｔｒ３のいずれにも相当するものである。

フォトダイオード１１１Ａは、ガラス等よりなる基板１１上の選択的な領域に、ゲート絶縁膜１２１を介してｐ型半導体層１２２を有している。基板１１上（詳細にはゲート絶縁膜１２１上）には、そのｐ型半導体層１２２に対向してコンタクトホール（貫通孔）Ｈを有する第１層間絶縁膜１２Ａが設けられている。第１層間絶縁膜１２ＡのコンタクトホールＨにおいて、ｐ型半導体層１２２上にはｉ型半導体層１２３が設けられており、このｉ型半導体層１２３上にはｎ型半導体層１２４が形成されている。ｎ型半導体層１２４には、第２層間絶縁膜１２Ｂのコンタクトホールを介して上部電極１２５が接続されている。尚、ここでは、基板側（下部側）にｐ型半導体層１２２、上部側にｎ型半導体層１２４をそれぞれ設けた例を挙げたが、これと逆の構造、即ち下部側（基板側）をｎ型、上部側をｐ型とした構造であってもよい。

ゲート絶縁膜１２１は、例えば、トランジスタ１１１Ｂにおけるゲート絶縁膜と同一の層として形成され、例えば酸化シリコン（ＳｉＯ₂）膜、あるいは酸化シリコン膜および酸窒化シリコン膜および窒化シリコン膜等の絶縁膜を積層したものである。

ｐ型半導体層１２２は、例えば多結晶シリコン（ポリシリコン）あるいは微結晶シリコンに、例えばボロン（Ｂ）がドープされてなるｐ＋領域であり、厚みは例えば４０ｎｍ〜５０ｎｍである。このｐ型半導体層１２２は、例えば信号電荷を読み出すための下部電極（アノード）を兼ねており、前述の蓄積ノードＮに接続されている（あるいは、ｐ型半導体層１２２が蓄積ノードＮとなって、電荷を蓄積させるようになっている）。

第１層間絶縁膜１２Ａは、例えば酸化シリコン膜および窒化シリコン膜等の絶縁膜を積層したものである。この第１層間絶縁膜１２Ａは、例えばトランジスタ１１１Ｂにおける層間絶縁膜と同一層として形成されている。第２層間絶縁膜１２Ｂは、例えば酸化シリコン膜により構成されている。尚、これらの第１層間絶縁膜１２Ａおよび第２層間絶縁膜１２Ｂが、前述の絶縁膜１２に相当するものである。

ｉ型半導体層１２３は、ｐ型とｎ型の中間の導電性を示す半導体層、例えばノンドープの真性半導体層であり、例えば非結晶シリコン（アモルファスシリコン）により構成されている。ｉ型半導体層１２３の厚みは、例えば４００ｎｍ〜１０００ｎｍであるが、厚みが大きい程、光感度を高めることができる。ｎ型半導体層１２４は、例えば非結晶シリコン（アモルファスシリコン）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１２４の厚みは例えば、１０ｎｍ〜５０ｎｍである。

上部電極１２５（カソード）は、光電変換のための基準電位を供給するための電極であり、例えばＩＴＯ(Indium Tin Oxide)等の透明導電膜により構成されている。この上部電極１２５には、この上部電極１２５に電圧を供給するための電源配線１２７が接続されている。電源配線１２７は上部電極１２５よりも低抵抗の材料、例えばＴｉ、Ａｌ、Ｍｏ、Ｗ、Ｃｒ等によって構成されている。

トランジスタ１１１Ｂでは、基板１１上に、Ｔｉ、Ａｌ、Ｍｏ、Ｗ、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上にはゲート絶縁膜１２１が形成されている。ゲート絶縁膜１２１の上に半導体層１２６が形成されており、この半導体層１２６では、リーク電流を低減するために、チャネル領域とドレイン・ソース領域との間にＬＤＤ(Lightly Doped Drain) １２６ａ，１２６ｂが設けられている。半導体層１２６は例えば多結晶シリコン、低温多結晶シリコンまたは微結晶シリコンにより構成されている。半導体層１２６上に設けられた第１層間絶縁膜１２Ａには、読出し用の信号線や各種の配線を含む配線層１２８がＴｉ、Ａｌ、Ｍｏ、Ｗ、Ｃｒ等によって形成されている。

（シンチレータ層２２）
シンチレータ層２２は、放射線をフォトダイオード１１１Ａの感度域に波長変換するものである。このシンチレータ層２２の構成材料としては、例えばＸ線を可視光に変換する蛍光体が用いられる。このような蛍光体としては、例えば、ＣｓＩ，Ｇｄ₂Ｏ₂Ｓ，ＢａＦＸ（ＸはＣｌ，Ｂｒ，Ｉ等）等が挙げられる。シンチレータ層２２の厚みは例えば４００μｍ〜６００μｍである。

このシンチレータ層２２を構成する蛍光体材料は水分によって劣化し易い。また、その吸湿性は、蛍光体材料によって異なるものであり、更に管電圧によっても変化する場合もある。特に、上記材料のうちＣｓＩは吸湿性が高く、イオン化し易い。そのため、シンチレータ層２２上には、例えばパリレンＣ等の有機膜よりなる保護膜２３が設けられていることが望ましい。

上記のように、本実施の形態では、基板１１上において、画素部１０Ａの周辺領域に回路部１０Ｂが設けられ、画素部１０Ａ上には、波長変換のためのシンチレータ層２２が設けられている。このような構成において、本実施の形態では、回路部１０Ｂが、シンチレータ層２２の端部２２ａに対して、以下のような配置関係で設けられている。

（回路部１０Ｂとシンチレータ層との配置関係）
図５（Ａ），（Ｂ）は、画素部１０Ａの周辺領域における断面構成を表すものである。尚、図５（Ａ）は、図１のＩ−Ｉ線における断面構成、図５（Ｂ）は、図１のII−II線における断面構成をそれぞれ示している。また、基板１１上において、画素部１０Ａと回路部１０Ｂとの間は配線層１０Ｃ（前述の画素駆動線１７，垂直信号線１８に相当）となっている。以下では、画素部１０Ａと配線層１０Ｃとの境界線の位置（画素部１０Ａの端部位置）を「Ａ」、配線層１０Ｃと回路部１０Ｂとの境界線の位置（回路部１０Ｂの画素部１０Ａ側の端部位置）を「Ｃ」、シンチレータ層２２の端部２２ａにおける裾野２２ａ１の位置を「Ｂ」として説明する。

このように、回路部１０Ｂは、シンチレータ層２２における端部２２ａに非対向な領域（端部２２ａの直下を避けた領域）に配設されている。ここでは、具体的には、回路部１０Ｂが、基板１１上において、シンチレータ層２２の端部２２ａよりも外側（画素部１０Ａと反対側）に配設されている。詳細には、端部２２ａがテーパ形状を有しており、回路部１０Ｂがそのテーパ形状の裾野２２ａ１よりも外側に設けられている。即ち、この例では、位置Ａと位置Ｃとの間に位置Ｂが配されるように、画素部１０Ａ、回路部１０Ｂおよびシンチレータ層２２が形成されている。

［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作製することができる。即ち、まず、例えばガラスよりなる基板１１を用意し、基板１１上に、画素部１０Ａおよび回路部１０Ｂを、公知の薄膜プロセスにより形成した後、例えば有機材料からなる平坦化膜材料を、例えばスピンコート法により塗布形成した後、焼成することにより、平坦化膜２１を形成する。あるいは、平坦化膜材料として窒化シリコンを用いる場合には、例えばＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition：化学気相成長）法により平坦化膜２１を成膜する。この後、平坦化膜２１上に、上述した材料よりなるシンチレータ層２２を、例えば蒸着法により形成する。蒸着の際には、回路部１０Ｂの配設領域よりも一回り小さな開口が設けられたマスクを用いる。即ち、マスクの開口の縁が、上述の画素部１０Ａの端部位置Ａと回路部１０Ｂの画素部１０Ａ側の端部位置Ｃとの間に配置されるようにして蒸着を行う。最後に、このシンチレータ層２２上に、パリレンＣよりなる保護膜を、例えばＣＶＤ法により形成する。

［作用・効果］
本実施の形態の作用、効果について、図１〜図６を参照して説明する。放射線撮像装置１では、図示しない放射線（例えばＸ線）照射源から照射され、被写体（検出体）を透過した放射線を取り込み、この放射線を波長変換した後に光電変換することによって、被写体の画像を電気信号として得る。詳細には、放射線撮像装置１に入射した放射線は、まず、保護膜２３を透過し、シンチレータ層２２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。そして、この波長変換後の光は、シンチレータ層２２を出射すると、平坦化層２１を透過した後、フォトダイオード１１１Ａにおいて受光される。

このとき、単位画素Ｐ毎に、フォトダイオード１１１Ａに、図示しない電源配線から上部電極１２５を介して所定の電位が印加されると、例えば上部電極１２５の側から入射した光を、その受光量に応じた電荷量の信号電荷に変換する（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、ｐ型半導体層１２２の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、蓄積層（ｐ型半導体層１２２，蓄積ノードＮ）により収集され、この蓄積層から電流として読み出され、トランジスタＴｒ２（読出トランジスタ）のゲートに与えられる。トランジスタＴｒ２は当該信号電荷に応じた信号電圧を出力する。トランジスタＴｒ２から出力される信号は、行走査信号Ｖreadに応答してトランジスタＴｒ３がオンすると、垂直信号線１８に出力される（読み出される）。読み出された信号は、水平選択部１４を介して外部へ出力される。これにより、画像データＤoutが得られる。

本実施の形態では、上記のように、入射した放射線（Ｘ線）の波長を波長変換するためのシンチレータ層２２を用いているが、このシンチレータ層２２は、水分に弱く、吸湿によりイオン化する性質を有している。このようなシンチレータ層２２のイオン化は、シンチレータ層２２上に保護膜２３が形成されている場合であっても、少なからず生じるものである。特に、シンチレータ層２２の端部２２ａでは、保護膜２３との密着性が他の部分に比べて低下し易いため、この端部２２ａから水分が侵入し、端部２２ａ付近において、イオン化する傾向にある。

ここで、図６に、本実施の形態の比較例に係る画素部の周辺領域における断面構造について示す。比較例においても、基板１０１上に、画素部１０２Ａ、回路部１０２Ｂおよび配線層１０２Ｃが設けられ、これらを覆うように平坦化膜１０３が形成されている。そして、この平坦化膜１０３上にはシンチレータ層１０４が設けられ、このシンチレータ層１０４が保護膜１０５により覆われている。但し、比較例では、回路部１０２Ｂが、シンチレータ層１０４の端部１０４ａに対向して（端部１０４ａの直下の領域に）設けられている。詳細には、回路部１０２Ｂの画素部１０２Ａ側の端部位置Ｃが、シンチレータ層１０４の裾野１０４ａ１の位置Ｂよりも内側に配されている。

この比較例では、上述のように保護膜１０５の密着性の低下により端部１０４ａ付近から水分が侵入し、シンチレータ層１０４がイオン化すると次のような不具合を生じる。即ち、蛍光体材料のイオン化による不純物イオンや、水分によるイオンが、保護膜１０５および平坦化膜１０３に付着して電荷を帯び、保護膜１０５および平坦化膜１０３の上下が分極する。そのため、トランジスタにバックチャネルが形成されてしまい、閾値電圧の変動が発生する。このようなトランジスタ特性の劣化は、画素部１０２Ａよりも回路部１０２Ｂに設けられたトランジスタにおいて顕著に表れる。これは、画素部１０２Ａが主にＡＣ（alternating current：交流）電圧によって駆動されるのに対し、回路部１０２Ｂには、ＤＣ（Direct Current：直流）電圧が継続的に印加される箇所があり、このような箇所では、定電圧が印加されることになるため、上記イオン化の影響を受け易く、特性劣化が生じ易い。このため、シンチレータ層１０４の端部１０４ａに対向して回路部１０２Ｂが配設された比較例では、上記イオン化の影響を受け、回路部１０２Ｂにおけるトランジスタの閾値電圧が変動してしまう。

これに対し、本実施の形態では、図５（Ａ），（Ｂ）に示したように、上記のようにイオン化の影響を受け易い回路部１０Ｂが、シンチレータ層２２の端部２２ａに非対向の領域に配設されている。このため、シンチレータ層２２の端部２２ａ付近においてイオン化が生じた場合であっても、回路部１０Ｂへの固定電荷の蓄積が抑制される。これにより、回路部１０Ｂでは、上記イオン化の影響を受けにくくなり、トランジスタにおける閾値電圧のシフトが抑制される。

以上のように、本実施の形態では、撮像エリアとなる画素部１０Ａ上にシンチレータ層２２を設けると共に、回路部１０Ｂを、画素部１０Ａの周辺領域のうちのシンチレータ層２２の端部２２ａに非対向な領域に設けている。これにより、シンチレータ層２２が吸湿により端部２２ａよりイオン化した場合であっても、回路部１０Ｂのトランジスタでは、そのイオン化に起因する閾値電圧シフトを抑制することができる。よって、画素部の周辺回路においてトランジスタ特性の劣化を抑制することが可能となる。

＜変形例１＞
図７は、上記第１の実施の形態の変形例（変形例１）に係る回路部１０Ｂとシンチレータ層２２との配置関係を表すものである。本変形例においても、上記第１の実施の形態と同様、基板１１上に画素部１０Ａ、回路部１０Ｂおよび配線層１０Ｃを有しており、画素部１０Ａ上にはシンチレータ層２２および保護膜２３が形成されている。以下では、上記第１の実施の形態と同様の構成要素については同一の符号を付し、適宜説明を省略する。

但し、本変形例では、シンチレータ層２２の端部２２ａに対する回路部１０Ｂの配置が、上記第１の実施の形態と異なっている。即ち、本変形例では、回路部１０Ｂが、シンチレータ層２２の端部２２ａよりも内側（画素部１０Ａ側）に配設されている。即ち、この例では、位置Ａと位置Ｂとの間に位置Ｃが配されるように、画素部１０Ａ、回路部１０Ｂおよびシンチレータ層２２が形成されている。但し、望ましくは、回路部１０Ｂが、その全領域において端部２２ａに重畳することなく（シンチレータ層２２の平坦な面に正対するように）、配設されている。

このような場合であっても、上記第１の実施の形態と同様、シンチレータ層２２が端部２２ａにおいてイオン化した場合であっても、そのイオン化による影響を受けにくくし、上記第１の実施の形態と同等の効果を得ることができる。このように、回路部１０Ｂは、シンチレータ層２の端部２２ａに非対向な領域であればよく、上記第１の実施の形態で説明したような端部２２ａよりも外側の領域に限定される訳ではない。本変形例のように回路部１０Ｂが端部２２ａよりも内側の領域に配置されていてもよい。

＜第２の実施の形態＞
図８（Ａ），（Ｂ）は、本発明の第２の実施形態に係る画素部１０Ａの周辺領域における断面構成を表すものである。尚、図８（Ａ）は、図１のＩ−Ｉ線における断面構成、図８（Ｂ）は、図１のII−II線における断面構成をそれぞれ示している。本実施の形態では、上記第１の実施の形態と同様、基板１１上に画素部１０Ａおよび回路部１０Ｂを有すると共に、画素部１０Ａ上にシンチレータ層２２が設けられてなるものである。但し、本実施の形態では、回路部１０Ｂとシンチレータ層２２との配置関係が、上記第１の実施の形態と異なっている。また、回路部１０Ｂ上にシールド層２４が設けられている点においても、上記第１の実施の形態と異なっている。尚、上記実施の形態と同様の構成要素については同一の符号を付し、適宜説明を省略する。

即ち、本実施の形態では、回路部１０Ｂ上に電気的なシールド層２４を有しており、回路部１０Ｂの配置箇所は任意である。シールド層２４は、導電材料により構成されていればよいが、例えば画素部１０Ａにおけるフォトダイオード１１１Ａの上部電極１２５と同様の材料、例えばＩＴＯ等の透明導電膜により構成されている。シールド層２４は上部電極１２５と同一のプロセスにより形成することが可能である。

このような構成により、本実施の形態においても、上記第１の実施の形態と同様、図示しない放射線（例えばＸ線）照射源から照射され、被写体（検出体）を透過した放射線は、波長変換後に光電変換され、これにより被写体の画像が電気信号として得られる。ここで、本実施の形態においても、前述のようにシンチレータ層２２では、端部２２ａから水分が侵入してイオン化が生じ易い。本実施の形態では、回路部１０Ｂ上にシールド層２４が設けられていることにより、そのようなイオン化が生じた場合であっても、シールド層２４によりイオンの移動が遮蔽され、回路部１０Ｂへの固定電荷の蓄積が抑制される。これにより、回路部１０Ｂでは、上記イオン化の影響を受けにくくなり、トランジスタにおける閾値電圧のシフトが抑制される。また、上記第１の実施の形態と異なり、回路部１０Ｂの配置箇所を任意に設定することができ、図８（Ａ），（Ｂ）に示した配置の他にも、図９に示したように、シンチレータ層２２の端部２２ａにおける裾野２２ａ１に、回路部１０Ｂが正対するような配置関係（変形例２）であってもよい。あるいは、図示はしないが、上記第１の実施の形態と同様、回路部１０Ｂが裾野２２ａ１よりも外側に設けられてもよいし、端部２２ａよりも内側に設けられていてもよい。

＜変形例３＞
上記実施の形態では画素回路構成としてアクティブ駆動方式によるものを例に挙げて説明したが、図１０に示したようなパッシブ駆動方式であってもよい。尚、上記実施の形態と同一の構成要素については同一符号を付してその説明は省略する。本変形例では、単位画素Ｐが、フォトダイオード１１１Ａ、容量成分１３８およびトランジスタＴｒ（読出し用のトランジスタＴｒ３に相当）を含んで構成されている。トランジスタＴｒは、蓄積ノードＮと垂直信号線１８との間に接続されており、行走査信号Ｖreadに応答してオンすることにより、フォトダイオード１１１Ａにおける受光量に基づいて蓄積ノードＮに蓄積された信号電荷を垂直信号線１８へ出力する。このように、画素の駆動方式は、上記実施の形態で述べたアククティブ駆動方式に限らず、本変形例のようなパッシブ駆動方式であってもよい。

＜適用例＞
上記第１の実施の形態（第２の実施の形態および変形例１についても同様）において説明した放射線撮像装置１は、例えば図１１に示したような放射線撮像表示システム２に適用可能である。放射線撮像表示システム２は、放射線撮像装置１と、画像処理部２５と、表示装置２８とを備えている。このような構成により、放射線撮像表示システム２では、放射線撮像装置１が、Ｘ線源２６から被写体２７に向けて照射された放射線に基づき、被写体２７の画像データＤoutを取得し、画像処理部２５へ出力する。画像処理部２５は、入力された画像データＤoutに対して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２８へ出力する。表示装置２８は、モニタ画面２８ａを有し、入力された表示データＤ１に基づいて、そのモニタ画面２８ａに画像情報を表示する。

このように、放射線撮像表示システム２では、放射線撮像装置１において、被写体２７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２８へ伝送することで、画像表示を行うことができる。即ち、放射線写真フィルムを用いることなく、被写体２７の画像を観察可能となり、また、動画撮影および動画表示にも対応可能となる。

以上、実施の形態を挙げて本発明を説明したが、本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、種々変形可能である。例えば、上記実施の形態等では、シンチレータ層２２の端部２２ａがテーパ形状を有する場合を例に挙げたが、シンチレータ層２２の端部２２ａの形状はこれに限らず、例えば基板面に垂直となっていてもよいし、角部のない丸みを帯びた形状であってもよい。

また、シンチレータ層２２に用いられる波長変換材料は、上述したものに限定されず、他の様々な蛍光体材料を使用することができる。

更に、上記実施の形態では、フォトダイオード１１１Ａを、基板側から、ｐ型半導体層、ｉ型半導体層およびｎ型半導体層の順に積層した構造としたが、基板側から、ｎ型半導体層、ｉ型半導体層およびｐ型半導体層の順に積層してもよい。

加えて、本発明の放射線撮像装置は、上記実施の形態で説明した各構成要素を全て備えている必要はなく、また逆に他の層を備えていてもよい。例えば、上部電極１２５上に更に、ＳｉＮ等からなる保護膜が形成されていてもよい。

１…放射線撮像装置、２…放射線撮像表示システム、１１…第１基板、１０Ａ…画素部Ｐ…単位画素、１０Ｂ…回路部、１０Ｃ…配線層、１３…行走査部、１４…水平選択部、１５…列走査部、１６…システム制御部、１１１Ａ…フォトダイオード、１１１Ｂ…トランジスタ、１２…絶縁膜、２１…平坦化膜、２２…シンチレータ層、２３…保護膜。

Claims (2)

1. 基板上に設けられ、光電変換素子を有する画素部と、
   前記基板上の前記画素部の周辺領域に配設され、前記画素部を駆動する回路部と、
   前記画素部上に設けられ、放射線の波長を前記光電変換素子の感度域の波長に変換する波長変換層と、
   前記波長変換層を覆って設けられた保護膜と
   を備え、
   前記波長変換層の端部はテーパ形状を有し、
   前記回路部は、低温多結晶シリコンを含むトランジスタを有すると共に、前記波長変換層の端部に非対向で、かつ前記端部よりも内側の領域に設けられている
   放射線撮像装置。
2. 放射線に基づく画像を取得する撮像装置と、前記撮像装置により取得された画像を表示する表示装置とを備え、
   前記撮像装置は、
   基板上に設けられ、光電変換素子を有する画素部と、
   前記基板上の前記画素部の周辺領域に配設され、前記画素部を駆動する回路部と、
   前記画素部上に設けられ、放射線の波長を前記光電変換素子の感度域の波長に変換する波長変換層と、
   前記波長変換層を覆って設けられた保護膜と
   を有し、
   前記波長変換層の端部はテーパ形状を有し、
   前記回路部は、低温多結晶シリコンを含むトランジスタを有すると共に、前記波長変換層の端部に非対向で、かつ前記端部よりも内側の領域に設けられている
   放射線撮像表示システム。

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