WO2004049448A1

WO2004049448A1 - 固体撮像装置及び放射線撮像装置

Info

Publication number: WO2004049448A1
Application number: PCT/JP2003/015109
Authority: WO
Inventors: Harumichi Mori; Kazuki Fujita; Ryuji Kyushima; Masahiko Honda
Original assignee: Hamamatsu Photonics K.K.
Priority date: 2002-11-28
Filing date: 2003-11-26
Publication date: 2004-06-10
Also published as: CN1720620A; EP1566841A1; US20060145084A1; EP1566841A4; CN100442528C; US7372037B2; JP4391079B2; AU2003302295A1; EP1566841B1; JP2004179539A

Abstract

半導体基板１２のＰ−型層１２ｃの表面側には、Ｎ＋型半導体領域１２ｄが形成されており、このＮ＋型半導体とＰ−型半導体とでフォトダイオードが構成される。第１絶縁層１３の上には、アイソレーション領域１２ｅに電気的に接続される金属配線１４が形成されている。この金属配線１４は、その端部が半導体基板１２（Ｐ−型層１２ｃ）の光入射面に露出するｐｎ接合部分（Ｐ−型層１２ｃとＮ＋型半導体領域１２ｄとの界面）を覆うように当該ｐｎ接合部分の上方に設けられており、格子形状を呈している。金属配線１４は接地されており、アイソレーション領域１２ｅは接地電位とされる。

Description

糸田 »

固体撮像装置及び放射線撮像装置

技術分野

【0001】本発明は、固体撮像装置及び放射線撮像装置に関する。

背景技術

【0002】この種の放射線撮像装置として、ファイバオプティカルプレート (以下、 FOPと称する）と、この FOPの一方の表面に設けられたシンチレ一タと、 FOPの他方の表面に対向して設けられた MOS型イメージセンサと、を備えたものが知られている（例えば、特許文献 1参照。）。

【0003】また、光電変換を行う光検出器が 1次元又は 2次元に配列された光検出器アレイと、光検出器の光入射面上に直接形成されたシンチレータと、を備えた放射線撮像装置も知られている（例えば、特許文献 2参照。）。

【0004】【特許文献 1】特開 2000— 28735号公報

【0005】【特許文献 2】国際公開 WO 98/36290号パンフレツ卜 '

発明の開示

【0006】上記特許文献 1に開示されたような撮像装置では、 F O P自体の大面積化が不可能であるために、撮像面の大面積化は困難であった。このため、上記特許文献 2に開示されているように、 FOPを用いることなく、光検出器の光入射面上にシンチレータを直接形成する手法が考えられる。また、光検出器の光入射面上にシンチレータを直接形成するのではなく、支持体上にシンチレータを形成し、光検出器の光入射面とシンチレ一タとを密着させる手法も考えられる

【0007】しかしながら、 FOPを用いない構成とした場合、 SN比が劣化するという新たな問題点が発生するようになった。発明者等の調査研究の結果、以下の事実が新たに判明した。 FOPが存在する場合には、シンチレータにて光に変換されなかった放射線は、 F O Pに含まれる鉛により遮蔽される。ところが、 F O Pが存在しない場合には、シンチレータにて光に変換されなかった放射線が MO S型イメージセンサに直接入射し、フォトダイオード以外の領域、例えば MO S型イメージセンサの表面保護膜である表面酸化膜（シリコン酸化膜等）中で電荷が発生することとなる。発生した電荷は； p n接合部分に蓄積（チャージァップ）し、これによりフォトダイォードの端部である p n接合部分において電荷の界面リークが起こり、リーク電流が発生する。このリーク電流はフォトダイォードからの電流出力に重畳され、 S N比が劣化してしまう。

【0 0 0 8】本発明は、 p n接合部分における電荷の界面リークの発生を抑制して、 S N比が劣化するのを防止することが可能な固体撮像装置及び放射線撮像装置を提供することを目的とする。

【0 0 0 9】本発明に係る固体撮像装置は、第 1導電型の半導体基板と、当該半導体基板の一方面側に 2次元状に配列されて形成された複数の第 2導電型半導体領域とを含み、半導体基板と各第 2導電型半導体領域との p n接合によりそれぞれがフォトダイォードとして機能する光感応部と、少なくとも半導体基板の一方面に露出する p n接合部分を覆うように設けられた導電性部材と、を有し、導電性部材は、固定電位に接続されている、若しくは接地されていることを特徴としている。

【0 0 1 0】本発明に係る固体撮像装置では、少なくとも半導体基板の一方面に露出する p n接合部分を覆うように設けられた導電性部材が固定電位に接続されている、若しくは接地されているので、フォトダイオード以外の領域で発生した電荷が p n接合部分に蓄積されることなく、導電性部材を通って外部に排出されることとなる。このため、 p n接合部分における電荷の界面リークの発生が抑制され、 S N比が劣化するのを防止することができる。

【0 0 1 1】また、導電性部材は、光感応部への光入射方向から見て格子形状を呈しており、半導体基板の一方面に露出する] n接合部分及び隣接する第 2導電型半導体領域の間の部分を覆うように設けられていることが好ましい。このように構成した場合、フォトダイォード以外の領域で発生した電荷を外部に排出し

、当該 p n接合部分における電荷の界面リークの発生を確実に抑制し得る構成の導電性部材を簡易且つ容易に実現できる。

【0 0 1 2】また、光感応部は、隣接する第 2導電型半導体領域間に形成されたアイソレーシヨン領域を更に含み、導電性部材は、アイソレーション領域に電気的に接続されていることが好ましい。このように構成した場合、フォトダイォ一ド以外の領域で発生した電荷を外部に排出するための導電性部材と、アイソレーシヨン領域を固定電位に接続する若しくは接地するための導電性部材とを共通化でき、構造が複雑化するのを防止できる。

【0 0 1 3】また、フォトダイオードに電気的に接続され、当該フォトダイォードの出力を読み出すための信号線と、複数のフォトダイオードの列毎に各フォトダイォードと信号線との間の電気的な接続及び遮断を制御する複数のスィッチからなるスィツチ群と、スィツチ群を構成する各スィツチの制御端子に接続され、当該各スィッチを複数のフォトダイオードの行毎に遮断あるいは導通させる走查信号を制御端子に入力する配線と、を更に有し、配線は、導電性部材の上方に位置して設けられていることが好ましい。このように構成した場合、走査信号を制御端子に入力する際に配線における供給電圧の変化に伴つて発生するノィズが導電性部材によりシールドされる。この結果、上記ノイズがフォトダイォードの出力に重畳されてしまうのを防止することができる。

【0 0 1 4】本発明に係る固体撮像装置は、第 1導電型の半導体基板と、当該半導体基板の一方面側に M行 N列に配列されて形成された複数の第 2導電型半導体領域とを含み、半導体基板と各第 2導電型半導体領域との p n接合によりそれぞれがフォトダイオードとして機能する光感応部と、列毎に設けられた第 1の配線と、列毎に各フォトダイオードと第 1の配線とを接続する複数のスィッチからなる第 1のスィツチ群と、第 1のスィツチ群を構成する各スィツチを行毎に開閉させる垂直走査信号を出力する垂直シフトレジスタと、第 1のスィッチ群を構成する各スィツチの制御端子と垂直シフトレジスタとを行毎に接続する第 2の配線と、第 1の配線それぞれと信号出力線とを接続する複数のスイッチからなる第 2 のスィツチ群と、第 2のスィツチ群を構成する各スィツチを列毎に開閉させる水平走査信号を出力する水平シフトレジスタと、少なくとも半導体基板の一方面に露出する p n接合部分を覆うように設けられた導電性部材と、を有しており、導電性部材は、固定電位に接続されている、若しくは接地されていることを特徴としている。

【0 0 1 5】また、第 2の配線は、導電性部材の上方に位置して設けられていることが好ましい。このように構成した場合、走査信号を制御端子に入力する際の第 2の配線における供給電圧の変化に伴って発生するノィズが導電性部材によりシールドされる。この結果、上記ノイズがフォトダイオードの出力に重畳されてしまうのを防止することができる。

【0 0 1 6】また、本発明に係る固体撮像装置は、第 1導電型の半導体基板と、当該半導体基板の一方面側に 2次元状に配列されて形成された複数の第 2導電型半導体領域とを含み、半導体基板と各第 2導電型半導体領域との p n接合によりそれぞれがフォトダイォードとして機能する光感応部と、フォトダイォード以外の領域で発生した電荷を外部に排出するための導電性部材と、を有していることを特徴とする。

【0 0 1 7】本発明に係る固体撮像装置では、少なくとも半導体基板の一方面に露出する p n接合部分を覆うように設けられた導電性部材が固定電位に接続されている、若しくは接地されているので、フォトダイォード以外の領域で発生した電荷が p n接合部分に蓄積されることなく、導電性部材を通って外部に排出されることとなる。このため、 p n接合部分における電荷の界面リークの発生が抑制され、 S N比が劣化するのを防止することができる。

【0 0 1 8】また、導電性部材は、少なくとも半導体基板の一方面に露出する n接合部分を覆うように当該 p n接合部分の上方に設けられており、固定電位に接続されている若しくは接地されていることが好ましい。このように構成した場合、フォトダイオード以外の領域で発生した電荷を外部に排出し得る構成の導電性部材を簡易且つ容易に実現できる。

【0 0 1 9】本発明に係る放射線撮像装置は、上記固体撮像装置と、複数のフォトダイォードを覆うように設けられ、放射線を可視光に変換するシンチレータと、を有することを特徴としている。

【0 0 2 0】本発明に係る放射線撮像装置では、上述したように、フォトダイオード以外の領域で発生した電荷が; n接合部分に蓄積されることなく、導電性部材を通って外部に排出されるので、 p n接合部分における電荷の界面リークの発生が抑制され、 S N比が劣化するのを防止することができる。

図面の簡単な説明

【0 0 2 1】図 1は、本実施形態に係る放射線撮像装置の断面構成を説明するための概略図である。

【0 0 2 2】図 2は、本実施形態に係る放射線撮像装置の断面構成を説明するための概略図である。

【0 0 2 3】図 3は、本実施形態に係る放射線撮像装置を示す平面図である。【0 0 2 4】図 4は、本実施形態に係る放射線撮像装置を示す構成図である。【0 0 2 5】図 5は、本実施形態に係る放射線撮像装置の固体撮像素子に含まれる光感応部を示す平面図である。

【0 0 2 6】図 6は、図 5の VI— VI線に沿った断面構成を説明するための概略図である。

【0 0 2 7】図 7は、図 5の VII— VII線に沿った断面構成を説明するための概略図である。

【0 0 2 8】図 8は、図 5の VIII— VIII線に沿った断面構成を説明するための概略図である, 【0 0 2 9】図 9は、図 5の IX— IX線に沿った断面構成を説明するための概略図である。

【0 0 3 0】図 1 0は、本実施形態に係る放射線撮像装置の固体撮像素子に含まれる光感応部の断面構成を説明するための概略図である。

【0 0 3 1】図 1 1は、本実施形態に係る放射,線撮像装置の変形例における断面構成を説明するための概略図である。

【0 0 3 2】図 1 2は、本実施形態に係る放射線撮像装置の変形例における断面構成を説明するための概略図である。

発明を実施するための最良の形態

【0 0 3 3】以下、図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。なお、説明において、同一要素又は同一機能を有する要素には、同 —符号を用いることとし、重複する説明は省略する。本実施形態に係る放射線撮像装置は、本発明の実施形態に係る固体撮像装置（固体撮像素子）を含んでいる【0 0 3 4】図 1及び図 2は、本実施形態に係る放射線撮像装置の断面構成を説明するための概略図であり、図 3は、本実施形態に係る放射線撮像装置を示す平面図である。図 4は、本実施形態に係る放射線撮像装置を示す構成図である。なお、図 3では、ボンディングワイヤの図示を省略している。

【0 0 3 5】本実施形態の放射線撮像装置 1は、図 1〜図 3に示されるように、固体撮像素子 1 1、シンチレータ 2 1、マウント基板 2 3、枠体 2 5等を備えている。

【0 0 3 6】固体撮像素子 1 1は、 MO S型イメージセンサであって、半導体基板 1 2の一方面側に形成された、光感応部 3 1、シフトレジスタ部 4 1及び増幅部 5 1を有している。このように、光感応部 3 1、シフトレジスタ部 4 1及び増幅部 5 1は、同一基板（半導体基板 1 2 ) に形成されている。半導体基板 1 2

(固体撮像素子 1 1 ) は、マウント基板 2 3上に固定されている。本実施形態においては、半導体基板 1 2の面積は、 1 6 9 0 0 mm ² (= 1 3 0 mmx 1 3 0 m m) 程度であり、光感応部 3 1の面積は、 1 5 6 2 5 mm ² (= 1 2 5 mm 1 2 5 mm) 程度である。

【0 0 3 7】光感応部 3 1は、図 4に示されるように、光の入射強度に応じた電荷量を蓄積する複数個のフォトダイオード（光電変換素子） 3 3を半導体基板 1 2上に 2次元状に配列して構成される。より具体的には、 y軸方向に M行、 X 軸方向に N列（M， Nは自然数）に配列された MxN個のフォトダイオード 3 3 によって光感応部 3 1が構成される。なお、図 4においては、 M及び Nが「4」に設定されている。

【0 0 3 8】光感応部 3 1を構成するフォトダイオード 3 3のそれぞれには、一端が当該フォトダイオード 3 3に電気的に接続され、他端が後述の信号読み出しラインに電気的に接続されたゲートスィツチ（第 1のスィツチ群を構成するスイッチ） 3 5が設けられている。従って、ゲートスィッチ 3 5が開のときには、フォトダイォード 3 3への光の入射に伴って電荷が蓄積され、ゲートスィツチ 3 5が閉になるとフォトダイオード 3 3に蓄積された電荷が後述の信号読み出しラインに読み出される。なお、ゲートスィッチ 3 5は、 MO S F E T (電界効果トランジスタ）にて構成することができる。

【0 0 3 9】シフトレジスタ部 4 1は、垂直シフトレジスタ 4 3を含み、半導体基板 1 2上であって、光感応部 3 1の一辺に面して形成されている。この垂直シフトレジスタ 4 3は、ゲートスィッチ 3 5を開閉させるための垂直走査信号を出力する。この垂直走査信号は、ハイ（H) レベルとロウ（L ) レベルの 2種類の駆動電圧を含んでおり、これらの駆動電圧の差は数 V程度である。

【0 0 4 0】各ゲートスイッチ 3 5の制御端子と垂直シフトレジスタ 4 3とは、ゲートライン（第 2の配線；配線） 4 5によって電気的に接続されている。これにより、垂直シフトレジスタ 4 3から出力された垂直走査信号によって各ゲートスイッチ 3 5を開閉させることができる。ゲートライン 4 5は、具体的には、光感応部 3 1に配列されたフォトダイオード 3 3の行間を縫って X軸方向に延線されており、同一行に存在する各ゲートスィツチ 3 5の制御端子に接続されている。従って、垂直シフトレジスタ 4 3とゲートスィッチ 3 5の制御端子とは、行毎に接続されていることになる。

【0 0 4 1】光感応部 3 1に配列されたフォトダイオード 3 3の列間には、さらに、上記グートスィツチ 3 5の他端が列毎に電気的に接続された N本の信号読み出しライン（第 1の配線；信号線） 5 3が設けられている。当該 N本の信号読み出しライン 5 3は、増幅部 5 1に電気的に接続されている。増幅部 5 1は、チヤージアンプ 5 5、読み出しスィッチ（第 2のスィッチ群を構成するスィッチ） 5 7及び水平シフトレジスタ 5 9等を含む。增幅部 5 1は、半導体基板 1 2上であって、光感応部 3 1におけるシフトレジスタ部 4 1が面して形成された一辺に隣接する一辺に面して形成されている。

【0 0 4 2】チャージアンプ 5 5は、信号読み出しライン 5 3毎に設けられており、信号読み出しライン 5 3に読み出された電荷量（電流出力）を増幅する。読み出しスィッチ 5 7は、信号読み出しライン 5 3毎に設けられるとともにフォトダイオード 3 3から読み出された電荷量（電流出力）を信号出力ライン 6 0に出力する。水平シフトレジスタ 5 9は、読み出しスィッチ 5 7を開閉させるための水平走査信号を出力する。

【0 0 4 3】半導体基板 1 2には、図 2及び図 3に示されるように、それぞれの増幅部 5 1と電気的に接続されて形成されたボンディングパッド部 6 1が複数形成されている。これらのボンディングパッド部 6 1は、ボンディングワイヤ 6 3により、マウント基板 2 3に形成されたボンディングパッド部 6 5に電気的に接続されている。これにより、増幅部 5 1からの出力は、マウント基板 2 3を通して撮像装置 1の外部に送られることとなる。また、半導体基板 1 2には、それぞれのシフ卜レジスタ部 4 1と電気的に接続されて形成されたボンディングパッド部 6 7が複数形成されている（特に、図 3参照)。これらのボンディングパッド部 6 7は、ボンディングワイヤ（図示せず）により、マウント基板 2 3に形成されたボンディングパッド部 6 9に電気的に接続されている。これにより、撮像装置 1の外部からの信号は、マウント基板 2 3を通してシフトレジスタ部 4 1に送られることとなる。

【0 0 4 4】シンチレータ 2 1は、入射した放射線（例えば、 X線）を可視光に変換するもので、柱状構造を呈している。シンチレータ 2 1は、図 3にも示されるように、半導体基板 1 2の一方面における光感応部 3 1、シフトレジスタ部 4 1及び増幅部 5 1が形成された領域を覆うように、当該領域上に直接形成されている。これにより、シンチレータ 2 1は、半導体基板 1 2の一方面における光感応部 3 1、シフトレジスタ部 4 1及び増幅部 5 1が形成された領域に接触して配置されることとなる。なお、半導体基板 1 2の一方面におけるボンディングパッド部 6 1， 6 7が形成された領域は、シンチレータ 2 1にて覆われておらず、露出している。

【0 0 4 5】シンチレータ 2 1には、各種の材料を用いることができるが、発光効率が良い T 1 (タリウム）ドープの C s I等が好ましい。シンチレータ 2 1 の上には、シンチレータ 2 1の柱状構造を覆ってその間隙まで入り込み、シンチレータ 2 1を密閉する保護膜（図示せず）が形成されている。保護膜は、放射線を透過し、水蒸気を遮断する材料、例えばポリパラキシリレン樹脂（スリーボンド社製、商品名パリレン）、特にポリパラクロロキシリレン（同社製、商品名パリレン C ) を用いることが好ましい。本実施形態においては、シンチレータ 2 1の厚みは、 3 0 0 m程度である。

【0 0 4 6】シンチレータ 2 1は、蒸着法により、 C _S Iの柱状結晶を成長させることで形成することができる。また、保護膜は、 C V D法により形成することができる。なお、シンチレータ 2 1及ぴ保護膜の形成方法については、本願出願人による国際公開 WO 9 8 / 3 6 2 9 0号パンフレツト等において詳細に開示されており、ここでの説明を省略する。【0 0 4 7】枠体 2 5は、固体撮像素子 1 1を囲むようにマウント基板 2 3上に固定されている。枠体 2 5には、光感応部 3 1に対応する位置に、矩形形状の開口 2 7が形成されており、放射線がこの開口 2 7を通ってシンチレータ 2 1に入射することとなる。枠体 2 5と、半導体基板 1 2及びマウント基板 2 3との間には空間 Sが形成されている。空間 S内には、固体撮像素子 1 1のシフトレジスタ部 4 1及び増幅部 5 1、ボンディングパッド部 6 1， 6 5、ボンディングワイャ 6 3等が位置する。このように、ボンディングワイヤ 6 3は、枠体 2 5と、半導体基板 1 2及びマウント基板 2 3とで画成される空間 S内に配設されているので、当該ボンディングワイヤ 6 3は枠体 2 5によって押さえつけられることなく、外部からの物理的応力から保護される。また、枠体 2 5には、その増幅部 5 1 側とは反対側に放射線遮蔽性の材料（例えば、鉛等）からなる遮蔽材 2 9が設けられており、この遮蔽材 2 9にて放射線を十分に遮蔽している。本実施形態においては、遮蔽材 2 9の厚みは 2 . 5 mm程度である。

【0 0 4 8】次に、図 5〜図 9に基づいて、光感応部 3 1の構成について説明する。図 5は、光感応部を示す平面図である。図 6は、図 5の VI—VI線に沿った断面構成を説明するための概略図である。図 7は、図 5の VII— VII線に沿った断面構成を説明するための概略図である。図 8は、図 5の VIII— VIII線に沿った断面構成を説明するための概略図である。図 9は、図 5の K一 IX線に沿った断面構成を説明するための概略図である。なお、図 5においては、第 1〜第 4絶縁層 1 3， 1 5〜1 7、ゲートスィッチ 3 5の図示を省略している。

【0 0 4 9】半導体基板 1 2は、図 6〜図 9に示されるように、 P +型半導体基板 1 2 aを含み、この P +型半導体基板 1 2 a上に P—型ェピタキシャル半導体層 1 2 1>と？—型層1 2 cが形成されている。 P +型半導体基板 1 2 aは、接地電位とされている。なお、この固体撮像素子 1 1は、半導体として S iを用いるものであり、「高濃度」とは不純物濃度が l x l 0 ^{1 7} / c m ³程度以上のことであつて、「十」を導電型に付けて示し、「低濃度」とは不純物濃度が l x l 0 ^{1 5}/ c m ³ 程度以下であって「一」を導電型に付けて示すものとする。

【0 0 5 0】 P—型層 1 2 cの表面側には、 N+型半導体領域 1 2 dが形成されており、この N+型半導体（N+型半導体領域 1 2 d ) と P一型半導体（P—型層 1 2 c ) との p n接合によりフォトダイオード（光電変換素子） 3 3が構成されることとなる。 N+型半導体領域 1 2 dは、図 5に示されるように、光入射方向から見て矩形形状を呈しており、 M行 N列に 2次元状に配列されている。これにより、光感応部 3 1においては、フォトダイオード 3 3が M行 N列に 2次元状に配列されることとなる。本実施形態では、 N ⁺型半導体領域 1 2 dの一辺の長さは 5 0 / m程度に設定されている。

【0 0 5 1】また、 P—型層 1 2 cの表面側には、隣接する N+型半導体領域 1 2 dの間に、 P +型半導体からなるアイソレーション領域 1 2 eが形成されている。このアイソレーション領域 1 2 eは、図 5に示されるように、隣接する N + 型半導体領域 1 2 dの間を行方向及び列方向に沿って延びており、光入射方向から見て格子形状を呈している。

【0 0 5 2】 P—型層 1 2 c、 N+型半導体領域 1 2 d、アイソレーション領域 1 2 eの上には第 1絶縁層（例えば、シリコン酸化膜からなる） 1 3が形成されている。この第 1絶縁層 1 3に形成されたスルーホールを通して、金属（例えば、アルミニウムからなる）配線（導電性部材） 1 4がアイソレーション領域 1 2 eに電気的に接続されている。この金属配線 1 4は、図 5に示されるように、隣接する N+型半導体領域 1 2 dの間を行方向及び列方向に沿って延びて設けられており、光入射方向から見て格子形状を呈している。金属配線 1 4は接地されており、ァイソレーション領域 1 2 eは接地電位とされる。なお、金属配線 1 4は、接地する代わりに、固定電位に接続してもよい。

【0 0 5 3】金属配線 1 4の幅は、隣接する N +型半導体領域 1 2 d間の距離よりも大きく設定されており、金属配線 1 4は、その一部が光入射方向から見て N+型半導体領域 1 2 dの端部と重なっている。すなわち、金属配線 1 4は、その端部が半導体基板 1 2 ( P—型層 1 2 c ) の光入射面（一方面）に露出する p n接合部分（P—型層 1 2 cと N+型半導体領域 1 2 dとの界面）を覆うように当該 p n接合部分の上方に設けられている。

【0 0 5 4】なお、金属配線 1 4は、図 1 0に示されるように、 ρ 11接合部分 ( P _型層 1 2 cと N+型半導体領域 1 2 dとの界面部分）に形成される空乏層 1

2 f を覆うように設けることが好ましい。空乏層 1 2 f の大きさ（幅）は、 P一型層 1 2 cにおける不純物濃度、 N+型半導体領域 1 2 dにおける不純物濃度、印加電圧等により左右される。このため、金属配線 1 4の幅、すなわち p n接合部分を覆うために N +型半導体領域 1 2 dと重なる部分の幅は、これらの要因を考慮して設定する必要がある。本実施形態においては、隣接する N+型半導体領域 1 2 d間の距離は、 4 _β m程度であり、金属配線 1 4の幅は、 5 μ m程度である。

【0 0 5 5】第 1絶縁層 1 3の上には第 2絶縁層（例えば、シリコン酸化膜からなる） 1 5が形成されている。この第 2絶縁層 1 5の上には、上記ゲートライン 4 5及び第 3絶縁層（例えば、シリコン酸化膜からなる） 1 6が形成されている。ゲートライン 4 5は、アルミニウム等の金属からなり、図 5、図 7及び図 8 に示されるように、光入射方向から見て金属配線 1 4の上方に位置し、隣接する N+型半導体領域 1 2 dの間を行方向に沿って延びて設けられている。

【0 0 5 6】第 3絶縁層 1 6の上には、上記信号読み出しライン 5 3及び第 4 絶縁層（例えば、シリコン酸化膜からなる） 1 7が形成されている。信号読み出しライン 5 3は、アルミニウム等の金属からなり、図 5及び図 6に示されるように、光入射方向から見て N+型半導体領域 1 2 dの上方に位置し、列方向に沿つて延びて設けられている。本実施形態では、信号読み出しライン 5 3の幅は 0 . 5 /z m程度に設定されている。また、信号読み出しライン 5 3は、 N +型半導体領域 1 2 dの一辺から当該 N+型半導体領域 1 2 dの上に 1〜2 0 m程度ずれて配置されている。【0 0 5 7】以上のように、本実施形態によれば、少なくとも半導体基板 1 2 の一方面に露出する p n接合部分を覆うように設けられた金属配線 1 4が接地されているので、フォトダイオード 3 3以外の領域（第 1絶縁層 1 3 ) で発生した電荷が p n接合部分に蓄積されることなく、金属配線 1 4を通って外部に排出されることとなる。このため、 p n接合部分における電荷の界面リークの発生が抑制され、 S N比が劣化するのを防止することができる。

【0 0 5 8】本実施形態においては、金属配線 1 4が、光感応部 3 1への光入射方向から見て格子形状を呈しており、半導体基板 1 2の一方面に露出する p n 接合部分及び隣接する N⁺型半導体領域 1 2 dの間の部分を覆うように設けられている。これにより、フォトダイオード 3 3以外の領域で発生した電荷を外部に排出し、当該 p n接合部分における電荷の界面リークの発生を確実に抑制し得る構成の導電性部材を簡易且つ容易に実現できる。

【0 0 5 9】また、本実施形態においては、光感応部 3 1が、隣接する N+型半導体領域 1 2 d間に形成されたアイソレーション領域 1 2 eを含み、金属配線 1 4は、アイソレーション領域 1 2 eに電気的に接続されている。これにより、フォトダイオード 3 3以外の領域で発生した電荷を外部に排出するための導電性部材と、ァイソレーション領域 1 2 eを接地するための導電性部材とを共通化でき、構造が複雑化するのを防止できる。

【0 0 6 0】また、本実施形態においては、ゲートライン 4 5が、金属配線 1 4の上方に位置して設けられている。これにより、垂直走査信号を各ゲートスィツチ 3 5の制御端子に入力する際にゲートライン 4 5における供給電圧の変化（ Hレベルと Lベルの切り替え) に伴って発生するノイズが金属配線 1 4によりシ一ルドされることとなる。この結果、当該ノイズがフォトダイオード 3 3の出力に重畳されてしまうのを防止することができる。

【0 0 6 1】本発明は、前述した実施形態に限定されるものではない。本実施形態においては、アイソレーシヨン領域 1 2 eを接地するための金属配線 1 4により、フォトダイオード 3 3以外の領域で発生した電荷を外部に排出するように構成しているが、これに限られるものではない。例えば、図 1 1に示されるように、アイソレーション領域 1 2 eを接地するための金属配線 1 4とは別に、導電性部材 7 1 (例えば、アルミニウム配線）を、少なくとも半導体基板 1 2の一方面に露出する p n接合部分を覆うように設け、当該導電性部材 7 1によりフォトダイォード 3 3以外の領域で発生した電荷を外部に排出する構成としてもよい。また、図 1 2に示されるように、第 1絶縁層 1 3中にポリシリコンからなる導電性部材 7 3を少なくとも半導体基板 1 2の一方面に露出する; p n接合部分を覆うように設け、この導電性部材 7 3によりフォトダイオード 3 3以外の領域で発生した電荷を外部に排出する構成としてもよい。

【0 0 6 2】また、本実施形態においては、シンチレータ 2 1を半導体基板 1 2上に直接形成するようにしているが、これに限られるものではない。例えば、放射線透過性基板上にシンチレータを形成したシンチレータ基板を用い、半導体基板 1 2の一方面における光感応部 3 1、シフトレジスタ部 4 1及び増幅部 5 1 が形成された領域とシンチレータとが接触するように、シンチレータ基板を配置した構成としてもよい。なお、シンチレータの上に保護膜が形成されている場合には、上記光感応部 3 1、シフトレジスタ部 4 1及び増幅部 5 1が形成された領域と保護膜とが接触するようになる。

産業上の利用可能性

【0 0 6 3】本発明の固体撮像装置及び放射線撮像装置は、特に医療、工業用の X線撮影で用いられる大面積の放射線ィメージングシステムに利用できる。

Claims

請求の範囲

1 . 第 1導電型の半導体基板と、当該半導体基板の一方面側に 2次元状に配列されて形成された複数の第 2導電型半導体領域とを含み、前記半導体基板と前記各第 2導電型半導体領域との p n接合によりそれぞれがフォトダイォードとして機能する光感応部と、

少なくとも前記半導体基板の前記一方面に露出する p n接合部分を覆うように設けられた導電性部材と、を有し、

前記導電性部材は、固定電位に接続されている、若しくは接地されていることを特徴とする固体撮像装置。

2 . 前記導電性部材は、前記光感応部への光入射方向から見て格子形状を呈しており、前記半導体基板の前記一方面に露出する前記 p n接合部分及び隣接する前記第 2導電型半導体領域の間の部分を覆うように設けられていることを特徴とする請求の範囲第 1項に記載の固体撮像装置。

3 . 前記光感応部は、隣接する前記第 2導電型半導体領域間に形成されたアイソレーション領域を更に含み、

前記導電性部材は、前記アイソレーション領域に電気的に接続されていることを特徴とする請求の範囲第 1項に記載の固体撮像装置。

4 . 前記フォトダイオードに電気的に接続され、当該フォトダイオードの出力を読み出すための信号線と、

前記複数のフォトダイォードの列毎に前記各フォトダイォードと前記信号線との間の電気的な接続及び遮断を制御する複数のスィツチからなるスィツチ群と、前記スィツチ群を構成する各スィツチの制御端子に接続され、当該各スィツチを前記複数のフォトダイォードの行毎に遮断あるいは導通させる走査信号を前記制御端子に入力する配線と、を更に有し、

前記配線は、前記導電性部材の上方に位置して設けられていることを特徴とする請求の範囲第 1項に記載の固体撮像装置。

5 . 第 1導電型の半導体基板と、当該半導体基板の一方面側に M行 N列に配列されて形成された複数の第 2導電型半導体領域とを含み、前記半導体基板と前記各第 2導電型半導体領域との p n接合によりそれぞれがフォトダイォードとして機能する光感応部と、

前記列毎に設けられた第 1の配線と、

前記列毎に前記各フォトダイォードと前記第 1の配線とを接続する複数のスィツチからなる第 1のスィツチ群と、

前記第 1のスィツチ群を構成する各スィツチを前記行毎に開閉させる垂直走査信号を出力する垂直シフトレジスタと、

前記第 1のスィツチ群を構成する各スィツチの制御端子と前記垂直シフトレジスタとを前記行毎に接続する第 2の配線と、

前記第 1の配線それぞれと信号出力線とを接続する複数のスィッチからなる第 2のスィツチ群と、

前記第 2のスィツチ群を構成する各スィツチを前記列毎に開閉させる水平走査信号を出力する水平シフトレジスタと、

少なくとも前記半導体基板の前記一方面に露出する p η接合部分を覆うように設けられた導電性部材と、を有しており、

6 . 前記導電性部材は、前記光感応部への光入射方向から見て格子形状を呈しており、前記半導体基板の前記一方面に露出する前記 ρ η接合部分及び隣接する前記第 2導電型半導体領域の間の部分を覆うように設けられていることを特徴とする請求の範囲第 5項に記載の固体撮像装置。

7 . 前記光感応部は、隣接する前記第 2導電型半導体領域間に形成されたアイソレーション領域を更に含み、

前記導電性部材は、前記アイソレーション領域に電気的に接続されていることを特徴とする請求の範囲第 5項に記載の固体撮像装置。

8 . 前記第 2の配線は、前記導電性部材の上方に位置して設けられていることを特徴とする請求の範囲第 5項に記載の固体撮像装置。

9 . 第 1導電型の半導体基板と、当該半導体基板の一方面側に 2次元状に配列されて形成された複数の第 2導電型半導体領域とを含み、前記半導体基板と前記各第 2導電型半導体領域との p n接合によりそれぞれがフォトダイォードとして機能する光感応部と、

前記フォトダイォード以外の領域で発生した電荷を外部に排出するための導電性部材と、を有していることを特徴とする固体撮像装置。

1 0 . 前記導電性部材は、少なくとも前記半導体基板の前記一方面に露出する p n接合部分を覆うように当該 p 11接合部分の上方に設けられており、固定電位に接続されている若しくは接地されていることを特徴とする請求の範囲第 9 項に記載の固体撮像装置。

1 1 . 請求の範囲第 1項〜第 1 0項のいずれか一項に記載の固体撮像装置と、

前記複数のフォトダイォードを覆うように設けられ、放射線を可視光に変換するシンチレータと、を有することを特徴とする放射線撮像装置。