フォトセンサーおよびＸ線撮像装置
【課題】フォトダイオードの下部電極と、データとの間の寄生容量を低減する。
【解決手段】本発明に係るフォトセンサーは、ガラス基板１と、ガラス基板１上に設けられ、ガラス基板１よりも低い誘電率を有する下地絶縁膜１９と、下地絶縁膜１９上にゲート電極２、ゲート絶縁膜３、半導体層４を積層してなり、半導体層４に接続されたドレイン電極７を有するスイッチング素子とを備える。ドレイン電極７は、下地絶縁膜１９表面に直に接する延設部分を有する。そして、ドレイン電極７の延設部分上に設けられたフォトダイオード２０をさらに備える。
【解決手段】本発明に係るフォトセンサーは、ガラス基板１と、ガラス基板１上に設けられ、ガラス基板１よりも低い誘電率を有する下地絶縁膜１９と、下地絶縁膜１９上にゲート電極２、ゲート絶縁膜３、半導体層４を積層してなり、半導体層４に接続されたドレイン電極７を有するスイッチング素子とを備える。ドレイン電極７は、下地絶縁膜１９表面に直に接する延設部分を有する。そして、ドレイン電極７の延設部分上に設けられたフォトダイオード２０をさらに備える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、フォトダイオードとスイッチング素子とを備えるフォトセンサーと、Ｘ線撮像装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
フォトセンサーは、可視光を光電変換するフォトダイオードと、薄膜トランジスタ（Thin Film Transistor：以後、ＴＦＴと記す）とを、マトリクス状に配置したＴＦＴアレイ基板からなるフラットパネルを備える。このフォトセンサーは、密着イメージセンサーや、Ｘ線撮像表示装置などに適用され広く用いられている。特に、ＴＦＴアレイ基板上に、Ｘ線を可視光に変換するシンチレーターを備えるフラットパネルＸ線撮像表示装置（以後、ＦＰＤと呼ぶ）は、医療産業等への適用が有望な装置である。
【０００３】
Ｘ線画像診断の分野では、精密画像（静止画）とリアルタイム画像観察（動画）が使い分けられている。静止画の撮影には、主に、Ｘ線フィルムが今なお使用されている。一方、動画の撮影には光電子倍増管とＣＣＤ（Charge Coupled Device）を組み合わせた撮像管（イメージインテンシファイア）が使用されている。Ｘ線フィルムおよび撮像管には、それぞれ利点と欠点がある。Ｘ線フィルムは、空間分解能が高いという利点があるが、感度が低く静止画しか撮影できず、また、撮影後に現像処理を必要とするなど即時性に欠ける、といった欠点がある。一方、撮像管は感度が高く動画の撮影が可能であるという利点があるが、空間分解能が低く、また、真空プロセスで形成されるデバイスであるため大型化に限界がある、といった欠点がある。
【０００４】
ＦＰＤには、ＣｓＩなどのシンチレーターによってＸ線を光に変換後、フォトダイオードにより電荷へ変換する間接変換方式と、Ｓｅを代表とするＸ線検出素子によりＸ線を直接電荷へ変換する直接変換方式がある。これらのうち間接変換方式の方が量子効率が高く、シグナル／ノイズ比に優れ、少ない被爆量で透視、撮影が可能である。間接変換方式のＦＰＤを構成するＴＦＴアレイ基板に関する構造や製造方法については、例えば、特許文献１に記載されている。
【０００５】
【特許文献１】特開２００４−６３６６０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
フォトセンサーの信号を高い感度で読み出しだしたり、読み出し回路の動作速度（フレームレート）を向上させるためには、データ配線およびバイアス配線およびゲート配線などに付加されている寄生容量を小さくする必要がある。このようなデータ配線およびバイアスおよびゲート配線などに付加されている寄生容量としては、各々の配線同士が交差することによって生じる容量成分だけでなく、各配線のフリンジ効果による容量成分も存在する。
【０００７】
しかしながら、ＦＰＤでは、ゲート線やデータ線やフォトダイオードが平行に配置されている領域が多いため、フォトダイオードの上部電極および下部電極と、各配線との寄生容量は大きいという問題があった。
【０００８】
本発明は、上記のような問題点を解決するためになされたものであり、フォトダイオードの下部電極と、データ線との間の寄生容量を低減可能にすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
請求項１に係るフォトセンサーは、基板と、前記基板上に設けられ、前記基板よりも低い誘電率を有する絶縁膜と、前記絶縁膜上にゲート電極、ゲート絶縁膜、半導体層を積層してなり、前記半導体層に接続された電極を有するスイッチング素子とを備える。前記電極は、前記絶縁膜表面に直に接する延設部分を有する。そして、前記電極の前記延設部分上に設けられたフォトダイオードをさらに備える。
【発明の効果】
【００１０】
請求項１に係るフォトセンサーによれば、フォトダイオードの下部電極と、データ線との間の寄生容量を低減することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
＜実施の形態１＞
図１は、本実施の形態に係るフォトセンサーが備えるＴＦＴ（Thin Film Transistor）アレイ基板の平面図である。図２は、図１に示されているＡ−Ａ’に沿った断面図である。図２に示すように、本実施の形態に係るフォトセンサーは、ガラス基板１と、下地絶縁膜１９と、薄膜トランジスタ（以後、ＴＦＴ）と、フォトダイオード２０と、第１〜第４のパッシベーション膜８，１３，１７，１８とを備える。本実施の形態では、図１に示されるように、ＴＦＴと、フォトダイオード２０は、マトリクス状に配置される。
【００１２】
基板であるガラス基板１は、絶縁性を有する。絶縁膜である下地絶縁膜１９は、ガラス基板１上に設けられ、ガラス基板１よりも低い誘電率を有する。下地絶縁膜１９には、例えば、酸化ケイ素膜、酸化ケイ素にフッ素が含まれたＳｉＯＦ（ＦＳＧ）膜を用いる。本実施の形態では、下地絶縁膜１９の材質は、酸化ケイ素であるものとする。
【００１３】
スイッチング素子であるＴＦＴは、下地絶縁膜１９上にゲート電極２、ゲート絶縁膜３、半導体層４を積層してなり、半導体層４に接続された電極であるドレイン電極７を有する。本実施の形態では、ＴＦＴは、オーミックコンタクト層５と、ソース電極６とをさらに備える。
【００１４】
ゲート電極２は、下地絶縁膜１９上に形成される。このゲート電極２の材質には、低抵抗金属、例えば、アルミ（Ａｌ）を主成分とする金属を用いる。ここでいうＡｌを主成分とする金属は、ニッケル（Ｎｉ）を含むＡｌ合金、例えば、ＡｌＮｉＮｄ、ＡｌＮｉＳｉ、ＡｌＮｉＭｇ、すなわち、Ａｌ−Ｎｉ合金が該当する。しかし、Ａｌを主成分とする金属は、Ａｌ−Ｎｉ合金に限ったものではなく、他のＡｌ合金を用いてもよい。また、ゲート電極２には、Ａｌ以外にも、低抵抗金属材料、例えば、銅（Ｃｕ）を用いてもよい。
【００１５】
ゲート絶縁膜３は、ゲート電極２を覆うように形成される。本実施の形態では、図２に示すように、ゲート絶縁膜３は、ゲート電極２の周囲にのみ形成される。半導体層４は、このゲート絶縁膜３上に、ゲート電極２と対向するように形成される。この半導体層４は、例えば、ａ−Ｓｉ：Ｈ（水素原子が添加されたアモルファスシリコン）で形成される。この半導体層４上には、オーミックコンタクト層５が形成される。このオーミックコンタクト層５は、例えば、ｎ＋導電型のａ−Ｓｉ：Ｈで形成される。
【００１６】
ソース電極６と、ドレイン電極７それぞれは、オーミックコンタクト層５を介して、半導体層４と接続するように形成される。図１に示すように、ドレイン電極７は、下地絶縁膜１９表面に直に接する延設部分を有する。
【００１７】
第１のパッシベーション膜８は、半導体層４、ソース電極６、ドレイン電極７、下地絶縁膜１９の上に形成される。第１のパッシベーション膜８には、ドレイン電極７の延設部分上において開口するコンタクトホールＣＨ１が設けられている。
【００１８】
フォトダイオード２０は、コンタクトホールＣＨ１の内側に設けられ、ドレイン電極７の延設部分上に設けられる。このため、ドレイン電極７の延設部分は、フォトダイオード２０の下部電極に相当する。フォトダイオード２０は、本実施の形態では、Ｐドープしたアモルファスシリコン膜９と、その上層のイントリンシックのアモルファスシリコン膜１０と、Ｂドープしたアモルファスシリコン膜１１とを備え、これらの３層積層構造からなる。フォトダイオード２０の上には、例えば、ＩＺＯ、ＩＴＺＯ、ＩＴＳＯからなる透明電極１２が形成されている。
【００１９】
上述に示した構成を覆うように形成される第２のパッシベーション膜１３は、コンタクトホールＣＨ２、ＣＨ３を有する。コンタクトホールＣＨ２の内部にはデータ線１４の一部、コンタクトホールＣＨ３の内部にはバイアス線１５の一部が埋め込まれる。これらデータ線１４、バイアス線１５は、第２のパッシベーション膜１３の上に形成される。データ線１４は、コンタクトホールＣＨ２を介してソース電極６と接続されるように形成される。バイアス線１５は、コンタクトホールＣＨ３を介して透明電極１２と接続されるように形成される。
【００２０】
データ線１４とバイアス線１５は、例えば、少なくとも最上層、または、最下層にＡｌ−Ｎｉ合金膜を設けた導体、または、Ａｌ−Ｎｉ合金膜の単層により形成される。最上層にＡｌ−Ｎｉ合金膜を形成した場合、最上層表面に窒化層をさらに設けてもよい。なお、データ線１４は、３層積層構造からなるフォトダイオード２０において変換された電荷を読み出すための配線である。バイアス線１５は、光が当たらないときにｏｆｆ状態を作るために、３層積層構造からなるフォトダイオード２０に逆バイアスをかけるための配線である。
【００２１】
さらに、第２のパッシベーション膜１３上には、遮光層１６も形成されている。そして、これらを覆うようにして第３のパッシベーション膜１７、第４のパッシベーション膜１８が形成されている。ここで、第４のパッシベーション膜１８は、表面が平坦な膜であり、例えば、有機樹脂などからなる。
【００２２】
ここで比較のため、従来のフォトセンサーの断面図を図３に示す。図３において、上述した構成に対応するものについては、同じ符号を付している。従来のフォトセンサーは、フォトダイオード２０の下の領域にゲート絶縁膜３が延設されている。それに対し、本実施の形態に係るフォトセンサーは、フォトダイオード２０の下の領域にゲート絶縁膜３が延設されていない。その結果、本実施の形態に係るフォトセンサーは、フォトダイオード２０の下部電極に相当するドレイン電極７の延設部分と、ガラス基板１との間の領域には、下地絶縁膜１９のみ設けられている点で、従来のフォトセンサーと異なる。
【００２３】
次に、以上の構成からなる本実施の形態に係るフォトセンサーが備えるＴＦＴアレイ基板の製造方法の一例について説明する。最初に、ガラス基板１上に、ガラス基板１より低誘電率の膜として、酸化ケイ素からなる下地絶縁膜１９をプラズマＣＶＤ法により形成する。後述するように、この下地絶縁膜１９を厚く形成するほど、フォトダイオード２０の下部電極とデータ線１４との間の寄生容量を低減させる効果は大きくなる。なお、プロセスを簡略化するために、塗布法で形成可能なＳｉ−Ｈ結合を含有する酸化ケイ素膜（ＨＳＱ）膜などの低誘電率の膜をガラス基板１上に形成してもよい。また、下地絶縁膜１９にＳｉＯＦ（ＦＳＧ）膜を用いる場合は、上述の酸化ケイ素膜と同様、プラズマＣＶＤ法によりＳｉＯＦ膜を形成すればよい。
【００２４】
次に、ゲート電極２を形成するために、第１の導電性薄膜として、Ａｌを主成分とする金属、例えば、Ｎｉを含むＡｌ合金、例えば、ＡｌＮｉＮｄをスパッタリング法により形成する。成膜条件は、例えば、圧力０．２〜０．５Ｐａ、ＤＣパワー１．０〜２．５ｋＷ、パワー密度で言うなれば０．１７〜０．４３Ｗ／ｃｍ2、成膜温度は室温〜１８０℃で成膜する。膜厚は１５０〜３００ｎｍ形成する。現像液との反応を抑えるために、ＡｌＮｉＮｄの上に窒化したＡｌＮｉＮｄＮ層を形成してもよい。また、ＡｌＮｉＮｄの代わりに、例えば、ＡｌＮｉＳｉやＡｌＮｉＭｇを使用してもよい。さらに、データ線１４やバイアス線１５に同じ材料を用いてもよく、その場合には、生産効率が向上する。また、Ａｌ以外にも低抵抗金属材料としてＣｕもしくはＣｕ合金を用いることができ、この場合もＡｌと同様にスパッタリング法で成膜することができる。
【００２５】
次に、第１のフォトリソグラフィー工程で、ゲート電極２形状のレジスト（図示せず）をパターニング形成し、エッチング工程で、例えば、リン酸、硝酸、酢酸の混酸を用いて第１の導電性薄膜をパターニングしてゲート電極２を形成する。なお、ゲート電極２の断面形状をテーパー形状にすると、後続の膜形成における断線などの不良を低減できる。さらに、エッチングは、リン酸と硝酸と酢酸との混酸を挙げたが、エッチング液の種類はこの限りではない。また、エッチングは、ウェットエッチに限ったものではなく、ドライエッチを用いてもよい。本実施の形態においては、フォトダイオード２０の形成の際、ゲート電極２が露出しない構造となっているので、ゲート電極２の材質に、ダメージにそれほど強くないＡｌやＣｕを主成分とする金属を用いることができる。そのため、低抵抗な配線を形成できるので、大型のフォトセンサーを形成することが可能となる。
【００２６】
次にゲート絶縁膜３の膜厚が２００〜４００ｎｍ、ａ−Ｓｉ：Ｈ（水素原子が添加されたアモルファスシリコン）からなる半導体層４の膜厚が１００〜２００ｎｍ、ｎ＋導電型のａ−Ｓｉ：Ｈからなるオーミックコンタクト層５の膜厚が２０〜５０ｎｍとなるように、例えば、プラズマＣＶＤ法で順に堆積する。ゲート絶縁膜３としては、窒化ケイ素膜、または、酸化窒化ケイ素膜、または、酸化窒化ケイ素膜と酸化ケイ素膜の２層構造の膜などを用いることが望ましい。
【００２７】
フォトセンサーには高い電荷読み出し効率が求められ、それを実現するためには、駆動能力の高いＴＦＴが必要となる。そこで、ａ−Ｓｉ：Ｈからなる半導体層４を２ステップに分割して成膜することによってＴＦＴの高性能化を図ってもよい。その場合の成膜条件として、例えば、１層目はデポレートが５０〜２００Å／分の低速レートで良質な膜を形成し、その後の残りを３００Å／分以上のデポレートで成膜する。上述のゲート絶縁膜３、半導体層４、オーミックコンタクト層５は、例えば、２５０〜３５０℃の成膜温度下で成膜する。
【００２８】
次に、第２のフォトリソグラフィー工程でチャネル形状のレジスト（図示せず）を形成し、エッチング工程において、チャネルを形成する部分が残るように半導体層４とオーミックコンタクト層５をアイランド状にパターニングする。エッチングは、例えば、ＳＦ6とＨＣｌの混合ガスを用いたプラズマを用いて行う。なお、チャネルの断面形状をテーパー形状にすると、後続の膜形成における断線などの不良を低減できる。また、ここでは、エッチングガスとして、ＳＦ6とＨＣｌの混合ガスを挙げたが、ガス種はこの限りではない。
【００２９】
次に、第３のフォトリソグラフィー工程で、少なくともフォトダイオード２０の下に位置するゲート絶縁膜３を、エッチング工程で除去する。本実施の形態では、ゲート絶縁膜３は、ゲート電極２の周囲にのみ形成されるように除去する。なお、ゲート絶縁膜３の断面形状をテーパ形状にすると後続の膜形成における断線などの不良を低減できる。
【００３０】
次に、第２の導電性薄膜を成膜する。第２の導電性薄膜の形成は、例えば、スパッタリング法を用いて、クロム（Ｃｒ）などの高融点金属膜を成膜することにより行う。膜厚は、例えば、５０〜３００ｎｍとなるように形成する。
【００３１】
次に、第４のフォトリソグラフィー工程でソース電極６とドレイン電極７のパターニングに対応するレジスト（図示せず）を形成し、エッチング工程、例えば、硝酸セリウムアンモニウムと硝酸の混酸を用いて第２の導電性薄膜をパターニングする。これにより、ソース電極６、および、ドレイン電極７を形成する。その後、形成した電極をマスクにして、例えば、ＳＦ6とＨＣｌの混合ガスのプラズマを用いてオーミックコンタクト層５をエッチングして、ＴＦＴを形成する。
【００３２】
なお、ここでは、ソース電極６とドレイン電極７を形成するエッチング液として硝酸セリウムアンモニウムと硝酸の混酸を挙げ、オーミックコンタクト層５のエッチングガスとしてＳＦ6とＨＣｌの混合ガスを挙げたがこの限りではない。また、本実施の形態においては、ソース電極６とドレイン電極７の材質を、Ｃｒを用いる場合について説明したが、これに限ったものではなく、Ｓｉとのオーミックコンタクトが取れる金属であればＣｒ以外の金属であってもよい。また、これら電極形成後、第１のパッシベーション膜８を形成するが、その前に、ＴＦＴの特性を向上させるために、水素ガスを用いたプラズマ処理を行い、バックチャネル側、すなわち、半導体層４の表面を荒らしてもよい。
【００３３】
次に、例えば、プラズマＣＶＤ法を用いて、パッシベーション膜を形成する。そして、第５のフォトリソグラフィー工程で、ドレイン電極７と、Ｐドープしたアモルファスシリコン膜９との間のコンタクトをとるためのコンタクトホールＣＨ１をレジスト（図示せず）にてパターニング形成する。そして、パッシベーション膜をエッチングしてパターニングすることにより、第１のパッシベーション膜８を形成する。
【００３４】
パッシベーション膜のエッチングは、例えば、ＣＦ4とＯ2の混合ガスのプラズマを用いる。第１のパッシベーション膜８としては、例えば、誘電率の低い酸化ケイ素（ＳｉＯ2）膜を膜厚２００〜４００ｎｍで形成する。酸化ケイ素膜の成膜条件は、例えば、ＳｉＨ4流量が１０〜５０ｓｃｃｍ、Ｎ2Ｏ流量が２００〜５００ｓｃｃｍ、成膜圧力は５０Ｐａ、ＲＦパワーが５０〜２００Ｗ、パワー密度で言うなれば０．０１５〜０．６７Ｗ／ｃｍ2、成膜温度は２００〜３００℃とした。なお、エッチングガスにＣＦ4とＯ2の混合ガスを挙げたが、この限りではない。さらには、第１のパッシベーション膜８として、酸化ケイ素を挙げたが、この限りではなく、ＳｉＮやＳｉＯＮであってもよい。この場合は、上記ガスに水素、窒素、アンモニア（ＮＨ3）を加えて形成する。
【００３５】
次に、プラズマＣＶＤ法でフォトダイオード２０を形成するため、Ｐドープしたアモルファスシリコン膜、イントリンシックのアモルファスシリコン膜、Ｂドープしたアモルファスシリコン膜を一度も真空を破らずに同一性膜質で順番に成膜する。これらを簡単のため、アモルファスシリコン層と呼ぶことにする。この時の膜厚は、例えば、Ｐドープしたアモルファスシリコン膜が３０〜８０ｎｍ、イントリンシックのアモルファスシリコン膜が０．５〜０．２μｍ、Ｂドープしたアモルファスシリコン膜が３０〜８０ｎｍとなるように形成する。
【００３６】
イントリンシックのアモルファスシリコン膜は、例えば、ＳｉＨ4の流量が１００〜２００ｓｃｃｍ、Ｈ2の流量が１００〜３００ｓｃｃｍ、成膜圧力は１００〜３００Ｐａ、ＲＦパワーが３０〜１５０Ｗ、パワー密度で言うなれば０．０１〜０．０５Ｗ／ｃｍ2、成膜温度は２００〜３００℃で成膜する。ＰあるいはＢのドープトシリコン膜はそれぞれ、０．２〜１．０％のＰＨ3あるいはＢ2Ｈ6を上記成膜条件のガスに混合した成膜ガスで成膜する。
【００３７】
Ｂドープしたアモルファスシリコン膜は、イオンシャワードーピング方法、または、イオン注入方法により、イントリンシックのアモルファスシリコン膜の上層部にＢを注入して形成してもよい。なお、イオン注入方法を用いてＢドープしたアモルファスシリコン膜を形成する場合、それに先立ってイントリンシックのアモルファスシリコン膜の表面に膜厚５〜４０ｎｍのＳｉＯ2膜を形成してもよい。これは、Ｂを注入する際のダメージを軽減させるためである。その場合、イオン注入後にＳｉＯ2膜を、例えば、ＢＨＦ（希フッ酸）により除去してもよい。
【００３８】
次に、例えば、ＩＺＯ、ＩＴＺＯ、ＩＴＳＯのいずれかのターゲットを用いたスパッタ法により非結晶透明導電膜を成膜する。成膜条件は、例えば、０．３〜０．６Ｐａ、ＤＣパワーは３〜１０ｋＷ、パワー密度で言うなれば０．６５〜２．３Ｗ／ｃｍ2、Ａｒ流量５０〜１５０ｓｃｃｍ、酸素流量１〜２ｓｃｃｍ、成膜温度は室温から１８０℃くらいまでで成膜する。非結晶透明導電膜の成膜後、第６のフォトリソグラフィー工程でレジスト（図示せず）を形成し、例えば、シュウ酸を用いてエッチングを行い、パターニングし、透明電極１２を形成する。なお、エッチング液としてシュウ酸を挙げたがこの限りではない。本実施の形態においては、透明電極１２として、ＩＺＯ，ＩＴＺＯ，ＩＴＳＯのいずれかを含む膜を用いたので、下層のＢドープしたアモルファスシリコン膜上に微小な結晶粒をほとんど含まない非結晶状態で成膜を行うことができる。したがって、エッチング残渣を生じないという効果を奏する。さらに、透明電極１２は、上記材料を混合した膜を用いてもよいし、それぞれの材料からなる膜を積層させた構造でもよいし、混合させた膜を積層させてもよい。
【００３９】
次に、第７のフォトリソグラフィー工程で透明電極１２のパターンより一回り大きく、かつ、コンタクトホールＣＨ１の開口エッヂより内側になるようなレジストパターンを形成する。そして、例えば、ＳＦ6とＨＣｌの混合ガスのプラズマを用いて、上述の三層からなるアモルファスシリコン層をパターニングする。このパターニングにより、図２に示されるＰドープしたアモルファスシリコン膜９、イントリンシックのアモルファスシリコン膜１０、Ｂドープしたアモルファスシリコン膜１１の３層を形成する。なお、エッチングガスとしてＳＦ6とＨＣｌの混合ガスを挙げたがこの限りではない。これにより、３層積層構造からなるフォトダイオード２０が形成される。
【００４０】
次に、フォトダイオード２０を保護するための第２のパッシベーション膜を成膜する。その後、第８のフォトリソグラフィー工程で、ソース電極６とデータ線１４とを接続するコンタクトホールＣＨ２と、フォトダイオード２０の透明電極１２とバイアス線１５とを接続するコンタクトホールＣＨ３に対応するレジストパターン（図示せず）を形成する。そして、ＣＦ4とＡｒの混合ガスを用いたプラズマを用いて第２のパッシベーション膜をエッチングし、コンタクトホールＣＨ２，ＣＨ３を有する第２のパッシベーション膜１３を形成する。
【００４１】
第２のパッシベーション膜１３は、データ線１４とバイアス線１５にかかる付加容量を小さくするために、例えば、誘電率の低い酸化ケイ素膜を、０．５〜１．５μｍの膜厚で成膜する。酸化ケイ素膜の成膜条件は、例えば、ＳｉＨ4流量が１０〜５０ｓｃｃｍ、Ｎ2Ｏ流量が２００〜５００ｓｃｃｍ、成膜圧力は５０Ｐａ、ＲＦパワーが５０〜２００Ｗ、パワー密度で言うなれば０．０１５〜０．６７Ｗ／ｃｍ2、成膜温度は２００〜３００℃とした。なお、第２のパッシベーション膜１３の材料として酸化ケイ素を挙げたがこの限りではなく、ＳｉＮであってもよい。また、コンタクトホールＣＨ２，ＣＨ３の開口の際には、その断面がテーパ形状となるように加工すると上層の被覆性が向上し、断線等を低減できる。
【００４２】
次に、データ線１４、バイアス線１５、および、遮光層１６を形成するために、第三の導電性薄膜を成膜する。第三の導電性薄膜としては、抵抗が低く、かつ、耐熱性に優れ、かつ、透明導電膜とのコンタクト特性に優れたＮｉを含むＡｌ合金、例えば、ＡｌＮｉＮｄを用いる。膜厚は、例えば、０．５〜１．５μｍで成膜する。データ線１４、および、バイアス線１５は、ＡｌＮｉＮｄ単層でもよく、ＡｌＮｉＮｄとＭｏやＭｏ合金、あるいはＣｒなどの高融点金属との積層でもよい。また、現像液との反応を抑えるためにＡｌＮｉＮｄの上に窒化したＡｌＮｉＮｄＮを形成してもよい。これらの膜は、例えば、スパッタリング法により下地としてＭｏ合金を成膜し、その上にＡｌＮｉＮｄを連続成膜する。成膜条件は、例えば、圧力０．２〜０．５Ｐａ、ＤＣパワー１．０〜２．５ｋＷ、パワー密度で言うなれば０．１７〜０．４３Ｗ／ｃｍ2、成膜温度は室温から１８０℃ぐらいまでの範囲で行う。
【００４３】
次に、第９のフォトリソグラフィー工程でデータ線１４、バイアス線１５、および、遮光層１６それぞれに対応するレジストを形成し、エッチングしてパターニングする。データ線１４、バイアス線１５がＡｌＮｉＮｄとＭｏの積層膜の場合は、例えば、リン酸、硝酸、酢酸の混酸を用いてパターニングする。なお、エッチング液としては、リン酸、硝酸、酢酸の混酸を挙げたが、エッチング液の種類はこの限りではない。ここで、データ線１４はＣＨ２を介してソース電極６と接続し、バイアス線１５はＣＨ３を介して透明電極１２と接続している。バイアス線１５としては、上述の通り、Ｎｉを含むＡｌ合金、もしくは、高融点金属を最下層に用いているので、下層の透明電極１２との間のコンタクト抵抗は低く、良好な接続を得ることができる。
【００４４】
次に、データ線１４、および、バイアス線１５を保護するために第３のパッシベーション膜１７、第４のパッシベーション膜１８を形成する。例えば、第３のパッシベーション膜１７にＳｉＮを用い、第４のパッシベーション膜１８に平坦化膜を用いる。
【００４５】
第１０のフォトリソグラフィー工程で、端子との接続を取るためのコンタクトホール（図示せず）のレジストをパターニング形成し、ＣＦ4とＯ2の混合ガスのプラズマを用いてパターニングする。ここでは、エッチングガスとして、ＣＦ4とＯ2の混合ガスを挙げたが、この限りではない。なお、第４のパッシベーション膜１８として感光性を持つ平坦化膜を用いることにより、第１０のフォトリソグラフィー工程における第４のパッシベーション膜１８のパターニングは、露光と現像処理によって行ってもよい。
【００４６】
次に端子引き出し電極（図示せず）となる導電膜を成膜する。電極材料は信頼性を確保するために、透明導電膜、例えば、アモルファスＩＴＯを成膜する。
【００４７】
次に第１１のフォトリソグラフィー工程にて端子形状のレジストを形成し、例えば、シュウ酸を用いてエッチングして端子引き出し電極を形成する。その後、アニールによりＩＴＯを結晶化する。
【００４８】
なお、本実施の形態に係るＴＦＴは、アモルファスシリコンを用いた逆スタガ型のチャネルタイプについて記述したが、ポリシリコンＴＦＴや、クリスタルシリコンを用いたＭＯＳを用いてもよい。
【００４９】
次に、本実施の形態に係るフォトセンサーの効果について実験結果により説明する。図４は、フォトダイオード２０の下部電極に相当するドレイン電極７の延設部分とデータ線１４との間の寄生容量と、ガラス基板１上全面に堆積させた下地絶縁膜１９の膜厚との関係を示した図である。
【００５０】
図４で使用している下地絶縁膜１９は、プラズマＣＶＤ法により形成され、比誘電率が約４である酸化ケイ素膜である。縦軸は、下地絶縁膜１９を形成していないときの上述の寄生容量を１００％として示したものである。この図では、図２に示した本実施の形態に係るフォトセンサー、つまり、フォトダイオード２０下のゲート絶縁膜３を除去したフォトセンサーは、黒丸の点で示されている。それとともに、図３に示した従来のフォトセンサー、つまり、フォトダイオード２０下のゲート絶縁膜３を除去していないフォトセンサーは、白抜き四角の点で示されている。
【００５１】
本実施の形態に係るフォトセンサーは、図４に示すように、従来のフォトセンサーと比較して、フォトダイオード２０の下部電極と、データ線１４との間の寄生容量を低減させることができる。例えば、下地絶縁膜１９である酸化ケイ素膜を１０μｍ形成した場合、従来のフォトセンサーでは、寄生容量を６〜７％ぐらいしか低減できないのに対し、本実施の形態に係るフォトセンサーでは、寄生容量を約１０％低減させることができる。このように、本実施の形態に係るフォトセンサーによれば、フォトダイオード２０の下部電極と、データ線１４との間の寄生容量を低減することができる。
【００５２】
このようなフォトセンサーを用いて、Ｘ線撮像装置を実現することも可能である。図示しないが、Ｘ線を光に変換するシンチレータを、上述のフォトセンサーの上側に設ける。そのようなシンチレータは、例えば、第４のパッシベーション膜１８上、もしくは、それよりも上層に、ＣｓＩを蒸着する。そして、低ノイズアンプとＡ／Ｄコンバーターなどを有するデジタルボード、ＴＦＴを駆動するドライバーボード、および電荷を読み出す読み出しボードを接続することにより形成される。
【００５３】
これにより、シグナル／ノイズ（Ｓ／Ｎ）比が大きく、フレームレートも大きいＸ線撮像装置を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００５４】
【図１】実施の形態１に係るフォトセンサーの正面図である。
【図２】実施の形態１に係るフォトセンサーの断面図である。
【図３】従来のフォトセンサーの断面図である。
【図４】実施の形態１に係るフォトセンサーの効果を示す図である。
【符号の説明】
【００５５】
１ ガラス基板、２ ゲート電極、３ ゲート絶縁膜、４ 半導体層、５ オーミックコンタクト層，６ ソース電極、７ ドレイン電極、８ 第１のパッシベーション膜、９，１０，１１ アモルファスシリコン、１２ 透明電極、１３ 第２のパッシベーション膜、１４ データ線、１５ バイアス線、１６ 遮光層、１７ 第３のパッシベーション膜、１８ 第４のパッシベーション膜、１９ 下地絶縁膜、２０ フォトダイオード、ＣＨ１〜ＣＨ３ コンタクトホール。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、フォトダイオードとスイッチング素子とを備えるフォトセンサーと、Ｘ線撮像装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
フォトセンサーは、可視光を光電変換するフォトダイオードと、薄膜トランジスタ（Thin Film Transistor：以後、ＴＦＴと記す）とを、マトリクス状に配置したＴＦＴアレイ基板からなるフラットパネルを備える。このフォトセンサーは、密着イメージセンサーや、Ｘ線撮像表示装置などに適用され広く用いられている。特に、ＴＦＴアレイ基板上に、Ｘ線を可視光に変換するシンチレーターを備えるフラットパネルＸ線撮像表示装置（以後、ＦＰＤと呼ぶ）は、医療産業等への適用が有望な装置である。
【０００３】
Ｘ線画像診断の分野では、精密画像（静止画）とリアルタイム画像観察（動画）が使い分けられている。静止画の撮影には、主に、Ｘ線フィルムが今なお使用されている。一方、動画の撮影には光電子倍増管とＣＣＤ（Charge Coupled Device）を組み合わせた撮像管（イメージインテンシファイア）が使用されている。Ｘ線フィルムおよび撮像管には、それぞれ利点と欠点がある。Ｘ線フィルムは、空間分解能が高いという利点があるが、感度が低く静止画しか撮影できず、また、撮影後に現像処理を必要とするなど即時性に欠ける、といった欠点がある。一方、撮像管は感度が高く動画の撮影が可能であるという利点があるが、空間分解能が低く、また、真空プロセスで形成されるデバイスであるため大型化に限界がある、といった欠点がある。
【０００４】
ＦＰＤには、ＣｓＩなどのシンチレーターによってＸ線を光に変換後、フォトダイオードにより電荷へ変換する間接変換方式と、Ｓｅを代表とするＸ線検出素子によりＸ線を直接電荷へ変換する直接変換方式がある。これらのうち間接変換方式の方が量子効率が高く、シグナル／ノイズ比に優れ、少ない被爆量で透視、撮影が可能である。間接変換方式のＦＰＤを構成するＴＦＴアレイ基板に関する構造や製造方法については、例えば、特許文献１に記載されている。
【０００５】
【特許文献１】特開２００４−６３６６０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
フォトセンサーの信号を高い感度で読み出しだしたり、読み出し回路の動作速度（フレームレート）を向上させるためには、データ配線およびバイアス配線およびゲート配線などに付加されている寄生容量を小さくする必要がある。このようなデータ配線およびバイアスおよびゲート配線などに付加されている寄生容量としては、各々の配線同士が交差することによって生じる容量成分だけでなく、各配線のフリンジ効果による容量成分も存在する。
【０００７】
しかしながら、ＦＰＤでは、ゲート線やデータ線やフォトダイオードが平行に配置されている領域が多いため、フォトダイオードの上部電極および下部電極と、各配線との寄生容量は大きいという問題があった。
【０００８】
本発明は、上記のような問題点を解決するためになされたものであり、フォトダイオードの下部電極と、データ線との間の寄生容量を低減可能にすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
請求項１に係るフォトセンサーは、基板と、前記基板上に設けられ、前記基板よりも低い誘電率を有する絶縁膜と、前記絶縁膜上にゲート電極、ゲート絶縁膜、半導体層を積層してなり、前記半導体層に接続された電極を有するスイッチング素子とを備える。前記電極は、前記絶縁膜表面に直に接する延設部分を有する。そして、前記電極の前記延設部分上に設けられたフォトダイオードをさらに備える。
【発明の効果】
【００１０】
請求項１に係るフォトセンサーによれば、フォトダイオードの下部電極と、データ線との間の寄生容量を低減することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
＜実施の形態１＞
図１は、本実施の形態に係るフォトセンサーが備えるＴＦＴ（Thin Film Transistor）アレイ基板の平面図である。図２は、図１に示されているＡ−Ａ’に沿った断面図である。図２に示すように、本実施の形態に係るフォトセンサーは、ガラス基板１と、下地絶縁膜１９と、薄膜トランジスタ（以後、ＴＦＴ）と、フォトダイオード２０と、第１〜第４のパッシベーション膜８，１３，１７，１８とを備える。本実施の形態では、図１に示されるように、ＴＦＴと、フォトダイオード２０は、マトリクス状に配置される。
【００１２】
基板であるガラス基板１は、絶縁性を有する。絶縁膜である下地絶縁膜１９は、ガラス基板１上に設けられ、ガラス基板１よりも低い誘電率を有する。下地絶縁膜１９には、例えば、酸化ケイ素膜、酸化ケイ素にフッ素が含まれたＳｉＯＦ（ＦＳＧ）膜を用いる。本実施の形態では、下地絶縁膜１９の材質は、酸化ケイ素であるものとする。
【００１３】
スイッチング素子であるＴＦＴは、下地絶縁膜１９上にゲート電極２、ゲート絶縁膜３、半導体層４を積層してなり、半導体層４に接続された電極であるドレイン電極７を有する。本実施の形態では、ＴＦＴは、オーミックコンタクト層５と、ソース電極６とをさらに備える。
【００１４】
ゲート電極２は、下地絶縁膜１９上に形成される。このゲート電極２の材質には、低抵抗金属、例えば、アルミ（Ａｌ）を主成分とする金属を用いる。ここでいうＡｌを主成分とする金属は、ニッケル（Ｎｉ）を含むＡｌ合金、例えば、ＡｌＮｉＮｄ、ＡｌＮｉＳｉ、ＡｌＮｉＭｇ、すなわち、Ａｌ−Ｎｉ合金が該当する。しかし、Ａｌを主成分とする金属は、Ａｌ−Ｎｉ合金に限ったものではなく、他のＡｌ合金を用いてもよい。また、ゲート電極２には、Ａｌ以外にも、低抵抗金属材料、例えば、銅（Ｃｕ）を用いてもよい。
【００１５】
ゲート絶縁膜３は、ゲート電極２を覆うように形成される。本実施の形態では、図２に示すように、ゲート絶縁膜３は、ゲート電極２の周囲にのみ形成される。半導体層４は、このゲート絶縁膜３上に、ゲート電極２と対向するように形成される。この半導体層４は、例えば、ａ−Ｓｉ：Ｈ（水素原子が添加されたアモルファスシリコン）で形成される。この半導体層４上には、オーミックコンタクト層５が形成される。このオーミックコンタクト層５は、例えば、ｎ＋導電型のａ−Ｓｉ：Ｈで形成される。
【００１６】
ソース電極６と、ドレイン電極７それぞれは、オーミックコンタクト層５を介して、半導体層４と接続するように形成される。図１に示すように、ドレイン電極７は、下地絶縁膜１９表面に直に接する延設部分を有する。
【００１７】
第１のパッシベーション膜８は、半導体層４、ソース電極６、ドレイン電極７、下地絶縁膜１９の上に形成される。第１のパッシベーション膜８には、ドレイン電極７の延設部分上において開口するコンタクトホールＣＨ１が設けられている。
【００１８】
フォトダイオード２０は、コンタクトホールＣＨ１の内側に設けられ、ドレイン電極７の延設部分上に設けられる。このため、ドレイン電極７の延設部分は、フォトダイオード２０の下部電極に相当する。フォトダイオード２０は、本実施の形態では、Ｐドープしたアモルファスシリコン膜９と、その上層のイントリンシックのアモルファスシリコン膜１０と、Ｂドープしたアモルファスシリコン膜１１とを備え、これらの３層積層構造からなる。フォトダイオード２０の上には、例えば、ＩＺＯ、ＩＴＺＯ、ＩＴＳＯからなる透明電極１２が形成されている。
【００１９】
上述に示した構成を覆うように形成される第２のパッシベーション膜１３は、コンタクトホールＣＨ２、ＣＨ３を有する。コンタクトホールＣＨ２の内部にはデータ線１４の一部、コンタクトホールＣＨ３の内部にはバイアス線１５の一部が埋め込まれる。これらデータ線１４、バイアス線１５は、第２のパッシベーション膜１３の上に形成される。データ線１４は、コンタクトホールＣＨ２を介してソース電極６と接続されるように形成される。バイアス線１５は、コンタクトホールＣＨ３を介して透明電極１２と接続されるように形成される。
【００２０】
データ線１４とバイアス線１５は、例えば、少なくとも最上層、または、最下層にＡｌ−Ｎｉ合金膜を設けた導体、または、Ａｌ−Ｎｉ合金膜の単層により形成される。最上層にＡｌ−Ｎｉ合金膜を形成した場合、最上層表面に窒化層をさらに設けてもよい。なお、データ線１４は、３層積層構造からなるフォトダイオード２０において変換された電荷を読み出すための配線である。バイアス線１５は、光が当たらないときにｏｆｆ状態を作るために、３層積層構造からなるフォトダイオード２０に逆バイアスをかけるための配線である。
【００２１】
さらに、第２のパッシベーション膜１３上には、遮光層１６も形成されている。そして、これらを覆うようにして第３のパッシベーション膜１７、第４のパッシベーション膜１８が形成されている。ここで、第４のパッシベーション膜１８は、表面が平坦な膜であり、例えば、有機樹脂などからなる。
【００２２】
ここで比較のため、従来のフォトセンサーの断面図を図３に示す。図３において、上述した構成に対応するものについては、同じ符号を付している。従来のフォトセンサーは、フォトダイオード２０の下の領域にゲート絶縁膜３が延設されている。それに対し、本実施の形態に係るフォトセンサーは、フォトダイオード２０の下の領域にゲート絶縁膜３が延設されていない。その結果、本実施の形態に係るフォトセンサーは、フォトダイオード２０の下部電極に相当するドレイン電極７の延設部分と、ガラス基板１との間の領域には、下地絶縁膜１９のみ設けられている点で、従来のフォトセンサーと異なる。
【００２３】
次に、以上の構成からなる本実施の形態に係るフォトセンサーが備えるＴＦＴアレイ基板の製造方法の一例について説明する。最初に、ガラス基板１上に、ガラス基板１より低誘電率の膜として、酸化ケイ素からなる下地絶縁膜１９をプラズマＣＶＤ法により形成する。後述するように、この下地絶縁膜１９を厚く形成するほど、フォトダイオード２０の下部電極とデータ線１４との間の寄生容量を低減させる効果は大きくなる。なお、プロセスを簡略化するために、塗布法で形成可能なＳｉ−Ｈ結合を含有する酸化ケイ素膜（ＨＳＱ）膜などの低誘電率の膜をガラス基板１上に形成してもよい。また、下地絶縁膜１９にＳｉＯＦ（ＦＳＧ）膜を用いる場合は、上述の酸化ケイ素膜と同様、プラズマＣＶＤ法によりＳｉＯＦ膜を形成すればよい。
【００２４】
次に、ゲート電極２を形成するために、第１の導電性薄膜として、Ａｌを主成分とする金属、例えば、Ｎｉを含むＡｌ合金、例えば、ＡｌＮｉＮｄをスパッタリング法により形成する。成膜条件は、例えば、圧力０．２〜０．５Ｐａ、ＤＣパワー１．０〜２．５ｋＷ、パワー密度で言うなれば０．１７〜０．４３Ｗ／ｃｍ2、成膜温度は室温〜１８０℃で成膜する。膜厚は１５０〜３００ｎｍ形成する。現像液との反応を抑えるために、ＡｌＮｉＮｄの上に窒化したＡｌＮｉＮｄＮ層を形成してもよい。また、ＡｌＮｉＮｄの代わりに、例えば、ＡｌＮｉＳｉやＡｌＮｉＭｇを使用してもよい。さらに、データ線１４やバイアス線１５に同じ材料を用いてもよく、その場合には、生産効率が向上する。また、Ａｌ以外にも低抵抗金属材料としてＣｕもしくはＣｕ合金を用いることができ、この場合もＡｌと同様にスパッタリング法で成膜することができる。
【００２５】
次に、第１のフォトリソグラフィー工程で、ゲート電極２形状のレジスト（図示せず）をパターニング形成し、エッチング工程で、例えば、リン酸、硝酸、酢酸の混酸を用いて第１の導電性薄膜をパターニングしてゲート電極２を形成する。なお、ゲート電極２の断面形状をテーパー形状にすると、後続の膜形成における断線などの不良を低減できる。さらに、エッチングは、リン酸と硝酸と酢酸との混酸を挙げたが、エッチング液の種類はこの限りではない。また、エッチングは、ウェットエッチに限ったものではなく、ドライエッチを用いてもよい。本実施の形態においては、フォトダイオード２０の形成の際、ゲート電極２が露出しない構造となっているので、ゲート電極２の材質に、ダメージにそれほど強くないＡｌやＣｕを主成分とする金属を用いることができる。そのため、低抵抗な配線を形成できるので、大型のフォトセンサーを形成することが可能となる。
【００２６】
次にゲート絶縁膜３の膜厚が２００〜４００ｎｍ、ａ−Ｓｉ：Ｈ（水素原子が添加されたアモルファスシリコン）からなる半導体層４の膜厚が１００〜２００ｎｍ、ｎ＋導電型のａ−Ｓｉ：Ｈからなるオーミックコンタクト層５の膜厚が２０〜５０ｎｍとなるように、例えば、プラズマＣＶＤ法で順に堆積する。ゲート絶縁膜３としては、窒化ケイ素膜、または、酸化窒化ケイ素膜、または、酸化窒化ケイ素膜と酸化ケイ素膜の２層構造の膜などを用いることが望ましい。
【００２７】
フォトセンサーには高い電荷読み出し効率が求められ、それを実現するためには、駆動能力の高いＴＦＴが必要となる。そこで、ａ−Ｓｉ：Ｈからなる半導体層４を２ステップに分割して成膜することによってＴＦＴの高性能化を図ってもよい。その場合の成膜条件として、例えば、１層目はデポレートが５０〜２００Å／分の低速レートで良質な膜を形成し、その後の残りを３００Å／分以上のデポレートで成膜する。上述のゲート絶縁膜３、半導体層４、オーミックコンタクト層５は、例えば、２５０〜３５０℃の成膜温度下で成膜する。
【００２８】
次に、第２のフォトリソグラフィー工程でチャネル形状のレジスト（図示せず）を形成し、エッチング工程において、チャネルを形成する部分が残るように半導体層４とオーミックコンタクト層５をアイランド状にパターニングする。エッチングは、例えば、ＳＦ6とＨＣｌの混合ガスを用いたプラズマを用いて行う。なお、チャネルの断面形状をテーパー形状にすると、後続の膜形成における断線などの不良を低減できる。また、ここでは、エッチングガスとして、ＳＦ6とＨＣｌの混合ガスを挙げたが、ガス種はこの限りではない。
【００２９】
次に、第３のフォトリソグラフィー工程で、少なくともフォトダイオード２０の下に位置するゲート絶縁膜３を、エッチング工程で除去する。本実施の形態では、ゲート絶縁膜３は、ゲート電極２の周囲にのみ形成されるように除去する。なお、ゲート絶縁膜３の断面形状をテーパ形状にすると後続の膜形成における断線などの不良を低減できる。
【００３０】
次に、第２の導電性薄膜を成膜する。第２の導電性薄膜の形成は、例えば、スパッタリング法を用いて、クロム（Ｃｒ）などの高融点金属膜を成膜することにより行う。膜厚は、例えば、５０〜３００ｎｍとなるように形成する。
【００３１】
次に、第４のフォトリソグラフィー工程でソース電極６とドレイン電極７のパターニングに対応するレジスト（図示せず）を形成し、エッチング工程、例えば、硝酸セリウムアンモニウムと硝酸の混酸を用いて第２の導電性薄膜をパターニングする。これにより、ソース電極６、および、ドレイン電極７を形成する。その後、形成した電極をマスクにして、例えば、ＳＦ6とＨＣｌの混合ガスのプラズマを用いてオーミックコンタクト層５をエッチングして、ＴＦＴを形成する。
【００３２】
なお、ここでは、ソース電極６とドレイン電極７を形成するエッチング液として硝酸セリウムアンモニウムと硝酸の混酸を挙げ、オーミックコンタクト層５のエッチングガスとしてＳＦ6とＨＣｌの混合ガスを挙げたがこの限りではない。また、本実施の形態においては、ソース電極６とドレイン電極７の材質を、Ｃｒを用いる場合について説明したが、これに限ったものではなく、Ｓｉとのオーミックコンタクトが取れる金属であればＣｒ以外の金属であってもよい。また、これら電極形成後、第１のパッシベーション膜８を形成するが、その前に、ＴＦＴの特性を向上させるために、水素ガスを用いたプラズマ処理を行い、バックチャネル側、すなわち、半導体層４の表面を荒らしてもよい。
【００３３】
次に、例えば、プラズマＣＶＤ法を用いて、パッシベーション膜を形成する。そして、第５のフォトリソグラフィー工程で、ドレイン電極７と、Ｐドープしたアモルファスシリコン膜９との間のコンタクトをとるためのコンタクトホールＣＨ１をレジスト（図示せず）にてパターニング形成する。そして、パッシベーション膜をエッチングしてパターニングすることにより、第１のパッシベーション膜８を形成する。
【００３４】
パッシベーション膜のエッチングは、例えば、ＣＦ4とＯ2の混合ガスのプラズマを用いる。第１のパッシベーション膜８としては、例えば、誘電率の低い酸化ケイ素（ＳｉＯ2）膜を膜厚２００〜４００ｎｍで形成する。酸化ケイ素膜の成膜条件は、例えば、ＳｉＨ4流量が１０〜５０ｓｃｃｍ、Ｎ2Ｏ流量が２００〜５００ｓｃｃｍ、成膜圧力は５０Ｐａ、ＲＦパワーが５０〜２００Ｗ、パワー密度で言うなれば０．０１５〜０．６７Ｗ／ｃｍ2、成膜温度は２００〜３００℃とした。なお、エッチングガスにＣＦ4とＯ2の混合ガスを挙げたが、この限りではない。さらには、第１のパッシベーション膜８として、酸化ケイ素を挙げたが、この限りではなく、ＳｉＮやＳｉＯＮであってもよい。この場合は、上記ガスに水素、窒素、アンモニア（ＮＨ3）を加えて形成する。
【００３５】
次に、プラズマＣＶＤ法でフォトダイオード２０を形成するため、Ｐドープしたアモルファスシリコン膜、イントリンシックのアモルファスシリコン膜、Ｂドープしたアモルファスシリコン膜を一度も真空を破らずに同一性膜質で順番に成膜する。これらを簡単のため、アモルファスシリコン層と呼ぶことにする。この時の膜厚は、例えば、Ｐドープしたアモルファスシリコン膜が３０〜８０ｎｍ、イントリンシックのアモルファスシリコン膜が０．５〜０．２μｍ、Ｂドープしたアモルファスシリコン膜が３０〜８０ｎｍとなるように形成する。
【００３６】
イントリンシックのアモルファスシリコン膜は、例えば、ＳｉＨ4の流量が１００〜２００ｓｃｃｍ、Ｈ2の流量が１００〜３００ｓｃｃｍ、成膜圧力は１００〜３００Ｐａ、ＲＦパワーが３０〜１５０Ｗ、パワー密度で言うなれば０．０１〜０．０５Ｗ／ｃｍ2、成膜温度は２００〜３００℃で成膜する。ＰあるいはＢのドープトシリコン膜はそれぞれ、０．２〜１．０％のＰＨ3あるいはＢ2Ｈ6を上記成膜条件のガスに混合した成膜ガスで成膜する。
【００３７】
Ｂドープしたアモルファスシリコン膜は、イオンシャワードーピング方法、または、イオン注入方法により、イントリンシックのアモルファスシリコン膜の上層部にＢを注入して形成してもよい。なお、イオン注入方法を用いてＢドープしたアモルファスシリコン膜を形成する場合、それに先立ってイントリンシックのアモルファスシリコン膜の表面に膜厚５〜４０ｎｍのＳｉＯ2膜を形成してもよい。これは、Ｂを注入する際のダメージを軽減させるためである。その場合、イオン注入後にＳｉＯ2膜を、例えば、ＢＨＦ（希フッ酸）により除去してもよい。
【００３８】
次に、例えば、ＩＺＯ、ＩＴＺＯ、ＩＴＳＯのいずれかのターゲットを用いたスパッタ法により非結晶透明導電膜を成膜する。成膜条件は、例えば、０．３〜０．６Ｐａ、ＤＣパワーは３〜１０ｋＷ、パワー密度で言うなれば０．６５〜２．３Ｗ／ｃｍ2、Ａｒ流量５０〜１５０ｓｃｃｍ、酸素流量１〜２ｓｃｃｍ、成膜温度は室温から１８０℃くらいまでで成膜する。非結晶透明導電膜の成膜後、第６のフォトリソグラフィー工程でレジスト（図示せず）を形成し、例えば、シュウ酸を用いてエッチングを行い、パターニングし、透明電極１２を形成する。なお、エッチング液としてシュウ酸を挙げたがこの限りではない。本実施の形態においては、透明電極１２として、ＩＺＯ，ＩＴＺＯ，ＩＴＳＯのいずれかを含む膜を用いたので、下層のＢドープしたアモルファスシリコン膜上に微小な結晶粒をほとんど含まない非結晶状態で成膜を行うことができる。したがって、エッチング残渣を生じないという効果を奏する。さらに、透明電極１２は、上記材料を混合した膜を用いてもよいし、それぞれの材料からなる膜を積層させた構造でもよいし、混合させた膜を積層させてもよい。
【００３９】
次に、第７のフォトリソグラフィー工程で透明電極１２のパターンより一回り大きく、かつ、コンタクトホールＣＨ１の開口エッヂより内側になるようなレジストパターンを形成する。そして、例えば、ＳＦ6とＨＣｌの混合ガスのプラズマを用いて、上述の三層からなるアモルファスシリコン層をパターニングする。このパターニングにより、図２に示されるＰドープしたアモルファスシリコン膜９、イントリンシックのアモルファスシリコン膜１０、Ｂドープしたアモルファスシリコン膜１１の３層を形成する。なお、エッチングガスとしてＳＦ6とＨＣｌの混合ガスを挙げたがこの限りではない。これにより、３層積層構造からなるフォトダイオード２０が形成される。
【００４０】
次に、フォトダイオード２０を保護するための第２のパッシベーション膜を成膜する。その後、第８のフォトリソグラフィー工程で、ソース電極６とデータ線１４とを接続するコンタクトホールＣＨ２と、フォトダイオード２０の透明電極１２とバイアス線１５とを接続するコンタクトホールＣＨ３に対応するレジストパターン（図示せず）を形成する。そして、ＣＦ4とＡｒの混合ガスを用いたプラズマを用いて第２のパッシベーション膜をエッチングし、コンタクトホールＣＨ２，ＣＨ３を有する第２のパッシベーション膜１３を形成する。
【００４１】
第２のパッシベーション膜１３は、データ線１４とバイアス線１５にかかる付加容量を小さくするために、例えば、誘電率の低い酸化ケイ素膜を、０．５〜１．５μｍの膜厚で成膜する。酸化ケイ素膜の成膜条件は、例えば、ＳｉＨ4流量が１０〜５０ｓｃｃｍ、Ｎ2Ｏ流量が２００〜５００ｓｃｃｍ、成膜圧力は５０Ｐａ、ＲＦパワーが５０〜２００Ｗ、パワー密度で言うなれば０．０１５〜０．６７Ｗ／ｃｍ2、成膜温度は２００〜３００℃とした。なお、第２のパッシベーション膜１３の材料として酸化ケイ素を挙げたがこの限りではなく、ＳｉＮであってもよい。また、コンタクトホールＣＨ２，ＣＨ３の開口の際には、その断面がテーパ形状となるように加工すると上層の被覆性が向上し、断線等を低減できる。
【００４２】
次に、データ線１４、バイアス線１５、および、遮光層１６を形成するために、第三の導電性薄膜を成膜する。第三の導電性薄膜としては、抵抗が低く、かつ、耐熱性に優れ、かつ、透明導電膜とのコンタクト特性に優れたＮｉを含むＡｌ合金、例えば、ＡｌＮｉＮｄを用いる。膜厚は、例えば、０．５〜１．５μｍで成膜する。データ線１４、および、バイアス線１５は、ＡｌＮｉＮｄ単層でもよく、ＡｌＮｉＮｄとＭｏやＭｏ合金、あるいはＣｒなどの高融点金属との積層でもよい。また、現像液との反応を抑えるためにＡｌＮｉＮｄの上に窒化したＡｌＮｉＮｄＮを形成してもよい。これらの膜は、例えば、スパッタリング法により下地としてＭｏ合金を成膜し、その上にＡｌＮｉＮｄを連続成膜する。成膜条件は、例えば、圧力０．２〜０．５Ｐａ、ＤＣパワー１．０〜２．５ｋＷ、パワー密度で言うなれば０．１７〜０．４３Ｗ／ｃｍ2、成膜温度は室温から１８０℃ぐらいまでの範囲で行う。
【００４３】
次に、第９のフォトリソグラフィー工程でデータ線１４、バイアス線１５、および、遮光層１６それぞれに対応するレジストを形成し、エッチングしてパターニングする。データ線１４、バイアス線１５がＡｌＮｉＮｄとＭｏの積層膜の場合は、例えば、リン酸、硝酸、酢酸の混酸を用いてパターニングする。なお、エッチング液としては、リン酸、硝酸、酢酸の混酸を挙げたが、エッチング液の種類はこの限りではない。ここで、データ線１４はＣＨ２を介してソース電極６と接続し、バイアス線１５はＣＨ３を介して透明電極１２と接続している。バイアス線１５としては、上述の通り、Ｎｉを含むＡｌ合金、もしくは、高融点金属を最下層に用いているので、下層の透明電極１２との間のコンタクト抵抗は低く、良好な接続を得ることができる。
【００４４】
次に、データ線１４、および、バイアス線１５を保護するために第３のパッシベーション膜１７、第４のパッシベーション膜１８を形成する。例えば、第３のパッシベーション膜１７にＳｉＮを用い、第４のパッシベーション膜１８に平坦化膜を用いる。
【００４５】
第１０のフォトリソグラフィー工程で、端子との接続を取るためのコンタクトホール（図示せず）のレジストをパターニング形成し、ＣＦ4とＯ2の混合ガスのプラズマを用いてパターニングする。ここでは、エッチングガスとして、ＣＦ4とＯ2の混合ガスを挙げたが、この限りではない。なお、第４のパッシベーション膜１８として感光性を持つ平坦化膜を用いることにより、第１０のフォトリソグラフィー工程における第４のパッシベーション膜１８のパターニングは、露光と現像処理によって行ってもよい。
【００４６】
次に端子引き出し電極（図示せず）となる導電膜を成膜する。電極材料は信頼性を確保するために、透明導電膜、例えば、アモルファスＩＴＯを成膜する。
【００４７】
次に第１１のフォトリソグラフィー工程にて端子形状のレジストを形成し、例えば、シュウ酸を用いてエッチングして端子引き出し電極を形成する。その後、アニールによりＩＴＯを結晶化する。
【００４８】
なお、本実施の形態に係るＴＦＴは、アモルファスシリコンを用いた逆スタガ型のチャネルタイプについて記述したが、ポリシリコンＴＦＴや、クリスタルシリコンを用いたＭＯＳを用いてもよい。
【００４９】
次に、本実施の形態に係るフォトセンサーの効果について実験結果により説明する。図４は、フォトダイオード２０の下部電極に相当するドレイン電極７の延設部分とデータ線１４との間の寄生容量と、ガラス基板１上全面に堆積させた下地絶縁膜１９の膜厚との関係を示した図である。
【００５０】
図４で使用している下地絶縁膜１９は、プラズマＣＶＤ法により形成され、比誘電率が約４である酸化ケイ素膜である。縦軸は、下地絶縁膜１９を形成していないときの上述の寄生容量を１００％として示したものである。この図では、図２に示した本実施の形態に係るフォトセンサー、つまり、フォトダイオード２０下のゲート絶縁膜３を除去したフォトセンサーは、黒丸の点で示されている。それとともに、図３に示した従来のフォトセンサー、つまり、フォトダイオード２０下のゲート絶縁膜３を除去していないフォトセンサーは、白抜き四角の点で示されている。
【００５１】
本実施の形態に係るフォトセンサーは、図４に示すように、従来のフォトセンサーと比較して、フォトダイオード２０の下部電極と、データ線１４との間の寄生容量を低減させることができる。例えば、下地絶縁膜１９である酸化ケイ素膜を１０μｍ形成した場合、従来のフォトセンサーでは、寄生容量を６〜７％ぐらいしか低減できないのに対し、本実施の形態に係るフォトセンサーでは、寄生容量を約１０％低減させることができる。このように、本実施の形態に係るフォトセンサーによれば、フォトダイオード２０の下部電極と、データ線１４との間の寄生容量を低減することができる。
【００５２】
このようなフォトセンサーを用いて、Ｘ線撮像装置を実現することも可能である。図示しないが、Ｘ線を光に変換するシンチレータを、上述のフォトセンサーの上側に設ける。そのようなシンチレータは、例えば、第４のパッシベーション膜１８上、もしくは、それよりも上層に、ＣｓＩを蒸着する。そして、低ノイズアンプとＡ／Ｄコンバーターなどを有するデジタルボード、ＴＦＴを駆動するドライバーボード、および電荷を読み出す読み出しボードを接続することにより形成される。
【００５３】
これにより、シグナル／ノイズ（Ｓ／Ｎ）比が大きく、フレームレートも大きいＸ線撮像装置を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００５４】
【図１】実施の形態１に係るフォトセンサーの正面図である。
【図２】実施の形態１に係るフォトセンサーの断面図である。
【図３】従来のフォトセンサーの断面図である。
【図４】実施の形態１に係るフォトセンサーの効果を示す図である。
【符号の説明】
【００５５】
１ ガラス基板、２ ゲート電極、３ ゲート絶縁膜、４ 半導体層、５ オーミックコンタクト層，６ ソース電極、７ ドレイン電極、８ 第１のパッシベーション膜、９，１０，１１ アモルファスシリコン、１２ 透明電極、１３ 第２のパッシベーション膜、１４ データ線、１５ バイアス線、１６ 遮光層、１７ 第３のパッシベーション膜、１８ 第４のパッシベーション膜、１９ 下地絶縁膜、２０ フォトダイオード、ＣＨ１〜ＣＨ３ コンタクトホール。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板と、
前記基板上に設けられ、前記基板よりも低い誘電率を有する絶縁膜と、
前記絶縁膜上にゲート電極、ゲート絶縁膜、半導体層を積層してなり、前記半導体層に接続された電極を有するスイッチング素子とを備え、
前記電極は、前記絶縁膜表面に直に接する延設部分を有し、
前記電極の前記延設部分上に設けられたフォトダイオードをさらに備える、
フォトセンサー。
【請求項２】
前記絶縁膜の材質は、酸化ケイ素を含む、
請求項１に記載のフォトセンサー。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載のフォトセンサーと、
前記フォトダイオードの上側に設けられ、Ｘ線を光に変換するシンチレーターとを備える、
Ｘ線撮像装置。
【請求項１】
基板と、
前記基板上に設けられ、前記基板よりも低い誘電率を有する絶縁膜と、
前記絶縁膜上にゲート電極、ゲート絶縁膜、半導体層を積層してなり、前記半導体層に接続された電極を有するスイッチング素子とを備え、
前記電極は、前記絶縁膜表面に直に接する延設部分を有し、
前記電極の前記延設部分上に設けられたフォトダイオードをさらに備える、
フォトセンサー。
【請求項２】
前記絶縁膜の材質は、酸化ケイ素を含む、
請求項１に記載のフォトセンサー。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載のフォトセンサーと、
前記フォトダイオードの上側に設けられ、Ｘ線を光に変換するシンチレーターとを備える、
Ｘ線撮像装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図２】
【図３】
【図４】
【公開番号】特開２００９−５９９７５（Ｐ２００９−５９９７５Ａ）
【公開日】平成２１年３月１９日（２００９．３．１９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−２２７２９２（Ｐ２００７−２２７２９２）
【出願日】平成１９年９月３日（２００７．９．３）
【出願人】（０００００６０１３）三菱電機株式会社 (33,312)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年３月１９日（２００９．３．１９）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年９月３日（２００７．９．３）
【出願人】（０００００６０１３）三菱電機株式会社 (33,312)
【Ｆターム（参考）】
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