(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2023-07-06
(45)【発行日】2023-07-14
(54)【発明の名称】イメージセンサ
(51)【国際特許分類】
H01L 27/146 20060101AFI20230707BHJP
H04N 5/32 20230101ALI20230707BHJP
H01L 27/144 20060101ALI20230707BHJP
【ＦＩ】
H01L27/146 C
H04N5/32
H01L27/144 K
【請求項の数】
6
(21)【出願番号】P 2018126170
(22)【出願日】2018-07-02
(65)【公開番号】P2020004935
(43)【公開日】2020-01-09
【審査請求日】2021-06-28
(73)【特許権者】
【識別番号】303018827
【氏名又は名称】Ｔｉａｎｍａ Ｊａｐａｎ株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】110001678
【氏名又は名称】藤央弁理士法人
(72)【発明者】
【氏名】奈良 修平
(72)【発明者】
【氏名】関根 裕之
(72)【発明者】
【氏名】石野 隆行
(72)【発明者】
【氏名】田村 文識
(72)【発明者】
【氏名】畠澤 良和
【審査官】田邊 顕人
(56)【参考文献】
【文献】特開２０１０－２４５０７８（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１４－１１６４２９（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１４－０７８６５１（ＪＰ，Ａ）
【文献】国際公開第２０１６／１９５０００（ＷＯ，Ａ１）
【文献】特開２０１５－０９０９５７（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１５－１４４２９８（ＪＰ，Ａ）
【文献】国際公開第２０１５／１４６８５５（ＷＯ，Ａ１）
【文献】特開２０１８－８４４８５（ＪＰ，Ａ）
【文献】国際公開第２０１８／０７０３４９（ＷＯ，Ａ１）
【文献】国際公開第２０１８／０５６２５５（ＷＯ，Ａ１）
【文献】国際公開第２０１６／００２５６３（ＷＯ，Ａ１）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｈ０１Ｌ ２７／１４６
Ｈ０４Ｎ ５／３２
Ｈ０１Ｌ ２７／１４４
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
基板上に配置されたスイッチング素子と、前記スイッチング素子に接続された光電変換素子と、
前記光電変換素子を直接覆う第１保護膜と、
前記スイッチング素子よりも上層に位置し、前記第１保護膜に接する第１有機膜と、を備え、
前記第１有機膜は、前記光電変換素子の端面を含む前記光電変換素子の部位、である第１端部を覆い、
前記第１端部を覆う前記第１有機膜の端部である第１被覆部は、前記光電変換素子方向への傾斜を有して終端し、
前記第１有機膜は、前記光電変換素子のうち前記第１端部のみを覆う、イメージセンサであって、
前記第１有機膜を直接覆う第２保護膜と、
前記第１有機膜及び前記第２保護膜よりも上層に位置する配線を直接覆う第３保護膜と、を備え、
前記第１保護膜、前記第２保護膜、及び前記第３保護膜は無機膜であり、
前記第３保護膜は前記第２保護膜を直接覆い、
前記第２保護膜は前記第１保護膜を直接覆い、
前記第２保護膜の前記第１被覆部を直接覆う部分は、前記光電変換素子方向への傾斜を有する、イメージセンサ。
【請求項2】
請求項１に記載のイメージセンサであって、
マトリクス状に配置された複数の画素を含み、
前記複数の画素それぞれは、前記スイッチング素子と、前記光電変換素子と、を含み、
前記第１有機膜は、前記光電変換素子の間、及び前記複数の画素において最も外側に位置する光電変換素子である最外光電変換素子の外側に配置され、
前記最外光電変換素子の外側に位置する前記第１有機膜の端部は、前記第２保護膜で直接覆われている、イメージセンサ。
【請求項3】
請求項１に記載のイメージセンサであって、
前記第１有機膜よりも上層に第２有機膜を備える、イメージセンサ。
【請求項4】
請求項１に記載のイメージセンサであって、
複数の前記光電変換素子を備え、
１つの前記第１保護膜が、前記複数の光電変換素子の全てを直接覆う、イメージセンサ。
【請求項5】
請求項１に記載のイメージセンサであって、
マトリクス状に配置された複数の画素を含み、
前記複数の画素それぞれは、前記スイッチング素子と、前記光電変換素子と、を含み、
前記イメージセンサは、
前記スイッチング素子に接続されたゲート線及び信号線と、
行方向に配置された画素からなる画素行を選択し、前記ゲート線を介して、前記選択中の画素行の画素に出力信号を出力して前記スイッチング素子を導通状態にする、走査部と、
前記選択中の画素行の画素の光電変換素子からの信号を、導通状態の前記スイッチング素子及び前記信号線を介して検出する、検出部と、を備え、
前記信号線は、前記第１有機膜を介して、前記光電変換素子と隔てられている、イメージセンサ。
【請求項6】
請求項１に記載のイメージセンサであって、
前記スイッチング素子を覆うスイッチング素子保護膜を備え、
前記光電変換素子及び前記第１有機膜は、前記スイッチング素子保護膜上に配置されている、イメージセンサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本開示は、イメージセンサに関する。
【背景技術】
【0002】
間接型のＸ線撮像装置として、フラットパネルディテクタ（以下、Ｆｌａｔ Ｐａｎｅｌ Ｄｅｔｅｃｔｏｒ：ＦＰＤとも呼ぶ）が広く用いられている。ＦＰＤは、シンチレータと呼ばれるＸ線－光変換膜と、フォトダイオードアレイと、を含んで構成される。フォトダイオードアレイは、薄膜トランジスタ（Ｔｈｉｎ Ｆｉｌｍ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ、以下ＴＦＴとも呼ぶ）とフォトダイオードとが接続して形成された受光素子を、マトリクス状に並べたデバイスである。フォトダイオードアレイは光をフォトダイオードで光電変換し、得られた電荷を、ＴＦＴを介して信号線から読み出して画像化する。
【0003】
特許文献１はＸ線撮像装置を開示する。特許文献１に記載のＸ線撮像装置において、第２の絶縁膜は、第１の絶縁膜とフォトダイオード及び電極を含む変換素子を覆うように設けられている。また、特許文献１に記載の撮像パネルにおいて、第２の絶縁膜は、０より大きい数ｘ及び０以上の数ｙに対して、ＳｉＮｘＯｙで表される材料で形成されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【文献】国際公開第２０１６／００２５６３号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
高画質なＦＰＤ開発に向け、鮮鋭度の高い画像を得るニーズが高まっている。しかし、シンチレータからの光信号の進行方向が必ずしも受光面に対し垂直でないため、特許文献１に記載の技術では、本来入射すべき画素とは異なる画素（例えば、周辺画素）に光が入射してしまう可能性がある。つまり、この光は、周辺画素にとってはノイズ光（迷光）であるため、イメージセンサによって得られる画像がぼけてしまう、即ち鮮鋭度が低下してしまう。
【0006】
また、特許文献１に記載の技術において、Ｘ線がシンチレータに対し垂直に入射しても、変換された光がイメージセンサの受光面(厳密には、特許文献１に記載の撮像パネルにおけるフォトダイオードの、特に非晶質シリコン層)に到達するまでに光学的な距離が存在するため、その間に光信号が散乱してしまい、一部の光信号が周辺画素に入射してしまう。つまり、鮮鋭度の高い画像を取得するには、各画素において周辺画素からのノイズ光の混入を抑制する必要がある。そこで本開示は、より鮮鋭度の高い画像を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0007】
上記課題を解決するために、本開示の一態様は以下の構成を採用する。イメージセンサは、基板上に配置されたスイッチング素子と、前記スイッチング素子に接続された光電変換素子と、前記光電変換素子を直接覆う第１保護膜と、前記スイッチング素子よりも上層に位置し、前記第１保護膜に接する第１有機膜と、を備え、前記第１有機膜は、前記光電変換素子の端部の少なくとも一部である第１端部を覆い、前記第１端部を覆う前記第１有機膜の端部である第１被覆部は、前記光電変換素子方向への傾斜を有して終端し、前記第１有機膜は、前記光電変換素子のうち前記第１端部のみを覆う、イメージセンサ。
【発明の効果】
【0008】
本開示の一態様によれば、鮮鋭度の高い画像を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【0009】
【発明を実施するための形態】
【0010】
以下、添付図面を参照して実施形態を説明する。本実施形態は本開示を実現するための一例に過ぎず、本開示の技術的範囲を限定するものではないことに注意すべきである。各図において共通の構成については同一の参照符号が付されている。また、図面に描かれた形状は、実際の寸法及び比率とは必ずしも一致しない。また、各図面におけるハッチングは、各構成要素を区別するためのものでもあり、必ずしも切断面を意味するものではない。また、説明をわかりやすくするため、図示した物の寸法、形状については、誇張して記載している場合もある。
【実施例1】
【0011】
図１は、本実施例のイメージセンサの構成例を示すブロック図である。イメージセンサ１０は、フォトダイオードアレイ２００、走査回路４００、及び検出回路３００を含む。
【0012】
フォトダイオードアレイ２００において、縦方向に配置された信号線２８１（Ｓ１－Ｓｍ）と横方向に配置されたゲート線２８２（Ｇ１－Ｇｎ）との各交点に配置された画素２１０がマトリクス状に配置されている。信号線２８１（Ｓ１－Ｓｍ）は、それぞれ、異なる画素列に接続されている。ゲート線２８２（Ｇ１－Ｇｎ）は、それぞれ、異なる画素行に接続されている。
【0013】
また、図１には図示されていないが、イメージセンサ１０は、後述するシンチレータ５００を含む。シンチレータ５００は、例えば、フォトダイオードアレイ２００のＺ軸方向にフォトダイオードアレイ２００を覆うように配置されている。被写体に照射されたＸ線が被写体を透過してシンチレータ５００に入射し、シンチレータ５００は入射したＸ線を光に変換する。シンチレータ５００が変換した光がフォトダイオードアレイ２００に入射する。なお、イメージセンサ１０は、シンチレータ５００を含まなくてもよい。
【0014】
なお、本実施形態では、画素２１０が配列されたマトリクスの行方向及び列方向を、それぞれ、ｘ軸方向、ｙ軸方向とし、ｘ軸及びｙ軸に直交し、フォトダイオードアレイ２００にシンチレータ５００が積層する方向をｚ軸方向とする。
【0015】
センサ基板１００は、絶縁性基板（例えばガラス基板）である。信号線２８１（Ｓ１－Ｓｍ）は検出回路３００に接続され、ゲート線２８２（Ｇ１－Ｇｎ）は走査回路４００に接続される。またここに示した例では、全ての画素２１０に共通のバイアス線２８３（Ｂｉａｓ）が接続されているが、全ての画素２１０および共通のバイアス線２８３が複数の画素領域に分割されており、それぞれの画素領域に対応する独立したバイアス線およびバイアス端子が配置されていてもよい。
【0016】
図２は、本実施例のイメージセンサ１０に適用可能な画素２１０の回路構成例を示す回路図である。図２の画素２１０は、図１における上からｉ行目、左からｊ列目の画素２１０である。画素２１０は、フォトダイオード２２０とＴＦＴ２９０とを含む。フォトダイオード２２０は光電変換素子の一例である。ＴＦＴ２９０は、スイッチング素子の一例である。なお、フォトダイオード２２０の代わりに、他の光電変換素子が用いられてもよい。また、ＴＦＴ２９０の代わりに他のスイッチング素子が用いられてもよい。
【0017】
ＴＦＴ２９０のゲート端子はゲート線Ｇｉに接続され、ドレイン端子は信号線Ｓｊに接続され、ソース端子はフォトダイオード２２０のカソード端子に接続される。図２の例において、フォトダイオード２２０のアノード端子は、バイアス線２８３（Ｂｉａｓ）に接続されている。
【0018】
走査回路４００は、フォトダイオードアレイ２００における画素行を選択し、ゲート線２８２を介して、選択中の画素行の画素２１０に出力信号を出力してＴＦＴ２９０を導通状態にする。検出回路３００は、導通状態のＴＦＴ２９０及び信号線２８１を介して、走査回路４００が選択した画素行の画素２１０のフォトダイオード２２０からの信号を検出する。
【0019】
続いて、図３乃至図５を用いてフォトダイオードアレイ２００の概略について説明する。説明の便宜のため、図３乃至図５にはフォトダイオードアレイ２００の一部の構成の記載を省略する場合もある。例えば、図３には、後述する第２保護膜２５０、第３保護膜２６０、及び第２有機膜２７０等が記載されていない。
【0020】
図３は、フォトダイオードアレイ２００の上面の一例を示す概略図である。フォトダイオードアレイ２００は、フォトダイオード２２０、第１有機膜２３０、第１保護膜２４０、及び第２保護膜２５０を含む。前述したように、フォトダイオードアレイ２００において、フォトダイオード２２０がマトリクス状に配置されている。また、第１有機膜２３０が、フォトダイオード２２０間の隙間を埋めるように、井桁状に配置されている。
【0021】
図４は、図３のＡ－Ａ’線で切断したフォトダイオードアレイ２００の断面の一例を示す概略図である。フォトダイオード２２０それぞれは、下部に配置された下部電極２２１を含む。下部電極２２１の端部２２１ａは、フォトダイオード２２０の下部電極２２１を除く部分における端部２２０ａ（以下、単にフォトダイオード２２０の端部２２０ａとも呼ぶ）の外側に位置する。第１保護膜２４０それぞれは、フォトダイオード２２０を直接覆うように積層している。
【0022】
第１有機膜２３０は、隣接する第１保護膜２４０の間に配置される。具体的には、例えば、第１有機膜２３０は、隣接する第１保護膜２４０の間を満たす。第１有機膜２３０の端部２３０ａは、フォトダイオード２２０の端部２２０ａの内側に位置する。また、第１有機膜２３０の端部２３０ａは、ｚ軸の負の方向（即ちフォトダイオード２２０が存在する方向）に傾斜している。
【0023】
なお、フォトダイオード２２０の上面における端部２２０ａ（外周）の少なくとも一部の直上（ｚ軸の正の方向）に、第１有機膜２３０の端部２３０ａが位置すればよい。図３の例では、フォトダイオード２２０のｘｙ平面における端部２２０ａ（外周）全体の内側に、第１有機膜２３０の端部２３０ａが位置する。なお、フォトダイオード２２０の上面の少なくとも一部の直上には、第１有機膜２３０が存在しない。
【0024】
図３及び図４の例では、フォトダイオード２２０の上面の中央部の直上には、第１有機膜２３０が存在しない。なお、ｚ軸方向において第１有機膜２３０とフォトダイオード２２０とが重複する部分の面積は、ｚ軸方向において第１有機膜２３０と重複しないフォトダイオード２２０の部分の面積より十分小さいことが望ましい。
【0025】
第１有機膜２３０及び第１保護膜２４０を直接覆うように第２保護膜２５０が積層している。従って、フォトダイオード２２０の上面の直上に第１有機膜２３０が存在しない部分においては、第２保護膜２５０は、第１保護膜２４０上に積層している。
【0026】
なお、第２保護膜２５０は、第１有機膜２３０及び第１保護膜２４０の形状をなぞるように積層しているため、第１有機膜２３０の端部２３０ａの直上で、ｚ軸の負の方向（即ちフォトダイオード２２０が存在する方向）に傾斜している。なお、フォトダイオードアレイ２００は、第２保護膜２５０を含む方が望ましいが、含まなくてもよい。
【0027】
第１有機膜２３０は、例えば、アクリル樹脂、フェノール樹脂、又はエポキシ樹脂等の有機樹脂材料で構成される。第１保護膜２４０及び第２保護膜２５０は、例えば、ＳｉＯｘＮｙ（ｘ，ｙは０又は任意の自然数）等の絶縁性無機膜で構成される。
【0028】
図５は、図４のＡ部の一例を示す部分拡大図である。図５における入射光６０１及び入射光６０２の光路において、第２保護膜２５０がある場合、第２保護膜２５０は、第２保護膜２５０に入射する直前の他の媒質と比較して、高屈折率である。第２保護膜２５０がない場合、第１有機膜２３０の端部２３０ａには後述する第３保護膜２６０（この場合、第３保護膜２６０は第２保護膜２５０と光学的に同様の機能を果たす）が直上に位置するので、第３保護膜２６０は、前記第３保護膜２６０に入射する直前の他の媒質と比較して、高屈折率である。
【0029】
第２保護膜２５０及び第３保護膜２６０がともにない場合、第１有機膜２３０の端部２３０ａは、前記端部２３０ａに入射する直前の他の媒質と比較して、高屈折率である。なお第２保護膜２５０、第３保護膜２６０、又は端部２３０ａに光が入射する直前に他の材質の層がない場合は、他の媒質とは空気（屈折率１．０）を指すものとする。
【0030】
図４の第１有機膜２３０と、無機膜である第１保護膜２４０、及び無機膜である第２保護膜２５０又は第３保護膜２６０と（但し、図４及び後述する図５においては第２保護膜２５０として記載）、の間の熱膨張率差が大きい。一方、第１保護膜２４０と、第２保護膜２５０又は第３保護膜２６０と、の間の熱膨張率差は小さい。フォトダイオード２２０の上面の中央部の直上には、第１有機膜２３０が存在せず、第１保護膜２４０と、第２保護膜２５０又は第３保護膜２６０と、が積層している。
【0031】
つまり、フォトダイオード２２０の上面の中央部の直上においては、第１保護膜２４０の上に熱膨張率差が小さい第２保護膜２５０又は第３保護膜２６０が直接積層しているため、製造プロセスにおける温度差の影響を受けにくい。その結果、第１保護膜２４０と、第２保護膜２５０又は第３保護膜２６０と、の間の剥離やそれぞれの膜の亀裂が生じにくい。従って、フォトダイオードアレイ２００の耐湿性が向上し、ひいてはフォトダイオードアレイ２００の信頼性が向上する。
【0032】
また、第１保護膜２４０と、第２保護膜２５０又は第３保護膜２６０と、が同一又は類似する材質であるため、第１保護膜２４０の上に第２保護膜２５０又は第３保護膜２６０が直接積層している部分において、第１保護膜２４０と、第２保護膜２５０又は第３保護膜２６０と、の密着性が高い。従って、当該部分において膜浮きや膜剥がれが生じにくくなり、ひいては画像のムラが発生しにくくなる。
【0033】
また、第１有機膜２３０は、ｘｙ平面において、最も外側に位置するフォトダイオード２２０の外側にも配置されているが、最も外側に位置するフォトダイオード２２０より外側に位置する第１有機膜２３０の端部２３０ｂも、第２保護膜２５０又は第３保護膜２６０によって密封されている。従って、端部２３０ｂからの水分の侵入を防ぐことができる。これにより、フォトダイオードアレイ２００の配線の腐食、並びにフォトダイオード２２０及びＴＦＴ２９０の特性悪化を抑制することができる。なお、フォトダイオードアレイ２００のｙ軸方向の端部においても、第１有機膜２３０が、第２保護膜２５０又は第３保護膜２６０によって密封されている。
【0034】
図５に記載されたフォトダイオード２２０を他のフォトダイオード２２０と区別するためにフォトダイオード２２０－１と呼ぶ。入射光６０１及び入射光６０２は、いずれもシンチレータ５００からフォトダイオードアレイ２００に入射する光である。一般にシンチレータの発する光の波長は可視光であり、例えばシンチレータの一種であるＣｓＩ：Ｔｌは、中心波長が５５０ｎｍ程度である。
【0035】
入射光６０１は、フォトダイオード２２０－１に入射すべき光成分（例えば、シンチレータ５００のフォトダイオード２２０－１の直上に配置された部分から入射した光）を多く含む。入射光６０２は、フォトダイオード２２０－１に入射すべきでない光成分（例えば、シンチレータ５００のフォトダイオード２２０－１の直上以外に配置された部分から入射した光、即ち他のフォトダイオード２２０（例えば隣接する画素２１０等の周辺画素のフォトダイオード２２０）に入射すべき光）を多く含む。
【0036】
入射光６０１のほとんどの光成分は、フォトダイオード２２０－１にそのまま入射する。一方、入射光６０２に含まれる入射すべきでない光成分は、例えば隣接する画素２１０の直上のシンチレータ５００の部分から入射しているため、入射角が大きく、さらにフォトダイオード２２０－１の端部２２０－１ａの直上の近傍から入射しやすい。また、前述したように、第２保護膜２５０又は第３保護膜２６０に入射する直前の他の媒質の屈折率と比較して、第２保護膜２５０又は第３保護膜２６０の屈折率が高い。
【0037】
従って、入射光６０２の少なくとも一部は、第２保護膜２５０又は第３保護膜２６０、及び第１有機膜２３０に設けられた傾斜部分において屈折し、フォトダイオード２２０－１に入射しない。これにより、各画素２１０において隣接する画素２１０からの光の混入を抑制することができる。その結果、隣接する画素２１０からの光によって引き起こされていた、画像のぼやけを改善し鮮鋭度を向上させることができる。
【0038】
なお、第１有機膜２３０は、例えば、３８０ｎｍ～７００ｎｍの波長範囲で光吸収特性を有してもよい。入射光６０２に含まれる入射光６０２－１は、第１有機膜２３０に設けられた傾斜部分において屈折するものの、第１有機膜２３０を通過して、フォトダイオード２２０－１に入射する。第１有機膜２３０が当該光吸収特性を有することにより、フォトダイオード２２０に入射する入射光６０２－１の光強度が第１有機膜２３０によって減衰するため、画像の鮮鋭度がさらに向上する。
【0039】
以下、図６乃至図８を用いて、フォトダイオードアレイ２００の構成の詳細を説明する。図６は、図３のＢ部（第１有機膜２３０を非表示）の一例を示す部分拡大図である。図７は、図３のＢ部（第１有機膜２３０を表示）の一例を示す部分拡大図である。図８は、図６のＡ－Ａ’線で切断したフォトダイオードアレイ２００の断面の第１の例を示す断面図である。なお、図８には、フォトダイオードアレイ２００を覆うシンチレータ５００、及びフォトダイオードアレイ２００の直下に配置されるセンサ基板１００も描かれている。また、図８には、後述する第２保護膜２５０、第３保護膜２６０、及び第２有機膜２７０等についても描かれている。
【0040】
センサ基板１００上にＴＦＴ２９０が配置されている。ＴＦＴ２９０は、ゲート電極２９１、ゲート絶縁膜２９２、半導体層２９３、ソース電極２９４、及びドレイン電極２９５を含む。センサ基板１００上にゲート電極２９１が配置され、ゲート電極２９１を直接覆うようにセンサ基板１００上にゲート絶縁膜２９２が積層している。
【0041】
ゲート電極２９１の直上に、ゲート絶縁膜２９２を介して、半導体層２９３が配置されている。また、ソース電極２９４及びドレイン電極２９５が、ゲート絶縁膜２９２上に配置されている。半導体層２９３のｘ軸方向の正の方向の端部にソース電極２９４が接続されている。半導体層２９３のｘ軸の負の方向の端部にドレイン電極２９５が接続されている。ソース電極２９４とドレイン電極２９５とは隔離されている。
【0042】
なお、ゲート電極２９１の構成材料は、例えば、Ａｌ、Ｃｒ、又はこれらの金属の合金などである。ゲート絶縁膜２９２の構成材料は、例えば、ＳｉＯｘＮｙ（ｘ，ｙは０又は任意の自然数）、Ａｌ２Ｏ３及びそれらの積層膜などである。半導体層２９３は、例えば、ａ－Ｓｉ（アモルファスシリコン）若しくはｐｏｌｙ－Ｓｉ（多結晶シリコン）、又はＩｎ、Ｇａ、Ｚｎ、及びＳｎなどの金属酸化物などで構成される。ドレイン電極２９５の構成材料は、例えば、ＡｌとＭｏ及びＴｉなどの合金などの、抵抗率の低い金属である。
【0043】
なお、ゲート電極２９１の厚さ（以下、特に断らない限り、「厚さ」とは、ｚ軸方向の厚さを示す）は、例えば、１００～１０００ｎｍ程度である。ゲート絶縁膜２９２の厚さは、例えば、２００～６００ｎｍ程度である。半導体層２９３の厚さは、例えば、１０～５００ｎｍ程度である。ソース電極２９４及びドレイン電極２９５の厚さは、例えば、１００～１０００ｎｍ程度である。
【0044】
半導体層２９３、ソース電極２９４、及びドレイン電極２９５を覆うように、ＴＦＴ保護膜２８０が積層している。ＴＦＴ保護膜２８０は、例えば、ＳｉＯｘＮｙ（ｘ，ｙは０又は任意の自然数）やＡｌ２Ｏ３等の絶縁性無機膜で構成される。ＴＦＴ保護膜２８０の厚さは、１００～２０００ｎｍ程度である。
【0045】
ＴＦＴ保護膜２８０上にフォトダイオード２２０及び第１有機膜２３０が配置される。第１有機膜２３０の厚さは、例えば、５００～２５００ｎｍ程度である。フォトダイオード２２０は、例えば、ｚ軸の負の方向から順に、下部電極２２１、ｎ型ａ－Ｓｉ層２２２、ｉ型ａ－Ｓｉ層２２３、ｐ型ａ－Ｓｉ層２２４、上部電極２２５、が積層されることによって構成される。
【0046】
下部電極２２１は、ＴＦＴ保護膜２８０を貫通して、例えば第１コンタクト部２８５において、ソース電極２９４に接続される。下部電極２２１には、例えば、Ｃｒなどを用いることができる。上部電極２２５の構成材料は、例えば、ＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ Ｔｉｎ Ｏｘｉｄｅ）などの透明電極を用いることができる。下部電極２２１の厚さは、例えば、１０～２００ｎｍ程度である。上部電極２２５の厚さは、例えば、１０～２００ｎｍ程度である。
【0047】
ｎ型ａ－Ｓｉ層２２２の厚さは、例えば、１０～１００ｎｍ程度である。ｉ型ａ－Ｓｉ層２２３の厚さは、例えば、５００～２０００ｎｍ程度である。ｐ型ａ－Ｓｉ層２２４の厚さは、例えば、１０～１００ｎｍ程度である。
【0048】
また、ＴＦＴ２９０とフォトダイオード２２０との間の寄生容量を低減するために、図８のように、ＴＦＴ２９０とフォトダイオード２２０が離間して配置されていることが好ましい。同様に、フォトダイオード２２０間の寄生容量を低減するために、フォトダイオード２２０についても離間して配置されていることが好ましい。
【0049】
第１保護膜２４０は、フォトダイオード２２０を直接覆う。また、第１有機膜２３０は、隣接する第１保護膜２４０の間に配置される。前述した通り、第１有機膜２３０及び第１保護膜２４０を直接覆うように、第２保護膜２５０が積層している。第１保護膜２４０の厚さは、例えば、５０～２０００ｎｍ程度である。第２保護膜２５０の厚さは、例えば、５０～１０００ｎｍ程度である。なお、第２保護膜２５０は、第１有機膜２３０及び第１保護膜２４０の形状をなぞるように積層しているため、第１有機膜２３０の端部２３０ａの直上で、ｚ軸の負の方向に傾斜している。
【0050】
また、前述したように第１有機膜２３０の端部２３０ａは、フォトダイオード２２０の端部２２０ａの内側に位置し、第１有機膜２３０の端部２２０ａは、ｚ軸の負の方向（即ちフォトダイオード２２０が存在する方向）に傾斜している。
【0051】
第１有機膜２３０とフォトダイオード２２０とが重なる幅Ｌ１は、１０μｍ以下が望ましく、例えば、３μｍである。フォトダイオード２２０の幅Ｌ２は、２００μｍ以下であり、用途によっては１００μｍ以下である。また、Ｌ１は、Ｌ２より十分小さい。また、第１有機膜２３０の端部２２０ａの傾斜角は、例えば、１５度～７５度程度である。
【0052】
また、上部電極２２５上に、バイアス線２８３が配置されている。バイアス線２８３は、第１保護膜２４０及び第２保護膜２５０を貫通して、例えば第２コンタクト部２８６において、上部電極２２５に接続されている。また、ドレイン電極２９５上に、信号線２８１が配置されている。
【0053】
信号線２８１は、第２保護膜２５０を貫通して、例えば第３コンタクト部２８７において、ドレイン電極２９５に接続されている。また、第１有機膜２３０と信号線２８１との間は、第２保護膜２５０によって隔てられている。
【0054】
なお、第１有機膜２３０は比誘電率が低く、また、信号線２８１と、ＴＦＴ２９０及びフォトダイオード２２０と、の間の空間の大半は、第１有機膜２３０で満たされていることが望ましい。これにより、信号線２８１の寄生容量を低減することができる。信号線２８１の寄生容量が低下することにより、検出回路３００は信号を高速に読み取ることができるため、イメージセンサ１０の残像特性が改善する。
【0055】
図６乃至図８の例では、信号線２８１及びバイアス線２８３の少なくとも一部が、第１有機膜２３０より上層に位置しているが、信号線２８１及びバイアス線２８３の全体が第１有機膜２３０より上層に位置しなくてもよい。
【0056】
ゲート線２８２は、例えば、図６のフォトダイオード２２０の場合はｙ軸の負の方向に位置し、ｘ軸方向に沿って配置されている。ゲート線２８２は、例えば、ｚｘ平面と平行な平面において、ゲート電極２９１に接続されている。信号線２８１、ゲート線２８２、及びバイアス線２８３の厚さは、例えば、１００～１０００ｎｍ程度である。
【0057】
信号線２８１、及びバイアス線２８３を直接覆うように第３保護膜２６０が積層している。第３保護膜２６０は、例えば、ＳｉＯｘＮｙ（ｘ，ｙは０又は任意の自然数）等の絶縁性無機膜で構成される。第３保護膜２６０は、信号線２８１及びバイアス線２８３を保護する。なお、第３保護膜２６０は、第２保護膜２５０の形状をなぞるように積層しているため、第１有機膜２３０の端部２３０ａの直上で、ｚ軸の負の方向に傾斜している。なお、第３保護膜２６０はある方が望ましいが、なくてもよい。
【0058】
第３保護膜２６０を覆うように第２有機膜２７０が積層している。第２有機膜２７０は、例えば、アクリル樹脂、フェノール樹脂、エポキシ樹脂等の有機樹脂材料の平坦化膜や、パリレンなどに代表されるシンチレータ保護膜、光学両面テープ（ＯＣＡテープ：Ｏｐｔｉｃａｌ Ｃｌｅａｒ Ａｄｈｅｓｉｖｅ ｔａｐｅ）や光学接着剤などに代表されるシンチレータ接着剤などが該当する。第２有機膜２７０を覆うようにシンチレータ５００が配置される。
【0059】
なお、第３保護膜２６０の厚さは、例えば、５０～１０００ｎｍ程度である。第２有機膜２７０の厚さは、例えば、５００～５０００ｎｍである。シンチレータ５００の厚さは、例えば、１０ｎｍ～１０ｍｍ程度である。なお、フォトダイオードアレイ２００は、第３保護膜２６０及び第２有機膜２７０の少なくとも一方を含まなくてもよい。
【0060】
図９は、図６のＡ－Ａ’線で切断したフォトダイオードアレイ２００の断面の第２の例を示す断面図である。図８との相違点を説明する。図８の例では、ＴＦＴ２９０の形状が逆スタガ型であったが、図９の例では、ＴＦＴ２９０の形状が順スタガ型である。順スタガ型と逆スタガ型の最大の違いは、半導体層２９３とゲート電極２９１の位置関係の違いである。
【0061】
センサ基板１００上に半導体層２９３、ソース電極２９４、及びドレイン電極２９５が配置されている。半導体層２９３のｘ軸方向の正の方向の端部にソース電極２９４が接続されている。半導体層２９３のｘ軸の負の方向の端部にドレイン電極２９５が接続されている。
【0062】
半導体層２９３、ソース電極２９４、及びドレイン電極２９５を覆うようにゲート絶縁膜２９２が積層している。半導体層２９３の直上に、ゲート絶縁膜２９２を介して、ゲート電極２９１が配置されている。ゲート電極２９１を覆うように、ＴＦＴ保護膜２８０が積層している。
【0063】
図１０は、図６のＡ－Ａ’線で切断したフォトダイオードアレイ２００の断面の第３の例を示す断面図である。図８との相違点を説明する。図１０の例では、半導体層２９３と、ソース電極２９４及びドレイン電極２９５と、の接続がチャネルエッチ型である。半導体層２９３の上面のｘ軸方向（又はｙ軸方向）の中央部が窪んでいる。
【0064】
図１１は、図６のＡ－Ａ’線で切断したフォトダイオードアレイ２００の断面の第４の例を示す断面図である。図８との相違点を説明する。図１１の例では、半導体層２９３と、ソース電極２９４及びドレイン電極２９５と、の接続がチャネル保護型である。ＴＦＴ２９０は、エッチストップ層２９６をさらに含む。
【0065】
半導体層２９３のｘ軸方向（又はｙ軸方向）の中央部に、島状のエッチストップ層２９６が配置されている。エッチストップ層２９６の正のｘ軸方向の端部にソース電極２９４が接している。エッチストップ層２９６の負のｘ軸方向の端部にドレイン電極２９５が接している。エッチストップ層２９６は、例えば、ＳｉＯｘＮｙ（ｘ，ｙは０又は任意の自然数）やＡｌ２Ｏ３等の絶縁性無機膜で構成される。エッチストップ層２９６の厚さは、例えば、１０～５００ｎｍ程度である。
【0066】
図１２は、図６のＡ－Ａ’線で切断したフォトダイオードアレイ２００の断面の第５の例を示す断面図である。図１１との相違点を説明する。図１２の例では、半導体層２９３と、ソース電極２９４及びドレイン電極２９５と、の接続がコンタクト型である。
【0067】
半導体層２９３を覆うように、エッチストップ層２９６が積層されている。エッチストップ層２９６上に、ソース電極２９４及びドレイン電極２９５が配置されている。また、ソース電極２９４及びドレイン電極２９５は、エッチストップ層２９６を貫通して、半導体層２９３に接続される。
【0068】
図１３は、図６のＡ－Ａ’線で切断したフォトダイオードアレイ２００の断面の第６の例を示す断面図である。図８との相違点を説明する。図８の例では、互いに隔離された第１保護膜２４０が、フォトダイオード２２０それぞれを覆う。
【0069】
一方、図１３の例では、一連の第１保護膜２４０が全てのフォトダイオード２２０を覆うように積層している。即ち、図１３の例においては、図４における第１保護膜２４０同士が繋がっている。第１保護膜２４０が一連の形状を有することにより、フォトダイオードアレイ２００の製造工程において、フォトダイオード２２０を覆わない部分を除去する工程が不要であるため、製造効率が高まる。
【0070】
図１４は、図６のＡ－Ａ’線で切断したフォトダイオードアレイ２００の断面の第７の例を示す断面図である。図１４の断面図は、フォトダイオードアレイ２００が、第２保護膜２５０を含まない点を除いて、図８と同様である。
【0071】
図１５は、図６のＡ－Ａ’線で切断したフォトダイオードアレイ２００の断面の第８の例を示す断面図である。図１５の断面図は、フォトダイオードアレイ２００が、第２保護膜２５０及び第３保護膜２６０を含まない点を除いて、図８と同様である。
【0072】
以上、本発明の実施形態を説明したが、本発明が上記の実施形態に限定されるものではない。例えば、図２に示した画素２１０の回路構成として、フォトダイオード２２０のアノード端子、カソード端子が、各々、ＴＦＴ２９０、及びバイアス線２８３に接続されてもよい。このように、当業者であれば、上記の実施形態の各要素を、本発明の範囲において容易に変更、追加、変換することが可能である。ある実施形態の構成の一部を他の実施形態の構成に置き換えることが可能であり、ある実施形態の構成に他の実施形態の構成を加えることも可能である。
【符号の説明】
【0073】
１０ イメージセンサ、１００ センサ基板、２００ フォトダイオードアレイ、２１０ 画素、２２０ フォトダイオード、２２１ 下部電極、２３０ 第１有機膜、２４０ 第１保護膜、２５０ 第２保護膜、２６０ 第３保護膜、２７０ 第２有機膜、２８０ ＴＦＴ保護膜、２９０ ＴＦＴ、２８１ 信号線、２８２ ゲート線、２８３ バイアス線、３００ 検出回路、４００ 走査回路、５００ シンチレータ
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】
【図14】
【図15】