JP2000208750A

JP2000208750A - 光電変換装置とその製造方法

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Publication number: JP2000208750A
Application number: JP11011102A
Authority: JP
Inventors: Kazuaki Tashiro; 和昭田代
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1999-01-19
Filing date: 1999-01-19
Publication date: 2000-07-28

Abstract

(57)【要約】【課題】２次元ショットキー型センサと薄膜トランジ
スタや、２次元ＰＩＮ型ホトダイオードセンサと薄膜ト
ランジスタとを有する光電変換装置を提供することを課
題とする。【解決手段】基板上に光電変換部と、スイッチング素
子と、画素電極と配線により複数個の画素を形成し、こ
れを２次元に配列した光電変換装置において、前記光電
変換部は共通電極と半導体層からなり、前記画素電極が
前記半導体層とショットキー接合を形成する層を有する
ことを特徴とする。また、前記光電変換部は第一の導電
型の半導体層と、光電変換層を形成する半導体層とを有
し、前記共通電極に前記第一の導電型の半導体層を利用
することを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、従来ファクシミ
リ、スキャナ等に用いられる２次元光電変換装置に係わ
り、殊に最近では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
の製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】２次元の光電変換装置は、従来コンピュ
ーターなどのスキャナ等に提案されているが、殊に最近
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と組み合わ
せ大判のデジタルＸ線検出装置が提案されている。

【０００３】このような大面積２次元の光電変換装置と
しては、例えば非単結晶シリコン特に非晶質シリコンを
活性層としたホトダイオード型センサや、薄膜トランジ
スタを基板上に、２次元に配置したものが使われる。こ
こで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とする。

【０００４】図７（ａ）は従来のＰＩＮ型ホトダイオー
ドと薄膜トランジスタを使った光電変換装置の１画素分
の平面図を示す。

【０００５】図７（ｂ）は図７（ａ）のＡ−Ｂ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Ｐ
ＩＮ型ホトダイオードＳ、信号転送用スイッチとしての
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。さらにＳＩＧは信号配線であ
る。ｇは薄膜トランジスタのゲート配線、７０６、７０
８はホトダイオードの共通電極を示す。入射する光によ
りホトダイオードＳで発生した電荷は、薄膜トランジス
タを通して、信号線上の容量に転送され不図示の読み出
し回路で、読み出される。

【０００６】この従来例ではまずガラス基板７０１上に
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。このとき、画素電極７０２上
に、ＰＩＮの３層７０３、７０４、７０５を連続して成
膜しているので、成膜ののち画素ごとにアイソレーショ
ンが必要であった。また、薄膜トランジスタは、ゲート
電極７０９上に絶縁層７１０と、活性層７１１と、オー
ミック層７１２と、画素電極７０２と接続されたソース
電極７１４と、画素信号を読み出すドレイン電極７１３
とから構成されている。また電極層は薄膜トランジスタ
のゲート電極層７０９、ソース／ドレイン電極７１４，
７１３とセンサ下電極層７０２、センサ上の透明電極層
７０６、センサ共通電極層７０８の４層であり、その形
成のための工程が必要になっていた。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】上述した従来の光電変
換装置では、以下のような問題点があった。

【０００８】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、特に画素ピッチが小さくなった場合、歩留りを確保
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。

【０００９】さらに、センサ部を画素分離していたの
で、そのための工程が必要であり、さらに画素分離した
結果、センサ端面での暗電流が生じ、ノイズとなり、Ｓ
／Ｎの低下を招いていた。

【００１０】また共通電極に透明電極（ＩＴＯ等）や金
属層を利用していたのでこの分工程が長かった。

【００１１】そこで、本発明は、Ｓ／Ｎの低下や工程上
の上記欠点を解決するために成されたもので、２次元シ
ョットキー型センサと薄膜トランジスタや、２次元ＰＩ
Ｎ型ホトダイオードセンサと薄膜トランジスタとを有す
る光電変換装置を提供することを課題とする。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明は、基板上に光電
変換部と、スイッチング素子と、画素電極と配線により
複数個の画素を形成し、これを２次元に配列した光電変
換装置において、前記光電変換部は共通電極と半導体層
からなり、前記画素電極が前記半導体層とショットキー
接合を形成する層を有することを特徴とする。

【００１３】また、上記光電変換装置において、前記光
電変換部は第一の導電型の半導体層と、光電変換層を形
成する半導体層とを有し、前記共通電極に前記第一の導
電型の半導体層を利用することを特徴とする。

【００１４】また、上記光電変換装置において、前記半
導体層が非単結晶シリコンからなることを特徴とする。

【００１５】また、上記光電変換装置において、前記半
導体層がＮ型水素化微結晶（非晶質）シリコンと水素化
非晶質シリコンからなることを特徴とする。

【００１６】また、上記光電変換装置において、前記シ
ョットキー接合を形成する層が金属からなることを特徴
とする。

【００１７】また、上記光電変換装置において、前記シ
ョットキー接合を形成する層が酸化物半導体からなるこ
とを特徴とする。

【００１８】また、上記光電変換装置において、前記画
素電極を形成する層がスイッチング素子の電極を形成す
る層と共通であることを特徴とする。

【００１９】また、上記光電変換装置において、前記ス
イッチング素子が水素化非晶質シリコンあるいは多結晶
シリコンを活性層として利用した薄膜トランジスタであ
ることを特徴とする。

【００２０】また、上記光電変換装置において、前記光
電変換部の半導体層が画素全面に存在することを特徴と
する。

【００２１】また、上記光電変換装置において、前記画
素内の光電変換部の共通電極である第一の導電型の半導
体層の画素に対応する部分の一部とその他の部分の膜厚
が異なることを特徴とする。

【００２２】また、上記光電変換装置において、前記画
素内の光電変換部の共通電極である第一の導電型の半導
体層の一部に導電体を形成することを特徴とする。

【００２３】また、本発明は、基板上に光電変換部と、
スイッチング素子と、画素電極と配線により複数個の画
素を形成し、これを２次元に配列した光電変換装置にお
いて、前記光電変換部は半導体層からなる第一の電荷に
対するブロッキング層と光電変換層を形成する半導体層
と共通電極を有し、前記画素内の光電変換部の共通電極
に前記第一の電荷に対するブロッキング層を利用し前記
画素電極が第二の電荷ブロッキング層からなり、前記第
一の電荷に対するブロッキング層の画素に対応する部分
の一部とその他の部分の膜厚が異なることを特徴とす
る。

【００２４】また、本発明は、基板上に光電変換部と、
スイッチング素子と、画素電極と配線により複数個の画
素を形成し、これを２次元に配列した光電変換装置の製
造方法において、（１）基板上に、第１の導電体からな
るスイッチング素子の第１の電極を形成し、（２）次に
絶縁層、半導体層、オーミック層により前記スイッチン
グ素子を形成し、（３）前記オーミック層上に少なくと
も一つの導電体を有する第２の導電体層によりスイッチ
ング素子の電極、これにつながる画素電極を形成し、そ
の後スイッチング素子を完成させ、（４）その後光電変
換部の半導体層を形成し、前記画素電極とショットキー
障壁を形成させ、（５）その後共通電極を形成する、少
なくとも上記工程を有することを特徴とする。

【００２５】［作用］光の利用を最大限にするため、光
電変換部の半導体層を画素全面にアイソレーション無く
形成することで開口率を向上する。その結果画素端面で
の端面リークも無くなり暗時の電流が低減できる。この
とき光電変換部の第一導電型の半導体層をそのまま共通
電極とする事で従来のような共通電極としての透明電極
（ＩＴＯ等）を利用する必要が無く、工程が簡略化され
る。

【００２６】

【発明の実施の形態】本発明による実施形態について、
図面を参照しつつ詳細に説明する。

【００２７】［実施形態１］本発明による第１の実施形
態は、ショットキー型センサ＋薄膜トランジスタでＮ⁺
型水素化微結晶シリコン層を最適な厚さで形成しかつ共
通電極として利用することに特徴がある。

【００２８】本実施形態では、水素化非晶質シリコンを
活性層としたショットキー型ホトダイオードセンサと薄
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。

【００２９】図１（ａ）は光電変換装置の１画素分の平
面図を示す。図１（ｂ）は図１（ａ）のＡ−Ｂの断面図
を示す。本１画素は、画素電極、ショットキー接合を有
する光電変換部（ショットキー型ホトダイオードセン
サ）Ｓ、電荷転送用薄膜トランジスタＴで構成されてい
る。さらにSIGは信号配線である。ｇｎは薄膜トランジ
スタのゲート線、１１２は共通電極を示す。光電変換部
は共通電極１１２、光電変換層１１１、画素電極１０９
と１０８からなる。

【００３０】本実施形態において、共通電極１１２はＮ
⁺型水素化微結晶シリコン層が兼ねている。十分な低抵
抗化と高透過率の条件を選んだ。光電変換層１１１は水
素化非晶質シリコン層であり、Ｎ⁺型水素化微結晶シリ
コン層は光電変換層とのオーミック層としても機能して
いる。画素電極はショットキー金属の白金１０９とアル
ミ１０８の二重構造とした。白金と光電変換層との間で
ショットキー接合を形成している。薄膜トランジスタＴ
は水素化非晶質窒化シリコン層１０３をゲート絶縁層と
し、水素化非晶質シリコン層１０４を活性層としてい
る。電荷転送用薄膜トランジスタＴは更に水素化非晶質
窒化シリコン層１０３と水素化非晶質シリコン層１０４
の活性層上に、オーミック層１０５、オーミック層上に
ソース電極１０７とドレイン電極１０６とを形成して構
成される。光により光電変換部Ｓで発生した電荷は、電
荷転送用薄膜トランジスタＴのソース電極及びドレイン
電極を通して、信号線の容量に転送され、その後不図示
の読み出し回路で読み出す。

【００３１】ここでは、１画素についての場合である
が、実際にはこの画素を複数個２次元に配列し、２次元
の大面積光電変換装置を構成している。図２に１画素で
ある１ビットの等価回路、図３に３×３で配列した場合
の等価回路を示す。図２において、所定の負電源Ｅにア
ノードを接続しカソードを電荷転送用トランジスタＴの
ソースに接続されたショットキー型フォトダイオードＳ
と、ショットキー型フォトダイオードＳに蓄積された光
電荷を入力しゲート電極ｇｎの制御信号で転送スイッチ
機能をオンする電荷転送用トランジスタＴとから構成さ
れている。なお、ホトダイオードＳと薄膜トランジスタ
Ｔの組み合わせによる回路構成は等価回路的には従来の
ものと同じであり、駆動方法等についても従来のものと
同じである。

【００３２】すなわち、図３によれば、まずシフトレジ
スタＳＲ１のゲート信号ｇ１を活性化して１列目の画素
の電荷転送葉トランジスタＴ１１−Ｔ１３をオンし、フ
ォトダイオードＳ１１−Ｓ１３の光電荷を信号配線SIG
に出力し、シフトレジスタＳＲ２の転送スイッチＭ１〜
Ｍ３の制御信号を順次アクティブとしてバッファアンプ
Ampから、時系列的にＳ１１〜Ｓ１３の光電荷を読み出
す。次にシフトレジスタＳＲ１のゲート信号ｇ２を活性
化する、という手順を繰り返して、各画素の光電荷を読
み出して行く。

【００３３】本実施形態では、光電変換部においてＮ⁺
型水素化微結晶シリコン層で共通電極を兼ね、画素分割
された画素電極１０８，１０９でショットキー接合を形
成するので、半導体の成膜はＮ⁺型水素化微結晶シリコ
ン層１１２と非晶質シリコン層１１１の２層ですみ、ま
たアイソレーションもいらず簡単な構造となる。本実施
形態の光電変換部の半導体層、薄膜トランジスタの半導
体層としては、水素化非晶質シリコン層を用いたが、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できる。

【００３４】このような図１に示す光電変換装置を、以
下の製造工程により作製した。

【００３５】（１）洗浄ガラス基板上１０１に、スパッ
タによりクロムを１００ｎｍ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Ｔのゲート電
極１０２とした。

【００３６】（２）次に、この上に、ＳｉＨ₄ガス、Ｎ
Ｈ₃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１０３を形成し、ゲート絶縁層
とした。ひきつづき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１０４を１
００ｎｍ成膜し、活性層１０４を形成した。さらにＳｉ
Ｈ₄ガス、ＰＨ₃ガス、Ｈ₂ガスを使ってプラズマＣＶ
ＤによりＮ⁺型水素化微結晶シリコン層１０５を５０ｎ
ｍ形成し、オーミック層とした。

【００３７】（３）そのオーミック層１０５の上に、ス
パッタ法によりアルミ１０８を１μｍ成膜し、さらに白
金１０９を１００ｎｍ成膜した。白金１０９はこの上に
作製する半導体層（水素化非晶質シリコン層）とショッ
トキー接合を形成する。ショットキー層１０９は選んだ
半導体に対して最適な金属等を採用すればよい。

【００３８】（４）然る後、所望の形状にフォトレジス
トパターニングを施し、順次アルミ１０８と白金１０９
のエッチングを行い、フォトレジストを剥離後ドレイン
電極１０６、ソース電極１０７及び、これにつながる画
素電極１０８、１０９を形成した。

【００３９】本実施形態ではこのドレイン電極、ソース
電極、画素電極を共通の電極として金属層で形成し、か
つ半導体層とのショットキー接合を良好に形成する材料
を選んだ。白金１０９によってショットキー接合を形成
した場合、暗電流は１×１０ ^-9Ａ／ｃｍ²と十分低く良
好なものであった。

【００４０】（５）ホトリソグラフィ工程により薄膜ト
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
を作成し、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おこなった。

【００４１】（６）然る後、このアルミ上に、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
に薄膜トランジスタＴ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。

【００４２】（７）次に、この上に、ＳｉＨ₄ガス、Ｎ
Ｈ₃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１１０を
４００ｎｍ形成した。

【００４３】（８）ホトリソグラフィ工程により薄膜ト
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成し、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、画素電極部等のコンタクトホールを形成した。

【００４４】（９）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１
１１を８００ｎｍ形成した。

【００４５】（１０）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１１２を５０ｎｍ形成した。

【００４６】本実施形態では水素化非晶質シリコン層と
Ｎ⁺型水素化微結晶シリコン層はアイソレーションを行
わず、画素全面にのこした。

【００４７】（１１）つぎに、ＳｉＨ₄ガス、ＮＨ₃ガ
ス、Ｈ₂ガスを使ってプラズマＣＶＤにより保護層とし
ての水素化非晶質窒化シリコン層（不図示）を８００ｎ
ｍ形成した。

【００４８】本実施形態では、薄膜トランジスタＴを作
製した基板上にショットキー型センサを形成する。この
とき、薄膜トランジスタＴのソース電極、ドレイン電極
と画素電極とを共通の電極として形成するために利用し
た白金と水素化非晶質シリコンとの間でショットキー接
合を形成する。

【００４９】本実施形態では、ソース電極、ドレイン電
極とショットキー電極を共通の金属で形成したが、ゲー
ト電極と共通化する事もプロセス上可能である。

【００５０】本実施形態では、最上層のＮ型層を低抵抗
化し、更に光の吸収も少ない膜厚に設定することで共通
電極とすることができた。その結果電極形成の工程を減
らすことができた。

【００５１】本実施形態は、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。

【００５２】これらの構造により、従来５０％以下だっ
た開口率は１００％を確保することができるようにな
り、その結果感度は従来の１.７倍以上になった。画素
電極は各画素毎に分離されており、半導体層全ての下に
画素電極は存在しないが、効率から見ると、そのような
部位の半導体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。また、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、Ｘ線を投
射する蛍光体の蛍光量を受光する光電変換装置により、
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。

【００５３】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。

【００５４】本実施形態では白金と水素化非晶質シリコ
ンとの間でショットキー接合を形成し、電子を利用する
形態をとったが、主にホールの振る舞いを制御するショ
ットキー電極を適宜選択し、ホールを利用する構成とす
ることもできる。

【００５５】［実施形態２］本発明による第２の実施形
態は、ショットキー型センサ＋薄膜トランジスタでＮ⁺
型層を部分エッチングすることを特徴とする。

【００５６】本実施形態ではショットキー型ホトダイオ
ード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、本発明を適用した第１の実施形態によ
るＮ ⁺型水素化微結晶シリコン層の厚さを一定としてい
たのに対して、本実施形態ではＮ⁺型水素化微結晶シリ
コン層の厚さを薄膜トランジスタ以外の部分で薄くした
ことが異なる。

【００５７】図４（ａ）は光電変換装置の１画素分の平
面図を示す。図４（ｂ）は図４（ａ）のＡ−Ｂの断面図
を示す。画素電極、ショットキー接合を有する光電変換
部（ショットキー型ホトダイオードセンサ）Ｓ、電荷転
送用薄膜トランジスタＴで構成されている。さらにＳＩ
Ｇは信号配線である。ｇｎは薄膜トランジスタＴのゲー
ト線、４１２は本実施形態での特徴を示す共通電極であ
る。

【００５８】また、光電変換部は共通電極４１２、光電
変換層４１１、画素電極４０８、４０９からなる。本実
施形態において共通電極４１２はＮ⁺型水素化微結晶シ
リコン層が兼ねており、十分な低抵抗化と高透過率の条
件を選んだ。光電変換層４１１は水素化非晶質シリコン
層であり、Ｎ⁺型水素化微結晶シリコン層４１２は光電
変換層４１１とのオーミック層としても機能している。
画素電極は白金４０９とアルミ４０８の二重構造とし
た。白金と光電変換層との間でショットキー接合を形成
している。

【００５９】また、薄膜トランジスタＴはゲート電極４
０２、水素化非晶質窒化シリコン層をゲート絶縁層４０
３とし、水素化非晶質シリコン層を活性層４０４とし、
オーミック層４０５、ドレイン電極４０６、ソース電極
４０７、層間絶縁層４１０としている。本実施形態にお
いては、最上層のＮ⁺型水素化微結晶シリコン層４１２
を共通電極とする場合、低抵抗化と光吸収による損失を
低減するための工夫がなされている。光電変換部を本実
施形態の構造にすると、半導体の成膜Ｎ⁺型水素化微結
晶シリコン層と非晶質シリコン層の２層ですみ、また画
素分割された画素電極でショットキー接合を形成するの
で、アイソレーションもいらず簡単な構造となる。

【００６０】本実施形態の光電変換部の半導体層、薄膜
トランジスタの半導体層としては、水素化非晶質シリコ
ン層を用いたが、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できる。

【００６１】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。

【００６２】（１）まず、洗浄ガラス基板上に薄膜トラ
ンジスタＴと配線４０２、画素電極を形成する。ここま
での工程はこれまでの実施形態と同様である。本実施形
態においても白金４０９／アルミ４０８で画素電極と、
トランジスタソース電極４０７、ドレイン電極４０６を
形成した。

【００６３】（２）次に、この上に、ＳｉＨ₄ガス、Ｎ
Ｈ₃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を３００ｎｍ形成した。

【００６４】（３）ホトリソグラフィ工程により画素電
極用コンタクトホールのフォトレジストパターンを作成
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。

【００６５】（４）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４
１１を８００ｎｍ形成した。

【００６６】（５）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４１２を１５０ｎｍ形成した。

【００６７】（６）ホトリソグラフィ工程により画素に
対応する部分のフォトレジストパターンを作成し、これ
をマスクにドライエッチングによりＮ⁺型水素化微結晶
シリコン層一部除去し、膜厚の薄い窓部を形成した。こ
の膜厚の薄い窓部のＮ⁺型水素化微結晶シリコン層の厚
さは１５ｎｍとした。これによりこの窓部を通る光の吸
収による損失は大きく押さえられる。一方、その周囲の
Ｎ⁺型水素化微結晶シリコン層は１５０ｎｍと十分に厚
く低抵抗化が実現でき、共通電極として機能した。

【００６８】（７）ＳｉＨ₄ガス、ＮＨ₃ガス、Ｈ₂ガ
スを使ってプラズマＣＶＤにより保護層としての水素化
非晶質窒化シリコン層（不図示）を８００ｎｍ形成し
た。

【００６９】本実施形態では最上層のＮ⁺型層を膜厚の
薄い窓部と厚い部分に分離した。薄い窓部では、光の吸
収による損失を低減し、その他の部分では低抵抗化をは
かった。膜厚の厚い分では光の吸収による損失が増加す
るが窓部の面積、膜厚、その他の部分の膜厚の、最適化
を行なった。

【００７０】これらの構造により、従来５０％以下だっ
た開口率は１００％程度を確保することができるように
なった。最適化の結果感度は１.５倍以上になった。画
素電極は分離されており、半導体層全ての下に画素電極
は存在しないが、効率から見ると、そのような部位の半
導体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。

【００７１】またその結果従来電極としての金属層を３
層作成する必要があったのが２層に減らすことができ
た。

【００７２】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。

【００７３】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。

【００７４】本実施形態では白金と水素化非晶質シリコ
ンとの間でショットキー接合を形成し、電子を利用する
形態をとったが、半導体層やショットキー電極を適宜選
択し、ホールを利用する構成とすることもできる。

【００７５】［実施形態３］本発明による第３の実施形
態は、ショットキー型センサ＋薄膜トランジスタで薄い
Ｎ⁺型層と金属配線を特徴としている。

【００７６】本実施形態ではショットキー型ホトダイオ
ード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て、共通電極を更に設け
た場合を示している。

【００７７】図５（ａ）は光電変換装置の１画素分の平
面図を示す。図５（ｂ）は図５（ａ）のＡ−Ｂの断面図
を示す。画素電極、ショットキー接合を有する光電変換
部（ショットキー型ホトダイオードセンサ）Ｓ、電荷転
送用薄膜トランジスタＴで構成されている。さらにＳＩ
Ｇは信号配線である。ｇｎは薄膜トランジスタのゲート
線、５１２、５１３は共通電極を示す。

【００７８】この光電変換部Ｓは、共通電極５１２、５
１３、光電変換層５１１、画素電極５０８、５０９から
なる。本実施形態において共通電極５１２は、Ｎ⁺型水
素化微結晶シリコン層が兼ねている。十分な低抵抗化と
高透過率の条件を選んだ。光電変換層は非晶質シリコン
層であり、Ｎ⁺型水素化微結晶シリコン層５１２は光電
変換層とのオーミック層としても機能している。画素電
極は白金５０９とアルミ５０８の二重構造とした。白金
と光電変換層との間でショットキー接合を形成してい
る。薄膜トランジスタは非晶質窒化シリコン層をゲート
絶縁層５０３とし、非晶質シリコン層を活性層５０４と
している。

【００７９】また光電変換部を本実施形態の構造にする
と、半導体の成膜Ｎ⁺型水素化微結晶シリコン層５１２
と非晶質シリコン層５１１の２層ですみ、また画素分割
された画素電極５０８，５０９でショットキー接合を形
成するので、アイソレーションもいらず簡単な構造とな
る。本実施形態の光電変換部の半導体層、薄膜トランジ
スタの半導体層としては、水素化非晶質シリコン層を用
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できる。それに応じて
ショットキー層も最適な金属等を選択する。

【００８０】本実施形態においては、最上層のＮ⁺型層
を共通電極とし、低抵抗化により可能な限り薄く形成
し、光吸収による損失も可能な限り低減した。またＮ⁺
型層の低抵抗化を補うためにＮ⁺型層上に金属配線を設
けた。

【００８１】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。

【００８２】（１）洗浄ガラス基板５０１上に薄膜トラ
ンジスタと配線、画素電極を形成する。ここまでの工程
はこれまでの実施形態と同様である。本実施形態におい
ても白金／アルミで画素電極５０９、５０８と薄膜トラ
ンジスタのソース電極５０７、ドレイン電極５０６を形
成した。

【００８３】（２）ホトリソグラフィ工程によりショッ
トキー画素電極用コンタクトホールのフォトレジストパ
ターンを作成し、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。

【００８４】（３）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５
１１を８００ｎｍ形成した。

【００８５】（４）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５１２を１５ｎｍ形成した。本実施
形態では光電変換層の水素化非晶質シリコン層も、Ｎ⁺
型水素化微結晶シリコン層もアイソレーションを行わな
い。

【００８６】（５）その上に、スパッタ法によりアルミ
を３００ｎｍ成膜した。

【００８７】（６）然る後、所望の形状にフォトレジス
トパターニングを施し、アルミのエッチングを行い、フ
ォトレジストを剥離後共通電極の一部５１３を形成し
た。

【００８８】（７）ＳｉＨ₄ガス、ＮＨ₃ガス、Ｈ₂ガ
スを使ってプラズマＣＶＤにより保護層としての水素化
非晶質窒化シリコン層（不図示）を８００ｎｍ形成し
た。

【００８９】本実施形態では共通電極のＮ⁺型水素化微
結晶シリコン層の厚さは１５ｎｍとし、ここでの光吸収
を可能な限り押さえることができた。金属配線の部分で
実施形態１、２より開口率は落ちたがほぼ８５％を確保
することができた。その結果感度は１．５倍以上になっ
た。画素電極は分離されており、半導体層全ての下に画
素電極は存在しないが、効率から見ると、そのような部
位の半導体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。

【００９０】また、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。

【００９１】本実施形態の構造と製造方法により高品質
な光電変換装置を作製することができた。

【００９２】本実施形態では白金と水素化非晶質シリコ
ンとの間でショットキー接合を形成し、電子を利用する
形態をとったが、半導体層やショットキー電極を適宜選
択し、ホールを利用する構成とすることもできる。

【００９３】［実施形態４］本発明による第４の実施形
態として、ＰＩＮホトダイオード型センサ＋薄膜トラン
ジスタ形態の２次元の光電変換装置で、Ｎ層のみを画素
分割し、ＩＮは全面に残し、ＮＩ界面はプラズマ処理で
良好なものとし、さらにＰ型層で共通電極を作ることを
特徴としている。

【００９４】図６に本発明になる第４の実施形態を示
す。図６（ａ）は光電変換装置の１画素分の平面図を示
す。図６（ｂ）は図６（ａ）のＡ−Ｂの断面図を示す。
ホトダイオード型光センサＳ、信号転送用としての薄膜
トランジスタＴで構成されている。

【００９５】本実施形態で光電変換部は水素化非晶質シ
リコンを光電変換層６１１として用いたＰＩＮ型ホトダ
イオードである。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成す
ることができる。本実施形態ではＰ層、Ｎ層に関して
は、よりＰ型化、Ｎ型化を進めるために、水素化微結晶
シリコンを利用している。薄膜トランジスタも活性層６
０４としては水素化非晶質シリコンを用いて形成されて
いるが、多結晶シリコンなどの材料を用いて高速な薄膜
トランジスタを使ってもよい。

【００９６】また、本実施形態ではＮ型層を画素電極と
して兼用し、これを画素分割して形成した。またＮ型層
とＩ層との界面を良好なものにするためにプラズマ処理
を施した。これによりＮ型層のみ単体で形成する事がで
き、ＩＰ層のアイソレーションをなくす事ができた。ま
たこのＰ層を共通電極として利用することにより、金属
層などの工程を低減することができた。

【００９７】本発明を適用した光電変換装置を以下の方
法により作製した。

【００９８】（１）まず、ガラス基板６０１上に薄膜ト
ランジスタを作製する。この工程は基本的にこれまでの
実施形態と同じである。アルミでソース電極６０７とド
レイン電極６０６、画素電極６０８を形成し、その上に
層間絶縁層として水素化非晶質窒化シリコン層を形成す
る。

【００９９】（２）ホトリソグラフィ工程により画素電
極６０８へのコンタクト用のフォトレジストパターンを
作成し、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た。

【０１００】次に、この上に光電変換部（ＰＩＮ型ホト
ダイオード）を作製する。

【０１０１】（３）まず、ＳｉＨ₄ガス、ＰＨ₃ガス、
Ｈ₂ガスを使ってプラズマＣＶＤによりＮ⁺型微結晶非
晶質層６０９を５０ｎｍ形成した。

【０１０２】（４）これを画素電極６０９の一部として
アイソレーションする。

【０１０３】（５）光電変換層を形成する直前に画素分
割されたＮ⁺型水素化微結晶シリコン層の表面をＰＨ₃
ガス／Ｈ₂ガスのプラズマを用いて表面活性化処理を行
なう。特にＰＨ₃ガスを導入することで膜形成は行われ
ないが、既に形成されているＮ⁺型水素化微結晶シリコ
ン層の表面を活性化し、成膜直後の表面に戻すことがで
きる。Ｎ⁺型水素化微結晶シリコン層の表面は、アイソ
レーション時一旦大気に晒される。

【０１０４】この大気暴露の時間が長いと、この露出し
たＮ⁺型水素化微結晶シリコン層の表面に酸化膜が形成
されたり、汚染されたりするおそれがある。そこで、こ
の工程により、Ｎ⁺型水素化非晶質シリコン層の表面の
酸化膜を還元除去、またはエッチング除去後水素により
ダングリングボンド欠陥を終端し、清浄な表面を形成す
ることで、次に成膜する膜との界面形成を良好、確実な
ものにする。

【０１０５】（６）この上に、連続して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６１１を８００ｎｍ形成した。さらにＳｉＨ₄ガ
ス、Ｂ₂Ｈ₆ガス、Ｈ₂ガスを使ってプラズマＣＶＤに
よりＰ⁺型水素化微結晶シリコン層６１２を１５ｎｍ形
成した。このＰ⁺型水素化微結晶シリコン層はボロンの
ドーピング量を増やし、微結晶化を進めて、ＰＩＮ接合
を形成するに十分なＰ型化と、電極としての低抵抗化を
実現した。

【０１０６】本実施形態ではＩ型層とＰ⁺型層はアイソ
レーションを行わず、画素全面に形成したままとする。

【０１０７】（７）その上に、スパッタ法によりアルミ
を３００ｎｍ成膜した。

【０１０８】（８）然る後、所望の形状にフォトレジス
トパターニングを施し、アルミのエッチングを行い、フ
ォトレジストを剥離後共通電極の一部６１３を形成し
た。

【０１０９】（９）ひきつづき、ＳｉＨ₄ガス、ＮＨ₃
ガス、Ｈ₂ガスを使ってプラズマＣＶＤにより保護層と
して水素化非晶質窒化シリコン層（不図示）を８００ｎ
ｍ形成した。

【０１１０】本実施形態では、共通電極のＰ⁺型水素化
微結晶シリコン層の厚さは１５ｎｍとし、ここでの光吸
収を可能な限り押さえることができた。またＮ⁺型水素
化微結晶シリコン層のみをアイソレーションし、Ｉ層と
Ｐ⁺層はアイソレーションを行わず、画素全面に残した
ままとした。金属配線の部分で実施形態１、２より開口
率は落ちたが、ほぼ８５％を確保することができた。そ
の結果感度は１.７倍以上になった。

【０１１１】また、画素電極は分離されており、半導体
層全ての下に画素電極は存在しないが、効率から見る
と、そのような部位の半導体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。本実施形態では全面Ｐ型層
と金属配線で共通電極を形成したが、実施形態１や実施
形態２のような共通電極の構成をとることもできる。

【０１１２】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。

【０１１３】

【発明の効果】光の利用を最大限にするため、光電変換
部を画素全面に残し、半導体層を共通電極とし、画素電
極をショットキー層することで、簡単な工程で開口率が
向上し、コストの低減された光電変換装置を提供でき
た。

【０１１４】また光電変換部を画素全面に残し、半導体
層を共通の電極とし、半導体層を画素電極とすること
で、簡単な工程で開口率が向上し、コストの低減された
光電変換装置を提供できた。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明になる第１の実施形態を示す。（ａ）は
１画素の平面図、（ｂ）はＡ−Ｂでの断面図である。

【図２】本発明になる第１の実施形態である光電変換装
置の１画素の等価回路である。

【図３】本発明になる第１の実施形態である光電変換装
置の全体の等価回路である。

【図４】本発明になる第２の実施形態を示す。（ａ）は
１画素の平面図、（ｂ）はＡ−Ｂでの断面図である。

【図５】本発明になる第３の実施形態を示す。（ａ）は
１画素の平面図、（ｂ）はＡ−Ｂでの断面図である。

【図６】本発明になる第４の実施形態を示す。（ａ）は
１画素の平面図、（ｂ）はＡ−Ｂでの断面図である。

【図７】従来例を示す。（ａ）は１画素の平面図、
（ｂ）はＡ−Ｂでの断面図である。

【符号の説明】

Ｓ光電変換部ＳＳｎｎ（ｎ＝１、２、３）Ｔ薄膜トランジスタＴ，Ｔｎｎ（ｎ＝１、２、３）Ｃ画素容量Ｃ，Ｃｎｎ（ｎ＝１、２、３）ＳＩＧ信号線ｇｎゲート線ＳＲ１，ＳＲ２駆動スイッチＩＣ１０１，４０１，５０１，６０１，７０１ガラス基
板１０２，４０２，５０２，６０２，７０９ゲート電
極１０３，４０３，５０３，６０３，７１１ゲート絶
縁膜１０４，４０４，５０４，６０４，７０５，７１２
半導体層１０８アルミニウム１０９ショットキー金属（白金）１１０，４１０，５１０，６１０，７０７層間絶縁
層１１２，４１２，５１２，６０９，７０５，７１２
Ｎ⁺型層１１０８，１２１４ソース電極１１０７，１２１３ドレイン電極１１０２，１２０２画素電極６１２，７０３Ｐ⁺型層７０６ＩＴＯ

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Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】基板上に光電変換部と、スイッチング素
子とから画素を構成し、画素電極と配線により２次元に
配列した複数個の前記画素を形成した光電変換装置にお
いて、前記光電変換部は共通電極と半導体層からなり、前記画素電極が前記半導体層とショットキー接合を形成
する層を有することを特徴とする光電変換装置。
【請求項２】前記光電変換部は第一の導電型の半導体
層と、光電変換層を形成する半導体層とを有し、前記共
通電極に前記第一の導電型の半導体層を利用することを
特徴とする請求項１記載の光電変換装置。
【請求項３】前記半導体層が非単結晶シリコンからな
る請求項１記載の光電変換装置。
【請求項４】前記半導体層がＮ型水素化微結晶（非晶
質）シリコンと水素化非晶質シリコンからなる請求項３
記載の光電変換装置。
【請求項５】前記ショットキー接合を形成する層が金
属からなる請求項１乃至４のいずれか１項に記載の光電
変換装置。
【請求項６】前記ショットキー接合を形成する層が酸
化物半導体からなる請求項１乃至４のいずれか１項に記
載の光電変換装置。
【請求項７】前記画素電極を形成する層がスイッチン
グ素子の電極を形成する層と共通であることを特徴とす
る請求項１乃至６のいずれか１項に記載の光電変換装
置。
【請求項８】前記スイッチング素子が水素化非晶質シ
リコンあるいは多結晶シリコンを活性層として利用した
薄膜トランジスタであることを特徴とする請求項１乃至
７のいずれか１項に記載の光電変換装置。
【請求項９】前記光電変換部の半導体層が画素全面に
存在することを特徴とする請求項１乃至８のいずれか１
項に記載の光電変換装置。
【請求項１０】前記画素内の光電変換部の共通電極で
ある第一の導電型の半導体層の画素に対応する部分の一
部とその他の部分の膜厚が異なることを特徴とする請求
項９記載の光電変換装置。
【請求項１１】前記画素内の光電変換部の共通電極で
ある第一の導電型の半導体層の一部に導電体を形成する
ことを特徴とする請求項８記載の光電変換装置。
【請求項１２】基板上に光電変換部と、スイッチング
素子とからなり、画素電極と配線により２次元に配列し
た複数個の画素を形成した光電変換装置において、前記光電変換部は半導体層からなる第一の電荷に対する
ブロッキング層と光電変換層を形成する半導体層と共通
電極を有し、前記画素内の光電変換部の共通電極に前記第一の電荷に
対するブロッキング層を利用し前記画素電極が第二の電
荷ブロッキング層からなり、前記第一の電荷に対するブロッキング層の画素に対応す
る部分の一部とその他の部分の膜厚が異なることを特徴
とする光電変換装置。
【請求項１３】前記半導体層が非単結晶シリコンから
なることを特徴とする請求項１２記載の光電変換装置。
【請求項１４】前記第一の電荷に対するブロッキング
層がＰ型（Ｎ型）水素化微結晶（非晶質）シリコンから
なり、前記光電変換層を形成する半導体層が水素化非晶
質シリコンからなり、前記第二の電荷ブロッキング層が
画素分割されたＮ型（Ｐ型）水素化微結晶（非晶質）シ
リコンからなることを特徴とする請求項１２記載の光電
変換装置。
【請求項１５】前記スイッチング素子が水素化非晶質
シリコンあるいは多結晶シリコンを活性層として利用し
た薄膜トランジスタであることを特徴とする請求項１２
又は、１３、１４記載の光電変換装置。
【請求項１６】前記光電変換部の半導体層が画素全面
に存在することを特徴とする請求項１２乃至１５のいず
れか１項に記載の光電変換装置。
【請求項１７】前記画素内の光電変換部の共通電極で
ある第一の導電型の半導体層の一部に導電体を形成した
ことを特徴とする請求項１６に記載の光電変換装置。
【請求項１８】基板上に光電変換部と、スイッチング
素子と、画素電極と配線により複数個の画素を形成し、
これを２次元に配列した光電変換装置の製造方法におい
て、（１）基板上に、第１の導電体からなるスイッチン
グ素子の第１の電極を形成し、（２）次に絶縁層、半導
体層、オーミック層により前記スイッチング素子を形成
し、（３）前記オーミック層上に少なくとも一つの導電
体を有する第２の導電体層によりスイッチング素子の電
極、これにつながる画素電極を形成し、その後スイッチ
ング素子を完成させ、（４）その後光電変換部の半導体
層を形成し、前記画素電極とショットキー障壁を形成さ
せ、（５）その後共通電極を形成する、少なくとも上記
工程を有することを特徴とする光電変換装置の製造方
法。
【請求項１９】前記第２の導電体層が一つの金属層と
前記光電変換部の半導体とショットキー接合をつくる導
電体からなることを特徴とする請求項１８に記載の光電
変換装置の製造方法。
【請求項２０】前記スイッチング素子は、前記絶縁層
が水素化非晶質窒化シリコン層、前記半導体層が水素化
非晶質窒化シリコン層、前記オーミック層がＮ型水素化
微結晶シリコン層である薄膜トランジスタであることを
特徴とする請求項１８又は１９に記載の光電変換装置の
製造方法。
【請求項２１】前記光電変換部の半導体層が水素化非
晶質シリコン層であることを特徴とする請求項１８又は
１９，２０に記載の光電変換装置の製造方法。