JP5874201B2 - 放射線撮像装置および放射線撮像表示システム - Google Patents

Description

本開示は、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）としては、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である。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が、最近では、例えばＸ線撮影を行う医療分野などにおいて、撮像エリアの大面積化が要求されている。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線撮影装置など、大面積化を要する撮像装置として、放射線写真フィルムを介さずに、放射線に基づく画像を電気信号として得る放射線撮像装置が開発されている。このような放射線撮像装置は、フォトダイオード等の光電変換素子および薄膜トランジスタ（ＴＦＴ：Thin Film Transistor）を含む回路基板上に波長変換層（蛍光体、シンチレータ）を設けたものである。入射した放射線が可視光に変換された後、光電変換素子へ入射し、ＴＦＴを含む回路により、その受光量に基づく電気信号の読み出しがなされる。

ここで、波長変換層の形成手法としては、上記のような光電変換素子およびトランジスタを含む基板（以下、センサー基板という）上に、シンチレータ材料を蒸着により密着形成する手法と、センサー基板とは別体として形成された波長変換プレートをセンサー基板上に配設する手法とがある。例えば、特許文献１には、基板上に形成されたシンチレータを保護膜で挟み込んでなるシンチレータプレートが提案されている（特許文献１）。

特開２００９−３００２１３号公報

ところが、上記特許文献１の手法のようなシンチレータプレートを用いる場合、センサー基板とシンチレータプレートの間に結露が生じ、これに起因して暗電流が増加する。この暗電流の発生は画質低下を招くため、改善が望まれる。

本開示はかかる問題点に鑑みてなされたもので、その目的は、結露に起因する画質低下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。

本開示の放射線撮像装置は、光電変換素子を有するセンサー基板と、センサー基板に対向配置されると共に、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平板状の波長変換部材と、センサー基板と波長変換部材との間に形成された非イオン性層とを備えたものである。センサー基板は、光入射側に、光電変換素子の形成位置に対応して凹部を有し、非イオン性層は、凹部を埋める選択的な領域にのみ形成されているものである。

本開示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（上記本開示の放射線撮像装置）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。

本開示の放射線撮像装置および放射線撮像表示システムでは、入射した放射線は、波長変換部材を通過後、光電変換素子において受光されることにより、その受光量に対応する電気信号（画像情報）が得られる。ここで、波長変換部材とセンサー基板との間に、結露によって水が溜まると、水に含まれるイオン成分と光電変換素子（光電変換素子の電極等）とのカップリングが生じ、暗電流が増加することがあるが、非イオン性層が設けられていることにより、そのようなカップリングが抑制され、暗電流が生じにくい。

本開示の放射線撮像装置および放射線撮像表示システムによれば、波長変換部材とセンサー基板との間に非イオン性層を設けるようにしたので、波長変換部材とセンサー基板との間に結露を生じた場合であっても、それによる暗電流の増加を抑制することができる。よって、結露に起因する画質低下を抑制することが可能となる。

本開示の実施形態に係る放射線撮像装置の概略構成を表す断面図である。 図１に示したセンサー基板の全体構成を表す機能ブロック図である。 図２に示した単位画素における画素回路（アクティブ駆動方式）の一例である。 図１に示したフォトダイオードの製造方法を説明するための断面図である。 図４に続く工程を表す断面図である。 図５に続く工程を表す断面図である。 図６に続く工程を表す断面図である。 図７に続く工程を表す断面図である。 比較例に係る放射線撮像装置の作用を説明するための断面模式図である。 変形例１に係る放射線撮像装置の概略構成を表す断面図である。 変形例２に係る放射線撮像装置の概略構成を表す断面図である。 変形例３に係る画素回路（パッシブ駆動方式）の一例である。 パッシブ駆動方式の放射線撮像装置の概略構成を表す断面図である。 変形例４に係るセンサー基板の概略構成を表す断面図である。 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、本開示における実施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．実施の形態（センサー基板とシンチレータプレートとの間に高平坦化膜（非イオン性層）を設けた例）
２．変形例１（センサー基板上の一部に非イオン性層を設けた例）
３．変形例２（センサー基板とシンチレータプレートとを防湿層により封止した例）
４．変形例３（パッシブ駆動方式による画素回路の例）
５．変形例４（フォトダイオードのｐ型半導体層に非晶質シリコンを用いた例）
６．適用例（放射線撮像表示システムの例）

＜実施の形態＞
［構成］
図１は、本開示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、センサー基板１０上にシンチレータプレート（シンチレータパネル）３０が対向配置されたものである。これらのセンサー基板１０およびシンチレータプレート３０は、別々のモジュールとして作製されたものである。本実施の形態では、これらのセンサー基板１０とシンチレータプレートとの間に、高平坦化膜２０（非イオン性層）が設けられている。尚、このシンチレータプレート３０が、本開示の「波長変換部材」の一具体例に相当する。

［センサー基板１０］
センサー基板１０は、複数の画素を有するものであり、基板１１の表面にフォトダイオード１１１Ａ（光電変換素子）とトランジスタ１１１Ｂとを含む画素回路（後述の画素回路１２ａ）が形成されたものである。本実施の形態では、これらのフォトダイオード１１１Ａおよびトランジスタ１１１Ｂは、ガラス等よりなる基板１１上に並設されており、それらの一部（ここでは、後述のゲート絶縁膜１２１，第１層間絶縁膜１１２Ａ，第２層間絶縁膜１１２Ｂ）が互いに共通の層となっている。

（フォトダイオード１１１Ａ）
フォトダイオード１１１Ａは、入射光の光量（受光量）に応じた電荷量の電荷（光電荷）を発生して内部に蓄積する光電変換素子であり、例えばＰＩＮ(Positive Intrinsic Negative Diode) フォトダイオードよりなる。フォトダイオード１１１Ａでは、その感度域が例えば可視域となっている（受光波長帯域が可視域である）。このフォトダイオード１１１Ａは、例えば、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）Ｈ１を有する第１層間絶縁膜１１２Ａが設けられている。第１層間絶縁膜１１２ＡのコンタクトホールＨ１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１１２ＢのコンタクトホールＨ２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、フォトダイオード１１１Ａおよびトランジスタ１１１Ｂに共通の層として設けられたものであり、例えば酸化シリコン（ＳｉＯ₂）膜、酸窒化シリコン（ＳｉＯＮ）膜および窒化シリコン膜（ＳｉＮ）のうちの１種よりなる単層膜またはそれらのうちの２種以上よりなる積層膜により構成されている。

ｐ型半導体層１２２は、例えば多結晶シリコン（ポリシリコン）また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。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として機能し、後述の蓄積ノードＮに接続されている（ｐ型半導体層１２２が蓄積ノードＮを兼ねている）。

第１層間絶縁膜１１２Ａおよび第２層間絶縁膜１１２Ｂ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。これらの第１層間絶縁膜１１２Ａおよび第２層間絶縁膜１１２Ｂは、フォトダイオード１１１Ａおよびトランジスタ１１１Ｂに共通の層としてそれぞれ形成されている。

ｉ型半導体層１２３は、ｐ型半導体層１２２およびｎ型半導体層１２４よりも導電性の低い半導体層、例えばノンドープの真性半導体層であり、例えば非晶質シリコン（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、例えば非晶質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は、例えば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、基準電位供給用の電源配線（後述の端子１３３）に接続されている。この上部電極１２５は、例えばＩＴＯ(Indium Tin Oxide)等の透明導電膜により構成されている。

このフォトダイオード１１１Ａは、第１層間絶縁膜１１２Ａおよび第２層間絶縁膜１１２Ｂに設けられたコンタクトホールＨ１，Ｈ２に対応する領域に、ｐ型半導体層１２２，ｉ型半導体層１２３およびｎ型半導体層１２４を積層したものである。このため、センサー基板１０の光入射側の面では、例えばフォトダイオード１１１Ａの形成領域に対応して、コンタクトホールＨ１，Ｈ２に起因する沈み込み（凹み１０ａ）が生じている。即ち、センサー基板１０の光入射側の面は凹凸面となっている（凹凸形状を有している）。

（トランジスタ１１１Ｂ）
トランジスタ１１１Ｂは、例えば電界効果トランジスタ（ＦＥＴ：Field effect transistor）である。基板１１上に、例えば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上に半導体層１２６が形成されており、この半導体層１２６は、チャネル領域と１２６ａと、ＬＤＤ(Lightly Doped Drain)１２６ｂと、ｎ＋領域（またはｐ＋領域）を有している。半導体層１２６は、例えば多結晶シリコン、微結晶シリコンまたは非晶質シリコンにより構成され、望ましくは低温多結晶シリコン（ＬＴＰＳ：Low-temperature Poly Silicon）により構成されている。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）等の酸化物半導体により構成されていてもよい。このような半導体層１２６上に設けられた第１層間絶縁膜１１２Ａには、読出し用の信号線や各種の配線に接続された配線層１２８（ソース電極またはドレイン電極）がＴｉ、Ａｌ、Ｍｏ、Ｗ、Ｃｒ等によって形成されている。尚、このトランジスタ１１１Ｂは、後述の３つのトランジスタＴｒ１，Ｔｒ２，Ｔｒ３のいずれかに相当するものである。

これらのフォトダイオード１１１Ａおよびトランジスタ１１１Ｂを覆って、保護膜１２９が設けられている。保護膜１２９は、例えば酸化シリコン、窒化シリコンなどの絶縁膜より構成され、厚みは例えば１７５ｎｍとなっている。

図２は、上記のようなセンサー基板１０の全体構成を表したものである。センサー基板１０は、基板１１上に、撮像エリアとしての画素部１２を有すると共に、この画素部１２の周辺領域に、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からなる周辺回路（駆動回路）を有している。

画素部１２は、例えば行列状に２次元配置された単位画素Ｐ（以下、単に「画素」と記述する場合もある）を有し、単位画素Ｐは、前述のフォトダイオード１１１Ａおよびトランジスタ１１１Ｂを含んでいる。この単位画素Ｐには、例えば画素行ごとに画素駆動線１７（具体的には行選択線およびリセット制御線）が配線され、画素列ごとに垂直信号線１８が配線されている。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。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。

（周辺回路）
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１２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画素Ｐ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ものである。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上に直に形成されていてもよいし、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ものである。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などの周辺回路の駆動制御を行う。

（画素回路）
図３は、画素回路（画素回路１２ａ）の一例を表したものである。画素回路１２ａは、フォトダイオード１１１Ａと、トランジスタＴｒ１，Ｔｒ２，Ｔｒ３（前述のトランジスタ１１１Ｂに相当）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の一端には、例えば端子１３３を通じて基準電位Ｖxrefが供給され、他端は蓄積ノードＮに接続されている。蓄積ノードＮには容量成分１３６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１３７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、ドレイン側の端子１３４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、この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。

［シンチレータプレート３０］
シンチレータプレート３０は、上述のように、センサー基板とは別のモジュールとして作製されるものである。このシンチレータプレート３０は、平板状（プレート状）の波長変換部材であり、例えばガラスなどの透明な基板上にシンチレータ層（図示せず）が設けられたものである。シンチレータ層上には、更に防湿性を有する保護膜が形成されていてもよく、あるいはシンチレータ層および基板の全体を覆うように保護膜が設けられていてもよい。

このようなシンチレータプレート３０には、例えば放射線（Ｘ線）を可視光に変換するシンチレータ（蛍光体）が用いられる。このような蛍光体としては、例えば、ヨウ化セシウム（ＣｓＩ）にタリウム（Ｔｌ）を添加したもの（ＣｓＩ；Ｔｌ）、酸化硫黄ガドリニウム（Ｇｄ₂Ｏ₂Ｓ）にテルビウム（Ｔｂ）を添加したもの、ＢａＦＸ（ＸはＣｌ，Ｂｒ，Ｉ等）等が挙げられる。シンチレータ層の厚みは１００μｍ〜６００μｍであることが望ましい。例えば材料としてＣｓＩ；Ｔｌを用いた場合には、厚みは例えば６００μｍである。尚、このシンチレータ層は、透明基板上に例えば真空蒸着法を用いて成膜することができる。ここでは、上記のようなシンチレータプレートを例示したが、放射線をフォトダイオード１１１Ａの感度域に波長変換可能な波長変換部材であればよく、上述の材料に特に限定されない。

［高平坦化膜２０］
上記のようなセンサー基板１０とシンチレータプレート３０との間には、高平坦化膜２０が設けられている。上述のように、センサー基板１０の表面は、フォトダイオード１１１Ａの形成領域に対応して凹み１０ａを有するが、高平坦化膜２０は、少なくともこのような凹み１０ａを埋め込むようにセンサー基板１０上に設けられている。ここでは、高平坦化膜２０は、センサー基板１０上にフォトダイオード１１１Ａの各層の厚みよりも大きな厚みで設けられており、センサー基板１０の表面に形成された凹凸形状を平坦化する役割を有している。換言すると、高平坦化膜２０は、センサー基板１０側にその凹凸形状に倣った凹凸面を有する一方、シンチレータプレート３０側の面は平坦となっている。

高平坦化膜２０は、非イオン性を有する（電気分解によってイオンを生じない）と共に、例えば可視光に対して透明性を有する材料により構成されている。また望ましくは、本実施の形態のように平坦性に優れた材料により構成されている。このような材料としては、シリコン樹脂（シリコーン（silicone））、アクリル樹脂またはパリレン樹脂などが挙げられ、シリコン樹脂からなることがより望ましい。高平坦化膜２０の厚みは、例えばフォトダイオード１１１Ａの各層の厚みよりも十分に大きくなるように設定されていることが望ましく、例えば３μｍ以上となっている。

このような高平坦化膜２０は、シンチレータプレート３０と対面して設けられるが、これらの各対向面同士は非接触となっている（僅かな空気層を挟んで設けられており、密着されていない）。但し、高平坦化膜２０とシンチレータプレート３０とは、画素部よりも外側（周辺領域）において、シール材により接着されていてもよい。

［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製造することができる。即ち、まず、センサー基板１０を作製する。例えば、ガラスよりなる基板１１上に、フォトダイオード１１１Ａおよびトランジスタ１１１Ｂを、公知の薄膜プロセスにより形成する。本実施の形態では、これらのフォトダイオード１１１Ａおよびトランジスタ１１１Ｂの少なくとも一部を、同一プロセスにおいて一括形成するが、ここでは、フォトダイオード１１１Ａの形成方法について詳細に説明する。図４〜図８は、フォトダイオード１１１Ａの形成方法を工程順に表したものである。

まず、図４（Ａ）に示したように、基板１１上に、ＳｉＮ層１２１ａおよびＳｉＯ₂層１２１ｂをこの順に、例えばＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition：化学気相成長）法により成膜することにより、ゲート絶縁膜１２１を形成する。形成したゲート絶縁膜１２１上に、例えばＣＶＤ法により、アモルファスシリコン（α−Ｓｉ）層１２２Ａを成膜する。

次いで、図４（Ｂ）に示したように、例えば４００℃〜４５０℃の温度下において、脱水素アニール処理を施す。この後、図４（Ｃ）に示したように、例えばエキシマレーザアニール（ＥＬＡ）により、例えば波長３０８ｎｍのレーザ光Ｌを照射し、α−Ｓｉ層１２２Ａを多結晶化する。これにより、ゲート絶縁膜１２１上に、ポリシリコン（ｐ−Ｓｉ）層１２２Ｂが形成される。

続いて、図５（Ａ）に示したように、形成したｐ−Ｓｉ層１２２Ｂに対し、例えばボロン（Ｂ）イオンを、例えばイオンインプラ等によりドープする。これにより、ゲート絶縁膜１２１上に、ｐ＋領域となるｐ型半導体層１２２が形成される。この後、図５（Ｂ）に示したように、ｐ型半導体層１２２を、例えばフォトリソグラフィによってパターニングする。

次いで、図５（Ｃ）に示したように、ｐ型半導体層１２２を形成した基板１１の全面に渡って、ＳｉＯ₂層１１２ａ１，ＳｉＮ層１１２ａ２およびＳｉＯ₂層１１２ａ３をこの順に、例えばＣＶＤ法により成膜する。これにより、第１層間絶縁膜１１２Ａが形成される。

続いて、図６（Ａ）に示したように、例えばフォトリソグラフィにより、第１層間絶縁膜１１２Ａのｐ型半導体層１２２に対向する領域に、コンタクトホールＨ１を形成する。この際、例えば、第１層間絶縁膜１１２ＡにおけるＳｉＯ₂層１１２ａ１，ＳｉＮ層１１２ａ２およびＳｉＯ₂層１１２ａ３の３層を、例えばドライエッチング等の１回（１段階）のエッチングプロセスで除去する。

次いで、図６（Ｂ）に示したように、第１層間絶縁膜１１２Ａ上に、コンタクトホールＨ１を埋め込むように、ｉ型半導体層１２３およびｎ型半導体層１２４をこの順に、例えばＣＶＤ法により成膜する。これにより、ｉ型半導体層１２３およびｎ型半導体層１２４には、コンタクトホールＨ１の高低差により沈み込みが生じる。

続いて、図７（Ａ）に示したように、形成したｉ型半導体層１２３およびｎ型半導体層１２４を、例えばフォトリソグラフィにより、所定の形状にパターニングする。尚、このパターニングの際には、第１層間絶縁膜１１２ＡにおけるＳｉＯ₂層１１２ａ３がエッチングストッパ層として機能する。

次いで、図７（Ｂ）に示したように、例えばＣＶＤ法により、基板１１の全面に、第２層間絶縁膜１１２Ｂを成膜する。

続いて、図８（Ａ）に示したように、第２層間絶縁膜１１２Ｂのｎ型半導体層１２４に対向する領域に、例えばフォトリソグラフィによりコンタクトホールＨ２を形成する。この後、図８（Ｂ）に示したように、上部電極１２５を、例えばスパッタ法により成膜する。この際、上部電極１２５にも、コンタクトホールＨ１，Ｈ２に応じた沈み込みが生じる。このようにして、図１に示したフォトダイオード１１１Ａを完成する。

フォトダイオード１１１Ａおよびトランジスタ１１１Ｂを形成した後、これらを覆うように、保護膜１２９を例えばＣＶＤ法により成膜することにより、センサー基板１０を作製することができる。この後、センサー基板１０上に、例えば上述した樹脂材料を、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、高平坦化膜２０を形成する。最後に、別途用意したシンチレータプレート３０を、センサー基板１０上に高平坦化膜２０を間にして貼り合わせる（画素部の周辺領域をシール材等により接着するか、または、画素部周辺あるいはパネル全面を押さえて固定する）。これにより、図１に示した放射線撮像装置１を完成する。

［作用・効果］
本実施の形態の作用、効果について、図１〜図３，図９および図１０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）を透過した放射線が入射すると、この入射した放射線が波長変換後に光電変換され、被写体の画像が電気信号として得られる。詳細には、放射線撮像装置１に入射した放射線は、まず、シンチレータプレート３０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（シンチレータプレート３０において可視光を発光する）。このようにしてシンチレータプレート３０から発せられた可視光は、高平坦化膜２０を経てセンサー基板１０へ入射する。

センサー基板１０では、フォトダイオード１１１Ａの一端（例えば、上部電極１２５）に、図示しない電源配線から所定の電位が印加されると、上部電極１２５の側から入射した光が、その受光量に応じた電荷量の信号電荷に変換される（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、フォトダイオード１１１Ａの他端（例えば、ｐ型半導体層１２２）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、蓄積ノードＮにおいて収集され、この蓄積ノードＮ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はこの読み出された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）。垂直信号線１８に出力された信号は、垂直信号線１８を通じて画素列ごとに、水平選択部１４へ出力される。

本実施の形態では、フォトダイオード１１１Ａを第１層間絶縁膜１１２Ａおよび第２層間絶縁膜１１２ＢのコンタクトホールＨ１，Ｈ２を埋め込むように形成するため、センサー基板１０の表面には、凹み１０ａが設けられている（凹凸形状を有している）。

（比較例）
ここで、図９に、本実施の形態の比較例に係る放射線撮像装置（放射線撮像装置１００）における断面構造について示す。比較例においても、本実施の形態と同様の積層構造を有するセンサー基板１０１上に、シンチレータプレート１０３が非接触の状態で配設されている。センサー基板１０１の表面には、フォトダイオード１１１Ａの形成箇所に対応して凹み１０１ａが形成されている。但し、比較例の放射線撮像装置１００では、このような凹凸面を有するセンサー基板１０１上に、シンチレータプレート１０３が重ね合わせられているために、センサー基板１０１とシンチレータプレート１０３との間の間隙部分が、水蒸気を含む大気層１０２となる。

このため、放射線撮像装置１００では、大気層１０２において結露が生じ、それによって発生した水滴Ｗが、センサー基板１０１の凹み１０１ａに溜まり易い。凹み１０１ａは、上述のようにフォトダイオード１１１Ａに対向する領域であるから、水滴Ｗが凹み１０１ａに溜まると、電気分解によって水に含まれるイオン成分が、例えば上部電極１２５とカップリングし、暗電流が増加してしまう。このような暗電流の増加は、取得画像において明るさの低減などを引き起こす。また、水滴Ｗは画素部１２の局所的な箇所において生じ易いことから、そのような暗電流が局所的な箇所で増加し、その結果、明るさにむらが生じてしまう。即ち、取得画像の画質が劣化してしまう。

これに対し、本実施の形態の放射線撮像装置１では、シンチレータプレート３０とセンサー基板１０との間に非イオン性を有する高平坦化膜２０が設けられている。これにより、シンチレータプレート３０とセンサー基板１０との間において、上記のような結露を生じた場合であっても、上部電極１２５とのカップリングの要因となるイオンを発生しない。このため、上記のような暗電流の増加が抑制され、取得画像における明るさの低下（あるいは明るさむらの発生）が抑制される。

以上のように、本実施の形態では、センサー基板１０上とシンチレータプレート３０との間に非イオン性の高平坦化膜２０を設けることにより、結露が生じた場合であっても、それによる暗電流の増加を抑制することができる。よって、結露に起因する画質低下を抑制することが可能となる。

また、高平坦化膜２０が、例えばシリコン樹脂など、非イオン性に加え、平坦化性に優れた材料により構成されていることにより、凹み１０ａをなくし、センサー基板１０の表面側を平坦化することができる。このため、結露によって生じた水滴が局所的な領域に溜まることを抑制することができ、明るさむらの発生をより効果的に抑制することができる。

次に、上記実施の形態の放射線撮像装置の変形例（変形例１〜４）について説明する。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、適宜その説明を省略する。

＜変形例１＞
図１０は、変形例１に係る放射線撮像装置（放射線撮像装置１Ａ）の断面構成を表したものである。放射線撮像装置１Ａは、上記実施の形態の放射線撮像装置１と同様、センサー基板１０上に、シンチレータプレート３０を配設したものである。また、センサー基板１０とシンチレータプレート３０との間には、非イオン性層２０Ａが設けられている。但し、本変形例では、その非イオン性層２０Ａが、センサー基板１０上の凹み１０ａに対向する領域にのみ選択的に設けられ、その他の領域は空気層Ａとなっている。

このように、非イオン性層２０Ａは、少なくともセンサー基板１０上の凹み１０ａを埋め込むように形成されていればよい。結露によって水滴が生じた場合であっても、フォトダイオード１１１Ａに対向する凹み１０ａに、水滴が入り込むことを避けることができ、上述のようなカップリングによる暗電流の増加を抑制することができる。よって、上記実施の形態と同等の効果を得ることができる。但し、本変形例のように選択的な領域にのみ非イオン層２０Ａを形成するよりも、センサー基板１０の全面に渡って高平坦化層２０を形成する方が、プロセス上容易である。

＜変形例２＞
図１１は、変形例２に係る放射線撮像装置（放射線撮像装置１Ｂ）の断面構成を表したものである。放射線撮像装置１Ｂは、上記実施の形態の放射線撮像装置１と同様、センサー基板１０上に、シンチレータプレート３０を配設したものである。但し、本変形例では、非イオン性の層として空気層Ｂ（水蒸気を含まず）が設けられており、センサー基板１０と、シンチレータプレート３０との間に、防湿層２０Ｂが設けられている。防湿層２０Ｂは、例えばセンサー基板１０およびシンチレータプレート３０の周辺領域に設けられ、空気層Ｂへの水蒸気の侵入を抑制するようになっている。尚、この防湿層２０Ｂがシール層として機能してもよい。

このように、防湿層２０Ｂを設けることにより、センサー基板１０とシンチレータプレート３０との間に水分（水蒸気）が介入しないような構成としてもよい。これにより、空気層Ｂにおける結露そのものの発生を抑制して、上述のようなカップリングによる暗電流の増加を抑制することができる。よって、上記実施の形態とほぼ同等の効果を得ることができる。また、このような防湿層２０Ｂの配設によって、センサー基板１０とシンチレータプレート３０との間を空気層Ｂのみとすることができ、屈折率の観点では、光損失を軽減することができるため上記実施の形態よりも望ましい。

尚、このような防湿層に代えて、乾燥剤などよりなる吸湿層を設けるようにしてもよい。吸湿層の配設により、結露が生じた場合であっても、水滴を吸収してフォトダイオード１１１Ａへの上記のような影響を軽減することができる。

＜変形例３＞
上記実施の形態では、各画素Ｐに設けられる画素回路として、アクティブ駆動方式による画素回路１２ａについて説明したが、センサー基板１０に設けられる画素回路は、図１２に示したようなパッシブ駆動方式による画素回路であってもよい。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。尚、トランジスタＴｒ（Ｔｒ３）が、上記実施の形態等のトランジスタ１１１Ｂに相当する。また、変形例のパッシブ駆動方式の場合には、例えば図１３に示したような断面構造において、上部電極１２５が信号取り出しのための電極として機能し（蓄積ノードＮを兼ねており）、ＴＦＴ１１１Ｂ（配線層１２８）と電気的に接続されている。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。

＜変形例４＞
上記実施の形態では、フォトダイオードのｐ型半導体層１２２にポリシリコンを用いたが、このｐ型半導体層１２２は、非晶質シリコンから構成されていてもよい（ＰＩＮ全ての層が非晶質シリコンであってもよい）。尚、この場合、図１４に示したように、第１層間絶縁膜１１３Ａ（ＳｉＮ）上に、下部電極１１５（Ｍｏ／Ａｌ／Ｍｏ）を介してｐ型半導体層１２２が設けられる。下部電極１１５は、信号取り出し用の電極として機能し、第１層間絶縁膜１１３Ａに形成されたコンタクトホールを通じてトランジスタ１１１Ｂの配線層１２８（ソース・ドレイン電極）に接続されている。この例では、トランジスタ１１１Ｂの半導体層１２６も非晶質シリコンにより構成されている。このように、ｐ型半導体層（ｎ型半導体層も同様）に非晶質シリコンを用いる場合には、金属電極（金属配線）を別途設ければよい。

＜適用例＞
上記実施の形態および変形例１〜４において説明した放射線撮像装置は、例えば図１５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、放射線源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を有しており、そのモニタ画面２８ａに、画像処理部２５から入力された表示データＤ１に基づく画像を表示する。

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説明したが、本開示内容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、センサー基板１０において、フォトダイオード１１１Ａとトランジスタ１１１Ｂとが並設された構成を例示したが、これに限定されず、例えば基板１１上にトランジスタ１１１Ｂおよびフォトダイオード１１１Ａがこの順に積層された構成であってもよい。

また、上記実施の形態では、本開示の非イオン性層として、シリコン樹脂よりなる高平坦化膜または空気層を例に挙げて説明したが、非イオン性層はこれらに限定されるものではなく、電気分解によってイオンを生じない何らかの材質のものが設けられていればよい。

更に、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。

加えて、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。

また、本開示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。

尚、本開示の放射線撮像装置または放射線撮像表示システムは、以下に記載したような構成を有してもいてもよい。
（１）光電変換素子を有するセンサー基板と、前記センサー基板上に設けられた非イオン性層と、前記非イオン性層上に設けられると共に、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部材とを備えた放射線撮像装置。
（２）前記センサー基板は、絶縁保護膜により被覆されており、前記非イオン性層は前記絶縁保護膜上に設けられている上記(1)に記載の放射線撮像装置。
（３）前記センサー基板の光入射側の面は凹凸形状を有し、前記非イオン性層は、少なくとも前記凹凸形状の凹部を埋め込むように設けられている上記(1)または(2)に記載の放射線撮像装置。
（４）前記非イオン性層は、前記センサー基板側に前記凹凸形状に倣った凹凸面、前記波長変換部材側に平坦面をそれぞれ有する上記(3)に記載の放射線撮像装置。
（５）前記非イオン性層は、シリコン樹脂、アクリル樹脂またはパリレン樹脂により構成されている上記(1)〜(4)のいずれかに記載の放射線撮像装置。
（６）前記非イオン性層は、シリコン樹脂により構成されている上記(1)〜(5)のいずれかに記載の放射線撮像装置。
（７）前記波長変換部材は平板状のものであり、前記非イオン性層に対して非接着となっている上記(1)〜(6)のいずれかに記載の放射線撮像装置。
（８）前記センサー基板および前記波長変換部材の間に、外部からの水分の介入を抑制する防湿層が設けられ、前記非イオン性層として空気層を有する上記(1)〜(7)のいずれかに記載の放射線撮像装置。
（９）前記センサー基板および前記波長変換部材の間に、吸湿層が設けられ、前記非イオン性層として空気層を有する上記(1)〜(8)のいずれかに記載の放射線撮像装置。
（１０）前記光電変換素子は、ＰＩＮダイオードである上記(1)〜(9)のいずれかに記載の放射線撮像装置。
（１１）前記センサー基板では、前記光電変換素子およびトランジスタが並設されている上記(1)〜(10)のいずれかに記載の放射線撮像装置。
（１２）前記トランジスタは、多結晶シリコン、微結晶シリコン、非晶質シリコンおよび酸化物半導体のうちのいずれかにより構成された半導体層を含む上記(1)〜(11)のいずれかに記載の放射線撮像装置。
（１３）前記半導体層は、低温多結晶シリコンにより構成されている上記(1)〜(12)のいずれかに記載の放射線撮像装置。
（１４）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有し、前記撮像装置は、光電変換素子を有するセンサー基板と、前記センサー基板上に設けられた非イオン性層と、前記非イオン性層上に設けられると共に、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部材とを備えた放射線撮像表示システム。

１，１Ａ，１Ｂ…放射線撮像装置、２…放射線撮像表示システム、１０…センサー基板、１１…基板、１２…画素部、Ｐ…単位画素、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、２０…高平坦化膜、３０…シンチレータプレート。

Claims (12)

1. 光電変換素子を有するセンサー基板と、
   前記センサー基板に対向配置されると共に、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平板状の波長変換部材と、
   前記センサー基板と前記波長変換部材との間に形成された非イオン性層と
   を備え、
   前記センサー基板は、光入射側に、前記光電変換素子の形成位置に対応して凹部を有し、
   前記非イオン性層は、前記凹部を埋める選択的な領域にのみ形成されている
   放射線撮像装置。
2. 前記センサー基板は、絶縁保護膜により被覆されており、
   前記非イオン性層は前記絶縁保護膜上に設けられている
   請求項１に記載の放射線撮像装置。
3. 前記非イオン性層は、シリコン樹脂、アクリル樹脂またはパリレン樹脂により構成されている
   請求項１に記載の放射線撮像装置。
4. 前記非イオン性層は、シリコン樹脂により構成されている
   請求項３に記載の放射線撮像装置。
5. 前記波長変換部材は、前記非イオン性層に対して非接着となっている
   請求項１ないし請求項４のいずれかに記載の放射線撮像装置。
6. 前記センサー基板および前記波長変換部材の間に、外部からの水分の介入を抑制する防湿層が設けられている
   請求項１ないし請求項５のいずれかに記載の放射線撮像装置。
7. 前記センサー基板および前記波長変換部材の間に、吸湿層が設けられている
   請求項１ないし請求項６のいずれかに記載の放射線撮像装置。
8. 前記光電変換素子は、ＰＩＮダイオードである
   請求項１ないし請求項７のいずれかに記載の放射線撮像装置。
9. 前記センサー基板では、前記光電変換素子およびトランジスタが並設されている
   請求項８に記載の放射線撮像装置。
10. 前記トランジスタは、多結晶シリコン、微結晶シリコン、非晶質シリコンおよび酸化物半導体のうちのいずれかにより構成された半導体層を含む
    請求項９に記載の放射線撮像装置。
11. 前記半導体層は、低温多結晶シリコンにより構成されている
    請求項１０に記載の放射線撮像装置。
12. 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有し、
    前記撮像装置は、
    光電変換素子を有するセンサー基板と、
    前記センサー基板に対向配置されると共に、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平板状の波長変換部材と、
    前記センサー基板と前記波長変換部材との間に形成された非イオン性層と
    を備え、
    前記センサー基板は、光入射側に、前記光電変換素子の形成位置に対応して凹部を有し、
    前記非イオン性層は、前記凹部を埋める選択的な領域にのみ形成されている
    放射線撮像表示システム。

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