JP2013247270A - 撮像装置および撮像表示システム - Google Patents
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Abstract
【解決手段】光電変換素子と電界効果型のトランジスタとを含む複数の画素を有し、トランジスタは、半導体層126と、半導体層126を間にして対向配置された第1および第2のゲート電極120A、120Bと、半導体層126に電気的に接続されたソース電極128Aおよびドレイン電極128Bとを含み、かつ第1および第2のゲート電極120A、120B同士が一部において重畳しない非オーバーラップ領域d2を有している。
【選択図】図4
Description
1.実施の形態(チャネル層のドレイン側の端部に非オーバーラップ領域を設けた撮像装置の例)
2.変形例1−1〜1−4(非オーバーラップ領域の他の例)
3.変形例2(ゲート・チャネル間の容量を上下で異なるように設計した例)
4.変形例3−1,3−2(パッシブ型の画素回路の他の例)
5.変形例3−3,3−4(アクティブ型の画素回路の例)
6.変形例4−1,4−2(間接変換型撮像装置,直接変換型撮像装置の例)
7.適用例(撮像表示システムの例)
[構成]
図1は、本開示の一実施の形態に係る撮像装置(撮像装置1)の全体のブロック構成を表すものである。撮像装置1は、入射光(撮像光)に基づいて被写体の情報を読み取る(被写体を撮像する)ものである。この撮像装置1は、撮像部11、行走査部13、A/D変換部14、列走査部15およびシステム制御部16を備えている。
撮像部11は、入射光(撮像光)に応じて電気信号を発生させるものである。この撮像部11では、画素(撮像画素,単位画素)20が、行列状(マトリクス状)に2次元配置されており、各画素20は、撮像光の光量に応じた電荷量の光電荷を発生して内部に蓄積する光電変換素子(後述の光電変換素子21)を有している。尚、図1中に示したように、以下、撮像部11内における水平方向(行方向)を「H」方向とし、垂直方向(列方向)を「V」方向として説明する。
図4は、トランジスタ22の断面構成例を表したものである。トランジスタ22は、半導体層(半導体層126)を挟んで2つのゲート(ゲート電極120A,ゲート電極120B)を備えた、いわゆるデュアルゲート型構造を有している。尚、ゲート電極120Aが本開示の「第1のゲート電極」の一具体例、ゲート電極120Bが本開示の「第2のゲート電極」の一具体例にそれぞれ相当する。
本実施の形態の撮像装置1では、撮像光Linが撮像部11へ入射すると、各画素20内の光電変換素子21において、この撮像光Linが信号電荷に変換(光電変換)される。このとき、蓄積ノードNでは、光電変換により発生した信号電荷の蓄積によって、ノード容量に応じた電圧変化が生じる。具体的には、蓄積ノード容量をCs、発生した信号電荷をqとすると、蓄積ノードNでは(q/Cs)の分だけ電圧が変化(ここでは低下)する。このような電圧変化に応じて、トランジスタ22のドレインには信号電荷に対応した電圧が印加される。そして、読み出し制御線Lread(Lread1,Lread2)から供給される行走査信号に応じてトランジスタ22がオン状態になると、蓄積ノードNに蓄積された信号電荷(トランジスタ22のドレインに印加された上記信号電荷に対応した電圧)が画素20から信号線Lsigへ読み出される。
図6は、変形例1−1に係るトランジスタ(トランジスタ22A)の断面構造を表したものである。トランジスタ22Aは、上記実施の形態のトランジスタ22と同様、上述の撮像装置1の撮像部11において、光電変換素子21と共に各画素20に設けられるものである。本変形例のトランジスタ22Aにおいても、半導体層126を間にしてゲート電極120A,120Bが対向配置され、半導体層126において、チャネル層126aのソース側およびドレイン側の両方の端部126e1,126e2に隣接してLDD層126b1,126b2が形成されている。このような構成において、上記実施の形態と同様に、チャネル層126aのドレイン側の端部126e2に対応して非オーバーラップ領域d2を有している。
図8は、変形例1−2に係るトランジスタ(トランジスタ22B)の断面構造を表したものである。トランジスタ22Bは、上記実施の形態のトランジスタ22と同様、上述の撮像装置1の撮像部11において、光電変換素子21と共に各画素20に設けられるものである。本変形例のトランジスタ22Bにおいても、半導体層126を間にしてゲート電極120A,120Bが対向配置されたものである。また、上記実施の形態と同様に、チャネル層126aのドレイン側の端部126e2に対応して非オーバーラップ領域d2を有している。
図10は、変形例1−3に係るトランジスタ(トランジスタ22C)の断面構造を表したものである。図11は、本変形例におけるゲート電極120A,120Bと、半導体層126(チャネル層126a,LDD層126b1,126b2およびN+層126c)との平面レイアウト構成の一例を表したものである。上記変形例1−2では、チャネル層126aのドレイン側にのみLDD層126b2が設けられた構成について説明したが、この構成においても、上記変形例1−1と同様、チャネル層126aの端部126e1,126e2の両方に対応する領域に、非オーバーラップ領域d1,d2が設けられていてもよい。このような場合にも、上記実施の形態と同等の効果を得ることができる。
図12は、変形例1−4に係るトランジスタ(トランジスタ22D)の断面構造を表したものである。図13は、本変形例におけるゲート電極120A,120Bと、半導体層126(チャネル層126a,LDD層126b1,126b2およびN+層126c)との平面レイアウト構成の一例を表したものである。本変形例のように、チャネル層126aの端部126e1,126e2の両方に非オーバーラップ領域d1,d2を設けた構造において、非オーバーラップ領域d1では、チャネル層126aの端部126e1をゲート電極120Aから露出させ、非オーバーラップ領域d2では、端部126e2をゲート電極120Bから露出させるようにしてもよい。あるいは、これとは逆に、チャネル層126aの端部126e1をゲート電極120Bから露出させ、もう一方の端部126e2をゲート電極120Aから露出させるようにしてもよい。本変形例では、ゲート電極120A,120Bの各幅は、互いに同一であってもよいし、異なっていてもよい。このような構成によっても、ゲートオーバーラップ容量を低減して、上記実施の形態と同等の効果を得ることができる。尚、本変形例のゲート電極120A,120Bの構造は、上記変形例1−2のように、半導体層126においてチャネル層126aのドレイン側にのみLDD層126b2が設けられた構造にも適用可能である。
また、上記実施の形態では、ゲート電極120A,120Bのそれぞれとチャネル層126aとの間に生じる各容量が同等となる場合について説明したが、これらの容量が互いに異なっていてもよい。この場合、第1ゲート絶縁膜129および第2ゲート絶縁膜130におけるシリコン化合物膜の積層構造や膜厚を適宜調整することにより、チャネル層126aの上側および下側間において容量差を生じさせる。
図14は、変形例3−1に係る画素(画素20A)の回路構成を、チャージアンプ回路171の回路構成例と共に表したものである。この画素20Aは、上記実施の形態の画素20と同様、パッシブ型の画素回路を有し、1つの光電変換素子21と1つのトランジスタ22とを有している。また、この画素20Aには読み出し制御線Lread(Lread1,Lread2)と、信号線Lsigとが接続されている。
図15は、変形例3−2に係る画素(画素20B)の回路構成を、チャージアンプ回路171の回路構成例と共に表したものである。この画素20Bは、上記実施の形態の画素20と同様、パッシブ型の回路構成となっており、読み出し制御線Lread(Lread1,Lread2)と、信号線Lsigとに接続されている。
図16は、変形例3−3に係る画素(画素20C)の回路構成を、アンプ回路171Aの回路構成例とともに表したものである。図17は、変形例3−4に係る画素(画素20D)の回路構成を、アンプ回路171Aの回路構成例とともに表したものである。これらの画素20C,20Dはそれぞれ、これまで説明した画素20,20A,20Bとは異なり、いわゆるアクティブ型の画素回路を有している。
図18(A)は、変形例4−1に係る撮像部(撮像部11A)の概略構成を模式的に表したものである。撮像部11Aは、上記実施の形態で説明した光電変換層111上(受光面側)に、更に波長変換層112を有している。波長変換層112は、放射線Rrad(α線,β線,γ線,X線等)を、光電変換層111の感度域に波長変換するものであり、これにより光電変換層111では、この放射線Rradに基づく情報を読み取ることが可能となっている。この波長変換層112は、例えばX線などの放射線を可視光に変換する蛍光体(例えば、シンチレータ)からなる。このような波長変換層112は、例えば光電変換層111の上部に、有機平坦化膜、スピンオングラス材料等からなる平坦化膜を形成し、その上部に蛍光体膜(CsI;Tl,Gd2O2S等)を形成することにより得られる。この撮像部11Aは、例えばいわゆる間接型の放射線撮像装置に適用されるものである。
図18(B)は、変形例4−2に係る撮像部(撮像部11B)の概略構成を模式的に表したものである。撮像部11Bは、上記実施の形態と異なり、入射した放射線Rradを電気信号に変換する光電変換層111Bを有するものである。光電変換層111Bは、例えば、アモルファスセレン(a−Se)半導体や、カドミニウムテルル(CdTe)半導体などにより構成されている。この撮像部11Bは、例えばいわゆる直接型の放射線撮像装置に適用されるものである。
上記実施の形態および変形例に係る撮像装置は、以下に説明するような撮像表示システムへ適用可能である。
(1)
各々が光電変換素子と電界効果型のトランジスタとを含む複数の画素を有し、
前記トランジスタは、
半導体層と、
前記半導体層を間にして対向配置された第1および第2のゲート電極と、
前記半導体層に電気的に接続されたソース電極およびドレイン電極とを含み、かつ
前記第1および第2のゲート電極同士が一部において重畳しない非オーバーラップ領域を有する
撮像装置。
(2)
前記半導体層は少なくともチャネル層を含み、
前記非オーバーラップ領域は、前記チャネル層の前記ソース電極側の第1の端部および前記ドレイン電極側の第2の端部のうちの一方または両方に対応する領域に設けられている
上記(1)に記載の撮像装置。
(3)
基板側から順に、前記第1のゲート電極、第1のゲート絶縁膜、前記半導体層、第2のゲート絶縁膜および前記第2のゲート電極が積層され、
前記非オーバーラップ領域において、前記チャネル層の前記第1および第2の端部のうちの一方または両方が前記第2のゲート電極から露出している
上記(2)に記載の撮像装置。
(4)
前記半導体層は、更に、前記チャネル層の前記第1および第2の端部のそれぞれに隣接してLDD(Lightly Doped Drain)層を有し、
前記チャネル層の前記第1の端部は前記第1および第2のゲート電極間に設けられ、前記第2の端部は、前記第2のゲート電極から露出している
上記(3)に記載の撮像装置。
(5)
前記半導体層は、更に、前記チャネル層の前記第1および第2の端部のそれぞれに隣接してLDD層を有し、
前記チャネル層の前記第1および第2の端部の両方が前記第2のゲート電極から露出している
上記(3)に記載の撮像装置。
(6)
前記半導体層は、更に、前記チャネル層の前記第2の端部にのみ隣接してLDD層を有し、
前記チャネル層の前記第1の端部は前記第1および第2のゲート電極間に設けられ、前記第2の端部は、前記第2のゲート電極から露出している
上記(3)に記載の撮像装置。
(7)
前記半導体層は、更に、前記チャネル層の前記第2の端部にのみ隣接してLDD層を有し、
前記チャネル層の前記第1および第2の端部の両方が前記第2のゲート電極から露出している
上記(3)に記載の撮像装置。
(8)
基板側から順に、前記第1のゲート電極、第1のゲート絶縁膜、前記半導体層、第2のゲート絶縁膜および前記第2のゲート電極が積層され、
前記非オーバーラップ領域において、前記チャネル層の前記第1および第2の端部のうちの一方または両方が前記第1のゲート電極から露出している
上記(2)に記載の撮像装置。
(9)
基板側から順に、前記第1のゲート電極、第1のゲート絶縁膜、前記半導体層、第2のゲート絶縁膜および前記第2のゲート電極が積層され、
前記非オーバーラップ領域において、前記チャネル層の前記第1および第2の端部のうちの一方が前記第1のゲート電極から露出し、他方が前記第2のゲート電極から露出している
上記(2)に記載の撮像装置。
(10)
前記第1および第2のゲート電極の幅が互いに異なっている
上記(1)〜(9)のいずれかに記載の撮像装置。
(11)
基板側から順に、前記第1のゲート電極、第1のゲート絶縁膜、前記半導体層、第2のゲート絶縁膜および前記第2のゲート電極が積層され、
前記第1のゲート電極および前記半導体層間の容量と、前記第2のゲート電極および前記半導体層間の容量が互いに異なっている
上記(1)〜(10)のいずれかに記載の撮像装置。
(12)
前記第2のゲート電極および前記半導体層間の容量が、前記第1のゲート電極および前記半導体層間の容量よりも小さくなっている
上記(11)に記載の撮像装置。
(13)
前記第2のゲート絶縁膜の厚みが前記第1のゲート絶縁膜の厚みよりも大きい
上記(12)に記載の撮像装置。
(14)
前記半導体層は、アモルファスシリコン、ポリシリコンまたは微結晶シリコンを含む
上記(1)〜(13)のいずれかに記載の撮像装置。
(15)
前記半導体層が低温ポリシリコンを含み、
前記第1および第2のゲート絶縁膜がそれぞれシリコン酸化膜を含む
上記(14)に記載の撮像装置。
(16)
前記光電変換素子が、PIN型のフォトダイオードまたはMIS型センサからなる
上記(1)〜(15)のいずれかに記載の撮像装置。
(17)
前記複数の画素はそれぞれ、入射した放射線に基づいて電気信号を発生させるものである
上記(1)〜(16)のいずれかに記載の撮像装置。
(18)
前記複数の画素はそれぞれ、前記光電変換素子上に、放射線を前記光電変換素子の感度域に変換する波長変換層を有する
上記(1)〜(17)のいずれかに記載の撮像装置。
(19)
前記放射線がX線である
上記(18)に記載の撮像装置。
(20)
撮像装置と、この撮像装置により得られた撮像信号に基づく画像表示を行う表示装置とを備え、
前記撮像装置は、
各々が光電変換素子と電界効果型のトランジスタとを含む複数の画素を有し、
前記トランジスタは、
半導体層と、
前記半導体層を間にして対向配置された第1および第2のゲート電極と、
前記半導体層に電気的に接続されたソース電極およびドレイン電極とを含み、かつ
前記第1および第2のゲート電極同士が一部において重畳しない非オーバーラップ領域を有する
撮像表示システム。
Claims (20)
- 各々が光電変換素子と電界効果型のトランジスタとを含む複数の画素を有し、
前記トランジスタは、
半導体層と、
前記半導体層を間にして対向配置された第1および第2のゲート電極と、
前記半導体層に電気的に接続されたソース電極およびドレイン電極とを含み、かつ
前記第1および第2のゲート電極同士が一部において重畳しない非オーバーラップ領域を有する
撮像装置。 - 前記半導体層は少なくともチャネル層を含み、
前記非オーバーラップ領域は、前記チャネル層の前記ソース電極側の第1の端部および前記ドレイン電極側の第2の端部のうちの一方または両方に対応する領域に設けられている
請求項1に記載の撮像装置。 - 基板側から順に、前記第1のゲート電極、第1のゲート絶縁膜、前記半導体層、第2のゲート絶縁膜および前記第2のゲート電極が積層され、
前記非オーバーラップ領域において、前記チャネル層の前記第1および第2の端部のうちの一方または両方が前記第2のゲート電極から露出している
請求項2に記載の撮像装置。 - 前記半導体層は、更に、前記チャネル層の前記第1および第2の端部のそれぞれに隣接してLDD(Lightly Doped Drain)層を有し、
前記チャネル層の前記第1の端部は前記第1および第2のゲート電極間に設けられ、前記第2の端部は、前記第2のゲート電極から露出している
請求項3に記載の撮像装置。 - 前記半導体層は、更に、前記チャネル層の前記第1および第2の端部のそれぞれに隣接してLDD層を有し、
前記チャネル層の前記第1および第2の端部の両方が前記第2のゲート電極から露出している
請求項3に記載の撮像装置。 - 前記半導体層は、更に、前記チャネル層の前記第2の端部にのみ隣接してLDD層を有し、
前記チャネル層の前記第1の端部は前記第1および第2のゲート電極間に設けられ、前記第2の端部は、前記第2のゲート電極から露出している
請求項3に記載の撮像装置。 - 前記半導体層は、更に、前記チャネル層の前記第2の端部にのみ隣接してLDD層を有し、
前記チャネル層の前記第1および第2の端部の両方が前記第2のゲート電極から露出している
請求項3に記載の撮像装置。 - 基板側から順に、前記第1のゲート電極、第1のゲート絶縁膜、前記半導体層、第2のゲート絶縁膜および前記第2のゲート電極が積層され、
前記非オーバーラップ領域において、前記チャネル層の前記第1および第2の端部のうちの一方または両方が前記第1のゲート電極から露出している
請求項2に記載の撮像装置。 - 基板側から順に、前記第1のゲート電極、第1のゲート絶縁膜、前記半導体層、第2のゲート絶縁膜および前記第2のゲート電極が積層され、
前記非オーバーラップ領域において、前記チャネル層の前記第1および第2の端部のうちの一方が前記第1のゲート電極から露出し、他方が前記第2のゲート電極から露出している
請求項2に記載の撮像装置。 - 前記第1および第2のゲート電極の幅が互いに異なっている
請求項1に記載の撮像装置。 - 基板側から順に、前記第1のゲート電極、第1のゲート絶縁膜、前記半導体層、第2のゲート絶縁膜および前記第2のゲート電極が積層され、
前記第1のゲート電極および前記半導体層間の容量と、前記第2のゲート電極および前記半導体層間の容量が互いに異なっている
請求項1に記載の撮像装置。 - 前記第2のゲート電極および前記半導体層間の容量が、前記第1のゲート電極および前記半導体層間の容量よりも小さくなっている
請求項11に記載の撮像装置。 - 前記第2のゲート絶縁膜の厚みが前記第1のゲート絶縁膜の厚みよりも大きい
請求項12に記載の撮像装置。 - 前記半導体層は、アモルファスシリコン、ポリシリコンまたは微結晶シリコンを含む
請求項1に記載の撮像装置。 - 前記半導体層が低温ポリシリコンを含み、
前記第1および第2のゲート絶縁膜がそれぞれシリコン酸化膜を含む
請求項14に記載の撮像装置。 - 前記光電変換素子が、PIN型のフォトダイオードまたはMIS型センサからなる
請求項1に記載の撮像装置。 - 前記複数の画素はそれぞれ、入射した放射線に基づいて電気信号を発生させるものである
請求項1に記載の撮像装置。 - 前記複数の画素はそれぞれ、前記光電変換素子上に、放射線を前記光電変換素子の感度域に変換する波長変換層を有する
請求項1に記載の撮像装置。 - 前記放射線がX線である
請求項18に記載の撮像装置。 - 撮像装置と、この撮像装置により得られた撮像信号に基づく画像表示を行う表示装置とを備え、
前記撮像装置は、
各々が光電変換素子と電界効果型のトランジスタとを含む複数の画素を有し、
前記トランジスタは、
半導体層と、
前記半導体層を間にして対向配置された第1および第2のゲート電極と、
前記半導体層に電気的に接続されたソース電極およびドレイン電極とを含み、かつ
前記第1および第2のゲート電極同士が一部において重畳しない非オーバーラップ領域を有する
撮像表示システム。
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