专利名称：固体摄像装置以及放射线摄像装置的利记博彩app
技术领域：
本发明涉及固体摄像装置以及放射线摄像装置。
背景技术：
作为这种放射线摄像装置，公知有具有纤维光学面板(以下，称为FOP)、设置在该FOP一方的表面上的闪烁器、以及相对FOP的另一方表面设置的MOS型图像传感器(例如，参照专利文献1)。
此外，还公知有下述放射线摄像装置，其包括进行光电变换的光检测器被配置成一维或者二维的光检测器阵列、以及直接形成在光检测器的光入射面上的闪烁器(例如，参照专利文献2)。
“专利文献1”日本专利特开2000-28735号公报“专利文献2”国际公开WO98/36290号小册子发明内容对于在上述专利文献1中所揭示的摄像装置来说，因为不能使FOP本身大面积化，所以大面积化摄像面积存在困难。因此，如上述专利文献2所揭示的，考虑不使用FOP，而是直接在光检测器的光入射面上形成闪烁器的方法。此外，还考虑不直接在光检测器的光入射面上形成闪烁器，而是在支撑体上形成闪烁器，使光检测器的光入射面与闪烁器紧密接合的方法。
然而，在不使用FOP结构的情况下，会产生SN比恶化的新问题。本发明者等的最新调查研究结果表示出下述结论。当存在FOP时，在闪烁器中没有变换成光的放射线被包含在FOP中的铅所屏蔽。然而，当不存在FOP时，在闪烁器中没有变换成光的放射线直接入射到MOS型图像传感器，在光电二极管以外的区域、例如在作为MOS型图像传感器的表面保护膜的表面氧化膜(硅氧化膜等)中产生电荷。产生的电荷蓄积在pn接合部分(充电)，从而，在作为光电二极管端部的pn接合部分引起电荷的界面泄漏，并产生漏电流。该漏电流与来自光电二极管的电流输出重叠，使SN比恶化。
本发明的目的在于提供一种能够抑制在pn接合部分产生电荷的界面泄漏，从而防止SN比恶化的固体摄像装置以及放射线摄像装置。
本发明的固体摄像装置的特征在于具有光感应部，其含有第一导电型半导体基板以及在该半导体基板的一面侧配列成二维状而形成的多个第二导电型半导体区域，通过半导体基板和各第二导电型半导体区域的pn接合而分别作为光电二极管工作；以及导电性部件，被设置成至少覆盖在半导体基板的一面上露出的pn接合部分，其中，所述导电性部件与固定电位连接，或者接地。
本发明的固体摄像装置中，因为以至少覆盖在半导体基板的一面上露出的pn接合部分的方式而设置的导电性部件与固定电位连接、或者接地，所以，在光电二极管以外的区域中产生的电荷并不蓄积在pn接合部分，而是通过导电性部件被排出到外部。因此，能够抑制在pn接合部分发生电荷的界面泄漏，能够防止SN比恶化。
此外，导电性部件优选从向着光感应部的光入射方向看呈格子状，被设置成覆盖在半导体基板的一面上露出的pn接合部分以及邻接的第二导电型半导体区域之间的部分。在这样构成的情况下，能够简单且容易地实现具有可以将在光电二极管以外的区域中产生的电荷排出到外部，确实地抑制在该pn接合部分中发生电荷的界面泄漏的结构的导电性部件。
此外，优选光感应部还包括在邻接的第二导电型半导体区域之间形成的隔离区域，其中，导电性部件与隔离区域电连接。在这样构成的情况下，能够使用于将在光电二极管以外的区域中产生的电荷排出到外部的导电性部件、和用于使隔离区域与固定电位连接或者接地的导电性部件共同化，从而能够防止结构复杂化。
此外，优选还具有信号线，与光电二极管电连接、用于读出该光电二极管的输出；开关组，由在多个光电二极管各列上控制各光电二极管和信号线之间的电连接以及切断的多个开关所构成；以及配线，与构成开关组的各开关的控制端子连接、向控制端子输入使该各开关在多个光电二极管各行上切断或者导通的扫描信号，其中，配线被设置在导电性部件的上方。在这样构成的情况下，当将扫描信号输入到控制端子时伴随着配线的供给电压的变化而产生的噪声被导电性部件所屏蔽。其结果，能够防止上述噪声重叠在光电二极管的输出上。
本发明的固体摄像装置的特征在于具有光感应部，其含有第一导电型半导体基板以及在该半导体基板的一面侧配列成M行N列而形成的多个第二导电型半导体区域，通过半导体基板和各第二导电型半导体区域的pn接合而分别作为光电二极管工作；设置在每列上的第一配线；第一开关组，由在每列上与各光电二极管和第一配线连接的多个开关所构成；垂直移位寄存器，输出使构成第一开关组的各开关在每行上开闭的垂直扫描信号；第二配线，在每行上与构成第一开关组的各开关的控制端子和垂直移位寄存器连接；由与各第一配线和信号输出线连接的多个开关所构成的第二开关组；水平移位寄存器，输出使构成第二开关组的各开关在每列上开闭的水平扫描信号；以及导电性部件，被设置为至少覆盖在半导体基板一面上露出的pn接合部分，其中，导电性部件与固定电位连接，或者接地。
此外，优选使第二配线位于导电性部件的上方。在这样构成的情况下，当将扫描信号输入到控制端子时，伴随着第二配线的供给电压的变化而产生的噪声被导电性部件所屏蔽。其结果，能够防止上述噪声重叠在光电二极管的输出上。
此外，本发明的固体摄像装置的特征在于具有光感应部，其含有第一导电型半导体基板以及在该半导体基板的一面侧配列成二维状而形成的多个第二导电型半导体区域，通过半导体基板和各第二导电型半导体区域的pn接合而分别作为光电二极管工作；以及导电性部件，用于将在光电二极管以外的区域产生的电荷排出到外部。
在本发明的固体摄像装置中，因为以至少覆盖在半导体基板的一面上露出的pn接合部分的方式而设置的导电性部件与固定电位连接，或者接地，所以，在光电二极管以外的区域中产生的电荷并不蓄积在pn接合部分，而是通过导电性部件被排出到外部。因此，能够抑制在pn接合部分中发生电荷的界面泄漏，能够防止SN比恶化。
此外，优选导电性部件以覆盖至少在半导体基板的一面上露出的pn接合部分的方式而被设置在该pn接合部分的上方，并与固定电位连接或者接地。在这样构成的情况下，能够简单且容易地实现具有可以将在光电二极管以外的区域中产生的电荷排出到外部的结构的导电性部件。
本发明的放射线摄像装置的特征在于具有上述固体摄像装置以及以覆盖多个光电二极管的方式而设置的、将放射线变换成可见光的闪烁器。
在本发明的放射线摄像装置中，如上所述，因为在光电二极管以外的区域中产生的电荷并不蓄积在pn接合部分，而是通过导电性部件被排出到外部，所以能够抑制在pn接合部分发生电荷的界面泄漏，能够防止SN比恶化。
图1是用于说明本实施方式的放射线摄像装置的截面结构的简图。
图2是用于说明本实施方式的放射线摄像装置的截面结构的简图。
图3是本实施方式的放射线摄像装置的平面图。
图4是本实施方式的放射线摄像装置的结构图。
图5是本实施方式的放射线摄像装置的固体摄像元件中所包含的光感应部的平面图。
图6是用于说明沿着图5的VI-VI线的截面结构的简图。
图7是用于说明沿着图5的VII-VII线的截面结构的简图。
图8是用于说明沿着图5的VIII-VIII线的截面结构的简图。
图9是用于说明沿着图5的IX-IX线的截面结构的简图。
图10是用于说明本实施方式的放射线摄像装置的固体摄像元件中所包含的光感应部的截面结构的简图。
图11是用于说明本实施方式的放射线摄像装置的变形例中的截面结构的简图。
图12是用于说明本实施方式的放射线摄像装置的变形例中的截面结构的简图。
具体实施例方式
下面，参照附图对本发明的优选实施方式进行说明。其中，在说明中，对同一要素或者具有同一功能的要素标注同一标号，并省略重复的说明。本实施方式的放射线摄像装置包含本发明实施方式的固体摄像装置(固体摄像元件)。
图1和图2是用于说明本实施方式的放射线摄像装置的截面结构的简图。图3是本实施方式的放射线摄像装置的平面图。图4是本实施方式的放射线摄像装置的结构图。其中，在图3中省略了接合线的图示。
如图1～图3所示，本实施方式的放射线摄像装置1包括固体摄像元件11、闪烁器21、装配基板23以及框体25等。
固体摄像元件11是MOS型图像传感器，包括形成在半导体基板12的一侧面上的光感应部31、移位寄存器部41以及放大部51。从而，光感应部31、移位寄存器部41以及放大部51形成在同一基板(半导体基板12)上。半导体基板12(固体摄像元件11)被固定在装配基板23上。在本实施方式中，半导体基板12的面积约为16900mm2(＝130mm×130mm)，光感应部31的面积约为15625mm2(＝125mm×125mm)。
如图4所示，光感应部31是以二维状在半导体基板12上配列蓄积对应光的入射强度的电荷量的多个光电二极管(光电变换元件)33而构成。更具体地说，通过在y轴方向上以M行、在x轴方向上以N列(M、N是自然数)配置成的M×N个光电二极管33而构成光感应部31。其中，在图4中，将M和N设定为“4”。
在构成光感应部31的各光电二极管33上，设置有一端与该光电二极管33电连接、另一端与后述信号读出线电连接的门开关(构成第一开关组的开关)35。因此，当打开门开关35时，随着向光电二极管33的光入射而蓄积电荷，若关闭门开关35，则在后述信号读出线中读出蓄积在光电二极管33中的电荷。其中，门开关35可以由MOSFET(场效应晶体管)所构成。
移位寄存器部41包括垂直移位寄存器43，在半导体基板12上，面对光感应部31的一边而形成。该垂直移位寄存器43输出用于开闭门开关35的垂直扫描信号。该垂直扫描信号包括高(H)电平和低(L)电平两种驱动电压，这些驱动电压的差约为数V。
各门开关35的控制端子与垂直移位寄存器43通过门线(第二配线；配线)45电连接。因此，能够根据从垂直移位寄存器43输出的垂直扫描信号来开闭各门开关35。具体地说，门线45穿过配列在光感应部31上的光电二极管33的行间并沿着x轴方向延伸，与存在于同一行上的各门开关35的控制端子连接。从而，使垂直移位寄存器43和门开关35的控制端子在每行都连接起来。
在配列于光感应部31上的光电二极管33的列间，还设置有在每列上电连接上述门开关35的另一端的N条信号读出线(第一配线；信号线)53。该N条信号读出线53与放大部51电连接。放大部51包括充电放大器55、读出开关(构成第二开关组的开关)57以及水平移位寄存器59等。放大部51在半导体基板12上，形成在面对光感应部31的、与移位寄存器部41所面对而形成的一边邻接的一边上。
充电放大器55被设置在每条信号读出线53上，放大在信号读出线53所读出的电荷量(电流输出)。读出开关57被设置在每条信号读出线53上，同时，将从光电二极管33读出的电荷量(电流输出)输出到信号输出线60。水平移位寄存器59输出用于开闭读出开关57的水平扫描信号。
在半导体基板12上，如图2以及图3所示，形成有多个与各放大部51电连接而形成的结合垫片部61。这些结合垫片部61通过接合线63与形成在装配基板23上的结合垫片部65电连接。因此，来自放大部51的输出通过装配基板23而被传送到摄像装置1的外部。此外，在半导体基板12上形成有多个与各移位寄存器部41电连接而形成的结合垫片部67(特别是参照图3)。这些结合垫片部67通过接合线(图未示出)与形成在装配基板23上的结合垫片部69电连接。因此，来自摄像装置1的外部的信号通过装配基板23而被传送到移位寄存器部41。
闪烁器21是将入射的放射线(例如X射线)变换成可见光的装置，呈柱状结构。如图3所示，闪烁器21以覆盖半导体基板12一面的形成有光感应部31、移位寄存器部41和放大部51的区域的方式而直接形成在该区域上。因此，闪烁器21与半导体基板12一面的形成有光感应部31、移位寄存器部41和放大部51的区域接触而被配置。其中，半导体基板12一面的形成有结合垫片部61、67的区域不被闪烁器21所覆盖而露出。
关于闪烁器21能够使用各种材料，但是，优选使用发光效率优良的掺T1(铊)的CsI等。在闪烁器21上形成有覆盖闪烁器21的柱状构造并进入到其间隙中来密闭闪烁器21的保护膜(图未示出)。保护膜使用透过放射线、阻断水蒸汽的材料，例如，使用聚二甲苯树脂(ThreeBond公司(スリ一ボンド、日本三键公司)制造，商品名parylene(パリレン、聚对二甲苯))，特别优选使用对氯亚二甲苯树脂(同公司制造，商品名paryleneC(パリレンC、聚对二甲苯C))。在本实施方式中，闪烁器21的厚度约为300μm。
闪烁器21可以经汽相沉积法通过生长CsI的柱状晶体而形成。此外，保护膜可以通过CVD法而形成。其中，关于闪烁器21以及保护膜的形成方法，在本申请人的国际公开WO98/36290号小册子等中有详细的记述，这里省略说明。
框体25以包围固体摄像元件11的方式而被固定在装配基板23上。在框体25上对应于光感应部31的位置上形成有矩形开口27，放射线可以通过该开口27而入射到闪烁器21。在框体25与半导体基板12以及装配基板23之间形成有空间S。在空间S内配置有固体摄像元件11的移位寄存器部41和放大部51、结合垫片部61、65以及接合线63等。这样，由于接合线63被配置在框体25、半导体基板12以及装配基板23所构成的空间S内，所以该接合线63不会因框体25而受到推压，能够保护其不受外部物理应力的作用。此外，在框体25上，在与其放大部51侧的相反一侧上设置有由放射线屏蔽性材料(例如铅等)构成的屏蔽部件29，通过该屏蔽部件29能够充分地屏蔽放射线。在本实施方式中，屏蔽部件29的厚度约为2.5mm。
接着，基于图5～图9对感应部31的结构进行说明。图5是光感应部的平面图。图6是用于说明沿着图5的VI-VI线的截面结构的简图。图7是用于说明沿着图5的VII-VII线的截面结构的简图。图8是用于说明沿着图5的VIII-VIII线的截面结构的简图。图9是用于说明沿着图5的IX-IX线的截面结构的简图。其中，在图5中，省略了第一～第四绝缘层13、15～17以及门开关35的图示。
半导体基板12，如图6～图9所示，包含P+型半导体基板12a，在该P+型半导体基板12a上形成有P-型外延(epitaxy)半导体层12b和P-型层12c。P+型半导体基板12a具有接地电位。其中，该固体摄像元件11使用Si作为半导体，“高浓度”是指杂质浓度在1×1017/cm3以上，标注“+”表示导电型，“低浓度”是指杂质浓度在1×1015/cm3以下，标注“-”表示导电型。
此外，在P-型层12c的表面侧形成有N+型半导体区域12d，通过该N+型半导体(N+型半导体区域12d)和P-型半导体(P-型层12c)的pn接合而构成光电二极管(光电变换元件)33。N+型半导体区域12d，如图5所示，从光入射方向看呈矩形，以M行N列的方式配置成二维状。因此，在光感应部31中，以M行N列的方式将光电二极管33配置成二维状。在本实施方式中，设定N+型半导体区域12d的一边长度约为50μm。
此外，在P-型层12c的表面侧，在邻接的N+型半导体区域12d之间形成有由P+型半导体构成的隔离区域12e。该隔离区域12e，如图5所示，沿着行方向和列方向在相邻的N+型半导体区域12d之间延伸，从光入射方向看呈格子状。
在P-型层12c、N+型半导体区域12d、隔离区域12e上形成有第一绝缘层(例如，由硅氧化膜构成)13。通过形成在该第一绝缘层13上的通过孔而使金属(例如由铝构成)配线(导电性部件)14与隔离区域12e电连接。该金属配线14，如图5所示，沿着行方向和列方向在邻接的N+型半导体区域12d之间延伸设置，从光入射方向看呈格子状。金属配线14接地，使隔离区域12e为接地电位。其中，也可以使金属配线14与固定电位连接以代替接地。
将金属配线14的宽度设定为比邻接的N+型半导体区域12d之间的距离大，从光入射方向看，金属配线14的一部分与N+型半导体区域12d的端部重叠。即，对于金属配线14来说，以其端部覆盖在半导体基板12(P-型层12c)的光入射面(一方面)露出的pn接合部分(P-型层12c和N+型半导体区域12d的界面)的方式而被设置在该pn接合部分的上方。
其中，如图10所示，对于金属配线14来说，优选以覆盖形成在pn接合部分(P-型层12c和N+型半导体区域12d的界面)上的耗尽层12f的方式来设置。耗尽层12f的大小(宽度)被P-型层12c中的杂质浓度、N+型半导体区域12d中的杂质浓度以及施加电压等所左右。因此，需要考虑这些因素来设定金属配线14的宽度、即用于覆盖pn接合部分与N+型半导体区域12d重叠部分的宽度。在本实施方式中，邻接的N+型半导体区域12d之间的距离约为4μm，金属配线14的宽度约为5μm。
在第一绝缘层13上形成有第二绝缘层(例如，由硅氧化膜构成)15。在该第二绝缘层15上形成有上述门线45和第三绝缘层(例如，由硅氧化膜构成)16。门线45由铝等金属构成，如图5、图7以及图8所示，从光入射方向看位于金属配线14的上方，沿着行方向在邻接的N+型半导体区域12d之间延伸设置。
在第三绝缘层16的上方形成有上述信号读出线53和第四绝缘层(例如，由硅氧化膜构成)17。信号读出线53由铝等金属构成，如图5和图6所示，从光入射方向看位于N+型半导体区域12d的上方，沿着列方向延伸设置。在本实施方式中，设定信号读出线53的宽度约为0.5μm。此外，从N+型半导体区域12d的一边在该N+型半导体区域12d上约偏离1～20μm来配置信号读出线53。
如上所述，根据本实施方式，因为以至少覆盖在半导体基板12一面上露出的pn接合部分的方式而设置的金属配线14接地，所以，在光电二极管33以外的区域(第一绝缘层13)产生的电荷不蓄积在pn接合部分，而是通过金属配线14被排出到外部。因此，能够抑制在pn接合部分中发生电荷的界面泄漏，能够防止SN比恶化。
在本实施方式中，金属配线14从向光感应部31的光入射方向看呈格子状，以覆盖在半导体基板12一面露出的pn接合部分和邻接的N+型半导体区域12d之间的部分的方式来设置。因此，能够简单并且容易地实现具有可以将在光电二极管33以外的区域中产生的电荷排出到外部，确实地抑制在该pn接合部分发生电荷的界面泄漏的结构的导电性部件。
此外，在本实施方式中，光感应部31包括在邻接的N+型半导体区域12d之间形成的隔离区域12e，金属配线14与隔离区域12e电连接。因此，能够使用于将在光电二极管33以外的区域中产生的电荷排出到外部的导电性部件、和用于使隔离区域12e接地的导电性部件共同化，能够防止构造复杂化。
此外，在本实施方式中，使门线45位于金属配线14的上方来设置。因此，当将垂直扫描信号输入到各门开关35的控制端子时伴随着门线45的供给电压的变化(H电平和L电平切换)而产生的噪声被金属配线14所屏蔽。其结果，能够防止该噪声重叠在光电二极管33的输出上。
本发明并不局限于上述实施方式。在本实施方式中，通过用于使隔离区域12e接地的金属配线14，将在光电二极管33以外的区域中产生的电荷排出到外部，但是并不局限于此。例如，如图11所示，也可以与用于使隔离区域12e接地的金属配线14不同，以至少覆盖在半导体基板12一面上露出的pn接合部分的方式来设置导电性部件71(例如，铝配线)，通过该导电性部件71将在光电二极管33以外的区域中产生的电荷排出到外部。此外，如图12所示，也可以构成为以至少覆盖在半导体基板12的一面上露出的pn接合部分的方式在第一绝缘层13上设置有由多晶硅构成的导电性部件73，通过该导电性部件73将在光电二极管33以外的区域中产生的电荷排出到外部。
此外，在本实施方式中，直接在半导体基板12上形成闪烁器21，但是并不局限于此。例如，也可以构成为以使用在放射线透过性基板上形成闪烁器的闪烁器基板，使半导体基板12一面的形成有光感应部31、移位寄存器部41和放大部51的区域与闪烁器接触的方式来配置闪烁器基板。其中，当在闪烁器上形成保护膜时，形成有上述光感应部31、移位寄存器部41和放大部51的区域与保护膜接触。
工业利用性本发明的固体摄像装置和放射线摄像装置能够特别利用于在医疗、工业用的X射线摄像中所使用的大面积的放射线成像系统。
权利要求
1.一种固体摄像装置，其特征在于具有光感应部，其含有第一导电型半导体基板以及在该半导体基板的一面侧配列成二维状而形成的多个第二导电型半导体区域，通过所述半导体基板和所述各第二导电型半导体区域的pn接合而分别作为光电二极管工作；以及导电性部件，被设置成至少覆盖在所述半导体基板的所述一面上露出的pn接合部分，其中，所述导电性部件与固定电位连接，或者接地。
2.如权利要求1所述的固体摄像装置，其特征在于所述导电性部件从向着所述光感应部的光入射方向看呈格子状，被设置成覆盖在所述半导体基板的所述一面上露出的所述pn接合部分以及邻接的所述第二导电型半导体区域之间的部分。
3.如权利要求1所述的固体摄像装置，其特征在于所述光感应部还包括在邻接的所述第二导电型半导体区域之间形成的隔离区域，其中，所述导电性部件与所述隔离区域电连接。
4.如权利要求1所述的固体摄像装置，其特征在于还具有信号线，与所述光电二极管电连接、用于读出该光电二极管的输出；开关组，由在所述多个光电二极管各列上控制所述各光电二极管和所述信号线之间的电连接以及切断的多个开关所构成；以及配线，与构成所述开关组的各开关的控制端子连接、向所述控制端子输入使该各开关在所述多个光电二极管各行上切断或者导通的扫描信号，其中，所述配线被设置在所述导电性部件的上方。
5.一种固体摄像装置，其特征在于具有光感应部，其含有第一导电型半导体基板以及在该半导体基板的一面侧配列成M行N列而形成的多个第二导电型半导体区域，通过所述半导体基板和所述各第二导电型半导体区域的pn接合而分别作为光电二极管工作；设置在所述每列上的第一配线；第一开关组，由在所述每列上与所述各光电二极管和所述第一配线连接的多个开关所构成；垂直移位寄存器，输出使构成所述第一开关组的各开关在所述每行上开闭的垂直扫描信号；第二配线，在所述每行上与构成所述第一开关组的各开关的控制端子和所述垂直移位寄存器连接；第二开关组，由与所述各第一配线和信号输出线连接的多个开关所构成；水平移位寄存器，输出使构成所述第二开关组的各开关在所述每列上开闭的水平扫描信号；以及导电性部件，被设置为至少覆盖在所述半导体基板的所述一面上露出的pn接合部分，其中，所述导电性部件与固定电位连接，或者接地。
6.如权利要求5所述的固体摄像装置，其特征在于所述导电性部件从向着所述光感应部的光入射方向看呈格子状，被设置成覆盖在所述半导体基板的所述一面上露出的所述pn接合部分以及邻接的所述第二导电型半导体区域之间的部分。
7.如权利要求5所述的固体摄像装置，其特征在于所述光感应部还包括形成在邻接的所述第二导电型半导体区域之间的隔离区域，其中，所述导电性部件与所述隔离区域电连接。
8.如权利要求5所述的固体摄像装置，其特征在于所述第二配线被配置在所述导电性部件的上方。
9.一种固体摄像装置，其特征在于具有光感应部，其含有第一导电型半导体基板以及在该半导体基板的一面侧配列成二维状而形成的多个第二导电型半导体区域，通过所述半导体基板和所述各第二导电型半导体区域的pn接合而分别作为光电二极管工作；以及导电性部件，用于将在所述光电二极管以外的区域产生的电荷排出到外部。
10.如权利要求9所述的固体摄像装置，其特征在于所述导电性部件以至少覆盖在所述半导体基板的所述一面上露出的所述pn接合部分的方式而被设置在该pn接合部分的上方，并与固定电位连接或者接地。
11.一种放射线摄像装置，其特征在于具有如权利要求1～10中的任何一项所述的固体摄像装置，以及以覆盖多个光电二极管的方式而设置的、将放射线变换成可见光的闪烁器。
全文摘要
在半导体基板(12)的P
文档编号H04N5/357GK1720620SQ20038010462
公开日2006年1月11日 申请日期2003年11月26日 优先权日2002年11月28日
发明者森治通, 藤田一树, 久嵨龙次, 本田真彦 申请人:浜松光子学株式会社