DE60315483T2

DE60315483T2 - Kapselungsstruktur für abbildungsdetektoren

Info

Publication number: DE60315483T2
Application number: DE2003615483
Authority: DE
Inventors: Iiro Hietanen; Mikko Juntunen
Original assignee: Detection Technology Oy
Current assignee: Detection Technology Oy
Priority date: 2002-08-15
Filing date: 2003-08-12
Publication date: 2008-04-30
Anticipated expiration: 2023-08-13
Also published as: DE60315483D1; CN100407445C; ATE369629T1; CN1675780A; GB2392308A8; GB2392308A; JP2005539373A; US7375340B2; JP4279253B2; WO2004017429A1; EP1547161B1; AU2003254522A1; GB0219044D0; US20060065841A1; EP1547161A1; GB2392308B

Description

Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Halbleitereinheiten und besonders, aber nicht ausschließlich, auf Fotodetektoren zur Verwendung in Bildaufnahmesystemen.
Hintergrund der Erfindung
Fotodetektoren werden in Bildaufnahmesystemen für medizinische, sicherheitsrelevante und industrielle Anwendungen verwendet. Eine besondere medizinische Anwendung von Fotodetektoren sind Computertomographie-(CT)-Systeme.
In einem typischen CT-System werden eine Röntgenstrahlenquelle mit einem fächerförmigen Röntgenstrahl und ein zweidimensionales Strahlungsdetektorfeld an einer mechanischen Stützstruktur, die als Gerüst bekannt ist, angebracht. In Verwendung wird das Gerüst um ein aufzunehmendes Objekt gedreht, um Röntgenstrahlendämpfungsdaten von sich konstant ändernden Winkeln mit Bezug auf das Objekt zu sammeln. Die Ebene der Gerüstdrehung ist als Bildaufnahmeebene bekannt und ist typischerweise als die x-y-Ebene des Koordinatensystems in einem CT-System definiert. Zusätzlich wird das Gerüst (oder typischerweise das Objekt) langsam entlang der z-Achse des Systems bewegt, um Röntgenstrahldämpfungsdaten für eine erforderliche Länge des Objekts zu sammeln. Beispiele von aktuellen CT-Systemen sind in den US Patenten Nr. 6,144,718 und 6,173,031 diskutiert.
Die Strahlungsdetektoren von CT-Systemen gemäß dem momentanen Stand der Technik bestehen aus einem zweidimensionalen Feld von Seltenerdmetall-basierten Szintillatoren und einem entsprechenden zweidimensionalen Feld von Siliziumfotodioden. Sowohl die Szintillatorkristalle als auch die Fotodioden werden in zweidimensionalen Feldern hergestellt, welche dann während der Detektorherstellung optisch aneinander gekoppelt werden.
Ein typisches Detektorfeld gemäß dem Stand der Technik ist in 1 gezeigt. Ein typischer Detektor besteht aus einem Feld von sechzehn Reihen und sechzehn Spalten einzelner Detektorelemente, das heißt 256 Elemente insgesamt. Spalten sind in die z-Richtung ausgerichtet. Der Aufbau des Detektors ist bekannt. Das Feld von Detektor ist in 1 allgemein durch Bezugszeichen 2 dargestellt. Die z-Richtung oder z-Achse ist ebenso in 1 gezeigt. Die Elemente in Reihen liegen in der Bildaufnahmeebene und erzeugen Datensätze, die als „Scheiben" bekannt sind. In einer medizinischen CT-Maschine zum Beispiel entspricht jedes Scheibenbild einem zweidimensionalen Röntgenstrahlbild einer dünnen Scheibe eines menschlichen Körpers, in der Richtung der Körperachse und der Maschinen-z-Achse gesehen.
Bei CT-Bildaufnahmesystemen wird die Größe des Detektors in der Bildaufnahmeebene durch Platzieren von einzelnen Detektorfeldern, wie etwa dem in 1 gezeigten Feld, benachbart zueinander erhöht, um dadurch die Größe des Detektors in der Bildaufnahmeebene zu erhöhen. Eine Kante 4 des Detektors von 1 kann entlang einer entsprechenden Kante eines entsprechenden Detektorfelds platziert werden und dadurch kann ein größerer Bereich aufgebaut werden.
Eine Hauptentwicklung in der CT-Industrie ist es, CT-Maschinen mit mehr Detektorelementen zu bauen, um mehr Röntgenstrahlendämpfungsdaten für jede Gerüstdrehung zu sammeln und deshalb die Messungen zu beschleunigen, um die Genauigkeit der Messungen zu verbessern, und die Patientenstrahlungsdosis bei medizinischen Anwendungen zu verringern. Eine Erhöhung der Anzahl von Detektorelementen kann auf ähnliche Weise Vorteile bei anderen Bildaufnahmeanwendungen haben, und ist nicht auf medizinische oder CT-Systeme beschränkt.
In momentanen CT-Detektorkonstruktionen ist ein Hauptbegrenzungsfaktor beim Bereitstellen von mehr Detektorelementen die Notwendigkeit des Auslesens der elektrischen Signale von den einzelnen Fotodetektoren des Detektorfeldes. Gemäß dem momentanen Stand der Technik wird das Auslesen dieser Signale durch Herstellen sehr schmaler Metallleitungen (typischerweise 5–20 μm) auf der Oberseite des Fotodetektorchips zwischen den aktiven Fotodetektorelementen ermöglicht. Eine einzelne Metallleitung trägt das Signal von einem Fotodetektor zu der Kante des Fotodetektorchips in die z-Richtung zu einem Bereich, der speziell zum Zweck des Verbindens der Signale von den Fotodetektoren reserviert ist, durch Drahtanschluss zu einem Substrat, das unterhalb des Fotodetektorchips platziert ist, oder zu einem Multiplex- oder Signalverarbeitungs-ASIC-Chip. Bei Verwendung dieses Verfahrens gibt es eine physikalische Begrenzung der Größe des Fotodetektorfeldes, das hergestellt werden kann. Die Anzahl von elektrischen Elementen an der Chipkante ist begrenzt und dies begrenzt die Anzahl von Fotodetektorelementen, die verbunden werden können. Besonders in der z-Richtung kann der Detektor nicht größer werden.
Dies ist in 1 dargestellt. Das Fotodetektorfeld 2 ist mit einem Bereich 6 und 8 auf beiden Seiten des Feldes in der z-Richtung bereitgestellt, welche Bereiche eine Verbindung zu einem entsprechenden Satz von elektrischen Leitungen 10 und 12 bereitstellen. Die Signale von dem Fotodetektor können in integrierten Elektronikchips oder ASICs, die in den Bereichen 6 und 8 gelegen sind, gemultiplext oder verarbeitet werden, bevor die Signale mit den elektrischen Leitungen 10 und 12 verbunden werden. Wegen der Notwendigkeit, die physikalischen Leitungen und deren Verbindungen aufzunehmen, ist die Anzahl von Fotodetektoren in einem Feld begrenzt. Insbesondere ist es nicht möglich, weitere Fotodetektoren in der z-Richtung hinzuzufügen. Die physikalischen Leitungen 10 und 12 verhindern jegliche Erweiterung des Fotodetektorfeldes in der z-Richtung, so dass zusätzliche Fotodetektorfelder nicht in der z-Richtung hinzugefügt werden können. Das heißt, obwohl Fotodetektoren Seite an Seite in der horizontalen Richtung in 1 zusammengefügt werden können, können sie nicht von oben nach unten in der vertikalen Richtung zusammengefügt werden. Dies liegt an der Notwendigkeit, die Leitungen 10 und 12 oben und unten zu verbinden.
Ein Fotodetektor mit der Möglichkeit einer Erweiterung in der z-Richtung ist als ein „gekachelter" Detektor bekannt. Um einen gekachelten Detektor bereit zu stellen ist es notwendig, die elektrischen Verbindungen zu jedem Fotodetektor vorzunehmen, ohne die Fotodetektoren an die Fotodetektorchipkante zu verbinden. Wenn dies erreicht werden kann, gibt es keine Begrenzung des Wachstums des Fotodetektorfeldes und folglich der Anzahl von Fotodetektorelementen.
Eine Lösung des Problems des Erreichens eines gekachelten Detektors ist in dem US Patent Nr. 6,396,898 vorgeschlagen. Andere Detektoren sind in den Druckschriften US 5371351 und US 4826777 offenbart.
Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung zielen darauf ab, eines oder mehrere der vorstehenden Probleme anzusprechen und ein verbessertes Fotodetektorfeld bereitzustellen.
Kurzfassung der Erfindung
Die Erfindung ermöglicht die Herstellung von vollständig „gekachelten" Detektorstrukturen mit stark gleichförmigen Detektoreigenschaften.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wie in Anspruch 1 beansprucht, ist ein Feld von Fotodioden bereitgestellt, mit: einer Vielzahl von Anoden, die an einer ersten Oberfläche von zumindest einem Substrat geformt sind; einer entsprechenden Anzahl von Kathoden, die an einer zweiten Oberfläche von zumindest einem Substrat geformt sind; und einer elektrischen Verbindung zwischen der Vielzahl von Anoden, wobei durch die Vielzahl von Kathoden Ausgänge des Feldes bereitgestellt sind.
Die Vielzahl von Anoden und die Vielzahl von Kathoden kann an der ersten und zweiten Oberfläche einer entsprechenden Vielzahl von Substraten geformt werden. Die Vielzahl von Substraten kann durch Aufteilen eines einzelnen Substrats geformt werden. Die Vielzahl von Kathoden kann eine Vielzahl von leitenden Schichten aufweisen, die an der Oberfläche des Substrates geformt sind. Weiter kann auf jeder leitenden Schicht eine Metallschicht bereitgestellt sein. Die Vielzahl von Anoden kann eine Vielzahl von aktiven Bereichen aufweisen, die an der ersten Oberfläche geformt sind. Weiter kann für jeden aktiven Bereich ein Metallkontakt bereitgestellt sein.
Die elektrische Verbindung kann durch einen Drahtanschluss bereitgestellt sein. Die elektrische Verbindung kann durch Metallkontakte bereitgestellt sein. Die elektrische Verbindung kann durch eine leitende Folie bereitgestellt sein.
Weiter kann eine Konnektorschnittstelle bereitgestellt sein, wobei die Konnektorschnittstelle mit einer Vielzahl von Kontakten zum Kontaktieren der Vielzahl von Kathoden bereitgestellt ist. Das zumindest eine Substrat kann auf der Konnektorschnittstelle geformt sein. Die Vielzahl von Kontakten kann mit der Vielzahl von Kathoden durch ein Epoxid verbunden sein.
Ein Aufnahmesystem bzw. Bildaufnahmesystem kann vorzugsweise solch ein Feld umfassen. Ein CT-Bildaufnahmesystem kann solch ein Feld umfassen.
Gemäß der vorliegenden Erfindung ist weiter ein Fotodetektorfeld mit einer Vielzahl von Teilfeldern von Fotodioden bereitgestellt, wobei die Fotodetektoren von jedem Teilfeld geformt werden aus: einer Vielzahl von Anoden, die an einer ersten Oberfläche von zumindest einem Substrat geformt sind; einer entsprechenden Vielzahl von Kathoden, die an einer zweiten Oberfläche von zumindest einem Substrat geformt sind; und einer elektrischen Verbindung zwischen der Vielzahl von Anoden, wobei durch die Vielzahl von Kathoden Ausgänge des Feldes bereitgestellt sind, wobei eine Vielzahl von Teilfeldern von Fotodetektoren in einer Matrix benachbart zueinander platziert sind, um das Fotodetektorfeld zu formen.
Die Matrix erstreckt sich vorzugsweise in zwei Richtungen.
Ein Bildaufnahmesystem kann umfassen: einen Strahlungsdetektor mit einem Fotodetektorfeld, wie definiert, eine Strahlungsquelle, die dem Strahlungsdetektor gegenüber steht, und eine Einrichtung zum Steuern des Strahlungsdetektors und der Strahlungsquelle. Die Strahlungsquelle kann eine Röntgenröhre sein, die mit einem Hochspannungsgenerator ausgestattet ist.
Der Strahlungsdetektor und die Strahlungsquelle können in einer zylindrischen Abtaststruktur radial angebracht sein. Die Einrichtung zum Steuern kann ein Computersystem umfassen.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zum Formen eines Feldes von Fotodioden wie in Ansprüchen 19 und 28 beansprucht bereitgestellt. Diese Verfahren umfassen Formen einer Vielzahl von Anoden an einer ersten Oberfläche von zumindest einem Substrat; Formen einer entsprechenden Vielzahl von Kathoden an einer zweiten Oberfläche des zumindest einen Substrats; und eine elektrische Verbindung der Vielzahl von Anoden, so dass die Vielzahl von Kathoden die Ausgänge des Feldes bereitstellt.
Der Schritt des Formens einer Vielzahl von Kathoden kann ein Bereitstellen einer Vielzahl von leitenden Schichten auf der zweiten Oberfläche von dem zumindest einem Substrat umfassen. Die Vielzahl von Anoden und die Vielzahl von Kathoden kann aus einem einzelnen Substrat geformt werden. Die Vielzahl von leitenden Schichten kann durch Bereitstellen einer kontinuierlichen leitenden Schicht auf der zweiten Oberfläche des Substrats und elektrisch isolierender Anteile der kontinuierlichen Schicht bereitgestellt werden, um die Vielzahl von leitenden Schichten zu formen.
Die Abschnitte der leitenden Schichten können durch Ätzen oder Schneiden der kontinuierlichen leitenden Schicht elektrisch isoliert werden. Der Schritt des Ätzens oder Schneidens kann das Substrat weiter ätzen. Das Substrat kann komplett geätzt oder geschnitten werden. Somit wird vorzugsweise eine Vielzahl von isolierten Substratabschnitten geformt.
Das Ätzen oder das Schneiden kann derart gestaltet sein, dass ein angrenzender Bereich um jede Kathode herum geätzt oder geschnitten wird. Die Vielzahl von Anoden und die Vielzahl von Kathoden kann aus einer entsprechenden Vielzahl von Substraten geformt werden.
Der Schritt des Verbindens der Vielzahl von Anoden kann ein Formen eines Drahtanschlusses zwischen Anoden auf der ersten Oberfläche des Substrats umfassen. Der Schritt des Verbindens der Vielzahl von Anoden kann ein Bereitstellen einer Metallverbindung zwischen Anoden auf der ersten Oberfläche des Substrats umfassen. Der Schritt des Verbindens der Vielzahl von Anoden kann ein Bereitstellen einer leitenden Folie über der ersten Oberfläche umfassen. Das Verfahren kann weiter den Schritt des Verbindens der Vielzahl von Kathoden zu einer Konnektorschnittstelle umfassen. Die Konnektorschnittstelle kann eine Vielzahl von Plättchen zur Verbindung der Vielzahl von Kathoden umfassen. Die Konnektorschnittstelle kann ein Substrat umfassen.
Die Konnektorschnittstelle kann eine integrierte Schaltung umfassen.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung ist eine Halbleiterstruktur bereitgestellt, mit einem Feld von Fotodioden, jede mit einer Anode und einer Kathode, in welchem die Anoden elektrisch verbunden sind und die Kathoden elektrisch isoliert sind.
Die Anoden können auf einer Oberfläche eines Substrats und die Kathoden können auf einer anderen Oberfläche des Substrats geformt werden. Die Kathoden können durch Öffnungen durch die Halbleiterstruktur elektrisch isoliert sein. Eine Öffnung durch die Halbleitereinheit umgibt jede Anode. Die Anoden können durch einen Drahtanschluss elektrisch verbunden werden. Die Anoden können durch eine Folie eines Materials elektrisch verbunden werden.
Die Folie eines Materials kann über der Oberfläche der Einheit geformt werden.
In einem weiteren Aspekt stellt die vorliegende Erfindung ein Feld von Fotodioden bereit, wobei jede Fotodiode ein Substrat mit einem aktiven Bereich mit einer Anode, die in einer ersten Oberfläche von dieser geformt ist, und einer Kathode, die auf einer zweiten Oberfläche davon geformt ist, aufweist, wobei die Anoden des Feldes elektrisch verbunden sind, die Kathoden die Ausgänge des Fotodiodenfeldes bereitstellen.
In einem weiteren Aspekt stellt die vorliegende Erfindung ein Verfahren des Herstellens eines Feldes von Fotodioden mit Formen einer Vielzahl von aktiven Bereichen, die Anoden in einer ersten Oberfläche der Einheit formen, und zumindest einer Kathode, die auf einer zweiten Oberfläche der Einheit geformt ist, wobei das Verfahren aufweist: elektrisches Verbinden der Anoden und elektrisches Isolieren der Kathoden.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Für ein besseres Verständnis der vorliegenden Erfindung und um zu zeigen, wie dieselbe verwirklicht werden kann, wird nun als Beispiel auf die begleitenden Zeichnungen Bezug genommen, welche darstellen:
1 den Grundaufbau eines Fotodetektorfeldes gemäß einer bekannten Anordnung;
2 ein erstes Ausführungsbeispiel zum Herstellen einer Halbleiterkapselungsstruktur gemäß der Erfindung;
3 ein zweites Ausführungsbeispiel zum Herstellen einer Halbleiterkapselungsstruktur gemäß der Erfindung;
4 ein drittes Ausführungsbeispiel zum Herstellen einer Halbleiterkapselungsstruktur gemäß der Erfindung;
5 ein viertes Ausführungsbeispiel zum Herstellen einer Halbleiterkapselungsstruktur gemäß der Erfindung;
6 ein fünftes Ausführungsbeispiel zum Herstellen einer Halbleiterkapselungsstruktur gemäß der Erfindung;
7 einen Querschnitt durch das Halbleitersubstrat in einem der Ausführungsbeispiele;
8 den Aufbau eines großen Fotodetektorfeldes gemäß einer vorteilhaften Implementierung der vorliegenden Erfindung; und
9 ein CT-Bildaufnahmesystem oder -maschine, in welchen die vorliegende Erfindung in einem Ausführungsbeispiel vorteilhaft implementiert werden kann.
Beschreibung der bevorzugten Ausführungsbeispiele der Erfindung
Die vorliegende Erfindung wird nachstehend mit Bezug auf einen besonderen Satz von Ausführungsbeispielen beschrieben. Die Erfindung ist jedoch nicht auf solche Ausführungsbeispiele begrenzt.
Die Erfindung wird nachstehend besonders mit Bezug auf ein Beispiel eines Fotodetektorfeldes für ein medizinisches CT-Bildaufnahmesystem beschrieben.
Es sei angemerkt, dass während die Erfindung hierin durch Bezug auf verschiedene Figuren dargestellt wird, keine dieser Figuren maßstabsgerecht gezeichnet ist sondern eher derart gezeichnet sind, um verschiedene Merkmale der vorliegenden Erfindung am Besten darzustellen.
Bezug nehmend auf 2 bis 6 sind verschiedene Ausführungsbeispiele dargestellt, die verschiedene ausgewählte Schritte bei der Herstellung eines Fotodetektorfeldes gemäß Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung zeigen. Ein Querschnitt durch ein beispielhaftes Einheitssubstrat wird zum Zweck des Erklärens der vorliegenden Erfindung verwendet. In den vorliegenden Ausführungsbeispielen können Fotodetektorelemente ein ein- oder zwei-dimensionales Feld von Elementen formen. Alle Herstellungsschritte, die in 2 bis 6 gezeigt sind, sind als Querschnittszeichnungen eines eindimensionalen Feldes von Elementen dargestellt. Alle gezeigten Herstellungsschritte jedoch können gleichermaßen auf ein zweidimensionales Feld von Fotodetektorelementen angewendet werden. Nur die Schritte, die für ein Verständnis der vorliegenden Erfindung relevant sind, sind gezeigt. Andere Schritte sind dem Fachmann bekannt.
Bezug nehmend auf 2(a) ist ein Querschnitt eines n-leitenden Halbleitersubstrats 21 dargestellt, in welchem eine Vielzahl von Fotodetektorelementen geformt ist. Das n– leitende Hauptsubstrat wird durch Bezugszeichen 20 gekennzeichnet. Eine Veilzahl von p+ leitenden Kammern 26 sind in der oberen Oberfläche des Substrates geformt, die aktive Bereiche einer Vielzahl von Fotodioden formen. Die aktiven Bereiche 26 definieren die Anoden der Fotodioden. Zusätzliche p+ leitende Kammern, die Schutzringe formen, können mit jedem aktiven Bereich 26 verknüpft werden, aber sind aus Gründen der Klarheit der Zeichnungen in den Figuren nicht gezeigt. Optische Fenster 32 sind auf der Oberfläche des Substrates über den aktiven Bereichen 26 geformt. Aluminiumkontakte 30 sind auf der Oberfläche des Substrates bereitgestellt, um die aktiven Bereiche 26 zu kontaktieren. Die zwei Aluminiumkontakte 30, wie in 2(a) gezeigt, für jeden aktiven Bereich 26 stellen einen, zwei oder mehrere unabhängige Kontakte von Aluminium-Metallisationsbereichen zu den p+ leitenden Kammern dar. Die unabhängigen Aluminium-Metallisierungsbereiche von jedem aktiven Bereich 26 können durch die p+ leitenden Kammern verbunden werden oder die Aluminium-Metallisationsbereiche können in einer Dimension verbunden werden, die in dem Querschnitt von 2(a) nicht dargestellt ist. Zum Beispiel kann die Aluminiummetallisation als eine ringförmige Metallleitung hergestellt werden, die jeden aktiven Bereich 26 umgibt. Eine Feldoxid-(FOX)-Schicht 28 bedeckt den Rest der oberen Oberfläche des Substrates. Eine kontinuierliche n+ Implantatschicht 22 ist auf der unteren Oberfläche des Substrats geformt, um eine Kathode der Fotodioden zu formen. Eine kontinuierliche Schicht von Aluminium 24 bedeckt weiter die Unterseite des Substrates und die n+ Schicht 22.
Die Struktur von 2(a) wird unter Verwendung der Hauptprozessschritte zum Herstellen von Hochqualitätsdioden auf Silizium hergestellt. Solche Standardtechniken sind allgemein und speziell in der Fachwelt des Herstellens von Fotodioden für CT-Bildaufnahmeanwendungen bekannt und werden deshalb hierin nicht beschrieben. Prozessschritte, um die in 2(a) gezeigte Struktur zu erreichen, sind bekannt.
Die Struktur in 2(a) ist eine herkömmliche Struktur die im Stand der Technik beim Prozess des Herstellens eines Fotodetektorfeldes geformt wird. In solch einer herkömmlichen Struktur ist jede der Vielzahl von aktiven Bereichen 26, die die Anoden formen, elektrisch isoliert. Die kontinuierliche n+ Schicht 22 bildet eine gemeinsame Kathode für alle Fotodetektoren.
Gemäß Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung ist ein Fotodetektorfeld geformt, in welchem die Kathoden elektrisch isoliert sind und die Anoden verbunden sind, um eine gemeinsame Anode zu formen. Die Vorteile von solch einer Struktur besonders bei einem Bildaufnahmegerät sind nachstehend in weiteren Details beschrieben.
Nach der Herstellung der in 2(a) dargestellten Struktur, wie in (2(b) gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung gezeigt, ist ein weiteres Substrat oder eine integrierte Schaltung, allgemein durch Bezugszeichen 38 bezeichnet, mit einer Vielzahl von Metallisationsbereichen 36 auf einer Oberfläche und einer entsprechenden Vielzahl von leitenden Epoxidbereichen 34 auf den Metallisationsbereichen 36 bereitgestellt. Die leitenden Epoxidbereiche 34 und die Metallisationsbereiche 36 sind auf dem Substrat einer integrierten Schaltung 38 geformt, so dass diese allgemein zu den aktiven Bereichen 26 in dem Substrat 21 ausgerichtet sind.
Das Substrat oder die integrierte Schaltung 38, die Metallisationsbereiche 36 und die leitenden Epoxidbereiche 34 können allgemein als eine verbindende Struktur oder eine Konektorschnittstelle 35 für die Halbleitereinheit 21 angesehen werden.
Wie in 2(b) gesehen werden kann, wird die Halbleitereinheit 21 über der verbindenden Struktur 35 platziert, so dass die kontinuierliche Aluminiumschicht 24, die die Kathode kontaktiert, mit den oberen Oberflächen der Vielzahl von leitenden Epoxidbereichen 34 in Kontakt ist. Als solches ist jeder leitende Epoxidbereich 34 unterhalb des Halbleiters 21 in allgemeiner Ausrichtung zu einem aktiven Bereich 26 gelegen. Die Metallisationsbereiche 36 dienen dazu, das leitende Epoxid zu dem Substrat oder der integrierten Schaltung 38 zu verbinden.
Das Substrat oder die integrierte Schaltung 38 dient zum Auslesen von Signalen von dem Fotodetektorfeld und kann mit einer Reihe von Signalleitungen bereitgestellt werden, die mit jedem der Metallisationsbereiche 26 verbunden sind. Eine Signalleitung wird mit jedem Metallisationsbereich 36 verknüpft, entsprechend der Anzahl von Fotodetektoren in dem Feld.
Wie in 2(c) gezeigt, wird in einem weiteren Schritt ein Schneiden oder ein Ätzen durch die Feldoxidbereiche 28, das Substrat 20, den n+ Bereich 22 und die Aluminiumschicht 24 durchgeführt, um eine Vielzahl von Öffnungen 40 komplett durch das Substrat 20 zu erzeugen, so dass eine Vielzahl von Halbleiteraktivbereichen erzeugt wird, die alle durch Bezugszeichen 42 gekennzeichnet sind. Jeder Halbleiteraktivbereich 42 umfasst eine einzelne Fotodetektoreinheit. Als Folge der Öffnungen 40 besitzt jede Fotodetektoreinheit nun eine entsprechend einzelne Kathode, die aus einem einzelnen n+ leitenden Bereich 23 auf der Unterseite des Substratbereichs 42 besteht. Jede einzelne Kathode 23 hat einen entsprechenden Abschnitt von Aluminium 25, der an der Unterseite von dieser geformt ist. Die einzelnen n+ Bereiche 23, die die Kathodenbereiche bilden, sind durch das Schneiden oder Ätzen durch die vorher geformte kontinuierliche n+ Schicht 22 geformt, und ähnlich sind die Abschnitte von Aluminium 26 durch das Schneiden oder Ätzen durch die vorher geformte kontinuierliche Aluminiumschicht 24 geformt. Die Anoden (aktive Bereiche 26) sind nach dem Schneide- oder Ätzschritt unverändert, wobei sie elektrisch isoliert bleiben.
Die Schneide- oder Ätzschritte, die zum Erzeugen der Öffnungen 40 durch die Halbleitereinheit 21 erforderlich sind, sind dem Fachmann bekannt.
Die Aluminiumschichten 25 der entsprechenden Kathodenbereiche 23 sind zu einer der Metallisationsschichten 36 durch die Vielzahl von leitenden Epoxidschichten 34 verbunden. Da die Metallisationsbereiche 36 jeweils mit einer Signalleitung verknüpft sind, um Signale von dem Halbleiterfeld auszulesen, sind all die nun geformten einzelnen Kathoden durch die Verbindungsstruktur 35 mit Verbindungen bereitgestellt, die nicht auf den Chips sind.
Wie in 2(d) gezeigt werden in einem folgenden Schritt all die Anoden 26 in jedem Halbleiteraktivbereich 32 miteinander verbunden. In diesem Ausführungsbeispiel wird dies durch eine Drahtanschlussverbindung 44 zwischen den Aluminiumkontakten 30 von jedem Anodenaktivbereich 26 erreicht. Somit sind die Anoden von jeder Fotodetektoreinheit miteinander verbunden, um eine einzelne Anode zu formen.
Schließlich, wie in 2(e) gezeigt, wird die Herstellung der Halbleiterkapselungsstruktur durch Formen einer Schicht 50 von optisch durchsichtigem Material über der Oberfläche des gesamten Substrates, das sich aus Schritt 2(d) ergibt, und dann Formen einer Struktur mit einer Vielzahl von Szintillatormaterialen 26, die mit jeder Anode verknüpft sind, und einem Reflektormaterial 48, das die obere Fläche und Seiten eines solchen umgibt, vervollständigt. Die Ausbildung der in 2(e) gezeigten Struktur ist dem Fachmann bekannt.
Somit wird eine Halbleiterkapselungsstruktur geformt, in welcher alle Verbindungen zum Auslesen von Signalen von den Fotodetektoren, in diesem Fall Fotodioden, auf der unteren Oberfläche des Halbleitersubstrats bereitgestellt sind, die nun in eine Vielzahl von Halbleiteraktivbereichen mit einzelnen Fotodetektoreinheiten unterteilt ist. Somit sind gemäß der vorliegenden Erfindung alle elektrischen Verbindungen für die Fotodioden auf den Unterseiten der aktiven Bereiche bereitgestellt, für Verbindungen, die nicht auf dem Chip sind. Die elektrischen Verbindungen können durch elektrische Signalleitungen auf dem Substrat oder eine integrierte Schaltung 38 weiter vom Chip genommen werden. Das Substrat 38 kann elektrische Signalleitungen auf seiner unteren Oberfläche, mehrere Leiter und elektrisch isolierende Schichten, Durchverbindungen und andere Strukturen aufweisen, die dem Fachmann bekannt sind. Alternativ kann das Substrat 38 einfach eine Einrichtung für Verbindungen, die nicht auf dem Chip sind, über Konnektoren oder Plättchen auf seiner unteren Oberfläche bereitstellen.
Es sei angemerkt, dass während in diesem und anderen Ausführungsbeispielen, die hierin beschreiben sind, die Kathoden mit dem Substrat und der integrierten Schaltung 38 unter Verwendung der Epoxidschichten 34 kontaktiert werden, andere Techniken zum Verbinden der Kathoden, nicht auf dem Chip, verwendet werden können. Zum Beispiel kann ein Drahtanschluss an das Kathodenmetall (Aluminiumschichten 25) oder ein Höckeranschluss zwischen der Aluminiumschicht 25 und dem Metallisationsbereich 36 bereitgestellt werden. Der Fachmann wird anerkennen, dass verschiedene Anschlussverfahren zum Herstellen der Verbindungen, die nicht auf dem Chip sind, für die Vielzahl von Kathoden von der Unterseite des Substrats vorgenommen werden können.
In den hierein beschriebenen Ausführungsbeispielen ist ein Ätzen des Substrat zum Formen von einzelnen Fotodetektoren beschrieben – in 2 wird das Substrat 20 in eine Vielzahl von kleineren Substraten 42 aufgeteilt, wobei in jedem von diesen eine Fotodetektoreinheit geformt ist. Die Aufteilung des Halbleitersubstrates ist jedoch nicht auf den hierin beschriebenen Ätzprozess begrenzt, ein mechanisches Verfahren oder chemisches Ätzen kann das Substrat in kleinere Chips aufteilen. Das Trennen kann zusätzlich zum Ätzen (zum Beispiel induktiv gekoppeltes Plasmaätzen) ein Sägeprinzip (zum Beispiel eine Waferwürfelsäge) oder ein Abspanprinzip verwenden. Ein weiterer Prozess zum Herstellen einer Halbleiterkapselungsstruktur gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird nun mit Bezug auf 3 beschrieben. In 3 beziehen sich Bezugszeichen, die den in den früheren Figuren verwendeten Bezugszeichen entsprechen, auf die gleichen Merkmale.
Wie in dem Ausführungsbeispiel von 2 ist der Startpunkt für die Herstellung eine wie in 3(a) gezeigte Struktur, welche genau der in 2(a) gezeigten Struktur entspricht. Gemäß diesem Ausführungsbeispiel der Erfindung wird die Struktur zuerst auf die gleiche Weise wie in 2 bearbeitet, um eine Struktur zu formen, in welcher jeder einzelne Fotodetektor in dem Feld als eine einzelne oder getrennte Halbleitereinheit 42 geformt ist. Somit entsprechen 3(b) und 3(c) genau den 2(b) und 2(c).
Nachdem die Struktur in 3(c) geformt ist, wie vorstehend mit Bezug auf 2(a) bis 2(c) gezeigt wurde, werden wie in 3(d) gezeigt, die Anoden von jedem Fotodetektor miteinander verbunden. In diesem Ausführungsbeispiel wird zuerst eine leitende Epoxidschicht 52 auf zumindest einem Aluminiumkontakt 30 von jedem aktiven Bereich 26 geformt. In 3(e) ist eine leitende Epoxidschicht 52 auf beiden der zwei dargestellten Aluminiumkontakten 30 von jedem aktiven Bereich 26 gezeigt. Danach wird eine leitende Folie oder eine Schicht eines Materials 54 über der Oberfläche der Einheit geformt oder platziert, wobei eine leitende Verbindung zwischen den aktiven Bereichen 26 geformt wird und somit eine einzelne gemeinsame Anode für alle Einheiten geformt wird. Die leitende Folie oder Schicht eines leitenden Materials 54 ist derart gestaltet, dass es möglich ist, dass alle Kontakte zu den Einheitaktivbereichen nacheinander geformt werden. Die leitende Folie oder Schicht eines leitenden Materials 54 kann vor einer Auftragung vorgestaltet werden oder kann nach einer Auftragung einer leitenden Schicht gestaltet werden. Die leitende Folie kann ebenso eine leitende Schicht eines Materials, die auf der unteren Oberfläche eines isolierenden Materials wie etwa Aluminiumoxid aufgebracht wird, aufweisen.
Schließlich, wie in 3(e) gezeigt, wird die Herstellung der Halbleiterkapselungsstruktur durch Formen einer Schicht 50 eines optisch transparenten Materials über der Oberfläche des gesamten Substrats, das sich aus Schritt 3(d) ergibt, dann Formen einer Struktur mit einer Vielzahl von Szintillatormaterilaien 46, die mit jeder Anode verknüpft sind, und eines Reflektormaterials 48, das die obere Fläche und Seite eines solchen umgibt vervollständigt. Die Ausbildung der in 3(e) gezeigten Struktur ist dem Fachmann bekannt. Die Formation der in 3(e) gezeigten Struktur ist zu der vorstehend mit Bezug auf 2(e) beschriebenen identisch.
Ein weiterer Prozess zum Herstellen einer Halbleiterkapselungsstruktur gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird nun mit Bezug auf 4 beschrieben. In 4 beziehen sich Bezugszeichen, die den in den früheren Figuren verwendeten Bezugszeichen entsprechen, auf die gleichen Merkmale.
Wie in 2 wird der Prozess von dem Startpunkt aus einer bekannten Struktur, wie in 4(a) gezeigt, beschrieben, welche Struktur der Struktur von 2(a) entspricht.
Danach, wie in 4(b) gezeigt, werden die Anoden von jedem Fotodetektor miteinander verbunden. In diesem Ausführungsbeispiel wird zuerst eine leitende Epoxidschicht 52 auf zumindest einem Aluminiumkontakt 30 eines jeden aktiven Bereichs 26 geformt. In 4(b) ist eine leitende Epoxidschicht 52 auf beiden der zwei dargestellten Aluminiumkontakten 30 von jedem aktiven Bereich 26 gezeigt. Danach wird eine leitende Folie oder Schicht eines Materials 54 über der Oberfläche der Einheit geformt oder platziert, die eine leitende Verbindung zwischen den aktiven Bereichen 26 formt, und somit eine einzelne gemeinsame Anode für alle Einheiten formt. Dies ist äquivalent zu dem in 3(d) gezeigten Schritt.
Wie in 4(c) gezeigt wird die Herstellung der Halbleiterkapselungsstruktur durch Formen einer Schicht 50 eines optisch transparenten Materials über der Oberfläche des gesamten Substrates, das sich aus Schritt 4(b) ergibt, und dann Formen einer Struktur mit einer Vielzahl von Szintillatormaterialien 46, die mit jeder Anode verknüpft sind, und eines Reflektormaterials 48, das die obere Fläche und Seiten eines solchen umgibt, fortgesetzt. Der in 4(c) dargestellte Herstellungsschritt ist identisch zu dem, der vorstehend mit Bezug auf 2(e) beschrieben wurde.
Wie in 4(d) gezeigt, wird in einem weiteren Schritt ein Schneiden oder ein Ätzen durch die Aluminiumschicht 24, den n+ Bereich 22, das Halbleitersubstrat 20, die Feldoxidbereiche 28 und teilweise durch das optisch transparente Material 50 durchgeführt, um eine Vielzahl von Öffnungen 40 komplett durch das Substrat bereitzustellen, so dass eine Vielzahl von Halbleiteraktivbereichen erzeugt wird, die jeweils durch Bezugszeichen 42 gekennzeichnet sind. Jeder Halbleiteraktivbereich 42 umfasst eine einzelne Fotodetektoreinheit. Als eine Folge der Öffnungen 40 besitzt jede Fotodetektoreinheit nun eine entsprechend einzelne Kathode, die aus einem einzelnen n+ leitenden Bereich 23 auf der Unterseite des Substratbereichs 42 besteht. Jede einzelne Kathode 23 besitzt einen entsprechenden Abschnitt von Aluminium 25, der an der Unterseite von dieser geformt ist. Die einzelnen n+ Bereiche 23, die die Kathodenbereiche bilden, werden durch Schneiden oder Ätzen durch die vorher geformte kontinuierliche n+ Schicht 22 geformt und ähnlich werden die Anteile von Aluminium 25 durch das Schneiden oder Ätzen durch die vorher geformte kontinuierliche Aluminiumschicht 24 geformt. Die Anoden (aktive Bereiche 26) blieben elektrisch isoliert. Dies ist äquivalent zu dem in 2(c) gezeigten Schritt, obwohl in Schritt 4(d) das Schneiden oder Ätzen von der Unterseite der Einheit statt von der oberen Oberfläche der Einheit durchgeführt wird. Der Fachmann wird jedoch anerkennen, dass das Durchführen des Schneidens oder Ätzens von unterhalb oder oberhalb des Substrats 20 keine wesentlich unterschiedliche Struktur erzeugt, speziell in dem gezeigten Ausführungsbeispiel, bei dem das Ätzen oder Schneiden komplett durch das Substrat geht.
Wie in 4(e) gezeigt wird die Struktur gemäß diesem Ausführungsbeispiel der Erfindung durch Bereitstellen eines weiteren Substrats oder einer integrierten Schaltung, die allgemein durch Bezugszeichen 38 bezeichnet ist, mit einer Vielzahl von Metallisationsbereichen 36 auf einer Oberfläche und einer entsprechenden Vielzahl von leitenden Epoxidbereichen 34 vollendet. Die leitenden Epoxidbereiche 34 und die Metallisationsbereiche 36 werden auf dem Substrat oder der integrierten Schaltung 38 derart geformt, dass diese allgemein mit dem aktiven Bereich 26 in dem Substrat 21 ausgerichtet sind. Wie in 4(e) gesehen werden kann, wird die Halbleitereinheit 21, die nun in eine Vielzahl von Halbleiteraktivbereichen 42 mit einzelnen Fotodetektoreinheiten aufgeteilt ist, über der Verbindungsstruktur 35 derart platziert, dass die Aluminiumschichten 25, die die einzelnen Kathoden 23 der aktiven Bereiche 42 kontaktieren, mit den oberen Oberflächen der Vielzahl von leitenden Epoxidbereichen 34 in Kontakt sind. Als solches ist jeder leitende Epoxidbereich 34 in allgemeiner Ausrichtung mit einem aktiven Bereich 26 unterhalb der Halbleitereinheit 21 gelegen. Die Metallisationsbereiche 36 dienen zum Verbinden des leitenden Epoxids mit dem Substrat oder der integrierten Schaltung 38.
Ein weiterer Prozess zum Herstellen einer Halbleiterkapselungsstruktur gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird nun mit Bezug auf 5 beschrieben. In 5 beziehen sich Bezugszeichen, die den in den früheren Figuren verwendeten Bezugszeichen entsprechen, auf die gleichen Merkmale.
Wie in 2 wird der Prozess vom Startpunkt aus einer bekannten Struktur, wie in 5(a) gezeigt, beschrieben, welche Struktur der Struktur von 2(a) entspricht.
Wie in 5(b) gezeigt, werden die Anoden von jedem Fotodetektor miteinander verbunden. In diesem Ausführungsbeispiel wird dies durch Bereitstellen einer Drahtanschlussverbindung 44 zwischen den Aluminiumkontakten 30 von jedem Anodenaktivbereich 26 erreicht. Somit sind die Anoden von jeder Fotodetektoreinheit miteinander verbunden, um einen einzelnen gemeinsamen Anodenkontakt zu formen. Dieser Herstellungsschritt ist äquivalent zu dem in 2(e) gezeigten Schritt, obwohl in Schritt 2(e) die Halbleitereinheit 21 bereits geschnitten oder geätzt wurde, um eine Vielzahl von Öffnungen 40 durch die Einheit zu erzeugen.
Wie in 5(c) gezeigt wird die Herstellung der Halbleiterkapselungsstruktur durch Formen einer Schicht 50 eines optisch transparenten Materials über der Oberfläche des Substrats, das sich aus Schritt 5(b) ergibt, und dann Formen einer Struktur mit einer Vielzahl von Szintillatormaterialien 46, die mit jeder Anode verknüpft sind, und eines Reflektormaterials 48, das die obere Fläche und die Seiten von solchem umgibt, fortgesetzt. Der in 5(c) dargestellte Herstellungsschritt ist identisch zu dem, der vorstehend mit Bezug auf 2(e) beschrieben wurde, obwohl in Schritt 2(e) die Halbleitereinheit 21 bereits geschnitten oder geätzt wurde, um eine Vielzahl von Öffnungen 40 durch die Einheiten zu erzeugen.
Wie in 5(d) gezeigt wird in einem weiteren Schritt ein Schneiden oder ein Ätzen durch die Aluminiumschicht 24, den n+ Bereich 22, das Halbleitersubstrat 20, die Feldoxidbereiche 28 und teilweise durch das optisch transparente Material 50 durchgeführt, um eine Vielzahl von Öffnungen 40 komplett durch das Substrat zu erzeugen, so dass eine Vielzahl von Halbleiteraktivbereichen erzeugt wird, die jeweils durch Bezugszeichen 40 gekennzeichnet sind. Jeder Halbleiteraktivbereich 42 umfasst eine einzelne Fotodetektoreinheit.
Als eine Folge der Öffnungen 40 hat jede Fotodetektoreinheit nun eine entsprechende einzelne Kathode, die aus einem einzelnen n+ leitenden Bereich 23 auf der Unterseite des Substratbereichs 42 besteht. Jede einzelne Kathode 23 hat einen entsprechenden Abschnitt von Aluminium 25, der an der Unterseite von dieser geformt ist. Die einzelnen n+ Bereiche 23, die die Kathodenbereiche formen, werden durch das Schneiden oder Ätzen durch die vorher geformte kontinuierliche n+ Schicht 22 geformt und ähnlich werden die Abschnitte von Aluminium 25 durch das Schneiden oder Ätzen durch die vorher geformte kontinuierliche Aluminiumschicht 24 geformt. Die Anoden (aktiven Bereiche 23) bleiben elektrisch isoliert. Dies ist äquivalent zu dem in 2(c) gezeigten Schritt, obwohl in Schritt 5(d) das Schneiden oder Ätzen von der Unterseite der Einheit statt von der Oberseite der Einheit durchgeführt wird.
Wie in 5(e) gezeigt wird die Struktur gemäß diesem Ausführungsbeispiel der Erfindung durch Bereitstellen eines weitern Substrats oder einer integrierten Schaltung, die allgemein durch Bezugszeichen 38 gekennzeichnet ist, mit einer Veilzahl von Metallisationsbereichen 36 auf einer Oberfläche und einer entsprechenden Vielzahl von leitenden Epoxidbereichen 34 vollendet. Die leitenden Epoxidbereiche 34 und die Metallisationsbereiche 36 werden auf dem Substrat oder der integrierten Schaltung 38 derart geformt, dass diese allgemein mit den aktiven Bereichen 26 in dem Substrat 21 ausgerichtet sind. Wie in 5(e) gesehen werden kann, ist die Halbleitereinheit 21, die nun in eine Vielzahl von Halbleiteraktivbereichen 42 mit einzelnen Fotodetektoreinheiten aufgeteilt ist, über der Verbindungsstruktur 35 derart platziert, dass die Aluminiumschichten 25, die die einzelnen Kathoden von den aktiven Beriechen 42 kontaktieren, mit der oberen Oberfläche der Vielzahl von leitenden Epoxidbereichen 34 in Kontakt sind. Als solches ist jeder leitende Epoxidbereich 34 unterhalb der Halbleitereinheit 21 in allgemeiner Ausrichtung mit einem aktiven Bereich 26 gelegen. Die Metallisationsbereiche 26 dienen zum Verbinden des leitenden Epoxid mit dem Substrat oder der integrierten Schaltung 38.
Ein weiterer Prozess zum Herstellen einer Halbleiterkapselungsstruktur gemäß einem fünften Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird nun mit Bezug auf 6 beschrieben. In 6 beziehen sich Bezugszeichen, die den in den früheren Figuren verwendeten Bezugszeichen entsprechen, auf die gleichen Merkmale.
Bezug nehmend auf 6(a) ist ein Querschnitt eines n-leitenden Halbleitersubstrats 61 dargestellt, in welchem eine Vielzahl von Fotodetektorelementen geformt ist. Das n– leitende Hauptsubstrat wird durch Bezugszeichen 20 gekennzeichnet. Eine Vielzahl von p+ leitenden Kammern 26 ist auf der oberen Oberfläche des Substrats geformt, wobei aktive Bereiche einer Vielzahl von Fotodioden geformt werden. Die aktiven Bereiche 26 definieren die Anoden der Fotodioden. Zusätzliche p+ leitende Kammern, die Schutzringe formen, können mit jedem aktiven Bereich 26 verknüpft werden, sind aber aus Gründen der Klarheit der Zeichnungen in 6 nicht gezeigt. Optische Fenster 26 werden auf der Oberfläche des Substrates über den aktiven Bereichen 26 geformt.
Eine Passivierungsschicht 68 deckt den Rest der oberen Oberfläche des Substrates ab (außerhalb der optischen Fenster). Die Passivierungsschicht kann aus einer Mehrschichtstruktur von thermischem Siliciumdioxid, LTO (Niedrigtemperaturoxid), Siliciumnitrid oder anderen ähnlichen Passivierungsmaterialien, die dem Fachmann der Halbleiterverarbeitung bekannt sind, bestehen. Diese Passivierungsschicht 68 ersetzt die Feldoxidschicht 28, die in 2 bis 5 gezeigt ist.
Eine Kontakt- und Verbindungsmetallisation 70 ist weiter auf der Oberfläche des Substrates bereitgestellt, um die aktiven Bereiche 26 zu kontaktieren und eine gemeinsame Verbindung zwischen den Anoden bereitzustellen. Die Metallisationsschicht 70 besteht aus mehreren Metallschichten, die aufeinander hergestellt sind. Die zwei Metallisationskontakte von Metallisation 70 zu der p+ Kammer 26, wie in 6(a) gezeigt, für jeden aktiven Bereich 26 stellen eine, zwei oder mehrere unabhängige Kontakte von der Metallisation zu der p+ leitenden Kammer dar. Die unabhängigen Metallisationsbereiche von jedem Aktivbereich 26 und die Metallisation, die zwischen den unabhängigen Aktivbereichen 26 in 6(a) gezeigt ist, können durch die p+ leitenden Kammern verbunden werden oder die Metallisationsbereiche können in einer Dimension verbunden werden, die durch den Querschnitt von 6(a) nicht dargestellt ist. Zum Beispiel kann die Metallisation als eine ringförmige Metallleitung hergestellt werden, die jeden aktiven Bereich 26 umgibt, zusätzlich zu dem, das in 6(a) dargestellt ist.
Die Passivierungsschicht 68 wird in 6 anstelle der Feldoxidschichten 28 in den Ausführungsbeispielen von 2 bis 5 verwendet, um eine dickere Schicht bereitzustellen, auf welcher die Metallisationsschichten 70 geformt werden können.
Eine kontinuierliche n+ Implantatschicht 22 wird auf der unteren Oberfläche des Substrates geformt, um eine Kathode der Fotodioden zu formen. Eine kontinuierliche Metallisationsschicht 24 bedeckt weiter die Unterseite des Substrats und die n+ Schicht 22. Deshalb ist im Gegensatz zu den in 2 bis 5 dargestellten Ausführungsbeispielen in diesem Ausführungsbeispiel die Metallisation 70, die die aktiven Bereiche 26 der Fotodetektoreinheiten verbindet, auf eine solche Weise geformt, dass zumindest manche der Metallkontakte eine gemeinsame Verbindung zwischen den Anoden bereitstellen. Als solches werden die Metallkontakte 70 verwendet, um die Anoden des Feldes zu verbinden, um eine einzelne Anode zu formen. Genug der Aluminiumkontakte sind mit einer gemeinsamen Verbindung zu zumindest zwei Anoden geformt, um eine ausreichende Verbindung für alle zu verbindenden Anoden bereitzustellen.
Wie in 6(b) gezeigt, wird die Herstellung der Halbleiterkapselungsstruktur durch Formen einer Schicht 50 eines optisch transparenten Materials über der Oberfläche des Substrats und dann Formen einer Struktur mit einem Szintillatormaterial 46, das mit jeder Anode verknüpft ist, und eines Reflektormaterials 48, das die obere Fläche und Seiten eines solchen umgibt, fortgesetzt. Die Asubildung der in 6(b) gezeigten Struktur ist ähnlich zu der, die vorstehend mit Bezug auf 2(e) gezeigt ist, obwohl in Schritt 2(e) die Halbleitereinheit 21 bereits geschnitten oder geätzt wurde, um eine Vielzahl von Öffnungen 40 durch die Einheit zu erzeugen.
Wie in 6(c) gezeigt wird in einem weiteren Schritt ein Schneiden oder ein Ätzen von unterhalb dem Substrat 20 durch die Aluminiumschicht 24, den n+ Bereich 22, und das Substrat 20 durchgeführt. In diesem Ausführungsbeispiel geht das Schneiden oder Ätzen komplett durch das Halbleitersubstrat 61. Vor allem die Passivierungsschichtbereiche 68 werden durch das Schneiden oder Ätzen nicht beeinflusst und die Metallisationsschichten 70 bleiben unberührt. Die Passivierungsschicht 68 stellt ausreichenden Schutz für die Metallisationsschichten 70 gegen einen chemischen Ätzprozess, der sich der Metallisation von der Unterseite des Substrats annähert, bereit oder stellt eine ausreichende mechanische Toleranzanforderung für ein mechanisches Schneide- oder Abspanverfahren, das sich von der gleichen Richtung nähert, bereit.
Als solches wird eine Vielzahl von Öffnungen 41 fast komplett durch das Substrat 61 bereitgestellt, so dass eine Vielzahl von Halbleiteraktivbereichen erzeugt wird, die alle durch Bezugszeichen 43 bezeichnet werden. Jeder einzelne Halbleiteraktivbereich 43 ist durch die Metallisationsschicht 70 mit zumindest einem benachbarten Aktivbereich und zumindest einem Teil der Passivierungsschichtbereich 68 verbunden. Jeder Halbleiteraktivbereich 43 umfasst eine einzelne Fotodetektoreinheit.
Als eine Folge der Öffnungen 41 besitzt jede Fotodetektoreinheit nun eine entsprechende einzelne Kathode, die aus einem einzelnen n+ leitenden Bereich 23 auf der Unterseite des Substratbereichs 43 besteht. Jede einzelne Kathode 23 hat einen entsprechenden Abschnitt von Aluminium 25, der an der Unterseite von dieser geformt ist. Die einzelnen n+ Bereiche 23, die die Kathodenbereiche bilden, werden durch das Schneiden oder Ätzen durch die vorher geformte kontinuierliche n+ Schicht 22 geformt und ähnlich werden die Abschnitte von Aluminium 25 durch das Schneiden oder Ätzen durch die vorher geformte kontinuierliche Aluminiumschicht 24 geformt.
Die Anoden (Aktivbereiche 26) bleiben elektrisch isoliert. Dies ist äquivalent zu dem in 2(c) gezeigten Schritt, obwohl in Schritt 6(c) das Schneiden oder Ätzen von der Unterseite der Einheit anstatt von der oberen Oberfläche der Einheit durchgeführt wird, und das Schneiden oder Ätzen sich nicht komplett durch das Substrat 61 erstreckt.
Wie in 6(d) gezeigt, wird die Struktur gemäß diesem Ausführungsbeispiel der Erfindung durch Bereitstellen eines weiteren Substrats oder einer integrierten Schaltung, die allgemein mit Bezugszeichen 38 bezeichnet ist, mit einer Vielzahl von Metallisationsbereichen 36 auf einer Oberfläche und einer entsprechenden Vielzahl von leitenden Epoxidbereichen 34 vollendet. Die leitenden Epoxidbereiche 34 und die Metallisationsbereiche 36 sind auf dem Substrat oder der integrierten Schaltung 38 derart geformt, dass diese allgemein mit den aktiven Bereichen 26 in dem Substrat 61 ausgerichtet sind. Wie in 6(d) gesehen werden kann, ist die Halbleitereinheit 61, die nun in eine Vielzahl von Halbleiteraktivbereichen 43 mit einzelnen Fotodetektoreineheiten aufgeteilt ist, über der Verbindungsstruktur 35 derart platziert, dass die Aluminiumschichten 25, die die einzelnen Kathoden der aktiven Bereiche kontaktieren, mit der oberen Oberfläche der Vielzahl von leitenden Epoxidbereichen 34 in Kontakt sind. Als solches, ist jeder leitende Epoxidbereich 34 unterhalb der Halbleitereinheit 61 in allgemeiner Ausrichtung mit einem aktiven Bereich 26 gelegen. Die Metallisationsbereiche 36 dienen zum Verbinden des leitenden Epoxids mit dem Substrat oder der integrierten Schaltung 38.
Bezug nehmend auf 7 ist ein Querschnitt durch die Halbleitereinheit von 2(c) entlang der Linie A-A gezeigt. Wie gesehen werden kann, sind die einzelnen Halbleitereinheiten – oder Inseln – 42 komplett durch den Schneide- oder Ätzprozess isoliert. Das Substrat 38 stellt die Basis bereit, auf welcher die einzelnen Halbleitereinheiten angebracht werden.
Obwohl die Halbleitereinheiten 42 rechteckig gezeigt sind, ist die Form für die vorliegende Erfindung nicht relevant. Die Querschnittsform kann kreisförmig sein.
Die vorliegende Erfindung stellt somit vorteilhafterweise eine Technik zum Konstruieren eines Fotodetektorfeldes bereit, welche nicht die Bereitstellung von Raum an der Kante des Feldes für die Verbindung der elektrischen Ausgabesignale von dem Feld erfordert. Dieser Vorteil wird durch Verbinden aller Signale von der Halbleitereinheit an der Unterseite des Substrats erreicht, so dass diese eher an der Unterseite des Feldes als an der Seite des Feldes verbunden werden können.
Es sei angemerkt, dass das Substrat oder die integrierte Schaltung 38 vorzugsweise ebenso eine Verbindung, die nicht auf dem Chip ist, für die gemeinsame Anodenverbindung bereitstellt. Dies ist in den Figuren nicht gezeigt, aber es wird durch einen Fachmann verstanden werden, wie solch eine Verbindung bereitgestellt werden kann, zum Beispiel durch Bereitstellen eines einzelnen Loches durch das Substrat 20 bei einer Verbindung von der Oberfläche zu dem Substrat 38. Die Öffnungen 40 oder 41, die in dem Substrat 20 geformt sind, können auch für die Anodenverbindung zu dem Substrat 38 verwendet werden.
Als ein Ergebnis der Entfernung der Verbindungen von der Kante des Feldes, die vorher in der z-Richtung bereitgestellt sind, ist die Möglichkeit zum Erweitern der Größe des Gesamtfotodetektorfeldes in der z-Achse bereitgestellt. Bezug nehmend auf 8 ist ein Satz von Fotodetektorfeldern 80a bis 80d gemäß den bekannten Techniken zum Zusammensetzen von Feldern zusammen mit einem weiteren Satz von Feldern 82a bis 82d platziert, so dass das Gesamtfeld in der z-Achse erweitert ist. Es ist anzuerkennen, dass das Feld weiter in die z-Achse erweitert werden kann. Obwohl die Felder in 8 leicht voneinander getrennt gezeigt sind, dient das nur dazu, die Tatsache darzustellen, dass die getrennten Felder in zwei Dimensionen verbunden sind. In der Praxis sind die Felder in beiden Richtungen nahe beieinander, um diese zu kombinieren, um ein größeres Feld zu erzeugen. Als solches kann eine gekachelte Struktur von Feldern in zwei Dimensionen gebaut werden, um die Leistungsfähigkeit des Bildaufnahmesystems zu verbessern.
Die Felder 80a bis 80d und 82a bis 82d können als Teilfelder betrachtet werden, welche zusammen ein Fotodetektorfeld bilden. Die Teilfelder können derart betrachtet werden, dass sie eine Matrix bilden, welche ein Fotodetektorfeld bildet. Die Matrix erstreckt sich in zwei Dimensionen, obwohl sich in der Praxis, wie in 9 unten gesehen werden kann, die Matrix gebogen ist, so dass sich das Feld in eine dritte Dimension erstreckt.
Während die vorliegende Erfindung mit Bezug auf bestimmte Verarbeitungstechniken zum Formen der vorteilhaften Struktur der vorliegenden Erfindung beschrieben wurde, ist diese nicht auf eine solche Technik begrenzt. Ein chemisches oder mechanisches Verfahren kann zum Herstellen der Öffnungen durch die Halbleitersubstrate verwendet werden. Obwohl Sägen durch eine Waferwürfelsäge und Ätzen durch induktiv gekoppeltes Plasma als praktische Lösungen zum Herstellen der Öffnungen vorgesehen sind, können ebenso andere mechanische und chemische Verfahren, wie etwa Bohren, Abspanen, Funkenerosion, Laserschneiden oder chemische Ätzverfahren außer dem induktiv gekoppelten Plasmaätzen verwendet werden.
Die Erfindung ermöglicht die Herstellung von vollständig „gekachelten" Detektorstrukturen mit stark gleichförmigen Detektoreigenschaften.
Die vorliegende Erfindung wurde hierin mit Bezug auf spezifische nicht einschränkende Beispiele beschrieben. Zum Beispiel ist die Erfindung allgemeiner anwendbar, als auf die beschriebene Anwendung auf Fotodetektoren in Bildaufnahmesystemen. Zusätzlich ist die Erfindung nicht auf irgendwelche besonderen Materialien, die hierin als Beispiel gegeben sind, begrenzt. Die Erfindung ist allgemeiner anwendbar auf die Formung eines Feldes von Einheiten und Substraten, Wafern und Halbleitern. Die Erfindung ist jedoch deutlich vorteilhaft anwendbar bei Implementierungen, die Felder von Halbleitereinheiten erfordern, die außerhalb der Einheit verbunden werden müssen.
Bezug nehmend auf 9 sind die Hauptelemente einer CT-Bildaufnahmemaschine dargestellt, innerhalb welcher ein Fotodetektorfeld gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung konstruiert werden kann und vorteilhaft verwendet kann, dargestellt. Die Konstruktion solcher Maschinen ist im Stand der Technik bekannt und ist dem Fachmann vertraut. Nur die Hauptelemente solch einer Maschine sind in 9 gezeigt, um die Verwendung der vorliegenden Erfindung darzustellen.
Die Maschine umfasst prinzipiell einen Scanner, der allgemein durch Bezugszeichen 100 bezeichnet ist, eine Steuerungs- und Verarbeitungseinrichtung, die allgemein durch Bezugszeichen 102 bezeichnet ist, und eine Bedienerschnittstelle, die allgemein durch Bezugszeichen 104 bezeichnet ist.
Der Scanner 100 umfasst im Allgemeinen eine zylindrische Struktur 114, dessen Querschnitt in 9 dargestellt ist. Innerhalb der zylindrischen Struktur 114 sind eine Röntgenstrahlenquelle 118 und ein Feld von Fotodetektoren 120 angebracht. Das Feld von Fotodetektoren 120 umfasst eine Vielzahl von Feldern, wie etwa die Felder 80 von 8. Somit besteht das Feld 120 aus einer Vielzahl von Feldern 120a, 120b und so weiter. In der Anordnung von 4 sind die Fotodetektorfelder 120a, 120b und so weiter in einer gekachelten Struktur gemäß der vorliegenden Erfindung implementiert, und die Felder sind nicht nur in der in dem Querschnitt von 9 gezeigten Ebene verbunden sondern auch in der z-Richtung, das heißt, in das Blatt hinein entlang der Länge der zylindrischen Struktur 114.
Die Röntgenstrahlenquelle 118 sendet Röntgenstrahlen unter der Steuerung eines Signals auf einer Leitung 110 von der Steuerungs- und Verarbeitungseinrichtung 102 aus. Die Röntgenstrahlen, die im Querschnitt ein Strahlungsmuster besitzen, das Allgemein durch gestrichelte Linien 122 bezeichnet ist, besitzen einen Grundriss, welcher auf das Fotodetektorfeld 120 fällt, welches gemäß den Techniken der vorliegenden Erfindung sich in die Richtung der zylindrischen Achse erstreckt, und auch in die Richtung, die in dem Querschnitt von 9 gezeigt ist. Die Ausgaben von den Fotodetektoren werden auf einer Signalleitung 112 der Steuerungs- und Verarbeitungseinrichtung 102 bereitgestellt.
Ein aufzunehmendes Objekt, wie etwa ein Patient 124 wird auf einem Tisch 126 platziert, welcher typischerweise durch die Bildaufnahmemaschine in die z-Richtung bewegt wird. Durch Verwenden eines Fotodetektorfeldes gemäß der vorliegenden Erfindung kann jegliche Bewegung des Tisches reduziert oder unnötig gemacht werden.
Die Steuerungs- und Verarbeitungseinrichtung 102 umfasst alle notwendigen Einrichtungen zum Steuern des mechanischen und elektrischen Betriebs des Scanners 100, inklusive der Einrichtung zum Steuern der Röntgenstrahlenquelle 118 und zum Verarbeiten der Signale, die von dem Fotodetektorfeld 120 empfangen werden. Eine zusätzliche Übertragung von Signalen zwischen der Steuerungs- und Verarbeitungseinrichtung und dem Scanner 100 ist durch Signalverbindungen 106 dargestellt.
Die Bedienerschnittstelle 104 kommuniziert mit der Steuerungs- und Verarbeitungseinrichtung, wie durch Signale 108 dargestellt ist. Die Bedienerschnittstelle 104 wird vorzugsweise verwendet, um den Betrieb des Scanners 100 zu steuern und zeigt Ergebnisse des Abtastprozesses an.
9 stellt eine hilfreiche Anwendung eines Fotodetektorfeldes dar, das gemäß den Prinzipien eines bevorzugten Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung konstruiert wurde. Andere hilfreiche und vorteilhafte Anwendungen sind dem Fachmann offensichtlich.
Es sollte verstanden werden, dass die Erfindung allgemeiner anwendbar ist, als in den hierin gegebenen Beispielen. Der Fachmann versteht die breitere Anwendbarkeit der vorliegenden Erfindung. Der Umfang der Erfindung ist durch die beigefügten Ansprüche definiert.

Claims

Feld von Photodioden (42), das sich in zwei Dimensionen erstreckt und aufweist: eine Vielzahl von Anoden (26), die an ersten Oberflächen einer entsprechenden Vielzahl von Substraten geformt sind; einer entsprechenden Vielzahl von Kathoden (23), die an zweiten Oberflächen der Vielzahl von Substraten geformt sind; einer elektrischen Verbindung (44) zwischen der Vielzahl von Anoden; und einer Konnektorschnittstelle (35), die mit einer entsprechenden Vielzahl von Kontakten (34) versehen ist, die mit den entsprechenden Kathoden elektrisch verbunden sind, zum Lesen von Ausgabesignalen, die durch die Vielzahl von Kathoden bereitgestellt werden.
Feld gemäß Anspruch 1, wobei die Vielzahl von Substraten durch Aufteilen eines einzelnen Substrates geformt werden.
Feld gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei eine Passivierungsschicht die Vielzahl von Substraten verbindet.
Feld gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Vielzahl von Kathoden eine Vielzahl von leitenden Schichten aufweist, die an der Oberfläche der Substrate geformt ist.
Feld gemäß Anspruch 4, wobei auf jeder leitenden Schicht weiter eine Metallschicht bereitgestellt ist.
Feld gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Vielzahl von Anoden eine Vielzahl von aktiven Bereichen aufweist, die an den ersten Oberflächen geformt sind.
Feld gemäß Anspruch 6, wobei für jeden aktiven Bereich weiter ein Metallkontakt bereitgestellt ist.
Feld gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei die elektrische Verbindung durch eines der Folgenden bereitgestellt ist: ein Drahtanschluss, Metallkontakte oder eine leitende Folie.
Feld gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei die Vielzahl von Substraten auf der Konnektorschnittstelle geformt ist.
Feld gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei die Vielzahl von Kontakten mit der Vielzahl von Kathoden durch ein Epoxid verbunden ist.
Bildaufnahmesystem mit einem Feld gemäß einem der Ansprüche 1 bis 10.
Computertomographiebildaufnahmesystem mit einem Feld gemäß einem der Ansprüche 1 bis 10.
Photodetektorfeld mit einer Vielzahl von Teilfeldern von Photodioden, wobei jedes Teilfeld von Photodioden einem der Ansprüche 1 bis 10 entspricht, wobei die Vielzahl der Teilfelder von Photodioden nebeneinander in einer Matrix platziert sind, um das Photodetektorfeld zu formen.
Photodetektorfeld gemäß Anspruch 13, wobei sich die Matrix in zwei Richtungen erstreckt.
Bildaufnahmesystem, mit: einem Strahlungsdetektor mit einem Photodetektorfeld gemäß Anspruch 13 oder Anspruch 14, einer Strahlungsquelle, die dem Strahlungsdetektor gegenübersteht, und einer Einrichtung zum Steuern des Strahlungsdetektors und der Strahlungsquelle.
Bildaufnahmesystem gemäß Anspruch 15, wobei die Strahlungsquelle eine Röntgenröhre ist, die mit einem Hochspannungsgenerator ausgestattet ist.
Bildaufnahmesystem gemäß Anspruch 15 oder Anspruch 16, wobei der Strahlungsdetektor und die Strahlungsquelle in einer zylindrischen Abtaststruktur radial angebracht sind.
Bildaufnahmesystem gemäß einem der Ansprüche 15 bis 17, wobei die Einrichtung zum Steuern ein Computersystem umfasst.
Verfahren des Formens eines Feldes von Photodioden, das sich in zwei Richtungen erstreckt, mit: Formen einer Vielzahl von Anoden an einer ersten Oberfläche eines Substrates; Formen einer entsprechenden Vielzahl von Kathoden an einer zweiten Oberfläche des Substrates; Aufteilen des Substrates in eine entsprechende Vielzahl von Substraten; elektrisches Verbinden der Vielzahl von Anoden; Bereitstellen einer Konnektorschnittstelle mit einer entsprechenden Vielzahl von Kontakten; und elektrisches Verbinden der Vielzahl von Kontakten mit den entsprechenden Kathoden, wobei die Vielzahl von Kathoden die Vielzahl von Ausgabesignalen des Feldes bereitstellt.
Verfahren gemäß Anspruch 19, wobei der Schritt des Formens einer Vielzahl von Kathoden ein Bereitstellen einer Vielzahl von leitenden Schichten auf den zweiten Oberflächen der Vielzahl von Substraten aufweist.
Verfahren gemäß Anspruch 20, wobei die Vielzahl von leitenden Schichten durch Bereitstellen einer kontinuierlichen leitenden Schicht auf der zweiten Oberfläche des einzelnen Substrates und elektrisch isolierender Abschnitte der kontinuierlichen Schicht geformt werden, um die Vielzahl von leitenden Schichten zu formen.
Verfahren gemäß Anspruch 21, wobei die Abschnitte der leitenden Schicht durch Ätzen oder Schneiden der kontinuierlichen leitenden Schicht elektrisch isoliert werden.
Verfahren gemäß Anspruch 22, wobei der Schritt des Ätzens oder Schneidens weiter das Substrat ätzt.
Verfahren gemäß Anspruch 23, wobei das Substrat komplett geätzt oder geschnitten wird.
Verfahren gemäß Anspruch 23, wobei eine Passivierungsschicht auf der ersten Oberfläche des Substrates durch das Ätzen oder Schneiden nicht beeinflusst wird.
Verfahren gemäß Anspruch 24 oder 25, wobei somit eine Vielzahl von isolierten Substratabschnitten geformt wird.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 22 bis 26, wobei das Ätzen oder Schneiden derart gestaltet ist, dass ein angrenzender Bereich um jede Kathode herum geätzt oder geschnitten wird.
Verfahren des Formens eines Feldes von Photodioden, das sich in zwei Richtungen erstreckt, mit: Formen einer Vielzahl von Anoden an ersten Oberflächen einer entsprechenden Vielzahl von Substraten; Formen einer entsprechenden Vielzahl von Kathoden an zweiten Oberflächen der Vielzahl von Substraten; elektrisches Verbinden der Vielzahl von Anoden; Bereitstellen einer Konnektorschnittstelle mit einer entsprechenden Vielzahl von Kontakten; und elektrisches Verbinden der Vielzahl von Kontakten mit den entsprechenden Kathoden, wobei die Vielzahl von Kathoden die Vielzahl von Ausgabesignalen des Feldes bereitstellt.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 19 bis 28, wobei der Schritt des Verbindens der Vielzahl von Anoden ein Bereitstellen von einem der Folgenden zwischen der Vielzahl von Anoden umfasst: einen Drahtanschluss, eine Metallverbindung oder eine leitende Folie über den ersten Oberflächen.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 19 bis 29, wobei die Konnektorschnittstelle eines der Folgenden aufweist: eine Vielzahl von Plättchen zur Verbindung zu der Vielzahl von Kathoden, ein Substrat oder eine integrierte Schaltung.
Halbleiterkapselungsstruktur mit einem Feld von Photodioden gemäß einem der Ansprüche 1 bis 10.
Strahlungsdetektor mit zumindest einem Feld von Photodioden gemäß einem der Ansprüche 1 bis 10.