传感器芯片的制造方法和计算机断层探测器技术

本发明专利技术涉及传感器芯片，特别是用于计算机断层探测器的传感器芯片，其具有被电气连接到辐射检测元件(9)的模数转换器(10)。本发明专利技术所解决的问题是限定了尽可能成本高效和可靠的传感器芯片。根据本发明专利技术，该问题通过仅使用在其上施加传感器芯片的所有所需的部件(7、9、10)的一个单晶基板(1)而得以解决，其中在导体路径(14、15)之间或者基板的两侧(12、13)的触点之间的过孔触点(6)被用作适用以将两侧(12、13)的部件(7、9、10)连接到彼此。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】【专利说明】传感器芯片的制造方法和计算机断层探测器本专利技术涉及传感器芯片，特别是用于计算机断层探测器的传感器芯片，其具有被电气连接到辐射检测元件的模数转换器。进而，本专利技术涉及计算机断层探测器，这样的传感器芯片的制造方法，以及用于操作传感器芯片的方法。传感器芯片通常被理解为是指传感器电路，其电气和电子部件被施加在半导体衬底上或被集成在其中。半导体衬底通常被指定为晶片或基板，其作为整体被制造有多个传感器电路以便于随后将这些传感器电路彼此分开并且在制造过程之后对它们进行布线。这样的传感器芯片被用在计算机断层探测器(CT探测器)，其被用于医学成像。如果高分辨率(即每个表面的高数量的像素)得到保证，计算机断层允许更好的诊断。一个传感器芯片通常对应一个像素，由此实现期望的分辨率，其通常需要多个传感器芯片。在半导体衬底中的光刻集成已经有利于为了所需的该多个像素而降低成本。此外，传感器芯片必须适于与附加的传感器芯片以预定义的二维方式布置，以便于精确地定义像素间距。每个维度需要两个相邻的传感器芯片的平坦布置。因此，横向地布置总共四个传感器芯片必须是可能的。特别是针对如对于大面积CT探测器而言常规的该四边形布置要求，基于半导体衬底的传感器也是非常合适的。例如，DE102007022197A1公开了在X射线计算机断层中使用的用于X射线探测器的探测器元件。该探测器元件具有基于半导体衬底的若干部件(即检测元件)，具有电子电路的模块，以及被布置在前述两者之间并且具有两个功能的触点元件，该两个功能即在一方面确保传感器元件的机械稳定并且在另一方面将检测元件的信号输出触点的几何布置通过其导体路径适配到模块的信号输入触点的几何布置。用于辐射探测器的探测器模块从DE102010011582B4中已知，其具有使得下游重新布线在关联的衬底上的光电转换器层的功能，由此，因为信号输出触点的新颖布置，外部读出电子器件的基于导线的连接变得更加容易。现有方案的制造和材料成本非常高昂，特别是因为通常必须采用所谓的晶片键合方法或者仅仅接触成本就非常高。本专利技术的任务在于针对前述特性以及正面性质(诸如质量或服务寿命)的传感器芯片改进制造过程并且减少材料成本。根据本专利技术，该目的被具有权利要求1的特征的传感器芯片、具有权利要求9的特征的计算机断层探测器、具有权利要求10的特征的传感器芯片的制造方法以及具有权利要求11的特征的传感器的操作方法所实现。根据本专利技术，一种特别是用于计算机断层扫描探测器的传感器芯片具有被电气连接到辐射检测元件的模数转换器以及晶体基板，其中辐射检测元件的部件以及模数转换器的部件被光刻地集成在晶体基板的一个探测器侧上。这是极为有利的，因为两个晶体基板不需要通过必要电路的光刻集成工艺以便于随后以同样昂贵方式的键合方法被联接到彼此。进而，根据本专利技术的传感器芯片确保电子电路的鲁棒性非常好，特别是在CT探测器中的多个传感器芯片的情况下帮助后者实现更稳定的操作以及更长的服务寿命。此外，获得了安装空间的同样有利的优化。辐射检测元件可以是光电二极管或者光电二极管阵列，其各种掺杂的转换基于光刻掩膜通过一层接一层的半导体层沉积而被实现。在该过程中，辐射检测元件可以检测分析辐射，换言之，在断层的情况下该分析辐射也是已经经由活体的身体透射并且因此携载医学信息的辐射。辐射检测元件将该分析辐射转换为模拟电气信号，使得在其中包含的医学信息可以被电气地传递。可替代地，间接检测可以被辐射检测元件实现，例如，来自闪烁元件的闪烁光将来自身体的分析福射转换为不同的福射，例如，可见光。闪烁光在传感器芯片的福射检测元件中被检测到并且在该处被转换为模拟的电气信号。中间步骤因此是必要的，因为半导体探测器(如通常在传感器芯片中使用的)仅在电磁辐射的特定波长范围内是敏感的。如果例如为X射线断层之类的医学设备的辐射源的波长处于该范围以外，则必须追求间接检测。模数转换器被设计为将辐射检测元件的模拟电气输出信号转换为数字信号。模数转换器的该电路被光刻地施加在晶体基板上并且使用多个不同的半导体层、导体路径和/或集成电路的其它部件。晶体基板可以是单晶基板，换言之，所谓晶片的一段。可替代地，取决于本专利技术的实施例，也可以使用多晶基板。这样的基板的典型材料是硅、碳化硅、砷化镓或磷化铟，各自处于单晶或多晶态。如果待被检测的辐射透射穿过基板，还必须考虑相应材料的光谱透射特性以避免不必要的吸收。光刻集成被理解为是指在晶体基板上的应用特定的集成电路的施加。出于该理由，传感器芯片还可以是所谓的专用集成电路(ASIC)，其被实现为标准化的集成电子电路。ASIC的功能不能被随后操纵，但制造成本比起非标准化集成电路而言被显著降低。本专利技术的特定优点在于模数转换器和辐射检测元件的部件两者均被光刻地集成在晶体基板的第一侧即探测器侧上。因而，成本高昂的集成工艺必须在基板上仅被执行一次并且所有的电气和电子部件可以被同时且在空间上平行并且不连续地(迄今为止)产生。有利地，模数转换器经由晶体基板的过孔触点被电气连接到在晶体基板的与探测器侧相反的第二侧上的电气连接元件。在基板的相反侧上的导体路径之间的这样的过孔触点可以通过蚀刻工艺而实现，该蚀刻工艺在未覆盖的区域相对于两侧的表面垂直地化学移除基板，直到一些100微米之后暴露出特别针对该目的设置的导体路径或者触点。绝缘之后跟着金属电镀，随着其既安置在暴露出的触点上或暴露出的导体路径上，又安置在通过蚀刻产生的凹部的内部横向表面上，也安置在基板开始蚀刻的侧的触点或导体路径上，金属电镀产生两侧的导体路径的导电连接。因而，前者再分配触点可以被减少到材料和所占空间的最低限度。在有利的实施例中，过孔触点具有金属镀层，该金属镀层被提供以用于将数字信号从探测器侧通过晶体基板向晶体基板的第二侧传输。数字信号是被模数转换器转换的信号，其被传递到可以存储、显示和/或否则处理该信号的分析单元。通过比较，针对数字信号的过孔触点的设计并不像针对模拟信号的那样严格。其理由在于数字信号利用检测值O与I的阈值而操作，而利用模拟信号的电压或电流中的任何变化直接影响信号的信息内容。出于该理由，在数字信号的情况下，具有过孔触点则更少注意力需要放在泄漏电流或者不想要的电容。过孔触点至少部分地由在晶体基板中的凹部形成，该凹部特别是蚀刻凹部。然而，该过孔触点可具有进一步特征。例如，凹部可以再次填充有介电，或者可替代的或附加的机械方法可以被用来产生诸如孔之类的凹部。电气连接元件可以被施加在探测器侧上以及晶体基板的与探测器侧相反的侧上。其用作产生尽可能安全和简单的与诸如计算机之类的分析单元的触点。连接元件可以是焊球、印刷电路板触点、插座或插头，其被相应地集成到基板中或者可以导电地连接到基板。在有利的实施例中，晶体基板对于能够由辐射检测元件检测到的辐射是可透过的，并且电气连接元件被施加在晶体基板的探测器侧。为了进一步最小化基板中的辐射损失，这些可以被变薄以便于减小基板的厚度。对于该实施例而言过孔触点不是必要的，特别是当所有的部件(模数转换器、辐射检测元件、连接元件)被布置在基板的探测器侧上并且仅有要被检测到的辐射被透射穿过基板时。因此，这是特别具有成本效益的实施例。探测器侧通常被理解为辐射检测元件被体现的一侧。探测器侧可以既是面向本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种特别是用于计算机断层扫描探测器的传感器芯片，具有被电气连接到辐射检测元件(9)的模数转换器(10)以及晶体基板(1)，其中所述辐射检测元件(9)的部件以及所述模数转换器(10)的部件被光刻地集成在所述晶体基板(1)的一个探测器侧(12)上。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：M·艾兴泽，T·赖歇尔，S·维尔特，
申请(专利权)人：西门子股份公司，
类型：发明
国别省市：德国;DE