基于晶圆键合的电磁辐射检测器制造技术

用于具有高频谱和空间分辨率的电磁辐射之检测和成像的单片像素检测器、系统和方法包含具有CMOS处理的像素读出的Si晶圆，Si晶圆以晶圆键键合到吸收体晶圆，晶圆键包含在吸收体晶圆中该读出及高传导区域中的掺杂的、高传导电荷收集器之间的传导键及在高电阻率的区域之间的不良传导键。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】基于晶圆键合的电磁辐射检测器相关申请的交叉引用本申请要求2017年3月1日提交的美国临时申请案No.62/465,199的优先权和权益，其通过引用结合于此并且于此有关。
本专利技术系有关于用于电磁辐射之检测和成像之由单片、互补金属氧化物半导体(CMOS)集成结构制成的像素检测器以及用于形成这种结构的方法。
技术介绍
当前用于电磁辐射检测的数字成像装置(也称为像素检测器)可以分为两大类，通过影响光子转换为电讯号的方式来区分。以X射线光子为例，在这些类别中的第一类中，转换间接发生，即X射线光子首先在能量上被下转换(down-converted)为闪烁层中的可见光子。随后藉由光二极管阵列检测可见光子，其中电子-空穴对的光学产生所产生的电讯号，然后由读出电子器件进一步处理电讯号并在计算机屏幕上表示为图像。间接X射线成像装置的两阶段转换过程受到转换效率和空间分辨率有限的缺点，这是因为在将X射线转换为可见光子过程中以及检测这些过程中发生损失和散射。典型地，大约25个电子-空穴对最终由读出电子器件每入射X射线能量的keV测量。在这些像素检测器的第二类中，半导体吸收体允许将X射线直接转换成电子-空穴本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种单片CMOS集成像素检测器(101、101'、201、201'、301、301'、301"、1310、1310'、1410、1550、1650、1750、1850)，其用于检测用于背侧照明的电磁辐射，该单片CMOS集成像素检测器包含由第一掺杂类型的硅制成的硅读出晶圆(102、102'、202、202'、302、302'、302"、570、670、770)，该硅读出晶圆包含在薄硅层(106、106'、206、206'、306、306'、306"、508、618、708)处理的CMOS像素读出电子器件(115、115'、215、215'、315、315'、315"、515、615、715)...

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2017.03.01 US 62/465,1991.一种单片CMOS集成像素检测器(101、101'、201、201'、301、301'、301"、1310、1310'、1410、1550、1650、1750、1850)，其用于检测用于背侧照明的电磁辐射，该单片CMOS集成像素检测器包含由第一掺杂类型的硅制成的硅读出晶圆(102、102'、202、202'、302、302'、302"、570、670、770)，该硅读出晶圆包含在薄硅层(106、106'、206、206'、306、306'、306"、508、618、708)处理的CMOS像素读出电子器件(115、115'、215、215'、315、315'、315"、515、615、715)并且包括作为电荷收集器(110、110'、210、210'、310、310'、310"、312、312'、510、604、610、710、744)之第二掺杂类型的高传导掺杂区域，以与该读出电子器件通讯的像素尺寸间隔开；该读出晶圆藉由晶圆键(108、108'、122、122'、208、208'、209、209'、222、222'、308、308'、308"、309、309'、309"、1304、1304'、1306、1306'、1404、1406、1512、1514、1604、1606、1704、1706、1804、1806)被键合到由至少一种单晶半导体材料制成吸收体晶圆(104、104'、204、204'、304、304'、304"、850、850'、850"、960、1095、1180、1250)，该吸收体晶圆还包含高传导掺杂区域(112、112'、212、212'、312"、326、326'、326"、334、818、818'、818"、940、1060、1109、1218)；该单片CMOS集成像素检测器包含以对准方式键合到该吸收体晶圆之该读出晶圆；其中该晶圆键合包含在该读出晶圆和该吸收体晶圆之间的传导键(108、108'、208、208'、308、308'、1304、1304'、1404、1512、1604、1704、1804)及在该读出晶圆和该吸收体晶圆之间的不良传导键(122、122'、209、209'、309、309'、309"、1306、1306'、1406、1514、1606、1706、1806)，该不良传导键电性隔离相邻像素以迫使在该吸收体晶圆中产生的电荷穿过该传导键并且被该电荷收集器接收以供该像素读出电子器件在该检测器操作时进行处理。2.如权利要求1所述的单片CMOS集成像素检测器，其中在该读出晶圆和该吸收体晶圆之间的该传导键为传导共价半导体键(108、108'、208、208'、308、308'、308"、1304、1304'、1404、1512、1604、1804)，以及其中在该读出晶圆和该吸收体晶圆之间的该不良传导键为其中是高电阻或绝缘区域(120、120'、220、220'、226'、320、320'、320"、508、605、762、808、808'、1080、1092、1176、1208)中至少一者的区域之间的键，以及其中该不良传导键具有的电阻值超过该传导共价键的电阻值以至少一个因数倍，该因数为选自由103-104、104-106和106-108组成的因数范围群组中的一个。3.如权利要求1所述的单片CMOS集成像素检测器，其中该薄硅层具有选自由10-30μm、5-10μm和3-5μm组成的厚度群组中的一者之厚度。4.如权利要求1所述的单片CMOS集成像素检测器，其中该读出晶圆之该高传导掺杂区域和该吸收体晶圆之该高传导掺杂区域具有选自由1×1018-1×1019cm-3、1×1019-1×1020cm-3和1×1020-5×1020cm-3组成的掺杂范围群组中一者的掺杂范围。5.如权利要求1所述的单片CMOS集成像素检测器，更包括选自由晶圆缺口、晶圆平面和对准标记组成的特征群组中的一者之晶圆对准特征。6.如权利要求1所述的单片CMOS集成像素检测器，其适用于X射线的检测。7.如权利要求6所述的单片CMOS集成像素检测器，其中该像素尺寸为选自由100-200μm、50-100μm、20-50μm和5-20μm组成的像素尺寸群组中的一者之尺寸。8.如权利要求7所述的单片CMOS集成像素检测器，其中该吸收体晶圆的至少一单晶半导体材料之该材料系选自由Si、Ge、钻石、SiC、GaAs、CdTe或CdZnTe合金组成的材料群组中的一者。9.如权利要求8所述的单片CMOS集成像素检测器，其中该吸收体晶圆的该至少一单晶半导体材料为包含在单晶基板上之磊晶层的磊晶晶圆。10.如权利要求9所述的单片CMOS集成像素检测器，其中该单晶基板是由Si、Ge、GaAs和InSb组成的材料群组中的一者制成的基板。11.如权利要求10所述的单片CMOS集成像素检测器，其中该磊晶层为CdTe或x在5-15％之范围内的Cd1-xZnxTe合金层。12.如权利要求10所述的单片CMOS集成像素检测器，其中该磊晶层为Ge含量x在0.7≤x≤0.9之范围内的Si1-xGex层。13.如权利要求1所述的单片CMOS集成像素检测器，其适用于红外线辐射的检测。14.如权利要求13所述的单片CMOS集成像素检测器，其中该像素尺寸在2-40μm的范围内。15.如权利要求14所述的单片CMOS集成像素检测器，其中该吸收体晶圆的该至少一单晶半导体材料系由Si、Ge、SiGe合金、SiGeSn合金、InAs、InGaAs合金、InSb和HgCdTe合金组成的材料群组中的至少一者制成。16.如权利要求15所述的单片CMOS集成像素检测器，其中该吸收体晶圆的该至少一单晶半导体材料为包含在单晶基板上之至少一磊晶层的磊晶晶圆。17.如权利要求16所述的单片CMOS集成像素检测器，其中该至少一磊晶层...

【专利技术属性】
技术研发人员：汉斯·凡肯尼尔，
申请(专利权)人：G射线瑞士公司，
类型：发明
国别省市：瑞士,CH