用于成像探测器的半导体结构制造技术

本发明专利技术披露了一种包括多个光电探测器子阵列的光电探测器阵列，每个子阵列的光电探测器在衬底上形成，且每个光电探测器的有源区在所述衬底的表面上形成，还为每个光电探测器形成穿过所述衬底从其上表面到其下表面的导电通孔，该导电通孔用于将每个光电探测器的有源区连接到衬底的下表面，其中多个所述光电探测器子阵列彼此靠近放置成矩阵，以形成光电探测器阵列。也披露了一种成像系统，包括：包括这样的光电探测器阵列的辐射探测器、朝向辐射探测器的辐射源、以及用于控制辐射探测器和辐射源的装置。还披露了一种用于制造这样的阵列的方法。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及半导体器件，特别但非排他地涉及在成像系统中使用的光电探测器。
技术介绍
光电探测器在用于医学、安全、和工业应用的成像系统中使用。光电探测器的一个特别的医学应用是在计算机断层(computedtomography，简称CT，又称计算断层照相法)系统中。在典型的CT系统中，具有扇形X射线束的X射线源和二维辐射探测器装配在称为托台的机械支承结构上。在使用中，托台绕待成像的对象转动，以从相对于对象不断改变的角度收集X射线衰减数据。托台转动平面称为成像平面，且在CT系统中将其典型地定义为坐标系统的x-y平面。此外，托台(或更典型地，对象)沿系统的z轴缓慢移动，为需要的对象长度收集x射线衰减数据。目前的CT系统的实例在美国专利第6,144,718号和第6,173,031号中进行了讨论。现有CT系统的当前状态的辐射探测器包括稀土金属闪烁器的二维阵列和相应的硅光电二极管的二维阵列。闪烁器晶体和光电二极管都制造成二维阵列，然后在探测器制造期间彼此光耦合。现有探测器阵列的典型状态在图1中示出。典型的探测器包括由单独的探测器元件构成的16行16列阵列，即共为256个元件。列在z方向上组织起来。探测器的结构在本领域中是众所周知的。探测器阵列在图1中总体用参考标号2表示。z方向或z轴也在图1中示出。行中的元件位于成像平面上，并产生称为“切片”的数据组。在医学CT机中，例如，当在体轴和机器z轴的方向上看时，每个切片图像相应于人体薄片的二维X射线图像。在CT成像系统中，成像平面中的探测器的尺寸通过彼此邻近放置单独的探测器阵列(例如图1中所示阵列)得以增加，由此增加了成像平面中的探测器的尺寸。图1的探测器的边缘4可与相应的探测器阵列的相应边缘并排放置，由此可建立(build up)较大的区域。CT工业中的主要趋势是构造具有更多探测器元件的CT机，以收集用于每个托台转动的更多的X射线衰减数据，从而加速测量，提高测量精度，和减少医学应用中的病人辐射剂量。探测器元件数量的增加类似地可在其它成像应用中具有优点，并不限于医学或CT应用。在目前的CT探测器结构中，在提供更多的探测器元件中主要的限制因素是需要从探测器阵列的各个光电探测器读出电信号。在目前的技术中，通过在活动的光电探测器元件之间在光电探测器芯片顶部上制造非常窄的金属线(典型地为5至20μm)，便于读出这些信号。单条金属线将一个光电探测器的信号在z方向上传送到光电探测器芯片的边缘，传送到为了将来自光电探测器的信号通过引线接合连接到放置在光电探测器芯片之下的衬底或到多路复用或信号处理ASIC芯片目的而特别保留的区域。如果使用这种方法，则对可制造的光电探测器阵列的尺寸有物理限制。限制在芯片边缘的光电探测器的数量，并且这限制了可被连接的光电探测器元件的数量。探测器尤其不能在z方向上变得较大。这通过图1示出。光电探测器阵列2具有在z方向上的阵列任一侧上的区域6和8，此区域提供了到相应的电线组10和12的连接。在信号连接到电线10和12之前，来自光电探测器阵列的信号可在位于区域6和8的集成电子芯片或ASIC中被多路复用或处理。由于需要容纳物理导线及其连接，所以阵列中的光电探测器数量受到限制。具体而言，不可能在z方向上添加更多的光电探测器。物理导线10和12防止光电探测器阵列在z方向上扩展，以便不能在z方向上添加另外的光电探测器阵列。也就是说，尽管光电探测器可在图1中的水平方向上并排连接在一起，但是它们不能在垂直方向上从上到下连接。这是因为需要在顶部和底部连接导线10和12。可能在z方向上扩展的光电探测器称为“可平铺(tileable)”探测器。为了提供可平铺探测器，有必要进行到每个光电探测器的电连接，而无需将光电探测器用导线连接到光电探测器芯片边缘。如果上述可以实现，则不限制光电探测器阵列和光电探测器元件的数量的增大。对于获得可平铺探测器的问题，一个解决方法在美国专利第6,396,898号中提出。本专利技术的实施例的目的在于解决上述问题中的一个或多个，并提供改进的光电探测器阵列。
技术实现思路
根据本专利技术，提供了一种包括半导体器件的衬底，该衬底的一个表面上具有有源区，其中从衬底的一个表面到衬底的另一表面设置有导电通孔，用于将有源区连接到衬底的另一表面。导电通孔优选与衬底电绝缘。导电通孔可包括多晶硅。多晶硅可在通孔的内壁上形成。在导电通孔内从衬底一侧到另一侧可设置有另一导电元件。在导电通孔内可设置有填充材料。可设置另一连接在器件的有源区和导电通孔之间的导电元件。在连接到导电通孔的衬底的另一侧上可设置另一导电元件。所述位于衬底另一侧上的另一导电元件优选用于进行到导电通孔的离片(off-chip)连接。该半导体器件优选是光电二极管。该器件的一个表面上的有源区优选是阳极。该半导体器件可包括位于衬底另一侧上的另一有源区。位于衬底另一侧上的该有源区优选是阴极。可设置多个半导体器件和多个导电通孔，这些导电通孔用于将衬底的一个表面上的半导体器件的有源区连接到衬底的另一表面。多个半导体器件可形成为阵列。可为每个半导体器件设置导电通孔。每个半导体器件的有源区可设置在衬底的相同侧上。该半导体器件可以是光电二极管。该半导体器件可以是医学成像系统的光电二极管。该医学成像系统可以是计算机控制x轴向断层扫描系统。本专利技术进一步提供了包括多个光电探测器子阵列的光电探测器阵列，每个子阵列的光电探测器在衬底上形成，且每个光电探测器的有源区在衬底的表面上形成，还为每个光电探测器形成穿过衬底从其上表面到其下表面的导电通孔，该导电通孔用于将每个光电探测器的有源区连接到衬底下表面，其中多个所述光电探测器的子阵列彼此靠近放置成矩阵，以形成光电探测器阵列。该矩阵可在两个方向上延伸。本专利技术还进一步提供了成像系统，该成像系统包括包括如上定义的光电探测器阵列的辐射探测器、朝向辐射探测器的辐射发生器、以及用于控制辐射探测器和辐射发生器的装置。该辐射发生器可以是X射线发生器。该辐射探测器和辐射发生器可以径向安装在圆柱形扫描结构中。用于控制的装置可以包括计算机系统。本专利技术还进一步提供了制造半导体器件的方法，包括在衬底的一个表面上设置半导体器件的有源区；形成通过半导体器件从衬底的一个表面到衬底的另一表面的导电通孔；以及将有源区连接到导电通孔，以使有源区连接到衬底的另一表面。该方法可进一步包括使导电通孔与衬底电绝缘的步骤。该导电通孔可包括多晶硅。该方法可进一步包括在通孔内壁设置多晶硅的步骤。该方法还可包括在导电通孔内形成从衬底一侧到另一侧的另一导电元件的步骤。该方法还可包括在导电通孔内设置填充材料的步骤。该方法可进一步包括设置另一连接在器件的有源区和导电通孔之间的导电元件的步骤。该方法可进一步包括在连接到导电通孔的衬底的另一侧上设置另一导电元件的步骤。该另一导电元件可以是接触垫(contact pad)。位于衬底另一侧上的另一导电元件可以设置为用于进行到导电通孔的离片连接。该半导体器件可以是光电二极管。位于器件的一个表面上的有源区可以是阳极。该方法可进一步包括在衬底的另一侧上设置另一有源区的步骤。位于衬底另一侧上的有源区可以是阴极。该方法可进一步包括设置多个半导体器件和多个导电通孔的步骤，这些导电通孔用于使衬底的一个表面上的半导体器件的有本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种包括半导体器件的衬底，所述衬底的一个表面上具有有源区，其中，设置有从所述衬底的一个表面到所述衬底的另一表面的导电通孔，用于将所述有源区连接到所述衬底的另一表面。

【技术特征摘要】
GB 2002-7-26 0217394.61.一种包括半导体器件的衬底，所述衬底的一个表面上具有有源区，其中，设置有从所述衬底的一个表面到所述衬底的另一表面的导电通孔，用于将所述有源区连接到所述衬底的另一表面。2.根据权利要求1所述的衬底，其中，所述导电通孔与所述衬底电绝缘。3.根据权利要求1或2所述的衬底，其中，所述导电通孔包括多晶硅。4.根据权利要求3所述的衬底，其中，所述多晶硅在所述通孔的内壁上形成。5.根据权利要求4所述的衬底，其中，在所述导电通孔内设置有从所述衬底一侧到另一侧的另一导电元件。6.根据权利要求4所述的衬底，其中，在所述导电通孔内设置有填充材料。7.根据权利要求1至6中任一所述的衬底，其中，设置有连接在所述器件的有源区和所述导电通孔之间的另一导电元件。8.根据权利要求1至7中任一所述的衬底，其中，在连接到所述导电通孔的衬底的另一侧上设置有另一导电元件。9.根据权利要求8所述的衬底，其中，所述位于衬底另一侧上的另一导电元件用于进行到所述导电通孔的离片(off-chip)连接。10.根据权利要求1至9中任一所述的衬底，其中，所述半导体器件是光电二极管。11.根据权利要求10所述的衬底，其中，所述器件的一个表面上的有源区是阳极。12.根据权利要求1至11中任一所述的衬底，其中，所述半导体器件包括位于所述衬底另一侧上的另一有源区。13.根据权利要求11的从属权利要求12所述的衬底，其中，所述衬底的另一侧上的有源区是阴极。14.根据权利要求1至13中任一所述的衬底，其中，设置有多个半导体器件和多个导电通孔，这些导电通孔用于将所述衬底的一个表面上的半导体器件的有源区连接到所述衬底的另一表面。15.根据权利要求14所述的衬底，其中，所述多个半导体器件形成为阵列。16.根据权利要求14或15所述的衬底，其中，为每个半导体器件设置导电通孔。17.根据权利要求14至16中任一所述的衬底，其中，每个半导体器件的有源区设置在所述衬底的相同侧上。18.根据权利要求1至17中任一所述的衬底，其中，所述半导体器件是光电二极管。19.根据权利要求18所述的衬底，其中，所述半导体器件是医学成像系统的光电二极管。20.根据权利要求19所述的衬底，其中，所述医学成像系统是计算机断层系统。21.一种包括多个光电探测器子阵列的光电探测器阵列，每个子阵列的光电探测器在衬底上形成，且每个光电探测器的有源区在所述衬底的表面上形成，还为每个光电探测器形成穿过所述衬底从其上表面到其下表面的导电通孔，所述导电通孔用于将每个光电探测器的有源区连接到所述衬底的下表面，其中，多个所述光电探测器的所述子阵列彼此靠近放置成矩阵，以形成光电探测器阵列。22.根据权利要求21所述的光电探测器，其中，所述矩阵在两个方向上延伸。23.一种成像系统，包括包括根据权利要求21或22所述的光电探测器阵列的辐射探测器、朝向所述辐射探测器的辐射源、以及用于控制所述辐射探测器和所述辐射源的装置。24.根据权利要求23所述的成像系统，其中，所...

【专利技术属性】
技术研发人员：伊罗希耶塔宁，
申请(专利权)人：地太科特技术有限公司，
类型：发明
国别省市：FI[芬兰]