[發明專利]圖像傳感器、圖像傳感器裝置以及包括所述兩者的計算機斷層成像設備

在審

• 申請號: 201980054433.6
• 申請日: 2019-08-08
• 公開（公告）號: CN113169194A
• 公開（公告）日: 2021-07-23
• 發明（設計）人: 安德里亞斯·菲齊
• 申請（專利權）人: AMS國際有限公司
• 主分類號: H01L27/146
• 分類號: H01L27/146;G01T1/20
• 代理公司: 北京柏杉松知識產權代理事務所(普通合伙) 11413
• 代理人: 羅小晨;劉繼富

一種圖像傳感器(100)包括設置在半導體襯底(101)的相鄰的第一部分和第二部分(110、120)中的多個光電二極管(112a、112b、112h)和模數轉換器(121a、121b、121h)。光電二極管表現出X射線輻射耐受性。相鄰行中若干圖像傳感器裝置能夠用于計算機斷層成像設備中的X射線探測器。

技術領域

本公開內容涉及一種圖像傳感器。具體地，本公開內容涉及一種包括半導體襯底、光電二極管、模數轉換器和電連接件的圖像傳感器。本公開內容還涉及一種若干圖像傳感器在襯底上的裝置并且涉及一種包括圖像傳感器裝置的計算機斷層成像設備。

背景技術

圖像傳感器可以在計算機斷層成像(CT)設備中使用，以響應于X射線輻射記錄人、動物或物體的圖像。圖像傳感器是CT設備性能的重要部分，也是主要的成本因素。

用于CT應用的常規圖像傳感器可以由兩個接合的半導體襯底組成，所述兩個接合的半導體襯底在襯底之一中具有光電二極管，且另一個襯底中具有模數轉換器(ADC)。該工藝需要對兩個半導體晶片進行預處理和接合，并且形成硅通孔(TSV)，以將晶片夾層一側處的光電二極管連接到該夾層另一側處的ADC。使用兩個晶片和TSV是一種復雜且成本高昂的工藝。

用于CT應用的另一常規圖像傳感器包括在半導體襯底一側處彼此靠近的光電二極管和ADC，其中，TSV在襯底另一側處提供到外部端子的連接。這種工藝也相當高昂，并且在襯底前側處的ADC的面積降低了傳感器的分辨率。

需要在CT應用中使用避免上述缺點的圖像傳感器。特別地，針對低端CT應用的圖像傳感器應當具有良好的圖像分辨率，同時要求不太復雜的制造工藝以滿足成本預期。

本公開內容的一個目的是提供一種具有高圖像分辨率并且能夠利用標準CMOS制造工藝來制造的圖像傳感器。

本公開內容的另一目的是提供一種在計算機斷層成像應用中使用的圖像傳感器裝置。

本公開內容的又一目的是提供一種包括這種圖像傳感器裝置的計算機斷層成像設備。

發明內容

根據實施例，通過根據本權利要求1的特征的圖像傳感器來實現上述目的中的一個或更多個。

根據本公開內容的圖像傳感器包括具有第一部分和第二部分的半導體襯底。該半導體襯底可以是在互補金屬氧化物半導體(CMOS)制造工藝中使用的n-摻雜或p-摻雜的硅晶片。

多個配置為將接收到的電磁輻射(諸如可見光)轉換為電信號的光電二極管被設置在半導體襯底的第一部分中。由于光電二極管是在X射線環境中使用的，所以所述光電二極管應當表現出X射線輻射耐受性。盡管可以用保護層覆蓋光電二極管使得X射線輻射不直接撞擊在光電二極管上，但X射線輻射的至少一小部分可能穿透保護機構，使得光電二極管應當為X射線輻射耐受的。光電二極管應當具有性能不經受接收X射線輻射的影響的結構。本領域技術人員已知半導體層的X射線輻射耐受裝置的各種可能性。在下文中描述了可用于本公開內容的特定X射線輻射耐受光電二極管結構。

提供模數轉換器(ADC)將由光電二極管生成的電模擬信號轉換為數字信號，以允許進一步的數字處理。ADC被設置在半導體襯底的第二部分中。ADC中的每一個都與光電二極管之一相關聯，使得光電二極管與ADC之間存在一對一的關系以確保在死區時間的情況下信號的快速處理。幾乎所有的輻射都被轉換成圖像信息，以使得受檢查的人不會受到不必要的過量輻射。

提供諸如連接通孔的電連接件，以將光電二極管中的每一個都連接到ADC中相關聯的一個。電連接件可以埋在半導體襯底中，以使得更多有源表面可用于光電二極管。替代地，電連接件可以設置在半導體襯底上的一個或更多個介電層中，其使用可容許的表面積量并且能夠用標準的、具有成本效益的CMOS制造工藝來制成。