[发明专利]图像传感器、图像传感器装置以及包括所述两者的计算机断层成像设备

说明书

一种图像传感器(100)包括设置在半导体衬底(101)的相邻的第一部分和第二部分(110、120)中的多个光电二极管(112a、112b、112h)和模数转换器(121a、121b、121h)。光电二极管表现出X射线辐射耐受性。相邻行中若干图像传感器装置能够用于计算机断层成像设备中的X射线探测器。

技术领域

本公开内容涉及一种图像传感器。具体地，本公开内容涉及一种包括半导体衬底、光电二极管、模数转换器和电连接件的图像传感器。本公开内容还涉及一种若干图像传感器在衬底上的装置并且涉及一种包括图像传感器装置的计算机断层成像设备。

背景技术

图像传感器可以在计算机断层成像(CT)设备中使用，以响应于X射线辐射记录人、动物或物体的图像。图像传感器是CT设备性能的重要部分，也是主要的成本因素。

用于CT应用的常规图像传感器可以由两个接合的半导体衬底组成，所述两个接合的半导体衬底在衬底之一中具有光电二极管，且另一个衬底中具有模数转换器(ADC)。该工艺需要对两个半导体晶片进行预处理和接合，并且形成硅通孔(TSV)，以将晶片夹层一侧处的光电二极管连接到该夹层另一侧处的ADC。使用两个晶片和TSV是一种复杂且成本高昂的工艺。

用于CT应用的另一常规图像传感器包括在半导体衬底一侧处彼此靠近的光电二极管和ADC，其中，TSV在衬底另一侧处提供到外部端子的连接。这种工艺也相当高昂，并且在衬底前侧处的ADC的面积降低了传感器的分辨率。

需要在CT应用中使用避免上述缺点的图像传感器。特别地，针对低端CT应用的图像传感器应当具有良好的图像分辨率，同时要求不太复杂的制造工艺以满足成本预期。

本公开内容的一个目的是提供一种具有高图像分辨率并且能够利用标准CMOS制造工艺来制造的图像传感器。

本公开内容的另一目的是提供一种在计算机断层成像应用中使用的图像传感器装置。

本公开内容的又一目的是提供一种包括这种图像传感器装置的计算机断层成像设备。

发明内容

根据实施例，通过根据本权利要求1的特征的图像传感器来实现上述目的中的一个或更多个。

根据本公开内容的图像传感器包括具有第一部分和第二部分的半导体衬底。该半导体衬底可以是在互补金属氧化物半导体(CMOS)制造工艺中使用的n-掺杂或p-掺杂的硅晶片。

多个配置为将接收到的电磁辐射(诸如可见光)转换为电信号的光电二极管被设置在半导体衬底的第一部分中。由于光电二极管是在X射线环境中使用的，所以所述光电二极管应当表现出X射线辐射耐受性。尽管可以用保护层覆盖光电二极管使得X射线辐射不直接撞击在光电二极管上，但X射线辐射的至少一小部分可能穿透保护机构，使得光电二极管应当为X射线辐射耐受的。光电二极管应当具有性能不经受接收X射线辐射的影响的结构。本领域技术人员已知半导体层的X射线辐射耐受装置的各种可能性。在下文中描述了可用于本公开内容的特定X射线辐射耐受光电二极管结构。

提供模数转换器(ADC)将由光电二极管生成的电模拟信号转换为数字信号，以允许进一步的数字处理。ADC被设置在半导体衬底的第二部分中。ADC中的每一个都与光电二极管之一相关联，使得光电二极管与ADC之间存在一对一的关系以确保在死区时间的情况下信号的快速处理。几乎所有的辐射都被转换成图像信息，以使得受检查的人不会受到不必要的过量辐射。

提供诸如连接通孔的电连接件，以将光电二极管中的每一个都连接到ADC中相关联的一个。电连接件可以埋在半导体衬底中，以使得更多有源表面可用于光电二极管。替代地，电连接件可以设置在半导体衬底上的一个或更多个介电层中，其使用可容许的表面积量并且能够用标准的、具有成本效益的CMOS制造工艺来制成。