(57)【要約】  本発明は、検出領域３を有する半導体基板１において放射線を検出するための半導体装置１１を提供し、この検出領域３は前記半導体装置１１に放射線Ｘ、Ｌが入射する際に発生する電荷キャリアを検出する。前記半導体装置１１はさらに、他の検出領域１３を有し、この他の検出領域は、前記半導体装置１１に放射線Ｘが入射する際に発生する電荷キャリアを検出する。シールド８、１８が前記他の検出領域１３の上に延在して、これが電磁放射線Ｌが前記検出領域１３に入るのを防ぐ。このようにして、本発明が電磁放射線Ｌの検出と残りの放射線の検出との選別が改善される放射線を検出するための半導体装置１１を提供する。本発明はさらに、半導体装置１１を有する検出器１０、並びに前記電磁放射線Ｌを表す出力信号を発生させる前記検出領域３及び前記他の検出領域１３に結合されるプロセッサＰを提供する。
2009539232.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板において放射線を検出するための半導体装置において、
前記半導体装置に放射線が入射する際に発生する電荷キャリアを検出する検出領域、
前記半導体装置に放射線が入射する際に発生する電荷キャリアを検出する他の検出領域、及び
電磁放射線が前記検出領域に入るのを防ぐための、前記他の検出領域の上に延在しているシールド
を有する半導体装置。
【請求項２】
前記放射線は、Ｘ線及び可視光を有する請求項１に記載の装置。
【請求項３】
入ってくる電離放射線を電磁放射線に変換する、前記半導体装置の上に延在しているシンチレーション装置をさらに有する請求項１に記載の装置。
【請求項４】
前記他の検出領域に隣接している前記半導体装置に発生する電荷キャリアが前記他の検出領域に入るのを防ぐための、前記他の検出領域に隣接しているバリア領域をさらに有する請求項１に記載の装置。
【請求項５】
前記半導体基板と前記検出領域との間、及び前記半導体基板と前記他の検出領域との間にある障害物であり、前記電離放射線が前記半導体基板に浸透することにより前記半導体基板に発生する電荷キャリアに対する、基板バリア領域をさらに有する請求項１に記載の装置。
【請求項６】
前記基板バリア領域は電気絶縁材料からなる請求項５に記載の装置。
【請求項７】
前記シールドは、前記他の検出領域の上に延在している導電層からなる請求項１に記載の装置。
【請求項８】
前記シールドはさらに、前記他の検出領域を突出して包囲すると共に、前記導電層に接続されている他の導電材料の接触領域を有する請求項７に記載の装置。
【請求項９】
請求項１に記載の半導体装置、並びに前記電磁放射線を表す出力信号を発生させる前記検出領域及び前記他の検出領域に結合されるプロセッサを有する検出器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、放射線を検出するための半導体装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
電磁放射線を検出するための半導体ベースの装置又はセンサは従来知られている。これらセンサは、電磁放射線により半導体基板に発生する電荷キャリアを収集する領域であり、ｐｎ又はｎｐ接合の何れか一方である、いわゆるコレクション接合(collection junction)を利用して、例えばＭＯＳ、ＣＭＯＳ又はＣＣＤテクノロジーのようなＩＣテクノロジーに関する半導体基板に実装される。
【０００３】
電離放射線、例えばＸ線を検出する半導体ベースの検出器は一般的に、間接的変換検出器の技術に基づいている。間接的変換検出器において、例えばシンチレーション装置にぶつかる電離放射線（Ｘ線）により電磁放射線が発生するシンチレーション装置が利用される。この電磁放射線は半導体基板に入り、この基板はその後、前記コレクション接合により検出される電荷キャリアを発生させる。しかしながら、前記電離放射線の一部はさらにシンチレーション装置も通過し、このシンチレーション装置に衝突する電離放射線により発生する電磁放射線よりも深く、半導体基板に浸透する。結果として、この電離放射線は半導体基板に不用又は寄生の電荷キャリアも発生させ、これは電磁放射線の検出機能、故に半導体ベースの検出器の性能にかなり影響を及ぼすと共にこの性能を低下させる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
米国特許番号US 5,929,499は、入射Ｘ線のエネルギーを対応する電気信号に変換する、Ｘ線検出器に使用するためのフォトダイオードアレイを開示している。入射Ｘ線を光子に変換するシンチレーション装置が利用されている。放射線伝搬においてシンチレーション装置の後に置かれるフォトダイオードアレイは光子を吸収し、従って前記入射Ｘ線の光度に比例する光電流が得られる。前記フォトダイオードアレイは、夫々２つの隣接するフォトダイオード間に接続される抽出ダイオード(extraction diode)を備える基板に配される。これら抽出ダイオードの全ての陽極は、共通の陽極接点において一緒に接続され、電圧源を前記共通の陽極接点に接続することにより、前記抽出ダイオードに電圧がかかるので、これら抽出ダイオードは逆バイアスがかけられ、これにより電流をブロックする。このようにして、フォトダイオードは電気的に分離され、僅かに直接フォトダイオードアレイに浸透するＸ線は、ノイズ信号を発生させず、検出器のチャンネル間のクロストークが殆ど減少する。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の目的はこれにより、電磁放射線の検出と電磁放射線以外の検出との間の分離が改善された放射線検出器のための半導体装置を提供することである。本発明は、独立請求項により定義される。有利な実施例は従属請求項により定義される。
【０００６】
本発明は、とりわけ検出チャンネル、すなわちフォトダイオード間にあるＸ線により誘発される寄生電流だけを遮断し、基板と装置との間にある他の寄生電流を遮断しないことが米国特許番号US 5,929,499の従来の装置の欠点であるとの認識に基づいている。この他の寄生電流は、フォトダイオードアレイに直接、さらにこのフォトダイオードアレイの下にある基板にも浸透するＸ線により誘発され、これによりこれらフォトダイオードにより殆ど検出される電荷キャリアを作成する。これは、光子及び浸透するＸ線の両方がフォトダイオードにより検出され、電気信号の一因となるので、光子の検出に不利に影響する。
【０００７】
本発明による半導体基板において放射線を検出する半導体装置は、この半導体装置に放射線が入射する際に発生する電荷キャリアを検出するための検出領域を有する。この半導体装置はさらに、この半導体装置に放射線が入射する際に発生する電荷キャリアを検出するための他の検出領域も有し、この領域上に電磁放射線が検出領域に入るのを防ぐためのシールドが延在している。この他の検出領域は、電磁放射線をブロックするが、前記シールドを通り浸透し、前記他の検出領域に入る残りの放射線、例えば電離放射線を検出する。その上に前記シールドは延在していない前記検出領域の一部は、前記残りの放射線と電磁放射線の両方を検出する。これは、前記残りの放射線の検出を電磁放射線の検出から分離することを可能にする。例えば、前記他の検出領域により発生した第１の検出信号をその上に前記シールドは延在していない前記検出領域の一部により発生した第２の検出信号と比較することにより、前記検出信号に対する前記残りの放射線の一因が前記検出信号に対する前記電磁放射線の一因から分離される。好ましい実施例において、前記放射線はＸ線及び可視光を有する。
【０００８】
国際公開出願番号WO 2004/054005号は、絶縁基板上にＴＦＴ(thin film transistor)及びフォトダイオードを備えるピクセルを有する、Ｘ線を電気信号に変換するＸ線検出器を開示している。この電気信号は、フォトダイオード内又はフォトダイオードの表面に漏れ電流を含んでもよい。これにより、このＸ線検出器はさらに、フォトダイオードに入射する光をブロックするためであり、光が無い状態でこれらフォトダイオードにおける漏れ電流の判断を可能にする光ブロック部材を含むダミーピクセルをさらに有する。本発明との差は、Ｘ線検出器が絶縁基板上にある一方、本発明の半導体装置は半導体基板内にあること、並びにＸ線検出器の前記光ブロック部材は、フォトダイオードにおける漏れ電流、例えば暗電流を決めるために利用される一方、本発明による半導体装置は、前記残りの放射線、例えばＸ線の検出を電磁放射線の検出から分離するための前記光ブロック部材を利用することである。
【０００９】
本発明による装置の実施例において、シンチレーション装置は前記半導体装置の上に延在し、このシンチレーション装置は入ってくる電離放射線を電磁放射線に変換する。このようにして、電離放射線の検出を電磁放射線の検出から分離することがさらに改善された電離放射線を検出することが可能である装置が得られる。
【００１０】
本発明のもう一つの実施例において、前記他の検出領域に隣接しているバリア領域は、前記他の検出領域に隣接している半導体装置に発生する電荷キャリアが前記他の検出領域に入るのを防ぐ。これは、隣接する領域に発生した電荷キャリアが前記他の検出領域に入ることを防ぐ、及び逆の場合も同様に防ぐことにより、前記他の検出領域を隣接する領域、例えば前記検出領域から分離することを改善し、これにより前記残りの放射線の検出を有利に向上させる。
【００１１】
本発明による装置の実施例において、前記半導体装置はさらに、基板バリア領域を有し、この領域は前記半導体基板と前記検出領域との間、及び前記半導体基板と前記他の検出領域との間にある障害物であり、電離放射線が前記半導体基板に浸透することにより前記半導体基板に発生する電荷キャリアに対する基板バリア領域を有する。好ましい実施例において、前記基板バリア領域は絶縁材料を有する。前記基板において電離放射線により引き起こされる電荷キャリアに対する障害物を前記基板と前記半導体装置との間に置くことにより、前記基板において電離放射線により発生し、前記検出領域及び前記他の検出領域に到達する寄生電荷キャリアの数は大幅に減少する。好ましい実施例において、前記基板バリア領域は絶縁材料からなる。
【００１２】
本発明による装置の実施例において、前記シールドは前記他の検出領域の上に延在している導電層を有する。この導電層は、装置間にあるシールド及び電気接続層として両方とも有利に使用される。好ましい実施例において、前記シールドはさらに、前記他の検出領域を突出して包囲すると共に、前記導電層に接続される他の導電層の接続領域を有する。前記接触領域は、この接触領域に隣接する領域に発生した電荷キャリアが前記他の検出領域の上に延在している領域に入るのを防ぐ、及び逆の場合も同様に防ぎ、これにより前記残りの放射線の検出を有利に向上させる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
図は縮尺通りには描かれていない。一般的に同一の構成要素はこれら図において同じ参照番号により示される。
【００１４】
シンチレーション装置は、例えばＸ線Ｘのような高エネルギーが充電された微粒子が衝突するとき、通常は可視領域にある低エネルギーの光子又は電磁放射線を放射する。これらＸ線Ｘは、このシンチレーション装置を通過して、これにより電磁放射線を発生させる。その後この電磁放射線は半導体装置１２により検出される。しかしながら、前記シンチレーション装置を通過するＸ線Ｘはさらに半導体装置１２にも浸透する。図１は、矢印Ｌで示され、Ｘ線Ｘが衝突するシンチレーション装置（図示せず）から発生する電磁放射線Ｌは、半導体装置１２に当たり、浸透することを説明している。さらに、破線の矢印Ｘで示され、シンチレーション装置（図示せず）を通過するＸ線も半導体装置１２に入る。この半導体装置１２は、従来知られる装置及び技術を用いて、電磁放射線Ｌにより発生する電子をこの場合検出することで、この電磁放射線を検出することが可能である検出領域３を有する。さらに、半導体装置１２は、ここではｐ型の半導体材料からなる基板領域１を有し、Ｘ線Ｘはその基板領域内に浸透する一方、Ｘ線Ｘよりもかなり低いエネルギーを持つ電磁放射線Ｌは検出領域３だけしか浸透しない。Ｘ線Ｘは電子を発生させると共に、基板領域１に穴を開ける。電子を発生したＸ線の一部は検出領域３に浸透し、これにより、電磁放射線Ｌにより発生する電子の検出の邪魔をする。これは電磁放射線Ｌを検出する半導体装置１２の性能に不利に影響する。
【００１５】
図２は、検出領域３を備えるｐ型の半導体基板の領域を有する本発明による半導体検出装置１１の実施例の断面図を示す。検出領域３は、この検出領域３おいて電磁放射線Ｌにより発生する、並びに検出領域３及び基板領域１においてＸ線Ｘにより発生する電子を検出することが可能である。検出領域３に隣接して、他の検出領域１３が設けられ、この他の検出領域上にシールド８が延在している。このシールド８は電磁放射線Ｌが前記他の検出領域１３に入るのを防ぎ、例えば金属、高ドープ(heavily doped)ポリシリコン又はＡＲ(anti-reflective)コーティング材料を有する。前記他の検出領域１３は、Ｘ線Ｘにより作成される電子だけを検出し、第１の信号１３Ａ（図５参照）を発生させる。とりわけこの信号はＸ線Ｘの関数である。検出領域３は、Ｘ線Ｘにより作成される電子及び電磁放射線Ｌにより作成される電子の両方を検出し、第２の信号３Ａ（図５参照）を発生させる。とりわけこの信号はＸ線Ｘ及び電磁放射線Ｌの両方の関数である。第１の信号１３Ａと第２の信号３Ａとを比較することにより、別々のＸ線信号２１及び別々の電磁放射線信号２２が抽出されることができるので、２つの検出領域３、１３は、Ｘ線Ｘにより発生する電子と電磁放射線Ｌにより発生する電子との区別を可能にする。これがＸ線Ｘ及び電磁放射線Ｌの検出を共に向上させる。間接的変換検出装置となるシンチレーション装置が使用されてもよいが、直接的変換検出装置となるシンチレーション装置を使用せずに本実施例を利用することも可能であることに注意すべきである。
【００１６】
図３は、検出領域３及びこの検出領域３に隣接する他の検出領域１３を備えるｐ型半導体基板領域１を有する本発明による半導体検出装置１１の実施例の断面図を示す。絶縁層１６は、検出領域３、他の検出領域１３及び前記基板領域１の上に延在している。この絶縁層１６の上にあるシールド層１８は、前記他の検出領域１３の上に延在している。このシールド層１８は、電磁放射線Ｌが前記他の検出領域１３に入るのを防ぎ、アルミニウム又はタングステンのような導電材料からなる。電磁放射線Ｌが他の検出領域１３に入るのを防ぐことが可能である他の材料が使用されてもよいことにも注意すべきである。シールド層１８は、接触領域１５を介して、前記他の検出領域１３を包囲しているバリア領域１４に電気接続されている。接触領域１５も突出して前記他の検出領域１３を包囲して、例えばアルミニウム又はタングステンからなる。バリア領域１４は、例えばｎ型の半導体材料からなり、これにより拡散によりバリア領域１４に到達する電子を発生したＸ線を減衰又は消耗させる。図４に示されるような他の実施例において、前記基板領域１は、この基板領域１において発生した電荷キャリアが検出領域３及び他の検出領域１３に入るのを防ぐ基板バリア領域１９を有する。この基板バリア領域１９は、例えば二酸化ケイ素のような電気絶縁する材料からなり、これはいわゆるＳＯＩ(Silicon On Insulator)基板の一部を有利に形成する。
【００１７】
図５は、本発明による検出１０の装置を概略的に示し、ここで別々のＸ線信号２１と別々の電磁放射線信号２２との区別が達成される。本発明による多様な半導体装置１１を有する検出装置Ｄは、前記他の検出領域１３により検出されるようなＸ線Ｘの関数である第１の信号１３Ａ、並びに前記検出領域３により検出されるようなＸ線Ｘと電磁放射線Ｌとの両方の関数である第２の信号３Ａを発生させる。第１の信号１３Ａ及び第２の信号３ＡはプロセッサＰに入力され、このプロセッサは次いで前記別々のＸ線信号２１及び前記別々の電磁放射線信号２２を計算する。
【００１８】
要約すると、本発明は、検出領域を有する半導体基板において放射線を検出するための半導体装置を提供し、この領域は半導体装置に放射線が入射する際に発生する電荷キャリアを検出する。この半導体装置はさらに、他の検出領域を有し、この領域は半導体装置に放射線が入射する際に発生する電荷キャリアを検出する。シールドが前記他の検出領域の上に延在して、これが電磁放射線が前記検出領域に入るのを防ぐ。このようにして、本発明が電磁放射線の検出と残りの放射線の検出との選別が改善される放射線を検出するための半導体装置を提供する。本発明はさらに、前記半導体装置を有する検出器、並びに電磁放射線を表す出力信号を発生させる前記検出領域及び前記他の検出領域に結合されるプロセッサを提供する。
【００１９】
上述した実施例は本発明を制限するのではなく説明するものであり、当業者が添付される特許請求の範囲から外れることなく多くの代替の実施例を考案することが可能であることに注意すべきである。請求項において、括弧の間に置かれる如何なる参照符号も本発明を制限するとは考えない。"有する"と言う用語は、請求項に挙げられた要素又はステップ以外の他の要素又はステップが存在することを排除するものではない。要素を単数で表現していることがこれら要素が複数あることを排除するものではない。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】従来技術による装置の実施例の概略的な断面図。
【図２】本発明による装置の実施例の概略的な断面図。
【図３】本発明による装置の実施例の概略的な断面図。
【図４】本発明による装置の実施例の概略的な断面図。
【図５】本発明の実施例によるＸ線検出器の概略的な表示。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【国際調査報告】
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