(57)【要約】  本願が記載するのは、集積回路の設計、及び、その集積回路を製造するための方法である。この集積回路は、効率が高く、雑音が低く、位置に敏感な、Ｘ線検出器のための、集積回路である。このＸ線検出器を、とりわけ医療で応用する。Ｘ線検出集積回路素子３５０は、深い凹部３５４に基づく。深い凹部３５４を、Ｘ線を検出するシンチレーター材料で満たす。浅い第１の電極３６０を、基板３５２の側壁の面に形成する。側壁は、２つの隣り合う凹部３５４を分離する。この側壁の電極３６０を、ウエハーの表面の特定の電極３６３の構造と組み合わせる。この組み合わせにより、素子３５０の側壁を完全に空乏化することになる。これにより、信号の電荷が、低容量の読み出し電極３６３に向けて移動することになる。記載の集積回路素子３５０は、効率が高い光の収集及び深さに依存しない光の収集を、確実にする。
2010503985.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｘ線画像検出器のためのＸ線検出集積回路素子、ここで、前記Ｘ線検出集積回路素子は：
表面及び裏面を持つ半導体基板；
前記半導体基板の内部で、前記裏面から前記表面に向かって形成される、複数の凹部、ここで、２つの隣り合う凹部は、前記半導体基板の側壁によって区切られる；
複数の第１の電極、ここで、前記複数の第１の電極の各々は、１つの凹部の内表面に形成される；
前記複数の凹部の内部に満たされる、Ｘ線検出シンチレーター材料；及び
前記表面に形成される複数の第２の電極、ここで、前記複数の第２の電極の各々は、１つの側壁に向く；
を含む。
【請求項２】
前記凹部は、幅よりも大きい深さを持つ、深い構造である、請求項１によるＸ線検出集積回路素子。
【請求項３】
前記表面に形成される、複数の第３の電極を更に含む、請求項１によるＸ線検出集積回路素子、ここで、前記複数の第３の電極の各々は、２つの隣り合う第２の電極の間に配置される。
【請求項４】
前記第１の電極は、１μｍより小さい厚さを持つ、請求項１によるＸ線検出集積回路素子。
【請求項５】
光反射層を更に含む、請求項１によるＸ線検出集積回路素子、ここで、前記光反射層は、前記半導体基板の前記裏面に形成される前記シンチレーターの面に提供される。
【請求項６】
前記半導体基板は、半導体ウエハーの少なくとも部分である、請求項１によるＸ線検出集積回路素子。
【請求項７】
前記シンチレーター材料と前記第１の電極との間に形成されるパッシベーション層を更に含む、請求項１によるＸ線検出集積回路素子。
【請求項８】
前記半導体基板は、真性半導体材料であるか、又は、低濃度にｎ型にドープした半導体材料であり；
前記第１の電極は、前記半導体基板の内部の、ｐ型にドープした領域として形成され；かつ
前記第２の電極は、前記半導体基板の内部の、ｎ型にドープした領域として形成される；
請求項１によるＸ線検出集積回路素子。
【請求項９】
前記第１の電極は、前記半導体基板の前記裏面から接続される、請求項１によるＸ線検出集積回路素子。
【請求項１０】
前記第１の電極は、前記半導体基板の前記表面から接続される、請求項１によるＸ線検出集積回路素子。
【請求項１１】
前記第１の電極は、深さ方向に断片化する、請求項１によるＸ線検出集積回路素子。
【請求項１２】
前記第１の電極は、前記裏面から前記表面に向かって下がる、ドーピングの複数の濃度を含む、請求項１によるＸ線検出集積回路素子。
【請求項１３】
前記複数の凹部は、２次元の配列に配置される、請求項１によるＸ線検出集積回路素子。
【請求項１４】
空間分解能を持つＸ線画像検出器、ここで、前記Ｘ線画像検出器は：
複数の、請求項１に記載の、Ｘ線検出集積回路素子；及び
前記第１の電極及び／又は前記第２の電極に接続するための、複数の電子回路；
を含む。
【請求項１５】
前記複数の電子回路は、別のチップに形成される、請求項１４によるＸ線画像検出器、ここで、前記別のチップは、前記Ｘ線検出集積回路素子に接続される。
【請求項１６】
前記複数の電子回路は、前記半導体基板に形成される、請求項１４によるＸ線画像検出器。
【請求項１７】
請求項１４に記載のＸ線画像検出器を含む、Ｘ線画像化装置。
【請求項１８】
Ｘ線検出集積回路素子を製造するための方法、ここで、前記方法は：
表面及び裏面を持つ半導体基板を提供する工程；
前記半導体基板の内部で、前記裏面から前記表面に向かって、複数の凹部を形成する工程、ここで、２つの隣り合う凹部は、前記半導体基板の側壁によって区切られる；
複数の第１の電極を、半導体をドープする手続きによって形成する工程、ここで、前記複数の第１の電極の各々は、１つの凹部の内表面に形成される；及び
前記複数の凹部を、シンチレーション材料で満たす工程；
を含む。
【請求項１９】
前記複数の凹部を、シンチレーション材料で満たす前記工程の前に、パッシベーション層を、前記複数の第１の電極の表面に形成する工程を更に含む、請求項１８による方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本願発明は、Ｘ線画像検出システムを使ってＸ線の光子を検出する分野に一般に関する。とりわけ、本願発明は、シンチレーターに基づくＸ線検出集積回路素子に関する。この素子を、Ｘ線画像検出器で使ってもよい。Ｘ線画像検出器とは、とりわけ、医療の応用のための、空間を分解するＸ線画像検出器である。
【０００２】
更に、本願発明は、前述のＸ線検出集積回路素子を複数含む、Ｘ線画像検出器に関する。
【０００３】
更に、本願発明は、特に医療のＸ線画像化で使われるＸ線画像化装置に関する。このＸ線画像化装置は、前述のＸ線画像検出器を含む。
【０００４】
本願発明は、前述のシンチレーターに基づくＸ線検出集積回路素子を製造するための方法に更に関する。
【背景技術】
【０００５】
医療用のＸ線画像化で必要なのは、範囲が広く、雑音が低く、位置に敏感で、各々の空間分解能が高く、かつ、競争力のある価格で作ることができる、Ｘ線検出システムである。現在、市場で入手できるＸ線検出システムは、シンチレーターと、非晶質シリコン（Ｓｉ）に基づく画素光ダイオード配列との組み合わせに基づいている。シンチレーターは、Ｘ線を光の光子に高い効率で変換する。この光の光子を、次に光ダイオードで吸収する。すると、光子は電荷の担体に変換される。電荷の担体は、Ｘ線検出システムの読み出し接点に相当する電極に、信号を生ずる。典型的にはＳｉの光ダイオードである各画素は、電荷蓄積器と、画素を選択するための薄膜トランジスター（ＴＦＴ）を備える。
【０００６】
シンチレーターと、非晶質Ｓｉの光ダイオードとの組み合わせにより、効率的にＸ線を吸収できる。この場合、シンチレーターの材料を組み合わせる相手は、比較的光感度が高く、かつ、比較的暗電流が低い、非晶質Ｓｉの光ダイオードである。このシステムでは、全体の雑音は、そこそこ低い。このシステムでは、スイッチング素子、増幅器、及びＴＦＴ関連の部品が、主に雑音を発生させる。現在入手できるＸ線検出システムは、大きさが約４０ｃｍｘ４０ｃｍで、画素の大きさは約１５０μｍｘ１５０μｍである。
【０００７】
特許文献１は、Ｘ線を検出する画素検出器を作るための方法と装置を開示している。この検出器は、シンチレートする画素検出器の内部で２次的に発生した光子の導光に基づく構造を含む。この構造に、ＣＣＤ又はＣＭＯＳの検出器の配列を組み合わせる。この構造は、行列状である。この行列は、深い孔を持つ。この孔を、シリコンエッチング技術で作る。シリコンエッチング技術により、極めて薄い壁を作る。この行列の孔の間隔は、使う画像検出器の画素の大きさ以下である。孔の行列を、シンチレートする材料を溶かして孔に入れることのよって満たす。このことにより、各々の孔で、単一のシンチレートする区画を形成する。シリコンの行列は、反射する層を更に利用してもよい。このことにより、画像検出チップに向けて導く光の量を増やす。記載のＸ線検知画素検出器には、欠点がある。即ち、光出力（従って全般的な検出の効率）が、典型的には十分でない。とりわけ、医療用のＸ線画像化の応用のためには十分でない。医療用のＸ線画像化の応用とは、例えば計算機断層撮影法である。特許文献１の開示では、全般的な検出の効率が落ちるのは、とりわけ、シンチレーターの材料の量が限られているせいである。例えば、シンチレーターの内部に欠陥があると、光が失われてしまうからである。全般的な検出の効率が更に落ちるのは、側壁で反射する際の損失のせいである。例えば、側壁が滑らかでないと損失が起こる。また、２次量子雑音も大きく寄与する。変換の効率は深さに依存するからである。
【０００８】
非特許文献１は、Ｘ線画像検出器の概念を開示している。この概念は、深いシリコン孔にｐｎ接合を形成することに基づく。Ｘ線画像検出器の検出部は、ＣｓＩ（Ｔｌ）のシンチレーターの列の配列である。この配列を、壁にｐｎ接合を持つシリコンの孔の配列を満たすことによって形成する。Ｘ線がＣｓＩ（Ｔｌ）のシンチレーターを照射すると、ＣｓＩ（Ｔｌ）のシンチレーターは、光子を放射する。この光子を、ｐｎ接合が捕える。孔の行列を、Ｎ型のシリコンで作ることができる。この際に、深反応性イオンエッチング又は光-電気化学的エッチングを使う。ｐｎ接合を、ホウ素の拡散及び／又はホウ素をドープしたポリシリコンの堆積によって作ることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】United  States  Patent  6,744,052,  Petersson  et  al.,  June  1,  2004,  X-ray  pixel  detector  device  and  fabrication  method.
【非特許文献】
【００１０】
【非特許文献１】Formation  of  pn  junctions  in  deep  silicon  pores  for  X-ray  imaging  detector  applications,  X.  Badel  et  al.,  Nuclear  Instruments  and  Methods  in  Physics  Research,  A  509  (2003),  pp.  96-101.
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
しかし、Ｘ線画像検出器の分野における近年の進歩が、Ｘ線検知検出器の雑音、空間分解能、及び量子効率をどれだけ改善したとしても、Ｘ線検出器のこれらの特徴的な特性を更に改善するという要求は常にある。これらの特徴的な特性は、とりわけ、医療におけるＸ線画像化に必要である。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
この課題を、独立請求項による主題によって解決してもよい。本願発明の有利な実施形態は、従属請求項によって記述される。
【００１３】
本発明の第１の観点によれば、Ｘ線画像検出器のためのＸ線検出集積回路素子を提供する。このＸ線画像検出器は、とりわけ、医療の応用で使うＸ線画像検出器である。このＸ線検出集積回路素子は、次の（ａ）〜（ｅ）を含む。（ａ）表面及び裏面を持つ半導体基板。（ｂ）半導体基板の内部で、裏面から表面に向かって形成される、複数の凹部。ここで、２つの隣り合う凹部は、半導体基板の側壁で区切られる。（ｃ）複数の第１の電極。ここで、複数の第１の電極の各々は、１つの凹部の内表面に形成される。（ｄ）複数の凹部の内部に満たされるＸ線検出シンチレーター材料。及び（ｅ）表面に形成される複数の第２の電極。ここで、複数の第２の電極の各々は、１つの側壁に向く。
【００１４】
本発明のこの観点は、次の考えに基づく。即ち、第１の電極及び第２の電極は、側壁の内側で電場を発生してもよい。この電場は、側壁を完全に空乏化する。言い換えれば、第１の電極を半導体基板の内側で適切にバイアスし、かつ、第２の電極を半導体基板の表面で適切にバイアスすれば、前述のように分散した第１の電極と第２の電極は、側壁の内側で電位を形成する。この電位によって、光が生成した全ての電荷は、第２の電極の方向へ移動してもよい。従って、第２の電極は、収集電極となる。また、第２の電極は、それぞれ読み出し接点でもある。
【００１５】
次のことに注意。即ち、第２の電極は、半導体層からできていてもよい。この半導体層は、第１の伝導型を含む。また、第１の電極は、半導体層からできていてもよい。この半導体層は、第２の伝導型を含む。更に、半導体基板から形成される側壁は、第１の伝導型を含んでもよい。
【００１６】
Ｘ線の光子から、好適には可視光の帯域内の光子への変換は、周知の物理的な効果である。この効果については、本願では詳述しない。適切なシンチレーターの材料は、例えば、ヨウ化セシウム（ＣｓＩ）である。ＣｓＩを例えばタリウム（Ｔｌ）でドープする。
【００１７】
凹部という語は、全ての異なる形の空洞を含んでもよい。全ての異なる形の空洞を、半導体基板において、裏面から始めて形成してもよい。従って、凹部という語を、極めて一般的な意味で理解する必要がある。凹部という語は、例えば、溝、穴、孔、及び／又は窪みという語を含む。凹部は、正方形以外の形であってもよい。更に、円形又は６角形の凹部を使ってもよい。
【発明の効果】
【００１８】
前述の集積回路素子において、１つの第２の電極は、各々、半導体基板の１つの側壁に向く。このことが意味するのは次のことである。即ち、１つの第２の電極は、各々、２つの隣り合う凹部の間で延長する。正確を期せば、１つの第２の電極は、各々、２つの領域の間で延長する。この２つの領域は、２つの隣り合う凹部が半導体基板の表面に投影される領域である。このことは、前述の効果をもたらす。前述の効果とは、即ち、２つの隣り合う第１の電極と、対応する第２の電極（この第２の電極は、２つの隣り合う第１の電極の間に位置する）との間で、電場を発生してもよいということである。この効果により、側壁を完全に空乏化できる。このことにより、空乏化した領域を実効的に増やす。従って、Ｘ線検出集積回路の内部の電荷を発生する領域の体積をも増やすことになる。このことは次の利点を持つ。即ち、Ｘ線検出集積回路におけるＸ線の収集の効率を上げてもよい。なぜならば、シンチレーター材料によって変換される光子が、側壁によって示される活性検出領域の内部で、電荷担体を生成する確率を、上げられるからである。
【００１９】
更に、読み出し電極に相当する第２の電極を、従来技術における既知の読み出し電極と比べて、遥かに小さな寸法で実現できる。このことにより、読み出し電極の静電容量を著しく減らせる。この読み出し電極の容量は、従来技術と比べて遥かに大きな空乏層の厚さによって、更に改善される。空乏層が厚くなるのは、側壁が完全に空乏化されるからである。
【００２０】
次のことに注意。即ち、側壁を完全に空乏化することによって、更なる良い効果を得てもよい。即ち、集積回路素子の静電容量を減らせる。このことにより、この素子を使うＸ線検出器の反応時間をより早くでき、また、雑音をより低くできる。第１の電極の面積が、比較的大きいとしても、このことは正しい。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】計算機断層撮影法（ＣＴ）システムの単純化した図式的な表現を示す。このＣＴシステムは、Ｘ線検出器を備える。Ｘ線検出器は、本発明の実施形態による複数のＸ線検出集積回路素子を含む。
【図２ａ】医療用Ｃアームシステムの側面図を示す。このＣアームシステムも、Ｘ線検出器を備える。Ｘ線検出器は、本発明の実施形態による複数のＸ線検出集積回路素子を含む。
【図２ｂ】図２ａに示したＸ線スウィングアームの斜視図を示す。
【図３ａ】本発明の実施形態によるＸ線検出集積回路素子の垂直断面図を示す。
【図３ｂ】本発明の実施形態によるＸ線検出集積回路素子の垂直断面図を示す。
【図４】図３ａ及び図３ｂに示したＸ線検出集積回路素子を鳥瞰した上面図を示す。
【図５ａ】システム・オン・チップの問題解決手法を使って実現したＸ線画像検出器の部分の垂直断面図を示す。
【図５ｂ】システム・イン・パッケージの問題解決手法を使って実現したＸ線画像検出器の部分の垂直断面図を示す。
【図６】断片化した側壁の電極を持つＸ線検出集積回路素子の垂直断面図を示す。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
本発明の実施形態によれば、凹部は深い構造である。凹部は深さを持つ。この深さは、凹部の幅よりも大きい。このことにより、幅は裏面に平行に延長する。また、凹部の深さは、主に裏面に垂直に延長する。これにより、次の利点を提供してもよい。即ち、Ｘ線を検出するシンチレーターの領域と、光を検出する側壁の領域の、双方の活性検出体積を大きく実現できる。このことを、たとえ、凹部を互いに近い距離内に形成する場合でも、実現できる。凹部を互いに近い距離内に形成することにより、高い空間分解能を得てもよい。凹部の典型的な寸法は、表面及び裏面のそれぞれに平行な向きの横断面の面積で、約５０μｍｘ５０μｍであり、表面及び裏面のそれぞれに垂直な深さで、約５００μｍである。
【００２３】
本発明の更なる実施形態によれば、Ｘ線検出集積回路素子は、複数の第３の電極を更に含む。複数の第３の電極は、表面に形成される。複数の第３の電極の各々は、２つの隣り合う第２の電極の間に配置される。複数の第３の電極の各々は、半導体材料の層からできていてもよい。この半導体材料の層は、第２の伝導型を含む。第２の伝導型は、第１の電極と同じ型のドーピングである。第２の伝導型は、第２の電極と比べると、反対の型のドーピングである。これら第３の電極を適切な電圧の高さ（例えば接地電位）に接続することにより、次の利点を得てもよい。即ち、２つの隣り合う第２の電極の間の電位を定めることができる。このことにより、２つの隣り合う第２の電極に付随するドリフト電場を効率的に分離できる。２つの隣り合う第２の電極は、集積回路素子の隣り合う読み出し接点に相当する。従って、第３の電極をまた、保護電極と呼んでもよい。
【００２４】
本発明の更なる実施形態によれば、第１の電極は、５μｍより小さい厚さを持つ。第１の電極は、好適には、１μｍより小さい厚さを持つ。これが意味するのは次のことである。即ち、第１の電極は、極めて浅い側壁の接合を示す。この極めて浅い側壁の接合により、高い光感度を実現してもよい。なぜならば、ごく少数の光子のみが、シンチレーターと活性側壁領域の間に形成される境界層に吸収されることになるからである。更に、浅い側壁の接合は、半導体基板の側壁の体積の内部の、自由電荷担体を完全に空乏化することに寄与してもよい。
【００２５】
本発明の更なる実施形態によれば、Ｘ線検出集積回路素子は、光反射層を更に含む。光反射層は、半導体基板の裏面に形成されるシンチレーターの面に提供される。この光反射層により、集積回路素子の感度を更に上げることができてもよい。シンチレーター材料によって変換された光は、集積回路素子から逃れられないようになるからである。
【００２６】
この光反射層は、例えば、薄い金属の層でもよい。凹部をシンチレーター材料で満たした後に、既知の被膜技法によって、薄い金属の層を形成できる。
【００２７】
本発明の更なる実施形態によれば、半導体基板は、半導体ウエハーの少なくとも部分である。この半導体ウエハーは、好適にはシリコンからできている。このことは、高純度な基材を容易に提供できるという利点を持つ。高純度な半導体材料により、側壁の内側で光が生成した電荷担体の再結合時間を長くできてもよい。側壁は活性検出領域の大部分に相当する。従って、検出器の効率を示す量子収率が上がることになる。再結合過程によって、電子の損失が減るからである。
【００２８】
更に、高純度な半導体材料は、無視できる程度の汚染しかない。従って、高純度な半導体材料は、生成された電荷担体の移動性が上がるという利点を持つ。従って、高速な電子ドリフトにより、高速な電荷担体の収集ができる。その結果、前述の集積回路素子を使うＸ線検出器の反応時間を高速にできる。
【００２９】
本発明の更なる実施形態によれば、Ｘ線検出集積回路素子は、パッシベーション層を更に含む。パッシベーション層は、シンチレーター材料と第１の電極の間に形成される。このようなパッシベーション層を与えることにより、次の利点がある。即ち、半導体材料とシンチレーター材料の間に、明確に境界を定義できる。従って、シンチレーター材料から半導体のほうに原子が拡散することがない。逆に、半導体材料からシンチレーター材料のほうに原子が拡散することもない。好適には、パッシベーション層は、約１０ｎｍの厚さの、極めて薄い層である。パッシベーション層は、例えば、ＳｉＯ２であってもよい。パッシベーション層が薄いことは、次の利点を持つ。即ち、シンチレーター材料が変換した光の吸収が、増えない（又は有意に増えない）ということである。従って、検出器の高い効率を維持できることになる。パッシベーション層の厚さを、シンチレーターから発する光の波長に応じて最適化してもよい。この最適化により、このパッシベーション層を透過する光を最大化できる。
【００３０】
本発明の更なる実施形態によれば、次の（ａ）〜（ｃ）である。即ち、（ａ）半導体基板は、真性半導体材料であるか、又は、低濃度にｎ型にドープした半導体材料である。（ｂ）第１の電極は、半導体の内部の、ｐ型にドープした領域として形成される。及び（ｃ）第２の電極は、半導体の内部の、ｎ型にドープした領域として形成される。このことにより、次の利点がある。即ち、前述の集積回路素子を、標準的な半導体製造技法によって製造できる。標準的な半導体製造技法とは、とりわけ、ＣＭＯＳ互換なプロセス技術を使う技法である。ＣＭＯＳ互換なプロセス技術は、多くの異なる半導体の応用について、よく開発されている。従って、前述の集積回路素子を、信頼性があり費用対効果の高い方法で製造できる。
【００３１】
好適には、ｐ型にドープした第１の電極を、半導体基板の内部で高濃度にｐ型にドープした接触領域に接続する。高濃度にｐ型にドープした接触領域それ自体を、外部の接点に接続してもよい。この際に、半導体プロセスで周知の接続技術を使う。
【００３２】
とりわけ、半導体基板が、低濃度にｎ型にドープした半導体材料である場合には、第２の電極を、高濃度にｎ型にドープした領域によって実現してもよい。更に、第３の電極を提供して、隣り合う第２の電極を互いに分離する場合には、第３の電極を、好適には、高濃度にｐ型にドープした領域によって形成してもよい。
【００３３】
次のことに注意。即ち、もちろん、第１の電極と、第２の電極の間で、ドーピングの型を交換できる。これが意味するのは次のことである。即ち、Ｘ線検出集積回路素子を、次の場合にも実現してもよい。即ち、第１の電極がｎ型にドープした領域であり、かつ、第２の電極がｐ型にドープした領域である場合である。第２の電極は、高濃度にｐ型にドープした領域であってすらもよい。もちろん、この場合は、第１の電極を、高度にｎ型にドープした接触領域に接続してもよい。更に、第３の電極を提供して、隣り合う第２の電極を互いに分離する場合には、第３の電極を、好適には、高濃度にｎ型にドープした領域によって形成してもよい。
【００３４】
本発明の更なる実施形態によれば、第１の電極は、半導体基板の裏面から接続される。第１の電極は、典型的には、高い電圧にバイアスされるので、このことは次の利点を持ってもよい。即ち、全ての高電圧の接点が、裏面にある。他方、信号の読み出しと処理のための全ての接点（これらは典型的には低電圧の信号である）は、表面に設けられる。
【００３５】
本発明の更なる実施形態によれば、第１の電極は、半導体基板の表面から接続される。この逆の実施形態がとりわけ魅力的なのは、次の理由による。即ち、全ての接点を、半導体基板の同じ面に設けてもよい。このことにより、集積回路素子の製造プロセスを、標準的なＣＭＯＳ互換なプロセス技術によって実現できる。このことにより、結晶シリコンウエハーを、半導体基板として使ってもよい。
【００３６】
第１の電極と表面の間に形成する伝導経路を、ポリシリコンによって実現してもよい。このポリシリコンを、適切な方法でドープしてもよい。このことにより、十分な伝導性を与える。このことは、次の利点を持つ。即ち、シリコン結晶からできている基板の熱膨張係数と、ポリシリコンの熱膨張係数は、極めて近い。このことにより、集積回路素子の熱的な安定性を上げてもよい。
【００３７】
本発明の更なる実施形態によれば、第１の電極は、深さ方向に断片化する。これが意味するのは次のことである。即ち、第１の電極は、複数の小さな電極要素を含む。複数の小さな電極要素は、互いに接続されていない。しかし、隣り合う小さな電極要素が十分に近い距離にあれば、複数の電極要素を通じて流れる電流（リーチスルー電流）が生じることになる。その結果、一連の電極が与えられることになる。この場合、各々の電極要素は個々の電位にある。２つの隣り合う電極要素の間の距離は、電気抵抗を示す。従って、複数の小さな電極要素における電圧の分布は、下がって行く勾配を示すことになる。その結果、参照電圧に直接に接続する電極要素は、最も絶対値が大きな正又は負の電位にあることになる。
【００３８】
断片化した第１の電極は、次の利点を提供することになる。即ち、側壁における電位を、有利な仕方で成形できる。即ち、生成された電荷担体のドリフトを、側壁において改善することを実現してもよい。
【００３９】
第１の電極の断片化を、集積回路素子を製造する際の様々な処理工程を行うことによって実現してもよい。例えば、凹部を形成するために、半導体基板のエッチングを複数の工程で行うことができる。偶数回目の工程の各々の後には、側壁のドーピングが行われている。奇数回目の工程の各々の後には、保護用の酸化層が、対応する側壁の表面部分に形成されている。
【００４０】
本発明の更なる実施形態によれば、第１の電極は、ドーピングの複数の濃度を含む。この濃度は、裏面から表面に向かって下がる。このことにより、次の利点を提供してもよい。即ち、第１の電極の内部の電場の勾配を、次のように実現できる。即ち、側壁における電位を、第１の電極を断片化して使う場合について記述したのと似た仕方で、形成することになる。
【００４１】
第１の電極のドーピングの濃度を深さに応じて変えることを、気相堆積（ＶＰＤ）プロセスを使うことによって実現してもよい。ＶＰＤ法のドーピングプロセスを、次のように最適化できる。即ち、裏面の凹部の縁の側から、凹部の底の側に向けて、ドーピングが線型に減る。このことにより、連続的な抵抗の連鎖が側壁の面に形成される。断片化した第１の電極を作るプロセスに比べて、ドーピングの濃度の勾配を持つ第１の電極を作ることは、遥かに易しい。
【００４２】
本発明の更なる実施形態によれば、複数の凹部は、２次元の配列に配置される。このことは次の利点を持つ。即ち、前述の集積回路素子を使って、平らなＸ線検出器を作ってもよい。この平らなＸ線検出器は空間分解能を持つ。この空間分解能は、次の場合にとりわけ高い。即ち、（ａ）凹部は、小さな横断面積を持ち、この横断面積は、半導体基板の表面と裏面にそれぞれ平行に向けられ、かつ、（ｂ）凹部は互いに対して、近い距離に形成される。
【００４３】
もちろん、収集電極に相当する第２の電極の空間的な配置は、複数の凹部に関係している。従って、複数の第２の電極も、２次元の配列に配置してもよい。この点に関しては、次のことに注意。即ち、読み出し接点に相当する第２の電極の１つを、個々の凹部の中に形成される、特定のシンチレーターの柱の１つに、一義的に割り当てることは無い。このことは次の効果を持つ。即ち、画素の境界が、シンチレーター材料を横切るということである。もちろん、このことは次の欠点を持つ。即ち、２つの隣り合う画素を、完全には分離できない。しかし、結果として生じる全体的な空間分解能の悪化は少ない。従って、この素子を使うＸ線検出器は、それでもなお、現在Ｘ線画像化のために使われている既知のＸ線検出器に比べて、遥かにより高い空間分解能を持ってもよい。このことは、とりわけ次の場合に正しい。即ち、凹部が、互いに近い距離に形成される深い構造を示す場合である。
【００４４】
第３の電極を使って、隣り合う第２の電極を分離する場合には、複数の第３の電極を、好適には、１つの配列に相当する１つの交差構造によって形成してもよい。この配列の各画素の内部で、１つの第２の電極の位置を形成する。少なくとも１つの内蔵型の交差構造を使うことにより、次の利点を提供してもよい。即ち、第３の電極に対しては、少数の接点のみを提供する必要がある。
【００４５】
本発明の更なる観点により、Ｘ線画像検出器を提供する。このＸ線画像検出器は、空間分解能を持つ。このＸ線画像検出器は、とりわけ、医療の応用で使われるＸ線検出器である。提供されるＸ線検出器は、次の（ａ）及び（ｂ）を含む。（ａ）前述の複数のＸ線検出集積回路素子。（ｂ）第１の電極及び／又は第２の電極に接続するための、複数の電子回路。
【００４６】
次のことに注意。即ち、電子回路を、電極に適切なバイアス電圧を提供するために使ってもよい。それに加えて、電子回路を、事前増幅及び／又は信号処理を行うために構成してもよい。即ち、Ｘ線の光子を、シンチレーターの柱の１つの内部で検出すると、第２の電極の電圧が下がる。第２の電極は、収集電極である。第２の電極は、それぞれ、Ｘ線検出回路素子の読み出し接点でもある。この第２の電極の電圧が下がることを検出する。
【００４７】
本発明の実施例によれば、複数の電子回路を、別のチップに形成する。この別のチップを、Ｘ線検出集積回路素子に接続する。このことにより、次の利点を提供してもよい。即ち、半導体基板の表面には、光ダイオードに関する構造のみを作る必要がある。集積回路素子と、別のチップの間の接続を、既知のフリップチップ結合によって実装してもよい。又は、集積回路素子と、別のチップの間の接続を、既知の貫通ビアを提供する方法によって実装してもよい。このことによって、Ｘ線検出器を実現するために、所謂システム・イン・パッケージの問題解決手法を使ってもよい。
【００４８】
本発明の代わりの実施例によれば、電子回路を、同じ半導体基板に作る。このことにより、完全な、読み出し／増幅回路を、同じウエハーに作ってもよい。この場合、電子回路を、中濃度にドープしたｐ／ｎ井戸に実現することになる。中濃度のドーピングにより、その位置まで空乏化が広がることを避ける。次の場合はとりわけ魅力的である。即ち、第２の電極の大きさが、凹部の横断面よりも小さい場合である。第２の電極は、読み出し電極に相当する。読み出し電極は、それぞれ読み出した画素を示す。このことは、次の利点を提供してもよい。即ち、残りの面積を使って、電子回路を実装できる。このことによって、Ｘ線検出器を実現するために、所謂システム・オン・チップの問題解決手法を使ってもよい。
【００４９】
本発明の更なる観点によれば、Ｘ線画像化装置を提供する。このＸ線画像化装置は、とりわけ、医療用のＸ線画像化装置である。医療用のＸ線画像化装置とは、例えば計算機断層撮影法装置またはＣアームシステムである。Ｘ線画像化装置は、前述のＸ線画像検出器を含む。
【００５０】
次のことに注意。即ち、前述のＸ線画像検出器を、他の目的のために使ってもよい。他の目的とは、例えば、物質解析である。物質解析を、例えば、手荷物検査システムにおいて行ってもよい。
【００５１】
本発明の更なる観点によれば、Ｘ線検出集積回路素子を作るための方法を提供する。この方法は、とりわけ、前述の実施形態によるＸ線検出集積回路素子を作るための方法である。提供される方法は、次の（ａ）〜（ｄ）の工程を含む。（ａ）表面及び裏面を持つ半導体基板を提供する工程。（ｂ）半導体基板の内部で、裏面から表面に向かって、複数の凹部を形成する工程。ここで、２つの隣り合う凹部は、半導体基板の側壁で区切られる。（ｃ）複数の第１の電極を、半導体をドープする手続きによって形成する工程。ここで、複数の第１の電極の各々は、１つの凹部の内表面に形成される。（ｄ）複数の凹部を、シンチレーター材料で満たす工程。
【００５２】
Ｘ線検出集積回路素子の記載に関して前述した通り、第２の電極は、半導体層からできていてもよい。この半導体層は、第１の伝導型を含む。また、第１の電極は、半導体層からできていてもよい。この半導体層は、第２の伝導型を含む。更に、半導体基板から形成される側壁は、第１の伝導型を含んでもよい。
【００５３】
本発明のこの観点は、次の考えに基づく。即ち、前述の実施例のいかなる１つにもよるＸ線検出集積回路素子を、標準的な半導体プロセス技術を使って作ってもよい。前述の実施例のいかなる１つにもよるＸ線検出集積回路素子を、とりわけ、標準的なＣＭＯＳプロセスを使って作ってもよい。
【００５４】
凹部を、所謂深反応性イオンエッチング（ＤＲＩＥ）又は電気化学的ウエットエッチングを使って形成してもよい。このことにより、約５０μｍｘ５０μｍの横断面及び約５００μｍの深さを持つ凹部を作ってもよい。もちろん、他の寸法を持つ凹部を形成してもよい。
【００５５】
とりわけ、半導体基板が純粋なシリコンからできている場合は、その半導体基板は、真性半導体でもよく、又は、その半導体基板を、低濃度にｎ型にドープしてもよい。この場合、ドーピングの手続きは、所謂気相ドーピングでもよい。この場合、例えばホウ素を、シリコンの側壁に、高温の雰囲気から注入する。このことにより、浅いｐ型の側壁の接合を形成する。この点に関して次のことに注意。即ち、この操作の最中に、シリコンの表面の粗さが、少なくとも部分的に、所謂シリコンの表面の移動効果のせいで、取り除かれる。シリコンの表面の粗さは、ＤＲＩＥを使う場合は、とりわけ大きくなる。
【００５６】
次のことに注意。即ち、提供される方法は、ウエハー基板の裏面のプロセスに向けられている。好適には、裏面のプロセスを行う前に、又は、裏面のプロセスを行った後に、そのウエハーの表面のプロセスを、集積回路に互換な方法で行ってもよい。このことにより、ダイオード構造のみ、又は、完全なＣＭＯＳ回路の何れかを、作ることができる。
【００５７】
本発明の更なる観点によれば、この方法は、パッシベーション層を、複数の第１の電極の表面に形成する工程を更に含む。この工程を、複数の凹部をシンチレーション材料で満たす前に行う。このことにより、次の利点を提供してもよい。即ち、半導体材料とシンチレーター材料の間に、明確に境界を定義できる。従って、シンチレーター材料から半導体のほうに（逆方向についても同様）、とりわけ拡散効果によって、原子が交換されることがない。
【００５８】
次のことに注意、即ち、本発明の実施形態を、異なる主題を参照して記述した。とりわけ、いくつかの実施形態を、装置の型の請求項を参照して記述した。他方、別の実施形態を、方法の型の請求項を参照して記述した。しかし、当業者は、前述及び後述の記載から、次のことを理解することになる。即ち、別様に指示されない限り、１つの型の主題に属す諸特徴のいかなる組み合わせにも加えて、同様に、異なる主題に関する諸特徴の間のいかなる組み合わせも（とりわけ、装置の型の請求項の諸特徴と、方法の型の請求項の諸特徴の間のいかなる組み合わせも）、本願によって開示されていると考えられるということである。
【００５９】
本願発明の、前述の通り定義した観点及び更なる観点は、後述の実施例から明らかになり、後述の実施例を参照して説明される。本発明を、次に、より詳しく記述する。次の記載では、実施例を参照するが、本発明は実施例には限定されない。
【実施例】
【００６０】
図面を図式的に描いている。次のことに注意。即ち、異なる図面において、似た又は同じ要素を、１００の桁の数字のみが異なる参照番号によって示している。
【００６１】
図１は、計算機断層撮影法（ＣＴ）装置１００を示す。計算機断層撮影法（ＣＴ）装置１００は、ＣＴ走査器とも呼ばれる。ＣＴ走査器１００は、ガントリー１０１を含む。ガントリー１０１は、回転軸１０２の回りを回転できる。ガントリー１０１は、モーター１０３によって駆動される。
【００６２】
参照番号１０５は、放射線源を示す。放射線源とは、例えばＸ線源である。放射線源は、多色の放射線１０７を放射する。ＣＴ走査器１００は、開口システム１０６を更に含む。開口システム１０６は、Ｘ線源１０５が照射するＸ線を、放射ビーム１０７として形成する。放射線源１０５が照射する放射ビームのスペクトル分布を、フィルター部品（図示していない）によって更に変えてもよい。フィルター部品（図示していない）を、開口システム１０６の近くに配置する。
【００６３】
放射ビーム１０７は、円錐状のビーム１０７でもよい。又は、放射ビーム１０７は、扇状のビーム１０７でもよい。放射ビーム１０７は、次のように向けられる。即ち、放射ビーム１０７は、関心領域１１０ａを貫通する。本願記載の実施例によれば、関心領域１１０ａは、患者１１０の頭１１０ａである。
【００６４】
患者１１０は、台１１２に乗る。患者の頭１１０ａは、ガントリー１０１の中心領域に位置する。ガントリー１０１の中心領域は、ＣＴ走査器１００の検査領域に相当する。放射ビーム１０７は、関心領域１１０ａを貫通すると、放射線検出器１１５に衝突する。Ｘ線が患者の頭１１０ａによって散乱することを防ぐことができるために、かつ、Ｘ線がＸ線検出器１１５に斜めの角度で衝突することを防ぐことができるために、図示していないが、散乱防止格子もある。散乱防止格子を、好適には、検出器１１５の直前に置く。
【００６５】
Ｘ線検出器１１５を、ガントリー１０１の、Ｘ線管１０５とは反対側に配置する。検出器１１５は、複数の検出素子１１５ａを含む。複数の検出素子１１５ａの各々は、Ｘ線の光子を検出できる。Ｘ線の光子は、患者１１０の頭１１０ａを貫通してきたものである。検出素子１１５ａを、複数のＸ線検出集積回路素子を使って実装する。Ｘ線検出集積回路素子については、後で詳述する。
【００６６】
関心領域１１０ａを走査する間に、Ｘ線源１０５、開口システム１０６、及び検出器１１５は、ガントリー１０１と共に、回転方向の矢印１１７が示す向きに回る。ガントリー１０１を回すために、モーター１０３を、モーター制御部１２０に接続する。モーター制御部１２０を、データ処理装置１２５に接続する。データ処理装置１２５は、再構成部を含む。データ処理装置１２５を、ハードウェア及び／又はソフトウェアによって実装してもよい。再構成部は、様々な観察角度で得た、複数の２次元画像に基づき、３次元（３Ｄ）画像を再構成するように作られている。
【００６７】
更に、データ処理装置１２５は、制御部としても働く。データ処理装置１２５の制御部は、モーター制御部１２０と通信する。この通信により、ガントリー１０１の動きを、台１１２の動きと協調させる。台１１２を前後に動かすのが、モーター１１３である。モーター１１３も、モーター制御部１２０に接続する。
【００６８】
ＣＴ走査器１００の動作の間、ガントリー１０１は回転し、同時に、台１１２は、回転軸１０２に平行に前後に動く。このことにより、関心領域１１０ａを螺旋形に走査する。次のことに注意。即ち、円形走査を行うことも可能である。円形走査の場合は、台１１２は、回転軸１０２に平行に前後に動かない。円形走査の場合は、ガントリー１０１だけが回転軸１０２の回りを回る。円形走査によって、頭１１０ａの局部を、高い精確度で測定してもよい。患者の頭の、より広い範囲の３Ｄ表現を得るためには、台１１２を順に動かしてもよい。この動きは、連続的な動きではなく、動いたり止まったりする。この動きは、回転軸１０２に平行である。この動きを、ガントリーが少なくとも１／２回転し終わった後に行う。ガントリーが少なくとも１／２回転している最中は、台１１２の位置を固定する。
【００６９】
検出器１１５を、事前増幅器であるパルス弁別部１１８に接続する。事前増幅器１１８を、データ処理装置１２５に接続する。データ処理装置１２５は、患者の頭１１０ａの３Ｄ表現を再構成できる。この再構成の能力は、複数の異なるＸ線投影データ集合に基づく。このデータ集合は、異なる投影角度で得られたものである。
【００７０】
患者の頭１１０ａの再構成した３Ｄ表現を観察するために、表示装置１２６がある。表示装置１２６を、データ処理装置１２５に接続する。加えて、３Ｄ表示の斜視図の任意の切片を、印刷装置１２７に印刷出力してもよい。印刷装置１２７も、データ処理装置１２５に接続する。更に、データ処理装置１２５を、画像保管及び通信システム（ＰＡＣＳ）１２８に接続してもよい。
【００７１】
次のことに注意。即ち、表示装置１２６、印刷装置１２７、及び／又は、ＣＴ走査器１００が備える他の装置を、計算機断層撮影法装置１００の局所に配置してもよい。代わりに、表示装置１２６、印刷装置１２７、及び／又は、ＣＴ走査器１００が備える他の装置を、ＣＴ走査器１００から遠隔に配置してもよい。遠隔とは、例えば、施設又は病院の内部のどこでもよい。又は、遠隔とは、例えば、ＣＴ走査器１００と接続される、全く異なる場所のことでもよい。この接続を、１つ以上の構成可能な網によって行う。網とは、例えば、インターネット、仮想専用網、等である。
【００７２】
図２ａ及び図２ｂを参照する。本発明の更なる実施例による、医療用Ｘ線画像化システム２００は、所謂Ｃアームシステムである。Ｃアームシステム２００は、スウィングアーム走査システム２０１を含む。スウィングアーム走査システム２０１を、患者の台２１２の近くに、ロボットアーム２０８によって支える。スウィングＣアーム２０１の内側に設置されるのが、Ｘ線管２０５及びＸ線検出器２１５である。Ｘ線検出器２１５を、Ｘ線２０７を検出するように、配置し構成する。Ｘ線２０７は、患者２１０を貫通したＸ線である。更に、Ｘ線検出器２１５を、電気信号を生成するように構成する。この電気信号は、Ｘ線２０７の強度の分布を示す。スウィングアーム２０１を動かすことによって、Ｘ線管２０５及びＸ線検出器２１５を、患者２１０に対して、いかなる所望の位置及び向きにも置ける。
【００７３】
Ｘ線が患者２１０によって散乱することを防ぐことができるために、かつ、Ｘ線がＸ線検出器２１５に斜めの角度で衝突することを防ぐことができるために、図示していないが、散乱防止格子を設けてもよい。散乱防止格子を、検出器２１５の直前に置いてもよい。検出器２１５は、複数のＸ線検出集積回路素子を含む。Ｘ線検出集積回路素子については、後で詳述する。
【００７４】
Ｃアームシステム２００が更に含むのは、制御部２２９及びデータ処理装置２２５である。制御部２２９及びデータ処理装置２２５の双方を、ワークステーション又は個人用計算機２３０が含む。制御部２２９は、Ｃアームシステム２００の動作を制御するように構成される。
【００７５】
次の点に注意。即ち、Ｃアームシステム２００の機械的な精度は、患者２１０の３Ｄ画像の再構成ができるために十分に良くてもよい。この再構成は、複数の異なる投影の２次元画像に基づく。複数の異なる投影の２次元画像は、高精度Ｃアームシステム２００を使って得た画像である。
【００７６】
図３ａ及び図３ｂは、本発明の実施形態によるＸ線検出集積回路素子３５０の垂直断面図を示す。Ｘ線検出集積回路素子３５０を、半導体基板３５２に形成する。半導体基板３５２は、好適には、高純度のシリコン結晶のウエハーである。半導体基板３５２は、本願記載の実施例によれば、低濃度でｎ型にドープした材料である。半導体基板３５２は、裏面３５２ａ及び表面３５２ｂを含む。半導体基板３５２の内部に、複数の凹部３５４を形成する。図３ａ及び図３ｂに示す集積回路素子３５０の部分では、複数の凹部のうち、２つのみを示している。この凹部は、溝のように開いている。この凹部は、裏面３５２ａから始まり、表面３５２ｂに向かって延長する。隣り合う凹部３５４は、半導体基板３５２の側壁によって区分される。
【００７７】
溝３５４の内側の表面には、第１の電極３６０がある。第１の電極３６０を、ｐ型にドープする手続きによって作る。ｐ型にドープする手続きとは、例えば気相ドーピングである。ドーピングにより、本願記載の実施例によれば、ホウ素をシリコンの側壁に導入する。これにより、浅いｐ型の接合３６０を作る。接触領域３６１を裏面３５２ａに作る。接触領域３６１によって、−１０Ｖから−２００Ｖ程度の負の電圧を、第１の電極３６０に印加できる。本願記載の実施例によれば、接触領域３６１を、高濃度にｐ型にドープした領域によって実現する。
【００７８】
基板３５２の表面３５２ｂは、第２の電極３６３を備える。第２の電極３６３を、本願記載の実施例によれば、高濃度にｎ型にドープした領域によって実現する。第２の電極３６３を、フロントエンド回路に接続できる。フロントエンド回路は、信号を読み出し、処理するための回路である。信号とは、第２の電極３６３の１つが検出した信号である。第２の電極３６３は、対応する信号を検出する。従って、第２の電極３６３を、収集電極とも呼べる。第２の電極３６３は、各々また、集積回路素子３５０の読み出し接点でもある。このことについては後に述べる。
【００７９】
基板３５２の表面３５２ｂは、第３の電極３６５を更に備える。第３の電極３６５を、第２の電極３６３の周りに配置する。第３の電極３６５を、図面の平面に垂直の向きの平面に配置する。第３の電極３６５を使って、隣り合う第２の電極３６３を電気的に分離する。本願記載の実施例によれば、第３の電極３６５は、選択的にｐ型にドープした表面３５２ｂを、高濃度にｐ型にドープすることによって、実現される。
【００８０】
凹部をシンチレーター材料３５４で満たす。シンチレーター材料３５４は、例えば、ヨウ化セシウム（ＣｓＩ）である。ＣｓＩを例えばタリウム（Ｔｌ）でドープする。
【００８１】
シンチレーター材料３５４と第１の電極３６０の間に明確に境界を定めるために、薄いパッシベーション層（図示していない）を、好適にはＳｉＯ２で、シンチレーター材料３５４と第１の電極３６０の間に、作ってもよい。
【００８２】
種々の電極３６０、３６３、及び３６５を適切にバイアスする。すると、一方で、隣り合う２つの第１の電極３６０の間に、電位が形成されることになる。他方で、その隣り合う２つの第１の電極３６０の間に配置された、対応する第２の電極３６３と、第１の電極３６０との間に、電位が形成されることになる。この電位を、図３ｂに、等電位線３６７で示す。この電位を生成するために、例えば、−５０Ｖの負の電圧を第１の電極３６０にかけ、第２の電極３６３及び第３の電極３６５の各々を接地電圧にしてもよい。
【００８３】
Ｘ線の光子がシンチレーター部分３５４の内部で吸収されると、光の光子が発生することになる。この光の光子は、第１の電極３６０を貫通し、既知の方法で、電荷担体を、主に、２つの隣り合う第１の電極３６０の間の側壁の領域に、誘導する。従って、第１の電極３６０と第２の電極３６３の間の領域は、光ダイオードの活性領域に相当する。この光ダイオードの活性領域は、第１の電極３６０と第２の電極３６３の間に延長する。第１の電極３６０、第２の電極３６３、及び第３の電極３６５を、前述のように配置することによって、とりわけ側壁の領域は、完全に空乏化されることになり、自由電荷担体は存在しなくなる。電子と正孔の対は、側壁の領域で吸収される光による光電効果で発生する。この電子と正孔の対は、第１の電極３６０及び第２の電極３６３に向けて移動することになる。電子は、第２の電極３６３に向けてドリフトすることになる。他方、正孔は、第１の電極３６０に向けて押しやられる。図３ｂでは、電子のドリフトを、矢印３６８ｂ並びに矢印３６８ａ及び矢印３６８ｃで示す。
【００８４】
次のことに注意。即ち、第３の電極３６５を接地電圧につなぐことにより、集積回路素子３５０の隣り合う読み出し接点に相当する、第２の電極３６３を、効率よく分離する助けになる。即ち、第３の電極３６５を接地電圧につなぐことにより、シンチレーターの柱３５４より下で発生した電子のほとんどについても、明確な電子の経路である３６８ａ及び３６８ｃを、第２の電極３６３の１つに向けて、定められる。このことは、次の利点を持つ。即ち、隣り合う２つの第２の電極３６３の間で電荷を共有することを減らす。従って、第３の電極３６５を、保護電極と呼んでもよい。
【００８５】
本願記載のＸ線検出集積回路素子３５０の設計は、次の１）〜５）に示す、様々な利点を持つ。
【００８６】
１）側壁を完全に空乏化することによって、実効的な静電容量を減らす。このことにより、この素子を使うＸ線検出器の、容量に関連する雑音を極めて小さくでき、かつ、反応時間を極めて短くできる。
【００８７】
２）側壁を完全に空乏化することによって、拡散電流を減らすことに更につながる。
【００８８】
３）読み出し電極が比較的小さいので、このこともまた、極めて低い容量に貢献する。
【００８９】
４）側壁の接合が浅い。この接合の厚さは典型的には１００ｎｍ近辺である。この浅い接合によって、光の感度が高いことを保証できる。なぜならば、シンチレーターが発する光が失われることは、ほとんど無いからである。
【００９０】
５）Ｘ線検出器を、比較的低い逆電圧で使える。
【００９１】
図４は、Ｘ線検出集積回路素子を鳥瞰した上面図を示す。Ｘ線検出集積回路素子を、この図では参照番号４５０で示す。シンチレーター区画４５４を、半導体基板４５２の内部に形成する。シンチレーター区画４５４を、２次元の配列に配置する。４つの隣り合うシンチレーター区画４５４の中央の領域に対応する、シリコン基板の表面側の位置に、第２の電極４６３を形成する。第２の電極４６３は、集積回路素子４５０の読み出し電極に相当する。集積回路素子４５０のＸ線を検出する活性領域は、図に示す第２の電極４６３に対応する。集積回路素子４５０のＸ線を検出する活性領域を、点線４５５で示す。第１の電極４６０に電気的に接続するために、接触領域４６１を使う。接触領域４６１は、シリコン基板の裏面に位置する。図面を判り易くするために、右上にある第１の電極４６０のための接触領域を描いていない。
【００９２】
図５ａは、本発明の実施例によるＸ線画像検出器５５１の部分の垂直断面図を示す。Ｘ線画像検出器５５１は、Ｘ線検出集積回路素子３５１に基づく。Ｘ線検出集積回路素子３５１については、図３ａを参照して既に詳細に前述してある。従って、図３ａから既知の要素については、再度詳細に述べない。
【００９３】
Ｘ線画像検出器５５１を、所謂、システム・オン・チップの問題解決手法を使って実現した。システム・オン・チップの問題解決手法によって、ＣＭＯＳのフロントエンド回路５７０を、基板５５２の表面５５２ｂに、高濃度にｐ型にドープした保護電極５６５の隣に、直接に形成できる。本願記載の実施例によれば、フロントエンド回路５７０を使って、第１の電極５６０、第２の電極５６３、及び第３の電極５６５に、適切なバイアス電圧をかける。それに加えて、電子回路５７０は、事前増幅及び／又は信号処理を行うためにも構成されている。Ｘ線の光子が、シンチレーターの柱５５４の１つの内部で検出されると、第２の電極５６３で、電圧の低下が誘導される。事前増幅及び／又は信号処理を行うのは、この電圧の低下が誘導された場合である。表面５５２ｂを、ＣＭＯＳバックエンド層５７５で覆う。ＣＭＯＳバックエンド層５７５に、金属配線を配置する（図示していない）。
【００９４】
次のことに注意。即ち、フロントエンド回路５７０があるせいで、読み出し電極に相当する第２の電極５６３の寸法を、図３ａに示した設計に比べて、縮めている。
【００９５】
図５ｂは、本発明の更なる実施例によるＸ線画像検出器５５１の部分の垂直断面図を示す。Ｘ線画像検出器５５１は、図５ａの場合と同様に、Ｘ線検出集積回路素子３５１に基づく。Ｘ線検出集積回路素子３５１については、図３ａを参照して既に詳細に前述してある。Ｘ線画像検出器５５１を、所謂、システム・イン・パッケージの問題解決手法を使って実現した。システム・イン・パッケージの問題解決手法により、ｐｎ光ダイオードに関連する要素を、第１のウエハー５５３に配置する。他方、Ｘ線検出器５５１の回路に関する要素を、第２のウエハー５９３に配置する。
【００９６】
繰り返すが、第１のウエハー５５３の設計は、Ｘ線検出集積回路素子３５１の設計に関連する。Ｘ線検出集積回路素子３５１の設計については、既に図３ａに示してある。しかし、表面５５２ｂを保護するために、第１の絶縁層５８１を設ける。第１の絶縁層５８１は、好適には、ＳｉＯ２からできている。
【００９７】
第２のウエハー５９３は、ガラス基板５９８を含む。ガラス基板５９８の上に、ＣＭＯＳバックエンド層５７５を形成する。ＣＭＯＳバックエンド層５７５の上に、ＣＭＯＳフロントエンド回路５７０を含む層を形成する。ＣＭＯＳフロントエンド回路の層５７０の上に、シリコンの層５８５を形成する。シリコンの層５８５を、第２の絶縁層５８２で覆う。第２の絶縁層５８２は、好適には、ＳｉＯ２からできている。
【００９８】
貫通接続５７２により、ＣＭＯＳフロントエンド回路５７０を、第２の電極５６３及び第３の電極５６５と接続する。図面を判り易くするために、ＣＭＯＳフロントエンド回路５７０と、第３の電極５６５の間の、電気的な接点を提供する貫通接続を描いていない。貫通接続５７２を、金属によって作れる。又は、好適には、貫通接続５７２を、伝導性ポリシリコンによって作れる。
【００９９】
図６は、Ｘ線検出集積回路素子６５０の垂直断面図を示す。Ｘ線検出集積回路素子６５０は、断片化した側壁の電極６６０を持つ。断片化した側壁の電極６６０は、図３ａ及び図３ｂに示した第１の電極３６０に対応する。断片化した側壁の電極６６０の縁の断片６６０ａを、最も高い逆電圧でバイアスする。断片化した側壁の電極６６０の底の断片６６０ｂを、最も低い逆電圧でバイアスする。この２種類の断片のみを、外部からバイアスする。これ以外の断片の電圧の分布は、隣り合う断片の間を流れるリーチスルー電流によって形成される。
【０１００】
断片化した電極６６０は、次の利点を提供してもよい。即ち、側壁の電位が次のように形成される。即ち、側壁において、生成された電子のドリフトを改善することを実現してもよい。このことにより、Ｘ線検出集積回路素子６５０の、電荷を収集する特性と、反応時間を、更に改善できる。
【０１０１】
次のことに注意。即ち、「含む」という表現は、他の要素又は他の工程を排除しない。「ある」又は「１つの」という表現は、複数を排除しない。また、異なる実施形態又は異なる実施例に関して記述した要素を組み合わせてもよい。更に次のことに注意。請求項に、図面に対する参照番号が記載されていても、特許請求の範囲を限定するように解釈してはならない。
【０１０２】
前述の実施形態及び実施例を要約すると、本願発明を次のようにまとめることができる。
【０１０３】
本願が記載するのは、集積回路の設計、及び、その集積回路を製造するための方法である。この集積回路は、効率が高く、雑音が低く、位置に敏感な、Ｘ線検出器のための、集積回路である。このＸ線検出器を、とりわけ医療で応用する。Ｘ線検出集積回路素子３５０は、深い凹部３５４に基づく。深い凹部３５４を、Ｘ線を検出するシンチレーター材料で満たす。浅い第１の電極３６０を、基板３５２の側壁の面に形成する。側壁は、２つの隣り合う凹部３５４を分離する。この側壁の電極３６０を、ウエハーの表面の特定の電極３６３の構造と組み合わせる。この組み合わせにより、素子３５０の側壁を完全に空乏化することになる。これにより、信号の電荷が、低容量の読み出し電極３６３に向けて移動することになる。記載の集積回路素子３５０は、効率が高い光の収集及び深さに依存しない光の収集を、確実にする。
【符号の説明】
【０１０４】
１００  医療用Ｘ線画像化システム／計算機断層撮影法装置
１０１  ガントリー
１０２  回転軸
１０３  モーター
１０５  Ｘ線源／Ｘ線管
１０６  開口システム
１０７  放射ビーム
１１０  検査対象／患者
１１０ａ  関心領域／患者の頭
１１２  台
１１３  モーター
１１５  Ｘ線検出器
１１５ａ  検出素子
１１７  回転方向
１１８  パルス弁別部
１２０  モーター制御部
１２５  データ処理装置（再構成部を含む）
１２６  表示装置
１２７  印刷装置
１２８  画像保管及び通信システム（ＰＡＣＳ）
２００  医療用Ｘ線画像化システム／Ｃアームシステム
２０１  スウィングアーム走査システム／Ｃアーム
２０５  Ｘ線源／Ｘ線管
２０７  Ｘ線
２０８  ロボットアーム
２１０  検査対象／患者
２１２  台
２１５  Ｘ線検出器
２２５  データ処理装置
２２９  制御部
２３０  ワークステーション／個人用計算機
３５０  Ｘ線検出集積回路素子
３５２  半導体基板（ｎ型にドープされている）
３５２ａ  裏面／背面
３５２ｂ  表面／前面
３５４  凹部、シンチレーター
３６０  第１の電極（ｐ型にドープされている）
３６１  接触領域（高濃度にｐ型にドープされている）
３６３  第２の電極／収集電極／読み出し接点（高濃度にｎ型にドープされている）
３６５  第３の電極／保護電極（高濃度にｐ型にドープされている）
３６７  等電位線
３６８ａ  電子ドリフト経路
３６８ｂ  電子ドリフト経路
３６８ｃ  電子ドリフト経路
４５０  Ｘ線検出集積回路素子
４５２  半導体基板（ｎ型にドープされている）
４５４  凹部、シンチレーター
４５５  １つの画素の活性領域
４６０  第１の電極（ｐ型にドープされている）
４６１  接触領域（高濃度にｐ型にドープされている）
４６３  第２の電極／収集電極／読み出し接点（高濃度にｎ型にドープされている）
５５１  Ｘ線検出器
５５２  半導体基板（ｎ型にドープされている）
５５２ａ  裏面／背面
５５２ｂ  表面／前面
５５３  第１のウエハー
５５４  凹部、シンチレーター
５６０  第１の電極（ｐ型にドープされている）
５６１  接触領域（高濃度にｐ型にドープされている）
５６３  第２の電極／収集電極／読み出し接点（高濃度にｎ型にドープされている）
５６５  第３の電極／保護電極（高濃度にｐ型にドープされている）
５７０  ＣＭＯＳのフロントエンド回路
５７２  貫通接続
５７５  ＣＭＯＳのバックエンド
５８１  第１の絶縁層（ＳｉＯ２）
５８２  第２の絶縁層（ＳｉＯ２）
５８５  絶縁層に隣接するシリコン層
５９３  第２のウエハー
５９８  ガラス基板
６５０  Ｘ線検出集積回路素子
６５２  半導体基板（ｎ型にドープされている）
６５２ａ  裏面／背面
６５２ｂ  表面／前面
６５４  凹部、シンチレーター
６６０  断片化した第１の電極（ｐ型にドープされている）
６６０ａ  縁の断片
６６０ｂ  底の断片
６６１  接触領域（高濃度にｐ型にドープされている）
６６３  第２の電極／収集電極／読み出し接点（高濃度にｎ型にドープされている）
６６５  第３の電極／保護電極（高濃度にｐ型にドープされている）
【図１】
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【図２ａ】
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【図２ｂ】
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【図３ａ】
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【図３ｂ】
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【図４】
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【図５ａ】
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【図５ｂ】
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【図６】
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【国際調査報告】
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