(57)【要約】【課題】伝導性シリコン貫通電極構造を備えた撮像装置を形成する公知の製造法における誘電層の成長又は堆積ステップと共にシリコン貫通電極法を用いることによる全体的な工程の複雑さ及び費用の増加を改良する。【解決手段】第一の表面及び裏側の第二の表面を有するシリコン・ウェーハを貫通する複数の填装材付き伝導性ビアを含んでおり、これらの填装材付き伝導性ビアは、基材の不純物添加形式とは異なる不純物添加形式を有し、填装材付き伝導性ビアと基材との間の境界面がダイオード接合を形成する。このフォトダイオード・アレイはさらに、第一の表面に填装材付き伝導性ビアを覆うパターン付き不純物添加層を含んでおり、このパターン付き不純物添加層がフォトダイオードのアレイを画定している。【選択図】図１
2013140962.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第一の表面及び裏側の第二の表面を有するシリコン・ウェーハと、
該シリコン・ウェーハを貫通する複数の填装材付き伝導性ビアであって、当該填装材付き伝導性ビアは前記基材の不純物添加形式とは異なる不純物添加形式を有し、当該填装材付き伝導性ビアと前記基材との間の境界面がダイオード接合を形成する、複数の填装材付き伝導性ビアと、
前記第一の表面に設けられて、前記填装材付き伝導性ビアを覆うパターン付き不純物添加層であって、前記填装材付き伝導性ビアと同じ不純物添加形式を有し、フォトダイオードのアレイを形成するパターン付き不純物添加層と
を備えたフォトダイオード・アレイ。
【請求項２】
前記填装材付き伝導性ビアは、当該填装材付き伝導性ビアと前記基材との間に誘電層を設けず多結晶シリコン材料を含んでいる、請求項１に記載のフォトダイオード・アレイ。
【請求項３】
前記ダイオード接合は、前記填装材付き伝導性ビアの側壁と前記基材との間に形成されている、請求項１に記載のフォトダイオード・アレイ。
【請求項４】
前記シリコン・ウェーハは高抵抗バルク・シリコン材料を含んでいる、請求項１に記載のフォトダイオード・アレイ。
【請求項５】
前記填装材付き伝導性ビアは、前記第一の表面に設けられた前記不純物添加層よりも高い不純物添加濃度を有する不純物添加多結晶シリコン填装材を含んでいる、請求項１に記載のフォトダイオード・アレイ。
【請求項６】
前記シリコン・ウェーハの前記第一及び第二の表面に形成されて二酸化ケイ素（ＳｉＯ2）を含む誘電層をさらに含んでいる請求項１に記載のフォトダイオード・アレイ。
【請求項７】
前記シリコン・ウェーハの前記第二の表面において、インタコネクトを画定するように形成された金属被覆を有するパターン付き不純物添加領域をさらに含んでいる請求項１に記載のフォトダイオード・アレイ。
【請求項８】
前記パターン付き不純物添加領域の少なくとも一つがＮ型不純物添加領域であり、前記パターン付き不純物添加領域の少なくとも一つがＰ型不純物添加領域である、請求項７に記載のフォトダイオード・アレイ。
【請求項９】
前記金属被覆のピッチが前記フォトダイオードのアレイのピクセル・パターンのピッチよりも小さい、請求項７に記載のフォトダイオード・アレイ。
【請求項１０】
第一の表面及び裏側の第二の表面を有するシリコン・ウェーハと、
誘電層を設けず前記シリコン・ウェーハを貫通する複数の填装材付き伝導性ビアであって、当該填装材付き伝導性ビアは、前記基材の不純物添加形式とは異なる不純物添加形式を有し、当該填装材付き伝導性ビアと前記基材との間の境界面がダイオード接合を形成する、複数の填装材付き伝導性ビアと、
前記第一の表面に形成された複数のフォトダイオードと、
金属被覆により前記裏側の第二の表面に形成されたインタコネクトであって、前記複数のフォトダイオードと当該インタコネクトとが前記複数の填装材付き伝導性ビアにより電気的に接続される、インタコネクトと
を備えた検出器。
【請求項１１】
前記填装材付き伝導性ビアは多結晶シリコン材料を含んでいる、請求項１０に記載の検出器。
【請求項１２】
前記ダイオード接合は前記填装材付き伝導性ビアの側壁と及び前記基材との間に形成されている、請求項１０に記載の検出器。
【請求項１３】
前記シリコン・ウェーハは高抵抗バルク・シリコン材料を含んでいる、請求項１０に記載の検出器。
【請求項１４】
前記填装材付き伝導性ビアは、前記第一の表面に設けられて前記複数のフォトダイオードを形成している不純物添加層よりも高い不純物添加濃度を有する不純物添加多結晶シリコン填装材を含んでいる、請求項１０に記載の検出器。
【請求項１５】
前記填装材付き伝導性ビアは、前記第一の表面の前記不純物添加層と同じ不純物添加形式を有する、請求項１４に記載の検出器。
【請求項１６】
前記シリコン・ウェーハの前記第一及び第二の表面に形成されて二酸化ケイ素（ＳｉＯ2）を含む誘電層をさらに含んでいる請求項１０に記載の検出器。
【請求項１７】
前記金属被覆のピッチが前記フォトダイオードのアレイのピクセル・パターンのピッチよりも小さい、請求項１０に記載の検出器。
【請求項１８】
フォトダイオード・アレイを製造する方法であって、
シリコン・ウェーハを貫通するビアを形成するステップと、
誘電層を設けず、不純物添加多結晶シリコンにより前記ビアを填装するステップであって、前記填装材付きビアの不純物添加は前記シリコン・ウェーハの不純物添加形式と異なる、填装するステップと、
前記シリコン・ウェーハの表面に前記複数のビアを覆ってパターン付き不純物添加層を形成するステップであって、当該パターン付き不純物添加層は、フォトダイオード・ピクセルの作用面積を画定するパターン付き不純物添加領域を形成し、ダイオード接合が前記ビアと前記基材との間の境界面に形成される、形成するステップと
を備えた方法。
【請求項１９】
前記パターン付き不純物添加領域を備えた前記表面の裏側の前記シリコン・ウェーハの表面に、インタコネクトを画定する金属被覆を形成するステップをさらに含んでいる請求項１８に記載の方法。
【請求項２０】
前記填装材付きビアは前記第一の表面の前記パターン付き不純物添加層と同じ不純物添加形式を有する、請求項１８に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【背景技術】
【０００１】
フォトダイオードは、多くの異なる応用に用いられる。例えば、フォトダイオードは、Ｘ線イメージング・システムのようなイメージング・システムの検出器の一部として用いられる場合がある。これらのＸ線イメージング・システムでは、線源によって発生されたＸ線が撮像対象を通過して検出器によって検出される。応答して、検出器（フォトダイオードを含む）は感知されたエネルギを表わすディジタル信号を発生し、これらの信号を後の処理及び画像再構成に用いる。
【０００２】
半導体ウェーハを用いた公知のフォトダイオード製造では、シリコン貫通電極（through-silicon-via、ＴＳＶ）法を用いてウェーハを貫通する伝導性ビアを形成することができる。次いで、この伝導性ビアを用いて、ウェーハの一方の表面に設けられたダイオード接合をウェーハの裏面に設けられた電子回路又は他の電気的接続と電気的に接続することができる。シリコン貫通電極法では、伝導性ビア填装材（リフィル、refill）とウェーハ基材との間の絶縁材として誘電層を成長させ又は付着させる。誘電層の成長又は堆積は困難な工程である。具体的には、ビア填装材と基材との間の結合キャパシタンスを制御するために相対的に厚い誘電層を用いるため、堆積工程の複雑さ及び費用が増加する。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
このように、イメージング・システム用の検出器のような特定応用向けの伝導性シリコン貫通電極構造を備えた撮像装置を形成する公知の製造法は、誘電層の成長又は堆積ステップと共にシリコン貫通電極法を用いているため、全体的な工程の複雑さ及び費用が増加する。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
一実施形態では、第一の表面及び裏側の第二の表面を有するシリコン・ウェーハを含むフォトダイオード・アレイが提供される。このフォトダイオード・アレイはまた、シリコン・ウェーハを貫通する複数の填装材付き伝導性ビアを含んでおり、これらの填装材付き伝導性ビアは、基材の不純物添加形式とは異なる不純物添加形式を有し、填装材付き伝導性ビアと基材との間の境界面がダイオード接合を形成する。このフォトダイオード・アレイはさらに、填装材付き伝導性ビアと適合したパターンによって第一の表面に形成されたピクセル型フォトダイオード・アレイを含んでいる。各々のフォトダイオード・ピクセルが、第二の表面に到る信号経路を画定するシリコン貫通電極の伝導性填装材に電気的に接続される。
【０００５】
もう一つの実施形態では、第一の表面及び裏側の第二の表面を有するシリコン・ウェーハと、誘電層を設けずシリコン・ウェーハを貫通する複数の填装材付き伝導性ビアとを含む検出器が提供される。填装材付き伝導性ビアは、基材の不純物添加形式とは異なる不純物添加形式を有し、填装材付き伝導性ビアと基材との間の境界面がダイオード接合を形成する。この検出器はまた、第一の表面に形成された複数のフォトダイオードと、金属被覆によって裏側の第二の表面に形成されたインタコネクトとを含んでおり、これら複数のフォトダイオード及びインタコネクトが、複数の填装材付き伝導性ビアによって電気的に接続される。
【０００６】
さらにもう一つの実施形態では、フォトダイオード・アレイを製造する方法が提供される。この方法は、シリコン・ウェーハを貫通するビアを形成するステップと、誘電層を設けず、ビアに不純物添加シリコンを填装するステップと、シリコン・ウェーハの一方の表面にフォトダイオード・アレイを形成するステップとを含んでいる。この方法はまた、基材とは異なる不純物添加形式をビアの填装材に用いるステップを含んでおり、ダイオード接合が、ビアと基材との間の境界面に形成される。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】イメージング・システムの実施形態の一例の単純化された概略ブロック図である。
【図２】様々な実施形態に従ってフォトダイオード・アレイを製造する工程を示す図である。
【図３】様々な実施形態に従ってフォトダイオード・アレイを製造する工程を示す図である。
【図４】様々な実施形態に従ってフォトダイオード・アレイを製造する工程を示す図である。
【図５】様々な実施形態に従ってフォトダイオード・アレイを形成する方法の流れ図である。
【図６】一実施形態に従って形成される検出器モジュールの遠近図である。
【図７】様々な実施形態のフォトダイオード・アレイを有する検出器モジュールを実装し得るイメージング・システムの実施形態の一例の見取り図である。
【図８】図７に示すイメージング・システムの概略ブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
以下の幾つかの実施形態の詳細な説明は、添付図面と併せて読むとさらに十分に理解されよう。図面が様々な実施形態の機能ブロックの線図を示す範囲までにおいて、機能ブロックは必ずしもハードウェア回路の間の区分を示す訳ではない。従って、例えば、機能ブロックの１又は複数（例えばプロセッサ若しくはメモリ）が単体のハードウェア（例えば汎用信号プロセッサ若しくはランダム・アクセス・メモリのブロック、又はハードディスク等）として実装されてもよいし、多数のハードウェアとして実装されてもよい。同様に、プログラムは独立型プログラムであってもよいし、オペレーティング・システムのサブルーチンとして組み込まれていてもよいし、インストールされているソフトウェア・パッケージの機能等であってもよい。尚、様々な実施形態は図面に示されている構成及び手段に限定されないことを理解されたい。
【０００９】
本書で用いる場合には、単数形で記載されており単数不定冠詞を冠した要素又はステップとの用語は、排除を明記していない限りかかる要素又はステップを複数備えることを排除しないものと理解されたい。さらに、「一実施形態」に対する参照は、所載の特徴を同様に組み入れている追加の実施形態の存在を排除しないものと解釈されたい。また、反対に明記されていない限り、特定の特性を有する一つの要素若しくは複数の要素を「含んでいる」又は「有している」実施形態は、この特性を有しないような追加の要素も包含し得る。
【００１０】
また、本書で用いられる画像又はデータセットを「再構成する」又は「レンダリング（描画）する」との用語は、画像を表わすデータが生成されるが可視画像は形成されないような実施形態を排除するものではない。従って、本書で用いられる「画像」との用語は、可視画像及び可視画像を表わすデータの両方を広く指す。但し、幾つかの実施形態は少なくとも１枚の可視画像を形成し又は形成するように構成されている。実施形態の一例では、撮像されている「対象」は人体である。しかしながら、対象は代替的には、人体以外の生体であってもよい。また、対象は生体に限らず、限定しないが手荷物及び／又は輸送コンテナ等のような無生物であってもよい。
【００１１】
様々な実施形態が、前面照射型貫通ビア（front-lit through-via、ＦＬＴＶ）フォトダイオード・アレイのようなフォトダイオード・アレイを形成する又は製造する方法及びシステムを提供し、このフォトダイオード・アレイは、選択的不純物添加を用いてビア側壁に形成されたダイオード接合を有する。少なくとも一つの実施形態を実行することにより、誘電層がシリコン貫通電極法の一部としてビアに加えられることがなくなる。様々な実施形態では、ダイオード接合は、ビア填装材と基材との間の絶縁を提供する。加えて、ビア側壁に形成されたダイオード接合は、誘電層を用いた絶縁と比較して結合キャパシタンスを低下させることができる。このように、様々な実施形態は、単純化され且つさらに信頼性の高い製造法を提供することができる。
【００１２】
様々な実施形態が、撮像応用向けの検出器に用いられるインタコネクト付きフォトダイオード・アレイを提供する。例えば、このフォトダイオード・アレイを、本書では計算機式断層写真法（ＣＴ）システムに関して記載されるイメージング・システムと共に用いることができる。但し、これらの様々な実施形態は、陽電子放出断層写真法（ＰＥＴ）システム、及び単光子放出計算機式断層写真法（ＳＰＥＣＴ）システム等の核医学システムのように異なる形式のイメージング・システム、並びに他の形式のイメージング・システムに関連して実装されてもよい。イメージング・システムの応用としては、医療応用、警備応用、及び／又は工業検査応用等がある。このように、本書ではＸ線を検出する検出器を有するＣＴイメージング・システムに関して各実施形態を記載し図示するが、これら様々な実施形態を他の任意の撮像モダリティと共に用いてよく、例えば他の任意の形式の電磁エネルギを検出するために用いてよい。また、本書に記載され且つ／又は図示される様々な実施形態はまた、シングル・スライス構成及び／又はマルチ・スライス構成のシステムに応用可能である。
【００１３】
ここで図１を参照すると、様々な実施形態に従って形成されるフォトダイオード・アレイを有する検出器をイメージング・システム２０に用いることができ、イメージング・システム２０は、電磁エネルギの発生源２２と、１又は複数の検出器２４と、制御器／プロセッサ２６とを含んでいる。１又は複数の検出器２４はまた、様々な実施形態においてフォトダイオード・アレイ２８である光センサ・アレイと、読み出し電子回路（例えばアナログ信号電流をディジタル信号へ変換するアナログ−ディジタル（Ａ／Ｄ）変換器、又はアナログ信号電流をアナログ電圧信号へ変換する増幅器と電圧信号をディジタル信号へ変換するＡ／Ｄ変換器との組み合わせ）に対して接続し得るインタコネクト３０とを含んでいる。一実施形態では、様々な実施形態におけるフォトダイオード・アレイ２８及びインタコネクト３０は、一つのシリコン・ウェーハの二つの異なる面に形成されており、間の電気的接続は、後にさらに詳細に説明するようにフォトダイオード・アレイ２８への付加的なダイオード接合を形成する伝導性ビアによって提供される。尚、読み出し電子回路は、検出器２４の一部を形成していてもよい（この部分が例えばフォトダイオード・アレイ２８を形成するシリコン・ウェーハと一体化していてもよい）ことを特記しておく。また、後にさらに詳細に説明するように、対象透過後コリメータ３６（例えば患者透過後（ポスト・ペイシェント）コリメータ）及びシンチレータ３２も設けられている。
【００１４】
制御器／プロセッサ２６は、エネルギ発生源２２に電力信号及び／又はタイミング制御信号を与えることができる。検出器２４は、エネルギ発生源２２によって放出されて、撮像されている対象３４及び対象透過後コリメータ３６を通過してきたエネルギを感知する。応答して、シンチレータ３２は、受光されたＸ線を光学的なフォトンへ変換し、光センサ・アレイ、具体的にはフォトダイオード・アレイ２８は光学的なフォトンを、感知されたエネルギを表わす電気的な電流信号へ変換する。インタコネクト３０は単純な金属インタコネクト・パッドであってもよいし、フォトダイオード・アレイ２８から受け取ったアナログ電流信号を標本化してデータをディジタル信号へ変換するＡ／Ｄ変換器のような読み出し電子回路を含んでいてもよい。制御器／プロセッサ２６は、受け取ったディジタル信号を用いて後の処理及び画像再構成を行なう。再構成された画像は、制御器／プロセッサ２６及び／又は他の装置によって、記憶されてもよいし表示されてもよい。
【００１５】
様々な実施形態において、検出器２４は、シンチレータ３２が電磁エネルギを可視光（又は近紫外光）フォトンへ変換し、次いでこれらの光フォトンがフォトダイオード・アレイ２８によって電気的なアナログ信号へ変換されるような間接変換式検出器である。検出器２４は、限定しないが高密度希土類セラミック・シンチレータを備えた任意の検出器のような任意の形式の間接変換式検出器であってよい。
【００１６】
フォトダイオード・アレイ２８及びインタコネクト３０を製造する一実施形態を図２から図４に示す。これらの図は、フォトダイオード・アレイ２８及びインタコネクト３０を製造する各工程を全体的に示す。尚、図２から図４の各々に対応する各ステップは逐次的に行なわれ得ることを特記しておく。但し、これらのステップの１又は複数が同時に又は異なる順序で行なわれてもよいことを特記しておく。
【００１７】
具体的には、図２は、この製造工程に用いられるウェーハを示す。一実施形態では、シリコン・ウェーハ４０、例えば高抵抗バルク・ウェーハが用いられる。ウェーハは任意の適当な半伝導性材料から形成され得る。例えば、ウェーハは、窒化ガリウム（ＧａＮ）を含む半導体材料に、特にガリウム、インジウム、アルミニウム、窒素、リン若しくはヒ素、又はこれらの組み合わせのような様々な添加不純物を加えたもののような様々な材料から形成され得る。
【００１８】
一実施形態では、シリコン・ウェーハ４０は、リン添加型材料のような高抵抗Ｎ型バルク材料（例えば８００Ω・ｃｍ又は１０００Ω・ｃｍよりも高い抵抗率を有するもの）から形成される基材４２を含む単層ウェーハである。例えば、様々な実施形態における基材４２はフォトダイオード・アレイ２８の製造に適した抵抗率を有することができ、フォトダイオード・アレイ２８をゼロ・バイアスにおいて動作するＰＩＮダイオード・アレイにすることができる。シリコン・ウェーハ４０は、１又は複数の層を成すシリコン材料から形成されてもよい。様々な実施形態において、本書に記載される構造は、特に酸化、イオン注入、拡散、接着、研磨及びエッチングを含む工程ステップから形成され得る。
【００１９】
図示の実施形態では、基材４２はＮ−不純物を添加したシリコン材料（例えばリンのようなＮ型不純物添加層）である。但し、他の実施形態では、基材４２はＰ−不純物を添加したシリコン材料（例えばホウ素のようなＰ型不純物添加層）であってもよいことを特記しておく。様々な実施形態において、基材４２の不純物添加形式はＮ又はＮ＋であってよく、他の実施形態では不純物添加形式はＰ又はＰ＋であってよい。
【００２０】
尚、様々な実施形態においてこの製造法を用いて、背面接続型の二次元（２Ｄ）タイル構成用前面照射型フォトダイオード・アレイを形成し、このようなフォトダイオード・アレイをフォトダイオード・アレイ２８として具現化し得ることを特記しておく。これらの実施形態では、基材４２の一面４４が照射面（本書では照射面４４と呼ぶ）となり、基材４２の他面４６がインタコネクト面（本書ではインタコネクト面４６と呼ぶ）となる。
【００２１】
図３には、シリコン貫通電極形成ステップが示されている。具体的には、一実施形態では光照射面４４からインタコネクト面４６まで延在する孔であるビア４８が形成される。ウェーハ４０に穿孔するためには、プラズマ・エッチ法を用いる等のように任意の適当な手法を用いることができる。ビア４８を形成する孔を用いて、伝導性シリコン貫通電極、例えば不純物添加多結晶シリコン（Ｓｉ）填装材を画定する。具体的には、ビア４８は不純物添加多結晶材料５０によって填装され、多結晶材料５０は一実施形態ではＰ＋＋多結晶ビア填装材である。幾つかの実施形態では、Ｐ＋＋不純物添加量は、本書でさらに詳細に記載するように他の部分の他のＰ＋不純物添加量よりも２倍〜１０倍多い。従って、ビア４８を形成し、次いで伝導性填装材を用いて不純物添加多結晶材料によってビア４８を充填し、伝導性ビアを形成する。填装工程は、任意の適当なビア充填手法を用いて行なわれ得る。
【００２２】
このように、ＴＳＶであるビア４８は、ビア導体を画定する多量の不純物を添加された多結晶Ｓｉ填装材を有し、ビア４８と基材４２との間の境界面がダイオード接合を形成する。具体的には、不純物添加多結晶材料５０と基材４２とが相反する不純物添加形式を有するため、不純物添加多結晶材料５０を有するビア４８の側壁５２が基材４２と共にＰＮダイオード接合を形成する。このように、図示の実施形態で分かるように、不純物添加多結晶材料５０を基材４２から離隔する誘電層が存在していない。側壁５２に形成されるＰＮ接合はまた、様々な実施形態において、不純物添加多結晶材料５０と基材４２との間の暗漏洩及び結合キャパシタンスを抑えることができる。
【００２３】
この後に、図４に示すように、複数のフォトダイオード・アレイ２８が形成される。図示の実施形態は照射面４４の異なる部分（例えば異なる側）に形成された２個のフォトダイオード・アレイ２８を示しているが、さらに多い又は少ないアレイを形成してもよいし、異なる位置に形成してもよい。例えば、一実施形態では、不純物添加層堆積（例えば不純物を添加したエピ層の堆積）及びパターン・エッチを行なう。この工程でフォトダイオード・アレイ２８が形成され、このとき新たな堆積はビア５０の多結晶填装材と同じ不純物添加形式を有するが、異なる不純物添加濃度、様々な実施形態ではより低い不純物添加濃度を有し得る。もう一つの実施形態では、多結晶填装材すなわち不純物添加多結晶材料５０と同じ不純物添加形式を有するパターン付きイオン注入を光照射面４４に対して行なう。例えば、一実施形態では、Ｐ＋不純物添加層５４がウェーハ４０の光照射面４４へのイオン注入によって生成され、この工程はビア４８を覆うようにこの層を形成することを含んでいる。Ｐ＋不純物添加層５４は、ピクセル型アレイを画定するパターンによる任意の適当な工程から形成され得る。例えば、Ｐ＋不純物添加層５４は、（ｉ）Ｐ＋不純物添加層５４を高温によって高抵抗層４４に打ち込む予備拡散工程によって形成されてもよいし、（ii）Ｐ＋不純物添加層５４をエピタキシャル成長によって堆積させるエピ堆積工程によって形成されてもよい。
【００２４】
Ｐ＋不純物添加層５４のパターンによって、隣り合ったピクセルの間に間隙５６が画定される。各々のピクセルのＰ＋領域はシリコン貫通電極４８を覆って、フォトダイオード・アレイ２８をビア４８によってインタコネクト面４６に電気的に接続させる。
【００２５】
これらの様々な実施形態はまた、前面塗工及び背面塗工、並びにインタコネクトの背面製造を含んでいる。具体的には、二酸化ケイ素（ＳｉＯ2）層６０がウェーハ４０の光照射面４４及びインタコネクト面４６に形成される。例えば、ＳｉＯ2層６０は、相対的に低い温度でのＣＶＤ堆積工程によって形成され得る。
【００２６】
加えて、インタコネクトがインタコネクト面４６に形成され、これにより、例えば読み出し電子回路のような電子回路への接続のための電気的接続を提供することができる。幾つかの実施形態では、インタコネクトは、作用面積５８を形成するときにインタコネクトを形成する両面光リソグラフィ法を用いて形成され得る。しかしながら、他の実施形態では、インタコネクトは、別個の工程において形成されてもよい。
【００２７】
具体的には、Ｐ＋不純物添加領域６２がインタコネクト面４６に形成され、ビア５０を覆って形成される。Ｐ＋不純物添加部分６２は、このＰ＋不純物添加部分６２を基材４２に打ち込むイオン注入法又は拡散法のような任意の適当な工程から形成され得る。加えて、Ｎ＋不純物添加領域６４がインタコネクト面４６に形成され、この領域６４はＰ＋不純物添加領域６２と同様に形成されることができ、Ｐ＋不純物を添加した領域６２と領域６２との間に形成される。Ｐ＋不純物添加領域６２とＮ＋不純物添加領域６４とは、インタコネクト面４６に沿って基材４２の内部で一定距離に隔設される。尚、Ｐ＋不純物添加領域６２及びＮ＋不純物添加領域６４の数は説明のためのものに過ぎないことを特記しておく。
【００２８】
インタコネクト（図１に示すインタコネクト３０として具現化され得る）は、Ｐ＋不純物添加領域６２及びＮ＋不純物添加領域６４によって、Ｐ＋不純物添加領域６２及びＮ＋不純物添加領域６４にそれぞれ形成された金属被覆６６ａ及び６６ｂと共に画定される。様々な実施形態における金属被覆６６ａ及び６６ｂは、当該金属被覆６６ａ及び６６ｂに電気的に接続される読み出し電子回路のような読み出し装置に接続され得る金属パッドを画定し、またこれらの金属被覆６６ａ及び６６ｂは他の構成要素（例えば検出器処理構成要素）に接続していてもよい。
【００２９】
このように、金属被覆６６ａ及び６６ｂは、作用面積５８をビア４８を介して読み出し電子回路又は他の構成要素に電気的に接続する電気的コネクタを画定し得る。金属被覆６６ａ及び６６ｂは、様々な実施形態において例えば伝導性エポキシ又ははんだインタコネクト法のためのインタコネクト・ボンディング・パッドであってよい。金属被覆６６ａ及び６６ｂは、特に金属、はんだ（例えばはんだバンプ若しくははんだボール）、又は伝導性接着剤（例えばニッケル若しくはグラファイトのような充填材を含ませたエポキシ）のような任意の適当な材料から形成され得る。
【００３０】
尚、読み出し電子回路に接続する等のための金属被覆６６ａ及び６６ｂのチャネルのレイアウトは全体的に、作用面積５８によって画定されるフォトダイオードの構成（２Ｄアレイとして構成され得る）に相補的なピクセル型のパターンであることを特記しておく。但し、チャネルのピッチをフォトダイオードのアレイのピッチよりも小さくして、読み出し電子装置側に受動型構成要素（例えば電源線フィルタ用構成要素）を含める等のための間隔を設けてもよいことを特記しておく。例えば、インタコネクト面４６は、金属被覆６６ａ及び６６ｂによって画定される金属パッドとして、キャパシタンスを低下させ又は最小化するためにダイオード・ピクセルの寸法よりも僅かに小さい金属パッドを有し得る。また、様々な実施形態における照射面４４は、クロストーク及びピクセル間漏洩を減少させるダイオード・ピクセル構成（例えば寸法及びパターン構成）を有することを特記しておく。
【００３１】
このように、シリコン・ウェーハ４０の一面に設けられたフォトダイオード・アレイ２８（ビア４８の側壁５２と基材４２との間に付加的なダイオード接合が形成されている）と、シリコン・ウェーハ４０の異なる面に設けられた金属被覆６６ａ及び６６ｂによって画定されるインタコネクトとを含む光センサ・アレイ及びインタコネクト構成を提供することができ、フォトダイオード・アレイ２８とインタコネクトとの間の接続は、伝導性シリコン貫通電極４８（例えば多量の不純物を添加された多結晶Ｓｉ填装材を備えたビア）によって提供される。この構成を用いて、様々な実施形態において、ＣＴ検出器モジュール用の完全に２Ｄタイル構成が可能なフォトダイオード・アレイ・チップを提供することができる。例えば、フォトダイオードは、シンチレータ３２（図１に示す）から発生される光であって、シンチレータ３２に入射するＸ線又はガンマ線に基づいて発生される光を検出することができる。この光はフォトダイオード６０によってＣＴ撮像に用いられるような電流信号へ変換される。尚、様々な実施形態において、シンチレータ３２は照射面４４に結合され又は隣接して配置されることを特記しておく。
【００３２】
このように、様々な実施形態において、フォトダイオード・アレイ２８の各フォトダイオードが各検出器ピクセルに対応し、図示のようにピクセル当たり１個の伝導性ビア４８が設けられる。このように、作用面積５８は光センサ・アレイのフォトダイオードを画定する。伝導性ビア４８は、例えば作用面積５８と金属被覆６６ａ及び６６ｂに接続された読み出し電子回路との間の電気的接続を提供する。
【００３３】
様々な実施形態が、フォトダイオード・アレイ及びインタコネクトを形成する図５に示すような方法８０を提供し、例えば読み出し電子回路に接続するための接続と一体化した光センサ・アレイを有する検出器モジュールを形成する。具体的には、方法８０は、ブロック８２において、様々な実施形態において高抵抗バルク材料から形成されるシリコン・ウェーハを提供するステップを含んでいる。この後に、ブロック８４においてシリコン・ウェーハにビアが形成される。例えば、任意の適当なエッチング法又は穿孔法を用いて、上面から底面まで等のようにシリコン・ウェーハを貫通する開口を形成することができる。
【００３４】
次いで、ブロック８６においてビアが填装される。様々な実施形態におけるビアは、内部に誘電層を形成せず、ビアが填装されると填装材付きビアの壁面と基材との間にダイオード接合が形成されるようになっている。ビアは一実施形態では、基材とは異なる不純物添加形式を有する不純物添加多結晶シリコンによって填装される。例えば、一実施形態では、基材はＮ−不純物添加型であり、多結晶填装材はＰ−不純物添加型である。このように、様々な実施形態において、ＰＮダイオード接合が形成される。
【００３５】
この後に、ブロック８８においてウェーハの一方の表面にダイオード・アレイが形成される。例えば、本書に記載しているようなパターン付きイオン注入法を用いて、フォトダイオード・アレイを画定するように隔設された作用面積を形成することができる。フォトダイオード・アレイはピクセル型構造を画定することができる。作用面積は、電気信号流を通すように当該作用面積との電気的接続を提供するビアを覆って形成される。
【００３６】
また、ブロック９０においてウェーハの裏面にインタコネクトが形成される。例えば、金属パッドが作用面積に電気的に接続されるインタコネクトを形成するように、金属パッドがビアを覆って裏面に形成される。インタコネクトは、例えば電子回路への接続を可能にする。ダイオード及びインタコネクトの形成は、例えば両面同時光リソグラフィ法において同時に行なわれ得る。但し、他の適当な方法を用いてもよい。
【００３７】
このように、様々な実施形態が、填装材付きビアと基材との間の境界面によってダイオード接合を形成した前面照射型貫通電極フォトダイオード・アレイを製造するシステム及び方法を提供する。光センサ・アレイ及びインタコネクトを備えたシリコン・ウェーハは、任意の適当なウェーハ・ダイシング法等を通じて２Ｄタイル構成用シリコン・チップに形成され得る。この後に、タイル構成用シリコン・チップをパッケージ化して検出器モジュールを形成することができる。
【００３８】
例えば、図６に示すように、様々な実施形態に従って提供される複数のセンサ・タイル１２２によって検出器モジュール１２０を形成することができる。センサ・タイル１２２は、患者透過後コリメータと、シンチレータと、本書に記載されるようにして形成されたフォトダイオード・アレイ及びインタコネクトのような光センサ・アレイを備えたシリコン・チップとを含み得る。例えば、検出器モジュール１２０は、複数のセンサ・タイル、例えば２０個のセンサ・タイル１２２を含み、４個のセンサ・タイル１２２を５列有する矩形アレイを形成するように構成されたＣＴ検出器モジュールとして構成され得る。センサ・タイル１２２は、ＣＴシステムの処理及び／又は通信回路に結合され得る印刷回路基板１２４に搭載されたものとして図示されている。尚、さらに大きい又は小さいアレイを成すセンサ・タイル１２２を有する検出器モジュール１２０を提供してもよいことを特記しておく。動作時には、センサ・タイル１２２によって検出されたＸ線信号は一般的には、所定の時間にわたり発生された全信号電荷の積分から決定される。但し、他の形態の信号標本化（例えば各々の個別のＸ線に対応する信号の読み出し）を提供してもよい。
【００３９】
これら様々な実施形態は、様々な形式のイメージング・システムに関して実装され得る。例えば、図７は、様々な実施形態に従って形成される例示的なイメージング・システム２００の見取り図である。図８は、図７に示すイメージング・システム２００の一部のブロック概略図である。計算機式断層写真法（ＣＴ）イメージング・システム及び陽電子放出断層写真法（ＰＥＴ）イメージング・システムを含む二重モダリティ・イメージング・システムを例として様々な実施形態を記載するが、単一モダリティのイメージング・システムを含め本書に記載される諸作用を果たすことが可能な他のイメージング・システムを用いることが思量されることを理解されたい。
【００４０】
多重モダリティ・イメージング・システム２００が図示されており、このイメージング・システム２００はＣＴイメージング・システム２０２及びＰＥＴイメージング・システム２０４を含んでいる。イメージング・システム２００は、異なるモダリティにおける多数の走査を考慮しており、単一モダリティのシステムを凌ぐ診断性能の向上を促進する。一実施形態では、例示的な多重モダリティ・イメージング・システム２００はＣＴ／ＰＥＴイメージング・システム２００である。選択随意で、ＣＴ及びＰＥＴ以外のモダリティがイメージング・システム２００と共に用いられる。例えば、イメージング・システム２００は、特に独立型ＣＴイメージング・システム、独立型ＰＥＴイメージング・システム、磁気共鳴イメージング（ＭＲＩ）システム、超音波イメージング・システム、Ｘ線イメージング・システム、及び／又は単光子放出計算機式断層写真法（ＳＰＥＣＴ）イメージング・システム、侵襲処置用Ｃアーム断層写真法、上下肢走査又は乳房走査のような専用目的のためのＣＴシステム、並びにこれらの組み合わせであってよい。
【００４１】
ＣＴイメージング・システム２０２は、Ｘ線源２１２を有する回転ガントリ２１０を含んでおり、Ｘ線源２１２はガントリ２１０の反対側に設けられている検出器アレイ２１４へ向けてＸ線のビームを投射する。検出器アレイ２１４は、横列及びチャネルを成して構成されて、被検体２０６のような対象を透過した投射Ｘ線を一括で感知する複数の検出器素子２１６を含んでおり、これらの検出器素子２１６は、本書に記載される１又は複数の実施形態による多数の検出器モジュールとして構成され得る。イメージング・システム２００はまたコンピュータ２２０を含んでおり、コンピュータ２２０は検出器アレイ２１４から投影データを受け取って処理し、被検体２０６の画像を再構成する。動作時には、操作者が供給した命令及びパラメータがコンピュータ２２０によって用いられて、電動式テーブル２２２を再配置する制御信号及び情報を与える。さらに明確に述べると、電動式テーブル２２２を用いて被検体２０６をガントリ２１０に出し入れする。具体的には、テーブル２２２は被検体２０６の少なくとも一部を、ガントリ２１０を貫通して延在するガントリ開口２２４を通して移動させる。
【００４２】
前述のように、検出器２１４は複数の検出器素子２１６を含んでいる。各々の検出器素子２１６は、入射Ｘ線ビームの強度を表わし従って被検体２０６を透過する際のビームの減弱量の推定を可能にする電気信号又は出力を発生する。Ｘ線投影データを取得するための１回の走査の間に、ガントリ２１０及びガントリ２１０に装着されている構成部品は回転中心２４０の周りを回転する。マルチ・スライス検出器アレイ２１４は、１回の走査中に複数のスライスに対応する投影データが同時に取得され得るように検出器素子２１６の複数の平行な検出器横列を含んでいる。
【００４３】
ガントリ２１０の回転及びＸ線源２１２の動作は、制御機構２４２によって制御される。制御機構２４２は、Ｘ線制御器２４４とガントリ・モータ制御器２４６とを含んでおり、Ｘ線制御器２４４はＸ線源２１２に電力信号及びタイミング信号を供給し、ガントリ・モータ制御器２４６はガントリ２１０の回転速度及び位置を制御する。制御機構２４２内に設けられているディジタル・データ・バッファ（ＤＤＢ）２４８が、検出器２１４からディジタル・データを受け取って後続の処理のために記憶する。画像再構成器２５０が、標本化されてディジタル化されたＸ線データをＤＤＢ２４８から受け取って、高速画像再構成を実行する。再構成された画像はコンピュータ２２０に入力され、コンピュータ２２０は画像を記憶装置２５２に記憶させる。選択随意で、コンピュータ２２０は標本化されディジタル化されたＸ線データをＤＤＢ２４８から受け取ることができる。コンピュータ２２０はまた、キーボードを有するコンソール２６０を介して操作者から命令及び走査パラメータを受け取る。付設されている視覚表示ユニット２６２によって、操作者は再構成画像及びコンピュータからの他のデータを観察することができる。
【００４４】
操作者が供給した命令及びパラメータはコンピュータ２２０によって用いられて、ＤＤＢ２４８、Ｘ線制御器２４４及びガントリ・モータ制御器２４６に制御信号及び情報を供給する。加えて、コンピュータ２２０は、電動式テーブル２２２を制御するテーブル・モータ制御器２６４を動作させて、被検体２０６をガントリ２１０内で配置する。具体的には、図７及び図８に示すように、テーブル２２２は被検体２０６の少なくとも一部をガントリ開口２２４を通して移動させる。
【００４５】
図８に戻り、一実施形態では、コンピュータ２２０は、フロッピィ・ディスク、ＣＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ、又は網若しくはインターネットのような他のディジタル・ソース等のコンピュータ可読の媒体２７２から命令及び／又はデータを読み取る装置２７０、例えばフロッピィ・ディスク・ドライブ、ＣＤ−ＲＯＭドライブ、ＤＶＤドライブ、光磁気ディスク（ＭＯＤ）装置、又はイーサネット(登録商標）装置等の網接続装置を含めた他の任意のディジタル装置、並びに開発途上のディジタル手段を含んでいる。他の実施形態では、コンピュータ２２０はファームウェア（図示されていない）に記憶されている命令を実行する。コンピュータ２２０は、本書に記載する諸作用を果たすようにプログラムされており、本書で用いられるコンピュータとの用語は当技術分野でコンピュータと呼ばれている集積回路のみに限らず、コンピュータ、プロセッサ、マイクロコントローラ、マイクロコンピュータ、プログラマブル論理コントローラ、特定応用向け集積回路、及び他のプログラム可能な回路を広範に指しており、これらの用語は本書では互換的に用いられている。
【００４６】
この実施形態の例では、Ｘ線源２１２及び検出器アレイ２１４は、Ｘ線ビーム２７４が被検体２０６と交差する角度が絶えず変化するように、撮像平面内で撮像したい被検体２０６の周りでガントリ２１０によって回転させられる。一つのガントリ角度での検出器アレイ２１４からの一群のＸ線減弱測定値すなわち投影データを「ビュー」と呼ぶ。被検体２０６の「走査」は、Ｘ線源２１２及び検出器２１４の一回転の間に異なるガントリ角度すなわちビュー角度において形成される一組のビューを含んでいる。ＣＴ走査では、投影データを処理して、被検体２０６を通過して取得される二次元スライスに対応する画像を再構成する。
【００４７】
以上、多重モダリティ・イメージング・システムの実施形態の例について詳細に記載した。例示された多重モダリティ・イメージング・システムの各構成要素は本書に記載される特定的な実施形態に限定される訳ではなく、各々の多重モダリティ・イメージング・システムの構成要素を独立して、本書に記載された他の構成要素とは別個に用いてよい。例えば、上述の多重モダリティ・イメージング・システムの各構成要素を他のイメージング・システムと組み合わせて用いてもよい。
【００４８】
様々な実施形態、並びに／又は構成要素、例えばモジュール、若しくは内部の構成要素及び制御器はまた、１又は複数のコンピュータ又はプロセッサの一部として具現化され得る。コンピュータ又はプロセッサは、計算装置、入力装置、表示ユニット、及び例えばインターネットにアクセスするためのインタフェイスを含み得る。コンピュータ又はプロセッサはマイクロプロセッサを含み得る。マイクロプロセッサは通信バスに接続され得る。コンピュータ又はプロセッサはまた、メモリを含み得る。メモリは、ランダム・アクセス・メモリ（ＲＡＭ）及び読み出し専用メモリ（ＲＯＭ）を含み得る。コンピュータ又はプロセッサはさらに、記憶装置を含んでいてよく、記憶装置はハード・ディスク・ドライブ、又はフロッピィ・ディスク・ドライブ及び光ディスク・ドライブ等のような着脱自在の記憶ドライブであってよい。記憶装置はまた、コンピュータ又はプロセッサにコンピュータ・プログラム又は他の命令を読み込む他の同様の手段であってよい。
【００４９】
本書で用いられる「コンピュータ」又は「モジュール」との用語は、マイクロコントローラ、縮小命令セット・コンピュータ（ＲＩＳＣ）、ＡＳＩＣ、論理回路、及び本書に記載された諸作用を実行することが可能な他の任意の回路又はプロセッサを用いたシステムを含む任意のプロセッサ方式又はマイクロプロセッサ方式のシステムを含み得る。上の例は例示のみのためのものであり、従って「コンピュータ」との語の定義及び／又は意味を如何なる方法でも限定しないものとする。
【００５０】
コンピュータ又はプロセッサは、入力データを処理するために１又は複数の記憶要素に記憶されている一組の命令を実行する。記憶要素はまた、データ、又は所望若しくは必要に応じて他の情報を記憶し得る。記憶要素は、情報ソースの形態にあってもよいし、処理機械の内部の物理的メモリ素子の形態にあってもよい。
【００５１】
上述の一組の命令は、様々な実施形態の方法及び工程のような特定の動作を実行するように処理機械であるコンピュータ又はプロセッサに命令する様々な命令を含み得る。一組の命令は、ソフトウェア・プログラムの形態にあってよく、プログラムは有形で非一時的なコンピュータ可読の媒体（１又は複数）として具現化され得る。ソフトウェアは、システム・ソフトウェア又はアプリケーション・ソフトウェアのような様々な形態にあってよい。さらに、ソフトウェアは、別個のプログラム若しくはモジュールの集合、より大きなプログラムの内部のプログラム・モジュール、又はプログラム・モジュールの一部の形態にあってよい。ソフトウェアはまた、オブジェクト指向プログラミングの形態のモジュール型プログラミングを含み得る。処理機械による入力データの処理は、操作者の命令に応答して行なわれてもよいし、以前の処理の結果に応答して行なわれてもよいし、他の処理機械によって発行された要求に応答して行なわれてもよい。
【００５２】
本書で用いられる「ソフトウェア」及び「ファームウェア」との用語は互換的であり、ＲＡＭメモリ、ＲＯＭメモリ、ＥＰＲＯＭメモリ、ＥＥＰＲＯＭメモリ、及び不揮発性ＲＡＭ（ＮＶＲＡＭ）メモリを含めたメモリに記憶されて、コンピュータによって実行される任意のコンピュータ・プログラムを含んでいる。以上のメモリ形式は例示のみのためのものであり、従ってコンピュータ・プログラムの記憶に利用可能なメモリの形式に関して制限するものではない。
【００５３】
以上の記載は例示説明のためのものであって制限するものではないことを理解されたい。例えば、上述の各実施形態（及び／又は各実施形態の諸観点）を互いに組み合わせて用いてよい。加えて、様々な実施形態の範囲を逸脱することなく、特定の状況又は材料を様々な実施形態の教示に合わせて適応構成する多くの改変を施すことができる。本書に記載されている材料の寸法及び形式は、様々な実施形態の各パラメータを定義するためのものであるが、これらの実施形態は限定するものではなく例示する実施形態である。以上の記載を吟味すれば、当業者には他の多くの実施形態が明らかとなろう。従って、様々な実施形態の範囲は、特許請求の範囲に関連して、かかる特許請求の範囲が網羅する等価物の全範囲と共に決定されるものとする。特許請求の範囲では、「including包含する」との用語は「comprising含む」の標準英語の同義語として、また「in whichこのとき」との用語は「whereinここで」の標準英語の同義語として用いられている。また、以下の特許請求の範囲では、「第一」、「第二」及び「第三」等の用語は単にラベルとして用いられており、これらの用語の目的語に対して数値的要件を課すものではない。さらに、以下の特許請求の範囲の制限は、「手段プラス機能（means-plus-function）」形式で記載されている訳ではなく、かかる特許請求の範囲の制限が、「〜のための手段」に続けて他の構造を含まない機能の言明を従えた文言を明示的に用いていない限り、合衆国法典第３５巻第１１２条第６パラグラフに基づいて解釈されるべきではない。
【００５４】
この書面の記載は、最適な態様を含めて様々な実施形態を開示し、また任意の装置又はシステムを製造して利用すること及び任意の組み込まれた方法を実行することを含めてあらゆる当業者がこれらの様々な実施形態を実施することを可能にするように実例を用いている。特許付与可能な様々な実施形態の範囲は特許請求の範囲によって画定されており、当業者に想到される他の実例を含み得る。かかる他の実例は、特許請求の範囲の書字言語に相違しない構造要素を有する場合、又は特許請求の範囲の書字言語と非実質的な相違を有する等価な構造要素を含む場合には、特許請求の範囲内にあるものとする。
【符号の説明】
【００５５】
２０：イメージング・システム
２２：電磁エネルギの発生源
２４：検出器
２６：制御器／プロセッサ
２８：フォトダイオード・アレイ
３０：インタコネクト
３２：シンチレータ
３４：対象
３６：対象透過後コリメータ
４０：シリコン・ウェーハ
４２：基材
４４：照射面
４６：インタコネクト面
４８：ビア
５０：填装材
５２：側壁
５４：Ｐ＋不純物添加層
５６：間隙
５８：作用面積
６０：二酸化ケイ素層
６２：Ｐ＋不純物添加領域
６４：Ｎ＋不純物添加領域
６６ａ、６６ｂ：金属被覆
８０：検出器モジュールを形成する方法
１２０：検出器モジュール
１２２：センサ・タイル
１２４：印刷回路基板
２００：イメージング・システム
２０２：ＣＴイメージング・システム
２０４：ＰＥＴイメージング・システム
２０６：被検体
２１０：回転ガントリ
２１２：Ｘ線源
２１４：検出器アレイ
２１６：検出器素子
２２０：コンピュータ
２２２：電動式テーブル
２２４：ガントリ開口
２４０：回転中心
２４２：制御機構
２４４：Ｘ線制御器
２４６：ガントリ・モータ制御器
２４８：ディジタル・データ・バッファ（ＤＤＢ）
２５０：画像再構成器
２５２：記憶装置
２６０：コンソール
２６２：視覚表示ユニット
２６４：テーブル・モータ制御器
２７０：読み取り装置
２７２：コンピュータ可読の媒体
２７４：Ｘ線ビーム
【図１】
2013140962.tif 000003
【図２】
2013140962.tif 000004
【図３】
2013140962.tif 000005
【図４】
2013140962.tif 000006
【図５】
2013140962.tif 000007
【図６】
2013140962.tif 000008
【図７】
2013140962.tif 000009
【図８】
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