DE69819935T2

DE69819935T2 - SEMICONDUCTOR DEVICE PICTURES

Info

Publication number: DE69819935T2
Application number: DE69819935T
Authority: DE
Inventors: E. Konstantinos SPARTIOTIS; Ilari Jouni PYYHTIA; Tielang Cao
Original assignee: SIMAGE ESPOO Oy; Simage Oy
Current assignee: IPL Intellectual Property Licensing Ltd
Priority date: 1998-03-06
Filing date: 1998-03-06
Publication date: 2004-11-11
Anticipated expiration: 2018-03-07
Also published as: DE69819935D1; JP2002506213A; JP4315593B2; IL137978A0; ATE254770T1

Description

Diese Erfindung betrifft eine Abbildungsvorrichtung und insbesondere eine Halbleiterabbildungsvorrichtung. Die Erfindung findet Anwendung bei einer Abbildung großer Flächen und ist insbesondere für Röntgen-Abbildungen geeignet.This The invention relates to an imaging device and in particular to one Semiconductor imaging device. The invention finds application in a large illustration surfaces and is especially for X-ray pictures suitable.

Abbildungsvorrichtungen werden bei der medizinischen Diagnose, in der Biotechnologie oder bei der industriellen, zerstörungsfreien Prüfung und Qualitätskontrolle verwendet. Eine Abbildung wird hauptsächlich mittels ionisierender Strahlung durchgeführt, wie beispielsweise durch Röntgen-Strahlen, Gamma-Strahlen oder Beta-Strahlen. Die Strahlung wird durch eine Abbildungsoberfläche erfasst, welche nicht planar sein muss. Eine Bildentstehung wird entweder durch Betrachten der zweidimensionalen Matrix, welche die Strahlungsintensität repräsentiert, welche auf den Detektor einfällt, oder durch Decodierung und/oder Kombinieren eines oder mehrerer Bildersätze ausgeführt (Abbildung mit codierten Blenden in der Nuklearmedizin, Computertomographie).imaging devices are used in medical diagnosis, in biotechnology or in industrial, non-destructive exam and quality control used. An image is mainly created using ionizing Radiation carried out like for example by X-rays, gamma rays or beta rays. The radiation is captured by an imaging surface which does not have to be planar. An image is created either by looking at the two-dimensional matrix representing the radiation intensity which falls on the detector, or by decoding and / or combining one or more Picture sets accomplished (Figure with coded apertures in nuclear medicine, computed tomography).

Die herkömmliche Abbildungsvorrichtung ist eine Filmkassette. Andere Vorrichtungen, welche in den vergangenen 40 Jahren entwickelt und verwendet wurden umfassen Drahtkammern, Szintillator-Kristalle oder -Schirme (z. B. Natriumiodid NaI), BGO-Kristalle und digitale Abbildungsplatten (CR-Platten) unter Verwendung stimulierter Lumineszenz. In letzter Zeit wurden Halbleitervorrichtungen, wie beispielsweise ladungs gekoppelte Geräte (CCDs), entweder autonom oder gekoppelt mit Szintillator-Schirmen, Silizium-(Si)-Microstrip-Detektoren und Halbleiterpixeldetektoren eingesetzt.The conventional Imaging device is a film cassette. Other devices which have been developed and used in the past 40 years include wire chambers, scintillator crystals or screens (e.g. B. sodium iodide NaI), BGO crystals and digital imaging plates (CR plates) using stimulated luminescence. Lately Semiconductor devices, such as charge-coupled devices (CCDs), either autonomous or coupled with scintillator screens, silicon (Si) microstrip detectors and Semiconductor pixel detectors used.

Halbleiterpixelabbildungsvorrichtungen auf der Grundlage von ASIC-(anwendungsspezifischer integrierter Schaltkreis)-CMOS-Verarbeitung sind eine wünschenswerteste Option für Abbildungsanwendungen wegen ihrer hohen Bildauflösung, Kompaktheit, unmittelbaren Erfassungsfähigkeit, hohen Absorptionseffizienz und ihrer Echtzeit-Abbildungsfähigkeit. Beschränkungen in der ASIC-CMOS-Technik begrenzen jedoch die praktische Größe monolithischer Detektoren auf eine maximale Fläche von wenigen Quadratzentimetern. Es ist wünschenswert, mehrere derartige monolithische Detektoren zu verwenden, um eine große Fläche als „geflieste" Abbildungsoberfläche auszubilden. Ein derartiger Ansatz wird in den Patentanmeldungen GB 9605978.7 und GB 9517608.7 des Anmelders beschrieben. Unter Verwendung unkomplizierter Computer-Rekonstruktion können die Daten von den individuellen monolithischen Detektoren kombiniert werden, um eine im Allgemeinen kontinuierliche, große Bildfläche auszubilden, welche äquivalent zum Bild aus einem hypothetischen Einzeldetektor ist, welcher die gleiche Gesamtabbildungsfläche aufweist.Semiconductor pixel imaging devices based on ASIC (application specific integrated Circuit) CMOS processing is a most desirable option for imaging applications because of their high image resolution, Compactness, immediate detection capability, high absorption efficiency and their real-time imaging ability. restrictions in ASIC-CMOS technology, however, limit the practical size of monolithic Detectors on a maximum area of a few square centimeters. It is desirable to have several of these to use monolithic detectors to form a large area as a "tiled" imaging surface. Such an approach is described in patent applications GB 9605978.7 and GB 9517608.7 of the applicant. Using less complicated Computer reconstruction can combined the data from the individual monolithic detectors to form a generally continuous, large image area which is equivalent to the picture from a hypothetical single detector, which is the same total image area having.

Es ist jedoch ein bedeutendes Problem, die inaktiven Flächen zwischen den aktiven Abbildungsflächen benachbarter Detektorvorrichtungen zu eliminieren. Derartige inaktive Flächen vermindern die Auflösung der gesamten Abbildungsoberfläche unter die ausgezeichnete Auflösung, welche gewöhnlich jedem individuellen Detektor zugeordnet ist, und verursacht Blindregionen.It However, a major problem is the inactive areas between the active image areas to eliminate adjacent detector devices. Such inactive surfaces decrease the resolution the entire imaging surface under the excellent resolution, which usually everyone assigned to individual detector and causes blind regions.

1 illustriert einen Vorschlag (beschrieben in der Patentanmeldung US 08/454789 des Anmelders), bei welchem die Abbildungsvorrichtungen 2 getrennt auf der Abbildungsebene 1 gestaffelt sind. Die Abbildungsoberfläche ist innerhalb der Abbildungsebene angeordnet, und es werden mehrere Aufnahmen zu verschiedenen Zeitpunkten aufgenommen, wobei die Vorrichtungen 2 auf verschiedenen räumlichen Positionen sind. Durch Kombinieren der Ausgangsinformationen von den verschiedenen Aufnahmen kann ein vollständiges Bild aufgebaut werden, welches die ganze Bildfläche ohne inaktive Regionen abdeckt. 1 illustrates a proposal (described in Applicant's patent application US 08/454789) in which the imaging devices 2 separately at the mapping level 1 are staggered. The imaging surface is located within the imaging plane and multiple exposures are taken at different times, with the devices 2 are in different spatial positions. By combining the initial information from the various images, a complete image can be built up, which covers the entire image area without inactive regions.

Ein alternativer Vorschlag zum Reduzieren inaktiver Regionen bei Fliesung (welcher keine Bewegung umfasst) ist, die Detektoren in einer dicht gepackten Anordnung zu positionieren (man siehe 2), welche die ganze Abbildungsebene 1 abdeckt und keinen-freien Raum zwischen benachbarten Detektorvorrichtungen 2 lässt. Diese Anordnung behandelt das Problem der inaktiven Fläche zwischen benachbarten Detektorvorrichtungen, es behandelt jedoch nicht das Problem, dass jedes Detektorelement einen inaktiven Oberflächenbereich oder eine Region innerhalb der Abgrenzungen der Vorrichtung aufweisen kann.An alternative proposal to reduce inactive regions in tiling (which involves no movement) is to position the detectors in a tightly packed arrangement (see 2 ) covering the whole picture level 1 covers and no-free space between adjacent detector devices 2 leaves. This arrangement addresses the problem of inactive area between adjacent detector devices, but does not address the problem that each detector element can have an inactive surface area or region within the boundaries of the device.

Beispielsweise illustriert 3 eine bekannte Konstruktion einer Fliese oder eines Moduls der Abbildungsvorrichtung, welche in WO-A-95/333332 des Anmelders beschrieben ist. Die Vorrichtung besteht aus einem Halbleitersubstrat 3, welches einfallender Strahlung aussetzbar ist und vor einem integrierten Schaltkreis 4 angeordnet ist. Der integrierte Schaltkreis seinerseits wird auf einer Befestigung 5, beispielsweise einer gedruckten Schaltungsplatine (PCB), aufgelegt. Vermittels eines gleichmäßigen elektrischen Driftfelds driftet die Ladung, welche im Substrat 3 durch die einfallende Strahlung erzeugt wird, zu den Detektorzellen oder Pixeln, welche durch Metallkontakte auf der Oberfläche des Substrats benachbart zum integrierten Schaltkreis 4 definiert werden. Die Kontakte sind durch Mikrohöcker (beispielsweise Indium- oder Löthöcker) an Ausleseschaltungen 5 im integrierten Schaltkreis angeschlossen und zu den Positionen der Substratkontakte ausgerichtet. Die Ausleseschaltungen 5, das Produkt der ASIC-CMOS-Technik, akkumuliert die Ladung, welche von aufeinanderfolgenden Strahlungstreffern erzeugt wird.Illustrated for example 3 a known construction of a tile or module of the imaging device, which is described in the applicant's WO-A-95/333332. The device consists of a semiconductor substrate 3 , which can be exposed to incident radiation and before an integrated circuit 4 is arranged. The integrated circuit in turn is on a mounting 5 , for example a printed circuit board (PCB). The charge drifts in the substrate by means of a uniform electrical drift field 3 generated by the incident radiation to the detector cells or pixels, which are formed by metal contacts on the surface of the substrate adjacent to the integrated circuit 4 To be defined. The contacts are through microbumps (for example indium or solder bumps) on readout circuits 5 connected in the integrated circuit and aligned with the positions of the substrate contacts. The readout circuits 5 , the product of ASIC-CMOS technology, accumulates the charge generated by successive radiation hits.

In 3 werden eine Randüberkragung 8 oder die integrierte Schaltplatine und eine weitere Randüberkragung 9 der Befestigung erfordert, um Raum für Drahtverbindungen 10 zwischen der Befestigung 5 und dem integrierten Schaltkreis 4 bereitzustellen. Es ist zu erkennen, dass, wenn mehrere Module Seite an Seite angeordnet werden, die Projektionsregionen 8 und 9 eine inaktive Fläche innerhalb der Abgrenzungen des Detektors erzeugen.In 3 become an overhang 8th or the integrated circuit board and another overhang 9 the attachment requires space for wire connections 10 between the attachment 5 and the integrated circuit 4 provide. It can be seen that if several modules are arranged side by side, the projection regions 8th and 9 create an inactive area within the boundaries of the detector.

Die vorliegende Erfindung entstand aus einer Erkenntnis der Probleme und der Wechselbeziehung zwischen den nachfolgend diskutierten Verfahren.The The present invention arose from an understanding of the problems and the correlation between the methods discussed below.

Ein Ansatz, welcher vom vorliegenden Anmelder zur Behandlung des Problems der inaktiven Fläche entwickelt wurde, ist das Neigen des Substrats 3 und des integrierten Schaltkreises 4 relativ zur Befestigung 5 und das enge Anordnen der Befestigungen 5, so dass das angehobene Ende 11 jedes Detektors die Randregionen 8 und 9 eines benachbarten Detektors überlappt. Ein derartiges Verfahren wird in 4 illustriert und wird in der Patentanmeldung Nr. 9614620.4 des Anmelders beschrieben. Die Neigung (typischerweise ungefähr 3 Grad) wird durch einen Stützkeil 13 erzielt, welcher auf der Befestigung 5 getragen wird. Dies kann eine im Allgemeinen planare, gesamte Abbildungsoberfläche mit geringem oder keinem Bildverlust in den Überlappungsregionen erzielen.One approach developed by the present applicant to deal with the inactive surface problem is to tilt the substrate 3 and the integrated circuit 4 relative to the attachment 5 and the tight placement of the fortifications 5 so that the raised end 11 each detector the peripheral regions 8th and 9 of an adjacent detector overlaps. Such a method is described in 4 illustrated and is described in the applicant's patent application No. 9614620.4. The slope (typically about 3 degrees) is determined by a support wedge 13 achieved which on the attachment 5 will be carried. This can achieve a generally planar, entire imaging surface with little or no image loss in the overlap regions.

Die oben stehende Anordnung kann jedoch nicht ausreichend sein, falls der Detektor inaktive Regionen entlang zwei senkrechten Rändern aufweist. Beispielsweise illustriert 5 schematisch (von oben) einen Detektor, welcher einen integrierten Schaltkreis mit einer überkragenden Randregion 8, an welcher die Drahtverbindungen 10 angefertigt werden, eine Auslesezelle 2 oder Pixelschaltungsfläche 14, welche eine Matrix von Ausleseschaltungen 5 zum Anschluss an die Pixelkontakte des Substrats umfasst, und eine zweite Randfläche 15 aufweist, welche einen Steuerungs- und Multiplexerschaltkomplex enthält. Mit einer derartigen Anordnung weist der Detektor zwei inaktive Randregionen 8 und 15 in orthogonalen Richtungen auf. Die Anordnung in 4 behandelt keine Bildkontinuität in zwei senkrechten Dimensionen.However, the above arrangement may not be sufficient if the detector has inactive regions along two vertical edges. Illustrated for example 5 schematically (from above) a detector which has an integrated circuit with a cantilevered edge region 8th on which the wire connections 10 be made, a readout cell 2 or pixel circuit board 14 which is a matrix of readout circuits 5 for connection to the pixel contacts of the substrate, and a second edge surface 15 which contains a control and multiplexer switching complex. With such an arrangement, the detector has two inactive edge regions 8th and 15 in orthogonal directions. The arrangement in 4 does not deal with image continuity in two vertical dimensions.

Es wird auch auf EP-A-0421869 verwiesen, welches einen veröffentlichten, bekannten Entwurf illustriert, welcher fähig sein soll, eine zweidimensionale Bildkontinuität bereitzustellen. Unter Bezugnahme auf 6 werden die Detektorfliesen in zwei Dimensionen gestapelt. Ein deutlicher Nachteil ist, dass dieses Verfahren notwendigerweise die Dicke des gesamten Detektors erhöht; Dieser Effekt tritt deutlicher hervor, wenn mehr Fliesen aufgenommen werden. Es kann schwierig sein, eine symmetrische Detektoranordnung oder eine planare wirksame Bildfläche zu erhalten. weiterhin hängt der Entwurf von der Existenz von Fliesen mit einer empfindlichen oder aktiven Fläche 2 ab, welche sich wenigstens über zwei Fliesenränder erstreckt.Reference is also made to EP-A-0421869 which illustrates a published known design which is said to be able to provide two-dimensional image continuity. With reference to 6 the detector tiles are stacked in two dimensions. A clear disadvantage is that this method necessarily increases the thickness of the entire detector; This effect becomes more apparent when more tiles are picked up. It can be difficult to obtain a symmetrical detector arrangement or a planar effective image area. furthermore, the design depends on the existence of tiles with a sensitive or active area 2 from which extends at least over two tile edges.

Die vorliegende Erfindung wurde unter Berücksichtigung der oben stehenden Probleme erdacht.The The present invention has been made in consideration of the above Problems conceived.

EP-A-0,421,869 offenbart eine Matrixvorrichtung großer Dimensionen zum Aufnehmen oder Bereitstellen von Bildern. Die Matrix umfasst eine abgestufte Anordnung von gefliesten Sensorelementen.EP-A-0,421,869 discloses a large size matrix device for receiving or providing images. The matrix includes a graded one Arrangement of tiled sensor elements.

Die vorliegende Erfindung wird in den angefügten Ansprüchen dargelegt. Im Gegensatz zum Stand der Technik, bei welchem jeder Pixel-Ladungsspeicherkontakt des Detektorsubstrats in Überdeckungsbeziehung mit einer assoziierten Auslesezellenschaltung 2 für den Kontakt ist, wird bei einem Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung wenigstens ein Ladungsspeicherkontakt des Halbleitersubstrats räumlich von seiner assoziierten Zellenschaltung und/oder vom Eingang der jeweiligen Zellenschaltung weg verschoben.The present invention is set out in the appended claims. In contrast to the prior art, in which each pixel charge storage contact of the detector substrate is in register relationship with an associated readout cell circuit 2 for the contact, in one aspect of the present invention, at least one charge storage contact of the semiconductor substrate is spatially displaced away from its associated cell circuit and / or from the input of the respective cell circuit.

Mit der Erfindung wurde erkannt, dass durch Abweichen von einem herkömmlichen Entwurf, bei welchem jeder Pixelkontakt seiner assoziierten Zellenschaltung überliegt, es möglich ist, die aktive Fläche 2 des Substrats (d. h. die Ladungsspeicherungsfläche, von welcher durch die Ladungsspeicherkontakte Bildsignale gesammelt werden können) sogar über Regionen des integrierten Schaltkreises auszudehnen, welche zur Steuerung und/oder Decodierung und/oder zum Multiplexieren und/oder für einen Post-Ausleseschaltkomplex gebraucht werden.The invention has recognized that by deviating from a conventional design in which each pixel contact overlies its associated cell circuit, it is possible to change the active area 2 of the substrate (ie the charge storage area from which image signals can be collected by the charge storage contacts) even over regions of the integrated circuit which are used for control and / or decoding and / or for multiplexing and / or for a post-readout circuitry.

Dies ist insbesondere vorteilhaft, da es zulässt, dass die inaktive Fläche des Stands der Technik vermieden wird. Die Auflösung der Bilder, welche durch geflieste oder gerasterte Abbildungsoberflächen erzeugt werden, kann dadurch verbessert werden, ohne eine physikalische Translation der Abbildungsvorrichtungen zu erfordern.This is particularly advantageous because it allows the inactive area of the State of the art is avoided. The resolution of the pictures, which by tiled or rasterized imaging surfaces can be generated can be improved without physical translation of the imaging devices to require.

Vorzugsweise umfasst die Abbildungsvorrichtung eine Kombination erster Ladungsspeicherkontakte, welche relativ zu ihren jeweiligen Zellenschaltungen verschoben sind, und zweite Ladungsspeicherkontakte, welche für einen unmittelbareren Anschluss damit in Überdeckungsbeziehung mit ihren jeweiligen Zellenschaltungen sind. Die ersten Ladungsspeicherkontakte können mit ihren jeweiligen Zellenschaltungen durch „Leiterbahnen" kommunizieren, welche sich seitwärts zu Positionen in Überdeckungsbeziehung mit den jeweiligen Eingängen der Zellenschaltungen erstrecken.Preferably the imaging device comprises a combination of first charge storage contacts, which shifted relative to their respective cell circuits and second charge storage contacts, which are for one more immediate connection in overlapping relationship with theirs respective cell circuits are. The first charge storage contacts can communicate with their respective cell circuits through "traces" which yourself sideways to positions in coverage relationship with the respective inputs of the Cell circuits extend.

Der Begriff „Zellenschaltung" wird hier verwendet, um im Allgemeinen eine Schaltung zum Empfangen von Ladung vom Ladungsspeicherkontakt und zum Herstellen eines Signals daraus zu bezeichnen, welches repräsentativ für einen Bildpixel oder eine -Region ist. Im Allgemeinen kann die Abbildungsvorrichtung so angesehen werden, dass sie eine Mehrzahl von Detektorzellen umfasst, wobei jede Zelle einen Ladungsspeicherkontakt und eine jeweilige Zellenschaltung zur Behandlung der gesammelten Ladung umfasst. Die Ladungsspeicherkontakte können von jeder gewünschten Größe und Form sein (beispielsweise quadratisch, rechteckig, rund, vieleckig). Das Auslesesubstrat kann auch einen anderen Schaltkomplex tragen oder umfassen, wie beispielsweise einen Steuerungsschaltkomplex oder einen Multiplexerschaltkomplex, welcher mit einer Mehrzahl von Zellenschaltungen assoziiert ist.The The term "cell switching" is used here generally a circuit for receiving charge from the charge storage contact and to designate a signal from it that is representative for one Image pixel or region. In general, the imaging device be considered to include a plurality of detector cells, each cell having a charge storage contact and a respective one Cell circuit to treat the collected charge includes. The Charge storage contacts can from any desired Size and shape be (for example, square, rectangular, round, polygonal). The readout substrate can also carry another switching complex or include, such as a control circuitry or a multiplexer circuit complex, which with a plurality of cell circuits is associated.

Eine andere Ausführungsform stellt eine Halbleiterabbildungsvorrichtung bereit, welche ein Detektorsubstrat umfasst, welches einfallender Strahlung aussetzbar ist, und welches eine Mehrzahl von Ladungsspeicherkontakten zum Speichern von Ladung davon aufweist, wobei das Detektorsubstrat, welches vor einem Auslesesubstrat angeordnet ist, einen Ausleseschaltkomplex trägt oder umfasst, wobei das Auslesesubstrat eine erste Region mit einer jeweiligen Zellenschaltung, welche an jeden Ladungsspeicherkontakt zum Empfangen von Signalen vom Detektorsubstrat gekoppelt ist, und eine zweite Region mit einem weiteren Schaltkomplex umfasst, welcher mit einer Mehrzahl von Zellenschaltungen assoziiert und verbunden ist, und wobei die Ladungsspeicherkontakte über der ersten und der zweiten Region des Auslesesubstrats angeordnet sind.A other embodiment provides a semiconductor imaging device that includes a detector substrate includes which is exposed to incident radiation, and which a plurality of charge storage contacts for storing charge of which, the detector substrate, which is in front of a readout substrate is arranged, carries or comprises a readout circuit, wherein the Readout substrate a first region with a respective cell circuit, which to each charge storage contact for receiving signals from Detector substrate is coupled, and a second region with a comprises a further switching complex which is associated with a plurality of cell circuits and is connected, and wherein the charge storage contacts over the first and second regions of the readout substrate are arranged.

Eine Ausführungsform stellt eine Halbleiterabbildungsvorrichtung bereit, welche ein Detektorsubstrat umfasst, welches einfallender Strahlung aussetzbar ist, und eine Mehrzahl von Ladungsspeicherkontakten zum Speichern von Ladung davon aufweist, wobei das Detektorsubstrat, welches vor einem Auslesesubstrat angeordnet ist, eine Auslesezellenschaltung trägt oder umfasst, welche an jeden Ladungsspeicherkontakt zum Akkumulieren der Ladung gekoppelt ist, welche vom Ladungsspeicherkontakt empfangen wird, wobei wenigstens ein erster Ladungsspeicherkontakt nicht in Überdeckungsbeziehung mit seiner assoziierten Zellenschaltung angeordnet ist, und wobei wenigstens ein zweiter Ladungsspeicherkontakt in Überdeckungsbeziehung mit seiner assoziierten Zellenschaltung angeordnet ist, wobei die Zellenschaltung für die erste Ladungsspeicherungsschaltung eine von der Zellenschaltung für den zweiten Ladungsspeicherkontakt verschiedene Ladungsakkumulationskapazität aufweist.A embodiment provides a semiconductor imaging device that includes a detector substrate includes which is exposed to incident radiation, and a Having a plurality of charge storage contacts for storing charge thereof, the detector substrate being arranged in front of a readout substrate is, a read cell circuit carries or includes, which each charge storage contact is coupled to accumulate the charge which is received by the charge storage contact, at least a first charge storage contact does not overlap with his associated cell circuit is arranged, and wherein at least a second charge storage contact in overlapping relationship with his associated cell circuit is arranged, the cell circuit for the first charge storage circuit one of the cell circuit for the second Charge storage contact has different charge accumulation capacity.

Es werden nun Ausführungsformen der Erfindung beispielhaft nur unter Bezugnahme auf die begleitenden weiteren Zeichnungen beschrieben, bei welchen:It now become embodiments the invention by way of example only with reference to the accompanying described further drawings, in which:

7 eine schematische Teilseitenansicht einer ersten Ausführungsform des Detektors ist; 7 is a schematic partial side view of a first embodiment of the detector;

8 eine Schemaansicht entlang der Linie 8-8 der 7 ist; 8th a schematic view taken along line 8-8 of 7 is;

9 eine Schemaansicht entlang der Linie 9-9 der 7 ist; 9 a schematic view taken along line 9-9 of the 7 is;

10 eine Schemaansicht (ähnlich zu 8) einer zweiten Ausführungsform ist; und 10 a schematic view (similar to 8th ) is a second embodiment; and

11 eine Schemaansicht (ähnlich zu 10) der zweiten Ausführungsform ist. 11 a schematic view (similar to 10 ) of the second embodiment.

Unter Bezugnahme auf die 7, 8 und 9 umfasst der Detektor ein Halbleiterdetektorsubstrat 3, welches einfallender Strahlung aussetzbar ist und vor einem Auslesesubstrat in der Form eines integrierten Schaltkreises 4 angeordnet ist. In 8 wird die Position des Detektorsubstrats 3 durch eine unterbrochene Linie angezeigt; in 9 wird die Position des integrierten Schaltkreises durch eine unterbrochene Linie angezeigt. Das Detektorsubstrat kann aus jedem geeigneten Material sein, beispielsweise Cadmiumzinktellurid (CdZnTe), Cadmiumtellurid (CdTe), Bleiiodid (PbI), Galliumarsenid (GaAs), Germanium (Ge), Silizium (Si) oder Indiumantinomid (InSb). Bei der vorliegenden Ausführungsform ist CdZnTe das bevorzugte Material.With reference to the 7 . 8th and 9 the detector comprises a semiconductor detector substrate 3 , which can be exposed to incident radiation and in front of a readout substrate in the form of an integrated circuit 4 is arranged. In 8th becomes the position of the detector substrate 3 indicated by a broken line; in 9 the position of the integrated circuit is indicated by a broken line. The detector substrate can be made of any suitable material, for example cadmium zinc telluride (CdZnTe), cadmium telluride (CdTe), lead iodide (PbI), gallium arsenide (GaAs), germanium (Ge), silicon (Si) or indium antinomide (InSb). In the present embodiment, CdZnTe is the preferred material.

Der integrierte Schaltkreis 4 umfasst eine erste Region 20, welche Pixelzellen-Ausleseschaltungen 19 mit Metalleingängen 21 enthält, eine zweite Randregion 22, welche einen zusätzlichen Schaltkomplex, wie beispielsweise einen Steuerungs-, Decodierungs- und Multiplexerschaltkomplex enthält, und eine dritte Randregion 24, an welcher herkömmliche Drahtverbindungen gefertigt sind. Das Substrat überlappt die ersten und zweiten Regionen 20 und 22.The integrated circuit 4 includes a first region 20 which pixel cell readout circuits 19 with metal inputs 21 contains a second border region 22 , which includes an additional switching complex, such as a control, decoding and multiplexing switching complex, and a third edge region 24 on which conventional wire connections are made. The substrate overlaps the first and second regions 20 and 22 ,

Bei der illustrierten Ausführungsform ist der Schaltkomplex innerhalb des Auslesesubstrats unter Verwendung von beispielsweise CMOS-Technik enthalten. Die Abgrenzungen der Zellenschaltungen 19 sind schematisch durch die unterbrochenen Linien illustriert. Unter Verwendung anderer Techniken kann der Schaltkomplex jedoch auf der Oberfläche des Substrats implementiert werden.In the illustrated embodiment, the circuitry is contained within the readout substrate using, for example, CMOS technology. The boundaries of the cell circuits 19 are illustrated schematically by the broken lines. However, using other techniques, the circuitry can be implemented on the surface of the substrate.

Das Substrat weist Pixel-(Ladungsspeicherungs-)-Kontakte 26 auf, welche zum Anschluss an die Auslesezellenschaltungen darauf ausgebildet sind. Die Kontakte 26 umfassen eine gleichmäßige Anordnung erster Kontakte 27 über dem größten Teil der Substratfläche und sind so positioniert, dass sie unmittelbar in Überdeckungsbeziehung mit den Eingängen der jeweiligen Ausleseschaltungen sind.The substrate has pixel (charge storage) contacts 26 which are designed for connection to the readout cell circuits thereon. The contacts 26 comprise a uniform arrangement of first contacts 27 over most of the substrate area and are positioned so that they are directly overlapping with the inputs of the respective readout circuits.

Gemäß den Grundsätzen der Erfindung wird die Region des Substrats 3, welche auf der zweiten Region 22 des integrierten Schaltkreises 4 aufliegt, durch die Bereitstellung zweiter Pixel-(Ladungsspeicherungs-)-Kontakte 28 aktiviert. Die zweiten Kontakte sind in der Randregion des Substrats außerhalb der ersten Region 20 des integrierten Schaltkreises 4 positioniert, welcher die Auslesezellenschaltungen enthält. Zum Kommunizieren mit einer Zellenschaltung 19a ist jeder zweite Kontakt 28 durch eine Leiterbahn 30 auf der Oberfläche 32 des Substrats (auf der Oberseite benachbart zum integrierten Schaltkreis 4) an eine Zwischenanschlussposition 34 gekoppelt, welche in Überdeckungsbeziehung mit einem Eingang 21 einer jeweiligen Ausleseschaltung 19a ist. Die Leiterbahn 30 wird durch einen Metallstreifen bereitgestellt, welcher durch das Substrat getragen wird. Der Streifen stellt nur elektrischen Kontakt mit dem Substrat an der Position des Ladungsspeicherkontakts 28 her. Bei dieser Ausführungsform ist der Streifen auf eine Schicht von Passivierungsmaterial 31 gelegt, welche auf die Oberfläche des Detektorsubstrats 3 aufgebracht ist. Das Passivierungsmaterial isoliert den Streifen wirksam vom Substrat 3, außer an der Position, wo der Streifen als der Ladungsspeicherkontakt unmittelbar mit dem Substrat Kontakt herstellt.According to the principles of the invention, the region of the substrate 3 which on the second region 22 of the integrated circuit 4 by providing two pixel (charge storage) contacts 28 activated. The second contacts are in the edge region of the substrate outside the first region 20 of the integrated circuit 4 positioned, which contains the readout cell circuits. For communicating with a cell circuit 19a is every second contact 28 through a conductor track 30 on the surface 32 of the substrate (on the top adjacent to the integrated circuit 4 ) to an intermediate connection position 34 coupled, which is in coverage with an input 21 a respective readout circuit 19a is. The conductor track 30 is provided by a metal strip carried by the substrate. The strip only makes electrical contact with the substrate at the position of the charge storage contact 28 ago. In this embodiment, the strip is on a layer of passivation material 31 placed which on the surface of the detector substrate 3 is applied. The passivation material effectively isolates the strip from the substrate 3 , except at the position where the stripe makes direct contact with the substrate as the charge storage contact.

Die ersten Kontakte 26 und die Zwischenanschlüsse 34 sind elektrisch durch Mikrohöcker 36 mit dem integrierten Schaltkreis verbunden. Die Mikrohöcker können beispielsweise auf den ersten Pixelkontakten 26 und auf den Zwischenanschlüssen 34 oder ersatzweise auf den Eingangsanschlüssen der Zellenschaltungen des integrierten Schaltkreises 4 aufgewachsen werden. Die Mikrohöcker können aus jedem geeigneten Material sein, wie beispielsweise Indium, Lötmetall oder Gold.The first contacts 26 and the intermediate connections 34 are electrical through microbumps 36 connected to the integrated circuit. The microbumps can, for example, on the first pixel contacts 26 and on the intermediate connections 34 or alternatively on the input connections of the cell circuits of the integrated circuit 4 grow up. The microbumps can be made of any suitable material, such as indium, solder, or gold.

Der Abstand zwischen den Pixelkontakten ganz am Rand (d. h. den zweiten Kontakten 28) ist nicht notwendigerweise der gleiche wie der Abstand zwischen den ersten Kontakten 26. Beispielsweise kann der Abstand der Kontakte ganz am Rand größer sein. In dem Fall sammelt jeder Pixelkontakt 28 ganz am Rand das Signal von der Ionisierung, welches in einem Volumen des Substrats 3 größer als das Volumen entsprechend eines ersten Pixelkontakts 26 erzeugt wird. Um dieses größere Signal zu kompensieren, sollte die Kapazität der Ausleseschaltungen 5 für die Pixelkontakte 28 ganz am Rand entspre chend eingestellt werden.The distance between the pixel contacts at the very edge (ie the second contacts 28 ) is not necessarily the same as the distance between the first contacts 26 , For example, the distance between the contacts can be larger at the very edge. In that case, each pixel contact collects 28 right at the edge is the signal from the ionization, which is in a volume of the substrate 3 larger than the volume corresponding to a first pixel contact 26 is produced. In order to compensate for this larger signal, the capacitance of the readout circuits should be 5 for the pixel contacts 28 be set accordingly on the edge.

10 und 11 illustrieren eine zweite Ausführungsform, welche eine praktische Anordnung der Kontaktpositionen für eine verbesserte Auflösung umfasst. Wo passend, werden wieder die gleichen Bezugszeichen verwendet, welche bei der ersten Ausführungsform verwendet werden. 10 and 11 illustrate a second embodiment which includes a practical arrangement of the contact positions for improved resolution. Where appropriate, the same reference numerals are used which are used in the first embodiment.

Die Breite der zweiten Region 22 (welche die Multiplexer- und Decodierlogik enthält) beträgt ungefähr 350 μm. In 10 und 11 ist der Pixelkontakt P1 unmittelbar mit Eingang A1 des integrierten Schaltkreises 4 verbunden; Pixelkontakt P2 ist durch einen Metallstreifen T2 und Zwischenanschluss CP2 an Eingang A2 gekoppelt; Pixelkontakt P3 ist durch einen Metallstreifen T3 und Zwischenanschluss CP3 an Eingang A3 gekoppelt; und Pixelkontakt P4 ist durch einen Metallstreifen T4 und Zwischenanschluss CP4 an Eingang A4 gekoppelt. Das Verbindungsmuster, in der Richtung 40 betrachtet, wiederholt sich.The width of the second region 22 (which contains the multiplexer and decode logic) is approximately 350 microns. In 10 and 11 is the pixel contact P1 directly with input A1 of the integrated circuit 4 connected; Pixel contact P2 is coupled to input A2 by a metal strip T2 and intermediate connection CP2; Pixel contact P3 is coupled to input A3 by a metal strip T3 and intermediate connection CP3; and pixel contact P4 is coupled to input A4 by a metal strip T4 and intermediate connector CP4. The connection pattern, in the direction 40 considered, repeats itself.

Bei dieser Beispielimplementierung beträgt die Pixelteilung zwischen den ersten Pixelkontakten P ungefähr 35 μm, und die Pixelteilung unter den Pixelkontakten ganz am Rand (P2 bis P4 usw.) beträgt ungefähr 146 μm. Da die Region nahe des Detektorrands eine größere Pixelteilung aufweist, ist die Kapazität der jeweiligen Ausleseschaltungen 5 entsprechend diesen größeren Pixeln größer, um das größere Signal zu kompensieren. Der Abstand von den Pixeln ganz am Rand bis zum Detektorrand beträgt ungefähr 150 μm. Dies wird in 10 durch die schematischen Konturen der Zellenschaltungen 19a für die voneinander beabstandeten Kontakte illustriert, welche größer als die Konturen der Zellenschaltungen 19 für die Hauptmatrix 3 der ersten Pixelkontakte sind, um eine große Ladungsakkumulationskapazität zu beherbergen. In 10 sind die Zellenschaltung 19b für den einzelnen Ladungsspeicherkontakt P1 benachbart zur Hauptmatrix 3 und die Zellenschaltungen 19c für periphere Ladungsspeicherkontakte 27a der Hauptmatrix 3 auch größer, um eine gesteigerte Ladungsakkumulationskapazität anzudeuten. Im Allgemeinen weist jede Zellenschaltung eine Ladungsakkumulationskapazität gemäß dem erwarteten Ladungspegel auf, welcher wahrscheinlich durch den Ladungsspeicherkontakt empfangen wird. Dies hängt von der Größe des Volumens des Detektorsubstrats ab, von welchem der bestimmte Ladungsspeicherkontakt in der Lage ist, die Ladung zu empfangen. Dies wiederum hängt vom Teilungsabstand benachbarter Kontakte ab. Es ist auch zu erkennen, dass Kontakte ganz am Rand mehr Ladung empfangen können, weil sie nicht von allen Seiten von anderen Kontakten umgeben sind.In this example implementation, the pixel pitch between the first pixel contacts P is approximately 35 μm and the pixel pitch among the pixel contacts at the very edge (P2 to P4, etc.) is approximately 146 μm. Since the region near the detector edge has a larger pixel division, the capacity of the respective readout circuits is 5 corresponding to these larger pixels larger to compensate for the larger signal. The distance from the pixels at the very edge to the detector edge is approximately 150 μm. This is in 10 through the schematic contours of the cell circuits 19a for the spaced contacts, which is larger than the contours of the cell circuits 19 for the main matrix 3 of the first pixel contacts to accommodate a large charge accumulation capacity. In 10 are the cell circuit 19b for the individual charge storage contact P1 adjacent to the main matrix 3 and the cell circuits 19c for peripheral charge storage contacts 27a the main matrix 3 also larger in order to indicate an increased charge accumulation capacity. Generally, each cell circuit has a charge accumulation capacity according to the expected charge level that is likely to be received by the charge storage contact. This depends on the size of the volume of the detector substrate from which the particular charge storage contact is able to receive the charge. This in turn depends on the pitch of adjacent contacts. It can also be seen that contacts on the very edge can receive more charge because they are not surrounded on all sides by other contacts.

Es ist zu erkennen, dass die vorliegende Erfindung es zulässt, insbesondere wie bei den bevorzugten Ausführungsformen illustriert, dass sogar dann ein größerer Anteil des Detektorsubstrats als aktive Abbildungsfläche verwendet wird, wenn eine oder mehrere -Regionen des integrierten Schaltkreises oder des anderen Auslesesubstrats, welches unmittelbar manchen der Pixeln unterliegt, einem anderen Schaltkomplex, wie beispielsweise einem Steuerungs-/Decodierungs-/Multiplexerschaltkomplex gewidmet werden.It can be seen that the present invention, particularly as illustrated in the preferred embodiments, allows a larger proportion of the detector substrate to be used as the active imaging area even if one or more regions of the integrated circuit or the other readout substrate which are immediately some of the pixels are subject to another ren switching complex, such as a control / decoding / multiplexer switching complex are dedicated.

Claims

A semiconductor imaging device comprising a detector substrate ( 3 ), which can be exposed to incident radiation and a plurality of charge storage contacts ( 27 ) for storing charge thereof, the detector substrate in front of a readout substrate ( 4 ) is arranged, each contact with an input of a respective circuit of a matrix of readout cell circuits ( 19 ) which is coupled in a first region ( 20 ) of the readout substrate, the readout substrate further comprising or carrying a further circuit complex which is associated and connected to a plurality of cell circuits, the said further circuit complex being located in a second region ( 22 ) of said readout substrate, which is different from said first region, and at least one first charge storage contact ( 28 ) a) not in register relationship with the region of the readout substrate, which the cell circuit ( 19a ) for said first charge storage contact, and b) said second region ( 22 ) of the reading substrate is positioned overlapping.

The device of claim 1, wherein said at least one contact ( 28 ) not in coverage with the entrance ( 21 ) cell switching ( 19a ) is positioned.

A semiconductor imaging device according to claim 1 or claim 2, wherein said first region of the readout substrate is the input of the cell circuit ( 19a ) for said first charge storage contact ( 28 ) includes.

Device according to Claim 1, 2 or 3, in which at least one second contact ( 27 ) in coverage relationship with the entrance ( 21 ) its associated cell circuit ( 19 ) to connect to it.

Device according to claim 4, comprising a plurality of first contacts ( 28 ) and a plurality of second contacts ( 27 ).

Apparatus according to claim 5, wherein the plurality of contacts second contacts ( 27 ) are.

Apparatus according to claim 5, wherein at least some of the first contacts ( 28 ) near an edge of the detector substrate ( 3 ) lie.

Device according to one of the preceding claims, the said further switching complex is a control switching complex includes.

Device according to one of the preceding claims, the said further switching complex is a multiplexing circuit for generating a multiplexed output signal.

Device according to one of the preceding claims, further comprising a respective conductor track ( 30 ) who make the or every first contact ( 28 ) with a respective intermediate connection position ( 34 ) in coverage relationship with the entrance ( 21 ) of the respective cell circuit ( 19 . 19a ) connects.

Apparatus according to claim 10, wherein the or each conductor track ( 30 ) on the surface of the detector substrate ( 32 ) will be carried.

Apparatus according to claim 11, wherein the or each conductor track ( 30 ) only at the position of the charge storage contact ( 28 ) electrical contact with the detector substrate ( 3 ) Has.

Apparatus according to claim 10, 11 or 12, wherein the or each conductor track ( 30 ) comprises a metal conductor.

Device according to one of the preceding claims, in which the charge storage contacts ( 27 . 28 ) directly or indirectly through microbumps ( 36 ) with the readout substrate ( 4 ) are coupled.

Semiconductor imaging device according to one of the preceding claims, in which a respective cell circuit in said first region ( 20 ) of the readout substrate ( 4 ) with each charge storage contact for receiving signals from the detector substrate ( 3 ) is coupled, and a further switching complex in said second region ( 22 ) of the readout substrate ( 4 ) with a plurality of cell circuits ( 19 . 19a ) is associated and connected, and wherein the charge storage contacts ( 27 . 28 ) over the first and second regions of the readout substrate ( 4 ) are arranged.

Apparatus according to claim 15, comprising conductors ( 30 ) from the charge storage contacts ( 28 ) over the second region ( 22 ) of the readout substrate are located up to positions that are above respective cell circuits ( 19a ) the first region ( 20 ) lie.

Device according to one of the preceding claims, in which the charge storage contacts ( 28 ) an active area of the detector substrate ( 3 ) which is essentially coextensive with the readout substrate in at least one dimension ( 4 ) is.

Device according to one of the preceding claims, in which each cell circuit ( 19 . 19a ) comprises a circuit for accumulating charge which is generated by the respective charge storage contact ( 27 . 28 ) Will be received.

The apparatus of claim 18, wherein the or each cell circuit ( 19a ) with a charge storage contact ( 28 ), which is not in register relationship with the cell circuit, a charge storage capacity in accordance with the expected signal level from said charge storage contact ( 28 ) Has.