交叉參考相關(guān)專利申請(qǐng)

本專利申請(qǐng)案請(qǐng)求2014年12月19日提交的美國(guó)臨時(shí)申請(qǐng)?zhí)?2/094,188與2015年8月31日提交的美國(guó)臨時(shí)申請(qǐng)?zhí)?2/211,958之優(yōu)先權(quán)與權(quán)益，其內(nèi)容以引用之方式并入本文。

本發(fā)明系關(guān)于由單片制成的像素偵測(cè)器，用于具有質(zhì)量或無(wú)質(zhì)量之高能粒子形式的放射線的該偵測(cè)與成像之互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體(cmos)積體結(jié)構(gòu)，以及形成該些結(jié)構(gòu)的方法。

背景技術(shù)：

目前用于高能粒子偵測(cè)之?dāng)?shù)字成像裝置，又被稱為像素偵測(cè)器，可被分類為兩大類，藉由在其中沖擊能量被轉(zhuǎn)換為電子信號(hào)之方式被區(qū)分。以x射線光子為實(shí)例，在該些類別的第一個(gè)中，轉(zhuǎn)換間接地發(fā)生在該感測(cè)中，x射線光子系為在閃爍層中之能量到可見(jiàn)光子的降頻轉(zhuǎn)換?？梢?jiàn)光子隨后藉由光電二極管之?dāng)?shù)組被檢測(cè)，在其中電子-電洞對(duì)之光產(chǎn)生引起電子信號(hào)，其接著進(jìn)一步藉由讀出電子組件被處理以及被表現(xiàn)為計(jì)算機(jī)屏幕上的影像。因?yàn)榘l(fā)生在x射線至可見(jiàn)光子之轉(zhuǎn)換與在其檢測(cè)期間的損失與散射兩者，間接x射線成像裝置之兩階段的轉(zhuǎn)換過(guò)程受制于有限轉(zhuǎn)換效率與空間分辨率之障礙。入射x射線能量之每kev通常約25個(gè)電子-電洞對(duì)藉由讀出電子組件最終被測(cè)量。

在像素偵測(cè)器的第二類別中，半導(dǎo)體吸收器允許x射線至電子-電洞對(duì)之直接轉(zhuǎn)換，其接著可作為電子信號(hào)藉由讀出電子組件被測(cè)量。相較于基于間接的轉(zhuǎn)換閃爍體，除了優(yōu)異的靈敏度和較高的空間與時(shí)間分辨率，該吸收體也提供光譜分辨率，因?yàn)槿肷鋢射線光子之能量系與產(chǎn)生的電子-電洞對(duì)之?dāng)?shù)目成比例，與因此藉由脈沖高度分析被測(cè)量。在硅(si)中，一需要平均3.6ev用以創(chuàng)造單一電子-電洞對(duì)(參見(jiàn)實(shí)例r.c.aligetal.inphys.rev.b22,5565(1980)；與r.c.aliginphys.rev.b27,968(1983)，其全部揭露在此以引用之方式并入本文)。平均上這導(dǎo)致吸收的x射線能量每kev280個(gè)電子-電洞對(duì)，從中可看出該轉(zhuǎn)換效率超過(guò)十倍的閃爍體-光電二極管結(jié)合的轉(zhuǎn)換效率。

使用半導(dǎo)體吸收器之方式的x射線成像偵測(cè)器，或一般的像素傳感器，本質(zhì)上可以兩種不同的方式被實(shí)現(xiàn)。第一，吸收晶圓被接合于讀取芯片之上，以為了實(shí)現(xiàn)處理來(lái)自每個(gè)吸收器像素之電子信號(hào)所需的連接。最常見(jiàn)的接合技術(shù)是凸塊接合，例如被medipix共同研究(http://medipix.web.cern.ch)或dectrisag(http://www.dectris.ch)使用。吸收體可原則上由適用于高能粒子偵測(cè)之任何半導(dǎo)體材料構(gòu)成，從其大型晶體可被生長(zhǎng)，例如si、ge、gaas以及cdte(參見(jiàn)實(shí)例collins等人的歐洲專利號(hào)0571135，其全部揭露在此以引用之方式并入本文)。

直接x射線成像偵測(cè)器之第二實(shí)施系基于具有讀出電子組件的吸收體之單片積體。該具有si吸收體之單片像素傳感器，除了高能物理中的x射線也已被開發(fā)用于電離輻射之偵測(cè)。其包含具有約1kωcm與8kωcm之間之電組的高電阻率吸收層，外炎帝生長(zhǎng)在標(biāo)準(zhǔn)的sicmos晶圓之背側(cè)上。晶圓隨后被cmos處理，用以制造前側(cè)上的讀出電子組件(參見(jiàn)實(shí)例s.mattiazzoetal.innucl.instrum.meth.phys.res.a718,288(2013)，其全部揭露在此以引用之方式并入本文)。當(dāng)用于粒子偵測(cè)之該些裝置系為非常有前景的同時(shí)，x射線偵測(cè)所需具厚度之吸收體遠(yuǎn)超過(guò)磊晶層之厚度。況且，包含具有較si高之原子序z之元素(「較重的元素」)的吸收體，因?yàn)槠涓行У奈?，更適用于具有約40kev以上的能量。

然而，來(lái)自具有si讀出電子組件的單片單元中、具有較高z之元素的單晶體x射線與粒子吸收體之單片整合，藉由材料不一致性系為復(fù)雜，例如不同的晶格參數(shù)與熱膨脹系數(shù)。商業(yè)用裝置因此系為基于多晶硅或非晶硅材料以及具有薄膜晶體管之讀出電路。來(lái)自非晶曬之該平面x射線成像偵測(cè)器，由于其提供大尺寸以及相對(duì)便宜制成，已被使用于醫(yī)療應(yīng)用(參見(jiàn)實(shí)例s.kasapetal.insensors11,5112(2011)，其全部揭露在此以引用之方式并入本文)。由于與其多晶硅與非晶硅對(duì)應(yīng)體相較，材料以單晶體形式提供更好的輸送特性，然而，由其制成的單片傳感器被期望用以提供更好的性能。另一方面而言，藉由以上所述之材料不一致性的問(wèn)題，該些結(jié)構(gòu)的實(shí)際實(shí)現(xiàn)迄今已受到阻礙。

有許多不同的方式，在其中來(lái)自單晶體高z材質(zhì)的單片像素傳感器可能被制成。一種基于直接晶圓接合的方法，其中吸收晶圓被接合在含有讀出電子組件的晶圓之上。在實(shí)踐上讀出電子組件包含cmos處理si晶圓。例如疏水接合可被使用以為了確保接合部分之間的電連接，然而其要求特殊的預(yù)防措施，用以避免任何低溫退火步驟期間之氫氣泡形成，例如溝槽蝕刻，其不適用于偵測(cè)器應(yīng)用(參見(jiàn)實(shí)例uspatentno.6,787,885toesseretal.，其全部揭露在此以引用之方式并入本文)。

在另一方法中，讀出晶圓與吸收體的材料不同于si但基本上是相同的。例如其被建議以較重的元素來(lái)濃化si，例如ge，其引起sige合金。基于以低于20％之ge濃度整體生長(zhǎng)si1-xgex合金的成像與粒子偵測(cè)系統(tǒng)已被揭露在internationalpatentapplicationno.wo02/067271toruzin，其全部揭露在此以引用之方式并入本文。在此提出之方法中的讀出電子組件與吸收體系因此都在相同的sige晶圓中被制造。然而，其要求足夠質(zhì)量之sige晶圓用以變?yōu)榭捎谩?/p>

在另一方法中，吸收體直些地磊晶生長(zhǎng)在含有讀出電子組件之cmos處理晶圓之上。在uspatentno.8,237,126tovon此已被揭露在磊晶ge吸收體之實(shí)例中，其全部揭露在此以引用之方式并入本文。約4.2％之晶格參數(shù)之巨大的不匹配與接近室溫約130％之ge與si的熱膨脹系數(shù)系為高度有問(wèn)題的，然而，由于其導(dǎo)致高度缺陷密度(例如失配與穿透位錯(cuò)以及迭層錯(cuò)誤)，晶圓彎曲與層破裂，上述所有系為生產(chǎn)有效之裝置的方式的嚴(yán)重障礙。此方法之另一困難系為有限制的預(yù)訂溫度，cmos讀出電路可被暴露至其。通常，標(biāo)準(zhǔn)鋁金屬溫度必須維持在450℃以下。這對(duì)高質(zhì)量ge磊晶維持用于高能量之x射線光子之有效率的吸收所需要的數(shù)十微米之層厚度系為太低。通過(guò)改性、耐高溫金屬的使用，在后端制程沈積厚ge層的唯一方式似乎因此存在，例如部分公司提供的鎢金屬化。

為了制造成本之原因，不論像素偵測(cè)器之設(shè)計(jì)細(xì)節(jié)，按比例調(diào)節(jié)于大的區(qū)域吸收晶圓系為恰當(dāng)，適用于用于平板偵測(cè)器之制造的實(shí)例。由于具有300mm與以上之尺寸的優(yōu)良質(zhì)量之si晶圓系可輕易取得，在si基板上之高z材料的厚磊晶層之使用顯得系為是代替塊體生長(zhǎng)之有吸引力選擇。然而，由于除了晶格與熱不匹配面臨因?yàn)榛迮c磊晶層之不同之階梯高度的反相域形成的問(wèn)題，大部份復(fù)合半導(dǎo)體的磊晶生長(zhǎng)甚至比ge更困難。對(duì)于影響x射線成像偵測(cè)器之應(yīng)用，該些問(wèn)題在很大地程度上被忽略(參見(jiàn)實(shí)例europeanpatentapplicationno.1691422toyasuda，其全部揭露在此以引用之方式并入本文)。

藉由涉及微米級(jí)的深si基板圖案形成之方法，與完全不平衡之磊晶生長(zhǎng)一起，引起例如藉由微小間隙被分開之空間填充ge晶體，晶圓彎曲與層破裂的問(wèn)題已被解決(參見(jiàn)實(shí)例internationalpatentapplicationno.wo2011/135432tovon其全部揭露在此以引用之方式并入本文)。針對(duì)小面表面之足夠大的晶體高寬比，該方法進(jìn)一步導(dǎo)致所有穿透位錯(cuò)之排除，使得離界面距離數(shù)微米之晶體區(qū)域系為完全無(wú)缺陷(參見(jiàn)實(shí)例c.v.falubetal.insci.rpts.3,2276(2013)，其全部揭露在此以引用之方式并入本文)。在uspatentno.8,237,126tovonthege-absorber之偵測(cè)器概念(參見(jiàn)kreiliger,physicastatussolidia211,131-135(2014)，其全部揭露在此以引用之方式并入本文)的修改中，其由隔離的、密集間隔的ge晶體組成，位于si晶圓之背側(cè)上，在其前側(cè)上之讀出電子組件藉由cmos處理被并入。ge吸收體之內(nèi)產(chǎn)生的電子-電洞對(duì)因此必須被分開，且取決于極性，電子或電洞必須橫過(guò)減壓si/ge異質(zhì)接面(si晶圓與ge吸收體形成異質(zhì)接面二極管)與通過(guò)si晶圓漂移，以為了藉由讀出端上的植入物被收集，其間距定義像素尺寸。該概念具有2個(gè)主要缺點(diǎn)：(1)因?yàn)?％的晶格失配，si/ge界面必然地有非常高密度的失配位錯(cuò)。該些位錯(cuò)作為產(chǎn)生/再結(jié)合中心,對(duì)si-ge二極管在黑暗中之反向電流形成重要的貢獻(xiàn)(參見(jiàn)實(shí)例colaceetal.inieeephotonicstechnologyletters19,1813(2007)，其全部揭露在此以引用之方式并入本文)；(2)因?yàn)閮H有50ωcm的低室溫電阻率，純ge并非大型區(qū)域偵測(cè)器應(yīng)用的理想材料。為此原因ge偵測(cè)器通常必須被冷卻至液態(tài)氮的溫度(參見(jiàn)實(shí)例uspatentno.5,712,484toharadaandhttp://www.canberra.com/products/detectors/germanium-detectors.asp，其全部揭露在此以引用之方式并入本文)。

發(fā)明的目的系提供單片像素偵測(cè)器，其基于cmos處理讀出電子組件、和晶格與熱匹配兩者、以及不匹配的吸收體層，而沒(méi)有任何特殊高溫金屬化層的需要。在單片單元中讀出電子組件晶圓與吸收晶圓的組合系藉由室溫共價(jià)接合獲得的導(dǎo)電接合被提供。強(qiáng)共價(jià)晶圓接合于接近室溫下被完成系為可能，例如藉由evgroup所制造之設(shè)備的方法(參見(jiàn)實(shí)例c.etal.inecstransactions64,103(2014)，其全部揭露在此以引用之方式并入本文)。本發(fā)明同樣適用于單片像素偵測(cè)器具有si吸收體以及高z材料制成的吸收體。特別是，即使是對(duì)于高z吸收體材料，其提供大面積的單片像素傳感器，例如在平板偵測(cè)器中的使用，目前并無(wú)大晶圓可以可承受成本被制造。取決于應(yīng)用，其基于薄化si晶圓之共價(jià)接合，其含有具有具有作為吸收體之薄化si晶圓、乘載磊晶吸收層之薄化si晶圓、或由高質(zhì)量之任何半導(dǎo)體材料制成的厚吸收晶圓之讀出電子組件。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的為提供用于高能x射線與粒子偵測(cè)和成像的單片cmos積體像素傳感器。

本發(fā)明的另一目的為提供適用于高能x射線與粒子偵測(cè)和成像的單片積體像素傳感器，其中讀出電子組件與單晶吸收體被并列在cmos處理硅晶圓之相同或者相反側(cè)上。

本發(fā)明的又一目的為提供用于高能x射線與粒子偵測(cè)和成像的單片cmos積體像素傳感器，其藉由低溫晶圓接合被制造。

本發(fā)明的另一目的為提供適用于高能x射線與粒子偵測(cè)和成像的單片cmos積體像素傳感器，其藉由具有在吸收晶圓上方之讀出電子組件的cmos處理晶圓之低溫晶圓接合被制造。

本發(fā)明的進(jìn)一步目的為提供適用于高能x射線與粒子偵測(cè)和成像的單片像素傳感器，其藉由接合在具有磊晶吸收層之基板上方具有讀出電子組件之cmos處理晶圓被制造。

本發(fā)明的又一進(jìn)一步目的為提供適用于高能解析x射線與粒子偵測(cè)和成像的單片像素傳感器。

本發(fā)明的又一目的為提供能單光子或單粒子偵測(cè)之單片像素傳感器。

本發(fā)明教導(dǎo)單片像素偵測(cè)器之結(jié)構(gòu)與制造方法，其用于高能粒子形式的放射線之偵測(cè)與成像，可具有質(zhì)量或系為無(wú)質(zhì)量(例如x射線光子)。像素偵測(cè)器包含具有cmos處理讀出電子組件的si晶圓，其經(jīng)由以植入物為形式之電荷收集器或具有形成單片單元之單晶吸收體的金屬墊來(lái)通訊。單片單元藉由晶圓接合cmos處理si讀出晶圓于吸收晶圓上方，用以收集與處理藉由入射在吸收體上之放射線所產(chǎn)生的電子信號(hào)。本發(fā)明之該些與其他目的在圖示、詳細(xì)說(shuō)明以及申請(qǐng)專利范圍中被描述。

附圖說(shuō)明

圖1系為曲線圖，其顯示依據(jù)ge含量x之函數(shù)的si1-xgex合金之能帶間隙的相依性。

圖2系為單片像素偵測(cè)器之剖面圖，其在晶圓的背側(cè)上具有吸收體以及在前側(cè)具有cmos處理電子組件。

圖3a系為單片像素偵測(cè)器之剖面圖，其在cmos處理讀出電子組件的背上具有接合吸收晶體。

圖3b系為單片像素偵測(cè)器之剖面圖，其具有被接合于cmos處理讀出電子組件的背上之像素化吸收晶體。

圖3c系為單片像素偵測(cè)器之剖面圖，其具有被接合于cmos處理讀出電子組件的背上之磊晶吸收層的基板。

圖3d系為單片像素偵測(cè)器之剖面圖，其具有被接合于cmos處理讀出電子組件的背上之像素化磊晶吸收層的基板。

圖4a系為cmos處理晶圓之剖面圖，其具有讀出電子組件。

圖4b系為cmos處理晶圓之剖面圖，其具有讀出電子組件與處理晶圓。

圖4c系為被接合于處理晶圓之薄化cmos處理晶圓之剖面圖。

圖4d系為薄化cmos處理晶圓之剖面圖，其具有讀出電子組件與吸收層。

圖4e系為薄化cmos處理晶圓之剖面圖，其具有被接合于前端之讀出電子組件與處理晶圓，以及被接合于背上之吸收層。

圖4f系為薄化cmos處理晶圓之剖面圖，其具有被接合于前端之讀出電子組件與處理晶圓，以及被接合于背上之像素化與鈍化之吸收層。

圖4g系為薄化cmos處理晶圓之剖面圖，其具有被接合于前端之讀出電子組件、處理晶圓，以及被接合于背上之像素化、鈍化與接觸之吸收層。

圖5a系為cmos處理晶圓之剖面圖，其具有讀出電子組件。

圖5b系為晶圓之剖面圖，其具有像素化與鈍化之磊晶吸收層。

圖5c系為cmos處理晶圓之剖面圖，其具有讀出電子組件與處理晶圓。

圖5d系為晶圓之剖面圖，其具有像素化與鈍化之磊晶吸收層與處理晶圓。

圖5e系為被接合于處理晶圓之薄化cmos處理晶圓之剖面圖。

圖5f系為薄化基板之剖面圖，其具有被接合于處理晶圓之像素化磊晶吸收層。

圖5g系為翻轉(zhuǎn)薄化基板之剖面圖，其具有被接合于處理晶圓之像素化磊晶吸收層。

圖5h系為薄化cmos處理晶圓之剖面圖，其被接合于具有像素化磊晶吸收層之薄化基板。

圖5i系為薄化cmos處理晶圓之剖面圖，在處理晶圓的移除之后，其被接合于具有像素化磊晶吸收層之薄化晶圓。

圖5j系為薄化cmos處理晶圓之剖面圖，在處理晶圓與接合殘留物的移除之后，其被接合于具有像素化磊晶吸收層之薄化晶圓。

圖5k系為薄化cmos處理晶圓之剖面圖，其被接合于具有像素化磊晶吸收層之薄化基板。

圖6a系為cmos處理晶圓之剖面圖，其具有讀出電子組件。

圖6b系為晶圓之剖面圖，其具有像素化與鈍化之磊晶吸收層。

圖6c系為cmos處理晶圓之剖面圖，其具有讀出電子組件與處理晶圓。

圖6d系為晶圓之剖面圖，在化學(xué)機(jī)械拋光之后，其具有像素化與鈍化之磊晶吸收層。

圖6e系為被接合于處理晶圓之薄化cmos處理晶圓之剖面圖。

圖6f系為薄化cmos處理晶圓之剖面圖，其被接合于像素化磊晶吸收層。

圖6g系為薄化cmos處理晶圓之剖面圖，在基板移除之后，其被接合于像素化磊晶吸收層。

圖6h系為薄化cmos處理晶圓之剖面圖，其具有在基板移除與電接觸形成之后，被接合于像素化磊晶吸收層之讀出電子組件。

圖7a系為接合之前的薄化cmos處理讀出晶圓與吸收晶圓之剖面圖，用以產(chǎn)生單片像素偵測(cè)器。

圖7b系為單片像素偵測(cè)器之剖面圖，其包含被接合于cmos處理讀出晶圓之上的吸收晶圓。

具體實(shí)施方式

本發(fā)明的目的為解決材料不一致性的問(wèn)題，防止敏感、大面積之單片像素偵測(cè)器的制造，例如具有例如高達(dá)約20×20cm²或甚至約40×40cm²之尺寸的平板偵測(cè)器。對(duì)于具有si吸收體之偵測(cè)器，此種不一致性可由cmos處理讀出晶圓與吸收層所需之高度不同的摻雜級(jí)別構(gòu)成。通常，用于cmos處理之晶圓基板具有高達(dá)約30ωcm的電阻，然而吸收層較佳應(yīng)具有約500ωcm或甚至更佳地高于1000ωcm、或高達(dá)10’000ωcm或甚至高達(dá)30’000ωcm的電組，以為了在相對(duì)低的電壓消耗電荷載體。特別對(duì)于適用于具有約40kev以上高能之x射線光子之不同偵測(cè)的偵測(cè)器，不一致性系由于使用高z材料用以增強(qiáng)吸收之需求。本發(fā)明藉由低溫直接晶圓接合技術(shù)之方法克服該些不一致性，因此cmos處理讀出電子組件與單晶吸收晶圓被結(jié)合在偵測(cè)結(jié)構(gòu)中，形成單片單元。橫跨cmos處理讀出電子組件與吸收晶圓之間之接合接口的有效電荷收集藉由例如像evgroup所制造之高真空接合設(shè)備被實(shí)現(xiàn)(參見(jiàn)實(shí)例c.etal.inecstransactions64,103(2014)，其全部揭露在此以引用之方式并入本文)。不受拘束的電荷收集進(jìn)一步要求域外與/或原位表面準(zhǔn)備技術(shù)，其為晶圓接合提供干凈、無(wú)氧化物的表面。本發(fā)明原則上適用于任何吸收材料，其中由高質(zhì)量單晶組成之大晶圓系為可得或?qū)?lái)可成為可得，例如像是si、gaas、cdte、cdznte以及sige?；蛘?，本發(fā)明系適用于吸收材料，其可被外延地生長(zhǎng)在大si晶圓上，只要其基本上為無(wú)缺陷，即，該些材料之磊晶層最佳地包括低于約10⁵-10⁶cm^-2或甚至低于10⁴-10⁵cm^-2之錯(cuò)位密度。一較佳材料之類別被鑒別為具有g(shù)e含量x在0.2≤x≤0.8之間、或甚至更佳的在0.6≤x≤0.8之間的si1-xgex合金。si1-xgex合金的能帶結(jié)構(gòu)系為根據(jù)圖1所示0≤x≤0.8具有能帶間隙0.9ev以上的類si(參見(jiàn)實(shí)例j.weberetal.inphys.rev.b40,5683(1989)，其全部揭露在此以引用之方式并入本文)。該些能帶間隙相較于ge總計(jì)為0.66ev的能帶間隙大。電荷載體之熱產(chǎn)生將因此相應(yīng)地被降低，導(dǎo)致基于該合金吸收體之高出較多的電阻和較低的暗電流。反之，此被期望大大地放寬用于偵測(cè)器的冷卻規(guī)范。

藉由構(gòu)造，本發(fā)明之單片像素偵測(cè)器被期望用以提供單光子或單粒子偵測(cè)。本發(fā)明之單片像素偵測(cè)器也因此適用于能量鑒別，因此入射在吸收體上之粒子之能量，可藉由使用藉由讀出電子組件處理之電脈沖的脈沖高度分析被測(cè)量。

現(xiàn)在參考包含單片cmos積體像素偵測(cè)器之單片單元的一般實(shí)施例100，圖2顯示設(shè)備10之剖面圖，其由具有在前側(cè)16上之讀出電子組件14與在后側(cè)20上之吸收體18的cmos處理晶圓12構(gòu)成。cmos處理晶圓12較佳系為si晶圓，如本技術(shù)領(lǐng)域中所知的。吸收體18系為一般吸收體，在實(shí)施例中中可系為吸收晶圓，其完全由以單晶形式之吸收體材料所構(gòu)成?；蛘?，吸收體18可系為在吸收晶圓上之單晶吸收體層，其可系為異質(zhì)的，部分地由作為吸收層支撐與對(duì)整體吸收貢獻(xiàn)不大之材料組成。入射在吸收體18上之x射線或高能粒子22可創(chuàng)造電子-電洞對(duì)24，其可被拉開，當(dāng)藉由電場(chǎng)線26表示電場(chǎng)時(shí)，其存在厚度h之吸收體18中與厚度d之si晶圓12之漂移區(qū)域28中，個(gè)別的電荷42、44(電子、電洞)分別地飄移向晶圓12之前側(cè)16與吸收體18之表面34。取決施加于吸收體18之金屬化背接觸32上之電壓30的符號(hào)，任一個(gè)孔42或電子44可沿著電場(chǎng)線26飄移向晶圓12的前側(cè)16，用以藉由定義尺寸l之偵測(cè)器之像素41的電荷收集器植入物38被收集。像素尺寸l可以在約5-200μm的范圍內(nèi)，較佳的數(shù)值取決于應(yīng)用。用于計(jì)算機(jī)斷層攝影(ct)與其他醫(yī)療應(yīng)用，較佳的像素尺寸可在例如100-200μm或50-100μm的范圍內(nèi)。用于非破壞性試驗(yàn)(ndt)應(yīng)用，較佳的尺寸像素可在例如50-100μm的范圍內(nèi)。用于核粒子檢測(cè)，l更好可為約20-50μm。用于透射電子顯微(tem)與次級(jí)離子質(zhì)譜(sims)中之電子檢測(cè)，l更好可為在約5-25μm的范圍內(nèi)。被包括在藉由電荷收集器植入物38收集之電荷42或44中的電子信號(hào)，其可隨后藉由用于包含讀出電子組件14之像素41的本地讀出電路40被處理成數(shù)字信號(hào)?？梢岳斫獾氖茄b置10與例如pcb板通訊，其被設(shè)計(jì)用于信號(hào)通路、進(jìn)一步處理與用于和本領(lǐng)域所熟知的數(shù)據(jù)收集、操控以及顯示單元之通訊。適當(dāng)?shù)氖蔷S持漂移區(qū)域28之厚度d低，以為了限制用于其減壓與吸收體18之減壓一起所要求的電壓30。兩個(gè)區(qū)域18與28之充分減壓系為恰當(dāng)，以為了藉由擴(kuò)散避免載體收集與最大化裝置10之靈敏度。較佳地，厚度d系在10-100μm或更佳地約10-50μm或甚至更佳地約10-20μm之范圍內(nèi)。吸收體18之最佳厚度h取決于吸收體材料與被檢測(cè)之粒子的能量。其范圍可從約20μm至200μm或從200μm至1mm或甚至到數(shù)mm。一般而言，吸收體18之減壓的程度取決于裝置10之操作溫度、吸收體材料的電阻率與外加電壓30。因此較佳的是保持吸收體之室溫電阻率盡可能地高，以為了限制電壓30。對(duì)于si吸收體，電阻率可系為約5’000-10’000ωcm或10’000-20’000ωcm或甚至20’000-30’000ωcm。對(duì)于sige吸收體只要ge含量保持低于約80％，該數(shù)據(jù)可系為可與si相比，使得能帶結(jié)構(gòu)系為類si。對(duì)于cr補(bǔ)償gaas，室溫電阻率可系為甚至更高，例如高達(dá)2.5×10⁹ωcm(參見(jiàn)實(shí)例m.c.vealeetal.innucl.instr.meth.phys.res.a752,6(2014)，其全部揭露在此以引用之方式并入本文)。cdte吸收體與cd1-xznxte合金吸收體例如具有x＝0.1可分別地具有約10⁹與10¹⁰ωcm之電阻率(參見(jiàn)實(shí)例s.delsordoetal.,insensors9,3491(2009)，其全部揭露在此以引用之方式并入本文)。

本發(fā)明之單片cmos積體偵測(cè)器之一優(yōu)點(diǎn)系為其對(duì)大面積之可擴(kuò)展性，如同例如用于平板偵測(cè)器所要求的，其可假定20×20cm²之尺寸或甚至較大尺寸高達(dá)約40×40cm²。

本發(fā)明之單片cmos積體偵測(cè)器之另一優(yōu)點(diǎn)系為其提供單光子或單粒子偵測(cè)的能力。相較于本領(lǐng)域中已知的典型單晶或非晶硅吸收體，偵測(cè)器靈敏度之極限限制系為本發(fā)明之單晶吸收體之更好的電輸送特性(高載體遷移率、無(wú)陷阱與復(fù)合中心)之結(jié)果。

本發(fā)明之單片cmos積體偵測(cè)器之又另一優(yōu)點(diǎn)系為其提供所偵測(cè)之無(wú)質(zhì)量光子與具質(zhì)量之基本粒子的能量解析力的能力。

現(xiàn)在參考圖3a，單片地積體像素偵測(cè)器210之第一實(shí)施例200包含在其前側(cè)216上具有讀出電子組件214之cmos處理晶圓212，與藉由低溫晶圓接合于其背側(cè)220之上的吸收晶圓218。實(shí)施例200可特別地適用于由si或由熱膨脹系數(shù)α不強(qiáng)偏離si之材料所制造的吸收晶圓218，使得例如300℃之溫和溫度改變的熱誘發(fā)應(yīng)變系為約10^-4以下。例如對(duì)于sic，熱膨脹系數(shù)之不匹配(αsic-αsi)/αsi在室溫中總計(jì)為約8％，300℃之室溫變化δt產(chǎn)生約6×10^-5的熱應(yīng)變?chǔ)舤h。實(shí)施例200也可被應(yīng)用于吸收晶圓218，其系為與si熱不匹配，例如像是ge、gaas、cdte以及cd1-xznxte合金，其所有之不匹配系為120％以上，提供在低溫下被進(jìn)行之晶圓接合。使用于接合制程之溫度因此較佳選擇系為400℃以下、或更佳地為300℃以下以及甚至更佳地為200℃以下。最理想的溫度系為100℃以下、或甚至為室溫。100℃的溫度變化對(duì)ge/si、gaas/si、ge/si以及cdte/si接合導(dǎo)致僅約3×10^-4之熱應(yīng)變?chǔ)舤h，而對(duì)于300℃之δtεth系為約10^-3。單晶吸收晶圓218藉由直接晶圓接合250被接合于cmos處理晶圓212之背側(cè)表面220。晶圓212之背側(cè)表面220與吸收晶圓218之表面219之間的直接晶圓接合250較佳系為共價(jià)接合，其提供導(dǎo)電接觸，較佳為吸收晶圓218與橫跨晶圓212之整個(gè)背側(cè)表面220的漂移區(qū)域228之間具有很少或無(wú)界面態(tài)以及無(wú)氧化物。較佳地，漂移區(qū)域228之厚度d系在10-100μm或更佳地約10-50μm或甚至更佳地約10-20μm之范圍內(nèi)。為了建立緊密電接觸，晶圓212之背側(cè)表面與吸收晶圓218之接合表面必須系為原子級(jí)平坦與無(wú)粒子。建議在共價(jià)接合所要求之表面處理之前，晶圓212之背側(cè)表面220與吸收晶圓218之接合表面219須經(jīng)過(guò)化學(xué)機(jī)械拋光步驟。接合處理可包含在接合設(shè)備中退火之選擇性原位預(yù)接合之步驟，用以在任何原位表面處理之前減少水分，提供適用于共價(jià)接合之無(wú)氧化物表面。退火溫度范圍可在100℃與200℃之間、或在200℃與300℃之間。用于共價(jià)接合所要求之表面處理可包括來(lái)自包含域外濕式化學(xué)氧化物移除與氫鈍化之步驟清單之域外(接合設(shè)備外部)與原位步驟(接合設(shè)備內(nèi)部)，例如藉由稀釋hf浸漬或暴露于hf蒸汽，接著藉由原位軟離子撞擊或雷射暴露移除吸附的氫氣。用于氫鈍化之移除的較佳方法可系為低能量h或h離子撞擊。具有能量介于約100-200ev之間的he離子系為熟知的移除h而無(wú)任何顯著的反沖植入(參見(jiàn)實(shí)例m.r.tesauroetal.insurf.sci.415,37(1998)，其全部揭露在此以引用之方式并入本文)，與引起si非晶化需要更高的能量(參見(jiàn)實(shí)例v.f.reutovetal,intechn.phys.lett.28,615(2002)，其全部揭露在此以引用之方式并入本文)。用于原位表面氧化物移除之另一方式可系為高能的、較佳為稀有氣體或氮粒子撞擊(濺鍍)，例如藉由帶電荷之a(chǎn)r⁺、n2⁺以及n⁺離子或中性的ar或n原子或n2分子，其在例如本領(lǐng)域中已知的電漿源中產(chǎn)生。較佳地離子或原子濺鍍能量被維持為低，例如接近濺鍍臨界，以為了最小化si非晶化。適用的離子與中性的粒子能量范圍可在約70-100ev之間、或較佳地在約50-70ev之間、或甚至更佳地在約40-50ev之間(參見(jiàn)實(shí)例s.s.todorovetal.inappl.phys.lett.52,365(1988)，其全部揭露在此以引用之方式并入本文)。

導(dǎo)致電導(dǎo)電帶之共價(jià)接合系較佳地于400℃以下或更佳地于300℃以下或甚至更佳地于200℃以下被執(zhí)行。最理想的接合溫度系于100℃以下或甚至室溫。共價(jià)接合后可接著選擇性后接合退火，較佳地在低溫中，例如于100℃與200℃之間、或200℃與300℃之間、或最高于300℃與400℃之間的低溫。在任何情況下其必須于約450℃以下，以為了避免cmos處理晶圓212之金屬化的崩解。

吸收晶圓被提供金屬化背接觸232。當(dāng)大電壓230被施加于接觸232與電荷收集器植入物238之間時(shí)，其基本上導(dǎo)致cmos處理晶圓212之吸收晶圓218與漂移區(qū)域228中的減壓，藉由吸收高能材料粒子或光子所產(chǎn)生之電子-電洞對(duì)在相關(guān)的電場(chǎng)中被分離，并沿著電場(chǎng)線26移動(dòng)，而非藉由擴(kuò)散遷移。取決于電壓230之信號(hào)，任一的電子或電洞藉由電荷收集器植入物238與金屬電極232被收集。單片積體像素偵測(cè)器210之像素241之尺寸系因而藉由植入物238之間隔l被定義。

現(xiàn)在參考圖3b，單片地積體像素偵測(cè)器210’之第二實(shí)施例200’包含在其前側(cè)216上具有讀出電子組件214之cmos處理晶圓212，與藉由低溫晶圓接合于其背側(cè)220之上的像素化吸收晶圓218’。實(shí)施例200’可以特別適用于吸收晶圓218’，其與si系為晶格匹配但熱不匹配，例如像是gap，晶格參數(shù)不匹配(agap-asi)/asi系為約3.5×10^-3且熱膨脹系數(shù)(αgap-αsi)/αsi之不匹配約81％。在較小程度上其也可適用于吸收晶圓218’，其與si系為熱與晶格不匹配，例如像是ge、gaas、cdte、cdznte以及sic，其中前兩個(gè)之晶格參數(shù)不匹配系為約4.2％以及最后三個(gè)材料的系為19％。除了sic，該些材料之熱膨脹系數(shù)之不匹配系為約130％。包括si吸收體之像素化吸收體，因?yàn)殡姾奢d體在其往電荷收集器的途中不能盡可能地分散，而具有改善之空間分辨率的附加效益。吸收晶圓218’系為像素化，即，其由寬度w1之分離吸收區(qū)塊252所構(gòu)成，藉由寬度w2之溝槽254被分開。吸收區(qū)塊252之側(cè)壁274最佳地系為藉由第一介電質(zhì)層236被鈍化，接著選擇性地藉由進(jìn)一步介電質(zhì)層，用以當(dāng)偵測(cè)器210’在操作時(shí)防止沿著側(cè)壁274之表面泄漏。分離吸收區(qū)塊252之寬度w1可系為更大、等于或小于藉由電荷收集器植入物238定義之像素尺寸l。寬度w1可因此介于約200-500μm之間或約100-200μm之間或50-100μm之間的范圍內(nèi)。寬度最佳系為根據(jù)熱不匹配之尺寸被選擇，以為了避免接合過(guò)程或選擇性后接合退火期間的熱裂之形成。溝槽254之寬度w2最佳地系為小于分離吸收區(qū)塊252之寬度w1，或甚至更佳地為更小。溝槽254之寬度w2可系與藉由本技術(shù)領(lǐng)域中所熟知之微影蝕刻與深式反應(yīng)性離子蝕刻可達(dá)到的最小寬度一樣窄，例如像是1-5μm或甚至0.1-1μm(參見(jiàn)實(shí)例x.lietal.,insensorsandactuatorsa87,139(2001)ande.h.klaassen,insensorsandactuatorsa52,132(1996)，其全部揭露在此以引用之方式并入本文)。cmos處理晶圓212之較佳背側(cè)表面220與具有吸收區(qū)塊252吸收晶圓218’之表面219’藉由共價(jià)直接晶圓接合250’被接合，其提供緊密的、導(dǎo)電接觸，較佳為在橫跨晶圓212之整個(gè)背側(cè)220的吸收晶圓218’與偏移區(qū)域228之間，具有很少或無(wú)界面態(tài)以及無(wú)氧化物。較佳地，漂移區(qū)域228之厚度d系在10-100μm或更佳地約10-50μm或甚至更佳地約10-20μm之范圍內(nèi)。為了建立緊密電接觸，晶圓212之背側(cè)表面與吸收晶圓218’之接合表面必須系為原子級(jí)平坦與無(wú)微粒。建議在共價(jià)接合所要求之表面處理之前，晶圓212之背側(cè)表面220與吸收晶圓218’之接合表面須經(jīng)過(guò)化學(xué)機(jī)械拋光步驟。接合處理最佳地包含選擇性原位預(yù)接合退火之步驟，用以在任何原位表面處理之前減少水分，提供適用于共價(jià)接合之無(wú)氧化物表面。退火溫度范圍可在100℃與200℃之間、或在200℃與300℃之間。吸收晶圓218’到吸收區(qū)塊252的圖案最佳地系在選擇性低溫后接合退火之后被進(jìn)行，以為了避免后接合退火期間因?yàn)榫A212與吸收晶圓218’之不同的熱膨脹系數(shù)所施加的應(yīng)力。用于共價(jià)接合所要求之表面處理可包括來(lái)自包含域外濕式化學(xué)氧化物移除與氫鈍化之步驟清單的步驟，例如藉由稀釋hf浸漬或暴露于hf蒸汽，接著藉由原位軟離子撞擊或雷射暴露移除吸附的氫氣。用于氫鈍化之移除較佳的方法可以系為藉由低能量h或he離子。具有能量介于約100-200ev之間的he離子系為熟知的移除h而無(wú)任何顯著的反沖植入(參見(jiàn)實(shí)例m.r.tesauroetal.insurf.sci.415,37(1998)，其全部揭露在此以引用之方式并入本文)，與引起si非晶化需要更高的能量(參見(jiàn)實(shí)例v.f.reutovetal,intechn.phys.lett.28,615(2002)，其全部揭露在此以引用之方式并入本文)。用于原位表面氧化物移除之另一方式可系為高能的、較佳為稀有氣體或氮微粒撞擊(濺鍍)，例如藉由帶電荷之a(chǎn)r⁺、n2⁺或n⁺離子或中性的ar或n原子或n2，其在例如本領(lǐng)域中已知的電漿源中產(chǎn)生。較佳地離子或原子濺鍍能量被維持為低，例如接近濺鍍臨界，以為了最小化si非晶化。適用的離子與中性的粒子能量范圍可在約70-100ev之間、或較佳地在約50-70ev之間、或甚至更佳地在約40-50ev之間(參見(jiàn)實(shí)例s.s.todorovetal.inappl.phys.lett.52,365(1988)，其全部揭露在此以引用之方式并入本文)。

導(dǎo)致電導(dǎo)電帶之共價(jià)接合系較佳地于400℃或更佳地于300℃以下與甚至更佳地于200℃以下被執(zhí)行。最理想的接合溫度系于100℃以下或甚至室溫。共價(jià)接合后可接著選擇性后接合退火。后接合退火溫度范圍可在較100℃與200℃之間、或200℃與300℃之間、或最高于300℃與400℃之間。在任何情況下其必須于約450℃以下，以為了避免cmos處理晶圓212之金屬化的崩解。吸收晶圓218’被提供金屬化背接觸232’。分離吸收區(qū)塊252可因此藉由金屬化背接觸232’被電連接，基本上延伸橫跨吸收晶圓之整個(gè)表面。

當(dāng)大電壓230被施加于吸收晶圓218’之金屬化背接觸232’時(shí)，其基本上導(dǎo)致cmos處理晶圓212之吸收晶圓218’與漂移區(qū)域228中的減壓，藉由吸收高能材料粒子或光子所產(chǎn)生之電子-電洞對(duì)在相關(guān)的電場(chǎng)中被分離，并沿著電場(chǎng)線26移動(dòng)，而非藉由擴(kuò)散遷移。取決于電壓230之信號(hào)，任一的電子或電洞藉由電荷收集器植入物238被收集，其定義像素241之尺寸l，與金屬電極232’。

現(xiàn)在參考圖3c，第三實(shí)施例200”結(jié)構(gòu)上類似該第一實(shí)施例(圖3a)但具有包含在si基板上之磊晶層之吸收晶圓。單片地積體像素偵測(cè)器210”之第三實(shí)施例系由在其前側(cè)216上具有讀出電子組件214之cmos處理晶圓212、與藉由低溫晶圓接合于其背側(cè)220上之吸收晶圓257”構(gòu)成。實(shí)施例200”可特別適用于吸收層218”，其不可以適用于晶圓制造之大單晶的形式被生長(zhǎng)，但其可以在大si基板256上之磊晶層的形式被生長(zhǎng)。磊晶吸收層218”最佳地系為半導(dǎo)體材料制成，其基本上系為晶格匹配于si基板，例如像是gap，其晶格參數(shù)不匹配(agap-asi)/asi系為約3.5×10^-3，以為了避免失配錯(cuò)位之高密度出現(xiàn)在基板與磊晶層之間的界面258。其也可包含成分分級(jí)層，其中最接近具si基板之界面的層系為晶格匹配，例如gap1-xasx合金，x范圍從0到1，在幾μm之厚度之內(nèi)，例如約3-5μm或約5-10μm，在其純gaas之約4％特性之完全晶格不匹配被達(dá)到以后，與厚gaas蓋層可被加入，例如包含約10-50μm、或最佳為約50-100μm或甚至100-200μm的厚度。取決于分層率，即，該比率其中之組成x作為層厚度之函數(shù)被改變，錯(cuò)位被分布在分級(jí)層的較小或較大面積上方。分層率較小，每層之體積百分率的失配位錯(cuò)之密度則較低。延伸于分級(jí)層的生長(zhǎng)前端的穿透位錯(cuò)之密度與遞減分層率系為相對(duì)應(yīng)地減少，如熟悉本技術(shù)領(lǐng)域人員已知的。

為了避免因?yàn)榛?56與磊晶吸收層218”之表面階梯高度之不同的反相邊界之形成，基板256可為來(lái)自正常的精確之同軸晶圓取向之稍微斜切，其可最佳地(001)被取向，例如在[110]方向中約2°-4°或甚至4°-6°。

基板256最佳地系在具有cmos處理晶圓212之直接晶圓接合被形成之前被薄化。薄化基板256之較佳的厚度系在約10-100μm之間，且更佳地系在約10-50μm之間以及甚至更佳地系在約10-20μm之間。

在實(shí)施例200”中，直接晶圓接合250”系為cmos處理晶圓212之背側(cè)220與基板256之表面219”之間的共價(jià)si-si接合，磊晶吸收層218”生長(zhǎng)在其上。為了緊密、導(dǎo)電接觸之被建立，晶圓212之背側(cè)表面220與基板256之接合表面219”必須系為原子級(jí)平坦與無(wú)微粒。較佳地，漂移區(qū)域228之厚度d系在10-100μm或更佳地約10-50μm或甚至更佳地約10-20μm之范圍內(nèi)。建議在共價(jià)接合所要求之表面處理之前，晶圓212之背側(cè)表面220與基板256之接合表面須經(jīng)過(guò)化學(xué)機(jī)械拋光步驟。接合處理最佳地包含選擇性原位預(yù)接合退火之步驟，用以在原位表面處理之前減少水分，提供適用于共價(jià)接合之無(wú)氧化物表面。退火溫度可在100℃與200℃之間，或在200℃與300℃之間的范圍。用于共價(jià)接合所要求之表面處理可包括來(lái)自包含域外濕式化學(xué)氧化物移除與氫鈍化之步驟清單的步驟，例如藉由稀釋hf浸漬或暴露于hf蒸汽，接著藉由原位軟離子撞擊或雷射暴露移除吸附的氫氣。用于氫鈍化之移除較佳的方法可以系為藉由低能量h或he離子。具有能量介于約100-200ev之間的he離子系為熟知的移除h而無(wú)任何顯著的反沖植入(參見(jiàn)實(shí)例m.r.tesauroetal.insurf.sci.415,37(1998)，其全部揭露在此以引用之方式并入本文)，與引起si非晶化需要更高的能量(參見(jiàn)實(shí)例v.f.reutovetal,intechn.phys.lett.28,615(2002)，其全部揭露在此以引用之方式并入本文)。用于表面氧化物移除之另一方式可系為高能的、較佳為氮或稀有氣體粒子撞擊，例如藉由帶電荷之a(chǎn)r⁺、n2⁺以及n⁺離子或中性的ar或n原子或n2分子，其在例如本領(lǐng)域中已知的電漿源中產(chǎn)生。較佳地離子或原子濺鍍能量被維持為低，例如接近濺鍍臨界，以為了最小化si非晶化。適用的離子與中性的粒子能量范圍可在約70-100ev之間、或較佳地在約50-70ev之間、或甚至更佳地在約40-50ev之間(參見(jiàn)實(shí)例s.s.todorovetal.inappl.phys.lett.52,365(1988)，其全部揭露在此以引用之方式并入本文)。

導(dǎo)致電導(dǎo)電帶之共價(jià)接合系較佳地于400℃以下或更佳地于300℃以下或甚至更佳地于200℃以下被執(zhí)行。最理想的接合溫度系于100℃以下或甚至室溫。后接合退火溫度范圍可在較100℃與200℃之間、或200℃與300℃之間、或最高于300℃與400℃之間。在任何情況下其必須于約450℃以下，以為了避免cmos處理晶圓212之金屬化的崩解。

吸收晶圓257”被提供金屬化背接觸232在磊晶吸收層218”上。當(dāng)大電壓230被施加于吸收晶圓之金屬化背接觸232時(shí)，其基本上導(dǎo)致cmos處理晶圓212之吸收晶圓257”與漂移區(qū)域228中的減壓，藉由吸收高能材料粒子或光子所產(chǎn)生之電子-電洞對(duì)在相關(guān)的電場(chǎng)中被分離，并沿著電場(chǎng)線26移動(dòng)，而非藉由擴(kuò)散遷移。取決于電壓230之信號(hào)，任一的電子或電洞藉由電荷收集器植入物238被收集，其分別地定義像素241之尺寸l，與金屬電極232。

現(xiàn)在參考圖3d，第四實(shí)施例200”’結(jié)合第二與第三實(shí)施例之特征。單片地積體像素偵測(cè)器210”’之第四實(shí)施例包含在其前側(cè)216上具有讀出電子組件214之cmos處理晶圓212，與像素化吸收晶圓257”’，其包含在大si基板256上之像素化吸收層218”’，該基板藉由低溫晶圓接合被接合于cmos晶圓212之背側(cè)220上。實(shí)施例200”’系為吸收層218”’之較佳的實(shí)施例，其不能以適用于晶圓制造之大單晶形式被生長(zhǎng)，但其可以寬度w3之磊晶吸收區(qū)塊252’的形式、作為像素化磊晶吸收層218”’被生長(zhǎng)，其藉由在大si基板256上之寬度w4之溝槽254’被分開。包括si吸收體之像素化吸收體，因?yàn)殡姾奢d體在其往電荷收集器的途中不能盡可能地分散，而具有改善之空間分辨率的附加效益。吸收區(qū)塊252’之側(cè)壁274’最佳地系為藉由第一介電質(zhì)層236’被鈍化，接著選擇性地藉由進(jìn)一步介電質(zhì)層，用以當(dāng)偵測(cè)器210”’在操作時(shí)防止沿著側(cè)壁274’之表面泄漏。分離吸收區(qū)塊252’之寬度w3可系為大于、相等或小于藉由電荷收集器植入物238所定義的像素尺寸l。寬度w3可在約50-100μm之間或較佳地在20-50μm之間或甚至更佳地在5-20μm之間或甚至在1-5μm之間的范圍?？蛇x擇寬度w3之較佳值，以為了藉由吸收區(qū)塊252’之彈性松弛釋放失配應(yīng)力，以保持其無(wú)缺陷。溝槽254’之寬度w4最佳地系為小于吸收區(qū)塊252’之寬度w3，或甚至更佳地為更小。對(duì)于藉由art中介電質(zhì)屏蔽開口之間距定義之吸收區(qū)塊252’，其可系為如藉由微影蝕刻與深式反應(yīng)性離子蝕刻技術(shù)可達(dá)到之最小寬度一樣窄，例如1-5μm或甚至約0.1-1μm。藉由吸收區(qū)塊252’之自限側(cè)向成長(zhǎng)所獲得之溝槽之寬度w4可系為甚至更小，例如100nm-1μm、或甚至20nm-100nm。

實(shí)施例200”’系為吸收層之最佳地實(shí)施例，其與si基板256系同時(shí)為晶格與熱不匹配，但也可被應(yīng)用于例如si吸收體本身之晶格匹配吸收體。磊晶吸收層218”’最佳地材料可系為si1-xgex合金，其較佳地具有20％以上之ge含量，且其較佳地系為成分分級(jí)，例如從純si以上到最終之ge含量。在實(shí)施例之較佳態(tài)樣中，si1-xgex合金可具有約0.6≤x≤0.8之高ge含量x。在實(shí)施例之甚至更佳態(tài)樣中，si1-xgex合金可系為成分分級(jí)為約0.6≤x≤0.8之高ge含量x，與選擇性地具有相同或幾乎相同的恒組成之蓋區(qū)域，例如分級(jí)部分之最終組成在1-2％之內(nèi)，其可例如為線性地分級(jí)。在實(shí)施例200”’之最佳的態(tài)樣中，在si基板256與像素化磊晶吸收層218”’之間的界面258基本上系為無(wú)缺陷，即，顯示約10⁵-10⁶cm^-2或甚至10⁴-10⁵cm^-2或甚至更小之錯(cuò)位密度。如同熟悉本領(lǐng)域之人員所知，其可藉由例如選擇半導(dǎo)體區(qū)塊252’之寬度w3達(dá)成，其形成像素化磊晶吸收層218”’與分級(jí)率均夠小，用以允許吸收層218”’之磊晶生長(zhǎng)期間之失配應(yīng)力的彈性松弛(參見(jiàn)實(shí)例m.salvalaglio,j.appl.phys.116,104306(2014)，其全部揭露在此以引用之方式并入本文)。分級(jí)率較佳可選擇約在2-3％之間、或更佳地在1-2％之間、或甚至在0.5-1％之間。在實(shí)施例之其他態(tài)樣中，基板256與像素化吸收層218”’之區(qū)塊252’之間的界面區(qū)域258可能系不為基本上無(wú)缺陷，而是當(dāng)大電壓230被施加于吸收層218”’與cmos處理晶圓212之植入物238的金屬化背接觸232’時(shí)，足夠小的尺寸用以維持暗電流在可接受之程度。如同熟悉本領(lǐng)域之人員所知，該小界面區(qū)域通常被使用例如在深寬比捕獲(art)之技術(shù)，其中穿透位錯(cuò)被捕獲在電介質(zhì)屏蔽中之窗孔的側(cè)壁，在其中半導(dǎo)體被選擇性生長(zhǎng)(參見(jiàn)實(shí)例i.etal.,iedmsanfrancisco,2010，其全部揭露在此以引用之方式并入本文)。在art的協(xié)助下，除了sige以外之其他吸收材料也可被使用，例如gaas、cdte或cd1-xznxte合金。

溝槽254’之寬度w4最佳地系為小于吸收區(qū)塊252’之寬度w3，或甚至更佳地為更小。當(dāng)自限磊晶生長(zhǎng)方法與深圖形化基板如本被使用來(lái)定義吸收區(qū)塊252’之尺寸w3，如同本領(lǐng)域所熟知，溝槽之寬度w4可系為1μm以下或200nm以下或甚至100nm以下(參見(jiàn)實(shí)例internationalpatentapplicationno.wo2011/135432tovon其全部揭露在此以引用之方式并入本文)?；蛘?，當(dāng)art之方法被使用來(lái)定義吸收區(qū)塊252’之尺寸w3，溝槽254’之寬度w4可藉由電介質(zhì)窗孔之間距被定義，其可系為如藉由被使用于圖形化電介質(zhì)屏蔽之微影蝕刻與深式反應(yīng)性離子蝕刻技術(shù)可達(dá)到之最小寬度一樣窄，例如像是1-5μm或甚至0.1-1μm。

cmos處理晶圓212之較佳背側(cè)表面220與基板256之表面219”’藉由共價(jià)接合250”被接合，其提供緊密導(dǎo)電接觸，較佳為在橫跨晶圓212之整個(gè)背側(cè)220的吸收晶圓257”’與偏移區(qū)域228之間，具有很少或無(wú)界面態(tài)以及無(wú)氧化物。

基板256最佳地系在具有cmos處理晶圓212之直接晶圓接合被形成之前被薄化。薄化基板256之較佳的厚度系在約10-100μm之間，且更佳地系在約10-50μm之間以及甚至更佳地系在約10-20μm之間。在實(shí)施例之其他態(tài)樣中，基板可完全地被移除。這可藉由接合吸收晶圓257”’之分離吸收區(qū)塊252’的表面253’于晶圓212之220的背側(cè)表面之上被達(dá)成。在實(shí)施例之此態(tài)樣中，如果分離吸收區(qū)塊252’之表面253’不是硅表面，導(dǎo)電直接晶圓接合250”可不再系為si-si接合。

較佳地，cmos晶圓212也被薄化，使得漂移區(qū)域228之厚度d系在10-100μm或更佳地約10-50μm或甚至更佳地約10-20μm之范圍內(nèi)。為了緊密、導(dǎo)電接觸之被建立，晶圓212之背側(cè)表面220與基板256之接合表面必須系為原子級(jí)平坦與無(wú)微粒。建議在共價(jià)接合所要求之表面處理之前，晶圓212之背側(cè)表面220與吸收晶圓257”’之接合表面須經(jīng)過(guò)化學(xué)機(jī)械拋光步驟。接合處理最佳地包含選擇性原位預(yù)接合退火之步驟，用以在原位表面處理之前減少水分，提供適用于共價(jià)接合之無(wú)氧化物表面。退火溫度可在100℃與200℃之間，或在200℃與300℃之間的范圍。用于共價(jià)接合所要求之表面處理可包括來(lái)自包含域外濕式化學(xué)氧化物移除與氫鈍化之步驟清單的步驟，例如藉由稀釋hf浸漬或暴露于hf蒸汽，接著藉由原位軟離子撞擊或雷射暴露移除吸附的氫氣。用于氫鈍化之移除較佳的方法可以系為藉由低能量h或he離子。具有能量介于約100-200ev之間的he離子系為熟知的移除h而無(wú)任何顯著的反沖植入(參見(jiàn)實(shí)例m.r.tesauroetal.insurf.sci.415,37(1998)，其全部揭露在此以引用之方式并入本文)，與引起si非晶化需要更高的能量(參見(jiàn)實(shí)例v.f.reutovetal,intechn.phys.lett.28,615(2002)，其全部揭露在此以引用之方式并入本文)。用于原位表面氧化物移除之另一方式可系為高能的、較佳為氮或稀有氣體粒子撞擊，例如藉由帶電荷之a(chǎn)r⁺、n2⁺或n⁺離子或中性的ar或n原子或n2分子，其在例如本領(lǐng)域中已知的電漿源中產(chǎn)生。較佳地離子或原子濺鍍能量被維持為低，例如接近濺鍍臨界，以為了最小化si非晶化。適用的離子與中性的粒子能量范圍可在約70-100ev之間、或較佳地在約50-70ev之間、或甚至更佳地在約40-50ev之間(參見(jiàn)實(shí)例s.s.todorovetal.inappl.phys.lett.52,365(1988)，其全部揭露在此以引用之方式并入本文)。

導(dǎo)致電導(dǎo)電帶之共價(jià)接合系較佳地于400℃以下或更佳地于300℃以下或甚至更佳地于200℃以下被執(zhí)行。最理想的接合溫度系于100℃以下或甚至室溫。接合后可接著選擇性后接合退火。退火溫度范圍可在較100℃與200℃之間、或200℃與300℃之間、或最高于300℃與400℃之間。在任何情況下其必須于約450℃以下，以為了避免cmos處理晶圓212之金屬化的崩解。吸收晶圓257”’被提供金屬化背接觸232’。分離吸收區(qū)塊252’可因此藉由金屬化背接觸232’被電連接，基本上延伸橫跨吸收晶圓之整個(gè)吸收體表面。

當(dāng)大電壓230被施加于吸收晶圓257”’之金屬化背接觸232’時(shí)，其基本上導(dǎo)致cmos處理晶圓212之吸收體257”’與漂移區(qū)域228中的減壓，藉由吸收高能材料粒子或光子所產(chǎn)生之電子-電洞對(duì)在相關(guān)的電場(chǎng)中被分離，并沿著電場(chǎng)線26移動(dòng)，而非藉由擴(kuò)散遷移。取決于電壓230之信號(hào)，任一的電子或電洞藉由電荷收集器植入物238被收集，其分別地定義像素241之尺寸l，與金屬電極232’。

現(xiàn)在參考圖4a-g，單片像素偵測(cè)器310之制造300可包括以下步驟。在第1步驟(圖4a)中，si晶圓312，其可系為具有電阻較佳為100ωcm以上或更佳為500ωcm以上或甚至更佳為1000ωcm以上之輕微p摻雜，其系為cmos處理，用以獲得讀出電子組件314，部分340可被包含在尺寸l之每個(gè)像素341中，藉由電荷收集器植入物338之間隔被定義。在第2步驟(圖4b)中，處理晶圓360可被接合于晶圓312之選擇性化學(xué)機(jī)械拋光表面316之上。cmos晶圓312之表面316與處理晶圓360之表面362之間的接合370可以不為永久接合，但必須有足夠的強(qiáng)度以允許cmos晶圓312之薄化，用以在第三步驟(圖4c)中產(chǎn)生薄化cmos晶圓312’。薄化可藉由例如晶圓312之背側(cè)表面320之研磨與隨后的化學(xué)機(jī)械拋光被實(shí)現(xiàn)，減少輕微摻雜漂移區(qū)域328’之厚度d1至200μm以下。在實(shí)施例之較佳態(tài)樣中厚度d1可系為約10-100μm、在更佳的態(tài)樣中約10-50μm、以及在甚至更佳的態(tài)樣中其可系為低至例如10-20μm。在第4步驟(圖4d)中，具有背側(cè)表面320’之薄化cmos晶圓312被接合于厚度h1之吸收晶圓318(具有下表面334)的上表面336之上。吸收晶圓318也可可在用于共價(jià)接合所要求之表面處理之前接受化學(xué)機(jī)械拋光。接合處理最佳地包含選擇性原位預(yù)接合退火之步驟，用以在原位表面處理之前從晶圓312’、318減少水分，提供適用于共價(jià)接合之無(wú)氧化物表面。退火溫度可在100℃與200℃之間，或在200℃與300℃之間的范圍。用于共價(jià)接合所要求之表面處理可包括來(lái)自包含域外濕式化學(xué)氧化物移除與氫鈍化之步驟清單的步驟，例如藉由稀釋hf浸漬或暴露于hf蒸汽，接著藉由原位軟離子撞擊或雷射暴露移除吸附的氫氣。用于氫鈍化之移除較佳的方法可以系為藉由低能量h或he離子。具有能量介于約100-200ev之間的he離子系為熟知的移除h而無(wú)任何顯著的反沖植入(參見(jiàn)實(shí)例m.r.tesauroetal.insurf.sci.415,37(1998)，其全部揭露在此以引用之方式并入本文)，與引起si非晶化需要更高的能量(參見(jiàn)實(shí)例v.f.reutovetal,intechn.phys.lett.28,615(2002)，其全部揭露在此以引用之方式并入本文)。用于表面氧化物移除之另一方式可系為高能的、較佳為氮或稀有氣體粒子撞擊，例如藉由帶電荷之a(chǎn)r⁺、n2⁺以及n⁺離子或中性的ar或n原子或n2分子，其在例如本領(lǐng)域中已知的電漿源中產(chǎn)生。較佳地離子或原子濺鍍能量被維持為低，例如接近濺鍍臨界，以為了最小化si非晶化。適用的離子與中性的粒子能量范圍可在約70-100ev之間、或較佳地在約50-70ev之間、或甚至更佳地在約40-50ev之間(參見(jiàn)實(shí)例s.s.todorovetal.inappl.phys.lett.52,365(1988)，其全部揭露在此以引用之方式并入本文)。

導(dǎo)致電導(dǎo)電帶之共價(jià)接合系較佳地于400℃以下或更佳地于300℃以下或甚至更佳地于200℃以下被執(zhí)行。最理想的接合溫度系于100℃以下或甚至室溫。接合后可接著在第5步驟(圖4e)中的低溫選擇性后接合退火，較佳在約100℃與200℃之間、或200℃與300℃之間、或300℃與400℃之間的范圍內(nèi)，提供吸收晶圓318之表面336和cmos處理與薄化晶圓312’之間的背側(cè)表面320’之間的強(qiáng)與導(dǎo)電接合350。相對(duì)于si晶圓312’，若吸收材料藉由熱膨脹系數(shù)之大型失配被特征化，例如gaas、cdte、cd1-xznxte合金與ge以及富含ge之si1-xgex合金，其所有皆為120％以上，吸收晶圓318’可以寬度w1之分離區(qū)塊352的形式被選擇性地圖形化，其在第六步驟(圖4f)中于選擇性后接合退火之前，藉由寬度w2之溝槽354被分開，以為了避免任何不欲的熱應(yīng)力。選擇性圖形化降低直接晶圓接合于吸收晶圓318’之分離區(qū)塊與薄化晶圓312’之間的接合350’。分離吸收區(qū)塊352之寬度w1可系為更大、等于或小于藉由電荷收集器植入物338定義之像素尺寸l。寬度w1可因此介于約200-500μm之間或約100-200μm之間或50-100μm之間的范圍內(nèi)。寬度最佳系為根據(jù)熱不匹配之尺寸被選擇，以為了避免接合過(guò)程或選擇性后接合退火期間的熱裂之形成。若共價(jià)接合與后接合退火兩者系在足夠低的溫度下被執(zhí)行，用以避免任何顯著的熱應(yīng)力，圖形化可被省略。溝槽354之寬度w2最佳地系為小于吸收區(qū)塊352之寬度w1，或甚至更佳地為更小。溝槽354之寬度w2可系與藉由本技術(shù)領(lǐng)域中所熟知之微影蝕刻與深式反應(yīng)性離子蝕刻可達(dá)到的最小寬度一樣窄(參見(jiàn)實(shí)例x.lietal.,insensorsandactuatorsa87,139(2001)ande.h.klaassen,insensorsandactuatorsa52,132(1996)，其全部揭露在此以引用之方式并入本文)。建議可以介電質(zhì)膜層376覆蓋分離吸收區(qū)塊352之側(cè)壁374，其提供表面鈍化且因此在像素傳感器的操作期間減少漏電流。在第七步驟(圖4g)中，溝槽354可以絕緣材料372選擇性地被填充，且金屬接觸332’最佳可被形成為平行連接分離吸收區(qū)塊352之連續(xù)金屬化層。若吸收晶圓318之圖形化被省略，金屬接觸332’可在第六步驟(圖4f)的省略之下，反而直接地被形成在吸收表面334上。

當(dāng)大電壓330被施加于吸收晶圓318’之金屬化背接觸332’時(shí)，其基本上導(dǎo)致薄化cmos處理晶圓312’之吸收晶圓318’與薄化漂移區(qū)域328’中的減壓，藉由吸收高能材料粒子或光子所產(chǎn)生之電子-電洞對(duì)在相關(guān)的電場(chǎng)中被分離，并沿著電場(chǎng)線26移動(dòng)，而非藉由擴(kuò)散遷移。取決于電壓330之信號(hào)，電子或電洞藉由像素偵測(cè)器310之電荷收集器植入物338被收集。

現(xiàn)在參考圖5a-k，單片像素偵測(cè)器410之制造400，可包括以下步驟，不必然地以所顯示之順序執(zhí)行。在第1步驟(圖5a)中，具前側(cè)表面416與背側(cè)表面420之si晶圓412，其可系為具有電阻較佳為100ωcm以上或更佳為500ωcm以上或甚至更佳為1000ωcm以上之例如輕微p摻雜，其系為cmos處理，用以獲得讀出電子組件414，部分440可被包含在尺寸l之每個(gè)像素441中，藉由電荷收集器植入物438之間隔被定義。在第2步驟(圖5b)中，si基板晶圓456之表面488可被圖形化與被清潔，以便晶圓456作為用于磊晶吸收層418之基板，其以藉由寬度w4之溝槽454分開之寬度w3與高度h2的分離吸收區(qū)塊452的形式，生長(zhǎng)于表面488上。si晶圓456與像素化磊晶吸收層418共同包含具有吸收層表面434之吸收晶圓457。分離吸收區(qū)塊452之寬度w3可系為更大、等于或小于藉由電荷收集器植入物438定義之像素尺寸l。寬度w3可在約50-100μm之間或較佳為20-50μm之間或甚至更佳為5-20μm之間或甚至1-5μm之間的范圍內(nèi)。可選擇寬度w3之較佳值，以為了藉由吸收區(qū)塊452之彈性松弛釋放失配應(yīng)力，以保持其無(wú)缺陷。當(dāng)自限磊晶生長(zhǎng)方法與深圖形化基板如本被使用來(lái)定義吸收區(qū)塊452之尺寸w3，如同本領(lǐng)域所熟知，溝槽之寬度w4可系為1μm以下或200nm以下或甚至100nm以下(參見(jiàn)實(shí)例internationalpatentapplicationno.wo2011/135432tovon其全部揭露在此以引用之方式并入本文)?；蛘?，當(dāng)art之方法被使用來(lái)定義吸收區(qū)塊452之尺寸w3，溝槽之寬度w4可系與藉由本技術(shù)領(lǐng)域中所熟知之微影蝕刻與深式反應(yīng)性離子蝕刻可達(dá)到的最小寬度一樣窄，例如1-5μm或甚至0.1-1μm(參見(jiàn)實(shí)例x.lietal.,insensorsandactuatorsa87,139(2001)ande.h.klaassen,insensorsandactuatorsa52,132(1996)，其全部揭露在此以引用之方式并入本文)。磊晶生長(zhǎng)之后分離吸收區(qū)塊452之側(cè)壁474可藉由電介質(zhì)鈍化層選擇性地被鈍化。鈍化層可包含例如第一介電質(zhì)層436，其被設(shè)計(jì)用以當(dāng)像素偵測(cè)器410在操作時(shí)控制沿著側(cè)壁474之表面泄漏。第一介電質(zhì)層可系為熱氧化物或藉由原子層沈積(ald)被形成之氧化物。鈍化層可選擇性地包含第二介電質(zhì)層476，其可提供對(duì)抗環(huán)境影響之側(cè)壁474的額外保護(hù)。其可系由例如al2o3所制成，其如同本領(lǐng)域中所熟悉的藉由原子層沈積被沈積。溝槽454可藉由介電質(zhì)填充材料472同時(shí)被填充，用以在選擇性化學(xué)機(jī)械拋光步驟中提供穩(wěn)定性，作為吸收晶圓457之吸收層表面434之準(zhǔn)備，用于隨后的低溫晶圓接合于處理晶圓480。

在第3步驟(圖5c)中，si晶圓412之表面416在被接合于處理晶圓460之表面462之前，可經(jīng)歷選擇性化學(xué)機(jī)械拋光步驟，作為在隨后的si晶圓412之薄化與漂移區(qū)域428之相對(duì)應(yīng)薄化中，提供機(jī)械穩(wěn)定性之手段。薄化可藉由例如si晶圓412之背側(cè)表面420之研磨與隨后的化學(xué)機(jī)械拋光被實(shí)現(xiàn)。在相似之第4步驟(圖5d)中，磊晶吸收層418之表面434可被接合于處理晶圓480之表面482上，作為在隨后的基板456之薄化中提供機(jī)械穩(wěn)定性之手段，例如在化學(xué)機(jī)械拋光步驟中。在第5步驟(圖5e)中，cmos處理晶圓412之漂移區(qū)域428藉由例如電漿蝕刻被薄化，或藉由研磨晶圓412，接著藉由化學(xué)機(jī)械拋光步驟引起薄化cmos晶圓412’。具有薄化漂移區(qū)域428’之薄化晶圓412’具有厚度d1，其較佳系在約10-100μm之間，且更佳地系在約10-50μm之間以及甚至更佳地系在約10-20μm之間。在第6步驟(圖5f)中，吸收晶圓457藉由從基板晶圓456之表面490的該側(cè)薄化被變薄，例如藉由電漿蝕刻或藉由研磨、接著藉由化學(xué)機(jī)械拋光步驟，用以引起薄化吸收晶圓457’。薄化基板456’具有厚度d2，其較佳系在約10-100μm之間，且更佳地系在約10-50μm之間以及甚至更佳地系在約10-20μm之間。于薄化基板456’之表面490’上的薄化晶圓412’之背側(cè)表面420’之共價(jià)接合，其包含吸收晶圓457’之接合表面，較佳為包含原位預(yù)接合退火之步驟，用以在原位表面處理之前從晶圓412’、456’減少水分，提供適用于共價(jià)接合之無(wú)氧化物表面。退火溫度可在100℃與200℃之間，或在200℃與300℃之間的范圍。用于共價(jià)接合所要求之表面處理可包括來(lái)自包含域外濕式化學(xué)氧化物移除與氫鈍化之步驟清單的步驟，例如藉由稀釋hf浸漬或暴露于hf蒸汽，接著藉由原位軟離子撞擊或雷射暴露移除吸附的氫氣。用于氫鈍化之移除較佳的方法可以系為藉由低能量h或he離子。具有能量介于約100-200ev之間的he離子系為熟知的移除h而無(wú)任何顯著的反沖植入(參見(jiàn)實(shí)例m.r.tesauroetal.insurf.sci.415,37(1998)，其全部揭露在此以引用之方式并入本文)，與引起si非晶化需要更高的能量(參見(jiàn)實(shí)例v.f.reutovetal,intechn.phys.lett.28,615(2002)，其全部揭露在此以引用之方式并入本文)。用于表面氧化物移除之另一方式可系為高能的、較佳為氮或稀有氣體粒子撞擊，例如藉由帶電荷之a(chǎn)r⁺、n2⁺以及n⁺離子或中性的ar或n原子或n2分子，其在例如本領(lǐng)域中已知的電漿源中產(chǎn)生。較佳地離子或原子濺鍍能量被維持為低，例如接近濺鍍臨界，以為了最小化si非晶化。適用的離子與中性的粒子能量范圍可在約70-100ev之間、或較佳地在約50-70ev之間、或甚至更佳地在約40-50ev之間(參見(jiàn)實(shí)例s.s.todorovetal.inappl.phys.lett.52,365(1988)，其全部揭露在此以引用之方式并入本文)。

在第7步驟(圖5g)中，薄化基板456’或薄化cmos晶圓412’被顛倒翻轉(zhuǎn)，使得準(zhǔn)備用于共價(jià)晶圓接合之表面420’與490’面對(duì)彼此，在第8步驟(圖5h)中被連接于薄化晶圓412’與薄化吸收晶圓457’之表面490’之間的導(dǎo)電共價(jià)接合450中。共價(jià)接合系較佳地于400℃以下或更佳地于300℃以下或甚至更佳地于200℃以下被執(zhí)行。最理想的接合溫度系于100℃以下或甚至室溫。接合后可接著在低溫之選擇性后接合退火。退火溫度范圍可在較100℃與200℃之間、或200℃與300℃之間、或最高于300℃與400℃之間。在任何情況下其必須于約450℃以下，以為了避免cmos處理晶圓412’之金屬化的崩解。選擇性后接合退火之后處理晶圓480在第9步驟(圖5i)中被移除，從而磊晶吸收層418之表面434再次被暴露。在第10步驟(圖5j)中，磊晶吸收層418之表面434可接受選擇性清潔步驟，用以移除處理晶圓480之接合殘留物。隨后，吸收區(qū)塊452之間的溝槽454可藉由填充材料472’選擇性地被填充，除非該溝槽在第二步驟(圖5b)中已經(jīng)藉由填充材料472被填充。在第11步驟(圖5k)中，完整像素偵測(cè)器410終于藉由具有金屬層432之吸收區(qū)塊452的金屬化表面434被獲得，最佳作為高電壓引線430可附接其上之連續(xù)金屬接觸，用以減壓薄化cmos處理晶圓412’之漂移區(qū)域428’與薄化基板456’以及磊晶吸收層418。

對(duì)于系為晶格以及熱不匹配兩者之具有si基板456的磊晶吸收層418，制造400可系為最佳的像素偵測(cè)器410之制造方法。磊晶吸收層418最佳材料可系為si1-xgex合金，其較佳為具有20％以上之ge含量，且其較佳為系為成分分級(jí)，例如從純si以上到最終之ge含量。具有約0.6≤x≤0.8之高ge含量x之si1-xgex合金可系為用于磊晶吸收層418之特別適用的合金。最佳的si1-xgex合金可系為成分分級(jí)為約0.6≤x≤0.8之高ge含量x，與選擇性地具有相同或幾乎相同的恒組成之蓋區(qū)域，例如分級(jí)部分之最終組成在1-2％，其可例如為線性地分級(jí)。在像素偵測(cè)器410之最佳制造400中，在si基板456與像素化磊晶吸收層418之間的界面458基本上系為無(wú)缺陷，即，顯示約10⁵-10⁶cm^-2或甚至10⁴-10⁵cm^-2或甚至更小之錯(cuò)位密度。由于在步驟分級(jí)sige奈米結(jié)構(gòu)之較簡(jiǎn)單實(shí)例中被證明系為有效，其可藉由例如選擇吸收區(qū)塊452之寬度w3達(dá)成，形成像素化磊晶吸收層418與分級(jí)率均夠小，用以允許吸收層418之磊晶生長(zhǎng)期間之失配應(yīng)力的彈性松弛(參見(jiàn)實(shí)例m.salvalaglio,j.appl.phys.116,104306(2014)，其全部揭露在此以引用之方式并入本文)。分級(jí)率較佳可選擇約在2-3％之間、或更佳地在1-2％之間、或甚至在0.5-1％之間。在實(shí)施例之其他態(tài)樣中，基板456與像素化磊晶吸收層418之吸收區(qū)塊452之間的界面區(qū)域458可能系不為基本上無(wú)缺陷，而是當(dāng)大電壓430被施加于磊晶吸收層418與薄化cmos處理晶圓412’之電荷收集器植入物438的金屬化背接觸432時(shí)，足夠小的尺寸用以維持暗電流在可接受之程度。如同熟悉本領(lǐng)域之人員所知，該小界面區(qū)域通常被使用例如在深寬比捕獲(art)之技術(shù)，其中穿透位錯(cuò)被捕獲在電介質(zhì)屏蔽中之窗孔的側(cè)壁，在其中半導(dǎo)體被選擇性生長(zhǎng)(參見(jiàn)實(shí)例i.etal.,iniedm2014，其全部揭露在此以引用之方式并入本文)。在art的協(xié)助下，除了sige以外之其他吸收材料也可被使用，例如gaas、cdte或cdznte。

在實(shí)施例之另一態(tài)樣中，特別適用于粒子偵測(cè)，吸收層418可系為為圖形化的si晶圓。這可允許制造被簡(jiǎn)化，基本上在接合步驟(h)之前藉由合并(c)到(f)的步驟。

現(xiàn)在參考圖6a-h，單片像素偵測(cè)器510之替代制造500，可包括以下步驟，不必然地以所顯示之順序執(zhí)行。在第一步驟(圖6a)中，具前側(cè)表面516與背側(cè)表面520之si晶圓512，其可系為具有電阻較佳為100ωcm以上或更佳為500ωcm以上或甚至更佳為1000ωcm以上之例如輕微p摻雜，其系為cmos處理，用以獲得讀出電子組件514，部分540可被包含在尺寸l之每個(gè)像素541中，藉由電荷收集器植入物538之間隔被定義。吸收晶圓557可在第二步驟(圖6b)中被獲得，其中si晶圓556之表面588可被圖形化與被清潔，以便晶圓556作為用于磊晶吸收層518之基板，其以分離吸收區(qū)塊552的形式生長(zhǎng)于表面588上，形成具有si基板556之界面558。吸收區(qū)塊552具有寬度w3與高度h2以及藉由寬度w4之溝槽554被分開。分離吸收區(qū)塊552之寬度w3可系為更大、等于或小于藉由電荷收集器植入物538定義之像素尺寸l。寬度w3可在約50-100μm之間或較佳為20-50μm之間或甚至更佳為5-20μm之間或甚至1-5μm之間的范圍內(nèi)?？蛇x擇寬度w3之較佳值，以為了藉由吸收區(qū)塊552之彈性松弛釋放失配應(yīng)力，以保持其無(wú)缺陷。吸收區(qū)塊552之高度可系為約20-50μm或較佳為約50-100μm或甚至更加約100-200μm。當(dāng)自限磊晶生長(zhǎng)方法與深圖形化基板如本被使用來(lái)定義吸收區(qū)塊552之尺寸w3，如同本領(lǐng)域所熟知，溝槽之寬度w4可系為1μm以下或200nm以下或甚至100nm以下(參見(jiàn)實(shí)例internationalpatentapplicationno.wo2011/135432tovon其全部揭露在此以引用之方式并入本文)。或者，當(dāng)art之方法被使用來(lái)定義吸收區(qū)塊552之尺寸w3，溝槽之寬度w4可系與藉由本技術(shù)領(lǐng)域中所熟知之微影蝕刻與深式反應(yīng)性離子蝕刻可達(dá)到的最小寬度一樣窄(參見(jiàn)實(shí)例x.lietal.,insensorsandactuatorsa87,139(2001)ande.h.klaassen,insensorsandactuatorsa52,132(1996)，其全部揭露在此以引用之方式并入本文)。磊晶生長(zhǎng)之后分離區(qū)塊552之側(cè)壁574可藉由至少一電介質(zhì)鈍化層選擇性地被鈍化。至少一鈍化層可包含例如第一介電質(zhì)層536，其被設(shè)計(jì)用以當(dāng)像素偵測(cè)器510在操作時(shí)控制沿著吸收區(qū)塊552之側(cè)壁574之表面泄漏。第一介電質(zhì)層可系為熱氧化物或藉由原子層沈積(ald)被形成之氧化物。鈍化層可選擇性地包含第二介電質(zhì)層576，其可提供對(duì)抗環(huán)境影響之側(cè)壁574的額外保護(hù)。其可系由例如al2o3所制成，其如同本領(lǐng)域中所熟悉的藉由原子層沈積被沈積。溝槽554可藉由介電質(zhì)填充材料572同時(shí)被填充，用以在選擇性化學(xué)機(jī)械拋光步驟中提供穩(wěn)定性，作為磊晶吸收層518之表面534之準(zhǔn)備，用于隨后的晶圓接合步驟。

在第3步驟(圖6c)中，si晶圓512之表面516在被接合于處理晶圓560之表面562之前，可經(jīng)歷選擇性化學(xué)機(jī)械拋光步驟，作為提供用于si晶圓512之薄化的機(jī)械穩(wěn)定性之手段。

在第4步驟(圖6d)中，磊晶吸收層518之表面534可接受化學(xué)機(jī)械拋光步驟，其中磊晶吸收層之高度可被輕微降低例如1-4μm至高度h3。

在第5步驟(圖6e)中，cmos處理晶圓512與相對(duì)應(yīng)漂移區(qū)域528可被薄化，用以引起薄化cmos處理晶圓512’。薄化可藉由例如電漿蝕刻、或藉由研磨晶圓512之背側(cè)表面520與接著化學(xué)機(jī)械拋光步驟被實(shí)現(xiàn)。具有漂移區(qū)域528’之薄化晶圓512’因而具有厚度d1，其較佳系在約10-100μm之間，且更佳地系在約10-50μm之間以及甚至更佳地系在約10-20μm之間。單片像素偵測(cè)器510之制造進(jìn)一步包含薄化晶圓512’之共價(jià)接合與吸收晶圓557較佳包含以下額外步驟。在磊晶吸收層518之表面534上的薄化晶圓512’之背側(cè)表面520’的共價(jià)接合，其導(dǎo)致導(dǎo)電接合550，在第6步驟(圖6f)中較佳為包含選擇性原位預(yù)接合退火之步驟，用以在表面處理前從晶圓512’、557減少水分，提供適用于共價(jià)接合之無(wú)氧化物表面。退火溫度可在100℃與200℃之間，或在200℃與300℃之間的范圍。用于共價(jià)接合所要求之表面處理可包括來(lái)自包含域外濕式化學(xué)氧化物移除與氫鈍化之步驟清單的步驟，例如藉由稀釋hf浸漬或暴露于hf蒸汽，接著藉由原位軟離子撞擊或雷射暴露移除吸附的h。用于氫鈍化之移除較佳的方法可以系為藉由低能量h或he離子。具有能量介于約100-200ev之間的he離子系為熟知的移除h而無(wú)任何顯著的反沖植入(參見(jiàn)實(shí)例m.r.tesauroetal.insurf.sci.415,37(1998)，其全部揭露在此以引用之方式并入本文)，與引起si非晶化需要更高的能量(參見(jiàn)實(shí)例v.f.reutovetal,intechn.phys.lett.28,615(2002)，其全部揭露在此以引用之方式并入本文)。用于表面氧化物移除之另一方式可系為高能的、較佳為氮或稀有氣體粒子撞擊，例如藉由帶電荷之a(chǎn)r⁺、n2⁺以及n⁺離子或中性的ar或n原子或n2分子，其在例如本領(lǐng)域中已知的電漿源中產(chǎn)生。較佳地離子或原子濺鍍能量被維持為低，例如接近濺鍍臨界，以為了最小化si非晶化。適用的離子與中性的粒子能量范圍可在約70-100ev之間、或較佳地在約50-70ev之間、或甚至更佳地在約40-50ev之間(參見(jiàn)實(shí)例s.s.todorovetal.inappl.phys.lett.52,365(1988)，其全部揭露在此以引用之方式并入本文)。

共價(jià)接合(圖6f)較佳為被執(zhí)行在400℃以下或更佳為300℃以下或甚至更佳為200℃以下。最理想的接合溫度系于100℃以下或甚至室溫。接合后可接著選擇性后接合退火。退火溫度范圍可在較100℃與200℃之間、或200℃與300℃之間、或最高于300℃與400℃之間。在任何情況下其必須于約450℃以下，以為了避免cmos處理晶圓512’之金屬化的崩解。選擇性后接合退火之后，藉由任一的表面590之研磨或化學(xué)機(jī)械拋光、或藉由電漿蝕刻步驟暴露具有吸收區(qū)塊552(圖6g)之薄化吸收晶圓557’的表面558’，磊晶吸收層518之基板556可在第7步驟中被移除。在蝕刻步驟期間同時(shí)蝕刻掉吸收區(qū)塊552的部分可系為有利的，降低其高度為h4，尤其是如果具有基板512、512’之界面不系為無(wú)缺陷。高度h4可系為較高度h3小數(shù)微米，以至于除了失配位錯(cuò)以外，穿透位錯(cuò)也在此蝕刻步驟中被移除。在第8步驟(圖6h)中，完整像素偵測(cè)器510終于藉由具有薄化吸收晶圓557’之金屬化表面558’被獲得，最佳為藉由具有金屬層532之電連接吸收區(qū)塊552，作為高電壓引線530可附接其上之連續(xù)金屬接觸，用以減壓漂移區(qū)域528’與磊晶吸收層518。

像素偵測(cè)器510之制造500具有只有與吸收區(qū)塊552之高度h4一起的薄化漂移區(qū)域528’之厚度d1需要在偵測(cè)操作期間被減壓的優(yōu)點(diǎn)。對(duì)于系為晶格以及熱不匹配兩者之具有si基板556的磊晶吸收層518，制造400也可系為較佳的像素偵測(cè)器510之制造方法。磊晶吸收層518最佳材料可系為si1-xgex合金，其較佳為具有20％以上之ge含量，且其較佳為系為成分分級(jí)，例如從純si以上到最終之ge含量。具有約0.6≤x≤0.8之高ge含量x之si1-xgex合金可系為用于磊晶吸收層518之特別適用的合金。最佳的si1-xgex合金可系為成分分級(jí)為約0.6≤x≤0.8之高ge含量x，與選擇性地具有相同或幾乎相同的恒組成之蓋區(qū)域，例如分級(jí)部分之最終組成在1-2％，其可例如為線性地分級(jí)。在像素偵測(cè)器510之最佳制造500中，在si基板556與像素化磊晶吸收層518之間的界面558基本上系為無(wú)缺陷，即，顯示約10⁵-10⁶cm^-2或甚至10⁴-10⁵cm^-2或甚至更小之錯(cuò)位密度。由于在步驟分級(jí)sige奈米結(jié)構(gòu)之較簡(jiǎn)單實(shí)例中被證明系為有效，其可藉由例如選擇吸收區(qū)塊552之寬度w3達(dá)成，形成像素化磊晶吸收層518與分級(jí)率均夠小，用以允許吸收層518之磊晶生長(zhǎng)期間之失配應(yīng)力的彈性松弛(參見(jiàn)實(shí)例m.salvalaglio,j.appl.phys.116,104306(2014)，其全部揭露在此以引用之方式并入本文)。分級(jí)率較佳可選擇約在2-3％之間、或更佳地在1-2％之間、或甚至在0.5-1％之間。在實(shí)施例之其他態(tài)樣中，基板556與像素化磊晶吸收層518之吸收區(qū)塊552之間的界面區(qū)域558可能系不為基本上無(wú)缺陷，而是當(dāng)大電壓530被施加于磊晶吸收層518與薄化cmos處理晶圓512’之電荷收集器植入物538的金屬化背接觸532時(shí)，足夠小的尺寸用以維持暗電流在可接受之程度。如同熟悉本領(lǐng)域之人員所知，該小界面區(qū)域通常被使用例如在深寬比捕獲(art)之技術(shù)，其中穿透位錯(cuò)被捕獲在電介質(zhì)屏蔽中之窗孔的側(cè)壁，在其中半導(dǎo)體被選擇性生長(zhǎng)(參見(jiàn)實(shí)例i.etal.,iedmsanfrancisco,2010，其全部揭露在此以引用之方式并入本文)。在art的協(xié)助下，除了sige以外之其他吸收材料也可被使用，例如gaas、cdte或cdznte。

現(xiàn)在參考圖7，根據(jù)第五實(shí)施例600之單片像素偵測(cè)器610可包含任何以上所述之吸收晶圓結(jié)構(gòu)18、218、218’、257”、257”’、318、318’、457、457’、557、557’，其被接合于含有讀出電子組件614之cmos處理晶圓612上。由于簡(jiǎn)單性之緣故，在兩晶圓藉由低溫晶圓接合被熔合成單片區(qū)塊之前，具有上表面634與下表面636之單一一般吸收晶圓618與cmos處理晶圓612一起被顯示在圖7a中。讀出晶圓612具有前側(cè)表面616與背側(cè)表面620。cmos處理讀出電子組件被設(shè)置于前側(cè)616上與可包含數(shù)個(gè)藉由場(chǎng)氧化物被分開之金屬層。前側(cè)616之最表面包含電荷收集器金屬墊638，作為與讀出電子組件614之個(gè)別像素電子組件640之晶體管通訊的電荷收集器，電荷收集器金屬墊638之間的間距定義像素641之尺寸l。具有表面643之電荷收集器金屬墊638藉由具有表面639之氧化物區(qū)域被相互分開與電隔離。較佳地表面639與643系為在相同的高度水平，其可藉由例如讀出晶圓612之前側(cè)616的化學(xué)機(jī)械拋光步驟被實(shí)現(xiàn)。吸收晶圓618之下表面636可同樣接受化學(xué)機(jī)械拋光以為了促進(jìn)隨后接合于讀出晶圓612。

讀出晶圓612之接合于吸收晶圓618上，較佳地包含選擇性原位預(yù)接合退火之步驟，用在表面處理之前從晶圓612、616減少水分，提供無(wú)氧化物表面，用于電荷收集器金屬墊638之表面643與半導(dǎo)體吸收晶圓618之表面636之間的導(dǎo)電接合650之形成。退火溫度可在100℃與200℃、或200℃與300℃之間的范圍。用于讀出晶圓612之接合所要求之表面處理可包括來(lái)自步驟清單之步驟，例如包括域外濕式蝕刻清潔；原位軟離子撞擊，較佳為具有從包含70-100ev、50-70ev以及40-50ev之一個(gè)能量范圍被選擇的離子與中性粒子能量；或原位氫電漿活化，較佳地接著原位軟離子撞擊或雷射暴露，用于被吸附在氧化物表面639或在電荷收集器金屬墊638上之氫的移除。用于半導(dǎo)體吸收晶圓618之接合所要求之表面處理可包括來(lái)自包含域外濕式化學(xué)氧化物移除與氫鈍化之步驟清單的步驟，例如藉由稀釋hf浸漬或暴露于hf蒸汽，接著藉由原位軟離子撞擊或雷射暴露移除吸附的氫氣。用于氫鈍化之移除較佳的方法可以系為藉由低能量h或he離子。具有能量介于約100-200ev之間的he離子系為熟知的移除h而無(wú)任何顯著的反沖植入(參見(jiàn)實(shí)例m.r.tesauroetal.insurf.sci.415,37(1998)，其全部揭露在此以引用之方式并入本文)，與引起si非晶化需要更高的能量(參見(jiàn)實(shí)例v.f.reutovetal,intechn.phys.lett.28,615(2002)，其全部揭露在此以引用之方式并入本文)。用于表面氧化物移除之另一方式可系為高能的、較佳為稀有氣體或氮粒子撞擊(濺鍍)，例如藉由帶電荷之a(chǎn)r⁺、n2⁺或n⁺離子或中性的ar或n原子或n2分子，其在例如本領(lǐng)域中已知的電漿源中產(chǎn)生。較佳地離子或原子濺鍍能量被維持為低，例如接近濺鍍臨界，以為了最小化si非晶化。適用的離子與中性的粒子能量范圍可在約70-100ev之間、或較佳地在約50-70ev之間、或甚至更佳地在約40-50ev之間(參見(jiàn)實(shí)例s.s.todorovetal.inappl.phys.lett.52,365(1988)，其全部揭露在此以引用之方式并入本文)。

讀出晶圓612之接合于吸收晶圓618上較佳為被執(zhí)行在400℃以下或更佳為300℃以下或甚至更佳為200℃以下。最適合的接合溫度為100℃或以下或甚至室溫。因而讀出晶圓612之電荷收集器金屬墊638之無(wú)氧化物表面643被接合于導(dǎo)電金屬半導(dǎo)體接合650中的吸收晶圓618之無(wú)氧化物表面636。同時(shí)，讀出晶圓612之氧化物表面639被接合于氧化物半導(dǎo)體接合652中的吸收晶圓618之無(wú)氧化物表面636。接合后可接著選擇性后接合退火。退火溫度范圍可在較100℃與200℃之間、或200℃與300℃之間、或最高于300℃與400℃之間。在任何情況下其必須于約450℃以下，以為了避免cmos處理晶圓612之金屬化的崩解。圖7b系顯示所得到的單片結(jié)構(gòu)，其中半導(dǎo)體晶圓618之上表面634被提供金屬接觸632。當(dāng)高電壓630被施加于金屬接觸632與電荷收集器金屬墊638之間，吸收晶圓618可隨后被減去移動(dòng)電荷載體，導(dǎo)致一個(gè)大電場(chǎng)660。結(jié)果，電子-電洞對(duì)662藉由x射線光子664或高能粒子被產(chǎn)生在吸收晶圓618中，且可藉由存在其中之電場(chǎng)被分開以及移動(dòng)在電場(chǎng)線660，而非藉由擴(kuò)散遷移。取決于電壓630之信號(hào)、電荷，任一的電子663或電洞665可沿場(chǎng)線660漂移向電荷收集器金屬墊638，其中其藉由個(gè)別的讀出電子組件614之像素電子組件640被收集，用于進(jìn)一步信號(hào)處理。

實(shí)施例200、200’、200”、200”’以及600之讀出電子組件全都被理解用以與至少一pcb板通訊，其被設(shè)計(jì)用于發(fā)送讀出電子組件產(chǎn)生之用于進(jìn)一步數(shù)據(jù)處理之?dāng)?shù)字訊號(hào)，以及顯示在至少一任一本地或遠(yuǎn)距計(jì)算器屏幕上。

像素偵測(cè)器在醫(yī)療、工業(yè)以及科學(xué)系統(tǒng)中之示例應(yīng)用與方法

本發(fā)明之像素偵測(cè)器被集成且被使用在以下醫(yī)療應(yīng)用，無(wú)論是人類的或獸醫(yī)的，以及其他如以下所述之應(yīng)用中。

投影射線照相術(shù)實(shí)例

本發(fā)明之像素偵測(cè)器被使用在數(shù)字射線照相術(shù)系統(tǒng)與方法中，在其中通過(guò)對(duì)象傳輸之x射線被轉(zhuǎn)換成電子信號(hào)產(chǎn)生數(shù)字訊息，其被傳輸與被轉(zhuǎn)換成影像，顯示在任一本地或遠(yuǎn)距的計(jì)算機(jī)屏幕上。

有許多疾病狀態(tài)，其中經(jīng)典診斷之被獲得系透過(guò)平面射線照相術(shù)，結(jié)合本發(fā)明之像素偵測(cè)器之系統(tǒng)與方法的組合。系統(tǒng)與方法之實(shí)例包括診斷各種關(guān)節(jié)炎以及肺炎、骨瘤、骨折、先天性骨骼異常等等之系統(tǒng)與方法之實(shí)例。

熒光分析術(shù)實(shí)例

單片cmos積體像素偵測(cè)器可使用作為混合像素偵測(cè)器之替換，其包含與光偵測(cè)器通訊之碘化銫閃爍體。這允許移動(dòng)解剖結(jié)構(gòu)之實(shí)時(shí)成像，與該方法系選擇性以放射對(duì)比劑被增強(qiáng)。放射對(duì)比劑藉由吞咽或注射進(jìn)入患者的身體被投藥，用以描繪解剖、血管與各種系統(tǒng)之功能，例如，泌尿生殖系統(tǒng)或消化道。兩種放射對(duì)比劑系目前普遍被使用的。硫酸鋇(baso4)被口服或直腸給藥投藥于個(gè)體，用于消化道之評(píng)估。各種碘制劑藉由口服、直腸、動(dòng)脈的或靜脈注射途徑被給予。放射對(duì)比劑吸收或散射x射線，以及連同實(shí)時(shí)成像，允許在消化道中或血液于血管系統(tǒng)中流動(dòng)之動(dòng)態(tài)生理過(guò)程的成像。碘造影劑也以不同于正常組織之不同濃度被集中在異常區(qū)域，使得異常(例如，腫瘤、囊腫、發(fā)炎區(qū)域)可見(jiàn)。

介入放射實(shí)例

像素偵測(cè)器被使用于介入放射系統(tǒng)與方法中。介入放射包括微創(chuàng)步驟，其藉由利用具有本發(fā)明所描述之像素偵測(cè)器的系統(tǒng)與方法之成像系統(tǒng)被引導(dǎo)。這些步驟系為診斷或涉及治療，例如，血管攝影或動(dòng)脈血管手術(shù)、以及與之使用之系統(tǒng)。示例性系統(tǒng)包括用來(lái)診斷與/或治療外圍血管疾病、腎動(dòng)脈狹窄、下腔靜脈濾網(wǎng)置入、胃造廔口管置入、膽道支架植入、以及肝植入的系統(tǒng)。也包括非血管攝影步驟，例如影像引導(dǎo)矯形外科、胸、腹、頭以及頸，和神經(jīng)手術(shù)、切片檢查、近程治療或體外放射治療、經(jīng)皮引流與支架置入或射頻消融術(shù)。利用像素偵測(cè)器之系統(tǒng)協(xié)助所創(chuàng)造的影像被使用于引導(dǎo)。像素偵測(cè)器之協(xié)助所創(chuàng)造的影像提供地圖，其使得介入放射學(xué)家引導(dǎo)儀器通過(guò)個(gè)體的身體到含有病癥的區(qū)域。該些系統(tǒng)與方法最小化個(gè)體的物理性處之創(chuàng)傷，降低感染率、復(fù)原時(shí)間、以及住院停留。

計(jì)算機(jī)斷層攝影(“ct”)實(shí)例

像素偵測(cè)器被使用于ct系統(tǒng)與方法中。ct產(chǎn)生影像使用x射線連同計(jì)算軟件用以成像身體結(jié)構(gòu)與組織。在用于本發(fā)明之像素偵測(cè)器的ct中，在環(huán)形裝置中相對(duì)一或多個(gè)x射線偵測(cè)器的x射線管繞著個(gè)體旋轉(zhuǎn)，產(chǎn)生計(jì)算器生成的剖面影像，例如，x線斷層照片。在本發(fā)明之一變化中，利用本發(fā)明之像素偵測(cè)器之系統(tǒng)與方法所得到的系ct影像在軸向平面上被獲得，具有藉由計(jì)算機(jī)軟件重建產(chǎn)生的冠狀與矢狀影像。選擇性地，為了強(qiáng)化解剖結(jié)構(gòu)顯像，放射對(duì)比劑被用于ct。用于本發(fā)明之像素偵測(cè)器的ct偵測(cè)x射線之散射中的微妙變化。

在本發(fā)明之一變化中，螺旋多偵測(cè)器ct在具有系統(tǒng)之方法期間使用16、64、254或更多偵測(cè)器，其在很短的檢查期間中，提供個(gè)體通過(guò)輻射束之連續(xù)移動(dòng)，用以獲得細(xì)節(jié)清晰影像。在具有本發(fā)明之系統(tǒng)與方法之ct掃描期間使用靜脈注射造影之快速投藥，細(xì)節(jié)清晰影像被重建成為頸動(dòng)脈、大腦、冠狀或其他動(dòng)脈、作為實(shí)例，以及其他病人組織之三維(3d)影像。

就此而論，具有本發(fā)明之系統(tǒng)與方法之ct系為理想用于診斷危急與新形成狀況，例如，大腦出血、肺栓塞、主動(dòng)脈剝離、盲腸炎、憩室炎、以及阻塞性腎結(jié)石。

乳房攝影術(shù)實(shí)例

本發(fā)明所描述之像素偵測(cè)器被使用于乳房攝影術(shù)系統(tǒng)與方法。乳房攝影術(shù)系為女性乳房之射線照相術(shù)檢查，其利用低能量x射線與細(xì)節(jié)清晰薄膜屏幕以及/或數(shù)字成像來(lái)創(chuàng)造乳房x光攝影片。乳房攝影術(shù)被使用于篩檢方法中，系為直接偵測(cè)早期乳癌形成、或用于診斷性研究，以便于篩檢步驟更佳地定義發(fā)現(xiàn)的異常，用于追蹤關(guān)于先前發(fā)現(xiàn)的異?；蛴糜谠u(píng)估。

在用于本發(fā)明使用之像素偵測(cè)器與系統(tǒng)與方法的方法之一變化中，使用利用本發(fā)明之像素偵測(cè)的系統(tǒng)與方法，當(dāng)女性乳房被壓縮時(shí)獲得各乳房的兩側(cè)視點(diǎn)，例如，頭尾向(「cc」)、與斜位向(「mlo」)。在本發(fā)明之又一變化中，像素偵測(cè)器被使用于全磁場(chǎng)數(shù)字成像系統(tǒng)與方法。

牙科射線照相術(shù)實(shí)例

像素偵測(cè)器被使用于牙科射線照相術(shù)之系統(tǒng)與方法中。結(jié)合本發(fā)明之像素偵測(cè)器的牙科射線照相術(shù)系統(tǒng)與方法被利用來(lái)尋找隱藏的牙齒異常結(jié)構(gòu)、組織的惡性或良性腫瘤、骨質(zhì)流失、以及蛀牙。射線照相影像藉由x射線輻射之控制爆發(fā)被形成，其在撞擊傳感器之前，取決于不同的結(jié)構(gòu)之解剖密度，以不同程度穿透?jìng)€(gè)體的口腔結(jié)構(gòu)。經(jīng)由實(shí)例的方法，較少的輻射穿透牙齒，其因此在數(shù)字射線照片上產(chǎn)生較少的強(qiáng)度。相較之下，齲齒、感染與骨質(zhì)密地的其他改變、以及牙周韌帶，因?yàn)閤射線容易穿透該些密度較小的結(jié)構(gòu)，在射線照片上顯得更強(qiáng)烈。牙齒修復(fù)結(jié)構(gòu)，例如，填補(bǔ)與牙冠，取決于材料的密度產(chǎn)生更多或更少的強(qiáng)度。本發(fā)明之進(jìn)一步像素偵測(cè)器進(jìn)一步藉由其能力實(shí)現(xiàn)強(qiáng)化對(duì)比，用以解析入射x射線的能量，其本質(zhì)系為材料依賴性。數(shù)字牙科x射線系統(tǒng)與方法，與本發(fā)明之像素偵測(cè)器被使用于本發(fā)明之另一變化的牙科醫(yī)學(xué)中。

透射電子顯微與第二電子顯微術(shù)實(shí)例

像素偵測(cè)器可被使用在用于傳輸電子顯微術(shù)之系統(tǒng)與方法中(參見(jiàn)實(shí)例m.battagliaetal.,innucl.instr.meth.phys.res.a622,669(2010))。例如本發(fā)明之像素化吸收體，其包含讀出晶圓之小吸收區(qū)塊與薄化漂移區(qū)域，由于吸收區(qū)塊中減少的電子反向散射，可引起異常高之空間分辨率。本發(fā)明之像素偵測(cè)器之分辨率可高達(dá)5-20μm或甚至1-5μm。類似的優(yōu)點(diǎn)應(yīng)用于第二電子顯微術(shù)(sem)。本發(fā)明之像素偵測(cè)器之單光子偵測(cè)能力在兩種情況下也可被使用于能量鑒別，藉由電子之脈沖高度分析或藉由在研究材料中之電子撞擊產(chǎn)生的光子。

質(zhì)譜成像實(shí)例

像素偵測(cè)器可被用于質(zhì)譜成像(msi)之系統(tǒng)與方法中。有兩種不同用于msi的方法：(1)二次離子質(zhì)譜法(sims)，其使用充電原離子束來(lái)游離，以及(2)基質(zhì)輔助雷射脫附游離(maldi)，其使用聚焦雷射光源。兩種模式皆使用像素偵測(cè)器。對(duì)于顯微鏡模式smis，參見(jiàn)實(shí)例a.kissetal.inrev.sci.instrum.84(2013)。對(duì)于maldi，參見(jiàn)實(shí)例j.h.jungmannetal.,inj.am.soc.massspectrom.21,2023(2010)。例如本發(fā)明之像素化吸收體，其包含讀出晶圓之小吸收區(qū)塊與薄化漂移區(qū)域，由于吸收區(qū)塊中減少的反向散射，可引起異常高之空間分辨率。本發(fā)明之像素偵測(cè)器之分辨率可高達(dá)5-20μm或甚至1-5μm。

基本粒子實(shí)例

該像素偵測(cè)器可被使用于基本粒子偵測(cè)與成像的系統(tǒng)與方法中。本發(fā)明之像素偵測(cè)器相較于要求穿透硅通孔(tsvs)之方法，可更容易與更便宜擴(kuò)展成為大面積偵測(cè)器、或甚至平板偵測(cè)器，參見(jiàn)實(shí)例d.henryetal.inproc.electronicscomponentsandtechnologyconference2013,pp.568)。與不具有高電阻吸收晶圓之結(jié)合制造的單片偵測(cè)器相比，本發(fā)明之像素偵測(cè)器也提供較高電阻率吸收層之優(yōu)點(diǎn)，在適當(dāng)?shù)耐饧与妷荷洗龠M(jìn)促進(jìn)充分的載體減壓，例如100-500v或50-100v甚至，即使對(duì)于該吸收層之更大的厚度，例如30到100μm或100到500μm或500到2000μm(p.giubilatoetal.innucl.instr.meth.phys.res.a732,91(2013))。

非破壞性試驗(yàn)實(shí)例

像素偵測(cè)器可被使用于非破壞性試驗(yàn)之系統(tǒng)與方法中，例如在計(jì)算機(jī)斷層攝影(ct)設(shè)置(參見(jiàn)實(shí)例s.proczetal.injinst8,c01025(2013))。本發(fā)明之像素偵測(cè)器也提供更容易與更便宜之可擴(kuò)展為大尺寸、簡(jiǎn)化ct設(shè)置之優(yōu)點(diǎn)。本發(fā)明之像素偵測(cè)器也可被使用于數(shù)字射線照相術(shù)，相較于非晶硒基平板偵測(cè)器，因?yàn)檩^高靈敏度用于例如安全檢查(參見(jiàn)實(shí)例s.kasapetal.insensors11,5112(2011))。

以下美國(guó)專利文件、國(guó)外專利文件、以及其他出版物在此被以引用之方式并入本文，如同本文中完全闡明，以及根據(jù)：

美國(guó)專利文件

6,787,885b29/2004esseretal.

8,237,126b28/2012vonetal.

5,712,4841/1998haradaetal.

其他專利文件

ep0571135a211/1993collinsetal.

wo02/067271a28/2002ruzin

ep1691422a18/2006yasudaetal.

wo2011/135432a111/2011vonetal.

其他出版物

http://medipix.web.cern.ch

http://www.canberra.com/products/detectors/germanium-detectors.asp

http://www.dectris.ch

http://www.healthcare.philips.com/

i.etal.，“alowdarkcurrentandhighquantumefficiencymonolithicgermanium-on-siliconcmosimagertechnologyfordayandnightimagingapplications”，internationalelectrondevicesmeeting(iedm)，sanfrancisco，2010

aligr.c.etal.，“scatteringbyionizationandphononemissioninsemiconductors”，physicalreviewb22，5565(1980)

aligr.c.″scatteringbyionizationandphononemissioninsemiconductors.ii.montecarlocalculations”，physicalreviewb27，968(1983)

battagliam.etal.，“characterisationofacmosactivepixelsensorforuseintheteammicroscope”，nucl.instr.meth.phys.res.a622，669(2010)

colacel.etal.，“l(fā)owdark-currentgermanium-on-siliconnear-infrareddetectors”，ieeephotonicstechnologyletters19，1813-1815(2007)

delsordos.etal.，“progressinthedevelopmentofcdteandcdzntesemiconductorradiationdetectorsforastrophysicalandmedicalapplications”，sensors2009，9，3491-3526

falubc.v.etal.，“perfectcrystalsgrownfromimperfectinterfaces”，scientificreports3，2276(2013)

c.etal.，“novelsurfacepreparationmethodsforcovalentandconductivebondedinterfacesfabrication”，ecstransactions64，103-110(2014)

giubilatop.etal.，“l(fā)epix-ahighresistivity，fullydepletedmonolithicpixeldetector”，nucl.instr.meth.phys.res.a732，91(2013)

henryd.etal.，“tsvlastforhybridpixeldetectors：applicationtoparticlephysicsandimagingexperiments”，inieeeelectroniccomponents&technologyconference，568(2013)

jungmannj.h.etal.，“fast，highresolutionmassspectrometryimagingusingamedipixpixelateddetector”，jamsocmassspectrom21，2023-2030(2010)

kasaps.etal.，“amorphousandpolycrystallinephotoconductorsfordirectconversionflatpanelx-rayimagesensors”，sensors11，5112-5157(2011)

kissa.etal.，“microscopemodesecondaryionmassspectrometryimagingwithatimepixdetector”，rev.sci.instrum.84，013704(2013)

klaassene.h.etal.，“siliconfusionbondinganddeepreactiveionetching：anewtechnologyformicrostructures”，sensorsandactuatorsa52，132-139(1996)

kreiligert.etal.，“individualheterojunctionsof3dgermaniumcrystalsonsiliconcmosformonolithicallyintegratedx-raydetector”，physicastatussolidia211，131-135(2014)

lix.etal.，“deepreactiveionetchingofpyrexglassusingsf6plasma”，sensorsandactuatorsa87，139-145(2001)

mattiazzos.etal.，“l(fā)epix：firstresultsfromanovelmonolithicpixelsensor”，nuclearinstrumentsandmethodsinphysicsresearcha718，288-291(2013)

proczs.etal.，“medipix3ctformaterialsciences”，jinst，8c01025(2013)

reutovv.f.etal.，“heliumionbombardmentinducedamorphizationofsiliconcrystals”，technicalphysicsletters，28，615-617(2002)

salvalagliom.etal.，“finecontrolofplasticandelasticrelaxationinge/siverticalheterostructures”，journalofappliedphysics116，104306(2014)

tesaurom.r.etal.，“removalofhydrogenfrom2h：：si(100)bysputteringandrecoilimplantation：：investigationofanrpcvdgrowthmechanism”，surfacescience，415，37(1998)

todorovs.s.etal.，“sputteringofsilicondioxidenearthreshold”，appl.phys.lett.52(5)，365(1988)

veale，m.c.etal.，“chromiumcompensatedgalliumarsenidedetectorsforx-rayandγ-rayspectroscopicimaging”，nuclinstr.meth.phys.res，a752，6(2014)

weberj.etal.，“near-band-gapphotoluminescenceofsi-gealloys”，physicalreviewb40，5683-5693(1989)

上述專利與論文在此以引用之方式并入本文，除非另有說(shuō)明，在某種程度以內(nèi)其與本揭露并不系為矛盾。

本發(fā)明之其他特征與執(zhí)行之模式在所附之申請(qǐng)專利范圍中被描述。

此外，本發(fā)明應(yīng)視為包含在本規(guī)格說(shuō)明、所附之申請(qǐng)專利范圍、以及/或圖形中描述的每個(gè)特征之所有可能的組合，其可被視為新的、發(fā)明的以及工業(yè)上的應(yīng)用。

多種變化與修改在本發(fā)明所描述之實(shí)施例中系為可能。盡管本發(fā)明之特定說(shuō)明的實(shí)施例已在此被顯示與描述，先前揭露中之范圍廣泛的修改、改變、以及替代系為可預(yù)期。雖然以上描述含有許多細(xì)節(jié)，其不應(yīng)被視為本發(fā)明之范圍上的限制，而是其一或另一較佳實(shí)施例之范例。在部分情況下，本發(fā)明之部分特征可在無(wú)其他特征之相對(duì)使用下被使用。因此，先前描述被廣泛地解釋與理解為僅作為實(shí)例與說(shuō)明之方式系為適當(dāng)，本發(fā)明之精神與范圍僅藉由申請(qǐng)專利范圍被限制，其在本申請(qǐng)最后提出。