DE69734068T2

DE69734068T2 - Halbleiter-bildaufnahmevorrichtung mit höckerbond

Info

Publication number: DE69734068T2
Application number: DE69734068T
Authority: DE
Inventors: Konstantinos Evangelos Spartiotis; Jakko Salonen
Original assignee: Goldpower Ltd
Current assignee: IPL Intellectual Property Licensing Ltd
Priority date: 1996-12-27
Filing date: 1997-12-19
Publication date: 2006-06-22
Anticipated expiration: 2017-12-20
Also published as: CA2273356A1; AU6091598A; HK1009182A1; IL130594A0; EP0948810B1; DE69734068D1; GB2319394B; EP0948810A1; ATE302996T1; CN1127757C; CN1242106A; IL130594A; WO1998029904A1; CA2273356C; GB2319394A; JP2001507519A; US5952646A; GB9626972D0

Description

Die Erfindung betrifft eine Abbildungsvorrichtung, die ein Detektorsubstrat umfasst, das mehrere Detektorzellen enthält, die auf ein Auslesesubstrat, das eine entsprechende Mehrzahl von Auslesezellen enthält, höckergebondet sind, sowie ein Verfahren zur Herstellung einer solchen Abbildungsvorrichtung.
Als Beispiele für Halbleiter, die als Abbildungsvorrichtungen genutzt werden, seinen genannt: CdZnTe, Si, CdTe, HgI₂, InSb, GaAs, Ge, TiBr und PbI₂.
Ein Detektorsubstrat kann mehrere Detektorzellen (beispielsweise Pixelzellen) enthalten, die durch Metallkontakte auf einer Seite des Detektors gebildet werden. Das Auslesesubstrat kann eine entsprechende Mehrzahl von Ausleseschaltkreisen oder CCD-Zellen (CCD = Charge Coupled Device) umfassen. Das Auslesesubstrat kann an das Detektorsubstrat höckergebondet sein, wobei einzelne Pixelzellen mit entsprechenden Ausleseschaltkreisen oder CCD-Zellen durch jeweilige leitfähige Höcker verbunden sind.
Abbildungsvorrichtungen dieses Typs können für medizinische Anwendungen verwendet werden, bei denen ein Patient einer ionisierenden Strahlung ausgesetzt wird. Für derartige Anwendungen ist es erforderlich, dass das Detektorsubstrat der Abbildungsvorrichtung energiereiche Strahlung zu absorbieren vermag. Eine solche Fähigkeit zur Absorption von energiereicher Strahlung kann mittels Materialien erreicht werden, die ein Element mit hohem Z-Wert enthalten, wie beispielsweise CdZnTe oder CdTe.
Des Weiteren erfordern verschiedene medizinische Anwendungen eine hohe räumliche Auflösung. Beispielsweise erfordert die Mammografie die Fähigkeit, Mikrokalzifikationen zu entdecken, die möglicherweise kleiner als 100 Mikrometer oder sogar kleiner als 50 Mikrometer sind. Die strengen Anforderungen, die an Abbildungsvorrichtungen gestellt werden, erfordern die Verwendung kleiner Auflösungselemente (Pixelzellen), wobei eine große Gruppierung solcher Zellen benötigt wird, um ein Bild von einer brauchbaren Größe zu erzeugen.
Ein wichtiger Schritt bei der Fertigung solcher Abbildungsvorrichtungen ist das Bonden des Halbleitersubstrats an ein Auslesesubstrat, oder genauer gesagt, das Bonden von Detektorzellen an entsprechende Auslesezellen in einem Verhältnis von 1 : 1.
Eine Halbleiter-Pixelabbildungsvorrichtung ist in der gleichzeitig abgetretenen Internationalen Patentanmeldung WO 95/33332 offenbart. Wie im vorangegangenen Absatz erwähnt, ist ein wesentlicher Aspekt dieser Technologie das Bonden des Halbleitersubstrats an das Auslesesubstrat.
Zum Stand der Technik gehörende Hybrid-Abbildungsvorrichtungen wie beispielsweise jene, die im US-Patent Nr. 5, 245, 191, in EP-A-0 571 135 und in EP-A-0 577 187 offenbart sind, verwenden in der Regel Indium-Höcker zum Höckerbonden eines Detektorsubstrats an ein Auslesesubstrat.
Indium-Höcker werden auf den Detektormetallkontakten (die die Zellen bilden) und auf den Auslesezellen aufgedampft. Anschließend werden die beiden verschiedenen Teile zusammengebracht, aufeinander ausgerichtet, und die entsprechenden Höcker werden miteinander verschmolzen. Dies nennt man auch "Flip-Chip-Verbinden". Diese Kaltschweißtechnik funktioniert in der Weise, dass man das Substrat auf 70-120°C erwärmt und mechanischen Druck anlegt. Bei Detektoren, die wärmeempfindliche Materialien umfassen, wie beispielsweise Cadmium-Zink-Tellurid (CdZnTe) und Cadmium-Tellurid (CdTe), ist die Verwendung von Indium-Höckern insofern vorteilhaft, als der Prozess bei einer niedrigen Temperatur ausgeführt werden kann. Die Temperaturen, die zum Indium-Höckerbonden erforderlich sind, in der Regel 70- 120°C, fallen in einen akzeptablen Bereich für Materialien wie beispielsweise CdZnTe und CdTe.
Während der Entwicklung von Abbildungsvorrichtungen, die mit Indium-Höckerbonden arbeiten, wurde jedoch eine ungleichmäßige Detektorreaktion nahe den Detektorrändern beobachtet. Eine plausible Erklärung ist, dass das Indium zu den Detektorrändern entweicht, wodurch es zu einem unerwünschten Kontakt zwischen Randmetallkontakten (Kantenpixeln) und dem Detektorrand kommt.
US 4,912,545 offenbart einen Höckerbondungsprozess, bei dem ein Lot verwendet wird, das eine Legierung aus Indium und Bismut umfasst. JP 8-31835 offenbart ein Verfahren eines Flip-Chip-Bondungsprozesses, bei dem Höcker aus verschiedenen Metallen gegeneinander gelegt und dann erwärmt werden, so dass eine Bondung entsteht.
Die vorliegende Erfindung stellt sich die Aufgabe, die Probleme des Standes der Technik zu mindern. Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung wird eine Abbildungsvorrichtung zum Abbilden von Strahlung bereitgestellt, wobei die Abbildungsvorrichtung ein Halbleitersubstrat, das eine Anordnung aus Detektorzellen enthält, die in Reaktion auf einfallende Strahlung eine Ladung erzeugen, und ein entsprechendes Auslesehalbleitersubstrat, das eine Anordnung aus Auslesezellen enthält, umfasst, wobei die Auslesezellen mit entsprechenden Detektorzellen über Löterhebungen verbunden sind, wobei die Löterhebungen Lot umfassen, das aus einer Legierung aus Bismut (Bi), Blei (Pb) und Zinn (Sn) besteht und einen Schmelzpunkt unter 183°C hat.
Eine Abbildungsvorrichtung gemäß der Erfindung bietet dank des verwendeten Bondungsprozesses eine höhere Genauigkeit und Gleichmäßigkeit. Genauer gesagt, ist das Verfahren selbstausrichtend, und zwar insofern, als während des Erwärmens der Struktur die Oberflächenspannung des schmelzenden Höckers das Detektor- und das Auslesesubstrat in Ausrichtung aufeinander zwingt.
Obgleich die Verwendung von Lot zum Verbinden von Schaltkreisen auf dem Gebiet der Elektronik allgemein bekannt ist, erfordert die normale Art von Lot, dessen eutektische Form aus 60 Gewichtsprozent Zinn (Sn) und 40 Gewichtsprozent Blei (Pb) besteht, den Einsatz von Temperaturen von 183°C oder mehr. Solche Temperaturen beschädigen selbst bei kurzer Einwirkungsdauer sensible Detektorsubstrate, die aus Materialien wie beispielsweise CdZnTe und CdTe bestehen.
Überraschenderweise können durch die Verwendung von Niedrigtemperaturlot gemäß der Erfindung die Nachteile des Indium-Höckerbondens vermieden werden, ohne das Detektorsubstrat zu beschädigen, selbst wenn es aus CdZnTe und CdTe besteht, was der Fall wäre, wenn man herkömmliches Lot verwendet würde.
Des Weiteren braucht man dank der Verwendung von Niedrigtemperaturlot keine Höcker mehr auf beiden Substraten – dem Detektor- und dem Auslesesubstrat – auszubilden, wodurch die Arbeitsproduktivität steigt und die Leistung und Zuverlässigkeit verbessert werden. Dies vermeidet einen weiteren Nachteil des Standes der Technik, nämlich Indium-Höcker auf beide Substrate aufbringen zu müssen.
Vorzugsweise umfassen die Löterhebungen Lot mit einem Schmelzpunkt unter 180°C, besonders bevorzugt unter 120°C und ganz besonders bevorzugt unter 100°C.
Eine bevorzugte Legierung, die zu einem niedrigen Schmelzpunkt in der Größenordnung von 90°C führt, umfasst ungefähr 52 Gewichtsprozent Bi, etwa 32 Gewichtsprozent Pb und etwa 16 Gewichtsprozent Sn.
Wie oben angesprochen, verwenden bevorzugte Ausführungsformen ein Detektorsubstrat aus CdZnTe oder CdTe, weil diese Materialien sehr gut energiereiche Strahlung absorbieren können. Es versteht sich jedoch, dass die Erfindung auch mit anderen Detektorsubstratmaterialien verwendet werden könnte, selbst wenn sie nicht so temperaturempfindlich sind wie CdZnTe oder CdTe. Bei dem Auslesechip kann es sich beispielsweise um einen CMOS-Chip handeln.
Die Erfindung stellt des Weiteren ein Abbildungssystem bereit, das wenigstens eine Abbildungsvorrichtung gemäß der obigen Beschreibung umfasst.
Eine Abbildungsvorrichtung gemäß der obigen Beschreibung findet speziell in der medizinischen Diagnose und/oder in der zerstörungsfreien Werkstoffprüfung Anwendung.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zur Herstellung einer Abbildungsvorrichtung gemäß der obigen Beschreibung bereitgestellt, wobei das Verfahren folgende Schritte umfasst: Aufbringen von Löterhebungen auf eines der Substrate an Positionen, die den Detektorzellen entsprechen; Ausrichten jeweiliger Auslesezellen und Detektorzellen aufeinander; und Verbinden der Detektorzellen und der Auslesezellen durch Anlegen von Wärme an die Löterhebungen, wobei die Löterhebungen Lot umfassen, das aus Bismut (Bi), Blei (Pb) und Zinn (Sn) besteht und einen Schmelzpunkt unter 183°C aufweist.
Vorzugsweise werden die Löterhebungen nur auf die Auslesesysteme aufgebracht, aber sie können alternativ oder zusätzlich auch auf das Detektorsubstrat aufgebracht werden.
Um den Erhalt einer genauen Legierungszusammensetzung für das Niedrigtemperaturlot zu unterstützen und somit eine präzise Schmelztemperatur für das Niedrigtemperaturlot zu gewährleisten, umfasst der Schritt des Auftragens von Löterhebungen vorzugsweise das Auftragen von Bestandteilen des Lots in den benötigten Anteilen an den Stellen für die Löterhebungen und das anschließende Anlegen von Wärme, um die Bestandteile zurückfließen zu lassen, so dass die Löterhebungen entstehen.
Im Weiteren werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der begleitenden Zeichnungen beschrieben.
1 ist eine schematische Übersicht eines Abbildungssystems für das Abbilden energiereicher Strahlung.
2 ist eine schematische Querschnittsdarstellung eines Beispiels einer Abbildungsvorrichtung gemäß der Erfindung.
3 ist eine schematische Darstellung, die ein Verfahren zur Herstellung einer solchen Abbildungsvorrichtung gemäß der Erfindung veranschaulicht.
1 ist eine schematische Darstellung eines Beispiels eines Abbildungssystems 10, das eine Ausführungsform einer Abbildungsvorrichtung gemäß der Erfindung enthält.
Diese Anwendung betrifft die Strahlungsabbildung eines Objekts 12, das einer Strahlung 14 ausgesetzt wird. Bei einer Anwendung der offenbarten Erfindung kann es sich bei der Strahlung beispielsweise um Röntgenstrahlung handeln, und bei dem Objekt 12 kann es sich beispielsweise um einen Teil eines menschlichen Körpers handeln.
Die Abbildungsvorrichtung 16 umfasst mehrere Pixelzellen 18. Die Abbildungsvorrichtung erkennt einfallende energiereiche Strahlung (beispielsweise Strahlung mit einem Energieniveau von mehr als 1 keV) direkt, wie beispiels weise Röntgenstrahlen, γ-Strahlen, β-Strahlen oder α-Strahlen. Die Abbildungsvorrichtung ist auf zwei Substraten konfiguriert: eines mit einer Anordnung von Pixeldetektoren 19 und eines mit einer Anordnung von Ausleseschaltkreisen 20, wobei die Substrate mechanisch mittels Niedrigtemperaturlothöckern miteinander verbunden sind, die aus Lot auf Blei-Zinn-Basis mit einem Schmelzpunkt unter dem von eutektischem Blei-Zinn-Lot bestehen.
Eine Steuerelektronik 24 enthält Verarbeitungs- und Steuerschaltungen zum Steuern des Betriebes der Abbildungsvorrichtung oder einer Gruppierung von Abbildungsvorrichtungen. Die Steuerelektronik 24 ermöglicht es, dass die Ausleseschaltkreise 20, die den einzelnen Pixelzellen 18 zugeordnet sind, adressiert (beispielsweise abgetastet) werden können, um Ladung aus den Ausleseschaltkreisen 20 an den einzelnen Pixelzellen 18 auszulesen. Die Ladungsauslesung wird Analog-Digital-Wandlern (ADWs) zur Digitalisierung sowie Datenreduktionsprozessoren (DRPs) zur Verarbeitung des digitalen Signals zugeleitet.
Die von den DRPs durchgeführte Verarbeitung kann die Diskriminierung von Signalen beinhalten, die bestimmte Bedingungen, wie beispielsweise ein Mindestenergieniveau, nicht erfüllen. Dies ist besonders nützlich, wenn jedes Auslesesignal einem einzelnen Strahlungseinfall-Ereignis entspricht. Wenn die dem gemessenen Signal entsprechende Energie geringer ist als die, die für die verwendete Strahlung zu erwarten ist, so kann gefolgert werden, dass der verringerte Ladungswert Ergebnisse von Streueffekten gespeichert hat. In einem solchen Fall kann die Messung verworfen werden, wodurch die Bildauflösung verbessert wird.
Die Steuerelektronik 24 ist des Weiteren über einen Pfad, der schematisch durch einen Pfeil 26 dargestellt ist, mit einer Bildverarbeitungsvorrichtung 28 verbunden. Die Bildverarbeitungsvorrichtung 28 enthält einen Datenspeicher, in dem sie digitale Werte speichert, die für die Ladungswerte, die aus jeder Pixelzelle gelesen wurden, sowie für die Position der betreffenden Pixelzelle 18 stehen. Die Bildverarbeitungsvorrichtung 28 baut ein Bild zum Zweck der Anzeige auf. Dann liest sie die Werte, die für die ausgewählten Pixelpositionen gespeichert wurden, um zu veranlassen, dass eine Darstellung der Daten über einen Pfad, der schematisch durch den Pfeil 50 angedeutet ist, auf einer Anzeige 52 angezeigt wird. Die Daten können natürlich statt des Anzeigens auch ausgedruckt oder zusätzlich zum Anzeigen ausgedruckt werden und können weiter verarbeitet werden. Es sind Eingabegeräte 56, beispielsweise eine Tastatur und/oder andere typische Computereingabegeräte, vorhanden, um die Bildverarbeitungsvorrichtung 28 und die Anzeige 52 zu steuern, wie durch die Pfeile 54 und 58 angedeutet.
2 ist ein schematischer Querschnitt durch einen Teil einer Abbildungsvorrichtung 16. In diesem Beispiel umfasst die Abbildungsvorrichtung 16 ein Bilderfassungssubstrat 30, das über Löterhebungen 34 mit einem Bildschaltungssubstrat 32 verbunden ist. Ein Pixeldetektor 19 jeder Pixelzelle 18 ist auf dem Detektorsubstrat 30 durch eine kontinuierliche Elektrode 36, die eine Vorspannung anlegt, und Pixelpositionselektroden (Kontaktinseln) 38 definiert, um eine Erfassungszone für die Pixelzelle 18 zu definieren. Entsprechende Pixelschaltkreise 20 auf dem Bildschaltungssubstrat 32 sind an Stellen definiert, die den Elektroden 38 (d. h. den Pixeldetektoren 19) entsprechen. Elektroden (Kontaktinseln) 40 für die Pixelschaltkreise 20 sind über die Löterhebungen 34 elektrisch mit den entsprechenden Elektroden 38 verbunden. Wenn in einem Pixeldetektor 19 in Reaktion auf einfallende Strahlung Ladung erzeugt wird, so wird die Ladung auf diese Weise über die Löterhebungen 34 zu dem entsprechenden Pixelschaltkreis 20 geleitet.
Somit ist praktisch jede Pixelzelle 18 der Abbildungsvorrichtung 16 auf dem Substrat durch (nicht gezeigte) Elektroden definiert, die eine Vorspannung anlegen, um eine Erfassungszone (d. h. den Pixeldetektor 19) für jede Pixelzelle 18 zu definieren. Entsprechende Ausleseschaltungen auf dem Auslesesubstrat können beispielsweise Aktivpixelschalkreise 20 umfassen, wie in der oben angesprochenen Schrift WO 95/33332 beschrieben. Die Pixeldetektoren 19 sind mit einer Erfassungszone ausgestattet, dergestalt, dass, wenn ein Photon in dem Halbleitersubstrat 16 an einer Pixelzelle 18 photoabsorbiert wird, wodurch eine elektrische Ladung entsteht, oder wenn eine geladene Strahlung die Erfassungszone des Halbleitersubstrats 16 an einer Pixelzelle 18 ionisiert, ein elektrischer Impuls von dem Halbleiter 16 an einer Pixelzelle 18 fließt und ein elektrischer Impuls von der Halbleitererfassungszone zu der Ausleseschaltung 20 für die betreffende Pixelzelle 18 durch die Löterhebung für die betreffende Pixelzelle fließt.
Um eine effiziente Ladungsabsorption für Röntgenstrahlen und andere energiereiche Strahlung, die in der Regel Energieniveaus von über 1 ekV hat, zu ermöglichen, ist die Verwendung von absorptionsstarken Halbleitermaterialien für das Detektorsubstrat wünschenswert, beispielsweise CdZnTe oder CdTe. In diesem Fall vermeiden Niedrigtemperaturprozesse, die während der Herstellung verwendet werden, eine Beschädigung des temperaturempfindlichen Substrats.
Somit können durch Verwendung eines Niedrigtemperaturlötverfahrens (unter 180°C) empfindliche Materialien wie beispielsweise CdZnTe oder CdTe verwendet werden, ohne dass die Eigenschaften des Detektorsubstrats beeinträchtigt werden.
Ein Beispiel einer Abbildungsvorrichtung gemäß der Erfindung umfasst daher ein Halbleitersubstrat und ein Auslesesubstrat, wobei die Substrate Erfassungs- bzw. Auslesezellen umfassen, wobei jede Erfassungszelle mit einer entsprechenden Auslesezelle (in einem 1:1-Verhältnis) mittels Niedrigtemperatur-Löterhebungen verbunden ist.
Es können beispielsweise monolithische Detektoren mit den Abmessungen 12,2 × 4,2 mm² (41.000 Pixel mit einer Größe von 35 Mikron) und 18,9 × 9,6 mm² (130.000 Pixel mit einer Größe von 35 Mikron), die über Niedrigtemperatur-Löterhebungen mit einem CMOS-Chip verbunden sind, hergestellt werden. Die tatsächliche Größe des Pixelschaltkreises und des Pixeldetektors hängt jedoch von der Anwendung, für die die Abbildungsvorrichtung vorgesehen ist, und der verwendeten Schaltkreistechnologie ab.
Eine solche Abbildungsvorrichtung weist dann die erforderliche gleichmäßige Leistung über eine große Anzahl gebondeter Zellen hinweg auf und erfüllt so die Kriterien (hohe Absorptionseffizienz, hohe räumliche Auflösung) zur Verwendung in der medizinischen Diagnose, beispielsweise Mammografie, zahnärztliche Aufnahmen, Röntgenaufnahmen des Brustkorbes, herkömmliches Röntgen, Fluoroskopie, Computertomografie, Nuklearmedizin und zerstörungsfreie Werkstoffprüfung.
Niedrigtemperatur-Löterhebungen brauchen nicht größer als 5 Mikron im Durchmesser zu sein, können aber auch größer sein. Ein Lötmaterial mit niedrigem Schmelzpunkt ist ein geeignetes Niedrigtemperaturlot. Ein Niedrigtemperaturlot ist ein Lot, das mit einer Temperatur geschmolzen werden kann, die eine Beschädigung oder Qualitätsminderung eines temperaturempfindlichen Detektorsubstrats wie beispielsweise CdZnTe oder CdTe mindert oder vermeidet. Ein Niedrigtemperaturlot hat einen Schmelzpunkt von vorzugsweise weniger als 180°C, besonders bevorzugt weniger als 120°C und ganz besonders bevorzugt weniger als 100°C.
Ein Beispiel für ein solches Niedrigtemperaturlötmaterial ist eine ternäre Bismut-Blei-Zinn-Legierung (BiPbSn). Der Schmelzpunkt einer eutektischen Legierung (52 Gewichts-% Bi, 32 Gewichts-% Pb und 16 Gewichts-% Sn) liegt beispielsweise unter 100°C bei ungefähr 90°C. Die Prozentwerte der Zusammensetzung sind jeweils ungefähre Angaben. Die Legierung kann ausschließlich aus den drei genannten Elementen in ungefähr den genannten Anteilen auf insgesamt 100 Gewichts-% hergestellt werden. Die Legierungszusammensetzung kann allerdings auch variiert werden, um Benetzung, Schmelzpunkt und/oder Wärmeausdehnung bei Verfestigung zu optimieren. Beispielsweise können die Anteile der einzelnen Elemente variiert werden.
3 ist eine schematische Darstellung eines Verfahrens zur Herstellung einer Abbildungsvorrichtung gemäß der obigen Beschreibung. 3A zeigt den Schritt des Bereitstellens eines Auslesesubstrats 32 mit einer Anordnung von Kontaktinseln 40 für Verbindungen mit entsprechenden Kontaktinseln 38 auf einem Detektorsubstrat 30 (3C).
3A zeigt die Bereitstellung von Löterhebungen 34 auf den Kontaktinseln 40. Die Löterhebungen können beispielsweise durch Vakuumaufdampfung oder Galvanisieren zum Abscheiden der Metalllegierungslötzusammensetzung auf den jeweiligen Kontaktinseln ausgebildet werden. Es kann eine Metall- oder Fotoresistmaske verwendet werden. Um eine korrekte Legierungszusammensetzung zu erhalten, kann jedes einzelne Metall separat abgeschieden werden. Aber dann, vor dem Verbinden, wird die Struktur einem Prozessschritt unterzogen, bei dem man die Erhebungen zurückfließen lässt (d. h. sie werden einer Temperatur ausgesetzt, die höher ist als der Schmelzpunkt der Legierung), wodurch die Zusammensetzung der Erhebung an jeder Kontaktinselposition homogenisiert wird. Der Schmelzpunkt der Legierung braucht nicht deutlich überschritten zu werden, um die geschichtete "Sandwich"-Struktur rückfließen zu lassen.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird die Erhebung nur auf der Auslese-Chipseite abgeschieden, wie in 3B gezeigt, so dass auf dem Detektor keine schädliche Ablagerung stattzufinden braucht und die Wirtschaftlichkeit des Arbeitsganges erhöht wird (es wird vermieden, Erhebungen auf dem Detektorsubstrat aufzuwachsen).
Alternativ könnte die Wirtschaftlichkeit des Arbeitsganges auch erreicht werden, indem man die Löterhebungen 34 statt dessen auf dem Detektorsubstrat 30 (3C) abscheidet, obgleich dadurch das Risiko einer möglichen Beschädigung des Detektorsubstrats steigen würde.
Als weitere Alternative kann man Erhebungen sowohl auf dem Auslesesubstrat 32 als auch auf dem Detektorsubstrat 30 aufwachsen lassen, wenn ein geeignetes Erhebungsvolumen auf andere Weise nicht erreicht werden kann.
Es kann eine lötbare (mit Lot benetzbare) Insel unter der Löterhebung ausgebildet werden. Diese Insel kann vor dem Abscheiden der Erhebung unter Verwendung der gleichen Maske abgeschieden werden. Es ist nicht erforderlich, zum Abscheiden der Erhebungs- und der unter der Erhebung befindlichen Metallurgie die gleiche Technik zu verwenden. Ein weiterer Vorteil des Verwendens von Niedrigtemperaturlot ist, dass es dünnere unter der Erhebung befindliche Metallurgien ermöglicht und die Möglichkeit gibt, ansonsten nicht-verwendbare Metalle verwenden zu können, da die Rate, mit der sich die unter der Erhebung befindliche Metallurgie in die Erhebung hinein auflöst, proportional zur Temperatur ist.
Es können auch Schutzringe, die ebenfalls aus Lot bestehen, zusätzlich zu ihrer elektrischen Funktion um die Pixelanordnung herum angeordnet werden, um die Lötstellen des Pixelbereichs hermetisch vor der äußeren Atmosphäre abzuschirmen. Dämme und/oder Abschirmungen für elektrische und/oder mechanische Zwecke können ebenfalls hergestellt werden.
Die Erhebungen brauchen nicht alle von der gleichen Größe zu sein. Eine kleine Anzahl relativ großer Erhebungen kann dazu verwendet werden, die Selbstausrichtung der Hauptpixelanordnung mit einer großen Anzahl relativ kleiner Erhebungen zu unterstützen.
Nach dem Ausbilden der Löterhebungen wird das Auslesesubstrat 34 (3B) nach dem Flip-Chip-Verfahren mit dem Detektorsubstrat (3C), wie durch den Pfeil 50 angedeutet, verbunden, und zwar unter kontrollierter Erwärmung auf eine Temperatur und für eine Zeitdauer, die ausreicht, die Löterhebungen ausreichend zu erweichen, um eine Verbindung der Halbleitersubstrate zu ermöglichen, jedoch nicht ausreicht, um die Halbleitersubstrate zu beschädigen. Ein solches Erwärmen kann über einen Zeitraum hinweg erfolgen, der beispielsweise von einigen Sekunden bis zu einigen Minuten reicht. Auf diese Weise kann eine Verbindung der jeweiligen Kontaktinseln 38, 40 auf dem Detektorsubstrat 30 bzw. dem Auslesesubstrat 32 bewirkt werden.
3D zeigt eine Ecke der zusammengefügten Hybridabbildungsvorrichtung 16.
Es wurde also eine Halbleiterabbildungsvorrichtung zur Verwendung beispielsweise in der medizinischen Diagnose und in der zerstörungsfreien Werkstoffprüfung beschrieben. Die Halbleiterabbildungsvorrichtung enthält ein Strahlungsdetektorhalbleitersubstrat und ein Auslesesubstrat, das mit dem Detektor über Niedrigtemperaturlöterhebungen verbunden ist. Ein Niedrigtemperaturlot sollte einen Schmelzpunkt unter etwa 180°C, vorzugsweise unter 150°C, besonders bevorzugt unter 120°C und ganz besonders bevorzugt unter 100°C aufweisen. Solche Niedrigtemperaturlote erhält man durch auf Bismut basierende Legierungen aus Blei und Zinn, beispielsweise die eutektische Legierung, die aus ungefähr 52 Gewichtsprozent Bi, etwa 32 Gewichtsprozent Pb und etwa 16 Gewichtsprozent Sn zu 100 Gewichts-% zusammengesetzt ist und einen Schmelzpunkt unter 100°C hat.
Eine Abbildungsvorrichtung gemäß den im vorliegenden Text offenbarten Erfindungen kann für Anwendungen wie beispielsweise die medizinische Diagnose verwendet werden, beispielsweise für Mammografie, zahnärztliche Aufnahmen, Röntgenaufnahmen des Brustkorbes, Fluoroskopie, Computertomografie, Nuklearmedizin usw. Eine Abbildungsvorrichtung gemäß diesen Erfindungen kann auch für Anwendungen wie beispielsweise die zerstörungsfreie Werkstoffprüfung verwendet werden.
Das oben Dargelegte ist eine detaillierte Beschreibung konkreter Ausführungsformen der Erfindung. Die Erfindung umfasst sämtliche Alternativen, Modifizierungen und Varianten, die unter die Ansprüche fallen.

Claims

Abbildungsvorrichtung (16) zum Abbilden von Strahlung, wobei die Abbildungsvorrichtung ein Halbleitersubstrat (30), das eine Anordnung aus Detektorzellen (19) enthält, die in Reaktion auf einfallende Strahlung eine Ladung erzeugen, und ein entsprechendes Auslesehalbleitersubstrat (32), das eine Anordnung aus Auslesezellen (20) enthält, umfasst, wobei die Auslesezellen mit entsprechenden Detektorzellen (19) über Löterhebungen verbunden sind, wobei die Löterhebungen Lot umfassen, das aus einer Legierung aus Bismut (Bi), Blei (Pb) und Zinn (Sn) besteht und einen Schmelzpunkt unter 183°C hat.
Abbildungsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei das Lot einen Schmelzpunkt unter 180°C hat.
Abbildungsvorrichtung nach Anspruch 2, wobei das Lot einen Schmelzpunkt unter 120°C hat.
Abbildungsvorrichtung nach Anspruch 3, wobei das Lot einen Schmelzpunkt unter 100°C hat.
Abbildungsvorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das Lot aus Bi und Pb und zwischen 1 und 65 Gewichts-% Sn besteht.
Abbildungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei das Lot aus Bi und Sn und zwischen 1 und 75 Gewichts-% Pb besteht.
Abbildungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei das Lot aus Pb und Sn und zwischen 1 und 75 Gewichts-% Bi besteht.
Abbildungsvorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das Lot aus ungefähr 52 Gewichts-% Bi, ungefähr 32 Gewichts-% Pb und ungefähr 16 Gewichts-% Sn besteht.
Abbildungsvorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das Detektorsubstrat (30) CdZnTe umfasst.
Abbildungsvorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das Detektorsubstrat (30) CdTe umfasst.
Abbildungssystem (10), umfassend: eine Abbildungsvorrichtung (16) nach einem der vorangehenden Ansprüche; eine Steuerelektronik (24), die mit der Abbildungsvorrichtung wirkverbunden ist, um das Lesen durch die Auslesezellen (20) zu steuern und die Ausgabesignale von den Auslesezellen zu verarbeiten; und einen Bildprozessor (28), der auf verarbeitete Ausgangssignale von der Steuerelektronik anspricht, um daraus ein Bild zu erzeugen.
Abbildungssystem nach Anspruch 11, wobei die Steuerelektronik (24) Analog-Digital-Wandler umfasst.
Abbildungssystem nach Anspruch 12, wobei die Steuerelektronik (24) des Weiteren Datenreduktionsprozessoren umfasst.
Verfahren zur Herstellung einer Abbildungsvorrichtung (16), die ein Detektorhalbleitersubstrat (30), das eine Anordnung aus Detektorzellen (19) enthält, die in Reaktion auf einfallende Strahlung eine Ladung erzeugen, und ein Auslesehalbleitersubstrat (32), das eine Anordnung aus Auslesezellen (20) enthält, umfasst, wobei eine der Detektorzellen und eine der Auslesezellen eine Bildzelle (18) bilden, wobei das Verfahren Folgendes umfasst: Aufbringen von Löterhebungen, die Lot umfassen, das aus einer Legierung aus Bi, Pb und Sn besteht und einen Schmelzpunkt unter 183°C hat, auf eines der Substrate (30, 32) an Stellen, die den Bildzellen (18) entsprechen; Ausrichten jeweiliger Auslesezellen (20) und Detektorzellen (19) aufeinander; und Verbinden der Detektorzellen (19) und der Auslesezellen (20) durch Anlegen von Wärme an die Löterhebungen.
Verfahren nach Anspruch 14, wobei die Löterhebungen auf das Auslesesubstrat (32) an Stellen aufgebracht werden, die den Auslesezellen (20) entsprechen.
Verfahren nach Anspruch 15, wobei die Löterhebungen auf das Auslesesubstrat (32) an Stellen aufgebracht werden, die den Auslesezellen (20) entsprechen, und auf das Detektorsubstrat (30) an Stellen aufgebracht werden, die den Detektorzellen (19) entsprechen.
Verfahren nach einem der Ansprüche 14 bis 16, wobei das Lot einen Schmelzpunkt unter 180°C hat.
Verfahren nach Anspruch 17, wobei das Lot einen Schmelzpunkt unter 120°C hat.
Verfahren nach Anspruch 18, wobei das Lot einen Schmelzpunkt unter 100°C hat.
Verfahren nach einem der Ansprüche 14 bis 19, wobei das Lot aus Bi und Pb und zwischen 1 und 65 Gewichts-% Sn besteht.
Verfahren nach einem der Ansprüche 14 bis 19, wobei das Lot aus Bi und Sn und zwischen 1 und 75 Gewichts-% Pb besteht.
Verfahren nach einem der Ansprüche 14 bis 19, wobei das Lot aus Pb und Sn und zwischen 1 und 75 Gewichts-% Bi besteht.
Verfahren nach einem der Ansprüche 14 bis 22, wobei das Lot aus ungefähr 52 Gewichts-% Bi, ungefähr 32 Gewichts-% Pb und ungefähr 16 Gewichts-% Sn besteht.
Verfahren nach einem der Ansprüche 14 bis 23, wobei der Schritt des Aufbringens von Löterhebungen Folgendes umfasst: Aufbringen von Bi, Pb und Sn in erforderlichen Anteilen an Stellen für die Löterhebungen; und Anlegen von Wärme, um das Bi, Pb und Sn so aufzuschmelzen, dass die Löterhebungen entstehen.