特表 2024-503782 ハイブリッド集積シリコンドリフト検出器及びその製造方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公表特許公報(A)

(11)【公表番号】

(43)【公表日】2024-01-29

(54)【発明の名称】ハイブリッド集積シリコンドリフト検出器及びその製造方法

(51)【国際特許分類】

   G01T 1/24 20060101AFI20240122BHJP

   G01T 7/00 20060101ALI20240122BHJP

【ＦＩ】

G01T1/24

G01T7/00 A

【審査請求】有

【予備審査請求】未請求

(21)【出願番号】P 2023534138

(86)(22)【出願日】2022-08-11

(85)【翻訳文提出日】2023-07-06

(86)【国際出願番号】 EP2022072539

(87)【国際公開番号】W WO2023017118

(87)【国際公開日】2023-02-16

(31)【優先権主張番号】21191266.2

(32)【優先日】2021-08-13

(33)【優先権主張国・地域又は機関】EP

(81)【指定国・地域】

(71)【出願人】

【識別番号】515222687

【氏名又は名称】ブルーカー ナノ ゲーエムベーハー

【氏名又は名称原語表記】ＢＲＵＫＥＲ ＮＡＮＯ ＧＭＢＨ

【住所又は居所原語表記】Ａｍ Ｓｔｕｄｉｏ ２ Ｄ， １２４８９ Ｂｅｒｌｉｎ （ＤＥ）

(74)【代理人】

【識別番号】110001139

【氏名又は名称】ＳＫ弁理士法人

(74)【代理人】

【識別番号】100130328

【弁理士】

【氏名又は名称】奥野 彰彦

(74)【代理人】

【識別番号】100130672

【弁理士】

【氏名又は名称】伊藤 寛之

(72)【発明者】

【氏名】ボンベリ， ルカ

(72)【発明者】

【氏名】ボスラウ， オリバー

(72)【発明者】

【氏名】ノアック， マーカス

【テーマコード（参考）】

2G188

【Ｆターム（参考）】

2G188AA27

2G188BB02

2G188CC31

2G188DD35

2G188DD42

2G188EE05

2G188FF11

(57)【要約】

本発明は、Ｘ線検出のためのハイブリッド集積シリコンドリフト検出器（ＨｉＳＤＤ）に関し、特に、シリコンドリフト検出器（ＳＤＤ）をＳＤＤセンサチップ上の低ノイズ前置増幅器と組み合わせて、検出器アセンブリの電気的及び構造的特性を改善するＨｉＳＤＤに関する。本発明は、さらに、ＨｉＳＤＤを製造するための対応する方法に関する。本発明に係るＨｉＳＤＤは、シリコンドリフト検出器（ＳＤＤ）センサチップ（１００）と、前置増幅器モジュール（２００）と、をハイブリッド集積するＨｉＳＤＤであって、フリップチップボンディングのために構成される第１の端部とワイヤボンディングのために構成される第２の端部とを有する導電性経路（３２）は、ＳＤＤセンサチップ（１００）の表面上に形成され、前置増幅器モジュール（２００）は、前置増幅器モジュール（２００）の表面上に配置された接触部を有し、導電性経路（３２）の第１の端部は、前置増幅器モジュール（２００）の接触部にフリップチップボンディングされる、ＨｉＳＤＤである。

【特許請求の範囲】

【請求項1】

ハイブリッド集積シリコンドリフト検出器（ＨｉＳＤＤ）であって、前記ＨｉＳＤＤは、
シリコンドリフト検出器（ＳＤＤ）センサチップ（１００）と、
前置増幅器モジュール（２００）と、
を備え、
前記シリコンドリフト検出器（ＳＤＤ）センサチップ（１００）は、入射放射線に露出されるように構成される第１の表面と、前記第１の表面とは反対側の第２の表面と、を有し、
接触領域（１４）及び複数のドリフトリング領域（２０）が、前記センサチップ（１００）の前記第２の表面に配置され、前記接触領域（１４）は、前記ドリフトリング領域（２０）から離間され、前記ドリフトリング領域（２０）に対して共通の中心領域を形成し、
接触部（１８）が、前記接触領域（１４）の上方に形成され、前記接触領域（１４）に導電的に接続され、フリップチップボンディングのために構成され、
導電性経路（３２）が、前記第２の表面上に形成され、前記接触領域（１４）及び前記ドリフトリング領域（２０）から絶縁され、フリップチップボンディングのために構成される第１の端部と、ワイヤボンディングのために構成される第２の端部と、を有し、
前記前置増幅器モジュール（２００）は、前記前置増幅器モジュール（２００）の表面上に配置された接触部を有し、
前記導電性経路（３２）の前記第１の端部及び前記接触部（１８）は、前記前置増幅器モジュール（２００）の前記接触部にフリップチップボンディングされる、ＨｉＳＤＤ。

【請求項2】

請求項１に記載のＨｉＳＤＤのであって、前記ＨｉＳＤＤは、さらに、
前記ＳＤＤセンサチップ（１００）を支持するように構成されるホルダ（３００）
を備え、
前記導電性経路（３２）の前記第２の端部は、前記ホルダ（３００）上の接触エリアにワイヤボンディングされる、ＨｉＳＤＤ。

【請求項3】

請求項１又は２に記載のＨｉＳＤＤであって、
前記ＳＤＤセンサチップ（１００）は、第１のドーピング型の半導体材料のチップ基板（１０）を備え、
前記チップ基板（１０）は、好ましくは、ｎ^－ドープ型半導体材料である、ＨｉＳＤＤ。

【請求項4】

請求項３に記載のＨｉＳＤＤであって、
前記接触領域（１４）は、前記第１のドーピング型で高濃度にドープされ、前記接触領域（１４）は、好ましくは、ｎ^＋ドープされており、
前記複数のドリフトリング領域（２０）は、第２のドーピング型でドープされ、前記ドリフトリング領域（２０）は、好ましくは、ｐ^＋ドープされている、ＨｉＳＤＤ。

【請求項5】

請求項３又は４に記載のＨｉＳＤＤであって、前記ＳＤＤセンサチップ（１００）は、さらに、
前記ＳＤＤチップ（１００）の前記第１の表面に対応する前記チップ基板（１０）の第１の表面上に接触層（１２）を備え、
前記接触層（１２）は、第２のドーピング型でドープされ、好ましくは、ｐ^＋ドープされている、ＨｉＳＤＤ。

【請求項6】

請求項１～５のいずれか一項に記載のＨｉＳＤＤであって、前記ＨｉＳＤＤは、さらに、
前記ＳＤＤセンサチップ（１００）の前記第２の表面を覆う絶縁層（１６）
を備え、
前記接触部（１８）は、前記絶縁層（１６）内の開口部を通して前記接触領域（１４）に導電的に接続され、前記導電性経路（３２）は、前記絶縁層（１６）の上方に形成される、ＨｉＳＤＤ。

【請求項7】

請求項６に記載のＨｉＳＤＤであって、前記ＨｉＳＤＤは、さらに、
前記絶縁層（１６）の上方に形成された少なくとも１つのドリフトリング接触部（２２）
を備え、
ドリフトリング接触部（２２）は、前記絶縁層（１６）内の第２の開口部を通して対応するドリフトリング領域（２０）に導電的に接続され、
少なくとも１つのドリフトリング接触部（２２）は、前記絶縁層（１６）の上部に形成された導電性経路（３２）を含む、ＨｉＳＤＤ。

【請求項8】

請求項１～７のいずれか一項に記載のＨｉＳＤＤであって、
前記前置増幅器モジュール（２００）の第１の入力ＦＥＴは、前記前置増幅器への接続（Ａ）の浮遊容量に整合される、ＨｉＳＤＤ。

【請求項9】

請求項１～８のいずれか一項に記載のＨｉＳＤＤであって、
前記前置増幅器モジュール（２００）は、温度センサを備える、ＨｉＳＤＤ。

【請求項10】

請求項１～９のいずれか一項に記載のＨｉＳＤＤであって、
前記少なくとも１つのドリフトリング接触部（２２）は、前記絶縁層（１６）の上部に導電性リングを形成する、ＨｉＳＤＤ。

【請求項11】

請求項１０に記載のＨｉＳＤＤであって、
少なくとも１つの導電性リングは、前記前置増幅器モジュール（２００）の下の領域において開いている、ＨｉＳＤＤ。

【請求項12】

ＨｉＳＤＤモジュールであって、前記ＨｉＳＤＤモジュールは、
請求項２～１１のいずれか一項に記載のＨｉＳＤＤと、
前記ホルダ（３００）に熱的に接続された熱電クーラと、
を備える、ＨｉＳＤＤモジュール。

【請求項13】

請求項１１に記載のＨｉＳＤＤモジュールであって、前記ＨｉＳＤＤモジュールは、さらに、
Ｘ線放射線のための円形の入口開口部
を備え、
前記入口開口部の中心は、前記接触領域（１４）の上方に位置する、ＨｉＳＤＤモジュール。

【請求項14】

請求項１～１３のいずれか一項に記載のハイブリッド集積シリコンドリフト検出器（ＨｉＳＤＤ）を製造するための方法であって、前記方法は、
前記シリコンドリフト検出器（ＳＤＤ）センサチップ（１００）を提供する工程と、
前記前置増幅器モジュール（２００）を提供する工程と、
前記導電性経路（３２）の前記第１の端部及び前記接触部（１８）を前記前置増幅器モジュール（２００）の前記接触部にフリップチップボンディングする工程と、
を含む、方法。

【請求項15】

請求項２～１１のいずれか一項に記載のＨｉＳＤＤを製造するための請求項１４に記載の方法であって、前記方法は、さらに、
前記導電性経路（３２）の前記第２の端部を前記ホルダ（３００）上の接触エリアにワイヤボンディングする工程
を含む、方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、Ｘ線検出のためのハイブリッド集積シリコンドリフト検出器（ＨｉＳＤＤ）に関し、特に、シリコンドリフト検出器（ＳＤＤ）をＳＤＤセンサチップ上の低ノイズ前置増幅器モジュールと組み合わせて、検出器アセンブリの電気的及び構造的特性を改善するＨｉＳＤＤに関する。本発明は、さらに、ＨｉＳＤＤを製造するための対応する方法に関する。

【背景技術】

【0002】

技術的背景及び先行技術
エネルギー分散分光法（ＥＤＳ：ｅｎｅｒｇｙ ｄｉｓｐｅｒｓｉｖｅ ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ、ＥＤＸとも呼ばれる）は、おそらく最も一般的に使用されているＸ線分析技術として、入射電子ビームによって励起された試料によって放出される特性Ｘ線に基づいて試料の元素組成を特徴付けるものである。ＥＤＳ測定は、一般に、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）などの電子顕微鏡（ＥＭ）内で行われ、ＥＭは、電子顕微鏡の測定室内に適切に構成されるＥＤＳ検出器を備えている。ＥＭでは、ＥＤＳ検出器は、電子ビームの伝搬方向において試料の上流側に配置されることが多い。

【0003】

固体ＥＤＳ検出器では、入射Ｘ線光子のエネルギーは、検出器材料の感応領域内で吸収される際の対生成によって生じる電荷キャリアの量によって測定することができる。高分解能Ｘ線分光法には、Ｓｉ（Ｌｉ）検出器を使用することができる。Ｓｉ（Ｌｉ）検出器に代わるものとして、高分解能・高速シリコンドリフト検出器（ＳＤＤ）がある。ＳＤＤの基本構造は、高濃度にｐ^＋ドープされた第１の領域と中程度にｎドープされた第２の領域とを含むｐ－ｎフォトダイオードに対応する。検出器は、通常、既存の空間電荷層を拡張し、生成した電荷キャリアの再結合を回避するために、逆方向に動作する。空間電荷層に第２の電圧を重畳することにより、電荷キャリアを制御された方法で対応する接触領域にドリフトすることができ、増幅回路又は評価用電子機器に供給することができる。ある種のＳＤＤでは、複数（ｓｅｖｅｒａｌ）のｐ^＋ドープされたドリフトリング領域が、センサチップの中心にある小さなｎ^＋ドープされたアノードの周りに円形リングとして直径が大きくなるように配置される。

【0004】

ＳＤＤは、Ｓｉ（Ｌｉ）検出器と比較して適度な冷却での動作を可能にする、高い信号対雑音比（ＳＮＲ）を提供する。さらには、センサチップの中心の接触領域（例えば、アノード領域）が小さいため、その電気容量が低く、高い応答速度を実現することができる。読み出しのために、前置増幅器として機能する１つ又は複数のトランジスタをウェハに直接集積することができる。その結果、例えば低ノイズ接合ゲート型電界効果トランジスタ（ＪＦＥＴ）などの前置増幅器をＳｉ（Ｌｉ）検出器よりも検出器材料に近い位置に配置でき、これにより、より良好な電子評価が可能になる。このような直接集積型フロントエンド電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）アプローチの欠点は、電子集積化が技術的に困難であり、不合格率が非増幅センサチップと比較して高くなり得ることである。したがって、センサチップの技術プロセスと適切なフロントエンドＦＥＴの製造とを切り離すために、低ノイズ外部ＪＦＥＴ又はＣＭＯＳベースの電荷前置増幅器などの外部前置増幅器がしばしば好まれる。

【0005】

外部前置増幅器は、集積回路（ＩＣ）に基づいている場合がある。ワイヤボンド接続のキャパシタンスに対する感度を低く保つため、外部前置増幅器は、通常、短いボンドワイヤを介してＳＤＤセンサチップの接触領域に最も近接して配置される別個のモジュールであり、すなわち、外部前置増幅器の入力は、短いボンドワイヤでＳＤＤセンサチップの出力に接続される。検出器と前置増幅器とのさらなるの接触部もまた、ボンドワイヤを用いて共通のプリント回路基板（ＰＣＢ）に接続することができる。その後、ＰＣＢ基板を得られた検出器モジュールのハウジングに接続することができる。

【0006】

前記した外部アプローチの欠点は、非常に小さいボンドパッド（低い電気容量のため好まれる）での複雑で時間のかかるボンディングプロセスに加えて、前置増幅器の入力とＳＤＤセンサチップの出力との間のワイヤボンド接続にもキャパシタンスがあり、検出器信号のシリアルノイズをさらに増加させることである。さらに、フリーボンドワイヤは、機械的に振動し、出力信号にいわゆるピックアップノイズを生成する傾向がある。要約すると、検出器内の電子ノイズは、前記ワイヤボンド接続によって増加する。

【0007】

したがって、本発明の目的は、従来技術の欠点の少なくともいくつかを克服又は低減し、接続のキャパシタンスの影響を受けず、ピックアップノイズに対するより良好な耐性を提供する、外部前置増幅器に接続されたＳＤＤを提供することにある。ＳＤＤシステムの複雑さ及び製造コストを低く抑えるために、外部前置増幅器を使用することができる。さらに、ＳＤＤを外部前置増幅器に接続するための改善された方法が提供され、この方法により、この２つの構成要素の簡単かつ確実な接続が可能になる。

【0008】

発明の概要
請求項１のＨｉＳＤＤ及びＨｉＳＤＤを製造するための対応する方法によって、本発明の目的は解決され、従来技術の欠点を、少なくとも部分的に克服する。従属請求項は、本発明の好ましい実施形態を対象とする。

【0009】

本発明の一態様は、ハイブリッド集積シリコンドリフト検出器（ＨｉＳＤＤ）に関し、前記ＨｉＳＤＤは、シリコンドリフト検出器（ＳＤＤ）センサチップと、前置増幅器モジュールと、を備え、前記シリコンドリフト検出器（ＳＤＤ）センサチップは、入射放射線に露出されるように構成される第１の表面と、前記第１の表面とは反対側の第２の表面と、を有し、接触領域及び複数のドリフトリング領域が、前記センサチップの前記第２の表面に配置され、前記接触領域は、前記ドリフトリング領域から離間され、前記ドリフトリング領域に対して共通の中心領域を形成し、接触部が、前記接触領域の上方に形成され、前記接触領域に導電的に接続され、（例えば、対応して離間された接触パッドを設けることによって）フリップチップボンディングのために構成され、導電性経路が、前記第２の表面上に形成され、前記接触領域及び前記ドリフトリング領域から絶縁され、（例えば、対応して離間された接触パッドを設けることによって）フリップチップボンディングのために構成される第１の端部と、（例えば、対応して大きなボンドパッドを設けることによって）ワイヤボンディングのために構成される第２の端部と、を有し、前記前置増幅器モジュールは、前記該前置増幅器モジュールの単一表面上に接触部を有し、前記導電性経路の前記第１の端部及び前記接触部は、前記前置増幅器モジュールの前記接触部にフリップチップボンディングされる、ＨｉＳＤＤである。

【0010】

ドリフトリング領域は、共通の中心に接触領域を有し、直径が増加する個々の円形リングとして形成されてもよい。これにより、リングは、原則として閉ループとして理解されるが、リングの一部を省略することも可能である。この場合、リングはオープンリング、つまり、開いている。リングは、構造的に変形されてもよい。例えば、ドリフトリング領域は、楕円形又はドロップ状のリング形状を有することができる。変形されたリングのサイズは、１つのリングから次のリングへと増加してもよい。接触領域は、ドリフトリング領域に対して共通の中心領域を形成しており、これは、接触領域が、ドリフトリング領域によって形成されたリングによって囲まれていることを意味する。ドロップ状のリング形状を有するドリフトリング領域の場合、接触領域は、全てのドロップ形状が収束する共通領域に形成されることが好ましい。ドロップ形状の設計は、ＳＤＤセンサチップの中心からＳＤＤセンサチップの端に向かって接触領域を除去することを可能にする。この置換は、本発明に係るＨｉＳＤＤにおいて起こり得る放射線誘発損傷を防止するのに有用であり得る。さらには、円形リング構造と比べて、接触領域のサイズを小さくすることができる。

【0011】

本発明の好ましい実施形態では、前記ＨｉＳＤＤは、さらに、前記ＳＤＤセンサチップを支持するように構成されるホルダを備え、前記導電性経路の前記第２の端部は、前記ホルダ上の接触エリアにワイヤボンディングされる。ホルダは、保持基板、フレーム、支持体などであり得る。好ましくは、ホルダは、ホルダにおいて導電性接続を提供するワイヤフレームを備える。

【0012】

好ましくは、前記ＳＤＤセンサチップは、第１のドーピング型の半導体材料のチップ基板を備え、前記チップ基板は、ｎ^－ドープ型半導体材料であることが好ましい。前記接触領域は、前記第１のドーピング型で高濃度にドープされてもよい。前記接触領域は、ｎ^＋ドープされていることが好ましい。前記複数のドリフトリング領域は、第２のドーピング型でドープされてもよい。前記複数のドリフトリング領域は、ｐ^＋ドープされていることが好ましい。

【0013】

本発明の好ましい実施形態では、前記ＨｉＳＤＤは、さらに、前記ＳＤＤセンサチップの前記第２の表面を覆う絶縁層を備え、前記接触部は、前記絶縁層内の開口部を通して前記接触領域に導電的に接続される。前記導電性経路は、前記絶縁層の上方に形成される。

【0014】

本発明の好ましい実施形態では、前記ＨｉＳＤＤは、さらに、前記絶縁層の上方に形成された少なくとも１つのドリフトリング接触部を備え、ドリフトリング接触部は、前記絶縁層内の第２の開口部を通して対応するドリフトリング領域に導電的に接続され、少なくとも１つのドリフトリング接触部は、前記絶縁層の上方に形成された導電性経路を含む。

【0015】

本発明の特に好ましい実施形態では、ハイブリッド集積シリコンドリフト検出器（ＨｉＳＤＤ）は、シリコンドリフト検出器（ＳＤＤ）センサチップと、前置増幅器モジュールと、をハイブリッド集積するＨｉＳＤＤであって、前記シリコンドリフト検出器（ＳＤＤ）センサチップは、チップ基板と、接触層と、接触領域と、複数のドリフトリング領域と、絶縁層と、接触部と、少なくとも１つのドリフトリング接触部と、を備え、前記チップ基板は、ドープされた半導体材料であり、前記接触層は、前記チップ基板の前記第１の表面上にあり、前記接触層のドーピング（ドーピング型）は、前記チップ基板の半導体材料のドーピングとは反対であり、前記接触領域は、好ましくはトレンチ形状構造として形成され、前記第１の表面とは反対側の前記チップ基板の第２の表面に配置され、前記接触領域のドーピングは、前記チップ基板の半導体材料のドーピングよりも高く、前記複数のドリフトリング領域は、好ましくはトレンチ形状構造として形成され、前記接触領域を共通の中心として前記チップ基板の前記第１の表面とは反対側の前記チップ基板の前記第２の表面に配置されており、前記ドリフトリング領域及び前記接触領域は、互いに離間され、前記ドリフトリング領域のドーピングは、前記チップ基板の半導体材料のドーピングとは反対であり、前記絶縁層は、前記チップ基板の前記第２の表面を覆い、前記接触部は、前記絶縁層の上部に形成され、前記絶縁層内の第１の開口部を通して前記接触領域に導電的に接続され、前記少なくとも１つのドリフトリング接触部は、前記絶縁層の上部に形成され、ドリフトリング接触部は、前記絶縁層内の第２の開口部を通して対応するドリフトリング領域に導電的に接続され、前記前置増幅器モジュールは、該前置増幅器モジュールの単一表面上に配置された接触部を有する、ＨｉＳＤＤである。接触部は、第１の開口部及びその下にある接触領域の真上にフリップチップボンディングのために形成され、ＳＤＤセンサチップは、さらに、絶縁層の上部に形成された導電性経路を備え、導電性経路の第１の端部は、（例えば、対応して離間された接触パッドを設けることによって）フリップチップボンディングのために形成され、導電性経路の第２の端部は、（例えば、対応して大きなボンドパッドを設けることによって）ワイヤボンディングのために形成され、前置増幅器モジュールの接触部は、（例えば、対応して離間された接触パッドを設けることによって）フリップチップボンディングのために形成され、導電性経路の第１の端部及び接触部は、前置増幅器モジュールの接触部にフリップチップボンディングされる。

【0016】

前置増幅器モジュールの信号入力は、フリップチップボンドを介して、ＳＤＤセンサチップの信号出力に（すなわち、接触領域に）直接接続されてもよい。しかしながら、前置増幅器モジュールは、典型的には、複数の入力及び出力、例えば、増幅された入力信号のための信号出力、１つ又は複数の電圧入力、及び接地電位（ＧＮＤ）接触部を要求する。前置増幅器モジュールの接触部の全て又は少なくともいくつかは、（例えば、対向する接触パッド間のはんだバンプ又はスタッドバンプを用いて）フリップチップボンドを介して、ＳＤＤセンサチップ上の対応する接触パッドに直接接続されてもよい。これらの接触パッドは、導電性経路を介して、フリップチップボンドされた前置増幅器モジュールによって覆われた領域の外側にあるさらなる接触パッド（例えば、ボンドパッド）に接続することができる。導電性経路のこれらのいわゆる第２の端部は、次いで、ワイヤボンドを介して、ホルダ上の対応する接触エリアに接続することができる。

【0017】

しかしながら、従来技術のＳＤＤでは、外部前置増幅器は、検出軸の外側に配置されていたが、本発明では、前置増幅器モジュールは、Ｘ線光子が反対側から入射するＳＤＤセンサチップの感応領域の中心に直接、又は少なくともの中心付近に、配置される。従来技術では、前置増幅器モジュールは、典型的には、ＳＤＤセンサチップ及び外部前置増幅器モジュールが別々に結合されるキャリア基板からの高エネルギーＸ線光子によって引き起こされる光子誘起イオン化に対して少なくとも部分的に保護される。しかしながら、実際のＳＤＤセンサチップは光子変換率が高いため、入射Ｘ線光子のほとんどは電子－正孔対に変換され、ＳＤＤセンサチップの感応領域を透過する光子はほとんどない。したがって、入射光子の強度が検出許容限界を超えない場合、ＳＤＤセンサチップの感応領域のすぐ後ろに外部前置増幅器を使用することもできる。

【0018】

ＳＤＤセンサチップ及び外部前置増幅器モジュールは、当業者には既知のものである。さらに、当業者に既知のものとして、フリップチップボンディング法があり、この方法は、典型的には、接続される接触部の１つに金属バンプを適用し、次いで、これらを互いに対向させ、金属バンプを加熱することによって接続する溶接プロセスを介して実行される。ハイブリッド集積という用語は、特に、機能的に異なる要素を別々に提供し、共通のプラットフォーム上で組み合わせることで、単一構成要素レベル上にありながらも増大した機能性を有する単一要素を提供する製造アプローチとして理解される。ＳＤＤセンサチップと関連する前置増幅器との近接・短距離の組み合わせは、回路上の理由から特に好ましく、従来のアプローチと比較して多くの利点を提供する。

【0019】

接触部は、フリップチップボンドによって前置増幅器モジュールの入力に直接接続されるので、ＳＤＤセンサチップの接触領域と前置増幅器の第１のＦＥＴとの間の距離が最小化される。距離が短いということは、接続の電気容量も非常に低くできることを意味する。電気容量が低いため、ＨｉＳＤＤの低時定数が実現でき、高速応答と広い検出帯域幅が可能になる。強度が急激に変化するＸ線放射線を検出するためには、広い検出帯域幅が好ましい。より長いワイヤボンド接続のため、従来技術のＳＤＤセンサチップと外部前置増幅器との間の接続の電気容量は非常に高くなり、その結果、対応するＳＤＤモジュールの検出帯域幅が低減する。さらには、従来技術のフリーボンドワイヤＳＤＤベースの検出器モジュールは、機械的に振動する傾向があり、出力信号にいわゆるピックアップノイズを生成する可能性がある。接触領域と前置増幅器入力との間の少なくともメインボンドワイヤを、安定かつ堅牢なフリップチップボンドに置き換えることにより、起こり得る機械的不安定性を回避し、電気的特性を安定化することができる。

【0020】

さらに、製造の観点からも利点がある。従来技術のＳＤＤモジュールであっても、低い電気容量の前置増幅器への最短の接続を確保するために、既に注意が払われている。これは、とりわけ、電気容量のさらなる発生源を最小化することによって達成することができ、これはまた、接触部の表面と対応する接触パッドのサイズが、通常、最小限のサイズになることを意味する。しかしながら、接続する構造が小さくなればなるほど、接続ボンドワイヤを確立することがますます難しく、困難になる。

【0021】

これに対し、本発明のフリップチップ法では、信号出力を提供するＳＤＤセンサチップの接触領域と前置増幅器の信号入力との間のメインボンドワイヤを、非常に短く安定かつ機械的に堅牢な接続に置き換えることができる。さらには、電気的に重要でない他の接続に導電性の経路を使用するめ、遠く離間された接触部及びより大きな接触パッドを有するより適切な接触スキームを実現することができる。メインワイヤボンドをフリップチップボンドによって置き換え、ＳＤＤセンサチップ上により遠く離間された接触部を配置できるようにすることで、製造時のプロセス、特に関連するボンディングプロセスが大幅に簡略化する。これは、ホルダ上の構造にも適用され、（例えば、接着剤による）外部前置増幅器の取り付けを避けることができるため、簡略化することができる。その代わりに、ＳＤＤセンサチップへの取り付けプロセスは、導電性接続の形成、特に接触領域と前置増幅器入力との間の主接続の形成を既に含んでいる。

【0022】

信号出力として中心接触領域の周りに（好ましくは、円形に配置される）ドリフトリング領域を含むＳＤＤセンサチップにより、生成された電荷キャリアのドリフト特性を規定することが可能になる。Ｘ線光子が基板の空乏層に吸収されると、電子－正孔対が生成され、印加された逆電圧によって分離される。ドリフトリング領域を介して空間電荷層に第２の電圧を印加することにより、電荷キャリアを制御された方法で接触領域にドリフトすることができる。このようなＳＤＤセンサチップでは、電気信号は、ＳＤＤセンサチップの中心にある低い電気容量の低い小さな接触領域のみに集められる。ドリフトリング領域には、共通のドリフトリング電圧を供給することができ、又は異なるドリフトリング電圧が印加される。後者の場合、少なくともいくつか又は全てのドリフトリング領域に、適切なドリフトリング電圧源に接続するための個々のドリフトリング接触部を提供してもよく、或いは、リングを、例えば、異なるドリフトリング構造間に抵抗素子を含めることによって、分圧回路によって導電的に接続してもよい。

【0023】

前置増幅器モジュールは、ゲートがモジュールの信号入力に直接接続された入力トランジスタとして、例えば、低ノイズＪＦＥＴなどのＦＥＴを備え得る。好ましくは、前置増幅器モジュールは、前置増幅器チップの表面上に配置された接触部を有する前置増幅器チップであり得る。例えば、前置増幅器チップは、少なくとも１つのＦＥＴを含むベアチップ又はベアダイであり得る。前置増幅器モジュール又はチップは、パッケージ（例えば、チップキャリアパッケージ又はシステムインパッケージ、ＳｉＰ）内に設けられてもよい。パッケージ内に設けられた前置増幅器モジュールは、パッケージの表面上に配置されたフリップチップボンディングのための各接触部を有し得る。前置増幅器モジュールは、該前置増幅器モジュールの表面上に配置された接触部を有することが好ましく、これは、平面フリップチップボンディングプロセスにより、全ての接触部を一度に接続し、さらなるワイヤボンド又は他の接続が不要となり好ましいためである。フリップチップボンディングの別の利点は、特有の、ボンドの保護である。ワイヤボンドは、応力及び衝撃に対して機械的に敏感であるが、フリップチップボンドは、本質的に安定しており、接合された構成要素によって覆われているため、そのような機械的な衝撃に対する感度が低い。全ての接触部が前置増幅器モジュールの単一表面上に配置されてもよいが、接触部のいくつかは前置増幅器モジュールの他の表面に配置されてもよい。

【0024】

前置増幅器モジュールは、さらに、前置増幅器モジュールに集積される温度センサを備え得る。例えば、温度センサは、ＮＴＣ又は半導体温度センサ（例えば、シリコンバンドギャップ温度センサ）であり得る。好ましくは、温度センサは、前置増幅器チップの集積素子であり得る。前置増幅器モジュール内に温度センサを集積することで、温度が外部構成要素によって測定される従来技術の方法と比較して、より直接的なセンシングが可能になる。本発明では、増幅器を放射線検出エリアに顕著に近接させ、ＳＤＤセンサチップと直接接触させるため、例えば、入射放射線の強度が変化する場合、急激な温度変化の影響を前置増幅器モジュールが受けやすくなる。したがって、集積温度センサは、温度制御の品質を改善することを可能にする。

【0025】

導電性経路は、好ましくは、絶縁層の上方又は上部に（ａｂｏｖｅ ｏｒ ｏｎ ｔｏｐ ｏｆ）形成され、前置増幅器モジュールの密接な接触部を広い範囲に広げることを可能にする。信号出力、ＧＮＤ又は基準電位接触部、複数の入力などを含み得るこれらの追加的な接触部は、電気容量及び電子ノイズの原因となる影響に対して感度が低い。したがって、対応するボンドパッドは、従来技術の外部前置増幅器に接続するためのＳＤＤセンサチップ上の従来のワイヤボンドパッドと比較して、サイズをより大きくすることができる。より大きなボンドパッドは、より高い公差を許容できるため、ボンディングプロセスが非常に簡略化される。

【0026】

接触層及び接触領域、並びに複数のドリフトリング領域は、当業者に知られている様々な方法によって構造化することができる。例えば、不純物原子をこれらの領域にドープ、注入、又は（イオン）注入することができる。空間選択的な改質のために、マスキング技術を適用してもよい。接触層又は異なる領域は、蒸着法によって設けることもできる。マスキング技術により、改質領域は、矩形に近い深さプロファイルを示すトレンチ形状構造として形成され得る。

【0027】

好ましくは、絶縁層は、ＳｉＯ_２、Ｓｉ_３Ｎ_４、Ａｌ_２Ｏ_３、ＴｉＯ_２若しくはＺｒＯ_２層、又はそれらの組み合わせなどの誘電体層である。 誘電体層は、基板の第２の表面内の接触領域及び複数のドリフトリング領域を覆い、保護する。好ましくは、接触部は金属接触部として形成され、金属は当業者に知られている方法によって選択的に蒸着される。特に、接触部は、Ａｌ、Ａｇ、Ｃｕ、Ａｕ又はポリＳｉ接触部とすることができる。本発明に係るＨｉＳＤＤは、１つ又は複数の追加の層を含み得る。これらの層は、少なくとも１つの不動態化層と、少なくとも１つの追加の絶縁層と、異なる層にわかって分布される導電経路とを含み得るが、これらに限定されない。不動態化層は、例えば、ＳｉＮ_ｘ、ＳｉＯ_ｘ、Ｓｉ_ｘ又はポリマー層であり得る。

【0028】

本発明の好ましい実施形態では、前記ＨｉＳＤＤは、さらに、前記ホルダを備え、前記ホルダは、第１の表面において前記ＳＤＤセンサチップ及び前記前置増幅器モジュールを支持するように構成され、前記導電性経路の前記第２の端部は、前記ホルダ上の対応する接触パッドに接続するようにワイヤボンディングされる。ホルダは、例えば、エンドユーザ及び産業アプリケーションにおけるさらなる組み立て工程のために、埋め込み用途のために、又はウエハレベル以外の取り扱い性の改善のために、安定かつ堅牢なプラットフォームを提供してもよい。

【0029】

本発明の好ましい実施形態では、前記チップ基板は、ｎ^－ドープ型半導体材料である。本発明の特に好ましい実施形態では、前記接触層は、ｐ^＋ドープされ、前記接触領域は、ｎ^＋ドープされる。好ましくは、前記ドリフトリング領域は、ｐ^＋ドープされる。ｐ^＋ドープされた表面カソード層として接触層と、ｎ^＋ドープされたアノード領域として接触領域と、を含むｎ^－ドープ型半導体材料では、電子はアノードに集められ、一方、生成された電子－正孔対の正孔はカソードに拡散する。しかしながら、ＳＤＤセンサチップの構造化及び個々の領域のドーピングは、当業者に知られているように変更されてもよい。

【0030】

本発明の好ましい実施形態では、前記ドリフトリング領域及び前記接触領域は、それぞれ、基板に平行な軸に沿って互いに等間隔に離間される。等間隔であれば、個々のドリフトリング領域に異なるドリフトリング電圧（第２の電圧）が印加されるときに生じる電界が単純化する。しかしながら、ドリフトリング領域の間隔は、ＳＤＤセンサチップの少なくともいくつか又は全てのセクションにおいて異なるように設定されてもよい。

【0031】

本発明の好ましい実施形態では、少なくとも１つのドリフトリング接触部は、遠隔接続のために絶縁層の上部に形成された導電経路を含む。ＨｉＳＤＤでは、前置増幅器モジュールの様々な接触部を互いに分離し、接続プロセスを簡略化するために、導電性経路が絶縁層の上部に適用される。しかしながら、同じタイプの導電性経路を、ＳＤＤセンサチップに関して他の必要な接続に適用することもできる。特に、ドリフトリング接触部は、互いにより遠く離間されてもよく、より大きなボンディングパッドが設けられてもよい。

【0032】

本発明の好ましい実施形態では、前記前置増幅器モジュールの第１の入力ＦＥＴは、前記前置増幅器への接続の浮遊容量に整合される。第１の入力ＦＥＴを前置増幅器への接続の浮遊容量に整合させることで、検出器信号のシリアルノイズを低減することができる。

【0033】

本発明の好ましい実施形態では、前記少なくとも１つのドリフトリング接触部は、前記絶縁層の上部に導電性リングを形成する。別個のドリフトリング領域は、基板の第２の表面において既に閉じた電気リング回路を形成していてもよい。これらの電気リング回路は、通常、対応するドリフトリング接触部によって接続され、同様にリングを形成する。電気抵抗をさらに低減し、ドリフトリングの全区間を等電位にするために、絶縁層の上部に閉じた導電性リングをさらに設けることができる。

【0034】

本発明の好ましい実施形態では、少なくとも１つの導電性リングが、前記前置増幅器モジュールの下の領域において開いている。導電性リングを開くことにより、ＨｉＳＤＤの電気的特性を低下させる短絡及び他の電気的交番効果の発生を回避することができる。さらには、前置増幅器モジュールの下の領域の加熱抵抗が高められるため、フリップチップボンドプロセスを簡略化することができる。

【0035】

本発明のさらなる態様は、本発明に係るＨｉＳＤＤと、前記ホルダに熱的に接続された熱電クーラと、を備えるＨｉＳＤＤモジュールに関する。熱電クーラは、高エネルギーＸ線の検出の場合であっても、本発明に係るＨｉＳＤＤモジュールを冷却するのに十分である。フリップチップボンディングにより、従来のワイヤボンドアプローチと比較して、前置増幅器モジュールからの熱伝達の増加を実現することができる。したがって、前置増幅器モジュールは、ＳＤＤセンサチップを介して直接冷却することができる。

【0036】

好ましくは、本発明に係るＨｉＳＤＤモジュールは、さらに、Ｘ線放射線を透過させるための円形の入口開口部を備え、前記入口開口部の中心は、前記接触領域の上方に位置する。該開口部は、Ｘ線放射線がＳＤＤセンサチップによって検出されることができる感応領域を規定する。

【0037】

本発明の別の態様は、本発明に係るハイブリッド集積シリコンドリフト検出器（ＨｉＳＤＤ）を製造するための方法に関し、前記方法は、前記シリコンドリフト検出器（ＳＤＤ）センサチップを提供する工程と、前記前置増幅器モジュールを提供する工程と、前記導電性経路の前記第１の端部及び前記接触部を前記前置増幅器モジュールの前記接触部にフリップチップボンディングする工程と、を含む、方法である。提案される製造方法は、本発明に係る上述のＨｉＳＤＤモジュールに直接関連し、したがって、定義される工程も、本発明に係るＨｉＳＤＤの個々の特徴に直接関連する。好ましくは、前記導電性経路の前記第２の端部は、前記ホルダ上の接触エリアにワイヤボンディングされる。

【0038】

本明細書に記載された全ての実施形態は、それらのそれぞれの特徴が適合する範囲において、互いに有利に組み合わせることができる。特に、「実施形態では」という表現は、それぞれの特徴が本発明の特定の実施形態の一部であっても、一部でなくてもよいことを意味する。

【0039】

本発明のさらなる態様及び好ましい実施形態は、従属請求項、図面、及び以下の図面の説明から明らかになる。異なる開示された実施形態は、特に記載しない限り、互いに有利に組み合わされる。

【図面の簡単な説明】

【0040】

本発明の特徴は、添付の図面を参照した例示的な実施形態の詳細な説明によって、当業者にとって明らかなものとなる。

【図1】図１は、従来技術の外部前置増幅器モジュールに接続されたＳＤＤセンサチップの例示的な実施形態を概略的に示す。

【図2】図２は、本発明に係るＨｉＳＤＤの例示的な実施形態を概略的に示す。

【図3】図３は、従来技術の例示的なＳＤＤセンサチップの構造レイアウトを概略的に示す。

【図4】図４は、本発明に係るＳＤＤセンサチップの例示的な実施形態の構造レイアウトを概略的に示す。

【発明を実施するための形態】

【0041】

発明の詳細な説明
次に、添付図面にその例が示されている実施形態について詳細に説明する。例示的な実施形態の効果及び特徴、そして、その実施方法について、添付図面を参照しながら詳細に説明する。なお、各図面において、同一の要素については同一の参照番号を付し、重複する説明は省略する。しかしながら、本発明は、様々な異なる形態で具現化され得るものであり、本明細書に示された実施形態のみに限定されると解釈されるべきではない。むしろ、これらの実施形態は、本開示が徹底的かつ完全なものとなり、当業者に本発明の態様及び特徴が十分に伝わるように、例として提供されるものである。

【0042】

したがって、本発明の態様及び特徴の完全な理解のために当業者に必要であると考えられないプロセス、要素、及び技術については、説明しない場合がある。

【0043】

本明細書で使用される場合、「及び／又は（ａｎｄ／ｏｒ）」という用語は、関連する列挙された項目の１つ又は複数の任意の及び全ての組み合わせを含む。さらに、本発明の実施形態を説明するときの「してもよい／し得る（ｍａｙ）」の使用は、「本発明の１つ又は複数の実施形態」を指す。本発明の実施形態の以下の説明では、単数形の用語は、文脈がそうでないことを明確に示さない限り、複数形を含み得る。

【0044】

「第１の」及び「第２の」という用語は、様々な要素を説明するために使用されるが、これらの要素はこれらの用語によって限定されるべきではないことが理解されるであろう。これらの用語は、１つの要素を別の要素と区別するためにのみ使用される。例えば、本発明の権利範囲から逸脱することなく、第１の要素を第２の要素と命名することができ、同様に、第２の要素を第１の要素と命名することもできる。「のうち少なくとも１つ」などの表現は、要素のリストに先行する場合、要素のリスト全体を修飾し、リストの個々の要素を修飾することはない。

【0045】

本明細書で使用される場合、「実質的に」、「約」という用語及び同様の用語は、近似の用語として使用され、程度の用語としてではなく、当業者によって認識されるであろう測定値又は計算値における固有の偏差を考慮することを意図している。さらに、「実質的に」という用語が、数値を使用して表現され得る特徴と組み合わせて使用される場合、「実質的に」という用語は、その値を中心とする値の＋／－５％の範囲を意味する。

【0046】

図１は、従来技術の外部前置増幅器モジュール２００に接続されたＳＤＤセンサチップ１００の例示的な実施形態を概略的に示す。特に、図１ａは、円形ドリフトリング領域２０（例えば、２０－１及び２０－４）を有する従来のＳＤＤの断面を示し、図１ｂ及び図１ｃは、それぞれ、前記従来のＳＤＤの上面図及び側面図を示す。

【0047】

これらの図は、ＳＤＤの異なる態様を示すもので、該ＳＤＤは、シリコンドリフト検出器（ＳＤＤ）センサチップと、外部前置増幅器モジュールと、を別々に組み合わせるＳＤＤであって、シリコンドリフト検出器（ＳＤＤ）センサチップ１００は、チップ基板１０と、接触層１２と、接触領域１４と、複数のドリフトリング領域２０と、絶縁層１６と、接触部１８と、少なくとも１つのドリフトリング接触部２２と、を備え、チップ基板１０は、ドープされた半導体材料であり、接触層１２は、チップ基板１０の第１の表面上にあり、接触層１２のドーピングは、チップ基板１０の半導体材料のドーピングとは反対であり、接触領域１４は、トレンチ形状構造として形成され、第１の表面とは反対側のチップ基板１０の第２の表面に配置され、接触領域１４のドーピングは、チップ基板１０の半導体材料のドーピングよりも高く、複数のドリフトリング領域２０は、トレンチ形状構造として形成され、接触領域１４を共通の中心としてチップ基板１０の第１の表面とは反対側のチップ基板１０の第２の表面に配置されており、ドリフトリング領域２０及び接触領域１４は、互いに離間され、ドリフトリング領域２０のドーピングは、チップ基板１０の半導体材料のドーピングとは反対であり、絶縁層１６は、チップ基板１０の第２の表面を覆い、接触部１８は、絶縁層１６の上部に形成され、絶縁層１６内の第１の開口部を通して接触領域１４に導電的に接続され、少なくとも１つのドリフトリング接触部２２は、絶縁層１６の上部に形成され、ドリフトリング接触部２２は、絶縁層１６内の第２の開口部を通して対応するドリフトリング領域２０に導電的に接続され、外部前置増幅器モジュール２００は、該前置増幅器モジュール２００の単一表面上に配置された接触部を有する、ＳＤＤである。

【0048】

接触部１８は、第１の開口部及び下にある接触領域１４の真上にワイヤボンディングのために形成され、前置増幅器モジュール２００の接触部は、ワイヤボンディングのために形成され、接触部１８は、前置増幅器モジュール２００の信号入力にワイヤボンディングされる。複数のドリフトリング領域２０の少なくともいくつか又は全ては、個々のドリフトリング接触部（２２、例えば２２－１）を有してもよい。これは、接触部１８が、前置増幅器モジュール２００、特に、外部前置増幅器２００の信号入力へのワイヤボンド接続Ａに適合していることを意味する。図示のドリフトリング接触部２２－１は、ドリフトリング電圧源へのワイヤボンド接続Ｂに適合している。

【0049】

ＳＤＤセンサチップ１００及び外部前置増幅器モジュール２００は、両方の構成要素を支持するように構成される適切なホルダ３００上で別々に組み合わせることができる。ホルダ３００は、外部前置増幅器２００の信号出力への接続Ｃを提供してもよい。ホルダ３００は、ワイヤボンディングのためのさらなる接触部を提供してもよい。これらのさらなる接触部は、別個のワイヤボンドを介して特定のドリフトリング電圧Ｖ_ｒｉｎｇを送達するための接触部４０（例えば、４０－１、４０－４）を含み得るが、それらに限定されない。別の接触部４２は、接地電位ＧＮＤへの接続を提供してもよい。

【0050】

図２は、本発明に係るＨｉＳＤＤの例示的な実施形態を概略的に示す。特に、図２ａは、円形ドリフトリング領域２０（例えば、２０－１及び２０－４）を有するＨｉＳＤＤの断面を示し、図２ｂ及び図２ｃは、それぞれ、ＨｉＳＤＤの上面図及び側面図を示す。

【0051】

これらの図は、ＨｉＳＤＤの異なる態様を示すもので、該ＨｉＳＤＤは、シリコンドリフト検出器（ＳＤＤ）センサチップと、外部前置増幅器モジュールと、をハイブリッド集積するＨｉＳＤＤであって、シリコンドリフト検出器（ＳＤＤ）センサチップ１００は、チップ基板１０と、接触層１２と、接触領域１４と、複数のドリフトリング領域２０と、絶縁層１６と、接触部１８と、少なくとも１つのドリフトリング接触部２２と、を備え、チップ基板１０は、ドープされた半導体材料であり、接触層１２は、チップ基板１０の第１の表面上にあり、接触層１２のドーピングは、チップ基板１０の半導体材料のドーピングとは反対であり、接触領域１４は、トレンチ形状構造として形成され、第１の表面とは反対側のチップ基板１０の第２の表面に配置され、接触領域１４のドーピングは、チップ基板１０の半導体材料のドーピングよりも高く、複数のドリフトリング領域２０は、トレンチ形状構造として形成され、接触領域１４を共通の中心としてチップ基板１０の第１の表面とは反対側のチップ基板１０の第２の表面に配置されており、ドリフトリング領域２０及び接触領域１４は、互いに離間され、ドリフトリング領域２０のドーピングは、チップ基板１０の半導体材料のドーピングとは反対であり、絶縁層１６は、チップ基板１０の第２の表面を覆い、接触部１８は、絶縁層１６の上部に形成され、絶縁層１６内の第１の開口部を通して接触領域１４に導電的に接続され、少なくとも１つのドリフトリング接触部２２は、絶縁層１６の上部に形成され、ドリフトリング接触部２２は、絶縁層１６内の第２の開口部を通して対応するドリフトリング領域２０に導電的に接続され、前置増幅器モジュール２００は、該前置増幅器モジュール２００の単一表面上に配置された接触部を有する、ＨｉＳＤＤである。

【0052】

接触部１８は、第１の開口部及び下にある接触領域１４の真上にフリップチップボンディングのために形成され、ＳＤＤセンサチップ１００は、さらに、絶縁層１６の上部に形成された導電性経路３２を備え、導電性経路３２の第１の端部は、フリップチップボンディングのために形成され、導電性経路３２の第２の端部は、ワイヤボンディングのために形成され、前置増幅器モジュール２００の接触部は、フリップチップボンディングのために形成され、導電性経路３２の第１の端部及び接触部１８は、前置増幅器モジュールの接触部にフリップチップボンディングされる。フリップチップボンディングのため、対向する接触部（例えば、接触パッド）間に金属バンプ３０を適適用してもよい。

【0053】

これらの図は、さらに、ホルダ３００の第１の表面においてＳＤＤセンサチップ１００及び前置増幅器モジュール２００を支持するように構成されるホルダ３００を示し、導電性経路３２の第２の端部は、ホルダ３００上の接触エリアにワイヤボンディングされている。チップ基板１０は、ｎ^－ドープ型半導体材料であることが好ましい。好ましくは、接触層１２は、ｐ^＋ドープされる。好ましくは、接触領域１４は、ｎ^＋ドープされる。ドリフトリング領域２０及び接触領域１４は、それぞれ、基板１０に平行な軸に沿って互いに等間隔に離間することができる。少なくとも１つのドリフトリング接触部２２は、遠隔接続のために絶縁層１６の上部に形成された導電性経路３２を含み得る。好ましくは、前置増幅器モジュール２００の第１の入力ＦＥＴは、前置増幅器への接続Ａの浮遊容量に整合される。少なくとも１つのドリフトリング接触部２２は、絶縁層１６の上部に閉じた導電性リングを形成することができ、少なくとも１つの導電性リングは、前置増幅器モジュール２００の下の領域で開いていてもよい。

【0054】

ＳＤＤセンサチップ１００及びハイブリッド集積前置増幅器モジュール２００は、ホルダ３００にワイヤボンディングすることができる。ホルダ３００は、プリント回路基板（ＰＣＢ）であり得る。ホルダ３００は、ハイブリッド集積前置増幅器２００の信号出力への接続Ｃを提供してもよい。ホルダ３００は、ワイヤボンディングのためのさらなる接触部を提供してもよい。これらのさらなる接触部は、別個のワイヤボンドを介して特定のドリフトリング電圧Ｖ_ｒｉｎｇを送達するための接触部４０（例えば、４０－１、４０－４）を含み得るが、それらに限定されない。別の接触部４２は、接地電位ＧＮＤへの接続を提供してもよい。

【0055】

図３は、従来技術の例示的なＳＤＤセンサチップ１００の構造レイアウトを概略的に示す。複数のドリフトリング領域２０の円形構造、具体的には、その上方に形成されたドリフトリング接触部２２－１の円形構造が示されており、ドリフトリング接触部２２－１は、絶縁層（１６、図示せず）の上部に閉じた導電性リングを少なくとも部分的に形成する。ドリフトリング接触部２２－１及び接地接触部２４の各々は、密接に離間されたワイヤボンドパッドを提供する。接触部１８は、ＳＤＤセンサチップ１００の上部にワイヤボンドパッドとして完全に形成される。

【0056】

図４は、本発明に係るＳＤＤセンサチップ１００の例示的な実施形態の構造レイアウトを概略的に示す。基本構造は、図３に示す構造に本質的に対応し、したがって、参照符号及びそれらの具体的な割り当ては同じである。

【0057】

しかしながら、ＳＤＤセンサチップ１００の上部の回路レイアウトは、絶縁層（１６、図示せず）の上部に直接前置増幅器モジュール２００をハイブリッド集積できるように接触部が改質されているため、フリップチップボンディングに適合している。特に、前置増幅器への接続（Ａ）の電気容量を低減するために、前置増幅器の信号入力は、ＳＤＤセンサチップ１００の中心の接触部１８においてＳＤＤセンサチップ１００の信号出力に直接接続される。前置増幅器モジュール２００のさらなる接触部は、導電性経路３２によって遠く離間されており、導電性経路３２の第１の端部は、フリップチップボンディングのために形成され、導電性経路３２の第２の端部は、ワイヤボンディングのために形成される。簡略化されたワイヤボンドプロセスを可能にするために、導電性経路３２の第２の端部は、従来技術のＳＤＤセンサチップ１００及び前置増幅器モジュール２００上の典型的なワイヤボンドパッドよりもサイズが大きいワイヤボンドパッドを提供してもよい。ドリフトリング接触部２２のほとんどは、絶縁層（１６、図示せず）の上部に導電性リングを形成するが、前置増幅器モジュール２００が接続される領域の下では、対応するドリフトリング接触部２２は、前置増幅器モジュール２００の下の領域において開いている。

【符号の説明】

【0058】

１０ チップ基板（好ましくは、ｎ^－ドープされる）
１２ 接触層（好ましくは、ｐ^＋ドープされたカソード層）
１４ 接触領域（好ましくは、ｎ^＋ドープされたアノード領域）
１６ 絶縁層（好ましくは、誘電体層、例えば、ＳｉＯ_２、Ｓｉ_３Ｎ_４、Ａｌ_２Ｏ_３ＴｉＯ_２、又はＺｒＯ_２）
１８ 接触部（好ましくは、金属接触部、例えば、Ａｌ、Ａｇ、Ｃｕ、又はＡｕ接触部）
２０ ドリフトリング領域（好ましくは、ｐ^＋ドープされ、好ましくは、リング形状又はドロップ形状）
２２ ドリフトリング接触部（好ましくは、金属接触部、例えば、Ａｌ、Ａｇ、Ｃｕ、又はＡｕドリフトリング接触部）
２４ ＧＮＤ接触部
３０ 金属バンプ
３２ 導電性経路
５０ ＧＮＤ（接地電位）
５２ Ｖ_ｒｉｎｇ（ドリフトリング電圧）
１００ センサチップ
２００ 前置増幅器モジュール
３００ ホルダ（好ましくは、プリント回路基板、ＰＣＢ）
Ａ 前置増幅器への接続
Ｂ ドリフトリング電圧への接続（Ｖ_ｒｉｎｇ）
Ｃ 外部電子機器への接続
Ｄ 接地電位（ＧＮＤ）への接続

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【手続補正書】

【提出日】2023-07-06

【手続補正1】

【補正対象書類名】特許請求の範囲

【補正対象項目名】全文

【補正方法】変更

【補正の内容】

【特許請求の範囲】

【請求項1】

ハイブリッド集積シリコンドリフト検出器（ＨｉＳＤＤ）であって、前記ＨｉＳＤＤは、
シリコンドリフト検出器（ＳＤＤ）センサチップ（１００）と、
前置増幅器モジュール（２００）と、
を備え、
前記シリコンドリフト検出器（ＳＤＤ）センサチップ（１００）は、入射放射線に露出されるように構成される第１の表面と、前記第１の表面とは反対側の第２の表面と、を有し、
接触領域（１４）及び複数のドリフトリング領域（２０）が、前記センサチップ（１００）の前記第２の表面に配置され、前記接触領域（１４）は、前記ドリフトリング領域（２０）から離間され、前記ドリフトリング領域（２０）に対して共通の中心領域を形成し、
接触部（１８）が、前記接触領域（１４）の上方に形成され、前記接触領域（１４）に導電的に接続され、フリップチップボンディングのために構成され、
導電性経路（３２）が、前記第２の表面上に形成され、前記接触領域（１４）及び前記ドリフトリング領域（２０）から絶縁され、フリップチップボンディングのために構成される第１の端部と、ワイヤボンディングのために構成される第２の端部と、を有し、
前記前置増幅器モジュール（２００）は、前記前置増幅器モジュール（２００）の表面上に配置された接触部を有し、
前記導電性経路（３２）の前記第１の端部及び前記接触部（１８）は、前記前置増幅器モジュール（２００）の前記接触部にフリップチップボンディングされる、ＨｉＳＤＤ。

【請求項2】

請求項１に記載のＨｉＳＤＤのであって、前記ＨｉＳＤＤは、さらに、
前記ＳＤＤセンサチップ（１００）を支持するように構成されるホルダ（３００）
を備え、
前記導電性経路（３２）の前記第２の端部は、前記ホルダ（３００）上の接触エリアにワイヤボンディングされる、ＨｉＳＤＤ。

【請求項3】

請求項１に記載のＨｉＳＤＤであって、
前記ＳＤＤセンサチップ（１００）は、第１のドーピング型の半導体材料のチップ基板（１０）を備え、
前記チップ基板（１０）は、好ましくは、ｎ^－ドープ型半導体材料である、ＨｉＳＤＤ。

【請求項4】

請求項３に記載のＨｉＳＤＤであって、
前記接触領域（１４）は、前記第１のドーピング型で高濃度にドープされ、前記接触領域（１４）は、好ましくは、ｎ^＋ドープされており、
前記複数のドリフトリング領域（２０）は、第２のドーピング型でドープされ、前記ドリフトリング領域（２０）は、好ましくは、ｐ^＋ドープされている、ＨｉＳＤＤ。

【請求項5】

請求項３に記載のＨｉＳＤＤであって、前記ＳＤＤセンサチップ（１００）は、さらに、
前記ＳＤＤチップ（１００）の前記第１の表面に対応する前記チップ基板（１０）の第１の表面上に接触層（１２）を備え、
前記接触層（１２）は、第２のドーピング型でドープされ、好ましくは、ｐ^＋ドープされている、ＨｉＳＤＤ。

【請求項6】

請求項１に記載のＨｉＳＤＤであって、前記ＨｉＳＤＤは、さらに、
前記ＳＤＤセンサチップ（１００）の前記第２の表面を覆う絶縁層（１６）
を備え、
前記接触部（１８）は、前記絶縁層（１６）内の開口部を通して前記接触領域（１４）に導電的に接続され、前記導電性経路（３２）は、前記絶縁層（１６）の上方に形成される、ＨｉＳＤＤ。

【請求項7】

請求項６に記載のＨｉＳＤＤであって、前記ＨｉＳＤＤは、さらに、
前記絶縁層（１６）の上方に形成された少なくとも１つのドリフトリング接触部（２２）
を備え、
ドリフトリング接触部（２２）は、前記絶縁層（１６）内の第２の開口部を通して対応するドリフトリング領域（２０）に導電的に接続され、
少なくとも１つのドリフトリング接触部（２２）は、前記絶縁層（１６）の上部に形成された導電性経路（３２）を含む、ＨｉＳＤＤ。

【請求項8】

請求項１に記載のＨｉＳＤＤであって、
前記前置増幅器モジュール（２００）の第１の入力ＦＥＴは、前記前置増幅器への接続（Ａ）の浮遊容量に整合される、ＨｉＳＤＤ。

【請求項9】

請求項１に記載のＨｉＳＤＤであって、
前記前置増幅器モジュール（２００）は、温度センサを備える、ＨｉＳＤＤ。

【請求項10】

請求項１に記載のＨｉＳＤＤであって、
前記少なくとも１つのドリフトリング接触部（２２）は、前記絶縁層（１６）の上部に導電性リングを形成する、ＨｉＳＤＤ。

【請求項11】

請求項１０に記載のＨｉＳＤＤであって、
少なくとも１つの導電性リングは、前記前置増幅器モジュール（２００）の下の領域において開いている、ＨｉＳＤＤ。

【請求項12】

ＨｉＳＤＤモジュールであって、前記ＨｉＳＤＤモジュールは、
請求項２に記載のＨｉＳＤＤと、
前記ホルダ（３００）に熱的に接続された熱電クーラと、
を備える、ＨｉＳＤＤモジュール。

【請求項13】

請求項１１に記載のＨｉＳＤＤモジュールであって、前記ＨｉＳＤＤモジュールは、さらに、
Ｘ線放射線のための円形の入口開口部
を備え、
前記入口開口部の中心は、前記接触領域（１４）の上方に位置する、ＨｉＳＤＤモジュール。

【請求項14】

請求項１に記載のハイブリッド集積シリコンドリフト検出器（ＨｉＳＤＤ）を製造するための方法であって、前記方法は、
前記シリコンドリフト検出器（ＳＤＤ）センサチップ（１００）を提供する工程と、
前記前置増幅器モジュール（２００）を提供する工程と、
前記導電性経路（３２）の前記第１の端部及び前記接触部（１８）を前記前置増幅器モジュール（２００）の前記接触部にフリップチップボンディングする工程と、
を含む、方法。

【請求項15】

請求項２に記載のＨｉＳＤＤを製造するための請求項１４に記載の方法であって、前記方法は、さらに、
前記導電性経路（３２）の前記第２の端部を前記ホルダ（３００）上の接触エリアにワイヤボンディングする工程
を含む、方法。

【国際調査報告】