具有优化形状的cmos成像设备,以及用于借助于光刻产生这样的设备的方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及数字成像设备领域，尤其是用于X射线医学成像的设备。其涉及包括由寻址电路独立寻址的像素的成像设备。本发明还涉及用于通过光刻来产生这样的成像设备的方法。
【背景技术】
[0002]数字成像设备一般包括图像传感器和处理器件。当前的图像传感器能够在通常基于微晶硅衬底的各种技术的帮助下来产生，即使用CCD( “电荷耦合设备”)技术的传感器、MOS( “金属氧化物半导体”)和CM0S( “互补M0S”)传感器，但也用于涉及基于例如薄层非晶硅(a-S1:H)或甚至其他材料或衬底的技术的特定更具体的应用。无关乎所使用的技术，在每个种类中，图像传感器都包含按行和列组织的也被称作像素的光敏点，从而形成矩阵。每个像素都能够将其被暴露于的电磁辐射转换成电荷，并且都包括在入射光子辐射的作用下收集电荷的电荷收集器元件。电荷尤其能够由与电荷收集元件相关联的光敏元件生成。传统上，像素包括一个或多个光敏元件，光敏元件使得能够检测到具有在可见范围或接近可见范围内的波长的电磁辐射。在医学领域并且在工业领域中(其中能够使用X射线或Y射线辐射)，常常在辐射的源与图像传感器之间插设辐射转换器。这样的转换器可以例如是闪烁体或光导体，分别将入射电磁辐射转换成更大波长的辐射(通常是可见光的)，或转换成电荷。换句话说，闪烁体在入射辐射的作用下发出光子，而光导体在入射辐射的作用下生成载荷子。由于这些原因，通过闪烁体的转换常常被称作间接转换，并且通过光导体材料的转换被称作直接转换(参考电输出信号)。
[0003]在C⑶技术图像传感器中，通过像素到像素移动来读取电荷，直到被置于矩阵末端的电荷读取电路。在MOS或CMOS技术路径的基础上产生的图像传感器中，用于读取电荷的器件一般被部分集成到像素中。电荷到电信号的转换实际上发生在像素内部。这些电信号在像素的列每端被逐行读取。为此目的，每个像素都除了一个或多个光敏元件，或者除了电荷收集元件以外，还包括至少一个具有控制或处理功能(例如断路器、重置、放大)的元件。在除了 CCD以外的其他设备中，像素一般被归类为2大类，S卩，一方面，无源像素，其中电荷被传输到像素以外，而没有额外的处理；以及另一方面，集成了处理功能的有源像素，其在像素的水平上局部略加复杂(例如放大)。图像传感器还包括逐行链接像素的行导体，以及逐列链接像素的列导体。行导体被连接到也被称作行寻址块的寻址电路，并且列导体被连接到也被称作列读取块的读取电路。行寻址块和列读取块被布置在矩阵的周边，两个垂直的边上。行寻址块使得能够逐行致动像素的断路器元件，并且列读取块使得能够读取列导体上的电信号。成像设备的处理器件使得能够处理在列读取块上恢复的原始信号。
[0004]在X射线成像领域，采用MOS或CMOS技术的图像传感器是已知的，但在此时除了口内牙科领域以外几乎没有被使用，主要是由于该应用所要求的有限尺寸。这源自于两个因素的接合。第一个因素在于X射线辐射不能在与应用兼容的距离上(亦即通常为米的量级)被聚焦。因此，图像传感器的尺寸必须至少等于要被成像的目标的尺寸。第二个因素在于MOS和CMOS图像传感器被产生在硅晶片上，硅晶片的尺寸相对受限。这些晶片大多具有在100毫米(mm)和300mm之间的直径。被产生在硅晶片上的矩形形状的MOS或CMOS图像传感器因此呈现显著小于300mm的尺寸。因此，人体的诸多器官不能被这样的传感器成像。使用较大直径的硅晶片的图像传感器将具有高昂的成本。一个解决方案包括:邻接在一个或两个方向相互并排的几个CMOS图像传感器，如利用采用非晶硅技术(a-S1:H)的检测矩阵所完成的。然而，针对图像传感器，对第一传感器的像素与第二传感器的那些像素的邻接是有严重缺陷的，或者确实在行和/或列寻址块所位于其中的边上被防止，这是由于难以感测该区中的代表信号。此外，利用另一个对各个传感器的驱动被复杂化。矩形几何结构MOS或CMOS图像传感器在硅晶片上的产生的另一缺点在于，当接近晶片的外边缘时，有缺陷区大体上更为密集。因此优选的是在硅晶片的周边制造禁区，由此进一步限制了所使用的表面积。
【发明内容】
[0005]本发明的目的尤其是通过使用其几何结构关于传感器被产生在其上的硅晶片的几何结构得到优化的制作概念，提供采用MOS或CMOS技术或任何相关技术或被视为接近或衍生的技术(例如针对双极CMOS的BiCMOS)的传感器，来弥补前面提到的缺陷中的全部或部分。为此目的，本发明的主题是一种成像设备，包括表面积大于或等于1cm2的单片传感器，所述传感器包括:
[0006].图像区域，其被产生在单个衬底上并且包括呈行和列设置的一组像素，每列的像素的数目针对像素的全部列不是均匀的，每个像素包括收集电荷的电荷收集元件，所述电荷是根据由所述成像设备接收的光子辐射而生成的，
[0007].行导体，其逐行地链接所述像素，
[0008]?列导体，其逐列地链接所述像素，
[0009].行寻址块，其被链接到所述行导体并使得能够独立地对每行像素进行寻址，
[0010].列读取块，其被链接到所述列导体并使得有可能能够读取由通过所述行寻址块选择的像素的所述行收集的所述电荷，所述列读取块位于所述图像区域的周边，
[0011]所述行寻址块和所述列读取块被产生在与所述图像区域相同的衬底上。
[0012]根据特定形式的产生，至少两个列读取块与属于不同级的行的像素邻接。换句话说，不是全部所述列读取块都沿平行于像素的所述行的单个行相互对齐。
[0013]有利地，每列像素的数目被以一方式被调整使得所述图像区域的外周像素基本上形成包括至少5个边的多边形。所述图像区域因此呈现非矩形形状。所述多边形优选地包括小于20的数目个边，从而有利于所述传感器的所述产生和对其的切割。在尤其有利的实施例中，所述图像区域的所述外周像素基本上形成正八边形。针对多边形形状的图像区域，所述列读取块能够被聚集在一起形成组，每个组均平行于所述多边形的所述边中的一个。
[0014]尤其地，第一组的所述列读取能够位于所述正八边形的第一边上，第二组的所述列读取块能够位于毗邻所述第一边的第二边上，并且第三组的所述列读取块能够位于毗邻所述第二边的第三边上。
[0015]所述行寻址块能够位于所述图像区域的周边。尤其地，它们能够位于所述正八边形的与所述第一边、所述第二边和所述第三边相对的边上，所述行导体被形成在所述衬底的第一金属面或层上，所述传感器还包括被形成在所述衬底的第二金属面或层上的控制总线和被形成在所述图像区域中的金属化孔，所述控制总线被取向为平行于像素的所述列并且被链接到所述行寻址块，并且所述金属化孔将每个行导体链接到所述控制总线中的一个。在另一实施例中，所述行寻址块位于所述正八边形的与所述列读取块相同的边上，所述行导体被形成在所述衬底的第一金属面或层上，所述传感器还包括被形成在所述衬底的第二金属面或层上的控制总线和被形成在所述图像区域中的金属化孔，所述控制总线被取向为平行于像素的所述列，并且被链接到所述行寻址块，所述金属化孔将每个行导体链接到所述控制总线中的一个。
[0016]根据另一实施例，所述列读取块位于所述正八边形的第一边的部分上，Btt邻所述第一边的第二边上，第三边的与所述第一边相对的部分上，以及与所述第二边相对的第四边上，所述第一边与第三边的所述部分是互补的，从而允许对所述图像区域的像素的所述列中的每个的所述读取，所述行寻址块位于第五边的毗邻所述第二边的部分上，Btt邻所述第三边和第五边的第六边上，第七边的与所述第五边相对的部分上，以及与所述第六边相对的第八边上，所述第五边和第七边的所述部分是互补的，从而允许对所述图像区域的像素的所述行中的每个的所述寻址。
[0017]所述行寻址块也能够位于所述图像区域内部。尤其地，所述行寻址块能够毗邻像素的所述列中包括最大数目的像素的一列。
[0018]根据另一实施例，所述行寻址块位于所述图像区域的周边，一些行寻址块平行于像素的所述行，并且一些行寻址块关于像素的所述行和所述列倾斜，所述行导体被形成在所述衬底的第一金属面或层上，所述传感器还包括被形成在所述衬底的第二金属面或层上的控制总线和被形成在所述图像区域中的金属化孔62，所述控制总线被取向为平行于像素的所述列并且被链接到所述行寻址块，所述金属化孔将每个行导体链接到所述控制总线中的一个。
[0019]根据另一实施例，所述列读取块和所述行寻址块位于所述图像区域的所述周边，平行于像素的所述行，所述行导体被形成在所述衬底的第一金属面或层上，所述传感器还包括被形成在所述衬底的第二金属面或层上的控制总线和被形成在所述图像区域中的金属化孔，所述控制总线被取向为平行于像素的所述列，并且被链接到所述行寻址块，所述金属化孔将每个行导体链接到所述控制总线中的一个。
[0020]根据另一实施例，每个列读取块均平行于像素的所述行，所述列读取块的部分位于像素的所述列的第一端，并且另一部分位于像素的所述列的第二端，所述两个部分是互补的，从而允许对所述图像区域的像素的所述列中的每个的所述读取，所述行寻址块位于所述图像区域的周边，平行于像素的所述行，所述行寻址块的部分位于像素的所述行的第一端，并且另一部分位于像素的所述行的第二端，所述两个部分是互补的，从而允许对所述图像区域的像素的所述行中的每个的所述寻址。
[0021]所述图像区域的外周像素也能够基本上形成凸六边形，其第一边平行于像素的所述行，其两者均毗邻所述第一边的第二边和第三边平行于像素的所述列，其分别毗邻所述第二边和第三边的第四边和第五边关于像素的所述行和所述列倾斜，并且其毗邻所述第四边并且毗邻所述第五边的第六边平行于像素的所述行。
[0022]所述传感器的每个像素均包括，例如光敏元件，所述光敏元件根据由所述成像设备接收的辐射生成电荷。
[0023]闪烁体能够被光学耦合到所述传感器，从而将X射线或伽马射线辐射转换成所述光敏元件敏感的辐射。
[0024]代替光敏元件，每个像素均能够包括用于收集电荷的电极，所述电极形成所述电荷收集器元件的至少部分。光导体能够然后被电气耦合到所述电极，用于收集所述传感器的所述像素的电荷，所述光导体使得能够将X射线或伽马射线辐射转换成电荷。所述光导体例如由碲化镉(CdT