改進(jìn)的輻射傳感器及其在帶電粒子顯微鏡中的應(yīng)用
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及一種包括層狀結(jié)構(gòu)的像素化CMOS(互補(bǔ)型金屬氧化物半導(dǎo)體）福射傳 感器，該層狀結(jié)構(gòu)包含：
[000引 -P型Si基底；
[0003] -所述基底內(nèi)的η滲雜區(qū)域；
[0004] -p+型滲雜釘扎層，覆蓋所述η滲雜區(qū)域；
[0005] -Si〇x層，覆蓋所述Ρ+滲雜釘扎層并且用作金屬前介質(zhì)（Pre-MetalDielectric) 層或者金屬間介質(zhì)（Inter-MetalDielectric)層。
[0006] 本發(fā)明還設(shè)及一種帶電粒子顯微鏡，包括：
[0007] -樣品夾具，用于夾持樣品；
[0008] -源，用于產(chǎn)生帶電粒子束；
[0009] -粒子光學(xué)鏡筒，用于引導(dǎo)所述束W福照樣品；
[0010] -探測器，用于探測響應(yīng)于所述福照從樣品發(fā)出的福射，該探測器包含W上闡述的 傳感器。
【背景技術(shù)】
[0011] 帶電粒子顯微術(shù)，尤其是電子顯微術(shù)的形式，是一種用于微觀物體成像的公知且 日益重要的技術(shù)。在歷史上，電子顯微鏡的基本類型已經(jīng)歷演變?yōu)樵S多公知的設(shè)備種類，諸 如透射電子顯微鏡（TEM)、掃描電子顯微鏡（SEM)和掃描透射電子顯微鏡（STEM),并且還演 變?yōu)楦鞣N亞種，諸如所謂的"雙束"設(shè)備（tool)(例如FIB-SEM)，其另外采用了 "機(jī)械加工" 的聚焦離子束（FIB)，從而允許諸如例如離子束銳削或者離子束誘導(dǎo)沉積（IBID)的支持活 動。更具體地：
[001引-在SEM中，掃描電子束福照樣品促進(jìn)例如W二次電子、背散射電子、X射線和光致 發(fā)光（紅外線、可見和/或紫外線光子）的形式從樣品發(fā)出"輔助性"福射；發(fā)出福射的該 通量的一種或多種分量然后被探測并用于圖像累積的目的。
[0013] -在TEM中，選擇用于福照樣品的電子束具有足夠高的能量W穿透樣品（為此，該 樣品通常將比在SEM樣品的情況下更?。粡臉悠分邪l(fā)出的透射電子的通量然后能夠被用 于創(chuàng)建圖像。當(dāng)運(yùn)樣的TEMW掃描模式操作（因此成為STEM)時，所述的圖像將在福照電 子束的掃描運(yùn)動期間被累積。如果需要的話，STEM中的影像也能夠W與SEM中的相同的方 式產(chǎn)生，即通過收集從樣品發(fā)出的輔助性福射來產(chǎn)生。
[0014] 關(guān)于運(yùn)里闡明的一些主題的更多信息例如可W從下面的維基百科鏈接收集：
[0015] http://en.wikipedia.orR/wiki/Electronmicroscope
[0016] http://en.wikipedia.orR/wiki/ScanninRelectronmicroscope
[0017] http://en.wikipedia.orR/wiki/Transmissionelectronmicroscopy
[0018] http://en.wikipedia.org/wiki/ScanninRtransmissionelectron microscopy
[0019] 作為使用電子作為福照束的替代方案，帶電粒子顯微術(shù)還可W使用其他種類的帶 電粒子來執(zhí)行。在運(yùn)方面，短語"帶電粒子"應(yīng)該被廣泛地解釋為涵蓋例如電子、正離子（例 如Ga或者化離子）、負(fù)離子、質(zhì)子和正電子。關(guān)于基于離子的顯微術(shù)，一些進(jìn)一步信息可W 從諸如下面的來源收集：
[0020] http://en.wikipedia.orR/wiki/ScanninRHeliumIonMicroscope
[0021] -W.H.Escovitz，T.R.Fox和R.Levi-Setti的ScanningTransmissionIon MicroscopewithaFieldIonSource,Proc.化t.Acad.Sci.USA72 巧），第 1826-1828 頁 (1975).
[0022] 應(yīng)當(dāng)注意的是，除了成像W外，帶電粒子顯微鏡（CPM)還可W具有其他功能，諸如 執(zhí)行譜分析、檢查衍射圖、執(zhí)行（局域）表面改性（例如銳削、刻蝕、沉積）等。
[0023] 在所有情況下，帶電粒子顯微鏡（CPM)將至少包括下面的部件：
[0024] -福射源，諸如肖特基（Schottky)電子源或者離子槍；
[00巧]-粒子光學(xué)鏡筒，用于操縱來自源的"原始"福射束，對該福射束執(zhí)行諸如聚焦、像 差矯正、裁切（使用孔徑）、過濾等之類的某些操作，并且然后因此福照（照射）選定的樣 品。粒子光學(xué)鏡筒通常將包括一個或多個帶電粒子透鏡，并且也可W包括其他類型的粒子 光學(xué)部件。如果需要的話，它可W配備有能夠被調(diào)用W使其出射束執(zhí)行跨被研究樣品的掃 描運(yùn)動的偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)。在TEM/STEM和透射型離子顯微鏡的情況中，將在樣品"下游"定位第 二粒子光學(xué)鏡筒，用作將透射帶電粒子成像到巧光屏和/或探測器上的成像系統(tǒng)。
[0026]-樣品夾具，在該樣品夾具上能夠夾持或者定位（例如傾斜、旋轉(zhuǎn)）研究中的樣品。 如果需要的話，該樣品夾具能夠被移動W便執(zhí)行福照束相對于樣品的掃描運(yùn)動。通常，運(yùn) 樣的樣品夾具將被連接到諸如機(jī)械平臺之類的定位系統(tǒng)。
[0027]-探測器，取決于被探測的福射，在性質(zhì)上可為單一的或者復(fù)合的/分布的，并且 能夠采取許多不同形式。例如，示例包括光電倍增管（包括固態(tài)光電倍增管（SSPM))，光電 二極管，CMOS探測器，CCD探測器，光伏電池等，其還可W例如與閃爍薄膜結(jié)合使用。典型 的CPM可W包括若干探測器（通常具有不同的類型）并且運(yùn)樣的探測器的質(zhì)量、精度和可 靠性對CPM的性能具有很大的重要性。
[0028] 在下文中，本發(fā)明可W通過示例的方式有時W電子顯微鏡的特定上下文來闡述。 然而，運(yùn)樣的簡化僅旨在用于清楚/說明的目的，并且不應(yīng)當(dāng)解釋為限制。
[0029] 在W上起始段落中闡述的傳感器從所謂的4T(四晶體管）CMOS傳感器設(shè)計是已知 的。運(yùn)樣的傳感器中的每一個像素包括四個晶體管，該四個晶體管與具有上述層狀結(jié)構(gòu)的 所謂釘扎發(fā)光二極管配合使用。例如參見下面的參考文獻(xiàn)：
[0030]http://f曰irchildim曰Ring,com/files/spie7021-2-ρΓΘ-ρΓ?η?.pdf
[0031]http://ieeexplore.ieee.orR/stamp/stamp.isp?amumber= 6742594
[0032]http://harvestimaRinR.com/Dubdocs/1252008SSECMOSoverview,pdf
[0033] 在運(yùn)樣的層狀結(jié)構(gòu)中：
[0034]-(非本征的）p型基底能夠通過用p型滲雜劑（諸如例如棚）對（本征的）Si基 底進(jìn)行適當(dāng)?shù)貪B雜來實現(xiàn)。運(yùn)例如能移通過在Si晶錠（晶體）生長期間持續(xù)添加（氣相） 滲雜劑來完成。
[0035] -η滲雜區(qū)域例如可W通過將憐離子（或者其他五價元素離子）注入到P型Si基 底的部分中來創(chuàng)建。例如，針對運(yùn)樣的注入的典型濃度為約1〇15-10"個原子/cm3,并且區(qū)域 本身可W具有例如約0. 3-1. 0μπι量級的深度。橫向尺寸將非常依賴于有關(guān)器件的細(xì)節(jié)，但 是約1-10μm量級的尺寸是可能的/典型的。
[0036] -p+滲雜釘扎層可W通過將棚離子（或者其他Ξ價元素離子）注入到底層結(jié)構(gòu)的 部分中來創(chuàng)建。例如，運(yùn)樣的層中的典型滲雜劑濃度可W為約1〇"-1〇19個原子/cm3,并且 該層本身可W具有至少50皿（典型地為50-150nm)的量級的深度。本領(lǐng)域技術(shù)人員將熟 悉釘扎層的概念，但是如果需要的話，關(guān)于該主題的更多信息例如能夠從W下文章來收集： V.Goiffon等人的RadiationEffectsinPinnedPhotodiodeCMOSImageSensors：Pixel PerformanceDegradationduetoTotalIonizingDose，IEEETra