改进的辐射传感器及其在带电粒子显微镜中的应用
【技术领域】
[0001] 本发明设及一种包括层状结构的像素化CMOS(互补型金属氧化物半导体）福射传 感器，该层状结构包含：
[000引 -P型Si基底；
[0003] -所述基底内的η渗杂区域；
[0004] -p+型渗杂钉扎层，覆盖所述η渗杂区域；
[0005] -Si〇x层，覆盖所述Ρ+渗杂钉扎层并且用作金属前介质（Pre-MetalDielectric) 层或者金属间介质（Inter-MetalDielectric)层。
[0006] 本发明还设及一种带电粒子显微镜，包括：
[0007] -样品夹具，用于夹持样品；
[0008] -源，用于产生带电粒子束；
[0009] -粒子光学镜筒，用于引导所述束W福照样品；
[0010] -探测器，用于探测响应于所述福照从样品发出的福射，该探测器包含W上阐述的 传感器。
【背景技术】
[0011] 带电粒子显微术，尤其是电子显微术的形式，是一种用于微观物体成像的公知且 日益重要的技术。在历史上，电子显微镜的基本类型已经历演变为许多公知的设备种类，诸 如透射电子显微镜（TEM)、扫描电子显微镜（SEM)和扫描透射电子显微镜（STEM),并且还演 变为各种亚种，诸如所谓的"双束"设备（tool)(例如FIB-SEM)，其另外采用了 "机械加工" 的聚焦离子束（FIB)，从而允许诸如例如离子束锐削或者离子束诱导沉积（IBID)的支持活 动。更具体地：
[001引-在SEM中，扫描电子束福照样品促进例如W二次电子、背散射电子、X射线和光致 发光（红外线、可见和/或紫外线光子）的形式从样品发出"辅助性"福射；发出福射的该 通量的一种或多种分量然后被探测并用于图像累积的目的。
[0013] -在TEM中，选择用于福照样品的电子束具有足够高的能量W穿透样品（为此，该 样品通常将比在SEM样品的情况下更薄）；从样品中发出的透射电子的通量然后能够被用 于创建图像。当运样的TEMW扫描模式操作（因此成为STEM)时，所述的图像将在福照电 子束的扫描运动期间被累积。如果需要的话，STEM中的影像也能够W与SEM中的相同的方 式产生，即通过收集从样品发出的辅助性福射来产生。
[0014] 关于运里阐明的一些主题的更多信息例如可W从下面的维基百科链接收集：
[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] 作为使用电子作为福照束的替代方案，带电粒子显微术还可W使用其他种类的带 电粒子来执行。在运方面，短语"带电粒子"应该被广泛地解释为涵盖例如电子、正离子（例 如Ga或者化离子）、负离子、质子和正电子。关于基于离子的显微术，一些进一步信息可W 从诸如下面的来源收集：
[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 页 (1975).
[0022] 应当注意的是，除了成像W外，带电粒子显微镜（CPM)还可W具有其他功能，诸如 执行谱分析、检查衍射图、执行（局域）表面改性（例如锐削、刻蚀、沉积）等。
[0023] 在所有情况下，带电粒子显微镜（CPM)将至少包括下面的部件：
[0024] -福射源，诸如肖特基（Schottky)电子源或者离子枪；
[00巧]-粒子光学镜筒，用于操纵来自源的"原始"福射束，对该福射束执行诸如聚焦、像 差矫正、裁切（使用孔径）、过滤等之类的某些操作，并且然后因此福照（照射）选定的样 品。粒子光学镜筒通常将包括一个或多个带电粒子透镜，并且也可W包括其他类型的粒子 光学部件。如果需要的话，它可W配备有能够被调用W使其出射束执行跨被研究样品的扫 描运动的偏转系统。在TEM/STEM和透射型离子显微镜的情况中，将在样品"下游"定位第 二粒子光学镜筒，用作将透射带电粒子成像到巧光屏和/或探测器上的成像系统。
[0026]-样品夹具，在该样品夹具上能够夹持或者定位（例如倾斜、旋转）研究中的样品。 如果需要的话，该样品夹具能够被移动W便执行福照束相对于样品的扫描运动。通常，运 样的样品夹具将被连接到诸如机械平台之类的定位系统。
[0027]-探测器，取决于被探测的福射，在性质上可为单一的或者复合的/分布的，并且 能够采取许多不同形式。例如，示例包括光电倍增管（包括固态光电倍增管（SSPM))，光电 二极管，CMOS探测器，CCD探测器，光伏电池等，其还可W例如与闪烁薄膜结合使用。典型 的CPM可W包括若干探测器（通常具有不同的类型）并且运样的探测器的质量、精度和可 靠性对CPM的性能具有很大的重要性。
[0028] 在下文中，本发明可W通过示例的方式有时W电子显微镜的特定上下文来阐述。 然而，运样的简化仅旨在用于清楚/说明的目的，并且不应当解释为限制。
[0029] 在W上起始段落中阐述的传感器从所谓的4T(四晶体管）CMOS传感器设计是已知 的。运样的传感器中的每一个像素包括四个晶体管，该四个晶体管与具有上述层状结构的 所谓钉扎发光二极管配合使用。例如参见下面的参考文献：
[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] 在运样的层状结构中：
[0034]-(非本征的）p型基底能够通过用p型渗杂剂（诸如例如棚）对（本征的）Si基 底进行适当地渗杂来实现。运例如能移通过在Si晶锭（晶体）生长期间持续添加（气相） 渗杂剂来完成。
[0035] -η渗杂区域例如可W通过将憐离子（或者其他五价元素离子）注入到P型Si基 底的部分中来创建。例如，针对运样的注入的典型浓度为约1〇15-10"个原子/cm3,并且区域 本身可W具有例如约0. 3-1. 0μπι量级的深度。横向尺寸将非常依赖于有关器件的细节，但 是约1-10μm量级的尺寸是可能的/典型的。
[0036] -p+渗杂钉扎层可W通过将棚离子（或者其他Ξ价元素离子）注入到底层结构的 部分中来创建。例如，运样的层中的典型渗杂剂浓度可W为约1〇"-1〇19个原子/cm3,并且 该层本身可W具有至少50皿（典型地为50-150nm)的量级的深度。本领域技术人员将熟 悉钉扎层的概念，但是如果需要的话，关于该主题的更多信息例如能够从W下文章来收集： V.Goiffon等人的RadiationEffectsinPinnedPhotodiodeCMOSImageSensors：Pixel PerformanceDegradationduetoTotalIonizingDose，IEEETra