本申请案主张2014年3月17日申请的标题为“图像传感器、检验系统及检验物件的方法(ANIMAGESENSOR,ANINSPECTIONSYSTEMANDAMETHODOFINSPECTINGANARTICLE)”且以引用的方式并入本文中的第61/954,328号美国临时专利申请案的优先权。本申请案涉及以下专利申请案：由布朗(Brown)等人在2014年5月8日申请的标题为“低噪声传感器及使用低噪声传感器的检验系统(Low-NoiseSensorAndAnInspectionSystemUsingALow-NoiseSensor)”的序列号为14/273,424的美国专利申请案；由阿姆斯特朗(Armstrong)等人在2007年5月25日申请的标题为“使用背侧照明线性传感器的检验系统(InspectionSystemUsingBackSideIlluminatedLinearSensor)”的第11/805,907号美国专利申请案；由布朗等人在2012年2月1日申请的标题为“高密度数字化器(High-densitydigitizer)”的第13/364,308号美国专利申请案；由布朗等人在2013年12月4日申请的标题为“用于使用脉冲照明的移动图像的高速获取的方法及设备(Methodandapparatusforhigh-speedacquisitionofmovingimagesusingpulsedillumination)”的第14/096,911号美国专利申请案；由布朗等人在2012年9月18日申请的标题为“用于高速图像获取及检验系统的基于插入器的成像传感器(InterposerBasedImagingSensorforHigh-SpeedImageAcquisitionandInspectionSystems)”的第13/622,155号美国专利申请案；及由彻恩(Chern)等人在2013年3月10日申请的标题为“具有硼层的背侧照明传感器(Back-IlluminatedSensorWithBoronLayer)”的第13/792,166号美国专利申请案。其也涉及以下专利：布朗等人的标题为“TDI传感器的持续计时(ContinuousClockingofTDISensors)”的第7,609,309号美国专利；布朗等人的标题为“用于TDI传感器的持续计时的设备(ApparatusforContinuousClockingofTDISensors)”的第7,952,633号美国专利；及布朗等人的“用于高速检验的具有本地化驱动及信号处理电路的TDI传感器模块(TDISensorModuleswithLocalizedDrivingandSignalProcessingCircuitryforHighSpeedInspection)”的第8,624,971号美国专利。所有这些专利及申请案以引用的方式并入本文中。
技术领域：
：本申请案涉及适于在真空UV(VUV)、深UV(DUV)、可见近红外(NIR)波长下检测图像的图像传感器，且涉及并入有此类传感器的检验系统。特定来说，其涉及传感器及用于制造具有低噪声及高灵敏度的传感器的方法。所述传感器特别适用于检验系统，其包含用于检验光掩模、光罩及半导体晶片的检验系统。
背景技术：
：：集成电路产业要求具有越来越高灵敏度的检验工具来检测更小缺陷及微粒，包含具有接近10nm或更小的尺寸的缺陷及微粒。此外，这些检验工具必须高速操作以便通常在一小时以内检验光掩模、光罩或晶片的100％或大部分面积。一些应用要求在一小时内检验许多(例如约50或100个)晶片。通常，相比于较长波长，短波长(例如UV、深UV(DUV)及真空UV(VUV)波长)对于检测小缺陷及微粒具有更高灵敏度。光掩模或光罩的检验最佳使用相同于用于光刻的波长来完成，对于最为关键的光刻步骤所述波长一般为大体上193.4nm的波长且对于不太关键的步骤为大体上248nm的波长。高速检验要求具有高灵敏度及低噪声的传感器以便检测从小微粒或缺陷散射的少量光或允许检测归因于图案缺陷所致的小反射率改变。非常期望一种可检测一个或一些光子的光度的改变的图像传感器。此项技术中已知硅CMOS及CCD图像传感器。CCD图像传感器特别适合用于半导体晶片、光掩模及光罩的高速检验系统，这是因为此类传感器的电子噪声相当低且严格遵循泊松(Poisson)统计分布(除因从宇宙射线吸收带电微粒或放射性衰变所致的非常罕见事件外，其为稀有的且通常可通过图像处理软件滤除)。如果硅CCD图像传感器冷却到约100°K且以相对较低速度(例如每秒数十万个像素的速率或更小)读出且使用适当驱动及读取电子装置，那么所述传感器可具有等效于约2电子RMS的噪声电平。此类传感器在以类似速度但在更接近室温的温度(例如约-10℃)下操作时可具有等效于约5到10电子RMS的噪声电平。然而，高速检验系统要求每秒数十亿像素的数据速率，其通常通过以每秒数百万到数千万像素的速率同时读取数十或数百个像素(子取样)来实现。这些高数据速率及在相同时间操作的许多输出通道产生数瓦热，冷却到室温以下是不切实际的。高速操作自身也产生较多电噪声，且在与高操作温度结合时，可导致等效于约20到40电子RMS的噪声电平。CMOS传感器通常比CCD传感器具有更高噪声电平，这是因为CMOS晶体管在硅表面上具有沟道，从而导致从硅到二氧化硅界面的噪声(此归因于所述界面处的缺陷及陷阱(trap))。此外，此来自表面缺陷及陷阱的噪声不严格遵循泊松统计。即使RMS噪声为低噪声，但高噪声尖波仍远频繁于泊松统计所预期。对于检验系统来说，这是严重问题，因为这些高噪声尖波可导致缺陷的错误检测。具有CMOS检测器的系统在其最高灵敏度模式中操作时可具有报告伪缺陷率的最高速率。将需要重新检验以分开伪缺陷与真缺陷，从而使所述检验减慢。对于UV波长，当在硅中吸收光子时，通常仅产生单电子空穴对，但偶尔可产生两对，从而导致每经吸收光子的平均产量稍大于1。在DUV及VUV波长下，产生第二电子空穴对的概率增大使得平均电子产量增大。举例来说，当在硅中吸收193nm真空波长的光子时，平均产量为每经吸收电子约1.7电子空穴对。对于当前用于半导体检验系统中的波长及可能在今后数年内使用的波长，电子空穴对产量将不超过2。因此，硅CCD及CMOS传感器无法在感测可见、UV、DUV或VUV波长时可靠地检测一个或一些光子。此项技术中已知雪崩光电二极管。雪崩光电二极管在与硅相隔约一百或数百微米距离内使用相对较大反向偏压电压(数十到数百伏特)以便从通过光子吸收产生的单载子产生多个载子(电子或空穴)。当光子被吸收时，在感测UV辐射时通常接近所述表面产生电子空穴对，这是因为在UV波长下具有强硅吸收。所述偏压电压使载子加速。当载子已加速到足够高速度而具有约3.7eV能量时，其可通过碰撞产生额外电子空穴对。此过程可重复数次，从而产生更多载子，且因此产生大信号。最常见的雪崩二极管在n型硅中吸收入射光且施加偏压电压以使空穴远离所述表面加速。这是因为硅上的表面缺陷趋向于具有正电荷且吸引电子。此外，为制作使用电子而非空穴的雪崩检测器，要求将光吸收硅掺杂到p型硅。硼为实际上可用于硅的唯一p型掺杂剂。硼容易扩散到二氧化硅中，从而在所述氧化物中产生正电荷。这进一步增大表面处的电子重组速率且使常规基于电子的雪崩光电二极管针对UV、DUV及VUV波长相对低效。在硅中，空穴的雪崩增益及迁移率皆低于电子。因此，使用空穴的雪崩二极管需要在硅中具有更长长度及/或更高操作电压以便实现给定增益因子。因此，需要一种克服上述一些或所有缺点的传感器。特定来说，需要一种可在以极高数据速率(例如每秒十亿像素)操作时检测极低水平的UV、DUV及/或VUV光的图像传感器。技术实现要素：本发明描述一种示范性检验系统。此检验系统包含照明源、光学装置及检测器。所述照明源包含在一个或一些离散波长下产生光的UV、DVU或VUV激光器，或所述照明源包含发射宽带光(包含在UV、DVU及/或VUV波长下的光)的激光保持等离子体光源。所述光学装置经配置以引导并聚焦来自所述照明源的辐射到样本上。所述样本由置物台支撑，在检验期间所述置物台相对于光学装置移动。所述检测器经配置以接收从所述样本反射或散射的光，其中光学装置进一步经配置以收集、引导并聚焦所述经反射或散射光到所述检测器上。所述检测器包含如下文所描述的一或多个背侧照明雪崩图像或线传感器。在一个实施例中，至少一个图像传感器为背侧照明雪崩时间延迟积分(TDI)传感器。所述示范性检验系统可包含从不同入射角及/或不同方位角及/或在不同波长及/或偏振状态下照明所述样本的一或多个照明路径。所述示范性检验系统可包含收集由所述样本以不同方向反射或散射及/或对不同波长及/或不同偏振状态灵敏的光的一或多个收集路径。所述示范性检验系统可包含在两侧上具有用于同时读出两个不同信号的读出电路的背侧照明雪崩TDI传感器。本发明描述一种检验样本的示范性方法。所述示范性方法包含引导并聚焦来自照明源的辐射到所述样本上。所述样本由置物台支撑，在检验期间所述置物台相对于光学装置移动。所述方法进一步包含使用光学装置来收集、引导并聚焦由所述样本反射或散射的光到检测器上。所述检测器包含一或多个背侧照明雪崩图像或线传感器。至少一个图像传感器可为背侧照明雪崩TDI传感器。本发明描述示范性背侧照明雪崩图像及线传感器。所述示范性图像及线传感器可运用CMOS或CCD技术来制造。所述示范性图像及线传感器使用电子以用高量子效率检测近IR、可见、UV、DUV及/或VUV光。所述示范性图像及线传感器将纯硼层并入其背侧(照明)表面上。所述纯硼层防止在所述表面上生长原生氧化物。此外，所述硼的部分扩散到所述硅中达短距离以恰在所述表面下方产生高度掺杂p型半导体层。此p型层结合经施加背侧负偏压电压驱动电子使其远离所述表面且最小化所述表面处或附近的光子-电子重组。本发明描述一种用于制造背侧照明雪崩图像及线传感器的示范性方法。此方法包含在硅晶片上的本征或轻p型掺杂(例如约1011到2×1013掺杂剂原子每立方厘米(cm3))外延硅层中制造前侧CMOS或CCD电路及像素。在至少部分制造所述前侧电路之后，所述晶片经抛光或蚀刻以至少曝光光敏(背侧)区。此方法进一步包含在所述外延硅层的背侧表面上沉积薄型(例如2nm到6nm厚)纯硼层。在一些实施例中，在硼沉积期间，使所述晶片保持处于高温(例如700℃到950℃)达数分钟或数十分钟，以驱入所述硼的部分作为所述硅的掺杂剂。附图说明图1说明并入有包括背侧照明雪崩图像或线传感器的检测器的示范性检验系统。图2A及2B说明结合一或多个收集通道及一或多个背侧照明雪崩线传感器使用线照明的示范性检验系统。图3说明具有法向照明及斜照明以及背侧照明雪崩图像或线传感器的示范性检验系统。图4说明具有明场照明通道及暗场照明通道以及背侧照明雪崩图像传感器的示范性检验系统。图5说明并入有分裂读出背侧照明雪崩图像传感器的示范性检验系统。图6说明并入有背侧照明雪崩感测的二维(2D)CMOS图像传感器的示范性布局。图7说明并入有背侧照明雪崩感测的线传感器的示范性布局。图8说明并入有背侧照明雪崩感测的2DCCD图像传感器的示范性布局。图9说明背侧照明雪崩图像及线传感器的设计及制造的关键方面。图10说明使用CCD技术的背侧照明雪崩图像传感器的设计及制造的关键方面。具体实施方式本发明涉及用于半导体检验系统的传感器的改进。提出下列描述以使所属领域的一般技术人员能够制作并使用如就特定应用与其需求而提供的本发明。如本文所使用，出于描述目的，方向术语(例如“顶部”、“底部”、“上方”、“下方”、“上”、“向上”、“下”、“往下”、“向下”、“前侧”及“背侧”)希望提供相对位置，且并非希望指定绝对参考系。如本文所使用，术语图像传感器及线传感器可互换，只是描述涉及明确包括2D像素阵列的传感器(一般称为图像传感器)或描述涉及明确由1D像素线组成的传感器(一般称为线传感器)除外。所属领域的技术人员将明白对优选实施例的各种修改，且本文所定义的一般原理可应用于其它实施例。因此，本发明并非希望受限于所展示及所描述的特定实施例，而是被赋予与本文所揭示的原理及新颖特征一致的最广范围。图1说明经配置以测量样本108(例如晶片、光罩或光掩模)的示范性检验系统100。样本108放置于置物台112上以便促进样本108移动到光学装置下方的不同区域。置物台112可包括X-Y置物台或R-θ置物台。在一些实施例中，置物台112可在检验期间调整样本108的高度以维持焦点。在其它实施例中，物镜105可经调整以维持焦点。照明源102可包括一或多个激光器及/或宽带光源。照明源102可发射DUV及/或VUV辐射。包含物镜105的光学装置103朝向样本108引导所述辐射并使所述辐射聚焦于样本108上。光学装置103也可包括反射镜、透镜及/或分束器。从样本108反射或散射的光被光学装置103收集、引导并聚焦到在检测器组合件104内的检测器106上。检测器组合件104包含检测器106。检测器106包括如本文所描述的背侧照明雪崩图像或线传感器。检测器106可包含二维图像传感器或一维线传感器。在一个实施例中，检测器106的输出被提供到计算系统114，计算系统114分析所述输出。计算系统114由可存储于载体媒体116上的程序指令118配置。检验系统100的一个实施例照明样本108上的线，并将经散射及/或经反射光收集于一或多个暗场及/或明场收集通道中。在此实施例中，检测器106可包含背侧照明雪崩线传感器。检验系统100的另一实施例照明样本108上的多个光点，并将经散射及/或经反射光收集于一或多个暗场及/或明场收集通道中。在此实施例中，检测器106可包含二维背侧照明雪崩图像传感器，或其可包括多个离散背侧照明雪崩传感器。检验系统100的各种实施例的额外细节可见于以下专利及专利申请案：由罗马诺夫斯基(Romanovsky)等人在2012年7月9日申请的标题为“晶片检验系统(WAFERINSPECTIONSYSTEM)”的第13/554,954号美国专利申请案；在2009年7月16日公开的阿姆斯特朗等人的第2009/0180176号美国公开专利申请案；在2007年1月4日公开的庄(Chuang)等人的第2007/0002465号美国公开专利申请案；在1999年12月7日颁发的谢弗(Shafer)等人的第5,999,310号美国专利；及在2009年4月28日颁发的梁(Leong)等人的第7,525,649号美国专利。所有这些专利及专利申请案以引用的方式并入本文中。图2(A)及2(B)说明根据本发明的其它示范性实施例的并入有本文所描述的传感器及/或方法的暗场检验系统的方面。在图2(A)中，照明光学装置201包括产生光202的DUV或VUV激光器系统220，光202在受检验晶片或光掩模(样本)211的表面上被反射镜或透镜203聚焦成线205。收集光学装置210使用透镜及/或反射镜(例如212及213)将从线205散射的光引导到传感器215。所述收集光学装置的光学轴214不在线205的照明平面中。在一些实施例中，轴214近似垂直于线205。传感器215包括背侧照明雪崩阵列传感器，例如如本文所描述的背侧照明雪崩线传感器。图2(B)说明每一个大体上类似于图2(A)的收集光学装置210的多个暗场收集系统(分别为231、232及233)的一个实施例。收集系统231、232及233结合大体上类似于图2(A)中的照明光学装置201的照明光学装置来使用。所述暗场收集系统中的一或多者包含背侧照明雪崩图像或线传感器。样本211支撑于置物台221上，所述置物台221移动待于所述光学装置下方检验的区。置物台221可包括X-Y置物台或R-θ置物台，其优选在检验期间大体上连续地移动以便在最小停滞时间内检验所述样本的大部分面积。根据图2(A)及2(B)中所说明的实施例的检验系统的更多细节可见于第7,525,649号美国专利。以引用的方式并入本文中的第6,608,676号美国专利也描述适于检验未经图案化或经图案化晶片的线照明系统。图3说明经配置以使用法向照明光束及斜照明光束两者来检测样本上的微粒或缺陷的检验系统300。在此配置中，DUV或VUV激光器系统330提供激光束301。透镜302使光束301聚焦通过空间滤光器303。透镜304使所述光束准直并将所述光束传送到偏振分束器305。分束器305将第一偏振分量传递到法向照明通道且将第二偏振分量传递到斜照明通道，其中所述第一分量及所述第二分量是正交的。在法向照明通道306中，第一偏振分量被光学装置307聚焦且被反射镜308反射并朝向样本309的表面。由样本309(例如晶片或光掩模)散射的辐射被抛物面反射镜310收集并聚焦到背侧照明雪崩传感器311。在斜照明通道312中，第二偏振分量被分束器305反射到反射镜313，反射镜313反射此光束使其通过半波片314并被光学装置315聚焦到样本309。源自斜通道312中的斜照明光束且由样本309散射的辐射被抛物面反射镜310收集并聚焦到背侧照明雪崩传感器311。所述传感器及所述照明区(来自表面309上的法向照明通道及斜照明通道)优选在抛物面反射镜310的焦点处。抛物面反射镜310将从样本309散射的辐射准直成经准直光束316。经准直光束316接着被物镜317聚焦且通过分析器318聚焦到传感器311。应注意，也可使用具有除抛物面形状外的形状的弯曲镜像表面。仪器320可提供光束与样本309之间的相对运动使得光点跨样本309的表面进行扫描。在2001年3月13日发布且以引用的方式并入本文中的第6,201,601号美国专利更详细地描述检验系统300。图4说明配置为具有明场及暗场检验模式的检验系统的示范性折反射成像系统400。系统400可并入有两个照明源：激光器401、及宽带光照明模块420。在暗场模式中，调适光学装置402控制受检验表面上的激光照明光束大小及轮廓。机械外壳404包含孔径及窗403、及棱镜405以沿光学轴重新引导激光使其法向入射到样本408的表面。棱镜405还将来自样本408的表面特征的镜面反射引导到物镜406外。物镜406收集由样本408散射的光并使所述光聚焦到传感器409上。用于物镜406的透镜可以下列装置的一般形式提供：折反射物镜412；聚焦透镜群组413；及镜筒透镜区段414，其可任选地包含缩放能力。在明场模式下，宽带照明模块420将宽带光引导到分束器410，分束器410朝向聚焦透镜群组413及折反射物镜412反射所述光。折反射物镜412使用所述宽带光照明样本408。从所述样本反射或散射的光被物镜406收集并聚焦于传感器409上。宽带照明模块420包括(例如)激光保持等离子体光源或弧光灯。宽带照明模块420也可包含自动聚焦系统以提供信号以控制样本408相对于折反射物镜412的高度。传感器409包含如本文所描述的背侧照明雪崩图像传感器。在一个实施例中，传感器409包括用于暗场成像的背侧照明雪崩图像传感器及用于明场成像的背侧照明图像传感器。两个图像传感器均可在TDI模式中操作。在2007年1月4日公开且以引用的方式并入本文中的第2007/0002465号公开专利申请案更详细地描述系统400。图5展示同时检测一个背侧照明雪崩图像传感器570上的两个图像或信号通道的光罩、光掩模或晶片检验系统500。背侧照明雪崩图像传感器570包括分裂读出图像传感器。照明源509并入有DUV激光。所述DUV激光的操作波长可短于约200nm，例如近似193nm波长。当受检验对象530是透明(例如，光罩或光掩模)时，所述两个通道可包括经反射及经透射强度，或可包括两种不同照明模式，例如入射角、偏振状态、波长范围或其一些组合。使用通道一照明中继器515及通道二照明中继器520将所述光引导到受检验对象530。受检验对象530可为待检验的光罩、光掩模、半导体晶片或其它物件。图像中继光学装置540可将由受检验对象530反射及/或透射的光引导到通道一图像模式中继器555及通道二图像模式中继器560。通道一图像模式中继器555经调谐以检测对应于通道一照明中继器515的反射或透射，而通道二图像模式中继器传感器560经调谐以检测对应于通道二照明中继器520的反射或透射。通道一图像模式中继器555及通道二图像模式中继器传感器560又将其输出引导到背侧照明雪崩传感器570。对应于所述两个通道的经检测信号或图像的数据被展示为数据590且传输到计算机(未展示)以进行处理。可经配置以测量从光罩或光掩模透射及反射的光的光罩及光掩模检验系统及方法的其它细节在2008年4月1日颁发给科瓦姆(Kvamme)等人的第7,352,457号美国专利及、1996年10月8日颁发给埃墨里(Emery)等人的第5,563,702号美国专利中予以描述，所述两个专利以引用的方式并入本文中。关于图像传感器570的示范性实施例的额外细节提供于以下专利及专利申请案中：由布朗等人在2013年12月4日申请的标题为“用于使用脉冲照明的移动图像的高速获取的方法及设备(Methodandapparatusforhigh-speedacquisitionofmovingimagesusingpulsedillumination)”的第14/096,911号美国专利申请案；及在2009年5月5日颁发的布朗等人的标题为“用于多个图像的同时高速获取的方法及设备(METHODANDAPPARATUSFORSIMULTANEOUSHIGH-SPEEDACQUISITIONOFMULTIPLEIMAGES)”的第7,528,943号美国专利。这些专利及专利申请案以引用的方式并入本文中。图6展示基于CMOS成像技术的2D背侧照明雪崩图像传感器600的示范性布局。所述图像传感器包括2D像素P阵列，像素P又包括光信号收集区601及相关联像素电路602。所述像素排列成列(例如604)及行(例如605)。图9中说明像素的关键特征，在下文对其进行描述。行选择信号(未展示)引导一行的所有像素输出其信号。列选择器606可选择一列并经由缓冲器、放大器或模/数转换器607将其信号引导到输出端(例如608)。图像传感器600可以模拟或数字格式输出其信号。通常，图像传感器600具有多个输出端以便能够以每秒十亿像素的总数据速率输出图像数据。图7展示背侧照明雪崩线传感器700的示范性布局。多个像素(例如701)排列成一条线。两个或多于两个控制电压702及703连接到像素以控制将电子积累于像素内的何处，如下文在图9的描述中所解释。在一个实施例中，每一像素连接到读出寄存器704。读出寄存器布置成线。水平时钟705及706控制从一个水平寄存器到下一个水平寄存器的电子传送以便允许信号发送到707(其包括电荷/电压转换器、缓冲器、及任选地包括放大器)以驱动输出端708。在优选实施例(未展示)中，读出寄存器分成多个片段使得使用多个输出端，其中介于约4个与约128个之间的像素连接到一个输出端。在另一实施例中，每两个像素存在一个输出端且无需读出寄存器传送。在另一实施例中，电荷/电压转换、缓冲、及任选地放大在每一像素处完成且输出寄存器被一系列开关取代以允许每一像素依次连接到所述输出端。在此实施例中，优选的是多个输出端的每个输出端具有的像素介于2个与128个之间。图8展示基于CCD成像技术的2D背侧照明雪崩图像传感器800的示范性布局。多个像素(例如801)排列成列及行。垂直时钟(例如802A、803A、802B及803B)致使积累于图像中的电子在相同列中从一个像素传送到下一个像素且最终传送到水平寄存器804A或水平寄存器804B。水平时钟805A、806A、805B、806B、805C、806C、805D及806D控制水平寄存器内的电子经由807A、807B、807C及807D(其各自包括电荷/电压转换器、缓冲器、及任选地包括放大器)到输出端808A、808B、808C及808D的传送。尽管水平时钟及垂直时钟被展示为二相时钟，但这仅用于说明性目的且不限制可如何使用本发明。二相、三相或四相时钟可用于水平时钟及垂直时钟。水平时钟及垂直时钟无需具有相同数目的相。在一些实施例中，水平寄存器仅在像素阵列的一侧(例如水平寄存器804A)上。尽管每一水平寄存器被展示为分成两部分，其中每半部分以相反方向传送，但水平寄存器可为单寄存器，或在优选实施例中可分成多个片段，所述片段可皆以彼此相同的方向传送。因此，输出端数目可大于或小于所展示的四个。在一个实施例中，每两列可存在一个输出端。下文在图10中进一步说明且在图9及10的描述中描述一列传感器800的部分的布局及此传感器的其它方面。图9说明背侧照明雪崩传感器900的设计、制造及操作的方面。可使用CMOS或CCD技术或其组合来制造此传感器。双极型晶体管(未展示)可结合MOS晶体管用于一些电路中。所述传感器制造在具有介于约20μm与约200μm之间的厚度的本征或轻p型掺杂(掺杂浓度小于或约2×1013cm-3)外延层901中(取决于所要雪崩增益以及其它考虑因素，例如在使所述传感器变薄之后薄膜的机械强度)。n型层904(具有例如约1016cm-3掺杂浓度)恰形成于所述外延层的顶部(前侧)表面下方。在对所述传感器适当加偏压时，层904形成用于收集并传送电子的掩埋沟道。掺杂浓度为n型层904的2倍或更高的p+型层905在所述n型层的任一端处。p+型层905通过电触点(例如912)接地。层905可在多个位置中接地。电介质层908在所述外延层的前表面上生长。电介质层可包括单电介质材料(例如二氧化硅)，或其可包括多层电介质材料(例如氮化硅层在二氧化硅层顶部上)、或三层堆叠(例如二氧化硅在氮化硅上，氮化硅在另一二氧化硅上)。通常，电介质层厚度在约50nm到约200nm的范围中。电介质层908酌情具有蚀刻到其中的开口以在需要时允许电接触到底层硅。多个栅极电极(例如920、930、935、940及945)经沉积与图案化于电介质层908顶部上。所述栅极电极通常是由多晶硅或铝制成，但可使用其它导电材料，其包含其它金属及半金属化合物(例如TiN)。可对所述栅极电极做电连接(例如921、922、931、936、941及946)。在优选实施例中，栅极电极例如在932处彼此重叠(如所展示)，以便最小化及控制所述电极边沿附近的边缘电场。所述栅极电极由电介质材料(未展示)分离。可在光敏区内或邻近于光敏区制造用于放大或处理信号及控制传感器的电路。此电路通过MOSFET晶体管说明，所述MOSFET晶体管由源极/漏极植入物906(源极及漏极被展示为具有相同植入物，但在一些实施方案中，源极及漏极可被不同地植入)、沟道植入物906、栅极电介质909及栅极电极910形成。可对此晶体管做电连接，例如如916、917及915所展示的电连接。通常，此类电路包括许多晶体管。在图9中展示一个晶体管以说明本发明传感器的关键方面而未使所述图过于复杂。本文所描述的图像传感器的重要方面为在p+掺杂阱905中制造具有n型沟道的MOSFET晶体管，以便使其与外延材料901中的暗电流及光电流隔离，并且使所述晶体管免遭背侧电压911(其在下文描述)的影响。应注意，必要时，栅极电介质909可大体上类似于电介质层908且可在相同时间形成，或电介质层909可以不同于电介质层908的材料及/或厚度形成，以获得所期望晶体管特性。尽管在图9中说明单MOSFET晶体管，但可酌情使用NMOS、PMOS及双极型晶体管且必要时可通过适当植入层(例如905)进行电隔离。外延层901的背侧(光敏)表面为光999的入射处。纯硼层902沉积于外延层901的背侧上。在优选实施例中，硼层902介于约3nm与6nm厚之间。远薄于约3nm的硼层可具有针孔(pinhole)，以允许下方硅氧化。在曝光于DUV或VUV光的时间延长的情况下，电荷及陷阱积累于二氧化硅中。这些电荷及陷阱降低传感器性能。厚于约6nm的硼层通常不是优选的，这是因为硼吸收UV、DUV及VUV光，使得传感器灵敏度将因厚硼层而减小。在上文引用的美国专利申请案'166中及专利申请案'166所引用的参考文献中描述在硅上沉积纯硼层的方法。在纯硼层902的沉积期间，非常高度掺杂p+层903通过硼的偶然或故意驱入而形成于外延层的背侧表面处。在一些实施例中，在外延层901的背侧上沉积硼902之后，保持晶片处于高温(例如介于约800℃与约950℃之间)达约一分钟与五分钟之间，以便驱入一些硼。控制温度及时间允许调节硼分布。n型掺杂层970邻近于外延层的背侧表面附近的层903。在优选实施例中，n型掺杂层970的厚度约为2μm(例如介于约1μm与5μm之间的厚度)且所述n型掺杂剂的浓度约为2×1016cm-3(例如介于约5×1015cm-3与约1017cm-3之间的掺杂剂浓度)。薄型高度掺杂p型层971邻近于n型掺杂层970。在优选实施例中，薄型高度掺杂p型层971中的掺杂剂浓度约为2×1019cm-3(例如介于约5×1018cm-3与约5×1019cm-3之间的掺杂剂浓度)，且薄型高度掺杂p型层971的厚度约为25nm(例如介于约10nm与约50nm之间的厚度)。掺杂剂浓度及厚度的其它组合是可能的。薄型高度掺杂p型层971中作用p掺杂剂的总数目应超过n型掺杂层970中作用掺杂剂的总数目，使得层970完全耗尽。举例来说，如果薄型高度掺杂p型层971中的掺杂剂浓度远高于2×1019cm-3，那么层971可薄于25nm。对硼层做电连接911使得传感器背侧可加偏压到介于约-10V与-400V之间的负电压以便使所述传感器为雪崩传感器操作。在优选实施例中，一或多个抗反射层980沉积于硼层上以便减小传感器在所关注波长下的反射率且因此改进传感器在所述波长下的灵敏度。当光999被吸收于硅中时，产生电子空穴对。空穴移动到背侧表面，在背侧表面重组，而电子通过由触点911施加到背侧的偏压电压朝向n型层904加速。由于n型掺杂层970通过薄型高度掺杂p型层971完全耗尽，因此偏压电压的大部分跨层970出现，从而导致所述层内的强电场。所述强电场确保多数电子将获得足够能量以在其行进通过n型掺杂层970时通过碰撞产生额外电子空穴。在具有约50V的经施加偏压电压(例如介于约10V与约100V之间的偏压电压)的一个示范性实施例中，来自光999的每经吸收入射光子可产生许多电子(例如介于约10个与约50个之间)。当要求电子增益小于约10时，更薄n型掺杂层970(例如约1μm厚的层)可足够，及/或可使用更低偏压电压。电子数目的放大允许信号相对于传感器的本征噪声增大。CMOS技术由于其非泊松噪声统计而可能不适于高速图像检验，可通过减小噪声相对于经增大信号水平的非泊松分量的雪崩放大而使CMOS技术适于图像检验。在足够高增益(例如约20到30的增益)下，可检测到高于CMOS或CCD传感器的噪声电平的单光子。栅极920可具有两个或多于两个电连接，例如如921及922所展示。在此类实施例中，栅极920包括电阻材料(例如本征或轻掺杂多晶硅)使得在所述两个或多于两个电触点之间产生电势差。此电势差用于控制将经收集电子积累于n型层904中的何处。在局部最大电压下，电子将积累于栅极920中。举例来说，如果触点921处于-5V电压且触点922处于-1V电压，那么电子将积累于922下方。通过在栅极920上使用多个触点，非单调电压分布可经产生以在位于远离920的任一端的位置下方的位置处积累电子。当使用小像素(例如小于约10μm)时，栅极920上的单电势可用于致使电子积累于栅极920下方的n型层904中。通过使由触点931对栅极930施加的电压升高，积累于所述栅极附近的电子将移动到所述栅极下方。当需要高速操作时，更高电压(例如10V到15V)可用于更快地移动电子。当像素为小像素(例如小于约10μm)且所期望操作速度未过高时，栅极930上的电压可足以足够快地清空来自所述像素的电荷而无需电极920上的电压梯度的协助。在优选实施例中，如上文所描述的电极920上的电压梯度确保电子快速地传送到栅极930下方。与施加到栅极930的电压相比具有更偏正的电压(例如偏正数伏特)通过触点936施加到栅极935。这致使电子快速地移动到栅极936下方。电子可以数十纳秒移动。将栅极930降低到小于由电极922施加到栅极920的电压会停止电子到栅极935下方的区域的传送且允许下一个图像像素积累于栅极920下方。在一个实施例中，例如图7中所说明的传感器700，水平读出寄存器包括类似于布置成垂直于图9的平面的线的940的一系列栅极。电子可通过对施加到栅极的电压适当地排序(如常用于CCD中)而从一个栅极传送到另一个栅极。可根据应用要求使用更多或更少栅极。浮动扩散区(例如在触点948下方所展示)在水平寄存器的端处用于电荷/电压转换。在传感器700中，浮动扩散区可不定位成紧邻于光收集像素。图9中如此描绘仅出于方便目的。下文描述浮动扩散区的操作。在另一实施例中，例如图6中所说明的传感器600，可不存在水平读出寄存器(且可省略栅极940)，且电子可直接传送到浮动扩散区，例如触点948下方的区。复位晶体管(例如受栅极电极945控制且连接到复位电压949的复位晶体管)可用于在传送来自像素的电子之前复位浮动扩散区。浮动扩散区将电子的电荷转换成电压且通常用于CCD传感器及CMOS传感器中且此处将不再详细描述。在此实施例中，由于浮动扩散区及复位晶体管在光敏区中，因此必要时复位晶体管及浮动扩散区可通过使p+掺杂区域905延伸于复位晶体管及浮动扩散区下方而与光电流及暗电流隔离(如在950处所展示)。948上的输出电压可在连接到行或列选择、装置输出端或模/数转换器之前连接到缓冲器或放大器。在传感器600中，每一光敏像素可具有其自身的浮动扩散区。在传感器700中，多个像素可通过水平寄存器共享浮动扩散区。在任一情况下，浮动扩散区的操作原理大体上类似。存在其中可制造图9的传感器的多于一个序列。在一个优选实施例中，形成前侧掺杂区域(例如904、905、906及907)、电介质层(例如908及909)及多晶硅栅极电极(例如920及通常一些其它栅极电极)，同时外延层901在晶片表面上。在优选实施例中，在所述过程中，此阶段未形成金属层。接着，通过抛光及/或蚀刻来移除所述晶片的全部或部分以将(至少)所述外延层的背侧表面曝光于所述传感器的光敏区域中。由于邻近于所述晶片的外延层表面比大部分外延层具有更高缺陷集中度，因此有利的是抛光或蚀除数微米外延层背侧以便改进传感器效率。一旦外延层背侧的光敏区被曝光，则可通过在非常高掺杂剂浓度下进行原位p型掺杂来生长外延硅层而在经曝光表面上生长薄型高度掺杂p型层971。接着，可通过进行原位n型掺杂而在层971上生长n型掺杂层970。由于一些硼(p型掺杂剂)可在层970生长时扩散，因此层971可生长得更薄一些且掺杂剂浓度高于最终所期望厚度及掺杂剂浓度。可将硼层902沉积于n型掺杂层970上且可完成用于产生层903的任何额外所需硼驱入。如果需要，那么在所述过程中可在此阶段或随后沉积抗反射层。在高温背侧过程已完成之后，可将金属层沉积并图案化于前表面上。在替代实施例中，首先通过进行原位n型掺杂而在衬底晶片上外延地生长n型掺杂层970，接着在n型掺杂层970的顶部上外延地生长薄型高度掺杂p型层971。接着，在高度掺杂p型层971的顶部上外延地生长外延层901。接着，可在曝光n型掺杂层970的背侧之前，在外延层901的顶部表面上完成整个前侧处理(包含金属层)。由于重要的是在后续处理步骤期间最小化高度掺杂p型层971中的p型掺杂剂的扩散，因此优选应使用快速热退火而非炉冶炼工艺来完成热处理。接着，在n型掺杂层970上沉积纯硼层902。可使用约450℃的硼沉积温度以免毁坏前侧的金属图案。激光或尖波退火工艺可用于使硼更均匀且驱入一些硼以形成掺杂层903。在上文引用的美国专利申请案'166中描述制造背侧照明涂覆硼的图像传感器的方法。如果曝光外延层背侧的过程不移除全部晶片，那么所述晶片必须为本征或极轻掺杂晶片(例如小于约2×1013cm-3的掺杂浓度)或必须通过厚电介质层在其背侧上受保护，以便使所述晶片在施加到外延层背侧的反向偏压电压下不导电。图10说明使用CCD技术的背侧照明雪崩图像传感器1000的设计、制造及操作的方面。图10中所展示的许多特征具有大体上类似于图9的对应特征的功能且以大体上类似于图9的对应特征的方式来制造及操作。除非有必要解释专用于背侧照明雪崩图像传感器1000的方面，否则此类特征使用相同于图9的标记数字进行标记且此处将不作进一步描述。在图像传感器1000中，一列光敏像素形成于栅极1020、1022、1024及1026下方。对这些栅极分别做电连接1021、1023、1025及1027。尽管展示仅四个栅极以免使所述图过于杂乱，但在优选实施例中将使用更多很多的栅极以便形成大量光收集像素(例如介于约4个与4000个像素之间)。所述栅极用于控制电荷存储且将经存储电荷从一个像素传送到另一个像素。如在CCD技术中所熟知，所述栅极可配置为二相、三相或四相时钟(即，每像素分别存在二个、三个或四个栅极)。二相时钟可仅在一个方向上传送电荷，且在仅要求在一个方向上传送的情况下具有简化驱动电子装置的优点。三相及四相时钟具有能够在任一方向上传送经存储电荷的优点。如所熟知，必须保持每一像素中栅极中的一者比接地偏正数伏特(例如偏正约5V到15V)，而相邻电极保持相对于接地偏负数伏特(例如约-5V到-15V)以将电子从外延层901吸引到n+掺杂层904的表面附近(但不在所述表面处)，其中将存储所述电子直到栅极电压经改变以致使传送所述经存储电荷为止。在TDI传感器中，所述栅极将以一定速率计时，致使与落于传感器上的移动图像同步地传送电荷(例如与其上固持受检验试样的置物台的运动同步)。通常，多列像素类似于图8中所说明布局成2D阵列。跨整个阵列连接的垂直时钟用于在所有列或列的群组内同时将一个像素传送到下一个像素。一或多个水平寄存器用于将信号从每一列传送到一或多个输出端。上文所描述的背侧照明雪崩图像传感器中的任何者可酌情使用正弦波时钟或任意波形时钟来控制在水平及/或垂直方向上电荷的传送。此类时钟波形的产生及使用在以下专利及申请案中更详细描述：布朗等人的标题为“TDI传感器的持续计时(ContinuousClockingofTDISensors)”的第7,609,309号美国专利；布朗等人的标题为“用于TDI传感器的持续计时的设备(ApparatusforContinuousClockingofTDISensors)”的第7,952,633号美国专利；及由布朗等人在2014年5月8日申请的标题为“低噪声传感器及使用低噪声传感器的检验系统(LOW-NOISESENSORANDANINSPECTIONSYSTEMUSINGALOW-NOISESENSOR)”的序列号为14/273,424的美国实用新型专利申请案。所有这些专利及申请案以引用的方式并入本文中。可施加到传感器背侧上的硼涂层的抗反射涂层的进一步细节可见于以下专利申请案：由布朗在2009年6月1日申请的标题为“用于适于高处理量检验系统的传感器的抗反射涂层(Anti-ReflectiveCoatingForSensorsSuitableForHighThroughputInspectionSystems)”的第12/476,190号美国专利申请案；及由村松(Muramatsu)等人在2015年1月7日申请的标题为“用于背侧照明传感器的抗反射层(Anti-reflectionLayerforBack-IlluminatedSensor)”的第14/591,325号美国专利申请案。这两个申请案以引用的方式并入本文中。上文所描述的本发明的结构及方法的各种实施例仅说明本发明的原理且并非希望将本发明的范围限于所描述的特定实施例。举例来说，传感器的像素可布局成不同于所展示的配置，且可包括多于或少于所展示的像素，或输出端数目可大于或小于所展示。在一些实施例中，仅可使用一或两个输入端。在适用于高速检验系统(例如用于半导体产业的高速检验系统中(其中一些在本文中予以描述))的优选实施例中，多个输出端(例如每两列数十个输出端、数百个输出端、或一个输出端)用于同时输出多个像素以便实现高数据输出速率。此类传感器可包括约1000或数千个像素的线性阵列，或可包括约1000或数千列的2D阵列且长度介于数百个像素与数千个像素之间。当前第1页1 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