CN113490993A - 具有增益元件的带电粒子检测器 - Google Patents

具有增益元件的带电粒子检测器 Download PDF

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Abstract

一种检测器被提供有感测元件(711)和对应的增益元件(721)。增益元件包括部分：在该部分中，沿着与电子束的入射方向垂直的方向，第一传导性的区域(750)与第二传导性的区域(740)邻近地被提供，并且第三传导性的区域(760)与第二传导性的区域邻近地被提供。感测元件可以包括部分(720)，在该部分(720)中，沿着入射方向，第四传导性的区域与衬底的本征区域(730)邻近地被提供，并且第二传导性的区域可以与本征性区域邻近地被提供。

Description

具有增益元件的带电粒子检测器
相关申请的交叉引用
本申请要求于2019年2月26日提交的美国申请62/810,905的优先权，该申请通过引用整体并入本文。
技术领域
本文中的描述涉及带电粒子检测，并且更具体地涉及可以适用于带电粒子束检测的系统和方法。
背景技术
检测器可以用于感测物理上可观察的现象。例如，诸如电子显微镜的带电粒子束工具可以包括检测器，检测器接收从样品被投射的带电粒子并且输出检测信号。检测信号可以用于重构被检查样品的结构的图像，并且可以用于例如揭示样品中的缺陷。在半导体器件的制造中，样品中的缺陷的检测变得越来越重要，半导体器件可能包括大量的密集封装的微型集成电路(IC)组件。为此，可以提供专用检查工具。
在检查领域的一些应用中，例如使用扫描电子显微镜(SEM)的显微术，可以在样品上扫描电子束以从由样品生成的反向散射或二次电子中得到信息。在相关技术中，SEM工具中的电子检测系统可以包括被配置为检测来自样品的电子的检测器。在某些应用中，当使用低束流时或当电子的能量水平较低时，检测信号可能非常微弱，因此灵敏度成为问题。一些检测器可以被配置为在检测信号中增加电流增益以将信号电平提高到可测量的量。然而，向检测器提供常规增益元件(诸如外部放大器)可能使系统复杂化并且还可能引入噪声。噪声的添加可能会导致整个系统中信噪比(SNR)的降低，并且可能会降低成像质量。
在比较示例中，检测装置可以配备有闪烁体，闪烁体可以响应于接收电子而发光。传入电子束的强度可以首先被闪烁体转换成光信号。然后，光信号可以通过光学路径被引导到光检测器。在到达光检测器时，可以生成对应的电信号。所生成的信号可以具有表示入射电子束强度的幅度。
采用闪烁体的系统可能具有以下缺点。例如，由于闪烁体中电子强度到光信号之间的转换以及光检测器中光信号到电信号的转换，可能会引入噪声。此外，各种组件(如闪烁体和光导)之间的连接都可能导致噪声和信号损失。损失可以包括闪烁体与光学路径之间的耦合损失、光学路径的插入损失和光学路径与光检测器之间的耦合损失。
在另一种类型的检测装置中，可以使用PIN二极管。PIN二极管可以包括半导体结构，该半导体结构包括具有不同传导性的多个区域，例如由本征区域隔开的p型半导体区域和n型半导体区域。PIN二极管可以响应于接收电子而生成电信号。入射电子束的强度可以直接转换为电信号。与使用闪烁体的系统相比，使用PIN二极管的系统由于信号类型转换和耦合而具有更少噪声。这可以提高SEM系统的整体SNR。
此外，由于基于来自传入电子的电离效应的能量倍增，PIN二极管可以具有固有内部增益。PIN二极管的内置增益可以与入射粒子的能量相称。例如，传入电子的能量越高，器件的增益就越高。相反，当传入电子的能量较小时，相关增益可能较低。因此，为了在能量较低时检测粒子，可能需要通过例如附接放大器来增加增益。然而，如上所述，在检测系统中在感测元件下游连接放大器可能会导致信噪比恶化。SNR的降低可能部分是由于感测元件与放大器之间的外部互连。因此，PIN二极管的局限性可能是，低能粒子的内置增益可能不足以实际改善广泛用途的SNR。
在另外的比较检测系统中，检测器可以包括内置增益元件，该增益元件包括类似于用于放大的PIN二极管的结构。通过施加足够高的反向偏置电压，可以将PIN二极管偏置到雪崩模式或Geiger计数模式。内部增益可以通过高内部电场感应电离来实现。虽然这样的检测系统可能具有高内置增益，但它可能会受到高内部噪声和高增益温度系数的影响。
发明内容
本公开的实施例提供了与带电粒子检测相关的系统和方法。在一些实施例中，可以提供具有内置增益块的检测器。检测器可以用在带电粒子束设备中。
一种用于带电粒子束设备的检测器可以包括被提供在衬底中的感测元件和增益元件。感测元件和增益元件可以在第一方向上对准。第一方向可以与撞击在检测器上的带电粒子束的入射方向平行，该入射方向可以对应于衬底的厚度方向。增益元件可以包括部分，在该部分中，沿着与第一方向垂直的第二方向，第一传导性的区域与第二传导性的区域邻近地被提供，并且第三传导性的区域与第二传导性的区域邻近地被提供。第一传导性可以是n+半导体，第二传导性可以是p+半导体，第三传导性可以是n+++半导体。第二传导性的区域可以被插入在第一传导性的区域与第三传导性的区域之间。
感测元件可以包括第一层，该第一层包括具有第四传导性的区域。感测元件可以包括部分，在该部分中，沿着第一方向，第四传导性的区域与本征区域邻近地被提供，并且第二传导性的区域与本征区域邻近地被提供。
在一些实施例中，衬底可以以层结构来提供。衬底可以包括：第一层，包括具有第一传导性的第一区域；第二层，包括具有第二传导性的第二区域；第三层，包括被插入在具有第二传导性的第四区域之间的具有第三传导性的第三区域；以及第四层，包括被插入在具有第三传导性的第六区域之间的具有第四传导性类型的第五区域，第六区域被插入在具有第五传导性的第七区域之间，第七区域被插入在具有第二传导性的第八区域之间。第一层至第四层可以在衬底的厚度方向上堆叠。
在一些实施例中，该方法可以包括在衬底中形成感测元件，以及在衬底中形成增益元件。该方法可以包括半导体掺杂。形成增益元件可以包括：将第二传导性的区域注入到第一传导性的区域中达一深度，该深度大于第一传导性的区域的深度，使得第二传导性的区域突出到衬底的本征区域中。
根据一些实施例，检测器可以被提供有可以具有可调节增益的内置增益块。低噪声增益块可以直接被嵌入到检测器中，使得来自外部放大器及其相关联的互连的噪声贡献可以变得微不足道。因此，可以提高检测系统的整体信噪比(SNR)。感测元件的输出可以被直接馈送到增益块中。增益块可以以阵列布置被制成，这可以提高速度、整体可靠性、器件稳健性、器件均匀性或散热。感测元件和增益元件(诸如内置增益块)的功能可以分离，而它们的结构合并在衬底中。这可以在实现从例如高SNR、耐用性和简化系统设计的角度来看有利的结构的同时允许相应的功能的优化。一些实施例在传入的带电粒子能量低、束流低的应用中或者在使用带电粒子计数时可以是有效的。例如，当SEM装置中的电子束流较低时，即使当传入的电子能量较高时，本公开的实施例也可以用于例如提高SNR。其他情况可以包括当电子束流较高而传入的电子能量较低时，以及当电子束电流较低而传入的电子能量较低时。在这种情况下，从检测器的感测元件输出的信号可能较弱，因此，本公开的实施例可以是有用的。
所公开的实施例的另外的目的和优势将部分地在以下描述中阐述，并且部分地将从描述中变得明显，或者可以通过实施例的实践而获知。所公开的实施例的目的和优势可以通过本公开中阐述的要素和组合来实现和获取。然而，本公开的示例性实施例不一定需要实现这样的示例性目的和优势，并且一些实施例可能不实现任何所述目的和优势。
应当理解，前面的一般描述和下面的详细描述都只是示例性和说明性的，而不是对所公开的实施例的限制，如可以要求保护的。
附图说明
通过结合附图对示例性实施例的描述，本公开的上述和其他方面将变得更加明显，在附图中：
图1是示出了与本公开的实施例一致的示例性电子束检查(EBI)系统的示意图。
图2是示出了可以是图1的示例性电子束检查系统的部分的与本公开的实施例一致的示例性电子束工具的示意图。
图3是示出了与本公开的实施例一致的示例性检测器的俯视图的图。
图4是示出了与本公开的实施例一致的具有多个感测元件的示例性检测器的俯视图的图。
图5是示出了与本公开的实施例一致的可以使用检测器的检测系统的图。
图6A和6B是示出了与本公开的实施例一致的各个感测元件的截面图的图。
图7A、7B和7C是与本公开的实施例一致的包括感测元件和增益元件的衬底的结构的视图。
图8A和8B是与本公开的实施例一致的包括感测元件和增益元件阵列的衬底的结构的视图。
图9A和9B是与本公开的实施例一致的包括感测元件和增益元件或增益元件阵列的衬底的结构的视图。
图10A和10B示出了与本公开的实施例一致的可以具有多个检测单元或感测元件的衬底。
图11A-11I示出了与本公开的实施例一致的形成衬底的方法的步骤。
图12示出了与本公开的实施例一致的与衬底形成电连接的示意图。
图13示出了与本公开的实施例一致的与衬底形成电连接的另一示意图。
具体实施方式
现在将详细参考示例性实施例，其示例在附图中示出。以下描述均参考附图，除非另有说明，否则不同附图中的相同数字表示相同或相似的元素。在示例性实施例的以下描述中阐述的实现不表示与本发明一致的所有实现。相反，它们仅仅是与可以在所附权利要求中叙述的主题相关的方面一致的装置、系统和方法的示例。
本申请的各方面涉及用于带电粒子束检测的系统和方法。检测器可以被配置为检测带电粒子，诸如电子，并且可以用于检查工具，诸如扫描电子显微镜(SEM)。检查工具可以用于集成电路(IC)组件的制造过程。为了实现现代电子设备的增强计算能力，设备的物理尺寸可以缩小，而诸如晶体管、电容器、二极管等的电路组件的封装密度在IC芯片上显著增加。例如，在智能电话中，IC芯片(可以是拇指大小)可以包括超过20亿个晶体管，每个晶体管的大小不到人体头发的宽度的1/1000。毫不奇怪，半导体IC制造是一个复杂的过程，有数百个单独步骤。即使在一个步骤中出现误差，也有可能显著影响最终产品的功能。甚至一个“致命缺陷”可以引起器件故障。制造过程的目标是提高过程的整体良率。例如，50步工艺要获取75％的良率，每个单独步骤的良率必须大于99.4％，如果单独步骤的良率为95％，则整体工艺良率下降到7％。
在保持高生产量(例如，定义为每小时处理的晶片的数目)的同时确保以高精度和高分辨率检测缺陷的能力变得越来越重要。高工艺良率和高晶片生产量可能会受到缺陷存在的影响，尤其是在涉及操作员干预时。因此，通过检查工具(诸如SEM)检测和标识微米和纳米尺寸的缺陷对于保持高良率和低成本是非常重要的。
在一些检查工具中，可以通过在样品表面上扫描高能电子束来检测样品。由于样品表面处的相互作用，可以从样品生成二次电子，二次电子然后被检测器检测。在一些应用中，检测器可以是PIN二极管的形式，其中传入的二次电子束的强度可以被转换成电信号。然而，在某些情况下，落在检测器上的电子的能量可能相对较低，因此来自感测元件的信号可能相应地较弱并且可能难以被探测到。
相关检测系统可能具有局限性，例如并且如上所述，低灵敏度和差信噪比(SNR)。本公开的各方面可以通过提供具有内置增益元件的检测器来解决一些这样的限制。内置增益元件可以减少或消除针对提供附加外部放大级和相关联的连接的需要。这可以通过减少或缩短检测器与外部结构之间的耦合来防止信号损失和噪声引入。
在检测器上的传入带电粒子束强度较低的情况下，诸如当落在检测器上的电子数较少或各个入射电子的能量水平较低时，可能难以从检测器的感测元件生成电流。检测器的输出信号可能非常微弱，以至于可能需要附加放大来测量任何信号。因此，一些检测器可以使用放大方法或增益元件，诸如雪崩倍增。一些增益元件可以被提供在分开的级中，并且可以被提供作为分开的、分立的结构。例如，雪崩二极管可以连接在感测元件的下游。然而，提供大量组件(大量组件中的每个组件可以具有中间连接)并不理想，因为每个连接都可能引入噪声。此外，当电流通过电线时，电线本身可能会导致电磁干扰，就像天线一样。这可能会干扰附近的电子元件。
在本公开的各方面，检测器可以被提供有集成在一起的感测元件和增益元件。感测元件可以提供响应于在检测器上接收到带电粒子而生成信号的功能，并且增益元件可以提供向信号添加增益的功能。增益元件可以被内置到构成感测元件的结构(诸如半导体衬底)中。
内置增益元件可以包括双极结型晶体管(BJT)。通过在半导体衬底中注入掺杂物质以形成具有不同半导体传导性的区域，可以将增益元件并入检测器中。增益元件可以与检测器形成集成结构。因此，增益元件可以与检测器一起被提供作为单个(例如，单片)单元，并且可以减少提供外部结构(诸如很多单独的放大器和用于连接它们的布线)的需要。
由于多种原因，BJT可以用作增益元件。例如，可以精确地控制增益量。因此，增益元件可以具有可调节增益，这可以用于增强检测器的动态范围。在某些应用中，传入的电子信号的范围可以从非常高到非常低，检测器应当能够应用适当的增益量并且相应地检测它们。此外，被施加到BJT以产生大量增益的电压量与被施加到雪崩二极管的电压(可以被提供以便提供类似增益)相比可以相对较低。
在不限制本公开的范围的情况下，可以在利用电子束的系统中提供检测器和检测方法的上下文中描述一些实施例。然而，本公开不限于此。可以类似地应用其他类型的带电粒子束。此外，用于检测的系统和方法可以用于其他成像或辐射检测系统，诸如光学成像、光检测、X射线检测、离子检测等。
如本文中使用的，除非另外具体说明，否则术语“或”涵盖所有可能组合，除非不可行。例如，如果声明一个组件包括A或B，则除非另有明确说明或不可行，否则该组件可以包括A、或B、或A和B。作为第二示例，如果声明一个组件包括A、B或C，则除非另有明确说明或不可行，否则该组件可以包括A、或B、或C、或A和B、或A和C、或B和C、或A和B和C。
现在参考图1，图1示出了与本公开的实施例一致的可以包括检测器的示例性电子束检查(EBI)系统10。EBI系统10可以用于成像。如图1所示，EBI系统10包括主室11、加载/锁定室20、电子束工具100和设备前端模块(EFEM)30。电子束工具100位于主室11内。EFEM 30包括第一加载端口30a和第二加载端口30b。EFEM 30可以包括(多个)附加加载端口。第一加载端口30a和第二加载端口30b接收晶片前开式传送盒(FOUP)，FOUP容纳晶片(例如，半导体晶片或由(多个)其他材料制成的晶片)或待检查样品(晶片和样品在本文中可以统称为“晶片”)。
EFEM 30中的一个或多个机械臂(未示出)可以将晶片传送到加载/锁定室20。加载/锁定室20连接到加载/锁定真空泵系统(未示出)，该系统从加载/锁定室20中取出气体分子以达到低于大气压的第一压力。在达到第一压力之后，一个或多个机械臂(未示出)可以将晶片从加载/锁定室20传送到主室11。主室11连接到主室真空泵系统(未示出)，主室真空泵系统去除主室11中的气体分子以达到低于第一压力的第二压力。在达到第二压力之后，晶片受到电子束工具100的检查。电子束工具100可以是单束系统或多束系统。控制器109电连接到电子束工具100，并且也可以电连接到其他组件。控制器109可以是被配置为执行EBI系统10的各种控制的计算机。虽然控制器109在图1中被示出为在包括主室11、加载/锁定室20和EFEM 30的结构之外，但是应当理解，控制器109可以是该结构的部分。
图2示出了带电粒子束设备，该带电粒子束设备可以是使用多个初级电子束波来同时扫描样品上的多个位置的多束工具。
如图2所示，电子束工具100A(本文中也称为设备100A)可以包括电子源202、枪孔204、聚光透镜206、从电子源202发射的初级电子束210、源转换单元212、初级电子束210的多个束波214、216和218、初级投影光学系统220、晶片台(图2中未示出)、多个二次电子束236、238、240、二次光学系统242和检测器244。电子源202可以生成一次粒子，诸如初级电子束210的电子。控制器、图像处理系统等可以耦合到检测器244。初级投影光学系统220可以包括束分离器222、偏转扫描单元226和物镜228。检测器244可以包括检测子区域246、248和250。
电子源202、枪孔204、聚光透镜206、源转换单元212、束分离器222、偏转扫描单元226和物镜228可以与设备100A的主光轴260对准。二次光学系统242和检测器244可以与设备100A的辅光轴252对准。
电子源202可以包括阴极、提取器或阳极，其中初级电子可以从阴极发射并且被提取或加速以形成具有交叉208的初级电子束210。初级电子束210可以被可视化为从交叉208发射。枪孔204可以阻挡初级电子束210的外围电子以减小探测点270、272和274的尺寸。
源转换单元212可以包括图像形成元件的阵列(图2中未示出)和束限制孔径的阵列(图2中未示出)。源转换单元212的示例可以在美国专利No9,691,586；美国公开号2017/0025243；以及国际申请号PCT/EP2017/084429中找到，其全部通过引用整体并入本文。图像形成元件阵列可以包括微偏转器或微透镜阵列。图像形成元件的阵列可以与初级电子束210的多个束波214、216和218形成交叉208的多个并行图像(虚拟或真实)。束限制孔径的阵列可以限制多个束波214、216和218。
聚光透镜206可以聚焦初级电子束210。源转换单元212下游的束波214、216和218的电流可以通过调节聚光透镜206的聚焦能力或通过改变束限制孔径的阵列内的对应的束限制孔径的径向尺寸而变化。聚光透镜206可以是可移动的聚光透镜，该可移动的聚光透镜可以被配置为使得其第一主平面的位置是可移动的。可移动的聚光透镜可以被配置为是磁性的，这可以导致离轴束波216和218以旋转角度落在束波限制孔径上。旋转角度随着聚焦能力和可移动的聚光透镜的第一主平面的位置而变化。在一些实施例中，可移动的聚光透镜可以是可移动的抗旋转聚光透镜，其涉及具有可移动的第一主平面的抗旋转透镜。可移动的聚光透镜在美国公开号2017/0025241(通过引用整体并入本文)中有进一步描述。
物镜228可以将束波214、216和218聚焦到晶片230上以用于检查并且可以在晶片230的表面上形成多个探测点270、272和274。二次粒子(诸如从晶片表面发射的二次电子)可以由检测器244收集，以在晶片230上形成感兴趣区域的图像。
束分离器222可以是生成静电偶极场和磁偶极场的Wien滤波器类型的束分离器。在一些实施例中，如果它们被施加，由静电偶极场施加在束波214、216和218的电子上的力可以与磁偶极场施加在电子上的力大小相等且方向相反。因此，束波214、216和218可以以零偏转角直接穿过束分离器222。然而，由束分离器222生成的束波214、216和218的总波散也可以是非零的。束分离器222可以将二次电子束236、238和240与束波214、216和218分离并且以角度α将二次电子束236、238和240导向二次光学系统242。
偏转扫描单元226可以偏转束波214、216和218以在晶片230的表面区域上扫描探测点270、272和274。响应于束波214、216和218在探测点270、272和274处的入射，二次电子束236、238和240可以从晶片230发射。二次电子束236、238和240可以包括具有能量分布的电子，包括二次电子和反向散射电子。二次光学系统242可以将二次电子束236、238和240聚焦到检测器244的检测子区域246、248和250上。检测子区域246、248和250可以被配置为检测对应的二次电子束236、238和240并且生成用于重构晶片230的表面积的图像的对应信号。
尽管图2将电子束工具100的示例示出为使用多个束波的多束工具，但是本公开的实施例不限于此。例如，电子束工具100也可以是单束检查工具，该单束检查工具一次仅使用一个初级电子束来扫描晶片上的一个位置。此外，在一些实施例中，检测器可以相对于电子束工具的主光轴被同轴或离轴布置。
还可以提供一种包括图像获取器、存储和控制器的图像处理系统。图像获取器可以包括一个或多个处理器。例如，图像获取器可以包括计算机、服务器、大型主机、终端、个人计算机、任何种类的移动计算设备等、或者它们的组合。图像获取器可以通过诸如电导体、光纤电缆、便携式存储介质、IR、Bluetooth、互联网、无线网络、无线电或它们的组合的介质与电子束工具100的检测器244连接。图像获取器可以从检测器244接收信号并且可以构造图像。图像获取器因此可以获取晶片230的图像。图像获取器还可以执行各种后处理功能，诸如生成轮廓、在所获取的图像上叠加指示符等。图像获取器可以被配置为对所获取的图像执行亮度和对比度等的调节。存储可以是存储介质，诸如硬盘、随机存取存储器(RAM)、云存储、其他类型的计算机可读存储器等。存储可以与图像获取器耦合，并且可以用于将所扫描的原始图像数据保存为初始图像并且保存后处理图像。图像获取器和存储可以连接到控制器109。在一些实施例中，图像获取器、存储和控制器109可以集成在一起作为一个电子控制单元。因此，如图1所示，控制器109可以表示图像处理系统、图像获取器和存储。
在一些实施例中，控制器109可以基于从检测器244接收的成像信号来获取样品的一个或多个图像。成像信号可以对应于用于进行带电粒子成像的扫描操作。所获取的图像可以是包括多个成像区域的单个图像，多个成像区域可以包含晶片230的各种特征。单个图像可以被存储在存储中。成像可以基于成像帧来执行。
图3是示出了根据本公开的一些实施例的检测器244的传感器表面300的图。传感器表面300可以面对二次电子的入射束。传感器表面300可以包括多个检测单元301。传感器表面300可以包括一个或多个感测元件。在一些实施例中，每个检测单元301可以对应于单个感测元件。在一些实施例中，多个检测单元可以由具有多个感测元件的一个衬底构成。在另外的实施例中，一个检测单元可以包括多个感测元件。
参考图3所示的示例，检测器244可以被分成九个检测单元。检测单元可以对应于检测子区域，包括例如上面关于图2所讨论的检测器240的子区域246、248和250。检测单元可以被布置成网格，如图3中的虚线所概念性图示的。
与一些实施例一致，传感器表面300不需要被物理地划分为检测子区域。也就是说，图3中的虚线可以不表示传感器表面300上的任何实际结构。当然，如下文更详细描述的，可以通过在检测器244的底部提供间隔开的半导体区域来形成检测单元。检测器244的感测元件可以由连续半导体衬底形成。检测器244可以具有能够形成内部电场的结构，该结构可以被配置为将入射在每个检测子区域上的电子引导到对应的检测单元。因为检测器可能不需要传感器表面300上的任何特定结构来分离入射电子，所以整个传感器表面300可以用于接收电子。可以基本上消除传感器表面300上的死区。
然而，在一些实施例中，传感器表面300可以被物理地分割成分立感测元件的阵列。在相邻感测元件之间可以提供有隔离区域。
一个或多个二次电子束可以在检测器244的传感器表面300上形成多个束斑282。例如，可以形成九个束斑，如图3所示。每个检测单元可以能够接收对应的束斑，生成表示所接收的束斑的强度的信号(例如，电压、电流等)，并且将该信号提供给数据处理系统以生成晶片230的区域的图像。
类似于以上关于初级束波214、216和218的描述，本公开不限制二次电子的束的数目。因此，本公开也不限制检测器244中检测单元301的数目、以及由检测器244可检测的束斑282的数目。例如，与公开的实施例一致，检测器244可以包括2×2、4×5或20×20个检测单元的阵列，检测单元可以沿着传感器表面300被布置成矩阵。
此外，虽然图3示出了在平行于传感器表面300的平面中被布置为3×3矩形网格的检测单元301，但是应当理解，检测单元301可以以任意方式被布置，或者检测单元301的形状可以是任意的。例如，在一些实施例中，检测单元301可以具有三角形或六边形形状。
现在参考图4，图4示出了根据本公开的一些实施例的传感器表面400。传感器表面400可以表示单个检测单元。传感器表面400可以包括多个感测元件401。传感器表面400可以面对入射二次电子束，使得束斑282形成在其上。感测元件401可以被调整尺寸到小于束斑282。因此，束斑282可以覆盖一个检测单元中的多个感测元件401。与一个束斑相关联的多个感测元件401可以被组合在一起并且它们的输出信号被组合。
在一些实施例中，诸如感测元件401的感测元件可以包括二极管。例如，每个感测元件可以包括诸如PIN二极管的二极管。感测元件也可以是类似于可以将入射能量转换为可测量信号的二极管的元件。在一些实施例中，每个感测元件可以生成与在感测元件的有效区域中接收到的电子相称的电流信号。虽然本文中讨论了PIN二极管，但是应当理解，在一些实施例中可以颠倒传导性类型。因此，除了PIN二极管，还可以使用NIP二极管结构。
感测元件可以包括衬底，该衬底可以包括一个或多个层。例如，感测元件的衬底可以被配置为具有在厚度方向上堆叠的多个层，厚度方向基本上平行于电子束的入射方向。例如，当感测元件被形成为PIN二极管时，PIN二极管可以被制造为具有多个层的衬底，该多个层包括p型区域、本征区域和n型区域。一个或多个这样的层在横截面视图中可以是连续的。除了传感器层，还可以提供另外的层，诸如电路层和读出层。
预处理电路可以连接到感测元件的输出并且可以放大在感测元件中生成的电流信号。该信号然后可以被转换成电压信号，该电压信号可以表示所接收的电子的强度。例如，预处理电路可以包括前置放大器电路，诸如电荷转移放大器(CTA)、跨阻放大器(TIA)或与CTA或TIA耦合的阻抗转换电路。处理系统可以通过例如将由位于传感器区域内的电子感测元件生成的电流相加来生成电子束斑的强度信号，将强度信号与入射在晶片上的初级电子束的扫描路径数据关联，并且基于相关性来构造晶片的图像。
现在参考图5，图5示出了可以使用与本公开的实施例一致的检测器的检测系统500。检测器可以被提供，具有可以在检测器244上使用的传感器表面400。检测器可以包括I×J个感测元件的阵列并且可以具有M个输出以与诸如多路复用器的其他组件连接。可以提供将I×J个感测元件分成M组的开关矩阵。组的数目可以与传入电子束的数目相同。检测器可以被构造为包括传感器层和电路层的衬底。
检测器可以连接到信号调节电路阵列510。信号调节电路阵列510可以具有N个输入和输出，以便等于或大于感测元件阵列上的传入电子束的数目。信号调节电路阵列510可以包括放大器等组件。
信号调节电路阵列510可以连接到并行模拟信号处理路径阵列520，用于提供增益和偏移控制。并行模拟信号处理路径阵列520可以具有N个输入和输出，以便匹配来自信号调节电路阵列510的输出的数目。
并行模拟信号处理路径阵列520可以连接到并行ADC阵列530，并行ADC阵列530可以具有N个输入和输出，以便匹配来自并行模拟信号处理路径阵列520的输出的数目。
并行ADC阵列530可以连接到数字控制单元540。数字控制单元540可以包括控制器，该控制器可以与其他组件(包括并行模拟信号处理路径阵列520)通信，并且该控制器可以与感测元件阵列通信。数字控制单元540可以经由发射器TX和接收器RX从偏转和图像控制(DIC)单元发送和接收通信。
检测系统500可以用于基于模拟信号来处理来自感测元件的输出。然而，在一些实施例中，可以使用其他形式的检测系统。例如，可以提供用于基于电子计数来处理来自感测元件的输出的检测系统。
在基于电子计数的检测系统中，来自感测元件的原始检测信号可以被馈送到用于信号处理的电路中。例如，可以提供前端电子器件，该前端电子器件可以包括电流缓冲器和跨阻放大器。在放大之后，来自前端电子器件的各个电路中的每个电路的信号输出可以被馈送到事件检测器中。例如，事件检测器可以包括鉴别器块，该鉴别器块具有被配置为将传入信号与参考电平进行比较并且当传入信号电平高于参考电平时输出诸如标志的信号的电路系统。
基于电子计数的检测系统与图5的检测系统的不同之处可以在于，事件检测器可以被提供，而不是ADC块，诸如并行ADC阵列530等。这种事件检测器可以在对电子进行计数中是有用的。可以提供另外的组件，诸如每个感测元件中的计数缓冲器、计数求和单元、以及可以被配置为执行成像控制的外部控制器。
图6A和6B示出了单个感测元件(可以是如上文关于图4所讨论的感测元件401中的一个感测元件的示例)的示意图。例如，在图6A中，示出了感测元件611A。感测元件611A可以包括具有p型层621、本征层622和n型层623的半导体结构。感测元件611A可以包括两个端子，诸如阳极和阴极。感测元件611A在操作中可以被反向偏置，并且耗尽区域630可以形成并且可以跨越p型层621的长度的部分、本征层622的基本整个长度、和n型层623的长度的部分。在耗尽区域630中，可以去除电荷载流子，并且可以根据新电荷载流子的电荷来清除在耗尽区域630中生成的新电荷载流子。例如，当传入的带电粒子到达传感器表面601时，可以产生电子空穴对，并且空穴651可以朝向p型层621被吸引，而电子652可以朝向n型层623被吸引。在一些实施例中，可以在传感器表面601上提供保护层。保护层可以是入射电子可渗透的。
如图6B所示，感测元件611B可以以与感测元件611A类似的方式操作，不同之处在于，取向被改变。例如，p型层621可以包括传感器表面601。P型层621可以暴露于入射的带电粒子。因此，入射的带电粒子可以与p型层621和耗尽区域630相互作用，并且可以生成电子空穴对。在一些实施例中，可以在p型层621之上提供金属层。
在操作中，感测元件的耗尽区可以用作俘获区。传入的带电粒子可以与耗尽区中的半导体材料相互作用，并且通过敲除效应生成新电荷。例如，感测元件可以被配置使得具有一定量的能量或更大能量的带电粒子可以使半导体材料的晶格的电子离开原位，从而产生电子空穴对。由于例如耗尽区中的电场，所得到的电子和空穴可以被引起在相反方向上行进。朝向感测元件的端子行进的载流子的生成可以对应于感测元件中的电流流动。
在一些情况下，入射在检测器的感测元件上的电子可以具有相对较大的能量。例如，由与样品和初级电子束相互作用而生成的传入电子可以到达具有大约10,000eV的动能的检测器。检测器的半导体二极管可以被配置为使得需要大约3.6eV的能量来将束缚电子撞击为自由并且因此生成电子空穴对。相比之下，作为参考，一个光子可以具有大约1eV的能量。
入射电子可以通过敲除晶格中的电子直到其能量降低到不足以敲除额外电子的水平而与二极管的半导体材料相互作用。因此，10,000eV的电子可以生成大约2,700个电子空穴对。这些电子空穴对的载流子可以在二极管的端子处被收集并且可以有助于作为电流信号进行输出。以这种方式，与光子相比，电子可以在二极管中生成明显更强的电信号，因此二极管可以用于检测二次电子。
然而，二次电子可以从具有宽能量分布的样品生成，取决于例如样品中材料的特性。因此，一些电子可以比其他电子具有显著更少的能量并且可以不会产生大的电子空穴对级联。在传入电子的能量相对较低的情况下，二极管的内部增益可以相应地较低。因此，可以希望通过提供单独的放大器来增加增益。
在一些实施例中，可以提供放大器，放大器可以包括被配置为以雪崩模式操作的二极管。雪崩二极管可以生成内部电场，该内部电场足够强以从输入生成附加电荷。二极管中的电场可以使电荷载流子朝向相应端子加速。例如，可以通过向二极管的端子施加电压来偏置二极管，从而在二极管中形成强电场。由于这样的场，载流子可以被加速到足够高的速度以敲除二极管的半导体晶格中的附加载流子(例如，电子)。因此，被施加到二极管的电压越高，响应于输入，可以产生越多的电子空穴对。然而，增加电压可能具有某些不利的后果。例如，可能存在增加的电弧风险，并且可能损坏附接的检测器和随附的电路系统。因此，虽然增加电压可以增加二极管的增益，但这样做也可能导致噪声并且可能具有生其他不利影响。
此外，雪崩二极管中的电子空穴对生成可以是可能涉及一些随机性的随机过程。例如，由于与其他粒子的碰撞，电子可能会在与电子空穴对生成不直接相关的过程中耗散其能量。因此，并非所有输入的能量都可以通过敲除过程被一致地转化为电子空穴对生成。相反，可能会引入一些噪声。
与涉及闪烁体的装置相比，半导体电子检测装置通常可以具有较低噪声但具有较低增益。此外，半导体电子检测装置的增益可能依赖于传入电子的能量，并且因此在低电子能量情况下可能具有低增益。针对诸如这些的原因，低能量电子检测应用的SNR改进可能受到阻碍。
在本公开的一些实施例中，增益元件可以与感测元件一起被并入检测器中。检测器可以包括具有多个半导体材料层的衬底。增益元件和感测元件可以被集成在衬底中。这可以有助于在增益元件与感测元件之间实现更短连接。提供增益的元件可以被直接嵌入检测器中，使得在信号被馈送到外部组件之前，可以使检测信号更强，并且可以提高SNR。因此，来自外部源(诸如放大器)的噪声贡献可能变得不那么重要。此外，在具有感测元件的衬底上增加增益调节的功能可以帮助增加检测器的动态范围，并且因此可以提高SEM的成像子系统的动态范围。增益元件可以被配置为通过例如控制被施加到增益元件的偏置电流来提供可调节增益。检测器可以与宽范围的电子束强度兼容。
增益元件可以是被提供在衬底中的构成检测器的感测元件的内置增益块。感测元件可以包括PIN二极管。通过提供与感测元件集成的增益元件，感测元件的输出信号可以在信号通过互连被路由到外部组件之前被增强。此外，可以降低通过单独放大器提供放大的需要。因此，可以在引入另外的噪声源之前加强可以形成进一步放大的基础的检测信号，从而提高检测系统的总SNR。
图7A和7B示出了与本公开的实施例一致的包括感测元件711和增益元件721的衬底700的结构。图7A示出了在平行于带电粒子束的入射方向的平面中的衬底700的横截面。在图示的坐标轴中，Z方向可以平行于入射方向并且可以对应于衬底700的厚度方向，并且X方向可以对应于正交于Z方向的方向。感测元件711和增益元件721可以在平行于入射方向的方向上对准。例如，感测元件711和增益元件721可以被布置为在衬底700的厚度方向上堆叠在彼此之上。
图7B是衬底700的底视图。为了清楚起见，可以省略一些元件，诸如布线770。在图示的坐标轴中，X方向和Y方向可以形成可以垂直于入射方向的二维平面。
衬底700可以包括具有多个半导体或不同传导性的其他区域的分层结构。传导性可以是指半导体传导性类型，诸如p型或n型，或者是指传导水平，诸如注入物质的掺杂程度。衬底700的各层可以在衬底700的厚度方向上形成在彼此之上。也可以提供金属化部分。如图7A所示，金属层710可以被提供为衬底700的顶面。金属层710可以被配置为电子入射表面。金属层710可以形成诸如检测器244的检测器的传感器表面。金属层710可以包括铝。
半导体区域720可以与金属层710邻近地被提供。半导体区域720可以包括具有第一传导性的区域。第一传导性可以是n型半导体。半导体区域720可以通过在衬底700中注入掺杂物质来形成。因此，半导体区域720可以是n掺杂的。掺杂浓度可以相对较重。在一些实施例中，半导体区域720可以包括n++半导体。
半导体区域730可以与半导体区域720邻近地被提供。半导体区域730可以包括具有第二传导性的区域，第二传导性不同于第一传导性。第二传导性可以是p型半导体。半导体区域730可以是本征区域。半导体区域730可以具有被设置为使得由于轻掺杂而具有高电阻的掺杂浓度。例如，衬底700可以由p型空白晶片形成，在这种情况下，本征区域可以包括p半导体。
半导体区域740可以与半导体区域730邻近地被提供。半导体区域740可以包括第二传导性的区域。半导体区域740可以包括p+半导体。
感测元件711可以包括半导体区域720、730和740。半导体区域720和740可以形成PIN二极管的端子。在操作中，感测元件711可以提供响应于检测器处的带电粒子到达事件而生成电信号的功能。诸如电子的传入的带电粒子可以穿过金属层710，并且可以进入半导体区域720。可以形成跨越半导体区域720和半导体区域730的几乎整个厚度的耗尽区域。传入的电子可以与半导体区域720和730的材料相互作用，并且可以生成电子空穴对。所生成的电子空穴对的电子和空穴可以被感测元件711中的内部电场引导，使得电子向半导体区域720行进并且空穴向半导体区域740行进。同时，半导体区域740可以用作增益块的基极并且可以帮助提供增益功能，如下文将讨论的。
增益元件721可以包括半导体区域740以及半导体区域750和半导体区域760。增益元件721可以包括双极结晶体管(BJT)。用作BJT的增益元件721可以具有基极、集电极和发射极端子。半导体区域740可以形成可以与感测元件711共享的增益元件721的基极，其中半导体区域740可以用作PIN二极管的端子。增益元件721和感测元件711可以通过集成结构直接连接，从而避免了可能由于干扰而导致信噪比劣化的外部连接的需要。
BJT可以控制流过发射极、基极和集电极端子的电流量。在一些实施例中，流入基极端子的相对较小的电流可以控制在集电极端子与发射极端子之间流动的大得多的电流。BJT可以用作开关，其中在两个端子之间流动的大电流(或其他信号)通过被施加到不同端子的更小电流进行调节。BJT还可以用作对流入基极端子的输入信号增加增益的放大器。
增益元件721的半导体区域750可以与半导体区域740邻近地被提供。半导体区域750和740可以在衬底700的X方向或Y方向上彼此相邻。同样地，半导体区域760可以与半导体区域740邻近地被提供。半导体区域760可以被夹在半导体区域740的各部分之间。半导体区域740可以被夹在半导体区域750的各部分之间。并且半导体区域750可以被夹在半导体区域730的各部分之间。
半导体区域750可以包括第一传导性的区域。半导体区域750可以包括n+半导体。在一些实施例中，半导体区域750可以用作增益元件721的BJT的集电极端子。
半导体区域760可以包括第二传导性的区域。半导体区域760的掺杂浓度可以高于第二传导性的其他区域的掺杂浓度。半导体区域760可以包括n+++半导体。在一些实施例中，半导体区域760可以用作增益元件721的BJT的发射极端子。
半导体区域740、750和760各自可以具有内部区域，该内部区域可以与金属层中的焊盘形成欧姆接触。例如，半导体区域745可以被嵌入半导体区域740中，并且半导体区域755可以被嵌入半导体区域750中。半导体区域745和755各自可以具有比其被嵌入的相应材料更高的掺杂浓度。例如，半导体区域745可以包括p++半导体，并且半导体区域755可以包括n++半导体。金属线或焊盘可以与半导体区域745或半导体区域755直接接触。形成欧姆接触可以用于形成与具有低阻抗的增益元件721的连接。
布线770可以被提供在衬底700的底表面上。布线770可以包括铝并且可以构成在衬底700上图案化的布线层。
感测元件711可以包括其中沿着Z方向提供有半导体区域720、730和740的部分。半导体区域730可以被插入在半导体区域720和740之间。例如，沿着线71A，半导体区域以720、730和740的顺序被提供。
增益元件721可以包括其中沿着X方向或Y方向提供有半导体区域750、740和760的部分。半导体区域740可以被插入在半导体区域750和760之间。例如，沿着线71B，半导体区域以750、740和760的顺序被提供。半导体区域730可以围绕半导体区域750、740和760。
现在参考图7C，图7C根据层结构示出了与本公开的实施例一致的衬底700。衬底700可以包括在其厚度方向上堆叠的多个层。在一些实施例中，可以提供第一层410。第一层410可以包括具有第一传导性的区域411。第一传导性可以是n型半导体。区域411可以包括n++半导体。
邻近于第一层410，可以提供第二层420。第二层420可以包括具有第二传导性的区域421。第二传导性可以是p型半导体。区域421可以包括本征区域并且可以包括p半导体。
邻近于第二层420，可以提供第三层430。第三层430可以包括被插入在具有第二传导性的区域431之间的具有第三传导性的区域432。第三传导性可以是n型半导体。区域432可以包括p+半导体。区域431可以与区域421连续。
邻近于第三层430，可以提供第四层440。第四层440可以包括被插入在具有第三传导性的区域443之间的具有第四传导性的区域444、以及被插入在具有第二传导性的区域441之间的具有第五传导性的区域442。区域443可以被插入在区域442之间。第四传导性可以是重掺杂的n型半导体。区域444可以包括n+++半导体。区域443可以包括p+半导体。第五传导性可以是n型半导体。区域442可以包括n+半导体。区域441可以包括p半导体。区域443可以与区域432连续，并且区域441可以与区域431连续。
衬底700的感测元件可以包括区域411、区域421和区域432。衬底700的增益元件可以包括区域442、区域444和区域443。感测元件还可以包括区域443、区域431和区域441。增益元件还可以包括区域432。感测元件和增益元件可以包括公共端子。例如，区域432和区域443可以构成BJT的基极。此外，区域432和区域443可以构成PIN二极管的端子。感测元件的结构的至少部分可以与增益元件的结构的部分共享。
此外，衬底700可以提供有金属层450和金属层470。金属层450和470可以包括铝。金属层450和470可以形成用于将衬底700与其他组件连接的接触。
在一些实施例中，还可以提供有嵌入区域443中的第六传导性的区域445、以及嵌入区域442中的第七传导性的区域446。第六传导性可以是p型半导体，并且区域445可以包括p++半导体。第七传导性可以是n型半导体，并且区域446可以包括n++半导体。
在一些实施例中，衬底700可以将感测元件和增益元件的功能合并在一起。增益元件可以包括BJT。因此，可以在包括感测元件的衬底中提供内置增益块。带电粒子(诸如电子)的检测可以通过例如响应于入射电子到达传感器表面并且与检测器的感测元件相互作用而发生的电子空穴对生成来实现。增益可以由内置增益块提供，例如以BJT的形式。电流增益可以通过改变被施加到BJT的偏置来调节。可以增强感测元件的动态范围。此外，由内置增益块提供的附加增益可以通过在检测信号被路由到感测元件外部之前增强检测信号来帮助提高检测器的SNR。例如，由于在感测元件之后提供放大器级是不重要的，这可以引起噪声的贡献。来自感测元件的有源电子检测区域的信号可以被直接馈送到对应增益元件的输入端子。因此，在一些实施例中，可以减少由于信号路径引起的噪声和由于电磁干扰引起的噪声。整体系统级SNR可以得到改善。此外，感测元件中的电子检测区域与检测装置中的电流增益块的分离可以有助于增强相应功能的性能优化。
在与图7A一致的实施例中，传入的电子可以进入感测元件711。感测元件711可以在反向偏置模式下作为二极管进行操作。在可以包括半导体区域720和半导体区域730的部分的耗尽区中，电子信号可以根据传入电子的能量而倍增。在倍增之后，包括由传入电子生成的空穴和由倍增效应生成的空穴在内的空穴可以被引导到半导体区域740，半导体区域740可以作为增益元件721的BJT的基极。在增益元件721中，流过空穴的电流信号可以被放大，从而进一步增加信号幅度。
在一些实施例中，可以减少经由放大器(诸如信号调节电路阵列510(参见图5)中包括的放大器)提供放大的需要。因此，由单独的放大器提供的放大的比例可以被设置更小，并且对应噪声也可以很小。在一些实施例中，与没有提供内置增益元件的检测系统相比，可以提供更小的放大器。
在一些实施例中，增益元件可以是多个增益元件中的一个增益元件。多个增益元件可以被一起集成在包含感测元件的衬底中。感测元件之后的增益块可以是单个BJT或BJT阵列。多个BJT可以与一个感测元件相关联，在这种情况下，可以增强系统冗余和可靠性。在一些实施例中，可以在具有多个检测单元(其可以包括多个感测元件)的检测器中提供BJT阵列，使得每个BJT可以与每个检测单元相关联。这可以提高封装密度并且实现进一步小型化。
现在参考图8A和8B，图8A和8B示出了与本公开的实施例一致的包括感测元件811以及多个增益元件821、822、823和824的衬底800的结构。图8A示出了在平行于带电粒子束的入射方向的平面中的衬底800的横截面。在图示的坐标轴中，Z方向可以平行于入射方向并且可以对应于衬底800的厚度方向，并且X方向可以对应于正交于Z方向的方向。感测元件811可以在平行于入射方向的方向上堆叠在增益元件821、822、823和824之上。
图8B是衬底800的底视图。为了清楚起见，可以省略一些元件，诸如布线870。衬底800可以类似于上面参考图7A至图7C所讨论的衬底700，不同之处在于，例如提供有多个增益元件的阵列。
如图8A所示，衬底800可以包括具有第二传导性的第一半导体区域840-1和具有第二传导性的第二半导体区域840-2。第一半导体区域840-1和第二半导体区域840-2可以包括p+半导体。第一半导体区域840-1和第二半导体区域840-2可以用作相应的BJT的基极。
如图8A和8B所示，半导体区域840-1、840-2和850各自可以与金属层中的焊盘形成欧姆接触。例如，半导体区域845-1和845-2可以分别被嵌入半导体区域840-1和840-2中。此外，半导体区域855可以被嵌入半导体区域850中。半导体区域845-1、845-2和855各自可以具有比其被嵌入的相应材料更高的掺杂浓度。例如，半导体区域845-1和845-2可以包括p++半导体，并且半导体区域855可以包括n++半导体。如图8B所示，BJT中可以提供有仅一个半导体区域855，其中半导体区域855可以与金属层中的焊盘形成欧姆接触。
布线870可以被提供在衬底800的底面上。布线870可以包括铝并且可以构成在衬底800上图案化的布线层。
在一些实施例中，在提供相同尺寸的增益块的条件下，包括BJT阵列的增益块可以包括比对应的单个元件BJT更小的各个BJT元件。与具有相同整体尺寸的更大的单个BJT相比，采用更小的BJT阵列的形式的增益元件可以在速度、整体可靠性、器件稳健性、器件均匀性和散热方面具有优势。在一些实施例中，阵列布置中的每个BJT元件可以被控制为单独地启用或禁用。如果BJT阵列中的某些BJT元件在操作过程中存在缺陷或损坏，则它们可以被禁用，并且来自感测元件的有效区域的电子可以被引导到同一BJT阵列中的其他启用BJT元件。以这种方式，即使一个单独的BJT元件发生故障，包括BJT阵列的整个检测设备也可以保持功能。在大型电子检测装置中，装置中的每个感测元件可以具有以一个BJT作为增益块的一个检测区域、或者以一个BJT阵列作为增益块的一个检测区域。
在一些实施例中，可以改变器件的传导性类型。增益块的输出信号的极性可以与上面所讨论的不同。改变传导性类型可以使电荷载流子通过检测器设备采取不同路线。这可以对检测器设备中的带宽产生影响，因为电荷载流子可以具有不同的迁移率，例如，电子比空穴具有更高的迁移率。
现在参考图9A和9B，图9A和9B示出了与本公开的实施例一致的具有感测元件和一个或多个增益元件的衬底900。衬底900可以类似于上面关于图7A-7C讨论的衬底700，不同之处在于，例如，衬底900包括传导性与衬底700的传导性相反的半导体区域。
衬底900可以包括具有多个半导体或不同传导性的其他区域的分层结构。如图9A所示，金属层910可以被提供为衬底900的顶表面。金属层910可以被配置作为电子入射表面。金属层910可以形成诸如检测器244的检测器的传感器表面。金属层910可以包括铝。
半导体区域920可以与金属层910邻近地被提供。半导体区域920可以包括具有第一传导性的区域。第一传导性可以是p型半导体。半导体区域920可以通过在衬底900中注入掺杂物质来形成。因此，半导体区域920可以是p掺杂的。掺杂浓度可以相对较重。在一些实施例中，半导体区域920可以包括p++半导体。
半导体区域930可以与半导体区域920邻近地被提供。半导体区域930可以包括具有第二传导性的区域，第二传导性不同于第一传导性。第二传导性可以是n型半导体。半导体区域930可以是本征区域。半导体区域930可以具有被设置为使得由于轻掺杂而具有高电阻的掺杂浓度。例如，衬底900可以由n型空白晶片形成，在这种情况下，本征区域可以包括n型半导体。
半导体区域940可以与半导体区域930邻近地被提供。半导体区域940可以包括第二传导性的区域。半导体区域940可以包括n+半导体。
衬底900的感测元件可以包括半导体区域920、930和940。半导体区域920和940可以形成PIN二极管的端子。在操作中，感测元件可以提供响应于检测器处的带电粒子到达事件而生成电信号的功能。诸如电子的传入的带电粒子可以穿过金属层910，并且可以进入半导体区域920。可以形成跨越半导体区域920和半导体区域930的几乎整个厚度的耗尽区。传入的电子可以与半导体区域920和930的材料相互作用，并且可以生成电子空穴对。所生成的电子空穴对的电子和空穴可以被感测元件中的内部电场引导，使得电子向半导体区域940行进并且空穴可以在相反方向上行进。同时，半导体区域940可以用作增益块的基极并且可以帮助提供增益功能，如下文将讨论的。
衬底900的增益元件可以类似于衬底700的增益元件，除了端子的极性相反。因此，输出信号的极性可以与衬底700的示例的极性相反。衬底900的增益元件可以包括半导体区域940以及半导体区域950和半导体区域960。增益元件可以包括BJT，BJT具有基极、集电极和发射极端子。半导体区域940可以形成可以与衬底900的感测元件共享的增益元件的基极，其中半导体区域940可以用作PIN二极管的端子。增益元件和感测元件可以通过集成结构直接连接。
如图9B所示，类似于图8A和8B所示的示例性实施例，可以在衬底900中提供BJT阵列。
现在参考图10A和10B，图10A和10B示出了与本公开的实施例一致的可以具有多个检测单元或感测元件的衬底1000。衬底1000可以包括与相应的检测单元相对应的多个感测元件。图10A示出了作为衬底1000的部分的检测单元1010。衬底1000可以包括多个检测单元的阵列，诸如图3所示的示例性实施例。此外，在一些实施例中，衬底1000可以包括多个感测元件的阵列，诸如图4所示的示例性实施例。在一些实施例中，检测器244可以被提供作为被配置为具有一个或多个检测单元的单个衬底，每个检测单元包括一个或多个感测元件。图10B示出了具有检测单元1010的衬底1000，检测单元1010可以包括阵列形式的多个增益元件。一个检测单元中包含的多个增益元件可以对应于单个感测元件。诸如图10A或图10B所示的感测元件的布置可以在形成检测器的整个衬底上重复。
在一些实施例中，包括半导体区域的器件结构的尺寸可以影响器件寄生效应，诸如杂散电容。例如，根据本公开的一些实施例的BJT可以以横向器件的形式来实现。因此，当器件尺寸缩小时，BJT的发射极与集电极之间的基区的厚度也会缩小。这可以导致较低的传输时间，这可以有助于提高器件速度。诸如结电容的其他寄生参数可以与器件布局有关，并且可以通过相应地修改详细的器件布局来进行调节。此外，阵列结构有助于提高器件的均匀性，并且减少器件之间的性能差异。此外，阵列结构可以有助于改善感测元件的散热。改善的散热可能很重要，尤其是在BJT中，因为BJT可以具有当流经器件的电流变高时可能形成热点的特性。热点的生成可能是BJT损坏的原因之一。因此，改善散热可以避免由于热点造成的BJT损坏。
现在将参考图11A至图11I讨论形成衬底的方法。形成衬底可以包括在基础材料中形成具有不同传导性的区域。例如，该工艺可以包括半导体处理步骤，包括半导体掺杂。将参考形成衬底700来讨论图11A至图11I。
在步骤S101中，如图11A所示，空白晶片可以被提供，可以形成衬底700的基部。该晶片可以是p半导体晶片。步骤S101可以包括形成半导体区域730。半导体区域730可以由具有本征载流子浓度的晶片形成。晶片可以由具有极轻掺杂的硅晶片形成。
在步骤S102中，如图11B所示，可以在衬底700中形成半导体区域750。如上所述，半导体区域可以包括n+半导体。步骤S102可以包括半导体掺杂。在步骤S102中，可以通过例如离子注入将诸如掺杂剂物质的粒子注入到衬底700中。步骤S102可以包括在衬底700的表面上提供掩模，使得可以在衬底表面上选择性地注入掺杂物质。例如，可以通过调节入射粒子的能量水平来控制注入深度。半导体区域750可以形成增益元件的集电极。
在步骤S103中，如图11C所示，可以在衬底700中形成半导体区域740。如上所述，半导体区域740可以包括p+半导体。步骤S103可以包括半导体掺杂。半导体区域740可以通过将掺杂剂注入到半导体区域750中达一深度来形成，该深度大于半导体区域750的深度。半导体区域740可以形成为从半导体区域740突出到衬底700的本征区域中，例如进入半导体区域730。由于形成半导体区域740，半导体区域750可以围绕半导体区域740。半导体区域740可以通过半导体区域750突出。半导体区域740可以形成增益元件的基极并且可以形成感测元件的端子。
包括半导体区域740的突出部分的衬底700可以用于在衬底700中形成感测元件。由于包括衬底700的检测器上的入射带电粒子而生成的电荷载流子可以穿过半导体区域730并且被引导到半导体区域740。可以针对衬底700的耗尽区中的载流子形成直接路径以在操作中行进到半导体区域740。
在步骤S104中，如图11D所示，可以在衬底700中形成半导体区域760。如上所述，半导体区域760可以包括n+++半导体。步骤S104可以包括半导体掺杂。半导体区域760可以通过将掺杂剂注入半导体区域740中达一深度来形成，该深度小于半导体区域740的深度。半导体区域760的深度可以与半导体区域750的深度相同。半导体区域760可以形成增益元件的发射极。
在步骤S105中，如图11E所示，可以在衬底700中形成半导体区域755。如上所述，半导体区域755可以包括n++半导体。步骤S105可以包括半导体掺杂。半导体区域755可以通过将掺杂剂注入到半导体区域750中达一深度来形成，该深度小于半导体区域750的深度。半导体区域755可以形成在半导体区域750邻近于半导体区域740的一侧。半导体区域755可以与金属层中的焊盘形成欧姆接触，用于到增益元件的集电极的外部连接。
在步骤S106中，如图11F所示，可以在衬底700中形成半导体区域745。如上所述，半导体区域745可以包括p++半导体。步骤S106可以包括半导体掺杂。半导体区域745可以通过将掺杂剂注入到半导体区域740中达一深度来形成，该深度小于半导体区域740的深度。半导体区域745可以形成在半导体区域740邻近于半导体区域760的一侧。半导体区域745可以与金属层中的焊盘形成欧姆接触，用于到增益元件的基极的外部连接。
在步骤S107中，如图11G所示，可以在衬底700的底表面上形成布线770。如上所述，布线770可以包括铝。通过步骤S102-S107所例示的处理，可以在衬底700中形成增益元件。
在步骤S108中，如图11H所示，可以在衬底700中形成半导体区域720。如上所述，半导体区域720可以包括n++半导体。步骤S108可以包括半导体掺杂。半导体区域720可以通过将掺杂剂注入到衬底700中来形成。半导体区域720可以形成感测元件的端子。
从步骤S108开始，可以在衬底700的相对侧上进行加工。因此，可以在衬底700的一侧上的加工开始之前完成在衬底700的另一侧上的加工。从加工的角度来看，这可能是有效的。然而，在一些实施例中，在金属化之前完成所有半导体掺杂步骤可以是有优势的。例如，步骤S108和S107的顺序可以颠倒。在一些实施例中，衬底可以包括深阱特征、附加接触或电路元件等。因此，一些实施例可以使用在形成布线或金属层之前形成半导体区域720的加工。
在步骤S109中，如图11I所示，可以在衬底700的顶表面上形成金属层710。如上所述，金属层710可以包括铝。步骤S109可以包括金属沉积。金属层710可以形成电子入射表面，该电子入射表面可以是检测器的传感器表面。通过步骤S108和S109所例示的处理，可以在衬底700中形成感测元件。
虽然可以关于形成衬底700讨论图11A至图11I，但是显然，可以应用类似的加工来形成其他衬底，诸如衬底800、900和1000。例如，在一些实施例中，可以使用掩模来同时形成多个半导体区域。
在一些实施例中，可以通过在同一步骤中形成多个区域来形成BJT阵列。上述步骤的进一步修改可以包括适当地形成更宽或更深的半导体区域。例如，可以修改步骤S103，从而形成多个半导体区域740，如图8A和8B所示的实施例中。半导体区域740的宽度可以做得更小，使得它们适合在半导体区域750内。替代地，在一些实施例中，可以修改步骤S102，使得半导体区域750形成得更宽。
在比较示例中，BJT可以通过随后在衬底中注入掺杂剂物质以形成连续的集电极、基极和发射极端子来形成。可以通过将掺杂剂注入到比前一端子更小的深度来形成每个端子。因此，可以形成完全围绕基极和发射极的集电极。此外，基极可以完全围绕发射极。这样做可以使得从基极流出的电子没有其他路径，只能行进到集电极或基极端子。然而，在本公开的一些实施例中，BJT可以提供有突出超过集电极的基极端子。因此，电子可以在结构的基部和其他部分之间移动。例如，在一些实施例中，例如上面关于图7A讨论的那些，感测元件711可以包括半导体区域720、730和740。增益元件721可以包括半导体区域740、750和760。可以用作增益元件721的基极端子的半导体区域740可以突出超过半导体区域750进入半导体区域730。因此，当电荷载流子流过感测元件711时，例如响应于检测器上的二次电子到达事件，载流子可以流入半导体区域740。
具有感测元件和增益元件的衬底(诸如衬底700)可以使用相对简单的加工来制造，诸如上面关于图11A至11I所讨论的加工。在比较示例中，为了在低输入信号电平处对感测元件增加高增益，可能需要执行非标准半导体加工以形成诸如雪崩二极管或其他结构的器件结构。
现在将参考图12，图12示出了与本公开的实施例一致的与衬底700形成电连接的示意图。一个或多个电路可以连接到衬底700并且可以用于向衬底700施加电信号。包括感测元件和增益元件的衬底700可以以各种配置操作。在一些实施例中，偏置电压可以被施加到衬底700的相应端子以实现各种功能。衬底700可以用作检测器以检测传入的带电粒子束1201。
如图12所示，高电压源VH可以连接到金属层710。电压源VH可以被配置为向衬底700的感测元件提供反向偏压。感测元件可以包括二极管，在施加适当的电压时，二极管可以以反向偏置模式操作。通过电压源VH的电压的施加可以有助于在衬底700在半导体区域720和730的区域中生成厚的耗尽区。如上所述，耗尽区可以用作捕获区并且可以允许响应于检测器上的带电粒子到达事件而生成附加电荷。这些电荷可以形成感测元件的检测信号。
包括增益元件的衬底700可以被配置为向来自感测元件的检测信号增加增益。增益元件可以是BJT并且可以作为放大器来操作。偏置电流可以从电流源1b供电到半导体区域740，半导体区域740可以用作BJT的基极。BJT可以被配置为在具有指定电流增益的线性放大区域中操作。BJT可以由电流源Ib偏置，使得来自衬底700的感测元件的电流被放大。
BJT可以被配置为作为公共发射极放大器电路来操作。在这样的放大器电路中，经由发射极流出BJT的电流可以与经由基极和集电极流入BJT的电流平衡。因此，流出半导体区域760(可以作为BJT的发射极)的电流可以与流入半导体区域740(用作BJT的基极(并且用作感测元件的阳极))的电流、以及流入半导体区域750(用作BJT的集电极)的电流平衡。从提供高电流和功率增益的角度来看，共发射极放大器配置可能是有利的。
电压源Vcc可以向负载RL和BJT提供电压。来自用作感测元件的衬底700的输出检测信号可以被测量为跨负载RL的电压。因此，检测器的输出信号可以从电流信号被转换为电压信号。
在操作中，与通过雪崩效应增加增益的比较示例相比，被施加到衬底700的电压可以相对较低。来自检测器的输出信号在被馈送到外部放大器之前可以被初步提高。与完全依赖外部放大器的放大不同，感测元件的输出可以通过内置增益元件直接放大。
在一些实施例中，响应于二次带电粒子到达检测器上的事件而生成的电流信号可以在检测器的衬底的内部结构中被放大。衬底可以具有与感测元件集成在一起的增益元件，其中电流信号被最初生成。增益元件可以处理电流信号并且将其放大以用作用于检测器的输出信号。在一些实施例中，输出信号可以被转换为电压。可以向增益元件施加低电平的输入电压以实现来自感测元件的输入电流信号的充分提高并且获取可测量的输出信号。
在一些实施例中，增益元件的增益可以是可调的。增益可以通过调节被施加到增益元件的电压或电流来调节。例如，如图12所示，被施加到衬底700的Vcc和Ib可以被调节为不同值。可以调节电压Vcc和电流Ib，使得适当的增益量被应用于对应的输入电流水平，从而实现动态范围调节。检测器的动态范围可以被扩展，使得可以处理更宽范围的输入信号。检测器的增益元件的特性是可预测的。例如，BJT可以具有高度的稳定性。BJT的行为可以基于被施加到BJT的端子的电压或电流来确定。例如，BJT的结偏压可以确定操作区域。
在提供有多个增益元件的实施例中，还可以提供对应的连接。例如，多个电流源Ib可以被连接到半导体区域845-1、845-2、845-3和845-5，如图8B所示。布线870可以被配置为包括到电压或电流源的适当连接。
现在参考图13，图13示出了与本公开的实施例一致的与衬底700的电连接的另一示意性形成。本公开的实施例可以包括用于检测器的增益元件的各种偏置方法。图13的实施例可以使用浮置基部。
图13的实施例可以类似于图12的实施例，代替电流源1b，半导体区域740可以由泛光灯1202生成的光电流偏置除外。衬底700可以被配置为通过光电效应生成电流，使得电子可以响应于光子的入射而生成。在一些实施例中，可以提供瞄准衬底700的泛光灯。由泛光灯1202提供的辐射可以用于偏置衬底700的增益元件，使得BJT在线性放大区域中操作。
在一些实施例中，可以省略直接连接到半导体区域740的偏置电路。也就是说，可以消除提供单独电路以提供用于偏置BJT的基极的电流的需要。一些实施例可以省略电流源并且可以降低可能通过包括电流源的偏置电路而引入的噪声。此外，一些实施例可以被配置为具有衬底700的更简单的接地设计。
本公开的实施例在检测器上的入射电子能量相对较低的应用中可以特别有效。这种情况在某些应用中可以被遇到，诸如当SEM的初级电子束的束流较低时(即使传入的电子能量可能较高)，当束流不低但传入的电子能量较低时，或者当束流较低并且传入的电子能量较低时。此外，在一些实施例中，带电粒子计数可以用于检测器中。
与检测模拟信号相比，对诸如电子的带电粒子进行计数可以具有很多优势。对电子进行计数在某些类型的应用中可以特别有效，诸如CD SEM、高分辨率高通量检测、或所制造的半导体器件的量测。在本文中讨论的一些实施例中，检测系统可以实现针对例如100pA或更低的电子束的电子计数，同时提供足以测量在检测器中生成的信号的增益。
可以使用以下条款进一步描述实施例：
1.一种用于带电粒子束设备的检测器，该检测器包括：
感测元件；以及
增益元件，其中
感测元件和增益元件在第一方向上对准，并且
增益元件包括部分，在该部分中，沿着与第一方向垂直的第二方向，第一传导性的区域与第二传导性的区域邻近地被提供，并且第三传导性的区域与第二传导性的区域邻近地被提供，第二传导性的区域被插入在第一传导性的区域与第三传导性的区域之间。
2.根据条款1的检测器，其中感测元件包括第一层，第一层包括第四传导性的区域。
3.根据条款2的检测器，其中感测元件包括部分，在该部分中，沿着第一方向，第四传导性的区域与本征区域邻近地被提供，并且第二传导性的区域与本征区域邻近地被提供。
4.根据条款3的检测器，其中第二传导性的区域突出超过第一传导性的区域，并且进入本征区域。
5.根据前述条款中任一项的检测器，其中第三传导性的区域具有与第一传导性相同的传导性类型，并且与第一传导性的区域相比传导性更高。
6.根据前述条款中任一项的检测器，其中
第一传导性的区域是n+半导体，
第二传导性的区域是p+半导体，以及
第三传导性的区域是n+++半导体。
7.根据条款1-5中任一项的检测器，其中
第一传导性的区域是p+半导体，
第二传导性的区域是n+半导体，以及
第三传导性的区域是p+++半导体。
8.根据前述条款中任一项的检测器，其中增益元件是双极结型晶体管。
9.根据条款2-4中任一项的检测器，其中第四传导性的区域具有与第一传导性相同的传导性类型，并且与第一传导性的区域相比传导性更高，并且与第三传导性的区域相比传导性更低。
10.根据条款2-4或9中任一项的检测器，其中第四传导性的区域是n++半导体。
11.根据条款2-4或9中任一项的检测器，其中第四传导性的区域是p++半导体。
12.根据前述条款中任一项的检测器，其中增益元件是检测器中包括的多个增益元件中的一个增益元件。
13.一种衬底，包括：
第一层，包括具有第一传导性的第一区域；
第二层，包括具有第二传导性的第二区域；
第三层，包括具有第三传导性的第三区域，该第三区域被插入在具有第二传导性的第四区域之间；以及
第四层，包括具有第四传导性类型的第五区域，该第五区域被插入在具有第三传导性的第六区域之间，第六区域被插入在具有第五传导性的第七区域之间，第七区域被插入在具有第二传导性的第八区域之间，
其中第一层至第四层在衬底的厚度方向上堆叠。
14.根据条款13的衬底，还包括被嵌入第六区域中的具有第六传导性的第九区域、以及被嵌入第七区域中的具有第七传导性的第十区域。
15.根据条款14的衬底，其中
第一传导性是n++半导体，
第二传导性是p-半导体，
第三传导性是p+半导体，
第四传导性是n+++半导体，
第五传导性是n+半导体，
第六传导性是p++半导体，以及
第七传导性是n++半导体。
16.根据条款14的衬底，其中
第一传导性是p++半导体，
第二传导性是n-半导体，
第三传导性是n+半导体，
第四传导性是p+++半导体，
第五传导性是p+半导体，
第六传导性是n++半导体，以及
第七传导性是p++半导体。
17.根据条款13-16中任一项的衬底，还包括邻近于第一层的第一金属层和邻近于第四层的第二金属层，第一金属层和第二金属层包括用于将感测元件或增益元件的端子连接到电学电路的接触。
18.根据条款13-17中任一项的衬底，其中第二区域与第四区域连续，以及第四区域与第八区域连续。
19.根据条款13-18中任一项的衬底，其中第三区域与第六区域连续。
20.根据条款13-19中任一项的衬底，其中感测元件和增益元件被集成在衬底中并且包括公共端子，感测元件包括第一区域、第二区域、第三区域、第四区域和第八区域，并且增益元件包括第三区域、第五区域、第六区域和第七区域。
21.根据条款17的衬底，还包括被连接到衬底的电路，其中电路被电连接到第一金属层和第二金属层。
22.一种检测器，包括根据条款13-21中任一项的衬底，其中入射到检测器上的带电粒子是由初级粒子与样品或被散射的初级粒子相互作用生成的二次粒子，初级粒子从带电粒子束设备的源被生成并且被聚焦在样品上。
23.一种方法，包括：
在衬底中形成感测元件；以及
在衬底中形成增益元件，
其中
感测元件和增益元件在第一方向上对准，并且
增益元件包括部分，在该部分中，沿着与第一方向垂直的第二方向，第一传导性的区域与第二传导性的区域邻近地被提供，并且第三传导性的区域与第二传导性的区域邻近地被提供，第二传导性的区域被插入在第一传导性的区域与第三传导性的区域之间。
24.根据条款23的方法，其中形成感测元件和形成增益元件包括半导体掺杂。
25.根据条款23或条款24的方法，其中形成增益元件包括：
将第二传导性的区域注入到第一传导性的区域中达一深度，该深度大于第一传导性的区域的深度。
26.根据条款23-25中任一项的方法，其中感测元件包括第一层，第一层包括第四传导性的区域。
27.根据条款26的方法，其中感测元件包括部分，在该部分中，沿着第一方向，第四传导性的区域与本征区域邻近地被提供，并且第二传导性的区域与本征区域邻近地被提供。
28.根据条款27的方法，其中第二传导性的区域突出超过第一传导性的区域并且进入本征区域。
29.根据条款23-28中任一项的方法，其中第三传导性的区域具有与第一传导性相同的传导性类型，并且与第一传导性的区域相比传导性更高。
30.根据条款23-29中任一项的方法，其中
第一传导性的区域是n+半导体，
第二传导性的区域是p+半导体，以及
第三传导性的区域是n+++半导体。
31.根据条款23-29中任一项的方法，其中
第一传导性的区域是p+半导体，
第二传导性的区域是n+半导体，以及
第三传导性的区域是p+++半导体。
32.根据条款23-31中任一项的方法，其中增益元件是双极结型晶体管。
33.根据条款26-28中任一项的方法，其中第四传导性的区域具有与第一传导性相同的传导性类型，并且与第一传导性的区域相比传导性更高，并且与第三传导性的区域相比传导性更低。
34.根据条款26-28或33中任一项的方法，其中第四传导性的区域是n++半导体。
35.根据条款26-28或33中任一项的方法，其中第四传导性的区域是p++半导体。
36.根据条款23-35中任一项的方法，其中增益元件是衬底中包括的多个增益元件中的一个增益元件。
37.根据条款14的衬底，其中感测元件和增益元件被集成在衬底中并且包括公共端子，感测元件包括第一区域、第二区域、第三区域、第四区域和第八区域，并且增益元件包括第三区域、第五区域、第六区域、第七区域、第九区域和第十区域。
在一些实施例中，一种检测器可以与控制带电粒子束系统的控制器通信。控制器可以指示带电粒子束系统的组件执行各种功能，诸如控制带电粒子源生成带电粒子束和控制偏转器扫描带电粒子束。控制器还可以执行各种其他功能，诸如调节检测器的感测元件或增益元件的操作条件。控制器可以被配置为调节施加到增益元件的偏置。控制器可以被配置为实时调节检测器的动态范围。控制器可以包括存储，该存储是诸如硬盘、随机存取存储器(RAM)、其他类型的计算机可读存储器等存储介质。存储可以用于存储来自检测器的输出信号，并且可以将扫描的原始图像数据保存为原始图像并且保存后处理图像。可以提供非暂态计算机可读介质，该介质存储用于控制器109的处理器执行带电粒子束检测、增益调节、图像处理或与本公开一致的其他功能和方法的指令。非暂态介质的常见形式包括例如软盘、柔性盘、硬盘、固态驱动器、磁带或任何其他磁性数据存储介质、CD-ROM、任何其他光学数据存储介质、带有孔洞图案的任何物理介质、RAM、PROM和EPROM、FLASH-EPROM或任何其他闪存、NVRAM、高速缓存、寄存器、任何其他内存芯片或盒式磁带、以及其网络版本。
应当理解，本公开的实施例不限于上面已经描述和在附图中示出的确切构造，并且可以在不脱离其范围的情况下进行各种修改和改变。例如，虽然已经参考某些示例性实施例讨论了PIN二极管，但可以类似地应用其他类型的二极管，诸如NIP二极管。此外，可以在检测器中应用可以响应于接收入射能量而生成可测量信号的其他类型的装置。本公开不限于电子并且可以适用于用于检测其他类型的辐射的应用。

Claims (15)

1.一种用于带电粒子束设备的检测器，所述检测器包括：
感测元件；以及
增益元件，其中
所述感测元件和所述增益元件在第一方向上对准，并且
所述增益元件包括部分，在该部分中，沿着与所述第一方向垂直的第二方向，第一传导性的区域与第二传导性的区域邻近地被提供，并且第三传导性的区域与所述第二传导性的区域邻近地被提供，所述第二传导性的区域被插入在所述第一传导性的区域与所述第三传导性的区域之间。
2.根据权利要求1所述的检测器，其中所述感测元件包括第一层，所述第一层包括第四传导性的区域。
3.根据权利要求2所述的检测器，其中所述感测元件包括部分，在该部分中，沿着所述第一方向，所述第四传导性的区域与本征区域邻近地被提供，并且所述第二传导性的区域与所述本征区域邻近地被提供。
4.根据权利要求3所述的检测器，其中所述第二传导性的区域突出超过所述第一传导性的区域，并且进入所述本征区域。
5.根据权利要求1所述的检测器，其中所述第三传导性的区域具有与所述第一传导性相同的传导性类型，并且与所述第一传导性的区域相比传导性更高。
6.根据权利要求1所述的检测器，其中
所述第一传导性的区域是n+半导体，
所述第二传导性的区域是p+半导体，以及
所述第三传导性的区域是n+++半导体。
7.根据权利要求1所述的检测器，其中
所述第一传导性的区域是p+半导体，
所述第二传导性的区域是n+半导体，以及
所述第三传导性的区域是p+++半导体。
8.根据权利要求1所述的检测器，其中所述增益元件是双极结型晶体管。
9.根据权利要求2所述的检测器，其中所述第四传导性的区域具有与所述第一传导性相同的传导性类型，并且与所述第一传导性的区域相比传导性更高，并且与所述第三传导性的区域相比传导性更低。
10.根据权利要求2所述的检测器，其中所述第四传导性的区域是n++半导体。
11.根据权利要求2所述的检测器，其中所述第四传导性的区域是p++半导体。
12.根据权利要求1所述的检测器，其中所述增益元件是所述检测器中包括的多个增益元件中的一个增益元件。
13.一种方法，包括：
在衬底中形成感测元件；以及
在所述衬底中形成增益元件，
其中
所述感测元件和所述增益元件在第一方向上对准，并且
所述增益元件包括部分，在该部分中，沿着与所述第一方向垂直的第二方向，第一传导性的区域与第二传导性的区域邻近地被提供，并且第三传导性的区域与所述第二传导性的区域邻近地被提供，所述第二传导性的区域被插入在所述第一传导性的区域与所述第三传导性的区域之间。
14.根据权利要求13所述的方法，其中形成所述感测元件和形成所述增益元件包括半导体掺杂。
15.根据权利要求13所述的方法，其中形成所述增益元件包括：
将所述第二传导性的区域注入到所述第一传导性的区域中达一深度，所述深度大于所述第一传导性的区域的深度。
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