CN117355771A - 对检测器中载流子传输行为的操纵 - Google Patents

对检测器中载流子传输行为的操纵 Download PDF

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Abstract

一种带电粒子检测器可以包括形成在衬底中的多个感测元件，其中多个感测元件中的感测元件由衬底的第一侧上的第一区域和衬底的第二侧上的第二区域形成，第二侧与第一侧相对。检测器还可以包括形成在衬底的第二侧上的多个第三区域，第三区域包括一个或多个电路部件。检测器还可以包括形成在衬底的第二侧上的第四区域的阵列，第四区域的阵列位于相邻的第三区域之间。

Description

对检测器中载流子传输行为的操纵
相关申请的交叉引用
本申请要求于2021年5月27日提交的美国申请63/194，137的优先权，该申请在此全文引入作为参考。
技术领域
本文的描述涉及检测器，更具体地，涉及可应用于带电粒子检测的检测器。
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接收从样品投射的带电粒子并输出检测信号的检测器。检测信号可以用于重建受检查样品结构的图像，并可以用于例如揭示样品中的缺陷。在可能包括大量密集封装的、小型化的集成电路(IC)部件的半导体器件的制造中，检测样品中的缺陷日益重要。为此目的，检查系统可以作为专用工具提供。
随着半导体器件的持续小型化，对包括检测器的检查系统的性能要求可能持续增加。同时，检测器可能需要灵活性来检测可能落在具有未知尺寸和未知位置的检测器上的一个或多个射束。检测器阵列可以被像素化成能够适应不同形状和尺寸的射束的感测元件阵列。可以基于在每个像素中流动且可以通过每个像素中的读出路径路由出的电荷载流子来产生检测信号。现有的检测系统可能遇到电荷载流子在检测器内部移动的问题。电荷载流子的移动可以基于漂移行为或扩散行为。期望改进检测系统和方法。
发明内容
本公开的实施例提供了用于基于带电粒子束进行检测的系统和方法。在一些实施例中，可以提供包括检测器的带电粒子束系统。带电粒子检测器可以包括形成在衬底中的多个感测元件，其中多个感测元件中的感测元件由衬底的第一侧上的第一区域和衬底的第二侧上的第二区域形成，第二侧与第一侧相对。检测器还可以包括形成在衬底的第二侧上的多个第三区域，第三区域包括一个或多个电路部件。检测器还可以包括形成在衬底的第二侧上的第四区域的阵列，第四区域的阵列位于相邻的第三区域之间。
在一些实施例中，带电粒子检测器可以包括形成在衬底中的多个感测元件，其中多个感测元件中的感测元件由衬底的第一侧上的第一区域和衬底的第二侧上的第二区域形成，第二侧与第一侧相对。检测器还可以包括形成在衬底的第二侧上的多个第三区域，第三区域包括一个或多个电路部件。检测器还可以包括在衬底的第二侧上形成的多个第四区域，多个第四区域的第一部分连接到第一电位，并且多个第四区域的第二部分连接到不同于第一电位的第二电位。
在一些实施例中，一种用于检测带电粒子的方法可以包括：照射包括检测器的一部分的衬底，以导致在衬底中产生载流子；在衬底处接收从样品发射的带电粒子，其中带电粒子与衬底相互作用以触发在衬底中大量载流子的产生；以及经由衬底上的拾取点来检测载流子。
在一些实施例中，可以提供一种存储指令集集的非暂态计算机可读介质，该指令集集能够由带电粒子束装置的一个或多个处理器执行，以使得该带电粒子束装置执行一种方法，该方法包括：照射包括检测器的一部分的衬底，以在衬底中产生载流子；在衬底处接收从样品发射的带电粒子，其中带电粒子与衬底相互作用以触发在衬底中多个载流子的产生；以及经由衬底上的拾取点检测载流子。
在一些实施例中，带电粒子检测器可以包括形成在衬底中的多个感测元件，其中多个感测元件中的感测元件由衬底的第一侧上的第一区域和衬底的第二侧上的第二区域形成，第二侧与第一侧相对。检测器还可以包括形成在衬底的第二侧上的多个第三区域，第三区域包括一个或多个电路部件。检测器还可以包括形成在衬底的第二侧上的第四区域，第四区域被配置为收集在感测元件中产生的载流子。第二区域包括感测元件外围和第四区域之间的微分梯度区域。
应当理解，前面的一般描述和下面的详细描述仅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。
图1是根据本公开的实施例的示范性电子束检查(EBI)系统的图示。
图2A和图2B是示出根据本公开的实施例的带电粒子束装置的图，该带电粒子束装置可以是电子束工具的一个示例。
图3是根据本公开的实施例的检测器的示例性结构的图示。
图4是根据本公开的实施例的检测器的图示。
图5是根据本公开的实施例的检测器的单个感测元件的图示。
图6是根据本发明实施例的在耗尽区操作的检测器的单个感测元件的图示。
图7A-图7C示出了根据本公开的实施例的具有拾取点的检测器。
图8A-图8C示出了根据本公开的实施例的检测器的第四区域的示例。
图9A-图9C示出了根据本公开的实施例的检测器的第四区域的示例。
图10A-图10E示出了根据本公开的实施例的检测器的第四区域的示例。
图11A-图11D示出了根据本公开的实施例的检测器中的第四区域的图案的示例。
图12A-图12C示出了根据本公开的实施例的可以用于拾取点和驱动电极的图案的示例。
图13是根据本公开的实施例的将载流子吸引到拾取点的图示。
图14A-图14C示出了根据本公开的实施例的由外部源提供的照射的示例。
图15是示出根据本公开的实施例的可以用于带电粒子检测的方法的流程图。
图16A和图16B示出了根据本公开的实施例的微分梯度。
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。以下描述参考附图，其中不同附图中的相同数字表示相同或相似的元件，除非另有说明。在示例性实施例的以下描述中阐述的实现并不代表与本发明一致的所有实现。相反，它们仅仅是符合与可以在所附权利要求中叙述的主题相关的方面的装置、系统和方法的示例。
电子器件由在称为衬底的硅片上形成的电路构成。许多电路可以一起形成在同一硅片上，并且被称为集成电路或IC。随着技术的进步，这些电路的尺寸已经显著减小，使得它们中的许多可以安装在衬底上。例如，智能电话中的IC芯片可以与指甲一样小，并且还可以包括超过20亿个晶体管，每个晶体管的尺寸小于人发宽度的1/1000。
制造这些极小的IC是复杂、耗时且昂贵的工艺，通常涉及数百个单独的步骤。即使在一个步骤中的错误也有可能导致完成的IC的缺陷，使其无用。因此，制造工艺的一个目标是避免这种缺陷，以使工艺中制造的功能IC的数目最大化，即，提高工艺的总产率。
提高产率的一个组成部分是监控芯片制造过程以确保其生产足够数量的功能集成电路。监控该过程的一种方式是在芯片电路结构形成的各个阶段检查芯片电路结构。可以使用扫描电子显微镜(SEM)进行检查。SEM可以用于成像这些极小的结构，实际上，拍摄这些结构的“照片”。该图像可以用于确定该结构是否被正确地形成以及其是否在正确的位置形成。如果该结构是有缺陷的，则可以调整该过程，使得缺陷不太可能再次出现。为了提高生产量(例如，每小时处理的样品数)，期望尽可能快地进行检查。
可以通过在晶片上扫描SEM系统的初级射束(例如，“探测”射束)并在检测器处收集从晶片表面产生的粒子(例如，次级电子)来形成晶片的图像。次级电子可以形成指向检测器的射束(“次级射束”)。到达检测器上的次级电子可能导致在检测器中产生电信号(例如，电流，电荷，电压等)。这些信号可以从检测器输出并且可以由图像处理器处理以形成样品的图像。
检测器可以包括多个感测元件的像素化阵列。像素化阵列可能是有用的，因为其可以允许适应在检测器上形成的束斑的尺寸和形状。当使用多个初级射束时，多个次级射束入射到检测器上，像素化阵列可能有助于分离与不同束斑相关联的检测器的不同区域。多个射束可以以未知的尺寸落在检测器上并且落在未知的位置处，从而形成可以覆盖阵列的不同像素(例如，单独的感测元件)的不同束斑。
检测器可以包括被配置为处理在各个感测元件中生成的信号的电路，诸如读出集成电路(“ROIC”)。感测元件可以包括可以将入射能量转换成可测量信号的一个或多个二极管。检测器的电路可以包括被配置为将信号路由到不同位置的布线路径或被配置为执行特定功能的电子部件。电子束斑可以覆盖检测器上的多个感测元件，并且在感测元件中产生的信号可以一起被路由。包括在检测器中的电路可以包括布线路径，该布线路径将来自分组在一起(例如，由于被相同的电子束斑覆盖)的各个感测元件的输出路由到公共输出。该电路还可以包括电子部件，诸如被配置为连接组合在一起的感测元件的开关。
检测器还可以包括用于收集每个感测元件的输出的部件。可以在每个感测元件的拾取点处收集输出。例如，可以在每个感测元件中提供电极以收集与相应像素相关联的输出。输出可以是响应于在感测元件处发生的带电粒子到达事件而产生的电荷载流子的形式。例如，电子检测器中的感测元件可以形成为半导体二极管，其在次级电子到达感测元件时产生大量载流子(例如，电子-空穴对)。载流子可以被传输通过构成感测元件的材料。空穴可以朝向一个电极(例如，阳极)行进，且电子可以朝向另一电极(例如，阴极)行进。
感测元件的输出可以由在感测元件的拾取点处收集的载流子形成。为了帮助从感测元件的内部提取载流子，可以施加电场(例如，驱动场)，使得载流子被吸引到相应的电极。然而，感测元件的布置可能妨碍载流子的有效提取。
在一些布置中，入射的次级次级带电粒子(例如，次级电子)可以从底侧接近检测器，而拾取点位于检测器的顶侧。可以在检测器底侧上的公共阳极和检测器顶侧上充当拾取点的各个阴极之间施加基本上垂直的驱动场。垂直方向可以指检测器的厚度方向。载流子，诸如响应于次级电子到达事件而在感测元件中产生的电子，可能受到场的影响并向拾取点迁移(例如，“漂移”行为)。到达拾取点的电子可以被收集，并且信号被朝向位于检测器附近的高速数据采集电子装置路由。但是一些电子可以位于拾取点之间的区域中(例如，在水平方向上)。电子可能在该区域中变得停滞，因为可能没有水平场将这些电子朝向拾取点驱动。这样的电子可以通过扩散迁移并且最终到达拾取点，但是缓慢地到达。缓慢的电子收集和检测行为可能负面影响检测器性能。
本公开的一些实施例可以解决上述问题并且可以增强检测器中的载流子传输行为。可以提高检测器速度和带宽。
在一些实施例中，拾取点的几何形状可以被配置为以便增强载流子传输。可以增加检测器中为拾取点提供的面积。可以为一个感测元件提供多个拾取点。并且拾取点可以相对于比较示例放大。拾取点可以被加宽，从而减少相邻拾取点之间载流子可能停滞的区域。在感测元件中产生的更多载流子可能受到垂直驱动场的影响，并且载流子到达拾取点的路径可能被缩短。
在一些实施例中，可以施加水平驱动场。驱动电极可以邻近拾取点布置。可以在驱动电极和拾取点之间产生水平驱动场，并且可以将位于相邻拾取点之间的区域中的载流子移出这些区域并朝向拾取点移动。水平驱动场可以与垂直驱动场一起施加。因此，载流子可能在两个方向上经历漂移行为，而不是仅依赖于水平方向上的扩散。在一些实施例中，一些拾取点可以具有施加到它们的不同电位，以便在拾取点之间提供水平场。此外，可以减小相邻拾取点之间的距离。
在一些实施例中，第二辐射源(例如，除了入射到检测器上的次级带电粒子之外)可以用于照射检测器。第二源可以在检测器中产生自由载流子的供应。检测器可以被自由载流子饱和，使得当次级电子到达事件发生时，可以在拾取点处检测到立即或更快的响应。例如，可以响应于次级电子到达事件将载流子的脉冲递送到拾取点。在一些实施例中，可以在拾取点处检测电位的变化。第二源可以是电子束、激光器、LED或任何辐射源。第二源可以用于用载流子预加载感测元件。
在一些实施例中，可以在感测元件中提供微分梯度。微分梯度可以被配置为产生无源场以影响载流子。微分梯度可以在拾取点之间的水平方向上。感测元件可以由半导体衬底构成。可以使用注入的梯度，例如，阶梯式注入区。微分梯度可以使拾取点之间的区域中的载流子朝向最近的拾取点移动。
本公开的目的和优点可以通过在此讨论的实施例中阐述的元件和组合来实现。然而，本公开的实施例不一定需要实现这样的示例性目的或优点，并且一些实施例可以不实现任何所述目的或优点。
在不限制本公开内容的范围的情况下，可以在提供利用电子束(“e射束”)的系统中的检测系统和检测方法的上下文中描述一些实施例。然而，本发明不限于此。其它类型的带电粒子束可以是类似地应用。此外，用于检测的系统和方法可以用于其它成像系统，诸如光学成像、光子检测、x射线检测、离子检测等。
如本文所用，除非另外具体说明，否则术语“或”涵盖所有可能的组合，除非不可行。例如，如果陈述部件包括A或B，则除非另外明确说明或不可行，否则部件可以包括A或B、或A和B。作为第二个实例，如果陈述部件包括A、B或C，那么除非另外明确陈述或不可行，否则所述部件可以包括A、或B、或C，或A和B、或A和C、或B和C、或A和B和C。诸如“其中的至少一个”的表述不一定修饰以下列表的整体并且不一定修饰该列表的每个成员，使得“A、B和C中的至少一个”应理解为包括A中的仅一个、B中的仅一个、C中的仅一个、或A、B和C的任何组合。短语“A和B中的一个”或“A和B中的任一者”应在最广泛意义上解释为包括A中的一个或B中的一个。
现参看图1，其说明根据本发明实施例的可以用于晶片检查的示例性电子束检验(EBI)系统10。如图1所示，EBI系统10包括主室11、装载锁定室20、电子束工具100(例如，扫描电子显微镜(SEM))和设备前端模块(EFEM)30。电子束工具100位于主室11内并可以用于成像。EFEM 30包括第一装载口30a和第二装载口30b。EFEM 30可以包括附加的装载端口。第一装载端口30a和第二装载端口30b接收晶片前开式传送盒(FOUP)，该晶片前开式传送盒包含晶片(例如，半导体晶片或由其它材料制成的晶片)或待检查的样品(晶片和样品在此可统称为“晶片”)。
EFEM 30中的一个或多个机械臂(未示出)可以将晶片传输到装载/锁定室20。装载/锁定室20连接到装载/锁定真空泵系统(未示出)，其去除装载/锁定室20中的气体分子以达到低于大气压力的第一压力。在达到第一压力之后，一个或多个机械臂(未示出)可以将晶片从装载/锁定室20传输到主室11。主室11连接到主室真空泵系统(未示出)，其去除主室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，由电子束工具100对晶片进行检查。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它部件。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。尽管控制器109在图1中示出为在包括主室11、装载/锁定室20和EFEM 30的结构的外部，但是应当理解，控制器109可以是该结构的一部分。
带电粒子束显微镜，例如由EBI系统10形成的或者可以被包括在EBI系统10中的带电粒子束显微镜，可以能够达到例如纳米级的分辨率，并且可以用作检查晶片上的IC部件的实际工具。利用e射束系统，初级电子束的电子可以聚焦在被检查的样品(例如，晶片)上的探测点上。初级电子与晶片的相互作用可能导致形成次级粒子束。次级粒子束可以包括由初级电子与晶片的相互作用产生的背散射电子、次级电子或俄歇电子等。次级粒子束的特性(例如，强度)可基于晶片内部或外部的结构或材料的性质而变化，并且因此可指示晶片是否包括缺陷。
可以使用检测器确定次级粒子束的强度。次级粒子束可以在检测器的表面上形成束斑。检测器可以产生表示所检测的次级粒子束的强度的电信号(例如，电流、电荷、电压等)。可以利用测量电路来测量电信号，测量电路可以包括另外的部件(例如，模数转换器)以获得检测到的电子的分布。在检测时间窗口期间收集的电子分布数据，结合入射到晶片表面上的初级电子束的对应扫描路径数据，可以用于重建所检查的晶片的结构或材料的图像。重建的图像可以用于显示晶片内部或外部的结构或材料的各种特征，并可以用于显示可能存在于晶片中的缺陷。
图2A示出了根据本公开的实施例的带电粒子束装置，该带电粒子束装置可以是电子束工具100的一个示例。图2A示出了使用由初级电子束形成的多个束波来同时扫描晶片上的多个位置的装置。
如图2A所示，电子束工具100A可以包括电子源202、枪孔径204、会聚透镜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2A中未示出)、多个次级电子束236、238和240、次级光学系统242和电子检测设备244。电子源202可以产生初级粒子，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电子检测设备244。初级投影光学系统220可以包括分束器222、偏转扫描单元226和物镜228。电子检测设备244可以包括检测子区246、248和250。
电子源202、枪孔径204、会聚透镜206、源转换单元212、束分离器222、偏转扫描单元226和物镜228可以与装置100A的主光轴260对准。次级光学系统242和电子检测设备244可以与装置100A的次级光轴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被提取或加速以形成具有交叉(虚的或实的)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。枪孔径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可以包括成像元件阵列(图2A中未示出)和射束限制孔径阵列(图2A中未示出)。源转换单元212的一个示例可以在美国专利号9，691，586；美国公布号2017/0025243；和国际申请号PCT/EP2017/084429中找到，其全部内容通过引用并入本文。成像元件阵列可以包括微偏转器或微透镜阵列。成像元件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的多个平行图像(虚图像或实图像)。射束限制孔径阵列可以限制多个子束波214、216和218。
会聚透镜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会聚透镜206的聚焦功率或通过改变射束限制孔阵列内的对应射束限制孔的径向尺寸来改变。会聚透镜206可以是可调节会聚透镜，其可以被配置为使得其第一主平面的位置是可移动的。可调节会聚透镜可以被配置为磁性的，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。旋转角度随着可调节会聚透镜的聚焦功率和第一主平面的位置而变化。在一些实施例中，可调节的会聚透镜可以是可调节的抗旋转会聚透镜，其包括具有可移动第一主平面的抗旋转透镜。在美国公开号2017/0025241中进一步描述了可调节会聚透镜的一个示例，其全部内容通过引用并入本文。
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。可以形成次级电子束波236、238及240，其从晶片230发射并且朝向分束器222行进返回。
分束器222可以是产生静电偶极场和磁偶极子场的维恩滤波器类型的分束器。在一些实施例中，如果施加静电偶极场，那么由静电偶极场施加于束波214、216和218的电子上的力可在大小上相等并且在方向上与由磁偶极子场施加于电子上的力相反。因此，束波214、216和218可以以零偏转角笔直穿过分束器222。然而，由分束器222产生的束波214、216和218的总色散也可以是非零的。分束器222可以从束波214、216和218分离次级电子束236、238和240，并引导次级电子束236、238和240朝向次级光学系统242。
偏转扫描单元226可以偏转束波214、216和218以在晶片230的表面上的区域上扫描探测点270、272和274。响应于探测点270、272和274处的束波214、216和218的入射，可以从晶片230发射次级电子束236、238和240。次级电子束236、238和240可以包括具有包括次级电子和背散射电子的能量分布的电子。次级光学系统242可以将次级电子束236、238和240聚焦到电子检测设备244的检测子区246、248和250上。检测子区246、248和250可以被配置为检测对应的次级电子束236、238和240，并产生用于重建晶片230表面图像的对应信号。检测子区246、248和250可以包括单独的检测器封装件、单独的感测元件或阵列检测器的单独区域。在一些实施例中，每个检测子区可以包括单个感测元件。
现在将参考图2B讨论带电粒子束装置的另一示例。电子束工具100B(在此也称为装置100B)可以是电子束工具100的一个示例，并且可以类似于图2A所示的电子束工具100A。然而，与装置100A不同，装置100B可以是一次仅使用一个初级电子束来扫描晶片上的一个位置的单束工具。
如图2B所示，装置100B包括由电动台134支撑的晶片保持器136，以保持待检查的晶片150。电子束工具100B包括电子发射器，其可以包括阴极103、阳极121和枪孔径122。电子束工具100B还包括射束限制孔径125、会聚透镜126、装置列孔径135、物镜组件132和检测器144。在一些实施例中，物镜组件132可以是改进的SORIL透镜，其包括极片132a、控制电极132b、偏转器132c和激励线圈132d。在检测或成像过程中，从阴极103的尖端发出的电子束161可以被阳极121的电压加速，通过枪孔径122、射束限制孔径125、会聚透镜126，并被改进的SORIL透镜聚焦成探测点170，并撞击到晶片150的表面上。探测点170可以被偏转器横跨晶片150的表面扫描，诸如SORIL透镜中的偏转器132c或其它偏转器。检测器144可以收集从晶片表面发出的次级或散射粒子，诸如次级电子或散射初级电子，以确定射束的强度，从而可以重建晶片150上的感兴趣区域的图像。
还可以提供图像处理系统199，其包括图像获取器120、存储130和控制器109。图像获取器120可以包括一个或多个处理器。例如，图像获取器120可以包括计算机、服务器、大型主机、终端、个人计算机、任何类型的移动计算设备等、或其组合。图像获取器120可以通过诸如电导体、光缆、便携式存储介质、IR、蓝牙、互联网、无线网络、无线电或其组合的介质与电子束工具100B的检测器144连接。图像获取器120可以从检测器144接收信号并且可以构建图像。因此，图像获取器120可以获取晶片150的图像。图像获取器120还可以执行各种后处理功能，诸如图像平均、生成轮廓、在所获取的图像上叠加指示符等。图像获取器120可以被配置为执行所获取图像的亮度和对比度等的调节。存储130可以是诸如硬盘、随机存取存储器(RAM)、云存储器、其它类型的计算机可读存储器等存储介质。存储130可以与图像获取器120耦合，并且可以用于将扫描的原始图像数据保存为原始图像和后处理图像。图像获取器120和存储130可以连接到控制器109。在一些实施例中，图像获取器120、存储130和控制器109可以集成在一起作为一个电子控制单元。
在一些实施例中，图像获取器120可以基于从检测器144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，这些成像区域可以包含晶片150的各种特征。单个图像可以存储在存储130中。可以基于成像帧来执行成像。
电子束工具的会聚和照射光学器件可以包括电磁四极电子透镜或由电磁四极电子透镜补充。例如，如图2B所示，电子束工具100B可以包括第一四极透镜148和第二四极透镜158。在一些实施例中，四极透镜可以用于控制电子束。例如，可以控制第一四极透镜148以调节射束流，并且可以控制第二四极透镜158以调节束斑尺寸和射束形状。
图2B示出了一种带电粒子束装置，其可以使用被配置为通过与晶片150相互作用而产生次级电子的单个初级射束。检测器144可以沿着光轴105放置，如图2B所示的实施例。初级电子束可以被配置为沿着光轴105行进。因此，检测器144可以在其中心处包括孔，使得初级电子束可以穿过以到达晶片150。图2B示出了在其中心具有开口的检测器144的一个示例。然而，一些实施例可以使用相对于初级电子束沿其行进的光轴离轴放置的检测器。例如，如上面讨论的图2A所示的实施例中，可以提供分束器222以将次级电子束导向离轴放置的检测器，分束器222可以被配置为将次级电子束以角度α转向电子检测设备244，如图2A所示。
带电粒子束系统中的检测器可以包括一个或多个感测元件。检测器可以包括单个元件检测器或具有多个感测元件的阵列。感测元件可以被配置为以各种方式检测带电粒子。感测元件可以被配置用于带电粒子计数。在美国公开号2019/0378682中讨论了可以用于带电粒子计数的检测器的感测元件，其全部内容通过引用并入本文。在一些实施例中，感测元件可以被配置用于信号电平强度检测。
感测元件可以包括二极管或类似于二极管的元件，其可以将入射能量转换成可测量信号。例如，检测器中的感测元件可以包括PIN二极管。贯穿本公开，例如，在特定附图中，感测元件可以表示为二极管，但是感测元件或其他部件可能偏离诸如二极管、电阻器、电容器等电子元件的理想电路行为。
图3示出了与本公开的实施例一致的检测器300的示例性结构。检测器300可以包括感测元件阵列。检测器300可以包括二维(2D)像素化阵列。诸如图3所示的检测器300的检测器可以被提供为如图2A所示的带电粒子检测设备244或如图2B所示的检测器144。在图3中，检测器300包括传感器层310。在一些实施例中，可以提供单独的信号处理层，或者可以将信号处理层集成在传感器层310中(例如，在单片层中)。传感器层310可以包括由包括感测元件311、312、313、314和315的多个感测元件构成的传感器管芯。在一些实施例中，可以在感测元件阵列中提供多个感测元件，感测元件具有均匀的尺寸、形状和布置。检测器300可以形成为具有第一表面301和第二表面302的半导体衬底。第一表面301可以充当被配置为接收带电粒子的检测表面301。第二表面302可以在第一表面301的相对侧上。在第一表面301中可以形成多个感测元件，每个感测元件被配置为接收从样品发射的带电粒子。可以在第二表面302上形成电路或其它电子部件，诸如电极或布线路径。此外，可以在第二表面302上形成信号处理部件，诸如晶体管。
感测元件311、312、313、314和315中的每一个感测元件可以被配置为产生对带电粒子事件的响应。例如，感测元件311可以被配置为吸收由粒子沉积在其上的能量(例如，入射的次级电子)，并产生载流子(例如，电子-空穴对)，载流子被电场扫到电子元件311的电极。载流子可以在感测元件内产生，并且可以馈送到连接到感测元件的电路，包括读出电路。在一些实施例中，电路可以集成在检测器的单片层内。在一些实施例中，可以在包括信号处理层的单独管芯中设置电路。
信号处理层可以包括读出集成电路(ROIC)。信号处理层可以包括多个信号处理电路。信号处理电路可以包括被配置为通信地耦合感测元件的互连件或布线路径。传感器层310的每个感测元件可以在信号处理层中具有对应的信号处理电路。感测元件及其对应的电路可以被配置为独立地操作。感测元件可以通过形成在检测器300的第二表面302上的电极将信号路由到信号处理层。
信号处理层可以包括被配置为执行带电粒子检测的电路部件。例如，信号处理层可以包括放大器、逻辑部件、开关和被配置为执行信号处理的任何部件。
现在参考图4，图4是根据本公开的实施例的检测器的侧视图的图示。图4可以表示检测器300的部分横截面，示出了感测元件和其它部件的内部区域。
如图4所示，检测器300可以包括感测元件层，感测元件层包括感测元件313、314和315。虽然在图4中用虚线示出了不同感测元件之间的分区，但是这种分区在物理上可以不存在于检测器300中。在一些实施例中，可以在相邻的感测元件之间提供绝缘。然而，在一些实施例中，检测器300可以用半导体衬底的连续区域形成。感测元件313、314和315可以彼此邻接。
检测器300可以被配置为接收带电粒子和路由输出信号。检测器300可以包括感测元件和集成电路的像素化阵列。可以在检测器300的第二表面302中设置部件。
设置在第二表面302中的部件可以包括例如电极、布线路径和晶体管。如图4所示，检测器300包括电极325和晶体管329。电极325可以被配置为收集电极。电极325可以被配置为响应于发生在检测器300处的带电粒子到达事件而输出信号。电极325也可以称为拾取点或衬底抽头。可以在电极325处收集在特定感测元件的区域中产生的载流子。可以将载流子读出到其它部件，例如信号处理部件。载流子可以构成可用于检测带电粒子的输出信号，诸如射束电流。电极325可以被配置为阴极。检测表面301可以形成为电极(例如，薄导电层)并且可以被配置为阳极。公共阳极可以形成在多个感测元件上。检测表面301可以包括公共阳极。可以为每个感测元件提供单独的阴极。
晶体管329可以被配置为开关。晶体管329可以被配置为连接相邻的感测元件。感测元件可以按照可以与覆盖多个感测元件的单个电子束斑相对应的分组来被连接。晶体管329可以用于其它目的。此外，可以在第二表面302中提供多个晶体管。图4的视图可以仅仅是在特定点处的横截面，并且检测器300可以具有在第二表面302中在不同横截面处形成的不同结构。
现在参考图5，图5是根据本公开的实施例的检测器的单独感测元件的图示。图5可以表示检测器300的部分横截面，其示出了感测元件314的内部。感测元件314可以由半导体衬底形成。感测元件314可以被配置为具有沿厚度方向布置的多个区域，厚度方向大体上平行于带电粒子束的入射方向。例如，电子束可在检测表面301处入射到检测器300上。感测元件314的多个区域可以包括对带电粒子敏感的区域。响应于带电粒子到达感测元件314中，可以在感测元件314的内部区域中产生大量载流子，并且可以在另一区域处收集载流子。例如，可以在电极325处收集载流子，并且可以将其输出到可以执行信号处理的其它部件。
感测元件314可以被配置为二极管。可以使用诸如CMOS工艺的半导体处理来形成感测元件314。感测元件314的各个区域可以通过将区域嵌入衬底中而形成。所嵌入的区域可以包括掺杂剂。感测元件314可以包括半导体区，该半导体区包括表面层601、浅p+区610和p外延区620。表面层601可以被配置为接触部。表面层601可以包括或功能类似于检测表面301(见图3-图4)。感测元件314可以包括低剂量n型注入区630。此外，还可以提供电极325和晶体管329，它们可以与感测元件314集成。晶体管329可以包括深p阱641、n阱642和p阱643。可以形成PMOS 644和NMOS 645。感测元件314可以被配置为使得耗尽区形成于其中。
图6是根据本发明实施例的在耗尽区操作的检测器的单个感测元件的图示。当向感测元件施加偏压时，可以形成耗尽区。如图6所示，可以在感测元件314中形成耗尽区，耗尽区的边界由虚线510表示。耗尽区的边界可以包括区610、电极625和深p阱641。当驱动电压Vd施加在表面层601和电极325上时，可以形成耗尽区。
如图5所示，感测元件314的第一侧可以由表面层601形成。也可以形成第二侧602。第二侧602可以与第一侧相对。可以在第二侧602上形成信号处理或其它部件。包括感测元件314的检测器的第一层可以包括表面层601、区610、p外延区620和低剂量n型注入区630。单片检测器的第二层可以包括晶体管329和电极325。第一层可以对应于传感器层，并且第二层可以对应于信号处理层。绝缘体可以包括深p阱641。
在带电粒子束装置的操作中，初级电子束可以被投射到样品上，并且包括次级电子或背散射电子的次级粒子可以从样品被引导到感测元件314。感测元件314可以被配置为使得入射电子在p外延区620中产生包括电子-空穴对的载流子。由于入射电子的到达所触发的机制(诸如碰撞电离)，可以产生许多电子-空穴对。电子空穴对的电子或空穴可以流向电极325，并可以响应于到达感测元件314的入射电子形成电流脉冲。信号处理部件可以处理电流脉冲。
晶体管329可以被配置为开关元件。晶体管329可以包括MOSFET。晶体管329可以用于连接感测元件。晶体管329可以划分感测元件之间的边界。例如，图5所示的晶体管329之间的区域可以对应于感测元件314，而其它晶体管之间的区域可以对应于其它感测元件，包括感测元件312、313和315。感测元件311、312、313、314，315中的每一个感测元件可以包括用于电连接到其它部件的输出端。输出端可以与晶体管329集成在一起，或者可以单独提供。输出端可以集成在图5中未示出的其它横截面位置处的区630中。
尽管图3-图4将感测元件311、312、313、314和315描绘为从侧面观看时的离散单元，但实际上可以不存在此类划分。例如，检测器的感测元件可以由构成PIN二极管器件的半导体器件形成，该PIN二极管器件被制造为具有包括p+区，本征区和n+区的多个区的衬底。感测元件311、312、313、314和315可以在横向(例如，垂直于厚度方向的方向)上邻接。也可以提供与感测元件集成的其它部件。
形成在检测器中的感测元件可以被配置为基于所接收的带电粒子而产生信号，诸如放大的电荷或电流。感测元件可以是可以形成在检测器的第一侧上的多个感测元件中的一个感测元件。感测元件可以被配置为产生与所接收的带电粒子的第一性质成比例的载流子，诸如能级。载流子可以形成从感测元件输出的信号。诸如碰撞电离的放大机制可能导致产生许多载流子。放大的电荷或电流可以由被扫到检测器的电极的载流子形成。电极可以与感测元件相关联。例如，在图5中，在感测元件314中产生的载流子可以被扫到电极325，并且放大的电荷或电流可以从电极325输出。每个感测元件可以具有其自身的电极，该电极可以形成在检测器的第二侧上。
然而，在用于将载流子移动到相应电极的传输机构中可能遇到问题。入射的电子可以从第一侧接近检测器，而拾取点(例如，电极)位于检测器的相对的第二侧。在一些实施例中，可以主动地诱导载流子向拾取点移动。例如，漂移行为可以用于使用垂直驱动场将载流子推向检测器的第二侧。可以通过在位于检测器的第一侧的阳极和在检测器的第二侧形成拾取点的阴极之间施加电压来产生驱动场。可以收集到达拾取点的载流子，并且可以将感测元件输出信号路由到检测器的高速数据采集电子器件。
在一些实施例中，检测器可以被配置为至少具有预定带宽。例如，在一些实施例中，用于电子检测的目标带宽可以是MHz量级。目标带宽范围可以是大约15-18MHz。在一些实施例中，目标带宽可以是大约140MHz。然而，检测器中的载流子传输行为可能妨碍检测器实现某一带宽。例如，在一些布置中，拾取点之间的区域可能是与速度有关的有问题的区域，因为载流子(例如，电子)可能卡在该区域中，因为不存在将这些电子朝向拾取点驱动的水平场。这可能导致缓慢的电子检测行为(与快速漂移行为相反的缓慢扩散行为)。
现在参考图7A和图7B，其示出了根据本公开的实施例的具有拾取点的检测器。图7A是检测器700的平面图。检测器700可以类似于检测器300。图7B是检测器700的侧视图。检测器700可以具有第一表面701和第二表面702。第一表面701可以充当被配置为接收带电粒子的检测表面，类似于上面参考图3讨论的检测器300的第一表面301。类似于检测器300的第二表面302，可以在第二表面702上形成电路、信号处理部件或其它电部件。如图7A和图7B所示，检测器700可以包括多个拾取点710。拾取点710可以形成在第二表面702中。
在操作中，可以将驱动电压Vd施加到检测器700。第一表面701可以包括可用作阳极的导电层。形成在第二表面702中的拾取点710可以用作阴极。驱动电压Vd可以施加在第一表面701和一个或多个拾取点710之间。可以形成驱动场，其影响在检测器700中产生的载流子向拾取点710移动。例如，可以使用驱动电压Vd在基本上垂直的方向上形成电场。垂直方向可以是检测器700的厚度方向。垂直方向可以平行于检测器700被配置为检测的次级带电粒子的入射方向。例如，如图7B所示，检测器700可以被配置为接收第一表面701上的带电粒子715。带电粒子715可以包括从样品发射的入射次级电子。
当诸如次级电子的次级带电粒子在正面(例如，在第一表面701处)进入检测器700时，次级带电粒子可以在检测器700中产生许多载流子(例如，电子/空穴对)，并且载流子可以在某些方向上被扫动。例如，电子/空穴对中的电子可以经由从正面延伸到背面的电场(例如，由于驱动电压Vd)被扫到检测器700的背面。电场可以使电子朝向拾取点710垂直地移动。这种传输行为可以被称为漂移行为。然而，在没有横向场的情况下，电子可能在某些点处堆积并且可能仅经由扩散缓慢迁移到拾取点710。如图7B所示，可能存在载流子可能停滞的区域720。由驱动电压Vd在垂直方向上诱导的漂移行为在使区域720中的载流子朝向拾取点710移动时可能无效。
在本公开的一些实施例中，可以配置检测器的特性，诸如几何形状，以便操纵载流子传输行为。拾取点的特性可以被配置为使得载流子更有效地朝向拾取点迁移。拾取点可以被加宽，使得检测器背面上更大比例的面积被拾取点覆盖。在一些实施例中，可以通过减小载流子到达检测器的背面抽头点的电阻来减小电子堆积。检测器可以被配置为填充检测器背面衬底抽头(拾取点)背面上的开口区域。在一些实施例中，可以提高检测器的速度。
图7C示出了根据本公开的实施例的检测器700的另一视图。在图7C的视图中，单独的感测元件可以用虚线表示。例如，检测器700可以包括感测元件713、714和715，其可以类似于上面参考图3讨论的感测元件313、314和315。如图7C所示，检测器700的每个感测元件可以包括相应的拾取点710。在每个感测元件内产生的载流子可能趋向于朝向感测元件中所包括的相应拾取点710迁移。
在本公开的一些实施例中，可以配置检测器的参数以便增强载流子传输。例如，拾取点的几何形状可以被配置为增强载流子传输。可以增加检测器中针对拾取点提供的区域。可以为一个感测元件提供多个拾取点。例如，可以为检测器中的每个感测元件提供拾取点阵列。此外，拾取点可以相对于比较示例被放大。拾取点可以被加宽，从而减少相邻拾取点之间载流子可能停滞的区域。检测器的参数可以被配置为使得感测元件中的拾取点的占用率大于或等于预定值。
在一些实施例中，可以提供带电粒子检测器。带电粒子检测器可以包括电子检测器设备。带电粒子检测器可以包括二维(2D)像素化检测器阵列。带电粒子检测器可以形成在半导体衬底中。带电粒子检测器可以形成在晶片上。
带电粒子检测器可以包括感测元件。可以提供多个感测元件。多个感测元件可以布置成2D阵列。感测元件可以被配置为响应于带电粒子到达事件而产生载流子。感测元件可以形成为PIN二极管。感测元件中的载流子可以被扫到拾取点。
参考图5，根据本公开的实施例的检测器的感测元件可以包括感测元件314。检测器可以包括多个感测元件，如上面参考图3讨论的包括感测元件311、312、313、314和315的检测器300。感测元件314可以由第一区域形成。第一区域可以包括具有第一导电性的半导体材料。第一区域可以包括p型半导体。例如，如图5所示，可以存在包括区610的感测元件314的第一区域。区610可以是浅p+区。第一区域还可以包括表面层601或p外延区620。第一区域可以形成在形成检测器的衬底的第一侧上。如图5所示，表面层601可以形成带电粒子检测表面，入射带电粒子入射在该表面上。次级电子可以从表面层601进入感测元件314。
与第一侧相对，衬底可以包括第二侧。例如，如图5所示，感测元件314可以包括第二侧602。感测元件314可以由形成在衬底的第二侧上的第二区域形成。第二区域可以包括具有第二导电性的半导体材料。第二区域可以包括n型半导体。例如，如图5所示，可以存在包括区630的感测元件314的第二区域。区630可以是低剂量n型注入区。第二区域可以与第一区域相邻。例如，可以在与表面层601重合的衬底的第一侧中形成第一区域，并且可以在第二侧602上形成第二区域。
此外，感测元件314可以由第二侧上的第三区域形成。可以在第二侧上的第三区域中形成一个或多个电路部件。例如，如图5所示，晶体管329可以形成在第二侧602上。晶体管329可以被包括在第三区域中。可以在第二侧602上形成多个部件。例如，如图5所示，两个晶体管329形成在第二侧602上，一个晶体管329在左侧，一个晶体管329在右侧。一个或多个部件可以形成在一个或多个第三区域中。第三区域可以包括第一类型的半导体材料(例如，p型半导体)。例如，如图5所示，第三区域可以包括深p阱641。可以在第三区域中形成诸如PMOS 644和NMOS 645的部件。
此外，还可以在第二侧上形成第四区域。第四区域可以形成在相邻的第三区域之间。第四区域可以包括电极、拾取点或衬底抽头。例如，如图5所示，第四区域可以包括电极325。第四区域可以包括第二类型的半导体材料(例如，n型半导体)。在一些实施例中，可以配置第四区域的参数以便增强检测器中的载流子传输。参数可以包括第四区域的几何形状。在一些实施例中，可以提供第四区域的阵列。在检测器中可以提供第四区域的多个阵列。可以在每个感测元件中提供第四区域的阵列。在一些实施例中，第四区域可以包括在第三区域之间的区域中形成的连续区域，而不是阵列。连续区域可以具有相对于对比示例扩大的面积。在一些实施例中，连续区域可以与阵列组合。
现在参考图8A和图8B，其示出了根据本公开的实施例的第四区域的示例。第四区域可以包括拾取点。图8A是检测器800的平面图。检测器800可以类似于检测器300或检测器700。图8B是检测器800的侧视图。检测器800可以具有第一表面801和第二表面802。第一表面801可以充当被配置以接收带电粒子的检测表面，类似于上文参看图3所论述的检测器300的第一表面301。类似于检测器300的第二表面302，可以在第二表面802上形成电路、信号处理部件或其它电子部件。如图8A和图8B所示，检测器800可以包括多个拾取点810。拾取点810可以形成在第二表面802中。拾取点810可以相对大于上面参照图7A和图7B讨论的拾取点710。
如图8B所示，在操作中，可以将驱动电压Vd施加到检测器800。第一表面801可以包括可用作阳极的导电层。第一表面801可以包括或被包括在表面层601中，如上参考图5所讨论的。形成在第二表面802中的拾取点810可用作阴极。驱动电压Vd可以被施加在第一表面801和一个或多个拾取点810之间。可以形成驱动场，其影响在检测器800中产生的载流子朝向拾取点810移动。检测器800可以被配置为接收第一表面801上的带电粒子815。
在检测器800的正面(例如，在第一表面801处)进入检测器800的次级带电粒子可以在检测器800中产生许多载流子(例如，电子/空穴对)，并且载流子可以在某些方向被扫动。载流子(例如，电子/空穴对中的电子)可以经由从正面延伸到背面(例如，由于驱动电压Vd)的驱动场(例如，电场)被扫到检测器800的背面。驱动场可以使电子朝向拾取点810垂直移动。可以使电子向第四区域移动。第四区域可以包括拾取点810。如图8B所示，第二表面802的基本上所有区域可以由拾取点810占据。引起电子垂直移动的驱动场可以允许更大比例的电子通过漂移行为快速移动到拾取点810并被收集用于信号读出。在一些实施例中，由带电粒子到达事件在检测器800中产生的基本上所有载流子可以由拾取点810通过漂移行为来收集。载流子可能停滞的区域820可以被显著减小。
现在参考图8C，其示出了根据本公开的实施例的检测器800的另一视图。在图8C的视图中，单独的感测元件可以用虚线表示。虚线可以划分感测元件的边界。虚线可以与感测元件的第三区域(图8C中未示出)重叠。如图8C所示，检测器800可以包括感测元件813、814和815，它们可以类似于上面参考图3讨论的感测元件313、314和315。如图8C所示，检测器800的每个感测元件可以包括相应的拾取点810。感测元件可以被配置为使得可以实现拾取点810相对于感测元件的总面积的占用率。在一些实施例中，拾取点相对于总感测元件面积的占有率可以大于或等于50％。在一些实施例中，占用率可以大于或等于75％。在一些实施例中，占用率可以大于或等于90％。
在诸如图7C的比较示例中，拾取点710相对于总感测元件面积的占用率可以相对较低。每个感测元件的大部分面积可能未被电子部件(诸如电极和晶体管)占用。在本公开的一些实施例中，该未占用区域可以用扩展区域拾取点填充。例如，如图8C所示，拾取点810可以被加宽。拾取点810可以被配置为低欧姆路径。拾取点810可以为感测元件内产生的载流子提供高速路径以被扫到收集电极。到达拾取点810的载流子可以形成每个感测元件的输出信号。
现在参考图9A-图9C，图9A-图9C示出了根据本公开的实施例的第四区域的变化的示例。图9A示出了包括感测元件911、912、913和914的检测器的一部分。每个感测元件可以包括拾取点910。拾取点910可以被包括在检测器的第四区域中。感测元件的边界可以用虚线表示。虚线可以与感测元件的第三区域重叠。例如，如图9B所示，可以在相邻拾取点之间提供区域920。拾取点910可以被设置在相邻区域920之间。区域920可以包括电路、电子部件、信号处理部件、开关等。区域920可以包括晶体管。区域920可以对应于上面参考图5讨论的可以包括晶体管329的第三区域。
可以配置检测器的特性，诸如几何形状，使得在保持用于功能部件(诸如用于连接相邻感测元件的开关)的区域的同时改善载流子传输行为。感测元件可以包括第四区域的多个区域。感测元件可以包括第四区域的阵列。如图9A所示，拾取点910可以包括延伸区域930。延伸区域930可以由桥接部分935连接到拾取点910的主体。拾取点910可以与桥接部分935和延伸区域930连续。可以提供延伸区域930以增加感测元件的占用率。可以使用各种不规则形状。延伸区域930可以形成为以便避开区域920。在一些实施例中，可以提供多个延伸区域930。例如，拾取点910可以包括四个延伸区域930。
此外，可以使用各种形状的拾取点910。拾取点910通常可以具有正方形形状。拾取点910可以偏离正方形。拾取点910可以包括成角度的拐角。拾取点910可以被设置为多边形。拾取点910可以被设置为八边形。
如图9B所示，延伸区域930可以通由线936连接到拾取点910的主体。布线936可以具有相对于桥接部分935减小的覆盖面积。使用布线936可以允许增加区域920的面积。根据期望的应用，区域920的尺寸可以适于允许放置期望的部件。
另外，布线936可以具有比桥接部分935低的电容。在一些实施例中，带电粒子可以以随机图案入射到检测器上。拾取点可以被配置为以便以短路径和低电容连接有源区。拾取点的电容可以与拾取点的面积成比例。拾取点的面积越大，电容越高。更高的电容可以增加与感测元件相关联的时间常数。较高的电容可能对速度有负面影响。例如，具有较高电容的感测元件可以具有较慢的读出速度。在一些实施例中，拾取点的几何形状可以被配置为以便考虑到由于放大的拾取点而导致的潜在增加的电容来优化检测器性能。
在一些实施例中，可以使用拾取点阵列。多个拾取点的阵列可以形成在检测器的衬底的第二侧上，并且可以被布置在相邻的第三区域之间，第三区域可以包括诸如晶体管的电子部件。如图9C所示，感测元件911可以包括多个拾取点的阵列951。阵列951可以形成在相邻区域920之间。
检测器可以包括具有相同或不同拾取点布置的感测元件。例如，如图9C所示，感测元件912可以包括与布线962连接的拾取点阵列。感测元件913可以包括与拾取点数目不同于阵列951的阵列971。阵列的拾取点可以以覆盖感测元件的不同区域的方式布置。例如，阵列可以被配置为覆盖感测元件的中心和拐角。此外，除了阵列之外，另外的变化可以包括连续的形状，诸如感测元件914中的形状981。
感测元件中的拾取点可以以平衡电容与几何形状的修改的方式来配置，以改善载流子传输行为。拾取点的特性可以被配置为使得载流子更有效地朝向拾取点迁移。拾取点可以被加宽，使得检测器背面上更大比例的面积被拾取点覆盖。可以通过扩大一个或多个拾取点或通过提供多个拾取点(例如，阵列)来提供更大比例的面积。可以在检测器中提供多个拾取点阵列。可以通过漂移行为(例如，使用驱动场)而不是通过扩散使载流子能够行进到拾取点。
在一些实施例中，可以在与带电粒子在检测器上的入射方向不同的方向上施加驱动场。带电粒子可以在检测器的厚度方向上入射到检测器上。在比较示例中，可以在厚度方向上施加驱动场，以将检测器中产生的载流子推动到拾取点。在本公开的一些实施例中，作为在厚度方向上施加的驱动场的备选或补充，可以施加在不同方向上施加的驱动场。沿这样的方向上施加的驱动场可以使位于载流子可能停滞的区域中的载流子通过漂移行为朝向拾取点移动。
驱动电极可以邻近拾取点布置。驱动电极可以在垂直于检测器的厚度方向的方向上靠近拾取点布置。垂直于检测器厚度方向的方向可以是检测器的水平方向。该方向也可以被称为检测器的横向或横向方向。在一些实施例中，可以在驱动电极和拾取点之间产生基本上水平的驱动场，并且可以位于相邻拾取点之间的区域中的载流子可以被移出这些区域并朝向拾取点移动。水平驱动场可以与垂直驱动场一起施加。载流子可以在两个方向上经历漂移行为，而不是仅依赖于在将在水平方向上被移动的扩散。
在检测器的第二侧中形成的区域可以包括驱动电极和拾取点。拾取点和驱动电极可以在结构上类似。一些拾取点可以通过向其施加不同的电位而用作驱动电极。在一些实施例中，一些拾取点可以具有施加到它们的不同电位，以便在拾取点之间提供水平场。此外，相对于比较实施例，相邻拾取点之间的距离可以减小。可以增加用于检测器的特定区域的拾取点的数目，以便缩短拾取点之间的节距。
如上面参考图7B所讨论的，可能存在检测器中产生的载流子可能停滞的区域720。水平驱动场可以用于在这些区域中移动载流子。载流子可以朝向拾取点移动。在一些实施例中，交变拾取点可以连接到交变电压，使得任何两个相邻拾取点在两个拾取点之间产生横向电场。由于产生的电场，载流子可以通过漂移行为被推向拾取点。
在一些实施例中，可以提供带电粒子检测器。带电粒子检测器可以包括电子检测设备。带电粒子检测器可以包括二维(2D)像素化检测器阵列，该2D阵列在第一方向和第二方向(例如，x方向和y方向)上延伸。带电粒子检测器可以形成在半导体衬底中。带电粒子检测器可以形成在晶片上。带电粒子检测器可以被配置为在第一方向或第二方向上产生驱动场。带电粒子检测器还可以被配置为在第三方向上产生驱动场。第三方向可以与检测器的厚度方向一致。第三方向例如可以是包括x方向和y方向的三轴坐标系中的z方向。
带电粒子检测器可以包括感测元件。可以提供多个感测元件。多个感测元件可以布置成2D阵列。感测元件可以被配置为响应于带电粒子到达事件而产生载流子。感测元件可以被形成为PIN二极管。
如以上参考图5所讨论的，感测元件314可以由衬底的第一侧上的第一区域(例如，图5的视图中的上侧)形成。第一区域可以包括具有第一导电性的半导体材料。第一区域可以包括p型半导体，诸如区610、表面层601或p外延区620。带电粒子可以从表面层601进入感测元件314。
此外，衬底可以包括与第一侧相对的第二侧。例如，如图5所示，感测元件314可以包括第二侧602。感测元件314可以由形成在衬底的第二侧上的第二区域形成。第二区可以包括具有第二导电性的半导体材料。第二区域可以包括n型半导体，例如可以是低剂量n型注入区的区630。
此外，感测元件314可以由第二侧上的第三区域形成。可在第二侧上的第三区域中形成一个或多个电路部件，诸如晶体管329。第三区域可以包括第一类型的半导体材料(例如，p型半导体)。例如，如图5所示，第三区域可以包括深p阱641。
此外，可以在第二侧上形成多个第四区域。第四区域可以形成在相邻的第三区域之间。第四区域可以包括电极、拾取点或衬底抽头。例如，如图5所示，可以有一个包括电极325的第四区域。
在一些实施例中，第四区域的第一部分可以连接到第一电位，并且第四区域的第二部分可以连接到第二电位。第一和第二电位可以彼此不同。
现在参考图10A和图10B，其示出了根据本公开的实施例的第四区域的示例。第四区域可以包括拾取点。第四区域可以包括驱动电极。拾取点的功能可以由施加到拾取点的电位确定。图10A是检测器1000的平面图。检测器1000可以类似于检测器300、检测器700或检测器800。图10B是检测器1000的侧视图。检测器1000可以具有第一表面1001和第二表面1002。第一表面1001可以用作被配置为接收带电粒子的检测表面，类似于上面参考图3讨论的检测器300的第一表面301。类似于检测器300的第二表面302，可以在第二表面1002上形成电路、信号处理部件或其它电子部件。
如图10A和图10B所示，检测器1000可以包括多个第四区域1010。第四区域1010可以形成在第二表面1002中。第四区域1010可以包括拾取点1011和驱动电极1012。拾取点1011和驱动电极1012的布置可以以棋盘图案交替。可以使用各种其它图案。
如图10B所示，在操作中，可以将驱动电压Vdz施加到检测器1000。第一表面1001可以包括可用作阳极的导电层。第一表面1001可以包括或被包括在表面层601中，如上参考图5所讨论的。一个或多个第四区域1010可用作阴极。例如，拾取点1011可以用作阴极。可以在第一表面1001和一个或多个第四区域1010之间施加驱动电压Vdz。驱动电压Vdz可以施加到拾取点1011。驱动电压Vdz可以导致在检测器1000中产生基本上垂直的驱动场，该驱动场从第一表面1001延伸到第二表面1002(例如，在z方向上)。此外，可以在与基本上垂直的驱动场的方向不同的方向(例如，与z方向不同)上产生另一驱动场。例如，可以在驱动电极1012和拾取点1011之间施加横向驱动电压Vdx和Vdy。第一电压可以施加到拾取点1011，并且第二电压可以施加到驱动电极1012。第一和第二电压可以彼此不同。由于施加电压的不同，在拾取点1011和驱动电极1012之间可能产生电场。可以在基本上水平的方向(例如，x方向或y方向)上产生驱动场。驱动场可以影响在检测器1000中产生的载流子，以将载流子移向拾取点1011。检测器1000可以被配置为在第一表面1001上接收带电粒子1015，响应于接收带电粒子1015而产生载流子，并且经由拾取点1011输出信号。可以在第一表面1001、驱动电极1012和拾取点1011之间适当地设置电位。
驱动场可以被配置为将载流子引导到特定位置。驱动场可以被配置为朝向拾取点引导载流子。可以适当地设置检测器中不同点之间的电压。可以调整电压和极性以便收集特定类型的载流子。例如，可以设置电压以将电子吸引到拾取点并将空穴吸引到驱动电极和其他区域(例如，可以充当公共阳极的检测器的表面层)。在一些实施例中，可以施加驱动场以便排斥来自驱动电极的载流子。例如，驱动场可以具有这样的幅度，使得载流子不能克服排斥力并且没有载流子到达驱动电极。在一些实施例中，驱动电极仍然能够接收一些载流子。可以配置检测器，使得通过拾取点和驱动电极两者来收集载流子。检测器可以包括信号处理部件，该信号处理部件被配置为并行地处理来自拾取点和驱动电极的输出。例如，可以提供并行处理路径。可以对通过驱动电极收集的电子进行处理，并将其添加到表示通过拾取点收集的电子的信号中。
此外，在一些实施例中，某些载流子可能被引导到拾取点，而某些载流子可能被引导到驱动电极或其它位置。例如，响应PIN二极管中的次级电子到达事件，可以产生许多电子-空穴对。电子可以被导向拾取点，空穴可以被导向其它位置。例如，可以将孔导向驱动电极或表面层601。施加到电极的电位可以根据要被接收的载流子的类型来操纵。
在一些实施例中，可以配置检测器，使得检测器的每个感测元件包括拾取点或驱动电极。拾取点和驱动电极都可以被配置为接收载流子。拾取点和驱动电极都可以接收电子，并且可以基于从拾取点和驱动电极两者收集的电子来确定输出信号。
现在参考图10C，其示出了根据本公开的实施例的检测器1000的另一视图。在图10C的视图中，各个感测元件可以用虚线表示。检测器1000可以包括感测元件1021、1022和1023。
在一些实施例中，可以修改感测元件的布置。检测器可以被配置为使得每个感测元件包括拾取点。此外，驱动电极可以被布置在每个感测元件的拐角处。例如，如图10D所示，感测元件1021、1022和1023可以具有位于其中心处的一个拾取点1011，并且可以在其拐角处被驱动电极1012包围。检测器可以被配置为使得每个感测元件中的载流子被导向相应的拾取点1011。
感测元件的划分可以是任意的。指示感测元件之间的边界的虚线可以不对应于任何物理划分。检测器可以是可配置的，使得可以提供像素化感测元件的各种布置或图案。在一些实施例中，感测元件之间的边界可以对应于可以布置电子部件的位置。例如，可以在感测元件之间的边界处提供被配置为连接相邻感测元件的开关。开关可以包括晶体管。
在一些实施例中，可以操纵拾取点或驱动电极之间的尺寸。拾取点之间的距离可以减小，使得载流子到达拾取点需要行进的长度减小。对于扩散行为，载流子行进时间可以与距离的平方成比例。因此，减小拾取点之间的距离(例如，L)可以导致与距离(例如，L2)的平方成比例地减少载流子扩散所需的时间。随着拾取点之间节距的减小，可以增加特定检测器区域的拾取点的数目。
现在参考图10E，其示出了根据本公开的实施例的检测器1000的另一变型。检测器1000可以被配置为使得每个拾取点1011被驱动电极1012包围。检测器1000可以被配置为具有驱动电极的条纹的图案。每个拾取点1011可以由驱动电极1012包围，并且可以产生驱动场，该驱动场将特定区域中的基本上所有的载流子导向拾取点1011。
现在参考图11A-图11D，其示出了根据本公开的实施例的检测器中的第四区域的图案的另外的变化。可以操纵拾取点和驱动电极的布置。拾取点和驱动电极的间隔可以被操纵。
如图11A所示，感测元件1021可以包括拾取点1011。拾取点1011可以被驱动电极1012包围。图11A可以表示类似于图10E的图案。图11A所示的图案可以在检测器的第二表面上规则地重复。例如，相邻的感测元件1022可以具有类似的图案(在图11A中部分地示出)。相邻拾取点之间的距离可以被设置为L1。L1可以等于感测元件1021的尺寸s。拾取点的间隔可以与检测器中的感测元件的长度相同。拾取点的间隔可以包括拾取点的节距。在一些实施例中，图案可以是不规则的。例如，驱动电极1012可以被布置在不同于相邻拾取点1011之间的中点的位置处。相邻拾取点之间的距离可以是不均匀的(例如，第一组拾取点之间的距离可以设置为L1，而第二组拾取点之间的距离可以设置为不同于L1)。
在一些实施例中，拾取点的间隔可以减小。拾取点可以更靠近在一起。可以减少载流子到达检测器的感测元件中的拾取点所经过的路径。检测器中拾取点的数目可以整体增加。可以类似地修改驱动电极。
如图11B所示，感测元件1021可以具有比图11A更大数量的拾取点1011和驱动电极1012。相邻拾取点之间的距离可以设置为L2。L2可以小于L1。在一些实施例中，L2可以小于或等于L1的一半。感测元件可以包括多个拾取点。如图11B所示，感测元件1021可以包括四个拾取点1011。更多数量的拾取点可以缩短在感测元件内产生的载流子到达拾取点需要经过的路径。在这两个图中，在图11A和图11B中，感测元件1021的尺寸s可以相等。因此，对于相同的感测元件区域，可以调整拾取点或驱动电极的数目，并且可以调整拾取点或驱动电极的间隔。对于感测元件的预定区域，可以调整拾取点或驱动电极的数目。感测元件可以被配置为具有多个拾取点。感测元件可以被配置为具有围绕其周边布置的多个驱动电极。在一些实施例中，可以在感测元件的内部区域内提供驱动电极。
图11C示出了可以用于拾取点和驱动电极的图案的其他变化。驱动电极1012可以设置在相邻拾取点1011之间。如图11C所示，拾取点和驱动电极不必均匀地提供。驱动电极的位置可以设置在某些区域中，以便避免区域由其它部件占据。例如，尽管图11C示出了相邻拾取点1011之间的驱动电极1012，但是驱动电极1012的位置可以横向移动以容纳可以设置在拾取点1011之间的电子器件。
图11D示出了可以用于拾取点和驱动电极的图案的其他变化。驱动电极1012可以形成在感测元件的拐角处。驱动电极1012可以在检测器的对角线方向上位于相邻感测元件之间。
在一些实施例中，拾取点和驱动电极可以形成有不同的结构。拾取点和驱动电极可以由相同的材料形成，但是具有其它不同的参数，诸如尺寸或形状。此外，检测器中的驱动电极的数目和拾取点的数目可以不同。
现在参考图12A和图12B，其示出了根据本公开的实施例的可以用于拾取点和驱动电极的图案的其他变化。拾取点和驱动电极可以不均匀地提供。如图12A所示，驱动电极1012的尺寸可以大于拾取点1011的尺寸。拾取点的尺寸可被最小化以便减小电容，然而，驱动电极的尺寸可被增加以便增加驱动电极引导载流子远离驱动电极并朝向拾取点的能力。在一些实施例中，驱动电极可以被配置为不接收感兴趣的载流子(例如，电子)，并且驱动电极的尺寸和对应的电容可以被去优先化。在一些实施例中，可以增加驱动电极的电容而不会对检测器性能(例如，速度)产生负面影响。在一些实施例中，驱动电极可以被配置为接收非感兴趣的载流子(例如，空穴)。
此外，在一些实施例中，可以修改驱动电极本身的参数。驱动电极可以被配置为具有不规则形状。驱动电极可以被配置为具有以便填充未被其他部件占据的区域的形状。例如，如图12B所示，驱动电极1012可以具有十字形。在相邻的驱动电极1012之间，感测元件1021可以包括电子部件，诸如晶体管。可以确定驱动电极1012的尺寸，以便填充感测元件1021的外围区域，否则该外围区域不被使用。同时，拾取点1011的尺寸可被最小化以减小电容。在一些实施例中，除了增大驱动电极的尺寸或修改驱动电极的形状之外或作为其备选，可以向驱动电极施加更高的电位以在水平方向上产生更强的驱动场。
如图12C所示，第四区域可以被布置在第三区域之间。第四区域可以包括第一部分和第二部分，第一部分可以包括拾取点，第二部分可以包括驱动电极。第三区域可以包括电路元件，诸如晶体管。检测器可以被配置为使得感测元件的外围区域基本上填充有第三区域或第四区域。在一些实施例中，每个感测元件可以具有位于其中心的拾取点。例如，如图12C所示，拾取点1011可以位于感测元件1021的中心。每个驱动电极1012可以在相邻区域920之间，相邻区域920可以包括电子部件，诸如晶体管。
在一些实施例中，辐射源可以用于偏置检测器。除了被配置为使次级带电粒子发射到检测器上的初级源之外，还可以提供该源。可提供被配置为产生初级带电粒子束的第一源。并且可以提供被配置为偏置检测器的第二源。第二源可以在检测器中产生自由载流子的供应。检测器可以被自由载流子饱和，使得当次级带电粒子到达事件发生时，可以在检测器的拾取点处比不使用偏置的情况更快地检测到响应。输出的检测可以包括执行信号处理，该信号处理考虑由第二源产生的额外的自由载流子。
检测器的衬底可以被源辐照。衬底可以对由源提供的辐射敏感，使得可以响应于源的辐照而在衬底中产生自由载流子。源可以包括激光器、LED、带电粒子束或任何其它辐射源。在一些实施例中，PIN二极管可由激光器、LED或电子束辐照以产生恒定的电子-空穴对的供应。电子可以被电场(例如，驱动场)扫到PIN二极管的拾取点。自由电子-空穴对的供应可以增加PIN二极管中的水平电导率并且可以增加检测器速度。可以减小从入射次级电子到达PIN二极管(其中次级电子可以在PIN二极管的耗尽区中产生大量载流子(例如，电子))到在拾取点处收集载流子(例如，电子)的时间跨度。
在一些实施例中，可以响应于次级电子到达事件将载流子的脉冲递送到拾取点。可以检测载流子收集速率的变化。在一些实施例中，可以在拾取点处检测电位的变化。
外部源可以被配置为照射检测器，以便增加检测器的有源区域的电导率。电导率可以与自由电荷浓度成比例。铜材料可以具有比玻璃材料更高的电子浓度，并且铜材料可以比玻璃材料更导电。类似地，偏置检测器可以具有比未偏置检测器更大的电导率。类似于填充有流体的容器，当容器被填充而不是当容器是空的时，容器的溢出将更快地发生。在本公开的一些实施例中，检测器可以被偏置，使得检测器的感测元件中存在增加量的自由载流子，并且通过在拾取点处输出信号使检测器对带电粒子到达事件的响应更快。
现在参考图13，其是根据本公开的实施例的将载流子吸引到拾取点的图示。如上面参考图7A和图7B所讨论的，载流子可以由基本上垂直的场驱动朝向拾取点710。可以存在载流子可以停滞在其中的区域720，并且载流子可以主要通过扩散行为移动。如图13所示，曲线图1300可以表示相对于检测器700中的位置的载流子的静态电位。曲线图1300的横坐标可以对应于检测器700中的横向位置。曲线图1300的纵坐标可以表示静态电位(例如，对拾取点的吸引水平)。可以有区域1310，其中载流子被高度吸引到拾取点710。同时，可能存在静态电位相对低的区域1320，并且载流子可能不会被强烈地吸引到拾取点710。
在一些实施例中，照射可由外部源提供以在检测器中产生载流子的供应。图14A-图14C示出了根据本公开的实施例的由外部源提供的照射的示例。
如图14A所示，可以提供第一外部源1410。第一外部源1410可被配置为产生入射在检测器700上的辐射。第一外部源1410可以被配置为辐照检测器700的第一表面701。在被第一外部源1410辐照的同时，带电粒子715可以经由第一表面701被接收在检测器700上。
在一些实施例中，可以在检测器的第一侧或第二侧上提供照射。如图14B所示，可以提供第二外部源1420。第二外部源可以被配置为产生入射在检测器700上的辐射。第二外部源1420可以被配置为辐照检测器700的第二表面702。在被第一外部源1410辐照的同时，带电粒子715可以经由第一表面701被接收在检测器700上。
在一些实施例中，如图14C所示，可以提供第一外部源1410和第二外部源1420。第一外部源1410可以被配置以辐照检测器700的第一表面701，并且第二外部源1420可以被配置以辐照检测器700的第二表面702。在被第一外部源1410和第二外部源1420两者辐照的同时，带电粒子715可以经由第一表面701被接收在检测器700上。
第一外部源1410或第二外部源可以包括激光器、LED、带电粒子束源或任何其它辐射源。在一些实施例中，被配置为辐照检测器700的第二表面702的源可以被配置为发射不损害可以被设置在第二表面702上的电子器件的辐射类型。在一些实施例中，可以提供掩模以屏蔽第二表面702的敏感区域。在一些实施例中，第二外部源1420可以被配置为选择性地发射辐射。
第二外部源1420可以被配置为将辐射注入到检测器700的第二表面702上的某些区域。第二外部源1420可以被配置为在检测器700的区域中产生自由载流子，其中增加的载流子浓度的影响可以是最显著的。第二外部源1420可以被配置为照射感测元件中的拾取点与感测元件的边缘之间的区域。该区域可以包括拾取点和布置在相邻感测元件之间的晶体管或其它电子器件之间的区域。第二外部源1420可以被配置为照射区域720。在一些实施例中，第二外部源1420可以包括光导，并且可以被配置直接在区域720上方照射第二表面702的一部分。
第一外部源1410可以被配置为产生穿透检测器700的第一表面701的辐射。在一些实施例中，第一外部源1410可以包括带电粒子泛射枪。检测器700的第一表面701可以在宽广的区域上充满分散的带电粒子。带电粒子可以在检测器700中产生载流子而不损坏检测器700的电子部件。
经由拾取点710检测载流子可以包括执行信号分析。检测器700的外部照射可以导致检测器700中产生的自由载流子的数目增加。感测元件的输出信号可以由在拾取点710处收集的用于特定感测元件的载流子形成。为了获得仅表示带电粒子到达事件的信号，可以从总信号中减去对应于自由载流子的信号的部分。例如，外部源可以被配置为在感测元件中产生第一数目的载流子。载流子的第一数目可以由实验或模拟确定。载流子的第一数目可以基于由外部源提供的能量的量和检测器700的特性来确定。响应于感应元件处的带电粒子到达事件，可以在感应元件中产生第二数目的载流子。同时，可以在感测元件的拾取点处收集第三数目的载流子。载流子的第二数目可以通过从载流子的第三数目中减去载流子的第一数目来获得。第二数目的载流子可以表示带电粒子到达事件。载流子的第三数目可以包括在拾取点处收集的载流子的总数。第三数目的载流子可以包括第一数目的载流子和第二数目的载流子。
在本公开的一些实施例中，可以提供一种检测带电粒子的方法。该方法可以使用带电粒子束系统来执行。
现在参考图15，其是示出根据本发明实施例的可以用于带电粒子检测的方法1500的流程图。方法1500可以由带电粒子束系统的控制器(例如，图1或图2中的控制器109)执行。2b。在一些实施例中，控制器可以被包括在检测器144或电子检测设备244中。控制器可以包括被编程以实现方法1500的电路(例如，存储器和处理器)。控制器可以是与带电粒子束系统耦合的内部控制器或外部控制器。
如图15所示，方法1500可以在步骤S100开始。步骤S100可以包括照射衬底。照射可以被连续执行一段时间。照射可以在进行SEM成像的期间内被连续执行。当执行样品扫描时，可以连续执行照射。照射可以在样品扫描期间被连续执行。衬底可以包括检测器的一部分。照射衬底可能导致在衬底中产生载流子。衬底可以包括检测器的PIN二极管。照射可以导致在PIN二极管的耗尽区中产生电子-空穴对流。载流子的流动可以与投射在衬底上的照射有关。载流子的流动可以与照射具有关系(诸如成比例)。例如，产生的载流子的量可以与照射的强度成比例。当照射被投射到衬底上时，可以产生恒定的载流子流。照射可以由外部源产生，外部源可以包括激光器、LED、电子束源或其它辐射源。
方法1500可以包括产生初级带电粒子束的步骤S110。初级带电粒子束能够由电子束工具100产生。产生初级带电粒子束可以包括产生多个束波。初级带电粒子束的产生可以导致形成被引导到带电粒子束系统的检测器的次级射束。初级带电粒子束可以在样品的表面上被扫描。
方法1500可以包括在衬底处接收从样品发射的带电粒子的步骤S120。带电粒子可以从已经被带电粒子束系统的初级带电粒子束扫描的样品引导到衬底。带电粒子可以包括次级电子。带电粒子可以入射到衬底的第一侧上。带电粒子可以与PIN二极管的耗尽区相互作用，该耗尽区可以形成衬底并且可以触发PIN二极管中大量载流子的产生。带电粒子可以产生许多电子-空穴对。载流子的数目可以与衬底上入射的带电粒子的性质和衬底的性质有关。例如，在一些实施例中，PIN二极管可以被配置为使得具有能量(BE-LE)keV的入射电子的动能可以通过以每对大约3.61eV的速率产生多个电子-空穴对而被完全消耗。因此，对于10000eV能量的入射电子，可以产生大约2700个电子-空穴对。与仅可以产生单个电子-空穴对的光子到达事件相反，电子到达事件可产生显著更多的电子-空穴对。
方法1500可以包括经由衬底上的拾取点检测载流子的步骤S130。拾取点可以设置在衬底的第二侧上。第二侧可以与第一侧相对。衬底的照射可以引起衬底区域中载流子浓度的增加。衬底区域中的载流子浓度可以相对于未照射状态增加。该区域可以包括某种类型的半导体材料。
衬底可以包括由具有第一导电性的半导体材料形成的第一区域，和由具有第二导电性的半导体材料形成的第二区域。第一区域可以设置在衬底的第一侧上。第二区域可以设置在衬底的第二侧上。第一区域可以包括p型半导体。第二区域可以包括n型半导体。例如，如图5所示，可以存在包括表面层601、区610或p外延区620的第一区域。还可以有包括630的第二区域。区630可以是低剂量n型注入区。
包括带电粒子检测器的一部分的衬底可以包括感测元件314。可以经由表面层601或第二侧602照射衬底。感测元件314的照射可以引起区630中载流子浓度的增加。区630中增加的载流子浓度可以促进载流子朝向电极329的传导。
在一些实施例中，可以在感测元件中提供微分梯度。微分梯度可以被配置为产生影响载流子的场。微分梯度可以被配置为促进载流子向拾取点的传导。微分梯度可以产生无源场。微分梯度可以在特定方向上形成。微分梯度可以具有拾取点之间的水平方向上的梯度。感测元件可以由半导体衬底构成。可以使用注入的梯度，诸如阶梯式注入区。微分梯度可以使拾取点之间的区域中的载流子朝向最近的拾取点移动。
现在参考图16A和图16B，其示出了根据本公开的实施例的微分梯度。如图16A所示，可以提供类似于图5的感测元件314，除了区630可以包括梯度区域660。梯度区域660可以包括微分梯度。梯度区域660可以包括具有不同电导率的多个区域。
在图5中，感测元件314可以包括可以是均匀结构的区域630。区域630可以是低剂量n型注入区。然而，在图16A中，感测元件314可以包括具有不同导电率区域的区630。区630可以包括梯度区域660。梯度区域660可以由具有不同剂量的n型注入的区域形成。例如，可以提供第一梯度区域661、第二梯度区域662和第三梯度区域663。区域661、662、663可以具有不同的掺杂密度。第一梯度区域661可以具有比第二梯度区域662高的掺杂密度，第二梯度区域662可以具有比第三梯度区域663高的掺杂密度。例如，第一梯度区域661可以是n+区域，第二梯度区域662可以是n+区，并且第三梯度区域663可以是n区。不同区域的不同掺杂密度可能导致载流子沿预定方向移动。梯度区域660的梯度可以沿预定方向形成。预定方向可以是检测器的水平方向。
可以使用各种制造工艺形成具有梯度区域的检测器。可以使用不同的掩模或通过注入不同密度的掺杂剂来形成不同的半导体区。
在一些实施例中，可以在检测器中的特定位置处提供梯度区域。例如，如上面参考图7B所讨论的，可能存在载流子可能倾向于停滞的区域720。梯度区域可以形成在这样的区域中。
如图16A所示，梯度区域660可以形成为在检测器的厚度方向上与晶体管329重叠。可以在晶体管329和区域620之间形成梯度区域660。梯度区域660可以选择性地形成在期望操纵载流子传输行为的区域中。当施加垂直驱动场时，在除了区域720之外的区域中载流子传输可能是足够的。在一些实施例中，垂直驱动场可以与在对应于区域720的区域中形成的梯度区域660一起使用。
在一些实施例中，可能需要进一步操纵载流子传输行为。可以在延伸超过区域720的区域中形成梯度区域。在一些实施例中，梯度区域可以填充检测器的衬底的第二区域的整个面积。
检测器的衬底可以包括由具有第一电导率的半导体材料形成的第一区域和由具有第二电导率的半导体材料形成的第二区域。第一区域可以设置在衬底的第一侧上。第二区域可以设置在衬底的第二侧上。第一区域可以包括p型半导体。第二区域可以包括n型半导体。例如，如图5所示，可以存在第一区域，其包括表面层601、区610或p外延区620。还可以有包括630的第二区域。区630可以是低剂量n型注入区。
如图16B所示，可以形成梯度区域660以填充基本上全部的区630。类似于图16A，梯度区域660可以包括第一梯度区域661、第二梯度区域662和第三梯度区域663。此外，梯度区域660可以包括第四梯度区域664和第五梯度区域665。梯度区域660可以被配置为形成掺杂剂密度从第一梯度区域661到第五梯度区域665的平滑过渡。
根据本公开的实施例，可以提供一种存储指令的非暂态计算机可读介质，该指令用于控制器(例如，图1中的控制器109)的处理器根据图15的示例性流程图来检测带电粒子。例如，存储在非暂态计算机可读介质中的指令可以由控制器的电路执行以部分地或全部地执行方法1500。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、磁带或任何其它磁性数据存储介质、光盘只读存储器(CD-ROM)、任何其它光学数据存储介质、具有孔图案的任何物理介质、随机存取存储器(RAM)、可编程只读存储器(PROM)和可擦除可编程只读存储器(EPROM)、FLASH-EPROM或任何其它闪存、非易失性随机存取存储器(NVRAM)、高速缓存、寄存器、任何其它存储芯片或存储盒、以及它们的联网版本。
图中的框图可以示出根据本公开的各种示例性实施例的系统、方法和计算机硬件或软件产品的可能实现的架构、功能和操作。在这点上，示意图中的每个框可以表示可以使用诸如电子电路的硬件实现的某些算术或逻辑运算处理。框还可以表示包括用于实现指定逻辑功能的一个或多个可执行指令的代码的模块、段或部分。应当理解，在一些备选的实现方式中，在框中指示的功能可以不按照图中所示的顺序发生。例如，根据所涉及的功能，可以基本上同时执行或实现连续示出的两个块，或者有时可以以相反的顺序执行两个框。也可以省略一些框。还应当理解，框图的每个框以及框的组合可以由执行指定功能或动作的基于专用硬件的系统来实现，或者由专用硬件和计算机指令的组合来实现。
可以使用以下条款进一步描述这些实施例：
1.一种带电粒子检测器，包括：
形成在衬底中的多个感测元件，其中所述多个感测元件中的感测元件由所述衬底的第一侧上的第一区域和所述衬底的第二侧上的第二区域形成，所述第二侧与所述第一侧相对；
形成在所述衬底的所述第二侧上的多个第三区域，所述第三区域包括一个或多个电路部件；以及
在衬底的第二侧上形成的第四区域的阵列，第四区域的阵列在相邻的第三区域之间。
2.根据条款1所述的带电粒子检测器，其中：
所述第一区域包括具有第一导电性的半导体材料，
所述第二区域包括具有第二导电性的半导体材料，
所述第三区域包括具有第一导电性的半导体材料，并且
第四区域的阵列包括具有第二导电性的半导体材料。
3.根据条款1或条款2所述的带电粒子检测器，其中：
所述第一区域包括p型半导体，
所述第二区域包括n型半导体，
所述第三区域包括p型半导体，并且
所述第四区域包括n型半导体。
4.根据条款1至3中任一项所述的带电粒子检测器，其中第二区域与第一区域相邻。
5.根据条款1至4中任一项所述的带电粒子检测器，其中感测元件包括PIN二极管。
6.根据条款1至5中任一项所述的带电粒子检测器，其中第四区域的阵列由布线路径连接。
7.根据条款1至5中任一项所述的带电粒子检测器，其中第四区域的阵列由桥接部分连接。
8.根据条款1至7中任一项所述的带电粒子检测器，其中第四区域的阵列包括被配置为收集在感测元件中产生的载流子的电极。
9.根据条款1至8中任一项所述的带电粒子检测器，其中所述一个或多个电路部件包括晶体管。
10.一种带电粒子检测器，包括：
形成在衬底中的多个感测元件，其中所述多个感测元件中的感测元件由所述衬底的第一侧上的第一区域和所述衬底的第二侧上的第二区域形成，所述第二侧与所述第一侧相对；
形成在所述衬底的所述第二侧上的多个第三区域，所述第三区域包括一个或多个电路部件；以及
在所述衬底的所述第二侧上形成的第四区域，所述第四区域在相邻的第三区域之间，所述第四区域的参数被配置为以便增强所述检测器中的载流子传输。
11.根据条款10所述的带电粒子检测器，其中第四区域的参数包括第四区域的几何形状。
12.根据条款10或条款11所述的带电粒子检测器，其中感测元件中的第四区域的占用率大于或等于预定比例。
13.根据条款12所述的带电粒子检测器，其中所述预定比例是50％。
14.根据条款10至13中任一项所述的带电粒子检测器，其中第四区域包括连续形状。
15.一种带电粒子检测器，包括：
形成在衬底中的多个感测元件，其中所述多个感测元件中的感测元件由所述衬底的第一侧上的第一区域和所述衬底的第二侧上的第二区域形成，所述第二侧与所述第一侧相对；
形成在所述衬底的所述第二侧上的多个第三区域，所述第三区域包括一个或多个电路部件；以及
在所述衬底的所述第二侧上形成的多个第四区域，所述多个第四区域的第一部分连接到第一电位，并且所述多个第四区域的第二部分连接到不同于所述第一电位的第二电位。
16.根据条款15所述的带电粒子检测器，其中第三电位被施加到所述第一区域。
17.根据条款15或条款16所述的带电粒子检测器，其中在带电粒子检测器的基本上横向方向上，在多个第四区域的第一部分和多个第四区域的第二部分之间形成场，所述横向方向垂直于带电粒子检测器的厚度方向和带电粒子在带电粒子检测器上的入射方向。
18.根据条款15至17中任一项所述的带电粒子检测器，其中所述多个第四区域的第一部分中的每个部分的结构与所述多个第四区域的第二部分中的每个部分的结构相同。
19.根据条款15至17中任一项所述的带电粒子检测器，其中所述多个第四区域的第一部分中的每个部分的结构与所述多个第四区域的第二部分中的每个部分的结构不同。
20.根据条款19所述的带电粒子检测器，其中所述多个第四区域的第二部分的尺寸大于所述多个第四区域的第一部分的尺寸。
21.根据条款15至20中任一项所述的带电粒子检测器，其中所述多个第四区域的第二部分的数目大于所述多个第四区域的第一部分的数目。
22.根据条款15至21中任一项所述的带电粒子检测器，其中所述多个感测元件中的每个感测元件包括所述多个第四区域的中的所述第一部分的一个部分。
23.根据条款15至21中任一项所述的带电粒子检测器，其中所述多个第四区域以棋盘图案提供。
24.根据条款23所述的带电粒子检测器，其中所述多个第四区域的第一部分和所述多个第四区域的第二部分被交替地提供。
25.根据条款15至21中任一项所述的带电粒子检测器，其中所述多个第四区域以使得第四区域的第一部分中的每个部分被第四区域的第二部分包围。
26.根据条款15至25中任一项所述的带电粒子检测器，其中所述多个第四区域的所述第一部分包括电极，所述电极被配置为收集在所述感测元件中产生的第一类型的载流子，并且所述多个第四区域的所述第二部分包括驱动电极，所述驱动电极被配置为排斥所述第一类型的载流子。
27.根据条款15至25中任一项所述的带电粒子检测器，其中所述多个第四区域的第一部分和所述多个区域的第二部分包括被配置为收集在所述感测元件中产生的第一类型的载流子的电极。
28.根据条款27所述的带电粒子检测器，还包括被配置为执行信号处理的电路，以基于由所述多个第四区域的所述第一部分和所述多个区域的所述第二部分两者收集的所述第一类型的载流子生成输出。
29.根据条款15至28中任一项所述的带电粒子检测器，其中所述多个第四区域的第一部分中的每个部分位于感测元件的中心，并且所述多个第四区域的第二部分中的每个部分位于相邻的第三区域之间。
30.一种用于检测带电粒子的方法，包括：
照射包括检测器的一部分的衬底，以在所述衬底中产生载流子流；在所述衬底处接收从样品发射的带电粒子，其中所述带电粒子与所述衬底相互作用以触发在所述衬底中多个载流子的产生；以及
经由衬底上的拾取点来检测载流子。
31.根据条款30所述的方法，其中所述衬底包括PIN二极管，并且照射所述衬底导致在所述PIN二极管的耗尽区中产生电子空穴对的恒定流。
32.根据条款30或条款31所述的方法，其中在一段时间内连续地照射所述衬底。
33.根据条款30至32中任一项所述的方法，其中在被配置为接收来自所述样品的入射带电粒子的第一侧上照射所述衬底。
34.根据条款30至32中任一项所述的方法，其中所述衬底在第二侧上被照射，所述第二侧与被配置为接收来自所述样品的入射带电粒子的第一侧相对。
35.根据条款30至32中任一项所述的方法，其中所述衬底在第一侧和第二侧上被照射，所述第一侧被配置为接收来自所述样品的入射带电粒子，并且所述第二侧与所述第一侧相对。
36.根据条款30至35中任一项所述的方法，其中所述衬底由包括激光器、LED或电子束源的外部源照射。
37.根据条款30至36中任一项所述的方法，其中在所述拾取点和布置在所述检测器的相邻感测元件之间的晶体管之间的区域中照射所述衬底。
38.根据条款30至37中任一项所述的方法，还包括：
产生初级带电粒子束；以及
在样品上扫描初级带电粒子束。
39.根据条款30至38中任一项所述的方法，还包括：
确定通过照射所述衬底而在所述衬底中产生的载流子的第一数目；以及确定通过带电粒子与衬底相互作用而在衬底中产生的载流子的第二数目。
40.根据条款39所述的方法，其中通过从载流子第三数目减去载流子的第一数目来确定载流子的第二数量，载流子的第三数目包括在拾取点处收集的载流子的总数。
41.一种非暂态计算机可读介质，存储指令集，所述指令集能够由带电粒子束装置的一个或多个处理器执行以使得所述带电粒子束装置执行方法，所述方法包括：
照射包括检测器的一部分的衬底以导致在所述衬底中产生载流子流，其中所述衬底被配置为接收从样品发射的带电粒子，其中所述带电粒子与所述衬底相互作用以触发在所述衬底中多个载流子的产生；以及经由衬底上的拾取点来检测载流子。
42.根据条款41所述的介质，其中所述指令集能够执行以使所述带电粒子束装置：
在一段时间内连续地照射衬底。
43.根据条款41或条款42所述的介质，其中所述指令集能够执行以使所述带电粒子束装置：
照射被配置为接收来自样品的入射带电粒子的第一侧上的衬底。
44.根据条款41或条款42所述的介质，其中所述指令集能够执行以使所述带电粒子束装置：
照射第二侧上的衬底，所述第二侧与第一侧相对，所述第一侧被配置为接收来自所述样品的入射带电粒子。
45.根据条款41或条款42所述的介质，其中所述指令集能够执行以使所述带电粒子束装置：
照射第一侧和第二侧上的衬底，第一侧配置为接收来自样品的入射带电粒子，第二侧与第一侧相对。
46.根据条款41至45中任一项所述的介质，其中所述指令集能够执行以使所述带电粒子束装置：
照射拾取点和设置在检测器的相邻感测元件之间的晶体管之间的区域中的衬底。
47.根据条款41至46中任一项所述的介质，其中所述指令集能够执行以使所述带电粒子束装置：
生成初级带电粒子束；以及
扫描样品上的初级带电粒子束。
48.根据条款41至47中任一项所述的介质，其中所述指令集能够执行以使所述带电粒子束装置：
确定通过照射所述衬底在所述衬底中产生的载流子的第一数目；以及确定通过带电粒子与衬底相互作用而在衬底中产生的载流子的第二数目。
49.根据条款48所述的介质，其中载流子的第二数目通过从载流子的第三数目减去载流子的第一数目来确定，所述载流子的第三数目包括在所述拾取点处收集的载流子的总数。
50.一种带电粒子检测器，包括：
形成在衬底中的多个感测元件，其中所述多个感测元件中的感测元件由所述衬底的第一侧上的第一区域和所述衬底的第二侧上的第二区域形成，所述第二侧与所述第一侧相对；
形成在所述衬底的所述第二侧上的多个第三区域，所述第三区域包括一个或多个电路部件；以及
形成在所述衬底的所述第二侧上第四区域，所述第四区域被配置为收集在所述感测元件中产生的载流子，其中
第二区域包括感测元件外围和第四区域之间的微分梯度区域。
51.根据条款50所述的带电粒子检测器，其中微分梯度在垂直于衬底的厚度方向的方向上形成。
52.根据条款50或条款51所述的带电粒子检测器，其中微分梯度从感测元件的外围到第四区域是连续的。
53.根据条款50至52中任一项的带电粒子检测器，其中：
所述第一区域包括具有第一导电性的半导体材料，
所述第二区域包括具有第二导电性的半导体材料，
所述多个第三区域包括具有第一导电性的半导体材料，并且所述第四区域包括具有第二导电性的半导体材料。
54.根据条款50至53中任一项的带电粒子检测器，其中：
所述第一区域包括p型半导体，
所述第二区域包括n型半导体，
所述多个第三区域包括p型半导体，并且
所述第四区域包括n型半导体。
55.根据条款50至54中任一项所述的带电粒子检测器，其中微分梯度包括具有朝向第四区域逐渐减小的掺杂密度的多个区域。
56.根据条款50至55中任一项所述的带电粒子检测器，其中微分梯度包括n型半导体的不同密度的区域。
57.根据条款50至56中任一项所述的带电粒子检测器，其中所述多个第三区域包括晶体管，并且所述微分梯度与所述晶体管重叠。
58.根据条款50至57中任一项所述的带电粒子检测器，其中微分梯度基本上填充第二区域。
59.根据条款1至5中任一项所述的带电粒子检测器，其中第四区域的阵列由桥接部分连接。
60.根据条款30至35中任一项所述的方法，其中所述衬底由外部辐射源照射。
61.根据条款32所述的方法，其中所述一段时间是所述样品的扫描。
应了解，本公开的实施例不限于上文已描述且在附图中说明的确切构造，并且可在不脱离本发明的范围的情况下作出各种修改和改变。

Claims (15)

1.一种带电粒子检测器，包括：
形成在衬底中的多个感测元件，其中所述多个感测元件中的感测元件由所述衬底的第一侧上的第一区域和所述衬底的第二侧上的第二区域形成，所述第二侧与所述第一侧相对；
形成在所述衬底的所述第二侧上的多个第三区域，所述第三区域包括一个或多个电路部件；以及
在所述衬底的所述第二侧上形成的第四区域的阵列，所述第四区域的阵列在相邻的第三区域之间。
2.根据权利要求1所述的带电粒子检测器，其中：
所述第一区域包括具有第一导电性的半导体材料，
所述第二区域包括具有第二导电性的半导体材料，
所述第三区域包括具有所述第一导电性的半导体材料，并且
所述第四区域的阵列包括具有所述第二导电性的半导体材料。
3.根据权利要求1所述的带电粒子检测器，其中：
所述第一区域包括p型半导体，
所述第二区域包括n型半导体，
所述第三区域包括p型半导体，并且
所述第四区域包括n型半导体。
4.根据权利要求1所述的带电粒子检测器，其中所述第二区域与所述第一区域相邻。
5.根据权利要求1所述的带电粒子检测器，其中所述感测元件包括PIN二极管。
6.根据权利要求1所述的带电粒子检测器，其中所述第四区域的阵列由布线路径连接。
7.根据权利要求1所述的带电粒子检测器，其中所述第四区域的阵列由桥接部分连接。
8.根据权利要求1所述的带电粒子检测器，其中所述第四区域的阵列包括被配置为收集在所述感测元件中产生的载流子的电极。
9.根据权利要求1所述的带电粒子检测器，其中所述一个或多个电路部件包括晶体管。
10.一种非暂态计算机可读介质，存储指令集，所述指令集能够由带电粒子束装置的一个或多个处理器执行，以使得所述带电粒子束装置执行方法，所述方法包括：
照射包括检测器的一部分的衬底以导致在所述衬底中产生载流子流，其中所述衬底被配置为接收从样品发射的带电粒子，其中所述带电粒子与所述衬底相互作用以触发在所述衬底中多个载流子的产生；以及
经由所述衬底上的拾取点来检测载流子。
11.根据权利要求10所述的介质，其中所述指令集能够执行以使得所述带电粒子束装置：
在一段时间内连续地照射所述衬底。
12.根据权利要求10所述的介质，其中所述指令集能够执行以使得所述带电粒子束装置：
照射第一侧上的所述衬底，所述第一侧被配置为接收来自所述样品的入射带电粒子。
13.根据权利要求10所述的介质，其中所述指令集能够执行以使得所述带电粒子束装置：
照射第二侧上的所述衬底，所述第二侧与第一侧相对，所述第一侧被配置为接收来自所述样品的入射带电粒子。
14.根据权利要求10所述的介质，其中所述指令集能够执行以使得所述带电粒子束装置：
照射第一侧和第二侧上的衬底，所述第一侧配置为接收来自所述样品的入射带电粒子，所述第二侧与所述第一侧相对。
15.根据权利要求10所述的介质，其中所述指令集能够执行以使得所述带电粒子束装置：
照射所述拾取点和晶体管之间的区域中的所述衬底，所述晶体管被布置在所述检测器的相邻感测元件之间。
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