TW202215474A - 用於帶電粒子束裝置之偵測器及用於帶電粒子束偵測之方法 - Google Patents

用於帶電粒子束裝置之偵測器及用於帶電粒子束偵測之方法 Download PDF

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Abstract

本發明揭示一種偵測器，其可具備一感測元件或一感測元件陣列，該等感測元件中之每一者可具有一對應增益元件。可提供一種具有整合在一起之一感測元件及一增益元件之基板。該增益元件可包括一區段，在該區段中，沿著垂直於一電子束之一入射方向之一方向，一第一導電性區與一第二導電性區鄰近地提供，且一第三導電性區可與該第二導電性區鄰近地提供。該感測元件可包括一區段，在該區段中，沿著該入射方向，一第四導電性區與該基板之一本質區鄰近地提供，且該第二導電性區可與該本質區鄰近地提供。

Description

用於帶電粒子束裝置之偵測器及用於帶電粒子束偵測之方法
本文中之描述係關於帶電粒子偵測，且更特定言之，係關於可適用於帶電粒子束偵測之系統及方法。
偵測器可用於實體地感測可觀測到之現象。舉例而言，諸如電子顯微鏡之帶電粒子束工具可包含接收自樣本投影之帶電粒子並輸出偵測信號之偵測器。偵測信號可用以重建構在檢測下之樣本結構之影像，且可用以例如顯露樣本中之缺陷。偵測樣本中之缺陷在可包括較大數目個經密集封裝之小型化積體電路(IC)組件的半導體器件之製造中愈來愈重要。出於此目的，可提供專用檢測工具。
在檢測領域中之一些應用(例如，使用掃描電子顯微鏡(SEM)之顯微法)中，可使電子束橫越樣本進行掃描以自樣本產生之反向散射或二次電子導出資訊。在相關技術中，SEM工具中之電子偵測系統可包括經組態以偵測來自樣本之電子的偵測器。在一些應用中，當使用低束電流時或當電子之能量位準低時，偵測信號可能極弱，且因此敏感度成為問題。一些偵測器可經組態以在偵測信號中添加電流增益以使信號之位準高達可量測量。然而，將習知增益元件(諸如外部放大器)提供至偵測器可使系統複雜化且亦可引入雜訊。添加雜訊可促成總系統中之信雜比(SNR)縮減且可使成像之品質降級。
在比較實例中，偵測器件可配備有閃爍體，該閃爍體可回應於接收到電子而發光。入射電子束之強度可首先由閃爍體轉換成光信號。接著，可經由光學路徑將光信號導引至光偵測器。在到達光偵測器後，可產生對應電信號。所產生信號可具有表示入射電子束之強度之振幅。
使用閃爍體之系統可具有以下缺點。舉例而言，歸因於在閃爍體中電子強度至光信號之間的轉換，及在光偵測器中光信號至電信號之轉換，可引入雜訊。此外，各種組件(比如閃爍體及光導)之間的連接可各自促成雜訊及信號損耗。損耗可包括閃爍體與光學路徑之間的耦合損耗、光學路徑之插入損耗，及光學路徑與光偵測器之間的耦合損耗。
在另一類型之偵測器件中，可使用PIN二極體。PIN二極體可包括一半導體結構，該半導體結構具有由本質區分離的具有不同導電性之多個區，例如p型半導體區及n型半導體區。該PIN二極體可回應於接收到電子而產生電信號。入射電子束之強度可經直接轉換成電信號。與使用閃爍體之系統相比，使用PIN二極體之系統可歸因於信號類型轉換及耦合而具有較少雜訊。此可改良SEM系統之總SNR。
此外，歸因於基於來自入射電子之離子化效應之能量倍增，PIN二極體可具有固有內部增益。PIN二極體之內建式增益可與入射粒子之能量相當。舉例而言，入射電子之能量愈高，器件之增益愈高。相反地，當入射電子之能量小時，關聯增益可為低的。因此，為了在粒子之能量低時偵測該等粒子，可有必要藉由例如附接放大器來添加增益。然而，如上文所提及，在偵測系統中之感測元件的下游連接放大器可造成信雜比劣化。SNR縮減可能部分歸因於感測元件與放大器之間的外部互連。因此，PIN二極體之限制可在於：用於低能量粒子之內建式增益可並不足以實際上改良用於寬範圍使用之SNR。
在另外比較偵測系統中，偵測器可包括內建式增益元件，該內建式增益元件包含與用於放大之PIN二極體相似的結構。可藉由施加足夠高反向偏壓電壓而將該PIN二極體偏壓至突崩模式或蓋革(Geiger)計數模式。內部增益可藉由高內部電場誘發之離子化來達成。雖然此偵測系統可具有高內建式增益，但其可遭受高內部雜訊及高增益溫度係數。
本發明之實施例提供與帶電粒子偵測相關之系統及方法。在一些實施例中，可提供一種具有一內建式增益區塊之偵測器。該偵測器可用於一帶電粒子束裝置中。
一種用於一帶電粒子束裝置之偵測器可包括提供於一基板中之一感測元件及一增益元件。該感測元件及該增益元件可在一第一方向上對準。該第一方向可與照射於該偵測器上之一帶電粒子束之一入射方向平行，該入射方向可與該基板之厚度方向對應。該增益元件可包括一區段，在該區段中，沿著垂直於該第一方向之一第二方向，一第一導電性區與一第二導電性區鄰近地提供，且一第三導電性區與該第二導電性區鄰近地提供。該第一導電性可為n+半導體，該第二導電性可為p+半導體，且該第三導電性可為n+++半導體。該第二導電性區可插入於該第一導電性區與該第三導電性區之間。
該感測元件可包括一第一層，該第一層包括一第四導電性區。該感測元件可包括一區段，在該區段中，沿著該第一方向，該第四導電性區與一本質區鄰近地提供，且該第二導電性區與該本質區鄰近地提供。
在一些實施例中，一基板可被提供於一層結構中。該基板可包括：一第一層，其包括一第一導電性之一第一區；一第二層，其包括一第二導電性之一第二區；一第三層，其包括插入於該第二導電性之一第四區之間的一第三導電性之一第三區；及一第四層，其包括插入於該第三導電性之一第六區之間的一第四導電性類型之一第五區，該第六區插入於一第五導電性之一第七區之間，該第七區插入於該第二導電性之一第八區之間。該第一層至該第四層可在該基板之一厚度方向上堆疊。
在一些實施例中，該方法可包括：在一基板中形成一感測元件，及在該基板中形成一增益元件。該方法可包括半導體摻雜。形成該增益元件可包括將該第二導電性區植入至該第一導電性區中，其一深度大於該第一導電性區之一深度使得該第二導電性區突出至該基板之該本質區中。
根據一些實施例，一偵測器可具備可具有可調整增益之一內建式增益區塊。一低雜訊增益區塊可直接嵌入至一偵測器中使得來自一外部放大器及其關聯互連件之雜訊貢獻可變得無關緊要。因此，偵測系統之總信雜比(SNR)可得以改良。一感測元件之輸出可經直接饋送至該增益區塊中。可在一陣列配置中製造該增益區塊，此可改良速度、總可靠性、器件穩固性、器件均一性或熱耗散。在一感測元件及一增益元件(諸如一內建式增益區塊)之結構在一基板中合併時，可使該感測元件及該增益元件之功能分離。此可允許最佳化各別功能，同時達成自例如高SNR、耐久性及簡化系統設計視角有利的一結構。一些實施例可在入射帶電粒子能量低、束電流低或在使用帶電粒子計數時的應用中有效。舉例而言，當SEM器件中之電子束電流低時，即使當入射電子能量高時，本發明之實施例亦可用於例如改良SNR。額外情形可包括當電子束電流高而入射電子能量低時，及當電子束電流低且入射電子能量低時。在此等情形下，自偵測器之感測元件輸出之信號可為弱的，且因此，本發明之實施例可適用。
所揭示實施例之額外目標及優點將在以下描述中部分地闡述，且部分地將自該描述顯而易見，或可藉由該等實施例之實踐習得。所揭示實施例之目標及優點可藉由在本發明中所闡述之要素及組合來實現及獲得。然而，未必需要本發明之例示性實施例達成此類例示性目標及優點，且一些實施例可能不會達成所陳述目標及優點中之任一者。
應理解，前文一般描述及以下詳細描述兩者僅為例示性及解釋性的，且並不限定如可主張之所揭示實施例。
現在將詳細參考例示性實施例，在圖式中說明該等例示性實施例之實例。以下描述參考隨附圖式，其中除非另外表示，否則不同圖式中之相同編號表示相同或相似元件。例示性實施例之以下描述中所闡述之實施並不表示符合本發明之所有實施。取而代之，其僅為符合關於可在所附申請專利範圍中敍述之主題之態樣的裝置、系統及方法之實例。
本申請案之態樣係關於用於帶電粒子束偵測之系統及方法。偵測器可經組態以偵測帶電粒子，諸如電子，且可用於檢測工具，諸如掃描電子顯微鏡(SEM)中。檢測工具可用於積體電路(IC)組件之製造製程中。為了實現現代電子器件之增強計算能力，器件之實體大小可縮小同時電路組件(諸如電晶體、電容器、二極體等)之填集密度在IC晶片上顯著增大。舉例而言，在智慧型電話中，IC晶片(其可為拇指甲之大小)可包括高於20億個電晶體，每一電晶體之大小不到人類毛髮之寬度的1/1000。不出乎意料地，半導體IC製造為具有數百個個別步驟之複雜製程。甚至一個步驟中之錯誤亦有可能顯著影響最終產品之機能。即使一個「致命缺陷」亦可造成器件故障。製造製程之目標為改良製程之總良率。舉例而言，對於得到75%良率之50步驟製程，每一個別步驟必須具有大於99.4%之良率，且若個別步驟良率為95%，則總製程良率下降至7%。
確保能夠以高準確度及高解析度偵測缺陷同時維持高產出率(例如，被定義為每小時經處理之晶圓之數目)係愈來愈重要。高製程良率及高晶圓產出率可受缺陷之存在影響，尤其當涉及操作員干預時。因此，藉由檢測工具(諸如SEM)進行微米及奈米大小缺陷之偵測及識別對於維持高良率及低成本係至關重要的。
在一些檢測工具中，可藉由使高能電子束在樣本表面上方進行掃描來檢測樣本。歸因於在樣本表面處之相互作用，可自樣本產生二次電子，該等二次電子接著由偵測器偵測。在一些應用中，偵測器可呈PIN二極體之形式，其中二次電子之入射束之強度可經轉換成電信號。然而，在一些情形下，導降於偵測器上之電子之能量可相對較低，且因此，來自感測元件之信號可相對應地弱且可難以偵測。
相關偵測系統可具有限制，例如及如上文所論述，低敏感度及不良信雜比(SNR)。本發明之態樣可藉由提供具有內建式增益元件之偵測器來解決一些此類限制。內建式增益元件可縮減或消除對提供額外外部放大級及關聯連接之需求。此可藉由縮減或縮短偵測器與外部結構之間的耦接而防止信號損耗及雜訊引入。
在偵測器上之入射帶電粒子束強度低，諸如在導降於偵測器上之電子之數目少或個別入射電子之能量位準低的情形下，可難以自偵測器之感測元件產生電流。來自偵測器之輸出信號可能太弱以使得額外放大可為量測任何信號所必需。因此，一些偵測器可使用放大方法或增益元件，諸如突崩倍增。一些增益元件可被提供於單獨載物台上，且可被提供為單獨的離散結構。舉例而言，突崩二極體可在感測元件的下游連接。然而，提供眾多組件(其中每一者可具有中間連接)並不理想，此係因為每一連接可引入雜訊。此外，在電流穿過導線時，導線自身可促成電磁干涉，就像天線一樣。此可干擾附近的電組件。
在本發明之態樣中，偵測器可具備整合在一起之感測元件及增益元件。感測元件可提供回應於在偵測器上接收到帶電粒子而產生信號之功能，且增益元件可提供將增益添加至該信號之功能。增益元件可經內建至構成感測元件之結構，諸如半導體基板。
內建式增益元件可包括雙極接面電晶體(BJT)。可藉由將摻雜劑物種植入半導體基板中以形成具有不同半導體導電性之區域而將增益元件併入於偵測器中。增益元件可與偵測器形成整合結構。因此，增益元件可與偵測器一起作為單個(例如整體式)單元而提供且可縮減提供外部結構(諸如眾多單獨放大器及用以連接其之佈線)之需求。
出於多個原因，可將BJT用作增益元件。舉例而言，可準確地控制增益之量。因此，增益元件可具有可調整增益，其可用於增強偵測器之動態範圍。在一些應用中，入射電子信號之範圍可為極高至極低，且偵測器應能夠相應地施加適當量之增益且偵測該等增益。此外，與施加至突崩二極體的可經提供以便提供相似增益的電壓相比，施加至BJT以產生大量增益之電壓之量可相對較低。
在不限制本發明之範疇的情況下，一些實施例可在利用電子束之系統中提供偵測器及偵測方法之內容背景中進行描述。然而，本發明不限於此。可相似地施加其他類型之帶電粒子束。此外，用於偵測之系統及方法可用於其他成像或輻射偵測系統中，諸如光學成像、光偵測、x射線偵測、離子偵測等。
如本文中所使用，除非另外特定陳述，否則術語「或」涵蓋所有可能組合，除非不可行。舉例而言，若陳述組件可包括A或B，則除非另外特定陳述或不可行，否則組件可包括A，或B，或A及B。作為第二實例，若陳述組件包括A、B或C，則除非另外特定陳述或不可行，否則組件可包括A，或B，或C，或A及B，或A及C，或B及C，或A及B及C。
現在參看圖1，其說明符合本發明之實施例的可包括偵測器之例示性電子束檢測(EBI)系統10。EBI系統10可用於成像。如圖1中所展示，EBI系統10包括主腔室11、裝載/鎖定腔室20、電子束工具100及設備前端模組(EFEM) 30。電子束工具100位於主腔室11內。EFEM 30包括第一裝載埠30a及第二裝載埠30b。EFEM 30可包括額外裝載埠。第一裝載埠30a及第二裝載埠30b收納含有待檢測之晶圓(例如，半導體晶圓或由其他材料製成之晶圓)或樣本的晶圓前開式單元匣(FOUP) (晶圓及樣本在本文中可被集體地稱作「晶圓」)。
EFEM 30中之一或多個機器人臂(圖中未繪示)可將晶圓運送至裝載/鎖定腔室20。裝載/鎖定腔室20連接至裝載/鎖定真空泵系統(圖中未繪示)，該裝載/鎖定真空泵系統移除裝載/鎖定腔室20中之氣體分子以達到低於大氣壓力之第一壓力。在達到第一壓力之後，一或多個機器人臂(圖中未繪示)可將晶圓自裝載/鎖定腔室20運送至主腔室11。主腔室11連接至主腔室真空泵系統(圖中未繪示)，該主腔室真空泵系統移除主腔室11中之氣體分子以達到低於第一壓力之第二壓力。在達到第二壓力之後，晶圓經受電子束工具100之檢測。電子束工具100可為單束系統或多束系統。控制器109以電子方式連接至電子束工具100，且亦可以電子方式連接至其他組件。控制器109可為經組態以執行EBI系統10之各種控制之電腦。雖然控制器109在圖1中被展示為在包括主腔室11、裝載/鎖定腔室20及EFEM 30之結構之外，但應瞭解，控制器109可為該結構之部分。
圖2說明帶電粒子束裝置，其可為使用多個初級電子小射束以同時掃描樣本上之多個部位的多束工具。
如圖2中所展示，電子束工具100A (在本文中亦被稱作裝置100A)可包含電子源202、槍孔徑204、聚光透鏡206、自電子源202發射之初級電子束210、源轉換單元212、初級電子束210之複數個小射束214、216及218、初級投影光學系統220、晶圓載物台(圖2中未展示)、多個二次電子束236、238及240、二次光學系統242及偵測器244。電子源202可產生初級粒子，諸如初級電子束210之電子。控制器、影像處理系統及其類似者可耦接至偵測器244。初級投影光學系統220可包含束分離器222、偏轉掃描單元226及物鏡228。偵測器244可包含偵測子區246、248及250。
電子源202、槍孔徑204、聚光透鏡206、源轉換單元212、束分離器222、偏轉掃描單元226及物鏡228可與裝置100A之主光軸260對準。二次光學系統242及偵測器244可與裝置100A之副光軸252對準。
電子源202可包含陰極、提取器或陽極，其中初級電子可自陰極發射且經提取或加速以形成具有交越208之初級電子束210。初級電子束210可被視覺化為自交越208發射。槍孔徑204可阻擋初級電子束210之周邊電子以縮減探測光點270、272及274之大小。
源轉換單元212可包含影像形成元件陣列(圖2中未展示)及束限制孔徑陣列(圖2中未展示)。可在全文皆以引用方式併入之美國專利第9,691,586號；美國公開案第2017/0025243號；及國際申請案第PCT/EP2017/084429號中發現源轉換單元212之實例。影像形成元件陣列可包含微偏轉器或微透鏡陣列。影像形成元件陣列可與初級電子束210之複數個小射束214、216及218一起形成交越208之複數個平行影像(虛擬或真實)。束限制孔徑陣列可限制複數個小射束214、216及218。
聚光透鏡206可聚焦初級電子束210。可藉由調整聚光透鏡206之聚焦倍率或藉由改變束限制孔徑陣列內之對應的束限制孔徑之徑向大小來使源轉換單元212下游的小射束214、216及218之電流變化。聚光透鏡206可為可經組態以使得其第一主平面之位置可移動的可移動聚光透鏡。可移動聚光透鏡可經組態以具磁性，此可導致離軸小射束216及218以旋轉角導降於小射束限制孔徑上。旋轉角隨著可移動聚光透鏡之聚焦倍率及第一主平面之位置而改變。在一些實施例中，可移動聚光透鏡可為可移動反旋轉聚光透鏡，其涉及具有可移動第一主平面之反旋轉透鏡。全文係以引用方式併入之美國公開案第2017/0025241號中進一步描述了可移動聚光透鏡。
物鏡228可將小射束214、216及218聚焦至晶圓230上以供檢測且可在晶圓230之表面上形成複數個探測光點270、272及274。二次粒子，諸如自晶圓表面發出之二次電子可由偵測器244收集以形成晶圓230上之所關注區域之影像。
束分離器222可為產生靜電偶極子場及磁偶極子場之韋恩濾波器類型(Wien filter type)的束分離器。在一些實施例中，若應用該等束分離器，則由靜電偶極子場對小射束214、216及218之電子施加的力可與由磁偶極子場對電子施加之力量值相等且方向相反。小射束214、216及218可因此以零偏轉角直接穿過束分離器222。然而，由束分離器222產生之小射束214、216及218之總色散亦可為非零的。束分離器222可將二次電子束236、238及240與小射束214、216及218分離且將二次電子束236、238及240以角度α導向朝向二次光學系統242。
偏轉掃描單元226可使小射束214、216及218偏轉以使探測光點270、272及274遍及晶圓230之表面區域進行掃描。回應於小射束214、216及218入射於探測光點270、272及274處，可自晶圓230發射二次電子束236、238及240。二次電子束236、238及240可包含具有能量之分佈之電子，包括二次電子及反向散射電子。二次光學系統242可將二次電子束236、238及240聚焦至偵測器244之偵測子區246、248及250上。偵測子區246、248及250可經組態以偵測對應二次電子束236、238及240且產生用以重建構晶圓230之表面區域之影像的對應信號。
儘管圖2將電子束工具100之實例展示為使用複數個小射束之多束工具，但本發明之實施例不限於此。舉例而言，電子束工具100亦可為一次僅使用一個初級電子束來掃描晶圓上之一個部位的單束檢測工具。此外，在一些實施例中，可相對於電子束工具之主光軸同軸或離軸地配置偵測器。
亦可提供包括影像獲取器、儲存器及控制器之影像處理系統。影像獲取器可包含一或多個處理器。舉例而言，影像獲取器可包含電腦、伺服器、大型電腦主機、終端機、個人電腦、任何種類之行動計算器件及其類似者，或其組合。影像獲取器可經由諸如電導體、光纖纜線、攜帶型儲存媒體、IR、藍芽、網際網路、無線網路、無線電或其組合之媒體與電子束工具100之偵測器244連接。影像獲取器可自偵測器244接收信號，且可建構影像。影像獲取器可因此獲取晶圓230之影像。影像獲取器亦可執行各種後處理功能，諸如產生輪廓、疊加指示符於所獲取影像上，及其類似者。影像獲取器可經組態以執行所獲取影像之亮度及對比度等的調整。儲存器可為儲存媒體，諸如硬碟、隨機存取記憶體(RAM)、雲端儲存器、其他類型之電腦可讀記憶體及其類似者。儲存器可與影像獲取器耦接，且可用於保存經掃描原始影像資料作為原始影像，及後處理影像。影像獲取器及儲存器可連接至控制器109。在一些實施例中，影像獲取器、儲存器及控制器109可一起整合為一個電子控制單元。因此，如圖1中所展示之控制器109可表示影像處理系統、影像獲取器及儲存器。
在一些實施例中，控制器109可基於自偵測器244接收之成像信號獲取樣本之一或多個影像。成像信號可對應於用於進行帶電粒子成像之掃描操作。所獲取影像可為單個影像，其包含可含有晶圓230之各種特徵的複數個成像區域。可將該單個影像儲存於儲存器中。可基於成像圖框而執行成像。
圖3為說明根據本發明之一些實施例的偵測器244之感測器表面300的圖。感測器表面300可面向二次電子之入射束。感測器表面300可包括複數個偵測胞元301。感測器表面300可包括一或多個感測元件。在一些實施例中，每一偵測胞元301可對應於一個別感測元件。在一些實施例中，多個偵測胞元可由具有複數個感測元件之一個基板構成。在另外實施例中，一個偵測胞元可包括多個感測元件。
參看圖3中所展示之實例，偵測器244可劃分成九個偵測胞元。該等偵測胞元可對應於偵測子區，包括例如上文關於圖2所論述之偵測器240之子區246、248及250。該等偵測胞元可配置於柵格中，如圖3中之虛線概念上說明。
符合一些實施例，感測器表面300無需實體地劃分成偵測子區。亦即，圖3中之虛線可並不表示感測器表面300上之任何實際結構。實情為，如下文更詳細地描述，可藉由將間隔開之半導體區提供於偵測器244之底部而形成偵測胞元。偵測器244之感測元件可由相連之半導體基板形成。偵測器244可具有能夠形成內部電場之結構，該等內部電場可經組態以將入射於每一偵測子區上之電子導引至對應偵測胞元。因為偵測器可並不需要感測器表面300上之任何特定結構來分離入射電子，所以整個感測器表面300可用以接收電子。可實質上消除感測器表面300上之死區域。
然而，在一些實施例中，感測器表面300可實體地分段成離散感測元件陣列。隔離區域可提供於鄰近感測元件之間。
一或多個二次電子束可在偵測器244之感測器表面300上形成複數個射束點282。舉例而言，可形成九個射束點，如圖3中所展示。每一偵測胞元可能能夠接收對應射束點，產生表示所接收射束點之強度的信號(例如電壓、電流等)，且將該信號提供至資料處理系統以用於產生晶圓230之區域之影像。
與上文關於初級小射束214、216及218之描述相似，本發明不限制二次電子束之數目。因而，本發明亦不限制偵測器244中之偵測胞元301之數目，以及可由偵測器244偵測之射束點282之數目。舉例而言，符合所揭示實施例，偵測器244可包括可沿著感測器表面300配置於矩陣中的2×2、4×5或20×20偵測胞元陣列。
此外，儘管圖3展示了在平行於感測器表面300之平面中經配置為3×3矩形柵格的偵測胞元301，但應瞭解，偵測胞元301可以任意方式配置，或偵測胞元301之形狀可為任意的。舉例而言，在一些實施例中，偵測胞元301可具有三角形或六邊形形狀。
現在參看圖4，其說明根據本發明之一些實施例的感測器表面400。感測器表面400可表示單個偵測胞元。感測器表面400可包括複數個感測元件401。感測器表面400可面向二次電子之入射束使得射束點282形成於其上。感測元件401可經設定大小為小於射束點282。因此，射束點282可覆蓋一個偵測胞元中之多個感測元件401。可將與一個射束點相關聯之複數個感測元件401分組在一起且組合其輸出信號。
在一些實施例中，感測元件(諸如感測元件401)可包括二極體。舉例而言，每一感測元件可包括諸如PIN二極體之二極體。感測元件亦可為相似於二極體之可將入射能量轉換成可量測信號的元件。在一些實施例中，每一感測元件可產生與在感測元件之作用區域中所接收之電子相當的電流信號。雖然在本文中論述PIN二極體，但應理解，在一些實施例中導電類型可反轉。因此，除了PIN二極體以外，亦可使用NIP二極體結構。
感測元件可包括可包含一或多個層之基板。舉例而言，感測元件之基板可經組態為具有在厚度方向上堆疊之複數個層，該厚度方向實質上平行於電子束之入射方向。當感測元件形成為例如PIN二極體時，該PIN二極體可被製造為具有包括p型區、本質區及n型區之複數個層的基板。此等層中之一或多者在橫截面圖中可為相連的。除了感測器層之外，亦可提供其他層，諸如(例如)電路層及讀出層。
預處理電路可連接至感測元件之輸出端且可放大在感測元件中所產生之電流信號。該信號可接著經轉換成電壓信號，該電壓信號可表示所接收電子之強度。預處理電路可包括例如預放大電路系統，諸如電荷轉移放大器(CTA)、跨阻抗放大器(TIA)或與CTA或TIA耦接之阻抗轉換電路。處理系統可藉由例如求和由位於感測器區內之電子感測元件所產生的電流而產生電子射束點之強度信號，使該強度信號與入射於晶圓上之初級電子束之掃描路徑資料相關，且基於該相關性建構晶圓之影像。
現在參看圖5，其說明符合本發明之實施例的可使用偵測器之偵測系統500。可提供具有可用於偵測器244上之感測器表面400的偵測器。偵測器可包含I×J感測元件陣列且可具有M個輸出以與其他組件(諸如多工器)連接。可提供將I×J個感測元件分組成M個群組之開關矩陣。群組之數目可為與入射電子束之數目相同的數目。偵測器可經建構為包括感測器層及電路層之基板。
偵測器可連接至信號調節電路陣列510。信號調節電路陣列510可具有N個輸入及輸出以便等於或大於感測元件陣列上之入射電子束之數目。信號調節電路陣列510可包括放大器以及其他組件。
信號調節電路陣列510可連接至並聯類比信號處理路徑陣列520以用於提供增益及偏移控制。並聯類比信號處理路徑陣列520可具有N個輸入及輸出以便與來自信號調節電路陣列510之輸出之數目匹配。
並聯類比信號處理路徑陣列520可連接至並聯ADC陣列530，該並聯ADC陣列可具有N個輸入及輸出以便與來自並聯類比信號處理路徑陣列520之輸出之數目匹配。
並聯ADC陣列530可連接至數位控制單元540。數位控制單元540可包含可與其他組件(包括並聯類比信號處理路徑陣列520)通信且與感測元件陣列通信之控制器。數位控制單元540可經由傳輸器TX及接收器RX自偏轉及影像控制(DIC)單元發送及接收通信。
偵測系統500可適用於基於類比信號處理來自感測元件之輸出。然而，在一些實施例中，可使用其他形式之偵測系統。舉例而言，可提供用於基於電子計數處理來自感測元件之輸出的偵測系統。
在基於電子計數之偵測系統中，來自感測元件之原始偵測信號可經饋送至電路中以用於信號處理。舉例而言，可提供可包括電流緩衝器及跨阻抗放大器之前端電子件。在放大之後，自前端電子件之個別電路中之每一者輸出的信號可經饋送至事件偵測器中。事件偵測器可包括鑑別器區塊，該鑑別器區塊具有經組態以比較入射信號與參考位準且在例如入射信號位準高於參考位準時輸出信號(諸如旗標)之電路系統。
基於電子計數之偵測系統與圖5之偵測系統之不同之處可在於：可尤其提供事件偵測器來代替ADC區塊，諸如並聯ADC陣列530。此事件偵測器可用於計數電子。可提供另外組件，諸如每一感測元件中之計數緩衝器、計數求和單元及可經組態以執行成像控制之外部控制器。
圖6A及圖6B展示個別感測元件之示意性說明，其可為如上文關於圖4所論述之感測元件401中之一者之實例。舉例而言，在圖6A中，展示感測元件611A。感測元件611A可包括具有p型層621、本質層622及n型層623之半導體結構。感測元件611A可包括兩個端子，諸如陽極及陰極。感測元件611A可在操作中經反向偏壓，且空乏區630可形成且可跨越p型層621之長度之部分、本質層622之實質上整個長度，及n型層623之長度之部分。在空乏區630中，可移除電荷載流子，且產生於空乏區630中之新電荷載流子可根據其電荷而掃掠掉。舉例而言，當入射帶電粒子到達感測器表面601時，可產生電子-電洞對，且電洞651可被吸引朝向p型層621而電子652可被吸引朝向n型層623。在一些實施例中，保護層可提供於感測器表面601上。該保護層可對入射電子係可透的。
如圖6B中所展示，除了定向改變之外，感測元件611B可以與感測元件611A之操作方式相似之方式操作。舉例而言，p型層621可包括感測器表面601。p型層621可曝露至入射帶電粒子。因此，入射帶電粒子可與p型層621及空乏區630相互作用，且可產生電子-電洞對。在一些實施例中，金屬層可提供於p型層621之頂部上。
在操作中，感測元件之空乏區可充當捕捉區。入射帶電粒子可與空乏區中之半導體材料相互作用且藉由撞出應而產生新電荷。舉例而言，感測元件可經組態成使得具有一定量能量或更大能量之帶電粒子可致使半導體材料之晶格之電子待變位，因此產生電子-電洞對。歸因於例如空乏區中之電場，可使所得電子及電洞在相反方向上行進。朝向感測元件之端子行進的載流子之產生可對應於感測元件中之電流。
在一些情形下，入射於偵測器之感測元件上之電子可具有相對較大能量。舉例而言，根據與樣本及初級電子束相互作用所產生的入射電子可到達動能約為10,000 eV的偵測器。偵測器之半導體二極體可經組態成使得需要約3.6 eV能量以使束縛電子自由地撞擊且因此產生電子-電洞對。相比而言，出於參考目的，光子可具有大約1 eV之能量。
入射電子可藉由撞出晶格中之電子而與二極體之半導體材料相互作用，直至其能量縮減至不足以撞出額外電子之位準。因此，10,000 eV之電子可產生約2,700個電子-電洞對。此等電子-電洞對之載流子可在二極體之端子處被收集，且可促成作為電流信號之輸出。以此方式，與光子相比，電子可在二極體中產生顯著更強電信號，且因此二極體可用於二次電子之偵測。
然而，取決於例如樣本中之材料之屬性，可自具有寬能量分佈之樣本產生二次電子。因此，一些電子與其他電子相比可具有實質上較少的能量且可能不產生大的電子-電洞對級聯。在入射電子之能量相對較低之情形下，二極體之內部增益可相對應較低。因此，可希望藉由提供單獨放大器而添加增益。
在一些實施例中，可提供放大器，其可包括經組態以在突崩模式中操作之二極體。突崩二極體可產生足夠強以自輸入端產生額外電荷之內部電場。二極體中之電場可致使電荷載流子待朝向各別端子加速。舉例而言，可藉由將電壓施加至二極體之端子而使二極體偏壓，使得在該二極體中形成強電場。歸因於此場，載流子可被加速至足夠高以撞出二極體之半導體晶格中之額外載流子(例如電子)之速度。因此，施加至二極體之電壓愈高，可回應於輸入而產生愈多電子-電洞對。然而，增加電壓可具有某些有害結果。舉例而言，電弧放電風險可增加，且可損壞附接偵測器及隨附電路系統。因此，儘管增加電壓可增加二極體中之增益，但此操作亦可促成雜訊且可具有其他不利效應。
另外，突崩二極體中之電子-電洞對產生可為可涉及一些隨機性之隨機製程。舉例而言，歸因於與其他粒子碰撞，電子可在與電子-電洞對產生不直接相關的製程中耗散其能量。結果，並非全部輸入之能量皆可藉由撞出製程而一致地轉換成電子-電洞對產生。取而代之，可引入一些雜訊。
半導體電子偵測器件與涉及閃爍體之器件相比通常可具有較低雜訊，但具有較低增益。此外，半導體電子偵測器件之增益可依賴於入射電子之能量，且因此在低電子能量情形下可具有低增益。出於諸如此等原因之原因，可阻礙低能量電子偵測應用之SNR改良。
在本發明之一些實施例中，可將增益元件連同感測元件一起併入偵測器中。偵測器可包括具有複數個半導體材料層之基板。增益元件及感測元件可整合於基板中。此可有助於達成增益元件與感測元件之間的較短連接。可將提供增益之元件直接嵌入至偵測器中使得在將偵測信號饋送至外部組件之前可使該信號更強，且可改良SNR。因此，可使來自外部源(諸如放大器)之雜訊貢獻較不重要。此外，將增益調整之功能添加至具有感測元件之基板可有助於增加偵測器之動態範圍，且可因此改良SEM之成像子系統之動態範圍。增益元件可經組態以藉由例如控制施加至增益元件之偏壓電流來提供可調整增益。偵測器可與廣泛範圍之電子束強度相容。
增益元件可為在構成偵測器之感測元件之基板中所提供的內建式增益區塊。感測元件可包括PIN二極體。藉由提供與感測元件整合之增益元件，可在經由互連件將感測元件之輸出信號投送至外部組件之前加強該信號。此外，可縮減經由單獨放大器提供放大之需求。因此，可在引入另外雜訊源之前加強可形成進一步放大之基礎的偵測信號，因此改良偵測系統之總SNR。
圖7A及圖7B說明符合本發明之實施例的包括感測元件711及增益元件721之基板700之結構。圖7A展示基板700在平行於帶電粒子束之入射方向之平面中的橫截面。在所說明之座標軸中，Z方向可平行於入射方向且可對應於基板700之厚度方向，且X方向可對應於正交於Z方向之方向。感測元件711及增益元件721可在平行於入射方向之方向上對準。舉例而言，感測元件711及增益元件721可經配置為在基板700之厚度方向上堆疊於彼此之頂部上。
圖7B為基板700之仰視圖。為了清楚起見可省略一些元件，諸如佈線770。在所說明之座標軸中，X方向及Y方向可形成可垂直於入射方向之二維平面。
基板700可包括具有複數個半導體或其他不同導電性區之分層結構。導電性可指半導體導電性類型，諸如p型或n型，或導電性位準，諸如藉由植入物種之摻雜程度。基板700之層可在基板700之厚度方向上形成為一者在另一者之頂部上。亦可提供金屬化部分。如圖7A中所展示，金屬層710可被提供為基板700之頂部表面。金屬層710可經組態為電子入射表面。金屬層710可形成偵測器(諸如偵測器244)之感測器表面。金屬層710可包括鋁。
半導體區720可與金屬層710鄰近地提供。半導體區720可包括第一導電性區。第一導電性可為n型半導體。可藉由將摻雜劑物種植入於基板700中而形成半導體區720。因此，半導體區720可為n摻雜的。摻雜濃度可相對較重。在一些實施例中，半導體區720可包括n++半導體。
半導體區730可與半導體區720鄰近地提供。半導體區730可包括第二導電性區，該第二導電性不同於第一導電性。第二導電性可為p型半導體。半導體區730可為本質區。半導體區730可具有經設定使得其由於輕微摻雜而具有高電阻的摻雜濃度。基板700可由例如p型空白晶圓形成，在此狀況下本質區可包括p-半導體。
半導體區740可與半導體區730鄰近地提供。半導體區740可包括第二導電性區。半導體區740可包括p+半導體。
感測元件711可包括半導體區720、730及740。半導體區720及740可形成PIN二極體之端子。在操作中，感測元件711可提供回應於偵測器處之帶電粒子到達事件而產生電信號的功能。入射帶電粒子(諸如電子)可通過金屬層710且可進入半導體區720。可藉由跨越半導體區720及半導體區730之幾乎整個厚度而形成空乏區。入射電子可與半導體區720及730之材料相互作用且可產生電子-電洞對。所產生之電子-電洞對之電子及電洞可由感測元件711中之內部電場導引使得電子朝向半導體區720行進且電洞朝向半導體區740行進。同時，半導體區740可充當增益區塊之基底且可有助於提供增益功能，如將在下文所論述。
增益元件721可包括半導體區740連同半導體區750及半導體區760。增益元件721可包括雙極接面電晶體(BJT)。充當BJT之增益元件721可具有基底端子、收集器端子及發射器端子。半導體區740可形成可與感測元件711共用的增益元件721之基底，其中半導體區740可充當PIN二極體之端子。增益元件721及感測元件711可經由整合式結構直接連接，因此避免了對外部連接之需求，外部連接歸因於干涉可造成信雜比降級。
BJT可控制流經發射器端子、基底端子及收集器端子之電流之量。在一些實施例中，流入基底端子中之相對較少電流可控制在收集器端子與發射器端子之間流動的大得多的電流。BJT可充當開關，其中在兩個端子之間流動之大電流(或其他信號)藉由施加至不同端子之較小電流予以調整。BJT亦可充當放大器，其將增益添加至流入基底端子中之輸入信號。
增益元件721之半導體區750可與半導體區740鄰近地提供。半導體區750及740可在基板700之X方向或Y方向上彼此緊鄰。同樣地，半導體區760可與半導體區740鄰近地提供。半導體區760可包夾於半導體區740之部分之間。半導體區740可包夾於半導體區750之部分之間。且半導體區750可包夾於半導體區730之部分之間。
半導體區750可包括第一導電性區。半導體區750可包括n+半導體。在一些實施例中，半導體區750可充當增益元件721之BJT之收集器端子。
半導體區760可包括第二導電性區。半導體區760之摻雜濃度可高於其他第二導電性區之摻雜濃度。半導體區760可包括n+++半導體。在一些實施例中，半導體區760可充當增益元件721之BJT之發射器端子。
半導體區740、750及760可各自具有一內部區，該內部區可形成與金屬層中之襯墊歐姆接觸。舉例而言，半導體區745可嵌入於半導體區740中，且半導體區755可嵌入於半導體區750中。半導體區745及755可各自具有比其被嵌入之各別材料更高的摻雜濃度。舉例而言，半導體區745可包括p++半導體，且半導體區755可包括n++半導體。金屬導線或襯墊可與半導體區745或半導體區755直接接觸。形成歐姆接觸可用於形成與具有低阻抗之增益元件721之連接。
佈線770可提供於基板700之底部表面上。佈線770可包括鋁且可構成基板700上圖案化之佈線層。
感測元件711可包括一區段，在該區段中，沿著Z方向，提供半導體區720、730及740。半導體區730可插入於半導體區720與740之間。舉例而言，沿著線71A，按720、730及740之次序提供半導體區。
增益元件721可包括一區段，在該區段中，沿著X方向或Y方向，提供半導體區750、740及760。半導體區740可插入於半導體區750與760之間。舉例而言，沿著線71B，按750、740及760之次序提供半導體區。半導體區730可包圍半導體區750、740及760。
現在參看圖7C，其說明符合本發明之實施例的關於層結構之基板700。基板700可包括在其厚度方向上堆疊之複數個層。在一些實施例中，可提供第一層410。第一層410可包括第一導電性區411。第一導電性可為n型半導體。區411可包括n++半導體。
與第一層410鄰近地，可提供第二層420。第二層420可包括第二導電性區421。第二導電性可為p型半導體。區421可包括本質區且可包括p-半導體。
與第二層420鄰近地，可提供第三層430。第三層430可包括插入於第二導電性區431之間的第三導電性區432。第三導電性可為n型半導體。區432可包括p+半導體。區431可與區421相連。
與第三層430鄰近地，可提供第四層440。第四層440可包括插入於第三導電性區443之間的第四導電性區444，及插入於第二導電性區441之間的第五導電性區442。區443可插入於區442之間。第四導電性可為重度摻雜n型半導體。區444可包括n+++半導體。區443可包括p+半導體。第五導電性可為n型半導體。區442可包括n+半導體。區441可包括p-半導體。區443可與區432相連，且區441可與區431相連。
基板700之感測元件可包括區411、區421及區432。基板700之增益元件可包括區442、區444及區443。感測元件可進一步包括區443、區431及區441。增益元件可進一步包括區432。感測元件及增益元件可包括共同端子。舉例而言，區432及區443可構成BJT之基底。此外，區432及區443可構成PIN二極體之端子。感測元件之結構之至少一部分可與增益元件之結構之一部分共用。
此外，基板700可具備金屬層450及金屬層470。金屬層450及470可包括鋁。金屬層450及470可形成用於連接基板700與其他組件之接點。
在一些實施例中，亦可提供嵌入於區443中的第六導電性區445，及嵌入於區442中的第七導電性區446。第六導電性可為p型半導體，且區445可包括p++半導體。第七導電性可為n型半導體，且區446可包括n++半導體。
在一些實施例中，基板700可將感測元件及增益元件之功能合併在一起。增益元件可包括BJT。因此，可在包括感測元件之基板中提供內建式增益區塊。帶電粒子(諸如電子)之偵測可藉由例如回應於入射電子到達感測器表面且與偵測器之感測元件相互作用之電子-電洞對產生來達成。可由內建式增益區塊(例如呈BJT之形式)提供增益。可藉由改變施加至BJT之偏壓來調整電流增益。感測元件之動態範圍可增強。此外，添加由內建式增益區塊提供之增益可藉由在偵測信號被投送至感測元件之外之前增強該偵測信號而有助於改良偵測器之SNR。此可歸因於例如在感測元件之後提供放大級係無關緊要的而造成雜訊之貢獻。來自感測元件之作用電子偵測區域之信號可經直接饋送至對應增益元件之輸入端子。因此，在一些實施例中，可縮減歸因於信號路徑之雜訊及歸因於電磁干涉之雜訊。可改良總系統位準SNR。另外，感測元件中之電子偵測區域及偵測器件中之電流增益區塊的分離可有助於增強各別功能之效能最佳化。
在與圖7A一致之實施例中，入射電子可進入感測元件711。感測元件711可在反向偏壓模式中被操作為二極體。在可包括半導體區720及半導體區730之部分之空乏區中，電子信號可根據入射電子之能量而倍增。在倍增之後，包括由入射電子產生之電洞及藉由倍增效應產生之電洞的電洞可經導引至半導體區740，該半導體區740可充當增益元件721之BJT之基底。在增益元件721中，來自流動電洞之電流信號可經放大使得信號振幅進一步增大。
在一些實施例中，可縮減對經由放大器(諸如包括於信號調節電路陣列510 (參看圖5)中之放大器)提供放大之需求。因此，可使由單獨放大器提供之放大之比例較小，且對應雜訊可為小的。在一些實施例中，與不提供內建式增益元件的偵測系統相比，可提供較小放大器。
在一些實施例中，增益元件可為複數個增益元件中之一者。複數個增益元件可一起整合於含有感測元件之基板中。在感測元件之後之增益區塊可為單一BJT或BJT陣列。多個BJT可與一個感測元件相關聯，在此狀況下，可增強系統冗餘及可靠性。在一些實施例中，可在具有多個偵測胞元(其可包括多個感測元件)之偵測器中提供BJT陣列，使得每一BJT可與每一偵測胞元相關聯。此可增強填集密度且實現進一步小型化。
現在參看圖8A及圖8B，其說明符合本發明之實施例的包括一感測元件811及複數個增益元件821、822、823及824之基板800的結構。圖8A展示基板800在平行於帶電粒子束之入射方向之平面中的橫截面。在所說明之座標軸中，Z方向可平行於入射方向且可對應於基板800之厚度方向，且X方向可對應於正交於Z方向之方向。感測元件811可在平行於入射方向之方向上堆疊於增益元件821、822、823及824之頂部上。
圖8B為基板800之仰視圖。為了清楚起見可省略一些元件，諸如佈線870。基板800可與上文參看圖7A至圖7C所論述之基板700相似，惟例如提供多個增益元件陣列除外。
如圖8A中所展示，基板800可包括具有第二導電性之第一半導體區840-1及具有第二導電性之第二半導體區840-2。第一半導體區840-1及第二半導體區840-2可包括p+半導體。第一半導體區840-1及第二半導體區840-2可充當各別BJT之基底。
如圖8A及圖8B中所展示，半導體區840-1、840-2及850可各自形成與金屬層中之襯墊之歐姆接觸。舉例而言，半導體區845-1、845-2可分別嵌入於半導體區840-1及840-2中。此外，半導體區855可嵌入於半導體區850中。半導體區845-1、845-2及855可各自具有比其被嵌入之各別材料更高的摻雜濃度。舉例而言，半導體區845-1及845-2可包括p++半導體，且半導體區855可包括n++半導體。如圖8B中所展示，在BJT中可僅提供一個半導體區855，其中半導體區855可形成與金屬層中之襯墊之歐姆接觸。
佈線870可提供於基板800之底部表面上。佈線870可包括鋁且可構成基板800上圖案化之佈線層。
在一些實施例中，在提供具有相同大小之增益區塊之條件下，包括BJT陣列之增益區塊可包括小於對應單個元件BJT之個別BJT元件。呈較小BJT陣列形式而非較大單BJT形式的具有相同總大小之增益元件在速度、總可靠性、器件穩固性、器件均一性及熱耗散之方面有利。在一些實施例中，陣列配置中之每一BJT元件可受控制以被個別地啟用或停用。若BJT陣列中之一些BJT元件在操作期間具有缺陷或變得損壞，則其可被停用且來自感測元件之作用區域之電子可經導引至同一BJT陣列中之其他經啟用BJT元件。以此方式，即使一個個別BJT元件出故障，包括BJT陣列之總偵測器件亦可維持功能性。在大型電子偵測器件中，器件中之每一感測元件可具有具有作為增益區塊之一個BJT的一個偵測區域，或具有作為增益區塊之一個BJT陣列的一個偵測區域。
在一些實施例中，可改變器件之導電性類型。增益區塊之輸出信號之極性可與上文所論述之極性不同。改變導電性類型可致使電荷載流子採取通過偵測器器件之不同路線。此可對偵測器器件中之頻寬有影響，此係因為電荷載流子可具有不同遷移率，例如電子比電洞更易移動。
現在參看圖9A及圖9B，其說明符合本發明之實施例的具有一感測元件及一或多個增益元件之基板900。基板900可與上文關於圖7A至圖7C所論述之基板700相似，惟例如基板900包括導電性與基板700之導電性相反的半導體區除外。
基板900可包括具有複數個半導體或其他不同導電性區之分層結構。如圖9A中所展示，金屬層910可被提供為基板900之頂部表面。金屬層910可經組態為電子入射表面。金屬層910可形成偵測器(諸如偵測器244)之感測器表面。金屬層910可包括鋁。
半導體區920可與金屬層910鄰近地提供。半導體區920可包括第一導電性區。第一導電性可為p型半導體。可藉由將摻雜劑物種植入於基板900中而形成半導體區920。因此，半導體區920可為p摻雜的。摻雜濃度可相對較重。在一些實施例中，半導體區920可包括p++半導體。
半導體區930可與半導體區920鄰近地提供。半導體區930可包括第二導電性區，該第二導電性不同於第一導電性。第二導電性可為n型半導體。半導體區930可為本質區。半導體區930可具有經設定使得其由於輕微摻雜而具有高電阻的摻雜濃度。基板900可由例如n型空白晶圓形成，在此狀況下本質區可包括n-半導體。
半導體區940可與半導體區930鄰近地提供。半導體區940可包括第二導電性區。半導體區940可包括n+半導體。
基板900之感測元件可包括半導體區920、930及940。半導體區920及940可形成PIN二極體之端子。在操作中，感測元件可提供回應於偵測器處之帶電粒子到達事件而產生電信號的功能。入射帶電粒子(諸如電子)可通過金屬層910且可進入半導體區920。可藉由跨越半導體區920及半導體區930之幾乎整個厚度而形成空乏區。入射電子可與半導體區920及930之材料相互作用且可產生電子-電洞對。所產生之電子-電洞對之電子及電洞可由感測元件中之內部電場導引使得電子朝向半導體區940行進，而電洞可在相反方向上行進。同時，半導體區940可充當增益區塊之基底且可有助於提供增益功能，如將在下文所論述。
基板900之增益元件可與基板700之增益元件相似，惟端子之極性反轉除外。因此，輸出信號之極性可與基板700之實例之極性相反。基板900之增益元件可包括半導體區940連同半導體區950及半導體區960。增益元件可包括具有基底端子、收集器端子及發射器端子之BJT。半導體區940可形成可與基板900之感測元件共用的增益元件之基底，其中半導體區940可充當PIN二極體之端子。增益元件及感測元件可經由整合式結構直接連接。
如圖9B中所展示，可在基板900中提供BJT陣列，其與圖8A及圖8B中所說明之例示性實施例相似。
現在參看圖10A及圖10B，其說明符合本發明之實施例的可具有多個偵測胞元或感測元件之基板1000。基板1000可包括對應於各別偵測胞元之多個感測元件。圖10A展示作為基板1000之一部分的偵測胞元1010。基板1000可包括多個偵測胞元陣列，諸如圖3中所說明之例示性實施例。此外，在一些實施例中，基板1000可包括多個感測元件陣列，諸如圖4中所說明之例示性實施例。在一些實施例中，偵測器244可被提供為經組態為具有一或多個偵測胞元之單一基板，每一偵測胞元包括一或多個感測元件。圖10B展示具有偵測胞元1010之基板1000，該偵測胞元可包括呈陣列之形式之多個增益元件。一個偵測胞元中所含有之多個增益元件可對應於單一感測元件。感測元件之配置(諸如圖10A或圖10B中所展示之感測元件之配置)可遍及形成偵測器之基板進行重複。
在一些實施例中，包括半導體區之器件結構之大小可影響器件寄生效應，諸如雜散電容。舉例而言，根據本發明之一些實施例之BJT可以側向器件之形式實現。因此，當器件大小縮小時，BJT之發射器與收集器之間的基底區域之厚度亦縮小。此可導致較低轉變時間，此可有助於改良器件速度。其他寄生參數(諸如接面電容)可與器件佈局相關且可藉由相應地修改詳細器件佈局予以調整。此外，陣列結構可有助於改良器件之均一性且縮減器件之間的效能差異。另外，陣列結構可有助於改良感測元件中之熱耗散。改良熱耗散可為重要的，尤其是在BJT中，此係因為BJT可具有以下屬性：當穿過器件之電流變得高時可產生熱點。熱點之產生可為BJT損害之一種原因。因此，改良熱耗散可避免歸因於熱點之BJT損害。
現在將參看圖11A至圖11I論述形成基板之方法。形成基板可包含在基底材料中形成不同導電性區。製程可包括半導體處理，包括例如半導體摻雜之步驟。圖11A至圖11I將關於形成基板700加以論述。
在步驟S101中，如圖11A中所展示，可提供可形成基板700之基底之空白晶圓。該晶圓可為p-半導體晶圓。步驟S101可包括形成半導體區730。半導體區730可借助於擁有固有載流子濃度之晶圓而形成。晶圓可由具有極輕摻雜之矽晶圓形成。
在步驟S102中，如圖11B中所展示，可在基板700中形成半導體區750。如上文所提及，半導體區可包括n+半導體。步驟S102可包括半導體摻雜。在步驟S102中，可藉由例如離子注入而在基板700中植入諸如摻雜劑物種之粒子。步驟S102可包括將光罩提供於基板700之表面上使得可在基板表面上選擇性地植入摻雜劑物種。舉例而言，可藉由調整入射粒子之能量位準來控制植入之深度。半導體區750可形成增益元件之收集器。
在步驟S103中，如圖11C中所展示，可在基板700中形成半導體區740。如上文所提及，半導體區740可包括p+半導體。步驟S103可包括半導體摻雜。可藉由將摻雜劑植入至半導體區750中達大於半導體區750之深度的深度來形成半導體區740。半導體區740可形成為自半導體區740突出至基板700之本質區中，例如突出至半導體區730中。作為形成半導體區740之結果，半導體區750可包圍半導體區740。半導體區740可突出通過半導體區750。半導體區740可形成增益元件之基底且可形成感測元件之端子。
包括半導體區740之突出部分之基板700可用於在基板700中形成感測元件。歸因於在包括基板700之偵測器上之入射帶電粒子所產生的電荷載流子可行進通過半導體區730且經導引至半導體區740。可形成直接路徑，以使基板700之空乏區中之載流子在操作中行進至半導體區740。
在步驟S104中，如圖11D中所展示，可在基板700中形成半導體區760。如上文所提及，半導體區760可包括n+++半導體。步驟S104可包括半導體摻雜。可藉由將摻雜劑植入至半導體區740中達小於半導體區740之深度的深度來形成半導體區760。半導體區760之深度可與半導體區750之深度相同。半導體區760可形成增益元件之發射器。
在步驟S105中，如圖11E中所展示，可在基板700中形成半導體區755。如上文所提及，半導體區755可包括n++半導體。步驟S105可包括半導體摻雜。可藉由將摻雜劑植入至半導體區750中達小於半導體區750之深度的深度來形成半導體區755。半導體區755可在半導體區750之一側上與半導體區740鄰近地形成。半導體區755可形成與金屬層中之襯墊之歐姆接觸，以用於至增益元件之收集器之外部連接。
在步驟S106中，如圖11F中所展示，可在基板700中形成半導體區745。如上文所提及，半導體區745可包括p++半導體。步驟S106可包括半導體摻雜。可藉由將摻雜劑植入至半導體區740中達小於半導體區740之深度的深度來形成半導體區745。半導體區745可在半導體區740之一側上與半導體區760鄰近地形成。半導體區745可形成與金屬層中之襯墊之歐姆接觸，以用於至增益元件之基底之外部連接。
在步驟S107中，如圖11G中所展示，可在基板700之底部表面上形成佈線770。如上文所提及，佈線770可包括鋁。可藉由由步驟S102至S107例示之處理而在基板700中形成增益元件。
在步驟S108中，如圖11H中所展示，可在基板700中形成半導體區720。如上文所提及，半導體區720可包括n++半導體。步驟S108可包括半導體摻雜。可藉由將摻雜劑植入至基板700中而形成半導體區720。半導體區720可形成感測元件之端子。
自步驟S108開始，可在基板700之相對側上繼續進行處理。因此，在基板700之一側上之處理可在基板700之另一側上之處理開始之前完成。自處理觀點，此可為高效的。然而，在一些實施例中，在金屬化之前完成所有半導體摻雜步驟可為有利的。舉例而言，可反轉步驟S108及S107之次序。在一些實施例中，基板可包括深井特徵、額外接點或電路元件等。因此，一些實施例可使用其中在形成佈線或金屬層之前形成半導體區720的處理。
在步驟S109中，如圖11I中所展示，可在基板700之頂部表面上形成金屬層710。如上文所提及，金屬層710可包括鋁。步驟S109可包括金屬沈積。金屬層710可形成可為偵測器之感測器表面的電子入射表面。可藉由由步驟S108及S109例示之處理而在基板700中形成感測元件。
儘管圖11A至圖11I可關於形成基板700來論述，但顯而易見的是，可將相似處理應用於形成其他基板，諸如基板800、900及1000。舉例而言，在一些實施例中，光罩可用以同時形成複數個半導體區。
在一些實施例中，可藉由在同一步驟中形成多個區來形成BJT陣列。上文所論述之步驟之進一步修改可包括適當形成更寬或更深半導體區。舉例而言，可修改步驟S103使得形成多個半導體區740，如在圖8A及圖8B中所展示之實施例中。可使半導體區740之寬度較小使得其配合於半導體區750內。替代地，在一些實施例中，可修改步驟S102使得半導體區750形成為較寬的。
在比較實例中，可藉由隨後將摻雜劑物種植入於基板中使得形成相連之收集器端子、基底端子及發射器端子來形成BJT。每一端子可藉由將摻雜劑植入至比先前端子小的深度來形成。因此，可形成完全包圍基底及發射器兩者之收集器。此外，基底可完全包圍發射器。可進行此操作使得自基底流動之電子不具有其他路徑，只能行進至收集器或基底端子。然而，在本發明之一些實施例中，BJT可具備突出超出收集器之基底端子。因此，電子可在基底與結構之其他部分之間行進。舉例而言，在一些實施例(諸如上文關於圖7A所論述之實施例)中，感測元件711可包括半導體區720、730及740。增益元件721可包括半導體區740、750及760。可充當增益元件721之基底端子的半導體區740可突出超出半導體區750而到達半導體區730。因此，當電荷載流子例如回應於偵測器上之二次電子到達事件而流動通過感測元件711時，載流子可流入半導體區740中。
具有感測元件及增益元件之基板(諸如基板700)可使用相對簡單明瞭的處理(諸如上文關於圖11A至圖11I所論述)來製造。在比較實例中，為了在低位準之輸入信號下將高增益添加至感測元件，可有必要執行非標準半導體處理以形成器件結構，諸如突崩二極體或其他結構。
現在將參看圖12，其說明符合本發明之實施例的與基板700形成電連接的示意圖。一或多個電路可連接至基板700且可用以將電信號施加至基板700。包括感測元件及增益元件之基板700可在各種組態下進行操作。在一些實施例中，可將偏壓電壓施加至基板700之各別端子以達成各種功能性。基板700可用作用於偵測入射帶電粒子束1201之偵測器。
如圖12中所展示，高電壓源VH可連接至金屬層710。電壓源VH可經組態以將反向偏壓提供至基板700之感測元件。感測元件可包括二極體，該二極體在施加適當電壓後，可在反向偏壓模式中操作。由電壓源VH施加電壓可促成在基板700中在半導體區720及730之區中產生厚空乏區。如上文所論述，空乏區可充當捕捉區且可允許回應於偵測器上之帶電粒子到達事件而產生額外電荷。此等電荷可形成感測元件之偵測信號。
包括增益元件之基板700可經組態以將增益添加至來自感測元件之偵測信號。增益元件可為BJT且可作為放大器而操作。可將偏壓電流自電流源Ib供應至半導體區740，該半導體區740可充當BJT之基底。BJT可經組態以在指定電流增益下在線性放大區中進行操作。BJT可由電流源Ib偏壓使得來自基板700之感測元件之電流被放大。
BJT可經組態以作為共發射極放大器電路而操作。在此放大器電路中，經由發射器自BJT流出之電流可與經由基底及收集器流入BJT中之電流平衡。因此，自可充當BJT之發射器的半導體區760流出之電流可與流入充當BJT之基底(且充當感測元件之陽極)的半導體區740中之電流及流入充當BJT之收集器的半導體區750中之電流平衡。自提供高電流及功率增益之視角，共發射極放大器組態可為有利的。
電壓源Vcc可將電壓提供至負載RL且提供至BJT。可量測來自充當感測元件的基板700之輸出偵測信號作為橫越負載RL之電壓。因此，可將偵測器之輸出信號自電流信號轉換成電壓信號。
在操作中，與藉由突崩效應添加增益的比較實例相比，施加至基板700之電壓可相對較低。來自偵測器之輸出信號可在經饋送至外部放大器之前被預先增強。代替完全依賴於來自外部放大器之放大，來自感測元件之輸出可由內建式增益元件直接放大。
在一些實施例中，回應於偵測器上之二次帶電粒子之到達事件所產生的電流信號可在偵測器之基板之內部結構中被放大。基板可具有與最初產生電流信號的感測元件整合在一起之增益元件。增益元件可處理電流信號且將其放大以用作用於偵測器之輸出信號。在一些實施例中，可將輸出信號轉換成電壓。可將低位準之輸入電壓施加至增益元件以達成來自感測元件之輸入電流信號之足夠增強且獲得可量測的輸出信號。
在一些實施例中，增益元件之增益可為可調整的。可藉由調整施加至增益元件之電壓或電流來調整增益。舉例而言，可將如圖12中的施加至基板700之Vcc及Ib調整至不同值。電壓Vcc及電流Ib可經調整使得將適當量之增益施加至對應的輸入電流位準，因此實現動態範圍調整。可擴展偵測器之動態範圍使得可處理較寬範圍之輸入信號。偵測器之增益元件之特性可為可預測的。舉例而言，BJT可具有高度穩定性。可基於施加至BJT之端子之電壓或電流而判定BJT之行為。舉例而言，BJT之接面偏壓可判定操作區。
在提供多個增益元件之實施例中，亦可提供對應連接。舉例而言，多個電流源Ib可連接至如圖8B中之半導體區845-1、845-2、845-3及845-5。佈線870可經組態以包括至電壓或電流供應器之適當連接。
現在參看圖13，其說明符合本發明之實施例的與基板700形成電連接的另一示意性形成。本發明之實施例可包括用於偵測器之增益元件之各種偏壓方法。圖13之實施例可使用浮動基底。
圖13之實施例可與圖12之實施例相似，惟代替電流源Ib，半導體區740可由由泛射光1202產生之光電流偏壓除外。基板700可經組態以藉由光電效應產生電流使得可回應於光子入射而產生電子。在一些實施例中，可提供瞄準基板700之泛射光。由泛射光1202提供之輻射可用以使基板700之增益元件偏壓使得BJT在線性放大區中操作。
在一些實施例中，可省略直接連接至半導體區740之偏壓電路。亦即，可消除提供單獨電路以供應用於使BJT之基底偏壓之電流的需求。一些實施例可省略電流源且可縮減可經由包括電流源之偏壓電路引入之雜訊。此外，一些實施例可經組態為具有基板700之較簡單的接地設計。
本發明之實施例可在偵測器上之入射電子之能量相對較低之應用中特別有效。可在某些應用中遇到此類情形，諸如當SEM之初級電子束之束電流低即使入射電子能量可為高的時，當束電流並不低但入射電子能量低時，或當束電流低且入射電子能量低時。此外，在一些實施例中，帶電粒子計數可用於偵測器中。
計數帶電粒子(諸如電子)與偵測類比信號相比可具有眾多優點。計數電子在一些類型之應用中可特別有效，諸如CD SEM、高解析度高產出率檢測或所製造半導體器件之度量衡。在本文中所論述之一些實施例中，偵測系統可實現對例如100 pA或更低之電子束之電子計數，同時提供足以量測產生於偵測器中之信號之增益。
可使用以下條項進一步描述實施例： 1.   一種用於一帶電粒子束裝置之偵測器，該偵測器包含： 一感測元件；及 一增益元件，其中 該感測元件及該增益元件在一第一方向上對準，且 該增益元件包括一區段，在該區段中，沿著垂直於該第一方向之一第二方向，一第一導電性區與一第二導電性區鄰近地提供，且一第三導電性區與該第二導電性區鄰近地提供，該第二導電性區插入於該第一導電性區與該第三導電性區之間。 2.   如條項1之偵測器，其中該感測元件包含一第一層，該第一層包括一第四導電性區。 3.   如條項2之偵測器，其中該感測元件包括一區段，在該區段中，沿著該第一方向，該第四導電性區與一本質區鄰近地提供，且該第二導電性區與該本質區鄰近地提供。 4.   如條項3之偵測器，其中該第二導電性區突出超出該第一導電性區且到達該本質區。 5.   如前述條項中任一項之偵測器，其中該第三導電性區屬於與該第一導電性相同的導電性類型且與該第一導電性區相比導電性更高。 6.   如前述條項中任一項之偵測器，其中 該第一導電性區係一n+半導體， 該第二導電性區係一p+半導體，及 該第三導電性區係一n+++半導體。 7.   如條項1至5中任一項之偵測器，其中 該第一導電性區係一p+半導體， 該第二導電性區係一n+半導體，及 該第三導電性區係一p+++半導體。 8.   如前述條項中任一項之偵測器，其中該增益元件係一雙極接面電晶體。 9.   如條項2至4中任一項之偵測器，其中該第四導電性區屬於與該第一導電性相同的導電性類型，且與該第一導電性區相比導電性更高且與該第三導電性區相比導電性較低。 10.  如條項2至4或9中任一項之偵測器，其中該第四導電性區係一n++半導體。 11.  如條項2至4或9中任一項之偵測器，其中該第四導電性區係一p++半導體。 12.  如前述條項中任一項之偵測器，其中該增益元件為包括於該偵測器中之複數個增益元件中的一者。 13.  一種基板，其包含： 一第一層，其包括一第一導電性之一第一區； 一第二層，其包括一第二導電性之一第二區； 一第三層，其包括插入於該第二導電性之一第四區之間的一第三導電性之一第三區；及 一第四層，其包括插入於該第三導電性之一第六區之間的一第四導電性類型之一第五區，該第六區插入於一第五導電性之一第七區之間，該第七區插入於該第二導電性之一第八區之間， 其中該第一層至該第四層在該基板之一厚度方向上堆疊。 14.  如條項13之基板，其進一步包含嵌入於該第六區中的一第六導電性之一第九區，及嵌入於該第七區中的一第七導電性之一第十區。 15.  如條項14之基板，其中 該第一導電性係一n++半導體， 該第二導電性係一p-半導體， 該第三導電性係一p+半導體， 該第四導電性係一n+++半導體， 該第五導電性係一n+半導體， 該第六導電性係一p++半導體，及 該第七導電性係一n++半導體。 16.  如條項14之基板，其中 該第一導電性係一p++半導體， 該第二導電性係一n-半導體， 該第三導電性係一n+半導體， 該第四導電性係一p+++半導體， 該第五導電性係一p+半導體， 該第六導電性係一n++半導體，及 該第七導電性係一p++半導體。 17.  如條項13至16中任一項之基板，其進一步包含鄰近於該第一層之一第一金屬層及鄰近於該第四層之一第二金屬層，該第一金屬層及該第二金屬層包括用於將感測元件或增益元件之端子連接至一電路之接點。 18.  如條項13至17中任一項之基板，其中該第二區與該第四區相連，且該第四區與該第八區相連。 19.  如條項13至18中任一項之基板，其中該第三區與該第六區相連。 20.  如條項13至19中任一項之基板，其中一感測元件及一增益元件整合於該基板中且包括一共同端子，該感測元件包括該第一區、該第二區、該第三區、該第四區及該第八區，且該增益元件包括該第三區、該第五區、該第六區及該第七區。 21.  如條項17之基板，其進一步包含連接至該基板之一電路，其中該電路電連接至該第一金屬層及該第二金屬層。 22.  一種偵測器，其包含如條項13至21中任一項之基板，其中入射於該偵測器上之帶電粒子為由初級粒子與一試樣或散射初級粒子相互作用所產生的二次粒子，該等初級粒子係自帶電粒子束裝置之一源產生且聚焦於該試樣上。 23.  一種方法，其包含： 在一基板中形成一感測元件；及 在該基板中形成一增益元件， 其中 該感測元件及該增益元件在一第一方向上對準，且 該增益元件包括一區段，在該區段中，沿著垂直於該第一方向之一第二方向，一第一導電性區與一第二導電性區鄰近地提供，且一第三導電性區與該第二導電性區鄰近地提供，該第二導電性區插入於該第一導電性區與該第三導電性區之間。 24.  如條項23之方法，其中形成該感測元件及形成該增益元件包含半導體摻雜。 25.  如條項23或條項24之方法，其中形成該增益元件包含： 將該第二導電性區植入至該第一導電性區中，其一深度大於該第一導電性區之一深度。 26.  如條項23至25中任一項之方法，其中該感測元件包含一第一層，該第一層包括一第四導電性區。 27.  如條項26之方法，其中該感測元件包括一區段，在該區段中，沿著該第一方向，該第四導電性區與一本質區鄰近地提供，且該第二導電性區與該本質區鄰近地提供。 28.  如條項27之方法，其中該第二導電性區突出超出該第一導電性區且到達該本質區。 29.  如條項23至28中任一項之方法，其中該第三導電性區屬於與該第一導電性相同的導電性類型且與該第一導電性區相比導電性更高。 30.  如條項23至29中任一項之方法，其中 該第一導電性區係一n+半導體， 該第二導電性區係一p+半導體，及 該第三導電性區係一n+++半導體。 31.  如條項23至29中任一項之方法，其中 該第一導電性區係一p+半導體， 該第二導電性區係一n+半導體，及 該第三導電性區係一p+++半導體。 32.  如條項23至31中任一項之方法，其中該增益元件係一雙極接面電晶體。 33.  如條項26至28中任一項之方法，其中該第四導電性區屬於與該第一導電性相同的導電性類型，且與該第一導電性區相比導電性更高且與該第三導電性區相比導電性較低。 34.  如條項26至28或33中任一項之方法，其中該第四導電性區係一n++半導體。 35.  如條項26至28或33中任一項之方法，其中該第四導電性區係一p++半導體。 36.  如條項23至35中任一項之方法，其中該增益元件為包括於該基板中之複數個增益元件中的一者。 37.  如條項14之基板，其中一感測元件及一增益元件整合於該基板中且包括一共同端子，該感測元件包括該第一區、該第二區、該第三區、該第四區及該第八區，且該增益元件包括該第三區、該第五區、該第六區、該第七區、該第九區及該第十區。
在一些實施例中，偵測器可與控制帶電粒子束系統之控制器通信。控制器可指示帶電粒子束系統之組件執行各種功能，諸如控制帶電粒子源以產生帶電粒子束及控制偏轉器以使帶電粒子束進行掃描。控制器亦可執行各種其他功能，諸如調整偵測器之感測元件或增益元件之操作條件。控制器可經組態以調整施加至增益元件之偏壓。控制器可經組態以即時調整偵測器之動態範圍。控制器可包含作為儲存媒體之儲存器，諸如硬碟、隨機存取記憶體(RAM)、其他類型之電腦可讀記憶體及其類似者。儲存器可用於儲存來自偵測器之輸出信號，且可保存經掃描原始影像資料作為原始影像及後處理影像。可提供非暫時性電腦可讀媒體，其儲存用於使控制器109之處理器進行帶電粒子束偵測、增益調整、影像處理或符合本發明之其他功能及方法的指令。常見形式之非暫時性媒體包括例如：軟碟、可撓性磁碟、硬碟、固態磁碟機、磁帶或任何其他磁性資料儲存媒體；CD-ROM；任何其他光學資料儲存媒體；具有孔圖案之任何實體媒體；RAM、PROM及EPROM、FLASH-EPROM或任何其他快閃記憶體；NVRAM；快取記憶體；暫存器；任何其他記憶體晶片或卡匣；及其網路化版本。
應瞭解，本發明之實施例不限於已在上文所描述及在隨附圖式中所說明之確切構造，且可在不背離本發明之範疇的情況下作出各種修改及改變。舉例而言，雖然已參考某些例示性實施例論述PIN二極體，但可類似地應用其他類型之二極體，諸如NIP二極體。此外，可在偵測器中應用可回應於接收到入射能量而產生可量測信號的其他類型之器件。本發明不限於電子且可適用於偵測其他類型之輻射之應用。
10:電子束檢測(EBI)系統 11:主腔室 20:裝載/鎖定腔室 30:設備前端模組(EFEM) 30a:第一裝載埠 30b:第二裝載埠 71A:線 71B:線 100:電子束工具 100A:電子束工具/裝置 109:控制器 202:電子源 204:槍孔徑 206:聚光透鏡 208:交越 210:初級電子束 212:源轉換單元 214:小射束 216:小射束 218:小射束 220:初級投影光學系統 222:束分離器 226:偏轉掃描單元 228:物鏡 230:晶圓 236:二次電子束 238:二次電子束 240:二次電子束 242:二次光學系統 244:偵測器 246:偵測子區 248:偵測子區 250:偵測子區 252:副光軸 260:主光軸 270:探測光點 272:探測光點 274:探測光點 282:射束點 300:感測器表面 301:偵測胞元 400:感測器表面 401:感測元件 410:第一層 411:第一導電性區 420:第二層 421:第二導電性區 430:第三層 431:第二導電性區 432:第三導電性區 440:第四層 441:第二導電性區 442:第五導電性區 443:第三導電性區 444:第四導電性區 445:第六導電性區 446:第七導電性區 450:金屬層 470:金屬層 500:偵測系統 510:信號調節電路陣列 520:類比信號處理路徑陣列 530:ADC陣列 540:數位控制單元 601:感測器表面 611A:感測元件 611B:感測元件 621:p型層 622:本質層 623:n型層 630:空乏區 651:電洞 652:電子 700:基板 710:金屬層 711:感測元件 720:半導體區 721:增益元件 730:半導體區 740:半導體區 745:半導體區 750:半導體區 755:半導體區 760:半導體區 770:佈線 800:基板 811:感測元件 821:增益元件 822:增益元件 823:增益元件 824:增益元件 840-1:第一半導體區 840-2:第二半導體區 845-1:半導體區 845-2:半導體區 845-3:半導體區 850:半導體區 855:半導體區 870:佈線 900:基板 910:金屬層 920:半導體區 930:半導體區 940:半導體區 950:半導體區 960:半導體區 1000:基板 1010:偵測胞元 1201:入射帶電粒子束 1202:泛射光 Ib:電流源/電流 RL:負載 RX:接收器 S101:步驟 S102:步驟 S103:步驟 S104:步驟 S105:步驟 S106:步驟 S107:步驟 S108:步驟 S109:步驟 TX:傳輸器 Vcc:電壓源/電壓 VH:高電壓源 α:角度
本發明之上述及其他態樣自結合隨附圖式進行的例示性實施例之描述將變得更顯而易見，在該等圖式中：
圖1為說明符合本發明之實施例的例示性電子束檢測(EBI)系統之示意圖。
圖2為說明符合本發明之實施例的例示性電子束工具之示意圖，該電子束工具可為圖1之例示性電子束檢測系統之部件。
圖3為說明符合本發明之實施例的例示性偵測器之俯視圖的圖。
圖4為說明符合本發明之實施例的具有多個感測元件之例示性偵測器之俯視圖的圖。
圖5為說明符合本發明之實施例的可使用偵測器之偵測系統的圖。
圖6A及圖6B為說明符合本發明之實施例的個別感測元件之橫截面圖的圖。
圖7A、圖7B及圖7C為符合本發明之實施例的包括感測元件及增益元件之基板之結構的視圖。
圖8A及圖8B為符合本發明之實施例的包括感測元件及增益元件陣列之基板之結構的視圖。
圖9A及圖9B為符合本發明之實施例的包括感測元件及增益元件或增益元件陣列之基板之結構的視圖。
圖10A及圖10B說明符合本發明之實施例的可具有多個偵測胞元或感測元件之基板。
圖11A至圖11I說明符合本發明之實施例的形成基板之方法之步驟。
圖12說明符合本發明之實施例的與基板形成電連接之示意圖。
圖13說明符合本發明之實施例的與基板形成電連接之另一示意圖。
71A:線
71B:線
700:基板
710:金屬層
711:感測元件
720:半導體區
721:增益元件
730:半導體區
740:半導體區
745:半導體區
750:半導體區
755:半導體區
760:半導體區
770:佈線

Claims (15)

  1. 一種用於一帶電粒子束裝置之偵測器，該偵測器包含： 一感測元件；及 一增益元件，其中 該感測元件及該增益元件在一第一方向上對準，且 該增益元件包括一區段，在該區段中，沿著垂直於該第一方向之一第二方向，一第一導電性區與一第二導電性區鄰近地提供，且一第三導電性區與該第二導電性區鄰近地提供，該第二導電性區插入於該第一導電性區與該第三導電性區之間。
  2. 如請求項1之偵測器，其中該感測元件包含一第一層，該第一層包括一第四導電性區。
  3. 如請求項2之偵測器，其中該感測元件包括一區段，在該區段中，沿著該第一方向，該第四導電性區與一本質區鄰近地提供，且該第二導電性區與該本質區鄰近地提供。
  4. 如請求項3之偵測器，其中該第二導電性區突出超出該第一導電性區且到達該本質區。
  5. 如請求項1之偵測器，其中該第三導電性區屬於與該第一導電性相同的導電性類型且與該第一導電性區相比導電性更高。
  6. 如請求項1之偵測器，其中 該第一導電性區係一n+半導體， 該第二導電性區係一p+半導體，及 該第三導電性區係一n+++半導體。
  7. 如請求項1之偵測器，其中 該第一導電性區係一p+半導體， 該第二導電性區係一n+半導體，及 該第三導電性區係一p+++半導體。
  8. 如請求項1之偵測器，其中該增益元件係一雙極接面電晶體。
  9. 如請求項2之偵測器，其中該第四導電性區屬於與該第一導電性相同的導電性類型，且與該第一導電性區相比導電性更高且與該第三導電性區相比導電性較低。
  10. 如請求項2之偵測器，其中該第四導電性區係一n++半導體。
  11. 如請求項2之偵測器，其中該第四導電性區係一p++半導體。
  12. 如請求項1之偵測器，其中該增益元件為包括於該偵測器中之複數個增益元件中的一者。
  13. 一種方法，其包含： 在一基板中形成一感測元件；及 在該基板中形成一增益元件， 其中 該感測元件及該增益元件在一第一方向上對準，且 該增益元件包括一區段，在該區段中，沿著垂直於該第一方向之一第二方向，一第一導電性區與一第二導電性區鄰近地提供，且一第三導電性區與該第二導電性區鄰近地提供，該第二導電性區插入於該第一導電性區與該第三導電性區之間。
  14. 如請求項13之方法，其中形成該感測元件及形成該增益元件包含半導體摻雜。
  15. 如請求項13之方法，其中形成該增益元件包含： 將該第二導電性區植入至該第一導電性區中，其一深度大於該第一導電性區之一深度。
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