图像传感器、检验系统及检验物件的方法技术方案

本发明专利技术涉及一种高灵敏度图像传感器，其包括本征或轻p掺杂(例如小于约1013cm‑3的掺杂水平)外延硅层。在所述外延层的前侧上制造CMOS或CCD电路。在所述外延层的背侧上生长p及n型外延层。纯硼层沉积于所述n型外延层上。在所述硼沉积过程期间，一些硼从所述背侧被驱动到所述n型外延层中达数纳米。抗反射涂层可被涂覆到所述纯硼层。在所述传感器的操作期间，数十到数百伏特的负偏压电压被施加到所述硼层，以使光子‑电子远离所述背侧表面加速且因雪崩效应而产生额外电子。接地p阱在需要时保护有源电路使其免受所述经反向加偏压外延层的影响。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】相关申请案本申请案主张2014年3月17日申请的标题为“图像传感器、检验系统及检验物件的方法(AN IMAGE SENSOR,AN INSPECTION SYSTEM AND A METHOD OF INSPECTING AN ARTICLE)”且以引用的方式并入本文中的第61/954,328号美国临时专利申请案的优先权。本申请案涉及以下专利申请案：由布朗(Brown)等人在2014年5月8日申请的标题为“低噪声传感器及使用低噪声传感器的检验系统(Low-Noise Sensor And An Inspection System Using A Low-Noise Sensor)”的序列号为14/273,424的美国专利申请案；由阿姆斯特朗(Armstrong)等人在2007年5月25日申请的标题为“使用背侧照明线性传感器的检验系统(Inspection System Using Back Side Illuminated Linear Sensor)”的第11/805,907号美国专利申请案；由布朗等人在2012年2月1日申请的标题为“高密度数字化器(High-density digitizer)”的第13/364,308号美国专利申请案；由布朗等人在2013年12月4日申请的标题为“用于使用脉冲照明的移动图像的高速获取的方法及设备(Method and apparatus for high-speed acquisition of moving images using pulsed illumination)”的第14/096,911号美国专利申请案；由布朗等人在2012年9月18日申请的标题为“用于高速图像获取及检验系统的基于插入器的成像传感器(Interposer Based Imaging Sensor for High-Speed Image Acquisition and Inspection Systems)”的第13/622,155号美国专利申请案；及由彻恩(Chern)等人在2013年3月10日申请的标题为“具有硼层的背侧照明传感器(Back-Illuminated Sensor With Boron Layer)”的第13/792,166号美国专利申请案。其也涉及以下专利：布朗等人的标题为“TDI传感器的持续计时(Continuous Clocking of TDI Sensors)”的第7,609,309号美国专利；布朗等人的标题为“用于TDI传感器的持续计时的设备(Apparatus for Continuous Clocking of TDI Sensors)”的第7,952,633号美国专利；及布朗等人的“用于高速检验的具有本地化驱动及信号处理电路的TDI传感器模块(TDI Sensor Modules with Localized Driving and Signal Processing Circuitry for High Speed Inspection)”的第8,624,971号美国专利。所有这些专利及申请案以引用的方式并入本文中。
本申请案涉及适于在真空UV(VUV)、深UV(DUV)、可见近红外(NIR)波长下检测图像的图像传感器，且涉及并入有此类传感器的检验系统。特定来说，其涉及传感器及用于制造具有低噪声及高灵敏度的传感器的方法。所述传感器特别适用于检验系统，其包含用于检验光掩模、光罩及半导体晶片的检验系统。
技术介绍
集成电路产业要求具有越来越高灵敏度的检验工具来检测更小缺陷及微粒，包含具有接近10nm或更小的尺寸的缺陷及微粒。此外，这些检验工具必须高速操作以便通常在一小时以内检验光掩模、光罩或晶片的100％或大部分面积。一些应用要求在一小时内检验许多(例如约50或100个)晶片。通常，相比于较长波长，短波长(例如UV、深UV(DUV)及真空UV(VUV)波长)对于检测小缺陷及微粒具有更高灵敏度。光掩模或光罩的检验最佳使用相同于用于光刻的波长来完成，对于最为关键的光刻步骤所述波长一般为大体上193.4nm的波长且对于不太关键的步骤为大体上248nm的波长。高速检验要求具有高灵敏度及低噪声的传感器以便检测从小微粒或缺陷散射的少量光或允许检测归因于图案缺陷所致的小反射率改变。非常期望一种可检测一个或一些光子的光度的改变的图像传感器。此项技术中已知硅CMOS及CCD图像传感器。CCD图像传感器特别适合用于半导体晶片、光掩模及光罩的高速检验系统，这是因为此类传感器的电子噪声相当低且严格遵循泊松(Poisson)统计分布(除因从宇宙射线吸收带电微粒或放射性衰变所致的非常罕见事件外，其为稀有的且通常可通过图像处理软件滤除)。如果硅CCD图像传感器冷却到约100°K且以相对较低速度(例如每秒数十万个像素的速率或更小)读出且使用适当驱动及读取电子装置，那么所述传感器可具有等效于约2电子RMS的噪声电平。此类传感器在以类似速度但在更接近室温的温度(例如约-10℃)下操作时可具有等效于约5到10电子RMS的噪声电平。然而，高速检验系统要求每秒数十亿像素的数据速率，其通常通过以每秒数百万到数千万像素的速率同时读取数十或数百个像素(子取样)来实现。这些高数据速率及在相同时间操作的许多输出通道产生数瓦热，冷却到室温以下是不切实际的。高速操作自身也产生较多电噪声，且在与高操作温度结合时，可导致等效于约20到40电子RMS的噪声电平。CMOS传感器通常比CCD传感器具有更高噪声电平，这是因为CMOS晶体管在硅表面上具有沟道，从而导致从硅到二氧化硅界面的噪声(此归因于所述界面处的缺陷及陷阱(trap))。此外，此来自表面缺陷及陷阱的噪声不严格遵循泊松统计。即使RMS噪声为低噪声，但高噪声尖波仍远频繁于泊松统计所预期。对于检验系统来说，这是严重问题，因为这些高噪声尖波可导致缺陷的错误检测。具有CMOS检测器的系统在其最高灵敏度模式中操作时可具有报告伪缺陷率的最高速率。将需要重新检验以分开伪缺陷与真缺陷，从而使所述检验减慢。对于UV波长，当在硅中吸收光子时，通常仅产生单电子空穴对，但偶尔可产生两对，从而导致每经吸收光子的平均产量稍大于1。在DUV及VUV波长下，产生第二电子空穴对的概率增大使得平均电子产量增大。举例来说，当在硅中吸收193nm真空波长的光子时，平均产量为每经吸收电子约1.7电子空穴对。对于当前用于半导体检验系统中的波长及可能在今后数年内使用的波长，电子空穴对产量将不超过2。因此，硅CCD及CMOS传感器无法在感测可见、UV、DUV或VUV波长时可靠地检测一个或一些光子。此项技术中已知雪崩光电二极管。雪崩光电二极管在与硅相隔约一百或数百微米距离内使用相对较大反向偏压电压(数十到数百伏特)以便从通过光子吸收产生的单载子产生多个载子(电子或空穴)。当光子被吸收时，在感测UV辐射时通常接近所述表面产生电子空穴对，这是因为在UV波长下具有强硅吸收。所述偏压电压使载子加速。当载子已加速到足够高速度而具有约3.7eV能量时，其可通过碰撞产生额外电子空穴对。此过程可重复数次，从而产生更多载子，且因此产生大信号。最常见的雪崩二极管在n型硅中吸收入射光且施加偏本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种背面照明雪崩传感器，其包括：外延硅层；薄型高度掺杂p型层、n型掺杂层及硼层，其安置于所述外延硅层的光敏表面上；及电路，其形成于所述外延硅层的相对表面上，其中所述外延硅层包括具有小于每立方厘米(cm‑3)2×1013掺杂剂原子的本征硅及p型掺杂硅中的一者，其中所述电路包括n型掺杂掩埋沟道，其中至少一些所述电路是在具有大于1016掺杂剂原子cm‑3的掺杂剂浓度的接地p+阱中制造，其中所述薄型高度掺杂p型层包括具有大于5×1018掺杂剂原子cm‑3的掺杂剂浓度及小于50nm的厚度的p型掺杂硅，且其中所述n型掺杂层包括具有介于5×1015掺杂剂原子cm‑3与1017掺杂剂原子cm‑3之间的掺杂剂浓度及介于1μm与5μm之间的厚度的n型掺杂硅。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.03.17 US 61/954,328;2015.03.10 US 14/643,1481.一种背面照明雪崩传感器，其包括：外延硅层；薄型高度掺杂p型层、n型掺杂层及硼层，其安置于所述外延硅层的光敏表面上；及电路，其形成于所述外延硅层的相对表面上，其中所述外延硅层包括具有小于每立方厘米(cm-3)2×1013掺杂剂原子的本征硅及p型掺杂硅中的一者，其中所述电路包括n型掺杂掩埋沟道，其中至少一些所述电路是在具有大于1016掺杂剂原子cm-3的掺杂剂浓度的接地p+阱中制造，其中所述薄型高度掺杂p型层包括具有大于5×1018掺杂剂原子cm-3的掺杂剂浓度及小于50nm的厚度的p型掺杂硅，且其中所述n型掺杂层包括具有介于5×1015掺杂剂原子cm-3与1017掺杂剂原子cm-3之间的掺杂剂浓度及介于1μm与5μm之间的厚度的n型掺杂硅。2.根据权利要求1所述的传感器，其中所述硼层包括具有在2nm到6nm范围中的厚度的纯硼，且其中所述传感器进一步包括安置于所述硼层上的一或多个抗反射层。3.根据权利要求1所述的传感器，其中所述传感器进一步包括用于维持所述硼层相对于所述外延层的所述相对表面处于介于-10V与-400V之间的负电势的构件。4.根据权利要求1所述的传感器，其中所述电路包括CMOS图像电路、CCD电路及双极型晶体管中的至少一者。5.根据权利要求1所述的传感器，其中所述传感器包括线性阵列传感器。6.根据权利要求1所述的传感器，其中所述传感器包括二维像素阵列。7.根据权利要求6所述的传感器，其中每一像素包括电路，所述电路包含经配置用于电荷/电压转换的浮动扩散区域。8.一种用于检验样本的系统，所述系统包括：照明源，其包括用于照明所述样本的UV激光；图像中继光学装置，其经配置以在所述样本的光输出对应于第一通道时将所述光输出、所述样本的反射或透射引导到第一通道图像模式中继器，且在所述光输出对应于第二通道时，将所述光输出、所述样本的反射或透射引导到第二通道图像模式中继器；以及传感器，其经配置以接收所述第一通道图像模式中继器及所述第二通道图像模式中继器的中继器输出，其中所述传感器包括：外延硅层，其包括具有小于2×1013掺杂剂原子cm-3的掺杂浓度的本征硅及p型掺杂硅中的一者；所述外延层的光敏表面上的纯硼涂层；及形成于所述外延层的相对表面上的电路，所述电路包括n型掺杂掩埋沟道，且此外其中至少一些所述电路是在具有大于1016掺杂剂原子cm-3的掺杂剂浓度的接地p+阱中制造，且其中所述系统进一步包含电压源，所述电压源经配置以维持所述硼表面相对于所述相对表面处于介于-10V与-400V之间的负电势。9.根据权利要求8所述的系统，其中所述传感器进一步包括经涂覆到所述纯硼涂层的所述表面的抗反射涂层。10.根据权利要求8所述的系统，其中所述传感器进一步包括邻近于所述纯硼涂层的n型掺杂层，所述n型掺杂层具有介于1μm与5μm之间的厚度，且包括具有介于5×1015掺杂剂原子cm-3与1017掺杂剂原子cm-3之间的掺杂剂浓度的n型掺杂硅。11.根据权利要求8所述的系统，其中所述电路是使用CMOS、CCD或双极技术中的至少一者来制造。12.一种表面检验设备，其包括：照明系统，其经配置以相对于表面以非法向入射角产生UV、DUV或VUV激光辐射的经聚焦光束，以大体上在所述经聚焦光束的入射平面中于所述表面上形成照明线，其中所述入射平面由所述经聚焦光束及通过所述经聚焦光束且垂直于所述表面的方向界定；收集系统，其经配置以使所述照明线成像，其中所述收集系统包括：成像透镜，其用于收集从包括所述照明线的所述表面的区域散射的光；聚焦透镜，其用于使所述经收集的光聚焦；及传感器，其包括光敏元件阵列，其中所述光敏元件阵列的每一光敏元件经配置以检测所述照明线的放大图像的对应部分，其中所述传感器包括：外延硅层，其包括具有小于2×1013掺杂剂原子cm-3的掺杂浓度的本征硅及p型掺杂硅中的一者；所述外延层的光敏表面上的纯硼涂层；及形成于所述外延层的相对表面上的电路，所述电路包括n型掺杂掩埋沟道，且此外其中至少一些所述电路是在具有大于1016掺杂剂原子cm-3的掺杂剂浓度的接地p+阱中制造，且其中所述照明系统进一步包含电压源，所述电压源经配置以维持所述硼表面相对于所述相对表面处于介于-10V与-400V之间的负电势。13.一种晶片...

【专利技术属性】
技术研发人员：勇霍·亚历克斯·庄，张璟璟，约翰·费尔登，
申请(专利权)人：科磊股份有限公司，
类型：发明
国别省市：美国;US