[发明专利]CMOS成像器的带电粒子收集器

说明书

技术领域

本发明涉及，一般而言，带电粒子感应设备，更具体而言，涉及用于收集带电粒子以及用于降低收集器结构之间的串扰的带电粒子收集器。

背景技术

感应高能量带电粒子的带电粒子检测器已为大家所熟知，并用于诸如质谱分析法、离子显微术以及夜视之类的各种应用。一种常见的带电粒子检测器包括微通道板（MCP），以增大带电粒子的数量（通过生成辅助带电粒子）以及荧光屏幕，以检测增强的带电粒子。另一种常见的带电粒子检测器包括固态有效像素传感器，该传感器通常包括收集器电极以收集多个像素的进入的带电粒子。像素传感器检测收集到的带电粒子并集成电荷。然后，通过扫描像素来读出信号电荷，以生成带电粒子图像。

使用高能量带电粒子的后果是在与检测器的表面相撞之后某些带电粒子可能反向散射的可能性。反向散射的粒子可以在信号和空间分辨率中产生损耗。对于固态有效像素传感器，收集器电极通常彼此电气隔离，诸如通过介电材料。电气隔离的后果是，暴露在收集器电极之间任何介电材料可以在带电粒子的轰击过程中收集电荷，并在像素之间产生串扰。电气隔离的另一个后果是，固态像素传感器的填充因子（即，总的带电粒子收集表面积与由像素阵列占据的总的相邻区域的比）可以降低，通常降低到小于大约90%。

发明内容

本发明涉及带电粒子感应设备。带电粒子感应设备包括带电粒子源，用于从源接收第一部分带电粒子的多个收集器电极，以及在多个收集器电极周围形成的并与多个收集器电极间隔的网格。网格从源接收第二部分带电粒子并将响应于所述第二部分所生成的反向散射的带电粒子定向到相邻的收集器电极。

本发明还涉及包括带电粒子源和用于从源接收带电粒子的带电粒子收集表面。带电粒子收集表面包括多个收集器电极和在多个收集器电极周围形成并与多个收集器电极间隔的网格。网格与多个收集器电极中的一个包括与带电粒子收集表面间隔的凸起边缘。

本发明进一步涉及形成带电粒子感应设备的方法。该方法包括将多个收集器电极安置在带电粒子收集表面上以及将网格安置在带电粒子收集表面上。在多个收集器电极周围形成网格并使该网格与多个收集器电极间隔。

附图说明

通过与附图一起阅读的下列详细描述，可以理解本发明。包括下列图形：

图1是根据本发明的示例性实施例的带电粒子感应设备的示意图；

图2A是根据本发明的示例性实施例的图1所示出的成像器的一部分的截面图；

图2B是根据本发明的示例性实施例的图2A所示出的粒子收集结构的截面图，示出了入射以及反向散射的带电粒子的收集；

图3A、3B、3C是示出了根据本发明的示例性实施例的图2所示出的成像器的制造的部分截面图；

图4A和4B是示出了根据本发明的另一个示例性实施例的成像器的制造的部分截面图；

图5A、5B和5C是示出了根据本发明的进一步的示例性实施例的成像器的制造的部分截面图；

图6A、6B、6C和6D是示出了根据本发明的进一步的示例性实施例的成像器的制造的部分截面图；以及

图7A、7B、7C、7D、7E、7F、7G、7H、7I、7J和7K是示出了根据本发明的进一步示例性实施例的成像器的制造的部分截面图。

具体实施方式

本发明的各方面涉及具有带电粒子收集结构的带电粒子感应设备以及收集带电粒子的方法。根据示例性实施例，带电粒子收集结构包括多个收集器电极以及在多个收集器电极周围形成并与多个收集器电极间隔的网格。网格可以向收集器电极之间的隔离区域提供屏蔽。收集器电极收集入射带电粒子的一部分。网格接收入射的带电粒子的再一个部分。由网格接收到的带电粒子被从收集器电极之间的隔离区域引导离开。由网格所生成的任何反向散射的带电粒子被定向回到网格或相邻的收集器电极。

示例性收集器电极可以带有不均匀的形状，并可以包括一个或多个井，收集反向散射的带电粒子。本发明的收集结构收集反向散射的带电粒子，并可以降低收集器电极和网格之间的介电材料向入射的和/或反向散射的带电粒子的暴露。本发明的收集结构还可以增大传感器的填充因子，以便填充因子可以大于90%。本发明的带电粒子感应设备可以用于，例如，用于质谱分析法，包括次级离子质谱分析法（SIMS）、电子显微技术、夜视、医学和生命科学仪器及涉及低照度成像区域的其他应用。