導(dǎo)襯底的表面中的光電二極管(或者其他檢測(cè)器)，其中電路設(shè)置在光電二極管的頂上或者旁邊。電路通常在已經(jīng)沉積光電二極管之后被添加。然而，通過(guò)在它可以被檢測(cè)之前阻擋和反射入射輻射，電路的存在降低對(duì)于輻射收集可用的有源區(qū)域。因此，降低傳感器的靈敏度。
[0081]另一方面，背照式輻射傳感器允許在襯底被反轉(zhuǎn)之前，在半傳導(dǎo)襯底的一個(gè)表面上制作光電二極管(或者其他檢測(cè)器)并且然后按照需要制作電路。襯底然后被固定到第二襯底。以這種方式，原始襯底的背側(cè)變成傳感器的暴露頂表面，待檢測(cè)的輻射束將入射在該表面上。這是有利的，因?yàn)樗鼘?dǎo)致對(duì)于輻射收集可用的有源區(qū)域沒(méi)有損失。在背照式輻射傳感器中，電路在有源區(qū)域下方并且因此不能阻擋輻射到達(dá)有源區(qū)域。
[0082]圖4中示出的傳感器50包括半導(dǎo)體層，半導(dǎo)體層包括連接到電路55的光電二極管52的陣列。光電二極管52包括設(shè)置在半導(dǎo)體層的第一表面(傳感器50的前側(cè))處的η型摻雜半導(dǎo)體區(qū)域和形成半導(dǎo)體層的第二表面(傳感器50的背側(cè))的P型摻雜半導(dǎo)體區(qū)域。光電二極管52包括布置為一維或者二維陣列的η型摻雜半導(dǎo)體部分(例如，娃)60，以及被提供為η型摻雜半導(dǎo)體部分頂上的外延層的P型摻雜半導(dǎo)體(例如，娃)62。
[0083]P型摻雜娃62與每個(gè)η型摻雜娃部分60形成ρ-η結(jié)。該ρ_η結(jié)為每個(gè)光電二極管52建立耗盡區(qū)域53，在圖4中由虛線53指出。在耗盡區(qū)域中，電場(chǎng)被建立以使得當(dāng)光子進(jìn)入耗盡區(qū)域并且激發(fā)電子時(shí)，釋放的電子和相關(guān)的空穴被吸引到耗盡區(qū)域的相對(duì)側(cè)，由此產(chǎn)生代表照射能量的光生電荷。因此，由Ρ-η結(jié)建立的耗盡區(qū)域53用作光電二極管52。
[0084]ρ+型摻雜區(qū)可以設(shè)置在相鄰η型摻雜硅部分62之間。這可以防止相鄰耗盡區(qū)域53與彼此接觸。為了簡(jiǎn)單起見(jiàn)，ρ+型摻雜區(qū)在圖中未示出。
[0085]在一個(gè)實(shí)施例中，η型摻雜娃部分60可以是η+摻雜的(高摻雜η型娃)。在這種情況下，耗盡區(qū)域?qū)⑦M(jìn)一步延伸到P型摻雜硅62中。
[0086]電路55可以例如是CMOS電路，并且可以例如是集成電路。CMOS電路55被用于偏置光電二極管。另外，CMOS電路被用于讀取由于曝光于DUV或者EUV輻射而在光電二極管處生成的光生電荷。
[0087]保護(hù)層54設(shè)置在光電二極管52和電路系統(tǒng)55之下。保護(hù)層54可以例如是S12。膠層56將光電二極管和電路固定到支撐襯底58。支撐襯底58可以例如由硅晶片、玻璃板或者任何其他合適的材料形成。
[0088]諸如非晶硼層64之類的ρ型摻雜保護(hù)材料層設(shè)置在P型摻雜硅層頂上。硼層64抵抗DUV或者EUV輻射的損傷。另外，硼層64保護(hù)傳感器50免于可能另外由侵襲性環(huán)境引起的損傷。例如，硼層64保護(hù)傳感器50免于清潔劑傷害，清潔劑被周期性地使用以從傳感器表面清潔污染(由于在傳感器表面處EUV輻射與污染物相互作用，沉積物可以聚集在傳感器表面上)。硼層64因此延長(zhǎng)背照式傳感器50的壽命。
[0089]ρ型摻雜保護(hù)材料沉積可以在室溫下完成，接著進(jìn)行增強(qiáng)梯度擴(kuò)散的熱處理。這樣的方法的一個(gè)潛在的缺點(diǎn)(依賴于所使用的沉積條件和工藝)可以是硼層的較低的質(zhì)量，例如形成多孔結(jié)構(gòu)，使得背側(cè)表面更容易由于侵襲性環(huán)境劑退化。
[0090]使用更高溫度沉積工藝用于ρ型摻雜保護(hù)材料，特別是用于硼沉積，被發(fā)現(xiàn)是有利的。然而，沉積溫度應(yīng)當(dāng)足夠低以保護(hù)CMOS的部件，諸如內(nèi)部電路、布線、多晶硅柵極。對(duì)于本領(lǐng)域中已知的典型的CMOS或者CCD部件，5000C的溫度上限仍可以提供足夠的保護(hù)。優(yōu)選地，P型摻雜保護(hù)材料沉積溫度低于450°C，更加優(yōu)選地低于400°C以提供足夠的安全性以防止熱損傷。優(yōu)選地，沉積溫度高于100°C，更加優(yōu)選地高于200°C以便向ρ型摻雜保護(hù)材料層提供足夠的質(zhì)量。
[0091]可以如此使用各種已知的沉積方法，例如在上述溫度下的磁控鍍膜或者電子束鍍膜。另一備選是在上述溫度范圍的情況下應(yīng)用低溫CVD工藝。
[0092]諸如抗反射層之類的可選的光學(xué)涂層68設(shè)置在硼層64頂上。然而，這樣的涂層的厚度應(yīng)當(dāng)被保持最小，使得顆?？梢运泶┻^(guò)涂層并且到達(dá)硼層64。
[0093]硼層64可以例如是幾納米厚。硼層64可以例如具有Inm和30nm之間的厚度。硼層64可以例如具有約6nm的厚度。在沉積期間，硼的一部分可以自然地?cái)U(kuò)散到ρ型摻雜硅62中。在該上下文中，術(shù)語(yǔ)“自然地”旨在意指可以在室溫(或者類似的溫度)下發(fā)生的擴(kuò)散，而不是由于加熱發(fā)生的擴(kuò)散。然而，室溫下的擴(kuò)散將導(dǎo)致不顯著的尺度的非常窄的擴(kuò)散。在高于室溫的溫度下實(shí)現(xiàn)P型摻雜硅區(qū)域中的更深的擴(kuò)散。溫度越高，硼原子將被推動(dòng)以在半導(dǎo)體網(wǎng)絡(luò)中擴(kuò)散更深。
[0094]硼和硼化物類型的材料的特性是梯度擴(kuò)散分布，這導(dǎo)致在ρ型摻雜材料濃度中提供從硼向硅的尖銳的變化的梯度擴(kuò)散層。具有擴(kuò)散在P型摻雜半導(dǎo)體區(qū)域中的P型摻雜保護(hù)材料的根據(jù)本發(fā)明的獨(dú)特的摻雜分布提供摻雜梯度感應(yīng)的內(nèi)部電場(chǎng)的形成，其補(bǔ)充在光電二極管的耗盡區(qū)域中感應(yīng)的電場(chǎng)(兩個(gè)電場(chǎng)具有相同方向)。附加的場(chǎng)具有將耗盡層向硼表面延伸的效果并且確保經(jīng)由摻雜梯度感應(yīng)的表面電荷收集的光生帶電粒子輸運(yùn)機(jī)制。在與用于沉積相同的方式中，同樣當(dāng)感應(yīng)擴(kuò)散時(shí)，工藝溫度應(yīng)當(dāng)被保持低于上述溫度以防止CMOS部件的損傷。此外，當(dāng)沉積在高于室溫的溫度下被執(zhí)行時(shí)，梯度擴(kuò)散分布可以直接在沉積期間實(shí)現(xiàn)。
[0095]硼64向ρ型摻雜硅62中的擴(kuò)散使得硼的濃度根據(jù)硅的深度非?？斓亟档?。例如，可以存在純硼的上層，在其之下可以存在硼硅混合物，混合物的硼濃度降低直到不存在擴(kuò)散硼。從硼向硅的這種過(guò)渡可以發(fā)生在幾納米或者更少。
[0096]從硼向硅的過(guò)渡使得源于擴(kuò)散硼的空穴具有隨硼濃度降低而降低的濃度?？昭舛鹊倪@個(gè)變化引起內(nèi)部電場(chǎng)，其補(bǔ)充由光電二極管52的ρ-η結(jié)生成的電場(chǎng)。這是有利的，因?yàn)樗兄诔蚺饘?4向上拉取光電二極管52的耗盡區(qū)域53。
[0097]然而，ρ型摻雜保護(hù)材料也是這樣的材料，該材料可以通過(guò)熱處理激活以在P型摻雜半導(dǎo)體網(wǎng)絡(luò)的區(qū)域中形成鍵。因此，在梯度擴(kuò)散工藝期間或者之后，可以形成具有比半導(dǎo)體層顯著更少的懸掛鍵的激活化合物層。形成在硅半導(dǎo)體層中的激活化合物的示例是硅化物。當(dāng)硼或者硼化物是P型摻雜保護(hù)材料時(shí)，硅化硼層將被形成(BxSih，其中X是O和I之間的值)。
[0098]例如，在上述溫度下實(shí)現(xiàn)的梯度擴(kuò)散分布之后，可以接著進(jìn)行諸如激光退火之類的熱表面處理。表面熱處理將僅提升背側(cè)表面溫度，并且沒(méi)有上文提及的CMOS部件的退化。
[0099]可以在室溫或者稍微更高但仍然足夠低并不損傷CMOS電路的溫度下將P型摻雜保護(hù)材料(即，硼)沉積在硅襯底的背側(cè)表面上之后創(chuàng)建硅化物層，例如BxSih,并且然后所述表面通過(guò)傳統(tǒng)的爐式退火或者快速熱退火在提供足夠的能量以除了形成梯度擴(kuò)散分布之外還促進(jìn)硅化物形成的溫度下進(jìn)行短暫熱處理。
[0100]耗盡區(qū)域53可以延伸遠(yuǎn)至硼硅過(guò)渡處，例如在硅化物層下方。耗盡區(qū)域53可以例如延伸遠(yuǎn)至過(guò)渡的(P++)摻雜區(qū)域。高摻雜(P++)區(qū)域(和過(guò)渡的硅化硼)是為傳感器50的所有光電二極管提供公共電極的低歐姆區(qū)域。該公共電極可以處于跨傳感器50的表面的固定電勢(shì)，即使當(dāng)相對(duì)較高的電流通過(guò)其中。
[0101]硼層64因此提供兩個(gè)功能。第一個(gè)功能是保護(hù)傳感器50免于由DUV或者EUV輻射引起的損傷。第二個(gè)功能是增加光電二極管52的耗盡區(qū)域53。
[0102]背照式傳感器50可以被使用在例如光刻設(shè)備中以檢測(cè)EUV輻射。在這種情況下，EUV光子向ρ型摻雜硅62中的穿透深度將是幾百納米。因此，電子的激發(fā)以產(chǎn)生自由電子和相關(guān)聯(lián)的空穴對(duì)可以貫穿P型摻雜硅62的深度發(fā)生。在這種情況下，光電二極管耗盡區(qū)域53沒(méi)有必要完全延伸到傳感器50的表面。
[0103]背照式傳感器50可以用于例如光刻設(shè)備以檢測(cè)DUV輻射。DUV光子在硅中的幾納米內(nèi)被吸收。因此，為了以合理的信噪比檢測(cè)DUV輻射，傳感器可以被布置以使得光電二極管52的耗盡區(qū)域53延伸到傳感器的上表面(或者延伸到傳感器的上表面的幾納米內(nèi))。硼層64，并且特別是硼硅的過(guò)渡可以幫助向傳感器的表面提拉耗盡區(qū)域，由此促進(jìn)DUV輻射的良好檢測(cè)。
[0104]由于DUV輻射的穿透深度比EUV輻射的穿透深度顯著更小，因此P型摻雜硅層62的厚度對(duì)于被設(shè)計(jì)為檢測(cè)(D)UV的傳感器可以比被設(shè)計(jì)為檢測(cè)EUV的傳感器小。例如，對(duì)于被設(shè)計(jì)為檢測(cè)(D) UV或者甚至可見(jiàn)輻射的傳感器，ρ型摻雜硅層62的厚度可以小于10微米，諸如約5微米。對(duì)于被設(shè)計(jì)為檢測(cè)EUV的傳感器，ρ型摻雜硅層62的厚度可以小于80微米，例如約30微米。
[0105]在以上段落中，對(duì)傳感器50的表面的引用并不旨在包括光學(xué)涂層68。因此，例如，對(duì)向傳感器的表面提拉耗盡區(qū)域可以被解釋為意指向硼層64的表面提拉耗盡區(qū)域。
[0106]本發(fā)明的背照式傳感器的實(shí)施例可以例如被用作圖像傳感器以檢測(cè)用于校正、調(diào)整和/或操作諸如光刻設(shè)備之類的設(shè)備的一個(gè)或者多個(gè)圖案。例如，背照式傳感器可以形成相前檢測(cè)器的一部分，相前檢測(cè)器可以用于測(cè)量如由光刻設(shè)備投影的輻射束的性質(zhì)。背照式傳感器可以形成相機(jī)的一部分(例如，相機(jī)的相機(jī)芯片可以包括背照式傳感器)。相機(jī)可以包括一個(gè)或者多個(gè)透鏡，并且可以包括諸如電池之類的其他部件。背照式傳感器可以用于非光刻應(yīng)用。包括背照式傳感器的相機(jī)可以例如用于照相或者獲得視頻。
[0107]圖5示意性地圖示了可以用于構(gòu)造圖4中示出的背照式傳感器50的一系列步驟。首先參考圖5a，ρ型摻雜硅層62設(shè)置在襯底51的頂上，在這種情況下，襯底是ρ+型摻雜的硅襯底(也可以使用其他襯底)。周期表的III族元素的任何元素可以用作P型摻雜半導(dǎo)體區(qū)域的受主(P型摻雜物)。P型摻雜硅層62可以例如具有I微米和30微米之間的厚度，可以具有I微米和20微米之間的厚度，并且可以具有I微米和10微米之間的厚度。η型摻雜半導(dǎo)體部分60的陣列被形成在ρ型摻雜硅層62中。當(dāng)從上方觀察時(shí)，η型摻雜半導(dǎo)體部分60可以例如具有二維陣列的形式(然而，它也可以是一維的或者甚至是單個(gè)光電二極管)。η型摻雜半導(dǎo)體部分60可以例如通過(guò)在ρ型摻雜硅層62的表面上的期望位置處提供η型摻雜而獲得。η型摻雜可以例如使用擴(kuò)散或者離子注入而獲得(使用本領(lǐng)域中眾所周知的技術(shù))。η型摻雜半導(dǎo)體部分60可以例如向ρ型摻雜娃層62中延伸0.1微米和I微米之間的距離。η型摻雜半導(dǎo)體部分60可以例如向ρ型摻雜硅層中延伸約0.5微米。
[0108]在下一步中，附加的外延層被生成在傳感器50的前側(cè)上(即，在P型摻雜硅層62的第一表面上)(例如，P型摻雜硅)，CMOS電路被形成在該附加的外延層內(nèi)(例如使用常規(guī)光刻技術(shù))。CMOS電路可以例如被配置為偏置光電二極管，并且允許讀出由入射在光電二極管上的輻射生成的電信號(hào)。
[0109]保護(hù)層54設(shè)置在CMOS電路(未示出)的η型摻雜半導(dǎo)體部分60頂上。保護(hù)層54可以例如是Si02。
[0110]參考圖5b，襯底51例如使用拋光或者任何其他合適的技術(shù)在厚度上被降低。襯底51可以例如被降低到約200微米或者更少的厚度。
[0111]參考圖5c，半導(dǎo)體被反轉(zhuǎn)，并且然后例如使用膠層56固定到支撐襯底5