(57)【要約】  荷電粒子検知装置及び荷電粒子検知装置を形成する方法が提供される。荷電粒子検知装置は、荷電粒子の供給源と、荷電粒子の第１の部分を受け取るための複数のコレクタ電極と、複数のコレクタ電極の周りに形成され、且つ、これらのコレクタ電極から離隔したグリッドと、を含む。グリッドは、荷電粒子の第２の部分を受け取り、且つ、第２の部分に応答して生成される後方散乱荷電粒子を隣接するコレクタ電極に導く。【選択図】図２Ａ
2013531349.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
荷電粒子検知装置であって、
荷電粒子の供給源と、
前記荷電粒子の供給源から前記荷電粒子の第１の部分を受け取るための複数のコレクタ電極と、
前記複数のコレクタ電極の周りに形成され、且つ、これらのコレクタ電極から離隔したグリッドであって、前記荷電粒子の供給源から前記荷電粒子の第２の部分を受け取り、且つ、前記第２部分に応答して生成される後方散乱荷電粒子を隣接するコレクタ電極に導くグリッドと、
を有する装置。
【請求項２】
前記グリッドは、導電性材料から形成される請求項１に記載の荷電粒子検知装置。
【請求項３】
前記グリッドは、前記複数のコレクタ電極から電気的に隔離される請求項２に記載の荷電粒子検知装置。
【請求項４】
前記複数のコレクタ電極は、異なる厚さを有するコレクタ電極の第１及び第２の組を含み、且つ、
前記コレクタ電極の第１の組は、前記コレクタ電極の第２の組と交互に配置される請求項１に記載の荷電粒子検知装置。
【請求項５】
それぞれのコレクタ電極は、不均一な形状において形成される請求項１に記載の荷電粒子検知装置。
【請求項６】
前記供給源と前記複数のコレクタ電極の間に配設されたマイクロチャンネルプレートを更に有する請求項１に記載の荷電粒子検知装置。
【請求項７】
それぞれのコレクタ電極は、前記荷電粒子の第１の部分を受け取るための入射表面を含み、前記入射表面は、井戸を形成する凹入表面を含む請求項１に記載の荷電粒子検知装置。
【請求項８】
前記井戸は、矩形形状及び台形形状のうちの１つにおいて形成される請求項７に記載の荷電粒子検知装置。
【請求項９】
前記井戸は、前記荷電粒子の第１の部分に応答して生成される後方散乱荷電粒子を対応するコレクタ電極に導く請求項７に記載の荷電粒子検知装置。
【請求項１０】
それぞれのコレクタ電極は、前記荷電粒子の第１の部分を受け取るための入射表面を含み、前記入射表面は、複数の井戸を含む請求項１に記載の荷電粒子検知装置。
【請求項１１】
前記複数のコレクタ電極は、誘電体層上に配設されており、前記誘電体層は、個々のコレクタ電極内の前記複数の井戸に対応した複数の井戸を含む請求項１０に記載の荷電粒子検知装置。
【請求項１２】
前記複数の井戸のうちの１つの井戸は、矩形形状又は倒立ピラミッド形状のうちの１つにおいて形成される請求項１０に記載の荷電粒子検知装置。
【請求項１３】
荷電粒子検知装置であって、
荷電粒子の供給源と、
前記荷電粒子の供給源から前記荷電粒子を受け取るための荷電粒子収集表面と、
を有し、
前記荷電粒子収集表面は、
複数のコレクタ電極と、
前記複数のコレクタ電極の周りに形成され、且つ、これらのコレクタ電極から離隔したグリッドと、
を含み、
前記グリッド及び前記複数のコレクタ電極のうちの１つは、前記荷電粒子収集表面から離隔した隆起エッジを含む、装置。
【請求項１４】
それぞれのコレクタ電極は、前記荷電粒子を受け取るための入射表面を含み、前記入射表面は少なくとも１つの井戸を含む請求項１３に記載の荷電粒子検知装置。
【請求項１５】
前記グリッドは、前記隆起エッジを含む請求項１３に記載の荷電粒子検知装置。
【請求項１６】
前記グリッドの前記隆起エッジは、前記荷電粒子収集表面との関係においてコレクタ電極に隣接して上方に配設される請求項１５に記載の荷電粒子検知装置。
【請求項１７】
前記グリッドの前記隆起エッジは、前記荷電粒子収集表面に対して垂直の方向において対応するコレクタ電極とオーバーラップしている請求項１６に記載の荷電粒子検知装置。
【請求項１８】
それぞれのコレクタ電極が前記隆起エッジを含む請求項１３に記載の荷電粒子検知装置。
【請求項１９】
前記複数のコレクタ電極は、異なる厚さを有するコレクタ電極の第１及び第２の組を含み、且つ、
前記コレクタ電極の第１の組は、前記コレクタ電極の第２の組と交互に配置される請求項１８に記載の荷電粒子検知装置。
【請求項２０】
前記第１の組の前記隆起エッジは、前記荷電粒子収集表面に対して垂直の方向において前記第２の組の前記隆起エッジとオーバーラップしている請求項１９に記載の荷電粒子検知装置。
【請求項２１】
荷電粒子検知装置を形成する方法であって、
荷電粒子収集表面上に複数のコレクタ電極を配設するステップと、
前記荷電粒子収集表面上にグリッドを配設するステップであって、前記グリッドは、前記複数のコレクタ電極の周りにおいて形成され、且つ、これらのコレクタ電極から離隔している、ステップと、
を有する方法。
【請求項２２】
前記荷電粒子収集表面から離隔した隆起エッジを有するようにそれぞれのコレクタ電極を形成するステップを更に有する請求項２１に記載の方法。
【請求項２３】
前記荷電粒子収集表面から離隔した隆起エッジを有するように前記グリッドを形成するステップを更に有する請求項２１に記載の方法。
【請求項２４】
前記グリッドの前記隆起エッジは、前記荷電粒子収集表面に対して垂直の方向において対応するコレクタ電極とオーバーラップしている請求項２３に記載の方法。
【請求項２５】
それぞれのコレクタ電極における前記荷電粒子収集表面とは反対側の表面内に少なくとも１つの井戸を形成するステップを更に有する請求項２１に記載の方法。
【請求項２６】
前記少なくとも1つの井戸を形成する前記ステップは、複数の井戸を形成するステップを含み、且つ、
前記方法は、前記複数のコレクタ電極を配設する前に、個々の前記複数のコレクタ電極の前記複数の井戸の場所に対応する場所において前記荷電粒子収集表面内に複数の井戸を形成するステップを含む請求項２５に記載の方法。
【請求項２７】
前記複数のコレクタ電極を配設する前記ステップは、前記荷電粒子収集表面上に異なる厚さを有するコレクタ電極の第１及び第２の組を配設するステップを含み、
前記コレクタ電極の第１の組は、前記コレクタ電極の第２の組と交互に配置される請求項２１に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般に、荷電粒子検知装置に関し、且つ、更に詳しくは、荷電粒子を収集すると共にコレクタ構造間のクロストークを低減する荷電粒子コレクタ構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
高エネルギーの荷電粒子を検知する荷電粒子検出器は、当技術分野において周知であり、且つ、質量分析、イオン顕微鏡法、及び暗視などの様々な用途に使用されている。一般的な荷電粒子検出器の１つは、（２次荷電粒子を生成することによって）荷電粒子の数を増強するためのマイクロチャンネルプレート（Ｍｉｃｒｏ−Ｃｈａｎｎｅｌ  Ｐｌａｔｅ：ＭＣＰ）と、増強された荷電粒子を検出するための蛍光スクリーンと、を含む。別の一般的な荷電粒子検出器は、固体能動ピクセルセンサを含み、固体能動ピクセルセンサは、通常、到来する荷電粒子を複数のピクセルについて収集するためのコレクタ電極を含む。ピクセルセンサは、収集された荷電粒子を検出し、且つ、電荷を集積する。次いで、ピクセルをスキャニングすることによって信号電荷を読み出し、荷電粒子画像を生成する。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
高エネルギー荷電粒子を使用する帰結として、検出器の表面に衝突した際に、荷電粒子の一部が後方散乱する可能性が生じる。後方散乱した粒子により、信号及び空間分解能の損失が生じることになろう。固体能動ピクセルセンサの場合には、コレクタ電極は、通常、誘電材料などによって相互に電気的に隔離されている。電気的な隔離の帰結として、コレクタ電極の間に露出した誘電材料が、荷電粒子の衝突の際に電荷を収集すると共にピクセル間のクロストークを生成することになろう。電気的な隔離の別の帰結として、固体ピクセルセンサの充填率（即ち、ピクセルアレイによって占有されている連続した面積の合計に対する荷電粒子収集表面の面積の合計の比率）が低減され、通常は、約９０％未満となることになろう。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本発明は、荷電粒子検知装置に関する。この荷電粒子装置は、荷電粒子の供給源と、供給源から荷電粒子の第１の部分を受け取るための複数のコレクタ電極と、複数のコレクタ電極の周りに形成され、且つ、これらのコレクタ電極から離隔したグリッドと、を含む。グリッドは、供給源から荷電粒子の第２の部分を受け取り、且つ、この第２の部分に応答して生成される後方散乱荷電粒子を隣接するコレクタ電極に導く。
【０００５】
又、本発明は、荷電粒子の供給源と、供給源から荷電粒子を受け取るための荷電粒子収集表面と、を含む荷電粒子検知装置にも関する。荷電粒子収集表面は、複数のコレクタ電極と、複数のコレクタ電極の周りに形成され、且つ、これらのコレクタ電極から離隔したグリッドと、を含む。グリッドと複数のコレクタ電極のうちの一方は、荷電粒子収集表面から離隔した隆起エッジを含む。
【０００６】
本発明は、更に、荷電粒子検知装置を形成する方法にも関する。この方法は、複数のコレクタ電極を荷電粒子収集表面上に配設するステップと、グリッドを荷電粒子収集表面上に配設するステップと、を含む。グリッドは、複数のコレクタ電極の周りに形成され、且つ、これらのコレクタ電極から離隔している。
【０００７】
本発明については、添付図面との関連において参照された際に以下の詳細な説明から理解することができよう。添付図面には、次の図が含まれている。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明の例示用の一実施形態による荷電粒子検知装置の概略図である。
【図２Ａ】本発明の例示用の一実施形態による図１に示されている撮像素子の一部分の断面図である。
【図２Ｂ】本発明の例示用の一実施形態による入射及び後方散乱荷電粒子の収集を示す図２Ａに示されている粒子収集構造の断面図である。
【図３Ａ】本発明の例示用の一実施形態による図２に示されている撮像素子の製造を示す部分断面図である。
【図３Ｂ】本発明の例示用の一実施形態による図２に示されている撮像素子の製造を示す部分断面図である。
【図３Ｃ】本発明の例示用の一実施形態による図２に示されている撮像素子の製造を示す部分断面図である。
【図４Ａ】本発明の別の例示用の実施形態による撮像素子の製造を示す部分断面図である。
【図４Ｂ】本発明の別の例示用の実施形態による撮像素子の製造を示す部分断面図である。
【図５Ａ】本発明の更なる例示用の実施形態による撮像素子の製造を示す部分断面図である。
【図５Ｂ】本発明の更なる例示用の実施形態による撮像素子の製造を示す部分断面図である。
【図５Ｃ】本発明の更なる例示用の実施形態による撮像素子の製造を示す部分断面図である。
【図６Ａ】本発明の更なる例示用の実施形態による撮像素子の製造を示す部分断面図である。
【図６Ｂ】本発明の更なる例示用の実施形態による撮像素子の製造を示す部分断面図である。
【図６Ｃ】本発明の更なる例示用の実施形態による撮像素子の製造を示す部分断面図である。
【図６Ｄ】本発明の更なる例示用の実施形態による撮像素子の製造を示す部分断面図である。
【図７Ａ】本発明の更なる例示用の実施形態による撮像素子の製造を示す部分断面図である。
【図７Ｂ】本発明の更なる例示用の実施形態による撮像素子の製造を示す部分断面図である。
【図７Ｃ】本発明の更なる例示用の実施形態による撮像素子の製造を示す部分断面図である。
【図７Ｄ】本発明の更なる例示用の実施形態による撮像素子の製造を示す部分断面図である。
【図７Ｅ】本発明の更なる例示用の実施形態による撮像素子の製造を示す部分断面図である。
【図７Ｆ】本発明の更なる例示用の実施形態による撮像素子の製造を示す部分断面図である。
【図７Ｇ】本発明の更なる例示用の実施形態による撮像素子の製造を示す部分断面図である。
【図７Ｈ】本発明の更なる例示用の実施形態による撮像素子の製造を示す部分断面図である。
【図７Ｉ】本発明の更なる例示用の実施形態による撮像素子の製造を示す部分断面図である。
【図７Ｊ】本発明の更なる例示用の実施形態による撮像素子の製造を示す部分断面図である。
【図７Ｋ】本発明の更なる例示用の実施形態による撮像素子の製造を示す部分断面図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
本発明の態様は、荷電粒子収集構造を有する荷電粒子検知装置と、荷電粒子を収集する方法と、に関する。例示用の一実施形態によれば、荷電粒子収集構造は、複数のコレクタ電極と、これらのコレクタ電極の周りに形成され、且つ、これらのコレクタ電極から離隔したグリッドと、を含む。グリッドは、コレクタ電極の間の隔離領域に対する遮蔽を提供してもよい。コレクタ電極は、入射荷電粒子の一部分を収集する。グリッドは、入射荷電粒子の更なる部分を受け取る。グリッドによって受け取られた荷電粒子は、コレクタ電極の間の隔離領域から運び去られる。グリッドによって生成される後方散乱荷電粒子は、グリッドに又は近隣のコレクタ電極に導かれる。
【００１０】
例示用のコレクタ電極は、後方散乱荷電粒子の収集を提供するために、不均一な形状を有するように形成してもよく、且つ、１つ又は複数の井戸を含んでもよい。本発明の収集構造は、後方散乱荷電粒子の収集を提供し、且つ、入射及び／又は後方散乱荷電粒子に対するコレクタ電極とグリッドの間の誘電材料の露出を低減することになろう。又、本発明の収集構造は、９０％を上回るように、センサの充填率を増大させることにもなろう。本発明の荷電粒子検知装置は、例えば、二次イオン質量分析（Ｓｅｃｏｎｄａｒｙ  Ｉｏｎ  Ｍａｓｓ  Ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｒｙ：ＳＩＭＳ）を含む質量分析、電子顕微鏡法、暗視、医療及び生命科学の計測、及び低光量の撮像エリアを伴うその他の用途などに使用してもよい。
【００１１】
図１を参照すれば、荷電粒子検知装置は、１００として総合的に表記された状態において示されている。装置１００は、例えば、画像増強装置として使用してもよい。装置１００は、入力側１０２ａと、出力側１０２ｂと、を有するフォトカソード１０２を含む。又、装置１００は、荷電粒子収集表面１０６ａを含む撮像素子１０６をも含む。又、装置１００は、入力側１０４ａと、出力側１０４ｂと、を含むマイクロチャンネルプレート（Ｍｉｃｒｏ−Ｃｈａｎｎｅｌ  Ｐｌａｔｅ：ＭＣＰ）１０４を含んでもよい。ＭＣＰ１０４は、フォトカソード１０２及び撮像素子１０６を内蔵するハウジング（図示されてはいない）内に形成された負圧間隙１１８内に配設される。
【００１２】
ＭＣＰ１０４は、フォトカソード１０２と撮像素子１０６の間に配設された状態において示されているが、ＭＣＰ１０４は、省略してもよいことを理解されたい。フォトカソード１０２が示されているが、フォトカソード１０２は、カソードによって置換してもよく、この場合には、カソードが荷電粒子の供給源を提供することを理解されたい。
【００１３】
撮像素子１０６は、荷電粒子を検出する能力を有する任意のタイプの固体センサであってよい。例えば、撮像素子１０６は、ＣＭＯＳ（Ｃｏｍｐｌｅｍｅｎｔａｒｙ  Ｍｅｔａｌ  Ｏｘｉｄｅ  Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）センサを含んでもよい。図２Ａ〜図７Ｋとの関係において更に後述するように、荷電粒子収集表面１０６ａは、複数の収集構造を含み、これらの収集構造は、入射荷電粒子を収集し、且つ、後方散乱した電極のための電気的な帰還路を提供する。
【００１４】
動作の際には、像１１０からの光１１２がフォトカソード１０２の入力側１０２ａを通じて装置１００に進入する。フォトカソード１０２は、進入光１１２を電子などの荷電粒子１１４に変化させ、これらの荷電粒子は、フォトカソード１０２の出力側１０２ｂから出力される。フォトカソード１０２から出た荷電粒子１１４は、ＭＣＰ１０４の入力表面１０４ａを通じてチャネル１０４ｃに進入する。荷電粒子１１４がＭＣＰ１０４の入力表面１０４ａに衝突した後に、２次荷電粒子がＭＣＰ１０４の複数のチャネル１０４ｃ内に生成される。ＭＣＰ１０４は、入力表面１０４ａを通じて進入したそれぞれの荷電粒子ごとに、チャネル１０４ｃのそれぞれのチャネル内に数百個の荷電粒子を生成することになろう。従って、チャネル１０４ｃから出る荷電粒子１１６の数は、チャネル１０４ｃに進入する荷電粒子１１４の数を格段に上回ることになろう。増強された数の荷電粒子１１６がＭＣＰ１０４の出力側１０４ｂを通じてチャネル１０４ｃから出て撮像素子１０６の荷電粒子収集表面１０６ａに衝突する。撮像素子１０６の出力は、レジスタ内に保存し、次いで、読出しレジスタに転送し、増幅し、且つ、ビデオディスプレイ１０８上に表示してもよい。
【００１５】
図２Ａ及び図２Ｂを参照すれば、粒子収集構造２００を有する撮像素子１０６が示されている。具体的には、図２Ａは、撮像素子１０６の一部分の断面図であり、且つ、図２Ｂは、粒子収集構造２００の一部分の断面図であって、入射及び後方散乱荷電粒子の収集を示している。
【００１６】
撮像素子１０６は、基板２０２内に形成されたピクセル回路２０４と、荷電粒子収集表面１０６ａ上に形成された粒子収集構造２００と、を含む。又、撮像素子１０６は、基板２０２と粒子収集構造２００の間に形成された誘電体層２０６を含んでもよい。粒子収集構造２００は、個々のピクセル回路２０４と関連付けられた荷電粒子コレクタ電極２１０と、グリッド２１２と、を含む。コレクタ電極２１０は、コネクタ２０８により、個々のピクセル回路２０４に電気的に接続されている。それぞれのピクセル回路２０４は、個々のコレクタ電極２１０から受け取った荷電粒子を検出すると共に電荷を集積するように構成された１つ又は複数のトランジスタ（図示されてはいない）を含んでもよい。グリッド２１２は、コレクタ電極２１０上に入射しない荷電粒子を収集すると共にこれらの荷電粒子のための電気的な帰還路を提供するように機能する。隔離領域がグリッド２１２と誘電体層２０６の間に形成されており、この場合に、グリッド２１２は、この隔離領域に対する入射荷電粒子の遮蔽を提供してもよい。
【００１７】
それぞれのコレクタ電極２１０は、入射表面を含み、この入射表面は、凹入表面（リセス表面）２１０ａと、隆起表面２１０ｂと、側壁２１０ｅと、を含む。更には、コレクタ電極２１０は、荷電粒子収集表面１０６ａから離隔した隆起エッジ２１０ｃをも含む。更には、更に後述するように、コレクタ電極２１０は、グリッド２１２からの後方散乱した電極を収集するために使用される側部表面２１０ｄをも含む。従って、コレクタ電極２１０は、不均一な形状において形成されていることを理解されたい。入射表面２１０ａ、２１０ｂ、２１０ｃは、矩形形状の井戸を形成するように使用されているが、側壁２１０ｅは、入射表面２１０ａ、２１０ｂ、２１０ｃが台形形状の井戸を形成するように、傾斜を含んでもよいことを理解されたい。台形形状の井戸の場合には、底部表面（即ち、凹入表面２１０ａ）の寸法が上部表面（即ち、隆起表面２１０ｂ）の寸法を下回っていてもよい。
【００１８】
グリッド２１２は、コレクタ電極２１０を取り囲み、且つ、間隙２１４（水平間隙及び垂直間隙の両方を含む）により、コレクタ電極２１０の側壁２１０ｄ及び隆起エッジ２１０ｃから離隔しており、隆起エッジ２１０ｃは、グリッド２１２の上方に形成されている。コレクタ電極２１０とグリッドが、誘電体層２０６上に形成されており、且つ、間隙２１４によって離隔しているため、コレクタ電極２１０及びグリッド２１２は、相互に電気的に隔離されている。グリッド２１２がコレクタ電極２１０の間に配置されているため。少ない数の後方散乱荷電粒子が誘電体層２０６に導かれることになろう。この結果、ピクセル間のクロストークが低減されることになろう。
【００１９】
基板２０２は、限定を伴うことなしに、シリコンなどの任意の適切な半導体基板を含んでもよい。誘電体層２０６は、限定を伴うことなしに、ガラス、セラミック、及び金属酸化物を含む任意の適切な電気的に絶縁性の材料を含んでもよい。コレクタ電極２１０及びグリッド２１２は、限定を伴うことなしに、アルミニウム、銅、及び金を含む任意の適切な導電性材料を含んでもよい。
【００２０】
動作の際には、到来する荷電粒子の一部２２０が、コレクタ２１０の入射表面（例えば、凹入表面２１０ａ、隆起表面２１０ｂ、又は側壁２１０ｅ）に衝突し、且つ、収集粒子２２２としてコネクタ２０８を通じて収集されることにより、個々のピクセル回路２０４のトランジスタを通じて信号が生成される。
【００２１】
到来した荷電粒子の更なる部分２２４は、コレクタ電極２１０の間を通過し、且つ、間隙２１４内においてグリッド２１２に衝突することになろう。この部分２２４がグリッド２１２と衝突することにより、後方散乱荷電粒子２２６が生成されることになろう。後方散乱荷電粒子２２６は、間隙２１４を通じて移動し、且つ、側壁２１０ｄ及び／又は隆起エッジ２１０ｃを介して、近隣のコレクタ電極２１０によって収集されることになろう。一般に、側壁２１０ｄ及び／又は隆起エッジ２１０ｃによって収集される後方散乱荷電粒子２２６の量は、隆起エッジ２１０ｃの水平方向におけるオーバーラップと、側壁２１０ｄとグリッド２１２の間の垂直方向の間隙と、により、制御されることになろう。
【００２２】
到来した荷電粒子の更なる部分２２８は、凹入表面２１０ａと衝突し、且つ、後方散乱荷電粒子２３０を生成することになろう。コレクタ電極２１０が井戸を含んでいるため、後方散乱荷電粒子２３０は、コレクタ電極２１０の側壁２１０ｅによって収集されることになろう。一般に、（部分２２４及び２２８からの後方散乱などの）後方散乱の確率は、コレクタ電極２１０の材料特性、荷電粒子の衝突エネルギー、及び荷電粒子の入射角度に関係している。
【００２３】
又、コレクタ電極２１０の分離によって充填率を制御してもよいことを理解されたい。コレクタ電極２１０が隆起エッジ２１０ｃを含んでいるため、コレクタ電極２１０の離隔を更に近接したものにしてもよい。この結果、例えば、９０％を上回るように、充填率を増大させてもよい。
【００２４】
次に図３Ａ〜図３Ｃを参照すれば、粒子収集構造２００を製造するためのプロセスを示す撮像素子１０６の部分断面図が示されている。図３Ａに示されているように、基板２０２内において、それぞれのピクセルごとに、ピクセル回路２０４を形成する。基板２０２上に誘電体層２０６を形成してもよい。誘電体層２０６及び基板２０２を貫通するように、コネクタ２０８を形成してもよく、且つ、コネクタ２０８は、信号を個々のピクセル回路２０４に供給してもよい。次いで、ピクセル回路２０４の間に位置するように、グリッド２１２を誘電体層２０６上に形成する。
【００２５】
図３Ｂを参照すれば、グリッド２１２を封入するように、犠牲材料３２０を形成し、且つ、パターン化する。犠牲材料３０２は、限定を伴うことなしに、ポリマー、金属、又は半導体材料を含む任意の材料であってよい。導電性層を堆積させると共にパターン化することにより、コレクタ電極２１０を形成し、且つ、グリッド２１２に対応した領域内の犠牲材料３０２を露出させる。コレクタ電極２１０は、コネクタ２０８を介して個々のピクセル回路２０４に電気的に接続されるように、形成される。
【００２６】
図３Ｃを参照すれば、例えば、乾式又は湿式エッチングプロセスを使用することにより、犠牲材料３０２を除去する。犠牲材料３０２を除去することにより、コレクタ電極２１０とグリッド２１２の間に間隙２１４が生成され、これにより、撮像素子１０６の粒子収集構造２００が形成される。
【００２７】
当業者は、本明細書における説明から、ピクセル回路２０４、誘電体層２０６、コネクタ２０８、グリッド２１２、及びコレクタ電極２１０の形成について理解することができよう。
【００２８】
次に図４Ａ及び図４Ｂを参照すれば、撮像素子１０６’を製造するためのプロセスを示す粒子収集構造４００を含む撮像素子１０６’の部分断面図が示されている。図４Ａに示されているように、誘電体層２０６を基板２０２上に形成した後に、誘電体層２０６の上部表面内に複数の井戸４０２をエッチング又はパターン化する。更には、図３Ａとの関係において上述したように、ピクセル回路２０４の間において、誘電体層２０６上にグリッド２１２を形成する。
【００２９】
図４Ａは、矩形の井戸として成形された井戸４０２を示しているが、井戸４０２は、倒立ピラミッドなどのその他の形状として成形してもよい。この場合には、倒立ピラミッドの基部は、誘電体層２０６内に形成された壁が基部から延在して倒立ピラミッドの頂点を形成するように、誘電体層２０６の上部表面において正方形をなしてもよい。本発明の例示用の一実施形態によれば、井戸４０２は、約１〜２μｍだけ、横断方向において離隔してもよく、且つ、約１〜２μｍの深さを有してもよい。一般に、井戸４０２の離隔及び深さは、コレクタ電極２１０’の形状によって左右されることになることを理解することができる。
【００３０】
図４Ｂを参照すれば、導電性層を誘電体層２０６上に配設してコレクタ電極２１０’を形成している。井戸４０２が誘電体層２０６内に形成されているため、この後に、井戸４０２に（その位置及び形状との関係において）対応した井戸４０４がコレクタ電極２１０’内に形成される。従って、井戸４０４は、コレクタ電極２１０’のなんらかの大幅な更なるエッチングを伴うことなしに、コレクタ電極２１０’内に形成されることになろう。又、例えば、井戸４０２が倒立ピラミッドとして形成される場合には、後続の井戸４０４も、倒立ピラミッドとして形成されることになろう。ピラミッドによって提供される傾斜により、後方散乱荷電粒子の多くの部分がコレクタ電極２１０’内に偏向することになろう。
【００３１】
井戸４０２、４０４は、後方散乱荷電粒子のためのトラップを提供することになることを理解されたい。図４Ａ及び図４Ｂには示されていないが、（図３Ｂ及び図３Ｃとの関係において上述したように）犠牲材料をグリッド２１０上に形成して間隙２１４を形成することにより、撮像素子１０６’の粒子収集構造４００を形成してもよい。又、図４Ｂには示されていないが、コレクタ電極２１０’は、上部表面上に（図２Ａに示されている凹入表面２１０ａなどの）凹入領域を含んでもよい。
【００３２】
次に図５Ａ〜図５Ｃを参照すれば、粒子収集構造５００を製造するためのプロセスを示す粒子収集構造５００を有する撮像素子１０６’’の部分断面図が示されている。図５Ａに示されているように、個々のピクセル回路２０４に対応するように、コレクタ電極５１０を誘電体層２０６上に形成する。更には、コレクタ電極５１０を取り囲むと共にこれらのコレクタ電極から離隔するように、グリッド２１２を誘電体層２０６上に形成する。
【００３３】
図５Ｂを参照すれば、犠牲材料５０２をコレクタ電極５１０上に形成している。そして、犠牲材料５０２をエッチング又はパターン化し、グリッド２１２に対応した領域５０３を形成する。
【００３４】
図５Ｃを参照すれば、導電性層５０４がグリッド２１２に接続されるように、導電性層５０４を領域５０３内に形成している。そして、導電性層５０４をパターン化又はエッチングし、コレクタ電極５１０に対応した領域内において犠牲材料５０２を露出させる。次いで、犠牲材料５０２を除去し、撮像素子１０６’’の粒子収集構造５００を形成する。
【００３５】
撮像素子１０６’’においては、導電性層５０４及びグリッド２１２が障壁５１２を形成しており、間隙５１４が障壁５１２とコレクタ電極５１０の間に形成されている。障壁５１２は、障壁５１２がコレクタ電極５１０の上方において離隔するように、コレクタ電極５１０の厚さを上回る厚さを有するように形成されている。導電性層５０４の幅がグリッド２１２を上回っているため、導電性層５０４は、コレクタ電極４１０とオーバーラップしている。粒子収集構造５００は、上方に延在すると共に収集表面１０６ａに対して垂直の方向においてコレクタ５１０とオーバーラップする隆起エッジを障壁５１２が含んでいることを除いて、粒子収集構造２００（図３Ｃ）に類似している。
【００３６】
図５Ｃには示されていないが、コレクタ電極５１０は、凹入表面（図２Ａに示されている凹入表面２１０ａなど）及び／又は井戸（図４Ｂに示されている井戸４０４など）を含んでもよい。
【００３７】
次に図６Ａ〜図６Ｄを参照すれば、粒子収集構造６００を製造するためのプロセスを示す粒子収集構造６００を含む撮像素子１０６’’’の部分断面図が示されている。図６Ａに示されているように、ピクセル回路２０４の間の領域内において、誘電体層２０６上にグリッド２１２を形成する。
【００３８】
図６Ｂに示されているように、犠牲材料３０２を、図３Ｂにおいて説明したように、グリッド２１２上に形成する。更には、ピクセル回路２０４に対応した領域内において、誘電体層２０６上に導電性層を配設し、且つ、パターン化又はエッチングすることにより、凹入表面２１０ａを有するコレクタ電極２１０を形成する。
【００３９】
図６Ｃを参照すれば、コレクタ電極２１０の間において、犠牲材料３０２上に更なる犠牲材料６０２を配設している。次いで、１つ飛ばしのコレクタ電極２１０上に導電性層６０４を形成する。導電性層６０４をパターン化又はエッチングして凹入表面６０４Ａを形成してもよい。
【００４０】
図６Ｄを参照すれば、犠牲材料３０２及び６０２を除去し、撮像素子１０６’’’の粒子収集構造６００を形成している。構造６００は、グリッド２１２と、コレクタ電極２１０及び６１０と、を含む。コレクタ電極２１０及び６１０は、互いに交互に変化しており、この場合に、コレクタ電極６１０は、コレクタ電極２１０よりも大きな厚さを有する。犠牲材料３０２及び６０２を除去することにより、個々のコレクタ電極２１０及び６１０の間に間隙２１４及び６１４が形成されている。
【００４１】
コレクタ電極２１０及び６１０は、交互に変化する厚さ（即ち、交互に変化する高さ）を有しているため、コレクタ電極２１０及び６１０を実質的にオーバーラップさせることにより、荷電粒子が電極の間において（即ち、間隙２１４及び６１４内において）収集されることになるエリアの大部分を除去することができる。更には、このコレクタ電極２１０及び６１０の間のオーバーラップの増大により、約１００％の充填率を生成してもよい。
【００４２】
次に図７Ａ〜図７Ｋを参照すれば、粒子収集構造７２２を製造するためのプロセスを示す粒子収集構造７２２を含む撮像素子７００の部分断面図が示されている。図７Ａに示されているように、層７０２として総合的に表記された複数の交互に変化する金属及び誘電体の層を基板７０１上に配設することにより、撮像素子７００を形成する。層７０２は、個々のコレクタ電極７２２（図７Ｋ）から個々のピクセル回路７０３に信号を供給するために、例えば、Ｖ１、Ｖ２、及びＶ３などのビア（Ｖ）と、例えば、Ｍ１及びＭ２などの導電性コネクタ（Ｍ）と、を含んでもよい。例示用の一実施形態においては、層７０２内の誘電材料は、二酸化珪素を含む。一般に、誘電材料は、限定を伴うことなしに、二酸化珪素、窒化珪素、又はＢＥＯＬ（Ｂａｃｋ  Ｅｎｄ  Ｏｆ  Ｌｉｎｅ）プロセスに適した任意の誘電材料を含んでもよい。グリッド７０４及び導電性層７０６を層７０２上において規定すると共に形成する。導電性層７０６は、個々のピクセル回路７０３に対応した領域内に形成される。グリッド７０４は、導電性層７０６を取り囲むと共にこれから離隔するように、形成される。
【００４３】
図７Ｂを参照すれば、電気的な隔離のために、グリッド７０４及び導電体層７０６上に誘電体層７０８堆積させている。この結果、グリッド７０４は、誘電体層７０８により、導電性層７０６から離隔している。例示用の一実施形態によれば、誘電体層７０８は、層７０２及び誘電体層７０８の上方に配設される任意の誘電体層（図７Ｄに示されている誘電体層７１０など）内の誘電材料とは異なる誘電材料から構成してもよい。例えば、層７０２及び７１０の誘電材料は、二酸化珪素を含んでもよく、層７０８の誘電材料は、窒化珪素を含んでもよい。
【００４４】
図７Ｃを参照すれば、誘電体層７０８をエッチング又は平坦化し、グリッド７０４及び導電性層７０６を露出させる。この結果、グリッド７０４と導電性層７０６の間の領域内に誘電体層７０８が形成される。
【００４５】
図７Ｄを参照すれば、グリッド７０４、導電性層７０６、及び誘電体層７０８上に誘電体層７１０を堆積させている。図７Ｅを参照すれば、誘電体層７１０が傾斜した又は階段状のプロファイルを有する側壁をコレクタ領域７１２内に含むように、コレクタ領域７１２内において誘電体層７１０の一部分を除去している。
【００４６】
図７Ｆを参照すれば、コレクタ領域７１２内において、誘電体層７１０上に導電性層７１４を堆積させ、且つ、導電性層７０６に結合させている。又、導電性層７１４をパターン化又はエッチングし、コレクタ領域７１３を生成している。更には、誘電体層７１０を露出させるように、誘電体層７１０の領域７１５を規定している。
【００４７】
図７Ｇを参照すれば、導電性層７１４及び誘電体層７１０上に誘電体層７１６を堆積させている。次いで、図７Ｈを参照すれば、誘電体層７１６が傾斜した又は階段状のプロファイルを有する側壁をコレクタ領域７１２’内に含むように、コレクタ領域７１２’内において誘電体層７１６の一部分を除去している。図７Ｈにおいては、誘電体層７１０及び７１６の組合せを誘電体層７１８として示している。
【００４８】
図７Ｉを参照すれば、コレクタ領域７１２’内において、誘電体層７１８上に導電性層７２０を堆積させ、且つ、導電性層７１４に結合させている。又、導電性層７２０をパターン化又はエッチングし、コレクタ領域７１３’を生成している。更には、誘電体層７１８を露出させるように、導電性層７２０の領域７１７を規定している。
【００４９】
図７Ｊを参照すれば、例えば、乾式又は湿式エッチングプロセスを使用することにより、誘電体層７１８を除去領域７２４内において除去し、グリッド７０４を露出させている。例示用の一実施形態においては、乾式エッチングプロセスが使用されている。図７Ｊに示されているように、導電性層７０６、７１４、及び７２０の組合せがコレクタ電極７２２を形成している。図７Ｋを参照すれば、例えば、乾式又は湿式エッチングプロセスを使用することにより、残りの誘電体層７１８を除去している。例示用の一実施形態においては、湿式エッチングプロセスが使用されている。誘電体層７１８を除去することにより、コレクタ電極７２２とグリッド７０４の間に間隙７２６が生成され、これにより、粒子収集構造７２８が生成される。
【００５０】
本明細書においては、特定の実施形態を参照して本発明について図示及び説明したが、本発明は、図示の詳細内容に限定されるものと解釈してはならない。むしろ、請求項の均等物の範囲及び／又はレンジ内において、且つ、本発明を逸脱することなしに、詳細内容の様々な変更を実施してもよい。
【図１】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図３Ｃ】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図５Ｃ】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図６Ｃ】
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【図６Ｄ】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図７Ｃ】
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【図７Ｄ】
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【図７Ｅ】
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【図７Ｆ】
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【図７Ｇ】
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【図７Ｈ】
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【図７Ｉ】
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【図７Ｊ】
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【図７Ｋ】
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【国際調査報告】
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