(57)【要約】【課題】  放射線を測定するための容量センサデバイスを提供する。【解決手段】  デバイスは２つのセンサ領域および上部プレート構造を含む。センサ領域は、放射線がその材料に当たると電子−正孔対を生成する材料から成る。２つのセンサ領域の間に分離領域が配置される。センサ領域と上部プレートとの間のキャパシタンスはセンサ領域に当たる放射線に応じて決まる。遮断構造が、放射線の選択された入射角において他方のセンサ領域内の電子−正孔対生成に対してとは異なるように一方のセンサ領域の電子−正孔対生成に影響を与えるように、或る範囲内のパラメータ値を有する放射線をセンサ領域から選択的にかつ異なって遮断する。【選択図】  図４
2013058753.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
容量センサデバイスであって、
第１のセンサ領域および第２のセンサ領域を含む基板であって、前記第１のセンサ領域および前記第２のセンサ領域は、放射線パラメータ値の範囲内のパラメータ値を有する放射線が当たるときの電子−正孔対生成に対して導電性の材料から成る、基板と、
前記基板内の、前記第１のセンサ領域と前記第２のセンサ領域との間に位置する分離領域であって、該分離領域は、前記第１のセンサ領域と前記第２のセンサ領域との間のキャリアの流れを阻止する、分離領域と、
前記基板の上に位置する上部プレート構造であって、該上部プレート構造は、前記範囲内のパラメータ値を有する放射線に対して不透過性である遮断構造を含み、該上部プレート構造は、導電性構造、ならびに該導電性構造および前記基板の間に位置する誘電体層を含み、該上部プレート構造は、前記第１のセンサ領域の第１の部分、および前記第２のセンサ領域の第１の部分の上に位置する、上部プレート構造とを備え、
前記遮断構造は、前記放射線の選択された入射角において前記第２のセンサ領域内の電子−正孔対生成に対してとは異なるように前記第１のセンサ領域の電子−正孔対生成に影響を与えるために、前記第１のセンサ領域および前記第２のセンサ領域から前記範囲内のパラメータ値を有する放射線を選択的にかつ異なって遮断するように、前記第１のセンサ領域および前記第２のセンサ領域に対して位置付けられる、容量センサデバイス。
【請求項２】
前記遮断構造は、前記導電性構造を含む、請求項１に記載の容量センサデバイス。
【請求項３】
前記材料は、第１の導電型の第１の濃度の導電性不純物を有する半導体材料であり、前記分離領域は、前記第１の導電型の第２の濃度の導電性不純物を有する同じ半導体材料から成り、前記第２の濃度は前記第１の濃度よりも高い、請求項１に記載の容量センサデバイス。
【請求項４】
前記第１のセンサ領域に電気的に結合される第１の接続領域と、前記第２のセンサ領域に電気的に結合される第２の接続領域とをさらに備え、
前記材料は、第１の導電型の正味のドーピング濃度の導電性不純物を有する半導体材料であり、前記第１の接続領域および前記第２の接続領域は前記半導体材料から成り、前記第１の導電型と反対の第２の導電型の正味のドーピング濃度の導電性不純物を有し、
前記第１のセンサ領域および前記導電性構造に関連付けられるキャパシタンスが前記第１の接続領域を介して測定され、前記第２のセンサ領域および前記導電性構造に関連付けられるキャパシタンスが前記第２の接続領域を介して測定される、請求項１に記載の容量センサデバイス。
【請求項５】
前記第１の接続領域と電気的に接触する第１のシリサイド構造と、前記第２の接続領域と電気的に接触する第２のシリサイド構造とをさらに備える、請求項４に記載の容量センサデバイス。
【請求項６】
前記上部プレート構造は前記分離領域の上に位置する、請求項１に記載の容量センサデバイス。
【請求項７】
前記上部プレート構造は前記第１のセンサ領域と前記第２のセンサ領域との間のロケーションにおいて前記基板の上に位置する部分を含む、請求項１に記載の容量センサデバイス。
【請求項８】
放射線が前記第１のセンサ領域および前記第２のセンサ領域に当たる少なくとも１つの入射角について、前記遮断構造は、前記範囲内のパラメータ値を有する放射線が前記第１のセンサ領域および前記第２のセンサ領域に、前記第１のセンサ領域の前記電子−正孔対生成が前記第２のセンサ領域の前記電子−正孔対生成に等しくなるように当たることを可能にするように位置付けられる、請求項１に記載の容量センサデバイス。
【請求項９】
前記放射線は波長放射線であり、前記パラメータは波長の長さである、請求項１に記載の容量センサデバイス。
【請求項１０】
前記放射線は粒子放射線であり、前記パラメータは、粒径および粒子エネルギーから成る群のうちの少なくとも１つである、請求項１に記載の容量センサデバイス。
【請求項１１】
前記上部プレート構造は、第１の部分と、該第１の部分の上に位置する第２の部分とを有し、該第２の部分の幅は、前記第１の部分の幅よりも狭く、前記第１の部分は導電性であり、前記範囲内のパラメータを有する放射線に対して透過性であり、前記第２の部分は前記範囲内のパラメータを有する放射線に対して不透過性であり、前記遮断構造は前記第２の部分を含む、請求項１に記載の容量センサデバイス。
【請求項１２】
請求項１に記載の容量センサデバイスを複数含む容量センサアレイであって、各容量センサデバイスが前記基板内に前記第１のセンサ領域および前記第２のセンサ領域を含む、容量センサアレイ。
【請求項１３】
前記複数の容量センサデバイスの各々は、
前記第１のセンサ領域と電気的に接触する第１の接続領域と、
前記第２のセンサ領域と電気的に接触する第２の接続領域とをさらに備え、
前記材料は、第１の導電型の正味のドーピング濃度の導電性不純物を有する半導体材料であり、前記第１の接続領域および前記第２の接続領域は前記半導体材料から成り、前記第１の導電型と反対の第２の導電型の正味のドーピング濃度の導電性不純物を有し、
前記第１のセンサ領域および前記導電性構造に関連付けられるキャパシタンスが前記第１の接続領域を介して測定され、前記第２のセンサ領域および前記導電性構造に関連付けられるキャパシタンスが前記第２の接続領域を介して測定され、
前記複数の容量センサデバイスのうちの第１の容量センサデバイスの第１の接続領域は、前記センサアレイの前記複数の容量センサデバイスのうちの隣接する容量センサデバイスの第２の接続領域と共有される、請求項１２に記載の容量センサアレイ。
【請求項１４】
前記基板は第３のセンサ領域を含み、該第３のセンサ領域は、放射線パラメータ値の範囲内のパラメータ値を有する放射線が当たるときの電子−正孔対生成に対して導電性の材料から成り、
前記上部プレート構造は、前記第３のセンサ領域の第１の部分の上に位置し、
前記遮断構造は、前記放射線の選択された入射角において前記第１のセンサ領域における電子−正孔対生成に対して、および前記第２のセンサ領域内の電子−正孔対生成に対してとは異なるように前記第３のセンサ領域における電子−正孔対生成に影響を与えるために、前記第１のセンサ領域、前記第２のセンサ領域、および前記第３のセンサ領域から前記範囲内のパラメータ値を有する放射線を選択的にかつ異なって遮断するように、前記第１のセンサ領域、前記第２のセンサ領域、および前記第３のセンサ領域に対して位置付けられる、請求項１に記載の容量センサデバイス。
【請求項１５】
前記第１のセンサ領域は、前記範囲内のパラメータ値を有する放射線が該第１のセンサ領域に当たることを可能にする第１のウィンドウに関連付けられ、
前記第２のセンサ領域は、前記範囲内のパラメータ値を有する放射線が該第２のセンサ領域に当たることを可能にする第２のウィンドウに関連付けられ、
前記第１のウィンドウは前記遮断構造の第１の側面上に位置し、前記第２のウィンドウは前記遮断構造の、前記第１の側面の反対の第２の側面上に位置する、請求項１に記載の容量センサデバイス。
【請求項１６】
容量センサを形成する方法であって、
第１のセンサ領域、第２のセンサ領域、および分離領域を形成することであって、該分離領域は、前記第１のセンサ領域と前記第２のセンサ領域との間に位置し、該分離領域は、該第１のセンサ領域と該第２のセンサ領域との間のキャリアの流れを阻止し、前記第１のセンサ領域および前記第２のセンサ領域は、放射線パラメータ値の範囲内のパラメータ値を有する放射線が当たるときの電子−正孔対生成に対して導電性の材料から成る、形成することと、
前記第１のセンサ領域の第１の部分の上、および前記第２のセンサ領域の第１の部分の上に上部プレート構造を形成することであって、該上部プレート構造は、前記範囲内のパラメータ値を有する放射線に対して不透過性である遮断構造を含み、前記上部プレート構造は、導電性構造と、該導電性構造の下に位置する誘電体層とを含む、形成することとを含み、
前記遮断構造は、前記放射線の選択された入射角において前記第２のセンサ領域内の電子−正孔対生成に対してとは異なるように前記第１のセンサ領域の電子−正孔対生成に影響を与えるために、前記第１のセンサ領域および前記第２のセンサ領域から前記範囲内のパラメータ値を有する放射線を選択的にかつ異なって遮断するように、前記第１のセンサ領域および前記第２のセンサ領域に対して位置付けられ、該遮断構造は、前記第１のセンサ領域の第２の部分、および前記第２のセンサ領域の第２の部分の上には位置しない、方法。
【請求項１７】
前記上部プレート構造を前記形成することは、前記第１のセンサ領域、前記第２のセンサ領域、および前記分離領域の上に前記誘電体層を形成するとともに、前記誘電体層の上に導電性材料の層を形成すること、ならびに、前記誘電体層および前記導電性材料の層をパターニングすることを含み、該導電性材料の層を該パターニングすることは、前記導電性構造の少なくとも一部を形成する、請求項１６に記載の方法。
【請求項１８】
前記上部プレート構造を前記形成することは、前記導電性材料の層の上に遮断材料の層を形成することをさらに含み、該遮断材料の層は、前記範囲内のパラメータを有する放射線に対して不透過性である材料および厚さであり、
前記上部プレート構造を前記形成することは、前記遮断材料の層をパターニングして前記遮断構造を形成することをさらに含み、前記遮断構造は、前記導電性構造の幅よりも狭い幅を有する、請求項１７に記載の方法。
【請求項１９】
前記材料は、第１の導電型の正味のドーピング濃度の導電性不純物を有する半導体材料であり、前記方法は、
前記第１のセンサ領域内の第１の接続領域、および前記第２のセンサ領域内の第２の接続領域を形成することをさらに含み、該形成することは、前記第１のセンサ領域内で前記第１の接続領域に、および前記第２のセンサ領域内で前記第２の接続領域に、第２の導電型の導電性ドーパントを注入することを含み、前記第２の導電型は前記第１の導電型の反対である、請求項１６に記載の方法。
【請求項２０】
前記第１の接続領域と電気的に接触する第１のシリサイド構造と、前記第２の接続領域と電気的に接触する第２のシリサイド構造を形成することをさらに含む、請求項１９に記載の方法。
【請求項２１】
前記第１のセンサ領域および前記第２のセンサ領域は各々、導電性ドーパントをドープされた基板の半導体材料のウェル領域として実装される、請求項１６に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【関連出願】
【０００１】
本願は、ＡＣ５０６０８ＴＰの代理人整理番号を有し、共通の発明者を有し、共通の譲受人を有し、共通の出願日を有する、「容量センサ放射線測定（Ｃａｐａｃｉｔｉｖｅ  Ｓｅｎｓｏｒ  Ｒａｄｉａｔｉｏｎ  Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ）」と題する出願に関連し、当該出願は、その全体が参照によりすべて本明細書に援用される。
【技術分野】
【０００２】
本発明は容量センサに関し、特に、容量式入射センサに関する。
【背景技術】
【０００３】
容量式（ｃａｐａｃｉｔｉｖｅ）センサ（以下、容量センサとも称する）は、そのキャパシタンスが被測定パラメータに基づいて変化するセンサである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】米国特許第４３３１８７３号明細書
【特許文献２】米国特許第４３８８５３２号明細書
【特許文献３】米国特許第５８２５８４０号明細書
【特許文献４】米国特許第６０４０５９２号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
一態様において、放射線を測定するための容量センサデバイスが提供される。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
デバイスは２つのセンサ領域および上部プレート構造を含む。センサ領域は、放射線がその材料に当たると電子−正孔対を生成する材料から成る。２つのセンサ領域の間に分離領域が配置される。センサ領域と上部プレートとの間のキャパシタンスはセンサ領域に当たる放射線に応じて決まる。遮断構造が、放射線の選択された入射角において他方のセンサ領域内の電子−正孔対生成に対してとは異なるように一方のセンサ領域の電子−正孔対生成に影響を与えるように、或る範囲内のパラメータ値を有する放射線をセンサ領域から選択的にかつ異なって遮断する。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
本発明は、添付の図面を参照することによってよりよく理解されることができ、その多数の目的、特徴、および利点が当業者に明らかとなる。
【図１】本発明の１つの実施形態による容量式入射センサデバイスの製造における１つの段階の部分断面図である。
【図２】本発明の１つの実施形態による容量式入射センサデバイスの製造における１つの段階の部分断面図である。
【図３】本発明の１つの実施形態による容量式入射センサデバイスの製造における１つの段階の部分断面図である。
【図４】本発明の１つの実施形態による容量式入射センサデバイスの部分断面図である。
【図５】本発明の１つの実施形態による容量式入射センサデバイスの部分断面図である。
【図６】本発明の１つの実施形態によるセンサアレイの上面図である。
【図７】本発明の１つの実施形態によるセンサシステムの回路図である。
【図８】本発明の１つの実施形態によるセンサシステムの動作方法を示す流れ図である。
【図９】本発明の１つの実施形態によるコンデンサのプレートに印加するためのさまざまな可能な電圧値を示すグラフである。
【図１０】本発明の１つの実施形態による容量式入射センサデバイスの部分断面図を示す。
【図１１】本発明の１つの実施形態によるセンサアレイの上面図である。  異なる図面において同じ参照符号が使用されている場合、これは、別途記載しない限り、同一の項目であることを示す。図面は必ずしも原寸に比例して描かれてはいない。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
以下は、本発明を実施するための形態の詳細な説明を示す。本記載は本発明の例示であることが意図されており、限定として解釈されるべきではない。
【０００９】
本明細書において記載されるように、センサ領域を含む容量式入射センサデバイスが開示され、各センサ領域に起因するキャパシタンスが独立して測定されることができ、ウィンドウを通過する放射線に関するパラメータを求めるのに使用されることができる。いくつかの例において、上部プレートまたは他の構造が、測定される放射線の向きに応じて、放射線をセンサから（部分的にまたは完全に）遮断することになる。キャパシタンスに影響を与える放射線は、可視範囲もしくは不可視範囲（例えば、ＵＶ、赤外線、Ｘ線）の波長放射線または粒子放射線（例えば、α粒子または重イオン）である場合がある。キャパシタンス測定値は、放射線の入射角の成分を求めるのに使用されることができる。
【００１０】
図１〜３は、その製造の様々な段階における容量センサデバイスの部分断面図である。図１は、ウェハ１０１の部分断面図である。図示される実施形態において、ウェハ１０１は、半導体材料層１０５が絶縁層１０３の上に位置しているセミコンダクタ・オン・インシュレータ（ＳＯＩ）構成を含む。１つの実施形態において、層１０３は二酸化ケイ素から成るが、他の実施形態においては他の誘電体から成ってもよい。いくつかの実施形態において、層１０３はバルク基板層（例えば、シリコン）（図示せず）の上に位置する。他の実施形態において、ウェハ１０１はバルクウェハであってもよく、絶縁層１０３は存在しない。
【００１１】
１つの実施形態において、層１０５は単結晶シリコンから成るが、他の半導体材料（例えば、シリコンゲルマニウム、炭化ケイ素、窒化ガリウム、ガリウムヒ素、または他のＩＩＩ−Ｖ族半導体材料）または他の種類の材料から成ってもよい。図示される実施形態において、層１０５は導電性ドーパントを低濃度ドープされる。１つの実施形態において、層１０５は、１０１６〜１０１８原子／ｃｍ３の範囲の濃度を有するＰ型ドーパント（例えば、ホウ素）をドープされるが、他の実施形態においては、他の濃度において、または他の不純物をドープされてもよい。
【００１２】
いくつかの実施形態において、層１０３はイオンを基板中に注入することによって形成される。他の実施形態においては、層１０５は層１０３上に堆積される。いくつかの実施形態においては、層１０５はドナーウェハ（図示せず）から形成される。
【００１３】
いくつかの実施形態において、層１０５の材料の種類は容量センサによって測定されている放射線の種類によって決まることになる。波長放射線を測定するためのいくつかの実施形態において、層１０５の材料は、測定されるべき所望の波長放射線における光子が電子−正孔（エレクトロン−ホール）対を生成するために吸収されることになる光子吸収断面積を有する。下記の表には、基板材料、および入射放射が基板内で吸収されて正孔−電子対を生成する波長範囲が列挙されている：
材料の種類                  波長範囲
シリコン                    １９０〜１１００ｎｍ
ゲルマニウム                ４００〜１７００ｎｍ
インジウム・ガリウムヒ素    ８００〜２６００ｎｍ
硫化鉛（ＩＩ）              ＜１０００〜３５００ｎｍ。
【００１４】
粒子放射線を測定するためのいくつかの実施形態において、材料の格子に衝突する粒子が、格子を崩壊させ、その材料の原子にエネルギーを伝達し、それによって、電子−正孔対の生成がもたらされる。１つの実施形態において、使用される材料の種類は、測定されている放射線の粒径および／または粒子エネルギーに応じて決まる吸収断面積を有する。いくつかの実施形態において、放射線は、如何なる電子−正孔対も生成される前に特定のしきい値を上回り得る。
【００１５】
層１０５内には、層１０５のウェル領域１０８を層１０５のウェル領域１０９から分離するための分離領域１０７が配置される。領域１０７は、ウェル領域に当たる入射放射線によって生成される電子−正孔対の電子が他のウェル領域に移動することを防止する材料から成る。図示される実施形態において、領域１０７は層１０５の頂部から層１０３の頂部まで延在する。１つの実施形態において、領域１０７は、層１０５の残りの部分よりも高い導電性ドーパント濃度を有する材料から成る。１つのこのような例において、領域１０７は、層１０５の上に保護酸化物層（図示せず）を形成し、保護酸化物層の上にフォトレジストの層（図示せず）を形成し、フォトレジスト内で領域１０７の位置に開口を形成し、次いで、層１０５をドープするのに使用されるものと同じ導電型の、より濃度の高い（例えば、１０１９〜１０２１ｃｍ−３）導電性ドーパントを領域１０７に注入することによって形成される。その後、フォトレジストおよび酸化物層は除去される。
【００１６】
領域１０７は、他の実施形態においては異なる方法によって形成されてもよく、かつ／あるいは異なる材料から成ってもよい。例えば、領域１０７は二酸化ケイ素または他の誘電体材料から成ってもよい。１つの実施形態において、開口が層１０５の中に形成され、続いて、ウェハ１０１の上に誘電体材料が（酸化および／または堆積のいずれかによって）形成される。次いで、ウェハは平坦化され、図１に示されるような構造が残る。
【００１７】
図２はその製造における別の段階にあるウェハ１０１の部分断面図である。図２は、上部プレート２０３および誘電体２０１がウェハ１０１の上に形成された後のウェハ１０１を示す。１つの実施形態において、誘電体２０１は二酸化ケイ素から成り、２０〜２００オングストロームの厚さを有するが、他の実施形態においては、他の厚さを有してもよく、かつ／あるいは他の材料（例えば、高誘電率（ｈｉｇｈ−ｋ）誘電体または他の種類の誘電体）から成ってもよい。
【００１８】
１つの実施形態において、上部プレート２０３は導電性材料（例えば、ドープされたポリシリコン、タングステン、アルミニウム、他の金属、または異なる導電性材料の層）から成る。１つの実施形態において、上部プレート２０３は、８００〜１０００オングストロームの厚さを有するが、他の実施形態においては他の厚さであってもよい。上部プレート２０３および誘電体２０１は、それらの材料の層をウェハ１０１の上に形成し、その後それらの材料を続いてパターニングすることによって形成されることができる。いくつかの実施形態において、誘電体２０１は、ウェハの他の部分上に構築されるトランジスタのためのゲート誘電体を形成するようにパターニングされ得、プレート２０３を形成するための層はそれらのトランジスタのためのゲートを形成するようにパターニングされることができる。プレート２０３は電極として使用されることになり、誘電体２０１はコンデンサのための誘電体として使用されることになる。
【００１９】
上部プレート２０３および誘電体２０１が形成された後、接続領域２０５および２０７が、これらの領域内にイオンを注入することによって層１０５の中に形成される。図示される実施形態において、接続領域２０５および２０７の中に注入されるドーパントは、ウェル領域１０８および１０９内の中に注入されるものと反対の導電型である。Ｐ型ドーパントが層１０５の中に注入される実施形態において、領域２０５および２０７は、１０１９〜１０２１原子／ｃｍ３の濃度、または他の実施形態においては他の濃度のＮ型ドーパント（例えば、ヒ素、リン）を注入される。領域２０５および２０７は層１０５の厚さよりも小さい深さ（例えば、３０〜１０００ｎｍ）を有するが、他の実施形態においては他の深さを有してもよい。注入後、注入されたドーパントはアニールされ、ここで、ドーパントは上部プレート２０３の下に拡散する。他の実施形態においては、ドーパントは上部プレート２０３の下に押し入れられる角度で注入される。１つの実施形態において、同じ導電型のドーパントの低濃度ドープされた拡張部が、領域２０５および２０７の注入の前に形成されることができる。
【００２０】
図３は、スペーサ３０３および３０１の形成ならびにシリサイド構造３０９および３１１の形成の後のウェハ１０１を示す。図示される実施形態において、スペーサ３０１は薄い酸化物ライナから成り、スペーサ３０３は窒化物から成る。スペーサ３０１および３０３は、ウェハ１０１の上に酸化物の層を形成し、次いで窒化物の層を形成し、次いでこれらの層を異方性エッチングしてスペーサを残すことによって形成される。
【００２１】
異方性エッチングの後、酸化物層３０５および窒化物層３０７がウェハ１０１の上に形成され、次いで、接続領域２０５および２０７を露出させる開口を画定するようにエッチングされる。次いで、シリサイド構造３０９および３１１がこれらの接続領域の露出した部分上に形成される。１つの実施形態において、シリサイド構造３０９および３１１は、金属（例えば、チタン、ニッケル、またはコバルト）の層をウェハ１０１の上に形成し、ウェハを加熱してシリサイドを形成することによって形成される。その後、反応していない金属は除去される。層３０７および３０５を形成し、次いでそれらをパターニングしてシリサイド構造のための開口を形成することによって、シリサイド構造が上部プレート２０３からさらに離れて位置することが可能になる。その後、層３０７および３０５は除去される。他の実施形態においては、スペーサ３０１および３０３は形成されない。さらに、他の実施形態においては、層３０５および３０７は除去されない。
【００２２】
他の実施形態においては、他のスペーサがスペーサ３０１および３０３に隣接して（異方性エッチングプロセスによって）形成され、シリサイド構造３０９および３１１と上部プレート２０３との間のさらなる分離が（層３０７および３０５の形成に代えて、またはそれに加えて）提供される。さらに１つの実施形態において、上部プレート２０３上にシリサイド構造を形成するために、上部プレート２０３の頂部を露出させる開口が層３０７および３０５内に形成される。
【００２３】
図４は、容量センサデバイスの図を示す。図４の実施形態において、層３０５および３０７は除去されている。層３０５および３０７の除去の後、電気的相互接続、電気的ビア、および層間誘電体層（図示せず）がウェハ１０１の上に形成される。相互接続およびビアは構造３０９、３１１、および上部プレート２０３に電気的に結合されて、電圧を印加するとともに電圧を測定するためにこれらの構造を他の電気回路に電気的に結合する。これらの他の回路は、センサデバイスと同じウェハ上に形成されることができ、または別個のウェハ上に形成されて後に電気的に結合されることができる。これも図４に示されていないが、誘電体層およびパッシベーション層がウィンドウ４１５および４２０ならびに上部プレート２０３の上に位置している。これらの材料は、相互接続層の電気的相互接続同士の絶縁、およびセンサデバイスの物理的保護を提供する。少なくともセンサデバイスの上に位置する誘電体材料およびパッシベーション材料は測定されている種類の放射線に関しては透過性である。
【００２４】
ウェハ１０１の処理が完了した後、ウェハはダイシングされ、各々が図４に示される少なくとも１つのセンサデバイスを有する個々のダイになる。
【００２５】
図４は、層１０５の平面に対して水平入射角θＨ４０３でセンサデバイス上に入射する放射線を示す。図示される実施形態において、上部プレート２０３、シリサイド構造３０９、およびシリサイド構造３１１は、測定されている放射線を層１０５まで通過させない厚さであり、そのような材料から成る。上部プレート２０３と構造３０９との間の空間は、１つの容量センサのための第１のウィンドウ４１５を画定し、上部プレート２０３と構造３１１との間の空間は、他方の容量センサのための別のウィンドウ４２０を画定する。図示される実施形態において、スペーサ３０１および３０３のスペーサ材料（二酸化ケイ素および窒化ケイ素）は、測定されている放射線が通過することを可能にする。いくつかの実施形態において、構造３０９および３１１の材料は、測定される放射線が通過することを可能にする材料および厚さのものである。このような実施形態によると、ウィンドウの幅はより大きくなる。
【００２６】
ウェル領域１０８および１０９は、容量センサ領域として作用する。層１０５の材料の種類に応じて、放射線が層１０５に当たると、電子−正孔対４０５がウェル領域１０８および１０９内に生じる。ウェル内に生じる電子−正孔対の数は、ウェルに関連付けられる各ウィンドウを通過する放射線の量に応じて決まる。上部プレート２０３に電圧が印加されると、放射線から形成される電子−正孔対の電子が、上部プレート２０３の下で層１０５の上部に引き寄せられて、層１０５の上部において負電荷（反転層）４０７（および４０９）を形成する。この負電荷４０７の領域はコンデンサの電極として作用し、上部プレート２０３が他方の電極として作用する。図４において、ウェル領域１０９に関するこのキャパシタンスは、コンデンサ記号Ｃｏｖ１によって表され、ウェル領域１０８に関するキャパシタンスは、コンデンサ記号Ｃｏｖ２によって表される。他の実施形態において、容量センサ領域は、他の実施形態における他の構造によって実装されてもよい。
【００２７】
ウィンドウを通過する放射線によって生成されるキャパシタンスは、ウィンドウを通過して電子−正孔対を生成する放射線の量およびエネルギーに応じて決まる。多くの対が生成されるほど、ウェルの上部における電子の数が多くなり、従って、測定されるキャパシタンスも大きくなる。生成される正孔は層１０５へのコンタクト（図示されないがウェル領域１０９に関しては矢印４１１の方向）に引きつけられることになる。キャパシタンスＣｏｖ２は上部プレート２０３と、接続領域２０７に接するシリサイド構造３０９との間で測定される。キャパシタンスＣｏｖ１は上部プレート２０３と、接続領域２０５に接するシリサイド構造３１１との間で測定される。ウェル領域１０９の上部において負電荷４０７の電子によって形成される反転領域は接続領域２０５に電気的に結合され、それによって、上部プレート２０３に対する反転層電極のキャパシタンス測定が可能となる。同様に、電子４０９によって形成される反転領域が接続領域２０７に電気的に結合されて、上部プレート２０３に対する反転層電極のキャパシタンス測定が可能となる。図４内の線４６１は、上部プレート２０３に正電圧が印加されると形成される空乏領域の下部を画定する。
【００２８】
図示される実施形態において、ウィンドウ４１５および４２０を通じて放射線が当たらなかった場合、上部プレート２０３とシリサイド構造３０９との間で測定されるキャパシタンス値、および上部プレート２０３とシリサイド構造３１１との間で測定されるキャパシタンス値は、入射放射線がウィンドウを通過した場合よりも低い値となる。従って、ウィンドウを通過する放射線の量およびエネルギーが増大すると、層１０５の表面における電子濃度が増大し、従って、キャパシタンスＣｏｖ２およびＣｏｖ１も同様に増大する。
【００２９】
上部プレート２０３は測定される放射線を通過させない遮断材料から成るため、垂直でない方向からの放射線は、放射線がウィンドウに入る入射角に応じてウィンドウ４１５および４２０のうちの少なくとも一方から部分的に遮断されることになる。例えば、放射線が図４の右側から来ている場合、水平角（θＨ）は９０度よりも小さくなる。このような入射角によると、上部プレート２０３は放射線をいくらか遮断していることになるため、ウィンドウ４２０はウィンドウ４１５よりも多くの放射線を受け取ることになる。放射線が同じ水平角で反対方向から来ている場合、ウィンドウ４１５はウィンドウ４２０よりも多くの放射線を受け取る。
【００３０】
従って、入射角に応じて、キャパシタンスＣｏｖ２またはキャパシタンスＣｏｖ１はより高いキャパシタンス値を有することになる。（図面において示される）θＨが９０度である場合、Ｃｏｖ２はＣｏｖ１に等しくなる。従って、Ｃｏｖ２とＣｏｖ１との間のキャパシタンスの差を測定することによって、特定の入射角についてθＨの値を求めることができる。
【００３１】
他の実施形態において、容量センサデバイスはバルク半導体材料の基板上に作成されてもよい。このような実施形態においては、層１０３の位置にある基板の層は、ウェル領域１０８および１０９のドーパントとは反対の導電性ドーパントを高濃度ドープ（例えば、Ｎ＋型）されてもよい。層１０３内のドーパントは、ウェル領域１０８および１０９内のドーパントと反対の型となり、それによって、層１０３は接合分離（ジャンクションアイソレーション）を提供する。さらに、他の実施形態において、導電性ドーパントが転換されてもよい。例えば、層１０５がＮ型ドーパントをドープされてもよく、領域２０５および２０７がＰ型ドーパントをドープされることになる。Ｎ型にドープされたウェルについて、（電荷４０７の位置にある）容量プレートは正孔から作成されることになる。
【００３２】
別の実施形態において、上部プレートは、少なくとも２つの異なるウェル領域の部分を露出させるように配置されることになる内部開口を有することになる。ウェル領域は、分離領域によって分離されることになり、少なくともその一部は開口によって露出することになる。放射線は、開口を通じて露出したウェル領域の部分に当たることになる。接続領域は上部プレートの外側に形成されることになる。プレートの開口内の各ウェル領域のキャパシタンスが測定されることになり、内部開口を通じてウェル領域に当たる放射線の入射角が求められる。
【００３３】
図９は、ウィンドウを通じてウェル領域に当たる入射放射線に起因するキャパシタンスを測定するための、上部プレート電圧（上部プレート２０３に印加される電圧）の所望の動作領域を示すグラフである。図９のグラフにおいて、Ｙ軸は接続領域（例えば、２０５）と上部プレート（２０３）との間で測定されるキャパシタンスを表す。Ｘ軸は上部プレート（例えば、２０３）に印加される電圧を表す。
【００３４】
グラフにおいて示されるように、上部プレート電圧が初期の低電圧にあるとき、ウェル領域において生成される空乏層の深さ（図４における４６１）が最小であることに起因して、測定されるキャパシタンスは比較的高い値にある。上部プレート電圧が増大すると、空乏領域の深さは、電圧が点９０３にあるときの最大の深さに達するまでは増大する。上部プレート電圧がさらに増大すると、測定されるキャパシタンスは上部プレートの下でウェルの上部において反転層（電荷４０７を参照されたい）が形成されることに起因して増大する。電圧がさらに増大すると、反転層は飽和する（例えば、上部プレート電圧が点９０５にあるとき）までより高密度になっていく。この点において、キャパシタンスは、上部プレート電圧の増大に伴って、またはウィンドウを通じてウェルに当たる入射放射の増大にともなってさらに増大することはなくなる。
【００３５】
従って、入射放射線に起因するキャパシタンスを測定するために上部プレートに印加される電圧は、放射線の変化に起因して測定キャパシタンスの最大の変化を提供する電圧値であることが望ましい。いくつかの実施形態において、キャパシタンスを測定するためのその上部プレート電圧は、点９０３における電圧と、点９０５における電圧との間である。１つの例が点９０７における電圧である。使用される最適な電圧は、誘電体の厚さ、誘電体材料の種類、上部プレート材料の種類、ウィンドウのサイズ、ウェル領域１０８および１０９のドープ濃度、接続領域２０５および２０７のドープ濃度、ウェル領域１０８および１０９と接続領域２０５および２０７において印加される電圧、ウィンドウ内に位置する材料の透過性、測定放射線感度の所望の範囲、ならびに測定される放射線の種類のような要因に応じて決まるであろう。
【００３６】
図５は、本発明による容量センサデバイスの別の実施形態を示す。図５の実施形態は、上部プレート構造５２２が逆Ｔ字形状を有するという点を除いて図４の実施形態と同様である。それ以外について、図４の対応する構造と同様である構造は同じ参照符号を有する。
【００３７】
図５の実施形態において、構造５２２の上部５２３は測定されている波長放射線を層１０５に貫入させない高さおよび材料のものである。しかしながら、上部プレート構造の下部５２１は、測定されている放射線が層１０５へ通過することを可能にする高さおよび材料のものである。１つの実施形態において、部分５２１はポリシリコンから成り、測定される放射線が層１０５へ通過することを可能にするように十分薄い（例えば、１００〜３００オングストローム）。他の実施形態において、部分５２１は、上部５２３の材料に対して選択エッチングされる窒化タンタルまたは窒化タングステンから成る。１つの実施形態において、部分５２３の材料は、放射線の貫入を防止するのに十分な厚さを有するポリシリコンまたは金属から成る。部分５２３がポリシリコンから成る１つの例では、部分５２３は、８００〜１００００オングストロームの厚さ（図５において寸法「Ｈ」として示される）を有するが、他の実施形態においては他の厚さであってもよい。
【００３８】
部分５２１を放射線が通過することができるように作成することによって、ウィンドウ５２９および５３１の位置は、図５において寸法「Ｗ」によって示されるように、上部プレート構造５２２の下まで少なくとも部分的に移動されることができる。これは、生成される電子−正孔対が上部プレート構造の下で、特に上部プレート構造の部分Ｗの下でより高密度になるという点において、測定されるキャパシタンスの信号強度を増大させるように作用する。このような実施形態において、電子−正孔対の密度が増大する結果としてデバイスの感度がより高くなる。
【００３９】
ウィンドウ５２９および５３１の幅と上部５２３の高さ「Ｈ」との比は、水平角を測定するために特定の範囲内で分解能を調整するようにセットされることができる。例えば、遮断部分５２３の厚さ（「Ｈ」寸法によって示される）が、ウィンドウの幅よりも相対的に大きい場合、図５における容量センサデバイスは９０度に近い水平角のより良好な分解能を提供することが可能になる。これは、水平入射角が９０度から動くとウィンドウ（５２９または５３１のいずれか）を大きく遮断する比較的「高い」上部５２３に起因する。他の実施形態において、部分５２３は、より広い範囲の水平角測定値を提供することを可能にするために、ウィンドウ幅に対して比較的より短くすることができる。
【００４０】
１つの実施形態において、結果としての上部プレート構造は、部分５２３の幅を有するフォトレジストパターン（またはフォトレジストパターンによってパターニングされるハードマスクパターン）を用いて（例えば、ポリシリコンの）層をパターニングすることによって形成されることができる。時限エッチングによってパターンの外側に部分５２１の厚さを有する層の部分が残される。その後、上部５２３の側面上に犠牲スペーサ（図示せず）が形成される。スペーサはＷの幅を有する。その後、層は異方性エッチングを受け、下側層の残りの部分が除去される。スペーサが測定されている放射線に対して透過性である場合、スペーサが除去される必要はない。
【００４１】
他の実施形態において、部分５２３および５２１は異なる材料から成ることができる。１つの実施形態において、異なる材料の２つの層がウェハ１０１の上に形成されることになる。部分５２３が最初にパターニングされることになり、続いて部分５２３の周りに犠牲スペーサが形成される。部分５２３およびスペーサは異方性エッチングによって部分５２１を形成するためのエッチングマスクとして使用されることになる。他の実施形態において、上部５２３および下部５２１は異なるフォトレジストマスクパターンを用いて形成される。しかしながら、部分５２３の側面に配置される犠牲スペーサを使用することが、２つのマスクパターンの位置整合の問題が回避されることができるという点で好ましい。
【００４２】
別の実施形態において、部分５２３は導電性でなくてもよく、または部分５２１に電気的に結合されなくてもよい。このような実施形態においては、部分５２１がセンサの上部プレートである。このような実施形態によると、部分５２１は部分５２３よりもさらに（紙面の向こう側または手前側に位置する）領域に拡張されることになり、それによって、部分５２１にコンタクトを形成することができる。
【００４３】
さらに、他の実施形態において、誘電体５１９は、入射放射線が層１０５に当たるときに部分５２１と層１０５の上部に位置する電子とによって形成されるコンデンサに十分なキャパシタンスを提供する誘電率を有する。
【００４４】
他の実施形態において、シリサイド構造３１１および３０９は、スペーサ３０１からより遠い距離に配置されてもよく、またはより近い距離に配置されてもよい。いくつかの実施形態において、シリサイド構造３０９および３１１はスペーサ３０１まで延在する。
【００４５】
図６は、本発明の１つの実施形態によるセンサセルのアレイ６０３の上面図を示す。アレイ６０３は、基板６０１上に形成される多数のセンサセル（６３５、６４３、６２７、６３９、６３３、６４１、６３１、および６３７）を含む。これらのセルは、異なる複数の位置で、アレイ６０３が放射線の入射角のうちの、放射線の方向角（θＤ）および水平角（θＨ）を測定することを可能にするように向けられる。水平角θＨは、基板６０１の平面に対して測定される放射線の角度である。方向角（θＤ）は、図６に示されるように１２時の方向から測定される放射線の角度である。例えば、図６を参照すると、紙面の上側（１２時）から来る放射線は０度の方向角（θＤ）を有することになる。紙面の下側（６時）から来る放射線は、１８０度の方向角（θＤ）を有することになる。特定の方向から来る入射放射線は、方向角θＤ成分および水平角θＨ成分の両方を有する。
【００４６】
図示される実施形態において、各センサセル（例えば、６３５）は、図４のセンサデバイスと同様である。センサセル６２７について、上部プレート６０５は上部プレート２０３と同様であり、シリサイド構造６０７はシリサイド構造３０９と同様であり、シリサイド構造６０８はシリサイド構造３１１と同様であり、分離領域６１７（破線で示されている）は分離領域１０７と同様である。図示される実施形態において、ウィンドウ６５１はウィンドウ４２０と同様であり、ウィンドウ６５３はウィンドウ４１５と同様である。１つの実施形態において、ウェル領域（例えば、１０８および１０９）は基板６０１内でシリサイド部分の下にかつウィンドウの領域内に位置する。アレイ６０３のウェル領域は、図６に示されるように分離領域（例えば、６１７）によって分離されるリング（または他の実施形態においては他の閉ループ構造）の断片を形成する。基板６０１は、ウェル領域を電気的に遮蔽するために、ウェル領域を取り囲むとともにウェル領域の内部に位置する誘電体材料６０２を含む。当該実施形態において、リング構造は、容量センサウェル領域によって形成される側面を有し、ここで、分離領域（例えば、６１７）がリングの側面の位置に対して垂直に位置づけられる。
【００４７】
アレイ６０３は、センサアレイ６０３内のさまざまな点においてキャパシタンスを測定するための電気的接触を提供するために多数の上部プレートコンタクト（６１３）およびシリサイド構造コンタクト（６１５）を含む。コンタクトは基板６０１およびアレイ６０３の上に形成される電気的相互接続（図示せず）に電気的に結合される。相互接続は、同じく基板６０１およびアレイ６０３の上に形成される誘電体材料（図示せず）内に位置する。
【００４８】
図示される実施形態によると、各シリサイドコンタクト６１５は、２つのウェル領域についてキャパシタンスを測定するために使用される。例えば、コンタクト６１５は、（上部プレート６０５とシリサイド構造６０７との間のキャパシタンスの差として示される）ウィンドウ６５３のウェル領域からのキャパシタンスを測定するのに使用されるとともに、（シリサイド構造６０７および上部プレート６０６からのキャパシタンスの差として示される）ウィンドウ６５５のウェル領域のキャパシタンスを測定するのに使用される。従って、図示される実施形態において、各容量センサは、隣接するセンサと接続領域およびウェル領域を共有する。
【００４９】
１つの実施形態において、アレイは、ウェル領域に当たる放射線から形成される正孔を引き付けるためのボディコンタクト（図示せず）を含む。センサアレイがＳＯＩ基板上に実装されるいくつかの実施形態において、各センサ領域がボディ結合部（ボディタイ）を含む。しかしながら、ＳＯＩ基板上に実装される他の実施形態において、アレイが単一のウェル結合部（ウェルタイ）を含んでもよい。
【００５０】
センサセルは、放射線の方向角（θＤ）を測定することが可能であるように、複数の異なる方向角で位置づけられる。例えば、入来する放射線が０度の方向角（θＤ）を有する（紙面の上側から来る）か、または１８０度の方向角を有する（紙面の下側から来る）場合、セル６３１および６２７はそれらの２つのウィンドウの間でキャパシタンスの最大の差を示すことになる。これは、上部プレート構造（例えば、６０５）が、上部プレート構造に隣接する２つのウィンドウのうちいずれか一方が全量の放射線を受け取ることを阻害するためである。例えば、方向角が１８０度（紙面の下側から来る放射線）である場合、プレート６０５は放射線がウィンドウ６５１を通過するのを阻害（または部分的に阻害）することになり、その一方でウィンドウ６５３は阻害されないことになる。従って、上部プレート６０５とシリサイド構造６０７との間のキャパシタンス読み値と、上部プレート６０５とシリサイド構造６０８との間のキャパシタンス読み値との差は、他のセンサの相対的な容量読み値とともに、方向角が１８０度であることを示すであろう。
【００５１】
セル６３５および６３３は、２７０度（紙面の左から）または９０度（紙面の右から）における放射線の方向角に対してキャパシタンスの最大の差を示すことになる。セル６３７および６３３は、４５度および２２５度における放射線の方向角に対してキャパシタンスの最大の差を示すことになる。セル６４３および６４１は、１３５度および３１５度における放射線の方向角に対してキャパシタンスの最大の差を示すことになる。
【００５２】
上述のように、セル対は０度、４５度、９０度、１３５度、１８０度、２２５度、２７０度、および３１５度の角度における放射線の方向角に対してキャパシタンスの最大の差を提供するように位置付けられる。さらに、各センサセルのキャパシタンス測定値は、これらの値の間に位置する方向角および水平角を求めるために比較されることができる。
【００５３】
１つの例において、放射線の方向角を求めるために、各セルから測定値が生成されてセルのウェルの間でいずれのセルが最大の差分キャパシタンスを提供するかが判定される。例えば、セル６３１および６２７が最大差分を提供する場合、ウィンドウ６５１（０度を示す）またはウィンドウ６５３（１８０度を示す）のいずれがより大きい測定値を有するかに応じて、方向角は０度または１８０度に近い可能性が最も高いであろう。セル対６３７および６３３ならびにセル対６４３および６４１（さらにセル対６３５および６３３）の測定値は、方向角が１８０度を上回るか、または１８０度を下回るかを判定するために使用される。例えば、セル対６４１および６４３がセル対６３３および６３７よりも大きいキャパシタンス差分を提供する場合、方向角は１８０度を下回る。一方で、セル対６３３および６３７がより大きいキャパシタンス差分を提供する場合、方向角は１８０度を上回る。隣接するセル対（対６３３および６３７と対６４１および６４３）間のキャパシタンス差分が同じである場合、方向角はちょうど１８０度である。従って、アレイの各セル間の容量差を測定および比較することによって、放射線の方向角に対する正確な推定値を求めることができる。
【００５４】
方向角が求められることによって、セル間の実際の容量差に基づいて水平角も求めることができる。例えば、容量差が最大であるセルが小さいキャパシタンス差分を有する場合、水平角は９０度に近い。最大差分が大きい場合、水平角は０度に近いであろう。
【００５５】
単一時点における放射線量は、単一時点またはほぼ同時点におけるアレイのすべてのセルの総容量測定値を加算することによって測定されることができる。総測定値が大きいほど、放射線量も大きくなる。いくつかの実施形態において、水平角は、低水平値を有する角度（例えば、ほぼゼロ）を補償するために線量の計算において使用されることができる。線量は、累積線量を測定するために経時的に積分されることができる。
【００５６】
図示される実施形態において、アレイ６０３は各角度について冗長セルを有する。例えば、セル６３５および６３３は０度の方向角において一列に位置付けられる。アレイに、同じ方向角で位置付けられている冗長セルを設けることによって、製造欠陥を許容することができるより正確なシステムが提供される。しかしながら、他の実施形態においては、他のアレイは冗長セルを含まない。
【００５７】
いくつかの実施形態において、冗長セルの上部プレートは（例えば、電気的相互接続（図示せず）によって）電気的に結合され、それによって、両方のセルのキャパシタンスを反映する１つの測定値が生成されることができる。例えば、セル６３５および６３３の上部プレートが共に電気的に結合されることになる。このような実施形態において、リングの対向する両側にあるシリサイド構造も共に電気的に結合されることになる。例えば、セル対６４１および６４３とセル対６３１および６２７との組み合わされたキャパシタンスを測定するために、シリサイド構造６０８はシリサイド構造６５６に電気的に結合されることになる。他の実施形態において、アレイはより多数の（３つ以上の）冗長セルを含んでもよい。
【００５８】
図６において、セルはシリサイド構造およびウェル領域が隣接するセルの間で共有されるリング状に配置されて示されている。しかしながら、他の実施形態においては、アレイのウェルおよびシリサイド構造は（例えば、誘電体材料または多量に注入される導電性不純物によって）互いから分離されてもよく、これは、電子がウェル領域間で移動することを防止する。
【００５９】
他のアレイは、異なる数のセルを含んでもよく、かつ／あるいは互いに対して異なる角度で位置付けられてもよく、例えば、アレイは、放射線方向角（θＤ）測定のより良好な分解能を提供するために、リング状に（または別の構成において）配置されるより多くのセンサセルを含んでもよい。しかしながら、アレイは、より少ない数、例えば、２つのセルであって、１つのセンサセルの上部プレートが他方のセンサセルの上部プレートから９０度方向付けられている、２つのセルを含んでもよい。別の実施形態において、アレイは、３つのセルであって、上部プレートが互いから１２０度に方向付けられることになる、３つのセルを含む。
【００６０】
他の実施形態において、アレイのセルはリング以外の異なる構成において配置されてもよい。例えば、アレイ上で各方向角に位置付けられた複数のセルがアレイの１つの列または行内に配置されてもよく、ここで、他の角度に方向付けられたセルが基板の異なる行または列内に配置される。
【００６１】
他の実施形態において、ウィンドウおよび上部プレートは図６に示される以外の異なる形状を有してもよい。例えば、ウィンドウおよび／または上部プレートは特定の入射角もしくは入射角の範囲のついて得られるキャパシタンス差を最大にするように設計され得る円、楕円、正方形、または他の形状を有することができる。さらに、他の実施形態において、上部プレートはウィンドウに対する２つ以上の方向角を遮断してもよい。さらに、上部プレートに対するウィンドウの寸法は他の実施形態においては異なってもよい。
【００６２】
他の実施形態において、アレイ内のセルは、アレイ内で異なる複数の分解能の角度測定を提供するために、アレイ内の他のセルに対して異なる上部プレート高さ、ウィンドウサイズ、および／またはウィンドウ位置を有してもよい。例えば、セル６２７の上部プレート６０５は、セル６３１の上部プレートより高くてもよく、それによって、セル６２７は、９０度に近い水平角のより良好な分解能を提供することができ、セル６３１は、０度に近い水平角においてより良好な分解能を提供することができる。
【００６３】
いくつかの実施形態において、セルは単一の上部プレート構造を取り囲む３つ以上の領域を含む。例えば、図１１は、上部プレート１１０３を取り囲む、基板１１０２内に配置される８つのウェル領域（１１０５、１１０７、１１０９、１１１１、１１１３、１１１５、１１１７、および１１１９）を含むセンサアレイ１１０１の上面図を示す。各ウェル領域は、ウェル領域と上部プレート１１０３との間で容量測定値を得るのに使用されるシリサイド構造（例えば、１１２１）に関連付けられる。シリサイド構造を電気的相互接続（図示せず）を介してキャパシタンス測定回路に電気的に結合するために、コンタクト（例えば、１１２３）が各シリサイド構造（１１２１）上に形成される。上部プレート１１０３は、相互接続（図示せず）を介してキャパシタンス測定回路（図示せず）に電気的に結合するためのコンタクト１１２５を含む。図１１には図示されていないが、アレイ１１０１の上に誘電体層が位置している。同じく図１１には図示されていないが、ウェル領域に当たる放射線から形成される正孔を引き付けるために少なくとも１つのウェルタイがある。
【００６４】
いくつかの実施形態において、上部プレートの相互接続に起因する各領域に対する遮蔽に均等に影響を与えるように、上部プレート１１０３の中心から等間隔の複数の方向に、コンタクト１１２５からの複数の相互接続が走っている。さらに、他の実施形態において、上部プレート１１０３を電気的に結合するために、上部プレート１１０３から基板１１０２を貫通して基板１１０２の背面まで導電性バイアが形成されてもよい。
【００６５】
１つの実施形態において、容量測定回路は、アレイ１１０１の各ウェル領域と上部プレート１１０３との間のキャパシタンスを順次に測定する。異なる複数のウェル領域と上部プレート１１０３との複数の容量読み値の差によって、入射放射線の方向角および水平角を求めることができる。上部プレート１１０３の入来する放射線の方向角から反対側の領域は、上部プレート１１０３がこれらの領域を遮蔽することに起因して、最小の容量読み値を提供することになる。
【００６６】
他の実施形態において、ウェル領域、シリサイド構造および上部プレートは図１１に示される以外の異なるサイズおよび／または形状を有してもよい。さらに、アレイ１１０１は、図１１に示される以外の異なる数のウェルを含んでもよい。さらに、他の実施形態において、上部プレート構造は、異なる複数のウェル領域に対して上部プレート構造としての役割を果たす多数の電気的に絶縁された導電性構造を有してもよい。１つのこのような実施形態において、各ウェル領域は、それ自身の導電性上部プレート構造を有するであろう。
【００６７】
図７は、放射線の方向角、水平角、および線量を測定するためのシステム７０１の回路図である。システム７０１は、センサアレイ７０３、７０５，および７０８を含む。１つの実施形態において、システム７０１の各アレイはアレイ６０３またはセンサアレイ１１０１と同様である。１つの実施形態において、各センサアレイは異なる波長範囲の波長放射線を測定するように調整される。いくつかの実施形態において、各アレイは異なる種類の粒子放射線を測定するように調整されてもよい。例えば、１つの実施形態において、センサアレイ７０３は１００〜１０００ｎｍの範囲内の波長を有する放射線を測定するように設計され、センサアレイ７０５は１０００〜２０００ｎｍの範囲内の波長を有する放射線を測定するように設計され、センサアレイ７０８は２０００〜３０００ｎｍの範囲内の波長を有する放射線を測定するように設計される。種々の波長を有する放射線を測定するために、センサアレイは、種々の材料から成るセンサ領域を有することができ、かつ／あるいは種々の波長の放射線をフィルタリングする被覆誘電体材料を有することができる。いくつかの実施形態において、センサアレイは、種々の範囲の水平角または種々の範囲の方向角を測定してもよい。いくつかの実施形態において、システム７０１はただ１つのアレイを含む。いくつかの実施形態において、アレイはただ１つのセンサを有してもよい。
【００６８】
１つの実施形態において、センサアレイのうちの１つは被覆され、それによって、いかなる放射線もそのキャパシタンス値に影響を与えない。このようなアレイは、他のセンサアレイから測定されるキャパシタンス値と比較するための基準キャパシタンス値を提供するために使用される。
【００６９】
システム７０１は、アレイのセンサのキャパシタンスを測定するとともに測定されたキャパシタンスを使用して放射線の水平角、方向角、および線量を計算するための回路７０７を含む。回路７０７（新たな番号を必要とする）は、各アレイの各上部プレートおよび各ウェル接続領域に結合される入力を有するマルチプレクサ７１１を含む。マルチプレクサ７１１は、センサのキャパシタンスを測定するために、測定されている上部プレートおよびウェル接続領域をキャパシタンス測定回路７１３に結合する２つの入力を含む。１つの実施形態において、各センサ（上部プレートとウェル接続領域との組み合わせ）は、当該上部プレート−ウェル接続領域についてキャパシタンス値を求めるために回路７１３に順次に結合される（またはいくつかの実施形態においては、冗長構造がともに結合されて、冗長構造の総キャパシタンス値が測定される）。他の実施形態において、各セルアレイ７０３、７０５、および７０８が、それ自身の容量測定回路に関連付けられる。さらに他の実施形態において、各センサが、それ自身の容量測定回路に関連付けられる。図１１のアレイを含む１つの実施形態では、上部プレート１１０３はマルチプレクサを使用することなく回路７１３に結合される。
【００７０】
図示される実施形態において、回路７１３は、キャパシタンスを求めるために、測定されている容量センサの上部プレートまたはウェル接続領域に所定の周波数の信号を提供するための発振器７１５を含む。１つの実施形態において、上部プレートとウェル接続領域との組み合わせにＤＣ電流が印加され、ここで、上部プレートとウェル接続領域との間の電圧の変化率が測定される。別の実施形態において、ＡＣ電流が上部プレートとウェル接続領域との組み合わせに印加され、ここで、結果として生じる電圧差分が測定される。さらに別の実施形態において、回路７１３は平衡ブリッジ法を実装する。いくつかの実施形態において、０ボルトの電圧が上部プレートに印加され、より高い電圧がウェル接続領域に印加される。しかしながら、上部プレートとウェル接続領域との組み合わせのキャパシタンスは、他の実施形態においては他の方法によって測定されてもよい。
【００７１】
各上部プレート−ウェル接続領域の測定値はアナログ／デジタル変換器（Ａ／Ｄ）７１７を介してプロセッサ７１９に提供される。１つの実施形態において、測定キャパシタンス値がプロセッサ７１９に提供される。他の実施形態において、プロセッサ７１９は測定値（例えば、電圧、電流）を受け取りキャパシタンス値を計算する。各キャパシタンス値はメモリ７２１内に記憶される。図示される実施形態において、上部プレート−ウェル接続領域についてキャパシタンスが測定された後、プロセッサ７１９は、マルチプレクサ７１１を、キャパシタンスを測定するために異なる上部プレート／ウェル接続領域を回路７１３に結合するように制御する。
【００７２】
アレイに関するキャパシタンス値がすべて求められると、プロセッサ７１９はこれらの値を使用してアレイに当たる放射線の方向角、水平角、および線量値を計算する。システム７０１が、一切放射線を受け取らない「ダミーアレイ」を含む実施形態では、プロセッサ７１９はその方向値、水平値、および線量値の計算においてダミーアレイの基準キャパシタンス測定からの情報を使用する。
【００７３】
１つの実施形態において、メモリ７２１は、アレイのセルに関する正規化キャパシタンス値のエントリのテーブル（表）７２２を含む。各エントリは、異なる水平角／方向角の組み合わせに関連付けられる。センサアレイに当たる放射線の水平角を求めるために、プロセッサ７１９は、求められたキャパシタンス値に最も近くマッチするキャパシタンス値（例えば、各センサについての値としてのもの、または関連付けられるセンサ対の差分値として記憶されているもののいずれか）を有するエントリを求めてテーブル７２２を検索することになる。いくつかの実施形態において、テーブル７２２から求められる水平角および方向角の値はさらに、求められたキャパシタンス値とテーブルエントリのキャパシタンス値との間の差に基づいてテーブルエントリ値から推定されることになる。
【００７４】
他の実施形態において、プロセッサ７１９は、（例えば、メモリ７２１内に記憶されている）式を、求められたキャパシタンス値を当該式に対する変数として使用して実行することによって、水平角、方向角、および／または光線量を計算する。他の実施形態は、異なる技法および／または回路において測定されたキャパシタンス値を使用して方向値、水平値、および線量値を計算してもよい。
【００７５】
回路７０７は、測定された水平角、方向角、および線量値を外部ソース（例えば、制御回路においてデータを使用するユーザディスプレイまたはシステム）に提供するための出力７６２を含む。１つの実施形態において、プロセッサ７１９は、装置（例えば、太陽電池）を制御するために測定された情報を使用するデバイスの制御回路の一部である。
【００７６】
回路７０７は、他の実施形態においては、他の構成を有してもよく、かつ／あるいは他の構成要素を使用してもよい。例えば、回路７０７は、測定キャパシタンス値から水平値および方向値を計算するためのロジックまたは他の種類の「ハード・ワイヤード回路」を含んでもよい。さらに、回路７１３の機能のいくつかは、いくつかの実施形態においてはプロセッサ７１９によって実行されてもよい。
【００７７】
いくつかの実施形態において、回路７０７は、水平角、方向角、および線量の値の正確な確定をもたらすためにアレイのキャパシタンス測定値を較正するための較正回路（図示せず）を含む。１つの例において、較正回路は、較正値をセットするためのヒューズを含む。１つの実施形態において、センサは、所定の水平角および方向角ならびに線量で放射線にさらされる。この角度において測定されるキャパシタンス値はが正規化されてテーブル７２２のエントリ内に記憶されることになる。他の実施形態において、値は例えば、トリミングによって変更可能であり得る。
【００７８】
いくつかの実施形態において、回路７０７は、アレイ７０３、７０５、および７０８と同じ集積回路上に配置される。しかしながら、他の実施形態においては、回路７０７の一部またはすべてが異なる集積回路上に配置される。さらに、いくつかの実施形態において、各アレイ（７０３、７０５、および７０８）は、別個の集積回路上に配置されてもよい。
【００７９】
いくつかの実施形態において、方向角または水平角のみが回路７０７によって計算されることになる。いくつかの実施形態において、各容量センサは、それ自身の容量測定回路（例えば、７１３）を含むことになる。さらに、いくつかの実施形態において、容量センサを用いて放射線の成分を測定するためのシステムは、図４のものと同様のただ１つの容量センサデバイスを含む。別の実施形態において、容量センサを用いて放射線の成分を測定するためのシステムは、ただ１つのセンサ（例えば、１つのウェル−上部プレート構造）であって、当該センサに容量測定回路が結合されている、センサを含むであろう。
【００８０】
図８は、（例えば、システム７０１と同様の）システムによって放射線の方向角、水平角、および線量を求めるための流れ図を示す。動作８０１において、アレイの各センサアレイについてキャパシタンス値（例えば、図４に示される実施形態についてはＣＯＶ１およびＣＯＶ２）が測定される。８０３において、セルのこれらのキャパシタンス値の間の差が計算され、セルに当たる波長放射線の方向角および水平角を求めるのに使用される。８０５において、セルの総測定キャパシタンス値を加算することによって、放射線量が求められる。いくつかの実施形態において、線量の計算は、８０３において求められる水平値および方向値を利用する。
【００８１】
いくつかの実施形態において、センサセルの２つのセンサ間のキャパシタンスの差が、（例えば、プロセッサによって）明確に計算される。これらの差の値は水平角および方向角の計算（またはテーブル内の検索）に使用される。他の実施形態において、各センサについての値は、方向角および水平角を計算するために式において使用されるか、またはテーブルエントリとして使用され、ここで、テーブルエントリまたは式は本質的には、方向角および水平角の計算においてセルのセンサ間のキャパシタンスの差を使用する。
【００８２】
図１０は、本発明の別の実施形態による、センサセル１０００の製造の或る段階におけるウェハの部分側面図である。セル１０００は、基板１００１上に形成される。ウェル１０２１および１０２３は、放射線が当たると正孔−電子対を形成する材料（例えば、シリコン）から成る。ウェル１０２１および１０２３は、埋め込み酸化物層１００５上に位置する。ウェル領域１０２１は分離領域１００７と１００９との間に位置し、ウェル領域１０２３は分離領域１００７と１０１０との間に位置する。１つの実施形態において、分離領域は酸化物から成る。接続領域１０１３および１０１５はＰ型ドーパントを高濃度ドープされ、ウェル領域１０２１および１０２３はＰ型ドーパントを低濃度ドープされる。接続領域およびウェルは同じ導電型のドーパントをドープされるため、ウェル領域は、他のセルの他のウェルによって共有されるのとは対照的に、分離領域１００９および１０１０によって分離される。上部プレート１０２７が誘電体層１０２６上に形成される。シリサイド構造１０１７および１０１９が、それぞれ接続領域１０１３および１０１５上に形成される。ウェル領域１０２１のためのウィンドウ１０２５は、シリサイド構造１０１７と上部プレート１０２７との間の空間であり、ウェル領域１０２３のためのウィンドウ１０２８は、上部プレート１０２７とシリサイド構造１０１９との間の空間である。反転層電子は、Ｐ＋接続領域１０１３および１０１５と比較して反対の極性型である。１つの実施形態において、センサは、通常モードではない反転モードにおいてはバラクタのように動作する。他の実施形態において、負電圧が上部プレートに印加され、ここで、センサは通常のバラクタのように蓄積モードにおいて動作する。
【００８３】
１つの実施形態において、容量センサデバイスは、第１のセンサ領域および第２のセンサ領域を含む基板を含む。第１のセンサ領域および第２のセンサ領域は、放射パラメータ値の範囲内のパラメータ値を有する放射線が当たるときの電子−正孔対生成に対して導電性の材料から成る。容量センサデバイスは、基板内に、第１のセンサ領域と第２のセンサ領域との間に位置する分離領域を含む。この分離領域は、第１のセンサ領域と第２のセンサ領域との間のキャリアの流れを阻止する。デバイスは、基板の上に位置する上部プレート構造を含む。上部プレート構造は、範囲内のパラメータ値を有する放射線に対して不透過性である遮断構造を含む。上部プレート構造は、導電性構造と、当該導電性構造および基板の間に位置する誘電体層とを含む。上部プレート構造は、第１のセンサ領域の第１の部分、および第２のセンサ領域の第１の部分の上に位置する。遮断構造は、放射線の選択された入射角において第２のセンサ領域内の電子−正孔対生成に対してとは異なるように第１のセンサ領域の電子−正孔対生成に影響を与えるために、範囲内のパラメータ値を有する放射線を第１のセンサ領域および第２のセンサ領域から選択的にかつ異なって遮断するように、第１のセンサ領域および第２のセンサ領域に対して位置付けられる。
【００８４】
別の実施形態において、容量センサを形成するための方法は、第１のセンサ領域、第２のセンサ領域、および分離領域を形成することを含む。分離領域は、第１のセンサ領域と第２のセンサ領域との間に位置する。分離領域は、第１のセンサ領域と第２のセンサ領域との間のキャリアの流れを阻害する。第１のセンサ領域および第２のセンサ領域は、放射線パラメータ値の範囲内のパラメータ値を有する放射線が当たるときの電子−正孔対生成に対して導電性の材料から成る。本方法は、第１のセンサ領域の第１の部分の上、及び第２のセンサ領域の第１の部分の上に上部プレート構造を形成することを含み、上部プレート構造は、範囲内のパラメータ値を有する放射線に対して不透過性である遮断構造を含む。上部プレート構造は、導電性構造と、当該導電性構造の下に位置する誘電体層とを含む。遮断構造は、放射線の選択された入射角において第２のセンサ領域内の電子−正孔対生成に対してとは異なるように第１のセンサ領域の電子−正孔対生成に影響を与えるために、範囲内のパラメータ値を有する放射線を第１のセンサ領域および第２のセンサ領域から選択的にかつ異なって遮断するように、第１のセンサ領域および第２のセンサ領域に対して位置付けられる。遮断構造は、第１のセンサ領域の第２の部分、および第２のセンサ領域の第２の部分の上には位置しない。
【００８５】
本発明の特定の実施形態が図示および説明されてきたが、本明細書における教示に基づいて、本発明およびそのより広い態様から逸脱することなくさらなる変更および修正を為すことができ、従って添付の特許請求の範囲はそれらの範囲内において、本発明の真の精神および範囲内にあるすべてのこのような変更および修正を包含するものであることが当業者には認識されよう。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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