(57)【要約】      （修正有）【課題】漏れ電流の挙動に悩まされなくなるセンサを提供する。【解決手段】層構造を有する（たとえば４Ｔ埋め込みフォトダイオードデバイス内の）画素化されたＣＭＯＳ放射線センサ３であって、前記層構造は、ｐ型Ｓｉ基板５、前記基板内のｎ型ドーピングされた領域７、前記ｎ型ドーピングされた領域を覆うｐ＋ドーピングされた固定層９、前記ｐ＋ドーピングされた固定層を覆い、かつ、金属膜下絶縁膜又は金属間絶縁膜として機能するＳｉＯｘ層１１を有する。ホウ素膜１３が前記ｐ＋ドーピングされた固定層と前記ＳｉＯｘ層との間に堆積される。【効果】そのような純粋なホウ素膜を設けることで、漏れ電流が１桁以上減少する。相対的に薄い（たとえば１〜２ｎｍの厚さの）ホウ素膜でさえこの効果を発生させることができる。【選択図】図１
2016046529.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
層構造を有する画素化されたＣＭＯＳ放射線センサであって、
前記層構造は：
−  ｐ型Ｓｉ基板；
−  前記基板内のｎ型ドーピングされた領域；
−  前記ｎ型ドーピングされた領域を覆うｐ＋ドーピングされた固定層；
−  前記ｐ＋ドーピングされた固定層を覆い、かつ、金属膜下絶縁膜又は金属間絶縁膜として機能するＳｉＯｘ層、
を有し、
ホウ素膜が前記ｐ＋ドーピングされた固定層と前記ＳｉＯｘ層との間に堆積されることを特徴とする、センサ。
【請求項２】
前記ホウ素膜が少なくとも１ｎｍの厚さを有する、請求項１に記載のセンサ。
【請求項３】
前記ホウ素膜が化学気相成長を用いて堆積される、請求項１又は２に記載のセンサ。
【請求項４】
前記ホウ素膜が、前記ＳｉＯｘ層中での空間電荷効果から前記ｐ＋型ドーピングされた固定層を遮蔽するように機能する、請求項１乃至３のうちのいずれか一項に記載のセンサ。
【請求項５】
前記ｐ＋型ドーピングされた固定層が少なくとも５０ｎｍの厚さを有する、請求項１乃至４のうちのいずれか一項に記載のセンサ。
【請求項６】
前記ｐ＋型ドーピングされた固定層が、１０１７〜１０１９原子／ｃｍ３の範囲のドーピング濃度を有する、請求項１乃至５のうちのいずれか一項に記載のセンサ。
【請求項７】
前記ＳｉＯｘ層が少なくとも１μｍの厚さを有する、請求項１乃至６のうちのいずれか一項に記載のセンサ。
【請求項８】
各画素が３又は４のトランジスタを有する、請求項１乃至７のうちのいずれか一項に記載のセンサ。
【請求項９】
−  試料を保持する試料ホルダ；
−  荷電粒子ビームを生成する荷電粒子ビーム源；
−  前記試料へ照射するように前記荷電粒子ビームを案内する粒子光学鏡筒；
−  前記照射に応じて前記試料から放出される放射線を検出する、請求項１乃至８のうちのいずれか一項に記載のセンサを有する検出器、
を有する荷電粒子顕微鏡。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ｐ型Ｓｉ基板；前記基板内のｎ型ドーピングされた領域；前記ｎ型ドーピングされた領域を覆うｐ＋ドーピングされた固定層；及び前記ｐ＋ドーピングされた固定層を覆い、かつ、金属膜下絶縁膜又は金属間絶縁膜として機能するＳｉＯｘ層、を有する層構造を有する画素化されたＣＭＯＳ（相補型金属−酸化物−半導体）放射線センサに関する。
【０００２】
本発明はまた、試料を保持する試料ホルダ；荷電粒子ビームを生成する荷電粒子ビーム源；前記試料へ照射するように前記ビームを案内する粒子光学鏡筒；前記照射に応じて前記試料から放出される放射線を検出する、上述のセンサを有する検出器、を有する荷電粒子顕微鏡にも関する。
【背景技術】
【０００３】
荷電粒子顕微鏡−具体的には電子顕微鏡−は、微小な対象物を撮像する周知で重要性を増している方法である。歴史的には、電子顕微鏡の基本的性質は、多数の周知の装置−たとえば透過電子顕微鏡(TEM)、走査電子顕微鏡(SEM)、及び走査透過電子顕微鏡(STEM)−及び様々な派生型装置−たとえば支援活動（たとえばイオンビームミリング又はイオンビーム誘起堆積(IBID)）を可能にするように「加工用」集束イオンビーム(FIB)をさらに用いることのできる所謂「デュアルビーム」装置（たとえばFIB-SEM）−へ発展してきた。
より詳細には以下の通りである。
−  SEMでは、試料への走査電子ビームの照射が、2次電子、後方散乱電子、X線、及びフォトルミネッセンス（赤外、可視、及び/又は紫外の光子）として、試料からの「補助」放射線の放出を引き起こす。続いてこの放出放射線束の1つ以上の成分が、画像蓄積目的で検出及び利用される。
−  TEMでは、試料への照射に用いられる電子ビームは、試料（この目的のため、一般的にはSEM用試料の場合よりも薄くなる）へ侵入するのに十分高いエネルギーとなるように選ばれる。よって試料から放出される透過電子束は、画像を生成するのに用いられて良い。係るTEMが走査モードで動作する（よってSTEMとなる）とき、問題となる画像は、照射電子ビームの走査運動中に蓄積される。望ましい場合には、ＳＴＥＭでの画像もまたＳＥＭと同じように−つまり試料から放出される補助放射線を収集することによって−生成されて良い。
【０００４】
ここで述べた話題の一部に関するさらなる情報はたとえば、以下のWikipediaのリンクから収集することができる。
http://en.wikipedia.org/wiki/Electron_microscope
http://en.wikipedia.org/wiki/Scanning_electron_microscope
http://en.wikipedia.org/wiki/Transmission_electron_microscopy
http://en.wikipedia.org/wiki/Scanning_transmission_electron_microscopy
照射ビームとして電子ビームを用いる代わりとして、荷電粒子顕微鏡観察もまた、他の種類の荷電粒子を用いて実行されて良い。この点では、「荷電粒子」という語句は、たとえば電子、正イオン（たとえばGaイオン又はHeイオン）、負イオン、陽子、及び陽電子を含むものとして広義に解釈されなければならない。イオン系顕微鏡に関しては、さらなる情報は、たとえば以下のリンクと非特許文献1から収集することができる。
http://en.wikipedia.org/wiki/Scanning_Helium_Ion_Microscope
撮像に加えて、荷電粒子顕微鏡(CPM)はまた、他の機能−たとえば分光の実行、ディフラクトグラムの検査、（局在化した）表面改質（たとえばミリング、エッチング、堆積）等−の実行−をも有して良いことに留意して欲しい。
すべての場合において、荷電粒子顕微鏡（ＣＰＭ）は少なくとも以下の構成要素を有する。
−  放射線源（たとえばショットキー電子源若しくはイオン銃）
−  粒子光学鏡筒。線源からの「生の」放射線ビームを操作し、かつ、その放射線に対してある作用−集束、収差の緩和、（アパーチャによる）トリミング、フィルタリング等−を実行し、かつ、選ばれた試料に放射線を照射するように機能する。粒子光学鏡筒は一般的に、１つ以上の荷電粒子レンズを有し、かつ、他の種類の粒子光学部品をも有して良い。望ましい場合には、粒子光学鏡筒には、調査中の試料にわたる走査運動を出力ビームに実行させることのできる偏向器システムが供されて良い。ＴＥＭ／ＳＴＥＭ及び透過型イオン顕微鏡の場合では、蛍光スクリーン及び／又は検出器上に伝送された荷電粒子を結像する結像系として機能する第２粒子光学鏡筒が試料の「（ビームの進行方向に対して）下流」に設けられる。
−  上に調査中の試料が保持及び位置設定（たとえば傾斜、回転）され得る試料ホルダ。望ましい場合には、このホルダは、試料に対する照射ビームの走査運動を実行するように動かされて良い。一般的には、係る試料ホルダは、たとえば機械ステージのような位置設定システムに接続される。
−  検出器。前記検出器は、単体であって良いし又は事実上複合体/分配されても良く、かつ、検出される放射線に依存して多くの異なる形態をとって良い。例には、光電子増倍管（固体光電子増倍管SSPMを含む）、フォトダイオード、COMS検出器、CCD検出器、光電池等が含まれる。これらはたとえば、シンチレータ膜と併用されて良い。典型的なＣＰＭは複数の−大抵の場合は異なる型の−検出器を有して良い。係る検出器の品質、精度、及び信頼性はＣＰＭの性能にとって特に重要である。
【０００５】
以降では、本発明は、例示によって、電子顕微鏡の具体的文脈で説明される。しかしそのような単純化は、簡明を期す/例示することを目的としているだけであり、限定と解されてはならない。
【０００６】
「技術分野」で述べたセンサは、所謂４Ｔ（４トランジスタ）ＣＭＯＳセンサデザインから既知である。係るセンサの各画素は、所謂埋め込みフォトダイオードと協働する４つのトランジスタを有する。各画素は上述の層構造を有する。たとえば以下のＵＲＬを参照のこと。
http://fairchildimaging.com/files/spie_7021-2-pre-print.pdf
http://ieeexplore.ieee.org/stamp/stamp.jsp?arnumber=6742594
http://harvestimaging.com/pubdocs/125_2008_SSE_CMOS_overview.pdf
係る層構造は以下のような特徴を有する。
−  （外因性）ｐ型基板は、（真性）Ｓｉ基板にｐ型ドーパント（たとえばホウ素）を適切にドーピングすることによって実現されて良い。これはたとえば、Ｓｉブール（結晶）の成長中に（気相）ドーパントを連続的に加えることによって実現されて良い。
−  ｎ型ドーピングされた領域はたとえば、リンイオン（又は他の５価元素イオン）をｐ型Ｓｉ基板へ注入することによって生成されて良い。たとえば、係る注入の典型的な濃度は約１０１５〜１０１７原子／ｃｍ３で、かつ、領域自身は約０．３〜１．０μｍのオーダーの深さを有して良い。横方向寸法は関連するデバイスの特性に非常に依存する。しかし約１〜１０μｍのオーダーの寸法が考えられる／典型的である。
【０００７】
−  ｐ＋型ドーピングされた固定層は、ホウ素イオン（又は他の３価元素イオン）を下地層の一部へ注入することによって生成されて良い。たとえば、係る層の典型的なドーパント濃度は約１０１７〜１０１９原子／ｃｍ３で、かつ、層自身は少なくとも５０ｎｍのオーダー（典型的には５０〜１５０ｎｍ）の深さを有して良い。当業者は、固定層の基本概念を知っている。しかし望ましい場合には、この話題に関するさらなる情報はたとえば非特許文献２と下記ＵＲＬから収集することができる。
http://core.ac.uk/download/pdf/12044005.pdf
−  たとえば、ＳｉＯｘ層はＳｉＯ及び／又はＳｉＯ２を有し、ＳｉＯｘ層の厚さは典型的には少なくとも１μｍのオーダー（たとえば１〜２μｍ）である。ＳｉＯｘ層はたとえば、バックエンドＣＭＯＳ処理との相性が良い低温ＣＶＤ（化学気相成長法）を用いて堆積されて良い。ＳｉＯｘ層は、金属下絶縁体（ＰＭＤ）（金属の下に存在する）又は金属間絶縁体（２つの金属層の間に存在する）の役割を満たす。ＳｉＯｘ層は、とりわけ前記（複数の）金属層を絶縁し、かつ、前記（複数の）金属層を堆積／処理する結果生じる恐れのある不純物のマイグレーションを防止するように機能する。ＰＭＤ又はＩＭＤは時に層間絶縁膜（ＩＬＤ）と総称される。当業者はＰＭＤ／ＩＭＤ／ＩＬＤの基本概念を知っている。しかし望ましい場合には、この話題に関するさらなる情報はたとえば非特許文献３と下記ＵＲＬから収集することができる。
http://www.researchgate.net/publictopics.PublicPostFileLoader.html?id=54562576d2fd648d208b467b&key=fcd067fe-6781-418f-9c77-dd10974298bb
典型的な画素化されたＣＭＯＳフォトダイオードでは、複数のパターニングされた金属層（３，４，又は５層）は通常、存在する画素のアレイのアドレス指定／読み出しを必要とする。ここで、ＩＭＤは金属層の各対間に存在し、かつ、ＰＭＤは積層体の底部に存在する。係る構造では、（複数の）ＰＭＤとＩＭＤの累積的な層の厚さはたとえば、３〜６μｍの範囲に属して良い。
【０００８】
「フォトダイオード」という用語の「フォト」という接頭語については、光子しか検出器でないデバイスを示すものと解されてはならない。むしろ（本願を通じて用いられる）この用語は、粒子放射線（光子、電子、イオン等）の遮断に応じて電気信号を生成できるより汎用的なデバイスを示すものと意図される。一般的には、非光放射線を光放射線へ変換するのに媒介物（たとえばシンチレーション層）を用いる必要はない。上述の話題の一部に関するさらなる情報については以下のＷｉｋｉｐｅｄｉａリンクを参照して欲しい。
http://en.wikipedia.org/wiki/Extrinsic_semiconductor
http://en.wikipedia.org/wiki/Doping_%28semiconductor%29
これらは様々な種類の粒子放射線−たとえば光子、電子、及びイオン−の検出に広く用いられているが、この型のセンサは多数の欠点に悩まされる。特に係るセンサは、相対的に大きな「漏れ電流」又は「暗電流」を示す恐れがある。「漏れ電流」又は「暗電流」は実効的には入力放射線の存在しない状態での寄生センサ出力となる。
係る漏れ電流は多くの理由から問題となり得る。
−  漏れ電流（又は暗電流）が、（センサが放射線を検出しているときに）前記センサによって生成される典型的な「明電流」の値よりも相対的に大きすぎる場合、前記センサのダイナミックレンジは困難に直面する恐れがある。厳しい状況では、漏れ電流は実際にセンサを飽和させてしまうことで、有用な検出結果を生成できない恐れがある。
−  漏れ電流によって、センサの再校正が必要となる。前記再校正では、漏れ電流が測定され、かつ、その値がセンサの出力電流から減じられる。しかし、漏れ電流は必ずしも線形的な挙動を示さないので、「明るいフレーム」の測定と「暗いフレーム」の測定を対で実行し、かつ、「暗いフレーム」の測定結果は「明るいフレーム」の測定結果から減じられる再校正を「測定毎」に行うことが必要となる。これは明らかにスループットの不利益を引き起こす。
これらの問題は、照射されていない参照用の「未照射（ｖｉｒｇｉｎ）」センサと比較すると、漏れ電流は、センサが曝露される累積放射線照射量の関数として増大する傾向を示すことで一層ひどくなる。従ってセンサは、使用と共に（漏れ電流に対して）劣化する傾向にあり、その結果としてその有用性／有効寿命が制限される可能性がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】米国特許出願公開第2010/203667A1号明細書
【特許文献２】欧州特許第2346094A1号明細書
【特許文献３】国際公開第2014/067754A2号パンフレット
【非特許文献】
【００１０】
【非特許文献１】W.H. Escovitz,T.R. Fox and R. Levi-Setti著、Scanning Transmission Ion Microscope with aField Ion Source, Proc. Nat. Acad. Sci. USA 72(5), pp 1826-1828、1975年
【非特許文献２】V. Goiffon他、Radiation Effects inPinned Photodiode CMOS Image Sensors: Pixel Performance Degradation due toTotal Ionizing Dose, IEEE Transactions on Nuclear Science誌、第59巻（６）, pp.2878-2887、２０１２年
【非特許文献３】T.K. Gupta著、CopperInterconnect Technology, Springer publishers（特にChapter 2）、２００９年
【非特許文献４】Agata Sakic 他、Boron-layer silicon photodiodes for high-efficiency low-energyelectron detection, Solid State Electronics誌、第65巻、2011年、pp. 38-44
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
本発明の目的はこれらの問題を解決することである。具体的に本発明の目的は、従来技術に係るセンサと比較して、漏れ電流の挙動に悩まされなくなる上述のセンサを供することである。より詳細には、本発明の目的は、係るセンサが示す放射線に係る困難さを改善することで、具体的には、係るセンサが、所与の放射線照射量に応じた漏れ電流の増大にあまり（好適には全く）悩まされなくなることである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記及び他の目的は、ホウ素膜が前記ｐ＋型ドーピングされた固定層と前記ＳｉＯｘ層との間に堆積されることを特徴とする「技術分野」で述べたセンサによって実現される。
【００１３】
本発明へ至る実験において、本願発明者等は、上述の漏れ電流の発生に関与する機構を調査しようとした。前記センサの（ドーピングされた）Ｓｉ下地層とＳｉＯｘ被覆層との間の基本的な構造上の差異はこの減少に影響しているように見えた。より詳細には、前記ＳｉとＳｉＯｘとの間の界面領域での格子不整合が格子欠陥−より具体的には、最適数の隣接原子と結合しないＳｉ原子−となり、結果としてダングリングボンドとなる。これらのダングリングボンドは、キャリアを捕獲することが可能な再結合／生成中心として機能し、その結果デバイス内でのキャリアの全体的な平衡が妨害される。それに付随して漏れ電流が発生する。通常、水素はＳｉ／ＳｉＯｘ界面のパッシベーションを行うためにＣＭＯＳデバイス内で用いられる。典型的には、係る機器が検出実行中に照射されるとき、入射放射線粒子は、（とりわけＨでパッシベーションされたＳｉ／ＳｉＯｘ界面の場合、Ｓｉ−Ｈ結合を破壊することによって）ダングリングボンドを（再）生成する傾向にある。その結果、一旦照射が中断されても、キャリア捕獲と漏れ電流の発生の全体的な過程は繰り返され得る。この現象に直面して、本願発明者等は様々な実験を行い、それらの様々な実験で、本願発明者等が、Ｓｉ格子とＳｉＯｘ格子との間にホウ素の薄膜を設けることで、上述の再結合／生成中心はホウ素原子によって占められ、かつ、これは本質的に、センサが照射されるときにも一緒に戻らない安定で永続的な占有であることを最終的に観測した。ホウ素原子による係る再結合／発光中心の安定した占有（それに伴ってダングリングボンドを消滅させる）は、係る再結合／発光中心はもはやキャリアトラップとして機能し得ず、結果として漏れ電流の大きさが顕著に−典型的には１桁以上−減少する。
【００１４】
前段落で述べた効果に加えて、本願発明者等は以下のようなさらなる知見にも到達した。電離放射線がＳｉＯｘ層を通過するとき、電子−正孔対が一般的には生成される。電子は一般的に相対的に大きな移動度を有し、再近接の正にバイアス印加された電極によって収集される。しかし正孔は、非常に小さな移動度（電子よりも数桁小さい）を有する傾向にあるので、電荷が生成される位置と関与する酸化物の厚さに依存して、数秒から長年の範囲で変化し得るタイムスパンで酸化物中において捕獲されたままとなり得る。酸化物が厚くなれば、正孔が捕獲されようとする期間は長くなる。この効果は、ＳｉＯｘ層中での半永久的な正の電荷の生成となる恐れがある。フォトダイオード上方でのＳｉＯｘでのそのような正の電荷は、Ｓｉ／ＳｉＯｘ界面に沿った実効的なドーピングの減少を引き起こす傾向を有する。放射線照射量が大きくなれば、この効果はより顕著になる。その結果、固定層（ｐ＋型ドーピングされた層）は有効性を失ってしまう。本発明のホウ素膜は、上を覆うＳｉＯｘ層（又は係る層の積層体）中での上述の空間電荷効果から固定層を「遮蔽」することによってこの効果に対抗する。
【００１５】
上述したように、相対的に薄い（約１〜２ｎｍ）ホウ素膜は、追求していた本発明の効果を発生させるのに十分である。厚い層は原則的に可能である。しかし本願発明者等は、相対的に薄いホウ素の層が、より有利な特性を示し得ることを観測した。たとえばホウ素は、たとえばＡｌ、Ｇａ、Ｉｎ、及びＴｌのような金属と共に元素周期律表の３族にある。しかしホウ素自体は、金属と非金属との間の特性を有するメタロイドである。本発明のセンサ内にホウ素膜を保持することによって、本願発明者等は、その挙動が、金属的な挙動から（さらに）離れ、かつ、半導体的な特性へ向かうように移行することを観測した。これは驚くべき結果を生じさせることができる。たとえば埋め込みフォトダイオード構造中に本発明のホウ素膜が存在することで、ショットキー状の挙動が生じると考えるだろう。しかし驚くべきことに、通常のダイオード挙動は保持される。ホウ素の膜の厚さを１ｎｍ未満にすることは、原則的に、本発明によって可能になることに留意して欲しい。とはいえそのような膜は、（島のパッチワークではなく）閉じられた／近接する形態では堆積することがより困難になると考えられる。
【００１６】
本願の「ホウ素の膜」とは、主として（又は全体が）ホウ素原子で構成される膜を示すと解されなければならないことに留意して欲しい。実際、係る膜は相対的に少ない量の不純物／格子間原子を含むが、小数の外来原子が存在することも、「ホウ素の膜」という用語の範囲内に属する。如何なる場合でも、上述したホウ素の膜が、ホウ素がドーピングされた層−この層では、ホウ素原子が主要原子層中に小数不純物として導入される−とは全く異なるということは当業者には自明である。
【００１７】
本発明の実施例では、用いられたホウ素の膜は化学気相成長（ＣＶＤ）法を用いて堆積される。これはたとえば、Ｂ２Ｈ６とＨ２の混合物を前駆体気体として用いることによって実現されて良い。ＣＶＤ（たとえばＰＥＣＶＤ等のような様々なハイブリッド型を含む）は、（たとえば一般的には制御しにくいプロセスで島を併合することによって層を成長させようとするスパッタリングとは反対に）制御可能な方法で均一な薄膜を生成するのに用いることができる点で有利である。本発明の固有なホウ素の膜を生成するのに用いられ得る他の堆積手法はたとえば、分子線エピタキシー（ＭＢＥ）法及び原子層堆積（ＡＬＤ）法を含む。
ＣＶＤ、ＭＢＥ、及びＡＬＤに関する一般的な情報については、以下のＷｉｋｉｐｅｄｉａのリンクを参照のこと。
http://en.wikipedia.org/wiki/Chemical_vapor_deposition
http://en.wikipedia.org/wiki/Molecular_beam_epitaxy
http://en.wikipedia.org/wiki/Atomic_layer_deposition
本発明のセンサは、各画素が（少なくとも）４つのトランジスタを有する設計に特に役立つ。これらにはたとえば４Ｔ，５Ｔ，及び６Ｔデザインが含まれる。しかし原則としては、本発明は、他のアーキテクチャ−たとえば３Ｔデザイン−にも適用可能である。
【００１８】
本発明の構造及び性質を、似たように見えるが実際にはかなり異なる従来技術の説明と混合しないように注意して欲しい。
たとえば以下のようなことである。
（ａ）  特許文献１では、バルクの結晶格子の損傷（「変位損傷」）が、デバイス製造中に−具体的にはイオン注入処理の結果として−起こる。この損傷は、製造中に急速熱アニーリング（ＲＴＡ）法を適用して格子を公称上の幾何学形状に戻すように緩和することによって解決される。本発明によるホウ素の膜は用いられていない。また、製造後に放射線を検出するのにデバイスを用いた結果生じる電離損傷についても言及されていない。この従来技術文献のＲＴＡ処理は、製造後のセンサにおける電離損傷を解決するのに用いることができない。なぜならアニーリング処理に含まれる温度（〜８００−１２００℃）は、完成した／パッケージングされたセンサの多くの部品を損傷させてしまうからである。
（ｂ）  非特許文献４では、薄いホウ素の層が、フォトダイオード中での入射窓（上部層）と陽極として用いられる。本発明とは異なり、この従来技術に係るホウ素の層は、厚いＩＬＤ酸化膜で被覆されない。これは当然のことである。なぜならそのような酸化膜は、従来技術文献が検出しようとしている低エネルギー電子を吸収するからである。従来技術文献においてホウ素の層の上方に存在する如何なる膜も、必ず非常に薄く、かつ、保護層、吸収層、又は充填層の役割を果たす。この従来技術に係るホウ素の層は、界面捕獲による暗電流の増大を減らすのに用いられるだけである。つまりこの従来技術に係るホウ素の層は、上を覆う厚い酸化膜中で固定される放射線が誘起する正の電荷の効果を解決するのに用いられ（得）ない。なぜならホウ素の層は、そのような酸化膜を有しないからである。実際、非特許文献４は、絶縁酸化膜は放射線に曝露されてはならないと明記することで、本発明とは明確に異なる。
（ｃ）  特許文献２のデバイスは非特許文献４のデバイスに似ている。ホウ素の層は、不感層の厚さを抑制するように、非常に薄い（約１０〜２００ｎｍの厚さ）ＳｉＯ２膜で被覆される。繰り返しになるが、相対的に低エネルギーの放射線が検出され（るので）、前記酸化膜中での放射線損傷については言及されていない。
（ｄ）  特許文献３では、ホウ素の層が、ｐ＋型ドーピングされた固定層ではなくｐ型シリコンエピ層上に堆積される。このホウ素の層は、（μｍ）厚さのＩＬＤではなく（ｎｍ）厚さの反射防止コーティングとして機能するシリコン酸化膜で被覆される。このシリコン酸化膜は非常に薄い（具体的な要件としてはトンネル効果を可能にする程度）ので、その内部には固定された正の電荷は生じない。上の（ｂ）の場合のように、ホウ素の層は界面捕獲に対する放射線強化剤としてしか用いられないので、厚い被覆層での正の電荷の生成を解決しない。実際、特許文献３のデバイスは、そのような厚い酸化膜とは機能し得ない。なぜなら特許文献３のデバイスは、該デバイスが依存するトンネル効果を妨害するからである。
一般的な事項として、薄い酸化物被覆層内に生じる正の電荷は相対的に速く消散するので、相対的に関心は低くなりがちであることに留意して欲しい。他方、厚いＩＬＤ酸化膜中での正の電荷は、はるかに長い時間とどまりがちなので、実効的に解決される必要がある。この状況は、複数のそのような層が介装される金属層と交互に挟まれる構造で積層されることで、累積的な酸化物の厚さはさらに大きくなることによって、さらに悪化する。その問題は、よりはるかに高エネルギー入射放射線−たとえばＴＥＭで一般的に用いられる電子（たとえば最大３００ｋｅＶのエネルギーを有する）及びＣＰＭ内において（及びたとえばＥＤＸ（エネルギー分散Ｘ線分光）研究において用いられる）照射された試料から放出されるＸ線−の問題になる。
【００１９】
ここで本発明について典型的な実施例と添付の概略図に基づいてより詳細に説明する。
【００２０】
図中、関連する場合には、対応する部分は、対応する参照符号を用いて示される。一般的には図は正しい縮尺で描かれていないことに留意して欲しい。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明による画素化されたＣＭＯＳ放射線センサの実施例の一部の断面図を示している。
【図２】典型的な４Ｔ（４つのトランジスタ）ＣＭＯＳセンサデザインの回路図を示している。
【図３】所与の高エネルギー電子線照射後における従来技術（正方形）と本発明（三角形）による試験用放射線センサについての印加電圧に対する漏れ電流のグラフを示している。
【図４】本発明による放射線センサが使用可能な荷電粒子顕微鏡の長手方向断面図を示している。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
図１は、本発明による画素化されたＣＭＯＳ放射線センサ３の実施例の一部の断面図を示している。図示された層構造は以下の部品／態様を備える。
５：ｐ型Ｓｉ基板（たとえば少量のＢがドーピングされたＳｉ結晶）。
７：ｐ型基板５内のｎ型ドーピングされた領域。
９：ｎ型ドーピング領域７を（少なくとも部分的に）覆うｐ＋型ドーピングされた層（「固定層」）。
１１：ｐ＋型ドーピングされた層９を（少なくとも部分的に）覆うＳｉＯｘ層。
１３：ｐ＋型ドーピングされた層９とＳｉＯｘ層１１との間に堆積されるホウ素膜。
部品５−１３は埋め込みフォトダイオード構造ＰＤを有する。この型の従来技術に係る構造では、ホウ素膜１３は存在せず、かつ、層１１は層９の上に直接設けられる。図の右側では、一部の補助構造が見える。これらは以降の図２／実施例１でより良く理解される。具体的には、以下の（さらなる）部品／態様を備えるトランスファーゲートトランジスタＴＸが図示されている。
１５：ｎ型ドーピングされた浮遊拡散層。
１７：ゲート酸化膜。
１９：多結晶シリコン層。
２１：たとえばＳｉＮ（シリコン窒化物）を含む所謂スペーサ。
使用中、放射線（たとえば電子、光子、又はイオンの流れ）はＳｉＯｘ層１１に衝突する。上述したように、構造９と１１との間にホウ素膜１３が存在することで、層９のＳｉ格子と層１１のＳｉＯｘ格子との間での不整合に起因して生じ得るダングリングボンドが埋められることで、キャリア捕獲／漏れ電流の発生が緩和される。ホウ素膜１３はまた、ＳｉＯｘ層１１内における（照射により誘起される）正の電荷の蓄積から固定層９を遮蔽する。実際、ホウ素膜１３は、（最終的には）照射効果として生じ得る意図しない効果を緩和する点で、センサ３の「放射線シールド」又は「放射線強化膜」とみなされて良い。
【実施例１】
【００２３】
図２は、（単一画素の）典型的な４Ｔ（４つのトランジスタ）ＣＭＯＳセンサデザインの回路図を示している。図は以下の部品／態様を備える。
ＰＤ：埋め込みフォトダイオード。
ＴＸ：トランスファーゲートトランジスタ。
ＲＳＴ：リセットトランジスタ。
ＳＦ：ソースフォロワートランジスタ。
ＲＳ：行選択トランジスタ。
Ｖｄｄ：電源電圧。
センシング動作中での埋め込みフォトダイオードへの照射が、左側から埋め込みフォトダイオードへ衝突する破線矢印で概略的に表されている。図１の対象は、この回路の部品ＰＤとＴＸの実施例を実効的に表している。
当業者は、基本回路概略図の多くの変化型／補助型が、たとえばレイアウト中に様々なキャパシタを含ませることによって可能であることを理解する。当業者はまた、本発明のＣＭＯＳセンサが必ずしも４Ｔアーキテクチャで用いられなくても良いことも理解する。たとえば本発明のＣＭＯＳセンサは、以下のリンクに記載されている型の３Ｔ構造又は５Ｔ構造で用いられても良い。
http://www.cse.yorku.ca/visor/resources/Tsai_twostep_readout.pdf
【実施例２】
【００２４】
図３は、所与の高エネルギー電子線照射後（後述）における従来技術（正方形、ホウ素膜なし）と本発明（三角形、ホウ素膜あり）による試験用放射線センサについての印加電圧に対する漏れ電流のグラフを示している。使用される放射線センサは、図１に図示されたものと同様のアーキテクチャを有する。ただし、バイアス電圧の調節を可能にするためにｎ型ドーピングされた領域（図１の７）の下方にさらなる接続パッド／ビアが供されている点は除く（通常、たとえば図１に図示された構造は自己バイアスで、バイアス電圧は一般的に−１〜−１．５Ｖの範囲内である）。グラフの縦軸は対数で、かつ、測定電流をアンペア（の対数）で表している。他方横軸は線形で、印加電圧をボルトで表している。１４×１４μｍ２の画素面積及び１ＧＰＥ（ギガの１次電子）の画素あたりの照射量−（たとえば図４に図示された機器内の軸８に沿った）１０億の電子による１画素の照射に相当する−についてのデータが表されている。試験は、室温（２０℃）で本発明（三角形）に対応する試験構造について行われた。使用されたホウ素膜（図１の１３）は１ｎｍの厚さを有していた。
【００２５】
グラフの０Ｖの左側部分を見ると、従来技術に係る構造（正方形、ホウ素膜なし）と本発明の構造（三角形、ホウ素膜あり）との間に大きな差異が存在することは明らかである。この場合、この差異は約１８に達する。つまり本発明の構造での漏れ電流は従来技術に係る構造での漏れ電流のわずか約５．５％である。これは、本発明の有効性の顕著な例示である。
【実施例３】
【００２６】
図４は、本発明との併用に役立つＣＰＭ  Ｍの実施例の概略図である。図示された顕微鏡はSTEM（つまり走査機能を備えるTEM）である。しかし本発明の文脈においては、図示された顕微鏡はたとえば、イオンに基づく顕微鏡も有用となり得る。図中、真空筐体２内で、電子源4（たとえばショットキー銃）が、電子光学照射体6を通り抜ける電子ビームを生成する。電子光学照射体6は、（実質的に平坦な）試料Sの選ばれた領域に電子ビームを案内/集束する役割を果たす。この照射体6は、電子光学軸8を有し、かつ、一般的には様々な静電/磁気レンズ、（走査）偏向器、補正器（たとえばスティグメータ）等を有する。典型的には照射体6は収束系をも有して良い。
【００２７】
試料Sは、設置装置（台）12によって多重自由度で位置設定可能な試料ホルダ10上に保持されている。たとえば試料ホルダ10は、（とりわけ）XY平面（図示された直交座標系を参照のこと）で移動可能な指部を有して良い。係る移動は、（Z方向に）軸8に沿って進行する電子ビームによる試料Sの様々な領域の照射/撮像/検査（及び/又はビーム走査の代わりに走査運動を実行すること）を可能にする。任意の冷却装置14は、試料ホルダ10と緊密に熱的接触をし、かつ、たとえば循環極低温冷媒を用いて所望の低温を実現及び維持することによって試料ホルダ10を極低温に維持することが可能である。
【００２８】
軸8に沿って進行する（集束）電子ビームは、様々な種類の「誘導」放射線−（たとえば）2次電子、後方散乱電子、X線、及び光放射線（カソードルミネッセンス）を含む−が試料Sから放出されるように試料Sと相互作用する。望ましい場合には、これらの放射線の種類のうちの1種類以上が検出器22によって検出されて良い。検出器22はたとえば、結合されたシンチレータ/光電子増倍管又はEDX（エネルギー分散型X線分光）検出器であって良い。係る場合には、画像は、ＳＥＭにおける原理と基本的に同一の原理を用いて構築されて良い。しかしその代わりに又は補助的に、試料を通り抜け（通過し）、試料から放出され、かつ、（実質的には多少偏向/散乱するが）軸8に沿って伝播し続ける電子が調査されて良い。係る透過電子は結像系（組み合わせられた対物/投影レンズ）24へ入射する。結像系24は一般的に、様々な静電/磁気レンズ、偏向器、補正器（たとえばスティグメータ）等を有する。通常の（非走査）TEMモードでは、この結像系24は、透過電子を蛍光スクリーン26へ集束させて良い。蛍光スクリーン26は、望ましい場合には、（矢印28によって概略的に示されているように）軸8から外れるように引き出され/引き込められてよい。試料S（の一部）の画像はスクリーン26上で結像系24によって生成される。これは、壁2の適切な部分に設けられたビューポート30を介して見ることができる。スクリーン26用の引き込み機構はたとえば、基本的には機械及び/又は電気によるものであって良いが、ここでは図示されていない。
【００２９】
スクリーン26上で画像を閲覧する代わりとして、特にSTEMモードでは電子検出器Dが利用されて良い。このため、アジャスタレンズ24’が、結像系24から放出される電子の焦点を移動させ、かつ、その電子を（引っ込められたスクリーン26の面ではなく）検出器Dへ再案内/集束させるように機能して良い（上を参照のこと）。検出器Dでは、電子は、制御装置50によって処理され、かつ、表示装置（図示されていない）−たとえばフラットパネルディスプレイ−上に表示される画像（回折像）を生成して良い。STEMモードでは、検出器D（及び／又は検出器２２）からの出力は、試料S上の走査ビーム位置(X,Y)の関数として記録され、かつ、X,Yの関数としての検出器出力の「マップ」である画像が再構成されて良い。当業者は、これらの様々な可能性について非常によく知っているので、ここではこれ以上の説明は不要である。
【００３０】
制御装置（コンピュータプロセッサ）50は、制御ライン（バス）50’を介して様々な図示された部品に接続されることに留意して欲しい。この制御装置50は、様々な機能−たとえば作用の同期、観測点の提供、信号処理、計算の実行、及び表示装置（図示されていない）上でのメッセージ/情報の表示−を供して良い。言うまでもないことだが、（概略的に図示された）制御装置50は、（部分的に）筐体2の内部又は外部に存在し、かつ、必要に応じて単一構造又は複合構造を有して良い。当業者は、筐体2の内部が厳密な真空状態に維持される必要がないことを理解する。たとえば所謂「環境制御型TEM」では、所与の気体のバックグラウンド環境圧力が、故意に筐体2の内部に導入/維持される。
【００３１】
本発明においては、検出器Ｄ（及び場合によっては、顕微鏡Ｍ内でのたとえば検出器２２のような他の検出器）が、本発明の固有の「放射線強化」ホウ素膜を備える、上述の画素化されたＣＭＯＳ放射線センサを有するように実装される。
【符号の説明】
【００３２】
３  画素化されたＣＭＯＳ放射線センサ
５  ｐ型Ｓｉ基板
７  ｎ型ドーピング領域
９  ｐ＋型ドーピングされた層
１１  ＳｉＯｘ層
１３  ホウ素膜
１５  ｎ型ドーピングされた浮遊拡散層
１７  ゲート酸化膜
１９  多結晶シリコン層
２１  スペーサ
１  荷電粒子顕微鏡
２  真空筐体
４  電子源
６  電子光学照射体
Ｓ  試料
８  電子光学軸
１０  試料ホルダ
１２  設置装置（台）
１４  冷却装置
２２  検出器
２４  結像系
２６  蛍光スクリーン
２８  矢印
Ｄ  電子検出器
２４‘  アジャスタレンズ
５０  制御装置
５０‘  制御ライン（バス）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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