(57)【要約】      （修正有）【課題】小さな画素が大きな画素と同じ受光角を有する撮像アレイを提供する。【解決手段】撮像アレイにおいて、焦点面位相検知画素センサーは、基板５４上に形成され、基板５４の表面で画素センサーエリアに形成された表面画素センサー５２ａ、５２ｂを含む。表面画素センサー５２ａ、５２ｂは、画素センサーエリアにおいて中心にある隣接する一対の象限のみを占有する感知エリアを有する。マイクロレンズ６６ａ、６６ｂは、表面画素センサー５２ａ、５２ｂの上に配設される。【選択図】図４
2020092254.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に形成された焦点面位相検知画素センサーであって、前記焦点面位相検知画素センサーは、
前記基板に形成された表面画素センサーと、
前記基板の表面の上に形成された誘電物質層と、
前記誘電層に形成され、前記表面画素センサーと整列した開口であって、内側の側壁を有する開口と、
前記開口の前記内側の側壁上に形成され、前記基板の前記表面から離間した、反射する内張り層であって、前記反射する内張り層は、可視光を実質的に完全に反射し、前記反射する内張り層の内壁は、前記表面画素センサーの断面エリアよりも小さい断面エリアを有し、前記反射する内張り層の前記内張り内壁の上端は、前記誘電物質層の上面と同一平面内にある、反射する内張り層と、
前記反射する内張り層の内側の前記開口に配設され、前記誘電物質層の前記上面と同一平面内にある上面を有する充填物質であって、可視光に対して実質的に透明な充填物質と、
前記複数の表面画素センサーの上に配設された金属層と、
前記金属層に形成された空隙であって、上に前記空隙が位置する前記表面画素センサーの前記断面エリアの中心にある２つ以下の隣接する象限を露出するように前記表面画素センサーの上に位置する空隙と、
前記金属層の前記空隙の上に配設されたマイクロレンズと、
を備える、焦点面位相検知画素センサー。
【請求項２】
前記基板は、第１の導電型を有するドーパント種をドープされたシリコンの層であり、
前記表面画素センサーは、前記基板の前記表面に形成されたフォトダイオードを備え、前記フォトダイオードは、前記第１の導電型と反対の第２の導電型を有するドーパント種でドープされたシリコンの領域から形成されるアノードを有する、請求項１に記載の焦点面位相検知画素センサー。
【請求項３】
下の前記基板に配置され、前記表面画素センサーと整列し、前記表面画素センサーから絶縁される、少なくとも１つの表面下画素センサーをさらに備える、請求項１に記載の焦点面位相検知画素センサー。
【請求項４】
前記少なくとも１つの表面下画素センサーは、
下の前記基板に配置され、前記表面画素センサーと整列し、前記表面画素センサーから絶縁される、第１の表面下画素センサーと、
下の前記基板に配置され、前記第１の表面下画素センサーと整列し、前記第１の表面下画素センサーから絶縁される、第２の表面下画素センサーと、
を備える、請求項３に記載の焦点面位相検知画素センサー。
【請求項５】
前記反射する内張り層は、Ａｌ−Ｃｕ金属層から形成される、請求項１に記載の焦点面位相検知画素センサー。
【請求項６】
前記充填物質は、ポリマーから形成される、請求項１に記載の焦点面位相検知画素センサー。
【請求項７】
前記充填物質は、誘電物質から形成される、請求項１に記載の焦点面位相検知画素センサー。
【請求項８】
前記誘電物質は、二酸化珪素である、請求項１に記載の焦点面位相検知画素センサー。
【請求項９】
前記反射する内張り層の前記内壁は、それの前記上面におけるより大きな断面エリアから、それの底面におけるより小さな断面エリアへとテーパー状である、請求項１に記載の焦点面位相検知画素センサー。
【請求項１０】
前記開口は、所定の誤差の範囲内で前記表面画素センサーと整列する、請求項１に記載の焦点面位相検知画素センサー。
【請求項１１】
前記反射する内張り層の前記内壁は、１％以下の光が表面画素センサーエリアから外れることを許容するように選択された距離だけ、前記基板の前記表面から離間する、請求項１に記載の焦点面位相検知画素センサー。
【請求項１２】
前記空隙の外側端に配設され、光が前記表面画素センサー内に進むための入口開口を形成する垂直構造をさらに備え、前記垂直構造は、
隣接する表面画素センサーの反射する内張り層の上面の下に位置する第１の金属相互接続層のセグメントと、
前記隣接するＯ画素センサーの前記反射する内張り層の前記上面の上に位置する第２の金属相互接続層のセグメントと、
前記第２の金属相互接続層の前記セグメントの上に位置する第３の金属相互接続層のセグメントと、
前記第１の金属相互接続層の前記セグメントと、前記第２の金属相互接続層の前記セグメントとの間に配設される複数の第１の金属相互接続ビアと、
前記第２の金属相互接続層の前記セグメントと、前記第３の金属相互接続層の前記セグメントとの間に配設される複数の第２の金属相互接続ビアと、
を含み、
前記複数の第１の金属相互接続ビア及び前記複数の第２の金属相互接続ビアは、フレア光が前記垂直構造の何れかを通過することを阻止するために、互いに横方向に位置する、請求項１に記載の焦点面位相検知画素センサー。
【請求項１３】
前記複数の第１の金属相互接続ビア及び前記複数の第２の金属相互接続ビアは、列に配置され、隣接する列の金属相互接続ビアは、互いにオフセットされる、請求項１１に記載の焦点面位相検知画素センサー。
【請求項１４】
基板上に形成された焦点面位相検知画素センサーであって、前記焦点面位相検知画素センサーは、
前記基板の表面において画素センサーエリアに形成された表面画素センサーであって、前記画素センサーエリアの中心にある隣接する一対の象限のみを占有する感知エリアを有する表面画素センサーと、
前記表面画素センサーの上に配設されたマイクロレンズと、
を備える、焦点面位相検知画素センサー。
【請求項１５】
前記感知エリアは、前記画素センサーエリアにおける前記隣接する一対の象限の幅よりも小さい幅を有する、請求項１４に記載の焦点面位相検知画素センサー。
【請求項１６】
前記感知エリアは、前記画素センサーエリアにおいて上側の隣接する一対の象限のみを占有する、請求項１４に記載の焦点面位相検知画素センサー。
【請求項１７】
前記感知エリアは、前記画素センサーエリアにおいて下側の隣接する一対の象限のみを占有する、請求項１４に記載の焦点面位相検知画素センサー。
【請求項１８】
前記感知エリアは、前記画素センサーエリアにおいて左側の隣接する一対の象限のみを占有する、請求項１４に記載の焦点面位相検知画素センサー。
【請求項１９】
前記感知エリアは、前記画素センサーエリアにおいて右側の隣接する一対の象限のみを占有する、請求項１４に記載の焦点面位相検知画素センサー。
【請求項２０】
基板上に形成された画素センサーアレイであって、前記画素センサーアレイは、
前記基板の表面に形成された複数の表面画素センサーであって、前記表面画素センサーの第１の群は、通常の表面画素センサーであり、前記表面画素センサーの第２の群は、焦点面位相検知表面画素センサーである、複数の表面画素センサーと、
前記基板の前記表面の上に形成された誘電物質層と、
前記誘電層に形成された複数の開口であって、各開口は、前記表面画素センサーの１つと整列し、各開口は、内側の側壁を有する、複数の開口と、
各開口の前記内側の側壁上に形成され、前記基板の前記表面から離間した、反射する内張り層であって、前記反射する内張り層は、可視光を実質的に完全に反射し、各反射する内張り層の内壁は、前記基板の前記表面から離間し、前記第１の群及び前記第２の群の両方における各表面画素センサーの断面エリアよりも小さい断面エリアを有し、各反射する内張り層の前記内張り内壁の上端は、前記誘電物質層の上面と同一平面内にある、反射する内張り層と、
前記反射する内張り層の内側の各開口に配設され、前記誘電物質層の前記上面と同一平面内にある上面を有する充填物質であって、可視光に対して実質的に透明な充填物質と、
前記複数の表面画素センサーの上に配設された金属層と、
各通常の表面画素センサーの上に位置する前記金属層に形成された第１のサイズの空隙であって、各第１のサイズの空隙は、上に前記第１のサイズの空隙が位置する前記通常の表面画素センサーの前記断面エリア全体を露出させる大きさである、第１のサイズの空隙と、
各焦点面位相検知表面画素センサーの上に位置する前記金属層に形成された第２のサイズの空隙であって、各第１のサイズの空隙は、上に前記第２のサイズの空隙が位置する前記焦点面位相検知表面画素センサーの前記断面エリアの右部分、左部分、上部分、又は下部分を露出させるように位置する、第２のサイズの空隙と、
前記金属層の各第１のサイズの空隙及び各第２のサイズの空隙の上に配設されたマイクロレンズと、
を備える、画素センサーアレイ。
【請求項２１】
前記基板は、第１の導電型を有するドーパント種をドープされたシリコンの層であり、
各通常の表面画素センサー及び各焦点面位相検知表面画素センサーは、前記基板の前記表面に形成されたフォトダイオードを備え、各フォトダイオードは、前記第１の導電型と反対の第２の導電型を有するドーパント種でドープされたシリコンの領域から形成されるアノードを有する、請求項１に記載の画素センサーアレイ。
【請求項２２】
下の前記基板に配設され、各通常の表面画素センサー及び各焦点面位相検知表面画素センサーと整列し、各通常の表面画素センサー及び各焦点面位相検知表面画素センサーから絶縁される、少なくとも１つの表面下画素センサーをさらに備える、請求項１に記載の画素センサーアレイ。
【請求項２３】
前記少なくとも１つの表面下画素センサーは、
下の前記基板に配設され、前記表面画素センサーと整列し、前記表面画素センサーから絶縁される、第１の表面下画素センサーと、
下の前記基板に配設され、前記第１の表面下画素センサーと整列し、前記第１の表面下画素センサーから絶縁される、第２の表面下画素センサーと、
を備える、請求項３に記載の画素センサーアレイ。
【請求項２４】
前記反射する内張り層は、Ａｌ−Ｃｕ金属層から形成される、請求項１に記載の画素センサーアレイ。
【請求項２５】
前記充填物質は、ポリマーから形成される、請求項１に記載の画素センサーアレイ。
【請求項２６】
前記充填物質は、誘電物質から形成される、請求項１に記載の画素センサーアレイ。
【請求項２７】
前記誘電物質は、二酸化珪素である、請求項１に記載の画素センサーアレイ。
【請求項２８】
各反射する内張り層の前記内壁は、それの前記上面におけるより大きな断面エリアから、それの底面におけるより小さな断面エリアへとテーパー状である、請求項１に記載の画素センサーアレイ。
【請求項２９】
各開口は、所定の誤差の範囲内で前記表面画素センサーの１つと整列する、請求項１に記載の画素センサーアレイ。
【請求項３０】
各反射する内張り層の前記内壁は、１％以下の光が表面画素センサーエリアから外れることを許容するように選択された距離だけ、前記基板の前記表面から離間する、請求項１に記載の画素センサーアレイ。
【請求項３１】
画素センサーアレイであって、前記画素センサーアレイは、
各隣接する一対の前記表面画素センサーの間に配設され、光が前記表面画素センサー内に進むための入口開口を形成する垂直構造をさらに備え、各垂直構造は、
前記隣接する一対の前記表面画素センサーの前記反射する内張り層の上面の下に位置する第１の金属相互接続層のセグメントと、
前記隣接する一対の前記画素センサーの前記反射する内張り層の前記上面の上に位置する第２の金属相互接続層のセグメントと、
前記第２の金属相互接続層の前記セグメントの上に位置する第３の金属相互接続層のセグメントと、
前記第１の金属相互接続層の前記セグメントと、前記第２の金属相互接続層の前記セグメントとの間に配設される複数の第１の金属相互接続ビアと、
前記第２の金属相互接続層の前記セグメントと、前記第３の金属相互接続層の前記セグメントとの間に配設される複数の第２の金属相互接続ビアと、
を含み、
前記複数の第１の金属相互接続ビア及び前記複数の第２の金属相互接続ビアは、フレア光が前記垂直構造の何れかを通過することを阻止するために、互いに横方向に位置する、請求項１に記載の画素センサーアレイ。
【請求項３２】
前記複数の第１の金属相互接続ビア及び前記複数の第２の金属相互接続ビアは、列に配置され、隣接する列の金属相互接続ビアは、互いにオフセットされる、請求項１１に記載の画素センサーアレイ。
【請求項３３】
基板上に形成された画素センサーアレイであって、前記画素センサーアレイは、
前記基板の表面に形成された複数の表面画素センサーであって、各表面画素センサーは、画素センサーエリアを占有し、前記画素センサーエリア内に感知エリアを有する、複数の表面画素センサーと、
通常の表面画素センサーである前記表面画素センサーの第１の群であって、各通常の画素センサーは、それの画素センサーエリアと同一範囲のセンサーエリアを有する、前記表面画素センサーの第１の群と、
焦点面位相検知表面画素センサーである前記表面画素センサーの第２の群であって、各焦点面位相検知表面画素センサーは、それの画素センサーエリアの断面エリアの中心にある２つの隣接する象限のみを占有するセンサーエリアを有する、前記表面画素センサーの第２の群と、
各表面画素センサーの上に配設されたマイクロレンズと、
を備える、画素センサーアレイ。
【請求項３４】
各焦点面位相検知画素センサーの前記感知エリアは、それの画素センサーエリアにおける前記隣接する一対の象限の幅よりも小さい幅を有する、請求項３３に記載の画素センサーアレイ。
【請求項３５】
少なくとも１つの焦点面位相検知画素センサーの前記感知エリアは、それの画素センサーエリアにおける上側の隣接する一対の象限のみを占有する、請求項３３に記載の画素センサーアレイ。
【請求項３６】
少なくとも１つの焦点面位相検知画素センサーの前記感知エリアは、それの画素センサーエリアにおける下側の隣接する一対の象限のみを占有する、請求項３３に記載の画素センサーアレイ。
【請求項３７】
少なくとも１つの焦点面位相検知画素センサーの前記感知エリアは、それの画素センサーエリアにおける左側の隣接する一対の象限のみを占有する、請求項３３に記載の画素センサーアレイ。
【請求項３８】
少なくとも１つの焦点面位相検知画素センサーの前記感知エリアは、それの画素センサーエリアにおける右側の隣接する一対の象限のみを占有する、請求項３３に記載の画素センサーアレイ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、撮像アレイ集積回路に関する。特に、本発明は、焦点面位相検知画素を有する撮像アレイと、そのようなアレイにおいて焦点面位相検知を行うための方法とに関する。
【背景技術】
【０００２】
焦点面位相検知（ＦＰＰＤ）画素を有する撮像アレイは、当該分野において知られている。ＦＰＰＤ画素は、カメラレンズの左側又は右側から光を選択的に収集する。ＦＰＰＤ画素は、常に、互いに隣接する対で置かれる。これらの対は、画素アレイの大部分にわたり（一般的に、アレイの中心の周囲のエリアの約８０％にわたり）分布され、その端を空けている。ＦＰＰＤ画素対の密度は、その中心エリア内の画素の数パーセント（１〜３）である。
【０００３】
撮像アレイにおいてＦＰＰＤ画素を実現するために使用される最も一般的な方法は、ＦＰＰＤ画素の選択された部分を影にするために、センサーの上に層状に配設された金属層を用いることである。図１Ａは、ＦＰＰＤ画素の選択された部分を影にするために、センサーの上に層状に配設された金属層を用いた先行技術のＦＰＰＤ画素センサー例を示す。図１Ａは、右ＦＰＰＤ画素センサー１０ａ及び左ＦＰＰＤ画素センサー１０ｂの断面図である。画素センサー１０ａ及び１０ｂは、当該分野で知られているように、ｐ型半導体基板１２に形成されたｎ型拡散領域である。層間誘電層１４は、基板１２の表面及び画素センサー１０ａ及び１２０ｂの上に形成される。マイクロレンズ１６ａ及び１６ｂは、それぞれ画素センサー１０ａ及び１０ｂの上に形成される。金属セグメント１８ａは、画素センサー１０ａの上で形成及び規定され、光が画素センサー１０ａの左側に入ることを阻止するように位置する。金属セグメント１８ｂは、画素センサー１０ｂの上で形成及び規定され、光が画素センサー１０ｂの右側に入ることを阻止するように位置する。
【０００４】
ＦＰＰＤ画素センサーを作るために提案されている別の技術は、ＦＰＰＤ画素の選択された部分の上に不透明シリサイド層を堆積させることである。図１Ｂは、ＦＰＰＤ画素の選択された部分を影にするために、ＦＰＰＤ画素の選択された部分の上に不透明シリサイド層を用いた先行技術のＦＰＰＤ画素センサー例を示す。画素センサーの特徴の多くは、図１Ａ及び図１Ｂにおいて同じであり、同じ参照番号を使用して識別される。
【０００５】
図１Ｂは、右ＦＰＰＤ画素センサー１０ａ及び左ＦＰＰＤ画素センサー１０ｂの断面図である。画素センサー１０ａ及び１０ｂは、当該分野で知られているように、ｐ型半導体基板１２に形成されたｎ型拡散領域である。層間誘電層１４は、基板１２の表面及び画素センサー１０ａ及び１０ｂの上に形成される。マイクロレンズ１６ａ及び１６ｂは、それぞれ画素センサー１０ａ及び１２０ｂの上に形成される。不透明シリサイド層２０ａは、画素センサー１０ａを形成する拡散領域の表面上で形成及び規定され、光が画素センサー１０ａの左側に入ることを阻止するように位置する。不透明シリサイド層２０ｂは、画素センサー１０ｂを形成する拡散領域の表面上で形成及び規定され、光が画素センサー１０ｂの右側に入ることを阻止するように位置する。この技術は、シリサイド層がＦＰＰＤ画素においてかなりの量の漏れ電流を生じさせるので、満足のいくものではないことが証明されている。
【０００６】
デジタルカメラが薄くなるにつれて、撮像アレイにおける個々の画素センサーを照射する光の角度は、表面に対して直角に測定された場合に大きくなる。設計者は、これらの角度に対応するために、幾つかの技術を用いてきた。
【０００７】
１つの可能な解決策によれば、アレイを構成する画素センサーは、解像度の低下を犠牲にしてサイズを大きくすることができる。これは、一般に、デジタルカメラの解像度を低下させるのではなく、増加させる傾向から見て、満足のいく解決策であるとは考えられない。
【０００８】
携帯電話のカメラセンサーに使用される画素センサーなどの非常に小さな画素センサーでは、「光パイプ」が用いられてきた。これは、内部全反射（ＴＩＲ）に依存した光ファイバーケーブルに概念的に類似する。したがって、それは、光パイプのコアとしてハイインデックスポリマーの使用を必要とする。この概念は、小さな入射角（側壁に対する急な入射角）には上手く機能するが、それは、入射角が大きくなるにつれて次第に有用ではなくなる。図２に示すある特定の先行技術の光パイプ解決策によれば、レンズの端で内部反射を用いる光パイプは、画素センサーの上に位置する。隣接する画素センサー１０ａ及び１０ｂは、ｐ型基板（又は井戸）１２に形成されて示されている。誘電層１４は、画素センサー１０ａ及び１０ｂの上に形成される。レンズ１６ａ及び１６ｂは、当該分野で知られているように、誘電層の表面上に形成される。
【０００９】
図１Ａ及び１Ｂに描かれた画素センサーとは異なり、ビアは、それぞれ、画素センサー１０ａ及び１０ｂの上に、かつ画素センサー１０ａ及び１０ｂと整列して誘電層に形成され、共にポリマーで充填されて、高屈折率（例えば、ｎ≒１．６）を有する光パイプ（参照番号１８ａ及び１８ｂで示される）を形成する。内部全反射を提供する物質層（参照番号２２によって示される）は、隣接する画素エリア間のレンズ１６ａ及び１６ｂの端に形成される。
【００１０】
画素センサー１０ａ及び１０ｂを含んだ画素センサーアレイの表面に向けられた光線の内の２つを参照番号２４で象徴的に示す。図１に示すように、光線は、レンズ１６ａ及び１６ｂの境界面で屈折する。光線２４はまた、レンズの端で層２２から反射して示されている。物質層２２の存在がなければ、これらの光線２４は、次の隣接する画素へと通じる経路に沿って進み続けるが、反射する物質層２２の存在は、これらの光線が入った画素エリア内にこれらの光線を反射し返す。
【００１１】
光線２４は、レンズからポリマー層１８ａ及び１８ｂ内へと下に進み続けるので、これらの光線は、それらが形成される各ポリマー層１８ａ及び１８ｂと誘電層１４（約ｎ＝１．５３の屈折率を有する）との間の境界面（参照番号２６ａ及び２６ｂで示される）によって反射される。この境界面は、１００％反射するものではなく、したがって、参照番号２８の破線で示される光の一部は、境界面を通過し、２つの隣接する画素を分離する誘電層を通って、隣接する画素センサー内に不所望に入り、望ましくないクロストークを生じさせる。
【００１２】
理想的には、小さな画素が、現在の解決策の上記欠点を持たずに、大きな画素と同じ受光角を有することが望ましい。また、比較的大きな角度から受光し、かつＦＰＰＤ画素を含む光パイプ画素センサーアレイを提供することが望ましい。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明の第１の態様によれば、画素センサーアレイは、基板に配置された複数の表面画素センサーと、画素センサーの表面の上に形成された誘電物質層と、それぞれが、表面画素センサーの１つと整列し、内側の側壁を有する、誘電層に形成された複数の開口とを含む。内張り層は、各開口の内側の側壁上に形成され、可視光を実質的に完全に反射する。内張り層は、基板の表面から離間し、各表面画素センサーの断面エリアよりも小さい断面エリアを有する。可視光に対して実質的に透明な充填物質は、反射する内張り層の内側に配置され、誘電物質層の上面と同一平面内にある上面を有する。マイクロレンズは、各開口の上面の上に配置される。金属層の配置によって作られるＦＰＰＤ画素は、互いに隣接した対で置かれ、画素センサーアレイの大部分にわたり分布される。
【００１４】
本発明のある態様によれば、画素感知層は、第１の導電型を有するドーパント種をドープされたシリコンの層であり、各表面画素感知素子は、シリコンの層の表面に形成されたフォトダイオードである。各フォトダイオードは、第１の導電型と反対の第２の導電型を有するドーパント種でドープされたシリコンの領域から形成されたアノードを有する。
【００１５】
本発明の別の局面によれば、画素センサーアレイは、下の画素感知層に配設され、表面画素感知素子と整列し、表面画素感知素子から絶縁される、少なくとも１つの表面下画素感知素子も含む。ある実施形態例では、第１の表面下画素感知素子は、下の画素感知層に配設され、表面画素感知素子と整列し、表面画素感知素子から絶縁し、第２の表面下画素感知素子は、下の画素感知層に配設され、第１の表面下画素感知素子と整列し、第１の表面下画素感知素子から絶縁される。
【００１６】
本発明は、実施形態及び図面を参照して、より詳細に以下に説明される。
【００１７】
【００１８】
【００１９】
【００２０】
【００２１】
【００２２】
【００２３】
【００２４】
【００２５】
【００２６】
【００２７】
【００２８】
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１Ａ】撮像アレイにおいてＦＰＰＤ画素を設けるための先行技術の解決策の１つを描く撮像アレイの一部分の断面図である。
【図１Ｂ】撮像アレイにおいてＦＰＰＤ画素を設けるための別の先行技術の解決策を描く撮像アレイの一部分の断面図である。
【図２】大きな角度でアレイに入射する光を捕捉するという課題に対する別の先行技術の解決策を描く撮像アレイの一部分の断面図である。
【図３Ａ】本発明の一局面による撮像アレイにおいてＦＰＰＤ画素を設けるための解決策を描く撮像アレイの一部分の断面図である。
【図３Ｂ】ＦＰＰＤ画素構造に関するバリエーションを示す、図３Ａに描かれた撮像アレイの部分の上面図である。
【図３Ｃ】ＦＰＰＤ画素構造に関するバリエーションを示す、図３Ａに描かれた撮像アレイの部分の上面図である。
【図３Ｄ】本発明の一局面による撮像アレイにおいてＦＰＰＤ画素センサーを設けるための解決策を描く撮像アレイの一部分の断面図である。
【図３Ｅ】ＦＰＰＤ画素構造に関するバリエーションを示す、図３Ｄに描かれた撮像アレイの部分の上面図である。
【図３Ｆ】ＦＰＰＤ画素構造に関するバリエーションを示す、図３Ｄに描かれた撮像アレイの部分の上面図である。
【図４】本発明による大きな角度でアレイに入射する光を捕捉するという課題に対する解決策を描く撮像アレイの一部分の断面図である。
【図５Ａ】本発明の一局面による、大きな角度でアレイに入射する光を捕捉するという課題に対する解決策を描き、画素センサーにおけるフレア光の影響をなくすための構造を図示する撮像アレイの一部分の断面図である。
【図５Ｂ】本発明の一実施形態による、画素センサーにおけるフレア光の影響をなくすための図５Ａに含まれる構造の１つの上面図を示す図である。
【図６】垂直色画素センサーを組み入れた、図５Ａの撮像アレイに似た撮像アレイの一部分の断面図である。
【図７】垂直色画素センサーにおいてＦＰＰＤ画素センサーを組み入れた、図７の撮像アレイに似た撮像アレイの一部分の断面図である。
【図８】垂直色画素センサーにおいてＦＰＰＤ画素センサーを組み入れた、図７の撮像アレイに似た撮像アレイの一部分の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００３０】
当業者は、本発明の以下の説明が例示にすぎず、決して限定的なものではないことに気付くであろう。本発明の他の実施形態は、当業者に容易に示唆されるだろう。
【００３１】
これより図３Ａ、図３Ｂ、及び図３Ｃを参照して、例示的画素センサーアレイの部分３０が描かれる。それぞれ本発明の一局面による左／右及び上／下ＦＰＰＤ画素３２ａ及び３２ｂを示す、図３Ａは断面図であり、図３Ｂ及び図３Ｃは上面図である。図３Ａ、図３Ｂ、及び図３Ｃに描かれた特定の画素センサーは、カリフォルニア州サンノゼのＦｏｖｅｏｎ，Ｉｎｃ．により製造及び販売されるタイプの垂直色画素センサーである。図３Ａ、図３Ｂ、及び図３Ｃに示す２つの垂直色画素センサーは共に、ｐ型基板（又は井戸）１２に形成され、埋込ｎ型赤色センサー３４ａ及び３４ｂ、及び赤色センサー３４ａ及び３４ｂの上に重なる埋込ｎ型緑色センサー３６ａ及び３６ｂを含む。
【００３２】
一部の垂直色画素センサーは、単一のｎ型青色表面画素センサーを含み、他の垂直色画素センサーは、複数の区分を有する複数の青色画素センサーを含むことを当業者は認識するだろう。複数の区分を備えた複数の青色画素センサーを有する垂直色画素センサーの一例は、Ｆｏｖｅｏｎ，Ｉｎｃ．に与えられた米国特許第７，３３９，２１６号明細書に見ることができ、４つのｎ型青色表面画素センサーを含む。図３Ａ、図３Ｂ、及び図３Ｃに示す特定の実施形態における各垂直色画素センサーは、基板又は井戸の異なる深さに配設された２つの表面下（埋込）画素センサー（埋込ｎ型赤色センサー３４ａ及び３４ｂ、及び埋込センサー３４ａ及び３４ｂの上に重なる埋込ｎ型緑色センサー３６ａ及び３６ｂ）を含むが、各垂直色画素センサーが、単一の埋込画素センサー又は基板若しくは井戸の異なる深さに３つ以上の埋込画素センサーを含む本発明の他の実施形態が企図されることを当業者は認識するだろう。
【００３３】
図３Ａ、図３Ｂ、及び図３Ｃに描かれた本発明の実施形態における画素センサー３２ａ及び３２ｂは、赤色画素センサー及び緑色画素センサーの面積よりも面積が小さいセンサーを有する４区分青色画素センサーのレイアウトを利用するが、図３Ｂ及び図３Ｃにおいて最も簡単に分かるように、４つの青色画素センサー区分の２つとほぼ同じ面積だけを占有する単一のｎ型青色表面画素センサーＢ３８（参照番号３８ａ及び３８ｂで参照される）のみを含む。画素センサーエリアは、デカルト座標空間の４つの象限を含むと考えられ（図３Ｂ及び図３Ｃに示される）、左ＦＰＰＤ青色画素センサーは、象限ＩＩ及びＩＩＩを占有し、右ＦＰＰＤ青色画素センサーは、象限Ｉ及びＩＶを占有し、上ＦＰＰＤ青色画素センサーは、象限Ｉ及びＩＩを占有し、及び左ＦＰＰＤ青色画素センサーは、象限ＩＩＩ及びＩＶを占有し得る。
【００３４】
本発明の本局面によれば、青色表面画素センサーは、通常画素よりも小さい面積を有し、画素センサーエリアの左部分、右部分、上部分、又は下部分にオフセットされる。図３Ｂの左側は、左ＦＰＰＤ画素センサーを示し、図３Ｂの右側は、右ＦＰＰＤ画素センサーを示す。図３Ａは、水平方向ではなく、垂直方向の断面であると解釈した場合、図３Ｃの左側は、上ＦＰＰＤ画素センサーを示し、及び図３Ｃの右側は、下ＦＰＰＤ画素センサーを示す。デカルト座標空間において、左ＦＰＰＤ青色画素センサーは、象限ＩＩ及びＩＩＩを占有し、右ＦＰＰＤ青色画素センサーは、象限Ｉ及びＩＶを占有し、上ＦＰＰＤ青色画素センサーは、象限Ｉ及びＩＩを占有し、及び左ＦＰＰＤ青色画素センサーは、象限ＩＩＩ及びＩＶを占有する。
【００３５】
当業者は、図３Ａ〜３Ｃに示す結果は、左ＦＰＰＤ画素、右ＦＰＰＤ画素、上ＦＰＰＤ画素、又は下ＦＰＰＤ画素が形成されるかに応じて、青色画素センサーを所定の大きさに形成し、青色画素センサーを位置付けるために、画素センサーアレイを作製するためのマスクセットにおいて青色画素センサーインプラントマスクの単純な変更を行うことによって達成することができることを理解するだろう。
【００３６】
図３Ｄ〜３Ｆに示す類似の実施形態によれば、本発明の別の局面に従って、形成される青色センサー区分の幅は、狭くすることもできる。青色センサーの幅を狭くすることができる量は、最小信号及び信号対雑音比要件によって決定付けられる限界にとって所望の主題である位相差効果の強度に依存する。図３Ｄは、上面図を示し、図３Ｅは、左ＦＰＰＤ画素センサー及び右ＦＰＰＤ画素センサーを示し、図３Ｆは、上ＦＰＰＤ画素センサー及び下ＦＰＰＤ画素センサーを示す。
【００３７】
これより図４を参照して、断面図は、基板５４上に形成された一対の表面画素センサー５２ａ及び５２ｂを含む本発明のある局面による撮像アレイの部分５０を示す。図３において、基板は、ｐ型基板として示されており、表面画素センサー５２ａ及び５２ｂは、当該分野で知られているようにフォトダイオードのアノードを形成するｐ型基板に配設されたｎ型領域であり、基板は、フォトダイオードのカソードを形成する。当業者は、ｐ型基板が下にある半導体基板に形成されたｐ井戸でもよいことを認識するだろう。図４に描かれたアレイの部分５０は、たった２つの画素センサー５２ａ及び５２ｂを含むが、本発明の原理に従って実際に作製されるアレイは、任意の数の画素センサーを含み得ることも当業者は認識するだろう。表面画素センサー１０ａ及び１０ｂは、Ｆｏｖｅｏｎ，Ｉｎｃ．によって作製されたＸ３（登録商標）垂直色センサーなどの垂直色画素センサーにおける青色画素センサーコンポーネントでもよいことも当業者は認識するだろう。不図示の緑色センサー及び赤色センサーは、おそらく、画素センサー５２ａ及び５２ｂの下の基板５４のさらに内部に位置するだろう。
【００３８】
第１の層間誘電層５６は、基板５４の表面、及び表面画素センサー５２ａ及び５２ｂを形成するｎ型領域の上に形成される。ビアは、光パイプ５８ａ及び５８ｂとして機能するように形成される。現在好まれるように、光パイプ５８ａ及び５８ｂは、下端６４ａ及び６４ｂにおける断面エリアよりも、第１の層間誘電層５６の上面６２と同一平面の上端６０ａ及び６０ｂにおける断面エリアが大きいテーパー状を有する。光パイプ５８ａ及び５８ｂの下端６４ａ及び６４ｂの断面エリアは、画素センサー５２ａ及び５２ｂの断面エリアよりも小さく、画素センサー５２ａ及び５２ｂの上で実質的に中心にある。光パイプ５８ａ及び５８ｂの下端６４ａ及び６４ｂは、基板の上面から離間している。マイクロレンズ６６ａ及び６６ｂは、当該分野で知られているように、光の焦点を画素センサー５２ａ及び５２ｂ内に合わせる。
【００３９】
概念的には、垂直側壁を設けることは、より単純であるが、それは、幾つかの実用面でのデメリットを有する。最も重大なデメリットは、光パイプの最上部で視野角を限定することであり、これは、より大きな画素サイズを必要とし、及び／又はプロセス制御に非常に厳しい制限を加える。これらのデメリットを鑑みると、テーパーの設計が好ましい。
【００４０】
本発明のある態様によれば、光パイプ５８ａ及び５８ｂを形成するテーパーのビアを形成するプロセスは、ＳｉＯ2をエッチングするためのフッ素（Ｆ）、及びエッチングされた側壁を保護するためにエッチングされた側壁上に付着する有機ポリマーを生成する化学物質を含むエッチング化学物質を用いる。フッ素は、ビアの底部をエッチングするが、ポリマーは、エッチングプロセスからビアの側壁を保護するために、側壁上に付着される。時間間隔Δｔごとに、ＳｉＯ2は、距離Δｙだけ下方にエッチングされ、厚さΔｘを有するポリマーは、側壁上に付着される。Ｆ及びポリマーの量を制御することによって、テーパーの度合いが制御される。プロセスは、工場ごとに異なるので、所与のプロセスにおいて所望の度合いのテーパーを達成するために、定期試験が用いられ得る。
【００４１】
一般的なプラズマエッチング化学物質は、Ｆの主要なソースとして機能するＣＦ4と、炭化水素ポリマーＣxＨy…ＣxＨyＦzの主要なソースであるＣＨＦ3と、キャリアガスとして及びイオンソースとして機能するＡｒとを含み得る。
【００４２】
光パイプ５８ａ及び５８ｂはそれぞれ、参照番号６８ａ及び６８ｂで示される反射する内張り層に沿う。
【００４３】
本発明の光パイプは、２つのやり方の一方で形成され得る。第１の層間誘電層５６が二酸化珪素（ＳｉＯ2）から形成される、本発明のある態様によれば、光パイプのビアは、可視スペクトルにおいて実質的に透明な充填物質で充填され得る。適切な充填物質の例は、ＳｉＯ2のような誘電物質、又は周囲の第１の二酸化珪素層間誘電層１４よりも高い屈折率を有するポリマーを含む。
【００４４】
光パイプ５８ａ及び５８ｂの側壁上に良好な反射する表面を形成するために、光パイプの内壁を内張りするために付着される、参照番号で示される反射する内張り層は、可視波長範囲全体にわたり良好な反射を示す必要があり、すなわち、それは、銀色の外観を有することが好ましい。反射する内張り層は、金属の内張り層であり、及び粗い表面は光を散乱することが知られているため滑らかな表面を有することが好ましく、好ましいのは、高鏡面反射を有する表面である。金属層の厚さは、大きな入射角で画素センサー間のクロストークを回避するために光が側壁を貫通することを防止するのに十分であり、また、ピンホール欠陥を回避するために十分な厚さである必要がある。
【００４５】
本発明のある態様によれば、メタライゼーション相互接続層としてＣＭＯＳプロセスでよく使用されるＡｌ−Ｃｕメタライゼーション物質は、必要とされる特性を有する。タングステンメタライゼーションも現在使用されているが、不十分な反射率をもたらす、鈍い灰色の外観及び容認できないほど大きな表面粗さを有している。
【００４６】
７５０ｎｍの光波長では、１０ｅ６の光伝送減衰に対する理論上の最小Ａｌ−Ｃｕ厚さは、約０．０２８μｍであるが、Ａｌ−Ｃｕ薄膜の抵抗率はバルク抵抗率よりも高い場合があり、及びこの範囲内の厚さを有する膜はピンホールを有することが知られているため、これは、不十分である可能性がある。Ａｌ−Ｃｕ膜の最小厚さは、少なくとも約０．１４μｍである。さらに、プラズマ蒸着（ＰＶＤ）Ａｌ−Ｃｕのステップカバレージは比較的不十分であるので、上端６０ａ及び６０ｂにおいて約０．２４μｍのスパッタ厚さが現在のところ好ましく、これは、光パイプ５８ａ及び１５８ｂの下端６４ａ及び６４ｂにおける約０．１４μｍの最小厚さをもたらす。
【００４７】
ある非限定的実施形態例では、光パイプの上端６０ａ及び６０ｂは、０．８μｍの隣接する光パイプ孔間の最小フォトレジスト幅を提供するように選ばれる。４．１５μｍの画素センサーサイズが想定される、ある例示的実施形態では、これは、４．１５−０．８＝３．３５μｍの最上部寸法を与える。
【００４８】
テーパーの光パイプ設計では、光パイプの底部は、フォトダイオードの上面の寸法（これは、ある非限定例では、約２．８μｍ（能動）であると想定される）よりも小さくなければならない。一例として、光パイプの能動エンクロージャーが０．２μｍと見なされる場合、底部の幅は、２．８−０．４＝２．４μｍと決定され得る。
【００４９】
光パイプの長さは、光学系設計にとって重要ではなく、それを選ぶかなりの自由が提供される。追加の金属層のためには、より厚さのあるバックエンドオブライン（ＢＥＯＬ）を有することが有利である。ある実施形態例では、層間誘電層５６の厚さは、約６μｍが選ばれ、これは、層間誘電層５６内に４つの金属相互接続層を含めることを可能にする。
【００５０】
上記のパラメータを所与として、側壁角は、名目上、約３．６°となる。より厚さのある第１の層間誘電層５６は、角度をさらに減少させるが、６μｍから７μｍへの第１の層間誘電層１４の厚さの増大は、側壁角を０．５°減少させるにすぎず（これは、大きなメリットとはならない）、光パイプ５８ａ及び５８ｂを形成するビアのアスペクト比を増加させることを当業者は認識するだろう。
【００５１】
ベース層７０は、光パイプ５８ａ及び５８ｂの底部を画素センサー５２ａ及び５２ｂの表面から分離するために挿入される。光パイプがシリコン表面まで下方にずっと延在すれば、光学的に有利になるだろう。しかし、これは、シリコンにダメージを及ぼし、過暗電流をもたらし、シリコン内部にまでエッチングし得る。加えて、反射する内張りを作る金属物質が画素センサーの上側の表面と接触する場合、後続のプロセスステップのサーマルバジェットは、金属イオンが画素センサー層内に拡散し、及び画素センサー層に深刻なダメージを与えることを生じさせ、画素センサー５２ａ及び５２ｂを動作不能にする。ベース層は、それぞれ光パイプ５８ａ及び５８ｂの下端６４ａ及び６４ｂの下でエッチングされずに残された第１の層間誘電層からの残留ＳｉＯ2から成る。
【００５２】
ベース層７０の厚さが大きすぎる場合、光は、特に大きな角度において、金属の下に逃げ、及び画素センサー５２ａ及び５２ｂの能動エリアから外れることを許容され、光捕捉の効率が低下する。
【００５３】
ある実施形態例では、入射角４０°では、光パイプに入る光は、最大角５５°を有する。ベース層の厚さは、１％以下の光が能動画素センサーエリアから外れることを許容し、能動画素センサーエリアと光パイプとの間の０．１μｍの不整列を許容するように選ばれる。能動画素センサーエリアと光パイプとの間の不整列がゼロの場合、光は、能動画素センサーエリアから外れることはなく、０．１μｍの不整列の場合、０．６％の光は、能動画素センサーエリアから外れることをシミュレーションは示している。シミュレーション結果に基づいて、ベース層７０の約０．１μｍの厚さは、満足のいくものであることが分かっている。ベース層７０に約０．２μｍの厚さが使用された場合、シミュレーション結果は、能動画素センサーエリアと光パイプとの間の不整列がゼロの場合、６．４％の光は、能動画素センサーエリアから外れること、及び０．１μｍの不整列の場合、１１．７％の光は、能動画素センサーエリアから外れることを示している。
【００５４】
第２の層間誘電層７２は、第１の層間誘電層５６と、反射する内張り層６８ａ及び６８ｂの平坦化最上部と、光パイプ５８ａ及び５８ｂのそれぞれにおける充填物質の最上部との上に配置される。ある実施形態例では、この第２の層間誘電層７２は、約２．５μｍの厚さを有していてもよく、この厚さでは、２つの金属相互接続層を支持することができる。
【００５５】
パッシベーション層７４は、第２の層間誘電層７２の上面の上に形成され、平坦化層７６は、パッシベーション層７４の上面の上に形成される。ある実施形態例では、パッシベーション層７４の厚さは、約０．３μｍであってもよく、平坦化層７６の厚さは、約０．４μｍであってもよい。これらの層は、例えば、付着された二酸化珪素から形成され得る。
【００５６】
図４は、それぞれマイクロレンズ６６ａ及び６６ｂを通って画素センサー５２ａ及び５２ｂに入る複数の光線７８ａ及び７８ｂを示す。マイクロレンズ６６ａ及び６６ｂの焦点距離は、それぞれ光線の焦点が位置８０ａ及び８０ｂに位置するように選ばれる。当業者は、焦点の位置８０ａ及び８０ｂが光パイプ５８ａ及び５８ｂ内にあることに気付くだろう。したがって、図３に見られるように、焦点８０ａ及び８０ｂを越えて発散する全ての入射光線７８ａ及び７８ｂは、直接的に、又は反射する内張り層６８ａ及び６８ｂから反射した後に、画素センサー５２ａ及び５２ｂに当たる。
【００５７】
これより図５Ａ及び図５Ｂを参照して、２つの図は、本発明のある実施形態による図４のアレイ部分５０などの画素センサーアレイにおけるフレア光の影響をなくすための構造を図示する。図５Ａは、図４の光パイプ構造などの隣接する一対の光パイプ構造５８ａ及び５８ｂの断面図である。
【００５８】
レンズ及びカメラにおけるフレアは、約７０°〜約７５°の範囲内の入射光の入射角をもたらし得る。従来の光学設計では、画素センサーをフレア光から保護することは不可能であるが、本発明のある態様によれば、フレア光を抑制するために講じることができる対策が幾つか存在する。フレア光の影響は、光パイプ４８ａ及び４８ｂの上端６０ａ及び６０ｂと、下端６４ａ及び６４ｂとの両方で考慮されなければならない。上記の通り、光パイプ５８ａ及び５８ｂの下端６４ａ及び６４ｂでは、フレアは、薄いベース層（すなわち、上述の実施形態例において本明細書に記載した寸法を有する光パイプの場合、約０．１μｍの厚さ）を使用することによって最小限に抑えることができる。最大で１５％のフレア光が能動画素センサーエリアから外れ得るが、単一の画素センサー５２ａ又は５２ｂにおいて捕捉されるフレア光の量は、光全体のほんの一部であるので、問題とはならないはずである。
【００５９】
図５Ａに示すように、金属相互接続層セグメント８２ａ、８４ａ、及び８６ａは、光パイプ５８ａの左側に垂直構造を形成する。金属相互接続層セグメント８２ａは、第１の層間誘電層５６に形成され、金属相互接続層セグメント８４ａ及び８６ａは、第２の層間誘電層７２に形成される。同様に、金属相互接続層セグメント８２ｂ、８４ｂ、及び８６ｂは、光パイプ５８ａと５８ｂとの間に垂直構造を形成する。金属相互接続層セグメント８２ｂは、第１の層間誘電層５６に形成され、金属相互接続層セグメント８４ａ及び８６ａは、第２の層間誘電層７２に形成される。金属相互接続層セグメント８２ｃ、８４ｃ、及び８６ｃは、光パイプ５８ｂの右側に垂直構造を形成する。金属相互接続層セグメント８２ｃは、第１の層間誘電層１４に形成され、金属相互接続層セグメント８４ｃ及び８６ｃは、第２の層間誘電層７２に形成される。
【００６０】
金属セグメント８４ａ、８４ｂ、及び８４ｃ間の孔は、画素センサー５２ａ及び５２ｂのための光受け入れエリアを規定する。図５Ａに示す実施形態では、光受け入れエリアは、画素センサー５２ａ及び５２ｂのそれぞれの表面全体にわたり光を受け入れるのに十分な大きさである。表面全体にわたり光を受け入れるように構成された画素センサーは、本明細書では、通常画素センサーと呼ばれる場合がある。
【００６１】
金属相互接続層セグメント８２ａ、８４ａ、及び８６ａは、複数の相互接続ビア、それらの１つは、参照番号８８で示される、を使用して全て共に接続される。金属相互接続層セグメント８２ｂ、８４ｂ、及び８６ｂ、及び金属相互接続層セグメント８２ｃ、８４ｃ、及び８６ａも、複数の相互接続ビア（それらの１つは、参照番号８８で示される）を使用して共に接続される。
【００６２】
図５Ｂは、相互接続ビア８８のレイアウトを示す垂直構造の例示的１つの上面図を示す（例示的な例として、金属相互接続セグメント８２ａｂｃ、８４ａｂｃ、又は８６ａｂｃの１つを使用する）。ビア８８は、図５Ｂの左側から入ってくるとして矢印によって示されるフレア光が、垂直構造の何れかを構成する金属相互接続層セグメントの何れかの間を進むことを効果的に阻止するように、横方向に位置する。光パイプ５８ａの上の領域から光パイプ５８ｂに入ることを阻止されるフレア光の経路も、図５Ａにおいて矢印によって示される。これらの複数の金属シートは、好ましくは、雑音を抑制するために、全てＶｐｉｘにつながれる。
【００６３】
これより図６を参照して、断面図は、図５Ａにおける画素センサー５２ａ及び５ｂのような通常画素センサーとして構成された垂直色センサー画素センサーを用いた画素センサーアレイ９０の一部分を示す。図５の画素センサーアレイの部分５０と、画素センサーアレイの部分９０との唯一の違いは、画素センサーが、それぞれ表面青色画素センサー５２ａ＿ｂｌｕｅ及び５２ｂ＿ｂｌｕｅ、埋込緑色画素センサー５２ａ＿ｇｒｅｅｎ及び５２ｂ＿ｇｒｅｅｎ、及び埋込赤色画素センサー５２ａ＿ｒｅｄ及び５２ｂ＿ｒｅｄを含む点である。図３Ａ、図３Ｂ、及び図３Ｃに示す実施形態と同様に、図６に示す特定の実施形態における各垂直色画素センサーは、２つの表面下（埋込）画素センサー（埋込緑色画素センサー５２ａ＿ｇｒｅｅｎ及び５２ｂ＿ｇｒｅｅｎ、及び埋込赤色画素センサー５２ａ＿ｒｅｄ及び５２ｂ＿ｒｅｄ）を含むが、単一の埋込画素センサー又は３つ以上の埋込画素センサーを含む垂直色画素センサーを有する本発明の他の実施形態が企図されることを当業者は認識するだろう。
【００６４】
これより図７を参照して、断面図は、それぞれ光パイプ１０２ａ及び１０２ｂの下に形成された一対の画素センサーを含む画素センサーアレイの部分１００を示す。通常画素センサーである代わりに、図７に描かれた画素センサーは、ＦＰＰＤ画素センサーである。アレイ部分１００は、大部分の点において、図５Ａ、図５Ｂ及び図６のアレイ部分５０に類似する。したがって、図５Ａ、図５Ｂ、及び図６で使用されたものと同じ参照番号が、図７の部分１００の素子を識別するために使用される。図５Ａ、図５Ｂ、及び図６の画素センサーと、図７の画素センサー１０２ａ及び１０２ｂとの間の２つの違いは、金属セグメント８４ａは、右ＦＰＰＤ画素センサーを形成するために破線垂直軸１０８によって示されるように、青色画素センサー５８ａの左側をマスクするように光パイプ５８ａの左側部分の上で右に延在する部分１０４を含む点である。同様に、金属セグメント８４ｃは、左ＦＰＰＤ画素センサーを形成するために破線垂直軸１１０によって示されるように、青色画素センサー５８ｂの右側をマスクするように光パイプ５８ａの右側部分の上で左に延在する部分１０６を含む。図７に描かれた画素センサーは、分離線１０８によって示されるように、アレイにおいて互いに隣接して置かれないことを当業者は認識するだろう。図７の断面が水平方向に配向するのではなく垂直方向に配向すると解釈される場合、画素センサー１０２ａ及び１０２ｂは、上ＦＰＰＤ画素及び下ＦＰＰＤ画素を表す。
【００６５】
本発明の別の局面によれば、図３Ａ〜３ＥのＦＰＰＤ技術は、図６の光パイプ画素センサーに適用され得る。一対の光パイプＦＰＰＤ画素の例示的実施形態は、図８を参照して示される。図８の例示的実施形態では、金属線セグメント８４ａ、８４ｂ、及び８４ｃによって規定される開口は、完全に開かれている。ＦＰＰＤ画素は、幅を減少させ、右ＦＰＰＤ画素センサーを形成するために左の青色表面画素１２２ａ＿ｂｌｕｅにシフトし、幅を減少させ、左ＦＰＰＤ画素センサーを形成するために右の青色表面画素１２２ｂ＿ｂｌｕｅにシフトすることによって作られる。図８の断面が水平方向に配向するのではなく垂直方向に配向すると見なされる場合には、ＦＰＰＤ画素センサー１２２ａ及び１２２ｂは、上ＦＰＰＤ画素センサー及び下ＦＰＰＤ画素センサーとなる。
【００６６】
本発明の実施形態及び応用例の図示及び説明を行ったが、本明細書の発明概念から逸脱することなく、上述のものよりもさらに多くの変更形態が可能であることが当業者には明らかであろう。したがって、本発明は、添付の特許請求の範囲の精神を除き限定されるものではない。
【図１Ａ】
2020092254.tif 000003
【図１Ｂ】
2020092254.tif 000004
【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図３Ｃ】
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【図３Ｄ】
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【図３Ｅ】
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【図３Ｆ】
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【図４】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【手続補正書】
【提出日】令和2年4月14日(2020.4.14)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に形成された焦点面位相検知画素センサーであって、前記焦点面位相検知画素センサーは、
前記基板に形成された表面画素センサーと、
前記基板の表面の上に形成された誘電物質層と、
前記誘電層に形成され、前記表面画素センサーと整列した開口であって、内側の側壁を有する開口と、
前記開口の前記内側の側壁上に形成され、前記基板の前記表面から離間した、反射する内張り層であって、前記反射する内張り層は、可視光を実質的に完全に反射し、前記反射する内張り層の内壁は、前記表面画素センサーの断面エリアよりも小さい断面エリアを有し、前記反射する内張り層の前記内張り内壁の上端は、前記誘電物質層の上面と同一平面内にある、反射する内張り層と、
前記反射する内張り層の内側の前記開口に配設され、前記誘電物質層の前記上面と同一平面内にある上面を有する充填物質であって、可視光に対して実質的に透明な充填物質と、
前記表面画素センサーの上に配設された金属層と、
前記金属層に形成された空隙であって、上に前記空隙が位置する前記表面画素センサーの前記断面エリアの中心にある２つ以下の隣接する象限を露出するように前記表面画素センサーの上に位置する空隙と、
前記金属層の前記空隙の上に配設されたマイクロレンズと、
を備える、焦点面位相検知画素センサー。
【請求項２】
前記基板は、第１の導電型を有するドーパント種をドープされたシリコンの層であり、
前記表面画素センサーは、前記基板の前記表面に形成されたフォトダイオードを備え、前記フォトダイオードは、前記第１の導電型と反対の第２の導電型を有するドーパント種でドープされたシリコンの領域から形成されるアノードを有する、請求項１に記載の焦点面位相検知画素センサー。
【請求項３】
下の前記基板に配置され、前記表面画素センサーと整列し、前記表面画素センサーから絶縁される、少なくとも１つの表面下画素センサーをさらに備える、請求項１に記載の焦点面位相検知画素センサー。
【請求項４】
前記少なくとも１つの表面下画素センサーは、
下の前記基板に配置され、前記表面画素センサーと整列し、前記表面画素センサーから絶縁される、第１の表面下画素センサーと、
下の前記基板に配置され、前記第１の表面下画素センサーと整列し、前記第１の表面下画素センサーから絶縁される、第２の表面下画素センサーと、
を備える、請求項３に記載の焦点面位相検知画素センサー。
【請求項５】
前記反射する内張り層は、Ａｌ−Ｃｕ金属層から形成される、請求項１に記載の焦点面位相検知画素センサー。
【請求項６】
前記充填物質は、ポリマーから形成される、請求項１に記載の焦点面位相検知画素センサー。
【請求項７】
前記充填物質は、誘電物質から形成される、請求項１に記載の焦点面位相検知画素センサー。
【請求項８】
前記誘電物質は、二酸化珪素である、請求項１に記載の焦点面位相検知画素センサー。
【請求項９】
前記反射する内張り層の前記内壁は、それの前記上面におけるより大きな断面エリアから、それの底面におけるより小さな断面エリアへとテーパー状である、請求項１に記載の焦点面位相検知画素センサー。
【請求項１０】
前記開口は、所定の誤差の範囲内で前記表面画素センサーと整列する、請求項１に記載の焦点面位相検知画素センサー。
【請求項１１】
前記反射する内張り層の前記内壁は、１％以下の光が表面画素センサーエリアから外れることを許容するように選択された距離だけ、前記基板の前記表面から離間する、請求項１に記載の焦点面位相検知画素センサー。
【請求項１２】
前記空隙の外側端に配設され、光が前記表面画素センサー内に進むための入口開口を形成する垂直構造をさらに備え、前記垂直構造は、
隣接する表面画素センサーの反射する内張り層の上面の下に位置する第１の金属相互接続層のセグメントと、
前記隣接する表面画素センサーの前記反射する内張り層の前記上面の上に位置する第２の金属相互接続層のセグメントと、
前記第２の金属相互接続層の前記セグメントの上に位置する第３の金属相互接続層のセグメントと、
前記第１の金属相互接続層の前記セグメントと、前記第２の金属相互接続層の前記セグメントとの間に配設される複数の第１の金属相互接続ビアと、
前記第２の金属相互接続層の前記セグメントと、前記第３の金属相互接続層の前記セグメントとの間に配設される複数の第２の金属相互接続ビアと、
を含み、
前記複数の第１の金属相互接続ビア及び前記複数の第２の金属相互接続ビアは、フレア光が前記垂直構造の何れかを通過することを阻止するために、互いに横方向に位置する、請求項１に記載の焦点面位相検知画素センサー。
【請求項１３】
前記複数の第１の金属相互接続ビア及び前記複数の第２の金属相互接続ビアは、列に配置され、隣接する列の金属相互接続ビアは、互いにオフセットされる、請求項１２に記載の焦点面位相検知画素センサー。
【請求項１４】
基板上に形成された焦点面位相検知画素センサーであって、前記焦点面位相検知画素センサーは、
前記基板の表面において画素センサーエリアに形成された表面画素センサーであって、前記画素センサーエリアの中心にある隣接する一対の象限のみを占有する感知エリアを有する表面画素センサーと、
前記表面画素センサーの上に配設されたマイクロレンズと、
を備える、焦点面位相検知画素センサー。
【請求項１５】
前記感知エリアは、前記画素センサーエリアにおける前記隣接する一対の象限の幅よりも小さい幅を有する、請求項１４に記載の焦点面位相検知画素センサー。
【請求項１６】
前記感知エリアは、前記画素センサーエリアにおいて上側の隣接する一対の象限のみを占有する、請求項１４に記載の焦点面位相検知画素センサー。
【請求項１７】
前記感知エリアは、前記画素センサーエリアにおいて下側の隣接する一対の象限のみを占有する、請求項１４に記載の焦点面位相検知画素センサー。
【請求項１８】
前記感知エリアは、前記画素センサーエリアにおいて左側の隣接する一対の象限のみを占有する、請求項１４に記載の焦点面位相検知画素センサー。
【請求項１９】
前記感知エリアは、前記画素センサーエリアにおいて右側の隣接する一対の象限のみを占有する、請求項１４に記載の焦点面位相検知画素センサー。
【請求項２０】
基板上に形成された画素センサーアレイであって、前記画素センサーアレイは、
前記基板の表面に形成された複数の表面画素センサーであって、前記表面画素センサーの第１の群は、通常の表面画素センサーであり、前記表面画素センサーの第２の群は、焦点面位相検知表面画素センサーである、複数の表面画素センサーと、
前記基板の前記表面の上に形成された誘電物質層と、
前記誘電層に形成された複数の開口であって、各開口は、前記表面画素センサーの１つと整列し、各開口は、内側の側壁を有する、複数の開口と、
各開口の前記内側の側壁上に形成され、前記基板の前記表面から離間した、反射する内張り層であって、前記反射する内張り層は、可視光を実質的に完全に反射し、各反射する内張り層の内壁は、前記基板の前記表面から離間し、前記第１の群及び前記第２の群の両方における各表面画素センサーの断面エリアよりも小さい断面エリアを有し、各反射する内張り層の前記内張り内壁の上端は、前記誘電物質層の上面と同一平面内にある、反射する内張り層と、
前記反射する内張り層の内側の各開口に配設され、前記誘電物質層の前記上面と同一平面内にある上面を有する充填物質であって、可視光に対して実質的に透明な充填物質と、
前記複数の表面画素センサーの上に配設された金属層と、
各通常の表面画素センサーの上に位置する前記金属層に形成された第１のサイズの空隙であって、各第１のサイズの空隙は、上に前記第１のサイズの空隙が位置する前記通常の表面画素センサーの前記断面エリア全体を露出させる大きさである、第１のサイズの空隙と、
各焦点面位相検知表面画素センサーの上に位置する前記金属層に形成された第２のサイズの空隙であって、各第２のサイズの空隙は、上に前記第２のサイズの空隙が位置する前記焦点面位相検知表面画素センサーの前記断面エリアの右部分、左部分、上部分、又は下部分を露出させるように位置する、第２のサイズの空隙と、
前記金属層の各第１のサイズの空隙及び各第２のサイズの空隙の上に配設されたマイクロレンズと、
を備える、画素センサーアレイ。
【請求項２１】
前記基板は、第１の導電型を有するドーパント種をドープされたシリコンの層であり、
各通常の表面画素センサー及び各焦点面位相検知表面画素センサーは、前記基板の前記表面に形成されたフォトダイオードを備え、各フォトダイオードは、前記第１の導電型と反対の第２の導電型を有するドーパント種でドープされたシリコンの領域から形成されるアノードを有する、請求項２０に記載の画素センサーアレイ。
【請求項２２】
下の前記基板に配設され、各通常の表面画素センサー及び各焦点面位相検知表面画素センサーと整列し、各通常の表面画素センサー及び各焦点面位相検知表面画素センサーから絶縁される、少なくとも１つの表面下画素センサーをさらに備える、請求項２０に記載の画素センサーアレイ。
【請求項２３】
前記少なくとも１つの表面下画素センサーは、
下の前記基板に配設され、前記表面画素センサーと整列し、前記表面画素センサーから絶縁される、第１の表面下画素センサーと、
下の前記基板に配設され、前記第１の表面下画素センサーと整列し、前記第１の表面下画素センサーから絶縁される、第２の表面下画素センサーと、
を備える、請求項２２に記載の画素センサーアレイ。
【請求項２４】
前記反射する内張り層は、Ａｌ−Ｃｕ金属層から形成される、請求項２０に記載の画素センサーアレイ。
【請求項２５】
前記充填物質は、ポリマーから形成される、請求項２０に記載の画素センサーアレイ。
【請求項２６】
前記充填物質は、誘電物質から形成される、請求項２０に記載の画素センサーアレイ。
【請求項２７】
前記誘電物質は、二酸化珪素である、請求項２０に記載の画素センサーアレイ。
【請求項２８】
各反射する内張り層の前記内壁は、それの前記上面におけるより大きな断面エリアから、それの底面におけるより小さな断面エリアへとテーパー状である、請求項２０に記載の画素センサーアレイ。
【請求項２９】
各開口は、所定の誤差の範囲内で前記表面画素センサーの１つと整列する、請求項２０に記載の画素センサーアレイ。
【請求項３０】
各反射する内張り層の前記内壁は、１％以下の光が表面画素センサーエリアから外れることを許容するように選択された距離だけ、前記基板の前記表面から離間する、請求項２０に記載の画素センサーアレイ。
【請求項３１】
画素センサーアレイであって、前記画素センサーアレイは、
各隣接する一対の前記表面画素センサーの間に配設され、光が前記表面画素センサー内に進むための入口開口を形成する垂直構造をさらに備え、各垂直構造は、
前記隣接する一対の前記表面画素センサーの前記反射する内張り層の上面の下に位置する第１の金属相互接続層のセグメントと、
前記隣接する一対の前記表面画素センサーの前記反射する内張り層の前記上面の上に位置する第２の金属相互接続層のセグメントと、
前記第２の金属相互接続層の前記セグメントの上に位置する第３の金属相互接続層のセグメントと、
前記第１の金属相互接続層の前記セグメントと、前記第２の金属相互接続層の前記セグメントとの間に配設される複数の第１の金属相互接続ビアと、
前記第２の金属相互接続層の前記セグメントと、前記第３の金属相互接続層の前記セグメントとの間に配設される複数の第２の金属相互接続ビアと、
を含み、
前記複数の第１の金属相互接続ビア及び前記複数の第２の金属相互接続ビアは、フレア光が前記垂直構造の何れかを通過することを阻止するために、互いに横方向に位置する、請求項２０に記載の画素センサーアレイ。
【請求項３２】
前記複数の第１の金属相互接続ビア及び前記複数の第２の金属相互接続ビアは、列に配置され、隣接する列の金属相互接続ビアは、互いにオフセットされる、請求項３１に記載の画素センサーアレイ。
【請求項３３】
基板上に形成された画素センサーアレイであって、前記画素センサーアレイは、
前記基板の表面に形成された複数の表面画素センサーであって、各表面画素センサーは、画素センサーエリアを占有し、前記画素センサーエリア内に感知エリアを有する、複数の表面画素センサーと、
通常の表面画素センサーである前記表面画素センサーの第１の群であって、各通常の表面画素センサーは、それの画素センサーエリアと同一範囲のセンサーエリアを有する、前記表面画素センサーの第１の群と、
焦点面位相検知表面画素センサーである前記表面画素センサーの第２の群であって、各焦点面位相検知表面画素センサーは、それの画素センサーエリアの断面エリアの中心にある２つの隣接する象限のみを占有するセンサーエリアを有する、前記表面画素センサーの第２の群と、
各表面画素センサーの上に配設されたマイクロレンズと、
を備える、画素センサーアレイ。
【請求項３４】
各焦点面位相検知表面画素センサーの前記感知エリアは、それの画素センサーエリアにおける前記隣接する一対の象限の幅よりも小さい幅を有する、請求項３３に記載の画素センサーアレイ。
【請求項３５】
少なくとも１つの焦点面位相検知表面画素センサーの前記感知エリアは、それの画素センサーエリアにおける上側の隣接する一対の象限のみを占有する、請求項３３に記載の画素センサーアレイ。
【請求項３６】
少なくとも１つの焦点面位相検知表面画素センサーの前記感知エリアは、それの画素センサーエリアにおける下側の隣接する一対の象限のみを占有する、請求項３３に記載の画素センサーアレイ。
【請求項３７】
少なくとも１つの焦点面位相検知表面画素センサーの前記感知エリアは、それの画素センサーエリアにおける左側の隣接する一対の象限のみを占有する、請求項３３に記載の画素センサーアレイ。
【請求項３８】
少なくとも１つの焦点面位相検知表面画素センサーの前記感知エリアは、それの画素センサーエリアにおける右側の隣接する一対の象限のみを占有する、請求項３３に記載の画素センサーアレイ。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００３】
撮像アレイにおいてＦＰＰＤ画素を実現するために使用される最も一般的な方法は、ＦＰＰＤ画素の選択された部分を影にするために、センサーの上に層状に配設された金属層を用いることである。図１Ａは、ＦＰＰＤ画素の選択された部分を影にするために、センサーの上に層状に配設された金属層を用いた先行技術のＦＰＰＤ画素センサー例を示す。図１Ａは、右ＦＰＰＤ画素センサー１０ａ及び左ＦＰＰＤ画素センサー１０ｂの断面図である。画素センサー１０ａ及び１０ｂは、当該分野で知られているように、ｐ型半導体基板１２に形成されたｎ型拡散領域である。層間誘電層１４は、基板１２の表面及び画素センサー１０ａ及び１０ｂの上に形成される。マイクロレンズ１６ａ及び１６ｂは、それぞれ画素センサー１０ａ及び１０ｂの上に形成される。金属セグメント１８ａは、画素センサー１０ａの上で形成及び規定され、光が画素センサー１０ａの左側に入ることを阻止するように位置する。金属セグメント１８ｂは、画素センサー１０ｂの上で形成及び規定され、光が画素センサー１０ｂの右側に入ることを阻止するように位置する。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００５】
図１Ｂは、右ＦＰＰＤ画素センサー１０ａ及び左ＦＰＰＤ画素センサー１０ｂの断面図である。画素センサー１０ａ及び１０ｂは、当該分野で知られているように、ｐ型半導体基板１２に形成されたｎ型拡散領域である。層間誘電層１４は、基板１２の表面及び画素センサー１０ａ及び１０ｂの上に形成される。マイクロレンズ１６ａ及び１６ｂは、それぞれ画素センサー１０ａ及び１０ｂの上に形成される。不透明シリサイド層２０ａは、画素センサー１０ａを形成する拡散領域の表面上で形成及び規定され、光が画素センサー１０ａの左側に入ることを阻止するように位置する。不透明シリサイド層２０ｂは、画素センサー１０ｂを形成する拡散領域の表面上で形成及び規定され、光が画素センサー１０ｂの右側に入ることを阻止するように位置する。この技術は、シリサイド層がＦＰＰＤ画素においてかなりの量の漏れ電流を生じさせるので、満足のいくものではないことが証明されている。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２９】
【図１Ａ】撮像アレイにおいてＦＰＰＤ画素を設けるための先行技術の解決策の１つを描く撮像アレイの一部分の断面図である。
【図１Ｂ】撮像アレイにおいてＦＰＰＤ画素を設けるための別の先行技術の解決策を描く撮像アレイの一部分の断面図である。
【図２】大きな角度でアレイに入射する光を捕捉するという課題に対する別の先行技術の解決策を描く撮像アレイの一部分の断面図である。
【図３Ａ】本発明の一局面による撮像アレイにおいてＦＰＰＤ画素を設けるための解決策を描く撮像アレイの一部分の断面図である。
【図３Ｂ】ＦＰＰＤ画素構造に関するバリエーションを示す、図３Ａに描かれた撮像アレイの部分の上面図である。
【図３Ｃ】ＦＰＰＤ画素構造に関するバリエーションを示す、図３Ａに描かれた撮像アレイの部分の上面図である。
【図３Ｄ】本発明の一局面による撮像アレイにおいてＦＰＰＤ画素センサーを設けるための解決策を描く撮像アレイの一部分の断面図である。
【図３Ｅ】ＦＰＰＤ画素構造に関するバリエーションを示す、図３Ｄに描かれた撮像アレイの部分の上面図である。
【図３Ｆ】ＦＰＰＤ画素構造に関するバリエーションを示す、図３Ｄに描かれた撮像アレイの部分の上面図である。
【図４】本発明による大きな角度でアレイに入射する光を捕捉するという課題に対する解決策を描く撮像アレイの一部分の断面図である。
【図５Ａ】本発明の一局面による、大きな角度でアレイに入射する光を捕捉するという課題に対する解決策を描き、画素センサーにおけるフレア光の影響をなくすための構造を図示する撮像アレイの一部分の断面図である。
【図５Ｂ】本発明の一実施形態による、画素センサーにおけるフレア光の影響をなくすための図５Ａに含まれる構造の１つの上面図を示す図である。
【図６】垂直色画素センサーを組み入れた、図５Ａの撮像アレイに似た撮像アレイの一部分の断面図である。
【図７】垂直色画素センサーにおいてＦＰＰＤ画素センサーを組み入れた、図６の撮像アレイに似た撮像アレイの一部分の断面図である。
【図８】垂直色画素センサーにおいてＦＰＰＤ画素センサーを組み入れた、図７の撮像アレイに似た撮像アレイの一部分の断面図である。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３３】
図３Ａ、図３Ｂ、及び図３Ｃに描かれた本発明の実施形態における画素センサー３２ａ及び３２ｂは、赤色画素センサー及び緑色画素センサーの面積よりも面積が小さいセンサーを有する４区分青色画素センサーのレイアウトを利用するが、図３Ｂ及び図３Ｃにおいて最も簡単に分かるように、４つの青色画素センサー区分の２つとほぼ同じ面積だけを占有する単一のｎ型青色表面画素センサーＢ３８（参照番号３８ａ及び３８ｂで参照される）のみを含む。画素センサーエリアは、デカルト座標空間の４つの象限を含むと考えられ（図３Ｂ及び図３Ｃに示される）、左ＦＰＰＤ青色画素センサーは、象限ＩＩ及びＩＩＩを占有し、右ＦＰＰＤ青色画素センサーは、象限Ｉ及びＩＶを占有し、上ＦＰＰＤ青色画素センサーは、象限Ｉ及びＩＩを占有し、及び下ＦＰＰＤ青色画素センサーは、象限ＩＩＩ及びＩＶを占有し得る。
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３４】
本発明の本局面によれば、青色表面画素センサーは、通常画素よりも小さい面積を有し、画素センサーエリアの左部分、右部分、上部分、又は下部分にオフセットされる。図３Ｂの左側は、左ＦＰＰＤ画素センサーを示し、図３Ｂの右側は、右ＦＰＰＤ画素センサーを示す。図３Ａは、水平方向ではなく、垂直方向の断面であると解釈した場合、図３Ｃの左側は、上ＦＰＰＤ画素センサーを示し、及び図３Ｃの右側は、下ＦＰＰＤ画素センサーを示す。デカルト座標空間において、左ＦＰＰＤ青色画素センサーは、象限ＩＩ及びＩＩＩを占有し、右ＦＰＰＤ青色画素センサーは、象限Ｉ及びＩＶを占有し、上ＦＰＰＤ青色画素センサーは、象限Ｉ及びＩＩを占有し、及び下ＦＰＰＤ青色画素センサーは、象限ＩＩＩ及びＩＶを占有する。
【手続補正７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３６】
図３Ｄ〜３Ｆに示す類似の実施形態によれば、本発明の別の局面に従って、形成される青色センサー区分の幅は、狭くすることもできる。青色センサーの幅を狭くすることができる量は、最小信号及び信号対雑音比要件によって決定付けられる限界にとって所望の主題である位相差効果の強度に依存する。図３Ｄは、断面図を示し、図３Ｅは、左ＦＰＰＤ画素センサー及び右ＦＰＰＤ画素センサーを示し、図３Ｆは、上ＦＰＰＤ画素センサー及び下ＦＰＰＤ画素センサーを示す。
【手続補正８】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３７】
これより図４を参照して、断面図は、基板５４上に形成された一対の表面画素センサー５２ａ及び５２ｂを含む本発明のある局面による撮像アレイの部分５０を示す。図４において、基板は、ｐ型基板として示されており、表面画素センサー５２ａ及び５２ｂは、当該分野で知られているようにフォトダイオードのアノードを形成するｐ型基板に配設されたｎ型領域であり、基板は、フォトダイオードのカソードを形成する。当業者は、ｐ型基板が下にある半導体基板に形成されたｐ井戸でもよいことを認識するだろう。図４に描かれたアレイの部分５０は、たった２つの画素センサー５２ａ及び５２ｂを含むが、本発明の原理に従って実際に作製されるアレイは、任意の数の画素センサーを含み得ることも当業者は認識するだろう。表面画素センサー５２ａ及び５２ｂは、Ｆｏｖｅｏｎ，Ｉｎｃ．によって作製されたＸ３（登録商標）垂直色センサーなどの垂直色画素センサーにおける青色画素センサーコンポーネントでもよいことも当業者は認識するだろう。不図示の緑色センサー及び赤色センサーは、おそらく、画素センサー５２ａ及び５２ｂの下の基板５４のさらに内部に位置するだろう。
【手続補正９】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４３】
本発明の光パイプは、２つのやり方の一方で形成され得る。第１の層間誘電層５６が二酸化珪素（ＳｉＯ2）から形成される、本発明のある態様によれば、光パイプのビアは、可視スペクトルにおいて実質的に透明な充填物質で充填され得る。適切な充填物質の例は、ＳｉＯ2のような誘電物質、又は周囲の第１の二酸化珪素層間誘電層５６よりも高い屈折率を有するポリマーを含む。
【手続補正１０】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４６】
７５０ｎｍの光波長では、１０ｅ６の光伝送減衰に対する理論上の最小Ａｌ−Ｃｕ厚さは、約０．０２８μｍであるが、Ａｌ−Ｃｕ薄膜の抵抗率はバルク抵抗率よりも高い場合があり、及びこの範囲内の厚さを有する膜はピンホールを有することが知られているため、これは、不十分である可能性がある。Ａｌ−Ｃｕ膜の最小厚さは、少なくとも約０．１４μｍである。さらに、プラズマ蒸着（ＰＶＤ）Ａｌ−Ｃｕのステップカバレージは比較的不十分であるので、上端６０ａ及び６０ｂにおいて約０．２４μｍのスパッタ厚さが現在のところ好ましく、これは、光パイプ５８ａ及び５８ｂの下端６４ａ及び６４ｂにおける約０．１４μｍの最小厚さをもたらす。
【手続補正１１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００５０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００５０】
上記のパラメータを所与として、側壁角は、名目上、約３．６°となる。より厚さのある第１の層間誘電層５６は、角度をさらに減少させるが、６μｍから７μｍへの第１の層間誘電層５６の厚さの増大は、側壁角を０．５°減少させるにすぎず（これは、大きなメリットとはならない）、光パイプ５８ａ及び５８ｂを形成するビアのアスペクト比を増加させることを当業者は認識するだろう。
【手続補正１２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００５６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００５６】
図４は、それぞれマイクロレンズ６６ａ及び６６ｂを通って画素センサー５２ａ及び５２ｂに入る複数の光線７８ａ及び７８ｂを示す。マイクロレンズ６６ａ及び６６ｂの焦点距離は、それぞれ光線の焦点が位置８０ａ及び８０ｂに位置するように選ばれる。当業者は、焦点の位置８０ａ及び８０ｂが光パイプ５８ａ及び５８ｂ内にあることに気付くだろう。したがって、図４に見られるように、焦点８０ａ及び８０ｂを越えて発散する全ての入射光線７８ａ及び７８ｂは、直接的に、又は反射する内張り層６８ａ及び６８ｂから反射した後に、画素センサー５２ａ及び５２ｂに当たる。
【手続補正１３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００５８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００５８】
レンズ及びカメラにおけるフレアは、約７０°〜約７５°の範囲内の入射光の入射角を
もたらし得る。従来の光学設計では、画素センサーをフレア光から保護することは不可能であるが、本発明のある態様によれば、フレア光を抑制するために講じることができる対策が幾つか存在する。フレア光の影響は、光パイプ５８ａ及び５８ｂの上端６０ａ及び６０ｂと、下端６４ａ及び６４ｂとの両方で考慮されなければならない。上記の通り、光パイプ５８ａ及び５８ｂの下端６４ａ及び６４ｂでは、フレアは、薄いベース層（すなわち、上述の実施形態例において本明細書に記載した寸法を有する光パイプの場合、約０．１μｍの厚さ）を使用することによって最小限に抑えることができる。最大で１５％のフレア光が能動画素センサーエリアから外れ得るが、単一の画素センサー５２ａ又は５２ｂにおいて捕捉されるフレア光の量は、光全体のほんの一部であるので、問題とはならないはずである。
【手続補正１４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００５９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００５９】
図５Ａに示すように、金属相互接続層セグメント８２ａ、８４ａ、及び８６ａは、光パイプ５８ａの左側に垂直構造を形成する。金属相互接続層セグメント８２ａは、第１の層間誘電層５６に形成され、金属相互接続層セグメント８４ａ及び８６ａは、第２の層間誘電層７２に形成される。同様に、金属相互接続層セグメント８２ｂ、８４ｂ、及び８６ｂは、光パイプ５８ａと５８ｂとの間に垂直構造を形成する。金属相互接続層セグメント８２ｂは、第１の層間誘電層５６に形成され、金属相互接続層セグメント８４ｂ及び８６ｂは、第２の層間誘電層７２に形成される。金属相互接続層セグメント８２ｃ、８４ｃ、及び８６ｃは、光パイプ５８ｂの右側に垂直構造を形成する。金属相互接続層セグメント８２ｃは、第１の層間誘電層５６に形成され、金属相互接続層セグメント８４ｃ及び８６ｃは、第２の層間誘電層７２に形成される。
【手続補正１５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００６１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００６１】
金属相互接続層セグメント８２ａ、８４ａ、及び８６ａは、複数の相互接続ビア、それらの１つは、参照番号８８で示される、を使用して全て共に接続される。金属相互接続層セグメント８２ｂ、８４ｂ、及び８６ｂ、及び金属相互接続層セグメント８２ｃ、８４ｃ、及び８６ｃも、複数の相互接続ビア（それらの１つは、参照番号８８で示される）を使用して共に接続される。
【手続補正１６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００６３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００６３】
これより図６を参照して、断面図は、図５Ａにおける画素センサー５２ａ及び５２ｂのような通常画素センサーとして構成された垂直色画素センサーを用いた画素センサーアレイ８０の一部分を示す。図５Ａの画素センサーアレイの部分５０と、画素センサーアレイの部分８０との唯一の違いは、画素センサーが、それぞれ表面青色画素センサー５２ａ＿ｂｌｕｅ及び５２ｂ＿ｂｌｕｅ、埋込緑色画素センサー５２ａ＿ｇｒｅｅｎ及び５２ｂ＿ｇｒｅｅｎ、及び埋込赤色画素センサー５２ａ＿ｒｅｄ及び５２ｂ＿ｒｅｄを含む点である。図３Ａ、図３Ｂ、及び図３Ｃに示す実施形態と同様に、図６に示す特定の実施形態における各垂直色画素センサーは、２つの表面下（埋込）画素センサー（埋込緑色画素センサー５２ａ＿ｇｒｅｅｎ及び５２ｂ＿ｇｒｅｅｎ、及び埋込赤色画素センサー５２ａ＿ｒｅｄ及び５２ｂ＿ｒｅｄ）を含むが、単一の埋込画素センサー又は３つ以上の埋込画素センサーを含む垂直色画素センサーを有する本発明の他の実施形態が企図されることを当業者は認識するだろう。
【手続補正１７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００６４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００６４】
これより図７を参照して、断面図は、それぞれ光パイプ１０２ａ及び１０２ｂの下に形成された一対の画素センサーを含む画素センサーアレイの部分１００を示す。通常画素センサーである代わりに、図７に描かれた画素センサーは、ＦＰＰＤ画素センサーである。アレイ部分１００は、大部分の点において、図５Ａのアレイ部分５０と図６のアレイ部分８０に類似する。したがって、図５Ａ、図５Ｂ、及び図６で使用されたものと同じ参照番号が、図７の部分１００の素子を識別するために使用される。図５Ａ、図５Ｂ、及び図６の画素センサーと、図７の画素センサー１０２ａ及び１０２ｂとの間の２つの違いは、金属セグメント８４ａは、右ＦＰＰＤ画素センサーを形成するために破線垂直軸１０８によって示されるように、青色画素センサー５８ａの左側をマスクするように光パイプ１０２ａの左側部分の上で右に延在する部分１０４を含む点である。同様に、金属セグメント８４ｃは、左ＦＰＰＤ画素センサーを形成するために破線垂直軸１１０によって示されるように、青色画素センサー５８ｂの右側をマスクするように光パイプ１０２ｂの右側部分の上で左に延在する部分１０６を含む。図７に描かれた画素センサーは、分離線１０８によって示されるように、アレイにおいて互いに隣接して置かれないことを当業者は認識するだろう。図７の断面が水平方向に配向するのではなく垂直方向に配向すると解釈される場合、画素センサー１０２ａ及び１０２ｂは、上ＦＰＰＤ画素センサー及び下ＦＰＰＤ画素センサーを表す。
【手続補正１８】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００６５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００６５】
本発明の別の局面によれば、図３Ａ〜３ＥのＦＰＰＤ技術は、図６の光パイプ画素センサーに適用され得る。一対の光パイプＦＰＰＤ画素の例示的実施形態は、図８を参照して示される。図８の例示的実施形態では、金属線セグメント８４ａ、８４ｂ、及び８４ｃによって規定される開口は、完全に開かれている。青色表面画素１１２ａ＿ｂｌｕｅの幅を減少させてそれを右にシフトして左ＦＰＰＤ表面画素センサーを形成し、青色表面画素１１２ｂ＿ｂｌｕｅの幅を減少させてそれを左にシフトして右ＦＰＰＤ表面画素センサーを形成することによって、ＦＰＰＤ画素が作られる。図８の断面が水平方向に配向するのではなく垂直方向に配向すると見なされる場合には、ＦＰＰＤ画素センサー１１２ａ及び１１２ｂは、上ＦＰＰＤ画素センサー及び下ＦＰＰＤ画素センサーとなる。
【外国語明細書】
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