(57)【要約】【課題】【解決手段】  本発明は、一部、製造工程中の異なる時点で３つのハンドルウェハがウェハに接着されるシリコンＰＩＮ検出器部品を製造するための方法に関する。製造中に３つのハンドルウェハを用いることによって、用いない場合には、比較的薄く且つもろいウェハに関する取り扱いに係る問題を大幅に緩和され、ＰＩＮ検出器部品を構成するウェハの一部を補強するための安定的で且つ強固な基板が提供される。発明の変形例においては、第３ハンドルウェハは、関連する波長において透明な光学素子を備えている。【選択図】      図１２
2009512216.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ｎ型第１ハンドルウェハ（１１０）と、真性活性層（１３０）と、前記ｎ型ハンドル層（１１０）および前記真性活性層の間の埋め込み酸化層（１２０）とを具備し且つその第１処理面側が前記真性活性層の露出している面と一致している処理ウェハ（１００）を作製し、
前記真性活性層（１３０）の前記処理ウェハ（１００）の前記第１処理面側にｎ＋正面コンタクト捕捉領域（１３２）およびｐ＋検出器回路（１３４）を形成するとともに前記処理ウェハ（１００）の前記真性活性層（１３０）の頂上の第２酸化層（１４０）内に関連構造を形成し、
第２ハンドルウェハ（１５０）を、前記第２ハンドルウェハ（１５０）を前記真性活性層の頂上の前記第２酸化層（１４０）に接着することにより、前記処理ウェハの前記第１処理面側に接着し、
前記第１ハンドルウェハ層（１１０）を除去して前記埋め込み酸化層（１２０）を露出させ、
前記埋め込み酸化層の前記第１ハンドルウェハ（１１０）を除去することによって露出する面と一致する前記処理ウェハの第２処理面側上に裏面コンタクト領域（１６０）を形成し、その間に前記埋め込み酸化層および前記真性活性層の前記ｎ＋正面コンタクト捕捉領域上方の部分が除去されることによって前記真性活性層（１３０）の表面および前記ｎ＋正面捕捉領域を露出させ、
前記真性活性層（１３０）の露出している面にｎ＋種を注入して、前記ｎ＋正面コンタクト捕捉領域（１３２）と電気的に接触するｎ＋領域（１３６）を形成し、
第３ハンドルウェハ（１７０）を前記処理ウェハの前記第２処理面側に接着し、
前記第２ハンドルウェハ（１５０）を除去して前記第２酸化層（１４０）を露出させ、
前記第２酸化層の前記第２ハンドルウェハを除去することによって露出する面と一致する前記処理ウェハの前記第１処理面側上に、前記ｎ＋正面コンタクト捕捉領域（１３２）、ｐ＋検出器（１３４）、関連構造（１４２）と接する金属コンタクト（１８４、１８６）を形成する、
ことを具備する、ＰＩＮ焦点面画像センサ検出器部品を製造する方法（３００）、（４００）。
【請求項２】
前記第３ハンドルウェハ（１７０）は光学素子を具備する、請求項１の方法（３００、４００）。
【請求項３】
前記光学素子（１７０）はセラミック材料を具備する、請求項２の方法（３００、４００）。
【請求項４】
前記第３ハンドルウェハ（１７０）を除去することをさらに具備する、請求項１の方法（３００、４００）。
【請求項５】
前記第１ハンドルウェハ（１１０）は研磨によって除去される、請求項１の方法（３００、４００）。
【請求項６】
前記第１ハンドル部（１１０）を除去することは、
前記第１ハンドルウェハの一部を残して前記第１ハンドルウェハ（１１０）の厚さの一部を研磨し、
前記埋め込み酸化層（１２０）をエッチングで露出させることによって前記第１ハンドルウェハの残存部を除去する、
ことを具備する、請求項１の方法（３００、４００）。
【請求項７】
裏面コンタクト領域（１６０）を形成することは、
前記埋め込み酸化層（１２０）、前記真性活性層（１３０）、ｎ＋領域（１３２）、および前記第２酸化層（１４０）を貫いて穴をエッチングで形成すること、
を具備する、請求項１の方法（３００、４００）。
【請求項８】
前記穴（１６０）の側面は斜面状である、請求項７の方法（３００、４００）。
【請求項９】
前記活性真性層（１３０）の表面内に形成された前記ｎ＋領域（１３６）は、前記方法によって形成されたＰＩＮ焦点面画像センサの正面と一致し、前記活性真性層（１３０）内に形成された前記ｎ＋領域（１３６）は前記活性真性層内に形成された前記ｎ＋正面コンタクト捕捉領域によって提供される裏面コンタクトを有する、請求項８の方法（３００、４００）。
【請求項１０】
第３ハンドルウェハ（１７０）を前記処理ウェハ（１００）の前記第２処理面側に接着することは、反射防止膜を前記処理ウェハ（１００）の前記第２処理面側に付する工程を最初に具備する、請求項１の方法。
【請求項１１】
前記処理ウェハの前記第２処理面に付された前記反射防止膜上に接着酸化層（１３０）を形成することを具備する、請求項１０の方法（３００、４００）。
【請求項１２】
前記第２ハンドルウェハ（１５０）は研磨によって除去される、請求項１の方法（３００、４００）。
【請求項１３】
前記第２ハンドルウェハ（１５０）を除去して前記第２酸化層（１４０）を露出させることは、
前記第２ハンドルウェハの一部を残して前記第２ハンドルウェハ（１５０）の厚さの一部を研磨し、
前記第２酸化層（１４０）を露出させるようにエッチングすることによって前記第２ハンドルウェハ（１５０）の残存部を除去する、
ことをさらに具備する、請求項１の方法（３００、４００）。
【請求項１４】
前記関連構造はゲートコンタクト（１４２）および制御ゲート（１４４）を具備する、請求項１の方法（３００、４００）。
【請求項１５】
前記ゲートコンタクト（１４２）および制御ゲート（１４４）はポリシリコン材料によって作製される、請求項１４の方法（３００、４００）。
【請求項１６】
前記ゲートコンタクト（１４２）および制御ゲート（１４４）は金属材料によって作製される、請求項１４の方法（３００、４００）。
【請求項１７】
ｎ型第１ハンドルウェハ（１１０）と、真性活性層（１３０）と、前記ｎ型ハンドル層（１１０）および前記真性活性層の間の埋め込み酸化層（１２０）とを具備し且つその第１処理面側が前記真性活性層（１３０）の露出している面と一致している処理ウェハ（１００）を作製し、
前記真性活性層（１３０）の前記処理ウェハ（１００）の前記第１処理面側にｎ＋正面コンタクト捕捉領域（１３２）およびｐ＋検出器回路（１３４）を形成するとともに前記処理ウェハの前記真性活性層の頂上の第２酸化層（１４０）内に関連構造（１４２、１４４）を形成し、
第２ハンドルウェハ（１５０）を、前記第２ハンドルウェハ（１５０）を前記真性活性層（１３０）の頂上の前記第２酸化層（１４０）に接着することにより、前記処理ウェハ（１００）の前記第１処理面側に接着し、
前記第１ハンドルウェハ層（１１０）を除去して前記埋め込み酸化層（１２０）を露出させ、
前記埋め込み酸化層（１２０）の前記第１ハンドルウェハ（１１０）を除去することによって露出する面と一致する前記処理ウェハの第２処理面側上に裏面コンタクト領域（１６０）を形成し、その間に前記埋め込み酸化層（１２０）および前記真性活層（１３０）の前記ｎ＋正面コンタクト捕捉領域（１３２）上方の部分が除去されることによって前記真性活性層（１３０）の表面および前記ｎ＋正面捕捉領域（１３２）を露出させ、
前記真性活性層（１３０）の露出している面にｎ＋種を注入し、これによってｎ＋領域（１３６）を前記ｎ＋正面コンタクト捕捉領域（１３２）と電気的に接触させ、
第３ハンドルウェハ（１７０）を前記処理ウェハ（１００）の前記第２処理面側に接着し、
前記第２ハンドルウェハ（１５０）を除去して前記第２酸化層（１４０）を露出させ、
前記第２酸化層（１４０）の前記第２ハンドルウェハ（１５０）を除去することによって露出する面と一致する前記処理ウェハ（１００）の前記第１処理面側上に、前記ｎ＋正面コンタクト捕捉領域（１３２）、ｐ＋検出器（１３４）、関連構造（１４２）と接する金属コンタクト（１８４、１８６）を形成する、
ことを具備する方法によって作製され、組み合わされた全体の厚さが３０ミクロン未満のＰＩＮ焦点面画像センサ検出器部品。
【請求項１８】
３層処理ウェハ（１００）を加工して３つのハンドルウェハを用いたＰＩＮ撮像装置検出器部品を形成するための方法であって、前記３層処理ウェハ（１００）は、ｎ型材料の第１ハンドルウェハ（１１０）と、真性活性層（１３０）と、前記第１ハンドルウェハ（１１０）および前記真性活性層（１３０）の間に配置された埋め込み酸化層（１２０）とを具備し、前記方法は、
フォトレジストマスクを介してｐ型材料を注入して前記処理ウェハ（１００）の前記真性活性層（１３０）内に非隣接のｐ＋検出器領域（１３４）の規則的２次元パターンを形成し、
フォトレジストマスクを介してｎ型材料を注入して前記真性活性層（１３０）内にｎ＋正面コンタクト捕捉領域（１３２）を形成し、
前記真性活性層（１３０）上にフィールド酸化物（１４０）を成長させ、
前記フィールド酸化物（１４０）をエッチングして前記フィールド酸化物のゲートコンタクトおよび制御ゲートが形成される領域を露出させ、
前記ゲートコンタクト（１４２）および制御ゲート（１４４）を形成し、
前記フィールド酸化層、ゲートコンタクト（１４２）、および制御ゲート（１４４）上に酸化層を形成し、
前記フィールド酸化層、ゲートコンタクト、制御ゲート上に形成された前記酸化層を均一な厚さへと処理し、
第２ハンドルウェハ（１５０）を、前記フィールド酸化層と、ゲートコンタクトと、制御ゲートとの上に形成された前記酸化層に接着し、
前記第１ハンドルウェハ（１１０）を除去して前記埋め込み酸化層（１２０）を露出させ、
前記埋め込み酸化層（１２０）、前記真性活性層（１３０）、および前記ｎ＋正面コンタクト捕捉領域（１３２）内に穴をエッチングで形成し、
残存する前記埋め込み層（１２０）を除去することによって、前記真性活性層（１３０）の表面を露出させ、
前記真性活性層の露出した表面内にｎ＋種を注入して、前記ｎ＋正面コンタクト捕捉領域（１３２）と接するｎ＋領域（１３６）を形成し、
第３ハンドルウェハ（１７０）を前記処理ウェハ（１００）に接着し、
前記第２ハンドルウェハ（１５０）を除去して前記フィールド酸化層（１４０）を露出させ、
フォトレジストマスクを介して金属コンタクトが形成される領域の前記フィールド酸化層（１４０）をエッチングし、
前記エッチングされた領域内に、前記ｎ＋正面捕捉領域（１３２）と、ゲートコンタクト（１４２）と、ｐ＋検出器領域（１３４）とに接する金属コンタクト（１８４、１８６）を形成する、
ことを具備する方法。
【請求項１９】
前記第３ハンドルウェハ（１７０）は光学素子を具備する、請求項１８の方法（３００、４００）。
【請求項２０】
前記第３ハンドルウェハ（１７０）を除去することをさらに具備する、請求項１８の方法（３００、４００）。
【請求項２１】
前記ゲートコンタクト（１４２）および制御ゲート（１４４）はポリシリコン材料によって作製される、請求項１８の方法（３００、４００）。
【請求項２２】
前記ゲートコンタクト（１４２）および制御ゲート（１４４）は金属材料によって作製される、請求項１８の方法（３００、４００）。
【請求項２３】
視野から発せられる電磁放射線を検出することによって前記視野を撮像するためのＰＩＮ画像センサ検出器部品であって、
第１面と第２面とを有する酸化層（１４０）と、
前記酸化層の前記第１面の頂上に配置され、前記酸化層（１４０）に接する第１面と前記視野と面する第２面とを有し、前記画像センサの周辺に形成された少なくとも１つのチャネル（１６０）を有する真性層（１３０）であって、前記視野から発せられる前記電磁放射線は前記真性層（１３０）の前記第２面に衝突し、前記少なくとも１つのチャネルにおいて前記前記真性材料が除去されて前記酸化層（１４０）の一部が露出しており、前記少なくとも１つのチャネルは側面を有する、真性層と、
前記真性層の前記第１面において前記真性層（１３０）内に形成され、一部が実質的に均一な深さで前記真性層内に到達し、行および列の実質的に一様な２次元配列に配置された複数の非隣接ｐ＋領域（１３４）と、
前記真性層の前記第１面で且つ前記チャネルと隣接して前記真性層内に形成され、前記チャネルの前記側面の一部を構成する複数の非隣接埋め込みｎ＋領域（１３２）と、
前記真性層（１３０）の前記第２面内に形成され且つ一部が前記真性層内に到達し、前記チャネルの前記側面を下って前記埋め込みｎ＋領域（１３２）に接し、前記ｐ＋領域（１３４）と前記ｐ＋および露出したｎ＋領域の間の前記真性材料と共同で前記視野から発せられる電磁放射線を検出するための複数の検出器領域を形成する、露出したｎ＋領域（１３６）と、
前記酸化層の前記第２面から前記酸化層（１４０）を貫いて延び、前記ｎ＋およびｐ＋領域（１３２、１３４）と接する金属コンタクト（１８４、１８６）と、
を具備し、
前記ＰＩＮ画像センサの組み合わさった全体の厚さは３０ミクロン未満である、ＰＩＮ画像センサ検出器部品。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、広く画像センサに関し、より詳しくは、ＰＩＮ（ｐ型／真性／ｎ型）画像センサとともに用いられる装置構造および製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
感光性の撮像装置の分野において、特に撮像装置が例えば監視システムまたは高性能業務用デジタルカメラに組み込まれている場合に、高解像度に対する要望がある。監視システムにおいて解像度が高いことに関する実用的な利点は、所与の視野において寸法が比較的小さい形態を認識できることである。高性能業務用デジタルカメラにおいて解像度が高いことに関する実用的な利点は、ピクシレーション等の明らかな加工を行なわずに写真を拡大できることである。
【０００３】
高い解像度を実現する１つの方法は、所与の視野を認知するために用いられる画素（以下、ピクセル）の数を増やすことである。しかしながら、ピクセルを増加することは、コストがかからないわけではない。例えば、センサ素子の全体寸法が一定に保たれているとすると、より多くのピクセルが１ピクセル当たりより少ない検出領域を用いて所与の視野を撮像することになる。これによる典型的な結果は、例えば、実際の様子では暗い領域が比較的均一な照度である撮像画像内で暗い領域の染みが現れるような、ノイズに関する加工に対して画像システムが影響されやすくなることである。
【０００４】
所望のノイズ性能を維持可能な別の手法は、各ピクセルの大きさを一定に保つとともに画像センサの全体寸法を大きくすることである。これもまた、良くない結果をもたらす。具体的には、このような手法によって、より大きな画像センサの半導体材料で製造することが必要となることである。これは、典型的には、歩留まりの低下に繋がる。よって、画像センサがより高価になる。また、画像センサが例えばズームレンズやズームレンズを備えた光学素子等の光学装置と組み合わせて用いられると、同じ視野を保つためにはズームレンズ全体のサイズが大きくならざるをえない。
【０００５】
これらの制約を考慮すると、混合型の手法、すなわち、画像センサの全体寸法を大きくする一方でピクセルの寸法を若干小さくする手法が追及されていることは驚くべきものではない。それでもなお、妥協された状況であっても、同様の問題、例えばノイズに対する感度および製造コストの増大が生じる。
【０００６】
また、画像センサ技術、例えばＰＩＮ、活性ＰＮ、またはＣＣＤの選択の問題がある。これらのそれぞれが、画像センサを構成するピクセルのサイズが減少することに応じた自身の個々の問題を有するためである。例えば、活性ＰＮ装置において、ピクセルの一部は実際には非感光性制御回路を備えている。一定の画像センサの寸法に対するピクセルが小さくなると、この制御回路が装置面積の大きな割合を占めることになり、結果、ノイズの影響が許容できない程度に達する。
【０００７】
放射線イベントが起こりうる環境では、光学的なことに関わらない要素が考慮されねばならない。画像センサ技術が異なると放射線硬度特性が異なり、また、これらの硬度特性は、望ましくは、解像度を上げるためにピクセルを小さくする場合に犠牲とされるべきではい。
【０００８】
画像センサを所望の放射線硬度特性を有するように設計することも、不測で好ましくない問題を引き起こすかもしれない。例えば、ある装置の特徴は、全体の寸法が大きいと放射線の影響を受けやすいため、通常、これらの装置の形状の寸法を小さくすることが望まれる。装置寸法を小さくするが、例えばセンサの厚さを従来の製造方法を用いて製造することが困難な寸法へと押しやることになるかもしれない。
【０００９】
よって、当業者は、所望のノイズおよび放射線硬度特性を有する、解像度の向上した新規の画像センサの設計を望んでいる。当業者は、また、所望の特性を有する新規な画像センサを許容可能な歩留まりのレベルを達成することによって経済的に製造可能な製造方法を望んでいる。当業者は、さらに、特にＰＩＮ画像センサに適用可能な設計および方法を望んでいる。
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記のおよび他の問題は、これらの技術の現段階での好適な実施形態に従って、克服され、他の利点も得られる。
【００１１】
本発明の第１実施形態は、ｎ型第１ハンドルウェハと、真性活性層と、前記ｎ型ハンドル層および前記真性活性層の間の埋め込み酸化層とを具備し且つその第１処理面側が前記真性活性層の露出している面と一致している処理ウェハを作製し、前記真性活性層の前記処理ウェハの前記第１処理面側にｎ＋正面コンタクト捕捉領域およびｐ＋検出器回路を形成するとともに前記処理ウェハの前記真性活性層の頂上の第２酸化層内に関連構造を形成し、第２ハンドルウェハを、前記第２ハンドルウェハを前記真性活性層の頂上の前記第２酸化層に接着することにより、前記処理ウェハの前記第１処理面側に接着し、前記第１ハンドルウェハ層を除去して前記埋め込み酸化層を露出させ、前記埋め込み酸化層の前記第１ハンドルウェハを除去することによって露出する面と一致する前記処理ウェハの第２処理面側上に裏面コンタクト領域を形成し、その間に前記埋め込み酸化層および前記真性活性層の前記ｎ＋正面コンタクト捕捉領域上方の部分が除去されることによって前記真性活性層の表面および前記ｎ＋正面捕捉領域を露出させ、前記真性活性層の露出している面にｎ＋種を注入して、前記ｎ＋正面コンタクト捕捉領域と電気的に接触するｎ＋領域を形成し、第３ハンドルウェハを前記処理ウェハの前記第２処理面側に接着し、前記第２ハンドルウェハを除去して前記第２酸化層を露出させ、前記第２酸化層の前記第２ハンドルウェハを除去することによって露出する面と一致する前記処理ウェハの前記第１処理面側上に、前記ｎ＋正面コンタクト捕捉領域、ｐ＋検出器、関連構造と接する金属コンタクトを形成する、ことを具備する、ＰＩＮ焦点面画像センサ検出器部品を製造する方法を備える。
【００１２】
本発明の第２実施形態は、ｎ型第１ハンドルウェハと、真性活性層と、前記ｎ型ハンドル層および前記真性活性層の間の埋め込み酸化層とを具備し且つその第１処理面側が前記真性活性層の露出している面と一致している処理ウェハを作製し、前記真性活性層の前記処理ウェハの前記第１処理面側にｎ＋正面コンタクト捕捉領域およびｐ＋検出器回路を形成するとともに前記処理ウェハの前記真性活性層の頂上の第２酸化層内に関連構造を形成し、第２ハンドルウェハを、前記第２ハンドルウェハを前記真性活性層の頂上の前記第２酸化層に接着することにより、前記処理ウェハの前記第１処理面側に接着し、前記第１ハンドルウェハ層を除去して前記埋め込み酸化層を露出させ、前記埋め込み酸化層の前記第１ハンドルウェハを除去することによって露出する面と一致する前記処理ウェハの第２処理面側上に裏面コンタクト領域を形成し、その間に前記埋め込み酸化層および前記真性活層の前記ｎ＋正面コンタクト捕捉領域上方の部分が除去されることによって前記真性活性層の表面および前記ｎ＋正面捕捉領域を露出させ、前記真性活性層の露出している面にｎ＋種を注入し、これによってｎ＋領域を前記ｎ＋正面コンタクト捕捉領域と電気的に接触させ、第３ハンドルウェハを前記処理ウェハの前記第２処理面側に接着し、前記第２ハンドルウェハを除去して前記第２酸化層を露出させ、前記第２酸化層の前記第２ハンドルウェハを除去することによって露出する面と一致する前記処理ウェハの前記第１処理面側上に、前記ｎ＋正面コンタクト捕捉領域、ｐ＋検出器、関連構造と接する金属コンタクトを形成する、ことを具備する方法によって作製され、組み合わされた全体の厚さが３０ミクロン未満のＰＩＮ焦点面画像センサ検出器部品を備える。
【００１３】
本発明の第３実施形態は、３層処理ウェハを加工して３つのハンドルウェハを用いたＰＩＮ撮像装置検出器部品を形成するための方法であって、前記３層処理ウェハは、ｎ型材料の第１ハンドルウェハと、真性活性層と、前記第１ハンドルウェハおよび前記真性活性層の間に配置された埋め込み酸化層とを具備し、前記方法は、フォトレジストマスクを介してｐ型材料を注入して前記処理ウェハの前記真性活性層内に非隣接のｐ＋検出器領域の規則的２次元パターンを形成し、フォトレジストマスクを介してｎ型材料を注入して前記真性活性層内にｎ＋正面コンタクト捕捉領域を形成し、前記真性活性層上にフィールド酸化物を成長させ、前記フィールド酸化物をエッチングして前記フィールド酸化物のゲートコンタクトおよび制御ゲートが形成される領域を露出させ、前記ゲートコンタクトおよび制御ゲートを形成し、前記フィールド酸化層、ゲートコンタクト、および制御ゲート上に酸化層を形成し、前記フィールド酸化層、ゲートコンタクト、制御ゲート上に形成された前記酸化層を均一な厚さへと処理し、第２ハンドルウェハを、前記フィールド酸化層と、ゲートコンタクトと、制御ゲートとの上に形成された前記酸化層に接着し、前記第１ハンドルウェハを除去して前記埋め込み酸化層を露出させ、前記埋め込み酸化層、前記真性活性層、および前記ｎ＋正面コンタクト捕捉領域内に穴をエッチングで形成し、残存する前記埋め込み層を除去することによって、前記真性活性層の表面を露出させ、前記真性活性層の露出した表面内にｎ＋種を注入して、前記ｎ＋正面コンタクト捕捉領域と接するｎ＋領域を形成し、第３ハンドルウェハを前記処理ウェハに接着し、前記第２ハンドルウェハを除去して前記フィールド酸化層を露出させ、フォトレジストマスクを介して金属コンタクトが形成される領域の前記フィールド酸化層をエッチングし、前記エッチングされた領域内に、前記ｎ＋正面捕捉領域と、ゲートコンタクトと、ｐ＋検出器領域とに接する金属コンタクトを形成する、ことを備える方法を具備する。
【００１４】
本発明の第４実施形態は、視野から発せられる電磁放射線を検出することによって前記視野を撮像するためのＰＩＮ画像センサ検出器部品であって、第１面と第２面とを有する酸化層と、前記酸化層の前記第１面の頂上に配置され、前記酸化層に接する第１面と前記視野と面する第２面とを有し、前記画像センサの周辺に形成された少なくとも１つのチャネルを有する真性層であって、前記視野から発せられる前記電磁放射線は前記真性層の前記第２面に衝突し、前記少なくとも１つのチャネルにおいて前記前記真性材料が除去されて前記酸化層の一部が露出しており、前記少なくとも１つのチャネルは側面を有する、真性層と、前記真性層の前記第１面において前記真性層内に形成され、一部が実質的に均一な深さで前記真性層内に到達し、行および列の実質的に一様な２次元配列に配置された複数の非隣接ｐ＋領域と、前記真性層の前記第１面で且つ前記チャネルと隣接して前記真性層内に形成され、前記チャネルの前記側面の一部を構成する複数の非隣接埋め込みｎ＋領域と、前記真性層の前記第２面内に形成され且つ一部が前記真性層内に到達し、前記チャネルの前記側面を下って前記埋め込みｎ＋領域に接し、前記ｐ＋領域と前記ｐ＋および露出したｎ＋領域の間の前記真性材料と共同で前記視野から発せられる電磁放射線を検出するための複数の検出器領域を形成する、露出したｎ＋領域と、前記酸化層の前記第２面から前記酸化層を貫いて延び、前記ｎ＋およびｐ＋領域と接する金属コンタクトとを具備し、前記ＰＩＮ画像センサの組み合わさった全体の厚さは３０ミクロン未満である、ＰＩＮ画像センサ検出器部品を備える。
【００１５】
こうして、本発明の装置および方法によって特性の向上したＰＩＮ画像センサ検出器部品が提供されることが分かる。具体的には、本発明の方法によって、ノイズおよび放射線イベントに対する所望の耐性を達成しつつより小さな検出器領域のＰＩＮ画像センサを作製することが可能となる。ノイズおよび放射線に対する所望の耐性は、一部、ＰＩＮ型画像センサを薄くすることによって達成される。ＰＩＮ型画像センサを薄くすることは、３つのハンドルウェハを製造工程の異なる段階で用いる製造方法を用いることによって達成される。この製造工程を用いれば、画像センサの全体の厚さは、光起電検出器またはアバランシュフォトダイオード（ＡＰＤ）として動作する場合、３０ミクロン以下まで薄くすることが可能である。画像センサが薄くなることは、画像センサのノイズおよび放射線イベントに対する感度が減少するという望ましい効果を有する。
【００１６】
最後に、本発明の実施形態の上記の要約は、例示的かつ非限定的である。例えば、当業者は、ある実施形態から取り出された１つ以上の特徴および工程が、本発明の別の実施形態から取り出された１つ以上の特徴および工程と組み合わせて、本発明の範疇内で新たな実施形態を作り出すことが可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
これらの技術の、上記および別の特徴は、以下の発明を実施するための最良の形態において、添付の図面とともに読むことによってより明らかとなる。
【００１８】
図１は、第１ハンドルウェハ１１０と、埋め込み酸化層１２０と、真性活性ウェハ層１３０と、を具備する３層処理ウェハ１００の断面の様子を示している。ｎ型ハンドルウェハ１１０は、チョクラルスキー工程（ＣＺ）または磁場印加工程（ＭＣＺ）によって形成され、厚さが最大で７００ミクロンである。真性活性層１３０は、最終的な厚さまで研磨された後の厚さが約１０乃至２００ミクロンで、浮遊帯域成長法工程（ＦＺ）によって形成することができる。
【００１９】
図２は、図１に示される処理ウェハ１００に対して幾つかの処理工程が実行された後の結果を示している。検出器領域１３４は、真性活性ウェハ層１３０の一部を最初に酸化することによって形成される。次に、この酸化層がエッチングされて真性活性ウェハ層の検出器領域が形成されることになる部分が露出させる。次に、検出器領域が、ボロンやアルミニウムまたはガリウムのようなｐ型ドーパントをイオン注入することによって形成される。また、裏面コンタクトのための正面捕捉領域１３２が、エッチングおよびこれに続くヒ素等のｎ型材料を用いたイオン注入によって形成される。次に、フィールドまたは第２酸化層１４０が、真性活性層１３０上に成長させられる。フィールド酸化層１４０がエッチングされて、ゲートコンタクトおよび制御ゲートが形成される領域を露出させる。次に、ゲートコンタクト１４２および制御ゲート１４４が、エッチングされた領域に形成される。ゲートコンタクト１４２および制御ゲートは、金属またはポリシリコンによって形成することができる。ゲートコンタクトおよび制御ゲートは、任意であり、代替的な実施形態では用いられない場合がある。最後に、別の酸化層がフィールド酸化層１４０、ゲートコンタクト１４２、および／または別の制御ゲート１４４上に成長させられる。次に、結果得られる変更を加えられたフィールド酸化層１４０は、均一な厚さへと処理される。
【００２０】
図３は、ＳｉＯ2接着工程または他の適当な工程を用いて第２ハンドルウェハ１５０を酸化層１４０へと接着することを示している。図４は、第１ハンドルウェハ層１１０を除去することを示している。第１ハンドルウェハ層１１０は、厚さ３０乃至５０ミクロンへと研磨され、次に、シリコンの残存部分がＲＶＳ工程を用いてエッチングされて埋め込み酸化層１２０を露出させる。
【００２１】
図５は、次の、正面フィールドプレートへの裏面コンタクトをサポートする構造部分を形成する処理工程を示している。真性活性ウェハ層１３０の一部がエッチングされて先の工程で形成された酸化層１４０を露出させる。ＫＯＨ（水酸化カリウム）異方性エッチング、（例えば、テトラメチル水酸化アンモニウムを用いた）他の異方性エッチング法、またはプラズマ酸化エッチングが用いられてチャネル１６０を形成する。チャネル１６０の側面は斜面状とされて、ｎ型ドーピング材料が斜面へと注入されて正面を裏面コンタクトへと適応させるイオン注入工程を行なうことが可能になる。他の深いコンタクト構造が用いられ、また不純物導入によって導電性化されたシリコン製スルービア用誘導結合プラズマまたはボッシュエッチング工程、ポリシリコン、あるいは他の手段によって形成されることが可能である。他の材料であれば、検出器バルクまたは基板の抵抗値に応じて深いコンタクトが必要な場合もあるし、そうでない場合もある。
【００２２】
図６に示される次の工程では、埋め込み酸化層１２０およびフィールド酸化層１４０のチャネル１６０内の部分が除去される。図７は、活性真性層１３０の表面におけるイオン注入によってｎ＋領域１３６が形成される１つ以上の工程の結果を示している。ｎ＋領域は、真性活性層１３０の表面を横断してチャネル１６０に達し、チャネル１６０の斜面状の側面を下って、そこでｎ＋正面コンタクト捕捉領域１３２に接する。
【００２３】
次の処理段階では、第３ハンドルウェハ１７０が、処理ウェハ１００の第２処理面側に接着される。典型的には、図８に示されるように、接着酸化層１３８が処理ウェハ１００の第２処理面側上に成長させられる。本発明の代替的な実施形態では、反射防止被膜（図示せず）が、接着酸化層が処理ウェハの第２処理面側上に成長させられる前に、真性活性層上に堆積され得る。さらなる実施形態では、第３ハンドルウェハ１７０は、光学素子、（関連のある波長において）光学的に透明な基板、または不透明な素子を備え得る。図９は、第３ハンドルウェハ１７０が処理ウェハ１００の第２処理面側に接着された工程の結果を示している。
【００２４】
図１０は、第２ハンドルウェハ１５０が除去される処理工程を実行することを示している。本発明の一実施形態では、第２ハンドルウェハ１５０は、３０乃至５０ミクロンまで研磨される。次に、第２ハンドルウェハの残存部分が、エッチングによって除去される。
【００２５】
図１１は、幾つかの処理工程の結果を示している。第１の工程では、フォトレジスト材料が堆積されるとともに酸化層１４０が検出器領域１３４、ゲートコンタクト領域１４２、およびｎ＋正面コンタクト捕捉領域へと選択的にエッチングされて穴１８２を形成する。次に、金属１８４が、エッチングによって形成された穴１８２内に、例えばスパッタリングによって堆積される。次に、フォトレジストマスクが除去される。次に、別の酸化層が成長させられ、選択的にエッチングされ、次いでバンプの編隊１８６がバンプ金属を堆積することによって形成される。このバンプ編隊１８６は金属領域１８４と接触している。検出器金属とセンサ回路または他の部分との間にコンタクトを形成する他の方法が用いられることも可能である。
【００２６】
図１２は、付加的な処理工程の結果を示している。さらなる処理工程では、第３ハンドルウェハ１７０が３０乃至５０ミクロンまで研磨され、次いでエッチングされて、真性活性層１３０を露出させ得る。
【００２７】
図１乃至図１２に示される工程は、図１３に示されるフローチャートによって、一般に、要約される。図１３に示される方法３００において、ステップ３１０で、ｎ型第１ハンドルウェハと、真性活性層と、ｎ型第１ハンドルウェハおよび真性活性層の間の埋め込み酸化層と、を備えた処理ウェハが製造される。方法３００において、真性活性層の露出している面は、処理ウェハの第１処理面に一致する。次に、ステップ３２０において、検出器回路が、真性活性層内の処理ウェハの第１処理面側に形成される。関連構造物（例えば、ゲートコンタクト領域、制御ゲート）が真性活性層の頂上に成長させられた酸化シリコン層内に形成される。
【００２８】
次に、ステップ３３０において、第２ハンドルウェハが、処理ウェハの第１処理面側に、第２ハンドルウェハを活性真性層の頂上に形成された第２酸化層に接着することにより、接着される。
【００２９】
次なる工程が実行されて裏面コンタクト領域を形成する。これは、ステップ３４０において、第１ハンドルウェハを除去して埋め込み酸化層を露出させることによって達成される。埋め込み酸化層の第１ハンドルウェハを除去することによって露出した面は、処理ウェハの第２処理面側に一致する。次に、ステップ３５０において、裏面コンタクト領域および関連回路が、処理ウェハの第２処理面側上に形成される。ステップ３５０の最中、埋め込み酸化層が除去される。次に、ステップ３６０において、第３ハンドルウェハが、処理ウェハの第２処理面側に接着される。次に、ステップ３７０において、ゲートコンタクト領域、ｎ＋正面コンタクト捕捉領域、ｐ＋検出器領域に対する金属コンタクトが形成される。次に、ステップ３８０において、第３ハンドルウェハが除去される。
【００３０】
図１４Ａ、図１４Ｂは、本発明の実施形態に従った、ＰＩＮ検出器装置を形成することが可能な代替的な方法４００を示している。方法４００は、図１に示すような処理ウェハに対して行なわれる。ステップ４１０において、ｐ型材料がフォトレジストマスクを介して注入されて処理ウェハ１００の真性活性領域１３０内に非隣接のｐ＋検出器領域１３４の規則的な２次元パターンを形成する。次に、ステップ４１５において、ｎ型材料がフォトレジストマスクを介して注入されて真性活性ウェハ層内にｎ＋正面捕捉領域１３２を形成する。次に、ステップ４２０において、真性活性層上にフィールド酸化層が成長させられる。次に、ステップ４２５において、フィールド酸化層がマスクを介してエッチングされてゲートコンタクトおよび制御ゲートが形成される領域を露出させる。次に、ステップ４３０において、ゲートコンタクトおよび制御ゲートが形成される。ゲートコンタクトおよび制御ゲートは、金属またはポリシリコンで構成することができる。これに続いて、ステップ４３５において、新たな酸化層が、フィールド酸化層、ゲートコンタクト、および制御ゲート上に形成される。次に、ステップ４４０において、フィールド酸化層、ゲートコンタクト、および制御ゲート上に形成された酸化層が、均一な厚さへと処理される。ステップ４２０乃至４４０の結果は、図２の処理ウェハにおいて示されている。
【００３１】
次に、方法４００のステップ４４５が実行される。このステップによって、第２ハンドルウェハが、フィールド酸化層、ゲートコンタクト、制御ゲート上に形成された酸化層に接着される。次に、ステップ４５０において、第１ハンドルウェハが除去されて埋め込み酸化層１２０を露出させる。次に、ステップ４５５において、穴１６０が、埋め込み酸化層、真性活性層、ｎ＋正面コンタクト捕捉領域内にエッチングで形成される。次に、ステップ４６０において、残存する埋め込み酸化層が除去され、これによって、真性活性層の表面を露出させる。次に、ステップ４６５において、ｎ＋種が真性活性層の露出した面に注入されてｎ＋領域を形成する。ｎ＋領域は、ｎ＋正面コンタクト捕捉領域と電気的に接触している。次に、ステップ４７０において、第３ハンドルウェハが、処理ウェハに接着される。次に、ステップ４７５において、第２ハンドルウェハが除去されてフィールド酸化層を露出させる。次に、ステップ４８０において、フィールド酸化層がフォトレジストマスクを介して、金属コンタクトが形成される領域でエッチングされる。この領域は、ｎ＋正面コンタクト捕捉領域、ゲートコンタクト領域、および検出器領域に一致する。次に、ステップ４８５において、エッチングされた領域に、ｎ＋正面コンタクト捕捉領域、ゲートコンタクト領域、検出器領域と接する金属コンタクトが形成される。
【００３２】
製造および除去工程が、ＲＡＭ（ランダムアクセスメモリ）、ＲＯＭ（読み出し専用メモリ）、または他の不揮発性メモリ（ＮＶＭ）のような電子媒体上に保存されるのもまた本発明の実施形態である。よって、コンピュータが用いられて本発明を実行され得る。
【００３３】
本発明が、１つの実際の処理工程または複数の処理工程の組合せを表し得る工程の観点から説明された。当業者は、本発明の方法のステップが、本明細書において示されたのと異なる組合せおよび順序で実行されてよいことを理解するであろう。このような、ステップの組合せおよび順序の全ては、本発明の範疇に属する。また、開示された工程の順序は、決定的なものではなく、当業者が本明細書に開示の順序を変更することを思いつき得ることが企図されている。換言すれば、開示されている複数の工程を組み合わせたり変更したりすることは、本発明の範疇から逸脱するものではない。
【００３４】
さらに、本発明は具体的な材料で説明されているが、当業者が等価物であると理解する置換可能な他の材料が存在する。実際に、本発明は、真性シリコンの代わりとなる様々な検出器材料を含む、同様の成果を達成する複数の材料の組合せによって達成され得る。
【００３５】
さらに、具体的な寸法が提示されて本発明を説明してきたが、本発明から逸脱することなくこれらの寸法を当業者が変更し得ることが企図されている。
【００３６】
こうして、上記の説明は、例示的であって非限定的な例として、３重接着されたＰＩＮ焦点面構造を製造するための現段階において最良と発明者の考える方法および装置の完全で有益な説明を提供していることが分かる。当業者は、本明細書に開示の様々な実施形態が、個別に、または本明細書に開示の１つ以上の実施形態との組合せによって、または本明細書に記載の製造方法と異なる製造方法との組合せで実施されてよいことを理解するであろう。また、当業者は、本発明は、開示の実施形態と違ったやり方で実施されてよいこと、または開示の実施形態が限定を目的とせずに例証のために提示されていること、よって本発明は特許請求の範囲によってのみ限定されること、を理解するであろう。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】３層処理ウェハの断面図である。
【図２】本発明の実施形態に従って、検出器裏面コンタクトのための正面コンタクト捕捉領域、ゲートコンタクト領域、制御ゲートが処理ウェハの第１処理面側上の様々な層内に形成される工程後の図１の処理ウェハの断面図である。
【図３】本発明の実施形態に従って、第２ハンドルウェハがウェハの第１処理面側上のウェハのフィールド酸化層に接着された後の図２の処理ウェハを示している。
【図４】本発明の実施形態に従って、図３に示される処理ウェハの第１ハンドルウェハに対して実行される工程を示している。
【図５】本発明の実施形態に従って、図４のウェハの第２処理面側において裏面コンタクトプロファイルが形成される工程の結果を示している。
【図６】本発明の実施形態に従って、図５のウェハから埋め込み酸化層が除去されるとともに裏面コンタクトの領域においてフィールド酸化層がエッチングされる工程の結果を示している。
【図７】本発明の実施形態に従って、ｎ＋種を注入することによって図６のウェハ内に裏面コンタクトが形成される工程の結果を示している。
【図８】本発明の実施形態に従って、図７に示される処理ウェハ内に接着酸化層が形成される工程の結果を示している。
【図９】本発明の実施形態に従って、図８に示される処理ウェハに第３ハンドルウェハが接着される工程の結果を示している。
【図１０】本発明の実施形態に従って、図９に示される処理ウェハから第２ハンドルウェハが除去される工程の結果を示している。
【図１１】本発明の実施形態に従って、処理ウェハの第１処理面側上のフィールド酸化層内に金属コンタクトが形成される工程の結果を示している。
【図１２】第３ハンドルウェハが除去される、図１１の処理ウェハに施される工程の結果を示している。
【図１３】図１乃至図１２に示される製造工程を要約したフローチャートである。
【図１４Ａ】本発明の実施形態に従ってＰＩＮ画像センサを形成可能な代替方法を示すフローチャートである。
【図１４Ｂ】本発明の実施形態に従ってＰＩＮ画像センサを形成可能な代替方法を示すフローチャートである。
【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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【図１２】
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【図１３】
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【図１４Ａ】
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【図１４Ｂ】
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【国際調査報告】
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