(57)【要約】  各画素セルの光センサ上の不透明な材料の複数の分離したブロックからなる、光遮蔽部分を有する光遮蔽物を使用して、イメージセンサの光学的クロストークを減少させる構造および方法。光遮蔽部分は、画素セルに関連する光センサに光を通過させる開口部を持つ。ブロックは可視光の波長より短い距離を隔てて互いに分離される。そのようなものとしてブロック間につくられた間隔は、望まれない領域へのそこを通る入射光の波長の通過を減少させる。【選択図】図１
2009529240.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に支持される光センサと、
光遮蔽物と、
を含み、
ここで、前記光遮蔽物は、
前記光センサに関連して、前記光センサの上に形成される、複数の不透明な材料ブロックであって、且つ、前記複数の材料ブロックの一部は光妨害領域を画定するように配列され、且つ、前記材料ブロックは前記光妨害領域内に、ある距離を隔てて分離され、且つ、前記距離は入射光の波長以下である、複数の不透明な材料ブロック、
からなることを特徴とする、
イメージセンサ。
【請求項２】
前記距離は約0.4 μm以下である、請求項1のイメージセンサ。
【請求項３】
前記距離は、入射光の波長の少なくとも一部がそこを通過するのを妨げる、請求項1のイメージセンサ。
【請求項４】
前記材料ブロックは金属材料を含む、請求項1のイメージセンサ。
【請求項５】
前記材料ブロックは、入射光の1%未満しかそこを通過させないような、厚さおよび材料からなる、請求項1のイメージセンサ。
【請求項６】
基板上に支持される光センサと、
光遮蔽物と、
を含み、
ここで、前記光遮蔽物が、
前記光センサに関連して、前記光センサの上に形成される、複数の金属材料ブロックであって、前記複数の金属材料ブロックが、光妨害領域を画定するように配列され、且つ、前記光妨害領域内に第一の距離を隔てて分離されるように配列され、前記第一の距離は、入射光の波長の少なくとも一部が、前記第一の距離を通過するのを妨げる、前記複数の金属材料ブロックと、
前記光センサの上の光伝達領域であって、前記材料ブロックが、前記光伝達領域内に第二の距離を隔てて分離されるように配列され、前記第二の距離は光を前記光センサまで通過させる、前記光センサの上の前記光伝達領域と、
を含むことを特徴とする、
イメージセンサ。
【請求項７】
前記第一の距離は、入射光の波長以下である、請求項6のイメージセンサ。
【請求項８】
前記第一の距離は、約0.4 μm以下である、請求項6のイメージセンサ。
【請求項９】
前記材料ブロックは、入射光の1%未満しかそこを通過させないような、厚さおよび材料からなる、請求項6のイメージセンサ。
【請求項１０】
基板上に支持される光センサと、
光遮蔽物と、
を含み、
ここで、前記光遮蔽物は、
前記光センサに関連して、前記光センサの上に形成される複数の不透明な材料ブロックであって、前記材料ブロックは、光が前記光センサに通過するよう、前記光センサの上に光伝達領域を画定するように配列される、前記複数の不透明な材料ブロックと、
前記材料ブロックが、光妨害領域内に第一の距離を隔てて分離されるように配列され、且つ、前記第一の距離は入射光の波長以下である、光妨害領域と、
を含むことを特徴とする、
イメージセンサ。
【請求項１１】
前記第一の距離は、約0.4 μm以下である、請求項10のイメージセンサ。
【請求項１２】
前記第一の距離は、入射光の波長の少なくとも一部がそこを通過するのを妨げる、請求項10のイメージセンサ。
【請求項１３】
前記材料ブロックの一部が第二の距離を隔てて分離され、前記第二の距離は前記光伝達領域を提供する、請求項10のイメージセンサ。
【請求項１４】
前記材料ブロックは、前記イメージセンサの導電性相互接続層から分離され、且つ、前記導電性相互接続層との電気的接続を提供しない、請求項10のイメージセンサ。
【請求項１５】
前記複数の材料ブロックの少なくとも一部が、前記イメージセンサの導電性相互接続層との電気的接続を有する、請求項10のイメージセンサ。
【請求項１６】
前記材料ブロックは金属材料を含む、請求項10のイメージセンサ。
【請求項１７】
前記材料ブロックは、タングステン、ケイ化タングステン、チタン、チッ化チタン、コバルト、クロム、ポリシリコン-タングステンケイ化物、アルミニウム、ケイ化チタン、モリブデン、タンタル、およびこれらの組み合わせからなるグループから選択される材料を含む、請求項10のイメージセンサ。
【請求項１８】
前記材料ブロックは、約100 Åから約3,000 Åの厚さである、請求項10のイメージセンサ。
【請求項１９】
前記材料ブロックは、入射光の1%未満しかそこを通過させないような、厚さおよび材料からなる、請求項10のイメージセンサ。
【請求項２０】
複数の画素セルにコンタクトし、各画素セルは光センサを有する、アレイと、
前記アレイの前記画素セル上に配列された、複数の分離した不透明材料ブロックと、
を含み、
ここで、前記材料ブロックは、光が前記画素セルの前記光センサに通過するように、前記光センサの上に開口部を画定し、且つ、光妨害領域を画定し、前記材料ブロックが、前記光妨害領域内に第一の距離で分離されるように配列され、前記第一の距離は入射光の波長以下であることを特徴とする、
イメージセンサ。
【請求項２１】
前記第一の距離は、約0.4 μm以下である、請求項20のイメージセンサ。
【請求項２２】
前記第一の距離は、入射光の波長の少なくとも一部分がそこを通過するのを妨げる、請求項20のイメージセンサ。
【請求項２３】
前記材料ブロックは金属材料を含む、請求項20のイメージセンサ。
【請求項２４】
前記材料ブロックは、入射光の1%未満しかそこを通過させないような、厚さおよび材料からなる、請求項20のイメージセンサ。
【請求項２５】
プロセッサと、
前記プロセッサと通信するイメージセンサと、
を含み、
前記イメージセンサは、
複数の画素セルを有し、前記画素セルの各々が基板上に支持される光センサを含む、画素セルアレイと、
前記光センサの上に形成される導電性相互接続層と、
光遮蔽物と、
を含み、
ここで、前記光遮蔽物は、
前記光センサに関連し、前記光センサの上に形成される複数の不透明材料ブロックであって、前記材料ブロックが、光が前記光センサに通過するように、前記光センサの上に光伝達領域を画定するように配列され、且つ、光妨害領域を画定するように配列され、前記材料ブロックは、入射光の波長の少なくとも一部がそこを通るのを妨げるよう、第一の距離で分離されるように前記光妨害領域内に配列される、前記複数の不透明な材料ブロックからなる、
ことを特徴とする、イメージセンサシステム。
【請求項２６】
前記第一の距離は、約0.4 μm以下である、請求項25のイメージセンサシステム。
【請求項２７】
前記第一の距離は、入射光の波長以下である、請求項25のイメージセンサシステム。
【請求項２８】
前記材料ブロックは、前記光伝達領域内に第二の距離を隔てて分離されるように配列される、請求項25のイメージセンサシステム。
【請求項２９】
前記材料ブロックは金属材料を含む、請求項25のイメージセンサシステム。
【請求項３０】
前記材料ブロックは、入射光の1%未満しかそこを通過させないような、厚さおよび材料からなる、請求項25のイメージセンサシステム。
【請求項３１】
複数の画素セルとコンタクトし、各画素セルは光センサを有する、アレイを形成するステップと、
前記光センサに関連し、前記光センサの上に形成される複数の金属材料ブロックを形成するステップと、
を含み、
ここで、前記複数の金属材料ブロックは、
光妨害領域を画定するように配列され、且つ、入射光の波長の少なくとも一部がそこを通るのを防ぐよう、前記光妨害領域内に第一の距離を隔てて分離されるように配列され、ならびに、前記光センサの上に光伝達領域を画定するように配列され、且つ、光が前記光センサに通過するよう、前記光伝達領域内に第二の距離を隔てて分離されるように配列される、
ことを特徴とする、
イメージセンサを形成する方法。
【請求項３２】
前記第一の距離は、約0.4 μm以下である、請求項31の方法。
【請求項３３】
前記第一の距離は、入射光の波長以下である、請求項31の方法。
【請求項３４】
前記材料ブロックは、入射光の1%未満しかそこを通過させないような、厚さおよび材料からなり、且つ、導電性材料または絶縁性材料でありうる、請求項31の方法。
【請求項３５】
各画素セルが光センサを有する、画素セルアレイを形成するステップと、
前記光センサ上の不透明材料からなる光遮蔽物を形成するステップと、
画素セルごとに、前記光センサと関連し、前記光センサの上に形成される複数の不透明材料ブロックを形成するように、前記光遮蔽物をパターンするステップと、
を含み、
ここで、前記複数の材料ブロックは、
光妨害領域を画定するように配列され、且つ、光妨害領域内で第一の距離を隔てて分離され、ならびに、前記第一の距離は、入射光の前記波長以下である、
ことを特徴とする、
イメージセンサを形成する方法。
【請求項３６】
前記光センサの上に導電性相互接続層を形成するステップをさらに含む、請求項35の方法。
【請求項３７】
前記材料ブロックが、光伝達領域を画定するように配列され、
前記材料ブロックが、前記光伝達領域内で、光が前記光センサに通過するように第二の距離で分離される、
ことをさらに含む、請求項35の方法。
【請求項３８】
前記第一の距離は、約0.4 μm以下である、請求項35の方法。
【請求項３９】
前記光遮蔽物を形成する前記ステップが、金属材料を堆積するステップを含む、請求項35の方法。
【請求項４０】
前記光遮蔽物を形成する前記ステップが、タングステン、ケイ化タングステン、チタン、チッ化チタン、コバルト、クロム、ポリシリコン-タングステンケイ化物、アルミニウム、ケイ化チタン、モリブデン、タンタル、およびこれらの組み合わせからなるグループから選択される材料を堆積するステップを含む、請求項35の方法。
【請求項４１】
前記光遮蔽物をパターンする前記ステップが、材料ブロックを約100 Åから約3,000 Åの厚さで形成する、請求項35の方法。
【請求項４２】
前記材料ブロックは、入射光の1%未満しかそこを通過させないような、厚さおよび材料からなり、且つ、導電性材料または絶縁性材料でありうる、請求項35の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、概してイメージセンサ用光遮蔽物に関する。
【背景技術】
【０００２】
撮像装置としても知られる固体イメージセンサは、特定の波長の入射光線（可視光線の光子、x線、など）を吸収し、吸収した光線に対応する電気信号を生成する。電荷結合素子（CCD）、光ダイオードアレイ、電荷注入素子、ハイブリッド焦点面アレイ、および相補性金属酸化膜半導体（CMOS）イメージセンサなどを含む、さまざまな種類の半導体をベースとしたイメージセンサがある。
【０００３】
CMOSイメージセンサは典型的に、画素セルの焦点面アレイからなる。それぞれの画素セルが、基板の下部に光生成電荷を蓄積するための、基板上の光センサ（一般的には、光ゲート、光コンダクタまたは光ダイオードである）を含む。読み出し回路は、各画素セルに接続し、および、基板内に形成される出力トランジスタと、基板上にフォトセンサに隣接して形成され、出力トランジスタのゲートに接続している、典型的には浮遊拡散領域である、電荷蓄積領域と、を少なくとも含む。イメージセンサは、電荷を基板の下部から浮遊拡散領域へ転送するために、少なくとも一つの電子装置（トランジスタなど）を含んでもよく、電荷転送前に浮遊拡散領域を所定の電荷レベルにリセットするために、一つの装置（典型的にはこれもトランジスタであるが）を、含んでもよい。
【０００４】
CMOSイメージセンサでは、画素セルのアクティブ素子が、その必要な機能である、（1）光子から電荷への変換、（2）画像電荷の蓄積、（3）電荷増幅に伴う浮遊拡散領域への電荷の転送、（4）既知の状態への浮遊拡散領域のリセット、（5）読み出しのための画素セルの選択、（6）画素セル電荷を表す信号の出力および増幅、を実行する。光電荷は、当初の電荷蓄積領域から浮遊拡散領域に移動する際に、増幅されてもよい。浮遊拡散領域での電荷は典型的に、ソースフォロワ出力トランジスタによって、画素セル出力電圧に変換される。
【０００５】
上記の種類の例示的なCMOSイメージセンサは、例えば、その全体の参照によってここに組み込まれる、Micron technology, Inc.にそれぞれ譲渡された、U.S. Patent No. 6,140,630、U.S. Patent No. 6,376,868、U.S. Patent No. 6,310,366、U.S. Patent No. 6,326,652、U.S. Patent No. 6,204,524、U.S. Patent No. 6,333,205に説明されるものとして、一般に知られている。
【０００６】
各画素セル内の光センサは、光センサに当たる光の強度に対応する信号を生成する。画像が画素セルのアレイに焦点を結んだ場合、結合された信号が、例えば、保存、表示、印刷、および／または伝達される画像の、デジタル表現をつくるために、使用されてもよい。したがって、光センサに向かう全ての光が、反射されたり、屈折されたりせずに、その光センサに当たることが、重要である。光が適切な光センサに当たらない場合には、画素セル間の光学的クロストークが起こりうる。
【０００７】
光学的クロストークは、固体イメージセンサの画素セルアレイ内の隣接する光センサ間に存在しうる。理想的な光センサ（例えば光ダイオード）では、光を直接受けた光ダイオードの表面を介してのみ、光が入る。しかしながら実際には、隣接する光センサに向かう光も、迷光（stray light）の形をとって、例えば光センサ構造の側面を介して、その光ダイオードに入ってしまう。画素セルのアレイ内での反射および屈折は迷光を生じ得るが、これもまた、光学的クロストークと呼ばれる。
【０００８】
光学的クロストークは、作製された画像に望ましくない結果を引き起こしうる。この望ましくない結果は、イメージセンサアレイ内の画素セルの密度が増加するにつれて、ならびに、画素セルサイズが対応して縮小するにつれて、より著しくなりうる。画素セルサイズが縮小することによって、入ってくる光の焦点を各画素セルの光センサ上に合わせることが、非常に難しくなる。
【０００９】
光学的クロストークは、固体イメージセンサによって作製された画像内で、ぼけ、またはコントラストの低下として、明らかとなりうる。本質的には、イメージセンサアレイ内の光学的クロストークは、空間的解像度を低下させ、感光度全体を減少させ、色混合（color mixing）を引き起こし、色補正後の画像ノイズにつながる。上記のように、画像劣化は、画素セルおよびセンサのサイズが減少するにつれ、より明らかとなりうる。
【００１０】
画像センサ内での光学的クロストークを減少させる一つの方法は、光遮蔽物を使用することである。典型的なイメージセンサは、光センサの少なくとも一部分を入ってくる光にさらす開口部（aperture）を設け、一方で、画素セルの残る部分を光から遮蔽する、光遮蔽物を含む。理想的には、光遮蔽物は隣接する画素セルの受けた光信号を遮り、画素セル内の望ましくない位置で光電流が生成されるのを防止する。このようにして、イメージセンサは、ブルーミング、ぼけ、および他の好ましくない影響のより少ない、より高い解像度の画像を達成する。光遮蔽物は画素セルに関連する回路を保護することもできる。例えば、光線による損傷から、ならびに、この画素セルの出力信号の一部に回路内で望まれずに変換されうる迷光を使用してしまうことから、回路を保護することができる。
【００１１】
先行技術では、さまざまな最終工程ポリマー（back end polymer）をベースにした光遮蔽物材料が使用されている。しかしながら、一つとして金属より優れた光遮蔽効果を達成するものはない。理想としては、完全に光を遮るためには、一つの連続した金属の層がイメージセンサ内の光遮蔽物として使用される。光遮蔽物は典型的に、画素セルに関連した回路および光センサの上に形成される。光遮蔽物はまた、光を光センサへ通過させる開口部を有する。イメージセンサ内に形成される光遮蔽物の例は、その全体の参照によってここに組み込まれる、Micron technology, Inc.にそれぞれ譲渡された、U.S. Patent No. 6,611,013、U.S. Patent No. 6,812,539に提供される。
【００１２】
しかしながら、イメージセンサ内の金属の光妨害遮蔽物に関連する、いくつかの望まれない性質がある。光遮蔽物は典型的に、イメージセンサの金属相互接続層（例えば、金属1層目、金属2層目、もしくは、利用される場合は金属3層目）に形成されている。しかし、この種類の光遮蔽物の配置は、金属層の用途を、通常の導電的な相互接続の目的（例えば、イメージセンサ用導電性相互接続）よりもむしろ、光遮蔽物に限定する。一般的に、電子装置用の光遮蔽物として一続きの金属ブロック（block）を使用することにより、そのセンサの構成要素がどのように電力を供給するのか、もしくは信号を送るのか、ということに対立した問題を生じうる。また、光センサから間隔がおかれた上部の金属化層内に光遮蔽物を有することにより、センサ機能にエラーを引き起こしうる、画素セル内での光パイピング（light piping）および光シャドウイング（light shadowing）が増加しうる。
【００１３】
金属光遮蔽物に関する他の問題は、イメージセンサ上に与えられたストレス（stress）の量に関連づけられる。例えば、良好な光妨害を達成するためには、500 Åより厚いタングステン層が必要とされうる。大きなタングステン層を適用することは、装置にかなりのストレスを生じ、より高い暗電流、漏れ電流を引き起こすことがあり、最悪の場合、重大な工程上の問題を引き起こす膜剥離を引き起こしうる。したがって、上記の欠点を被らないイメージセンサ用光遮蔽物が望まれる。
【発明の開示】
【００１４】
本発明は、例えば、各画素セルの光センサの上に、複数の不透明な材料のブロック（block）からなる光遮断部分を有する光遮蔽物を使用することによって光学的クロストークを減少させる、イメージセンサの性能を改良する構造および方法を提供する。光遮蔽部分は、光を画素セルに関連する光センサへ通過させる開口部を形成するように配置される。光遮蔽部分はまた、ブロック間に、間隔を形成するように配置され、これは、入射光の全ての波長、もしくは少なくとも一部の波長が、光を妨害することが望まれる位置で、通過するのを妨げる。
【００１５】
金属が材料ブロックとして使用される場所の光遮蔽物に対して、本発明の例示的な光遮蔽物は、基板表面上の総実質ストレス量を減少させる。なぜならば、光遮蔽物は、一続きの金属ブロックではなく、（光遮断物部分ごとの）小ブロックからなるためである。材料ブロックはどんな形状でも大きさでもよく、それゆえ、光遮蔽物は、イメージセンサ上のどこに配置されるかが限定されない。光遮蔽物は、基板に近い位置、もしくは導電性相互接続層の一つ（例えば、金属1層目またはそれより上層）に配置されうる。光遮蔽物は、金属で形成される場合、他の金属のレイアウト（layout）に電気的に接触しないように配置されうる。しかしながら、電気的接続が望まれる場合には、光遮蔽物のブロック形成部分は他の金属のレイアウトと接触されうる。
【００１６】
本発明のこれらのおよび他の効果と特徴は、以下の詳細な説明および、本発明のさまざまな実施形態を例示する図面からより明らかになるだろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下の詳細な説明では、本明細書の一部をなし、本発明が実施されうるさまざまな実施形態が例示することによって示される、付随する図面が参照される。これらの実施形態は、当業者が本発明を組み立て、使用することができるよう十分詳細に説明される。他の実施形態が利用されても良く、使用される材料の変更はもちろん、構造的変更、論理的変更、電気的変更が、本発明の本質および範囲から逸脱することなくなされても良いことが、理解されるべきである。さらに、一定の工程ステップが説明され、工程ステップの特定の順序が開示されているが、当分野で知られるように、ステップの順序は本明細書の以降に記載されたものに限定されず、一定の順序で必然的に起こるステップまたは動作を除いては、変更されてもよい。
【００１８】
「ウェハ」および「基板」という用語は、相互に交換することが可能であり、かつ、シリコン、シリコン・オン・インシュレータ（SOI）またはシリコン・オン・サファイア（SOS）、ドープされた半導体ならびにドープされていない半導体、基台半導体の土台（foundation）によって支えられたシリコンのエピタキシャル層、および他の半導体構造を含む、として理解されるべきである。さらに、「ウェハ」および「基板」という用語を以下の説明で参照する場合、先の工程ステップが、領域、接合、または材料層を基台半導体構造または土台の内部または上に形成するために使用されていてもよい。これに加えて、半導体はシリコン基台である必要はなく、シリコンゲルマニウム、ゲルマニウム、ガリウムヒ素、または他の周知の半導体材料を基礎に形成してもよい。
【００１９】
「画素」または「画素セル」という用語は、電磁放射を電気的信号に変換するための光センサおよびトランジスタを含む、光素子単位セルを言う。本発明は、一画素セルの構造および構成に関連してここに説明されるが、これは、イメージセンサのアレイ内の複数の画素セルを代表することが理解されるべきである。さらに、本発明は以下にCMOSイメージセンサに関連して説明されるが、本発明は、画素セルを有する任意の固体イメージセンサに応用できる。それゆえ、以下の詳細な説明は、限定する意味には取られるべきではなく
、本発明の範囲は、付随する請求項によってのみ画定される。
【００２０】
ここで図面を参照すると、図1と図2は本発明の例示的な実施形態を示しており、基板10内のp 型ドープ領域16の内部および上に部分的に形成されたCMOS画素セル12が示され、ならびに、光センサ14、転送ゲート22、リセットゲート28、ソースフォロワゲート32、および行選択ゲート36を含む。光センサ14は、n 型導電性領域18および、n 型領域18上を覆う、最上層である薄いp 型導電性層20を含む。転送ゲート22は、光センサ14によって蓄積された電荷を浮遊拡散領域24に電気的にゲート制御するための、転送トランジスタの一部を形成する。浮遊拡散領域24の第一のコンダクタ26は、ソースフォロワトランジスタのソースフォロワゲート32と、例えば金属1（または第一金属）層内に提供されうる導電性相互接続層内の導電性通路50によって接続される、第二のコンダクタ34を介して、電気的に通信する。転送トランジスタと浮遊拡散領域24を共有するのは、リセットゲート28を有するリセットトランジスタである。リセットトランジスタは、リセットトランジスタが活性化された時にリセット電圧を浮遊拡散領域24に提供する、コンダクタ30を有するソース／ドレイン領域を介して電圧源に接続する。
【００２１】
図1および図2は一つの画素セル12用の回路を示しているが、実際の使用では、当分野で知られるように、基板10に形成され、行と列に配列される、画素セル12のM×Nのアレイがあり、そのアレイの画素セルには、行と列の選択回路を使用してアクセスされることが理解されるべきである。示された画素セル12は、シャロウトレンチ分離領域42によって、アレイの他の画素セルから横方向に分離されうる。分離領域42は、簡素にするために画素セル12の二つの側面に沿ってのみ示されているが、実際のトレンチ分離領域は画素セル12の全周囲を囲んで広がってもよい。画素セル12は、本発明が使用されうる一実施形態のほんの一例であることに注意されたい。画素セル12の構造および操作、もしくはCMOSアレイ内でのCMOS画素セルの使用は、それ故、本発明の限定ではない。
【００２２】
光遮蔽物44は、少なくとも一部の入射光が、画素セル12のアレイの望まれない領域に通過することを妨げるために、基板10上に形成されうる。図1および図2に示されるように、本発明の一つの例示的な実施形態は、光センサ14上に形成され、回路に結合する光遮蔽物44を備える各画素セル12を提供する。光遮蔽物44は、光を各画素セル12の光センサ14に通過させる開口部46を設けるように配置され、且つ、間隔があけられた複数の不透明な光遮蔽部分を有する。光遮蔽物44はまた、入射光の全体または少なくとも大体の部分が、各画素セル12の他の領域および隣接する画素セルに通過することを妨げる。
【００２３】
光遮蔽物44は、画素セル12毎に、複数の不透明な材料ブロック、45a、45b、45c、45d、45e、45f、45g、45h、45i、45j、45k、45lおよび45mとして形成される、光遮蔽部分を含む。光遮蔽物44の材料は、WSix、W、TiN、Ti、Co、Cr、poly/WSix、Al、Ti/Al、TiSi2/Al、およびTi/Al/TiN、Mo、Ta 、もしくは、望まれる光を妨害する電気的および物理的性質を持つ他の材料を含む。例えば、タングステンなどの高融点（refractal metal）金属材料は、より高い耐熱性（temperature tolerance）を持ち、それゆえ、タングステンの光遮蔽物は基板10表面に非常に近い位置に適用されうる。アルミニウムの光遮蔽物は、基板10の表面に比較的近い、導電性相互接続層50（すなわち金属1層）で使用されうる。
【００２４】
例示的な実施形態では、光遮蔽物44は、画素セル12毎に、複数の金属材料ブロック、45a、45b、45c、45d、45e、45f、45g、45h、45i、45j、45k、45lおよび45mを含んでもよい。光遮蔽物としての一続きの金属ブロックとは異なり、光遮蔽物を形成するために金属のより小さなブロックを使用することによって、シリコン表面上に高ストレスを抑制する。金属をより小さな部分に分けることによって基板上の金属ストレスの量を分配し、それゆえ、ストレス総実質量は、大きな一続きの金属ブロックの光遮蔽物に含まれる量よりも少ない。金属材料からなるブロックは、本発明の一つの例示的な実施形態にすぎないことが
理解されるべきである。材料ブロックは、入射光の波長の少なくとも一部が通過することを妨げる、任意の不透明の材料を含んでよい。
【００２５】
光遮蔽物44は非常に薄くてよい。例えば、典型的な金属相互接続層と比較すると、金属相互接続層は約1,000 Åから約10,000 Åの厚さでありうるが、光遮蔽物44は、入射光47cの少なくとも一部分が通過することを妨げるのに十分な厚さ（すなわち、約100 Åから約3,000 Åの厚さ）しか必要としない。この範囲内の具体的な厚さは、光遮蔽物の44の材料の光吸収／光反射特性に基づいて決定されうる。これは、光遮蔽物44に衝突する光のうち、下にある画素セル12まで貫通できる光が1%未満であることが好ましい。
【００２６】
複数の材料ブロック、45a、45b、45c、45d、45e、45f、45g、45h、45i、45j、45k、45lおよび45mを含む光遮蔽物は、入射光47aの少なくとも一部の波長が通過するのを妨げるのに十分なサイズの間隔を提供する第一の距離43aによって、ならびに、光47bが通過することができるのに十分なサイズの開口部46を提供する第二の距離43bによって、ブロックが互いに分離されるように配置されうる。図解された実施形態では、光遮蔽物44の材料ブロック45b、45c、および45dは、光センサ14上に開口部46を画定するように、第二の距離43bによって材料ブロック45aから分離されるように配置され、それによって光47bが光センサ14に通過できる。材料ブロック45b、45c、および45d間の第一の距離43aは、入射光47aの少なくとも一部分の波長が画素セル12の望まれない領域に通過するのを妨げる。材料ブロックは、各材料ブロックに衝突する入射光47cの1%未満を、下にある画素セル12に貫通させるのに十分な、不透明さおよび厚さである（例えば、材料ブロック45b）。材料ブロック45b、45c、および45dは、また、入射光の少なくとも一部が隣接する画素セルに通過するのを妨げるように配置されうる。材料ブロックが、導電性の場合、接地回路（grounding circuit）によって、任意に電気的に接地されることができ、これによって、下にある画素セル12回路が電気的な遮蔽を提供しうる。穴48が材料ブロック45e、45f、および45gに設けられ、さまざまな回路コンタクト24、30、34、40、38が、上にある導電性相互接続層50と下にある画素回路（例えば、22、28、32、36）間で電気的に通信することを可能とする。
【００２７】
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【００２８】
表１：シリコン（Si）基板の表面、または内部における、光強度の電磁シミュレーション
【００２９】
表１は、（1）光センサ上に不透明な材料ブロックを含む光遮蔽物なしの光センサ、（2）幅0.15μm、第一の距離43aが0.15 μmのアルミニウム材料ブロック、（3）幅0.3 μm、第一の距離が0.4 μmのアルミニウム材料ブロック、を比較する。示されるように、金属材料ブロックを含む光遮蔽物を使用すると、光強度の減少の大きさが4桁から6桁であり、これはイメージセンサにとって理想的である。
【００３０】
図2は、図1の画素セル12の線2-2’ に沿った一部分の断面図を示す。示されるように、光透過第一誘電性層52が、トランジスタゲート（例えば、画素セル12のトランジスタゲート22）の高さより上に上面を持つ画素セル12上に設けられうる。光遮蔽物44は第一誘電性層52上に形成される。第一誘電性層52と同等の光透過性および絶縁性を持つ第二誘電性層54が、光遮蔽物44を覆って（および開口部46内に）形成されうる。導電性相互接続層50（すなわち金属1層）が第二誘電性層54上に形成されてもよい。第二誘電性層54は、さまざまな層54、52、および44を通る穴48内に設けられたコンタクト（例えば、コンダクタ26）によって、下にある回路に接続されうる。追加の誘電性層、導電性相互接続層、パッシベーション層、色フィルタ層、およびマイクロレンズ層が導電性相互接続層50上に形成されてもよい。これらは当業者にはよく知られているので、図示されていない。
【００３１】
図1および図2に示されるように、隣接する材料ブロック、例えば、45bと45c、45c と45d、45aと45f、45aと45m、45aと45l、45fと45e、45fと45j、45fと45m、45eと45h、45eと45j、45eと45i、45hと45i、45iと45g、45gと45j、45gと45k、45jと45k、45kと45m、45kと45l、45lと45mが、第一の距離43aを隔てて互いに分離されている。第一の距離43aは、イメージセンサを作成するのに使用される工程によって、決定される。第一の距離43aは、入射光47aの少なくとも一部分の波長が画素セルを通過することを妨げるのに十分なサイズで間隔を画定する。第一の距離43aは、可視光47aの波長より短い、いくらかの長さであるべきである。他の例示的な実施形態では、画素セルアレイは、それぞれ色フィルタ（例えば、赤、緑、青）と関連し、それ故、フィルタを通過した光の波長と関連する複数の画素セル12を含み、光の波長の少なくとも一部分を妨害しうるように、この関連する光の波長に基づいて決定された第一の距離43aを持つことができる。
【００３２】
当分野で周知のように、光は、人間の目に見える波長（すなわち可視光）を持った電磁放射線である。光波の伝達は電磁理論によって説明される。例えば、平面波（plane wave）がファラデーカップ電磁遮蔽物とぶつかる時、カップの開口（opening）が波長より短い場合には、平面波は回折する。この電磁波の輸送特性は波長およびカップの開口に関連する。電磁放射強度は、I≒(α / λ)4 のように減少する。ここでαは、カップ開口の直径であり、λは波長である。カップの開口が波長より短い場合、波長が透過する割合は著しく減少する。
【００３３】
効果的な光遮蔽物のための、好ましい第一の距離43aは、可視光の波長の約1/4である、約0.4 μm以下であるべきである。図2に示されるように、可視光47aが、隣接する材料ブロック（例えば、光の妨害が望まれる45aと45f）の間の開口（すなわち、第一の距離43aによって画定される間隔）にぶつかる時、電磁波は、一直線に伝達される代わりに、広がっている（分散している）光波を回折する。結果として、可視光47aの少なくとも一部分は、隣接する材料ブロック45aと45fの間の開口を通って、望まれない領域へ通過できないことになる。
【００３４】
図3は、図1および図2に関連して上述されるように形成された、画素セル12および光遮蔽物44を組み込んだ画素セルアレイ120を有する、CMOSイメージセンサ100のブロック図を示す。画素セルアレイ120は、あらかじめ定められた数の列と行に配置された、複数の画素セル12を含む。アレイ120の各行の画素セル12は、行選択線によって同時にすべてターンオンされ、ならびに、各列の画素セル12は列選択線によって、選択的に出力線に出力される。複数の行線と列線がアレイ120全体に提供される。行線は、行アドレスデコーダ140に応じて、行ドライバ130によって選択的に活性化され、ならびに、列選択線は、列アドレスデコーダ170に応じて、列ドライバ160によって選択的に活性化される。このように、行アドレスおよび列アドレスは各画素セル12に提供される。
【００３５】
CMOSイメージセンサ100は、制御回路150によって作動される。制御回路150は、画素の読み出しのために適切な行線と列線を選択する、アドレスデコーダ140、170、ならびに、選択された行線と列線の駆動トランジスタに駆動電圧を印加する、行ドライバ回路130および列ドライバ回路160を制御する。メモリ175（例えばSRAM）は、アレイ100および制御回路150と通信できる。並直列変換回路モジュール180およびSFR（Special Function Register：特殊機能レジスタ）装置185は、それぞれ制御回路120と通信する。任意で、局部的な電力源190がイメージセンサ100に組み込まれてもよい。
【００３６】
典型的に、イメージセンサ100内での信号の流れは、アレイ120で、それが光入力を受けとり、電荷を生成すると始まる。信号は読み出し回路へ出力され、続いて、アナログデジタル変換器へ出力される。その後、信号はプロセッサに伝達され、続いて並直列変換回路に伝達され、その次に信号はイメージセンサから外部のハードウェアに出力されうる。
【００３７】
図4は、本発明にしたがって形成された、光遮蔽物44を有する画素セル12を備えるイメージセンサ100を含むプロセッサシステム200を示す。プロセッサシステム200は、本発明にしたがって形成され、作動された光遮蔽物44を有する画素セル12を持つ画素アレイ200を含む、イメージセンサ100を使用するシステムの例である。そのようなシステムは、カメラシステム、コンピュータシステム、スキャナ、マシンビジョンシステム、車両ナビゲーションシステム、携帯電話、および他のシステムを含むが、これらに限定されない。
【００３８】
プロセッサシステム200、例えばカメラシステムは、一般的に、マイクロプロセッサなどの中央処理装置（CPU）205を含み、CPU205は入力／出力（I/O）装置210とバス215を介して通信する。イメージセンサ100も、バス215を介してCPU205と通信する。プロセッサシステム200はまた、ランダムアクセスメモリ（RAM）220を含み、ならびに、フラッシュメモリなどの取り外し可能メモリ225も含むことができ、これらもまた、バス215を介してCPU205と通信する。イメージセンサ100は、CPU、デジタルシグナルプロセッサ、またはマイクロプロセッサなどのプロセッサであって、一つの集積回路上またはそのプロセッサと異なるチップ上にメモリ記憶装置を有しても有しなくともよいものと組み合わされてもよい。
【００３９】
上述の工程および装置は、多くの好ましい方法と、使用され生産されうる典型的な装置を説明する。上記の記述および図は、本発明の目的、特徴、および利点を達成する実施形態を説明する。しかしながら、本発明が上述の説明された実施形態に厳密に限られることは意図しない。現在は予見できないが、付随する請求項の本質および範囲内に入ってくる本発明の任意の変形例は、本発明の一部分とみなされるべきである。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】本発明にしたがって組み立てられた、画素セルおよび光遮蔽物の例示的な実施形態を示す。
【図２】図1の画素セルおよび光遮蔽物の線2-2’を通る部分的な断面図である。
【図３】本発明にしたがったCMOSイメージセンサを示す。
【図４】本発明にしたがって組み立てられた、少なくとも一つのCMOSイメージセンサを組み込むプロセッサシステムを図解する。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【国際調査報告】
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