(57)【要約】画像アーティファクトの低減されたイメージングデバイスが開示されている。このイメージングデバイスにおいては、イメージングデバイスを通過するＩＲ放射を、その方向を変えて、又は吸収して、又は発散させて、光が基板のバックサイドで反射して暗ピクセルに蓄積されるのを回避することにより、画像アーティファクトが低減される。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板の第１の面に形成された複数のピクセルセルを備え、該ピクセルセルが画像ピクセルセル及び暗電流ピクセルセルを含む、ピクセルセンサセルのアレイと、
前記基板の第２の面に形成され、該第２の面から前記暗電流ピクセルセルへ戻り反射する光の量を低減するための層と、
を備えるイメージャ。
【請求項２】
前記層は反射防止膜である請求項１記載のイメージャ。
【請求項３】
前記反射防止膜は、蒸着された反射防止膜である請求項２記載のイメージャ。
【請求項４】
前記反射防止膜は、窒化チタン及びアルミニウムの層構造である請求項２記載のイメージャ。
【請求項５】
前記反射防止膜はＴｉＯ2から形成されている請求項２記載のイメージャ。
【請求項６】
前記反射防止膜は約０．１μｍから約５μｍまでの厚さを有している請求項２記載のイメージャ。
【請求項７】
前記反射防止膜上に形成された吸収層を更に備える請求項２記載のイメージャ。
【請求項８】
前記吸収層は、約８００から約１１５０ｎｍまでの間の波長でのＩＲ放射を吸収する請求項７記載のイメージャ。
【請求項９】
前記吸収層は、Ｇｅ、ＳｉＧｅ、及びＳｉＣからなるグループの中から選択された材料から形成されている請求項７記載のイメージャ。
【請求項１０】
前記吸収層は約２μｍから約５μｍまでの厚さを有している請求項７記載のイメージャ。
【請求項１１】
前記層は吸収層である請求項１記載のイメージャ。
【請求項１２】
前記吸収層は、約８００から約１１５０ｎｍまでの間の波長でのＩＲ放射を吸収する請求項１１記載のイメージャ。
【請求項１３】
前記吸収層は、Ｇｅ、ＳｉＧｅ、及びＳｉＣからなるグループの中から選択された材料から形成されている請求項１２記載のイメージャ。
【請求項１４】
前記吸収層はゲルマニウムで形成されている請求項１２記載のイメージャ。
【請求項１５】
前記吸収層は約２μｍから約５μｍまでの厚さを有している請求項１４記載のイメージャ。
【請求項１６】
第１の面及び第２の面を有する基板と、
基板の第１の面に形成された複数のピクセルセルを有し、該ピクセルセルが画像ピクセルセル及び暗電流ピクセルセルを含む、ピクセルセンサセルのアレイと、を備え、
前記第２の面は、その面内に形成された、前記第２の面から前記暗電流ピクセルセルへと戻り反射する光の量を低減するための面摩耗を有する、イメージャ。
【請求項１７】
前記面摩耗は垂直方向の粗面化を含む請求項１６記載のイメージャ。
【請求項１８】
前記面摩耗はその中に形成された成形格子を含んでいる請求項１６記載のイメージャ。
【請求項１９】
前記成形格子は、前記第２の面に対し約１０度から約７５度までの角度で形成されている請求項１８記載のイメージャ。
【請求項２０】
前記成形格子は、前記第２の面に対し約２０度から約５５度までの角度で形成されている請求項１８記載のイメージャ。
【請求項２１】
基板の第１の面に形成された複数のアクティブピクセルセル及び暗電流ピクセルセルを備えるピクセルセンサセルのアレイを備え、前記アクティブピクセルセルと前記暗電流ピクセルセルとは前記基板内で所定の距離だけ離間されている、イメージャ。
【請求項２２】
前記距離は以下の式：
２・Ｄ・ｔａｎ（α）
によって算出され、ここでＤは前記基板の厚さであり、αは前記基板中への前記ＩＲ放射の最大角度である請求項２１記載のイメージャ。
【請求項２３】
前記暗ピクセル及び前記離間距離の上に形成された吸収層を更に備える請求項２２記載のイメージャ。
【請求項２４】
前記吸収層は、Ｇｅ、ＳｉＧｅ、及びＳｉＣからなるグループの中から選択された材料から形成されている請求項２３記載のイメージャ。
【請求項２５】
前記吸収層上に形成された不透明層を更に備える請求項２３記載のイメージャ。
【請求項２６】
前記不透明層は金属から形成されている請求項２５記載のイメージャ。
【請求項２７】
前記金属は、タングステン及びアルミニウムからなるグループの中から選択される請求項２６記載のイメージャ。
【請求項２８】
基板の第１の面に形成された複数のピクセルセルを備え、該ピクセルセルが画像ピクセルセル及び暗電流ピクセルセルを含む、ピクセルセンサセルのアレイと、
前記基板の第２の面に形成され、該第２の面から前記暗電流ピクセルセルへ戻り反射する光の量を低減するための層と、
画像を表すデータを受け取って処理するプロセッサと、
を備えるプロセッサシステム。
【請求項２９】
前記アレイ及び前記プロセッサは単一の基板上に形成されている請求項２８記載のプロセッサシステム。
【請求項３０】
前記層は反射防止膜である請求項２８記載のプロセッサシステム。
【請求項３１】
前記反射防止膜は、蒸着された反射防止である請求項３０記載のプロセッサシステム。
【請求項３２】
前記反射防止膜は、窒化チタン及びアルミニウムの層構造である請求項３０記載のプロセッサシステム。
【請求項３３】
前記反射防止膜はＴｉＯ2から形成されている請求項３０記載のプロセッサシステム。
【請求項３４】
前記イメージャは、前記反射防止膜上に形成された吸収層を更に備える請求項３０記載のプロセッサシステム。
【請求項３５】
前記吸収層は、約８００から約１１５０ｎｍまでの間の波長でのＩＲ放射を吸収する請求項３４記載のプロセッサシステム。
【請求項３６】
前記吸収層は、Ｇｅ、ＳｉＧｅ、及びＳｉＣからなるグループの中から選択された材料から形成されている請求項３５記載のプロセッサシステム。
【請求項３７】
前記層は吸収層である請求項２８記載のプロセッサシステム。
【請求項３８】
前記吸収層は、約８００から約１１５０ｎｍまでの間の波長でのＩＲ放射を吸収する請求項３７記載のプロセッサシステム。
【請求項３９】
前記吸収層は、Ｇｅ、ＳｉＧｅ、及びＳｉＣからなるグループの中から選択された材料から形成されている請求項３７記載のプロセッサシステム。
【請求項４０】
第１の面及び第２の面を有する基板と、
基板の第１の面に形成された複数のピクセルセルを有し、該ピクセルセルが画像ピクセルセル及び暗電流ピクセルセルを含む、ピクセルセンサセルのアレイと、
画像を表すデータを受け取って処理するプロセッサと、を備え、
前記第２の面は、その面内に形成された、前記第２の面から前記暗電流ピクセルセルへと戻り反射する光の量を低減するための面摩耗を有する、プロセッサシステム。
【請求項４１】
前記アレイ及び前記プロセッサは単一の基板上に形成されている請求項４０記載のプロセッサシステム。
【請求項４２】
前記面摩耗は垂直方向の粗面化を含む請求項４０記載のプロセッサシステム。
【請求項４３】
前記面摩耗はその中に形成された成形格子を含んでいる請求項４０記載のプロセッサシステム。
【請求項４４】
前記成形格子は、前記第２の面に対し約１０度から約７５度までの角度で形成されている請求項４３記載のプロセッサシステム。
【請求項４５】
前記成形格子は、前記第２の面に対し約３５度から約４５度までの角度で形成されている請求項４３記載のプロセッサシステム。
【請求項４６】
基板の第１の面に形成された複数のアクティブピクセルセル及び暗ピクセルセルを備えるピクセルセンサセルのアレイであって、前記アクティブピクセルセルと前記暗ピクセルセルとが前記基板内で所定の距離だけ離間されている、ピクセルセンサセルのアレイと、
画像を表すデータを受け取って処理するプロセッサと、
を備えるプロセッサシステム。
【請求項４７】
前記アレイ及び前記プロセッサは単一の基板上に形成されている請求項４６記載のプロセッサシステム。
【請求項４８】
前記距離は以下の式：
２・Ｄ・ｔａｎ（α）
によって算出され、ここでＤは前記基板の厚さであり、αは前記基板中への前記ＩＲ放射の最大角度である請求項４７記載のプロセッサシステム。
【請求項４９】
前記暗ピクセル及び前記離間距離の上に形成された吸収層を更に備える請求項４６記載のプロセッサシステム。
【請求項５０】
前記吸収層上に形成された不透明層を更に備える請求項４９記載のプロセッサシステム。
【請求項５１】
イメージングデバイス内の画像アーティファクトを低減する方法であって、
前記イメージングデバイスの基板を透過して前記イメージングデバイス内の暗ピクセルへ反射するＩＲ放射の量を最小化して、前記イメージャ内の画像アーティファクトを低減するステップ、を備える方法。
【請求項５２】
ＩＲ放射は、基板の第１の面に形成された複数のピクセルセルと、前記基板の第２の面上に形成された反射防止膜と、該反射防止膜上に形成された吸収層とを備えるピクセルセンサセルのアレイを有する画像基板を設けることによって最小化される請求項５１記載の方法。
【請求項５３】
ＩＲ放射は、基板の第１の面に形成された複数のピクセルセルと、前記基板の第２の面上に形成された吸収層とを備えるピクセルセンサセルのアレイを有する画像基板を設けることによって最小化される請求項５１記載の方法。
【請求項５４】
ＩＲ放射は、第１の面及び第２の面を有する基板であって、基板の第１の面に形成された複数のピクセルセルを備えるピクセルセンサセルのアレイを有し、前記第２の面がその面内に形成された面摩耗を有する基板、を設けることによって最小化される請求項５１記載の方法。
【請求項５５】
前記面摩耗は垂直方向の粗面化を含む請求項５４記載の方法。
【請求項５６】
前記面摩耗はＣＭＰによって形成される請求項５５記載の方法。
【請求項５７】
前記面摩耗はその中に形成された成形格子を含んでいる請求項５４記載の方法。
【請求項５８】
ＩＲ放射は、基板の第１の面に形成された複数のアクティブピクセルセル及び暗ピクセルセルを備えるピクセルセンサセルのアレイを有するイメージャであって、前記アクティブピクセルセル及び前記暗ピクセルセルが所定の距離だけ前記基板内で離間されているイメージャ、を設けることによって最小化される請求項５１記載の方法。
【請求項５９】
前記距離は以下の式：
２・Ｄ・ｔａｎ（α）
によって算出され、ここでＤは前記基板の厚さであり、αは前記基板中への前記ＩＲ放射の最大角度である請求項５８記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野及び背景技術】
【０００１】
半導体産業は、現在、異なるタイプの半導体ベースのイメージャ、とりわけ、電荷結合デバイス（ＣＣＤ）、相補型金属酸化膜半導体（ＣＭＯＳ）デバイス、フォトダイオードアレイ、電荷注入デバイス、及び複合型フォーカルプレーンアレイのようなイメージャを使用している。
【０００２】
固体イメージセンサは、イメージャとしても知られており、主に画像の取得、伝達、及び表示を目的として１９６０年代後期及び１９７０年代初期に開発されたものである。イメージャは、（光フォトン、Ｘ線等のような）特定波長の入射放射を吸収し、その吸収された放射に対応する電気信号を生成する。数多くの異なるタイプの半導体ベースイメージャが存在しており、それには、ＣＣＤ、フォトダイオードアレイ、電荷注入デバイス（ＣＩＤ）、複合型フォーカルプレーンアレイ、及びＣＭＯＳイメージャが含まれる。固体イメージャの最近の応用には、カメラ、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、ビデオ電話、コンピュータ入力デバイス、サーベイランスシステム、オートフォーカスシステム、スタートラッカ、運動検知システム、画像安定化システム、及びその他の画像ベースのシステムが含まれる。
【０００３】
これらのイメージャは、典型的には、フォトセンサを含むピクセルセルのアレイから成っており、これらの各ピクセルセルは、画像がアレイ上にフォーカスされた場合にそこに突き当たった光の強度に対応する信号を生成する。これらの信号は、次に、例えばそれに対応する画像をモニタ上に表示するために使用され、或いは、光画像についての情報を提供するために使用される。上記フォトセンサは、典型的には、フォトゲート、フォトトランジスタ、フォトコンダクタ、又はフォトダイオードであり、これらフォトセンサの導電率、又は拡散領域に蓄積された電荷が、フォトセンサに突き当たった光の強度に対応する。よって、各ピクセルセルによって生成された信号の大きさが、フォトセンサに突き当たった光の量に比例する。
【０００４】
アクティブピクセルセンサ（ＡＰＳ：active pixel sensor）イメージングデバイスが、例えば米国特許第５４７１５１５号に記載されており、これはその参照をもって本明細書に含まれる。これらのイメージングデバイスは、行及び列方向に配列されたピクセルセルのアレイを含んでおり、これは光エネルギを電気信号に変換する。各ピクセルは、フォトディテクタ及び１つ以上のアクティブトランジスタを含んでいる。このトランジスタは、典型的には、セルから出力された電気信号を生成することに加えて、増幅、読み出し制御、及びリセット制御を提供する。
【０００５】
ＣＣＤ技術は広範囲な利用がなされており、その一方、ＣＭＯＳイメージャは低コストイメージングデバイスとして益々利用されている。イメージアレイ及びそれに関係付けられた処理回路を一層高いレベルで集積化することを可能にする完全互換性のＣＭＯＳセンサがあれば、多くのデジタル応用に有益であろう。
【０００６】
ＣＭＯＳイメージャ回路は、ピクセルセルのフォーカルプレーンアレイを含んでおり、これらセルのそれぞれが、基板の一部分に光生成電荷を蓄積するための、例えばフォトゲート、フォトコンダクタ、フォトランジスタ、又はフォトダイオード等の光変換デバイスを含んでいる。各ピクセルセルには読み出し回路が接続され、これは少なくとも出力トランジスタを含んでおり、この出力トランジスタは、ドープト拡散領域から光生成電荷を受
け取って、ピクセルアクセストランジスタを介して周期的に読み出される出力信号を生成する。このイメージャは、光変換デバイスから拡散領域へ電荷を転送するためのトランジスタを随意に含んでいてもよく、或いは、この拡散領域が光変換デバイスに直接接続されるか又は光変換デバイスの一部であってもよい。典型的には、拡散領域が光変換電荷を受け取る前に当該拡散領域を所定の電荷レベルにリセットするためのトランジスタも設けられる。
【０００７】
ＣＭＯＳイメージャにおいては、ピクセルセルのアクティブ構成要素が、（１）フォトンを電荷に変換する機能、（２）画像電荷を蓄積する機能、（３）電荷を、電荷増幅を伴うフローティング拡散領域へ転送する機能、（４）フローティング拡散領域を既知の状態にリセットする機能、（５）読み出しのためのピクセルセルを選択する機能、（６）ピクセルセル電荷を表す信号を出力及び増幅する機能、という必要な機能を実行する。光電荷は、それが初期の電荷蓄積領域からフローティング拡散領域へ移動する際に増幅されてもよい。フローティング拡散領域にある電荷は、典型的には、ソースフォロワ出力トランジスタによってピクセル出力電圧に変換される。
【０００８】
各ピクセルセルは、１つ以上のマイクロレンズを介してフォーカスされた光を受け取る。ＣＭＯＳイメージャ上のマイクロレンズは、光効率を向上させたり、ピクセルセル間のクロストークを低減させるのに役立つ。ピクセルセルのサイズを減少させることで、非常に多くのピクセルセルが特定のピクセルセルアレイ内に配列可能になり、これにより、アレイの解像度が向上する。マイクロレンズを形成するための１つのプロセスにおいては、各マイクロレンズの半径がピクセルセルのサイズと相互に関係付けられる。このようにすることで、ピクセルセルのサイズが減少するに従い、各マイクロレンズの半径も減少する。
【０００９】
マイクロレンズが入射放射をフォトセンサ領域へ屈折させ、それにより、フォトセンサに到達する光の量が増加する。マイクロレンズアレイの他の使用例は、液晶表示デバイスのような非発光表示デバイスのピクセルセル上の照明光を増強させて、カメラに関係付けられた表示や、液晶プリンタや発光ダイオードプリンタにおいて印刷画像を形成する表示の輝度を高めたり、照明デバイス又は受光デバイスを光ファイバに結合するためのフォーカシング手段として利用される。
【００１０】
イメージ（画像）デバイスの１つの問題は、アーティファクト（ａｒｔｉｆａｃｔ）の形成である。赤外（ＩＲ）放射が基板へ透過すると、イメージセンサ中にアーティファクトが形成される場合がある。最近のイメージデバイスは、通常、いわゆる「暗ピクセル（dark pixel）」を使用しており、これは、入射光から遮られ、黒レベルキャリブレーション、暗電流減算、及び行方向ノイズ訂正（row wise noise correction）のための基準ピクセルとしての役割を有している。基板中への非常に小さな吸収を伴う、約８００ｎｍから約１１５０ｎｍまでのスペクトル範囲内のＩＲ放射は、基板全体を介して透過し、（ダイの下の反射面だけでなく）ウェハのバックサイド（裏側）から反射して、「暗ピクセル」に当たり得る。その反射ＩＲ放射（反射されたＩＲ放射）を暗ピクセルが吸収すると、そのスペクトル範囲内での吸収自体は非常に小さいにも係わらず、最近のイメージデバイス中に画像アーティファクトが形成される。基準信号を算出するのに使用される暗ピクセルの数は小さいため、通常、暗基準信号は３２又は６４個の暗ピクセルの平均から算出され、暗ピクセルからの信号に小さな変化があると大きな画像アーティファクトが形成される。
【００１１】
図１は、従来技術の固体イメージャ１０を概略的に示しており、暗ピクセルでの反射ＩＲ放射の蓄積の問題を示している。このイメージャ１０は、アクティブピクセル１２及び暗ピクセル１１を含んでいる。ＩＲ放射１０１が、マイクロレンズ１３を介してアクティ
ブピクセル１２にフォーカスされる。放射１０１の幾つかは、基板１８を通って通過し、基板１８のバックサイドから反射放射（反射された放射）１０３として反射され、暗ピクセル１１に蓄積される。上述したように、反射ＩＲ放射を暗ピクセル１１が吸収すると、上記スペクトル範囲内での吸収自体は非常に小さいにも係わらず、最近のイメージデバイス内に画像アーティファクトが形成され得る。
【００１２】
より薄いバックグラウンドウェハにおいては、暗ピクセルに当たるＩＲ放射の合計光路が一層小さくなるために、８００ｎｍから１１５０ｎｍまでの範囲内での反射ＩＲ放射の問題は増大する。従って、基板がより薄くなるにつれ、基板のバックサイドからの反射のために、より短い波長でのＩＲ放射が「暗ピクセル」に、より多く到達し得る。
【００１３】
本発明は、イメージセンサ内の基板中へ透過するＩＲ放射による画像アーティファクトを実質的に低減する基板を開示する。本発明は、極度の光条件での画質を改善し、反射ＩＲ光が暗ピクセルと干渉することによる画像アーティファクトを大きく低減させ、より薄い基板を採用したイメージングデバイスの利用を可能にする。
【発明の開示】
【００１４】
本発明は、イメージャ基板中に透過するＩＲ放射を大きく低減させるか、その方向を変えることによって、画像アーティファクトの低減されたイメージングデバイス、従って、暗ピクセルと接触するＩＲの低減されたイメージングデバイスを提供する。特に、本発明は、例えばＣＣＤイメージャ及びＣＭＯＳイメージャのような、高品質のマイクロレンズを必要とする何らかのマイクロ電子デバイス又はマイクロ光デバイスに適用可能である。
【００１５】
本発明は、ピクセルセルアレイを有する固体イメージャにおける画像アーティファクトを低減するための方法を提供し、この方法では、イメージャ基板中へ透過するＩＲ放射を大きく低減するか、又はその向きを大きく変えることによって、画像アーティファクトが低減される。本発明の一実施形態においては、イメージャ基板のバックサイドに反射防止膜及び／又は吸収層を取り付けることにより、ＩＲ放射が大きく低減されるか、又はその方向が大きく変えられる。
【００１６】
本発明の他の実施形態においては、イメージャ基板のバックサイド面に変更を加えることによって、ＩＲ放射が大きく低減されるか、又はその方向が大きく変えられる。
本発明の他の実施形態においては、イメージャ内におけるアクティブピクセルと暗ピクセルとの配置間隔を変更することにより、ＩＲ放射が大きく低減されるか、又はその方向が大きく変えられる。画像アーティファクトの低減された本発明のイメージングデバイスを形成するための方法も提供される。
【００１７】
本発明の更なる利点及び構成は、本発明の好ましい実施形態を示した以下の詳細な説明及び図面から明らかになる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下の詳細な説明においては、添付図面を参照するが、これらの図面は本発明の一部を形成するものであり、本発明の実施可能な特定の実施形態を図示によって示している。これらの実施形態は、当業者が本発明を実施可能な程度に十分詳細に記載されており、そして、他の実施形態が利用されてもよく、かつ、本発明の精神及び範囲から逸脱することなしに構造的、論理的、かつ電気的変更がなされてもよい、と理解されるべきである。ここに記載された製造ステップの手順は、本発明の実施形態の一例であるが、ステップの順序はここに記載されたものに限定されるものではなく、或る順番で必ず生じなければならないステップを除き、本技術分野において知られているように変更可能である。
【００１９】
「ウェハ」及び「基板」という用語は、シリコン、シリコン・オン・インシュレータ（ＳＯＩ）又はシリコン・オン・サファイア（ＳＯＳ）技術、ドープト及び非ドープト半導体、ベースとなる半導体の土台によって支持されたシリコンのエピタキシャル層、及びその他の半導体構造を含むものとして理解されるべきである。更に、以下の記載において「ウェハ」及び「基板」を参照する場合、ベースとなる半導体構造や土台の中に領域や接合を形成するための先行する製造ステップが利用されていてもよい。加えて、半導体はシリコンベースである必要はなく、シリコン−ゲルマニウム、ゲルマニウム、砒化ガリウム、又はその他の半導体材料をベースとするものであってもよい。
【００２０】
「ピクセル」又は「ピクセルセル」という用語は、電磁放射を電気信号に変換するための光変換デバイスを含む画素ユニットセルのことである。典型的には、イメージセンサ内の全てのピクセルセルの製造は、同じ形態で同時に進行する。
【００２１】
最後に、本発明はＣＭＯＳイメージャを参照して説明されているが、本発明は、最適化された性能のために高品質のマイクロレンズを必要とする何らかのマイクロ電子デバイス又はマイクロ光デバイスに適用されてもよいと認識されるべきである。その他の適切なマイクロ光デバイスはＣＣＤ及びディスプレイを含む。
【００２２】
ここで図面を参照すると、同様な構成要素には同様な参照番号が割り振られている。ここで、図２は、本発明の第１の実施形態に係る固体イメージャ２０を概略的に示している。このイメージャ２０は、同一の基板３０の一部としてのピクセルセルアレイ２６上に形成されたカラーフィルタ層１００及びスペーサ層２５を備えており、基板３０は上述したタイプの基板のうちのいずれであってもよい。カラーフィルタ層１００及びスペーサ層２５の上にはマイクロレンズアレイ７０が形成されている。ピクセルセルアレイ２６は、基板３０の第１の面の中及び上に形成された複数のピクセルセンサセル２８を備えており、接続用の各種金属化層と共にイメージャ２０用のパッシベーション及び平坦化層を含む保護層２４によって覆われている。保護層２４に含まれるパッシベーション層は、ＢＰＳＧ、ＰＳＧ、ＢＳＧ、二酸化シリコン、窒化シリコン、ポリイミド、又はその他の周知の光透過性絶縁体の層であってもよい。保護層２４の一部である、金属化層及びそれに関係付けられた誘電体層は、本技術分野で知られた何らかの一般的な金属で形成されてもよい。
【００２３】
反射ＩＲ放射の大部分は、シリコン基板と、ダイの下の空気（又はエポキシ層）との間の屈折率の相違から生じるので、イメージャ２０は、基板３０の第２の面３２上に形成された反射防止層を更に備えている。以下で述べるように、反射防止層８０は、当業者によって理解されている何らかの適当な材料から形成可能である。反射防止層８０上には吸収層８２が形成されている。この吸収層８２は、約８００から約１１５０ｎｍまでの間の波長でのＩＲ放射を吸収する何らかの適当な材料で形成可能である。図２は、反射防止層８０及び吸収層８２の両方を示しているが、本デバイスは吸収層８２のみで製造可能であると理解されるべきである。
【００２４】
反射ＩＲ放射の問題は、基板３０の厚さが減少した場合に大きくなる。例えば、厚さ６７０μｍの基板におけるウェハのバックサイドからの反射により波長１０００ｎｍのフォトンの量が暗ピクセルに到達する場合、結果として、最初にイメージャ２０に１００，０００個のフォトンが露光された中から、暗ピクセル中に３個の電子が蓄積される。この蓄積が生じる結果、暗信号中に１最小桁ビート（ＬＳＢ：Lowest Significant Beat）の変化が生じる。これと比べ、厚さ１００μｍの基板３０では、反射して暗ピクセルに到達するフォトンの量が、暗ピクセル中に４７３個を超える電子が蓄積されるまでに増加し、その結果、暗信号に１４２ＬＳＢの変化が生じる。
【００２５】
イメージャ２０中には、何らかの反射防止層８０が使用可能である。この反射防止層８
０は、基板３０のバックサイドからのフォトンの内部反射を有効に減少させるように設計される。当業者であれば、反射防止層８０に使用される材料のタイプを理解するであろう。反射防止層８０に適切な材料の一例は、基板３０の面３２上に蒸着されている各種の反射防止膜を含む。蒸着（蒸着された）反射防止膜（ＤＡＲＣ）は、適切な反射防止層８０の一例である。蒸着反射防止膜は、典型的にはシリコン及び窒素を含み、例えば、シリコン、窒素、及び随意ではあるが水素から構成可能である。或いは、ＤＡＲＣはシリコン、酸素、及び、或る場合は水素を含み得る。反射防止層８０を形成するための他の適切な材料は、ＴｉＮ／Ａｌ／ＴｉＮのスタック層のような、窒化チタン及びアルミニウムの層構造を含む。反射防止層８０のための他の適切な材料は、ＴｉＯ2を含む。反射防止層８０の厚さは、基板３０を通ってやって来るＩＲフォトンの反射を排除するのに十分な程に大きい。好ましくは、反射防止層８０は、約０．１μｍから約５μｍまでの厚さを有し、好ましくは約０．１μｍから約２．５μｍまでの厚さを有し、最も好ましくは約０．１μｍから約０．５μｍまでの厚さを有している。使用可能な反射防止材料の一例は、米国特許の第６，８８７，６４８号、第６，４４４，５８８号、第６，７１３，４０４号、第６，８６９，７４７号、第６，７６７，６８９号、第６，７５３，５８４号、及び第６，６１４，０８５号に記載されており、これらそれぞれの開示は、その参照によって本明細書に含まれる。反射防止層８０は単一の層として図示されているが、この反射防止層は同一又は異なる材料で形成された複数の層から形成されてもよい、と理解されるべきである。
【００２６】
吸収層８２が、反射防止層８０上に蒸着されてもよい。吸収層８２は、約８００から約１１５０ｎｍまでのスペクトル範囲におけるＩＲ放射を吸収する。吸収層８２は、ＩＲ放射を吸収する多くの異なる材料のうちの１つ以上で形成可能である。吸収層８２は、例えばゲルマニウム（Ｇｅ）で形成可能である。しかし、吸収層８２を形成可能な他の材料は、ＳｉＧｅ、ＳｉＣ、又はそれと同様なものを含む。吸収層８２の厚さは、基板３０を通ってやって来る全てのＩＲフォトンを吸収するのに十分な程に大きい。好ましくは、吸収層８２は、約０．５μｍから約８μｍまでの厚さを有し、好ましくは約１μｍから約６μｍまでの厚さを有し、最も好ましくは約２μｍから約５μｍまでの厚さを有している。吸収層８２は単一の層として図示されているが、この吸収層８２は複数の層から形成されてもよく、また、同一又は異なる材料によって形成されてもよい、と理解されるべきである。
【００２７】
図３は本発明の固体イメージャ２０の第２の実施形態を概略的に示すものであり、今はこの図を参照する。図３に示された実施形態は、カラーフィルタ層１００及びスペーサ層２５の上に形成されたマイクロレンズアレイ７０を備えており、これらの層は基板３０の第１の面の中及び／又は上に形成されたピクセルセルアレイ２６上に形成されており、上記基板は上述した基板のタイプのうちのいずれであってもよい。このイメージャ２０は、基板３０の第２の面３２上に形成された吸収層８４を更に備えている。この吸収層８４は、約８００から約１１５０ｎｍまでの間の波長でのＩＲ放射を吸収する何らかの適当な材料で形成可能である。好ましくは、吸収層８４は、Ｇｅ、ＳｉＧｅ、ＳｉＣ等から形成されている。最も好ましくは、吸収層８４はゲルマニウムから形成されており、そのような目的のためのゲルマニウムは、標準的な真空蒸着技術を用いて基板３０の面上に蒸着可能である。吸収層８４は単一の層として図示されているが、この吸収層８４は複数の層から形成されてもよく、また、同一又は異なる材料によって形成されてもよい、と理解されるべきである。
【００２８】
上述したように、最も好ましい実施形態においては、吸収層８４はゲルマニウム（Ｇｅ）で形成されている。理論によって限定されることを望んでいるわけではないが、基板／吸収層のＳｉ／Ｇｅ境界からの内部反射は３％未満であり、これにより、反射光の量が、イメージャにおいては１０倍以上、パッケージ／モジュール設計においては２０倍以上、減少すると思われる。基板３０の第２の面３２上に吸収層８４を蒸着することにより、厚
さ１００μｍの基板において蓄積される電荷の量は４４ｅを超えることがなく、それに対応する暗信号の変化は最大ゲインで１３ＬＳＢを越えないと思われる。
【００２９】
図４は本発明の固体イメージャ２０の第３の実施形態を概略的に示すものであり、今はこの図を参照する。図示された実施形態は、カラーフィルタ層１００及びスペーサ層２５の上に形成されたマイクロレンズアレイ７０を有するイメージングデバイスを備えており、上記の層は基板３０の第１の面の中及び／又は上に形成されたピクセルセルアレイ２６上に形成されている。このイメージャ２０は、粗面化された（roughened）第２の基板面８５を更に備えている。
【００３０】
第２の基板面３２をそれに対し垂直方向へ粗面化８５すると、ＩＲ放射が暗ピクセルへ直接反射する代わりに、ＩＲ放射の発散が起こる。従って、暗ピクセルとは別の方へフォトン１０４を発散させることによって、暗ピクセルに当たるフォトン１０１の量を減少させることが可能である。図５は、基板３０の粗面化された第２の面８５を備えることで、（行方向に結束している）明るいハロゲンランプからの画像アーティファクトが低減することを示す実験結果である。図５Ａは、研磨されたバックサイド面を有するイメージングデバイスで撮られた画像であり、図５Ｂは、本発明に係る粗面化されたバックサイド面を有するイメージングデバイスで撮られた画像である。
【００３１】
粗面化された第２の面８５は、基板３０内に、例えば化学機械研磨技術のような既知の方法によって形成されてもよい。典型的な化学機械平坦化（ＣＭＰ）プロセスにおいては、研磨中の基板面が、回転する研磨パッドに接触して配置される。この研磨プロセス中、基板に対して下方向の力が維持されながらパッドが回転される。研磨パッドと、研磨される基板面との間の境界に、研磨成分（polishing composition）が与えられる。この研磨成分は、これを研磨パッド面、研磨される基板面、又はそれら両方に与えることによって、上記境界に与えられる。研磨成分は断続的又は連続的に上記境界に与えられてもよく、また、この研磨成分の付与は、研磨される基板面に研磨パッドを接触させるのに先立って、又はその後に、開始されてもよい。
【００３２】
この研磨プロセスは、基板面の一部分を除去して粗面化された第２の面８４を形成するのを援助するための研磨材を更に必要とする。この研磨材は、米国特許第６，１２１，１４３号に開示されている研磨パッドのように、研磨パッド内に含めるようにしてもよく、この文献はその参照をもって本明細書に含まれる。研磨材は、研磨成分内又はそれら両方に含めるようにしてもよい。研磨成分又はスラリー内の成分要素を、研磨される基板面上の材料と化学的に反応させることにより、研磨プロセスが開始される。研磨プロセスは、化学反応性の研磨成分又はスラリーが基板／パッドの境界に供給される際、パッドと基板とを相対的に移動させることにより研磨プロセスが促進される。このようにして、粗面化された第２の面８５の所望の粗さが達成されるまで、研磨が継続される。
【００３３】
研磨パッドと基板との相対的な移動は、粗面化される第２の面８５を研磨する所望の最終結果に応じて変化可能である。しばしば、研磨される基板面が静止したままで、研磨パッド基板が回転させられる。或いは、研磨パッドと、研磨される基板の両方が、互いに対して移動してもよい。研磨基板、特に本発明の研磨パッドは、線形に移動してもよく、楕円形に移動してもよく、又は回転移動してもよく、又はそれらの方向の組み合わせで移動してもよい。
【００３４】
研磨成分は、研磨される材料の面と反応してそれを柔軟にする薬品を含んでいてもよいことは明らかである。研磨成分又はスラリーの選択は、ＣＭＰのステップにおいて重要な要因である。酸化剤、酸、塩基、表面活性剤、キレート剤、研磨剤、及びその他の有用な添加物のような構成成分を選択することにより、研磨スラリーは、所望の研磨速度での基
板層の有効な研磨を提供するよう調整可能である。更に、研磨成分は、面に対する制御された研磨選択性を提供するように選択されてもよい。
【００３５】
ＣＭＰの研磨成分及びスラリーの例は、米国特許の第６，０６８，７８７号、第６，０６３，３０６号、第６，０３３，５９６号、第６，０３９，８９１号、第６，０１５，５０６号、第５，９５４，９９７号、第５，９９３，６８６号、第５，７８３，４８９号、第５，２４４，５２３号、第５，２０９，８１６号、第５，３４０，３７０号、第４，７８９，６４８号、第５，３９１，２５８号、第５，４７６，６０６号、第５，５２７，４２３号、第５，３５４，４９０号、第５，１５７，８７６号、第５，１３７，５４４号、及び第４，９５６，３１３号に開示されており、これらそれぞれの明細書はその参照をもって本明細書に含まれる。
【００３６】
図６は本発明の固体イメージャ２０の第４の実施形態を概略的に示しており、今はこの図を参照する。図２〜４を参照して上述したように、図示された実施形態は、カラーフィルタ層１００及びスペーサ層２５の上に形成されたマイクロレンズアレイ７０を有するイメージングデバイスを備えており、上記の層は基板３０の第１の面の中及び／又は上に形成されたピクセルセルアレイ２６上に形成されている。このイメージャ２０は、基板３０の第２の面上に形成された少なくとも１つの成形格子（shaped grating）を更に備えている。図６は、幾つかの成形格子８６を示している。これら成形格子８６は、好ましくは、基板３０の第２の面３２に対し角度βで配列されている。成形格子８６は、フォトンを暗ピクセルとは別の方へ反射させるように選択された成形格子の角度及び方向によって、暗ピクセルに蓄積されるＩＲフォトンの量を減少させる。
【００３７】
成形格子８６は、例えば上述した化学機械研磨のような、本技術分野で知られている何らかの化学的又は機械的な方法によって形成可能である。先に議論したように、成形格子８６を所望の角度で形成して暗ピクセルとは別の方へＩＲ放射を反射させるよう、面に対し制御された研磨選択性を提供するように研磨が選択される。成形格子８６は、好ましくは、基板３０の第２の面３２に対し角度βで配列され、ここで角度βは、好ましくは約１０から約７５度までであり、もっと好ましくは約２０から約５５度までであり、もっと好ましくは約３５から約４５度までである。従って、基板３０を透過するフォトン１０１は、暗ピクセルとは別の方へ戻り反射１０３される。従って、成形格子８６は暗ピクセルへのフォトンの蓄積を減少させる。
【００３８】
図７は、本発明の固体イメージャ２０の第５の実施形態を概略的に示しており、今はこの図を参照する。本発明によれば、イメージャ２０内におけるアクティブピクセルアレイ２７と暗ピクセル２９との間に間隔Ｘを設けることで、暗ピクセル２９に接触するＩＲ放射の量を減少可能である、ということが見出されている。吸収層８３が、例えばＧｅ、ＳｉＧｅ、ＳｉＣ等で形成されてもよい。この吸収層８３の厚さは、反射された放射１０３を吸収するのに十分な程に厚くなければならず、好ましくは約０．５μｍから約８μｍまでの厚さを有し、好ましくは約１μｍから約６μｍまでの厚さを有し、最も好ましくは約２μｍから約５μｍまでの厚さを有している。不透明層８５が、例えばタングステン、アルミニウム等のような、基板中への放射１０１の透過を防止するための何らかの適当な不透明材料で形成されてもよい。これら吸収層８３及び不透明層８５は、基板中への光及びＩＲ放射の透過を防止する。吸収層８３は、基板及び暗ピクセル２９へのＩＲフォトンの戻り反射を更に防止する。イメージャにおけるアクティブピクセルアレイ２７と暗ピクセル２０との間隔の幅Ｘは、以下の式：
Ｘ＝２・Ｄ・ｔａｎ（α）
によって算出可能である。ここで、Ｄはウェハの厚さであり、αは基板中のＩＲ放射の光
線の最大角度である。
【００３９】
今は、図８〜１７を参照する。図８は、先に議論した固体イメージャの拡大図を示している。図２〜４及び６〜７に示されるピクセルアレイ２６は、基板３０の中及び上に形成された複数のピクセルセンサセル２８を備え、イメージャ２０のためのパッシベーション層、平坦化層、及び金属化層として作用する保護層２４によって覆われている。層２４は、１つ以上のパッシベーション層及び金属化層を含んでいてもよい。保護層２４のパッシベーション部分は、ＢＰＳＧ、ＰＳＧ、ＢＳＧ、二酸化シリコン、窒化シリコン、ポリイミド、又はその他の周知の光伝達性絶縁体の層であってもよい。
【００４０】
カラーフィルタ層１００が、保護層２４上に形成されている。このカラーフィルタ層１００は、赤、青、及び緑の感光素子のアレイを備えており、これらは、米国特許の第６，７８３，９００号及び第３，９７１，０６５号によって例示されているような、当業者によって理解されるパターンで配列されていてもよい。これらの文献は、その参照をもって本明細書に含まれる。
【００４１】
図８〜９に示されているように、各ピクセルセンサセルはフォトセンサ３４を含んでおり、これはフォトダイオード、フォトゲート等であってもよい。フォトゲートフォトセンサ３４が図８〜９に示されている。制御信号ＰＧがフォトゲート３４に与えられることで、フォトンの形態での放射１０１がカラーフィルタ層１００を通過してフォトセンサ３４に当たった場合には光生成電子がフォトセンサ３４下のドープト領域３６中に蓄積する。フォトセンサ３４の隣りに転送トランジスタ４２が位置しており、これはソース及びドレイン領域３６、４０と、転送信号ＴＸによって制御されるゲートスタック４３とを有している。ドレイン領域４０は、フローティング拡散領域とも呼ばれ、フォトセンサ３４から受け取った電荷を出力トランジスタ４４、４６へと通過させ、続いて読み出し回路４８へと通過させる。ドープト領域４０、５２及びゲートスタック５４からなるリセットトランジスタ５０がリセット信号ＲＳＴによって制御され、これにより、信号読み出しの直前にフローティング拡散領域４０を所定の初期電圧にリセットするように駆動される。ピクセルセンサセルの上述した構成要素の製造及び機能の詳細は、例えば米国特許の第６，３７６，８６８号及び第６，３３３，２０５号において見出され、これら文献の開示内容はその参照をもって本明細書に含まれる。
【００４２】
図８に示されているように、転送トランジスタ４２及びリセットトランジスタ５０のゲートスタック４３、５４は、この例ではｐ形基板である基板３０上の二酸化シリコン又は窒化シリコン絶縁体５６と、この絶縁層５６上のドープトシリコン、タングステン、又はその他の適当な材料からなる導電層５８と、例えば二酸化シリコン、窒化シリコン、又はＯＮＯ（酸化物−窒化物−酸化物）からなる絶縁キャップ層６０とを含んでいる。もし望まれるのであれば、ポリシリコン層５８とキャップ６０との間に珪化物層５９が使用されてもよい。ゲートスタック４２、５４の側面に絶縁側壁６２が形成されてもよい。これらの側壁６２は、例えば二酸化シリコン、窒化シリコン、又はＯＮＯで形成されてもよい。ピクセルセンサセル２８の周囲のフィールド酸化物層６４は、当該セルをアレイ中の他のピクセルセルから分離する役割を有している。第２のゲート酸化物層５７が、シリコン基板３０上に成長されてもよく、この層からフォトゲート半透明導電体６６がパターン化されている。フォトセンサがフォトダイオードである場合は、第２のゲート酸化物層５７及びフォトゲート半透明導電体６６は不要である。更に、転送トランジスタ４２は随意であり、その場合、拡散領域３６及び４０が互いに接続される。
【００４３】
図２〜４及び６〜７を参照して上述したイメージデバイス２０は、以下に記載された、かつ図１０〜１７に示されたプロセスを介して製造される。
今、図１０を参照すると、上述した基板のタイプのいずれであってもよい基板３０が設
けられ、この基板は、周知の方法により当該基板上に形成された、ピクセルセルアレイ２６、周辺回路、コンタクト、および配線を有している。ＢＰＳＧ、ＢＳＧ、ＰＳＧ、二酸化シリコン、窒化シリコン等からなる保護層２４がピクセルセルアレイ２６上に形成されて、このアレイをパッシベートすると共に平坦化面を提供する。
【００４４】
図１１にも示されているように、カラーフィルタ層１００が保護層２４上に形成される。このカラーフィルタ層１００は、光伝達材料として使用されるカラーレジスト又はアクリル材料で形成されてもよい。例えば、カラーフィルタ層１００が複数のカラーフィルタ層で形成され、これら複数のカラーフィルタ層のそれぞれが赤色フィルタ領域（不図示）、緑色フィルタ領域（不図示）及び青色フィルタ領域（不図示）から構成されており、これらは例えばそれぞれカラーフィルタリング特性を有するレジスト又はアクリル材料から形成されてもよい。カラーフィルタ層１００を形成する複数のカラーフィルタ層のそれぞれの赤色、青色、及び緑色の感光素子を形成するために、赤色感光レジスト材料、青色感光レジスト材料、及び緑色感光レジスト材料が採用されてもよい。これらの赤色、青色、及び緑色の素子は、当業者に知られた何らかのパターンで形成されてもよい。他の実施形態では、本技術分野において知られている、塗料や色素のような他の色付き材料を採用してもよい。カラーフィルタ層１００は、例えば従来の蒸着又はスピンオン（spin-on）法により、保護層２４上に形成されてもよい。
【００４５】
図１１に示されているように、離間層２５がカラーフィルタ層１００上に形成される。続いて、図１２に示されているように、例えばレンズ形成層からレンズ７０が形成されて、各レンズ７０が１つのピクセルセル２８上に配置されるようにしてもよい。その代わりに、レンズ７０が複数のピクセルセル２８上に配置されるようにした構成も、本発明に含まれる。また、これまでの例は本発明の一実施形態を議論したものであると理解されるべきである。勿論、本発明の他の実施形態が図２〜４及び６〜７を参照して議論されたのと同様にして製造されてもよい、と理解されるべきである。
【００４６】
ＣＭＯＳイメージャデバイスを参照して製造プロセスを述べてきたが、このプロセスは、例えばＣＣＤイメージャのような他のタイプのイメージャのピクセルセルにおいても、同様に使用されてよい。従って、上述したように形成されたピクセルセルは、ＣＭＯＳイメージセンサだけでなくＣＣＤイメージセンサにも採用可能である。本発明のイメージャデバイスは、異なるサイズのメガピクセルイメージャとして、例えば、約０．１メガピクセルから約２０メガピクセルまでの範囲内のアレイを有するイメージャとして形成されてもよい。
【００４７】
図１３に示されるように、基板３０の第２の面３２上に反射防止層８０が形成される。この反射防止層８０は、基板３０のバックサイド３２からのフォトンの内部反射を減少させるように設計される。反射防止層８０のための適切な材料の例は、例えば、蒸着反射防止膜（ＤＡＲＣ）のような各種の反射防止膜を含む。蒸着反射防止膜は、典型的にはシリコン及び窒素を含み、例えばシリコン、窒素、及び、随意ではあるが水素から構成されることも可能である。反射防止層８０を形成するための他の適切な材料は、ＴｉＮ／Ａｌ／ＴｉＮのスタック層のような、窒化チタン及びアルミニウムの層構造を含む。反射防止層８０のための他の適切な材料は、ＴｉＯ2を含む。反射防止層８０の厚さは、基板３０を通って到来するＩＲフォトンの反射を排除するのに十分な程に大きくすべきである。好ましくは、反射防止層８０は、約０．１μｍから約５μｍまでの厚さを有し、好ましくは約０．１μｍから約２．５μｍまでの厚さを有し、最も好ましくは約０．１μｍから約０．５μｍまでの厚さを有する。
【００４８】
図１４に示されるように、反射防止層８０上に吸収層８２が形成される。この吸収層８２は、例えばＧｅ、ＳｉＧｅ、ＳｉＣ等のような、ＩＲ放射を吸収する多くの異なる材料
の中の１つ以上で形成されてもよい。吸収層８２の厚さは、基板３０を通って到来する全てのＩＲフォトンを吸収するのに十分な程に大きくなければならない。好ましくは、吸収層８２は約０．５μｍから約８μｍまでの厚さを有し、好ましくは約１μｍから約６μｍまでの厚さを有し、最も好ましくは約２μｍから約５μｍまでの厚さを有している。
【００４９】
図１５は、図１２に示された製造段階の次の製造段階での、本発明の第２の実施形態に係るイメージャを示している。吸収層８４が基板３０の第２の面３２上に形成される。この吸収層８４は、約８００から約１１５０ｎｍまでの間の波長でのＩＲ放射を吸収する何らかの適当な材料で形成可能である。好ましくは、吸収層８４はＧｅ、ＳｉＧｅ、ＳｉＣ等から形成される。最も好ましくは、吸収層８４はゲルマニウムから形成され、この目的のためのゲルマニウムは標準的な真空蒸着技術を用いて基板３０の面上に蒸着可能である。
好ましくは、吸収層８４は約０．５μｍから約８μｍまでの厚さを有し、好ましくは約０．５μｍから約３．５μｍまでの厚さを有している。
【００５０】
図１６は、図１２に示された製造段階の次の製造段階での、本発明の第３の実施形態に係るイメージャを示している。基板の第２の面３２が粗面化されて、粗面化された第２の面８５が形成される。この粗面化された第２の面８５は、例えば化学機械研磨技術のような既知の方法によって形成される。典型的な化学機械平坦化（ＣＭＰ）プロセスにおいては、研磨される基板面が、回転する研磨パッドに接触して配置される。研磨成分が、研磨パッドと、研磨される基板面との間の境界に与えられる。基板面の一部分を除去して粗面化された第２の面８５を形成するのを助けるために、研磨材が添加されてもよい。化学反応性の研磨成分又はスラリーが基板／パッドの境界に供給される際、パッドと基板とを相対的に移動させることによって、研磨プロセスが促進される。このようにして、粗面化された第２の面８５の所望の粗面化が達成されるまで、研磨が継続される。
【００５１】
図１７は、図１２に示された製造段階の次の製造段階での、本発明の第４の実施形態に係るイメージャを示している。このイメージャ２０は、基板３０の第２の面３２上に形成された少なくとも１つの成形格子８６を更に備えている。図１７は、幾つかの格子８６を示している。この成形格子８６は、好ましくは基板３０の第２の面３２に対し角度βで配列されている。成形格子８６は、フォトンを暗ピクセルとは別の方へ反射させることにより、暗ピクセルに蓄積されるＩＲフォトンの量を減少させる。
【００５２】
成形格子８６は、例えば上述した化学機械研磨のような、本技術分野において知られる何らかの化学的又は機械的な方法によって形成可能である。先に議論したように、ＩＲ放射を暗ピクセルとは別の方へ反射させるよう所望の角度で成形格子８６を形成するために、基板に対し制御された研磨選択性を提供するように研磨が選択される。成形格子８６は、好ましくは基板３０の第２の面３２に対し角度βで配列されており、ここで角度βは、好ましくは約１０から約７５度までであり、もっと好ましくは約２０から約５５度までであり、もっと好ましくは約３５から約４５度までである。
【００５３】
図１８は、本発明のいずれかの実施形態を利用可能な例示的なイメージャ７００を示している。このイメージャ７００は、図２〜４及び５〜１７に関して上述したようにして構成されたピクセルを備えるピクセルアレイ７０５を有している。行アドレスデコーダ７２０に応答する行ドライバ７１０により、行ラインが選択的に駆動される。イメージャ７００には、列ドライバ７６０及び列アドレスデコーダ７７０も含まれている。イメージャ７００は、アドレスデコーダ７２０、７７０を制御するタイミング及び制御回路７５０によって駆動される。この制御回路７５０は、行及び列ドライバ回路７１０、７６０をも制御する。
【００５４】
列ドライバ７６０に関係付けられたサンプルアンドホールド回路７６１が、選択されたピクセルのためのピクセルリセット信号Ｖｒｓｔ及びピクセルイメージ信号Ｖｓｉｇを読み出す。各ピクセル毎に作動増幅器７６２によって差信号（Ｖｒｓｔ−Ｖｓｉｇ）が増幅され、アナログデジタルコンバータ７７５（ＡＤＣ）によってデジタル化される。このアナログデジタルコンバータ７７５は、デジタル化されたピクセル信号をイメージプロセッサ７８０へと供給し、ここでデジタル画像が形成される。
【００５５】
もし望まれるのであれば、イメージャ２０は、ＣＰＵ、デジタル信号プロセッサ、又はマイクロプロセッサのようなプロセッサと組み合わされてもよい。イメージャ２０及びマイクロプロセッサは、単一の集積回路内に形成されてもよい。本発明に係るフィルタアレイを有するＣＭＯＳイメージャを用いた例示的なプロセッサシステム４００が、図１９に示されている。プロセッサベースのシステムは、ＣＭＯＳ又はその他のイメージャデバイスを含むデジタル回路を有するシステムの一例である。限定するわけではないが、そのようなシステムは、コンピュータシステム、カメラシステム、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、ビデオ電話、サーベイランスシステム、オートフォーカスシステム、スタートラッカシステム、運動検知システム、画像安定化システム、及びその他の画像処理システムを含んでいてもよい。
【００５６】
図１９に示されるように、例示的なプロセッサシステム４００は、例えばカメラであり、一般にはバス４５２を介して入力／出力（Ｉ／Ｏ）デバイス４４６と通信する中央処理ユニット（ＣＰＵ）４４４、例えばマイクロプロセッサ、を備えている。イメージャ２０も、バス４５２を介してシステムと通信する。コンピュータシステム４００は、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）４４８も含んでおり、また、フロッピディスクドライバ４５４、コンパクトディスク（ＣＤ）ＲＯＭドライブ４５６、又はフラッシュメモリ４５８のような周辺デバイスを含んでいてもよく、これらもバス４５２を介してＣＰＵ４４４と通信する。フロッピディスク４５４、ＣＤＲＯＭ４５６、又はフラッシュメモリ４５８は、イメージャ２０によって取得された画像を格納する。イメージャ２０は、好ましくは、図２〜４及び５〜１７に関して先に述べたように、メモリ記憶装置と共に、或いはそれ無しで、集積回路として構成される。
【００５７】
現時点で考えられる例示的実施形態と関連させて本発明を詳細に述べてきたが、本発明はここに開示された実施形態に限定されないということが容易に理解されるべきである。勿論、本発明は、これまで述べてこなかった何らかの変形、修正、置換、又は同等配置を含むように変更されることも可能であるが、それらは本発明の精神及び範囲内でなされるものである。従って、本発明は、これまでの記述によって限定されるものとして考えられるべきではなく、特許請求の範囲に記載された範囲によってのみ限定される。
【図面の簡単な説明】
【００５８】
【図１】従来技術の固体イメージャを示す側断面図である。
【図２】本発明の例示的実施形態に係る、基板のバックサイドに反射防止層及び吸収層を有する固体イメージャの主な構成要素を示す側断面図である。
【図３】本発明の例示的実施形態に係る、基板のバックサイドに吸収層を有する固体イメージャの主な構成要素を示す側断面図である。
【図４】本発明の例示的実施形態に係る、基板の磨耗されたバックサイドを有する固体イメージャの主な構成要素を示す側断面図である。
【図５Ａ】従来技術に係る、研磨されたバックサイド面を有するイメージングデバイスによって撮られた画像を示す図である。
【図５Ｂ】本発明に係る、粗面化されたバックサイド面を有するイメージングデバイスによって撮られた画像を示す図である。
【図６】本発明の例示的実施形態に係る、基板の磨耗されたバックサイドを有する固体イメージャの主な構成要素を示す側断面図である。
【図７】本発明の例示的実施形態に係る、アクティブセルから離間された暗ピクセルを有する固体イメージャの主な構成要素を示す側断面図である。
【図８】本発明の例示的実施形態に従って構成されたカラーフィルタアレイを有するＣＭＯＳイメージャピクセルセルの概略断面図である。
【図９】図８のＣＭＯＳイメージャピクセルセルの代表的な図である。
【図１０】本発明の例示的実施形態に係るイメージャデバイスを形成するプロセスを実行する半導体ウェハの断面図である。
【図１１】図１０に示された製造段階の次の製造段階での図１０の半導体ウェハを示す図である。
【図１２】図１１に示された製造段階の次の製造段階での図１０の半導体ウェハを示す図である。
【図１３】図１２に示された製造段階の次の製造段階での図１０の半導体ウェハを示す図である。
【図１４】図１３に示された製造段階の次の製造段階での図１０の半導体ウェハを示す図である。
【図１５】本発明の他の実施形態に係る、図１２に示された製造段階の次の製造段階での図１０の半導体ウェハを示す図である。
【図１６】本発明の他の実施形態に係る、図１２に示された製造段階の次の製造段階での図１０の半導体ウェハを示す図である。
【図１７】本発明の他の実施形態に係る、図１２に示された製造段階の次の製造段階での図１０の半導体ウェハを示す図である。
【図１８】本発明の一実施形態に従って構成されたイメージャを示す図である。
【図１９】本発明の例示的実施形態に係る、画像アーティファクトの低減されたイメージャを有するイメージングシステムの図である。
【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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【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１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【手続補正書】
【提出日】平成20年3月28日(2008.3.28)
【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】
基板の第１の面に形成された複数のピクセルセルを備え、該ピクセルセルが画像ピクセルセル及び暗電流ピクセルセルを含む、ピクセルセンサセルのアレイと、
前記基板の第２の面に形成され、該第２の面から前記暗電流ピクセルセルへ戻るように反射する光の量を低減するための反射防止膜層と、
を備えるイメージャ。
【請求項２】
前記反射防止膜は、蒸着された反射防止膜である請求項１記載のイメージャ。
【請求項３】
前記反射防止膜は、窒化チタン及びアルミニウムの層構造である請求項１記載のイメージャ。
【請求項４】
前記反射防止膜はＴｉＯ２から形成されている請求項１記載のイメージャ。
【請求項５】
前記反射防止膜は約０．１μｍから約５μｍまでの厚さを有している請求項１記載のイメージャ。
【請求項６】
前記基板の反対側で前記反射防止膜上に形成された吸収層を更に備える請求項１記載のイメージャ。
【請求項７】
前記吸収層は、約８００から約１１５０ｎｍまでの間の波長での赤外線放射を吸収する請求項６記載のイメージャ。
【請求項８】
前記吸収層は、Ｇｅ、ＳｉＧｅ、及びＳｉＣからなるグループの中から選択された材料から形成されている請求項６記載のイメージャ。
【請求項９】
前記吸収層は約２μｍから約５μｍまでの厚さを有している請求項６記載のイメージャ。
【請求項１０】
基板の第１の面に形成された複数のピクセルセルを備え、該ピクセルセルが画像ピクセルセル及び暗電流ピクセルセルを含む、ピクセルセンサセルのアレイと、
前記基板の第２の面に形成され、該第２の面から前記暗電流ピクセルセルへ戻るように反射する光の量を低減するための吸収層と、
を備えるイメージャ。
【請求項１１】
前記吸収層は、約８００から約１１５０ｎｍまでの間の波長での赤外線放射を吸収する請求項１０記載のイメージャ。
【請求項１２】
前記吸収層は、Ｇｅ、ＳｉＧｅ、及びＳｉＣからなるグループの中から選択された材料から形成されている請求項１１記載のイメージャ。
【請求項１３】
前記吸収層はゲルマニウムで形成されている請求項１１記載のイメージャ。
【請求項１４】
前記吸収層は約２μｍから約５μｍまでの厚さを有している請求項１３記載のイメージャ。
【請求項１５】
第１の面及び第２の面を有する基板と、
基板の第１の面に形成された複数のピクセルセルを有し、該ピクセルセルが画像ピクセルセル及び暗電流ピクセルセルを含む、ピクセルセンサセルのアレイと、を備え、
前記第２の面は、その面内に形成された、前記第２の面から前記暗電流ピクセルセルへと戻るように反射する光の量を低減するための面摩耗を有する、イメージャ。
【請求項１６】
前記面摩耗は垂直方向の粗面化を含む請求項１５記載のイメージャ。
【請求項１７】
第１の面及び第２の面を有する基板と、
基板の第１の面に形成された複数のピクセルセルを備え、該ピクセルセルが画像ピクセルセル及び暗電流ピクセルセルを含む、ピクセルセンサセルのアレイと、
前記第２の面はその中に形成され、前記第２の面から前記暗電流ピクセルセルへ反射して戻る光の量を減少するための形成格子を含む表面磨耗を有してなる、イメージャ。
【請求項１８】
前記成形格子は、前記第２の面に対し約１０度から約７５度までの角度で形成されている請求項１７記載のイメージャ。
【請求項１９】
前記成形格子は、前記第２の面に対し約２０度から約５５度までの角度で形成されている請求項１７記載のイメージャ。
【請求項２０】
基板の第１の面に形成された複数のアクティブピクセルセル及び暗電流ピクセルセルを備えるピクセルセンサセルのアレイを備え、前記アクティブピクセルセルと前記暗電流ピクセルセルとは前記基板内で所定の距離だけ離間され、前記所定の距離は前記基板の第２の面から前記暗電流ピクセルセルへ反射して戻る光の量を減少するようなものである、イメージャ。
【請求項２１】
前記距離は以下の式：
２・Ｄ・ｔａｎ（α）
によって算出され、ここでＤは前記基板の厚さであり、αは前記基板中への前記赤外線放射の最大角度である請求項２０記載のイメージャ。
【請求項２２】
前記暗電流ピクセルセル及び前記離間距離の上に形成された吸収層を更に備える請求項２１記載のイメージャ。
【請求項２３】
前記吸収層は、Ｇｅ、ＳｉＧｅ、及びＳｉＣからなるグループの中から選択された材料から形成されている請求項２２記載のイメージャ。
【請求項２４】
前記吸収層上に形成された不透明層を更に備える請求項２２記載のイメージャ。
【請求項２５】
前記不透明層は金属から形成されている請求項２４記載のイメージャ。
【請求項２６】
前記金属は、タングステン及びアルミニウムからなるグループの中から選択される請求項２５記載のイメージャ。
【請求項２７】
イメージングデバイス内の画像アーティファクトを低減する方法であって、
前記イメージングデバイスの基板を透過して前記イメージングデバイス内の暗ピクセルへ反射する赤外線放射の量を最小化して、前記イメージャ内の画像アーティファクトを低減するステップ、を備える方法。
【請求項２８】
赤外線放射は、基板の第１の面に形成された複数のピクセルセルと、前記基板の第２の面上に形成された反射防止膜と、該反射防止膜上に形成された吸収層とを備えるピクセルセンサセルのアレイを有する画像基板を設けることによって最小化される請求項２７記載の方法。
【請求項２９】
ＩＲ放射は、基板の第１の面に形成された複数のピクセルセルと、前記基板の第２の面上に形成された吸収層とを備えるピクセルセンサセルのアレイを有する画像基板を設けることによって最小化される請求項２７記載の方法。
【請求項３０】
赤外線放射は、第１の面及び第２の面を有する基板であって、基板の第１の面に形成された複数のピクセルセルを備えるピクセルセンサセルのアレイを有し、前記第２の面がその面内に形成された面摩耗を有する基板、を設けることによって最小化される請求項２７記載の方法。
【請求項３１】
前記面摩耗は垂直方向の粗面化を含む請求項３０記載の方法。
【請求項３２】
前記面摩耗はＣＭＰによって形成される請求項３１記載の方法。
【請求項３３】
前記面摩耗はその中に形成された成形格子を含んでいる請求項３０記載の方法。
【請求項３４】
赤外線放射は、基板の第１の面に形成された複数のアクティブピクセルセル及び暗ピクセルセルを備えるピクセルセンサセルのアレイを有するイメージャであって、前記アクティブピクセルセル及び前記暗ピクセルセルが所定の距離だけ前記基板内で離間されているイメージャ、を設けることによって最小化される請求項２７記載の方法。
【請求項３５】
前記距離は以下の式：
２・Ｄ・ｔａｎ（α）
によって算出され、ここでＤは前記基板の厚さであり、αは前記基板中への前記赤外線放射の最大角度である請求項３４記載の方法。
【国際調査報告】
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