(57)【要約】【課題】画像センサ中にピクセルは、光検出器と、１つの基板中に配設されたストレージ領域とを含むことができ、あるいは、１つの基板中に配設された光検出器と、別の基板中のストレージ領域とを含むことができる。【解決手段】光検出器とストレージ領域との間に埋込み型光シールドが配設される。浮遊拡散などの感知領域は、ストレージ領域に隣接し、埋込み型光シールドは、光検出器とストレージ領域及び感知領域との間に配設される。光検出器とストレージ領域とが別個の基板中に配設される時には、埋込み型光シールドを貫通して垂直ゲートが形成され得、光検出器及びストレージ領域から電荷の転送を開始するために使用され得る。垂直ゲートに隣接して、又はその周りに形成された転送チャネルは、光検出器からストレージ領域に電荷が移動するためのチャネルを提供する。【選択図】図７
2019050424.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のピクセルを含む画像センサであって、少なくとも１つのピクセルが、
基板中に、前記基板の第１の表面に隣接して配設された光検出器と、
前記基板中に、前記第１の表面に対向する前記基板の第２の表面に隣接して配設されたストレージ領域と、
前記光検出器と前記ストレージ領域との間に配設された埋込み型光シールドと、
を含む、画像センサ。
【請求項２】
前記埋込み型光シールドが、第１の基板層と第２の基板層とに前記基板を分け、前記光検出器が前記第１の基板層に配設され、前記ストレージ領域が前記第２の基板層に配設される、請求項１に記載の画像センサ。
【請求項３】
前記第２の基板層を貫通し、かつ、前記埋込み型光シールドを貫通して形成された垂直ゲートと、
前記垂直ゲートに隣接して配設された転送チャネルであって、前記転送チャネルが、前記光検出器から前記ストレージ領域に電荷が移動するためのチャネルを提供するように動作可能である、転送チャネルと、
を更に備える、請求項２に記載の画像センサ。
【請求項４】
前記第２の基板層中に、前記ストレージ領域に隣接する感知領域を更に備え、前記埋込み型光シールドが、前記光検出器と前記感知領域及びストレージ領域との間に配設される、請求項３に記載の画像センサ。
【請求項５】
前記感知領域が浮遊拡散を含む、請求項４に記載の画像センサ。
【請求項６】
前記埋込み型光シールドが、第１の誘電体層と第２の誘電体層との間に配設された不透明シールド層を含む、請求項４に記載の画像センサ。
【請求項７】
前記埋込み型光シールドが、遮光材料及び光吸収材料のうちの１つのみを含む、請求項１に記載の画像センサ。
【請求項８】
前記埋込み型光シールドが、前記基板中の材料の屈折率とは屈折率が異なる材料を含む、請求項１に記載の画像センサ。
【請求項９】
前記画像センサが、裏面照射型画像センサであり、前記第１の基板層が、前記感知層の裏側の面に隣接し、前記第２の基板層が、前記感知層の前側の面に隣接している、請求項１に記載の画像センサ。
【請求項１０】
画像センサ中にピクセルを生成するための方法であって、前記方法が、
第１の基板中に、前記第１の基板の第１の表面に隣接して光検出器を提供するステップと、
第２の基板中に、前記第２の基板の第２の表面に隣接してストレージ領域を提供するステップであって、前記第２の表面が、前記第１の表面と対向する、ストレージ領域を提供するステップと、
前記第１の基板と前記第２の基板との間に埋込み型光シールドを提供するステップと、  を含む、方法。
【請求項１１】
前記埋込み型光シールドを貫通する垂直ゲートを提供するステップと、
前記垂直ゲートの周りに転送チャネルを提供するステップであって、前記転送チャネルが、前記光検出器から前記ストレージ領域に電荷が移動するためのチャネルを提供するように動作可能である、転送チャネルを提供するステップと、
を更に含む、請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
前記基板層中に、前記ストレージ領域に隣接して感知領域を提供するステップを更に含み、前記埋込み型光シールドが、前記光検出器と前記感知領域及びストレージ領域との間に配設される、請求項１０に記載の方法。
【請求項１３】
裏面照射型画像センサ中にピクセルを製造するための方法であって、前記方法が、
第１の基板の前側の面上に埋込み型光シールドを形成するステップと、
前記埋込み型光シールドの前側の面に第２の基板を取り付けるステップと、
前記第２の基板を貫通し、かつ、前記埋込み型光シールドを貫通して、第１のトレンチを形成するステップと、
前記第１のトレンチ中にエピタキシャル層を成長させるステップと、
前記第１のトレンチの側壁に沿ってエピタキシァル材料の転送チャネルを生成するために、前記エピタキシャル層を貫通して、第２のトレンチを形成するステップと、
を含む、方法。
【請求項１４】
前記第２のトレンチを導電材料で充填するステップを更に含む、請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
前記第１の半導体基板中に光検出器を形成するステップと、
前記第２の半導体基板中にストレージ領域を形成するステップであって、前記エピタキシァル材料の転送チャネルが、前記光検出器から前記ストレージ領域に電荷が移動するためのチャネルを提供する、ストレージ領域を形成するステップと、
を更に含む、請求項１３に記載の方法。
【請求項１６】
前記第２の半導体基板中に前記ストレージ領域を形成する時に、前記第２の半導体基板中に感知領域を形成するステップを更に含む、請求項１３に記載の方法。
【請求項１７】
前記第１のトレンチ中にエピタキシャル層を成長させる前に、前記第１のトレンチの前記側壁及び底面に沿って誘電体層を形成するステップと、
前記第１のトレンチの前記底面から前記誘電体層を除去するステップと、
前記第１のトレンチの前記側壁のある部分のみから前記誘電体層を除去するステップであって、前記第１のトレンチの前記側壁の前記ある部分が、前記第２の半導体基板中に位置する、前記誘電体層を除去するステップと、
を更に含む、請求項１３に記載の方法。
【請求項１８】
埋込み型光シールドを形成するステップが、
第１の半導体基板の前側の面上に第２の誘電体層を形成するステップと、
前記第２の誘電体層上に不透明層を形成するステップと、
前記不透明層上に第３の誘電体層を形成するステップと、
を含む、請求項１３に記載の方法。
【請求項１９】
半導体基板中に埋込み型光シールドを形成するための方法であって、前記方法が、
前記半導体基板中に注入領域を形成するステップと、
前記半導体基板中に、前記注入領域に至るトレンチを形成するステップと
前記トレンチを通じて前記注入領域を除去することによって、前記半導体基板中にボイドを形成するステップと、
前記ボイドに材料を充填するステップであって、前記材料が充填されたボイドを通した光透過を防止する、充填するステップと、
を含む、方法。
【請求項２０】
前記半導体基板中に注入領域を形成するステップが、前記半導体基板にドーパントを注入するステップを含む、請求項１９に記載の方法。
【請求項２１】
光透過を防止する前記材料が、光反射材料及び光吸収材料のうちの１つのみを含む、請求項１９に記載の方法。
【請求項２２】
複数のピクセルを含む画像センサであって、少なくとも１つのピクセルが、
第１の基板中に配設されたライトパイプの第１段と、
第２の基板中に配設された光検出器であって、前記ライトパイプの前記第１段が、前記光検出器に光を向ける、光検出器と、
前記第２の基板中に配設されたストレージ領域と、
を含む、画像センサ。
【請求項２３】
前記第１の基板及び前記第２の基板が単一の基板である、請求項２２に記載の画像センサ。
【請求項２４】
前記ストレージ領域が、前記第２の基板中に、前記第２の基板の前側の面に隣接して配設される、請求項２２に記載の画像センサ。
【請求項２５】
前記光検出器が、前記ライトパイプの第２段である、請求項２２に記載の画像センサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
（関連出願の相互参照）
特許協力条約に基づく本出願は、この参照によりその全部が本明細書内に組み込まれる、２０１３年８月５日付けで出願され、「Ｉｍａｇｅ  Ｓｅｎｓｏｒ  ｗｉｔｈ  Ｂｕｒｉｅｄ  Ｌｉｇｈｔ  Ｓｈｉｅｌｄ  ａｎｄ  Ｖｅｒｔｉｃａｌ  Ｇａｔｅ」と題された米国非暫定特許出願第１３／９５９，３６２号に対する優先権を主張するものである。
【０００２】
本出願は、概して、電子装置に関し、より詳細には、電子装置用画像センサに関する。
【背景技術】
【０００３】
カメラ及び他の画像記録装置は、しばしば、電荷結合素子（ＣＣＤ）画像センサ又は相補型金属酸化膜半導体（ＣＭＯＳ）画像センサなどの１つ以上の画像センサを用いて画像をキャプチャする。画像は、光を電気信号に変換することによってキャプチャされる。光検出器のアレイは、光が光検出器に衝突したことに応答して、光子発生電荷（例えば、電子）を蓄積する。それぞれの光検出器が蓄積する電荷量は、その光検出器が受光する光の強度を表す。光検出器の全てに蓄積された電荷が、集合的に画像を形成する。
【０００４】
ＣＭＯＳ画像センサは、表面照射型（ＦＳＩ）画像センサとして、又は裏面照射型（ＢＳＩ）として構成され得る。ＦＳＩ画像センサは、光検出器のアレイを含む基板上に、１つ以上のパターニングされた金属層を配置する。金属層は、ピクセル中の種々の電気構成要素を、アレイの外側に配置された動作可能な電源回路に接続する信号線を含む。ただし、ＦＳＩ構成は、光が最初に金属層を通過した後に光検出器により検出されなければないことを意味する。金属層は、光が金属層を通過する際に光の一部を反射することによって、光透過と干渉することがあり、それにより、光検出器が検出する光量を低減させることがある。
【０００５】
ＢＳＩ画像センサは、光検出器のアレイが金属層の上に配置されるように、金属層と光検出器のアレイを含む基板とを反転させている。光は、光検出器により受光され、金属層を通過する必要はない。光検出器は、より多くの入射光を検出することができるので、ＢＳＩ画像センサを用いると画像品質を向上させることができる。
【０００６】
ローリングシャッター及びグローバルシャッターは、画像をキャプチャするために画像センサが使用する２つの異なる方法である。ローリングシャッターの場合、画像センサ中の光検出器の全てが同時に画像をキャプチャするわけではない。その代わりに、画像センサの異なる部分が、異なる時点で画像をキャプチャする。例えば、１つの行にある光検出器の全ては、画像をキャプチャするために、同じ時間期間にわたって電荷を蓄積することができるが、それぞれの行についての蓄積期間は、わずかに異なる時点で開始し、終了する。例えば、光検出器の最上行は、電荷の蓄積を開始するための最初の行であり得、かつ、電荷の蓄積を停止する最初の行であり得、光検出器のそれぞれの後続の行については、開始時間及び停止時間がわずかに遅延する。光検出器の各行はわずかに異なる時点で画像をキャプチャするので、ローリングシャッターを用いてキャプチャされた画像は、ウォブル、スキュー及び部分露光などのモーションアーチファクトを受けることがある。
【０００７】
グローバルシャッターの場合、ピクセルの全てが、同時に電荷を蓄積する。グローバルシャッター動作中に、光検出器中の蓄積された電荷は、ピクセル中に配置されたストレージ領域に同時に転送された後、画像センサから読み取られる。典型的には、電荷は、１つの行のピクセルから一度読み取られる。したがって、ストレージ領域中に電荷を保存することにより、ストレージ領域中の電荷を画像センサから読み取る間に、光検出器が、次の画像をキャプチャし始めることが可能になる。
【０００８】
図１は、先行技術による、裏面照射型ＣＭＯＳグローバルシャッター画像センサ中の単純化したピクセルを示す。ピクセル１００は、光検出器１０４とストレージ領域１０６とを含む感知層１０２を含む。キャリアウェハ１１０と感知層１０２との間に，金属層１０８が配置される。金属層１０８中の信号線は、信号線が互いから電気的に絶縁されるように、誘電材料で形成される。マイクロレンズ１１６は、光１１８を光検出器１０４上に合焦させる。光１１８からストレージ領域１０６を遮蔽するように層１１２中の光シールド１１４を配置して、ストレージ領域１０６における電荷蓄積を防止する。ただし、ストレージ領域１０６と光シールド１１４との間の距離は、２〜３ミクロン以上であり得る。この距離は、特定の角度で入来する光が、依然としてストレージ領域に当たり、不要な電荷をストレージ領域１０６中に蓄積させ得ることを意味する。この不要な電荷は、光検出器１０４の蓄積された光子発生電荷をグローバルシャッター動作中にストレージ領域１０６に転送する時に、光子発生電荷に追加される。追加の不要な電荷は、画像アーチファクトを引き起こすことがあり、撮像されたシーンの画像キャプチャ又はリプリゼンテーションが不正確になることがある。
【発明の概要】
【０００９】
一態様では、画像センサ中の少なくとも１つのピクセルは、基板中に、基板の第１の表面に隣接して配設された光検出器と、基板中に、基板の第２の表面に隣接して配設されたストレージ領域とを含むことができる。第２の表面は、第１の表面に対向し得る。例えば、第１の表面は、基板の裏側の面であり得、第２の表面は、基板の前側の面であり得る。光検出器とストレージ領域との間に、埋込み型光シールド配設される。浮遊拡散などの感知領域は、ストレージ領域に隣接し、埋込み型光シールドは、光検出器とストレージ領域及び感知領域との間に配設される。
【００１０】
別の態様では、画像センサ中にピクセルを生成するための方法は、第１の基板中に、第１の基板の第１の表面に隣接して光検出器を提供するステップと、第２の基板中に、第２の基板の第２の表面に隣接してストレージ領域を提供するステップとを含むことができる。第２の表面は、第１の表面に対向し得る表面である。例えば、第１の表面は、第１の基板の裏面であり得、第２の表面は、第２の基板の前面であり得る。第１の基板と第２の基板との間に、埋込み型光シールドを提供する。
【００１１】
別の態様では、裏面照射型画像センサ中にピクセルを製造するための方法は、第１の基板の前側の面上に埋込み型光シールドを形成するステップと、埋込み型光シールドに前側の面に第２の基板を取り付けるステップとを含むことができる。次いで、第２の基板を貫通し、かつ、埋込み型光シールドを貫通して、第１のトレンチを形成する。第１のトレンチ中にエピタキシャル層を形成する。次いで、第１のトレンチの側壁に沿ってエピタキシァル材料の転送チャネルを生成するために、エピタキシャル層を貫通して、第２のトレンチを形成する。第２のトレンチを導電材料で充填し、充填されたトレンチ上に導電性ゲートを形成する。充填されたトレンチと導電性ゲートとは、ピクセル中に垂直ゲートを形成する。第１の半導体基板中に光検出器を形成し、第２の半導体基板中にストレージ領域を形成する。エピタキシァル材料の転送チャネルは、光検出器からストレージ領域に電荷が移動するためのチャネルを提供する。
【００１２】
更に別の態様では、基板中に埋込み型光シールドを形成するための方法は、基板中に注入領域を形成するステップと、基板中に、注入領域に至るトレンチを形成するステップとを含むことができる。次いで、トレンチを通じて注入領域を除去することによって、基板中にボイドを形成する。ボイドに材料を充填し、材料が充填されたボイドを通した光透過を防止する。例えば、ボイドは、光反射材料で、又は光吸収材料で充填され得る。
【００１３】
更に別の態様では、裏面照射型画像センサ中の少なくとも１つのピクセルは、第１の基板中に配設されたライトパイプの第１段と、第２の基板中に配設された光検出器とを含むことができる。光検出器は、ライトパイプの第２段であり得る。また、第２の基板中には、ストレージ領域が配設される。蓄積ノードは、第２の基板の前側の面に隣接して配設され得る。ライトパイプの第１段は、光検出器に光を向け、ストレージ領域には向けない。
【００１４】
本発明の実施形態は、以下の図面を参照することによって更に良く理解される。図面の要素は、必ずしも互いに対して縮尺通りではない。各図に共通する同一の特徴部については、可能であれば同一の参照番号を使用している。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】先行技術による、裏面照射型画像センサ中の単純化されたピクセルを示す図である。
【図２Ａ】１つ以上のカメラを含む電子装置の正面斜視図である。
【図２Ｂ】図２Ａの電子装置の背面斜視図である。
【図３】図２の電子装置の単純化したブロック図である。
【図４】図２Ａの線４−４に沿った電子装置２００の断面図である。
【図５】画像センサ３０２としての使用に適した画像センサの一例の単純化したブロック図である。
【図６】裏面照射型画像センサにおいて使用するのに適したグローバルシャッターピクセルの一例の単純化した概略図である。
【図７】裏面照射型画像センサにおいて使用するのに適した埋込み型光シールドを有するグローバルシャッターピクセルの単純化した例を示す図である。
【図８】図７に示したピクセル７００を含む裏面照射型画像センサを製造する例示的な方法を示す図である。
【図９】図７に示したピクセル７００を含む裏面照射型画像センサを製造する例示的な方法を示す図である。
【図１０】図７に示したピクセル７００を含む裏面照射型画像センサを製造する例示的な方法を示す図である。
【図１１】図７に示したピクセル７００を含む裏面照射型画像センサを製造する例示的な方法を示す図である。
【図１２】図７に示したピクセル７００を含む裏面照射型画像センサを製造する例示的な方法を示す図である。
【図１３】図７に示したピクセル７００を含む裏面照射型画像センサを製造する例示的な方法を示す図である。
【図１４】図７に示したピクセル７００を含む裏面照射型画像センサを製造する例示的な方法を示す図である。
【図１５】図７に示したピクセル７００を含む裏面照射型画像センサを製造する例示的な方法を示す図である。
【図１６】図７に示したピクセル７００を含む裏面照射型画像センサを製造する例示的な方法を示す図である。
【図１７】図７に示したピクセル７００を含む裏面照射型画像センサを製造する例示的な方法を示す図である。
【図１８】図７に示したピクセル７００を含む裏面照射型画像センサを製造する例示的な方法を示す図である。
【図１９】図７に示したピクセル７００を含む裏面照射型画像センサを製造する例示的な方法を示す図である。
【図２０】図７に示したピクセル７００を含む裏面照射型画像センサを製造する例示的な方法を示す図である。
【図２１】図７に示したピクセル７００を含む裏面照射型画像センサを製造する例示的な方法を示す図である。
【図２２】図７に示したピクセル７００を含む裏面照射型画像センサを製造する例示的な方法を示す図である。
【図２３】図７に示したピクセル７００を含む裏面照射型画像センサを製造する例示的な方法を示す図である。
【図２４】図７に示したピクセル７００を含む裏面照射型画像センサを製造する例示的な方法を示す図である。
【図２５】図７に示したピクセル７００を含む裏面照射型画像センサを製造する例示的な方法を示す図である。
【図２６】図７に示したピクセル７００を含む裏面照射型画像センサを製造する例示的な方法を示す図である。
【図２７】図７に示したピクセル７００を含む裏面照射型画像センサを製造する例示的な方法を示す図である。
【図２８】図７に示したピクセル７００を含む裏面照射型画像センサを製造する例示的な方法を示す図である。
【図２９】裏面照射型画像センサにおいて使用するのに適した埋込み型光シールドを有するグローバルシャッターピクセルの別の例を示す図である。
【図３０】図２９に示した埋込み型光シールド２９１２を製造する例示的な方法を示す図である。
【図３１】図２９に示した埋込み型光シールド２９１２を製造する例示的な方法を示す図である。
【図３２】図２９に示した埋込み型光シールド２９１２を製造する例示的な方法を示す図である。
【図３３】図２９に示した埋込み型光シールド２９１２を製造する例示的な方法を示す図である。
【図３４】裏面照射型画像センサにおいて使用するのに適した埋込み型光シールドを有するグローバルシャッターピクセルの別の例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
本明細書で説明する実施形態は、少なくとも１つのピクセル中にストレージ領域を遮蔽するための埋込み型光シールドを含む、グローバルシャッター画像センサを含む。一実施形態では、ストレージ領域は、基板中に、基板の一方の表面に隣接して配設され、光検出器は、基板中に、基板の対向する表面に隣接して配設される。埋込み型光シールドは、光検出器とストレージ領域との間に配設される。
【００１７】
別の実施形態では、光検出器は、第１の基板の第１の表面に隣接して配設され、ストレージ領域は、第２の別個の基板の第２の表面に隣接している。第２の表面は、第１の表面に対向する表面である。例えば、第１の表面は、第１の基板の裏面であり得、第２の表面は、第２の基板の前面であり得る。埋込み型光シールドは、光検出器とストレージ領域との間に埋込み型光シールドが配置されるように、第１の基板と第２の基板との間に配設される。垂直ゲートは、第２の基板及び埋込み型光シールドを貫通して、光検出器を含む第１の基板に形成される。垂直ゲートに隣接して、又はその周りに形成された転送チャネルは、第１の基板中の光検出器から第２の基板中のストレージ領域に電荷が移動するためのチャネルを提供する。
【００１８】
いくつかの実施形態では、ライトパイプを使用して、ライトパイプ光検出器に光を向けることができる。開口を有する埋込み型光シールドが、基板に形成され得る。ライトパイプは、基板の裏面に隣接し、埋込み型光シールド中の開口を通って延在し得る。ライトパイプ光検出器は、ライトパイプと動作可能に接続し得る。ライトパイプ光検出器は、ライトパイプ光検出器の小さい領域に光を閉じ込めるために、屈折率が低い材料で形成され得る。光検出器に隣接して、ストレージ領域が配設され得る。一実施形態では、ストレージ領域は、光検出器中に、基板の前側の面に隣接して形成される。
【００１９】
「頂部」、「底部」、「前面」、「背面」、「先頭」、「後置」など、方向を示す用語は、説明されている図（単数又は複数）の向きを基準にして使用される。種々の実施形態における構成要素は、複数の異なる向きに配置され得るので、方向を示す用語は、例示を目的として使用されているにすぎず、いかなる方法でも制限するものではない。方向を示す用語は、画像センサウェハ、画像センサダイ、又は対応する画像センサの層と併せて使用される時に、広く解釈されることが意図されており、したがって、１つ以上の介在層の存在、あるいは他の介在画像センサ特徴部又は要素の存在を排除するように解釈すべきでない。したがって、別の層上に形成される、別の層の上方に形成される、別の層上に配設される、又は別の層の上方に配設されるものとして本明細書で説明される所与の層は、１つ以上の追加の層によって、上記別の層から離隔され得る。
【００２０】
次に図２Ａ〜図２Ｂを参照すると、１つ以上のカメラを含む電子装置の前面斜視図及び背面斜視図が示されている。電子装置２００は、第１のカメラ２０２と、第２のカメラ２０４と、エンクロージャ２０６と、ディスプレイ２１０と、入出力（Ｉ／Ｏ）部材２０８と、カメラ（単数又は複数）のためのフラッシュ２１２又は光源とを含む。電子装置２００はまた、例えば、１つ以上のプロセッサ、メモリ構成要素、ネットワークインターフェースなど、コンピューティング装置又は電子装置に典型的な１つ以上の内部構成要素（図示せず）を含み得る。
【００２１】
図示の実施形態では、電子装置２００は、スマートフォンとして実装されている。ただし、他の実施形態は、この構造に限定されるものではない。他の種類のコンピューティング装置又は電子装置として、ネットブックトップコンピュータ若しくはラップトップコンピュータ、タブレットコンピュータ、デジタルカメラ、プリンタ、スキャナ、ビデオレコーダー、及び複写機を含むが、これらには限定されない、１つ以上のカメラが挙げられ得る。
【００２２】
図２Ａ〜図２Ｂに示すように、エンクロージャ２０６は、電子装置２０６の内部構成要素に対する外側表面又は部分的な外側表面及び保護ケースを形成することができ、ディスプレイ２１０の少なくとも一部を取り囲むことができる。エンクロージャ２０６は、前面部品及び背面部品など、操作可能に接続された１つ以上の構成要素から形成され得る。代替的には、エンクロージャ２０６は、ディスプレイ２１０に動作可能に接続された単一部品で形成され得る。
【００２３】
Ｉ／Ｏ部材２０８は、任意の種類の入力部材又は出力部材と共に実装され得る。単に例として、Ｉ／Ｏ部材２０８は、スイッチ、ボタン、静電容量式センサ又は他の入力機構であり得る。Ｉ／Ｏ部材２０８により、ユーザが電子装置２００と対話することが可能になる。例えば、Ｉ／Ｏ部材２０８は、音量を変更する、ホーム画面に戻るなどのためのボタン又はスイッチであり得る。電子装置は１つ以上の入力部材又は出力部材を含むことができ、各部材は、単一のＩ／Ｏ機能又は複数のＩ／Ｏ機能を有することができる。
【００２４】
ディスプレイ２１０を、動作可能に又は通信可能に電子装置２００に接続することができる。ディスプレイ２１０は、レティナディスプレイ又はアクティブマトリックスカラー液晶ディスプレイなど、任意の種類の好適なディスプレイと共に実装され得る。ディスプレイ２１０は、電子装置２００に視覚出力を提供することができ、又は電子装置へのユーザ入力を受け取るように機能することができる。例えば、ディスプレイ２１０は、１つ以上のユーザ入力を検出することができる、マルチタッチ静電容量式検知タッチスクリーンであり得る。
【００２５】
電子装置２００は、複数の内部構成要素を含むことができる。図３は、電子装置２００の単純化したブロック図である。電子装置は、１つ以上のプロセッサ３００、ストレージ又はメモリ構成要素３０２、入出力インターフェース３０４、電源３０６、及びセンサ３０８を含むことができるが、これらの各々については下記に順次述べることにする。
【００２６】
１つ以上のプロセッサ３００は、電子装置２００の動作の一部又は全部を制御することができる。プロセッサ（単数又は複数）３００は、電子装置２００の構成要素の実質的に全てと直接的又は間接的に通信することができる。例えば、１つ以上のシステムバス３１０又は他の通信機構は、プロセッサ（単数又は複数）３００、カメラ２０２、２０４、ディスプレイ２１０、Ｉ／Ｏ部材３０４、又はセンサ３０８の間での通信を提供し得る。プロセッサ（単数又は複数）３００は、データ又は命令を処理、受信、又は送信することが可能な任意の電子装置として実装され得る。例えば、１つ以上のプロセッサ３００は、マイクロプロセッサ、中央処理ユニット（ＣＰＵ）、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）、デジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）、又は複数のそのような装置の組合せであり得る。本明細書に記載する場合、用語「プロセッサ」とは、単一のプロセッサ若しくは処理ユニット、複数のプロセッサ若しくは複数の処理ユニット、他の適切に構成されたコンピューティング要素（単数又は複数）を包含することを意図するものである。
【００２７】
メモリ３０２は、電子装置２００によって使用され得る電子データを記憶することができる。例えば、メモリ３０２は、オーディオファイル、文書ファイル、タイミング信号及び画像データなどの電気的なデータ又はコンテンツを記憶することができる。メモリ３０２は任意の種類のメモリとして構成され得る。単に例として、メモリ３０２は、ランダムアクセスメモリ、読み出し専用メモリ、フラッシュメモリ、リムーバブルメモリ、又は他の種類のストレージ要素として、任意の組合せで実装され得る。
【００２８】
入出力インターフェース３０４は、ユーザ又は１つ以上の他の電子装置からデータを受け取ることができる。更に、入出力インターフェース３０４は、ユーザ又は他の電子装置へのデータの送信を容易にすることができる。例えば、電子装置２００がスマートフォンである実施形態では、入出力インターフェース３０４は、ネットワークからデータを受信することができ、あるいは、無線接続又は有線接続を介して電気信号を送信及び伝送することができる。無線接続及び有線接続の例として、セルラー、ＷｉＦｉ（登録商標）、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）及びＥｔｈｅｒｎｅｔ（登録商標）が挙げられるが、これらに限定されるものではない。１つ以上の実施形態では、入出力インターフェース３０４は、複数のネットワーク又は通信機構をサポートする。例えば、入出力インターフェース３０４は、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈネットワーク上で別の装置とペアリングして、ＷｉＦｉ又は他の有線接続若しくは無線接続から信号を同時に受信しながら、その別の装置に信号を転送することができる。
【００２９】
電源３０６は、エネルギーを電子装置２００に提供することが可能な任意の装置であり得る。例えば、電源３０６は、バッテリであっても、あるいは、電子装置２００を壁コンセントなどの別の電源に接続することが可能な接続ケーブルであってもよい。
【００３０】
センサ３０８は、任意の種類のセンサと共に実装され得る。センサの例として、オーディオセンサ（例えば、マイクロホン）、光センサ（例えば、周囲光センサ）、ジャイロスコープ及び加速度計が挙げられるが、これらに限定されるものではない。センサ３０８は、電子装置の機能を向上させる又は変更するために使用され得るプロセッサ３００に、データを提供するために使用され得る。
【００３１】
図２Ａ及び図２Ｂを参照して説明すると、電子装置２００は、１つ以上のカメラ２０２、２０４、及び任意選択的に、カメラ（単数又は複数）のためのフラッシュ２１２又は光源を含む。図４は、図２Ａの線４−４に沿ったカメラ２０２の単純化した断面図である。図４は第１のカメラ２０２を示しているが、第２のカメラ２０４は第１のカメラ２０２と実質的に同様であることが当業者には認識されよう。いくつかの実施形態では、１つのカメラは、グローバルシャッター構成型画像センサを含み得、１つのカメラは、ローリングシャッター構成型画像センサを含むことができる。他の例では、一方のカメラは、もう一方のカメラの画像センサよりも解像度が高い画像センサを有し得る。
【００３２】
カメラ２０２、２０４は、画像センサ４０２と光学的に通信している撮像段４００を含む。撮像段４００は、エンクロージャ２０６に動作可能に接続され、画像センサ４０２の前に配置される。撮像段４００は、レンズ、フィルタ、絞り及びシャッターなどの従来の要素を含むことができる。撮像段４００は、その視野内の光４０４を画像センサ４０２上に向ける、合焦させる、又は透過させる。画像センサ４０２は、入射光を電気信号へと変換することによって、対象シーンの１つ以上の画像をキャプチャする。
【００３３】
画像センサ４０２は、支持構造体４０６によって支持される。支持構造体４０６は、シリコン、シリコンオンインシュレータ（ＳＯＩ）技術、シリコンオンサファイア（ＳＯＳ）技術、ドープ半導体及び非ドープ半導体、半導体基板上に形成されたエピタキシャル層、半導体基板中に形成されたウェル領域若しくは埋込み層、並びに他の半導体構造が挙げられるが、これらには限定されない半導体ベースの材料とすることができる。
【００３４】
撮像段４００又は画像センサ４０２の種々の要素は、タイミング信号、又は、図３のプロセッサ３００などのプロセッサ若しくはメモリから供給される他の信号によって制御され得る。撮像段４００の要素の一部又は全部は、単一の構成要素中に統合してもよい。更に、撮像段４００の要素の一部又は全部を画像センサ４０２と、場合によっては電子装置２００の１つ以上の更なる要素と一体化して、カメラモジュールを形成することができる。例えば、プロセッサ又はメモリは、諸実施形態では画像センサ４０２と一体化することができる。
【００３５】
次に図５を参照すると、画像センサ４０２としての使用に適した画像センサの一例の上面図が示されている。画像センサ５００は、画像プロセッサ５０２と撮像区域５０４とを含むことができる。撮像区域５０４は、ピクセル５０６を含むピクセルアレイとして実装される。図示の実施形態では、ピクセルアレイは、行列配置で構成される。ただし、他の実施形態は、この構成に限定されるものではない。ピクセルアレイ中のピクセルは、例えば六角形構成などの任意の好適な構成で配列され得る。
【００３６】
撮像区域５０４は、１つ以上の列線５１０を介して列選択５０８と通信し、１つ以上の行線５１４を介して行選択５１２と通信することができる。単に例として、行選択５１２は、それぞれのピクセル５０６について、行選択信号、転送信号及びグローバルシャッター信号を生成する回路を含むことができる。行選択信号、転送信号及びグローバルシャッター信号は、それぞれのピクセルに経路指定される１つ以上の行線を使用して、それぞれのピクセルに送信され得る。行選択信号は、特定のピクセル５０６、又は特定の行の全てのピクセル５０６などのピクセル群を選択的にアクティブ化する。列選択５０８は、選択ピクセル５０６、又はピクセル群（例えば、特定の列の全てのピクセル）から出力されたデータを選択的に受け取ることができる。
【００３７】
行選択５１２及び／又は列選択５０８は、画像プロセッサ５０２と通信することができる。画像プロセッサ５０２は、ピクセル５０６からのデータを処理し、そのデータを電子装置２００のプロセッサ３００及び／又は他の構成要素に提供することができる。いくつかの実施形態では、画像プロセッサ５０２は、プロセッサ３００に組み込んでも、又はプロセッサ３００とは別個としてもよいことに留意されたい。
【００３８】
前述のように、画像センサは、グローバルシャッターを使用して、画像をキャプチャすることができる。典型的には、ピクセル中のあらゆる残留電荷を除去するために、集積（即ち、電荷蓄積）の前にピクセルがリセットされる。集積期間中、全てのピクセルについて全く同じ時点で集光が開始し、終了する。集積期間の最後に、全ての電荷が、画像センサ中の光シールドされたストレージ領域に同時に転送される。光シールドは、集積期間中に不要な電荷がストレージ領域中に蓄積することを防止し、更に、読出しプロセス中の電荷の蓄積を防止することができる。
【００３９】
図６は、裏面照射型画像センサにおいて使用するのに適したグローバルシャッターピクセルの一例の単純化した概略図を示す。ピクセル６００は、光検出器６０２と、第１の転送トランジスタ６０４と、ストレージ領域６０６と、第２の転送トランジスタ６０８と、感知領域６１０と、リセット（ＲＳＴ）トランジスタ６１２と、読出しトランジスタ６１４と、行選択（ＲＳ）トランジスタ６１６と、アンチグルーミングトランジスタ６１８とを含むことができる。ストレージ領域６０６及び感知領域６１０は、ストレージ領域６０６及び感知領域６１０がそれぞれ、光検出器６０２から受け取った電荷を一時的に保存することができるので、図示の実施形態ではキャパシタとして表されている。以下で説明するように、光検出器６０２から電荷が転送された後、第２の転送トランジスタ６０８のゲートがパルスを与られるまで、ストレージ領域６０６中に電荷を保存することができる。
【００４０】
第１の転送トランジスタ６０４の一方の端子は、光検出器６０２に接続され、他方の端子は、第２の転送トランジスタ６０８の一方の端子及びストレージ領域６０６に接続される。第２の転送トランジスタ６０８の他方の端子は、感知領域６１０、リセットトランジスタ６１２の端子及び読出しトランジスタ６１４のゲートに接続される。リセットトランジスタ６１２の他方の端子及び読出しトランジスタ６１４の一方の端子は、電源電圧ＶＤＤに接続される。読出しトランジスタ６１４の他方の端子は、行選択トランジスタ６１６の端子に接続される。行選択トランジスタ６１６の他方の端子は、出力線５１０に接続される。アンチグルーミングトランジスタ６１８の一方の端子は、光検出器６０２に接続され、他方の端子は、電源電圧ＶＤＤに接続される。
【００４１】
単に例として、一実施形態では、光検出器６０２は、フォトダイオード又はピンフォトダイオードとして実装され、感知領域６０６は浮遊拡散として実装され、読出しトランジスタ６１０はソースフォロワトランジスタとして実装される。光検出器６０２は、電子ベースのフォトダイオードであっても、正孔ベースのフォトダイオードであってもよい。本明細書で使用される用語「光検出器」とは、フォトゲート、ピンフォトダイオード又は他の光子感知領域など、実質的に任意の種類の光子検出構成要素又は光検出構成要素を包含することに留意されたい。更に、本明細書で使用される用語「ストレージ領域」及び「感知領域」は、実質的にあらゆる種類の電荷蓄積領域を包含することを意図するものである。
【００４２】
当業者には、ピクセル６００は、他の実施形態において、追加の又は異なる構成要素と共に実装され得ることが認識されよう。例えば、行選択トランジスタを省略することができ、ピクセルを選択するために使用されるパルス電源モード、感知領域は、複数の光検出器及び転送トランジスタにより共有され得、リセットトランジスタ及び読出しトランジスタは、複数の光検出器、転送ゲート及び感知領域により共有され得る。それに加えて、又は代替として、他の実施形態では、アンチグルーミングトランジスタをピクセルから省略してもよい。
【００４３】
画像をキャプチャしようとする場合、ピクセルアレイ中のピクセルの全てについての集積期間が開始し、光検出器６０２は、入射光に応答して光子発生電荷を蓄積する。集積期間が終了すると、画像センサ中の光検出器６０２の全てにおける蓄積された電荷は、グローバルシャッター信号（ＧＳ）を用いて第１の転送トランジスタ６０４のゲートにパルスを与えることによって、対応するストレージ領域６０６に同時に転送される。次いで、光検出器６０２は、別の画像をキャプチャするために電荷の蓄積を開始することができる。ピクセルから電荷を読み取ろうとする場合、ストレージ領域６０６中の電荷は、転送信号（ＴＸ）を用いて第２の転送トランジスタ６０８のゲートに選択的にパルスを与えることによって、感知領域６１０に転送され得る。
【００４４】
典型的には、リセットトランジスタ６１２を使用して、ストレージ領域６０６から感知領域６１０への電荷を転送する前に、感知領域６１０上の電圧を所定のレベルにリセットする。ピクセルから電荷を読み出そうとする場合、行選択トランジスタのゲートは、読み出しのためのピクセル（又はピクセル行）を選択するために、対応する行選択線５１４を通してパルスが与えられる。読出しトランジスタ６１４は、感知領域６１０上の電圧を感知し、行選択トランジスタ６１６は、その電圧を出力線５１０に送信する。出力線５１０は、出力線５１０及び列選択５０８を介して読出し回路（及び、任意選択的に画像プロセッサ）に接続される。
【００４５】
典型的には、光検出器６０２が蓄積することができる電荷量には限界がある。光検出器は、蓄積された電荷の量がその限界又は静電容量に達した時に飽和する。飽和後に更なる電荷を蓄積する場合には、その電荷は、光検出器からオーバーフローし、隣接する光検出器へと流出し得る。光検出器からのこの過剰電荷のオーバーフローは、ブルーミングとして知られている。アンチグルーミングトランジスタ６１８は、過剰電荷を光検出器６０２から排出できるようにすることによって、ブルーミングを防止することができる。アンチグルーミングトランジスタ６１８のゲートに選択的にパルスを与えて、アンチグルーミングトランジスタ６１８をイネーブル又はターンオンし、過剰電荷を光検出器６０２から排出するための電気経路を提供することができる。また、アンチブルーミングゲートは、いくつかの実施形態において、光検出器リセットトランジスタとして機能することができる。光検出器６０２は、画像キャプチャの前に、既知の電位にリセットされ得る。
【００４６】
いくつかの実施形態において、カメラとしての画像キャプチャ装置がレンズを覆うシャッターを含まない場合があり、したがって、画像センサは常に光に曝露されていることがある。これらの実施形態では、望ましい画像をキャプチャする前に、光検出器をリセット又は空乏させる必要があり得る。光検出器の電荷を空乏させた後、第１の転送トランジスタ及び第２の転送トランジスタのゲート、並びにリセットトランジスタのゲートをターンオフし、光検出器を絶縁する。光検出器は、次いで、集積及び光子発生電荷の収集を開始することができる。
【００４７】
次に図７を参照すると、埋込み型光シールドを含む裏面照射型画像センサにおけるグローバルシャッターピクセルの一例が示されている。ピクセル７００は、感知層７０２と金属層７０４とを含む。図示の実施形態では、感知層７０２はシリコン基板であるが、他の実施形態では、異なる種類の基板を使用してもよい。本明細書で使用される場合、用語「ウェハ」及び「基板」は、シリコン、シリコンオンインシュレータ（ＳＯＩ）技術、シリコンオンサファイア（ＳＯＳ）技術、ドープ半導体及び非ドープ半導体、エピタキシャル層、半導体基板上に形成されたウェル領域、並びに他の半導体構造が挙げられるが、これらには限定されない半導体ベースの材料として理解されたい。
【００４８】
金属層７０４は、感知層７０２とキャリアウェハ７０６との間に配置される。金属層７０４は、トランジスタと、誘電材料中に形成された信号線ルーティングを含み得る。感知層７０２は、光検出器７０８と、埋込み型光シールド７１０と、ストレージ領域７１２と、垂直ゲート７１４と、感知領域７１６とを含むことができる。垂直ゲート７１４は、光検出器７０８から、埋込み型光シールド７１０を通って、金属層７０４中のコンタクトパッド７１８まで形成される。垂直ゲート７１４を使用して、光検出器７０８から電荷を転送するために、及びアンチグルーミング動作のために光検出器７０８をリセットすることができる。垂直ゲート７１４は、ポリシリコンなどの任意の好適な導電性材料で作製され得る。
【００４９】
図示の実施形態では、埋込み型光シールド７１０は、第１の誘電体層７２０と、不透明シールド層７２２と、第２の誘電体層７２４とを含む。単に例として、第１の誘電体層及び第２の誘電体層は、酸化物層であり得、不透明シールド層は、タングステンなどの金属層であり得る。他の実施形態では、異なる誘電体及び／又は金属が使用され得る。それに加えて、又は代替として、第１の誘電体層７２０と第２の誘電体層７２４とは、同じ誘電体で形成しても、あるいは異なる誘電体で形成してもよい。
【００５０】
感知層７０２の裏側の面には、任意選択の反射防止コーティング（ＡＲＣ）層７２６が配設される。ＡＲＣ層７２６は、光検出器７０８の表面での反射に起因する入射光の損失を低減することができる。光シールド７３０を有する第２の金属層７２８がＡＲＣ層７２６上に形成される。光シールド７３０は、隣り合った光検出器間の領域を覆うことによって、ピクセル間における光学的クロストークを低減することができる。
【００５１】
第２の金属層７２８上にフィルタ要素７３２を配設することができ、そのフィルタ要素７３２上にマイクロレンズ７３４を配置することができる。フィルタ要素７３２は、ピクセルアレイ中の全てのピクセルの上に配設されるカラーフィルタアレイの一部である。カラーフィルタアレイは、フィルタ要素のモザイクであり、それぞれのフィルタは、ピクセルに当たる光の波長を制限する。光波長は、色によって制限することができる。例えば、１つのフィルタ要素は、赤色に関連する光波長を透過させることができ、別のカラーフィルタ要素は、緑色に関連する光波長を透過させることができ、別のカラーフィルタ要素は、青色に関連する光波長を透過させることができる。ベイヤーカラーフィルタパターンは、赤色フィルタ要素と緑色フィルタ要素と青色フィルタ要素とを含む既知のカラーフィルタ配列である。他のカラーフィルタ配列は、異なる光波長をフィルタリングすることができる。単に例として、カラーフィルタ配列は、シアンフィルタ要素と、マジェンタフィルタ要素と、イエローフィルタ要素とを含み得る。
【００５２】
埋込み型光シールド７１０は、感知層７０２を第１の基板層７３８と第２の基板層７４０とに離隔する。感知領域７１６、ストレージ領域７１２、及びピクセルトランジスタは、第２の基板層７４０の中にあってもよいが、光検出器７０８は、第１の基板層７３８に常駐している。光検出器７０８は、トランジスタソースであり、感知領域及びストレージ領域は、トランジスタドレインである。絶縁トレンチ７４２は、第１の基板層７３８において、隣接する光検出器から光検出器７０８を電気的に絶縁する。光７３６が光検出器に衝突すると、光検出器７０８中に電荷が蓄積する。埋込み型光シールド７１０は、ストレージ領域７１２における、及び感知領域７１６における不要な電荷蓄積を防止する。垂直ゲート７１４にパルスが与えられると、光検出器７０８中の蓄積された電荷は、垂直ゲート７１４の周りに形成された転送チャネル７４４を使用して、ストレージ領域７１２に移動する。図示の実施形態では、転送チャネル７４４は、第１の基板層７３８と第２の基板層７４０とを電気接続するシリコン転送チャネルである。転送チャネル７４４は、光検出器７０８とストレージ領域７１２との間の電荷転送のための電気経路を提供する。ゲート７４６にパルスが与えられると、電荷は、ストレージ領域７１０から感知領域７１６へと移動する。
【００５３】
図８〜図２８は、図７に示したピクセル７００を含む裏面照射型画像センサを製造する例示的な方法を示している。１ピクセルのみの構造に関してプロセスを説明しているが、当業者には、この方法は、画像センサ中のピクセルの全てを同時製造することが認識されよう。最初に、第１の半導体基板８０２の前側の面８００上に第１の誘電体層７２０を形成する（図８）。第１の誘電体層は、例えば、第１の基板８０２上で成長又は堆積させた酸化物層であり得る。
【００５４】
次いで、第１の誘電体層７２０の前側の面９００上に不透明シールド層７２２を形成する（図９）。不透明シールド層７２２は、第１の誘電体層上に堆積した金属層であり得る。いくつかの実施形態では、不透明シールド層７２２は、画像センサ又は画像センサの撮像区域（例えば、図４の撮像区域４０４）全体に延在することができる。他の実施形態は、不透明シールド層７２２にパターニングすることができる。不透明シールド層は、画像センサの外周区域（撮像区域に隣接する区域）から不透明シールド層を除去するようにパターニングされ得る。それに加えて、又は代替として、アレイピクセルの凹んだゲート領域（例えば、領域７１４及び７４４）から、不透明シールド層７２２を除去してもよい。
【００５５】
次に、図１０に示すように、不透明シールド層７２２の前側の面１０００上に第２の誘電体層７２４を形成する。第１の誘電体層７２０のように、第２の誘電体層７２４は、不透明シールド層７２２上に成長又は堆積した酸化物層であり得る。図示の実施形態では、第１の誘電体層７２０と不透明シールド層７２２と第２の誘電体層７２４との組合せが埋込み型光シールド７１０を形成する。
【００５６】
次に、図１１に示すように、第２の誘電体層７２４の前側の面１１０２に、第２の半導体基板１１００をウェハ接着する。次いで、任意の好適な技術を使用して、第２の半導体基板１１００を薄くする（図１２）。単に例として、研削技術、研摩技術又はエッチング技術を任意の組合せで使用して、第２の半導体基板１１００を薄くすることができる。薄くなった第２の半導体基板は、図７に示した第２の基板層７４０である。
【００５７】
次いで、第２の基板層７４０、第２の誘電体層７２４、不透明シールド層７２２及び第１の誘電体層７２０をエッチングして、層７４０、７２４、７２２、７２０を貫通して第１の基板８０２に至るトレンチ１３００を形成する（図１３）。次に、図１４に示すように、第２の基板層７４０の前側の面１４０２、トレンチ１３００の側壁及びトレンチ１３００の底面を覆って第３の誘電体層１４００を形成する。例えば、ピクセルの撮像区域上に、共形の窒化ケイ素層を堆積させることができる。次いで、トレンチ１３００の底面の上に重なっている第３の誘電体層１４００を除去し、トレンチ１３００中に選択的エピタキシャル層１６００を成長させる（図１５及び図１６）。エピタキシャル層１６００は、第２の誘電体層７２４と同じ程度の高さまで成長させることができ、あるいは、第２の基板層７４０の厚さの一部である高さを有することができる。
【００５８】
次いで、第３の誘電体層１４００のトレンチ１３００中に露出した部分を除去し（図１７）、エピタキシャル層１６００を第２の基板層７４０の前側の面１４０２まで成長させる（図１８）。エピタキシャル層１６００は、ピクセルの幅「Ｗ」（例えば、水平方向）にわたる第２の基板層７４０の少なくとも一部分が連続し途切れないように、トレンチにより残されたボイドを充填する。
【００５９】
第２の基板層７４０の前側の面１４０２上の第３の誘電体層１４００を除去し（図１９）、エピタキシャル層１６００を貫通して第１の基板８０２までトレンチ２０００を形成する（図２０）。例えば、エピタキシャル層１６００をエッチングして、トレンチ２０００を形成することができる。トレンチ２０００は、転送チャネル７４４が、トレンチ２０００に隣接する第３の誘電体層１４００の残りのセクションの側壁に沿って延び、第１の基板８０２を第２の基板層７４０に接続又は接合するように形成される。
【００６０】
次に、図２１に示すように、第２の基板層７４０の前側の面１４０２、トレンチ２０００の側壁及びトレンチ２０００の底面を覆って第４の誘電体層２１００を形成する。単に例として、第２の基板層７４０、トレンチ２０００の側壁及びトレンチ２０００の底面を覆って、ゲート酸化物層を成長させることができる。次いで、第４の誘電体層２１００の前側の面２２０２上に導電材料２２００を形成し、トレンチ２０００を充填する（図２２）。導電材料をパターニングして、第４の誘電体層２１００の前側の面２２０２上にコンタクトパッド７１８、２２０４を形成する。垂直ゲート７１４は、トレンチ中の導電材料とコンタクトパッド７１８との組合せによって生成される。導電材料は、例えば、ポリシリコンであり得る。任意の好適なパターニングプロセスを使用して、導電材料をパターニングすることができる。例えば、マスク層をピクセル上に形成し、パターニングし、マスク層中のパターンに基づいて導電材料を除去することができる。導電材料をパターニングした後、マスク層を除去することができる。
【００６１】
次いで、第２の基板層７４０中に感知領域７１６及びストレージ領域７１２を形成することができる（図２３）。感知領域７１６及びストレージ領域７１２を生成することに加えて、追加のフロントエンドオブラインプロセス（ＦＥＯＬ）プロセスを実行することができる。例示的なＦＥＯＬプロセスとして、シャロートレンチアイソレーション、Ｐウェルプロセス及びＮウェルプロセス、他のトランジスタのための追加のゲート処理、トランジスタチャネル及びハロー注入、並びに軽度にドープされたドレイン（ＬＤＤ）及びソース／ドレイン注入が挙げられるが、これらに限定されるものではない。
【００６２】
任意の好適な方法を使用して、感知領域及びストレージ領域を形成することができる。例えば、別のマスク層をピクセル上に生成し、パターニングし、マスク層中のパターンに基づいて対応するｎ型ドーパント又はｐ型ドーパントを第２の基板層７４０に注入して、感知領域及びストレージ領域を生成することができる。感知領域及びストレージ領域を形成した後、マスク層を除去することができる。他の実施形態は、別様に感知領域及びストレージ領域を形成することができる。例えば、感知領域及びストレージ領域は、第２の基板層中にドーパントを拡散させることによって形成され得る。
【００６３】
次いで、任意の既知の方法（単数又は複数）を使用して、コンタクトパッド７１８、２２０４及び第４の誘電体層２１００の前側の面２４００を覆って金属層７０４を形成する（図２４）。接触プロセス、金属プロセス、平坦化プロセス、並びに誘電及び不動態化プロセスなど、他のバックエンドオブラインプロセスを同様に実行することができる。次いで、金属層７０４の前側の面２５００にキャリアウェハ７０６をウェハ接着し（図２５）、第１の基板８０２を薄くする（図２６）。図２６〜図２８は、図８〜図２５のピクセルの向きに対して１８０度回転させたピクセルを示していることに留意されたい。第１の基板８０２は、研削技術、研摩技術又はエッチング技術など任意の既知の技術を任意の組合せで使用して薄くすることができる。薄くされた第１の基板は、感知層７３８になる。
【００６４】
次いで、任意の好適な方法を使用して、感知層７３８を貫通して感知層７３８の裏側の面２７００から感知層７３８の前側の面２７０２まで、絶縁トレンチ７４２を形成することができる（図２７）。例えば、感知層７３８の裏側の面２７００上にマスク層を形成し、パターニングし、感知層をエッチングして絶縁トレンチ７４２を生成することができる。他の実施形態は、別様にピクセルを絶縁することができる。例えば、注入領域又は誘電体領域を使用して、光検出器を互いから電気的に絶縁することができる。
【００６５】
最終的に、図２８に示すように、当該技術分野において知られている技術を使用して、ＡＲＣ層７２６、光シールド７３０を有する第２の金属層７２８、フィルタ要素７３２、及びマイクロレンズ７３４を形成する。
【００６６】
光検出器のドーパントは、製造プロセスの始めに（例えば、図８において）、基板８０２（予めドープされた基板）に存在しても、あるいは、光検出器のドーパントは、ＡＲＣ層７２６の生成前に、感知層７３８に注入する、又はその中に拡散させてもよい。ＡＲＣ層７２６の生成前に感知層７３８がドープされる場合、ウェハ上に既に形成された金属に悪影響を及ぼさないように、低温域ドーパント活性化を実行することができる。
【００６７】
次に図２９を参照すると、裏面照射型画像センサにおいて使用するのに適した埋込み型光シールドを有するグローバルシャッターピクセルの別の例が示されている。ピクセル２９００は、感知層２９０２と金属層２９０４とを含む。感知層は、光検出器２９０６と、ストレージ領域２９０８と、感知層２９０２の前側の面に隣接する感知領域２９１０とを含む。埋込み型光シールド２９１２は、感知層２９０２において、光検出器２９０６とストレージ領域２９０８との間に配設される。埋込み型光シールド２９１２は、光吸収材料又は遮光材料で作製され得る。例えば、埋込み型光シールド２９１２は、光検出器２９０６中へと光を反射することができる。
【００６８】
ピクセル絶縁領域２９１４は、感知層２９０２において、隣接する光検出器から光検出器２９０６を電気的に絶縁する。ゲート２９１６は、グローバルシャッター動作中、蓄積された電荷を光検出器２９０６からストレージ領域２９０８に転送するために、グローバルシャッター信号を用いてパルスが与えられる。ストレージ領域２９０８から感知領域２９１０に電荷を転送するために、ゲート２９１８に選択的にパルスを与えることができた。
【００６９】
図３０〜図３３は、図２９に示した埋込み型光シールド２９１２を製造する例示的な方法を示している。好適なｎ型ドーパント又はｐ型ドーパントを感知層２９０２に注入して、注入領域３０００を形成することができる（図３０）。次いで、感知層２９０２をエッチングして、感知層２９０２を貫通して注入領域３０００に至るトレンチ３１００を形成する（図３１）。トレンチは、例えば、感知層２９０２をドライエッチングすることによって形成され得る。
【００７０】
次に、図３２に示すように、例えば、選択的ウェットエッチングを使用して、トレンチ３１００を通じて注入領域３０００を除去する。空の注入領域３０００とトレンチとは集合的に、感知層２９０２中にボイド３２００を形成する。次いで、ボイド３２００を光吸収材料又は遮光材料で充填して、埋込み型光シールド２９１２を形成する（図３３）。他の実施形態では、感知層２９０２中の材料の屈折率とは屈折率が異なる材料でボイド３２００を充填してもよい。単に例として、銅、アルミニウム、タングステンなどの金属、並びに／あるいは酸化物、窒化物及び空気のような誘電体の屈折率は、感知層２９０２中に含まれるシリコン又は他の半導体材料の屈折率とは異なるので、これらの材料を使用してもよい。光は、屈折率が異なる材料の間の界面で反射する。したがって、屈折率の違いを使用して、ストレージ領域２９０８から離れるように光を反射させることができる。いくつかの実施形態では、屈折率（即ち、光反射）が異なることでは光を完全には遮断することができないので、光吸収材料の使用と、屈折率が異なる材料の使用とが組み合わせられる。
【００７１】
ＣＭＯＳ画像センサの製造プロセス中、遮光材料、光吸収材料、又は屈折率が異なる材料を用いて、任意の好適な時点でボイドを充填することができる。例えば、いくつかの材料は、高温に耐えることができ、したがって、製造プロセスの早期に、これらの材料でボイドを充填することができる。高温に耐えることができない材料は、製造プロセスのより遅い段階において、ボイドを充填するために使用され得る。
【００７２】
他の実施形態では、ストレージ領域から光を離すために、埋込み型光シールドの代わりにライトパイプが使用され得る。図３４は、裏面照射型画像センサにおいて使用するのに適したグローバルシャッターピクセル３４００の別の例を示している。第１の基板３４０４の裏側の面３４０２上に、マイクロレンズ７３４及びカラーフィルタ層７３２が配設される。第１の基板３４０４は、酸化物などの任意の好適な誘電材料であり得る。
【００７３】
ライトパイプ３４０８の第１段３４０６は、第１の基板３４０４を貫通して形成され、ライトパイプの第２段３４１０と接続する。第２の基板３４１２中に第２段３４１０を配設することができる。第２の基板３４１２は、酸化物などの任意の好適な誘電材料であり得る。図示の実施形態では、第２段３４１０は、従来の光検出器よりも狭くなるように形成された光検出器である。
【００７４】
第２の基板３４１２の前側の面３４１６に隣接してストレージ領域３４１４が形成される。いくつかの実施形態では、ストレージ領域３４１４は、光検出器３４１０の外周の隣接するピクセルの近くなど、光検出器中に常駐することができる。
【００７５】
第１段３４０６の屈折率は、第１の基板３４０４中の材料の屈折率よりも高く、光検出器３４１０の屈折率は、第２の基板３４１２中の材料の屈折率よりも高い。ライトパイプ３４０８の第１段３４０６は、マイクロレンズ７３４及びカラーフィルタ層７３２から受光した光３４１８を、光検出器３４１０の表面上のより小さい領域に閉じ込める。ライトパイプ３４０８は、光検出器３４１０にのみ光３４１８を向ける又は誘導し、ストレージ領域３４１４には向ける又は誘導しない。光検出器３４１０中に蓄積された電荷をストレージ領域３４１４に転送しようとする時、グローバルシャッター信号を用いてゲート３４２０にパルスを与えることができる。
【００７６】
いくつかの実施形態では、第１の基板３４０４及び第２の基板３４１２は単一の基板である。他の実施形態では、ライトパイプ３４０８の第１段３４０６及び／又はライトパイプの第２段３４１０（即ち、光検出器）は、異なる形状又は寸法を有するように形成され得る。それに加えて、又は代替として、光検出器は、ライトパイプの第２段３４１０とは別個であり得る。
【００７７】
種々の実施形態について、それら特定の特徴部を特に参照して詳細に説明してきたが、本開示の趣旨及び範囲内において、変形形態及び修正形態が有効であり得ることが理解されよう。例えば、図７〜図２８の実施形態には、２つの誘電体層の間に不透明層が形成された埋込み型光シールドが含まれる。他の実施形態は、埋込み型光シールドとして、不透明な層７２２及び誘電体層７２０、７２４の代わりに、シリコンオンインシュレータ（ＳＯＩ）層を使用し得る。更に、本明細書の実施形態は、埋込み型光シールドを有する裏面照射型画像センサとして説明してきた。他の実施形態は、表面照射型画像センサにおける、図７、図２９及び図３４に関して説明したような感知層を含み得る。
【００７８】
本明細書では、特定の実施形態について説明してきたが、本出願がこれらの実施形態に限定されるものではないことに留意されたい。詳細には、１つの実施形態に関して説明した任意の特徴部は、適合する場合には、他の実施形態においても使用することができる。同様に、適合する場合には、異なる実施形態の特徴部を交換してもよい。
【図１】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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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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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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【手続補正書】
【提出日】平成30年12月20日(2018.12.20)
【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】
第１の基板層であって、前記第１の基板層の第１の表面上に配設された光検出器を含む、第１の基板層と、
第２の基板層であって、前記第１の表面に対向する前記第２の基板層の第２の表面に隣接して配設された第１のストレージ領域と、前記第２の基板層中に配設された第２のストレージ領域とを含む、第２の基板層と、
前記第１の基板層と前記第２の基板層との間に配設された埋込み型光シールドと、
を備える画像センサであって、
前記埋込み型光シールドは、前記第１のストレージ領域及び第２のストレージ領域の上にある、画像センサ。
【請求項２】
前記第１の基板層から前記埋込み型光シールドを通って前記第２の基板層まで延びる垂直ゲートと、
前記垂直ゲートに隣接して配設された転送チャネルであって、前記光検出器から前記第１のストレージ領域まで電荷を転送するためのチャネルを提供するよう動作可能な転送チャネルと、
前記転送チャネルの上に形成された誘電体と、
をさらに備える、請求項１に記載の画像センサ。
【請求項３】
前記転送チャネルが、シリコン転送チャネルを含む、請求項２に記載の画像センサ。
【請求項４】
前記埋込み型光シールドが、第１の誘電体層と第２の誘電体層との間に配設された、不透明シールド層を備える、請求項１に記載の画像センサ。
【請求項５】
前記埋込み型光シールドが、遮光材料又は光吸収材料のうちの１つを含む、請求項１に記載の画像センサ。
【請求項６】
前記埋込み型光シールドが、前記第１の基板層中の材料の屈折率とは屈折率が異なる材料を含む、請求項１に記載の画像センサ。
【請求項７】
前記埋込み型光シールドが、シリコンオンインシュレータ層を備える、請求項１に記載の画像センサ。
【請求項８】
前記画像センサが、裏面照射型画像センサであり、前記光検出器が、前記第１の基板層の裏側の面に隣接し、前記第１及び第２のストレージ領域が、前記第２の基板層の前側の面に隣接している、請求項１に記載の画像センサ。
【請求項９】
前記第１の基板層の前記裏側の面の上に形成された反射防止コーティングと、
前記反射防止コーティングの上に形成された少なくとも１つの光シールドと、
をさらに備える、請求項８に記載の画像センサ。
【請求項１０】
第１の基板中に形成された感知層であって、
光検出器と、
ストレージ領域と、
前記光検出器に下でかつ前記ストレージ領域の上に配設された埋込み型光シールドと、
を含む感知層と、
前記第１の基板に取り付けられ、コンタクトパッドを含む第２の基板と、
前記第１の基板の間で、前記埋込み型光シールドを通って、前記コンタクトパッドまで延びる垂直ゲートと、
前記垂直ゲートに隣接して配設され、前記光検出器を前記ストレージ領域に動作可能に接続し、前記光検出器と前記ストレージ領域との間の電荷転送経路を提供する転送チャネルと、
を備える画像センサ。
【請求項１１】
前記転送チャネルの上に形成された誘電体をさらに備える、請求項１０に記載の画像センサ。
【請求項１２】
埋込み型光シールドが、第１の基板層と第２の基板層とに前記第１の基板を分け、前記光検出器が前記第１の基板層中に配設され、前記ストレージ領域が前記第２の基板層中に配設される、請求項１０に記載の画像センサ。
【請求項１３】
前記ストレージ領域が、第１のストレージ領域を含み、前記画像センサが、第２の基板層中に配設され、前記第１のストレージ領域に隣接しかつ前記埋込み型光シールドの下に第２のストレージ領域をさらに含む、請求項１２に記載の画像センサ。
【請求項１４】
前記画像センサが、裏面照射型画像センサを含み、前記光検出器が、前記第１の基板の裏側の面に隣接し、前記第１及び第２のストレージ領域が、前記第１の基板の前側の面に隣接している、請求項１０に記載の画像センサ。
【請求項１５】
前記第１の基板の前記裏側の面の上に配設された反射防止コーティング層と、
前記反射防止コーティングの上に形成された少なくとも１つの光シールドと、
をさらに備える、請求項１４に記載の画像センサ。
【請求項１６】
前記埋込み型光シールドが、第１の誘電体層と第２の誘電体層との間に配設された不透明シールド層を備える、請求項１０に記載の画像センサ。
【請求項１７】
前記埋込み型光シールドが、遮光材料又は光吸収材料のうちの１つだけを含む、請求項１０に記載の画像センサ。
【請求項１８】
前記埋込み型光シールドが、前記第１の基板中の材料の屈折率とは屈折率が異なる材料を含む、請求項１０に記載の画像センサ。
【請求項１９】
前記埋込み型光シールドが、シリコンオンインシュレータ層を備える、請求項１０に記載の画像センサ。
【請求項２０】
前記第２の基板に取り付けられたキャリアウェハをさらに備える、請求項１０に記載の画像センサ。
【外国語明細書】
2019050424000001.pdf