(57)【要約】電荷結合素子、相補型金属酸化物センサまたは電子増倍センサであってもよいセンサの感光Ｓｉ領域内の多数の反射線によって生じる光学干渉縞を最小にしながら、近赤外波長（ＮＩＲ）：７５０〜１１００ｎｍ）における量子効率（ＱＥ）を改善した裏面照射型撮像センサ（１００）を開示する。本発明は検出器（Ｓｉ基板）の感光Ｓｉ領域の裏面（３５）に塗布される縞抑制層（４０）を備え、それによって縞抑制層はＳｉ基板（３０）とともに、幅広い範囲の波長（３００〜１１００ｎｍ）に亘り高いＱＥを維持しながら、ＮＩＲにおける干渉縞の発生を低減するように機能する。Ｓｉ基板に塗布する縞抑制層の組み合わせは、撮像のための新たな種類の裏面照射型固体検出器を提供する。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
感光Ｓｉエピタキシャル裏面と、
前記感光Ｓｉエピタキシャル裏面の頂部に、耐火金属酸化物またはフッ化物誘電体の層状連続体と
を備える裏面照射型固体撮像センサ。
【請求項２】
請求項１記載の裏面照射型固体撮像センサにおいて、
前記センサは、ＣＭＯＳセンサおよびＣＣＤセンサからなる群より選択されることを特徴とする裏面照射型固体撮像センサ。
【請求項３】
請求項２記載の裏面照射型固体撮像センサにおいて、
前記感光Ｓｉエピタキシャル裏面は、１０〜３００μｍの範囲の厚さを有することを特徴とする裏面照射型固体撮像センサ。
【請求項４】
請求項１記載の裏面照射型固体撮像センサにおいて、
前記耐火金属酸化物およびフッ化物誘電体もしくはそれらうちの一方の層状連続体は、ＨｆＯ２、ＴｉＯ２、ＳｉＯ、ＳｉＯ２、Ｔｉ２Ｏ３、Ａｌ２Ｏ３、Ｙ２Ｏ３、ＬａＦ３、ＡｌＦ３およびＤｙＦ３からなる群に含まれることを特徴とする裏面照射型固体撮像センサ。
【請求項５】
請求項１記載の裏面照射型固体撮像センサにおいて、
前記耐火金属酸化物またはフッ化物誘電体の層状連続体は、個々の層厚さが２〜３００ｎｍであることを特徴とする裏面照射型固体撮像センサ。
【請求項６】
請求項１記載の裏面照射型固体撮像センサにおいて、
前記耐火金属酸化物およびフッ化物誘電体もしくはそれらのうちの一方の層状連続体は、反射率がエタロン振動振幅のピークを中心とする波長に対し１％以下でかつ４００〜１１００ｎｍの範囲波長に対し１１％未満となるように追加されて連続体の厚さが決定されることを特徴とする裏面照射型固体撮像センサ。
【請求項７】
請求項１記載の裏面照射型固体撮像センサは、更に、
テトラフェニルブタジエン（ＴＰＢ）またはナフタルイミド（Ｌｕｍｏｇｅｎ（登録商標））からなる群の波長シフト発光体膜を備える裏面照射型固体撮像センサ。
【請求項８】
請求項７記載の裏面照射型固体撮像センサにおいて、
前記波長シフト発光体は、３０００〜５０００オングストローム（３００−５００ｎｍ）の層厚さを有することを特徴とする裏面照射型固体撮像センサ。
【請求項９】
請求項１記載の裏面照射型固体撮像センサにおいて、
前記センサは、ＥＭ−ＣＣＤであることを特徴とする裏面照射型固体撮像センサ。
【請求項１０】
請求項９記載の裏面照射型固体撮像センサにおいて、
前記感光Ｓｉエピタキシャル裏面は、８〜５０μｍの範囲の厚さを有することを特徴とする裏面照射型固体撮像センサ。
【請求項１１】
請求項９記載の裏面照射型固体撮像センサにおいて、
前記感光Ｓｉエピタキシャル裏面は、既存絶縁誘電体層を有することを特徴とする裏面照射型固体撮像センサ。
【請求項１２】
請求項９記載の裏面照射型固体撮像センサにおいて、
前記感光Ｓｉエピタキシャル裏面は、前記撮像センサの前記感光領域の頂部において誘電絶縁層の副領域を覆うように配置されたアルミニウム被覆マスクを有することを特徴とする裏面照射型固体撮像センサ。
【請求項１３】
ＣＣＤ、ＣＭＯＳまたはＥＭ−ＣＣＤからなる群の撮像センサを提供するステップと、
前記撮像センサに感光Ｓｉエピタキシャル裏面を提供するステップと、
前記感光Ｓｉエピタキシャル裏面の頂部に耐火金属酸化物およびフッ化物誘電体もしくはそれらのうち一方の層状連続体を形成するステップと
を備える裏面照射型固体撮像センサの製造方法。
【請求項１４】
請求項１３記載の方法は、更に、
前記層状連続体の頂部にテトラフェニルブタジエン（ＴＰＢ）またはナフタルイミド（Ｌｕｍｏｇｅｎ（登録商標））からなる群の波長シフト発光体膜を形成するステップを備える方法。
【請求項１５】
請求項１３記載の方法において、
前記耐火金属酸化物およびフッ化物誘電体もしくはそれらのうちの一方の層状連続体は、ＨｆＯ２、ＴｉＯ２、ＳｉＯ、ＳｉＯ２、Ｔｉ２Ｏ３、Ａｌ２Ｏ３、Ｙ２Ｏ３、ＬａＦ３、ＡｌＦ３およびＤｙＦ３からなる群に含まれることを特徴とする方法。
【請求項１６】
請求項１３記載の方法において、
前記感光Ｓｉエピタキシャル裏面は、既存絶縁誘電体層を有することを特徴とする方法。
【請求項１７】
請求項１３記載の方法は、更に、
前記撮像センサの前記感光領域の頂部において誘電絶縁層の副領域を覆うようにアルミニウム被覆マスクを配置するステップを備える方法。
【請求項１８】
請求項１３記載の方法において、
前記耐火金属酸化物およびフッ化物誘電体もしくはそれらのうちの一方の層状連続体は、ＨｆＯ２、ＴｉＯ２、ＳｉＯ、ＳｉＯ２、Ｔｉ２Ｏ３、Ａｌ２Ｏ３、Ｙ２Ｏ３、ＬａＦ３、ＡｌＦ３およびＤｙＦ３からなる群に含まれることを特徴とする方法。
【請求項１９】
請求項１３記載の方法において、
前記耐火金属酸化物およびフッ化物誘電体もしくはそれらのうちの一方の層状連続体は、２〜３００ｎｍの個々の層厚さを有することを特徴とする方法。
【請求項２０】
請求項１３記載の方法において、
前記耐火金属酸化物およびフッ化物誘電体もしくはそれらのうちの一方の層状連続体は、反射率がエタロン振動振幅のピークを中心とする波長に対し１％以下でかつ４００〜１１００ｎｍの範囲の波長に対し１１％未満となるように追加されて連続体の厚さが決定されることを特徴とする方法。
【請求項２１】
請求項１４記載の方法において、
前記波長シフト発光体は、３０００〜５０００オングストローム（３００−５００ｎｍ）の層厚さを有することを特徴とする方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、裏面照射型固体撮像センサに関し、具体的には、近赤外スペクトルＮＩＲ：（７５０〜１１００ｎｍ）の撮像センサの感光領域で内面反射線により生じる干渉縞を最低限に抑えつつ紫外線から近赤外スペクトル（ＵＶ−ＮＩＲ：３００〜１１００ｎｍ）における量子効率（ＱＥ：ｑｕａｎｔｕｍ  ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ）を改善するための方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
固体撮像センサは、入射光子を電子電荷に変換することによって、視覚画像のデジタル表現を生成する。電子電荷は、撮像センサの感光領域に亘るアレイ形態の回路により、別個のポテンシャル井戸またはフォトダイオード（画素）構成にして蓄積されている。各画素により収集される電子電荷は、読出し電子機器に転送され、デジタル化されて、入射光子の数に比例する積分強度値として蓄積されている。こうして、視覚画像のデジタル表現を生成する。
【０００３】
電荷結合素子（ＣＣＤ：ｃｈａｒｇｅｄ  ｃｏｕｐｌｅｄ  ｄｅｖｉｃｅ）、相補型金属酸化物センサ（ＣＭＯＳ：ｃｏｍｐｌｅｍｅｎｔａｒｙ  ｍｅｔａｌ  ｏｘｉｄｅ  ｓｅｎｓｏｒｓ）および電子増倍ＣＣＤ（ＥＭ−ＣＣＤ）センサなどの固体撮像センサは、分光法、科学的画像化および天体写真の分野で広く使用されている。これら各分野では、光に対する検出器の反応に影響を受けない画像を記録できることが望ましい。科学的結果が完全に正確なものとみなすには、記録される画像への検出器の反応の寄与を考慮して原画像から除去する必要がある。
【０００４】
すべての固体撮像センサの設計において、素子の画素を備える電子回路および多結晶シリコン（ポリシリコン）ゲートは、前面と呼ばれるＳｉウェハー（基板）の片側に形成される。尚、前面の逆が裏面である。固体撮像センサの従来の照射では、Ｓｉウェハーの前面に光が入射する。尚、Ｓｉウェハーの前面は、ポリシリコンゲートがその下にある感光Ｓｉエピタキシャル層により暗くされることによって、高いＱＥの達成を阻む。基板の裏面を約１０マイクロメートル（μｍ）まで薄くすると、各画素の暗くされない裏面の照射が可能となるため、より高いＱＥが達成される。
【０００５】
しかしながら、裏面照射型では、従来の前面照射型センサには存在しなかった問題が生じる。入射光子が裏面薄型Ｓｉエピタキシャル層に入ると、それらは、波長に関して指数関数的に増大する深さにまで吸収される。例えば、４００ｎｍで、光子はＳｉに０．２μｍ伝播した後にほぼ間違いなく吸収されるが、１１００ｎｍでは、光子はおそらく吸収される前に５８２μｍ移動する。裏面薄型センサはＳｉエピタキシャル層を薄くしすぎると、近赤外（ＮＩＲ：７５０〜１１００ｎｍ）反応が悪くなり、層を厚くしすぎると、変調伝達関数が低下し暗電流が高くなることから、紫外―可視（ＵＶ−ＶＩＳ：３００〜７５０ｎｍ）画像解像度が悪くなる。裏面照射型では、一般に、裏面薄型撮像センサのＳｉエピタキシャル層厚さは約１０〜５０μｍである。
【０００６】
約１０〜５０μｍのＳｉエピタキシャル層厚さは、６００ｎｍよりも大きい波長を有する光に対して比較的透明である。センサの裏面、つまり照射の入射面および下層のポリシリコンゲート構造は、２つの平らな光学面を形成する。これら光学面では、内面反射光線が相乗的または相殺的に干渉して、検出器の感度を変調する干渉パターンまたは縞パターンが生成される。本技術分野では、このような影響をフリンジングまたはエタロニングと称している。エタロニングはあらゆる科学的測定に先立って予測するのが難しく、裏面照射型撮像センサを使用する際に解消すべき問題となる。
【０００７】
科学的画像化または天体写真の用途で、エタロニングの問題は、準単色基準画像の取得によって解消してもよく、また、ソフトウェア技術によって干渉パターンを除去してもよい。分光用途では、入射光をスペクトル分散すると、必然的に撮像センサ上の側方（左から右に水平に）位置に関して波長が変化する。これにより、縞密度、及び検出器の応答度の変調が、波長の関数として変化する。この問題は、分光用途において更に複雑になる。これは、ほぼすべての光学分光計が機械的に駆動される回折格子を有しており、回折格子によりユーザが問題の電磁スペクトルの領域を変化させることができ、観察される検出器感度変調全体が変化してしまうためである。
【０００８】
周知のように、裏面の頂部に反射防止（ＡＲ：ａｎｔｉ−ｒｅｆｌｅｃｔｉｏｎ）膜を成膜して感光Ｓｉ裏面の反射率を低下させることによって、裏面照射型撮像センサのＱＥがより一層改善される。従来、裏面反射率の最小値が望まれる光の波長の１／４に等しい光路差（ＯＰＤ：ｏｐｔｉｃａｌ  ｐａｔｈ  ｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅ）を有する酸化ハフニウム（ＨｆＯ２）等の単層ＡＲ膜が、物理蒸着法技術によって撮像センサの裏面に成膜される。この種の単層ＡＲ膜は、ほぼ「Ｕ」字形の反射率曲線を生成する。そのため、限られた波長領域での撮像センサのＱＥが向上するだけである。反射率の最小値とは別に、撮像センサのＱＥは、裏面での反射に起因する光の損失に比例する量だけ低下することになる。
【０００９】
周知にように、撮像センサの裏面の反射率を低下させる効果も、エタロニングにより生じる干渉縞の振幅を低下させる。ＡＲ膜層厚さを変えて、反射率の最小値を波長の長いＮＩＲにシフトしてもよい。結果として、ＡＲ膜の反射率の最小値に関する干渉が低減する。しかしながら、撮像センサのＱＥは、裏面の反射率が大きくなったためにスペクトルのＵＶ−ＶＩＳ部分で大きな影響を受けてしまう。
【００１０】
２つの別々の出版物、特許文献１および非特許文献１では、撮像センサに沿って側方に連続的に変化する層厚さのＡＲ膜が生成される。成膜層のＯＰＤを成膜中に制御して、撮像センサのそれぞれの側方位置に衝突すると予想される光の波長の四分の一にほぼ等しくする。この用途では、撮像センサは、分光計または分光光度計への入射スリットなど、スペクトル分散した物体を撮像するために使用される。この技術により幅広いスペクトル範囲で高いＱＥを有する撮像センサを作製すれば、最低限のエタロニングしか生じなくなる。しかしながら、この解決方法は、撮像センサに入射する光がＡＲ膜の厚さの変化に従い正確にスペクトル分散されるときにしか機能しない。その結果、この種の撮像センサは、撮像センサの勾配ＡＲ膜により定義される固定スペクトル分散特性を有するシングルタイプの分光計または分光光度計にしか有用ではない。
【００１１】
汎用分野での他の参考文献には、特許文献２、特許文献３および特許文献４が含まれる。
上記に鑑み、広いスペクトル範囲に亘り高いＱＥで妥協の無いＮＩＲ画像化を行う裏面照射型撮像センサ、より具体的には、感光裏面の反射率を低下するための反射防止構造を採用した裏面照射型固体撮像センサであって、ＮＩＲにおける光の干渉効果（エタロニング）を軽減すると共に広いスペクトル範囲（ＵＶ−ＮＩＲ）に亘り高い素子ＱＥが得られるセンサが求められている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１２】
【特許文献１】米国特許第５，２７１，６１４号明細書
【特許文献２】米国特許第６，０２５，５８５号明細書
【特許文献３】米国特許第７，１９６，３１４号明細書
【特許文献４】米国特許第７，７５０，２８０号明細書
【非特許文献】
【００１３】
【非特許文献１】ケルト  エー（Ｋｅｌｔ  Ａ．）ら、「Ｏｐｔｉｍｉｓｅｄ  ＣＣＤ  Ａｎｔｉｒｅｆｌｅｃｔｉｏｎ  Ｃｏａｔｉｎｇ：Ｇｒａｄｅｄ  Ｔｈｉｃｋｎｅｓｓ  ＡＲ（ｆｏｒ  Ｆｉｘｅｄ−Ｆｏｒｍａｔ  Ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ）」、Ｓｃｉｅｎｔｉｆｉｃ  Ｄｅｔｅｃｔｏｒｓ  ｆｏｒ  Ａｓｔｒｏｎｏｍｙ、３６９〜３７４頁、（２００５年）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
本発明の実施形態は、ＵＶ−ＮＩＲスペクトルに亘り高い素子ＱＥを保持しながらＮＩＲスペクトルに亘るエタロニングを最小にするように、固体撮像センサの感光領域の頂部に物理蒸着法により成膜される層状誘電性耐火金属酸化物および金属フッ化物もしくはそれらのうちの一方の形態の反射防止構造を採用する固体撮像センサを提供して前述したニーズに対応する。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本発明の実施形態において、物理蒸着法（ＰＶＤ：ｐｈｙｓｉｃａｌ  ｖａｐｏｒ  ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）技術を採用して、量子効率（ＱＥ）を高めつつ、電磁スペクトルのＮＩＲ部分で観察されるエタロニングを最小にするために、固体撮像センサの感光面に屈折率（ｎ）の高いおよび低い耐火金属酸化物およびフッ化物誘電材料（誘電体）もしくはそれらのうちの一方の層状連続体を成長させる。一般的なＰＶＤ技術として、電子ビーム蒸着法（Ｅビーム）、イオンアシスト蒸着法（ＩＡＤ：ｉｏｎ−ａｓｓｉｓｔｅｄ  ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）および抵抗加熱法（ＲＨ：ｒｅｓｉｓｔｉｖｅ  ｈｅａｔｉｎｇ）が挙げられるがこれに限定されない。
【００１６】
本発明の一側面によれば、電磁スペクトルのＵＶ−ＮＩＲ部分に亘る高いＱＥおよびＮＩＲスペクトルに亘る最小のエタロニングを有する裏面照射型固体撮像センサが提供され、ＣＣＤまたはＣＭＯＳセンサからなる群の撮像センサと、裏側の感光Ｓｉエピタキシャル面と、感光Ｓｉエピタキシャル裏面の頂部にある耐火金属酸化物およびフッ化物誘電体もしくはそれらのうちの一方の層状連続体と、テトラフェニルブタジエン（ＴＰＢ：ｔｅｔｒａ−ｐｈｅｎｙｌ−ｂｕｔｈａｄｉｅｎｅ）またはナフタルイミド（Ｌｕｍｏｇｅｎ（登録商標））からなる群の波長シフト発光体膜とを備える。
【００１７】
一実施形態において、裏側の感光Ｓｉエピタキシャル層は１０〜３００ｕｍの範囲の厚さを有してもよい。別の実施形態において、耐火金属酸化物およびフッ化物誘電体もしくはそれらのうちの一方の層状連続体は、個々の層厚さが２〜３００ｎｍのＨｆＯ２、ＴｉＯ２、ＳｉＯ、ＳｉＯ２、Ｔｉ２Ｏ３、Ａｌ２Ｏ３、Ｙ２Ｏ３、ＬａＦ３、ＡｌＦ３およびＤｙＦ３からなる群に含まれてもよい。別の実施形態において、層状連続体は、Ｅビーム、ＩＡＤまたはＲＨからなる群の物理蒸着法（ＰＶＤ）の技術により成膜してもよい。層状連続体は、前述の誘電体のうちの少なくとも２つにより構成されてもよい。各層の種類、順序および厚さは、以下の式１で計算されるピーク理論エタロン振動振幅に対応する波長の反射率を最小にするように選択される。反射率がエタロン振動振幅のピークを中心とする波長に対し１％以下でかつ４００〜１１００ｎｍの範囲の波長に対し１１％未満になるように層を追加し、その厚さを決定する。一実施形態において、波長シフト発光体は、３０００〜５０００オングストローム（３００−５００ｎｍ）の層厚さを有してもよい。
【００１８】
本発明の別の側面によれば、電磁スペクトルのＵＶ−ＮＩＲ部分に亘る高いＱＥおよびＮＩＲスペクトルに亘る最小のエタロニングを有する裏面照射型固体撮像センサを提供し、ＥＭ−ＣＣＤセンサと、感光Ｓｉエピタキシャル裏面と、感光Ｓｉエピタキシャル裏面の頂部にある耐火金属酸化物およびフッ化物誘電体もしくはそれらのうちの一方の層状連続体と、テトラフェニルブタジエン（ＴＰＢ）またはナフタルイミド（Ｌｕｍｏｇｅｎ（登録商標））からなる群の波長シフト発光体膜とを備える。ＥＭ−ＣＣＤセンサの一実施形態において、裏側の感光Ｓｉエピタキシャル層は、１０〜３００ｕｍの範囲の厚さを有してもよい。別の実施形態において、裏側の感光Ｓｉエピタキシャル層は、２８〜２５０ｎｍの層厚さを有するＨｆＯ２、ＴｉＯ２、ＳｉＯ、ＳｉＯ２、Ｔｉ２Ｏ３、Ａｌ２Ｏ３、Ｙ２Ｏ３、ＬａＦ３、ＡｌＦ３およびＤｙＦ３からなる群の単一の既存絶縁誘電体層を有してもよい。別の実施形態において、撮像センサの感光領域の頂部において誘電絶縁層の副領域を覆うようにアルミニウム被覆マスクが存在していてもよい。別の実施形態において、耐火金属酸化物およびフッ化物誘電体もしくはそれらのうちの一方の層状連続体は、個々の層厚さが２〜３００ｎｍのＨｆＯ２、ＴｉＯ２、ＳｉＯ、ＳｉＯ２、Ｔｉ２Ｏ３、Ａｌ２Ｏ３、Ｙ２Ｏ３、ＬａＦ３、ＡｌＦ３およびＤｙＦ３からなる群に含まれてもよい。別の実施形態において、層状連続体は、Ｅビーム、ＩＡＤまたはＲＨからなる群の物理蒸着法（ＰＶＤ）の技術により成膜してもよい。別の実施形態において、層状連続体は、前述の誘電体のうちの少なくとも２つにより構成されてもよい。各層の種類、順序および厚さは、以下の式１で計算されるピーク理論エタロン振動振幅に対応する波長の反射率を最小にするように選択される。別の実施形態において、反射率がエタロン振動振幅のピークを中心とする波長に対し１％以下でかつ４００〜１１００ｎｍの範囲の波長に対し１１％未満になるように層を追加し、その厚さを決定する。
【００１９】
別の実施形態において、上述の特徴を有する裏面照射型センサを製造するための方法を開示する。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】裏面照射型ＣＣＤで使用されるＳｉ基板の裏面に塗布した反射防止構造の一実施形態を示す模式図。
【図２Ａ】約１２μｍのＳｉ基板厚さを有し９００ｎｍの波長の単色光で照射される未処理の裏面照射型ＣＣＤの計算干渉パターンをプロットした図。
【図２Ｂ】約１２μｍのＳｉ基板厚さを有し９００ｎｍの波長の単色光で照射される未処理の裏面照射型ＣＣＤの計算干渉パターンをプロットした図。
【図３】Ｓｉ基板に付着される反射防止構造の測定反射率をプロットした図。
【図４】約１２μｍのＳｉ基板厚さを有し９００ｎｍの波長の非干渉性単色光で照射される本発明の一実施形態の計算干渉パターンおよび観察干渉パターンをプロットした図。
【図５】裏面に一般的な単層ミッドバンド反射防止膜を塗布した１２μｍのＳｉ基板の厚さを有する一般的な裏面照射型ＣＣＤについてシミュレートした絶対ＱＥと、裏面に縞抑制層を付着させたＣＣＤの一実施形態のＱＥとをプロットした図。
【図６】１２，２０，５０μｍの厚さを有するＳｉ基板についてシミュレートした干渉縞パターンをプロットした図。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
本明細書中、「基板」という用語は、光が入射し、固体検出器の本質的な部分であり、電荷結合素子（ＣＣＤ）、ＣＭＯＳまたはＥＭ−ＣＣＤセンサ等の感光Ｓｉエピタキシャル層を意味する。本明細書中、「反射防止構造」という用語は、基板の裏面に塗布される多層薄膜コーティングを意味する。
【００２２】
本明細書は、センサの感光Ｓｉエピタキシャル層の裏面に塗布される層状誘電性耐火金属酸化物および金属フッ化物もしくはそれらのうちの一方の形態の反射防止構造を採用した裏面照射型固体撮像センサを開示する。この新規な撮像センサは、撮像のための新たな種類の裏面照射型固体検出器を提供する。層状の反射防止構造は、特に幅広い波長（３００〜１１００ｎｍ）に亘り高いＱＥを維持しながら、ＮＩＲにおける干渉縞の発生を低減するように設計されている。
【００２３】
図１は、埋込みＰチャンネル層２０と、ポリシリコンゲート電極１０とシリコン基板３０とを有する裏面照射型電荷結合素子（ＣＣＤ）として発明の固体イメージング検出器１００を模式的に示す。光子５０は、ＣＣＤの裏面３５に付着される反射防止構造４０から素子に入り、シリコン基板３０に吸収される。縞抑制層４０は、幅広い範囲の波長に亘り高いＱＥを維持すべく作用する反射防止膜としても作用する。
【００２４】
１２μｍ厚さのＳｉ基板を有し、波長９００ｎｍの平行非干渉単色光で照射される標準裏面照射型ＣＣＤにおいて、観察される干渉縞の振幅は、Ｓｉ基板を検出器のＳｉ基板と等しい厚さを有する平行平面光学エタロンとすることで、理論的にモデル化してもよい。理論エタロンを通る透過強度は、以下の式１のように求められる。
【００２５】
【数１】
2013518414.tif 000003
図２Ａおよび図２Ｂは、Ｓｉ基板厚さ（ｄ）が１２μｍで、ｒＳｉがベアＳｉの反射率に等しい検出器の入射波長の関数として観察された干渉縞振幅（２Ｂ）およびシミュレートされた干渉縞振幅（２Ａ）を示す。このシミュレーションは、入射波長が８４５ｎｍで３２％のピーク間の最大干渉縞振幅を予測しているが、観察データは、ピーク間値が６０％を示している。このモデルでの干渉縞振幅の不一致は、Ｓｉ基板の前面境界に薄いＳｉＯ２のゲート酸化物層の存在に起因し、これにより、屈折率の不連続性が引き起こされる。
【００２６】
開示される反射防止構造は、ピーク干渉縞振幅の波長でＳｉ基板の裏面から反射される光の量を最小にするように設計されている。これにより、ピーク干渉縞振幅の波長でフィネス係数（Ｆ）が最小値となる。Ｆは、光学エタロンが干渉縞をどの程度解像するかに関連する。そのため、Ｆがゼロに近づくほど、干渉縞振幅もゼロに近づく。反射防止構造は、幅広い範囲の波長（３００〜１１００ｎｍ）に亘り低い反射率を維持することも目的としている。これにより、幅広い範囲の前記波長に亘り、高いレベルのＱＥが維持される。
【００２７】
図３は、Ｓｉ基板に付着された状態の反射防止構造の測定反射率を示す。図３のグラフの差込図に示すように、反射防止構造の反射率の最小値は約８５０ｎｍで、これは予測した最大干渉縞振幅の波長８４５ｎｍに非常に近い。
【００２８】
図４は、Ｓｉ基板の厚さが約１２μｍでありかつ９００ｎｍの波長の単色光で照射される裏面照射型ＣＣＤを有する実施形態について、計算干渉パターンおよび観察干渉パターンをプロットしたものである。このシミュレーションは、ｄ＝１２μｍの値および図３に示す反射防止構造の反射率に等しいｒＳｉを使用する。シミュレーションは、１％未満のピーク間干渉縞振幅を予測しているが、観察データは、約１０％の最大ピーク間干渉縞振幅を示している。例示的なＡＲ膜を施したＣＣＤは、図２にプロットした未処理のＣＣＤの六分の一の最大ピーク間干渉縞振幅を有する。
【００２９】
図５は、裏面に一般的なミッドバンド反射防止膜を塗布したＳｉ基板の厚さが１２μｍの一般的な裏面照射型ＣＣＤについてシミュレートした絶対ＱＥ（２０℃で）と、裏面の頂部に反射防止構造を成膜した発明のＣＣＤのＱＥとの両方を示す。計算したＱＥは、３４０〜５００ｎｍおよび６６２〜１１００ｎｍの波長について一般的な裏面照射型ＣＣＤのものよりも大きいようである。
【００３０】
開示される固体画像化検出器は、現在市販されている裏面照射型検出器よりもいくつか大きな利点を有する。第一に、これは３００〜１１００ｎｍの波長範囲に亘りＮＩＲ干渉縞のピーク間振幅の最大が１０％以下を示す分光用途および撮像用途の両方で使用されると共に約１０〜２０μｍのＳｉエピタキシャル層を備える唯一の裏面薄型固体画像化検出器と考えられる。
【００３１】
現在、これに匹敵するまたはそれ以下のピーク間ＮＩＲ干渉縞振幅を有する唯一の固体画像化検出器は、厚さが５０μｍより大きいＳｉ基板を有する深層空乏裏面照射型ＣＣＤまたは全空乏裏面照射型ＣＣＤである。これらは、厚く（５０〜３００μｍ）、抵抗率が高いＳｉ基板（通常は１０ｋΩ−ｃｍ）を使用して形成される裏面照射型ＣＣＤである。この裏面照射型ＣＣＤによれば、一旦十分な大きさの印加電界が存在すれば、ほぼまたは完全に電荷が空乏化する。これらの検出器は、ピーク干渉縞振幅の波長がより厚いＳｉ基板に対しより長い波長で発生するため、ＮＩＲ干渉フリンジングの減少を示す。このことは、Ｓｉの吸収長が波長と共に大きくなることの結果であり、厚さが１２，２０，５０μｍのＳｉ基板について図６に示している。しかしながら、深層空乏または全空乏裏面照射型ＣＣＤなどの検出器の場合、一般に、Ｓｉ基板の厚さが１０〜２０μｍの発明のＣＣＤ検出器よりも暗電流が１００倍高い。
【００３２】
第二に、縞抑制層の反射率の最小値は、任意の厚さのＳｉ基板を有する裏面照射型検出器を収容するように調整される。図６に示すように、ピーク干渉縞振幅の波長は、Ｓｉ基板の厚さが大きくなるにつれ長い波長にシフトする。図面に示す発明のＣＣＤ検出器で測定するのと同様な性能を提供するため、縞抑制層の反射率の最小値が、計算ピーク干渉縞振幅に従ってシフトされる。
【００３３】
更に、Ｓｉ基板の裏面に塗布される縞抑制層の発明の組み合わせは、裏面照射型でかつ入射面としてＳｉ基板を有するあらゆる固体光子感知素子に適用できるとの利点を有する。光子感知素子は、Ｓｉベースのフォトダイオード、電荷結合素子（ＣＣＤ）、ハイブリッドＣＣＤ／ＣＭＯＳ固体イメージング検出器、ＣＭＯＳ固体イメージング検出器、またはアクティブ・ピクセル・センサ・アレイ（ＡＰＳ：ａｃｔｉｖｅ  ｐｉｘｅｌ  ｓｅｎｓｏｒ  ａｒｒａｙ）であってもよい。これらの用途で、縞抑制層の反射率の最小値は、検出器の利用可能な波長範囲に対してピーク干渉縞振幅の波長に調和するように選択される。
【００３４】
本発明を詳細にかつ具体的な実施例を参照して説明してきたが、当業者であればその思想および範囲を逸脱することなく種々の変更および修正を行えることは明らかである。
【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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【国際調査報告】
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