(57)【要約】本発明は、異なる波長範囲の光成分を有する画像を検出するための画素アレイを有するマルチスペクトル画像センサに関し、前記マルチスペクトル画像センサは、それぞれが半導体基板内に埋め込まれた複数の撮像層を備え、前記撮像層のそれぞれに光検出領域のアレイが設けられ、前記光検出領域は、異なる吸収特性を有して構成され、前記撮像層は、前記アレイの前記光検出領域が整列されるように積層され、前記吸収特性によって、少なくとも１つの所定の波長範囲の光成分の好ましい吸収が可能にする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
異なる波長範囲の光成分を有する画像を検出するための画素アレイを有するマルチスペクトル画像センサであって、それぞれが半導体基板内に埋め込まれた複数の撮像層を備え、前記撮像層のそれぞれに光検出領域のアレイが設けられ、前記光検出領域は、異なる吸収特性を有して構成され、前記撮像層は、前記アレイの前記光検出領域が整列されるように積層され、前記吸収特性は、少なくとも１つの所定の波長範囲の光成分の好ましい吸収を規定する、マルチスペクトル画像センサ。
【請求項２】
少なくとも上部撮像層の前記光検出領域は、光の一部が下部撮像層のうちの１つの前記光検出領域に透過することを可能にする吸収特性を有する、請求項１に記載のマルチスペクトル画像センサ。
【請求項３】
前記撮像層のそれぞれの前記光検出領域は、それぞれの前記撮像層の主表面の方向に垂直な方向に対して異なる厚さを有する、請求項１または２に記載のマルチスペクトル画像センサ。
【請求項４】
複数の前記撮像層の整列された前記光検出領域は、光衝突面として機能する前記上部撮像層から最下部撮像層まで、前記光検出領域の厚さが増加する、請求項３に記載のマルチスペクトル画像センサ。
【請求項５】
前記撮像層は、シリコンなどの同一の半導体材料、または少なくとも２つの異なる半導体材料からなる半導体基板内に形成される、請求項１〜４のいずれか一項に記載のマルチスペクトル画像センサ。
【請求項６】
前記撮像層の少なくとも１つが、特にガラスからなる光透過性基板に担持される、請求項１〜５のいずれか一項に記載のマルチスペクトル画像センサ。
【請求項７】
前記少なくとも１つの撮像層が、特にウェーハ接合によって、前記光透過性基板に接合される、請求項６に記載のマルチスペクトル画像センサ。
【請求項８】
各撮像層は、前記光検出領域の少なくとも一部に、それぞれ位置合わせされたマイクロレンズを含むマイクロレンズ配列を備えた受光面を有する、請求項１〜７のいずれか一項に記載のマルチスペクトル画像センサ。
【請求項９】
前記撮像層のうちの１つの上の少なくとも１つのマイクロレンズ配列は、積層された前記撮像層のうちの隣接する１つを担持する光透明基板と接触している、請求項８に記載のマルチスペクトル画像センサ。
【請求項１０】
前記マイクロレンズと関連する前記光検出領域との間に、完全に透明な媒体が提供される、請求項８または９に記載のマルチスペクトル画像センサ。
【請求項１１】
３つの撮像層が積層され、それによって、上部撮像層が、４５０ｎｍ〜５５０ｎｍ、特に５００ｎｍの波長までの光を主に吸収する吸収特性を有するように構成されるとともに、中間撮像層が、５５０ｎｍ〜６５０ｎｍ、特に６００ｎｍの波長までの光を主に吸収する吸収特性を有するように構成されるとともに、下部撮像層が、７００ｎｍ〜８００ｎｍ、特に７５０ｎｍの波長までの光を主に吸収する吸収特性を有するように構成される、請求項１〜１０のいずれか一項に記載のマルチスペクトル画像センサ。
【請求項１２】
上部撮像層が、厚さ１．５〜３μｍの光検出領域を有し、更なる撮像層が、厚さ３〜８μｍの光検出領域を有し、下部撮像層が、厚さ９μｍ超、特に１０μｍ超の光検出領域を有する、請求項１〜１１のいずれか一項に記載のマルチスペクトル画像センサ。
【請求項１３】
請求項１〜１２のいずれか一項に記載のマルチスペクトル画像センサと、前記撮像層のそれぞれにおける各画素の光強度を検出するように構成された制御ユニットと、を備える画像センサ装置であって、各画素の異なる波長範囲の光成分が、各画素に対して検出された前記光強度と、前記撮像層のそれぞれにおける前記光検出層の前記吸収特性とに基づいて、決定される、画像センサ装置。
【請求項１４】
異なる波長範囲の光成分内の画像を検出するための画素アレイを有する画像センサの製造方法であって、
・画素を形成する光検出領域のアレイを有する別個の撮像層を提供するステップであって、前記光検出領域は異なる吸収特性を有し、前記吸収特性は、少なくとも１つの所定の波長範囲の光成分の好ましい吸収を画定する、ステップと、
・前記撮像層を積層して、前記撮像層の前記光検出領域が整列されるようにするステップと、を含む、製造方法。
【請求項１５】
前記撮像層を提供するステップは、半導体層を透明層に接合するステップを含む、請求項１４に記載の製造方法。
【請求項１６】
前記透明層に接合された前記半導体層は、エッチングプロセスまたは研磨プロセスによって薄くされる、請求項１５に記載の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、マルチスペクトル画像センサ、特にＣＭＯＳ互換画像センサに関する。さらに、本発明は、マルチスペクトル画像センサの製造プロセスに関する。
【背景技術】
【０００２】
マルチスペクトル画像センサは、携帯電話やデジタルカメラのような装置に広く使用されている。しかしながら、画像解像度と感度は高いレベルに達したが、更なる用途が発生し、そのために、依然として、解像度がより高く、光条件が悪くても動作する画像センサに対する要求がある。これらの用途のために、感度をより高め、マルチスペクトル撮像の機能をコンパクトにする必要がある。
【０００３】
マルチスペクトル画像センサは、通常、カラー画像、すなわち、ＲＧＢ画像を検出できるようにするために、異なる波長を有する光子を分離して、感知するように構成されている。
【０００４】
典型的には、デジタル画像センサは、カラー画像を構築するためにベイヤーフィルタを使用する。ベイヤーフィルタリングは、デジタルカラー撮像の標準である。このような標準的な画像センサでは、デジタル画像センサの光検出器の能動画素アレイは、可視光子のエネルギーよりも小さいバンドギャップエネルギーを有する半導体で製造される。したがって、可視スペクトルのすべての衝突光子は、与えられた確率で電子正孔対を生成し、光子の色（その波長）と、それが半導体の中で生成する電子信号とを区別することはできない。
【０００５】
したがって、画像の各画素の赤色、緑色、青色成分を別々に検出するために、隣接画素の頂上に異なるカラーフィルタを実装した。次に、後処理が実行され、ＲＧＢ値を、その隣接する画素を使用して各画素に関連付ける（デモザイク）。
【０００６】
ベイヤーフィルタを備えた画像センサは、カラーフィルタリング処理によって入力信号の少なくとも２／３が失われるために制限される。さらに、検出可能な光子は、カラーフィルタ内で吸収されるために失われる。概念的には、このような画像センサ概念の実効解像度は、画像センサに実装される画素の密度比べて低下する。これは、１つのＲＧＢ画素の値は、通常、異なるカラーフィルタを有する４つの隣接する画素を使用して計算されるからである。
【０００７】
特許文献１からさらに知られているように、代替の画像センサ技術では、マイクロカラースプリッタを使用する。この技術では、光は、吸収によってフィルタ除去される代わりに、向きを変える。マイクロ偏向器は、各画素の頂部にあるマイクロレンズの２つの層の間で使用される。偏向器は、１つの色を回折して、隣接する画素に衝突させる。このようなアプローチは、上記のベイヤーフィルタ画像センサと同様の方法で有効な解像度を使用し、特別なカラースプリッタおよびトップレンズで構成される特別な後処理を必要とする。
【０００８】
特許文献２には、青色、緑色、赤色の画素を検出するために、単一の基板内に感光領域を垂直に積層することを応用した画像センサ技術が開示されている。しかしながら、緑色画素および赤色画素に対応する下部層は、共通のＣＭＯＳ製造プロセスにおいて実装することは困難である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】米国特許出願公開第２０１６／００６４４４８号明細書
【特許文献２】米国特許出願公開第２０１０／０１５７１１７号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明の目的は、感度がより高く、解像度がより高いマルチスペクトル画像センサを提供することである。本発明の更なる目的は、得られた画素データのバック処理におけるデモザイク処理で、エイリアシングおよびモアレ効果をさらに回避することである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
これらの目的のうちの１つまたは複数は、請求項１に記載のマルチスペクトル画像センサと、更なる独立請求項に記載のマルチスペクトル画像センサの製造プロセスとによって達成された。
【００１２】
更なる実施形態は、従属請求項に示されている。
【００１３】
第一の態様によれば、異なる波長範囲の光成分を有する画像を検出するための画素アレイを有するマルチスペクトル画像センサは、それぞれが半導体基板内に埋め込まれた複数の撮像層を備え、上記撮像層のそれぞれに光検出領域のアレイが設けられ、上記光検出領域は、異なる吸収特性を有して構成され、上記撮像層は、上記アレイの前記光検出領域が整列されるように、特に個別に設けられて、積層され、上記吸収特性は、少なくとも１つの所定の波長範囲の光成分の好ましい吸収を規定する。
【００１４】
本発明の着想は、それぞれが別々に製造され、それぞれが画素アレイに配置された複数のピクセルを有する積層撮像層を有するマルチスペクトル画像センサを提供することである。各撮像層は、画素アレイの画素（または各画素の一部）を表す光検出領域を有するように構成される。光検出領域は、吸収される衝突光子が電子正孔対を生成し得る半導体材料からなる。光検出領域は、１つまたは複数の波長範囲の光子に対して好ましい感度を有するように選択された厚さで構成される。それとは異なる波長を有する光子は、それぞれの光検出領域を透過して、上部撮像層の下に配置される撮像層の光検出領域上に落下してもよい。したがって、上部撮像層は、主に、第一の波長範囲に対して敏感であってもよく、他の波長の衝突光の波長を通過することができるが、下部撮像層は、主に、（第一の波長とは異なる）第二の波長の光に対して敏感であってもよい。
【００１５】
各画素について、上部撮像層の光検出領域および下部撮像層の光検出領域が整列され、上部撮像層の画素の１つに到達する入射光子が、第一の波長範囲の波長を有する場合には、上部撮像層内で吸収される可能性が高いように、あるいは光子が第二の波長範囲の波長を有する場合には、上部撮像層の光検出領域を通過し、下部撮像層の光検出領域において吸収される可能性が高いようになる。
【００１６】
したがって、上部撮像層の光検出領域は、それぞれ第一の波長範囲の光子を好ましくは吸収し、第一の波長範囲に属さない波長を有する光子を好ましくは透過するようになっている光子方向に対して厚さを有する半導体材料によって、提供されなければならない。そのような別個に作られた撮像層を複数積層することによって、入射光子は、撮像層のうちの１つのそれぞれの光検出領域において波長選択的に吸収されることになる。したがって、異なる撮像層の波長範囲のどれに、検出された光子の波長が属する可能性が最も高いかを判断できる。
【００１７】
このような配置によって、各撮像層の光検出領域を、高分解能で信号損失なしに配置することが可能になる。画素構造に衝突する光子のそれぞれは、最終的に、その中に電子正孔対を生成する撮像層のうちの１つの光検出領域に吸収される。これにより、好ましい波長範囲に関連付けられた電子信号が得られるため、さらに処理することができる。さらに、デモザイク処理は、モアレ効果およびエイリアシング効果が生じないように回避することができる。さらに、カラーフィルタを使用しないので、フィルタにおける吸収を回避することができ、感度を実質的に増大させることができる。
【００１８】
さらに、少なくとも上部撮像層の光検出領域は、光の一部が下部撮像層のうちの１つの光検出領域に透過することを可能にする吸収特性を有してもよい。
【００１９】
それぞれの撮像層の光検出領域は、それぞれの撮像層の主面の方向に垂直な方向に対して異なる厚さを有することが提供されてもよい。
【００２０】
複数の撮像層の整列された光検出領域は、下方への光の衝突表面として働く、上部撮像層から最下部撮像層への光検出領域の増加する厚さを有してもよい。
【００２１】
一実施形態によれば、撮像層は、シリコンなどの同じ半導体材料、または少なくとも２つの異なる半導体材料で作られた半導体基板内に形成することができる。
【００２２】
撮像層の少なくとも１つは、光透過性基板、特に、ガラスまたは光検出領域の半導体との境界上に界面問題を発生させない任意の他の透明材料からなる光透過性基板に担持されてもよい。
【００２３】
特に、少なくとも１つの撮像層は、特にウェーハ接合によって光透過性基板に接合されてもよい。
【００２４】
各撮像層は、各々が光検出領域の少なくとも一部に位置合わせされたマイクロレンズを含むマイクロレンズ配列を備える受光面を有してもよい。
【００２５】
特に、撮像層のうちの１つ上の少なくとも１つのマイクロレンズ配列は、積層された撮像層のうちの隣接する１つを担持する光透明基板と接触している。
【００２６】
マイクロレンズと関連する光検出領域との間に、完全に透明な媒体を設けてもよい。
【００２７】
さらに、上部撮像層が４５０ｎｍ〜５５０ｎｍ、特に５００ｎｍの波長までの光を主に吸収する吸収特性を有そのような別個に作られた撮像層をするように構成され、中間撮像層が５５０ｎｍ〜６５０ｎｍ、特に６００ｎｍの波長までの光を主に吸収する吸収特性を有するように構成され、下部撮像層が７００ｎｍ〜８００ｎｍ、特に７５０ｎｍの波長までの光を主に吸収する吸収特性を有するように構成されるように、３つの撮像層が積層されてもよい。
【００２８】
さらに、上部撮像層は、１，５〜３μｍの厚さを有する光検出領域を有してもよく、さらなる撮像層は、３〜８μｍの厚さを有する光検出領域を有してもよく、下部撮像層は、９μｍを超える厚さ、特に１０μｍを超える光検出領域を有する。
【００２９】
さらなる態様によれば、画像センサ装置は、上記画像センサと、撮像層のそれぞれにおける各画素の光強度を検出するように構成された制御ユニットと、を備える。各画素の異なる波長範囲の光成分は、各画素に対して検出された光強度と、撮像層のそれぞれにおける光検出層の吸収特性とに基づいて、決定される。
【００３０】
さらなる態様によれば、異なる波長範囲の光成分内の画像を検出するための画素アレイを有する画像センサを製造するための方法が提供され、この方法は、
・画素を形成する光検出領域のアレイを有する撮像層を提供するステップであって、光検出領域は異なる吸収特性を有し、吸収特性は、少なくとも１つの所定の波長範囲の光成分の好ましい吸収を画定する、ステップと、
・撮像層を積層して、撮像層の光検出領域が整列されるようにするステップと、
を含む。
【００３１】
さらに、撮像層を提供するステップは、半導体層を透明層に接合するステップを含んでもよい。
【００３２】
特に、透明層に接合された半導体層は、エッチングプロセスまたは研磨プロセスによって薄くされてもよい。接合プロセスによって、異なる波長の光を選択的に吸収するために光検出領域を提供するために必要な数マイクロメートル程度の薄さの半導体層を取り扱うことが可能になる。
【００３３】
実施形態は、添付の図面に関連してより詳細に説明される。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】本発明の一実施形態によるマルチスペクトル画像センサの概略断面図を示す。
【図２】マルチスペクトル画像センサの基板層上の上面図を概略的に示す。
【図３】シリコン内の吸収深さを波長の関数として示す図である。
【図４】青、緑、および赤について、シリコン内の深さの関数としての光子強度を示す図である。
【図５】図５ａ〜図５ｇは、本発明によるマルチスペクトル画像センサを製造するためのプロセスのステップを示す。
【図６】本発明の別の実施形態によるマルチスペクトル画像センサの概略断面図を示す。
【図７】パッケージ化された撮像センサを示す。
【発明を実施するための形態】
【００３５】
図１は、第一、第二および第三の撮像層Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３を含む積層された３つの撮像層２を有するマルチスペクトル画像センサ１の一部分を通る断面図を概略的に示す。撮像層Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３のそれぞれは、層２の画素３１のアレイ３が同一のグリッドを有するように、隣接する画素３１のアレイ３が距離を置いている。
【００３６】
積層された撮像層２は、半導体基板内に一体化されるか、または半導体基板によって形成される。半導体基板用の半導体材料としては、多くの異なる種類の半導体材料が可能である。説明を簡単にするために、本発明は、好ましい半導体材料としてシリコンを用いて、さらに説明するが、光子検出に適した他の半導体材料も、本発明の実装に適用することができる。シリコンを使用することには、ＣＭＯＳプロセスのような周知の技術プロセスによって処理できるという利点がある。
【００３７】
各層２の各画素は、専用の波長範囲の波長を有する光子を好ましくは吸収し、より高い波長を有する光子を好ましくは透過するように構成された感光領域４を提供する。感光領域４は、ｐｎ接合、ＰＩＮダイオード等を含み、吸収された光子が電子正孔対を生成する可能性が高い。吸収時に、ｐｎ接合のバンドギャップは、発生した電子正孔対の電子と正孔とを分離し、その結果、電位が感知回路によって測定される。
【００３８】
撮像層２のＬ１、Ｌ２、Ｌ３は、画素のアレイ３が、層の表面に対して実質的に垂直な方向に沿って整列されるように積層され、光検出領域４は、層の表面に対して実質的に垂直な方向に沿って整列されるように、すなわち、各層２の感光領域４が互いに整列されるように積層される。したがって、画素３１上の上部第一の撮像層Ｌ１の上に実質的に垂直に衝突する光子のそれぞれは、第一の撮像層Ｌ１のそれぞれの感光領域４に吸収されるか、または第二の撮像層Ｌ２の感光領域４に向かって通過するかのいずれかである。通過する光子のそれぞれは、次に、第二の撮像層２のそれぞれの感光領域４に吸収されるか、または第三の撮像層Ｌ３の感光領域４に向かって通過するかのいずれかである。第三の撮像層Ｌ３のそれぞれの感光領域４は、残りの光子のそれぞれを吸収するように構成することができる。
【００３９】
上述の配置は、画像センサ１の画素に衝突する光子のそれぞれが、光検出領域４のうちの１つで吸収され、それによって、層Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３のうちの１つで電気信号を生成するという効果をもたらす。異なる層の光検出領域４のそれぞれは、所定の吸収特性を有するので、光子の吸収の可能性と波長が分かる。
【００４０】
各撮像層２の画素３１の各アレイ３（Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３）は、マイクロレンズ配列５を有していてもよい。マイクロレンズ配列５は、それぞれの（関連する）感光領域４に位置合わせされるマイクロレンズ５１を有し、それにより、それぞれの撮像層Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３の画素領域に衝突する光子が、関連する光検出領域４に向けられる。マイクロレンズ５１は、光検出領域４から特定の距離を置いて配置することができ、マイクロレンズ５１と関連する光検出領域４との間に、ＳｉＮ２、ＳｉＯ２などの完全な光透過媒体が含まれる。マイクロレンズ５１は、マイクロレンズとそれぞれの光検出領域４との間の距離に対応する焦点で構成されてもよい。
【００４１】
図２は、画素３１のアレイ３のグリッドを図示するために、撮像層２のうちの１つ上面図を概略的に示す。画素３１の間に、データラインＤＬを介してセンスアンプで読み出すための１行の画素を選択する選択ラインＳＬが配置されている。行を選択し、データを読み出すための回路１０は、当技術分野で一般に知られているように、アレイ３のそばに配置される。これらの層Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３のそれぞれは、波長範囲および所与の吸収確率によって選択的に検出される光子の一部を検出するように設計されるべきである。
【００４２】
各撮像層Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３の感光領域４の厚さは、それぞれの光子の波長の関数として、シリコン内の吸収深さに応じて構成される。吸収深さは、光子が衝突する表面からの深さを示し、光強度は元の値の３６％（１／ｅ）に低下する。これは、光子の吸収尤度が約６４％（１−１／ｅ）であることを意味する。例えば、１μｍの吸収深さは、光強度がその元の値の３６％（１／ｅ）に低下したことを意味する。
【００４３】
図３の図に示すように、例示的な半導体としてのシリコン内の吸収深さは、波長の関数として示される。光子吸収の特性は衝突する光子の波長に強く依存し、波長が高いほど、（光子が衝突する表面に対する）吸収深さが大きいことが分かる。逆に、波長が低ければ低いほど、Ｓｉ内の吸収深さは小さくなる。
【００４４】
この効果は、図４に示すように、青色光、緑色光、赤色光（光子）に対するシリコン内の深さの関数として、光子強度を示す図によっても表すことができる。特に、図４は、シリコン内の深さ全体にわたる相対強度をマイクロメートル単位で示しす。ここで、感光領域４のより深い部分における光子の吸収は、より低い波長に対してより高いことが分かる。
【００４５】
実質的に、シリコンにおける光吸収は、ベール・ランバートの法則によって記述され、シリコン内の深さＬでの光強度は、
Ｉ（Ｌ）＝Ｉ０ｅ−α（λ）Ｌ
に対応する。
ここで、Ｉ（Ｌ）は、強度Ｉ０で衝突する光の深さＬで残っている光強度であり、
【数１】
2021536122.tif 000003
は、波長λに対するシリコン内の吸収深さである。
【００４６】
画素アレイの異なる層２の感光領域４は、異なる波長範囲の光子を主に吸収するように異なる厚さで構成される。したがって、シリコンの光吸収特性に基づいて、光検出領域４の幅広く選択された厚さを有する画素の垂直な積層は、一般に、カラー撮像またはマルチスペクトル撮像を実行するための効率的な方法であり得る。異なる層２の感光領域４の厚さに衝突する光の波長に対する吸収深さの依存性を利用することによって、異なる色の光子を画像センサ１の異なる層２に選択的に（好ましくは）吸収させることができる
【００４７】
３つの層２の例では、上部第一の撮像層Ｌ１の感光領域４の厚さは、青色光の波長範囲に対応する２μｍとして選択することができ、第二の撮像２の感光領域４の厚さは、緑色光の波長範囲に対応する４μｍとして選択することができ、第三の層Ｌ３の感光領域４の厚さは、赤色光の波長に対応する１０μｍよりも大きく選択することができる。特定の波長範囲における光の吸収比Ｒを示す以下の表によれば、光子の青色成分Ｂの大部分は、上部第一の撮像層Ｌ１（感光領域の厚さが２μｍである）に吸収され、光子の緑色成分Ｇの吸収は、主に、第一の撮像層Ｌ１および第二の撮像層Ｌ２の感光領域４の間で分割されることが分かる。光子の緑色成分Ｇのいくらかの部分は、第一の撮像層Ｌ１および第三の撮像層Ｌ３に吸収されるが、第二の撮像層Ｌ２に到達する光のうち最も多くの部分（感光領域の厚さが４μｍである）は、緑色成分である。光子の赤色成分Ｒのいくらかの部分は、第一の撮像層Ｌ１および撮像層Ｌ２に吸収されるが、赤色成分Ｒの残りの半分は、最下部第三の撮像層Ｌ３（感光領域の厚さが１０μｍである）に吸収される。
【００４８】
【表１】
2021536122.tif 000004
【００４９】
各撮像層Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３において検出される光の吸収比Ｒおよび絶対強度を知ることによって、３つの撮像層Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３の波長範囲に対応する各成分Ｒ、Ｇ、Ｂの強度を計算することが可能になる。換言すれば、以下の線形方程式：
【数２】
2021536122.tif 000005
を解くことによって、青色成分Ｂ、緑色成分Ｇ、および赤色成分Ｒを決定することができる。ここで、Ｉは、所与の層Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３において検出される光の合計強度である。
【００５０】
図５に、画素３１のアレイ３を有する単一の基板層２を製造するためのプロセスが示す。基板層は、それぞれが薄くされた光検出領域４によって形成された画素で製造する。
【００５１】
図５ａに示すように、ＳｉＯ２などの透明基板１１と、ｐ−シリコン基板であり得る半導体基板１２とが設けられている。透明基板１１は、半導体基板１２が１０μｍ未満の非常に薄い厚さで提供されるので、透明基板１１が半導体基板１２のキャリアとして機能できるように、厚さ／安定性を備えてもよい。
【００５２】
図５ｂに示すように、基板は洗浄され、接合される。例えば、基板間の界面を光に対して完全に透明に保つ中間層を導入しない方法で、周知のウェーハ接合プロセスを使用できる。こうして、シリコン・ツー・ガラス・ウェーハを得る。
【００５３】
図５ｃは、薄化プロセスを示し、ここで、半導体層１２（シリコン）を所望のシリコン厚に達するように薄くする。薄化は、標準的な非等方性エッチングプロセス、研磨プロセス等によって行うことができる。薄くされた半導体層１２は、機械的安定性が悪く、それ自体で、それ以上の取り扱いができないので、透明層１１がキャリアとして機能することは明らかである。したがって、半導体層１２を透明層１１に接合することによって、薄くされた半導体層１２の機械的安定性が向上し、極薄ウェーハにすることなしに、シリコンを薄くすることができる。さらに、透明層１１は、上部撮像層Ｌ１、Ｌ２の光検出領域４を透過した光子が、下部撮像層Ｌ２、Ｌ３の光検出領域４に到達するのを遮断しない。
【００５４】
図５ｄに示すように、薄くされたシリコン・オン・ガラス・ウェーハは、次いで、図２に示すような画素３１のアレイ３の光検出領域４および電子回路と、それぞれの層を電気的に接続するための接触パッド１１とを実装するように処理される。これは、画像センサの標準的な処理で、よく知られている従来の方法である。さらに、任意選択で、マイクロレンズを、すべての撮像層Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３の上に配置することができる。マイクロレンズは、撮像層Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３の金属配線を覆う酸化シリコンからなる。
【００５５】
図５ｅは、複数のシリコン・オン・ガラス基板撮像層が、異なる撮像層厚さで処理され得ることを示す。可能な厚さは、上記に示されている。
【００５６】
図５ｆに示すように、これらの層２は、一般に、カラー撮像またはマルチスペクトル光感知のために、積層された多層画像センサを形成するように積層されることが可能である。この積層は、光検出領域４と画素のアレイとが整列するように行われる。
【００５７】
整列は、衝突する光子が層の積層を通過して最下部撮像層Ｌ３の光検出領域４まで下がることができるように行われる。
【００５８】
図５ｇでは、層のエッジ部分がエッチングされて、積層内の下部撮像層の接触パッドにアクセス可能となっている。
【００５９】
図６は、代替のマルチスペクトル画像センサを示す。マイクロレンズは、積層された多層画像センサの頂部にのみ設けられている。マイクロレンズは、上部撮像層の金属配線を覆う酸化シリコンからなり、図５ｄのステップで他の層にマイクロレンズを配置することを省略している。
【００６０】
実質的に、層のボンディングパッドは、層のエッジの近くに配置される。層は様々なサイズで提供されるので、積層時に、ピラミッド状構造が得られ、ボンディングパッドに自由にアクセスでき、層の面積が上部層に向かって小さくなる。
【００６１】
図７は、パッケージ２０内のボンディングワイヤ２１によって、ボンディングされる画像センサ１の一例を示す。
【図１】
2021536122.tif 000006
【図２】
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【図３】
2021536122.tif 000008
【図４】
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【図５ａ）】
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【図５ｂ）】
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【図５ｃ）】
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【図５ｄ）】
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【図５ｅ）】
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【図５ｆ）】
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【図５ｇ）】
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【図６】
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【図７】
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【国際調査報告】
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