(57)【要約】【課題】光センサ構造およびこれを形成する方法を提供すること。【解決手段】本構造は、（ａ）半導体基板および（ｂ）半導体基板の上の光収集領域を含む。本構造は、また、光収集領域の上の漏斗状光パイプを含む。漏斗状光パイプは、（ｉ）光収集領域の上の下部円筒状部分と、（ｉｉ）テーパの付いた形を有し、下部円筒状部分の上にあってこれと物理的に直接接触している漏斗状部分と、を含む。本構造は、さらに、漏斗状光パイプの上にカラー・フィルタ領域を含む。【選択図】図９
2008141014.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
（ａ）半導体基板と、
（ｂ）前記半導体基板上の光収集領域と、
（ｃ）前記光収集領域の上の漏斗状光パイプと、を備えるピクセル・センサ構造であって、
前記漏斗状光パイプが、（ｉ）前記光収集領域の上の下部円筒状部分と、（ｉｉ）テーパの付いた形を有し、前記下部円筒状部分の上にあって前記下部円筒状部分と物理的に直接接触している漏斗状部分と、を備えているピクセル・センサ構造。
【請求項２】
前記漏斗状光パイプの上にカラー・フィルタ領域をさらに備える、請求項１に記載の構造。
【請求項３】
前記カラー・フィルタ領域の上にマイクロ・レンズをさらに備える、請求項２に記載の構造。
【請求項４】
前記漏斗状光パイプの上にマイクロ・レンズをさらに備える、請求項１に記載の構造。
【請求項５】
前記漏斗状部分の第１の水平断面は、前記下部円筒状部分の第２の水平断面よりも面積が大きい、請求項１に記載の構造。
【請求項６】
前記漏斗状部分の断面が、凹状の形を有する、請求項１に記載の構造。
【請求項７】
前記凹状の形が、双曲線の形または放物線の形を有する、請求項６に記載の構造。
【請求項８】
前記漏斗状部分の断面が、凸状の形を有する、請求項１に記載の構造。
【請求項９】
前記凸状の形が、双曲線の形または放物線の形を有する、請求項８に記載の構造。
【請求項１０】
前記漏斗状部分の断面が、直線の形を有する、請求項１に記載の構造。
【請求項１１】
前記光収集領域および前記半導体基板の上にＢＥＯＬ（プロセス後工程）層をさらに備え、
前記漏斗状光パイプが前記ＢＥＯＬ層の中にあり、さらに、
前記ＢＥＯＬ層がＭ層の相互接続層を備え、Ｍが正整数である、請求項１に記載の構造。
【請求項１２】
前記漏斗状部分が、前記Ｍ層の相互接続層のうちのただ１つの相互接続層の中だけにある、請求項１１に記載の構造。
【請求項１３】
前記漏斗状部分が、前記Ｍ層の相互接続層のうちのＫ層の相互接続層の中にあり、Ｋが整数であり、１＜Ｋ＜Ｍである、請求項１１に記載の構造。
【請求項１４】
前記漏斗状光パイプが、前記ＢＥＯＬ層の材料の屈折率よりも大きな屈折率を有する透明材料を備える、請求項１１に記載の構造。
【請求項１５】
前記漏斗状光パイプの側壁に光反射層をさらに備える、請求項１に記載の構造。
【請求項１６】
半導体構造の製造方法であって、
（ｉ）半導体基板、（ｉｉ）前記半導体基板上の光収集領域、および（ｉｉｉ）前記光収集領域および前記半導体基板上のＢＥＯＬ（プロセス後工程）層を含む構造を設けるステップと、
前記ＢＥＯＬ層中に漏斗状空洞を形成するように前記ＢＥＯＬ層をエッチングするステップであって、前記漏斗状空洞の断面が、テーパの付いた形を有しているステップと、
前記ＢＥＯＬ層中に前記漏斗状空洞を形成するように前記ＢＥＯＬ層をエッチングする前記エッチングの後で、前記ＢＥＯＬ層中に円筒状空洞を形成するように前記漏斗状空洞を通して前記ＢＥＯＬ層をさらにエッチングするステップであって、前記円筒状空洞が、前記光収集領域の直ぐ上でかつ前記漏斗状空洞の直ぐ下にあるステップと、
前記円筒状空洞および前記漏斗状空洞で漏斗状光パイプを形成するステップと、を含む方法。
【請求項１７】
前記漏斗状光パイプの上にカラー・フィルタ領域を形成するステップをさらに備える、請求項１６に記載の方法。
【請求項１８】
前記カラー・フィルタ領域の上にマイクロ・レンズを形成するステップをさらに備える、請求項１７に記載の方法。
【請求項１９】
前記漏斗状光パイプの上にマイクロ・レンズを形成するステップをさらに備える、請求項１６に記載の方法。
【請求項２０】
前記ＢＥＯＬ層中に前記漏斗状空洞を形成するように前記ＢＥＯＬ層をエッチングする前記ステップが、等方性エッチングである、請求項１６に記載の方法。
【請求項２１】
前記ＢＥＯＬ層中に前記円筒状空洞を形成するように前記漏斗状空洞を通して前記ＢＥＯＬ層をさらにエッチングする前記ステップが、異方性エッチングである、請求項２０に記載の方法。
【請求項２２】
前記円筒状空洞および前記漏斗状空洞で前記漏斗状光パイプを形成する前記ステップが、前記ＢＥＯＬ層の材料の屈折率よりも大きな屈折率を有する透明材料を前記漏斗状空洞および前記円筒状空洞に充填することを含む、請求項１６に記載の方法。
【請求項２３】
前記円筒状空洞および前記漏斗状空洞で前記漏斗状光パイプを形成する前記ステップが、
前記円筒状空洞および前記漏斗状空洞の側壁に光反射層を形成するステップ、および、
前記光反射層の前記形成が行われた後で、前記漏斗状空洞および前記円筒状空洞に透明材料を充填するステップを含む、請求項１６に記載の方法。
【請求項２４】
（ａ）半導体基板と、
（ｂ）前記半導体基板上の光収集領域と、
（ｃ）前記半導体基板および前記光収集領域の上のＢＥＯＬ（プロセス後工程）層と、
（ｄ）前記光収集領域の上で、かつ前記ＢＥＯＬ層中の漏斗状光パイプと、を備えるピクセル・センサ構造であって、
前記漏斗状光パイプが、（ｉ）前記光収集領域の上の下部円筒状部分と、（ｉｉ）テーパの付いた形を有し、前記下部円筒状部分の上にあって前記下部円筒状部分と物理的に直接接触している漏斗状部分と、（ｉｉｉ）前記下部円筒状部分および前記漏斗状部分の側壁の光反射層と、を備えているピクセル・センサ構造。
【請求項２５】
前記漏斗状光パイプの上にカラー・フィルタ領域を備え、さらに前記カラー・フィルタ領域の上にマイクロ・レンズをさらに備える、請求項２４に記載の構造。
【請求項２６】
前記漏斗状光パイプの上にマイクロ・レンズをさらに備える、請求項２４に記載の構造。
【請求項２７】
前記漏斗状部分の第１の水平断面は、前記下部円筒状部分の第２の水平断面よりも面積が大きい、請求項２４に記載の構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はピクセル・センサに関し、より詳細には、漏斗状光パイプ（ｆｕｎｎｅｌｅｄ  ｌｉｇｈｔ  ｐｉｐｅ）を有するピクセル・センサに関する。
【背景技術】
【０００２】
いくつかの最新ピクセル・センサは、マイクロ・レンズを有する垂直光パイプを実装し、このマイクロ・レンズは、光を光パイプに集束するために使用されている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
したがって、従来技術のマイクロ・レンズを有しないピクセル・センサ構造が必要とされている。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本発明は、（ａ）半導体基板と、（ｂ）半導体基板上の光収集領域と、（ｃ）光収集領域の上の漏斗状光パイプと、を備えるピクセル・センサ構造を提供する。漏斗状光パイプは、（ｉ）光収集領域の上の下部円筒状部分と、（ｉｉ）テーパの付いた形を有し、下部円筒状部分の上にあってとこれと物理的に直接接触している漏斗状部分と、を備えている。
【０００５】
本発明はまた、半導体構造の製造方法を提供し、本方法は、（ｉ）半導体基板、（ｉｉ）半導体基板上の光収集領域、および（ｉｉｉ）光収集領域および半導体基板の上のＢＥＯＬ（プロセス後工程：ｂａｃｋ  ｅｎｄ  ｏｆ  ｌｉｎｅ）層を含む構造を設けるステップと、ＢＥＯＬ層中に漏斗状空洞を形成するようにＢＥＯＬ層をエッチングするステップであって、漏斗状空洞の断面がテーパの付いた形を有しているステップと、ＢＥＯＬ層中に漏斗状空洞を形成するようにＢＥＯＬ層をエッチングする前記ステップの後で、ＢＥＯＬ層中に円筒状空洞を形成するように漏斗状空洞を通してＢＥＯＬ層をさらにエッチングするステップであって、円筒状空洞が光収集領域の直ぐ上でかつ漏斗状空洞の直ぐ下にあるステップと、円筒状空洞および漏斗状空洞で漏斗状光パイプを形成するステップと、を含む。
【０００６】
本発明は、また、（ａ）半導体基板と、（ｂ）半導体基板上の光収集領域と、（ｃ）半導体基板および光収集領域の上のＢＥＯＬ層と、（ｄ）光収集領域の上で、かつＢＥＯＬ層中にある漏斗状光パイプと、を備えるピクセル・センサ構造を提供する。漏斗状光パイプは、（ｉ）光収集領域の上の下部円筒状部分と、（ｉｉ）テーパの付いた形を有し、下部円筒状部分の上にあってこれと物理的に直接接触している漏斗状部分と、（ｉｉｉ）下部円筒状部分および漏斗状部分の側壁の光反射層と、を備えている。
【０００７】
本発明は、従来技術のマイクロ・レンズを有しないピクセル・センサ構造を提供する。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
図１〜１０は、本発明の実施形態に従った、製造プロセスの様々な製造ステップを経るピクセル・センサ１００の断面を示す図である。
【０００９】
図１を参照して、一実施形態では、製造プロセスは、半導体基板１１０から始まる。具体的には、半導体基板１１０は、シリコンＳｉ、ゲルマニウムＧｅ、その他のような半導体材料からなる。
【００１０】
次に、一実施形態では、４つの光収集領域１１２ａ、１１２ｂ、１１２ｃおよび１１２ｄが、図１に示すように、半導体基板１１０の上に形成される。具体的には、４つの光収集領域１１２ａ、１１２ｂ、１１２ｃおよび１１２ｄは、任意の従来方法を使用して形成される。一実施形態では、４つの光収集領域１１２ａ、１１２ｂ、１１２ｃおよび１１２ｄは、それぞれフォトダイオードまたは光ゲート１１２ａ、１１２ｂ、１１２ｃおよび１１２ｄである。
【００１１】
次に、図２を参照して、一実施形態では、窒化物層１１６が半導体基板１１０およびフォトダイオード１１２ａ、１１２ｂ、１１２ｃおよび１１２ｄの上に形成される。より詳細には、窒化物層１１６は、図１の構造１００の上への窒化シリコンのＣＶＤ（化学気相成長）プロセスによって形成することができる。
【００１２】
次に、一実施形態では、窒化物層１１６の上に誘電体層１２２が形成される。具体的には、誘電体層１２２は、ＵＳＧ（アンドープ・ケイ酸塩ガラス）のような電気絶縁材料からなる。
【００１３】
次に、一実施形態では、金属配線１２４が誘電体層１２２中に形成される。具体的には、金属配線１２４は、銅、アルミニウム、または任意の他の導電性金属からなる。一実施形態では、金属配線１２４は、従来方法を使用して形成される。
【００１４】
次に、一実施形態では、窒化物層１２６が誘電体層１２２の上に形成される。具体的には、窒化物層１２６は、誘電体層１２２の上への窒化シリコンのＣＶＤプロセスによって形成される。誘電体層１２２、金属配線１２４、および窒化物層１２６は、一括して相互接続層１２０と呼ばれる。
【００１５】
次に、図３を参照して、一実施形態では、相互接続層１２０に類似した相互接続層１３０、１４０および１５０が、この順番でそれぞれ互いの上に形成されて、図３に示すように、相互接続多層１５５を実現する。相互接続多層１５５は、ＢＥＯＬ（プロセス後工程）層１５５と呼ぶこともできる。一実施形態では、相互接続層１３０、１４０および１５０の各々の形成は、相互接続層１２０の形成に類似している。一実施形態では、窒化物層１２６、１３６および１４６は、隣接した相互接続層１２０、１３０、１４０および１５０を隔離している。
【００１６】
次に、図４を参照して、一実施形態では、パターン形成されたフォトレジスト層１６０が、窒化物層１５６の上に形成される。一実施例では、パターン形成されたフォトレジスト層１６０は、従来のフォトリソグラフィ・プロセスを使用して形成される。
【００１７】
次に、図５を参照して、一実施形態では、パターン形成されたフォトレジスト層１６０は、相互接続多層１５５をエッチングするためのブロック・マスクとして使用され、このエッチングは、窒化物層１４６で停止して相互接続多層１５５中に漏斗部（ｆｕｎｎｅｌ）１６４ａ、１６４ｂ、１６４ｃおよび１６４ｄを形成する。このエッチング・ステップは、矢印１６２で表され、以下でエッチング・ステップ１６２と呼ばれる。一実施形態では、漏斗部１６４ａ、１６４ｂ、１６４ｃおよび１６４ｄの側壁１６５ａ、１６５ｂ、１６５ｃ、および１６５ｄの各々の断面が、図５に示すように、それぞれ凹状双曲線の形であるように、エッチング・ステップ１６２は等方的に行われる。
【００１８】
次に、図６を参照して、一実施形態では、パターン形成されたフォトレジスト層１６０をブロック・マスクとして使用して、窒化物層１１６で停止するように相互接続多層１５５を通してさらにエッチングし、空洞（ｃａｖｉｔｙ）１６８ａ、１６８ｂ、１６８ｃ、および１６８ｄを形成する。このエッチング・ステップは矢印１６６で表され、以下でエッチング・ステップ１６６と呼ばれる。一実施形態では、エッチング・ステップ１６６は、異方性エッチング・プロセスである。エッチング・ステップ１６６は異方性であるので、空洞１６８ａ、１６８ｂ、１６８ｃ、および１６８ｄの側壁１６９ａ、１６９ｂ、１６９ｃおよび１６９ｄはそれぞれ垂直である。漏斗部１６４ａおよび空洞１６８ａは、一括して漏斗状パイプ１６４ａ、１６８ａと呼ぶことができる。同様に、漏斗部１６４ｂおよび空洞１６８ｂは、一括して漏斗状パイプ１６４ｂ、１６８ｂと呼ぶことができる。漏斗部１６４ｃおよび空洞１６８ｃは、一括して漏斗状パイプ１６４ｃ、１６８ｃと呼ぶことができる。漏斗部１６４ｄおよび空洞１６８ｄは、一括して漏斗状パイプ１６４ｄ、１６８ｄと呼ぶことができる。
【００１９】
次に、一実施形態では、パターン形成されたフォトレジスト層１６０は、ウェット・エッチング・ステップを使用して除去され、結果として、図７の構造１００が得られる。代わりに、パターン形成されたフォトレジスト層１６０は、酸素をベースにしたプラズマ・エッチングを使用して除去される。
【００２０】
次に、図８を参照して、一実施形態では、漏斗状パイプ１６４ａ、１６８ａ；１６４ｂ、１６８ｂ；１６４ｃ、１６８ｃ；および１６４ｄ、１６８ｄ（図７）に透明材料をそれぞれ充填して、漏斗状光パイプ１７０ａ、１７０ｂ、１７０ｃ、および１７０ｄが形成される。具体的には、漏斗状光パイプ１７０ａ、１７０ｂ、１７０ｃ、および１７０ｄは、図７の全構造１００（漏斗状パイプ１６４ａ、１６８ａ；１６４ｂ、１６８ｂ；１６４ｃ、１６８ｃ；および１６４ｄ、１６８ｄを含んだ）の上に透明材料を堆積しそれからＣＭＰ（化学機械研磨）ステップで研磨して漏斗状パイプ１６４ａ、１６８ａ；１６４ｂ、１６８ｂ；１６４ｃ、１６８ｃ；および１６４ｄ、１６８ｄ以外の余分な透明材料を除去することによって形成される。代替実施形態では、漏斗状パイプ１６４ａ、１６８ａ；１６４ｂ、１６８ｂ；１６４ｃ、１６８ｃ；および１６４ｄ、１６８ｄ（図７）に、スピン・オン・フォトレジストが充填され、それから標準リソグラフィ・プロセスを使用して、漏斗状パイプ１６４ａ、１６８ａ；１６４ｂ、１６８ｂ；１６４ｃ、１６８ｃ；および１６４ｄ、１６８ｄ以外の余分なフォトレジストを除去することができる。一実施形態では、スピン・オン・フォトレジストは、透明材料である。
【００２１】
一実施形態では、漏斗状光パイプ１７０ａ、１７０ｂ、１７０ｃ、および１７０ｄの透明材料の屈折率は；（ａ）漏斗状光パイプ１７０ａ、１７０ｂ、１７０ｃ、および１７０ｄを囲繞する誘電体層１２２、１３２、１４２および１５２の材料の屈折率よりも高いが、（ｂ）フォトダイオード１１２ａ、１１２ｂ、１１２ｃ、および１１２ｄの上の窒化物層１１６の材料の屈折率よりも低い。一実施形態では、漏斗状光パイプ１７０ａ、１７０ｂ、１７０ｃ、および１７０ｄの透明材料は、ＢＰＳＧ（ホウ素−リン−ケイ酸塩ガラス）または窒化シリコンであってもよい。
【００２２】
代替実施形態では、上述のように漏斗状光パイプ１７０ａ、１７０ｂ、１７０ｃ、および１７０ｄを形成する前に、漏斗状パイプ１６４ａ、１６８ａ；１６４ｂ、１６８ｂ；１６４ｃ、１６８ｃ；および１６４ｄ、１６８ｄの側壁１６５ａ、１６５ｂ、１６５ｃ、１６５ｄ、１６９ａ、１６９ｂ、１６９ｃ、および１６９ｄに光反射材料（アルミニウムのような）をコーティングして光反射層（図示しない）が形成される。より詳細には、図７の全構造１００（漏斗状パイプ１６４ａ、１６８ａ；１６４ｂ、１６８ｂ；１６４ｃ、１６８ｃ；および１６４ｄ、１６８ｄの側壁１６５ａ、１６５ｂ、１６５ｃ、１６５ｄ、１６９ａ、１６９ｂ、１６９ｃ、および１６９ｄを含んだ）の上にＣＶＤプロセスでアルミニウムを堆積し、それからエッチ・バックして漏斗状パイプ１６４ａ、１６８ａ；１６４ｂ、１６８ｂ；１６４ｃ、１６８ｃ；および１６４ｄ、１６８ｄ以外の余分なアルミニウムを除去することによって、アルミニウム層が形成される。その結果として、エッチング・ステップの後で、側壁１６５ａ、１６５ｂ、１６５ｃ、１６５ｄ、１６９ａ、１６９ｂ、１６９ｃ、および１６９ｄの上にアルミニウム層が残っている。この代替実施形態では、側壁１６５ａ、１６５ｂ、１６５ｃ、１６５ｄ、１６９ａ、１６９ｂ、１６９ｃ、および１６９ｄの上のアルミニウム層のために、透明材料の屈折率は、誘電体層１２２、１３２、１４２、および１５２の材料の屈折率よりも高い必要がない。
【００２３】
さらに他の代替実施形態では、漏斗状パイプ１６４ａ、１６８ａ；１６４ｂ、１６８ｂ；１６４ｃ、１６８ｃ；および１６４ｄ、１６８ｄの側壁１６５ａ、１６５ｂ、１６５ｃ、１６５ｄ、１６９ａ、１６９ｂ、１６９ｃ、および１６９ｄに、最初に、窒化物膜（図示しない）をコーティングして「クラッド（ｃｌａｄｄｉｎｇ）」を形成することができ、それから酸化物材料または透明重合体（ポリマー）を使用して、上述のように、漏斗状パイプ１６４ａ、１６８ａ；１６４ｂ、１６８ｂ；１６４ｃ、１６８ｃ；および１６４ｄ、１６８ｄを充填することができる。
【００２４】
次に、図９を参照して、一実施形態では、ＣＦＡ（カラー・フィルタ・アレイ）領域１８０ａ、１８０ｂ、１８０ｃ、および１８０ｄが、漏斗状光パイプ１７０ａ、１７０ｂ、１７０ｃ、および１７０ｄの上にそれぞれ形成される。より詳細には、ＣＦＡ領域１８０ａおよび１８０ｃは緑光子だけが通過することができる緑カラー・フィルタ材料を備える。ＣＦＡ領域１８０ｂは、青光子だけが通過することができる青カラー・フィルタ材料を備える。ＣＦＡ領域１８０ｄは、赤光子だけが通過することができる赤カラー・フィルタ材料を備える。一実施形態では、ＣＦＡ領域１８０ａ、１８０ｂ、１８０ｃ、および１８０ｄは、次のように形成される。最初に、緑ＣＦＡ領域１８０ａおよび１８０ｃが従来方法を使用して形成される。それから、同様にして、青ＣＦＡ領域１８０ｂおよび赤ＣＦＡ領域１８０ｄが順に形成される。結果として得られた構造１００が図９に示されている。留意すべきことであるが、緑色、赤色、青色はただ例示のためにだけ使用されており、他の色を使用することができる。一実施形態では、ＣＦＡ領域１８０ａ、１８０ｂ、１８０ｃ、および１８０ｄの配置は異なることがある。
【００２５】
一実施形態では、図９のピクセル・センサ１００の動作は次の通りである。青、赤および緑の光子を含む光ビーム（図示しない）が図９の構造１００の表面１８６に入射すると想定する。ＣＦＡ領域１８０ａ、１８０ｂ、１８０ｃ、および１８０ｄは、確実に、ただ緑光子だけが緑ＣＦＡ領域１８０ａおよび１８０ｃを通過し、ただ青光子だけが青ＣＦＡ領域１８０ｂを通過し、そしてただ赤光子だけが赤ＣＦＡ領域１８０ｄを通過するようにする。図１０は、例示として、図９の漏斗状光パイプ１７０ａにおける光子の経路を示す。図９および１０を参照して、ＣＦＡ領域１８０ａを通過した緑光子のいくらかは（光子１８２のような）、漏斗状光パイプ１７０ａの側壁１６５ａおよび１６９ａに衝突することなく、漏斗状光パイプ１７０ａを下方に進んでフォトダイオード１１２ａに到達する。ＣＦＡ領域１８０ａを通過した緑光子のいくつかの他のものは（光子１８４のような）、おそらく様々な角度で側壁１６５ａおよび１６９ａに衝突する。光子１８４の代表的な場合には、光子１８４は、経路ｉに沿って進み、入射角θで側壁１６５ａに衝突する（θは、経路ｉと、光子１８４の入射点の側壁１６５ａに垂直な法線と呼ばれる仮想線ｎとの間の角度である）。光子１８４の入射角θが臨界角θ０（図示しない）よりも小さい場合には、光子１８４は、ＢＥＯＬ層１５５の中に屈折する。臨界角θ０は、次の数式によって決定される。
【００２６】
【数１】
2008141014.tif 000003
【００２７】
ｎ誘電体材料は、誘電体層１２２、１３２、１４２、および１５２の材料の屈折率であり、ｎ透明材料は、漏斗状光パイプ１７０ａの透明材料の屈折率である。光子１８４の入射角θが臨界角θ０よりも大きい場合には、光子１８４は漏斗状光パイプ１７０ａの中にはね返る（反射する）。それから、光子１８４は、漏斗状光パイプ１７０ａを下方に進み、フォトダイオード１１２ａに到達するか、またはおそらく異なる入射角で側壁１６５ａおよび１６９ａに１回または複数回衝突する（図示しない）。これらの入射角が、また、臨界角θ０よりも大きい場合には、光子１８４は漏斗状光パイプ１７０ａを下方に進み、フォトダイオード１１２ａに到達する。ｎ透明材料が大きいほど、臨界角θ０は小さく、したがって、フォトダイオード１１２ａに到達する緑光子（光子１８４のような）が多い。青ＣＦＡ領域１８０ｂを通過する光ビームの青光子は、漏斗状光パイプ１７０ｂに沿って下方に進み、同様にしてフォトダイオード１１２ｂに達する。赤ＣＦＡ領域１８０ｄを通過する光ビームの赤光子は、漏斗状光パイプ１７０ｄに沿って下方に進み、同様にしてフォトダイオード１１２ｄに達する。その結果として、ｎ透明材料が大きいほど、フォトダイオード１１２ａ、１１２ｂ、１１２ｃおよび１１２ｄに到達する光ビームの光子は多い。留意すべきことであるが、上述の説明は、側壁１６５ａ、１６５ｂ、１６５ｃ、１６５ｄ、１６９ａ、１６９ｂ、１６９ｃおよび１６９ｄに光反射コーティング層がない場合である。漏斗状パイプ１６４ａ、１６８ａ；１６４ｂ、１６８ｂ；１６４ｃ、１６８ｃ；および１６４ｄ、１６８ｄの側壁１６５ａ、１６５ｂ、１６５ｃ、１６５ｄ、１６９ａ、１６９ｂ、１６９ｃ、および１６９ｄが光反射材料（アルミニウムのような）でコーティングされ、そして、図８を参照して上で説明したように透明材料を充填されている場合には、光子１８４は入射角θに無関係にもとへ戻るように反射する。
【００２８】
図１１は、本発明の実施形態に従ったピクセル・センサ２００の断面図を示す。一実施形態では、ピクセル・センサ２００は、図９のピクセル・センサ１００に類似しているが、ただ異なることは、漏斗部２６４ａ、２６４ｂ、２６４ｃおよび２６４ｄの側壁２６５ａ、２６５ｂ、２６５ｃ、および２６５ｄの各々の断面が、図１１に示すように凸状双曲線の形であることである（図９に示すような、漏斗部１６４ａ、１６４ｂ、１６４ｃ、および１６４ｄの側壁１６５ａ、１６５ｂ、１６５ｃ、および１６５ｄの凹状双曲線形それぞれに対して）。簡単にするために、類似の領域および層には、同じ参照数字が付いている。一実施形態では、漏斗部２６４ａ、２６４ｂ、２６４ｃおよび２６４ｄの凸状双曲線側壁２６５ａ、２６５ｂ、２６５ｃ、および２６５ｄは、化学物質成分を変えることまたは他の化学物質でエッチングすることによって形成される。一実施形態では、漏斗部２６４ａ、２６４ｂ、２６４ｃおよび２６４ｄの凸状双曲線側壁２６５ａ、２６５ｂ、２６５ｃ、および２６５ｄは、重合化ＲＩＥプロセス（例えば、ＣＨＦ３またはＣ４Ｆ８を用いたフッ化炭素化学反応）によって形成され、そして光パイプの下部は、非重合ＲＩＥプロセス（ＣＦ４またはＣＨＦ３／Ｏ２、またはＣ４Ｆ８／Ｏ２）によって形成される。
【００２９】
一実施形態では、ピクセル・センサ２００の動作は、上で説明したような図９のピクセル・センサ１００の動作に類似している。より詳細には、光ビーム（図示しない）が構造２００の表面２８６に入射したとき、ＣＦＡ領域１８０ａ、１８０ｂ、１８０ｃ、および１８０ｄを通過する光ビームの光子の大部分は、フォトダイオード１１２ａ、１１２ｂ、１１２ｃおよび１１２ｄにそれぞれ到達する。
【００３０】
図１２は、本発明の実施形態に従ったピクセル・センサ３００の断面図を示す。一実施形態では、ピクセル・センサ３００は図９のピクセル・センサ１００に類似しているが、ただ異なることは、漏斗部３６４ａ、３６４ｂ、３６４ｃおよび３６４ｄの側壁３６５ａ、３６５ｂ、３６５ｃ、および３６５ｄの各々の断面が、図１２に示すように傾斜した直線であることである。一実施形態では、漏斗部３６４ａ、３６４ｂ、３６４ｃおよび３６４ｄの真っ直ぐな側壁３６５ａ、３６５ｂ、３６５ｃ、および３６５ｄは、化学物質成分を変えることまたは他の化学物質でエッチングすることによってそれぞれ形成される。一実施形態では、真っ直ぐな漏斗部３６４ａ、３６４ｂ、３６４ｃおよび３６４ｄは、重合化ＲＩＥプロセス（例えば、ＣＨＦ３またはＣ４Ｆ８を用いたフッ化炭素化学反応）によって形成され、そして光パイプの下部は、非重合ＲＩＥプロセス（ＣＦ４またはＣＨＦ３／Ｏ２、またはＣ４Ｆ８／Ｏ２）によって形成される。一実施形態では、真っ直ぐな漏斗部３６４ａ、３６４ｂ、３６４ｃおよび３６４ｄは、また、テーパのない光パイプ（下の部分を含んだ）を形成するための異方性ＲＩＥおよび、これに続いた光パイプのテーパの付いた上部を形成するためのスパッタ・エッチング（例えば、Ａｒ中で）によって形成することができる。
【００３１】
一実施形態では、ピクセル・センサ３００の動作は、上で説明したような図９のピクセル・センサ１００の動作に類似している。より詳細には、光ビーム（図示しない）が構造３００の表面３８６に入射したとき、ＣＦＡ領域１８０ａ、１８０ｂ、１８０ｃ、および１８０ｄを通過した光ビームの光子の大部分は、フォトダイオード１１２ａ、１１２ｂ、１１２ｃ、および１１２ｄにそれぞれ到達する。
【００３２】
図１３は、本発明の実施形態に従ったピクセル・センサ４００の断面図を示す。一実施形態では、ピクセル・センサ４００の形成は、漏斗状光パイプ１６８ａ、４８０ａ；１６８ｂ、４８０ｂ；１６８ｃ、４８０ｃ；および１６８ｄ、４８０ｄの形成を除いて、図８の構造１００の形成に似ている。より詳細には、漏斗状光パイプ１６８ａ、４８０ａ；１６８ｂ、４８０ｂ；１６８ｃ、４８０ｃ；および１６８ｄ、４８０ｄの空洞１６８ａ、１６８ｂ、１６８ｃ、および１６８ｄに透明材料を充填し、その次に、この透明材料を、充填された空洞１６８ａ、１６８ｂ、１６８ｃ、および１６８ｄまでエッチ・バックする。次に、一実施形態では、任意の従来方法を使用して、漏斗部１６４ａ、１６４ｂ、１６４ｃ、および１６４ｄにＣＦＡ漏斗状領域４８０ａ、４８０ｂ、４８０ｃ、および４８０ｄが形成され、結果として、図１３の構造４００となる。より詳細には、漏斗部１６４ａおよび１６４ｃは、緑色フィルタ材料を充填されて、緑光子だけが通過することができる緑ＣＦＡ漏斗状領域４８０ａおよび４８０ｃを形成する。そして、漏斗部１６４ｂは、青色フィルタ材料を充填されて、青光子だけが通過することができる青ＣＦＡ漏斗状領域４８０ｂを形成する。そして、漏斗部１６４ｄは、赤色フィルタ材料を充填されて、赤光子だけが通過することができる赤ＣＦＡ漏斗状領域４８０ｄを形成する。
【００３３】
一実施形態では、図１３のピクセル・センサ４００の動作は、図９のピクセル・センサ１００の動作に似ている。留意すべきことであるが、ＣＦＡ漏斗状領域４８０ａ、４８０ｂ、４８０ｃ、および４８０ｄは、２つの役割を果たす。すなわち、（ａ）カラー・フィルタ領域（図９のＣＦＡ領域１８０ａ、１８０ｂ、１８０ｃ、および１８０ｄの役割に似ている）および（ｂ）漏斗状領域の役割（図９の充填された漏斗部１６４ａ、１６４ｂ、１６４ｃおよび１６４ｄの役割に似ている）である。
【００３４】
図１４は、本発明の実施形態に従ったピクセル・センサ４００’の断面図を示す。一実施形態では、ピクセル・センサ４００’の形成は、図１３のピクセル・センサ４００の形成に似ているが、ただ異なることは、マイクロ・レンズ４９０ａ、４９０ｂ、４９０ｃ、および４９０ｄがＣＦＡ漏斗状領域４８０ａ、４８０ｂ、４８０ｃ、および４８０ｄの上にそれぞれ形成されることである。マイクロ・レンズ４９０ａ、４９０ｂ、４９０ｃ、および４９０ｄは、ＣＦＡ漏斗状領域４８０ａ、４８０ｂ、４８０ｃ、および４８０ｄに光を集束させるようにそれぞれ使用される。留意すべきことであるが、マイクロ・レンズ４９０ａ、４９０ｂ、４９０ｃ、および４９０ｄは、カラー・フィルタ・アレイ（図９のＣＦＡ領域１８０ａ、１８０ｂ、１８０ｃ、および１８０ｄのような）のあるものおよびないものを含んで全ての実施形態に応用することができる。
【００３５】
図１〜９を参照して上で説明した実施形態では、４つのフォトダイオード１１２ａ、１１２ｂ、１１２ｃ、および１１２ｄがある。一般に、ピクセル・センサ１００は、Ｎ個のフォトダイオードを有することができる。ここで、Ｎは正整数である。
【００３６】
図５を参照して上で説明した実施形態では、エッチング・ステップ１６２は、相互接続層１４０の窒化物層１４６で停止する。代替実施形態では、エッチング・ステップ１６２は、窒化物層１４６が周囲環境にさらされる前に停止する。さらに他の代替実施形態では、エッチング・ステップ１６２は、窒化物層１４６を通してエッチングし、窒化物層１３６で停止する。一般に、エッチング・ステップ１６２は、相互接続多層１５５の中のどこでも停止することができる。
【００３７】
上で説明した実施形態では、漏斗部１６４ａ、１６４ｂ、１６４ｃ、および１６４ｄ（図７）、漏斗部２６４ａ、２６４ｂ、２６４ｃ、および２６４ｄ（図１１）、および漏斗部３６４ａ、３６４ｂ、３６４ｃ、および３６４ｄ（図１２）の側壁は、双曲線の形を有する。代わりに、これらは放物線の形を有する。
【００３８】
例示の目的のために本明細書で本発明の特定の実施形態を説明したが、多くの修正物および変化物が当業者には明らかになるであろう。したがって、添付の特許請求の範囲は、本発明の真の精神および範囲に含まれるそのような修正物および変化物全てを含む意図である。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】本発明の実施形態に従った製造プロセスの様々な製造ステップを経るピクセル・センサの断面を示す図である。
【図２】本発明の実施形態に従った製造プロセスの様々な製造ステップを経るピクセル・センサの断面を示す図である。
【図３】本発明の実施形態に従った製造プロセスの様々な製造ステップを経るピクセル・センサの断面を示す図である。
【図４】本発明の実施形態に従った製造プロセスの様々な製造ステップを経るピクセル・センサの断面を示す図である。
【図５】本発明の実施形態に従った製造プロセスの様々な製造ステップを経るピクセル・センサの断面を示す図である。
【図６】本発明の実施形態に従った製造プロセスの様々な製造ステップを経るピクセル・センサの断面を示す図である。
【図７】本発明の実施形態に従った製造プロセスの様々な製造ステップを経るピクセル・センサの断面を示す図である。
【図８】本発明の実施形態に従った製造プロセスの様々な製造ステップを経るピクセル・センサの断面を示す図である。
【図９】本発明の実施形態に従った製造プロセスの様々な製造ステップを経るピクセル・センサの断面を示す図である。
【図１０】本発明の実施形態に従った製造プロセスの様々な製造ステップを経るピクセル・センサの断面を示す図である。
【図１１】本発明の実施形態に従った、図９のピクセル・センサの他の実施形態を示す図である。
【図１２】本発明の実施形態に従った、図９のピクセル・センサの他の実施形態を示す図である。
【図１３】本発明の実施形態に従った、図９のピクセル・センサの他の実施形態を示す図である。
【図１４】本発明の実施形態に従った、図９のピクセル・センサの他の実施形態を示す図である。
【符号の説明】
【００４０】
１１０  基板
１１２ａ、１１２ｂ、１１２ｃ、１１２ｄ  光収集領域（フォトダイオード）
１７０ａ、１７０ｂ、１７０ｃ、１７０ｄ  漏斗状光パイプ
１６４ａ、１６４ｂ、１６４ｃ、１６４ｄ  漏斗部
１６８ａ、１６８ｂ、１６８ｃ、１６８ｄ  垂直側壁の空洞
１８０ａ、１８０ｂ、１８０ｃ、１８０ｄ  ＣＦＡ（カラー・フィルタ・アレイ）領域
４９０ａ、４９０ｂ、４９０ｃ、４９０ｄ  マイクロ・レンズ
１６５ａ、１６５ｂ、１６５ｃ、１６５ｄ  凹状双曲線形の側壁
２６５ａ、２６５ｂ、２６５ｃ、２６５ｄ  凸状双曲線形の側壁
３６５ａ、３６５ｂ、３６５ｃ、３６５ｄ  傾斜した直線の側壁
１５５  ＢＥＯＬ層（相互接続多層）
【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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