"半導体基板上に形成された少なくとも2つの垂直積層感光性センサー、前記センサーの1つの上の第1のエピタキシャル層、第1のエピタキシャル層の上の第2のエピタキシャル層、並びに第1のエピタキシャル層を通って前記センサーの1つへ伸びる底部部分、および第2のエピタキシャル層を通って底部部分から伸びる上部部分を有するプラグコンタクト、を含むセンサー群。前記第1のエピタキシャル層および前記第2のエピタキシャル層の各々は本質的にp型シリコンからなり、前記プラグコンタクトの底部部分は砒素が拡散した第1のエピタキシャル層の領域であり、前記プラグコンタクトの最上部部分は砒素が拡散した第2のエピタキシャル層の領域であることを特徴とする、請求項1に記載のセンサー群。カールの特許に開示されたデバイスは幾つかの欠点を持ち、最も顕著なことはその大面積であり、現代のイメージングシステムのイメージセンサー密度には不適切であることである。埋め込み赤外線センシングダイオードに対してコンタクト形成に使われるこの技術は、最新のイメージング技術や3色センサーへの拡張には適切ではない。メリルのUS特許5965875は、3色、可視光、構造が3重ウエルCMOSプロセスを使って提供されるセンサー群を開示していて、ここでは、青色、緑色、および赤色感知PN接合が、イメージャー撮像装置が作られる半導体基板の表面に対して異なる深さで配置される。この3色センサー群は、3色がそのイメージ面において同一の面積以上に感知されるので、高密度のイメージングアレイの製造を可能にする。しかし、その構造は幾つかの欠点を持つ。第1に、このセンサー群は、反転極性の中心緑色感知PN接合を使い、修正回路や電圧範囲を必要とし、緑色チャネルをセンスし読み出すために通常のNMOSトランジスターに加えて、可能ならPMOSトランジスターを含む。この必要性は、センサー面積を増大させ、センサー群を含むディテクターにおいてサポート回路を複雑にする。この付加的な回路の複雑さは、フレキシブルなカラー読み出し能力を持つここで開示されるイメージセンサーアレイを作ることを困難にし、たくさんの最新電子画像応用によって必要な小さなセンサーサイズを達成することを不可能にする。カオらのUS特許6111300は、緑色光および赤色光を検出するために半導体基板内に、青色光を集めようとするPINフォトダイオードおよび2つの付加的半導体接合ダイオードPINフォトダイオードから垂直方向に間隔をあけたを使うカラーアクティブピクセルセンサーを開示する。このセンサーの欠点は、製造が困難であること、非標準製造技術であること、高密度のセンサー1アレイにおけるを禁止する構造の使用、読み出しのための異なる色を選択する能力が何もないこと、およびモノリシック半導体基板を使って3つ以上の色の検出を行うことができないことである。フィンドラターらIEEE電子デバイス科学2001、電荷結合素子および高解像度イメージセンサーに関する2001IEEEワークショップにおける、フィンドラター、レンショー、レイナーによる二重接合フォトダイオードを使うCMOSイメージセンサーは、有機フィルターのオーバーレイ被覆と関連した二重接合フォトダイオードを使うアクティブピクセルセンサーを開示する。各々の二重接合フォトダイオードは、上部および底部p型層を含み、それらの間にn型層を持つ。n型層は第1のフォトダイオードのカソードを形成する。底部p型層は第2のフォトダイオードのアノードを形成する。第1のフォトダイオードは第1の読み出し回路に結合する。また第2のフォトダイオードは第2の読み出し回路に結合する。シアンおよび黄色フィルターのモザイクは、センサーのアレイに重ねて、その結果、アレイの各々の列において、偶数のセンサーは、第1の波長バンド青色および緑色において放射線を受け、偶数のセンサーは、第2の波長バンド赤色および緑色において放射線を受ける。このようなセンサーアレイの性能は、二重接合フォトダイオードの貧弱な色応答によって、さらに、nウエルは色チャネル間の非線形クロストークに非常に敏感なセンサー設計をする両方のフォトダイオードのカソードを形成するという事実によって、制限される。さらに、著者は、非均一性や、その性能およびこのデザインの潜在的利点を制限するプロセス/製造の制約を取り上げる。当業者は、本発明の次の説明は説明のためだけであり、いずれの方法によっても制限されない、ということを認識するであろう。本発明の他の実施形態は、この開示の利益を持つ当業者にとって容易に示唆するものである。ここで記載される製造プロセスのほとんどは、結晶シリコンから作られたセンサーを仮定する。しかし、この方法または当業者にとって明確な改良は通常、他の半導体材料または材料から作られたセンサーにも適用する。VCFセンサー群の各々のセンサーは、電子正孔対に直接にまたは間接に光子のエネルギーを変換することによって、光子を感知する。これは半導体的材料において起こる。VCFセンサー群は通常、この群の各々のセンサーの出力が入射放射線の異なる波長バンドを示すように行われる。VCFセンサー群において各々のセンサーに達する放射線は、センサー群を形成する材料のフィルター動作のために、異なる波長強度スペクトルを持つ。この結果、VCFセンサー群のすべてのセンサーは同等であり、各々のセンサーは異なる波長バンドを示す出力を出すことができる。しかし、幾つかの実施形態において、VCFセンサー群のセンサーは必ずしもすべて同等である分けではなくたとえば、それらは同一の材料または材料の同一の組合せから必ずしもすべて構成されるわけではない、あらかじめ決められた応用のためにセンサー群の性能を最適化したり改良するように、各々の構造と構成は決定される。たとえば、波長の所定範囲すなわち、このような範囲において比較的高い吸収率まで比較的高い吸収率を持ち、他の波長では低い吸収率を持つセンサーは、VCFセンサー群を形成するために異なるスペクトル敏感性を持つ他の材料から作られるセンサーを有して垂直縦方向に積層することができる。デジタルスチルカメラDSCのためのカラー出力は、人間の視覚システムの3色特性のために、3つのスペクトルバンドの最小値を感知する必要がある。この結果、3つの異なるスペクトルバンドを感知するために、本発明のVCFセンサー群各々は半導体材料を含むも多くの実施形態は3つの垂直積層センサーを持つ。3つの垂直積層センサーよりむしろ2つの垂直積層センサーを持つVCFセンサー群は、たとえばUS特許4581625およびUS特許4677289に記載された可視光および赤外光放射線の同時検出のような、他の応用において有用である。3つのスペクトル領域よりセンシングに有用性があるので、本発明のVCFセンサー群の幾つかの実施形態は3つ以上の垂直積層センサーを持つ。付加的なスペクトル領域からの余分な上方を使って、対象物のカラーのさらに正確な表現を出すことが可能である。さらに多くのスペクトルデータを利用できるので、カラー表現の正確さが潜在的に改善する。本発明のVCFセンサー群の実施形態において、各々のセンサーは、図2における層X01および層X09の近接部分を含むセンサーが含む2層の半導体材料、または図2における層X02および層X09とX10との近接部分を含むセンサーが含む3層の半導体材料を含み、各々の2つの近接層のセンサー間の接合たとえば、p-n接合またはヘテロ接合が存在し、およびセンサーの層の1つはコンタクト部分バイアスや回路読み出し容易になるを持つキャリア収集要素である。通常の動作中に、各々のセンサーの層は光励起キャリアは、少なくとも1つの空乏領域を通ってコンタクト部分で利用できる光電荷信号を作るためにコンタクトへ移動する。VCFセンサー群の通常の実施形態において、この群は光子を吸収することができる材料たとえば、空乏領域X04にも空乏領域X05にも属さない、図2における層X09の半導体材料を含み、このような吸収は読み出し回路によって検出される電荷を発生しやすく、そこにおいて、光励起キャリアは少なくとも2つの異なるキャリア収集要素のいずれかの方へ移動する重要な可能性を持つことが可能である。通常、VCFセンサー群のすべての層は半導体材料からなるが、必ずしもそうでなくても良い。図1は、波長450nm、550nm、および650nmに関して、シリコンの深度の関数として、結晶シリコンにおける電磁放射線の強度その入射強度I0に対してのグラフである。図3は、波長450nmカーブA、550nmカーブB、および650nmカーブCに関して、その上にオーバーレイした被せた図2のセンサー群の層の位置を示すとともに、シリコンの深度の関数として、結晶シリコンにおける電磁放射線の吸収率その入射強度I0に対してのグラフである。図1および3のグラフは、同じデータから得られている。図3の各々のカーブは、図1の対応するカーブのn1番目のデータとn番目のデータとの間の差であるn番目の差の値を用いて、その差の値をプロットする。シリコン以外の多くの半導体における深度の関数として放射線の強度所定の波長を持つは、図1においてグラフ化されたものと同様の関数である。図1は、各々の波長に関して放射線の相対強度比I/I0、ここで、Iはシリコンの深度xにおける強度で、I0は入射強度であるは、光子がシリコンによって吸収されるので、深度の増加と共に減少する、ということを示す。図1および3は、比較的多くの青色光450nmの光子は、長波長の光子であるというよりも、表面付近で吸収されるということ、また、シリコンのいずれの深度においても、青色光の光子よりももっと多くの緑色光550nmの光子が存在するということ、緑色光の光子よりももっと多くの赤色光650nmの光子が存在するということを示している赤色光、緑色光、および青色光の光子に関して、入射強度は等しいと仮定している。図1および図3の3つのカーブの各々は、深度の増加と共に強度が指数関数的に落ちるということを示し、さらに通常のドーピングおよびプロセスにさらされる結晶シリコン内の光の測定された挙動に基づく。各々のカーブの正確な形は、ドーピングおよびプロセスのパラメーターに依存する。ドーピングおよび/またはプロセスのパラメーターの異なる組合せを仮定するカーブの間に、わずかな差だけが存在する。半導体による異なる波長の光子の吸収は、半導体のバンドギャップエネルギー、およびバンド端における状態の詳細に依存するということは、周知である。通常の半導体たとえば、シリコンは異なる波長に対して異なる吸収率を持つということもまた周知である。図1および3から明らかなように、シリコンのもっと大きな体積における所定の深度において、VCFセンサー群におけるセンサーとして機能し、また所定の厚さを持つシリコンの体積は、緑色光より青色光に対して大きな吸収率を持ち、赤色光より緑色光に対して大きな吸収率を持つ。しかし、センサーシリコンが、より大きな体積において十分に深い場合、青色光および緑色光の殆どは、センサーシリコン上の材料によって吸収されてしまうだろう。たとえ実質的に平坦な波長強度スペクトルを持つ光がより大きな体積の表面において入射したとしても、このセンサーは、緑色光または青色光よりももっと多くの赤色光を実際に吸収することができる。また、センサーに達する緑色光および青色光の強度は、センサーに到達する赤色光の強度よりもかなり小さい。本発明のVCFセンサー群の通常の実施形態は、半導体材料の体積における深度の異なる範囲において光子を捕獲することによって色の分離を達成する。図2は、最上部層X01n型半導体から作られる、最上部層下の第2のp型層X09、第2の層下の第3のn型層X02、第3の層下の第4のp型層X10、第4の層下の第5のn型層X03、および第5の層下のp型半導体基板X11を含む、VCFセンサー群の垂直ドーピングプロファイルである。図2Aは、このVCFセンサー群の断面図垂直面におけるである。図2Aに示されるように、バイアスおよび読み出し回路は、層X01、X02、X03、X04、およびX05に,また基板X11に結合する。青色、緑色、および赤色フォトダイオードセンサーは、図2Aのn型およびp型領域の間の接合によって形成され、半導体構造の表面下の異なる深度深さに配置される。赤色、緑色、および青色光電荷信号は、3つの分離されたフォトダイオードのn型カソードX01、X02、およびX03からすべて取り出される。図2Aの読み出し回路は非記憶型であり、US特許09884863に記載されたものと同様である。各々のセンサー読み出し回路は、RESET信号線から駆動され、フォトダイオードのカソードとリセット電位図2AにおけるVREFと表示されるとの間に結合された、リセットトランジスター青色光に関して54b、緑色光に関して54g、および赤色光に関して54rを含み、ゲートがフォトダイオードカソードへ結合され、ドレインが動作中に電位VSFDで保持されるソースフォロワー増幅器トランジスタートランジスター56b、56g、および56rを含み、さらにROWSELECT信号線から駆動され、関連のソースフォロワー増幅器トランジスターのソースと列線との間に結合された列選択トランジスタートランジスター58b、58g、および58rを含む。添え字r、gおよびbは各々のトランジスターと関連した波長バンド赤、緑、または青を示すために使われる。当業者に知られているように、RESET信号は画素をリセットするために働き、照射中は働かないが、その後で、列選択線は検出信号を読み出すために働く。p型領域X09、X10およびX11の各々は、動作中はグランド電位に保持される。n型領域X01、X02およびX03の各々は、バイアス回路および読み出し回路につながるおよび結合することができるコンタクト部分を持つキャリア収集要素である。このセンサー群の各々の読み出し前に、バイアス回路はリセット電位上述のグランド電位に対して各々のn型領域層をリセットする。感知される放射線に露出中に、近接したp型およびn型層の反転バイアスされたペアー電子正孔対はフォトダイオードカソードが層X01であり、アノードが層X09である第1のフォトダイオード、カソードが層X02であり、アノードが層X09およびX10である第2のフォトダイオード、カソードが層X03であり、アノードが層X10およびX111である第3のフォトダイオードとして機能する。図2に示すように、n型層X01、X02およびX03の各々は、バイアス回路および読み出し回路に結合し、この結果フォトダイオードターミナル端末として役に立つ。通常の動作中に、図2のフォトダイオードはバイアス反転されるとき、空乏領域は、光子が吸収されるシリコンの大部分を取り囲むように形成される。図2において、第1のフォトダイオードこれは最初に青色光を感知するに関して空乏領域はX04と記され、第2のフォトダイオードこれは最初に緑色光を感知するに関して空乏領域はX05およびX06と記され、第3のフォトダイオードこれは最初に赤色光を感知するに関して空乏領域はX07およびX08と記される。空乏領域内の部分は、光子の吸収によって形成される電子正孔対を分離する。これは電荷を各々のフォトダイオードのカソード上に残し、各々のカソードに結合した読み出し回路はこの電荷を電気信号に変換する。各々のフォトダイオードのカソードの電荷は、フォトダイオードによって吸収される光子の数に比例する。この比例は量子効率QEである。図3は、図1に示された同じカーブを示しシリコンによる青色、緑色、または赤色の光子の吸収を示す、またキャリア収集要素X01、X02、およびX03の範囲および図2の構造の空乏領域を示す線を含む。この結果、図3におけるX01X04と記された領域は、空乏領域X04の低いほうの表面上に図2の領域を表す。また、図3におけるX05X02X06と記された領域は、空乏領域X05の上面と空乏領域X06の低面との間に図2の領域を表す。さらに、図3におけるX07X03X08と記された領域は、空乏領域X07の上面と空乏領域X08の低面との間に図2の領域を表す。図3はこの結果3つの異なったセンサー領域を示し、図2の3つのフォトダイオードは光子を吸収し、このような吸収から生じる電荷は残存しまた電荷が発生するセンサー領域の外側に移動しない、読み出し回路によって測定できる。3つのセンサー領域たとえば、空乏領域X04の底面と空乏領域X05の上面との間の層X09で発生した電子正孔対の間に発生した電子正孔対は、それでもセンサー領域へ拡散する高効率でことが可能であり、読み出し回路によって測定できるフォトダイオード上に電荷を発生可能である。波長によって光子の選択吸収は3つのフォトダイオードの光感度を決定する。450nm、550nm、および650nm光に関して、図3のカーブと関係するセンサー領域X01X04、X05X02X06、およびX07X03X08の位置を考慮する場合、センサー領域の深度および範囲はスペクトル感度を決定する。X01X04領域において、入射青色光は、入射緑色光および赤色光よりもかなり多く吸収されるが、緑色光および赤色光は少量吸収されるだけである。X01X04領域において、入射緑色光は、入射青色光よりかなり少なく吸収され、また入射緑色光は、入射赤色光よりかなり多く吸収される。X05X02X06領域において、入射緑色光は、入射青色光より多く吸収され領域X01X04における入射青色光の殆どは、その領域において吸収され、領域X05X02X06に到達しないので、また入射緑色光は、入射赤色光より多く吸収されるたとえ、領域X01X04における少量の入射赤色光だけがその領域で吸収され、その結果、殆どのこのような赤色光が領域X05X02X06に到達したとしても。入射光の波長の全範囲3波長450nm、550nm、および650nmだけではないは図2の3つのフォトダイオードのスペクトル感度を決定するが、これは図4に示されるものに類似する。図4のカーブC1は、図2の最上部青色光フォトダイオードと同様の最上部青色光フォトダイオードのスペクトル感度であり、図4のカーブC2は、図2の中間緑色光フォトダイオードと同様の中間緑色光フォトダイオードのスペクトル感度であり、図4のカーブC3は、図2の底部赤色光フォトダイオードと同様の底部赤色光フォトダイオードのスペクトル感度である。実施形態の重要な段階において、図2のVCFセンサー群を含む、本発明のVCFセンサー群は3つのフォトダイオードを使用する。このようなVCFセンサー群は、DSCまたはデジタルビデオカメラの使用に充分適切である。しかし、他の実施形態において、本発明のVCFセンサー群は、少なくとも主に半導体材料からなる体積内で、異なる深度で配置される2つのまたは3つを超えるフォトダイオードを使用する。既に述べたように、吸収率が波長とともに変化する材料は、それらを通して深度の関数としてその材料へ伝播する放射線のスペクトル量を変化させる。このような材料はVCFセンサー群において多重機能を持つ。それらは、フィルターとして機能できる。またセンサーセンサーの要素としても機能する。たとえば、図2において、シリコン領域X01、X02,X03,X09,X10、およびX11の各々は、フィルターとして、および少なくとも1つのセンサーの要素としても機能する。他の実施形態において、他の半導体または、少なくとも2つの異なる半導体的材料も同様にセンサーまたは、センサーの要素としてもフィルターとしても機能する。実施形態のある段階において、本発明の垂直カラーフィルターVCFセンサー群は垂直に積層したセンサーを含み、このセンサーは最上面を持つ最上部センサーを含み、この群のいずれの他のセンサーにも到達する前に、感知される放射線は最上面に入射し、最上部センサー最上面を通してへ伝播する。最上面は標準軸を定義するおよび、通常少なくとも実質的に平面である。好適には、この群の垂直軸に沿って伝播する放射線はこの群に入射するとき、標準軸に関して約30度未満の入射角を有して、この放射線が最上部センサーに入射するように、このセンサーは作られる。次に図5、6、および7に関連して、我々は、シリコン以外の半導体材料たとえば、InGaNまたは他のIII-V族半導体材料、またはIII-V族材料ではないシリコン以外の半導体材料はVCFセンサー群を形成するために使われる実施形態を記載する。シリコンでもIII-V族材料でもないこのような半導体材料の1つは、シリコンカーバイドである。図5は、最上部センサー10、底部センサー14、およびセンサー10および14の間にある中間センサー12を含む、VCFセンサー群の単純化される断面図垂直面におけるである。センサー10および12の各々はInxGa1xN半導体材料からなり、ここでセンサー10に関してx=0475で、センサー12に関してx=0825である。センサー14は本質的にシリコンからなる。通常、センサー10および12の各々は、フォトダイオードとして機能するために動作中にバイアスされた少なくとも1つの接合を決定するInxGa1xN半導体の多重層からなる。またセンサー14は、フォトダイオードとして機能するために動作中にバイアスされる、異なるドーピングを持つシリコンの多重層たとえば、n型シリコン層、およびそのn型シリコン層の上部と下部のp型シリコン層の近接部分からなる。1つ以上のIII-V族半導体材料から本質的になるセンサーを使い、フォトダイオードとして機能するために動作中にバイアスされる、接合ヘテロ接合およびショットキーバリアーを含むいずれかの種類のを決定することは、本発明の範囲内にある。図6は、インジウム量の異なるレベル添え字xの異なる値を持つInxGa1xN半導体の電子ボルトにおける、バンドギャップエネルギー中心列でエネルギーギャップと記されているをリストする表である。図6はまた、各々のバンドギャップエネルギーに対応する光学波長をリストする右列において。この結果、図6は示す。In01Ga09Nから作られたセンサーによって吸収することができる最大波長は388nmで、図5のセンサー10In0475Ga0525N半導体から作られるによって吸収することができる最大波長は約500nmで、図5のセンサー12In0825Ga0175N半導体から作られるによって吸収することができる最大波長は約612nmである。この結果、センサー10は、すべてのまたは実質的にすべての緑色光および赤色光入射を伝達し、好適にはそれがすべてのまたは実質的にすべての青色光入射を図5のセンサー群上で吸収するのに十分な厚さを持つ。同様に、センサー12はすべてのまたは実質的にすべての赤色光入射を伝達し、好適にはそれがすべてのまたは実質的にすべての緑色光入射を図5のセンサー群上で吸収するのに十分な厚さを持つ。センサー14は好適には、それがすべてのまたは、少なくとも重要な量の赤色光入射を吸収するのに十分な厚さを持つ。一般には、VCFセンサー群を形成するために、InxGa1xN半導体半導体材料または他のIII-V族半導体材料を使うとき、その材料のパラメーターたとえば、InxGa1xNにおけるパラメーターxは、たとえば、閾値よりも大きな波長を持つ光に対してあるセンサーを透過的にするためにVCFセンサー群の各々のセンサーに関して所望のバンドギャップエネルギーを達成するために選ばれる。さらに一般的に、本発明の幾つかの実施形態において、シリコン以外の少なくとも1つの半導体材料が、VCFセンサー群の少なくとも1つのセンサーを実施するために使われる。またこの材料は、この群の異なるセンサーを異なる波長バンドに選択的に敏感にするように選ばれる。幾つかのこのような好適な実施形態において、少なくとも2つの異なる種類の半導体材料は、VCFセンサー群のセンサーを実施するために使われ、この材料は、この群の異なるセンサーを異なる波長バンドに選択的に敏感にするように選ばれる。本発明のVCFセンサー群の幾つかの実施形態は少なくとも1つのアバランシェフォトダイオードを含み、それは、アバランシェゲインプロセスの結果として、吸収された光子当たり1個以上の電子を集めるフォトダイオードである。アバランシェゲインプロセスにおいて、第1の電子正孔対は少なくとも1つの付加的電子正孔対を発生し、第1の電子正孔対の電子エネルギーは、フォトダイオードセンサーを形成する半導体材料のバンドギャップエネルギーを超えると仮定する。半導体材料は、電子に関してイオン化係数anおよび正孔に関してイオン化係数apを持つ。ここで1/anは、衝突イオン化によって電子正孔対を発生する前に、電子がその材料において加速される平均距離である。1/apは、衝突イオン化によって電子正孔対を発生する前に、正孔がその材料において加速される平均距離である。フォトダイオードが半導体材料{これにおいては、イオン化係数の比、ap/anは、フォトダイオードは半導体材料これにおいては、イオン化係数の比、ap/anは、1よりもかなり大きいか、または1よりもかなり小さいから形成されるという場合におけるよりも1にほぼ等しい}から形成されるとき、実際的なアバランシェフォトダイオードを実施することははるかに困難である。本発明の幾つかの実施形態において、VCFセンサー群の少なくとも1つのセンサーは、光学的吸収領域および光学的吸収領域から分離されたアバランシェ領域を含むアバランシェセンサーである。たとえば、図7は、VCFセンサー群に含まれ得るこのようなアバランシェセンサーの断面図である。図7のセンサーは、基板20nシリコンから作られる、基板20上に層21n-シリコンから作られる、層21上に層22、および、層22上に層23を含む。金属コンタクト27は層23上に形成され、基盤20は、nシリコンからなる垂直方向のコンタクト領域によって、金属コンタクト25に結合される。動作中に、バイアス電圧は金属コンタクト25および27にわたり印加される。また、読み出し回路をコンタクト27に結合することができる。層21、22、および23および絶縁材料24シリコンナイトライドであることもできるの間におよび基板20および材料24の間に、層21、22、および23、および絶縁材料24の周りに、絶縁材料27Aこれはフォトレジストから構成することができる、たとえば、ポリメチルグルタリミドレジストによって、分離が提供される。動作中に、層22および23は、電子正孔対が入射光子に応えて形成される光学的吸収領域として機能する。層22および23を形成するInxGa1xN半導体材料は、1よりかなり大きいまたは、かなり小さいイオン化係数の比ap/anを持つ。この結果、層22と23はアバランシェゲイン領域として利用されない。動作中に、層21および20は、光学吸収領域において形成される電子正孔対に応じて電子正孔対が形成されるアバランシェゲイン領域として機能する。層22と23を形成するシリコンは、層22と23に関してイオン化係数の比ap/anであるよりも1に非常に近いイオン化係数の比を持つ。一般に、本発明のVCFセンサー群の幾つかの実施形態は、アバランシェフォトダイオードである少なくとも1つのセンサーを含む。ここでアバランシェフォトダイオードは、電子のイオン化係数がその正孔のイオン化係数よりも非常に異なる半導体材料たとえば、InGaNから作られた光学吸収領域を含み、また電子および正孔に関してほぼ等しいイオン化係数を持つ別の半導体材料たとえば、シリコンから作られる光学吸収領域から分離されるアバランシェ領域を含む。アバランシェフォトダイオードとして使われるセンサーの1つの重要な用途は、アバランシェフォトダイオードに到達する前に、少なくとも1つのフィルターおよび/または少なくとも1つの他のセンサーを通して伝播中に顕著に減少したたとえば、吸収によってその強度を持った放射線のような、低い強度の放射線を感知することである。本発明のVCFセンサー群の他の実施形態において、センサーまたはセンサー要素として機能しない少なくとも1つのフィルターは、センサーとしてまたは、1つの要素として、または1つ以上のセンサーとして機能する、少なくとも1つの層の半導体材料を用いて積層される。このようなフィルターは、図2の実施形態においてシリコンが持つのと同じスペクトル感度を持つことが可能であるが、必ずしも持つ必要はない。フィルターは次の意味において放射線から波長を除く。各々のフィルターに関して、第1および第2の波長が存在する。第1および第2の波長がそれぞれ、強度I1およびI2を有してフィルターに入射する場合、第1および第2の波長の伝達された強度フィルターを通して伝達後は、それぞれ、O1およびO2であり、この時、O1≦I1、O2≧I2、およびO1/O2<I1/I2である。本発明のVCFセンサー群の幾つかの実施形態に含まれるあるタイプのフィルターは、入射する電磁的放射線の波長を変化させる変換フィルターたとえば、変換層である。変換フィルターはある波長の光子を吸収し、少なくとも1つの短波長かまたは長波長で光子を放出する。通常、変換フィルターを含む材料は非線形光学材料である。あるセンサーのカットオフ遮断周波数以下の周波数を持つ光子を、より高い周波数へ変換するために変換フィルターを使うことができ、その結果、それらを検出できる。代替として、閾値周波数以上の周波数を持つ光子をより低い周波数へ変換するために変換フィルターを使うことができ、その結果、それらを検出できる。後者の例は、X線X線は容易にたいていの検出材料を貫通するを容易に検出される可視光へ変換するために使われるX線変換層である。約100μmの厚みを持つガドリニウムオキシサルファイドの層か、または約100μm~600μmの範囲の厚みを持つタリウムでドープされたセシウムヨウ化物の層のどちらかが、本発明の幾つかの実施形態において、このようなX線変換層として使うことができる。スペクトルバンドの群における光子を検出する2つの関連した方法が存在し、各々は本発明を実施するために使うことができる。本発明のVCFセンサー群の幾つかの実施形態において、少なくとも1つのフィルターは光子を少なくとも1つの波長バンドの外側へ移動し、少なくとも2つの垂直積層センサーは残存する光子を検出し、ここで各々のセンサーは各々のフィルターと異なる要素である。本発明のVCFセンサー群の他の実施形態は、非センサーフィルターセンサーでないフィルターを含まないが、制限された波長バンドに敏感なセンサーを含む。たとえば第1のセンサーおよび第1のセンサーの下の第2のセンサーを含むことによって、本発明の他の実施形態はこれらのアプローチの組合せを実施する。ここで第1のセンサーは、制限された範囲の波長を吸収し、この範囲の外側の光子を第2のセンサーへ通し、また第2のセンサーはすべての波長に敏感である。この実施例において、第1のセンサーは、第2のセンサーのフィルターとして機能する。本発明の幾つかの実施形態において、少なくとも1つの非センサーフィルターは、VCFセンサー群の垂直積層センサーの少なくとも1組の間に、またはこの群の最上部センサーの上に、またはこの群の底部センサーの下に配置される。このようなフィルターがVCFセンサー群の垂直積層センサーの一組の間に配置されるとき、このフィルターは種々の異なるタイプのいずれかであることもでき、次を含むがこれらに限定されない。このフィルターはある波長バンドにおける放射線を吸収でき、どんな波長の重要な放射線も反射することなく他の波長を伝達することができる。このフィルターはある波長バンドにおける放射線を反射することができ、どんな波長の重要な放射線も吸収することなく他の波長を伝達することができる。または、このフィルターは、ある波長バンドにおける放射線に対して高い透過性があり、別の波長バンドにおける放射線に吸収性があり、第3の波長バンドにおける放射線に反射性がある。図8のVCFセンサー群は、後者のタイプの2つの非センサーフィルターを含む。すなわち、カラーフィルター43およびカラーフィルター48。図8のセンサー群は、考えられる本発明の多くの実施形態の1つの例にすぎないということを理解するべきである。図8は、本発明のVCFセンサー群のアレイの1つの実施形態の部分の断面図垂直面におけるであり、2つの非センサーフィルター層43および48および4つの分離層格差障壁42、44、47、および48を含む。各々の分離層は二酸化シリコンから構成することができる。図8において、1つのVCFセンサー群は、層51n型半導体から作られるおよび層51の上と下にp型半導体材料50の層を含み、材料50の下に絶縁層49、層49の下にカラーフィルター48、フィルター48の下に絶縁層47、層46n型半導体から作られるおよび層46の上と下にp型半導体材料45の層、材料45の下に絶縁層44、層44の下にカラーフィルター43、フィルター43の下に絶縁層42、層41n型半導体から作られるおよび層41の上と下にp型半導体基板材料40を含む。垂直方向のプラグコンタクトは、層41、46、および51の各々をセンサー群の最上面に接続する。この結果、層41、46、および51の各々は、バイアスおよび読み出し回路に結合することができる。放射線正常にセンサー群の最上面に入射するをプラグコンタクトに到達するこれは、周波数選択性を減少させることから防ぐために、光シールド54がプラグコンタクト上に実装される。図8のアレイはまた、第2のVCFセンサー群を含む。第2のVCFセンサー群は、層63n型半導体から作られるおよび層63の上と下にp型半導体材料50の層、材料50の下に絶縁層49、層49の下にカラーフィルター48、フィルター48の下に絶縁層47、層62n型半導体から作られるおよび層62の上と下にp型半導体材料45の層を含み、材料45の下に絶縁層44、層44の下にカラーフィルター43、フィルター43の下に絶縁層42、層61n型半導体から作られるおよび層61の上と下にp型半導体基板材料40を含む。垂直方向のプラグコンタクトは、層61、62、および63の各々をセンサー群の最上面に接続する。この結果、層61、62、および63の各々は、バイアスおよび読み出し回路に結合することができる。放射線正常にセンサー群の最上面に入射するをプラグコンタクトに到達することから防ぐために、光シールド54が第2のVCFセンサー群のプラグコンタクト上に実装される。図8の実施形態のバリエーションにおいて、n型層51および63これは垂直方向のコンタクト部分を欠くにおける水平方向のバリエーションは、センサー群の最上面で露出されているまた半導体材料50によってはカバーされていない。このような露出した各々のn型層を、バイアスおよび読み出し回路へ直接連結するたとえば、その上に形成される金属によってことが可能である。同様に、図8の実施形態のバリエーションにおいて、n型層46および62は層47の下に直接に存在しまた、p型半導体材料45によって層47から分離されない、さらに、n型層41および61は層42の下に直接に存在するまた、p型半導体材料40によって層42から分離されない。図8のp型半導体層の各々は、動作中にグランド電位に保持される。n型半導体層の各々は、バイアスおよび読み出し回路につながっているまた、結合することができるプラグコンタクトによって結合される。各々のセンサー群の各々の読み出し前に、ベース回路はn型層の各々を基準電位上のグランド電位にリセットする。感知される放射線に露出中に、第1のセンサー群の近接したp型およびn型層の反転バイアスされた組は、フォトダイオードとして機能する。カソードが層51であり、アノードが材料50センサー群の最上部に白色光の入射に応答して緑色または赤色光子より多くの青色光子を吸収するので、青色センサーと呼ばれる近接層である第1のフォトダイオード。カソードが層46であり、アノードが材料45白色光がセンサー群の最上部に入射するとき、青色または赤色光子より多くの緑色光子を吸収するので、緑色センサーと呼ばれるの近接層である第2のフォトダイオード。カソードが層41であり、アノードが材料40白色光がセンサー群の最上部に入射するとき、青色または緑色光子より多くの赤色を吸収するので、赤色センサーと呼ばれるの近接層である第3のフォトダイオード。感知される放射線に露出中に、第2のセンサー群の近接したp型およびn型層の反転バイアスされた組もまた、フォトダイオードとして機能する。カソードが層63であり、アノードが材料50第2のセンサー群の最上部に白色光の入射に応答して緑色または赤色光子より多くの青色光子を吸収するので、青色センサーと呼ばれるの近接層である第1のフォトダイオード。カソードが層62であり、アノードが材料45白色光が第2のセンサー群の最上部に入射するとき、青色または赤色光子より多くの緑色光子を吸収するので、緑色センサーと呼ばれるの近接層である第2のフォトダイオード。カソードが層61であり、アノードが材料40白色光が第2のセンサー群の最上部に入射するとき、青色または緑色光子より多くの赤色を吸収するので、赤色センサーと呼ばれるの近接層である第3のフォトダイオード。層40、41、45、46、50、および51は、結晶シリコンから作られるとき通常であるように、層51および50はそれぞれ層46および45より好適には薄く、また層41および40はそれぞれ層51および50より薄い。これは、緑色光よりかなり多くの赤色光は各々の赤色センサーに入射すること、および、緑色光よりかなり多くの青色光は各々の青色センサーによって吸収されることを保証する一方で、各々の緑色センサーに入射する赤色光に対する緑色光の強度比は、十分に高いということを保証するのに十分な量による。通常、第1のセンサー群における層51および50および第2のセンサー群における層63および50の合わさった厚みは約03μm以下であり、または第1のセンサー群における層45および46および第2のセンサー群における層45および62の合わさった厚みは約5μmである。カラーフィルター43は、赤色光に対して透過性が高いが、そこに入射する殆どまたはほぼすべての青および緑色光を反射する赤色パス/シアン反射フィルターである。カラーフィルター48は、そこに入射する赤色光および緑色光に対して透過性が高いが、そこに入射する殆どまたはほぼすべての青色光を反射する黄色/青色反射フィルターである。本発明の他の実施形態は反射性ではない透過性フィルターを使う。フィルター43は、各々の赤色センサーによって吸収される、緑色光に対して赤色光の比を増加させるおよび青色光に対して赤色光の比ように機能し、またフィルター43を削除した場合、赤色センサーに影響を与える可能性がある赤色/緑色の識別問題を減少させるか除去することができる。同様に、フィルター48は、各々の緑色センサーによって吸収される、青色光に対して緑色光の比を増加させるように機能し、またフィルター48を削除した場合、緑色センサーに影響を与える可能性がある緑色/青色の識別問題を減らすかなくすことができる。フィルター48から反射する青色光は青色センサーに吸収される別の機会を有するので、フィルター48はまた、各々の青色センサーによって吸収される、緑および赤色光に対して青色光の比を増加させるように機能する。フィルター48から赤色および緑色光の青色センサーへのわずかな反射が存在するだけであるから、青色光の各々の青色センサーの吸収は、赤色および緑色光に対する応答を増加させることなく改良される。同様に、フィルルター43から反射する緑色光は緑色センサーに吸収される別の機会を有するから、フィルター43はまた、各々の緑色センサーによって吸収される赤色光に対して緑色光の比を増加させるように機能する。フィルター43から赤色光の緑色センサーへのわずかな反射が存在するだけであるから、各々の緑色センサーの緑色光の吸収は、赤色光への応答を増加させることなく改良される。ほぼすべての青色光は青色センサーにおいて吸収されるか、フィルター48によって青色センサーの方へ反射されるので、青色光が緑色センサーに到達することはまずない。VCFセンサー群におけるフィルターとして働く多くの種類の材料があるたとえば、図8におけるフィルター43または48、波長バンドで反射性があり他のすべての波長に透過性があるフィルター、または波長バンドでは吸収性があるが反射性はないフィルター。これらの材料は、組合せまたは種々の厚さで使うこともできる。この配置は、それらの光学的性質によって部分的に決定されるが、プロセスの集積事情によって最適化される。材料および材料間の界面は光子を反射可能である。鏡の反射率は波長によって選択性であるとき、鏡材料および材料間の界面は本発明のVCFセンサー群においてフィルターとして機能することができる。たとえば、本発明のVCFセンサー群の幾つかの実施形態は2色性ミラーを含み、その両方は、第1の波長バンドの放射線を透過し、第2の波長バンドの放射線を反射する。上述したように、光学吸収は波長とともに変化する材料の積層は、本発明のVCFセンサー群の種々の実施形態においてフィルターとして使うことができる。色々ドープした半導体材料たとえば、シリコンの層を含む好適な実施形態において、少なくとも1つの半導体層はフィルターとしてもまたセンサーとしても使われる。半導体材料の層は、フィルターとしてもまたフォトダイオードセンサーのカソードまたはアノードとしても使われるVCFセンサー群において、センサーのスペクトル感度は、フォトダイオードのアノードおよびカソードに渡って印加された、バイアス電圧を制御することによって多少コントロールすることができるし、ドーピングレベルおよびドーパント原子およびセンサー要素の構造間隔を決定することによってコントロールすることもできる。本発明の幾つかの実施形態に含まれる別の種類のフィルターは薄い金属膜である。薄い金属膜は部分的な反射体として作用することができ、この結果入射光子をフィルターする。反射した光子はそれらの上のどんな層も通って戻り、吸収される第2の機会をそれらに与える。本発明の幾つかの実施形態に含まれる他の種類のフィルターは、ある波長を反射し他の波長をパス通過する干渉フィルターたとえば、異なる誘電率を持つ誘電材料の積層、および有機および無機の染料および色素である。本発明の幾つかの実施形態において、フィルターは、たとえば、出願10103304に記載される、種々のパターンのいずれのアレイのVCFセンサー群の間にも分配される。このフィルターはすべて同一であることもできるが、必ずしも同一である必要もない。好適にも、各々フィルターはVCFセンサー群の1つを用いてたとえば、半導体層上に、または半導体層の間に形成される層として一体的に形成される。代替的に、フィルターはセンサー群から別々に製造することができ、その後でセンサー群アレイの上に配置し、VCFセンサー群へ結合するそうでなければ、付着したり、固定位置に保持したりすることができる。このフィルターは、図8Aに示されるように、交互またはチェックボード方式で提供することができ、ここに、RGBと記された各々の四角はVCFセンサー群を示し、Xと記された各々の四角はフィルターの1つを含むVCFセンサー群を示す。図8Aに示すように、各々の奇数番号列における各々の奇数番号のセンサー群はフィルターの1つを含み、また、各々の偶数番号列における各々の偶数番号のセンサー群はフィルターの1つを含み、この結果、フィルターを持つカラーセンサー群とフィルターを持たないカラーセンサー群との間に最適の空間周波数を得る。代替的に、フィルターは図8Bに示されるパターンを提供でき、そこにおいてRGBと記された各々の四角はVCFセンサー群を示し、Xとマークされた各々の四角はフィルターの1つを含むVCFセンサー群を示す。フィルターは図8Bパターンに提供されるとき、画像読み出しの両方のタイプがカラーセンサー群出力およびカラーフィルターのあらゆる組合せを含むということを保証する一方で、フィルターは、完全に測定されたカラー読み出しおよびモザイクエミュレーション読み出しの両方を可能にする方式で分配される。代替的に、フィルターは多くの他のどんなパターンにおいてもVCFセンサー群アレイのセンサー群の間に分配することができる。そのうちの幾つかは出願10103304に記載される。本発明のVCFセンサー群の幾つかの実施形態は、少なくとも1つのフィルターの代わりに、または少なくとも1つのフィルターに加えて少なくとも1つのレンズを含む。たとえば、VCFセンサー群アレイのVCFセンサー群のすべてまたは幾つかの各々の上に、マイクロレンズを形成することができる。金属化または別の構造はVCFセンサー群の開口のサイズ入射放射線が少なくとも1つのセンサーへ伝播する画像面における領域を制限するとき、フォトレジストを開口部の上に体積でき、また、その後で、露光して、その結果、フォトレジスト材料は凸または凹形状部に溶けてこれによってマイクロレンズを形成する。レンズおよびレンズ形状を含む材料の特性に依存して、レンズはレンズ自身と同様にフィルターとして機能する。たとえば、図9は、図8のVCFセンサー群アレイのバリエーションの部分の断面図垂直面におけるである。図9のアレイは、p型半導体材料に形成されたn型半導体層51、46、および41を含む第1のVCFセンサー群を含み、センサー群の最上面への層41、46、および51の各々に接続する垂直方向のコンタクト、およびコンタクトに到達することからセンサー群の最上面に垂直に入射する放射線を防止するコンタクト上に実装された光シールド54を含む。図9のアレイはまた、p型半導体材料に形成されたn型半導体層61、62、および63を含む第2のVCFセンサー群を含む。光シールド53および54は、感知される放射線に対して透明である層64に形成される。光シールド53および54は、第1のセンサー群の開口部を囲み、また光シールド53および別の光シールド示されていないは第2のセンサー群の開口部を囲む。凸状マイクロレンズ65は第1の群の開口部上の層64上に形成され、凸状マイクロレンズ66は第2の群の開口部上の層64上に形成される。マイクロレンズは、交互パターンたとえば、図8Aに示されるものにおけるVCFセンサー群アレイのセンサー群の間に分配されるとき、放射線に異なる敏感さを持つセンサー群の小集団は独立して選択できる。これは、全体としてアレイの拡大したダイナミックレンジを提供する。VCFセンサー群アレイの各々のセンサー群の開口部は、通常四角形または八角形であるが、代わりに別の形状たとえば、長方形、円形、または不規則形状を持つ。このようなアレイのすべてのまたは幾つかのセンサー群の開口の上に形成されたマイクロレンズは通常四角形であるが、他の形状を持つこともできる。本発明のVCFセンサー群の幾つかの実施形態は、複合レンズたとえば、凸状マイクロレンズおよび凹状マイクロレンズの組合せである、少なくとも1つのマイクロレンズを含む。アレイの各々のセンサー上に1つのマイクロレンズとともに、CCDイメージセンサーアレイの最上部層としてマイクロレンズを形成することは周知である。たとえば、アレイの各々のセンサーの上に2つの垂直に分離したマイクロレンズ、および垂直に分離したマイクロレンズの各々のこのような組の間にカラーフィルターとともに、CCDイメージセンサーアレイの中間層としてマイクロレンズを含むこともまた周知である。本発明の実施形態において、この群の最上部センサーへ放射線を屈折させるために、たとえば、図9において層51を含むセンサー、マイクロレンズたとえば、図9のマイクロレンズはVCFセンサー群のセンサーに対して配置される。その結果、少なくとも幾つかの放射線は最上部センサーを通し最上部センサーの下に配置されたセンサーの各々に伝播し、この放射線は、それが底部センサーに達することができる前にこの群に吸収されもしないしこの群の要素によって反射されもしない、少なくとも1つの波長を含む。半導体プロセスに他の目的で使われる材料は、本発明の通常の実施形態において、フィルター、レンズ、およびセンサーを装備するのに非常に望ましい。何故なら、プロセスを修正することなくVCFセンサー群にそれらを付加することができるからである。このような材料の例はポリシリコン、二酸化シリコン、および窒化シリコンである。ポリシリコンの層はフィルターとして使うことができる。このフィルターの吸収スペクトルは、その結晶特性や電導性や層の厚さやVCFセンサー群の他の要素に対する深度に依存する。表面たとえば、シリコン表面に形成した二酸化シリコンおよび窒化シリコンの層は、VCFセンサー群に干渉フィルターを形成することができる。本発明を具体化するVCFセンサー群の最小サイズのキャリア収集要素という表現は、この群の各々のキャリア収集要素を示すために使われる。この群の最上部センサーの最上面によって定義される標準軸に垂直な面上で、この投影は、このような面上にこの群の各々の他のキャリア収集要素の投影された領域よりも大きくない領域を持つ。このこの群の最小収集領域という表現は、この群の最上部センサーの最上面によって定義される標準軸に垂直な面上に、この群の最小サイズのキャリア収集要素の投影された領域を示すために使われる。本発明のセンサー群に実施形態において、図10、10Aおよび10Bのセンサー群におけるように、この群の1つのセンサーのキャリア収集要素は、この群の各々の最小サイズのキャリア収集要素を持つよりも、実質的により大きなサイズこの群の最上部センサーの最上面の標準軸に垂直な面に投影された領域を持つ。この種類における好適な実施形態において、センサー群の1つのキャリア収集要素は、少なくともこの群の最小収集領域の2倍のサイズを持つ。このキャリア収集要素は通常、アレイの少なくとも1つの他のセンサー群によって、共有され、そのサイズは通常、それを共有するすべての群のサイズの合計に少なくとも実質的に等しい。図10のアレイは、複数のセンサー群を含み、そのうちの6つが図10に示される。各々のセンサー群は、1つの緑色センサーそのキャリア収集領域は、他のいずれのセンサー群とも共有されないを含み、1つの青色センサー1つの他のセンサー群と共有される、および1つの赤色センサー1つの他のセンサー群と共有されるを含む。各々の赤色センサーおよび各々の青色センサーのキャリア収集領域は、緑色の光子の収集領域よりも大きい。図10または10Bのアレイのバリエイションにおいて、少なくとも1つのキャリア収集領域は、各々の他と横方向に分離するように最初に形成され、その後で単一の有効キャリア収集領域を形成するために一緒に共有された、2つ以上の部分を含む。たとえば、各々の青色センサーは、青色光子に関して2つの横方向に分離したキャリア収集領域を含むことができ、緑色光子に関して異なるキャリア収集領域の上に各々が形成され、青色光子に関して2つのキャリア収集領域が横方向に分離して、その間のアレイの最上面上に少なくとも1つのトランジスターを形成するためにスペースを提供する。各々の青色センサーのこの2つの横方向に分離したキャリア収集領域は、青色光子に関して単一のキャリア収集領域この領域は、緑色光子に関してアレイのキャリア収集領域の各々より大きい全体サイズを持つを形成するために共に短絡される。図10に再び関連して、各々の赤色センサー上に集められた電荷は、赤色センサーを共有する2つのセンサー群に入射する赤色光強度の平均の2倍を示す電気信号に変換される。各々の青色センサー上に集められた電荷は、青色センサーを共有する2つのセンサー群に入射する青色光強度の平均の2倍を示す電気信号に変換される。この結果、緑色光に関してアレイの解像度は、赤または青色光に関してのその解像度の2倍である。このタイプのアレイは、緑色または、ルミネッセンスのようなチャネルにおいて高い空間解像度を維持しながら、青色および赤色チャネルにおけるノイズ比に対して信号を増加させる。画素位置の半分だけに緑色センサーを持つバイヤーパターンを使った従来の画像センサーアレイと対比して、この高いルミネッセンス解像度が達成される。何故なら、あらゆる画素位置はアクティブ緑色センサーを持つからである。当業者は、緑色チャネルにおいて高いサンプリング速度を通じて高ルミネッセンス解像度を維持することは、このようなアレイを用いて発生した補間された画像において、人工的なエイリアシングの存在を減少させる。より大きな青色および赤色キャリア収集領域はさらに、人工的なエイリアシングの存在を減少させる。他の実施形態において、VCFセンサー群のアレイの青色センサーのキャリア収集領域は、アレイの赤色および緑色センサーのキャリア収集領域より小さい。VCFセンサー群のアレイの幾つかの実施形態において、1つのセンサー群は、別のセンサー群を用いて共有される少なくとも1つのセンサーまたは、センサーの要素を含む。図10Aはこのようなアレイの断面図垂直面におけるである。図10Aにおいて、第1のセンサー群は、層102n型半導体から作られるおよび層102の上と下に直接にp型材料の領域100を順に含む第1のセンサーを含み、また、層101n型半導体から作られるおよび層101の上と下に直接にp型材料の領域100を順に含む第2のセンサーを含む。図10Aはまた、第3のセンサーそれは、n型半導体から作られる層103および層103の上と下に直接にp型材料の領域100を順に含むおよび第2のセンサーを含む第2のセンサー群を示す。この結果、第2のセンサーこれは層101を含むは2つのセンサー群によって共有され、分離した第1および第2のセンサーの各々は、アレイ内で同じ垂直レベルに配置される。図10Aのアレイは、第1のセンサーの出力は第1の画素の青色成分を示し、第3のセンサーの出力は第2の画素の青色成分を示し、第2のセンサーの出力は第1の画素および第2の画素の両方の緑色成分を示す。図10Aのアレイは、それは青色光より緑色光に関してもっと良好な解像度を持つ別の方式たとえば、第1、第2、および第3のセンサーを別々に使うことによってで、また、青色光および緑色光に関してもっと良好な解像度を持つ別の方式たとえば、第1および第3のセンサーの出力を平均化し、第2のセンサーの出力を用いてこの平均化された値を使うことによってで、好適に動作可能である。図10Aのアレイは、2つだけの深度にあるセンサーを持つ簡単な実施形態である。本発明のアレイの他の実施形態のセンサー群は、3つ以上の深度にある垂直に配列したセンサーを持つ。図10BのVCFセンサー群アレイにおいて、各々センサー群の赤色および青色センサーのキャリア収集要素は、この群の緑色センサーのキャリア収集要素よりも大きなサイズを持つ。図10Bのアレイは、複数のセンサー群、図10Bに示される4つを含む。各々のセンサー群は、キャリア収集領域182、183、184、または185は他のどんなセンサー群とも共有されない1つの緑色センサーを含み、キャリア収集領域180は3つの他のセンサー群の各々と共有される1つの青色センサーを含み、キャリア収集領域181は3つの他のセンサー群の各々と共有される1つの赤色センサーを含む。青色および赤色光子のキャリア収集領域は、緑色光子のキャリア収集領域より大きい。各々の赤色センサー上に集められた電荷光子の吸収のためには、赤色センサーを共有する4つのセンサー群に入射する赤色光強度の平均を示す電気信号通常は電圧に変換される。各々の青色センサー上に集められた電荷は、青色センサーを共有する4つのセンサー群に入射する青色光強度の平均を示す電気信号通常は電圧に変換される。通常、図10Bアレイおよび、このようなアレイ上のバリエーションの赤色および青色センサーの電圧出力は、緑色センサーの電圧出力に対してスケールされる必要はない。センサーのキャリア収集領域の増大による各々のセンサー上に集められた電荷の増大は、このようなキャリア収集領域の増大によるセンサーの容量の増大に比例する。各々のセンサー群の出力は画素を決定するように、VCFセンサー群のアレイを製造するときに、画素間のクロストークを避けるために、お互いからセンサー群を分離する必要がある。1つのセンサー群で発生した電子と正孔が別の方へドリフトすることができるなら、イメージャーの解像度が減少する。本発明の好適な実施形態において、このような分離は、物理的なデザインがそれらの内部で発生した電荷を含むセンサー群を作ることによって、達成される。まさに、第1のおよび第3のセンサーが、np基板接合によってお互いから分離されるように、たとえば、図10Aに再び関連して、図10Aのアレイにおいて、下方にある大きな第2のセンサー層101を含むは、np基板接合によって同じ垂直のレベルにある、その隣接部部分的に示されているが、標識はないと分離される。幾つかの従来センサーアレイは、出力が異なる画素を決定するセンサー間のこのような分離を行わない。たとえば、従来センサーアレイの1つのタイプは、図11や、バーテックのセンサーおよびアクチュエーターA、4142pp123128において記載されているように、すべての画素に関して共通するエピタキシャルシリコンエピの層31に作られたフォトダイオードセンサーたとえば、フォトダイオード30を含む。この形態において、1つのセンサー内で発生した電荷は、隣のセンサーまたはかなり離れた所へドリフトできる。図11の構造はセンサー間に分離領域たとえば、p型半導体領域がないので、共通のエピ層層31は1つの画素の下から別の画素の下へキャリアを伝導することができるパス通路を提供する。種々の方法を用いて、VCFセンサー群中のセンサーをお互いから分離するために使うことが可能であり、または、本発明を具体化するVCFセンサー群中のお互いからセンサー群画素を分離するために使うことが可能である。プロセスの集積化は、使用されるこの方法を決定する際に重要な因子である。使用できる1つの方法は接合分離であり、これはシリコンバイアス印加プロセスでトランジスターを分離するために普通に使われる。この接合は、リークを防止するためにそこにかかる十分な電圧に耐えることができなければならない。適切な接合分離を提供するために、基板中またはエピ層に十分なドーピング量が存在しても良い。または、お互いから分離されるために隣接領域間にドーピング量を増加することが、接合分離を行うために必要とされても良い。このドーピング量の増加は、MOSプロセスにおいて隣接するトランジスターを分離するために用いられるフィールドイオン注入技術を使って生産することが可能である。本発明のVCFセンサー群およびVCFセンサー群のアレイの他の実施形態は、半導体領域間に絶縁材料を配置する絶縁分離を用いる。これは、センサー群の下に酸化物層を持つ半導体材料のブロックに各々のセンサー群を作ることによって行うことができる。このような構造を作る種々の方法がある。たとえば、サファイア上にシリコンを成長させたり、シリコンウエハの上部層を通して酸素の層をイオン注入したり、酸化物層を形成するためにシリコンと酸素を反応させたり、またウエハからプロセスされたシリコンの層を取り除きそれを絶縁基板に移動させたりすることである。絶縁分離はVCFセンサー群のアレイ中でお互いから半導体センサー群を分離するために使うことができる。センサー群は、お互いから横方向に配置され、半導体材料体積中に形成されるときに、絶縁層の最上部でこの群を形成し、半導体材料体積中にトレンチをエッチングし、またトレンチ中に絶縁体を成長させるか積層するかすることによって、このような分離を行うことができる。さらに一般的に、少なくとも1つの絶縁体およびドープされバイアスされた動作中に半導体材料で満たされたおよび/または裏打ち被覆されたトレンチは、フィールド分離を提供するために、たとえば、リークを防止するためにお互いから分離される近接構造間のバルクの半導体材料よりもっと多くドープされた半導体材料で裏打ちされ、その後酸化物または他の絶縁材料で満たされたトレンチ本発明の幾つかの実施形態においてお互いから本発明のVCFセンサー群を分離するために使われる。このようなトレンチの使用従来のCMOS構造を分離するためには、CMOS技術において、トレンチ分離と呼ばれる。トレンチ分離は、本発明の通常の実施形態においてお互いからVCFセンサー群を分離するために適用することができる。何故なら、たとえば、シリコンバイアスされたVCFセンサー群の通常のアレイに作られたトレンチのような、トレンチは、数ミクロンメーターの深さで、VCFセンサー群を分離するのに十分深くエッチングすることが可能であるからである。絶縁分離トレンチ分離によって行われると接合分離の組合せの例は、図12に示される。図12において、第1のVCFセンサー群は、p型半導体材料150これはシリコンであることも可能である中に形成された、垂直方向に分離したn型半導体層151、152、および153たとえば、シリコンを含む。コンタクト154はバイアス回路にp型材料を結合するために提供される。垂直方向のプラグコンタクトは、層151および152の各々をセンサー群の最上面に接続する。この結果、各々の層はバイアスおよび読み出し回路に結合することができる。プラグコンタクトは、上述の引用したUS出願09884863に記載されたように形成することができる。第2のVCFセンサー群は、p型半導体材料150中に形成される垂直に分離したn型半導体層161および162を含む。第1のセンサー群のセンサーはnp基板接合によってお互いから分離される。第1および第2のセンサー群の間の横の分離は、トレンチ分離によって、それらの間に形成された、すなわち絶縁材料158たとえば、これは二酸化シリコンまたは窒化シリコンであり得るで裏打ちされたトレンチ157によって、達成される。トレンチ155酸化物156で裏打ちされたは、第1のセンサー群を第1のセンサー群に隣接する第3のセンサー群図12には示されていないから分離する。各々のVCFセンサー群の底部センサーの下の絶縁層148これは、二酸化シリコンまたは窒化シリコンであり得るはまた、お互いからセンサー群を分離するために機能する。VCFセンサー群の間のトレンチ分離用の本発明に従って使われるトレンチは、低アスペクト比を持つ浅いトレンチたとえば、幾つかのCMOS集積回路に従来から使われるタイプの1/4ミクロンの深さを持つトレンチであることもできる。しかし、通常、VCFセンサー群の間のトレンチ分離のための本発明に従って使われるトレンチは、高アスペクト比を持つ深いトレンチたとえば、幾つかのDRAM集積回路に従来から使われるタイプのトレンチである。図20~25に関して、我々は次に、本発明のVCFセンサー群の好適な実施形態に使われる埋め込み層分離を提供するための改良技術を述べる。本発明のVCFセンサー群のこのような実施形態の各々の動作中に、2つのキャリア収集センサー領域反対の半導体タイプのの各々の間に、第1のタイプp型またはn型のどちらかの半導体材料の非収集体積部分が存在する。キャリア電子または正孔はセンサー群の非収集体積で光励起することができる。キャリア収集領域で光励起したか、または、他の所で光励起した後でキャリア収集領域へ移動したキャリアは、読み出し回路によって集めることができる。幾つかの場合には、センサー群の非収集体積で光励起したキャリアは、隣接センサー群のキャリア収集センサー領域へ移動することができる。通常、光励起したキャリアは少なくとも2つのキャリア収集センサー領域あるセンサー群または異なるセンサー群におけるのいずれかへ非収集体積から移動することが可能である。バリア障壁たとえば、以下に記載される図20のバリア205は、望ましくない方向におけるこのような移動を防ぐために本発明によって形成することが可能である。図20に示されるように、センサー群は、上部キャリア収集センサー領域、n型半導体材料を含むフォトダイオードカソード200を含む低部キャリア収集センサー領域n型半導体材料を含むフォトダイオードカソード202を含む、センサー領域200および202の間の非収集フォトダイオードアノード層201および203接地されたp型半導体材料を含む、およびセンサー領域202の下の非収集フォトダイオードアノード層204接地されたp型半導体材料を含むを含むことができる。センサー群の垂直に分離したセンサーの各々の組の間に分離を提供するために、第1のタイプのさらに重くドープした半導体材料のブランケットバリア層は、各々の非収集部分の上部および低部の間におよび、この結果センサー間に、積層される。ここで、我々は、どんな特定の方法たとえば、分離構造の物理的な結合、またはイオン注入プロセスもブランケットバリア層を形成するために使われるということを暗示しないという広い意味で、用語積層を使う。たとえば、図20に示すように、センサー群は、p型材料の層201および203の間におよびこの結果、カソード200および202を含むキャリア収集センサー領域の間に、ブランケットバリア層205p型半導体材料を含むを含む。上部のキャリア収集センサー領域カソード200を含むは、青色センサーであることもできるし、下部のキャリア収集センサー領域カソード202を含むは、緑色センサーであることもできるし、およびこの群はまた層204の下に赤色センサー示されていない、および層204と赤色センサーの間にp型材料の第2のブランケットバリア層を含むこともできる。図21は、図20のセンサー群の深さの関数としてドーパント濃度を示すグラフであり、そこにはカソード層200および202およびバリア205の位置を示す。図20のセンサー群の動作中に、バリア205の存在は、光励起した電子をカソード層200および202の最近接層へ導く勾配を持つ電子ポテンシャルを生じ、その結果、光励起した電子は好ましくない方向へはたとえば、カソード層200に近い点からカソード202まで、または近接のセンサー群のカソードまでドリフトしない。その位置のために、バリア205はまた、以下に記載された図22のセンサー群の容量の下の図20のセンサーの容量を減らす。垂直に積層したキャリア収集センサー領域の間に図20におけるように本発明に従ったブランケットバリア層の位置は、図22に示されるように、上で引用したUS出願09884863に記載された、各々のキャリア収集センサー領域と同じ垂直レベルにまたはわずかに下において、ブランケットバリアの位置と対比する。出願09884863は以下を教示する。各々のブランケットバリアたとえば、図22に示されるp型半導体材料の層206および207の各々は、VCFセンサーのアレイが形成されることになっている全体のウエハにイオン注入され、キャリア収集センサー領域たとえば、図22に示されるn型半導体材料のカソード200および202を含む領域は、それから、アレイの異なるセンサー群用のセンサーを作るために各々のブランケットバリアの選択された領域上にイオン注入することによって形成される。先行技術出願09884863に開示されたおよび本発明によって作られた各々のブランケットバリアは、同じセンサー群のキャリア収集センサー領域最近接のキャリア収集センサー領域へ垂直方向に、また別のセンサー群の非収集部分へ水平方向に、それから他のセンサー群のキャリア収集センサー領域へ垂直方向に、非収集部分に発生するキャリアがリークすることを防ぐことを目的としている。非収集部分の例は、カソード200および202の間の中ほどに図22のアノード層201p型半導体材料を含むの部分、バリア205へ非常に近いがカソード200から比較的に遠い図20のアノード層201の部分、およびバリア205へ非常に近いがカソード202から比較的に遠い図20のアノード層203の部分である。図23は、図22のセンサー群の深度の関数としてドーパント濃度のグラフであり、これは、カソード層200と202、およびバリア206と207の位置を示す。図22センサー群の動作中に、バリア206と207の存在は、層201において光励起した電子を望ましくない方向たとえば、カソード層200に近い点から、カソード202へ、または近接センサー群のカソードへ全体的ににドリフトさせる勾配を持つ電位を生じる。それらの位置によって、バリア206および207はまた、上述の図20のセンサーの容量の上の図22のセンサーの容量を増加させる。ブランケットキャリアを配置し形成する本発明の技術は、幾つかの利点を持つ。それは、フォトダイオード容量を減少させこの結果、各々のフォトダイオードの出力電圧を増加させ、露出中に各々のフォトダイオードをリセットするために必要な時間を減少させる、センサー群の誤ったキャリア収集領域へまたは近接センサー群へ光励起したキャリアのリークを先行技術によって達成可能なレベルを超えて減少させる。動作中に、垂直に分離したキャリア収集領域あるセンサー群においての間に本発明によって作られた電位勾配は、先行技術を使って作られた電位勾配よりも、この群の誤ったキャリア収集領域へまたは近接センサー群への光励起キャリアのリークをより良好に防止する高電位バリアを提供する。図20に関して議論したタイプのブランケットバリア層に加えて、本発明の幾つかの実施形態は、キャリア収集センサー領域の間に形成された付加的なp型バリア領域を含む。たとえば、図24に示されるように、付加的なバリア領域207p型半導体材料を含むは、近接センサー群の同じ深度にたとえば、カソード200の左および右に対するカソードある、カソード200およびカソード群示されていないの間のp型半導体材料内に形成することができる。図24はまた、近接センサー群内の同じ深度にあるカソード200およびカソード群示されていないの間のp型半導体材料内に形成されるたとえば、カソード200の左および右に対するカソード、付加的なバリア領域208p型半導体材料を含むを示す。横に配置した付加的なバリア領域207および208は、近接センサー群のキャリア収集センサー領域の間の電位勾配を変化させる。第1のカソードたとえば、カソード200に近い位置で発生した光励起キャリア示された実施形態においては電子は、第1のカソードより遠くに離れて配置したカソードへたとえば、図24には示されていないが、カソード200の右側に配置した別のセンサー群のカソードへドリフトする。付加的なバリア207および208は好適には、図25A~25Dに関連して記載されたプロセスのような、自己整合的補助的イオン注入プロセスを使って形成される。代替的に、それらは、別々にマスクすることができる。図25Aに示されるように、SiO2膜209は、層201上に形成される。Si3N4マスクがSiO2膜上に積層され、このマスクはカソード200が形成されることになっている領域からエッチングされ、さらに、その後、イオン注入方法により膜209の露出した部分の下のn型カソード200を作る。図25Cに示すように、この後Si3N4マスクは取り除いて、別のイオン注入はp型バリア207を作るために行われる。最終的に、図25Dに示すように、全体構造の露出したSiO2表面の上にさらにSiO2を成長させ、露出したSiO2表面の部分の間の段差を最小化する。VCFセンサー群の製造中に、他の半導体材料の最上面に半導体材料または絶縁材料を積層するために種々の方法を使うことができる。1つの方法として、あるウエハから別のウエハへ材料を物理的に移動させ、その材料を最終ウエハに結合することである。これは基板上にセンサー材料のアイランド島を残す。これらは絶縁性保護膜によって絶縁することができ、これはさらに別の絶縁性分離である。バルクウエハのリークおよび歩留まり特性と同程度に良好なリークおよび歩留まり特性を有して結合したウエハを作製することができ、特にこの作製プロセスは結合ウエハ内に熱的にSi/SiO2界面を作る。図14A~14Lに関して、我々は、上述の製造技術の幾つかが好適な方法で図8のVCFセンサー群の1つを製造するためにどのように使われるかを次に説明する。好適な製造方法により、カラーフィルター43および48をVCFセンサー群のアレイ内に安価に含むことができる。図14A~14Lおよびそれらのバリエーションに関して記載された製造技術は、幾つかの種類の半導体集積回路たとえば、トランジスターを含む回路を製造することと同様に、本発明のVCFセンサー群の他の実施形態およびそれらのアレイを製造するために使うことができる。図14Aは、プロセスシーケンスの第1の工程を行った結果を示す。これは、p型基板40にn型層41をイオン注入し、その後熱酸化膜成長プロセスによって基板40上にSiO2層を成長する工程である。代替的に、層42および層44、47、および49は、別の絶縁材料、たとえばシリコン窒化膜SiNから作ることができる。図14Bは、プロセスシーケンスの次の工程を行った結果を示す。これは、層42上に赤色透過/シアン反射フィルター43を堆積する工程である。フィルター43は、代替として層SiNおよびSiO2から作られる干渉フィルターであることも可能である。代替的に、フィルター43は、異なる屈折率SiNおよびSiO2の層以外のを持つ材料、好適には、従来のCVD装置を使って行うことができる積層プロセスによる材料の層を含む干渉フィルターであることも可能である。フィルター43は代替的に、緑色および青色放射線を吸収するが余り反射しない赤色透過/シアン反射フィルターである。図14Cはこのプロセスシーケンスの次の工程を示す。これは、第2のウエハを図14Bのウエハと接触させる工程である。特に、第2のウエハは基板45p型シリコンのおよびSiO2層44基板45上に成長したを含む。この後、図14Dに示すように、第2のウエハの層44は第1のウエハのフィルター43に結合し、フィルター43はSiO2層42および44の間にサンドイッチされる。さらに一般に、2枚のウエハ本発明のVCFセンサー群の幾つかの層はその上に形成されるの結合は、本発明の製造中に使うことができる。種々の周知の結合技術のいずれも、本発明の通常の実施形態を製造するために使うことができる。たとえば、量子エレクトロニクスの選択トピックスに関するIEEEジャーナル第8巻、2002年1月/2月第1号におけるパスクアリエロらのプラズマアシストによるInPSiの低温ウエハ結合に記載されている。図14Eは、プロセスシーケンスの次の工程を行った結果を示す。これは、厚さの減少が必要な場合は、p型基板45の厚さを所望の厚さまで減少させる工程である。これは、基板45の露出表面を約0.5μmの厚さまでポリッシュ研磨したり、切断したり、または他の幾つかの手段によって、行われる。図14Fおよび14Gは、プロセスシーケンスの次の工程を行った結果を示す。これは、n型層46を基板45にイオン注入し、その後、熱酸化成長プロセスにより基板45の露出した最上の表面上にSiO2層47を成長し図14Fに示される、さらにその後、図14Gに示されるように、フィルター層48これは、SiN材料から構成することができるが、必須ではないをSiO2層47上に積層する工程である。図14Hは、プロセスシーケンスの次の工程を示す。これは、第3のウエハを図14Gの結合し処理されたウエハと接触させる工程である。この後、図14Iに示すように、第3のウエハの層49は層48の露出した最上の表面に結合好適には熱的結合工程によってし、層48はSiO2層47および49の間にサンドイッチされる。図14に示されるように層47、48、および49は共に、黄色光透過/青色光反射フィルターとして機能する干渉フィルターを含む。代替的に、図14Hに示されるタイプの第3のウエハを結合する前に、3つ以上の交互層SiNおよびSiO2を含む干渉フィルターは、図14Gの構造の上にSiNおよびSiO2の付加層を積層することによって形成することができる。他の代替の実施形態において、図14Hに示されるタイプだが、図14HのSiO2層49の代わりにできればSiO2以外の材料層を持つ第3のウエハがそのスタックの最上面に結合される前に、異なる屈折率を持つ材料層の積層スタックSiNおよびSiO2の層から構成されないスタックを含む干渉フィルターを図14Eの構造の上に形成することができる。フィルター47、48および49は代替的に、青色光を吸収するが青色光を余り反射しない黄色光透過/青色光吸収フィルターである。第3のウエハは、図14Hに示されるように、p型シリコンの基板50および基板50上に成長したSiO2層49を含む。パスクエリエロらによる上で引用された論文において記載された少なくとも幾つかの結合技術を含む、図14Iに関して記載される結合工程を達成するために、種々の既知の結合技術のいずれも使うことができる。図14Jは一連の本プロセスの次の工程厚みを減らす必要がある場合は、所望の厚みまでp型基板50の厚みを減らす工程を行った結果を示す。これは、基板50の露出した裏面を約50μmまで研磨することによって、または切断cleavingによって、または他の手段によって行われる。図14Kは一連の本プロセスの次の工程基板50にn型層51をイオン注入により形成する工程を行った結果を示す。この後、図14Lに示されるように、最終のCMOSプロセスが実行される。これらの最終工程は、保護膜形成、コンタクト形成またはコンタクト形成プロセスの完成および適切な位置に光シールド54の実装を含むこともできる。図14Lに示される最終構造を使用するために、この構造の露出した最上表面へ層41、46、および51の各々から伸びるコンタクトを形成する必要がある。このコンタクトは、ここで記載されるいずれの方法においても好適に形成される。出願09884863に記載されているように、図15-15Hを参照して、我々はこのようなコンタクトを形成するためのある好適な技術を次に述べる。図15A-15Hを参照して記載される技術は、高性能アナログバイポーラーまたはDRAMプロセスに標準的に使われるタイプのトレンチエッチャーを好適に用いて、低リーク電流のトレンチコンタクトを形成する。図15Aは一連のプロセスの第1の工程絶縁層49まで図14Lの構造のシリコン層50および51を通してトレンチをエッチングする工程を行った結果を示す。次に、図15Bに示されるように、適切なエッチングプロセスたとえば、層47、48、および49がSiNまたはSiO2から成るとき酸化膜エッチングプロセスはシリコン層45までトレンチを伸ばす。次に、図15Cに示されるように、シリコンエッチングプロセスは絶縁層44までトレンチを伸ばす。次に、図15Dに示されるように、適切なエッチングプロセスたとえば、層44、43、および42がSiNまたはSiO2から成るとき酸化膜エッチングプロセスはシリコン層40までトレンチを伸ばす。次に、図15Eに示されるように、シリコンの時間エッチングプロセスはn型シリコンカソード層41赤色センサーのカソードへトレンチを伸ばす。次に、図15Fに示されるように、トレンチは、好適にはトレンチのすべての露出面にSiO2保護膜層301を成長することによって、絶縁層で被われる。次に、図15Gに示されるように、トレンチの底だけから絶縁膜を除去し、カソード層41のn型シリコン材料を露出するために、異方性エッチングがカソード層41行われる。最終的に、図15Hに示されるように、トレンチはn型ポリシリコン材料で満たされ、層41へのトレンチコンタクトを完成する。トレンチコンタクトの最上部は、バイアスおよび読み出し回路へたとえば、図2Aのソースフォロワ増幅トランジスターのゲートへ直接に連結することができる。本発明のVCFセンサー群が形成される固体材料の1区画において、トレンチを形成し、埋め込みセンサーのカソードおよびアノードへコンタクトを形成するために半導体材料でトレンチを満たすことができる。たとえば、トレンチの周りに半導体材料をドープすることが可能で、それから保護膜層をトレンチのドープ層上に成長でき、その後でトレンチの底を開けることが可能で、その後開口したトレンチはn型半導体たとえば、nポリシリコンで満たすことができ、この結果それは埋め込みn型カソードへのn型コンタクトとして機能する。代替的に、このようなトレンチは絶縁性材料で被われるか、および/または満たされ、VCFセンサー群をお互いから分離する。トレンチコンタクトまたは絶縁性構造は、出願番号09884863に記載されているように、拡散により形成されるプラグコンタクトよりもはるかに狭く形成することが可能である。05μmの断面積および2~3μmの深さを持つトレンチは、通常のVCFセンサー群の深いセンサーへのトレンチコンタクトを形成する既存技術を使って、容易に形成できる。このような断面積は、既存技術を使って安価に形成できる拡散プラグコンタクト同じ深さを持つの最小断面積よりはるかに小さい。トレンチコンタクトまたはトレンチ分離構造の使用は、入射光がVCFセンサー群のセンサーによって検出することができる画像面の領域を増加することが可能であるという意味において、水平的に分離したVCFセンサー群のアレイのフィルファクターを改良できるおよび放射光シールドによってブロックされているか、または入射光を検出可能な電子または正孔へ変換しない構造によって占有されている画像面の面積を減少させることができる。好適な実施形態において、既存技術を使って安価に形成できるよりも拡散プラグコンタクト同じ深さを持つの最小断面積よりもはるかに小さな断面積を持つ拡散プラグコンタクトを形成する多段イオン注入プロセスによって、少なくとも1つのプラグコンタクトがVCFセンサー群に形成される。図17に示されるように、緑色センサーのn型カソードの下の約2μmで完成したセンサー群の最上面の下の約26μmの深さの所にある赤色センサーのn型カソードへのn型プラグコンタクトは、このコンタクトの底部を形成するために、完成したセンサー群の最上面から約13μmの深さの所にあるp型シリコンの露出面へ1200KeVのエネルギーでリンをイオン注入する先行技術によって形成することができる。その後露出面の上に付加構造p型シリコンエピ層を含むを形成し、その後でコンタクトの最上部を形成するためにp型シリコンの新しい露出面へ500KeVのエネルギーでリンをイオン注入する。しかし図17にも示されるように、これは望ましくないほどに大きな直径をもつコンタクト使用されるn型ドーピング量やプロセスの熱処理サイクルの数に依存する22μm以上ほどの直径を生じる。さらに、厚いたとえば3μmフォトレジスト層をセンサー群の上に置く必要があるためにセンサー群の望まない領域へ高エネルギーたとえば1200KeVのリンのイオン注入が到達しないようにするために、形成可能なセンサー群の形状のサイズを最小にしなければならなくなる。図17のコンタクトを作るために使われる技術と対比して、我々は図18および18Aを参照して次に本発明に従って行われる多段イオン注入プロセスの実施形態を述べる。図18および18Aの本発明の多段イオン注入プロセスは、ターゲットたとえば、図18の赤色センサーのカソード310、n型シリコンからなるが、たとえば、p型基板にエネルギー60KeVでヒ素をイオン注入することによって形成され、センサー群において約2μmの深さのところにあるターッゲットまで伸びる約05μmの直径を持つコンタクト作ることができる。このプロセスは4つの工程を含む。第1の工程は、コンタクトが伸びるターゲット上に第1のエピタキシャル層エピ層を形成することである。たとえば、図17に示されるように、p型シリコンの層311はフォトダイオードのカソード310上に形成される。その後で、プラグの底の部分たとえば、図18のプラグ部分312および313は、第1のエピ層311中にイオン注入によって形成される。そうするために、層311は約1μmの厚みを持ち、その結果プラグの底部は層311を通してほんの短い距離1μmだけ伸びる必要がある通常の場合において、薄い窒化膜マスク314が層311上に形成され、それから小さなマスク開口部318約0.5μmの直径を持つがマスク314に作られ、その後で、ヒ素が開口部318を通してイオン注入される。このようなマスクやこのような第1のエピ層の厚みを用いて、プラグの底部の第1の部分312層310から層310の上約07μmまで伸びるは、層311へエネルギー1200KeVでヒ素をイオン注入することによって形成することができる。その後、プラグの底部の第2の部分313部分312から層311の最上面まで約03μm伸びるは、層311へエネルギー500KeVでヒ素をイオン注入することによって部分312上に形成することができる。本発明に従ってリンよりも低い拡散係数を持つ元素たとえば、ヒ素をイオン注入する利点は、図19の調査結果から明らかなように、かなり薄いマスクを使用できることである。図19は、5つの示されたマスク材料の各々に関して、ホウ素、リン、ヒ素、およびアンチモンの通常のイオン注入時に必要なマスクの厚みのグラフである。たとえば、図19は約007μmの厚みを持つSi3N4のマスクはヒ素のイオン注入100KeVで時に使うことができ、一方015μmの厚みを持つSi3N4のマスクは同じエネルギーでリンのイオン注入時に使われる。第3の工程はマスク314を第1のエピ層311から除去し、その後、第1のエピ層311上の第2のエピ層図18Aのエピ層で、p型シリコンからなるを形成する工程である。プラグの最上部分たとえば、図18Aのプラグ部分316および317は、その後第2のエピ層315におけるイオン注入によって形成される。そうするために、層315は約1μmの厚みを持ち、その結果プラグの最上部分は層315を通して短い距離1μmだけ拡張する必要がある通常の場合において、薄い窒化膜マスク319を層315上に形成することができ、小さなマスク開口部320約05μmの直径を持つがマスク319に作られ、その後ヒ素が開口部320を通してイオン注入される。このようなマスクおよびこのようなエピ層の厚みを有して、プラグの底部の第1の部分316層311上に約07μmまで層311から拡張するは、層315へ1200KeVのエネルギーでヒ素をイオン注入することによって形成でき、その後、プラグの底部の第1の部分317層315の最上面まで部分316から約03μm拡張するは、層315へ500KeVのエネルギーでヒ素をイオン注入することによって部分316上に形成できる。さらに一般に、本発明の実施形態のリンの拡散係数より低い拡散係数を持つ元素好適には、従来使われるリンPよりむしろヒ素Asを使い、拡散したプラグ形成に必要なイオン注入工程を行う。このような元素低い拡散係数を持つはリンより水平方向の拡散は小さい。この結果、より狭いプラグを形成することができ、センサー群はフィルファクターを改良することができる。ヒ素はリンよりはるかに低い拡散係数縦垂直方向にも横方向にもを持つけれど、本発明の多段イオン注入プロセスその通常の例は図18、18A、および19を参照して記載されているにおいては、拡散プラグを形成するためにリンよりむしろヒ素をイオン注入することが実際的である。これは、拡散プラグの形成の従来方法におけるようにたとえば、センサー群の最上部から、コンタクトが拡張している埋め込みターゲットまでどこでも長い距離を通してではなく、ヒ素は多段イオン注入プロセスにおいて各々のエピ層を通して垂直方向に比較的短い距離を拡散するからである。図18、18A、および19を参照して上述した多段イオン注入プロセスに関するバリエーションとして、ヒ素以外の低い拡散係数の元素および/またはターゲット上に3つ以上のエピ層を用いる。コンタクトの拡散部分は各々のエピ層中に形成される。ウエハ上にVCFセンサー群を作製するとき、各々のVCFセンサー群の1つ以上のセンサーを結合に用いるための少なくとも1つのトランジスターをウエハの底面感知される光が入射する群の最上面と反対の面に形成できる。ウエハの底面上にこのようなトランジスタの形成その群の最上面よりむしろは、水平方向に分離したVCFセンサー群のアレイのフィルファクターを改良する。本発明のVCFセンサー群およびVCFセンサー群のアレイの多くの異なる実施形態において、ウエハの底面上にもトランジスターを形成することができる。ウエハの底面上にトランジスタを有するウエハにVCFセンサー群を形成する方法の例は、図16A-16Hを参照して記載される。図16A-16Hは要素40、41、42、43、44、45、46、47、48、49、50、および51図16Aに示されるを含む構造は前もって形成されるということを仮定する。この構造は図14Kに示されるものと同一であり、主要構造と呼ばれる。主要構造の記述およびそれを作製する方法は繰り返さない。図16Aに示されるように、p型半導体基板材料91および基板91上の絶縁層90を含む処理ウエハは、この後、処理ウエハの絶縁層90に面する主要構造の層50を有する主要構造と合わせられる。この後、図16Bに示されるように、処理ウエハの層90は層50の露出した最上面に結合し好適には熱的結合工程によって、層90はp型半導体層50およびp型半導体基板91の間でサンドイッチされる。基板40の露出した底面は、この後研磨され、図16Cに示されるようにその厚みが減少する。この結果底部からアクセス可能な赤色センサーカソード層41、緑色センサーカソード層46、および青色センサーカソード層51を含むセンサーを作成できる。この結果生じた構造はこの後反転でき、この結果研磨された要素40の露出した底面は図16Cの最上面となる。図16Dに示されるように、トレンチコンタクト96がこの後、要素40の露出した底面図16Dの最上部にあるから青色センサーカソード層51まで伸びるように形成される。これは図15A-15Hを参照して記載される方法で行うことができる。支援回路92がこの後、好適には半導体集積回路の作製プロセスによって、要素40の露出した底面上に形成される。支援回路92は、図16Dの最上部においてトレンチコンタクト96の底に連結した少なくとも1つのトランジスタを含む。別のトレンチコンタクト示されていないが要素40の露出した底面から緑色センサーカソード層46まで形成され、また第3のトレンチコンタクト示されていないが要素40の露出した底面から赤色センサーカソード層41まで形成される。支援回路92の少なくとも1つのトランジスターが、トレンチコンタクトを経由して、層41、46、および51へ連結する。図16Eに示されるように、p型半導体基板材料94および基板94上の絶縁層93を含む第2の処理ウエハが、絶縁層93に面した要素92のp型半導体基板の露出した底面を用いて図16Dの構造と合わされる。この後、図16Fに示されるように、第2の処理ウエハの層93は要素92の露出した面に結合し好適には低温接合工程によって、層93は要素92のp型半導体基板およびp型半導体基板94の間に挟まれる。この後基板91は除去されたとえば、研磨される、また図16Fの構造は反転されるこの結果、基板94の露出した底面はフェイスダウンされ、層90の露出した最上面は図16Gに示されるようにフェイスアップされる。支援回路92はそれから、バイアスおよび読み出し回路に連結される。たとえば、図16Hに示されるように、支援回路92は、シェルケース構造95によってバイアスおよび読み出し回路に連結され、この装置は支援回路92および回路96の各々のトランジスタの間で接続する。工業的に使用される方法たとえば、シェルケース社によって開発された方法をシェルケース構造95を作るために使うことができる。バイアスおよび読み出し回路96は図2Aを参照して記載された種類のものである。分離を作る別の方法たとえば、隣接するVCFセンサー群の間のは、分離構造として遮断MOSトランジスターを使うことである。分離されるセンサー群の最上層を囲むゲートを持つ厚い酸化膜トランジスタゲートは閾値の充分下の電圧で保持されたまたは別の種類のMOSトランジスタを用いて行うことができる。それゆえ、隣接するVCFセンサー群をお互いから分離するために、図20-24を参照して上述した種類の分離方法と組み合わせて適用することもできる。前の段落で述べた分離方法の例は、環状ring分離であり、これは、そのゲートが分離されるセンサー群の最上層を囲む厚いかまたは薄い酸化膜MOSトランジスタを形成することによって実現できる。動作中に、そのゲートはトランジスタを遮断するようにバイアスされる。幾つかの利用可能な方法のどれもVCFセンサー群を作るために使うことができる。また各々のケースの最良の方法はセンサー群用の材料や条件に依存する。シリコンの構造は、上で参照したUS特許09884863に例として記載されているように、エピ成長およびイオン注入を使って構成することができる。イオン注入はシリコン表面の下に接合構造を形成する方法を提供する。高エネルギー>400KeVイオン注入を使って、深い構造が可能である。VCFセンサー群は通常、高エネルギーイオン注入を使っても作ることができるものよりも厚いシリコン構造を必要とするので、イオン注入と組み合わせたエピ成長は通常、フォトン光子をシリコン中の深い電子/正孔対へ変換することによって、本発明に従って光子を捕獲するために必要な深い構造を作るために用いられる。本発明の幾つかの実施形態において深い構造を作るために用いられる他の方法は、シリコンの結合である。この方法は、分子レベルで、半導体または絶縁材料の層を他のものに結合することである。たとえば、シリコンウエハ中に構造を作り、それからその最上部にシリコンの薄い層を結合することが可能である。異種の半導体を結合することも可能である。たとえば、適切な材料を用いて、III-V族半導体をシリコンに結合することが可能である。2つの材料の膨張係数の相違のために、シリコンの部分上のIII-V族材料のアイランド島は大きくはできない。しかし、本発明のVCFセンサー群の典型的な実施形態を形成するには十分大きなIII-V族材料たとえば、図7を参照して上で議論したInxGa1-xN材料のアイランドをシリコンに結合することが可能である。そうすることの重要な利点は、シリコンたとえば、シリコンは緑色光に対して顕著な吸収係数を持ち、赤色光に対してよりも緑色光に対して大きな吸収係数を持つが、III-V族材料はすべてのまたは実質的にすべての緑色および赤色入射光を伝送するよりも異なる波長バンドにおいて光を吸収するために選択することが可能である。この結果、センサー群を作製することが可能であり、III-V族材料を下地とするシリコンから形成される各々のセンサーよりもIII-V族材料から形成される各々のセンサーは異なる波長バンドにおいて光を吸収する。垂直構造へフィルターたとえば、VCFカラーフィルターを付加するために、半導体材料部分にトレンチまたは他の空洞を形成し、その後液体または他の流動体たとえば、スラリーであるフィルター材料でその空間を満たすことが可能である。これを達成する1つの方法は、半導体材料部分に空洞を形成するために横方向のシリコンの過成長を使い、それから横方向のシリコンの過成長工程中に存在する酸化膜をエッチング除去することである。フッ酸のようなエッチング液をこのエッチング工程に使用できる。空洞がシリコン下に形成されたとき、この空洞を液体光学フィルター材料でまたは、液体以外の流動体である光学フィルター材料で満たすことができる。このフィルター材料は、VCFセンサー群構造を形成するためにたとえば、熱処理またはUV処理によって、凝固される。代替的に、酸素をイオン注入しウエハとイオン注入した酸素の反応からSiO2二酸化シリコン膜を形成する反応段階によって、酸化膜領域を形成できる。前の段落で記載したプロセスは次に図13a~13fを参照してさらに詳細に記載される。図13aはp型半導体171これはシリコンであることも可能の表面に形成されたSiO2領域170、およびSiO2領域170の下にp-n接合を形成するイオン注入したn型半導体領域172を示す。イオン注入した領域172はVCFセンサー群のセンサーの1つになる。図13bはまた、領域172の右端から上方へ伸びるn型半導体材料の第1のプラグイオン注入を示す。図13bは、図13aの半導体171これはシリコンであることも可能として同じ種類の追加のp型半導体材料171を用いて、横方向のエピ成長がSiO2領域170を被った後の同じ断面を示す。横方向のエピ成長は絶縁分離した単結晶シリコンを作るために半導体工業において使われてきた。図13cに示されるように、その後n型半導体材料の近接表面イオン注入がSiO2領域170の上に形成され、n型半導体材料の第2のプラグイオン注入が、第1のプラグイオン注入から半導体171の最上面まで上方へ伸びるように形成される。この2つのプラグイオン注入は共に、バイアスおよび読み出し回路へ層172を連結するためのプラグコンタクトを形成する。図13dに示されるように、次の工程は下地のSiO2領域170を露出するトレンチを形成するために材料171を十分エッチング除去することである。その後、領域170から酸化膜このSiO2を除去するために行われ、図13eに示されるように最上層173の下に空洞を残す。最後に、図13fに示されるように空洞は液体フィルター材料174で満たされ、材料174は凝固される。代替的に、フィルター材料174は液体以外の流動体でも良い。図13a-13fを参照して記載される方法に関するバリエーションは、フィルター領域フィルター材料174で満たされた所の下に2つ以上垂直に分離したセンサーを有して、VCFセンサー群を形成するために使うことが可能である。本発明のVCFセンサー群の幾つかの実施形態において、結晶シリコン以外の半導体材料がウエハまたは他の基板上に積層される。このような半導体材料の2つの例は、アモルファスシリコンとポリシリコンである。アモルファスシリコンは、種々の化学気相成長およびスパッター技術によって積層することが可能である。アモルファスシリコンは、ソースガスとしてSiHを使ってプラズマアシスト化学気相成長によって高品質で積層することもできる。積層したアモルファスシリコンのドーピングは、ホスフィン、アルシンおよびジボランのような他の水素化物を少量付加することによって達成できる。アモルファスシリコンは、センサーとしてアモルファスシリコン内にピンダイオードを作ることによって、またはフィルターとして、またはセンサーおよびフィルターとして、VCFセンサー群に使うことができる。アモルファスシリコンは、フォトイメージングアレイで使うこともできる。アモルファスシリコンを積層する低温400°C未満は有利である。何故なら、ドーパントの拡散をわずかに増加するだけであり、幾つかのフィルターと適合するからである。同様の方法において、半導体材料がウエハまたは他の基板上に、ポリシリコンを形成することが可能である。通常、アモルファスシリコンが積層され、その後再結晶されポリシリコンを形成する。ポリシリコンはイオン注入によって、または堆積層からドープされ、pn接合を作る。トランジスターは、アモルファスシリコンかポリシリコンのどちらかに形成することも可能で、VCFセンサー群のセンサーをアドレスするのに使うこともできる。種々のフィルターおよびフィルターの組合せは、本発明のVCFセンサー群中に含むことも可能で、光子分離、色精度、およびセンサー解像度を改善する。たとえば、VCFセンサーのアレイは、イメージセンサーの作製で通常使われる種類の有機カラーフィルターと組み合わせることも可能である。青色および赤色照明に敏感なセンサー群の色応答を調節するチェッカーボードパターンでアレイのセンサー群の一部にフィルターを形成することまたはその一部に含むことが可能である。このようなフィルターパターンを用いて、各々のVCFセンサー群の半導体カラーフィルター特性と連動してフィルターが機能するという事実のおかげで、各々のフィルターの特性は非常に単純化でき、製造の変化に鈍感にできる。この得られた利点は潜在的にはもっとカラーフィルター応答を高めることである。代替的に、有機、絶縁性の、またはポリシリコンフィルターは、アレイのVCFセンサー群の一部に配置することまたは一部に含むことが可能であり、特定の色に応答するあらゆる他のセンサー群はまたその色応答を形成するために役立つカラーフィルターを持ち、その結果6つの異なる色応答を持つアレイを作る。後者の技術は、イメージセンサー面の最上部に有機フィルターまたは他の種類のフィルターを配置し、VCFセンサー群にフィルターを含むプロセスと関連する製造経費を最小化する一方で、多種の色応答を可能にする。本発明および本発明の応用を実施する最善の方法はここに記載されてきたが、ここに記載された実施形態および応用に関するたくさんのバリエーションは、ここで記載されクレームされた本発明の範囲から逸脱することなく可能であるということは当業者にとっては明白である。本発明の一部の形態は図示され記載されてきたが、本発明は、記載され図示された特定の実施形態または記載された特定の方法には限定されることはないということも理解される。さらに、請求項の言い回しの中で積極的に述べない限り、方法を記載する請求項は工程の特定の順番を何も示唆することはない。"