特許 6934277 イメージセンサ及びその製造方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6934277

(24)【登録日】2021年8月25日

(45)【発行日】2021年9月15日

(54)【発明の名称】イメージセンサ及びその製造方法

(51)【国際特許分類】

   H01L 27/146 20060101AFI20210906BHJP

【ＦＩ】

   H01L27/146 A

【請求項の数】21

【全頁数】16

(21)【出願番号】特願2019-564061(P2019-564061)

(86)(22)【出願日】2018年11月23日

(65)【公表番号】特表2021-510005(P2021-510005A)

(43)【公表日】2021年4月8日

(86)【国際出願番号】CN2018117194

(87)【国際公開番号】WO2020103131

(87)【国際公開日】20200528

【審査請求日】2019年11月19日

(73)【特許権者】

【識別番号】518295185

【氏名又は名称】シェンチェン グディックス テクノロジー カンパニー，リミテッド

(74)【代理人】

【識別番号】100199819

【弁理士】

【氏名又は名称】大行 尚哉

(74)【代理人】

【識別番号】100087859

【弁理士】

【氏名又は名称】渡辺 秀治

(72)【発明者】

【氏名】姚国峰

(72)【発明者】

【氏名】沈健

(72)【発明者】

【氏名】李運寧

【審査官】 西出 隆二

(56)【参考文献】

【文献】 米国特許出願公開第２０１１／０２５４１１５（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 特開平０８−１８１２９７（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０１Ｌ ２７／１４６

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

基板と少なくとも一つのピクセルユニットとを含むイメージセンサであって、
前記ピクセルユニットは、
前記基板内に設置され、感光面が前記基板の背面に面し、前記基板の背面から入射光を受信した場合に、電荷を生成するための光検出器と、
前記基板上に設置され、前記感光面の相対面に位置される球冠形状構造と、
前記球冠形状構造の上部に設置され、前記入射光がコンフォーマル媒介層に達した場合、媒介層反射光を生成するためのコンフォーマル媒介層と、及び
前記コンフォーマル媒介層の上部に設置され、前記入射光が反射層に達した場合、反射層反射光を生成するための反射層とを含み、
前記コンフォーマル媒介層は、三層のコンフォーマル媒介層であり、ここで、前記三層のコンフォーマル媒介層はそれぞれ、
前記球冠形状構造に位置される第１二酸化ケイ素媒介層、
前記第１二酸化ケイ素媒介層に位置される二酸化チタン媒介層、及び
前記二酸化チタン媒介層に位置される第２二酸化ケイ素媒介層であるイメージセンサ。

【請求項2】

隣接する二つのコンフォーマル媒介層の屈折率は異なることを特徴とする請求項１に記載のイメージセンサ。

【請求項3】

前記コンフォーマル媒介層は、前記入射光の光共振条件を満たす所定の厚さを有することを特徴とする請求項１に記載のイメージセンサ。

【請求項4】

前記光共振条件は、前記媒介層反射光の位相θと前記反射層反射光の位相φが以下の式を満たすことであり、

ここで、前記Ｎは、自然数であることを特徴とする請求項３に記載のイメージセンサ。

【請求項5】

前記媒介層反射光の位相θと前記反射層反射光の位相φは、具体的に、以下の式により算出され、

ここで、前記dは、前記コンフォーマル媒介層の所定の厚さであり、前記ｎ_ｄは、前記コンフォーマル媒介層の屈折率であり、前記λは、前記入射光の波長であり、前記ｎ_ｒは、前記反射層の屈折率であり、前記ｋ_ｒは、前記反射層の消衰係数であることを特徴とする請求項４に記載のイメージセンサ。

【請求項6】

前記球冠形状構造は、球冠形状シリコン構造であることを特徴とする請求項１に記載のイメージセンサ。

【請求項7】

前記基板に設置されるゲート媒介層に設置され、転送トランジスタは、前記光検出器によって生成される電荷を浮遊拡散ノードに転送されるように制御し、ゲート構造は、電荷転送を制御するスイッチである転送トランジスタのゲート構造と、
前記基板内に設置され、電荷を保存し、保存された電荷を電圧信号に変換するための前記浮遊拡散ノードとをさらに含むことを特徴とする請求項１に記載のイメージセンサ。

【請求項8】

前記基板の両側に設置され、隣接するピクセルユニット構造の干渉を遮断するための浅いトレンチ分離をさらに含むことを特徴とする請求項１に記載のイメージセンサ。

【請求項9】

前記入射光は、近赤外単色光であることを特徴とする請求項１に記載のイメージセンサ。

【請求項10】

前記球冠形状構造は、前記基板と材質が同じであることを特徴とする請求項１〜９のいずれか１項に記載のイメージセンサ。

【請求項11】

前記光検出器は、フォトダイオードであることを特徴とする請求項１〜１０のいずれか１項に記載のイメージセンサ。

【請求項12】

イメージセンサの製造方法であって、
基板を提供し、前記基板内に光検出器を形成し、前記光検出器の感光面が前記基板の背面に面し、前記光検出器が前記基板の背面から入射光を受信した場合に、電荷を生成することに用いられるステップと、
前記基板上且つ前記光検出器の感光面の相対面に、基板と材質が同じである球冠形状構造を形成するステップと、
前記球冠形状構造にコンフォーマル媒介層を形成するステップと、
前記コンフォーマル媒介層の上部に反射層を形成するステップとを含み、
前記コンフォーマル媒介層は、三層のコンフォーマル媒介層であり、ここで、前記三層のコンフォーマル媒介層はそれぞれ、
前記球冠形状構造に位置される第１二酸化ケイ素媒介層、
前記第１二酸化ケイ素媒介層に位置される二酸化チタン媒介層、及び
前記二酸化チタン媒介層に位置される第２二酸化ケイ素媒介層であるイメージセンサの製造方法。

【請求項13】

前記基板上且つ前記光検出器の感光面の相対面に、球冠形状構造を形成するステップは具体的に、
フォトレジストリフローまたはグレースケールマスク露光プロセスにより、球冠形状のフォトレジストを形成するステップと、
反応性イオンエッチングにより、前記球冠形状のフォトレジストを前記基板内に転写するステップと、
前記基板に第１層間媒介層を形成するステップと、
前記光検出器の感光面の相対面の上部領域に位置する第１層間媒介層を除去し、前記球冠形状構造を露出させるステップとを含むことを特徴とする請求項１２に記載のイメージセンサの製造方法。

【請求項14】

前記コンフォーマル媒介層の上部に反射層を形成した後、前記イメージセンサの製造方法は、
前記反射層に第２層間媒介層を堆積し、平坦化させるステップをさらに含むことを特徴とする請求項１３に記載のイメージセンサの製造方法。

【請求項15】

前記基板内に光検出器を形成した後、前記イメージセンサの製造方法は、
前記基板内に浮遊拡散ノードを形成し、前記基板上に転送トランジスタのゲート構造を形成するステップをさらに含むことを特徴とする請求項１２に記載のイメージセンサの製造方法。

【請求項16】

前記基板内に光検出器を形成する前に、
前記基板の両側に浅いトレンチ分離を形成するステップをさらに含むことを特徴とする請求項１２に記載のイメージセンサの製造方法。

【請求項17】

隣接する二つのコンフォーマル媒介層の屈折率は異なることを特徴とする請求項１２に記載のイメージセンサの製造方法。

【請求項18】

前記コンフォーマル媒介層は、所定の単色光の光共振条件を満たす所定の厚さを有することを特徴とする請求項１２に記載のイメージセンサの製造方法。

【請求項19】

前記光共振条件は、媒介層反射光の位相θと反射層反射光の位相φが以下の式を満たすことであり、

ここで、前記媒介層反射光は、前記所定の単色光に対する前記コンフォーマル媒介層の反射光であり、前記反射層反射光は、前記所定の単色光に対する前記反射層の反射光であり、前記Ｎは、自然数であることを特徴とする請求項１８に記載のイメージセンサの製造方法。

【請求項20】

前記媒介層反射光の位相θと前記反射層反射光の位相φは、具体的に、以下の式により算出され、

ここで、前記ｎ_ｄは、前記コンフォーマル媒介層の屈折率であり、前記λは、前記入射光の波長であり、前記ｎ_ｒは、前記反射層の屈折率であり、前記ｋ_ｒは、前記反射層の消衰係数であることを特徴とする請求項１９に記載のイメージセンサの製造方法。

【請求項21】

前記球冠形状構造は、球冠形状シリコン構造であることを特徴とする請求項１２に記載のイメージセンサの製造方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本願は、イメージセンサの技術分野に関し、特にイメージセンサ及びその製造方法に関する。

【背景技術】

【0002】

ＣＭＯＳイメージセンサは、携帯電話、デジタルカメラ、運転記録装置、およびセキュリティ監視などの装置で広く使用されている。その動作原理は、光電変換効果に基づいて、光がイメージセンサのピクセルアレイ（ｐｉｘｅｌ ａｒｒａｙ）を照射すると、各ピクセルユニットは、対応する位置の光強度に応じて相応的な電荷を生成し、デジタル信号に変換し、最終的にすべてのピクセルは処理した後、イメージとして出力される。構造分類によると、ＣＭＯＳイメージセンサは、前面照射型イメージセンサと背面照射型イメージセンサに分けることができ、背面照射型イメージセンサは、入射光が背面から感光領域に直接に照射されるため、背面照射型イメージセンサは、前面照射型イメージセンサより応答度が高い。

【0003】

従来技術で一般的に使用される背面照射型イメージセンサのピクセルユニットの回路図は、図１に示されたように、一つのフォトダイオード１１と四つのトランジスタ１２、１４、１６及び１８を含み、ここで、転送トランジスタ１２は、フォトダイオード１１によって生成された電荷が浮遊拡散ノードに転送されるように制御する。点線フレーム領域で示されるピクセルユニット構造１０の模式的構造は、図２を参照すると、シリコン基板１００は、一つのフォトダイオード１０１と、即ち、図１におけるフォトダイオード１１、一つの浮遊拡散ノード１０２と、即ち、図１における１３、シリコン基板１００に設置された転送トランジスタのゲート構造１０５とを含み、入射光１４０は、シリコン基板１００の背面からフォトダイオード１０１を照射して、電荷を生成する。

【0004】

発明者らは、従来技術に少なくとも以下の問題が存在することを発見した。近年、ＡＲ／ＶＲ、３Ｄ顔認識などの新しい技術が絶えず出現している。これらの技術のほとんどは、人間の目には見えない近赤外光を光源として使用しているため（例えば、９４０ｎｍ ＶＣＳＥＬを光源として使用するＡｐｐｌｅ ｉｐｈｏｎｅ Ｘドットマトリックス投影モジュール）、近赤外光で高い応答度を備えたイメージセンサに対する需要が日々増加している。可視光帯域と比較して、近赤外光は、波長が長いため、フォトダイオードでの吸収率が低く、シリコンの厚さが薄い場合、近赤外光の一部がシリコンを透過し、図２における１４１が吸収されず、通過された光である。従って、従来の背面照射型イメージセンサは、入射光の吸収率が低くく、イメージの信号品質が悪いという問題がある。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

本願の一部の実施例の目的は、入射光に対するイメージセンサの吸収率を増加し、イメージの信号品質を向上させることができるようなイメージセンサ及びその製造方法を提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本願の実施例は、基板と少なくとも一つのピクセルユニットを含み、前記ピクセルユニットは、基板内に設置され、感光面が前記基板の背面に面し、基板の背面から入射光を受信した場合に、電荷を生成するための光検出器と、前記基板上に設置され、前記感光面の相対面に位置される球冠形状構造と、球冠形状構造の上部に設置され、入射光がコンフォーマル媒介層に達した場合、媒介層反射光を生成するためのコンフォーマル媒介層と、及びコンフォーマル媒介層の上部に設置され、入射光が反射層に達した場合、反射層反射光を生成するための反射層とを含むイメージセンサを提供する。

【0007】

本願の実施例は、基板内に光検出器を形成し、光検出器の感光面が背面に面する基板を提供するステップと、前記基板上且つ光検出器の感光面の相対面に、球冠形状構造を形成するステップと、球冠形状構造にコンフォーマル媒介層を形成するステップと、コンフォーマル媒介層の上部に反射層を形成するステップとを含むイメージセンサの製造方法をさらに提供する。

【0008】

従来技術と比較して、本願の実施例は、イメージセンサのピクセルユニットは、光検出器の感光面の相対面に球冠形状構造が設置され、及び球冠形状構造の上部にコンフォーマル媒介層が設置され、入射光がコンフォーマル媒介層に達した場合、媒介層反射光を生成することに用いられる。球冠形状構造とコンフォーマル媒介層は、入射光が任意の角度で入射される場合、光検出器に入ってから、基板を通過して、コンフォーマル媒介層に到達するまでの光路が同じで、入射光がコンフォーマル媒介層に到達する場合に生成された媒介層反射光は、基板を通過した入射光を再び光検出器内に戻る機会を与えることにより、異なる入射角度での入射光の吸収を増加することができる。コンフォーマル媒介層を通過した入射光については、コンフォーマル媒介層上部に設置された反射層を利用して反射層反射光を生成して、反射層に到達した入射光を再び光検出器内に戻る機会を与えることにより、光検出器が異なる入射角度で入射された入射光を十分に利用できるようにし、それにより入射光の吸収率を増加し、イメージの信号品質を向上させる。

【0009】

例えば、コンフォーマル媒介層は、具体的に、多層コンフォーマル媒介層であり、ここで、隣接する二つのコンフォーマル媒介層の屈折率は異なる。言い換えれば、コンフォーマル媒介層は、異なる屈折率を有する媒介材料が交互に積層された構造を使用することができ、光の吸収率をさらに増加するのに有利である。

【0010】

一部の実施例において、多層コンフォーマル媒介層は、具体的に、三層のコンフォーマル媒介層であり、ここで、三層のコンフォーマル媒介層はそれぞれ、球冠形状構造に位置される第１二酸化ケイ素媒介層、第１二酸化ケイ素媒介層に位置される二酸化チタン媒介層、及び二酸化チタン媒介層に位置される第２二酸化ケイ素媒介層である。

【0011】

一部の実施例において、コンフォーマル媒介層は、入射光の光共振条件を満たす所定の厚さを有する。コンフォーマル媒介層の厚さが入射光の光共振条件を満たすように制御することにより、異なる角度で入射される入射光が同一の構造ですべて光学共鳴を実現するようにし、入射光を最大限に利用することに有利である。

【0012】

一部の実施例において、媒介層反射光の位相θと反射層反射光の位相φは、具体的に以下の式により算出され、

ここで、ｄは、コンフォーマル媒介層の所定の厚さであり、ｎ_ｄは、コンフォーマル媒介層の屈折率であり、λは、入射光の波長であり、ｎ_ｒは、反射層の屈折率であり、ｋ_ｒは、反射層の消衰係数であり、θとφの計算式を提供して、θとφの間の関係によってコンフォーマル媒介層の所定の厚さを正確に獲得することに有利である。

【0013】

一部の実施例において、球冠形状構造は、具体的に、球冠形状シリコン構造であり、球冠形状構造の材料タイプを提供する。

【0014】

一部の実施例において、入射光は、具体的に、近赤外単色光であり、光源として人間の目に見えない近赤外単色光を使用するシナリオでは、近赤外単色光の吸収率を最適化し、近赤外線帯域でのイメージセンサの応答度を向上することに有利である。

【図面の簡単な説明】

【0015】

一つまたは複数の実施例は、対応する添付図面の図面によって例示されるが、これらの例示的な説明は、実施例に対する制限を構成せず、同じ参照番号を有する添付図面中の要素は、類似の要素として示され、特に明記しない限り、添付図面中の図面は、スケールの制限を構成するものではない。

【図1】図１は、本願の背景技術による背面照射型イメージセンサのピクセルユニットの回路図である。

【図2】図２は、本願の背景技術による背面照射型イメージセンサのピクセルユニットの構造模式図である。

【図3】図３は、本願の第１実施例におけるイメージセンサによって使用されるシリコン層−単一層コンフォーマル媒介層−反射層の模式図である。

【図4】図４は、本願の第１実施例におけるイメージセンサのピクセルユニット構造の模式図である。

【図5】図５は、本願の第２実施例における波長が９４０ｎｍである入射光に対する光検出器の吸収率が二酸化ケイ素媒介層の厚さによって変化するグラフである。

【図6】図６は、本願の第３実施例におけるイメージセンサのピクセルユニット構造の模式図である。

【図7】図７は、本願の第３実施例における光検出器の光吸収率が入射光の波長によって変化するグラフである。

【図8】図８は、本願の第４実施例におけるイメージセンサの製造方法のフローチャートである。

【図9a】図９ａは、本願の第４実施例におけるプロセスフローの構造模式図である。

【図9b】図９ｂは、本願の第４実施例におけるプロセスフローの構造模式図である。

【図9c】図９ｃは、本願の第４実施例におけるプロセスフローの構造模式図である。

【図9d】図９ｄは、本願の第４実施例におけるプロセスフローの構造模式図である。

【図9e】図９ｅは、本願の第４実施例におけるプロセスフローの構造模式図である。

【図9f】図９ｆは、本願の第４実施例におけるプロセスフローの構造模式図である。

【図10】図１０は、本願の第５実施例におけるイメージセンサの製造方法のフローチャートである。

【発明を実施するための形態】

【0016】

本願の目的、技術考案および利点をより明確にするために、本願のいくつかの実施例を、添付の図面および実施例を結び付けてさらに詳細に説明する。本明細書に記載される具体的な実施例は、単に本願を解釈するものであり、限定することを意図するものではないことが理解される。以下の様々な実施例の分割は、説明の便宜上提供されており、本発明の具体的な実施形態に任意の限定を構成されず、それぞれの実施例は矛盾なく互いに組み合わせることができる。

【0017】

本願の第１実施例は、基板と少なくとも一つのピクセルユニットを含み、基板内に設置され、感光面が基板の背面に面し、基板の背面から入射光を受信した場合に、電荷を生成するための光検出器と、前記基板上且つ前記感光面の相対面に位置される、基板と材質が同じである球冠形状構造と、球冠形状構造の上部に設置され、入射光がコンフォーマル媒介層に達した場合、媒介層反射光を生成するためのコンフォーマル媒介層と、及びコンフォーマル媒介層の上部に設置され、入射光が反射層に達した場合、反射層反射光を生成するための反射層とを含むことにより入射光の吸収率を増加させ、イメージの信号品質を向上させることができるイメージセンサに関する。以下、本実施形態のイメージセンサのピクセルユニット構造の実装詳細について具体的に説明するが、以下の内容は単に理解の便利のために提供された実装詳細であり、本発明を実装するために必要なものではない。

【0018】

本実施例におけるイメージセンサのコンフォーマル媒介層は、単一層コンフォーマル媒介層を例とするが、実際の応用ではそれに限定されない。本実施例の理解を容易にするために、まず図３に従って具体的に説明し、図３は入射光が球冠形状構造３００、単一層コンフォーマル媒介層３２０と反射層３３０の間で生成される異なる反射光を便利に説明するための図であり、球冠形状構造３００、単一層コンフォーマル媒介層３２０と反射層３３０の形状構造を具現しないことに留意されたい。ここで、本実施例における球冠形状構造は、シリコン層を例とし、単一層コンフォーマル媒介層は、二酸化ケイ素媒介層、二酸化チタン媒介層などであることができ、反射層は、通常アルミニウム、銀などの金属である。

【0019】

具体的に、図３に示したように、一束の垂直的に入射した単一波長の入射光３４０が空気３５０とシリコン層のインターフェース３０１に達した場合、反射光３４１を生成し、入射光がシリコン層と単一層コンフォーマル媒介層３２０のインターフェース３１０に達した場合、反射光３４２を生成し、入射光が単一層コンフォーマル媒介層３２０と反射層３３０のインターフェース３２５に達した場合、反射光３４３を生成する。

【0020】

さらに、本実施例におけるイメージセンサは、基板４００と図４に示したようなピクセルユニット構造を含み、前記ピクセルユニット構造は、光検出器４０１、浮遊拡散ノード４０２、浅いトレンチ分離４０３、ゲート媒介層４０４、転送トランジスタのゲート構造４０５、球冠形状構造４０６、層間媒介層４１０、単一層コンフォーマル媒介層４２０及び反射層４３０を含む。

【0021】

具体的に、基板４００は、シリコン基板であることができ、シリコン基板は、正面と背面を有し、図４における上向き矢印の方向は背面であり、下向き矢印の方向は正面である。

【0022】

具体的に、光検出器４０１は、基板４００内に設置され、光検出器４０１の感光面が基板４００の背面に面し、基板４００の背面から入射光を受信した場合に、電荷を生成し、入射光は任意の角度で入射されることができ、例えば、図４における垂直的に入射される入射光４４０と非垂直的に入射される入射光４５０であることができ、ここで、本実施例における光検出器４０１は、フォトダイオーであることができる。

【0023】

さらに、ＡＲ／ＶＲ、３Ｄ顔認識などの新しい技術が絶えず出現し、これらの技術のほとんどは、人間の目には見えない近赤外光を光源として使用しているため、近赤外光で高い応答度を備えたイメージセンサに対する需要が日々増加している。可視光帯域と比較して、近赤外光は、波長が長いため、光検出器での吸収率が低く、シリコンの厚さが薄い場合、近赤外光の一部がシリコンを透過し、光の利用に不利である。本実施例におけるイメージセンサのピクセルユニット構造は、シリコン層を通過した、異なる角度で入射した入射光を再び光検出器内に戻る機会を与えることにより、光の吸収を増加することができる。言い換えれば、入射光が７８０〜１１００ｎｍの波長の近赤外単色光である場合、単色性の良いレーザーを近赤外光光源として使用するアプリケーションシナリオにおいて、近赤外帯域でのイメージセンサの応答度の向上に役立つ。

【0024】

具体的に、浮遊拡散ノード４０２は、基板４００内に設置されて、受信された電荷を保存し、保存された電荷を電圧信号に変換する。

【0025】

具体的に、浅いトレンチ分離４０３は、基板４００の両側に設置され、隣接するピクセルユニット構造の干渉を遮断する。

【0026】

具体的に、転送トランジスタのゲート構造４０５は、ゲート媒介層４０４に設置され、ゲート媒介層４０４は、基板４００に設置され、転送トランジスタは、光検出器４０１によって生成される電荷を浮遊拡散ノード４０２に転送されるように制御することに用いられ、ゲート構造４０５は、電荷の転送を制御するスイッチとして、電荷転送の開始または電荷転送の終了を制御することができる。ここで、図１における転送トランジスタ１２のゲート構造は、図４における転送トランジスタのゲート構造４０５である。

【0027】

具体的に、球冠形状構造４０６は、曲率半径がＲである球冠形状構造であることができ、球冠形状構造４０６と基板４００とに使用される材質は同じであり、例えば、使用される材質は、一般的な半導体材料であることができ、好ましくは、本実施例の基板は、シリコン基板であり、球冠形状構造は、球冠形状シリコン構造であるが、実際の応用ではそれに限定されない。球冠形状シリコン構造は、前記基板４００に設置され、且つ光検出器４０１の感光面の相対面に位置される。

【0028】

具体的に、単一層コンフォーマル媒介層４２０は、球冠形状構造４０６の上部に設置され、入射光が単一層コンフォーマル媒介層４２０に達した場合、媒介層反射光を生成し、単一層コンフォーマル媒介層４２０は、所定の厚さを有することができる。

【0029】

具体的に、反射層４３０は、単一層コンフォーマル媒介層４２０の上部に設置され、入射光が反射層４３０に達した場合、反射層反射光を生成することに用いられる。

【0030】

上述したピクセルユニット構造から、垂直的に入射する入射光４４０または非垂直的に入射する入射光４５０に関わらず、反射層４３０に到達する光路は同じであることが分かる。

【0031】

従来技術と比較して、本実施例は、光検出器の感光面の相対面の上部領域に一つの特定曲率半径の球冠形状シリコン構造を形成し、そして、当該球冠形状シリコン構造の上部に特定の厚さの単一層コンフォーマル媒介層と反射層を形成し、本実施例におけるピクセルユニット構造によって、シリコン層を通過した入射光を再び光検出器内に戻る機会を与えることにより、光の吸収を増加することができる。さらに、異なる角度で入射した入射光が同じ光路を有することを保証することもでき、それにより光検出器における異なる角度で入射した入射光の吸収率を最適化する。

【0032】

本願の第２実施例は、イメージセンサに関し、本実施例において、コンフォーマル媒介層は、所定の厚さを有し、所定の厚さは、光共振条件を満たし、光学共鳴効果を利用して反射率を最大化し、入射光に対する吸収率をさらに増加させる。

【0033】

具体的に、光共振条件は、図３における反射光３４２と反射光３４３の位相差がゼロまたは２πの整数倍であり、即ち、定在波を形成することができる。上記の位相差は、二つの部分から由来する。一つは、式（１）に示したように、単一層コンフォーマル媒介層３２０の厚さｄに起因する位相変化θであり、

もう一つは、式（２）に示したように、反射層３３０のインターフェース３２５において、反射層３３０の光吸収に起因する位相変化φであり、

ここで、ｎ_ｄは、単一層コンフォーマル媒介層３２０の屈折率であり、ｎ_ｒとｋ_ｒはそれぞれ、反射層３３０の屈折率と消衰係数であり、λは、入射光の波長である。定在波を形成する条件、即ち、反射光３４２と反射光３４３の位相差は、以下の式（３）を満たし、ここで、Ｎは、自然数である。

【0034】

さらに、上記の式（１）〜（３）から、異なる角度で入射した入射光について、単一層コンフォーマル媒介層３２０の厚さｄが特定の条件を満たせば、光の共振を満たすことができ、それにより光の吸収率を大幅に高めることが分かる。

【0035】

一つの例において、図４に示したように、単一層コンフォーマル媒介層４２０は、具体的にコンフォーマルの二酸化ケイ素媒介層であることができ、厚さは、ｄ_ＳｉＯ２であり、球冠形状構造４０６の曲率半径は、Ｒ＝２２１５ナノメートルであり、入射光の波長は、９４０ナノメートルであり、シリコンにおける当該入射光の吸収率が二酸化ケイ素媒介層の厚さに従って変化するグラフは、図５に示されたようである。式（３）から、ｄ_ＳｉＯ２＝１４４．９ナノメートル、４６８．８ナノメートルまたは７９２．６ナノメートルである場合、光共振条件をすべて満たすことができ、この時、吸収率に対応する最大値が３８．５％であることを算出することができる。また、図５から、二酸化ケイ素媒介層がない場合、吸収率はわずか５％であり、即ち、本実施例で設置された単一層コンフォーマル媒介層４２０は、入射光に対する吸収率の向上に有利であることが分かる。本実施例における単一層コンフォーマル媒介層は、単にコンフォーマルの二酸化ケイ素媒介層を例としたが、実際の応用ではそれに限定されないことに留意されたい。本明細書で使用される「コンフォーマル」とは、特定の構造と同じ形状を維持することを指し、例えば、コンフォーマル媒介層は、球冠形状シリコン構造と同じ形状の維持することに留意されたい。

【0036】

従来技術と比較して、本実施例において、コンフォーマル媒介層は、所定の厚さを有し、所定の厚さは、入射光の光共振条件をを満たすことにより、異なる角度で入射した入射光が球冠形状シリコン構造、コンフォーマル媒介層および反射層を経過した後、すべて光学共鳴を形成するようにし、入射光に対する吸収率を最適化し、入射光を最大限に利用することに有利である。本実施例におけるピクセルユニット構造は、同一の構造で異なる角度で入射した入射光がすべて光学共鳴の条件を満たすようにすることができる。同時に、提供されたθとφの計算式によれば、θとφの間の関係により、コンフォーマル媒介層の所定の厚さを正確に獲得することに有利である。

【0037】

本願の第３実施例は、イメージセンサに関し、本実施例は、第２実施例と概ね同じであり、異なる部分は、第２実施例において、コンフォーマル媒介層は、具体的に単一層コンフォーマル媒介層であるが、本実施例において、コンフォーマル媒介層は、具体的に多層コンフォーマル媒介層であり、コンフォーマル媒介層の実装形態を提供するということにある。

【0038】

本実施例におけるイメージセンサのピクセルユニット構造の多層コンフォーマル媒介層において、隣接する二つのコンフォーマル媒介層の屈折率は異なる。言い換えれば、コンフォーマル媒介層は、異なる屈折率の媒介材料が交互に積層された構造を使用することができ、以下では三層のコンフォーマル媒介層を例として説明するが、実際の応用では三層に限定されず、三層のコンフォーマル媒介層を有するイメージセンサのピクセルユニット構造は、図６に示された通りであることができる。

【0039】

具体的に、三層のコンフォーマル媒介層はそれぞれ、球冠形状構造に位置される第１二酸化ケイ素媒介層６２０、第１二酸化ケイ素媒介層６２０に位置される二酸化チタン媒介層６２１、及び二酸化チタン媒介層６２１に位置される第２二酸化ケイ素媒介層６２２であることができる。ここで、二酸化ケイ素の屈折率は、１．４５であり、低屈折率材料であり、二酸化チタンの屈折率は、２．２５であり、高屈折率材料であり、このような高屈折率と低屈折率材料が交互に積層された構造は、光の吸収率をさらに向上させることに有利である。本実施例において、異なる媒介材料は、単に二酸化ケイ素と二酸化チタンを例としたが、実際の応用ではそれに限定されないことに留意されたい。

【0040】

さらに、各層媒介材料の厚さは、特定の波長の単色光の光共振条件を満たす。光の共振条件から、第１二酸化ケイ素媒介層６２０の厚さが４８５．８ナノメートルであり、二酸化チタン層媒介層の厚さが１０４．５ナノメートルであり、第２二酸化ケイ素媒介層の厚さが１４４．９ナノメートルである場合、９４０ナノメートルの波長の単色光の光共振条件を満たすことができることを算出することができる。図７の光検出器の光吸収率が入射光の波長によって変化するグラフに示されたように、この時、光の吸収率が最大値に達し、４０．５％である。

【0041】

従来技術と比較して、本実施例において、コンフォーマル媒介層は具体的に、多層コンフォーマル媒介層であり、ここで、隣接する二つのコンフォーマル媒介層の屈折率は異なる。言い換えれば、コンフォーマル媒介層は、異なる屈折率を有する媒介材料が交互に積層された構造を使用することができ、光の吸収率をさらに増加することに有利である。

【0042】

本願の第４実施例は、基板内に光検出器を形成し、光検出器の感光面が前記基板の背面に面する基板を提供するステップと、基板上且つ光検出器の感光面の相対面に球冠形状構造を形成するステップと、ここで、球冠形状構造は、基板と材質が同じであり、球冠形状構造にコンフォーマル媒介層を形成するステップと、コンフォーマル媒介層の上部に反射層を形成するステップとを含むことにより、第１実施例におけるイメージセンサのピクセルユニット構造を製造することができるイメージセンサのピクセルユニット構造の製造方法に関する。以下、本実施形態のイメージセンサのピクセルユニット構造の製造方法の実装詳細について具体的に説明するが、以下の内容は単に理解の便利のために提供された実装詳細であり、解決策を実装するために必要なものではない。

【0043】

本実施例におけるイメージセンサの製造方法において、製造されるピクセルユニット構造のコンフォーマル媒介層は、単一層コンフォーマル媒介層であり、即ち、第１実施例または第２実施例におけるイメージセンサのピクセルユニット構造を製造する。製造方法の具体的なフローチャートは、図８に示された通りであり、具体的に以下のステップを含む。

【0044】

ステップ８０１において、浅いトレンチ絶縁を形成する基板を提供する。

【0045】

具体的に、図９ａを参照すると、基板９００の両側に浅いトレンチ絶縁９０１を形成して、隣接するピクセルの干渉を遮断する。

【0046】

ステップ８０２において、基板上且つ光検出器の感光面の相対面に球冠形状構造を形成する。

【0047】

具体的に、球冠形状シリコン構造は、一種の球冠形状構造であり、球冠形状構造は、基板と材質が同じであり、本実施例における基板は、シリコン基板を例とし、球冠形状構造は、球冠形状シリコン構造を例としたが、実際の応用ではそれに限定されない。具体的に、フォトレジストリフローまたはグレースケールマスク露光プロセスにより、まず球冠形状のフォトレジストを形成し、反応性イオンエッチングにより球冠形状フォトレジストの形態を基板９００に転写し、図９ｂを参照すると、ここで、光検出器９０３領域の上部に球冠形状シリコン構造９０４が形成される。本実施例における光検出器９０３は、フォトダイオードであることができ、フォトダイオードを基板９００内に設置する。

【0048】

ステップ８０３において、基板にイオンドープ領域、ゲート電極、第１層間媒介層などの構造を形成する。

【0049】

具体的に、図９ｃを参照すると、基板内に形成されるイオンドープ領域は、光検出器９０３、浮遊拡散ノード９０６などを含むことができ、ゲート媒介層９０７、ゲート構造９０８及び第１層間媒介層９１０などの構造をさらに形成することができる。

【0050】

ステップ８０４において、光検出器の感光面の相対面上の第１層間媒介層を除去し、球冠形状シリコン構造を露出させる。

【0051】

具体的に、図９ｄを参照すると、光検出器９０３領域の上部の第１層間媒介層９１０を除去し、球冠形状シリコン構造９０４を露出させる。

【0052】

ステップ８０５において、球冠形状シリコン構造にコンフォーマル媒介層を形成し、コンフォーマル媒介層の上部に反射層を形成する。

【0053】

具体的に、図９ｅを参照すると、球冠形状シリコン構造９０４に一層の特定の厚さのコンフォーマル媒介層９２０及び反射層９３０を形成し、そして第２層間媒介層９４０を堆積し、平坦化させる。好ましくは、コンフォーマル媒介層９２０は、所定の厚さを有することができ、所定の厚さは、光共振条件を満たすことができ、光共振条件の内容は、第２実施例で詳細に説明され、第２実施例中の説明を参照することができ、繰り返しを避けるため、本実施例はここで繰り返さない。

【0054】

第２層間媒介層９４０を堆積し、平坦化させた後、標準イメージセンサのプロセスフローに従って、残りのプロセスを完了することができることに留意されたい。図９ｆを参照すると、導電性ビア９１１、金属相互接続線９１２及び金属間媒介層９１５の製造、キャリアウエハ９５０の結合、基板９００の背面を薄くし、抗反射層９６０およびマイクロレンズ９７０の製造を含む。これらはイメージセンサの標準プロセスであるため、ここでは繰り返さない。

【0055】

本願の第５実施例は、イメージセンサの製造方法に関し、本実施例は、第４実施例と概ね同じであり、異なる部分は、第４実施例において、製造されるイメージセンサのピクセルユニット構造におけるコンフォーマル媒介層は単一層であるが、本実施例において製造されるイメージセンサのピクセルユニット構造におけるコンフォーマル媒介層は多層であり、即ち、本実施例は、第３実施例におけるイメージセンサのピクセルユニット構造の製造方法を提供するということにある。

【0056】

本実施例におけるイメージセンサの製造方法の具体的なフローチャートは、図１０に示された通りであり、具体的に以下のステップを含む。

【0057】

ステップ１００１において、浅いトレンチ絶縁を形成する基板を提供する。

【0058】

ステップ１００２において、基板上且つ光検出器の感光面の相対面に球冠形状構造を形成する。

【0059】

ステップ１００３において、基板にイオンドープ領域、ゲート電極、第１層間媒介層などの構造を形成する。

【0060】

ステップ１００４において、光検出器の感光面の相対面上の第１層間媒介層を除去し、球冠形状シリコン構造を露出させる。

【0061】

ステップ１００１乃至ステップ１００４は、第４実施例におけるステップ８０１乃至ステップ８０４と概ね同じであり、繰り返しを避けるために、ここでは繰り返さない。

【0062】

ステップ１００５において、球冠形状シリコン構造に二層または二層以上の特定の厚さのコンフォーマル媒介層を形成し、コンフォーマル媒介層の上部に反射層を形成する。

【0063】

具体的に、二層または二層以上のコンフォーマル媒介層は、高屈折率と低屈折率材料が交互に積層された構造である。以下では、三層のコンフォーマル媒介層を例として説明し、まず、光の共振条件に従って、三つの異なる媒介材料のコンフォーマル媒介層の厚さをそれぞれ算出することができる。三層の特定の厚さを有する三層のコンフォーマル媒介層を形成する場合、まず、球冠形状シリコン構造に第１二酸化ケイ素媒介層を形成し、次に第１二酸化ケイ素媒介層に二酸化チタン媒介層を形成し、そして二酸化チタン媒介層に第２二酸化ケイ素媒介層を形成して、最終的に三層のコンフォーマル媒介層の積層構造を形成することができる。最後に、第２二酸化ケイ素媒介層に反射層を形成する。本実施例において、異なる媒介材料は単に二酸化ケイ素と二酸化チタンを例として説明したが、実際の応用ではそれに限定されないことに留意されたい。

【0064】

ステップ１００５の後、第４実施例におけるステップ８０５の後のステップを参照し、標準的なイメージセンサのプロセスフローに従って残りのプロセスを完了することができることに留意されたい。繰り返しを避けるために、ここでは繰り返さない。

【0065】

上記の方法では、単一のピクセル構造を説明対象としたが、図９ａ−９ｆに示された対応する基板９００の境界は、基板の真の境界ではないことを理解されたい。

【0066】

上記の様々なステップの分割は、単に説明を明確にするためであり、同じ論理的関係が特許に含まれている限り、実装時、一つのステップに結合されるか、特定のステップに分割されて複数のステップに分解されることができる。アルゴリズムまたはプロセスのコアデザインを変更せずに、アルゴリズムまたはプロセスに重要でない修正を追加するか、重要でないデザインを導入することは、当該特許の範囲内である。

【0067】

上記の各実施例は、本願を実施するための具体的な実施例であり、実際の応用では、本願の精神と範囲から逸脱することなく、形態および詳細に様々な変更を加えることができることを当業者は理解する。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9a】

【図9b】

【図9c】

【図9d】

【図9e】

【図9f】

【図10】