光を反射するための画素配線を有するイメージセンサ
【課題】複数のフォトダイオードアレイの画素同士を分離するイメージセンサを提供する。
【解決手段】複数のフォトダイオード画素のうちの少なくとも１つのフォトダイオード画素は、光が、隣接するフォトダイオード画素の上に伝播することを回避する反射素子を含む。反射素子は、イメージセンサの配線に近接するフローティングコンタクトであってよい。反射素子は、反射素子の反射面を最大化するアスペクト比を有していてよい。
【解決手段】複数のフォトダイオード画素のうちの少なくとも１つのフォトダイオード画素は、光が、隣接するフォトダイオード画素の上に伝播することを回避する反射素子を含む。反射素子は、イメージセンサの配線に近接するフローティングコンタクトであってよい。反射素子は、反射素子の反射面を最大化するアスペクト比を有していてよい。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
ここに開示する主題は、該して、半導体イメージセンサの分野に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
デジタルカメラおよびデジタルビデオカメラといった写真機材は、電子イメージセンサを含み、電子イメージセンサはそれぞれ、静止画像に処理するため、または、ビデオ画像に処理するための光を捕獲する。これらの電子イメージセンサは、典型的には、何百万もの光捕獲素子、例えばフォトダイオードを含む。フォトダイオードは、二次元の画素アレイに配置されている。
【０００３】
図１は、フォトダイオードアレイにおける隣接し合う画素を示す拡大斜視図である。各画素は、光吸収領域１または光吸収領域２をそれぞれ有し、各光吸収領域は、入射光線３を吸収して、電子正孔対を生成する。
【０００４】
フォトダイオードアレイの表面には、フォトダイオードアレイの個々の画素に電気信号を引き回すための配線４が形成されている。配線４は離間されており、光が光吸収領域１、２の中へ伝播することが可能な窓を形成している。フォトダイオードアレイの中心では、光は、光吸収領域上にほぼ垂直方向に衝突する。フォトダイオードアレイの外側のコーナー領域では、図１に示すように、光は傾斜方向に伝播し、その結果、第１の光吸収領域１の窓を通って伝播する光の一部が第２の光吸収領域２に衝突する。このため、光吸収領域２の画素は、誤って第１の光吸収領域から光を感知してしまい、結果的に映像の質を低下させてしまう。
【０００５】
隣接する画素から誤って光が吸収されることを阻止するために、フォトダイオードアレイの画素同士を分離することが望まれている。
【発明の概要】
【０００６】
アレイ状のフォトダイオード画素を有するイメージセンサ。少なくとも１つのフォトダイオード画素は、引き回し配線に近接すると共にフォトダイオードの光吸収領域上に光を反射する反射素子を備えている。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】図１は、従来技術のイメージセンサを示す図である。
【０００８】
【図２】図２は、イメージセンサを概略的に示す図である。
【０００９】
【図３】図３は、１つのフォトダイオード画素を示す図である。
【００１０】
【図４】図４は、１つの引き回し配線が取り除かれた、図３に相似した図である。
【００１１】
【図５】図５は、懸架配線から反射された光を示す、図４に相似した図である。
【００１２】
【図６】図６は、フォトダイオード画素の他の一実施形態を示す図である。
【００１３】
【図７】図７は、フォトダイオード画素の他の一実施形態を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
複数のフォトダイオード画素を有するイメージセンサを開示する。上記複数のフォトダイオード画素のうちの少なくとも１つのフォトダイオード画素は、光が、隣接するフォトダイオード画素上に伝播することを回避する反射素子を含む。反射素子は、イメージセンサの引き回し配線に近接するフローティングコンタクトであってよい。反射素子は、反射素子の反射面を最大化するアスペクト比を有していることが可能である。
【００１５】
参照番号を用いて図面をより具体的に参照する。図２は、イメージセンサ１０を示す図である。イメージセンサ１０は、複数の個々のフォトダイオード１４を含むフォトダイオード画素アレイ１２を有する。フォトダイオード１４は、典型的には、ロウおよびカラムから成る二次元のアレイに配置されている。フォトダイオード画素アレイ１２は、中心領域１６およびコーナー領域１８を有する。
【００１６】
フォトダイオードアレイ１２は、典型的には、複数の引き回し配線２２によって光読取回路２０に接続されている。フォトダイオードアレイ１２は、引き回し配線２６によって、ロウデコーダ２４に接続されている。ロウデコーダ２４は、フォトダイオードアレイ１２の個々のロウを選択することが可能である。その後、光読取回路２０が、選択されたロウ内の特定の個別のカラムを読み取ることが可能である。ロウデコーダ２４および光読取回路２０を共に用いて、フォトダイオードアレイ１２内の個々のフォトダイオード１４の読み取りを行うことが可能である。フォトダイオード１４から読み取られたデータは、プロセッサ（図示しない）等の他の回路によって処理されて、画像表示を生成する。
【００１７】
Ｔａｙに付与された米国特許第６，７９５，１１７号に開示された対応するイメージセンサおよびイメージセンサシステムと同一に、または類似して、イメージセンサ１０および他の回路を構成、構造化、および、動作させてもよい。米国特許第６，７９５，１１７号を本願に引用して援用する。
【００１８】
図３、４は、フォトダイオード画素５０を示す図である。フォトダイオード画素５０は、フォトダイオードの光吸収領域５２を含む。一例として、光吸収領域５２は、低濃度にドープされたｎ型の材料であってよい。引き回し配線５４、５６が、イメージセンサの上を一面に亘って延びている。これらの引き回し配線の一部は、図２に示したロウデコーダに接続されており、これらの引き回し配線の他の一部は、図２に示した光読取回路に接続されている。
【００１９】
１つまたは複数の引き回し配線５４に、反射素子５８が近接している。反射素子５８は、ビア６０および懸架配線６２を含んでいてもよい。反射素子５８は、引き回し配線５６と基板６４との間に配置されていることが可能である。各ビア６０は、幅方向の表面６６および厚さ方向の表面６８を有していてよい。
【００２０】
反射素子５８は、入射光線７０を光吸収領域５２の上に反射させるために、金属といった反射性材料から構成されている。一例として、金属は、銅、アルミニウムであってもよいし、または、半導体回路の製造に用いられる他の任意の金属であってもよい。
【００２１】
上記画素アレイの外側領域では、光は、イメージセンサの上面に対して法線の角度で伝播する。反射素子５８は、光が、隣接するフォトダイオード画素上に衝突することを回避する。反射素子５８はまた、光を、光吸収領域５２に反射させて、光吸収領域５２に衝突する光の量を最大にする。上記ビアは、反射面６６の面積を最大化する、幅方向の表面６６と厚さ方向の表面６８とのアスペクト比を有している。一例として、この幅厚比は、１よりも大きく、例えば１．５である。これが、幅厚比が１対１でなければならない従来技術のビアと区別されるものである。同様に、一例として、懸架配線６２は、懸架配線６２の厚さの１倍よりも大きな幅を有する幅方向の表面７２を有することが可能である。１よりも大きなアスペクト比について図示すると共に説明するが、本発明は、ビア６０および／または懸架配線６２に関して、１以下のアスペクト比を用いてもよいことは明らかであろう。
【００２２】
図５に示すように、深く浸透する光は、懸架配線６２によって反射され得る。
【００２３】
図６は、懸架配線７４およびフローティングコンタクト７６を有する、他の一実施形態を示す図である。この懸架されたフローティングコンタクト７６は、誘電体バリア７８に近接して形成されている。一例として、誘電体バリア７４は、厚い酸化物の層であってよい。誘電体バリア７４は、懸架配線６２をイメージセンサの基板から電気的に絶縁しているため、この反射素子はフローティングコンタクトとなる。
【００２４】
図７は、さらに他の一実施形態を示す図である。ここで、ビア６０および懸架配線６２は、２つの導体８０、８２間に配置されている。懸架配線６２は、誘電体層８４によって導体８２から絶縁されているので、導体８０、８２間の電気的短絡は回避される。
【００２５】
上記フォトダイオードは、公知のＣＭＯＳ製造技術を用いて構成することが可能である。必要に応じて、光吸収領域５２および誘電体バリア７４を基板上に形成してもよい。光吸収領域５２の上方に、引き回し配線５４および懸架配線６２を製造する。懸架配線６２の上に、ビア６０を形成する。その後、引き回し配線５６を製造する。図６に示した実施形態の場合、引き回し配線５４をビア６０と一緒に製造することが可能である。形成の順番は、イメージセンサを作成するために用いられるプロセスに応じて変化し得る。
【００２６】
特定の典型的な実施形態について記載すると共に、添付の図面に図示してきたが、当業者は様々な他の変形を行うことが可能であるため、このような実施形態は、単に説明のためであって本発明の範囲を制限するものでないこと、および、本発明は、図示すると共に説明した特定の構造および構成に制限されるものでないことは明らかであろう。
【技術分野】
【０００１】
ここに開示する主題は、該して、半導体イメージセンサの分野に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
デジタルカメラおよびデジタルビデオカメラといった写真機材は、電子イメージセンサを含み、電子イメージセンサはそれぞれ、静止画像に処理するため、または、ビデオ画像に処理するための光を捕獲する。これらの電子イメージセンサは、典型的には、何百万もの光捕獲素子、例えばフォトダイオードを含む。フォトダイオードは、二次元の画素アレイに配置されている。
【０００３】
図１は、フォトダイオードアレイにおける隣接し合う画素を示す拡大斜視図である。各画素は、光吸収領域１または光吸収領域２をそれぞれ有し、各光吸収領域は、入射光線３を吸収して、電子正孔対を生成する。
【０００４】
フォトダイオードアレイの表面には、フォトダイオードアレイの個々の画素に電気信号を引き回すための配線４が形成されている。配線４は離間されており、光が光吸収領域１、２の中へ伝播することが可能な窓を形成している。フォトダイオードアレイの中心では、光は、光吸収領域上にほぼ垂直方向に衝突する。フォトダイオードアレイの外側のコーナー領域では、図１に示すように、光は傾斜方向に伝播し、その結果、第１の光吸収領域１の窓を通って伝播する光の一部が第２の光吸収領域２に衝突する。このため、光吸収領域２の画素は、誤って第１の光吸収領域から光を感知してしまい、結果的に映像の質を低下させてしまう。
【０００５】
隣接する画素から誤って光が吸収されることを阻止するために、フォトダイオードアレイの画素同士を分離することが望まれている。
【発明の概要】
【０００６】
アレイ状のフォトダイオード画素を有するイメージセンサ。少なくとも１つのフォトダイオード画素は、引き回し配線に近接すると共にフォトダイオードの光吸収領域上に光を反射する反射素子を備えている。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】図１は、従来技術のイメージセンサを示す図である。
【０００８】
【図２】図２は、イメージセンサを概略的に示す図である。
【０００９】
【図３】図３は、１つのフォトダイオード画素を示す図である。
【００１０】
【図４】図４は、１つの引き回し配線が取り除かれた、図３に相似した図である。
【００１１】
【図５】図５は、懸架配線から反射された光を示す、図４に相似した図である。
【００１２】
【図６】図６は、フォトダイオード画素の他の一実施形態を示す図である。
【００１３】
【図７】図７は、フォトダイオード画素の他の一実施形態を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
複数のフォトダイオード画素を有するイメージセンサを開示する。上記複数のフォトダイオード画素のうちの少なくとも１つのフォトダイオード画素は、光が、隣接するフォトダイオード画素上に伝播することを回避する反射素子を含む。反射素子は、イメージセンサの引き回し配線に近接するフローティングコンタクトであってよい。反射素子は、反射素子の反射面を最大化するアスペクト比を有していることが可能である。
【００１５】
参照番号を用いて図面をより具体的に参照する。図２は、イメージセンサ１０を示す図である。イメージセンサ１０は、複数の個々のフォトダイオード１４を含むフォトダイオード画素アレイ１２を有する。フォトダイオード１４は、典型的には、ロウおよびカラムから成る二次元のアレイに配置されている。フォトダイオード画素アレイ１２は、中心領域１６およびコーナー領域１８を有する。
【００１６】
フォトダイオードアレイ１２は、典型的には、複数の引き回し配線２２によって光読取回路２０に接続されている。フォトダイオードアレイ１２は、引き回し配線２６によって、ロウデコーダ２４に接続されている。ロウデコーダ２４は、フォトダイオードアレイ１２の個々のロウを選択することが可能である。その後、光読取回路２０が、選択されたロウ内の特定の個別のカラムを読み取ることが可能である。ロウデコーダ２４および光読取回路２０を共に用いて、フォトダイオードアレイ１２内の個々のフォトダイオード１４の読み取りを行うことが可能である。フォトダイオード１４から読み取られたデータは、プロセッサ（図示しない）等の他の回路によって処理されて、画像表示を生成する。
【００１７】
Ｔａｙに付与された米国特許第６，７９５，１１７号に開示された対応するイメージセンサおよびイメージセンサシステムと同一に、または類似して、イメージセンサ１０および他の回路を構成、構造化、および、動作させてもよい。米国特許第６，７９５，１１７号を本願に引用して援用する。
【００１８】
図３、４は、フォトダイオード画素５０を示す図である。フォトダイオード画素５０は、フォトダイオードの光吸収領域５２を含む。一例として、光吸収領域５２は、低濃度にドープされたｎ型の材料であってよい。引き回し配線５４、５６が、イメージセンサの上を一面に亘って延びている。これらの引き回し配線の一部は、図２に示したロウデコーダに接続されており、これらの引き回し配線の他の一部は、図２に示した光読取回路に接続されている。
【００１９】
１つまたは複数の引き回し配線５４に、反射素子５８が近接している。反射素子５８は、ビア６０および懸架配線６２を含んでいてもよい。反射素子５８は、引き回し配線５６と基板６４との間に配置されていることが可能である。各ビア６０は、幅方向の表面６６および厚さ方向の表面６８を有していてよい。
【００２０】
反射素子５８は、入射光線７０を光吸収領域５２の上に反射させるために、金属といった反射性材料から構成されている。一例として、金属は、銅、アルミニウムであってもよいし、または、半導体回路の製造に用いられる他の任意の金属であってもよい。
【００２１】
上記画素アレイの外側領域では、光は、イメージセンサの上面に対して法線の角度で伝播する。反射素子５８は、光が、隣接するフォトダイオード画素上に衝突することを回避する。反射素子５８はまた、光を、光吸収領域５２に反射させて、光吸収領域５２に衝突する光の量を最大にする。上記ビアは、反射面６６の面積を最大化する、幅方向の表面６６と厚さ方向の表面６８とのアスペクト比を有している。一例として、この幅厚比は、１よりも大きく、例えば１．５である。これが、幅厚比が１対１でなければならない従来技術のビアと区別されるものである。同様に、一例として、懸架配線６２は、懸架配線６２の厚さの１倍よりも大きな幅を有する幅方向の表面７２を有することが可能である。１よりも大きなアスペクト比について図示すると共に説明するが、本発明は、ビア６０および／または懸架配線６２に関して、１以下のアスペクト比を用いてもよいことは明らかであろう。
【００２２】
図５に示すように、深く浸透する光は、懸架配線６２によって反射され得る。
【００２３】
図６は、懸架配線７４およびフローティングコンタクト７６を有する、他の一実施形態を示す図である。この懸架されたフローティングコンタクト７６は、誘電体バリア７８に近接して形成されている。一例として、誘電体バリア７４は、厚い酸化物の層であってよい。誘電体バリア７４は、懸架配線６２をイメージセンサの基板から電気的に絶縁しているため、この反射素子はフローティングコンタクトとなる。
【００２４】
図７は、さらに他の一実施形態を示す図である。ここで、ビア６０および懸架配線６２は、２つの導体８０、８２間に配置されている。懸架配線６２は、誘電体層８４によって導体８２から絶縁されているので、導体８０、８２間の電気的短絡は回避される。
【００２５】
上記フォトダイオードは、公知のＣＭＯＳ製造技術を用いて構成することが可能である。必要に応じて、光吸収領域５２および誘電体バリア７４を基板上に形成してもよい。光吸収領域５２の上方に、引き回し配線５４および懸架配線６２を製造する。懸架配線６２の上に、ビア６０を形成する。その後、引き回し配線５６を製造する。図６に示した実施形態の場合、引き回し配線５４をビア６０と一緒に製造することが可能である。形成の順番は、イメージセンサを作成するために用いられるプロセスに応じて変化し得る。
【００２６】
特定の典型的な実施形態について記載すると共に、添付の図面に図示してきたが、当業者は様々な他の変形を行うことが可能であるため、このような実施形態は、単に説明のためであって本発明の範囲を制限するものでないこと、および、本発明は、図示すると共に説明した特定の構造および構成に制限されるものでないことは明らかであろう。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の画素を有するイメージセンサであつて、
前記の複数の画素のそれぞれは、
光吸収領域(52)と、
第1の配線(56)と、
ビア(60) と、
を備え、
前記第1の配線(56)は、前記ビア(60)の上にあて、垂直に前記ビア(60)を介して、トランジスタへ接続されていない
ことを特徴とするイメージセンサ。
【請求項２】
前記ビア（60）は、光吸収領域（52）上の透光性領域に面する側に沿って長いです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】
前記の複数の画素のそれぞれは、
前記ビア（60）の下におり、前記ビア（60）隣接する第2配線(62)
をさらに備える
ことを特徴とする請求項１又は2に記載のイメージセンサ。
【請求項１】
複数の画素を有するイメージセンサであつて、
前記の複数の画素のそれぞれは、
光吸収領域(52)と、
第1の配線(56)と、
ビア(60) と、
を備え、
前記第1の配線(56)は、前記ビア(60)の上にあて、垂直に前記ビア(60)を介して、トランジスタへ接続されていない
ことを特徴とするイメージセンサ。
【請求項２】
前記ビア（60）は、光吸収領域（52）上の透光性領域に面する側に沿って長いです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】
前記の複数の画素のそれぞれは、
前記ビア（60）の下におり、前記ビア（60）隣接する第2配線(62)
をさらに備える
ことを特徴とする請求項１又は2に記載のイメージセンサ。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２０１３−１０２１７３（Ｐ２０１３−１０２１７３Ａ）
【公開日】平成２５年５月２３日（２０１３．５．２３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１２−２８０１７１（Ｐ２０１２−２８０１７１）
【出願日】平成２４年１２月２１日（２０１２．１２．２１）
【分割の表示】特願２００９−５５２２９８（Ｐ２００９−５５２２９８）の分割
【原出願日】平成２０年２月２９日（２００８．２．２９）
【出願人】（５１００５１２９９）
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年５月２３日（２０１３．５．２３）
【国際特許分類】
【出願日】平成２４年１２月２１日（２０１２．１２．２１）
【分割の表示】特願２００９−５５２２９８（Ｐ２００９−５５２２９８）の分割
【原出願日】平成２０年２月２９日（２００８．２．２９）
【出願人】（５１００５１２９９）
【Ｆターム（参考）】
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