JP2001257336A - 高設アクティブ・ピクセル・センサ・アレイのための導電性メッシュ・バイアス接続 - Google Patents
高設アクティブ・ピクセル・センサ・アレイのための導電性メッシュ・バイアス接続Info
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Abstract
アレイの他のアクティブ・ピクセル・センサに及ぼす影
響を軽減する。 【解決手段】アクティブ・ピクセル・センサは、基板上
に隣接して置かれた複数の導電性バイアを含む相互接続
構造210と、対応する導電性バイアを介して基板に電
気的に接続されたピクセル電極及びその上に形成された
I層を含む複数の光センサと、光センサに隣接して形成
され導電性バイアを介して基板に電気的に接続された導
電性メッシュ240とを含む。導電性メッシュ240に
よって、光センサのピクセル電極の少なくとも1つとア
ライメントのとれるアパーチャ310が形成される。
Description
ダイオード・アクティブ・ピクセル・センサに関するも
のである。とりわけ、本発明は、アクティブ・ピクセル
・センサ間に遮光を施す、高設アクティブ・ピクセル・
センサ・アレイの導電性メッシュ・バイアス接続に関す
るものである。
レイは、イメージ・センサが受光した光の強度を検出す
る。イメージ・センサは、一般に、イメージ・センサが
受光した光の強度に比例する振幅を備えた電子信号を発
生する。イメージ・センサは、光イメージを1組の電子
信号に変換することができる。電子信号は、イメージ・
センサが受光した光の色の強度を表すことが可能であ
る。電子信号に調整及びサンプリングを施して、イメー
ジ処理することが可能である。
によって、イメージング・システムの小型化及び単純化
が可能になるため、ますます重要になっている。イメー
ジ・センサとアナログ及びデジタル信号処理回路要素を
一体化すると、電子イメージング・システムを低コスト
で、コンパクトなものにし、必要な電力消費を少なくす
ることが可能になる。
電荷結合素子(CCD)であった。CCDは、比較的小
さく、高充填率をもたらすことができる。しかし、CC
Dは、デジタル及びアナログ回路要素との一体化が極め
て困難である。更に、CCDは、大量の電力を消費し、
画像のスミア問題に悩まされる。
ブ・ピクセル・センサである。アクティブ・ピクセル・
センサは、標準的なCMOSプロセスを利用して製造す
ることが可能である。従って、アクティブ・ピクセル・
センサは、デジタル及びアナログ信号処理回路要素との
一体化を容易に実施することが可能である。更に、CM
OS回路は、電力消費量が少ない。
サ・アレイの断面図が示されている。このイメージ・セ
ンサ・アレイには、基板10の上に配置されたPINダ
イオード・センサが含まれている。相互接続構造12に
よって、PINダイオードのN層14が基板10に電気
的に接続される。N層14の上に、I層16が形成され
る。P層18はI層の上に形成される。P層18、I層
16、及び、N層14によって、PINダイオード・セ
ンサのアレイが形成される。第1の導電性バイア20に
よって、第1のダイオード・センサが基板10に電気的
に接続され、第2の導電性バイア22によって、第2の
ダイオード・センサが基板10に電気的に接続される。
ダイオード・センサ・アレイの上に透明導電層24が配
置される。導電性リード26が、透明導電層24に接続
される。導電性リード26が、PINダイオード・セン
サ・アレイのP層18にバイアスをかけて、選択された
電圧電位にするバイアス電圧に接続される。
のは、イメージ・センサ間に遮光が施されていない点で
ある。近傍のセンサ間に遮光が施されていないので、所
定のセンサが受光する光が近傍のセンサにも受光される
ことになる。電流が、N層14を介して、近傍のイメー
ジセンサ間を流れることができるので、所定のイメージ
・センサが受光する光は、近傍のイメージ・センサにも
影響する。電荷は、とりわけ、受光した光の強度が近傍
のイメージ・センサ間で大幅に変動する場合に、イメー
ジ・センサ間を流れることが可能になる。P層18、I
層16、及び、N層14は、近傍イメージセンサによっ
て共用されている。近傍イメージ・センサのN層セクシ
ョン間における抵抗を増大させることによって、イメー
ジ・センサ間に多少の遮断を施すため、トレンチ28が
形成されている。
制限は、導電性リード26と透明な導電層24間の電気
的接続である。透明な導電層24は、PINダイオード
にバイアスをかけることができるように導電性でなけれ
ばならないし、PINダイオードが受光できるように透
明でなければならない。一般に、透明導電層24の形成
に利用しなければならないタイプの材料との結合は極め
て困難である。従って、導電性リード26は、何らかの
タイプのクランプまたは支持構造を用いて透明導電層2
4に取り付けなければならない。この結果得られる電気
接続は、信頼性に欠け、生産コストが高くつくものにな
る。
クセル・センサによって受光された光が、アレイの他の
アクティブ・ピクセル・センサに対して遮蔽されるよう
に、アクティブ・ピクセル・センサ・アレイを基板に隣
接して形成することが望ましい。すなわち、アクティブ
・ピクセル・センサ間を遮断することによって、アレイ
のあるアクティブ・センサによって受光された光がアレ
イの他のアクティブ・ピクセル・センサに及ぼす影響を
軽減することが望ましい。また、アクティブ・ピクセル
・センサ・アレイには、アクティブ・ピクセル・センサ
・アレイにバイアス電圧を供給する、基板に生じるピク
セル・センサ・バイアス電圧に電気的にしっかりと接続
された、導電層を含むことも望ましい。
ンサ及び基板に生じるピクセル・センサ・バイアス電圧
に電気的にしっかりと接続される導電性メッシュを含
む、基板に隣接して形成される高設アクティブ・ピクセ
ル・センサ・アレイである。導電性メッシュは、各ピク
セルが受光する光を他のピクセル・センサに対して遮蔽
する。すなわち、導電性メッシュは、アクティブ・ピク
セル・センサ間を遮断することによって、アレイのある
アクティブ・ピクセル・センサによって受光された光が
アレイの他のアクティブ・ピクセル・センサに及ぼす影
響を軽減させる。導電性メッシュは、アクティブ・ピク
セル・センサ・アレイにバイアス電圧を供給する。基板
は、イメージ処理回路要素を含むCMOS基板とするこ
とが可能である。
ィブ・センサ・アレイが含まれている。アクティブ・セ
ンサ・アレイには、基板が含まれている。相互接続構造
は、基板に隣接して形成される。相互接続構造には、複
数の導電性バイアが含まれている。複数のフォトセンサ
が、相互接続構造に隣接して形成される。各光センサに
は、ピクセル電極が含まれている。各ピクセル電極は、
対応する導電性バイアを介して基板に電気的に接続され
る。ピクセル電極のそれぞれの上に、I層が形成され
る。アクティブ・ピクセル・センサ・アレイには、更
に、光センサに隣接して形成された導電性メッシュが含
まれている。導電性メッシュの内側表面は、光センサに
電気的及び物理的に接続されており、導電性バイアを介
して基板に電気的に接続されている。
様と類似する。第2の実施態様には、光センサ間に遮光
を施すことによって、光センサ間のクロストークを軽減
する導電性メッシュが含まれている。
様と類似する。第3の実施態様には、光センサのピクセ
ル電極のうち少なくとも1つとアライメントがとれる導
電性メッシュのアパーチャが含まれている。
様と類似するが、更に、I層と導電性メッシュの間に形
成されたP層も含まれている。導電性メッシュの内側表
面は、P層及び相互接続構造に対して電気的に接続され
ている。
発明の原理を例示した添付の図面に関連してなされる下
記の実施形態の説明から明らかになるであろう。
発明は、ピクセル・センサ及び基板に生じるピクセル・
センサ・バイアス電圧に電気的にしっかりと接続された
導電性メッシュを含む基板に隣接して形成された、高設
アクティブ・ピクセル・センサ・アレイによって具現化
される。導電性メッシュは、各ピクセルセンサによって
受光された光を他のピクセル・センサに対して遮蔽す
る。すなわち、導電性メッシュは、アクティブ・ピクセ
ル・センサ間を遮断することによって、アレイのあるア
クティブ・ピクセル・センサによって受光された光がア
レイの他のアクティブ・ピクセル・センサに及ぼす影響
を軽減させる。導電性メッシュは、アクティブ・ピクセ
ル・センサ・アレイにバイアス電圧を供給する。
れている。本実施形態には、基板200が含まれてい
る。基板200には、電子回路要素が含まれている。相
互接続構造210は、基板200に隣接して形成されて
いる。ピクセル・センサ・アレイの各ピクセル・センサ
には、個別ピクセル電極222、224、226が含ま
れている。ピクセル電極222、224、226に隣接
して、I層220が形成されている。I層220に隣接
して、P層230が形成される。P層230に隣接し
て、導電性メッシュ240が形成される。第1のピクセ
ル・センサの第1のピクセル電極222が、第1の導電
性バイア214を介して基板200に電気的に接続され
ている。第2のピクセル・センサの第2のピクセル電極
224が、第2の導電性バイア216を介して基板20
0に電気的に接続されている。第3のピクセル・センサ
の第3のピクセル電極226が、第2の導電性バイア2
18を介して基板200に電気的に接続されている。導
電性メッシュ240が、第4の導電性バイア212を介
して基板200に電気的に接続されている。
ィブ・ピクセル・センサ・アレイの平面図が示されてい
る。平面図には、導電性メッシュ240の物理的特性が
明確に示されている。導電性メッシュ240には、ピク
セル・センサのピクセル電極222、224、226と
アライメントがとれたアパーチャ310が含まれてい
る。導電性メッシュ240によって、ピクセル・センサ
間に遮光が施される。導電性メッシュ240内のアパー
チャ310によって、アパーチャ310とアライメント
のとれたピクセル・センサの受光が可能になるが、その
受光された光は他のピクセル・センサに対して遮蔽され
ることになる。
理的及び電気的に接続されている。導電性メッシュ24
0は、第4の導電性バイアを介して基板200にも電気
的に接続されている。導電性メッシュ240は、基板2
00内の電子回路要素によってバイアス電圧電位に達す
ることになる。このバイアス電圧電位によって、ピクセ
ル・センサにバイアスがかけられる。
伝導する。基板200には、一般に、検知回路要素及び
信号処理回路要素が含まれている。検知回路要素は、ピ
クセル・センサによって伝導された電荷量を検知する。
伝導された電荷量は、ピクセル・センサが受光した光の
強度を表している。一般に、基板200は、CMOS
(相補型金属酸化膜シリコン)、BiCMOS、また
は、バイポーラとすることが可能である。基板200に
は、電荷結合素子を含むさまざまタイプの基板テクノロ
ジを含むことが可能である。
CMOS相互接続構造である。この相互接続構造210
の構造及び形成方法は、電子集積回路製造分野において
周知のところである。相互接続構造210は、サブトラ
クティブ金属構造または単一または二重象眼構造とする
ことが可能である。
ピクセル相互接続構造210を通り、ピクセル電極22
2、224、226と基板200を電気的に接続する。
第4の導電性バイア212は、ピクセル相互接続構造2
10を通り、導電性メッシュ240と基板200の間を
電気的にしっかりと接続する。一般に、導電性バイア2
12、214、216、218は、タングステンから形
成される。タングステンは、高アスペクト比の穴を充填
することができるので、一般に、製造中に利用される。
すなわち、タングステンを利用して、細くて、比較的長
い相互接続を形成することが可能である。一般に、導電
性バイア212、214、216、218は、化学蒸着
(CVD)プロセスを利用して形成される。導電性バイ
ア212、214、216、218の形成に用いること
が可能な他の材料には、銅、アルミニウム、または、他
の任意の導電材料が含まれる。
一般に、ドープした半導体から形成される。ドープした
半導体は、非晶質シリコンのN層とすることが可能であ
る。電極222、224、226は、動作中にバイアス
がかけられた時、完全に空乏状態にならないように、十
分に厚くなければならないし、十分な量のドーピングが
施されなければならない。ピクセル電極222、22
4、226は、一般に、リンがドープされる。
一般に、プラズマ化学蒸着(PECVD)を利用して堆
積させられる。PECVDは、リンを含有するガスを用
いて実施される。リン含有ガスは、PH3である。非晶
質シリコンのピクセル電極を形成する場合には、シリコ
ン含有ガスが含まれる。
ダイオード・アクティブ・ピクセル・センサのピクセル
電極222、224、226を形成する際に用いられ
る。しかし、ダイオード・アクセス・ピクセル・センサ
には、NIPセンサ構成を含むことも可能である。この
場合、ピクセル電極222、224、226は、P層か
ら形成され、図2のP層230は、N層に置き換えられ
る。
コンから形成される。I層220は、PECVDまたは
反応スパッタリング・プロセスを利用して堆積させるこ
とが可能である。PECVDプロセスには、シリコン含
有ガスを含まなければならない。堆積は、水素が薄膜内
に保持されるのに十分なほど低い温度で実施すべきであ
る。I層220は、厚さが約1ミクロンである。
ら形成される。一般に、P層230には、ホウ素がドー
プされる。P層230は、PECVDを利用して堆積さ
せることが可能である。ホウ素含有ガスは、B2H6とす
ることが可能である。非晶質シリコンのP層230を形
成する場合は、シリコン含有ガスが含まれる。P層23
0の厚さは、一般に、あまりにも多量の短波長(青色)
光を吸収しないという保証が得られるように、制御しな
ければならない。
30は含まれていない。導電性メッシュ240内におけ
る材料の組成を適正に選択し、ピクセル電極222、2
24、226のドーピング・レベルを適正に選択すれ
ば、P層230を排除することが可能である。この実施
形態の場合、導電性メッシュ240によって、ピクセル
・センサのI層220の上部表面と相互接続構造210
の間に導電接続が施される。
4、226、I層220、及び、P層230は、一般
に、非晶質シリコンから形成される。しかし、ピクセル
電極222、224、226、I層220、及び、P層
230は、非晶質炭素、非晶質炭化珪素、非晶質ゲルマ
ニウム、または、非晶質シリコン・ゲルマニウムから形
成することも可能である。もちろん、これは余すところ
なくリスト・アップしたものではない。
0と相互接続構造210の間に導電性接続が施される。
光は、導電性メッシュ240のアパーチャ310を通過
して、ピクセル・センサに受光されなければならない。
導電性メッシュ240は、不透明導電材料から形成され
る。導電性メッシュ240を形成するために利用可能な
材料には、アルミニウム、タングステン、または、銅が
含まれる。もちろん、これは余すところなくリスト・ア
ップしたものではない。
・プロセスによって導電性メッシュ材料240を堆積さ
せ、次に、導電性メッシュを形成するためのメッシュ・
パターンに従って、導電性メッシュ材料にエッチングを
施すことによって形成可能である。スパッタリングによ
る堆積、及び、パターンに基づくエッチングは、集積回
路製造技術において周知のところである。
態が示されている。この実施形態には、単一のI層22
0ではなく、I層セクション(又は部分)227が含ま
れている。すなわち、各ピクセル・センサには、多くの
ピクセル・センサの一部として形成される単一I層22
0ではなく、独立したI層セクション227が含まれて
いる。ピクセル電極212、214、216と同様、I
層セクションは、所定のパターンに従ってエッチングを
施すことが可能である。
4に示す実施形態の製造に利用可能な処理ステップが示
されている。
形成された基板200が示されている。相互接続構造2
10の上には、ピクセル電極222、224、226が
形成されている。この相互接続構造210の構造及び形
成法は、電子集積回路製造の分野において周知のところ
である。相互接続構造210は、サブトラクティブ金属
構造、または、単一または二重象眼構造とすることが可
能である。
テンから形成される導電性バイア212、214、21
6、218が含まれている。タングステンは、一般に、
製造中、高アスペクト比の穴を充填することが可能であ
るために利用される。一般に、導電性バイア212、2
14、216、218は、化学蒸着(CVD)プロセス
を利用して形成される。導電性バイア212、214、
216、218の形成に利用できる他の材料には、銅、
アルミニウム、または、他の導電性材料が含まれる。
相互接続構造210上に堆積させられる。まず、相互接
続構造210の上に、ピクセル電極層が堆積させられ
る。次に、ピクセル電極222、224、226を形成
する所定のパターンに従って、ピクセル電極層にエッチ
ングが施される。各ピクセル・センサ毎に、個別ピクセ
ル電極222、224、226が形成される。ピクセル
電極222、224、226は、N層セクションによっ
て実施可能である。あるいはまた、ピクセル電極22
2、224、226は、窒化チタンのような導電性窒化
物によって実施することも可能である。
一般に、PECVDを利用して堆積させられる。PEC
VDは、リンを含有するガスによって実施される。リン
含有ガスはPH3とすることが可能である。非晶質シリ
コンのピクセル電極を形成する場合には、Si2H6また
はSiH4のようなシリコン含有ガスが含まれる。所定
のピクセル電極パターンが、堆積したピクセル電極材料
にウェットまたはドライ・エッチングを施すことによっ
て形成される。
24、226の上に堆積させられたI層220及びP層
230が示されている。I層220は、一般に、PEC
VDまたは反応スパッタリング・プロセスを利用して堆
積させられる。PECVDには、シリコン含有ガスを含
まなければならない。堆積は、水素が薄膜内に保持され
るのに十分なほど低い温度で実施すべきである。P層2
30も、PECVDを利用して堆積させることが可能で
ある。PECVDは、ホウ素を含有するガスによって実
施される。ホウ素含有ガスは、B2H6とすることが可能
である。非晶質シリコンのP層230を形成する場合に
は、シリコン含有ガスが含まれる。
アクセスを可能にするため、エッチングを施されたP層
230及びI層220が示されている。第4の導電性バ
イア212は、ピクセル・センサ・アレイにバイアスを
かけるために用いられる基板200の基準電圧に電気的
に接続されている。
ア212の間に電気的接続を施す、P層230に堆積さ
せられた導電層810が示されている。導電層810
は、不透明な導電性材料から形成される。導電層810
の形成に利用可能な材料には、アルミニウム、タングス
テン、または、銅が含まれる。もちろん、これは、余す
ところなくリスト・アップしたものではない。
ングによって堆積させられる。しかし、導電層810
は、蒸着によって、すなわち、化学蒸着またはプラズマ
蒸着によって成長させることも可能である。
る所定のパターンに従ってエッチングを施された導電層
810が示されている。導電性材料のエッチングは、半
導体処理技術において周知のところである。
例示してきたが、本発明は、こうして解説し、例示した
部分の特定の形態または構成に制限されるものではな
い。本発明は請求項による制限しか受けない。
ると、本発明は、基板200と、該基板に隣接し、複数
の導電性バイアを含む相互接続構造210と、該相互接
続構造に隣接し、それぞれ、対応する導電性バイア21
4、216、218を介して基板に電気的に接続された
ピクセル電極222、224、226、及び、前記ピク
セル電極の上に形成されたI層220を含む複数の光セ
ンサと、該光センサに隣接して形成され、その内側表面
が前記光センサに電気的及び物理的に接続され、導電性
バイア212を介して前記基板に電気的に接続された導
電性メッシュ240とが含まれていることを特徴とする
アクティブ・ピクセル・センサ・アレイを提供する。
に、それぞれ、前記光センサの前記ピクセル電極の少な
くとも1つとアライメントのとれるアパーチャ310が
含まれる。
24、226の各々にN層が含まれる。
って、前記ピクセル電極が前記基板に電気的に相互接続
される。
セル電極222、224、226に、それぞれ、非晶質
シリコンが含まれる。
導電性メッシュ240との間に形成されたP層230が
含まれ、前記導電性メッシュの内側表面が、前記P層、
前記I層に物理的に接続され、導電性バイアを介して前
記基板に電気的に接続される。
コンが含まれる。
前記内側表面が、少なくとも1つのタングステン・プラ
グ212を介して、前記基板に電気的に接続される。
に、酸化インジウム・スズが含まれる。
S、受光によって前記光センサに蓄積される電荷を検知
する能動回路、及び、電荷結合素子を含むグループから
選択される。
24、226の各々にP層が含まれる。
24、226の各々に導電性金属が含まれる。
面図である。
セル電極を示す図である。
びP層を示す図である。
択的にエッチングを施されたP層及びI層を示す図であ
る。
P層の上に堆積させられた導電層を示す図である。
透明な導電層を示す図である。
Claims (12)
- 【請求項1】基板と、 該基板に隣接し、複数の導電性バイアを含む相互接続構
造と、 該相互接続構造に隣接し、それぞれ、対応する導電性バ
イアを介して基板に電気的に接続されたピクセル電極及
び、前記ピクセル電極の上に形成されたI層を含む複数
の光センサと、 該光センサに隣接して形成され、その内側表面が前記光
センサに電気的及び物理的に接続され、導電性バイアを
介して前記基板に電気的に接続された導電性メッシュと
が含まれていることを特徴とするアクティブ・ピクセル
・センサ・アレイ。 - 【請求項2】前記導電性メッシュに、それぞれ、前記光
センサの前記ピクセル電極の少なくとも1つとアライメ
ントのとれるアパーチャが含まれることを特徴とする、
請求項1に記載のアクティブ・ピクセル・センサ。 - 【請求項3】前記ピクセル電極の各々にN層が含まれる
ことを特徴とする、請求項1に記載のアクティブ・ピク
セル・センサ。 - 【請求項4】前記相互接続構造によって、前記ピクセル
電極が前記基板に電気的に相互接続されることを特徴と
する、請求項1に記載のアクティブ・ピクセル・セン
サ。 - 【請求項5】前記I層及び前記ピクセル電極に、それぞ
れ、非晶質シリコンが含まれることを特徴とする、請求
項1に記載のアクティブ・ピクセル・センサ。 - 【請求項6】更に、前記I層と前記導電性メッシュとの
間に形成されたP層が含まれることと、前記導電性メッ
シュの内側表面が、前記P層、前記I層に物理的に接続
され、導電性バイアを介して前記基板に電気的に接続さ
れることを特徴とする、請求項1に記載のアクティブ・
ピクセル・センサ。 - 【請求項7】前記P層に非晶質シリコンが含まれること
を特徴とする、請求項6に記載のアクティブ・ピクセル
・センサ。 - 【請求項8】前記導電性メッシュの前記内側表面が、少
なくとも1つのタングステン・プラグを介して、前記基
板に電気的に接続されることを特徴とする、請求項1に
記載のアクティブ・ピクセル・センサ。 - 【請求項9】前記導電性メッシュに、酸化インジウム・
スズが含まれることを特徴とする、請求項1に記載のア
クティブ・ピクセル・センサ。 - 【請求項10】前記基板が、CMOS、受光によって前
記光センサに蓄積される電荷を検知する能動回路、及
び、電荷結合素子を含むグループから選択されることを
特徴とする、請求項1に記載のアクティブ・ピクセル・
センサ。 - 【請求項11】前記ピクセル電極の各々にP層が含まれ
ることを特徴とする、請求項1に記載のアクティブ・ピ
クセル・センサ。 - 【請求項12】前記ピクセル電極の各々に導電性金属が
含まれることを特徴とする、請求項1に記載のアクティ
ブ・ピクセル・センサ。
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