JP2010251765A - 背面照射型半導体デバイス - Google Patents
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Abstract
【課題】センサ素子の感度を増強することができる背面照射光半導体デバイスを提供する。
【解決手段】デバイス100は、前面と背面を有する半導体基板110と、前記半導体基板110の前面に形成されるセンサ素子120と、前記センサ素子120の上部を覆って配置される光反射層（ＬＲＬ）130とを有する。このＬＲＬ130は、前記背面に向かいセンサ素子120を通り抜ける光を反射するために設けられている。
【選択図】図１
【解決手段】デバイス100は、前面と背面を有する半導体基板110と、前記半導体基板110の前面に形成されるセンサ素子120と、前記センサ素子120の上部を覆って配置される光反射層（ＬＲＬ）130とを有する。このＬＲＬ130は、前記背面に向かいセンサ素子120を通り抜ける光を反射するために設けられている。
【選択図】図１
Description
本発明は、背面照射型半導体デバイスに関するものである。
半導体技術において、背面照射型光センサは、例えば特許文献１や特許文献２２に開示されるように、基板の背側表面に向かって投射された露光量の感知に使用される。この背面照射型光センサは、基板の正面側に形成可能で、その場合は、基板の背側に向かって投射される光が、センサに到達できるように、基板の厚みが充分に薄くなければならない。しかしながら、この薄い基板は、センサの感度を劣化させるのである。例えば、波長の長い光は、効率的な吸収を受けずに、センサを貫通して照射する可能性がある。背面照射光センサ，および／または、このセンサに対応する基板の改善が望まれていた。
米国特許第６，１６９，３１９号公報
米国特許第６，１６８，９６５号公報
上記問題点に鑑み、本発明は、センサ素子の感度を増強することができる背面照射光半導体デバイスを提供することを、その目的とする。
本発明における背面照射型半導体デバイスは、前面と背面を有する半導体基板と、前記半導体基板の前面に形成されるセンサ素子と、前記半導体基板の上部を覆って配置される光反射層（ＬＲＬ）と、前記半導体基板及び前記センサ素子の上部に形成される多層配線とを備え、前記多層配線は複数の金属線構造を有し、前記金属線構造はダミーの金属構造を有し、前記光反射層は、センサ素子に対する複数のパターン化された誘電体反射機構の反射面を有し、前記金属線構造は、前記ダミーの金属構造からなる金属反射機構を有しており、前記パターン化された誘電体反射機構の反射面は、前記センサ素子の表面積の少なくとも８０％の表面積を有して構成される。
この場合好ましくは、前記パターン化された誘電体反射機構は、サンドイッチ構造を有する。
また好ましくは、前記光反射層はさらに、前記複数のパターン化された誘電体反射機構の上に形成され、連続した反射表面を有する誘電体反射機構を備える。
また好ましくは、前記センサ素子が、能動的画素センサ，或いは受動的画素センサから構成される。
また好ましくは、前記光反射層が、背面照射光に対して、少なくとも３０％の反射率を有して構成される。
また好ましくは、前記光反射層が、５０オングストローム（0.005マイクロメートル）〜２０マイクロメートルの間の範囲の厚さを有して構成される。
前記光反射層が誘電体である場合、この誘電体は、２よりも小さい減衰係数を有する。
本発明における背面照射型半導体デバイスは、前面と背面を有する半導体基板と、前記半導体基板の前面に形成され、受光領域を有するセンサ素子と、前記受光領域の上部を覆って配置され、光を反射して前記受光領域に戻すように形成される光反射層（ＬＲＬ）と、前記半導体基板及び前記センサ素子の上部に形成される多層配線とを備え、前記多層配線は複数の金属線構造を有し、前記金属線構造はダミーの金属構造を有し、前記光反射層は、複数のパターン化された誘電体反射機構を有し、前記金属線構造は、前記ダミーの金属構造からなる金属反射機構とを有して構成される。
この場合好ましくは、前記パターン化された誘電体反射機構は、サンドイッチ構造を有する。
また好ましくは、前記光反射層はさらに、前記複数のパターン化された誘電体反射機構の上に形成され、連続した反射表面を有する誘電体反射機構を備える。
また好ましくは、前記受光領域は、１０１４原子数／cm３〜１０２１原子数／cm３の間の範囲のドーピング濃度を有して構成される。
また好ましくは、前記受光領域は、前記センサ素子の画素面積の１０％〜８０％の間の範囲の面積を有して構成される。
また好ましくは、前記受光領域は、Ｎ型ドープ領域，またはＰ型ドープ領域から構成される。
また好ましくは、前記受光領域は、Ｎ型ドープ領域，またはＰ型ドープ領域から構成される。
本発明によれば、半導体基板上に形成されるセンサ素子の上部を覆って光反射層を配置することにより、半導体基板の背面に向かいセンサ素子を貫通する光が、光反射層で反射してセンサ素子に戻り、これによりセンサ素子の感度を増強することができる。
また、光反射層の反射面が、それに関連するセンサ素子の少なくともほぼ８０％の表面積を有することで、背面照射光を効率的にセンサ素子の受光領域上に反射させることが可能になる。
本発明の特徴は、添付図面を参照して読込めば、下記に述べる詳細な説明から、最善の理解が得られるであろう。その産業における標準的技法に従って、種々の機構は縮尺通りには描かれていない。要するに、種々の機構の寸法は、議論を明確にするために、任意に増大若しくは縮小されることがあり得る。
図１から図３は、本発明の特徴により構築される複数の背面照射光センサを有する半導体デバイスの種々の実施例の断面図を示すものである。
以下の開示は、種々の実施例のさまざまな特徴を実施するための、多くの異なる実施形態や、実施例を提供するものである。本開示を簡単化するために、構成要素と配置に関する特定の例を、下記に説明する。勿論、これらの単なる例は、発明を限定することを意図してはいない。さらに、本開示は、各例において参照番号、および／または文字を繰り返し使用する。これらの繰り返し使用は、簡単化と明確化のためであり、検討する種々の実施例、および／または実施形態間の関連性を決定づけるものではない。さらに、以下に続く説明における第一の特徴、或いは第二の特徴の形態は、第一の特徴と第二の特徴が直接の関係を持って形成される実施例を含んでおり、第一の特徴と第二の特徴が直接の関係を持たないような、第一と第二の特徴の間に介在して更なる特徴が形成される実施例をも含むものである。
図１は、本発明の特徴により構築された半導体デバイスの一実施例における断面図を示し、当該半導体デバイスは複数の背面照射型（即ち、背面に光が照射される）光センサを有する。
半導体デバイス100は、半導体基板110を有する。この基板110は、シリコン，ゲルマニウム，およびダイアモンドなどの元素半導体から構成される。この基板110は、炭化シリコン，ガリウム砒素，インジウム砒素，リン化インジウムなどの化合物半導体から構成してもよい。また、基板110は、シリコン・ゲルマニウム，炭化シリコン・ゲルマニウム，リン化ガリウム砒素，リン化ガリウム・インジウムなどの合金半導体から構成してもよい。基板110は、種々のＰ型ドープ領域，および／または種々のＮ型ドープ領域から構成される。総てのドーピング処理は、種々の製造ステップのイオン打ち込み法またはイオン拡散法などの処理法を使用して、実施される。この基板110は、基板上に形成される異なる装置を分離するために、横方向絶縁体を備えている。
この半導体デバイス100は、半導体基板110の前面に形成される複数のセンサ素子120を備えている。一つの実施例において、センサ素子120は、半導体基板110の前面の上部全体を覆って配置されると共に、半導体基板110の中に伸張している。センサ素子120の各々は、受光領域（若しくは感光領域）を構成してもよく、この受光領域は、拡散法又はイオン打ち込み法などの方法で、半導体基板110に形成されるＮ型ドーパント、および／またはＰ型ドーパントを有するドープ領域であってもよい。当該受光領域は、約１０１４原子数／cm３〜約１０２１原子数／cm３の間の範囲のドーピング濃度を有する。また、受光領域は、関連するセンサ素子面積の約１０％〜約８０％の間の範囲の表面積を有し、当該部分で照射光の受光動作が可能である。センサ素子120は、フォトダイオード，相補型金属酸化物半導体（ＣＭＯＳ）イメージ・センサ，電荷結合素子（ＣＣＤ）センサ，能動的画素センサ，受動的画素センサ，および／またはその他のセンサを含んでもよく、これらは拡散法，或いは他の方法で基板110に形成される。このように、センサ素子120は、従来のイメージ・センサ装置，および／または将来開発されるイメージ・センサ装置から構成することができる。センサ素子120は、センサアレイ若しくはその他の適正な形態で配置された複数のセンサ画素から構成してもよい。また、複数のセンサ画素を、種々のセンサ型式で設計してもよい。例えば、一つのセンサ画素のグループを、ＣＭＯＳイメージ・センサとし、もう一つのセンサ画素のグループを、受動的センサとする。さらに、センサ素子120を、カラー・イメージ・センサ，および／またはモノクロ・イメージ・センサで構成してもよい。センサ素子120は、当該センサ素子120が照射光に対し適正に反応をする動作が可能なように、電気回路と接続部などの各構成要素をさらに備え、あるいは各構成要素に接続される。半導体デバイス100は、使用中に、半導体基板110の背面に向かう光150を受光するように設けられ、ゲート構造や金属線などの他の物体が、光路を妨害することを排除し、照射光に対する受光領域の露光量を最大にする。基板110は、当該基板110の背面を貫通して向かう光が、効率的にセンサ素子120に到達するように、薄型に形成してもよい。
半導体デバイス100は、半導体基板110の前面に形成された光反射層（ＬＲＬ）130を備えている。このＬＲＬ130は、基板110の背面に向かいセンサ素子120を貫通する光が、反射してセンサ素子120に戻り、これによりセンサ素子120の感度が増強されるように、半導体基板110上に形成されるセンサ素子120の上部全体を覆って配置してもよい。背面照射光が、効率的に受光領域上に反射可能なように、ＬＲＬ130を設計し、形成してもよい。一つの例において、この受光領域を通過する８０％を超える背面照射光を、反射して戻すようにしてもよい。また他の例では、背面照射光に対して、少なくともほぼ３０％の反射率を有するＬＲＬ130としてもよい。さらにＬＲＬ130は、関連するセンサ素子に対して反射面を有しており、その反射面は、関連するセンサ素子の少なくともほぼ８０％の表面積を有してもよい。また、ＬＲＬ130は、約５０オングストローム（0.005マイクロメートル）〜２０マイクロメートルの間の範囲の厚さを有してもよい。さらにＬＲＬ130は、最大の効率と性能を発揮するために、センサ素子120に近接して設けてもよい。一つの実施例において、ＬＲＬ130は、金属配線，および／または相間誘電体（ＩＬＤ）内に形成される。このＬＲＬ130は、背面照射光を複数のセンサ素子120に反射するために、連続した反射表面を有するように設計されてもよい。もう一つの方法として、ＬＲＬ130は、同じ層にパターン化および配置され、或いは、種々の層に分散された複数の反射する分離／連結構造から、ＬＲＬ130を構成してもよい。例えば、ＬＲＬ130の一部分を、第1の金属層に配置され、ＬＲＬ130の別な部分を、第２の金属層に配置してもよい。もう一つの例において、一つの受光領域に関連する反射表面を、二以上の反射構造で構成してもよい。このＬＲＬ130は、コンタクト，ビア，金属線のように、半導体デバイス100の機能的な構成要素からなることもできる。これらの機能的構造は、その本来の機能に加えて、より効果的な光反射のために設けられる。例えば、金属線の細長片（ストリップ）は、その正規の機能を変えることなく、場所を変え、および／または幅を広くすることができる。ＬＲＬ130は、金属，誘電体，その他の処理／製造に対応可能な材料，および／またはこれらを組み合わせたものを含んでもよい。ＬＲＬ130が金属である場合、アルミニウム，銅，タングステン，チタン，窒化チタン，タンタル，窒化タンタル，金属シリサイド，或いはこれらを組み合わせたものを含んでもよい。ＬＲＬ130が誘電体である場合、酸化シリコン，窒化シリコン，酸窒化シリコン，低誘電率（low k）材料、或いはこれらを組み合わせたものを含んでもよい。一つの実施例において、ＬＲＬ130における誘電体が、約２より少ない減衰係数を有している。別な実施例において、集光および効率的な反射を行うために、曲面を備えた反射構造を有するように、ＬＲＬ130を設計してもよい。ＬＲＬ130は、第二の型の二つの膜の間に介在して、第一の型の一枚の膜を有するサンドイッチ構造のように、積層した多層膜構造を有する反射構造を備えていてもよい。
半導体デバイス100は、半導体基板110上にあって、センサ素子120の上部全体を覆って形成される多層配線（ＭＬＩ）140を備えている。このＭＬＩ140を、ＬＲＬ130と共に配置し形成してもよい。半導体デバイス100は、ＭＬＩ140の上部全体覆って配置される保護層を有してもよい。またこのデバイス100は、機械的に半導体基板110を支持しつつ、背面照射光を通過できるようにするために、半導体基板110の裏面に取り付けられる透明層を有してもよい。さらに半導体デバイス100は、カラー画像に対応したカラーフィルタを有してもよく、このカラーフィルタは、センサ素子120と半導体基板110の背面との間に置かれる。また、このデバイス100は、センサ素子120と半導体基板110の背面との間に複数のマイクロレンズを有し、或いは、カラーフィルタが実装されている場合には、カラーフィルタと半導体基板110の背面との間に複数のマイクロレンズを備えていてもよく、いずれの場合も、背面照射光が、受光領域に焦点を結ぶことができるようになっている。ＬＲＬ130は、高反射率を有する材料を使用することにより、および／または積層した多層膜構造を採用することにより、向上した反射率を有することができる。この積層した多層膜構造は、各層における厚さと反射率が良好に合致して、反射率が増強するように、設計することができる。例えば、種々の膜から反射される光が干渉により強め合って、その結果として反射光が増強されるように、多層膜の各厚さが調整される。積層した多層膜構造からの反射光が最大となるように、各層の反射率を慎重に選択し、或いは調整してもよい。このＬＲＬ130は、デュアルダマシンプロセスなどの従来の処理技術に対応可能で、且つ完全に合致する種々の処理法により形成される。ＬＲＬ130の形成方法は、化学的気相堆積法（ＣＶＤ），物理的気相成長法（ＰＶＤ），原子層堆積法（ＡＶＤ），めっき，スピン・オン被膜加工，その他適応する方法のような、堆積技術を利用してもよい。この方法ではさらに、研磨／平坦化法，エッチング，フォトリソグラフィ，熱処理などの他の処理法を行ってもよい。要求される反射率，および／または厚さを得るために、処理手法を最適化してもよい。
図２を参照すると、ここでは本発明の特徴により構築された半導体デバイス200の別な実施例における断面図を示しており、当該半導体デバイス200は複数の背面照射型光センサを有する。装置200は、半導体基板110と、典型的なセンサ素子120ａ，120ｂ，120ｃのような複数のセンサ素子120と、形態，組成，および構成の点で、前記装置100で説明したものとほぼ同様なカラーフィルタとマイクロレンズなどのその他の固有の構成要素と、から成っている。
装置200は、多層配線部（ＭＬＩまたは相互配線）140と光反射層（ＬＲＬ）130が一体化して共に形成される。ＭＬＩ140は、少なくとも一つの配線層から構成される。例えば、図２は、第１の金属層142と第２の金属層144のように、二つの典型的な金属層を有するＭＬＩ140を示している。第１の金属層142は、典型的な金属線構造142ａ，142ｂから成る。第２の金属層144は、典型的な金属線構造144ａ，144ｂとダミーの金属構造144ｃとから成る。またＭＬＩ140は、金属層142と半導体基板110との間を接続するために配置し形成された垂直のコンタクト（図示せず）を有してもよい。さらにＭＬＩ140は、金属層142と金属層144のように、異なる金属層の間を接続するために配置し形成された垂直のビア（図示せず）を有してもよい。通常の電気的機能に加えて、ＭＬＩ140がこのように設計され構成されることで、少なくとも一部分で光反射層130のように機能する。例えば、関連するセンサ素子120ａに対して、背面照射光を効果的に反射するために、配線142ａを配置し、および／または幅広にしてもよい。もう一つの例において、ＭＬＩ140は、典型的な金属構造142ｂ，144ｂのように、結合された構造（この例では金属構造142ｂと金属構造144ｂ）が、背面照射光を関連するセンサ素子120ｂに効率的に反射できるように、（同じ層、または異なる層から成る）多数の金属機構を備えてもよい。また、もう一つの例において、ＭＬＩ140は、自身または他の機構（この例では、金属構造142ｂ）との組み合わせにより、背面照射光を関連するセンサ素子120ｃに効率的に反射できるように、ダミー金属144ｃのようなダミー構造を備えてもよい。さらに、もう一つの例において、コンタクト構造やビア構造を、反射用として付加的に使用し、或いは他の構造と組み合わせて、反射用として使用してもよい。全ての反射機構は、効率的な反射を行うために、受光領域の近傍に設けるのが好ましい。
ＭＬＩ140は、従来の相互配線構造から成り、公知技術である従来の処理法により形成される。一つの例において、配線構造部140は、アルミニウム配線法を利用し、もう一つの例においては、銅配線法を利用することができる。アルミニウム配線構造は、アルミニウム，アルミニウムとシリコンと銅との合金，チタン，窒化チタン，タングステン，金属ケイ化物，或いはこれらを組み合わせたもので構成してもよい。このアルミニウム配線構造は、多層膜構造から成ってもよい。例えば、チタンまたは窒化チタンとアルミニウム合金を有するアルミニウム膜のような材料を有するバリアまたは接着膜から、金属線を構成してもよい。コンタクト構造またはビア機構は、同様なバリア／接着膜とタングステンプラグから構成してもよい。スパッタリング，ＣＶＤ，或いはこれらの組み合わせにより、アルミニウム配線構造を堆積してもよい。垂直接続（ビアおよびコンタクト）と水平接続（金属線）用の金属材料をパターン化するために、フォトリソグラフィとエッチングのような他の製造プロセスを利用してもよい。銅配線構造は、銅，銅合金，チタン，窒化チタン，タンタル，窒化タンタル，タングステン，金属ケイ素化合物、タングステン・コバルト・リン，或いはこれらを組み合わせたもので構成してもよい。銅配線構造は、トレンチ第１プロセス，またはビア第１プロセスのように、デュアルダマシンプロセスを使用して形成してもよい。このデュアルダマシンプロセスでは、めっきと化学的機械研磨法（ＣＭＰ）を利用してもよい。
ＭＬＩ140と一体化されたＬＲＬ130は、隣接する機構や半導体の処理プロセスに対応可能な他の金属材料でさらに構成してもよい。例えば、半導体デバイス200の製造に利用される半導体処理と対応できるように、適正な金属材料を必要としてもよい。誘電材料がＭＬＩ構造内に堆積され、金属構造間の空所を誘電材料で充填するようにしてもよい。誘電材料は、組成，形態，および構成の点で、デバイス100における従来の層間誘電体（ＩＬＤ）とほぼ同じものであってもよい。例えば、誘電体は、カーボンをドープされた酸化シリコンやフッ素をドープされた酸化シリコンのような酸化シリコン，窒化シリコン，酸窒化シリコン，低誘電率（low k）材料、或いはこれらを組み合わせたもの，および／または、他の好適な材料から構成してもよい。
図３を参照すると、ここでは本発明の特徴により構築された半導体デバイス300の別な実施例における断面図を示しており、当該半導体デバイス300は複数の背面照射型光センサを有する。デバイス300は、半導体基板110と、典型的なセンサ素子120ａ，120ｂ，120ｃのような複数のセンサ素子120と、前記デバイス200で説明したものとほぼ同様なカラーフィルタ，マイクロレンズおよび配線構造などのその他の好適な構成要素と、から成っている。
デバイス300は、層間誘電体（ＩＬＤ）に配置され、且つ層間誘電体（ＩＬＤ）と一体の誘電体光反射層（ＬＲＬ）130を、さらに備えている。この誘電体ＬＲＬ130は、半導体基板110よりも低い反射率を有し、隣接するＩＬＤとは異なる反射率を有する。誘電体ＬＲＬ130は誘電材料からなり、酸化シリコン，窒化シリコン，酸窒化シリコン，低誘電率（low k）材料、他の好適な材料，或いはこれらを組み合わせたものから構成してよい。また、誘電体ＬＲＬ130は、誘電体反射機構130ａ，130ｂ，130ｃのような複数のパターン化された反射表面を有し、および／または、誘電体反射機構130ｄのような連続した反射表面を有してもよい。さらに、積層多層膜構造で誘電体ＬＲＬ130を構成してもよい。この積層多層膜構造は、反射を増強させるために、各膜が適正な厚さと反射率を有するように設計することができる。例えば、積層多層膜の厚さは、反射光が干渉によって強め合うように調整される。多層膜からの反射が最大となるように、各層の反射率を慎重に選択し、或いは調整してもよい。
反射を増強するための別な形態や組み合わせが、薄膜光学のような公知の技術に基づいて採用される。一例において、この誘電体ＬＲＬ130は、図３に示す反射機構130ａ，130ｂ，130ｃのように、第１の誘電材料からなる第１の層と、第２の誘電材料からなる第２の層と、第３の誘電材料からなる第３の層とを有するサンドイッチ構造から構成してもよい。もう一つの例において、誘電体ＬＲＬ130は、誘電体反射層130ｄのような二重膜から構成してもよい。誘電体ＬＲＬ130は、ＣＶＤ，ＰＶＣ，熱酸化，ＡＬＤ，スピン・オン・グラス，その他の好適な処理法，或いはこれらを組み合わせた処理法のようなプロセスにより形成してもよい。また、化学的機械研磨法（ＣＭＰ）などの、その他の製造技術を利用してもよい。一例において、ディッシング効果やエロージョン効果の発生を最小にし、平坦な表面を発生させるために、ＣＭＰプロセスを調整してもよい。代わりの例として、ＣＭＰ処理を、適正なディッシング効果により、効率的な焦点の合った反射を得るための曲面を発生させるために、ＣＭＰプロセスを調整してもよい。誘電体ＬＲＬ130は、最大の反射を得るために、ＭＬＩ140と組み合わせてもよい。一例において、誘電体ＬＲＬ機構130ｂと金属機構142ｂ（電気的機能線，コンタクト，ビアまたはダミー金属機構）とを組み合わせて、関連するセンサ素子120ｂに対し光を反射させる。もう一つの例において、誘電体ＬＲＬ機構130ｃと、異なる垂直レベルにあるもう一つの誘電体ＬＲＬ機構130ｄとを組み合わせて、関連するセンサ素子120ｃに対する反射を増強させる。ここでの開示に基づき、光の反射を改善するために、その他の適正な組み合わせと形態を利用してもよい。
上記のように、半導体基板110の前面における各センサ素子や、光反射層や、保護層や、その他の構造を形成した上で、半導体基板110の背面をさらに処理してもよい。例えば、この背面は、受光領域に照射光が効率的に到達可能なように、薄く加工してもよい。半導体基板110の厚さを薄くするために、ＣＭＰ，および／またはエッチングなどの処理を用いてもよい。半導体基板110の背面は、半導体基板110を支持し、さらにはこれを保護するに十分な厚さと機械的強度を有する透明層により、より一層保護することができる。
ここに開示される同様になされた構造や製造法において、適用される照射光は、可視光ビームに限定されず、赤外線（ＩＲ）や、紫外線（ＵＶ）や、別な放射線ビームのような、他の光線にまで拡張することが可能である。従って、対応する放射線ビームが効率的に反射するように、光反射層130を適切に選択し設計してもよい。
このように、本実施例は背面照射型半導体デバイスを提供する。このデバイスは、前面と背面を有する半導体基板と、半導体基板の前面に形成されたセンサ素子と、センサ素子の上部を覆って配置された光反射層（ＬＲＬ）とを備え、このＬＲＬが、背面に向かいセンサ素子を通過する光を、反射するように設けられる。
本実施例におけるデバイスでは、センサ素子の８０％を超える面積を通過する光を反射するように、ＬＲＬを設計してもよい。このＬＲＬは、自身に向けられる光の少なくとも約３０％を反射することができる。またＬＲＬは、約５０オングストローム（0.005マイクロメートル）〜２０マイクロメートルの間の範囲の厚さを有している。このＬＲＬは、金属，誘電体，およびこれらの組み合わせから成るグループから選択された材料で構成してもよい。ここでの金属は、アルミニウム，銅，タングステン，チタン，窒化チタン，タンタル，窒化タンタル，ケイ化金属，およびこれらの組み合わせから成るグループから選択してもよい。また前記誘電体は、酸化シリコン，窒化シリコン，酸窒化シリコン，低誘電率材料，およびこれらの組み合わせから成るグループから選択してもよい。この誘電体は、半導体基板よりも低い反射率を有してもよい。ＬＲＬは、多層構造で構成してもよい。このＬＲＬを、多層配線構造の中に配置し、多層配線構造と共に製造してもよい。ＬＲＬは、多層配線の一部分を構成してもよい。センサ素子は、相補型金属酸化物半導体（ＣＭＯＳ）イメージ・センサ，電荷結合素子センサ，能動的画素センサ，受動的画素センサ，およびこれらの組み合わせから成るグループから選択してもよい。センサ素子は、ＬＲＬの下方に配置される受光領域から構成してもよい。この受光領域は、約１０１４原子数／cm３〜約１０２１原子数／cm３の間の範囲のドーピング濃度を有してもよい。この受光領域は、センサ素子の画素面積の約１０％〜約８０％の間の範囲の面積を有してもよい。この受光領域は、Ｎ型ドープ領域、および／またはＰ型ドープ領域で構成してもよい。
本実施例は、さらに半導体デバイスを提供する。このデバイスは、前面と背面を有する半導体基板と、半導体基板の前面に形成された複数のセンサ素子と、この前面に配置された複数のセンサ素子と、半導体基板の背面に向かい、複数のセンサ素子の各面積の少なくとも８０％を通過する光を反射するために形成され、複数のセンサ素子の上部を覆って配置された複数の金属反射機構と、を有している。複数の金属反射機構の各々は、アルミニウム，銅，タングステン，チタン，窒化チタン，タンタル，窒化タンタル，ケイ化金属，およびこれらの組み合わせから成るグループから選択される材料で構成してもよい。さらに金属反射機構を、半導体基板の前面上にある多層配線の中に配置し、多層配線と共に形成してもよい。金属反射機構は、多層配線の一部分を構成してもよい。また金属反射機構を、二以上の多層配線の中に配置してもよい。
本実施例は、さらに半導体デバイスを提供する。このデバイスは、前面と背面を有する半導体基板と、半導体基板の前面に形成された複数のセンサ素子と、半導体基板の背面に向かい、複数のセンサ素子の各々の面積の少なくとも８０％を通過する光を反射するために形成され、複数のセンサ素子の上部を覆った層間誘電体の中に配置された誘電体反射層と、を有する。この誘電体反射層は、酸化シリコン，窒化シリコン，酸窒化シリコン，低誘電率材料，およびこれらの組み合わせから成るグループから選択した材料で構成してもよい。この誘電体反射層は、多層膜構造で構成してもよい。
前記の説明は、当業者が詳細な説明をより良く理解できるように、幾つかの実施例における概略的な特徴を有している。同様の目的を実行する別なプロセスおよび構造を設計し改変するための、および／または、ここに紹介した実施例と同じ利点を達成するための基礎として、ここに開示されたものが容易に使用できることを、当業者ならば認識するであろう。さらに、このような均等な構造が、本発明の開示の精神と範囲とから逸脱すること無く、また本発明の開示の精神と範囲とから逸脱すること無く、種々の変更，置換，代案を実行できることを、当業者ならば理解するであろう。
110 半導体基板
120，120ａ，120ｂ，120ｃ センサ素子（受光領域）
130 光反射層
130ｄ 誘電体反射機構
140 多層配線
142 第１の金属層（多層配線）
144 第２の金属層（多層配線）
144ａ，144ｂ 金属線構造
144ｃ ダミーの金属構造
120，120ａ，120ｂ，120ｃ センサ素子（受光領域）
130 光反射層
130ｄ 誘電体反射機構
140 多層配線
142 第１の金属層（多層配線）
144 第２の金属層（多層配線）
144ａ，144ｂ 金属線構造
144ｃ ダミーの金属構造
Claims (13)
- 前面と背面を有する半導体基板と、
前記半導体基板の前面に形成されるセンサ素子と、
前記半導体基板の上部を覆って配置される光反射層（ＬＲＬ）と、
前記半導体基板及び前記センサ素子の上部に形成される多層配線とを備え、
前記多層配線は複数の金属線構造を有し、前記金属線構造はダミーの金属構造を有し、
前記光反射層は、センサ素子に対する複数のパターン化された誘電体反射機構の反射面を有し、前記金属線構造は、前記ダミーの金属構造からなる金属反射機構を有しており、前記パターン化された誘電体反射機構の反射面は、前記センサ素子の表面積の少なくとも８０％の表面積を有する背面照射型半導体デバイス。 - 前記パターン化された誘電体反射機構は、サンドイッチ構造を有する請求項１記載の背面照射型半導体デバイス。
- 前記光反射層はさらに、前記複数のパターン化された誘電体反射機構の上に形成され、連続した反射表面を有する誘電体反射機構を備える請求項１記載の背面照射型半導体デバイス。
- 前記センサ素子が、能動的画素センサ，或いは受動的画素センサから構成される請求項１記載の背面照射型半導体デバイス。
- 前記光反射層が、背面照射光に対して、少なくとも３０％の反射率を有する請求項１記載の背面照射型半導体デバイス。
- 前記光反射層が、５０オングストローム（0.005マイクロメートル）〜２０マイクロメートルの間の範囲の厚さを有することを特徴とする請求項１記載の背面照射型半導体デバイス。
- 前記誘電体は、２よりも小さい減衰係数を有する請求項５記載の背面照射型半導体デバイス。
- 前面と背面を有する半導体基板と、
前記半導体基板の前面に形成され、受光領域を有するセンサ素子と、
前記受光領域の上部を覆って配置され、光を反射して前記受光領域に戻すように形成される光反射層（ＬＲＬ）と、
前記半導体基板及び前記センサ素子の上部に形成される多層配線とを備え、
前記多層配線は複数の金属線構造を有し、前記金属線構造はダミーの金属構造を有し、
前記光反射層は、複数のパターン化された誘電体反射機構を有し、前記金属線構造は、前記ダミーの金属構造からなる金属反射機構を有する背面照射型半導体デバイス。 - 前記パターン化された誘電体反射機構は、サンドイッチ構造を有する請求項８記載の背面照射型半導体デバイス。
- 前記光反射層はさらに、前記複数のパターン化された誘電体反射機構の上に形成され、連続した反射表面を有する誘電体反射機構を備える請求項８記載の背面照射型半導体デバイス。
- 前記受光領域は、１０１４原子数／cm３〜１０２１原子数／cm３の間の範囲のドーピング濃度を有する請求項８記載の背面照射型半導体デバイス。
- 前記受光領域は、前記センサ素子の画素面積の１０％〜８０％の間の範囲の面積を有する請求項８記載の背面照射型半導体デバイス。
- 前記受光領域は、Ｎ型ドープ領域，またはＰ型ドープ領域から構成される請求項８記載の背面照射型半導体デバイス。
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