JP2021129109A - システム及び方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】 撮像デバイスで使用されるフォトダイオードのための改善されたシステム及び方法を提供する。【解決手段】 システムは、吸収層と接触する拡散層を含む画素を含む。拡散層及び吸収層は、メサの内側にある界面に沿って互いに接触する。トレンチは、メサを囲む吸収層に規定される。オーバーフローコンタクトはトレンチに設けられる。【選択図】図１

Description

本開示は、ダイオード、より詳細には、撮像用の画素で使用されるようなフォトダイオードに関する。
撮像デバイス内のフォトダイオードの暗電流が低いほど、画質は良好になる。同様に、撮像デバイス内のフォトダイオードの感度が高いほど、画質が良好になる。高い光レベルでは、過剰な光子が高い電流を生じさせ、検出器の損傷及び／または読み出し集積回路（ＲＯＩＣ）により多くのストレスを与え得る。メサ構造を備えた光検出器アレイ（ＰＤＡ）は、撮像デバイスの変調伝達関数（ＭＴＦ）を向上させる。
従来技術は、それらの意図された目的に十分であると考えられてきた。しかし、撮像デバイスで使用されるフォトダイオードのための改善されたシステム及び方法の必要性が常に存在する。本開示は、この必要性に対する解決策を提供する。
システムは、吸収層と接触する拡散層を含む画素を含む。拡散層及び吸収層は、メサの内側にある界面に沿って互いに接触する。トレンチは、メサを囲むキャップ層及び吸収層に規定される。オーバーフローコンタクトはトレンチに設けられる。
オーバーフローコンタクトはメサを囲み得る。画素は、グリッドパターンに配置された複数の同様の画素のうちの１つであり得て、トレンチにより、各画素は複数の画素のうちの隣接する画素から分離される。オーバーフローコンタクトは、トレンチの基部に設けられ得て、オーバーフローコンタクトグリッドを形成し、画素は、オーバーフローコンタクトグリッドの交差する線の間のオーバーフローコンタクトグリッドの空間にある。
トレンチがトレンチの側壁の間に基部を有することができ、オーバーフローコンタクトが基部上に設けられ、オーバーフローコンタクトと側壁のそれぞれとの間の基部上に横方向のクリアランスがある。オーバーフローコンタクトは、吸収層に接触する透明導電性酸化物（ＴＣＯ）に接触して設けられる。ＴＣＯは、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、酸化チタン（ＴｉＯ2）、及び／または酸化インジウムスズ（ＩＴＯ）の複数の層を含むことができる。ＴＣＯは、窒化シリコン（ＳｉＮｘ）層内の間隙に形成できる。接触金属は、拡散層を読み出し集積回路（ＲＯＩＣ）に電気的に接続するように構成される、拡散層に電気的に接続できる。
オーバーフローコンタクトは、金属製とすることができる。キャップ層は、基板の反対側の吸収層上に堆積され得る。キャップ層はＩｎＰを含み得る。ＳｉＮｘ層は、キャップ層の上に含まれ得る。ＳｉＮｘ層は、トレンチ内の吸収層に直接接触できる。反射防止層は、吸収層の反対側の基板上に堆積され得る。吸収層は、画素が赤外線波長の光に感応性を持つヒ化インジウムガリウム（ＩｎＧａＡｓ）を含み得る。吸収層は、画素が可視光波長の光に感応性を持つケイ素（Ｓｉ）を含み得ることも考慮される。
方法は、画素アレイの吸収層にトレンチを形成することを含み、トレンチは、画素アレイのそれぞれの画素を囲むグリッドパターンに形成され、各画素は、グリッドの交差する線で囲まれる。この方法は、グリッドパターンに従って、トレンチ内にオーバーフローコンタクトを形成することを含む。
この方法は、トレンチを形成した後に吸収層上にＳｉＮｘ層を堆積することを含み得て、トレンチ内にオーバーフローコンタクトを形成することは、ＳｉＮｘ層を堆積した後に実行される。トレンチ内にオーバーフローコンタクトを形成することは、ＳｉＮｘ層の間隙に形成された透明酸化物層（ＴＣＯ）上にオーバーフローコンタクトを形成することを含み得る。
主題の開示のシステム及び方法のそれらの特徴及び他の特徴は、図面と併用して好ましい実施形態の以下の詳細な説明から、当業者にとってより容易に明らかになるであろう。
主題の開示に関連する当業者が過度な実験を実施することなく、主題の開示のデバイス及び方法をどのように製造し、及びどのように使用するかを容易に理解できるように、それらの好ましい実施形態が特定の図面を参照して本明細書で詳細に説明される。
メサ及びトレンチを示す、本開示に従って構築されたシステムの一実施形態の概略断面立面図である。 複数の画素のグリッドパターンを示す、図１のシステムの概略平面図である。
次に、同様の参照番号が、主題の開示の類似の構造的特徴または態様を識別する図面を参照する。説明及び例示の目的のために、限定ではなく、本開示に従ったシステムの一実施形態の部分図が図１に示され、参照符号１００によって全体的に指定される。説明するように、本開示に従ったシステムの他の実施形態、またはその態様が図２に提供される。本明細書に記載のシステム及び方法を使用して、撮像デバイス内の読み出し集積回路（ＲＯＩＣ）の過剰電流を低減し、感度を高め、ストレスを低減できる。
システム１００は、吸収層１０６と接触する拡散層１０４を含む画素１０２を含む。拡散層１０４及び吸収層１０６は、メサ１０９の内側にある界面１０８に沿って互いに接触する。トレンチ１１０は、メサ１０９を囲む吸収層１０６内に規定される。オーバーフローコンタクト１１２は、トレンチ１１０に設けられる。
ここで図２を参照すると、画素１０２は、正方形のタイル状グリッドパターン１１４に配置された複数の同様の画素１０２のうちの１つであり、その一部は、図２の参照符号１１４及び関連する幻像線で示される。トレンチ１１０により、各画素１０２は複数の画素１０２のうちの隣接する画素から分離される。オーバーフローコンタクト１１２は、各メサ１０９を囲んでいる。オーバーフローコンタクト１１２は、オーバーフローコンタクトグリッド１１８を形成する、（図１で識別されるように）トレンチ１１０の基部１１６に設けられる。オーバーフローコンタクトグリッド１１８の一部は、参照符号１１８及び関連する幻像線とともに図２に示される。画素１０２は、オーバーフローコンタクトグリッド１１８の交差する線１２０の間のオーバーフローコンタクトグリッド１１８の空間にある。
再び図１を参照すると、トレンチ１１０の基部１１６は、トレンチ１１０の側壁１２２の間に配置される。オーバーフローコンタクト１１２は基部１１６に設けられ、オーバーフローコンタクト１１２と側壁１２２のそれぞれとの間の基部１１６上には横方向のクリアランス１２４がある。オーバーフローコンタクトは、吸収層１０６と接触する透明導電性酸化物（ＴＣＯ）１２６に、同様に接触して設けられる。ＴＣＯ１２６は、ＺｎＯ、ＴｉＯ2、及び／または酸化インジウムスズ（ＩＴＯ）の複数の層を含むことができる。ＴＣＯ１２６の膜抵抗率は、検出器の動作条件に基づいて設計でき、これはＴＣＯ１２６のドーピングレベルを調整することによって実施できる。ＴＣＯ１２６は、ＳｉＮｘ層１３０内の間隙１２８に形成される。画素１０２ごとに（例えば、図２に示されるように）、接触金属１３２は、拡散層１０４と読み出し集積回路（ＲＯＩＣ）１３４との間を電気的に接続する。ＴＣＯ１２６は通常、絶縁体として機能するが、電流が所定の最大レベルに達すると、ＴＣＯ１２６の抵抗障壁が破れ、過剰電流がＴＣＯを通ってＲＯＩＣ１３４上の共通の電流シンク１４４に流れ得る。
オーバーフローコンタクト１１２は、金属製とすることができる。例えばＩｎＰのキャップ層１３６は、ＩｎＰまたは他の任意の適切な材料のものであり得る、基板１３８に対向する吸収層上に堆積することができる。ＳｉＮｘ層１３０は、キャップ層の上に含まれ、配置される。ＳｉＮｘ層１３０は、トレンチ１１０内の吸収層１０６に直接接触する。反射防止層１４０は、任意選択で、吸収層１０６の反対側の基板１３８上に堆積され得る。吸収層１０６は、例えば、画素１０２が赤外線波長の光に感応性を持つようにする、ＩｎＧａＡｓを含むことができる。吸収層１０６は、例えば、画素１０２が可視光波長の光に感応性を持つようする、Ｓｉを含み得ることも考慮される。他の適切な波長に感応性を提供するために、他の適切な材料を使用できることを、当業者ならば容易に理解するであろう。
方法は、画素アレイ（例えば、図２の正方形のタイル状グリッドパターン１１４の画素１０２の層）の吸収層、例えば、吸収層１０６に、トレンチ、例えば、トレンチ１１０を形成することを含む。トレンチは、画素アレイのそれぞれの画素を囲むグリッドパターン、（例えば、図２のグリッドパターン１１４）に形成され、各画素は、グリッドの交差する線（例えば、図２のグリッド線１４２）によって囲まれる。この方法は、グリッドパターンに従って、トレンチ内にオーバーフローコンタクト、例えば、オーバーフローコンタクト１１２を形成することを含む。この方法は、トレンチを形成した後に吸収層上にＳｉＮｘ層（例えば、ＳｉＮｘ層１３０）を堆積することを含み得て、トレンチ内にオーバーフローコンタクトを形成することは、ＳｉＮｘ層を堆積した後に実行される。トレンチ内にオーバーフローコンタクトを形成することは、ＳｉＮｘ層の間隙、例えば、間隙１２８に形成された透明酸化物層（ＴＣＯ）、例えば、ＴＣＯ１２６上にオーバーフローコンタクトを形成することを含み得る。拡散層１０４は、ＰＩＮダイオードのＰ部分であり、吸収層１０６は、ＰＩＮダイオードのＩ部分であり、基板１３８は、ＰＩＮダイオードのＮ部分である。
本開示の方法及びシステムは、上記で説明され、図面に示すように、撮像デバイスの読み出し集積回路（ＲＯＩＣ）の過剰電流の低減、感度の向上、及びストレスの低減を提供する。これにより、画質が向上し、従来の構成と比較してＲＯＩＣの設計要件及び信号処理の複雑さが軽減される。主題の開示の装置及び方法は、好ましい実施形態を参照して示され説明されているが、主題の開示の範囲から逸脱することなく、それらに対して変更及び／または修正がなされ得ることを当業者ならば容易に理解するであろう。

Claims (20)

  1. システムであって、
    吸収層と接触している拡散層を含む画素であって、前記拡散層及び前記吸収層が、メサの内側にある界面に沿って互いに接触している、前記画素と、
    前記メサを囲む前記吸収層に規定されたトレンチと、
    前記トレンチに設けられるオーバーフローコンタクトと、
    を備える、前記システム。
  2. 前記オーバーフローコンタクトが前記メサを囲む、請求項１に記載のシステム。
  3. 前記画素がグリッドパターンに配置された複数の同様の画素のうちの１つであり、
    前記トレンチにより、各画素は前記複数の画素のうちの隣接する画素から分離され、
    前記オーバーフローコンタクトは、前記トレンチの基部に設けられ、オーバーフローコンタクトグリッドを形成し、
    前記画素は、前記オーバーフローコンタクトグリッドの交差する線の間の前記オーバーフローコンタクトグリッドの空間にある、請求項１に記載のシステム。
  4. 前記オーバーフローコンタクトが金属製である、請求項１に記載のシステム。
  5. 基板の反対側の前記吸収層上に堆積されるキャップ層をさらに備える、請求項１に記載のシステム。
  6. 前記キャップ層がＩｎＰを含む、請求項５に記載のシステム。
  7. 前記キャップ層の上にＳｉＮｘ層をさらに備える、請求項５に記載のシステム。
  8. 前記ＳｉＮｘ層が前記トレンチ内の前記吸収層に直接接触する、請求項７に記載のシステム。
  9. 前記吸収層の反対側の前記基板上に堆積された反射防止層をさらに備える、請求項５に記載のシステム。
  10. 前記トレンチが前記トレンチの側壁の間に基部を有し、
    前記オーバーフローコンタクトが前記基部に設けられ、
    前記オーバーフローコンタクトと前記側壁のそれぞれとの間の前記基部に横方向のクリアランスがある、請求項１に記載のシステム。
  11. 前記拡散層に電気的に接続される接触金属をさらに備え、
    前記接触金属は、前記拡散層を読み出し集積回路（ＲＯＩＣ）に電気的に接続するように構成される、請求項１に記載のシステム。
  12. 前記接触金属と電気的に接続される前記読み出し集積回路（ＲＯＩＣ）をさらに備える、請求項１１に記載のシステム。
  13. 前記オーバーフローコンタクトが、前記吸収層と接触する透明導電性酸化物（ＴＣＯ）に接触して設けられる、請求項１に記載のシステム。
  14. 前記透明導電性酸化物（ＴＣＯ）がＺｎＯ、ＴｉＯ2、及び／または酸化インジウムスズ（ＩＴＯ）の複数の層を含む、請求項１３に記載のシステム。
  15. 前記透明導電性酸化物（ＴＣＯ）がＳｉＮｘ層内の間隙に形成される、請求項１１に記載のシステム。
  16. 前記吸収層がＩｎＧａＡｓを含み、
    前記画素が赤外線波長の光に感応性を持つ、請求項１に記載のシステム。
  17. 前記吸収層がＳｉを含み、
    前記画素が可視光波長の光に感応性を持つ、請求項１に記載のシステム。
  18. 画素アレイの吸収層にトレンチを形成することであって、前記トレンチが、前記画素アレイのそれぞれの画素を囲むグリッドパターンに形成され、各画素が前記グリッドの交差する線を囲む、前記形成することと、
    前記グリッドパターンに従って、前記トレンチ内にオーバーフローコンタクトを形成することと、
    を含む、方法。
  19. 前記トレンチを形成した後に前記吸収層上にＳｉＮｘ層を堆積することであって、前記トレンチ内に前記オーバーフローコンタクトを形成することが、前記ＳｉＮｘ層を堆積した後に実行される、前記堆積することをさらに含む、請求項１８に記載の方法。
  20. 前記トレンチ内に前記オーバーフローコンタクトを形成することが、前記ＳｉＮｘ層の間隙に形成される透明酸化物層（ＴＣＯ）上に前記オーバーフローコンタクトを形成することを含む、請求項１９に記載の方法。
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