JP2022553465A - 画像センサ構造 - Google Patents
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Abstract
Description
本特許出願は、2019年10月9日に出願された、「Image Sensor Structure」と題する米国特許仮出願番号第62/912,908号に対する優先権を主張する。前述の出願の内容全体が、参照により本明細書に組み込まれる。
AR=H/W;
tanθ=d/H=0.5W/Hmax;
ARmax=Hmax/W=H/(2d)=H/(W-W’)=0.5/(tanθ)
・実際のアスペクト比が約2.5対1である場合、最大達成可能アスペクト比は、約2.5対1以上であってもよく、側壁角度θは、約11度以下であってもよく、
・実際のアスペクト比が約5対1である場合、最大達成可能アスペクト比は、約5対1以上であってもよく、側壁角度θは、約6度以下であってもよく、
・実際のアスペクト比が約10対1である場合、最大達成可能アスペクト比は、約10対1以上であってもよく、側壁角度θは、約3度以下であってもよく、
・実際のアスペクト比が約20対1である場合、最大達成可能アスペクト比は、約20対1以上であってもよく、側壁角度θは、約1.5度以下であってもよい。
・約2.5対1以上であるアスペクト比と、約11度~約1.2度の範囲内の側壁角度、
・約5対1以上であるアスペクト比と、約6度~約1.2度の範囲内の側壁角度、
・約5対1以上であるアスペクト比と、約6度~約1.5度の範囲内の側壁角度、
・約10対1以上であるアスペクト比と、約3度~約1.2度の範囲内の側壁角度、
・約10対1以上であるアスペクト比と、約3度~約1.5度の範囲内の側壁角度、を有してもよい。
Claims (50)
- 画像センサ構造であって、
デバイススタックの上に配置された画像スタックであって、前記画像スタックは、複数の光検出器を含む、画像スタックと、
前記画像スタックの上に配置された第1の光学フィルタスタックであって、前記第1の光学フィルタスタックは、
光ガイド層と、
前記光ガイド層内に配置された光パイプ空洞であって、それぞれの前記光パイプ空洞は、前記複数の光検出器のうちの1つの光検出器に関連付けられ、それぞれの前記光パイプ空洞は、約2.5対約1よりも大きいアスペクト比を有する、光パイプ空洞と、を含む、第1の光学フィルタスタックと、
前記第1の光学フィルタスタックの上に配置されたナノウェル層と、
前記ナノウェル層内に配置された複数のナノウェルであって、それぞれの前記ナノウェルは、前記複数の光検出器のうちの1つの光検出器に関連付けられている、複数のナノウェルと、を備える、画像センサ構造。 - 前記光パイプ空洞は、約11~約1.2度の範囲内の側壁角度を有する、請求項1に記載の画像センサ構造。
- 前記光パイプ空洞内に配置された光学フィルタ材料を備え、前記光学フィルタ材料は、前記光パイプ空洞の側壁において、前記光ガイド層と直接接触している、請求項1に記載の画像センサ構造。
- 前記第1の光学フィルタスタックの上に配置された第2の光学フィルタスタックを備え、
前記第1の光学フィルタスタック及び前記第2の光学フィルタスタックは、全体的アスペクト比が、前記第1のフィルタスタック及び前記第2のフィルタスタックのうちのいずれか一方のアスペクト比よりも大きい、請求項1に記載の画像センサ構造。 - 前記光ガイド層は、ポリマー材料、半導体材料、及び誘電体材料のうちの1つで構成される、請求項1に記載の画像センサ構造。
- 前記第1の光学フィルタスタックは、
前記画像スタックの上に配置された中間層と、
前記中間層の上に配置された光ガイド層と、を含み、
前記光ガイド層は、前記光パイプ空洞の側壁に配置され、かつ前記光パイプ空洞の底面には配置されていない金属層であり、
前記光ガイド層は、約100ナノメートル以下の厚さを有する、請求項1に記載の画像センサ構造。 - 前記画像スタックは、
前記複数の光検出器の上に配置された基板層であって、前記基板層は、放出光及び励起光を通過させるように作用する、基板層と、
前記基板層内に配置された複数の分離トレンチであって、それぞれの前記分離トレンチは、前記複数の光検出器のうちの1つの光検出器に隣接して配置されている、複数の分離トレンチと、
それぞれの前記分離トレンチ内に配置された誘電体材料であって、前記誘電体材料は、前記複数の光検出器のそれぞれの光検出器を電気的に分離するように作用する、誘電体材料と、を含む、請求項6に記載の画像センサ構造。 - 前記第1の光学フィルタスタック内に配置された前記中間層及び前記画像スタックの前記基板層は、同じ材料で構成されている、請求項7に記載の画像センサ構造。
- 前記中間層及び前記基板層は、シリコンで構成されている、請求項8に記載の画像センサ構造。
- 光学的吸収材料で構成された光ガイド層と、
前記光パイプ空洞内に配置された光学的透明材料であって、前記光学的透明材料は、前記光学的吸収材料の屈折率よりも大きい屈折率を有する、光学的透明材料と、を備える、請求項1に記載の画像センサ構造。 - 前記光パイプ空洞のうちの1つ以上の間で、前記光学フィルタスタックの上面の上に配置されたクロストーク層と、
前記光パイプ空洞のうちの1つ以上の間で、前記光学フィルタスタックの上面から下に延びているクロストークカーテンと、
前記光学フィルタスタックと前記画像スタックとの間に配置された拡散層と、
前記光パイプ空洞のうちの1つ以上の底部に配置された光パイプ延長部であって、前記光パイプ延長部は、前記拡散層を通って延びている、光パイプ延長部と、を備える、請求項1に記載の画像センサ構造。 - 前記光パイプ空洞は、約11~約1.2度の範囲内の側壁角度を有する、請求項3~11のいずれか一項に記載の画像センサ構造。
- 前記光パイプ空洞内に配置された光学フィルタ材料を備え、前記光学フィルタ材料は、前記光パイプ空洞の側壁において、前記光ガイド層と直接接触している、請求項4~11のいずれか一項に記載の画像センサ構造。
- 前記第1の光学フィルタスタックの上に配置された第2の光学フィルタスタックを備え、
前記第1の光学フィルタスタック及び前記第2の光学フィルタスタックは、全体的アスペクト比が、前記第1のフィルタスタック及び前記第2のフィルタスタックのうちのいずれか一方のアスペクト比よりも大きい、請求項5~11のいずれか一項に記載の画像センサ構造。 - 前記光ガイド層は、ポリマー材料、半導体材料、及び誘電体材料のうちの1つで構成されている、請求項6~11のいずれか一項に記載の画像センサ構造。
- 前記中間層及び前記基板層は、シリコンで構成されている、請求項7に記載の画像センサ構造。
- 光学的吸収材料で構成された光ガイド層と、
前記光パイプ空洞内に配置された光学的透明材料であって、前記光学的透明材料は、前記光学的吸収材料の屈折率よりも大きい屈折率を有する、光学的透明材料と、を備える、請求項11に記載の画像センサ構造。 - 前記光パイプ空洞のうちの1つ以上の間で、前記光学フィルタスタックの上面の上に配置されたクロストーク層と、
前記光パイプ空洞のうちの1つ以上の間で、前記光学フィルタスタックの上面から下に延びているクロストークカーテンと、
前記光学フィルタスタックと前記画像スタックとの間に配置された拡散層と、
前記光パイプ空洞のうちの1つ以上の底部に配置された光パイプ延長部であって、前記光パイプ延長部は、前記拡散層を通って延びている、光パイプ延長部と、を備える、請求項6~9のいずれか一項に記載の画像センサ構造。 - 画像センサ構造であって、
デバイススタックの上に配置された画像スタックであって、前記画像スタックは、複数の光検出器を含む、画像スタックと、
前記画像スタックの上に配置された第1の光学フィルタスタックであって、前記第1の光学フィルタスタックは、
光ガイド層と、
前記光ガイド層内に配置された光パイプ空洞であって、それぞれの前記光パイプ空洞は、前記複数の光検出器のうちの1つの光検出器と関連付けられている、光パイプ空洞と、
前記光パイプ空洞内に配置された光学フィルタ材料であって、前記光学フィルタ材料は、前記光パイプ空洞の側壁において、前記光ガイド層と直接接触している、光学フィルタ材料と、を含む、第1の光学フィルタスタックと、
前記第1の光学フィルタスタックの上に配置されたナノウェル層と、
前記ナノウェル層内に配置された複数のナノウェルであって、それぞれの前記ナノウェルは、前記複数の光検出器のうちの1つの光検出器に関連付けられている、複数のナノウェルと、を備える、画像センサ構造。 - 前記光パイプ空洞は、約2.5対約1よりも大きいアスペクト比を有する、請求項19に記載の画像センサ構造。
- 前記光パイプ空洞は、約11~約1.2度の範囲内の側壁角度を有する、請求項20に記載の画像センサ構造。
- 前記光ガイド層は、ポリマー材料、半導体材料、及び誘電体材料のうちの1つを含む、請求項19に記載の画像センサ構造。
- 前記第1の光学フィルタスタックは、
前記画像スタックの上に配置された中間層と、
前記中間層の上に配置された光ガイド層と、を含み、
前記光ガイド層は、前記光パイプ空洞の前記側壁に配置され、かつ前記光パイプ空洞の底面には配置されていない金属層であり、
前記光ガイド層は、約100ナノメートル以下の厚さを有する、請求項19に記載の画像センサ構造。 - 前記画像スタックは、
前記複数の光検出器の上に配置された基板層であって、前記基板層は、放出光及び励起光を通過させるように作用する、基板層と、
前記基板層内に配置された複数の分離トレンチであって、それぞれの前記分離トレンチは、前記複数の光検出器のうちの1つの光検出器に隣接して配置されている、複数の分離トレンチと、
それぞれの前記分離トレンチ内に配置された誘電体材料であって、前記誘電体材料は、前記複数の光検出器のそれぞれの光検出器を電気的に分離するように作用する、誘電体材料と、を含む、請求項23に記載の画像センサ構造。 - 前記第1の光学フィルタスタック内に配置された前記中間層及び前記画像スタック内に配置された前記基板層は、同じ材料で構成されている、請求項24に記載の画像センサ構造。
- 前記第1の光学フィルタスタックの上に配置された第2の光学フィルタスタックを備え、
前記第1の光学フィルタスタック及び前記第2の光学フィルタスタックは、全体的アスペクト比が、前記第1のフィルタスタック及び前記第2のフィルタスタックのうちのいずれか一方のアスペクト比よりも大きい、請求項19に記載の画像センサ構造。 - 前記光パイプ空洞のうちの1つ以上の間で、前記光学フィルタスタックの上面の上に配置されたクロストーク層と、
前記光パイプ空洞のうちの1つ以上の間で、前記光学フィルタスタックの上面から下に延びているクロストークカーテンと、
前記光学フィルタスタックと前記画像スタックとの間に配置された拡散層と、
前記光パイプ空洞のうちの1つ以上の底部に配置された光パイプ延長部であって、前記光パイプ延長部は、前記拡散層を通って延びている、光パイプ延長部と、を備える、請求項19に記載の画像センサ構造。 - 前記光パイプ空洞は、約2.5対約1よりも大きいアスペクト比を有する、請求項21~27のいずれか一項に記載の画像センサ構造。
- 前記光パイプ空洞は、約11~約1.2度の範囲内の側壁角度を有する、請求項22~27のいずれか一項に記載の画像センサ構造。
- 前記光ガイド層は、ポリマー材料、半導体材料、及び誘電体材料のうちの1つを含む、請求項26又は27に記載の画像センサ構造。
- 前記第1の光学フィルタスタックは、
前記画像スタックの上に配置された中間層と、
前記中間層の上に配置された光ガイド層と、を含み、
前記光ガイド層は、前記光パイプ空洞の前記側壁に配置され、かつ前記光パイプ空洞の底面には配置されていない金属層であり、
前記光ガイド層は、約100ナノメートル以下の厚さを有する、請求項26又は27に記載の画像センサ構造。 - 前記画像スタックは、
前記複数の光検出器の上に配置された基板層であって、前記基板層は、放出光及び励起光を通過させるように作用する、基板層と、
前記基板層内に配置された複数の分離トレンチであって、それぞれの前記分離トレンチは、前記複数の光検出器のうちの1つの光検出器に隣接して配置されている、複数の分離トレンチと、
それぞれの前記分離トレンチ内に配置された誘電体材料であって、前記誘電体材料は、前記複数の光検出器のそれぞれの光検出器を電気的に分離するように作用する、誘電体材料と、を含む、請求項22、23、26、又は27に記載の画像センサ構造。 - 前記第1の光学フィルタスタックの上に配置された第2の光学フィルタスタックを備え、
前記第1の光学フィルタスタック及び前記第2の光学フィルタスタックは、全体的アスペクト比が、前記第1のフィルタスタック及び前記第2のフィルタスタックのうちのいずれか一方のアスペクト比よりも大きい、請求項25又は27に記載の画像センサ構造。 - 前記光パイプ空洞のうちの1つ以上の間で、前記光学フィルタスタックの上面の上に配置されたクロストーク層と、
前記光パイプ空洞のうちの1つ以上の間で、前記光学フィルタスタックの上面から下に延びているクロストークカーテンと、
前記光学フィルタスタックと前記画像スタックとの間に配置された拡散層と、
前記光パイプ空洞のうちの1つ以上の底部に配置された光パイプ延長部であって、前記光パイプ延長部は、前記拡散層を通って延びている、光パイプ延長部と、を備える、請求項25に記載の画像センサ構造。 - 画像センサ構造であって、
デバイススタックの上に配置された画像スタックであって、前記画像スタックは、複数の光検出器を備える、画像スタックと、
前記画像スタックの上に配置された第1の光学フィルタスタックであって、前記第1の光学フィルタスタックは、
光学的吸収材料で構成された光ガイド層と、
前記光ガイド層内に配置された光パイプ空洞であって、それぞれの前記光パイプ空洞は、前記複数の光検出器のうちの1つの光検出器と関連付けられている、光パイプ空洞と、
前記光パイプ空洞内に配置された光学的透明材料であって、前記光学的透明材料は、前記光学的吸収材料の屈折率よりも大きい屈折率を有する、光学的透明材料と、を含む、第1の光学フィルタスタックと、
前記第1の光学フィルタスタックの上に配置されたナノウェル層と、
前記ナノウェル層内に配置された複数のナノウェルであって、それぞれの前記ナノウェルは、前記複数の光検出器のうちの1つの光検出器に関連付けられている、複数のナノウェルと、を備える、画像センサ構造。 - 前記光パイプ空洞は、約11~約1.2度の範囲内の側壁角度及び約2.5対約1よりも大きいアスペクト比を有する、請求項35に記載の画像センサ構造。
- 前記光学的吸収材料は、前記光パイプ空洞の側壁において、前記光学的透明材料と直接接触している、請求項35に記載の画像センサ構造。
- 前記光パイプ空洞のうちの1つ以上の間で、前記光学フィルタスタックの上面の上に配置されたクロストーク層と、
前記光パイプ空洞のうちの1つ以上の間で、前記光学フィルタスタックの上面から下に延びているクロストークカーテンと、
前記光学フィルタスタックと前記画像スタックとの間に配置された拡散層と、
前記光パイプ空洞のうちの1つ以上の底部に配置された光パイプ延長部であって、前記光パイプ延長部は、前記拡散層を通って延びている、光パイプ延長部と、を備える、請求項35に記載の画像センサ構造。 - 前記光パイプ空洞は、約11~約1.2度の範囲内の側壁角度、及び約2.5対約1よりも大きいアスペクト比を有する、請求項37又は38に記載の画像センサ構造。
- 前記光学的吸収材料は、前記光パイプ空洞の側壁において、前記光学的透明材料と直接接触している、請求項36又は38に記載の画像センサ構造。
- 前記光パイプ空洞のうちの1つ以上の間で、前記光学フィルタスタックの上面の上に配置されたクロストーク層と、
前記光パイプ空洞のうちの1つ以上の間で、前記光学フィルタスタックの上面から下に延びているクロストークカーテンと、
前記光学フィルタスタックと前記画像スタックとの間に配置された拡散層と、
前記光パイプ空洞のうちの1つ以上の底部に配置された光パイプ延長部であって、前記光パイプ延長部は、前記拡散層を通って延びている、光パイプ延長部と、を備える、請求項36又は37に記載の画像センサ構造。 - 画像センサ構造を形成する方法であって、前記方法は、
画像スタックをデバイススタック上に配置することであって、前記画像スタックは、複数の光検出器を含む、ことと、
前記画像スタックの上に光ガイド層を配置することと、
前記光ガイド層内の複数の光パイプ空洞をエッチングすることであって、それぞれの前記光パイプ空洞は、前記複数の光検出器のうちの1つの光検出器に関連付けられ、前記光パイプ空洞は、約2.5対約1よりも大きいアスペクト比、及び約11~約1.2度の範囲内の側壁角度を有する、ことと、
前記光ガイド層の上にナノウェル層を配置することと、
前記ナノウェル層内に複数のナノウェルを配置することであって、それぞれの前記ナノウェルは、前記複数の光検出器のうちの1つの光検出器に関連付けられている、ことと、を含み、
前記光ガイド層及び前記複数の光パイプ空洞は、前記画像スタックの上に配置された第1の光学フィルタスタックを構成する、方法。 - 前記画像スタックの上に中間層を配置することと、
前記中間層の上に光ガイド層を配置することと、を含み、
前記光ガイド層は、前記光パイプ空洞の側壁に配置され、かつ前記光パイプ空洞の底面には配置されていない金属層であり、
前記光ガイド層は、約100ナノメートル以下の厚さを有する、請求項42に記載の方法。 - 前記光パイプ空洞内に光学フィルタ材料を配置することを含み、前記光学フィルタ材料は、前記光パイプ空洞の側壁において、前記光ガイド層と直接接触している、請求項42に記載の方法。
- 前記第1の光学フィルタスタックの上に第2の光学フィルタスタックを配置することを含み、
前記第1の光学フィルタスタック及び前記第2の光学フィルタスタックは、全体的アスペクト比が、前記第1のフィルタスタック及び前記第2のフィルタスタックのうちのいずれか一方のアスペクト比よりも大きい、請求項42に記載の方法。 - 前記光ガイド層は、光学的吸収材料で構成され、
前記光パイプ空洞内に光学的透明材料を配置することを含み、前記光学的透明材料は、前記光学的吸収材料の屈折率よりも大きい屈折率を有する、請求項42に記載の方法。 - 前記画像スタックの上に中間層を配置することと、
前記中間層の上に光ガイド層を配置することと、を含み、
前記光ガイド層は、前記光パイプ空洞の前記側壁に配置され、かつ前記光パイプ空洞の底面には配置されていない金属層であり、
前記光ガイド層は、約100ナノメートル以下の厚さを有する、請求項44~46のいずれか一項に記載の方法。 - 前記光パイプ空洞内に光学フィルタ材料を配置することを含み、前記光学フィルタ材料は、前記光パイプ空洞の側壁において、前記光ガイド層と直接接触している、請求項43、45、又は46に記載の方法。
- 前記第1の光学フィルタスタックの上に第2の光学フィルタスタックを配置することを含み、
前記第1の光学フィルタスタック及び前記第2の光学フィルタスタックの全体的アスペクト比は、前記第1のフィルタスタック及び前記第2のフィルタスタックのうちのいずれか一方のアスペクト比よりも大きい、請求項43、45、又は46に記載の方法。 - 前記光ガイド層は、光学的吸収材料で構成され、
前記光パイプ空洞内に光学的透明材料を配置することを含み、前記光学的透明材料は、前記光学的吸収材料の屈折率よりも大きい屈折率を有する、請求項43~45のいずれか一項に記載の方法。
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