JP3538382B2 - 光電性デバイス用超小型コレクタ - Google Patents
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Description
をその放射線の強度の電気信号表現に変換するために使
用できる超小型電子光電性デバイス(microelectronic
photosensitive devices)に関する。このようなデバイ
スは、デジタルカメラや他のデバイスといったデジタル
結像デバイスの結像配列(array)を形成するために使
用できる。
して光電性検出器の配列を生み出すために形成されてよ
い。この配列は入射放射線を表す信号を作り出す。これ
らの信号は目標イメージのデジタル表現を形成するため
にデジタル化されてよい。センサの配列を形成するため
にマイクロエレクトロニクス技術を使用することによっ
て、比較的小さなサイズの検出配列(検出アレイ)が生
成できる。それぞれ検出器は比較的小さな電力を使用
し、入射放射線に対して比較的敏感かもしれない。
導体(CMOS)技術が結像配列(結像アレイ)を形成
するために形成されてよい。これらの配列は、能動ピク
セルセンサ(APS(active pixel sensors))または
受動ピクセルセンサ(PPS(passive pixel sensor
s))から形成されてよい。さらに、電荷結合デバイス
(CCD(charge coupled device))技術が結像配列
を形成するために使用されてよい。
ズがより小さくなると、それらが集める光量であるフィ
ルファクタは、他の補正処置がなければ結果的に減少す
る。従って、一部の実施態様では、超小型レンズが、特
定の光検出器よりも大きな領域から光を集めて、その光
検出器にその入射光を集中(フォーカス)させるために
使用されてよい。一般に、その超小型レンズは入射光を
回折させ、それ故に光電性デバイスに当たる光に逆影響
を与えるかも知れない。
成する光検出器に可能な限りの量の光を集中(フォーカ
ス)させるための改良された方法が継続的に必要とされ
ている。
電子光電性デバイスは半導体構造(semiconductor stru
cture)を含む。光電性素子はその半導体構造上に形成
される。反射面が、入射光を前記光電性素子に向けて反
射するように前記半導体構造上に形成される。
型電子光電性デバイス10は従来の半導体製造技術を使
用して製造されてよい。デバイス10は、例えば、CM
OS集積回路素子あるいはCCDデバイスであってよ
い。デバイス10は、カラーフィルタ配列(アレイ)1
6、二酸化シリコン層18及び光電性デバイス20を含
む半導体構造14上に形成されてよい。半導体構造14
の最上部には、三角形状またはくさび形状であるとして
図示されている反射面のパタン12が形成されてよい。
に入射光「L」を光電性デバイス20に向けて反射する
ように構成される。反射面を光電性デバイス20の少な
くとも一つのサイドに配置させることによって、そうで
なければ光電性デバイスに向かわなかったであろう入射
光は反射されて光電性デバイス20によって受け取ら
れ、その結果、フィルファクタが増大する。
関する光電性デバイスの特定の構成による反射特性を最
大化するように決定されてよい。しかしながら、一般に
は、反射面12の縦横比は約2:1になるようにすると
有利であろう。このようにして、反射面12は、光電性
デバイスの光応答不均一性(PRNU(photo response
non-uniformity))に逆影響を与える必要はない。
は、光電性デバイス20を含む活性領域(active are
a)22を全体的に取り囲むくさび形状の行列のパタン
に配置されてよい。このようにして、活性領域22は各
光電性デバイスに対して確定されてよい。図2には反射
面12の直交パタンが示されているが、反射面12は、
比較的円形の配置が各光電性デバイス20の周囲に与え
られるように湾曲されてよい。
つ以上の分離した反射面12aが活性領域22aに隣接
して配置されてよい。反射面12aは半導体構造14の
非光電性部分に重なるように配置されてよい。例えば、
これらの非光電性領域は光電性デバイスの配列のための
読出し回路23を含んでよい。
された実施態様は図1の実施態様に類似しており、半導
体構造14上に反射面12と、そして光電性デバイス2
0を含む。しかしながら、図3では、超小型レンズ24
が半導体構造14上に形成されている。結果として、反
射面12から反射された光は次いで図に示されているよ
うに光電性デバイス20に向けて超小型レンズ24によ
って回折されてよい。このようにして、反射面12と超
小型レンズ24は協働して光電性デバイス20のフィル
ファクタを改善する。ピクセルのサイズがより小さくな
ると、この反射性超小型構造はその集光効率の増大にお
いてより有効になる。
ラスによって形成されてよい。混成ゾル・ゲルガラスは
低温形成プロセスを使用して形成されてよい。このよう
に、このガラスはフォトレジストの形成と関連して利用
される技術と両立し得る技術を使用して形成されてよ
い。すなわち、UV光がゾル・ゲル材料の一部を照射し
て、残りの部分が取り除かれるようにその材料を現像す
るために使用されてよい。
持つオルトシリケート(TEOS(tetraethylorthosil
icate))及び/又はテトラメチルオルトシリケート
(TMOS(tetramethylorthosilicate))の加水分解
によって形成されてよい。加水分解の後、これらの材料
は重縮合(polycondensation)におけるオキソレーショ
ン(oxolation)または酸素架橋(oxygen bridge forma
tion)を受けさせられてよい。結果として生じる物質
は、膨張して重合化したネットワークを形成した溶剤で
あるシリコン酸化物の合成物である。もし光開始剤(ph
otoinitiator)がその合成物に含まれるならば、材料は
従来のフォトレジストパタニング技術を使用して形作ら
れてよい。
スは、水が存在する中でメタクリル酸塩グループ置換シ
ラン(methacrylate group substituted silane)の加
水分解重縮合によって用意できる。メチルアルキルオキ
シプロピルトリメソキシラン(methylacryloxypropyl t
rimethoxysilane)あるいはグリサイドオキシプロピル
トリメチルシラン(glysidoxypropyltrimethylsilane)
の前駆物質材料が希釈酸性溶液(diluted acid solutio
n)または基礎水溶液(base water solution)と、例え
ばそれぞれ1:2のモル比で、数時間、反応することが
許されるゲル合成が起きる。
キクロヘキシルフェニルケトン(1hydroxycyclohexyl p
henyl ketone)が、不飽和ガラス混成重合体の重合を開
始するために光開始剤として加えられてよい。
て、良い表面品質のフィルムを形成するために、0.1
ミリのフィルタによって濾過されてよい。次いでフィル
ムは、CFAを形成するために使用される先に製造され
たカラーフィルタ重合体の最上部または他の基板上に堆
積され、15分の間だけ60℃で事前焼きされてよい。
結果として生まれるフィルムの層厚は、スピニング速度
を変化させること、そしてメタノール(methanol)、エ
タノール(ethanol)あるいはキシレン(xylene)とい
った溶剤を使用することによって調整可能である。
2はフォトリソグラフィ型技術を使用して形成されてよ
い。図4で文字「U」によって示されたUV光を通すた
めの透過領域を持つ石英あるいはガラスのマスク26が
形成されてよい。光は下に横たわるゾル・ゲル層28内
の領域30を照射する。層28は半導体構造25上に置
かれる。領域30を紫外光に過度露出させることによっ
て、三角形が結果として生じる。パタン化されたガラス
は、ゾル・ゲルの照射されていない部分を取り除くため
にイソプロパノール内でそのゾル・ゲルを現像すること
により得られる。これにより図5に示されているような
頂上が鋭くない反射面12が形成できる。パターニング
の後、ゾル・ゲルは、ガラスを固くするために10分か
ら60分の間、100℃から200℃で事後焼きされて
よい。
トリソグラフィを使用して形成されてよい。マスク、光
学器械、そして露光面の間隔を変化させることによっ
て、マスクパタンは露光面の集束しない状態に形成でき
る。これによって三角形の断面形状を作ることができ
る。
ン、シリコンあるいはジルコニウム(zirconium)、あ
るいはこれらの材料の事前に加水分解されたアルコキシ
ド(prehydrolysed alkoksides)がメタクリル酸塩グル
ープ置換シラン(methacrylategroup substituted sila
ne)の溶液に加えることができる。例えば、チタン(I
V)−プロポキシド(propoxide)とジルコニウム(I
V)−プロポキシド(propoxide)が使用されてよい。
メタクリル酸がジルコニウムプロポキシド(propoxid
e)の析出を妨げるために使用されてよい。
ために、硝酸銀をゾル・ゲル溶液に加えて、結果として
生じる材料が反射性を有するようにしてよい。代わり
に、ゾル・ゲル材料は硝酸銀で覆われてよい。
施態様では、最初に超小型レンズを、例えば従来の超小
型レンズ材料を使用して形成することが望ましい。従来
の超小型レンズは、例えば、30秒間90℃で適切な材
料を堆積させ、90秒間140℃で青事後焼き及び還流
することによって形成されてよい。次いで、反射面12
は超小型レンズを形成するために使用されたのと同じ熱
供給(thermal budget)にさらされることなく形成され
てよい。
列のための読出し回路といった非光感知回路を含んでよ
い。さもなければ使用されないであろうこれらの領域に
落ちる光は反射面12によって集められてよい。これに
よって利用可能な光の量が改善されて、フィルファクタ
が増大し、光電性デバイスは室内照明といった低い照明
条件の下でも使用可能となる。フィルファクタを増大さ
せることによって、信号対ノイズ比は増大される可能性
がある。一部のケースでは、反射面12は、さもなけれ
ば露光によってその性能に逆影響が与えられかねない下
に横たわる回路のための有効な光シールドして作用す
る。さらに、反射面12は、その縦横比のために、有利
な熱放散を実現できる。混成ゾル・ゲルガラスの反射面
12を作ることによって、標準的な半導体リソグラフィ
技術を使用してそれらは形成できる。
れてきたが、当業者であればそれから多数の修正及び変
更を考え付くであろう。例えば、ゾル・ゲル技術を使う
代わりに、反射面は他の材料を使って作ることができよ
う。特許請求の範囲では、本発明の思想及び各請求項内
にあるそうした全ての修正及び変更をカバーすることが
意図されている。 [図面の簡単な説明]
ある。
である。
セスの一工程を示した拡大部分的側面図である。
イスの部分的拡大側面図である。
Claims (19)
- 【請求項1】 半導体構造と、 前記半導体構造上に形成された光電性素子と、 入射光を前記光電性素子に向けて反射するために前記半
導体構造上に形成された反射面と、を含み、 前記反射面は、反射性を有すると共にゾル・ゲルから形
成されていることを特徴とする超小型電子光電性デバイ
ス。 - 【請求項2】 前記反射面は、くさび形状の反射器の一
部であることを特徴とする請求項1に記載の超小型電子
光電性デバイス。 - 【請求項3】 前記ゾル・ゲルは、硝酸銀を含むことを
特徴とする請求項1に記載の超小型電子光電性デバイ
ス。 - 【請求項4】 2つの隣接する反射面と、該2つの隣接
する反射面の間に配置されたマイクロレンズと、を更に
備えたことを特徴とする請求項1に記載の超小型電子光
電性デバイス。 - 【請求項5】 一対の反射面が前記光電性素子の少なく
とも2つのサイド周辺に与えられていることを特徴とす
る請求項1に記載の超小型電子光電性デバイス。 - 【請求項6】 前記反射面が前記光電性素子の4つのサ
イド周辺に与えられていることを特徴とする請求項5に
記載の超小型電子光電性デバイス。 - 【請求項7】 前記ゾル・ゲルは、光開始剤を含むこと
を特徴とする請求項1に記載の超小型電子光電性デバイ
ス。 - 【請求項8】 2つの隣接する光電性素子を含むと共
に、前記反射面はくさび形状素子上に形成され、該くさ
び形状素子は前記2つの隣接する光電性素子の間に位置
することを特徴とする請求項1に記載の超小型電子光電
性デバイス。 - 【請求項9】 前記反射面は約2:1の縦横比を有する
ことを特徴とする請求項1に記載の超小型電子光電性デ
バイス。 - 【請求項10】 光電性デバイスを製造する方法であっ
て、 半導体構造上にゾル・ゲル材料を堆積させる工程と、入射 光を隣の光電性デバイス上に向けて反射する反射面
を形成するために、フォトリソグラフィ技術を使用して
前記ゾル・ゲル材料をパタン化する工程と、 を含むことを特徴とする光電性デバイスの製造方法。 - 【請求項11】 前記ゾル・ゲル材料に硝酸銀を取り込
む工程を更に含むことを特徴とする請求項10に記載の
光電性デバイスの製造方法。 - 【請求項12】 前記フォトリソグラフィ技術を使用す
る工程は、前記ゾル・ゲル材料を露光して、その露光さ
れた材料内に三角形状部分を作り出すために前記材料を
露光過度にするのに十分な時間の間だけ該露光を実行す
ることを含むことを特徴とする請求項10に記載の光電
性デバイスの製造方法。 - 【請求項13】 前記フォトリソグラフィ技術を使用す
る工程は、前記ゾル・ゲル材料を露光して、その露光に
基づいて材料を現像して差別的に取り除くことを含むこ
とを特徴とする請求項10に記載の光電性デバイスの製
造方法。 - 【請求項14】 半導体構造と、 前記半導体構造上に形成された光電性素子と、 前記半導体構造上に混成ゾル・ゲルガラスから形成され
ており、入射光を前記光電性素子に向けて反射する反射
面を有して構成された、くさび形状の反射器と、 を備えたことを特徴とする超小型電子光電性デバイス。 - 【請求項15】 前記混成ゾル・ゲルガラスは光開始剤
を含むことを特徴とする請求項14に記載の超小型電子
光電性デバイス。 - 【請求項16】 前記くさび形状の反射器は、前記光電
性素子の周囲に完全に拡がっていることを特徴とする請
求項15に記載の超小型電子光電性デバイス。 - 【請求項17】 前記くさび形状の反射器は、約2:1
の縦横比を有することを特徴とする請求項14に記載の
超小型電子光電性デバイス。 - 【請求項18】 前記混成ゾル・ゲルガラスは硝酸銀を
含むことを特徴とする請求項14に記載の超小型電子光
電性デバイス。 - 【請求項19】 読出し回路を備え、前記くさび形状の
反射器は該読出し回路上に形成されていることを特徴と
する請求項14に記載の超小型電子光電性デバイス。
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