JP6267676B2 - 光センサおよびその製造方法 - Google Patents
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Description
本開示は、光センサおよびその製造方法に関する。
光センサは、カメラ、スキャナ、コピー等のような様々な撮像応用や製品に広く使用されている。様々な技術分野で使用される光センサは、異なる目的を持って設計される。
光センサの性能の改良と小型化のために、光センサの多くのデザインが採用される。性能を評価するための１つの方法は、光センサの量子効率を測定することである。量子効率は、光センサ上に入射する所定のエネルギのフォトンの数に対する、光センサにより集められた電荷キャリアの数の比率である。これは、光センサの、光に対する電気感度の測定である。
本開示の態様は、添付の図面とともに読んだ場合に、以下の詳細な説明から良く理解できる。なお、業界での標準的な慣習に従って、様々な特徴は縮尺通りには記載されていない。実際、様々な特徴の寸法は、検討を明確にするために、任意に大きくまたは小さくされてもよい。
以下の開示は、例えば与えられた主題の異なる特徴を実施するための多くの異なった具体例を提供する。構成要素と配置の特定の例が、本開示を単純化するために以下に記載される。もちろん、それらは単に例示であり、限定することを意図しない。例えば、以下に続く説明中で、第２の特徴の上方または上への第１の特徴の形成は、第１の特徴と第２の特徴とが直接接触して形成される具体例を含み、さらに第１の特徴と第２の特徴とが直接接触しないように、第１の特徴と第２の特徴との間に追加の特徴を形成する具体例を含んでも良い。加えて、本開示は、様々な例で、参照番号および／または参照文字を繰り返す。この繰り返しは、単純化および明確化を目的とし、それ自身は、検討される様々な具体例および／または構造の間の関係を決定するものではない。
更に、空間的に相対的な用語、例えば「真下に（beneath）」、「下に（below）」、「より低い（lower）」、「上に（above）」、「上方の（upper）」等は、ここでは、図中に示されたような、１つの要素または特徴の、他の要素または特徴に対する関係を記載するための説明を容易にするために使用される。空間的に相対的な用語は、図に記載された配置に加えて、使用または工程中のデバイスの異なる配置を含むことを意図する。そうでなければ、装置は、（９０度回転して、または他の配置に）配置しても良く、ここで使用される空間的に相対的な記述は、同じようにそれに応じて解釈しても良い。
図１は、本開示のいくつかの具体例にかかる導波路領域２００の上面図である。導波路領域２００は、多層を含む。導波路領域２００は、波入射部２０と光センサマトリックス１０とを含む。波は、光８のような光波でも良い。波入射部２０は、回折格子構造２１とパッド２２とを含む。いくつかの具体例では、波入射部２０は台形形状を含む。光センサマトリックス１０は、開口部１１とサンプル保持部２３とを含む。ここで言及される開口部は、サンプル保持部２３の下の透明経路に向かい、サンプルから出射された光を通過させる。
いくつかの具体例では、波入射部２０は光８を受ける。いくつかの具体例では、回折格子構造２１は、光センサマトリックス１０に向かうレーザのような光８を検出するための回折格子を含む。光８は、波入射部２０から光センサマトリックス１０に向かって広がる。光８は、回折格子構造２１から、光センサマトリックス１０のそれぞれのサンプル保持部２３に伝わる。光８は、サンプル保持部２３中でサンプル２３１の上を照らす。サンプル２３１は、所定の波長の光を、開口部１１に向かって出射する。サンプル保持部２３は、また、分析される必要がある見本２３１を保持するために使用しても良い。
いくつかの具体例では、サンプル保持部２３は、誘電体層または金属層に囲まれる。誘電体層は、レーザ源からの光８に対して透明である。誘電体層は、サンプル２３１から出射された光に対して透明である。所定の波長の光８は、回折格子構造２１の誘電体層を通過できる。回折格子構造２１は、誘電体材料のような、光学的に透明な材料かなる。回折格子構造２１は、所定の屈折率を有する材料を含む。所定の屈折率は、光８の異なる予め決められた光特性により変化しうる。パッド２２は、アルミニウム、銅、窒化チタン、タングステン、チタン、タンタル、窒化タンタル、ニッケルシリサイド、コバルトシリサイド、ＴａＣ、ＴａＳｉＮ、ＴａＣＮ、ＴｉＡｌ、ＴｉＡｌＮ、他の好適な材料、および／またはそれらの組み合わせから形成されてもよい。いくつかの具体例では、パッド２２は、電気デバイスのような他の半導体部品に電気的に接続されたコンタクトパッドである。
いくつかの具体例では、波入射部２０の最上層は、金属のような反射層からなる。いくつかの具体例では、波入射部２０の最上層は、誘電体層のような透明層からなる。サンプル保持部２３は、透明層中の開口井戸である。いくつかの具体例では、開口部１１は、反射層の中にある。反射層は、透明層の下にある。反射層は、サンプル保持部２３の下にある。
波入射部２０は、台形形状の短い側の近傍に回折格子構造２１を含む。回折格子構造２１の回折格子は、波入射部２０の中心線近傍に、対称的にパターニングされる。いくつかの具体例では、回折格子のそれぞれの線は、等間隔である。回折格子構造２１の回折格子の線は、界面２１０に平行である。中心線は、界面２１０に直交する。断面線ＡＡ’は、波入射部２０と光センサマトリックス１０との間を均等に分ける。
波入射部２０は、界面２１０の近傍にパッド２２を含む。いくつかの具体例では、パッド２２は、パッド２２が界面２１０により近づくように、回折格子構造２１と光センサマトリックス１０との間に配置される。
光センサマトリックス１０は、回折格子構造２１と整列したサンプル保持部２３を含む。サンプル保持部２３は、中心線と整列した列である。いくつかの具体例では、サンプル保持部２３は、中心線の両側に対称に配置される。
サンプル保持部２３は、サンプル保持部２３中に配置される見本のための開口井戸を含む。開口井戸は、開口部１１上に重なる。いくつかの具体例では、サンプル保持部２３は、開口部１１の内側に対称的に配置される。開口井戸の形状は、円形または正方形のような、いずれかの好ましい形状である。開口部１１の形状は、円形または正方形のような、いずれかの好ましい形状である。いくつかの具体例では、開口部１１の面積は、サンプル保持部２３の開口井戸の面積より大きい。
図２は、いくつかの具体例にかかる波入射部２０の上面図である。波入射部２０は、誘電体層２８の上の導電層２９を含む。導電層２９は、開口井戸２６を含む。光８は、開口井戸２６の回折格子構造２１上に入射し、開口井戸２６を通り、誘電体層２８に向かって下方に伝わる。光８は、開口井戸２６から界面２１０に向かって、ビア構造２５の間の波入射部２０の中を伝わる。なお、ビア構造２５は、電気導電性材料からなり、導波路領域中に電気的な相互接続を提供する。界面２１０は、図１の波入射部２０と光センサマトリックス１０との間にある。いくつかの具体例では、界面２１０は、誘電体層のビアを含む。導電層２９とビア構造２５は、反射材料からなり、波入射部２０の中に光８を閉じ込める。
導電層２９またはビア構造２５は、アルミニウム、銅、窒化チタン、タングステン、チタン、タンタル、窒化タンタル、ニッケルシリサイド、コバルトシリサイド、ＴａＣ、ＴａＳｉＮ、ＴａＣＮ、ＴｉＡｌ、ＴｉＡｌＮ、他の好適な材料、および／またはそれらの組み合わせから形成されてもよい。導電層２９およびビア構造２５は、界面２１０に向かって分散する光８を導くために、高反射材料からなる。
いくつかの具体例では、開口井戸２６は、図２の回折格子構造２１の上方にある。ビア構造２５は、波入射部２０を通って分散する。ビア構造２５のサイズおよびレイアウトは、設計検討により変化しても良い。それぞれのビア構造２５は、波入射部２０の中の異なる設計の回路により、波入射部２０の中に配置される。光８が開口井戸２６から界面２１０に向かって、好適な効率で通過できるように、ビア構造２５は、波入射部２０の中に分散する。
図３は、図２の断面線ＢＢ’からの、波入射部２０の断面図である。図３において、光８は、下方を通って波入射部２０の中で散乱する。光８は、ビア構造２５または導電層２９で反射される。光８の殆どは、誘電体層２７の中に閉じ込められる。いくつかの具体例では、誘電体層２７は、また、コア層と呼ばれる。誘電体層２８’および導電層２９’は、誘電体層２７の下にある。誘電体層２８’に到達する光８のいくつかは、導電層２９’で反射されて誘電体層２７に戻る。いくつかの具体例では、誘電体層２８または誘電体層２８’は、クラッド層と呼ばれる。フィルタ層３０は、波入射部２０の底部にある。フィルタ層３０は、誘電体層２８’、誘電体層２７、および導電層２９’の下にある。フィルタ層３０は、レーザ光をフィルタし、サンプルから出射する光が貫通するように構成される。いくつかの具体例では、フィルタ層３０は、光センサの雑音に対する信号の比率を大きくできる。
いくつかの具体例では、誘電体層２７は、第１屈折率を含む第１誘電体層である。誘電体層２８は、第２屈折率を含む第２誘電体層である。第２屈折率は、第１屈折率より低い。光が、より高い屈折率を有する第１媒体から、より低い屈折率を有する第２媒体に向かって伝わると、光は、全反射により、それらの間の界面で反射される。同様に、誘電体層２７から誘電体層２８’に伝わる光８は、誘電体層２８’で反射されそうである。誘電体層２８は、誘電体層２７の上方にある。誘電体層２８’は、誘電体層２８の下にある。誘電体層２８と誘電体層２８’との間に誘電体層２７を有すると、光８の経路は、誘電体層２７の中に限定されそうである。いくつかの具体例では、第１屈折率は、所定の範囲だけ第２屈折率と異なる。第１屈折率と第２屈折率との間の比率は、１より大きい。
導電層２９は、ビア構造２５の上方にある。ビア構造２５’は、誘電体層２７の下にある。ビア構造２５は、誘電体層２７の上方にある。導電層２９’は、ビア構造２５の下方にある。導電層２９は、誘電体層２７の上方にある。導電層２９’は、導電層２９の下方にある。導電層２９は、誘電体層２７の横側に隣接する。
ビア構造２５は、誘電体層２８の中または誘電体層２７の中に配置できる。ビア構造２５は、導電層２９と接触する。ビア構造２５は、誘電体層２７に露出する表面Ｓ２５を有する。表面Ｓ２５は、誘電体層２７とビア構造２５との間の界面である。いくつかの具体例では、異なるビア構造２５の表面Ｓ２５の面積は、異なる。
界面Ｓ２７は、誘電体層２７と誘電体層２８との間にある。界面Ｓ２７の全面積と表面Ｓ２５の全面積との間の予め決められた比率は、異なる応用による設計要因である。いくつかの具体例では、予め決められた比率は、おおよそ１０より大きい。それぞれの面積Ｓ２５は、ビア構造２５の一端から、ビア構造２５の他端までの長さＬ２５を含む。界面Ｓ２７の長さＬ２７は、ビア構造２５の一端から、ビア構造２５の他端までである。長さＬ２７と長さＬ２５との間の比率は、予め決められる。いくつかの具体例では、ビア構造２５の面積Ｓ２５は、実質的に同じである。いくつかの具体例では、ビア構造２５が互いに等間隔になるように、長さＬ２７は実質的に等しい。
図４は、図２の断面線Ａ１Ａ１’からの波入射部２０の断面図である。図４において、開口井戸２６を通って光８は、下方に伝わって誘電体層２７に到達する。誘電体層２８と誘電体層２７の上方の導電層２９は、誘電体層２８を上層から来る光８に露出させるために、開口井戸２６の上まで延びている。いくつかの具体例では、光８は、開口井戸２６から界面２１０に向かって伝達される。いくつかの具体例では、誘電体層２７の上方の導電層２９は、誘電体層２８を界面２１０で露出させるために、界面２１０の上まで延びている。光の殆どは、コア層の内部の誘電体層２７の中に保たれる。
いくつかの具体例では、ビア構造２５の長さＬ２５は、互いに変更可能であり、ビア構造２５は異なる表面Ｓ２５の面積を含む。いくつかの具体例では、長さＬ２７は、互いに変更可能であり、ビア構造２５は異なる長さＬ２７により互いに分離される。
図５は、図２では、波入射部２０が誘電体層２８の内部にビア構造２５を含むが、図５では、いくつかの具体例では、波入射部２０中の誘電体層２８はビア構造２５を含まないことを除いて、図２と同一である。図５では、ビア構造２５は、波入射部２０の境界と整列する。レーザ光のような光８は、開口井戸２６を通って導波路領域２００に入る。
図６は、図５の断面線ＢＢ’からの波入射部２０の断面図を示す。図６では、光８は誘電体層２７の上の導電層２９、または誘電体層２７の下の導電層２９’で反射される。光８は、誘電体層２８の両側において、ビア構造２５で反射される。光８は、また、誘電体層２８と誘電体層２７との間の界面Ｓ２７で反射される。いくつかの具体例では、導電層２９または導電層２９’は、誘電体層２７に向かって面する表面Ｓ２９を有する。図６では、表面Ｓ２９の面積と、界面Ｓ２７の面積は、実質的に等しく、表面Ｓ２９の面積と界面Ｓ２７の面積との間の比率は、実質的に１に等しくなる。
図７は、図５の断面線Ａ１Ａ１’からの波入射部２０の断面図を示す。界面２１０近傍の光８は、開口井戸２５１を通って、界面２１０に到達する。開口井戸２５１は、ビア構造２５と界面２１０近傍のビア構造２５’との間の誘電体層２７の一部である。いくつかの具体例では、光８は開口井戸２５１を通る場合に、消滅または回折する。図５において、開口井戸２５１は導電層２９またはビア構造２５の下にあるので、開口井戸２５１は点線で記載されている。
開口井戸２５１の厚さは、誘電体層２７の厚さＨ２７と実質的に等しい。開口井戸２５１の長さは、開口井戸２５１の上にわたるビア構造２５の長さＬ２５と実質的に等しい。
誘電体層２７の上方の導電層２９は、界面２１０まで延びる。誘電体層２７の下の導電層２９’は、また、界面２１０まで延びる、光８の殆どは、開口井戸２５１を通る前に、界面Ｓ２７により、または導電層２９により、誘電体層２７の中に閉じ込められる。フィルタ層３０は、波入射部２０の底部にある。フィルタ層３０は、誘電体層２８’、誘電体層２７、および導電層２９’の下にある。
図８は、いくつかの具体例にかかる導波路領域２００の断面図を示す。図８では、導波路領域２００は、波入射部２０、導波路部２７８、およびサンプル保持部２３を含む。
波入射部２０の回折格子構造２１を通る光８は、導波路部２７８の内側の誘電体層２８または誘電体層２７を通って伝わり、サンプル保持部２３に到達する。光８は、サンプル保持部２３の中の見本２３１上に照射する。光８は、回折格子構造２１から、それぞれのサンプル保持部２３に伝搬する。光８に照らされたサンプル２３１は、所定の波長の光を、開口部１１に向かって、再出射する。いくつかの具体例では、光８１は、見本またはサンプルから出射される。いくつかの具体例では、例えば波長、極性、または強度のようないくつかの光学的特性において、光８１は、光８と異なる。光８１は、開口部１１とフィルタ層３０とを通る。フィルタ層３０は、レーザ源からのレーザのような光８が、下層の領域に入るのを防止する。フィルタ層３０は、光８１のような、サンプル２３１から出射した光を、下層の領域に向かって通す。
いくつかの具体例では、誘電体層２８の上方の導電層２９は、サンプル保持部２３の近傍まで延びる。開口部１１は、導電層２９’の中にある。いくつかの具体例では、誘電体層２８’の下の導電層２９’は、開口部１１まで延びて、光８１が開口部１１を通るようにする。いくつかの具体例では、誘電体層２８の第２屈折率は、誘電体層２７の第１屈折率より小さい。
いくつかの具体例では、回折格子構造２１は、誘電体層２７の上面の上に、起伏のあるパターンを有する回折格子を含む。いくつかの具体例では、回折格子の上面は、周囲環境に露出する。サンプル保持部２３は、誘電体層２８中のリセスである。サンプル保持部２３のリセスは、誘電体層２８の一部により囲まれる。リセスは、誘電体層２７の下層の表面Ｓ２３を露出させる。
図９は、誘電体層２８の上方の導電層２９が、サンプル保持部２３の近傍まで延びることを除いて、図８の導波路領域２００と同一の導波路領域２００の断面図である。図９では、誘電体層２７の下の導電層２９’は、誘電体層２７と接触する。光８は、誘電体層２７の下の導電層２９’で反射され、そして誘電体層２８の上方の導電層２９で反射される。
図１０は、図１０では誘電体層２８の表面Ｓ２８が周囲環境に露出している点を除いて、図９の導波路領域２００と同一の導波路領域２００の断面図を示す。いくつかの具体例では、Ｓ２８の全面積は、Ｓ２７の全面積に実質的に等しい。いくつかの具体例では、導電層２９’の表面Ｓ２９の全面積は、界面Ｓ２７より実質的に小さい。
図１１は、図１１では導電層２９が誘電体層２８の表面Ｓ２８の上を覆う以外は、図８の導波路領域２００と同一の導波路領域２００の断面図を示す。誘電体層２８を覆う導電層２９は、サンプル保持部２３の近傍まで延びる。サンプル保持部２３のリセスの上部は、導電層２９により囲まれる。
図１２は、図１の断面線ＡＡ’からの導波路領域２００の断面図を示す。図１２は、図１２では導波路領域２００が多層構造２５９を含むことを除いて、図１０の導波路領域２００と同一の導波路領域２００の断面図を示す。多層構造２５９は、サンプル保持部２３が配置される場所、および回折格子構造２１が配置される場所を除き、誘電体層２８の上にわたる。多層構造２５９は、誘電体層２８で部分的に覆われ、サンプル保持部２３と回折格子構造２１の回折格子は、周囲環境に露出される。
多層構造２５９は、誘電体層２８、誘電体層２７、ビア構造２５、および導電層２９を含む。ビア構造２５と導電層２９は、誘電体層２８の上方の多層構造２５９中に交互に積層される。
多層構造２５９の上部近傍にパッド２２がある。パッド２２は、誘電体層２７の下の導電層２９’に電気的に接続される。パッド２２は、多層構造２５９中のビア構造２５と導電層２９を通って、誘電体層２７を通るビア構造２５を通って接続される。パッド２２は、回折格子構造２１とサンプル保持部２３との間にある。リセスは、他のデバイスをパッド２２に接続するために、パッド２２の上方にある。
いくつかの具体例では、多層構造２５９は、電気信号を伝達するための回路のための相互接続部である。回折格子構造２１とサンプル保持部２３との間に、多層構造２５９は、誘電体層２８の表面から、誘電体層２８を通り、誘電体層２７を通り、導電層２９’を通り、そしてフィルタ層３０を通って延びるビア構造２５を含む。多層構造２５９は、上から下に向かって、誘電体層２８、ビア構造２５、導電層２９、誘電体層２７、導電層２９’またはフィルタ層３０を含む。多層構造２５９は、誘電体層２７、誘電体層２８、導電層２９’、またはフィルタ層３０に囲まれたビア構造２５を含む。多層構造２５９は、誘電体層２７の上に誘電体層２８を含む。いくつかの具体例では、多層構造２５９の中で波入射部２０と隣り合うビア構造２５と導電層２９は、同時に形成される。波入射部２０は、第１境界と第２境界を有する。第１境界は、波入射部２０の左端である。第２境界は、波入射部２０の右端、または言い換えれば、波入射部２０とサンプル保持部２３との間で誘電体層２８の中に配置される。図１２に示すように、波入射部２０の第１境界と整列して、誘電体層２７の中に配置されるビア構造２５は、第１反射構造である。第２反射構造は、第２境界に整列し、誘電体層２７の上にわたって配置される。いくつかの具体例では、第２反射構造は、ビア構造２５と導電層２９の代わりのスタックを含む。第１反射構造と第２反射構造は、光８をブロックし、光８を回折格子構造２１に向かって反射する。なお、反射構造は、入射光８を反射するように設計され、その最大光強度を誘電体層２７の中に集める。いくつかの具体例では、反射構造は、導波路領域２００の中、または導波路領域２００の外の他の金属から電気的に分離された金属層である。
図１３は、図１中の断面線ＡＡ’からの導波路領域２００の断面図を示す。図１３では、導波路領域２００の波入射部２０は、回折格子構造２１の回折格子の上を覆う誘電体柱２８１を含む。
波入射部２０の上に入射する光８は、誘電体柱２８１を通って、回折格子構造２１の回折格子に向かう。光８は、誘電体柱２８１に隣接するビア構造２５または導電層２９で反射される。誘電体柱２８１を囲むビア構造２５と導電層２９は、誘電体柱２８１の中に光８を閉じ込める。誘電体柱２８１の下方部分は、回折格子構造２１の近傍の、回折格子の溝の中にある。波入射部２０は、誘電体層２７の上にわたる誘電体柱２８１を含む。いくつかの具体例では、高さＨ２８１は、厚さＨ２８より実質的に小さい。いくつかの具体例では、多層構造２５９の中の導電層２９は、波入射部２０の境界の導電層２と同時に形成される。いくつかの具体例では、多層構造２５９の中の導電層２９は、導波路領域２００の下の光検出領域と電気的に接続する。いくつかの具体例では、誘電体層２７の下の導電層２９’は、光検出領域と電気的に接続されない。
図１４は、相互接続領域７３、導波路領域２００、および光検出領域５５を含む半導体デバイス１００を示す。いくつかの具体例では、導波路領域２００は、相互接続領域７３および／または光検出領域５５の上方にある。相互接続領域７３は、導波路領域２００と光検出領域５５との間にある。光検出領域５５は、導波路領域２００の下で、相互接続領域７３の下にある。光検出領域５５は、エピタキシャル領域５１である。光検出領域５５は、半導電性基板（semiconductive substrate）５０の上方にある。
光８は、波入射部２０で、回折格子構造２１の回折格子の上に入射する。光８は、波入射部２０から導波路部２７８に伝わる。光８は、殆どが、誘電体層２７の中に閉じ込められる。光８は、導波路領域２００のサンプル保持部２３に到達し、検査のために見本２３１上に照射する。光８に応答して、見本２３１は所定の波長の光を出射する。出射された光の波長は、見本２３１の材料の特徴である。例えば、いくつかの具体例では、見本２３１は、異なる波長である光８１、光８２、および光８３を出射する。光８１、光８２、および光８３は、導波路領域２００の底部近傍の開口部１１を通る。光８１、光８２、および光８３は、導波路領域２００と相互接続領域７３との間のフィルタ層３０を通る。
いくつかの具体例では、フィルタ層３０は、レーザビームフィルタである。フィルタ層３０は、光８と、光８１、光８２、および光８３を含む光のビームの中で散乱および収差を除去する。フィルタ層３０は、光８１、光８２、および光８３を含む光のビームの位相および／または強度を減衰させて、周辺のノイズまたはビームの空間的に変動する強度が修正される。光８１、８２、８３は、誘電体層７０を通って、光検出領域５５の中に入る。
光検出領域５５では、光８１、８２、および８３が、それぞれ異なる領域で吸収される。特に、光８１、８２、および８３は、領域５５２／５５３の間、領域５５４／５５５の間および領域５５７／５１の間の接合で吸収される。いくつかの具体例では、領域５５７は、深い井戸領域５５７と呼ばれる。いくつかの具体例では、領域５５４は、中間の井戸領域５５４と呼ばれ、領域５５２は、浅い井戸領域５５２と呼ばれる。それぞれの領域５５２、５５４、５５７の量子効果は、光の異なる波長に対して異なる。例えば、領域５５２の量子効率は、光８１の波長に対して、例えば光８１または８２の波長のような他の光の波長より大きくなる。領域５５４の量子効率は、光８２の波長に対して、例えば光８１または８３の波長のような他の光の波長より大きくなる。領域５５７の量子効率は、光８３の波長に対して、例えば光８１または８２の波長のような他の光の波長より大きくなる。光８１の殆どは領域５５２の中で止められ、吸収される。光８２の殆どは領域５５２を通って領域５５４に向かう。光８２の殆どは領域５５４の中で止められ、吸収される。光８３の殆どは領域５５２および領域５５４を通って領域５５７に向かう。光８３の殆どは領域５５７の中で止められ、吸収される。
領域５５２で吸収される光８１は、領域５５２の中で電荷キャリアに変換される。いくつかの具体例では、電荷キャリアは正または負である。見本２３１についての情報を、更なる処理および／または出力のために相互接続領域７３の中の回路に伝達するために、電荷キャリアは、多量にドープされた領域５５１、５５９または５５８に流れる。光８は、領域５５２、５５４、または５５７の中の光検出素子により、データ情報に変換される。
電荷キャリアは、それぞれの領域５５２、５５４、および５５７の中の多量にドープされた領域５５１、５５８、５５９を通って、第１層ビア７１に伝達される。いくつかの具体例の第１層ビアは、コンタクトとして機能しても良い。例えば、電荷キャリアは、領域５５２から、領域５５２の中の多量にドープした領域５５１に送られる。いくつかの具体例では、多量にドープした領域５５１および領域５５２は、ｐ型またはｎ型のドーパントのような同じ型のドーパントを含む。電荷キャリアは、領域５５４から領域５５４の中の多量にドープした領域５５８に送られる。いくつかの具体例では、領域５５４と多量にドープした領域５５８は、同じ型のドーパントを含む。電荷キャリアは、領域５５７から領域５５７の中の多量にドープした領域５５９に送られる。いくつかの具体例では、多量にドープした領域５５９と領域５５７は、同じ型のドーパントを含む。
いくつかの具体例では、領域５５２、５５４、または５５７は、多量にドープした領域５５１、５５８、または５５９を通って、トランジスタ５９のような他の半導体デバイスに接続される。いくつかの具体例では、多量にドープした領域５５１、５５８、または５５９は、コンタクト７１または金属線７２を通って、トランジスタ５９のようないくつかの他の半導体デバイスに接続される。データ情報は、トランジスタ５９から、相互接続領域７３の中の回路に送られる。いくつかの具体例では、パッド２２は導電性金属からなる。パッド２２は、ビア構造および／または相互接続を介して、トランジスタ５９に接続される。いくつかの具体例では、複数のサンプル保持部２３の中の見本２３１に関する様々なデータ情報を伝えるために、複数のトランジスタ５９が、複数の光検出領域５５に接続される。
更なる処理および／または出力のために、画像データを回路に送るために、トランジスタ５９は、光検出領域５５の中の受光素子に接続される。いくつかの具体例では受光素子は、受光ダイオードを含む。
いくつかの具体例では、トランジスタ５９は、対応する光検出素子により得られた画像データを、外部回路に送るためのトランスファトランジスタである。いくつかの具体例では、様々な機能を備えた追加のトランジスタが、半導体デバイス１００の中に含まれる。例えば、リセットトランジスタ、ソースフォロワトランジスタ、および／またはセレクトトランジスタが、半導電性基板５０に含まれる。いくつかの具体例では、半導体デバイス１００の中の他のトランジスタはトランジスタ５９と同一に構成される。
いくつかの具体例では、誘電体層７０は、誘電体層２７の第１屈折率または誘電体層２８の第２屈折率より大きいか等しい誘電率を含む。いくつかの具体例では、図１４に示すように、いくつかのビア構造２５、２５’と、幾つかのダミー導電層２９、２９’は、例えばアルミニウム、銅、窒化チタン、タングステン、チタン、タンタル、窒化タンタル、ニッケルシリサイド、コバルトシリサイド、ＴａＣ、ＴａＳｉＮ、ＴａＣＮ、ＴｉＡｌ、ＴｉＡｌＮ、他の好適な材料、および／またはそれらの組み合わせのような、相互接続中の材料と同じ材料からなる。ビア構造２５、２５’およびダミー導電層２９、２９’は、導波路領域２００の中での光８の移動方向を制御する。ダミー導電層２９、２９’は、また、金属層でも良い。いくつかの具体例では、ビア構造２５、２５’およびダミー導電層２９、２９’は、導波路領域２００の中の誘電体層２８の中にある。いくつかの具体例では、ビア構造２５、２５’およびダミー導電層２９、２９’は、光をブロックし、導波路領域２００の内側または外側の相互接続領域７３または他の導電体に電気的に接続されない。上述のビア構造２５、２５’は相互接続領域７３に電気的に接続されないため、ビア構造は、機能的に反射構造と呼ばれても良い。しかしながら、本開示で使用される反射構造は、（１）導波路領域２００の内側または外側の相互接続領域７３または他の導電体に電気的に接続されたビア構造２５、２５’、および（２）導波路領域２００の内側または外側の相互接続領域７３または他の導電体に電気的に接続されないビア構造２５、２５’を含む。
光検出領域５５は、様々な波長の光を検出するための多重接合光ダイオードである。いくつかの具体例では、半導電性基板５０は、いくつかの正型のドーパントのような第１導電型ドーパントを含む。エピタキシャル領域５１は、第１導電型ドーパントを含む。領域５５７は、負型のドーパントのような第２導電型ドーパントを含む。領域５５５は、第１導電型ドーパントを含む。いくつかの具体例では、領域５５５は、ウエル領域５５５である。領域５５４は、第２導電型ドーパントを含む。領域５５３は、第１導電型ドーパントを含む。いくつかの具体例では、領域５５３は、ウエル領域５５３である。領域５５２は、第２導電型ドーパントを含む。多量にドープした領域５５１、５５８、または５５９は、第２導電型ドーパントを含む。
半導電性基板５０は、所定の濃度の第１導電型ドーパントを含む、シリコン基板または他の半導体基板である。正の導電型ドーパントのような第１導電型ドーパントは、半導電性基板５０の中にある。例えば、半導電性基板５０は、所定のドーピング濃度のホウ素を含む。いくつかの具体例では、エピタキシャル領域５１は、少量にドープしたシリコンエピタキシであり、エピタキシャル領域５１中の第１導電型ドーパントのドーピング濃度は、半導電性基板５０中の所定のドーピング濃度より少ない。領域５５７、５５４、または５５２は、所定のドーピング濃度の、リンのような第２導電型ドーパントを含む。いくつかの具体例では、領域５５７、５５４、および５５２の中の、第２導電型ドーパントの所定のドーピング濃度は、実質的に同じである。領域５５５または５５３は、所定のドーピング濃度の、ホウ素のような第１導電型ドーパントを含む。いくつかの具体例では、領域５５５および５５３中の第１導電型ドーパントの所定のドーパント濃度は、実質的に同一である。
いくつかの具体例では、表面Ｓ５１に近い領域５５７、５５４、または５５２の部分は、それぞれの領域５５７、５５４、または５５２の他の部分より高いドーピング濃度を含む。多くドープした領域５５９、５５８、または５５４に近い領域５５７、５５４、または５５２の部分は、外部接続のために、領域５５７、５５４、または５５２のターミナルとして機能する。いくつかの具体例では、多くドープした領域５５９、５５８、または５５１は、金属または他の導電性材料のような材料を含む。
エピタキシャル領域５１は、表面Ｓ５１の近傍に、分離領域５２を含む。いくつかの具体例では、分離領域５２は、シャロートレンチ分離（ＳＴＩ）形状またはシリコンの局所酸化（ＬＯＣＯＳ）形状である。分離領域５２は、エピタキシャル領域５１の中で、または半導電性基板５０の中で、様々な素子または領域を、互いに規定し分離する。例えば、分離領域５２は、隣接する光検出領域５５を互いに分離し、光検出領域５５をトランジスタ５９から分離し、または回路いくつかの構成要素を互いに分離する。いくつかの具体例では、分離領域５２は、誘電体材料から形成される。
トランジスタ５９は、エピタキシャル領域５１の表面Ｓ５１に配置される。トランジスタ５９は、ゲート構造５８とソース領域５３とドレイン領域５４を含む。ゲート構造５８は、ゲート誘電体５６とゲート電極５７を含む。
ゲート誘電体５６は、高ｋ（high-k）誘電体層またはその組み合わせからなる。ゲート誘電体５６は、ハフニウム酸化物（ＨｆＯ２）、ハフニウムシリコン酸化物（ＨｆＳｉＯ）、遷移金属酸化物、金属の酸窒化物、金属アルミニウム、他の好適な誘電体材料、および／またはそれらの組み合わせのような好適な誘電体材料から形成される。いくつかの具体例では、ゲート誘電体５６は、ゲート誘電体５６とエピタキシャル領域５１との間のダメージを減らすために、ゲート誘電体５６とエピタキシャル領域５１との間に界面層を含む。
トランジスタ５９のゲート構造５８、ソース領域５３、およびドレイン領域５４は、これ以降は、コンタクト７１と呼ばれる、複数の第１層ビアに接続される。コンタクト７１は、誘電体層７０に接続し、コンタクト７１は、ゲート構造５８、ソース領域５３、またはドレイン領域５４のいくつかの部分と接続する。コンタクト７１は、ソース領域５３、ドレイン領域５４、または光検出領域５５の上方の表面Ｓ５１の一部と接続する。いくつかの具体例では、コンタクト７１と誘電体層７０は、層間誘電体（ＩＬＤ）であり、ＩＬＤ層７５は、トランジスタ５９と光検出領域５５の上方にあり、トランジスタ５９は光検出領域５５の近傍にあり、相互接続領域７３は、トランジスタ５９、ＩＬＤ層７５、誘電体層７０、および金属線７２を含む。簡潔のために、ビア構造と金属線は、本開示では相互接続として一般化される。
図１４では、ダミー導電層２９、２９’またはビア構造２５、２５’は、図１５の導電層２９、２９’またはビア構造２５、２５’と同じ形状を含む。しかしながら、図１４では、ダミー導電層２９、２９’またはビア構造２５、２５’は、他の導電体と電気的に接続されていない。一方、図１５では、導電層２９、２９’またはビア構造２５、２５’は、他の導電体と電気的に接続される。他の導電体は、ここでは光検出領域５５に電気的に接続された導電性ルートを含む。
図１５では、導波路領域２００は、誘電体層２８’の中に導電層２９’を含み、誘電体層２７の中にビア構造２５を含み、そして誘電体層２８の中に導電層２９を含む。サンプル保持部２３の底部は、ほぼ界面Ｓ２７にある。
導電層２９’、ビア構造２５、および導電層２９は、相互接続領域７３１の中にある。相互接続領域７３１は、導波路領域２００の中にある。導波路領域２００は、相互接続領域７３１の中の導電層２９、ビア構造２５、および導電層２９’のような構成要素と接続する誘電体層２８、誘電体層２８’、および誘電体層２７を含む。相互接続領域７３１は、光検出領域５５から他の外部回路に電気信号を送ることができる第１相互接続部と呼ばれる。図１２中の多層構造２５９は、導波路領域２００の下で光検出領域５５と電気的に接続された第２相互接続部と呼ばれる。
第１相互接続部の導電層２９’は、光検出領域５５と電気的に接続する。導電層２９’は、光検出領域５５に最も近い第１金属層中にあっても良い。導電層２９は、第２金属層でも良い。導電層２９’は、ＩＬＤ層７５の中のビア７１と電気的に接続される。第１相互接続部は、高さＨ２３５が減少するように、導波路領域２００の中に配置される。このように、光検出領域５５に到達する前に、サンプル２３１からの光の減衰は最小化される。
図１６は、導波路領域２００の上部層、誘電体層２７の下の層、光検出領域５５の中の領域、および第１層ビア７１のようないくつかの構成要素が異なることを除いて、図１４と同じである。違いについて、以下に簡単に検討する。
図１４の導波路領域２００の上層は、導電層２９である。図１６の導波路領域２００の上層は、パッシベーション層２８３である。いくつかの具体例では、パッシベーション層２８３は、誘電体層２８の中の誘電体材料のような、誘電体材料を含む。いくつかの具体例では、パッシベーション層２８３は、誘電体層２８の第２屈折率、または誘電体層２７の第１屈折率より小さな屈折率を有する材料からなる。サンプル保持部２３のリセスの上部は、パッシベーション層２８３の中にある。リセスの底部は、誘電体層２８の中にある。パッシベーション層２８３は、誘電体層２８の上にある。パッシベーション層２８３は、波入射部２０まで誘電体層２８を覆い、回折格子構造２１は露出する。
図１６の誘電体層２７の下の層は、誘電体層２８’である。誘電体層２８’は、第１クラッド層である。誘電体層２７の上方の誘電体層２８は、第２クラッド層である。誘電体層２７は、コア層である。いくつかの具体例では、誘電体層２８、２８’は誘電体層２７の第１屈折率より低い屈折率を有する材料からなる。いくつかの具体例では、屈折率は、光８１、８２、または８３が伝わる方向にほぼ増加する。例えば、誘電体層７０の屈折率は、誘電体層２８’の屈折率より高く、誘電体層２８の第２屈折率はパッシベーション層２８３の屈折率より高い。
図１４では、光検出領域５５の中の領域は、第２導電型ドーパントからなる３つの領域５５２、５５４、および５５７と、第１導電型ドーパントからなる２つの領域５５３、５５５を含む。図１６では、光検出領域５５の中の領域は、第２導電型ドーパントからなる２つの領域５５２、５５４と、第１導電型ドーパントからなる１つの領域５５３を含む。詳細な図１６の光検出領域５５は、以下で検討する。
第１導電型ドーパントからなる領域と、第２導電型ドーパントからなる他の領域との界面は、ｐ−ｎ接合である。異なる位置で、異なる長さを有し、または異なる方位を有するそれぞれの界面は、別々に、異なる波長の光８１、８２、または８３を検出することができる。ｐ−ｎ接合の異なる組み合わせは、異なる波長の光８１、８２、または８３を検出することができるフォトダイオードとして機能する。例えば、領域５５４とエピタキシャル領域５１との間の界面Ｓ４５は、ｐ−ｎ接合である。界面Ｓ５２５は、表面Ｓ５１に対して垂直であり、実質的に直交する。界面Ｓ５２５は、光８１の波長、または光８１の波長より短い光の波長を検出するのに適している。いくつかの具体例では、第１導電型の領域５５３は、第２導電型の領域５５２、５５４により囲まれる。界面Ｓ３４は、側面に沿って配置される。界面Ｓ３４は、高さＨ５５２および高さＨ５５３の合計と実質的に等しい長さのｐ−ｎ接合である。界面Ｓ３４は、光８２、または光８２の波長より短い波長を有する光を検出するのに適している。
図１４では、多量にドープした領域５５１、５５８、および５５９は、第２導電型ドーパントを含む。領域５５２、５５４、および５５７は、また第２導電型ドーパントを含む。図１６では、多量にドープした領域５５３は、第１導電型ドーパントを含む。領域５５３は、また、第１導電型ドーパントを含む。例えば、図１６では、領域５５２は、負の導電型のドーパントである。光８１のエネルギは、界面Ｓ５２３または界面Ｓ２３５に近いｐ−ｎ接合の空乏領域中で吸収され、形成された電子−正孔対は、電場により分離される。領域５５２の中の負のキャリアは、負の電流として多くドープした領域５５１の中を通って流れる。領域５５３の中の正のキャリアは、正の電流として多くドープした領域５５３の中を通って流れる。領域５５３は、正の導電型ドーパントを含む。光８２のエネルギは、界面Ｓ５２４または界面Ｓ３４に近いｐ−ｎ接合の空乏領域中で吸収され、正のキャリアと負のキャリアに分離される。領域５５４の中の負のキャリアは、負の電流として多くドープした領域５５９の中を通って流れる。領域５５３の中の正のキャリアは、正の電流として多くドープした領域５５３の中を通って流れる。
図１７では、シリコンゲルマニウム（ＳｉＧｅ）またはシリコン（Ｓｉ）のような半導体材料が、例えば選択エピタキシャル成長（ＳＥＧ）により、半導電性基板５０の上にエピタキシャル成長し、エピタキシャル領域５１が形成される。一つの具体例では、成長中にエピタキシャル領域５１に不純物が加えられる（例えば、その場ドーピング）。例示的なドーパントは、砒素、リン、アンチモン、ホウ素、２フッ化ホウ素、および／または他の可能性のある不純物を含む。ホウ素源は、ＳｉＧｅエピタキシ中に使用されるジボランガスを含む。ＳｉＧｅ中にドープされたホウ素は、その場の方法で、エピタキシャルＳｉＧｅ成長にホウ素含有ガスを導入することにより達成される。いくつかの具体例では、ホウ素または他のドーパントは、注入工程により形成されて、エピタキシャル領域５１は正のドーパントを含む。
レジスト３１はエピタキシャル領域５１の上を覆う。イオン注入３３がエピタキシャル領域５１の上にわたって行われる。レジスト３１は、イオン注入３３にエピタキシャル領域５１を露出させる開口井戸の幅Ｗ５５７を有するパターンを含む。いくつかの具体例では、負の型のドーパントが、原子レベルでの高エネルギ衝突を経て、エピタキシャル領域５１に注入され、ドーパントは表面Ｓ５１の下に存在する。
図１８では、第１の予め決められたエネルギを含むイオン注入３３が、ドーパントをエピタキシャル領域５１の中に注入し、高さＨ５５と実質的に等しい深さで、界面Ｓ５１の下に領域５５７を形成する。領域５５７の形成後に、レジスト３１が剥離される。
図１９では、開口井戸の幅Ｗ５５５を有する他のレジスト３１が、領域５５４を部分的に覆う。開口井戸は、領域５５７を他のイオン注入３３に露出させる。いくつかの具体例では、幅Ｗ５５５は、図１８に示される領域５５７を形成するための幅Ｗ５５７より短い。
図２０では、第２の予め決められたエネルギを含むイオン注入３３が、ドーパントを領域５５７の中に注入し、高さＨ５５７だけ領域５５７の上方で、深さＤ５５５だけ表面Ｓ５１の下に、領域５５５の水平部分を形成する。第２の予め決められたエネルギは、第１のエネルギより小さくなるように調整されて、ドーパントは、より浅い領域５５５の周囲に注入される。いくつかの具体例では、ドーパントは、ｐ型のような、エピタキシャル領域５１と同じ型である。領域５５５の形成後に、レジスト３１が剥離される。領域５５５の上方および下方の領域５５７は、領域５５５の導電型とは反対のドーパント、例えば負のドーパントを含む。
図２１では、開口井戸の幅Ｗ５７５を有する他のレジスト３１は、領域５５７を部分的に覆う。開口井戸は、他のイオン注入３３に領域５５７を露出させる。開口井戸は、領域５５５の端部に整列する。
図２２では、第３の予め決められたエネルギを含むイオン注入３３が、ドーパントを領域５５７の中に注入し、領域５５５の水平部分の上方に、領域５５５の側面部分を形成する。領域５５５の側面部分は、深さＤ５５５を含む。第３の予め決められたエネルギは、ドーパントが深さＤ５５５から表面Ｓ５１までとなるように、第２のエネルギより小さな範囲で調整される。いくつかの具体例では、図２２のイオン注入３３は、様々なイオンエネルギのイオン注入の多重工程を含む。垂直注入領域を形成するために、異なるエネルギのイオンが、上記ドーピングプロファイルを達成するために必要となる。いくつかの具体例では、ドーパントは、ｐ型のような、領域５５５の水平部分と同じタイプからなる。領域５５５の側面部分の形成後に、レジスト３１が剥離される。領域５５５の上の領域５５４は、負のドーパントのような、領域５５５とは反対の導電型のドーパントを含む。
図２３では、開口井戸の幅Ｗ５４５を有する他のレジスト３１が、領域５５４を部分的に覆う。いくつかの具体例では、幅Ｗ５４５は、図２０に示される領域５５５を形成するための幅Ｗ５５５より小さい。開口井戸は、他のイオン注入３３に領域５５４を露出させる。開口井戸は、領域５５４とエピタキシャル領域５１との間に整列する。
図２４では、第４の予め決められたエネルギを含むイオン注入３３が、ドーパントを領域５５４の中に注入し、領域５５５の水平部分の上方に、領域５５３の水平部分を形成する。領域５５３の水平部分は、深さＤ５５３だけ表面Ｓ５１の下にある。ドーパントは、深さＤ５３から深さＤ５５３まで注入される。いくつかの具体例では、負の型のような、ドーパントは、領域５５５と同じ型からなる。領域５５３の水平部分の形成後に、レジスト３１が剥離される。領域５５５の上の領域５５４は、負のドーパントのような、領域５５３とは反対の導電型のドーパントを含む。
図２５では、第１の開口井戸の幅Ｗ５２５と、第２の開口井戸の幅Ｗ５２とを有する他のレジスト３１が、領域５５３の水平部分の上にわたる領域５５４を部分的に覆う。第１と第２の開口井戸は、下層の領域５５４を、他のイオン注入３３に露出させる。第１の開口井戸は、領域５５３の端部に整列する。第２の開口井戸は、領域５５３とエピタキシャル領域５１との間の他の端部に整列する。
図２６では、第５の予め決められたエネルギを含むイオン注入３３が、ドーパントを領域５５４の中に注入し、領域５５３の水平部分の上方に、領域５５３の側面部分を形成する。領域５５３の側面部分は、深さＤ５５３を含む。ドーパントは、深さＤ５５３から表面Ｓ５１まで注入される。いくつかの具体例では、図２６のイオン注入３３は、様々なイオンエネルギを有するイオン注入の多重工程を含む。いくつかの具体例では、ドーパントが、例えばｐ型のような、領域５５５と同じ型からなる。領域５５５の側面部分の形成後、レジスト３１が剥離される。領域５５３により部分的に囲まれた領域５５２は、例えば負のドーパントのような、領域５５３とは反対の導電型のドーパントを含む。
図２７では、多量にドープした領域５５１、５５８、および５５９が形成される。図２７では、３つの開口井戸を有する他のレジスト３１が、領域５５２、５５４、および５５７を部分的に覆う。３つの開口井戸は、下層の領域５５２、５５４、および５５７を、他のイオン注入３３に露出させる。
イオン注入３３は、ドーパントを領域５５２、５５４、および５５７に注入して、多量にドープした領域５５１、５５８、および５５９を形成する。いくつかの具体例では、ドーパントは、ｎ型のような、領域５５７、５５５、および５５２と同じ型からなる。ドーパント濃度は、領域５５２、５５４、および５５７の濃度より実質的に大きい。領域５５１、５５８、および５５９の形成後に、レジスト３１が剥離される。
図２８では、分離を形成するためのパターンを含むレジスト３１が、表面Ｓ５１の上を覆う。
図２９では、エピタキシャル領域５１は、表面Ｓ５１上のエピタキシャル領域５１中にトレンチをエッチングし、シリコン酸化物、シリコン窒化物、またはシリコン酸窒化物のような、絶縁材料でトレンチを埋めることにより形成された分離領域５２を含む。
図３０では、ゲート誘電体層５６１は、表面Ｓ５１の上を覆う。１つの具体例では、ゲート誘電体層５６１は、適当な堆積プロセスにより形成された薄膜である。ゲート電極層５７１は、ゲート誘電体層５６１の上を覆う。１つの具体例では、ゲート誘電体層５６１とゲート電極層５７１は、いくつかの堆積プロセスにより、表面Ｓ５１の上にわたって連続して堆積される。いくつかの具体例では、ゲート誘電体層５６１とゲート電極層５７１は、トランジスタ構造を形成するために、予め規定された領域の上にのみ堆積される。ゲート電極層５７１は、ポリシリコンのようないずれかの好適な材料から形成される。
ゲート誘電体層５６１とゲート電極層５７１は、リソグラフィプロセスでパターニングされる。いくつかの具体例では、ゲート電極層５７１がパターニングされた後に、ゲート誘電体層５６１がパターニングされる。いくつかの具体例では、リソグラフィプロセスはフォトリソグラフィプロセスである。
図３１では、レジストの形状が転写されて、表面Ｓ５１上で、分離領域５２の間にゲート電極構造５８を形成する。ゲート構造５８は、ゲート電極５７とゲート誘電体５６を含む。
図３２では、いくつかの具体例では、ソース領域５３またはドレイン領域５４が、イオン注入またはエピタキシャル成長で形成される。イオン注入またはエピタキシャル成長は、ドーパントを、ソース領域５３またはドレイン領域５４に導入する。様々な具体例ではソース領域５３またはドレイン領域５４は、多重工程イオン注入により形成された異なるドーピングプロファイルを有する。
図３３では、誘電体層７０が、堆積プロセスのようないずれかの好適なプロセスにより、表面Ｓ５１の上を覆う。誘電体層７０は、ゲート構造５８と接触する。レジスト３１は、誘電体層７０の上に形成される。エッチング工程３３１が行われ、パターニングされたレジスト形状が誘電体層７０に転写される。
図３４では、パターニングされたレジスト形状が、トレンチを形成するために、誘電体層７０に転写される。いくつかの具体例では、選択エッチング、ドライエッチング、および／またはそれらの組み合わせのようないずれかの好適なエッチングプロセスでトレンチが形成される。トレンチは、導電性材料で充填されてコンタクト７１を形成する。コンタクト７１は、堆積プロセスのような好適なプロセスによりトレンチを充填して形成される。コンタクト７１は、ゲート構造５８、ソース領域５３、ドレイン領域５４、および多くドープした領域５５９、５５８、および５５１に電気的に接続される。コンタクト７１の深さは、ＣＶＤプロセス中のプロセスパラメータを調整することにより制御される。プロセスパラメータは、全圧力、反応物質濃度、堆積温度、または堆積速度を含む。
図３５では、導電層が堆積され、レジストの形状を導電性層に転写することでパターニングされる。レジストの形状は導電層が堆積に転写され、リセスと金属線７２を形成する。リセスは誘電体材料で充填され、ＩＬＤ層７５の上にわたる他の誘電体層７０を形成する。金属線７２は、誘電体層７０の間にある。
図３６では、多層の金属線７２と誘電体層７０が堆積され、エッチングされて、相互接続領域７３を形成する。いくつかの具体例では、相互接続領域７３の中のビア構造２５７は、異なる層の中の金属線を接続するように形成される。
フィルタ層３０は、堆積のようないずれかの好適なプロセスで、相互接続領域７３の上にわたって形成されたブランケットである。導電層２９１は、堆積のようないずれかの好適なプロセスで、フィルタ層３０の上にわたって形成されたブランケットである。レジスト３１は、導電層２９１を覆い、いずれかの好適なリソグラフィプロセスで、レジストパターンを導電層２９１に転写する。
図３７では、導電層２９’は、開口部１１を有して形成される。図３８では、誘電体層２８’は、開口部１１が充填されるように導電層２９’の上に形成されたブランケットである。いずれかの好適なリソグラフィプロセスで、レジストパターンを誘電体層２８’に転写するために、レジスト３１が誘電体層２８’を覆う。
図３９では、好適なリソグラフィプロセスで、誘電体層２８’がリセスを有して形成される。リセスは、導電性材料のようないずれかの好適な材料で充填され、誘電体層２８’の中にビア構造２５’を形成する。誘電体層２７は、誘電体層２８’とビア構造２５’の上にわたって形成されたブランケットであり、ビア構造２５’の上は誘電体層２７により覆われる。誘電体層２７は、誘電体層２８’の第２屈折率より高い第１屈折率を有する材料からなる。いずれかの好適なリソグラフィプロセスで、レジストパターンを導電体層２７に転写するために、レジスト３１は誘電体層２７を覆う。
図４０では、好適なリソグラフィプロセスで、誘電体層２７がリセスを有して形成される。リセスは、導電性材料のようないずれかの好適な材料で充填され、誘電体層２７の中にビア構造２５を形成する。第２誘電体層２８は、誘電体層２７の上にわたるブランケットである。いずれかの好適なリソグラフィプロセスで、レジストパターンを第２誘電体層２８に転写するために、レジスト３１は第２誘電体層２８を覆う。
図４１では、第２誘電体層２８は、パターニングされて、ビア構造２５で充填される。図４２では、好適なプロセスで回折格子構造２１の回折格子を形成するために、第２誘電体層２８がパターニングされる。回折格子は、第２誘電体層２８の中の光学回折格子である。いくつかの具体例では、光学回折格子を形成するために誘電体層２７がパターニングされ、第２誘電体層２８の下に光学回折格子を露出させるために第２誘電体層２８がエッチングされる。第２誘電体層２８がパターニングされて、サンプル保持部２３のリセスを形成する。
図４３では、第２導電層２９は、第２誘電体層２８の上にわたって形成されたブランケットである。回折格子構造２１の回折格子を露出させるために、第２導電層２９は、開口部２１１を含むようにパターニングされる。第２導電層２９は、サンプル保持部２３のリセスを形成するためにエッチングされ、サンプル保持部２３のリセスは第２導電層２９および第２誘電体層２８を通る。リセスの開口井戸は、誘電体層２７の上にわたる。いくつかの具体例では、第２導電層２９と下層の第２誘電体層２８が、選択エッチング、ドライエッチング、および／またはそれらの組み合わせのような、好適なプロセスによりエッチングされる。
図４４では、リセス２３１は、いずれかの好適なプロセスで、第２誘電体層２８、誘電体層２７、誘電体層２８’、導電層２９’、フィルタ層３０、および誘電体層７０をエッチングして形成され、パッド２２が露出される。いくつかの具体例では、パッド２２は、他の外部回路に接続される。
本開示のいくつかの具体例は、光センサを提供する。光センサは、半導電性基板を含む。光検出領域は、半導電性基板上にある。導波路領域は、波入射部から導波路部を通ってサンプル保持部に光を導くように構成される。導波路部は、第１屈折率を含む第１誘電体層を含む。第２誘電体層は、第２屈折率を含む。第２屈折率は、第１屈折率より小さい。第１相互接続部は、導波路部の中に配置され、光検出領域から外部回路に電気信号を伝えるように構成される。サンプル保持部は、光検出領域の上にわたる。
本開示のいくつかの具体例は、光センサを提供する。光センサは、半導電性基板を含む。誘電体層は、半導電性基板の上にわたる。反射構造は、誘電体層の中にある。導波路領域は、波入射部から導波路部を通ってサンプル保持部に光を導くように構成される。導波路部は、誘電体層と反射構造を含む。光検出領域は、半導電性基板の上にわたる。
前述の概要は、本開示の形態を当業者がより良く理解できるように、多くの具体例を示す。ここに示された具体例と同じ目的をもたらし、および／または同じ長所を達成するために、他のプロセスおよび構造を設計または変形するための基礎として、本開示を当業者が容易に使用できることを、当業者は理解すべきである。そのような均等な形態は本開示の精神や形態から離れず、本開示の精神や形態から離れることなくここで当業者が多くの変化、代替え、および変更が行えることを、当業者はまた気付くべきである。
Claims (20)
- 半導電性基板と、
前記半導電性基板上の光検出領域と、
波入射部から導波路部を通ってサンプル保持部に光を導くように構成された導波路領域であって、
第１屈折率を有する第１誘電体層と、
第２屈折率を有する第２誘電体層と、を含み、
前記第２屈折率は前記第１屈折率より小さい前記導波路領域と、
前記導波路部に配置され、前記光検出領域から外部回路に電気信号を伝えるように構成された第１相互接続部と、
前記波入射部の境界に整列する反射構造と、を含み、
前記サンプル保持部は前記光検出領域の上方に位置し、
前記反射構造は、前記第２誘電体層の中に形成された導電性のビア構造を含む光センサ。 - 前記導波路領域の上方に第２相互接続部を更に含む請求項１に記載の光センサ。
- 前記第２相互接続部は、前記光検出領域に電気的に接続される請求項２に記載の光センサ。
- 前記第１相互接続部は、前記第２誘電体層に配置される導電層を含む請求項１に記載の光センサ。
- 前記導電層は、前記導波路領域の底部に配置される請求項４に記載の光センサ。
- 前記導電層は、開口部を含む請求項５に記載の光センサ。
- 前記サンプル保持部は、ほぼ前記第１誘電体層と前記第２誘電体層との間の界面における底部を含む請求項１に記載の光センサ。
- 更に、前記反射構造は、前記第１相互接続部と電気的に絶縁されたダミー導電層を含む請求項１に記載の光センサ。
- 前記第１相互接続部は、前記第１誘電体層にビア構造を含む請求項１に記載の光センサ。
- 前記波入射部の上に誘電体柱を更に含む請求項１に記載に光センサ。
- 半導電性基板と、
前記半導電性基板上にわたる誘電体層と、
前記誘電体層における反射構造と、
波入射部から導波路部を通ってサンプル保持部に光を導くように構成された導波路領域であって、前記誘電体層と前記反射構造とを含む前記導波路領域と、
前記半導電性基板上にわたる光検出領域と、を含み、
前記導波路領域は前記光検出領域の上方に配置され、
前記反射構造は、第２誘電体層の中に形成された導電性のビア構造を含む半導体デバイス。 - 前記光検出領域は、多重接合フォトダイオードを含む請求項１１に記載の半導体デバイス。
- 前記導波路領域の下方に相互接続領域を更に含み、前記相互接続領域は前記光検出領域の上方に配置された請求項１１に記載の半導体デバイス。
- 前記誘電体層における前記反射構造は、前記光検出領域に電気的に接続されない請求項１３に記載の半導体デバイス。
- 前記相互接続領域と前記導波路領域との間にフィルタ層を更に含む請求項１３に記載の半導体デバイス。
- 前記波入射部は、回折格子を含む請求項１１に記載の半導体デバイス。
- 前記誘電体層は、コア層とクラッド層とを含む請求項１１に記載の半導体デバイス。
- 前記コア層と前記クラッド層との間の界面において、前記コア層の全面積と前記クラッド層における前記反射構造の全面積との間の比率は、約１０より大きい請求項１７に記載の半導体デバイス。
- 前記誘電体層は、少なくとも２つの異なる屈折率を有する複数の層を含む請求項１１に記載の半導体デバイス。
- 前記サンプル保持部は、前記誘電体層の一部に囲まれた請求項１１に記載の半導体デバイス。
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