JP2001060679A - 光学層を含む半導体イメージセンサ - Google Patents

光学層を含む半導体イメージセンサ

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Abstract

(57)【要約】 【課題】 本発明は、光学的効果を改善するために、光
学層を含むCMOSイメージセンサを提供する。 【解決手段】 本発明は、入射光を検出してイメージデ
ータを生成するための半導体イメージセンサにおいて、
光感知領域と周辺回路領域とに分けられた半導体基板
と、上記光感知領域上に形成されたフォトダイオード
と、上記周辺回路領域上に形成された少なくとも一つの
トランジスタと、上記フォトダイオードと上記トランジ
スタ上に形成された少なくとも一つの絶縁層と、上記フ
ォトダイオードに上記入射光を效果的に伝送するための
上記絶縁層上に形成された光学層とを含む。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明が属する技術分野】本発明はCMOS(compleme
ntary metal oxide semiconductor)イメージセンサに
関する。
【0002】周知のように、イメージセンサは、物体か
ら反射された光、すなわち光子を受信してディジタルイ
メージデータを生成する装置である。特に、CMOS製
造技術を利用して製造されたイメージセンサをCMOS
イメージセンサという。
【0003】図1は、従来のCMOSイメージセンサに
含まれた単位画素の断面図である。
【0004】一般に、通常のCMOSイメージセンサに
含まれた単位画素は、物体から反射された光子を集める
ための光感知領域112と、データ処理部に光子を伝達
するための周辺回路領域114とに分けられる。フォト
ダイオード120は、光感知領域112上に形成され、
トランジスタ130は、周辺回路領域114上に形成さ
れて半導体構造体を提供する。
【0005】電気的分離及び電気的相互接続のために、
多数の絶縁層140、150、160と金属ライン15
2、162とが半導体構造体上に形成される。次いで、
パッシベーション層170が単位画素を外部から保護す
るために最上位絶縁層160上に形成される。
【0006】しかし、パッシベーション層と絶縁層と
は、光透過性を考慮するよりは電気的特性及び素子の信
頼性を考慮して形成されており、パッシベーション層と
絶縁層との反射等により光透過性が劣化して光感度を低
下させる。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】したがって、本発明
は、光学的効果を改善するために、光学層を含むCMO
Sイメージセンサを提供することにその目的がある。
【0008】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明は、入射光を検出してイメージデータを生成
するための半導体イメージセンサにおいて、光感知領域
と周辺回路領域とに分けられた半導体基板と、上記光感
知領域上に形成されたフォトダイオードと、上記周辺回
路領域上に形成された少なくとも1つのトランジスタ
と、上記フォトダイオードと上記トランジスタ上に形成
された少なくとも1つの絶縁層と、上記フォトダイオー
ドに上記入射光を效果的に伝送するための上記絶縁層上
に形成された光学層を含んでなる。
【0009】
【発明の実施の形態】以下、添付した図面を参照して本
発明の望ましい一実施例を詳細に説明する。
【0010】図2は、本発明の実施例であるCMOSイ
メージセンサに含まれた単位画素200を示す断面図で
ある。
【0011】図2には、フォトダイオード220と多数
のトランジスタ230を光感知領域212及び周辺回路
領域214に各々形成した半導体構造体を示す。
【0012】半導体構造体上に第1絶縁層240を形成
する。第1金属ライン252、第2絶縁層250、第2
金属ライン262及び第3絶縁層260を第1絶縁層2
40上に順に形成する。
【0013】次いで、最上位絶縁層260上に光学的に
設計された絶縁層(以下、”光学層”という)270を
形成する。
【0014】この場合、光学層270は、SiO2のような
シリコン原子と酸素原子とを含む層から製造され得る。
また、光学層270は、PECVD(plasma-enhanced
chemical vapor deposition)を実行してTEOS(tet
ra-ethoxy-ortho-silicate)層に形成され得る。
【0015】また、光学層270は、λ/4厚(QWO
T:quarter-wave optical thickness)を基準として、
次の数式1で定義される厚さで形成される。
【数3】 tOL:光学層の厚さ N:正の整数 nOL:光学層の屈折率 λ:入射光の波長 上記数式1で、光学層270は、最上位絶縁層260の
屈折率のルート倍に該当する屈折率を有するように形成
される。
【0016】3層の絶縁層を有する単位画素200に対
して説明したが、絶縁層が1層または多層の場合にも適
用され得る。
【0017】上記のように光学層を形成することによっ
て、光反射が減少され、向上した光透過性が得られる。
【0018】図3は、本発明の他の実施例である単位画
素300を示す断面図である。
【0019】図2と比較してみると、光学層380と最
上位絶縁層360との間にパッシベーション層370を
さらに蒸着することが差異点である。すなわち、最上位
絶縁層360上にパッシベーション層370を形成して
パッシベーション層370上に光学層380を形成す
る。パッシベーション層370は、半導体素子を湿気等
の外部の影響から保護するための層である。
【0020】Si3N4のようなシリコン原子及び窒素原子
を含むパッシベーション層370を形成することができ
る。
【0021】SiO2のようなシリコン原子及び酸素原子を
含む光学層380を形成することができる。また、光学
層380は、PECVD工程を実行してTEOS層に形
成され得る。
【0022】また、数式1によってQWOTに該当する
所定の厚さに光学層380を形成する。
【0023】数式1で、光学層380がパッシベーショ
ン層370の屈折率のルート倍に該当する屈折率を有す
るように形成される。
【0024】本発明の技術思想を上記好ましい実施例に
よって記述したが、請求項に記載した本発明の範囲を越
えない限り種々の変化及び変更が可能であることは当業
者において明白である。
【0025】
【発明の効果】本発明により、通常の単位画素と比較し
て、特に青色帯域で光透過性及び光感度が顕著に増大す
る。すなわち、通常の単位画素の構造体上に光学層を形
成することによって、CMOSイメージセンサの光透過
性及び光感度を向上することができ、画質及びその動作
性能を改善することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 従来のCMOSイメージセンサの単位画素を
示す断面図である。
【図2】 本発明の実施例である光学層を有する単位画
素を示す断面図である。
【図3】 本発明の他の実施例である光学層を有する単
位画素の構造を示す図面である。
【符号の説明】
220 フォトダイオード 252 金属ライン 270、380 光学層 370 パッシベーション層

Claims (13)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 入射光を検出してイメージデータを生成
    するための半導体イメージセンサであって、 光感知領域と周辺回路領域とに分けられた半導体基板
    と、 上記光感知領域上に形成されたフォトダイオードと、 上記周辺回路領域上に形成された少なくとも一つのトラ
    ンジスタと、 上記フォトダイオードと上記トランジスタ上に形成され
    た少なくとも一つの絶縁層と、 上記フォトダイオードに上記入射光を效果的に伝送する
    ための上記絶縁層上に形成された光学層とを含む半導体
    イメージセンサ。
  2. 【請求項2】 上記光学層の厚さ(tOL)は、絶縁層の
    屈折率のルート倍に該当する上記光学層の屈折率nOL
    正の整数N及び上記入射光の波長λを用いて次式により
    決定される請求項1に記載の半導体イメージセンサ。 【数1】
  3. 【請求項3】 上記光学層は、シリコン原子及び酸素原
    子を含む層からなる請求項2に記載の半導体イメージセ
    ンサ。
  4. 【請求項4】 上記光学層は、TEOS(tetra-ethoxy-
    ortho-silicate)層からなる請求項2に記載の半導体イ
    メージセンサ。
  5. 【請求項5】 上記TEOS層は、PECVD(plasma
    enhanced chemicalvapor deposition)工程を使用して
    形成された請求項4に記載の半導体イメージセンサ。
  6. 【請求項6】 上記フォトダイオード及び上記トランジ
    スタを電気的に接続させるために上記周辺回路に形成さ
    れた上記絶縁層内部に多数の金属ラインが内蔵された請
    求項5に記載の半導体イメージセンサ。
  7. 【請求項7】 上記イメージセンサを外部影響から保護
    するために上記絶縁層と上記光学層との間に形成された
    パッシベーション層をさらに含む請求項1に記載の半導
    体イメージセンサ。
  8. 【請求項8】 上記パッシベーション層は、シリコン原
    子と窒素原子とを含む層からなる請求項7に記載の半導
    体イメージセンサ。
  9. 【請求項9】 上記光学層の厚さ(tOL)は、絶縁層の
    屈折率のルート倍に該当する上記光学層の屈折率nOL
    正の整数N及び上記入射光の波長λを用いて次式により
    決定される請求項8に記載の半導体イメージセンサ。 【数2】
  10. 【請求項10】 上記光学層がシリコン原子及び酸素原
    子を含む層からなる請求項9に記載の半導体イメージセ
    ンサ。
  11. 【請求項11】 上記光学層がTEOS(tetra-ethoxy
    -ortho-silicate)層からなる請求項10に記載の半導
    体イメージセンサ。
  12. 【請求項12】 上記TEOS層がPECVD工程を使
    用して形成された請求項4に記載の半導体イメージセン
    サ。
  13. 【請求項13】 上記フォトダイオード及び上記トラン
    ジスタを電気的に接続させるために上記周辺回路領域に
    形成された上記絶縁層内部に多数の金属ラインが内蔵さ
    れた請求項5に記載の半導体イメージセンサ。
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