JP2006191096A - Ｃｍｏｓイメージセンサとその製造方法 - Google Patents

Ｃｍｏｓイメージセンサとその製造方法 Download PDF

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Abstract

【課題】ＣＭＯＳイメージセンサに赤外線遮断フィルタを内装して、移動電話機のカメラモジュールの大きさを減らし、製造歩留まりを改善したＣＭＯＳイメージセンサとその製造方法を提供する。
【解決手段】 本発明によるＣＭＯＳイメージセンサは、光感知素子領域、ゲート電極、層間絶縁膜、金属配線を含む半導体基板上に形成されたカラーフィルタ層と、カラーフィルタ層上に形成された赤外線遮断フィルタと、赤外線遮断フィルタ層上に形成されたマイクロレンズとを含む。
【選択図】図３

Description

本発明は半導体素子に関し、より具体的には、赤外線遮断フィルタが内装されたＣＭＯＳイメージセンサとその製造方法に関する。
一般的にイメージセンサは、光学映像を電気信号に変換させる半導体素子であって、このようなイメージセンサとしては、個別のＭＯＳキャパシタが互いに非常に近接した位置に配置し、電荷キャリアがキャパシタに保存され移送される電荷結合素子(ＣＣＤ)イメージセンサと、制御回路と信号処理回路を周辺回路に用いたＣＭＯＳ技術を用いて画素数だけのＭＯＳトランジスタを形成し、これを用いて順次出力を検出するスイッチング方式を採用したＣＭＯＳイメージセンサがある。
かかるＣＭＯＳイメージセンサは、フォトダイオードを含む信号処理チップで構成されており、一つのチップに増幅器、アナログ/デジタル変換機、内部電圧発生器、タイミングゼネレータ、デジタルロジックなどを結合させることができ、空間、電力、費用などの節減の面でたいへん優れている。
また、ＣＭＯＳイメージセンサは、電荷結合素子より安価のシリコンウェハーのエッチング工程によって大量生産が可能であり、集積度の面でも優れている。
以下、添付の図面を参考にして従来技術のＣＭＯＳイメージセンサについて詳細に説明する。
図１は従来技術のＣＭＯＳイメージセンサの断面図である。図１に示したように、半導体基板１５上に光感知素子領域(図示せず)、ゲート電極(図示せず)、層間絶縁膜(図示せず)、金属配線(図示せず)など、必要な構成要素１６が形成されており、構成要素１６を含む半導体基板１５上にカラーフィルタ層１７が形成されている。
カラーフィルタ層１７上には平坦化層１８が形成されており、平坦化層１８上にマイクロレンズ１９が形成されている。
図２は、図１に示したＣＭＯＳイメージセンサを用いたカメラ構造を示す図である。ＰＣＢ基板１０上にＣＭＯＳイメージセンサ１１が設置され、ＣＭＯＳイメージセンサ１１の上側に可視光線の領域を越える赤外線による光電効果を防止するために赤外線遮断フィルタ１２が設置され、赤外線遮断フィルタ１２上に外部から入射する光を通過させるレンズ１３が設置され、ＰＣＢ基板１０、赤外線遮断フィルタ１２、レンズ１３が設置されるハウジング１４が設けられている。この際、レンズ１３を通過した光は赤外線遮断フィルタ１２を通過した後、イメージセンサ１１に逆像で照射される。
しかしながら、従来技術によるＣＭＯＳイメージセンサを用いて移動電話機などのカメラモジュールを製作する場合、石英上にコーティングして用いる赤外線遮断フィルタを別に設置しなければならないので、カメラモジュールの大きさを減らすのに限界があり、製造歩留まりが低下するという問題があった。
本発明は上記のような問題点を解決するためのもので、ＣＭＯＳイメージセンサに赤外線遮断フィルタを内装させて、移動電話機などのカメラモジュールの大きさを減らし、製造歩留まりを改善したＣＭＯＳイメージセンサとその製造方法を提供することが目的である。
上記目的を達成するための本発明によるＣＭＯＳイメージセンサは、光感知素子領域、ゲート電極、層間絶縁膜、金属配線を含む半導体基板上に形成されたカラーフィルタ層と、カラーフィルタ層上に形成された赤外線遮断フィルタと、赤外線遮断フィルタ層上に形成されたマイクロレンズとを含むことを特徴とする。
また、本発明による赤外線遮断フィルタを有するＣＭＯＳイメージセンサは、カラーフィルタ層と赤外線遮断フィルタとの間に形成された平坦化層をさらに含むことを特徴とする。
赤外線遮断フィルタはフィルタ染料が混合された感光膜で形成される。そのフィルタ染料は、ジアンモニウム系の化合物、フタロシアニン系の化合物、またはニッケル錯化合物系の化合物のうち少なくとも２種類の化合物を含有しており、赤外線遮断フィルタの厚さは１．０〜３．０μｍであることを特徴とする。
また、マイクロレンズを保護するために、マイクロレンズ上に形成された酸化膜をさらに含むことを特徴とする。
上記目的を達成するための本発明によるＣＭＯＳイメージセンサの製造方法は、光感知素子領域、ゲート電極、層間絶縁膜、金属配線を含む半導体基板上にカラーフィルタ層を形成する段階と、カラーフィルタ層上に赤外線遮断フィルタを形成する段階と、赤外線遮断フィルタ上にマイクロレンズを形成する段階とを含むことを特徴とする。
また、ＣＭＯＳイメージセンサの製造方法は、赤外線遮断フィルタを形成する前にカラーフィルタ層上に平坦化層を形成する段階をさらに含むことを特徴とする。
ＣＭＯＳイメージセンサの製造方法において、赤外線遮断フィルタはフィルタ染料が混合された感光膜で形成する。そのフィルタ染料は、ジアンモニウム系の化合物、フタロシアニン系の化合物、またはニッケル錯化合物系の化合物のうち少なくとも２種類の化合物を含有しており、赤外線遮断フィルタの厚さは１．０〜３．０μｍであることを特徴とする。
さらに、ＣＭＯＳイメージセンサの製造方法は、マイクロレンズ上に前記マイクロレンズを保護するための酸化膜を形成する段階をさらに含むことを特徴とする。
本発明によれば、赤外線遮断フィルタがＣＭＯＳイメージセンサに備えられるので、移動電話機などのカメラモジュールの大きさや製造原価を減らすことができると共に、製造歩留まりを改善することができる。
以下、添付の図面に基づいて本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。
図３は、本発明による赤外線遮断フィルタが備えられたＣＭＯＳイメージセンサの断面図である。図３に示してはいないが、半導体基板２５上に光感知素子領域、ゲート電極、層間絶縁膜、金属配線など、必要な構成要素２６が形成される。カラーフィルタ層２７が構成要素２６を含む半導体基板２５上に形成され、赤外線遮断フィルタ２８がカラーフィルタ層２７上に形成される。この赤外線遮断フィルタ２８は１．０〜３．０μｍの厚さに形成することが好ましい。
ここで、赤外線遮断フィルタ２８は、フィルタ顔料が混合された感光膜を用いて形成するが、好ましい実施例において、前記感光膜に混合されるフィルタ顔料は、ジアンモニウム系の化合物、フタロシアニン系の化合物、またはニッケル錯化合物系の化合物のうち少なくとも２種類の化合物を含有する。
そして、マイクロレンズ２９が赤外線遮断フィルタ２８上に形成される。
本実施形態においてはカラーフィルタ層２７上に赤外線遮断フィルタ２８を直接形成するものと記載したが、カラーフィルタ層２７上に平坦化層(図示せず)を形成し、その平坦化層上に赤外線遮断フィルタを形成するようにしてもよい。また、マイクロレンズ２９を保護するために、マイクロレンズ２９上に酸化膜を形成することもできる。
図４は赤外線遮断フィルタの遮断機能を示すグラフであり、Ｘ軸は波長を示し、Ｙ軸は透過率を示す。図示したように、本発明によるＣＭＯＳイメージセンサの場合、ＣＭＯＳイメージセンサに備えられた赤外線遮断フィルタによって６５０ｎｍ以上の波長が遮断される。
以上で説明した内容を通じて当業者であれば本発明の技術思想を離脱しない範囲で多様な変更と修正が可能であることが分かるであろう。したがって、本発明の技術的な範囲は実施形態に記載された内容に限定されるものではなく、特許請求範囲によって定められなければならない。
従来技術のＣＭＯＳイメージセンサの断面図である。 図１に示したＣＭＯＳイメージセンサを用いたカメラ構造を示す図面である。 本発明の一実施形態による赤外線遮断フィルタが備えられたＣＭＯＳイメージセンサの断面図である。 赤外線遮断フィルタの遮断機能を示す図面である。
符号の説明
２５ 基板、２６ 構成要素、２７ カラーフィルタ層、２８ 赤外線遮断フィルタ層、２９ マイクロレンズ

Claims (12)

  1. 光感知素子領域、ゲート電極、層間絶縁膜、金属配線を含む半導体基板上に形成されたカラーフィルタ層と、
    前記カラーフィルタ層上に形成された赤外線遮断フィルタと、
    前記赤外線遮断フィルタ層上に形成されたマイクロレンズと
    を含むことを特徴とするＣＭＯＳイメージセンサ。
  2. 前記カラーフィルタ層と前記赤外線遮断フィルタとの間に形成された平坦化層をさらに含むことを特徴とする請求項１に記載のＣＭＯＳイメージセンサ。
  3. 前記赤外線遮断フィルタは、フィルタ染料が混合された感光膜で形成することを特徴とする請求項１に記載のＣＭＯＳイメージセンサ。
  4. 前記フィルタ染料は、ジアンモニウム系の化合物、フタロシアニン系の化合物、またはニッケル錯化合物系の化合物のうち少なくとも２種類の化合物を含有することを特徴とする請求項３に記載のＣＭＯＳイメージセンサ。
  5. 前記赤外線遮断フィルタの厚さは１．０〜３．０μｍであることを特徴とする請求項１に記載のＣＭＯＳイメージセンサ。
  6. 前記マイクロレンズを保護するために、前記マイクロレンズ上に形成された酸化膜をさらに含むことを特徴とする請求項１に記載のＣＭＯＳイメージセンサ。
  7. 光感知素子領域、ゲート電極、層間絶縁膜、金属配線を含む半導体基板上にカラーフィルタ層を形成する段階と、
    前記カラーフィルタ層上に赤外線遮断フィルタを形成する段階と、
    前記赤外線遮断フィルタ上にマイクロレンズを形成する段階と
    を含むことを特徴とするＣＭＯＳイメージセンサの製造方法。
  8. 前記赤外線遮断フィルタを形成する前に、前記カラーフィルタ層上に平坦化層を形成する段階をさらに含むことを特徴とする請求項７に記載のＣＭＯＳイメージセンサの製造方法。
  9. 前記赤外線遮断フィルタは、フィルタ染料が混合された感光膜で形成することを特徴とする請求項７に記載のＣＭＯＳイメージセンサの製造方法。
  10. 前記フィルタ染料は、ジアンモニウム系の化合物、フタロシアニン系の化合物、またはニッケル錯化合物系の化合物のうち少なくとも２種類の化合物を含有することを特徴とする請求項９に記載のＣＭＯＳイメージセンサの製造方法。
  11. 前記赤外線遮断フィルタの厚さは１．０〜３．０μｍであることを特徴とする請求項７に記載のＣＭＯＳイメージセンサの製造方法。
  12. 前記マイクロレンズ上に前記マイクロレンズを保護するための酸化膜を形成する段階をさらに含むことを特徴とする請求項７に記載のＣＭＯＳイメージセンサの製造方法。
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