JP2007219515A - カラーフィルタ、カラーフィルタアレイ及びその製造方法、並びにイメージセンサー - Google Patents

カラーフィルタ、カラーフィルタアレイ及びその製造方法、並びにイメージセンサー Download PDF

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Abstract

【課題】カラーフィルタ、カラーフィルタアレイ及びその製造方法、並びにイメージセンサーを提供する。
【解決手段】基板と、所定色のための特定波長の光をフィルタリングするための、基板上に交互に繰り返して積層される、互いに異なる屈折率を有する第１無機膜と第２無機膜とを備え、第１無機膜と第２無機膜との屈折率差が少なくとも０．８以上であり、２〜５回繰り返して積層され、望ましくは、３回繰り返して積層され、第１無機膜と第２無機膜とは、４００〜７００ｎｍの可視光線領域で１．３〜６．０の屈折率を有し、ＳｉＯ２、ＳｉＯＮ、ＳｉＮ及びＳｉから選択されるカラーフィルタである。
【選択図】図３

Description

本発明は、イメージセンサーに係り、さらに具体的には、互いに異なる屈折率を有する無機膜質が交互に繰り返して積層されたカラーフィルタ、複数のカラーフィルタを備えたカラーフィルタアレイ及びその製造方法に関する。また、本発明は、無機カラーフィルタを備えたイメージセンサー及びその製造方法に関する。
イメージセンサーは、光学情報を電気信号に変換する素子であって、ＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｄｅｖｉｃｅ）イメージセンサーとＣＭＯＳ（Ｃｏｍｐｌｅｍｅｎｔａｒｙ Ｍｅｔａｌ Ｏｘｉｄｅ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）イメージセンサーとがある。ＣＭＯＳイメージセンサーは、ＣＣＤイメージセンサーに比べて、駆動方式が簡便であり、信号処理回路などの集積化が可能なため、小型化及び製造コストを低くすることができ、電力消耗が小さい。ＣＭＯＳイメージセンサーは、画素アレイの各画素ごとにＭＯＳトランジスタを配列し、前記ＭＯＳトランジスタのスイッチング動作によりデータを順次に出力する。
ＣＭＯＳイメージセンサーは、外部から光を感知して光電荷を生成する光感知部と、前記光感知部上に配列されるカラーフィルタアレイとを備える。図１は、従来のＣＭＯＳイメージセンサーの断面図である。図１を参照すれば、半導体基板１００に複数のフォトダイオード領域１１０Ｒ、１１０Ｇ、１１０Ｂが形成され、前記フォトダイオード領域１１０Ｒ、１１０Ｇ、１１０Ｂが露出されるように、前記フォトダイオード領域１１０Ｒ、１１０Ｇ、１１０Ｂの間の前記半導体基板１００上に光遮断層１２０が形成される。前記フォトダイオード領域１１０Ｒ、１１０Ｇ、１１０Ｂに対応する基板の上部に複数のカラーフィルタ１４０Ｒ、１４０Ｇ、１４０Ｂが配列され、前記複数のカラーフィルタ１４０Ｒ、１４０Ｇ、１４０Ｂに対応する基板の上部にマイクロレンズ１５０Ｒ、１５０Ｇ、１５０Ｂが配列される。前記光遮断層１２０、カラーフィルタ１４０Ｒ、１４０Ｇ、１４０Ｂ及びマイクロレンズ１５０Ｒ、１５０Ｇ、１５０Ｂの間には、層間絶縁膜１３０が介在する。
従来のイメージセンサーでは、前記カラーフィルタとして有機カラーフィルタを使用し、染料または顔料をネガティブフォトレジストに混合して形成していた。前記有機カラーフィルタは、粒子の大きさが不均一であり、これにより、画素間の透過率が不均一であって黒点のような欠陥を引き起こす。また、小さなピッチを有するパターンの形成が困難であり、また、図２に示すように、混色（ｃｒｏｓｓｔａｌｋ）が発生する可能性が大きい。
本発明が達成しようとする技術的課題は、互いに異なる屈折率を有する無機膜を繰り返して積層して欠陥及び混色を防止できるカラーフィルタを提供することである。
本発明の他の技術的課題は、互いに異なる屈折率を有する無機膜が繰り返して積層された複数のカラーフィルタを備えるカラーフィルタアレイ及びその製造方法を提供することである。
本発明のさらに他の技術的課題は、互いに異なる屈折率を有する無機膜が繰り返して積層されたカラーフィルタを備えるイメージセンサー及びその製造方法を提供することである。
前記した本発明の技術的課題を達成するために、本発明の実施形態によるカラーフィルタは、基板と所定色のための特定波長の光をフィルタリングするための、前記基板上に交互に繰り返して積層される、互いに異なる屈折率を有する第１無機膜と第２無機膜とを備える。前記第１無機膜と第２無機膜との屈折率差が少なくとも０．８以上であり、２〜５回繰り返して積層され、望ましくは３回繰り返して積層される。前記第１無機膜と第２無機膜とは、４００〜７００ｎｍの可視光線領域で１．３〜６．０の屈折率を有し、ＳｉＯ２、ＳｉＯＮ、ＳｉＮ及びＳｉから選択される。
赤色フィルタである場合、前記第１無機膜と第２無機膜としてそれぞれシリコン酸化膜とシリコン膜とを６００〜８００Å、１００〜２００Åの厚さに２〜５回繰り返して積層する。緑色フィルタである場合、前記第１無機膜と第２無機膜としてそれぞれシリコン酸化膜とシリコン膜とを７００〜１１００Å、５００〜８００Åの厚さに２〜５回繰り返して積層するか、またはシリコン酸窒化膜とシリコン酸化膜とを８００〜１２００Å、６００〜１０００Åの厚さに２〜５回繰り返して積層する。青色フィルタである場合、前記第１無機膜と第２無機膜としてそれぞれシリコン膜とシリコン窒化膜とを３００〜６００Å、４００〜８００Åの厚さに２〜５回繰り返して積層する。
また、本発明は、イメージセンサー用のカラーフィルタアレイを提供する。前記カラーフィルタアレイは、半導体基板、第１カラーフィルタ、第２カラーフィルタ及び第３カラーフィルタを備える。第１色のための第１波長の光をフィルタリングするための第１カラーフィルタは、前記基板上に交互に繰り返して積層される、互いに異なる屈折率を有する第１無機膜と第２無機膜とを備え、第２色のための第２波長の光をフィルタリングするための第２カラーフィルタは、前記基板上に交互に繰り返して積層される、互いに異なる屈折率を有する第３無機膜と第４無機膜とを備え、第３色のための第３波長の光をフィルタリングするための第３カラーフィルタは、前記基板上に交互に繰り返して積層される、互いに異なる屈折率を有する第５無機膜と第６無機膜とを備える。前記第１カラーフィルタの前記第１無機膜と第２無機膜とは、屈折率差が少なくとも０．８以上であり、前記第２カラーフィルタの前記第３無機膜と第４無機膜とは、屈折率差が少なくとも０．８以上であり、前記第３カラーフィルタの前記第５無機膜と第６無機膜とは、屈折率差が少なくとも０．８以上である。
また、本発明は、イメージセンサー用のカラーフィルタアレイを製造する方法を提供する。まず、半導体基板上に少なくとも０．８以上の屈折率差を有する第１無機膜と第２無機膜とを交互に２〜５回繰り返して形成する。前記第１無機膜と第２無機膜とをパターニングして第１色の第１カラーフィルタを形成する。次に、前記第１カラーフィルタと前記半導体基板との上に、少なくとも０．８以上の屈折率差を有する第３無機膜と第４無機膜とを交互に２〜５回繰り返して形成する。前記第３無機膜と第４無機膜とをパターニングして、第１カラーフィルタと離隔される第２色の第２カラーフィルタを形成する。次に、前記第１及び第２カラーフィルタと前記半導体基板との上に、少なくとも０．８以上の屈折率差を有する第５無機膜と第６無機膜とを交互に２〜５回繰り返して形成する。前記第５無機膜と第６無機膜とをパターニングして、第１及び第２カラーフィルタと離隔される第３色の第３カラーフィルタを形成する。
また、本発明は、半導体基板、前記半導体基板内に形成された光感知のための複数の不純物領域、前記光感知用の不純物領域にそれぞれ対応して配列されるが、それぞれ屈折率差が少なくとも０．８以上である、第１無機膜質と第２無機膜質とが交互に繰り返して積層された複数のカラーフィルタ、前記カラーフィルタにそれぞれ対応して前記半導体基板上に配列された複数のマイクロレンズ、及び前記半導体基板と前記マイクロレンズとの間に介在した絶縁膜を備えるイメージセンサーを提供する。
また、本発明は、無機カラーフィルタを備えるＣＭＯＳカラーフィルタを提供する。半導体基板内に互いに離隔されて光感知のための複数の第１不純物領域と、ソース／ドレイン用の複数の第２不純物領域とが形成される。前記半導体基板上にゲート絶縁膜が形成され、前記複数の第１不純物領域と前記複数の第２不純物領域との間のゲート絶縁膜上にそれぞれ複数のゲート電極が形成される。前記光感知用の第１不純物領域にそれぞれ対応して複数のカラーフィルタが配列されるが、各カラーフィルタは、屈折率差が少なくとも０．８以上である第１無機膜質と第２無機膜質とが交互に５回以下繰り返して積層される。前記ゲート電極及び前記ゲート絶縁膜上に第１層間絶縁膜が形成され、前記第１不純物領域に対応しない前記第１層間絶縁膜上に第１金属配線が配列される。前記第１金属配線及び前記第１層間絶縁膜上に第２層間絶縁膜が形成され、第２金属配線が前記第１不純物領域に対応しない前記第２層間絶縁膜上に配列される。第３層間絶縁膜が前記第２金属配線及び前記第２層間絶縁膜上に形成され、第３金属配線が前記第１不純物領域に対応しない前記第３層間絶縁膜上に配列される。第４層間絶縁膜が前記第３金属配線及び前記第３層間絶縁膜上に形成され、複数のマイクロレンズが前記カラーフィルタにそれぞれ対応して前記第４層間絶縁膜上に配列される。
本発明のカラーフィルタ及びこれを備えたＣＭＯＳイメージセンサーは、無機カラーフィルタを前記半導体基板上にゲート電極と同一面上に形成することによって、一般的なＣＭＯＳイメージセンサーでカラーフィルタとマイクロレンズとの間に介在する保護膜及び平坦化膜の形成工程を排除させることができるので、工程を単純化させることができる。また、イメージセンサーの垂直厚さの減少による高集積化が可能である。また、カラーフィルタを構成する第１及び第２無機膜を一定レベル以上の屈折率差を有する無機物質で形成して、第１及び第２無機膜の積層数を減少させることができるので、素子の高集積化が有利である。
以下、添付した図面に基づき、本発明の望ましい実施形態を説明する。しかし、本発明の実施形態は、色々な他の形態に変形でき、本発明の範囲が後述する実施形態によって限定されると解釈されてはならない。本発明の実施形態は、当業者に本発明をさらに完全に説明するために提供されるものである。したがって、図面での要素の形状などは、さらに明確な説明を強調するために誇張したものであり、図面上で同一符号で表示された要素は同一要素を意味する。
図３は、本発明の実施形態によるカラーフィルタの断面図である。図３を参照すれば、カラーフィルタ２０は、基板１０と、交互に繰り返して積層され、互いに異なる屈折率を有する第１無機膜２１及び第２無機膜２５とを備える。前記基板１０は、望ましくは半導体基板を含む。第１無機膜２１と第２無機膜２５とは、４００〜７００ｎｍの可視光線領域で１．３〜６．０の屈折率を有する無機物質を含む。前記第１無機膜２１は、屈折率が大きい物質からなり、前記第２無機膜２５は、低屈折率の物質からなる。
このとき、前記第１無機膜２１と前記第２無機膜２５との屈折率差は、少なくとも０．８以上であることが望ましい。これは、第１無機膜２１と第２無機膜２５との屈折率差が少なければ、第１無機膜２１と第２無機膜２５との積層回数が多くなって、カラーフィルタのの積層高さが高くなり、カラーフィルタの形成が困難になる。また、カラーフィルタの垂直厚さが増大して、イメージ素子の高集積化に不利である。したがって、本発明のカラーフィルタの場合、前記第１無機膜２１と第２無機膜２５として屈折率差が少なくとも０．８以上の無機膜を使用し、前記第１無機膜２１と第２無機膜２５とを５回以下、例えば２〜５回繰り返して積層する。
図４Ａは、第１無機膜２１と第２無機膜２５とを２回繰り返して積層した場合の赤色Ｒ、緑色Ｇ及び青色Ｂに対する透過率を示すグラフであり、図４Ｂは、第１無機膜２１と第２無機膜２５とを３回繰り返して積層した場合の赤色Ｒ、緑色Ｇ及び青色Ｂに対する透過率を示すグラフである。このとき、第１無機膜２１は、高屈折率のシリコン膜を使用し、前記第２無機膜２５は、低屈折率のシリコン酸化膜を使用する。図４Ａ及び図４Ｂを参照すれば、屈折率差が０．８以上である第１無機質２１と第２無機膜２５とが繰り返して積層された本発明のカラーフィルタが、図２の従来のカラーフィルタに比べて、高い透過率が得られるだけでなく、赤、緑及び青色の色分離に優れるということが分かる。特に、３回繰り返して蒸着した場合が２回繰り返して蒸着した場合より透過率がさらに高いことが分かる。
前記カラーフィルタが赤色Ｒフィルタである場合、前記第１無機膜２１と第２無機膜２５としてそれぞれシリコン酸化膜とシリコン膜とを使用し、第１無機膜２１と第２無機膜２５とをそれぞれ６００〜８００Å、１００〜２００Åの厚さに２〜５回繰り返して積層する。前記カラーフィルタが青色Ｂフィルタである場合、前記第１無機膜２１と第２無機膜２５としてシリコン膜とシリコン窒化膜とを使用し、前記第１無機膜２１と第２無機膜２５とをそれぞれ３００〜６００Å、４００〜８００Åの厚さに２〜５回繰り返して積層する。
前記カラーフィルタが緑色Ｇフィルタである場合、前記第１無機膜２１と第２無機膜２５としてそれぞれシリコン酸化膜とシリコン膜とを使用し、前記第１無機膜２１と第２無機膜２５とをそれぞれ７００〜１１００Å、５００〜８００Åの厚さに２〜５回繰り返して積層する。または、前記第１無機膜２１と第２無機膜２５としてシリコン酸窒化（ＳｉＯＮ）膜とシリコン酸化膜とを使用する場合には、前記第１無機膜２１と第２無機膜２５とをそれぞれ８００〜１２００Å、６００〜１０００Åの厚さに２〜５回繰り返して積層する。
本発明の実施形態において、前記第１無機膜２１として低屈折率の無機膜を使用し、前記第２無機膜２５として高屈折率の無機膜を使用することも可能である。一方、低屈折率の前記第１無機膜２１と高屈折率の第２無機膜２５との屈折率差が少なくとも０．８以上となるように、前記第１無機膜２１と第２無機膜２５とを選択しなければならない。
図５は、本発明の実施形態によるフルカラー具現のためのイメージセンサー用のカラーフィルタアレイの断面図である。図５を参照すれば、カラーフィルタアレイ２００は、半導体基板１００と、赤色Ｒフィルタ２１０、緑色Ｇフィルタ２２０及び青色Ｇフィルタ２３０を備える。前記赤色フィルタ２１０は、互いに異なる屈折率を有する第１無機膜２１１と第２無機膜２１５とを備える。前記緑色フィルタ２２０は、互いに異なる屈折率を有する第１無機膜２２１と第２無機膜２２５とを備える。前記赤色フィルタ２３０は、互いに異なる屈折率を有する第１無機膜２３１と第２無機膜２３５とを備える。
前記赤、緑及び青色フィルタ２１０、２２０、２３０の第１無機膜２１１、２２１、２３１は、互いに異なる無機物質を含むか、または第１無機膜２１１、２２１、２３１のうち少なくとも一つの無機膜を、残りの無機膜とは異なる物質で形成してもよい。また、前記赤、緑及び青色フィルタ２１０、２２０、２３０の第２無機膜２１５、２２５、２３５は、互いに異なる物質を含むか、または前記第２無機膜２１５、２２５、２３５のうち少なくとも一つの無機膜を、残りの無機膜とは異なる物質で形成してもよい。
前記赤色フィルタ２１０は、高屈折率の第１無機膜２１１と低屈折率の第２無機膜２１５とが交互に繰り返して積層される。前記赤色フィルタ２１０を構成する第１無機膜２１１と第２無機膜２１５とは、少なくとも０．８以上の屈折率差を有し、２〜５回交互に繰り返して積層される。望ましくは、前記第１無機膜２１１と第２無機膜２１５とは、３回交互に繰り返して積層される。前記第１無機膜２１１は、６００〜８００Åの厚さを有するシリコン酸化膜を含み、前記第２無機膜２１５は、１００〜２００Åの厚さを有するシリコン膜を含む。
前記緑色フィルタ２２０は、高屈折率の第１無機膜２１１と低屈折率の第２無機膜２２５とが交互に繰り返して積層される。前記緑色フィルタ２２０を構成する第１無機膜２２１と第２無機膜２２５とは、少なくとも０．８以上の屈折率差を有し、２〜５回交互に繰り返して積層される。望ましくは、前記第１無機膜２２１と第２無機膜２２５とは、３回交互に繰り返して積層される。前記第１無機膜２２１は、７００〜１１００Åの厚さを有するシリコン酸化膜を含み、前記第２無機膜２２５は、５００〜８００Åの厚さを有するシリコン膜を含む。また、前記第１無機膜２２１は、８００〜１２００Åの厚さを有するシリコン酸窒化膜含み、前記第２無機膜２２５は、６００〜１０００Åの厚さを有するシリコン酸化膜を含みうる。
前記青色フィルタ２３０は、高屈折率の第１無機膜２３１と低屈折率の第２無機膜２３５とが交互に繰り返して積層される。前記青色フィルタ２３０を構成する第１無機膜２３１と第２無機膜２３５とは、少なくとも０．８以上の屈折率差を有し、２〜５回交互に繰り返して積層される。望ましくは、前記第１無機膜２３１と第２無機膜２３５とは、３回交互に繰り返して積層される。前記第１無機膜２３１は、３００〜６００の厚さを有するシリコン膜を含み、前記第２無機膜２３５は、４００〜８００の厚さを有するシリコン窒化膜を含む。
前記カラーフィルタアレイ２００において、前記赤、緑及び青色のカラーフィルタ２１０、２２０、２３０の第１無機膜２１１、２２１、２３１を低屈折率の無機膜で形成し、前記第２無機膜２１５、２２５、２３５を高屈折率の無機膜で形成してもよい。
図６は、本発明の実施形態による無機カラーフィルタを備えたイメージセンサーの概略的な断面図である。図６を参照すれば、イメージセンサーは、半導体基板３００内に形成された複数のフォトダイオード領域３１１、３１３、３１５と、前記複数のフォトダイオード領域３１１、３１３、３１５に対応して配列される複数のカラーフィルタ３３０、３４０、３５０と、前記複数のカラーフィルタ３３０、３４０、３５０に対応して配列される複数のマイクロレンズ３６１、３６３、３６５とを備える。また、前記イメージセンサーは、前記半導体基板３００とカラーフィルタ３３０、３４０、３５０との間に介在した層間絶縁膜３２１と、前記複数のカラーフィルタ３３０、３４０、３５０を覆うように前記層間絶縁膜３２１上に形成された平坦化膜３２５とをさらに備える。
前記カラーフィルタ３３０、３４０、３５０は、それぞれ赤、緑及び青色カラーフィルタを含み、少なくとも０．８以上の屈折率差を有する第１及び第２無機膜３３１，３３５、３４１，３４５、３５１，３５５が２〜５回交互に繰り返して積層される。前記赤色フィルタ３３０の前記第１無機膜３３１は、６００〜８００Åの厚さを有するシリコン酸化膜を含み、前記第２無機膜３３５は、１００〜２００Åの厚さを有するシリコン膜を含む。前記緑色フィルタ３４０の第１無機膜３４１は、７００〜１１００Åの厚さを有するシリコン酸化膜または８００〜１２００Åの厚さを有するシリコン酸窒化膜を含み、前記第２無機膜３４５は、５００〜８００Åの厚さを有するシリコン膜または６００〜１０００Åの厚さを有するシリコン酸化膜を含む。前記青色フィルタ３５０の第１無機膜３５１は、３００〜６００Åの厚さを有するシリコン膜を含み、前記第２無機膜３５５は、４００〜８００Åの厚さを有するシリコン窒化膜を含む。
本発明は、赤、緑及び青色に対して第１無機膜と第２無機膜との構成物質、厚さ及び積層数を最適化させてカラーフィルタを形成することによって、それぞれの色に対する最適の検出効率を得ることが可能である。本発明の実施形態では、イメージセンサーが赤、緑及び青色のカラーフィルタ３３０、３４０、３５０を備えることを例示したが、必ずしもこれに限定されるものではなく、屈折率差が０．８以上である互いに異なる無機膜から構成された青緑色フィルタ、黄色フィルタ、及び紫赤色フィルタを備えてもよい。また、前記イメージセンサーは、前記赤、緑及び青色フィルタのうち少なくとも一つのみを備えてもよい。
図７Ａないし図７Ｇは、本発明の実施形態による無機カラーフィルタを備えるイメージセンサーの製造方法を説明するための断面図である。図７Ａを参照すれば、半導体基板３００に前記半導体基板３００とは反対導電型を有する不純物をイオン注入して複数の不純物領域３１１、３１３、３１５を形成する。前記不純物領域３１１、３１３、３１５は、イメージセンサーのフォトダイオード領域３１１、３１３、３１５となる。前記フォトダイオード領域３１１、３１３、３１５を備えた前記半導体基板３００上に層間絶縁膜３２１を形成する。
図７Ｂ及び図７Ｃを参照すれば、前記層間絶縁膜３２１上にシリコン酸化膜３３１とシリコン膜３３５とを交互に３回繰り返して蒸着する。前記シリコン酸化膜３３１は、６００〜８００Åの厚さに形成し、前記シリコン膜３３５は、１００〜２００Åの厚さに形成する。前記第１フォトダイオード領域３１１に対応するシリコン膜３３５が露出されるように、感光膜３７１を前記シリコン膜３３５上に形成する。前記感光膜３７１を利用して、前記シリコン膜３３５及びシリコン酸化膜３３１を感光させ、その後に感光していない部分をエッチングすることで赤色フィルタ３３０を形成する。
図７Ｄ及び図７Ｅを参照すれば、前記赤色フィルタ３３０が形成された前記層間絶縁膜３２１上にシリコン酸化膜３４１とシリコン膜３４５とを交互に３回繰り返して蒸着する。前記シリコン酸化膜３４１は、７００〜１１００Åの厚さに形成し、前記シリコン膜３４５は、５００〜８００Åの厚さに形成する。前記第２フォトダイオード領域３１３に対応するシリコン膜３４５が露出されるように、感光膜３７３を前記シリコン膜３４５上に形成する。前記感光膜３７３を利用して、前記シリコン膜３４５及びシリコン酸化膜３４１を感光させ、その後に感光していない部分をエッチングすることで緑色フィルタ３４０を形成する。前記緑色フィルタ３４０は、８００〜１２００Åの厚さを有するシリコン酸窒化膜と６００〜１０００Åの厚さを有するシリコン酸化膜との積層構造を有してもよい。
図７Ｆ及び図７Ｇを参照すれば、前記赤色フィルタ３３０及び緑色フィルタ３４０が形成された前記層間絶縁膜３２１上にシリコン膜３５１とシリコン窒化膜３５５とを交互に３回繰り返して蒸着する。前記シリコン膜３５１は、３００〜６００Åの厚さに形成し、前記シリコン窒化膜３５５は４００〜８００Åの厚さに形成する。前記第３フォトダイオード領域３１５に対応するシリコン窒化膜３５５が露出されるように、感光膜３７５を前記シリコン窒化膜３５５上に形成する。前記感光膜３７５を利用して、前記シリコン窒化膜３５５及びシリコン膜３５１を感光させ、その後に感光していない部分をエッチングすることで青色フィルタ３５０を形成する。
次に、前記層間絶縁膜３２１上に前記赤、緑及び青色フィルタ３３０、３４０、３５０を覆うように平坦化膜３２５（図６）を形成する。前記平坦化膜３２５上に前記赤、緑及び青色フィルタ３３０、３４０、３５０に対応して、複数のマイクロレンズ３６１、３６３、３６５を形成する。これにより、図６のイメージセンサーが製造される。他の例として、前記カラーフィルタ形成工程を通じて前記赤、緑及び青色フィルタ３３０、３４０、３５０を前記フォトダイオード領域３１１、３１３、３１５に対応する前記半導体基板３００上に直ちに形成し、平坦化膜なしに層間絶縁膜３２５上にマイクロレンズ３６１、３６３、３６５を形成してもよい。
図８は、本発明の他の実施形態による無機カラーフィルタを備えたＣＭＯＳイメージセンサーの概略的な断面図である。図８を参照すれば、半導体基板４００内に複数のフォトダイオード領域のための第１不純物領域４１１、４１３、４１５と、ソース領域（またはドレイン領域）のための第２不純物領域４１２、４１４、４１６とが離隔されて形成される。前記半導体基板４００上にゲート絶縁膜４２０が形成され、前記ゲート絶縁膜４２０上にゲート電極４２１、４２３、４２５と、赤、緑及び青色フィルタ４３０、４４０、４５０とが形成される。
前記赤、緑及び青色カラーフィルタ４３０、４４０、４５０は、交互に３回繰り返して積層され、屈折率差が０．８以上である第１無機膜４３１、４４１、４５１と第２無機膜４３５、４４５、４５５とを備える。前記赤色フィルタ４３０の第１無機膜４３１としてシリコン酸化膜を６００〜８００Åの厚さに形成し、前記第２無機膜４３５としてシリコン膜を１００〜２００Åの厚さに形成する。前記緑色フィルタ４４０の第１無機膜４４１と第２無機膜４４５としてシリコン酸化膜とシリコン膜とを７００〜１１００Å、５００〜８００Åの厚さにそれぞれ形成するか、またはシリコン酸窒化膜とシリコン酸化膜とを８００〜１２００Å、６００〜１０００Åの厚さにそれぞれ形成する。前記青色フィルタ４５０の第１無機膜４５１と第２無機膜４５５としてシリコン膜とシリコン窒化膜とをそれぞれ３００〜６００Å、４００〜８００Åの厚さに形成する。
前記赤、緑及び青色フィルタ４３０、４４０、４５０とゲート電極４２１、４２３、４２５とを覆うように、前記ゲート絶縁膜４２０上に第１層間絶縁膜４６１が形成される。前記第１不純物領域４１１、４１３、４１５に対応しない前記第１層間絶縁膜４６１上、すなわち、第１ないし第３カラーフィルタ４３０、４４０、４５０に対応しない前記第１層間絶縁膜４６１上に第１金属配線４７１が形成される。前記第１金属配線４７１及び第１層間絶縁膜４６１上に第２層間絶縁膜４６３が形成され、前記第１不純物領域４１１、４１３、４１５に対応しない前記第２層間絶縁膜４６３上、すなわち、第１ないし第３カラーフィルタ４３０、４４０、４５０に対応しない前記第２層間絶縁膜４６３上に第２金属配線４７３が形成される。前記第２金属配線４７３及び前記第２層間絶縁膜４６３上に第３層間絶縁膜４６５が形成される。前記第１不純物領域４１１、４１３、４１５に対応しない第３層間絶縁膜４６５上、すなわち、第１ないし第３カラーフィルタ４３０、４４０、４５０に対応しない第３層間絶縁膜４６５上に第３金属配線４７５が形成され、前記第３金属配線４７５及び前記第３層間絶縁膜４６５上に第４層間絶縁膜４６７が形成される。前記第４層間絶縁膜４６７上に前記第１不純物領域４１１、４１３、４１５に対応して、すなわち、第１ないし第３カラーフィルタ４３０、４４０、４５０に対応してマイクロレンズ４８１、４８３、４８５が配列される。
ＣＭＯＳイメージセンサーの断面構造は、図８に限定されず、多様な構造を有しうる。前記赤、緑及び青色フィルタ４３０、４４０、４５０は、前記第１層間絶縁膜４６１上に前記第１金属配線４７１と共に形成するか、前記第２層間絶縁膜４６３上に前記第２金属配線４７３と共に形成するか、または前記第３層間絶縁膜４６５上に前記第３金属配線４７５と共に形成してもよい。また、前記赤、緑及び青色フィルタ４３０、４４０、４５０が前記第４層間絶縁膜４６７上に形成され、前記第４層間絶縁膜４６７とマイクロレンズ４８１、４８３、４８５との間に平坦化膜が介在してもよい。
以上、本発明を望ましい実施形態を挙げて詳細に説明したが、本発明は、前記実施形態に限定されず、本発明の技術的思想の範囲内で当業者によって多様な変形が可能である。
本発明は、カラー撮像イメージセンサー関連の技術分野に好適に用いられる。
従来のイメージセンサーの断面図である。 従来のイメージセンサーの光透過率を示すグラフである。 本発明の実施形態によるカラーフィルタの断面図である。 本発明の互いに異なる屈折率を有する無機膜を２回交互に繰り返して蒸着した場合のカラーフィルタの光透過率を示すグラフである。 本発明の互いに異なる屈折率を有する無機膜を３回交互に繰り返して蒸着した場合のカラーフィルタの光透過率を示すグラフである。 本発明の実施形態によるイメージセンサー用のカラーフィルタアレイの断面図である。 本発明の実施形態によるイメージセンサーの断面図である。 本発明のイメージセンサーの製造方法を説明するための断面図である。 本発明のイメージセンサーの製造方法を説明するための断面図である。 本発明のイメージセンサーの製造方法を説明するための断面図である。 本発明のイメージセンサーの製造方法を説明するための断面図である。 本発明のイメージセンサーの製造方法を説明するための断面図である。 本発明のイメージセンサーの製造方法を説明するための断面図である。 本発明のイメージセンサーの製造方法を説明するための断面図である。 本発明のＣＭＯＳイメージセンサーの断面図である。
符号の説明
１０ 基板
２０、３３０、３４０、３５０、４３０、４４０、４５０ カラーフィルタ
２１、２１１、２２１、２３１、３３１、３４１、３５１、４３１、４４１、４５１ 第１無機膜
２５、２１５、２２５、２３５、３３５、３４５、３５５、４３５、４４５、４５５ 第２無機膜
２００ カラーフィルタアレイ
２１０ 赤色Ｒフィルタ
２２０ 緑色Ｇフィルタ
２３０ 青色Ｇフィルタ
１００、３００、４００ 半導体基板
３１１、３１３、３１５ フォトダイオード領域
３２１、４６１、４６３、４６５、４６７ 層間絶縁膜
３２５ 平坦化膜
３６１、３６３、３６５、４８１、４８３、４８５ マイクロレンズ
３７１、３７３、３７５ 感光膜
４２０ ゲート絶縁膜
４２１、４２３、４２５ ゲート電極
４７１、４７３、４７５ 金属配線

Claims (31)

  1. 基板と、
    所定色のための特定波長の光をフィルタリングするための、前記基板上に交互に繰り返して積層される、互いに異なる屈折率を有する第１無機膜と第２無機膜とを備えるが、
    前記第１無機膜と第２無機膜との屈折率差が少なくとも０．８以上であるカラーフィルタ。
  2. 前記第１無機膜と第２無機膜とは、２〜５回繰り返して積層されることを特徴とする請求項１に記載のカラーフィルタ。
  3. 前記第１無機膜と第２無機膜とは、３回繰り返して積層されることを特徴とする請求項２に記載のカラーフィルタ。
  4. 前記第１無機膜と第２無機膜とは、４００〜７００ｎｍの可視光線領域で１．３〜６．０の屈折率を有することを特徴とする請求項１に記載のカラーフィルタ。
  5. 前記第１無機膜と第２無機膜とは、ＳｉＯ２、ＳｉＯＮ、ＳｉＮ及びＳｉから選択されることを特徴とする請求項４に記載のカラーフィルタ。
  6. 赤色のための特定波長の光をフィルタリングする場合、前記第１無機膜と第２無機膜としてそれぞれシリコン酸化膜とシリコン膜とを６００〜８００Å、１００〜２００Åの厚さに２〜５回繰り返して積層されていることを特徴とする請求項１に記載のカラーフィルタ。
  7. 緑色のための特定波長の光をフィルタリングする場合、前記第１無機膜と第２無機膜としてそれぞれシリコン酸化膜とシリコン膜とを７００〜１１００Å、５００〜８００Åの厚さに２〜５回繰り返して積層されているか、またはシリコン酸窒化膜とシリコン酸化膜とを８００〜１２００Å、６００〜１０００Åの厚さに２〜５回繰り返して積層されていることを特徴とする請求項１に記載のカラーフィルタ。
  8. 青色のための特定波長の光をフィルタリングする場合、前記第１無機膜と第２無機膜としてそれぞれシリコン膜とシリコン窒化膜とを３００〜６００Å、４００〜８００Åの厚さに２〜５回繰り返して積層されていることを特徴とする請求項１に記載のカラーフィルタ。
  9. 半導体基板と、
    第１色のための第１波長の光をフィルタリングするための、前記基板上に交互に繰り返して積層される、互いに異なる屈折率を有する第１無機膜と第２無機膜とを備える第１カラーフィルタと、
    第２色のための第２波長の光をフィルタリングするための、前記基板上に交互に繰り返して積層される、互いに異なる屈折率を有する第３無機膜と第４無機膜とを備える第２カラーフィルタと、
    第３色のための第３波長の光をフィルタリングするための、前記基板上に交互に繰り返して積層される、互いに異なる屈折率を有する第５無機膜と第６無機膜とを備える第３カラーフィルタと、を備えるが、
    前記第１カラーフィルタの前記第１無機膜と第２無機膜とは、屈折率差が少なくとも０．８以上であり、
    前記第２カラーフィルタの前記第３無機膜と第４無機膜とは、屈折率差が少なくとも０．８以上であり、
    前記第３カラーフィルタの前記第５無機膜と第６無機膜とは、屈折率差が少なくとも０．８以上であるイメージセンサー用のカラーフィルタアレイ。
  10. 第１カラーフィルタは、赤色フィルタであり、前記第１無機膜と第２無機膜としてそれぞれシリコン酸化膜とシリコン膜とを６００〜８００Å、１００〜２００Åの厚さに２〜５回繰り返して積層されていることを特徴とする請求項９に記載のイメージセンサー用のカラーフィルタアレイ。
  11. 第２カラーフィルタは、緑色フィルタであり、前記第３無機膜と第４無機膜としてそれぞれシリコン酸化膜とシリコン膜とを７００〜１１００Å、５００〜８００Åの厚さに２〜５回繰り返して積層されているか、またはシリコン酸窒化膜とシリコン酸化膜とを８００〜１２００Å、６００〜１０００Åの厚さに２〜５回繰り返して積層されていることを特徴とする請求項９に記載のイメージセンサー用のカラーフィルタアレイ。
  12. 第３カラーフィルタは、青色フィルタであり、前記第５無機膜と第６無機膜としてそれぞれシリコン膜とシリコン窒化膜とを３００〜６００Å、４００〜８００Åの厚さに２〜５回繰り返して積層されていることを特徴とする請求項９に記載のイメージセンサー用のカラーフィルタアレイ。
  13. 前記第１ないし第３カラーフィルタの第１無機膜、第３無機膜及び第５無機膜のうち少なくとも一つの無機膜は、残りの無機膜と異なる物質からなり、第２無機膜、第４無機膜及び第６無機膜のうち少なくとも一つの無機膜は、残りの無機膜と異なる物質からなることを特徴とする請求項９に記載のイメージセンサー用のカラーフィルタアレイ。
  14. 半導体基板上に少なくとも０．８以上の屈折率差を有する第１無機膜と第２無機膜とを交互に２〜５回繰り返して形成する段階と、
    前記第１無機膜と第２無機膜とをパターニングして第１色の第１カラーフィルタを形成し、
    前記第１カラーフィルタと前記半導体基板との上に、少なくとも０．８以上の屈折率差を有する第３無機膜と第４無機膜とを交互に２〜５回繰り返して形成する段階と、
    前記第３無機膜と第４無機膜とをパターニングして、第１カラーフィルタと離隔される第２色の第２カラーフィルタを形成する段階と、
    前記第１及び第２カラーフィルタと前記半導体基板との上に、少なくとも０．８以上の屈折率差を有する第５無機膜と第６無機膜とを交互に２〜５回繰り返して形成する段階と、
    前記第５無機膜と第６無機膜とをパターニングして、第１及び第２カラーフィルタと離隔される第３色の第３カラーフィルタを形成する段階と、を含むイメージセンサー用のカラーフィルタアレイの製造方法。
  15. 第１カラーフィルタは、赤色フィルタであり、前記第１無機膜と第２無機膜としてそれぞれシリコン酸化膜とシリコン膜とを６００〜８００Å、１００〜２００Åの厚さに２〜５回繰り返して積層することを特徴とする請求項１４に記載のイメージセンサー用のカラーフィルタアレイの製造方法。
  16. 第２カラーフィルタは、緑色フィルタであり、前記第３無機膜と第４無機膜としてそれぞれシリコン酸化膜とシリコン膜とを７００〜１１００Å、５００〜８００Åの厚さに２〜５回繰り返して積層するか、またはシリコン酸窒化膜とシリコン酸化膜とを８００〜１２００Å、６００〜１０００Åの厚さに２〜５回繰り返して積層することを特徴とする請求項１４に記載のイメージセンサー用のカラーフィルタアレイの製造方法。
  17. 第３カラーフィルタは、青色フィルタであり、前記第５無機膜と第６無機膜としてそれぞれシリコン膜とシリコン窒化膜とを３００〜６００Å、４００〜８００Åの厚さに２〜５回繰り返して積層することを特徴とする請求項１４に記載のイメージセンサー用のカラーフィルタアレイの製造方法。
  18. 半導体基板と、
    前記半導体基板内に形成された光感知のための複数の不純物領域と、
    前記光感知用の不純物領域にそれぞれ対応して配列されるが、それぞれ屈折率差が少なくとも０．８以上である第１無機膜質と第２無機膜質とが交互に繰り返して積層された複数のカラーフィルタと、
    前記カラーフィルタにそれぞれ対応して前記半導体基板上に配列された複数のマイクロレンズと、
    前記半導体基板と前記マイクロレンズとの間に介在した絶縁膜と、を備えるイメージセンサー。
  19. 前記カラーフィルタは、赤、緑、青色フィルタを含み、赤、緑、青色フィルタの第１無機膜のうち少なくとも一つの無機膜は、残りの第１無機膜と異なる物質からなり、第２無機膜のうち少なくとも一つの無機膜は、残りの第２無機膜と異なる物質からなることを特徴とする請求項１８に記載のイメージセンサー。
  20. 前記赤色フィルタは、前記第１無機膜と第２無機膜としてそれぞれシリコン酸化膜とシリコン膜とが６００〜８００Å、１００〜２００Åの厚さに２〜５回交互に繰り返して積層されたことを特徴とする請求項１９に記載のイメージセンサー。
  21. 前記緑色フィルタは、前記第１無機膜と第２無機膜としてそれぞれシリコン酸化膜とシリコン膜とが７００〜１１００Å、５００〜８００Åの厚さに２〜５回交互に繰り返して積層されるか、またはシリコン酸窒化膜とシリコン酸化膜とが８００〜１２００Å、６００〜１０００Åの厚さに２〜５回交互に繰り返して積層されたことを特徴とする請求項１９に記載のイメージセンサー。
  22. 前記青色フィルタは、前記第１無機膜と第２無機膜としてそれぞれシリコン膜とシリコン窒化膜とが３００〜６００Å、４００〜８００Åの厚さに２〜５回繰り返して積層されたことを特徴とする請求項１９に記載のイメージセンサー。
  23. 前記絶縁膜は、層間絶縁膜を含み、前記カラーフィルタは、前記絶縁膜下部の前記半導体基板の前記不純物領域上に配列されることを特徴とする請求項１８に記載のイメージセンサー。
  24. 前記絶縁膜は、前記半導体基板と前記カラーフィルタとの間に介在した層間絶縁膜と、前記カラーフィルタと前記マイクロレンズとの間に介在した平坦化膜とを含み、前記カラーフィルタは、前記不純物領域に対応する前記層間絶縁膜上に配列されることを特徴とする請求項１８に記載のイメージセンサー。
  25. 半導体基板と、
    前記半導体基板内に互いに離隔して形成された光感知のための複数の第１不純物領域と、ソース／ドレイン用の複数の第２不純物領域と、
    前記半導体基板上に形成されたゲート絶縁膜と、
    前記複数の第１不純物領域と前記複数の第２不純物領域との間のゲート絶縁膜上にそれぞれ形成された複数のゲート電極と、
    前記光感知用の第１不純物領域にそれぞれ対応して配列されるが、それぞれ屈折率差が少なくとも０．８以上である第１無機膜質と第２無機膜質とが交互に繰り返して積層された複数のカラーフィルタと、
    前記ゲート電極及び前記ゲート絶縁膜上に形成された第１層間絶縁膜と、
    前記第１不純物領域に対応しない前記第１層間絶縁膜上に配列された第１金属配線と、
    前記第１金属配線及び前記第１層間絶縁膜上に形成された第２層間絶縁膜と、
    前記第１不純物領域に対応しない前記第２層間絶縁膜上に配列された第２金属配線と、
    前記第２金属配線及び前記第２層間絶縁膜上に形成された第３層間絶縁膜と、
    前記第１不純物領域に対応しない前記第３層間絶縁膜上に配列された第３金属配線と、
    前記第３金属配線及び前記第３層間絶縁膜上に形成された第４層間絶縁膜と、
    前記カラーフィルタにそれぞれ対応して前記第４層間絶縁膜上に配列された複数のマイクロレンズと、を備えるＣＭＯＳイメージセンサー。
  26. 前記複数のカラーフィルタは、前記複数のゲート電極と共に前記ゲート絶縁膜上に配列されることを特徴とする請求項２５に記載のＣＭＯＳイメージセンサー。
  27. 前記複数のカラーフィルタは、前記第１ないし第３金属配線のうち一つの金属配線と共に、前記第１ないし第３層間絶縁膜のうち、前記一つの金属配線が形成された層間絶縁膜上に配列されることを特徴とする請求項２５に記載のＣＭＯＳイメージセンサー。
  28. 前記カラーフィルタは、赤、緑、青色フィルタを含み、赤、緑、青色フィルタの第１無機膜のうち少なくとも一つの無機膜は、残りの第１無機膜と異なる物質からなり、第２無機膜のうち少なくとも一つの無機膜は、残りの第２無機膜と異なる物質からなることを特徴とする請求項２５に記載のＣＭＯＳイメージセンサー。
  29. 前記赤色フィルタは、前記第１無機膜と第２無機膜としてそれぞれシリコン酸化膜とシリコン膜とが６００〜８００Å、１００〜２００Åの厚さに２〜５回交互に繰り返して積層されたことを特徴とする請求項２８に記載のＣＭＯＳイメージセンサー。
  30. 前記緑色フィルタは、前記第１無機膜と第２無機膜としてそれぞれシリコン酸化膜とシリコン膜とが７００〜１１００Å、５００〜８００Åの厚さに２〜５回交互に繰り返して積層されるか、またはシリコン酸窒化膜とシリコン酸化膜とが８００〜１２００Å、６００〜１０００Åの厚さに２〜５回交互に繰り返して積層されたことを特徴とする請求項２８に記載のＣＭＯＳイメージセンサー。
  31. 前記青色フィルタは、前記第１無機膜と第２無機膜としてそれぞれシリコン膜とシリコン窒化膜とが３００〜６００Å、４００〜８００Åの厚さに２〜５回繰り返して積層されたことを特徴とする請求項２８に記載のＣＭＯＳイメージセンサー。
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