JP2024068203A - イメージセンサ及びその製造方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】イメージセンサ及びその製造方法を提供する。【解決手段】当該イメージセンサは、複数の光電変換素子を含む基板；基板上に配置されたカラーフィルタ；及びカラーフィルタ上に配置され、タングステン、チタン及びアルミニウムのうち少なくともいずれか１つを含む反射吸収層；反射吸収層上に配置された反射防止層；及び反射防止層上に配置された複数のマイクロレンズを含む。カラーフィルタは、基板の背面に平行な第１方向に延びた複数の誘電体層を含み、複数の誘電体層は、基板の背面に垂直であって第１方向に垂直な第２方向に異なる厚さを有し、複数の誘電体層は、第１方向に沿って異なる第２方向の厚さを有する少なくとも１層の誘電体層を含む。【選択図】図４

Description

本発明は、イメージセンサに係り、さらに詳細には、反射吸収層を備えたイメージセンサ及びその製造方法に関する。
イメージセンサ(image sensor)は、対象物の２次元または３次元イメージをキャプチャー(capture)する装置である。イメージセンサは、対象物から反射される光の強度によって反応する光電変換素子を用いて対象物のイメージを生成する。最近、高解像度の具現が可能なCMOS(Complementary Metal-Oxide Semiconductor)基盤のイメージセンサが広く使用されている。
本発明の技術的思想が解決しようとする課題は、透過率が向上し、解像度が向上したイメージセンサ及びその製造方法を提供することである。
また、本発明の技術的思想が解決しようとする課題は、前述した課題に制限されず、他の課題は、以下の記載から通常の技術者に明確に理解されるであろう。
前記課題を解決するために、本発明の技術的思想は、複数の光電変換素子を含む基板；前記基板上に配置されたカラーフィルタ；及び前記カラーフィルタ上に配置され、タングステン、チタン及びアルミニウムのうち少なくともいずれか１つを含む反射吸収層；前記反射吸収層上に配置された反射防止層；及び前記反射防止層上に配置された複数のマイクロレンズを含み、前記カラーフィルタは、前記基板の背面に平行な第１方向に延びた複数の誘電体層を含み、前記複数の誘電体層は、前記基板の背面に垂直であって前記第１方向に垂直な第２方向に互いに異なる厚さを有し、前記複数の誘電体層は、前記第１方向に沿って異なる前記第２方向の厚さを有する少なくとも１層の誘電体層を含むことを特徴とするイメージセンサを提供する。
前記課題を解決するために本発明の技術的思想は、複数の光電変換素子を含む基板；前記基板上に配置されたカラーフィルタ；前記カラーフィルタ上に配置され、タングステン、チタン及びアルミニウムのうち少なくともいずれか１つを含む反射吸収層；前記反射吸収層上に配置された反射防止層；前記カラーフィルタを挟んで前記基板と離隔され、前記反射吸収層上に配置されるマイクロレンズ；前記複数の光電変換素子によって生成された電気信号を出力するための少なくとも１つの電気的経路を定義するように構成される複数の導電性パターン；及び前記複数の導電性パターンをカバーする層間絶縁層；を含み、前記カラーフィルタは、前記基板の背面に平行な第１方向に延びた複数の誘電体層を含み、前記複数の誘電体層は、前記基板の前記背面に垂直であって前記第１方向に垂直な第２方向に順次に積層され、前記複数の誘電体層は、前記複数の光電変換素子上に前記第２方向に順次に積層される第１ないし第８誘電体層を含み、前記反射吸収層は、前記複数の誘電体層から前記反射吸収層に向けて反射された光を、前記複数の誘電体層に向けて再反射するように構成されることを特徴とするイメージセンサを提供する。
また、本発明の技術的思想は、マトリックスを定義するように配置された複数の光電変換素子を含む基板；前記基板上に配置され、前記複数の光電変換素子それぞれの上に配置される青色フィルタ、緑色フィルタ及び赤色フィルタを含むカラーフィルタ；前記カラーフィルタ上に配置され、タングステン、チタン及びアルミニウムのうち少なくともいずれか１つを含む反射吸収層；可視光線を透過させ、前記反射吸収層上に配置された反射防止層；外部の光を前記複数の光電変換素子にフォーカシングするように構成され、前記カラーフィルタを挟んで前記基板と離隔され、前記反射吸収層上に配置されるマイクロレンズ；前記複数の光電変換素子によって生成された電気信号を出力するための少なくとも１つの電気的経路を定義するように構成される複数の導電性パターン；及び前記複数の導電性パターンをカバーする層間絶縁層を含み、前記カラーフィルタは、前記基板の背面に平行な第１方向に延びた複数の誘電体層を含み、前記複数の誘電体層は、前記基板の前記背面に垂直であって前記第１方向に垂直な第２方向に順次に積層され、前記複数の誘電体層は、前記複数の光電変換素子上に前記第２方向に順次に積層される第１ないし第８誘電体層を含み、前記反射吸収層は、前記複数の誘電体層から前記反射吸収層に向けて反射された前記外部の光を、前記複数の誘電体層に向けて再反射するように構成されることを特徴とするイメージセンサを提供する。
本発明の一実施例によるイメージセンサを説明するためのブロック図である。 本発明の一実施例によるイメージセンサに含まれたピクセルを説明するための回路図である。 例示的な実施例によるイメージセンサのピクセルアレイのレイアウトを示す図面である。 図３の切断線Ｉ－Ｉ’に沿って取ったピクセルアレイの一領域の断面図である。 本発明の一実施例によるイメージセンサに含まれたカラーフィルタの断面図を示す図面である。 本発明の一実施例によるイメージセンサの製造方法を説明するフローチャートである。 本発明の例示的な実施例によるイメージセンサの製造方法を説明するために示す断面図である。 本発明の例示的な実施例によるイメージセンサの製造方法を説明するために示す断面図である。 本発明の例示的な実施例によるイメージセンサの製造方法を説明するために示す断面図である。 本発明の例示的な実施例によるイメージセンサの製造方法を説明するために示す断面図である。 本発明の例示的な実施例によるイメージセンサの製造方法を説明するために示す断面図である。 本発明の例示的な実施例によるイメージセンサの製造方法を説明するために示す断面図である。 本発明の例示的な実施例によるイメージセンサの製造方法を説明するために示す断面図である。 本発明の例示的な実施例によるイメージセンサの反射吸収層を説明するための平面図である。 本発明の例示的な実施例によるイメージセンサの反射吸収層を説明するための平面図である。 本発明の例示的な実施例によるイメージセンサの反射吸収層を説明するための平面図である。 本発明の例示的な実施例によるイメージセンサの反射吸収層を説明するための平面図である。 本発明の例示的な実施例によるイメージセンサの反射吸収層を説明するための平面図である。 本発明の例示的な実施例によるイメージセンサの反射吸収層を説明するための平面図である。 本発明の例示的な実施例によるイメージセンサの透過効果を説明するグラフである。 本発明の例示的な実施例によるイメージセンサの反射効果を説明するグラフである。 本発明の例示的な実施例によるイメージセンサの各波長別透過度を示すグラフである。
以下、添付図面を参照して本発明の実施例を詳細に説明する。図面上の同じ構成要素については、同じ参照符号を使用し、それらについての重複説明は省略する。
図１は、本発明の一実施例によるイメージセンサ１を説明するためのブロック図である。
図１を参照すれば、本開示の例示的な実施例によるイメージセンサ１は、イメージまたは光センシング機能を有する電子機器に搭載されうる。例えば、イメージセンサ１は、カメラ、スマートフォン、ウェアラブル機器、事物インターネット(Internet of Things(IoT))、タブレットＰＣ(Personal Computer)、PDA(Personal Digital Assistant)、PMP(portable Multimedia Player)、ナビゲーション(navigation)装置のような電子機器に適用されうる。また、イメージセンサ１は、車両、家具、製造設備、ドア、各種計測機器などに採用されうる。
イメージセンサ１は、ピクセルアレイ１０、ロウドライバ２０、アナログ－デジタル変換回路３０（以下、ＡＤＣ回路と称する）、タイミングコントローラ４０、イメージ信号プロセッサ５０を含みうる。
ピクセルアレイ１０は、レンズＬＳを介して入射される対象体から反射される光信号を受信し、光信号を電気信号に変換しうる。ピクセルアレイ１０は、CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor)イメージセンサによって具現されうるが、それに制限されるものではない。ピクセルアレイ１０は、CCD(Charge Coupled-Device)チップの一部であってもよい。
ピクセルアレイ１０は、複数のロウラインＲＬ、複数のカラムラインＣＬ（または、出力ラインと称する）及び複数のロウラインＲＬ及び複数のカラムラインＣＬと接続され、Ｍ個の行とＮ個の列に配列された複数のピクセルＰ１１、Ｐ１２、Ｐ１３、…、Ｐ１Ｎ、Ｐ２１、Ｐ２２、…、Ｐ２Ｎ、Ｐ３１、…ＰＭ１、ＰＭ２、ＰＭ３、…ＰＭＮ（以下Ｐ１１～ＰＭＮ）を含み、ここで、ＭとＮは、それぞれ独立して任意の自然数とすることができる。本例示において、複数のピクセルＰ１１～ＰＭＮの数は、ｍ×ｎ個でもあり、ここで、ｍとｎは、それぞれ独立して任意の自然数とすることができる。
複数のピクセルＰ１１～ＰＭＮそれぞれは、光電変換素子を用いて受信される光信号をセンシングしうる。複数のピクセルＰ１１～ＰＭＮは、光信号の光量を検出し、検出された光量を示す電気信号を出力しうる。
ロウドライバ２０は、タイミングコントローラ４０の制御によって、各ロウに配置されたピクセルＰ１１～ＰＭＮの動作を制御する複数の制御信号を生成しうる。ロウドライバ２０は、複数のロウラインＲＬを介して複数の制御信号をピクセルアレイ１０の複数のピクセルＰ１１～ＰＭＮそれぞれに提供しうる。ロウドライバ２０から提供される複数の制御信号に応答し、ピクセルアレイ１０がロウ単位で駆動されうる。
ロウドライバ２０の制御によってピクセルアレイ１０は、複数のカラムラインＣＬを介して複数のセンシング信号を出力しうる。
ＡＤＣ回路３０は、複数のカラムラインＣＬを介して受信される複数のセンシング信号それぞれをアナログ－デジタル変換することができる。ＡＤＣ回路３０は、複数のカラムラインＣＬそれぞれに対応するアナログ－デジタル変換器（以下、ＡＤＣと称する）を含み、ＡＤＣ回路３０は、対応するカラムラインＣＬを介して受信されるセンシング信号をピクセル値に変換することができる。イメージセンサ１の動作モードによって、ピクセル値は、複数のピクセルＰ１１～ＰＭＮでセンシングされる光量を示しうる。
ＡＤＣは、受信される信号をサンプリング及びホールディングするための相関二重サンプリング(correlated double sampling、CDS)回路を含みうる。ＣＤＳ回路は、複数のピクセルＰ１１～ＰＭＮがリセット状態であるときのノイズ信号及びセンシング信号を二重サンプリングし、センシング信号とノイズ信号との差に該当する信号を出力することができる。ＡＤＣは、カウンタを含み、カウンタは、ＣＤＳ回路から受信される信号をカウンティングしてピクセル値を生成しうる。例えば、ＣＤＳ回路は、OTA(Operational Transconductance Amplifier)、差動増幅器などによって具現される。カウンタは、例えば、アップカウンタと演算回路、アップ／ダウンカウンタ及びビット反転カウンタなどによって具現されうる。
タイミングコントローラ４０は、ロウドライバ２０及びＡＤＣ回路３０の動作を制御するタイミング制御信号を生成しうる。ロウドライバ２０及びＡＤＣ回路３０は、タイミングコントローラ４０からのタイミング制御信号に基づき、前述したようにピクセルアレイ１０をロウ単位で駆動し、また複数のカラムラインＣＬを介して受信される複数のセンシング信号をピクセル値に変換しうる。
イメージ信号プロセッサ５０は、ＡＤＣ回路３０から第１イメージデータＩＤＴ１、例えば、加工されていないイメージデータを受信し、第１イメージデータＩＤＴ１に対して信号処理を遂行しうる。イメージ信号プロセッサ５０は、ブラックレベル補償、レンズシェーディング補償、クロストーク補償及びバッドピクセル補正などの信号処理を遂行することができる。
イメージ信号プロセッサ５０から出力される第２イメージデータＩＤＴ２、例えば、信号処理されたイメージデータは、プロセッサ６０に伝送されうる。プロセッサ６０は、イメージセンサ１が搭載される電子装置のホストプロセッサとしうる。
図２は、例示的な実施例によるイメージセンサに含まれたピクセルを説明するための回路図である。
図１及び図２を参照すれば、ピクセルアレイ１０は、複数のピクセルＰ１１、Ｐ１２、Ｐ２１、Ｐ２２を含みうる。ピクセルＰ１１、Ｐ１２、Ｐ２１、Ｐ２２は、マトリックス状に配列されうる。図示の便宜上、図２には、４つのピクセルＰ１１、Ｐ１２、Ｐ２１、Ｐ２２のみ図示されているが、それらについての説明は、ピクセルアレイ１０に含まれた複数のピクセルＰ１１～ＰＭＮそれぞれに類似して適用されうる。
例示的な実施例によれば、ピクセルＰ１１、Ｐ１２、Ｐ２１、Ｐ２２それぞれは、転送トランジスタＴＸとロジックトランジスタＲＸ、ＳＸ、ＤＸを含みうる。ここで、ロジックトランジスタは、リセットトランジスタＲＸ、選択トランジスタＳＸ、及びドライブトランジスタＤＸを含みうる。
光電変換素子ＰＤは、外部から入射された光の量に比例して光電荷を生成及び蓄積することができる。光電変換素子ＰＤは、無機フォト(photo)ダイオード、有機フォトダイオード、ペロブスカイトフォトダイオード、フォトトランジスタ、フォトゲートまたはＰＩＮフォトダイオード(pinned photodiode)及び有機導光膜のように有機物質または無機物質で構成される光感知素子としうる。
転送ゲートＴＧは、転送信号ＴＧに基づいて光電変換素子に蓄積された電荷をフローティング拡散領域ＦＤに転送することができる。光電変換素子ＰＤによって生成された光電荷は、フローティング拡散領域ＦＤに保存されうる。ドライブトランジスタＤＸは、フローティング拡散領域ＦＤに蓄積された光電荷の量によって制御されうる。
リセットトランジスタＲＸは、リセット信号ＲＧに基づいてフローティング拡散領域ＦＤに蓄積された電荷を周期的にリセットさせうる。リセットトランジスタＲＸのドレイン電極は、フローティング拡散領域ＦＤと連結され、ソース電極は、電源電圧ＶＤＤに連結されうる。リセットトランジスタＲＸがターンオン(turn-on)されると、リセットトランジスタＲＸのソース電極と連結された電源電圧ＶＤＤがフローティング拡散領域ＦＤに伝達されうる。したがって、リセットトランジスタＲＸのターンオン時、フローティング拡散領域ＦＤに蓄積された電荷が排出されてフローティング拡散領域ＦＤがリセットされうる。
ドライブトランジスタＤＸは、ピクセルＰ１１、Ｐ１２、Ｐ２１、Ｐ２２それぞれの外部に位置する定電流源と共に、ソースフォロワバッファ増幅器(source follower buffer amplifier)を構成し、フローティング拡散領域ＦＤでの電位変化を増幅し、それを出力ラインＬｏｕｔに出力しうる。
選択トランジスタＳＸは、選択信号ＳＧに基づいて行単位でセンシングされた光電信号値を読み取るピクセルＰ１１、Ｐ１２、Ｐ２１、Ｐ２２を選択しうる。選択トランジスタＳＸがターンオンされるとき、電源電圧ＶＤＤがドライブトランジスタＤＸのソース電極に伝達されうる。
図３は、例示的な実施例によるイメージセンサのピクセルアレイのレイアウトを示す。図４は、図３の切断線Ｉ－Ｉ’に沿って取ったピクセルアレイの一領域の断面図である。
図３及び図４を参照すれば、イメージセンサ１（図１参照）のピクセルアレイ１０は、基板１０１、複数の光電変換素子ＰＤ、ゲート電極１１５、絶縁膜１１０、コンタクトビア１１６、導電性パターン１１１、層間絶縁膜１２０、第１及び第２素子分離膜１３０、１３５、カラーフィルタ１４０、反射吸収層１５０、反射防止層１６０、平坦化層（図示せず）及びマイクロレンズＭＬを含みうる。ピクセル（図４のＰ１１、Ｐ２１、Ｐ２２）それぞれは、個別的な光電変換素子ＰＤを含み、第１及び第２素子分離膜１３０、１３５によってＸ及びＹ方向に定義されうる。一部実施例において、ピクセルは、それぞれ基板１０１の第１及び第２面１０１ａ、１０１ｂに沿ってＺ方向に定義されうる。一部の例示的な実施例において、ピクセルは、Ｘ及び／またはＹ方向に第１素子分離層の隣接した領域間に配置される基板１０１、カラーフィルタ１４０、反射吸収層１５０、反射防止層１６０、平坦化層（図示せず）、マイクロレンズＭＬ、光電変換素子ＰＤ、絶縁層１１０、層間絶縁層１２０、またはそれらの任意の組合わせのうち、いずれかの部分を含むと理解されうる。例えば、一部実施例においてそれぞれのピクセルは、Ｚ方向に個別的な光電変換素子とオーバーラップされる基板１０１、カラーフィルタ１４０、反射吸収層１５０、反射防止層１６０、平坦化層（図示せず）、マイクロレンズＭＬ、光電変換素子ＰＤ、絶縁層１１０、層間絶縁層１２０、またはそれらの任意の組合わせのうち、いずれかの部分を含むと理解されうる。
基板１０１は、互いに対向する第１面１０１ａと第２面１０１ｂを含みうる。基板１０１の第１面１０１ａは、基板１０１の前面であり、基板１０１の第２面１０１ｂは、基板１０１の背面であるとしうる。
第１面１０１ａに実質的に平行であり、互いに実質的に垂直な２方向をＸ方向及びＹ方向と定義し、第１面１０１ａに実質的に垂直な方向をＺ方向と定義する。Ｘ方向、Ｙ方向及びＺ方向は、互いに垂直であるとしうる。一部実施例において、Ｘ方向またはＹ方向のうち一方は、第１方向とも指称され、Ｘ方向またはＹ方向のうち他方は、第２方向とも指称され、Ｚ方向は、第３方向または垂直方向とも指称される。一部実施例において、Ｘ方向またはＹ方向のうち１つは、第１方向とも指称され、Ｚ方向は、第２方向または垂直方向とも指称され、Ｘ方向またはＹ方向のうち他の１つは、第３方向とも指称される。
基板１０１内に複数のピクセルＰ１１、Ｐ１２、Ｐ１３、Ｐ１４、Ｐ２１、Ｐ２２、Ｐ２３、Ｐ２４、Ｐ３１、Ｐ３２、Ｐ３３、Ｐ３４、Ｐ４１、Ｐ４２、Ｐ４３、Ｐ４４（以下、Ｐ１１～Ｐ４４）が形成されうる。複数のピクセルＰ１１～Ｐ４４は、平面図においてマトリックス状に配置されうる。例えば、複数のピクセルＰ１１～Ｐ４４は、ピクセルのマトリックス（例えば、アレイ）を定義しうる。
基板１０１内に複数のダミーピクセルが形成されうる。例示的な実施例によれば、マトリックスの中心部に複数のピクセルＰ１１～Ｐ４４が配置され、端にダミーピクセルが配置されうる。
例示的な実施例によれば、第１素子分離膜１３０は、複数のピクセルＰ１１～Ｐ４４の間でＸ方向及びＹ方向に延び、隣接した複数のピクセルＰ１１～Ｐ４４が互いに水平方向に分離されうる。例示的な実施例によれば、第１素子分離膜１３０とピクセルＰ１１～Ｐ４４との間に第２素子分離膜１３５が配置されうる。
第１素子分離膜１３０は、ギャップフィル(gapfill)能に優れた物質、例えば、ポリシリコン(poly-Si)を含みうる。例示的な実施例によれば、Ｐ型ドープ剤、例えば、ホウ素（Ｂ）によってドーピングされうるが、その限りではない。一部実施例によれば、第１素子分離膜１３０は、互いに異なる複数のピクセルＰ１１～Ｐ４４及びダミーピクセルを分離可能なように、基板１０１のＺ方向の長さと実質的に同長を有しうる。
第２素子分離膜１３５は、絶縁物質を含みうる。例示的な実施例によれば、第２素子分離膜１３５は、高誘電率の物質を含むが、それに制限されるものではない。
ここで、基板１０１及び第１素子分離膜１３０は、電極として動作し、第２素子分離膜１３５は、誘電層として動作して、一種のキャパシタにもなる。これにより、基板１０１と第１素子分離膜１３０との電圧差が実質的に一定に保持されうる。
例示的な実施例によれば、コンタクトビア１１６を介して基板１０１に所定の電位が印加されうる。一部実施例によれば、基板１０１の電位は、グラウンド電位としうるが、それに制限されるものではない。例示的な実施例によれば、第１素子分離膜１３０に、基板１０１に印加された電位と異なる電位が印加されうる。一部実施例によれば、第１素子分離膜１３０は、ドーピングされたポリシリコンなので、第１素子分離膜１３０全体において実質的に同電位を有することができる。
例示的な実施例によれば、第１素子分離膜１３０に、基板１０１に印加される電圧よりも低い電圧を印加することで（例えば、基板１０１に第１電圧を印加し、第１素子分離膜１３０に第２電圧を印加し、第２電圧が第１電圧より小さい場合のように）、第１素子分離膜１３０と基板１０１とのエネルギー障壁を増加させ、暗電流を減少させうる。これにより、イメージセンサ１の信頼性が向上しうる。
例示的な実施例によれば、基板１０１内に光電変換素子ＰＤ、例えば、フォトダイオードが形成されうる。個別的なピクセル（例えば、Ｐ１１、Ｐ２１、Ｐ２２）のゲート電極１１５は、基板１０１の第１面１０１ａ上で（Ｘ方向及び／またはＹ方向に）互いに離隔されて配置されうる。ゲート電極１１５は、例えば、図２の転送トランジスタＴＸのゲート電極、リセットトランジスタＲＸのゲート電極及びドライブトランジスタＤＸのゲート電極のうちいずれか１つとしうる。
図３において、ゲート電極１１５が基板１０１の第１面１０１ａ上に配置されるように図示されているが、本発明の技術的思想がそれに制限されるものではない。例えば、ゲート電極１１５が基板１０１内に埋め込まれていてもよい。
層間絶縁膜１２０及び導電性パターン１１１は、基板１０１の第１面１０１ａ上に配置されうる。導電性パターン１１１は、層間絶縁膜１２０によってカバーされうる。導電性パターン１１１は、層間絶縁膜１２０によって保護されて絶縁されうる。
層間絶縁膜１２０は、例えば、シリコン酸化物、シリコン窒化物、シリコン酸窒化物などを含みうる。導電性パターン１１１は、例えば、アルミニウム（Ａｌ）、銅（Ｃｕ）、タングステン（Ｗ）、コバルト（Ｃｏ）、ルテニウム（Ｒｕ）などを含みうる。
導電性パターン１１１は、互いに異なるレベルにある（Ｚ方向に基板１０１の第１面１０１ａから異なる距離にある）積層された複数の配線を含みうる。図３において、導電性パターン１１１は、順次に積層された３層を含むと図示されているが、その限りではない。例えば、層間絶縁膜１２０内に２層または４層以上の導電性パターン１１１が形成されていてもよい。
絶縁膜１１０は、基板１０１の第１面１０１ａと層間絶縁膜１２０との間に配置されうる。絶縁膜１１０は、基板１０１の第１面１０１ａ上に配置されたゲート電極１１５をカバーしうる。例示的な実施例によれば、絶縁膜１１０は、シリコン酸化物、シリコン窒化物、シリコン酸窒化物などの絶縁物質を含みうる。
カラーフィルタ１４０は、基板１０１の第２面１０１ｂ上に配置されうる。カラーフィルタ１４０は、複数のピクセルＰ１１～Ｐ４４それぞれに同一であるか、互いに異なる波長帯域の光を伝達するように構成されうる。例示的な実施例によれば、カラーフィルタ１４０は、高屈折率層と低屈折率層とが互いに積層された多重層としうる。また、例示的な実施例によれば、カラーフィルタ１４０は、共振構造を形成しうる。例示的な実施例によれば、カラーフィルタ１４０のＺ方向の厚さは、約１００ｎｍ～２００ｎｍの範囲としうる。例示的な実施例によれば、複数のピクセルＰ１１～Ｐ４４と重畳されるカラーフィルタ１４０の部分は、重畳される複数のピクセルＰ１１～Ｐ４４のカラーフィルタとしうる。カラーフィルタ１４０は、図５で具体的に説明する。
反射吸収層１５０は、カラーフィルタ１４０上に配置されうる。反射吸収層１５０は、薄い金属層を含みうる。反射吸収層１５０は、前記カラーフィルタ１４０からマイクロレンズＭＬに反射される光をカラーフィルタ１４０に再反射しうる。例えば、図４に図示されたように、外光Ｌ０がイメージセンサ１の外部で受信され、ここで、外光Ｌ０がカラーフィルタ１４０に入射され、カラーフィルタ１４０によって、カラーフィルタ１４０からマイクロレンズＭＬに向かって（例えば、＋Ｚ方向に）反射される反射光Ｌ１として反射される。反射吸収層１５０は、そのような反射光Ｌ１を、再反射光Ｌ２として、再びカラーフィルタ１４０に向けて（例えば、－Ｚ方向に）反射しうる。反射吸収層１５０は、１０ｎｍ以下の厚さを有する（例えば、約０．０１～１０ｎｍ、約１～１０ｎｍなど）。反射吸収層１５０は、タングステン、チタン、アルミニウムのうち少なくともいずれか１つの物質を含みうる。反射吸収層１５０は、複数のピクセルＰ１１～Ｐ４４と重畳される部分別にＺ方向の垂直レベル高が互いに異なっていてもよい。例えば、図４に図示されたように、それぞれのピクセルＰ１１～Ｐ４４とオーバーラップされる反射吸収層１５０の個別的な部分の基板１０１の第２面１０１ｂからのＺ方向への距離は、互いに異なりうる。
反射防止層１６０は、酸化膜系の透明な絶縁層としうる。例示的な実施例において、反射防止層１６０は、酸化ハフニウム（ＨｆＯ２）、窒化シリコン（ＳｉＮ）、酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）、酸化ジルコニウム（ＺｒＯ２）、酸化タンタル（Ｔａ２Ｏ５）、酸化チタン（ＴｉＯ２）、酸化ランタン（Ｌａ２Ｏ３）、酸化プラセオジム（Ｐｒ２Ｏ３）、酸化セリウム（ＣｅＯ２）、酸化ネオジム（Ｎｄ２Ｏ３）、酸化プロメチウム（Ｐｍ２Ｏ３）、酸化サマリウム（Ｓｍ２Ｏ３）、酸化ユウロピウム（Ｅｕ２Ｏ３）、酸化ガドリニウム（Ｇｄ２Ｏ３）、酸化テルビウム（Ｔｂ２Ｏ３）、酸化ジスプロシウム（Ｄｙ２Ｏ３）、酸化ホルミウム（Ｈｏ２Ｏ３）、酸化ツリウム（Ｔｍ２Ｏ３）、酸化イッテルビウム（Ｙｂ２Ｏ３）、酸化ルテチウム（Ｌｕ２Ｏ３）、または酸化イットリウム（Ｙ２Ｏ３）を含みうる。
反射防止層１６０は、前述した物質のうちいずれか１つからなる単一層であってもよいし、前述した物質層を積層した多重層であってもよい。例えば、反射防止層１６０は、可視光線の波長帯域を有する光に対して透過性を有することができる。例えば、反射防止層１６０は、屈折率１．５未満の値、例えば、約０．０１～１．５の値を有する物質からなってもよい。
平坦化層は、反射防止層１６０をカバーしうる。平坦化層は、例えば、酸化膜、窒化膜、低誘電物質及びレジンなどを含みうる。例示的な実施例によれば、平坦化層は、多重層構造を含みうる。
複数のマイクロレンズＭＬは、反射防止層１６０上に配置されうる。複数のマイクロレンズ１９０は、感光性樹脂のような有機物質または無機物質からなってもよい。複数のマイクロレンズＭＬは、入射光を光電変換素子ＰＤに集光することができる。複数のマイクロレンズＭＬそれぞれは、光電変換素子ＰＤのうち対応するものと垂直方向に重畳されうる。これにより、複数のピクセルＰ１１～Ｐ４４それぞれにマイクロレンズＭＬのうち１つ及び光電変換素子ＰＤのうち１つが配置されうる。
図５は、本発明の一実施例によるイメージセンサに含まれたカラーフィルタの断面図を示す。以下、図１及び図４を共に参照して説明し、図４の説明部分で既に説明した内容については、簡略に説明するか、省略する。
図４及び図５を参照すれば、カラーフィルタ１４０は、複数の誘電体層を含みうる。複数の誘電体層は、基板１０１の背面に平行な第１方向（例えば、図３のＸ方向）に延び、前記基板の背面に平行であり、前記第１方向に垂直な第２方向（例えば、図３のＹ方向）に第１幅を有する。カラーフィルタ１４０は、個別的なピクセルまたは光電変換素子上に配置される「領域」と互いに交換されて指称されうる、複数の領域Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３を含みうる。第１領域Ｓ１は、第１ピクセルＰ１１または第１光電変換素子ＰＤ１と重畳されるカラーフィルタ１４０の第１領域を示し、第２領域Ｓ２は、第２ピクセルＰ２１または第２光電変換素子ＰＤ２と重畳されるカラーフィルタ１４０の第２領域を示し、第３領域Ｓ３は、第３ピクセル２２または第３光電変換素子ＰＤ３と第３方向に重畳されるカラーフィルタ１４０の第３領域を示す。
複数の誘電体層は、第１ないし第８誘電体層Ｌ１０～Ｌ８０Ｃを含みうる。第１誘電体層Ｌ１０は、基板１０１の第２面１０１ｂと接する。本実施例のイメージセンサ１において、複数の誘電体層が順次に積層された８層の誘電体層Ｌ１０～Ｌ８０Ｃを含むと例示されているが、９または１０層以上の誘電体層を含んでもよい。
第１誘電体層ないし第８誘電体層Ｌ１０～Ｌ８０Ｃは、第１誘電体層Ｌ１０からＺ軸方向に順次に積層されうる。第８誘電体層Ｌ８０Ａ、Ｌ８０Ｂ、Ｌ８０Ｃは、反射吸収層１５０の下に配置されうる。また、第８誘電体層は、反射吸収層１５０と接する。第１誘電体層Ｌ１０ないし第８誘電体層Ｌ８０Ａ、Ｌ８０Ｂ、Ｌ８０Ｃは、共振構造を形成しうる。
第１誘電体層Ｌ１０、第２誘電体層Ｌ２０、第３誘電体層Ｌ３０は、前記基板１０１の背面に垂直な第３方向（例えば、Ｚ軸方向）に一定厚を有する。すなわち、第１誘電体層Ｌ１０、第２誘電体層Ｌ２０及び第３誘電体層Ｌ３０それぞれの第３方向の厚さは、第１領域Ｓ１ないし第３領域Ｓ３において一定としうる。例えば、第１誘電層Ｌ１０、第２誘電層Ｌ２０、及び第３誘電層Ｌ３０は、Ｘ及びＹ方向に一定したＺ方向の厚さを有する。第１誘電体層Ｌ１０の厚さは、第２誘電体層Ｌ２０の厚さより厚いとしうる。第２誘電体層Ｌ２０の厚さは、第３誘電体層Ｌ３０の厚さより厚いとしうる。
第４誘電体層は、第１領域Ｓ１に属する第４－１誘電体層Ｌ４０Ａ、第２領域Ｓ２に属する第４－２誘電体層Ｌ４０Ｂ及び第３領域Ｓ３に属する第４－３誘電体層Ｌ４０Ｃを含みうる。第４誘電体層Ｌ４０Ａ、Ｌ４０Ｂ、Ｌ４０Ｃの厚さ（例えば、Ｚ方向の厚さ）は、第１領域Ｓ１ないし第３領域Ｓ３で互いに異なり、よって、第１及び／または第２方向（例えば、Ｘ方向及び／またはＹ方向）に沿って異なるとしる。例えば、第４－３誘電体層Ｌ４０Ｃの厚さは、第４－２誘電体層Ｌ４０Ｂの厚さより厚いとしうる。また、第４－２誘電体層Ｌ４０Ｂの厚さは、第４－１誘電体層Ｌ４０Ａの厚さよりも厚い。特に、第１領域Ｓ１上の第４－１誘電体層Ｌ４０Ａは、第４誘電層が光電変換素子（例えば、図４のＰＤ１）上に位置せず（Ｚ方向にオーバーラップされず）、光電変換素子（例えば、ＰＤ１）がＺ方向に第４誘電層から露出されうるように、全体エッチングされ、第１領域Ｓ１は、第４－１誘電体層Ｌ４０Ａを含まない。
第５誘電体層Ｌ５０Ａ、Ｌ５０Ｂ、Ｌ５０Ｃ、第６誘電体層Ｌ６０Ａ、Ｌ６０Ｂ、Ｌ６０Ｃ及び第７誘電体層Ｌ７０Ａ、Ｌ７０Ｂ、Ｌ７０Ｃは、前記基板１０１の背面に垂直な第３方向に同じ厚さを有する。すなわち、第５誘電体層Ｌ５０Ａ、Ｌ５０Ｂ、Ｌ５０Ｃ、第６誘電体層Ｌ６０Ａ、Ｌ６０Ｂ、Ｌ６０Ｃ及び第７誘電体層Ｌ７０Ａ、Ｌ７０Ｂ、Ｌ７０Ｃそれぞれの第３方向の厚さは、第１領域Ｓ１ないし第３領域Ｓ３で一定としうる。
第５誘電体層Ｌ５０Ａ、Ｌ５０Ｂ、Ｌ５０Ｃは、それぞれ第４誘電体層Ｌ４０Ａ、Ｌ４０Ｂ、Ｌ４０Ｃ上に積層されるので、第５誘電体層の第３方向垂直レベルは、互いに異なりうる。例えば、第１領域Ｓ１の第５－１誘電体層Ｌ５０Ａの第３方向垂直レベルは、第２領域Ｓ２の第５－２誘電体層Ｌ５０Ｂの第３方向垂直レベルより低い。また、第２領域Ｓ２の第５－２誘電体層Ｌ５０Ｂの第３方向垂直レベルは、第３領域Ｓ３の第５－３誘電体層Ｌ５０Ｃの第３方向垂直レベルより低い。これは、第６誘電体層Ｌ６０Ａ、Ｌ６０Ｂ、Ｌ６０Ｃ及び第７誘電体層Ｌ７０Ａ、Ｌ７０Ｂ、Ｌ７０Ｃでも同じである。
第８誘電体層Ｌ８０Ａ、Ｌ８０Ｂ、Ｌ８０Ｃは、第１領域Ｓ１に属する第８－１誘電体層Ｌ８０Ａ、第２領域Ｓ２に属する第８－２誘電体層Ｌ８０Ｂ及び第３領域Ｓ３に属する第８－３誘電体層Ｌ８０Ｃを含みうる。第８誘電体層Ｌ８０Ａ、Ｌ８０Ｂ、Ｌ８０Ｃの厚さは、第１領域Ｓ１ないし第３領域Ｓ３で互いに異なるとしうる。例えば、第８－２誘電体層Ｌ８０Ｂの厚さは、第８－１誘電体層Ｌ８０Ａの厚さより厚いとしうる。また、第８－１誘電体層Ｌ８０Ａの厚さは、第８－３誘電体層Ｌ８０Ｃの厚さより厚いとしうる。
第４誘電体層Ｌ４０Ａ、Ｌ４０Ｂ、Ｌ４０Ｃの厚さを異ならせることにより（例えば、層Ｌ４０Ａが完全に省略される実施例を含めて）、かつ第８誘電体層Ｌ８０Ａ、Ｌ８０Ｂ、Ｌ８０Ｃの厚さを互いに異ならせることで、カラーフィルタ１４０は、基板１０１の第２面１０１ｂに平行な方向（例えば、Ｘ方向及び／またはＹ方向）に沿って異なる第３方向（Ｚ方向）での厚さを有し、カラーフィルタ１４０の他の部分または領域が個別的なピクセル及び／または光電変換素子ＰＤに対応付けられる異なる厚さを有する。前述したように、第４誘電体層Ｌ４０Ａ、Ｌ４０Ｂ、Ｌ４０Ｃ及び第８誘電体層Ｌ８０Ａ、Ｌ８０Ｂ、Ｌ８０Ｃの厚さを異ならせることで、例えば、カラーフィルタ１４０が個別的なピクセル及び／または光電変換素子ＰＤに対応しうる異なる厚さを有する複数の領域を有することにより、本発明のカラーフィルタ１４０は、互いに異なる可視光線に対するフィルタ（例えば、フィルタの異なる領域において異なる波長帯域を選択的に透過し、かつ／あるいは遮断するように構成されたフィルタ）を形成しうる。例えば、カラーフィルタ１４０は、同じ外光（例えば、入射光）の異なる波長帯域を選択的に透過及び／または遮断し、カラーフィルタ１４０の対応する領域の個別的な厚さによって、Ｚ方向に異なる光電変換素子に伝播するように構成されうる。
例示的な実施例において、第１光電変換素子ＰＤ１上の複数の誘電体層Ｌ１０、Ｌ２０、Ｌ３０、Ｌ５０Ａ、Ｌ６０Ａ、Ｌ７０Ａ、Ｌ８０Ａは、Ｚ方向に第１光電変換素子ＰＤ１とオーバーラップされる青色フィルタとして機能するカラーフィルタ１４０の一部（例えば、領域Ｓ１内に定義された第１部分）とすることができ、カラーフィルタ１４０に入射し、青色、緑色、及び赤色可視光線（例えば、赤色、青色、及び緑波長帯域の光）を含む外光を受信することに応答し、外光の青色可視光線を通過させ、外光の緑色可視光線及び赤色可視光線がカラーフィルタ１４０を介して（例えば、領域Ｓ１内に定義された第１部分を介して）第１光電変換素子ＰＤ１に伝播することを選択的に遮断するように構成される。例えば、カラーフィルタ１４０の第１領域Ｓ１は、カラーフィルタ１４０の第１領域Ｓ１の複数の誘電体層Ｌ１０、Ｌ２０、Ｌ３０、Ｌ５０Ａ、Ｌ６０Ａ、Ｌ７０Ａ、Ｌ８０Ａの個別的な厚さに基づいて青色フィルタを定義することができる。
他の例示として、一部例示的な実施例において、第２光電変換素子ＰＤ２上の複数の誘電体層Ｌ１０、Ｌ２０、Ｌ３０、Ｌ４０Ｂ、Ｌ５０Ｂ、Ｌ６０Ｂ、Ｌ７０Ｂ、Ｌ８０Ｂは、Ｚ方向に第２光電変換素子ＰＤ２とオーバーラップされる緑色フィルタとして機能するカラーフィルタ１４０の一部（例えば、領域Ｓ２内に定義された第２部分）とすることができ、カラーフィルタ１４０に入射して青色、緑色、及び赤色可視光線（例えば、赤色、青色、及び緑波長帯域の光）を含む外光を受信することに応答し、外光の緑色可視光線を通過させ、外光の青色可視光線及び赤色可視光線がカラーフィルタ１４０を介して（例えば、領域Ｓ２内に定義された第２部分を介して）第２光電変換素子ＰＤ２に伝播することを選択的に遮断するように構成される。例えば、カラーフィルタ１４０の第２領域Ｓ２は、カラーフィルタ１４０の第２領域Ｓ２の複数の誘電体層Ｌ１０、Ｌ２０、Ｌ３０、Ｌ４０Ｂ、Ｌ５０Ｂ、Ｌ６０Ｂ、Ｌ７０Ｂ、Ｌ８０Ｂの個別的な厚さに基づいて緑色フィルタを定義しうる。
一部例示的な実施例において、第３光電変換素子ＰＤ３上の複数の誘電体層Ｌ１０、Ｌ２０、Ｌ３０、Ｌ４０Ｃ、Ｌ５０Ｃ、Ｌ６０Ｃ、Ｌ７０Ｃ、Ｌ８０Ｃは、Ｚ方向に第３光電変換素子ＰＤ３とオーバーラップされる赤色フィルタとして機能するカラーフィルタ１４０の一部（例えば、領域Ｓ３内に定義された第３部分）とすることができ、カラーフィルタ１４０に入射し、青色、緑色、及び赤色可視光線（例えば、赤色、青色、及び緑波長帯域の光）を含む外光を受信することに応答し、外光の赤色可視光線を通過させ、外光の青色可視光線及び緑色可視光線がカラーフィルタ１４０を介して（例えば、領域Ｓ３内に定義された第３部分を介して）第３光電変換素子ＰＤ３に伝播することを選択的に遮断するように構成される。例えば、カラーフィルタ１４０の第３領域Ｓ３は、カラーフィルタ１４０の第３領域Ｓ３の複数の誘電体層Ｌ１０、Ｌ２０、Ｌ３０、Ｌ４０Ｃ、Ｌ５０Ｃ、Ｌ６０Ｃ、Ｌ７０Ｃ、Ｌ８０Ｃの個別的な厚さに基づいて赤色フィルタを定義することができる。
したがって、カラーフィルタ１４０は、個別的なピクセル上に異なるフィルタ（例えば、赤色フィルタ、緑色フィルタ、青色フィルタ）を定義する多様な異なる領域を定義するように構成され、個別的なピクセルがカラーフィルタ１４０で受信される同じ入射光（例えば、緑色、青色、赤色波長帯域の光を含む外光）の異なる波長帯域を感知するように構成されうる。
したがって、カラーフィルタ１４０は、異なる光電変換素子ＰＤ１、ＰＤ２、ＰＤ３上の異なるカラーフィルタを定義するように構成され、同じ外光の異なる波長帯域を異なる光電変換素子によって選択的に透過するように（及び選択的に遮断するように）構成されるということが理解されるであろう。これは、Ｘ方向及び／またはＹ方向に異なる厚さを有する複数の誘電体層を含むカラーフィルタ１４０に基づいたものであり、これにより、複数の誘電体層のうち少なくとも１つの誘電体層例えば、少なくともＬ４０Ｂ及びＬ４０Ｃを含むＬ４０、及び／またはＬ８０Ａ、Ｌ８０Ｂ、Ｌ８０Ｃを含むＬ８０）がＸ方向及び／またはＹ方向に異なるＺ方向の厚さを有することに基づき、異なる光電変換素子とオーバーラップされるカラーフィルタ１４０の異なる部分の厚さが異なりうる。
第１誘電体層Ｌ１０、第３誘電体層Ｌ３０、第５誘電体層Ｌ５０Ａ、Ｌ５０Ｂ、Ｌ５０Ｃ及び第７誘電体層Ｌ７０Ａ、Ｌ７０Ｂ、Ｌ７０Ｃは、負電荷を帯びる物質からなるとしうる。第１誘電体層Ｌ１０、第３誘電体層Ｌ３０、第５誘電体層Ｌ５０Ａ、Ｌ５０Ｂ、Ｌ５０Ｃ及び第７誘電体層Ｌ７０Ａ、Ｌ７０Ｂ、Ｌ７０Ｃは、チタン酸化物（ＴｉＯｘ）、錫酸化物（ＳｎＯｘ）、ジルコニウム酸化物（ＺｒＯｘ）、タンタル酸化物（ＴａＯｘ）、モリブデン酸化物（ＭｏＯｘ）、ニオブ酸化物（ＮｂＯｘ）、アルミニウム窒化物（ＡｌＮｘ）、ガリウム窒化物（ＧａＮｘ）、ボロン窒化物（ＢＮｘ）、シリコン窒化物（ＳｉＮｘ）、シリコンカーバイド（ＳｉＣｘ）のうち少なくとも１つを含みうる。また、第１誘電体層Ｌ１０、第３誘電体層Ｌ３０、第５誘電体層Ｌ５０Ａ、Ｌ５０Ｂ、Ｌ５０Ｃ及び第７誘電体層Ｌ７０Ａ、Ｌ７０Ｂ、Ｌ７０Ｃは、約２以上の屈折率を有する物質からなる。すなわち、第１誘電体層Ｌ１０、第３誘電体層Ｌ３０、第５誘電体層Ｌ５０Ａ、Ｌ５０Ｂ、Ｌ５０Ｃ及び第７誘電体層Ｌ７０Ａ、Ｌ７０Ｂ、Ｌ７０Ｃは、複数の誘電体層内で相対的に高屈折率の誘電体層でもある。
第２誘電体層Ｌ２０、第４誘電体層Ｌ４０Ａ、Ｌ４０Ｂ、Ｌ４０Ｃ、第６誘電体層Ｌ６０Ａ、Ｌ６０Ｂ、Ｌ６０Ｃ及び第８誘電体層Ｌ８０Ａ、Ｌ８０Ｂ、Ｌ８０Ｃは、可視光線波長で透過性を有しうる。また、第２誘電体層Ｌ２０、第４誘電体層Ｌ４０Ａ、Ｌ４０Ｂ、Ｌ４０Ｃ、第６誘電体層Ｌ６０Ａ、Ｌ６０Ｂ、Ｌ６０Ｃ及び第８誘電体層Ｌ８０Ａ、Ｌ８０Ｂ、Ｌ８０Ｃは、約１．５未満（例えば、約０．０１～１．５）の屈折率を有する物質からなる。すなわち、第２誘電体層Ｌ２０、第４誘電体層Ｌ４０Ａ、Ｌ４０Ｂ、Ｌ４０Ｃ、第６誘電体層Ｌ６０Ａ、Ｌ６０Ｂ、Ｌ６０Ｃ及び第８誘電体層Ｌ８０Ａ、Ｌ８０Ｂ、Ｌ８０Ｃそれぞれは、複数の誘電体層内で相対的に低屈折率の誘電体層でもある。例示的な実施例において、第２誘電体層Ｌ２０、第４誘電体層Ｌ４０Ａ、Ｌ４０Ｂ、Ｌ４０Ｃ、第６誘電体層Ｌ６０Ａ、Ｌ６０Ｂ、Ｌ６０Ｃ及び第８誘電体層Ｌ８０Ａ、Ｌ８０Ｂ、Ｌ８０Ｃは、シリコン酸化物（ＳｉＯｘ）、シリコンカーボン酸化物（ＳｉＯｘＣｖ）、フッ化マグネシウム（ＭｇＦ２）、フッ化アルミニウム（ＡｌＦｘ）、フッ化バリウム（ＢａＦｘ）のうち少なくとも１つを含みうる。
このようにカラーフィルタ１４０は、顔料型カラーフィルタではない誘電体層によって形成されることにより、２００℃以上の製造工程が可能である。また、カラーフィルタ１４０及び反射吸収層１５０を形成することで、従来の無機物質基盤のカラーフィルタを採用したイメージセンサで発生する特定の波長範囲の光に対する高い反射によるフレア現象を防止することができる。これにより、イメージセンサの安定性を向上し、解像度を向上させうる。
図６は、本発明の一実施例によるイメージセンサの製造方法を説明するフローチャートである。図７Ａないし図７Ｇは、本発明の例示的な実施例によるイメージセンサの製造方法を説明するために示す断面図である。以下、図１及び図４を共に参照して説明し、図１ないし図５の説明部分で既に説明した内容については、簡略に説明するか、省略する。
図６及び図７Ａを参照すれば、本実施例のイメージセンサ１の製造方法は、まず第１ないし第４誘電体層Ｌ１０、Ｌ２０、Ｌ３０、Ｌ４０を形成することができる（Ｐ１１０）。第１ないし第４誘電体層Ｌ１０、Ｌ２０、Ｌ３０、Ｌ４０は、第１誘電体層Ｌ１０から基板１０１上に順次に積層されうる。第１ないし第４誘電体層Ｌ１０、Ｌ２０、Ｌ３０、Ｌ４０それぞれの第３方向（例えば、図３のＺ方向）の厚さは、一定である（例えば、基板１０１の第２面１０１ｂに平行な第１及び／または第２方向に固定されうる）。
図６、図７Ａ及び図７Ｂを参照すれば、第１ないし第４誘電体層Ｌ１０、Ｌ２０、Ｌ３０、Ｌ４０を形成した後、図７Ａの第４誘電体層Ｌ４０を一部エッチングしうる（Ｐ１２０）。例えば、第４誘電体層Ｌ４０の第１領域Ｓ１及び第２領域Ｓ２をエッチングしうる。第１領域Ｓ１内の第４誘電体層Ｌ４０をエッチングし、第１領域Ｓ１は、第４誘電体層Ｌ４０を含まない場合もある。また、第２領域Ｓ２内の第４誘電体層Ｌ４０をエッチングし、第４－２誘電体層Ｌ４０Ｂを形成しうる。第３領域Ｓ３内の第４誘電体層Ｌ４０は、エッチングされないので、第３領域Ｓ３内の第４誘電体層Ｌ４０が第４－３誘電体層Ｌ４０Ｃでもある。
図６、図７Ｃ及び図７Ｄを参照すれば、第４誘電体層Ｌ４０を一部エッチングした後、第５ないし第８誘電体層Ｌ５０Ａ、Ｌ５０Ｂ、Ｌ５０Ｃ、Ｌ６０Ａ、Ｌ６０Ｂ、Ｌ６０Ｃ、Ｌ７０Ａ、Ｌ７０Ｂ、Ｌ７０Ｃ、Ｌ８０を形成することができる（Ｐ１３０）。第５ないし第８誘電体層Ｌ５０Ａ、Ｌ５０Ｂ、Ｌ５０Ｃ、Ｌ６０Ａ、Ｌ６０Ｂ、Ｌ６０Ｃ、Ｌ７０Ａ、Ｌ７０Ｂ、Ｌ７０Ｃ、Ｌ８０は、第１領域Ｓ１の第３誘電体層Ｌ３０、第２領域Ｓ２及び第３領域Ｓ３の第４誘電体層Ｌ４０Ｂ、Ｌ４０Ｃ上に順次に積層されうる。第５ないし第８誘電体層Ｌ５０Ａ、Ｌ５０Ｂ、Ｌ５０Ｃ、Ｌ６０Ａ、Ｌ６０Ｂ、Ｌ６０Ｃ、Ｌ７０Ａ、Ｌ７０Ｂ、Ｌ７０Ｃ、Ｌ８０それぞれの第３方向の厚さは一定としうる。
第１領域Ｓ１の第３誘電体層Ｌ３０、第２領域Ｓ２及び第３領域Ｓ３の第４誘電体層Ｌ４０Ｂ、Ｌ４０Ｃの第３方向垂直レベルの高さは、互いに異なるので、第５ないし第８誘電体層Ｌ５０Ａ、Ｌ５０Ｂ、Ｌ５０Ｃ、Ｌ６０Ａ、Ｌ６０Ｂ、Ｌ６０Ｃ、Ｌ７０Ａ、Ｌ７０Ｂ、Ｌ７０Ｃ、Ｌ８０それぞれの第１領域Ｓ１上の垂直レベルの高さ、第２領域Ｓ２上の垂直レベルの高さ、第３領域Ｓ３上の垂直レベルの高さも、互いに異なっている。例えば、第５ないし第８誘電体層Ｌ５０Ａ、Ｌ５０Ｂ、Ｌ５０Ｃ、Ｌ６０Ａ、Ｌ６０Ｂ、Ｌ６０Ｃ、Ｌ７０Ａ、Ｌ７０Ｂ、Ｌ７０Ｃ、Ｌ８０それぞれの垂直レベルの高さは、第３領域Ｓ３、第２領域Ｓ２、第１領域Ｓ１順に垂直レベルの高さが低くなるとしうる。
図６及び図７Ｅを参照すれば、第５ないし第８誘電体層Ｌ５０Ａ、Ｌ５０Ｂ、Ｌ５０Ｃ、Ｌ６０Ａ、Ｌ６０Ｂ、Ｌ６０Ｃ、Ｌ７０Ａ、Ｌ７０Ｂ、Ｌ７０Ｃ、Ｌ８０を形成した後、第８誘電体層Ｌ８０を一部エッチングすることができる（Ｐ１４０）。例えば、第８誘電体層Ｌ８０の第１領域Ｓ１及び第３領域Ｓ３をエッチングすることができる。第８誘電体層Ｌ８０に対するエッチングは、１回または複数回遂行される。１回エッチングが遂行される場合、エッチング工程は、第１領域Ｓ１より第３領域Ｓ３を多くエッチングする方式によって遂行されうる。複数回エッチングが遂行される場合、第１エッチングにおいて、第１領域Ｓ１及び第３領域Ｓ３を同じ第３方向深さにエッチングすることができる。引き続き、第２エッチングにおいて第３領域Ｓ３のみを第３方向深さにエッチングすることができる。
第１領域Ｓ１内の第８誘電体層Ｌ８０をエッチングし、第８－１誘電体層Ｌ８０Ａを形成しうる。また、第３領域Ｓ３内の第８誘電体層Ｌ８０をエッチングし、第８－３誘電体層Ｌ８０Ｃを形成しうる。第２領域Ｓ２内の第８誘電体層Ｌ８０は、エッチングされないので、第２領域Ｓ２内の第８誘電体層Ｌ８０が第８－２誘電体層Ｌ８０Ｂでもある。
図６、図７Ｆ及び図７Ｇを参照すれば、第８誘電体層Ｌ８０Ａ、Ｌ８０Ｂ、Ｌ８０Ｃ上に反射吸収層１５０及び反射防止層１６０を形成することができる（Ｐ１５０、Ｐ１６０）。反射吸収層１５０及び反射防止層１６０は、第８誘電体層Ｌ８０Ａ、Ｌ８０Ｂ、Ｌ８０Ｃ上に順次に積層されうる。反射吸収層１５０及び反射防止層１６０それぞれの第３方向の厚さは、第１領域Ｓ１ないし第３領域Ｓ３で一定としうる。反射吸収層１５０及び反射防止層１６０それぞれは、第８誘電体層Ｌ８０Ａ、Ｌ８０Ｂ、Ｌ８０Ｃ上に積層されるので、反射吸収層１５０及び反射防止層１６０それぞれの垂直レベル高さも、第２領域Ｓ２、第１領域Ｓ１、第３領域Ｓ３順に高くなる。そのような製造方法によって、図４及び図５のカラーフィルタ１４０、反射吸収層１５０及び反射防止層１６０と同形状の層を形成することができる。
また、図示されていないが、段階Ｐ１６０後に、反射吸収層１５０及び反射防止層１６０を分離するグリッド(Grid)を形成する工程を遂行することができる。グリッドは、複数の誘電体層に使用される物質より低屈折率を有する物質からなる。
図示されていないが、本発明の他の例示的な実施例によれば、イメージセンサ１の製造方法は、第１ないし第４誘電体層を形成した後、第１エッチング工程を遂行して第１領域及び第２領域の第４誘電体層をいずれもエッチングすることができる。引き続き、第３誘電体層の第１領域及び第２領域及び第４誘電体層の第３領域上に第４－１誘電体層を形成することができる。次いで、第２エッチング工程を通じて、第１領域上の第４－１誘電体層をいずれもエッチングすることができる。ここで、第１領域は、青色フィルタに対応する誘電体層を意味し、第２領域は、緑色フィルタに対応する誘電体層を意味し、第３領域は、赤色フィルタに対応する誘電体層を意味する。
次いで、第３誘電体層の第１領域及び第４－１誘電体層の第２領域及び第３領域上に第５ないし第８誘電体層を形成することができる。第８誘電体層の第１領域及び第３領域上に第８誘電体層をいずれもエッチングすることができる。引き続き、第７誘電体層の第１領域及び第３領域及び第８誘電体層の第２領域上に第８－１誘電体層を形成することができる。その後、第８－１誘電体層の第３領域上に第８－１誘電体層をいずれもエッチングすることができる。引き続き、反射吸収層及び反射防止層を形成することができる。そのような製造方法を通じて、図５のカラーフィルタ、反射吸収層及び反射防止層と同形状の層を形成することができる。
図６を続けて参照すれば、段階（Ｐ１１０）ないし段階（Ｐ１６０）は、イメージセンサ１の製造方法（Ｐ１０２）内に含まれうる。一部実施例において、当該方法は、Ｐ１０２で形成されたイメージセンサを、製造された電子装置内に統合する段階（Ｐ１７０）をさらに含む。電子装置は、Ｐ１０２段階で形成されたイメージセンサ１に付け加えて、例えば、ロジック回路を含むハードウェアのような処理回路；ソフトウェアを実行するプロセッサのようなハードウェア／ソフトウェアの組合わせ；またはそれらの任意の組合わせを含みうる。処理回路は、中央処理ユニット（ＣＰＵ）、算術ロジックユニット（ＡＬＵ）、グラフィック処理ユニット（ＧＰＵ）、アプリケーションプロセッサ（ＡＰ）、デジタルシグナルプロセッサ（ＤＳＰ）、マイクロコンピュータ、フィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）、プログラマブルロジックユニット、マイクロプロセッサ、注文型集積回路（ＡＳＩＣ）、ニューラルネットワーク処理ユニット（ＮＰＵ）、電子制御ユニット（ＥＣＵ）、イメージ信号プロセッサ（ＩＳＰ）などを含みうる。一部実施例において、処理回路は、指示プログラムを保存する非一時的コンピュータ可読保存装置（例えば、メモリ）、例えば、ＤＲＡＭ装置を含み、製造された電子装置の機能を行うために、前記指示プログラムを実行するように構成されたプロセッサ（例えば、ＣＰＵ）を含みうる。
電子装置は、Ｐ１０２段階で形成された１つ以上のイメージセンサを含みうる。その結果、電子装置は、イメージセンサ１を含むことに基づいて向上した光センシング及び／または光生成能を有することができる。また、工程温度が２００℃以上である製造工程においてイメージセンサのカラーフィルタ１４０を損傷させずにＰ１０２段階でイメージセンサ１が形成されることにより、欠陥のないイメージセンサ及び／またはそれを含む電子装置の製造歩留まりが向上し、製造費用が減少しうる。
本発明のイメージセンサの製造方法は、反射防止層の形成前に反射吸収層に対してパターンを形成することができる。反射吸収層に対するパターンは、図８Ａないし図８Ｆで詳細に説明する。
図８Ａないし図８Ｆは、本発明の例示的な実施例によるイメージセンサの反射吸収層を説明するための平面図である。
図８Ａを参照すれば、反射吸収層１５０は、第１方向（例えば、図３のＸ方向）及び第２方向（例えば、図３のＹ方向）に沿って延びる金属層としうる。
図８Ｂないし図８Ｃを参照すれば、複数の誘電体層上に反射吸収層１５０を形成した後、反射吸収層１５０にパターンを形成しうる。例えば、図８Ｂのパターンが形成された反射吸収層１５０Ｂを見れば、円形パターン１５４Ｂがマトリックス状に配列されうる。反射吸収層１５０Ｂの残りの部分１５２Ｂは、エッチングされうる。
また、図８Ｃの反射吸収層１５０Ｃは、図８Ｂの反射吸収層１５０Ｂとは逆に陰刻パターンによって形成されうる。円形パターン１５４Ｃ部分がエッチングされ、残り部分１５２Ｃは、金属物質で構成されうる。
図８Ｄ及び図８Ｅを参照すれば、反射吸収層１５０Ｄは、三角形パターン１５４Ｄがマトリックス状に配列され、残り部分１５２Ｄがエッチングされうる。ここで、三角形パターン１５４Ｄは、三角形と上下対称になる三角形が交互に配列される。他の例示的な実施例において、三角形パターン１５４Ｄが上下対称になっていない同形状によってマトリックス状に配列されうる。また、例示的な実施例において、反射吸収層１５０Ｅは、正方形パターン１５４Ｅがマトリックス状に配列され、残り部分１５２Ｅがエッチングされうる。また、図示されていないが、本発明の他の例示的な実施例において、図８Ｃと類似して三角形パターン及び方形パターンがエッチングによって形成されうる。
図８Ｆを参照すれば、反射吸収層１５０Ｆは、複数個の長方形パターン１５４Ｆが離隔配置されたスリット構造によって形成されうる。同様に、残り部分１５２Ｆは、エッチングされうる。
図８Ａないし図８Ｆに示されたように、反射吸収層１５０に多様なパターンを形成することで、それによって発生するプラズモン共鳴現象または特異光透過(Extraordinary transmission)現象を用いて反射吸収層の吸収を調節することができる。これにより、本発明のイメージセンサは、従来の無機物質基盤のカラーフィルタを採用したイメージセンサで発生する特定の波長範囲の光に対する高い反射率を抑制することができる。
図９は、本発明の例示的な実施例によるイメージセンサの透過効果を説明するグラフである。図１０は、本発明の例示的な実施例によるイメージセンサの反射効果を説明するグラフである。図１１は、本発明の例示的な実施例によるイメージセンサの各波長別透過度を示すグラフである。図９及び図１０は、緑色可視光線の透過効果及び反射効果を説明する。
図９を参照すれば、横軸は、波長（単位：ｎｍ）であり、縦軸は、透過率（単位：パーセント）を示す。点線は、既存の無機物質基盤のカラーフィルタを採用したイメージセンサの緑色可視光線に対する透過率を示し、実線は、本発明のイメージセンサの緑色可視光線に対する透過率を示す。既存のイメージセンサは、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誘電体層が互いに積層された構造を有し、共振モードを利用した反射タイプのカラーフィルタを含みうる。Ａ領域は、緑色可視光線の波長帯域を示す。本発明のイメージセンサは、既存のイメージセンサに比べて、透過率が一部減少することが分かる。
図１０を参照すれば、横軸は、波長（単位：ｎｍ）であり、縦軸は、反射率（単位：パーセント）を示す。点線は、既存の無機物質基盤のカラーフィルタを採用したイメージセンサの緑色可視光線に対する反射率を示し、実線は、本発明のイメージセンサの緑色可視光線に対する反射率を示す。Ｂ領域は、緑色可視光線の波長帯域を示す。本発明のイメージセンサは、既存のイメージセンサに比べて、反射率が大幅に減少したことが分かる。一般的に、無機物質基盤のカラーフィルタを採用した既存のイメージセンサは、優秀な分光特徴または光フィルタリング特徴）を有するが、相対的に高い反射率を有する問題がある。本発明によれば、カラーフィルタ上に配置され、金属からなる反射吸収層と、その上部の反射防止層が積層された構造を有し、これにより、既存のイメージセンサに比べて反射率が相当減少したことを確認することができる。
図１１を参照すれば、横軸は、波長（単位：ｎｍ）であり、縦軸は、透過率（単位：パーセント）を示す。グラフに図示されたように、本発明のイメージセンサは、青色、緑色及び赤色可視光線に対して透過率が高い。
したがって、本発明のイメージセンサは、透過率に対して反射率が減少し、緑色可視光線に対する反射が抑制される。そのような結果は、赤色可視光線及び青色可視光線でも類似して示された。これにより、本発明のイメージセンサの信頼性が向上しうる。
ここで、説明されたように、例示的な実施例のうち、いずれによる装置、イメージセンサ、ユニット、コントローラ、プロセッサ、及び／またはそれらの部分は、例えば、ロジック回路を含むハードウェアのような処理回路；ソフトウェアを実行するプロセッサのようなハードウェア／ソフトウェアの組合わせ；またはそれらの任意の組合わせを含むか、それらに含まれうる。例えば、処理回路は、中央処理ユニット（ＣＰＵ）、算術ロジックユニット（ＡＬＵ）、グラフィック処理ユニット（ＧＰＵ）、アプリケーションプロセッサ（ＡＰ）、デジタルシグナルプロセッサ（ＤＳＰ）、マイクロコンピュータ、フィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）、プログラマブルロジックユニット、マイクロプロセッサ、注文型集積回路（ＡＳＩＣ）、ニューラルネットワーク処理ユニット（ＮＰＵ）、電子制御ユニット（ＥＣＵ）、イメージ信号プロセッサ（ＩＳＰ）などを含みうる。一部実施例において、処理回路は、指示プログラムを保存する非一時的コンピュータ可読保存装置（例えば、メモリ）、例えば、ＤＲＡＭ装置を含み、製造された電子装置の機能を行うように前記指示プログラムを行うように構成されたプロセッサ（例えば、ＣＰＵ）を含みうる。
以上、本発明を望ましい実施例を挙げて詳細に説明したが、本発明は、前記実施例に限定されず、本発明の技術的思想及び範囲内で当分野で通常の知識を有する者によって様々な変形及び変更が可能である。
１０ ピクセルアレイ
１０１ 基板
１０１ａ 第１面
１０１ｂ 第２面
１１０ 絶縁膜
１１１ 導電性パターン
１１５ ゲート電極
１１６ コンタクトビア
１２０ 層間絶縁膜
１３０、１３５ 第１及び第２素子分離膜
１４０ カラーフィルタ
１５０ 反射吸収層
１６０ 反射防止層
ＰＤ 光電変換素子
ＭＬ マイクロレンズ
Ｐ１１～Ｐ４４ ピクセル

Claims (20)

  1. 複数の光電変換素子を含む基板と、
    前記基板上に配置されたカラーフィルタと、
    前記カラーフィルタ上に配置され、タングステン、チタン及びアルミニウムのうち少なくともいずれか１つを含む反射吸収層と、
    前記反射吸収層上に配置された反射防止層と、
    前記反射防止層上に配置された複数のマイクロレンズと、を含み、
    前記カラーフィルタは、前記基板の背面に平行な第１方向に延びた複数の誘電体層を含み、
    前記複数の誘電体層は、前記基板の背面に垂直であって前記第１方向に垂直な第２方向に異なる厚さを有し、前記複数の誘電体層は、前記第１方向に沿って異なる前記第２方向の厚さを有する少なくとも１層の誘電体層を含むことを特徴とするイメージセンサ。
  2. 前記複数の光電変換素子は、前記基板上にマトリックスを定義するように配置され、
    前記複数の誘電体層は、第１ないし第８誘電体層を含み、前記複数の光電変換素子上に順次に積層されることを特徴とする請求項１に記載のイメージセンサ。
  3. 前記第１誘電体層ないし第３誘電体層それぞれは、前記第２方向に一定の厚さを有することを特徴とする請求項２に記載のイメージセンサ。
  4. 前記複数の光電変換素子は、複数の素子分離膜によって互いに分離される第１光電変換素子、第２光電変換素子及び第３光電変換素子を含み、
    前記第１光電変換素子上の前記第４誘電体層の厚さは、
    前記第２光電変換素子上の前記第４誘電体層の厚さより薄く、
    前記第３光電変換素子上の前記第４誘電体層の厚さより薄いことを特徴とする請求項２に記載のイメージセンサ。
  5. 前記第２光電変換素子上の前記第４誘電体層の前記厚さは、前記第３光電変換素子上の前記第４誘電体層の前記厚さより薄いことを特徴とする請求項４に記載のイメージセンサ。
  6. 前記第２光電変換素子上の前記第８誘電体層の厚さは、
    前記第１光電変換素子上の前記第８誘電体層の厚さより厚く、
    前記第３光電変換素子上の前記第８誘電体層の厚さより厚いことを特徴とする請求項４に記載のイメージセンサ。
  7. 前記第１光電変換素子上の前記第８誘電体層の厚さは、前記第３光電変換素子上の前記第８誘電体層の厚さより厚いことを特徴とする請求項４に記載のイメージセンサ。
  8. 前記第２方向に前記第１光電変換素子とオーバーラップされる前記複数の誘電体層の一部は、前記カラーフィルタ上で前記第１光電変換素子に入射される外光の青色可視光線を通過させ、前記外光の緑色可視光線及び赤色可視光線が前記カラーフィルタを介して前記第１光電変換素子に伝播することを遮断する青色フィルタになることを特徴とする請求項４に記載のイメージセンサ。
  9. 前記第２方向に前記第２光電変換素子とオーバーラップされる前記複数の誘電体層の一部は、前記カラーフィルタ上で前記第２光電変換素子に入射される外光の緑色可視光線を通過させ、前記外光の青色可視光線及び赤色可視光線が前記カラーフィルタを介して前記第２光電変換素子に伝播することを遮断する緑色フィルタになることを特徴とする請求項４に記載のイメージセンサ。
  10. 前記第２方向に前記第３光電変換素子とオーバーラップされる前記複数の誘電体層の一部は、前記カラーフィルタ上で前記第３光電変換素子に入射される外光の赤色可視光線を通過させ、前記外光の青色可視光線及び緑色可視光線が前記カラーフィルタを介して前記第３光電変換素子に伝播することを遮断する赤色フィルタになることを特徴とする請求項４に記載のイメージセンサ。
  11. 前記反射吸収層は、前記基板の前記背面に平行な前記第１方向に延び、前記基板の背面に平行であって前記第１方向に垂直な第３方向に第１幅を有することを特徴とする請求項１に記載のイメージセンサ。
  12. 前記反射吸収層は、複数の円形、四角形及び三角形のうちいずれか１つの形態を有する構造物のパターンを含み、
    前記構造物のパターンは、マトリックス構造を定義するように前記第１方向及び第３方向に互いに離隔され、前記第３方向は、前記基板の前記背面に平行であり、かつ前記第１方向に垂直であることを特徴とする請求項１に記載のイメージセンサ。
  13. 前記反射吸収層は、前記複数の誘電体層から前記反射吸収層に向けて反射された光を、前記複数の誘電体層に向けて再反射するように構成されることを特徴とする請求項１２に記載のイメージセンサ。
  14. 複数の光電変換素子を含む基板と、
    前記基板上に配置されたカラーフィルタと、
    前記カラーフィルタ上に配置され、タングステン、チタン及びアルミニウムのうち少なくともいずれか１つを含む反射吸収層と、
    前記反射吸収層上に配置された反射防止層と、
    前記カラーフィルタを挟んで前記基板と離隔され、前記反射吸収層上に配置されるマイクロレンズと、
    前記複数の光電変換素子によって生成された電気信号を出力するための少なくとも１つの電気的経路を定義するように構成される複数の導電性パターンと、
    前記複数の導電性パターンをカバーする層間絶縁層と、を含み、
    前記カラーフィルタは、前記基板の背面に平行な第１方向に延びた複数の誘電体層を含み、
    前記複数の誘電体層は、前記基板の前記背面に垂直であって前記第１方向に垂直な第２方向に順次に積層され、
    前記複数の誘電体層は、前記複数の光電変換素子上に前記第２方向に順次に積層される第１ないし第８誘電体層を含み、
    前記反射吸収層は、前記複数の誘電体層から前記反射吸収層に向けて反射された光を、前記複数の誘電体層に向けて再反射するように構成されることを特徴とするイメージセンサ。
  15. 前記複数の光電変換素子は、複数の素子分離膜によって互いに分離される第１光電変換素子、第２光電変換素子及び第３光電変換素子を含み、
    前記第４誘電体層は、前記第２光電変換素子上に配置される第４－１誘電体層、前記第３光電変換素子上に配置される第４－２誘電体層を含み、
    前記第１光電変換素子が前記第２方向に前記第４誘電体層から露出されるように前記第４誘電体層は、前記第１光電変換素子上に配置されないことを特徴とする請求項１４に記載のイメージセンサ。
  16. 前記第４－１誘電体層の厚さは、前記第４－２誘電体層の厚さより薄いことを特徴とする請求項１５に記載のイメージセンサ。
  17. 前記第８誘電体層は、前記第１光電変換素子上に配置される第８－１誘電体層、前記第２光電変換素子上に配置される第８－２誘電体層、前記第３光電変換素子上に配置される第８－３誘電体層を含み、
    前記第８－２誘電体層の厚さは、前記第８－１誘電体層の厚さより厚く、前記第８－１誘電体層の厚さは、前記第８－３誘電体層の厚さより厚いことを特徴とする請求項１５に記載のイメージセンサ。
  18. マトリックスを定義するように配置された複数の光電変換素子を含む基板と、
    前記基板上に配置され、前記複数の光電変換素子それぞれの上に配置される青色フィルタ、緑色フィルタ及び赤色フィルタを含むカラーフィルタと、
    前記カラーフィルタ上に配置され、タングステン、チタン及びアルミニウムのうち少なくともいずれか１つを含む反射吸収層と、
    可視光線を透過させ、前記反射吸収層上に配置された反射防止層と、
    外部の光を前記複数の光電変換素子にフォーカシングするように構成され、前記カラーフィルタを挟んで前記基板と離隔され、前記反射吸収層上に配置されるマイクロレンズと、
    前記複数の光電変換素子によって生成された電気信号を出力するための少なくとも１つの電気的経路を定義するように構成される複数の導電性パターンと、
    前記複数の導電性パターンをカバーする層間絶縁層と、を含み、
    前記カラーフィルタは、前記基板の背面に平行な第１方向に延びた複数の誘電体層を含み、
    前記複数の誘電体層は、前記基板の前記背面に垂直であって前記第１方向に垂直な第２方向に順次に積層され、
    前記複数の誘電体層は、前記複数の光電変換素子上に前記第２方向に順次に積層される第１ないし第８誘電体層を含み、
    前記反射吸収層は、前記複数の誘電体層から前記反射吸収層に向けて反射された前記外部の光を、前記複数の誘電体層に向けて再反射するように構成されることを特徴とするイメージセンサ。
  19. 前記反射防止層は、屈折率が１．５以下の物質を含むことを特徴とする請求項１８に記載のイメージセンサ。
  20. 前記反射吸収層の厚さは、１０ｎｍ以下であることを特徴とする請求項１８に記載のイメージセンサ。
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