JP6317695B2 - イメージセンサーとその形成方法 - Google Patents

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Description

本発明は、イメージセンサーに関するものであって、特に、３Ｄ検出撮像応用、たとえば、飛行時間型（ＴｏＦ）技術の純粋な赤外線（ＩＲ）信号を収集することができるイメージセンサーに関するものである。
現在、飛行時間型（ＴｏＦ）技術は、広く、近代産業に用いられて、調整された光源と共に、相補型ＭＯＳ（ＣＭＯＳ）画素アレイを用いて、３次元（３Ｄ）撮像を提供する。３Ｄ ＴＯＦ カメラは、すでに、多くの異なるアプリケーション、たとえば、製造された商品のプロファイル検査、コンピューター支援設計（ＣＡＤ）検証、地理測量、および、物体撮像に用いられている。
３Ｄ ＴｏＦカメラの操作は、調整された光源を使用して、シーンを照射し、反射した光線を監視する。照明と反射間の位相シフトが測定され、距離に変換される。一般に、シーンを照射する調整された光源は、約８５０nmの近赤外線で操作する固体レーザー、または、発光ダイオード（ＬＥＤ）によるもので、不可視である。調整された光源の同一スペクトルに対応するように設計された画像センサーは、光線を受信して、フォトニックエネルギーを電流に転換して、シーンの距離（深さ）情報を得る。
しかし、画像センサーから入る光線は、環境成分と反射成分を有する。距離（深さ）情報は、反射成分中だけに組み込まれている。よって、環境成分は、距離（深さ）情報の信号対ノイズ比（ＳＮＲ）を減少させる。
本発明は、イメージセンサーとその形成方法を提供する。
本発明は、赤色（Ｒ）、緑色（Ｇ）、および、青色（Ｂ）画素と赤外線（ＩＲ）画素を、単一イメージセンサーに整合したイメージセンサーを提供する。イメージセンサーにおいて、Ｒ、Ｇ、および、Ｂ信号は、Ｒ、Ｇ、および、Ｂ画素に位置するフォトダイオードから得られ、ＩＲ信号は、ＩＲ画素に位置するフォトダイオードから得られる。しかし、ＩＲ光が、Ｒ、Ｇ、および、Ｂ画素に位置するフォトダイオードにより受信されるとき、ＩＲ信号ノイズが、Ｒ、Ｇ、および、Ｂ画素のフォトダイオードから生成される。本発明のイメージセンサーは、Ｒ、Ｇ、および、Ｂ画素中に設置されるＩＲフィルターを有して、Ｒ、Ｇ、および、Ｂ画素に位置するフォトダイオードから生成されるＩＲ信号ノイズを回避する。よって、本発明のイメージセンサーは、ＩＲ画素に位置するフォトダイオードから、純粋なＩＲ信号収集を得て、ＩＲ信号ノイズがない、または、Ｒ、Ｇ、および、Ｂ画素で、わずかに低いＩＲ信号ノイズが発生する。これにより、イメージセンサーの距離（深さ）情報の信号対ノイズ比（ＳＮＲ）が増加する。
いくつかの実施態様によると、イメージセンサーが提供される。イメージセンサーは、赤色（Ｒ）画素、緑色（Ｇ）画素、青色（Ｂ）画素、および、赤外線（ＩＲ）画素を含む。Ｒ、Ｇ、および、Ｂフィルターは、それぞれ、Ｒ、Ｇ、および、Ｂ画素中に設置される。ＩＲパスフィルターはＩＲ画素中に設置される。ＩＲフィルターは、Ｒ、Ｇ、および、Ｂフィルターと重ねられ、ＩＲフィルターは、少なくとも特定波長を有するＩＲ光を遮断する。
いくつかの実施態様によると、イメージセンサーの形成方法が提供される。本方法は、複数のフォトダイオードを含み、各フォトダイオードが、赤色（Ｒ）画素、緑色（Ｇ）画素、青色（Ｂ）画素と赤外線（ＩＲ）画素の一画素中に設置される半導体基板を供給する工程と、半導体基板上に、ＩＲフィルター材料層を形成する工程と、ＩＲ画素に位置するＩＲフィルター材料層の一部を除去して、ＩＲフィルターを形成し、ＩＲフィルターが、少なくとも特定波長を有するＩＲ光を遮断し、ＩＲフィルターが、ＩＲ画素で、開口を有する工程と、Ｒ、Ｇ、および、Ｂ画素で、それぞれ、Ｒ、Ｇ、および、Ｂフィルターを形成する工程と、ＩＲ画素に位置するＩＲフィルターの開口中に、ＩＲパスフィルターを形成する工程と、を含む。
本発明のイメージセンサーによると、イメージセンサーの距離（深さ）情報の信号対ノイズ比（ＳＮＲ）が増加する。
いくつかの実施形態によるイメージセンサーの一部の断面図である。 いくつかの実施形態による物体を撮像するイメージセンサーの配置を説明する図である。 いくつかの実施形態による、それぞれ、イメージセンサーのＲフィルター、Ｇフィルター、Ｂフィルター、ＩＲパスフィルター、選択的ＩＲフィルターとＩＲカットオフフィルターの光学特性を説明する透過率対波長のグラフである。 それぞれ、イメージセンサーのＲ、Ｇ、および、Ｂ画素に位置するフォトダイオードから得られ、Ｒ、Ｇ、および、Ｂ画素にＩＲフィルターがないＲ、Ｇ、および、Ｂ信号を説明する透過率対波長のグラフである。 いくつかの実施形態による、それぞれ、イメージセンサーＲ、Ｇ、および、Ｂ画素に位置するフォトダイオードから得られ、Ｒ、Ｇ、および、Ｂ画素にＩＲフィルターがあるＲ、Ｇ、および、Ｂ信号を説明する透過率対波長のグラフである。 いくつかの別の実施形態によるイメージセンサーの一部の断面図である。 いくつかの実施形態による図１のイメージセンサーを製造するいくつかの中間段階を説明する断面図である。 いくつかの実施形態による図１のイメージセンサーを製造するいくつかの中間段階を説明する断面図である。 いくつかの実施形態による図１のイメージセンサーを製造するいくつかの中間段階を説明する断面図である。 いくつかの実施形態による図１のイメージセンサーを製造するいくつかの中間段階を説明する断面図である。 いくつかの実施形態による図５のイメージセンサーを製造するいくつかの中間段階を説明する断面図である。 いくつかの実施形態による図５のイメージセンサーを製造するいくつかの中間段階を説明する断面図である。 いくつかの実施形態による図５のイメージセンサーを製造するいくつかの中間段階を説明する断面図である。 いくつかの実施形態による図５のイメージセンサーを製造するいくつかの中間段階を説明する断面図である。
上記及び他の目的及び本発明の特徴は、添付図面とともに以下の記載を参照することにより明らかとなる。
本発明の目的と利点は添付請求項に具体的に記載されている要素及び組合せによって実現、達成されるであろう。なお、上述の一般的な説明と、以下に述べる詳細な説明は具体例であって、例示だけを目的としており、特許請求されている本発明の範囲の限定を意図するものではない。
図１を参照すると、いくつかの実施形態による裏面照明（ＢＳＩ）イメージセンサー１００の一部の断面が示される。イメージセンサー１００は、複数の画素を含み、赤色（Ｒ）画素１００Ｒ、緑色（Ｇ）画素１００Ｇ、青色（Ｂ）画素１００Ｂと赤外線（ＩＲ）画素１００ＩＲが配列されて、画素アレイ領域１００Ａ中でアレイを形成している。イメージセンサー１００の周辺領域１００Ｐは、画素アレイ領域１００Ａを囲む。イメージセンサー１００は、複数のフォトダイオード１０３を含む半導体基板１０１を含む。各フォトダイオード１０３は、赤色（Ｒ）画素１００Ｒ、緑色（Ｇ）画素１００Ｇ、青色（Ｂ）画素１００Ｂと赤外線（ＩＲ）画素１００ＩＲの一つ画素中に設置される。
ＢＳＩイメージセンサー１００は、さらに、半導体基板１０１表面上に形成される配線層１２１を含む。配線層１２１が、フォトダイオード１０３下に設置される。配線層１２１は、金属層間に設置されるいくつかの金属層といくつかの誘電層からなる。金属層と誘電層は、従来の半導体集積回路処理技術により形成される。図を簡潔にするため、図１中では、金属層と誘電層は示されない。配線層１２１は複数の回路領域を含み、各回路領域は一つのフォトダイオード１０３に対応する。いくつかの実施形態において、イメージセンサー１００は、単一イメージセンサー中に一緒に整合されるＲ、Ｇ、Ｂ、および、ＩＲ画素を有するＣＭＯＳイメージセンサー（ＣＩＳ）である。
いくつかの実施形態において、イメージセンサー１００は、さらに、半導体基板１０１の別の表面上に形成される高誘電率膜１０５を含み、フォトダイオード１０３上に設置されている。そのうえ、パッシベーション膜１０７が高誘電率膜１０５上に形成される。イメージセンサー１００は、さらに、パッシベーション膜１０７上に形成される遮光分割膜１０９を有する。遮光分割膜１０９は、イメージセンサー１００の二つの隣接する画素間に設置される複数の仕切りを有し、クロストークを回避する。また、遮光分割膜１０９は、仕切り間に複数の開口を有する。さらに、イメージセンサー１００は、遮光分割膜１０９を被覆すると共に、遮光分割膜１０９の開口を充填する別のパッシベーション膜１１１を有する。
イメージセンサー１００は、それぞれ、Ｒ、Ｇ、および、Ｂ画素１００Ｒ、１００Ｇ、および、１００Ｂに設置されるＲフィルター１１７Ｒ、Ｇフィルター１１７Ｇ、および、Ｂフィルター１１７Ｂを含む。イメージセンサー１００は、さらに、Ｒ、Ｇ、および、Ｂ画素１００Ｒ、１００Ｇ、および、１００Ｂ中に設置され、Ｒ、Ｇ、および、Ｂフィルター１１７Ｒ、１１７Ｇ、および、１１７Ｂと積み重ねられるＩＲフィルター１１５を有する。本発明の実施形態によると、ＩＲフィルター１１５は、少なくとも特定波長を有するＩＲ光を遮断する。
いくつかの実施形態において、ＩＲフィルター１１５は、特定波長を有するＩＲ光だけを遮断する選択的ＩＲフィルターである。別の実施形態において、ＩＲフィルター１１５は、ＩＲバンド全体の波長を有するＩＲ光を遮断することができるＩＲカットオフフィルターである。本発明の実施形態によると、ＩＲフィルター１１５と結合されるＲ、Ｇ、および、Ｂフィルター１１７Ｒ、１１７Ｇ、および、１１７Ｂは、可視帯内の波長を有するＲ、ＧとＢ光を通過させると共に、少なくとも特定波長を有するＩＲ光を遮断することができる。ＩＲフィルター１１５により遮断されるＩＲ光の特定波長が以下の記述により説明される。
図１の実施形態において、Ｒ、Ｇ、および、Ｂフィルター１１７Ｒ、１１７Ｇ、および、１１７Ｂが、ＩＲフィルター１１５上に設置される。イメージセンサー１００は、さらに、Ｒ、Ｇ、および、Ｂ画素１００Ｒ、１００Ｇ、および、１００Ｂで、パッシベーション膜１１１上に形成されるパターン化されたバッファ層１１３を含む。パターン化されたバッファ層１１３は、ＩＲ画素１００ＩＲに開口を有する。ＩＲフィルター１１５が、パターン化されたバッファ層１１３上に形成される。ＩＲフィルター１１５は、さらに、ＩＲ画素１００ＩＲに開口を有する。図１の実施形態において、パターン化されたバッファ層１１３が、ＩＲフィルター１１５の形成のために、エッチング停止層として用いられる。
イメージセンサー１００は、さらに、ＩＲ画素１００ＩＲに設置されるＩＲパスフィルター１１９を含む。ＩＲパスフィルター１１９は、ＩＲバンド中の波長を有するＩＲ光を通過させる。ＩＲパスフィルター１１９は、ＩＲ画素１００ＩＲで、第一パッシベーション層１１１上に形成される。また、ＩＲパスフィルター１１９が、ＩＲ画素１００ＩＲに位置するパターン化されたバッファ層１１３、ＩＲフィルター１１５とＲ、Ｇ、および、Ｂフィルター１１７Ｒ、１１７Ｇ、および、１１７Ｂの開口に充填される。ＩＲパスフィルター１１９は、ＩＲフィルターの上面より高い上面を有する。いくつかの実施形態において、ＩＲパスフィルター１１９の上面は、Ｒ、Ｇ、および、Ｂフィルター１１７Ｒ、１１７Ｇ、および、１１７Ｂの上面と同一高さである。別の実施形態において、ＩＲパスフィルター１１９の上面は、Ｒ、Ｇ、および、Ｂフィルター１１７Ｒ、１１７Ｇ、および、１１７Ｂの上面より低い、または、高い。図１に示されるように、ＩＲパスフィルター１１９は、さらに、イメージセンサー１００の周辺領域１００Ｐ中に設置される。周辺領域１００Ｐ中のＩＲパスフィルター１１９は遮光効果を有し、且つ、遮光素子として用いられる。
図１に示されるように、イメージセンサー１００は、さらに、Ｒ、Ｇ、および、Ｂフィルター１１７Ｒ、１１７Ｇ、および、１１７ＢとＩＲパスフィルター１１９上に設置されるマイクロレンズ構造１２３を含む。そのうえ、イメージセンサー１００は、マイクロレンズ構造１２３上に設置されるダブルバンドパスフィルター１２５を有する。ダブルバンドパスフィルター１２５は、可視帯内の第一波長を有する光線、および、特定ＩＲバンドの第二波長を有する光線を通過させることができる。特定ＩＲバンドの第二波長は後に説明する。ダブルバンドパスフィルター１２５下に設置されるイメージセンサー１００の素子は、画像センサー装置ユニット１３０と称される。
図２を参照すると、本発明のいくつかの実施形態による物体１２９を撮像するイメージセンサー１００の配置を説明する図である。図２に示されるように、イメージセンサー１００は、さらに、光源ユニット１２７を有し、特定バンドの波長を有するＩＲ光１２８を、物体１２９に照射するように配置される。いくつかの実施形態において、光源ユニット１２７のＩＲ光１２８の特定バンドの波長は、図１のイメージセンサー１００のＩＲフィルター１１５により遮断されるＩＲ光の特定波長と一致する。さらに、光源ユニット１２７のＩＲ光１２８の特定バンドの波長も、ダブルバンドパスフィルター１２５の特定ＩＲバンドの第二波長と一致する。いくつかの実施形態において、光源ユニット１２７は、約 ８５０nmの近赤外線内で操作するＬＥＤである。よって、ＩＲフィルター１１５により遮断されるＩＲ光の特定波長は約 ８５０nmである。また、ダブルバンドパスフィルター１２５の特定ＩＲバンドの第二波長は約 ８５０nmである。
図２に示されるように、物体１２９により反射されるＩＲ光１２８’が、ダブルバンドパスフィルター１２５から画像センサー装置ユニット１３０を通過する。ダブルバンドパスフィルター１２５の特定ＩＲバンドの第二波長は、光源ユニット１２７のＩＲ光１２８の特定バンドの波長と一致するので、ダブルバンドパスフィルター１２５から画像センサー装置ユニット１３０を通過した後のＩＲ光１２８”も、光源ユニット１２７のＩＲ光１２８の波長と同じ波長を有する。
再度、図１を参照すると、ＩＲ光１２８”が、ＩＲパスフィルター１１９により通過すると共に、ＩＲ画素１００ＩＲで、フォトダイオード１０３により受信されて、物体１２９の深さ情報のＩＲ信号を得る。一方、図３を参照すると、本発明のいくつかの実施形態による、それぞれ、イメージセンサー１００Ｒフィルター１１７Ｒ、Ｇフィルター１１７Ｇ、Ｂフィルター１１７Ｂ、ＩＲパスフィルター１１９、選択的ＩＲフィルター１１５ＳＩＲとＩＲカットオフフィルター １１５IR-cutの光学特性を説明する透過率対波長のグラフである。図３に示されるように、可視光は、Ｒ、Ｇ、および、Ｂフィルター１１７Ｒ、１１７Ｇ、および、１１７Ｂを通過して、可視帯で、Ｒ、Ｇ、および、Ｂ信号を生成することができる。さらに、７００nmから１２００nmのＩＲバンドの波長を有するＩＲ光も、高透過率で、Ｒ、Ｇ、および、Ｂフィルター１１７Ｒ、１１７Ｇ、および、１１７Ｂを通過することができる。よって、Ｒ、Ｇ、および、Ｂ信号が、ＩＲバンドの波長、たとえば、７００nm〜１２００nmで生成される。よって、ＩＲ光１２８”も、Ｒ、Ｇ、および、Ｂフィルター１１７Ｒ、１１７Ｇ、および、１１７Ｂを通過する。ＩＲ光１２８”は、Ｒ、Ｇ、および、Ｂ画素で、フォトダイオード１０３により受信される場合、ＩＲ信号ノイズが生成される。
本発明の実施形態によると、少なくとも特定波長を有するＩＲ光を遮蔽することができ、光源ユニット１２７のＩＲ光１２８の波長と同じであるＩＲフィルター１１５は、Ｒ、Ｇ、および、Ｂフィルター１１７Ｒ、１１７Ｇ、および、１１７Ｂと積み重ねられる。よって、ＩＲ光１２８”は、ＩＲフィルター１１５により遮蔽される。Ｒ、Ｇ、および、Ｂ画素中のフォトダイオード１０３は、ＩＲ光を受信しない、または、低透過率のＩＲ光だけを受信する。その結果、ＩＲ信号ノイズが、イメージセンサー１００で生成されるのを防止することができる。言い換えれば、イメージセンサー１００は、純粋なＩＲ信号を収集することができる。
図２に示されていないが、自然光、または、別の光源からの可視光も、物体１２９により反射されて、反射する可視光を生成する。反射する可視光は、ダブルバンドパスフィルター１２５から、画像センサー装置ユニット１３０に通過する。その後、反射した可視光は、Ｒ、Ｇ、および、Ｂフィルター１１７Ｒ、１１７Ｇ、および、１１７Ｂにより通過して、Ｒ、Ｇ、および、Ｂ画素１００Ｒ、１００Ｇ、および、１００Ｂで、フォトダイオード１０３により受信されて、物体１２９のカラーイメージ情報のＲ、Ｇ、および、Ｂ信号を得る。
この実施形態において、ＩＲフィルター１１５は、Ｒ、Ｇ、および、Ｂフィルター１１７Ｒ、１１７Ｇ、および、１１７Ｂと重ねられる。ＩＲフィルター１１５は、可視帯の波長を有する光線を通過させると共に、ＩＲバンド中の特定波長を有する光線を遮蔽することができる。いくつかの実施形態において、ＩＲフィルター１１５は、図３の選択的ＩＲフィルター１１５ＳＩＲで、ＩＲバンドの特定波長λsを有する光線だけを遮蔽する。選択的ＩＲフィルター１１５ＳＩＲの特定波長λsは、光源ユニット１２７のＩＲ光１２８の波長と一致し、たとえば、約８５０nmである。別の実施形態において、ＩＲフィルター１１５は、図３のＩＲカットオフフィルター１１５IR-cutで、ＩＲバンド全体、たとえば、７００nm〜１２００nm以上の波長を有する光線を遮蔽する。よって、ＩＲフィルター１１５と結合されるＲ、Ｇ、および、Ｂフィルター１１７Ｒ、１１７Ｇ、および、１１７Ｂは、可視帯内の波長を有する光線を通過させ、および、特定波長λsを有するＩＲ光を遮蔽することができる。その結果、Ｒ、Ｇ、および、Ｂ画素のフォトダイオード１０３からＩＲ信号ノイズが生成されないか、生成されても低い。
図３に示されるように、いくつかの実施形態において、ＩＲパスフィルター１１９は、たとえば、８００nm〜１２００nm以上のＩＲバンド中の波長を有するＩＲ光を通過させる。ＩＲ信号は、ＩＲ画素に位置するフォトダイオード１０３からのみ得られる。よって、本発明の実施形態によるイメージセンサー１００は、純粋なＩＲ信号収集を達成することができる。
図４Ａは、Ｒ、Ｇ、および、Ｂ画素にＩＲフィルターがないイメージセンサーのＲ、Ｇ、および、Ｂ画素に位置するフォトダイオードから得られるＲ、Ｇ、および、Ｂ信号を説明する透過率対波長のグラフである。図４Ａに示されるように、Ｒ、Ｇ、および、Ｂ信号は、ＩＲバンドの特定波長λsで、高透過率Ｔ１を有する。特定波長λsは、光源ユニットのＩＲ光の特定バンドの波長と一致する。ＩＲバンドの特定波長λsの高透過率Ｔ１は、Ｒ、Ｇ、および、Ｂ画素で、フォトダイオードにより受信され、ＩＲ信号ノイズを生じる。透過率Ｔ１は、約９５％〜約１５％である。
図４Ｂは、本発明のいくつかの実施形態によるＲ、Ｇ、および、Ｂ画素に、ＩＲフィルター１１５があるイメージセンサー１００のＲ、Ｇ、および、Ｂ画素に位置するフォトダイオードから得られるＲ、Ｇ、および、Ｂ信号を説明する透過率対波長のグラフである。図４Ｂに示されるように、ＩＲバンドの特定波長λsで、低透過率T２を有する。特定波長λsは、図２の光源ユニット１２７のＩＲ光１２８の特定バンドの波長と一致する。ＩＲフィルター１１５は、Ｒ、Ｇ、および、Ｂ画素で、Ｒ、Ｇ、および、Ｂフィルターを通過するＩＲ光を遮断する。よって、Ｒ、Ｇ、および、Ｂ画素のフォトダイオードは、ＩＲ光を受信しないか、または、低透過率Ｔ１のＩＲ光だけを受信する。イメージセンサー１００のＲ、Ｇ、および、Ｂ画素のフォトダイオードから生成されるＩＲ信号ノイズはないか、または低い。いくつかの実施形態において、透過率Ｔ２は、約０％〜約２％である。
図５を参照すると、本発明のいくつかの実施形態による裏面照明（ＢＳＩ）イメージセンサー１００の一部の断面が示される。図５と図１のイメージセンサー１００間のひとつの差異は、図５のＲ、Ｇ、および、Ｂフィルター１１７Ｒ、１１７Ｇ、および、１１７Ｂが、ＩＲフィルター１１５の下に設置されることである。そのうえ、図５のパッシベーション層１１１上に形成されるパターン化されたバッファ層がない。図５の実施形態において、ＩＲパスフィルター１１９が、ＩＲ画素１００ＩＲ中に設置されると共に、Ｒ、Ｇ、および、Ｂフィルター１１７Ｒ、１１７Ｇ、および、１１７Ｂの開口中に充填される。いくつかの実施形態において、図５に示されるように、ＩＲパスフィルター１１９は、ＩＲフィルターの上面より低い上面を有し、キャビティ１２０がＩＲパスフィルター１１９上に形成される。マイクロレンズ構造１２３の形成材料が、さらに、ＩＲパスフィルター１１９上に形成されるキャビティ１２０中に充填される。別の実施形態において、ＩＲパスフィルター１１９の上面は、ＩＲ光を遮蔽するのに必要なＩＲフィルター１１５の厚さに基づいて、ＩＲフィルター１１５の上面と同じか、または、それより高い。
図５の実施形態において、Ｒ、Ｇ、および、Ｂフィルター１１７Ｒ、１１７Ｇ、および、１１７Ｂ上に設置されるＩＲフィルター１１５は、まず、少なくとも特定波長を有するＩＲ光を遮蔽し、可視帯の波長を有する光線を通過させる。ＩＲフィルター１１５により遮蔽されるＩＲ光の特定波長は、図２に示されるイメージセンサー１００の光源ユニット１２７からのＩＲ光１２８の特定バンドの波長と一致する。よって、ＩＲ信号ノイズがないか、または、低ＩＲ信号ノイズが、イメージセンサー１００のＲ、Ｇ、および、Ｂ画素に位置するフォトダイオード１０３から生成される。イメージセンサー１００は、ＩＲ画素１００ＩＲに位置するフォトダイオード１０３から、純粋なＩＲ信号を収集することができ、ノイズが発生しない。
図６Ａ〜図６Ｄは、いくつかの実施形態による図１のイメージセンサーを製造するいくつかの中間段階１００を説明する断面図である。図６Ａを参照すると、複数のフォトダイオード１０３を含む半導体基板１０１が提供される。各フォトダイオード１０３が、赤色（Ｒ）画素１００Ｒ、緑色（Ｇ）画素１００Ｇ、青色（Ｂ）画素１００Ｂと赤外線（ＩＲ）画素１００ＩＲの一つの画素中に設置される。配線層１２１が、半導体基板１０１表面に形成され、フォトダイオード１０３下に設置される。いくつかの金属層といくつかの誘電層からなる配線層１２１は、従来の半導体集積回路処理技術により形成される。
高誘電率膜１０５が、半導体基板１０１の別の表面上に形成され、フォトダイオード１０３上に設置される。パッシベーション膜１０７が高誘電率膜１０５上に形成される。遮光分割膜１０９がパッシベーション膜１０７上に形成される。遮光分割膜１０９は、イメージセンサー１００の二つの隣接する画素間に設置される複数の仕切りを有し、クロストークを回避する。そのうえ、別のパッシベーション層１１１が形成されて、遮光分割膜１０９を被覆すると共に、遮光分割膜１０９の開口中に充填される。
図６Ａに示されるように、バッファ材料層１１２がパッシベーション膜１１１上に形成される。バッファ材料層１１２が、コーティングプロセスにより、パッシベーション層１１１上に形成される。次に、ＩＲフィルター材料層１１４が、画素アレイ領域１００Ａ中のバッファ材料層１１２上に形成される。ＩＲフィルター材料層１１４がコーティングプロセスにより形成される。
図６Ｂを参照すると、ＩＲ画素１００ＩＲのＩＲフィルター材料層１１４の一部が、バッファ材料層１１２をエッチング停止層として用いることにより、エッチングプロセスで除去されて、ＩＲフィルター１１５を形成する。その後、ＩＲ画素１００ＩＲのバッファ材料層１１２の一部が、別のエッチングプロセスにより除去されて、パターン化されたバッファ層１１３を形成する。よって、開口１１６は、パターン化されたバッファ層１１３とＩＲフィルター１１５中に形成される。上述したように、ＩＲフィルター１１５は、少なくとも特定波長を有するＩＲ光を遮断する。
図６Ｃを参照すると、Ｒフィルター１１７Ｒ、Ｇフィルター１１７ＧとＢフィルター１１７Ｂが、それぞれ、Ｒ、Ｇ、および、Ｂ画素１００Ｒ、１００Ｇ、および１００Ｂで、ＩＲフィルター１１５上に形成される。いくつかの実施形態において、Ｒ、Ｇ、および、Ｂフィルター１１７Ｒ、１１７Ｇ、および、１１７Ｂが、コーティングとフォトリソグラフィにより形成される。
図６Ｄを参照すると、ＩＲパスフィルター１１９が、ＩＲフィルター１１５とパッシベーション膜１１１の開口１１２と１１６中に形成される。さらに、ＩＲパスフィルター１１９は、さらに、周辺領域１００Ｐ中のパッシベーション膜１１１上に形成される。いくつかの実施形態において、ＩＲパスフィルター１１９が、コーティングプロセスにより形成されて、Ｒ、Ｇ、および、Ｂフィルター１１７Ｒ、１１７Ｇ、および、１１７Ｂの上面と同一表面の上面を有する。別の実施形態において、ＩＲパスフィルター１１９が形成されて、Ｒ、Ｇ、および、Ｂフィルター１１７Ｒ、１１７Ｇ、および、１１７Ｂの上面より低いか、または、高い上面を有する。
次に、マイクロレンズ構造１２３が、Ｒ、Ｇ、および、Ｂフィルター１１７Ｒ、１１７Ｇ、および、１１７ＢとＩＲパスフィルター１１９上に形成される。その後、ダブルバンドパスフィルター１２５が提供されて、マイクロレンズ構造１２３上に設置されて、図１のイメージセンサー１００を完成する。
図７Ａ〜図７Ｄは、本発明のいくつかの実施形態による図５のイメージセンサー１００を製造するいくつかの中間段階を説明する断面図である。図７Ａを参照すると、複数のフォトダイオード１０３を含む半導体基板１０１、配線層１２１、高誘電率膜１０５、パッシベーション膜１０７、遮光分割膜１０９とパッシベーション膜１１１が、図６Ａの記述と同じ方法で形成される。この実施形態において、パッシベーション膜１１１上に形成されるパターン化されたバッファ層がない。
図７Ａに示されるように、Ｒフィルター１１７Ｒ、Ｇフィルター１１７ＧとＢフィルター１１７Ｂが、それぞれ、Ｒ、Ｇ、および、Ｂ画素１００Ｒ、１００Ｇ、および、１００Ｂで、パッシベーション膜１１１上に形成される。いくつかの実施形態において、コーティングとフォトリソグラフィプロセスにより、Ｒ、Ｇ、および、Ｂフィルター１１７Ｒ、１１７Ｇ、および、１１７Ｂが形成される。ＩＲ画素１００ＩＲで、Ｒ、Ｇ、および、Ｂフィルター１１７Ｒ、１１７Ｇ、および、１１７Ｂ中に形成される開口１１８がある。
図７Ｂを参照すると、ＩＲフィルター材料層１１４が、Ｒ、Ｇ、および、Ｂフィルター１１７Ｒ、１１７Ｇ、および、１１７Ｂ上に形成されると共に、ＩＲ画素１００ＩＲで、開口１１８中を充填する。ＩＲフィルター材料層１１４はコーティングプロセスにより形成される。
図７Ｃを参照すると、ＩＲ画素１００ＩＲのＩＲフィルター材料層１１４の一部が、エッチングプロセスにより除去されて、ＩＲフィルター１１５を形成する。よって、開口１３１が、ＩＲフィルター１１５中とＲ、Ｇ、および、Ｂフィルター１１７Ｒ、１１７Ｇ、および、１１７Ｂ中に形成される。上述のように、ＩＲフィルター１１５は、少なくとも特定波長を有するＩＲ光を遮蔽する。
図７Ｄを参照すると、ＩＲパスフィルター１１９がパッシベーション膜１１１上に形成されると共に、ＩＲ画素１００ＩＲに位置するＩＲフィルター１１５、および、Ｒ、Ｇ、および、Ｂフィルター１１７Ｒ、１１７Ｇ、および、１１７Ｂの開口１３１中に充填される。さらに、ＩＲパスフィルター１１９は、さらに、周辺領域１００Ｐ中のパッシベーション膜１１１上に形成される。いくつかの実施形態において、ＩＲパスフィルター１１９がコーティングプロセスにより形成されて、ＩＲフィルターの上面より低い上面を有する。よって、ＩＲフィルター１１５上に形成されるキャビティ１２０を有する。別の実施形態において、ＩＲパスフィルター１１９が形成されて、ＩＲフィルターの上面と同じか、または、それより高い表面を有する。
次に、マイクロレンズ構造１２３が、ＩＲフィルター１１５とＩＲパスフィルター１１９上に形成される。いくつかの実施形態において、キャビティ１２０がＩＲフィルター１１５上に形成される。よって、マイクロレンズ構造１２３の形成材料が、キャビティ１２０中にも充填される。その後、ダブルバンドパスフィルター１２５が提供されて、マイクロレンズ構造１２３上に設置され、図５のイメージセンサー１００が完成する。
図１と図５の実施形態において、イメージセンサー１００は、裏面照明（ＢＳＩ）イメージセンサーである。別の実施形態において、本発明のイメージセンサーは表面照明（ＦＳＩ）イメージセンサーである。ＦＳＩイメージセンサーにおいて、図１と図５の配線層１２１は、フォトダイオード１０３上に設置される。さらに、図１と図５の高誘電率膜１０５、パッシベーション膜１０７、遮光分割膜１０９とパッシベーション膜１１１は省略することができる。ＦＳＩイメージセンサーの別の素子、たとえば、パターン化されたバッファ層１１３、ＩＲフィルター１１５、Ｒ、Ｇ、および、Ｂフィルター１１７Ｒ、１１７Ｇ、および、１１７Ｂ、ＩＲパスフィルター１１９、マイクロレンズ構造１２３とダブルバンドパスフィルター１２５は、図１と図５のＢＳＩイメージセンサー１００と同じである。
本発明では好ましい実施例を前述の通り開示したが、これらは決して本発明に限定するものではなく、当該技術を熟知する者なら誰でも、本発明の精神と領域を脱しない範囲内で各種の変動や潤色を加えることができ、従って本発明の保護範囲は、特許請求の範囲で指定した内容を基準とする。
１００〜イメージセンサー
１００Ａ〜画素アレイ領域
１００Ｐ〜周辺領域
１００Ｒ〜赤色画素
１００Ｇ〜緑色画素
１００Ｂ〜青色画素
１００ＩＲ〜赤外線画素
１０１〜半導体基板
１０３〜フォトダイオード
１０５〜高誘電率膜
１０７、１１１〜パッシベーション層
１０９〜遮光分割層
１１２〜バッファ材料層
１１３〜パターン化されたバッファ層
１１４〜ＩＲフィルター材料層
１１５〜ＩＲフィルター
１１６、１１８、１３１〜開口
１１５ＳＩＲ〜選択的ＩＲフィルター
１１５ＩＲ-cut〜ＩＲカットオフフィルター
１１７Ｒ〜Ｒフィルター
１１７Ｇ〜緑フィルター
１１７Ｂ〜青フィルター
１１９〜ＩＲパスフィルター
１２０〜キャビティ
１２１〜配線層
１２３〜マイクロレンズ構造
１２５〜ダブルバンドパスフィルター
１２７〜光源ユニット
１２８、１２８’、１２８”〜ＩＲ光
１２９〜物体
１３０〜画像センサー装置ユニット
λS〜特定波長

Claims (6)

  1. 赤色（Ｒ）画素、緑色（Ｇ）画素、青色（Ｂ）画素と赤外線（ＩＲ）画素と、
    それぞれ、前記Ｒ、Ｇ、および、Ｂ画素中に設置されるＲ、Ｇ、および、Ｂフィルターと、
    上面が前記Ｒ、Ｇ、および、Ｂフィルターの上面より高く、前記ＩＲ画素に設置されるＩＲパスフィルターと、
    前記Ｒ、Ｇ、および、Ｂフィルターの上に設置され、少なくとも特定波長を有するＩＲ光を遮蔽するＩＲフィルターと、
    前記ＩＲフィルターと前記ＩＲパスフィルター上に設置されるマイクロレンズ構造を含み、
    前記ＩＲパスフィルターの上面は、前記ＩＲフィルターの上面より低く、
    前記ＩＲパスフィルター上に設置されるマイクロレンズ構造の底面は、前記ＩＲフィルターの上面より低いこと特徴とするイメージセンサー。
  2. さらに、特定バンドの波長を有するＩＲ光を物体に照射するように設置される光源ユニットを含み、前記ＩＲフィルターにより遮蔽される前記ＩＲ光の前記特定波長は、前記光源ユニットの前記ＩＲ光の前記特定バンドの前記波長と一致し、前記ＩＲフィルターと前記Ｒ、Ｇ、および、Ｂフィルターが結合したものは、可視帯の波長を有するＲ、Ｇ、および、Ｂ光を通過させ、前記特定バンドの前記波長を有する前記光源ユニットの前記ＩＲ光を遮蔽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ー。
  3. 前記ＩＲフィルターは、前記特定波長を有するＩＲ光を遮蔽する選択的ＩＲフィルター、または、ＩＲバンド全体の波長を有するＩＲ光を遮蔽するＩＲカットオフフィルターを含むことを特徴とする請求項１と２のいずれかに記載のイメージセンサー。
  4. 画素アレイ領域と前記画素アレイ領域を囲む周辺領域を有し、前記Ｒ、Ｇ、および、Ｂフィルター、前記ＩＲフィルターと前記ＩＲパスフィルターが前記画素アレイ領域中に設置され、前記ＩＲパスフィルターがさらに、遮光素子として、前記周辺領域中に設置されることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載のイメージセンサー。
  5. 前記マイクロレンズ構造上に設置されるダブルバンドパスフィルターを更に備え、
    前記ダブルバンドパスフィルターは、可視帯の第一波長を有する光線、および、特定ＩＲバンドの第二波長を有する光線を通過させ、前記特定ＩＲバンドの前記第二波長は、前記光源ユニットの前記ＩＲ光の前記特定波長と一致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ー。
  6. 複数のフォトダイオードを含み、前記各フォトダイオードが、赤色（Ｒ）画素、緑色（Ｇ）画素、青色（Ｂ）画素と赤外線（ＩＲ）画素の一つの画素中に設置される半導体基板を供給する、工程と、
    前記Ｒ、Ｇ、および、Ｂ画素に、それぞれ、Ｒ、Ｇ、および、Ｂフィルターを、前記Ｒ、Ｇ、および、Ｂフィルターで開口を有するように形成する工程と、
    前記Ｒ、Ｇ、および、Ｂフィルター上、および、前記開口の中と上部に、ＩＲフィルター材料層を形成する工程と、
    前記ＩＲフィルター材料層のうち、前記ＩＲ画素に位置する部分を除去して、ＩＲフィルターを形成し、前記ＩＲフィルターは、少なくとも特定波長を有するＩＲ光を遮蔽し、前記ＩＲフィルターが、前記ＩＲ画素で、開口を有する工程と、
    前記ＩＲ画素で、前記ＩＲフィルターの前記開口中に、ＩＲパスフィルターを形成し、前記ＩＲパスフィルターの上面は、前記ＩＲフィルターの上面より低く、キャビティが前記ＩＲパスフィルター上に形成される工程と、
    前記ＩＲフィルターと前記ＩＲパスフィルター上にマイクロレンズ構造を形成し、前記マイクロレンズ構造が、前記ＩＲパスフィルター上に形成される前記キャビティ中に充填される工程と、
    を含むことを特徴とするイメージセンサーの形成方法。
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