JP7488946B2 - イメージセンサ及びその製造方法 - Google Patents

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Description

本開示は、イメージセンサ及びこのイメージセンサの製造方法に関する。
相補型金属酸化膜半導体（ＣＭＯＳ）イメージセンサ（ＣＩＳとも呼ばれる）の分野では、レンズアレイは、外光を受光するために感光性素子の上方に配置されることは可能であろう。しかしながら、エッチングプロセスは、レンズアレイを形成するときにレンズ材料の下の基板を損傷することがある。加えて、レンズアレイの上方に配置された要素は、その要素とレンズアレイとの間の応力の不均衡を引き起こす可能性があり、これによりウェハの湾曲が生じる可能性がある。それゆえ、上記の問題を解決する必要がある。
本開示のイメージセンサの製造方法によれば、製造プロセスにおける上述した問題を解決することができ、これによりイメージセンサの性能を向上させることができる。
本開示のイメージセンサは、レンズアレイとこのレンズアレイの上方に配置された要素との境界における応力不均衡を解決するために、より滑らかな傾斜を有する。
本開示の１つの態様は、イメージセンサの製造方法を提供することである。この製造方法は、以下の工程を含む。基板が提供される。レンズ層が、基板の上に形成される。パターン化されたハードマスク層がレンズ層上に形成される。レンズ層がエッチングされ、パターン化されたハードマスク層のパターンがレンズ層に転写されて、複数のレンズが画定され、このレンズは、マイクロレンズ又はメタ・サーフェス（ｍｅｔａ－ｓｕｒｆａｃｅ）レンズである。クラッド層が、上記複数のレンズ及び基板を覆うように形成される。クラッド層の一部分がエッチングされ、第１の傾斜した側壁及び第２の傾斜した側壁が形成され、第１の傾斜した側壁は、第２の傾斜した側壁の上方にあり、基板上の第１の傾斜した側壁の投影は、基板上の第２の傾斜した側壁の投影から離間している。複数の膜を有するバンドパスフィルタ層が、クラッド層上にコンフォーマルに（その表面形状に追随するように）形成され、基板を覆う。
本開示のいくつかの実施形態は、基板の上方にレンズ層を形成する前に、以下の工程をさらに含む。第３の傾斜した側壁を有し、基板上にトレンチ（溝）を有するフォトレジスト層が形成される。第４の傾斜した側壁を有するレンズ層は、トレンチ内に形成される。フォトレジスト層が除去され、第３の傾斜した側壁と基板の上面との間の角度は９０度よりも大きく、第４の傾斜した側壁と基板の上面との間の角度は９０度よりも小さい。
本開示のいくつかの実施形態は、基板の上方にレンズ層を形成した後に、以下の工程をさらに含む。リフィル層（再充填層）が基板上に形成され、レンズ層を取り囲み、レンズ層の上面は、リフィル層の上面と実質的に同一平面上にある（面一である）。パターン化されたハードマスク層は、リフィル層上に形成される。リフィル層は、パターン化されたハードマスク層のパターンをリフィル層に転写するようにエッチングされ、それにより、リフィル層の残りの部分及び下地層が画定され、下地層は、複数のレンズと基板との間に配置され、下地層は、残りの部分に接続する。
本開示のいくつかの実施形態は、リフィル層の残りの部分及び下地層が画定された後、以下の工程をさらに含む。保護層が、複数のレンズを覆い、リフィル層の残りの部分を露出させるように形成される。リフィル層の残りの部分は除去される。保護層が除去される。反射防止膜が複数のレンズの上面に形成される。
本開示のいくつかの実施形態は、リフィル層の残りの部分及び下地層が画定された後、以下の工程をさらに含む。保護層が、複数のレンズ及びリフィル層の残りの部分の第１の部分を覆うように形成され、リフィル層の残りの部分の第２の部分は露出している。リフィル層の残りの部分の第２の部分が除去される。保護層が除去される。反射防止膜が、複数のレンズの上面、及びリフィル層の残りの部分の第１の部分の上面に形成される。
本開示のいくつかの実施形態によれば、基板の上方にレンズ層を形成する前に、下地層が基板に形成される。
本開示のいくつかの実施形態は、複数のレンズ及び基板を覆うようにクラッド層を形成する工程、並びにクラッド層の部分をエッチングして第１の傾斜した側壁及び第２の傾斜した側壁を形成する工程において、以下の工程をさらに含む。第１のクラッド層が、複数のレンズ及び基板を覆うように形成される。第１のクラッド層の一部分がエッチングされ、基板の一部分が露出され、第３の傾斜した側壁が形成される。第２のクラッド層が、第１のクラッド層及び基板の上記一部分の上に形成され、クラッド層の上部に第１の傾斜した側壁が形成される。第２のクラッド層の一部分がエッチングされ、クラッド層の下段（下部、ボトム）に第２の傾斜した側壁が形成される。
本開示のいくつかの実施形態によれば、第２の傾斜した側壁と基板の上面との間の角度は、２０度～６０度の範囲にあり、第３の傾斜した側壁と基板の上面との間の角度は、２０度～６０度の範囲にある。
本開示のいくつかの実施形態は、クラッド層の一部分をエッチングして第１の傾斜した側壁及び第２の傾斜した側壁を形成する工程において、以下の工程をさらに含む。クラッド層の第１の部分がエッチングされ、クラッド層の上部に第１の傾斜した側壁が形成され、第１の傾斜した側壁と基板の上面との間の角度は、２０度～６０度の範囲にある。クラッド層の第２の部分がエッチングされ、クラッド層の下段に第２の傾斜した側壁が形成され、第２の傾斜した側壁と基板の上面との間の角度は、２０度～６０度の範囲にある。
本開示の１つの態様は、イメージセンサを提供することである。このイメージセンサは、基板と、複数のレンズと、クラッド層と、バンドパスフィルタ層とを含む。複数のレンズは基板上に配置され、この複数のレンズはマイクロレンズ又はメタ・サーフェスレンズである。クラッド層は、複数のレンズ及び基板の上に配置される。クラッド層は、第１の傾斜した側壁及び第２の傾斜した側壁を有し、第１の傾斜した側壁は、第２の傾斜した側壁の上方にある。基板上の第１の傾斜した側壁の投影は、基板上の第２の傾斜した側壁の投影から離間している。複数の膜を有するバンドパスフィルタ層は、クラッド層上にコンフォーマルに配置され、基板を覆う。
本開示のいくつかの実施形態によれば、当該イメージセンサは、上記レンズの上面に配置された反射防止膜をさらに含む。
本開示のいくつかの実施形態によれば、イメージセンサは、基板上に配置され複数のレンズを取り囲むリフィル層をさらに含み、リフィル層の厚さは０．１μｍ～１００μｍの範囲にある。
本開示のいくつかの実施形態によれば、当該イメージセンサは、レンズの上面及びリフィル層の上面に配置された反射防止膜をさらに含む。
本開示のいくつかの実施形態によれば、当該イメージセンサは、複数のレンズと基板との間に配置された下地層をさらに含み、この下地層の厚さは０．０１～１００μｍの範囲にある。
本開示のいくつかの実施形態によれば、レンズの材料は、ａ－Ｓｉ、ＳｉＨ、ＧｅＨ、Ｇｅ、ＧｅＯ、又はＧｅＳｉＨである。
本開示のいくつかの実施形態によれば、下地層の材料は、レンズの材料とは異なる。
本開示のいくつかの実施形態によれば、下地層の材料はレンズの材料と同じであり、下地層の厚さは０．０１μｍ～１００μｍの範囲にある。
本開示のいくつかの実施形態によれば、第２の傾斜した側壁の最外側から下地層の最外側までの距離は、４０μｍ～１００μｍの範囲にある。
本開示のいくつかの実施形態によれば、複数のレンズがマイクロレンズである場合、基板上のマイクロレンズの投影は、基板上の下地層の投影内にある。
本開示のいくつかの実施形態によれば、第１の傾斜した側壁と基板の上面との間の角度は２０度～６０度の範囲にあり、第２の傾斜した側壁と基板の上面との間の角度は２０度～６０度の範囲にある。
本開示の態様は、添付の図面とともに読まれるとき、以下の詳細な説明から最もよく理解される。当業界における標準的な実務に従って、様々な特徴部は縮尺通りに描かれていないことに留意されたい。実際、種々の特徴部の寸法は、議論の明確性のために、任意に増大又は低減されている場合がある。
図１Ａ～図１Ｌは、本開示のいくつかの実施形態に係るイメージセンサの製造方法の一連の断面図である。 図１Ａ～図１Ｌは、本開示のいくつかの実施形態に係るイメージセンサの製造方法の一連の断面図である。 図１Ａ～図１Ｌは、本開示のいくつかの実施形態に係るイメージセンサの製造方法の一連の断面図である。 図１Ａ～図１Ｌは、本開示のいくつかの実施形態に係るイメージセンサの製造方法の一連の断面図である。 図１Ａ～図１Ｌは、本開示のいくつかの実施形態に係るイメージセンサの製造方法の一連の断面図である。 図１Ａ～図１Ｌは、本開示のいくつかの実施形態に係るイメージセンサの製造方法の一連の断面図である。 図１Ａ～図１Ｌは、本開示のいくつかの実施形態に係るイメージセンサの製造方法の一連の断面図である。 図１Ａ～図１Ｌは、本開示のいくつかの実施形態に係るイメージセンサの製造方法の一連の断面図である。 図１Ａ～図１Ｌは、本開示のいくつかの実施形態に係るイメージセンサの製造方法の一連の断面図である。 図１Ａ～図１Ｌは、本開示のいくつかの実施形態に係るイメージセンサの製造方法の一連の断面図である。 図１Ａ～図１Ｌは、本開示のいくつかの実施形態に係るイメージセンサの製造方法の一連の断面図である。 図１Ａ～図１Ｌは、本開示のいくつかの実施形態に係るイメージセンサの製造方法の一連の断面図である。 図２Ａ～図２Ｃは、本開示の代替的な実施形態に係る、図１Ｌのイメージセンサのクラッド層の製造の一連の断面図である。 図２Ａ～図２Ｃは、本開示の代替的な実施形態に係る、図１Ｌのイメージセンサのクラッド層の製造の一連の断面図である。 図２Ａ～図２Ｃは、本開示の代替的な実施形態に係る、図１Ｌのイメージセンサのクラッド層の製造の一連の断面図である。 図３Ａ～図３Ｆは、本開示のいくつかの実施形態に係るイメージセンサの製造方法の一連の断面図である。 図３Ａ～図３Ｆは、本開示のいくつかの実施形態に係るイメージセンサの製造方法の一連の断面図である。 図３Ａ～図３Ｆは、本開示のいくつかの実施形態に係るイメージセンサの製造方法の一連の断面図である。 図３Ａ～図３Ｆは、本開示のいくつかの実施形態に係るイメージセンサの製造方法の一連の断面図である。 図３Ａ～図３Ｆは、本開示のいくつかの実施形態に係るイメージセンサの製造方法の一連の断面図である。 図３Ａ～図３Ｆは、本開示のいくつかの実施形態に係るイメージセンサの製造方法の一連の断面図である。 図４は、図３Ａ～図３Ｆに示される製造方法によるイメージセンサの断面図である。 図５Ａ～図５Ｆは、本開示のいくつかの実施形態に係るイメージセンサの製造方法の一連の断面図である。 図５Ａ～図５Ｆは、本開示のいくつかの実施形態に係るイメージセンサの製造方法の一連の断面図である。 図５Ａ～図５Ｆは、本開示のいくつかの実施形態に係るイメージセンサの製造方法の一連の断面図である。 図５Ａ～図５Ｆは、本開示のいくつかの実施形態に係るイメージセンサの製造方法の一連の断面図である。 図５Ａ～図５Ｆは、本開示のいくつかの実施形態に係るイメージセンサの製造方法の一連の断面図である。 図５Ａ～図５Ｆは、本開示のいくつかの実施形態に係るイメージセンサの製造方法の一連の断面図である。 図６は、図５Ａ～図５Ｆに示される製造方法によるイメージセンサの断面図である。 図７Ａ～図７Ｅは、本開示のいくつかの実施形態に係るイメージセンサの製造方法の一連の断面図である。 図７Ａ～図７Ｅは、本開示のいくつかの実施形態に係るイメージセンサの製造方法の一連の断面図である。 図７Ａ～図７Ｅは、本開示のいくつかの実施形態に係るイメージセンサの製造方法の一連の断面図である。 図７Ａ～図７Ｅは、本開示のいくつかの実施形態に係るイメージセンサの製造方法の一連の断面図である。 図７Ａ～図７Ｅは、本開示のいくつかの実施形態に係るイメージセンサの製造方法の一連の断面図である。 図８は、図７Ａ～図７Ｅに示される製造方法によるイメージセンサの断面図である。 図９は、本開示のいくつかの実施形態に係るイメージセンサの断面図である。 図１０は、本開示のいくつかの実施形態に係るイメージセンサの断面図である。 図１１は、本開示のいくつかの実施形態に係るイメージセンサの断面図である。 図１２は、図８に示されるイメージセンサの領域の上面図である。 図１３Ａ、１３Ｂ、１３Ｃは、図１２のメタ・サーフェスレンズの上面図である。
以下の開示は、提供される主題の異なる特徴部を実装するための多くの異なる実施形態又は例を提供する。本開示を簡略化するために、構成要素及び配置の具体的な例を以下に記載する。これらは、もちろん、単なる例であり、限定することを意図するものではない。例えば、以下の説明における第２の特徴部の上方又は第２の特徴部上の（に接した）第１の特徴部の形成は、第１及び第２の特徴部が直接接触して形成される実施形態を含んでもよく、また、追加の特徴部が第１及び第２の特徴部の間に形成されてもよく、従って、第１及び第２の特徴部が直接接触しなくてもよい実施形態を含んでもよい。加えて、本開示は、様々な例において参照番号及び／又は参照文字を繰り返す場合がある。この繰り返しは、簡潔さ及び明瞭さの目的のためであり、それ自体が、論じられる様々な実施形態及び／又は構成の間の関係を定めるものではない。
第１、第２等の用語は、様々な要素を説明するために本明細書で使用される場合があるが、これらの要素は、これらの用語によって限定されるべきではないことが理解されよう。これらの用語は、ある要素を別の要素と区別するためにのみ使用される。例えば、実施形態の射程から逸脱しない範囲で、第１の要素を第２の要素と呼ぶことができ、同様に、第２の要素を第１の要素と呼ぶことができる。本明細書で使用される場合、用語「及び（並びに）／又は（若しくは）」は、関連する列挙された項目のうちの１つ以上の任意の及びすべての組み合わせを含む。
さらに、「下」、「下方」、「上」、「上方」等の空間的に相対的な用語が、図に示されているような、ある要素又は特徴部と別の要素又は特徴部との関係を説明するために、説明を容易にするために本明細書で使用される場合がある。空間的に相対的な用語は、図に描かれた配向に加えて、使用中又は動作中のデバイスの異なる配向を包含することが意図されている。装置は、別様の配向にあって（９０度又は他の配向で回転されて）もよく、本明細書で使用される空間的相対記述語は、同様に、それに応じて解釈されてもよい。
本発明は、イメージセンサの７つの実施形態（図１Ｌ、図４、図６、及び図８～図１１に示す）と、これらの７つの実施形態における２種類のレンズとを開示する。この２種類のレンズは、マイクロレンズ又はメタ・サーフェスレンズである。図１Ｌ、図４及び図６のイメージセンサでは、レンズ１８０はマイクロレンズである。図８～図１１のイメージセンサでは、レンズ７５０はメタ・サーフェスレンズである。本開示の方法及び構造の実施形態を、以下で詳細に説明する。
以下の図によって示されるプロセスの前、そのプロセス中、及びそのプロセスの後に追加の工程を提供することができ、プロセスの追加の実施形態について、以下で説明される工程のいくつかを置換又は排除することができることを理解されたい。いくつかの工程の順序は交換可能である場合がある。
図１Ａ～図１Ｌは、本開示のいくつかの実施形態に係るイメージセンサ１０００Ａの製造方法の一連の断面図である。図１Ａに示すように、基板１１０が提供され、基板１１０は基板１１０に埋め込まれた感光性回路アレイを含む。この感光性回路アレイは、複数の感光性素子１１２を含む。感光性素子１１２は、フォトダイオード又は単一光子アバランシェダイオード（ＳＰＡＤ）であってもよいが、これに限定されない。感光性回路アレイは、外光を検出するように構成されている。フォトレジスト層１２０が基板１１０上に配置され、トレンチ１３０がフォトレジスト層１２０に形成される。すなわち、基板１１０とフォトレジスト層１２０とでトレンチ１３０が形成される。なお、フォトレジスト層１２０及びトレンチ１３０は、複数のレンズ（マイクロレンズ又はメタ・サーフェスレンズを含む）が形成されるレンズアレイ領域ＡＡを画定し、周辺領域ＰＡはレンズのない領域である。
図１Ａに示すように、フォトレジスト層１２０は、傾斜した側壁１２２が基板１１０の上面１１４の方を向くように、フォトレジスト層１２０の傾斜した側壁１２２と基板１１０の上面１１４との間に鈍角θ１を有する。鈍角θ１は９０度より大きい。いくつかの実施形態では、フォトレジスト層１２０の材料は、ポジ型フォトレジスト又はネガ型フォトレジストであってもよい。いくつかの実施形態では、フォトレジスト層１２０のパターンは、リソグラフィプロセスによって形成されてもよい。傾斜した側壁１２２は、フォトリソグラフィの焦点を調節して形成されてもよいが、これに限定されるものではない。
図１Ａ及び図１Ｂに示すように、レンズ層１４０は、基板１１０の上に形成される。具体的には、レンズ層１４０の第１の部分１４０ａが基板１１０の上面１１４に形成され、レンズ層１４０の第２の部分１４０ｂがフォトレジスト層１２０の上面１２４に形成され、その結果、トレンチ１５０が基板１１０の上に形成される。レンズ層１４０の第１の部分１４０ａ及び第２の部分１４０ｂは、同時に形成されることが理解されよう。いくつかの実施形態では、第１の部分１４０ａの厚さは、第２の部分１４０ｂの厚さと同じである。いくつかの実施形態では、レンズ層１４０は、物理気相成長（ＰＶＤ）、化学気相成長（ＣＶＤ）、プラズマ化学気相成長（ＰＥＣＶＤ）、又は他の好適な堆積プロセスによって形成されてもよい。レンズ層１４０の堆積プロセスでは、フォトレジスト層１２０は、レンズ層１４０の第１の部分１４０ａが傾斜した側壁１４２を有するように庇（ひさし）として使用されることが可能である。第１の部分１４０ａは、傾斜した側壁１４２が傾斜した側壁１２２の方を向くように、第１の部分１４０ａの傾斜した側壁１４２と基板１１０の上面１１４との間に鋭角θ２を有する。鋭角θ２は９０度よりも小さい。第１の部分１４０ａは台形形状を有する。いくつかの実施形態では、傾斜した側壁１２２の傾斜は、傾斜した側壁１４２の傾斜よりも大きい。
図１Ｂに示すように、傾斜した側壁１２２と傾斜した側壁１４２との間に空隙が存在する。いくつかの実施形態では、レンズ層１４０は、ａ－Ｓｉ、ＳｉＨ、ＧｅＨ、Ｇｅ、ＧｅＯ、ＧｅＳｉＨ、又は他の好適な材料を含む無機材料によって形成される。
図１Ｂ及び図１Ｃに示すように、フォトレジスト層１２０が除去される。具体的には、フォトレジスト層１２０及びレンズ層１４０の第２の部分１４０ｂが周辺領域ＰＡから除去される。いくつかの実施形態では、除去プロセスは、リフトオフプロセスによって行われる。具体的には、図１Ｂに示される構造は、レンズ層１４０と比較してフォトレジスト層１２０に対して比較的高い溶解度又は膨潤能力を有する水溶液に浸漬される。それゆえ、レンズ層１４０の第１の部分１４０ａは、基板１１０上に残る。本開示のリフトオフプロセスは、膜応力を低減し、応力の不均衡及びウェハの湾曲を回避することができる。
図１Ｃ及び図１Ｄに示すように、リフィル層１６０が、基板１１０に形成され、レンズ層１４０の第１の部分１４０ａを取り囲む。すなわち、リフィル層１６０は、レンズ層１４０の第１の部分１４０ａが形成されていない領域に充填される。レンズ層１４０の第１の部分１４０ａの上面１４４は、リフィル層１６０の上面１６２と実質的に同一平面上にある。具体的には、リフィル層１６０は、レンズ層１４０の傾斜した側壁１４２を覆って接触する。いくつかの実施形態では、リフィル層１６０の材料は、透明フォトレジスト等のフォトレジストであってもよい。いくつかの実施形態では、リフィル層１６０のパターンは、リソグラフィプロセスによって実行されてもよい。リソグラフィプロセスは、レンズ層１４０が均一な第１の部分１４０ａを有するように平坦なトポグラフィ（表面の凹凸に関する形状）を作る。リフィル層１６０の堆積厚さは、レンズ層１４０の第１の部分１４０ａの厚さに応じて調整することができる。
図１Ｄ及び図１Ｅに示すように、パターン化されたハードマスク層１７０が、レンズ層１４０の第１の部分１４０ａに形成される。具体的には、パターン化されたハードマスク層１７０は、半球状プロファイルを有する第１の部分１７０ａと、第１の部分１７０ａの下の第２の部分１７０ｂとを有する。第２の部分１７０ｂは、レンズ層１４０の第１の部分１４０ａの上面１４４及びリフィル層１６０の上面１６２に配置された平面状の膜（フィルム）である。パターン化されたハードマスク層１７０の第１の部分１７０ａは、マイクロレンズアレイの表面プロファイルを有する。いくつかの実施形態では、パターン化されたハードマスク層１７０の材料はフォトレジストであってもよい。いくつかの実施形態では、パターン化されたハードマスク層１７０のパターンは、リソグラフィプロセスによって形成されてもよい。いくつかの実施形態では、第１の部分１７０ａの位置が最初に画定され、次いで半球状プロファイルが形成されてもよい。図１Ｅに示すように、パターン化されたハードマスク層１７０の半球状プロファイルの各々は、感光性素子１１２の各々に対応する。半球状プロファイルの数及び感光性素子１１２の数は、単に明確にするために示されており、本開示を限定することを意図していないことを理解されたい。
図１Ｅ及び図１Ｆに示すように、レンズ層１４０がエッチングされ、パターン化されたハードマスク層１７０（第１の部分１７０ａ及び第２の部分１７０ｂを含む）のパターンがレンズ層１４０に転写されて、複数のレンズ１８０が画定される。レンズ層１４０は、エッチングプロセスＥによってエッチングされる。具体的には、エッチングプロセスＥにおいて、リフィル層１６０もエッチングされて、パターン化されたハードマスク層１７０の第２の部分１７０ｂのパターンがリフィル層１６０に転写されて、その結果、複数のレンズ１８０が下地層１８２を有し、リフィル層１６０の残りの部分１６０ａが画定される。下地層１８２は、レンズ１８０と基板１１０との間に配置されている。下地層１８２は、レンズ１８０と基板１１０との間に配置され、下地層１８２は、リフィル層１６０の残りの部分１６０ａに接続する。レンズ１８０及び下地層１８２は、レンズ層１４０をエッチングすることにより形成されるため、レンズ１８０及び下地層１８２の材料は、レンズ層１４０の材料と同じであり、例えば、無機材料（例えば、ａ－Ｓｉ、ＳｉＨ、ＧｅＨ、Ｇｅ、ＧｅＯ、又はＧｅＳｉＨ）である。このような実施形態では、リフィル層１６０及び下地層１８２は、エッチングプロセスＥ中に下の基板１１０が損傷するのを防止するための保護層としても使用することができる。
いくつかの実施形態では、エッチングプロセスＥは、ドライエッチングプロセスである。いくつかの実施形態では、リフィル層１６０の残りの部分１６０ａの厚さは、０．１μｍ～１００μｍの範囲、例えば１０μｍ、２０μｍ、５０μｍ又は８０μｍである。下地層１８２の厚さは、エッチングプロセスＥにおける焦点距離によって調整されてもよい。いくつかの実施形態では、下地層１８２の厚さは、０．１μｍ、１μｍ、１０μｍ、２０μｍ、５０μｍ又は８０μｍ等、０．０１μｍ～１００μｍの範囲にある。いくつかの実施形態では、残りの部分１６０ａの厚さは、下地層１８２の厚さと同様である。いくつかの実施形態では、残りの部分１６０ａの厚さは、下地層１８２の厚さと同じである。いくつかの実施形態では、残りの部分１６０ａの厚さは、下地層１８２の厚さよりもわずかに薄い。
依然として図１Ｆを参照する。下地層１８２は、基板１１０の上面１１４に配置された平面状の膜である。レンズ１８０、下地層１８２、及び残りの部分１６０ａは、いずれも基板１１０の上面１１４に配置されている。このような実施形態では、レンズ１８０はマイクロレンズである。いくつかの実施形態では、マイクロレンズ１８０の直径／幅は、１μｍ～１００μｍの範囲にある。いくつかの実施形態では、マイクロレンズ１８０の高さＨは、０．１μｍ～５０μｍの範囲にある。パターン化されたハードマスク層１７０はマイクロレンズアレイの表面プロファイルを有するので、レンズ１８０もマイクロレンズアレイの表面プロファイルを有する。レンズ１８０は、感光性素子１１２の上方に配置され、レンズ１８０のそれぞれは、感光性素子１１２のそれぞれに対応する。
再び図１Ｅを参照されたい。基板１１０上のパターン化されたハードマスク層１７０の第１の部分１７０ａの投影Ｐ１は、基板１１０上のレンズ層１４０の第１の部分１４０ａの投影Ｐ２内にある。基板１１０上のレンズ層１４０の第１の部分１４０ａの投影Ｐ２は、基板１１０上のリフィル層１６０の投影Ｐ３と重なる。図１Ｆに示すように、下地層１８２は、周辺レンズ１８０の底部から突出する。言い換えれば、基板１１０上のレンズ１８０の投影Ｐ４は、基板１１０上の下地層１８２の投影Ｐ５内にある。
図１Ｇ～図１Ｌは、図１Ｆの後のイメージセンサ１０００Ａの製造方法の一連の断面図である。なお、レンズアレイ領域ＡＡは、まだ複数のレンズ（マイクロレンズ又はメタ・サーフェスレンズを含む）を含む領域であり、周辺領域ＰＡは、レンズを含まない領域である。
図１Ｆ及び図１Ｇに示すように、クラッド層１９２が、複数のレンズ１８０及び基板１１０を覆うように形成される。具体的には、クラッド層１９２は、レンズアレイ領域ＡＡ及び周辺領域ＰＡの双方に配置されている。クラッド層１９２は、レンズ１８０の上面１８４、残りの部分１６０ａの上面１６２及び側面１６４、並びに基板１１０の上面１１４を覆う。クラッド層１９２は平坦な上面１９３を有する。
図１Ｇ及び図１Ｈに示すように、クラッド層１９２の一部分がエッチングされ、基板１１０の一部分１１０ａが露出され、傾斜した側壁１９４が形成される。いくつかの実施形態では、傾斜した側壁１９４は、リソグラフィプロセス及びエッチングプロセスによって形成される。いくつかの実施形態では、傾斜した側壁１９４と基板１１０の上面１１４との間の角度θ３は、３０度、４０度又は５０度等、２０度～６０度の範囲にある。いくつかの実施形態では、傾斜した側壁１９４の最外側から下地層１８２の最外側までの距離Ｄ１は、３０μｍ又は４０μｍ等、２０μｍ～５０μｍの範囲にある。なお、ここでいう「最外側」とは、周辺領域ＰＡに向かう方向である。
図１Ｈ及び図１Ｉに示すように、クラッド層１９６がクラッド層１９２及び基板１１０の一部分１１０ａ上に形成され、クラッド層１９２の上に傾斜した側壁１９７が形成される。具体的には、クラッド層１９６はクラッド層１９２上にライニングされて、クラッド層１９６はクラッド層１９２の傾斜した側壁１９４の上に傾斜した側壁１９７を有する。
図１Ｉ及び図１Ｊに示すように、クラッド層１９６の一部分がエッチングされ、クラッド層１９６の下段に傾斜した側壁１９８が形成される。いくつかの実施形態では、傾斜した側壁１９８は、リソグラフィプロセス及びエッチングプロセスによって形成される。傾斜した側壁１９７は傾斜した側壁１９８の上側（上段）にある。いくつかの実施形態では、傾斜した側壁１９８と基板１１０の上面１１４との間の角度θ４は、３０度、４０度、又は５０度等、２０度～６０度の範囲にある。いくつかの実施形態では、傾斜した側壁１９８の最外側から傾斜した側壁１９７の最外側までの距離Ｄ２は、３０μｍ又は４０μｍ等、２０μｍ～５０μｍの範囲にある。いくつかの実施形態では、傾斜した側壁１９８の最外側から下地層１８２の最外側までの距離Ｄ３は、５０μｍ、６０μｍ、７０μｍ、８０μｍ又は９０μｍ等、４０μｍ～１００μｍの範囲にある。いくつかの実施形態では、基板１１０上のクラッド層１９６の傾斜した側壁１９７の投影Ｐ６は、基板１１０上のクラッド層１９６の傾斜した側壁１９８の投影Ｐ７から離間している。いくつかの実施形態では、クラッド層１９６の幅はクラッド層１９２の幅よりも大きい。いくつかの実施形態では、クラッド層１９２及び／又はクラッド層１９６の材料は、樹脂、スピンオングラス、二酸化ケイ素等の透明ポリマー又は誘電体であってもよい。言い換えれば、クラッド層１９２及びクラッド層１９６の各々は、ポリマー層及び／又は誘電体層であることができる。いくつかの実施形態では、クラッド層１９２及び／又はクラッド層１９６は、スピンオンプロセス又は他の好適なコーティングプロセスによって形成されてもよい。
図１Ｊ及び図１Ｋに示すように、フォトレジスト層２０００及びバンドパスフィルタ層２１００が基板１１０上に形成される。具体的には、バンドパスフィルタ層２１００は、第１の部分２１００ａ及び第２の部分２１００ｂを含む。バンドパスフィルタ層２１００の第１の部分２１００ａは、クラッド層１９６及び基板１１０の上面１１４上にコンフォーマルに配置される。バンドパスフィルタ層２１００の第２の部分２１００ｂは、フォトレジスト層２０００上に配置される。第１の部分２１００ａは、クラッド層１９６を取り囲み、封止する。いくつかの実施形態では、フォトレジスト層２０００の材料は、ポジ型フォトレジスト又はネガ型フォトレジストであってもよい。いくつかの実施形態では、フォトレジスト層２０００のパターンは、リソグラフィプロセスによって形成されてもよい。フォトレジスト層２０００は、フォトレジスト層２０００の傾斜した側壁２００２と基板１１０の上面１１４との間に鈍角を有する。
再び図１Ｋを参照されたい。バンドパスフィルタ層２１００の第１の部分２１００ａ及び第２の部分２１００ｂは同時に形成されることが理解されよう。バンドパスフィルタ層２１００は、複数の膜を含み、各膜は、ＰＶＤ又は他の好適な堆積プロセスによって形成されてもよい。いくつかの実施形態では、バンドパスフィルタ層２１００の材料は、ａ－Ｓｉ、ＳｉＯ２、ＳｉＮ、Ｎｂ２Ｏ５、ＧｅＯ２、ＴｉＯ２等を含む。バンドパスフィルタ層２１００の堆積プロセスでは、フォトレジスト層２０００は、フォトレジスト層２０００に隣接する第１の部分２１００ａが傾斜した側壁２１０２を有するように庇として使用されることが可能である。第１の部分２１００ａは、第１の部分２１００ａの傾斜した側壁２１０２と基板１１０の上面１１４との間に鋭角を有する。図１Ｋに示すように、傾斜した側壁２１０２と傾斜した側壁２００２との間に空隙が存在する。バンドパスフィルタ層２１００の設計は、イメージセンサの動作波長に応じて調整することができる。
図１Ｋ及び図１Ｌに示すように、いくつかの実施形態では、フォトレジスト層２０００及びバンドパスフィルタ層２１００の第２の部分２１００ｂは、リフトオフプロセスによって除去される。これにより、図１Ｌに示すように、マイクロレンズ１８０と、下地層１８２と、リフィル層１６０の残りの部分１６０ａとを有するイメージセンサ１０００Ａが形成される。レンズ１８０は、外光を受光するように構成されている。いくつかの実施形態では、クラッド層１９６及び／又はクラッド層１９２の屈折率は、１．２、１．３、１．４又は１．５等、１．１～１．６の範囲にある。いくつかの実施形態では、レンズ１８０の屈折率は、２．５、３．３、又は３．８等、１．７～４．５の範囲にある。いくつかの実施形態では、クラッド層１９６及び／又はクラッド層１９２の屈折率は、レンズ１８０の屈折率と空気の屈折率との間である。
クラッド層１９６とレンズ１８０との屈折率差が大きいため、イメージセンサ１０００Ａの性能が良好である。クラッド層は傾斜した側壁を有するので、バンドパスフィルタ層２１００の第１の部分２１００ａも傾斜した側壁を有する。クラッド層の傾斜した側壁（傾斜した側壁１９７、１９８等）は、クラッド層の縁部を平滑にし、従って、クラッド層は、複数の膜を有するバンドパスフィルタ層２１００によってより良好に被覆される。加えて、バンドパスフィルタ層２１００の傾斜した側壁は、バンドパスフィルタ層２１００の複数の膜の境界における応力を低減し、これにより、異なる材料間の剥離を回避するのに役立つ。すなわち、イメージセンサ１０００Ａの厚さは、レンズアレイ領域ＡＡから周辺領域ＰＡまで徐々に減少する。イメージセンサ１０００Ａは、平坦なトポグラフィを有し、マイクロレンズアレイ（レンズ１８０等）とマイクロレンズアレイの上方に配置された要素との間の複数の膜の縁部における応力の不均衡がウェハを湾曲させることを防止し、これにより良好な光学性能を提供することができる。
図２Ａ～図２Ｃは、本開示の代替的な実施形態に係る、図１Ｌのイメージセンサ１０００Ａのクラッド層の製造の一連の断面図である。具体的には、図１Ｇから図１Ｊまでの製造工程は、図２Ａから図２Ｃまでの製造工程に置き換えることができる。
図１Ｆ及び図２Ａに示すように、クラッド層２３００が、複数のレンズ１８０及び基板１１０を覆うように形成される。図２Ａのクラッド層２３００の厚さは、図１Ｇのクラッド層１９２の厚さよりも大きくてもよい。クラッド層２３００の材料は、クラッド層１９２及び／又はクラッド層１９６の材料と同じであってもよい。
図２Ａ及び図２Ｂに示すように、クラッド層２３００の一部分がエッチングされ、クラッド層２３００の上に傾斜した側壁２３０２が形成される。いくつかの実施形態では、傾斜した側壁２３０２と基板１１０の上面１１４との間の角度θ５は、３０度、４０度、又は５０度等、２０度～６０度の範囲にある。いくつかの実施形態では、傾斜した側壁２３０２のエッチング深さｄは、傾斜した側壁２３０２の長さに応じて、クラッド層２３００の全厚さの２分の１、３分の１、又は３分の２であってもよい。いくつかの実施形態では、傾斜した側壁２３０２の最外側から下地層１８２の最外側までの距離Ｄ４は、３０μｍ又は４０μｍ等、２０μｍ～５０μｍの範囲にある。
図２Ｂ及び図２Ｃに示すように、クラッド層２３００の一部分がエッチングされ、クラッド層２３００の下段に傾斜した側壁２３０４が形成される。いくつかの実施形態では、傾斜した側壁２３０４と基板１１０の上面１１４との間の角度θ６は、３０度、４０度、又は５０度等、２０度～６０度の範囲にある。いくつかの実施形態では、傾斜した側壁２３０４の最外側から傾斜した側壁２３０２の最外側までの距離Ｄ５は、３０μｍ又は４０μｍ等、２０μｍ～５０μｍの範囲にある。いくつかの実施形態では、傾斜した側壁２３０４の最外側から下地層１８２の最外側までの距離Ｄ６は、５０μｍ、６０μｍ、７０μｍ、８０μｍ又は９０μｍ等、４０μｍ～１００μｍの範囲にある。
再び図２Ｃを参照されたい。クラッド層２３００は、第１のクラッド層２３００ａ及び第２のクラッド層２３００ｂによって構成されると理解することができる。第２のクラッド層２３００ｂは、第１のクラッド層２３００ａの上に配置される。第１のクラッド層２３００ａは傾斜した側壁２３０４を有し、第２のクラッド層２３００ｂは傾斜した側壁２３０２を有する。第１のクラッド層２３００ａの幅は、第２のクラッド層２３００ｂの幅よりも大きい。第２のクラッド層２３００ｂの傾斜した側壁２３０２は、第１のクラッド層２３００ａの傾斜した側壁２３０４の上側にある。基板１１０上の第２のクラッド層２３００ｂの傾斜した側壁２３０２の投影Ｐ８は、基板１１０上の第１のクラッド層２３００ａの傾斜した側壁２３０４の投影Ｐ９から離間している。
図２Ｃのクラッド層２３００が形成された後、図１Ｋから図１Ｌまでの工程が、図１Ｌのイメージセンサ１０００Ａが形成されるように実行され続ける。
イメージセンサ１０００Ａ（イメージセンサ１０００Ｂ～１０００Ｃ、８０００Ａ～８０００Ｄも同様）のクラッド層１９６又はクラッド層２３００の製造は、図１Ｇから図１Ｊまでの工程又は図２Ａから図２Ｃまでの工程によって実行されてもよい。クラッド層１９６及びクラッド層２３００の傾斜した側壁は、クラッド層の縁部を平滑化するために、２回のリソグラフィプロセス及び２回のエッチングプロセスによって形成することができる。それゆえ、傾斜した側壁は、バンドパスフィルタ層２１００の複数の膜の隅部における応力を低減するために、より滑らかな傾斜を提供することができる（図１Ｌを参照されたい）。
図３Ａ～図３Ｆは、本開示のいくつかの実施形態に係るイメージセンサ１０００Ｂの製造方法の一連の断面図である。図４は、図３Ａ～図３Ｆに示す製造方法によるイメージセンサ１０００Ｂの断面図である。イメージセンサ１０００Ｂの製造方法は、上述した図１Ａ～図１Ｌ及び図２Ａ～図２Ｃの工程を含み、クラッド層の製造は、図１Ｇ～図１Ｊの工程又は図２Ａ～図２Ｃの工程であってもよい。上記の図面に示された同じ又は同様の特徴部を示すために、参照番号が図３Ａ～図３Ｆにおいて繰り返され、上記の説明は、以下で説明される実施形態に等しく適用され、その詳細は繰り返して説明されない。
図１Ｆ及び図３Ａに示すように、下地層１８２及びリフィル層１６０の残りの部分１６０ａを伴うレンズ１８０が画定された後、保護層３１０が、レンズ１８０を覆い、リフィル層１６０の残りの部分１６０ａを露出させるように形成される。具体的には、保護層３１０は、レンズアレイ領域ＡＡに形成される。いくつかの実施形態では、保護層３１０のパターンは、リソグラフィプロセスによって形成されてもよい。いくつかの実施形態では、保護層３１０の材料は、ポジ型又はネガ型のフォトレジストであってもよい。
図３Ａ及び図３Ｂに示すように、リフィル層１６０の残りの部分１６０ａが除去される。基板１１０の上面１１４は露出している。いくつかの実施形態では、残りの部分１６０ａは、ドライエッチングプロセスによって除去される。
図３Ｂ及び図３Ｃに示すように、保護層３１０は除去され、その結果、レンズ１８０及び下地層１８２が露出する。
図３Ｃ及び図３Ｄに示すように、フォトレジスト層３２０が基板１１０の上面１１４に形成される。具体的には、フォトレジスト層３２０は、周辺領域ＰＡに形成され、レンズ１８０及び下地層１８２を取り囲む。フォトレジスト層３２０は、フォトレジスト層３２０の傾斜した側壁３２２と基板１１０の上面１１４との間に鈍角を有する。フォトレジスト層３２０の形成及び材料は、図１Ａのフォトレジスト層１２０と同じ又は同様であってもよい。
図３Ｄ及び図３Ｅに示すように、反射防止膜３３０がレンズ１８０の上面１８４に形成される。具体的には、反射防止膜３３０は、第１の部分３３０ａと第２の部分３３０ｂとを含む。第１の部分３３０ａはレンズ１８０の上面１８４に形成され、第２の部分３３０ｂはフォトレジスト層３２０の上面３２４に形成される。反射防止膜３３０の第１の部分３３０ａ及び第２の部分３３０ｂは同時に形成されることが理解されよう。反射防止膜３３０は、レンズ１８０上にライニングされた薄膜である。いくつかの実施形態では、反射防止膜３３０は、物理気相成長（ＰＶＤ）又は他の適切な堆積プロセスによって形成されてもよい。
図３Ｅ及び図３Ｆに示すように、フォトレジスト層３２０及び反射防止膜３３０の第２の部分３３０ｂは、周辺領域ＰＡから除去される。いくつかの実施形態では、除去プロセスは、リフトオフプロセスによって行われる。本開示のリフトオフプロセスは、膜応力を低減し、応力の不均衡及びウェハの湾曲を回避することができる。
反射防止膜３３０の第１の部分３３０ａを有するレンズ１８０が形成された後、図１Ｇから図１Ｌまでの工程又は図２Ａから図２Ｃまでの工程が、図４のイメージセンサ１０００Ｂが形成されるように実行され続ける。
図５Ａ～図５Ｆは、本開示のいくつかの実施形態に係るイメージセンサ１０００Ｃの製造方法の一連の断面図である。図６は、図５Ａ～図５Ｆに示す製造方法によるイメージセンサ１０００Ｃの断面図である。イメージセンサ１０００Ｃの製造方法は、上述した図１Ａ～図１Ｌ及び図２Ａ～図２Ｃの工程を含み、クラッド層の製造は、図１Ｇ～図１Ｊの工程又は図２Ａ～図２Ｃの工程であってもよい。
図１Ｆ及び図５Ａに示すように、下地層１８２及びリフィル層１６０の残りの部分１６０ａを伴うレンズ１８０が画定された後、保護層５１０が、レンズ１８０及びリフィル層１６０の残りの部分１６０ａの第１の部分１６６を覆い、リフィル層１６０の残りの部分１６０ａの第２の部分１６７を露出させるように形成される。具体的には、保護層５１０は、レンズアレイ領域ＡＡ及び周辺領域ＰＡの一部分に形成される。第１の部分１６６は、下地層１８２と第２の部分１６７との間に配置されている。保護層５１０の形成及び材料は、図３Ａの保護層３１０と同じ又は同様であってもよい。
図５Ａ及び図５Ｂを参照されたい。リフィル層１６０の残りの部分１６０ａの第２の部分１６７が除去され、基板１１０の上面１１４が露出される。すなわち、残りの部分１６０ａの第１の部分１６６は、保護層５１０と基板１１０との間に残存する。いくつかの実施形態では、第２の部分１６７は、ドライエッチングプロセスによって除去される。
図５Ｂ及び図５Ｃを参照されたい。保護層５１０は除去され、その結果、レンズ１８０、下地層１８２、及び残りの部分１６０ａの第１の部分１６６が露出する。
図５Ｃ及び図５Ｄを参照されたい。フォトレジスト層５２０が基板１１０の上面１１４に形成される。具体的には、フォトレジスト層５２０は、周辺領域ＰＡに形成され、レンズ１８０、下地層１８２及び第１の部分１６６を取り囲む。フォトレジスト層５２０は、フォトレジスト層５２０の傾斜した側壁５２２と基板１１０の上面１１４との間に鈍角を有する。フォトレジスト層５２０の形成及び材料は、図１Ａのフォトレジスト層１２０と同じ又は同様であってもよい。
図５Ｄ及び図５Ｅを参照されたい。反射防止膜５３０が、レンズ１８０の上面１８４及びリフィル層１６０の残りの部分１６０ａの第１の部分１６６の上面１６２に形成される。具体的には、反射防止膜５３０は、下地層１８２の上面にも形成されている。反射防止膜５３０は、第１の部分５３０ａ及び第２の部分５３０ｂを含む。第１の部分５３０ａは、レンズ１８０及び第１の部分１６６に形成され、第２の部分５３０ｂは、フォトレジスト層５２０の上面５２４に形成される。反射防止膜５３０の形成及び材料は、図３Ｅの反射防止膜３３０と同じ又は同様であってもよい。
図５Ｅ及び図５Ｆを参照されたい。フォトレジスト層５２０及び反射防止膜５３０の第２の部分５３０ｂは、周辺領域ＰＡから除去される。いくつかの実施形態では、除去プロセスは、リフトオフプロセスによって行われる。本開示のリフトオフプロセスは、膜応力を低減し、応力の不均衡及びウェハの湾曲を回避することができる。
反射防止膜５３０の第１の部分５３０ａを有するレンズ１８０が形成された後、図１Ｇから図１Ｌまでの工程又は図２Ａから図２Ｃまでの工程が、図６のイメージセンサ１０００Ｃが形成されるように実行され続ける。
図７Ａ～図７Ｅは、本開示のいくつかの実施形態に係るイメージセンサ８０００Ａの製造方法の一連の断面図である。図８は、図７Ａ～図７Ｅに示す製造方法によるイメージセンサ８０００Ａの断面図である。
図７Ａに示すように、フォトレジスト層１２０は基板１１０上に配置される。下地層７１０の第１の部分７１０ａは、基板１１０の上面１１４上に配置され、下地層７１０の第２の部分７１０ｂは、フォトレジスト層１２０の上面１２４上に配置される。レンズ層７２０の第１の部分７２０ａは、下地層７１０の第１の部分７１０ａ上に配置され、レンズ層７２０の第２の部分７２０ｂは、下地層７１０の第２の部分７１０ｂ上に配置される。すなわち、レンズアレイ領域ＡＡにおいて、レンズ層７２０が基板１１０の上方に形成される前に、下地層７１０が基板１１０に形成される。下地層７１０は、ＰＶＤ又は他の好適な堆積プロセスによって形成されてもよい。いくつかの実施形態では、下地層７１０の材料は、レンズ層７２０の材料とは異なる。いくつかの実施形態では、下地層７１０の屈折率（ｎ）及び消衰係数（ｋ）は、レンズ層７２０の屈折率（ｎ）及び消衰係数（ｋ）とは異なる。レンズ層７２０の形成及び材料は、図１Ｂのレンズ層１４０と同じ又は同様であってもよい。
図７Ａ及び図７Ｂに示すように、フォトレジスト層１２０が除去される。具体的には、下地層７１０の第２の部分７１０ｂ及びレンズ層７２０の第２の部分７２０ｂも除去される。いくつかの実施形態では、除去プロセスは、リフトオフプロセスによって行われる。本開示のリフトオフプロセスは、膜応力を低減し、応力の不均衡及びウェハの湾曲を回避することができる。
図７Ｂ及び図７Ｃに示すように、リフィル層７３０が、基板１１０に形成され、下地層７１０の第１の部分７１０ａ及びレンズ層７２０の第１の部分７２０ａを取り囲む。リフィル層７３０の形成及び材料は、図１Ｄのリフィル層１６０と同じ又は同様であってもよい。
図７Ｃ及び図７Ｄに示すように、パターン化されたハードマスク層７４０が、レンズ層７２０の第１の部分７２０ａ及びリフィル層７３０に形成される。具体的には、パターン化されたハードマスク層７４０は、レンズ層７２０の第１の部分７２０ａ上にメタ・サーフェスプロファイルを有し、リフィル層７３０上に平面状膜プロファイルを有する。パターン化されたハードマスク層７４０の形成及び材料は、図１Ｅのパターン化されたハードマスク層１７０と同じ又は同様であってもよい。
図７Ｄ及び図７Ｅに示すように、レンズ層７２０がエッチングされ、パターン化されたハードマスク層７４０（メタ・サーフェス及び平面状の膜を含む）のパターンがレンズ層７２０に転写されて、複数のレンズ７５０が画定される。下地層７１０の第１の部分７１０ａは、基板１１０を保護するためのエッチング停止層として機能することができる。このような実施形態では、レンズ７５０はメタ・サーフェスレンズである。メタ・サーフェスレンズ７５０は、複数のナノ構造体（ピラー）からなる。レンズ７５０は、メタ・サーフェスアレイに配置される（図１２を参照されたい）。レンズ層７２０は、エッチングプロセスＥによってエッチングされる。具体的には、エッチングプロセスＥにおいて、リフィル層７３０もエッチングされて、パターン化されたハードマスク層７４０の平面状の膜のパターンがリフィル層７３０に転写されて、その結果、リフィル層７３０の残りの部分７３０ａが画定される。レンズ７５０のメタ・サーフェスは、レンズ層７２０をエッチングすることによって形成されるので、レンズ７５０のメタ・サーフェスの材料は、レンズ層７２０の材料と同じであり、例えば、無機材料（例えば、ａ－Ｓｉ、ＳｉＨ、ＧｅＨ、Ｇｅ、ＧｅＯ、又はＧｅＳｉＨ）である。このような実施形態では、リフィル層７３０及び下地層７１０は、エッチングプロセスＥ中に下の基板１１０が損傷するのを防止するための保護層として使用することができる。
メタ・サーフェスを有するレンズ７５０が形成された後、図１Ｇから図１Ｌまでの工程又は図２Ａから図２Ｃまでの工程が、図８のイメージセンサ８０００Ａが形成されるように実行され続ける。
図９～図１１は、本開示のいくつかの実施形態に係るイメージセンサ８０００Ｂ、８０００Ｃ、８０００Ｄの断面図である。
図８及び図９を参照されたい。図８のイメージセンサ８０００Ａと図９のイメージセンサ８０００Ｂとの間の差異は、リフィル層７３０の残りの部分７３０ａである。具体的には、イメージセンサ８０００Ｂは、残りの部分７３０ａを有していない。
図８及び図１０を参照されたい。図８のイメージセンサ８０００Ａと図１０のイメージセンサ８０００Ｃとの間の差異は、下地層７１０の第１の部分７１０ａである。具体的には、イメージセンサ８０００Ｃは、下地層７１０の第１の部分７１０ａを有していない。
図８及び図１１を参照されたい。図８のイメージセンサ８０００Ａと図１１のイメージセンサ８０００Ｄとの差異は、下地層７１０の第１の部分７１０ａ及びリフィル層７３０の残りの部分７３０ａである。具体的には、イメージセンサ８０００Ｄは、下地層７１０の第１の部分７１０ａ及びリフィル層７３０の残りの部分７３０ａを有していない。
図１Ｌ、図４、図６、及び図８～図１１を再び参照されたい。図１Ｌ、図４、図６のそれぞれイメージセンサ１０００Ａ、１０００Ｂ、１０００Ｃでは、１つのレンズ１８０が１つの感光性素子１１２に対応する。図８～図１１のそれぞれイメージセンサ８０００Ａ～８０００Ｄでは、１つのレンズ７５０（複数のピラーを含む）が１つの感光性素子１１２に対応する。それゆえ、１つのレンズ１８０又は１つのレンズ７５０は、ピクセルサイズｐとして理解されてもよい。
図１２は、図８に示すイメージセンサ８０００Ａの領域Ａの上面図である。具体的には、図１２のＡ－Ａ’線下の断面図は、図８の領域Ａであって、図１２は、単にレンズ７５０とリフィル層７３０の残りの部分７３０ａとを示し、他の要素は明確にするために省略されている。図１２に示すように、レンズ７５０は、メタ・サーフェスアレイで配置され、行及び列の数は、図１２に示されるアレイによって制限されない。
図１３Ａ、１３Ｂ、及び１３Ｃは、図１２のメタ・サーフェスレンズ７５０の上面図である。メタ・サーフェスレンズ７５０における各ピラーの形状は、上面視において丸いことが理解される。図１３Ａに示すように、ピラーは正方形の配置にある。図１３Ｂに示すように、ピラーは六角形の配置にある。図１３Ｃに示すように、ピラーは円形配置にある。ピラーの他の配置も本開示に含まれる。
上述のイメージセンサ１０００Ａ～１０００Ｃにおけるレンズ１８０は、マイクロレンズである。上述のイメージセンサ８０００Ａ～８０００Ｄにおけるレンズ７５０は、メタ・サーフェスレンズである。イメージセンサ１０００Ａ～１０００Ｃ及び８０００Ａ～８０００Ｄの動作波長は、８００～２５００ｎｍ又は１１００～２０００ｎｍ等、７８０～１５０００ｎｍの範囲にあってもよい。いくつかの実施形態では、本開示のイメージセンサは、近赤外光用途に適している。
開示されたイメージセンサの製造方法は、レンズアレイ（マイクロレンズアレイ及びメタ・サーフェスアレイを含む）を形成するときにレンズ材料の下の基板を損傷することを回避し、これによりイメージセンサの性能を改善することができる。加えて、開示されたイメージセンサの厚さはレンズアレイ領域から周辺領域まで徐々に減少するため、このイメージセンサは、レンズアレイ（例えば、レンズ１８０及び７５０）とレンズアレイの上方に配置される要素との間の応力の不均衡が、異なる材料間の剥離を生じることを防止し、これにより良好な光学性能を提供することができる。
以上、本開示を開示したが、上記の内容は本開示を限定するためには使用されない。当業者は、本開示の趣旨及び射程から逸脱しない範囲で、本開示において様々な変更、置換、及び改変を行ってもよい。それゆえ、本開示の保護範囲は、本出願において添付される請求項及びその均等な構成の範囲によるものとする。
１１０ 基板
１１０ａ 基板１１０の一部分
１１２ 感光性素子
１１４ 基板１１０の上面
１２０ フォトレジスト層
１２２ 傾斜した側壁
１２４ フォトレジスト層１２０の上面
１３０ トレンチ
１４０ レンズ層
１４０ａ レンズ層１４０の第１の部分
１４０ｂ レンズ層１４０の第２の部分
１４２ レンズ層１４０の第１の部分１４０ａの傾斜した側壁
１４４ レンズ層１４０の第１の部分１４０ａの上面
１５０ トレンチ
１６０ リフィル層
１６０ａ リフィル層１６０の残りの部分
１６２ リフィル層１６０の上面
１６６ リフィル層１６０の残りの部分１６０ａの第１の部分
１６７ リフィル層１６０の残りの部分１６０ａの第２の部分
１７０ パターン化されたハードマスク層
１７０ａ パターン化されたハードマスク層１７０の第１の部分
１７０ｂ パターン化されたハードマスク層１７０の第２の部分
１８０ レンズ
１８２ 下地層
１８４ レンズ１８０の上面
１９２ クラッド層
１９３ クラッド層１９２の平坦な上面
１９４ クラッド層１９２の傾斜した側壁
１９６ クラッド層
１９７ クラッド層１９６の傾斜した側壁
１９８ クラッド層１９６の傾斜した側壁
３１０ 保護層
３２０ フォトレジスト層
３２２ フォトレジスト層３２０の傾斜した側壁
３２４ フォトレジスト層３２０の上面
３３０ 反射防止膜
３３０ａ 反射防止膜３３０の第１の部分
３３０ｂ 反射防止膜３３０の第２の部分
５１０ 保護層
５２０ フォトレジスト層
５２４ フォトレジスト層５２０の上面
５３０ 反射防止膜
５３０ａ 反射防止膜５３０の第１の部分
５３０ｂ 反射防止膜５３０の第２の部分
７１０ 下地層
７１０ａ 下地層７１０の第１の部分
７１０ｂ 下地層７１０の第２の部分
７２０ レンズ層
７２０ａ レンズ層７２０の第１の部分
７２０ｂ レンズ層７２０の第２の部分
７３０ リフィル層
７３０ａ リフィル層７３０の残りの部分
７４０ パターン化されたハードマスク層
７５０ レンズ
１０００Ａ、１０００Ｂ、１０００Ｃ イメージセンサ
２０００ フォトレジスト層
２００２ フォトレジスト層２０００の傾斜した側壁
２１００ バンドパスフィルタ層
２１００ａ バンドパスフィルタ層２１００の第１の部分
２１００ｂ バンドパスフィルタ層２１００の第２の部分
２１０２ バンドパスフィルタ層２１００の第１の部分２１００ａの傾斜した側壁
２３００ クラッド層
２３００ａ 第１のクラッド層
２３００ｂ 第２のクラッド層
２３０２ 第２のクラッド層２３００ｂの傾斜した側壁
２３０４ 第１のクラッド層２３００ａの傾斜した側壁
８０００Ａ、８０００Ｂ、８０００Ｃ、８０００Ｄ イメージセンサ
ＡＡ レンズアレイ領域
ＰＡ 周辺領域
Ｈ マイクロレンズ１８０の高さ
ｄ 傾斜した側壁２３０２のエッチング深さ
θ１ 傾斜した側壁１２２と基板１１０の上面１１４との間の角度
θ２ 傾斜した側壁１４２と基板１１０の上面１１４との間の角度
θ３ 傾斜した側壁１９４と基板１１０の上面１１４との間の角度
θ４ 傾斜した側壁１９８と基板１１０の上面１１４との間の角度
θ５ 傾斜した側壁２３０２と基板１１０の上面１１４との間の角度
θ６ 傾斜した側壁２３０４と基板１１０の上面１１４との間の角度
Ｐ１ 基板１１０上のパターン化されたハードマスク層１７０の第１の部分１７０ａの投影
Ｐ２ 基板１１０上のレンズ層１４０の第１の部分１４０ａの投影
Ｐ３ 基板１１０上のリフィル層１６０の投影
Ｐ４ 基板１１０上のレンズ１８０の投影
Ｐ５ 基板１１０上の下地層１８２の投影
Ｐ６ 基板１１０上のクラッド層１９６の傾斜した側壁１９７の投影
Ｐ７ 基板１１０上のクラッド層１９６の傾斜した側壁１９８の投影
Ｐ８ 基板１１０上の第２のクラッド層２３００ｂの傾斜した側壁２３０２の投影
Ｐ９ 基板１１０上の第１のクラッド層２３００ａの傾斜した側壁２３０４の投影
Ｄ１ 傾斜した側壁１９４の最外側から下地層１８２の最外側までの距離
Ｄ２ 傾斜した側壁１９８の最外側から傾斜した側壁１９７の最外側までの距離
Ｄ３ 傾斜した側壁１９８の最外側から下地層１８２の最外側までの距離
Ｄ４ 傾斜した側壁２３０２の最外側から下地層１８２の最外側までの距離
Ｄ５ 傾斜した側壁２３０４の最外側から傾斜した側壁２３０２の最外側までの距離
Ｄ６ 傾斜した側壁２３０４の最外側から下地層１８２の最外側までの距離

Claims (13)

  1. イメージセンサの製造方法であって、
    基板を提供する工程と、
    前記基板の上方にレンズ層を形成する工程と、
    前記レンズ層上にパターン化されたハードマスク層を形成する工程と、
    前記レンズ層をエッチングして、前記パターン化されたハードマスク層のパターンを前記レンズ層に転写して、複数のレンズが画定される工程であって、前記レンズは、マイクロレンズ又はメタ・サーフェスレンズである工程と、
    前記複数のレンズ及び前記基板を覆うようにクラッド層を形成する工程と、
    前記クラッド層の一部分をエッチングして、第１の傾斜した側壁及び第２の傾斜した側壁を形成する工程であって、前記第１の傾斜した側壁は、前記第２の傾斜した側壁の上方にあり、前記基板上の前記第１の傾斜した側壁の投影は、前記基板上の前記第２の傾斜した側壁の投影から離間している工程と、
    複数の膜を有するバンドパスフィルタ層を前記クラッド層上にコンフォーマルに形成し、前記基板を覆う工程と
    を含む、イメージセンサの製造方法。
  2. 前記基板の上方に前記レンズ層を形成する前に、
    第３の傾斜した側壁を有し、前記基板上にトレンチを有するフォトレジスト層を形成する工程と、
    第４の傾斜した側壁を有するレンズ層を前記トレンチ内に形成する工程と、
    前記フォトレジスト層を除去する工程であって、前記第３の傾斜した側壁と前記基板の上面との間の角度は９０度よりも大きく、前記第４の傾斜した側壁と前記基板の前記上面との間の角度は９０度よりも小さい工程と
    をさらに含む請求項１に記載のイメージセンサの製造方法。
  3. 前記基板の上方に前記レンズ層を形成した後に、
    リフィル層を前記基板上に形成し、前記レンズ層を取り囲む工程であって、前記レンズ層の上面は、前記リフィル層の上面と実質的に同一平面上にある工程と、
    前記パターン化されたハードマスク層を前記リフィル層上に形成する工程と、
    前記リフィル層をエッチングして、前記パターン化されたハードマスク層の前記パターンを前記リフィル層に転写して、それにより、前記リフィル層の残りの部分及び下地層が画定される工程であって、前記下地層は、前記複数のレンズと前記基板との間に配置され、前記下地層は、前記残りの部分に接続する工程と
    をさらに含む請求項２に記載のイメージセンサの製造方法。
  4. 前記リフィル層の前記残りの部分及び前記下地層が画定された後、
    前記複数のレンズを覆い、前記リフィル層の前記残りの部分を露出させるように保護層を形成する工程と、
    前記リフィル層の前記残りの部分を除去する工程と、
    前記保護層を除去する工程と、
    反射防止膜を前記複数のレンズの上面に形成する工程と
    をさらに含む請求項３に記載のイメージセンサの製造方法。
  5. 前記リフィル層の前記残りの部分及び前記下地層が画定された後、
    前記複数のレンズ及び前記リフィル層の前記残りの部分の第１の部分を覆うように保護層を形成する工程であって、前記リフィル層の前記残りの部分の第２の部分は露出している工程と、
    前記リフィル層の前記残りの部分の前記第２の部分を除去する工程と、
    前記保護層を除去する工程と、
    反射防止膜を、前記複数のレンズの上面、及び前記リフィル層の前記残りの部分の前記第１の部分の上面に形成する工程と
    をさらに含む請求項３に記載のイメージセンサの製造方法。
  6. 前記基板の上方に前記レンズ層を形成する前に、下地層を前記基板に形成する請求項１に記載のイメージセンサの製造方法。
  7. 前記複数のレンズ及び前記基板を覆うように前記クラッド層を形成する工程、並びに前記クラッド層の前記一部分をエッチングして前記第１の傾斜した側壁及び前記第２の傾斜した側壁を形成する工程は、
    前記複数のレンズ及び前記基板を覆うように第１のクラッド層を形成する工程と、
    前記第１のクラッド層の一部分をエッチングして前記基板の一部分を露出させ、第３の傾斜した側壁を形成する工程であって、前記第３の傾斜した側壁と前記基板の上面との間の角度は、２０度～６０度の範囲にある工程と、
    第２のクラッド層を前記第１のクラッド層及び前記基板の前記一部分の上に形成して、前記クラッド層の上部に前記第１の傾斜した側壁を形成する工程と、
    前記第２のクラッド層の一部をエッチングして、前記クラッド層の下段に前記第２の傾斜した側壁を形成する工程であって、前記第２の傾斜した側壁と前記基板の前記上面との間の角度は、２０度～６０度の範囲にある工程と
    をさらに含む請求項１に記載のイメージセンサの製造方法。
  8. 前記クラッド層の前記一部分をエッチングして、前記第１の傾斜した側壁及び前記第２の傾斜した側壁を形成する工程は、
    前記クラッド層の第１の部分をエッチングして、前記クラッド層の上部に前記第１の傾斜した側壁を形成する工程であって、前記第１の傾斜した側壁と前記基板の上面との間の角度は、２０度～６０度の範囲にある工程と、
    前記クラッド層の第２の部分をエッチングして、前記クラッド層の下段に前記第２の傾斜した側壁を形成する工程であって、前記第２の傾斜した側壁と前記基板の上面との間の角度は、２０度～６０度の範囲にある工程と
    をさらに含む請求項１に記載のイメージセンサの製造方法。
  9. イメージセンサであって、
    基板と、
    前記基板上に配置された複数のレンズであって、マイクロレンズ又はメタ・サーフェスレンズである複数のレンズと、
    前記複数のレンズ及び前記基板の上に配置されたクラッド層であって、
    前記クラッド層は、第１の傾斜した側壁及び第２の傾斜した側壁を有し、前記第１の傾斜した側壁は、前記第２の傾斜した側壁の上方にあり、
    前記基板上の前記第１の傾斜した側壁の投影は、前記基板上の前記第２の傾斜した側壁の投影から離間しているクラッド層と、
    前記クラッド層上にコンフォーマルに配置され前記基板を覆う、複数の膜を有するバンドパスフィルタ層と
    を含む、イメージセンサ。
  10. リフィル層及び反射防止膜をさらに含み、前記リフィル層は、前記基板上に配置され、前記複数のレンズを取り囲み、前記リフィル層の厚さは０．１μｍ～１００μｍの範囲にあり、前記反射防止膜は、前記レンズの上面及び前記リフィル層の上面に配置される請求項９に記載のイメージセンサ。
  11. 前記複数のレンズと前記基板との間に配置された下地層をさらに含み、前記下地層の厚さは０．０１～１００μｍの範囲にある請求項９に記載のイメージセンサ。
  12. 前記レンズの材料はａ－Ｓｉ、ＳｉＨ、ＧｅＨ、Ｇｅ、ＧｅＯ、又はＧｅＳｉＨであり、前記下地層の材料は前記レンズの材料とは異なるか又は同じであり、前記下地層の厚さは０．０１～１００μｍの範囲にあり、前記第２の傾斜した側壁の最外層から前記下地層の最外層までの距離は４０μｍ～１００μｍの範囲にあり、
    前記複数のレンズがマイクロレンズである場合、前記基板上の前記マイクロレンズの投影は、前記基板上の前記下地層の投影内にある請求項１１に記載のイメージセンサ。
  13. 前記第１の傾斜した側壁と前記基板の上面との間の角度は、２０度～６０度の範囲にあり、
    前記第２の傾斜した側壁と前記基板の前記上面との間の角度は、２０度～６０度の範囲にある請求項９に記載のイメージセンサ。
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