KR20060017857A - 튜닝된 컬러 필터를 갖는 이미저 - Google Patents

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울리히 씨. 뵈티거
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마이크론 테크놀로지, 인크
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Abstract

최적의 컬러 필터 어레이가 1개 이상의 다마신(damascene)층들 상에 또는 아래 내에 형성된다. 상기 컬러 필터 어레이는 각각의 하부의 포토다이오드에 입사하는 광의 특정 파장의 세기를 최대화하기 위해, 소자의 층들의 종합적인 광학적 특성을 최적화하도록 형성된 필터 영역들을 포함한다.
컬러 필터 어레이, 포토다이오드, 광학적 특성, 최적화, 필터 영역

Description

튜닝된 컬러 필터를 갖는 이미저{IMAGER WITH TUNED COLOR FILTER}
본 발명은 개선된 반도체 이미지 장치(improved semiconductor imaging device)에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 개선된 컬러 필터(color filter), 컬러 분리도(color separation) 및 감도(sensitivity)를 갖는 씨모스 이미저(CMOS imager)에 관한 것이다.
솔리드 스테이트(solid state) 또는 디지털(digital) 비디오 카메라에서의 컬러 이미징(color imaging)은 전형적으로, 전하 촬상 소자(charge coupled device: CCD), 씨모스(CMOS: complementary metal oxide semiconductor) 포토다이오드 어레이(photodiode arrays), 전하 주입 장치(charge injection device) 및 하이브리드 초점면 어레이(hybrid focal plane arrays) 등과 같은 다양한 형태의 반도체 기반 이미저(semiconductor-based imager)로 처리된다.
씨모스 이미저 회로는 일반적으로, 마이크로 렌즈(micro lens)의 어레이(array), 컬러 필터 및 독출(read out) 어레이와 디지털 프로세싱을 사용하여 컬러 필터링한 광 신호를 디지털 형태로 변환하는 포토 이미저(photo imager)를 포함한 다. 상기 이미저의 포토 이미저 부분은 화소의 초점면 어레이를 포함하고, 상기 화소의 각각은 기판의 하지부(underlying portion)에, 광적으로 생성된 전하를 축적하기 위한 기판의 도핑 영역(doped region) 상에 놓여진 포토게이트(photogate), 포토컨덕터(photoconductor) 또는 포토다이오드와 같은 광감응 영역(light sensitive area)을 포함한다. 독출회로는 각 화소에 연결되며, 상기 기판에 형성된 적어도 출력형 전계 효과 트랜지스터(field effect transistor)와, 출력형 트랜지스터의 게이트에 연결된, 전형적으로 플로팅 확산 노드(floating diffusion node)인, 센싱 노드(sensing node)를 갖는 포토게이트, 포토컨덕터 또는 포토다이오드에 인접한 기판에 형성된 전하 전송부(charge transfer section)를 포함한다. 광감응 영역 상에 위치하거나 광감응 영역을 둘러싸는 소자 층(device layer)은 포토다이오드와, 독출회로의 엘리먼트(element)의 일부 또는 전부 등에 연결되는 배선을 포함한다. 상기 이미저는 상기 기판의 전하 축적 영역에서 상기 플로팅 확산 노드로 전하를 전송하기 위한 트랜지스터와 같은 1개 이상의 전자 소자(electronic device)와, 전하 전송 전에 상기 노드를 소정의 전하 레벨로 리셋팅(resetting)하기 위한, 전형적으로 트랜지스터인, 1개의 소자를 포함할 수 있다.
컬러 이미징 포토다이오드 시스템은 여러 가지의 문제점이 있다. 예를 들면, 입사광이 포토다이오드 또는 포토게이트의 광감응 영역에 입사할 때까지 광이 상기 마이크로 렌즈를 입사하여 중간층(intervening layer)뿐만 아니라 컬러 필터를 투과하므로 흡수(absorption) 또는 회절(diffraction)로 인한 광감응 영역에서의 광 세기 손실(light intensity loss)이 발생한다.
특히 광 세기 손실을 유발하는 광학적 왜곡(optical distortion)은 많은 설계 요인(factor)에서 발생한다. 포토다이오드 상의 화소 표면은, 평평한 평탄면에 정의된, 사용 기술에 의존하는 예를 들면, 적색, 녹색, 청색 또는 청록색, 자홍색 또는 황색을 위한 컬러 필터를 포함하도록 구성된다. 포토다이오드에 의해 입력되는 광은 포토다이오드 상에 배치된 기판의 물질 및 깊이에 의해 영향을 받는다. 이미저 장치 상의 층들의 스택(stack) 아래에 있는 포토다이오드에 도달하는 광의 세기는 박막 간섭효과(thin film interference effect) 때문에 컬러 필터 및/또는 기판을 투과하는 광의 파장에 의존하고, 굴절율은 이미저의 기판에 사용된 깊이와 물질에 기초로 하여 변화한다.
몇몇 설계는 포토다이오드 상의 기판 내에 굴절과 흡수의 효과를 조절하기 위한 노력으로 이미저의 상부면에서 포토다이오드까지의 거리를 변경한다. 이미저의 상부면에서 포토다이오드까지의 거리를 변경하는 것은 이미저 제조 원가를 크게 증가시킨다. 이러한 복잡성은 설계 비용을 추가하고, 포토다이오드의 광감응 영역으로의 최고의 광자 전송에 대한 설계 제약을 제대로 처리하지 못하거나, 소정의 포토다이오드에 의해 포획될 수 있는 최대의 광자 세기를 충분히 증가시키지 못한다. 그러므로, 상이한 파장의 광 예를 들어, 청색 광, 적색 광 또는 녹색 광을 입사하는 다양한 포토다이오드로의 광자 전송을 여전히 개선하거나 최적화하는 한편 단순한 포토다이오드 구조를 가능케 할 수 있는 새로운 접근방법이 필요하다.
본 발명은 청색 광, 녹색 광, 적색 광과 같은 상이한 파장의 광을 입사하는 다양한 포토다이오드로의 광 전송을 최적화하기 위한 컬러 이미저 화소 구조를 제조하기 위한 대체 공정을 제공한다. 단일 식각, 다중 식각 및 컬러 필터 엘리먼트의 식각, 형성에 관련하여 여러 가지의 마스킹 과정(masking procedure)을 포함하는 여러 가지의 컬러 필터 엘리먼트 형성 공정을 포함하는 상이한 프로세싱 구조(scheme)를 포함하는 컬러 필터 어레이를 형성하는 여러 가지 방법을 제공한다. 컬러 필터에 입사하는 광을 최적화하기 위해 각 화소를 위한 다마신(damascene) 층의 컬러 필터 창(window)을 조절하는 것을 포함하는 이미저의 층을 투과하는 최적의 광 투과를 얻는데 다양한 접근방법을 사용한다. 또 다른 실시예는, 특정 파장의 광(예를 들면, 적색 광, 녹색 광, 청색 광)을 흡수하는 각각의 포토다이오드를 위한 치수(dimension)와, 아마도 물질에서 각각의 컬러 필터 층을 최적화하도록 소자 층 이상으로 상승한 연장된 컬러 필터 층을 제공한다. 다양한 컬러 필터 홈부(cavity)를 특정 포토다이오드에 의해 흡수되는 광을 위한 최적의 광학적 특성을 제공하는 치수로 형성할 수 있는 공간을 제공하는 다마신 층을 사용한다. 충분한 공간(headroom)이 소자 층 내에 이용가능하면, 포토다이오드 직상부의 소자 층의 상층부(overhead portion) 내에 다양한 컬러 필터 홈부도 형성할 수가 있다. 조합된 층의 광학적 특성을 변경하거나, 특정 포토다이오드 또는 광감응 영역에 대하여 컬러 필터 엘리먼트를 이동시킴으로써 특정 다이오드 상의 조합된 층의 광학적 특성을 조절하는 컬러 필터 엘리먼트의 상부 및 하부에 봉지층(encapsulation layer)을 사용하는 것을 포함하는 다양한 형태의 다마신 또는 층 조절이 가능하다.
본 발명의 상기한 특징과 이점 및 다른 특징과 이점을, 첨부된 도면에 관하여 제공되는 이하의 상세한 설명으로부터 더욱 쉽게 이해할 것이다.
도 1a는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 공정 전의 바람직한 컬러 화소 및 필터 구조의 단면도.
도 1b는 도 1a에 도시된 공정에 뒤이은 공정의 상태에서 도 1a의 컬러 화소 및 필터의 단면도.
도 1c는 도 1b에 도시된 공정에 뒤이은 공정의 상태에서 도 1a의 컬러 화소 및 필터의 단면도.
도 1d는 도 1c에 도시된 공정에 뒤이은 공정의 상태에서 도 1a의 컬러 화소 및 필터의 단면도.
도 1e는 도 1d에 도시된 공정에 뒤이은 공정의 상태에서 도 1a의 컬러 화소 및 필터의 단면도.
도 1f는 도 1e에 도시된 공정에 뒤이은 공정의 상태에서 도 1a의 컬러 화소 및 필터의 단면도.
도 2a는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 공정 전의 바람직한 컬러 화소 및 필터 구조의 단면도.
도 2b는 도 2a에 도시된 공정에 뒤이은 공정의 상태에서 도 2a의 컬러 화소 및 필터의 단면도.
도 2c는 도 2b에 도시된 공정에 뒤이은 공정의 상태에서 도 2a의 컬러 화소 및 필터의 단면도.
도 2d는 도 2c에 도시된 공정에 뒤이은 공정의 상태에서 도 2a의 컬러 화소 및 필터의 단면도.
도 2e는 도 2d에 도시된 공정에 뒤이은 공정의 상태에서 도 2a의 컬러 화소 및 필터의 단면도.
도 2f는 도 2e에 도시된 공정에 뒤이은 공정의 상태에서 도 2a의 컬러 화소 및 필터의 단면도.
도 2g는 도 2f에 도시된 공정에 뒤이은 공정의 상태에서 도 2a의 컬러 화소 및 필터의 단면도.
도 3a는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 공정 전의 바람직한 컬러 화소 및 필터 구조의 단면도.
도 3b는 도 3a에 도시된 공정에 뒤이은 공정의 상태에서 도 3a의 컬러 화소 및 필터의 단면도.
도 3c는 도 3b에 도시된 공정에 뒤이은 공정의 상태에서 도 3a의 컬러 화소 및 필터의 단면도.
도 3d는 도 3c에 도시된 공정에 뒤이은 공정의 상태에서 도 3a의 컬러 화소 및 필터의 단면도.
도 3e는 도 3d에 도시된 공정에 뒤이은 공정의 상태에서 도 3a의 컬러 화소 및 필터의 단면도.
도 3f는 도 3e에 도시된 공정에 뒤이은 공정의 상태에서 도 3a의 컬러 화소 및 필터의 단면도.
도 3g는 도 3f에 도시된 공정에 뒤이은 공정의 상태에서 도 3a의 컬러 화소 및 필터의 단면도.
도 3h는 도 3g에 도시된 공정에 뒤이은 공정의 상태에서 도 3a의 컬러 화소 및 필터의 단면도.
도 3i는 도 3h에 도시된 공정에 뒤이은 공정의 상태에서 도 3a의 컬러 화소 및 필터의 단면도.
도 3j는 도 3i에 도시된 공정에 뒤이은 공정의 상태에서 도 3a의 컬러 화소 및 필터의 단면도.
도 3k는 도 3j에 도시된 공정에 뒤이은 공정의 상태에서 도 3a의 컬러 화소 및 필터의 단면도.
도 4a는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 공정 전의 바람직한 컬러 화소 및 필터 구조의 단면도.
도 4b는 도 4a에 도시된 공정에 뒤이은 공정의 상태에서 도 4a의 컬러 화소 및 필터의 단면도.
도 4c는 도 4b에 도시된 공정에 뒤이은 공정의 상태에서 도 4a의 컬러 화소 및 필터의 단면도.
도 4d는 도 4c에 도시된 공정에 뒤이은 공정의 상태에서 도 4a의 컬러 화소 및 필터의 단면도.
도 4e는 도 4d에 도시된 공정에 뒤이은 공정의 상태에서 도 4a의 컬러 화소 및 필터의 단면도.
도 4f는 도 4e에 도시된 공정에 뒤이은 공정의 상태에서 도 4a의 컬러 화소 및 필터의 단면도.
도 4g는 도 4f에 도시된 공정에 뒤이은 공정의 상태에서 도 4a의 컬러 화소 및 필터의 단면도.
도 5a는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 공정 전의 컬러 화소 및 필터 구조의 일부분의 단면도.
도 5b는 도 5a에 도시된 공정에 뒤이은 공정의 상태에서 도 5a의 컬러 화소 및 필터 구조의 단면도.
도 5c는 도 5b에 도시된 공정에 뒤이은 공정의 상태에서 도 5a의 컬러 화소 및 필터 구조의 단면도.
도 5d는 도 5c에 도시된 공정에 뒤이은 공정의 상태에서 도 5a의 컬러 화소 및 필터 구조의 단면도.
도 5e는 도 5d에 도시된 공정에 뒤이은 공정의 상태에서 도 5a의 컬러 화소 및 필터 구조의 단면도.
도 6a는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 공정 전의 컬러 화소 및 필터 구조의 일부분의 단면도.
도 6b는 도 6a에 도시된 공정에 뒤이은 공정의 상태에서 도 6a의 컬러 화소 및 필터 구조의 단면도.
도 6c는 도 6b에 도시된 공정에 뒤이은 공정의 상태에서 도 6a의 컬러 화소 및 필터 구조의 단면도.
도 6d는 도 6c에 도시된 공정에 뒤이은 공정의 상태에서 도 6a의 컬러 화소 및 필터 구조의 단면도.
도 6e는 도 6d에 도시된 공정에 뒤이은 공정의 상태에서 도 6a의 컬러 화소 및 필터 구조의 단면도.
도 6f는 도 6e에 도시된 공정에 뒤이은 공정의 상태에서 도 6a의 컬러 화소 및 필터 구조의 단면도.
도 6g는 도 6f에 도시된 공정에 뒤이은 공정의 상태에서 도 6a의 컬러 화소 및 필터 구조의 단면도.
도 7a는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 공정 전의 컬러 화소 및 필터 구조의 일부분의 단면도.
도 7b는 도 7a에 도시된 공정에 뒤이은 공정의 상태에서 도 7a의 컬러 화소 및 필터 구조의 단면도.
도 7c는 도 7b에 도시된 공정에 뒤이은 공정의 상태에서 도 7a의 컬러 화소 및 필터 구조의 단면도.
도 8은 바람직한 구조의 층을 나타낸 컬러 화소 및 필터 구조의 일부분의 바람직한 실시예의 단면도.
도 9는 본 발명에 따라 제조된 화소의 어레이를 갖는 이미저 장치를 포함한 컴퓨터 프로세서 시스템의 블록도.
도 10은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 컬러 화소 및 필터 엘리먼트를 제조하기 위한 공정 순서도.
도 11은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 컬러 화소 및 필터 엘리먼트를 제조하기 위한 공정 순서도.
도 12는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 컬러 화소 및 필터 엘리먼트를 제조하기 위한 공정 순서도.
도 13은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 컬러 화소 및 필터 엘리먼트를 제조하기 위한 공정 순서도.
도 14는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 컬러 화소 및 필터 엘리먼트를 제조하기 위한 공정 순서도.
도 15는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 컬러 화소 및 필터 엘리먼트를 제조하기 위한 공정 순서도.
본 발명의 일 특징은 이미저 센서(imager sensor)를 위한 컬러 필터 어레이(color filter array)를 형성하는 대체(alternative) 공정 구조를 제공한다. 본 발명의 또 다른 특징은 최대의 컬러 투과를 위하여 기판의 소정의 영역을 튜닝(tuning)하는 현재의 소자 제조 기술의 사용을 허용한다.
바람직한 실시예는 컬러 필터 레지스트(color filter resist)의 직접적인 리소그래피 이미징(lithographic imaging)보다도 컬러 화소를 형성하는 다마신 (damascene) 형태의 공정을 사용한다. 산화물이나 또 다른 적합한 매트릭스(matrix) 물질에 통상적인 리소그래피와 식각에 의해, 나중에 컬러 물질로 충전하는, 화소를 위한 컬러 필터 어레이(color filter array: CFA) 홈부(cavity)를 형성한다. 후속의 화학적기계적 연마(chemical mechanical polishing) 공정 동안에, 화소의 컬러 필터 부분을 형성하기 위해 충전 상태를 계속하고 있는 요홈부(recessed area)를 제외하고 모든 컬러 물질을 제거한다.
컬러 필터에 사용되는 컬러 물질 깊이를 변경하여 이미저 어레이의 특정 광감응 영역의 광학적 특성을 조정할 수 있다. 특정 파장을 위한 다이오드의 입사광을 최적화하기 위해, 다이오드 상의 층들의 광학적 특성을 변경할 수 있도록 다마신층을 사용하여 다이오드 상의 충분한 공간 및/또는 다이오드 상의 금속층을 제공할 수 있다. 광학적 특성 조정이 필요하면, 포토다이오드 상의 층 내부로 연장하는 컬러 필터 홈부를 위한 충분한 공간(headroom)이 있을 때, 다마신층이 필요하지 않아도 좋다.
다마신층의 요홈부와, 아마도 포토다이오드 상의 다른 층은 소자 스택(stack)과 다마신층을 포함하는 기판의 일부분뿐만 아니라 포토다이오드 상에 컬러 필터 어레이(CFA) 창 또는 필터부를 형성한다. 포토다이오드 상의 여러 가지 물질의 종합적인 박막 간섭, 굴절 및 흡수 특성을 변경하기 위해 CFA 창을 사용하면, 포토다이오드에 입사하는 광의 특정 파장 범위의 최대 세기를 증가시킨다. 또한, 직접적인 컬러 레지스트 이미징을 사용하여 컬러 화소를 리소그래피 기술로 형성하는 것과는 달리, 표준의 리소그래피 기술에 고 해상도의 표준 레지스트를 사용할 수 있으므로, 최적의 CFA 창을 포함하는 화소로부터 고 해상도 및 인쇄 품위를 얻을 수가 있다. 또한, 표준의 코팅 기술을 이용하며 다마신 형태의 구조와 CFA 창을 사용하여 도포한 컬러 물질은 상상할 수 있는 것이 아니어도 좋고, 그러므로, 화학적 형성 및 물질 제약에서 더 큰 자유로움을 제공한다.
또한, 일부 이미저 설계에 광학을 개선하는 더 높은 안료 부하(pigment loading)에 더 얇은 컬러 막을 사용할 수 있다. 더욱이, 본 발명을 사용하면, 각각의 컬러를 위한 다마신 및 CFA 창 층 두께를 개별적으로 조절하는 능력에도 불구하고 완전히 평탄한 컬러 매트릭스 구조를 허용한다. 또 다른 화소 구조에 악영향을 미치는 이전의(previous) 컬러의 토포로지(topology)로 인한 컬러 스트리킹(color streaking)과 같은 문제점을 방지한다. 더 얇은 전체 막 스택 때문에 광학적 크로스토크(cross talk)를 또한 감소할 수 있고, 이로써 본 발명의 특징은 화소간의 분리도(separation)를 증가하거나 화소간의 분리 매트릭스(separation matrix)를 형성하는 선택권(option)을 제공한다. 본 발명의 특징은 또한 인접 화소 상의 컬러 레지듀(color residue)를 방지하고, CFA의 제조를 위한 저가의 컬러 물질을 제공한다. 또한, 본 발명은 통상적인 CFA 제조 공정에 의해 야기되는 레지스트의 이동성 이온 오염 때문에 현재 필요로 하고 있는, 격리된 포토 제조 영역의 필요성을 생략하는 것을 허용한다. 마지막으로, 본 발명은 추가적인 평탄화 코팅의 필요 없이 컬러 화소의 상부에 또는 하부에 내장형(built-in) 렌즈를 제공한다. 본 발명은 또한 포토다이오드 상에 층들의 종합적인 굴절 및 흡수 특성의 필수적인 "튜닝(tuning)"을 제공하는 여러 가지 구조를 허용한다.
필요가 있는 파장 튜닝의 분석을 시작하기 위해, 이미저의 포토다이오드 상의 모든 층의 박막 간섭, 굴절 및 흡수 특성의 모델링(modeling)을 실행한다. 포토다이오드와 이미저 층의 굴절 및 흡수 특성의 모델링은 본 발명의 기술분야에 공지되어 있다. 예를 들면, 서로의 상부면 상에 배치되는 다층막의 다중 굴절 및 흡수를 산출하는 MathCAD, Prolith 또는 SolidC와 같은 상업적 소프트웨어가 이용 가능하다. 상업적 리소그래피 소프트웨어도 또한 사용할 수가 있다. 설계자는 여러 가지 막의 기본적인 광학적 변수(parameter)를 입력하고 그 다음에 소프트웨어는 반사량과 흡수량뿐만 아니라 흡수율을 출력한다. 두께가 증가함에 따라 흡수가 지수적으로 증가하는 지수적 관계를 갖는, 막의 벌크(bulk) 흡수를 논하는 비어 램버트(Beer Lambert) 방정식뿐만 아니라 스넬(Snells) 굴절 방정식, 프레스넬(Fresnel) 방정식을 사용하는 소프트웨어 애플리케이션을 사용한 수작업적 연산을 또한 사용할 수도 있다.
일반적으로, 여러 가지 솔루션(solution)을 결정하고 최적의 것을 선택한다. 필요하면, 물질뿐만 아니라 가변적인 CFA 창 치수를 포함하는 층의 최적 세트 (set)를 결정한 후, 그 다음에 많은 식각 접근방법 중 하나를 적용하고, 컬러 안료 충전제를 CFA 창 홈부 내에 위치시킨다. 몇몇 바람직한 실시예에서, 다이오드의 광감응 영역 상의 이미저 스택의 반사 및 흡수 특성을 최적화하기 위해, CFA 창 홈부에 사용하기 위한 상이한 CFA 창 치수 및 물질을 사용하여도 좋다. 다마신층의 가변적 깊이의 CFA 창뿐만 아니라 다마신층의 사용과, 일부 경우, 다이오드의 상부 및 다마신층 하부의 이미저의 소자 층을 사용하는 것을 제공하면 이미저의 반사 및 다른 광학적 특성을 최적화하는 여러 가지 치수의 CFA 창의 형성을 허용한다. 다시 말하면, CFA 창, 또는 컬러 충전제가 있는 홈부는 일부 경우에 포토다이오드에 하향 도달하는 기판 스택의 내부뿐만 아니라, 다마신층의 일부분을 관통하여 연장하여도 좋다. 상보적인 컬러 포토다이오드 어셈블리에도 CFA 창을 사용할 수가 있다. 특정 CFA 창과, 하지의 포토다이오드 상에 배치된 하지층의 두께를 결정하는 것은 특히, 포토다이오드의 상부면 상에 사용된 컬러 필터와, CFA 창을 포함하는 조합된 스택과, 입사 광자가 투과하여야만 하는 포토다이오드 상의 모든 다른 층의 굴절율에 의존한다. 특정 CFA 창의 두께는 또한 광학적 초점 또는 다른 렌즈 특성을 조정하기 위해 화소 또는 이미저 어셈블리에 사용하는 마이크로 렌즈에 부분적으로 기초를 두고 있다. 다마신 또는 소자 층의 내부에 하향 연장하기 보다 소자 층 또는 다마신층 상에도 연장하는 CFA 창을 또한 사용할 수 있다. 설계자는 포토다이오드에 도달하는 광의 세기를 최대화하기 위해 포토다이오드 상의 층의 소정의 스택 또는 세트(set)의 컴퓨터 또는 매뉴얼(manual) 간섭, 굴절 또는 흡수 모델을 사용하여 최적의 두께를 결정할 수 있다.
제1 실시예를, 컬러 화소의 포토다이오드 상에 있는, 미리 정의된 하드 매트릭스 물질 내에 상이한 컬러의 화소를 형성하는 광감응 컬러 물질로 구현할 수 있다. 상기 하드 매트릭스 물질을 식각하여 컬러 필터 물질을 위한 3개의 CFA 홈부 모두를 개구(open)한다. 전체 웨이퍼를 선택한 컬러로 코팅하고, 현상 단계에서 미리 정의한 홈부 내의 불필요한 컬러 물질을 제거하는 마스크 패턴으로 패터닝함으로써 뒤이어 각각의 컬러를 추가할 수 있다. 2개의 컬러를 패터닝한 후, 3개의 상 이한 컬러의 화소가 매트릭스의 홈부에 잔존할 때까지 추가적인 패터닝 단계 없이 제3 컬러를 코팅하고 웨이퍼를 연마함으로써 제3 화소 형태를 형성할 수 있다.
도 1a를 참조하면, 제1 실시예는 기판(11) 상에 복수개의 포토다이오드(9)가 형성된 채 시작한다. 포토다이오드(9)의 상부 및 측부에, 산화층과 금속층을 포함한 영역(7)을 형성한다. 산화층과 금속층(7) 상에 하드 매트릭스 물질 층(5)을 형성한다. 매트릭스 물질 층(5) 상에 포토레지스트 층(3)을 형성한다. 도 1b를 참조하면, 표준의 레지스트 공정을 사용하여 포토레지스트 층(3)을 패터닝하고, 포토다이오드(9) 상의 포토레지스트 층에 홈부를 형성한다. 도 1c를 참조하면, 매트릭스 물질 층(5)을 식각하고, 잔존하는 포토레지스트(3)를 제거하며, 매트릭스 층(5)의 홈부 내에 제1 광감응 컬러 코팅층(15)(예를 들어, 적색 코팅층)을 도포한다. 광감응 컬러 코팅층(15)을 노광하고 현상하여 다른 컬러 코팅층을 수용하여야 할 홈부(16),(17)에서 컬러 코팅층을 제거한다. 도 1e를 참조하면, 도포된 코팅층(15)에 대해 화학기계적 연마(CMP)를 실시하여 코팅층(15)을 매트릭스 층(5)과 수평으로 만든다. 도 1f를 참조하면, 모든 코팅층(15),(16),(17)을 도포하고 상기 코팅층을 공정처리할 때까지 상기 컬러 코팅층의 도포 공정, 또 다른 컬러 코팅층(즉, 19, 20)을 수용하여야 할 홈부(즉, 16, 17)에서 컬러 코팅층을 제거하는 공정, 그 다음의 CMP 공정을 반복한다.
도 10을 참조하면, 도 1f의 화소 구조의 실시예를 제조하기 위한 바람직한 일 실시예가 도시되어 있다. 공정 단계(S111)에서, 기판(11), 기판(11) 상에 형성된 포토다이오드(9), 포토다이오드(9)를 둘러싸는 소자 층(7), 소자 층(7) 상의 하 드 매트릭스 물질(5) 및 하드 매트릭스 물질(5) 상에 형성된 포토레지스트 층(3)을 포함하는 초기의 막 스택을 형성한다. 공정 단계(S113)에서, 표준의 레지스트를 사용하여 모든 포토다이오드(9) 상에 패터닝함으로써 포토레지스트 층(3)에 홈부를 형성한다. 공정 단계(S115)에서, 앞서 형성된 홈부 아래의 하드 매트릭스 층(5)을 식각하여 제거한다. 공정 단계(S117)에서, 잔존하는 하드 매트릭스 층(5) 상에 및 앞서 형성된 홈부 내에 광감응 컬러 코팅층(15)(예를 들어, 적색)을 도포한다. 공정 단계(S118)에서, 컬러 코팅층(15)을 노광하고 현상하여 컬러 코팅층(15)을 제거하며 3개의 포토다이오드(9) 중 2개 상에 홈부(16),(17)(도 1d)를 형성한다. 공정 단계(S119)에서, CMP 및 세정을 실시하여 하드 매트릭스 물질(5)의 레벨 이상의 잔존하는 컬러 물질(15)을 제거한다. 공정 단계(S120)에서, 또 다른 컬러 코팅층이 필요한 지 여부를 결정한다. 또 다른 컬러 코팅층이 필요하면, 이어, 단계(S117)에서, 잔존하는 하드 매트릭스 층(5), 층(15) 상에 및 홈부(16),(17) 내에 상이한 광감응 컬러 코팅층(19)(예를 들어, 녹색 또는 청색)을 도포한다. 그 다음에, 공정 단계(S118)에서, 컬러 코팅층이 없는 포토다이오드(9) 상의 광감응 컬러 코팅층(19)을 노광하고 현상한다. 공정 단계(S119)에서, 컬러 코팅층(19)의 상부면이 잔존하는 하드 매트릭스 층(5)과 동일 레벨을 이루도록 공정 단계(S118)에서 도포된 컬러 코팅층을 CMP에 의해 공정처리하고 세정한다. 공정 단계(S120)에서, 또 다른 컬러 코팅층이 필요한 지 여부에 대해 결정한다. 또 다른 컬러 코팅층이 필요하면, 그 다음에 또 다른 광감응 컬러 코팅층(예를 들어, 20)(도 1f)을 사용하여 공정 단계(S117~S119)를 반복한다. 공정 단계(S120)에서, 더 이상 컬러 코팅층이 필요하지 않은 것으로 결정하면, 공정은 종료한다.
본 발명의 제2 실시예는 각각의 컬러를 위한 개별적인 하드 매트릭스 식각을 가진 채 형성되고, 3개의 순차적인 포토단계, 식각단계 및 코팅과 연마단계에 의해 매트릭스 물질(5)에 홀을 형성하고 충전하는데 사용하는 3개의 개별 홈부(컬러당 1개씩)를 사용한다. 각각의 컬러를 위해, 표준의 포토레지스트의 코팅층을 웨이퍼에 도포하고, 원하는 화소 영역의 레지스트를 제거하기 위해, 리소그래피 장치로 상기 코팅층을 패터닝하고, 건식 식각 장치에서 노출 영역을 식각한다. 그 다음에 웨이퍼를 컬러 레지스트로 코팅하고, 식각 영역 내의 컬러 코팅층을 제외하고 잔존하는 레지스트를 제거한다. 모든 컬러 필터를 형성할 때까지 상기한 방법으로 상기 하드 매트릭스에 추가 홈부를 형성하고, 그 다음에 컬러 코팅층을 도포하고 그 다음에 제거한다.
도 2a를 참조하면, 제2 실시예는 기판(11) 상에 포토다이오드(8),(9),(10)가 형성된 채 시작한다. 포토다이오드(8),(9),(10)의 상부와 측부에, 산화층과 금속층을 포함하는 영역(7)을 형성한다. 산화층(7) 상에 하드 매트릭스 물질 층(5)을 형성한다. 매트릭스 물질 층(5) 상에 포토레지스트 층(3)을 형성한다. 도 2b를 참조하면, 표준의 레지스트 공정을 사용하여 포토레지스트 층(3)을 패터닝하여 포토다이오드(8) 상의 포토레지스트 층에 홈부(21)를 형성한다. 도 2c에 도시된 바와 같이, 매트릭스 물질 층(5)을 식각하여 홈부(22)를 형성하고, 포토레지스트를 제거한다. 도 2d를 참조하면, 홈부(22) 내에 및 매트릭스 층(5)의 상부면 상에 제1 광감응 컬러 코팅층(23)(예를 들어, 적색 컬러 코팅층)을 도포한다. 도 2e를 참조하면, 상기 도포된 컬러 코팅층(23)에 대해 화학적 기계적 연마(CMP)를 실시하여 코팅층(23)을 매트릭스 층(5)과 동일 레벨로 만든다. 도 2f를 참조하면, 잔존하는 컬러 코팅층(23)과 매트릭스 층(5)의 상부면에 포토레지스트 층(24)을 도포한다. 각각의 컬러(예를 들어, 26, 그 다음에 27)를 위한 개별적인 매트릭스 식각의 공정을 반복하여 도 2g에 도시된 바와 같은 최종의 바람직한 실시예를 형성한다. 도 2g는 컬러 코팅층(23),(25),(26)의 깊이가 동일함을 도시하고 있다. 각각의 포토다이오드(8),(9),(10) 상의 층의 종합적인 광학적 특성을 선택적으로 조정하기 위해 컬러 코팅층(23),(25),(26)의 깊이를 변경할 수 있음을 알아야 한다.
도 11을 참조하면, 컬러당 1개의 매트릭스 식각을 사용하여 도 2f의 구조의 바람직한 실시예를 제조하기 위한 바람직한 일 공정이 도시되어 있다. 공정 단계(S121)에서, 기판(11), 기판(11) 상에 형성된 포토다이오드(8),(9),(10), 포토다이오드(8),(9),(10)를 둘러싸는 소자 층(7), 소자 층(7) 상의 하드 매트릭스 물질(5) 및 하드 매트릭스 물질(5) 상에 형성된 포토레지스트 층(3)을 포함하는 초기의 막 스택을 형성한다. 공정 단계(S123)에서, 포토다이오드(8) 상의 홈부(21)(도 2b)를 표준의 레지스트(3)에 패터닝한다. 공정 단계(S125)에서, 홈부(21)(도 2b) 아래의 하드 매트릭스 층(5)을 식각하고 제거하여 하드 매트릭스 층(5)에 홈부(22)(도 2c)를 형성한다. 공정 단계(S127)에서, 매트릭스 층(5) 상에 및 홈부(22) 내에 컬러 코팅층(23)(도 2d)(예를 들어, 적색, 녹색 및 청색)을 도포한다. 공정 단계(S131)에서, CMP와 같은 방법을 사용하여 매트릭스 층(5)의 레벨 이상의 컬러 코팅층(23)을 제거한다. 공정 단계(S133)에서, 또 다른 컬러 코팅층이 필요한 지 여부를 결정 한다. 또 다른 컬러 코팅층이 필요하면, 그 다음에, 앞서 도포된 컬러 물질(예를 들어, 도 2f의 23)과, 잔존하는 하드 매트릭스 물질(5)의 상부면에 포토레지스트(24)를 도포한다. 그 다음에, 공정 단계(S123)에서부터 공정을 계속하여 포토레지스트(예를 들어, 24)에 홈부를 형성하고, 포토다이오드(예를 들어, 9 또는 10) 상의 하드 매트릭스 물질에 홈부를 형성하고, 상이한 컬러 코팅층(예를 들어, 녹색 또는 청색)을 도포하고, 뒤이어 매트릭스 층(5)의 레벨 이상의 컬러 코팅층을 제거한다. 공정 단계(S133)에서, 또 다른 컬러 코팅층이 필요한지 여부의 또 다른 결정을 한다. 또 다른 컬러 코팅층이 필요하면, 그 다음에, 공정 단계(S135~131)에서 공정을 시작한다. 공정 단계(S133)에서, 또 다른 컬러 코팅층이 필요하지 않으면, 그 다음에 공정은 종료한다.
제3 실시예는 모든 컬러에 대하여 공통 깊이를 가진 채 모든 화소를 위한 하드 매트릭스에 홈부를 동시에 패터닝하고 식각하는 단계를 제공한다. 그 다음에, 웨이퍼에 포토레지스트를 코팅하고, 1개의 홈부를 노광하고 현상한다. 상기 웨이퍼에 컬러 코팅층을 코팅하고 그 다음에 상기 컬러의 불필요한 부분을 제거한다. 또 다른 포토레지스트의 층을 화소 상에 도포하고, 그 다음에, 다음의 컬러 물질로 충전할 포토다이오드 상의 다음의 홈부에서 제거한다. 상기 화소 상에 컬러 물질의 코팅층을 도포하고 그 다음에 연마하여 여분의 컬러 물질을 제거한다. 공정처리할 잔존하는 홈부를 노광하고 현상하여 상기 홈부에서 포토레지스트를 제거한다. 상기 화소 상에 및 컬러 물질이 없는 잔존하는 홈부 내에 또 다른 컬러 층을 도포한다. 그 다음에 상기 컬러 층을 연마하여 불필요한 컬러 물질을 제거한다.
도 3a는 포토다이오드(8),(9),(10)가 기판(11) 상에 형성된 제3 실시예를 도시하고 있다. 포토다이오드(8),(9),(10)의 상부와 측부에 산화층 및 금속층(7)을 형성한다. 산화층 및 금속층(7) 상에 하드 매트릭스 물질 층(5)을 형성한다. 매트릭스 물질 층(5) 상에 포토레지스트 층(3)을 형성한다. 도 3b를 참조하면, 표준의 레지스트 공정을 사용하여 포토레지스트 층(3)을 패터닝하여 포토다이오드(8),(9),(10) 상의 포토레지스트 층(3)에 홈부(27),(28),(29)를 형성한다. 도 3c에 도시된 바와 같이, 매트릭스 물질 층(5)을 식각하여 포토다이오드(8),(9),(10) 상에 홈부(30),(31),(32)를 형성하고, 매트릭스 층(5)의 상부면에서 포토레지스트(3)를 제거한다. 도 3d를 참조하면, 홈부(30),(31),(32)(도 3c) 내에 및 층(5)의 잔존하는 부분 상에 포토레지스트(33)를 형성하고, 그 다음에 포토레지스트(33)를 패터닝하고 식각하여 다이오드(8) 상의 홈부(30)를 재노출시킨다. 도 3e를 참조하면, 홈부(30) 내에 및 잔존하는 포토레지스트 층(33) 상에 제1 컬러 코팅층(34)(예를 들어, 적색)을 형성한다. 도 3f에 도시된 바와 같이, 홈부(30)(도 3c) 내의 컬러 코팅층(34)이 매트릭스 층(5)과 수평을 이루며, 홈부(31),(32)(도 3c) 내의 포토레지스트(34)가 매트릭스 층(5)과 수평을 이루도록 컬러 코팅층(34)과 포토레지스트(33)를 CMP에 의해 공정처리한다. 도 3g를 참조하면, 홈부(31),(32)에서 포토레지스트(33)를 제거한다. 도 3h에 도시된 바와 같이, 매트릭스 층(5) 및 제1 컬러 층(34) 상에 뿐만 아니라 홈부(31),(32) 내에 포토레지스트(33)를 형성한다. 그 다음에, 포토레지스트(33)를 노광하고 현상하여 홈부(31) 내의 포토레지스트(33)를 도 3i에 도시된 바와 같이 노출시킨다. 도 3j에 도시된 바와 같이, 그 다음에 잔존하 는 포토레지스트 층(33)의 상부면 상에 및 홈부(31) 내에 제2 컬러 코팅층(35)을 도포하고, 매트릭스 층(5)의 레벨 이상의 제2 컬러 코팅층(35)과 포토레지스트(33)를 제거한다. 도 3k를 참조하면, 잔존하는 매트릭스 층(5), 컬러 코팅층(34),(35) 상에 및 홈부(32)(도 3g) 내에 제3 컬러 층(37)을 형성하고, 그 다음에 제3 컬러 층(37)이 매트릭스 층(5)과 수평을 이루도록 컬러 층(37)을 CMP에 의해 연마한다.
도 12를 참조하면, 모든 화소를 동시에 식각하는, 도 3k의 구조를 제조하기 위한 바람직한 공정이 도시되어 있다. 공정 단계(S141)에서, 기판(11), 기판(11) 상에 또는 기판(11)의 상부면에 형성된 포토다이오드(8),(9),(10), 포토다이오드(8),(9),(10)의 측부 및 상부의 소자 층(7), 하드 매트릭스 물질 층(5) 및 그 다음에 하드 매트릭스 물질(5) 상의 포토레지스트 층(3)을 포함하는 초기의 막 스택을 형성한다. 공정 단계(S143)에서, 포토레지스트 층(3)에 홈부(27),(28),(29)을 형성한다. 공정 단계(S145)에서, 매트릭스 층(5)을 식각하고 제거하여 모든 포토다이오드(8),(9),(10) 상에 홈부(31),(32),(33)를 형성한다. 공정 단계(S145)에서, 모든 포토레지스트(3)를 또한 제거한다. 공정 단계(S147)에서, 잔존하는 하드 매트릭스 층(5) 상에 및 매트릭스 층(5)의 홈부(30),(31),(32) 내에 표준의 포토레지스트(33)(도 3d)를 코팅한다. 공정 단계(S149)에서, 포토레지스트(33)를 노광하여 포토레지스트(33)에 홈부(30)를 형성한다. 공정 단계(S151)에서, 포토레지스트(33) 상에 및 홈부(30) 내에 컬러 코팅층(34)(예를 들어, 적색, 청색, 녹색)을 도포한다. 그 다음에, 공정 단계(S153)에서 앞서의 홈부(30)에 잔존하는 도포된 컬러 코팅층이 하드 매트릭스 층(5)과 수평을 이루도록 하드 매트릭스 층(5)의 레벨 이상의 도 포된 컬러 코팅층(34)을 제거한다. 공정 단계(S153)에서, 컬러 코팅층이 없는 홈부(즉, 31, 32) 내의 포토레지스트(33)를 제거한다. 공정 단계(S155)에서, 또 다른 컬러 코팅층을 도포할 지 여부를 결정한다. 또 다른 컬러 코팅층을 도포하여야 하면, 그 다음에, 공정 단계(S157)에서, 새로운 컬러 코팅층이 최종의 컬러 코팅층인지 여부를 결정한다. 상기 도포할 컬러 코팅층이 최종의 컬러 코팅층이 아니면, 그 다음에 공정은 공정 단계(S147)에서 재개하여 또 다른 컬러 코팅층을 도포할 것인지 여부를 결정하는 공정 단계(S155)까지 계속한다. 또 다른 컬러 코팅층을 도포하여야 하면, 그 다음에 공정 단계(S157)에서, 상기 도포할 컬러 코팅층이 최종의 컬러 코팅층인지 여부의 또 다른 결정을 실시한다. 상기 도포할 컬러 코팅층이 최종의 컬러 코팅층이면, 그 다음에 공정은 최종의 컬러 코팅층을 도포하는 공정 단계(S151)에서 재개하고, 그 다음에 공정은 공정 단계(S155)까지 계속하고, 그 다음에 더 이상 도포할 컬러 코팅층이 없으므로 종료한다.
본 발명의 제4 실시예는 화소 어레이 엘리먼트의 여러 가지 광학적 특성을 최적화하기 위해 컬러 필터의 깊이와 조성물의 조정을 허용한다. 도 4a를 참조하면, 벌크 실리콘(51), 벌크 실리콘(51) 상에 형성된 포토다이오드(52),(53),(54), 포토다이오드(52),(53),(54) 상에 형성된 소자 스택 및 전기 콤포넌트(55)를 구비한 이미저 칩을 형성한다. 소자 스택(55)을 평탄화하여 평평하게 하고, 그 다음에 소자 스택(55) 상에 다마신층(57)을 소정의 초기 깊이로 형성한다. 도 4a에 도시된 바와 같이, 또한 변경되는 여러 가지의 다른 회로 또는 기판 엘리먼트와 함께, 포토다이오드(52),(53),(54), 배선 및 상기 포토다이오드에 대해 여러 가지 깊이가 필요 없는 트랜지스터를 구비한 표준의 간단한 씨모스 이미저 회로를 형성한다.
도 4b를 참조하면, 포토레지스트 층(59)을 패터닝하여 포토다이오드(예를 들어, 54) 상의 레지스트(59)에 홈부(60)를 형성한다. 상기 공정 및 후속 공정에서 다마신층(57)과, 필요하면 소자 층(25)에 형성된 홈부의 깊이를, 입사광의 세기 또는 반사도를 포함하여 감지하도록 관심의 다이오드를 설계한 컬러 파장에 관하여 층들의 광학적 특성을 최적화하는데 사용하는 공지된 공식 및 원리에 의해 결정한다. 층들의 광학적 특성을 결정하는 것은 당 기술분야에 공지되어 있고, 부분적으로 상술되어 있다. 도 4c를 참조하면, 포토레지스트(9)를 식각하여 다마신층(57) 내에 제조중인 컬러 필터를 위한 홈부(60')를 형성한다. 도 4d를 참조하면, 홈부(60')에 포토레지스트(59)를 형성한다. 그 다음에, 또 다른 포토다이오드(예를 들어, 52) 상의 포토레지스트(59)에 또 다른 홈부를 형성하고, 그 다음에 하드 매트릭스 층(5)과 소자 층(7)을 식각하여 또 다른 홈부(63)를 형성한다. 포토다이오드(52)의 입사광을 최적화하기 위해 포토다이오드(52) 상의 홈부(63)의 깊이를 결정한다. 도 4e를 참조하면, 포토다이오드(53) 상의 홈부(63)에 또 다른 층의 포토레지스트(59)를 형성하고, 그 다음에, 잔존하는 포토다이오드(53) 상에 또 다른 홈부(65)를, 포토다이오드(53)의 입사광을 최적화하도록 결정한 깊이로 형성한다. 도 4f를 참조하면, 홈부(즉, 60', 63, 65)뿐만 아니라 하드 매트릭스 층(57)의 상부면에서 포토레지스트(59)를 제거한다. 도 4g를 참조하면, 그 다음에 각 홈부(60'),(63),(65)에, 특정 컬러 물질에 최적화한 홈부에 해당하는 상이한 컬러 물질(71),(73),(75)(예를 들어, 적색, 청색 또는 녹색)을 충전한다.
소자 스택의 일부분뿐만 아니라 다마신층(57)의 식각 깊이는 흡수 및 굴절 모델링 결과에 일부 기초한다. 각 홈부는, 특정 포토다이오드가 처리하려고 하는 소정 파장의 광에 해당하는 CFA 창 치수를 변경할 필요로 인하여 상이한 치수를 갖는다. 도 4g는 각 포토다이오드 지점 상의 소자 스택뿐만 아니라 다마신층(57)의 완성된 CFA 창 홈부의 바람직한 실시예를 도시하고 있다. 도 4g의 바람직한 실시예에서, 그 다음에 각 CFA 창에 컬러 안료 또는 필터 물질을 충전한다. 도 4g는 CFA 창을 식각하고, 해당하는 컬러 또는 필터 물질로 충전한 완성된 이미저의 바람직한 실시예를 도시하고 있다. 상기 실시예에서, 좌측에 적색의 필터 물질을, 가운데에 청색의 필터 물질을, 우측에 녹색의 필터 물질을 사용하고 있다. 하지만, 본 발명에서는 소정의 CFA 창을 위한 여러 가지 컬러 구조와 컬러 제조의 순서를 사용할 수 있다.
도 13을 참조하면, 도 4g에 도시된 구조와 같은 상이한 CFA 창 치수를 갖는 구조를 제조하기 위한 바람직한 공정이 도시되어 있다. 공정 단계(S171)에서, 다마신층(57), 포토다이오드(52),(53),(54) 상의 소자 스택(55) 및 벌크 실리콘(51)을 포함하는 초기의 막 스택을 형성한다. 공정 단계(S173)에서, 다마신층(57) 상에 표준의 포토레지스트(59)의 층을 도포한다. 공정 단계(S175)에서, 포토다이오드(예를 들어, 54) 상의 표준의 포토레지스트에 홈부를 패터닝한다. 공정 단계(S177)에서, 상기 포토레지스트의 홈부(60)를 통하여 다마신층(57)과, 필요하면, 소자 층(55)을, 상기 홈부 아래의 포토다이오드(예를 들어, 54)에 의해 흡수하려고 하는 특정 광 파장에 광학적 특성을 최적화하는 소정의 깊이로 식각한다. 공정 단계(S179)에 서, 다마신층(57) 및/또는 소자 층(55)에 또 다른 홈부가 필요한 지 여부를 결정한다. 또 다른 홈부가 필요하면, 그 다음에, 포토레지스트(59)와 다마신층(55)의 앞서 식각된 홈부(60')에 포토레지스트를 도포하여 상기 식각된 홈부(60')를 마스킹한다. 그 다음에, 공정 단계(S175~S179)를 반복하여 홈부(63),(65) 아래의 각각의 포토다이오드(52),(53) 상의 층들의 광학적 특성을 최적화하는 치수를 갖는 홈부(63),(65)를 형성한다. 공정 단계(S179)에서 다마신층(57) 및/또는 소자 스택(55)에 홈부가 더 이상 필요하지 않다고 결정할 때, 그 다음에, 특정 컬러 파장을 입력하도록 형성된 홈부에 코팅층을 도포하는 공정 단계(S183)에서 공정을 시작한다. 공정 단계(S185)에서, 컬러 코팅층을 노광하고 현상한다. 공정 단계(S187)에서 도포한 컬러 코팅층을 CMP에 의해 연마하고 세정한다. 공정 단계(S189)에서, 또 다른 컬러 코팅층이 필요한 지 여부를 결정한다. 컬러 물질이 없는 홈부에 형성할 또 다른 컬러 코팅층이 필요하면, 그 다음에 더 이상 컬러 코팅층이 필요하지 않을 때까지 공정은 공정 단계(S183~S189)를 계속하고 공정은 종료한다.
다마신층 또는 가변적인 CFA 창 치수 또는 이들 모두를 사용하여 광학적 특성을 최적화한 CFA 필터를 사용한 많은 대체 실시예가 가능하다. 예를 들면, 도 5a 는 상기 실시예에서, 포토다이오드(54) 상의 층을 통과하여 포토 디텍터(photo detector)에 입사하는 녹색 파장의 광에 튜닝된 일반적인 필터층(81)을, 스택(55)과 포토다이오드(53) 상에 추가한 것을 도시하고 있다. 도 5b에서, 일반적인 필터층(81)의 일부분(연장된 다마신 필터층)을, 1개의 포토다이오드(53) 상의 소자 스택 층(55)의 상부를 연장하도록 하기 위해, 일반적인 필터층(81)을 평탄화한다. 소 자 스택(55) 또는 일반적인 필터층(81)의 깊이는 상기 소자 스택 상에 형성 중에 있는 초기의 컬러에 최적화하거나 튜닝한 두께 또는 조성물을 갖는다. 이어, 도 5c에서, 평탄화 후에 잔존하는 연장된 다마신 필터층(81)을 봉지 물질(83)로 봉지한다. 불투명 실리콘이 풍부한 질화물(silicon rich nitride)과 같은 저온 산화물, 저온 DARC, TEOS 또는 스핀 온 글라스(spin on glass: SOG)를 포함하는 여러 가지 물질로 봉지를 실현할 수 있다.
도 5d를 참조하면, 또 다른 일반적인 필터층을 봉지 물질(83)의 제1층 상에 형성하고, 그 다음에 평탄화하여 필터 물질(85)의 일부분(연장된 다마신 필터층)을 상이한 포토다이오드(52) 상의 소자 스택(55)의 상부를 연장하도록 한다. 상기 실시예의 연장된 다마신 필터층(85)을 적색 필터 물질에 튜닝하거나 최적화한다. 상기 연장된 다마신 필터층(85)과 제1 봉지층(83) 상에 추가의 봉지 물질(87)을 형성한다. 그 다음에, 일반적인 필터 물질이 없는 또 다른 포토다이오드 지점(54) 상에 있는 제2 봉지층(87)의 표면 상에 또 다른 일반적인 필터층(예를 들어, 청색)을 형성하고, 그 다음에 식각하여 또 다른 연장된 다마신 필터층(89)을 형성한다.
도 5d의 바람직한 실시예에서, 광이 통과하여 포토다이오드(52),(53),(54)에 입사하는 1개 이상의 층들의 광학적 특성을 최적화하도록 봉지층(83),(87)뿐만 아니라 상기 연장된 다마신 필터층(83),(85),(89)을 만든다. 예를 들어, 청색의 연장된 다마신 필터층 아래의 봉지층은 다른 연장된 다마신 필터층의 봉지층보다 더 두껍다. 식각 대신에, 상기 실시예는 노드 또는 영역에서부터 세기 또는 다른 광학적 특성이 최대값 또는 다른 바람직한 값을 나타내는 지점까지 기판을 개조하는 단계 를 포함한다. 필요하면, 즉 제거가 다이오드 광 입사 표면에서 컬러 투과를 개선하면, 봉지 물질을 제거할 수 있다.
도 5e를 참조하면, 상기 봉지 물질의 상부면 상에 최종의 코팅층 또는 층(90)을 배치한다. 몇몇 실시예에서, 상기 봉지 물질의 상부면 상에, 광학적으로 투명한 물질이 가능한 마이크로 렌즈를 배치한다. 도 5e는 모든 연장된 다마신 필터층(81),(85),(89) 및 얇은 봉지층(83),(87)의 상부 및 측부에 배치되는 균일한 봉지 물질(90)을 사용한 봉지 구조를 갖는 실시예를 도시하고 있다.
도 14를 참조하면, 예를 들어, 도 5d에 도시된 바람직한 구조와 같은 특정 포토다이오드 상의 층들을 위한 최적의 광학적 특성을 가져오는 여러 가지 다마신 필터 구조물을 갖는 구조를 제조하기 위한 바람직한 공정이 도시되어 있다. 공정 단계(S201)에서, 벌크 실리콘(51) 상에 또는 상측에 배치된 포토다이오드(52),(53),(54) 상의 소자 스택을 포함하는 초기의 막 스택을 형성한다. 공정 단계(S203)에서, 소자 스택(55) 상에 컬러 필터 물질 층(81)을 도포한다. 공정 단계(S205)에서, 연장된 다마신 필터층(81) 내에 컬러 필터 물질 층(81)을 형성한다. 공정 단계(S207)에서, 공정 단계(S203~S205)에서 도포하여 형성한 컬러 물질이 최종의 컬러 코팅층인지 여부를 결정한다. 추가의 컬러 코팅층을 도포하여야 하면, 공정은, 선택한 포토다이오드(예를 들어, 52)에 입사하는 특정 파장의 광을 위하여 선택한 포토다이오드(예를 들어, 52) 상의 층들의 광학적 특성을 최적화하는 소정의 깊이로 봉지층(83)을 형성하는 공정 단계(S209)에서 계속한다. 공정 단계(S211)에서, 또 다른 컬러 층을 도포하여야 하는 지 여부를 결정한다. 또 다른 컬러 층( 예를 들어, 85)의 도포가 필요하면, 그 다음에 공정은 공정 단계(S203~S209)를 계속한다. 공정 단계(S203)에서 도포하고 공정 단계(S205)에서 형성한 컬러 층이 최종의 컬러 층이면, 그 다음에 공정은 공정 단계(S209)를 분기하고 그 다음에 종료한다.
도 6a 내지 도 6g를 참조하면, 또 다른 바람직한 실시예는 봉지층(83),(87)이 없는, 연장된 다마신층 또는 연장부를 포함한다. 도 6a는 소자 스택(55) 상에 일반적인 필터층(91)이 추가된 것을 도시하고 있다. 도 6b에서, 상기 실시예의 일반적인 필터층을 녹색 파장의 광에 튜닝한다. 도 6b에서, 일반적인 필터층(91)의 일부분(연장된 다마신층)을 1개의 포토다이오드(53) 상의 소자 스택 층(55)의 상부를 연장하도록 하기 위해, 일반적인 필터층(91)을 평탄화한다. 이어, 도 6c에서, 또 다른 포토다이오드(52) 상의 소자 층 상에, 상이한 광 파장, 예를 들어 적색에 튜닝한 또 다른 일반적인 필터층(93)을 형성한다. 도 6d를 참조하면, 제2 일반적인 필터층(93)을 평탄화하여 필터 물질(93)의 일부분(연장된 다마신층)을 상이한 포토다이오드(52) 상의 소자 스택(55)의 상부를 연장하도록 한다. 도 6e를 참조하면, 소자 스택(55)과, 앞서 형성된 연장된 다마신층(91),(93) 상에 또 다른 일반적인 필터층(95)(예를 들어, 청색)을 형성한다. 도 6f에서, 상기 실시예에서 청색 파장의 광에 튜닝한 일반적인 필터 물질을 평탄화하여 또 다른 포토다이오드 지점(54) 상에 있는 또 다른 연장된 다마신층(95)을 형성한다. 도 6g를 참조하면, 상기 연장된 다마신층 상에도, 광이 특정 포토다이오드 상을 투과하여야만 하는 조합된 층들의 광학적 특성의 추가 변경을 포함하여 여러 가지 작용을 담당하는 봉지 물질(97) 을 형성한다.
도 15를 참조하면, 예를 들어, 도 6f에 도시된 바람직한 구조와 같은 특정 포토다이오드 상의 층들을 위한 최적의 광학적 특성을 가져오는 가변적인 필터 구조물을 갖는 구조를 제조하기 위한 또 다른 바람직한 공정이 도시되어 있다. 공정 단계(S221)에서, 벌크 실리콘 상에 또는 상측에 배치된 포토다이오드(52),(53),(54) 상의 소자 스택(55)을 포함하는 초기의 막 스택을 형성한다. 공정 단계(S223)에서, 소자 스택(55) 상에 컬러 물질을, 선택한 포토다이오드 표면(예를 들어, 53)에 입사하는 광의 특정 파장에 컬러 층(예를 들어, 91)을 최적화하는 소정의 깊이로 도포한다. 공정 단계(S225)에서, 선택한 포토다이오드(예를 들어, 53) 상의 연장된 필터층 내에 평탄화와 같은 방법에 의해 컬러 물질 층(예를 들어, 91)을 형성한다. 공정 단계(S227)에서, 또 다른 컬러 물질 층을 도포하고 평탄화하여야 하는지 여부를 결정한다. 또 다른 컬러 코팅층을 이미저의 1개 이상의 일부분에 도포하여야 하면, 그 다음에 공정 단계(S223)를 실행하여 소자 스택(55)과, 소자 층(예를 들어, 91) 상에 소정의 깊이로 앞서 형성된 컬러 물질 상에 또 다른 컬러 물질 층(예를 들어, 93)을 도포한다. 공정 단계(S225)에서, 선택한 포토다이오드(예를 들어, 52) 상의 연장된 필터층 내에 새로 도포한 컬러 물질 층(예를 들어, 93)을 형성한다. 공정은, 추가의 컬러 물질 층을 도포하지 않아야 할 때까지 공정 단계(S223~S227)를 계속하고 그 다음에 공정은 종료한다.
도 7a를 참조하면, 컬러 필터 어레이 엘리먼트(93, 91 또는 95)의 다중 깊이 또는 치수와, 소자 층(55)과 특정 포토다이오드에 대해 각각의 엘리먼트의 위치 변 경을 조합한 또 다른 바람직한 실시예가 도시되어 있다. 도 7b는 연장된 다마신층과 함께 여러 가지 치수의 컬러 필터 엘리먼트(91),(93),(95)를 포함하는 소자 층(55) 상의 다마신층(57)을 사용한 것을 도시하고 있다. 엘리먼트 아래의 포토다이오드 상의 층들을 통하여 특정 파장의 광이 투과하는 것을 최적화하도록 다마신층(57) 내의 컬러 필터 엘리먼트 치수를 결정한다. 도 7c는 다마신층과 함께 최적의 컬러 필터 엘리먼트를 사용하는 바람직한 실시예 상에서 마이크로 렌즈를 사용할 수 있는 방법을 도시하고 있다. 여기에 설명한 본 발명의 어떠한 바람직한 실시예에 마이크로 렌즈(99)를 사용할 수 있음을 주목하여야만 한다.
컬러 필터를 형성하는 순서는 변경할 수가 있다. 예를 들면, 몇몇 바람직한 실시예에서, 적색, 그 다음에 녹색, 그 다음에 청색을 형성한다. 하지만, 상기 컬러 필터 형성의 순서를 상기 실시예 또는 다른 어떠한 실시예에서든지 상기 순서에 한정하지 아니 한다. 또한, 이미저의 광학적 특성을 추가로 튜닝하고 조정하기 위해, 본 발명의 실시예에 있거나 없는 봉지층을 사용할 수 있다.
광학적 특성을 최적화하기 위해 본 발명에 여러 가지의 물질, 코팅층 및 CFA 창의 치수를 사용할 수 있다. 연장된 다마신층을 형성하고, 평탄화하고, 그 다음에 튜닝하는 특정 포토다이오드 상의 층들의 누적적인 반사 및 흡수 특성에 선택적인 변경을 제공하도록 선택한 코팅층으로 코팅할 수 있다. 본 발명은, 물질 선택을 광에 의해 이미지화하는 능력에 의해 한정하지 않으므로 컬러 필터 포토레지스트의 사용에 한정되지 아니 함을 또한 주목하여야 한다.
소자 스택 층 또는 포토다이오드 자체 중 어느 하나 상에 여러 가지 치수의 CFA 창을 사용하면, 모델 데이터와 종합적인 층 특성에 기초하는 이미저의 광학적 특성을 조정하기 위한 수단을 제공한다. 광학적 특성은 조합된 층들의 초점의 흡수적 박막 간섭과 굴절 특성을 포함한다. 최적화 효과는 특정 다이오드에 입사하는 각 파장을 위한 광 세기를 증가시키는 것을 포함한다. 상이한 주파수를 위한 상이한 물질에 투과되는 광 세기를 튜닝하거나 최적화하도록 각각의 CFA 창을 또한 설계할 수도 있다. 다시 말하면, CFA 창의 깊이는 부분적으로, CFA 창 내에 주입된 도펀트와 충전제의 굴절율에 의존한다. 따라서, 포토다이오드 수집(collection) 영역에서의 적절한 효과 또는 최대 세기를 얻기 위해, 상이한 물질의 여러 가지 깊이를 사용할 수가 있다.
본 발명의 또 다른 특징은 각각의 컬러를, 기판을 통하여 포토다이오드에 최대 효율로 전달하도록 상이한 컬러를 최적화할 수 있는 방법에 집중한다. 상이한 치수의 물질은 또한, 이미저 층을 통하여 특정 컬러의 필터링을 최적화할 수 있는 안료 또는 염료를 포함할 수 있다. 이미저 기판 도는 포토다이오드 상의 스택뿐만 아니라 경로를 통과할 것으로 예상되는 평균 파장과 호환하는 상이한 광학적 경로를 갖는 홈부에 컬러 또는 염료를 형성할 수 있다. 관심을 둔 각 파장 범위를 위해 스택에서의 반사 또는 흡수를 최소화하기 위해 스택 두께를 튜닝하면, 포토다이오드에 의해 수집된 광, 일반적으로 적색, 녹색 및 청색 또는 청록색, 자홍색 및 황색의 세기를 증가시킨다.
본 발명에 여러 가지의 식각 방법을 사용할 수 있다. 예를 들면, 도 8을 참조하면, 산화층 사이의 여러 가지 식각 정지막과, 실리콘 디옥사이드와 같은 산화 층의 세트를 제공한다. 제1 산화층(OX1)(100)을 제1 식각 정지막(N1)(101)까지 식각할 수 있다. 그 다음에, 식각용 화학 성분을 상이한 화학 성분의 식각으로 변경하여 N1(101) 식각 정지막을 관통하고, 그 다음에 식각용 화학 성분을 또 다른 화학 성분의 식각으로 변경하여 제2 산화층(OX2),(102)을 식각 정지막(N2)(103)에 도달할 때까지 식각한다. 그 다음에, 필요하면, 제2 식각 정지막(N2)(103)을 식각할 수 있는 식각 화학성분으로 또 다른 변경을 한다. 그 다음에, 상기 예에서, 벌크 실리콘(106) 상에 있으나 포토다이오드 또는 광감응 영역에 인접하여 또한 배치될 수 있는 식각 정지막(N3)(105)까지 제3 산화층(OX3)(104)을 식각할 수 있다. 초기의 막 스택은 각 층 또는 선택한 층들 사이의 식각 정지막을 포함할 수 있다. 3개 층 모두가 동시에 식각할 수 있고, 그 다음에, 필요하면, 식각을 계속하기 위해 소정의 최대 깊이로 식각한 결과의 홈부를 마스킹할 수 있다. 상이한 층들은 상이한 식각 화학성분이나, 상이한 산화물의 선택적 식각에 민감한 동일한 물질 또는 상이한 물질이 가능하다. 또한, 1개의 포토 단계를 실행하고 상이한 층을 노출시키는 것이 가능하다.
사용한 층 물질에 따라, 상이한 실시예의 상이한 층에 여러 가지 두께를 사용할 수 있다. 예를 들어, 실리콘 나이트라이드를 사용하면, 식각 정지막을 위하여 500Å 두께를 사용할 수 있고, 다른 물질을 사용하면, 그 다음에 더 얇은 두께를 허용할 수 있다. 또한, 각각이 자신의 선택적 화학 성분을 갖는 상이한 산화층들에 상이한 물질을 사용하는 것이 가능하다. 상이한 식각 화학성분에 민감도를 갖는 선택적 식각이 요구되면, 그 다음에, 사용하여도 좋은 식각 공정은 동시에 모든 포토다이오드 상의 홈부를 형성하기 위해 층을 노출하는 단계, 그 다음에 제1 층의 모든 홈부를 동시에 깊이로 식각하는 단계, 그 다음에 식각 정지막이 있거나 없는, 소정의 최대 깊이에 도달한 홈부를 마스킹하는 단계를 포함한다. 그 다음에, 필요하면, 식각 정지막을 식각할 수 있고, 그 다음에 제2 층을 화학적 식각하여 소정의 깊이 또는 치수로 식각한다. 필요하면, 각 컬러 필터 홈부를 소정의 치수로 식각할 때까지 식각 공정, 화학성분 변경 공정, 식각 공정, 마스킹 공정 및 식각 공정을 반복할 수 있다.
여기의 화소 구조는 화소의 어레이를 갖는 이미저 장치에 포함할 수 있고, 1개 이상의 화소가 본 발명에 따라 제조되어 있다. 도 9에 도시된 바와 같은 프로세서 시스템(107)을 형성하기 위해, 이미저 장치(109) 자체를 프로세서(109)에 접속하여도 좋다. 프로세서 시스템(107)은 CMOS 또는 CCD 이미지 장치를 포함하는 이미저 장치(109)의 출력을 입력할 수 있는 디지털 회로를 갖는 시스템의 예시이다. 한정함 없이, 상기 시스템은 컴퓨터 시스템, 카메라 시스템, 스캐너(scanner), 머신 비전(machine vision system), 차량 항법 시스템(vehicle navigation system), 비디오 전화기, 감시 시스템(surveillance system), 자동 초점 시스템(auto focus system), 항성 추적 시스템(star tracker system), 동작 검출 시스템(motion detection system), 영상 안정화 시스템(image stabilization system) 및 고선명 텔레비전을 위한 데이터 압축 시스템을 포함하고, 이들 모두를 본 발명에 활용할 수 있다.
예를 들어, 컴퓨터 시스템과 같은 프로세서 기반 시스템은 일반적으로, 이미저(109)에 추가하여 중앙 처리 장치(central processing unit: CPU) 및 저장 장치(108), 예를 들어 1개 이상의 입/출력(I/O) 장치(110)와 통신하는 마이크로프로세서를 포함한다. 이미저는 버스 또는 다른 통상적인 통신 경로를 통하여 프로세서(108)와 통신한다. 단일 칩 상에 프로세서(108), 이미저 장치(109) 및 입/출력(I/O) 장치(110)와 같은 다른 어떠한 필수 콤포넌트를 집적화하는 것이 바람직하다.
본 발명의 여러 가지 구체적인 실시예를 참조한다. 상기 실시예는, 당업자가 본 발명을 구현할 수 있을 정도로 충분히 상세하게 설명되어 있다. 본 발명의 다른 실시예를 사용할 수 있으며, 본 발명의 범위와 사상을 벗어남 없이 구조적 변형과 전기적 변형을 할 수 있음을 알아야 한다.

Claims (64)

  1. 입사광을 입력받는 복수개의 광감응 영역들;
    상기 복수개의 광감응 영역들의 상부 또는 측부에 형성된 1개 이상의 다른 층들;
    상기 1개 이상의 다른 층들 상에 형성된 제1 층; 및
    상기 복수개의 광감응 영역들 중 해당하는 광감응 영역 상의 상기 제1 층에 형성된 복수개의 필터 영역들을 포함하며,
    상기 필터 영역들의 각각은 상기 필터 영역을 투과하고 상기 광감응 영역들에 의해 입력되는 광의 광학적 특징을 선택적으로 변경하는 상이한 광학적 특성을 갖는 것을 특징으로 하는 이미지 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 복수개의 필터 영역들은 제1, 제2 및 제3 필터 영역들을 포함하고, 상기 복수개의 광감응 영역들은 제1, 제2, 제3 입사광을 각각 입력받기 위한 제1, 제2 및 제3 광감응 영역들을 포함하며, 상기 제1 필터 영역은 상기 제1 입사광에 최적화되고, 상기 제2 필터 영역은 상기 제2 입사광에 최적화되며, 상기 제3 필터 영역은 상기 제3 입사광에 최적화되는 것을 특징으로 하는 이미지 장치.
  3. 제2항에 있어서, 상기 제1 필터 영역은 녹색 파장의 광에 최적화되고, 상기 제2 필터 영역은 적색 파장의 광에 최적화되며, 상기 제3 필터 영역은 청색 파장의 광에 최적화되는 것을 특징으로 하는 이미지 장치.
  4. 제2항에 있어서, 상기 제1 필터 영역은 청록색 파장(cyan wavelength)의 광에 최적화되고, 상기 제2 필터 영역은 자홍색 파장(magenta wavelength)의 광에 최적화되며, 상기 제3 필터 영역은 황색 파장의 광에 최적화되는 것을 특징으로 하는 이미지 장치.
  5. 제2항에 있어서, 상기 제1, 제2, 제3 필터 영역들은 상기 각각의 제1, 제2, 제3 광감응 영역들에 의해 입력되는 광을 최적화하는데 부분적으로 기초로 되는 각각의 제1, 제2, 제3 치수들(dimensions)을 갖는 것을 특징으로 하는 이미지 장치.
  6. 제2항에 있어서, 상기 제1, 제2, 제3 필터 영역들은 제1, 제2, 제3 광감응 컬러 물질들로 각각 형성된 컬러 필터 영역을 포함하는 것을 특징으로 하는 이미지 장치.
  7. 제6항에 있어서, 상기 제1, 제2, 제3 컬러 필터 영역들은 컬러 필터링 포토레지스트를 포함하는 것을 특징으로 하는 이미지 장치.
  8. 입사광을 입력받는 복수개의 컬러 화소들;
    상기 복수개의 컬러 화소들의 상부 또는 측부에 형성된 1개 이상의 다른 층들;
    상기 1개 이상의 다른 층들 상에 형성된 제1 층; 및
    상기 복수개의 컬러 화소들 중 해당하는 컬러 화소 상의 상기 제1 층에 형성된 복수개의 필터 영역들을 포함하며,
    상기 필터 영역들의 각각은 상기 필터 영역들을 투과하고 상기 컬러 화소들에 의해 입력되는 광의 광학적 특징을 선택적으로 변경하는 상이한 광학적 특성을 갖는 것을 특징으로 하는 이미지 장치.
  9. 제8항에 있어서, 상기 필터 영역들 중 1개 이상은 포토리소그래피 물질을 포함하는 것을 특징으로 하는 이미지 장치.
  10. 제8항에 있어서, 상기 필터 영역 중 1개 이상은 상기 제1 층에 미리 정의된 개구부 내에 형성되는 것을 특징으로 하는 이미지 장치.
  11. 제8항에 있어서, 상기 복수개의 컬러 화소들은 제1, 제2, 제3 입사광을 각각 입력받기 위한 제1, 제2, 제3 컬러 화소들을 포함하고, 상기 필터 영역은 상기 제1, 제2, 제3 입사광에 각각 최적화되는 제1, 제2, 제3 필터 영역들을 포함하는 것을 특징으로 하는 이미지 장치.
  12. 제11항에 있어서, 상기 제1 필터 영역은 녹색 파장의 광에 최적화되고, 상기 제2 필터 영역은 적색 파장의 광에 최적화되며, 상기 제3 필터 영역은 청색 파장의 광에 최적화되는 것을 특징으로 하는 이미지 장치.
  13. 제11항에 있어서, 상기 제1 필터 영역은 청록색 파장의 광에 최적화되고, 상기 제2 필터 영역은 자홍색 파장의 광에 최적화되며, 상기 제3 필터 영역은 황색 파장의 광에 최적화되는 것을 특징으로 하는 이미지 장치.
  14. 제11항에 있어서, 상기 제1, 제2, 제3 필터 영역들은, 상기 제1, 제2, 제3 컬러 화소들에 의해 입력되는 상기 입사광의 세기를 선택적으로 변경하기 위한 각각의 제1, 제2, 제3 치수들을 갖는 것을 특징으로 하는 이미지 장치.
  15. 이미지 장치를 위한 컬러 화소에 있어서,
    입사광을 입력받는 복수개의 광감응 영역들;
    상기 복수개의 광감응 영역들 상에 형성된 제1 층; 및
    상기 복수개의 광감응 영역들 중 해당하는 광감응 영역 상의 상기 제1 층에 형성된 복수개의 필터 영역들을 포함하며,
    상기 필터 영역들의 각각은 상기 필터 영역들을 투과하고 상기 광감응 영역에 의해 입력되는 광의 광학적 특징을 선택적으로 변경하는 상이한 광학적 특성을 갖는 것을 특징으로 하는 이미지 장치를 위한 컬러 화소
  16. 제15항에 있어서, 상기 복수개의 필터 영역들은 제1, 제2 및 제3 필터 영역들을 포함하고, 상기 복수개의 광감응 영역들은 제1, 제2, 제3 입사광을 각각 입력받기 위한 제1, 제2 및 제3 광감응 영역들을 포함하고, 상기 제1 필터 영역은 상기 제1 입사광에 최적화되고, 상기 제2 필터 영역은 상기 제2 입사광에 최적화되며, 상기 제3 필터 영역은 상기 제3 입사광에 최적화되는 것을 특징으로 하는 이미지 장치를 위한 컬러 화소.
  17. 제16항에 있어서, 상기 제1 필터 영역은 녹색 파장의 광에 최적화되고, 상기 제2 필터 영역은 적색 파장의 광에 최적화되며, 상기 제3 필터 영역은 청색 파장의 광에 최적화되는 것을 특징으로 하는 이미지 장치를 위한 컬러 화소.
  18. 제16항에 있어서, 상기 제1 필터 영역은 청록색 파장의 광에 최적화되고, 상기 제2 필터 영역은 자홍색 파장의 광에 최적화되며, 상기 제3 필터 영역은 황색 파장의 광에 최적화되는 것을 특징으로 하는 이미지 장치를 위한 컬러 화소.
  19. 제16항에 있어서, 상기 제1, 제2, 제3 필터 영역들은 상기 제1, 제2, 제3 광감응 영역에 의해 각각 입력받는 입사광을 최적화하기 위한 각각의 제1, 제2, 제3 치수를 갖는 것을 특징으로 하는 이미지 장치를 위한 컬러 화소.
  20. 입사광을 입력받는 복수개의 광감응 영역들;
    상기 복수개의 광감응 영역들 상에 각각 형성된 복수개의 다마신(damascene)층들; 및
    상기 복수개의 다마신층들과 상기 복수개의 광감응 영역들 상에 각각 형성된 복수개의 필터 영역들을 포함하며,
    상기 필터 영역들과 상기 다마신층들의 각각은 상기 각각의 광감응 영역에 의해 입력받는 상기 입사광의 광학적 특성을 변경하는 광학적 특성을 갖는 것을 특징으로 하는 이미지 장치.
  21. 제20항에 있어서, 상기 복수개의 필터 영역들은 제1, 제2 및 제3 필터 영역들을 포함하고, 상기 복수개의 광감응 영역들은 제1, 제2, 제3 입사광을 각각 입력받는 제1, 제2 및 제3 광감응 영역들을 포함하고, 상기 제1 필터 영역은 상기 제1 입사광에 최적화되고, 상기 제2 필터 영역은 상기 제2 입사광에 최적화되며, 상기 제3 필터 영역은 상기 제3 입사광에 최적화되는 것을 특징으로 하는 이미지 장치.
  22. 제21항에 있어서, 상기 제1 필터 영역은 녹색 파장의 광에 최적화되고, 상기 제2 필터 영역은 적색 파장의 광에 최적화되며, 상기 제3 필터 영역은 청색 파장의 광에 최적화되는 것을 특징으로 하는 이미지 장치.
  23. 제21항에 있어서, 상기 제1 필터 영역은 청록색 파장의 광에 최적화되고, 상기 제2 필터 영역은 자홍색 파장의 광에 최적화되며, 상기 제3 필터 영역은 황색 파장의 광에 최적화되는 것을 특징으로 하는 이미지 장치.
  24. 제21항에 있어서, 상기 제1, 제2, 제3 필터 영역들은 상기 제1, 제2, 제3 광감응 영역들에 의해 각각 입력받는 입사광을 최적화하기 위한 각각의 제1, 제2, 제3 치수들을 갖는 것을 특징으로 하는 이미지 장치.
  25. 입사광을 입력받는 복수개의 광감응 영역들;
    상기 광감응 영역들 상에 형성된 제1 층; 및
    상기 복수개의 광감응 영역들 중 해당하는 광감응 영역 상의 상기 제1 층에 형성된 복수개의 필터 영역들을 포함하며,
    상기 필터 영역들의 각각은 상기 필터 영역들을 투과하고 상기 광감응 영역들에 의해 입력받는 광의 광학적 특징을 선택적으로 변경하는 상이한 광학적 특성을 갖는 것을 특징으로 하는 이미지 장치.
  26. 제25항에 있어서, 상기 복수개의 필터 영역들은 제1, 제2 및 제3 필터 영역들을 포함하고, 상기 복수개의 광감응 영역들은 제1, 제2, 제3 입사광을 각각 입력받기 위한 제1, 제2 및 제3 광감응 영역들을 포함하고, 상기 제1 필터 영역은 상기 제1 입사광에 최적화되고, 상기 제2 필터 영역은 상기 제2 입사광에 최적화되며, 상기 제3 필터 영역은 상기 제3 입사광에 최적화되는 것을 특징으로 하는 이미지 장치.
  27. 제26항에 있어서, 상기 제1 필터 영역은 녹색 파장의 광에 최적화되고, 상기 제2 필터 영역은 적색 파장의 광에 최적화되며, 상기 제3 필터 영역은 청색 파장의 광에 최적화되는 것을 특징으로 하는 이미지 장치.
  28. 제26항에 있어서, 상기 제1 필터 영역은 청록색 파장의 광에 최적화되고, 상기 제2 필터 영역은 자홍색 파장의 광에 최적화되며, 상기 제3 필터 영역은 황색 파장의 광에 최적화되는 것을 특징으로 하는 이미지 장치.
  29. 제26항에 있어서, 상기 제1, 제2, 제3 필터 영역들은 상기 제1, 제2, 제3 광감응 영역들에 의해 각각 입력받는 광을 최적화하기 위한 각각의 제1, 제2, 제3 치 수들을 갖는 것을 특징으로 하는 이미지 장치.
  30. 이미지 장치를 위한 컬러 화소에 있어서,
    상기 화소는,
    입사광을 입력받는 복수개의 광감응 영역들;
    상기 복수개의 광감응 영역들 상에 형성된 제1 층; 및
    상기 복수개의 광감응 영역들 중 해당하는 광감응 영역 상의 상기 제1 층에 형성된 복수개의 필터 영역들을 포함하며,
    상기 필터 영역들의 각각은 상기 필터 영역들을 투과하고 상기 광감응 영역들에 의해 입력받는 광의 광학적 특징을 선택적으로 변경하는 상이한 광학적 특성을 갖는 것을 특징으로 하는 이미지 장치를 위한 컬러 화소
  31. 제30항에 있어서, 상기 복수개의 필터 영역들은 제1, 제2 및 제3 필터 영역들을 포함하고, 상기 복수개의 광감응 영역들은 제1, 제2, 제3 입사광을 각각 입력받기 위한 제1, 제2 및 제3 광감응 영역들을 포함하고, 상기 제1 필터 영역은 상기 제1 입사광에 최적화되고, 상기 제2 필터 영역은 상기 제2 입사광에 최적화되며, 상기 제3 필터 영역은 상기 제3 입사광에 최적화되는 것을 특징으로 하는 이미지 장치를 위한 컬러 화소.
  32. 제31항에 있어서, 상기 제1 필터 영역은 녹색 파장의 광에 최적화되고, 상기 제2 필터 영역은 적색 파장의 광에 최적화되며, 상기 제3 필터 영역은 청색 파장의 광에 최적화되는 것을 특징으로 하는 이미지 장치를 위한 컬러 화소.
  33. 제31항에 있어서, 상기 제1 필터 영역은 청록색 파장의 광에 최적화되고, 상기 제2 필터 영역은 자홍색 파장의 광에 최적화되며, 상기 제3 필터 영역은 황색 파장의 광에 최적화되는 것을 특징으로 하는 이미지 장치를 위한 컬러 화소.
  34. 제31항에 있어서, 상기 제1, 제2, 제3 필터 영역은 상기 제1, 제2, 제3 광감응 영역에 의해 각각 입력받는 입사광을 최적화하기 위한 각각의 제1, 제2, 제3 치수들을 갖는 것을 특징으로 하는 이미지 장치를 위한 컬러 화소.
  35. 버스;
    상기 버스에 접속된 프로세서;
    상기 버스에 접속된 입/출력 장치; 및
    상기 버스에 접속하고, 상기 프로세서와 입/출력 장치와 통신하는 이미지 장치를 포함하며,
    상기 이미지 장치는,
    입사광을 입력받는 복수개의 광감응 영역들;
    상기 복수개의 광감응 영역들의 상부 또는 측부에 형성된 1개 이상의 다른 층들;
    상기 1개 이상의 다른 층들 상에 형성된 제1 층; 및
    상기 복수개의 광감응 영역들 중 해당하는 광감응 영역 상의 상기 제1 층에 형성된 복수개의 필터 영역들을 포함하며,
    상기 필터 영역들의 각각은 상기 필터 영역들을 투과하고 상기 광감응 영역들에 의해 입력받는 광의 광학적 특징을 선택적으로 변경하는 상이한 광학적 특성을 갖는 것을 특징으로 하는 컴퓨터 시스템.
  36. 제35항에 있어서, 상기 복수개의 필터 영역들은 제1, 제2 및 제3 필터 영역들을 포함하고, 상기 복수개의 광감응 영역들은 제1, 제2, 제3 입사광을 각각 입력받기 위한 제1, 제2 및 제3 광감응 영역들을 포함하고, 상기 제1 필터 영역은 상기 제1 입사광에 최적화되고, 상기 제2 필터 영역은 상기 제2 입사광에 최적화되며, 상기 제3 필터 영역은 상기 제3 입사광에 최적화되는 것을 특징으로 하는 컴퓨터 시스템.
  37. 제36항에 있어서, 상기 제1 필터 영역은 녹색 파장의 광에 최적화되고, 상기 제2 필터 영역은 적색 파장의 광에 최적화되며, 상기 제3 필터 영역은 청색 파장의 광에 최적화되는 것을 특징으로 하는 컴퓨터 시스템.
  38. 제36항에 있어서, 상기 제1 필터 영역은 청록색 파장의 광에 최적화되고, 상기 제2 필터 영역은 자홍색 파장의 광에 최적화되며, 상기 제3 필터 영역은 황색 파장의 광에 최적화되는 것을 특징으로 하는 컴퓨터 시스템.
  39. 제36항에 있어서, 상기 제1, 제2, 제3 필터 영역들은 상기 각각의 제1, 제2, 제3 광감응 영역들에 의해 입력받는 광을 최적화하는데 부분적으로 기초로 되는 각각의 제1, 제2, 제3 치수들을 갖는 것을 특징으로 하는 컴퓨터 시스템.
  40. 제36항에 있어서, 상기 제1, 제2, 제3 필터 영역들은 제1, 제2, 제3 광감응 컬러 물질들로 각각 형성된 컬러 필터 영역들을 포함하는 것을 특징으로 하는 컴퓨터 시스템.
  41. 제36항에 있어서, 상기 제1, 제2, 제3 컬러 필터 영역들은 컬러 필터링 포토레지스트를 포함하는 것을 특징으로 하는 컴퓨터 시스템.
  42. 버스;
    상기 버스에 접속된 프로세서;
    상기 버스에 접속된 입/출력 장치; 및
    상기 버스에 접속하고, 상기 프로세서와 입/출력 장치와 통신하는 이미지 장치를 포함하며,
    상기 이미지 장치는,
    입사광을 입력받는 복수개의 컬러 화소들;
    상기 복수개의 컬러 화소들의 상부 또는 측부에 형성된 1개 이상의 다른 층들;
    상기 1개 이상의 다른 층들 상에 형성된 제1 층; 및
    상기 복수개의 컬러 화소들 중 해당하는 컬러 화소 상의 상기 제1 층에 형성된 복수개의 필터 영역들을 포함하며,
    상기 필터 영역들의 각각은 상기 필터 영역들을 투과하고 상기 컬러 화소들에 의해 입력받는 광의 광학적 특징을 선택적으로 변경하는 상이한 광학적 특성을 갖는 것을 특징으로 하는 컴퓨터 시스템.
  43. 제42항에 있어서, 상기 복수개의 필터 영역들은 제1, 제2 및 제3 필터 영역들을 포함하고, 상기 복수개의 컬러 화소들는 제1, 제2, 제3 입사광을 각각 입력받기 위한 제1, 제2 및 제3 컬러 화소들을 포함하고, 상기 제1 필터 영역은 상기 제1 입사광에 최적화되고, 상기 제2 필터 영역은 상기 제2 입사광에 최적화되며, 상기 제3 필터 영역은 상기 제3 입사광에 최적화되는 것을 특징으로 하는 컴퓨터 시스템.
  44. 제43항에 있어서, 상기 제1 필터 영역은 녹색 파장의 광에 최적화되고, 상기 제2 필터 영역은 적색 파장의 광에 최적화되며, 상기 제3 필터 영역은 청색 파장의 광에 최적화되는 것을 특징으로 하는 컴퓨터 시스템.
  45. 제43항에 있어서, 상기 제1 필터 영역은 청록색 파장의 광에 최적화되고, 상기 제2 필터 영역은 자홍색 파장의 광에 최적화되며, 상기 제3 필터 영역은 황색 파장의 광에 최적화되는 것을 특징으로 하는 컴퓨터 시스템.
  46. 제43항에 있어서, 상기 제1, 제2, 제3 필터 영역들은 상기 각각의 제1, 제2, 제3 컬러 화소들에 의해 입력받는 광을 최적화하는데 부분적으로 기초로 되는 각각의 제1, 제2, 제3 치수들을 갖는 것을 특징으로 하는 컴퓨터 시스템.
  47. 제43항에 있어서, 상기 제1, 제2, 제3 필터 영역들은 제1, 제2, 제3 광감응 컬러 물질들로 각각 형성된 컬러 필터 영역을 포함하는 것을 특징으로 하는 컴퓨터 시스템.
  48. 제43항에 있어서, 상기 제1, 제2, 제3 컬러 필터 영역들은 컬러 필터링 포토레지스트를 포함하는 것을 특징으로 하는 컴퓨터 시스템.
  49. 제1, 제2, 제3 입사광을 각각 입력받기 위한 복수개의 제1, 제2, 제3 광감응 영역들 상에 제1 층을 형성하는 단계; 및
    상기 제1 층에 제1, 제2, 제3 광 필터 영역들을 순차적으로 형성하는 단계를 포함하며,
    상기 필터 영역들의 각각은 상기 각각의 제1, 제2, 제3 영역에 의해 입력받 는 입사광이 상기 광감응 영역들의 성능을 최적화하기 위한 소정의 세기 값으로 변경되도록 컬러와 깊이를 갖기 위해 선택적으로 형성되는 것을 특징으로 하는 이미지 장치를 위한 컬러 화소의 제조 방법.
  50. 제49항에 있어서, 상기 컬러는 포토리소그래피 물질인 것을 특징으로 하는 이미지 장치를 위한 컬러 화소의 제조 방법.
  51. 이미저 다이(imager die) 내에 해당하는 제1 복수개의 광감응 영역들 상의 제1 층에 제1 복수개의 개구부들을 형성하는 단계;
    상기 다이에 제1 컬러 필터 물질을 코팅하는 단계;
    상기 다이의 상부면 레벨 이상의 여분의 컬러 물질을 제거하는 단계; 및
    상기 이미저 다이 내에 또 다른 해당하는 복수개의 광감응 영역들 상의 상기 제1 층에 또 다른 복수개의 개구부들를 형성하는 단계;
    상기 다이에 제2 컬러 필터 물질을 코팅하는 단계; 및
    상기 다이의 상부면 레벨 이상의 여분의 컬러 물질을 제거하는 단계를 포함하며,
    상기 각각의 개구부들은 각각의 컬러 물질과 하지층을 통과하고 상기 해당하는 광감응 영역들에 의해 입력되는 광의 소정의 세기에 기초하는 소정의 깊이로 형 성되는 것을 특징으로 하는 이미지 장치의 제조 방법.
  52. 제51항에 있어서,
    상기 이미저 다이 내에 또 다른 복수개의 광감응 영역들 상의 상기 제1 층에 또 다른 복수개의 개구부들을 형성하는 단계;
    상기 다이에 제3 컬러 필터 물질을 코팅하는 단계; 및
    상기 다이의 상부면 레벨 이상의 여분의 컬러 물질을 제거하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 이미지 장치의 제조 방법.
  53. 포토레지스트, 하드 매트릭스 층 및 복수개의 포토다이오드들을 포함하는 1개 이상의 층을 포함하는 초기의 막 스택을 형성하는 단계;
    상기 포토다이오드들 중 1개 이상의 포토다이오드 상의 상기 포토레지스트에 개구부를 형성하는 단계;
    상기 1개 이상의 포토다이오드 상의 개구부를 형성하기 위해 상기 1개 이상의 포토다이오드 상의 상기 하드 매트릭스 물질을 식각(etching)하고 제거(strip ping)하는 단계;
    상기 식각된 개구부에 컬러 물질을 도포하는 단계; 및
    상기 매트릭스 층의 상부면 레벨 이상의 여분의 컬러 물질을 제거하기 위해 화학적 기계적 연마(polishing)를 실행하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 이미지 장치를 위한 컬러 화소의 제조 방법.
  54. 다이 상에 포토레지스트를 도포하는 단계;
    상기 다이의 광감응 영역 상의 포토레지스트에 개구부를 형성하는 단계;
    상기 포토레지스트의 상기 개구부 아래의 물질을, 상기 광감응 영역에 의해 입력받는 광의 소정의 광학적 특성에 기초하는 소정의 깊이로 제거하는 단계;
    상기 다이 상에 및 상기 개구부 내에 컬러 필터 코팅층을 도포하는 단계; 및
    상기 다이의 상부면 이상의 컬러 필터 코팅층과 포토레지스트를 제거하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 이미지 장치를 위한 컬러 화소의 제조 방법.
  55. 제54항에 있어서,
    포토레지스트의 도포 단계, 물질의 제거 단계, 컬러 코팅층의 도포 단계 및 상기 다이에 각각의 추가 컬러 필터를 도포하기 위한 컬러 필터 코팅층의 제거 단계를 반복하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 이미지 장치를 위한 컬러 화소의 제조 방법.
  56. 다이 상에 포토레지스트를 도포하는 단계;
    상기 다이의 복수개의 광감응 영역들 상의 포토레지스트에 복수개의 개구부들을 형성하는 단계;
    상기 포토레지스트의 상기 개구부 아래의 물질을, 상기 복수개의 광감응 영역들에 의해 입력받는 특정 파장의 광을 위한 소정의 투광 특성에 기초하여 선택된 깊이로 제거하는 단계;
    상기 다이 상에 및 상기 개구부들 내에 컬러 필터 코팅층을 도포하는 단계; 및
    상기 다이의 상부면 이상의 컬러 필터 코팅층과 포토레지스트를 제거하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 이미지 장치를 위한 컬러 화소의 제조 방법.
  57. 제56항에 있어서,
    포토레지스트의 도포 단계, 물질의 제거 단계, 컬러 코팅층의 도포 단계 및 상기 다이에 각각의 추가 컬러 필터를 도포하기 위한 컬러 필터 코팅층의 제거 단계를 반복하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 이미지 장치를 위한 컬러 화소의 제조 방법.
  58. 다이 상에 포토레지스트를 도포하는 단계;
    상기 다이의 광감응 영역들 상의 포토레지스트에 복수개의 개구부들을 형성하는 단계;
    상기 포토레지스트의 상기 개구부들 아래의 물질을, 상기 광감응 영역에 의해 입력받는 소정의 광 특성에 기초하는 소정의 깊이로 제거하는 단계;
    상기 다이 상에 및 상기 개구부들 내에 컬러 필터 코팅층을 도포하는 단계; 및
    상기 다이의 상부면 이상의 컬러 필터 코팅층과 포토레지스트를 제거하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 이미지 장치를 위한 컬러 화소의 제조 방법.
  59. 제58항에 있어서,
    포토레지스트의 도포 단계, 물질의 제거 단계, 컬러 코팅층의 도포 단계 및 상기 다이에 각각의 추가 컬러 필터를 도포하기 위한 여분의 컬러 필터 코팅층의 제거 단계를 반복하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 이미지 장치를 위한 컬러 화소의 제조 방법.
  60. 다이의 해당하는 복수개의 광감응 영역들 상에 각각 복수개의 컬러 필터 영역들을 순차적으로 형성하는 단계; 및
    컬러 필터 영역을 각각 도포한 후에 봉지 물질의 층을 도포하는 단계를 포함 하며,
    상기 봉지 물질은 상기 광감응 영역들에 의해 입력받을 소정의 광 특성에 기초하는 깊이로 형성되는 것을 특징으로 하는 이미지 장치를 위한 컬러 화소의 제조 방법.
  61. 제60항에 있어서, 상기 컬러 필터 영역들은 제1, 제2, 제3 컬러 물질들의 그룹을 포함하는 것을 특징으로 하는 이미지 장치를 위한 컬러 화소의 제조 방법.
  62. 다이의 복수개의 광감응 영역들 상에 각각 복수개의 컬러 필터 영역들을 순차적으로 형성하는 단계를 포함하며, 상기 컬러 필터 영역들은 상기 광감응 영역들 상의 층의 상부면 상에 형성되고,
    상기 컬러 필터 영역들은 상이한 깊이를 갖는 제1, 제2, 제3 컬러 물질들의 그룹을 포함하고, 상기 깊이는 상기 광감응 영역에 의해 입력될 소정의 광 특성에 기초하여 결정되는 것을 특징으로 하는 이미지 장치를 위한 컬러 화소의 제조 방법.
  63. 제62항에 있어서, 상기 제1 컬러 물질은 녹색 파장의 광의 세기를 최적화하 도록 형성되고, 상기 제2 컬러 물질은 적색 파장의 광의 세기를 최적화하도록 형성되며, 상기 제3 컬러 물질은 청색 파장의 광의 세기를 최적화하도록 형성되는 것을 특징으로 하는 이미지 장치를 위한 컬러 화소의 제조 방법.
  64. 제62항에 있어서, 상기 제1 컬러 물질은 청록색 파장의 광의 세기를 최적화하도록 형성되고, 상기 제2 컬러 물질은 자홍색 파장의 광의 세기를 최적화하도록 형성되며, 상기 제2 컬러 물질은 황색 파장의 광의 세기를 최적화하도록 형성되는 것을 특징으로 하는 이미지 장치를 위한 컬러 화소의 제조 방법.
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