(57)【要約】【課題】裏面照射型相補型金属酸化膜半導体（ＣＭＯＳ）イメージセンサを提供する。【解決手段】裏面照射型ＣＭＯＳイメージセンサは、フォトダイオードアレイを含む基板、フォトダイオードアレイ上に配置された保護層、保護層上に形成された複数のカラーフィルターを含み、各カラーフィルターは、フォトダイオードアレイの１つのフォトダイオードに対応するカラーフィルターアレイ、保護層上に形成され、複数のカラーフィルター間の間隙に充填され、約１.４６より低い屈折率と、複数のカラーフィルターの屈折率より低い屈折率を有する第１のグリッド、および複数のカラーフィルター間の第１のグリッドと位置合わせされ、ゼロより大きい消衰係数を有する金属グリッドを含む。【選択図】図１Ａ
2014225667.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
裏面照射型ＣＭＯＳイメージセンサであって、
フォトダイオードアレイを含む基板、
前記フォトダイオードアレイ上に配置された保護層、
前記保護層上に形成された複数のカラーフィルターを含み、前記各カラーフィルターは、前記フォトダイオードアレイの１つのフォトダイオードに対応するカラーフィルターアレイ、
前記保護層上に形成され、前記複数のカラーフィルター間の間隙に充填され、約１.４６より低い屈折率と、前記複数のカラーフィルターの屈折率より低い屈折率を有する第１のグリッド、および
前記複数のカラーフィルター間の前記第１のグリッドと位置合わせされ、ゼロより大きい消衰係数を有する金属グリッドを含む裏面照射型ＣＭＯＳイメージセンサ。
【請求項２】
前記第１のグリッドは、前記カラーフィルターアレイの側壁を囲む第１の部分と、前記第１のグリッドの第１の部分の上部から延伸する第２の部分とを有し、前記カラーフィルターアレイと位置合わせされた複数のマイクロレンズユニットを含む請求項１に記載の裏面照射型ＣＭＯＳイメージセンサ。
【請求項３】
前記第１のグリッドは、前記カラーフィルターアレイの高さと実質的に同じ高さを有する請求項１に記載の裏面照射型ＣＭＯＳイメージセンサ。
【請求項４】
前記第１のグリッド上の第２のグリッドを更に含み、前記第２のグリッドは、前記カラーフィルターアレイの側壁の部分を囲む第１の部分と、前記第２のグリッドの第１の部分の上部から延伸する第２の部分とを有し、前記カラーフィルターアレイと位置合わせされた複数のマイクロレンズユニットを含む請求項１に記載の裏面照射型ＣＭＯＳイメージセンサ。
【請求項５】
前記第１のグリッドは、前記カラーフィルターアレイの側壁の下部を囲み、前記第２のグリッドは、前記カラーフィルターアレイの側壁の上部を囲む請求項４に記載の裏面照射型ＣＭＯＳイメージセンサ。
【請求項６】
前記第２のグリッドは、前記第１のグリッドの屈折率より低い屈折率を有する請求項４に記載の裏面照射型ＣＭＯＳイメージセンサ。
【請求項７】
前記第２のグリッドは、前記第１のグリッドの屈折率より大きく、約１.４６より低く、前記複数のカラーフィルターの屈折率より低い屈折率を有する請求項４に記載の裏面照射型ＣＭＯＳイメージセンサ。
【請求項８】
前記第１と第２のグリッドは、顔料または染料でドープされた高分子材料を含む請求項４に記載の裏面照射型ＣＭＯＳイメージセンサ。
【請求項９】
裏面照射型ＣＭＯＳイメージセンサを形成する方法であって、
フォトダイオードアレイを含む基板を提供するステップ、
前記フォトダイオードアレイ上に金属層を形成するステップ、
前記金属層をパターン化し、ゼロより大きい消衰係数を有する金属グリッドを形成するステップ、
前記金属グリッドを被覆する保護層を形成するステップ、
前記保護層上に、前記保護層を露出する複数のホールを形成し、前記金属グリッド間の間隙の間隔に位置合わせする複数のカラーフィルターを含むカラーフィルターアレイを形成するステップ、および
前記ホールに、約１.４６より低い屈折率と、前記カラーフィルターの屈折率より小さい屈折率を有する第１のグリッドを充填するステップを含む方法。
【請求項１０】
前記第１のグリッドは、前記複数のホール上に過充填部分を有し、前記第１のグリッドの前記過充填の部分は、パターン化されて、前記複数のカラーフィルターと位置合わせされた複数のマイクロレンズユニットを含む請求項９に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光電デバイスに関し、特に、裏面照射（ＢＳＩ）型相補型金属酸化膜半導体（ＣＭＯＳ）イメージセンサに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ＣＭＯＳイメージセンサは、ＣＭＯＳイメージセンサに特有の利点により、従来の電荷結合素子（ＣＣＤｓ）より普及している。特に、低電圧、低電力、画像データのランダムアクセスを可能にし、互換性を有するＣＭＯＳプロセスで形成される。
【０００３】
ＣＭＯＳイメージセンサは、フォトダイオードアレイを用いて光エネルギーを電気エネルギーに変換し、表面または裏面から照射されるように設計され得る。裏面照射（ＢＳＩ）型ＣＭＯＳイメージセンサは、電気配線配置と妨害から独立している光路を最適化し、電気配線層が形成される半導体基板の表側から入射光を受ける表面照射型ＣＭＯＳイメージセンサより、最終的に高い量子効率を実現する。
【０００４】
ＢＳＩ型ＣＭＯＳイメージセンサの画素のサイズ縮小の傾向により、各画素は、より少量の入射光を受け、更に近傍の画素間のクロストークを受ける。よって、更なる小型化の要求のために、感度を改善し、クロストークを防ぐことが必要である。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
裏面照射型相補型金属酸化膜半導体（ＣＭＯＳ）イメージセンサを提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
裏面照射型ＣＭＯＳイメージセンサは、フォトダイオードアレイ上に配置された第１の保護層、第１の保護層上に配置され、第１の保護層を露出する複数のホールを形成する酸化物グリッド、ホール内に充填された複数のカラーフィルターを含み、酸化物グリッドは、複数のカラーフィルターの屈折率より小さい屈折率を有するカラーフィルターアレイ、および酸化物グリッドに位置合わせされ、ゼロより大きい消衰係数を有する金属グリッドを含む。
【０００７】
また、裏面照射型ＣＭＯＳイメージセンサは、各ユニット画素中に１つのフォトダイオードおよび少なくとも１つの画素トランジスタを含む複数のユニット画素、ユニット画素上の複数のカラーフィルター、フォトダイオードとカラーフィルター間の第１の保護層、画素のカラーフィルターの間に配置された台形形状を含む酸化物グリッド、および酸化物グリッドと位置合わせされた台形形状を含み、酸化物グリッドは、複数のカラーフィルターの屈折率より小さい屈折率を有し、ゼロより大きい消衰係数を有する金属グリッドを含む。
【０００８】
詳細な説明は、添付の図面と併せて以下の実施形態に説明される。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
添付の図面とともに以下の本発明の様々な実施形態の詳細な説明を検討することで、本発明はより完全に理解できる。
【図１】図１Ａは、本発明の一実施形態に基づく、ＢＳＩ型ＣＭＯＳイメージセンサの断面図を表しており、図１Ｂは、図１ＡのＢＳＩ型ＣＭＯＳイメージセンサの上面図を表している。
【図２】本発明の一実施形態に基づく、ＢＳＩ型ＣＭＯＳイメージセンサの断面図を表している。
【図３】本発明の一実施形態に基づく、ＢＳＩ型ＣＭＯＳイメージセンサの断面図を表している。
【図４】本発明の一実施形態に基づく、ＢＳＩ型ＣＭＯＳイメージセンサの断面図を表している。
【図５】本発明の一実施形態に基づく、ＢＳＩ型ＣＭＯＳイメージセンサの断面図を表している。
【図６】本発明の一実施形態に基づく、ＢＳＩ型ＣＭＯＳイメージセンサの断面図を表している。
【図７】図７Ａは、本発明の一実施形態に基づく、ＢＳＩ型ＣＭＯＳイメージセンサの断面図を表しており、図７Ｂ〜図７Ｃは、本発明のいくつかの実施形態に基づく、ＢＳＩ型ＣＭＯＳイメージセンサの上面図を表している。
【図８】本発明の一実施形態に基づく、ＢＳＩ型ＣＭＯＳイメージセンサの断面図を表している。
【図９】本発明の一実施形態に基づく、ＢＳＩ型ＣＭＯＳイメージセンサの断面図を表している。
【図１０】本発明の一実施形態に基づく、ＢＳＩ型ＣＭＯＳイメージセンサの断面図を表している。
【図１１】図１１Ａ〜図１１Ｇは、本発明のいくつかの実施形態に基づく、ＢＳＩ型ＣＭＯＳイメージセンサを形成する中間段階の断面図を表している。
【図１２】図１２Ａ〜図１２Ｂは、本発明のいくつかの実施形態に基づく、ＢＳＩ型ＣＭＯＳイメージセンサを形成する中間段階の断面図を表している。
【図１３】図１３Ａ〜図１３Ｂは、本発明のいくつかの実施形態に基づく、ＢＳＩ型ＣＭＯＳイメージセンサを形成する中間段階の断面図を表している。
【図１４】図１４Ａ〜図１４Ｂは、本発明のいくつかの実施形態に基づく、ＢＳＩ型ＣＭＯＳイメージセンサを形成する中間段階の断面図を表している。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下の説明によって、本発明の最良の実施態様を開示する。この説明は、本発明の一般原理を例示する目的のためのもので本発明を限定するものではない。例えば、以降本明細書中、第一の特徴が第二の特徴の上方、上部、下方、または、上に形成されるというのは、第一の特徴と第二の特徴が直接接触して形成される実施形態を含んでいてもよく、また、第一の特徴と第二の特徴との間に別の特徴を形成し、第一の特徴と第二の特徴とが直接接触しない実施形態を含んでいてもよい。したがって、本発明の範囲は、添付の特許請求の範囲を参考にして決定される。
【００１１】
第１、第２、第３などの用語は、ここでは各種の素子、構成要素、領域、層、および／または部分を説明するのに用いられるが、これらの素子、構成要素、領域、層、および／または部分は、これらの用語によって制限されるべきではないことが理解できるであろう。これらの用語は単に一素子、構成要素、領域、層、および／または部分を、別の素子、構成要素、領域、層、および／または部分と区別するのに用いられる。例えば、第１の素子、構成要素、領域、層、および／または部分は、例示的な実施形態の教示を逸脱しない限りにおいては、第２の素子、構成要素、領域、層、および／または部分と称することができる。
【００１２】
ここで用いられる用語もまた、特定の例示的な実施形態のみを説明する目的のものであり、それに限定するという意図はない。本明細書では、単数形の「一つの（ａ）」、「一つの（ａｎ）」及び「その（ｔｈｅ）」は、文脈によって他の明確な指示がされない限り、複数形も含む。さらに理解されることであろうが、「含む」及び／または「含んでいる」という用語が本明細書で使用される場合、述べられた特徴、整数、ステップ、動作、要素及び／または構成要素の存在を特定するが、１つまたは複数の他の特徴、整数、ステップ、動作、要素、及び／または構成要素の存在或いはこれらの追加を除外するものではない。
【００１３】
特に定義されなければ、本明細書で使用されるすべての用語（技術的および科学的用語を含む）は、この発明が属する技術分野の当業者によって一般的に理解されるのと同じ意味を有している。さらに理解されることであろうが、一般に使用される辞書で定義されているような用語は、関連した技術分野の文脈におけるその意味と一致した意味を持つものとして解釈されるべきであり、本明細書で明確にそのように定義されない限り、理想化されたまたは過度に形式的な意味で解釈されるべきではない。
【００１４】
ここで、本発明の様々な実施形態が詳細に参照され、その実施形態は添付図面に例証されており、図中、同様の符号は全体を通して同様の要素を指している。
【００１５】
クロストークの問題を解決する方法は、カラーフィルターの下方に配置される金属グリッドを形成することである。金属グリッドは、入射光を吸収（またはブロック）するため、入射光が近傍の画素に拡散しなくなる。クロストークの問題は、金属グリッドの形成によって実質的に減少されるが、ＢＳＩ型ＣＭＯＳイメージセンサの量子効率は、金属グリッドによって吸収された入射光の部分がフォトダイオードアレイに達しないため、影響を受ける。
【００１６】
本発明に基づく実施形態は、クロストークの問題を解決すると同時に、酸化物のグリッドを有する金属グリッドを含んで、量子効率を更に向上させ、高い主光線角度公差を提供し、感度を向上させるＢＳＩ型ＣＭＯＳイメージセンサの実施形態を示している。
【００１７】
図１Ａは、本発明の一実施形態に基づく、ＢＳＩ型ＣＭＯＳイメージセンサの断面図を表している。一実施形態では、ＢＳＩ型ＣＭＯＳイメージセンサは、複数のユニット画素１００Ａがシリコンでできた半導体基板に配置された画素領域１００、および画素領域１００の周辺に配置された周辺回路の部分（不図示）を含む。複数のフォトダイオードおよび複数の画素トランジスタ（不図示）を含むフォトダイオードアレイ１０２は、画素領域１００の半導体基板の全体の領域に形成される。
【００１８】
第１の保護層１０４と第２の保護層１０６は、フォトダイオードアレイ１０２に配置される。一実施形態では、第２の保護層１０６は、第１の保護層１０４上に配置される。第１の保護層１０４と第２の保護層１０６は同じ、または異なる材料から形成されてもよい。例えば、第１と第２の保護層１０４と１０６は、酸化ケイ素、窒化ケイ素、Ｔａ２Ｏ５、ＨｆＯ２、またはその組み合わせで形成してもよい。第１の保護層１０４と第２の保護層１０６は、周辺回路（不図示）の製造中、エッチストップ層として機能する。いくつかの実施形態では、第１の保護層１０４は、製造プロセスの簡略化が可能である場合、省略されてもよい。また、他の保護層１１８またはより多くの保護層が保護層１０４および１０６とフォトダイオードアレイ１０２との間に形成されてもよい。
【００１９】
酸化物グリッド１０８は、第２の保護層１０６上に配置される。酸化物グリッド１０８は、ユニット画素１００Ａの周りに周期的に配置され、第２の保護層１０６を露出する複数のホールを形成する。複数のカラーフィルター１１０を含むカラーフィルターアレイが、ホール内に充填される。一実施形態では、酸化物グリッド１０８は、テーパ状の側壁を有するため、カラーフィルター１１０は、逆テーパ状の側壁を有する。図１Ａに示されるように、酸化物グリッド１０８とカラーフィルター１１０は、台形形状および逆台形形状をそれぞれ有する。例えば、酸化物グリッド１０８は、その上面より広い、または上面と等しい底面を有し、カラーフィルター１１０は、その上面より小さい底面を有してもよい。
【００２０】
一実施形態では、酸化物グリッド１０８の上面とカラーフィルター１１０の上面は、実質的に互いに同じ高さである。酸化物グリッド１０８は、ユニット画素１００Ａの幅と実質的に等しい周期的間隔１０８Ｐを有する。カラーフィルター１１０は、少なくとも例えば赤、緑、及び青（Ｒ、Ｇ、及びＢ）の３つのプライマリカラーを含むことができ、それらの各々は任意の好適な組み合わせで配置される。例えば、図１Ｂに示すように、マイクロレンズ構造１１４を除去した時の図１Ａに示されるＢＳＩ型ＣＭＯＳイメージセンサの上面図を表している。ユニット画素１００Ａの各フォトダイオード１０２は、３つのプライマリカラーの中の１つに対応し、前記カラーは交互に配置される。酸化物グリッド１０８は、カラーフィルター１１０を囲み、入射光が近傍のユニット画素１００Ａに拡散しないようにブロックする。図１Ｂに示されるように、カラーフィルター１１０で充填されたホールは、丸い角を有する正方形である。またはホールは、円形でもよい。
【００２１】
言い換えれば、酸化物グリッド１０８は、３次元構造である。酸化物グリッド１０８は、一連の交差した垂直軸と水平軸でできており、隣接のカラーフィルター１１０を分離している。断面図では、酸化物グリッド１０８は、複数の周期的な平行するパーティションとして形成されることができ、２つの平行するパーティション間の間隔は、ユニット画素１００Ａの寸法と実質的に等しい。
【００２２】
金属グリッド１１２は、第２の保護層１０６に組み込まれる。例えば、金属グリッド１１２は、第１の保護層１０４上に立設され、酸化物グリッド１０８と位置合わせされる。また、金属グリッド１１２は、第２の保護層１０６によって酸化物グリッド１０８とカラーフィルター１１０から間隔をおいて配置され、酸化物グリッド１０８が第２の保護層１０６によって保護される。金属グリッド１１２は、ユニット画素１００Ａの周りに周期的に配置され、静電気のダメージを防ぐ。金属グリッド１１２は、テーパ状の側壁（即ち、断面図で台形形状を有する）を有する。例えば、金属グリッド１１２は、その上面より広い底面を有し、金属グリッドの側壁は、傾斜して、金属グリッドの底面と約５０°〜９０°の間の角度をなす。金属グリッド１１２は、約０.０５μｍ〜約１.０μｍの間の高さを有する。金属グリッド１１２は、酸化物グリッド１０８の周期的間隔１０８Ｐ（またはユニット画素１００Ａの幅）の約５.７％〜約３０％の底部幅を有する。一実施形態では、金属グリッド１１２は、Ｗ、Ｃｕ、ＡｌＣｕ、またはその組み合わせで形成される。
【００２３】
言い換えれば、金属グリッド１１２は、３次元構造である。金属グリッド１１２は、一連の交差した垂直軸と水平軸でできており、酸化物グリッド１０８と一直線になっている。断面図では、金属グリッド１１２は、複数の周期的な平行するパーティションとして形成される。
【００２４】
酸化物グリッド１０８は、全てのカラーフィルター１１０の屈折率より大きい屈折率を有する。屈折率とは、光速を変える物質の特性であり、真空中の光速を物質中の光速で割った値である。光が２つの異なる物質の間をある角度で進むとき、その屈折率が光線の透過（屈折）の角度を決める。一般的に、屈折率は、光の周波数によっても異なるため、異なる光の色は異なる速度で進行する。高い強度も屈折率を変える。この実施形態では、ＲＧＢ（またはシアン、マゼンタ、イエロー、クリア）のカラーフィルター１１０は、異なる屈折率を有し、酸化物グリッド１０８は、カラーフィルターのいずれか１つの屈折率より小さい屈折率を有する。
【００２５】
金属グリッド１１２は、入射光の拡散をブロックするために、ゼロより大きい消衰係数を有する。例えば、金属グリッド１１２は、主に吸収によって入射光をブロックし、酸化物グリッド１０８は、主に反射によって入射光をブロックする。酸化物グリッド１０８は、入射光を反射し、入射光の、近傍の画素に拡散しようとする部分をターゲットのユニット画素１００Ａに反射し返すようにする。また、金属グリッド１１２によって吸収されようとする入射光の部分は、入射光が金属グリッド１１２に到達する前に酸化物グリッド１０８によって反射されることが可能である。よって、酸化物グリッド１０８を形成することで、金属グリッド１１２の大きさを、クロストークを劣化させることなく縮小でき、入射光の下方の部分は、金属グリッド１１２によって吸収することができる。本実施形態に基づくＢＳＩ型ＣＭＯＳイメージセンサは、低クロストークで向上された量子効率を有する。
【００２６】
また、従来のＢＳＩ型ＣＭＯＳイメージセンサ（金属グリッドのみを含む）と比較すると、ユニット画素１００Ａの受光領域ＰＡは、酸化物グリッド１０８が金属グリッド１１２より大きくない場合、縮小されない。一実施形態では、酸化物グリッド１０８は、金属グリッド１１２の底部幅と実質的に等しい底部幅を有する。また、金属グリッド１１２の大きさを縮小できるため、ユニット画素１００Ａの受光領域ＰＡを拡張することができる。
【００２７】
マイクロレンズ構造１１４は、カラーフィルター１１０と酸化物グリッド１０８上に配置され、入射光をフォトダイオードアレイに向けて集光し、入射光の拡散を低減する。配線層１１６は、光路とは無関係に半導体基板の裏面に形成される。
【００２８】
図２は、本発明のもう１つの実施形態に基づく、ＢＳＩ型ＣＭＯＳイメージセンサの断面図を表している。この実施形態では、ＢＳＩ型ＣＭＯＳイメージセンサは、金属グリッドが酸化物グリッドに組み込まれることを除き、図１Ａに示されるＢＳＩ型ＣＭＯＳイメージセンサと同様である。本実施形態において、上述の実施形態の素子と実質的に同様の素子を示すのに同じ符号を用い、実質的に同様の素子の詳細な説明は、繰り返さない。
【００２９】
図２に示すように、ＢＳＩ型ＣＭＯＳイメージセンサは、複数のユニット画素１００Ａがシリコンでできた半導体基板に配置された画素領域１００、および画素領域１００の周辺に配置された周辺回路の部分（不図示）を含む。複数のフォトダイオードおよび複数の画素トランジスタ（不図示）を含むフォトダイオードアレイ１０２は、画素領域１００の半導体基板の全体の領域に形成される。
【００３０】
第１の保護層１０４は、フォトダイオードアレイ１０２上に配置される。第１の保護層１０４は、酸化ケイ素、窒化ケイ素、Ｔａ２Ｏ５、ＨｆＯ２、またはその組み合わせで形成してもよい。第１の保護層１０４は、周辺回路（不図示）の製造中、エッチストップ層として機能する。いくつかの実施形態では、第１の保護層１０４は、製造プロセスの簡略化が可能である場合、省略されてもよい。また、他の保護層１１８またはより多くの保護層が第１の保護層１０４とフォトダイオードアレイ１０２との間に形成されてもよい。
【００３１】
酸化物グリッド１０８は、保護層１０４上に配置される。酸化物グリッド１０８は、ユニット画素１００Ａの周りに周期的に配置され、第１の保護層１０４を露出する複数のホールを形成する。複数のカラーフィルター１１０を含むカラーフィルターアレイが、ホール内に充填される。一実施形態では、酸化物グリッド１０８は、テーパ状の側壁を有するため、カラーフィルター１１０は、逆テーパ状の側壁を有する。例えば、酸化物グリッド１０８は、その上面より広い、または上面と等しい底面を有し、カラーフィルター１１０は、その上面より小さい底面を有する。一実施形態では、酸化物グリッド１０８の上面とカラーフィルター１１０の上面は、実質的に互いに同じ高さである。酸化物グリッド１０８は、ユニット画素１００Ａの幅と実質的に等しい周期的間隔１０８Ｐを有する。カラーフィルター１１０は、少なくとも例えば赤、緑、及び青（Ｒ、Ｇ、及びＢ）の３つのプライマリカラーを含むことができ、それらの各々は任意の好適な組み合わせで配置される。
【００３２】
金属グリッド２１２は、酸化物グリッド１０８に組み込まれる。例えば、金属グリッド２１２は、第１の保護層１０４上に立設され、酸化物グリッド１０８によって囲まれる。酸化物グリッド１０８は、金属グリッド２１２の底部幅より大きい底部幅を有し、金属グリッド２１２が酸化物グリッド１０８によってカラーフィルター１１０から間隔をおいて配置される。金属グリッド２１２は、酸化物グリッド１０８と同様の側壁の傾斜を有する台形形状であってもよい。金属グリッド２１２は、酸化物グリッド１０８の高さより小さい高さを有する。例えば、金属グリッド２１２は、約０.０５μｍ〜約１.０μｍの間の高さを有する。金属グリッド２１２は、酸化物グリッド１０８の周期的間隔１０８Ｐ（またはユニット画素１００Ａの幅）の約５.７％〜約２０％の底部幅を有する。一実施形態では、金属グリッド２１２は、Ｗ、Ｃｕ、ＡｌＣｕ、またはその組み合わせで形成される。
【００３３】
酸化物グリッド１０８は、全てのカラーフィルター１１０の屈折率より小さい屈折率を有する。また、金属グリッド２１２は、入射光の拡散をブロックするために、ゼロより大きい消衰係数を有する。例えば、金属グリッド２１２は、主に吸収によって入射光をブロックし、酸化物グリッド１０８は、主に反射によって入射光をブロックする。この実施形態では、酸化物グリッド１０８によって反射されず、酸化物グリッド１０８内に入る入射光の部分は、金属グリッド２１２によって吸収される。また、このＢＳＩ型ＣＭＯＳイメージセンサは、金属グリッド２１２が酸化物グリッド１０８に組み込まれるため、全体的な厚さが減少される。よって、このＢＳＩ型ＣＭＯＳイメージセンサは、全体的な厚さが減少し、高い量子効率と低クロストークを有する。
【００３４】
マイクロレンズ構造１１４は、カラーフィルター１１０と酸化物グリッド１０８上に配置され、入射光をフォトダイオードアレイ１０２に向けて集光し、入射光の拡散を低減する。配線層１１６は、光路とは無関係に半導体基板の裏面に形成される。
【００３５】
図３は、本発明のさらにもう１つの実施形態に基づく、ＢＳＩ型ＣＭＯＳイメージセンサの断面図を表している。この実施形態では、ＢＳＩ型ＣＭＯＳイメージセンサは、金属グリッドが酸化物グリッドとカラーフィルターとの間に挟設されることを除き、図２に示されるＢＳＩ型ＣＭＯＳイメージセンサと同様である。本実施形態において、上述の実施形態の素子と実質的に同様の素子を示すのに同じ符号を用い、実質的に同様の素子の詳細な説明は、繰り返さない。
【００３６】
図３に示すように、酸化物グリッド１０８と金属グリッド３１２は、カラーフィルター１１０によって形成されたホールの上部と下部にそれぞれ配置される。金属グリッド３１２の側壁は、カラーフィルター１１０に直接接触する。この実施形態では、酸化物グリッド１０８によって反射されず、酸化物グリッド１０８内に入る入射光の部分は、金属グリッド３１２によって吸収される。図２に示されたＢＳＩ型ＣＭＯＳイメージセンサと比べたとき、金属グリッド３１２は、クロストークを更に減少する、より大きい表面領域を有する。
【００３７】
図４は、本発明のもう１つの実施形態に基づく、ＢＳＩ型ＣＭＯＳイメージセンサの断面図を表している。この実施形態では、ＢＳＩ型ＣＭＯＳイメージセンサは、追加のグリッドが酸化物グリッドとカラーフィルターとの間に挟設されることを除き、図２に示されるＢＳＩ型ＣＭＯＳイメージセンサと同様である。上述の実施形態の素子と実質的に同様の素子を示すのに同じ符号を用い、実質的に同様の素子の詳細な説明は、繰り返さない。
【００３８】
図４に示すように、金属グリッドと酸化物グリッド以外に、追加のグリッド４２０が酸化物グリッド１０８とカラーフィルター１１０との間に挟設される。追加のグリッド４２０は、酸化物グリッド１０８を囲み、カラーフィルター１１０に直接接触する側壁を有する。追加のグリッド４２０は、酸化物グリッド１０８の屈折率より大きい屈折率を有する。例えば、追加のグリッド４２０は、窒化ケイ素、Ｔａ２Ｏ５、ＨｆＯ２、またはその組み合わせで形成される。追加のグリッド４２０が酸化物グリッド１０８の屈折率より大きい屈折率を有するため、入射光のより多くの部分が追加のグリッド４２０と酸化物グリッド１０８によって反射されることができ、より高い量子効率を得る。
【００３９】
図５は、本発明の代替的な実施形態に基づく、ＢＳＩ型ＣＭＯＳイメージセンサの断面図を表している。この実施形態では、ＢＳＩ型ＣＭＯＳイメージセンサは、カラーフィルターが第２の保護層内に陥没していることを除き、図１に示されるＢＳＩ型ＣＭＯＳイメージセンサと同様である。上述の実施形態の素子と実質的に同様の素子を示すのに同じ符号を用い、実質的に同様の素子の詳細な説明は、繰り返さない。
【００４０】
図５に示すように、カラーフィルター５１０と第２の保護層５０６は、第２の保護層５０６内に陥没している凹状インターフェース５１０ａを有する。この実施形態では、異なる材料で形成され、異なる屈折率を有するカラーフィルター５１０と第２の保護層５０６との間のインターフェース５１０ａを光線が交差する。優れた色特性を得るために、光通過（ｌｉｇｈｔ−ｐａｓｓｉｎｇ）インターフェース５１０ａは、凹状（第２の保護層５０６内に陥没している）でもよい。インターフェースの形状は、カラーフィルターと第２の保護層に対応する屈折率によって決まる。例えば、カラーフィルターが第２の保護層の屈折率より大きい屈折率を示した時、インターフェースは、それぞれ凹状で、且つ第２の保護層５０６内に陥没している。この実施形態では、カラーフィルター５１０は、第２の保護層５０６の屈折率より大きい屈折率を有し、光通過インターフェース５１０ａは、凹状である。
【００４１】
図６は、本発明のもう１つの代替的な実施形態に基づく、ＢＳＩ型ＣＭＯＳイメージセンサの断面図を表している。この実施形態では、ＢＳＩ型ＣＭＯＳイメージセンサは、カラーフィルターと第２の保護層間のインターフェースが凸状であることを除き、図１に示されるＢＳＩ型ＣＭＯＳイメージセンサと同様である。上述の実施形態の素子と実質的に同様の素子を示すのに同じ符号を用い、実質的に同様の素子の詳細な説明は、繰り返さない。
【００４２】
図６に示すように、カラーフィルター６１０と第２の保護層６０６は、カラーフィルター６１０内に陥没している凸状インターフェース６１０ａを有する。この実施形態では、異なる材料で形成され、異なる屈折率を有するカラーフィルター６１０と第２の保護層６０６との間のインターフェース６１０ａを光線が交差する。優れた色特性を得るために、光通過（ｌｉｇｈｔ−ｐａｓｓｉｎｇ）インターフェース６１０ａは、凸状（第２の保護層６０６から外側に隆起している）でもよい。インターフェースの形状は、カラーフィルターと第２の保護層６０６に対応する屈折率によって決まる。例えば、カラーフィルターが第２の保護層の屈折率より小さい屈折率を示した時、インターフェースは、それぞれ凸状で、且つ第２の保護層から外側に隆起している。この実施形態では、カラーフィルター６１０は、第２の保護層６０６の屈折率より小さい屈折率を有し、光通過インターフェース６１０ａは、凸状である。
【００４３】
他の実施形態では、図１Ａ〜図４に示されるように、カラーフィルターと第２の保護層間のインターフェースがフラットで、カラーフィルターと第２の保護層は、同じ屈折率を有する。
【００４４】
いくつかの実施形態では、フォトダイオードの量子効率と入射光束を向上させるために、保護層とマイクロレンズアレイの屈折率も変更される。
【００４５】
図７Ａは、本発明のいくつかの実施形態に基づく、ＢＳＩ型ＣＭＯＳイメージセンサの断面図を表している。このＢＳＩ型ＣＭＯＳイメージセンサは、複数のユニット画素１００Ａがシリコンでできた半導体基板に配置された画素領域１００、および画素領域１００の周辺に配置された周辺回路の部分（不図示）を含む。複数のフォトダイオードおよび複数の画素トランジスタ（不図示）を含むフォトダイオードアレイ１０２は、画素領域１００の半導体基板の全体の領域に形成される。
【００４６】
第１の保護層１０４と第２の保護層１０６は、フォトダイオードアレイ１０２に配置される。いくつかの実施形態では、配線層１１６は、光路とは無関係にフォトダイオードアレイの裏面に形成される。一実施形態では、第２の保護層１０６は、第１の保護層１０４上に配置される。第１の保護層１０４と第２の保護層１０６は同じ、または異なる材料から形成されてもよい。例えば、第１と第２の保護層１０４と１０６は、酸化ケイ素、窒化ケイ素、Ｔａ２Ｏ５、ＨｆＯ２、またはその組み合わせで形成してもよい。第１の保護層１０４と第２の保護層１０６は、周辺回路（不図示）の製造中、エッチストップ層として機能する。いくつかの実施形態では、第１の保護層１０４は、製造プロセスの簡略化が可能である場合、省略される。また、他の保護層１１８またはより多くの保護層が保護層１０４および１０６とフォトダイオードアレイ１０２との間に形成されてもよい。
【００４７】
複数のカラーフィルター１１０を含むカラーフィルターアレイは、第２の保護層１０６上に形成される。各カラーフィルター１１０は、フォトダイオードアレイ１０２のフォトダイオード（不図示）の中の１つに対応する。カラーフィルター１１０は、グリッドとして形成され、その間に間隙を有する。一実施形態では、カラーフィルター１１０は、実質的に垂直（例えば、約８５°〜約１００°）の側壁を有する。他の実施形態では、カラーフィルターは、逆テーパ状の側壁を有してもよく、各カラーフィルター１１０は、その上面より小さい、またはその上面と等しい底面を有してもよい。
【００４８】
カラーフィルター１１０は、少なくとも例えば赤、緑、及び青（Ｒ、Ｇ、及びＢ）の３つのプライマリカラーを含むことができ、それらの各々は任意の好適な組み合わせで配置される。例えば、カラーフィルター１１０は、図１Ｂに示される配置に基づいて配置される。また、カラーフィルター１１０は、透明（Ｔ）フィルターおよび／または赤外線（ＩＲ）フィルターを更に含んでもよい。例えば、図７Ｂは、第２のグリッド７３２を除去した本発明の一実施形態に基づく、ＢＳＩ型ＣＭＯＳイメージセンサの上面図を表している。図７Ｂでは、例えばＲＧＢの３つのプライマリカラーおよびＩＲフィルターが交互に配置される。また、図７Ｃは、第２のグリッド７３２を除去した本発明のもう１つの実施形態に基づく、ＢＳＩ型ＣＭＯＳイメージセンサの上面図を表している。図７Ｃでは、例えばＲＧＢの３つのプライマリカラーおよび透明（Ｔ）フィルターが交互に配置される。
【００４９】
第１のグリッド７３０は、カラーフィルター１１０間の間隙に充填され、第２の保護層１０６上に立設される。上面図からは（図７Ｂと図７Ｃを参照）、第１のグリッド７３０は、一連の交差した垂直軸と水平軸でできており、隣接のカラーフィルター１１０を分離している。第１のグリッド７３０は、ユニット画素１００Ａの幅と実質的に等しい周期的間隔１０８Ｐを有する。カラーフィルター１１０は、第１のグリッド７３０によって分割される。本実施形態では、カラーフィルター１１０からその最も近いカラーフィルター１１０の間隔は、周期的間隔１０８Ｐの約７％〜約３０％の幅Ｄ１である。いくつかの実施形態では、カラーフィルター１１０からその第２の最も近いカラーフィルター１１０の間隔は、周期的間隔１０８Ｐの約２０％〜約７０％の幅Ｄ２でもよい。
【００５０】
第１のグリッド７３０は、カラーフィルター１１０の側壁の下部を囲む。いくつかの実施形態では、第１のグリッド７３０は、カラーフィルター１１０の高さより低い高さを有する。第１のグリッド７３０は、図７Ａに示されるように、断面図で長方形を有する。しかしながら、第１のグリッド７３０は、台形形状などの他の好適な形状を有することもできることは理解できるであろう。いくつかの実施形態では、第１のグリッド７３０の高さは、カラーフィルター１１０の高さの約２０％〜約８０％の間の割合を有する。特定の実施形態では、第１のグリッド７３０の高さは、カラーフィルター１１０の高さの半分である。いくつかの実施形態では、第１のグリッド７３０の屈折率は、約１.４６より低く、かつ全てのカラーフィルター１１０（Ｒ、Ｇ、およびＢを含む）の屈折率より低い。いくつかの実施形態では、第１のグリッドは、約１.２より低い屈折率を有する。例えば、第１のグリッド７３０は、屈折率を調整（例えば、減少）するために用いられるドーパントでドープされる高分子材料を含んでもよい。高分子材料は、ポリアミド、ポリイミド、ポリスチレン、ポリエチレン、ポリエチレンテレフタレート、ポリウレタン、ポリカーボネート、ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）、またはその組み合わせを含む。ドーパントは、顔料または染料である。ドーパントは、約２０〜２００ｎｍの平均直径を有する。例えば、顔料または染料は、黒色を含む。いくつかの実施形態では、顔料または染料は、カーボンブラック、チタンブラック、またはその組み合わせを含む。
【００５１】
第２のグリッド７３２は、カラーフィルター１１０間の残りの間隙に充填され、第１のグリッド７３０上に立設される。いくつかの実施形態では、第２のグリッド７３２は、カラーフィルター１１０の側壁の上部を囲む第１の部分７３２ａと第２のグリッド７３２の第１の部分７３２ａの上部から延伸する第２の部分７３２ｂを有する。第１の部分７３２ａの上部は、カラーフィルター１１０の上面より高いか、または等しい。第２のグリッド７３２の第２の部分７３２ｂは、カラーフィルター１１０と位置合わせされた複数のマイクロレンズユニットを有する。マイクロレンズユニットは、ＢＳＩ型ＣＭＯＳイメージセンサのマイクロレンズアレイを形成することができる。ＢＳＩ型ＣＭＯＳイメージセンサのマイクロレンズアレイは、例えば、カラーフィルター１１０の間の第２のグリッド７３２の第１の部分７３２ａのスペーサと一体化される。ＢＳＩ型ＣＭＯＳイメージセンサのマイクロレンズアレイは、入射光の拡散を低減し、フォトダイオードアレイ１０２に入射光を集光するために用いられる。
【００５２】
いくつかの実施形態では、第２のグリッド７３２は、第１のグリッド７３０の屈折率より高い屈折率を有するが、全てのカラーフィルター１１０の屈折率より小さい屈折率を有する。他の実施形態では、第２のグリッド７３２は、フォトダイオードに向かう望ましい光路に基づき、第１のグリッド７３０の屈折率と実質的に等しいか、または小さい屈折率を有する。例えば、第２のグリッド７３２は、屈折率を所望の値に調整（例えば、減少）するために用いられるドーパントでドープされる高分子材料で形成されてもよい。高分子材料は、ポリアミド、ポリイミド、ポリスチレン、ポリエチレン、ポリエチレンテレフタレート、ポリウレタン、ポリカーボネート、ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）、またはその組み合わせを含む。ドーパントは、顔料または染料である。ドーパントは、約２０〜２００ｎｍの平均直径を有する。例えば、顔料または染料は、黒色を含む。いくつかの実施形態では、顔料または染料は、カーボンブラック、チタンブラック、またはその組み合わせを含む。
【００５３】
金属グリッド１１２は、第２の保護層１０６に組み込まれる。例えば、金属グリッド１１２は、第１の保護層１０４上に立設され、第１のグリッド７３０と位置合わせされる。また、金属グリッド１１２は、第２の保護層１０６によって第１のグリッド７３０とカラーフィルター１１０から間隔をおいて配置され、第２の保護層１０６によって保護される。金属グリッド１１２は、ユニット画素１００Ａの周りに周期的に配置され、静電気のダメージを防ぐ。金属グリッド１１２は、テーパ状の側壁（即ち、断面図で台形形状を有する）を有する。
【００５４】
金属グリッド１１２は、入射光の拡散をブロックするために、ゼロより大きい消衰係数を有する。例えば、金属グリッド１１２は、主に吸収によって入射光をブロックし、グリッド７３０と７３２は、主に反射によって入射光をブロックする。
【００５５】
図８は、本発明のいくつかの実施形態に基づく、ＢＳＩ型ＣＭＯＳイメージセンサの断面図を表している。この実施形態では、ＢＳＩ型ＣＭＯＳイメージセンサは、第２のグリッドを形成する必要がないことを除き、図７に示されるＢＳＩ型ＣＭＯＳイメージセンサと同様である。本実施形態において、上述の実施形態の素子と実質的に同様の素子を示すのに同じ符号を用い、実質的に同様の素子の詳細な説明は、繰り返さない。
【００５６】
図８に示すように、グリッド８３０は、カラーフィルター１１０間の間隙に充填され、第２の保護層１０６上に立設される。グリッド８３０は、カラーフィルター１１０の側壁の全体を囲む第１の部分８３０ａとグリッド８３０の第１の部分８３０ａの上部から延伸する第２の部分８３０ｂを有する。グリッド８３０の第１の部分８３０ａは、断面図で台形形状を有し、ユニット画素１００Ａの幅と実質的に等しい周期的間隔１０８Ｐを有する。いくつかの実施形態では、第１の部分８３０ａの上部は、カラーフィルター１１０の上面より高いか、または等しい。
【００５７】
グリッド８３０の第２の部分８３０ｂは、カラーフィルター１１０と位置合わせされた複数のマイクロレンズユニットを有する。マイクロレンズユニットは、ＢＳＩ型ＣＭＯＳイメージセンサのマイクロレンズアレイを形成することができる。グリッド８３０の第２の部分８３０ｂは、マイクロレンズユニットを含む部分において、周期的間隔１０８Ｐの約５０％〜約８０％の高さを有する。ＢＳＩ型ＣＭＯＳイメージセンサのマイクロレンズアレイは、例えば、カラーフィルター１１０の間のグリッド８３０の第１の部分８３０ａのスペーサと一体化される。いくつかの実施形態では、グリッド８３０の屈折率は、約１.４６より低く、かつ全てのカラーフィルター１１０（Ｒ、Ｇ、およびＢを含む）の屈折率より低い。いくつかの実施形態では、グリッド８３０は、約１.２より低い屈折率を有する。いくつかの実施形態では、グリッド８３０は、先行する実施形態に記載の第１のグリッド７３０と同じ材料を含む。
【００５８】
図９は、本発明のいくつかの実施形態に基づく、ＢＳＩ型ＣＭＯＳイメージセンサの断面図を表している。この実施形態では、ＢＳＩ型ＣＭＯＳイメージセンサは、追加のマイクロレンズ構造１１４がカラーフィルター１１０上に形成されることを除き、図７に示されるＢＳＩ型ＣＭＯＳイメージセンサと同様である。本実施形態において、上述の実施形態の素子と実質的に同様の素子を示すのに同じ符号を用い、実質的に同様の素子の詳細な説明は、繰り返さない。
【００５９】
図９に示すように、第１のグリッド７３０と第２のグリッド９３２は、カラーフィルター１１０間の間隙に充填される。第１のグリッド７３０は、第２の保護層１０６上に立設され、カラーフィルター１１０の側壁の下部を囲む。第２のグリッド９３２は、第１のグリッド７３０上に立設され、カラーフィルター１１０の側壁の上部を囲む。いくつかの実施形態では、第１のグリッド７３０と第２のグリッド９３２を合わせた高さは、カラーフィルター１１０の高さと実質的に等しい。
【００６０】
いくつかの実施形態では、第２のグリッド９３２は、第１のグリッド７３０の屈折率より高い屈折率を有するが、全てのカラーフィルター１１０の屈折率より小さい屈折率を有する。他の実施形態では、第２のグリッド９３２は、フォトダイオードに向かう望ましい光路に基づき、第１のグリッド７３０の屈折率と実質的に等しいか、または小さい屈折率を有する。例えば、第２のグリッド９３２は、先行する実施形態に記載の第２のグリッド７３２と同じ材料を含む。
【００６１】
マイクロレンズ構造１１４は、カラーフィルター１１０と第２のグリッド９３２上に形成される。マイクロレンズ構造１１４の屈折率は、ＢＳＩ型ＣＭＯＳイメージセンサの光学条件に基づき好適に変えられる。マイクロレンズ構造１１４は、１.４７より高いか、または低い屈折率を有する。マイクロレンズ構造１１４は、周期的間隔１０８Ｐの約５０％〜約８０％の高さを有する。
【００６２】
図１０は、本発明のいくつかの実施形態に基づく、ＢＳＩ型ＣＭＯＳイメージセンサの断面図を表している。この実施形態では、ＢＳＩ型ＣＭＯＳイメージセンサは、追加のマイクロレンズ構造１１４がカラーフィルター１１０上に形成されることを除き、図８に示されるＢＳＩ型ＣＭＯＳイメージセンサと同様である。本実施形態において、上述の実施形態の素子と実質的に同様の素子を示すのに同じ符号を用い、実質的に同様の素子の詳細な説明は、繰り返さない。
【００６３】
図１０に示すように、グリッド１０３０は、カラーフィルター１１０間の間隙に充填される。グリッド１０３０は、第２の保護層１０６上に立設され、カラーフィルター１１０の側壁の全体を囲む。いくつかの実施形態では、グリッド１０３０の高さは、カラーフィルター１１０の高さと実質的に等しい。
【００６４】
いくつかの実施形態では、グリッド１０３０は、カラーフィルター１１０の屈折率より低い屈折率を有する。例えば、グリッド１０３０は、約１.４６より低い屈折率を有する。いくつかの実施形態では、グリッド１０３０は、約１.２より低い屈折率を有する。例えば、グリッド１０３０は、先行する実施形態に記載の第１のグリッド７３０と同じ材料を含む。
【００６５】
マイクロレンズ構造１１４は、カラーフィルター１１０とグリッド１０３０上に形成される。マイクロレンズ構造１１４の屈折率は、ＢＳＩ型ＣＭＯＳイメージセンサの光学条件に基づき好適に変えられる。マイクロレンズ構造１１４は、１.４７より高いか、または低い屈折率を有する。一実施形態では、マイクロレンズ構造１１４は、有機材料、無機化合物、または金属間化合物を含む。マイクロレンズ構造１１４は、周期的間隔１０８Ｐの約５０％〜約８０％の高さを有する。
【００６６】
従来のＢＳＩ型ＣＭＯＳイメージセンサと比較すると、本発明に基づくＢＳＩ型ＣＭＯＳイメージセンサのカラーフィルター間のスペーサは、超低屈折率を有するグリッドで形成されている。よって、入射光の全反射の屈折は、増加する。近傍の画素ユニット間の光クロストークは、減少し、フォトダイオードに向かう入射光の強度は、向上する。ＢＳＩ型ＣＭＯＳイメージセンサの性能は、量子効率の向上によって改善される。
【００６７】
また、本発明のいくつかの実施形態では、ＢＳＩ型ＣＭＯＳイメージセンサのマイクロレンズアレイとスペーサは、同じ屈折率を有し、互いに一体化されるため、１つ以上の屈折を防ぐことができ、追加のマイクロレンズアレイをカラーフィルターに接着するプロセスを省略することができる。このため、ＢＳＩ型ＣＭＯＳイメージセンサは、大きな入射光束を有しながら、簡単に製造され、費用効率が高い。
【００６８】
いくつかの実施形態では、比較的高い屈折率を有するマイクロレンズ構造は、比較的低い屈折率を有するマイクロレンズ構造と比べると、比較的高さが低い。カラーフィルター間のスペーサと一体化されたマイクロレンズ構造を用いることで、比較的高い屈折率のマイクロレンズ構造を形成することがより容易になる。また、ＢＳＩ型ＣＭＯＳイメージセンサの全高が比較的低いため、感度が向上される。他の実施形態では、比較的低い屈折率を有するマイクロレンズ構造を用いることで、マイクロレンズ構造とスペーサの屈折率が、入射光の進行方向に沿って増加するため、１つ以上の屈折を防ぐことができる。
【００６９】
上述の実施形態に加え、本発明に基づくＢＳＩ型ＣＭＯＳ構造は、本発明の範囲内で変えることができる。例えば、図７〜１０に示されたＢＳＩ型ＣＭＯＳ構造は、グリッドと第２の保護層間に凹状または凸状インターフェースを含んでもよい。
【００７０】
図１１Ａ〜図１１Ｇは、図７に示されるＢＳＩ型ＣＭＯＳイメージセンサを形成する中間段階の断面図を表している。図１１Ａに示すように、フォトダイオードアレイ１０２は、配線層１１６を伴う。第３の保護層１１８と第１の保護層１０４は、フォトダイオードアレイ１０２上に形成される。
【００７１】
図１１Ｂに示すように、金属グリッド１１２は、第１の保護層１０４上に形成される。金属グリッド１１２は、スパッタリングまたは電気めっきによって金属層を第１の保護層１０４上に形成し、次いで好適なエッチングプロセスによってグリッド内に金属層をパターン化するステップによって形成される。図１１Ｃに示すように、金属グリッド１１２を形成した後、保護層１０６が、金属グリッド１１２間の間隙を充填するように堆積される。保護層１０６は、金属グリッド１１２より大きい厚さを有し、金属グリッド１１２を被覆する。
【００７２】
次いで、図１１Ｄに示すように、複数のカラーフィルター１１０を含むカラーフィルターアレイが、保護層１０６上に形成される。各カラーフィルター１１０は、フォトダイオードアレイ１０２のフォトダイオードに対応し、その間に間隙１１２２を有する。
【００７３】
図１１Ｅに示すように、次いで、第１のグリッド７３０がカラーフィルター１１０間の間隙１１２２に充填される。上述のように、第１のグリッド７３０は、カラーフィルター１１０の高さより低い。いくつかの実施形態では、第１のグリッド７３０は、スピンコーティングプロセスとリソグラフィーによって形成される。次に、図１１Ｆに示すように、第２のグリッド７３２が第１のグリッド７３０上に形成され、カラーフィルター１１０間の残りの間隙１１２２を充填する。第２のグリッド７３２は、第１のグリッド７３０と同じ方法によって形成される。図１１Ｆに示されるように、第２のグリッド７３２の上部は、カラーフィルター１１０の上面より高い（例えば０.３μｍ〜０.７μｍ高い）。
【００７４】
次いで、図１１Ｇに示すように、第２のグリッド７３２は、パターン化され、複数のマイクロレンズユニットを含む。第２のグリッドの各マイクロレンズユニットは、下方のカラーフィルター１１０の中の１つに対応する。
【００７５】
図１２Ａ〜図１２Ｂは、図８に示されるＢＳＩ型ＣＭＯＳイメージセンサを形成する中間段階の断面図を表している。図１２に示すように、図１１Ａ〜１１Ｄに示されるステップが繰り返され、次いで、グリッド８３０がカラーフィルター１１０間の間隙に充填され、保護層１０６上に立設される。グリッド８３０は、スピンコーティングプロセスと、それに次ぐリソグラフィープロセスを実行することによって形成される。いくつかの実施形態では、グリッド８３０の上部は、カラーフィルター１１０の上面より高い。例えば、グリッド８３０の上部とカラーフィルターの上面との間の間隙は、光学設計の必要に応じて約０.３μｍ〜約０.７μｍの間であることができる。
【００７６】
次いで、図１２Ｂに示すように、グリッド８３０は、パターン化され、複数のマイクロレンズユニット８３０ｂを含む。グリッド８３０の各マイクロレンズユニット８３０ｂは、下方のカラーフィルター１１０の中の１つに対応する。
【００７７】
図１３Ａ〜図１３Ｂは、図９に示されるＢＳＩ型ＣＭＯＳイメージセンサを形成する中間段階の断面図を表している。図１３に示すように、図１１Ａ〜１１Ｅに示されるステップが繰り返され、次いで、グリッド９３２がカラーフィルター１１０間の間隙１１２２に充填され、保護層１０６上に立設される。この段階では、第２のグリッド９３２は、カラーフィルター１１０の上面より高い上部を有する。その後、化学金属研磨などの平坦化プロセスが第２のグリッド９３２に実行され、第２のグリッド９３２の上部がカラーフィルター１１０の上部と実質的に等しくなる。
【００７８】
次いで、図１３Ｂに示すように、追加のマイクロレンズ構造１１４がカラーフィルター１１０と第２のグリッド９３２上に接着される。
【００７９】
図１４Ａ〜図１４Ｂは、図１０に示されるＢＳＩ型ＣＭＯＳイメージセンサを形成する中間段階の断面図を表している。図１４Ａに示すように、図１１Ａ〜１１Ｄに示されるステップが繰り返され、次いで、グリッド１０３０がカラーフィルター１１０間の間隙に充填され、保護層１０６上に立設される。図１４Ａに示すように、グリッド１０３０の上部は、カラーフィルター１１０の上部より高い。
【００８０】
図１４Ｂに示すように、グリッド１０３０は、研磨され、カラーフィルター１１０の上面と等しい上面を有する。グリッド１０３０は、好適な研磨方法によって研磨される。追加のマイクロレンズ構造１１４は、カラーフィルター１１０とグリッド１０３０上に接着される。
【００８１】
本発明は、実施例の方法及び望ましい実施の形態によって記述されているが、本発明は開示された実施形態に限定されるものではない。逆に、当業者には自明の種々の変更及び同様の配置を含むものである。よって、添付の請求の範囲は、最も広義な解釈が与えられ、全てのこのような変更及び同様の配置を含むべきである。
【符号の説明】
【００８２】
１００  画素領域
１００Ａ  ユニット画素
１０２  フォトダイオードアレイ
１０４  第１の保護層
１０６  第２の保護層
１０８  酸化物グリッド
１０８Ｐ  周期的間隔
１１０  カラーフィルター
１１２、２１２、３１２、４１２  金属グリッド
１１４  マイクロレンズ構造
１１６  配線層
１１８  保護層
ＰＡ  受光領域
４２０  追加のグリッド   
５０６、６０６  第２の保護層
５１０、６１０  カラーフィルター
５１０ａ  凹状インターフェース
６１０ａ  凸状インターフェース
７３０  第１のグリッド
７３２  第２のグリッド
７３２ａ  第２のグリッド７３２の第１の部分
７３２ｂ  第２のグリッド７３２の第２の部分
８３０  グリッド
８３０ａ  グリッドの第１の部分
８３０ｂ  グリッドの第２の部分
９３０  グリッド
９３２  第２のグリッド
１０３０  グリッド
１１２２  カラーフィルター間の間隙
【図１Ａ】
2014225667.tif 000003
【図１Ｂ】
2014225667.tif 000004
【図２】
2014225667.tif 000005
【図３】
2014225667.tif 000006
【図４】
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【図５】
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【図６】
2014225667.tif 000009
【図７Ａ】
2014225667.tif 000010
【図７Ｂ】
2014225667.tif 000011
【図７Ｃ】
2014225667.tif 000012
【図８】
2014225667.tif 000013
【図９】
2014225667.tif 000014
【図１０】
2014225667.tif 000015
【図１１Ａ】
2014225667.tif 000016
【図１１Ｂ】
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【図１１Ｃ】
2014225667.tif 000018
【図１１Ｄ】
2014225667.tif 000019
【図１１Ｅ】
2014225667.tif 000020
【図１１Ｆ】
2014225667.tif 000021
【図１１Ｇ】
2014225667.tif 000022
【図１２Ａ】
2014225667.tif 000023
【図１２Ｂ】
2014225667.tif 000024
【図１３Ａ】
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【図１３Ｂ】
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【図１４Ａ】
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【図１４Ｂ】
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