(57)【要約】      （修正有）【課題】飛行時間型（time-of-flight、ＴｏＦ）カメラにおいて、干渉とノイズを減少したイメージセンシング装置を提供する。【解決手段】二バンドパスフィルタ１５２と赤外線パスフィルタ１５４を含む光学フィルターアレイと、二バンドパスフィルタ下に位置するＲＧＢ画素アレイ１０６と、ＲＧＢ画素アレイに隣接し、且つ、二バンドパスフィルタと赤外線パスフィルタ下に位置するＴｏＦ画素アレイ１０８と、を含み、二バンドパスフィルタと赤外線パスフィルタの組み合わせは、赤外線領域中の入射光だけが、ＴｏＦ画素アレイを通過することを許す。【選択図】図１Ａ
2014103657.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
イメージセンシング装置であって、
二バンドパスフィルタと赤外線パスフィルタを含む光学フィルターアレイと、 
前記二バンドパスフィルタ下に位置するＲＧＢ画素アレイと、
前記ＲＧＢ画素アレイに隣接し、且つ、前記二バンドパスフィルタと前記赤外線パスフィルタの下に位置するＴｏＦ画素アレイと、
を含み、
前記二バンドパスフィルタと前記赤外線パスフィルタの組み合わせは、赤外線領域中の入射光だけが、前記ＴｏＦ画素アレイを通過するのを許すことを特徴とするイメージセンシング装置。
【請求項２】
前記ＲＧＢ画素アレイと前記ＴｏＦ画素アレイは、基板上に設置されることを特徴とする請求項１に記載のイメージセンシング装置。 
【請求項３】
前記ＲＧＢ画素アレイは、前記基板上の第一相互接続構造と、前記第一相互接続構造上の第一フォトダイオードアレイと、前記第一フォトダイオードアレイ上のＲＧＢカラーフィルターアレイと、を含み、
前記ＴｏＦ画素アレイは、第二フォトダイオードアレイと、前記第二フォトダイオードアレイ上の透明充填層と、を含み、
前記第一フォトダイオードアレイは、前記第二フォトダイオードアレイより薄いことを特徴とする請求項２に記載のイメージセンシング装置。
【請求項４】
前記ＲＧＢ画素アレイは、第一フォトダイオードアレイと、前記第一フォトダイオードアレイ上のＲＧＢカラーフィルターアレイと、を含み、
前記ＴｏＦ画素アレイは、第二フォトダイオードアレイを含み、
前記第一フォトダイオードアレイは、前記第二フォトダイオードアレイとほぼ等しい厚さで、
前記基板、前記光学フィルターアレイ、前記ＲＧＢ画素アレイおよび前記ＴｏＦ画素アレイは、ハウジング内でパッケージされ、モジュールレンズが設置されて、環境から入射光を集め、それを、前記ハウジング内に設置される前記ＲＧＢ画素アレイと前記ＴｏＦ画素アレイ上で撮像することを特徴とする請求項２に記載のイメージセンシング装置。   
【請求項５】
前記ＲＧＢ画素アレイは第一基板上に設置され、前記ＴｏＦ画素アレイは第二基板上に設置されることを特徴とする請求項１に記載のイメージセンシング装置。
【請求項６】
前記ＲＧＢ画素アレイは、第一フォトダイオードアレイと、前記第一フォトダイオードアレイ上のＲＧＢカラーフィルターアレイと、を含み、
前記ＴｏＦ画素アレイは、第二フォトダイオードアレイを含むことを特徴とする請求項５に記載のイメージセンシング装置。
【請求項７】
前記ＲＧＢ画素アレイは、さらに、前記第一フォトダイオードアレイと前記第一基板間の第一相互接続構造を含み、
前記ＴｏＦ画素アレイは、さらに、前記第二フォトダイオードアレイと前記第二基板間の第二相互接続構造を含み、
前記第二フォトダイオードアレイは、第一フォトダイオードアレイより厚いことを特徴とする請求項６に記載のイメージセンシング装置。
【請求項８】
前記ＲＧＢ画素アレイは、さらに、前記ＲＧＢカラーフィルターアレイと前記第一フォトダイオードアレイ間の第一相互接続構造を含み、
前記ＴｏＦ画素アレイは、さらに、前記第二フォトダイオードアレイ上、または、前記第二フォトダイオードアレイと前記第二基板間の第二相互接続構造を含むことを特徴とする請求項６に記載のイメージセンシング装置。
【請求項９】
前記第一基板、前記第二基板、前記光学フィルターアレイ、前記ＲＧＢ画素アレイおよび前記ＴｏＦ画素アレイは、ハウジング内でパッケージされ、モジュールレンズが設置されて、環境から入射光を集め、それを、前記ハウジング内に設置される前記ＲＧＢ画素アレイと前記ＴｏＦ画素アレイ上で撮像することを特徴とする請求項５に記載のイメージセンシング装置。
【請求項１０】
前記赤外線パスフィルタは、約６５０ｎｍ〜８５０ｎｍの波長領域中の前記入射光を通過させるのを許すことを特徴とする請求項１に記載のイメージセンシング装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光電子デバイスに関するものであって、特に、イメージセンシング装置(image-sensing apparatus)に関するものである。  
【背景技術】
【０００２】
カラーイメージセンサーは、多くの光電子デバイスにおいて、必要不可欠な素子である。カラーイメージセンサーは、検出された光線を電気信号に変換する光電変換装置である。従来のイメージセンサーは、半導体基板上でアレイに配列された複数のユニット画素を含む。各ユニット画素は、フォトダイオードおよび／または複数のトランジスタを含む。フォトダイオードは、外部光を検出、および／または、電荷を生成し、保存し、トランジスタは、保存された電荷にしたがって、電気信号を出力する。現在、最もよく使用されるイメージセンサーは、相補型ＭＯＳ(ＣＭＯＳ)イメージセンサーである。ＣＭＯＳイメージセンサーは、光学信号を受信および／または保存し、信号処理により撮像を実現することができるフォトダイオードを含む。ＣＭＯＳ製造技術を用いることにより、フォトダイオードは、信号処理装置と共に、単一チップ中に製造される。
【０００３】
飛行時間型 (time-of-flight、以下ＴｏＦと称する)カメラは、レンジ撮像カメラシステム(range-imaging camera system)で、既知の光速に基づき、イメージの各ポイントのカメラと物体間の光線信号の飛行時間型を測定することにより、距離を測定する。イメージセンサーとＴｏＦカメラを整合することにより、カラーイメージは立体情報を感知し、これにより、三次元イメージセンシング装置が実現する。
【０００４】
通常、ＴｏＦカメラは、外部光を検出するフォトダイオードも含み、且つ、ＴｏＦカメラのフォトダイオードは、カラーイメージセンサーのフォトダイオードと異なる吸収波長領域を有する。よって、ＴｏＦカメラとカラーイメージセンサーが整合される時、適当な光学フィルターにより、ＴｏＦカメラとカラーイメージセンサーの所望でない波長領域をろ過する必要がある。たとえば、理想の状況下で、可視光だけがＲＧＢ画素を通過し、赤外線だけがＴｏＦ画素を通過して、干渉とノイズを最小にする。しかし、現在、上述の要求を満たすことができる適当な光学フィルターがない。光学フィルターは、通常、堆積技術により形成されて大量生産される。カラーイメージセンサーおよびＴｏＦカメラのユニット画素は小さく、数量が多く、交錯して設置される。よって、可視光領域中の光線だけをカラーイメージセンサーの各ユニット画素に通過させ、赤外領域中の光線だけをＴｏＦカメラの各ユニット画素に通過させることを許可する大量生産で製造することができる二バンドパスフィルタアレイを形成する適当、且つ、効果的な材料または方法がない。 
【０００５】
したがって、適当な光学フィルターアレイおよびそれを用いたイメージセンシング装置が必要とされる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、イメージセンシング装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
イメージセンシング装置が提供される。イメージセンシング装置は、二バンドパスフィルタ(two-band passing filter)と赤外線パスフィルタを含む光学フィルターアレイと、二バンドパスフィルタ下に位置するＲＧＢ画素アレイと、ＲＧＢ画素アレイに隣接し、且つ、二バンドパスフィルタと赤外線パスフィルタ下に位置するＴｏＦ画素アレイと、を含み、二バンドパスフィルタと赤外線パスフィルタの組み合わせは、赤外線領域中の入射光だけが、ＴｏＦ画素アレイを通過するのを許す。
【０００８】
イメージセンシング装置が提供される。イメージセンシング装置は、基板と、基板上のＲＧＢ画素アレイとＴｏＦ画素アレイと、ＲＧＢ画素アレイとＴｏＦ画素アレイ両方の前側に位置し、可視光と赤外線を通過させる二バンドパスフィルタと、ＴｏＦ画素アレイの前側に位置し、赤外線を通過させる赤外線パスフィルタと、を含み、二バンドパスフィルタと赤外線パスフィルタの組み合わせは、赤外線領域中の入射光だけが、ＴｏＦ画素アレイを通過するのを許す。
【０００９】
さらに、本発明は、別のイメージセンシング装置も提供し、装置は、第一基板上のＲＧＢ画素アレイと、第一基板に隣接する第二基板上に位置するＴｏＦ画素アレイと、ＲＧＢ画素アレイとＴｏＦ画素アレイの前側に位置し、可視光と赤外線を通過させる二バンドパスフィルタと、ＴｏＦ画素アレイの前側に位置し、赤外線を通過させる赤外線パスフィルタと、を含み、二バンドパスフィルタと赤外線パスフィルタの組み合わせは、赤外線領域中の入射光だけが、ＴｏＦ画素アレイを通過するのを許す。
【００１０】
本発明の実施態様について詳細に述べる。その例は添付図面に示されている。
【発明の効果】
【００１１】
干渉とノイズの減少が達成される。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１Ａ】本発明の具体例によるイメージセンシング装置の透視図である。
【図１Ｂ】本発明の具体例による図１Ａのイメージセンサーの断面図である。
【図２Ａ】本発明の別の具体例によるイメージセンシング装置の透視図である。
【図２Ｂ】本発明の具体例による図２Ａのイメージセンサーの断面図である。
【図３Ａ】本発明の別の具体例によるイメージセンシング装置の透視図である。
【図３Ｂ】本発明の具体例による図３Ａのイメージセンサーの断面図である。
【図３Ｃ】本発明の具体例による図３Ａのイメージセンサーの断面図である。
【図４Ａ】本発明の更なる具体例によるイメージセンシング装置の透視図である。
【図４Ｂ】本発明の具体例による図４Ａのイメージセンサーの断面図である。
【図４Ｃ】本発明の具体例による図４Ａのイメージセンサーの断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明を実施するための好ましい例を説明する。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。たとえば、第一素子が第二素子の上、または、下に形成されるというのは、第一素子と第二素子が直接接触する実施例を含み、また、第一素子と第二素子の間に別の素子を挿入し、第一素子と第二素子が互いに接触しない実施例も含む。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。 
【００１４】
ここで、第一、第二、第三等の用語は、各素子、コンポーネンツ、領域、層および／またはセクションを説明するために使用されるが、これらの素子、コンポーネンツ、領域、層および／またはセクションは、これらの用語に制限されるべきではないことが理解できる。これらの用語は、一素子、コンポーネント、領域、層および／またはセクションと別の素子、コンポーネント、領域、層および／またはセクションを区別するのに用いられる。たとえば、本発明の精神と領域を脱しない範囲内で、第一素子、コンポーネント、領域、層および／またはセクションを、第二素子、コンポーネント、領域、層および／またはセクションと称することができる。このほか、本明細書中、「の前(in front of)」という用語は、入射光の進行方向で、一物体が、別の物体の前の位置にあることを意味する。また、「赤外線スペクトル(infrared spectrum)」という用語は、可視光の赤色末端から継続する範囲を意味し、６５０ｎｍから１ｍｍの波長を含む。
【００１５】
ここで使用される専門用語は、特定の範例を描写するためのものであり、これに限定されない。ここで、特に明記されない限り、単数の「一」は、複数の形態も含む。さらに、明細書中の「含む」、「含んでいる」、「有する」、および／または「有している」は、記載の素子、数値、ステップ、工程、要素、および／または構成要素が存在することを示すものであるが、その他一以上の素子、数値、ステップ、工程、要素、および／または構成要素の存在または追加を除外するものではない。
【００１６】
特別に定義されない限り、本発明の実施例が使用する全ての用語(技術および科学用語を含む)の定義と本領域は、当業者が通常使用する定義と同じである。さらに理解できることは、たとえば、常用の辞典で定義される用語は、関連分野における意義に基づいて定義されるべきであり、以下に特に明記されない限り、過度に形式的に解釈されるべきではない。 
【００１７】
添付の図面は、本発明の実施の形態を説明しており、同様の符号は、本明細書を通して、同様の構成要素を示している。
【００１８】
本発明の具体例は、イメージセンシング装置を開示し、イメージセンシング装置は、二バンドパスフィルタ、および、二バンドパスフィルタを被覆する赤外線パスフィルタを含む光学フィルターを有する。光学フィルターは、赤外線領域中の入射光だけが、ＴｏＦ画素アレイを通過するのを許す。このほか、光学フィルターは、任意で、赤外線パスフィルタに隣接し、且つ、二バンドパスフィルタと重なる可視光パスフィルタを含む。 
【００１９】
図１Ａは、本発明の具体例によるイメージセンシング装置の透視図である。一例において、イメージセンシング装置１００は、モジュールレンズ１７０、および、ハウジング１８０中に整合されるイメージセンサーを含む。この例において、イメージセンサーは、たとえば、ＣＭＯＳイメージセンサーまたはＣＣＤイメージセンサーで、イメージセンサーは、裏面照射型(back-illuminated)ＲＧＢ画素アレイおよび裏面照射型ＴｏＦ画素アレイを含む。イメージセンサーは、基板１０４、基板１０４上に形成されるＲＧＢ画素アレイ１０６とＴｏＦ画素アレイ１０８、および、ＲＧＢとＴｏＦ画素アレイ１０６、１０８を被覆する光学フィルター１５０を含む。モジュールレンズ１７０はハウジング上に設置される。モジュールレンズ１７０が設置されて、ハウジング１８０外側の環境から、入射光を集め、それらをイメージセンサー上で撮像する。たとえば、モジュールレンズ１７０は、環境をＲＧＢ画素アレイ１０６およびＴｏＦ画素アレイ１０８上で撮像する。一例において、モジュールレンズ１７０は、約３〜１０mmの大きさである。光学フィルター１５０がバンドパスフィルタに設置され、バンドパスフィルタは、所望の波長領域中の入射光１６０だけが、ＲＧＢ画素アレイ１０６およびＴｏＦ画素アレイ１０８に到達するのを許す。
【００２０】
図１Ｂは、本発明の具体例による図１Ａのイメージセンサーの断面図である。一例において、基板１０４は、半導体製造プロセスにより製造される装置基板、たとえば、装置ウェハである。ＲＧＢ画素アレイ１０６は、第一フォトダイオードアレイ１１０、第一フォトダイオードアレイ１１０上のＲＧＢカラーフィルターアレイ１１２、および、第一フォトダイオードアレイ１１０と基板１０４間の第一相互接続構造１２０Ａを含む。ＴｏＦ画素アレイ１０８は、第二フォトダイオードアレイ１１６、および、第二フォトダイオードアレイ１１６と基板１０４間の第二相互接続構造１２０Ｂを含む。一例において、第一相互接続構造１２０Ａは第二相互接続構造１２０Ｂに接続される。このほか、ＴｏＦ画素アレイ１０８は、任意で、透明充填層１１８を含み、透明充填層１１８は、第二フォトダイオードアレイ１１６上のＲＧＢカラーフィルターアレイ１１２と実質的に同じ厚さを有し、ＲＧＢカラーフィルターアレイ１１２と実質上平坦な表面を提供する。たとえば、ＲＧＢ画素アレイ１０６のマイクロレンズ構造１１４Ａ、および、ＴｏＦ画素アレイ１０８のマイクロレンズ構造１１４Ｂは、実質上平坦な表面上に設置される。ＲＧＢ画素アレイ１０６およびＴｏＦ画素アレイ１０８は、複数のユニット画素を含む。第一フォトダイオードアレイ１１０と第二フォトダイオードアレイ１１６のひとつまたはそれ以上のフォトダイオードは、各ユニット画素中に位置する。一例において、スペーサ１２４は、ＲＧＢとＴｏＦ画素アレイ１０６、１０８の各ユニット画素周辺に設置されて、隔離する。
【００２１】
第一フォトダイオードアレイ１１０と第二フォトダイオードアレイ１１６は、それぞれ、可視光領域と赤外線領域で、入射光１６０を吸収し、その後、光線信号を電気信号に変換する。電気信号は基板１０４に伝送されて、さらに、第一および第二相互接続構造１２０Ａ、１２０Ｂにより処理を行う。この例において、第一フォトダイオードアレイ１１０は、第二フォトダイオードアレイ１１６より薄い。たとえば、第一フォトダイオードアレイ１１０の厚さは約２．１ｕｍ〜３．５ｕｍで、第二フォトダイオードアレイ１１６の厚さは約２．１ｕｍ〜１０ｕｍである。このほか、第一および第二相互接続構造１２０Ａ、１２０Ｂは、相応に、異なる厚さを有する。たとえば、第一相互接続構造１２０Ａは、第二相互接続構造１２０Ｂより厚い。一例において、第一および第二相互接続構造１２０Ａ、１２０Ｂは、異なる数量の層間誘電体と金属化層を含み、異なる厚さを有する。
【００２２】
光学フィルター１５０は、可視光と赤外線を通過させる二バンドパスフィルタ１５２、および、二バンドパスフィルタ１５２に重なる赤外線パスフィルタ１５４を含む。一例において、二バンドパスフィルタ１５２は、二個の波長領域中の入射光１６０を、たとえば、４００〜６５０ｎｍの可視光領域および約８５０ｎｍの赤外線領域で通過するのを許す。赤外線パスフィルタ１５４は、可視光および赤外線の一部、たとえば、８５０ｎｍ〜１ｍｍの波長領域をろ過する。つまり、赤外線パスフィルタ１５４は、６５０ｎｍ〜８５０ｎｍの波長領域中の入射光１６０のみの通過を許す。二バンドパスフィルタ１５２は、ＲＧＢ画素アレイ１０６およびＴｏＦ画素アレイ１０８全体を被覆する。赤外線パスフィルタ１５４は、ＴｏＦ画素アレイ１０８の前側(入射光の方向で)に位置し、且つ、二バンドパスフィルタ１５２と重なるので、二バンドパスフィルタ１５２と赤外線パスフィルタ１５４の組み合わせは、赤外線領域 (約８５０ｎｍ)中の入射光１６０だけが、ＴｏＦ画素アレイ１０８を通過するのを許す。つまり、ＲＧＢ画素アレイ１０６は、二バンドパスフィルタ１５２下に位置し、ＲＧＢ画素アレイ１０６に隣接するＴｏＦ画素アレイ１０８は、二バンドパスフィルタ１５２と赤外線パスフィルタ１５４の下に位置する。このほか、一例において、赤外線パスフィルタ１５４は、マイクロレンズ１１４Ｂ上に位置する。別の例において、赤外線パスフィルタ１５４は、マイクロレンズ１１４Ｂ (図示しない)下に位置する。ある例において、赤外線パスフィルタ１５４は、二バンドパスフィルタ１５２と直接接触し、たとえば、塗布される。別の例において、入射光１６０が、ＴｏＦ画素アレイ１０８に進入する前に、赤外線パスフィルタ１５４と二バンドパスフィルタ１５２の両方を通過できる限り、赤外線パスフィルタ１５４と二バンドパスフィルタ１５２は、その他の素子、たとえば、別のフィルタまたはレンズ構造(図示しない)をそれらの間に挿入することができる。つまり、この例において、２個の波長領域中の入射光１６０は、ＲＧＢ画素アレイ１０６を通過し、赤外線領域中の入射光１６０だけが、ＴｏＦ画素アレイ１０８を通過する。ある例において、二バンドパスフィルタ１５２と赤外線パスフィルタ１５４は、フォトレジスト、カラーフィルターまたは市販の光学フィルターである。二バンドパスフィルタ１５２と赤外線パスフィルタ１５４は、ＣＶＤ、ＰＥＣＶＤ、その他の薄膜製造方法またはそれらの組み合わせにより形成される。二バンドパスフィルタ１５２と赤外線パスフィルタ１５４は、互いに直接接触するか、または、別々に設置される。
【００２３】
この例において、光学フィルター１５０は、ＲＧＢ画素アレイ１０６の前側に設置される赤外線カットフィルタが必要ない。上で述べたように、第一フォトダイオードアレイ１１０は、第二フォトダイオードアレイ１１６より薄い。よって、２個の波長領域中の入射光１６０が第一フォトダイオードアレイ１１０を通過しても、赤外線領域中の入射光１０６は、実質的に、第一フォトダイオードアレイ１１０により吸収されない。 
【００２４】
図２Ａは、本発明の具体例によるイメージセンシング装置の透視図である。この例において、同様の符号は、前述の例と同様の構成要素を示し、よって、類似する要素の詳細な説明は省略する。
【００２５】
図２Ａを参照すると、イメージセンシング装置２００は、モジュールレンズ１７０、および、ハウジング１８０中に整合されるイメージセンサーを含む。この例において、イメージセンサーは、ＣＭＯＳイメージセンサーまたはＣＣＤイメージセンサーであり、たとえば、前面照射型ＲＧＢ画素アレイおよび前面照射型ＴｏＦ画素アレイを含むイメージセンサーである。イメージセンサーは、基板１０４、基板１０４上に形成されるＲＧＢ画素アレイ１０６とＴｏＦ画素アレイ１０８、および、ＲＧＢとＴｏＦ画素アレイ１０６、１０８を被覆する光学カラーフィルター１５０を含む。モジュールレンズ１７０はハウジング１８０上に設置される。モジュールレンズ１７０が設置されて、ハウジング１８０外の環境から、入射光１６０を集めて、ＲＧＢおよびＴｏＦ画素アレイ１０６、１０８上で、それを撮像する。光学フィルター１５０が設置されて、入射光１６０をろ過し、所望の波長領域中の入射光１６０だけを、ＲＧＢおよびＴｏＦ画素アレイ１０６、１０８に到達させる。
【００２６】
図２Ｂは、本発明の具体例による図２Ａのイメージセンサーの断面図である。一例において、基板は、半導体製造プロセスを用いて製造される装置基板、たとえば、装置ウェハである。ＲＧＢ画素アレイ１０６は、第一フォトダイオードアレイ１１０、第一フォトダイオードアレイ１１０上のＲＧＢカラーフィルターアレイ１１２、および、第一フォトダイオードアレイ１１０とＲＧＢカラーフィルターアレイ１１２間の第一相互接続構造１２０Ａを含む。ＴｏＦ画素アレイ１０８は、第二フォトダイオードアレイ１１６、および、第二フォトダイオードアレイ１１６上の第二相互接続構造１２０Ｂを含む。一例において、第一相互接続構造１２０Ａは、第二相互接続構造１２０Ｂに接続される。このほか、ＴｏＦ画素アレイ１０８は、任意で、第二相互接続構造１２０Ｂ上に透明充填層１１８を有して、ＲＧＢとＴｏＦ画素アレイ１０６、１０８のマイクロレンズ構造が設置される実質上平坦な表面を提供する。この例において、第一フォトダイオードアレイ１１０は、第二フォトダイオードアレイ１１６と実質上同じ厚さを有する。たとえば、第一フォトダイオードアレイと第二フォトダイオードアレイの厚さは約２．１ｕｍ〜約１０ｕｍである。
【００２７】
光学フィルター１５０は、可視光と赤外線を通過させる二バンドパスフィルタ１５２、二バンドパスフィルタ１５２と重なる可視光パスフィルタ１５６、および、可視光パスフィルタ１５６と二バンドパスフィルタ１５２に隣接する赤外線パスフィルタ１５４を含む。二バンドパスフィルタ１５２は、２個の波長領域中の入射光１６０が、たとえば、４００〜６５０ｎｍの可視光領域および約８５０ｎｍの赤外線領域を通過するのを許す。赤外線パスフィルタ１５４は、６５０ｎｍ〜８５０ｎｍの波長領域中の入射光１６０が通過するのを許す。二バンドパスフィルタ１５２は、ＲＧＢおよびＴｏＦ画素アレイ１０６、１０８全体を被覆する。赤外線パスフィルタ１５４は、ＴｏＦ画素アレイ１０８の前側に位置し、且つ、二バンドパスフィルタ１５２と重なり、よって、二バンドパスフィルタ１５２と赤外線パスフィルタ１５４の組み合わせは、赤外線領域 (約８５０ｎｍ)中の入射光１６０だけが、ＴｏＦ画素アレイ１０８を通過するのを許す。ある例において、赤外線パスフィルタ１５４と二バンドパスフィルタ１５２は、入射光１６０が、ＴｏＦ画素アレイ１０８に進入する前に、赤外線パスフィルタ１５４と二バンドパスフィルタ１５２の両方を通過出来る限りにおいて、互いに接触するか、それらの間に別の素子を有することができる。このほか、可視光パスフィルタ１５６は、ＲＧＢ画素アレイ１０６の前側に位置し、且つ、二バンドパスフィルタ１５２と重なり、よって、二バンドパスフィルタ１５２と可視光パスフィルタ１５６の組み合わせは、可視光領域中の入射光１６０だけが、ＲＧＢ画素アレイ１０６を通過するのを許す。赤外線パスフィルタ１５４と二バンドパスフィルタ１５２と同様に、可視光パスフィルタ１５６と二バンドパスフィルタ１５２は、互いに接触する (たとえば、塗布)か、それらの間にその他の素子を有し、ＲＧＢ画素アレイ１０６に進入する前、入射光１６０が、赤外線パスフィルタ１５４と二バンドパスフィルタ１５２両方を通過すればよい。つまり、ＲＧＢ画素アレイ１０６は、二バンドパスフィルタ１５２と可視光パスフィルタ１５６の下に位置し、ＲＧＢ画素アレイ１０６に隣接するＴｏＦ画素アレイ１０８は、二バンドパスフィルタ１５２と赤外線パスフィルタ１５４の下に位置する。このほか、一例において、赤外線パスフィルタ１５４は、マイクロレンズ１１４Ｂ上に位置する。別の例において、赤外線パスフィルタ１５４は、マイクロレンズ１１４Ｂ (図示しない)下に位置する。この例において、第一および第二相互接続構造１２０Ａ、１２０Ｂは、第一フォトダイオードアレイ１１０および第二フォトダイオードアレイ１１６の前側に位置し、各波長領域中、第一フォトダイオードアレイ１１０および第二フォトダイオードアレイ１１６の吸収は同じである。よって、可視光パスフィルタ１５６は、好ましくは、ＲＧＢ画素アレイ１０６に必要である。この具体例において、可視光領域中の入射光１６０だけがＲＧＢ画素アレイ１０６を通過し、赤外線領域中の入射光１６０だけが、ＴｏＦ画素アレイ１０８を通過する。
【００２８】
図３Ａは、本発明の別の具体例によるイメージセンシング装置の透視図である。この例において、同様の符号は、前述の例と同様の構成要素を示し、よって、類似する要素の詳細な説明は省略する。
【００２９】
この例において、イメージセンサーは、ＣＭＯＳイメージセンサー、たとえば、裏面照射型ＲＧＢ画素アレイおよび裏面照射型ＴｏＦ画素アレイを含むイメージセンサー、または、裏面照射型ＲＧＢ画素アレイおよび前面照射型ＴｏＦ画素アレイを含むハイブリッドイメージセンサーである。図３Ａを参照すると、イメージセンシング装置３００は、第一モジュールレンズ１７０Ａ、第二モジュールレンズ１７０Ｂ、および、ハウジング１８０中にパッケージされるイメージセンサーを含む。イメージセンサーは、第一基板１０４Ａ、第二基板１０４Ｂ、第一基板１０４Ａ上に形成されるＲＧＢ画素アレイ１０６、第二基板１０４Ｂ上に形成されるＴｏＦ画素アレイ１０８、および、ＲＧＢ画素アレイ１０６とＴｏＦ画素アレイ１０６を被覆する光学フィルター１５０を含む。第一基板１０４Ａおよび第二基板１０４Ｂは互いに独立し、同一の、または異なるウェハから製造される。つまり、ＲＧＢ画素アレイ１０６およびＴｏＦ画素アレイ１０８は、個々に製造される。光学フィルター１５０が設置されて、入射光１６０をろ過し、所望の波長領域中の入射光だけが、ＲＧＢ画素アレイ１０６およびＴｏＦ画素アレイ１０８に到達するのを許す。第一モジュールレンズ１７０Ａおよび第二モジュールレンズ１７０Ｂは、ハウジング１８０上に設置される。第一モジュールレンズ１７０Ａおよび第二モジュールレンズ１７０Ｂが設置されて、入射光１６０を集め、それぞれ、ＲＧＢ画素アレイ１０６とＴｏＦ画素アレイ１０８上で、それを撮像する。
【００３０】
図３Ｂは、本発明の具体例による図３Ａのイメージセンサーの断面図である。この例において、裏面照射型ＲＧＢ画素アレイおよび裏面照射型ＴｏＦ画素アレイを含むイメージセンサーを説明する。図１ＢのＣＭＯＳイメージセンサーと同様に、ＲＧＢ画素アレイ１０６は、第一フォトダイオードアレイ１１０、ＲＧＢカラーフィルターアレイ１１２および第一相互接続構造１２０Ａを含む。ＴｏＦ画素アレイ１０８は、第二フォトダイオードアレイ１１６および第二相互接続構造１２０Ｂを含む。この例において、第一フォトダイオードアレイ１１０は、第二フォトダイオードアレイ１１６より実質的に薄く、よって、光学フィルター１５０は、ＲＧＢ画素アレイ１０６の前側に位置する赤外線カットフィルタが不要である。光学フィルター１５０は、可視光と赤外線を通過させる二バンドパスフィルタ１５２、および、二バンドパスフィルタ１５２ (マイクロレンズ１１４Ｂ上下を含む)と重なる赤外線パスフィルタ１５４だけを含む。つまり、ＲＧＢ画素アレイ１０６は、二バンドパスフィルタ１５２の下に位置し、ＲＧＢ画素アレイ１０６に隣接するＴｏＦ画素アレイ１０８は、二バンドパスフィルタ１５２と赤外線パスフィルタ１５４の下に位置する。
【００３１】
図３Ｃは、図３Ａのイメージセンサーの断面図である。この例において、裏面照射型ＲＧＢ画素アレイおよび前面照射型ＴｏＦ画素アレイを含むハイブリッドイメージセンサーが説明される。裏面照射型ＲＧＢ画素アレイ１０６は、第一基板１０４Ａ、第一基板１０４Ａ上の第一フォトダイオードアレイ１１０、および、第一フォトダイオードアレイ１１０と第一基板１０４Ａ間の第一相互接続構造１２０Ａを含む。前面照射型ＴｏＦ画素アレイ１０８は、第二基板１０４Ｂ、第二基板１０４Ｂ上の第二フォトダイオードアレイ１１６、および、第二基板１０４と第二フォトダイオードアレイ１１６の間の第二相互接続構造１２０Ｂを含む。この例において、第一フォトダイオードアレイ１１０の厚さは、第二フォトダイオードアレイ１１６より薄いかほぼ等しく、光学フィルターは、ＲＧＢ画素アレイの前側に位置する赤外線カットフィルタが不要である。光学フィルター１５０は、可視光と赤外線を通過させる二バンドパスフィルタ１５２、および、二バンドパスフィルタ１５２と重なる (マイクロレンズ１１４Ｂの上下を含む)赤外線パスフィルタ１５４を含む。つまり、ＲＧＢ画素アレイ１０６は、二バンドパスフィルタ１５２の下に位置し、ＲＧＢ画素アレイ１０６に隣接するＴｏＦ画素アレイ１０８は、二バンドパスフィルタ１５２と赤外線パスフィルタ１５４の下に位置する。さらに多くの設計変化は、ハイブリッドイメージセンサーを用いることにより達成される。
【００３２】
図４Ａは、本発明の更なる具体例によるイメージセンシング装置の透視図である。この例において、同様の符号は、前述の例と同様の構成要素を示し、よって、類似する要素の詳細な説明は省略する。
【００３３】
この例において、イメージセンサーは、前面照射型ＲＧＢ画素アレイおよび前面照射型ＴｏＦ画素アレイを含むイメージセンサー、または、前面照射型ＲＧＢ画素アレイおよび裏面照射型ＴｏＦ画素アレイを含むハイブリッドイメージセンサーである。図４Ａを参照すると、イメージセンシング装置４００は、第一モジュールレンズ１７０Ａ、第二モジュールレンズ１７０Ｂ、および、ハウジング１８０中にパッケージされるイメージセンサーを含む。イメージセンサーは、第一基板１０４Ａおよび第二基板１０４Ｂ、第一基板１０４Ａ上に形成されるＲＧＢ画素アレイ１０６、第二基板１０４Ｂ上に形成されるＴｏＦ画素アレイ１０８、および、ＲＧＢとＴｏＦ画素アレイ１０６、１０８を被覆する光学フィルター１５０を含む。第一基板１０４Ａおよび第二基板１０４Ｂは互いに独立し、同一の、または異なるウェハから製造できる。つまり、ＲＧＢ画素アレイ１０６およびＴｏＦ画素アレイ１０８は、個々に製造される。光学フィルター１５０が設置されて、入射光１６０をろ過し、所望の波長領域中の入射光１６０だけが、ＲＧＢ画素アレイ１０６およびＴｏＦ画素アレイ１０８に到達するのを許す。第一モジュールレンズ１７０Ａおよび第二モジュールレンズ１７０Ｂがハウジング上に設置される。第一モジュールレンズ１７０Ａおよび第二モジュールレンズ１７０Ｂが設置されて、入射光１６０を集めて、それを、それぞれ、ＲＧＢ画素アレイ１０６とＴｏＦ画素アレイ１０８上で撮像する。
【００３４】
図４Ｂは、本発明の具体例による図４Ａのイメージセンサーの断面図である。この例において、前面照射型イメージセンサーが説明される。図２Ｂのイメージセンサーと同様に、ＲＧＢ画素アレイ１０６は、第一フォトダイオードアレイ１１０、第一フォトダイオードアレイ１１０上のＲＧＢカラーフィルターアレイ１１２、および、ＲＧＢカラーフィルターアレイ１１２と第一フォトダイオードアレイ１１０間の第一相互接続構造１２０Ｂを含む。ＴｏＦ画素アレイ１０８は、第二フォトダイオードアレイ１１６、および、第二フォトダイオードアレイ１１６上の第二相互接続構造１２０Ａを含む。この例において、第一フォトダイオードアレイ１１０は、第二フォトダイオードアレイ１１６と等しい厚さを有し、可視光パスフィルタ１５６は、好ましくは、ＲＧＢ画素アレイ１０６上に設置される必要がある。つまり、光学フィルター１５０は、可視光と赤外線を通過させる二バンドパスフィルタ１５２、二バンドパスフィルタ１５２ (マイクロレンズ１１４Ａ上下を含む)に重なる可視光パスフィルタ１５６、および、可視光パスフィルタ１５６に隣接し、且つ、二バンドパスフィルタ１５２(マイクロレンズ１１４Ｂ上下を含む) と重なる赤外線パスフィルタ１５４ を含む。つまり、ＲＧＢ画素アレイ１０６は、二バンドパスフィルタ１５２と可視光フィルタ１５６の下に位置し、ＲＧＢ画素アレイ１０６に隣接するＴｏＦ画素アレイ１０８は、二バンドパスフィルタ１５２と赤外線パスフィルタ１５４の下に位置する。
【００３５】
図４Ｃは、本発明の別の具体例による図４Ａのイメージセンサーの断面図である。この例において、ハイブリッドＣＭＯＳイメージセンサーが説明される。ハイブリッドＣＭＯＳイメージセンサーは、前面照射型ＲＧＢ画素アレイおよび裏面照射型ＴｏＦ画素アレイを含む。前面照射型ＲＧＢ画素アレイ１０６は、第一基板１０４Ａ、第一基板１０４Ａ上の第一フォトダイオードアレイ１１０、第一フォトダイオードアレイ１１０上のＲＧＢカラーフィルターアレイ１１２、および、ＲＧＢカラーフィルターアレイ１１２と第一フォトダイオードアレイ１１０間の第一相互接続構造１２０Ａを含む。前面照射型ＴｏＦ画素アレイ１０８は、第二基板１０４Ｂ、第二基板１０４Ｂ上の第二フォトダイオードアレイ１１６、および、第二フォトダイオードアレイ１１６下の第二相互接続構造１２０Ｂを含む。光学フィルター１５０は、可視光と赤外線を通過させる二バンドパスフィルタ１５２、二バンドパスフィルタ１５２ (マイクロレンズ１１４Ａ上下を含む)と重なる可視光パスフィルタ１５６、および、可視光パスフィルタ１５６に隣接し、且つ、二バンドパスフィルタ１５２ (マイクロレンズ１１４Ｂ上下を含む)と重なる赤外線パスフィルタ１５４を含む。つまり、ＲＧＢ画素アレイ１０６は、二バンドパスフィルタ１５２と可視光フィルタ１５６の下に位置し、ＲＧＢ画素アレイ１０６に隣接するＴｏＦ画素アレイ１０８は、二バンドパスフィルタ１５２と赤外線パスフィルタ１５４の下に位置する。この例において、可視光パスフィルタ１５６はＲＧＢ画素アレイ１０６の前側に位置するので、第一フォトダイオードアレイ１１０および第二フォトダイオードアレイ１１６は、それぞれ、適当な厚さを有する。
【００３６】
本発明の具体例は、イメージセンシング装置を開示し、イメージセンシング装置は、所望の波長領域中の入射光だけが、ＲＧＢ画素アレイおよびＴｏＦ画素アレイを通過するのを許す光学フィルターを含む。干渉とノイズの減少が達成される。さらに、上述のような光学フィルターを用いることにより、ＲＧＢ画素アレイおよびＴｏＦ画素アレイは、ウェハレベルパッケージ技術を用いて一緒に製造されるか、または個々に製造される。ＲＧＢ画素アレイおよびＴｏＦ画素アレイは、裏面照射型または前面照射型で、さらに多くの設計変化は、ハイブリッドイメージセンサーを用いることにより達成される。したがって、大量生産が可能で、可視光領域中の光線だけが、ＲＧＢイメージセンサーの各ユニット画素を通過するのを許し、赤外領域中の光線だけが、ＴｏＦカメラの各ユニット画素を通過するのを許す二バンドパスフィルタアレイが得られる。
【００３７】
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を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。
【符号の説明】
【００３８】
１００  イメージセンシング装置
１０４  基板
１０４Ａ  基板
１０４Ｂ  基板
１０６  ＲＧＢ画素アレイ
１０８  ＴｏＦ画素アレイ
１１０  第一フォトダイオードアレイ
１１２  ＲＧＢカラーフィルターアレイ
１１４Ａ  マイクロレンズ構造
１１４Ｂ  マイクロレンズ構造
１１６  第二フォトダイオードアレイ
１１８  透明充填層
１２０Ａ  第一相互接続構造
１２０Ｂ  第二相互接続構造
１２４  スペーサ
１５０  光学フィルター
１５２  二バンドパスフィルタ
１５４  赤外線パスフィルタ
１５６  可視光パスフィルタ
１６０  入射光
１７０  モジュールレンズ
１７０Ａ  モジュールレンズ
１７０Ｂ  モジュールレンズ
１８０  ハウジング
２００  イメージセンシング装置
３００  イメージセンシング装置
４００  イメージセンシング装置
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図３Ｃ】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図４Ｃ】
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