(57)【要約】【課題】  ＣＭＯＳイメージセンサーで光軸と平行しない光を反射して屈折させる反射格子を構成することによって、入射する光の集光率を向上させることができる反射格子を用いるＣＭＯＳイメージセンサー及びその製造方法を提供する。【解決手段】  本発明は、基板と、少なくとも一つ以上のフォトダイオードと、光遮蔽膜と、第１の層間絶縁膜と、カラーフィルタと、第２の層間絶縁膜と、少なくとも一つ以上のマイクロレンズとを順次に積層して構成されるＣＭＯＳイメージセンサーであって、前記マイクロレンズの間に備えられ、該レンズの縁を通じて光軸と平行しないように入射される光を反射して格子で屈折させ、かつ、その内側に入射させて前記カラーフィルタを通じて前記フォトダイオードに集光させる、少なくとも一つ以上の反射格子を含んで構成されることを特徴とする。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板と、少なくとも一つ以上のフォトダイオードと、光遮蔽膜と、第１の層間絶縁膜と、カラーフィルタと、第２の層間絶縁膜と、少なくとも一つ以上のマイクロレンズと、を順次に積層して構成されるＣＭＯＳイメージセンサーであって、
前記マイクロレンズの間に備えられ、該レンズの縁を通じて光軸と平行しないように入射する光を反射して格子で屈折させ、かつ、その内側に入射させて前記カラーフィルタを通じて前記フォトダイオードに集光させる少なくとも一つ以上の反射格子を含んで構成されることを特徴とするＣＭＯＳイメージセンサー。
【請求項２】
前記反射格子は,前記カラーフィルタと前記フォトダイオードとの間に光を集めることを特徴とする請求項１記載のＣＭＯＳイメージセンサー。
【請求項３】
前記反射格子は、前記マイクロレンズを分離させるように一定間隔で備えられることを特徴とする請求項１記載のＣＭＯＳイメージセンサー。
【請求項４】
前記マイクロレンズは、凸形マイクロレンズからなることを特徴とする請求項１記載のＣＭＯＳイメージセンサー。
【請求項５】
ＣＭＯＳイメージセンサーの製造方法であって、
基板上に少なくとも一つ以上のフォトダイオード及び該フォトダイオード上に層間絶縁を行う第１の層間絶縁膜を順次に積層する段階と、
それぞれの前記フォトダイオードの間に光遮蔽膜を備え、その上にカラーフィルタを順次に積層する段階と、
前記カラーフィルタの上に第２の層間絶縁膜を順次に積層する段階と、
前記第２の層間絶縁膜上に入射する光を反射して格子で屈折させる少なくとも一つ以上の反射格子を備える段階と、
前記反射格子上にマイクロレンズ用ポリマーをコーティングする段階と、
前記ポリマーから前記それぞれの反射格子の間にレジストパターンを形成する段階と、
前記マイクロレンズ用の前記レジストパターンをフローさせた後に、高温でベーキング処理する段階と、
を含んでなることを特徴とする反射格子を用いるＣＭＯＳイメージセンサーの製造方法。
【請求項６】
前記第２の層間絶縁膜上に少なくとも一つ以上の反射格子を備える段階で、前記反射格子を一定間隔で提供することを特徴とする請求項５記載の反射格子を用いるＣＭＯＳイメージセンサーの製造方法。
【請求項７】
前記ポリマーから前記それぞれの反射格子の間にレジストパターンを形成する段階で、前記レジストパターンを正四角形に形成することを特徴とする請求項５記載の反射格子を用いるＣＭＯＳイメージセンサーの製造方法。
【請求項８】
前記マイクロレンズ用レジストパターンの上面を高温でベーキング処理する段階で、前記マイクロレンズの上面を凸形に加工することを特徴とする請求項５記載の反射格子を用いるＣＭＯＳイメージセンサーの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、反射格子を用いるＣＭＯＳイメージセンサー及びその製造方法に関して、特に、光軸に平行しない光を反射して屈折させる反射格子を構成するＣＭＯＳイメージセンサー及びその製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
通常、撮像素子は、イメージの認識のために、ビデオカメラ、デジタルスチルカメラ(ｄｉｇｉｔａｌ  ｓｔｉｌｌ  ｃａｍｅｒａ)、ＰＣカメラ端末機、ＰＤＡなどに備えられる。このような撮像モジュールは、カメラレンズモジュールとも呼ばれる。カメラレンズモジュールは、光学画像(ｏｐｔｉｃａｌ  ｉｍａｇｅ)を電気信号に変換させる半導体素子のイメージセンサーを備える。
【０００３】
イメージセンサーは、それぞれのＭＯＳ(Ｍｅｔａｌ  Ｏｘｉｄｅ  Ｓｉｌｉｃｏｎ)キャパシタに相互に近接に位置する二重電荷結合素子（Ｃｈａｒｇｅ  Ｃｏｕｐｌｅｄ  Ｄｅｖｉｃｅ：ＣＣＤ）を有し、かつ、電荷キャリアがキャパシタに貯蔵され、移送される素子である。なお、ＣＭＯＳ(Ｃｏｍｐｌｅｍｅｎｔａｒｙ  Ｍｅｔａｌ  Ｏｘｉｄｅ  Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ)イメージセンサーは、制御回路及び信号処理回路を周辺回路として用いるＣＭＯＳ技術を使用することで、画素の数だけＭＯＳトランジスタを提供し、また、出力を順次に検出するスイッチング方式を採用する素子である。
【０００４】
このような多様なＣＭＯＳイメージセンサーの製造において、ＣＭＯＳイメージセンサーの感光度(ｐｈｏｔｏｓｅｎｓｉｔｉｖｉｔｙ)を増加させるための努力が進んでいるところ、そのうちの一つが集光技術である。ＣＭＯＳイメージセンサーは、光を感知する光感知部と、感知された光を電気的信号に処理してデータ化するＣＭＯＳ論理回路部とを含む。
【０００５】
感光度を高めるために、全体イメージセンサーの面積に対して光感知部の面積が占める比率(通常、これを“ｆｉｌｌ  ｆａｃｔｏｒ”という)を増加するための努力が進められているが、根本的に論理回路部が除去できないため、制限された面積下ではこのような努力に限りがあった。
【０００６】
したがって、感光度の増加のために、光感知部以外の領域に入射される光の経路を変えて光感知部に集める集光技術が、幅広く研究されている。
図１は、従来技術によるＣＭＯＳイメージセンサーを示す側断面図であって、集光に係るＣＭＯＳイメージセンサーの主要部分のみを示す。
【０００７】
ＣＭＯＳイメージセンサー１０は、半導体基板１１の上部に少なくとも一つ以上が備えられる光感知素子１２と、それぞれの光感知素子１２の間に備えられる光遮蔽膜(ｐｈｏｔｏ-ｓｈｉｅｌｄｉｎｇ  ｆｉｌｍ)１３と、光感知素子１２の上部に提供されて層間絶縁を行う第１の層間絶縁膜１４と、該第１の層間絶縁膜１４の上部に備えられるカラーフィルタ１５と、該カラーフィルタ１５の上部に提供されて層間絶縁を行う第２の層間絶縁膜１６と、該第２の層間絶縁膜１６の上部に提供されると共にカラーフィルタ１５に対向するマイクロレンズ１７とを含む。
【０００８】
ここで、光感知素子１２はフォトダイオードからなり、光遮蔽膜１３は金属層からなる。また、カラーフィルタ１５は、特定波長の光２０のみが吸収可能な色で染められたフォトレジストを主に用いて形成される。また、マイクロレンズ１７は、ポリマー系の樹脂を主に用いて形成される。
【０００９】
第１及び第２の層間絶縁膜１４、１６は透明物質であって、通常に、シリコン酸化膜が用いられる。
入射光２０は、マイクロレンズ１７を通じてそれぞれの赤カラーフィルタ、緑カラーフィルタ、青カラーフィルタにより該当する赤光、緑光、青光をフィルタリングする。このフィルタリングされた光は、第１の層間絶縁膜１４を通じて各カラーフィルタの下に位置したフォトダイオードに入射される。このとき、光遮蔽膜１３は、入射光２０の経路からの離脱を防止する役割を果たす。
【００１０】
上記したように構成された従来技術によるマイクロレンズは、各フォトダイオードの構成、すなわち、単位画素のサイズ、位置、形、フォトダイオードの厚さ、及び光遮蔽膜の高さ、位置、サイズなどにより決定される最適のサイズと厚さ、そして曲率半径に形成されなければならない。
【００１１】
ＣＭＯＳイメージセンサー１０のフィルファクタ(Ｆｉｌｌ  Ｆａｃｔｏｒ)とは、単位セル内で受光素子であるフォトダイオード１２が占める面積比を意味する。画素数の増加により、限定されたセンサーの面積内に多数の画素を集積するために、フィルファクタはだんだん減少し、光受信感度の特性が低下するようになる。
【００１２】
ＣＭＯＳイメージセンサー１０にマイクロレンズ１７を採用してフィルファクタを向上することはできるが、やはり、向上には限界がある。加えて、Ｆ＃(レンズの明るさを示し、焦点距離と入射光の直径との比で表現される)が小さいレンズ１７を使用する場合に、レンズ１７を通じて光軸と平行した光２０は、レンズ１７によって屈折されてレンズ１７に対向して位置したカラーフィルタ１５及びフォトダイオード１２に至って正常に素子を動作させるようになる。
【００１３】
しかしながら、レンズ１７によって屈折されて、光軸と平行しない光２０が、カラーフィルタ１５及びフォトダイオード１２の望ましくない領域に至るようになり、それによって素子の誤動作が発生する。したがって、カラーフィルタ１５及びフォトダイオード１２に至る光の量に差が生じて集光効率が低下する。これは、イメージセンサー１０の素子動作を円滑に行うのに妨害となるだけでなく、不良イメージを表示するという問題点があった。
【００１４】
上記の問題点を防ぐために、センサー内にマイクロレンズ工程において、マイクロレンズのサイズを減少すると共に、レンズの数を増加することによって光の集光効率を増加させてもよい。しかしながら、レンズ工程の増加によって工程のマージンが増加し、製品の製造コストが上昇するという短所があった。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
したがって、上記のような従来の問題点を解決するために、本発明の目的は、ＣＭＯＳイメージセンサーで光軸と平行しない光を反射して屈折させる反射格子を構成することによって、入射される光の集光率を向上させることができる反射格子を用いるＣＭＯＳイメージセンサー及びその製造方法を提供することにある。
【００１６】
本発明の他の目的は、ＣＭＯＳイメージセンサーの製造過程において、マイクロレンズの工程でレンズの間に反射格子を構成することによって、レンズが相互に付いて発生する工程不良を予め防止することができる反射格子を用いるＣＭＯＳイメージセンサー及びその製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
このような目的を達成するために、本発明は、基板と、少なくとも一つ以上のフォトダイオードと、光遮蔽膜と、第１の層間絶縁膜と、カラーフィルタと、第２の層間絶縁膜と、少なくとも一つ以上のマイクロレンズと、を順次に積層して構成されるＣＭＯＳイメージセンサーであって、前記マイクロレンズの間に備えられ、該レンズの縁を通じて光軸と平行しないように入射する光を反射して格子で屈折させ、かつ、その内側に入射させて前記カラーフィルタを通じて前記フォトダイオードに集光させる少なくとも一つ以上の反射格子を含んで構成されることを特徴とする。
【００１８】
また、本発明の製造方法は、ＣＭＯＳイメージセンサーの製造方法であって、基板上に少なくとも一つ以上のフォトダイオード及び該フォトダイオード上に層間絶縁を行う第１の層間絶縁膜を順次に積層する段階と、それぞれの前記フォトダイオードの間に光遮蔽膜を備え、その上にカラーフィルタを順次に積層する段階と、前記カラーフィルタの上に第２の層間絶縁膜を順次に積層する段階と、前記第２の層間絶縁膜上に入射される光を反射して格子で屈折させる少なくとも一つ以上の反射格子を備える段階と、前記反射格子上にマイクロレンズ用ポリマーをコーティングする段階と、前記ポリマーから前記それぞれの反射格子の間にレジストパターンを形成する段階と、前記マイクロレンズ用の前記レジストパターンをフローさせた後に、高温でベーキング処理する段階とを含んでなることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１９】
本発明は、ＣＭＯＳイメージセンサーで光軸と平行しない光を反射して屈折させる反射格子を構成することによって、入射される光の集光率を向上させ、それにより、製品の誤動作を予め防止することができる効果がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下、本発明の望ましい実施形態を、添付の図面を参照して詳細に説明する。
以下の説明において、関連した公知の機能や構成に関する具体的な説明が、本発明の要旨を不明にすると判断された場合に、その詳細な説明を省略する。
【００２１】
図２を参照すると、反射格子を用いるＣＭＯＳイメージセンサーは、基板１１の上に配された少なくとも一つ以上のフォトダイオード１２及び光遮蔽膜１３と、層間絶縁を行う第１の層間絶縁膜１４と、第１の層間絶縁膜１４の上部に配されたカラーフィルタ１５と、カラーフィルタ１５の上部に配された層間絶縁を行う第２の層間絶縁膜１６と、第２の層間絶縁膜１６の上部に配されたレンズ１７０の縁を通じて、光軸と平行しないように入射する光をフォトダイオード１２に集光させる少なくとも一つ以上の反射格子１００とを含んで構成される。
【００２２】
反射格子１００の間には、光２０、２１が通過するように少なくとも一つ以上のマイクロレンズ１７０が備えられる。反射格子１００は、カラーフィルタ１５とフォトダイオード１２との間に光２１を集めるように構成され、マイクロレンズ１７０を分離するように一定間隔Ｌ１で備えられる。このとき、マイクロレンズ１７０は、凸形のレンズからなっている。
【００２３】
次に、上述したような構成を有する本発明の望ましい一実施形態による反射格子を用いるＣＭＯＳイメージセンサーの動作過程について、添付の図２〜図６を参照してより詳細に説明する。
図２に示すように、ＣＭＯＳイメージセンサーは、基板１１の上にカラーフィルタ１５を通じて入射する光２０、２１を集光させる少なくとも一つ以上のフォトダイオード１２が積層され、それぞれのフォトダイオード１２の上に層間絶縁のための第１の層間絶縁膜１４が積層されて構成される。
【００２４】
光遮蔽膜１３は、それぞれの入射光２０、２１が経路から外れることを防止するために、それぞれのフォトダイオード１２の間に備えられる。
カラーフィルタ１５は、光遮蔽膜１３の上に、第２の層間絶縁膜１６は、層間絶縁のためにカラーフィルタ１５の上に、順次に積層される。
【００２５】
図３を参照すると、少なくとも一つ以上の反射格子１００は、第２の層間絶縁膜１６の上に備えられ、入射光２１を反射して格子によって屈折させる。この反射格子１００は、マイクロレンズ１７０を製造できるように一定間隔Ｌ１で形成される。
図４に示すように、反射格子１００の上面にマイクロレンズ１７０の製造用ポリマー２００をコーティングする。
【００２６】
この状態で、図５に示すように、レジストパターン３００が、ポリマー２００をそれぞれの反射格子１００の間で正四角形にして形成される。
このとき、図６を参照すると、マイクロレンズ１７０の製造用レジストパターン３００は、フロー(ｆｌｏｗ)された後に、５００℃〜１２００℃の高温でベーキング（ｂａｋｉｎｇ）処理が遂行される。マイクロレンズ１７０は、図２に示したように、凸形レンズからなっている。このマイクロレンズ１７０に光２０、２１が入射すると、光軸と平行に入射する光２０は、このレンズ１７０を通して内側に反射される。また、光２０は、カラーフィルタ１５を通じて中心部に備えられるフォトダイオード１２に集まるようになる。
【００２７】
光２１が光軸と平行しないようにマイクロレンズ１７０に斜めに入射すると、この光２１は、反射格子１００を通じて反射してから格子によって屈折され、それぞれのレンズ１７０の内側に入射する。このとき、反射して屈折された光２１は、カラーフィルタ１５を通じてフォトダイオード１２に集光される。
【００２８】
以下、上記のような構成を有する本発明の望ましい一実施形態による反射格子を用いるＣＭＯＳイメージセンサーの製造方法について、添付の図７を参照してより詳細に説明する。
図７に示すように、基板１１の上に少なくとも一つ以上のフォトダイオード１２を積層し、このフォトダイオード１２の上に層間絶縁のための第１の層間絶縁膜１４を積層する（Ｓ１）。
光遮蔽膜１３が、それぞれのフォトダイオード１２の間に設けられ、カラーフィルタ１５が、この光遮蔽膜１３の上に積層される（Ｓ２）。
第２の層間絶縁膜１６は、カラーフィルタ１５の上に順次に積層される（Ｓ３）。
少なくとも一つ以上の反射格子１００は、第２の層間絶縁膜１６の上に備えられ、入射する光を反射して格子によって屈折させる（Ｓ４）。
この反射格子１００は、その間にマイクロレンズ１７０を設けるために一定間隔Ｌ１をおいて備えられる。
反射格子１００の上に、マイクロレンズ１７０の製造用ポリマー２００をコーティングする（Ｓ５）。
レジストパターン３００は、ポリマー２００をそれぞれの反射格子１００の間に正四角形にして形成される（Ｓ６）。
マイクロレンズ１７０の製造用レジストパターン３００は、フローされた後に、高温でベーキング処理される（Ｓ７）。ここで、マイクロレンズ１７０の上面は凸形に加工される。
【００２９】
上述したように、本発明の反射格子を用いるＣＭＯＳイメージセンサー及びその 製造方法は、上述した実施形態及び図面に限定されるべきでなく、本発明の技術的思想を外れることなく、様々の変形が可能であることは本発明の技術分野における通常の知識を有する者には明らかである。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】従来のＣＭＯＳイメージセンサーの構成を示す図である。
【図２】本発明の一実施形態により、反射格子を用いるＣＭＯＳイメージセンサーの構成を示す図である。
【図３】本発明の一実施形態により、反射格子を用いるＣＭＯＳイメージセンサーの製造工程において、反射格子を積層して備えることを示す図である。
【図４】本発明の一実施形態により、反射格子を用いるＣＭＯＳイメージセンサーの製造工程において、マイクロレンズ製造用のポリマーをコーティングすることを示す図である。
【図５】本発明の一実施形態により、反射格子を用いるＣＭＯＳイメージセンサーの製造工程において、レジストパターンを形成することを示す図である。
【図６】本発明の一実施形態により、反射格子を用いるＣＭＯＳイメージセンサーの製造工程において、レジストパターンをベーキング処理してマイクロレンズを製造することを示す図である。
【図７】本発明の一実施形態により、反射格子を用いるＣＭＯＳイメージセンサーの製造方法を示すフローチャートである。
【符号の説明】
【００３１】
１０  ＣＭＯＳイメージセンサー
１１  基板
１２  フォトダイオード
１３  光遮蔽膜
１４  第１の層間絶縁膜
１５  カラーフィルタ
１６  第２の層間絶縁層
１７  １７０  マイクロレンズ
１００  反射格子
２００  ポリマー
３００  レジストパターン
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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