(57)【要約】      （修正有）【課題】カラー撮像装置のフォトダイオードへの光の透過を最適化するカラーフィルタエレメントの形成処理方法を提供する。【解決手段】最適化されたカラーフィルタアレイが、一つまたはそれ以上のダマシン層の、内部、上、または下に形成される。カラーフィルタアレイは、その下にあるそれぞれのフォトダイオードに入射する光の特定の波長の強度を最大化するために、装置の層の組合せられた光学特性を最適化するように構成されるフィルタ領域を含んでいる。【選択図】図１０
2011049564.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
入射光を受光する複数の感光領域；
前記複数の感光領域の上に形成された、平面を有するダマシン層；および
前記複数の感光領域の対応するものの上において前記ダマシン層内に形成された複数のフィルタ領域を備え、
前記フィルタ領域を通過して前記感光領域により受光される光の光学特性を選択的に変更するために、前記フィルタ領域の各々が、前記ダマシン層の平面から前記ダマシン層内のある深さまでの他の前記フィルタ領域とは異なる深さと、他の前記フィルタ領域とは異なるカラーフィルタ材料とを有する、
撮像装置。
【請求項２】
前記複数のフィルタ領域が第１、第２および第３のフィルタ領域を含み、前記複数の感光領域が第１、第２および第３の入射光をそれぞれ受光するための第１、第２および第３の感光領域を含み、前記第１のフィルタ領域が前記第１の入射光に対して最適化され、前記第２のフィルタ領域が前記第２の入射光に対して最適化され、前記第３のフィルタ領域が前記第３の入射光に対して最適化された、請求項１に記載の撮像装置。
【請求項３】
前記第１のフィルタ領域が光の緑の波長に対して最適化され、前記第２のフィルタ領域が光の赤の波長に対して最適化され、前記第３のフィルタ領域が光の青の波長に対して最適化された、請求項２に記載の撮像装置。
【請求項４】
前記第１のフィルタ領域が光のシアンの波長に対して最適化され、前記第２のフィルタ領域が光のマゼンタの波長に対して最適化され、前記第３のフィルタ領域が光のイエローの波長に対して最適化された、請求項２に記載の撮像装置。
【請求項５】
前記第１、第２および第３のフィルタ領域が、前記それぞれの前記第１、第２および第３の感光領域により受光される光を最適化することに部分的に基づく第１、第２および第３の深さをそれぞれ有する、請求項２に記載の撮像装置。
【請求項６】
前記第１、第２および第３のフィルタ領域が、第１、第２および第３の感光性カラー材料でそれぞれ形成されたカラーフィルタ領域を含む、請求項２に記載の撮像装置。
【請求項７】
前記第１、第２および第３のカラーフィルタ領域が、カラーフィルタリングフォトレジストを含む、請求項６に記載の撮像装置。
【請求項８】
複数のカラーピクセルをさらに有する、請求項１に記載の撮像装置。
【請求項９】
少なくとも一つの前記フィルタ領域がフォトリソグラフ材料を含む、請求項１に記載の撮像装置。
【請求項１０】
少なくとも一つの前記フィルタ領域が、前記ダマシン層内に予め定義された開口内に形成される、請求項１に記載の撮像装置。
【請求項１１】
バスと；
前記バスに結合されたプロセッサと；
前記バスに結合された入／出力装置と；
前記バスに結合され、かつ前記プロセッサおよび入／出力装置と交信する撮像装置と；を備え、
前記撮像装置は、
入射光を受光する複数の感光領域；
前記複数の感光領域の上に形成された、平面を有するダマシン層；および
前記複数の感光領域の対応するものの上において前記ダマシン層内に形成された複数のフィルタ領域を備え、前記フィルタ領域を通過して前記感光領域により受光される光の光学特性を選択的に変更するために、前記フィルタ領域の各々が、前記ダマシン層の平面から前記ダマシン層内のある深さまでの他の前記フィルタ領域とは異なる深さと、他の前記フィルタ領域とは異なるカラーフィルタ材料とを有する、
コンピュータシステム。
【請求項１２】
前記複数のフィルタ領域が第１、第２および第３のフィルタ領域を含み、前記複数の感光領域が第１、第２および第３の入射光をそれぞれ受光するための第１、第２および第３の感光領域を含み、前記第１のフィルタ領域が前記第１の入射光に対して最適化され、前記第２のフィルタ領域が前記第２の入射光に対して最適化され、前記第３のフィルタ領域が前記第３の入射光に対して最適化された、請求項１１に記載のコンピュータシステム。
【請求項１３】
前記第１のフィルタ領域が光の緑の波長に対して最適化され、前記第２のフィルタ領域が光の赤の波長に対して最適化され、前記第３のフィルタ領域が光の青の波長に対して最適化された、請求項１２に記載のコンピュータシステム。
【請求項１４】
前記第１のフィルタ領域が光のシアンの波長に対して最適化され、前記第２のフィルタ領域が光のマゼンタの波長に対して最適化され、前記第３のフィルタ領域が光のイエローの波長に対して最適化された、請求項１２に記載のコンピュータシステム。
【請求項１５】
前記第１、第２および第３のフィルタ領域が、前記それぞれの前記第１、第２および第３の感光領域により受光された光を最適化することに部分的に基づく第１、第２および第３の大きさをそれぞれ有する、請求項１２に記載のコンピュータシステム。
【請求項１６】
前記第１、第２および第３のフィルタ領域が、第１、第２および第３の感光性カラー材料でそれぞれ形成されたカラーフィルタ領域を含む、請求項１２に記載のコンピュータシステム。
【請求項１７】
前記第１、第２および第３のカラーフィルタ領域が、カラーフィルタリングフォトレジストを含む、請求項１２に記載のコンピュータシステム。
【請求項１８】
複数のカラーピクセルをさらに有する、請求項１２に記載のコンピュータシステム。
【請求項１９】
第１、第２および第３の入射光をそれぞれ受光する複数の第１、第２および第３の感光領域の上に、平面を有するダマシン層を形成し；そして
第１、第２および第３のフィルタ領域を前記ダマシン層にシーケンシャルに形成する；ここで前記第１、第２および第３の領域により受光される入射光が前記感光領域の性能を最適化するための所定の強度値に変更されるように、他の前記フィルタ領域とは異なる、カラー及び前記ダマシン層の平面から前記ダマシン層内のある深さまでの深さを有するように前記各フィルタ領域が選択的に形成される、
撮像装置用のカラーピクセルを製造する方法。
【請求項２０】
前記カラーがフォトリソグラフ材料である、請求項１９に記載の方法。
【請求項２１】
撮像装置ダイ（imager die）における対応する複数の第１の感光領域の上の、平面を有するダマシン層内に複数の第１の開口を形成し；
前記ダイを第１のカラーフィルタ材料でコーティングし；
前記ダイの頂部レベルの上の過剰なカラー材料を取り除き；そして
前記撮像装置ダイにおける他の対応する複数の感光領域の上において前記ダマシン層内に複数の第２の開口を形成し；
前記ダイを第２のカラーフィルタ材料でコーティングし；そして
前記ダイの頂部レベルの上の過剰なカラー材料を取り除き；
ここで、前記複数の第１の開口及び前記複数の第２の開口の各々は、前記それぞれのカラー材料とその下の層を通りかつ前記対応する感光領域により受光されるべき光の所望の強度に基づいて、前記ダマシン層の平面から前記ダマシン層内のある深さまでの異なる所定の深さに形成される、
撮像装置の製造方法。
【請求項２２】
前記撮像装置ダイにおける他の複数の感光領域の上において前記ダマシン層内に複数の第３の開口を形成し；
前記ダイを第３のカラーフィルタ材料でコーティングし；そして
前記ダイの頂部レベルの上の過剰なカラー材料を取り除くことをさらに含む、請求項２１に記載の製造方法。
【請求項２３】
ダイにおける対応する複数の感光領域上において複数のカラーフィルタ領域をシーケンシャルにそれぞれ形成し；そして
カラーフィルタ領域の各々への塗布後にカプセル封入材料の層を塗布する；ここでカプセル封入材料は前記感光領域により受光されるべき光の所望の特性に基づく深さに形成される、
撮像装置用のカラーピクセルの製造方法。
【請求項２４】
前記カラーフィルタ領域は、第１、第２および第３のカラー材料のグループを含む、請求項２３に記載のカラーピクセルの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、改良された半導体撮像装置（semiconductor imaging device）に関し、特に改良されたカラーフィルタ、色分解（color separation）および感度を有するＣＭＯＳ撮像装置（imager）に関する。
【背景技術】
【０００２】
固体またはディジタルビデオカメラにおけるカラー撮像（color imaging）は一般的に、とりわけ電荷結合素子（ＣＣＤ）、相補型金属酸化物半導体（ＣＭＯＳ）フォトダイオードアレイ、電荷注入ディバイスおよびハイブリッドフォーカルプレーン（焦点面）アレイのような、異なるタイプの半導体ベースの撮像装置（imager）で実行される。
【０００３】
ＣＭＯＳ撮像回路は一般的に、マイクロレンズのアレイ、カラーフィルタおよび光撮像装置（photo imager）を含み、光撮像装置は読み出しアレイとディジタル処理を用いて、カラーフィルタされた光信号をディジタル形式に変換する。この撮像装置の光撮像装置部分はピクセルのフォーカルプレーンアレイを含み、各々の一つずつのピクセルが、基板の下層部分に光生成電荷を蓄積するための基板のドープ領域の上に重なる、フォトゲート、光導電体またはフォトダイオードのような感光領域を含んでいる。読み出し回路は各ピクセルに接続され、かつ少なくとも基板内に形成された出力電界効果トランジスタ、および出力トランジスタのゲートに接続された一般的には浮動拡散ノードである検出ノード（sensing node）を有するフォトゲート、光導電体またはフォトダイオードに隣接して基板上に形成された電荷転送部を含んでいる。感光領域の上または周囲のディバイス層は、フォトダイオードおよびとりわけ読み出し回路のいくつかまたは全部の要素へのワイヤ接続を含んでいる。撮像装置は、基板の電荷蓄積領域から浮動拡散ノードへ電荷を転送するためのトランジスタのような少なくとも一つの電子ディバイスと、電荷の転送に先立ってそのノードを所定の電荷レベルにリセットするための、同様に一般的にはトランジスタである一つのディバイスとを含んでもよい。
【０００４】
カラー撮像用フォトダイオードシステムは種々の問題に煩わされる。例えば、吸収または回折に起因する感光領域での光強度損失は、光がマイクロレンズに入り、介在層とともにカラーフィルタを通り、入射光がフォトダイオードまたはフォトゲートの感光領域内に入るまで発生する。
【０００５】
とりわけ光強度損失を引き起こす光学ゆがみ（distortion：歪曲、収差）は、多数の設計（design）因子に起因する。フォトダイオードの上のピクセル面は、使用される技術に応じて、例えば、平らな二次元面上に線描された赤、緑、青用の、またはシアン、マゼンタ、イエロー用のカラーフィルタを含むように構成されている。フォトダイオードで受光される光は、フォトダイオード上の基板の材料と深さにより影響を受ける。撮像装置上の積層の下にあるフォトダイオードに到達する光の強度は、撮像装置基板における深さと基板で使用される材料に基づく薄膜干渉効果および屈折率変化に起因して、カラーフィルタおよびまたは基板を通って透過する光の波長に依存する。
【０００６】
いくつかの設計に応じて、フォトダイオード上の基板内の屈折および吸収の効果に合わせて調整する目的で、撮像装置の最上面からのフォトダイオードの距離を変化させる。撮像装置の最上面からのフォトダイオードの距離を変えることは、撮像装置の製造コストを非常に増加させる。そのような複雑さは設計コストに加算され、フォトダイオードの感光領域への光子の究極の透過についての設計の制限を適切に解決することなく、または所与のフォトダイオードにより捕獲されうる光子の最大強度を適切に増加させることがない。このようにして、例えば青、赤、緑の光の異なる波長を受光する種々のフォトダイオードへの光子の透過を改善または最適化しながら、簡潔化されたフォトダイオードの構成を可能にすることができる新しいアプローチが必要とされる。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００７】
この発明は、青、緑、赤のような光の異なる波長を受光する種々のフォトダイオードへの光の透過を最適化するための、カラー撮像装置（color imager）のピクセル構造（pixel structure）を生産するための代替のプロセスを提供する。カラーフィルタエレメントのエッチングと形成に関連して、シングルエッチ、多重エッチおよび種々のマスクキング手順を含む種々のカラーフィルタエレメントの形成処理を含む異なる処理スキームを組み入れたカラーフィルタアレイを形成する種々の方法が提供される。撮像装置の層の最適化された透過を得るために、多様なアプローチが用いられる。それは、カラーフィルタでの光の入射を最適化するための各ピクセル用のダマシン層（damascene layer）においてカラーフィルタウィンドウを調節することを含む。他の実施形態は、各々のカラーフィルタ層の大きさが最適化されるように、ディバイス層上に盛り上る延伸カラーフィルタ層（extended color filter layer）、及び可能ならば、光の特定の波長（例えば赤、緑、青）を吸収する各フォトダイオード用の材料を提供する。ダマシン層は、特定のフォトダイオードにより吸収される光に対する最適化された光学特性を提供する大きさに、種々のカラーフィルタのキャビティが形成されるスペースを提供するように用いられる。変ったカラーフィルタのキャビティは、ディバイス層において充分な上部のスペース（あき）が利用可能であれば、フォトダイオードの直ぐ上のディバイス層の上部のスペース（あき）内に同様に形成することができる。種々の型式のダマシンまたは層の調整が可能であり、それは、複合層の光特性を変更することにより、または特定のフォトダイオードまたは感光領域に対してあるカラーフィルタエレメントを移動させることにより、特定のダイオード上の複合層の光学特性を調整する、カラーフィルタエレメントの上および下のカプセル化層の使用を含む。
【０００８】
これらおよびその他のこの発明の特徴および利点は、添付の図面を参照して提供される以下の詳細な説明により、より良く理解される。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１Ａ】この発明の一実施形態に従う典型的なカラーピクセルおよびフィルタ構造の処理前の断面図を示す。
【図１Ｂ】図１Ａに示される処理状態に引き続く図１Ａのカラーピクセルおよびフィルタの断面図を示す。
【図１Ｃ】図１Ｂに示される処理状態に引き続く図１Ａのカラーピクセルおよびフィルタの断面図を示す。
【図１Ｄ】図１Ｃに示される処理状態に引き続く図１Ａのカラーピクセルおよびフィルタの断面図を示す。
【図１Ｅ】図１Ｄに示される処理状態に引き続く図１Ａのカラーピクセルおよびフィルタの断面図を示す。
【図１Ｆ】図１Ｅに示される処理状態に引き続く図１Ａのカラーピクセルおよびフィルタの断面図を示す。
【図２Ａ】この発明の一実施形態に従う典型的なカラーピクセルおよびフィルタ構造の処理前の断面図を示す。
【図２Ｂ】図２Ａに示される処理状態に引き続く図２Ａのカラーピクセルおよびフィルタの断面図を示す。
【図２Ｃ】図２Ｂに示される処理状態に引き続く図２Ａのカラーピクセルおよびフィルタの断面図を示す。
【図２Ｄ】図２Ｃに示される処理状態に引き続く図２Ａのカラーピクセルおよびフィルタの断面図を示す。
【図２Ｅ】図２Ｄに示される処理状態に引き続く図２Ａのカラーピクセルおよびフィルタの断面図を示す。
【図２Ｆ】図２Ｅに示される処理状態に引き続く図２Ａのカラーピクセルおよびフィルタの断面図を示す。
【図２Ｇ】図２Ｆに示される処理状態に引き続く図２Ａのカラーピクセルおよびフィルタの断面図を示す。
【図３Ａ】この発明の一実施形態に従う典型的なカラーピクセルおよびフィルタ構造の処理前の断面図を示す。
【図３Ｂ】図３Ａに示される処理状態に引き続く図３Ａのカラーピクセルおよびフィルタの断面図を示す。
【図３Ｃ】図３Ｂに示される処理状態に引き続く図３Ａのカラーピクセルおよびフィルタの断面図を示す。
【図３Ｄ】図３Ｃに示される処理状態に引き続く図３Ａのカラーピクセルおよびフィルタの断面図を示す。
【図３Ｅ】図３Ｄに示される処理状態に引き続く図３Ａのカラーピクセルおよびフィルタの断面図を示す。
【図３Ｆ】図３Ｅに示される処理状態に引き続く図３Ａのカラーピクセルおよびフィルタの断面図を示す。
【図３Ｇ】図３Ｆに示される処理状態に引き続く図３Ａのカラーピクセルおよびフィルタの断面図を示す。
【図３Ｈ】図３Ｇに示される処理状態に引き続く図３Ａのカラーピクセルおよびフィルタの断面図を示す。
【図３Ｉ】図３Ｈに示される処理状態に引き続く図３Ａのカラーピクセルおよびフィルタの断面図を示す。
【図３Ｊ】図３Ｉに示される処理状態に引き続く図３Ａのカラーピクセルおよびフィルタの断面図を示す。
【図３Ｋ】図３Ｊに示される処理状態に引き続く図３Ａのカラーピクセルおよびフィルタの断面図を示す。
【図４Ａ】この発明の一実施形態に従う典型的なカラーピクセルおよびフィルタ構造の処理前の断面図を示す。
【図４Ｂ】図４Ａに示される処理状態に引き続く図４Ａのカラーピクセルおよびフィルタの断面図を示す。
【図４Ｃ】図４Ｂに示される処理状態に引き続く図４Ａのカラーピクセルおよびフィルタの断面図を示す。
【図４Ｄ】図４Ｃに示される処理状態に引き続く図４Ａのカラーピクセルおよびフィルタの断面図を示す。
【図４Ｅ】図４Ｄに示される処理状態に引き続く図４Ａのカラーピクセルおよびフィルタの断面図を示す。
【図４Ｆ】図４Ｅに示される処理状態に引き続く図４Ａのカラーピクセルおよびフィルタの断面図を示す。
【図４Ｇ】図４Ｆに示される処理状態に引き続く図４Ｆのカラーピクセルおよびフィルタの断面図を示す。
【図５Ａ】この発明の一実施形態に従うカラーピクセル構造の一部の処理前の断面図を示す。
【図５Ｂ】図５Ａに示される処理状態に引き続く図５Ａのカラーピクセルおよびフィルタ構造の断面図を示す。
【図５Ｃ】図５Ｂに示される処理状態に引き続く図５Ａのカラーピクセルおよびフィルタ構造の断面図を示す。
【図５Ｄ】図５Ｃに示される処理状態に引き続く図５Ａのカラーピクセルおよびフィルタ構造の断面図を示す。
【図５Ｅ】図５Ｄに示される処理状態に引き続く図５Ａのカラーピクセルおよびフィルタ構造の断面図を示す。
【図６Ａ】この発明の一実施形態に従うカラーピクセル構造の一部の処理前の断面図を示す。
【図６Ｂ】図６Ａに示される処理状態に引き続く図６Ａのカラーピクセルおよびフィルタ構造の断面図を示す。
【図６Ｃ】図６Ｂに示される処理状態に引き続く図６Ａのカラーピクセルおよびフィルタ構造の断面図を示す。
【図６Ｄ】図６Ｃに示される処理状態に引き続く図６Ａのカラーピクセルおよびフィルタ構造の断面図を示す。
【図６Ｅ】図６Ｄに示される処理状態に引き続く図６Ａのカラーピクセルおよびフィルタ構造の断面図を示す。
【図６Ｆ】図６Ｅに示される処理状態に引き続く図６Ａのカラーピクセルおよびフィルタ構造の断面図を示す。
【図６Ｇ】図６Ｆに示される処理状態に引き続く図６Ａのカラーピクセルおよびフィルタ構造の断面図を示す。
【図７Ａ】この発明の一実施形態に従うカラーピクセル構造の一部の処理前の断面図を示す。
【図７Ｂ】図７Ａに示される処理状態に引き続く図６Ａのカラーピクセルおよびフィルタ構造の断面図を示す。
【図７Ｃ】図７Ｂに示される処理状態に引き続く図６Ａのカラーピクセルおよびフィルタ構造の断面図を示す。
【図８】構造内の典型的な層を示すもので、カラーピクセルおよびフィルタ構造の一部の典型的な実施形態の断面図を示す。
【図９】この発明に従って製造されたピクセルのアレイを有する撮像装置を組み込んだコンピュータプロセッサシステムのブロック図である。
【図１０】この発明の典型的な一実施形態に従うカラーピクセルおよびフィルタエレメントを製造するための処理シーケンスを示す。
【図１１】この発明の典型的な一実施形態に従うカラーピクセルおよびフィルタエレメントを製造するための処理シーケンスを示す。
【図１２】この発明の典型的な一実施形態に従うカラーピクセルおよびフィルタエレメントを製造するための処理シーケンスを示す。
【図１３】この発明の典型的な一実施形態に従うカラーピクセルおよびフィルタエレメントを製造するための処理シーケンスを示す。
【図１４】この発明の典型的な一実施形態に従うカラーピクセルおよびフィルタエレメントを製造するための処理シーケンスを示す。
【図１５】この発明の典型的な一実施形態に従うカラーピクセルおよびフィルタエレメントを製造するための処理シーケンスを示す。
【実施例】
【００１０】
この発明の一態様は、撮像センサ（imager sensor）用のカラーフィルタアレイを形成するための、代替的な処理スキームを提供する。この発明の他の態様は、最大の色透過のために、基板の特定の領域を調整（tuning）するための現在のディバイス製造技術の使用を可能にする。
【００１１】
一例としての実施形態は、カラーフィルタレジストの直接リソグラフ撮像よりむしろ、カラーピクセルを形成するためのダマシン型（damascene type）の処理を用いる。ピクセルのためのカラーフィルタアレイ（ＣＦＡ）キャビティは、酸化物または他の適宜のマトリックス材料において、従来のリソグラフィおよびエッチングにより生成され、次にそれはカラー材料により充填される。それに続く化学機械処理（ＣＭＰ）プロセスの間、凹領域（recessed area）を除いて全てのカラー材料が取り除かれ、凹領域は充填のままにされ、ピクセルのカラーフィルタ部分が形成される。
【００１２】
カラーフィルタに用いられるカラー材料の深さは、撮像アレイの特定の感光領域の光学特性を調整（tune）するために、変えうる。ダイオード上のおよび／またはダイオード上の金属化層の上に充分な空間（room）を提供するためにダマシン層を用いることができ、従ってダイオード上の層の光学特性が、特定の波長についてダイオードに入射する光を最適化するように、変えられる。光学特性の調整のために必要とされるならば、カラーフィルタキャビティがフォトダイオード上の層内に延びるための充分な上部空間がある場合には、ダマシン層は要求されない。
【００１３】
ダマシン層内と可能ならばフォトダイオード上の他の層内の凹領域（recessed area）は、ディバイススタックおよびダマシン層を含む基板の部分と同様に、フォトダイオード上のカラーフィルタアレイ（color filter array）（ＣＦＡ）ウィンドウまたはフィルタ部分を生成する。フォトダイオード上の種々の材料の集合的な薄膜干渉、屈折および吸収特性を変更するためのＣＦＡウィンドウの使用は、フォトダイオードで受光される光の特定の波長範囲の最大強度を増加させる。同様に、ダイレクトカラーレジスト撮像を用いたカラーピクセルのリソグラフ形成とは異なり、高い解像度の標準レジストを標準的なリソグラフ技術に用いることができるので、高い解像度およびプリント品質は、最適化されたＣＦＡウィンドウを組み込んだピクセルから得ることができる。同様に、標準的なコーティング技術で塗布され、ダマシン型構造とＣＦＡウィンドウを用いたカラー材料は、撮像可能である必要はなく、従って化学組成および材料の制約において、幅広い自由度を提供する。同様に、より薄いカラーフィルムがより高い顔料の装荷（loading）に用いることができ、撮像装置のいくつかの設計光学を改善する。さらに、この発明の使用は、各色に対するダマシンとＣＦＡウィンドウ層の厚さを個々に調整する能力にもかかわらず、完全に平面化されたカラーマトリックス構造を可能にする。前の色が他のピクセル構造に逆に影響するトポグラフィに依るカラーストリーキングのような問題は回避される。全体としてのより浅いフィルム積層のために、光学的クロストークを削減することができ、このようにしてこの発明は一面では、分離を増大するオプション、またはピクセルの間の分離マトリックスを生成するオプションを提供する。この発明の一態様はまた、隣接するピクセルへの色残留を防止し、ＣＦＡの製造のためのより安価なカラー材料を提供する。同様にこの発明は、従来のＣＦＡ作製プロセスにより起こる可動イオンによるレジストの汚染に起因して現在要求される絶縁した光作製領域の必要性の排除を可能にする。最後にこの発明は、追加の平面化コートを必要とすることなく、カラーピクセルの上または下に内蔵レンズを提供する。この発明はまた、フォトダイオード上の層の集合的な屈折および吸収特性の必要な「調整」（tuning）を提供する広い多様な構造を可能にする。
【００１４】
撮像装置のフォトダイオード上の全ての層の薄膜干渉、屈折特性および吸収特性のモデル化は、必要とされる波長の調整（wavelength tuning）の解析を始めることにより達成される。フォトダイオードおよび撮像装置の層の屈折特性および吸収特性のモデル化は業界では周知である。例えば、交互に積層して配置された多層膜の多数の反射率および吸収を計算する、マスキャド（Math ＣＡＤ）、プロリス（Prolith）またはソリッドＣ（Solid Ｃ）のような市販のソフトウェアが利用可能である。市販のリソグラフィソフトウェアも同様に用いることができる。設計者が種々のフィルムの基本の光学パラメータを入力し、次にソフトウェアが、どのくらい反射され、どのくらい吸収されるかと同じように、吸収される割合を出力する。厚さが増加するにつれて吸収が指数関数的に増加する指数関数的関係を有するフィルムのバルクの吸収を議論するベール・ランバートの方程式と同様にスネルの屈折方程式、フレネルの方程式を用いて、手作業の計算もソフトウェアアプリケーションを用いるのと同様に用いることができる。
【００１５】
一般的に、多様な解が決定され、最適の選択が選ばれる。可変のＣＦＡウィンドウの大きさおよび必要ならば材料を含む層の最適な組の決定後に、多数のエッチングアプローチの一つが適用され、カラー顔料の充填剤がＣＦＡキャビティ内に置かれる。いくつかの例としての実施形態では、ダイオードの感光領域上の撮像装置積層の反射率と吸収特性を最適化するために、異なるＣＦＡウィンドウの大きさとＣＦＡウィンドウキャビティ内での使用のための材料を用いることができる。ダマシンならびにある場合にはダイオード上およびダマシン層下の撮像装置のディバイス層を通るＣＦＡウィンドウの可変の深さと同様に、ダマシン層の使用を提供することは、撮像装置の反射率およびその他の光学特性を最適化する種々の大きさのＣＦＡウィンドウの生成を可能にする。言いかえれば、ＣＦＡウィンドウまたはカラー充填材を伴うキャビティは、ダマシン層の一部を通って、またはある場合には同様にフォトダイオードに続く基板の積層内に延伸してもよい。ＣＦＡウィンドウは、補色のフォトダイオードアセンブリにも用いることができる。特定のＣＦＡウィンドウと下層フォトダイオード上の下敷き層（複数）の厚さの決定は、とりわけ、入射光子が通過すべき、フォトダイオードの頂部で使用されるカラーフィルタおよびＣＦＡウィンドウとフォトダイオード上の他の全ての層を含む組合せられた積層の屈折率に依存する。特定のＣＦＡウィンドウの厚さは、光学的焦点または他のレンズの属性を調整するために、ピクセルまたは撮像装置アセンブリと共に用いられるマイクロレンズに一部基づいている。ダマシン層またはディバイス層に潜り込むものよりむしろ、ディバイス層または同様にダマシン層の上に延伸するＣＦＡウィンドウを同様に用いることができる。設計者は、フォトダイオードに到来する光の強度を最大化するために、フォトダイオード上の所与の積層または層の組合せの、干渉、屈折または吸収モデルを、コンピュータを用いてまたは手作業で決定することができる。
【００１６】
第１実施態様は、カラーピクセルのフォトダイオード上にある先に定義された硬質マトリックス材料内の異なる色に色づけされたピクセルを形成するための感光性のカラー材料で生成される。硬質マトリックス材料は、カラーフィルタ材料のための全ての三つのＣＦＡキャビティが開けられるようにエッチングされる。ウェハー全部を選択された色で塗布し、現像ステップで先に定義されたキャビティ内の不要なカラー材料を取り除くマスクパターンによって撮像することにより、各色をシーケンシャルに追加することができる。二つの色が撮像された後に、三つの別個に色づけされたピクセルがマトリックスのキャビティ内に残るまで、追加の撮像ステップなしで、第３の色を塗布し、ウェハーを研磨することにより、第３のピクセルタイプを形成することができる。
【００１７】
図１Ａを参照して、第１の実施形態は、基板１１上に形成された複数のフォトダイオード９から始まる。酸化物および金属層を含む領域７が、フォトダイオード９の上および周囲に形成される。硬質マトリックス材料層（hard matrix material layer）５が、酸化物および金属層７の上に形成される。フォトレジスト３の層が、マトリックス材料層５の上に形成される。図１Ｂを参照すると、フォトレジスト層３が撮像されて（imaged）、標準的なレジストプロセスを用いてフォトダイオード９の上のフォトレジスト層内にキャビティが作成される。図１Ｃを参照して、マトリックス材料層５はエッチングされて、残っているフォトレジスト３ははぎ取られ、第１の感光性カラーコーティング（photo sensitive color coating）１５がマトリックス層５内のキャビティに塗布される（例えば赤のカラーコーティング）。感光性カラーコーティング１５は露光されかつ現像されて、他のカラーコーティングを受けるためのキャビティ１６，１７からカラーコーティングが取り除かれる。図１Ｅを参照して、化学機械研磨（chemical and mechanical polishing）（ＣＭＰ）が、コーティング１５の高さをマトリックス層５と等しくするために、塗布された１５上に実行される。図１Ｆを参照して、カラーの塗布プロセス、他のカラーコーティング（すなわち１９，２０）を受けるためのキャビティ（すなわち１６，１７）からのカラーのはぎ取りプロセス、次のＣＭＰ処理が、全てのコーティング層１５，１６，１７が塗布されてコーティング処理されるまで、繰り返される。
【００１８】
図１０を参照して、図１Ｆのピクセル構造の実施形態を製造するための一つの例としての処理が示されている。処理セグメントＳ１１１では、基板１１、基板１１上に形成されたフォトダイオード９、フォトダイオード９の周囲のディバイス層７、ディバイス層７の上の硬質マトリックス材料５および硬質マトリックス材料５の上に形成されたフォトレジスト層３を含むイニシャルフィルム積層（initial film stack）が形成される。処理セグメントＳ１１３では、標準的なレジストを用いて全てのフォトダイオード９の上部を撮像することにより、フォトレジスト層３内にキャビティが形成される。処理セグメントＳ１１５では、先に形成されたキャビティの下の硬質マトリックス層５がエッチングされて取り除かれる。処理セグメントＳ１１７では、感光性カラーコーティング１５（例えば赤）が、残っている硬質マトリックス層５の上および先に形成されたキャビティ内に塗布される。処理セグメントＳ１１８では、カラーコーティングが露光されかつ現像されて、三つのフォトダイオード９のうちの二つの上のカラーコーティング１５を取り除き、キャビティ１６，１７（図１Ｄ）を形成する。処理セグメントＳ１１９では、硬質マトリックス材料５の高さ以上に残っているカラー材料１５を取り除くために、ＣＭＰおよびクリーニングが実行される。処理セグメントＳ１２０では、他のカラーコーティングが必要であるかどうかが決定される。他のカラーコーティングが必要である場合には、ステップＳ１１７において、残っている硬質マトリックス層５、層１５上およびキャビティ１６、１７内へ異なる感光性カラーコーティング１９（例えば緑または青）が塗布される。次に処理セグメントＳ１０９では、感光性カラーコーティング１９が、カラーコーティングを有さないフォトダイオード９上で露光されかつ現像される。処理セグメントＳ１１９では、処理セグメントＳ１１８で塗布されたカラーコーティングが、カラーコーティング１９の頂上面が残っている硬質マトリックス層５と等しくなるように、ＣＭＰにより処理されかつクリーニングされる。処理セグメントＳ１２０では、他のカラーコーティングが必要であるか否かの決定がなされる。他のカラーコーティングが必要である場合には、他の感光性カラーコーティング（例えば、図１Ｆの２０）を用いて、処理セグメントＳ１１７からＳ１１９までが繰り返される。処理セグメントＳ１２０において、さらなるカラーコーティングが不必要であると決定された場合には、処理が終了する。
【００１９】
この発明の第２の実施形態は、各カラーごとに別々の硬質マトリクスのエッチングにより、カラーごとの３つの別々のキャビティを用いて形成される。ここで各キャビティは３つのシーケンシャルなフォトエッチング、コーティングおよび研磨のステップにより、マトリックス材料５内の孔を開けてかつ充填するために用いられる。各々のカラーに対して、標準的なフォトレジストを有するウェハーにコーティングが塗布され、リソグラフ用具でそれを撮像して、意図されたピクセル領域内のレジストを取り除き、乾式エッチング用具で開放領域をエッチングする。ウェハーは次にカラーレジストにより塗布され、エッチングされた領域のカラーを除き、残っているレジストが取り除かれる。追加のキャビティが硬質マトリックス内に形成され、次にカラーコーティングが塗布され、さらに全てのカラーフィルタが形成されるまで、以上に述べた方法により取り除かれる。
【００２０】
図２Ａを参照して、第２の実施形態は基板１１上にフォトダイオード８、９、１０を形成することにより開始される。酸化物および金属層を含む領域７が、フォトダイオード８、９、１０の上および周囲に形成される。硬質マトリックス材料層５が、酸化物層７の上に形成される。フォトレジスト３の層が、マトリックス材料層５の上に形成される。図２Ｂを参照して、フォトレジスト層３が撮像されて、標準的なレジストプロセスを用いて、フォトダイオード８上のフォトレジスト層３が作成される。図２Ｃに示されるように、マトリックス材料層５はキャビティ２２を形成するためにエッチングされ、フォトレジストがはぎ取られる。図２Ｄを参照して、第１の感光性カラーコーティング２３が、キャビティ２２の内部およびマトリックス層５の頂部上に塗布（例えば赤のカラーコーティング）される。図２Ｅを参照して、コーティング２３の高さをマトリックス層５と等しくするために、化学機械研磨（ＣＭＰ）が塗布されたカラーコーティング２３上に実行される。図２Ｆを参照して、フォトレジスト層２４が、残っているカラーコーティング２３とマトリックス層５の頂部上に塗布される。各カラー（例えば２６から２７）に対する別個のマトリックスのエッチング処理が、図２Ｇに示されるような結果を生じさせる実施形態を製造するために繰り返される。図２Ｇは、カラーコーティング２３、２５、２６の深さが均一であることを示す。それぞれのフォトダイオード８、９、１０の上の各層の組み合わされた光学特性を選択的に調整（adjust）するために、カラーコーティング（例えば、２３、２５、２６）の深さを変更することができることを理解すべきである。
【００２１】
図１１を参照して、図２Ｆの構造の例としての実施形態を、一カラーごとに一度のマトリックスのエッチングを用いて製造するための一例としてのプロセスが示されている。処理セグメントＳ１２１では、基板１１、基板１１上に形成されたフォトダイオード８、９、１０、フォトダイオード（８、９、１０）の周囲のディバイス層７、ディバイス層７の上の硬質マトリックス材料５および硬質マトリックス材料５の上に形成されたフォトレジスト層３を含むイニシャルフィルム積層が形成される。処理セグメントＳ１２３では、標準的なレジスト３内でフォトダイオード８の上にキャビティ２１（図２Ｂ）が撮像される。処理セグメントＳ１２５では、キャビティ２１（図２Ｂ）の下の硬質マトリックス層５およびフォトダイオード８がエッチングされて取り除かれ、マトリックス層５内にキャビティ２２（図２Ｃ）が形成される。処理セグメントＳ１２７では、カラーコーティング２３（図２Ｄ）（例えば赤、緑、青）が、マトリックス層５上およびキャビティ２２内に塗布される。処理セグメントＳ１３１では、ＣＭＰのような方法を用いてマトリックス層５以上の高さのカラーコーティング２３が取り除かれる。他のカラーコーティングが必要であるかどうかの決定が処理セグメントＳ１３３でなされる。他のカラーコーティングが必要である場合には、フォトレジスト２４が、先に塗布されたカラー材料（例えば図２Ｆの２３）および残っている硬質マトリックス材料５の頂部に塗布される。次に処理セグメントＳ１２３からの処理が続き、フォトレジスト（例えば２４）内にキャビティを生成し、フォトダイオード（例えば９または１０）上の硬質マトリックス材料内にキャビティを生成し、異なるカラーコーティング（例えば緑または青）を塗布し、マトリックス層５の高さ以上のカラーコーティングの取り除くプロセスが続く。他のカラーコーティングが必要であるか否かの別の決定が、処理セグメントＳ１３３で行なわれる。他のカラーコーティングが必要である場合には、処理セグメントＳ１３１からセグメントＳ１３５までの処理が開始される。処理セグメントＳ１３３において他のカラーコーティングが不必要であると決定された場合には、処理が終了する。
【００２２】
第３の実施形態は、全てのピクセルのために、硬質マトリックス内へのキャビティの撮像とエッチングを、全てのカラーについて共通の深さで同時に提供するものである。ウェハーはフォトレジストによりコーティングされ、一つのキャビティが露光されかつ現像される。ウェハーはカラーによりコーティングされ、次にカラーの不要な部分が取り除かれる。フォトレジストの他の層がピクセル上に塗布されて、次いで次のカラー材料により充填されるように、フォトダイオード上の次のキャビティから取り除かれる。カラー材料のコーティングがピクセル上に塗布されて、次いで研磨され過剰なカラー材料が取り除かれる。処理されるべき残りのキャビティが露光されかつ現像され、キャビティからフォトレジストが取り除かれる。他のカラー層が、ピクセル上と、カラー材料のない残っているキャビティ内に塗布される。カラー層は次いで、研磨され、不要なカラー材料が取り除かれる。
【００２３】
図３Ａは、基板１１上に形成されたフォトダイオード９を有する第３の実施形態を示す。酸化物および金属層７が、フォトダイオード８、９、１０の上および周囲に形成される。硬質マトリックス材料層５が、酸化物および金属層６の上に形成される。フォトレジスト３の層が、マトリックス材料層５の上に形成される。図３Ｂを参照して、フォトレジスト層３が撮像されて、標準的なレジストプロセスを用いて、フォトダイオード８、９、１０上のフォトレジスト層３内にキャビティ２７、２８、２９が作成される。図３Ｃに示されるように、マトリックス材料層５がフォトダイオード８、９、１０上にキャビティ３０、３１、３２を形成するためにエッチングされ、フォトレジスト３がマトリックス層５の頂部からはぎ取られる。図３Ｄを参照して、フォトレジスト３３が、キャビティ３０、３１、３２（図３Ｃ）内および層５の残っている部分の上に形成され、次にフォトレジスト３３が撮像されかつエッチングされ、ダイオード８上のキャビティ３０を再度開く。図３Ｅを参照して、第１のカラーコーティング３４（例えば、赤）がキャビティ３１内および残っているフォトレジスト層３３の上に形成される。図３Ｆに示されるように、カラーコーティング３４およびフォトレジスト３３がＣＭＰにより処理され、カラーコーティングおよびフォトレジスト３４が取り除かれ、これによってカラーコーティング３４がキャビティ３０（図３Ｃ）内のマトリックス層５と面一になり、フォトレジスト３３がキャビティ３１、３２（図３Ｃ）内のマトリックス層５と面一になる。図３Ｇを参照して、フォトレジスト３３がキャビティ３１、３２から取り除かれる。図３Ｈに示されるように、フォトレジスト３３がキャビティ３１、３２内ならびにマトリックス層５上および第１のカラー層３４上に形成される。次にフォトレジスト３３が露光されかつ現像され、従って図３Ｉに示されるように、キャビティ３１内のフォトレジスト３３が開かれる。次に、第２のカラーコーティング３５が残っているフォトレジスト層３３の頂部およびキャビティ３１内に塗布され、マトリックス層５の高さ以上に盛り上る第２のカラーコーティング３５およびフォトレジスト３３は、図３Ｊに示されるように、ＣＭＰにより取り除かれる。図３Ｋを参照して、第３のカラー層３７が、残っているマトリックス層５、カラーコーティング３４、３５の上およびキャビティ３２（図３Ｇ）内に形成され、次にカラー層３７がＣＭＰにより研磨されて、第３のカラー層３７はマトリックス層５と面一になる。
【００２４】
図１２を参照して、全てのピクセルが一度にエッチングされる図３Ｋの構造を製造するための一例としてのプロセスが示されている。処理セグメントＳ１４１では、基板１１、基板１１上またはその頂部のフォトダイオード８、９、１０、フォトダイオード８、９、１０の周囲およびその上のディバイス層７、硬質マトリックス材料層５、ならびに硬質マトリックス層５の上のフォトレジスト層３を含むイニシャルフィルム積層（例えば図３Ａ）が形成される。処理セグメントＳ１４３では、フォトレジスト層３内にキャビティ２７、２８、２９が形成される。処理セグメントＳ１４５では、全てのフォトダイオード８、９、１０上にキャビティ３０、３１、３２を形成するために、マトリックス層５がエッチングされて取り除かれる。全てのフォトレジスト３もまた同様に処理セグメントＳ１４５で取り除かれる。処理セグメントＳ１４７では、標準的なフォトレジスト３３（図３Ｄ）が、残っている硬質マトリックス層５の上およびマトリックス層５内のキャビティ３０、３１、３２内にコーティングされる。処理セグメントＳ１４９では、フォトレジスト３３が露光されて、フォトレジスト３３内にキャビティ３０が形成される。処理セグメントＳ１５１では、カラーコーティング３４（例えば赤、青、緑）がフォトレジスト３３上およびキャビティ３０内に塗布される。塗布されたカラーコーティング３４は硬質マトリックス層５の頂部層の高さ以上の部分が取り除かれ、従って前のキャビティ３０内に残る塗布されたカラーは、処理セグメントＳ１５３で硬質マトリックス層５と面一になる。処理セグメントＳ１５３では、カラーコーティングを有さないキャビティ、すなわち３１、３２内のフォトレジスト３３が取り除かれる。他のカラーコーティングが塗布されるかどうかの決定が、処理セグメントＳ１５５でなされる。他のカラーコーティングを塗布すべきときには、もう一つの決定が新しいカラーコーティングが最終的なカラーコーティングであるか否かについて処理セグメントＳ１５７でなされる。塗布すべきコーティングが最終的なコーティングではない場合には、処理セグメントＳ１４７における処理が続き、他のカラーコーティングを塗布すべきか否かの他の決定である処理セグメントＳ１５５まで続く。他のカラーコーティングを塗布すべきときには、塗布すべきカラーコーティングが最終的なカラーコーティングであるかどうかの別の決定が  処理セグメントＳ１５７でなされる。塗布すべきカラーコーティングが最終的なカラーコーティングであれば、最終的なカラーコーティングを塗布する処理セグメントＳ１５１でプロセスが再開され、次にプロセスは処理セグメントＳ１５５まで続き、そこで、塗布すべきさらなるカラーコーティングがないので、終了する。
【００２５】
この発明の第４の実施形態は、ピクセルアレイエレメントの種々の光学特性を最適化するために、カラーフィルタの深さと組成の調整（adjustment）を可能にするものである。図４Ａを参照して、撮像チップは、バルクのシリコン５１、バルクの基板５１上に形成されたフォトダイオード５２、５３、５４により形成され、ディバイス積層および電気的素子５５が、フォトダイオード５２、５３、５４の頂部上に形成されている。ディバイスの積層５５はそれを滑らかにするために平面化され、次にダマシン層（damascene layer）５７がディバイスの積層５５の上に所望の初期深さで形成される。図４Ａに示されるように、標準的な単純化されたＣＭＯＳ撮像回路が、フォトダイオード５２、５３、５４、内部接続（interconnect）およびトランジスタにより形成され、これらは、同様に変更される多様な他の回路または基板のエレメントと組合せられて、フォトダイオードに対する種々の深さの必要がない。
【００２６】
図４Ｂを参照して、フォトレジスト層５９が撮像されて、フォトダイオード例えば５４の上のレジスト５９内にキャビティ６０が形成される。この処理および次の処理においてダマシン層５７内に、および必要ならばディバイス層２５に形成されるキャビティの深さは、問題とされるダイオードが入射光の強度および反射率を検知するように、設計されたカラー波長に関する層の光学特性を最適化するために用いられる周知の公式と原理により決定される。層の光学特性の決定は当業者には周知であり、部分的に上に記述されている。図４Ｃを参照して、構築されるカラーフィルタのための、ダマシン層５７内にキャビティ６０’を形成するためにフォトレジスト５９がエッチングされる。図４Ｄを参照して、フォトレジスト５９がキャビティ６０’内に形成される。次に、他のキャビティが他のフォトダイオード、例えば５２上のフォトレジスト５９内に形成され、さらに硬質マトリックス層５およびディバイス層７が、他のキャビティ６３を形成するためにエッチングされる。フォトダイオード５２上のキャビティ６３の深さは、フォトダイオード５２に入射する光を最適化するように決定される。図４Ｅを参照して、フォトレジスト５９の他の層がフォトダイオード５３上のキャビティ６３内に形成され、次に他のキャビティ６５が、フォトダイオード５３に入射する光を最適化するように決定された深さをもって、残りのフォトダイオード５３上に形成される。図４Ｆを参照して、フォトレジスト５９が、キャビティ６０’、６３、６５と同様に硬質マトリックス層５７の頂部から取り除かれる。図４Ｇを参照して、次に各キャビティ即ち６０’、６３、６５が、特定のカラー材料に対して最適化されたキャビティに対応する異なるカラー材料７１、７３、７５（例えば赤、青、緑）で充填される。
【００２７】
ディバイス積層の部分と同様に、ダマシン層５７へのエッチングの深さは、吸収および屈折のモデル化の結果に部分的に基づいている。各キャビティは異なる大きさを有し、それは特定のフォトダイオードが処理することを求められている所望の光の波長が与えられるＣＦＡウィンドウの大きさを変えるための必要性による。図４Ｇは、各フォトダイオードの位置の上のディバイス積層とともに、ダマシン層５７内に完成されたＣＦＡウィンドウキャビティの例としての実施形態を示す。図４Ｇの例示的な実施形態では、各ＣＦＡウィンドウは次にカラー顔料（color pigment）またはフィルタ材料で充填される。図４Ｇは、エッチングされ、かつ適切なカラー物質またはフィルタ物質により充填されたＣＦＡウィンドウを有する、完成された撮像装置の例としての実施形態を示す。この実施形態では、赤は左側で、青は中央、緑をフィルタする材料は右側に用いられている。しかしながら、所与のＣＦＡウィンドウに対する、種々のカラースキームとカラー製造の順序を、この発明と共に用いることができる。
【００２８】
図１３を参照して、図４Ｇに示された構造のような異なるＣＦＡウィンドウの大きさを有する構造を製造するための例としてのプロセスが示されている。処理セグメントＳ１７１では、ダマシン層５７、フォトダイオード５５の上のディバイス積層（device stack）、フォトダイオード５２、５３、５４およびバルクシリコン５１を含むイニシャルのフィルム積層が形成される。処理セグメントＳ１７３では、ダマシン層５７の上に標準的なフォトレジスト５９の層が堆積される。処理セグメントＳ１７５では、フォトダイオード（例えば５４）の上の標準的なフォトレジスト内にキャビティが撮像される。処理セグメントＳ１７７では、キャビティの下のフォトダイオード（例えば５４）により吸収することが求められる特定の光の波長に対する光学特性を最適化する所定の深さまで、エッチングが、ダマシン５７および必要な場合にはディバイス層５７に、フォトレジスト内のキャビティ６０を通って実行される。処理セグメントＳ１７９では、ダマシン層５７および／またはディバイス層５５内に他のキャビティが必要かどうかが決定される。他のキャビティが必要な場合には、エッチングされたキャビティ６０’をマスキングするために、フォトレジスト５９およびダマシン層５５を通って、先にエッチングされたキャビティ６０’内にフォトレジストが塗布される。処理セグメントＳ１７５からＳ１７９までが繰り返され、キャビティ６３、６５の下のそれぞれのフォトダイオード５２，５３の上の層の光学特性を最適化する大きさを有するキャビティ６３、６５が形成される。処理セグメントＳ１７９においてこれ以上のキャビティがダマシン５７および／またはディバイス積層５５内に必要とされないと決定された場合には、処理セグメントＳ１８３における処理が始まり、特定のカラー波長を受けるために形成されたキャビティ内にコーティングが塗布される。処理セグメントＳ１８５では、カラーコーティングが露光されかつ現像される。処理セグメントＳ１８７では、この処理セグメントＳ１８７で塗布されたカラーコーティングがＣＭＰで研磨され、かつクリーニングされる。処理セグメントＳ１８９では、他のカラーコーティングが必要であるか否かの決定がなされる。カラー材料を有さないキャビティ内に形成すべき他のカラーコーティングが必要である場合には、それ以上のカラーコーティングが必要とされなくなるまで、処理セグメントＳ１８３からセグメントＳ１８９まで処理が続き、終了する。
【００２９】
ダマシン層または可変のＣＦＡウィンドウの大きさまたは両方を用いて光学特性が最適化されたＣＦＡフィルタを用いる、多くの代替案としての実施形態が可能である。例えば図５Ａはディバイス積層５５の上およびフォトダイオード５３上部に一般的なフィルタ層８１を追加した例を示し、この実施形態ではフォトダイオード５４上の層を通る、フォト検出器への入射光の緑の波長に対する調整が示されている。図５Ｂでは一般的なフィルタ層８１は、一つのフォトダイオード５３の上部のディバイス積層５５上に延伸する（extend）、一般的なフィルタ層８１（延伸された（extended）ダマシンフィルタ層）の部分を残すために、平面化される。ディバイス積層５５または一般的なフィルタ層８１の深さは、ディバイス積層上に形成されたイニシャルカラーに対して最適化または調整された（tuned）厚さまたは組成を有する。次に図５Ｃでは、平面化の後に残っている延伸されたダマシンフィルタ層８１が、カプセル封入材料（encapsulation material）８３で、カプセル封入される（encapsulated）。カプセル封入（encapsulation）は、ダークシリコンリッチ窒化物、低温ＤＡＲＣ、ＴＥＯＳまたはガラス上のスピン（ＳＯＧ）のような、低温酸化物材料を含む種々の材料により達成される。
【００３０】
図５Ｄを参照して、カプセル封入材料８３の第１の層上に他の一般的なフィルタ層が形成され、次に異なるフォトダイオード５２の上部のディバイス積層５５上に延伸する（extend）フィルタ材料８５（延伸された（extended）ダマシンフィルタ層）の一部分を残すために平面化される。この例示的な実施形態における延伸されたダマシンフィルタ層８５は、赤のフィルタ材料に対して調整（tuned）または最適化されている。追加のカプセル封入材料８７が延伸されたダマシンフィルタ層８５上および第１のカプセル封入層８３の上部に形成される。次に他の一般的なフィルタ層（例えば青）が、一般的なフィルタ材料を有さない他のフォトダイオードの位置５４の上部である、第２のカプセル封入層８７の表面上に形成され、次に他の延伸されたダマシンフィルタ層８９を形成するためにエッチングされる。
【００３１】
図５Ｄに例示された実施形態では、フォトダイオード５２、５３、５４へ光がそれを通って入射する、一つまたはそれ以上の層の光学特性を最適化するように、カプセル封入層８３、８７と同様に、延伸されたダマシン層８３、８５、８９が設計される。例えば青の延伸されたダマシンフィルタ層の下のカプセル封入層は、他の延伸されたダマシンフィルタ層のカプセル封入層より、厚さが大きい。エッチングダウンの代わりにこの実施形態は、強度または他の光学特性が最大または他の望ましい値を示す点まで、ノードまたは領域から基板を形成することに関連している。カプセル封入材料は、ダイオードの光入射面において、その除去が色透過を改善する場合のように、それが必要とされる場合には、取り除かれることができる。
【００３２】
図５Ｅを参照して、最終コーティングまたは最終層９０がカプセル封入材料の頂部に配置される。ある実施形態では、光学的に透明材料であるマイクロレンズがカプセル封入材料の頂部に配置される。図５Ｅは、全ての延伸されたダマシンフィルタ層８１，８５，８９の上および周囲に配置された均一なカプセル封入材料９０と、薄いカプセル封入層８３，８７を用いた、カプセル封入スキームを有する実施形態を示す。
【００３３】
図１４を参照して、例えば図５Ｄに例示された構造のような、特定のフォトダイオード上の層に対する光学特性を最適化する結果を生じさせる可変のダマシンフィルタ構造を有する構造を製造するための一例としてのプロセスが示されている。処理セグメントＳ２０１では、バルクシリコン５１上またはその上部に設けられたフォトダイオード５２、５３、５４上のディバイス積層５５を含むイニシャルフィルム積層が形成される。処理セグメントＳ２０３では、ディバイス積層５５の上にカラーフィルタ材料８１の層が堆積される。処理セグメントＳ２０５では、カラーフィルタ材料層８１が延伸されたダマシンフィルタ層８１内に形成される。処理セグメントＳ２０７では、処理セグメントＳ２０３からＳ２０５において塗布され形成されたカラー材料が、最終的なカラーコーティングであるか否かの決定がなされる。追加のカラーコーティングが塗布されるべきであれば、処理シーケンスＳ２０９においてプロセスが継続する。この処理シーケンスＳ２０９では、選択されたフォトダイオード（例えば５２）に入射する光の特定の波長について、選択されたフォトダイオード（例えば５２）上の層の光学特性を最適化する所定の深さでカプセル封入層８３が形成される。処理セグメントＳ２１１では、他のカラーが塗布されるべきであるかどうかの決定がなされる。他のカラー層（例えば８５）の塗布が必要な場合には、処理セグメントＳ２０３において処理が継続され、Ｓ２０９まで続く。処理セグメントＳ２０３で塗布されかつＳ２０５で形成されたカラー層が最終的なカラー層である場合には、処理セグメントＳ２０９に処理が分岐し、そして処理が終了する。
【００３４】
図６Ａから６Ｇを参照して、他の例としての実施形態は、カプセル封入層８３、８７を有さない延伸されたダマシン層またははみ出し部分（extrusion）を含む。図６Ａは、ディバイス積層５５上への一般的なフィルタ層９１の追加を示す。図６Ｂでは、この実施形態での一般的なフィルタ層は、光の緑の波長に調整されている（tuned）。図６Ｂでは、一般的なフィルタ層９１は、一つのフォトダイオード５３の上のディバイス積層体層５５上に延伸する一般的なフィルタ層９１（延伸したダマシン層）の一部を残すために、平面化される。次に図６Ｃでは、例えば赤である異なる光の波長に調整された他の一般的なフィルタ層９３が、他のフォトダイオード５２の上のディバイス層上に形成される。図６Ｄを参照して、第２の一般的なフィルタ層９３は、異なるフォトダイオード５２の上のディバイス積層５５上に延伸するフィルタ材料９３（延伸したダマシン層）の一部を残すために、平面化される。図６Ｅを参照して、他の一般的なフィルタ層９５（例えば青）が、ディバイス積層５５の表面および先に形成された延伸されたダマシン層９１、９３の上に形成される。図６Ｆでは、この実施例では光の青の波長に調整された一般的なフィルタ材料が、他のフォトダイオードの位置５４上に位置し他の延伸されたダマシン層９５を形成するために、平面化される。図６Ｇを参照して、光が特定のフォトダイオードの上においてそれを通らなければならない組合せ層の光学特性のさらなる変更を含む多様な機能を果たすために、延伸されたダマシン層の上にも、カプセル封入材料９７が形成される。
【００３５】
図１５を参照して、例えば図６Ｆに例示される構造のような、特定のフォトダイオード上の層に対する光学特性を最適化する結果を生じさせる可変のフィルタ構造を有する構造を製造するための他の例としてのプロセスが示されている。処理セグメントＳ２２１では、バルクシリコン５１上またはその上部に設けられたフォトダイオード５２、５３、５４上のディバイス積層５５を含むイニシャルフィルム積層が形成される。処理セグメントＳ２２３では、選択されたフォトダイオードの表面（例えば５３）に入射する光の特定の波長に対するカラー層（例えば９１）を最適化する所定の深さで、カラー材料がディバイス積層５５上に堆積される。処理セグメントＳ２２５では、カラー材料層（例えば９１）が、平面化のような方法により、選択されたフォトダイオード（例えば５３）の上の延伸されたフィルタ層の内に形成される。処理セグメントＳ２２７では、他のカラー材料が堆積されかつ平面化されるべきであるか否かの決定がなされる。他のカラー材料が撮像装置の一つまたはそれ以上の部分に堆積されるべきである場合には、次に処理セグメントＳ２２３が達成されて、他のカラー材料層（例えば９３）がディバイス積層５５およびディバイス層（例えば９１）の上の所定の深さまで先に形成されたカラー材料の上に堆積される。処理セグメントＳ２２５では、新しく堆積されたカラー材料層（例えば９３）が、選択されたフォトダイオード（例えば５２）の上部の延伸されたフィルタ層内に形成される。他の追加のカラー材料層が堆積不要となるまで、処理セグメントＳ２２３からＳ２２７まで処理が継続され、そして処理が終了する。
【００３６】
図７Ａを参照して、カラーフィルタアレイエレメント９３、９１または９５の多様な深さまたは大きさを、ディバイス層５５および特定のフォトダイオードに関して、それぞれのエレメントの変化する位置と組合せた、他の例としての実施形態が示されている。図７Ｂは、延伸されたダマシン層を有する種々の大きさにされたカラーフィルタエレメント９１、９３、９５を含む、ディバイス層５５の上のダマシン層５７の使用を示す。ダマシン層５７内のカラーフィルタエレメントの大きさは、あるエレメントの下方のフォトダイオードの上方の層を通る光の特定の波長の光路が最適化されるように、決定される。図７Ｃは、ダマシン層を有する最適化されたカラーフィルタエレメントを用いる、一例としての実施形態上で、マイクロレンズ９９をどのように用いることができるかを示す。マイクロレンズ９９は、ここに記述されたこの発明のどの実施形態においても用いることができることに注目しなければならない。
【００３７】
カラーフィルタが形成されるシーケンスは変更することができる。例えば、いくつかの例示された実施形態では、赤が形成され、次に緑、それから青である。しかしながらカラーフィルタの形成の順序は、この実施態様でも他の実施形態でも、このシーケンスに限定されることはない。カプセル封入層が、撮像装置の光学特性をさらに調整または調節する（tune or adjust）ために、この発明の実施形態と共に、または別個に用いることができることに、同様に留意しなければならない。
【００３８】
光学特性を最適化するために、ＣＦＡウィンドウの種々の材料、コーティングおよび大きさが、この発明と共に用いることができる。延伸されたダマシン層を形成し、平面化し、そして調整される特定のフォトダイオードの上の層の累積反射および吸収特性に選択的変化を提供するように選択されるコーティング層で覆うことができる。材料の選択は光による撮像能力によって限定されないので、この発明は、カラーフィルタリングのフォトレジストの使用に限定されないことに、さらに留意するべきである。カラーフィルタリングポリマー材料が同様に、カラーフィルタリングフォトレジストの代わりに用いることができる。
【００３９】
ディバイス積体層またはフォトダイオードそれら自身どちらかの上にある大きさが可変なＣＦＡウィンドウの使用は、モデルデータおよび集合的な層の特性に基づく撮像装置の光学特性を調整するための手段を提供する。光学特性は、組合せられた層の焦点特性、吸収性薄膜干渉および屈折特性を含む。最適化効果は、特定のダイオードに入射する各波長についての光強度の増加を含む。各ＣＦＡウィンドウはまた、異なる材料内を透過する異なる周波数の光の強度を調整または最適化するように設計することができる。言いかえれば、ＣＦＡウィンドウの深さは、ＣＦＡウィンドウに埋め込まれた微量添加物（ドーパント）および充填材料の屈折率に、部分的に依存する。従って、異なる材料の種々の深さが、フォトダイオードの収集領域において、適切な効果または最大の強度を得るために用いることができる。
【００４０】
この発明の他の態様は、異なるカラーの各々が基板を通ってフォトダイオードまで、最大の効率で伝わるように、どのように最適化することができるかに焦点を当てている。異なる大きさにされた材料は、特定のカラーに対して撮像層を通って最適化されたフィルタリングをすることができる顔料または染料を含むことができる。カラーまたは染料は、撮像装置の基板またはフォトダイオード上の積層と同じく光路を通ると予定される平均波長とコンパチブルである異なる光路長を有するキャビティ内に形成することができる。関心のある各波長範囲について積層における反射および吸収を最少にするために積層の厚さを調整することは、フォトダイオードにより収集される一般的に赤、緑、青またはシアン、マゼンタ、イエローである光の強度を増加させる。
【００４１】
種々のエッチング法をこの発明と共に用いることができる。例えば図８を参照すると、酸化物層の間に種々のエッチングストップを有する、２酸化珪素のような一群の酸化物層が提供される。第１のエッチングストップＮ1１０１まで、第１の酸化物層ＯＸ1１００上にエッチングを行うことができる。次にＮ1１０１のエッチングストップを通り抜けるために、エッチング化学が異なる化学エッチングに切り換えられ、さらにエッチングストップＮ2１０３に到達するまで、第２の酸化物層ＯＸ2１０２をエッチングで通り抜けるために、エッチング化学が他の化学エッチングに切り換えられる。次に、必要な場合は、第２のエッチングストップＮ2１０３をエッチングで通り抜けることができるエッチング化学への切り換えがなされる。次いで、この実施例ではバルクシリコン１０６上であるが、フォトダイオードまたは感光領域の近傍に配置することができるエッチングストップＮ3１０５まで、第３の酸化物層ＯＸ3１０５上にエッチングを行うことができる。イニシャルフィルム積層は、エッチングストップを、各層または選択された層の間に含むことができる。三つの全ての層を同時にエッチングすることができ、必要な場合はエッチングが続けられるように、最大の所望の深さまでエッチングされた、結果としてのキャビティをマスクすることができる。異なる層は、同じ材料であっても、また異なるエッチング化学または異なる酸化物の選択的なエッチングに敏感な異なる材料であってもよい。また、１回のフォトステップを実行して、異なる層を露光することもできる。
【００４２】
どんな層材料が用いられているかに依存して、異なる実施形態において異なる層について種々の厚さを用いることができる。例えば、窒化珪素が用いられる場合には、５００オングストロームの厚さを、エッチングストップのために用いることができる。他の材料が用いられる場合には、より薄い厚さが許される。同様に、各々がそれ自身の選択的化学特性を有する異なる酸化物層について異なる材料を使用することも可能である。異なるエッチング化学に敏感さを有する選択的なエッチングを希望する場合には、使用されるエッチングプロセスは、全てのフォトダイオード上に一度にキャビティを生成するために層を露光することを含み、次に全てのキャビティを第１の層または深さで同時にエッチングし、その後、エッチングストップを伴ってまたは伴わないで、最大の所望の深さに到達したキャビティをマスキングする。次に、必要な場合は、エッチングストップがエッチングで通り抜けることができ、その後、所望の深さまたは大きさまでエッチングダウンするために第２の層に対して化学エッチングを適用する。必要な場合は、エッチング、化学切り換え、エッチング、マスキング、エッチングのプロセスを、各カラーフィルタキャビティが所望の大きさにエッチングされるまで、繰り返すことができる。
【００４３】
以上に述べたピクセル構造は、少なくとも一つのピクセルがこの発明に従って構成されたピクセル構造であるようなピクセルのアレイを有する撮像装置に組込むことができる。この撮像装置１０９はそれ自身が、図９に示されるようなプロセッサシステム１０７を構成するために、プロセッサ１０９と結合してもよい。プロセッサシステム１０７は、撮像装置１０９の出力を受けることができるディジタル回路を有するシステムの例であり、ＣＭＯＳまたはＣＣＤ撮像装置を含む。限定するつもりはないが、そのようなシステムは、コンピュータシステム、カメラシステム、スキャナー、マシンビジョン、車両ナビゲーションシステム、ビデオフォン、監視システム、自動焦点システム、星追跡システム、動作探知システム、画像安定化システム、および高解像度テレビジョン用の圧縮システムを含むことができ、それらのすべてがこの発明を利用することができる。
【００４４】
例えばコンピュータシステムのようなプロセッサベースのシステムは、撮像装置１０９に加えて、一つまたはそれ以上の入力／出力装置１１０と交信する、例えばマイクロプロセッサである中央処理ユニットおよび記憶装置１０８を一般的に含んでいる。撮像装置は、バスまたは他の従来技術の通信経路により、プロセッサ１０８と交信する。プロセッサ１０８、撮像装置１０９および入力／出力装置１１０のような他の必要な部品を、単一のチップに集積することが望ましい。
【００４５】
この発明の種々の特定の実施形態について、説明がなされた。これらの実施形態は、当業者がこの発明を実施することを可能にする、充分な詳細を伴って記述されている。この発明の他の実施形態を用いることができ、かつこの発明の範囲または精神から逸脱することなく、構造的電気的変更をなしうることが理解されるべきである。
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図１Ｃ】
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【図１Ｄ】
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【図１Ｅ】
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【図１Ｆ】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図２Ｃ】
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【図２Ｄ】
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【図２Ｅ】
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【図２Ｆ】
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【図２Ｇ】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図３Ｃ】
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【図３Ｄ】
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【図３Ｅ】
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【図３Ｆ】
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【図３Ｇ】
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【図３Ｈ】
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【図３Ｉ】
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【図３Ｊ】
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【図３Ｋ】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図４Ｃ】
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【図４Ｄ】
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【図４Ｅ】
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【図４Ｆ】
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【図４Ｇ】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図５Ｃ】
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【図５Ｄ】
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【図５Ｅ】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図６Ｃ】
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【図６Ｄ】
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【図６Ｅ】
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【図６Ｆ】
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【図６Ｇ】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図７Ｃ】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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