(57)【要約】【課題】  共振器構造を含むイメージセンサを提供する。【解決手段】  第１の画素領域と第２の画素領域を有する基板と、前記基板の上に配置された共振器構造を含み、前記共振器構造は、前記第１の画素領域および前記第２の画素領域の上に配置された第１の金属層と、前記第１の金属層および前記第１の画素領域の上に配置された、第１の厚さを有する第１の絶縁層と、前記第１の金属層および前記第２の画素領域の上に配置された、前記第１の厚さより大きい第２の厚さを有する第２の絶縁層と、および前記第１の絶縁層および前記第２の絶縁層の上に配置された第２の金属層を含むイメージセンサ。【選択図】  図１Ｆ
2019186515.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の画素領域と第２の画素領域を有する基板と、
前記基板の上に配置された共振器構造を含み、前記共振器構造は、
前記第１の画素領域および前記第２の画素領域の上に配置された第１の金属層と、
前記第１の金属層および前記第１の画素領域の上に配置された、第１の厚さを有する第１の絶縁層と、
前記第１の金属層および前記第２の画素領域の上に配置された、前記第１の厚さより大きい第２の厚さを有する第２の絶縁層と、
前記第１の絶縁層および前記第２の絶縁層の上に配置された第２の金属層を含むイメージセンサ。
【請求項２】
前記基板は、第３の画素領域を更に含み、前記第２の画素領域は、前記第１の画素領域と前記第３の画素領域の間に配置され、前記共振器構造は、前記第１の金属層の上に、且つ前記基板の前記第３の画素領域の上に配置された第３の絶縁層を更に含み、前記第３の絶縁層は、前記第２の厚さより大きい第３の厚さを有する請求項１に記載のイメージセンサ。
【請求項３】
前記基板と前記第１の金属層の間に配置された第１の保護層と、前記第２の金属層の上に配置された第２の保護層を更に含み、
前記第１の保護層および前記第２の保護層は、ＳｉＯ２、またはＡｌ２Ｏ３を含む請求項１または請求項２に記載のイメージセンサ。
【請求項４】
前記共振器構造は、
前記第２の金属層の上に配置された第３の金属層と、
前記第３の金属層および前記第１の画素領域の上に配置された第４の絶縁層と、
第４の絶縁層の上に配置された第４の金属層を更に含む請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載のイメージセンサ。
【請求項５】
前記共振器構造は、
前記第２の金属層および前記第１の画素領域の上に配置された第４の絶縁層と、
前記第４の絶縁層の上に配置された第３の金属層を更に含む請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載のイメージセンサ。
【請求項６】
前記第１の絶縁層および前記第２の絶縁層は、ポジ型感光性材料または誘電材料を含み、前記第１の金属層および前記第２の金属層は、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｃｄ、Ｒｕ、Ｔｉ、Ａｌ、Ｍｇ、Ｖ、Ｈｆ、Ｇｅ、Ｍｎ、Ｃｒ、Ｗ、Ｔａ、Ｉｒ、Ｚｎ、Ｃｕ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ａｕ、Ｐｔ、Ｓｎ 、Ｎｉ、Ｔｅ、Ａｇ、合金、またはそれらの組み合わせを含む請求項１〜請求項５のいずれか１項に記載のイメージセンサ。
【請求項７】
イメージセンサを形成する方法であって、
第１の画素領域および第２の画素領域を有する基板を提供するステップと、
前記基板の上に共振器構造を形成するステップを含み、前記共振器構造を形成するステップは、
前記第１の画素領域および前記第２の画素領域の上に第１の金属層を形成するステップと、
前記第１の金属層の上に、且つ前記第１の画素領域の上に、第１の厚さを有する第１の絶縁層を形成するステップと、
前記第１の金属層の上に、且つ前記第２の画素領域の上に、前記第１の厚さより大きい第２の厚さを有する第２の絶縁層を形成するステップと、
前記第１の絶縁層および前記第２の絶縁層の上に第２の金属層を形成するステップを含む方法。
【請求項８】
前記基板は、第３の画素領域を更に含み、前記第２の画素領域は、前記第１の画素領域と前記第３の画素領域の間に配置され、前記共振器構造を形成するステップは、
前記第１の金属層の上に、且つ前記第３の画素領域の上に、前記第２の厚さより大きい第３の厚さを有する第３の絶縁層を形成するステップを更に含む請求項７に記載の方法。
【請求項９】
前記第１の絶縁層および前記第２の絶縁層を形成するステップは、
前記第１の画素領域と前記第２の画素領域の上に感光性材料層を形成するステップと、
多階調マスクを用いて感光性材料層を露光して、前記第１の絶縁層が前記第１の厚さを有し、前記第２の絶縁層が前記第２の厚さを有するように前記第１の絶縁層と前記第２の絶縁層を形成するステップを含み、
前記感光性材料層は、ポジ型フォトレジストで形成され、前記第１の絶縁層の前記第１の厚さが前記第２の絶縁層の前記第２の厚さより小さくなる請求項７または請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
前記基板と前記第１の金属層の間に第１の保護層を形成するステップと、
前記第２の金属層の上に第２の保護層を形成するステップを更に含み、前記共振器構造を形成するステップは、
前記第２の金属層の上に、且つ前記第１の画素領域の上に、第４の絶縁層を形成するステップと、
前記第４の絶縁層の上に、且つ前記第４の絶縁層と前記第２の保護層の間に形成された第３の金属層を形成するステップを更に含む請求項７〜請求項９のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１１】
前記第１の絶縁層および前記第２の絶縁層を形成するステップは、
前記基板の前記第１の画素領域と前記第２の画素領域の上にスペーサ層を形成するステップと、
前記スペーサ層の上に感光性材料層を形成するステップと、
多階調マスクを用いて感光性材料層を露光して、前記第１の画素領域の上に第４の厚さを有する第１のエッチングバッファ層、および前記第２の画素領域の上に前記第４の厚さより大きい第５の厚さを有する第２のエッチングバッファ層を形成するステップを含み、
前記感光性材料層は、ポジ型フォトレジストで形成され、前記スペーサ層は、絶縁層を含む請求項７〜請求項１０のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１２】
前記第１の絶縁層および前記第２の絶縁層を形成するステップは、
前記第１のエッチングバッファ層および前記第２のエッチングバッファ層を除去するエッチングプロセスを行い、前記第１の絶縁層が前記第１の厚さを有し、前記第２の絶縁層が前記第２の厚さを有するように前記スペーサ層の一部を除去するステップを含み、
前記スペーサ層の前記一部を除去するステップは、
前記第１の画素領域内の前記スペーサ層の第１の部分を除去するステップと、
前記第２の画素領域内の前記スペーサ層の第２の部分を除去するステップを含み、前記第２の部分は前記第１の部分より小さい請求項１１に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、イメージセンサに関するものであり、特に、共振器構造を含むイメージセンサに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
デジタル技術の発展に伴い、イメージセンサは社会で広く用いられるようになってきた。例えば、イメージセンサは、テレビ、ノートパソコン、コンピュータ、携帯電話、およびスマートフォンなどの現代の情報と通信機器に適用されている。また、イメージセンサの各世代は、より薄型、より軽量、より小型、よりファッショナブルになるように開発されてきた。
【０００３】
イメージセンサは、それらの意図された目的のために一般的には適切であるが、それらは全ての面において完全に満足のいくものではない。従って、イメージセンサを改善するための解決策を提供することが望ましい。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
共振器構造を含むイメージセンサおよびその形成方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
いくつかの実施形態による、イメージセンサが提供される。イメージセンサは、第１の画素領域と第２の画素領域を有する基板を含む。イメージセンサは、基板の上に配置された共振器構造も含む。共振器構造は、第１の画素領域および第２の画素領域の上に第１の金属層を含む。共振器構造は、第１の金属層および第１の画素領域の上に第１の絶縁層も含む。第１の絶縁層は、第１の厚さを有する。共振器構造は、第１の金属層および第２の画素領域の上に第２の絶縁層を更に含む。第２の絶縁層は、第１の厚さより大きい第２の厚さを有する。また、共振器構造は、第１の絶縁層および第２の絶縁層の上に第２の金属層を含む。
【０００６】
いくつかの実施形態による、イメージセンサを形成する方法が提供される。この方法は、第１の画素領域および第２の画素領域を有する基板を提供するステップを含む。この方法は、基板の上に共振器構造を形成するステップも含む。共振器構造を形成するステップは、基板の第１の画素領域および第２の画素領域の上に第１の金属層を形成するステップを含む。共振器構造を形成するステップは、第１の金属層の上に、且つ基板の第１の画素領域の上に第１の絶縁層を形成するステップも含む。第１の絶縁層は、第１の厚さを有する。共振器構造を形成するステップは、第１の金属層の上に、且つ第２の画素領域の上に第２の絶縁層を形成するステップも含む。第２の絶縁層は、第１の厚さより大きい第２の厚さを有する。また、共振器構造を形成するステップは、第１の絶縁層および第２の絶縁層の上に第２の金属層を形成するステップを含む。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、共振器構造を含むイメージセンサおよびその形成方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１Ａ】図１Ａは、いくつかの実施形態に係る、イメージセンサを形成するプロセスの様々な段階の断面図である。
【図１Ｂ】図１Ｂは、いくつかの実施形態に係る、イメージセンサを形成するプロセスの様々な段階の断面図である。
【図１Ｃ】図１Ｃは、いくつかの実施形態に係る、イメージセンサを形成するプロセスの様々な段階の断面図である。
【図１Ｄ】図１Ｄは、いくつかの実施形態に係る、イメージセンサを形成するプロセスの様々な段階の断面図である。
【図１Ｅ】図１Ｅは、いくつかの実施形態に係る、イメージセンサを形成するプロセスの様々な段階の断面図である。
【図１Ｆ】図１Ｆは、いくつかの実施形態に係る、イメージセンサを形成するプロセスの様々な段階の断面図である。
【図２Ａ】図２Ａは、いくつかの実施形態に係る、イメージセンサを形成するプロセスの様々な段階の断面図である。
【図２Ｂ】図２Ｂは、いくつかの実施形態に係る、イメージセンサを形成するプロセスの様々な段階の断面図である。
【図２Ｃ】図２Ｃは、いくつかの実施形態に係る、イメージセンサを形成するプロセスの様々な段階の断面図である。
【図２Ｄ】図２Ｄは、いくつかの実施形態に係る、イメージセンサを形成するプロセスの様々な段階の断面図である。
【図２Ｅ】図２Ｅは、いくつかの実施形態に係る、イメージセンサを形成するプロセスの様々な段階の断面図である。
【図３】図３は、いくつかの実施形態に係る、イメージセンサの断面図である。
【図４】図４は、いくつかの実施形態に係る、イメージセンサの断面図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
本開示のフィルタコリメータは、以下の説明で詳述される。以下の発明を実施するための形態では、説明のために、多数の特定の詳細および実施形態が本開示の完全な理解を提供するために明記されている。以下の発明を実施するための形態で説明された特定の構成要素および構造は、本開示を明瞭に説明するために記述されている。しかしながら、本明細書で記述される例示的な実施形態は、単に説明のために用いられることは明らかであり、発明の概念は、これらの例示的な実施形態に限定されることなく、種々の形態で実施することができる。また、異なる実施形態の図面では、本開示を明瞭に説明するために、類似の番号および／または対応の番号を用いて、類似の構成要素および／または対応の構成要素を示すことができる。しかしながら、異なる実施形態の図面では、類似の番号および／または対応の番号の使用は、異なる実施形態間の相関関係を示唆するものではない。また、この明細書では、例えば、「第２の材料層上／第２の材料層の上方に配置された」などの表現は、第１の材料層および第２の材料層の直接接触の状況を含む。または１つ以上の他の材料層との離間状態も含むことができる。上述の状況では、第１の材料層と第２の材料層との間は直接接触しなくてもよい。また、この明細書では、例えば、「第２の材料層上／第２の材料層の上方に配置された第１の材料層」などの表現は、第１の材料層および第２の材料層の直接接触、または第１の材料層と第２の材料層との間の１つ以上の中間層との非接触状態を指している。上述の状況では、第１の材料層は、第２の材料層に直接接触しなくてもよい。
【００１０】
本開示の図面の構成要素または装置は、当業者に公知のどんな形式または構成にも存在することができるということが留意されるべきである。また、「もう１つの層を覆う（ｏｖｅｒｌｙｉｎｇ）層」、「層はもう１つの層の上方（ａｂｏｖｅ）に配置される」、「層はもう１つの層上（ｏｎ）に配置される」、および「層はもう１つの層の上方（ｏｖｅｒ）に配置される」などの表現は、層がもう１つの層と直接接触することを指すだけでなく、層がもう１つの層とは直接接触せず、層ともう１つの層との間に配置された１つ以上の中間層があることも指すことができる。
【００１１】
また、この明細書では、関連する表現が用いられる。例えば、「より低い」、「底部」、「より高い」、または「上部」は、もう１つに対する１つの構成要素の位置を説明するのに用いられる。仮に装置が上下反転された場合、「より低い」側の構成要素は、「より高い」側の構成要素となる、ということが了解されるべきである。
【００１２】
用語「約」および「大抵」は、一般的に、所定値の＋／−２０％を意味し、より一般的に、所定値の＋／−１０％を意味し、より一般的に、所定値の＋／−５％を意味し、より一般的に、所定値の＋／−３％を意味し、より一般的に、所定値の＋／−２％を意味し、より一般的に、所定値の＋／−１％を意味し、さらにより一般的に、所定値の＋／−０．５％を意味する。本開示の所定値は、近似値である。特定の説明がないとき、所定値は、「約」または「大抵」の意味を含む。
【００１３】
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ことができ、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てはならない。これらの用語は単に一素子、構成要素、領域、層、および／または部分を識別するのに用いられることは理解される。従って、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技術から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／または部分と呼ばれてもよい。
【００１４】
特に定義されなければ、本明細書で使用される全ての技術的および科学的用語は、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、理想化された又は過度に形式的な意味で解釈されない。
【００１５】
例示的な実施態様の記述は、添付図面と関連して読まれるためのものであり、全ての説明文の一部と考えられる。図は縮尺通りに描かれない。また、構造および装置は、図を簡素化するために概略的に示されている。
【００１６】
説明において、相対的な用語、例えば“下方”“上方”“水平”“垂直”“上の”“下の”“上”“下”“上部”“底部”などと、その派生語（例えば“水平に”“下方に”“上方に”など）は、記述されるように、または、議論において図面に示されるように、方向を示すものとして解釈されるべきである。これらの関連用語は、説明の便宜上のためのものであり、装置が特定の方向で構成される、または動作されることを必要とするものではない。「接合された」または「相互接続された」などの接合、結合などに関連する用語は、特に記述されない限り、構造が直接または間接的に中間構造によって、互いに固定または接合された関係を示し、２つの構造が可動、または強固に接合された関係を示してもよい。
【００１７】
図１Ａ〜図１Ｆに示すように、図１Ａ〜図１Ｆは、いくつかの実施形態による、イメージセンサ１００を形成するプロセスの様々な段階の断面図である。図１Ａに示すように、イメージセンサは基板１０２を含む。基板１０２は、これに限定されるものではないが、シリコン基板などの半導体基板を含むことができる。また、基板１０２は、シリコン基板などの半導体基板を含むことができるが、これに限定されるものではない。また、基板１０２は、ゲルマニウムを含み得る元素半導体、炭化ケイ素、ヒ化ガリウム、リン化ガリウム、リン化インジウム、ヒ化インジウム、および／またはアンチモン化インジウムを含み得る化合物半導体、ＳｉＧｅ合金、ＧａＡｓＰ合金、ＡｌＩｎＡｓ合金、ＡｌＧａＡｓ合金、ＧａＩｎＡｓ合金、ＧａＩｎＰ合金、および／またはＧａＩｎＡｓＰ合金、またはその組み合わせを含み得る。また、基板１０２は、半導体オンインシュレータ（ＳＯＩ）を含むことができる。
【００１８】
いくつかの実施形態では、図１Ａに示されるように、基板１０２は、第１の画素領域１０４ａ、第２の画素領域１０４ｂ、第３の画素領域１０４ｃ、および第４の画素領域１０４ｄを含む。いくつかの実施形態では、第１の画素領域１０４ａ、第２の画素領域１０４ｂ、第３の画素領域１０４ｃ、および第４の画素領域１０４ｄのそれぞれは、異なる波長の光を受光することができる。
【００１９】
いくつかの実施形態では、図１Ａに示すように、基板１０２は、第１の画素領域１０４ａ、第２の画素領域１０４ｂ、第３の画素領域１０４ｃ、および第４の画素領域１０４ｄのそれぞれに対応するフォトダイオード１０６を含む。フォトダイオード１０６は、ｐ−ｎ接合構造またはＰＩＮ（ｐ型、真性、およびｎ型）構造を含むことができる。電流は、光子がフォトダイオード１０６に吸収されたとき、生成され、光の信号は、電流信号内に変換される。
【００２０】
また、配線層（図示せず）は２つの隣接するフォトダイオード１０６の間に配置される。配線層は、導電性材料からなる。導電性材料は、銅、アルミニウム、モリブデン、タングステン、金、クロム、ニッケル、白金、チタン、イリジウム、ロジウム、上記合金、および他の適用可能な金属導電性材料、またはその組み合わせを含む。配線層は、フォトダイオード１０６に当たらない光を吸収するように構成される。
【００２１】
図１Ａに示される基板１０２は、本開示の概念をより良く理解するための単なる例であり、本開示の範囲は限定することを意図するものではないことに留意されたい。即ち、フォトダイオード１０６の他に、基板１０２は、様々な実施形態において、より多くの半導体素子を含むことができる。
【００２２】
いくつかの実施形態では、図１Ａに示されるように、イメージセンサは、第１の画素領域１０４ａ、第２の画素領域１０４ｂ、第３の画素領域１０４ｃ、および第４の画素領域１０４ｄのそれぞれに対応する保護層１０８も含む。保護層１０８は、後続して形成される導波路または共振器構造を保護するために用いられることができる。いくつかの実施形態では、保護層１０８は誘電体材料を含む。例えば、保護層１０８の材料は、二酸化ケイ素、酸化ハフニウム、酸化ジルコニウム、酸化アルミニウム、酸窒化ケイ素、二酸化ハフニウム‐アルミナ合金、ハフニウムシリコン酸化物、酸窒化シリコンハフニウム、酸化ハフニウムタンタル、酸化ハフニウムチタン、酸化ハフニウムジルコニウム、他の適切な高k材料、またはそれらの組み合わせを含むことができる。
【００２３】
保護層１０８の材料の選択は、後続して形成される金属層の材料によって決めることができる。いくつかの実施形態では、保護層１０８は、ＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３または他の適切な材料で形成される。
【００２４】
続けて、図１Ｂに示されるように、いくつかの実施形態による、金属層１１０が各保護層１０８の上にそれぞれ形成される。金属層１１０は、後続して形成される導波路または共振器構造の底部金属層として用いられることができる。いくつかの実施形態では、金属層１１０は、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｃｄ、Ｒｕ、Ｔｉ、Ａｌ、Ｍｇ、Ｖ、Ｈｆ、Ｇｅ、Ｍｎ、Ｃｒ、Ｗ、Ｔａ、Ｉｒ、Ｚｎ、Ｃｕ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ａｕ、Ｐｔ、Ｓｎ、Ｎｉ、Ｔｅ、Ａｇ、合金、またはそれらの組み合わせを含む。
【００２５】
金属層１１０の材料の選択は、後続して形成される導波路または共振器構造を通過することができる光の波長によって決まる。いくつかの実施形態では、金属層１１０は、Ｃｕ、Ａｌ、Ａｇまたは上述の合金からなる。いくつかの実施形態では、金属層１１０の厚さは、約１０ｎｍ〜約１０μｍの範囲内である。図１Ｂに示されように、第１の画素領域１０４ａ、第２の画素領域１０４ｂ、第３の画素領域１０４ｃ、および第４の画素領域１０４ｄの金属層１１０の厚さは同じである。多くの変形および／または変更が、本開示の実施形態に行われ得る。いくつかの実施形態では、第１の画素領域１０４ａ、第２の画素領域１０４ｂ、第３の画素領域１０４ｃ、および第４の画素領域１０４ｄの金属層１１０の厚さは互いに異なる。
【００２６】
続いて、図１Ｃに示されるように、いくつかの実施形態による、絶縁層１１２が各金属層１１０の上に形成される。絶縁層１１２は、後続して形成される導波路または共振器構造の共振空洞として用いられる。
【００２７】
いくつかの実施形態では、絶縁層１１２は、感光性材料を含む。この感光性材料は、ジエトキシアセトフェノン、ベンゾフェノン、ベンジルベンゾインイソブチルエーテル、ベンジルジメチルケタール、芳香族ジアゾニウム塩、トリアリルスルホニウム塩、ジアリオドニウム塩、メタロセン化合物、およびそれらの混合物からなる群から選択される光開始剤を含む。感光性材料は、二重結合化合物、エポキシ官能基を有する化合物、およびそれらの混合物からなる群から選択される感光性重合性モノマー（ｐｈｏｔｏｓｅｎｓｉｔｉｖｅ ｐｏｌｙｍｅｒｉｚａｂｌｅ ｍｏｎｏｍｅｒｓ）またはオリゴマー、エポキシ官能基を有する化合物およびそれらの混合物、ならびに長鎖アルキル官能基、シリコーンアルキル化合物、二重結合化合物およびそれらの混合物からなる群から選択される変性剤を含む。絶縁層１１２の厚さは、異なる波長の光を通過させる、後続して形成される絶縁層１１２ａ〜１１２ｄの厚さより決定される。例えば、絶縁層１１２の厚さは、約１μｍ〜約２０μｍの範囲内である。
【００２８】
続いて、図１Ｄに示されるように、絶縁層１１２の一部が除去され、第１の画素領域１０４ａ上の絶縁層１１２ａ、第２の画素領域１０４ｂ上の絶縁層１１２ｂ、第３の画素領域１０４ｃ上の絶縁層１１２ｃ、第４の画素領域１０４ｄ上の絶縁層１１２ｄが形成される。いくつかの実施形態では、図１Ｄに示されるように、絶縁層１１２ａ、１１２ｂ、１１２ｃ、および１１２ｄは、異なる厚さを有する。
【００２９】
いくつかの実施形態では、絶縁層１１２ａ、１１２ｂ、１１２ｃ、および１１２ｄは、ポジ型フォトレジストからなる。ポジ型フォトレジスト材料は、光に露光された後、分解する。ポジ型フォトレジストの材料は、フェノールホルムアルデヒド樹脂、エポキシ樹脂、または他の適切な材料を含む。
【００３０】
いくつかの実施形態では、絶縁層１１２ａ、１１２ｂ、１１２ｃ、および１１２ｄは、リソグラフィプロセスによって形成される。いくつかの実施形態では、多階調マスク１６０が絶縁層１１２の除去を助長するのに用いられ、絶縁層１１２ａ、１１２ｂ、１１２ｃ、および１１２ｄを形成する。図１Ｄに示されるように、多階調マスク１６０は、第１の画素領域１０４ａ、第２の画素領域１０４ｂ、第３の画素領域１０４ｃ、第４の画素領域１０４ｄに対応する光透過領域１６２ａ、光透過領域１６２ｂ、光透過領域１６２ｃ、および光透過領域１６２ｄをそれぞれ含む。光透過領域１６２ａ、１６２ｂ、１６２ｃ、および１６２ｄは、異なる密度の材料で充填され、光透過領域１６２ａ、１６２ｂ、１６２ｃ、１６２ｄが異なる光透過率を有することができるようになる。その結果、光線１５０が多階調マスク１６０を通過したとき、異なる光量が光透過領域１６２ａ、１６２ｂ、１６２ｃ、および１６２ｄを通過する。この実施形態では、図１Ｄに示されるように、光透過領域１６２ｄの充填材料の密度は、光透過領域１６２ｃの充填材料の密度より大きく、光透過領域１６２ｃの充填材料の密度は、光透過領域１６２ｂの充填材料の密度より大きく、且つ光透過領域１６２ｂの充填材料の密度は、光透過領域１６２ａの充填材料の密度より大きい。その結果、光透過領域１６２ｄの光透過率は光透過領域１６２ｃの光透過率より小さく、光透過領域１６２ｃの光透過率は光透過領域１６２ｂの光透過率より小さく、且つ光透過領域１６２ｂの光透過率は光透過領域１６２ａの光透過率より小さい。
【００３１】
絶縁層１１２ａ、１１２ｂ、１１２ｃ、および１１２ｄの厚さは、光透過領域１６２ａ、１６２ｂ、１６２ｃ、および１６２ｄの光透過率によってそれぞれ決まる。いくつかの実施形態では、光線１５０を多階調マスク１６０で露光し、絶縁層１１２に現像処理を行った後、第１の画素領域１０４ａ上の絶縁層１１２ａは、厚さＴ１を有し、第２の画素領域１０４ｂ上の絶縁層１１２ｂは、厚さＴ１より大きい厚さＴ２を有し、第３の画素領域１０４ｃ上の絶縁層１１２ｃは、厚さＴ２より大きい厚さＴ３を有し、第４の画素領域１０４ｄ上の絶縁層１１２ｄは、厚さＴ３より大きい厚さＴ４を有する。いくつかの実施形態では、絶縁層１１２ａ、１１２ｂ、１１２ｃ、および１１２ｄの厚さは、約１００ｎｍ〜約１０μｍの範囲内である。
【００３２】
続けて、図１Ｅに示されるように、いくつかの実施形態による、金属層１１４が絶縁層１１２ａ、１１２ｂ、１１２ｃ、および１１２ｄの上にそれぞれ形成される。金属層１１４が形成された後、導波路１３０ａ、導波路１３０ｂ、導波路１３０ｃ、および導波路１３０ｄが形成される。その結果、導波路１３０ａ、１３０ｂ、１３０ｃ、および１３０ｄを含む共振器構造１３０が形成される。金属層１１４は、共振器構造１３０の導波路１３０ａ、１３０ｂ、１３０ｃ、および１３０ｄの上部金属層として用いられることができる。いくつかの実施形態では、金属層１１４は、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｃｄ、Ｒｕ、Ｔｉ、Ａｌ、Ｍｇ、Ｖ、Ｈｆ、Ｇｅ、Ｍｎ、Ｃｒ、Ｗ、Ｔａ、Ｉｒ、Ｚｎ、Ｃｕ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ａｕ、Ｐｔ、Ｓｎ 、Ｎｉ、Ｔｅ、Ａｇ、合金、またはそれらの組み合わせを含む。
【００３３】
金属層１１４の材料の選択は、導波路１３０ａ、１３０ｂ、１３０ｃ、および１３０ｄを通過することができる光の波長によって決まる。いくつかの実施形態では、金属層１１４は、Ｃｕ、Ａｌ、Ａｇ、またはこれらの合金からなる。いくつかの実施形態では、金属層１１４の厚さは、約１０ｎｍ〜約１０μｍの範囲内である。図１Ｅに示されように、第１の画素領域１０４ａ、第２の画素領域１０４ｂ、第３の画素領域１０４ｃ、および第４の画素領域１０４ｄの金属層１１４の厚さは同じである。多くの変形および／または変更が、本開示の実施形態に行われ得る。いくつかの実施形態では、第１の画素領域１０４ａ、第２の画素領域１０４ｂ、第３の画素領域１０４ｃ、および第４の画素領域１０４ｄの金属層１１０の厚さは互いに異なる。
【００３４】
いくつかの実施形態では、図１Ｅに示されるように、金属層１１４の厚さは、金属層１１０の厚さと同じである。多くの変形および／または変更が、本開示の実施形態に行われ得る。いくつかの実施形態では、金属層１１４の厚さは、金属層１１０の厚さと異なる。
【００３５】
図１Ｅに示されるように、共振器構造１３０は、第１の画素領域１０４ａ、第２の画素領域１０４ｂ、第３の画素領域１０４ｃ、および第４の画素領域１０４ｄに対応する導波路１３０ａ、１３０ｂ、１３０ｃ、および１３０ｄをそれぞれ含む。各導波路１３０ａ、１３０ｂ、１３０ｃ、および１３０ｄは、底部金属層（例えば、金属層１１０）、絶縁層（例えば、絶縁層１１２ａ、１１２ｂ、１１２ｃ、および１１２ｄ）および上部金属層（例えば、金属層１１４）をＭＩＭ構造として形成する。図１Ｅに示されるように、絶縁層は、底部金属層と上部金属層の間に挟設されている。また、各導波路１３０ａ、１３０ｂ、１３０ｃ、および１３０ｄは、光を伝送させる少なくとも２つの開口（図示せず）のケーブルも含む。導波路と共振している光の共鳴波長は、非共鳴波長より大きな透過率を有する。即ち、導波路１３０ａ、１３０ｂ、１３０ｃ、および１３０ｄは特定の波長の光をそれぞれ通過させる。
【００３６】
共振器構造１３０を通過する光の波長は、底部金属層と上部金属層の間に挟設された絶縁層の厚さによって決まる。いくつかの実施形態では、図１Ｅに示されるように、絶縁層１１２ａ、１１２ｂ、１１２ｃ、および１１２ｄの厚さは、導波路１３０ａ、１３０ｂ、１３０ｃ、および１３０ｄを通過する光の波長にそれぞれ影響を及ぼす。絶縁層１１２ａ、１１２ｂ、１１２ｃ、および１１２ｄがそれぞれ異なる厚さを有するため、第１の画素領域１０４ａ、第２の画素領域１０４ｂ、第３の画素領域１０４ｃ、および第４の画素領域１０４ｄのフォトダイオード１０６は、異なる波長の光を受光する。
【００３７】
続けて、図１Ｆに示されるように、いくつかの実施形態による、保護層１１６は、各金属層１１４の上に形成される。保護層１１６は、共振器構造１３０を保護するために用いられることができる。保護層１１６の材料の選択は、金属層１１４の材料によって決まる。いくつかの実施形態では、保護層１１６の材料は、保護層１０８の材料と同じかまたは類似する。
【００３８】
保護層１１６が形成された後、イメージセンサ１００が形成される。上述のように、導波路１３０ａ、１３０ｂ、１３０ｃ、および１３０ｄは、異なる波長の光を通過させる。従って、導波路１３０ａ、１３０ｂ、１３０ｃ、および１３０ｄは、カラーフィルタとして用いられることができる。また、共振器構造１３０は、イメージセンサ１００の発光分光器として用いられることができる。また、絶縁層１１２を除去するステップでは、異なる厚さを有する絶縁層１１２ａ、１１２ｂ、１１２ｃ、および１１２ｄを、光線１５０の露光時に多階調マスク１６０を用いて一ステップで形成することができる。その結果、イメージセンサ１００の製造プロセスは、簡略化され、コストが低減される。
【００３９】
図２Ａ〜図２Ｅに示すように、図２Ａ〜図２Ｅは、イメージセンサ２００を形成するプロセスの様々な段階の断面図である。図２Ａに示すように、図２Ａは、いくつかの実施形態による、図１Ｂに示されたプロセスの段階を実行した後の断面図である。
【００４０】
図２Ａに示されるように、いくつかの実施形態による、スペーサ層１１８は、各金属層１１０の上に、第１の画素領域１０４ａ、第２の画素領域１０４ｂ、第３の画素領域１０４ｃ、および第４の画素領域１０４ｄの上にそれぞれ形成される。スペーサ層１１８は、後続して形成される導波路または共振器構造の絶縁層として用いられる。いくつかの実施形態では、スペーサ層１１８は、低屈折率材料を含む。例えば、スペーサ層１１８は、誘電体材料であることができる。誘電体材料は、リンケイ酸ガラス（ＰＳＧ）、ホウ素リンケイ酸ガラス（ＢＰＳＧ）、低誘電率（ｌｏｗ‐ｋ）誘電体材料、および他の適用可能な誘電体材料を含む。低誘電率誘電体材料は、これに限定されるものではないが、フッ素化シリカガラス（ＦＳＧ）、炭素ドープ酸化ケイ素、非晶質フッ素化炭素、パリレン、ビスベンゾシクロブテン（ＢＣＢ）、ポリイミド、上述の材料の組み合わせ、およびその他の適用可能な材料を含む。スペーサ層１１８の厚さは、異なる波長の光を通過させる、後続して形成される絶縁層１１８ａ〜１１８ｄの厚さより決定される。例えば、スペーサ層１１８の厚さは、約１μｍ〜約２０μｍの範囲内である。
【００４１】
続いて、図２Ｂに示されるように、いくつかの実施形態による、感光性材料層１２０は、各スペーサ層１１８の上にそれぞれ形成される。いくつかの実施形態では、感光性材料層１２０は、後続のプロセスにおいてスペーサ層１１８の除去を助長するエッチングバッファ層として用いられる。いくつかの実施形態では、感光性材料層１２０は、露光後に分解するポジ型フォトレジストである。
【００４２】
続けて、図２Ｃに示されるように、感光性材料層１２０の部分は、多階調マスク１６０を用いて光線１５０に露光され、現像処理が感光性材料層１２０に行われて、エッチングバッファ層１２０ａ、エッチングバッファ層１２０ｂ、エッチングバッファ層１２０ｃ、およびエッチングバッファ層１２０ｄが形成される。図２Ｃに示されるように、露光プロセスの間、多階調マスク１６０が用いられ、第１の画素領域１０４ａ上のエッチングバッファ層１２０ａ、第２の画素領域１０４ｂ上のエッチングバッファ層１２０ｂ、第３の画素領域１０４ｃ上のエッチングバッファ層１２０ｃと、第４の画素領域１０４ｄ上のエッチングバッファ層１２０ｄは、異なる厚さを有する。図２Ｃに示された除去プロセスは、図１Ｄに示されたプロセスと同一または類似であり、その詳細な説明は省略する。
【００４３】
エッチングバッファ層１２０ａ、１２０ｂ、１２０ｃ、および１２０ｄの厚さは、光透過領域１６２ａ、１６２ｂ、１６２ｃ、および１６２ｄの光透過率によってそれぞれ決まる。いくつかの実施形態では、図２Ｃに示されるように、第１の画素領域１０４ａ上のエッチングバッファ層１２０ａは、厚さＴ５を有し、第２の画素領域１０４ｂ上のエッチングバッファ層１２０ｂは、厚さＴ５より厚い厚さＴ６を有し、第３の画素領域１０４ｃ上のエッチングバッファ層１２０ｃは、厚さＴ６より大きい厚さＴ７を有し、且つ第４の画素領域１０４ｄ上のエッチングバッファ層１２０ｄは、厚さＴ７より大きい厚さＴ８を有する。
【００４４】
続いて、図２Ｄに示されるように、いくつかの実施形態による、スペーサ層１１８の部分は、エッチングプロセス１７０によって除去され、絶縁層１１８ａ、絶縁層１１８ｂ、絶縁層１１８ｃ、および絶縁層１１８ｄが形成されるようになる。また、エッチングバッファ層１２０ａ、１２０ｂ、１２０ｃ、および１２０ｄは、エッチングプロセス１７０の間に、完全に除去される。エッチングプロセス１７０は、ドライエッチングプロセスを含むことができる。ドライエッチングプロセスは、プラズマエッチングプロセスまたは他の適用可能なエッチングプロセスを含む。いくつかの実施形態では、エッチングプロセスで用いられエッチング液は、炭素、塩素、およびフッ素を含む。例えば、エッチングプロセスで用いられるエッチング液は、塩素（Ｃｌ２）、テトラフルオロメタン（ＣＦ４）、フルオロメタン（ＣＨ３Ｆ）、ヘキサフルオロブタジエン（Ｃ４Ｆ６）、または他の適切なエッチングガスを含むことができる。
【００４５】
いくつかの実施形態では、エッチングバッファ層１２０ａ、１２０ｂ、１２０ｃ、および１２０ｄは、それぞれ絶縁層１１８ａ、１１８ｂ、１１８ｃ、および１１８ｄの厚さを制御するために用いられる。いくつかの実施形態では、絶縁層１１８ａ、１１８ｂ、１１８ｃ、および１１８ｄの厚さは、それぞれエッチングバッファ層１２０ａ、１２０ｂ、１２０ｃ、および１２０ｄの厚さによって決まる。図２Ｄに示されるように、第１の画素領域１０４ａ上の絶縁層１１８ａは厚さＴ５’を有し、第２の画素領域１０４ｂ上の絶縁層１１８ｂは厚さＴ５’より厚い厚さＴ６’を有し、第３の画素領域１０４ｃ上の絶縁層１１８ｃは、厚さＴ６’より大きい厚さＴ７’を有し、第４の画素領域１０４ｄ上の絶縁層１１８ｄは、厚さＴ７’より大きい厚さＴ８’を有する。この実施形態では、絶縁層１１８ａ、１１８ｂ、１１８ｃ、および１１８ｄ間の厚さの関係は、エッチングバッファ層１２０ａ、１２０ｂ、１２０ｃ、および１２０ｄ間の厚さの関係と同じである。
【００４６】
続いて、図２Ｅに示されるように、いくつかの実施形態による、金属層１１４、および保護層１１６は、絶縁層１１８ａ、１１８ｂ、１１８ｃ、および１１８ｄにそれぞれ形成され、共振器構造１３０を構成する導波路１３０ａ、１３０ｂ、１３０ｃ、および１３０ｄが形成されて、イメージセンサ２００が作製される。図２Ｄに示される構造〜図２Ｅに示される構造のプロセスは、図１Ｅに示される構造〜図１Ｆに示される構造のプロセスと同様であることができるため、その詳細な説明は省略する。
【００４７】
図２Ｅに示されるように、導波路１３０ａ、１３０ｂ、１３０ｃ、および１３０ｄは、底部金属層（例えば、金属層１１０）、絶縁層（例えば、絶縁層１１８ａ、１１８ｂ、１１８ｃ、および１１８ｄ）および上部金属層（例えば、金属層１１４）を含む。上述のように、導波路１３０ａ、１３０ｂ、１３０ｃ、および１３０ｄは異なる波長の光を通過させる。従って、導波路１３０ａ、１３０ｂ、１３０ｃ、および１３０ｄは、カラーフィルタとして用いられることができる。また、共振器構造１３０は、イメージセンサ２００の発光分光器として用いられることができる。この実施形態では、エッチングバッファ層を形成する感光層は、絶縁層の厚さを制御するために用いられるため、絶縁層はポジ型感光性材料以外の誘電材料から選択することができる。
【００４８】
多くの変形および／または変更が、本開示の実施形態に行われ得る。いくつかの実施形態では、導波路は２つ以上のＭＩＭ構造を含む。図３に示すように、図３は、いくつかの実施形態によるイメージセンサ３００の断面図である。
【００４９】
いくつかの実施形態では、導波路１３０ａ、導波路１３０ｂ、導波路１３０ｃ、および導波路１３０ｄのそれぞれは、付加的なＭＩＭ構造を更に含む。例えば、図３に示すように、導波路１３０ａは、金属層１２４、絶縁層１２２ａ、および金属層１２６からなる付加的なＭＩＭ構造を含む。更に、導波路１３０ａ、１３０ｂ、１３０ｃおよび１３０ｄのそれぞれは、付加的なＭＩＭ構造の上に付加的な保護層１２８を含む。付加絶縁層、付加保護層、および付加金属層の材料は、絶縁層１１２、保護層１１６、および金属層１１４の材料とそれぞれ、同じ又は類似していてもよく、ここでは繰り返さない。
【００５０】
いくつかの実施形態では、図３に示されるように、同じ導波路内の２つの絶縁層の厚さは同じである。例えば、絶縁層１１２ａ、１１２ｂ、１１２ｃ、および１１２ｄの厚さは、絶縁層１２２ａ、１２２ｂ、１２２ｃ、および１２２ｄの厚さとそれぞれ同じである。多くの変形および／または変更が、本開示の実施形態に行われ得る。いくつかの実施形態では、同じ導波路内の２つの絶縁層の厚さは異なる。例えば、絶縁層１２２ａの厚さは、絶縁層１１２ａの厚さと異なる。ＭＩＭ構造の量を調整することにより、より狭い波長帯域の光が選択され、導波路を通過することができる。
【００５１】
多くの変形および／または変更が、本開示の実施形態に行われ得る。いくつかの実施形態では、２つのＭＩＭ構造は共通の金属層を用いる。図４に示すように、図４は、いくつかの実施形態によるイメージセンサ４００の断面図である。図４に示すように、例えば、導波路１３０ａは、金属層１１０、絶縁層１１２ａ、および金属層１１４からなるＭＩＭ構造を含む。また、導波路１３０ａは、金属層１１４、絶縁層１２２ａ、および金属層１２４からなる付加的なＭＩＭ構造を含み、金属層１１４は、付加的なＭＩＭ構造の底部金属層として用いられ、金属層１２４は、底部ＭＩＭ構造の上部金属層として用いられることもできる。この実施形態では、金属層１１４は、２つのＭＩＭ構造の共通の金属層として用いられる。いくつかの実施形態では、同じ導波路内の２つの絶縁層の厚さは同じである。例えば、絶縁層１２２ａの厚さＴ９は、絶縁層１１２ａの厚さＴ１と同じである。いくつかの実施形態では、絶縁層１２２ａの厚さＴ９は、絶縁層１１２ａの厚さＴ１と異なる。
【００５２】
本発明は、例として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カバーするものである。よって、添付の特許請求の範囲は、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】
【００５３】
１００…イメージセンサ
１０２…基板
１０４ａ…第１の画素領域
１０４ｂ…第２の画素領域
１０４ｃ…第３の画素領域
１０４ｄ…第４の画素領域
１０６…フォトダイオード
１０８…保護層
１１０…金属層
１１２…絶縁層
１１２ａ…絶縁層
１１２ｂ…絶縁層
１１２ｃ…絶縁層
１１２ｄ…絶縁層
Ｔ１〜Ｔ４…絶縁層の厚さ
１１４…金属層
１１６…保護層
１１８…スペーサ層
１２０…感光性材料層
１２０ａ…エッチングバッファ層
１２０ｂ…エッチングバッファ層
１２０ｃ…エッチングバッファ層
１２０ｄ…エッチングバッファ層
Ｔ５〜Ｔ８…エッチングバッファ層の厚さ
１３０…共振器構造
１３０ａ…導波路
１３０ｂ…導波路
１３０ｃ…導波路
１３０ｄ…導波路
１５０…光線
１６０…多階調マスク
１６２ａ…光透過領域
１６２ｂ…光透過領域
１６２ｃ…光透過領域
１６２ｄ…光透過領域
１７０…エッチングプロセス
１１８ａ…絶縁層
１１８ｂ…絶縁層
１１８ｃ…絶縁層
１１８ｄ…絶縁層
Ｔ５’〜Ｔ８’…絶縁層の厚さ
２００…イメージセンサ
３００…イメージセンサ
１２２ａ…絶縁層
１２２ｂ…絶縁層
１２２ｃ…絶縁層
１２２ｄ…絶縁層
１２４…金属層
１２６…金属層
１２８…付加保護層
Ｔ９…絶縁層の厚さ
【図１Ａ】
2019186515.tif 000003
【図１Ｂ】
2019186515.tif 000004
【図１Ｃ】
2019186515.tif 000005
【図１Ｄ】
2019186515.tif 000006
【図１Ｅ】
2019186515.tif 000007
【図１Ｆ】
2019186515.tif 000008
【図２Ａ】
2019186515.tif 000009
【図２Ｂ】
2019186515.tif 000010
【図２Ｃ】
2019186515.tif 000011
【図２Ｄ】
2019186515.tif 000012
【図２Ｅ】
2019186515.tif 000013
【図３】
2019186515.tif 000014
【図４】
2019186515.tif 000015