(57)【要約】 【課題】光学フィルターおよび金属絶縁体金属構造を有するイメージセンサパッケージを提供する。【解決手段】第１の面と前記第１の面に対向する第２の面を有する媒質層、前記媒質層の前記第１の面の上に配置され、第１の金属層、第１の絶縁層、および第２の金属層を含み、前記第１の絶縁層は、前記第１の金属層および前記第２の金属層の間に配置された金属絶縁体金属構造、および前記媒質層の前記第２の面の上に配置された光学フィルターを含むイメージセンサパッケージ。【選択図】  図１Ａ
2019050345.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の面と前記第１の面に対向する第２の面を有する媒質層、
前記媒質層の前記第１の面の上に配置され、第１の金属層、第１の絶縁層、および第２の金属層を含み、前記第１の絶縁層は、前記第１の金属層および前記第２の金属層の間に配置された金属絶縁体金属構造、および
前記媒質層の前記第２の面の上に配置された光学フィルターを含むイメージセンサパッケージ。
【請求項２】
前記光学フィルターは、赤外光透過、赤色光透過、緑色光透過、または青色光透過フィルターであり、前記光学フィルターの厚さは、１０μｍ〜２０μｍの範囲内である請求項１に記載のイメージセンサパッケージ。
【請求項３】
光電変換領域を有する半導体基板を更に含み、
前記媒質層は、前記半導体基板の上に配置され、前記金属絶縁体金属構造は、前記半導体基板と前記光学フィルターの間に配置される請求項１または２に記載のイメージセンサパッケージ。
【請求項４】
光電変換領域を有する半導体基板を更に含み、
前記媒質層は、前記半導体基板の上に配置され、前記光学フィルターは、前記半導体基板と前記金属絶縁体金属構造の間に配置される請求項１または２に記載のイメージセンサパッケージ。
【請求項５】
前記媒質層は、スペーサ層、キャビティ、および透明材料を含み、前記透明材料は、前記スペーサ層と前記光学フィルターの間に配置され、前記キャビティは、前記スペーサ層、前記金属絶縁体金属構造、および前記透明材料によって囲まれる請求項１〜４のいずれか１項に記載のイメージセンサパッケージ。
【請求項６】
光電変換領域を有する半導体基板を更に含み、
前記媒質層は、接着層および透明材料を含み、前記透明材料は、前記接着層の上に配置され、且つ
前記透明材料は、前記光学フィルターと前記半導体基板の間に配置され、前記接着層は、前記金属絶縁体金属構造の上に配置される請求項１または２に記載のイメージセンサパッケージ。
【請求項７】
光電変換領域を有する半導体基板を更に含み、
前記媒質層は、接着層および透明材料を含み、前記透明材料は、前記接着層の上に配置され、且つ
前記透明材料は、前記金属絶縁体金属構造と前記半導体基板の間に配置され、前記接着層は、前記光学フィルターの上に配置される請求項１または２に記載のイメージセンサパッケージ。
【請求項８】
前記媒質層は、透明材料を含み、前記透明材料は、１．２〜１．６の範囲の屈折率を有し、且つ
前記媒質層は、前記金属絶縁体金属構造の上に配置され、前記金属絶縁体金属構造は、前記媒質層と前記半導体基板の間に配置される請求項３または６に記載のイメージセンサパッケージ。
【請求項９】
前記媒質層は、透明材料を含み、前記透明材料は、１．２〜１．６の範囲の屈折率を有し、且つ
前記媒質層は、前記光学フィルターの上に配置され、前記光学フィルターは、前記媒質層と前記半導体基板の間に配置される請求項４または７に記載のイメージセンサパッケージ。
【請求項１０】
前記第１の金属層と前記第２の金属層は、銀からなり、前記第１の絶縁層は、アモルファスシリコンからなり、且つ
前記第１の金属層は、第１の厚さを有し、前記第２の金属層は、第２の厚さを有し、前記第１の絶縁層は、第３の厚さを有し、且つ前記第３の厚さは、前記第１の厚さと前記第２の厚さより大きい請求項１〜９のいずれか１項に記載のイメージセンサパッケージ。
【請求項１１】
前記金属絶縁体金属構造は、第２の絶縁層および第３の絶縁層を更に含み、前記第１の金属層、前記第１の絶縁層、および前記第２の金属層は、前記第２の絶縁層と前記第３の絶縁層の間に配置される請求項１〜１０のいずれか１項に記載のイメージセンサパッケージ。
【請求項１２】
光電変換領域を有する半導体基板、および
前記半導体基板の上に配置され、且つ前記光電変換領域をカバーし、前記金属絶縁体金属構造と前記半導体基板の間に配置されたｈｉｇｈ−ｋ膜を更に含む請求項１および５のいずれか１項に記載のイメージセンサパッケージ。
【請求項１３】
前記媒質層は、前記金属絶縁体金属構造の厚さより大きい厚さを有し、前記光学フィルターは、前記金属絶縁体金属構造の厚さより大きい厚さを有する請求項１〜１２のいずれか１項に記載のイメージセンサパッケージ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、イメージセンサ技術に関するものであり、特に、光学フィルターおよび金属絶縁体金属構造を有するイメージセンサパッケージに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
カラー画像のシーンを撮像するために、イメージセンサは、広帯域スペクトルの光線に敏感でなければならない。イメージセンサは、シーンから反射された光に反応し、その光の強度を電子信号に変換することができる。電荷結合素子（ＣＣＤ）イメージセンサまたは相補性金属酸化膜半導体（ＣＭＯＳ）イメージセンサなどのイメージセンサは、一般的に、入射光を電子信号に変換する光電変換領域を有する。また、イメージセンサ電子信号を伝送および処理する論理回路を有する。
【０００３】
現在、イメージセンサは多くの領域で広く用いられ、例えば、光学センサ、近接センサ、光飛行時間（ｔｉｍｅ-ｏｆ-ｆｌｉｇｈｔ； ＴＯＦ）カメラ、分光器、モノのインターネット（Ｉｎｔｅｒｎｅｔ ｏｆ ｔｈｉｎｇｓ；  ＩＯＴ）に用いられるスマートセンサ、および先進運転支援システム（ａｄｖａｎｃｅｄ ｄｒｉｖｅｒ ａｓｓｉｓｔａｎｃｅ ｓｙｓｔｅｍｓ；  ＡＤＡＳ）のセンサなどの装置にも広く用いられる。
【０００４】
現存するイメージセンサパッケージは、それらの用途に適しているが、あらゆる局面において十分ではない。従って、イメージセンサパッケージは、なお克服すべきである問題がある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
光学フィルターおよび金属絶縁体金属構造を有するイメージセンサパッケージを提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の実施形態に基づいて、イメージセンサパッケージは、光電変換領域の上に配置された光学フィルターと金属絶縁体金属構造を有する。光学フィルターは、イメージセンサパッケージの光電変換領域に伝送されることが予期されていない光を吸収することができ、信号対雑音（Ｓ／Ｎ）比を増加させる。また、金属絶縁体金属（ＭＩＭ）構造は、光電変換領域に伝送される光の半値全幅（ＦＷＨＭ）を狭くすることができる。結果、イメージセンサパッケージは、高い信号対雑音（Ｓ／Ｎ）比を生じさせることができる。また、ＭＩＭ構造は、イメージセンサパッケージが、青色シフトを低減させ、大きな入射角での角度応答の衰退を減少させるのを助けることができる。また、ＭＩＭ構造は、イメージセンサパッケージの全体のサイズを減少させるのに十分な薄さである。
【０００７】
いくつかの実施形態では、イメージセンサパッケージが提供される。イメージセンサパッケージは、第１の面と第１の面に対向する第２の面を有する媒質層を含む。イメージセンサパッケージは、媒質層の第１の面の上に配置された金属絶縁体金属構造も含み、金属絶縁体金属構造は、第１の金属層、第１の絶縁層、および第２の金属層を含み、第１の絶縁層は、第１の金属層および第２の金属層の間に配置される。イメージセンサパッケージは、媒質層の第２の面の上に配置された光学フィルターを更に含む。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、信号対雑音比が高く、入射光の入射角を大きくしても、青色シフトが生じにくく、角度応答も減衰しにくい。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１Ａ】いくつかの実施形態に係る、イメージセンサパッケージの一部の断面図を示している。
【図１Ｂ】いくつかの実施形態に係る、イメージセンサパッケージの一部の断面図を示している。
【図１Ｃ】いくつかの実施形態に係る、イメージセンサパッケージの一部の断面図を示している。
【図１Ｄ】いくつかの実施形態に係る、イメージセンサパッケージの一部の断面図を示している。
【図１Ｅ】いくつかの実施形態に係る、イメージセンサパッケージの一部の断面図を示している。
【図１Ｆ】いくつかの実施形態に係る、イメージセンサパッケージの一部の断面図を示している。
【図２】いくつかの実施形態に係る、図１Ａ〜図１Ｆのイメージセンサパッケージを含むイメージセンサモジュールの断面を示している。
【図３】いくつかの実施形態に係る、異なる厚さを有するさまざまな光学フィルターの透過特性を示す図である。
【図４Ａ】いくつかの実施形態に係る、金属絶縁体金属（ＭＩＭ）構造の標準化角度応答（ｎｏｒｍａｌｉｚｅｄ ａｎｇｕｌａｒ ｒｅｓｐｏｎｓｅ）の特性を示す図である。
【図４Ｂ】いくつかの本実施形態に係る、図１Ａ〜図１ＦのＸ−Ｚ面のＭＩＭ構造の擬似電界であり、入射角が０度のときのＭＩＭ構造の電界分布を示している。
【図４Ｃ】いくつかの本実施形態に係る、図１Ａ〜図１ＦのＸ−Ｚ面のＭＩＭ構造の擬似電界であり、入射角が３０度のときのＭＩＭ構造の電界分布を示している。
【図５】いくつかの実施形態に係る、ＭＩＭ構造の透過特性を示す図である。
【図６Ａ】いくつかの本実施形態に係る、図１Ａ〜図１ＦのＸ−Ｚ面のイメージセンサパッケージの擬似電界であり、入射光の波長が６７０ｎｍのときのイメージセンサパッケージの電界分布を示している。
【図６Ｂ】いくつかの本実施形態に係る、図１Ａ〜図１ＦのＸ−Ｚ面のイメージセンサパッケージの擬似電界であり、入射光の波長が９４０ｎｍのときのイメージセンサパッケージの電界分布を示している。
【図７】いくつかの実施形態に係る、イメージセンサパッケージの透過特性を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下の説明は、本発明を実施するベストモードが開示されている。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。
【００１１】
図１Ａに示されるように、いくつかの実施形態に係る、イメージセンサパッケージ１００ａの一部の断面図が示されている。いくつかの実施形態では、イメージセンサパッケージ１００ａは、相補性金属酸化膜半導体（ＣＭＯＳ）イメージセンサ（ＣＩＳ）パッケージである。イメージセンサパッケージ１００ａは、半導体基板１０１、例えば、シリコンウエハ、またはチップを含む。半導体基板１０１は、複数の光電変換領域１０３を有し、各光電変換領域１０３は、フォトダイオードなど、光電変換素子を含むことができる。図１Ａは、１つの光電変換領域１０３のみを示しているが、実際には、イメージセンサパッケージ１００ａは、アレイ状に配置された複数の光電変換領域１０３を有することができる。
【００１２】
半導体基板１０１の裏面１０１Ｂは、通常、その上に形成された光電変換領域１０３を有する。半導体基板１０１の表面１０１Ｆは、通常、その上に形成されるイメージセンサパッケージ１００ａに必要なさまざまな配線の配線層（表示されていない）および電子回路を有する。いくつかの実施形態では、イメージセンサパッケージ１００ａは、裏面照射（ＢＳＩ）型イメージセンサパッケージである。ＢＳＩイメージセンサパッケージでは、半導体基板１０１の裏面１０１Ｂの上に形成された光電変換領域１０３を有する半導体基板１０１の裏面１０１Ｂは、イメージセンサパッケージ１００ａの受光面に近い。半導体基板１０１の表面１０１Ｆの上に形成された配線層を有する半導体基板１０１の表面１０１Ｆは、イメージセンサパッケージ１００ａの受光面から遠い。
【００１３】
いくつかの他の実施形態では、イメージセンサパッケージ１００ａの半導体基板１０１は、表面照射（ＦＳＩ）イメージセンサパッケージになるように反転される。ＦＳＩイメージセンサパッケージでは、半導体基板１０１の表面１０１Ｆの上に形成された配線層を有する半導体基板１０１の表面１０１Ｆは、イメージセンサパッケージ１００ａの受光面に近い。半導体基板１０１の裏面１０１Ｂの上に形成された光電変換領域１０３を有する半導体基板１０１の裏面１０１Ｂは、イメージセンサパッケージ１００ａの受光面から遠い。図１Ａに示されるように本実施形態では、イメージセンサパッケージ１００ａは、ＢＳＩイメージセンサパッケージである。
【００１４】
図１Ａに示されるように、いくつかの実施形態に基づいて、イメージセンサパッケージ１００ａは、半導体基板１０１の上に形成された高誘電率ゲート絶縁（ｈｉｇｈ−ｋ）膜１０５を更に含み、光電変換領域１０３をカバーする。ｈｉｇｈ−ｋ膜１０５は、二酸化ハフニウム（ＨｆＯ２）、酸化ハフニウムタンタル（ＨｆＴａＯ）、酸化ハフニウムチタン（ＨｆＴｉＯ）、 酸化ハフニウムジルコニウム（ＨｆＺｒＯ）、五酸化タンタル（Ｔａ２Ｏ５）、または他の好適なｈｉｇｈ−ｋ誘電材料からなることができ、蒸着プロセスで形成されることができる。ｈｉｇｈ−ｋ膜１０５は、例えば、２．０〜２．５の高屈折率である。
【００１５】
いくつかの実施形態では、イメージセンサパッケージ１００ａは、ｈｉｇｈ−ｋ膜１０５の上に形成された金属絶縁体金属（ＭＩＭ）構造１１５を含む。ＭＩＭ構造１１５は、第１の金属層１０７、第１の絶縁層１０９、および第２の金属層１１１を含む。第１の絶縁層１０９は、第１の金属層１０７と第２の金属層１１１の間に挟設される。図１Ａは、ＭＩＭ構造１１５の３つの層を示しているが、ＭＩＭ構造１１５は、３つ以上の層でもよい。例えば、ＭＩＭ構造１１５は、第２の絶縁層（図示されていない）および第３の絶縁層（図示されていない）を更に含む５層構造でもよく、且つ第１の金属層１０７、第１の絶縁層１０９、および第２の金属層１１１が第２の絶縁層と第３の絶縁層の間に挟設されてもよい。ＭＩＭ構造では、金属層と絶縁層は交互に配置される。
【００１６】
いくつかの実施形態では、第１の金属層１０７と第２の金属層１１１は、銀（Ａｇ）からなることでき、第１の絶縁層１０９、第２の絶縁層（図示されていない）、および第３の絶縁層（図示されていない）は、アモルファスシリコンからなることができる。第１の金属層１０７は、厚さＴ１を有し、第１の絶縁層１０９は、厚さＴ２を有し、且つ第２の金属層１１１は厚さＴ３を有する。厚さＴ１と厚さＴ３の両方は、厚さＴ２より小さい。図１Ａに示されるように、厚さＴ１、Ｔ２、およびＴ３の総和は、ＭＩＭ構造１１５の総厚Ｔ４として定義される。
【００１７】
その他の実施形態では、５層のＭＩＭ構造が提供される。この実施例では、５層のＭＩＭ構造は、第２と第３の絶縁層を更に含み、第１の金属層１０７と第２の金属層１１１は、銀からなることでき、且つ第１の絶縁層１０９、第２の絶縁層、および第３の絶縁層は、アモルファスシリコンからなることができる。厚さＴ１は、２０ｎｍであり、厚さＴ２は、３５２．８ｎｍであり、厚さＴ３は、２４ｎｍであり、且つ第２と第３の絶縁層は、７７ｎｍと９６．８ｎｍの厚さをそれぞれ有する。結果、５層のＭＩＭ構造の総厚は、非常に薄い、約５７１ｎｍである。
【００１８】
図１Ａに示すように、スペーサ層（またはダム（ｄａｍ））１１７は、ＭＩＭ構造１１５の上に配置され、キャビティ１１９は、スペーサ層１１７によって囲まれる。また、少なくとも一部の光電変換領域１０３は、スペーサ層１１７によってカバーされず、キャビティ１１９は、光電変換領域１０３の部分の真上に配置される。いくつかの実施形態では、カバープレート１２１は、スペーサ層１１７とキャビティ１１９の上に配置され、カバープレート１２１は、透明材料であることができる。具体的に言えば、カバープレート１２１は、ガラス、透明プラスチック材料、またはその他の好適な材料からなることができる。要するに、キャビティ１１９は、ＭＩＭ構造１１５、スペーサ層１１７、およびカバープレート１２１によって密封される。スペーサ層１１７、キャビティ１１９、およびカバープレート１２１は、媒質層１３０ａを構成する。
【００１９】
いくつかの実施形態では、スペーサ層１１７は、例えば、酸化ケイ素、窒化ケイ素、酸窒化ケイ素、金属酸化物、またはその組み合わせなどの無機材料、および例えば、エポキシ樹脂、ポリイミド、ブチルシクロブテン（ｂｕｔｙｌｃｙｃｌｏｂｕｔｅｎｅ 、ＢＣＢ）、パリレン（ｐａｒｙｌｅｎｅ）、ポリナフタレン（ｐｏｌｙｎａｐｈｔｈａｌｅｎｅ）、 フッ化炭素（ｆｌｕｏｒｏｃａｒｂｏｎｓ）またはアクリレート、フォトレジスト材料、または他の好適な絶縁材料の有機高分子材料などからなることができる。カバープレート１２１は、ガラス、プラスチック、アクリル、サファイア、およびその組み合わせを含む任意の好適な材料であることができるが、これに限定されるものではない。いくつかの実施形態では、カバープレート１２１は、約２００μｍ〜約５００μｍの範囲内の厚さＴ５を有する。また、カバープレート１２１の屈折率は、約１．５５である。
【００２０】
図１Ａに示されるように、イメージセンサパッケージ１００ａは、カバープレート１２１の上に配置された光学フィルター１２５を更に含む。いくつかの実施形態では、光学フィルター１２５は、青色光透過フィルター、緑色光透過フィルター、または赤色光透過フィルター、または赤外光透過フィルターであることができる。いくつかの実施形態では、光学フィルター１２５は、フォトレジスト材料およびフォトレジスト材料に混合された染料からなることができ、フォトレジスト材料は、有機材料であることができる。また、光学フィルター１２５は、約１μｍ〜約２０μｍの範囲内、特に、約１０μｍ〜約２０μｍの範囲内の厚さＴ６を有する。
【００２１】
いくつかの実施形態では、カバープレート１２１の厚さＴ５は、光学フィルター１２５の厚さＴ６より大きく、光学フィルター１２５の厚さＴ６は、ＭＩＭ構造１１５の総厚Ｔ４より大きい。
【００２２】
図１Ａのイメージセンサパッケージ１００ａは、光電変換領域１０３の上に配置された光学フィルター１２５およびＭＩＭ構造１１５を含み、光学フィルター１２５およびＭＩＭ構造１１５は、媒質層１３０ａの両側にそれぞれ配置され、ＭＩＭ構造１１５は、光電変換領域１０３と媒質層１３０ａの間に配置される。
【００２３】
光学フィルター１２５は、光電変換領域１０３に伝送されることが予期されていない光（不要な光）を吸収することができるため、信号対雑音（Ｓ／Ｎ）比が増加することができる。言い換えれば、予期されていない光の透過率（透過度とも呼ばれる）を光学フィルター１２５によって減少させることができる。また、ＭＩＭ構造１１５は、光電変換領域１０３に伝送される光の半値全幅（ＦＷＨＭ）を狭くすることができる。結果、イメージセンサパッケージ１００ａは、高い信号対雑音（Ｓ／Ｎ）比を生じさせることができる。また、ＭＩＭ構造１１５は、イメージセンサパッケージ１００ａが、青色シフトを低減させ、大きな入射角での角度応答の衰退を減少させるのを助けることができる。また、イメージセンサパッケージ１００ａのサイズは、ＭＩＭ構造１１５が十分薄いため、それほど増加されない。
【００２４】
図１Ｂに示されるように、いくつかの実施形態に基づいて、イメージセンサパッケージ１００ｂの一部の断面が示されている。図１Ｂの実施形態では、図１Ａのスペーサ層１１７およびキャビティ１１９は、透明接着剤などの接着層１２７で代替され、接着層１２７およびカバープレート１２１は、媒質層１３０ｂを構成する。また、図１Ｂの実施形態のＭＩＭ構造１１５および光学フィルター１２５の位置は、図１Ａの実施形態と同じである。いくつかの実施形態では、ＭＩＭ構造１１５は、接着層１２７によってカバープレート１２１に取り付けられる。イメージセンサパッケージ１００ａのいくつかの構成要素は、図１Ａに示されたイメージセンサパッケージ１００ａの構成要素と同様であり、簡潔にするために、ここでは繰り返されない。
【００２５】
図１Ｃに示すように、いくつかの実施形態に基づいたイメージセンサパッケージ１００ｃの一部の断面図が示されている。図１Ｃの実施形態では、図１Ｂのカバープレート１２１と接着層１２７は、透明材料でできた媒質層１２３で代替され、透明材料は、約１．２〜約１．６の範囲の屈折率を有する。また、図１Ｃの実施形態のＭＩＭ構造１１５および光学フィルター１２５の位置は、図１Ｂの実施形態と同じである。いくつかの実施形態では、媒質層１２３は、約１００μｍ〜約４００μｍの範囲内の厚さＴ７を有する。媒質層１２３の厚さＴ７は、光学フィルター１２５の厚さＴ６より大きく、光学フィルター１２５の厚さＴ６は、ＭＩＭ構造１１５の総厚Ｔ４より大きい。イメージセンサパッケージ１００ｃのいくつかの構成要素は、図１Ｂに示されたイメージセンサパッケージ１００ｂの構成要素と同様であり、簡潔にするために、ここでは繰り返されない。
【００２６】
図１Ｄに示すように、いくつかの実施形態に基づいたイメージセンサパッケージ１００ｄの一部の断面図が示されている。図１Ｂのイメージセンサパッケージ１００ｂと比較すると、ＭＩＭ構造１１５および光学フィルター１２５の位置は、図１Ｄのイメージセンサパッケージ１００ｄでは交換される。具体的に言えば、光学フィルター１２５は、光電変換領域１０３の上のｈｉｇｈ−ｋ膜１０５とカバープレート１２１の下の接着層１２７との間に挟設される。また、ＭＩＭ構造１１５は、媒質層１３０ｂのカバープレート１２１の上に配置される。イメージセンサパッケージ１００ｄのいくつかの構成要素は、図１Ｂに示されたイメージセンサパッケージ１００ｂの構成要素と同様であり、簡潔にするために、ここでは繰り返されない。
【００２７】
図１Ｅに示すように、いくつかの実施形態に基づいたイメージセンサパッケージ１００ｅの一部の断面図が示されている。図１Ｃのイメージセンサパッケージ１００ｃと比較すると、ＭＩＭ構造１１５および光学フィルター１２５の位置は、図１Ｅのイメージセンサパッケージ１００ｅでは交換される。具体的に言えば、光学フィルター１２５は、光電変換領域１０３の上のｈｉｇｈ−ｋ膜１０５と媒質層１２３との間に挟設される。また、ＭＩＭ構造１１５は、媒質層１２３の上に配置される。イメージセンサパッケージ１００ｅのいくつかの構成要素は、図１Ｃに示されたイメージセンサパッケージ１００ｃの構成要素と同様であり、簡潔にするために、ここでは繰り返されない。
【００２８】
図１Ｆに示すように、いくつかの実施形態に基づいたイメージセンサパッケージ１００ｆの一部の断面図が示されている。図１Ｆの実施形態では、イメージセンサパッケージ１００ｆの媒質層１３０ｂは、光学フィルター１２５の上に配置され、ＭＩＭ構造１１５は、光電変換領域１０３の上のｈｉｇｈ−ｋ膜１０５と光学フィルター１２５との間に挟設される。また、媒質層１３０ｂのカバープレート１２１は、接着層１２７によって光学フィルター１２５に取り付けられる。イメージセンサパッケージ１００ｆのいくつかの構成要素は、図１Ｂに示されたイメージセンサパッケージ１００ｂの構成要素と同様であり、簡潔にするために、ここでは繰り返されない。
【００２９】
図２に示すように、いくつかの実施形態に基づいて、イメージセンサモジュール２００の断面が示される。いくつかの実施形態では、イメージセンサパッケージ１００は、イメージセンサパッケージ１００ａ、１００ｂ、１００ｃ、１００ｄ、１００ｅ、１００ｆの中の１つであることができ、はんだボール、バンプ、または導電柱などの複数の導電構造１６０によって回路板１５０に実装される。イメージセンサパッケージ１００は、導電構造１６０によって回路板１５０に電気的に接続される。
【００３０】
図２に示されるように、イメージセンサモジュール２００は、ホルダー１７０、フィルター１８０、およびレンズ１９０を更に含む。ホルダー１７０は容量を有しており、フィルター１８０とレンズ１９０がホルダー１７０の容量内に配置され、ホルダー１７０に固定される。従って、イメージセンサモジュール２００は、固定焦点装置である。ホルダー１７０の容量は、回路板１５０の上のイメージセンサパッケージ１００を更に収容することができる。容量内のフィルター１８０は、レンズ１９０とイメージセンサパッケージ１００の間に配置され、フィルター１８０とイメージセンサパッケージ１００の間に間隙がある。いくつかの実施形態では、フィルター１８０は、透光性材料（例えば、ガラス）および透光性材料の上に形成されたフィルター層からなる。具体的に言えば、フィルター１８０は、図１Ａのカバープレートであることができ、ホルダー１７０は、図１Ａのスペーサ層１１７であることができる。いくつかの実施形態では、フィルター１８０は、画像ノイズの除去に用いられる。また、レンズ１９０は、単一のレンズセットまたは複数のレンズセットによって形成されることができる。図を簡素化するために、フラットなフィルター１８０とレンズ１９０だけがその中に示される。イメージセンサモジュール２００の構造は、設計要件によって決められ、これに限定されるものではない。例えば、他の実施形態では、イメージセンサモジュール２００は、可変焦点装置であることができる。
【００３１】
図３に示すように、図３は、いくつかの実施形態に基づいて、異なる厚さを有するさまざまな光学フィルター１２５の透過特性を示している。前述のように、光学フィルター１２５は、イメージセンサパッケージ１００の光電変換領域１０３に伝送されることが予期されていない光の透過率を減少することができる。例えば、赤外線（ＩＲ）イメージセンサパッケージとなるイメージセンサパッケージ１００では、約３８０ｎｍ〜約７５０ｎｍの波長範囲をカバーする可視光は、ＩＲイメージセンサパッケージの光電変換領域１０３に到達する前にフィルターで除去される。即ち、可視光は、ＩＲイメージセンサパッケージの光電変換領域１０３を透過することができず、可視光の透過率は、０に近づくはずである。以下に提供される実施形態では、ＩＲイメージセンサパッケージは、前述のイメージセンサパッケージ１００の特性を例示するために用いられる。
【００３２】
ＩＲイメージセンサパッケージとなるイメージセンサパッケージ１００では、赤外光透過フィルターが光学フィルター１２５として用いられる。光学フィルター１２５（即ち、赤外光透過フィルター）が厚ければ厚いほど、到達できる可視光の透過率が低くなる。図３に示されるように、２０μｍと７μｍの厚さを有する光学フィルター１２５（即ち、赤外光透過フィルター）は、入射光の可視光を完全にフィルターで除去することができるが、１μｍの厚さを有する光学フィルター１２５を通過する少しの可視光がまだある。
【００３３】
図４Ａに示すように、図４Ａは、いくつかの実施形態に係る、金属絶縁体金属（ＭＩＭ）構造１１５の標準化角度応答（ｎｏｒｍａｌｉｚｅｄ ａｎｇｕｌａｒ ｒｅｓｐｏｎｓｅ）の特性を示す図が示されている。前述のように、ＭＩＭ構造１１５は、大きな入射角での角度応答の衰退を減少させることができる。図４Ａに示されるように、９４０ｎｍの波長を有する入射光では、入射角が０度〜約１５度の範囲内にあるとき、標準化角度応答の値は、１を維持し、標準化角度応答の値は、入射角が３０度に増加したとき、約０．９５にやや低下する。
【００３４】
図４Ｂと図４Ｃに示すように、いくつかの本実施形態に係る、図１Ａ〜図１ＦのＸ−Ｚ面のＭＩＭ構造１１５の擬似電界が示されている。具体的に言えば、図４Ｂは、入射角が０度のときのＭＩＭ構造１１５の電界分布を示しており、図４Ｃは、入射角が３０度のときのＭＩＭ構造１１５の電界分布を示している。光電変換領域１０３の幅は、約１μｍであり、これは、図４Ｂと図４ＣのＸ軸のスケールに対応する。光電変換領域１０３の位置は、Ｚ＝０にあり、入射光の方向は、Ｚ＞０〜Ｚ＝０である。また、右側に示されているバーは、電界密度を示しており、電場強度は、ボルト毎平方メートル（Ｖ／ｍ）２の単位で測定される。
【００３５】
図４Ｂと図４Ｃに示されるように、入射光の電界は、Ｚ＝０．７およびＺ＝０の間の領域で均一に分布されている。これは、入射光がイメージセンサパッケージ１００の光電変換領域１０３に順調に到達できることを示している。また、図４Ｂの電界分布と比較すると、図４Ｃの電界強度は、入射角が３０度になったとき、わずかに低下するだけである。
【００３６】
図５に示すように、いくつかの実施形態に係る、ＭＩＭ構造１１５の透過特性を示す図が示されている。上述のように、ＭＩＭ構造１１５は、光電変換領域１０３に伝送される光の半値全幅（ＦＷＨＭ）を狭くし、青色シフトを低減させることができる。図５に示されるように、入射光の透過率の帯域幅は狭く、且つＭＩＭ構造１１５は、７ｎｍしかない、非常に小さい青色シフトを示している。
【００３７】
図６Ａと図６Ｂに示すように、いくつかの本実施形態に係る、図１Ａ〜図１ＦのＸ−Ｚ面のイメージセンサパッケージ１００の擬似電界が示されている。具体的に言えば、図６Ａは、入射光の波長が６７０ｎｍのときのイメージセンサパッケージ１００の電界分布を示しており、図６Ｂは、入射光の波長が９４０ｎｍのときのイメージセンサパッケージ１００の電界分布を示している。前述のように、光電変換領域１０３の幅は、約１μｍであり、これは、図６Ａと図６ＢのＸ軸のスケールに対応する。光電変換領域１０３の位置は、Ｚ＝０にあり、入射光の方向は、Ｚ＞０〜Ｚ＝０である。また、右側に示されているバーは、電界密度を示しており、電場強度は、ボルト毎平方メートル（Ｖ／ｍ）２の単位で測定される。
【００３８】
図６Ａに示されるように、６７０ｎｍなどの短波長の入射光は、ＩＲイメージセンサパッケージとなるイメージセンサパッケージ１００のＭＩＭ構造１１５と光学フィルター１２５によって完全にフィルターで除去される。即ち、６７０ｎｍの波長を有する入射光は、イメージセンサパッケージ１００の光電変換領域１０３（Ｚ＝０に位置している）まで伝達されない。また、図６Ｂに示されるように、ＩＲ領域の９４０ｎｍなどの長波長の入射光は、イメージセンサパッケージ１００の光電変換領域１０３（Ｚ＝０に位置している）に順調に伝達される。
【００３９】
図７に示すように、いくつかの実施形態に係る、イメージセンサパッケージ１００の透過特性を示す図が示されている。前述のように、イメージセンサパッケージ１００は、ＭＩＭ構造１１５および光学フィルター１２５を含むため、予期されていない光の透過率を、減少させることができ（即ち、信号対雑音（Ｓ／Ｎ）比を増加させることができる）、光電変換領域１０３に伝送されることが予期されている光の半値全幅（ＦＷＨＭ）を、減少させることができる（即ち、透過した光の帯域幅をより狭くできる）。結果、イメージセンサパッケージ１００は、高い信号対雑音（Ｓ／Ｎ）比を生じさせることができ、これは図７で証明されることができる。また、青色シフトの影響は、低減される、または回避される。例えば、図７に示されるように、イメージセンサパッケージ１００は、７ｎｍしかない、非常に小さい青色シフトを示している。
【００４０】
以上、当業者が本開示の態様をより理解できるように幾つかの実施の形態特徴を概説した。上記実施の形態は、他のプロセスおよび構造を設計又は改変するための基礎となり得る。本開示の精神及び範囲を逸脱しない限りにおいては、等価な構成を含み、本開示の精神および範囲を逸脱せずに、ここで種々の変更、代替、および改変も含む。
【符号の説明】
【００４１】
１００、１００ａ、１００ｂ、１００ｃ、１００ｄ、１００ｅ、１００ｆ  イメージセンサパッケージ
１０１  半導体基板
１０１Ｂ  半導体基板の裏面
１０１Ｆ  半導体基板の表面
１０３  光電変換領域
１０５  高誘電率ゲート絶縁（ｈｉｇｈ−ｋ）膜
１０７  第１の金属層
１０９  第１の絶縁層
１１１  第２の金属層
１１５  金属絶縁体金属構造
１１７  スペーサ層
１１９  キャビティ
１２１  カバープレート
１２３、１３０ａ、１３０ｂ  媒質層
１２５  光学フィルター
１２７  接着層
１５０  回路板
１６０  導電構造
１７０  ホルダー
１８０  フィルター
１９０  レンズ
２００  イメージセンサモジュール
Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３、Ｔ４、Ｔ５、Ｔ６、Ｔ７  厚さ
【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２】
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【図３】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図４Ｃ】
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【図５】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図７】
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