(57)【要約】【課題】イメージセンサ及びその製造方法を提供する。【解決手段】イメージセンサは、マトリックス形態で配置されたピクセル領域を有する第１領域と第１領域の周辺に配置された第２領と域を含む半導体基板と、各ピクセル領域に配置されたフォトダイオードを有するフォトダイオード構造物と、フォトダイオード構造物上に配置され、各ピクセル領域に対応して形成され、光の入射角に対応して相違する面積を有するカラーフィルタと、カラーフィルタ上に配置されたマイクロレンズと、を含むことを特徴とする。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
マトリックス形態で配置されたピクセル領域を有する第１領域と前記第１領域の周辺に配置された第２領域とを含む半導体基板と、
前記各ピクセル領域に配置されたフォトダイオードを有するフォトダイオード構造物と、
前記フォトダイオード構造物上に配置され、前記各ピクセル領域に対応して形成され、光の入射角に対応して相違する面積を有するカラーフィルタと、
前記カラーフィルタ上に配置されたマイクロレンズと、
を含むことを特徴とするイメージセンサ。
【請求項２】
前記各カラーフィルタの面積は、前記第１領域の中央部から前記第１及び第２領域の境界に向かうほど増加することを特徴とする請求項１に記載のイメージセンサ。
【請求項３】
前記第１及び第２領域の境界部分に配置されたカラーフィルタの平面積は、前記マイクロレンズの平面積より大きいことを特徴とする請求項１に記載のイメージセンサ。
【請求項４】
前記第１及び第２領域の境界部分に配置されたカラーフィルタの平面積は、前記マイクロレンズの平面積より小さいことを特徴とする請求項２に記載のイメージセンサ。
【請求項５】
前記マイクロレンズの平面積と前記各ピクセル領域の平面積は同一であることを特徴とする請求項１に記載のイメージセンサ。
【請求項６】
前記マイクロレンズの平面積と前記各ピクセル領域の平面積は同一であることを特徴とする請求項４に記載のイメージセンサ。
【請求項７】
前記各ピクセル領域と各マイクロレンズの形状及び大きさは同一であり、前記カラーフィルタの面積は、前記第１及び第２領域の境界から前記第１領域の中央に向かうほど減少することを特徴とする請求項１に記載のイメージセンサ。
【請求項８】
マトリックス形態で配置されたピクセル領域を有する第１領域と前記第１領域の周辺に配置された第２領域とを含む半導体基板を準備するステップと、
前記各ピクセル領域に、フォトダイオードを有するフォトダイオード構造物を形成するステップと、
前記フォトダイオード構造物上に、前記各ピクセル領域に対応して形成され、光の入射角に対応して相違する面積を有するカラーフィルタを形成するステップと、
前記カラーフィルタ上に、マイクロレンズを形成するステップと、
を含むことを特徴とするイメージセンサの製造方法。
【請求項９】
前記カラーフィルタを形成するステップで、前記各カラーフィルタの面積は前記光の入射角と対応することを特徴とする請求項８に記載のイメージセンサの製造方法。
【請求項１０】
前記各カラーフィルタの面積は、前記第１領域の中央部から前記第１及び第２領域の境界に向かうほど増加することを特徴とする請求項８に記載のイメージセンサの製造方法。
【請求項１１】
前記各カラーフィルタの面積は、前記第１領域の中央部から前記第１及び第２領域の境界に向かうほど増加することを特徴とする請求項９に記載のイメージセンサの製造方法。
【請求項１２】
前記第１及び第２領域の境界に配置された前記カラーフィルタの平面積は、前記マイクロレンズの平面積より大きいことを特徴とする請求項８に記載のイメージセンサの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、イメージセンサ及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、イメージセンサは、各フォトダイオードに対応して配置されるカラーフィルタ及びマイクロレンズを含む。従来のイメージセンサのマイクロレンズの平面積は実質的にカラーフィルタの平面積と同一である。また、従来のイメージセンサのマイクロレンズは、入射した光を集光するために、凸レンズ形状を有する。
【０００３】
しかし、従来のイメージセンサのマイクロレンズとカラーフィルタの面積が同一であり、マイクロレンズが凸レンズ形状を有することから、マイクロレンズに入射した光は、マイクロレンズで屈折しカラーフィルタを通過して、隣接するフォトダイオードに入射してしまい、クロストークを発生する
【０００４】
クロストーク現象は、イメージセンサの中央部より、イメージセンサのピクセルエッジ側で頻繁に発生する。このようなクロストーク現象の原因は、ピクセルエッジ側に入射する光の傾斜が、イメージセンサの中央部に入射する光の傾斜より大きいからである。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、光干渉によるクロストーク現象を除去してイメージの品質を向上させるイメージセンサ及びその製造方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の実施形態に係るイメージセンサは、マトリックス形態で配置されたピクセル領域を有する第１領域と前記第１領域の周辺に配置された第２領域とを含む半導体基板と、前記各ピクセル領域に配置されたフォトダイオードを有するフォトダイオード構造物と、前記フォトダイオード構造物上に配置され、前記各ピクセル領域に対応して形成され、光の入射角に対応して相違する面積を有するカラーフィルタと、前記カラーフィルタ上に配置されたマイクロレンズと、を含むことを特徴とする。
【０００７】
また、本発明の別の実施形態に係るイメージセンサの製造方法は、マトリックス形態で配置されたピクセル領域を有する第１領域と前記第１領域の周辺に配置された第２領域とを含む半導体基板を準備するステップと、前記各ピクセル領域にフォトダイオードを有するフォトダイオード構造物を形成するステップと、前記フォトダイオード構造物上に、前記各ピクセル領域に対応して形成され、光の入射角に対応して相違する面積を有するカラーフィルタを形成するステップと、前記カラーフィルタ上にマイクロレンズを形成するステップと、を含むことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明のイメージセンサ及びその製造方法によれば、光干渉によるクロストークを除去して、イメージの品質を向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下、実施形態に係るイメージセンサ及びその製造方法を、添付図面に基づき詳細に説明する。
【００１０】
図１は、実施形態に係るイメージセンサの平面図である。図２は、図１のＩ−Ｉ’断面図である。図３は、図２に示したフォトダイオード構造物のうち一つのフォトダイオード構造物を示す平面図である。
【００１１】
図１に示すように、イメージセンサ１００は、半導体基板を含む。半導体基板は、マトリックス形状に配置された複数のピクセル領域（Ｐｉｘｅｌ  Ｒｅｇｉｏｎ）ＰＲを有する第１領域ＦＲと、第１領域ＦＲを取り囲む第２領域ＳＲとを含む。
【００１２】
図２に示すように、各ピクセル領域ＰＲには、第１〜第３フォトダイオード構造物２０、３０、４０からなるフォトダイオード構造物５０が配置される。フォトダイオード構造物５０の各々は、フォトダイオードＰＤ及びトランジスタ構造物ＴＳを含む。
【００１３】
図３に示すように、フォトダイオード構造物５０に含まれる各トランジスタ構造物ＴＳは、共通的にトランスファトランジスタＴｘ、リセットトランジスタＲｘ、セレクトトランジスタＳｘ及びアクセストランジスタＡｘを含む。トランスファトランジスタＴｘのドレインは、浮遊拡散層（Ｆｌｏａｔｉｎｇ  Ｄｉｆｆｕｓｉｏｎ）ＦＤの役割をする。
【００１４】
図２を参照すると、半導体基板上にフォトダイオード構造物５０が形成された後、フォトダイオード構造物５０を覆う絶縁膜構造物６０が形成される。絶縁膜構造物６０は、配線構造物６５を含むことができる。一実施例では、絶縁膜構造物６０は、フォトダイオード構造物５０に含まれ得る。
【００１５】
また図２を参照すると、フォトダイオード構造物５０の絶縁膜構造物６０上には、カラーフィルタが形成される。
【００１６】
一実施例では、カラーフィルタ７０は、第１カラーフィルタ７４、第２カラーフィルタ７６及び第３カラーフィルタ７８を含む。一実施例では、第１カラーフィルタ７４は、緑色波長を有する光を通過させる緑色フィルタであり、第２カラーフィルタ７６は、青色波長を有する光を通過させる青色フィルタであり、第３カラーフィルタ７８は、赤色波長を有する光を通過させる赤色フィルタである。
【００１７】
一実施例では、第１カラーフィルタ７４は、第１フォトダイオード構造物２０と対応して絶縁膜構造物６０上に配置され、第２カラーフィルタ７６は、第２フォトダイオード構造物３０と対応して絶縁膜構造物６０上に配置され、第３カラーフィルタ７８は、第３フォトダイオード構造物４０と対応して絶縁膜構造物６０上に配置される。
【００１８】
一実施例では、第１〜第３カラーフィルタ７４、７６、７８は、入射光７９の入射角度に対応して、相違する平面積を有する。例えば、カラーフィルタ７０各々の平面積は、図１に示された第１領域ＦＲと第２領域ＳＲの境界から、第１領域ＦＲの中央部に向かうほど次第に小さくなる。これは、第１領域ＦＲの中央部に入射する光の入射角が第１領域ＦＲと第２領域ＳＲの境界に入射する光の入射角と異なるからである。
【００１９】
一実施例では、第３カラーフィルタ７８は第１平面積を有し、第２カラーフィルタ７６は第１平面積より小さい第２平面積を有し、第１カラーフィルタ７４は第２平面積より小さい第３平面積を有する。
【００２０】
第１〜第３カラーフィルタ７４、７６、７８上には、々マイクロレンズ８０が配置される。
【００２１】
一実施例では、マイクロレンズ８０は、第１マイクロレンズ８２、第２マイクロレンズ８４及び第３マイクロレンズ８６を含む。一実施例では、第１マイクロレンズ８２は第１フォトダイオード構造物２０及び第１カラーフィルタ７４と対応し、第２マイクロレンズ８４は第２フォトダイオード構造物３０及び第２カラーフィルタ７６と対応し、第３マイクロレンズ８６は第３フォトダイオード構造物４０及び第３カラーフィルタ７８と対応する。一実施例では、第３マイクロレンズ８６の平面積は、第３カラーフィルタ７８より小さく形成される。
【００２２】
一実施例では、同一な面積を有する第１〜第３マイクロレンズ８２、８４、８６の下部に、相違する面積を有する第１〜第３カラーフィルタ７４、７６、７８を配置することで、第１〜第３マイクロレンズ８２、８４、８６及び第１〜第３カラーフィルタ７４、７６、７８を通過した光が該当フォトダイオード構造物に入射するようにして、クロストーク現象を防止することができる。
【００２３】
具体的には、例えば、第２マイクロレンズ８４を通過した光は、第２カラーフィルタ７６に入射する。第２マイクロレンズ８４に入射した白色光が第２カラーフィルタ７６を通過しながら、青色光だけが出力される。第２カラーフィルタ７６を通過した青色光の大部分は、第２フォトダイオード構造物３０に入射するが、青色光の一部は、第２フォトダイオード構造物３０と隣接する第３フォトダイオード構造物４０に入射する。ここで、第３フォトダイオード構造物４０に向かう青色光は、第３カラーフィルタ７８を通過し、青色光は第３カラーフィルタ７８で吸収されるので、第３フォトダイオード構造物４０には青色光が入射できなくなって、クロストークが防止される。
【００２４】
図４ないし図６は、実施形態に係るイメージセンサの製造方法を示す断面図である。
【００２５】
図４に示すように、マトリックス形状に配置された複数のピクセル領域ＰＲを有する第１領域ＦＲと第１領域ＦＲを取り囲む第２領域ＳＲとを含む半導体基板上に、第１〜第３フォトダイオード構造物２０、３０、４０からなるフォトダイオード構造物５０が形成される。フォトダイオード構造物５０の各々は、フォトダイオードＰＤ及びトランジスタ構造物ＴＳを含む。
【００２６】
半導体基板上に、フォトダイオードＰＤ及びトランジスタ構造物ＴＳを有するフォトダイオード構造物５０が形成された後、半導体基板上には、フォトダイオード構造物５０を覆う絶縁膜構造物６０が形成される。絶縁膜構造物６０は、配線構造物６５を含むことができる。
【００２７】
フォトダイオード構造物５０の絶縁膜構造物６０上には、カラーフィルタ７０が形成される。
【００２８】
一実施例では、カラーフィルタ７０は、第１カラーフィルタ７４、第２カラーフィルタ７６及び第３カラーフィルタ７８を含む。
【００２９】
一実施例では、緑色波長を有する緑色光を通過させる第１カラーフィルタ７４は、第１フォトダイオード構造物２０と対応して絶縁膜構造物６０上に形成され、青色波長を有する青色光を通過させる第２カラーフィルタ７６は、第２フォトダイオード構造物３０と対応して絶縁膜構造物６０上に形成され、第３カラーフィルタ７８は、第３フォトダイオード構造物４０と対応して絶縁膜構造物６０上に形成される。
【００３０】
一実施例では、第１〜第３カラーフィルタ７４、７６、７８は、入射光７９の入射角度に対応して、相違する平面積を有するように形成される。例えば、カラーフィルタ７０各々の平面積は、図１に示された第１領域ＦＲ及び第２領域ＳＲの境界から第１領域ＦＲの中央部に向かうほど、次第に小さくなるように形成される。
【００３１】
これは、第１領域ＦＲの中央部に入射する光の入射角が、第１領域ＦＲ及び第２領域ＳＲの境界に入射する光の入射角と異なるからである。
【００３２】
一実施例では、第３カラーフィルタ７８は第１平面積を有し、第２カラーフィルタ７６は第１平面積より小さい第２平面積を有し、第１カラーフィルタ７４は第２平面積より小さい第３平面積を有する。
【００３３】
図６に示すように、第１〜第３カラーフィルタ７４、７６、７８上には、各々マイクロレンズ８０が配置される。
【００３４】
一実施例では、マイクロレンズ８０は、第１マイクロレンズ８２、第２マイクロレンズ８４及び第３マイクロレンズ８６を含む。
【００３５】
一実施例では、第１マイクロレンズ８２は、第１フォトダイオード構造物２０及び第１カラーフィルタ７４と対応し、第２マイクロレンズ８４は、第２フォトダイオード構造物３０及び第２カラーフィルタ７６と対応し、第３マイクロレンズ８６は、第３フォトダイオード構造物４０及び第３カラーフィルタ７８と対応する。一実施例では、第３マイクロレンズ８６の平面積は、第３カラーフィルタ７８より小さく形成される。
【００３６】
一実施例では、同一な面積を有する第１〜第３マイクロレンズ８２、８４、８６の下部に、相違する面積で形成された第１〜第３カラーフィルタ７４、７６、７８を形成することで、第１〜第３マイクロレンズ８２、８４、８６及び第１〜第３カラーフィルタ７４、７６、７８を通過した光が該当フォトダイオード構造物に入射するようにして、クロストーク現象を防止することができる。
【００３７】
具体的には、例えば、第２マイクロレンズ８４を通過した光は、第２カラーフィルタ７６に入射する。第２マイクロレンズ８４に入射した白色光が第２カラーフィルタ７６を通過しながら、青色光だけが出力される。第２カラーフィルタ７６を通過した青色光の大部分は、第２フォトダイオード構造物３０に入射するが、青色光の一部は、第２フォトダイオード構造物３０と隣接する第３フォトダイオード構造物４０に入射する。ここで、第３フォトダイオード構造物４０に向かう青色光は、第３カラーフィルタ７８を通過し、青色光は第３カラーフィルタ７８で吸収されるので、第３フォトダイオード構造物４０には青色光が入射できなくなって、クロストークが防止される。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】実施形態に係るイメージセンサの平面図である。
【図２】図１のＩ−Ｉ’断面図である。
【図３】図２に示されたフォトダイオード構造物のうち一つのフォトダイオード構造物を示す平面図である。
【図４】実施形態に係るイメージセンサの製造方法を示す工程断面図である。
【図５】実施形態に係るイメージセンサの製造方法を示す工程断面図である。
【図６】実施形態に係るイメージセンサの製造方法を示す工程断面図である。
【符号の説明】
【００３９】
２０、３０、４０：第１、第２、第３フォトダイオード構造物
５０：フォトダイオード構造物
６０：絶縁膜構造物
６５：配線構造物
７４、７６、７８：第１、第２、第３カラーフィルタ
７９：入射光
８０：マイクロレンズ
８２、８４、８６：第１、第２、第３マイクロレンズ
ＰＲ：ピクセル領域
ＰＤ：フォトダイオード
ＴＳ：トランジスタ 
【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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