イメージセンサ
【課題】 光学特性が改善されたイメージセンサを提供する。
【解決手段】 イメージセンサ１０１は、内部に光電変換素子１２０が形成された基板１１０、基板１１０上に形成され、多層の金属間絶縁膜１４０ａ、１４０ｂ、１４０ｃと、多層の金属間絶縁膜１４０ａ、１４０ｂ、１４０ｃ内に配置された多層の金属配線Ｍ１、Ｍ２を含む配線構造体１４０、光電変換素子１２０に対応して配線構造体１４０を貫くキャビティ１５０、配線構造体１４０内に形成されたキャビティ１５０上にコンフォーマルに形成された吸湿防止膜１６０、および吸湿防止膜１６０上に形成されてキャビティ１５０を埋め込む光透過物質を含む光案内部１７０を含み、吸湿防止膜１６０は、キャビティ１５０の両側壁、底面および多層の金属間絶縁膜１４０ａ、１４０ｂ、１４０ｃの上面上に同一の厚さで形成されたものを含む。
【解決手段】 イメージセンサ１０１は、内部に光電変換素子１２０が形成された基板１１０、基板１１０上に形成され、多層の金属間絶縁膜１４０ａ、１４０ｂ、１４０ｃと、多層の金属間絶縁膜１４０ａ、１４０ｂ、１４０ｃ内に配置された多層の金属配線Ｍ１、Ｍ２を含む配線構造体１４０、光電変換素子１２０に対応して配線構造体１４０を貫くキャビティ１５０、配線構造体１４０内に形成されたキャビティ１５０上にコンフォーマルに形成された吸湿防止膜１６０、および吸湿防止膜１６０上に形成されてキャビティ１５０を埋め込む光透過物質を含む光案内部１７０を含み、吸湿防止膜１６０は、キャビティ１５０の両側壁、底面および多層の金属間絶縁膜１４０ａ、１４０ｂ、１４０ｃの上面上に同一の厚さで形成されたものを含む。
【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る。
【背景技術】
【０００２】
イメージセンサは、光学映像を電気信号に変換させる。最近、コンピュータ産業と通信産業の発達につれデジタルカメラ、ビデオカメラ、ＰＣＳ、ゲーム機器、警備用カメラ、医療用マイクロカメラなど多様な分野において性能が向上したイメージセンサの需要が増大しつつある。
【０００３】
特に、ＭＯＳイメージセンサは駆動方式が簡便で多様なスキャニング方式で実現することが可能である。また、信号処理回路を単一チップに集積することができ、製品の小型化が可能であり、ＭＯＳ工程技術を互換して利用することができるため、製造単価を下げることができる。電力消耗もまた非常に低く、バッテリー容量に制限のある製品への適用が容易である。したがって、ＭＯＳイメージセンサは技術開発により高解像度の実現が可能となり、その利用が急激に増えている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】大韓民国公開特許１０−２００６−１１２５３４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、光学特性が改善されたイメージセンサを提供することにある。
【０００６】
また、本発明は、光学特性が改善されたイメージセンサの製造方法を提供することにある。
【０００７】
本発明が解決しようとする課題は、以上で言及した課題に制限されず、言及されていないまた他の課題は次の記載から当業者に明確に理解できるであろう。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
請求項１に記載の発明によると、イメージセンサは光電変換素子を含む基板と、基板上の配線構造体であって、一つ以上の金属間絶縁膜を含み、光電変換素子に対応して整列され、底面および少なくとも二つの両側壁を有するキャビティを形成する配線構造体と、配線構造体の上部表面とキャビティの内部上の吸湿防止膜、および吸湿防止膜上の光案内部であって、キャビティ埋め込む光透過物質を含み、吸湿防止膜は、キャビティの底面、少なくとも二つの側壁、および複数の金属間の絶縁膜の上面に沿って同一の厚さを有する。
【０００９】
請求項８に記載に発明によると、イメージセンサは光電変換素子を含む基板と、基板上の配線構造体であって、一つ以上の金属間絶縁膜を含み、光電変換素子に対応して整列され、底面および少なくとも二つの両側壁を有するキャビティを形成する配線構造体と、配線構造体と基板との間の層間絶縁膜であって、一つ以上の金属配線と電気的に接続されたゲート構造体を含む層間絶縁膜と、配線構造体と基板上の吸湿防止膜、および吸湿防止膜上のカラーフィルタを含む。
【００１０】
請求項１４に記載に発明によると、イメージセンサは第１表面に隣接して光電変換素子を含む基板と、第１表面上の配線構造体であって、一つ以上の金属間絶縁膜と一つ以上の金属間絶縁膜内の一つ以上の金属配線を含む配線構造体と、基板の第２表面上の背面層間絶縁膜であって、第２表面は基板の第１表面の反対側である背面層間絶縁膜と、背面層間絶縁膜上の吸湿防止膜、および吸湿防止膜上のカラーフィルタであって、カラーフィルタは光電変換素子に対応して整列されたカラーフィルタを含む。
【００１１】
本発明のその他具体的な内容は詳細な説明および図面に含まれている。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の第１実施形態によるイメージセンサのブロック図である。
【図２】図１に示すアクティブピクセルセンサアレイの等価回路図である。
【図３】本発明の第１実施形態によるイメージセンサを説明するための概念図である。
【図４Ａ】本発明の第１実施形態によるイメージセンサを説明するための断面図である。
【図４Ｂ】本発明の第１実施形態によるイメージセンサを説明するための断面図である。
【図４Ｃ】本発明の第１実施形態によるイメージセンサを説明するための断面図である。
【図５Ａ】本発明の第２実施形態によるイメージセンサを説明するための断面図である。
【図５Ｂ】本発明の第２実施形態によるイメージセンサを説明するための断面図である。
【図６Ａ】本発明の第３実施形態によるイメージセンサを説明するための断面図である。
【図６Ｂ】本発明の第３実施形態によるイメージセンサを説明するための断面図である。
【図７Ａ】本発明の第４実施形態によるイメージセンサを説明するための断面図である。
【図７Ｂ】本発明の第４実施形態によるイメージセンサを説明するための断面図である。
【図８】本発明の第１実施形態によるイメージセンサの製造方法を説明するための中間段階の断面図である。
【図９】本発明の第１実施形態によるイメージセンサの製造方法を説明するための中間段階の断面図である。
【図１０】本発明の第１実施形態によるイメージセンサの製造方法を説明するための中間段階の断面図である。
【図１１】本発明の第１実施形態によるイメージセンサの製造方法を説明するための中間段階の断面図である。
【図１２】本発明の第２実施形態によるイメージセンサの製造方法を説明するための中間段階の断面図である。
【図１３】本発明の第２実施形態によるイメージセンサの製造方法を説明するための中間段階の断面図である。
【図１４】本発明の第４実施形態によるイメージセンサの製造方法を説明するための中間段階の断面図である。
【図１５】本発明の第４実施形態によるイメージセンサの製造方法を説明するための中間段階の断面図である。
【図１６】本発明の第４実施形態によるイメージセンサの製造方法を説明するための中間段階の断面図である。
【図１７】本発明の第４実施形態によるイメージセンサの製造方法を説明するための中間段階の断面図である。
【図１８】本発明の実施形態によるイメージセンサを含むプロセッサ基板装置を説明するための図である。
【図１９Ａ】本発明の実施形態によるイメージセンサを含むプロセッサ基板装置を説明するための図である。
【図１９Ｂ】本発明の実施形態によるイメージセンサを含むプロセッサ基板装置を説明するための図である。
【図２０】本発明の実施形態によるイメージセンサを含むプロセッサ基板装置を説明するための図である。
【図２１Ａ】参考例による実験１の結果を示すグラフである。
【図２１Ｂ】本発明の実施形態による実験１の結果を示すグラフである。
【図２２】本発明の実施形態と参考例による実験２の結果を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
本発明の利点、特徴、およびそれらを達成する方法は、添付される図面と共に詳細に後述される実施形態を参照すれば明確になるであろう。しかし、本発明は、以下で開示される実施形態に限定されるものではなく、互いに異なる多様な形態で具現されることが可能である。本実施形態は、単に本発明の開示が完全になるように、本発明が属する技術分野で通常の知識を有する者に対して発明の範疇を完全に知らせるために提供されるものであり、本発明は、請求項の範疇によってのみ定義される。なお、いくつかの実施形態において、公知の工程、段階、構造及び技術は、本発明が不明瞭に解釈されるのを避けるために、説明を省略する。
【００１４】
一つの素子が、他の素子と「接続された」または「カップリングされた」と参照されるときは、他の素子と直接連結またはカップリングされた場合、あるいは中間に他の素子を介在させた場合のすべてを含む。これに対し、一つの素子が異なる素子と「直接接続された」または「直接カップリングされた」と参照されるときは、間に他の素子を介在させないことを表わす。明細書全体にかけて、同一の参照符号は、同一の構成要素を参照する。「および／または」は、言及されたアイテムの各々および少なくとも一つ以上のすべての組合せを含む。
【００１５】
「第１」、「第２」等が、多様な素子、構成要素および／またはセクションを説明するために使用される。しかしながら、これら素子、構成要素および／またはセクションは、これらの用語によって制限されないことはもちろんである。これらの用語は単に一つの素子、構成要素、またはセクションを他の素子、構成要素、またはセクションと区別するために使用されるものである。したがって、以下で言及される第１素子、第１構成要素、または第１セクションは、本発明の技術的思想内で第２素子、第２構成要素、または第２セクションであり得ることはもちろんである。
【００１６】
本明細書で使用された用語は、実施形態を説明するためであり、本発明を制限しようとするものではない。本明細書において単数形は、文言で特別に言及しない限り、複数形をも含む。明細書で使用される「含む」および／または「含む」は、言及した構成要素、段階、動作、および／または素子は、一つ以上の他の構成要素、段階、動作、および／または素子の存在または追加を排除しない。なお、「および／または」は、言及したアイテムのそれぞれおよび一つ以上のすべての組合せを含む。また、以下の明細書全体にかけて同一の参照符号は同一の構成要素を指称する。
他に定義されなければ、本明細書で使用されるすべての用語（技術および科学的用語を含む）は、本発明が属する技術分野で通常の知識を有する者に共通に理解され得る意味において使用されるものである。また、一般的に使用される辞典に定義されている用語は、明確に特別に定義されていない限り理想的にまたは過度に解釈されない。
【００１７】
以下、図面を参照して本発明の実施形態によるイメージセンサおよびその製造方法について説明する。
【００１８】
（第１実施形態）
図１は、本発明の第１実施形態によるイメージセンサのブロック図である。
【００１９】
図１を参照すると、本発明の第１実施形態によるイメージセンサは、光電変換素子１１を含むピクセルが二次元配列で構成されたアクティブピクセルセンサアレイ１０、タイミング発生器（ｔｉｍｉｎｇ ｇｅｎｅｒａｔｏｒ）２０、行デコーダ（ｒｏｗ ｄｅｃｏｄｅｒ）３０、行ドライバ（ｒｏｗ ｄｒｉｖｅｒ）４０、相関二重サンプル（Ｃｏｒｒｅｌａｔｅｄ Ｄｏｕｂｌｅ Ｓａｍｐｌｅｒ、ＣＤＳ）５０、アナログデジタルコンバータ（Ａｎａｌｏｇ ｔｏ Ｄｉｇｉｔａｌ Ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ、ＡＤＣ）６０、ラッチ部（ｌａｔｃｈ）７０、列デコーダ（ｃｏｌｕｍｎ ｄｅｃｏｄｅｒ）８０などを含む。
【００２０】
アクティブピクセルセンサアレイ１０は二次元配列された多数の単位ピクセルを含む。多数の単位ピクセルは光学映像を電気的な出力信号に変換する役割を果たす。アクティブピクセルセンサアレイ１０は行ドライバ４０から行選択信号、リセット信号、電荷伝送信号など多数の駆動信号を受信して駆動される。また、変換された電気的な出力信号は垂直信号ラインを介して相関二重サンプル５０に提供される。
【００２１】
タイミング発生器２０は、行デコーダ３０および列デコーダ８０にタイミング信号および制御信号を提供する。
【００２２】
行ドライバ４０は、行デコーダ３０でデコーディングされた結果に応じて多数の単位ピクセルを駆動するための多数の駆動信号をアクティブピクセルセンサアレイ１０に提供する。一般的に行列形態で単位ピクセルが配列された場合には各行別に駆動信号を提供する。
【００２３】
相関二重サンプル５０は、アクティブピクセルセンサアレイ１０に形成された出力信号を、垂直信号ラインを介して受信し、維持およびサンプリングする。すなわち、特定の雑音レベルと、出力信号による信号レベルを二重にしてサンプリングし、雑音レベルと信号レベルとの差異に該当する差異レベルを出力する。
【００２４】
アナログデジタルコンバータ６０は、差異レベルに該当するアナログ信号をデジタル信号に変換して出力する。
【００２５】
ラッチ部７０は、デジタル信号をラッチ（ｌａｔｃｈ）し、レチデン信号は列デコーダ８０でデコーディングされた結果に応じて順次に映像信号処理部（図示せず）に出力する。
【００２６】
図２は、図１のセンサアレイの等価回路図である。
【００２７】
図２を参照すると、ピクセル（Ｐ）が行列形態で配列してアクティブピクセルセンサアレイ１０を構成する。各ピクセル（Ｐ）は、光電変換素子１１、フローティング拡散領域１３、電荷伝送素子１５、ドライブ素子１７、リセット素子１８、選択素子１９を含む。これらの機能についてｉ行ピクセル（Ｐ（ｉ、ｊ）、Ｐ（ｉ、ｊ＋１）、Ｐ（ｉ、ｊ＋２）、Ｐ（ｉ、ｊ＋３）、…）を例にあげて説明する。
【００２８】
光電変換素子１１は、入射光を吸収して光量に対応する電荷を蓄積する。光電変換素子１１としてフォトダイオード、フォトトランジスタ、フォトゲート、ＰＩＮ（ｐｉｎｎｅｄ）フォトダイオードまたはこれらの組合せを適用してもよく、図面にはフォトダイオードを例示する。
【００２９】
各光電変換素子１１は、蓄積された電荷をフローティング拡散領域１３に伝送する各電荷伝送素子１５とカップリングされる。フローティング拡散領域１３は、電荷を電圧に転換する領域であり、寄生キャパシタンスを有しているため、電荷が累積して保存される。
【００３０】
ソースフォロア増幅器として例示されているドライブ素子１７は、各光電変換素子１１に蓄積された電荷の伝達を受けてフローティング拡散領域１３の電気的ポテンシャルの変化を増幅してこれを出力ライン（Ｖｏｕｔ）に出力する。
【００３１】
リセット素子１８は、フローティング拡散領域１３を周期的にリセットさせる。リセット素子１８は、所定のバイアス（すなわち、リセット信号）を印加するリセットライン（ＲＸ（ｉ））により提供されるバイアスによって駆動されるＭＯＳトランジスタからなされてもよい。リセットライン（ＲＸ（ｉ））により提供されるバイアスによってリセット素子１８がターンオンすると、リセット素子１８のドレーンに提供される所定の電気的ポテンシャル、例えば電源電圧（ＶＤＤ）がフローティング拡散領域１３に伝達される。
【００３２】
選択素子１９は、行単位で読み出すピクセル（Ｐ）を選択する役割を果たす。選択素子１９は、行選択ライン（ＳＥＬ（ｉ））により提供されるバイアス、すなわち、行選択信号によって駆動されるＭＯＳトランジスタからなされてもよい。行選択ライン（ＳＥＬ（ｉ））により提供されるバイアスによって選択素子１９がターンオンすると、選択素子１９のドレーンに提供される所定の電気的ポテンシャル、例えば電源電圧（ＶＤＤ）がドライブ素子１７のドレーン領域に伝達される。
【００３３】
電荷伝送素子１５にバイアスを印加する伝送ライン（ＴＸ（ｉ））、リセット素子１８にバイアスを印加するリセットライン（ＲＸ（ｉ））、選択素子１９にバイアスを印加する行選択ライン（ＳＥＬ（ｉ））は行方向に実質的に互いに平行するように延長され配列されてもよい。
【００３４】
以下、図３から図４Ｃを参照して本発明の第１実施形態によるイメージセンサについて説明する。図３および図４Ａは、本発明の第１実施形態によるイメージセンサを説明するための概念図および断面図である。図４Ｂおよび図４Ｃは、図４Ａの変形実施形態によるイメージセンサを説明するための断面図である。図４Ａおよび図４Ｂは、説明の便宜のため、光電変換素子１１を中心にセンサアレイ領域の一部を図示する。
【００３５】
先ず、図３を参照すると、周辺回路領域ＩＩは例えば、図１に示す相関二重サンプル５０、アナログデジタルコンバータ６０、ラッチ部７０などが形成される領域であってもよく、センサアレイ領域Ｉは図１に示すアクティブピクセルセンサアレイ１０が形成される領域であってもよい。また、図示するように、周辺回路領域ＩＩは、センサアレイ領域Ｉを囲むように形成されてもよいが、本発明の権利範囲がこれに限定されるものではない。
【００３６】
図４Ａを参照すると、本発明の一実施形態によるイメージセンサ１０１は、基板１１０、配線構造体１４０、キャビティ１５０、吸湿防止膜１６０および光案内部１７０を含む。
【００３７】
基板１１０は例えば、第１導電型（例えば、ｐ型）基板を利用してもよい。図示していないが、基板１１０上にエピタキシャル層が形成されて、基板１１０内に多数のウェル（ｗｅｌｌ）が形成されていてもよい。例えば、基板１１０は、下部シリコン基板と、下部シリコン基板上に形成された埋め込み絶縁層と、埋め込み絶縁層上に形成されたシリコン半導体層を含むＳＯＩ（Ｓｉｌｉｃｏｎ Ｏｎ Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ）基板が使用されてもよい。
【００３８】
基板１１０内には図示されていない素子分離領域が形成されており、素子分離領域によってアクティブ領域が定義されてもよい。素子分離領域は、一般的にＬＯＣＯＳ（ＬＯＣａｌ Ｏｘｉｄａｔｉｏｎ ｏｆ Ｓｉｌｉｃｏｎ）方法を利用したＦＯＸ（Ｆｉｅｌｄ ＯＸｉｄｅ）またはＳＴＩ（Ｓｈａｌｌｏｗ Ｔｒｅｎｃｈ Ｉｓｏｌａｔｉｏｎ）であってもよい。素子分離領域は単位画素を区切る役割を果たすことができる。
【００３９】
基板１１０内部には光電変換素子１２０が形成される。光電変換素子１２０はカラーフィルタ１９０を通過した色の光を吸収し、光量に対応する電荷を生成および／または蓄積する。光電変換素子１２０としては、フォトトランジスタ、フォトゲート、フォトダイオード、ＰＩＮ（ｐｉｎｎｅｄ）フォトダイオード、またはこれらの組合せを適用してもよい。本実施形態では光電変換素子１２０としてフォトダイオードを例えて説明する。また、図面に図示していないが、基板１１０内には光電変換素子１２０に蓄積された電荷を読み出すためのフローティング拡散領域が形成されてもよい。
【００４０】
基板１１０上には層間絶縁膜１３０が形成されてもよく、層間絶縁膜１３０内部には複数のゲート構造体１３５が配置されてもよい。層間絶縁膜１３０はシリコン窒化膜および／またはシリコン酸化膜を含んでも良い。また、多数のゲート構造体は例えば、トランジスタであってもよい。多数のトランジスタは電荷伝送素子、選択素子、ドライブ素子およびリセット素子などを含んでもよい。例えば、図３に示すセンサアレイ領域Ｉには読み出し素子が、周辺回路領域ＩＩにはＭＯＳ素子、抵抗体およびキャパシタなどが配置されてもよく、これらは当業者に広く知られている多様な形態で具現できるものであるため、説明の便宜上省略する。
【００４１】
層間絶縁膜１３０上には配線構造体１４０が形成される。配線構造体１４０は、多層の金属間絶縁膜１４０ａ、１４０ｂ、１４０ｃと、多層の金属間絶縁膜１４０ａ、１４０ｂ、１４０ｃ内に配置された多層の金属配線Ｍ１、Ｍ２を含む。配線構造体１４０は第１金属間絶縁膜１４０ａ、第１金属間絶縁膜１４０ａ内に形成された第１金属配線Ｍ１、第１金属配線Ｍ１上に形成された第２金属間絶縁膜１４０ｂ、第２金属間絶縁膜１４０ｂ内に形成された第２金属配線Ｍ２、および第２金属配線Ｍ２上に形成された第３金属間絶縁膜１４０ｃを含んでもよい。このとき、多層の金属配線Ｍ１、Ｍ２は、銅配線またはアルミニウム配線であってもよいが、これに限定されるものではない。例えば、多層の金属配線Ｍ１、Ｍ２はダマシン配線（ｄａｍａｓｃｅｎｅ ｉｎｔｅｒｃｏｎｎｅｃｔｉｏｎ）であってもよい。多層の金属配線Ｍ１、Ｍ２各々は互いにビアコンタクトＶＩＡ１によって接続されてもよい。
【００４２】
第１金属間絶縁膜１４０ａ、第２金属間絶縁膜１４０ｂ、および第３金属間絶縁膜１４０ｃは多層の絶縁膜が積層された構造であってもよく、例えば、第１金属間絶縁膜１４０ａは層間絶縁膜１３０上に順次に形成されたシリコン窒化膜および／またはシリコン酸化膜を含んでもよい。
【００４３】
また、図面に示していないが、多層の金属間絶縁膜１４０ａ、１４０ｂ、１４０ｃの間に各々拡散防止膜が形成されてもよい。すなわち、第１金属間絶縁膜１４０ａと第２金属間絶縁膜１４０ｂとの間、第２金属間絶縁膜１４０ｂと第３金属間絶縁膜１４０ｃとの間に各々拡散防止膜が形成されてもよい。このような拡散防止膜は多層の金属配線Ｍ１、Ｍ２内の金属原子拡散されることを防止するためである。例えば、多層の金属配線Ｍ１、Ｍ２が銅配線である場合、拡散防止膜は銅原子の拡散を防止することができる。
【００４４】
また、拡散防止膜は、金属配線を形成するとき、エッチング停止膜の役割をすることができる。したがって、拡散防止膜と多層の金属間絶縁膜１４０ａ、１４０ｂ、１４０ｃは互いに異なるエッチング率を有してもよい。例えば、多層の金属間絶縁膜１４０ａ、１４０ｂ、１４０ｃはシリコン酸化膜であり、拡散防止膜はシリコン窒化膜であってもよい。後述するキャビティ１５０は拡散防止膜を含む多層の金属間絶縁膜１４０ａ、１４０ｂ、１４０ｃを貫いて形成してもよい。
【００４５】
例えば、配線構造体１４０と層間絶縁膜１３０との間にエッチング停止膜１３７が形成されてもよい。すなわち、層間絶縁膜１３０上にエッチング停止膜１３７が形成され、エッチング停止膜１３７上に配線構造体１４０が形成されてもよい。例えば、エッチング停止膜１３７はシリコン窒化膜またはシリコン酸化膜を含んでもよい。エッチング停止膜１３７は図９を参照して後述するキャビティ１５０の深さを調節することに利用してもよい。
【００４６】
キャビティ１５０は光電変換素子１２０に対応して配線構造体１４０を貫く。より詳細には、複数の層で形成された多層の金属間絶縁膜１４０ａ、１４０ｂ、１４０ｃおよび層間絶縁膜１３０の間に界面が各々存在するため、この界面はカラーフィルタ１９０を介して供給された入射光が光電変換素子１２０に到達することを妨害し得る。また、前述した拡散防止膜、例えばシリコン窒化膜は光に対する透過率が低いため、入射光が光電変換素子１２０に到達することを妨害し得る。したがって、光電変換素子１２０上に配線構造体１４０を貫いて形成されたキャビティ１５０はこのような妨害要素を最小化し、光電変換素子１２０に到達する入射光の量と光感度を増加させることができる。
【００４７】
図４Ａに示すように、キャビティ１５０はエッチング停止膜１３７および層間絶縁膜１３０の一部を貫いて形成されてもよい。また、キャビティ１５０は傾斜した側壁を有し、下部幅が上部幅より狭く形成されてもよい。また、キャビティ１５０の底面は平坦に形成されてもよい。しかし、本実施形態によれば、キャビティ１５０の構造は、図４Ａに示す構造に限定されない。例えば、キャビティ１５０の側壁が傾斜しないように形成されてもよく、底面が平坦ではなく、凹または凸形状で形成されてもよいことはもちろんである。
【００４８】
吸湿防止膜１６０は配線構造体１４０内に形成されたキャビティ１５０上にコンフォーマルに形成される。例えば、アクティブピクセルセンサアレイ１０（図１参照）内のキャビティ１５０の側壁および底面を含み、一部領域、例えば、周辺回路領域ＩＩのパッド領域を除いた基板１１０の全面上に吸湿防止膜１６０が形成されてもよい。すなわち、吸湿防止膜１６０はキャビティ１５０の両側壁、底面上にコンフォーマルに形成されるだけでなく、金属間絶縁膜１４０ｃの上面上に延長され形成される。
【００４９】
キャビティ１５０を含む配線構造体１４０上に形成された吸湿防止膜１６０は、相対的に高温、高湿の状態に素子が露出されてもアクティブピクセルセンサアレイ１０の飽和レベルが劣化することを防止することができる。ここで、飽和レベルは、光電転換素子１２０に供給される光によって光電転換素子１２０から生成される光電荷量が基準レベルを超過した状態を意味し得る。
【００５０】
より詳細には、吸湿防止膜１６０は吸湿に強い物質、例えばＡｌ2Ｏ3などのアルミニウム酸化膜またはＴｉＯ2などのチタン酸化膜などを含む物質で形成され、アクティブピクセルセンサアレイ１０の飽和レベルの劣化を防止することによって素子の信頼度を向上させることができる。
【００５１】
吸湿防止膜１６０の厚さは基板１１０上で実質的に均一であってもよい。すなわち、吸湿防止膜１６０はキャビティ１５０上に同一の厚さで形成されてもよく、さらには、キャビティ１５０の両側壁、底面および多層の金属間絶縁膜１４０ａ、１４０ｂ、１４０ｃの上面上に同一の厚さで形成されてもよい。このとき、吸湿防止膜１６０の厚さは、例えば、約１Åから約２０００Åまでの範囲であってもよい。
【００５２】
このように、吸湿防止膜１６０をキャビティ１５０の両側壁、底面および多層金属間絶縁膜１４０ａ、１４０ｂ、１４０ｃの上面上に同一の厚さで形成することによってキャビティ１５０のプロファイルを実質的に同一に維持することができる。すなわち、吸湿防止膜１６０が形成されたキャビティ１５０の縦横比の不必要な増加を防止することができる。したがって、縦横比増加による低照度特性を向上させることができる。
【００５３】
図面に示すように、配線構造体１４０内にはキャビティ１５０による段差部が存在する。すなわち、配線構造体１４０の少なくとも一部を貫くキャビティ１５０が形成されることによって配線構造体１４０の第３金属間絶縁膜１４０ｃ、キャビティ１５０の側壁、およびキャビティ１５０の底面が段差部を構成する。これに伴い、の段差部を含む配線構造体１４０上に均一の厚さを有する吸湿防止膜１６０を形成するため、例えばステップカバレッジ特性がよい原子層堆積（Ａｔｏｍｉｃ Ｌａｙｅｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ、ＡＬＤ）工程が利用されてもよい。このように、原子層堆積工程を利用して形成された吸湿防止膜１６０の場合、プラズマ処理によって形成された場合に比べ、素子に及ぼすストレスを最小化することができ、ダークレベル（ｄａｒｋ ｌｅｖｅｌ）も減少させることができる。
【００５４】
光案内部１７０は吸湿防止膜１６０上に形成されてキャビティ１５０を埋め込む光透過物質を含む。すなわち、キャビティ１５０が光透過物質によって埋め込まれるが、光透過物質は吸湿防止膜１６０上に形成される。図４Ａに示すように、光案内部１７０の光透過物質はキャビティ１５０を埋め込むが、配線構造体１４０の第３金属間絶縁膜１４０ｃの上面上に延長され形成されてもよい。したがって、キャビティ１５０の両側壁および底面と、配線構造体１４０の最上面上に吸湿防止膜１６０がコンフォーマルに形成され、吸湿防止膜１６０上にキャビティ１５０を埋め込むように光透過物質が形成されてもよい。
【００５５】
光案内部１７０はカラーフィルタ１９０を通過してキャビティ１５０の内部に入射された光を光電変換素子１２０に安定的に到達させる役割をすることができる。したがって、光透過物質は、入射光が旨く透過することができるように、例えば、有機高分子化合物、例えば環構造を有するふっ素系高分子であるＣｙｔｏｐ（登録商標）、ポリシロキサン樹脂（Ｐｏｌｙ−ｓｉｌｏｘａｎｅ ｒｅｓｉｎ）、ポリシロキサン樹脂とチタン酸化物、またはＰＭＭＡ系の高分子などでなされてもよい。
【００５６】
また、光案内部１７０の光透過物質は多層の金属間絶縁膜１４０ａ、１４０ｂ、１４０ｃを構成する物質より大きい屈折率を有する高屈折率物質であってもよい。例えば、光案内部１７０の光透過物質の屈折率は吸湿防止膜１６０と類似の屈折率を有してもよい。したがって、光案内部１７０に入射された入射光がキャビティ１５０の内部に全反射され、これによって入射光が光電変換素子１２０に安定的に到達することができる。例えば、光案内部１７０の光透過物質は約１．６５以上の屈折率を有してもよい。
【００５７】
図４Ｂに示すように、いくつかの他の実施形態によるイメージセンサ１０２は、光案内部１７３はキャビティ１５０に埋没して形成されてもよい。すなわち、光案内部１７３がキャビティ１５０を埋め込んで配線構造体１４０の上面上に延長され形成された図４Ａに示す実施形態とは異なり、光案内部１７３がキャビティ１５０内に配置されてもよい。すなわち、光案内部１７３の光透過物質でキャビティ１５０を埋め込むが、光透過物質がキャビティ１５０によって形成された空間内にのみ存在するように形成してもよい。図面に示すように、光案内部１７３の光透過物質の上部表面が配線構造体１４０の上部表面と実質的に同一の平面上に存在してもよい。
【００５８】
さらには、図面に示していないが、いくつかの他の実施形態では、光透過物質の上部表面が配線構造体１４０の上部表面と互いに異なる平面上に存在してもよい。例えば、光透過物質でキャビティ１５０の一部のみを埋め込む場合、光透過物質の上部表面と配線構造体１４０の上部表面が互いに異なる平面上に存在してもよい。このとき、吸湿防止膜１６０はこれらの上部表面に沿ってコンフォーマルに形成されてもよい。この場合、後続される工程段階、例えば平坦化層の形成などによりこれらの段差を補完することができる。
【００５９】
図４Ａおよび図４Ｂを参照すると、光案内部１７０、１７３上には下部平坦化膜１８０、カラーフィルタ１９０、上部平坦化膜１９２、レンズ１９４および図示しない保護膜が順次に形成されてもよい。図４Ａでは例示的に、カラーフィルタ１９０の上側に上部平坦化膜１９２および下側に下部平坦化膜１８０が形成されたものを図示するが、これに限定されるものではない。例えば、カラーフィルタ１９０の上側にのみ上部平坦化膜１９２があってもよく、カラーフィルタ１９０の上側、下側すべてに平坦化膜がなくてもよい。
【００６０】
レンズ１９４は感光性樹脂のような有機物質、または無機物質で構成されてもよい。有機物質でレンズ１９４を形成するときには、例えば、上部平坦化膜１９２上に有機物質パターンを形成して熱工程を行い、レンズ１９４を形成してもよい。熱工程によって有機物質パターンがレンズ形態に変わる。
【００６１】
図面に示していないが、レンズ１９４上には保護膜が形成されてもよい。保護膜は外部衝撃からレンズ１９４を保護する役割をすることができる。保護膜は無機物酸化膜であってもよい。例えば、シリコン酸化膜、チタン酸化膜、ジルコニウム酸化膜（ＺｒＯ2）、ハフニウム酸化膜（ＨｆＯ2）、およびこれの積層膜、組合膜を使用してもよい。特に、保護膜としてシリコン酸化膜の一種であるＬＴＯ（ＬｏｗＴｅｍｐｅｒａｔｕｒｅＯｘｉｄｅ）を使用してもよい。このようにＬＴＯを使用する理由は、ＬＴＯは低温、例えば約１００ないし２００℃で製造されるため、下部膜への損傷が少ないからである。のみならず、ＬＴＯは非晶質であるため、荒くない。したがって、入射光の反射／屈折／散乱などを減らすことができる。
【００６２】
レンズ１９４が有機物質から形成される場合、外部衝撃に弱い場合もある。したがって、保護膜はレンズ１９４を外部の衝撃から保護する役割を果たす。のみならず、隣接するレンズ１９４の間には若干の空間が生じ得るが、保護膜はこのような空間を満たす役割を果たす。隣接するレンズ１９４の間の空間を満たせば、入射光の集光能力を高めることができるとの長所がある。隣接するレンズ１９４の間の空間に到達する入射光の反射／屈折／散乱などを減らすことができるからである。
【００６３】
さらには、光案内部１７０の光透過物質上に図示しない接着層がさらに形成されてもよい。接着層は下部の光案内部１７０の光透過物質と、上部のカラーフィルタ１９０との間の接着能力を強化させ、光透過物質とカラーフィルタ１９０をさらに安定的に接着させることができる。
【００６４】
本発明の第１実施形態によるイメージセンサ１０１，１０２，１０３によれば、キャビティ１５０が形成された配線構造体上にコンフォーマルに形成された吸湿防止膜１６０を含み、吸湿によるアクティブピクセルセンサアレイ１０の飽和レベルの劣化を防止することができる。したがって、イメージセンサの信頼性を向上させることができる。また、吸湿防止膜１６０が原子層堆積工程によって形成された場合、素子に及ぼすストレス問題を最小化することができるため、ダークレベルも改善することができる。さらに、コンフォーマルに形成された吸湿防止膜１６０が互いに実質的に同一の厚さを有することによって、キャビティ１５０の両側壁、特に配線構造体１４０の上面と、キャビティ１５０の側壁およびキャビティ１５０の底面で成される段差部領域のステップカバレッジが良好になる。これによって、不必要な縦横比の増加を防止することができ、低照度の感度特性がさらに向上することができる。
【００６５】
図４Ｃを参照すると、本発明による第１実施形態の変形例であるイメージセンサ１０３によれば、基板１１０の周辺回路領域ＩＩ上にも層間絶縁膜１３０、配線構造体１４０、および吸湿防止膜１６０が形成されてもよい。前述したように、吸湿防止膜１６０は基板１１０の少なくとも一部、例えば周辺回路領域ＩＩのパッド領域を除いた基板１１０の前面上に形成されてもよい。図４Ｃはセンサアレイ領域Ｉに図４Ａの実施形態が適用された場合を示すが、これに限定されるものではなく、多様な構造が適用されてもよい。
【００６６】
さらに、周辺回路領域ＩＩ上に形成された吸湿防止膜１６０上には光案内部１７０の光透過物質、および上部平坦化層１９２が順に積層されてもよい。しかし、センサアレイ領域Ｉの構造に応じて吸湿防止膜１６０上に積層された物質は多様に変形されてもよい。例えば、センサアレイ領域Ｉの吸湿防止膜１６０上に下部平坦化層１８０のみを形成した場合、周辺回路領域ＩＩの吸湿防止膜１６０上にも下部平坦化層１８０のみが形成されてもよい。これは一つの例示に過ぎないため、多様な方式を用いて適用できることはもちろんである。また、図４Ｃに示すように、周辺回路領域ＩＩにはセンサアレイ領域Ｉよりさらに多い層の金属配線Ｍ１、Ｍ２、Ｍ３、Ｍ４が形成されてもよい。さらに、金属配線Ｍ１、Ｍ２、Ｍ３、Ｍ４は、ビアコンタクトＶＩＡ１、ＶＩＡ２、ＶＩＡ３によって電気的に接続することができる。
【００６７】
（第２実施形態）
図５Ａおよび図５Ｂを参照して本発明の第２実施形態によるイメージセンサ２０１、２０２について説明する。図５Ａおよび図５Ｂは、本発明の他の実施形態によるイメージセンサを説明するための断面図である。図５Ａは、説明の便宜のため、光電変換素子を中心にセンサアレイ領域の一部を図示する。
【００６８】
図５Ａを参照すると、本発明の第２実施形態によるイメージセンサ２０１は、吸湿防止膜１６１が光案内部１７１の光透過物質とカラーフィルタ１９０との間に形成されるという点から区別される。以下では、本発明による第１実施形態と同一の構成要素に対しては同一図面符号を記載し、本発明による第１実施形態と実質的に同一の内容に関する説明は省略または簡略化する。
【００６９】
キャビティ１５０が形成された配線構造体１４０上には光透過物質を含む光案内部１７１が形成される。さらに詳細には、キャビティ１５０の内部は光案内部１７１の光透過物質で埋め込まれ、光透過物質は配線構造体１４０の上面上に延長され、配線構造体１４０を含む基板１１０の全面上に形成される。前述したように、本実施形態においても、光案内部１７１の光透過物質はキャビティ１５０の内部に埋没した構造で形成されてもよく、下部平坦化膜１８０（図４Ｃ参照）は配線構造体１４０の第３金属間絶縁膜１４０ｃおよび光透過物質上に形成されてもよい。
【００７０】
キャビティ１５０の内部と配線構造体１４０の上面上に形成された光案内部１７１の光透過物質上に吸湿防止膜１６１が形成される。吸湿防止膜１６１は、例えばアルミニウム酸化膜またはチタン酸化膜などを含んでもよいが、原子層堆積工程を適用できる物質であればこれに限定されない。また、吸湿防止膜１６１は吸湿に強い物質を含んでもよい。
【００７１】
吸湿防止膜１６１は、光案内部１７１の光透過物質上に実質的に同一の厚さで形成されてもよく、例えば約１Åから約２０００Åまでの厚さを有してもよい。
【００７２】
さらに、吸湿防止膜１６１上にはカラーフィルタ１９０が形成される。
【００７３】
図５Ｂを参照すると、基板１１０のセンサアレイ領域Ｉ上に図５Ａの構造が形成され、周辺回路領域ＩＩ上には、層間絶縁膜１３０、配線構造体１４０、光案内部１７１の光透過物質および吸湿防止膜１６１が形成されてもよい。前述したように、吸湿防止膜１６１は基板１１０の一部または全体に形成されてもよい。したがって、センサアレイ領域Ｉおよび周辺回路領域ＩＩ上に同一の厚さと同一の物質を有する吸湿防止膜１６１が形成されてもよい。
【００７４】
本発明の第２実施形態によるイメージセンサ２０１，２０２によれば、光案内部１７１の光透過物質上に形成された吸湿防止膜１６１を含み、アクティブピクセルセンサアレイ１０の飽和レベルの劣化を防止することができ、イメージセンサ２０１，２０２の信頼性を向上させることができる。また、吸湿防止膜１６１が原子層堆積工程を利用して形成された場合、素子のストレス問題を減少させてダークレベルを改善させることもできる。
【００７５】
（第３実施形態）
６Ａおよび図６Ｂを参照して本発明の第３実施形態によるイメージセンサ３０１、３０２について説明する。図６Ａおよび図６Ｂは、発明の第３実施形態によるイメージセンサ３０１、３０２を説明するための断面図である。図６Ａは、説明の便宜のため、光電変換素子を中心にセンサアレイ領域の一部を示す。
【００７６】
図６Ａを参照すると、本発明の第３実施形態によるイメージセンサ３０１は、配線構造体１４０内にキャビティ（図５参照）を形成せず、吸湿防止膜１６２が配線構造体１４０とカラーフィルタ１９０の間に形成されるという点から前述した実施形態と区別される。
【００７７】
図６Ａに示すように、本発明の第３実施形態のイメージセンサ３０１は、吸湿防止膜１６２が配線構造体１４０とカラーフィルタ１９０の間に形成される。例えば、吸湿防止膜１６２は配線構造体の上面の真上に形成されてもよい。
【００７８】
また、配線構造体１４０内にキャビティを形成しないことによってキャビティの形成過程、例えばプラズマ処理工程を進行する間に生じ得る素子のストレス問題を減少させ、素子の信頼性を向上させることができる。
【００７９】
図６Ｂに示すイメージセンサ３０２を参照すると、基板１１０のセンサアレイ領域Ｉ上に図６Ａの構造が形成され、周辺回路領域ＩＩ上には、層間絶縁膜１３０、配線構造体１４０、および吸湿防止膜１６２が形成されてもよい。前述したように、吸湿防止膜１６２は基板１１０の一部または全体に形成されてもよい。したがって、センサアレイ領域Ｉおよび周辺回路領域ＩＩ上に同一の厚さと同一の物質を有する吸湿防止膜１６２が形成されてもよい。
【００８０】
（第４実施形態）
図７Ａおよび図７Ｂを参照して本発明の第４実施形態によるイメージセンサ４０１、４０２について説明する。図７Ａおよび図７Ｂは、本発明の第４実施形態によるイメージセンサ４０１、４０２の断面図である。図７Ａおよび図７Ｂは、説明の便宜のため、センサアレイ領域の一部を示し、光電変換素子を中心に示す。
【００８１】
図７Ａを参照すると、本発明の第４実施形態によるイメージセンサ４０１は、基板の背面に光を入射させる構造であるという点から前述した実施形態と区別される。このような形態のイメージセンサを背面照射（ｂａｃｋｓｉｄｅ ｉｌｌｕｍｉｎａｔｅｄ）イメージセンサと呼ぶ。背面照射イメージセンサは、光が入射する面に金属配線Ｍ１、Ｍ２が形成されていないため、金属配線Ｍ１、Ｍ２によって入射光が反射されることや層間絶縁膜１３０および配線構造体１４０による光吸収が起きない。
【００８２】
図７Ａを参照すると、基板１１０内に光電変換素子１２０が形成され、基板１１０の前面ＦＳに層間絶縁膜１３０と、金属間絶縁膜１４０ａ、１４０ｂ、１４０ｃおよび金属配線Ｍ１、Ｍ２を含む配線構造体１４０が形成される。基板１１０の背面ＢＳには背面層間絶縁膜１４３が形成され、背面層間絶縁膜１４３の前面上に吸湿防止膜１６３が形成される。すなわち、吸湿防止膜１６３は基板１１０の背面ＢＳ上に形成される。
【００８３】
図７Ｂを参照すると、図７Ａに示すイメージセンサ４０１とは異なり、吸湿防止膜１６３上に接着層１８０が形成されてもよい。接着層１８０は、吸湿防止膜１６３上にカラーフィルタ１９０が安定的に接着されるようにする役割を果たす。
【００８４】
（製造方法）
以下、図８から図１１および図４を参照して本発明の第１実施形態によるイメージセンサの製造方法について説明する。図８から図１１は、本発明の一実施形態によるイメージセンサの製造方法を説明するための中間段階の断面図である。説明の便宜のため、以下では光電変換素子を中心にセンサアレイ領域の一部を示し、前述した内容と実質的に同一の内容については説明を省略または簡略にする。
【００８５】
図８を参照して内部に光電変換素子１２０が形成された基板１１０を提供し、基板１１０上に多層の金属間絶縁膜１４０ａ、１４０ｂ、１４０ｃと多層の金属間絶縁膜１４０ａ、１４０ｂ、１４０ｃ内に配置された多層の金属配線Ｍ１、Ｍ２を含む配線構造体１４０を形成する。
【００８６】
図８に示すように、配線構造体１４０を形成する前に、内部に複数のゲート構造体を含む層間絶縁膜１３０を形成してもよい。例えば、ゲート構造体はトランジスタであってもよく、図面に示すゲート構造体は電荷伝送素子１３５であってもよい。
多層の金属間絶縁膜１４０ａ、１４０ｂ、１４０ｃと多層の金属間絶縁膜１４０ａ、１４０ｂ、１４０ｃ内に配置された多層の金属配線Ｍ１、Ｍ２を含む配線構造体１４０を形成には、例えばダマシン工程を利用して形成してもよい。したがって、図面に示していないが、例えば、多層の金属間絶縁膜１４０ａ、１４０ｂ、１４０ｃの間に拡散防止膜をさらに含んでもよい。さらに、多層の金属配線Ｍ１、Ｍ２を形成するものは、銅配線またはアルミニウム配線を形成するものを含んでもよいが、これに限定されないのはもちろんである。
【００８７】
続いて、図９に示すように光電変換素子１２０に対応して配線構造体１４０を貫くキャビティ１５０を形成することについて説明する。
【００８８】
具体的には、複数の層で形成された多層の金属間絶縁膜１４０ａ、１４０ｂ、１４０ｃおよび層間絶縁膜１３０の間に界面が各々存在するため、このような界面はカラーフィルタ１９０を介して供給された入射光が光電変換素子１２０に到達することを妨害し得る。したがって、光電変換素子１２０上に配線構造体１４０を貫くようにキャビティ１５０を形成することによって、このような妨害要素を最小化させることができる。これによって光電変換素子１２０に到達する入射光の量を増加させることもでき、光感度も増加させることもできる。
【００８９】
さらに、図９に示すように、キャビティ１５０は層間絶縁膜１３０の一部と、層間絶縁膜１３０および多層の金属間絶縁膜１４０ａ、１４０ｂ、１４０ｃの間に形成されたエッチング停止膜１３７を貫くように形成してもよい。この場合、キャビティ１５０は二段階のエッチング工程を利用して形成してもよい。
【００９０】
より具体的には、多層の金属間絶縁膜１４０ａ、１４０ｂ、１４０ｃを貫くように配線構造体１４０をエッチングするが、エッチング停止膜１３７でエッチングを中止し、図示しない中間キャビティを形成する第１段階エッチングと、エッチング停止膜１３７の除去した以後の工程条件、例えばエッチングの進行時間を調節してエッチング停止膜１３７の下部にある層間絶縁膜１３０をエッチングする第２段階のエッチングとに区分して行ってもよい。エッチング停止膜１３７の下部にある層間絶縁膜１３０のエッチング速度を調節することによって、キャビティ１５０の深さを調節することができる。さらに、キャビティ１５０は層間絶縁膜１３０を実質的に完全に貫いてもよい。
【００９１】
例えば、キャビティ１５０を形成するものは、プラズマエッチング工程を利用して形成するものを含んでもよいが、これに限定されないのはもちろんである。
【００９２】
続いて、図１０を参照してキャビティ１５０上に吸湿防止膜１６０をコンフォーマルに形成することについて説明する。
【００９３】
例えば、原子層堆積（Ａｔｏｍｉｃ Ｌａｙｅｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ、ＡＬＤ）法により配線構造体１４０内に形成されたキャビティ１５０の両側壁、底面上に吸湿防止膜１６０をコンフォーマルに形成してもよい。図１０に示すように、キャビティ１５０が形成された基板１１０の全面上に原子層堆積法によりキャビティ１５０の両側壁および底面だけではなく、配線構造体１４０の第３金属間絶縁膜１４０ｃの上面上に吸湿防止膜１６０を形成してもよい。
【００９４】
原子層堆積工程は、ステップカバレッジが良好であるため、キャビティ１５０のプロファイルを実質的に同一に維持しつつ吸湿防止膜１６０を形成することができる。したがって、吸湿防止膜１６０が形成された縦横比と吸湿防止膜１６０形成前のキャビティ１５０の縦横比をほぼ同一に維持することができ、縦横比の増加による低照度の特性を向上させることができる。したがって、吸湿防止膜１６０を形成するとき、原子層堆積工程を適用できる物質、例えばアルミニウム酸化物またはチタン酸化物を利用してもよい。さらに、吸湿防止膜１６０は、例えば約１Åから約２０００Åまでの範囲の厚さで形成してもよい。
【００９５】
さらに、原子層堆積工程を利用して吸湿防止膜１６０を形成することによって、プラズマ処理により形成する場合に比べ、素子に及ぼすストレスを最小化することができ、ダークレベルを改善させることができる。
【００９６】
続いて、図１１を参照して吸湿防止膜１６０上に光透過物質を形成してキャビティ１５０を埋め込む光案内部１７０を形成する。
【００９７】
光透過物質としては、例えば、有機高分子化合物、例えば環構造を有するふっ素系高分子Ｃｙｔｏｐ（登録商標）、ポリシロキサン樹脂（Ｐｏｌｙ−ｓｉｌｏｘａｎｅ ｒｅｓｉｎ）、ポリシロキサン樹脂とチタン酸化物、またはＰＭＭＡ系の高分子などを使用してもよいが、これに限定されるものではない。このとき、光透過物質を形成するのは、例えばスピンコーティング方式を利用してもよいが、これに限定されるものではない。さらに、図１１に示すように、光透過物質を形成するのはキャビティ１５０を埋め込むが、配線構造体１４０の第３金属間絶縁層１４０ｃ上に延長されるように形成してもよい。
【００９８】
再び、図４Ａを参照すると、光案内部１７０の光透過物質上に下部平坦化膜１８０、カラーフィルタ１９０、上部平坦化膜１９２、およびレンズ１９４を順次に形成してもよい。このとき、図面に示していないが、レンズ１９４上に保護膜をさらに形成してもよい。
【００９９】
または、図４Ｂを参照して光透過物質でキャビティ１５０を埋め込んだ後、吸湿防止膜１６０が露出するまで光透過物質を除去し、露出された吸湿防止膜１６０およびキャビティ１５０の内部に埋め込まれた光透過物質上に下部平坦化膜１８０を形成してもよい。
【０１００】
本発明の第１実施形態によるイメージセンサ１０１，１０２，１０３の製造方法によれば、キャビティ１５０が形成された配線構造体１４０上に吸湿防止膜１６０をコンフォーマルに形成し、アクティブピクセルセンサアレイ１０の飽和レベルの劣化を防止することができる。すなわち、信頼性が向上したイメージセンサを製造することができる。また、原子層堆積工程を利用して吸湿防止膜１６０を形成する場合、素子に及ぼすストレス問題を最小化し、ダークレベルが発生する問題を改善することができ、吸湿防止膜１６０の厚さを均一に形成することによって、低照度の感度特性が向上したイメージセンサを製造することができる長所がある。
【０１０１】
以下、図１２、図１３および図５を参照して本発明の第２実施形態によるイメージセンサの製造方法について説明する。図１２および図１３は、本発明の第２実施形態によるイメージセンサの製造方法を説明するための中間段階の断面図である。
【０１０２】
本発明の第２実施形態によるイメージセンサ２０１，２０２の製造方法は、本発明の第１実施形態によるイメージセンサ１０１，１０２，１０３の製造方法の図９に対応する段階までは実質的に同一であるため、それ以後の過程を中心に説明する。
【０１０３】
図１２を参照してキャビティ１５０を光透過物質で埋め込んで光案内部１７１を形成する。したがって、光透過物質はキャビティ１５０を含む配線構造体１４０の真上に形成してもよい。
【０１０４】
光透過物質でキャビティ１５０を埋め込んだ後、配線構造体１４０が露出するまで光透過物質を除去し、露出した配線構造体１４０およびキャビティ１５０の内部に埋め込まれた光透過物質上に吸湿防止膜１６１を形成してもよい。図１２に示す構造上の吸湿防止膜１６１を形成するまた他の方法について図１３を参照して説明する。
【０１０５】
続いて、図１３を参照して光案内部１７１の光透過物質上に吸湿防止層１６１を形成する。具体的には、吸湿防止層１６１を例にあげて光案内部１７１が形成された基板１１０の全面上に原子層堆積工程を利用して形成してもよい。
【０１０６】
続いて、図５に示すように吸湿防止層１６１上にカラーフィルタ１９０、平坦化膜１９２、およびレンズ１９４を順次に形成してもよい。さらに、図面に示していないが、レンズ１９４上に保護膜１９６をさらに形成してもよい。また、カラーフィルタ１９０の下部に下部平坦化膜をさらに形成してもよい。
【０１０７】
本発明の第３実施形態によるイメージセンサ３０１，３０２の製造方法は、前述した実施形態によるイメージセンサの製造方法から当業者が類推することが可能であるため、本明細書においては詳しい説明を省略する。
【０１０８】
本発明の第３実施形態によるイメージセンサ３０１，３０２の製造方法を簡略に説明すると、先に図８に示したように、内部に光電変換素子１２０が形成された基板１１０上に配線構造体１４０を形成した後、図６Ａおよび図６Ｂに示したように、配線構造体１４０を含む基板１１０の全面上に吸湿防止膜１６２を形成する。吸湿防止膜１６２の特性および形成過程は前述した実施形態と実質的に同一である。
【０１０９】
本発明の第３実施形態によるイメージセンサ３０１，３０２の製造方法の場合、前述した実施形態によるイメージセンサの製造方法とは異なり、配線構造体１４０内にキャビティ（図５参照）を形成する過程を含まない。すなわち、キャビティ１５０がない配線構造体１４０の上面上に吸湿防止膜１６２を形成する。
【０１１０】
以下、図１４から図１７および図７Ａを参照して本発明の第４実施形態によるイメージセンサの製造方法について説明する。図１４から図１７は、本発明の第４実施形態によるイメージセンサの製造方法を説明するための中間段階の断面図である。
【０１１１】
図１４を参照して前面ＦＳに隣接した内部に光電変換素子１２０が形成された基板１１０を提供し、基板１１０の前面ＦＳ上に多層の金属間絶縁膜１４０ａ、１４０ｂ、１４０ｃと多層の金属配線Ｍ１、Ｍ２を含む配線構造体１４０を形成する。
【０１１２】
図１５を参照して配線構造体１４０上に支持基板２００を付着させて基板１１０を支持できるようにする。このとき、図１５に示すように、支持基板２００の一面上に第１ボンディング層２１０を形成して配線構造体１４０上に第２ボンディング層２２０を形成し、支持基板２００と配線構造体１４０のボンディングが安定的に行われるようにすることができる。例えば、支持基板２００および配線構造体１４０のうちいずれか一つにのみにボンディング層を形成してもよく、多様な方式で配線構造体１４０上に支持基板２００を付着させてもよい。
【０１１３】
図１６を参照して支持基板２００が付着した基板１１０の上下を反転させる。すなわち、基板１１０の上下部を反転させて光電変換素子１２０を配線構造体１４０より上部に位置させる。
【０１１４】
続いて、支持基板２００が付着した基板１１０の背面ＢＳの一部を除去してもよい。具体的には、エッチング工程、例えば、反応性エッチング工程、または研磨工程、例えば、ＣＭＰ、ＢＧＲなどを利用して基板１１０の後面ＢＳの一部を除去してもよい。基板１１０の背面ＢＳの一部を除去し、基板１１０の厚さを減少させることによって光電変換素子１２０に入射する光の経路を減少させることができるので、光電変換素子１２０での光感度を向上させることができる。
【０１１５】
図１７を参照して基板１１０の背面ＢＳの全面上に背面層間絶縁膜１４３を形成して背面層間絶縁膜１４３が形成された基板１１０の背面ＢＳの全面上に吸湿防止膜１６３を形成する。
【０１１６】
背面層間絶縁膜１４３を形成するものは、基板１１０の背面ＢＳ上にシリコン酸化膜またはシリコン窒化膜などの絶縁物質を蒸着して形成することを含んでもよい。例えば、化学気相蒸着または原子層堆積工程などを利用してもよいが、これに限定されるものではない。また、吸湿防止膜１６３を形成することは、前述した実施形態と実質的に同一であるため、その具体的な説明は省略する。
【０１１７】
再び、図７Ａを参照すると、背面層間絶縁膜１４３および吸湿防止膜１６３が形成された基板１１０の背面ＢＳ上にカラーフィルタ１９０、平坦化膜１９２、およびレンズ１９４を順次に形成してもよい。さらに、図面に図示しないが、レンズ１９４上に保護膜をさらに形成してもよい。また、カラーフィルタ１９０の下部に下部平坦化膜をさらに形成してもよい。
【０１１８】
以下では、図１８から図２０を利用して本発明の実施形態によるイメージセンサを含むプロセッサ基板装置について説明する。図１８は、コンピュータ装置を示し、図１９Ａおよび図１９Ｂは、カメラ装置を示し、図２０は、携帯電話装置を示す。本発明の実施形態によるイメージセンサは、前述した装置以外に他の装置、例えば、スキャナ、機械化された時計装置、ナビゲーション装置、ビデオフォン、監視装置、自動フォーカス装置、追跡装置、動作監視装置、イメージ安定化装置などにも使用できることは自明である。
【０１１９】
図１８を参照すると、コンピュータ装置３００はバス３０５を介して入出力（Ｉ／Ｏ）素子３３０とコミュニケーションできるマイクロプロセッサなどのような中央情報処理装置としてのＣＰＵ３２０を含む。イメージセンサ３１０は、バス３０５または他の通信リンクを介して装置とコミュニケーションすることができる。また、コンピュータ装置３００は、バス３０５を介してＣＰＵ３２０とコミュニケーションできるＲＡＭ３４０および／またはポート３６０をさらに含んでもよい。ポート３６０は、ビデオカード、サウンドカード、メモリカード、ＵＳＢ素子などをカップリングするか、または他の装置とデータを通信できるポートであってもよい。イメージセンサ３１０は、ＣＰＵ、デジタル信号処理装置またはマイクロプロセッサなどと共に集積されてもよい。また、メモリが共に集積されてもよい。もちろん場合によってはプロセッサと別個のチップに集積されてもよい。
【０１２０】
図１９Ａを参照すると、カメラ装置４００はイメージセンサ４１３が回路基板４１１上にボンディングワイヤーを介して実装されているイメージセンサパッケージ４１０を含む。また、回路基板４１１上にはハウジング４２０が付着し、ハウジング４２０は回路基板４１１およびイメージセンサ４１３を外部環境から保護する。
【０１２１】
ハウジング４２０には撮影しようとする映像が通過する鏡筒部４２１が形成され、鏡筒部４２１の外部に向かう外側端部には保護カバー４２２が設置され、鏡筒部４２１の内側端部には赤外線遮断および反射防止用のフィルタ４２３が装着されてもよい。また、鏡筒部４２１の内部にはレンズ４２４が装着され、鏡筒部４２１のねじ山に沿ってレンズ４２４が移動してもよい。
【０１２２】
図１９Ｂを参照すると、カメラ装置５００は貫通ビア５７２を利用したイメージセンサパッケージ５０１を使用する。貫通ビア５７２を利用すると、ワイヤーボンディングを利用せずともイメージセンサ５７０と回路基板５６０が電気的に接続することができる。
【０１２３】
カメラ装置５００は、第１レンズ５２０、第２レンズ５４０、およびレンズコンポーネント５２６、５２７を備えている。また、カメラ装置５００は、支持部５０５、アパーチャ５４５、透明基板５１０、５３０、およびガラス５５０を備えている。
【０１２４】
図２０を参照すると、携帯電話システム４５０の所定位置にイメージセンサ４５２が付着している。図２０に示す位置と異なる部分にイメージセンサ４５２が付着してもよいことは当業者には自明である。
【０１２５】
本発明に関するより詳細な内容については次の具体的な実験例により説明し、ここに記載されていない内容は本発明の技術分野の当業者であれば充分に技術的に類推できるものであるため、説明を省略する。
【０１２６】
＜実験１＞
参考例の実験では、キャビティを形成した後、キャビティの真上に光透過物質を埋め込んで光案内部を形成したイメージセンサに対し、８５％の湿度および８５℃の温度に露出した後、センサアレイの飽和レベルを測定した。
本発明の実施形態によるイメージセンサを用いた実験では、キャビティを形成した後、キャビティ上に窒化膜を形成し、窒化膜上に光透過物質を塗布してキャビティを埋め込み、光案内部を形成したイメージセンサに対して８５％の湿度および８５℃の温度に露出した後、センサアレイの飽和レベルを測定した。
【０１２７】
実験１の結果を図２１Ａおよび図２１Ｂに図示する。図２１Ａは、参考例に該当するイメージセンサが前述の湿度および温度に露出される前（０ｈｒ）、１６８時間（１６８ｈｒ）後、そして５００時間（５００ｈｒ）後に対するセンサアレイの飽和レベルを測定してＬＳＢ（ｌｅａｓｔ ｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔ ｂｉｔ）で表した値（ｃｏｄｅ単位）である。図２１Ｂは、本発明の実施形態によるイメージセンサが前述の湿度および温度に露出される前、１６８時間後、そして５００時間後にセンサアレイの飽和レベルを測定してＬＳＢで表した値ある。
【０１２８】
図２１Ａおよび図２１Ｂ右側の棒グラフに示すように、参考例に該当するイメージセンサの飽和レベルは、前述した湿度および温度環境に露出される前に比べ、露出１６８時間後に約１００ＬＳＢコード程度の飽和劣化が発生したことに対し、本発明の実施形態に該当するイメージセンサの飽和レベルは１６８時間後および５００時間後でも飽和レベルの劣化がほぼ発生しなかった。
【０１２９】
＜実験２＞
参考例Ａの実験では、キャビティを形成した後、キャビティの真上に光透過物質を埋め込んで光案内部を形成し、出力信号のダークレベルを測定した。
【０１３０】
参考例Ｂの実験では、キャビティを形成した後、キャビティ上にプラズマ処理を利用して５０００Åの厚さの窒化膜を形成し、窒化膜上に光透過物質を埋め込んで光案内部を形成し、出力信号のダークレベル（ｄａｒｋ ｌｅｖｅｌ、ＤＫ ｌｅｖｅｌ）を測定した。
【０１３１】
参考例Ｃの実験では、キャビティを形成した後、キャビティ上にプラズマ処理を利用して４０００Åの厚さの窒化膜を形成して窒化膜上に光透過物質を埋め込んで、光案内部を形成して出力信号のダークレベルを測定した。
【０１３２】
本発明の実施形態によるイメージセンサＤを用いた実験では、キャビティを形成した後、キャビティ上に原子層堆積工程を行い、５０Åの厚さのアルミニウム酸化膜を形成し、アルミニウム酸化膜上に光透過物質を埋め込んで光案内部を形成して出力信号のダークレベルを測定した。
【０１３３】
本発明の他の実施形態によるイメージセンサＥを用いた実験では、キャビティを形成した後、キャビティ上に原子層堆積工程を行い、１００Åの厚さのアルミニウム酸化膜を形成し、アルミニウム酸化膜上に光透過物質を埋め込んで光案内部を形成して出力信号のダークレベルを測定した。
【０１３４】
実験２の結果を図２２に示す。図２２は、水平層に沿って記載された値以下のダークレベルを有する累積したチップの比率をグラフで示す。参考例Ａの実験結果をａ、参考例Ｂの実験結果をｂ、参考例Ｃの実験結果をｃ、本発明の実施形態によるイメージセンサＤを用いた実験結果をｄ、および本発明の他の実施形態によるイメージセンサＥを用いた実験結果をｅで示す。図２２に示すように、プラズマ処理を利用して窒化膜を形成した参考例Ｂおよび参考例Ｃのダークレベルは５ｍＶ／ｓｅｃを超える値を有することに比べ、本発明の実施形態によるイメージセンサＤおよび本発明の他の実施形態によるイメージセンサＥのダークレベルは約２．５ｍＶ／ｓｅｃ以下の値を維持することが分かった。
【０１３５】
参考例Ａのダークレベルも本実施形態によるイメージセンサＤおよびＥと類似のダークレベルが見えたが、前述した実験１からも分かるように、キャビティの真上に光透過物質を形成する場合（実験１での参考例の実験結果）、飽和レベルの劣化が発生した。
【０１３６】
したがって、参考例Ｂ、Ｃおよび本実施形態によるイメージセンサＤ、Ｅのようにキャビティ上に膜質を形成することにより飽和レベルの劣化を防止することができるが、本実施形態によるイメージセンサＤ、Ｅは参考例Ｂ、Ｃに比べて低いダークレベルを維持できることが分かった。
【０１３７】
以上添付された図面を参照して本発明の実施形態について説明したが、本発明が属する技術分野で通常の知識を有する者は、本発明が、その技術的思想や必須の特徴を変更しない範囲で他の具体的な形態で実施され得ることを理解することができる。したがって、上述した実施形態はすべての面で例示的なものであり、限定的でないものとして理解しなければならない。
【符号の説明】
【０１３８】
１０１、１０２、１０３、２０１、２０２、３０１、３０２、４０１、４０２・・・イメージセンサ、
１１、１２０ ・・・光電変換素子、
１１０ ・・・基板、
１４０ａ、１４０ｂ、１４０ｃ ・・・金属間絶縁膜、
１５０ ・・・キャビティ、
１４０ ・・・配線構造体、
１６０、１６１、１６２、１６３・・・吸湿防止膜、
１７０、１７１、１７３ ・・・光案内部、
１３０、１４３ ・・・層間絶縁膜、
１３５ ・・・ゲート構造体、
１３７ ・・・エッチング停止膜、
Ｍ１、Ｍ２ ・・・金属配線、
１９０ ・・・カラーフィルタ。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、イメージセンサに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
イメージセンサは、光学映像を電気信号に変換させる。最近、コンピュータ産業と通信産業の発達につれデジタルカメラ、ビデオカメラ、ＰＣＳ、ゲーム機器、警備用カメラ、医療用マイクロカメラなど多様な分野において性能が向上したイメージセンサの需要が増大しつつある。
【０００３】
特に、ＭＯＳイメージセンサは駆動方式が簡便で多様なスキャニング方式で実現することが可能である。また、信号処理回路を単一チップに集積することができ、製品の小型化が可能であり、ＭＯＳ工程技術を互換して利用することができるため、製造単価を下げることができる。電力消耗もまた非常に低く、バッテリー容量に制限のある製品への適用が容易である。したがって、ＭＯＳイメージセンサは技術開発により高解像度の実現が可能となり、その利用が急激に増えている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】大韓民国公開特許１０−２００６−１１２５３４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、光学特性が改善されたイメージセンサを提供することにある。
【０００６】
また、本発明は、光学特性が改善されたイメージセンサの製造方法を提供することにある。
【０００７】
本発明が解決しようとする課題は、以上で言及した課題に制限されず、言及されていないまた他の課題は次の記載から当業者に明確に理解できるであろう。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
請求項１に記載の発明によると、イメージセンサは光電変換素子を含む基板と、基板上の配線構造体であって、一つ以上の金属間絶縁膜を含み、光電変換素子に対応して整列され、底面および少なくとも二つの両側壁を有するキャビティを形成する配線構造体と、配線構造体の上部表面とキャビティの内部上の吸湿防止膜、および吸湿防止膜上の光案内部であって、キャビティ埋め込む光透過物質を含み、吸湿防止膜は、キャビティの底面、少なくとも二つの側壁、および複数の金属間の絶縁膜の上面に沿って同一の厚さを有する。
【０００９】
請求項８に記載に発明によると、イメージセンサは光電変換素子を含む基板と、基板上の配線構造体であって、一つ以上の金属間絶縁膜を含み、光電変換素子に対応して整列され、底面および少なくとも二つの両側壁を有するキャビティを形成する配線構造体と、配線構造体と基板との間の層間絶縁膜であって、一つ以上の金属配線と電気的に接続されたゲート構造体を含む層間絶縁膜と、配線構造体と基板上の吸湿防止膜、および吸湿防止膜上のカラーフィルタを含む。
【００１０】
請求項１４に記載に発明によると、イメージセンサは第１表面に隣接して光電変換素子を含む基板と、第１表面上の配線構造体であって、一つ以上の金属間絶縁膜と一つ以上の金属間絶縁膜内の一つ以上の金属配線を含む配線構造体と、基板の第２表面上の背面層間絶縁膜であって、第２表面は基板の第１表面の反対側である背面層間絶縁膜と、背面層間絶縁膜上の吸湿防止膜、および吸湿防止膜上のカラーフィルタであって、カラーフィルタは光電変換素子に対応して整列されたカラーフィルタを含む。
【００１１】
本発明のその他具体的な内容は詳細な説明および図面に含まれている。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の第１実施形態によるイメージセンサのブロック図である。
【図２】図１に示すアクティブピクセルセンサアレイの等価回路図である。
【図３】本発明の第１実施形態によるイメージセンサを説明するための概念図である。
【図４Ａ】本発明の第１実施形態によるイメージセンサを説明するための断面図である。
【図４Ｂ】本発明の第１実施形態によるイメージセンサを説明するための断面図である。
【図４Ｃ】本発明の第１実施形態によるイメージセンサを説明するための断面図である。
【図５Ａ】本発明の第２実施形態によるイメージセンサを説明するための断面図である。
【図５Ｂ】本発明の第２実施形態によるイメージセンサを説明するための断面図である。
【図６Ａ】本発明の第３実施形態によるイメージセンサを説明するための断面図である。
【図６Ｂ】本発明の第３実施形態によるイメージセンサを説明するための断面図である。
【図７Ａ】本発明の第４実施形態によるイメージセンサを説明するための断面図である。
【図７Ｂ】本発明の第４実施形態によるイメージセンサを説明するための断面図である。
【図８】本発明の第１実施形態によるイメージセンサの製造方法を説明するための中間段階の断面図である。
【図９】本発明の第１実施形態によるイメージセンサの製造方法を説明するための中間段階の断面図である。
【図１０】本発明の第１実施形態によるイメージセンサの製造方法を説明するための中間段階の断面図である。
【図１１】本発明の第１実施形態によるイメージセンサの製造方法を説明するための中間段階の断面図である。
【図１２】本発明の第２実施形態によるイメージセンサの製造方法を説明するための中間段階の断面図である。
【図１３】本発明の第２実施形態によるイメージセンサの製造方法を説明するための中間段階の断面図である。
【図１４】本発明の第４実施形態によるイメージセンサの製造方法を説明するための中間段階の断面図である。
【図１５】本発明の第４実施形態によるイメージセンサの製造方法を説明するための中間段階の断面図である。
【図１６】本発明の第４実施形態によるイメージセンサの製造方法を説明するための中間段階の断面図である。
【図１７】本発明の第４実施形態によるイメージセンサの製造方法を説明するための中間段階の断面図である。
【図１８】本発明の実施形態によるイメージセンサを含むプロセッサ基板装置を説明するための図である。
【図１９Ａ】本発明の実施形態によるイメージセンサを含むプロセッサ基板装置を説明するための図である。
【図１９Ｂ】本発明の実施形態によるイメージセンサを含むプロセッサ基板装置を説明するための図である。
【図２０】本発明の実施形態によるイメージセンサを含むプロセッサ基板装置を説明するための図である。
【図２１Ａ】参考例による実験１の結果を示すグラフである。
【図２１Ｂ】本発明の実施形態による実験１の結果を示すグラフである。
【図２２】本発明の実施形態と参考例による実験２の結果を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
本発明の利点、特徴、およびそれらを達成する方法は、添付される図面と共に詳細に後述される実施形態を参照すれば明確になるであろう。しかし、本発明は、以下で開示される実施形態に限定されるものではなく、互いに異なる多様な形態で具現されることが可能である。本実施形態は、単に本発明の開示が完全になるように、本発明が属する技術分野で通常の知識を有する者に対して発明の範疇を完全に知らせるために提供されるものであり、本発明は、請求項の範疇によってのみ定義される。なお、いくつかの実施形態において、公知の工程、段階、構造及び技術は、本発明が不明瞭に解釈されるのを避けるために、説明を省略する。
【００１４】
一つの素子が、他の素子と「接続された」または「カップリングされた」と参照されるときは、他の素子と直接連結またはカップリングされた場合、あるいは中間に他の素子を介在させた場合のすべてを含む。これに対し、一つの素子が異なる素子と「直接接続された」または「直接カップリングされた」と参照されるときは、間に他の素子を介在させないことを表わす。明細書全体にかけて、同一の参照符号は、同一の構成要素を参照する。「および／または」は、言及されたアイテムの各々および少なくとも一つ以上のすべての組合せを含む。
【００１５】
「第１」、「第２」等が、多様な素子、構成要素および／またはセクションを説明するために使用される。しかしながら、これら素子、構成要素および／またはセクションは、これらの用語によって制限されないことはもちろんである。これらの用語は単に一つの素子、構成要素、またはセクションを他の素子、構成要素、またはセクションと区別するために使用されるものである。したがって、以下で言及される第１素子、第１構成要素、または第１セクションは、本発明の技術的思想内で第２素子、第２構成要素、または第２セクションであり得ることはもちろんである。
【００１６】
本明細書で使用された用語は、実施形態を説明するためであり、本発明を制限しようとするものではない。本明細書において単数形は、文言で特別に言及しない限り、複数形をも含む。明細書で使用される「含む」および／または「含む」は、言及した構成要素、段階、動作、および／または素子は、一つ以上の他の構成要素、段階、動作、および／または素子の存在または追加を排除しない。なお、「および／または」は、言及したアイテムのそれぞれおよび一つ以上のすべての組合せを含む。また、以下の明細書全体にかけて同一の参照符号は同一の構成要素を指称する。
他に定義されなければ、本明細書で使用されるすべての用語（技術および科学的用語を含む）は、本発明が属する技術分野で通常の知識を有する者に共通に理解され得る意味において使用されるものである。また、一般的に使用される辞典に定義されている用語は、明確に特別に定義されていない限り理想的にまたは過度に解釈されない。
【００１７】
以下、図面を参照して本発明の実施形態によるイメージセンサおよびその製造方法について説明する。
【００１８】
（第１実施形態）
図１は、本発明の第１実施形態によるイメージセンサのブロック図である。
【００１９】
図１を参照すると、本発明の第１実施形態によるイメージセンサは、光電変換素子１１を含むピクセルが二次元配列で構成されたアクティブピクセルセンサアレイ１０、タイミング発生器（ｔｉｍｉｎｇ ｇｅｎｅｒａｔｏｒ）２０、行デコーダ（ｒｏｗ ｄｅｃｏｄｅｒ）３０、行ドライバ（ｒｏｗ ｄｒｉｖｅｒ）４０、相関二重サンプル（Ｃｏｒｒｅｌａｔｅｄ Ｄｏｕｂｌｅ Ｓａｍｐｌｅｒ、ＣＤＳ）５０、アナログデジタルコンバータ（Ａｎａｌｏｇ ｔｏ Ｄｉｇｉｔａｌ Ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ、ＡＤＣ）６０、ラッチ部（ｌａｔｃｈ）７０、列デコーダ（ｃｏｌｕｍｎ ｄｅｃｏｄｅｒ）８０などを含む。
【００２０】
アクティブピクセルセンサアレイ１０は二次元配列された多数の単位ピクセルを含む。多数の単位ピクセルは光学映像を電気的な出力信号に変換する役割を果たす。アクティブピクセルセンサアレイ１０は行ドライバ４０から行選択信号、リセット信号、電荷伝送信号など多数の駆動信号を受信して駆動される。また、変換された電気的な出力信号は垂直信号ラインを介して相関二重サンプル５０に提供される。
【００２１】
タイミング発生器２０は、行デコーダ３０および列デコーダ８０にタイミング信号および制御信号を提供する。
【００２２】
行ドライバ４０は、行デコーダ３０でデコーディングされた結果に応じて多数の単位ピクセルを駆動するための多数の駆動信号をアクティブピクセルセンサアレイ１０に提供する。一般的に行列形態で単位ピクセルが配列された場合には各行別に駆動信号を提供する。
【００２３】
相関二重サンプル５０は、アクティブピクセルセンサアレイ１０に形成された出力信号を、垂直信号ラインを介して受信し、維持およびサンプリングする。すなわち、特定の雑音レベルと、出力信号による信号レベルを二重にしてサンプリングし、雑音レベルと信号レベルとの差異に該当する差異レベルを出力する。
【００２４】
アナログデジタルコンバータ６０は、差異レベルに該当するアナログ信号をデジタル信号に変換して出力する。
【００２５】
ラッチ部７０は、デジタル信号をラッチ（ｌａｔｃｈ）し、レチデン信号は列デコーダ８０でデコーディングされた結果に応じて順次に映像信号処理部（図示せず）に出力する。
【００２６】
図２は、図１のセンサアレイの等価回路図である。
【００２７】
図２を参照すると、ピクセル（Ｐ）が行列形態で配列してアクティブピクセルセンサアレイ１０を構成する。各ピクセル（Ｐ）は、光電変換素子１１、フローティング拡散領域１３、電荷伝送素子１５、ドライブ素子１７、リセット素子１８、選択素子１９を含む。これらの機能についてｉ行ピクセル（Ｐ（ｉ、ｊ）、Ｐ（ｉ、ｊ＋１）、Ｐ（ｉ、ｊ＋２）、Ｐ（ｉ、ｊ＋３）、…）を例にあげて説明する。
【００２８】
光電変換素子１１は、入射光を吸収して光量に対応する電荷を蓄積する。光電変換素子１１としてフォトダイオード、フォトトランジスタ、フォトゲート、ＰＩＮ（ｐｉｎｎｅｄ）フォトダイオードまたはこれらの組合せを適用してもよく、図面にはフォトダイオードを例示する。
【００２９】
各光電変換素子１１は、蓄積された電荷をフローティング拡散領域１３に伝送する各電荷伝送素子１５とカップリングされる。フローティング拡散領域１３は、電荷を電圧に転換する領域であり、寄生キャパシタンスを有しているため、電荷が累積して保存される。
【００３０】
ソースフォロア増幅器として例示されているドライブ素子１７は、各光電変換素子１１に蓄積された電荷の伝達を受けてフローティング拡散領域１３の電気的ポテンシャルの変化を増幅してこれを出力ライン（Ｖｏｕｔ）に出力する。
【００３１】
リセット素子１８は、フローティング拡散領域１３を周期的にリセットさせる。リセット素子１８は、所定のバイアス（すなわち、リセット信号）を印加するリセットライン（ＲＸ（ｉ））により提供されるバイアスによって駆動されるＭＯＳトランジスタからなされてもよい。リセットライン（ＲＸ（ｉ））により提供されるバイアスによってリセット素子１８がターンオンすると、リセット素子１８のドレーンに提供される所定の電気的ポテンシャル、例えば電源電圧（ＶＤＤ）がフローティング拡散領域１３に伝達される。
【００３２】
選択素子１９は、行単位で読み出すピクセル（Ｐ）を選択する役割を果たす。選択素子１９は、行選択ライン（ＳＥＬ（ｉ））により提供されるバイアス、すなわち、行選択信号によって駆動されるＭＯＳトランジスタからなされてもよい。行選択ライン（ＳＥＬ（ｉ））により提供されるバイアスによって選択素子１９がターンオンすると、選択素子１９のドレーンに提供される所定の電気的ポテンシャル、例えば電源電圧（ＶＤＤ）がドライブ素子１７のドレーン領域に伝達される。
【００３３】
電荷伝送素子１５にバイアスを印加する伝送ライン（ＴＸ（ｉ））、リセット素子１８にバイアスを印加するリセットライン（ＲＸ（ｉ））、選択素子１９にバイアスを印加する行選択ライン（ＳＥＬ（ｉ））は行方向に実質的に互いに平行するように延長され配列されてもよい。
【００３４】
以下、図３から図４Ｃを参照して本発明の第１実施形態によるイメージセンサについて説明する。図３および図４Ａは、本発明の第１実施形態によるイメージセンサを説明するための概念図および断面図である。図４Ｂおよび図４Ｃは、図４Ａの変形実施形態によるイメージセンサを説明するための断面図である。図４Ａおよび図４Ｂは、説明の便宜のため、光電変換素子１１を中心にセンサアレイ領域の一部を図示する。
【００３５】
先ず、図３を参照すると、周辺回路領域ＩＩは例えば、図１に示す相関二重サンプル５０、アナログデジタルコンバータ６０、ラッチ部７０などが形成される領域であってもよく、センサアレイ領域Ｉは図１に示すアクティブピクセルセンサアレイ１０が形成される領域であってもよい。また、図示するように、周辺回路領域ＩＩは、センサアレイ領域Ｉを囲むように形成されてもよいが、本発明の権利範囲がこれに限定されるものではない。
【００３６】
図４Ａを参照すると、本発明の一実施形態によるイメージセンサ１０１は、基板１１０、配線構造体１４０、キャビティ１５０、吸湿防止膜１６０および光案内部１７０を含む。
【００３７】
基板１１０は例えば、第１導電型（例えば、ｐ型）基板を利用してもよい。図示していないが、基板１１０上にエピタキシャル層が形成されて、基板１１０内に多数のウェル（ｗｅｌｌ）が形成されていてもよい。例えば、基板１１０は、下部シリコン基板と、下部シリコン基板上に形成された埋め込み絶縁層と、埋め込み絶縁層上に形成されたシリコン半導体層を含むＳＯＩ（Ｓｉｌｉｃｏｎ Ｏｎ Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ）基板が使用されてもよい。
【００３８】
基板１１０内には図示されていない素子分離領域が形成されており、素子分離領域によってアクティブ領域が定義されてもよい。素子分離領域は、一般的にＬＯＣＯＳ（ＬＯＣａｌ Ｏｘｉｄａｔｉｏｎ ｏｆ Ｓｉｌｉｃｏｎ）方法を利用したＦＯＸ（Ｆｉｅｌｄ ＯＸｉｄｅ）またはＳＴＩ（Ｓｈａｌｌｏｗ Ｔｒｅｎｃｈ Ｉｓｏｌａｔｉｏｎ）であってもよい。素子分離領域は単位画素を区切る役割を果たすことができる。
【００３９】
基板１１０内部には光電変換素子１２０が形成される。光電変換素子１２０はカラーフィルタ１９０を通過した色の光を吸収し、光量に対応する電荷を生成および／または蓄積する。光電変換素子１２０としては、フォトトランジスタ、フォトゲート、フォトダイオード、ＰＩＮ（ｐｉｎｎｅｄ）フォトダイオード、またはこれらの組合せを適用してもよい。本実施形態では光電変換素子１２０としてフォトダイオードを例えて説明する。また、図面に図示していないが、基板１１０内には光電変換素子１２０に蓄積された電荷を読み出すためのフローティング拡散領域が形成されてもよい。
【００４０】
基板１１０上には層間絶縁膜１３０が形成されてもよく、層間絶縁膜１３０内部には複数のゲート構造体１３５が配置されてもよい。層間絶縁膜１３０はシリコン窒化膜および／またはシリコン酸化膜を含んでも良い。また、多数のゲート構造体は例えば、トランジスタであってもよい。多数のトランジスタは電荷伝送素子、選択素子、ドライブ素子およびリセット素子などを含んでもよい。例えば、図３に示すセンサアレイ領域Ｉには読み出し素子が、周辺回路領域ＩＩにはＭＯＳ素子、抵抗体およびキャパシタなどが配置されてもよく、これらは当業者に広く知られている多様な形態で具現できるものであるため、説明の便宜上省略する。
【００４１】
層間絶縁膜１３０上には配線構造体１４０が形成される。配線構造体１４０は、多層の金属間絶縁膜１４０ａ、１４０ｂ、１４０ｃと、多層の金属間絶縁膜１４０ａ、１４０ｂ、１４０ｃ内に配置された多層の金属配線Ｍ１、Ｍ２を含む。配線構造体１４０は第１金属間絶縁膜１４０ａ、第１金属間絶縁膜１４０ａ内に形成された第１金属配線Ｍ１、第１金属配線Ｍ１上に形成された第２金属間絶縁膜１４０ｂ、第２金属間絶縁膜１４０ｂ内に形成された第２金属配線Ｍ２、および第２金属配線Ｍ２上に形成された第３金属間絶縁膜１４０ｃを含んでもよい。このとき、多層の金属配線Ｍ１、Ｍ２は、銅配線またはアルミニウム配線であってもよいが、これに限定されるものではない。例えば、多層の金属配線Ｍ１、Ｍ２はダマシン配線（ｄａｍａｓｃｅｎｅ ｉｎｔｅｒｃｏｎｎｅｃｔｉｏｎ）であってもよい。多層の金属配線Ｍ１、Ｍ２各々は互いにビアコンタクトＶＩＡ１によって接続されてもよい。
【００４２】
第１金属間絶縁膜１４０ａ、第２金属間絶縁膜１４０ｂ、および第３金属間絶縁膜１４０ｃは多層の絶縁膜が積層された構造であってもよく、例えば、第１金属間絶縁膜１４０ａは層間絶縁膜１３０上に順次に形成されたシリコン窒化膜および／またはシリコン酸化膜を含んでもよい。
【００４３】
また、図面に示していないが、多層の金属間絶縁膜１４０ａ、１４０ｂ、１４０ｃの間に各々拡散防止膜が形成されてもよい。すなわち、第１金属間絶縁膜１４０ａと第２金属間絶縁膜１４０ｂとの間、第２金属間絶縁膜１４０ｂと第３金属間絶縁膜１４０ｃとの間に各々拡散防止膜が形成されてもよい。このような拡散防止膜は多層の金属配線Ｍ１、Ｍ２内の金属原子拡散されることを防止するためである。例えば、多層の金属配線Ｍ１、Ｍ２が銅配線である場合、拡散防止膜は銅原子の拡散を防止することができる。
【００４４】
また、拡散防止膜は、金属配線を形成するとき、エッチング停止膜の役割をすることができる。したがって、拡散防止膜と多層の金属間絶縁膜１４０ａ、１４０ｂ、１４０ｃは互いに異なるエッチング率を有してもよい。例えば、多層の金属間絶縁膜１４０ａ、１４０ｂ、１４０ｃはシリコン酸化膜であり、拡散防止膜はシリコン窒化膜であってもよい。後述するキャビティ１５０は拡散防止膜を含む多層の金属間絶縁膜１４０ａ、１４０ｂ、１４０ｃを貫いて形成してもよい。
【００４５】
例えば、配線構造体１４０と層間絶縁膜１３０との間にエッチング停止膜１３７が形成されてもよい。すなわち、層間絶縁膜１３０上にエッチング停止膜１３７が形成され、エッチング停止膜１３７上に配線構造体１４０が形成されてもよい。例えば、エッチング停止膜１３７はシリコン窒化膜またはシリコン酸化膜を含んでもよい。エッチング停止膜１３７は図９を参照して後述するキャビティ１５０の深さを調節することに利用してもよい。
【００４６】
キャビティ１５０は光電変換素子１２０に対応して配線構造体１４０を貫く。より詳細には、複数の層で形成された多層の金属間絶縁膜１４０ａ、１４０ｂ、１４０ｃおよび層間絶縁膜１３０の間に界面が各々存在するため、この界面はカラーフィルタ１９０を介して供給された入射光が光電変換素子１２０に到達することを妨害し得る。また、前述した拡散防止膜、例えばシリコン窒化膜は光に対する透過率が低いため、入射光が光電変換素子１２０に到達することを妨害し得る。したがって、光電変換素子１２０上に配線構造体１４０を貫いて形成されたキャビティ１５０はこのような妨害要素を最小化し、光電変換素子１２０に到達する入射光の量と光感度を増加させることができる。
【００４７】
図４Ａに示すように、キャビティ１５０はエッチング停止膜１３７および層間絶縁膜１３０の一部を貫いて形成されてもよい。また、キャビティ１５０は傾斜した側壁を有し、下部幅が上部幅より狭く形成されてもよい。また、キャビティ１５０の底面は平坦に形成されてもよい。しかし、本実施形態によれば、キャビティ１５０の構造は、図４Ａに示す構造に限定されない。例えば、キャビティ１５０の側壁が傾斜しないように形成されてもよく、底面が平坦ではなく、凹または凸形状で形成されてもよいことはもちろんである。
【００４８】
吸湿防止膜１６０は配線構造体１４０内に形成されたキャビティ１５０上にコンフォーマルに形成される。例えば、アクティブピクセルセンサアレイ１０（図１参照）内のキャビティ１５０の側壁および底面を含み、一部領域、例えば、周辺回路領域ＩＩのパッド領域を除いた基板１１０の全面上に吸湿防止膜１６０が形成されてもよい。すなわち、吸湿防止膜１６０はキャビティ１５０の両側壁、底面上にコンフォーマルに形成されるだけでなく、金属間絶縁膜１４０ｃの上面上に延長され形成される。
【００４９】
キャビティ１５０を含む配線構造体１４０上に形成された吸湿防止膜１６０は、相対的に高温、高湿の状態に素子が露出されてもアクティブピクセルセンサアレイ１０の飽和レベルが劣化することを防止することができる。ここで、飽和レベルは、光電転換素子１２０に供給される光によって光電転換素子１２０から生成される光電荷量が基準レベルを超過した状態を意味し得る。
【００５０】
より詳細には、吸湿防止膜１６０は吸湿に強い物質、例えばＡｌ2Ｏ3などのアルミニウム酸化膜またはＴｉＯ2などのチタン酸化膜などを含む物質で形成され、アクティブピクセルセンサアレイ１０の飽和レベルの劣化を防止することによって素子の信頼度を向上させることができる。
【００５１】
吸湿防止膜１６０の厚さは基板１１０上で実質的に均一であってもよい。すなわち、吸湿防止膜１６０はキャビティ１５０上に同一の厚さで形成されてもよく、さらには、キャビティ１５０の両側壁、底面および多層の金属間絶縁膜１４０ａ、１４０ｂ、１４０ｃの上面上に同一の厚さで形成されてもよい。このとき、吸湿防止膜１６０の厚さは、例えば、約１Åから約２０００Åまでの範囲であってもよい。
【００５２】
このように、吸湿防止膜１６０をキャビティ１５０の両側壁、底面および多層金属間絶縁膜１４０ａ、１４０ｂ、１４０ｃの上面上に同一の厚さで形成することによってキャビティ１５０のプロファイルを実質的に同一に維持することができる。すなわち、吸湿防止膜１６０が形成されたキャビティ１５０の縦横比の不必要な増加を防止することができる。したがって、縦横比増加による低照度特性を向上させることができる。
【００５３】
図面に示すように、配線構造体１４０内にはキャビティ１５０による段差部が存在する。すなわち、配線構造体１４０の少なくとも一部を貫くキャビティ１５０が形成されることによって配線構造体１４０の第３金属間絶縁膜１４０ｃ、キャビティ１５０の側壁、およびキャビティ１５０の底面が段差部を構成する。これに伴い、の段差部を含む配線構造体１４０上に均一の厚さを有する吸湿防止膜１６０を形成するため、例えばステップカバレッジ特性がよい原子層堆積（Ａｔｏｍｉｃ Ｌａｙｅｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ、ＡＬＤ）工程が利用されてもよい。このように、原子層堆積工程を利用して形成された吸湿防止膜１６０の場合、プラズマ処理によって形成された場合に比べ、素子に及ぼすストレスを最小化することができ、ダークレベル（ｄａｒｋ ｌｅｖｅｌ）も減少させることができる。
【００５４】
光案内部１７０は吸湿防止膜１６０上に形成されてキャビティ１５０を埋め込む光透過物質を含む。すなわち、キャビティ１５０が光透過物質によって埋め込まれるが、光透過物質は吸湿防止膜１６０上に形成される。図４Ａに示すように、光案内部１７０の光透過物質はキャビティ１５０を埋め込むが、配線構造体１４０の第３金属間絶縁膜１４０ｃの上面上に延長され形成されてもよい。したがって、キャビティ１５０の両側壁および底面と、配線構造体１４０の最上面上に吸湿防止膜１６０がコンフォーマルに形成され、吸湿防止膜１６０上にキャビティ１５０を埋め込むように光透過物質が形成されてもよい。
【００５５】
光案内部１７０はカラーフィルタ１９０を通過してキャビティ１５０の内部に入射された光を光電変換素子１２０に安定的に到達させる役割をすることができる。したがって、光透過物質は、入射光が旨く透過することができるように、例えば、有機高分子化合物、例えば環構造を有するふっ素系高分子であるＣｙｔｏｐ（登録商標）、ポリシロキサン樹脂（Ｐｏｌｙ−ｓｉｌｏｘａｎｅ ｒｅｓｉｎ）、ポリシロキサン樹脂とチタン酸化物、またはＰＭＭＡ系の高分子などでなされてもよい。
【００５６】
また、光案内部１７０の光透過物質は多層の金属間絶縁膜１４０ａ、１４０ｂ、１４０ｃを構成する物質より大きい屈折率を有する高屈折率物質であってもよい。例えば、光案内部１７０の光透過物質の屈折率は吸湿防止膜１６０と類似の屈折率を有してもよい。したがって、光案内部１７０に入射された入射光がキャビティ１５０の内部に全反射され、これによって入射光が光電変換素子１２０に安定的に到達することができる。例えば、光案内部１７０の光透過物質は約１．６５以上の屈折率を有してもよい。
【００５７】
図４Ｂに示すように、いくつかの他の実施形態によるイメージセンサ１０２は、光案内部１７３はキャビティ１５０に埋没して形成されてもよい。すなわち、光案内部１７３がキャビティ１５０を埋め込んで配線構造体１４０の上面上に延長され形成された図４Ａに示す実施形態とは異なり、光案内部１７３がキャビティ１５０内に配置されてもよい。すなわち、光案内部１７３の光透過物質でキャビティ１５０を埋め込むが、光透過物質がキャビティ１５０によって形成された空間内にのみ存在するように形成してもよい。図面に示すように、光案内部１７３の光透過物質の上部表面が配線構造体１４０の上部表面と実質的に同一の平面上に存在してもよい。
【００５８】
さらには、図面に示していないが、いくつかの他の実施形態では、光透過物質の上部表面が配線構造体１４０の上部表面と互いに異なる平面上に存在してもよい。例えば、光透過物質でキャビティ１５０の一部のみを埋め込む場合、光透過物質の上部表面と配線構造体１４０の上部表面が互いに異なる平面上に存在してもよい。このとき、吸湿防止膜１６０はこれらの上部表面に沿ってコンフォーマルに形成されてもよい。この場合、後続される工程段階、例えば平坦化層の形成などによりこれらの段差を補完することができる。
【００５９】
図４Ａおよび図４Ｂを参照すると、光案内部１７０、１７３上には下部平坦化膜１８０、カラーフィルタ１９０、上部平坦化膜１９２、レンズ１９４および図示しない保護膜が順次に形成されてもよい。図４Ａでは例示的に、カラーフィルタ１９０の上側に上部平坦化膜１９２および下側に下部平坦化膜１８０が形成されたものを図示するが、これに限定されるものではない。例えば、カラーフィルタ１９０の上側にのみ上部平坦化膜１９２があってもよく、カラーフィルタ１９０の上側、下側すべてに平坦化膜がなくてもよい。
【００６０】
レンズ１９４は感光性樹脂のような有機物質、または無機物質で構成されてもよい。有機物質でレンズ１９４を形成するときには、例えば、上部平坦化膜１９２上に有機物質パターンを形成して熱工程を行い、レンズ１９４を形成してもよい。熱工程によって有機物質パターンがレンズ形態に変わる。
【００６１】
図面に示していないが、レンズ１９４上には保護膜が形成されてもよい。保護膜は外部衝撃からレンズ１９４を保護する役割をすることができる。保護膜は無機物酸化膜であってもよい。例えば、シリコン酸化膜、チタン酸化膜、ジルコニウム酸化膜（ＺｒＯ2）、ハフニウム酸化膜（ＨｆＯ2）、およびこれの積層膜、組合膜を使用してもよい。特に、保護膜としてシリコン酸化膜の一種であるＬＴＯ（ＬｏｗＴｅｍｐｅｒａｔｕｒｅＯｘｉｄｅ）を使用してもよい。このようにＬＴＯを使用する理由は、ＬＴＯは低温、例えば約１００ないし２００℃で製造されるため、下部膜への損傷が少ないからである。のみならず、ＬＴＯは非晶質であるため、荒くない。したがって、入射光の反射／屈折／散乱などを減らすことができる。
【００６２】
レンズ１９４が有機物質から形成される場合、外部衝撃に弱い場合もある。したがって、保護膜はレンズ１９４を外部の衝撃から保護する役割を果たす。のみならず、隣接するレンズ１９４の間には若干の空間が生じ得るが、保護膜はこのような空間を満たす役割を果たす。隣接するレンズ１９４の間の空間を満たせば、入射光の集光能力を高めることができるとの長所がある。隣接するレンズ１９４の間の空間に到達する入射光の反射／屈折／散乱などを減らすことができるからである。
【００６３】
さらには、光案内部１７０の光透過物質上に図示しない接着層がさらに形成されてもよい。接着層は下部の光案内部１７０の光透過物質と、上部のカラーフィルタ１９０との間の接着能力を強化させ、光透過物質とカラーフィルタ１９０をさらに安定的に接着させることができる。
【００６４】
本発明の第１実施形態によるイメージセンサ１０１，１０２，１０３によれば、キャビティ１５０が形成された配線構造体上にコンフォーマルに形成された吸湿防止膜１６０を含み、吸湿によるアクティブピクセルセンサアレイ１０の飽和レベルの劣化を防止することができる。したがって、イメージセンサの信頼性を向上させることができる。また、吸湿防止膜１６０が原子層堆積工程によって形成された場合、素子に及ぼすストレス問題を最小化することができるため、ダークレベルも改善することができる。さらに、コンフォーマルに形成された吸湿防止膜１６０が互いに実質的に同一の厚さを有することによって、キャビティ１５０の両側壁、特に配線構造体１４０の上面と、キャビティ１５０の側壁およびキャビティ１５０の底面で成される段差部領域のステップカバレッジが良好になる。これによって、不必要な縦横比の増加を防止することができ、低照度の感度特性がさらに向上することができる。
【００６５】
図４Ｃを参照すると、本発明による第１実施形態の変形例であるイメージセンサ１０３によれば、基板１１０の周辺回路領域ＩＩ上にも層間絶縁膜１３０、配線構造体１４０、および吸湿防止膜１６０が形成されてもよい。前述したように、吸湿防止膜１６０は基板１１０の少なくとも一部、例えば周辺回路領域ＩＩのパッド領域を除いた基板１１０の前面上に形成されてもよい。図４Ｃはセンサアレイ領域Ｉに図４Ａの実施形態が適用された場合を示すが、これに限定されるものではなく、多様な構造が適用されてもよい。
【００６６】
さらに、周辺回路領域ＩＩ上に形成された吸湿防止膜１６０上には光案内部１７０の光透過物質、および上部平坦化層１９２が順に積層されてもよい。しかし、センサアレイ領域Ｉの構造に応じて吸湿防止膜１６０上に積層された物質は多様に変形されてもよい。例えば、センサアレイ領域Ｉの吸湿防止膜１６０上に下部平坦化層１８０のみを形成した場合、周辺回路領域ＩＩの吸湿防止膜１６０上にも下部平坦化層１８０のみが形成されてもよい。これは一つの例示に過ぎないため、多様な方式を用いて適用できることはもちろんである。また、図４Ｃに示すように、周辺回路領域ＩＩにはセンサアレイ領域Ｉよりさらに多い層の金属配線Ｍ１、Ｍ２、Ｍ３、Ｍ４が形成されてもよい。さらに、金属配線Ｍ１、Ｍ２、Ｍ３、Ｍ４は、ビアコンタクトＶＩＡ１、ＶＩＡ２、ＶＩＡ３によって電気的に接続することができる。
【００６７】
（第２実施形態）
図５Ａおよび図５Ｂを参照して本発明の第２実施形態によるイメージセンサ２０１、２０２について説明する。図５Ａおよび図５Ｂは、本発明の他の実施形態によるイメージセンサを説明するための断面図である。図５Ａは、説明の便宜のため、光電変換素子を中心にセンサアレイ領域の一部を図示する。
【００６８】
図５Ａを参照すると、本発明の第２実施形態によるイメージセンサ２０１は、吸湿防止膜１６１が光案内部１７１の光透過物質とカラーフィルタ１９０との間に形成されるという点から区別される。以下では、本発明による第１実施形態と同一の構成要素に対しては同一図面符号を記載し、本発明による第１実施形態と実質的に同一の内容に関する説明は省略または簡略化する。
【００６９】
キャビティ１５０が形成された配線構造体１４０上には光透過物質を含む光案内部１７１が形成される。さらに詳細には、キャビティ１５０の内部は光案内部１７１の光透過物質で埋め込まれ、光透過物質は配線構造体１４０の上面上に延長され、配線構造体１４０を含む基板１１０の全面上に形成される。前述したように、本実施形態においても、光案内部１７１の光透過物質はキャビティ１５０の内部に埋没した構造で形成されてもよく、下部平坦化膜１８０（図４Ｃ参照）は配線構造体１４０の第３金属間絶縁膜１４０ｃおよび光透過物質上に形成されてもよい。
【００７０】
キャビティ１５０の内部と配線構造体１４０の上面上に形成された光案内部１７１の光透過物質上に吸湿防止膜１６１が形成される。吸湿防止膜１６１は、例えばアルミニウム酸化膜またはチタン酸化膜などを含んでもよいが、原子層堆積工程を適用できる物質であればこれに限定されない。また、吸湿防止膜１６１は吸湿に強い物質を含んでもよい。
【００７１】
吸湿防止膜１６１は、光案内部１７１の光透過物質上に実質的に同一の厚さで形成されてもよく、例えば約１Åから約２０００Åまでの厚さを有してもよい。
【００７２】
さらに、吸湿防止膜１６１上にはカラーフィルタ１９０が形成される。
【００７３】
図５Ｂを参照すると、基板１１０のセンサアレイ領域Ｉ上に図５Ａの構造が形成され、周辺回路領域ＩＩ上には、層間絶縁膜１３０、配線構造体１４０、光案内部１７１の光透過物質および吸湿防止膜１６１が形成されてもよい。前述したように、吸湿防止膜１６１は基板１１０の一部または全体に形成されてもよい。したがって、センサアレイ領域Ｉおよび周辺回路領域ＩＩ上に同一の厚さと同一の物質を有する吸湿防止膜１６１が形成されてもよい。
【００７４】
本発明の第２実施形態によるイメージセンサ２０１，２０２によれば、光案内部１７１の光透過物質上に形成された吸湿防止膜１６１を含み、アクティブピクセルセンサアレイ１０の飽和レベルの劣化を防止することができ、イメージセンサ２０１，２０２の信頼性を向上させることができる。また、吸湿防止膜１６１が原子層堆積工程を利用して形成された場合、素子のストレス問題を減少させてダークレベルを改善させることもできる。
【００７５】
（第３実施形態）
６Ａおよび図６Ｂを参照して本発明の第３実施形態によるイメージセンサ３０１、３０２について説明する。図６Ａおよび図６Ｂは、発明の第３実施形態によるイメージセンサ３０１、３０２を説明するための断面図である。図６Ａは、説明の便宜のため、光電変換素子を中心にセンサアレイ領域の一部を示す。
【００７６】
図６Ａを参照すると、本発明の第３実施形態によるイメージセンサ３０１は、配線構造体１４０内にキャビティ（図５参照）を形成せず、吸湿防止膜１６２が配線構造体１４０とカラーフィルタ１９０の間に形成されるという点から前述した実施形態と区別される。
【００７７】
図６Ａに示すように、本発明の第３実施形態のイメージセンサ３０１は、吸湿防止膜１６２が配線構造体１４０とカラーフィルタ１９０の間に形成される。例えば、吸湿防止膜１６２は配線構造体の上面の真上に形成されてもよい。
【００７８】
また、配線構造体１４０内にキャビティを形成しないことによってキャビティの形成過程、例えばプラズマ処理工程を進行する間に生じ得る素子のストレス問題を減少させ、素子の信頼性を向上させることができる。
【００７９】
図６Ｂに示すイメージセンサ３０２を参照すると、基板１１０のセンサアレイ領域Ｉ上に図６Ａの構造が形成され、周辺回路領域ＩＩ上には、層間絶縁膜１３０、配線構造体１４０、および吸湿防止膜１６２が形成されてもよい。前述したように、吸湿防止膜１６２は基板１１０の一部または全体に形成されてもよい。したがって、センサアレイ領域Ｉおよび周辺回路領域ＩＩ上に同一の厚さと同一の物質を有する吸湿防止膜１６２が形成されてもよい。
【００８０】
（第４実施形態）
図７Ａおよび図７Ｂを参照して本発明の第４実施形態によるイメージセンサ４０１、４０２について説明する。図７Ａおよび図７Ｂは、本発明の第４実施形態によるイメージセンサ４０１、４０２の断面図である。図７Ａおよび図７Ｂは、説明の便宜のため、センサアレイ領域の一部を示し、光電変換素子を中心に示す。
【００８１】
図７Ａを参照すると、本発明の第４実施形態によるイメージセンサ４０１は、基板の背面に光を入射させる構造であるという点から前述した実施形態と区別される。このような形態のイメージセンサを背面照射（ｂａｃｋｓｉｄｅ ｉｌｌｕｍｉｎａｔｅｄ）イメージセンサと呼ぶ。背面照射イメージセンサは、光が入射する面に金属配線Ｍ１、Ｍ２が形成されていないため、金属配線Ｍ１、Ｍ２によって入射光が反射されることや層間絶縁膜１３０および配線構造体１４０による光吸収が起きない。
【００８２】
図７Ａを参照すると、基板１１０内に光電変換素子１２０が形成され、基板１１０の前面ＦＳに層間絶縁膜１３０と、金属間絶縁膜１４０ａ、１４０ｂ、１４０ｃおよび金属配線Ｍ１、Ｍ２を含む配線構造体１４０が形成される。基板１１０の背面ＢＳには背面層間絶縁膜１４３が形成され、背面層間絶縁膜１４３の前面上に吸湿防止膜１６３が形成される。すなわち、吸湿防止膜１６３は基板１１０の背面ＢＳ上に形成される。
【００８３】
図７Ｂを参照すると、図７Ａに示すイメージセンサ４０１とは異なり、吸湿防止膜１６３上に接着層１８０が形成されてもよい。接着層１８０は、吸湿防止膜１６３上にカラーフィルタ１９０が安定的に接着されるようにする役割を果たす。
【００８４】
（製造方法）
以下、図８から図１１および図４を参照して本発明の第１実施形態によるイメージセンサの製造方法について説明する。図８から図１１は、本発明の一実施形態によるイメージセンサの製造方法を説明するための中間段階の断面図である。説明の便宜のため、以下では光電変換素子を中心にセンサアレイ領域の一部を示し、前述した内容と実質的に同一の内容については説明を省略または簡略にする。
【００８５】
図８を参照して内部に光電変換素子１２０が形成された基板１１０を提供し、基板１１０上に多層の金属間絶縁膜１４０ａ、１４０ｂ、１４０ｃと多層の金属間絶縁膜１４０ａ、１４０ｂ、１４０ｃ内に配置された多層の金属配線Ｍ１、Ｍ２を含む配線構造体１４０を形成する。
【００８６】
図８に示すように、配線構造体１４０を形成する前に、内部に複数のゲート構造体を含む層間絶縁膜１３０を形成してもよい。例えば、ゲート構造体はトランジスタであってもよく、図面に示すゲート構造体は電荷伝送素子１３５であってもよい。
多層の金属間絶縁膜１４０ａ、１４０ｂ、１４０ｃと多層の金属間絶縁膜１４０ａ、１４０ｂ、１４０ｃ内に配置された多層の金属配線Ｍ１、Ｍ２を含む配線構造体１４０を形成には、例えばダマシン工程を利用して形成してもよい。したがって、図面に示していないが、例えば、多層の金属間絶縁膜１４０ａ、１４０ｂ、１４０ｃの間に拡散防止膜をさらに含んでもよい。さらに、多層の金属配線Ｍ１、Ｍ２を形成するものは、銅配線またはアルミニウム配線を形成するものを含んでもよいが、これに限定されないのはもちろんである。
【００８７】
続いて、図９に示すように光電変換素子１２０に対応して配線構造体１４０を貫くキャビティ１５０を形成することについて説明する。
【００８８】
具体的には、複数の層で形成された多層の金属間絶縁膜１４０ａ、１４０ｂ、１４０ｃおよび層間絶縁膜１３０の間に界面が各々存在するため、このような界面はカラーフィルタ１９０を介して供給された入射光が光電変換素子１２０に到達することを妨害し得る。したがって、光電変換素子１２０上に配線構造体１４０を貫くようにキャビティ１５０を形成することによって、このような妨害要素を最小化させることができる。これによって光電変換素子１２０に到達する入射光の量を増加させることもでき、光感度も増加させることもできる。
【００８９】
さらに、図９に示すように、キャビティ１５０は層間絶縁膜１３０の一部と、層間絶縁膜１３０および多層の金属間絶縁膜１４０ａ、１４０ｂ、１４０ｃの間に形成されたエッチング停止膜１３７を貫くように形成してもよい。この場合、キャビティ１５０は二段階のエッチング工程を利用して形成してもよい。
【００９０】
より具体的には、多層の金属間絶縁膜１４０ａ、１４０ｂ、１４０ｃを貫くように配線構造体１４０をエッチングするが、エッチング停止膜１３７でエッチングを中止し、図示しない中間キャビティを形成する第１段階エッチングと、エッチング停止膜１３７の除去した以後の工程条件、例えばエッチングの進行時間を調節してエッチング停止膜１３７の下部にある層間絶縁膜１３０をエッチングする第２段階のエッチングとに区分して行ってもよい。エッチング停止膜１３７の下部にある層間絶縁膜１３０のエッチング速度を調節することによって、キャビティ１５０の深さを調節することができる。さらに、キャビティ１５０は層間絶縁膜１３０を実質的に完全に貫いてもよい。
【００９１】
例えば、キャビティ１５０を形成するものは、プラズマエッチング工程を利用して形成するものを含んでもよいが、これに限定されないのはもちろんである。
【００９２】
続いて、図１０を参照してキャビティ１５０上に吸湿防止膜１６０をコンフォーマルに形成することについて説明する。
【００９３】
例えば、原子層堆積（Ａｔｏｍｉｃ Ｌａｙｅｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ、ＡＬＤ）法により配線構造体１４０内に形成されたキャビティ１５０の両側壁、底面上に吸湿防止膜１６０をコンフォーマルに形成してもよい。図１０に示すように、キャビティ１５０が形成された基板１１０の全面上に原子層堆積法によりキャビティ１５０の両側壁および底面だけではなく、配線構造体１４０の第３金属間絶縁膜１４０ｃの上面上に吸湿防止膜１６０を形成してもよい。
【００９４】
原子層堆積工程は、ステップカバレッジが良好であるため、キャビティ１５０のプロファイルを実質的に同一に維持しつつ吸湿防止膜１６０を形成することができる。したがって、吸湿防止膜１６０が形成された縦横比と吸湿防止膜１６０形成前のキャビティ１５０の縦横比をほぼ同一に維持することができ、縦横比の増加による低照度の特性を向上させることができる。したがって、吸湿防止膜１６０を形成するとき、原子層堆積工程を適用できる物質、例えばアルミニウム酸化物またはチタン酸化物を利用してもよい。さらに、吸湿防止膜１６０は、例えば約１Åから約２０００Åまでの範囲の厚さで形成してもよい。
【００９５】
さらに、原子層堆積工程を利用して吸湿防止膜１６０を形成することによって、プラズマ処理により形成する場合に比べ、素子に及ぼすストレスを最小化することができ、ダークレベルを改善させることができる。
【００９６】
続いて、図１１を参照して吸湿防止膜１６０上に光透過物質を形成してキャビティ１５０を埋め込む光案内部１７０を形成する。
【００９７】
光透過物質としては、例えば、有機高分子化合物、例えば環構造を有するふっ素系高分子Ｃｙｔｏｐ（登録商標）、ポリシロキサン樹脂（Ｐｏｌｙ−ｓｉｌｏｘａｎｅ ｒｅｓｉｎ）、ポリシロキサン樹脂とチタン酸化物、またはＰＭＭＡ系の高分子などを使用してもよいが、これに限定されるものではない。このとき、光透過物質を形成するのは、例えばスピンコーティング方式を利用してもよいが、これに限定されるものではない。さらに、図１１に示すように、光透過物質を形成するのはキャビティ１５０を埋め込むが、配線構造体１４０の第３金属間絶縁層１４０ｃ上に延長されるように形成してもよい。
【００９８】
再び、図４Ａを参照すると、光案内部１７０の光透過物質上に下部平坦化膜１８０、カラーフィルタ１９０、上部平坦化膜１９２、およびレンズ１９４を順次に形成してもよい。このとき、図面に示していないが、レンズ１９４上に保護膜をさらに形成してもよい。
【００９９】
または、図４Ｂを参照して光透過物質でキャビティ１５０を埋め込んだ後、吸湿防止膜１６０が露出するまで光透過物質を除去し、露出された吸湿防止膜１６０およびキャビティ１５０の内部に埋め込まれた光透過物質上に下部平坦化膜１８０を形成してもよい。
【０１００】
本発明の第１実施形態によるイメージセンサ１０１，１０２，１０３の製造方法によれば、キャビティ１５０が形成された配線構造体１４０上に吸湿防止膜１６０をコンフォーマルに形成し、アクティブピクセルセンサアレイ１０の飽和レベルの劣化を防止することができる。すなわち、信頼性が向上したイメージセンサを製造することができる。また、原子層堆積工程を利用して吸湿防止膜１６０を形成する場合、素子に及ぼすストレス問題を最小化し、ダークレベルが発生する問題を改善することができ、吸湿防止膜１６０の厚さを均一に形成することによって、低照度の感度特性が向上したイメージセンサを製造することができる長所がある。
【０１０１】
以下、図１２、図１３および図５を参照して本発明の第２実施形態によるイメージセンサの製造方法について説明する。図１２および図１３は、本発明の第２実施形態によるイメージセンサの製造方法を説明するための中間段階の断面図である。
【０１０２】
本発明の第２実施形態によるイメージセンサ２０１，２０２の製造方法は、本発明の第１実施形態によるイメージセンサ１０１，１０２，１０３の製造方法の図９に対応する段階までは実質的に同一であるため、それ以後の過程を中心に説明する。
【０１０３】
図１２を参照してキャビティ１５０を光透過物質で埋め込んで光案内部１７１を形成する。したがって、光透過物質はキャビティ１５０を含む配線構造体１４０の真上に形成してもよい。
【０１０４】
光透過物質でキャビティ１５０を埋め込んだ後、配線構造体１４０が露出するまで光透過物質を除去し、露出した配線構造体１４０およびキャビティ１５０の内部に埋め込まれた光透過物質上に吸湿防止膜１６１を形成してもよい。図１２に示す構造上の吸湿防止膜１６１を形成するまた他の方法について図１３を参照して説明する。
【０１０５】
続いて、図１３を参照して光案内部１７１の光透過物質上に吸湿防止層１６１を形成する。具体的には、吸湿防止層１６１を例にあげて光案内部１７１が形成された基板１１０の全面上に原子層堆積工程を利用して形成してもよい。
【０１０６】
続いて、図５に示すように吸湿防止層１６１上にカラーフィルタ１９０、平坦化膜１９２、およびレンズ１９４を順次に形成してもよい。さらに、図面に示していないが、レンズ１９４上に保護膜１９６をさらに形成してもよい。また、カラーフィルタ１９０の下部に下部平坦化膜をさらに形成してもよい。
【０１０７】
本発明の第３実施形態によるイメージセンサ３０１，３０２の製造方法は、前述した実施形態によるイメージセンサの製造方法から当業者が類推することが可能であるため、本明細書においては詳しい説明を省略する。
【０１０８】
本発明の第３実施形態によるイメージセンサ３０１，３０２の製造方法を簡略に説明すると、先に図８に示したように、内部に光電変換素子１２０が形成された基板１１０上に配線構造体１４０を形成した後、図６Ａおよび図６Ｂに示したように、配線構造体１４０を含む基板１１０の全面上に吸湿防止膜１６２を形成する。吸湿防止膜１６２の特性および形成過程は前述した実施形態と実質的に同一である。
【０１０９】
本発明の第３実施形態によるイメージセンサ３０１，３０２の製造方法の場合、前述した実施形態によるイメージセンサの製造方法とは異なり、配線構造体１４０内にキャビティ（図５参照）を形成する過程を含まない。すなわち、キャビティ１５０がない配線構造体１４０の上面上に吸湿防止膜１６２を形成する。
【０１１０】
以下、図１４から図１７および図７Ａを参照して本発明の第４実施形態によるイメージセンサの製造方法について説明する。図１４から図１７は、本発明の第４実施形態によるイメージセンサの製造方法を説明するための中間段階の断面図である。
【０１１１】
図１４を参照して前面ＦＳに隣接した内部に光電変換素子１２０が形成された基板１１０を提供し、基板１１０の前面ＦＳ上に多層の金属間絶縁膜１４０ａ、１４０ｂ、１４０ｃと多層の金属配線Ｍ１、Ｍ２を含む配線構造体１４０を形成する。
【０１１２】
図１５を参照して配線構造体１４０上に支持基板２００を付着させて基板１１０を支持できるようにする。このとき、図１５に示すように、支持基板２００の一面上に第１ボンディング層２１０を形成して配線構造体１４０上に第２ボンディング層２２０を形成し、支持基板２００と配線構造体１４０のボンディングが安定的に行われるようにすることができる。例えば、支持基板２００および配線構造体１４０のうちいずれか一つにのみにボンディング層を形成してもよく、多様な方式で配線構造体１４０上に支持基板２００を付着させてもよい。
【０１１３】
図１６を参照して支持基板２００が付着した基板１１０の上下を反転させる。すなわち、基板１１０の上下部を反転させて光電変換素子１２０を配線構造体１４０より上部に位置させる。
【０１１４】
続いて、支持基板２００が付着した基板１１０の背面ＢＳの一部を除去してもよい。具体的には、エッチング工程、例えば、反応性エッチング工程、または研磨工程、例えば、ＣＭＰ、ＢＧＲなどを利用して基板１１０の後面ＢＳの一部を除去してもよい。基板１１０の背面ＢＳの一部を除去し、基板１１０の厚さを減少させることによって光電変換素子１２０に入射する光の経路を減少させることができるので、光電変換素子１２０での光感度を向上させることができる。
【０１１５】
図１７を参照して基板１１０の背面ＢＳの全面上に背面層間絶縁膜１４３を形成して背面層間絶縁膜１４３が形成された基板１１０の背面ＢＳの全面上に吸湿防止膜１６３を形成する。
【０１１６】
背面層間絶縁膜１４３を形成するものは、基板１１０の背面ＢＳ上にシリコン酸化膜またはシリコン窒化膜などの絶縁物質を蒸着して形成することを含んでもよい。例えば、化学気相蒸着または原子層堆積工程などを利用してもよいが、これに限定されるものではない。また、吸湿防止膜１６３を形成することは、前述した実施形態と実質的に同一であるため、その具体的な説明は省略する。
【０１１７】
再び、図７Ａを参照すると、背面層間絶縁膜１４３および吸湿防止膜１６３が形成された基板１１０の背面ＢＳ上にカラーフィルタ１９０、平坦化膜１９２、およびレンズ１９４を順次に形成してもよい。さらに、図面に図示しないが、レンズ１９４上に保護膜をさらに形成してもよい。また、カラーフィルタ１９０の下部に下部平坦化膜をさらに形成してもよい。
【０１１８】
以下では、図１８から図２０を利用して本発明の実施形態によるイメージセンサを含むプロセッサ基板装置について説明する。図１８は、コンピュータ装置を示し、図１９Ａおよび図１９Ｂは、カメラ装置を示し、図２０は、携帯電話装置を示す。本発明の実施形態によるイメージセンサは、前述した装置以外に他の装置、例えば、スキャナ、機械化された時計装置、ナビゲーション装置、ビデオフォン、監視装置、自動フォーカス装置、追跡装置、動作監視装置、イメージ安定化装置などにも使用できることは自明である。
【０１１９】
図１８を参照すると、コンピュータ装置３００はバス３０５を介して入出力（Ｉ／Ｏ）素子３３０とコミュニケーションできるマイクロプロセッサなどのような中央情報処理装置としてのＣＰＵ３２０を含む。イメージセンサ３１０は、バス３０５または他の通信リンクを介して装置とコミュニケーションすることができる。また、コンピュータ装置３００は、バス３０５を介してＣＰＵ３２０とコミュニケーションできるＲＡＭ３４０および／またはポート３６０をさらに含んでもよい。ポート３６０は、ビデオカード、サウンドカード、メモリカード、ＵＳＢ素子などをカップリングするか、または他の装置とデータを通信できるポートであってもよい。イメージセンサ３１０は、ＣＰＵ、デジタル信号処理装置またはマイクロプロセッサなどと共に集積されてもよい。また、メモリが共に集積されてもよい。もちろん場合によってはプロセッサと別個のチップに集積されてもよい。
【０１２０】
図１９Ａを参照すると、カメラ装置４００はイメージセンサ４１３が回路基板４１１上にボンディングワイヤーを介して実装されているイメージセンサパッケージ４１０を含む。また、回路基板４１１上にはハウジング４２０が付着し、ハウジング４２０は回路基板４１１およびイメージセンサ４１３を外部環境から保護する。
【０１２１】
ハウジング４２０には撮影しようとする映像が通過する鏡筒部４２１が形成され、鏡筒部４２１の外部に向かう外側端部には保護カバー４２２が設置され、鏡筒部４２１の内側端部には赤外線遮断および反射防止用のフィルタ４２３が装着されてもよい。また、鏡筒部４２１の内部にはレンズ４２４が装着され、鏡筒部４２１のねじ山に沿ってレンズ４２４が移動してもよい。
【０１２２】
図１９Ｂを参照すると、カメラ装置５００は貫通ビア５７２を利用したイメージセンサパッケージ５０１を使用する。貫通ビア５７２を利用すると、ワイヤーボンディングを利用せずともイメージセンサ５７０と回路基板５６０が電気的に接続することができる。
【０１２３】
カメラ装置５００は、第１レンズ５２０、第２レンズ５４０、およびレンズコンポーネント５２６、５２７を備えている。また、カメラ装置５００は、支持部５０５、アパーチャ５４５、透明基板５１０、５３０、およびガラス５５０を備えている。
【０１２４】
図２０を参照すると、携帯電話システム４５０の所定位置にイメージセンサ４５２が付着している。図２０に示す位置と異なる部分にイメージセンサ４５２が付着してもよいことは当業者には自明である。
【０１２５】
本発明に関するより詳細な内容については次の具体的な実験例により説明し、ここに記載されていない内容は本発明の技術分野の当業者であれば充分に技術的に類推できるものであるため、説明を省略する。
【０１２６】
＜実験１＞
参考例の実験では、キャビティを形成した後、キャビティの真上に光透過物質を埋め込んで光案内部を形成したイメージセンサに対し、８５％の湿度および８５℃の温度に露出した後、センサアレイの飽和レベルを測定した。
本発明の実施形態によるイメージセンサを用いた実験では、キャビティを形成した後、キャビティ上に窒化膜を形成し、窒化膜上に光透過物質を塗布してキャビティを埋め込み、光案内部を形成したイメージセンサに対して８５％の湿度および８５℃の温度に露出した後、センサアレイの飽和レベルを測定した。
【０１２７】
実験１の結果を図２１Ａおよび図２１Ｂに図示する。図２１Ａは、参考例に該当するイメージセンサが前述の湿度および温度に露出される前（０ｈｒ）、１６８時間（１６８ｈｒ）後、そして５００時間（５００ｈｒ）後に対するセンサアレイの飽和レベルを測定してＬＳＢ（ｌｅａｓｔ ｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔ ｂｉｔ）で表した値（ｃｏｄｅ単位）である。図２１Ｂは、本発明の実施形態によるイメージセンサが前述の湿度および温度に露出される前、１６８時間後、そして５００時間後にセンサアレイの飽和レベルを測定してＬＳＢで表した値ある。
【０１２８】
図２１Ａおよび図２１Ｂ右側の棒グラフに示すように、参考例に該当するイメージセンサの飽和レベルは、前述した湿度および温度環境に露出される前に比べ、露出１６８時間後に約１００ＬＳＢコード程度の飽和劣化が発生したことに対し、本発明の実施形態に該当するイメージセンサの飽和レベルは１６８時間後および５００時間後でも飽和レベルの劣化がほぼ発生しなかった。
【０１２９】
＜実験２＞
参考例Ａの実験では、キャビティを形成した後、キャビティの真上に光透過物質を埋め込んで光案内部を形成し、出力信号のダークレベルを測定した。
【０１３０】
参考例Ｂの実験では、キャビティを形成した後、キャビティ上にプラズマ処理を利用して５０００Åの厚さの窒化膜を形成し、窒化膜上に光透過物質を埋め込んで光案内部を形成し、出力信号のダークレベル（ｄａｒｋ ｌｅｖｅｌ、ＤＫ ｌｅｖｅｌ）を測定した。
【０１３１】
参考例Ｃの実験では、キャビティを形成した後、キャビティ上にプラズマ処理を利用して４０００Åの厚さの窒化膜を形成して窒化膜上に光透過物質を埋め込んで、光案内部を形成して出力信号のダークレベルを測定した。
【０１３２】
本発明の実施形態によるイメージセンサＤを用いた実験では、キャビティを形成した後、キャビティ上に原子層堆積工程を行い、５０Åの厚さのアルミニウム酸化膜を形成し、アルミニウム酸化膜上に光透過物質を埋め込んで光案内部を形成して出力信号のダークレベルを測定した。
【０１３３】
本発明の他の実施形態によるイメージセンサＥを用いた実験では、キャビティを形成した後、キャビティ上に原子層堆積工程を行い、１００Åの厚さのアルミニウム酸化膜を形成し、アルミニウム酸化膜上に光透過物質を埋め込んで光案内部を形成して出力信号のダークレベルを測定した。
【０１３４】
実験２の結果を図２２に示す。図２２は、水平層に沿って記載された値以下のダークレベルを有する累積したチップの比率をグラフで示す。参考例Ａの実験結果をａ、参考例Ｂの実験結果をｂ、参考例Ｃの実験結果をｃ、本発明の実施形態によるイメージセンサＤを用いた実験結果をｄ、および本発明の他の実施形態によるイメージセンサＥを用いた実験結果をｅで示す。図２２に示すように、プラズマ処理を利用して窒化膜を形成した参考例Ｂおよび参考例Ｃのダークレベルは５ｍＶ／ｓｅｃを超える値を有することに比べ、本発明の実施形態によるイメージセンサＤおよび本発明の他の実施形態によるイメージセンサＥのダークレベルは約２．５ｍＶ／ｓｅｃ以下の値を維持することが分かった。
【０１３５】
参考例Ａのダークレベルも本実施形態によるイメージセンサＤおよびＥと類似のダークレベルが見えたが、前述した実験１からも分かるように、キャビティの真上に光透過物質を形成する場合（実験１での参考例の実験結果）、飽和レベルの劣化が発生した。
【０１３６】
したがって、参考例Ｂ、Ｃおよび本実施形態によるイメージセンサＤ、Ｅのようにキャビティ上に膜質を形成することにより飽和レベルの劣化を防止することができるが、本実施形態によるイメージセンサＤ、Ｅは参考例Ｂ、Ｃに比べて低いダークレベルを維持できることが分かった。
【０１３７】
以上添付された図面を参照して本発明の実施形態について説明したが、本発明が属する技術分野で通常の知識を有する者は、本発明が、その技術的思想や必須の特徴を変更しない範囲で他の具体的な形態で実施され得ることを理解することができる。したがって、上述した実施形態はすべての面で例示的なものであり、限定的でないものとして理解しなければならない。
【符号の説明】
【０１３８】
１０１、１０２、１０３、２０１、２０２、３０１、３０２、４０１、４０２・・・イメージセンサ、
１１、１２０ ・・・光電変換素子、
１１０ ・・・基板、
１４０ａ、１４０ｂ、１４０ｃ ・・・金属間絶縁膜、
１５０ ・・・キャビティ、
１４０ ・・・配線構造体、
１６０、１６１、１６２、１６３・・・吸湿防止膜、
１７０、１７１、１７３ ・・・光案内部、
１３０、１４３ ・・・層間絶縁膜、
１３５ ・・・ゲート構造体、
１３７ ・・・エッチング停止膜、
Ｍ１、Ｍ２ ・・・金属配線、
１９０ ・・・カラーフィルタ。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光電変換素子を含む基板と、
前記基板上にあって、一つ以上の金属間絶縁膜を含み、前記光電変換素子に対応して整列され、底面および少なくとも二つの側壁を有するキャビティを形成する配線構造体と、
前記配線構造体の上部表面と前記キャビティの前記底面上および前記少なくとも二つの側壁上とに形成される吸湿防止膜、および前記吸湿防止膜上の光案内部であって、前記キャビティを埋め込む光透過物質を含み、
前記吸湿防止膜は、前記キャビティの前記底面、前記少なくとも二つの側壁、および複数の前記金属間絶縁膜の上面に沿って同一の厚さを有するイメージセンサ。
【請求項２】
前記吸湿防止膜は、アルミニウム酸化膜、またはチタン酸化膜を含む請求項１に記載のイメージセンサ。
【請求項３】
前記吸湿防止膜の厚さは、１Åから２０００Åまでの範囲である請求項１に記載のイメージセンサ。
【請求項４】
前記吸湿防止膜は、原子層堆積（Ａｔｏｍｉｃ Ｌａｙｅｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）工程によって形成された請求項１に記載のイメージセンサ。
【請求項５】
前記光透過物質は、前記配線構造体の最上部にある金属間絶縁膜の上面上に延長して形成された請求項１に記載のイメージセンサ。
【請求項６】
前記配線構造体と前記基板との間に配置された層間絶縁膜と、
前記層間絶縁膜内部に配置され、多層の金属配線と電気的に接続されたゲート構造体、および前記配線構造体上に配置されたエッチング停止膜をさらに含み、
前記キャビティは、前記エッチング停止膜と前記層間絶縁膜との一部を貫く請求項１に記載のイメージセンサ。
【請求項７】
前記多層の金属配線は、多層の銅配線であり、前記配線構造体は、前記多層の金属間絶縁膜の間に各々配置された拡散防止膜をさらに含み、前記キャビティは、前記拡散防止膜を含む前記配線構造体を貫く請求項１に記載のイメージセンサ。
【請求項８】
光電変換素子を含む基板と、
前記基板上にあって、一つ以上の金属間絶縁膜を含み、前記光電変換素子に対応して整列され、底面および少なくとも二つの側壁を有するキャビティを形成する配線構造体と、
前記配線構造体と前記基板との間にあって、一つ以上の金属配線と電気的に接続されたゲート構造体を含む層間絶縁膜と、
前記配線構造体の前記基板全面上に形成される吸湿防止膜、および前記吸湿防止膜上に形成されるカラーフィルタを含むイメージセンサ。
【請求項９】
請求項８に記載の前記光電変換素子に対応して前記配線構造体を貫くキャビティ、および前記キャビティを埋め込み、前記配線構造体と前記吸湿防止層との間に延長して形成された光透過物質を含む光案内部をさらに含み、
前記光透過物質は、前記多層の金属間絶縁膜より屈折率が大きい高屈折率物質である請求項８に記載のイメージセンサ。
【請求項１０】
前記配線構造体と前記層間絶縁膜の間に配置されたエッチング停止膜をさらに含み、
前記キャビティは、前記エッチング停止膜と前記層間絶縁膜との一部を貫く請求項９に記載のイメージセンサ。
【請求項１１】
前記吸湿防止膜は、原子層堆積（Ａｔｏｍｉｃ Ｌａｙｅｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）工程によって形成された請求項８に記載のイメージセンサ。
【請求項１２】
前記吸湿防止膜は、アルミニウム酸化膜、またはチタン酸化膜を含む請求項８に記載のイメージセンサ。
【請求項１３】
前記吸湿防止膜の厚さは、１Åから２０００Åまでの範囲である請求項８に記載のイメージセンサ。
【請求項１４】
第１表面に隣接して光電変換素子を含む基板と、
前記第１表面上にあって、一つ以上の金属間絶縁膜と前記一つ以上の金属間絶縁膜内の一つ以上の金属配線を含む配線構造体と、
前記基板の第２表面上にあって、前記第２表面は前記基板の前記第１表面の反対側である背面層間絶縁膜と、
前記背面層間絶縁膜上の吸湿防止膜、および前記吸湿防止膜上にあって前記光電変換素子に対応して整列されたカラーフィルタを含むイメージセンサ。
【請求項１５】
前記吸湿防止膜は、アルミニウム酸化膜、またはチタン酸化膜を含む請求項１４に記載のイメージセンサ。
【請求項１６】
前記吸湿防止膜の厚さは、１Åから２０００Åまでの範囲である請求項１４に記載のイメージセンサ。
【請求項１】
光電変換素子を含む基板と、
前記基板上にあって、一つ以上の金属間絶縁膜を含み、前記光電変換素子に対応して整列され、底面および少なくとも二つの側壁を有するキャビティを形成する配線構造体と、
前記配線構造体の上部表面と前記キャビティの前記底面上および前記少なくとも二つの側壁上とに形成される吸湿防止膜、および前記吸湿防止膜上の光案内部であって、前記キャビティを埋め込む光透過物質を含み、
前記吸湿防止膜は、前記キャビティの前記底面、前記少なくとも二つの側壁、および複数の前記金属間絶縁膜の上面に沿って同一の厚さを有するイメージセンサ。
【請求項２】
前記吸湿防止膜は、アルミニウム酸化膜、またはチタン酸化膜を含む請求項１に記載のイメージセンサ。
【請求項３】
前記吸湿防止膜の厚さは、１Åから２０００Åまでの範囲である請求項１に記載のイメージセンサ。
【請求項４】
前記吸湿防止膜は、原子層堆積（Ａｔｏｍｉｃ Ｌａｙｅｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）工程によって形成された請求項１に記載のイメージセンサ。
【請求項５】
前記光透過物質は、前記配線構造体の最上部にある金属間絶縁膜の上面上に延長して形成された請求項１に記載のイメージセンサ。
【請求項６】
前記配線構造体と前記基板との間に配置された層間絶縁膜と、
前記層間絶縁膜内部に配置され、多層の金属配線と電気的に接続されたゲート構造体、および前記配線構造体上に配置されたエッチング停止膜をさらに含み、
前記キャビティは、前記エッチング停止膜と前記層間絶縁膜との一部を貫く請求項１に記載のイメージセンサ。
【請求項７】
前記多層の金属配線は、多層の銅配線であり、前記配線構造体は、前記多層の金属間絶縁膜の間に各々配置された拡散防止膜をさらに含み、前記キャビティは、前記拡散防止膜を含む前記配線構造体を貫く請求項１に記載のイメージセンサ。
【請求項８】
光電変換素子を含む基板と、
前記基板上にあって、一つ以上の金属間絶縁膜を含み、前記光電変換素子に対応して整列され、底面および少なくとも二つの側壁を有するキャビティを形成する配線構造体と、
前記配線構造体と前記基板との間にあって、一つ以上の金属配線と電気的に接続されたゲート構造体を含む層間絶縁膜と、
前記配線構造体の前記基板全面上に形成される吸湿防止膜、および前記吸湿防止膜上に形成されるカラーフィルタを含むイメージセンサ。
【請求項９】
請求項８に記載の前記光電変換素子に対応して前記配線構造体を貫くキャビティ、および前記キャビティを埋め込み、前記配線構造体と前記吸湿防止層との間に延長して形成された光透過物質を含む光案内部をさらに含み、
前記光透過物質は、前記多層の金属間絶縁膜より屈折率が大きい高屈折率物質である請求項８に記載のイメージセンサ。
【請求項１０】
前記配線構造体と前記層間絶縁膜の間に配置されたエッチング停止膜をさらに含み、
前記キャビティは、前記エッチング停止膜と前記層間絶縁膜との一部を貫く請求項９に記載のイメージセンサ。
【請求項１１】
前記吸湿防止膜は、原子層堆積（Ａｔｏｍｉｃ Ｌａｙｅｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）工程によって形成された請求項８に記載のイメージセンサ。
【請求項１２】
前記吸湿防止膜は、アルミニウム酸化膜、またはチタン酸化膜を含む請求項８に記載のイメージセンサ。
【請求項１３】
前記吸湿防止膜の厚さは、１Åから２０００Åまでの範囲である請求項８に記載のイメージセンサ。
【請求項１４】
第１表面に隣接して光電変換素子を含む基板と、
前記第１表面上にあって、一つ以上の金属間絶縁膜と前記一つ以上の金属間絶縁膜内の一つ以上の金属配線を含む配線構造体と、
前記基板の第２表面上にあって、前記第２表面は前記基板の前記第１表面の反対側である背面層間絶縁膜と、
前記背面層間絶縁膜上の吸湿防止膜、および前記吸湿防止膜上にあって前記光電変換素子に対応して整列されたカラーフィルタを含むイメージセンサ。
【請求項１５】
前記吸湿防止膜は、アルミニウム酸化膜、またはチタン酸化膜を含む請求項１４に記載のイメージセンサ。
【請求項１６】
前記吸湿防止膜の厚さは、１Åから２０００Åまでの範囲である請求項１４に記載のイメージセンサ。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４Ａ】
【図４Ｂ】
【図４Ｃ】
【図５Ａ】
【図５Ｂ】
【図６Ａ】
【図６Ｂ】
【図７Ａ】
【図７Ｂ】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９Ａ】
【図１９Ｂ】
【図２０】
【図２１Ａ】
【図２１Ｂ】
【図２２】
【図２】
【図３】
【図４Ａ】
【図４Ｂ】
【図４Ｃ】
【図５Ａ】
【図５Ｂ】
【図６Ａ】
【図６Ｂ】
【図７Ａ】
【図７Ｂ】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９Ａ】
【図１９Ｂ】
【図２０】
【図２１Ａ】
【図２１Ｂ】
【図２２】
【公開番号】特開２０１１−１３９０７３（Ｐ２０１１−１３９０７３Ａ）
【公開日】平成２３年７月１４日（２０１１．７．１４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２９４４３５（Ｐ２０１０−２９４４３５）
【出願日】平成２２年１２月２９日（２０１０．１２．２９）
【出願人】（３９００１９８３９）三星電子株式会社 (8,520)
【氏名又は名称原語表記】Ｓａｍｓｕｎｇ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ Ｃｏ．，Ｌｔｄ．
【住所又は居所原語表記】４１６，Ｍａｅｔａｎ−ｄｏｎｇ，Ｙｅｏｎｇｔｏｎｇ−ｇｕ，Ｓｕｗｏｎ−ｓｉ，Ｇｙｅｏｎｇｇｉ−ｄｏ，Ｒｅｐｕｂｌｉｃ ｏｆ Ｋｏｒｅａ
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年７月１４日（２０１１．７．１４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年１２月２９日（２０１０．１２．２９）
【出願人】（３９００１９８３９）三星電子株式会社 (8,520)
【氏名又は名称原語表記】Ｓａｍｓｕｎｇ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ Ｃｏ．，Ｌｔｄ．
【住所又は居所原語表記】４１６，Ｍａｅｔａｎ−ｄｏｎｇ，Ｙｅｏｎｇｔｏｎｇ−ｇｕ，Ｓｕｗｏｎ−ｓｉ，Ｇｙｅｏｎｇｇｉ−ｄｏ，Ｒｅｐｕｂｌｉｃ ｏｆ Ｋｏｒｅａ
【Ｆターム（参考）】
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