光子屈折用マイクロレンズを備える単位画素、該単位画素を備えるバックサイドイルミネーションＣＭＯＳイメージセンサ及び該単位画素の形成方法
【課題】入射されてフォトダイオードを通過した後、メタル層から反射されて再びフォトダイオードに戻る光子を、フォトダイオードの中心部分に屈折させる光子屈折用マイクロレンズを備える単位画素、該単位画素を備えるバックサイドイルミネーションＣＭＯＳイメージセンサ及び該単位画素の形成方法を提供する。
【解決手段】光子屈折用マイクロレンズを備える単位画素は、フォトダイオード、メタル層及び光子屈折用マイクロレンズを備える。マイクロレンズは、フォトダイオード及びメタル層の間に配され、メタル層から反射された光子をフォトダイオードの中央部分に屈折させる。
【解決手段】光子屈折用マイクロレンズを備える単位画素は、フォトダイオード、メタル層及び光子屈折用マイクロレンズを備える。マイクロレンズは、フォトダイオード及びメタル層の間に配され、メタル層から反射された光子をフォトダイオードの中央部分に屈折させる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は単位画素に係り、特に、光子屈折用マイクロレンズを備える単位画素に関する。
【背景技術】
【０００２】
本発明に関連した先行技術には、特許文献１及び２などがある。
ＣＭＯＳイメージセンサは複数の単位画素を備え、複数の単位画素それぞれで感知された映像信号を電気信号に変換する機能を有する。各単位画素内には、入射される映像信号を感知するフォトダイオードと、フォトダイオードから感知された映像信号を電気信号に変換するのに使われる複数のＭＯＳトランジスタとを備える。従来は、フォトダイオード及びＭＯＳトランジスタが形成されたチップの上部から映像信号、すなわち、光を受信した。単位画素にはフォトダイオードだけでなくＭＯＳトランジスタも形成されるため、チップの上部から見る時、光を受信するフォトダイオードの面積は単位画素の全体ではなく一部分が割り当てられているにすぎない。
【０００３】
新たに提案されたバックサイドイルミネーションＣＭＯＳイメージセンサは、チップの上部からではなくチップの下部、すなわち、基板から光を受信する方式である。すなわち、イメージセンサを構成するフォトダイオード及びＭＯＳトランジスタをいずれも形成した後、光を最適に受信できる程度の厚さにチップの下部を研磨し、研磨された部分の下部方向にカラーフィルタ及びマイクロレンズをさらに形成させるものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００７−０１３１４７号公報
【特許文献２】特開２００８−１８２１８５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明が解決しようとする技術的課題は、入射されてフォトダイオードを通過した後、メタル層から反射されて再びフォトダイオードに戻る光子を、フォトダイオードの中心部分に屈折させる光子屈折用マイクロレンズを備える単位画素を提供することにある。
【０００６】
本発明が解決しようとする他の技術的課題は、入射されてフォトダイオードを通過した後、メタル層から反射されて再びフォトダイオードに戻る光子を、フォトダイオードの中心部分に屈折させる光子屈折用マイクロレンズを備える単位画素で構成された画素アレイを備えるバックサイドイルミネーションＣＭＯＳイメージセンサを提供することにある。
【０００７】
本発明が解決しようとするさらに他の技術的課題は、入射されてフォトダイオードを通過した後、メタル層から反射されて再びフォトダイオードに戻る光子を、フォトダイオードの中心部分に屈折させる光子屈折用マイクロレンズを備える単位画素の形成方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
前記技術的課題を解決するための本発明の一面による光子屈折用マイクロレンズを備える単位画素は、フォトダイオード、メタル層及び光子屈折用マイクロレンズを備える。前記マイクロレンズは、前記フォトダイオード及び前記メタル層の間に配され、前記メタル層から反射された光子を前記フォトダイオードの中央部分に屈折させる。
【０００９】
前記技術的課題を解決するための本発明の他の一面による光子屈折用マイクロレンズを備える単位画素は、光子屈折用マイクロレンズ、平坦化層及びメタル層を備える。前記光子屈折用マイクロレンズは、基板に形成されたフォトダイオードの上部に具現される。前記平坦化層は、前記光子屈折用マイクロレンズの上部に形成される。前記メタル層は、前記平坦化層の上部に形成される。前記光子屈折用マイクロレンズは、前記メタル層方向に膨らんでいる形態を持つ。
【００１０】
前記他の技術的課題を解決するための本発明によるバックサイドイルミネーションＣＭＯＳイメージセンサは、画素アレイ、ロウデコーダ及びカラムデコーダを備える。前記画素アレイは、複数の単位画素が２次元に配列されている。前記ロウデコーダは、前記画素アレイに配列された単位画素の動作を水平ライン単位で制御する。前記カラムデコーダは、前記画素アレイに配列された単位画素の動作を垂直ライン単位で制御する。前記単位画素それぞれは、フォトダイオード、メタル層及び前記フォトダイオード及び前記メタル層の間に配され、前記メタル層から反射された光子を前記フォトダイオードの中央部分に屈折させる光子屈折用マイクロレンズを備える。
【００１１】
前記さらに他の技術的課題を解決するための本発明による光子屈折用マイクロレンズを備える単位画素の形成方法は、前記単位画素のフォトダイオードと定義された領域の上部にアイランドを形成する段階、及び常時アイランドをアニーリングして前記光子屈折用マイクロレンズを形成する段階を含む。
【発明の効果】
【００１２】
本発明は、入射されてフォトダイオードを通過した後、メタル層から反射されて再びフォトダイオードに戻る光子がフォトダイオードの中心部分に屈折して集束されるので、メタル層から反射されて隣接する単位画素に遷移する光子の数を最小限に抑制できるようになって、単位画素間の相互干渉だけでなく光に対する感度も向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明による光子屈折用マイクロレンズを備える単位画素の断面構造を示す図面。
【図２】本発明による光子屈折用マイクロレンズで反射される光子の進行方向を示す図面。
【図３】ＣＭＯＳイメージセンサを構成する単位画素の回路図。
【図４】ＣＭＯＳ工程を用いて生成させた単位画素の断面図。
【図５】ＣＭＯＳイメージセンサの単位画素断面図。
【図６】本発明による光子屈折用マイクロレンズを備えていない場合の光子の伝達経路を示す図。
【図７】フォトダイオードを形成した時の単位画素の断面図。
【図８】フォトダイオードの上部に一定の形態のアイランドを形成させた時の単位画素の断面図。
【図９】フォトダイオードの上部に形成されたアイランドに熱を加えて、光子屈折用マイクロレンズを形成させた時の単位画素の断面図。
【図１０】光子屈折用マイクロレンズの上部に平坦化層及びメタル層を形成させた後の単位画素の断面図。
【図１１】本発明によるバックサイドイルミネーションＣＭＯＳイメージセンサの光に対する感度及びクロストークに対する実験結果を示す図。
【図１２】ＣＭＯＳイメージセンサの構成を示す図。
【図１３】本発明による光子屈折用マイクロレンズを使用した小型カメラを示す図。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
本発明と本発明の動作上の利点及び本発明の実施によって達成される目的を十分に理解するためには、本発明の例示的な実施形態を説明する添付図面及び添付図面に記載された内容を参照しなければならない。
以下、添付した図面を参照して本発明の望ましい実施形態を説明することによって、本発明を詳細に説明する。各図面に付された同一参照符号は、同一部材を表わす。
【００１５】
本発明の核心アイディアは、光を受信するフォトダイオードとメタル層との間に一定の曲率を持つ光子屈折用マイクロレンズを配置させることである。このようにすることで、十分なエネルギを持つ光子がフォトダイオードを通過した後、メタル層で反射されて再びフォトダイオードに反射されて戻る時、隣接する単位画素ではなく、入射して貫通したフォトダイオードの中心部分に屈折して集束する。
【００１６】
図１は、本発明による光子屈折用マイクロレンズを備える単位画素の断面構造を示す。
図１に図示された断面構造１００は、ＣＭＯＳイメージセンサを構成する複数の単位画素のうち２つを表わす。本発明による光子屈折用マイクロレンズ１１０は、基板に形成された２個のフォトダイオードＰＤ１、ＰＤ２の上部にそれぞれ形成される。光子屈折用マイクロレンズ１１０の上部には、平坦化層１２０、第１メタル層１３０、メタル層間絶縁層１４０及び第２メタル層１５０が形成される。各単位画素は、絶縁物の満たされたトレンチ１６０により区切られる。
【００１７】
本発明による単位画素１００は、バックサイドイルミネーションＣＭＯＳイメージセンサに使われるものであって、図１を参照すれば、光は、１次的にフォトダイオードに先ず到達する。一般的なＣＭＯＳイメージセンサの場合、イメージセンサに入射される光は、２個のメタル層１３０、１５０、メタル層間絶縁体１４０及び平坦化層１２０を経由した後、最終的にフォトダイオードに入射される方式であった。この２つの方式の差異点については後述する。
【００１８】
光子屈折用マイクロレンズ１１０は、上部の第１メタル層１３０に向かって膨らんでいる形態を持つ。膨らんでいる部分の厚さについて実験した結果、最も大きく膨らんでいる部分の厚さＴは、２０００Åないし３０００Åの場合が最適であると判断され、３５００Åまでは一定の性能を発揮できる。しかし、最も大きく膨らんでいる部分の厚さＴが３５００Åより厚い場合には、本発明で解決しようとする効果が減少する結果を得た。
【００１９】
本発明で解決しようとする課題をさらに確実に達成するために、光子屈折用マイクロレンズ１１０を構成する物質の屈折率は、平坦化層１２０やメタル層間絶縁層１４０を構成する物質の屈折率に比べて高いことが望ましい。例えば、平坦化層１２０やメタル層間絶縁層１４０を構成する物質がシリコン酸化物である場合には、光子屈折用マイクロレンズ１１０を構成する物質としては、シリコン窒化物を使用する。
【００２０】
以下では、本発明による光子屈折用マイクロレンズにおいて、メタル層で反射される光子が、いかなる方式でフォトダイオードの中心部分に屈折するかについて説明する。説明の便宜のために、一つの単位画素について説明する。また光という用語の代わりに光子を使用する。
【００２１】
図２は、本発明による光子屈折用マイクロレンズで反射される光子の進行方向を示す。
図２に図示された断面は、図１に図示された単位画素１００がひっくり返った状態で、カラーフィルタ２１０、平坦化層２２０及び集光用マイクロレンズ２３０がさらに形成されたものである。基板の下方、すなわち、図１の下部基板を研磨した後、研磨されたところで光を受信するため、バックサイドイルミネーションＣＭＯＳイメージセンサという。図２に図示された断面は、図１に図示された断面をひっくり返したものであるため、図１の下部は、図２では上部になる。
【００２２】
図２を参照すれば、単位画素の左側角に入射される光子ａ及び右側角に入射される光子ｂが、集光用マイクロレンズ２３０で内部に屈折して、平坦化層２２０、カラーフィルタ２１０、フォトダイオードＰＤを通過する。相当数の光子は、フォトダイオード領域内で電子−正孔対を生成させるのに使われるが、図２に図示された２個の光子のように、フォトダイオードを通過する光子も発生する。フォトダイオードを通過した光子が第１メタル層１３０に反射され、反射される光子が隣接する単位画素に遷移する場合、クロストークが発生したという。本発明で提案する光子屈折用マイクロレンズは、第１メタル層１３０で反射された光子を該当フォトダイオードの中央部分に屈折させる。これを具体的に説明すれば、下記の通りである。
【００２３】
単位画素の左側角に入射された光子ａは、フォトダイオードＰＤを通過して進入した光子屈折用マイクロレンズ１１０で１次屈折した後、第１メタル層１３０で反射される。この時、第１メタル層１３０の表面が均一でないため、第１メタル層１３０で反射される光子ａの進行方向は一定でなくなる。図１では、光子屈折用マイクロレンズ１１０の中央部分に反射されるように図示されているが、実際には、放射線方向のうちいずれか一方向に反射される。
【００２４】
しかし、いかなる方向に反射されても、光子屈折用マイクロレンズ１１０に到達した光子ａは、光子屈折用マイクロレンズ１１０の曲面によってフォトダイオードＰＤの中央部分に屈折される。また光子屈折用マイクロレンズ１１０を構成する物質が平坦化層１２０より屈折率の高い物質になっているので、光子ａがフォトダイオードＰＤの中央部分に屈折される角度がさらに鋭利になる。
単位画素の右側角に入射される光子ｂの場合も、前述した光子ａと同様なので、ここでは説明を省略する。
【００２５】
図３は、ＣＭＯＳイメージセンサを構成する単位画素の回路図である。
図３を参照すれば、単位画素３００は、光を感知するフォトダイオードＰＤ、フォトダイオードＰＤに集束された光子により生成された電荷をフローティング拡散領域Ｆ／Ｄに伝送する伝送トランジスタＭ１、フローティング拡散領域Ｆ／ＤをリセットさせるリセットトランジスタＭ２、フローティング拡散領域Ｆ／Ｄに伝達された電荷に対応する電気信号を生成する変換トランジスタＭ３、及び単位画素で変換された電気信号を外部に伝達する選択トランジスタＭ４を備える。
【００２６】
伝送トランジスタＭ１は、伝送制御信号Ｔｘ、リセットトランジスタＭ２はリセット制御信号ＲＥ、選択トランジスタＭ４は、選択制御信号Ｓｘにより動作が制御される。光を受信する方向によって、一般的なＣＭＯＳイメージセンサとバックサイドイルミネーションＣＭＯＳイメージセンサとを区別できる。すなわち、一般的なＣＭＯＳイメージセンサは、フォトダイオードのＮ型電極に入射される光（ＬＩＧＨＴ１）を受信し、バックサイドイルミネーションＣＭＯＳイメージセンサは、Ｐ型電極に入射される光（ＬＩＧＨＴ２）を受信する。
【００２７】
一般的なＣＭＯＳイメージセンサの場合、単位画素に入射される光（ＬＩＧＨＴ１）のうち一部は、ＭＯＳトランジスタなどによりフォトダイオードに入射されることが遮断される。一方、バックサイドイルミネーションＣＭＯＳイメージセンサの場合には、単位画素全体で光（ＬＩＧＨＴ２）を受信できるため、光を受信する効率が、一般的なＣＭＯＳイメージセンサに比べて相対的に良好である。
【００２８】
図４は、ＣＭＯＳ工程を用いて生成させた単位画素の断面図である。
図４を参照すれば、ＣＭＯＳ工程を用いて形成させた単位画素４００は、Ｐ−型基板にフォトダイオード及びＭＯＳトランジスタを具現させたものであって、２個の電極を持つフォトダイオードの一電極は基板であり、他の一つの電極はＮ＋型の拡散領域である。ＭＯＳトランジスタは、フォトダイオードを形成する一つのＮ＋拡散領域及び２個の拡散領域（Ｎ＋）の間に形成されたゲートにより形成され、ＭＯＳトランジスタのゲートに印加される信号により動作するが、ゲートは、基板の上部にシリコン酸化膜（ＳｉＯ２）及びシリコン酸化膜上に形成させた多結晶シリコンで具現される。トランジスタのしきい電圧を調節するために、シリコン酸化膜は熱成長させることが望ましい。
【００２９】
光（ＬＩＧＨＴ１）がフォトダイオードのＮ＋拡散領域（Ｎ＋）に印加される時、光（ＬＩＧＨＴ１）を受信できる面積に比べて、光（ＬＩＧＨＴ２）がフォトダイオードのＰ−基板に印加される時、光（ＬＩＧＨＴ２）を受信できる面積が相対的に広いということが容易に分かる。本発明は、光（ＬＩＧＨＴ２）がフォトダイオードのＰ−基板に印加される時に該当するバックサイドイルミネーションＣＭＯＳイメージセンサについてのものである。
【００３０】
図５は、ＣＭＯＳイメージセンサの単位画素断面図である。
図５を参照すれば、ＣＭＯＳイメージセンサの単位画素は、基板（Ｐ−）に形成されたフォトダイオード及びトランジスタの上部に第１平坦化層Ｐ／Ｌ１、カラーフィルタ、第２平坦化層Ｐ／Ｌ２及び集光用マイクロレンズが順次形成される。図５には詳細に図示されていないが、第１平坦化層Ｐ／Ｌ１の下部には、少なくとも一つの層間絶縁層及び少なくとも一つのメタル層がさらに含まれている。
【００３１】
図５に図示されたＣＭＯＳイメージセンサの単位画素には、光（ＬＩＧＨＴ１）が限定されたフォトダイオード領域とトランジスタが形成される部分とに共通で入射される。フォトダイオードは、一つの電極を構成する基板（Ｐ−）と、他の一つの電極を構成する最左側のＮ型拡散領域（Ｎ＋）で具現される。光（ＬＩＧＨＴ１）がフォトダイオードの他の一電極をなすＮ型拡散領域（Ｎ＋）に入射される場合には、これをフォトダイオードで感知できる。しかし、トランジスタが具現されたところに入射された光（ＬＩＧＨＴ１）は、トランジスタを構成する各種層間物質によりフォトダイオードの片側電極をなす基板（Ｐ−）に到達できなくなるので、それだけ光感知効率は減少する。
【００３２】
図６は、本発明による光子屈折用マイクロレンズを備えていない場合の光子の伝達経路を示す。
図６に図示されたＣＭＯＳイメージセンサの単位画素には、光（ＬＩＧＨＴ２）がフォトダイオードの一電極をなす基板（Ｐ−）に入射され、図５に図示されたＣＭＯＳイメージセンサの単位画素に比べてさらに多くの光を受信できる構造であることが分かる。
【００３３】
図６を参照すれば、集光用マイクロレンズ２３０、平坦化層２２０、カラーフィルタ２１０を通過した光子ａ、ｂがフォトダイオードＰＤ及び平坦化層１２０を通過した後、第１メタル層１３０で反射される。光子ａ、ｂが反射される方向は、前述したように一定でない。光子が反射されて自分のフォトダイオードに再び集束される場合には問題がないが、隣接する画素のフォトダイオードに遷移される場合にクロストークが発生するということは明らかである。
【００３４】
以下では、図１に図示した本発明による光子屈折用マイクロレンズを形成する方法について説明する。
図７は、フォトダイオードを形成した時の単位画素の断面図である。
図７に図示された２個のフォトダイオードＰＤ１、ＰＤ２は、絶縁物質で満たされたトレンチ構造物１６０により互いに分離される。
【００３５】
図８は、フォトダイオードの上部に一定の形態のアイランドを形成させた時の単位画素の断面図である。
図８に図示されたフォトダイオードＰＤ１、ＰＤ２と定義された領域より小さなサイズのアイランドを、フォトダイオードＰＤ１、ＰＤ２の上部に形成させる。アイランドは、それぞれの単位画素毎に一つずつ形成させることが望ましく、アイランドのサイズは、選択される後続工程によって変わりうる。アイランドの形態は、フォトダイオードと定義された形態を一定の割合で縮少させることが望ましい。例えば、フォトダイオードの形態が方形ならば、アイランドの形態も方形とし、フォトダイオードの形態が方形以上の６角形または８角形ならば、アイランドの形態も６角形または８角形に具現することが望ましい。しかし、場合によってはアイランドの形態を円形とすることも可能である。
【００３６】
アイランドを形成する過程は多様であるが、理解を助けるために一つの場合のみ例を挙げる。
−先ず、光子屈折用マイクロレンズを具現する物質を塗布する。
−アイランドを定義するマスクを作る。
−マスクを用いてフォトレジスタにアイランドを定義し、
−フォトレジスタのうちアイランドと定義された部分を除外した他の部分を除去した後
−アイランドを具現するのに使われる物質をエッチングするのに使われるエッチング溶液を用いてアイランドを形成させる。
【００３７】
図９は、フォトダイオードの上部に形成されたアイランドに熱を加えて光子屈折用マイクロレンズを形成させた時の単位画素の断面図である。
図９に図示された光子屈折用マイクロレンズを形成させるためには、一般的なアニーリング工程を使用できる。
【００３８】
図１０は、光子屈折用マイクロレンズの上部に平坦化層及びメタル層を形成させた後の単位画素の断面図である。
図１０に図示された平坦化層１２０及び第１メタル層１３０は、単位画素を構成するトランジスタのような素子を具現するのに使われる一般的な工程によって生成される。
光子屈折用マイクロレンズを形成させるために、追加工程を使用することも可能であるが、光子屈折用マイクロレンズに使われる物質と同じ物質が一般工程で使われ、アイランドを生成させるための追加工程が不要な場合には、アイランドを定義するマスクのみを製造する単純な作業を通じて、本発明による光子屈折用マイクロレンズを形成させることができる。
【００３９】
図１１は、本発明によるバックサイドイルミネーションＣＭＯＳイメージセンサの光に対する感度及びクロストークに対する実験結果である。
図１１には、３つの色（Ｒｅｄ、Ｇｒｅｅｎ、Ｂｌｕｅ）に対する感度及びクロストークＣＴの値を、光子屈折用マイクロレンズのない場合と光子屈折用マイクロレンズのある場合とで対比した。
ここで３つの色（Ｒｅｄ、Ｇｒｅｅｎ、Ｂｌｕｅ）に対する感度は、量子効率と定義される値で比較した。量子効率は、一つの光子により生成される電子正孔対の数として定義される。
【００４０】
図１１を参照すれば、緑色（Ｇｒｅｅｎ）カラーフィルタを通過した光の場合、光子屈折用マイクロレンズのない時は量子効率が７１％であるのに対し、光子屈折用マイクロレンズを持つ時には量子効率が７２．６％に増大した。赤色（Ｒｅｄ）のカラーフィルタを通過した光の場合、量子効率が５２．３％から５３．８％に増大した。青色（Ｂｌｕｅ）のカラーフィルタを通過した光の場合には、量子効率が４９．０％で同一であった。したがって、青色（Ｂｌｕｅ）を除外した緑色（Ｇｒｅｅｎ）及び赤色（Ｒｅｄ）カラーフィルタを通過した光の場合、本発明による光子屈折用マイクロレンズを使用することが、量子効率を増大させるということが分かる。
【００４１】
特に、クロストークの値は、光子屈折用マイクロレンズを使用する前では１６．４であったが、光子屈折用マイクロレンズを使用した後には１６．０％に低減した。ここで提示するクロストークの値は、一定の基準値を用いて正規化した値である。
図１２は、ＣＭＯＳイメージセンサの構成を示す。
【００４２】
図１２を参照すれば、ＣＭＯＳイメージセンサ１２００は、ロウデコーダ１２１０、カラムデコーダ１２２０、画素アレイ１２３０、選択部１２４０及びバッファ１２５０を備える。
画素アレイ１２３０には複数の単位画素が２次元に配列されている。ロウデコーダ１２１０は、画素アレイ１２３０に配列された単位画素の動作を水平ライン単位で制御する。カラムデコーダ１２２０は、選択部１２４０を制御して画素アレイ１２３０に配列された単位画素の動作を垂直ライン単位で制御する。画素アレイ１２３０から変換された電気信号は、バッファ１２５０を通じて出力される。
画素アレイ１２３０を構成する単位画素が図１に図示された形態を持つ場合、本発明を実施したものになる。
【００４３】
図１３は、本発明による光子屈折用マイクロレンズを使用した小型カメラを示す。
図１３に図示されたカメラに本発明による光子屈折用マイクロレンズが具現されたＣＭＯＳイメージセンサが含まれる場合、本発明を実施したものになりうる。
以上、本発明についての技術思想を添付図面と共に述べたが、これは本発明の望ましい実施形態を例示的に説明したものであり、本発明を限定するものではない。また当業者ならば、本発明の技術的思想の範ちゅうを逸脱しない範囲内で多様な変形及び摸倣が可能であるということは明らかである。
【符号の説明】
【００４４】
１１０ マイクロレンズ
１２０ 平坦化層
１３０ 第１メタル層
１４０ メタル間絶縁層
１５０ 第２メタル層
１６０ トレンチ
【技術分野】
【０００１】
本発明は単位画素に係り、特に、光子屈折用マイクロレンズを備える単位画素に関する。
【背景技術】
【０００２】
本発明に関連した先行技術には、特許文献１及び２などがある。
ＣＭＯＳイメージセンサは複数の単位画素を備え、複数の単位画素それぞれで感知された映像信号を電気信号に変換する機能を有する。各単位画素内には、入射される映像信号を感知するフォトダイオードと、フォトダイオードから感知された映像信号を電気信号に変換するのに使われる複数のＭＯＳトランジスタとを備える。従来は、フォトダイオード及びＭＯＳトランジスタが形成されたチップの上部から映像信号、すなわち、光を受信した。単位画素にはフォトダイオードだけでなくＭＯＳトランジスタも形成されるため、チップの上部から見る時、光を受信するフォトダイオードの面積は単位画素の全体ではなく一部分が割り当てられているにすぎない。
【０００３】
新たに提案されたバックサイドイルミネーションＣＭＯＳイメージセンサは、チップの上部からではなくチップの下部、すなわち、基板から光を受信する方式である。すなわち、イメージセンサを構成するフォトダイオード及びＭＯＳトランジスタをいずれも形成した後、光を最適に受信できる程度の厚さにチップの下部を研磨し、研磨された部分の下部方向にカラーフィルタ及びマイクロレンズをさらに形成させるものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００７−０１３１４７号公報
【特許文献２】特開２００８−１８２１８５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明が解決しようとする技術的課題は、入射されてフォトダイオードを通過した後、メタル層から反射されて再びフォトダイオードに戻る光子を、フォトダイオードの中心部分に屈折させる光子屈折用マイクロレンズを備える単位画素を提供することにある。
【０００６】
本発明が解決しようとする他の技術的課題は、入射されてフォトダイオードを通過した後、メタル層から反射されて再びフォトダイオードに戻る光子を、フォトダイオードの中心部分に屈折させる光子屈折用マイクロレンズを備える単位画素で構成された画素アレイを備えるバックサイドイルミネーションＣＭＯＳイメージセンサを提供することにある。
【０００７】
本発明が解決しようとするさらに他の技術的課題は、入射されてフォトダイオードを通過した後、メタル層から反射されて再びフォトダイオードに戻る光子を、フォトダイオードの中心部分に屈折させる光子屈折用マイクロレンズを備える単位画素の形成方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
前記技術的課題を解決するための本発明の一面による光子屈折用マイクロレンズを備える単位画素は、フォトダイオード、メタル層及び光子屈折用マイクロレンズを備える。前記マイクロレンズは、前記フォトダイオード及び前記メタル層の間に配され、前記メタル層から反射された光子を前記フォトダイオードの中央部分に屈折させる。
【０００９】
前記技術的課題を解決するための本発明の他の一面による光子屈折用マイクロレンズを備える単位画素は、光子屈折用マイクロレンズ、平坦化層及びメタル層を備える。前記光子屈折用マイクロレンズは、基板に形成されたフォトダイオードの上部に具現される。前記平坦化層は、前記光子屈折用マイクロレンズの上部に形成される。前記メタル層は、前記平坦化層の上部に形成される。前記光子屈折用マイクロレンズは、前記メタル層方向に膨らんでいる形態を持つ。
【００１０】
前記他の技術的課題を解決するための本発明によるバックサイドイルミネーションＣＭＯＳイメージセンサは、画素アレイ、ロウデコーダ及びカラムデコーダを備える。前記画素アレイは、複数の単位画素が２次元に配列されている。前記ロウデコーダは、前記画素アレイに配列された単位画素の動作を水平ライン単位で制御する。前記カラムデコーダは、前記画素アレイに配列された単位画素の動作を垂直ライン単位で制御する。前記単位画素それぞれは、フォトダイオード、メタル層及び前記フォトダイオード及び前記メタル層の間に配され、前記メタル層から反射された光子を前記フォトダイオードの中央部分に屈折させる光子屈折用マイクロレンズを備える。
【００１１】
前記さらに他の技術的課題を解決するための本発明による光子屈折用マイクロレンズを備える単位画素の形成方法は、前記単位画素のフォトダイオードと定義された領域の上部にアイランドを形成する段階、及び常時アイランドをアニーリングして前記光子屈折用マイクロレンズを形成する段階を含む。
【発明の効果】
【００１２】
本発明は、入射されてフォトダイオードを通過した後、メタル層から反射されて再びフォトダイオードに戻る光子がフォトダイオードの中心部分に屈折して集束されるので、メタル層から反射されて隣接する単位画素に遷移する光子の数を最小限に抑制できるようになって、単位画素間の相互干渉だけでなく光に対する感度も向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明による光子屈折用マイクロレンズを備える単位画素の断面構造を示す図面。
【図２】本発明による光子屈折用マイクロレンズで反射される光子の進行方向を示す図面。
【図３】ＣＭＯＳイメージセンサを構成する単位画素の回路図。
【図４】ＣＭＯＳ工程を用いて生成させた単位画素の断面図。
【図５】ＣＭＯＳイメージセンサの単位画素断面図。
【図６】本発明による光子屈折用マイクロレンズを備えていない場合の光子の伝達経路を示す図。
【図７】フォトダイオードを形成した時の単位画素の断面図。
【図８】フォトダイオードの上部に一定の形態のアイランドを形成させた時の単位画素の断面図。
【図９】フォトダイオードの上部に形成されたアイランドに熱を加えて、光子屈折用マイクロレンズを形成させた時の単位画素の断面図。
【図１０】光子屈折用マイクロレンズの上部に平坦化層及びメタル層を形成させた後の単位画素の断面図。
【図１１】本発明によるバックサイドイルミネーションＣＭＯＳイメージセンサの光に対する感度及びクロストークに対する実験結果を示す図。
【図１２】ＣＭＯＳイメージセンサの構成を示す図。
【図１３】本発明による光子屈折用マイクロレンズを使用した小型カメラを示す図。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
本発明と本発明の動作上の利点及び本発明の実施によって達成される目的を十分に理解するためには、本発明の例示的な実施形態を説明する添付図面及び添付図面に記載された内容を参照しなければならない。
以下、添付した図面を参照して本発明の望ましい実施形態を説明することによって、本発明を詳細に説明する。各図面に付された同一参照符号は、同一部材を表わす。
【００１５】
本発明の核心アイディアは、光を受信するフォトダイオードとメタル層との間に一定の曲率を持つ光子屈折用マイクロレンズを配置させることである。このようにすることで、十分なエネルギを持つ光子がフォトダイオードを通過した後、メタル層で反射されて再びフォトダイオードに反射されて戻る時、隣接する単位画素ではなく、入射して貫通したフォトダイオードの中心部分に屈折して集束する。
【００１６】
図１は、本発明による光子屈折用マイクロレンズを備える単位画素の断面構造を示す。
図１に図示された断面構造１００は、ＣＭＯＳイメージセンサを構成する複数の単位画素のうち２つを表わす。本発明による光子屈折用マイクロレンズ１１０は、基板に形成された２個のフォトダイオードＰＤ１、ＰＤ２の上部にそれぞれ形成される。光子屈折用マイクロレンズ１１０の上部には、平坦化層１２０、第１メタル層１３０、メタル層間絶縁層１４０及び第２メタル層１５０が形成される。各単位画素は、絶縁物の満たされたトレンチ１６０により区切られる。
【００１７】
本発明による単位画素１００は、バックサイドイルミネーションＣＭＯＳイメージセンサに使われるものであって、図１を参照すれば、光は、１次的にフォトダイオードに先ず到達する。一般的なＣＭＯＳイメージセンサの場合、イメージセンサに入射される光は、２個のメタル層１３０、１５０、メタル層間絶縁体１４０及び平坦化層１２０を経由した後、最終的にフォトダイオードに入射される方式であった。この２つの方式の差異点については後述する。
【００１８】
光子屈折用マイクロレンズ１１０は、上部の第１メタル層１３０に向かって膨らんでいる形態を持つ。膨らんでいる部分の厚さについて実験した結果、最も大きく膨らんでいる部分の厚さＴは、２０００Åないし３０００Åの場合が最適であると判断され、３５００Åまでは一定の性能を発揮できる。しかし、最も大きく膨らんでいる部分の厚さＴが３５００Åより厚い場合には、本発明で解決しようとする効果が減少する結果を得た。
【００１９】
本発明で解決しようとする課題をさらに確実に達成するために、光子屈折用マイクロレンズ１１０を構成する物質の屈折率は、平坦化層１２０やメタル層間絶縁層１４０を構成する物質の屈折率に比べて高いことが望ましい。例えば、平坦化層１２０やメタル層間絶縁層１４０を構成する物質がシリコン酸化物である場合には、光子屈折用マイクロレンズ１１０を構成する物質としては、シリコン窒化物を使用する。
【００２０】
以下では、本発明による光子屈折用マイクロレンズにおいて、メタル層で反射される光子が、いかなる方式でフォトダイオードの中心部分に屈折するかについて説明する。説明の便宜のために、一つの単位画素について説明する。また光という用語の代わりに光子を使用する。
【００２１】
図２は、本発明による光子屈折用マイクロレンズで反射される光子の進行方向を示す。
図２に図示された断面は、図１に図示された単位画素１００がひっくり返った状態で、カラーフィルタ２１０、平坦化層２２０及び集光用マイクロレンズ２３０がさらに形成されたものである。基板の下方、すなわち、図１の下部基板を研磨した後、研磨されたところで光を受信するため、バックサイドイルミネーションＣＭＯＳイメージセンサという。図２に図示された断面は、図１に図示された断面をひっくり返したものであるため、図１の下部は、図２では上部になる。
【００２２】
図２を参照すれば、単位画素の左側角に入射される光子ａ及び右側角に入射される光子ｂが、集光用マイクロレンズ２３０で内部に屈折して、平坦化層２２０、カラーフィルタ２１０、フォトダイオードＰＤを通過する。相当数の光子は、フォトダイオード領域内で電子−正孔対を生成させるのに使われるが、図２に図示された２個の光子のように、フォトダイオードを通過する光子も発生する。フォトダイオードを通過した光子が第１メタル層１３０に反射され、反射される光子が隣接する単位画素に遷移する場合、クロストークが発生したという。本発明で提案する光子屈折用マイクロレンズは、第１メタル層１３０で反射された光子を該当フォトダイオードの中央部分に屈折させる。これを具体的に説明すれば、下記の通りである。
【００２３】
単位画素の左側角に入射された光子ａは、フォトダイオードＰＤを通過して進入した光子屈折用マイクロレンズ１１０で１次屈折した後、第１メタル層１３０で反射される。この時、第１メタル層１３０の表面が均一でないため、第１メタル層１３０で反射される光子ａの進行方向は一定でなくなる。図１では、光子屈折用マイクロレンズ１１０の中央部分に反射されるように図示されているが、実際には、放射線方向のうちいずれか一方向に反射される。
【００２４】
しかし、いかなる方向に反射されても、光子屈折用マイクロレンズ１１０に到達した光子ａは、光子屈折用マイクロレンズ１１０の曲面によってフォトダイオードＰＤの中央部分に屈折される。また光子屈折用マイクロレンズ１１０を構成する物質が平坦化層１２０より屈折率の高い物質になっているので、光子ａがフォトダイオードＰＤの中央部分に屈折される角度がさらに鋭利になる。
単位画素の右側角に入射される光子ｂの場合も、前述した光子ａと同様なので、ここでは説明を省略する。
【００２５】
図３は、ＣＭＯＳイメージセンサを構成する単位画素の回路図である。
図３を参照すれば、単位画素３００は、光を感知するフォトダイオードＰＤ、フォトダイオードＰＤに集束された光子により生成された電荷をフローティング拡散領域Ｆ／Ｄに伝送する伝送トランジスタＭ１、フローティング拡散領域Ｆ／ＤをリセットさせるリセットトランジスタＭ２、フローティング拡散領域Ｆ／Ｄに伝達された電荷に対応する電気信号を生成する変換トランジスタＭ３、及び単位画素で変換された電気信号を外部に伝達する選択トランジスタＭ４を備える。
【００２６】
伝送トランジスタＭ１は、伝送制御信号Ｔｘ、リセットトランジスタＭ２はリセット制御信号ＲＥ、選択トランジスタＭ４は、選択制御信号Ｓｘにより動作が制御される。光を受信する方向によって、一般的なＣＭＯＳイメージセンサとバックサイドイルミネーションＣＭＯＳイメージセンサとを区別できる。すなわち、一般的なＣＭＯＳイメージセンサは、フォトダイオードのＮ型電極に入射される光（ＬＩＧＨＴ１）を受信し、バックサイドイルミネーションＣＭＯＳイメージセンサは、Ｐ型電極に入射される光（ＬＩＧＨＴ２）を受信する。
【００２７】
一般的なＣＭＯＳイメージセンサの場合、単位画素に入射される光（ＬＩＧＨＴ１）のうち一部は、ＭＯＳトランジスタなどによりフォトダイオードに入射されることが遮断される。一方、バックサイドイルミネーションＣＭＯＳイメージセンサの場合には、単位画素全体で光（ＬＩＧＨＴ２）を受信できるため、光を受信する効率が、一般的なＣＭＯＳイメージセンサに比べて相対的に良好である。
【００２８】
図４は、ＣＭＯＳ工程を用いて生成させた単位画素の断面図である。
図４を参照すれば、ＣＭＯＳ工程を用いて形成させた単位画素４００は、Ｐ−型基板にフォトダイオード及びＭＯＳトランジスタを具現させたものであって、２個の電極を持つフォトダイオードの一電極は基板であり、他の一つの電極はＮ＋型の拡散領域である。ＭＯＳトランジスタは、フォトダイオードを形成する一つのＮ＋拡散領域及び２個の拡散領域（Ｎ＋）の間に形成されたゲートにより形成され、ＭＯＳトランジスタのゲートに印加される信号により動作するが、ゲートは、基板の上部にシリコン酸化膜（ＳｉＯ２）及びシリコン酸化膜上に形成させた多結晶シリコンで具現される。トランジスタのしきい電圧を調節するために、シリコン酸化膜は熱成長させることが望ましい。
【００２９】
光（ＬＩＧＨＴ１）がフォトダイオードのＮ＋拡散領域（Ｎ＋）に印加される時、光（ＬＩＧＨＴ１）を受信できる面積に比べて、光（ＬＩＧＨＴ２）がフォトダイオードのＰ−基板に印加される時、光（ＬＩＧＨＴ２）を受信できる面積が相対的に広いということが容易に分かる。本発明は、光（ＬＩＧＨＴ２）がフォトダイオードのＰ−基板に印加される時に該当するバックサイドイルミネーションＣＭＯＳイメージセンサについてのものである。
【００３０】
図５は、ＣＭＯＳイメージセンサの単位画素断面図である。
図５を参照すれば、ＣＭＯＳイメージセンサの単位画素は、基板（Ｐ−）に形成されたフォトダイオード及びトランジスタの上部に第１平坦化層Ｐ／Ｌ１、カラーフィルタ、第２平坦化層Ｐ／Ｌ２及び集光用マイクロレンズが順次形成される。図５には詳細に図示されていないが、第１平坦化層Ｐ／Ｌ１の下部には、少なくとも一つの層間絶縁層及び少なくとも一つのメタル層がさらに含まれている。
【００３１】
図５に図示されたＣＭＯＳイメージセンサの単位画素には、光（ＬＩＧＨＴ１）が限定されたフォトダイオード領域とトランジスタが形成される部分とに共通で入射される。フォトダイオードは、一つの電極を構成する基板（Ｐ−）と、他の一つの電極を構成する最左側のＮ型拡散領域（Ｎ＋）で具現される。光（ＬＩＧＨＴ１）がフォトダイオードの他の一電極をなすＮ型拡散領域（Ｎ＋）に入射される場合には、これをフォトダイオードで感知できる。しかし、トランジスタが具現されたところに入射された光（ＬＩＧＨＴ１）は、トランジスタを構成する各種層間物質によりフォトダイオードの片側電極をなす基板（Ｐ−）に到達できなくなるので、それだけ光感知効率は減少する。
【００３２】
図６は、本発明による光子屈折用マイクロレンズを備えていない場合の光子の伝達経路を示す。
図６に図示されたＣＭＯＳイメージセンサの単位画素には、光（ＬＩＧＨＴ２）がフォトダイオードの一電極をなす基板（Ｐ−）に入射され、図５に図示されたＣＭＯＳイメージセンサの単位画素に比べてさらに多くの光を受信できる構造であることが分かる。
【００３３】
図６を参照すれば、集光用マイクロレンズ２３０、平坦化層２２０、カラーフィルタ２１０を通過した光子ａ、ｂがフォトダイオードＰＤ及び平坦化層１２０を通過した後、第１メタル層１３０で反射される。光子ａ、ｂが反射される方向は、前述したように一定でない。光子が反射されて自分のフォトダイオードに再び集束される場合には問題がないが、隣接する画素のフォトダイオードに遷移される場合にクロストークが発生するということは明らかである。
【００３４】
以下では、図１に図示した本発明による光子屈折用マイクロレンズを形成する方法について説明する。
図７は、フォトダイオードを形成した時の単位画素の断面図である。
図７に図示された２個のフォトダイオードＰＤ１、ＰＤ２は、絶縁物質で満たされたトレンチ構造物１６０により互いに分離される。
【００３５】
図８は、フォトダイオードの上部に一定の形態のアイランドを形成させた時の単位画素の断面図である。
図８に図示されたフォトダイオードＰＤ１、ＰＤ２と定義された領域より小さなサイズのアイランドを、フォトダイオードＰＤ１、ＰＤ２の上部に形成させる。アイランドは、それぞれの単位画素毎に一つずつ形成させることが望ましく、アイランドのサイズは、選択される後続工程によって変わりうる。アイランドの形態は、フォトダイオードと定義された形態を一定の割合で縮少させることが望ましい。例えば、フォトダイオードの形態が方形ならば、アイランドの形態も方形とし、フォトダイオードの形態が方形以上の６角形または８角形ならば、アイランドの形態も６角形または８角形に具現することが望ましい。しかし、場合によってはアイランドの形態を円形とすることも可能である。
【００３６】
アイランドを形成する過程は多様であるが、理解を助けるために一つの場合のみ例を挙げる。
−先ず、光子屈折用マイクロレンズを具現する物質を塗布する。
−アイランドを定義するマスクを作る。
−マスクを用いてフォトレジスタにアイランドを定義し、
−フォトレジスタのうちアイランドと定義された部分を除外した他の部分を除去した後
−アイランドを具現するのに使われる物質をエッチングするのに使われるエッチング溶液を用いてアイランドを形成させる。
【００３７】
図９は、フォトダイオードの上部に形成されたアイランドに熱を加えて光子屈折用マイクロレンズを形成させた時の単位画素の断面図である。
図９に図示された光子屈折用マイクロレンズを形成させるためには、一般的なアニーリング工程を使用できる。
【００３８】
図１０は、光子屈折用マイクロレンズの上部に平坦化層及びメタル層を形成させた後の単位画素の断面図である。
図１０に図示された平坦化層１２０及び第１メタル層１３０は、単位画素を構成するトランジスタのような素子を具現するのに使われる一般的な工程によって生成される。
光子屈折用マイクロレンズを形成させるために、追加工程を使用することも可能であるが、光子屈折用マイクロレンズに使われる物質と同じ物質が一般工程で使われ、アイランドを生成させるための追加工程が不要な場合には、アイランドを定義するマスクのみを製造する単純な作業を通じて、本発明による光子屈折用マイクロレンズを形成させることができる。
【００３９】
図１１は、本発明によるバックサイドイルミネーションＣＭＯＳイメージセンサの光に対する感度及びクロストークに対する実験結果である。
図１１には、３つの色（Ｒｅｄ、Ｇｒｅｅｎ、Ｂｌｕｅ）に対する感度及びクロストークＣＴの値を、光子屈折用マイクロレンズのない場合と光子屈折用マイクロレンズのある場合とで対比した。
ここで３つの色（Ｒｅｄ、Ｇｒｅｅｎ、Ｂｌｕｅ）に対する感度は、量子効率と定義される値で比較した。量子効率は、一つの光子により生成される電子正孔対の数として定義される。
【００４０】
図１１を参照すれば、緑色（Ｇｒｅｅｎ）カラーフィルタを通過した光の場合、光子屈折用マイクロレンズのない時は量子効率が７１％であるのに対し、光子屈折用マイクロレンズを持つ時には量子効率が７２．６％に増大した。赤色（Ｒｅｄ）のカラーフィルタを通過した光の場合、量子効率が５２．３％から５３．８％に増大した。青色（Ｂｌｕｅ）のカラーフィルタを通過した光の場合には、量子効率が４９．０％で同一であった。したがって、青色（Ｂｌｕｅ）を除外した緑色（Ｇｒｅｅｎ）及び赤色（Ｒｅｄ）カラーフィルタを通過した光の場合、本発明による光子屈折用マイクロレンズを使用することが、量子効率を増大させるということが分かる。
【００４１】
特に、クロストークの値は、光子屈折用マイクロレンズを使用する前では１６．４であったが、光子屈折用マイクロレンズを使用した後には１６．０％に低減した。ここで提示するクロストークの値は、一定の基準値を用いて正規化した値である。
図１２は、ＣＭＯＳイメージセンサの構成を示す。
【００４２】
図１２を参照すれば、ＣＭＯＳイメージセンサ１２００は、ロウデコーダ１２１０、カラムデコーダ１２２０、画素アレイ１２３０、選択部１２４０及びバッファ１２５０を備える。
画素アレイ１２３０には複数の単位画素が２次元に配列されている。ロウデコーダ１２１０は、画素アレイ１２３０に配列された単位画素の動作を水平ライン単位で制御する。カラムデコーダ１２２０は、選択部１２４０を制御して画素アレイ１２３０に配列された単位画素の動作を垂直ライン単位で制御する。画素アレイ１２３０から変換された電気信号は、バッファ１２５０を通じて出力される。
画素アレイ１２３０を構成する単位画素が図１に図示された形態を持つ場合、本発明を実施したものになる。
【００４３】
図１３は、本発明による光子屈折用マイクロレンズを使用した小型カメラを示す。
図１３に図示されたカメラに本発明による光子屈折用マイクロレンズが具現されたＣＭＯＳイメージセンサが含まれる場合、本発明を実施したものになりうる。
以上、本発明についての技術思想を添付図面と共に述べたが、これは本発明の望ましい実施形態を例示的に説明したものであり、本発明を限定するものではない。また当業者ならば、本発明の技術的思想の範ちゅうを逸脱しない範囲内で多様な変形及び摸倣が可能であるということは明らかである。
【符号の説明】
【００４４】
１１０ マイクロレンズ
１２０ 平坦化層
１３０ 第１メタル層
１４０ メタル間絶縁層
１５０ 第２メタル層
１６０ トレンチ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
フォトダイオードと、
メタル層と、
前記フォトダイオード及び前記メタル層の間に配され、前記メタル層から反射された光子を前記フォトダイオードの中央部分に屈折させる光子屈折用マイクロレンズと、を備える単位画素。
【請求項２】
前記光子屈折用マイクロレンズは、前記メタル層方向に膨らんでいる請求項１に記載の単位画素。
【請求項３】
前記光子屈折用マイクロレンズの最も厚い部分の厚さは、２０００Åないし３５００Å間の値を持つ請求項２に記載の単位画素。
【請求項４】
前記光子屈折用マイクロレンズ及び前記メタル層の間には、少なくとも一つの平坦化層を持つ請求項２に記載の単位画素。
【請求項５】
前記光子屈折用マイクロレンズの屈折率は、前記少なくとも一つの平坦化層の屈折率に比べて高い請求項４に記載の単位画素。
【請求項６】
前記平坦化層はシリコン酸化膜からなり、前記光子屈折用マイクロレンズはシリコン窒化膜からなる請求項５に記載の単位画素。
【請求項７】
複数の単位画素が２次元に配列された画素アレイと、
前記画素アレイに配列された単位画素の動作を水平ライン単位で制御するロウデコーダと、
前記画素アレイに配列された単位画素の動作を垂直ライン単位で制御するカラムデコーダと、を備え、
前記単位画素それぞれは、
フォトダイオードと、
メタル層と、
前記フォトダイオード及び前記メタル層の間に配され、前記メタル層から反射された光子を前記フォトダイオードの中央部分に屈折させる光子屈折用マイクロレンズと、を備えるバックサイドイルミネーションＣＭＯＳイメージセンサ。
【請求項８】
前記光子屈折用マイクロレンズは、前記メタル層方向に膨らんでいる請求項７に記載のバックサイドイルミネーションＣＭＯＳイメージセンサ。
【請求項９】
前記光子屈折用マイクロレンズの最も厚い部分の厚さは、２０００Åないし３５００Å間の値を持つ請求項８に記載のバックサイドイルミネーションＣＭＯＳイメージセンサ。
【請求項１０】
請求項１に記載の光子屈折用マイクロレンズを備える単位画素を形成方法において、
フォトダイオードと定義された領域の上部にアイランドを形成する段階と、
常時アイランドをアニーリングして前記光子屈折用マイクロレンズを形成する段階と、を含む光子屈折用マイクロレンズを備える単位画素の形成方法。
【請求項１】
フォトダイオードと、
メタル層と、
前記フォトダイオード及び前記メタル層の間に配され、前記メタル層から反射された光子を前記フォトダイオードの中央部分に屈折させる光子屈折用マイクロレンズと、を備える単位画素。
【請求項２】
前記光子屈折用マイクロレンズは、前記メタル層方向に膨らんでいる請求項１に記載の単位画素。
【請求項３】
前記光子屈折用マイクロレンズの最も厚い部分の厚さは、２０００Åないし３５００Å間の値を持つ請求項２に記載の単位画素。
【請求項４】
前記光子屈折用マイクロレンズ及び前記メタル層の間には、少なくとも一つの平坦化層を持つ請求項２に記載の単位画素。
【請求項５】
前記光子屈折用マイクロレンズの屈折率は、前記少なくとも一つの平坦化層の屈折率に比べて高い請求項４に記載の単位画素。
【請求項６】
前記平坦化層はシリコン酸化膜からなり、前記光子屈折用マイクロレンズはシリコン窒化膜からなる請求項５に記載の単位画素。
【請求項７】
複数の単位画素が２次元に配列された画素アレイと、
前記画素アレイに配列された単位画素の動作を水平ライン単位で制御するロウデコーダと、
前記画素アレイに配列された単位画素の動作を垂直ライン単位で制御するカラムデコーダと、を備え、
前記単位画素それぞれは、
フォトダイオードと、
メタル層と、
前記フォトダイオード及び前記メタル層の間に配され、前記メタル層から反射された光子を前記フォトダイオードの中央部分に屈折させる光子屈折用マイクロレンズと、を備えるバックサイドイルミネーションＣＭＯＳイメージセンサ。
【請求項８】
前記光子屈折用マイクロレンズは、前記メタル層方向に膨らんでいる請求項７に記載のバックサイドイルミネーションＣＭＯＳイメージセンサ。
【請求項９】
前記光子屈折用マイクロレンズの最も厚い部分の厚さは、２０００Åないし３５００Å間の値を持つ請求項８に記載のバックサイドイルミネーションＣＭＯＳイメージセンサ。
【請求項１０】
請求項１に記載の光子屈折用マイクロレンズを備える単位画素を形成方法において、
フォトダイオードと定義された領域の上部にアイランドを形成する段階と、
常時アイランドをアニーリングして前記光子屈折用マイクロレンズを形成する段階と、を含む光子屈折用マイクロレンズを備える単位画素の形成方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【公開番号】特開２０１１−１４６７１４（Ｐ２０１１−１４６７１４Ａ）
【公開日】平成２３年７月２８日（２０１１．７．２８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−６１４９（Ｐ２０１１−６１４９）
【出願日】平成２３年１月１４日（２０１１．１．１４）
【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２８日（２０１１．７．２８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１月１４日（２０１１．１．１４）
【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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