特許 6091539 スタックフィルターとそれを含むイメージセンサー

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6091539

(24)【登録日】2017年2月17日

(45)【発行日】2017年3月8日

(54)【発明の名称】スタックフィルターとそれを含むイメージセンサー

(51)【国際特許分類】

   G02B 5/20 20060101AFI20170227BHJP

   H01L 27/14 20060101ALI20170227BHJP

   G02B 5/22 20060101ALI20170227BHJP

【ＦＩ】

   G02B5/20 101

   H01L27/14 D

   G02B5/22

【請求項の数】13

【全頁数】13

(21)【出願番号】特願2015-51668(P2015-51668)

(22)【出願日】2015年3月16日

(65)【公開番号】特開2016-75886(P2016-75886A)

(43)【公開日】2016年5月12日

【審査請求日】2015年3月16日

(31)【優先権主張番号】14/507,339

(32)【優先日】2014年10月6日

(33)【優先権主張国】US

(73)【特許権者】

【識別番号】507296388

【氏名又は名称】采▲ぎょく▼科技股▲ふん▼有限公司

【氏名又は名称原語表記】ＶｉｓＥｒａ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ Ｃｏｍｐａｎｙ Ｌｉｍｉｔｅｄ

(74)【代理人】

【識別番号】100105946

【弁理士】

【氏名又は名称】磯野 富彦

(72)【発明者】

【氏名】王 唯科

【審査官】 中村 博之

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１２−１３７７２８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平１０−０６５１３５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 国際公開第２０１５／１５９６５１（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 特開２００６−０１０７６４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００５−１８４６９０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００５−００６０６６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１２−２０９９１３（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｇ０２Ｂ ５／２０

Ｇ０２Ｂ ５／２２

Ｈ０１Ｌ ２７／１４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

赤外線（ＩＲ）画素を含むイメージセンサーのスタックフィルターであって、
前記ＩＲ画素に設置され、第一バンドの波長を有する光線を通過させる第一フィルター層と、
前記第一フィルター層とスタックされ、第二バンドの波長を有する光線を通過させる第二フィルター層と、
を有し、
前記第二バンドの一部は、前記第一バンドより低く、前記第一バンドは、第三バンドで、部分的に、前記第二バンドと重複し、 前記第三バンドが、前記第一バンドと前記第二バンドより狭く、前記スタックフィルターが、前記第三バンドの前記波長を有する光線を通過させ、前記第一と第二フィルター層が結合されて、二層スタックの吸収型フィルタを形成することを特徴とするスタックフィルター。

【請求項2】

前記第一フィルター層を通過する前記光線は、第一波長で、透過率が５０%であり、前記第二フィルター層を通過する前記光線は、第二波長で、透過率が５０%であり、前記第一波長は、前記第二波長より低いことを特徴とする請求項１に記載のスタックフィルター。

【請求項3】

前記第一フィルター層は赤外線（ＩＲ）パスフィルター、前記第二フィルター層は部分的ＩＲカットオフフィルターであり、前記ＩＲパスフィルターは、前記ＩＲバンドの波長を有するＩＲ光を通過させ、前記イメージセンサーが半導体基板上に形成され、前記イメージセンサーは、特定バンドの波長を有するＩＲ光を物体に照射する光源ユニットを有し、前記部分的ＩＲカットオフフィルターは、第三波長から第四波長のカットオフ領域を有し、前記第三波長は、前記光源ユニットの前記ＩＲ光の前記特定バンドの前記波長プラス１０nm 〜 ５０nmで、前記第四波長は、前記半導体基板の吸収帯の最長波長であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のスタックフィルター。

【請求項4】

前記第一フィルター層の前記第一バンドの前記波長は、８００nm 〜 １２００nm、前記第二フィルター層の前記第二バンドの前記波長は、４００nm 〜 ９００nm、および、前記スタックフィルターの前記第三バンドの前記波長は、８００nm 〜９００nmであることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載のスタックフィルター。

【請求項5】

前記第二フィルター層が、前記第一フィルター層下方に設置されることを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載のスタックフィルター。

【請求項6】

赤色（Ｒ）画素、緑色（Ｇ）画素、青色（Ｂ）画素 、および、赤外線（ＩＲ）画素と、
それぞれ、前記Ｒ、Ｇ、および、Ｂ画素に設置されるＲ、Ｇ、および、Ｂフィルターと、
前記Ｒ、Ｇ、および、Ｂフィルターとスタックされ、特定波長を有する少なくともＩＲ光を遮蔽するＩＲフィルターと、
前記ＩＲ画素に設置されるスタックフィルターと、
を有し、
前記スタックフィルターは、
第一バンドの波長を有する光線を通過させる第一フィルター層と、
前記第一フィルター層とスタックされ、第二バンドの波長を有する光線を通過させる第二フィルター層と、
を有し、
前記第二バンドの一部は、前記第一バンドより低く、前記第一バンドは、第三バンドで、部分的に、前記第二バンドと重複し、前記第三バンドは、前記第一バンドと前記第二バンドより狭く、前記スタックフィルターが、前記第三バンドの前記波長を有する光線を通過させることを特徴とするイメージセンサー。

【請求項7】

さらに、特定バンドの波長を有するＩＲ光を物体に照射する光源ユニットを有し、前記スタックフィルターの前記第三バンドの前記波長は、前記光源ユニットの前記ＩＲ光の前記特定バンドの前記波長と一致することを特徴とする請求項６に記載のイメージセンサー。

【請求項8】

さらに、複数のフォトダイオードを含む半導体基板を有し、前記半導体基板は吸収帯を有し、前記第一フィルター層はＩＲパスフィルターであり、前記ＩＲパスフィルターは、８００nm 〜１２００nm の波長を有するＩＲ光を通過させ、前記第二フィルター層は、部分的ＩＲカットオフフィルターであり、前記部分的ＩＲカットオフフィルターは、第三波長から第四波長のカットオフ領域を有し、前記第三波長は、前記光源ユニットの前記ＩＲ光の前記特定バンドの前記波長のプラス１０nm〜５０nmであり、前記第四波長は、前記半導体基板の前記吸収帯の最長波長であることを特徴とする請求項７に記載のイメージセンサー。

【請求項9】

前記ＩＲフィルターは、選択的なＩＲフィルターを有し、前記選択的なＩＲフィルターは、特定波長のＩＲ光を遮蔽し、前記選択的なＩＲフィルターにより遮蔽する前記ＩＲ光の前記特定波長は、前記光源ユニットの前記ＩＲ光の前記特定バンドの前記波長と一致することを特徴とする請求項７または請求項８に記載のイメージセンサー。

【請求項10】

前記Ｒ、Ｇ、および、Ｂフィルターは、前記ＩＲフィルター上方、または、下方に設置されることを特徴とする請求項６から９のいずれかに記載のイメージセンサー。

【請求項11】

前記第一フィルター層を通過する前記光線は、第一波長で、透過率が５０% であり、前記第二フィルター層を通過する前記光線は、第二波長で、透過率が５０% であり、前記第一波長は、前記第二波長より低いことを特徴とする請求項６から１０のいずれかに記載のイメージセンサー。

【請求項12】

前記第一と第二フィルター層が結合されて、二層スタックの吸収型フィルターを形成することを特徴とする請求項６から１１のいずれかに記載のイメージセンサー。

【請求項13】

前記第二フィルター層は、前記第一フィルター層上方、または、下方に設置されることを特徴とする請求項６から１２のいずれかに記載のイメージセンサー。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、スタックフィルターに関するものであって、特に、飛行時間型（ＴｏＦ）技術アプリケーションにおける赤外線（ＩＲ）画素と赤色（Ｒ）、緑色（Ｇ）、および、青色（Ｂ）画素を単一センサーに整合したイメージセンサーのスタックフィルターに関するものである。

【背景技術】

【0002】

現在、飛行時間型（ＴｏＦ)技術は、広く、近代産業に用いられて、調整された光源と共に、安価な相補型ＭＯＳ（ＣＭＯＳ）画素アレイを用いて、３次元（３Ｄ）撮像を提供する。３Ｄ ＴＯＦカメラは、すでに、多くの異なるアプリケーション、たとえば、製造された商品のプロファイル検査、コンピューター支援設計 (ＣＡＤ)検証、地理測量、および、物体撮像に用いられている。

【0003】

３Ｄ ＴｏＦカメラの操作は、調整された光源を使用して、シーンを照射し、反射した光線を監視する。照明と反射間の位相シフトが測定され、距離に変換される。一般に、シーンを照射する調整された光源は、約８５０nmの近赤外線で操作する固体レーザー、または、発光ダイオード（ＬＥＤ）によるもので、不可視である。調整された光源の同一スペクトルに対応するように設計された画像センサーは、光線を受信して、フォトニックエネルギーを電流に転換して、シーンの距離（深さ）情報を得る。

【0004】

一般に、フィルターは、イメージセンサー前側に設置されて、距離（深さ）情報のよりよい信号対雑音比（ＳＮＲ）を得る。しかし、従来のフィルターは、通常、多層膜干渉技術により製造される。大きい傾斜の入射光が従来のフィルターに当たるとき、しばしば、青色シフトが従来のフィルターで発生し、従来のフィルターのスペクトルを低波長バンドにする。これにより、従来のフィルターを含むイメージセンサーは、０°または小主光線入射角度（ＣＲＡ)を有するテレセントリックレンズを設置して、大きい傾斜の入射光により生じる青色シフトを克服する必要がある。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

本発明は、単一イメージセンサーに整合される赤色（Ｒ）、緑色（Ｇ）、および、青色（Ｂ）画素、および、赤外線（ＩＲ）画素を有するイメージセンサーを提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本発明は、さらに、イメージセンサーの各ＩＲ画素のスタックフィルターを提供する。スタックフィルターは、狭帯域の波長を有するＩＲ光を通過させる。よって、ＩＲ画素に位置するイメージセンサーのフォトダイオードは、狭帯域の波長を有するＩＲ光を受信して、物体の距離（深さ)情報のよりよい信号対雑音比（ＳＮＲ）を得る。

【0007】

いくつかの実施態様によると、赤外線（ＩＲ）画素を含むイメージセンサーのスタックフィルターが提供される。スタックフィルターは、ＩＲ画素に設置される第一フィルター層を含む。第一フィルター層は、第一バンドの波長を有する光線を通過させる。スタックフィルターは、さらに、第一フィルター層とスタックされる第二スタックを含む。第二フィルター層は、第二バンドの波長を有する光線を通過させる。第二バンドの一部は、第一バンドより低い。第一バンドは、部分的に、第三バンドの波長で、第二バンドと重複する。第三バンドは、第一バンドと第二バンドより狭い。スタックフィルターは、第三バンドの波長を有する光線を通過させる。

【0008】

いくつかの実施態様によると、イメージセンサーが提供される。イメージセンサーは、赤色（Ｒ）画素、緑色（Ｇ）画素、青色（Ｂ）画素、および、赤外線（ＩＲ）画素を含む。イメージセンサーは、さらに、それぞれ、Ｒ、Ｇ、および、Ｂ画素に位置するＲ、Ｇ、および、Ｂフィルターを含む。イメージセンサーは、さらに、Ｒ、Ｇ、および、ＢフィルターとスタックされるＩＲフィルターを含む。ＩＲフィルターは、特定波長を有する少なくともＩＲ光を遮蔽する。このほか、イメージセンサーは、ＩＲ画素に設置されるスタックフィルターを有する。スタックフィルターは、ＩＲ画素に設置される第一フィルター層、および、第一フィルター層とスタックされる第二フィルター層を有する。第一フィルター層は、第一バンドの波長を有する光線を通過させる。第二フィルター層は、第二バンドの波長を有する光線を通過させる。第二バンドの一部は、第一バンドより低い。第一バンドは、第三バンドの波長で、部分的に、第二バンドと重複する。第三バンドは、第一バンドと第二バンドより狭い。スタックフィルターは、第三バンドの波長を有する光線を通過させる。

【発明の効果】

【0009】

本発明のスタックフィルターは、大きい傾斜の入射光がイメージセンサーに照射するとき、青色シフトを回避することができる。

【図面の簡単な説明】

【0010】

【図1】本発明の実施形態によるイメージセンサーの一部の断面図である。

【図2】本発明の実施形態によるイメージセンサーのＲ、Ｇ、および、ＢとＩＲ画素の配置の平面図である。

【図3】本発明の実施形態によるスタックフィルターの第一フィルター層と第二フィルター層の光学特性を説明する透過率対波長のグラフである。

【図4】本発明の実施形態によるそれぞれ、イメージセンサーのＲフィルター、Ｇフィルター、Ｂフィルター、選択的なＩＲフィルター、および、ＩＲカットオフフィルターの光学特性を説明する透過率対波長のグラフである。

【図5】本発明の実施形態による物体を撮像するイメージセンサーの配置を説明する図である。

【図6】本発明の実施形態によるスタックフィルターの第一フィルター層と二種の第二フィルター層の光学特性を説明する透過率と波長のグラフである。

【図7】イメージセンサーの一部の断面図である。

【図8】イメージセンサーの一部の断面図である。

【図9】イメージセンサーの一部の断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0011】

上記及び他の目的及び本発明の特徴は、添付図面とともに以下の記載を参照することにより明らかとなる。

【0012】

本発明の目的と利点は添付請求項に具体的に記載されている要素及び組合せによって実現、達成されるであろう。なお、上述の一般的な説明と、以下に述べる詳細な説明は具体例であって、例示だけを目的としており、特許請求されている本発明の範囲の限定を意図するものではない。

【0013】

図１を参照すると、いくつかの実施形態による裏面照射型（ＢＳＩ）イメージセンサー１００の一部の断面図を示す図である。イメージセンサー１００は、複数の画素、赤色（Ｒ）画素１００Ｒ、緑色（Ｇ）画素１００Ｇ、青色（Ｂ）画素１００Ｂと赤外線（ＩＲ）画素１００ＩＲを順に配列して、画素アレイを形成する。図２は、いくつかの実施形態によるイメージセンサー１００のＲ、Ｇ、および、ＢとＩＲ画素、１１０Ｒ、１００Ｇ、および、１００ＩＲの配置の平面図である。図２に示されるように、Ｒ、Ｇ、および、ＢとＩＲ画素、１１０Ｒ、１００Ｇ、および、１００ＩＲのBayerパターンにおいて、一つのＧ画素の位置は、ＩＲ画素で代替される。

【0014】

図１に示されるように、イメージセンサー１００は、複数のフォトダイオード１０３を含む半導体基板１０１を有する。各フォトダイオード１０３は、赤色（Ｒ）画素１００Ｒ、緑色（Ｇ）画素１００Ｇ、青色（Ｂ）画素１００Ｂと赤外線（ＩＲ）画素１００ＩＲの一つの画素に設置される。イメージセンサー１００は、さらに、半導体基板１０１の表面に形成される配線層１０７を有する。ＢＳＩイメージセンサー１００において、配線層１０７が、フォトダイオード１０３下に設置される。配線層１０７は、いくつかの金属層と金属層間に設置されるいくつかの誘電層からなる。金属層と誘電層は、従来の半導体集積回路処理技術により形成される。図を簡潔にするため、図１で、金属層と誘電層は示されない。配線層１０７は複数の回路領域を有し、且つ、各回路領域は、一つのフォトダイオード１０３に対応する。ある実施形態において、イメージセンサー１００は、単一イメージセンサー中に一緒に整合されるＲ、Ｇ、Ｂ、および、ＩＲ画素を有するＣＭＯＳイメージセンサー(ＣＩＳ)である。

【0015】

いくつかの実施形態によると、イメージセンサー１００は、ＩＲ画素１００ＩＲに設置されるスタックフィルター１２０を有する。スタックフィルター１２０は、第二フィルター層１２２とスタックされる第一フィルター層１２１を有する。図３は、本発明の実施形態によるスタックフィルター１２０の第一フィルター層１２１と第二フィルター層１２２の光学特性を説明する透過率対波長のグラフである。第一フィルター層１２１は、第一バンド１２１Ｂの波長を有する光線を通過させる。第二フィルター層１２２は、第二バンド１２２Ｂの波長を有する光線を通過させる。第一フィルター層１２１を通過する光線は、第一波長 λ₁で、透過率が50%である。第二フィルター層１２２を通過する光線は、第二波長λ₂で、透過率が50%である。第一波長λ₁ は、第二波長λ₂より低い。図３で示される４００nm〜１２００nmの波長範囲は、第一フィルター層１２１と第二フィルター層１２２の第一バンド１２１Ｂ、第二バンド１２２Ｂ、第一波長λ₁と第二波長λ₂を説明する一例であり、第一バンド１２１Ｂ、第二バンド１２２Ｂ、第一波長λ₁ と第二波長λ₂の数値を限定するものではない。

【0016】

さらに、図３に示されるように、第二バンド１２２Ｂの一部の波長は、第一バンド１２１Ｂより低い。第一バンド１２１Ｂは、第三バンド１２０Ｂの波長で、部分的に、第二バンド１２２Ｂと重複する。第三バンド１２０Ｂは、第一バンド１２１Ｂと第二バンド１２２Ｂより狭い。これにより、第一フィルター層１２１と第二フィルター層１２２からなるスタックフィルター１２０は、第三バンド１２０Ｂの波長を有する光線を通過させる。第三バンド１２０Ｂは、ナローＩＲバンドである。つまり、スタックフィルター１２０は、狭帯域ＩＲパスフィルターである。よって、光線が、スタックフィルター１２０を通過した後、狭帯域の波長を有するＩＲ光、たとえば、８５０nmのＩＲ光は、イメージセンサー１００（図１に示される）のＩＲ画素１００ＩＲ中のフォトダイオード１０３により受信される。これにより、３Ｄ撮像用に、物体の距離（深さ）情報のよりよい信号対雑音比（ＳＮＲ）が得られる。

【0017】

実施形態によると、広い第一バンド１２１Ｂを有する第一フィルター層１２１と広い第二バンド１２２Ｂを有する第二フィルター層１２２は、第一と第二バンド１２１Ｂと１２２Ｂのスペクトル分布を有する染料や顔料からなる。つまり、スタックフィルター１２０は、第一と第二フィルター層１２１と１２２の組み合わせから形成される二層スタックの吸収型フィルターである。さらに、染料や顔料からなる二層スタックの吸収型フィルターは、光線の入射角度の影響をほぼ受けない。これにより、二層スタックの吸収型フィルターのスタックフィルター１２０は、大きい傾斜の入射光が、イメージセンサー１００を照射するとき、多層膜干渉フィルターの適用において発生する青色シフトを回避することができる。つまり、本実施形態のイメージセンサーは、０°または小さいＣＲＡを有するテレセントリックレンズを必要としない。０°のＣＲＡを有するテレセントリックレンズは、通常、ＴｏＦ ３Ｄ撮像時、多層膜干渉技術により製造されるフィルターを有するイメージセンサーに用いられる。

【0018】

図１を再度参照すると、ある実施形態において、イメージセンサー１００は、さらに、半導体基板１０１の別表面に形成され、フォトダイオード１０３上に位置するパッシベーション膜１０５を有する。いくつかの別の実施形態において、イメージセンサー装置ユニット１００は、さらに、遮光分割層、高誘電率膜、および、半導体基板１０１上に形成される別のパッシベーション膜を含む。このほか、イメージセンサー１００は、それぞれ、Ｒ、Ｇ、および、Ｂ画素、１００Ｒ、１００Ｇ、および、１００Ｂに設置されるＲフィルター１１１Ｒ、Ｇフィルター１１１Ｇ、および、Ｂフィルター１１１Ｂを有する。イメージセンサー１００は、さらに、Ｒ、Ｇ、および、Ｂ画素、１００Ｒ、１００Ｇ、および、１００Ｂに設置されるＩＲフィルター１０９を有する。ＩＲフィルター１０９は、Ｒ、Ｇ、および、Ｂフィルター１１１Ｒ、１１１Ｇ、および、１１１Ｂとスタックされる。ＩＲフィルター１０９は、少なくとも特定波長を有するＩＲ光を遮蔽する。

【0019】

ある実施形態において、ＩＲフィルター１０９は、特定波長を有するＩＲ光だけを遮蔽する選択的なＩＲフィルターとすることができる。いくつかの別の実施形態において、ＩＲフィルター１０９は、全体のＩＲバンドの波長を有するＩＲ光を遮蔽するＩＲカットオフフィルターとすることができる。図４は、本発明の実施形態によるイメージセンサーのＲフィルター１１１Ｒ、Ｇフィルター１１１Ｇ、Ｂフィルター１１１Ｂ、選択的なＩＲフィルター１０９ＳＩＲ、および、ＩＲカットオフフィルター１０９ＩＲ−ｃｕｔの光学特性をそれぞれ説明する透過率対波長のグラフである。Ｒ、Ｇ、および、Ｂフィルター１１１Ｒ、１１１Ｇ、および、１１１Ｂのスペクトルは、７００nm〜１１００nmのＩＲバンドの波長で、透過率を有する。よって、７００nm〜１１００nmのＩＲバンドの波長を有するＩＲ光は、Ｒ、Ｇ、および、Ｂフィルター１１１Ｒ、１１１Ｇ、および、１１１Ｂを通過する。Ｒ、Ｇ、および、Ｂフィルター１１１Ｒ、１１１Ｇ、および、１１１Ｂを通過したＩＲ光が、Ｒ、Ｇ、および、Ｂ画素中のフォトダイオード１０３により受信される場合、物体のカラー画像化情報の信号対雑音比（ＳＮＲ)が減少する。

【0020】

図４に示されるように、Ｒ、Ｇ、および、Ｂ画素に設置される選択的なＩＲフィルター１０９ＳＩＲのスペクトルは、ＩＲバンドの特定波長、たとえば、８５０nmで、透過率が約０％である。選択的なＩＲフィルター１０９ＳＩＲの特定波長は、イメージセンサー中に設置されて、ＩＲ光を物体に照射する光源ユニットのＩＲ光の特定バンドの波長と一致する。よって、選択的なＩＲフィルター１０９ＳＩＲは、Ｒ、Ｇ、および、Ｂフィルター１１１Ｒ、１１１Ｇ、および、１１１Ｂを通過した光源ユニットのＩＲ光を遮蔽して、物体のカラー画像化情報のＳＮＲを増加することができる。

【0021】

このほか、図４に示されるように、ＩＲカットオフフィルター１０９ＩＲ−ｃｕｔのスペクトルは、ＩＲバンドの波長、たとえば、７００nm〜１１００nmで、透過率が約０％である。よって、Ｒ、Ｇ、および、Ｂ画素に設置されるＩＲカットオフフィルター１０９ＩＲ−ｃｕｔもまたＲ、Ｇ、および、Ｂフィルター１１１Ｒ、１１１Ｇ、および、１１１Ｂを通過した光源ユニットのＩＲ光を遮蔽して、物体のカラー画像化情報のＳＮＲを増加することができる。

【0022】

これにより、図１の実施形態において、ＩＲフィルター１０９と結合されるＲ、Ｇ、および、Ｂフィルター１１１Ｒ、１１１Ｇ、および、１１１Ｂは、可視帯の波長を有するＲ、Ｇ、およびＢ光線を通過させると共に、イメージセンサー１００中に設置される光源ユニットのＩＲ光の波長と一致する特定波長を有するＩＲ光を少なくとも遮蔽する。これにより、イメージセンサー１００のＲ、Ｇ、および、Ｂ画素に位置するフォトダイオード１０３によりＩＲ光が受信されないか、または、受信されるＩＲ光が少ない。Ｒ、Ｇ、および、Ｂ信号は、Ｒ、Ｇ、および、Ｂ画素に位置するフォトダイオード１０３から生成され、ＩＲ信号ノイズがない。よって、イメージセンサーのＲ、Ｇ、および、Ｂ画素の信号対雑音比（ＳＮＲ）が向上する。イメージセンサー１００中に設置され、ＩＲ光を物体に照射する光源ユニットは、図５で説明する。

【0023】

再び、図１を参照すると、イメージセンサー１００は、さらに、Ｒ、Ｇ、および、Ｂフィルター１１１Ｒ、１１１Ｇ、および、１１１Ｂ、および、スタックフィルター１２０上に設置されるマイクロレンズ構造１１３を有する。マイクロレンズ構造１１３を含む図１に示されるイメージセンサー１００の素子は、イメージセンサー装置ユニット１３０と称される。図５は、本発明の実施形態による物体１５０を撮像するイメージセンサー１００の設置を説明する図である。図５に示されるように、イメージセンサー１００は、さらに、特定バンドの波長を有するＩＲ光１４０ＩＲを物体１５０に照射する光源ユニット１４０を含む。ある実施形態において、光源ユニット１４０は、約８５０nmの近赤外範囲で操作するＬＥＤである。ある実施形態において、図４に示されるように、選択的なＩＲフィルター１０９ＳＩＲにより遮蔽されるＩＲ光の特定波長は、光源ユニット１４０からのＩＲ光１４０ＩＲの特定バンドの波長と一致する。つまり、選択的なＩＲフィルター１０９ＳＩＲにより遮蔽されるＩＲ光の特定波長は約８５０nmである。

【0024】

図５に示されるように、ＩＲ光１４０ＩＲ’は、物体１５０により、イメージセンサー装置ユニット１３０に反射される。実施形態によると、イメージセンサー装置ユニット１３０のスタックフィルター１２０は、狭帯域の波長を有する光線を通過させる。スタックフィルター１２０の狭帯域の波長は、ＩＲ光１４０ＩＲと１４０ＩＲ’の特定バンドの波長と一致する。これにより、イメージセンサー装置ユニット１３０のマイクロレンズ構造１１３上に、ダブルバンドパスフィルターを設置する必要がない。ダブルバンドパスフィルターは、通常、可視光と光源ユニットのＩＲ光の波長と一致する特定波長を有するＩＲ光を通過させるのに用いられる。

【0025】

図１と図５を参照すると、物体１５０により反射されるＩＲ光１４０ＩＲ’は、スタックフィルター１２０を通過すると共に、ＩＲ画素１００ＩＲ中のフォトダイオード１０３により受信されて、よりよいＳＮＲを有するＩＲ信号を生成して、物体１５０の距離（深さ）情報を得る。図５には示されていないが、自然光、または、別の光源からの可視光も、物体１５０により反射されて、その後、イメージセンサー装置ユニット１３０に照射する。反射する可視光は、Ｒ、Ｇ、および、Ｂフィルター１１１Ｒ、１１１Ｇ、および、１１１Ｂ、ＩＲフィルター１０９を通過し、Ｒ、Ｇ、および、Ｂ画素中のフォトダイオード１０３により受信されて、物体１５０のカラー画像化情報を得る。さらに、Ｒ、Ｇ、および、Ｂ画素に位置するＩＲフィルター１０９は、光源ユニット１４０のＩＲ光１４０ＩＲと１４０ＩＲ’の波長と一致する特定波長を有するＩＲ光を少なくとも遮蔽することができる。よって、Ｒ、Ｇ、および、Ｂフィルター１１１Ｒ、１１１Ｇ、および、１１１ＢとスタックされるＩＲフィルター１０９は、Ｒ、Ｇ、および、Ｂ画素中のフォトダイオード１０３が、可視光を受信して、高ＳＮＲのＲ、Ｇ、および、Ｂ信号を生成し、物体のカラー画像化情報を獲得するのを補助することができる。Ｒ、Ｇ、および、Ｂ信号が、Ｒ、Ｇ、および、Ｂ画素中のフォトダイオード１０３から生成されて、ＩＲ信号ノイズがない。

【0026】

図６は、本発明の実施形態によるスタックフィルター１２０の第一フィルター層１２１と二種の第二フィルター層１２２’と１２２”の光学特性を説明する透過率対波長のグラフである。第一フィルター層１２１は、ＩＲパスフィルター１２１と称される。第二フィルター層１２２’と１２２”は、部分的ＩＲカットオフフィルター１２２’と１２２”と称される。ある実施形態において、ＩＲパスフィルター１２１は、ＩＲバンドの波長を有するＩＲ光を通過させる。いくつかの別の実施形態において、図６に示されるように、ＩＲパスフィルター１２１は、ＩＲバンド、たとえば、約８００nm〜約１２００nmの波長を有するＩＲ光を通過させる。つまり、いくつかの実施形態において、第一フィルター層（または、ＩＲパスフィルター)１２１の第一バンド１２１Ｂ（図３で示される）の波長は、約８００nm〜約１２００nmである。

【0027】

部分的ＩＲカットオフフィルター１２２’と１２２”は、第三波長から第四波長のカットオフ領域を有する。第三波長は、光源ユニットのＩＲ光の特定波長 (約８５０nm)プラス約１０〜５０nmである。第四波長は、半導体基板１０１の吸収帯の最長波長である。ある実施形態において、半導体基板１０１はＳｉウェハで、Ｓｉウェハの吸収帯の最長波長は、約１１００nmである。ある実施形態において、半導体基板１０１は別の適切な半導体材料で形成され、これらの吸収帯の最長波長は１１００nm以上、たとえば、１２００nmである。よって、ある実施形態において、第二フィルター層（または、部分的ＩＲカットオフフィルター）１２２’と１２２”は、約９００nm（８５０nmプラス５０nm）〜約１１００nmのカットオフ領域を有する。図６に示されるように、ある実施形態において、部分的ＩＲカットオフフィルター１２２’と１２２”は、約９００nm〜約１２００nmのカットオフ領域を有する。つまり、第二フィルター層 (または、部分的ＩＲカットオフフィルター)１２２’、または、１２２”の第二バンド１２２Ｂ (図３で示される) の波長は、約４００nm〜約９００nmである。これにより、ある実施形態において、スタック層１２０の第三バンドの波長は、約８００nm から 約９００nmである。

【0028】

さらに、図６に示されるように、部分的ＩＲカットオフフィルター１２２’ と１２２”は、波長４００nm〜９００nmで異なるスペクトルを有することができるが、波長９００nm〜１２００nmで、同一のスペクトルを有する。このほか、部分的ＩＲカットオフフィルター１２２’と１２２”のスペクトルは、１２００nm以上の波長で、０％より大きい透過率を有することができる。

【0029】

図７は、本発明の別の実施形態によるイメージセンサー１００の一部の断面図である。図７と図１の差異は、図７のＲ、Ｇ、および、Ｂフィルター１１１Ｒ、１１１Ｇ、および、１１１Ｂが、ＩＲフィルター１０９下に設置されることである。図７の実施形態において、Ｒ、Ｇ、および、Ｂフィルター１１１Ｒ、１１１Ｇ、および、１１１Ｂ上に設置されるＩＲフィルター１０９は、図１のＲ、Ｇ、および、Ｂフィルター１１１Ｒ、１１１Ｇ、および、１１１Ｂ下に設置されたＩＲフィルター１０９と同じフィルター機能を有する。

【0030】

図８は、本発明の別の実施形態によるイメージセンサー１００の一部の断面図である。図８と図７の差異は、第一フィルター層１２１が、スタックフィルター１２０中で、第二フィルター層１２２上に設置されることである。図８の実施形態において、第二フィルター層１２２上に設置される第一フィルター層１２１は、図１と図７の第二フィルター層１２２下にスタックされる第一フィルター層１２１と同じフィルター機能を有する。

【0031】

図９は、本発明の別の実施形態によるイメージセンサー１００の一部の断面図である。図９と図１の差異は、第一フィルター層１２１が、スタックフィルター１２０中で、第二フィルター層１２２上に設置されることである。図９の実施形態において、第二フィルター層１２２上に設置される第一フィルター層１２１は、図１と図７の第二フィルター層１２２の下にスタックされる第一フィルター層１２１と同じフィルター機能を有する。

【0032】

図１と図７から図９の実施形態において、イメージセンサー１００は、裏面照射型 (ＢＳＩ)イメージセンサーである。いくつかの別の実施形態において、本発明のイメージセンサーは、表面照射型 (ＦＳＩ)イメージセンサーである。ＦＳＩイメージセンサーにおいて、図１と図７から図９の配線層１０７が移動して、フォトダイオード１０３上に設置される。ＦＳＩイメージセンサーの別の素子、たとえば、パッシベーション膜１０５、ＩＲフィルター１０９、Ｒ、Ｇ、および、Ｂフィルター１１１Ｒ、１１１Ｇ、および、１１１Ｂ、スタックフィルター１２０、および、マイクロレンズ構造１１３は、図１と図７から図９のＢＳＩイメージセンサー１００と同じである。

【0033】

実施形態によると、第一と第二フィルター層からなるスタックフィルターが、イメージセンサーのＩＲ画素に設置される。スタックフィルターは、狭帯域の波長を有するＩＲ光を通過させる。よって、狭帯域の波長を有するＩＲ光は、ＩＲ画素中のフォトダイオードにより受信されて、よりよいＳＮＲを有するＩＲ信号を生成する。さらに、本発明の実施形態は、可視帯のスペクトルとナローＩＲバンドを有するダブルバンドパスフィルターを、イメージセンサーのマイクロレンズ構造上に設置する必要がない。一方、本発明の実施形態において、イメージセンサーは、０°または小主光線入射角度（ＣＲＡ)を有するテレセントリックレンズを、マイクロレンズ構造に設置する必要がない。

【0034】

さらに、本実施形態のスタックフィルターは、染料や顔料から形成される第一と第二フィルター層からなる二層スタックの吸収型フィルターである。よって、本実施形態のスタックフィルターは製造が容易であり、且つ、光線の入射角度の影響を受けない。これにより、本実施形態のスタックフィルターは、大きい傾斜の入射光がイメージセンサーに照射するとき、青色シフトを回避することができる。

【0035】

本発明では好ましい実施例を前述の通り開示したが、これらは決して本発明に限定するものではなく、当該技術を熟知する者なら誰でも、本発明の精神と領域を脱しない範囲内で各種の変動や潤色を加えることができ、従って本発明の保護範囲は、特許請求の範囲で指定した内容を基準とする。

【符号の説明】

【0036】

１００〜イメージセンサー
１００Ｒ〜赤色画素
１００Ｇ〜緑色画素
１００Ｂ〜青色画素
１００ＩＲ〜赤外線画素
１０１〜半導体基板
１０３〜フォトダイオード
１０５〜パッシベーション膜
１０７〜配線層
１０９〜ＩＲフィルター
１０９ＳＩＲ〜選択的なＩＲフィルター
１０９ＩＲ-cut〜ＩＲカットオフフィルター
１１１Ｒ〜Ｒフィルター
１１１Ｇ〜Ｇフィルター
１１１Ｂ〜Ｂフィルター
１１３〜マイクロレンズ構造
１２０〜スタックフィルター
１２０Ｂ〜第三バンド
１２１〜第一フィルター層
１２１Ｂ〜第一バンド
１２２、１２２’、１２２”〜第二フィルター層
１２２Ｂ〜第二バンド
１３０〜イメージセンサー装置ユニット
λ₁〜第一波長
λ₂〜第二波長
１４０〜光源ユニット
１４０ＩＲ〜ＩＲ光
１０４ＩＲ’〜反射されるＩＲ光
１５０〜物体

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】