特開 2024-31732 イメージセンシング装置及びその製造方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024031732

(43)【公開日】2024-03-07

(54)【発明の名称】イメージセンシング装置及びその製造方法

(51)【国際特許分類】

   H04N 25/703 20230101AFI20240229BHJP

   H04N 25/62 20230101ALI20240229BHJP

   H01L 27/146 20060101ALI20240229BHJP

【ＦＩ】

H04N5/369 600

H04N5/359

H01L27/146 D

H01L27/146 A

【審査請求】未請求

【請求項の数】22

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022186184

(22)【出願日】2022-11-22

(31)【優先権主張番号】10-2022-0107844

(32)【優先日】2022-08-26

(33)【優先権主張国・地域又は機関】KR

(71)【出願人】

【識別番号】310024033

【氏名又は名称】エスケーハイニックス株式会社

【氏名又は名称原語表記】ＳＫ ｈｙｎｉｘ Ｉｎｃ．

【住所又は居所原語表記】２０９１， Ｇｙｅｏｎｇｃｈｕｎｇ－ｄａｅｒｏ，Ｂｕｂａｌ－ｅｕｂ，Ｉｃｈｅｏｎ－ｓｉ，Ｇｙｅｏｎｇｇｉ－ｄｏ，Ｋｏｒｅａ

(74)【代理人】

【識別番号】110000796

【氏名又は名称】弁理士法人三枝国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】キム ウォンジン

【テーマコード（参考）】

4M118

5C024

【Ｆターム（参考）】

4M118AA05

4M118AB01

4M118AB03

4M118BA09

4M118CA03

4M118CA34

4M118DD04

4M118FA06

4M118FA26

4M118FA27

4M118GB03

4M118GB07

4M118GB13

4M118GC08

4M118GC14

4M118GD04

5C024CX11

5C024CY17

5C024CY47

5C024EX12

5C024EX43

5C024EX52

5C024GX01

5C024GX02

5C024GY39

5C024GY41

(57)【要約】

【課題】高集積のピクセルアレイにおいても、位相検出ピクセルに入射された光が隣接したイメージピクセルに浸透されることを抑制する。
【解決手段】一実施形態に係るイメージセンシング装置は、第１のカラーフィルターを通じて入射された光を変換し、撮影客体に対するイメージ信号を生成する複数のイメージピクセルＩＰＸ、第２のカラーフィルターを通じて入射された光を変換し、イメージ信号により生成されたイメージ間の位相差を算出するための位相信号を生成する少なくとも一つの位相検出ピクセルＰＤＰＸ、隣接した第１のカラーフィルターと第２のカラーフィルターとの間に位置して光吸収層を含む第１のグリッド構造物１２０ａ、及び隣接した第１のカラーフィルターの間に位置して光吸収層を含まない第２のグリッド構造物１２０ｂを含むことができる。
【選択図】図２

【特許請求の範囲】

【請求項1】

第１のカラーフィルターを通じて入射された光を変換し、撮影客体に対するイメージ信号を生成する複数のイメージピクセルと、
第２のカラーフィルターを通じて入射された光を変換し、前記イメージ信号により生成されたイメージ間の位相差を算出するための位相信号を生成する少なくとも一つの位相検出ピクセルと、
隣接した前記第１のカラーフィルターと前記第２のカラーフィルターとの間に位置して光吸収層を含む第１のグリッド構造物と、
隣接した前記第１のカラーフィルターの間に位置して前記光吸収層を含まない第２のグリッド構造物と、
を含む、イメージセンシング装置。

【請求項2】

前記光吸収層は、
ブラックフォトレジスト層（ｂｌａｃｋ ｐｈｏｔｏｒｅｓｉｓｔ ｌａｙｅｒ）を含む、請求項１に記載のイメージセンシング装置。

【請求項3】

前記第１のグリッド構造物は、
ブラックフォトレジスト層とエア層の積層構造を含む、請求項１に記載のイメージセンシング装置。

【請求項4】

前記第１のグリッド構造物は、
前記積層構造をカバーするキャッピング膜をさらに含む、請求項３に記載のイメージセンシング装置。

【請求項5】

前記キャッピング膜は、
前記第１のカラーフィルター及び前記第２のカラーフィルターの下まで延長される、請求項４に記載のイメージセンシング装置。

【請求項6】

前記第２のグリッド構造物は、
エア層及び前記エア層をカバーするキャッピング膜を含む、請求項１に記載のイメージセンシング装置。

【請求項7】

前記キャッピング膜は、
前記第１のカラーフィルターの下まで延長される、請求項６に記載のイメージセンシング装置。

【請求項8】

前記第１のグリッド構造物は、
前記第２のカラーフィルターを取り囲む環状を有する、請求項１に記載のイメージセンシング装置。

【請求項9】

前記第１のグリッド構造物は、
前記第２のカラーフィルターを取り囲み、前記第１のカラーフィルターの中で前記第２のカラーフィルターと隣接したカラーフィルターの間の領域まで延長される、請求項１に記載のイメージセンシング装置。

【請求項10】

前記少なくとも一つの位相検出ピクセルは、
隣接して配列された複数の位相検出ピクセルを含む、請求項１に記載のイメージセンシング装置。

【請求項11】

前記第１のグリッド構造物は、
前記第２のカラーフィルターを取り囲み、かつ、前記複数の位相検出ピクセルの間には位置しない、請求項１０に記載のイメージセンシング装置。

【請求項12】

前記第２のカラーフィルターは、
前記複数の位相検出ピクセル全部に跨るように形成される一つのグリーンカラーフィルターである、請求項１０に記載のイメージセンシング装置。

【請求項13】

撮影客体に対するイメージ信号を生成するイメージピクセルと、
前記イメージピクセルの間に位置する少なくとも一つの位相検出ピクセルと、
前記イメージピクセルの境界領域及び前記位相検出ピクセルと前記イメージピクセルの境界領域でカラーフィルターの間に位置するエア層と、
前記エア層の中で、前記位相検出ピクセルと前記イメージピクセルの境界領域にあるエア層の下に位置して前記カラーフィルターの間に位置する光吸収層と、
を含む、イメージセンシング装置。

【請求項14】

前記光吸収層は、
黒色の染料で染色したフォトレジストを含む、請求項１３に記載のイメージセンシング装置。

【請求項15】

前記光吸収層は、
前記位相検出ピクセルのカラーフィルターを取り囲む環状を有する、請求項１３に記載のイメージセンシング装置。

【請求項16】

前記光吸収層は、
前記位相検出ピクセルのカラーフィルターを取り囲み、前記イメージピクセルの中で前記位相検出ピクセルと隣接したイメージピクセルのカラーフィルターの間まで延長される、請求項１３に記載のイメージセンシング装置。

【請求項17】

前記イメージピクセルの境界領域に位置する前記エア層、及び前記位相検出ピクセルと前記イメージピクセルの境界領域に位置する前記エア層と前記光吸収層の積層構造をカバーするキャッピング膜をさらに含む、請求項１３に記載のイメージセンシング装置。

【請求項18】

光電変換素子及び素子分離構造物を含む基板の上で前記素子分離構造物と重畳するよう、第１の領域には第１の光吸収層パターンと犠牲膜パターンを含む第１のパターンを形成し、第２の領域には前記第１の光吸収層パターンがなく前記犠牲膜パターンを含む第２のパターンを形成するステップと、
前記第１のパターン及び前記第２のパターンをカバーするキャッピング膜パターンを形成するステップと、
前記第１のパターン及び前記第２のパターンから前記犠牲膜パターンを除去するステップと、
を含む、イメージセンシング装置の製造方法。

【請求項19】

前記第１のパターン及び前記第２のパターンを形成するステップは、
前記第１の光吸収層パターンの幅より広い幅を有する第２の光吸収層パターンを形成するステップと、
前記基板及び前記第２の光吸収層パターンの上に犠牲膜を形成するステップと、
前記犠牲膜及び前記第２の光吸収層パターンを食刻するステップと、
を含む、請求項１８に記載のイメージセンシング装置の製造方法。

【請求項20】

前記第２の光吸収層パターンを形成するステップは、
前記基板の上に第１の厚さのブラックフォトレジスト層パターンを形成した後、フォトレジストデスカム工程を行って前記ブラックフォトレジスト層パターンの厚さを前記第１の厚さより薄い第２の厚さに減少させる、請求項１９に記載のイメージセンシング装置の製造方法。

【請求項21】

前記犠牲膜パターンは、
炭素が含有されたＳＯＣ（Ｓｐｉｎ Ｏｎ Ｃａｒｂｏｎ）膜を含む、請求項１８に記載のイメージセンシング装置の製造方法。

【請求項22】

前記犠牲膜パターンを除去するステップは、
前記キャッピング膜がカバーされた前記第１のパターン及び前記第２のパターンに対し、酸素、窒素及び水素のうち少なくとも一つが含まれているガスを利用したプラズマ工程を行う、請求項２１に記載のイメージセンシング装置の製造方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、イメージセンシング装置及びその製造方法に関する。

【背景技術】

【0002】

イメージセンサー（ｉｍａｇｅ ｓｅｎｓｏｒ）は、光学画像を電気信号に変換させる素子である。最近になって、コンピューター産業と通信産業の発達に伴い、デジタルカメラ、カムコーダー、ＰＣＳ（Ｐｅｒｓｏｎａｌ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ Ｓｙｓｔｅｍ）、ビデオゲーム機器、警備用カメラ、医療用マイクロカメラ、ロボットなどの多様な分野で集積度及び性能が向上したイメージセンサーの需要が増大されている。

【0003】

イメージセンサーの解像度が高くなって高速動作が求められるに伴い、下部素子上に上部素子を積層し、貫通電極構造体を利用して下部素子と上部素子の電気回路を電気的に接続した積層型イメージセンシング装置が開発されている。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

本発明の実施形態は、高集積のピクセルアレイにおいても、位相検出ピクセルに入射された光が隣接したイメージピクセルに浸透されることを抑制することができるイメージセンシング装置の提供を図る。

【0005】

本発明の技術的課題は、以上で言及した技術的課題に制限されず、言及されていないまた他の技術的課題は、下記の記載から当業者に明確に理解され得るであろう。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本発明の一実施形態に係るイメージセンシング装置は、第１のカラーフィルターを通じて入射された光を変換し、撮影客体に対するイメージ信号を生成する複数のイメージピクセル、第２のカラーフィルターを通じて入射された光を変換し、前記イメージ信号により生成されたイメージ間の位相差を算出するための位相信号を生成する少なくとも一つの位相検出ピクセル、隣接した前記第１のカラーフィルターと前記第２のカラーフィルターとの間に位置して光吸収層を含む第１のグリッド構造物、及び隣接した前記第１のカラーフィルターの間に位置して前記光吸収層を含まない第２のグリッド構造物を含むことができる。

【0007】

本発明の一実施形態に係るイメージセンシング装置は、撮影客体に対するイメージ信号を生成するイメージピクセル、前記イメージピクセルの間に位置する少なくとも一つの位相検出ピクセル、前記イメージピクセルの境界領域及び前記位相検出ピクセルと前記イメージピクセルの境界領域でカラーフィルターの間に位置するエア層、及び前記エア層の中で、前記位相検出ピクセルと前記イメージピクセルの境界領域にあるエア層の下に位置して前記カラーフィルターの間に位置する光吸収層を含むことができる。

【0008】

本発明の一実施形態に係るイメージセンシング装置の製造方法は、光電変換素子及び素子分離構造物を含む基板の上で前記素子分離構造物と重畳するよう、第１の領域には第１の光吸収層パターンと犠牲膜パターンを含む第１のパターンを形成し、第２の領域には前記第１の光吸収層パターンがなく前記犠牲膜パターンを含む第２のパターンを形成するステップ、前記第１のパターン及び前記第２のパターンをカバーするキャッピング膜パターンを形成するステップ、及び前記第１のパターン及び前記第２のパターンから前記犠牲膜パターンを除去するステップを含むことができる。

【発明の効果】

【0009】

本発明の実施形態に係るイメージセンシング装置は、高集積のピクセルアレイにおいても位相検出ピクセルに入射された光が隣接したイメージピクセルに浸透されることを抑制することができる。

【図面の簡単な説明】

【0010】

【図1】本発明の一実施形態に係るイメージセンシング装置の構成を概略的に示すブロック図である。

【図2】本発明の一実施形態に係るピクセルアレイの部分的な平面構造を例示的に示す図である。

【図3】図２において、Ｘ－Ｘ切取線に沿って切断された断面の姿を例示的に示す断面図である。

【図4a】図３の構造を形成する過程を説明するための工程断面図である。

【図4b】図３の構造を形成する過程を説明するための工程断面図である。

【図4c】図３の構造を形成する過程を説明するための工程断面図である。

【図4d】図３の構造を形成する過程を説明するための工程断面図である。

【図4e】図３の構造を形成する過程を説明するための工程断面図である。

【図4f】図３の構造を形成する過程を説明するための工程断面図である。

【図4g】図３の構造を形成する過程を説明するための工程断面図である。

【図4h】図３の構造を形成する過程を説明するための工程断面図である。

【図5】本発明の他の実施形態に係るピクセルアレイの部分的な平面構造を例示的に示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0011】

以下、本発明の一部の実施形態を例示的な図を通じて詳細に説明する。各図の構成要素に参照符号を付け加えることにおいて、同一の構成要素に対しては、たとえ他の図上に表示されるとしてもできるだけ同一の符号を有するようにしていることに留意しなければならない。また、本発明の実施形態の説明において、関連する公知の構成または機能に対する具体的な説明が、本発明の実施形態に対する理解を妨げると判断される場合は、その詳細な説明は省略する。

【0012】

図１は、本発明の一実施形態に係るイメージセンシング装置の構成を概略的に示すブロック図である。

【0013】

図１に示されているように、イメージセンシング装置は、ピクセルアレイ（ｐｉｘｅｌ ａｒｒａｙ）１００、ロードライバー（ｒｏｗ ｄｒｉｖｅｒ）２００、相関二重サンプラー（ｃｏｒｒｅｌａｔｅｄ ｄｏｕｂｌｅ ｓａｍｐｌｅｒ、ＣＤＳ）３００、アナログ－デジタルコンバータ（ａｎａｌｏｇ ｄｉｇｉｔａｌ ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ、ＡＤＣ）４００、出力バッファー（ｏｕｔｐｕｔ ｂｕｆｆｅｒ）５００、カラムドライバー（ｃｏｌｕｍｎ ｄｒｉｖｅｒ）６００及びタイミングコントローラー（ｔｉｍｉｎｇ ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ）７００を含むことができる。ここで、イメージセンシング装置の各構成は例示的なことに過ぎず、必要に応じて少なくとも一部の構成が追加または省略されてよい。

【0014】

ピクセルアレイ１００は、複数のロー（ｒｏｗｓ）及び複数のカラム（ｃｏｌｕｍｎｓ）に配列された複数のユニットピクセルを含むことができる。一実施形態において、複数のユニットピクセルは、複数のロー及び複数のカラムを含む２次元ピクセルアレイに配列されてよい。他の実施形態において、複数のユニットピクセルは、３次元ピクセルアレイに配列されてよい。複数のユニットピクセルは、ユニットピクセル単位またはピクセルグループ単位に光信号を変換して電気的信号を生成することができ、ピクセルグループ内のユニットピクセルは、少なくとも特定の内部回路を共有することができる。複数のユニットピクセルは、入射光を変換して電気的信号を生成し、この際、電気的信号として撮影客体に対応されるイメージ信号を生成することができる。

【0015】

ピクセルアレイ１００は、ロー選択信号、リセット信号及び伝送信号などの駆動信号の提供をロードライバー２００から受けることができる。ユニットピクセルは、駆動信号が受信されると活性化され、ロー選択信号、リセット信号及び伝送信号に対応される動作を行うことができる。

【0016】

ロードライバー２００は、タイミングコントローラー７００のような制御回路から提供される制御信号に基づいてユニットピクセルを動作させることができる。ロードライバー２００は、ピクセルアレイ１００の少なくとも一つのローラインに連結された少なくとも一つのユニットピクセルを選択することができる。ロードライバー２００は、複数のローラインのうち少なくとも一つのローラインを選択するためのロー選択信号を生成することができる。ロードライバー２００は、選択されたローラインのユニットピクセルに対するリセット信号と伝送信号を順次イネーブルさせることができる。選択されたローラインのユニットピクセルから生成されたピクセル信号は、相関二重サンプラー３００に出力されてよい。

【0017】

相関二重サンプラー３００は、相関二重サンプリング（ＣＤＳ：ｃｏｒｒｅｌａｔｅｄ ｄｏｕｂｌｅ ｓａｍｐｌｉｎｇ）方式を用いてユニットピクセルの望まないオフセット（ｏｆｆｓｅｔ）値を除去することができる。例えば、相関二重サンプラー３００は、入射光によって生成された光電荷がセンシングノード（フローティングディフュージョンノード）に蓄積される前後に得られたユニットピクセルの出力電圧を比べ、ユニットピクセルの望まないオフセット値を除去することができる。これを介し、ノイズ成分なしで入射光によってだけ生成されたピクセル信号を得ることができる。相関二重サンプラー３００は、タイミングコントローラー７００から提供されたクロック信号に基づき、基準信号の電圧レベルと複数のカラムラインを通じてピクセルアレイ１００から受信されるピクセル信号の電圧レベルを順次サンプリング及びホールディングすることができる。相関二重サンプラー３００は、基準信号とピクセル信号を相関二重サンプリング（ＣＤＳ）信号としてアナログ－デジタルコンバータ４００に出力することができる。

【0018】

アナログ－デジタルコンバータ４００は、相関二重サンプラー３００から受信されるＣＤＳ信号をデジタル信号に変換することができる。アナログ－デジタルコンバータ４００は、ランプ－比較タイプアナログ－デジタルコンバータを含むことができる。アナログ－デジタルコンバータ４００は、タイミングコントローラー７００から提供されるランプ信号と相関二重サンプラー３００から提供されるＣＤＳ信号とを互いに比べて比較信号を生成することができる。アナログ－デジタルコンバータ４００は、タイミングコントローラー７０から提供されるランプ信号に基づいて比較信号のレベル転移（ｔｒａｎｓｉｔｉｏｎ）時間をカウントし、カウント値を出力バッファー５００に出力することができる。

【0019】

出力バッファー５００は、アナログ－デジタルコンバータ３００から提供されるそれぞれのカラム単位のデータを、タイミングコントローラー７００の制御によって一時保存することができる。出力バッファー５００は、イメージセンシング装置と連結された他の装置の間の伝送（または処理）速度の差を補償するインタフェースとして動作することができる。

【0020】

カラムドライバー６００は、タイミングコントローラー７００の制御によって出力バッファー５００のカラムを選択し、選択された出力バッファー５００のカラムに一時保存されたデータを順次出力することができる。カラムドライバー６００は、タイミングコントローラー７００からアドレス信号が受信されると、該アドレス信号に基づいてカラム選択信号を生成し出力バッファー５００のカラムを選択することにより、選択された出力バッファー５００のカラムからの画像データが出力信号として出力されるように制御することができる。

【0021】

タイミングコントローラー７００は、ロードライバー２００、アナログ－デジタルコンバータ４００、出力バッファー５００及びカラムドライバー６００の動作を制御するための信号を生成することができる。タイミングコントローラー７００は、イメージセンシング装置の各構成の動作に求められるクロック信号、タイミングコントロールのための制御信号、及びローまたはカラムを選択するためのアドレス信号をロードライバー２００、カラムドライバー６００、アナログ－デジタルコンバータ４００及び出力バッファー５００に提供することができる。実施形態により、タイミングコントローラー７００は、ロジック制御回路（Ｌｏｇｉｃ ｃｏｎｔｒｏｌ ｃｉｒｃｕｉｔ）、位相固定ループ（Ｐｈａｓｅ Ｌｏｃｋ Ｌｏｏｐ、ＰＬＬ）回路、タイミングコントロール回路（ｔｉｍｉｎｇ ｃｏｎｔｒｏｌ ｃｉｒｃｕｉｔ）及び通信インタフェース回路（ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ ｉｎｔｅｒｆａｃｅ ｃｉｒｃｕｉｔ）などを含むことができる。

【0022】

図２は、本発明の一実施形態に係るピクセルアレイの平面構造を部分的かつ例示的に示す図である。

【0023】

図２に示されているように、ピクセルアレイ１００は、ロー方向及びカラム方向に連続的に配列された複数のユニットピクセルを含むことができる。複数のユニットピクセルは、複数のイメージピクセル（ＩＰＸ）及び位相検出ピクセル対（ＰＤＰＸ）を含むことができる。

【0024】

図２では、便宜上、一対の位相検出ピクセル（ＬＰＤ、ＲＰＤ）だけが示されているが、ピクセルアレイ１００は、複数の位相検出ピクセル対（ＰＤＰＸ）を含むことができる。例えば、複数の位相検出ピクセル対（ＰＤＰＸ）は、ピクセルアレイ１００全体にかけて水平方向及び垂直方向に一定の間隔で連続的に形成されてよい。

【0025】

複数のイメージピクセル（ＩＰＸ）は、撮影客体に対応されるイメージ信号を生成することができる。複数のイメージピクセル（ＩＰＸ）は、レッド（ｒｅｄ）カラーの光に対応されるイメージ信号を生成するレッドピクセル（ＰＸ＿Ｒ）、グリーン（ｇｒｅｅｎ）カラーの光に対応されるイメージ信号を生成するグリーンピクセル（ＰＸ＿Ｇ）、及びブルー（ｂｌｕｅ）カラーの光に対応されるイメージ信号を生成するブルーピクセル（ＰＸ＿Ｂ）を含むことができる。

【0026】

複数のイメージピクセル（ＩＰＸ）は、同一カラーのカラーフィルターを有するユニットピクセルがＮ×Ｎ（Ｎは、２以上の自然数）の形態に隣接して配列されてよい。例えば、イメージピクセル（ＩＰＸ）は、４個のレッドピクセル（ＰＸ＿Ｒ）が２×２の形態に配列されたレッドサブピクセルブロック、４個のグリーンピクセル（ＰＸ＿Ｇ）が２×２の形態に配列されたグリーンサブピクセルブロック、及び４個のブルーピクセル（ＰＸ＿Ｂ）が２×２の形態に配列されたブルーサブピクセルブロックを含むことができる。ピクセルアレイ１００は、このようなレッドサブピクセルブロック、グリーンサブピクセルブロック及びブルーサブピクセルブロックがベイヤーパターン（ｂａｙｅｒ ｐａｔｔｅｒｎ）で配列されるクアッド（Ｑｕａｄ）構造を含むことができる。

【0027】

位相検出ピクセル対（ＰＤＰＸ）は、イメージピクセル（ＩＰＸ）の間に位置することができ、撮影客体が撮像されて生成されたイメージ間の位相差を算出するための位相信号を生成することができる。位相検出ピクセル対（ＰＤＰＸ）は、水平方向（Ｘ方向）または垂直方向（Ｙ方向）に隣接して配置される２個の位相検出ピクセルを含むことができる。例えば、位相検出ピクセル対（ＰＤＰＸ）は、図２に示されているように、水平方向に隣接して配置される第１の位相検出ピクセル（ＬＰＤ）及び第２の位相検出ピクセル（ＲＰＤ）を含むことができる。

【0028】

図２において、位相検出ピクセル対（ＰＤＰＸ）は、第１及び第２の位相検出ピクセル（ＬＰＤ、ＲＰＤ）が水平方向に隣接して配置される姿だけが示されているが、第１及び第２の位相検出ピクセル（ＬＰＤ、ＲＰＤ）は垂直方向に隣接して配置されてもよい。または、位相検出ピクセル対（ＰＤＰＸ）は、垂直方向と水平方向の位相差を全て検出できるよう、垂直方向及び水平方向に隣接して配置（例えば、２×２の形態に配置）される４個の位相検出ピクセルを含むことができる。

【0029】

位相検出ピクセル対（ＰＤＰＸ）の第１及び第２の位相検出ピクセル（ＬＰＤ、ＲＰＤ）は、同一カラーのカラーフィルターを含むことができる。例えば、図２に示されているように、第１及び第２の位相検出ピクセル（ＬＰＤ、ＲＰＤ）はグリーンカラーフィルターを含むことができる。図２では、ユニットピクセル（イメージピクセル、位相検出ピクセル）別に一つのカラーフィルターが独立的に形成される姿が示されているが、同一カラーのユニットピクセルが隣接して配置される場合、一つのカラーフィルターが当該ユニットピクセル全部に跨るように形成されてよい。

【0030】

ピクセルアレイ１００において、ユニットピクセルのカラーフィルターの間には隣接したカラーフィルター間のクロストーク（ｃｒｏｓｓ－ｔａｌｋ）を防止するためのグリッド構造物１２０が形成されてよい。このとき、グリッド構造物１２０は、イメージピクセル（ＩＰＸ）と位相検出ピクセル（ＬＰＤ、ＲＰＤ）の間の境界領域でカラーフィルターの間に位置するグリッド構造物１２０ａと、イメージピクセル（ＩＰＸ）間の境界領域でカラーフィルターの間に位置するグリッド構造物１２０ｂとの構造が互いに異なっていてよい。例えば、隣接したイメージピクセル（ＩＰＸ）と位相検出ピクセル（ＬＰＤ、ＲＰＤ）のカラーフィルターの間に位置するグリッド構造物１２０ａは、ブラックフォトレジスト層（ｂｌａｃｋ ｐｈｏｔｏｒｅｓｉｓｔ ｌａｙｅｒ）とエア層（ａｉｒ ｌａｙｅｒ）が積層された構造を含むことができる。その反面、隣接したイメージピクセル（ＩＰＸ）のカラーフィルターの間に位置するグリッド構造物１２０ｂは、ブラックフォトレジスト層なしでエア層を含むことができる。位相検出ピクセル対（ＰＤＰＸ）内で位相検出ピクセル（ＬＰＤ、ＲＰＤ）の間にはグリッド構造物が存在しないこともある。

【0031】

図３は、図２においてＸ－Ｘ’切取線に沿って切断された断面の姿を例示的に示す断面図である。

【0032】

ピクセルアレイ１００は、基板層１１０、グリッド構造物１２０、カラーフィルター層１３０及びレンズ層１４０を含むことができる。

【0033】

基板層１１０は、基板１１２、光電変換領域１１４及び素子分離構造物１１６を含むことができる。基板層１１０は、第１の面及び第１の面の反対側に位置する第２の面を含むことができる。このとき、第１の面は、外部から光が入射される面で、その上にカラーフィルター層１３０及びレンズ層１４０が形成されてよく、第２の面で各ユニットピクセル領域には、当該ユニットピクセルの光電変換領域１１４で生成された光電荷をリードアウトするためのピクセルトランジスター（図示省略）が形成されてよい。

【0034】

基板１１２は、単結晶（Ｓｉｎｇｌｅ ｃｒｙｓｔａｌ）のシリコンを含む半導体基板を含むことができる。基板１１２は、Ｐ型不純物を含むことができる。

【0035】

光電変換領域１１４は、各ユニットピクセルに対応されるように半導体基板１１２内に形成されてよい。光電変換領域１１４は、レンズ層１４０及びカラーフィルター層１３０を通じて入射された刺光を光電変換して光電荷を生成することができる。光電変換領域１１４は、Ｎ型不純物を含むことができる。

【0036】

素子分離構造物１１６は、基板１１２内で隣接したユニットピクセルの光電変換領域１１４の間に形成されて光電変換領域１１４をアイソレーションさせることができる。素子分離構造物１１６は、ＢＤＴＩ（Ｂａｃｋ Ｄｅｅｐ Ｔｒｅｎｃｈ Ｉｓｏｌａｔｉｏｎ）またはＦＤＴＩ（Ｆｒｏｎｔ Ｄｅｅｐ Ｔｒｅｎｃｈ Ｉｓｏｌａｔｉｏｎ）のようなトレンチ構造を含むことができる。素子分離構造物１１６は、ＤＴＩ（Ｄｅｅｐ Ｔｒｅｎｃｈ Ｉｓｏｌａｔｉｏｎ）構造とＳＴＩ（Ｓｈａｌｌｏｗ Ｔｒｅｎｃｈ Ｉｓｏｌａｔｉｏｎ）構造が積層された構造を含むことができる。もしくは、素子分離構造物１１６は、基板１１２に高濃度の不純物（例えば、Ｐ型不純物）が注入されたジャンクションアイソレーション構造を含むことができる。

【0037】

グリッド構造物１２０は、隣接したユニットピクセルのカラーフィルターの間に位置してカラーフィルター間のクロストークを防止することができる。グリッド構造物１２０は、基板層１１０の第１の面の上には形成されてよい。グリッド構造物１２０は、第１のグリッド構造物１２０ａ及び第２のグリッド構造物１２０ｂを含むことができる。

【0038】

第１のグリッド構造物１２０ａは、隣接したイメージピクセル（ＰＸ＿Ｒ、ＰＸ＿Ｇ、ＰＸ＿Ｂ）と位相検出ピクセル（ＬＰＤ、ＲＰＤ）のカラーフィルターの間に位置することができる。このような第１のグリッド構造物１２０ａは、ブラックフォトレジスト層１２２、エア層１２４及びキャッピング膜１２６を含むことができる。第２のグリッド構造物１２０ｂは、隣接したイメージピクセル（ＰＸ＿Ｒ、ＰＸ＿Ｇ、ＰＸ＿Ｂ）のカラーフィルターの間に位置することができる。このような第２のグリッド構造物１２０ｂは、エア層１２４及びキャッピング膜１２６を含むことができる。第１のグリッド構造物１２０ａの幅は、第２のグリッド構造物１２０ｂの幅より大きく形成されてよい。

【0039】

このとき、ブラックフォトレジスト層１２２は、位相検出ピクセル（ＬＰＤ、ＲＰＤ）からイメージピクセル（ＰＸ＿Ｒ、ＰＸ＿Ｇ、ＰＸ＿Ｂ）に浸透される光を吸収して位相検出ピクセル（ＬＰＤ、ＲＰＤ）に流入された光がイメージピクセル（ＰＸ＿Ｒ、ＰＸ＿Ｇ、ＰＸ＿Ｂ）にクロストークされることを抑制することができる。ブラックフォトレジスト層１２２は、黒色の染料で染色したフォトレジストを含むことができ、大凡１５００Å程度の厚さに形成されてよい。キャッピング膜１２６は、エア層１２４が形成される領域を画成して窒化膜を含むことができる。キャッピング膜１２６は、エア層１２４またはブラックフォトレジスト層１２２とエア層１２４をカバーしながらカラーフィルター層１３０の下の領域まで延長されるように形成されてよい。キャッピング膜１２６からカラーフィルター層１３０の下に形成された領域は、反射防止層としての役割を担うことができる。

【0040】

ピクセルサイズ（ピッチ）が、例えば、０．６μｍ以下に小さくなると、メタルをグリッド構造物の光吸収層として用いることが非常に困難である（実質的に不可）。すなわち、０．６μｍ以下のピクセルサイズで、グリッド構造物の一部としてメタルを適用することは殆ど不可能である。一方、グリッド構造物をエア層だけで形成する場合、位相検出ピクセル（ＬＰＤ、ＲＰＤ）に流入された光が隣接したイメージピクセル（ＰＸ＿Ｒ、ＰＸ＿Ｇ、ＰＸ＿Ｂ）に浸透することがあり、かかる場合、位相検出ピクセル（ＬＰＤ、ＲＰＤ）の光感度（ｌｉｇｈｔ ｓｅｎｓｉｔｉｖｉｔｙ）が低くなるようになる。すなわち、位相検出ピクセル（ＬＰＤ、ＲＰＤ）とイメージピクセル（ＰＸ＿Ｒ、ＰＸ＿Ｇ、ＰＸ＿Ｂ）のカラーフィルターの間にはクロストーク（ｃｒｏｓｓ－ｔａｌｋ）される光を遮断することができる物質層が必要であるが、ピクセルサイズが０．６μｍ以下で小さい場合は、グリッド構造物としてメタル層を形成することが不可能である。よって、本実施形態では、位相検出ピクセル（ＬＰＤ、ＲＰＤ）とイメージピクセル（ＰＸ＿Ｒ、ＰＸ＿Ｇ、ＰＸ＿Ｂ）のカラーフィルターの間にだけブラックフォトレジスト層１２２を選択的に形成することにより、位相検出ピクセル（ＬＰＤ、ＲＰＤ）に流入された光が隣接したイメージピクセル（ＰＸ＿Ｒ、ＰＸ＿Ｇ、ＰＸ＿Ｂ）に浸透することを抑制することができる。

【0041】

カラーフィルター層１３０は、レンズ層１４０を通じて入射された光から可視光をフィルタリングするカラーフィルターを含むことができる。カラーフィルター層１３０は、第１の波長帯域のレッドカラーの可視光を通過させるレッドカラーフィルター、第１の波長帯域より短い第２の波長帯域のグリーンカラーの可視光を通過させるグリーンカラーフィルター、及び第２の波長帯域より短い第３の波長帯域のブルーカラーの可視光を通過させるブルーカラーフィルターを含むことができる。隣接して位置する同一カラーのユニットピクセルには一つのカラーフィルターが当該ユニットピクセル全体に跨るように形成されてよい。

【0042】

レンズ層１４０は、オーバーコーティング層１４２及びマイクロレンズ１４４を含むことができる。オーバーコーティング層１４２は、カラーフィルター層１３０上に形成されてよい。オーバーコーティング層１４２は、カラーフィルター層１３０によって発生し得る段差を補償するための平坦化層の役割を担うことができる。マイクロレンズ１４４はオーバーコーティング層１４２上に形成されてよく、入射光を集光して対応されるカラーフィルターに伝達することができる。マイクロレンズ１４４のそれぞれは半球形態に形成されてよい。イメージピクセル（ＰＸ＿Ｒ、ＰＸ＿Ｇ、ＰＸ＿Ｂ）上にはそれぞれ一つのマイクロレンズが形成され、位相検出ピクセル（ＬＰＤ、ＲＰＤ）上には一つのマイクロレンズが２個の位相検出ピクセル（ＬＰＤ、ＲＰＤ）のカラーフィルターを全てカバーするように形成されてよい。オーバーコーティング層１４２とマイクロレンズ１４４は同一の物質で形成されてよい。

【0043】

図３では、グリッド構造物１２０が素子分離構造物１１６とアラインして位置し、カラーフィルター及びマイクロレンズ１４４は、対応されるユニットピクセルの光電変換領域１１４とアラインして位置する姿となっている。しかし、シェーディング偏差（Ｓｈａｄｉｎｇ ｖａｒｉａｔｉｏｎｓ）を改善するため、グリッド構造物１２０、カラーフィルター層１３０及びマイクロレンズ１４４は、対応されるイメージピクセル（ＰＸ＿Ｒ、ＰＸ＿Ｇ、ＰＸ＿Ｂ）または位相検出ピクセル（ＬＰＤ、ＲＰＤ）のピクセルアレイ１００内の位置に応じてＣＲＡ（Ｃｈｉｅｆ Ｒａｙ Ａｎｇｌｅ）に対応されるように所定の間隔ほどずつシフト（ｓｈｉｆｔｅｄ）されてよい。

【0044】

図４ａから図４ｈは、図３の構造を形成する過程を説明するための工程断面図である。本実施形態はグリッド構造物に特徴があるので、以下ではグリッド構造物の形成の過程を中心に説明する。

【0045】

先ず、図４ａに示されている通り、光電変換素子１１４及び素子分離構造物１１６を含む基板層１１０上にブラックフォトレジスト層パターン１２２’が形成されてよい。

【0046】

例えば、基板層１１０上に全体的に４０００Å程度の厚さでブラックフォトレジスト物質が形成された後、ブラックフォトレジスト物質に対して露光及び現像の工程が行われることにより、ブラックフォトレジスト層１２２が形成される領域にブラックフォトレジスト層パターン１２２’が形成されてよい。このとき、ブラックフォトレジスト層パターン１２２’は、実際に形成しようとするブラックフォトレジスト層１２２より厚く形成されてよい。また、ブラックフォトレジスト層パターン１２２’の幅（Ｗ１）は、ブラックフォトレジスト層１２２の幅（Ｗ２）より大きく形成されてよい。例えば、ブラックフォトレジスト層パターン１２２’は、ブラックフォトレジスト層１２２が形成される領域をカバーしながら両側に十分より広く延長されるように形成されてよい。

【0047】

次に、図４ｂに示されている通り、ブラックフォトレジスト層パターン１２２’の厚さをブラックフォトレジスト層１２２の厚さだけ減少させることができる。

【0048】

例えば、ブラックフォトレジスト層パターン１２２’に対して酸素（Ｏ^２）を利用したフォトレジストデスカム（ＰＲ Ｄｅｓｃｕｍ）工程を行い、厚さが１５００Å程度に減少したブラックフォトレジスト層パターン１２２’’が形成されてよい。

【0049】

次に、図４ｃに示されている通り、ブラックフォトレジスト層パターン１２２’’が覆われるように基板層１１０上に全体的に犠牲膜１５２が形成されてよい。

【0050】

このとき、犠牲膜１５２は、炭素が含有されたＳＯＣ（Ｓｐｉｎ Ｏｎ Ｃａｒｂｏｎ）膜を含むことができる。犠牲膜１５２は、形成しようとするエア層１２４の高さだけの厚さで形成されてよい。

【0051】

次に、図４ｄに示されている通り、犠牲膜１５２上にエア層１２４が形成される領域を画成するマスクパターン１５４が形成されてよい。マスクパターンは、フォトレジストパターンを含むことができる。

【0052】

次に、図４ｅに示されている通り、マスクパターン１５４を食刻マスクに犠牲膜１５２及びブラックフォトレジスト層パターン１２２’’を食刻することにより、犠牲膜パターン１５２’及びブラックフォトレジスト層１２２が形成されてよい。

【0053】

例えば、グリッド構造物１２０ａが形成される領域には、ブラックフォトレジスト層１２２と犠牲膜パターン１５２’が積層された構造が形成され、グリッド構造物１２０ｂが形成される領域には、ブラックフォトレジスト層１２２なしで犠牲膜パターン１５２’が形成されてよい。

【0054】

次に、図４ｆに示されている通り、ブラックフォトレジスト層１２２と犠牲膜パターン１５２’をカバーするように基板層１１０上にキャッピング膜１２６が形成されてよい。

【0055】

キャッピング膜１２６は酸化膜を含み、好ましくは、低温酸化（ＵＬＴＯ：Ｕｌｔｒａ Ｌｏｗ Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ Ｏｘｉｄｅ）膜を含むことができる。このとき、キャッピング膜１２６は、後続するプラズマ工程で用いられるガスと犠牲膜パターン１５２’の炭素が結合されて生成された分子が容易に外部に通り抜けることができる厚さで形成されてよい。例えば、キャッピング膜１２６は、３００Å以下の厚さで形成されてよい。

【0056】

次に、図４ｇに示されている通り、図４ｆの結果物に対してプラズマ工程が行われることにより犠牲膜パターン１５２’が除去され、その位置にエア層１２４が形成される。このとき、プラズマ工程は、Ｏ_２、Ｎ_２、Ｈ_２、ＣＯ、ＣＯ_２、ＣＨ_４などの酸素、窒素、水素のうち少なくとも一つが含まれているガスを利用したプラズマ工程が利用されてよい。

【0057】

図４ｆの結果物に対してＯ_２プラズマ工程を行えば、酸素基（Ｏｘｙｇｅｎ Ｒａｄｉｃａｌ）（Ｏ＊）がキャッピング膜１２６を通じて犠牲膜パターン１５２’に流入され、流入された酸素基は犠牲膜パターン１５２’の炭素と結合してＣＯまたはＣＯ_２を生成する。生成されたＣＯまたはＣＯ_２は、キャッピング膜１２６を通じて外に通り抜けるようになる。このような過程を介して犠牲膜パターン１５２’が除去され、除去された位置にエア層１２４が形成されてよい。

【0058】

次に、図４ｈに示されている通り、グリッド構造物１２０ａ、１２０ｂの間が埋め込まれるようキャッピング膜１２６上にカラーフィルター層１３０が形成されてよい。引き続き、カラーフィルター層１３０上にオーバーコーティング層１４２及びマイクロレンズ１４４が順次形成されてよい。

【0059】

カラーフィルター層１３０、オーバーコーティング層１４２及びマイクロレンズ１４４を形成する過程は、従来と同一であってよい。

【0060】

図５は、本発明の他の実施形態に係るピクセルアレイの部分的な平面構造を例示的に示す図である。

【0061】

図５に示されている通り、グリッド構造物におけるブラックフォトレジスト層１２２は、位相検出ピクセル対（ＰＤＰＸ）を取り囲みながら位相検出ピクセル対（ＰＤＰＸ）と隣接したイメージピクセル（ＩＰＸ）まで延長されるように形成されてよい。

【0062】

前述した図２の実施形態におけるブラックフォトレジスト層１２２は、位相検出ピクセル対（ＰＤＰＸ）のみを取り囲む四角の環状に形成されている反面、本実施形態におけるブラックフォトレジスト層１２２は、隣接したイメージピクセル（ＩＰＸ）と位相検出ピクセル対（ＰＤＰＸ）のカラーフィルターの間だけでなく、イメージピクセル（ＩＰＸ）の中で位相検出ピクセル対（ＰＤＰＸ）と隣接したイメージピクセル（ＩＰＸ）のカラーフィルターの間の領域まで延長されるように形成されてよい。

【0063】

このようにブラックフォトレジスト層１２２が位相検出ピクセル対（ＰＤＰＸ）と隣接したイメージピクセル（ＩＰＸ）まで延長されるように形成されることにより、位相検出ピクセル対（ＰＤＰＸ）に入射された光がイメージピクセル（ＩＰＸ）にクロストークされることをより効果的に遮断することができる。

【0064】

以上の説明は、本発明の技術思想を例示的に説明したことに過ぎないものであって、本発明の属する技術分野で通常の知識を有する者であれば、本発明の本質的な特性から外れない範囲で多様な修正及び変形が可能であろう。

【0065】

したがって、本発明に開示されている実施形態は、本発明の技術思想を限定するためではなく説明するためのものであり、このような実施形態によって本発明の技術思想の範囲が限定されるものではない。本発明の保護範囲は特許請求の範囲によって解釈されなければならず、それと同等な範囲内にいる全ての技術思想は、本発明の権利範囲に含まれるものとして解釈されなければならないはずである。

【符号の説明】

【0066】

１００ ピクセルアレイ
１１０ 基板層
１２０ グリッド構造物
１３０ カラーフィルター層
１４０ レンズ層
２００ ロードライバー
３００ 相関二重サンプラー
４００ アナログ－デジタルコンバータ
５００ 出力バッファー
６００ カラムドライバー
７００ タイミングコントローラー
ＩＰＸ イメージピクセル
ＰＤＰＸ 位相検出ピクセル

【図1】

【図2】

【図3】

【図4a】

【図4b】

【図4c】

【図4d】

【図4e】

【図4f】

【図4g】

【図4h】

【図5】