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(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】P2024031797
(43)【公開日】2024-03-07
(54)【発明の名称】イメージセンサ
(51)【国際特許分類】
H01L 27/146 20060101AFI20240229BHJP
【ＦＩ】
H01L27/146 D
【審査請求】未請求
【請求項の数】10
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2023088174
(22)【出願日】2023-05-29
(31)【優先権主張番号】10-2022-0106348
(32)【優先日】2022-08-24
(33)【優先権主張国・地域又は機関】KR
(71)【出願人】
【識別番号】390019839
【氏名又は名称】三星電子株式会社
【氏名又は名称原語表記】Ｓａｍｓｕｎｇ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ Ｃｏ．，Ｌｔｄ．
【住所又は居所原語表記】１２９，Ｓａｍｓｕｎｇ－ｒｏ，Ｙｅｏｎｇｔｏｎｇ－ｇｕ，Ｓｕｗｏｎ－ｓｉ，Ｇｙｅｏｎｇｇｉ－ｄｏ，Ｒｅｐｕｂｌｉｃ ｏｆ Ｋｏｒｅａ
(74)【代理人】
【識別番号】100107766
【弁理士】
【氏名又は名称】伊東 忠重
(74)【代理人】
【識別番号】100070150
【弁理士】
【氏名又は名称】伊東 忠彦
(74)【代理人】
【識別番号】100135079
【弁理士】
【氏名又は名称】宮崎 修
(72)【発明者】
【氏名】徐 載寛
(72)【発明者】
【氏名】朴 魯山
(72)【発明者】
【氏名】梁 原▲ちょん▼
(72)【発明者】
【氏名】柳 基範
(72)【発明者】
【氏名】柳 ▲は▼濫
【テーマコード（参考）】
4M118
【Ｆターム（参考）】
4M118AA10
4M118AB01
4M118BA14
4M118CA04
4M118CA07
4M118CA09
4M118CA34
4M118CB02
4M118CB03
4M118CB13
4M118DD04
4M118EA14
4M118FA06
4M118FA27
4M118FA28
4M118FA33
4M118FA38
4M118GC08
4M118GD03
4M118GD04
4M118HA22
4M118HA25
(57)【要約】
【課題】イメージセンサを提供する。
【解決手段】ピクセルと、ピクセル上に配置される背面反射防止層と、背面反射防止層上に配置されるカラーフィルタと、カラーフィルタ上に配置されるカラーフィルタカバー層と、カラーフィルタカバー層上に配置されるパッシベーション層と、パッシベーション層上に配置されるマイクロレンズと、マイクロレンズ上に配置される第１キャッピング層と、第１キャッピング層上に配置される第２キャッピング層と、を含むイメージセンサである。
【選択図】図４
【解決手段】ピクセルと、ピクセル上に配置される背面反射防止層と、背面反射防止層上に配置されるカラーフィルタと、カラーフィルタ上に配置されるカラーフィルタカバー層と、カラーフィルタカバー層上に配置されるパッシベーション層と、パッシベーション層上に配置されるマイクロレンズと、マイクロレンズ上に配置される第１キャッピング層と、第１キャッピング層上に配置される第２キャッピング層と、を含むイメージセンサである。
【選択図】図４
【特許請求の範囲】
【請求項1】
第１ピクセルと、
前記第１ピクセルと水平方向に離隔されて配置される第２ピクセルと、
前記第１ピクセルと前記第２ピクセルとの間に配置されるピクセル分離構造体と、
前記第１ピクセル、前記第２ピクセル及び前記ピクセル分離構造体上に配置された背面反射防止層と、
前記背面反射防止層上に配置され、前記第１ピクセル上に配置される第１カラーフィルタ、及び前記第２ピクセル上に配置される第２カラーフィルタを含むカラーフィルタと、
前記カラーフィルタ上に配置されるカラーフィルタカバー層と、
前記カラーフィルタカバー層上に配置されるパッシベーション層と、
前記パッシベーション層上に配置されるマイクロレンズと、
前記マイクロレンズ上に配置される第１キャッピング層と、
前記第１キャッピング層上に配置される第２キャッピング層と、を含み、
前記カラーフィルタカバー層は、前記カラーフィルタ上でコンフォーマルに塗布されることを特徴とするイメージセンサ。
前記第１ピクセルと水平方向に離隔されて配置される第２ピクセルと、
前記第１ピクセルと前記第２ピクセルとの間に配置されるピクセル分離構造体と、
前記第１ピクセル、前記第２ピクセル及び前記ピクセル分離構造体上に配置された背面反射防止層と、
前記背面反射防止層上に配置され、前記第１ピクセル上に配置される第１カラーフィルタ、及び前記第２ピクセル上に配置される第２カラーフィルタを含むカラーフィルタと、
前記カラーフィルタ上に配置されるカラーフィルタカバー層と、
前記カラーフィルタカバー層上に配置されるパッシベーション層と、
前記パッシベーション層上に配置されるマイクロレンズと、
前記マイクロレンズ上に配置される第１キャッピング層と、
前記第１キャッピング層上に配置される第２キャッピング層と、を含み、
前記カラーフィルタカバー層は、前記カラーフィルタ上でコンフォーマルに塗布されることを特徴とするイメージセンサ。
【請求項2】
前記第１カラーフィルタ及び前記第２カラーフィルタそれぞれの上面は、相異なる垂直レベルに位置することを特徴とする請求項４に記載のイメージセンサ。
【請求項3】
前記第２キャッピング層は、前記マイクロレンズ上でコンフォーマルに塗布され、
前記カラーフィルタカバー層及び前記第２キャッピング層は、同一物質を含むことを特徴とする請求項４に記載のイメージセンサ。
前記カラーフィルタカバー層及び前記第２キャッピング層は、同一物質を含むことを特徴とする請求項４に記載のイメージセンサ。
【請求項4】
第１ピクセルと、
前記第１ピクセルと水平方向に離隔されて配置される第２ピクセルと、
前記第１ピクセルと前記第２ピクセルとの間に配置されるピクセル分離構造体と、
前記第１ピクセル、前記第２ピクセル及び前記ピクセル分離構造体上に配置された第１背面反射防止層と、
前記第１背面反射防止層上に配置され、前記ピクセル分離構造体と整列されるフェンスと、
前記第１背面反射防止層及び前記フェンス上の第２背面反射防止層と、
前記第２背面反射防止層上に配置され、前記第１ピクセル上に配置される第１カラーフィルタ、及び前記第２ピクセル上に配置される第２カラーフィルタを含むカラーフィルタと、
前記カラーフィルタ上に配置されるカラーフィルタカバー層と、
前記カラーフィルタカバー層上に配置されるパッシベーション層と、
前記パッシベーション層上に配置されるマイクロレンズと、
前記マイクロレンズ上に配置される第１キャッピング層と、
前記第１キャッピング層上に配置される第２キャッピング層と、を含み、
前記カラーフィルタカバー層は、前記カラーフィルタ上でコンフォーマルに塗布され、
前記第２キャッピング層は、前記マイクロレンズ上でコンフォーマルに塗布されることを特徴とするイメージセンサ。
前記第１ピクセルと水平方向に離隔されて配置される第２ピクセルと、
前記第１ピクセルと前記第２ピクセルとの間に配置されるピクセル分離構造体と、
前記第１ピクセル、前記第２ピクセル及び前記ピクセル分離構造体上に配置された第１背面反射防止層と、
前記第１背面反射防止層上に配置され、前記ピクセル分離構造体と整列されるフェンスと、
前記第１背面反射防止層及び前記フェンス上の第２背面反射防止層と、
前記第２背面反射防止層上に配置され、前記第１ピクセル上に配置される第１カラーフィルタ、及び前記第２ピクセル上に配置される第２カラーフィルタを含むカラーフィルタと、
前記カラーフィルタ上に配置されるカラーフィルタカバー層と、
前記カラーフィルタカバー層上に配置されるパッシベーション層と、
前記パッシベーション層上に配置されるマイクロレンズと、
前記マイクロレンズ上に配置される第１キャッピング層と、
前記第１キャッピング層上に配置される第２キャッピング層と、を含み、
前記カラーフィルタカバー層は、前記カラーフィルタ上でコンフォーマルに塗布され、
前記第２キャッピング層は、前記マイクロレンズ上でコンフォーマルに塗布されることを特徴とするイメージセンサ。
【請求項5】
前記パッシベーション層の上面は、扁平な形状を有し、
前記パッシベーション層の下面は、段差部を含むことを特徴とする請求項４に記載のイメージセンサ。
前記パッシベーション層の下面は、段差部を含むことを特徴とする請求項４に記載のイメージセンサ。
【請求項6】
前記パッシベーション層及び前記マイクロレンズは、相異なる物質を含むことを特徴とする請求項４に記載のイメージセンサ。
【請求項7】
ピクセルと、
ピクセル上に配置される背面反射防止層と、
前記背面反射防止層上に配置されるカラーフィルタと、
前記カラーフィルタ上に配置されるカラーフィルタカバー層と、
前記カラーフィルタカバー層上に配置されるパッシベーション層と、
前記パッシベーション層上に配置されるマイクロレンズと、
前記マイクロレンズ上に配置される第１キャッピング層と、
前記第１キャッピング層上に配置される第２キャッピング層と、を含むことを特徴とするイメージセンサ。
ピクセル上に配置される背面反射防止層と、
前記背面反射防止層上に配置されるカラーフィルタと、
前記カラーフィルタ上に配置されるカラーフィルタカバー層と、
前記カラーフィルタカバー層上に配置されるパッシベーション層と、
前記パッシベーション層上に配置されるマイクロレンズと、
前記マイクロレンズ上に配置される第１キャッピング層と、
前記第１キャッピング層上に配置される第２キャッピング層と、を含むことを特徴とするイメージセンサ。
【請求項8】
前記第２キャッピング層の密度は、前記第１キャッピング層の密度より大きいことを特徴とする請求項７に記載のイメージセンサ。
【請求項9】
前記カラーフィルタカバー層は、酸化物を含むことを特徴とする請求項７に記載のイメージセンサ。
【請求項10】
前記マイクロレンズは、高屈折率物質を含み、
前記高屈折率物質の屈折率の範囲は、１．７以上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。
前記高屈折率物質の屈折率の範囲は、１．７以上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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、イメージセンサに係り、より具体的には、ＣＭＯＳ（complementary metal-oxide semiconductor）イメージセンサに関する。
【背景技術】
【0002】
イメージ（または、画像）を撮影して電気的信号に変換するイメージセンサ、例えば、ＣＭＯＳイメージセンサは、デジタルカメラ、携帯電話用カメラ及びポータブルカムコーダのような一般消費者向け電子機器だけでなく、自動車、保安装置及びロボットに装着されるカメラにも使用可能である。
【0003】
イメージセンサは、二次元的に配列された複数のピクセルを具備する。イメージセンサの高性能化及び高集積化を介して、複数のピクセルのサイズが減少している。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
本発明が解決しようとする課題は、イメージ品質が向上し、サイズが縮小したイメージセンサを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【0005】
前述の課題を解決するために、本発明の技術的思想は、ピクセルと、ピクセル上に配置される背面反射防止層と、前記背面反射防止層上に配置されるカラーフィルタと、前記カラーフィルタ上に配置されるカラーフィルタカバー層と、前記カラーフィルタカバー層上に配置されるパッシベーション層と、前記パッシベーション層上に配置されるマイクロレンズと、前記マイクロレンズ上に配置される第１キャッピング層と、前記第１キャッピング層上に配置される第２キャッピング層と、を含むことを特徴とするイメージセンサを提供する。
【0006】
前述の課題を解決するために、本発明の他の技術的思想は、第１ピクセルと、前記第１ピクセルと水平方向に離隔されて配置される第２ピクセルと、前記第１ピクセルと前記第２ピクセルとの間に配置されるピクセル分離構造体と、前記第１ピクセル、前記第２ピクセル及び前記ピクセル分離構造体上に配置された背面反射防止層と、前記背面反射防止層上に配置され、前記第１ピクセル上に配置される第１カラーフィルタ、及び前記第２ピクセル上に配置される第２カラーフィルタを含むカラーフィルタと、前記カラーフィルタ上に配置されるカラーフィルタカバー層と、前記カラーフィルタカバー層上に配置されるパッシベーション層と、前記パッシベーション層上に配置されるマイクロレンズと、前記マイクロレンズ上に配置される第１キャッピング層と、前記第１キャッピング層上に配置される第２キャッピング層と、を含み、前記カラーフィルタカバー層は、前記カラーフィルタ上でコンフォーマルに塗布されることを特徴とするイメージセンサを提供する。
【0007】
前述の課題を解決するために、本発明のさらに他の技術的思想は、第１ピクセルと、前記第１ピクセルと水平方向に離隔されて配置される第２ピクセルと、前記第１ピクセルと前記第２ピクセルとの間に配置されるピクセル分離構造体と、前記第１ピクセル、前記第２ピクセル及び前記ピクセル分離構造体上に配置された第１背面反射防止層と、前記第１背面反射防止層上に配置され、前記ピクセル分離構造体と整列されるフェンスと、前記第１背面反射防止層及び前記フェンス上の第２背面反射防止層と、前記第２背面反射防止層上に配置され、前記第１ピクセル上に配置される第１カラーフィルタ、及び前記第２ピクセル上に配置される第２カラーフィルタを含むカラーフィルタと、前記カラーフィルタ上に配置されるカラーフィルタカバー層と、前記カラーフィルタカバー層上に配置されるパッシベーション層と、前記パッシベーション層上に配置されるマイクロレンズと、前記マイクロレンズ上に配置される第１キャッピング層と、前記第１キャッピング層上に配置される第２キャッピング層と、を含み、前記カラーフィルタカバー層は、前記カラーフィルタ上でコンフォーマルに塗布され、前記第２キャッピング層は、前記マイクロレンズ上でコンフォーマルに塗布されることを特徴とするイメージセンサを提供する。
【発明の効果】
【0008】
本発明によるイメージセンサは、カラーフィルタ上に配置されるカラーフィルタカバー層を含むので、パッシベーション層の厚みを減少させ、サイズが減少しうる。
【0009】
本発明によるイメージセンサは、マイクロレンズ上に二重のキャッピング層を含むので、外部汚染に対してマイクロレンズを保護することができ、イメージ品質が向上し、信頼性が向上しうる。
【図面の簡単な説明】
【0010】
【図1】本発明の一実施形態によるイメージセンサの概略的なブロック図である。
【図2】本発明の一実施形態によるイメージセンサに含まれるピクセルの回路図である。
【図3】本発明の一実施形態によるイメージセンサの平面配置図である。
【図6】本発明の一実施形態によるイメージセンサの断面図である。
【図7A】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断面図である。
【図7B】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断面図である。
【図7C】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断面図である。
【図7D】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断面図である。
【図7E】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断面図である。
【図7F】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断面図である。
【図7G】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断面図である。
【図8A】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断面図である。
【図8B】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断面図である。
【図9】本発明の一実施形態によるイメージセンサの構成を示すブロック図である。
【図10】本発明の一実施形態によるイメージセンサを利用したカメラの構成図である。
【図11】本発明の一実施形態によるイメージセンサを含むイメージングシステムのブロック構造図である。
【発明を実施するための形態】
【0011】
以下、添付した図面を参照して、本発明の技術的思想の実施形態について詳細に説明する。図面上の同一構成要素に対しては、同一参照符号を使用し、それらに係わる重複説明は省略する。
【0012】
図１は、本発明の一実施形態によるイメージセンサの概略的なブロック図である。
【0013】
図１を参照すれば、イメージセンサ１００は、第１基板２及び第２基板７を含む積層型イメージセンサでもある。イメージセンサ１００は、ＣＭＯＳイメージセンサでもある。図２ないし図８Ｂで説明する本発明の技術的思想は、第１基板２に主に適用可能である。
【0014】
イメージセンサ１００は、第２基板７上に第１基板２を積層及び接合して構成することができる。第１基板２は、ピクセル回路を含むセンサ基板でもある。第２基板７は、ピクセル回路を駆動するためのロジック回路が形成されており、第１基板２を支持する支持基板でもある。第１基板２及び第２基板７は、電気的に連結される。
【0015】
より詳細に説明すれば、第１基板２に、光電変換領域を含む単位ピクセルＰＸ（または、単位画素）が規則的に二次元的に配列されたピクセルアレイ領域４が設けられている。ピクセルアレイ領域４には、ピクセル駆動線５がロウ方向に配線され、垂直信号線６がカラム方向に配線されている。
【0016】
１つの単位ピクセルＰＸは、１本のピクセル駆動線５と１本の垂直信号線６に接続する状態に配置されている。各単位ピクセルＰＸには、光電変換部と、電荷蓄積部、トランジスタ、例えば、ＭＯＳ（metal oxide semiconductor）トランジスタ、及び／または容量素子などで構成されたピクセル回路とが設けられうる。
【0017】
第２基板７には、第１基板２に設けられた各単位ピクセルＰＸを駆動するための垂直駆動回路８、カラム信号処理回路９、水平駆動回路１１及びシステム制御回路１３などのロジック回路が設けられうる。イメージセンサ１００は、水平駆動回路１１を介して電圧Ｖｏｕｔ（出力電圧）が出力される。
【0018】
図２は、本発明の一実施形態によるイメージセンサに含まれるピクセルの回路図である。
【0019】
図２を参照すれば、イメージセンサ１００において、複数のピクセルＰＸは、マトリックス状またはアレイ状にも配列される。複数のピクセルＰＸそれぞれは、伝送トランジスタＴＸ及びロジックトランジスタＲＸ、ＳＸ、ＤＸを含むものでもある。
【0020】
ロジックトランジスタＲＸ、ＳＸ、ＤＸは、リセットトランジスタＲＸ、選択トランジスタＳＸ及びドライブトランジスタＤＸ（または、ソースフォロワトランジスタ）を含む。リセットトランジスタＲＸは、リセットゲートＲＧを含み、選択トランジスタＳＸは、選択ゲートＳＧを含み、伝送トランジスタＴＸは、伝送ゲートＴＧを含む。
【0021】
複数のピクセルＰＸそれぞれは、光電変換素子ＰＤ及びフローティングディフュージョン領域ＦＤを含むものでもある。光電変換素子ＰＤは、図３ないし図８Ｂで説明する光電変換領域にも対応する。光電変換素子ＰＤは、外部からの入射光の量に比例して、光電荷を生成及び蓄積することができ、フォトダイオード、フォトトランジスタ（photo transistor）、フォトゲート、埋め込みフォトダイオード（Pinned Photodiode: PPD）及びそれらの組み合わせが使用されうる。
【0022】
伝送トランジスタＴＸは、伝送ゲートＴＧに伝達される伝送制御信号によって動作することができる。伝送ゲートＴＧは、光電変換素子ＰＤで生成された電荷をフローティングディフュージョン領域ＦＤへ伝送することができる。フローティングディフュージョン領域ＦＤは、光電変換素子ＰＤで生成された電荷を伝送されて累積的に保存することができる。光電変換素子ＰＤで生成される電荷は、伝送トランジスタＴＸによってフローティングディフュージョン領域ＦＤに伝達されて蓄積されうる。フローティングディフュージョン領域ＦＤに蓄積された光電荷の量によって、ドライブトランジスタＤＸが制御されうる。
【0023】
リセットトランジスタＲＸは、フローティングディフュージョン領域ＦＤに蓄積された電荷を周期的にリセットさせることができる。リセットトランジスタＲＸは、リセットゲートＲＧを介して伝達されるリセット制御信号によって動作することができる。リセットトランジスタＲＸのドレイン電極は、フローティングディフュージョン領域ＦＤと連結され、ソース電極は、電源電圧ＶＤＤに連結される。
【0024】
リセット制御信号により、リセットトランジスタＲＸがターンオンされれば、リセットトランジスタＲＸのソース電極と連結された電源電圧ＶＤＤが前記フローティングディフュージョン領域ＦＤに伝達される。リセットトランジスタＲＸがターンオンされるとき、フローティングディフュージョン領域ＦＤに蓄積された電荷が排出され、フローティングディフュージョン領域ＦＤがリセットされる。リセットトランジスタＲＸは、フローティングディフュージョン領域ＦＤの電圧を電源電圧ＶＤＤにリセットすることができる。
【0025】
ドライブトランジスタＤＸは、複数のピクセルＰＸの外部に位置する電流源（図示せず）と連結され、ソースフォロワバッファ増幅器（Source Follower Buffer Amplifier）として機能する。ドライブトランジスタＤＸは、フローティングディフュージョン領域ＦＤに蓄積された電荷を増幅させ、選択トランジスタＳＸに伝達することができる。ドライブトランジスタＤＸは、フローティングディフュージョン領域ＦＤにおける電位変化を増幅し、それを出力電圧Ｖｏｕｔとして出力する。
【0026】
選択トランジスタＳＸは、ロウ単位で複数のピクセルＰＸを選択することができる。選択トランジスタＳＸは、選択ゲートＳＧに伝達される選択制御信号により、単位ピクセルを選択することができる。選択トランジスタＳＸがターンオンされるとき、電源電圧ＶＤＤが選択トランジスタＳＸのソース電極に伝達される。選択トランジスタＳＸは、選択制御信号によって動作し、スイッチング動作及びアドレッシング動作を行うことができる。選択制御信号が選択トランジスタＳＸに印加されれば、選択トランジスタＳＸは、単位ピクセルに連結された出力電圧Ｖｏｕｔを出力することができる。
【0027】
図３は、本発明の一実施形態によるイメージセンサの平面配置図である。図４は、図３のＡ－Ａ’線に沿って切ったイメージセンサの断面図である。図５は、本発明の一実施形態による図４のＣ領域のイメージセンサの拡大図である。図３では、便宜上、ピクセル分離構造体１５０上に第１ないし第４ピクセルＰＸ１、ＰＸ２、ＰＸ３、ＰＸ４ｎのみを例示的に示している。
【0028】
図２ないし図５を参照すれば、イメージセンサ１００は、基板１１０、光電変換領域１２０、伝送ゲートＴＧ、前面構造物１３０、支持基板１４０、ピクセル分離構造体１５０、第１背面反射防止層１６２、フェンス１６３、第２背面反射防止層１６４、バリヤー金属層１６６、第３背面反射防止層１６１、カラーフィルタカバー層１６５、パッシベーション層１６７、カラーフィルタ１７０、マイクロレンズ１８０、第１キャッピング層１９１及び第２キャッピング層１９２を含むものでもある。図３ないし図５の基板１１０は、図１の第１基板２にも対応し、図３ないし図５の支持基板１４０は、図１の第２基板７にも対応する。
【0029】
基板１１０は、第１面１１０Ｆ１及び第２面１１０Ｆ２を含む。例示的な実施形態において、前記基板１１０は、IV族半導体物質、III－V族半導体物質またはII－VI族半導体物質のような半導体物質を含んでもよい。前記IV族半導体物質は、例えば、シリコン（Ｓｉ）、ゲルマニウム（Ｇｅ）、またはシリコン（Ｓｉ）・ゲルマニウム（Ｇｅ）を含んでもよい。前記III－V族半導体物質は、例えば、ガリウム砒素（ＧａＡｓ）、インジウムリン（ＩｎＰ）、ガリウムリン（ＧａＰ）、インジウム砒素（ＩｎＡｓ）、インジウムアンチモン（ＩｎＳｂ）、またはインジウムガリウム砒素（ＩｎＧａＡｓ）を含んでもよい。前記II－VI族半導体物質は、例えば、テルル化亜鉛（ＺｎＴｅ）または硫化カドミウム（ＣｄＳ）を含んでもよい。
【0030】
基板１１０は、Ｐ型半導体基板を含む。例えば、基板１１０は、Ｐ型シリコン基板からなる。例示的な実施形態において、基板１１０は、Ｐ型バルク基板と、その上に成長されたＰ型またはＮ型のエピ層とを含む。他の実施形態において、基板１１０は、Ｎ型バルク基板と、その上に成長されたＰ型またはＮ型のエピ層とを含むこともできる。代案としては、基板１１０は、有機（organic）プラスチック基板からなりうる。
【0031】
光電変換領域１２０は、基板１１０内に配置される。光電変換領域１２０において、光信号が電気信号に変換される。光電変換領域１２０は、基板１１０の内部に形成されたフォトダイオード領域（図示せず）とウェル領域（図示せず）とを含む。光電変換領域１２０は、基板１１０と反対の導電型の不純物がドーピングされた不純物領域でもある。
【0032】
伝送ゲートＴＧは、基板１１０内に配置される。伝送ゲートＴＧは、基板１１０の第１面１１０Ｆ１から基板１１０の内部に延びる。伝送ゲートＴＧは、伝送トランジスタＴＸ（図２参照）の一部でもある。基板１１０の第１面１１０Ｆ１上には、例えば、光電変換領域１２０で生成された電荷をフローティングディフュージョン領域ＦＤへ伝送するように構成される伝送トランジスタＴＸ、フローティングディフュージョン領域ＦＤに保存されている電荷を周期的にリセットさせるように構成されるリセットトランジスタＲＸ、ソースフォロワバッファ増幅器の役割を行い、前記フローティングディフュージョン領域に充電された電荷による信号をバッファリングするように構成されるドライブトランジスタＤＸ、及び複数のピクセルＰＸを選択するためのスイッチング及びアドレッシングの役割を行う選択トランジスタＳＸが形成される。
【0033】
図４に示されていないが、基板１１０の第１面１１０Ｆ１上には、活性領域（図示せず）及びフローティングディフュージョン領域ＦＤを定義する素子分離膜（図示せず）がさらに形成されてもよい。
【0034】
光電変換領域１２０、伝送ゲートＴＧ、複数のトランジスタ及びフローティングディフュージョン領域は、ピクセルＰＸを形成することができる。以後、図４を参照して、ピクセルＰＸの構成要素についてより詳細に説明する。
【0035】
複数のピクセルＰＸは、二次元的に配列される。例えば、第２ピクセルＰＸ２及び第３ピクセルＰＸ３は、第１ピクセルＰＸ１から第１水平方向（Ｘ方向）に離隔され、第４ピクセルＰＸ４は、第３ピクセルＰＸ３から第２水平方向（Ｙ方向）に離隔される。第４ピクセルＰＸ４は、第２ピクセルＰＸ２から対角方向（Ｄ方向）に離隔される。一部実施形態において、第１水平方向（Ｘ方向）は、第２水平方向（Ｙ方向）に垂直である。一部実施形態において、対角方向（Ｄ方向）は、第１水平方向（Ｘ方向）及び第２水平方向（Ｙ方向）に対して斜めである。一部実施形態において、対角方向（Ｄ方向）は、第１水平方向（Ｘ方向）及び第２水平方向（Ｙ方向）と４５°をなす。しかし、他の実施形態において、対角方向（Ｄ方向）は、第１水平方向（Ｘ方向）及び第２水平方向（Ｙ方向）と異なる角度をなすこともできる。
【0036】
ピクセル分離構造体１５０は、基板１１０を貫通し、１つのピクセルＰＸを隣接したピクセルＰＸから、例えば、第３ピクセルＰＸ３を第２ピクセルＰＸ２から、そして、第３ピクセルＰＸ３を第４ピクセルＰＸ４から、物理的及び電気的に分離させることができる。平面視において、ピクセル分離構造体１５０は、メッシュ状またはグリッド状にも配置される。すなわち、ピクセル分離構造体１５０は、複数のピクセルＰＸ間に延びる。例えば、ピクセル分離構造体１５０は、第１ピクセルＰＸ１と第２ピクセルＰＸ２との間、第１ピクセルＰＸ１と第３ピクセルＰＸ３との間、第２ピクセルＰＸ２と第４ピクセルＰＸ４との間、及び第３ピクセルＰＸ３と第４ピクセルＰＸ４との間に延びる。図４に示されたように、ピクセル分離構造体１５０は、基板１１０の第１面１１０Ｆ１から第２面１１０Ｆ２まで延びる。
【0037】
ピクセル分離構造体１５０は、導電層１５２及び絶縁ライナー１５４を含む。導電層１５２及び絶縁ライナー１５４それぞれは、基板１１０の第１面１１０Ｆ１から第２面１１０Ｆ２まで基板１１０を貫通することができる。絶縁ライナー１５４は、基板１１０と導電層１５２との間に配置され、導電層１５２を基板１１０から電気的に分離することができる。例示的な実施形態において、導電層１５２は、ポリシリコンまたは金属などの導電物質を含んでもよい。絶縁ライナー１５４は、ハフニウム酸化物、アルミニウム酸化物、タンタル酸化物のような金属酸化物を含み、その場合、絶縁ライナー１５４は、負の固定電荷層（negative fixed charge layer）として作用することができる。他の実施形態において、絶縁ライナー１５４は、シリコン酸化物、シリコン窒化物、シリコン酸窒化物などの絶縁物質を含むこともできる。
【0038】
基板１１０の第１面１１０Ｆ１上には、前面構造物（front side structure）１３０が配置される。前面構造物１３０は、配線層１３４及び絶縁層１３６を含む。絶縁層１３６は、基板１１０の第１面１１０Ｆ１上から配線層１３４を電気的に分離することができる。
【0039】
配線層１３４は、基板１１０の第１面１１０Ｆ１上のトランジスタと電気的に連結される。配線層１３４は、タングステン、アルミニウム、銅、タングステンシリサイド、チタンシリサイド、タングステン窒化物、チタン窒化物、ドーピングされたポリシリコンなどを含んでもよい。絶縁層１３６は、シリコン酸化物、シリコン窒化物、シリコン酸窒化物、低誘電（low-k）物質などの絶縁物質を含んでもよい。前記低誘電物質は、例えば、ＦＯＸ（Flowable Oxide）、ＴＯＳＺ（Torene Silazene）、ＵＳＧ（Undoped Silica Glass）、ＢＳＧ（Borosilica Glass）、ＰＳＧ（Phosphosilica Glass）、ＢＰＳＧ（Borophosphosilica Glass）、ＰＥＴＥＯＳ（Plasma Enhanced Tetra Ethyl Ortho Silicate）、ＦＳＧ（Fluoride Silicate Glass)、ＣＤＯ（Carbon Doped silicon Oxide）、キセロゲル、エアロゲル、アモルファスフッ素化カーボン、ＯＳＧ（Organo Silicate Glass）、パリレン、ビス－ベンゾシクロブテン（ＢＣＢ）、シルク、ポリイミド、多孔性ポリマー物質及びそれらの組み合わせのうち少なくとも１つを含むが、それらに制限されるものではない。
【0040】
選択的に、前面構造物１３０上には、支持基板１４０が配置される。支持基板１４０と前面構造物１３０との間には、接着部材（図示せず）がさらに配置されてもよい。
【0041】
第１背面反射防止層１６２は、基板１１０の第２面１１０Ｆ２上に配置される。すなわち、第１背面反射防止層１６２は、全てのピクセルＰＸ及びピクセル分離構造体１５０上に配置される。一部実施形態において、第１背面反射防止層１６２は、ハフニウム酸化物を含むものでもある。他の実施形態において、第１背面反射防止層１６２は、窒化シリコン（ＳｉＮ）、酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）、酸化ジルコニウム（ＺｒＯ２）、酸化タンタル（Ｔａ２Ｏ５）、酸化チタン（ＴｉＯ２）、酸化ランタン（Ｌａ２Ｏ３）、酸化プラセオジム（Ｐｒ２Ｏ３）、酸化セリウム（ＣｅＯ２）、酸化ネオジム（Ｎｄ２Ｏ３）、酸化プロメチウム（Ｐｍ２Ｏ３）、酸化サマリウム（Ｓｍ２Ｏ３）、酸化ユーロピウム（Ｅｕ２Ｏ３）、酸化ガドリニウム（Ｇｄ２Ｏ３）、酸化テルビウム（Ｔｂ２Ｏ３）、酸化ジスプロシウム（Ｄｙ２Ｏ３）、酸化ホルミウム（Ｈｏ２Ｏ３）、酸化ツリウム（Ｔｍ２Ｏ３）、酸化イッテルビウム（Ｙｂ２Ｏ３）、酸化ルテチウム（Ｌｕ２Ｏ３）または酸化イットリウム（Ｙ２Ｏ３）を含むこともできる。
【0042】
フェンス１６３は、第１背面反射防止層１６２上に配置される。フェンス１６３は、平面視において、ピクセル分離構造体１５０と垂直方向（Ｚ方向）に重畳される。すなわち、フェンス１６３は、平面視において、ピクセルＰＸ間に沿って延びる。例えば、平面視において、フェンス１６３は、第１ピクセルＰＸ１と第２ピクセルＰＸ２との間、第１ピクセルＰＸ１と第３ピクセルＰＸ３との間、第２ピクセルＰＸ２と第４ピクセルＰＸ４との間、及び第３ピクセルＰＸ３と第４ピクセルＰＸ４との間に延びる。
【0043】
一部実施形態において、フェンス１６３は、低屈折率物質を含むものでもある。例えば、低屈折率物質は、約１．０より大きく、かつ約１．４より小さいか、あるいはそれと同一の屈折率を有することができる。例示的な実施形態において、低屈折率物質は、ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）、シリコンアクリレート（silicon acrylate）、酪酸酢酸セルロース（ＣＡＢ）、シリカ（silica）またはＦＳＡ（fluoro-silicon acrylate）を含んでもよい。例えば、低屈折率物質は、シリカ（ＳｉＯｘ）粒子が分散されたポリマー物質を含んでもよい。
【0044】
フェンス１６３が相対的に低い屈折率を有する低屈折率物質を含む場合、フェンス１６３に向かって入射される光が全反射され、ピクセルＰＸの中心部方向にも指向される。フェンス１６３は、１つのピクセルＰＸ上に配置されるカラーフィルタ１７０の内部に斜めに入射する光が、隣接したピクセルＰＸ上に配置されるカラーフィルタ１７０に進入することを防止することができ、これにより、複数のピクセルＰＸ間のクロストークが防止されうる。
【0045】
第２背面反射防止層１６４は、第１背面反射防止層１６２及びフェンス１６３上に配置される。すなわち、第２背面反射防止層１６４は、第１背面反射防止層１６２及びフェンス１６３を覆うことができる。具体的には、第２背面反射防止層１６４は、第１背面反射防止層１６２の上面、フェンス１６３の側面、及びフェンス１６３の上面上に配置される。
【0046】
第２背面反射防止層１６４は、一部実施形態において、シリコン酸化物を含むものでもある。他の実施形態において、第２背面反射防止層１６４は、窒化シリコン（ＳｉＮ）、酸化ハフニウム（ＨｆＯ２）、酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）、酸化ジルコニウム（ＺｒＯ２）、酸化タンタル（Ｔａ２Ｏ５）、酸化チタン（ＴｉＯ２）、酸化ランタン（Ｌａ２Ｏ３）、酸化プラセオジム（Ｐｒ２Ｏ３）、酸化セリウム（ＣｅＯ２）、酸化ネオジム（Ｎｄ２Ｏ３）、酸化プロメチウム（Ｐｍ２Ｏ３）、酸化サマリウム（Ｓｍ２Ｏ３）、酸化ユーロピウム（Ｅｕ２Ｏ３）、酸化ガドリニウム（Ｇｄ２Ｏ３）、酸化テルビウム（Ｔｂ２Ｏ３）、酸化ジスプロシウム（Ｄｙ２Ｏ３）、酸化ホルミウム（Ｈｏ２Ｏ３）、酸化ツリウム（Ｔｍ２Ｏ３）、酸化イッテルビウム（Ｙｂ２Ｏ３）、酸化ルテチウム（Ｌｕ２Ｏ３）または酸化イットリウム（Ｙ２Ｏ３）を含むこともできる。
【0047】
バリヤー金属層１６６は、フェンス１６３の下面上に配置される。すなわち、バリヤー金属層１６６は、フェンス１６３と第１背面反射防止層１６２との間に配置される。一部実施形態において、バリヤー金属層１６６は、チタン窒化物のようなバリヤー金属を含むものでもある。
【0048】
第３背面反射防止層１６１は、第１背面反射防止層１６２とピクセルＰＸとの間、及び第１背面反射防止層１６２とピクセル分離構造体１５０との間に配置される。すなわち、第３背面反射防止層１６１は、第１背面反射防止層１６２と基板１１０との間に配置される。一部実施形態において、第３背面反射防止層１６１は、例えば、アルミニウム酸化物を含むものでもある。他の実施形態において、第３背面反射防止層１６１は、窒化シリコン（ＳｉＮ）、酸化ハフニウム（ＨｆＯ２）、酸化ジルコニウム（ＺｒＯ２）、酸化タンタル（Ｔａ２Ｏ５）、酸化チタン（ＴｉＯ２）、酸化ランタン（Ｌａ２Ｏ３）、酸化プラセオジム（Ｐｒ２Ｏ３）、酸化セリウム（ＣｅＯ２）、酸化ネオジム（Ｎｄ２Ｏ３）、酸化プロメチウム（Ｐｍ２Ｏ３）、酸化サマリウム（Ｓｍ２Ｏ３）、酸化ユーロピウム（Ｅｕ２Ｏ３）、酸化ガドリニウム（Ｇｄ２Ｏ３）、酸化テルビウム（Ｔｂ２Ｏ３）、酸化ジスプロシウム（Ｄｙ２Ｏ３）、酸化ホルミウム（Ｈｏ２Ｏ３）、酸化ツリウム（Ｔｍ２Ｏ３）、酸化イッテルビウム（Ｙｂ２Ｏ３）、酸化ルテチウム（Ｌｕ２Ｏ３）または酸化イットリウム（Ｙ２Ｏ３）を含むこともできる。
【0049】
カラーフィルタカバー層１６５は、複数のカラーフィルタ１７０それぞれの上面及び側面の一部を覆って配置される。例えば、カラーフィルタカバー層１６５は、複数のカラーフィルタ１７０それぞれの上面及び側面の一部をコンフォーマルに覆って配置される。カラーフィルタカバー層１６５は、複数のカラーフィルタ１７０を保護することができる。一部実施形態において、カラーフィルタカバー層１６５は、シリコン酸化物及び／またはアルミニウム酸化物を含むものでもある。他の実施形態において、カラーフィルタカバー層１６５は、窒化シリコン（ＳｉＮ）、酸化ハフニウム（ＨｆＯ２）、酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）、酸化ジルコニウム（ＺｒＯ２）、酸化タンタル（Ｔａ２Ｏ５）、酸化チタン（ＴｉＯ２）、酸化ランタン（Ｌａ２Ｏ３）、酸化プラセオジム（Ｐｒ２Ｏ３）、酸化セリウム（ＣｅＯ２）、酸化ネオジム（Ｎｄ２Ｏ３）、酸化プロメチウム（Ｐｍ２Ｏ３）、酸化サマリウム（Ｓｍ２Ｏ３）、酸化ユーロピウム（Ｅｕ２Ｏ３）、酸化ガドリニウム（Ｇｄ２Ｏ３）、酸化テルビウム（Ｔｂ２Ｏ３）、酸化ジスプロシウム（Ｄｙ２Ｏ３）、酸化ホルミウム（Ｈｏ２Ｏ３）、酸化ツリウム（Ｔｍ２Ｏ３）、酸化イッテルビウム（Ｙｂ２Ｏ３）、酸化ルテチウム（Ｌｕ２Ｏ３）または酸化イットリウム（Ｙ２Ｏ３）を含むこともできる。カラーフィルタカバー層１６５の垂直方向（Ｚ方向）への厚みである第１厚みＴ１は、例えば、約５ｎｍないし約３５ｎｍでもある。カラーフィルタカバー層１６５は、複数のカラーフィルタ１７０それぞれの垂直方向（Ｚ方向）への厚みにかかわらず、同一の第１厚みＴ１を有することができる。また、カラーフィルタカバー層１６５の第１水平方向（Ｘ方向）への幅である第１幅Ｗ１は、例えば、約５ｎｍないし約３５ｎｍでもある。
【0050】
パッシベーション層１６７は、第２背面反射防止層１６４及びカラーフィルタカバー層１６５上に配置される。パッシベーション層１６７は、第１背面反射防止層１６２、フェンス１６３、第２背面反射防止層１６４及びカラーフィルタカバー層１６５を保護することができる。パッシベーション層１６７は、一部実施形態において、例えば、スチレン系樹脂、アクリル系樹脂、スチレン・アクリル共重合樹脂、またはシロキサン系樹脂などの樹脂系材料を含むものでもある。パッシベーション層１６７の垂直方向（Ｚ方向）への厚みは、複数のカラーフィルタ１７０それぞれの垂直方向（Ｚ方向）への厚みによっても変わる。例えば、パッシベーション層１６７の垂直方向（Ｚ方向）への厚みは、第２ないし第４厚みＴ２、Ｔ３、Ｔ４でもある。例えば、第２厚みＴ２は、約５０ｎｍないし約２００ｎｍでもあり、第３厚みＴ３は、約１００ｎｍないし２５０ｎｍでもあり、第４厚みＴ４は、約５０ｎｍ以下でもある。パッシベーション層１６７の下面は、段差部を有し、パッシベーション層１６７の上面は、ほぼ扁平状でもある。
【0051】
複数のカラーフィルタ１７０は、パッシベーション層１６７上に配置され、フェンス１６３によっても互いに分離される。平面視において、複数のカラーフィルタ１７０は、ピクセルＰＸに対応するように配置される。複数のカラーフィルタ１７０は、例えば、緑色フィルタ、青色フィルタ及び赤色フィルタの組み合わせでもある。他の実施形態において、複数のカラーフィルタ１７０は、例えば、シアン（cyan）、マゼンタ（magenta）または黄色（yellow）の組み合わせでもある。
【0052】
複数のカラーフィルタ１７０は、互いに異なるフィルタを含む第１カラーフィルタ１７０－１、第２カラーフィルタ１７０－２及び第３カラーフィルタ１７０－３を含む。例えば、第１カラーフィルタ１７０－１が緑色フィルタであり、第２カラーフィルタ１７０－２が青色フィルタであり、第３カラーフィルタ１７０－３が赤色フィルタである。但し、それは例示的なものであり、第１ないし第３カラーフィルタ１７０－１、１７０－２、１７０－３のフィルタ組み合わせは多様に変形可能である。複数のカラーフィルタ１７０それぞれの下面は、同一の垂直レベルに位置し、複数のカラーフィルタ１７０それぞれの上面は、互いに異なる垂直レベルに位置しうる。
【0053】
本発明の一実施形態によれば、赤色フィルタが最も厚く、緑色フィルタは、青色フィルタよりは厚いものの、赤色フィルタよりは薄い。例えば、青色フィルタが最も薄い。しかし、赤色フィルタ、緑色フィルタ及び青色フィルタの厚みの関係は、それに限定されず、多様に変形可能である。
【0054】
本発明の一実施形態によれば、第３カラーフィルタ１７０－３の垂直方向（Ｚ方向）への厚みが最も厚く、第２カラーフィルタ１７０－２の垂直方向（Ｚ方向）への厚みが最も薄い。したがって、第３カラーフィルタ１７０－３上に配置されるパッシベーション層１６７の垂直方向（Ｚ方向）への厚みは、第４厚みＴ４であり、パッシベーション層１６７のうち最も薄い垂直方向（Ｚ方向）への厚みでもある。また、第２カラーフィルタ１７０－２上に配置されるパッシベーション層１６７の垂直方向（Ｚ方向）への厚みは、第３厚みＴ３であり、パッシベーション層１６７のうち最も厚い垂直方向（Ｚ方向）への厚みでもある。
【0055】
マイクロレンズ１８０は、カラーフィルタ１７０及びパッシベーション層１６７上に配置される。平面視において、マイクロレンズ１８０は、ピクセルＰＸに対応するように配置される。マイクロレンズ１８０は、透明でもある。例えば、マイクロレンズ１８０は、可視光線領域の光に対して９０％以上の透過率を有することができる。可視光線領域の光は、約３８０ｎｍないし約７７０ｎｍの波長を有することができる。本発明の一実施形態において、マイクロレンズ１８０は、フォトレジストがリフローされて形成されうる。例えば、マイクロレンズ１８０は、屈折率が約１．７以上である高屈折率物質を含むものでもある。他の実施形態において、マイクロレンズ１８０は、例えば、スチレン系樹脂、アクリル系樹脂、スチレン・アクリル共重合樹脂、またはシロキサン系樹脂などの樹脂系材料でも形成される。マイクロレンズ１８０は、入射光を集光し、集光された光は、カラーフィルタ１７０を介して光電変換領域１２０に入射される。マイクロレンズ１８０は、垂直方向（Ｚ方向）への厚みである第５厚みＴ５を有することができる。第５厚みＴ５の範囲は、約２００ｎｍないし約５００ｎｍでもある。
【0056】
マイクロレンズ１８０上に第１キャッピング層１９１が配置され、第１キャッピング層１９１上に第２キャッピング層１９２が配置される。第２キャッピング層１９２は、第１キャッピング層１９１上をコンフォーマルに覆って形成される。第２キャッピング層１９２が第１キャッピング層１９１上にコンフォーマルに塗布され、複数のマイクロレンズ１８０が屈曲した構造を有することによって生じる谷（trough）構造を容易に保護することができる。したがって、第２キャッピング層１９２は、イメージセンサ１００を外部の汚染から容易に保護することができる。第２キャッピング層１９２は、垂直方向（Ｚ方向）への厚みである第６厚みＴ６を有することができる。第６厚みＴ６の範囲は、約５ｎｍないし約３５ｎｍでもある。
【0057】
一部実施形態において、第１キャッピング層１９１は、多孔性（porous）物質を含むものでもある。一部実施形態において、第２キャッピング層１９２は、シリコン酸化物及び／またはアルミニウム酸化物を含むものでもある。他の実施形態において、第２キャッピング層１９２は、窒化シリコン（ＳｉＮ）、酸化ハフニウム（ＨｆＯ２）、酸化ジルコニウム（ＺｒＯ２）、酸化タンタル（Ｔａ２Ｏ５）、酸化チタン（ＴｉＯ２）、酸化ランタン（Ｌａ２Ｏ３）、酸化プラセオジム（Ｐｒ２Ｏ３）、酸化セリウム（ＣｅＯ２）、酸化ネオジム（Ｎｄ２Ｏ３）、酸化プロメチウム（Ｐｍ２Ｏ３）、酸化サマリウム（Ｓｍ２Ｏ３）、酸化ユーロピウム（Ｅｕ２Ｏ３）、酸化ガドリニウム（Ｇｄ２Ｏ３）、酸化テルビウム（Ｔｂ２Ｏ３）、酸化ジスプロシウム（Ｄｙ２Ｏ３）、酸化ホルミウム（Ｈｏ２Ｏ３）、酸化ツリウム（Ｔｍ２Ｏ３）、酸化イッテルビウム（Ｙｂ２Ｏ３）、酸化ルテチウム（Ｌｕ２Ｏ３）または酸化イットリウム（Ｙ２Ｏ３）を含むこともできる。
【0058】
例えば、第２キャッピング層１９２の密度は、第１キャッピング層１９１の密度よりも高い。すなわち、第２キャッピング層１９２は、第１キャッピング層１９１よりさらに密集した（dense）物質を含む。
【0059】
一般的なイメージセンサは、カラーフィルタカバー層を含まないので、相対的に厚いパッシベーション層を含んでいる。したがって、イメージセンサの厚みが相対的に厚いので、イメージセンサを含む半導体パッケージのサイズが相対的に大きいという短所があった。また、カラーフィルタを保護する構造が相対的に不足しているので、カラーフィルタが汚染に脆弱であるという短所があった。
【0060】
本発明のイメージセンサ１００は、カラーフィルタ１７０上に塗布されるカラーフィルタカバー層１６５を含むので、カラーフィルタ１７０を汚染から保護し、相対的に高い信頼性を有することができる。また、カラーフィルタカバー層１６５が配置されるので、パッシベーション層１６７の垂直方向（Ｚ方向）への厚みを相対的に減少させ、イメージセンサ１００を含む半導体パッケージのサイズを相対的に減少させることができる。
【0061】
また、本発明のイメージセンサ１００は、二重のキャッピング層を含み、外部の汚染からマイクロレンズ１８０を効果的に保護することができる。特に、第２キャッピング層１９２は、マイクロレンズ１８０及び第１キャッピング層１９１上にコンフォーマルに塗布され、マイクロレンズ１８０の谷部分まで保護することができる。したがって、イメージセンサ１００のクロストークが減少し、イメージ品質が向上しうる。
【0062】
【0063】
図６を参照すれば、イメージセンサ１００ａは、ピクセル分離構造体１５０（図４参照）の代わりに、ピクセル分離構造体１５０ａを含む。ピクセル分離構造体１５０ａは、基板１１０を完全に貫通しない。具体的には、ピクセル分離構造体１５０ａは、基板１１０の第２面１１０Ｆ２から基板１１０内に延びるが、基板１１０の第１面１１０Ｆ１まで達しない。
【0064】
また、イメージセンサ１００ａは、伝送ゲートＴＧ（図４参照）の代わりに、伝送ゲートＴＧａを含む。伝送ゲートＴＧａは、基板１１０の第１面１１０Ｆ１上に形成され、基板１１０内にリセスされない。
【0065】
【0066】
図７Ａを参照すれば、互いに反対になる第１面１１０Ｆ１と第２面１１０Ｆ２とを有する基板１１０を準備する。基板１１０の第１面１１０Ｆ１上にマスクパターン（図示せず）を形成し、前記マスクパターンを使用して、基板１１０の第１面１１０Ｆ１から基板１１０の一部分を除去し、トレンチ１５０Ｔを形成することができる。
【0067】
次いで、トレンチ１５０Ｔ内に絶縁ライナー１５４と導電層１５２とを順次に形成し、基板１１０の第１面１１０Ｆ１上に配置される絶縁ライナー１５４と導電層１５２部分とを平坦化工程などにより除去することにより、トレンチ１５０Ｔ内にピクセル分離構造体１５０を形成することができる。
【0068】
次いで、基板１１０の第１面１１０Ｆ１から、イオン注入工程により、フォトダイオード領域（図示せず）とウェル領域（図示せず）とを含む光電変換領域１２０が形成される。例えば、前記フォトダイオード領域は、Ｎ型不純物をドーピングして形成され、前記ウェル領域は、Ｐ型不純物をドーピングして形成される。
【0069】
図７Ｂを参照すれば、基板１１０の第１面１１０Ｆ１から基板１１０の内部に延びる伝送ゲートＴＧを形成し、基板１１０の第１面１１０Ｆ１上の一部領域にイオン注入工程を遂行し、フローティングディフュージョン領域（図示せず）及び活性領域（図示せず）を形成することができる。これにより、第１ないし第３ピクセルＰＸ１、ＰＸ２、ＰＸ３が形成される。
【0070】
次いで、基板１１０の第１面１１０Ｆ１上に前面構造物１３０が形成される。基板１１０の第１面１１０Ｆ１上に導電層（図示せず）を形成し、前記導電層をパターニングし、前記パターニングされた導電層を覆うように絶縁層（図示せず）を形成する段階を反復的に遂行することにより、基板１１０上に配線層１３４と絶縁層１３６とを形成することができる。次いで、絶縁層１３６上に支持基板１４０を接着させることができる。
【0071】
図７Ｃを参照すれば、基板１１０の第２面１１０Ｆ２が上向きになるように基板１１０を上下逆さまにすることができる。次いで、導電層１５２が露出されるまで、ＣＭＰ（chemical mechanical polishing）工程またはエッチバック工程などの平坦化工程により、基板１１０の第２面１１０Ｆ２から基板１１０の一部分を除去することができる。前記除去工程が遂行されることにより、基板１１０の第２面１１０Ｆ２の垂直レベルは低くなる。このとき、ピクセル分離構造体１５０により取り囲まれる１つのピクセルＰＸは、それに隣接したピクセルＰＸと物理的及び電気的に分離されうる。
【0072】
図７Ｄを参照すれば、基板１１０の第２面１１０Ｆ２上に、第３背面反射防止層１６１、第１背面反射防止層１６２、バリヤー金属層１６６、フェンス１６３、第２背面反射防止層１６４及び複数のカラーフィルタ１７０が順に形成される。一部実施形態において、第３背面反射防止層１６１は、アルミニウム酸化物でも形成され、第１背面反射防止層１６２は、ハフニウム酸化物でも形成され、第２背面反射防止層１６４は、シリコン酸化物でも形成され、バリヤー金属層１６６は、チタン窒化物でも形成され、フェンス１６３は、低屈折率物質でも形成される。第２背面反射防止層１６４は、蒸発のような直進性が高い蒸着方法によっても形成される。
【0073】
図７Ｅを参照すれば、複数のカラーフィルタ１７０上にカラーフィルタカバー層１６５及び予備パッシベーション層１６７ｐを形成することができる。カラーフィルタカバー層１６５は、複数のカラーフィルタ１７０上にコンフォーマルに形成される。例えば、カラーフィルタカバー層１６５は、酸化物を含んでもよい。例えば、カラーフィルタカバー層１６５は、シリコン酸化物及び／またはアルミニウム酸化物を含んでもよい。カラーフィルタカバー層１６５は、原子層蒸着法（atomic layer deposition: ALD）により、カラーフィルタ１７０上に形成される。他の実施形態において、カラーフィルタカバー層１６５は、化学気相蒸着法（chemical vapor deposition: CVD）及び／または分子気相蒸着法（molecular vapor deposition: MVD）によっても、カラーフィルタ１７０上に形成される。
【0074】
カラーフィルタカバー層１６５及び第２背面反射防止層１６４上に、予備パッシベーション層１６７ｐが形成される。予備パッシベーション層１６７ｐは、スチレン系樹脂、アクリル系樹脂、スチレン・アクリル共重合樹脂、またはシロキサン系樹脂などの樹脂系材料でも形成される。
【0075】
図７Ｆを参照すれば、予備パッシベーション層１６７ｐ（図７Ｅ参照）の上面をエッチングし、パッシベーション層１６７が形成される。予備パッシベーション層１６７ｐ（図７Ｅ参照）は、ＣＭＰ工程またはエッチバック工程などの平坦化工程により、予備パッシベーション層１６７ｐ（図７Ｅ参照）の上面の一部分が除去されうる。
【0076】
酸化物で形成されたカラーフィルタカバー層１６５は、予備パッシベーション層１６７ｐ（図７Ｅ参照）をエッチングするとき、エッチング停止層として機能することができる。したがって、更なるエッチング停止層を形成する必要がないので、製造工程が単純化され、製造コスト及び製造時間が節約される。
【0077】
図７Ｇを参照すれば、カラーフィルタ１７０及びパッシベーション層１６７上にマイクロレンズ物質層（図示せず）が形成され、前記マイクロレンズ物質層上にマスクパターン（図示せず）が形成される。
【0078】
次いで、リフロー工程を遂行し、前記マスクパターンを半球状に変形させることができる。例示的な実施形態において、前記リフロー工程は、約１００℃ないし２００℃の温度で数秒ないし数十分間遂行されるが、それに限定されるものではない。次いで、前記マスクパターンをエッチングマスクとして使用して、前記マイクロレンズ物質層をエッチングすることにより、マイクロレンズ１８０が形成される。
【0079】
次いで、マイクロレンズ１８０上に第１キャッピング層１９１及び第２キャッピング層１９２が形成される。これにより、図４に示されたイメージセンサ１００が完成される。
【0080】
【0081】
図８Ａを参照すれば、互いに反対になる第１面１１０Ｆ１と第２面１１０Ｆ２とを有する基板１１０を準備する。基板１１０の第２面１１０Ｆ２上にマスクパターン（図示せず）を形成し、前記マスクパターンを使用して、基板１１０の第２面１１０Ｆ２から基板１１０の一部分を除去し、トレンチ１５０Ｔａを形成することができる。
【0082】
次いで、トレンチ１５０Ｔａ内に絶縁ライナー１５４と導電層１５２とを順次に形成し、基板１１０の第２面１１０Ｆ２上に配置される絶縁ライナー１５４と導電層１５２部分とを平坦化工程などにより除去し、トレンチ１５０Ｔａ内にピクセル分離構造体１５０ａを形成することができる。
【0083】
次いで、基板１１０の第１面１１０Ｆ１から、イオン注入工程により、フォトダイオード領域（図示せず）とウェル領域（図示せず）とを含む光電変換領域１２０が形成される。例えば、前記フォトダイオード領域は、Ｎ型不純物をドーピングして形成され、前記ウェル領域は、Ｐ型不純物をドーピングして形成される。
【0084】
図８Ｂを参照すれば、基板１１０の第１面１１０Ｆ１上に伝送ゲートＴＧａを形成し、基板１１０の第１面１１０Ｆ１上の一部領域にイオン注入工程を遂行し、フローティングディフュージョン領域（図示せず）及び活性領域（図示せず）を形成することができる。これにより、ピクセルＰＸ１、ＰＸ２、ＰＸ３が形成される。
【0085】
次いで、基板１１０の第１面１１０Ｆ１上に前面構造物１３０が形成される。基板１１０の第１面１１０Ｆ１上に導電層（図示せず）を形成し、前記導電層をパターニングし、前記パターニングされた導電層を覆うように絶縁層（図示せず）を形成する段階を反復的に遂行することにより、基板１１０上に配線層１３４と絶縁層１３６とを形成することができる。次いで、絶縁層１３６上に支持基板１４０を接着させることができる。
【0086】
次いで、図７Ｄないし図７Ｇを参照して説明した段階により、第３背面反射防止層１６１、第１背面反射防止層１６２、バリヤー金属層１６６、フェンス１６３、第２背面反射防止層１６４、パッシベーション層１６７、カラーフィルタ１７０、カラーフィルタカバー層１６５、マイクロレンズ１８０、第１キャッピング層１９１及び第２キャッピング層１９２が形成される。これにより、図６に示されたイメージセンサ１００ａが完成される。
【0087】
図９は、本発明の一実施形態によるイメージセンサの構成を示すブロック図である。
【0088】
図９を参照すれば、イメージセンサ２１０は、ピクセルアレイ２１１、コントローラ２１３、ロウドライバ２１２及びピクセル信号処理部２１４を含むものでもある。イメージセンサ２１０は、前述のイメージセンサ１００、１００ａのうち少なくとも１つを含む。
【0089】
ピクセルアレイ２１１は、二次元的に配列された複数の単位ピクセルを含み、各単位ピクセルは、光電変換素子を含む。光電変換素子は、光を吸収して電荷を生成し、生成された電荷による電気的信号（出力電圧）は、垂直信号ラインを介してピクセル信号処理部２１４に提供される。ピクセルアレイ２１１が含む単位ピクセルは、ロウ単位で一度に１つずつ出力電圧を提供することができる。
【0090】
これにより、ピクセルアレイ２１１の１本のロウに属する単位ピクセルは、ロウドライバ２１２が出力する選択信号によって同時に活性化される。選択されたロウに属する単位ピクセルは、吸収した光による出力電圧を、対応するカラムの出力ラインに提供することができる。
【0091】
コントローラ２１３は、ピクセルアレイ２１１が光を吸収して電荷を蓄積させるか、あるいは蓄積された電荷を臨時に保存させ、保存された電荷による電気的信号をピクセルアレイ２１１の外部に出力させるように、ロウドライバ２１２を制御することができる。また、コントローラ２１３は、ピクセルアレイ２１１が提供する出力電圧を測定するように、ピクセル信号処理部２１４を制御することができる。
【0092】
ピクセル信号処理部２１４は、相関二重サンプラー（ＣＤＳ）２１６、アナログ-デジタルコンバータ（ＡＤＣ）２１８及びバッファ２２０を含むものでもある。相関二重サンプラー２１６は、ピクセルアレイ２１１で提供した出力電圧をサンプリング及びホールドすることができる。相関二重サンプラー２１６は、特定のノイズレベルと、生成された出力電圧によるレベルとを二重にサンプリングし、その差に該当するレベルを出力することができる。また、相関二重サンプラー２１６は、ランプ信号生成器２２２が生成したランプ信号を入力され、互いに比較して比較結果を出力することができる。アナログ-デジタルコンバータ２１８は、相関二重サンプラー２１６から受信するレベルに対応するアナログ信号をデジタル信号に変換することができる。バッファ２２０は、デジタル信号をラッチ（latch）し、ラッチされた信号は、順次にイメージセンサ２１０の外部に出力され、イメージプロセッサ（図示せず）に伝達されうる。
【0093】
図１０は、本発明の一実施形態によるイメージセンサを利用したカメラの構成図である。
【0094】
図１０を参照すれば、カメラ２３０は、イメージセンサ２１０と、イメージセンサ２１０の受光センサ部に入射光を誘導する光学系２３１と、シャッタ装置２３２と、イメージセンサ２１０を駆動する駆動回路２３４と、イメージセンサ２１０の出力信号を処理する信号処理回路２３６とを有する。
【0095】
イメージセンサ２１０は、前述のイメージセンサ１００、１００ａのうち少なくとも１つを含む。光学レンズを含む光学系２３１は、被写体からのイメージ光（image light）、すなわち、入射光をイメージセンサ２１０の撮像面上に結像させる。これにより、イメージセンサ２１０内に一定期間信号電荷が蓄積される。
【0096】
当該光学系２３１は、複数の光学レンズで構成された光学レンズ系であってもよい。シャッタ装置２３２は、イメージセンサ２１０への光照射期間及び遮光期間を制御する。駆動回路２３４は、イメージセンサ２１０及びシャッタ装置２３２に駆動信号を供給し、供給した駆動信号またはタイミング信号により、イメージセンサ２１０の信号処理回路２３６への信号出力動作の制御、及びシャッタ装置２３２のシャッタ動作の制御を行う。
【0097】
駆動回路２３４は、駆動信号またはタイミング信号の供給により、イメージセンサ２１０から信号処理回路２３６への信号伝送動作を行う。信号処理回路２３６は、イメージセンサ２１０から伝送された信号に対し、各種信号処理を行う。信号処理が行われた映像（ビデオ）信号は、メモリなどの記憶媒体に記憶されるか、あるいはモニタに出力される。
【0098】
図１１は、本発明の一実施形態によるイメージセンサを含むイメージングシステムのブロック構造図である。
【0099】
図１１を参照すれば、イメージングシステム３１０は、イメージセンサ２１０の出力イメージを処理するシステムである。イメージセンサ２１０は、前述のイメージセンサ１００、１００ａのうち少なくとも１つを含む。イメージングシステム３１０は、コンピュータシステム、カメラシステム、スキャナ、イメージ安全化システムなど、イメージセンサ２１０を装着した全ての種類の電気電子システムでもある。
【0100】
コンピュータシステムのようなプロセッサ基盤のイメージングシステム３１０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が可能なマイクロプロセッサまたは中央処理装置（ＣＰＵ）のようなプロセッサ３２０を含む。バス３０５を介して、ＣＤ ＲＯＭドライブ３５０、ポート３６０及びＲＡＭ（random access memory）３４０は、プロセッサ３２０と互いに連結されてデータを交換し、イメージセンサ２１０のデータに係わる出力イメージを再生することができる。
【0101】
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、あるいは他のシステムとデータを通信することができるポートでもある。イメージセンサ２１０は、ＣＰＵ、デジタル信号処理装置（ＤＳＰ）またはマイクロプロセッサなどのプロセッサと共に集積されてもよく、メモリと共に集積されてもよい。もちろん、場合によって、イメージセンサ２１０は、プロセッサと別々のチップにも集積される。イメージングシステム３１０は、デジタル機器のうちカメラフォン、デジタルカメラなどのシステムブロックダイヤグラムでもある。
【0102】
以上、本発明を、図面に示した実施形態を参照して説明したが、これは、例示的なものに過ぎず、当該技術分野における通常の知識を有する者であれば、それらから多様な変形、置換及び均等な他の実施形態が可能であるという点を理解できるであろう。前述の実施形態は、全ての面において、例示的なものであり、限定的ではないものと理解しなければならない。本発明の真の技術的保護範囲は、特許請求の範囲の技術的思想によって決まらなければならない。
【符号の説明】
【0103】
１００，１００ａ イメージセンサ
１１０ 基板
１１０Ｆ１ 第１面
１１０Ｆ２ 第２面
１２０ 光電変換領域
１３０ 前面構造物
１３４ 配線層
１３６ 絶縁層
１４０ 支持基板
１５０ ピクセル分離構造体
１５２ 導電層
１５４ 絶縁ライナー
１６１ 第３背面反射防止層
１６２ 第１背面反射防止層
１６３ フェンス
１６４ 第２背面反射防止層
１６５ カラーフィルタカバー層
１６６ バリヤー金属層
１６７ パッシベーション層
１７０ カラーフィルタ
１８０ マイクロレンズ
１９１ 第１キャッピング層
１９２ 第２キャッピング層
ＴＧ 伝送ゲート
１１０ 基板
１１０Ｆ１ 第１面
１１０Ｆ２ 第２面
１２０ 光電変換領域
１３０ 前面構造物
１３４ 配線層
１３６ 絶縁層
１４０ 支持基板
１５０ ピクセル分離構造体
１５２ 導電層
１５４ 絶縁ライナー
１６１ 第３背面反射防止層
１６２ 第１背面反射防止層
１６３ フェンス
１６４ 第２背面反射防止層
１６５ カラーフィルタカバー層
１６６ バリヤー金属層
１６７ パッシベーション層
１７０ カラーフィルタ
１８０ マイクロレンズ
１９１ 第１キャッピング層
１９２ 第２キャッピング層
ＴＧ 伝送ゲート
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7A】
【図7B】
【図7C】
【図7D】
【図7E】
【図7F】
【図7G】
【図8A】
【図8B】
【図9】
【図10】
【図11】