特開 2024-84703 イメージセンシング装置およびその製造方法

(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】P2024084703

(43)【公開日】2024-06-25

(54)【発明の名称】イメージセンシング装置およびその製造方法

(51)【国際特許分類】

   H01L 27/146 20060101AFI20240618BHJP

   G02B 5/20 20060101ALI20240618BHJP

【ＦＩ】

H01L27/146 D

G02B5/20 101

【審査請求】未請求

【請求項の数】15

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023198967

(22)【出願日】2023-11-24

(31)【優先権主張番号】10-2022-0173636

(32)【優先日】2022-12-13

(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）】

2H148

4M118

【Ｆターム（参考）】

2H148BB01

2H148BC46

2H148BD02

2H148BD11

2H148BD14

2H148BD21

2H148BE32

2H148BG11

2H148BH28

4M118AA10

4M118AB01

4M118BA09

4M118CA03

4M118CA34

4M118FA06

4M118FA26

4M118FA27

4M118GC09

4M118GC14

4M118GC20

4M118GD04

4M118GD07

(57)【要約】

【課題】ホワイトカラーを含むイメージセンシング装置のカラーフィルタをさらに容易に形成する。
【解決手段】本技術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、半導体基板１１２上にカラーフィルタが形成される領域を定義するグリッド構造物１４０を形成するステップと、グリッド構造物１４０により定義された空間の一部の空間に、第１～第３カラーのそれぞれを有する第１～第３カラーフィルタ１３０Ｒ,１３０Ｇ,１３０Ｂをそれぞれ形成するステップと、グリッド構造物１４０により定義された空間のうち、第１～第３カラーフィルタ１３０Ｒ，１３０Ｇ，１３０Ｂが形成されていない空間を満たし、かつ、第１～第３カラーフィルタ１３０Ｒ，１３０Ｇ，１３０Ｂをカバーするようにオーバーコーティング膜１５２を形成するステップと、オーバーコーティング膜１５２上にマイクロレンズ１５４を形成するステップと、を含むことができる。
【選択図】図３

【特許請求の範囲】

【請求項1】

半導体基板上にカラーフィルタが形成される領域を定義するグリッド構造物を形成するステップと、
前記グリッド構造物により定義された空間の一部の空間に第１カラーを有する第１カラーフィルタ、第２カラーを有する第２カラーフィルタ、および第３カラーを有する第３カラーフィルタを形成するステップと、
前記グリッド構造物により定義された空間のうち、前記第１～第３カラーフィルタが形成されていない空間を満たし、かつ、前記第１～第３カラーフィルタをカバーするようにオーバーコーティング膜を形成するステップと、
前記オーバーコーティング膜上にマイクロレンズを形成するステップと、
を含む、イメージセンシング装置の製造方法。

【請求項2】

前記グリッド構造物を形成するステップは、
金属層と犠牲膜パターンの積層構造物を形成するステップと、
前記積層構造物および前記半導体基板をカバーするキャッピング膜を形成するステップと、
プラズマ工程を行って前記犠牲膜パターンを除去するステップと、を含む、請求項１に記載のイメージセンシング装置の製造方法。

【請求項3】

前記第１～第３カラーフィルタを形成するステップは、
前記キャッピング膜上に前記第１～第３カラーフィルタを順次形成する、請求項２に記載のイメージセンシング装置の製造方法。

【請求項4】

前記第１～第３カラーフィルタを形成するステップは、
グリーンカラーフィルタ、レッドカラーフィルタ、ブルーカラーフィルタの順にカラーフィルタを形成する、請求項１に記載のイメージセンシング装置の製造方法。

【請求項5】

前記第１～第３カラーフィルタを形成するステップは、
同一色のカラーフィルタが２×２の形態に隣接して配列されるようにする、請求項１に記載のイメージセンシング装置の製造方法。

【請求項6】

前記第１～第３カラーフィルタを形成するステップは、
形成されたカラーフィルタに対してデスカム（ｄｅｓｃｕｍ）工程を行うステップをさらに含む、請求項１に記載のイメージセンシング装置の製造方法。

【請求項7】

前記デスカム工程は、
窒素（Ｎ_２）ガスを用いたデスカム工程である、請求項６に記載のイメージセンシング装置の製造方法。

【請求項8】

前記オーバーコーティング膜を形成するステップは、
前記第１～第３カラーフィルタにおける互いに異なる色のカラーフィルターが互いに隣接しないように、前記第１～第３カラーフィルタの間の空間に満たされるように前記オーバーコーティング膜が形成される、請求項１に記載のイメージセンシング装置の製造方法。

【請求項9】

前記オーバーコーティング膜を形成するステップは、
顔料が含まれていないフォトレジスト物質が前記第１～第３カラーフィルタの間の空間に満たされ、かつ、一定高さだけ前記第１～第３カラーフィルタの上部をカバーするように形成される、請求項１に記載のイメージセンシング装置の製造方法。

【請求項10】

半導体基板上に位置し、エア層を含むグリッド構造物と、
前記グリッド構造物により定義された空間の一部の空間に位置し、第１カラーを有する複数の第１カラーフィルタと、
前記グリッド構造物により定義された空間の一部の空間に位置し、第２カラーを有する複数の第２カラーフィルタと、
前記グリッド構造物により定義された空間の一部の空間に位置し、第３カラーを有する複数の第３カラーフィルタと、
前記グリッド構造物により定義された空間のうち、前記第１～第３カラーフィルタが形成されていない空間に位置し、前記第１～第３カラーフィルタをカバーするオーバーコーティング膜と、
前記オーバーコーティング膜上に位置するマイクロレンズと、
を含む、イメージセンシング装置。

【請求項11】

前記グリッド構造物は、
金属層と、
前記金属層上に位置するエア層と、
前記金属層と前記エア層が積層された構造物をカバーするキャッピング膜と、を含む、請求項１０に記載のイメージセンシング装置。

【請求項12】

前記キャッピング膜は、
前記第１～第３カラーフィルタと前記半導体基板との間の領域まで延びて位置する、請求項１１に記載のイメージセンシング装置。

【請求項13】

前記オーバーコーティング膜は、
前記第１～第３カラーフィルタにおける互いに異なる色のカラーフィルターが互いに隣接しないように、前記第１～第３カラーフィルタの間に位置する、請求項１０に記載のイメージセンシング装置。

【請求項14】

前記オーバーコーティング膜は、
前記グリッド構造物により定義された空間において、前記第１～第３カラーフィルタそれぞれと隣接する空間に位置する、請求項１３に記載のイメージセンシング装置。

【請求項15】

前記第１～第３カラーフィルタは、
同一色のカラーフィルタが２×２の形態に隣接して配列される、請求項１０に記載のイメージセンシング装置。

【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およびその製造方法に関する。

【背景技術】

【0002】

イメージセンサ（ｉｍａｇｅ ｓｅｎｓｏｒ）は、光学画像を電気信号に変換させる素子である。近年、コンピュータ産業および通信産業の発達に伴い、デジタルカメラ、ビデオカメラ、ＰＣＳ（Ｐｅｒｓｏｎａｌ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ Ｓｙｓｔｅｍ）、ビデオゲーム機器、セキュリティ用カメラ、医療用マイクロカメラ、ロボットなどの様々な分野における集積度および性能が向上したイメージセンサの需要が増大している。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0003】

本発明の実施形態は、ホワイトカラーを含むイメージセンシング装置のカラーフィルタをさらに容易に形成することができる方法を提供することを目的とする。

【0004】

本発明の技術的課題は、以上で言及した技術的課題に限定されず、言及していない他の技術的課題は、下記の記載から当業者に明らかに理解できるものである。

【課題を解決するための手段】

【0005】

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、半導体基板上にカラーフィルタが形成される領域を定義するグリッド構造物を形成するステップと、前記グリッド構造物により定義された空間の一部の空間に第１カラーを有する第１カラーフィルタ、第２カラーを有する第２カラーフィルタ、および第３カラーを有する第３カラーフィルタを形成するステップと、前記グリッド構造物により定義された空間のうち、前記第１～第３カラーフィルタが形成されていない空間を満たし、かつ、前記第１～第３カラーフィルタをカバーするようにオーバーコーティング膜を形成するステップと、前記オーバーコーティング膜上にマイクロレンズを形成するステップと、を含むことができる。

【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、半導体基板上に位置し、エア層を含むグリッド構造物と、前記グリッド構造物により定義された空間の一部の空間に位置し、第１カラーを有する複数の第１カラーフィルタと、前記グリッド構造物により定義された空間の一部の空間に位置し、第２カラーを有する複数の第２カラーフィルタと、前記グリッド構造物により定義された空間の一部の空間に位置し、第３カラーを有する複数の第３カラーフィルタと、前記グリッド構造物により定義された空間のうち、前記第１～第３カラーフィルタが形成されていない空間に位置し、前記第１～第３カラーフィルタをカバーするオーバーコーティング膜と、前記オーバーコーティング膜上に位置するマイクロレンズと、を含むことができる。

【発明の効果】

【0007】

本発明の実施形態は、ホワイトカラーを含むイメージセンシング装置のカラーフィルタをさらに容易に形成することができる。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【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】図１のピクセルアレイにおけるピクセルが配置された平面構造を例示的に示す図である。

【図3】図２のピクセルアレイにおけるＡ－Ａ’線に沿って切断された断面構造の一実施形態を示す図である。

【図4a】図３におけるカラーフィルタを形成する過程を例示的に示す工程断面図である。

【図4b】図３におけるグリッド構造物を形成する過程を例示的に示す工程断面図である。

【図4c】図３におけるグリッド構造物を形成する過程を例示的に示す工程断面図である。

【図4d】図３におけるグリッド構造物を形成する過程を例示的に示す工程断面図である。

【図4e】図３におけるグリッド構造物を形成する過程を例示的に示す工程断面図である。

【図4f】図３におけるグリッド構造物を形成する過程を例示的に示す工程断面図である。

【図5】図１のピクセルアレイにおけるピクセルが配置された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】

【0009】

以下、本発明の一部の実施形態を例示的な図面により詳細に説明する。各図面の構成要素に参照符号を付するにあたり、同一の構成要素に対しては他の図面上に表示される際にも可能な限り同一の符号を付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、本発明の実施形態を説明するにあたり、関連した公知の構成または機能に関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には、その詳細な説明は省略する。

【0010】

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。
図１を参照すると、イメージセンシング装置は、ピクセルアレイ（ｐｉｘｅｌ ａｒｒａｙ）１００、ロウドライバ（ｒｏｗ ｄｒｉｖｅｒ）２００、相関二重サンプラ（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（ｏｕｔｐｕｔ ｂｕｆｆｅｒ）５００、カラムドライバ（ｃｏｌｕｍｎ ｄｒｉｖｅｒ）６００、およびタイミングコントローラ（ｔｉｍｉｎｇ ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ）７００を含むことができる。

【0011】

ピクセルアレイ１００は、ロウ（ｒｏｗ）方向およびカラム（ｃｏｌｕｍｎ）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、外部から入射した光を光電変換し、入射光に対応する電気信号（ピクセル信号）を生成することができる。各ユニットピクセルは、レッドカラーフィルタ、グリーンカラーフィルタ、ブルーカラーフィルタ、およびホワイトカラーフィルタのいずれか１つを含むことができる。この際、ホワイトカラーフィルタは、全てのカラーの可視光を通過できるフィルタであり、レンズ層のオーバーコーティング膜で形成されることができる。

【0012】

ピクセルアレイ１００は、ロウ選択信号、リセット信号、および転送信号のような駆動信号をロウドライバ２００から提供を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、ロウ選択信号、リセット信号、および転送信号に対応する動作を行うことができる。
ロウドライバ２００は、タイミングコントローラ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。

【0013】

相関二重サンプラ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所望しないオフセット（ｏｆｆｓｅｔ）値を除去することができる。相関二重サンプラ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。

【0014】

アナログ－デジタルコンバータ４００は、相関二重サンプラ３００から受信するＣＤＳ信号をデジタル信号に変換することができる。
出力バッファ５００は、アナログ－デジタルコンバータ4００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７００の制御に応じて一時的に格納することができる。

【0015】

カラムドライバ６００は、タイミングコントローラ７００の制御に応じて出力バッファ５００のカラムを選択し、選択された出力バッファ５００のカラムに一時的に格納されたデータを順次出力することができる。

【0016】

タイミングコントローラ７００は、ロウドライバ２００、アナログ－デジタルコンバータ４００、出力バッファ５００、およびカラムドライバ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。

【0017】

図２は、図１のピクセルアレイにおけるピクセルが配置された構造を例示的に示す図である。
図２を参照すると、ピクセルアレイ１００は、複数のサブピクセルブロック（ＰＢ＿ＲＷ、ＰＢ＿ＧＷｒ、ＰＢ＿ＧＷｂ、ＰＢ＿ＢＷ）を含むことができる。サブピクセルブロック（ＰＢ＿ＲＷ、ＰＢ＿ＧＷｒ、ＰＢ＿ＧＷｂ、ＰＢ＿ＢＷ）は、２×２の形態に隣接して配列され、２×２の形態に配列されたサブピクセルブロック（ＰＢ＿ＲＷ、ＰＢ＿ＧＷｒ、ＰＢ＿ＧＷｂ、ＰＢ＿ＢＷ）は、Ｘ方向およびＹ方向に連続的に配列されることができる。

【0018】

サブピクセルブロック（ＰＢ＿ＲＷ、ＰＢ＿ＧＷｒ、ＰＢ＿ＧＷｂ、ＰＢ＿ＢＷ）それぞれは、複数の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た構造を含むことができる。各ユニットピクセルは、入射した光を変換し、入射光に対応する電気信号（ピクセル信号）を生成することができる。

【0019】

本実施形態において、各サブピクセルブロック（ＰＢ＿ＲＷ、ＰＢ＿ＧＷｒ、ＰＢ＿ＧＷｂ、ＰＢ＿ＢＷ）は、４つのユニットピクセルが２×２の形態に隣接して配列される構造を有することができる。この際、各サブピクセルブロック（ＰＢ＿ＲＷ、ＰＢ＿ＧＷｒ、ＰＢ＿ＧＷｂ、ＰＢ＿ＢＷ）は、互いに異なる２種類のカラーフィルタを含むことができる。

【0020】

例えば、サブピクセルブロック（ＰＢ＿ＲＷ）は、第１対角線方向に隣接して配置され、レッド（ｒｅｄ）カラーフィルタを含む２つのレッドカラーピクセル、および第１対角線方向と交差する第２対角線方向に隣接して配置され、オーバーコーティング膜（ＯＣＬ：ｏｖｅｒ ｃｏａｔｉｎｇ ｆｉｌｍ）を含む２つのホワイトカラーピクセルを含むことができる。サブピクセルブロック（ＰＢ＿ＧＷｒ、ＰＢ＿ＧＷｂ）それぞれは、第１対角線方向に隣接して配置され、グリーン（ｇｒｅｅｎ）カラーフィルタを含む２つのグリーンカラーピクセル、および第２対角線方向に隣接して配置され、オーバーコーティング膜を含む２つのホワイトカラーピクセルを含むことができる。サブピクセルブロック（ＰＢ＿ＢＷ）は、第１対角線方向に隣接して配置され、ブルー（ｂｌｕｅ）カラーフィルタを含む２つのブルーカラーピクセル、および第２対角線方向に隣接して配置され、オーバーコーティング膜を含む２つのホワイトカラーピクセルを含むことができる。本実施形態において、ホワイトカラーピクセルは、グリッド構造物１４０により定義された空間にレンズ層の一部として用いられるオーバーコーティング膜が形成されたピクセルを示すことができる。すなわち、本実施形態では、ホワイトカラーフィルタが形成される位置にオーバーコーティング膜１５２が形成されることで、オーバーコーティング膜１５２がホワイトカラーフィルタの役割を行うことができる。

【0021】

各サブピクセルブロック（ＰＢ＿ＲＷ、ＰＢ＿ＧＷｒ、ＰＢ＿ＧＷｂ、ＰＢ＿ＢＷ）に含まれるレッドカラーフィルタ、グリーンカラーフィルタ、およびブルーカラーフィルタを基準とするとき、サブピクセルブロック（ＰＢ＿ＲＷ、ＰＢ＿ＧＷｒ、ＰＢ＿ＧＷｂ、ＰＢ＿ＢＷ）は、ベイヤーパターンで配列されることができる。また、ピクセルアレイ１００を全体的に見るとき、レッドカラーフィルタ、グリーンカラーフィルタ、およびブルーカラーフィルタが互いに隣接しないように、レッドカラーフィルタ、グリーンカラーフィルタ、およびブルーカラーフィルタの間にオーバーコーティング膜が位置することができる。

【0022】

カラーフィルタとオーバーコーティング膜との間には、グリッド構造物１４０が位置することができる。例えば、グリッド構造物１４０により定義された空間には、カラーフィルタとオーバーコーティング膜が交互に形成されることができる。グリッド構造物１４０は、エア層（ａｉｒ ｌａｙｅｒ）を含むことができる。例えば、グリッド構造物１４０は、金属層とエア層が積層されたハイブリッド構造を含むことができる。

【0023】

図３は、図２のピクセルアレイにおけるＡ－Ａ’線に沿って切断された断面構造の一実施形態を示す図である。
図３を参照すると、ピクセルアレイ１００は、基板層１１０、反射防止層１２０、カラーフィルタ（１３０Ｒ、１３０Ｇ、１３０Ｂ）、グリッド構造物１４０、およびレンズ層１５０を含むことができる。

【0024】

基板層１１０は、基板１１２、光電変換領域１１４、および素子分離構造物１１６を含むことができる。基板層１１０は、第１面、および第１面の反対側に位置する第２面を含むことができる。この際、第１面は、外部から光が入射する面を示すことができる。

【0025】

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。

【0026】

光電変換領域１１４は、各ユニットピクセルに対応するように半導体基板１１２の内部に形成されることができる。光電変換領域１１４は、カラーフィルタ層１３０によりフィルタリングされて入射した可視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。

【0027】

素子分離構造物１１６は、基板１１２内で隣接するユニットピクセルの光電変換領域１１４間に形成され、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。または、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）が注入された接合分離（Ｊｕｎｃｔｉｏｎ ｉｓｏｌａｔｉｏｎ）構造を含むことができる。

【0028】

反射防止層１２０は、基板層１１０の第１面上に位置することができ、基板層１１０の第１面に入射する光が光電変換領域１１４に円滑に到達できるように光の反射を防止することができる。例えば、反射防止層１２０は、カラーフィルタ（１３０Ｒ、１３０Ｇ、１３０Ｂ）およびオーバーコーティング膜１５２と基板層１１０との屈折率差を補償し、カラーフィルタ（１３０Ｒ、１３０Ｇ、１３０Ｂ）およびオーバーコーティング膜１５２を通過する光が基板層１１０の内部に効果的に入射するようにすることができる。反射防止層１２０は、基板層１１０に形成された所定の構造物による段差を除去するための平坦化層の役割を行うこともできる。反射防止層１２０は、グリッド構造物１４０のキャッピング膜１４６と同一の物質膜で形成されることができる。例えば、反射防止層１２０は、キャッピング膜１４６がカラーフィルタ（１３０Ｒ、１３０Ｇ、１３０Ｂ）と基板層１１０との間、およびオーバーコーティング膜１５２と基板層１１０との間の領域まで延びて形成されたものであってもよい。反射防止層１２０は、シリコン酸化膜（ＳｉＯ_２）のような低温酸化（ＵＬＴＯ；ｕｌｔｒａ ｌｏｗ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｏｘｉｄｅ）膜を含むことができる。

【0029】

カラーフィルタ（１３０Ｒ、１３０Ｇ、１３０Ｂ）は、反射防止層１２０上でグリッド構造物１４０により定義された空間の一部の空間に位置することができる。カラーフィルタ（１３０Ｒ、１３０Ｇ、１３０Ｂ）は、レンズ層１５０を介して入射した光から可視光をフィルタリングし、対応する光電変換領域１１４に伝達することができる。例えば、レッドカラーフィルタ１３０Ｒは、レッドカラーの可視光を通過させ、グリーンカラーフィルタ１３０Ｇは、グリーンカラーの可視光を通過させ、ブルーカラーフィルタ１３０Ｂは、ブルーカラーの可視光を通過させることができる。

【0030】

反射防止層１２０上でグリッド構造物１４０により定義された空間のうち、カラーフィルタ（１３０Ｒ、１３０Ｇ、１３０Ｂ）間の空間には、オーバーコーティング膜１５２が形成されることができる。すなわち、本実施形態では、オーバーコーティング膜１５２がホワイトカラーフィルタの役割を行うことができる。

【0031】

グリッド構造物１４０は、基板層１１０の第１面上でカラーフィルタ（１３０Ｒ、１３０Ｇ、１３０Ｂ）とオーバーコーティング膜１５２との間に位置し、カラーフィルタ（１３０Ｒ、１３０Ｇ、１３０Ｂ）とオーバーコーティング膜１５２との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１４０は、素子分離構造物１１６と垂直方向に重なるように位置することができる。

【0032】

グリッド構造物１４０は、金属層１４２、エア層１４４、およびキャッピング膜１４６を含むことができる。金属層１４２は、タングステンを含むことができる。エア層１４４は、金属層１４２と重なるように金属層１４２に位置することができる。キャッピング膜１４６は、グリッド構造物１４０の最外郭に形成される物質膜であり、金属層１４２とエア層１４４の積層構造をカバーするように形成されることができる。キャッピング膜１４６は、シリコン酸化膜（ＳｉＯ_２）のような低温酸化（ＵＬＴＯ）膜を含むことができる。

【0033】

レンズ層１５０は、オーバーコーティング膜１５２およびマイクロレンズ１５４を含むことができる。オーバーコーティング膜１５２は、カラーフィルタ（１３０Ｒ、１３０Ｇ、１３０Ｂ）をカバーするように形成されることができる。また、オーバーコーティング膜１５２は、カラーフィルタ（１３０Ｒ、１３０Ｇ、１３０Ｂ）が形成されていない領域でグリッド構造物１４０と反射防止層１２０をカバーするように形成されることができる。オーバーコーティング膜１５２は、カラーフィルタ（１３０Ｒ、１３０Ｇ、１３０Ｂ）により発生し得る段差を補償するための平坦化層の役割を行うことができる。オーバーコーティング膜１５２は、顔料が含まれていないフォトレジスト物質を含むことができる。または、オーバーコーティング膜１５２は、熱硬化性樹脂を含むことができる。オーバーコーティング膜１５２は、グリッド構造物１４０により定義された空間のうち、カラーフィルタ（１３０Ｒ、１３０Ｇ、１３０Ｂ）が形成されていない空間、例えば、カラーフィルタ（１３０Ｒ、１３０Ｇ、１３０Ｂ）間の空間を満たすことで、ホワイトカラーフィルタの役割を行うことができる。

【0034】

マイクロレンズ１５４は、オーバーコーティング膜１５２上に位置することができる。マイクロレンズ１５４それぞれは、凸レンズの形態に形成され、ユニットピクセル毎に形成されることができる。マイクロレンズ１５４は、入射光を対応する光電変換領域１１４に集光させることができる。マイクロレンズ１５４は、オーバーコーティング膜１５２のような光透過性フォトレジスト物質から形成されることができる。

【0035】

図４ａ～図４ｆは、図３におけるカラーフィルタを形成する過程を例示的に示す工程断面図である。
先ず、図４ａを参照すると、光電変換領域および素子分離構造物を含む基板層１１０上でグリッド構造物１４０が形成される領域に、金属層１４２と犠牲膜パターン１４４’が積層されるように形成され、その積層された構造物および基板層１１０をカバーする絶縁膜１４６、１２０が形成されることができる。

【0036】

この際、金属層１４２は、タングステンを含むことができ、犠牲膜パターン１４４’は、炭素が含まれたＳＯＣ（ｓｐｉｎ－ｏｎ ｃａｒｂｏｎ）膜を含むことができる。そして、絶縁膜１４６、１２０は、シリコン酸化膜のような低温酸化（ＵＬＴＯ）膜を含むことができる。酸化膜１４６、１２０において、金属層１４２と犠牲膜パターン１４４’をカバーする領域がキャッピング膜１４６となり、基板層１１０をカバーする領域が反射防止層１２０となることができる。すなわち、反射防止層１２０とキャッピング膜１４６は、同一の物質から形成され、同一の工程により形成されることができる。

【0037】

次に、図４ｂを参照すると、図４ａの積層構造物に対して、Ｏ_２、Ｎ_２、Ｈ_２、ＣＯ、ＣＯ_２、ＣＨ_２など、酸素、窒素、水素のうち少なくとも１つが含まれたガスを用いたプラズマ工程が行われ、犠牲膜パターン１４４’が除去され、その位置にエア層１４４が形成されることができる。

【0038】

例えば、Ｏ_２プラズマ工程が行われると、酸素基（Ｏｘｙｇｅｎ Ｒａｄｉｃａｌ）（Ｏ＊）がキャッピング膜１４６を介して犠牲膜パターンに流入し、流入した酸素基は、犠牲膜パターン１４４’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１４６を介して外側に出る。このような過程により犠牲膜パターン１４４’が除去され、その除去された位置にエア層１４４が形成されることで、グリッド構造物１４０が形成されることができる。

【0039】

次に、図４ｃを参照すると、グリッド構造物１４０により定義された空間の一部の空間にグリーンカラーフィルタ１３０Ｇが形成されることができる。例えば、反射防止層１２０およびグリッド構造物１４０を覆うように第１カラーフィルタ物質層が形成された後、第１カラーフィルタ物質層がパターニングされることで、グリーンカラーフィルタ１３０Ｇが形成されることができる。

【0040】

このようなグリーンカラーフィルタ１３０Ｇは、図２のサブピクセルブロック（ＰＢ＿ＧＷｒ、ＰＢ＿ＧＷｂ）内でグリーンカラーフィルタが形成される位置に形成されることができる。第１カラーフィルタ物質層は、緑色顔料（ｐｉｇｍｅｎｔ）が含まれたフォトレジスト物質を含むことができ、フォトリソグラフィ工程によりパターニングされることができる。

【0041】

次に、グリーンカラーフィルタ１３０Ｇに対する表面処理のためのデスカム（ｄｅｓｃｕｍ）工程が行われることができる。デスカム工程は、窒素（Ｎ_２）ガスを用いたＮ_２デスカム工程であってもよい。

【0042】

次に、図４ｄを参照すると、グリッド構造物１４０により定義された空間の一部の空間にレッドカラーフィルタ１３０Ｒが形成されることができる。例えば、反射防止層１２０、グリーンカラーフィルタ１３０Ｇ、およびグリッド構造物１４０を覆うように第２カラーフィルタ物質層が形成された後、第２カラーフィルタ物質層がパターニングされることで、レッドカラーフィルタ１３０Ｒが形成されることができる。

【0043】

このようなレッドカラーフィルタ１３０Ｒは、図２のサブピクセルブロック（ＰＢ＿ＲＷ）内でレッドカラーフィルタが形成される位置に形成されることができる。第２カラーフィルタ物質層は、赤色顔料が含まれたフォトレジスト物質を含むことができ、フォトリソグラフィ工程によりパターニングされることができる。

【0044】

次に、レッドカラーフィルタ１３０Ｒに対する表面処理のためのデスカム工程が行われることができる。デスカム工程は、窒素（Ｎ_２）ガスを用いたＮ_２デスカム工程であってもよい。

【0045】

次に、図４ｅを参照すると、グリッド構造物１４０により定義された空間の一部の空間にブルーカラーフィルタ１３０Ｂが形成されることができる。例えば、反射防止層１２０、グリーンカラーフィルタ１３０Ｇ、レッドカラーフィルタ１３０Ｒ、およびグリッド構造物１４０を覆うように第３カラーフィルタ物質層が形成された後、第３カラーフィルタ物質層がパターニングされることで、ブルーカラーフィルタ１３０Ｂが形成されることができる。

【0046】

このようなブルーカラーフィルタ１３０Ｂは、図２のサブピクセルブロック（ＰＢ＿ＢＷ）内でブルーカラーフィルタが形成される位置に形成されることができる。第３カラーフィルタ物質層は、青色顔料が含まれたフォトレジスト物質を含むことができ、フォトリソグラフィ工程によりパターニングされることができる。

【0047】

次に、ブルーカラーフィルタ１３０Ｂに対する表面処理のためのデスカム工程が行われることができる。デスカム工程は、窒素（Ｎ_２）ガスを用いたＮ_２デスカム工程であってもよい。

【0048】

次に、図４ｆを参照すると、グリッド構造物１４０により定義された空間のうち、カラーフィルタ（１３０Ｇ、１３０Ｒ、１３０Ｂ）間の空間を全て満たし、かつ、カラーフィルタ（１３０Ｇ、１３０Ｒ、１３０Ｂ）の上部を覆うようにオーバーコーティング膜１５２が形成されることができる。例えば、顔料が含まれていないフォトレジスト物質がグリッド構造物１４０により定義された空間のうち、カラーフィルタ（１３０Ｇ、１３０Ｒ、１３０Ｂ）が形成されていない空間に全て満たされ、かつ、一定高さだけカラーフィルタ（１３０Ｇ、１３０Ｒ、１３０Ｂ）をカバーするように形成されることができる。オーバーコーティング膜１５２の上部面は平坦化されることができる。

【0049】

次に、オーバーコーティング膜１５２上にマイクロレンズ１５４が形成されることができる。例えば、各ユニットピクセルに対応するようにオーバーコーティング膜１５２上にフォトレジストパターンを形成した後、フォトレジストパターンをリフロー（ｒｅｆｌｏｗ）させることで、上方に凸状のマイクロレンズ１５４が形成されることができる。

【0050】

図５は、図１のピクセルアレイにおけるピクセルが配置された他の構造を例示的に示す図である。
図５を参照すると、ピクセルアレイ１００は、複数のサブピクセルブロック（ＰＢ＿ＲＷ’、ＰＢ＿ＧＷｒ’、ＰＢ＿ＧＷｂ’、ＰＢ＿ＢＷ’）を含むことができる。

【0051】

サブピクセルブロック（ＰＢ＿ＲＷ’、ＰＢ＿ＧＷｒ’、ＰＢ＿ＧＷｂ’、ＰＢ＿ＢＷ’）は、上述した図２のサブピクセルブロック（ＰＢ＿ＲＷ、ＰＢ＿ＧＷｒ、ＰＢ＿ＧＷｂ、ＰＢ＿ＢＷ）と同様に、互いに異なる２種類のカラーフィルタが互いに交差する対角線方向に配置されることができる。ただし、サブピクセルブロック（ＰＢ＿ＲＷ’、ＰＢ＿ＧＷｒ’、ＰＢ＿ＧＷｂ’、ＰＢ＿ＢＷ’）は、図２のサブピクセルブロック（ＰＢ＿ＲＷ、ＰＢ＿ＧＷｒ、ＰＢ＿ＧＷｂ、ＰＢ＿ＢＷ）とは異なり、同一色のカラーフィルタが２×２の形態に隣接して配列されるクアッド（ｑｕａｄ）構造に形成されることができる。
このようなクアッド構造のカラーフィルタも、上述した図４ａ～図４ｅの方法を用いて形成されることができる。

【0052】

上述した実施形態では例示的にカラーフィルタが図２または図５のように配列される構造についてのみ説明したが、ホワイトカラーフィルタを含む他の配列構造に対してもカラーフィルタの形成時に上述した図４ａ～図４ｅの方法が使用可能であることは明らかである。

【0053】

以上の説明は本発明の技術思想を例示的に説明したものにすぎず、本発明が属する技術分野における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逸脱しない範囲内で様々な修正および変形が可能である。

【0054】

したがって、本発明に開示された実施形態は、本発明の技術思想を限定するためのものではなく説明するためのものであって、このような実施形態により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、後述する特許請求の範囲により解釈されなければならず、それと同等な範囲内の全ての技術思想は、本発明の権利範囲に含まれるものと解釈されるべきである。

【符号の説明】

【0055】

１５４：マイクロレンズ
２００：ロウドライバ
３００：相関二重サンプラ
４００：アナログ－デジタルコンバータ
５００：出力バッファ
６００：カラムドライバ
７００：タイミングコントローラ

【図1】

【図2】

【図3】

【図4a】

【図4b】

【図4c】

【図4d】

【図4e】

【図4f】

【図5】