特許 7583843 イメージセンサ

(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】

(24)【登録日】2024-11-06

(45)【発行日】2024-11-14

(54)【発明の名称】イメージセンサ

(51)【国際特許分類】

   H01L 27/146 20060101AFI20241107BHJP

【ＦＩ】

H01L27/146 D

H01L27/146 A

【請求項の数】 13

(21)【出願番号】P 2023005200

(22)【出願日】2023-01-17

(65)【公開番号】P2024049281

(43)【公開日】2024-04-09

【審査請求日】2023-01-17

(31)【優先権主張番号】17/955,208

(32)【優先日】2022-09-28

(33)【優先権主張国・地域又は機関】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

【住所又は居所原語表記】Ｎｏ．１２，Ｄｕｓｉｎｇ Ｒｄ．１， Ｈｓｉｎｃｈｕ Ｓｃｉｅｎｃｅ Ｐａｒｋ，Ｈｓｉｎ－Ｃｈｕ Ｃｉｔｙ，Ｔａｉｗａｎ

(74)【代理人】

【識別番号】100206335

【弁理士】

【氏名又は名称】太田 和宏

(72)【発明者】

【氏名】李 京樺

(72)【発明者】

【氏名】王 俊元

(72)【発明者】

【氏名】塗 宗儒

(72)【発明者】

【氏名】王 柏翔

【審査官】渡邊 佑紀

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１１－２３８６３６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００６－２６１２４８（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２００６／０２７８９０６（ＵＳ，Ａ１）

【文献】特開２０１８－２０１０１５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１５－０３２６１０（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２０１７／１１０５１５（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開２００５－０５７０２４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０２２－１１７９１８（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２０２１／０１９３７２０（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０１Ｌ ２７／１４６

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

第一のフォトダイオード及び第二のフォトダイオードを備える光電変換層と、
光電変換層に配置された複数のディープトレンチアイソレーションであって、ここで、前記複数のディープトレンチアイソレーションは、前記第一のフォトダイオードと前記第二のフォトダイオードを分離し、画素寸法が隣接する２つのディープトレンチアイソレーションの中心線間の距離によって決定される、複数のディープトレンチアイソレーションと、
前記第一のフォトダイオード及び前記第二のフォトダイオードの上に配置された第一のカラーフィルタと、
前記第一のカラーフィルタの上に配置された第一の偏向器と、
前記第一の偏向器を覆って取り囲む被覆層と、
を備える、イメージセンサであって、
前記被覆層の屈折率は、前記第一の偏向器の屈折率よりも大きく、前記被覆層の屈折率と前記第一の偏向器の屈折率との差分値は、０．１５～０．６の範囲にある、イメージセンサ。

【請求項2】

前記第一の偏向器の底部幅に対する前記第一の偏向器の頂部幅の比が１／４～１の範囲にあり、
前記画素寸法に対する前記第一の偏向器の前記底部幅又は底部長の比が１～１．８の範囲にあり、前記第一の偏向器の前記底部幅が前記第一の偏向器の前記底部長と同じであり、
前記第一のカラーフィルタの側壁と前記第一の偏向器の底部の側壁との間のギャップが、０．１～０．５画素寸法の範囲にある、請求項１に記載のイメージセンサ。

【請求項3】

前記光電変換層内の第三のフォトダイオード及び第四のフォトダイオードであって、複数のディープトレンチアイソレーションが前記第三のフォトダイオード及び前記第四のフォトダイオードを分離する、第三のフォトダイオード及び第四のフォトダイオードと、
前記第三のフォトダイオード及び前記第四のフォトダイオードの上に配置された第二のカラーフィルタと、
前記第二のカラーフィルタの上に配置された第二の偏向器と、
をさらに備え、
前記第二の偏向器は、前記第一の偏向器から間隔をあけて配置され、前記第一の偏向器及び前記第二の偏向器の両方は、第一の方向に沿って延び、前記第一の方向に対して垂直な第二の方向に配置され、
前記被覆層は、前記第二の偏向器を覆って取り囲む、請求項１に記載のイメージセンサ。

【請求項4】

前記画素寸法に対する前記第一の偏向器の底部幅又は底部長の比が１～１．８の範囲であり、前記画素寸法に対する前記第二の偏向器の底部幅又は底部長の比が１～１．８であり、
前記第一の偏向器の前記底部幅と前記底部長との差分値が、０．１～０．５画素寸法の範囲にある、ことを特徴とする請求項３に記載のイメージセンサ。

【請求項5】

前記第一のカラーフィルタの側壁と前記第一の偏向器の底部の側壁との間の第一のギャップは、前記第二のカラーフィルタの側壁と前記第二の偏向器の底部の側壁との間の第二のギャップと同じであり、前記第一のギャップは、０．４画素寸法未満の範囲にあり、
前記第一の偏向器の第一の高さは１５０ｎｍ～８００ｎｍの範囲にあり、前記第二の偏向器の第二の高さは１５０ｎｍ～８００ｎｍの範囲にあり、前記第一の高さは前記第二の高さと異なる、請求項３に記載のイメージセンサ。

【請求項6】

前記光電変換層内の第五のフォトダイオード及び第六のフォトダイオードであって、前記複数のディープトレンチアイソレーションが前記第五のフォトダイオード及び第六のフォトダイオードを分離する、第五のフォトダイオード及び第六のフォトダイオードと、
前記第五のフォトダイオード及び前記第六のフォトダイオードの上に配置された第三のカラーフィルタと、
前記第三のカラーフィルタの上に配置された第三の偏向器と、
をさらに備え、
前記第三の偏向器は、前記第一の偏向器及び前記第二の偏向器から間隔を空けて配置され、前記第三の偏向器は、前記第一の方向に沿って延び、前記第二の方向に配置され、
前記被覆層は、前記第三の偏向器を覆って取り囲む、請求項３に記載のイメージセンサ。

【請求項7】

前記第一の偏向器の底部幅は、前記第二の偏向器の底部幅と同じであり、前記第一の偏向器の底部長は、前記第三の偏向器の底部長と同じであり、
前記第一の偏向器の底部幅は、前記第三の偏向器の底部幅と同じであり、前記第一の偏向器の底部長は、前記第二の偏向器の底部長と同じである、請求項６に記載のイメージセンサ。

【請求項8】

第五のフォトダイオード及び第六のフォトダイオードであって、前記複数のディープトレンチアイソレーションが前記第五のフォトダイオードと前記第六のフォトダイオードとを分離する、第五のフォトダイオード及び第六のフォトダイオードと、
前記第五のフォトダイオード及び前記第六のフォトダイオードの上に配置された第三のカラーフィルタと、
をさらに備え、
前記第一の偏向器及び前記第二の偏向器は、前記第三のカラーフィルタの上に配置されていない、請求項３に記載のイメージセンサ。

【請求項9】

前記第一の偏向器の底部幅は、前記第一の偏向器の底部長と同じであり、
前記第一の偏向器は、前記第一のカラーフィルタと前記第二のカラーフィルタの接合部の上方に配置される、請求項３に記載のイメージセンサ。

【請求項10】

前記第一のカラーフィルタの下方のディープトレンチアイソレーションの対称軸が前記第一の偏向器の対称軸と位置ずれしており、前記第二のカラーフィルタの下方のディープトレンチアイソレーションの対称軸が前記第二の偏向器の対称軸と位置ずれしており、
前記第一の偏向器の前記対称軸のオフセットと前記第二の偏向器の前記対称軸のオフセットとの差分値が、０～０．５画素寸法の範囲にある、請求項３に記載のイメージセンサ。

【請求項11】

前記被覆層の上に配置されたレンズ層と、
前記第一のカラーフィルタと前記第一の偏向器との間に配置されたバッファ層と、
をさらに備え、
前記第一の偏向器の屈折率は、前記バッファ層の屈折率よりも大きく、前記バッファ層の前記屈折率は、前記第一のカラーフィルタの屈折率よりも大きい、請求項１に記載のイメージセンサ。

【請求項12】

前記第一の偏向器は、前記被覆層の底面から前記第一のカラーフィルタの頂面まで連続的に延び、前記第一のカラーフィルタを覆って取り囲む、請求項１に記載のイメージセンサ。

【請求項13】

前記第一の偏向器の上方に配置された第一のレンズをさらに備え、前記第一のカラーフィルタの下方のディープトレンチアイソレーションの対称軸、前記第一の偏向器の対称軸、及び前記被覆層の対称軸が互いに位置ずれしている、イメージセンサであって、
前記第一の偏向器の前記対称軸のオフセットが、前記第一のレンズの前記対称軸のオフセットよりも小さく、
前記第一の偏向器の前記対称軸の前記オフセットと前記第一のレンズの前記対称軸の前記オフセットとの差分値が、０．１～０．８画素寸法の範囲にある、請求項１に記載のイメージセンサ。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、イメージセンサに関する。より具体的には、本開示は、イメージセンサにおける偏向器に関する。

【背景技術】

【0002】

相補型金属酸化膜半導体（ＣＭＯＳ）イメージセンサ（ＣＩＳとも呼ばれる）の分野では、イメージセンサにレンズ層、カラーフィルタ層、及び複数のフォトダイオードが存在する場合がある。レンズ層は外部光を受け取るように配置され、フォトダイオードは光を検出するように配置され、その中でフォトダイオードは複数のディープトレンチアイソレーション（ＤＴＩ）によって分離され得る。しかしながら、ＤＴＩが存在することにより、レンズ層がカラーフィルタ層及び／又はフォトダイオードと位置ずれした場合に、外部光のエネルギー分布のバランスが崩れることがある。したがって、光点シフトの問題を解決する必要がある。

【発明の概要】

【0003】

本開示の一態様は、イメージセンサを提供することである。イメージセンサは、光電変換層と、複数のディープトレンチアイソレーションと、第一のカラーフィルタと、第一の偏向器と、被覆層と、を含む。光電変換層は、第一のフォトダイオードと、第二のフォトダイオードと、を含む。ディープトレンチアイソレーションは、第一のフォトダイオードと第二のフォトダイオードとを分離し、画素寸法は、２つの隣接するディープトレンチアイソレーション間の距離によって決定される。第一のカラーフィルタは、第一のフォトダイオード及び第二のフォトダイオードの上に配置される。第一の偏向器は、第一のカラーフィルタの上に配置される。被覆層は、第一の偏向器を覆って取り囲む。被覆層の屈折率は、第一の偏向器の屈折率よりも大きく、被覆層の屈折率と第一の偏向器の屈折率との間の差分値は、０．１５～０．６の範囲にある。

【0004】

いくつかの実施形態では、第一の偏向器の頂部幅と第一の偏向器の底部幅の比は、１／４～１の範囲にある。画素寸法に対する第一の偏向器の底部幅又は底部長の比は、１～１．８の範囲にあり、第一の偏向器の底部幅は、第一の偏向器の底部長と同じである。第一のカラーフィルタの側壁と第一の偏向器の底部の側壁との間のギャップは、０．１～０．５画素寸法の範囲にある。

【0005】

いくつかの実施形態では、イメージセンサは、第三のフォトダイオードと、第四のフォトダイオードと、第二のカラーフィルタと、第二の偏向器と、をさらに含む。第三のフォトダイオード及び第四のフォトダイオードは光電変換層の中にあり、その中でディープトレンチアイソレーションは第三のフォトダイオードと第四のフォトダイオードとを分離する。第二のカラーフィルタは、第三のフォトダイオード及び第四のフォトダイオードの上に配置される。第二の偏向器は、第二のカラーフィルタの上に配置される。第二の偏向器は、第一の偏向器から間隔を空けて配置され、第一の偏向器及び第二の偏向器の両方は、第一の方向に沿って延び、第一の方向と垂直な第二の方向に配置される。被覆層は、第二の偏向器を覆って取り囲む。

【0006】

いくつかの実施形態では、画素寸法に対する第一の偏向器の底部幅又は底部長の比は、１～１．８の範囲にあり、画素寸法に対する第二の偏向器の底部幅又は底部長の比は、１～１．８の範囲にある。第一の偏向器の底部幅と底部長との間の差分値は、０．１～０．５画素寸法の範囲にある。

【0007】

いくつかの実施形態では、第一のカラーフィルタの側壁と第一の偏向器の底部の側壁との間の第一のギャップは、第二のカラーフィルタの側壁と第二の偏向器の底部の側壁との間の第二のギャップと同じであり、第一のギャップは、０．４画素寸法未満の範囲にある。第一の偏向器の第一の高さは１５０ｎｍ～８００ｎｍの範囲にあり、第二の偏向器の第二の高さは１５０ｎｍ～８００ｎｍの範囲にあり、第一の高さは第二の高さと異なる。

【0008】

いくつかの実施形態では、イメージセンサは、第五のフォトダイオードと、第六のフォトダイオードと、第三のカラーフィルタと、第三の偏向器と、をさらに含む。第五のフォトダイオード及び第六のフォトダイオードは、光電変換層の中にあり、ディープトレンチアイソレーションが第五のフォトダイオードと第六のフォトダイオードとを分離する。第三のカラーフィルタは、第五のフォトダイオード及び第六のフォトダイオードの上に配置される。第三の偏向器は、第三のカラーフィルタの上に配置される。第三の偏向器は、第一の偏向器及び第二の偏向器から間隔を空けて配置され、第三の偏向器は、第一の方向に沿って延び、第二の方向に配置される。被覆層は、第三の偏向器を覆って取り囲む。

【0009】

いくつかの実施形態では、第一の偏向器の底部幅は、第二の偏向器の底部幅と同じであり、第一の偏向器の底部長は、第三の偏向器の底部長と同じである。第一の偏向器の底部幅は、第三の偏向器の底部幅と同じであり、第一の偏向器の底部長は、第二の偏向器の底部長と同じである。

【0010】

いくつかの実施形態では、イメージセンサは、第五のフォトダイオードと、第六のフォトダイオードと、第三のカラーフィルタと、をさらに含む。ディープトレンチアイソレーションは、第五のフォトダイオードと第六のフォトダイオードとを分離する。第三のカラーフィルタは、第五のフォトダイオード及び第六のフォトダイオードの上に配置される。第一の偏向器及び第二の偏向器は、第三のカラーフィルタの上に配置されない。

【0011】

いくつかの実施形態では、第一の偏向器の底部幅は、第一の偏向器の底部長と同じである。第一の偏向器は、第一のカラーフィルタと第二のカラーフィルタとの接合部の上方に配置される。

【0012】

いくつかの実施形態では、第一のカラーフィルタの下方のディープトレンチアイソレーションの対称軸は、第一のデフレクタの対称軸と位置ずれしている。第二のカラーフィルタの下方のディープトレンチアイソレーションの対称軸は、第二の偏向器の対称軸と位置ずれしている。第一の偏向器の対称軸のオフセットと第二の偏向器の対称軸のオフセットとの間の差分値は、０～０．５画素寸法の範囲にある。

【0013】

いくつかの実施形態では、イメージセンサは、レンズ層と、バッファ層と、をさらに含む。レンズ層は、被覆層上に配置される。バッファ層は、第一のカラーフィルタと第一の偏向器との間に配置される。第一の偏向器の屈折率は、バッファ層の屈折率より大きく、バッファ層の屈折率は、第一のカラーフィルタの屈折率より大きい。

【0014】

いくつかの実施形態では、第一の偏向器は、被覆層の底面から第一のカラーフィルタの頂面まで連続的に延びて、第一のカラーフィルタを覆って取り囲む。

【0015】

いくつかの実施形態では、イメージセンサは、第一の偏向器の上方に配置された第一のレンズをさらに含む。第一のカラーフィルタの下方のディープトレンチアイソレーションの対称軸、第一の偏向器の対称軸、及び被覆層の対称軸は、互いに位置ずれしている。第一の偏向器の対称軸のオフセットは、第一のレンズの対称軸のオフセットより小さい。第一の偏向器の対称軸のオフセットと第一のレンズの対称軸のオフセットとの差分値は、０．１～０．８画素寸法の範囲にある。

【図面の簡単な説明】

【0016】

本開示の態様は、添付の図と共に読むと、以下の詳細な説明から最もよく理解される。当業界の標準的な慣行に従って、様々な特徴は縮尺通りに描かれていないことに留意されたい。実際、様々な特徴の寸法は、議論を明確にするために、任意に拡大又は縮小されることがある。

【0017】

【図1】本開示の比較実施形態のイメージセンサの断面図である。

【図2】図１の部分上面図である。

【図3】本開示のいくつかの実施形態によるイメージセンサの断面図である。

【図4】本開示の異なる実施形態による図３のイメージセンサの上面図である。

【図5】本開示の異なる実施形態による図３のイメージセンサの上面図である。

【図6】本開示の異なる実施形態による図３のイメージセンサの上面図である。

【図7】本開示の異なる実施形態による図３のイメージセンサの上面図である。

【図8】本開示の一実施形態によるイメージセンサの断面図である。

【図9】図８のイメージセンサの上面図である。

【図10】図３のイメージセンサの部分図である。

【図11】本開示の一実施形態によるイメージセンサの上面図である。

【図12】本開示の他の実施形態によるイメージセンサの上面図である。

【図13】本開示の一実施形態によるイメージセンサの断面図である。

【図14】図１３のイメージセンサの上面図である。

【図15】本開示のいくつかの実施形態によるイメージセンサの断面図である。

【図16】本開示のいくつかの実施形態によるイメージセンサの断面図である。

【図17】本開示のいくつかの実施形態によるイメージセンサの断面図である。

【図18】図１７のイメージセンサの上面図である。

【図19】本開示のいくつかの実施形態によるイメージセンサの断面図である。

【図20】本開示のいくつかの実施形態によるイメージセンサの断面図である。

【図21】本開示の異なる実施形態による図２０のイメージセンサの上面図である。

【図22】本開示の異なる実施形態による図２０のイメージセンサの上面図である。

【発明を実施するための形態】

【0018】

以下の開示は、提供される主題の異なる特徴を実施するための多数の異なる実施形態又は実施例を提供する。特定の構成要素及び配列の具体例は、本開示を簡潔に以下で記載するためである。これらの具体例は、当然、単なる例示であり、限定することを意図していない。例えば、以下の記載における第一の特徴を第二の特徴の上方に又は上に形成するとは、第一の特徴と第二の特徴とが直接接触する実施形態を含んでも、また第一の特徴と第二の特徴との間に追加の特徴が形成されており、したがって、第一の特徴と第二の特徴とが直接接触していない実施形態を含んでもよい。さらに、本開示において、様々な実施例の中で、参照番号及び／又は参照文字を繰り返すことがある。この繰り返しは、それ自体で、議論された様々な実施形態及び／又は構成の間の関係を指示するものではない。

【0019】

本明細書では、様々な要素を説明するために第一、第二などの用語を使用することがあるが、これらの要素はこれらの用語によって限定されるべきではないことが理解されるであろう。これらの用語は、１つの要素を別の要素から区別するためにのみ使用される。例えば、実施形態の範囲から逸脱することなく、第一の要素を第二の要素と称することができ、同様に、第二の要素を第一の要素と称することができる。本明細書で使用される場合、用語「及び／又は」は、関連する列挙された項目のうちの１つ以上の項目の任意のもの及び全ての組み合わせを含む。

【0020】

さらに、「下方に」、「下に」、「下部」、「上方に」、「上部」などの空間的相対用語は、図に示されるように、ある要素又は特徴の別の要素又は特徴に対する関係を記述するにあたって、説明を容易にするために本明細書で使用され得る。空間的に相対的な用語は、図に描かれた配向に加えて、使用中又は動作中のデバイスの異なる配向を包含することを意図している。装置は、他の向き（９０度回転した、又は他の向き）であってもよく、本明細書で使用される空間的に相対的な記述子は、同様に、それに応じて解釈され得る。

【0021】

図１は、本開示の比較実施形態のイメージセンサ１００の断面図である。図１に示すように、イメージセンサ１００は、光電変換層１１０と、複数のディープトレンチアイソレーション（ＤＴＩ）１２０と、カラーフィルタ層１３０と、レンズ層１４０と、を含む。光電変換層１１０は、複数のフォトダイオード（ＰＤ）１１２を含み、ＰＤ１１２のそれぞれは、ＤＴＩ１２０によって分離される。カラーフィルタ層１３０は、カラーフィルタ１３２と、カラーフィルタ１３４と、を含む。図１に示すように、１つのカラーフィルタ（カラーフィルタ１３２及びカラーフィルタ１３４など）は、少なくとも２つのＰＤ１１２に対応する。レンズ層１４０は、レンズ１４２と、レンズ１４４と、を含む。レンズ層１４０は、カラーフィルタ層１３０及びＰＤ１１２と位置ずれしている。具体的には、レンズ１４２の対称軸は、カラーフィルタ１３２の対称軸と、カラーフィルタ１３２の中央より下方のＤＴＩ１２０の対称軸と位置ずれしている。

【0022】

図２は、図１の部分上面図であり、この図では、いくつかの要素は、明瞭化のために図示されていない。図１及び図２を参照されたい。外部光Ｌがレンズ１４２及びカラーフィルタ１３２を介してＰＤ１１２に伝搬すると、レンズ１４２とカラーフィルタ１３２と位置ずれしているために、光点ＬＳがシフトし、カラーフィルタ１３２の下方のＰＤ１１２のそれぞれが外部光Ｌの異なるエネルギー分布を受ける。より具体的には、図２に示すように、図２のＰＤ１１２のそれぞれが外部光Ｌの異なるエネルギー分布を受けるように、光点ＬＳは、４つのＰＤ１１２の中心にない。上記の光点シフトの問題は、「チャネル不均衡」と呼ばれることもある。

【0023】

本開示は、複数のイメージセンサを提供し、各イメージセンサは、位相変調器を含む。位相変調器の配置は、フォトダイオードが光の均一な強度を検出できるように、外部光を位相変調器の下方のフォトダイオードに均一に分配することができ、それによって、チャネル不均衡の問題を回避し、イメージセンサの性能を向上させることができる。

【0024】

図３は、本開示のいくつかの実施形態によるイメージセンサ３００の断面図である。イメージセンサ３００は、光電変換層３１０と、複数のＤＴＩ３２０と、カラーフィルタ層３３０と、位相変調器３４０と、レンズ層３５０と、を含む。光電変換層３１０は、複数のＰＤ３１２（ＰＤ３１２ａ、ＰＤ３１２ｂ、ＰＤ３１２ｃ、及びＰＤ３１２ｄを含む）を含み、ＰＤ３１２ａ～３１２ｄのそれぞれは、ＤＴＩ３２０により分離されている。カラーフィルタ層３３０は、カラーフィルタ３３２と、カラーフィルタ３３４と、を含む。カラーフィルタ３３２は、ＰＤ３１２ａ及びＰＤ３１２ｂの上に配置され、カラーフィルタ３３４は、ＰＤ３１２ｃ及びＰＤ３１２ｄの上に配置される。位相変調器３４０は、偏向器３４２と、偏向器３４４と、被覆層３４６と、を含む。レンズ層３５０は、被覆層３４６の上に配置される。被覆層３４６は、偏向器３４２及び偏向器３４４を覆って取り囲む。偏向器３４２は、カラーフィルタ３３２の上に配置され、偏向器３４４は、カラーフィルタ３３４の上に配置される。偏向器３４２は、偏向器３４４から間隔を空けて配置されている。偏向器３４２及び偏向器３４４の両方は、第一の方向Ｄ１に沿って延び、第一の方向Ｄ１に垂直な第二の方向Ｄ２に配置される。レンズ層３５０は、レンズ３５２と、レンズ３５４と、を含む。レンズ層３５０は、位相変調器３４０の上に配置される。具体的には、偏向器３４２及び偏向器３４４は、カラーフィルタ層３３０とレンズ層３５０との間に配置される。イメージセンサ３００は、酸化物グリッド３７０と、酸化物グリッド３７０の中の金属グリッド３７２と、をさらに含む。酸化物グリッド３７０及び金属グリッド３７２は、異なるカラーフィルタを伝搬する光を阻止するように構成され、それによって、クロストークを低減することができる。

【0025】

引き続き、図３を参照する。いくつかの実施形態において、バッファ層３６０は、カラーフィルタ層３３０と位相変調器３４０との間に配置される。いくつかの実施形態では、偏向器３４２の屈折率は、バッファ層３６０の屈折率よりも大きく、バッファ層３６０の屈折率は、カラーフィルタ層３３０の屈折率よりも大きい。いくつかの実施形態では、被覆層３４６の材料は、レンズ層３５０の材料と同じである。いくつかの実施形態では、被覆層３４６の屈折率は、偏向器３４２の屈折率よりも大きい。いくつかの実施形態では、被覆層３４６の屈折率と偏向器３４２の屈折率との間の差分値は、０．１５～０．６の範囲にあり、例えば、０．２、０．２５、０．３、０．３５、０．４、０．４５、０．５、又は０．５５である。

【0026】

位相変調器３４０（偏向器３４２、偏向器３４４、及び被覆層３４６を含む）は、外部光Ｌを均一に分布させるように構成されている。具体的には、被覆層３４６と偏向器３４２の屈折率が異なるため、被覆層３４６と偏向器３４２における光Ｌの進行速度も異なり、これにより位相差が発生する。この位相差は、光の干渉を引き起こし、図３に示すように、同様の強度を有する複数の光点を形成する可能性がある。したがって、カラーフィルタ層３３０の下方のＰＤ３１２ａ～３１２ｄは、均一な強度の光Ｌを検出することができる。換言すれば、屈折率の異なる素子を有する位相変調器３４０の配置により、図１及び図２で述べたチャネル不均衡の問題を改善することができた。位相差（δ）は、以下の式：

【数1】

で算出することができた。式中、ｄは偏向器３４２の高さ（すなわち、図１０に示す高さＨ１）で、λは外部光Ｌの波長で、ｎｍは被覆層３４６の屈折率で、ｎ０は偏向器３４２の屈折率である。

【0027】

被覆層３４６の屈折率と偏向器３４２の屈折率との差分値が０．１５未満であれば、光の干渉を引き起こし、その後、同様の強度を有する複数の光点を形成するのに、十分な位相差が得らない可能性がある。被覆層３４６の屈折率と偏向器３４２の屈折率との差分値が０．６より大きければ、イメージセンサ３００の性能に良い影響を与えない可能性がある。

【0028】

再び、図３を参照されたい。カラーフィルタ３３２及びカラーフィルタ３３４のそれぞれは、赤、緑、青、白、黄、シアン、マゼンタ、又は他の色のカラーフィルタであってもよい。いくつかの実施形態では、カラーフィルタ３３２は、図３に示すように、カラーフィルタ３３４とは異なってもよい。他の実施形態では、カラーフィルタ３３２は、カラーフィルタ３３４と同じであってもよい。異なるカラーフィルタ間の各偏向器のサイズは、設計及び／又はプロセス要件に依存して調整され得る。カラーフィルタ層３３０は、ＧＲＢフィルタ、ＧＲＢＣフィルタ、ＲＹＹＢフィルタ、ＣＭＹフィルタ、又は他の組み合わせフィルタを含むことができる。図３に示すように、本開示における画素寸法Ｐは、２つの隣接するＤＴＩ３２０間の距離によって決定される。画素寸法Ｐは、幅画素寸法又は長さ画素寸法として理解され得る。

【0029】

図４～図７は、本開示の異なる実施形態による図３のイメージセンサ３００の上面図である。具体的には、図４の断面線Ａ－Ａ’に沿って取られたイメージセンサ３００Ａは、図３のイメージセンサ３００であり得る。図５の断面線Ｂ－Ｂ’に沿って取られたイメージセンサ３００Ｂは、図３のイメージセンサ３００であり得る。図６の断面線Ｃ－Ｃ’に沿って取られたイメージセンサ３００Ｃは、図３のイメージセンサ３００であり得る。図７の断面線Ｄ－Ｄ’に沿って取られたイメージセンサ３００Ｄは、図３のイメージセンサ３００であり得る。

【0030】

図３のイメージセンサ３００は、（２ｎ）^２Ｃ方式（４Ｃ、１６Ｃ、又は３６Ｃなど）、（２ｎ－１）^２Ｃ方式（９Ｃ又は２５Ｃなど）、及びデュアルＰＤ（ＤＰＤ）方式として適用することができ、この場合、ｎは正の整数である。本明細書において、「Ｃ」は、１つのカラーフィルタに対応するＰＤの数を表すことが理解される。具体的には、図４は、４Ｃ方式であり、１つのカラーフィルタ（カラーフィルタ３３２、３３４、３３６、３３８など）が４つのＰＤ３１２に対応する。図５は、デュアルＰＤ（ＤＰＤ）方式であり、１つのカラーフィルタ（カラーフィルタ３３２、３３４、３３６、３３８など）が２つのＰＤ３１２に対応する。図６は、１６Ｃ方式であり、１つのカラーフィルタ（カラーフィルタ３３２、３３４、３３６、３３８など）が、１６個のＰＤ３１２に対応する。図７は、１６Ｃ方式であり、１つのカラーフィルタ（カラーフィルタ３３２、３３４、３３６、３３８など）が１６個のＰＤ３１２に対応する。図４、図６、図７では、偏向器３４２とレンズ３５２とが４つのＰＤ３１２に対応し、偏向器３４４とレンズ３５４とが４つのＰＤ３１２に対応する。図５では、偏向器３４２とレンズ３５２とが２つのＰＤ３１２に対応し、偏向器３４４とレンズ３５４とが２つのＰＤ３１２に対応する。

【0031】

図４のイメージセンサ３００Ａ、図５のイメージセンサ３００Ｂ、図６のイメージセンサ３００Ｃ、及び図７のイメージセンサ３００Ｄのそれぞれは、カラーフィルタ３３２、カラーフィルタ３３４、カラーフィルタ３３６、及びカラーフィルタ３３８を含む。カラーフィルタ３３２、カラーフィルタ３３４、カラーフィルタ３３６、及びカラーフィルタ３３８のそれぞれは、赤、緑、青、白、黄、シアン、マゼンタ、又は他のカラーフィルタであってもよい。いくつかの実施形態では、カラーフィルタ３３２、カラーフィルタ３３４、カラーフィルタ３３６、及びカラーフィルタ３３８のそれぞれは、互いに異なっている。いくつかの実施形態では、カラーフィルタ３３２は、図４～図７に示すように、カラーフィルタ３３８と同じであってもよい。異なるカラーフィルタ間の各偏向器のサイズは、設計及び／又はプロセス要件に依存して調整され得ることが理解される。例えば、カラーフィルタ３３２上の偏向器３４２の大きさは、カラーフィルタ３３４上の偏向器３４４の大きさより小さい。カラーフィルタ３３２上の偏向器３４２の大きさは、カラーフィルタ３３６上の偏向器の大きさより大きい。カラーフィルタ３３２上の偏向器３４２の大きさは、カラーフィルタ３３８上の偏向器の大きさと異なる。いくつかの実施形態では、図７に示すように、偏向器のそれぞれは、菱形であり得る。

【0032】

図８は、本開示の一実施形態によるイメージセンサ８００の断面図である。図８のイメージセンサ８００と図３のイメージセンサ３００との相違点は、偏向器、ＰＤ、ＤＴＩの量であり、異なるカラーフィルタ間の各偏向器の大きさは、設計及び／又はプロセス要件に応じて調節され得る。具体的には、複数のＰＤ８１２（ＰＤ８１２ａ～８１２ｆを含む）及びＰＤ８１２ａ～８１２ｆのそれぞれは、ＤＴＩ８２０によって分離される。カラーフィルタ層８３０のカラーフィルタ８３２は、３つのＰＤ８１２ａ～８１２ｃに対応し、カラーフィルタ層８３０のカラーフィルタ８３４は、３つのＰＤ８１２ｄ～８１２ｆに対応する。位相変調器８４０は、カラーフィルタ層８３０とレンズ層８５０との間に配置される。カラーフィルタ８３２は、２つの偏向器８４１，８４２に対応する。カラーフィルタ８３４は、２つの偏向器８４３，８４４に対応する。偏向器８４３、８４４は、偏向器８４１、８４２から間隔を空けて配置されている。偏向器８４３、８４４は、第一の方向に沿って延び、第二の方向に配置されている。偏向器８４１～８４４は、被覆層８４５によって取り囲まれて覆われる。レンズ８５２は、偏向器８４１、８４２に対応する。レンズ８５４は、偏向器８４３、８４４に対応する。

【0033】

図９は、図８のイメージセンサ８００の上面図であり、この図では、いくつかの要素は、明確にするために図示していない。図９の断面線Ｅ－Ｅ’に沿って取られたイメージセンサ８００は、図８の断面図である。図８及び図９のイメージセンサ８００は、９Ｃ方式であり、１つのカラーフィルタが９つのＰＤ８１２に対応する。偏向器８４１～８４４のそれぞれは、４つのＰＤ８１２に対応する。

【0034】

図１０は、図３のイメージセンサ３００の部分図であり、この図では、いくつかの要素は、明瞭化のために図示されていない。いくつかの実施形態では、偏向器３４２の頂部幅Ｗ１と偏向器３４２の底部幅Ｗ２との比は、１／４～１の範囲であり、例えば、０．３、０．４、０．５、０．６、０．７、０．８、又は０．９である。この比が１／４未満又は１超である場合、イメージセンサ３００における外部光Ｌの均一な分布が生じない可能性がある。いくつかの実施形態では、偏向器３４２の第一の高さＨ１は、１５０ｎｍ～８００ｎｍの範囲にある。いくつかの実施形態では、偏向器３４４の第二の高さＨ２は、１５０ｎｍ～８００ｎｍの範囲にある。いくつかの実施形態では、第一の高さＨ１は、第二の高さＨ２と同じである。いくつかの実施形態では、第一の高さＨ１は、第二の高さＨ２と異なる。第一の高さＨ１及び／又は第二の高さＨ２が１５０ｎｍ未満又は８００ｎｍ超である場合、イメージセンサ３００における外部光Ｌの均一な分布が生じない可能性がある。偏向器の数及びサイズ（頂部幅Ｗ１、底部幅Ｗ２、第一の高さＨ１、及び第二の高さＨ２など）は、ＰＤへの光Ｌの均一な分布を達成するための要件に応じて調整され得ることが理解される。

【0035】

以下の図では、同様の特徴には同様の数値参照符号を付し、同様の特徴に関する説明は繰り返さない。

【0036】

図１１は、本開示の一実施形態によるイメージセンサ１１００の上面図である。イメージセンサ１１００は、複数のカラーフィルタ（カラーフィルタ１１３２、１１３４、１１３６、１１３８を含む）と、カラーフィルタの上に配置された複数の偏向器（偏向器１１４２、１１４４、１１４６、１１４８を含む）と、カラーフィルタ１１３２、１１３４、１１３６、１１３８の下の複数のＰＤ１１１２と、を含む。偏向器１１４２は、底部幅ＢＷと底部長ＢＬを有する。各ＰＤ１１１２は、画素寸法Ｐ（幅画素寸法又は長さ画素寸法）を有する。いくつかの実施形態では、偏向器１１４２の底部幅ＢＷ又は底部長ＢＬの画素寸法Ｐに対する比は、１～１．８の範囲にある。いくつかの実施形態では、偏向器１１４２の底部幅ＢＷは、偏向器１１４２の底部長ＢＬと同じである。いくつかの実施形態では、カラーフィルタ１１３２の側壁と偏向器１１４２の底部の側壁との間のギャップＧ１は、０．１～０．５画素寸法Ｐの範囲にある。図１１の上述の範囲も、偏向器１１４４、１１４６、１１４８、カラーフィルタ１１３４、１１３６、１１３８、及びそれらのギャップに適用し得ることを理解されたい。

【0037】

図１２は、本開示の別の実施形態によるイメージセンサ１２００の上面図である。イメージセンサ１２００は、複数のカラーフィルタ（カラーフィルタ１２３２、１２３４、１２３６、１２３８を含む）と、カラーフィルタの上に配置された複数の偏向器（偏向器１２４２、１２４４、１２４６、１２４８を含む）と、カラーフィルタ１２３２、１２３４、１２３６、１２３８の下にある複数のＰＤ１２１２と、を含む。偏向器１２４２は、底部幅ＢＷと底部長ＢＬを有する。各ＰＤ１２１２は、画素寸法Ｐ（幅画素寸法又は長さ画素寸法）を有する。いくつかの実施形態では、偏向器１２４２の底部幅ＢＷ又は底部長ＢＬの画素寸法Ｐに対する比は、１～１．８の範囲にある。いくつかの実施形態では、偏向器１２４２の底部幅ＢＷは、偏向器１２４２の底部長ＢＬと異なる。いくつかの実施形態では、偏向器１２４２の底部幅ＢＷと底部長ＢＬとの間の差分値は、０．１～０．５画素寸法Ｐの範囲である。いくつかの実施形態では、カラーフィルタ１２３２の側壁と偏向器１２４２の底部の側壁との間のギャップＧ２は、カラーフィルタ１２３４の側壁と偏向器１２４４の底部の側壁との間のギャップＧ３と同じであり、ギャップＧ２が０．４画素寸法Ｐ未満の範囲にある。

【0038】

引き続き、図１２を参照する。いくつかの実施形態では、偏向器１２４２の底部幅ＢＷは、偏向器１２４４の底部幅ＢＷと同じであり、偏向器１２４２の底部長ＢＬは、偏向器１２４６の底部長ＢＬと同じである。いくつかの実施形態では、偏向器１２４２の底部幅ＢＷは、偏向器１２４６の底部幅ＢＷと同じであり、偏向器１２４２の底部長ＢＬは、偏向器１２４４の底部長ＢＬと同じである。図１２における上述の範囲は、偏向器１２４４、１２４６、１２４８、カラーフィルタ１２３４、１２３６、１２３８、及びそのギャップにも適用され得ることを理解されたい。

【0039】

図１３は、本開示の一実施形態によるイメージセンサ１３００の断面図である。図１４は、図１３のイメージセンサ１３００の上面図である。図１３のイメージセンサ１３００と図３のイメージセンサ３００との相違点は、位相変調器３４０、１３４０とレンズ層３５０、１３５０の相対的な位置である具体的には、図１３では、ＤＴＩ１３２０の対称軸Ａ１（カラーフィルタ１３３２の中央より下方）が偏向器１３４２の対称軸Ａ２と位置ずれしており、偏向器１３４２の対称軸Ａ２がレンズ１３５２の対称軸Ａ３と位置ずれしている。いくつかの実施形態では、対称軸Ａ１、Ａ２、Ａ３のうちの２つは、互いに位置ずれしている。いくつかの実施形態では、図１３に示すように、対称軸Ａ１、Ａ２、Ａ３の全てが互いに位置ずれしている。

【0040】

引き続き、図１３を参照する。いくつかの実施形態では、偏向器１３４２の対称軸Ａ２のオフセットＯ１は、レンズ１３５２の対称軸Ａ３のオフセットＯ２よりも小さい。いくつかの実施形態では、偏向器１３４２の対称軸Ａ２のオフセットＯ１とレンズ１３５２の対称軸Ａ３のオフセットＯ２との間の差分値は、０．１～０．８画素寸法Ｐの範囲にある。図１３に示すように、偏向器１３４４の対称軸Ａ５がＤＴＩ１３２０の対称軸Ａ４（カラーフィルタ１３３４の中間より下）と位置ずれしている。いくつかの実施形態では、偏向器１３４２の対称軸Ａ２のオフセットＯ１と偏向器１３４４の対称軸Ａ５のオフセットＯ３との間の差分値は、０～０．５画素寸法Ｐの範囲にある。

【0041】

図１５及び図１６は、本開示のいくつかの実施形態によるイメージセンサの断面図である。図１５のイメージセンサ１５００と図１０のイメージセンサ３００との間の相違点は、偏向器の高さである。具体的には、図１５に示すように、偏向器１５４２の高さＨ１は、偏向器１５４４の高さＨ２とは異なる。より具体的には、高さＨ１は、高さＨ２よりも大きい。図１６のイメージセンサ１６００と図１０のイメージセンサ３００との相違点は、バッファ層３６０である。具体的には、図１６では、カラーフィルタ層１６３０と、偏向器１６４２と、偏向器１６４４との間にバッファ層が存在しない。換言すれば、偏向器１６４２は、被覆層１６４６の底面１６４６ｓからカラーフィルタ１６３２の頂面１６３２ｓまで連続して延び、カラーフィルタ１６３２を覆って取り囲む。同様に、偏向器１６４４は、被覆層１６４６の底面１６４６ｓからカラーフィルタ１６３４の頂面１６３４ｓまで連続的に延び、カラーフィルタ１６３４を覆って取り囲む。

【0042】

図１７は、本開示のいくつかの実施形態によるイメージセンサ１７００の断面図である。図１８は、図１７のイメージセンサ１７００の上面図である。図１７のイメージセンサ１７００と図１０のイメージセンサ３００との相違点は、カラーフィルタ３３４、１７３４の上方の偏向器である。具体的には、図１７では、カラーフィルタ１７３４の上方には、いかなる偏向器も存在しない。換言すれば、図１８に示すように、偏向器１７４２は複数のＰＤ１７１２に対応し、いずれの偏向器もＰＤ１７１２に対応しない。

【0043】

図１９は、本開示のいくつかの実施形態によるイメージセンサ１９００の断面図である。図１９のイメージセンサ１９００と図１０のイメージセンサ３００との相違点は、偏向器３４２、１９４２の頂部幅Ｗ１及び底部幅Ｗ２である。図１９に示すように、偏向器１９４２の頂部幅Ｗ１は、偏向器１９４２の底部幅Ｗ２と同じである。

【0044】

図２０は、本開示のいくつかの実施形態によるイメージセンサ２０００の断面図である。図２１及び図２２は、本開示の異なる実施形態による図２０のイメージセンサ２０００の上面図である。具体的には、図２１の断面線Ｆ－Ｆ’に沿って取られたイメージセンサ２０００Ａは、図２０のイメージセンサ２０００であり得る。図２２の断面線Ｇ－Ｇ’に沿って取られたイメージセンサ２０００Ｂは、図２０のイメージセンサ２０００であり得る。

【0045】

図２０に示すように、位相変調器２０４０は、カラーフィルタ層２０３０とレンズ層２０５０との間に配置される。位相変調器２０４０は、複数の偏向器２０４１～２０４３を含み、各偏向器２０４１～２０４３は凹部Ｒによって分離されている。偏向器２０４２の頂部幅Ｗ１は、偏向器２０４２の底部幅Ｗ２と同じである。図２１及び図２２に示すように、偏向器２０４２は、カラーフィルタ２０３２とカラーフィルタ２０３４の接合部の上方に配置されている。換言すれば、偏向器２０４２は、カラーフィルタ２０３２及びカラーフィルタ２０３４の上方を横切っている。

【0046】

本開示は、複数のイメージセンサを提供し、各イメージセンサは、位相変調器を含む。位相変調器は、偏向器と、偏向器を覆って取り囲む被覆層とを含み、偏向器及び被覆層は、異なる屈折率を有する。位相変調器の配置は、外部光を位相変調器の下のフォトダイオードに均一に分配し、フォトダイオードが光の均一な強度を検出できるようにし、それによって、チャネル不均衡の問題を回避し、イメージセンサの性能を向上させることができる。

【0047】

上記は、当業者が本開示の態様をより良く理解できるように、いくつかの実施形態の特徴を概説したものである。当業者は、本明細書に導入された実施形態の同じ目的を遂行し、及び／又は同じ利点を達成するための他のプロセス及び構造を設計又は修正する基礎として、本開示を容易に使用し得ることを理解するべきである。また、当業者は、そのような同等の構造が本開示の精神及び範囲から逸脱しないことも、本開示の精神及び範囲から逸脱することなく、本明細書に様々な変更、置換、及び改変をし得ることも理解すべきである。

【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14】

【図15】

【図16】

【図17】

【図18】

【図19】

【図20】

【図21】

【図22】