特許ウォッチ

公開番号2025115951
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-08-07
出願番号2025005142
出願日2025-01-15
発明の名称イメージセンサー及びその製造方法
出願人三星電子株式会社,Samsung Electronics Co.,Ltd.
代理人弁理士法人ITOH
主分類H10F 39/12 20250101AFI20250731BHJP()
要約【課題】同一なカラーフィルターを共有するピクセル間の信号差を最小化するイメージセンサー及びその製造方法を提供する。
【解決手段】イメージセンサーは、中心ピクセル領域及び平面視において中心ピクセル領域を囲むエッジピクセル領域を有するピクセルアレイ領域を含み互いに対向する第1面100A及び第2面100Bを有する半導体基板100を有し、第2面上の複数のカラーフィルターを含むカラーフィルターグループは、中心ピクセル領域上の中心カラーフィルターCFx及びエッジピクセル領域上のエッジカラーフィルター及びカラーフィルターグループを覆うように配置されるマイクロレンズ層MLLxの上面の全部と接する最上平坦層TLxaを含み、マイクロレンズ層は、カラーフィルターグループと接するレンズ平坦膜PLxa及びレンズ平坦膜上のマイクロレンズMLxaを含み、最上平坦層は、基板に向かって陥没する上端陥没部57xaを含む。
【選択図】図6
特許請求の範囲【請求項１】
中心ピクセル領域、及び平面視において前記中心ピクセル領域を囲むエッジピクセル領域を有するピクセルアレイ領域を含む半導体基板であって、前記半導体基板は、互いに対向する第１面及び第２面を有する、半導体基板と、
複数のカラーフィルターを含むカラーフィルターグループであって、前記カラーフィルターグループは、前記中心ピクセル領域上の中心カラーフィルター及び前記エッジピクセル領域上のエッジカラーフィルターを含む、カラーフィルターグループと、
前記カラーフィルターグループを覆うように配置されるマイクロレンズ層と、
前記マイクロレンズ層の上面の全部と接する最上平坦層と、を含み、
前記マイクロレンズ層は、前記カラーフィルターグループと接するレンズ平坦膜及び前記レンズ平坦膜上のマイクロレンズを含み、
前記最上平坦層は、前記半導体基板に向かって陥没される上端陥没部を含み、
前記中心ピクセル領域において、前記レンズ平坦膜の露出された平坦上面の中心点は、前記上端陥没部の最下部に定義される陥没中心点と垂直に重畳され、
前記エッジピクセル領域において、前記平坦上面の中心点は、前記陥没中心点とは異なる垂直線上にある、イメージセンサー。
続きを表示（約 1,500 文字）【請求項２】
前記上端陥没部の内壁は、曲がった曲壁を含み、
前記中心ピクセル領域における前記上端陥没部の曲率は、前記エッジピクセル領域における前記上端陥没部の曲率と異なる、請求項１に記載のイメージセンサー。
【請求項３】
前記上端陥没部は、傾いた傾斜側壁を有し、
前記上端陥没部の幅は、前記半導体基板と近くなるほど小さくなる、請求項１に記載のイメージセンサー。
【請求項４】
前記上端陥没部の幅は、一定であり、
前記中心ピクセル領域における前記上端陥没部の最上端の幅は、前記エッジピクセル領域における前記上端陥没部の幅より小さい、請求項１に記載のイメージセンサー。
【請求項５】
前記複数のカラーフィルターの各々に対応する複数の光電変換部をさらに含み、
前記マイクロレンズは、少なくとも４つの光電変換部と重畳される、請求項１に記載のイメージセンサー。
【請求項６】
前記マイクロレンズは、前記マイクロレンズの最上部に定義されるレンズ中心点を含み、
前記半導体基板の前記第１面から前記陥没中心点への垂直距離は、前記半導体基板の前記第１面から前記レンズ中心点への垂直距離より小さい、請求項１に記載のイメージセンサー。
【請求項７】
前記マイクロレンズ層の前記マイクロレンズは、複数のマイクロレンズを含み、
前記複数のマイクロレンズは、互いに離隔され、
前記マイクロレンズの上面は、前記最上平坦層と直接接する、請求項１に記載のイメージセンサー。
【請求項８】
前記複数のカラーフィルターの各々に対応する複数の光電変換部と、
前記複数の光電変換部を定義する深い素子分離パターンと、をさらに含み、
前記中心ピクセル領域において、前記上端陥没部の前記陥没中心点は、前記深い素子分離パターンと重畳され、
前記エッジピクセル領域において、前記上端陥没部の前記陥没中心点は、前記深い素子分離パターンと重畳されない、請求項１に記載のイメージセンサー。
【請求項９】
前記最上平坦層の屈折率は、前記マイクロレンズ層の屈折率より小さく、空気の屈折率より大きい、請求項１に記載のイメージセンサー。
【請求項１０】
中心ピクセル領域、及び平面視において前記中心ピクセル領域を囲むエッジピクセル領域を有するピクセルアレイ領域を含む半導体基板であって、前記半導体基板は、互いに対向する第１面及び第２面を有する、半導体基板と、
複数のカラーフィルターを含むカラーフィルターグループであって、前記カラーフィルターグループは、前記中心ピクセル領域上の中心カラーフィルター及び前記エッジピクセル領域上のエッジカラーフィルターを含む、カラーフィルターグループと、
前記カラーフィルターグループを覆うように配置されるマイクロレンズ層と、
前記マイクロレンズ層上の最上平坦層と、を含み、
前記マイクロレンズ層は、前記カラーフィルターグループと接するレンズ平坦膜及び前記レンズ平坦膜上のマイクロレンズを含み、
前記最上平坦層は、前記半導体基板に向かって陥没される上端陥没部及び前記上端陥没部の最下部に定義される陥没中心点を含み、
前記マイクロレンズは、前記マイクロレンズの最上部に定義されるレンズ中心点を含み、
前記第１面から前記陥没中心点への垂直距離は、前記第１面から前記レンズ中心点への垂直距離より小さい、イメージセンサー。
（【請求項１１】以降は省略されています）
発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明はイメージセンサー及びその製造方法に関し、より詳細にはＣＭＯＳイメージセンサー及びその製造方法に関する。
続きを表示（約 2,600 文字）【背景技術】
【０００２】
イメージセンサーは光学映像（Ｏｐｔｉｃａｌｉｍａｇｅ）を電気信号に変換する半導体素子である。最近になって、コンピュータ産業と通信産業の発達につれてデジタルカメラ、ビデオカメラ、ＰＣＳ（ＰｅｒｓｏｎａｌＣｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎＳｙｓｔｅｍ）、ゲーム機器、警備用カメラ、医療用マイクロカメラ等の様々な分野で性能が向上したイメージセンサーの需要が増大している。イメージセンサーはＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅｃｏｕｐｌｅｄｄｅｖｉｃｅ）形及びＣＭＯＳ（Ｃｏｍｐｌｅｍｅｎｔａｒｙｍｅｔａｌｏｘｉｄｅｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）形に分類され得る。ＣＭＯＳ形イメージセンサーはＣＩＳ（ＣＭＯＳｉｍａｇｅｓｅｎｓｏｒ）と略称される。前記ＣＩＳは２次元的に配列された複数のピクセルを具備する。前記ピクセルの各々はフォトダイオード（ｐｈｏｔｏｄｉｏｄｅ）ＰＤを含む。前記フォトダイオードは入射される光を電気信号に変換する役割をする。前記複数のピクセルはこれらの間に配置される深い素子分離パターン（ｄｅｅｐｉｓｏｌａｔｉｏｎｐａｔｔｅｒｎ）によって定義される。１つのピクセルの複数の素子は素子分離パターンによって分離される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
米国特許１０，９５０，６４２Ｂ２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明が達成しようとする一技術的課題は同一なカラーフィルターを共有するピクセル間の信号差を最小化することができるイメージセンサー及びその製造方法を提供することである。
【０００５】
本発明が達成しようとする一技術的課題は光反射効率を増加させて感度を向上することができるイメージセンサー及びその製造方法を提供することである。
【０００６】
本発明が解決しようとする他の技術的課題は高集積化が容易であるイメージセンサー及びその製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明によるイメージセンサーは、中心ピクセル領域、及び平面視において前記中心ピクセル領域を囲むエッジピクセル領域を有するピクセルアレイ領域を含む半導体基板、前記半導体基板は互いに対向する第１面及び第２面を有し、複数のカラーフィルターを含むカラーフィルターグループ、カラーフィルターグループは前記中心ピクセル領域上の中心カラーフィルター及び前記エッジピクセル領域上のエッジカラーフィルターを含み、前記カラーフィルターグループを覆うように配置されるマイクロレンズ層、及び前記マイクロレンズ層の上面の全部と接する最上平坦層を含み、前記マイクロレンズ層は前記カラーフィルターグループと接するレンズ平坦膜及び前記レンズ平坦膜上のマイクロレンズを含み、前記最上平坦層は基板に向かって陥没される上端陥没部を含み、前記中心ピクセル領域で前記レンズ平坦膜の露出された平坦上面の中心点は前記上端陥没部の最下部に定義される陥没中心点と垂直に重畳され、前記エッジピクセル領域で前記平坦上面の中心点は前記陥没中心点と垂直に異なる線上にあり得る。
【０００８】
本発明によるイメージセンサーは、中心ピクセル領域、及び平面視において前記中心ピクセル領域を囲むエッジピクセル領域を有するピクセルアレイ領域を含む半導体基板、前記半導体基板は互いに対向する第１面及び第２面を有し、複数のカラーフィルターを含むカラーフィルターグループ、カラーフィルターグループは前記中心ピクセル領域上の中心カラーフィルター及び前記エッジピクセル領域上のエッジカラーフィルターを含み、前記カラーフィルターグループを覆うように配置されるマイクロレンズ層、及び前記マイクロレンズ層上の最上平坦層を含み、前記マイクロレンズ層は前記カラーフィルターグループと接するレンズ平坦膜及び前記レンズ平坦膜上のマイクロレンズを含み、前記最上平坦層は基板に向かって陥没される上端陥没部及び前記上端陥没部の最下部に定義される陥没中心点を含み、前記マイクロレンズは前記マイクロレンズの最上部に定義されるレンズ中心点を含み、前記陥没中心点の前記第１面からの垂直距離は前記レンズ中心点の前記第１面からの垂直距離より小さくてもよい。
【０００９】
本発明によるイメージセンサーは、受光領域、遮光領域、及びパッド領域を含み、互いに対向する第１面及び第２面を有する半導体基板、前記受光領域及び前記遮光領域で前記半導体基板内に配置され、ピクセル領域を定義する深い素子分離パターン、前記受光領域及び前記遮光領域に配置される前記半導体基板内の光電変換領域、前記第２面上に配置されるカラーフィルターグループ、前記第１面上の伝送ゲート、前記カラーフィルターグループを覆うように配置されるマイクロレンズ層、及び前記マイクロレンズ層上の最上平坦層を含み、前記受光領域は中心ピクセル領域、及び平面的に前記中心ピクセル領域を囲むエッジピクセル領域を含み、前記マイクロレンズ層は前記カラーフィルターグループと接するレンズ平坦膜及び前記レンズ平坦膜上のマイクロレンズを含み、前記最上平坦層は基板に向かって陥没される上端陥没部及び前記上端陥没部の最下部に定義される陥没中心点を含み、前記マイクロレンズは前記マイクロレンズの最上部に定義されるレンズ中心点を含み、前記陥没中心点の前記第１面からの垂直距離は前記レンズ中心点の前記第１面からの垂直距離より小さくてもよい。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の概念によれば、イメージセンサーは中心ピクセル領域及びエッジピクセル領域を含むことができる。中心ピクセル領域及びエッジピクセル領域を覆うマイクロレンズは基板に向かって凹んだ陥没レンズ部を含むことができる。中心ピクセル領域及びエッジピクセル領域を覆うマイクロレンズ上に最上平坦層が追加的に提供されてもよく、平坦層は基板に向かって凹んだ上端陥没部を含むことができる。
（【００１１】以降は省略されています）

関連特許