用于圖像傳感器的光導(dǎo)陣列的制作方法
【專利說(shuō)明】用于圖像傳感器的光導(dǎo)陣列
[0001]本申請(qǐng)是申請(qǐng)?zhí)枮?01210245902.2、申請(qǐng)日為2008年12月22日、發(fā)明名稱為“用于圖像傳感器的光導(dǎo)陣列”的發(fā)明專利申請(qǐng)的分案申請(qǐng)。申請(qǐng)?zhí)枮?01210245902.2的發(fā)明專利申請(qǐng)是申請(qǐng)?zhí)枮?00880123359.0、申請(qǐng)日為2008年12月22日、發(fā)明名稱為“用于圖像傳感器的光導(dǎo)陣列”的PCT國(guó)際發(fā)明專利申請(qǐng)的分案申請(qǐng)。
[0002]相關(guān)申請(qǐng)案的交叉參考
[0003]本申請(qǐng)案主張2008年3月14日申請(qǐng)的申請(qǐng)案61/069,344號(hào)；以及2008年7月16日申請(qǐng)的申請(qǐng)案12/218，749號(hào)的優(yōu)先權(quán)。
技術(shù)領(lǐng)域
[0004]本發(fā)明主要內(nèi)容大體上涉及用于制造固態(tài)圖像傳感器的結(jié)構(gòu)與方法。
【背景技術(shù)】
[0005]攝影設(shè)備(例如數(shù)字相機(jī)與數(shù)字?jǐn)z錄像機(jī))可含有電子圖像傳感器，它們會(huì)捉取光以處理成靜態(tài)或視頻圖像。電子圖像傳感器通常含有數(shù)百萬(wàn)個(gè)光捉取組件，例如光二極管。
[0006]固態(tài)圖像傳感器可為電荷耦合裝置(CXD)型或互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體(CMOS)型。在任一類型的圖像傳感器中，光傳感器會(huì)形成在襯底中且以二維陣列來(lái)排列。圖像傳感器通常含有數(shù)百萬(wàn)個(gè)像素，用以提供高分辨率圖像。
[0007]圖1A所示的是現(xiàn)有技術(shù)固態(tài)圖像傳感器I的剖面圖，圖中在CMOS型傳感器中顯示多個(gè)相鄰像素，其揭露于美國(guó)專利案7，119，319號(hào)。每一個(gè)像素具有一光電轉(zhuǎn)換單元2。每一個(gè)轉(zhuǎn)換單元2位于傳輸電極3鄰近處，其會(huì)將電荷傳輸?shù)礁?dòng)擴(kuò)散單元(未顯示)。該結(jié)構(gòu)包含埋置在絕緣層5中的多條電線4。該傳感器通常包含位于彩色濾光片8下方的平坦化層6，用以補(bǔ)償因該等電線4所導(dǎo)致的頂表面不平整，因?yàn)槠教贡砻鎸?duì)借光刻來(lái)進(jìn)行的常規(guī)彩色濾光片構(gòu)成方式來(lái)說(shuō)相當(dāng)重要。第二平坦化層10被設(shè)置在該彩色濾光片8上方，用以提供平坦表面來(lái)形成微透鏡9。平坦化層6與10加上彩色濾光片8的總厚度約為2.0um0
[0008]光導(dǎo)7被集成到該傳感器中，以便將光引導(dǎo)到該等轉(zhuǎn)換單元2上。該等光導(dǎo)7由折射率高于絕緣層5的氮化硅的材料構(gòu)成。各光導(dǎo)7均具有比該等轉(zhuǎn)換單元2旁邊的區(qū)域還寬的入口。傳感器I還可具有彩色濾光片8與微透鏡9。
[0009]微透鏡9將光聚焦在光電轉(zhuǎn)換單元2上。如圖1B中所示，由于光學(xué)衍射的關(guān)系，微透鏡9可造成衍射光，傳導(dǎo)到附近的光電轉(zhuǎn)換單元2并且產(chǎn)生光學(xué)串?dāng)_(crosstalk)與光損。當(dāng)彩色濾光片的上方或下方有平坦化層時(shí)，會(huì)讓該微透鏡定位在較遠(yuǎn)離該光導(dǎo)處，串?dāng)_的數(shù)量便會(huì)增加。藉由通過(guò)平坦化層(彩色濾光片的上方或下方)或彩色濾光片的側(cè)壁，光可串?dāng)_到鄰近的像素中。金屬屏蔽有時(shí)候會(huì)被集成到該等像素中，用以阻擋串?dāng)_光。此夕卜，微透鏡、彩色濾光片、以及光導(dǎo)之間的對(duì)準(zhǔn)誤差也會(huì)造成串?dāng)_。雖然可改變微透鏡的形成、尺寸、以及形狀以降低串?dāng)_。不過(guò)，其必須增加精密微透鏡形成工藝的額外成本，串?dāng)_卻仍無(wú)法消除。
[0010]來(lái)自襯底界面處的圖像傳感器的向后反射是造成光接收損失的另一項(xiàng)問(wèn)題。如圖1A中所示，光導(dǎo)會(huì)與硅直接接觸。此界面可能會(huì)造成遠(yuǎn)離該傳感器的非所期望的向后反射。用于圖像傳感器的常規(guī)抗反射結(jié)構(gòu)包含在該硅襯底上方直接插入氧化物加氮化物雙層膜堆疊(oxide-plus-nitride dual-layer film stack)、或是具有不同氮氧比例的氮氧化物層，不過(guò)僅能減少該硅襯底與高氧化物絕緣體之間的反射。當(dāng)該界面為硅襯底與氮化物光導(dǎo)時(shí)，此方式便不適用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0011]一種圖像傳感器像素，其包含一由一襯底支撐的光電轉(zhuǎn)換單元以及一位于該襯底鄰近的絕緣體。該像素可具有一串聯(lián)式光導(dǎo)，其中該串聯(lián)式光導(dǎo)的一部分位于該絕緣體內(nèi)，而另一部分在該絕緣體上方延伸。該串聯(lián)式光導(dǎo)可包含一自動(dòng)對(duì)準(zhǔn)彩色濾光片。該像素可在該襯底與該串聯(lián)式光導(dǎo)之間具有一抗反射堆疊。
【附圖說(shuō)明】
[0012]圖1A為顯示現(xiàn)有技術(shù)的兩個(gè)圖像傳感器像素的示意圖；
[0013]圖1B為顯示現(xiàn)有技術(shù)的相鄰像素之間的光串?dāng)_的示意圖；
[0014]圖2為顯示本發(fā)明的一實(shí)施例的兩個(gè)像素的示意圖；
[0015]圖3A為顯示沿著兩個(gè)彩色濾光片之間的間隙前進(jìn)的光的示意圖；
[0016]圖3B為顯示從該間隙處將光再導(dǎo)向到該等彩色濾光片中的示意圖；
[0017]圖3C為光功率相對(duì)于該間隙中的距離的關(guān)系圖；
[0018]圖3D為三種不同顏色的光在間隙中深度為0.6um與1.0um處的間隙功率損失相對(duì)于間隙寬度的關(guān)系圖；
[0019]圖3E為最大間隙功率損失相對(duì)于深度為1.0um處的間隙寬度的關(guān)系圖；
[0020]圖3F為深度為1.0um處的不同間隙寬度的最大間隙功率損失表；
[0021]圖3G為以像素面積百分比來(lái)表示不同間隙寬度與不同像素節(jié)距的間隙面積的表格；
[0022]圖3H為不同間隙寬度與不同像素節(jié)距的像素功率損失的表格；
[0023]圖31為不同間隙寬度的像素功率損失相對(duì)于像素節(jié)距的關(guān)系圖；
[0024]圖4A到L為顯示用以制造圖2中所示的像素的過(guò)程的示意圖；
[0025]圖5為顯示圖2的像素內(nèi)的射線路徑的示意圖；
[0026]圖6A為顯示該陣列的角落處的像素的示意圖；
[0027]圖6B為顯示圖6A的像素內(nèi)的光線路徑的示意圖；
[0028]圖7為顯示陣列內(nèi)四個(gè)像素的俯視示意圖；
[0029]圖8為傳感器像素的一替代實(shí)施例，圖中有射線路徑；
[0030]圖9A到M為顯不用以制造圖8中所不的像素的過(guò)程的不意圖；
[0031]圖1OA到H為顯示用以曝光結(jié)合墊的過(guò)程的示意圖；
[0032]圖11為顯示傳感器內(nèi)的抗反射堆疊的示意圖；
[0033]圖12A到E為顯示用以在該傳感器內(nèi)形成抗反射堆疊的替代過(guò)程的示意圖；
[0034]圖13A為抗反射堆疊的透射系數(shù)相對(duì)于光波長(zhǎng)的關(guān)系圖；
[0035]圖13B為該抗反射堆疊的透射系數(shù)相對(duì)于光波長(zhǎng)的關(guān)系圖；
[0036]圖13C為該抗反射堆疊的透射系數(shù)相對(duì)于光波長(zhǎng)的關(guān)系圖；
[0037]圖14A到G為用以在該傳感器內(nèi)形成兩個(gè)抗反射堆疊的替代過(guò)程的示意圖；
[0038]圖15A為圖14G左手邊部分上的第一抗反射堆疊的透射系數(shù)相對(duì)于光波長(zhǎng)的關(guān)系圖；
[0039]圖15B為圖14G右手邊部分上的第二抗反射堆疊的透射系數(shù)相對(duì)于光波長(zhǎng)的關(guān)系圖。
【具體實(shí)施方式】
[0040]本文揭示一種圖像傳感器像素，其包含一由一襯底支撐的光電轉(zhuǎn)換單元以及一位于該襯底鄰近的絕緣體。該像素包含一位于該絕緣體的一開(kāi)口內(nèi)且在該絕緣體上方延伸的光導(dǎo)，使得該光導(dǎo)的一部分具有一空氣界面。該空氣界面改善該光導(dǎo)的內(nèi)反射。除此之外，用來(lái)建構(gòu)該光導(dǎo)與一相鄰彩色濾光片的工藝會(huì)優(yōu)化該光導(dǎo)的上孔徑且降低串?dāng)_。該光導(dǎo)的前述特征不需要用到微透鏡。除此之外，在該光電轉(zhuǎn)換單元的上方和該光導(dǎo)的下方建構(gòu)一抗反射堆疊，用以降低經(jīng)由來(lái)自該圖像傳感器的向后反射造成的光損?？赏ㄟ^(guò)修正該抗反射堆疊內(nèi)的一層膜的厚度以針對(duì)抗反射來(lái)個(gè)別優(yōu)化兩個(gè)不同顏色的像素。
[0041]該像素可包含兩個(gè)光導(dǎo)，其中一者位于另一者上方。第一光導(dǎo)位于該襯底鄰近處的絕緣體的第一開(kāi)口內(nèi)。第二光導(dǎo)位于一支撐膜的第二開(kāi)口內(nèi)，該支撐膜最后在該像素的制造期間被移除。一彩色濾光片被設(shè)置在相同的開(kāi)口內(nèi)且因而會(huì)自動(dòng)對(duì)準(zhǔn)該第二光導(dǎo)。該第二光導(dǎo)在該像素陣列的外角落處可偏離該第一光導(dǎo)，以便捉取以相對(duì)于垂直軸為非零角度入射的光。
[0042]在相鄰彩色濾光片之間，一間隙藉由移除該濾光片鄰近處的支撐膜材料而產(chǎn)生?？諝獾恼凵渎实陀谠撝文げ⑶視?huì)增強(qiáng)該彩色濾光片與該光導(dǎo)內(nèi)的內(nèi)反射。此外，該間隙經(jīng)配置以用以將入射在該間隙上的光“彎折”到該彩色濾光片中并且提高被提供給該傳感器的光的數(shù)量。
[0043]該硅-光導(dǎo)(silicon-light-guide)界面處的反射以在該第一光導(dǎo)下方形成氮化物膜與第一氧化物膜而降低。第二氧化物膜可額外被插入在該氮化物膜下方，用以增寬有效抗反射的光頻率范圍。該第一氧化物可在施加該光導(dǎo)材料之前被沉積在已