專利名稱：用于圖像傳感器的光導(dǎo)陣列的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
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)：
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)百萬個(gè)光捉取組件，例如光二極管。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排列。圖像傳感器 通常含有數(shù)百萬個(gè)像素，用以提供高分辨率圖像。圖IA所示的是現(xiàn)有技術(shù)固態(tài)圖像傳感器1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)借光刻來進(jìn)行 的常規(guī)彩色濾光片構(gòu)成方式來說相當(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. Oum0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1還可具有彩色濾光片8與微透鏡9。微透鏡9將光聚焦在光電轉(zhuǎn)換單元2上。如圖IB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 外，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，其必須增加精密微透鏡形成工藝的額外成本，串?dāng)_卻 仍無法消除。來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)問題。如
5圖IA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-layerfilm stack)、或是具有不同氮氧比例的氮氧化 物層，不過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
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。


圖IA為顯示現(xiàn)有技術(shù)的兩個(gè)圖像傳感器像素的示意圖；圖IB為顯示現(xiàn)有技術(shù)的相鄰像素之間的光串?dāng)_的示意圖；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；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；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；圖3C為光功率相對(duì)于該間隙中的距離的關(guān)系圖；圖3D為三種不同顏色的光在間隙中深度為0. 6um與1. Oum處的間隙功率損失相 對(duì)于間隙寬度的關(guān)系圖；圖3E為最大間隙功率損失相對(duì)于深度為1. Oum處的間隙寬度的關(guān)系圖；圖3F為深度為1. Oum處的不同間隙寬度的最大間隙功率損失表；圖3G為以像素面積百分比來表示不同間隙寬度與不同像素節(jié)距的間隙面積的表 格；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；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；圖4A到L為顯示用以制造圖2中所示的像素的過程的示意圖；圖5為顯示圖2的像素內(nèi)的射線路徑的示意圖；圖6A為顯示該陣列的角落處的像素的示意圖；圖6B為顯示圖6A的像素內(nèi)的光線路徑的示意圖；圖7為顯示陣列內(nèi)四個(gè)像素的俯視示意圖；圖8為傳感器像素的一替代實(shí)施例，圖中有射線路徑；圖9A到M為顯示用以制造圖8中所示的像素的過程的示意圖；圖IOA到H為顯示用以曝光結(jié)合墊的過程的示意圖；圖11為顯示傳感器內(nèi)的抗反射堆疊的示意圖；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程的示意圖；圖13A為抗反射堆疊的透射系數(shù)相對(duì)于光波長的關(guān)系圖；圖13B為該抗反射堆疊的透射系數(shù)相對(duì)于光波長的關(guān)系6
圖13C為該抗反射堆疊的透射系數(shù)相對(duì)于光波長的關(guān)系圖；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程的示意圖；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)于光波長的關(guān)系 圖；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)于光波長的關(guān)系 圖。
具體實(shí)施例方式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)由來自該圖像傳感器的向后反射造成的光損。可通過修正該抗反 射堆疊內(nèi)的一層膜的厚度以針對(duì)抗反射來個(gè)別優(yōu)化兩個(gè)不同顏色的像素。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 的絕緣體的第一開口內(nèi)。第二光導(dǎo)位于一支撐膜的第二開口內(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。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。 空氣的折射率低于該支撐膜并且會(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。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蝕刻的凹槽 中。在替代實(shí)施例中，在蝕刻凹槽之前形成所有的抗反射膜，而額外的光導(dǎo)蝕刻停止膜則會(huì) 覆蓋該等抗反射膜，用以保護(hù)它們，以免受到該凹槽蝕刻劑破壞。參考圖式，尤其是圖2、4A到L、5以及6A到B，圖中所示的是圖像傳感器100中的 兩個(gè)相鄰像素的實(shí)施例。每一個(gè)像素包含一光電轉(zhuǎn)換單元102，其會(huì)將光能量轉(zhuǎn)換成電荷。 在常規(guī)的4T像素中，電極104可為傳輸電極，用以將該等電荷傳輸?shù)椒蛛x的感測(cè)節(jié)點(diǎn)(未 顯示)?；蛘?，在常規(guī)的3T像素中，電極104可為復(fù)位電極，用以復(fù)位該光電轉(zhuǎn)換單元102。 該等電極104與轉(zhuǎn)換單元102形成在襯底106上。傳感器100還包含被埋置在絕緣層110 中的電線108。每一像素均具有一第一光導(dǎo)116。第一光導(dǎo)116是由折射率高于絕緣層110的折 射材料構(gòu)成。如圖4B中所示，每一第一光導(dǎo)116可具有相對(duì)于垂直軸傾斜角度α的側(cè)壁 118。角度 α 被選為小于 90-asin Oiinsulating layer/^iight guide
)，優(yōu)選為0，使得在該光導(dǎo)內(nèi)會(huì)有 完全內(nèi)反射，其中，ninsulating layer與Illight ^jide分別為絕緣層材料與光導(dǎo)材料的折射率。光導(dǎo)
7116會(huì)在內(nèi)部將光從第二光導(dǎo)130反射到轉(zhuǎn)換單元102。第二光導(dǎo)130位于第一光導(dǎo)116上方并且可由和第一光導(dǎo)116相同的材料制成。 第二光導(dǎo)130的頂端寬于該第二光導(dǎo)130與該第一光導(dǎo)116接合處的底端。因此，在該底 端處，相鄰的第二光導(dǎo)130等之間的間隙(后文稱為“第二間隙”)大于頂端處的間隙，而且 會(huì)大于第二光導(dǎo)130上方的彩色濾光片114B、114G之間的間隙422。該等第二光導(dǎo)130可 橫向偏離第一光導(dǎo)116和/或轉(zhuǎn)換單元102，如圖6A中所示，其中，第二光導(dǎo)130的中線C2 偏離第一光導(dǎo)116或光電轉(zhuǎn)換單元102的中線Cl。該偏離可根據(jù)陣列內(nèi)的像素位置而改 變。舉例來說，位于該陣列的外部處的像素的偏離可能會(huì)比較大。該偏離可為與入射光相 同的橫向方向，以優(yōu)化該第一光導(dǎo)的接收。對(duì)以相對(duì)于垂直軸為非零角度抵達(dá)的入射光來 說，偏離第二光導(dǎo)130會(huì)讓更多光傳遞到第一光導(dǎo)116。實(shí)效上，第二光導(dǎo)130與第一光導(dǎo) 116會(huì)共同構(gòu)成在不同像素處具有不同垂直剖面形狀的光導(dǎo)。該形狀會(huì)依照每一個(gè)像素處 的入射光線角度被優(yōu)化。圖5與6B所示的分別是追蹤陣列的中央和該陣列的角落處的像素的射線。在圖 5中，入射光線垂直進(jìn)入。第二光導(dǎo)130置中于第一光導(dǎo)116處。光線a與b會(huì)在第二光 導(dǎo)130中反射一次，接著會(huì)進(jìn)入第一光導(dǎo)116，反射一次(射線a)或兩次(射線b)，且接著 會(huì)進(jìn)入轉(zhuǎn)換單元102。在圖6B中，第二光導(dǎo)130偏離到右邊，遠(yuǎn)離該陣列的中央(其在左 邊)。以相對(duì)于垂直軸高達(dá)25度的角度來自左邊的光線c會(huì)在第二光導(dǎo)130的右側(cè)壁反 射，照射且穿過其左下方側(cè)壁，進(jìn)入第一光導(dǎo)116，且最后會(huì)抵達(dá)轉(zhuǎn)換單元102。該偏離會(huì)讓 該第一光導(dǎo)116重新捉取離開該第二光導(dǎo)130左下方側(cè)壁的光線。每當(dāng)跨越光導(dǎo)側(cè)壁，不論 離開第二光導(dǎo)或進(jìn)入第一光導(dǎo)，光線c的每一次折射均會(huì)讓折射射線相對(duì)于該垂直軸的角 度變得更小，強(qiáng)化朝該光電轉(zhuǎn)換單元的傳導(dǎo)效果。因此，利用第一光導(dǎo)116與第二光導(dǎo)130 來建立光導(dǎo)可讓該光導(dǎo)的垂直剖面形狀隨著像素而改變，用以優(yōu)化將光傳送到光電轉(zhuǎn)換單 元102的效果。利用兩個(gè)單獨(dú)的光導(dǎo)116、130來建立光導(dǎo)的第二項(xiàng)優(yōu)點(diǎn)是減少每一光導(dǎo)116、130 的蝕刻深度。結(jié)果，側(cè)壁斜角控制便能達(dá)到更高的精確性。其還可讓光導(dǎo)材料的沉積較不 會(huì)產(chǎn)生不想要的鍵孔(keyholes)，該等鍵孔經(jīng)常出現(xiàn)在將薄膜沉積到深凹穴中時(shí)，其會(huì)導(dǎo) 致光在碰到該等鍵孔時(shí)會(huì)從該光導(dǎo)處散射。彩色濾光片114B、114G位于第二光導(dǎo)130的上方。在該等彩色濾光片處(與鄰 近)的側(cè)壁上方部分的垂直性大于第二光導(dǎo)的其余部分。該等彩色濾光片之間的第一間隙422的寬度為0. 45um或更小，深度為0. 6um或更 大。具有上述尺寸限制的間隙會(huì)讓該間隙內(nèi)的光轉(zhuǎn)向進(jìn)入該等彩色濾光片中且最后會(huì)抵達(dá) 傳感器。因由該間隙造成的入射到該像素上的光損百分比(后文稱為“像素?fù)p失”)因此會(huì) 大大地降低。入射在較高折射率的兩個(gè)半透明區(qū)域之間的間隙上的光會(huì)在該間隙足夠窄時(shí)轉(zhuǎn) 向到其中一個(gè)區(qū)域或另一個(gè)區(qū)域。明確地說，入射在兩個(gè)彩色濾光片之間的間隙上的光會(huì) 在該間隙寬度足夠小時(shí)轉(zhuǎn)向到彩色濾光片或另一彩色濾光片。圖3A所示的是兩個(gè)彩色濾 光片區(qū)域之間填充低折射率介質(zhì)(舉例來說，空氣)的垂直間隙。進(jìn)入該間隙且比較靠近 其中一側(cè)壁的入射光線會(huì)轉(zhuǎn)向進(jìn)入該側(cè)壁，而其余的入射光則會(huì)轉(zhuǎn)向進(jìn)入另一側(cè)壁。圖3B 所示的是相隔一個(gè)波長的多個(gè)波前。波前在較高折射率介質(zhì)中的前進(jìn)速度較慢，在本實(shí)例
8中，彩色濾光片的折射率η約為1.6。因此，該間隙中(假設(shè)填充著空氣)介于波前之間的 分隔距離為該彩色濾光片的分隔距離的1. 6倍，從而會(huì)導(dǎo)致波前在該彩色濾光片與間隙之 間的界面處彎折并且導(dǎo)致光線轉(zhuǎn)向進(jìn)入彩色濾光片。圖3C為沿著間隙的垂直軸ζ的傳導(dǎo)光 功率P(Z)除以入射光功率P(O)相對(duì)于距離ζ的關(guān)系圖。如圖3C所示，光功率在不同的間 隙寬度中均會(huì)在深入該間隙中時(shí)下降，在小到約為波長左右的間隙寬度下降越快，而且對(duì) 0. 4倍波長或更小的間隙寬度來說，在1. 5倍波長的深度處為趨于基本上可被忽略的。從圖 3C中，深度最佳為感興趣的波長(在此可見光圖像傳感器的實(shí)施例中，其為650nm)的最長 者的至少1倍。在此深度處，入射在該間隙上且損失于更下方空間中的光功率百分比(后 面稱為“間隙損失”)會(huì)小于15%。因此，彩色濾光片的厚度需為該波長的至少1倍，以便 過濾進(jìn)入該間隙的入射光，避免未經(jīng)過濾的光通過光導(dǎo)130、116且最后進(jìn)入轉(zhuǎn)換單元102。 倘若該間隙填充著空氣以外的透明介質(zhì)(折射率ngap> 1.0)，則可推測(cè)該間隙必須縮窄到 0. 45um/ngap或更小，因?yàn)橐圆ㄩL為基準(zhǔn)的有效距離保持相同但絕對(duì)距離則縮小l/ngap。參考圖3C，對(duì)空氣中波長為650nm的紅光，以及寬度為空氣中波長的0.6倍(也就 是，0. 39um)的間隙來說，在深度0. 65um處(也就是，空氣中波長的1. 0倍)，間隙功率通量 衰減到0.15(15%)。衰減會(huì)在Ium的深度附近達(dá)到最大值。波長越短，隨著深度的衰減會(huì) 越陡峭。圖3D所示的分別是在深度0. 6um與1. Oum處三種顏色(450nm波長的藍(lán)色，550nm 波長的綠色，以及650nm波長的紅色)的間隙損失相對(duì)于間隙寬度W的關(guān)系圖。對(duì)1. Oum的 深度來說，3個(gè)顏色中的最高間隙損失以及0. 2um到0. 5um間隙寬度的最大間隙損失繪制在 圖3E中。圖3F中為間隙損失與間隙寬度的關(guān)系列表。在圖3G中為以像素面積百分比來 表示的間隙面積相對(duì)于像素節(jié)距和間隙寬度的列表。圖3G的表格中的每一個(gè)項(xiàng)目(百分 比間隙面積)乘以對(duì)應(yīng)的列項(xiàng)目(也就是，間隙損失)便會(huì)產(chǎn)生圖3H中表列的像素?fù)p失。 圖31繪制的是在不同間隙寬度(范圍從0. 2um到0. 5um)下像素?fù)p失相對(duì)于像素節(jié)距的關(guān) 系圖。圖31顯示出對(duì)1. Oum的彩色濾光片厚度以及介于1. 8um與2. 8um之間的像素節(jié)距 (小型相機(jī)與相機(jī)電話的圖像傳感器尺寸范圍)來說，間隙寬度保持在0. 45um以下會(huì)造成 小于8%的像素?fù)p失。如果要小于3%，則需要0. 35um以下的間隙寬度；如果要小于1.5%， 則間隙寬度要在0. 3um以下；而如果要小于0. 5%，則間隙寬度要在0. 25um以下。圖31還 顯示出，在相同間隙寬度前提下，較大像素的像素?fù)p失較小。因此，對(duì)大于5um的像素來說， 上述方針可導(dǎo)致減少至少一半的像素?fù)p失。再次參考圖2與5，可以清楚看見，第一間隙422借內(nèi)反射防止從其中一像素的彩 色濾光片傳到相鄰像素的串?dāng)_。因此，彩色濾光片114B、114G每一者的功能如同一光導(dǎo)。圖 5中沿著射線a的彩色濾光片、第二光導(dǎo)、以及第一光導(dǎo)串聯(lián)在一起，用以捉取入射光且傳 遞到光電轉(zhuǎn)換單元102，同時(shí)將損失與串?dāng)_最小化。和在彩色濾光片之間使用金屬壁或光吸 收壁來降低串?dāng)_的現(xiàn)有技術(shù)不同，其不會(huì)損失照射在這些壁部的光，第一間隙422通過將 光轉(zhuǎn)向到最近的彩色濾光片達(dá)到可被忽略的間隙損失。且因該等彩色濾光片下方并沒有類 似于現(xiàn)有技術(shù)(參見圖1B)的平坦化層在相鄰光導(dǎo)之間作橋接，所以也會(huì)消除相關(guān)的串?dāng)_。空氣界面可從該彩色濾光片側(cè)壁沿著第二光導(dǎo)側(cè)壁延伸到保護(hù)膜410上方，從而 產(chǎn)生第二間隙424。第二間隙424與第二光導(dǎo)130之間的空氣界面會(huì)增強(qiáng)第二光導(dǎo)130的內(nèi)反射。 可在絕緣層110上方以氮化硅形成一保護(hù)膜410，以防止堿金屬離子進(jìn)入硅中。堿 金屬離子(通?？稍诓噬珵V光片材料中發(fā)現(xiàn))可造成MOS晶體管的不穩(wěn)定。保護(hù)膜410還 可隔離濕氣。保護(hù)膜410可由厚度介于10，000埃與4，000埃之間的氮化硅(Si3N4)制成， 優(yōu)選為7，000埃。如果第一光導(dǎo)116或第二光導(dǎo)130由氮化硅制成，則由氮化硅制成的保 護(hù)膜410便會(huì)接續(xù)跨越且位于絕緣層110上方，以密封該等晶體管隔離堿金屬離子與濕氣。 如果第一光導(dǎo)116與第二光導(dǎo)130并非由氮化硅制成，則保護(hù)膜410可覆蓋第一光導(dǎo)116 的頂表面以提供類似的密封效果，或者，覆蓋第一光導(dǎo)116的側(cè)壁與底部。第一間隙422與第二間隙424在該圖像傳感器的頂表面上方共同構(gòu)成連接到空氣 的開口。另一種觀點(diǎn)是，從該保護(hù)膜410到彩色濾光片114B、114G的頂表面存在連續(xù)的空 氣界面。明確地說，在該等像素的頂表面430之間會(huì)有間隙。制造期間有此開口存在可在 該圖像傳感器的制造期間移除在第一間隙422與第二間隙424的構(gòu)成期間所形成的廢料。 如果因某種理由在后面使用堵塞材料來密封第一間隙422，則此堵塞材料的折射率應(yīng)該低 于該彩色濾光片，使得(i)在該彩色濾光片內(nèi)會(huì)有內(nèi)反射，以及(ii)入射在第一間隙422 內(nèi)的光會(huì)轉(zhuǎn)向到彩色濾光片114B、114G。同樣地，如果某種填充材料填充第二間隙424，則 此填充材料的折射率要低于第二光導(dǎo)130。彩色濾光片114與光導(dǎo)130和116會(huì)共同構(gòu)成“串聯(lián)式光導(dǎo)”，其會(huì)運(yùn)用和外部介 質(zhì)(例如絕緣層110和間隙422與424)連接的界面處的完全內(nèi)反射將光導(dǎo)向光電轉(zhuǎn)換單 元102。不同于現(xiàn)有技術(shù)構(gòu)造，進(jìn)入彩色濾光片的光不會(huì)跨越到下一個(gè)像素的彩色濾光片， 而僅能夠向下傳導(dǎo)到第二光導(dǎo)130。這使其上方不需要有微透鏡來將光聚焦到該像素區(qū)的 中心以防止光線從像素的彩色濾光片跑到相鄰像素。除了降低制造成本外，移除微透鏡的 好處還有排除前述可能造成串?dāng)_的微透鏡與彩色濾光片之間的對(duì)準(zhǔn)誤差問題。如前面所提，串聯(lián)式光導(dǎo)優(yōu)于在彩色濾光片之間使用不透明壁部材料的現(xiàn)有技術(shù) 的另一項(xiàng)優(yōu)點(diǎn)是因?yàn)槁湓诓噬珵V光片114B與114G之間的第一間隙422中的入射光會(huì)轉(zhuǎn)向 到任一彩色濾光片，因此不會(huì)損失任何光，和光會(huì)損失在該等濾光片間的不透明壁部中的 現(xiàn)有技術(shù)像素不同。此種彩色濾光片構(gòu)成方法優(yōu)于現(xiàn)有技術(shù)方法的優(yōu)點(diǎn)為彩色濾光片側(cè)壁并非由構(gòu) 成該等彩色濾光片的光致抗蝕劑和染料材料來界定。在現(xiàn)有技術(shù)彩色濾光片構(gòu)成方法中， 所構(gòu)成的彩色濾光片必須在顯影(developing)后產(chǎn)生垂直側(cè)壁。此必要條件會(huì)限制光致 抗蝕劑和染料材料的選擇，因?yàn)槿玖喜豢梢晕帐乖摴庵驴刮g劑感光的光，否則彩色濾光 片的底部將會(huì)接收較少的光，導(dǎo)致彩色濾光片的底部會(huì)窄于其頂端。本發(fā)明的彩色濾光片 構(gòu)成方法通過被蝕入支撐膜134中的凹部210來構(gòu)成彩色濾光片側(cè)壁且與彩色濾光片材料 的特征和光刻的精確性無關(guān)，從而產(chǎn)生較便宜的工藝。優(yōu)于現(xiàn)有技術(shù)彩色濾光片構(gòu)成方法的另一項(xiàng)優(yōu)點(diǎn)是所有像素之間的間隙分隔距 離控制得非常一致且可以低成本達(dá)到很高的精確性。此處，間隙分隔距離為用以在支撐膜 中蝕刻開口的單一光刻步驟中的線寬(line-width)加上干式蝕刻期間的側(cè)向蝕刻控制， 兩者均很容易控制均勻且無須增加成本便可非常精確。如果這些間隙是通過如同現(xiàn)有技術(shù) 在3道不同光刻步驟中放置3個(gè)不同顏色的彩色濾光片而產(chǎn)生，則很難達(dá)到間隙寬度的一 致性，光刻步驟會(huì)變得非常昂貴，且側(cè)壁輪廓控制會(huì)變得更嚴(yán)峻。
在支撐膜134中的相同開口中形成彩色濾光片114與光導(dǎo)130的串聯(lián)式光導(dǎo)(后 面稱為“自動(dòng)對(duì)準(zhǔn)串聯(lián)式光導(dǎo)”)優(yōu)于現(xiàn)有技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)是彩色濾光片114與光導(dǎo)130之間 沒有任何對(duì)準(zhǔn)誤差。彩色濾光片114的側(cè)壁會(huì)自動(dòng)對(duì)準(zhǔn)光導(dǎo)130的側(cè)壁。圖4A到L是顯示用以形成該圖像傳感器100的過程。該傳感器會(huì)被處理成如圖4A 中所示這樣，即該等轉(zhuǎn)換單元102與柵極電極104形成在硅襯底106上而電線108埋置在 絕緣體材料110中。絕緣體110可由低折射率(RI)材料(例如(二氧化硅)(RI = 1.46)) 所構(gòu)成?？梢岳没瘜W(xué)機(jī)械研磨工藝(CMP)來平坦化絕緣體110的頂端。
如圖4B中所示，絕緣材料可被移除以形成光導(dǎo)開口 120。開口 120具有角度α的 傾斜側(cè)壁?？梢允褂美绶磻?yīng)離子蝕刻(RIE)工藝來形成該等開口 120。對(duì)以氧化硅作為 絕緣材料來說，合適的蝕刻劑為流量比1 2的CF4+CHF3，其攜載于125mTorr、45°C的氬氣 中。可通過以13. 56MHz在300W與800W之間調(diào)整RF功率來調(diào)整該側(cè)壁角度。圖4C所示的是加入光導(dǎo)材料122。舉例來說，光導(dǎo)材料122可為折射率2. 0 (大 于絕緣材料110的折射率(舉例來說，氧化硅RI = 1.46))的氮化硅。除此之外，氮化硅還 提供擴(kuò)散屏障，阻止H2O與堿金屬離子?？赏ㄟ^例如等離子體增強(qiáng)型化學(xué)氣相沉積(PECVD) 來加入該光導(dǎo)材料?？晌g除該光導(dǎo)材料而留下較薄且較平坦的保護(hù)膜410來覆蓋該絕緣體并密封轉(zhuǎn) 換單元102、柵極電極104以及電線108，用以在后續(xù)工藝期間阻止H20與堿金屬離子?；?者，如果該第一光導(dǎo)材料122并非氮化硅，則可在蝕刻該光導(dǎo)材料122以平坦化該頂表面 后，在光導(dǎo)材料122的頂端沉積氮化硅膜，以形成保護(hù)膜410，其會(huì)密封轉(zhuǎn)換單元102、柵極 電極104以及電線108，用以阻止H2O與堿金屬離子。該保護(hù)膜410的厚度可介于10，000 埃與4，000埃之間，優(yōu)選為7，000埃。如圖4D中所示，支撐膜134形成在該氮化硅的頂端。支撐膜134可為通過高密度 等離子體(HDP)沉積的氧化硅。在圖4E中，該支撐膜被蝕刻以形成開口。該等開口可包含傾斜角度β的側(cè)壁136。 角度β經(jīng)選擇以使得β < 90-asin(l/n2light guide)，以便在第二光導(dǎo)130內(nèi)會(huì)有全內(nèi)反射， 其中，n2light guide為第二光導(dǎo)材料130的折射率。結(jié)合兩個(gè)分離的光導(dǎo)會(huì)縮減每一光導(dǎo)的蝕 刻深度。因此，比較容易達(dá)到更高精確性的斜側(cè)壁蝕刻效果。支撐膜134與第二光導(dǎo)130 分別可由和絕緣層110和第一光導(dǎo)116相同的材料與相同的工藝來制成。如圖4E中所示，側(cè)壁可具有垂直部分與傾斜部分。該垂直部分與傾斜部分可通過 在蝕刻工藝期間改變蝕刻化學(xué)作用或等離子體條件來實(shí)現(xiàn)。垂直部分蝕刻期間的蝕刻方式 經(jīng)選擇以便有利于形成垂直側(cè)壁162，接著會(huì)改變成有利于形成傾斜側(cè)壁的方式。圖4F顯示光導(dǎo)材料的加入。舉例來說，該光導(dǎo)材料可為通過等離子體增強(qiáng)型化學(xué) 氣相沉積(PECVD)沉積的氮化硅。圖4G顯示每一第二光導(dǎo)130均具有一凹部210。該等凹部210由支撐壁212 (其 為支撐膜134的一部分)隔開。凹部210的形成是通過蝕刻光導(dǎo)材料以露出壁部212并且 進(jìn)一步蝕刻到光導(dǎo)頂表面低于壁部212頂表面0. 6um到1. 2um之間。對(duì)于將被吸收的非所 要的顏色(不會(huì)太厚而達(dá)到小于最大透射系數(shù)的85% )，只要形成于每一凹部210的彩色 濾光片的最終厚度足夠厚以提供足夠低的透射系數(shù)(例如低于10% )，則還可使用較深的 深度。
如圖4H中所示，具有某一顏色染料的有色膜材料114B可被施加，以便填充該等凹 部210并且在支撐膜134上方延伸。在此實(shí)例中，該有色材料可含有藍(lán)色染料。彩色濾光 片材料可由負(fù)光致抗蝕劑制成，其會(huì)構(gòu)成在曝光后變成不可溶于光致抗蝕劑顯影劑中的聚 合物。掩膜(未顯示)會(huì)被放置在材料114B上方，其具有開口用以露出當(dāng)其余部分被蝕除 時(shí)仍會(huì)留下的區(qū)域。圖41顯示蝕刻步驟后的傳感器。該工藝可利用不同顏色(例如綠色或紅色)的 材料來重復(fù)進(jìn)行，用以產(chǎn)生不同像素的彩色濾光片，如圖4J中所示。最后施加的有色材料 會(huì)填充剩余的凹部210，因此不需要掩蔽步驟。換句話說，曝光光(exposure light)可被施 加在該圖像傳感器晶圓片上的每一個(gè)地方，用以曝光最后彩色濾光片膜的每一個(gè)地方。在 烘干步驟期間，該最后彩色濾光片形成重疊所有像素(包含其它顏色的像素)的膜。在其 它像素上的最后彩色濾光片的重疊在圖4K中所示的后續(xù)彩色濾光片的朝下的蝕除工藝期 間 被移除。參考圖4G，該等凹部210提供自動(dòng)對(duì)準(zhǔn)特征，用以自動(dòng)對(duì)準(zhǔn)該彩色濾光片材料與 第二光導(dǎo)130。該等凹部210可寬于對(duì)應(yīng)的掩膜開口。為給定像素節(jié)距與所要的第二光導(dǎo) 開口來縮減該支撐壁212的厚度，可提高等離子體反應(yīng)室中的壓力，用以增強(qiáng)側(cè)向(也就 是，等向性)蝕刻作用(通過提高離子散射)，以便下切該掩膜。如圖4K中所示，彩色濾光片114B、114G被朝下蝕刻而露出支撐壁212，其為支撐膜 134的一部分。接著會(huì)如圖4L中所示般地移除該支撐膜134的一部分，使得對(duì)于該等彩色 濾光片114B、114G而言，有一空氣/材料界面?？扇鐖D4L中所示般地移除該支撐膜134的 另一部分，使得對(duì)于第二光導(dǎo)130而言，有一空氣/材料界面，以便更有助于內(nèi)反射(通過 讓較靠近該界面的法線的光線產(chǎn)生全內(nèi)反射)。第一間隙422具有足夠小的寬度，0. 45um 或更小，使得照射在第一間隙422中的入射紅光和更小波長的光轉(zhuǎn)向到彩色濾光片114B或 114G，從而會(huì)改進(jìn)光接收效果。光會(huì)沿著彩色濾光片114B、114G和光導(dǎo)130與116進(jìn)行內(nèi) 反射。彩色濾光片114B、114G的折射率高于空氣，因此彩色濾光片114B、114G提供內(nèi)反射。 同樣地，第二光導(dǎo)130具有會(huì)改進(jìn)光導(dǎo)的內(nèi)反射性質(zhì)的空氣界面。如果支撐膜134未被完 全移除，只要該支撐膜的折射率(舉例來說，氧化硅，1.46)低于光導(dǎo)材料(舉例來說，氮化 硅，2.0)，則第二光導(dǎo)130與支撐膜134之間的界面具有良好的內(nèi)反射。同樣地，第一光導(dǎo) 116與第一絕緣膜110之間的界面也會(huì)有良好的內(nèi)反射。圖7為像素陣列的四個(gè)像素200 的俯視圖。對(duì)包含第一光導(dǎo)與第二光導(dǎo)兩者的實(shí)施例來說，區(qū)域B可為第二光導(dǎo)頂表面的 區(qū)域，而區(qū)域C則代表第一光導(dǎo)底表面的區(qū)域。區(qū)域A扣除區(qū)域B則可為彩色濾光片之間 的第一間隙422的區(qū)域。圖8所示的是替代實(shí)施例，其在形成該支撐膜134后使用同一掩膜來蝕刻第二與 第一光導(dǎo)兩者且在一步驟中利用光導(dǎo)材料填充兩者。圖9A到M中展示用于制造此替代實(shí) 施例的一過程。該過程類似于圖4A到L中展示的過程，除了第一光導(dǎo)的開口是在第二光導(dǎo) 的開口之后形成，如圖9F中所示，其中不需要任何額外掩膜，因?yàn)楸Ｗo(hù)膜410與上方的支撐 膜134會(huì)充當(dāng)硬掩膜，用以阻擋蝕刻劑。兩個(gè)光導(dǎo)均在圖9G中所示的相同步驟中被填充。圖IOA到H為用以曝光圖像傳感器的結(jié)合墊214的過程。如圖IOA到B中所示， 在覆蓋結(jié)合墊214的第一絕緣材料110中形成開口 216。如圖IOC到D中所示，施加第一光 導(dǎo)材料116且移除大部分的材料116，留下較薄層，用以密封下面的第一絕緣材料110。如圖IOE到F中所示，施加支撐膜材料134且在其中形成對(duì)應(yīng)開口 218。如圖IOG中所示，施 加第二光導(dǎo)材料130。如圖IOH中所示，用無掩膜蝕刻步驟來形成露出結(jié)合墊214的開口 220。該蝕刻劑優(yōu)選具有侵蝕光導(dǎo)材料116與130 (舉例來說，氮化硅)的速度快過絕緣材 料110與134(舉例來說，氧化硅)和彩色濾光片114(光致抗蝕劑)的特性。在CH3F/02* 對(duì)氮化硅進(jìn)行干式蝕刻的蝕刻速率會(huì)比對(duì)彩色濾光片或氧化硅進(jìn)行干式蝕刻大5到10倍。圖11展示抗反射(AR)堆疊的一實(shí)施例，其包含頂端AR膜236、第二 AR膜234、 以及覆蓋轉(zhuǎn)換單元102的第三AR膜232。該抗反射堆疊會(huì)改進(jìn)光從第一光導(dǎo)116到該等 轉(zhuǎn)換單元102的透射。AR堆疊中的部件可共同構(gòu)成層230，其還會(huì)覆蓋襯底106、轉(zhuǎn)換單 元102、以及電極104，以保護(hù)該等組件，防止化學(xué)污染物與濕氣。舉例來說，第二 AR膜234 可為 CMOS晶片制造中常用的接觸蝕刻停止氮化物膜，其為阻止接觸孔的氧化物蝕刻以防 止多晶硅接點(diǎn)(其接觸孔通常會(huì)比源極/漏極接點(diǎn)淺2，000埃)的過度蝕刻。第三AR膜 232可為氧化硅。該氧化硅膜可為柵極電極104下方的柵極絕緣膜；或是在常用的深亞微 米CMOS工藝中在該柵極電極與間隙壁(未顯示)之間，延著柵極電極104的側(cè)邊向下延 伸的間隙壁襯料氧化物(spacer lineroxide)膜；在接點(diǎn)硅化之前所沉積的硅化物阻擋 (silicide-blocking)氧化物膜，用以阻止接點(diǎn)硅化；或是前述的組合；或是在硅化物阻擋 氧化物蝕刻(其會(huì)蝕除和光導(dǎo)116的底部一致的區(qū)域中的所有氧化物)之后所沉積的毯覆 式氧化物膜。使用既有的氮化硅接觸蝕刻停止膜作為AR堆疊的一部分會(huì)節(jié)省成本。相同 的接觸蝕刻停止膜還可在該光導(dǎo)的制造中用來阻止蝕刻絕緣體110中的開口。最后，在以 光導(dǎo)材料填充絕緣體110中的開口之前，在該開口中先形成頂端AR膜236。頂端AR膜236的折射率低于光導(dǎo)116。第二 AR膜234的折射率高于頂端AR膜 236。第三AR膜232的折射率低于第二 AR膜234。頂端AR膜236可為氧化硅或氮氧化硅，其折射率約為1. 46，厚度介于750埃與 2000埃之間，優(yōu)選為800埃。第二 AR膜234可為氮化硅(Si3N4)，其折射率約為2. 0，厚度 介于300埃與900埃之間，優(yōu)選為500埃。第三AR膜232可為氧化硅或氮氧化硅(SiOxNy， 其中，0<x<2且0<y< 4/3)，其折射率約為1. 46，厚度介于25埃與170埃之間，優(yōu)選 為75埃。第三AR膜232可包含圖2柵極電極104下方和襯底106上方的柵極氧化物，如 美國專利申請(qǐng)?zhí)柕?1/009，454號(hào)圖3中所示。第三AR膜232可進(jìn)一步包含同案圖3中所 示的柵極襯料氧化物。或者，第三AR膜232可通過在硅化物阻擋蝕刻移除美國專利申請(qǐng)案 第61/009，454號(hào)的圖2中所示的硅化物阻擋氧化物64、柵極襯料氧化物55、以及柵極氧化 物54之后(其使用具有和光導(dǎo)116的底部一致的掩膜開口的硅化物阻擋蝕刻掩膜)，毯覆 式氧化硅沉積(blanket siliconoxide deposition)在晶片的每一個(gè)地方而形成。圖11中所示的抗反射結(jié)構(gòu)可通過在該襯底上分別形成第三AR膜232與第二 AR 膜234來制成。接著可在第二 AR膜234上形成絕緣體110。氮化硅膜可通過PECVD被沉積 在該第一絕緣體110上，其沉積的方式會(huì)覆蓋與密封該絕緣體和下方的層，用以形成厚度 介于10，000埃與4，000埃之間，優(yōu)選為7，000埃的保護(hù)膜410。舉例來說，支撐膜134可通 過HDP氧化硅沉積而形成在保護(hù)膜410上。掩蔽支撐膜134且施加第一蝕刻劑以蝕刻支撐膜134中的開口。選擇第一蝕刻劑 為對(duì)保護(hù)膜材料具有很高的選擇性。舉例來說，如果支撐膜134包含HDP氧化硅而保護(hù)膜 410包含氮化硅，則第一蝕刻劑便可為CHF3,其蝕刻HDP氧化硅會(huì)比氮化硅快5倍。接著，施加第二蝕刻劑以蝕穿氮化硅保護(hù)膜410。第二蝕刻劑可為CH3F/02。接著，再次施加第一 蝕刻劑以蝕刻第一絕緣體110并且停止在包含氮化硅的接觸蝕刻停止膜234上。接觸蝕刻 停止層234充當(dāng)蝕刻劑停止層，用以界定開口的底部。接著通過各向異性沉積法(舉例來 說，PECVD或HDP氧化硅沉積)在該開口中形成頂端AR膜236，其主要沉積到開口的底部而 非側(cè)壁?？墒┘游g刻劑以蝕除在該開口的側(cè)壁中延伸的任何殘留的頂端AR膜材料，舉例來 說，使用第一蝕刻劑進(jìn)行干式蝕刻并且讓晶片襯底保持一傾角且繞著平行于外來離子束的 軸線旋轉(zhuǎn)。接著通過例如氮化硅PECVD在該等開口中形成光導(dǎo)材料。彩色濾光片可形成在 該光導(dǎo)上方，而相鄰彩色濾光片之間的一部分支撐膜和相鄰光導(dǎo)之間的另一部分則可被蝕 刻以產(chǎn)生圖5中所示的結(jié)構(gòu)。圖12A到E展示用以在光導(dǎo)116與襯底202之間制造另一抗反射堆疊實(shí)施例的過 程。參考圖12E，在此實(shí)施例中，在光導(dǎo)116以及包含頂端AR膜236、第二 AR膜234、和第三 AR膜232的抗反射(AR)堆疊之間插設(shè)蝕刻停止膜238。該光導(dǎo)蝕刻停止膜238可為由和 光導(dǎo)116相同的材料構(gòu)成，且可為氮化硅，其厚度介于100埃與300埃之間，優(yōu)選為150埃。 本實(shí)施例中形成該AR堆疊的優(yōu)點(diǎn)為可更精確地控制第二 AR膜234的厚度，其代價(jià)為多一 道沉積步驟以及蝕穿接觸孔開口(未顯示)的氧化物-氮化物-氧化物_氮化物_氧化物 堆疊而非氧化物_氮化物_氧化物堆疊的 復(fù)雜度會(huì)略增。先前實(shí)施例使用第二 AR膜234 作為光導(dǎo)蝕刻停止膜并且會(huì)在最后的絕緣體凹槽蝕刻過度蝕刻步驟中損失部分厚度。如圖12A到B中所示，施加第三AR膜232和第二 AR膜234于襯底106上且接著 施加頂端AR膜236在第二 AR膜234上，之后則施加由氮化硅制成的光導(dǎo)蝕刻停止膜238。 如圖12C中所示，形成絕緣層110與電線連接電線108在AR膜232、234、236、以及光導(dǎo)蝕刻 停止膜238上方。圖12D顯示蝕入絕緣體110中的開口，其停止在光導(dǎo)蝕刻停止膜238的 頂端。圖12E顯示該開口填充著光導(dǎo)材料。圖13A為圖11與圖12E的抗反射堆疊的透射系數(shù)相對(duì)于光波長的關(guān)系圖，頂端 AR膜236(氧化物)標(biāo)稱厚度為800埃，變化為+/-10% ；而第二 AR膜234 (氮化物)標(biāo)稱 厚度為500埃；以及第三AR膜232 (氧化物)厚度為75埃。透射曲線在紫色區(qū)(400nm到 450nm)中呈現(xiàn)陡峭的下垂。構(gòu)成AR堆疊的AR膜232、234、236的標(biāo)稱厚度被選為將該透射 曲線的最大值設(shè)置在藍(lán)色區(qū)(450nm到490nm)中而非綠色區(qū)(490nm到560nm)，使得因制 造公差所造成的任何膜厚度偏移均不會(huì)導(dǎo)致透射系數(shù)在紫色區(qū)中的下降會(huì)遠(yuǎn)大于紅色區(qū) (630nm 至Ij 700nm)中。圖13B為圖11與圖12E的抗反射堆疊的透射系數(shù)相對(duì)于光波長的關(guān)系圖，標(biāo)稱的 第二 AR膜(氮化物)厚度為500埃，變化為+/-10%。圖13C為圖11與圖12E的抗反射堆疊的透射系數(shù)相對(duì)于光波長的關(guān)系圖，第三AR 膜232 (氮化物)標(biāo)稱厚度為75埃，變化為+/-10 %。圖14A到G所示的是用以在光導(dǎo)116與襯底202之間制造另一抗反射堆疊實(shí)施例 的過程，用以在兩個(gè)不同像素處提供兩個(gè)不同AR堆疊，其個(gè)別優(yōu)化不同顏色的區(qū)域。第三 AR膜232和第二 AR膜234被設(shè)于圖14A中的光電轉(zhuǎn)換單元201上方，類似于圖12A中所 示的實(shí)施例。在圖14A中，頂端AR膜236沉積到圖14B中所示的較厚的頂端AR膜236b的 厚度。接著會(huì)應(yīng)用光刻掩膜(未顯示)，用以在使用較薄頂端AR膜236a的像素上方產(chǎn)生 掩膜開口。應(yīng)用蝕刻步驟以將該掩膜開口下方的頂端AR膜236薄化到圖14B中頂端AR膜236a的較小厚度。圖14C到14G中所示的后續(xù)步驟類似于圖12B到Ε。施加綠色彩色濾光 片114G在具有較薄頂端AR膜236a的像素上，而藍(lán)色與紅色彩色濾光片則在具有較厚頂端 AR膜236b的像素上。圖15A為圖14G的抗反射堆疊的透射系數(shù)相對(duì)于光波長的關(guān)系圖，標(biāo)稱較薄頂端 AR膜236a的標(biāo)稱厚度為0. 12um,第二 AR膜234的標(biāo)稱厚度為500埃，而第三AR膜232的 標(biāo)稱 厚度為75埃。此關(guān)系圖的尖峰值約為99%，是在綠色區(qū)域處，緩慢地降到紅色區(qū)域中 心處的約93%。此關(guān)系圖顯示出頂端AR膜236a可被使用于紅色像素以及綠色像素。圖15B為圖14G的抗反射堆疊的透射系數(shù)相對(duì)于光波長的關(guān)系圖，頂端AR膜236b 的標(biāo)稱厚度為0. 20um,第二 AR膜234的標(biāo)稱厚度為500埃，而第三AR膜232的標(biāo)稱厚度 為75埃。此關(guān)系圖尖峰值在兩個(gè)不同顏色區(qū)域中，也就是，紫色與紅色。此關(guān)系圖顯示出 頂端AR膜236b可被使用于藍(lán)色像素以及紅色像素。像素陣列可使用較薄的頂端AR膜236a僅于綠色像素而使用較厚的頂端AR膜 236b于藍(lán)色與紅色像素兩者。或者，該像素陣列可使用較薄的頂端AR膜236a于綠色與紅 色像素兩者而使用較厚的頂端AR膜236b僅于藍(lán)色像素。通過產(chǎn)生不同的第二 AR膜厚度同時(shí)保持相同的頂端AR膜厚度，可提供另一實(shí)施 例，其提供兩個(gè)不同AR堆疊，每一堆疊優(yōu)化不同顏色的區(qū)域。其會(huì)決定出兩個(gè)不同厚度，每 一個(gè)顏色區(qū)域一種厚度。第二 AR膜會(huì)先被沉積到較大厚度。接著會(huì)應(yīng)用光刻掩膜，以在使 用較小第二 AR膜厚度的圖像傳感器上方產(chǎn)生掩膜開口。蝕刻步驟會(huì)被應(yīng)用以將該掩膜開 口下方的第二 AR膜薄化到較小厚度。后續(xù)步驟類似于圖12B到E。雖然在附圖中已說明和顯示特定的示范性實(shí)施例，不過，應(yīng)該了解的是，這些實(shí)施 例僅解釋而非限制本發(fā)明，且本發(fā)明并不受限于所示和所述的特定構(gòu)造和排列，因?yàn)樗鶎?領(lǐng)域的技術(shù)人員可進(jìn)行各種其它修正。附錄 1附錄1由2007年12月28日申請(qǐng)的第61/009，454號(hào)美國申請(qǐng)案組成。Hiok-Nam Tay的臨時(shí)專利申請(qǐng)案標(biāo)題像素中的抗反射

圖Ia是在抗反射堆疊中使用氮化硅的現(xiàn)有技術(shù)MOS像素。圖Ib是利用氮化硅作為接觸蝕刻停止層的現(xiàn)有技術(shù)MOS晶體管構(gòu)造。圖2是利用氮化硅作為接觸蝕刻停止層且處于抗反射堆疊中的現(xiàn)有技術(shù)MOS圖像 傳感器像素。圖3展示根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的形成抗反射堆疊的氮化硅上覆氧化物和硅。圖4是描繪針對(duì)在抗反射堆疊中在氮化物下方的氧化物的三種不同厚度的透射 系數(shù)對(duì)光波長的光透射曲線圖。圖5是描繪針對(duì)根據(jù)圖2的現(xiàn)有技術(shù)抗反射堆疊的一種氧化物厚度的透射系數(shù)對(duì) 光波長的光透射曲線圖。圖6a到6f展示用以在如圖3所示的根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的MOS圖像傳感器 像素中建立抗反射堆疊的制造步驟。
背景技術(shù)：
在例如MOS圖像傳感器等硅圖像傳感器中，其中光感測(cè)元件(通常為光電二極管) 在硅表面下方且其中入射光在到達(dá)光感測(cè)元件之間需要穿過二氧化硅，氧化物-硅界面處 的反射可多達(dá)40%，從而導(dǎo)致敏感性降低。業(yè)界已實(shí)施在硅上使用多層薄膜來減少反射。一個(gè)實(shí)例是US6，166，405的圖7， 此處展示為圖la。光學(xué)堆疊由柵極氧化物41 (熱生長)加上氮化硅膜45 (沉積)加上氧 化物膜46 (沉積)組成。氮化硅膜45直接在柵極氧化物41上方。柵極氧化物41的厚度 根據(jù)工藝而為固定的。通常，如果在芯片中包含3. 3v晶體管，那么柵極氧化物41的厚度為 約70埃。而如果使用2. 5v晶體管，那么柵極氧化物41的厚度為約45埃。因此在氮化硅 下方且在硅上方的氧化物厚度是固定參數(shù)，其使得氮化硅厚度成為獲得最佳透射系數(shù)(常 常是次最佳的)的唯一參數(shù)。圖Ib展示典型數(shù)字CMOS工藝的現(xiàn)有技術(shù)，其中氮化硅層57覆蓋硅表面。氮化 硅膜57 (通常稱為蝕刻停止氮化物)用于兩個(gè)目的(a)使硅與上方的電介質(zhì)63絕緣以防 止電介質(zhì)63中的濕氣和正離子遷移到晶體管柵極氧化物54中，和(b)在接觸蝕刻工藝步 驟期間停止電介質(zhì)蝕刻，使得無論電介質(zhì)厚度如何，電介質(zhì)蝕刻均在氮化物膜上停止，從氮 化物膜進(jìn)一步實(shí)行氮化物蝕刻以在氮化物膜中完成接觸孔蝕刻，其無論下伏的拓?fù)淙绾尉?具有 均勻的厚度。氮化物膜57具有通常在500埃到900埃之間的厚度，其針對(duì)目的(a)和 (b)兩者而經(jīng)優(yōu)化。圖2展示利用蝕刻停止氮化物57作為其抗反射堆疊的部分的現(xiàn)有技術(shù)MOS圖 像傳感器像素。此堆疊由柵極氧化物(gate 0xide)54、間隙壁襯料氧化物(spacerliner oxide)55、自對(duì)準(zhǔn)硅化物阻擋氧化物(salicide block oxide)64、蝕刻停止氮化物 (etch-stop nitride) 57以及電介質(zhì)63組成。間隙壁襯料氧化物55自對(duì)準(zhǔn)硅化物阻擋氧 化物通常在整個(gè)晶片上沉積于間隙壁襯料氧化物55和柵極氧化物54上，且當(dāng)在鈦或鈷或 鎳與硅之間需要自對(duì)準(zhǔn)硅化物以用于低接觸電阻目的的任何地方與間隙壁襯料氧化物55 和柵極氧化物54 —起蝕刻掉，而在需要高電阻的地方(例如多晶硅電阻器或擴(kuò)散電阻器 上)，保留此氧化物堆疊以防止這些自對(duì)準(zhǔn)硅化金屬與硅的接觸。在圖像傳感器產(chǎn)業(yè)中眾所 周知的是，由于自對(duì)準(zhǔn)硅化物造成較高泄漏電流的趨勢(shì)，在光感測(cè)元件附近的像素的自對(duì) 準(zhǔn)硅化是不合意的。因此自對(duì)準(zhǔn)硅化物阻擋氧化物保留在硅的光感測(cè)部分上，且在其下方 具有與其一起的間隙壁襯料氧化物55和柵極氧化物54。氮化物膜57下方的總氧化物堆疊 可從400埃到700埃。圖5展示在下方的氧化物堆疊厚度為580埃的情況下通過改變氮化物膜57的厚 度來優(yōu)化圖2的抗反射堆疊的透射系數(shù)。發(fā)現(xiàn)最佳氮化物膜厚度為1520埃。透射系數(shù) 通過在450nm(藍(lán)光)處快速下降到0. 67且在650nm(紅光)處快速下降到0. 78而在約 540nm(濾光)處在0. 88處較窄地成峰。此抗反射堆疊因此不能減少藍(lán)光和紅光的反射。
具體實(shí)施例方式參看圖式，現(xiàn)在將描述本發(fā)明的示范性實(shí)施例。主要參看框圖描述示范性實(shí)施例。 此處，設(shè)備元件可稱為用于執(zhí)行方法步驟的構(gòu)件、元件或單元。關(guān)于框圖，應(yīng)了解沒有詳細(xì) 說明或描述實(shí)際系統(tǒng)的完整實(shí)施所必要的所有組件。而是，僅說明和描述對(duì)本發(fā)明的詳盡 理解必要的那些組件。此外，未詳細(xì)描述常規(guī)的或可容易根據(jù)本文提供的教示來設(shè)計(jì)和制 造的組件。
圖3展示本發(fā)明的實(shí)施例。與圖2所示的現(xiàn)有技術(shù)的本質(zhì)差異是移除了自對(duì)準(zhǔn)硅 化物阻擋氧化物，且另外還移除了蝕刻停止氮化物57下方的間隙壁襯料氧化物55的頂側(cè) 的一定厚度，從而產(chǎn)生氮化物膜57下方的變薄的氧化物堆疊。與圖1所示的現(xiàn)有技術(shù)的本 質(zhì)差異是氮化物膜57下方的總氧化物堆疊大于柵極氧化物54，因此允許氧化物堆疊厚度 成為用來優(yōu)化透射系數(shù)的自由參數(shù)。圖4展示針對(duì)蝕刻 停止氮化物膜57的三種不同厚度450、500和550埃的透射系 數(shù)對(duì)光波長的曲線圖。對(duì)于此組氮化物厚度，發(fā)現(xiàn)其下方的氧化物堆疊的最佳厚度為100 埃，其大于柵極氧化物厚度(如所提到為約70?；?5埃)。從450nm(藍(lán))到650nm(紅) 的光波長，且針對(duì)全部3種不同的氮化物厚度，透射系數(shù)保持高于0. 95。這顯示即使氮化物 厚度改變10%，此抗反射堆疊也具有小于5%的反射。圖6a到6f展示處理步驟，其從緊跟在自對(duì)準(zhǔn)硅化物形成步驟之后開始到穿過電 介質(zhì)和氮化物以及下方的氧化物堆疊蝕刻接觸孔而到達(dá)硅。在圖6a中，在自對(duì)準(zhǔn)硅化物阻擋氧化物蝕刻步驟之后且在鈦/鈷/鎳硅化物形成 步驟之后，在光感測(cè)元件65上和與其鄰近的MOS晶體管上的自對(duì)準(zhǔn)硅化物阻擋氧化物64 保持未蝕刻。由柵極氧化物54、間隙壁襯料氧化物55和自對(duì)準(zhǔn)硅化物阻擋氧化物64組成 的氧化物堆疊通常為400埃到700埃厚。在圖6b中，在光感測(cè)元件65及其鄰近的晶體管區(qū)上使用濕式蝕刻或干式蝕刻執(zhí) 行氧化物蝕刻步驟，直到達(dá)到所需的氧化物堆疊厚度為止。舉例來說，如果氮化物厚度為 500埃，那么100埃的氧化物堆疊厚度是合適的。在間隙壁襯料55位于柵極氧化物54上方 的此構(gòu)造中，氧化物蝕刻完全移除自對(duì)準(zhǔn)硅化物阻擋氧化物且進(jìn)一步蝕刻掉間隙壁襯料氧 化物的頂部部分。存在其中不使用間隙壁襯料氧化物的其它可能構(gòu)造，在此情況下自對(duì)準(zhǔn) 硅化物阻擋氧化物的薄底部層保留在柵極氧化物上以獲得所需的最佳氧化物堆疊厚度。在圖6c中，在晶片上沉積蝕刻停止氮化物。500埃的厚度通常是合適的。在圖6d中，在晶片上沉積電介質(zhì)63(通常是以硼和/或磷摻雜的底部層氧化硅和 等離子體沉積的未摻雜氧化物頂部層的堆疊)，且穿過電介質(zhì)蝕刻接觸孔67但在蝕刻停止 氮化物57上停止，因?yàn)橛靡晕g刻氧化物的蝕刻劑不會(huì)很快地蝕刻氮化物。在圖6e中，通過改變?yōu)樵诘镏斜仍谘趸镏懈斓匚g刻的不同蝕刻劑來進(jìn) 一步向下蝕刻接觸孔67，穿過蝕刻停止氮化物57。接觸孔蝕刻在下方的氧化物堆疊上、在 已向下蝕刻的間隙壁襯料氧化物55的頂側(cè)上停止。在圖6f中，進(jìn)一步向下蝕刻接觸孔67，穿過間隙壁襯料氧化物55和柵極氧化物 64而到達(dá)漏極59處的硅。在此最后一個(gè)步驟之后，應(yīng)用典型的后端互連構(gòu)造步驟以用Ti/TiN側(cè)壁和底側(cè) 且進(jìn)一步用鎢來填充接觸孔。上文揭示若干發(fā)明，雖然其組合地使用以說明有益效果，然而也可各自單獨(dú)使用 以產(chǎn)生有益效果。該等發(fā)明是“氮化物下方變薄的氧化物”、“蝕刻停止氮化物下方變薄的 氧化物”、“接觸蝕刻期間在對(duì)蝕刻停止氮化物蝕刻之后的氧化物堆疊蝕刻”以及其組合。序列列表不適用
權(quán)利要求
一種圖像傳感器像素，其包含一襯底；一光電轉(zhuǎn)換單元，其由該襯底支撐；一保護(hù)膜，其在該襯底上方延伸且跨越該襯底；以及一串聯(lián)式光導(dǎo)，其中該串聯(lián)式光導(dǎo)的一第一部分位于該保護(hù)膜與該襯底之間而該串聯(lián)式光導(dǎo)的一第二部分則在該保護(hù)膜上方延伸。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的像素，其中每一個(gè)串聯(lián)式光導(dǎo)包含一透明部分與一彩色濾光 片，該彩色濾光片相鄰于該透明部分且在該絕緣體上方延伸。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的像素，其中該第二部分包含一彩色濾光片。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的像素，其中相鄰像素的串聯(lián)式光導(dǎo)的彩色濾光片由寬度不超 過0. 45um的一第一間隙隔開。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的像素，其中該第一間隙的深度為該間隙中的光的波長的至少 1. 0 倍。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的像素，其中該光的波長為450nm。
7.根據(jù)權(quán)利要求3所述的像素，其中該彩色濾光片自動(dòng)對(duì)準(zhǔn)該串聯(lián)式光導(dǎo)。
8.根據(jù)權(quán)利要求3所述的像素，其中該彩色濾光片的頂表面為一空氣界面。
9.(空置)
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的像素，其中沿著該串聯(lián)式光導(dǎo)的垂直軸和于該保護(hù)膜上方 的所有光學(xué)界面為平面且平行。
11.(空置)
12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的像素，其中兩個(gè)不同像素中至少有兩個(gè)串聯(lián)式光導(dǎo)具有不 同的剖面輪廓。
13.根據(jù)權(quán)利要求1所述的像素，其中第一部分的垂直中線和第二部分的垂直中線彼 此偏離。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的像素，其中該串聯(lián)式光導(dǎo)經(jīng)配置以使得光離開且再進(jìn)入該 串聯(lián)式光導(dǎo)。
15.一種制造一圖像傳感器像素的方法，其包含形成一支撐膜，其具有一開口且位于一襯底上方，該襯底支撐一光電轉(zhuǎn)換單元；以及 在該支撐膜的開口中形成一彩色濾光片。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，其進(jìn)一步包含在該彩色濾光片與該襯底之間形成一 保護(hù)膜。
17.根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，其進(jìn)一步包含移除在兩個(gè)相鄰彩色濾光片之間的至 少一部分支撐膜。
18.根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，其進(jìn)一步包含在該支撐膜的開口中形成一透明光導(dǎo)。
19.根據(jù)權(quán)利要求18所述的方法，其進(jìn)一步包含移除在該透明光導(dǎo)鄰近處的一部分支撐膜。
20.根據(jù)權(quán)利要求18所述的方法，其進(jìn)一步包含在該透明光導(dǎo)與該襯底之間形成一下 方透明光導(dǎo)。
21.根據(jù)權(quán)利要求20所述的方法，其中該下方透明光導(dǎo)的垂直中線偏離該支撐膜的開 口的垂直中線。
22.根據(jù)權(quán)利要求18所述的方法，其中形成該彩色濾光片的步驟在該彩色濾光片的頂 表面上產(chǎn)生一平面的空氣界面。
23.一種制造一圖像傳感器像素陣列的方法，其包含 在一支撐一光電轉(zhuǎn)換單元的襯底上方形成一絕緣體； 在該絕緣體鄰近處形成多個(gè)壁部；在該等壁部之間形成多個(gè)光導(dǎo)；在該等光導(dǎo)鄰近處形成多個(gè)彩色濾光片；以及移除該等壁部之至少一部分以在相鄰彩色濾光片之間形成間隙。
24.根據(jù)權(quán)利要求23所述的方法，其中通過形成一支撐膜且在該支撐膜內(nèi)產(chǎn)生多個(gè)開 口而形成該等壁部。
25.根據(jù)權(quán)利要求23所述的方法，其進(jìn)一步包含在該絕緣體上方形成一保護(hù)膜。
26.根據(jù)權(quán)利要求24所述的方法，其中移除該支撐膜的一部分，使得每一個(gè)光導(dǎo)的一 部分具有一空氣界面。
27.一種圖像傳感器像素，其包含 一襯底；一光電轉(zhuǎn)換單元，其由該襯底支撐； 一光導(dǎo)，其耦合到該光電轉(zhuǎn)換單元；抗反射構(gòu)件，其用以降低在該光導(dǎo)與該光電轉(zhuǎn)換單元之間的反射。
28.根據(jù)權(quán)利要求11或27所述的像素，其中該抗反射構(gòu)件包含一第一抗反射膜與一第 二抗反射膜，該第一抗反射膜的折射率低于該第二抗反射膜的折射率和該光導(dǎo)的折射率， 且該第一抗反射膜位于該第二抗反射膜與該光導(dǎo)之間。
29.根據(jù)權(quán)利要求28所述的像素，其中該抗反射構(gòu)件包含一第三抗反射膜，其折射率 低于該第二抗反射膜的折射率，且其中該第二抗反射膜位于該第一抗反射膜與該第三抗反 射膜之間。
30.根據(jù)權(quán)利要求28所述的像素，其中一第一像素的抗反射膜薄于一第二像素的對(duì)應(yīng) 抗反射膜，該第二像素具有不同顏色的彩色濾光片。
31.(空置)
32.(空置)
33.根據(jù)權(quán)利要求28所述的像素，其中該第二抗反射膜是結(jié)觸蝕刻停止層。
34.根據(jù)權(quán)利要求28所述的像素，其中該第二抗反射膜包含氮化矽。
35.根據(jù)權(quán)利要求27所述的像素，其進(jìn)一步包含一光導(dǎo)蝕刻停止層，其位于該光導(dǎo)與 該抗反射構(gòu)件之間。36. —種制造一圖像傳感器像素的方法，其包含在該光電轉(zhuǎn)換單元上形成一光導(dǎo)，該光電轉(zhuǎn)換單元由一襯底支撐；以及 在該光電轉(zhuǎn)換單元鄰近處形成一光導(dǎo)。
36.
37.(空置)
38.(空置)
39.一種形成一圖像傳感器像素的一部分的方法，其包含在支撐一光電轉(zhuǎn)換單元的一襯底上方形成一第一抗反射膜； 在該第一抗反射膜上方形成一絕緣體；利用蝕刻該絕緣體快過該第一抗反射膜的蝕刻劑，在該絕緣體中蝕刻一開口 ； 在該開口內(nèi)形成一第二抗反射膜；以及 在該開口內(nèi)形成光導(dǎo)材料。
40.根據(jù)權(quán)利要求39所述的方法，其進(jìn)一步包含蝕刻該第二抗反射膜的一垂直側(cè)壁部
41.(空置)
42.一種制造用于一圖像傳感器像素的一彩色濾光片的方法，其包含 形成至少一壁部；在該壁部內(nèi)形成一彩色濾光片； 移除該壁部的至少一部分。
全文摘要
用于圖像傳感器的光導(dǎo)陣列。提供一種圖像傳感器，其包含一由一襯底(106)支撐的光電轉(zhuǎn)換單元(102)以及一位于該襯底鄰近處的絕緣體(110)。該圖像傳感器包含一串聯(lián)式光導(dǎo)(116，130)，該串聯(lián)式光導(dǎo)位于該絕緣體的一開口內(nèi)且在該絕緣體上方延伸，使得該串聯(lián)式光導(dǎo)的一部分(130)具有一空氣界面(424)。該空氣界面會(huì)改進(jìn)該串聯(lián)式光導(dǎo)的內(nèi)反射。該串聯(lián)式光導(dǎo)可包含一自動(dòng)對(duì)準(zhǔn)彩色濾光片(114B，114G)，其在相鄰彩色濾光片之間具有間隙(422)。該光導(dǎo)的前述特征不需要用到微透鏡。除此之外，一抗反射堆疊(230)插設(shè)在該襯底(106)與該光導(dǎo)(116)之間，用以降低來自該圖像傳感器的向后反射。具有不同彩色濾光片的兩個(gè)像素對(duì)于在該抗反射堆疊內(nèi)的一抗反射膜可有不同的厚度。
文檔編號(hào)H01L27/146GK101971339SQ200880123359
公開日2011年2月9日 申請(qǐng)日期2008年12月22日 優(yōu)先權(quán)日2007年12月28日
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