用于圖像傳感器的光導(dǎo)陣列的制作方法
【專利說明】用于圖像傳感器的光導(dǎo)陣列
[0001]本申請是申請?zhí)枮?01210245902.2、申請日為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)明專利申請的分案申請。申請?zhí)枮?01210245902.2的發(fā)明專利申請是申請?zhí)枮?00880123359.0、申請日為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國際發(fā)明專利申請的分案申請。
[0002]相關(guān)申請案的交叉參考
[0003]本申請案主張2008年3月14日申請的申請案61/069,344號；以及2008年7月16日申請的申請案12/218，749號的優(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。
[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。
[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，其揭露于美國專利案7，119，319號。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，其會將電荷傳輸?shù)礁訑U(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韫饪虂磉M(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2.0um0
[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)之間的對準(zhǔn)誤差也會造成串?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。
[0010]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。如圖1A中所示，光導(dǎo)會與硅直接接觸。此界面可能會造成遠(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)可包含一自動對準(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于間隙寬度的關(guān)系圖；
[0019]圖3E為最大間隙功率損失相對于深度為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中所不的像素的過程的不意圖；
[0031]圖1OA到H為顯示用以曝光結(jié)合墊的過程的示意圖；
[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程的示意圖；
[0034]圖13A為抗反射堆疊的透射系數(shù)相對于光波長的關(guān)系圖；
[0035]圖13B為該抗反射堆疊的透射系數(shù)相對于光波長的關(guān)系圖；
[0036]圖13C為該抗反射堆疊的透射系數(shù)相對于光波長的關(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)相對于光波長的關(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)相對于光波長的關(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?？赏ㄟ^修正該抗反射堆疊內(nèi)的一層膜的厚度以針對抗反射來個(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)且因而會自動對準(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。空氣的折射率低于該支撐膜并且會增強(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