BRPI1002393A2

BRPI1002393A2 - matriz de guia de luz para um sensor de imagem

Info

Publication number: BRPI1002393A2
Application number: BRPI1002393-3A
Authority: BR
Inventors: Hiok Nam Tay; Thanh-Trung Do
Original assignee: Hiok Nam Tay; Candela Microsystems S Pte Ltd
Priority date: 2009-07-02
Filing date: 2010-07-02
Publication date: 2011-07-26
Also published as: JP2015222814A; JP5760340B2; DE102010030903A1; MX2010007359A; JP2012074405A; JP6206681B2

Abstract

<B>MATRIZ DE GUIA DE LUZ PARA UM SENSOR DE IMAGEM.<D> Um pixel de sensor de imagem que inclui urna unidade de conversão fotoelétrica suportada por um substrato e por um isolante adjacente ao substrato. O pixel inclui uma guia de luz em cascata que se encontra dentro de uma abertura do isolante e se estende por cima do isolante de maneira que uma parte da guia de luz em cascata tem uma interface de ar. A interface de ar melhora a reflexão interna da guia de luz em cascata. A guia de luz em cascata pode incluir um filtro de cor auto-alinhado com brechas de ar entre os adjacentes filtros de cor. Brechas de ar podem ser seladas por cima por uma transparente película de selo. A transparente película de selo pode ter uma superfície côncava sobre a brecha de ar para divergir a luz que cruzar a superfície côncava para a brecha de ar de tal maneira que a luz se parte desde a brecha de ar para adjacentes filtros de cor. Estas características da guia de luz eliminar a necessidade de uma microlente. Além disso, uma parte de uma parede de apoio entre um par de filtros de cor pode tei uma largura de alto que é maior que uma largura de baixo para tomar uma forma de pescoço para pressionar os filtros para baixo para melhorar a retenção dos filtros.

Description

Relatório descritivo para Patente de Pedido de Invenção: "MATRIZ DE GUIA DE LUZ PARAUM SENSOR DE IMAGEM".

REFERÊNCIA AOS PEDIDOS RELACIONADOS

Este pedido reivindica a prioridade do Pedido Provisório de Patente de Norte-Americano US n° 61/222,835, apresentado em 2 de julho 2009.

ANTECEDENTES da INVENÇÃO

1. Campo da invenção

A matéria divulgada, geralmente se refere a estruturas e métodos para fabricarsensores de imagem de estado sólido.

2. Antecedentes

Os equipamentos fotográficos como câmeras digitais e videocâmaras digitaispodem conter sensores de imagem eletrônicos que capturam a luz para processar asimagens fixas ou de vídeo. Os sensores de imagem eletrônicos normalmente contêmmilhões de elementos de captura da luz, tais como fotodiodos.

Os sensores de imagem de estado sólido podem ser qualquer do tipo dosdispositivos de carga acoplada (CCD) ou de tipo de semicondutor de óxido metálicocomplementar (CMOS). Em qualquer tipo de sensor de imagem, os sensores de fotos seformam num substrato e estão dispostos numa matriz bidimensional. Os sensores deimagem tipicamente contêm milhões de pixels para proporcionar uma imagem de altaresolução.

A Figura 1A mostra um corte transversal de um sensor de imagem 1 de estadosólido do estado da técnica que mostra pixels adjacentes num sensor do tipo de CMOS, quese reproduz da patente US N0 7,119,319. Cada pixel tem uma unidade de conversãofotoelétrica 2. Cada unidade de conversão 2 se situa adjacente a um elétrodo detransferência 3 que transfere cargas a uma unidade de difusão flutuante (não mostrada). Aestrutura inclui fios 4 embutidos numa película de isolamento 5. O sensor inclui tipicamenteuma película de aplanamento 6 debaixo do filtro de cor 8 para compensar a aspereza nasuperfície superior devidas a os fios 4, já que uma superfície plana é essencial para aformação convencional do filtro de cor por litografia. Uma segunda película de aplanamento10 se proporciona por cima do filtro de cor 8 para proporcionar uma superfície plana para aformação de uma microlente 9. A espessura total das películas de aplanamento 6 e 10 maiso filtro de cor 8 é aproximadamente de 2,0pm.

Umas guias de luz 7 se integram no sensor para guiar a luz às unidades deconversão 2. As guias de luz 7 estão formadas de um material tal como o nitreto de silícioque tem um índice de refração maior que a película de isolamento 5. Cada guia de luz 7 temuma entrada que é mais larga que a área adjacente às unidades de conversão 2. O sensortambém pode ter um filtro de cor 8 e uma microlente 9.A microlente 9 enfoca a luz sobre as unidades de conversão fotoelétríca 2. Como semostra na Figura 1B, devido à difração ótica, a microlente 9 pode provocar que se transmitea luz difratada às unidades de conversão fotoelétríca próximas e criar diafonia ótica e perdade luz. A quantidade de diafonia aumenta quando há uma película de aplanamento por cimaou debaixo do filtro de cor que coloca a microlente mais distantes da guia de luz. A luz podeentrar nos pixels adjacentes através de passar por qualquer das películas de aplanamento(por cima ou abaixo do filtro de cor) ou as paredes laterais do filtro de cor. Às vezes seintegram escudos metálicos nos pixels para bloquear a luz de diafonia. Além disso, os errosde alinhamento entre a microlente, o filtro de cor, e a guia de luz também contribuem àdiafonia. A formação, o tamanho e a forma da microlente se podem variar para reduzir adiafonia. Entretanto, se deve adicionar um custo adicional para o preciso processo deformação de microlente, e ainda assim não se pode eliminar a diafonia.

A reflexão para trás desde o sensor de imagem na interface de substrato é outroproblema que causa perda de recepção de luz. Como se mostra na Figura 1A, a guia de luzestá em contato direito com o silício. Esta interface pode causar uma reflexão para trás nãodesejável, que se afasta do sensor. Estruturas anti-reflexo convencionais para sensores deimagem incluem a inserção de uma pilha de dupla película de óxido-nitreto direitamentesobre o substrato de silício, ou uma película de oxinitreto que tem uma variação da razão denitrogênio- oxigênio na mesma, mas apenas reduz a reflexão entre o substrato de silício eum isolamento de óxido de altura. Esta abordagem não é aplicável quando a interface é umsubstrato de silício e uma guia de luz de nitreto.

BREVE RESUMO DA INVENÇÃO

Um pixel de sensor de imagem que inclui uma unidade de conversão fotoelétrícasuportada por um substrato e por um isolamento adjacente ao substrato. O pixel pode teruma guia de luz em cascata; uma parte da guia de luz em cascata se situa dentro doisolamento e outra parte se estende por cima do isolamento. A guia de luz em cascata podeincluir um filtro de cor auto-alinhado que tem brechas de ar entre adjacentes filtros de cor.Brechas de ar podem ser seladas de cima por uma transparente película de selo. Atransparente película de selo pode ter uma superfície côncava sobre a brecha de ar paradivergir a luz da brecha de ar aos filtros de cor adjacentes. O pixel pode ter uma pilha anti-reflexo entre o substrato e a guia de luz em cascata.

BREVE DESCRIPCÃO DOS DESENHOS

A Figura 1A é uma ilustração que mostra um corte transversal de dois pixels desensor de imagem do estado da técnica; A Figura 1B é uma ilustração que mostra uma diafonia da luz entre pixelsadjacentes do estado da técnica;

A Figura 2 é uma ilustração que mostra um corte transversal de dois pixels de umaconcretização de uma das invenções inclusas;

A Figura 3A é uma ilustração que mostra a luz que viaja ao longo de uma brecha dear entre dois filtros de cor;

A Figura 3B é uma ilustração que mostra a redireçâo da luz da brecha de ar a osfiltros de cor;

A Figura 3C é um gráfico da potência da luz em função da distância ao longo dabrecha de ar;

A Figura 3D é um gráfico da perda de potência na brecha em função da largura debrecha com respeito à distância ao longo da brecha de ar de larguras de Ο,βμηη e de 1 ,Ομηιpara três cores diferentes;

A Figura 3E é um gráfico da perda máxima de potência na brecha em função dalargura da brecha a uma profundidade de 1 ,Ομm;

A Figura 3F é um quadro de perda máxima de potência na brecha para larguras debrecha diferentes a uma profundidade de 1 ,Ομm;

A Figura 3G é uma tabla da superfície de brecha como porcentagem da área depixel para larguras de brecha diferentes e para tamanhos de pixel diferentes;

A Figura 3H é um quadro da perda de potência de pixel para larguras de brechadiferentes e para tamanhos de pixel diferentes;

A Figura 31 é uma gráfica da perda de potência de pixel em função do tamanho depixel para larguras de brecha diferentes;

As Figuras 4A-L são ilustrações que mostram um processo utilizado para fabricaros pixels mostrados na Figura 2;

A Figura 5 é uma ilustração que mostra as trajetórias de raios dentro do pixel daFigura 2;

A Figura 6A é uma ilustração que mostra um pixel numa esquina da matriz;

A Figura 6B é uma ilustração que mostra as trajetórias de raios de luz no pixel daFigura 6A;

A Figura 7 é uma ilustração que mostra uma vista desde cima de quatro pixelsdentro de uma matriz;

A Figura 8 é uma concretização alternativa dos pixels de sensor com as trajetóriasde raios;

As Figuras 9A-M são ilustrações que mostram um processo utilizado para fabricaros pixels mostrados na Figura 8;

As Figuras 10A-H são as ilustrações que mostram um processo para expor umaalmofada de conexão;

A Figura 11 é uma ilustração que mostra uma pilha anti-reflexo dentro do sensor deuma das invenções em esta;As Figuras 12A-E são ilustrações que mostram um processo alternativo para formaruma pilha anti-reflexo dentro do sensor de uma das invenções inclusas;

A Figura 13A é um gráfico do coeficiente de transmissão em função docomprimento de onda de luz de uma pilha anti-reflexo;

A Figura 13B é um gráfico do coeficiente de transmissão em função docomprimento de onda de luz da pilha anti-reflexo;

A Figura 13C é um gráfico do coeficiente de transmissão em função docomprimento de onda de luz da pilha anti-reflexo;

As Figuras 14A-G são ilustrações que mostram um processo alternativo para formarduas pilhas anti-reflexo dentro do sensor de uma das invenções em esta;

A Figura 15A é um gráfico do coeficiente de transmissão em função docomprimento de onda de luz de uma primeira pilha anti-reflexo na esquerda da Figura 14G;

A Figura 15B é um gráfico do coeficiente de transmissão em função docomprimento de onda de luz de uma segunda pilha anti-reflexo na direita da Figura 14G;

A Figura 16 mostra uma concretização alternativa do sensor de imagem de umadas invenções em esta;

A Figura 17 mostra uma concretização alternativa do sensor de imagem de umadas invenções em esta;

A Figura 18 mostra uma concretização alternativa do sensor de imagem de umadas invenções em esta;

A Figura 19 mostra uma concretização alternativa do sensor de imagem de umadas invenções em esta;

A Figura 20 é uma ilustração que mostra um passo de processo usado para fabricaros pixels mostrados na Figura 18;

A Figura 21 mostra uma concretização alternativa do sensor de imagem de umadas invenções em esta;

As Figuras 21A-D são ilustrações que mostram passos de processo usados parafabricar os pixels mostrados na Figura 19;

A Figura 22 mostra uma concretização alternativa do sensor de imagem de umadas invenções em esta;

A Figura 23 é uma ilustração que mostra trajetórias de raio que passam dacobertura de vidro às guias de luz num pacote de sensor de imagem de acordo com umaconcretização de uma das invenções inclusas;

A Figura 24 é uma ilustração que mostra uma configuração de pacote de uma dasinvenções inclusas.

DESCRIPCÂO DETALLADA

Descreve-se um pixel de sensor de imagem que inclui uma unidade de conversãofotoelétrica suportada por um substrato e por um isolamento adjacente ao substrato. O pixelinclui uma guia de luz que se situa dentro de uma abertura do isolamento e se estende porcima do isolamento de maneira que uma parte da guia de luz tem uma interface de ar. Ainterface de ar melhora a reflexão interna da guia de luz. Além disso, a guia de luz e um filtrode cor adjacente se constroem com um processo que melhora a abertura superior da guiade luz e reduz a diafonia. Estas características da guia de luz eliminam a necessidade deuma microlente. Além disso, uma pilha anti-reflexo se constrói sobre a unidade deconversão fotoelétrica e debaixo da guia de luz para reduzir a perda de luz pela reflexãopara trás do sensor de imagem. Dois pixels de cores diferentes podem se otimizarindividualmente para a anti-reflexo modificando a espessura de uma película dentro da pilhaanti-reflexo.

O pixel pode incluir duas guias de luz, uma por cima de outra. A primeira guia de luzse situa dentro de uma primeira abertura do isolamento adjacente ao substrato. A segundaguia de luz se situa dentro de uma segunda abertura numa película de suporte, quefinalmente se pode tirar ou parcialmente tirar durante a fabricação do pixel. Um filtro de corse pode situar dentro da mesma abertura e por tanto se auto-alinha com a segunda guia deluz. A segunda guia de luz pode ser deslocada da primeira guia de luz nas esquinasexteriores da matriz de pixels para capturar a luz incidente com um ângulo distinto de zerocom respeito ao eixo vertical.

Entre filtros de cor vizinhos se cria uma brecha de ar através de tirar o material dapelícula de suporte adjacente ao filtro. O ar tem um índice de refração menor que a películade suporte e melhora a reflexão interna dentro do filtro de cor e a guia de luz. Além disso, abrecha de ar está configurada para "dobrar" a luz que incide na brecha para o filtro de cor epara aumentar a quantidade de luz proporcionada ao sensor.

A reflexão na interface entre o silício e a guia de luz se reduz criando uma películade nitreto e uma primeira película de óxido em baixo da primeira guia de luz. Além disso,uma segunda película de óxido pode estar inserida abaixo da película de nitreto paraampliar a gama de freqüências de luz para um anti-reflexo eficaz. A primeira película deóxido pode ser depositada num fosso gravado antes de aplicar o material de guia de luz. Emuma modalidade alternativa, todas as películas anti-reflexo se formam antes de atacar umfosso, e uma película adicional de parada de gravado de guia de luz cobre as películas anti-reflexo para proteger as do agente de gravado do fosso.

Com referência a os desenhos, mais concretamente, pelos números de referência,as Figuras 2,4A-L, 5 e 6A-B mostram modalidades de dois pixels adjacentes num sensor deimagem 100. Cada pixel inclui uma unidade de conversão fotoelétrica 102 que converte aenergia fotônica em cargas elétricas. Em um pixel 4T convencional, o eletrodo 104 pode serum eletrodo de transferência para transferir as cargas a um nó de detecção separado (nãomostrado). Alternativamente, num pixel 3T convencional, o eletrodo 104 pode ser umeletrodo de reset para reiniciar a unidade de conversão fotoelétrica 102. Os eletrodos 104 eas unidades de conversão 102 se formam sobre um substrato 106. O sensor 100 tambéminclui fios 108 que se embutem numa película de isolamento 110.

Cada pixel tem uma primeira guia de luz 116. As primeiras guias de luz 116 estãoconstruídas de um material refrativo que tem um índice de retração maior que a película deisolamento 110. Como se mostra na Figura 4B, cada primeira guia de luz 116 pode ter umaparede lateral 118 que se inclina um ângulo α respeito a um eixo vertical. O ângulo α estáselecionado para ser inferior a 90 - asin (npeiÍcuia de isolamento / nguia de iuZ). de preferência 0, demodo que existe a reflexão interna total de luz dentro da guia, onde n^ncuia de isolamento e nguia deluz são os índices de refração do material de película de isolamento e o material de guia deluz, respectivamente. As guias de luz 116 internamente refletem a luz desde as segundasguias de luz 130 as unidades de conversão 102.

As segundas guias de luz 130 se situam por cima das primeiras guias de luz 116 ese podem fazer do mesmo material que a primeira guia de luz 116. A extremidade superiorda segunda guia de luz 130 é mais larga que a extremidade inferior, onde a segunda guia deluz 130 e a primeira guia de luz 116 se encontram. Assim a brecha entre as segundas guiasde luz 130 adjacentes na extremidade inferior (em diante "segunda brecha") é maior do queé na extremidade superior, assim como maior que a brecha de ar 422 entre os filtros de cor114B, 114G por cima das segundas guias de luz 130. As segundas guias de luz 130 podemestar deslocadas lateralmente com respeito às primeiras guias de luz 116 e/ou a unidade deconversão 102, como se mostra na Figura 6A, onde a linha central C2 da segunda guia deluz 130 está deslocada com respeito à linha central C1 da primeira guia de luz 116 ou daunidade de conversão fotoelétrica 102. O deslocamento pode variar em função da posiçãodentro de uma matriz de pixels. Por exemplo, o deslocamento pode ser maior para os pixelssituados na parte exterior da matriz. O deslocamento pode ser na mesma direção lateral quea luz incidente para otimizar a recepção da luz pela primeira guia de luz. Para a luz incidenteque chega com um ângulo distinto de zero com respeito ao eixo vertical, as segundas guiasde luz 130 deslocadas transmitem mais luz às primeiras guias de luz 116. Efetivamente asegunda guia de luz 130 e a primeira guia de luz 116 em conjunto constituem uma guia deluz que tem formas diferentes de um corte transversal vertical em pixels diferentes. A formaestá otimizada com respeito ao ângulo de incidência de raios de luz em cada pixel.

As Figuras 5 e 6B ilustram as trajetórias de raios para um pixel no centro de umamatriz e numa esquina da matriz, respectivamente. Na Figura 5, os raios de luz incidentesvêm em sentido vertical. As segundas guias de luz 130 estão centradas com respeito àsprimeiras guias de luz 116. Ambos os raios de luz a e b se refletem uma vez dentro dasegunda guia de luz 130 e, a continuação, entram na primeira guia de luz 116, se refletemuma vez (raio a) ou duas vezes (raio b) e logo entram nas unidades de conversão 102. NaFigura 6B, as segundas guias de luz 130 estão deslocadas á direita afastada do centro damatriz, que é para a esquerda. O raio de luz c, que entra pela esquerda com um ângulo deaté 25 graus respeito ao eixo vertical, se reflete na parede lateral direita da segunda guia deluz 130, choca com e penetra na parede lateral inferior esquerda da mesma, entra naprimeira guia de luz 116, e finalmente chega à unidade de conversão 102. O deslocamentoé tal que a primeira guia de luz 116 captura de novo o raio de luz que sai da parede lateralinferior esquerda da segunda guia de luz 130. A cada cruzar de parede lateral da guia deluz, quer seja saindo da segunda guia de luz ou entrando na primeira guia de luz, o raio deluz c se refrata de tal maneira que o ângulo do raio refratado com respeito ao eixo verticaldiminui a cada vez, o que melhora a propagação para a unidade de conversão fotoelétrica.Assim, ter uma guia de luz construída a partir de uma primeira guia de luz 116 e umasegunda guia de luz 130 permite que a forma vertical de um corte transversal da guia de luzvarie de um pixel a outro pixel para otimizar a transmissão da luz á unidade de conversãofotoelétrica 102.

Construir uma guia de luz a partir de duas guias a luz 116, 130 separadas tem umasegunda vantagem de reduzir a profundidade de gravado para cada guia de luz 116, 130.Em conseqüência, o controle do ângulo de inclinação da parede lateral pode alcançar umaalta precisão. Também faz com que a deposição de material de guia de luz seja menospropensa a criar olhos de chave não desejados, que muitas vezes se produzem ao depositaruma película fina em cavidades profundas e dispersam a luz desde a guia de luz aoencontrar os olhos de chave.

Filtros de cor 114B, 114G se situam por cima das segundas guias de luz 130. Aparte superior da parede lateral em e adjacente a os filtros de cor é mais vertical que o restoda segunda guia de luz.

A primeira brecha de ar 422 entre os filtros de cor tem uma largura de 0,45μηι oumenos, e uma profundidade de 0,6pm ou maior. Uma brecha de ar com as limitaçõesdimensionais citadas antes faz com que a luz dentro da brecha se desvie para os filtros decor e finalmente aos sensores. Assim, a percentagem de perda da luz que incide sobre opixel devido a sua passagem pela brecha (em diante "a perda no pixel") se reduzconsideravelmente.

A luz que incide sobre uma brecha entre duas regiões translúcidas de maior índicede refração se desvia a uma ou outra quando a brecha é suficientemente estreita. Emparticular, a luz que incide sobre uma brecha de ar entre dois filtros de cor se desvia a umou outro dos filtros de cor quando a largura da brecha é suficientemente pequena. A Figura3A mostra uma brecha vertical entre duas regiões de filtro de cor enche de um meio demenor índice de refração, por exemplo, o ar. Os raios de luz incidentes que entram nabrecha e estão mais pertos de uma parede lateral que a outra se desviam para a primeira edentro da primeira, enquanto que o resto se desvia para a segunda e dentro da segunda. AFigura 3B mostra frentes de onda separados a um comprimento de onda de distância. Asfrentes de onda viajam a menor velocidade num médium de superior índice de refraçâo,neste exemplo o filtro de cor com um índice η de aproximadamente 1,6. Assim, a distânciaentre frentes de onda na brecha, supostamente está cheia de ar, é de 1,6 vezes a do filtrode cor, resultando na curvatura de frentes de onda na interface entre o filtro de cor e abrecha de ar e fazendo que os raios de luz se desviem para o filtro de cor. A Figura 3C é umgráfico de potência P(z) da luz propagada ao longo de um eixo vertical ζ da brecha de ar,dividida pela potência incidente P(O) em função de uma distância z. Como se mostra naFigura 3C, a potência de luz diminui a mais profundidade na brecha para larguras de brechadiferentes, mais rapidamente para larguras de brecha menor da ordem de um comprimentode onda e converge a ser essencialmente insignificante para uma largura de brecha de 0,4vezes a comprimento de onda ou menos, a uma profundidade de 1,5 vezes a comprimentode onda. À vista da Figura 3C, é preferível contar com uma profundidade igual à pelo menos1 vez o comprimento de onda do maior comprimento de onda de interesse, que é de 650nmnesta modalidade de um sensor de imagens de luz visível. A esta profundidade, apercentagem de potência de luz incidente sobre a brecha e perda no espaço mais abaixo(em diante "a perda na brecha") é inferior a 15%. O filtro de cor por tanto deve contar comuma espessura de menos 1 vez a comprimento de onda para filtrar a luz incidente que entrana brecha, para evitar que luz não filtrada se transmita ás guias de luz 130, 114 e finalmenteà unidade de conversão 102. Se o espaço está cheio com um meio transparente distinto doar, com índice de refração nbrecha > 1,0, então se supõe que a brecha deve reduzir sualargura a 0,45pm/nbrecha ou menos, já que efetivamente as distâncias em termos docomprimento de onda seguem sendo as mesmas, mas as distâncias absolutas diminuemem 1/nbrecha·

Com referência á Figura 3C, para a luz vermelha de comprimento de onda no ar de650nm, a uma profundidade de 0,65μm (a saber, 1,0 vez a comprimento de onda no ar) ofluxo de potência na brecha se atenua a 0,15 (15%) para uma largura de brecha de 0,6 vezo comprimento de onda no ar, a saber, 0,39μm. A atenuação alcança o máximo em torno de1μm de profundidade. A atenuação é mais pendente para comprimentos de onda maiscurtos.

A Figura 3D mostra a perda na brecha em função da largura de brecha W para 3cores - o azul a 450nm de comprimento de onda, o verde a 550nm e o vermelho a 650nm -a profundidades de Ο,6μm e 1,0μm, respectivamente. Para uma profundidade de 1,0μm, aperda máxima na brecha entre os 3 cores e a perda máxima na brecha para larguras debrecha de 0,2pm a 0,5μm se traçam na Figura 3E. A perda na brecha com respeito á largurade brecha se tabula na Figura 3F. Na Figura 3G, a superfície de brecha como percentagemdas áreas de pixels se tabula com respeito ao tamanho de pixel e á largura de brecha. Cadaentrada (a superfície de brecha em percentagem) na tabla da Figura 3G se multiplica pelaentrada da coluna correspondente (a saber, a perda na brecha) para dar a perda no pixel,como se tabula na Figura 3H. A Figura 31 traça a perda no pixel em função da tamanho depixel para larguras de brecha diferentes, que vão de 0,2μπι a OlSpm.

A Figura 31 mostra que manter a largura de brecha debaixo de 0,45μητι se traduziriaem menos do 8% de perda no pixel para um tamanho de pixel entre 1,8pm e 2,8pm -a gamade tamanhos de pixel para as câmaras compactas e telefones com câmara - para umaespessura do filtro de cor de 1 ,Opm. Para que seja menos do 3%, é necessário uma largurade brecha abaixo de 0,35pm; para que seja menos do 1,5%, uma largura de brecha abaixode 0,3μm; e para que seja menos do 0,5%, uma largura de brecha abaixo de 0,25pm. AFigura 31 também mostra que a perda no pixel é menor para pixels maiores, com a mesmalargura de brecha. Assim, para os pixels maiores de 5pm, as diretrizes anteriores resultamem pelo menos reduzir á metade a perda nos pixels.

Com referência de novo ás Figuras 2 e 5, está claro que a primeira brecha de ar422 evita a diafonia desde o filtro de cor de um pixel a um pixel adjacente por reflexãointerna. Por tanto cada um dos filtros de cor 114B, 114G funciona como uma guia de luz.Juntos, o filtro de cor, a segunda guia de luz e a primeira guia de luz ao longo do raio a naFigura 5 se conectam entre eles em cascata para captar a luz incidente e transmitir aunidade de conversão fotoelétrica 102 a tempo que se reduz o mínimo a perda e a diafonia.A diferença do estado da técnica que utiliza paredes de metal ou paredes que absorvem aluz entre os filtros de cor para reduzir a diafonia, a custa de perder luz que incide sobreestas paredes, a primeira brecha de ar 422 alcança uma perda na brecha insignificanteatravés de desviar a luz para o filtro de cor mais perto. E já que não há uma película deaplanamento subjacente por baixo dos filtros de cor que serve de ponte entre guias de luzadjacentes como no estado da técnica (ver a Figura 1B), a diafonia associada também seelimina.

A interface de ar pode continuar desde a parede lateral do filtro de cor ao longo daparede lateral da segunda guia de luz e terminar por cima da película de proteção 410,criando uma segunda brecha de ar 424. A interface de ar entre a segunda brecha de ar 424e a segunda guia de luz 130 melhora a reflexão interna para a segunda guia de luz 130.

Uma película de proteção 410 se pode formar de nitreto de silício por cima dapelícula de isolamento 110 para evitar que os íons de metais alcalinos entrem no silício. Osíons de metal alcalino, normalmente presentes em materiais de filtro de cor, podem causarinstabilidade nos transistores MOS. A película de proteção 410 também bloqueia a umidade.A película de proteção 410 pode ser feita de nitreto de silício (SÍ3N4) de espessura entre10.000 Angstrom e 4.000 Angstrom, preferivelmente de 7.000 Angstrom. Se a primeira guiade luz 116 ou a segunda guia de luz 130 está feita de nitreto de silício, a película deproteção 410 formada de nitreto de silício é contínua através e por cima da película deisolamento 110 para selar os transistores de íons de metais alcalinos e a umidade. Se tantoa primeira guia de luz 116 como a segunda guia de luz 130 não são de nitreto de silício, apelícula de proteção 110 pode cobrir a superfície superior da primeira guia de luz 116 paraproporcionar um selo similar ou, alternativamente, cobrir as paredes laterais e a parteinferior da primeira guia de luz 116.

A primeira 422 e a segunda 424 brechas de ar em conjunto formam uma aberturaconectada ao ar por cima da superfície superior do sensor de imagem. Visto de outramaneira, existe uma interface de ar contínua desde a película de proteção 410 até assuperfícies superiores dos filtros de cor 114B, 114G. Em particular, há uma brecha de arentre as superfícies superiores 430 dos pixels. A existência desta abertura durante afabricação permite tirar os materiais de refugo, formados durante a formação da primeira422 e a segunda 424 brechas de ar, durante a fabricação do sensor de imagem. Se poralguma razão a primeira brecha de ar 422 é selada posteriormente com algum material derecheio, este material de recheio deve ter um índice de refração menor que o material defiltro de cor de modo que (i) há reflexão interna dentro do filtro de cor, e (ii) a luz que incidena brecha de ar 422 se desvia para os filtros de cor 114B, 114G. Do mesmo modo, se algummaterial de recheio enche a segunda brecha de ar 424, este material de recheio deve ter umíndice de refração menor que a segunda guia de luz 130.

Em conjunto, o filtro de cor 114 e as guias de luz 130 e 116 constituem uma "guiade luz em cascata" que guia a luz á unidade de conversão fotoelétrica 102 através de utilizara reflexão interna total nas interfaces com os médios externos, tal como o isolamento 110 eas brechas de ar 422 e 424. A diferença das construções do estado da técnica, a luz queentra no filtro de cor não cruza á filtro de cor do pixel seguinte, exceto que apenas podepropagar-se para baixo a segunda guia de luz 130. Isto faz que seja desnecessário contarcom uma microlente para focar a luz ao centro da área de pixel para evitar que o raio de luzpasse de um filtro de cor de um pixel a um pixel adjacente. Suprimir a microlente tem umavantagem de eliminar o problema mencionado antes do erro de alinhamento entre amicrolente e o filtro de cor que pode provocar diafonia, além de reduzir os custos defabricação.

Como se mencionou antes, uma guia de luz em cascata também tem umavantagem sobre o estado da técnica que utiliza material da parede opaca entre os filtros decor pelo fato de que a luz incidente que cai na primeira brecha de ar 422 entre os filtros decor 114B e 114G se desvia para qualquer um dos dois, por tanto não há luz perdida, adiferença de que ocorre em pixels do estado da técnica em o que a luz se perde nasparedes opacas entre os filtros.

Uma vantagem deste método de formação de filtro de cor sobre os métodos doestado da técnica é que a parede lateral do filtro de cor nem está definida pela foto resinanem pelos materiais tinturas que constituem os filtros de cor. Nos métodos do estado datécnica para a formação de filtros de cor, o filtro de cor formado deve ter paredes lateraisretas depois de revelar. Este requisito supõe uma limitação da seleção da foto resina e omaterial tintura, porque a tintura não deve absorver a luz que a foto resina é sensível, aocontrário, a parte inferior do filtro de cor receberá menos luz, fazendo que o filtro de cor sejamais estreito em sua parte inferior que sua parte superior. O presente método de formaçãode filtro de cor forma a parede lateral do filtro de cor mediante o bolso 210 gravado napelícula de suporte 134 e nem dependendo das características do material de filtro de cornem da exatidão da litografia, resultando num processo mais barato.

Outra vantagem sobre os métodos de formação de filtros de cor do estado datécnica é que o controle do espaçamento da brecha é uniforme entre todos os pixels, e dealta precisão a um custo baixo. Aqui, o espaçamento de brecha é uma combinação dalargura de linha na etapa de litografia única que grava as aberturas na película de suporte,mais o controle do gravado lateral durante o gravado em seco, ambos fáceis de controlaruniformemente e com precisão alta sem aumentar o custo. Se estas brechas se criamatravés de colocar três filtros de cor de cores diferentes em 3 passos de litografia diferentescomo no estado da técnica, a uniformidade das larguras de brecha é difícil, os passos delitografia se tornam a ser caros, e o controle do perfil da parede lateral se torna ainda maisestreito.

Uma guia de luz em cascata na que um filtro de cor 114 e uma guia de luz 130 seformam na mesma abertura na película de suporte 134 (em diante "guia de luz em cascataauto-alinhada") tem uma vantagem sobre o estado da técnica em que não hádesalinhamento entre o filtro de cor 114 e a guia de luz 130. O filtro de cor 114 tem paredeslaterais que se auto-alinham com as paredes laterais da guia de luz 130.

As Figuras 4A-L mostram um processo para formar uma concretização sensor deimagem esta invenção. O sensor de imagem pode ser processado até um momento no queas unidades de conversão 102 e os elétrodos 104 estão formados no substrato de silício 106e os fios 108 estão embutidos no material isolamento 110 como se mostra na Figura 4a. Oisolamento 110 pode construir-se a partir de um material de índice de refração ("RI") baixotal como o dióxido de silício (RI = 1,46). A parte superior do isolamento 110 pode seraplanada com um processo de polimento químico mecânico ("CMP").

Como se mostra na Figura 4B, se pode tirar material isolamento para formaraberturas de guia de luz 120. As aberturas 120 têm paredes inclinadas um ângulo a. Asaberturas 120 podem estar formadas, por exemplo, mediante um processo de gravado poríons reativos ("RIE"). Para o oxido de silício como material isolamento, um agente degravado adequado é CF4+ CHF3 numa proporção de fluxo de 1:2, realizado em gás deargônio sujeito a 125mTorr, 45°C. Pode-se ajustar o ângulo de parede lateral através deajustar a potência de RF entre 300W e 800W a 13,56MHz.

A Figura 4C mostra a adição do material de guia de luz 122. Como exemplo, omaterial de guia de luz 122 pode ser um nitreto de silício que tem um índice de retração de2,0, que é maior que o índice de retração do material isolamento 110 (por exemplo, óxido desilício, Rl = 1,46). Além disso, o nitreto de silício proporciona uma barreira de difusão contraH2O e os íons de metais alcalinos. Pode-se adicionar o material de guia de luz mediante, porexemplo, deposição química em fase vapor intensificada por plasma ("PECVD").

O material de guia de luz pode ser gravado para baixo para deixar uma película deproteção mais fina e mais plana 410 para cobrir o isolamento e selar a unidade deconversão 102, a porta 104, e os elétrodos 108 contra H2O e íons de metais alcalinos nosprocedimentos posteriores. Alternativamente, se o primeiro material de guia de luz 122 nãoé o nitreto de silício, uma película do nitreto de silício pode ser depositada sobre o materialde guia de luz 122 depois de um gravado para baixo deste para aplanar a superfíciesuperior, para formar uma película de proteção 410 que sela a unidade de conversão 102, aporta 104, e 108 os elétrodos contra H2O e íons de metais alcalinos. A película de proteção410 pode ser de entre 10.000 Angstrom e 4000 Angstrom de espessura, de preferência7.000 Angstrom.

Como se mostra na Figura 4D, uma película de suporte 134 está formada em cimado nitreto de silício. A película de suporte 134 pode ser óxido de silício depositado porplasma de alta densidade ("HDP").

Na Figura 4E, a película de suporte está gravada para formar as aberturas. Asaberturas podem incluir paredes laterais 136 inclinadas um ângulo β. O ângulo β seescolherá de maneira que β <90 - asin (1 / n2 guia de luz)> O QU6 n2gUla de |uz é o índice derefração do material da segunda guia de luz 130, de tal maneira que há uma reflexão internatotal dentro das segundas guias de luz 130. O incorporar duas guias de luz separadas reduza profundidade de gravado para cada guia de luz. Em conseqüência, o gravado da paredelateral inclinada é mais fácil de alcançar com maior precisão. A película de suporte 134 e assegundas guias de luz 130 se podem fazer dos mesmos materiais e com os mesmosprocessos que a película de isolamento 110 e as primeiras guias de luz 116,respectivamente.

Como se mostra na Figura 4E, a parede lateral pode ter uma parte vertical e umaparte pendente. A parte vertical e a parte pendente se podem alcançar através de modificara química de gravação ou as condições de plasma durante o processo de gravação. Areceita do gravado durante a gravação da parte vertical é selecionada para ser favorável aformar a parede lateral vertical 162, e logo é modificada a uma receita que é favorável paraformar a parede lateral inclinada.

A Figura 4F mostra a adição de material de guia de luz. A modo de exemplo, omaterial de guia de luz pode ser um nitreto de silício depositado, por exemplo, peladeposição químico em fase vapor intensificado por plasma ("PECVD").

A Figura 4G mostra que cada segunda guia de luz 130 tem um bolso 210. Osbolsos 210 estão separados por uma parede de suporte 212 que é uma parte da película desuporte 134. Pode-se formar o bolso 210 através de gravar para baixo o material de guia deluz para expor a parede 212 até que a superfície superior da guia de luz está entre 0,6pm e1,2µm abaixo da superfície superior da parede 212.

Como se mostra na Figura 4H, um material de película de cor 114B que tem um corparticular, por exemplo azul ou magenta ou amarelo, se pode aplicar para encher os bolsos210 e se estende por cima da película de suporte 134. Neste exemplo, o material de corpode conter tintura azul. Material de filtro de cor se pode fazer de foto resina negativa, queforma polímeros que a expor-se a luz se volvem insolúveis num revelador de foto resina.Uma máscara (não se mostra) colocada sobre o material 114B tem aberturas para expor aszonas que vão a sobrar enquanto que o resto se tira por gravação.

O material de filtro de cor utilizado pode compreender partículas inorgânicasmescladas dentro da que têm diâmetros menores que uma pequena fração, por exemplo umquarto, dos comprimentos de onda da luz permitida passar. Por exemplo, as partículas doóxido de zircônio e do oxido de tântalo de diâmetros menos que 100nm se podem mesclarno filtros de cor azuis deste exemplo. As partículas dos materiais inorgânicos que sãotransparentes a cor intencionado e têm o alto índice de refração, preferentemente por cimade 1,9, podem aumentar o total índice de refração do filtro de cor para melhorar a reflexãointerna de parede lateral dos filtros de cor usados nesta invenção.

A Figura 41 mostra o sensor de imagem depois do passo de gravação. O processose pode repetir com um material de cor diferente tal como o verde ou o vermelho para criarfiltros de cor para pixels diferentes como se mostra na Figura 4J. O último material de corque se aplica enche os bolsos 210 restantes, como o que não requer o passo de colocaçãoda máscara. Em outras palavras, a luz de exposição se pode aplicar em todas as partes dabolacha de sensor de imagem para expor a última película de cor de filtro em todas aspartes. Durante o passo de cozimento, o último filtro de cor forma uma película que sesuperpõe a todos os pixels, incluindo os pixels de outras cores. A superposição do últimofiltro de cor por cima do outros pixels se tira durante um processo posterior de gravaçãopara baixo do filtro de cor que se mostra na Figura 4K.

Com referência á Figura 4G, os bolsos 210 proporcionam uma característica deauto-alinhamento para auto-alinhar o material de filtro de cor com a segunda guia de luz130. Os bolsos 210 podem ser mais larguras que as aberturas da máscara correspondentes.Para reduzir a espessura da parede de suporte 212 para uma abertura desejável desegunda guia de luz para um tamanho de pixel dado, a pressão na câmara de plasma podeaumentar-se para melhorar o gravado lateral (ou seja, isotrópico) (através de aumentar adispersão de íons) para atacar em baixo da máscara.

Como se mostra na Figura 4K, os filtros de cor 114B, 114G são gravados paraexpor a parede de suporte 212, que é uma parte da película de suporte 134. Uma parte dapelícula de suporte 134 logo se tira como se mostra na Figura 4L de modo que há umainterface de ar/material para os filtros de cor 114B, 114G. Uma parte adicional da película desuporte 134 se pode tirar como se mostra na Figura 4L de modo que há uma interface dear/material para a segunda guia de luz 130 para ajudar ulteriormente a reflexão internapermitindo que os raios de luz mais perto das perpendiculares à interface sejam sujeitados àreflexão interna total. A primeira brecha 422 tem uma largura suficientemente pequena,0,45pm ou menos, de modo que a luz vermelha e a luz incidente de menor comprimento deonda que incidem na primeira brecha 422 se desviam para qualquer filtro de cor 114B ou114G, para melhorar assim a recepção de luz. A luz se reflete interiormente ao longo dosfiltros de cor 114B, 114G e as guias de luz 130 e 116. Os filtros de cor 114B, 114G têm ummaior índice de refração que o ar para que os filtros de cor 114B, 114G proporcionemreflexão interna. Igualmente, a segunda guia de luz 130 pode ter uma interface de ar quemelhora as propriedades de reflexão interna da guia. Se a película de suporte 134 não setira por completo, sempre e quando a película de suporte tem um índice de refração menor(por exemplo, oxido de silício, 1,46) que o material de guia de luz (como o nitreto de silício,2,0), a interface entre a segunda guia de luz 130 e a película de suporte 134 tem uma bemreflexão interna. A Figura 16 mostra uma modalidade alternativa na qual o material de apoio entre as segundas guias de luz 130 adjacentes está só tirado parcialmente. Do mesmomodo, a interface entre a primeira guia de luz 116 e a primeira película de isolamento 110tem uma boa reflexão interna. A Figura 7 é uma vista desde cima que mostra quatro pixels200 de uma matriz de pixels. Para concretizações que incluem a primeira e a segunda guiasde luz, a zona B pode ser a área da superfície superior da segunda guia de luz e a zona Crepresenta a área da superfície inferior da primeira guia de luz. A área A menos a área Bpode ser a área da primeira brecha de ar 422 entre os filtros de cor.

A Figura 17 mostra uma concretização alternativa na qual a película de apoio 134 ésó parcialmente eliminada entre os adjacentes filtros de cor 114B, 114G. A brecha que nãopreenchida pela película de apoio preferentemente tem uma profundidade de 0.6pm ousuperior e uma largura de 0,45pm ou menos. A profundidade pode reduzir-se a 0,4pm se ototal índice de refração do material de filtro de cor se incrementa por cima de 1,5, porexemplo, através de mesclar partículas de material transparente que tem um índice derefração de 1,9 ou superior numa quantidade que o total índice de retração é de 1,7 - 1,8 ousuperior.

A Figura 18 mostra uma concretização alternativa na qual paredes laterais deenfrente de cada cor filtro não são retas e verticais. Neste exemplo, paredes laterais opostasde filtros de cor adjacentes 114B, 114G intercalar uma porção da película de apoio 134 detal maneira que a película de apoio 134 tem uma largura maior a uma profundidade que o auma profundidade menor. Com esta propriedade, a película de apoio 134 exerce uma forçapara baixo em cada um dos filtros de cor 114B, 114G para manter os filtros de cor em seulugar, o que melhora a retenção de filtro de cor. Em particular, neste exemplo, a película deapoio 134 é mais larga em sua superfície superior que á profundidade mais profunda onde écontígua com os adjacentes filtros de cor 114B, 114G, já que cada um dos filtros de cor temuma forma trapezoidal desde a parte superior da película de apoio 134 para baixo. O queajuda a manter pressionada o filtro de cor aqui é uma porção de uma interface lateral (asaber, parede lateral) entre o filtro de cor e uma estrutura sólida (segurado desde baixo) quese inclina para o filtro de cor. Esta característica está presente na Figura 18 (parede lateralentre filtro de cor 114B, 114G e parede formada pela película de apoio 134) e a Figura 19(parede lateral entre filtro de cor 114B, 114G e parede formada pela segunda película deapoio 140). Embora na presente concretização da parede de apoio 212 o que permanece dogravado da película de apoio 134 (e a parede entre os filtros de cor também fica depois dogravado da segunda parede de apoio 140 na Figura 19) proporciona a estrutura sólidasegurada de baixo (por ser uma parte a película de apoio 212 na Figura 18; por estar emcontato com a película de apoio 134 e o material de guia de luz 130 na Figura 19), épossível proporcionar esta estrutura sólida através de depositar uma fina película 142 dematerial sólido na brecha de ar (sem a completamente encher) de tal maneira que a películasólida 142 continua a partir de uma base sólida abaixa da brecha de ar (por exemplo,película de apoio 134 na Figura 19) a uma parte inclinada da mesma maneira (a saber, parao filtro de cor) e uma parede lateral do filtro de cor, superpondo tanto a parede lateral comoa película de apoio (ver a Figura 21).

A Figura 20 mostra um passo de processamento alternativo a uma porção inicial dopasso de processamento que se mostra na Figura 4E. A diferença da Figura 4E, na qual ofosso gravado na película de apoio 134 tem uma porção superior que tem paredes lateraisverticais, a Figura 20 mostra um passo de processamento para inicialmente escavar o fossode tal maneira que o fosso tem uma parte inferior mais larga que uma abertura na partesuperior. Isto pode alcançar-se através de escavar a abertura da parte superior do fosso porgravado por plasma anísotrópico enquanto se rota a bolacha e se segura à bolacha numainclinação tal que um perpendicular á bolacha faze um ângulo á direção dos íons entrantesno plasma. Como se mostra na Figura 20, relativo à bolacha, os íons entrantes (em flechassólidas e flechas com pontos) atacam a película de apoio embaixo da máscara de fotoresina 450, criando paredes laterais que estão mais afastadas entre si mais profundas nofosso. Como se vê na Figura 20, uma porção da película de apoio entre os fossosadjacentes expõe um pescoço. Depois de cria uma parte superior de fosso que tem estapropriedade, o posterior processamento pode retomar a parte restante da descrição dopasso na Figura 4E, incluída o cambio ás correspondentes condições de plasma, para criara parte restante e inferior do fosso para a segunda guia de luz. Em particular, paredeslaterais 136 da segunda guia de luz está formada abaixo de um pescoço da película deapoio 134.

A Figura 19 mostra uma concretização alternativa na qual se formam os filtros decor em fossos formados por separado de fossos que contêm guias de luz. Filtros de cor114B, 114G, como na modalidade alternativa na Figura 18, têm paredes laterais que nãosão retas e verticais. Entre as paredes laterais de adjacentes filtros de cor são a segundapelícula de apoio 140 e brecha de ar 422. Cada um de filtros de cor 114B, 114G é por cimade uma segunda guia de luz 130. Cada filtro pode ter um fundo que é mais estreito que aparte superior da segunda guia de luz 130 por entre 0.05um a 0.2um para que em caso domau erros de alienação cada fundo de filtro está dentro da parte superior da guia de luzcorrespondente.

As Figuras 21A-21D ilustram os passos de processamento para formar aconcretização alternativa da Figura 19. O processo é similar ás Figuras 4A-4G, exceto quenão existe nenhuma disposição para uma porção do fosso para conter um filtro de cor.Depois de que se elimina a segunda película de guia de luz por cima da película de apoio134, ou por gravado para baixo ou por CMP1 a segunda guia de luz 130 e a película deapoio 134 pode assumir a forma mostrada na Figura 21A. No entanto, não é necessário osdois compartilhar uma plana superfície superior, já que a superfície superior da segundaguia de luz 130 pode ser inferior ou superior a parte superior da película de apoio 134. Naúltima, adjacentes segundas guias de luz podem ser mutuamente conectadas por umacamada fina da película de segunda guia de luz deixada do gravado para baixo ou CMP.Posteriormente, se deposita a segunda película de apoio 140. A segunda película de apoio140 pode ser óxido de silício ou qualquer material que pode ser eliminado por um gravadoúmido ou gravado plasma que tem um gravado de quatro vezes ou mais lento no material defiltro de cor usada para formar os filtros de cor 114B, 114G. Um passo de litografia (não semostra) forma uma máscara de foto resina (não se mostra) na segunda película de apoio140, e fossos estão gravados na película 140 para resultar na estrutura que se mostra naFigura 21B. Posteriormente, os filtros de cor 114B, 114G se formam em passos similares aodescrito para as Figuras 4H-4K, resultando numa estrutura que se mostra na Figura 21C e,a continuação, uma posterior que se mostra na Figura 21 D. Por último, um gravado paraabaixo da segunda película de apoio 140 cria uma brecha 422 entre os adjacentes filtros decor 114B, 114G como se mostra na Figura 19, em passos similares ao descrito na Figura 4L.

A Figura 8 mostra uma modalidade alternativa na que a segunda e a primeira guiasde luz são gravadas através de usar a mesma máscara depois de que a película de suporte134 está formada, e ambas são preenchidas de material de guia de luz num único passo.Um processo para fabricar esta modalidade alternativa se mostra nas Figuras 9A-M. Oprocesso é similar ao processo que se mostra nas Figuras 4A-L, com exceção de que aabertura para a primeira guia de luz se forma depois da abertura para a segunda guia deluz, como se mostra na Figura 9F, quando não é necessária máscara adicional porque apelícula de proteção 410 e a película de suporte 134 por cima servem como máscaras duraspara bloquear os agentes de gravado. Ambas guias de luz se enchem no mesmo passomostrado na Figura 9G.

Figura 22 mostra uma modalidade alternativa que compreende uma película de selo500 por cima das guias de luz 130 e filtros de cor 114B, 114G que sela a brecha 422.Brecha de ar 422 nesta modalidade pode conter ar, nitrogênio ou outros gases inertes ouqualquer médio gasoso. Película de selo 500 pode estar constituída por policarbonato ouacrílico ou epóxi e pode estar constituída por uma pluralidade de camadas. Mais pode incluirpartículas inorgânicas, tintura ou pigmento orgânico para filtrar contra luz ultravioleta e/ouluz infravermelha. Película de selo 500 pode ter um índice de refração que está dentro de0,2 do índice de refração do material de filtro de cor dos filtros de cor 114B, 114G paraminimizar a reflexão na interface entre a película de selo e filtro de cor. Se o índice derefração dos filtros de cor é 1,55, a película de selo 500 pode escolher-se para que o índicede refração está entre 1,45 e 1,65. Película de selo 500 pode aplicar-se por cobrimento degiro dinâmico na qual a bolacha gira a aproximadamente 500 rpm, enquanto enfrentandopara cima, enquanto que uma corrente de resina se da no centro da bolacha através de umaponta de dispensa e, depois de que a superfície superior da bolacha está completamentemolhada do líquido de resina, a bolacha gira a maior velocidade, por exemplo, 3000 rpmpara obter uma espessura uniforme de resina. A resina pode ser curada por calor ou a luzUV. Ar (ou gás) está selado na brecha 422 durante a dispensa. Aquecimento ou UV podeaplicar-se durante um ou ambos de dispensa e giro de alta velocidade para promover aviscosidade para impedir que a resina líquida encher as brechas. Aquecimento final ou curaUV endurece a película de selo 500 e pode ajudar a formar limite 510 numa forma côncavadevido à expansão térmica de ar/gás na brecha 422. A côncava superfície de película 510ajuda divergir raios de luz que entram na brecha de ar a partir da película de selo 500 edirige os raios para um dos filtros de cor 114G ou 114B. Como resultado, a profundidade dabrecha de ar 422 pode reduzir-se a metade em comparação com realização que não temnenhuma a película de selo 500. A bolacha pode virar para baixo durante o giro de altavelocidade. Partes da película de selo 500 por cima de almofadas de fio podem eliminar-sepor qualquer um dos métodos conhecidos. Película de selo 500 pode aplicar-se a qualquerrealização de sensor de imagem 100 discutidas em neste pedido de patente.

O sensor de imagem 100 embalado num pacote 800 se mostra na Figura 24. Umacobertura de vidro 810 está por cima do sensor de imagem 100 para nâo deixar o pó entrare deixar a luz entrar. Entre a coberta de vidro 810 e o sensor de imagem 100, uma películaadesiva transparente 820 tal como resina epóxi enche o espaço e é curada pelo calor ou aluz UV. Em conjunto, a película de selo 500 e a película adesiva 820 constituem umapelícula transparente, enchendo o espaço entre a cobertura de vidro 810 e os filtros de cordo sensor de imagem 100. Se a película de selo 500 e a película adesiva 820 compreendemo mesmo material, durante esta curação, a película adesiva 820 e a película de selo 500podem combinar juntos numa película transparente homogêneo.

O exemplo que se mostra na Figura 24 é um conhecido pacote de escala-de-chipde nível-de-bolacha conhecido pelo nome comercial de SheIIOp de SheIICase, agoraTessera. Este pacote está selado desde baixo por placa de vidro inferior 815, segurada aosensor de imagem 100 por epóxi 825. Condutor externo invertido 830 está conectadoeletricamente a terminais de dado 835 por contatos de traço 840 nas junções 845. Junção845 se conhece ás vezes como uma junção-T e contato 840 como um contato de junção-T.Condutor externo 830 está coberto de uma protetora máscara de solda 850. Máscara desolda 850 é um material dielétrico que eletricamente isola condutor 830 de contato externo eprotege a superfície de condutor contra a corrosão. Contatos 855 estão conectados noextremo inferior de condutores 830 e são adequados para a montagem em placa de circuitoimpresso (PCB) pelos métodos conhecidos. Contatos 855 podem estar formados pormétodos conhecidos tais como bolas de solda ou galvanização, e podem ser modeladasapropriadamente para montar em PCB.

Como se mostra na Figura 23, por cima do vidro de coberta 810, raios de luzentrantes passam através de só planas interfaces para entrar em segunda guia de luz 130.Cada interface tem mínima reflexão devido á pequena diferença nos índices de refração emambos os lados, já que vidro tem aproximadamente 1,46, epóxi 820 e película de selo 500 efiltros de cor 114B, 114G entre 1,45 a 1,65.

As Figuras 10A-H mostram um processo para expor as almofadas de conexãoÇbond pads") 214 do sensor de imagem. Pode-se formar uma abertura 216 num primeiromaterial isolamento 110 que cobre uma almofada de conexão 214, como se mostra nasFiguras 10A-B. Como se mostra nas Figuras 10C-D, se aplica o material da primeira guia deluz 116 e se pode tirar uma parte considerável do material 116, deixando uma película maisfina para selar o primeiro material isolamento 110 de abaixo. Pode-se aplicar o material depelícula de suporte 134 e formar em o uma abertura 218 correspondente como se mostranas Figuras 10E-F. O material de segunda guia de luz 130 se aplica como se mostra naFigura 10G. Como se mostra na Figura 10H, se pode utilizar um passo de gravação semmáscara para formar uma abertura 220 que expõe a almofada de conexão 214. O agente degravação de preferência tem uma característica de gravar o material de guia de luz 116 e130 (por exemplo, o nitreto de silício) mais rápido que o material isolamento 110 e 134 (porexemplo, o óxido de silício) e o filtro de cor 114 (foto resina). O gravado em seco emCH3F/O2 tem uma velocidade de gravação no nitreto de silício de 5 a 10 vezes maior que nofiltro de cor ou no óxido de silício.

A Figura 11 mostra uma concretização em que uma pilha anti-reflexo (AR) quecompreende uma película AR superior 236, uma segunda película AR 234, e uma terceirapelícula AR 236 cobre as unidades de conversão 102. A pilha anti-reflexo melhora atransmissão da luz da primeira guia de luz 116 á unidade de conversão 102. Elementos dapilha AR podem constituir conjuntamente a película 230 que também cobre o substrato 106,as unidades de conversão 102 e os elétrodos 104 para proteger os elementos dos poluentesquímicos e a umidade. Por exemplo, a segunda película AR 234 pode ser uma película denitreto de parada de gravado de contato comum na fabricação de bolacha de CMOS paraparar o gravado do óxido dos fossos de contato para evitar o excesso de gravado doscontatos de polissilício cujos fossos de contato são menos profundos que os contatos defonte/dreno de geralmente 2000 Angstrom. A terceira película AR 232 pode ser óxido desilício. Esta película de óxido de silício pode ser uma película isolamento de porta por baixodo elétrodo de porta 114, ou a película de óxido de revestimento do espaçador que seestende pelo lado do elétrodo de porta 114 entre a porta e o espaçador (não se mostra) emprocessos comuns de CMOS submicrónicos profundos, uma película de óxido de bloqueiode siliciuro depositada antes da silicidação de contato para bloquear a silicidação decontato, ou uma combinação de ambas, ou uma película de óxido de manta depositadadepois do gravado do óxido de bloqueio de siliciuro que grava todo o óxido em zonas quecoincidem com a parte inferior das guias de luz 116. O uso de uma película de nitreto desilício de parada de gravado de contato existente como uma parte da pilha AR proporcionauma poupança de custos. A mesma película de nitreto de silício de parada de gravação decontato também serve para parar a gravação da abertura no isolamento 110 para afabricação da guia de luz. Por último, podem formar a película AR superior 236 na aberturano isolamento 110 antes de encher a abertura com material de guia de luz.

A película AR superior 236 tem um índice de refração menor que a guia de luz 116.A segunda película AR 234 tem um índice de refração mais alto que a película AR superior236. A terceira película AR 232 tem um índice de refração menor que a segunda película AR234.A película AR superior 236 pode ser de oxido de silício ou de silício de oxinitreto,com índice de refração em torno de 1,46, com uma espessura entre 750 Angstrom e 2.000Angstrom, de preferência de 800 Angstrom. A segunda película AR 234 pode ser de nitretode silício (Si3N4), com índice de refração em torno de 2,0, com uma espessura entre 300Angstrom e 900 Angstrom, de preferência de 500 Angstrom. A terceira película AR 232 podeser de oxido de silício ou de silício de oxinitreto (SiOxNyi onde 0 <x<2 e 0 <y<4/3), comíndice de refração em tomo de 1,46, com uma espessura entre 25 Angstrom e 170Angstrom, de preferência de 75 Angstrom. A terceira película AR 232 pode compreender oóxido de porta em baixo da porta 104 e por cima do substrato 106 da Figura 2, como semostra na Figura 3 do Pedido US n2 61/009,454. A terceira película AR 232 podecompreender mais além de óxido de revestimento de porta ("gate Iiner oxide") como semostra na Figura 3 da mesma. Alternativamente, a terceira película AR 232 pode serformada mediante uma deposição de óxido de silício por todas as partes na bolacha depoisde que um gravado do óxido de bloqueio de siliciuro elimina o óxido de bloqueio de siliciuro64, o óxido de revestimento de porta 55, e o óxido de porta 54 como se mostra na Figura 2do Pedido de US ns 61/009,454 mediante o uso de uma máscara de gravação do óxido debloqueio de siliciuro com uma abertura de máscara que coincide com a parte inferior de guiade luz 116.

A estrutura anti-reflexo da Figura 11 pode ser fabricada através de formar primeiroa terceira película AR 232 e a segunda película AR 234 sobre o substrato, respectivamente.Depois se pode formar o isolamento 110 sobre a segunda película AR 234. Pode-sedepositar uma película de nitreto de silício mediante PECVD sobre o primeiro isolamento110 de maneira que cobre e sela o isolamento e as películas subjacentes para formar umapelícula de proteção 410 com uma espessura de entre 10.000 Angstrom e 4.000 Angstrom,de preferência de 7.000 Angstrom. Pode-se formar a película de suporte 134 sobre apelícula de proteção 410 mediante, por exemplo, a deposição de óxido de silício por HDP.

A película de suporte 134 é mascarada e se aplica um primeiro agente de gravaçãopara atacar as aberturas na película de suporte 134. Pode-se escolher o primeiro agente degravação de modo que tem uma alta seletividade para o material da película de proteção.Por exemplo, se a película de suporte 134 compreende um óxido de silício de HDP e apelícula de proteção 410 compreende um nitreto de silício, o primeiro agente de gravaçãopode ser CHF3, que grava o óxido de silício de HDP 5 vezes mais rápido que o nitreto desilício. Logo se aplica um segundo agente de gravação para atacar através da película deproteção de nitreto de silício 410. O segundo agente de gravação pode ser CH3F/02. Logo oprimeiro agente de gravação se aplica de novo para atacar o primeiro isolamento 110 atéparar na película de parada de gravação de contato 234 que compreende um nitreto desilício. A película de parada de gravação de contato 234 faz como uma barreira contra oagente de gravação para definir a parte inferior da abertura. Depois se forma uma películaAR superior 236 na abertura mediante métodos de deposição anisotrópico, por exemplo, adeposição de óxido de silício por PECVD ou por HDP, que deposita mais na parte inferior daabertura que nas paredes laterais. Um agente de gravação pode ser aplicado para tirarqualquer material residual da película AR superior que se estende ao longo das paredeslaterais da abertura, por exemplo, mediante o gravado em seco através de utilizar o primeiroagente de gravação e de suportar o substrato de bolacha num ângulo de inclinação e giradoem torno do eixo paralelo á feixe de íons entrantes. Depois se forma o material de guia deluz nas aberturas, por exemplo mediante PECVD de nitreto de silício. Para criar a estruturamostrada na Figura 5, se podem formam os filtros de cor sobre a guia de luz e se podeatacar uma parte da película de suporte entre filtros de cor adjacentes e uma parte adicionalentre guias de luz adjacentes.

As Figuras 12A-E mostram um processo para a fabricação de outra concretizaçãode anti-reflexo entre a guia de luz 116 e o substrato 202. Com referência á Figura 12E, emesta concretização uma película de parada de gravação 238 é interposta entre a guia de luz116 e a pilha anti-reflexo (AR) que compreende a película AR superior 236, a segundapelícula AR 234, e a terceira película AR 232. A película de parada de gravação da guia deluz 238 pode estar formada pelo mesmo material que a guia de luz 116, e pode ser umnitreto de silício com uma espessura entre 100 Angstrom e 300 Angstrom, de preferência de150 Angstrom. O formar a pilha AR nesta modalidade tem uma vantagem de um controlemais preciso da espessura da segunda película AR, as custa de um passo a mais dedeposição e da ligeira complexidade extra do gravado através de uma pilha de um óxido-nitreto-óxido-nitreto-óxido em lugar da pilha de óxido-nitreto-óxido para as aberturas defosso de contato (não mostradas). A concretização anterior utiliza a segunda película AR234 como a parada de gravação da guia de luz e perde algum da espessura no passo finalde excesso de gravado do gravado de fosso de isolamento.

Como se mostra nas Figuras 12A-B, a terceira 232 e a segunda 234 películas ARse aplicam no substrato 106 e depois uma película AR superior 236 se aplica sobre asegunda película AR 234, seguida de uma película de parada de gravação da guia de luz238 de nitreto de silício. Como se mostra na Figura 12C, a película isolamento 110 e oselétrodos de fios 108 se formam por cima das películas AR 232, 234, e 236, e a película deparada de gravação da guia de luz 238. A Figura 12D mostra uma abertura que estágravada no isolamento 110 e que se acaba na parte superior da película de parada degravação da guia de luz 238. A Figura 12E mostra a abertura enchida com o material deguia de luz.

A Figura 13A é um gráfico do coeficiente de transmissão em função docomprimento de onda de luz para a pilha anti-reflexo da Figura 11 e da Figura 12E, para aespessura nominal da película AR superior 236 (óxido) de 800 Angstrom e variada +/-10%,enquanto que a espessura da segunda película AR 234 (nitreto) é de 500 Angstrom e aespessura da terceira película AR 232 (óxido) é de 75 Angstrom. As curvas de transmissãomostram uma descendência pronunciada na região de cor violeta (400nm a 450nm). Asespessuras nominais das películas AR 232, 234, e 236 que constituem a pilha AR sãoescolhidos para colocar o máximo da curva de transmissão na região de cor azul (450nm a490nm) em lugar da região de cor verde (490nm a 560nm) para que qualquer troca nasespessuras de película devido à tolerância de fabricação não se traduzam numadescendência do coeficiente de transmissão na região de cor violeta muito mais que naregião de cor vermelho (630nm a 700nm).

A Figura 13B é uma gráfica do coeficiente de transmissão em função docomprimento de onda de luz para a pilha anti-reflexo da Figura 11 e a Figura 12E, áespessura nominal da segunda película AR (nitreto) de 500 Angstrom e variado +/-10%.

A Figura 13C é uma gráfica do coeficiente de transmissão em função docomprimento de onda de luz para a pilha anti-reflexo da Figura 11 e a Figura 12E, áespessura da terceira película AR 232 (nitreto) de 75 Angstrom e variado +/-10%.

As Figuras 14A-G mostram um processo para fabricar outra concretização da pilhaanti-reflexo entre as guias de luz 116 e o substrato 202 para proporcionar duas pilhas ARdiferentes em dois pixels diferentes, cada uma das quais se otimiza para uma região de cordiferente. A terceira e a segunda películas AR 232 e 234 estão dispostas sobre a unidade deconversão fotoelétrica 201 na Figura 14A, de uma maneira similar á concretização mostradana Figura 12A. na Figura 14A, a película AR superior 236 está depositada á espessura dapelícula AR superior mais espessa 236B mostrada na Figura 14B. Depois se aplica umamáscara de litografia (não mostrada) para criar aberturas de máscara sobre os pixels queutilizam a película AR superior mais fina 236a. Um passo de gravação se aplica para fazermais fina a película superior 236 abaixo de a abertura de máscara á espessura menor dapelícula AR superior mais fina 236a na Figura 14B. Passos seguintes, que se mostram nasFiguras 14C a 14G, são similares às Figuras 12B-E. Pode-se aplicar os filtros de cor verde114G por cima dos pixels que têm a película AR superior mais fina 236a, enquanto que osfiltros de cor azuis e vermelhos por cima dos pixels que têm a película AR superior maisespessa 236B.

A Figura 15A é um gráfico do coeficiente de transmissão em função docomprimento de onda de luz para a pilha anti-reflexo da Figura 14G para uma película ARsuperior mais fina 236a á espessura nominal de 0,12μιη, uma segunda película AR 234 àespessura nominal de 500 Angstrom, e uma terceira película AR 232 á espessura nominalde 75 Angstrom. Este gráfico tem o máximo na região da cor verde a 99%aproximadamente, e cai suavemente até 93% aproximadamente no centro da região do corvermelho. Este gráfico mostra que a película AR superior mais fina 236a se pode utilizar nospixels vermelhos, assim como os pixels verdes. Se pode utiliza esta película AR superiormais fina 236a em pixels magenta caso a cor magenta é parte do padrão mosaica da matrizde pixels do sensor de imagem.

A Figura 15B é uma gráfica do coeficiente de transmissão em função docomprimento de onda de luz para a pilha anti-reflexo da Figura 14G para uma película ARsuperior mais espessa 236B de espessura nominal de 0,20μm, uma segunda película AR234 de espessura nominal de 500 Angstrom, e uma terceira película AR 232 de espessuranominal de 75 Angstrom. Este gráfico tem os máximos em duas regiões de cor separadas, asaber, roxo e vermelho. Este gráfico mostra que a película AR superior 236B se pode utilizarnos pixels azuis e os pixels vermelhos. Pode-se utilizar esta película AR superior maisespessa 236B em pixels amarelo caso a cor amarelo é parte do padrão mosaica da matrizde pixels do sensor de imagem.

Uma matriz de pixels pode utilizar a película AR superior mais fina 236a apenaspara os pixels verdes e a película AR superior mais espessa 236B tantos para os pixelsazuis como para os vermelhos. Alternativamente, a matriz de pixels pode utilizar a películaAR superior mais fina 236a tantos para os pixels verdes como para os vermelhos, e apelícula AR superior mais espessa 236B apenas para os pixels azuis.

Pode-se proporcionar outra concretização para proporcionar duas pilhas ARdiferentes, cada uma otimizada para uma região de cor diferente criando espessurasdiferentes de segundas películas AR e através de manter a mesma espessura da películaAR superior. Determinam-se duas espessuras diferentes, uma para cada região de cor. Porexemplo, a espessura de 2800 Angstrom otimiza a transmissão para as luzes azuis e asluzes vermelha, enquanto que a espessura de 650 Angstrom otimiza para as luzes verdes. Asegunda película AR é depositada primeiro na maior espessura. Depois se aplica umamáscara de litografia para criar uma abertura de máscara sobre os pixels que utilizam amenor espessura de segunda película AR. Aplica-se um passo de gravado para fazer maisfina a segunda película AR abaixo da abertura de máscara até a espessura menor. Ospassos subsequentes são idênticos às Figuras 12B-E.

Se bem que se hão descrito e mostrado algumas modalidades exemplares nosdesenhos adjuntos, se deve entender que tais modalidades são meramente ilustrativas enão restritivas da invenção ampla, e que esta invenção não se limita às construções edisposições específicas mostradas e descritas, já que aos peritos ordinários na técnica sepodem ocorrer outras várias modificações.

Claims

1. Sensor de imagem caracterizado pelo fato de que compreende:um substrato;uma unidade de conversão fotoelétrica suportada pelo dito substrato;um filtro de cor sobre a dita unidade de conversão fotoelétrica;uma película de selo sobre o dito filtro de cor, a dita película de selo sendotransparente a luz visíveis; e,uma brecha de ar em um lado lateral do dito filtro de cor e debaixo de uma interfaceda dita película de selo, em o que a dita interface sendo côncava com respeito à dita película de selo.

2. Sensor, de imagem de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fatode que o dito filtro de cor tem pelo menos uma parte de interface lateral de tal maneira que adita parte se inclina ao filtro de cor e é entre o dito filtro de cor e uma estrutura sólida que ésegurada de baixo.

3. Método para fabricar um sensor de imagem caracterizado pelo fato de quecompreende:uma etapa para formar um filtro de cor sobre um substrato e ao lado de umaparede;uma etapa para tirar uma parte da parede para formar uma brecha de ar ao lado dofiltro de cor; euma etapa para formar uma película de selo sobre a brecha de ar de tal maneiraque a película de selo cobre a brecha de ar com uma interface que é côncava com respeitoà película de selo.

4. Método, de acordo com a reivindicação 3, caracterizado pelo fato de quecompreende adicionalmente:uma etapa para cavar um fosso numa película de apoio para formar a parede.

5. Método, de acordo com a reivindicação 3, caracterizado pelo fato de que umaparte de uma interface entre o dito filtro de cor e a parede se inclina ao filtro de cor.