-
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
-
Ausführungsformen
beziehen sich auf einen Bildsensor und Verfahren zum Herstellen
und Verwenden desselben.
-
Im
Allgemeinen ist ein Bildsensor ein Halbleiterbauteil zum Umwandeln
eines optischen Bilds in elektrische Signale und lässt sich
in ein ladungsgekoppeltes Bauteil (Charge Coupled Device, CCD)- und
einen CMOS (Complementary Metal Oxide Silicon, komplementärer Metall-Oxid-Silizum)-Bildsensor
unterteilen. Der CMOS-Bildsensor enthält eine Photodiode und zumindest
einen MOS-Transistor in jedem Einheitenpixel und erfasst nacheinander
elektrische Signale eines jeden Einheitenpixels durch den MOS-Transistor
in einem Schaltmodus.
-
In
einem Herstellungsverfahren eines Bildsensors gemäß des Stands
der Technik wird eine Passivierungsschicht ausgebildet, und dann
wird eine Farbfilterschicht ausgebildet. Dies hat aber den Nachteil,
dass eine relativ große
Lichtmenge in der Passivierungsschicht auf Grund der Lichtübertragungseigenschaften
der Passivierungsschicht verloren gehen kann.
-
In
einer gepinnten Photodiode gemäß dem Stand
der Technik wird eine Implantation eines Unreinheitsions des p-Typs
durchgeführt,
um die Erzeugung von Dunkelstrom auf einer Oberfläche der
Photodiode zu reduzieren oder zu verhindern. Daher besteht ein Problem
darin, dass die Farbwiedergabefähigkeit
von blauem (B) Licht mit einer kurzen Wellenlänge in einer Reaktion mit einer
Oberfläche
eines Substrats (Si) im Vergleich zur Farbe Grün (G) oder Rot (R) unter denselben Bedingungen
verringert wird. Weiterhin werden in einem Herstellungsprozess einer
gepinnten Photodiode der verwandten Technik im Allgemeinen Ionen
zur Verunreinigung vom p-Typ in eine Si-Oberfläche implantiert, um Dunkelstrom auf
der Si-Oberfläche zu vermeiden.
-
Da
aber blaues Licht eine kürzere
Wellenlänge
hat und daher einen Photodioden-Rezeptionsbereich aufweist, der
kürzer
ist als andere Farben, wird eine Reaktion nahe der Si-Oberfläche induziert.
Elektronen, die auf Grund der Rezeption von blauem Licht erzeugt
werden, werden im oben erwähnten
Gebiet des p-Typs
erfasst. In der Folge kann sich die Ausgabe von blauem Licht verschlechtern.
Das heißt,
gemäß dem Stand
der Technik besteht das Problem, dass die Elektronenerzeugung durch
das implantierte p-Typ-Gebiet beeinflusst werden kann, da das Reaktionsgebiet
(oder Rezeptionsgebiet) des blauen Lichts nahe der Si-Oberfläche induziert
wird.
-
ÜBERSICHT
-
Ausführungsformen
der Erfindung sehen einen Bildsensor vor, der in der Lage ist, die
Farbwiedergabefähigkeit
in Abhängigkeit
von den Farben zu verbessern.
-
Gemäß einem
Aspekt wird ein Bildsensor ausgebildet, der ein Substrat mit Photodioden
darin enthält;
eine dielektrische Schicht auf dem Substrat; eine Passivierungsschicht
auf der dielektrischen Schicht, die die dielektrische Schicht in
einem Gebiet freilegt, das einem ersten Farbfilter entspricht; und eine
Farbfilterschicht auf der freigelegten dielektrischen Schicht und
der Passivierungsschicht.
-
Gemäß einem
anderen Aspekt ist ein Bildsensor vorgesehen, der auf einem Substrat
eine Isolierschicht enthält;
aktive in dem Substrat ausgebildete Gebiete, so dass ein Gebiet,
das einer ersten Farbe entspricht, tiefer ist als eines, das einer
anderen Farbe entspricht; ein Ionenimplantationsgebiet auf einer
gesamten Oberfläche
der aktiven Gebiete; ein Photodioden-Gebiet unter dem Ionenimplantationsgebiet;
und eine dielektrische Schicht auf dem Substrat.
-
Gemäß einem
weiteren anderen Aspekt ist ein Bildsensor vorgesehen, der aktive
Gebiete in einem Substrat enthält;
ein Ionenimplantationsgebiet auf einer Gesamtfläche der aktiven Gebiete; ein
Photodioden-Gebiet neben dem Ionenimplantationsgebiet; eine dielektrische
Schicht auf dem Substrat dergestalt, dass ein Gebiet, das der ersten
Farbe entspricht, höher
ist als das, das einer anderen Farbe entspricht; und eine Farbfilterschicht
auf der dielektrischen Schicht.
-
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
-
1 ist
eine Schnittsansicht eines beispielhaften Bildsensors gemäß einer
ersten Ausführungsform;
-
2 bis 4 sind
Schnittansichten, die ein beispielhaftes Herstellungsverfahren des Bildsensors
gemäß der ersten
Ausführungsform
veranschaulichen;
-
5 ist
eine Schnittsansicht eines beispielhaften Bildsensors gemäß einer
zweiten Ausführungsform:
-
6 bis 8 sind
Schnittansichten, die ein beispielhaftes Herstellungsverfahren des Bildsensors
gemäß der zweiten
Ausführungsform veranschaulichen;
und
-
9 ist
eine Schnittsansicht eines beispielhaften Bildsensors gemäß einer
dritten Ausführungsform.
-
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
DER AUSFÜHRUNGSFORMEN
-
Im
Folgenden wird ein Bildsensor und ein Verfahren zur Herstellung
desselben gemäß verschiedener
Ausführungsformen
unter Bezugsnahme auf die begleitenden Zeichnungen beschrieben.
-
In
der Beschreibung der folgenden Ausführungsformen versteht es sich,
dass wenn eine Schicht (oder Film) als "auf" einer
anderen Schicht oder einem anderen Substrat befindlich beschrieben wird,
diese sich direkt auf der anderen Schicht oder dem anderen Substrat
befinden kann oder auch Zwischenschichten vorhanden sein können. Weiterhin versteht
es sich, dass wenn eine Schicht als "unter" einer anderen Schicht befindlich beschrieben
wird, diese sich direkt unter einer anderen Schicht befinden kann
oder auch eine Zwischenschicht oder mehrere Zwischenschichten vorhanden
sein können. Darüber hinaus
versteht es sich, dass wenn eine Schicht als "zwischen" zwei Schichten befindlich beschrieben
wird, dies die einzige Schicht zwischen den beiden Schichten sein
kann oder auch eine Zwischenschicht oder mehrere Zwischenschichten
vorhanden sein können.
-
Ausführungsform
1
-
1 ist
eine Schnittsansicht eines beispielhaften Bildsensors gemäß einer
ersten Ausführungsform.
-
Der
Bildsensor gemäß einer
ersten Ausführungsform
kann eine dielektrische Zwischenschicht 110 enthalten,
die auf einem Substrat 100 mit Photodioden 105 darin
ausgebildet ist; eine Passivierungsschicht 120, die auf
der dielektrischen Zwischenschicht 110 ausgebildet ist,
wobei die dielektrische Zwischenschicht 110 in einem Gebiet
freigelegt ist, die einem bestimmten Farbfilter entspricht; eine Farbfilterschicht 130,
die auf der Passivierungsschicht 120 ausgebildet ist; eine
Planarisierungsschicht 150 (siehe 4), die
auf der Farbfilterschicht 130 ausgebildet ist; und Mikrolinsen 160 (siehe 4),
die auf der Planarisierungsschicht 150 ausgebildet sind.
-
In
dem Bildsensor gemäß der ersten
Ausführungsform
wird die Farbfilterschicht 130 auf der Passivierungsschicht 120 zum
Zwecke der Farbreproduktion ausgebildet. Ein Teil der Passivierungsschicht 120 unter
der Farbfilterschicht 130 wird entfernt, so dass die Farbwiedergabefähigkeit
verbessert werden kann. Im Besonderen fällt blaues Licht mit einer
relativ kurzen Wellenlänge
(z.B. von etwa 400 nm bis etwa 480 nm) auf die Photodiode 105 über den
Blaufilter 132 ein, und Elektronen werden dann nahe der
Si-Oberfläche
(Silizium-Oberfläche) erzeugt.
Aus diesem Grund ist ein Abstand zur Oberfläche des Substrats (Si) in der
Farbfilterschicht 130 wichtig.
-
Weiterhin
weist SiN, das als eine Schicht in der Passivierungsschicht 120 verwendet
werden kann, oftmals eine weniger als optimale Lichtdurchlässigkeit
auf, und daher werden die Eigenschaften eines CIS in hohem Maß durch
SiN beeinflusst. Daher wird ein solches Problem, im Besonderen die Farbwiedergabefähigkeit
von Blau in der Anordnung der Passivierungs- und Farbfilterschichten 120 und 130 in
der ersten Ausführungsform
verbessert.
-
Inzwischen
kann in der ersten Ausführungsform
eine Ausgabe für
eine Farbe mit einem niedrigeren Ausgabeverhältnis als das der anderen Farben
in jedem Grün-/Rotfarbfilter
durch dasselbe Verfahren gesteigert werden, wie auch die Farbwiedergabefähigkeit
von Blau. Wenn zum Beispiel bei der Gestaltung eines Bildsensors
in Betracht gezogen wird, dass eine Bevorzugung von Rot gegenüber anderen Farben
vorliegen kann, kann eine Passivierungsschicht unter einem Rotfilter
entfernt werden, um die Farbwiedergabefähigkeit von Rot zu verbessern,
so dass bestimmte Kundenanforderungen erfüllt werden können und
der Umsatz von Produkten gesteigert werden kann.
-
Im
Bildsensor gemäß der ersten
Ausführungsform
wird eine Passivierungsschicht für
einen speziellen Farbfilter (z.B. blau) entfernt, um die Wahrscheinlichkeit
zu erhöhen
(z.B. so dass es sehr wahrscheinlich ist), dass das entsprechende
Licht/die entsprechende Farbe die entsprechende Photodiode erreicht.
Weiterhin kann die Lichtdurchlässigkeit
für die entsprechende
Farbe erhöht
werden, so dass die Wiedergabefähigkeit
der entsprechenden Farbe in außergewöhnlicher
Weise verbessert werden kann. Im Bildsensor gemäß der ersten Ausführungsform wird
eine Ausgabe für
blaues Licht gesteigert, da bei dem durch den Blaufilter 132 hindurchgehende
Licht weniger Licht verloren geht als bei anderen Farben. In der
Folge kann die Farbwiedergabefähigkeit
für Blau
verbessert werden.
-
Obwohl
in der ersten Ausführungsform
ein Passivierungsschichtbereich 120, der dem Blaufilter 132 entspricht, entfernt
wird, und ein Bereich davon, der einem Grünfilter 134 entspricht,
nicht entfernt wird, ist die vorliegende Erfindung nicht darauf
beschränkt.
Das heißt,
gemäß der ersten
Ausführungsform
besteht ein Vorteil darin, dass eine Ausgabe für eine Farbe mit einem niedrigeren
Ausgabeverhältnis als
das der anderen Farben bei Vorhandensein einer durchgängigen Passivierungsschicht 120 (d.h.
einen der Blau-, Grün-
oder Rotfilter) durch dasselbe Verfahren erhöht werden kann (z.B. durch
Entfernen des Passivierungsschichtbereichs unterhalb des ersten Farbfilters,
ohne diesen unterhalb der anderen Farbfilter zu entfernen). Die
Erfindung ist gleichermaßen auf
ein Yellow/Cyan/Magenta (YCM)-Farbfiltersystem
anwendbar und/oder zur Verbesserung der relativen Ausgabe von zwei
der drei Farbfiltern. Ebenso kann die Farbausgabe von einem der
beiden Farbfilter teilweise verbessert werden, indem durch den Teil der
Passivierungsschicht 120 unterhalb des Farbfilters 132 oder 134 teilweise
durchgeätzt
wird (z.B. durch Durchführen
einer zeitlich festgelegten Ätzung der
Passivierungsschicht 120). In einem Beispiel kann der Teil
der Passivierungsschicht 120 unterhalb den Blaufiltern 132 vollständig entfernt
werden, wobei der Teil der Passivierungsschicht 120 unterhalb der
Rotfilter 134 vollständig
erhalten bleiben kann (d.h. überhaupt
nicht geätzt
wird), und der Passivierungsschichtbereich 120 unterhalb
der Grünfilter (nicht
dargestellt) teilweise ganz entfernt werden kann (d.h. eine Dicke
aufweist, die geringer ist als die Dicke der Passivierungsschicht 120 unter
den Rotfiltern).
-
2 bis 4 sind
Schnittansichten, die ein Herstellungsverfahren des Bildsensors
gemäß der ersten
Ausführungsform
veranschaulichen. Das Herstellungsverfahren des Bildsensors gemäß einer ersten
Ausführungsform
ist wie folgt:
Wie in 2 gezeigt,
wird eine dielektrische Zwischenschicht 110 zuerst auf
einem Substrat 100 mit darin befindlichen Photodioden 105 ausgebildet.
Hier kann die dielektrische Zwischenschicht 110 eine mehrschichtige
Struktur umfassen. Obwohl in dieser Fig. nicht dargestellt, kann
eine dielektrische Zwischenschicht ausgebildet sein, eine Lichtschutzschicht
(nicht dargestellt) kann ausgebildet sein, um Licht am Einfallen
auf (z.B. um das Licht zu blockieren von) andere Teile außer auf
die Photodioden 105 zu hindern, und eine weitere dielektrische
Zwischenschicht kann erneut ausgebildet sein. In verschiedenen Ausführungsformen
umfasst die dielektrische Schicht eine oder mehrere Oxidschichten
(z.B. Siliziumdioxid, das durch eine CVD [was Plasma-unterstützt sein
kann] eines Oxid-Vorgängers
wie Silan oder TEOS gebildet sein kann, im Allgemeinen bei Vorhandensein
eines Oxidierungsmittels wie Sauerstoff und/oder Ozon), und die
Lichtschutzschicht kann ein Material mit Lichtabsorptionseigenschaften (wie
Metall, unkristallinisches oder polykristallines Silizium, Siliziumkarbid
(das weiterhin Sauerstoff und/oder Wasserstoff enthalten kann) usw.
umfassen.
-
Danach
wird eine Passivierungsschicht 120 auf der dielektrischen
Zwischenschicht 110 ausgebildet. Die Passivierungsschicht 120 enthält im Allgemeinen
eine organische Schicht, wie ein Polymer (z.B. einen herkömmlichen
Photolack), kann aber alternativ oder zusätzlich Siliziumnitrid und/oder
Siliziumdioxid enthalten. Die organische Passivierungsschicht 120 kann
eine Dicke von etwa 50 nm oder weniger aufweisen, und dann einer
Hochtemperaturbehandlung (Hard Cure) unterzogen werden. Das heißt, um das
Profil und die Einheitlichkeit einer später auszubildenden Farbfilterschicht 130 zu
verbessern, enthält
die Passivierungsschicht 120 vorzugsweise ein organische
Material mit überdurchschnittlicher
Lichtdurchlässigkeit
in einer Wellenlänge
des sichtbaren Lichts. Alternativ kann die Passivierungsschicht 120 SiN
umfassen oder im Wesentlichen daraus bestehen.
-
Danach
kann ein Photolackmuster 140, das ein Gebiet entsprechend
eines bestimmten Farbfilters öffnet,
auf der Passivierungsschicht 120 ausgebildet werden. Zum
Beispiel kann das Photolackmuster 140 ein Blau-, Grün- oder
Rotfiltergebiet öffnen.
In einer ersten Ausführungsform
wird ein Photolackmuster, das das Blaufiltergebiet öffnet, ausgebildet.
-
Wie
in 3 dargestellt, wird die geöffnete und/oder freigelegte
Passivierungsschicht 120 mit dem Photolackmuster 140 als Ätzmaske
geätzt,
wodurch die dielektrische Zwischenschicht in dem bestimmten Farbfiltergebiet
(z.B. blau) freigelegt wird. In einer Ausführungsform (z.B. wenn die Passivierungsschicht 120 SiN
enthält)
kann das Photolackmuster 140 entfernt werden und die Passivierungsschicht 120 kann
als Hartmaske verwendet werden.
-
Wie
in 4 dargestellt, wird eine Farbfilterschicht 130 auf
der geätzten
Passivierungsschicht 120 und der freigelegten dielektrischen
Zwischenschicht 110 ausgebildet. Beim Ausbilden der Farbfilterschicht 130 wird
ein Beschichtungs- und
Musterbildungsprozess auf der Passivierungsschicht 120 mit
einem färbbaren
Photolack durchgeführt,
wodurch die Farbfilterschicht 130 mit den R-, G- und B-Farbfiltern
(z.B. 132 und 134) zum Filtern des Lichts für jedes
Wellenlängenband
ausgebildet wird. Hier wird die Farbfilterschicht 130 vervollständigt, indem
die entsprechenden R-, G- und B-Farbfilter durch
dreifache Photolithographieprozesse in ausgewählter Weise bezüglich der
R-, G- und B-Farbphotolackschichten ausgebildet werden.
-
Zu
diesem Zeitpunkt wird nach Ausbilden der entsprechenden R-, G- und
B- (oder Y-, C- und M-)Farbfilter eine UV-Belichtung durchgeführt, so dass ein instabiler
Zustand der Oberflächen
der R-, G- und B-Farbfilter verbessert werden kann. Im Besonderen
kann in der ersten Ausführungsform
ein geöffneter
Blaufilter 132 auf der freigelegten dielektrischen Zwischenschicht 110 gebildet
werden (z.B. kann der Blaufilter 132 direkt auf der freigelegten
dielektrischen Zwischenschicht 110 ausgebildet sein, nachdem
die Passivierungsschicht 120 in dem entsprechenden Gebiet
entfernt wurde), und ein Grünfilter 134 und
ein Rotfilter (nicht dargestellt; alternativ ein Rotfilter 134 und
ein Grünfilter
[nicht dargestellt]) können
in einem Farbfiltergebiet ausgebildet sein, das nicht geöffnet ist
(z.B. auf einem entsprechenden Gebiet der Passivierungsschicht 120,
die nicht entfernt wurde oder die teilweise entfernt wurde). Das heißt, beim
Herstellungsverfahren des vorliegenden Bildsensors gemäß einer
Ausführungsform
wird eine Passivierungsschicht für
ein Blaufiltergebiet entfernt, so dass die Wahrscheinlichkeit, dass
blaues Licht eine Photodiode erreicht, erhöht wird. Weiterhin, da die
Lichtdurchlässigkeit
des blauen Lichts erhöht werden
kann, lässt
sich die Wiedergabefähigkeit
der Photodiode und/oder des Pixels der Farbe Blau in außergewöhnlicher
Weise verbessern. Es zeigt sich, dass eine Ausgabe für eine Farbe
mit einem niedrigeren Ausgabeverhältnis als das der anderen Farben (z.B.
entsprechend den Grün-
und/oder Rotfarbfiltern) mit demselben Verfahren erhöht werden
kann.
-
Danach
wird eine herkömmliche
Planarisierungsschicht 150 auf der Farbfilterschicht 130 ausgebildet
und Mikrolinsen 160 werden in herkömmlicher Weise auf der Planarisierungsschicht 150 ausgebildet.
Die Planarisierungsschicht kann ein oder mehrere Materialien enthalten,
die einfach planarisierbar sein können (z.B. ein herkömmliches
transparentes Photolackmaterial, das durch Verfließen des
Photolacks bei einer Temperatur von 150 bis 200 oder 250°C planarisiert
werden kann, oder einem Siliziumdioxidmaterial, das durch chemisch-mechanisches Polieren
[CMP] planarisiert werden kann).
-
Wie
oben beschrieben, wird in einem Bildsensor und einem Herstellungsverfahren
desselben gemäß einer
ersten Ausführungsform
der Erfindung eine Ausgabe für
eine Photodiode und/oder ein Pixel der Farbe Blau erhöht, da bei
einem durch einen bestimmten (z.B. blauen) Farbfilter durchgehendes
Licht weniger Licht verloren geht als dies bei Licht anderer Farben
der Fall ist. In der Folge kann die Farbwiedergabefähigkeit
für die
blaue Photodiode und/oder das Pixel verbessert werden. Weiterhin besteht
gemäß einer
ersten Ausführungsform
der Vorteil darin, dass eine Ausgabe für eine Farbe mit einem niedrigeren
Ausgabeverhältnis
als das der anderen Farben durch dasselbe Verfahren erhöht werden
kann.
-
Ausführungsform
2
-
Obwohl
die Verbesserung der Empfindlichkeit für blaues Licht auch in einer
zweiten Ausführungsform
beschrieben wird, ist das Grundkonzept der Ausführungsform nicht auf Blau beschränkt.
-
5 ist
eine Schnittsansicht eines Bildsensors gemäß einer zweiten Ausführungsform.
-
Der
Bildsensor gemäß der zweiten
Ausführungsform
kann eine auf einem Substrat 210 ausgebildete Isolierschicht
enthalten (z.B. flache Grabenisolationsstrukturen 230);
aktive im Substrat 210 ausgebildete Gebiete, so dass ein
Gebiet, das einer bestimmten Farbe entspricht, niedriger ist als
das entsprechende Gebiet einer anderen Farbe; ein auf der Gesamtfläche des
aktiven Gebiets ausgebildetes Ionenimplantationsgebiet; ein Photodiodengebiet 220, das
unter dem Ionenimplantationsgebiet ausgebildet ist; eine dielektrische
Zwischenschicht 240, die auf dem Substrat 210 mit
dem Photodiodengebiet 220 ausgebildet ist; eine Farbfilterschicht 250,
die auf der dielektrischen Zwischenschicht 240 ausgebildet
ist; und Mikrolinsen 260 (siehe 8), die
auf der Farbfilterschicht 250 ausgebildet sind.
-
In
einer Ausführungsform
sind eine rote (R) Photodiode (nicht dargestellt), ein grüne (G) Photodiode 224 und
eine blaue (B) Photodiode 222 in entsprechenden Photodiodengebieten 220 ausgebildet. Weiterhin
enthält
die Farbfilterschicht 250 einen roten (R) Farbfilter (nicht
dargestellt), einen grünen
(G) Farbfilter 254 und einen blauen (B) Farbfilter 252,
die den grünen
(G) und blauen (B) Photodioden 222 und 224 entsprechen.
-
Darüber hinaus
kann die zweite Ausführungsform
weiterhin eine Passivierungsschicht (nicht dargestellt) enthalten,
die auf der dielektrischen Zwischenschicht 240 ausgebildet
ist. Zu diesem Zeitpunkt ist der Farbfilter 250 auf der
Passivierungsschicht ausgebildet.
-
In
der zweiten Ausführungsform
weisen die aktiven Gebiete einen Tiefenunterschied (z.B. einen Abstand
von der obersten Oberfläche
der dielektrischen Schicht 240 [die koplanar über alle
aktive Gebiete verlaufen kann] zur obersten Oberfläche des darunter
liegenden aktiven Gebiets) von 10 bis 100 nm auf, und daher wird
ein Abstand D2 (siehe 8), an dem ein bestimmtes (z.B.
blaues) Licht die Photodiode erreicht, optimiert, so dass die Farbwiedergabefähigkeit
für das
bestimmte Licht (z.B. blaues) verbessert werden kann.
-
6 bis 8 sind
Schnittansichten, die ein Herstellungsverfahren des Bildsensors
gemäß der zweiten
Ausführungsform
veranschaulichen. Obwohl die Verbesserung der Empfindlichkeit für blaues Licht
in der zweiten Ausführungsform
beschrieben wird, ist das Grundkonzept der Ausführungsform nicht auf die Verbesserung
der Empfindlichkeit für blaues
Licht beschränkt.
-
Das
Herstellungsverfahren des Bildsensors gemäß der zweiten Ausführungsform
ist wie folgt:
Wie in 6 dargestellt,
wird zuerst eine Isolierschicht mit Isolationsstrukturen 230 im
Substrat 210 ausgebildet, um die aktiven Gebiete zu definieren. Die
Isolationsstrukturen 230 umfassen vorzugsweise flache Grabenisolations
(STI, Shallow Trench Isolation)-Strukturen.
-
Danach
wird ein Photolackmuster 235 ausgebildet, das ein aktives
Gebiet entsprechend einer bestimmten Farbe freilegt, wie in 7 dargestellt. Obwohl
zu dieser Zeit die bestimmte Farbe in beispielhafter Weise blau
ist, ist sie nicht darauf beschränkt.
-
Danach
wird das freigelegte aktive Gebiet in einer bestimmten Dicke oder
auf eine bestimmte Tiefe mit dem Photolackmuster 235 als Ätzmaske
geätzt,
so dass die Höhen
der Licht aufnehmenden Bereiche in den nachfolgend ausgebildeten
Photodiodengebieten für
unterschiedliche Farben verschieden sind.
-
Zu
dieser Zeit weisen die aktiven Gebiete in der zweiten Ausführungsform
eine Tiefen- oder Höhendifferenz
von 10 bis 100 nm auf (ähnlich
der oben beschriebenen ersten Ausführungsform), und daher wird
ein Abstand D2 optimiert, an dem blaues Licht die blaue Photodiode 222 erreicht,
so dass die Farbwiedergabefähigkeit
für die
Photodiode 222 und/oder Pixel der Farbe Blau verbessert
werden kann.
-
Danach
wird das Herstellungsverfahren des Bildsensors wie in 8 dargestellt
weitergeführt. Das
heißt,
das Photolackmuster 235 wird entfernt und ein oder mehrere
Ionenimplantationsgebiete werden auf der Gesamtoberfläche des
geätzten
aktiven Gebiets ausgebildet. In einer Ausführungsform kann das Ionenimplantationsgebiet
ein Ionenimplantationsgebiet des p-Typs sein, wie eine (tiefe) P-Wanne.
Alternativ oder zusätzlich
kann das Ionenimplantationsgebiet eine relativ flache Inversions-
oder Oberflächenschicht
einer P-N-Photodiode sein. Danach wird das Photodiodengebiet 220 unterhalb
des Ionenimplantationsgebiets ausgebildet. Zu dieser Zeit sind eine
rote (R) Photodiode (nicht dargestellt), ein grüne (G) Photodiode 224 und
eine blaue (B) Photodiode 222 in den aktiven (Photodioden-)Gebieten 220 ausgebildet.
-
Danach
wird eine dielektrische Zwischenschicht 240 auf dem Substrat 210 mit
den Photodiodengebieten 220 darin ausgebildet. Die dielektrische Zwischenschicht 240 kann
eine mehrschichtige Struktur wie bei der ersten Ausführungsform
umfassen. Obwohl in dieser Fig. nicht dargestellt, kann eine dielektrische
Zwischenschicht ausgebildet sein, eine Lichtschutzschicht (nicht
dargestellt) kann ausgebildet sein, um den Lichteinfall auf andere
Bereiche außer
auf das zugehörige
Photodiodengebiet 220 zu verhindern, und eine weitere dielektrische
Zwischenschicht kann wie bei der ersten Ausführungsform erneut ausgebildet
sein.
-
In
der Folge kann eine Passivierungsschicht (nicht dargestellt) zum
Schutz eines Elements vor Feuchtigkeit und Verkratzen auf der dielektrischen Zwischenschicht 240 ausgebildet
sein. Die Passivierungsschicht kann eine anorganische oder eine
organische Schicht enthalten. Die Passivierungsschicht kann eine
Dicke von etwa 50 nm oder weniger aufweisen, und (wenn sie organisch
ist) einer Hochtemperaturbehandlung (hard cure) unterzogen werden. Das
heißt,
um das Profil und die Einheitlichkeit einer später auszubildenden Farbfilterschicht 250 zu
verbessern, enthält
die Passivierungsschicht 120 vorzugsweise ein organische
Material mit einer überdurchschnittlichen
Lichtdurchlässigkeit
in einer Wellenlänge
des sichtbaren Lichts.
-
Danach
wird ein Beschichtungs- und Musterbildungsprozess auf der dielektrischen
Zwischenschicht 240 (oder der Passivierungsschicht, falls
diese ausgebildet ist) mit einem färbbaren Photolack durchgeführt, wodurch
ein bestimmter Farbfilter für die
Farbfilterschicht 250 zum Filtern von Licht für jedes
Wellenlängenband
ausgebildet wird. Die Farbfilterschicht 250 enthält im Allgemeinen
einen Rot (R)-Farbfilter
(nicht dargestellt), einen Grün
(G)-Farbfilter 254 und einen Blau (B)-Farbfilter 252,
wobei die beiden letzteren jeweils den Photodioden 224 und 222 entsprechen.
Alternativ kann die Farbfilterschicht 250 einen Yellow
(Y)-Farbfilter, einen Cyan (C)-Farbfilter und einen Magenta (M)-Farbfilter
enthalten.
-
Hier
wird die Farbfilterschicht 250 durch Ausbilden der entsprechenden
R-, G- und B-Farbfilter durch drei Photolithographieprozesse selektiv
bezüglich
der R-, G- und B-Farbphotolackschichten
vervollständigt,
obwohl die exakte Abfolge der Ausbildung der Schichten im Allgemeinen
nicht für
die Erfindung wesentlich ist. Zu dieser Zeit wird nach Ausbilden
der entsprechenden R-, G- und B-Farbfilter eine W-Belichtung durchgeführt, so
dass ein instabiler Zustand der Oberflächen der R-, G- und B-Farbfilter
verbessert werden kann.
-
Danach
wird eine Planarisierungsschicht (nicht dargestellt) auf der Farbfilterschicht 250 ausgebildet,
um einen Fokalabstand anzupassen und eine planare Oberfläche zum
nachfolgenden Ausbilden einer Linsenschicht zu fixieren. Danach
werden Mikrolinsen 260 auf der Farbfilterschicht 250 (oder der
Planarisierungsschicht, falls diese vorhanden ist) ausgebildet.
Die Mikrolinsen 260 können
durch Ablagern, Freisetzen, Entwickeln oder Verfließen eines Photolackmuster
für Mikrolinsen
gebildet werden.
-
Im
Herstellungsverfahren des Bildsensors gemäß der zweiten Ausführungsform
werden die Licht aufnehmenden Bereiche der Photodioden selektiv
in einer bestimmten Dicke oder auf eine bestimmte Tiefe geätzt, so
dass die Höhen
der Licht aufnehmenden Bereiche der Photodioden für unterschiedliche
Farben verschieden sind. Dementsprechend kann ein Gebiet, das blaues
Licht aufnimmt, optimiert werden, so dass die Farbwiedergabefähigkeit
für die
Photodiode und/oder das Pixel der Farbe Blau verbessert werden kann.
-
Ausführungsform
3
-
9 ist
eine Schnittsansicht eines Bildsensors gemäß einer dritten Ausführungsform.
-
Der
Bildsensor gemäß der dritten
Ausführungsform
kann aktive Gebiete enthalten, die durch eine auf einem Substrat 210 ausgebildete
Isolierschicht 230 definiert sind; ein auf der Gesamtoberfläche der
aktiven Gebiete ausgebildetes Ionenimplantationsgebiet; ein Photodiodegebiet 220,
das unter dem Ionenimplantationsgebiet ausgebildet ist; eine dielektrische
Zwischenschicht 245, die auf dem Substrat 210 mit
dem Photodiodengebieten 220 dergestalt ausgebildet ist,
dass ein Gebiet, das einer bestimmten Farbe entspricht, niedriger
ist als das, das einer anderen Farbe entspricht; eine Farbfilterschicht 250,
die auf der dielektrischen Zwischenschicht 245 ausgebildet
ist; und Mikrolinsen 260, die auf oder über der Farbfilterschicht 250 ausgebildet
sind. Optional kann eine Passivierungsschicht (nicht dargestellt)
weiterhin auf der dielektrischen Zwischenschicht 245 ausgebildet
sein, und die Passivierungsschicht kann wie in der ersten Ausführungsform
geätzt
werden.
-
Der
Bildsensor gemäß der dritten
Ausführungsform
weist ein zu lösendes
Problem auf und ein Prinzip zum Lösen des Problems wie bei der
zweiten Ausführungsform.
Das heißt,
dass in der zweiten Ausführungsform
ein aktives Gebiet, das einen Licht aufnehmenden Bereich enthält, so geätzt wird,
dass das blaue Licht eine optimale Position einer Photodiode erreichen
kann, wodurch ein (Fokal-)Abstand angepasst wird, an dem das blaue Licht
im CIS-Bauteil aufgenommen wird. In der dritten Ausführungsform wird
die dielektrische Zwischenschicht 245 oder die Passivierungsschicht
(nicht dargestellt) auch so geätzt,
dass das Blau eine optimale Position der Photodiode erreicht.
-
Das
Herstellungsverfahren des Bildsensors gemäß der dritten Ausführungsform
kann Verfahren der ersten und/oder zweiten Ausführungsform übernehmen. Die dritte Ausführungsform
unterscheidet sich jedoch von der zweiten Ausführungsform in einem Ätzverfahren
der dielektrischen Zwischenschicht 245 (oder der Passivierungsschicht)
anstelle des aktiven Gebiets oder zusätzlich zum aktiven Gebiet.
Das Herstellungsverfahren des Bildsensors gemäß der dritten Ausführungsform
ist wie folgt:
Zuerst wird eine Isolierschicht 230 auf
einem Substrat 210 ausgebildet, um die aktiven Gebiete
zu definieren, dann können
ein (oder zwei) der aktiven Gebiete (z.B. durch eine zeitlich festgelegte Ätzung des Siliziumsubstrats)
auf eine bestimmte Tiefe geätzt werden,
um einen Höhen-
oder Tiefenunterschied von 10 bis 100 nm auszubilden, wie in der
zweiten Ausführungsform,
um einen Abstand zu optimieren, an dem ein bestimmtes (z.B. blaues)
Licht die Photodiode erreicht, so dass die Wiedergabefähigkeit
des bestimmten Lichts (z.B. blau) verbessert werden kann. Danach
wird ein Ionenimplantationsgebiet auf den gesamten Oberflächen der
aktiven Gebiete ausgebildet. In einer Ausführungsform ist das Ionenimplantationsgebiet
relativ flach, wie in der zweiten Ausführungsform.
-
Danach
werden die Photodiodengebiete 220 (z.B. 222, 224)
unter dem Ionenimplantationsgebiets ausgebildet, und eine dielektrische
Zwischenschicht 245 wird auf dem Substrat 210,
das Photodiodengebiete 220 darin enthält, ausgebildet. In der Folge
wird ein Photolackmuster (nicht dargestellt), das ein Gebiet der
dielektrischen Zwischenschicht 245 freilegt, das einer
bestimmten Farbe (z. B. blau) entspricht, auf der dielektrischen
Zwischenschicht 245 ausgebildet, und die freigelegte dielektrische
Zwischenschicht 245 wird in einer bestimmten Dicke oder
auf eine bestimmte Tiefe mit dem Photolackmuster als Ätzmaske
geätzt.
-
Zu
dieser Zeit kann in der dritten Ausführungsform die dielektrische
Zwischenschicht 245 auch eine Tiefen- oder Höhendifferenz
von 10 bis 100 nm aufweisen, wie in der ersten Ausführungsform, und
daher kann ein (Fokal-)Abstand, an dem blaues Licht die blaue Photodiode 222 erreicht,
weiter optimiert werden, so dass die Farbwiedergabefähigkeit für Licht,
die Photodiode und/oder das Pixel der Farbe Blau verbessert werden
kann.
-
Danach
wird das Photolackmuster entfernt und eine Farbfilterschicht 250 wird
auf der geätzten dielektrischen
Zwischenschicht 245 ausgebildet. Weiterhin kann in der
dritten Ausführungsform
eine Passivierungsschicht (nicht dargestellt) zudem auf einer dielektrischen
Zwischenschicht 245 ausgebildet sein. Die Passivierungsschicht
kann geätzt
werden, um eine Schrittdifferenz aufzuweisen, wie in der ersten
Ausführungsform
(anstelle der oder zusätzlich zur
dielektrischen Zwischenschicht 245), und die Farbfilterschicht 250 kann
auf der Passivierungsschicht ausgebildet sein. Weiterhin kann in
der dritten Ausführungsform
eine Planarisierungsschicht 255 weiter auf der Farbfilterschicht 250 ausgebildet
sein. Mikrolinsen 260 werden dann auf der Planarisierungsschicht 255 ausgebildet,
oder falls gewünscht (z.B.
die Farbfilterschicht 250 weist eine planare Oberfläche auf)
auf der Farbfilterschicht 250.
-
Gemäß der dritten
Ausführungsform
wird die dielektrische Zwischenschicht 245 oder die Passivierungsschicht
(nicht dargestellt) selektiv geätzt,
so dass die Höhen
der (oder die Fokalabstände
der) Licht aufnehmenden Bereiche der Photodioden unterschiedlich
sind. Dementsprechend kann ein Photodiodengebiet, das blaues Licht
aufnimmt, einen optimierten Fokalabstand aufweisen, so dass die
Farbwiedergabefähigkeit
für die
Photodiode und/oder das Pixel der Farbe Blau verbessert werden kann.
-
Wie
oben beschrieben können
in einem Bildsensor und einem Herstellungsverfahren desselben Bereiche
des Materials über
Licht aufnehmende Photodioden selektiv in einer bestimmten Dicke
oder Tiefe geätzt
werden, so dass die Höhen
oder Fokalabstände
der Licht aufnehmenden Bereiche der Photodioden unterschiedlich
sind. Dementsprechend kann ein Gebiet, das eine bestimmte Farbe
(z.B. blau) aufnimmt, einen optimierten Fokalabstand aufweisen,
so dass die Farbwiedergabefähigkeit
für die Photodiode
und/oder das Pixel der Farbe Blau verbessert werden kann.
-
Weiterhin
besteht gemäß der dritten
Ausführungsform
der Vorteil, dass die Empfindlichkeit für eine bestimmte Farbe (z.B.
blau) verbessert werden kann.
-
Weiterhin
kann gemäß der dritten
Ausführungsform
eine dielektrische Zwischenschicht oder Passivierungsschicht selektiv
geätzt
werden, so dass die Höhen
oder die Fokalabstände
der Licht aufnehmenden Bereiche der Photodioden unterschiedlich sind.
Dementsprechend kann ein Gebiet, das eine bestimmte Farbe (z.B.
blau) aufnimmt, optimiert werden, so dass die Farbwiedergabefähigkeit
für blaues Licht
verbessert werden kann.
-
Jede
Bezugnahme in dieser Beschreibung auf "die eine Ausführungsform", "eine
Ausführungsform" usw. bedeutet, dass
ein bestimmtes Merkmal, eine Struktur oder eine Eigenschaft, die
in Verbindung mit der Ausführungsform
beschrieben wird, in mindestens einer Ausführungsform der Erfindung enthalten
ist. Die Vorkommen solcher Ausdrücke
an verschiedenen Stellen in der Beschreibung beziehen sich nicht
notwendigerweise alle auf dieselbe Ausführungsform. Weiterhin, wenn
ein bestimmtes Merkmal, eine bestimmte Struktur oder eine bestimmte
Eigenschaft in Verbindung mit einer beliebigen Ausführungsform
beschrieben wird, versteht es sich, dass es im Bereich eines Fachmanns
liegt, das Merkmal, die Struktur oder die Eigenschaft in Verbindung
mit anderen Ausführungsformen
zu verwirklichen.
-
Obwohl
Ausführungsformen
mit Bezugnahme auf mehrere veranschaulichende Ausführungsformen
davon beschrieben wurden, versteht es sich, dass vielzählige andere
Modifikationen und Ausführungsformen
von Fachleuten erdacht werden können,
die dem Geist und Umfang der Grundsätze dieser Offenlegung entsprechen.
Im Besonderen sind verschiedene Variationen und Modifikationen in
den Komponententeilen und/oder Anordnungen der kombinierten Anordnung
des Themas im Umfang der Offenbarung, der Zeichnungen und der Ansprüche im Anhang
möglich.
Zusätzlich
zu den Variationen und Modifikationen in den Komponententeilen und/oder Anordnungen
sind für
Fachleute auch alternative Verwendungen ersichtlich.