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HINTERGRUND
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Ausführungsformen
der Erfindung betreffen einen Bildsensor und ein Verfahren zu seiner
Herstellung.
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Der
Bildsensor ist ein Halbleiterbauelement, das ein optisches Bild
in ein elektrisches Signal umwandelt. Eines der Probleme, die es
bei der Herstellung des Bildsensors zu lösen gilt, ist die Steigerung einer
Rate der Umwandlung von Signalen einfallenden Lichts in elektrische
Signale, d. h. der Empfindlichkeit. Daher werden beim Ausbilden
des Mikrolinsensystems zum Bündeln
von Licht verschiedene Techniken zum Realisieren einer Null-Lücke (d.
h. keine Lücke
zwischen benachbarten Linsen in einem Mikrolinsensystem) entwickelt.
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Wird
die Mikrolinse zum Bündeln
von Licht unter Verwendung einer lichtempfindlichen Schicht ausgebildet,
ergibt sich das Phänomen,
dass Partikel aus Materialien wie Polymer, Silizium, Siliziumdioxid usw.,
die in einem Prozess zum Schleifen der Waferrückseite und/oder in einem Prozess
zum Sägen
des Wafers u. Ä.
erzeugt werden, an den Mikrolinsen anhaften können. Dies kann die Empfindlichkeit
des Bildsensors herabsetzen und auch die Fertigungsausbeute aufgrund
der Schwierigkeit, solche Partikel von solch einer Mikrolinse zu
putzen.
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Ausführungsformen
der Erfindung stellen einen Bildsensor und ein Herstellungsverfahren
bereit, die imstande sind, die Empfindlichkeit durch wirksame Übertragung
einfallenden Lichts an einen Fotodiodenbereich zu verbessern.
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Ein
Bildsensor gemäß einer
Ausführungsform
der Erfindung umfasst eine Farbfilterschicht auf einem Halbleitersubstrat
und ein Mikrolinsensystem auf der Farbfilterschicht, die eine lichtunempfindliche Isolierschicht
umfasst, wobei das Mikrolinsensystem eine erste Mikrolinse auf einem
ersten Farbfilter und eine zweite Mikrolinse auf einem zweiten Farbfilter umfasst
und die erste Mikrolinse und die zweite Mikrolinse voneinander verschiedene
Dicken aufweisen.
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Ein
Bildsensor gemäß einer
anderen Ausführungsform
umfasst eine Farbfilterschicht auf einem Halbleitersubstrat und
ein Mikrolinsensystem auf der Farbfilterschicht, die eine lichtunempfindliche
Isolierschicht umfasst, wobei das Mikrolinsensystem eine erste Mikrolinse
auf einem ersten Farbfilter, eine zweite Mikrolinse auf einem zweiten
Farbfilter und eine dritte Mikrolinse auf einem dritten Farbfilter
umfasst, wobei jede der ersten, der zweiten und der dritten Mikrolinse
voneinander verschiedene Dicken aufweisen.
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Ein
Verfahren zur Herstellung eines Bildsensors gemäß einer anderen Ausführungsform
umfasst:
ein Ausbilden einer lichtunempfindlichen Isolierschicht
auf einer Farbfilterschicht;
ein Ausbilden einer lichtempfindlichen
Schicht auf der lichtunempfindlichen Isolierschicht;
ein Ausbilden
einer Opfer-Mikrolinse durch Strukturieren der lichtempfindlichen
Schicht; und
ein Ausbilden einer Mikrolinse aus der lichtunempfindlichen
Isolierschicht durch Ätzen
der Opfer-Mikrolinse und der lichtunempfindlichen Isolierschicht.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Die 1 bis 4 sind
Ansichten, die ein Verfahren zur Herstellung eines Bildsensors gemäß Ausführungsformen
der Erfindung konzeptuell darstellen; und
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die 5 bis 7 sind
Ansichten, die ein alternatives Verfahren zur Herstellung eines
Bildsensors gemäß Ausführungsformen
der Erfindung konzeptuell darstellen.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
DER AUSFÜHRUNGSFORMEN
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Wenn
in der folgenden Beschreibung von verschiedenen Ausführungsformen
eine jegliche Schicht (Film), ein Bereich, ein Muster oder Strukturen
als "auf/oberhalb
von" oder "unter/unterhalb von" jeglicher Schicht
(Überzug),
dem Bereich, dem Muster oder den Strukturen ausgebildet beschrieben
wird bzw. werden, kann das so verstanden werden, dass jegliche Schicht
(Film), ein Bereich, ein Muster oder Strukturen in direktem Kontakt
mit jeglicher Schicht (Film), dem Bereich, dem Muster oder den Strukturen ausgebildet
ist bzw. sind, und es kann ferner so verstanden werden, dass eine
andere Schicht (Film), ein anderer Bereich, ein anderes Muster oder
andere Strukturen zusätzlich
dazwischen ausgebildet ist bzw. sind. Daher müssen die Bedeutungen in Übereinstimmung
mit der technischen Idee der Ausführungsform entschieden werden.
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Nachstehend
werden verschiedene Ausführungsformen
mit Bezug auf die begleitenden Zeichnungen beschrieben.
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Die 1 bis 4 sind
Ansichten, die ein beispielhaftes Verfahren zur Herstellung eines Bildsensors
konzeptuell darstellen.
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Bei
dem beispielhaften Verfahren zur Herstellung eines Bildsensors gemäß einer
Ausführungsform,
wie sie in 1 dargestellt ist, wird eine lichtunempfindliche
Isolierschicht 13 auf einer Farbfilterschicht 11 ausgebildet.
Die Farbfilterschicht 11 kann einen roten Farbfilter 11R,
einen grünen
Farbfilter 11G und einen blauen Farbfilter 11B umfassen oder
aus ihnen gebildet sein. Alternativ kann die Farbfilterschicht 11 einen
gelben Farbfilter, einen cyanfarbenen Farbfilter und einen magentafarbenen Farbfilter
umfassen. In beiden Fällen
können
die Farbfilter 11R, 11G und 11B die gleiche
Dicke oder verschiedene Dicken haben. Die Anordnung des roten Farbfilters 11R,
des grünen
Farbfilters 11G und des blauen Farbfilters 11b,
welche die Farbfilterschicht 11 bilden, kann in Übereinstimmung
mit dem Design abgewandelt werden.
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Die
lichtunempfindliche Isolierschicht 13 kann ein starres
Material und/oder ein transparentes Material im Vergleich zum lichtempfindlichen
Material umfassen oder aus ihm gebildet sein. Die lichtunempfindliche
Isolierschicht 13 kann eine transparente Oxidschicht (zum
Beispiel Siliziumdioxid, Aluminiumoxid, verschiedene Silikate, Aluminate,
Aluminiumsilikate und Titanate, Zirkoniumoxid, Hafniumoxid usw.)
umfassen oder aus ihr gebildet sein. Die lichtempfindliche Schicht 15 (die
im Allgemeinen einen Fotolack umfasst) ist auf der lichtunempfindlichen Isolierschicht 13 ausgebildet.
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In
den beispielhaften Ausführungsformen kann
das Verfahren ferner das Ausbilden eines Licht empfangenden Teils
im Halbleitersubstrat vor dem Ausbilden der Farbfilterschicht 11 umfassen.
Der Licht empfangende Teil kann eine Fotodiode umfassen, um ein
Beispiel zu nennen.
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Dann
wird, wie in 2 dargestellt, die lichtempfindliche
Schicht 15 durch einen Belichtungsprozess und einen Entwicklungsprozess
strukturiert, um die Opfer-Mikrolinsen 15R, 15G und 15B auszubilden.
Die Opfer-Mikrolinsen 15R, 15G und 15B können eine
rote Opfer-Mikrolinse 15R, eine grüne Opfer-Mikrolinse 15G und eine blaue
Opfer-Mikrolinse 15B umfassen. Die rote Opfer-Mikrolinse 15R wird
in einer Position ausgebildet, die dem roten Farbfilter 11R entspricht,
die grüne
Opfer-Mikrolinse 15G wird in einer Position ausgebildet,
die dem grünen
Farbfilter 11G entspricht, und die blaue Opfer-Mikrolinse 15B wird
in einer Position ausgebildet, die dem blauen Farbfilter 11B entspricht.
Die rote Opfer-Mikrolinse 15R, die grüne Opfer-Mikrolinse 15G und
die blaue Opfer-Mikrolinse 15B können alle
die gleiche Dicke oder verschiedene Dicken haben.
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Danach
werden, wie in 3 dargestellt, die Mikrolinsen 13R, 13G und 13B in
der lichtunempfindlichen Isolierschicht ausgebildet, indem die Opfer-Mikrolinsen 15R, 15G und 15B und
die unempfindliche Isolierschicht 13 geätzt werden. An diesem Punkt werden,
was das Ätzen
für die
Opfer-Mikrolinsen 15R, 15G und 15B und
die unempfindliche Isolierschicht 13 angeht, die Opfer-Mikrolinse
und die lichtunempfindliche Isolierschicht nichtselektiv mit einem Ätzratenverhältnis von
ungefähr
1:1 zueinander ganzflächig
geätzt
(z. B. anisotrop geätzt
oder rückgeätzt).
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Die
Mikrolinsen 13R, 13G und 13B können eine
erste Mikrolinse 13R, eine zweite Mikrolinse 13G und
eine dritte Mikrolinse 13B umfassen. Die erste Mikrolinse 13R kann
in einer Position ausgebildet werden, die dem roten Farbfilter 11R entspricht, die
zweite Mikrolinse 13G kann in einer Position ausgebildet
werden, die dem grünen
Farbfilter 11G entspricht, und die dritte Mikrolinse 13B kann
in einer Position ausgebildet werden, die dem blauen Farbfilter 11B entspricht.
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Bei
dem Verfahren zur Herstellung eines Bildsensors gemäß den beispielhaften
Ausführungsformen,
wie oben beschrieben, können
die Mikrolinsen 13R, 13G und 13B ein
im Vergleich zum lichtempfindlichen Material der verwandten Technik
starres Material umfassen oder aus ihm gebildet sein. Daher kann
in einem Prozess zum Schleifen der Waferrückseite, in einem Prozess zum
Sägen u. Ä. das Auftreten
von an den Mikrolinsen haftenden Partikeln reduziert oder verhindert
werden. Infolgedessen kann die Empfindlichkeit des Bauelements ebenso wie
dessen Fertigungsausbeute verbessert werden.
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Indessen
können
die Mikrolinsen 13R, 13G und 13B eine
Lücke zwischeneinander
haben, wie es in 3 dargestellt ist. Alternativ
kann das beispielhafte Verfahren bzw. können die beispielhaften Verfahren
zur Herstellung des Bildsensors gemäß verschiedener Ausführungsformen
ferner das Ausbilden einer Schutzschicht 17 auf den Mikrolinsen 13R, 13G und 13B umfassen,
wie es in 4 dargestellt ist.
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Die
Schutzschicht 17 umfasst mindestens eine von einer Niedertemperaturoxid
(LTO) Schicht oder einer Spin-on-Glass (SOG) Schicht oder besteht
aus ihr. Die LTO-Schicht kann ein Tetraethylorthosilikat(TEOS)-basiertes
Glas oder ein Plasma-Silan(p-Si)-basiertes Glas umfassen. Selbstverständlich ist
das die Schutzschicht 17 bildende Material nicht hierauf
beschränkt,
sondern sie kann je nach Design und Anforderung aus unterschiedlichen
Materialien gebildet sein.
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In
einer Ausführungsform
ist die Schutzschicht 17 lückenlos (z. B. gibt es keinen
Zwischenraum zwischen benachbarten Lin sen an mindestens einer Stelle).
Die Schutzschicht 17 führt
zur Entstehung von lückenlosen
Mikrolinsen und kann einer Beschädigung
der Mikrolinsen 13R, 13G und 13B durch externe
Partikel usw. vorbeugen.
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Die
obige Beschreibung basiert auf dem Fall, dass die Mikrolinsen auf
den Farbfilterschichten ausgebildet werden. Doch ist das vorliegende
Verfahren zur Herstellung des Bildsensors nicht darauf beschränkt. Beispielsweise
kann eine Planarisierungsschicht auf der Farbfilterschicht ausgebildet
werden und die Mikrolinse kann dann auf der Planarisierungsschicht
ausgebildet werden.
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Indessen
basieren die mit Bezug auf 1 bis 4 beschriebenen
Ausführungsformen
auf dem Fall, dass die lichtempfindliche Schicht zum Ausbilden der
Opfer-Mikrolinsen auf einer lichtunempfindlichen Isolierschicht
mit einer einheitlichen Dicke in einer einzigen Schrittfolge ausgebildet
wird.
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Doch
muss die lichtempfindliche Schicht zum Ausbilden der Opfer-Mikrolinse
nicht unbedingt in einem einzigen Schritt aufgebracht werden, sondern
kann in mehreren Schritten (z. B. zwei oder drei getrennte Schritte)
ausgebildet werden. Ferner kann die Dicke der verschiedenen lichtempfindlichen Schichten
zum Ausbilden der Opfer-Mikrolinsen je nach ihrer Lage verschiedene
Dicken haben.
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Der
Fall, in dem die Opfer-Mikrolinsen über zwei Schrittfolgen ausgebildet
werden, wird nun mit Bezug auf 5 bis 7 beschrieben.
Die 5 bis 7 sind Ansichten, die das Verfahren
zur Herstellung des Bildsensors gemäß einer anderen Ausführungsform
konzeptuell darstellen.
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Bei
dem Verfahren zur Herstellung eines Bildsensors nach der Darstellung
in 5 wird die lichtunempfindliche Isolierschicht 23 auf
der Farbfilterschicht 21 ausgebildet. Das Verfahren kann
ferner das Ausbilden der Licht empfangenden Einheit im Halbleitersubstrat
vor dem Ausbilden der Farbfilterschicht 21 umfassen. Beispielsweise
kann die Licht empfangende Einheit eine Fotodiode sein.
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Die
Farbfilterschicht 21 kann einen roten Farbfilter 21R,
einen grünen
Farbfilter 21G und einen blauen Farbfilter 21B umfassen.
Die Anordnung des roten Farbfilters 21R, des grünen Farbfilters 21G und des
blauen Farbfilters 21B, welche die Farbfilterschicht 21 bilden,
kann in Übereinstimmung
mit dem Design abgewandelt werden. Der rote Farbfilter 21R, der
grüne Farbfilter 21G und
der blaue Farbfilter 21B können die gleiche Dicke oder
unterschiedliche Dicken haben. Wenn allerdings die Farbfilter 21R, 21G und 21B unterschiedliche
Dicken haben, haben die Mikrolinsen 25R, 25G und 25B vorzugsweise
derartige unterschiedliche Dicken, dass die kombinierten Dicken
von (1) Farbfilter 21R und Mikrolinse 25R, (2) Farbfilter 21G und
Mikrolinse 25G sowie (3) Farbfilter 21B und Mikrolinse 25B im
Wesentlichen gleich sind.
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Die
lichtunempfindliche Isolierschicht 23 kann ein starres
Material und/oder ein transparentes Material im Vergleich zum lichtempfindlichen
Material umfassen oder aus ihm gebildet sein. Die lichtunempfindliche
Isolierschicht 23 kann als ein Beispiel (siehe die obige
Erörterung)
eine transparente Oxidschicht umfassen oder im Wesentlichen aus
ihr gebildet sein.
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Danach
werden die ersten Opfer-Mikrolinsen 25R und 25B mit
im Wesentlichen dem gleichen Prozess wie die o. g. Opfer-Mikrolinsen 15R, 15G und 15B auf
der lichtunempfindlichen Isolierschicht 23 ausgebildet. 5 zeigt
den Fall, in dem die Opfer-Mikrolinse 25R, die dem roten
Farbfilter 21R entspricht, und die Opfer-Mikrolinse 25B,
die dem blauen Farbfilter 21B entspricht, zuerst ausgebildet
werden. Doch kann die Gestaltung der ersten Opfer-Mikrolinse je
nach Design und Anforderung abgewandelt werden.
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Dann
wird, wie in 6 gezeigt, die zweite Opfer-Mikrolinse 25G in
den freien Räumen
auf der lichtunempfindlichen Isolierschicht 23 ausgebildet. An
diesem Punkt kann die Dicke der zweiten Opfer-Mikrolinse 25G dicker
sein als die der ersten Opfer-Mikrolinsen 25R und 25B.
Selbstverständlich kann
die Dicke der zweiten Opfer-Mikrolinse dünner sein als die der ersten
Opfer-Mikrolinse.
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Um
eine Beeinflussung der ersten Opfer-Mikrolinsen 25R und 25B zu
vermeiden, kann das Material für
die zweite Opfer-Mikrolinse 25G komplementär zum Material
für die
ersten Opfer-Mikrolinsen 25R und 25B sein. Zum
Beispiel kann das Material für
die ersten Opfer-Mikrolinsen 25R und 25B ein Positiv-Fotolack
sein, und das Material für
die zweite Opfer-Mikrolinse 25G kann
ein Negativ-Fotolack sein oder umgekehrt. Alternativ kann die zweite
Opfer-Mikrolinse 25G aus demselben Fotolacktyp ausgebildet werden,
indem die Maske für
die ersten Opfer-Mikrolinsen 25R und 25B nach
dem Ausbilden der ersten Opfer-Mikrolinsen 25R und 25B um
ein Einzelpixel verschoben wird.
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Danach
werden, wie in 7 gezeigt, die Mikrolinsen 23R, 23G und 23B aus
(oder in) der lichtunempfindlichen Isolierschicht ausgebildet, indem
die Opfer-Mikrolinsen 25R, 25G und 25B und
die unempfindliche Isolierschicht 23 wie oben mit Bezug
auf 3 beschrieben geätzt werden. An diesem Punkt können die
Opfer-Mikrolinsen 25R, 25G und 25B und die
unempfindliche Isolierschicht 23 mit einem Ätzverhältnis von
ungefähr
1:1 ganzflächig
geätzt
werden.
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Bei
dem Verfahren zur Herstellung des Bildsensors wie oben beschrieben
können
die Mikrolinsen 23R, 23G und 23B ein
im Vergleich zum lichtempfindlichen Material starres Material umfassen oder
aus ihm gebildet sein. Daher kann in einem Prozess zum Schleifen
der Waferrückseite,
in einem Prozess zum Sägen
des Wafers u. Ä.
das Phänomen,
dass Partikel wie Polymer, Silizium usw. an den Mikrolinsen anhaften,
reduziert oder verhindert werden. Infolgedessen kann die Empfindlichkeit
des Bauelements ebenso wie dessen Fertigungsausbeute in Übereinstimmung
mit der Ausführungsform
verbessert werden.
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Und
wie in den 5 bis 7 gezeigt,
können
Mikrolinsen (oder ein System von ihnen) lückenlos sein (z. B. keine Lücke zwischen
benachbarten Linsen), wenn eine erste Vielzahl von Opfer-Mikrolinsen
in einem Prozess und eine zweite Vielzahl von Opfer-Mikrolinsen
in einem anderen Prozess ausgebildet werden.
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Bei
dem Verfahren zur Herstellung des Bildsensors, wie er hier beschrieben
wird, kann das Verfahren ferner das Ausbilden einer Schutzschicht auf
den Mikrolinsen 23R, 23G und 23B ähnlich dem in 4 gezeigten
Prozess umfassen.
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Außerdem kann
mit dem vorliegenden Verfahren zur Herstellung des Mikrolinsensystems
eine erste Vielzahl der Opfer-Mikrolinsen
zuerst ausgebildet werden (z. B. die Opfer-Mikrolinsen, die einer ersten Farbe
in der Farbfilterschicht entsprechen) und eine zweite Vielzahl der
Opfer-Mikrolinsen kann danach ausgebildet werden (z. B. die Opfer-Mikrolinsen, die
einer zweiten Farbe in der Farbfilterschicht entsprechen). Die einer
dritten Farbe in der Farbfilterschicht entsprechenden Opfer-Mikrolinsen
können zur
selben Zeit wie die erste oder die zweite Vielzahl von Opfer-Mikrolinsen
ausgebildet werden, oder es kann in einem dritten Prozess zum Ausbilden
von Opfer-Mikrolinsen ausgebildet werden. Diese letzte Ausführungsform
ist besonders vorteilhaft, wenn jeder Farbfilter (z. B. R, G oder
B) in der Farbfilterschicht eine verschiedene Dicke hat. An diesem Punkt
können
die jeweiligen Opfer-Mikrolinsen die gleiche Dicke oder voneinander
verschiedene Dicken haben.
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Der
Bildsensor und das Verfahren zu seiner Herstellung gemäß verschiedenen
Ausführungsformen
haben Vorteile, welche die Möglichkeit
der Verbesserung der Empfindlichkeit des Bauelements ebenso wie
seiner Fertigungsausbeute einschließen.
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In
der vorliegenden Beschreibung bedeutet jeder Verweis auf "eine Ausführung", "Ausführung", "beispielhafte Ausführung" usw., dass ein spezielles Merkmal,
eine Struktur oder eine Eigenschaft, welches bzw. welche in Verbindung
mit der Ausführung beschrieben
wird, in mindestens einer Ausführung der
Erfindung enthalten ist. Das Auftreten derartiger Ausdrucksweisen
an verschiedenen Stellen in der Beschreibung verweist nicht notwendig
sämtlich
auf die gleiche Ausführung.
Ferner sei bemerkt, dass, wenn ein besonderes Merkmal, eine Struktur
oder eine Eigenschaft beschrieben wird, es sich innerhalb des Bereichs
der Möglichkeiten
eines Fachmanns befindet, ein derartiges Merkmal, eine Struktur
oder ein Kennmerkmal in Verbindung mit anderen der Ausführungen
zu bewirken.
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Obgleich
Ausführungsformen
mit Bezug auf eine Anzahl erläuternder
Ausführungsformen
hiervon beschrieben wurden, ver steht es sich von selbst, dass zahlreiche
weitere Abwandlungen und Ausführungen
durch Fachleute entworfen werden können, welche unter Prinzip
und Umfang der vorliegenden Offenbarung fallen.
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Insbesondere
sind Abwandlungen und Änderungen
der Bauteile und/oder Anordnungen der fraglichen Kombinationsanordnung
innerhalb des Umfangs der Offenbarung, der Zeichnungen und der beigefügten Ansprüche möglich. Zusätzlich zu Änderungen
und Abwandlungen der Bauteile und/oder der Anordnungen sind alternative
Verwendungen gleichfalls für
Fachleute ersichtlich.