DE102012109987B4

DE102012109987B4 - BSI-Bildsensor-Chips mit integrierten Farbfiltern und Verfahren zu deren Herstellung

Info

Publication number: DE102012109987B4
Application number: DE102012109987.1A
Authority: DE
Inventors: Shuang-Ji Tsai; Dun-Nian Yaung; Jen-Cheng Liu; Jeng-Shyan Lin; Feng-Chi Hung
Original assignee: Taiwan Semiconductor Manufacturing Co TSMC Ltd
Current assignee: Taiwan Semiconductor Manufacturing Co TSMC Ltd
Priority date: 2012-05-15
Filing date: 2012-10-19
Publication date: 2017-08-24
Anticipated expiration: 2032-10-20
Also published as: DE102012109987A1

Abstract

Einrichtung mit
einem Halbleitersubstrat (26), das eine Frontseite und eine Rückseite aufweist;
einer Vielzahl von Bildsensoren (24), die auf der Frontseite (26A) des Halbleitersubstrats (26) angeordnet sind;
einer Vielzahl von transparenten Farbfiltern (46) auf der Rückseite (26B) des Halbleitersubstrates (26); und
einer Vielzahl von Metallringen (49), die jeweils einen aus der Vielzahl der transparenten Farbfilter (46) einkreisen,
wobei die Vielzahl der Metallringe (49) mit Abstand zueinander angeordnet und/oder miteinander verbunden sind, um ein Metallgitter zu bilden, und wobei die Einrichtung ferner eine Vielzahl von farbigen Farbfiltern (50) aufweist, die in den Räumen zwischen den Metallringen (49) angeordnet sind, wobei die Metallringe (49) transparente Farbfilter (46) von farbigen Farbfiltern (50) trennen und farbige Farbfilter (50) einander berühren können.

Description

Hintergrund
Bildsensor-Chips für Hintergrundbeleuchtung (Backside Illumination; BSI) ersetzen Bildsensor-Chips für Frontseitenbeleuchtung aufgrund ihrer höheren Effektivität beim Einfangen von Photonen. Bei der Herstellung von BSI-Bildsensor-Chips werden die Bildsensoren, wie Photodioden, und Logikschaltkreise auf einem Siliziumsubstrat eines Wafers ausgebildet, gefolgt von der Ausbildung einer Verbindungsstruktur auf einer Frontseite des Siliziumchips. Der Wafer wird dann ausgedünnt, und Rückseitenstrukturen, wie Farbfilter und Mikrolinsen, werden auf der Rückseite gebildet.
Die Bildsensoren in den BSI-Bildsensor-Chips erzeugen elektrische Signale abhängig von der Anregung der Photonen. Die Größe der elektrischen Signale (z. B. des Stroms) hängt ab von der Intensität des einfallenden Lichtes, das von den jeweiligen Bildsensoren empfangen wird. Herkömmliche Herstellungsprozesse von BSI-Bildsensor-Chips leiden unter optischem Übersprechen zwischen dem von verschieden Bildsensoren empfangenen Licht.
Die US 2010/0038740 A1 beschreibt Bildsensor-Chips mit Bildsensoren und farbigen Farbfiltern, die auf einer Frontseite und einer Rückseite einer Halbleiterschicht angeordnet sind. Transparente Farbfilter sind nicht vorgesehen. Die WO 2010/074 708 A1 und die CA 2 788 714 A1 beschreiben grundsätzlich eine Kombination von farbigen Farbfiltern und transparenten Farbfiltern.
Abriss der Erfindung
Die Erfindung sieht eine Einrichtung mit den Merkmalen von Patentanspruch 1 und ein Verfahren mit den Merkmalen von Patentanspruch 8 vor. Ausgestaltungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
Die Erfindung betrifft eine Einrichtung mit einem Halbleitersubstrat, das eine Frontseite und eine Rückseite aufweist; einer Vielzahl von Bildsensoren, die auf der Fronseite des Halbleitersubstrats angeordnet sind; einer Vielzahl von transparenten Farbfiltern auf der Rückseite des Halbleitersubstrats; und einer Vielzahl von Metallringen, die jeweils einen aus der Vielzahl von transparenten Farbfiltern einkreisen.
In einer oder mehreren Ausgestaltungen, sind die Vielzahl der Metallringe verbunden, um ein Metallgitter zu bilden, wobei die Einrichtung ferner eine Vielzahl von farbigen Farbfiltern umfasst, die in Gitteröffnungen des Metallgitters angeordnet sind. Die Vielzahl der Metallringe sind mit Abstand zueinander angeordnet und/oder miteinander verbunden, um ein Metallgitter zu bilden,
wobei die Einrichtung ferner eine Vielzahl von farbigen Farbfiltern umfasst, die in Räumen zwischen den Metallringen angeordnet sind. Die Metallringe trennen transparente Farbfilter von farbigen Farbfiltern, wobei farbige Farbfilter einander berühren können
In einer oder mehreren Ausführungen umfasst die Vielzahl der farbigen Farbfilter rote Farbfilter, grüne Farbfilter und blaue Farbfilter, wobei die roten Farbfilter in Kontakt mit den grünen Farbfiltern und den blauen Farbfiltern sind.
In einer oder mehreren Ausgestaltungen überlappt jeder der transparenten Farbfilter einen aus der Vielzahl der Bildsensoren.
In einer oder mehreren Ausgestaltungen hat jeder aus der Vielzahl der Metallringe: erste Kanten, die mit jeweils einem eingekreisten transparenten Farbfilter in Kontakt sind, wobei die ersten Kanten im Wesentlichen vertikal sind, und zweite Kanten, die mit farbigen Farbfiltern in Kontakt sind, wobei die zweiten Kanten schräg verlaufen, wobei Teile der zweiten Kanten, welche näher bei den transparenten Farbfiltern liegen, höher sind als Teile der zweiten Kanten, die näher bei den farbigen Farbfiltern liegen.
In einer oder mehreren Ausgestaltungen umfasst die Vielzahl der Metallringe ein Metall, das ausgewählt ist aus der Gruppe, welche besteht aus: Wolfram, Aluminium, Silber, Kupfer und Kombination hiervon.
Die Erfindung sieht auch eine Einrichtung mit den folgenden Merkmalen vor: ein Halbleitersubstrat mit einer Frontseite und einer Rückseite; eine Vielzahl von Bildsensoren, die auf der Frontseite des Halbleitersubstrat angeordnet sind, wobei die Vielzahl der Bildsensoren eine Anordnung ich warte auf meine Tochter bildet; eine Vielzahl von transparenten Farbfiltern auf der Rückseite des Halbleitersubstrats und über dem Halbleitersubstrat, wobei jeder der transparenten Farbfilter einen aus der Vielzahl der Farbsensoren überlappt; eine Vielzahl von Metallringen, die jeweils einen aus der Vielzahl der transparenten Farbfilter einkreisen; und eine Vielzahl von farbigen Farbfiltern, einschließlich rote Farbfilter, grüne Farbfilter, blaue Farbfilter, wobei jeder der farbigen Farbfilter einen aus der Vielzahl der Bildsensoren überlappt.
In einer oder mehreren Ausgestaltungen sind die Metallringe mit Abstand zueinander angeordnet, wobei Räume zwischen den Metallringen mit den farbigen Farbfiltern gefüllt sind.
In einer oder mehreren Ausgestaltungen sind die Metallringe verbunden, um ein Metallgitter zu bilden, wobei jeder farbige Farbfilter in einer Gitteröffnung des Metallgitters angeordnet ist.
In einer oder mehreren Ausgestaltungen hat die Einrichtung ein zusätzliches Metallgitter, das unter dem Metallgitter und zwischen dem Metallgitter und dem Halbleitersubstrat liegt.
In einer oder mehreren Ausgestaltungen hat jeder aus der Vielzahl der Metallringe: erste Kanten, welche die transparenten Farbfilter kontaktieren, wobei die ersten Kanten im wesentlichen vertikal sind; und zweite Kanten, welche die farbigen Farbfilter kontaktieren, wobei die zweiten Kanten schräg verlaufen, wobei Teile der zweiten Kanten, die näher bei den transparenten Farbfiltern liegen, höher sind als Teile der zweiten Kanten, die näher bei den farbigen Farbfiltern liegen.
In einer oder mehreren Ausgestaltungen umfasst die Vielzahl der Metallringe ein Metall, welches ausgewählt ist, aus der Gruppe die im Wesentlichen besteht aus: Wolfram, Aluminium, Silber, Kupfer und Kombinationen hiervon.
Die Erfindung sieht ferner ein Verfahren vor, mit den folgenden Verfahrensschritten: Ausbilden einer Vielzahl von Bildsensoren auf einer Frontseite eines Halbleitersubstrats; Ausbilden einer transparenten Schicht auf einer Rückseite des Halbleitersubstrats, wobei die transparente Schicht über dem Halbleitersubstrat liegt; Strukturieren der transparenten Schicht in eine Vielzahl von transparenten Farbfiltern, wobei jeder aus der Vielzahl der transparenten Farbfilter einen aus der Vielzahl der Bildsensoren überlappt; Ausbilden einer Metallschicht auf Oberseiten und Seitenwänden der Vielzahl der transparenten Farbfilter; Ätzen der Metallschicht, um horizontale Abschnitte der Metallschicht zu entfernen, wobei vertikale Teile der Metallschicht nach dem Ätzen verbleiben, um Metallringe zu bilden; und Füllen von farbigen Farbfiltern in Räume zwischen den Metallringen.
In einer oder mehreren Ausgestaltungen ist die Vielzahl der transparenten Farbfilter so angeordnet, dass sie das Layout der weißen oder schwarzen Felder eines Schachbrettes haben.
In einer oder mehreren Ausgestaltungen bilden die Räume und die Vielzahl der transparenten Farbfilter eine Anordnung, wobei die Räume und die Vielzahl der transparenten Farbfilter in einem abwechselnden Muster in jeder Zeile und jeder Spalte der Anordnung angeordnet sind.
In einer oder mehreren Ausführungen umfasst die Metallschicht ein Metall, welches ausgewählt ist, aus der Gruppe, die im Wesentlichen besteht aus: Wolfram, Aluminium, Silber, Kupfer und Kombinationen hiervon.
In einer oder mehren Ausgestaltungen wird der Schritt des Ausbilden der Metallschicht mit einem konformen oder flächentreuen Abscheidungsverfahren realisiert.
In einer oder mehren Ausgestaltungen umfassen die farbigen Farbfilter rote Farbfilter, grüne Farbfilter und blaue Farbfilter.
In einer oder mehreren Ausgestaltungen überlappt jeder Raum einen aus der Vielzahl der Bildsensoren.
Kurze Beschreibung der Figuren
Für ein vollständiges Verständnis der Ausgestaltungen und ihrer Vorteile wird im Folgenden Bezug genommen auf die Beschreibung der Figuren, in denen:
Die 1 bis 7 Schnittdarstellungen und Draufsichten von Zwischenstufen bei der Herstellung eines Bildsensor-Chips mit Rückseitenbeleuchtung (BSI) gemäß einigen beispielhaften Ausgestaltungen zeigen.
Detaillierte Beschreibung von Ausführungsbeispielen
Die Herstellung und Verwendung der Ausgestaltungen dieser Offenbarung werden im Folgenden im Einzelnen erläutert. Man sollte jedoch verstehen, dass die Ausgestaltungen viele anwendbare erfinderische Konzepte vorsehen können, die in einer großen Vielzahl unterschiedlicher Zusammenhänge realisiert werden können. Die hier erörterten spezifischen Ausgestaltungen dienen als Beispiel und beschränken nicht den Bereich der Offenbarung.
Ein Bildsensor-Chip mit Rückseiten-Beleuchtung (BSI; Backside Illumination) und die Verfahren zum Herstellen desselben werden gemäß verschiedenen beispielhaften Ausgestaltungen vorgesehen. Die Zwischenstufen der Herstellung von Farbfiltern werden erläutert. Die Variationen der Ausgestaltung werden erörtert. In den verschiedenen Darstellungen und Ausgestaltungen werden die gleichen Bezugszeichen verwendet, um gleiche oder ähnliche Elemente zu bezeichnen.
1 bis 7 zeigen die Schnittdarstellungen und Draufsichten von Zwischenstufen in der Herstellung eines BSI-Chips gemäß einigen beispielhaften Ausführungen. 1 zeigt einen Bildsensorchip 20, der Teil eines Wafers 22 ist. Der Bildsensorchip 20 umfasst ein Halbleitersubstrat 26. Das Halbleitersubstrat 26 kann ein kristallines Siliziumsubstrat oder ein Halbleitersubstrat aus einem anderen Halbleitermaterial sein. In der gesamten Beschreibung wird die Oberfläche 26A als Frontseite des Halbleitersubstrats 26 und die Oberfläche 26B als Rückseite des Halbleitersubstrats 26 bezeichnet. Bildsensoren 24 sind auf der Frontseite des Halbleitersubstrats 26 angeordnet und erstrecken sich zum Beispiel von der Frontseite 26A in das Halbleitersubstrat 26 hinein. Der entsprechende Wafer 22 ist somit ein Bildsensor-Wafer. Bildsensoren 24 sind dazu konfiguriert, Lichtsignale (Photonen) in elektrische Signale umzuwandeln. Bildsensoren 24 können Transistoren aus einem lichtempfindlichen Metall-Oxid-Halbleiter (MOS) oder lichtempfindliche Dioden sein. Bildsensoren 24 können ein Bildsensor-Array bilden (siehe 3B) und umfassen Bildsensoren 24A und 24B, die in einem abwechselnden Muster in jeder Reiche und jeder Spalte des Bildsensor-Arrays angeordnet sind. Die Bildsensoren 24A und 24B sind trotz der unterschiedlichen Bezeichnungen tatsächlich identisch zueinander. Die Bildsensoren 24 können durch Feldimplantationsbereiche 25, die implantierte Abschnitte des Substrates 26 sind, voneinander getrennt sein.
Eine Frontseiten-Verbindungsstruktur 28 ist über dem Halbleitersubstrat 26 gebildet und wird dazu verwendet, die Bauteile in dem Bildsensorchip 20 elektrisch zu verbinden. Die Frontseiten-Verbindungsstruktur 28 umfasst dielektrische Schichten 30 und Metallleitungen 32 sowie Durchgänge 34 in den dielektrischen Schichten 30. In der gesamten Beschreibung werden die Metallleitungen 32 in derselben dielektrischen Schicht 30 insgesamt als eine Metallschicht bezeichnet. Die Frontseiten-Verbindungsstruktur 28 kann mehrere Metallschichten umfassen. In einigen beispielhaften Ausführungen umfassen die dielektrischen Schichten 30 dielektrische Schicht mit niedriger Dielektrizitätskonstante (low-k) und Passivierungsschichten. Die dielektrischen Low-k-Schichten haben niedrige Dielektrizitätskonstanten (k), zum Beispiel niedriger als 3,0. Die Passivierungsschichten können aus dielektrischen Materialien mit nicht-niedriger Dielektrizitätskonstante (non-low-k) gebildet sein, deren Dielektrizitätswerte (k-Werte) größer als 3,9 sind. In einigen Ausführungen umfassen die Passivierungsschichten eine Siliziumoxidschicht und eine Siliziumnitridschicht auf der Siliziumoxidschicht.
Wie in 2 gezeigt, ist ein Träger 37 auf die Frontseite des Wafers 22 gebondet, beispielsweise durch Oxid-auf-Oxid-Bonding. Zum Ausdünnen des Halbleitersubstrat 26 wird die Rückseite geschliffen, und die Dicke des Wafers 22 wird verringert. Bei einem Halbleitersubstrat 26 mit geringer Dicke kann Licht von der Rückseite 26B in das Halbleitersubstrat 26 eindringen und die Bildsensoren 24 erreichen.
Nach dem Schritt des Ausdünnens werden Pufferschichten 40 (die manchmal auch als obere Schichten bezeichnet werden) auf der Rückseite des Halbleitersubstrats 26 gebildet. In einigen beispielhaften Ausgestaltungen umfassen die Pufferschichten 40 eines oder mehrere der Folgenden: eine Antireflex-Bodenbeschichtung (Bottom Anti-Reflecting Coating; BARC) 36, eine Siliziumoxidschicht 38 und eine Siliziumnitridschicht 39. Die Siliziumoxidschicht 28 kann durch plasmaverstärkte chemische Dampfabscheidung (PECVD) hergestellt werden und wird somit als plasmaverstärkte (Plasma Enhanced; PE) Oxidschicht 38 bezeichnet. Man wird verstehen, dass die Pufferschichten 40 unterschiedliche Strukturen haben können, aus unterschiedlichem Materialien geformt sein können und/oder eine andere Anzahl von Schichten haben können, als hier gezeigt.
Über den oberen Schichten 40 ist ein Metallgitter 43 gebildet. Das Metallgitter 42 kann aus einem Metall oder einer Metalllegierung hergestellt sein, welche Wolfram, Aluminium, Kupfer oder Kombinationen hiervon umfassen. Das Metallgitter hat in der Draufsicht auf die in 2 gezeigte Struktur die Form eines Gitters, wobei Bildsensoren 34 zu den Gitteröffnungen des Metallgitters 42 ausgerichtet sind. Die dielektrische Schicht 44 wird in die Gitteröffnungen des Metallgitters 42 gefüllt. In einigen Ausführungen umfasst die dielektrische Schicht 44 Siliziumdioxid. Die Oberseite der dielektrischen Schicht 44 wird ausgeglichen und kann höher sein als die Oberseite des Metallgitters 42.
Mit Bezug auf die 3A und 3B erkennt man, wie ein transparentes Material aufgebracht und dann strukturiert wird, um transparente oder farblose (clear) Farbfilter 46 zu bilden. Jeder der transparenten Farbfilter 46 überlappt einen der Bildsensoren 24A im Verhältnis Eins zu Eins, wobei zum Beispiel jeder der Farbsensoren 24A unter einem der transparenten Farbfilter 46 liegt und zu diesem ausgerichtet ist und jeder der transparenten Farbfilter 46 einen der Sensoren überlappt. 3A zeigt eine Schnittdarstellung. Farbfilter 46 werden aus einem transparenten Material hergestellt, das für sichtbares Licht durchlässig ist, zum Beispiel für Licht mit der Wellenlänge im Bereich zwischen ungefähr 400 nm und ungefähr 700 nm. Transparente Farbfilter 46 lassen somit im Wesentlichen alle Farben im sichtbaren Lichtspektrum hindurch. Transparente Farbfilter 46 haben einen niedrigen Reflektivitätsindex n, der kleiner sein kann als ungefähr 2,0. Beispielhafte Materialien zum Herstellen transparenter Farbfilter 46 umfassen Oxide, wie Siliziumoxid, Siliziumnitrid, Siliziumcarbid, Low-k Materialien (Materialien mit niedriger Dielektrizitätskonstante) oder der gleichen, ohne hierauf beschränkt zu sein. Die Herstellungsverfahren umfassen zum Beispiel chemische Dampfabscheidung (CVD), wie PECVD.
3B zeigt eine Draufsicht der in 3A gezeigten Struktur, wobei die Schnittdarstellung der 3A in der Ebene liegt, welche die Linie 3A-3A in 3B schneidet. In einigen Ausführungen sind die transparenten Farbfilter 46 in einem Schachbrettmuster angeordnet, wobei transparente Farbfilter 46 die Position entweder der schwarzen oder der weißen Felder eines Schachbrettes haben. Transparente Farbfilter 46 überlappen die Bildsensoren 24A und überlappen nicht die Bildsensoren 24B. Zwischen jedem Paar aus benachbarten transparenten Farbfiltern 46 liegt ein Raum oder eine Lücke, welche einen der Bildsensoren 24B überlappt.
Wie in 4 gezeigt, wird eine Metallschicht 38 auf den Oberseiten und den Seitenwänden der transparenten Farbfilter 46 aufgebracht. Die Metallschicht 48 wird auch in den Raum zwischen benachbarten transparenten Farbfiltern 46 aufgebracht oder abgeschieden. In einigen Ausführungen umfasst die Metallschicht 48 ein oder mehrere Metalle oder eine Metalllegierung, wobei die Metalle in der Metallschicht 48 Wolfram, Aluminium, Silber, Kupfer und/oder dergleichen umfassen können. Die Dicke T2 der Metallschicht 48 ist kleiner als die Dicke T1 der transparenten Farbfilter 46 und kann ferner kleiner sein als ungefähr 10 Prozent der Dicke T1. In einigen Ausführungen, beträgt die Dicke T2 zwischen ungefähr 500 Å und ungefähr 2.000 Å. Die Metallschicht 48 kann mittels eines flächenkonformen Abscheidungsverfahrens aufgebracht werden, wie physikalische Dampfabscheidung, (PVD), elektrisch-chemisches Plattieren (ECP) oder dergleichen. Die Dicke der vertikalen Teile der Metallschicht 48, welche auf den Seitenwänden der transparenten Farbfilter 46 liegen, liegt daher nahe bei der Dicke der horizontalen Teile über den transparenten Farbfiltern 46. Die Dicke der vertikalen Teile der Metallschicht 48 kann zum Beispiel größer als ungefähr 70 Prozent, 80 Prozent oder 90 Prozent der Dicke der horizontalen Teile der Metallschicht 48 sein.
Die Metallschicht 48 wird mit einem anisotropen Ätzverfahren geätzt, beispielsweise durch Trockenätzen. Die resultierende Struktur ist in den 5A und 5B gezeigt. 5A zeigt eine Schnittdarstellung. Wie in 5A gezeigt, sind die horizontalen Teile der Metallschicht 48, welche Teile auf der Oberseite der transparenten Farbfilter 46 und Teile auf den Pufferschichten 40 umfassen, entfernt. Einige Seitenwandabschnitte der Metallschicht 48 bleiben auch nach dem Ätzen ungeätzt und werden im Folgenden als Metallringe 49 bezeichnet. Nach dem Ätzen sind die Metallringe 49 mit Abstand zueinander angeordnet und durch ungefüllte Räume 47 getrennt. Die Metallringe 49 kreisen die Farbfilter 46 ein. Als eine Folge des Ätzprozesses haben die Metallringe 49 Seitenwände 49A, die an die transparenten Farbfilter 46 angrenzen, sowie Seitenwände 49B, die den jeweiligen Seitenwänden 49A gegenüberliegen. Das Profil der Seitenwände 49A wird durch das Profil der Seitenwände der transparenten Farbfilter 46 bestimmt und kann im Wesentlichen vertikal sein. Andererseits wird das Profil der Seitenwände 49B durch das Ätzverfahren beeinflusst. Die Seitenwände 49B können zum Beispiel geneigt sein, wie durch die gestrichelten Linien dargestellt, wobei die Höhe der Teile der Seitenwände 49B, die näher bei den transparenten Farbfiltern 46 liegen, höher sind als die Höhen der Teile der Seitenwände 49B die von den transparenten Farbfiltern 46 weiter entfernt sind. Wie weiter durch die gestrichelten Linien gezeigt ist, können die Höhen einer Seitenwand 49B allmählich und kontinuierlich von Bereichen in der Nähe der transparenten Farbfilter 46 zu Bereichen entfernt von den transparenten Farbfiltern 46 abnehmen.
5B und 5C sind Draufsichten der in 5A gezeigten Struktur gemäß verschiedenen beispielhaften Ausgestaltungen. Die Schnittdarstellung in 5A wird erhalten entweder aus der Ebene, welche die Linie 5A-5A in Figur B schneidet, oder aus der Ebene, welche die Linie 5A-5A in 5C schneidet. Obwohl die 5B und 5C unterschiedliche Strukturen darstellen, wird man verstehen, dass ihre Schnittansichten gleich sein können, wie in 5A gezeigt. In einigen beispielhaften Ausgestaltungen sind, wie in 5B gezeigt, die Metallringe 49 verbunden, um ein Metallgitter zu bilden. Die Metallringe gemäß diesen Ausgestaltungen werden daher im Folgenden insgesamt als Metallgitter 49 bezeichnet. In jeder Reihe und jeder Spalte der Gitteröffnungen in dem Metallgitter 49 sind transparente Farbfilter 46 und Zwischenräume 47 in einem abwechselnden Muster angeordnet.
In alternativen Ausgestaltungen sind, wie in 5C gezeigt, die Metallringe 49 nicht miteinander verbunden. Jeder der Metallringe 49 bildet einen Ring, welcher einen der transparenten Farbfilter 46 einschließt, und die Ringe sind voneinander getrennt. Die Ausgestaltungen der 5B und 5C können dadurch erhalten werden, dass der Abstand D1 zwischen benachbarten transparenten Farbfiltern 46 und die Dicke T2 der Metallschicht 48 eingestellt werden (siehe 4).
6A und 6B und 6C zeigen eine Draufsicht und Schnittdarstellungen bei der Herstellung von Farbfiltern 50. In einigen Ausgestaltungen umfassen die Farbfilter 50 rote Farbfilter 50-R, grüne Farbfilter 50-G und blaue Farbfilter 50-B; die Farbfilter 50 werden daher im Folgenden alternativ als farbige Farbfilter bezeichnet. Die roten Farbfilter 50-R, die grünen Farbfilter 50-G und die blauen Farbfilter 50-B können aus Polymeren hergestellt sein, die so konfiguriert sind, dass sie rotes Licht, grünes Licht und blaues Licht hindurchgehen lassen. Das Herstellungsverfahren für jeden der Farbfilter 50 kann einen Abscheidungsvorgang und einen Ätzvorgang umfassen.
6B zeigt eine beispielhafte Draufsicht der in 6A gezeigten Struktur, wobei die Schnittdarstellung in 6A in der Ebene liegt, welche die Linie 6A-6A in 6B schneidet. Man kann erkennen, dass in jeder Zeile und jeder Spalte des durch das Metallgitter 49 definierten Gitters transparente Farbfilter 46 und farbige Farbfilter 50 in einem abwechselnden Muster angeordnet sind. Die farbigen Farbfilter 50-R, 50-G und 50-B sind ferner in einem abwechselnden Muster in jeder Zeile und jeder Spalte der Anordnung aus Farbfilter 46 und 50 angeordnet. In 6B ist jeder der transparenten Farbfilter 46 von einem Teil der Metallringe 49 eingekreist, und die Metallringe 49 sind zur Bildung des Metallgitters miteinander verbunden. Die Farbfilter 50-R, 50-G und 50-B sind somit voneinander durch das Metall 49 getrennt.
6C zeigt eine Draufsicht der in 6A gezeigten Struktur gemäß alternativen Ausführungen, wobei die Schnittdarstellung in 6A ebenfalls erhalten wird aus der Ebene, welche die Linie 6A-6A in 6C schneidet. In 6C ist jeder der transparenten Farbfilter 46 von einem der Metallringe 49 eingekreist, wobei die Metallringe 49 voneinander getrennt sind. Jeder der transparenten Farbfilter 46 ist von den verbleibenden der farbigen Farbfilter 50-R, 50-G und 50-B durch einen der Metallringe 49 getrennt. Farbige Farbfilter 50-R, 50-G und 50-B dürfen einander andererseits berühren.
In den nachfolgenden Verfahrensschritten werden, wie in 7 gezeigt, zusätzlich Komponenten hergestellt, wie Mikrolinsen 52, wobei jeder der Farbfilter 46, 50 und der Mikrolinsen 56 einen der Bildsensoren 24 überlappt.
In der in 7 gezeigten Struktur kann man erkennen, dass die Metallringe 49 transparente Farbfilter 46 von farbigen Farbfiltern 50-R, 50-G und 50-B trennen. Da die transparenten Farbfilter 46 einen Brechungsindex n haben, der kleiner ist als der Brechungsindex der farbigen Farbfilter 50-R, 50-G und 50-B, bestünde die Gefahr, dass ohne das Metallgitter 49 ein Übersprechen von den transparenten Farbfiltern 46 auf die farbigen Farbfilter 50-R, 50-G und 50-B auftreten könnte. In den Ausführungsbeispielen blockieren und reflektieren jedoch die Metallringe 49 das Licht, das andernfalls von den transparenten Farbfiltern 46 zu den farbigen Farbfiltern 50-R, 50-G und 50-B gehen würde.
Gemäß Ausgestaltungen umfasst eine Einrichtung, zum Beispiel ein Bauteil, ein Halbleitersubstrat mit einer Frontseite und einer Rückseite. Die Vielzahl von Bildsensoren ist auf der Frontseite des Halbleitersubstrats angeordnet. Eine Vielzahl von transparenten Farbfiltern ist auf der Rückseite des Halbleitersubstrats angeordnet. Eine Vielzahl von Metallringen kreist die Vielzahl der transparenten Farbfilter ein.
Gemäß weiteren Ausgestaltungen umfasst eine Einrichtung, zum Beispiel ein Bauteil, ein Halbleitersubstrat mit einer Frontseite und einer Rückseite und eine Vielzahl von Bildsensoren, die auf der Frontseite des Halbleitersubstrats angeordnet sind, wobei die Vielzahl der Sensoren eine Anordnung (Array) bildet. Eine Vielzahl von transparenten Farbfiltern ist auf der Rückseite des Halbleitersubstrats und über dem Halbleitersubstrat angeordnet, wobei jeder der transparenten Farbfilter einen aus der Vielzahl der Bildsensoren überlappt. Eine Vielzahl von Metallringen ist auf der Rückseite des Halbleitersubstrats angeordnet, wobei jeder einen aus der Vielzahl der transparenten Farbfiltern einkreist. Eine Vielzahl von farbigen Farbfiltern umfasst rote Farbfilter, grüne Farbfilter und blaue Farbfilter, wobei jeder der farbigen Farbfilter einen aus der Vielzahl der Bildsensoren überlappt.
Gemäß noch anderen Ausgestaltungen umfasst ein Verfahren das Ausbilden einer Vielzahl von Bildsensoren auf einer Frontseite eines Halbleitersubstrats und das Ausbilden einer transparenten Schicht auf einer Rückseite des Halbleitersubstrats, wobei die transparente Schicht über dem Halbleitersubstrat liegt. Das Verfahren umfasst ferner das Strukturieren der transparenten Schicht so, dass mehrere transparente Farbfilter entstehen, wobei jeder aus der Vielzahl der transparenten Farbfilter einen aus der Vielzahl der Bildsensoren überlappt. Eine Metallschicht wird auf Oberseiten und Seitenwänden der Vielzahl der transparenten Farbfilter gebildet. Die Metallschicht wird geätzt, um horizontale Teile der Metallschicht zu entfernen, wobei vertikale Teile der Metallschicht nach dem Ätzen zurückbleiben, um Metallringe zu bilden. Farbige Farbfilter werden in die Räume zwischen den Metallringen gefüllt.

Claims

Einrichtung mit einem Halbleitersubstrat (26), das eine Frontseite und eine Rückseite aufweist; einer Vielzahl von Bildsensoren (24), die auf der Frontseite (26A) des Halbleitersubstrats (26) angeordnet sind; einer Vielzahl von transparenten Farbfiltern (46) auf der Rückseite (26B) des Halbleitersubstrates (26); und einer Vielzahl von Metallringen (49), die jeweils einen aus der Vielzahl der transparenten Farbfilter (46) einkreisen, wobei die Vielzahl der Metallringe (49) mit Abstand zueinander angeordnet und/oder miteinander verbunden sind, um ein Metallgitter zu bilden, und wobei die Einrichtung ferner eine Vielzahl von farbigen Farbfiltern (50) aufweist, die in den Räumen zwischen den Metallringen (49) angeordnet sind, wobei die Metallringe (49) transparente Farbfilter (46) von farbigen Farbfiltern (50) trennen und farbige Farbfilter (50) einander berühren können.
Einrichtung nach Anspruch 1, wobei die Vielzahl der farbigen Farbfilter (50) rote Farbfilter (50-R), grüne Farbfilter (50-G) und blaue Farbfilter (50-B) umfasst und wobei die roten Farbfilter (50-R), im Kontakt mit den grünen (50-G), und den blauen Farbfiltern (50-B), sind, wobei jeder der transparenten Farbfilter (46) optional einen aus der Vielzahl der Bildsensoren (24) überlappt.
Einrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei jeder aus der Vielzahl der Metallringe (49) umfasst: erste Kanten, welche die jeweils eingekreisten transparenten Farbfilter (46) berühren, wobei die ersten Kanten vertikal sind; und zweite Kanten, welche die farbigen Farbfilter (50) berühren, wobei die zweiten Kanten schräg verlaufen, wobei Teile der zweiten Kanten, die näher bei den transparenten Farbfiltern (46) liegen, höher sind als Teile der zweiten Kanten, die näher bei den farbigen Farbfiltern (50) liegen.
Einrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Vielzahl der Bildsensoren (24) eine Anordnung bildet; wobei die Vielzahl der transparenten Farbfilter (46) über dem Halbleitersubstrat (26) liegt, wobei jeder der transparenten Farbfilter (46) einen aus der Vielzahl der Bildsensoren (24) überlappt; wobei die Einrichtung ferner umfasst: eine Vielzahl von farbigen Farbfiltern (50), einschließlich rote Farbfilter (50-R), grüne Farbfilter (50-G) und blaue Farbfilter (50-B) wobei jeder der farbigen Farbfilter (50 einen aus der Vielzahl der Bildsensoren (24) überlappt.
Einrichtung nach Anspruch 4, wobei die Vielzahl der Metallringe (49) mit einander verbunden ist, um ein Metallgitter zu bilden, und wobei jeder der farbigen Farbfilter (50) in einer Gitteröffnung des Metallgitters angeordnet ist.
Einrichtung nach Anspruch 5, mit ferner einem zusätzlichen Metallgitter, das unter dem Metallgitter und zwischen dem Metallgitter und dem Halbleitersubstrat (26) liegt.
Einrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Vielzahl der Metallringe (49) ein Metall aufweist, welches ausgewählt ist aus der Gruppe, welche besteht aus: Wolfram, Aluminium, Silber, Kupfer und Kombinationen hiervon.
Verfahren mit folgenden Verfahrensschritten: Bilden einer Vielzahl von Bildsensoren (24) auf einer Frontseite eines Halbleitersubstrats (26A); Bilden einer transparenten Schicht auf einer Rückseite des Halbleitersubstrats (26B), wobei die transparente Schicht über dem Halbleitersubstrat (26) liegt; Strukturieren der transparenten Schicht zum Ausbilden einer Vielzahl von transparenten Farbfiltern (46), wobei jeder aus der Vielzahl der transparenten Farbfiltern (46) einen aus der Vielzahl der Bildsensoren (24) überlappt; Bilden einer Metallschicht auf Oberseiten und Seitenwänden der Vielzahl der transparenten Farbfilter (46); Ätzen der Metallschicht zum Entfernen horizontaler Teile der Metallschicht, wobei vertikale Teile der Metallschicht nach dem Ätzen zurückbleiben, um Metallringe (49) zu bilden; und Füllen von farbigen Farbfiltern (50) in Räume zwischen den Metallringen (49), wobei jeder der Räume optional einen der Vielzahl der Bildsensoren (24) überlappt.
Verfahren nach Anspruch 8, wobei die Vielzahl der transparenten Farbfilter (46) so angeordnet wird, dass sie ein Layout bilden, das den weißen oder schwarzen Feldern eines Schachbretts entspricht, und/oder wobei die Vielzahl der transparenten Farbfilter (46) eine Anordnung bildet, wobei die Räume und die Vielzahl der transparenten Farbfilter (46) in einem wechselnden Muster in jeder der Zeilen und jeder der Spalten der Anordnung angeordnet werden.