DE102018124865A1 - Lichtblockierschicht für eine Bildsensorvorrichtung - Google Patents

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Yun-Wei Cheng
Chun-Hao Chou
Kuo-Cheng Lee
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Taiwan Semiconductor Manufacturing Co TSMC Ltd
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Abstract

Die vorliegende Offenbarung richtet sich auf ein Verfahren zum Ausbilden einer Lichtblockiermaterialschicht auf einer Rückseitenbeleuchtungs-Bildsensorvorrichtung. Die Lichtblockiermaterialschicht kann Lichtstrahlen, die auf die Rückseitenbeleuchtungs-Bildsensorvorrichtung in streifenden Einfallswinkeln auftreffen, blockieren oder absorbieren. Die Lichtblockiermaterialschicht kann unter Verwendung eines selbstjustierenden Prozesses ausgebildet werden, der das Verwenden einer fotolithografischen Maske oder fotolithografischer Operationen nicht erfordert. Zum Beispiel kann die Lichtblockiermaterialschicht über einer Bildsensorvorrichtung ausgebildet und anschließend geätzt werden, so dass die Lichtblockiermaterialschicht in Bereichen verbleibt, in denen Lichtstrahlen, die in streifenden Einfallswinkeln auftreffen, in die Rückseitenbeleuchtungs-Bildsensorvorrichtung gelangen.

Description

  • QUERVERWEIS AUF VERWANDTE ANMELDUNG
  • Diese Anmeldung beansprucht die Priorität der vorläufigen US-Patentanmeldung Nr. 62/586,294 mit dem Titel „LIGHT BLOCKING LAYER FOR IMAGE SENSOR DEVICE“, die am 15. November 2017 eingereicht wurde und die hier durch Rückbezug in ihrer Gänze aufgenommen ist.
  • STAND DER TECHNIK
  • Halbleiterbildsensoren werden zum Erfassen sichtbarer und nicht sichtbarer Strahlung, wie zum Beispiel sichtbaren Lichts, Infrarotlichts usw., verwendet. Komplementäre MetallOxid-Halbleiter-(CMOS)-Bildsensoren (CIS-Sensoren) und ladungsgekoppelte Vorrichtungssensoren (CCD-Sensoren) werden in verschiedenen Anwendungen, wie z.B. digitalen Fotokameras, Mobiltelefonen, Tablets, Brillen usw., verwendet. Arrays von Pixeln, die in CMOS- und CIS-Vorrichtungen vorkommen, können eine einfallende Strahlung erfassen, die zum Sensor projiziert wird, und sie in elektrische Signale umwandeln.
  • Figurenliste
  • Aspekte der vorliegenden Offenbarung werden am besten aus der nachstehenden ausführlichen Beschreibung verstanden, wenn sie zusammen mit den begleitenden Figuren gelesen wird. Es ist zu beachten, dass gemäß dem üblichen Verfahren in der Branche verschiedene Merkmale nicht maßstabsgetreu gezeichnet sind. Vielmehr können die Abmessungen der verschiedenen Merkmale zur Klarheit der Darstellung und Erörterung beliebig vergrößert oder verkleinert sein.
    • 1 ist ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens zum Ausbilden einer Bildsensorvorrichtung gemäß einigen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung.
    • 2 ist eine Querschnittsansicht einer Rückseitenbeleuchtungs-Bildsensorvorrichtung gemäß einigen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung.
    • 3 ist eine Draufsicht auf eine Verbundgitterstruktur, die zum Aufnehmen von Farbfiltern ausgelegt ist, gemäß einigen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung.
    • 4 ist eine Querschnittsansicht eines vergrößerten oberen Abschnitts einer Rückseitenbeleuchtungs-Bildsensorvorrichtung gemäß einigen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung.
    • 5 ist eine Querschnittsansicht einer Rückseitenbeleuchtungs-Bildsensorvorrichtung nach dem Abscheiden einer Lichtblockiermaterialschicht, gemäß einigen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung.
    • 6 ist eine Querschnittsansicht eines vergrößerten oberen Abschnitts einer Rückseitenbeleuchtungs-Bildsensorvorrichtung nach dem Abscheiden einer Lichtblockiermaterialschicht, gemäß einigen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung.
    • 7 ist eine Querschnittsansicht eines vergrößerten oberen Abschnitts einer Rückseitenbeleuchtungs-Bildsensorvorrichtung nach einem Ätzen einer Lichtblockiermaterialschicht, gemäß einigen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung.
    • 8 ist eine Querschnittsansicht einer Rückseitenbeleuchtungs-Bildsensorvorrichtung nach dem Ätzen einer Lichtblockiermaterialschicht, gemäß einigen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung.
  • AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
  • Die nachstehende Offenbarung stellt viele verschiedene Ausführungsformen, oder Beispiele, zum Implementieren verschiedener Merkmale des vorliegenden Gegenstands bereit. Konkrete Beispiele von Komponenten und Anordnungen sind nachstehend beschrieben, um die vorliegende Offenbarung zu vereinfachen. Diese sind selbstverständlich lediglich Beispiele und sind nicht im beschränkenden Sinne gedacht. Zum Beispiel kann das Ausbilden eines ersten Merkmals über einem zweiten Merkmal in der nachstehenden Beschreibung Ausführungsformen umfassen, in denen das erste und das zweite Merkmal in direktem Kontakt ausgebildet werden, und kann ebenfalls Ausführungsformen umfassen, in denen zusätzliche Merkmale zwischen dem ersten und dem zweiten Merkmal ausgebildet werden, so dass das erste und das zweite Merkmal nicht in direktem Kontakt stehen.
  • Außerdem können hierin Begriffe, die sich auf räumliche Relativität beziehen, wie z.B. „unterhalb“, „unter“, „unterer“, „oberhalb“, „oberer“ und dergleichen, zur Erleichterung der Besprechung verwendet werden, um die Beziehung eines Elements oder Merkmals zu einem anderen Element oder Merkmal (zu anderen Elementen oder Merkmalen), wie in den Figuren dargestellt, zu beschreiben. Die Begriffe, die räumliche Relativität betreffen, sollen verschiedene Ausrichtungen der verwendeten oder betriebenen Vorrichtung zusätzlich zu der in den Figuren dargestellten Ausrichtung umfassen. Die Vorrichtung kann auf eine andere Weise ausgerichtet sein (um 90 Grad gedreht oder anders ausgerichtet) und die hier verwendeten Bezeichnungen, die räumliche Relativität betreffen, können gleichermaßen dementsprechend ausgelegt werden.
  • Wie hier verwendet, zeigt der Begriff „ungefähr“ den Wert einer gegebenen Größe an, der auf der Grundlage eines bestimmten, mit der Gegenstandshalbleitervorrichtung assoziierten Technologieknotens variieren kann. Auf der Grundlage des bestimmten Technologieknotens kann der Begriff „ungefähr“ einen Wert einer bestimmten Größe anzeigen, die zum Beispiel innerhalb von 10 bis 30 % des Wertes (z.B. ±10%, ±20% oder ±30% des Wertes) variiert.
  • Wie hier verwendet, zeigt der Begriff „im Wesentlichen“ an, dass der Wert einer bestimmten Größe um ±1% bis ±5% des Wertes variiert.
  • In einer Rückseitenbeleuchtungs-Bildsensorvorrichtung werden Farbfilter und Mikrolinsen auf der Rückseite eines Substrats (z.B. auf einer der Schaltung entgegengesetzten Seite des Substrats) angeordnet, so dass die Bildsensorvorrichtung Licht mit minimalen oder keinen Behinderungen sammeln kann. Folglich werden Rückseitenbeleuchtungs-Bildsensorvorrichtungen derart ausgelegt, dass sie Licht von der Rückseite des Substrats erfassen, und nicht von der Vorderseite des Substrats, wo die Farbfilter und Mikrolinsen der Bildsensorvorrichtung zwischen der Schaltung des Substrats und den Pixeln angeordnet sind. Im Vergleich zu Vorderseitenbeleuchtungs-Bildsensorvorrichtungen weisen Rückseitenbeleuchtungs-Bildsensorvorrichtungen eine verbesserte Leistungsfähigkeit bei schlechten Lichtbedingungen und eine höhere Quanteneffizienz (QE) (z.B. einen Photon-Elektron-Umwandlungsprozentsatz) auf.
  • Bildsensorvorrichtungen verwenden Farbfilter, um eine Farbinformation von einfallenden Lichtstrahlen zu erfassen. Zum Beispiel können die Bildsensorvorrichtungen - durch die Verwendung von Farbfiltern - den roten, den grünen und den blauen (RGB) Bereich des sichtbaren Lichtspektrums detektieren. Eine Verbundgitterstruktur, die mit einem Farbfiltermaterial gefüllt werden kann, kann zum Anordnen des Farbfiltermaterials über Pixeln der Bildsensorvorrichtung verwendet werden. Die Verbundgitterstruktur kann zum Beispiel ein Oxid oder ein beliebiges anderes dielektrisches Material umfassen, das für sichtbares Licht transparent ist.
  • Während eines normalen Betriebs gelangt einfallendes natürliches Licht in den Farbfilter der Bildsensorvorrichtung von verschiedenen Richtungen. Zum Beispiel können einfallende Lichtstrahlen Einfallswinkel aufweisen, die in Bezug auf eine horizontale obere Oberfläche des Farbfilters von einem Normalwinkel (z. B. 90 °) bis ungefähr 0 ° (Streifwinkel) reichen. „Streulicht“-Lichtstrahlen, die in streifenden Einfallswinkeln zwischen etwa 0 ° und etwa 45 ° auf den Farbfilter auftreffen, verstärken künstlich die durch den Farbfilter gesammelte Lichtmenge und führen zu einer künstlichen Erhöhung der QE des Pixels. Diese künstliche Erhöhung der QE des Pixels durch Streulichtstrahlen wird als „Übersprechen“ bezeichnet und stellt ein unerwünschtes Phänomen dar. Die Verbundgitterstruktur, die den Farbfilter enthält, ist für das sichtbare Licht transparent und kann nicht zum Blockieren von Streulichtstrahlen verwendet werden.
  • Verschiedene Ausführungsformen gemäß der vorliegenden Offenbarung stellen ein Verfahren zum Ausbilden einer Lichtblockiermaterialschicht (oder -struktur) bereit, die verhindern kann, dass Lichtstrahlen in den Farbfilter unter streifenden Einfallswinkeln gelangen. Lichtstrahlen, die in den Farbfilter in streifenden Einfallswinkeln gelangen, können auch als „Streu“-Lichtstrahlen bezeichnet werden. In einigen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung kann die Lichtblockiermaterialschicht das einfallende Licht reflektieren. Alternativ kann die Lichtblockiermaterialschicht das einfallende Licht absorbieren. In einigen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung wird die Lichtblockiermaterialschicht unter Verwendung eines selbstjustierenden Prozesses ausgebildet, so dass die Lichtblockiermaterialschicht selektiv in Bereichen, in denen Lichtstrahlen in streifenden Einfallswinkeln in den Farbfilter gelangen können, ausgebildet wird. Solche Bereiche können zum Beispiel Bereiche der Verbundgitterstruktur zwischen den Mikrolinsen sein. In einigen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung ist die Lichtblockiermaterialschicht ein Metall - wie z.B. Wolfram, Aluminium oder Kupfer - oder eine Metalllegierung. In anderen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung kann die Lichtblockiermaterialschicht ein Dielektrikum sein, wie z.B. Siliziumoxid, Siliziumoxinitrid oder Siliziumkarbid. Alternativ kann die Lichtblockiermaterialschicht ein Infrarot-(IR)-Farbfiltermaterial umfassen, das das sichtbare Licht absorbieren und ermöglichen kann, das IR hindurchdringt. Gemäß einigen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung verbessert die Lichtblockiermaterialschicht die Lichtleitfähigkeit der Verbundgitterstruktur.
  • Gemäß einigen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung beschreibt 1 ein Verfahren 100 zum Ausbilden einer Lichtblockierschicht, die verhindern kann, dass Streulichtstrahlen in die Farbfilter einer Bildsensorvorrichtung gelangen. Das Ausbilden der Lichtblockierschicht kann daher ein „Übersprechen“ in der Bildsensorvorrichtung (z.B. einer Rückseitenbeleuchtungs-Bildsensorvorrichtung) verhindern oder minimieren. Zu Beispielzwecken wird das Verfahren 100 im Kontext einer Rückseitenbeleuchtungs-Bildsensorvorrichtung beschrieben. Das Verfahren 100 darf jedoch nicht auf Rückseitenbeleuchtungs-Bildsensorvorrichtungen beschränkt werden und kann auf andere Arten von Bildsensorvorrichtungen (z.B. Vorderseitenbeleuchtungs-Bildsensorvorrichtungen), die ähnliche Materialschichten und/oder Geometrien nutzen, angewendet werden. Diese anderen Arten von Bildsensorvorrichtungen liegen innerhalb des Erfindungsgedankens und Umfangs der vorliegenden Offenbarung.
  • Unter Bezugnahme auf 1 beginnt das Verfahren 100 mit Vorgang 102, in dem eine Lichtblockiermaterialschicht über einer transparenten Materialschicht abgeschieden wird, die Mikrolinsen auf einer Verbundgitterstruktur einer Bildsensorvorrichtung bildet. 2 ist eine vereinfachte Querschnittsansicht einer Rückseitenbeleuchtungs-Bildsensorvorrichtung 200 gemäß einigen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung. Die Rückseitenbeleuchtungs-Bildsensorvorrichtung 200 umfasst eine Halbleiterschicht 202 mit Strahlungserfassungsbereichen 204. Als ein Beispiel und nicht als eine Beschränkung umfasst die Halbleiterschicht 202 ein mit einem p-Typ-Dotierstoff, wie z.B. Bor, dotiertes Siliziummaterial. Alternativ kann die Halbleiterschicht 202 Silizium umfassen, das mit einem n-Typ-Dotierstoff, wie z.B. Phosphor oder Arsen, dotiert ist. Die Halbleiterschicht 202 kann außerdem andere Elementhalbleiter, wie z.B. Germanium oder Diamant, umfassen. Die Halbleiterschicht 202 kann fakultativ einen Verbindungshalbleiter und/oder einen Legierungshalbleiter umfassen. Außerdem kann die Halbleiterschicht 202 eine epitaktische Schicht umfassen, die zur Leistungsfähigkeitsverbesserung verspannt werden kann. Die Halbleiterschicht 202 kann eine SOI-Struktur (Silizium auf einem Isolator) umfassen.
  • Die Halbleiterschicht 202 weist eine Vorderseite (auch als eine untere Fläche bezeichnet) 206 und eine Rückseite (auch als eine obere Fläche bezeichnet) 208 auf. Die Halbleiterschicht 202 weist eine Dicke auf, die in einem Bereich von ungefähr 100 µm bis ungefähr 3000 µm liegen kann.
  • Strahlungserfassungsbereiche oder Pixel 204 werden in der Halbleiterschicht 202 ausgebildet. Wie hier offenbart, können die Begriffe „Strahlungserfassungsbereiche“ und „Pixel“ austauschbar verwendet werden. Die Pixel 204 werden zum Erfassen von Strahlung, wie z.B. einfallenden Lichtstrahlen, die auf die Halbleiterschicht 202 von der Rückseite 208 auftreffen, ausgelegt. Jeder der Strahlungserfassungsgebiete oder jedes der Pixel 204 kann gemäß einigen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung eine Fotodiode umfassen, die Photonen in elektrische Ladung umwandeln kann. In einigen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung können die Pixel 204 Fotodioden, Transistoren, Verstärker, andere ähnliche Vorrichtungen oder Kombinationen davon umfassen. Die Pixel 204 können hier auch als „Strahlungsdetektionsvorrichtungen“ oder „Lichtsensoren“ bezeichnet werden.
  • Der Einfachheit halber sind zwei Pixel 204 in 2 dargestellt, aber zusätzliche Pixel 204 können in der Halbleiterschicht 202 implementiert werden. Als ein Beispiel und nicht als eine Beschränkung können Pixel 204 unter Verwendung eines Ionenimplantationsprozesses an der Halbleiterschicht 202 von der Vorderseite 206 ausgebildet werden. Pixel 204 können auch durch einen Dotierstoff-Diffusionsprozess ausgebildet werden.
  • Pixel 204 werden voneinander mit STO-Strukturen 210 (flache Grabenisolation) und DTI-Strukturen 211 (tiefe Grabenisolation) elektrisch isoliert. Die STI-Strukturen 210 und die DTI-Strukturen 211 sind Gräben, die in der Halbleiterschicht 202 geätzt und mit einem dielektrischen Material, wie z.B. Siliziumoxid, Siliziumnitrid, Siliziumoxinitrid, mit Fluor dotiertem Silikatglas (FSG), einem Low-k-Dielektrikumsmaterial (z.B. einem Material mit einem k-Wert, der niedriger ist als 3,9) und/oder einem geeigneten Isolationsmaterial, gefüllt werden. Gemäß einigen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung weisen die DTI-Strukturen 211 auf der Rückseite 208 der Halbleiterschicht 202 eine Antireflexionsbeschichtung (ARC) 212 auf. Die ARC 212 ist eine Liner-Schicht, die verhindern kann, dass einfallende Lichtstrahlen von den Strahlungserfassungsbereichen/Pixeln 204 wegreflektiert werden. Die ARC 212 kann ein High-k-Material (z.B. ein Material mit einem k-Wert, der niedriger ist als 3,9), wie z.B. Hafniumoxid (HfO2), Tantalpentoxid (Ta2O5), Zirkoniumdioxid (ZrO2), Aluminiumoxid (Al2O3) oder ein beliebiges anderes High-k-Material, umfassen. Die ARC 212 kann unter Verwendung eines Sputterns, eines auf einer chemischen Gasphasenabscheidung (CVD) basierenden Prozesses, eines auf einer Atomlagenabscheidung (ALD) basierenden Prozesses oder eines beliebigen anderen geeigneten Abscheidungsprozesses oder Verfahrens abgeschieden werden. In einigen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung kann die Dicke der ARC 212 in einem Bereich von ungefähr 10 Å bis ungefähr 500 Å liegen.
  • Die Rückseitenbeleuchtungs-Bildsensorvorrichtung 200 kann außerdem eine Abdeckschicht 214 umfassen, die über der Halbleiterschicht 202, wie z.B. über der ARC 212, ausgebildet wird, wie in 2 dargestellt. In einigen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung kann die Abdeckschicht 214 eine plane Fläche bereitstellen, auf der zusätzliche Schichten der Rückseitenbeleuchtungs-Bildsensorvorrichtung 200 ausgebildet werden können. Die Abdeckschicht 214 kann ein dielektrisches Material, wie z.B. Siliziumoxid (Si02), Siliziumnitrid (Si3N4), Siliziumoxinitrid (SiON) oder ein beliebiges anderes geeignetes dielektrisches Material umfassen. Außerdem kann die Abdeckschicht 214 unter Verwendung einer CVD oder einer beliebigen anderen geeigneten Abdeckschicht abgeschieden werden. In einigen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung kann die Dicke der Abdeckschicht 214 in einem Bereich zwischen ungefähr 500 Å und ungefähr 2000 Å liegen.
  • Außerdem umfasst die Rückseitenbeleuchtungs-Bildsensorvorrichtung 200 eine über der Abdeckschicht 214 ausgebildete Verbundgitterstruktur 216. Gemäß einigen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung umfasst die Verbundgitterstruktur 216 Zellen 218, die in Spalten und Zeilen angeordnet sind, wobei jede Zelle 218 auf einen jeweiligen Strahlungserfassungsbereich 204 ausgerichtet ist. Wie vorstehend erwähnt, können die Zellen 218 einen roten, einen grüßen oder einen blauen Farbfilter 220 aufnehmen.
  • 3 ist eine Draufsicht auf eine Verbundgitterstruktur 216 gemäß einigen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung. Jede Zelle 218 der Verbundgitterstruktur 216 umfasst einen Farbfilter 220 (z.B. ist mit ihm gefüllt). Als ein Beispiel kann ein roter, ein grüner oder ein blauer Farbfilter mehr als eine Zelle 218 belegen. Zum Beispiel umfassen in 3 vier Zellen (z.B. benachbarte Zellen) 218 den gleichen Farbfilter 220 (z.B. sind mit ihm gefüllt). Zum Beispiel sind in 3 vier Zellen 218 mit einer schwarzen Schattierung gefüllt, vier Zellen 218 sind mit einer grauen Schattierung gefüllt und vier Zellen 218 sind mit einer schraffierten Schattierung gefüllt usw., wobei jede Schattierung einem anderen Farbfilter 220 entsprechen kann. Die Anzahl von Zellen 218, die den gleichen Farbfilter 220 umfassen, wie in 3 dargestellt, ist ein Beispiel und keine Beschränkung. Daher kann die Gruppe von Zellen 218, die den gleichen Farbfilter 220 umfassen, größer oder kleiner sein (z.B. zwei, sechs usw.).
  • Unter Bezugnahme auf 2 können Zellen 218 der Verbundgitterstruktur 216 durch Abscheiden einer unteren Schicht 222 und einer oberen dielektrischen Schicht 224 und selektives Wegätzen von Abschnitten der Metallschicht und der dielektrischen Schicht, um Zellen 218 auszubilden, ausgebildet werden. Als ein Beispiel und nicht als eine Beschränkung kann die Verbundgitterstruktur 216 folgendermaßen ausgebildet werden: die untere Schicht 222 und die obere dielektrische Schicht 224 können flächendeckend auf der Abdeckschicht 214 abgeschieden werden. Eine oder mehrere fotolithografische und Ätzoperationen können verwendet werden, um die untere Schicht 222 und die obere dielektrische Schicht 224 zu strukturieren, um die Seitenwände der Zellen 218 auszubilden. Die fotolithografischen und die Ätzprozesse können derart durchgeführt werden, dass jede Zelle 218 der Verbundgitterstruktur 216 auf jeweilige Pixel 204 der Halbleiterschicht 202 ausgerichtet ist. In einigen Ausführungsformen kann die Seitenwandhöhe jeder Zelle 188 der Verbundgitterstruktur 216 in einem Bereich von ungefähr 200 nm bis ungefähr 1000 nm liegen.
  • Die untere Schicht 222 der Zelle 218 kann Titan, Wolfram, Aluminium oder Kupfer umfassen. Jedoch muss die untere Schicht 222 der Zellen 218 nicht auf Metalle beschränkt sein, und kann andere geeignete Materialien oder Stapeln von Materialien umfassen, die einfallendes sichtbares Licht zur den Strahlungserfassungsbereichen 204 reflektieren und leiten können. In einigen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung wird die untere Schicht 222 der Zellen 218 unter Verwendung eines Sputterprozesses, eines Plattierungsprozesses, eines Verdampfungsprozesses oder eines beliebigen anderen geeigneten Abscheidungsverfahrens ausgebildet. Gemäß einigen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung kann die Dicke der unteren Schicht 222 jeder Zelle 218 in einem Bereich von ungefähr 100 Å bis ungefähr 3000 Å liegen.
  • Die obere dielektrische Schicht 224 kann eine oder mehrere dielektrische Schichten umfassen. In einigen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung kann die obere dielektrische Schicht 224 vorher ausgebildete Schichten der Rückseitenbeleuchtungs-Bildsensorvorrichtung 200 (z.B. die untere Schicht 222 und die Abdeckschicht 214) schützen. Die obere dielektrische Schicht 224 kann es erlauben, dass einfallendes Licht hindurchgelangt und die strahlungsempfindlichen Bereiche (oder Pixel) 204 erreicht. Die obere dielektrische Schicht 224 kann ein transparentes Material oder Materialien umfassen. In einigen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung kann die obere dielektrische Schicht 224 SiO2, Si3N4, SiON oder ein beliebiges anderes geeignetes transparentes dielektrisches Material umfassen. Die obere dielektrische Schicht 224 kann gemäß einigen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung mithilfe einer CVD oder einer ALD abgeschieden werden und kann eine abgeschiedene Dicke in einem Bereich von ungefähr 1000 Å bis ungefähr 3000 Å aufweisen.
  • Die Zellen 218 können außerdem eine Passivierungsschicht 226 umfassen, die zwischen den Farbfiltern 220 und den Seitenwänden der Zellen 218 (z.B. der unteren Schicht 222 und der oberen dielektrischen Schicht 224) angeordnet ist. In einigen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung kann die Passivierungsschicht 226 mithilfe einer auf CVD basierenden oder einer auf ALD basierenden Abscheidungstechnik in einem Dickenbereich zwischen ungefähr 50 Å und ungefähr 3000 Å konform abgeschieden werden. Die Passivierungsschicht 226 kann aus einem dielektrischen Material, wie z.B. SiO2, Si3N4 oder SiON ausgebildet werden.
  • Gemäß einigen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung kann die obere Fläche der Farbfilter 220 auf die obere Fläche der Passivierungsschicht 226 auf der oberen dielektrischen Schicht 224 ausgerichtet werden. Alternativ können die Farbfilter 220 über der oberen Fläche der Passivierungsschicht 226 auf der oberen dielektrischen Schicht 224 ausgebildet werden. Zu Veranschaulichungs- und Erläuterungszwecken wird die obere Fläche der Farbfilter 220 derart beschrieben, dass sie auf die obere Fläche der Passivierungsschicht 226 auf der oberen dielektrischen Schicht 224 ausgerichtet ist.
  • Nachdem die Zellen 218 der Verbundgitterstruktur 216 ihre jeweiligen Farbfilter 220 aufnehmen, kann unter Bezugnahme auf 2 eine transparente Materialschicht 228 über der Verbundgitterstruktur 216 und den Farbfiltern 220 ausgebildet werden. Die transparente Materialschicht 228 kann in Kontakt mit der Passivierungsschicht 226 stehen, wenn die obere Fläche der Farbfilter 220 auf die obere Fläche der Passivierungsschicht 226 über der oberen dielektrischen Schicht 224 ausgerichtet ist. Alternativ steht die transparente Materialschicht 228 möglicherweise nicht in Kontakt mit der Passivierungsschicht 226, wenn sich die obere Fläche der Farbfilter 220 über der oberen Fläche der Passivierungsschicht 226 über der oberen dielektrischen Schicht 224 befindet. In einigen Beispielen bildet die transparente Materialschicht 228 eine Mikrolinse 230 über jeder Zelle 218 der Verbundgitterstruktur 216. Die Mikrolinsen 230 werden auf jeweilige Strahlungserfassungsbereiche 204 ausgerichtet und werden derart ausgebildet, dass sie die obere Fläche der Farbfilter 220 innerhalb der Grenzen der Zelle 218 (z.B. innerhalb der Seitenwände jeder Zelle 218) abdecken.
  • Die Mikrolinsen 230 sind aufgrund ihrer Krümmung dicker als andere Bereiche der transparenten Materialschicht 228 (z.B. Bereiche zwischen den Mikrolinsen 230 über der oberen dielektrischen Schicht 224). Zum Beispiel ist die transparente Materialschicht 228 über dem Farbfilter 220 (z.B. wo die Mikrolinse 230 ausgebildet wird) dicker und in Bereichen zwischen den Mikrolinsen 230 (z.B. über der oberen dielektrischen Schicht 224) dünner. Unter Bezugnahme auf 4, die eine vergrößerte Ansicht eines oberen Abschnitts der Rückseitenbeleuchtungs-Bildsensorvorrichtung 200 von 2 ist, ist die transparente Materialschicht 228 über dem Farbfilter 220 (z.B. wo die Mikrolinse 230 ausgebildet wird) dicker und in Bereichen zwischen den Mikrolinsen 230 (z.B. über der oberen dielektrischen Schicht 224) dünner. Die transparente Materialschicht 228 weist eine Dicke T1 an dem Bereich der Mikrolinsen 230 über dem Farbfilter 220 auf und eine Dicke T2 zwischen benachbarten Mikrolinsen 230 über der oberen dielektrischen Schicht 224 auf.
  • Unter Bezugnahme auf 2 kann die Rückseitenbeleuchtungs-Bildsensorvorrichtung 200 außerdem eine Verbindungsstruktur 232 umfassen. Die Verbindungsstruktur 232 kann mehrere strukturierte dielektrische Schichten und leitfähige Schichten umfassen, die Verbindungen (z.B. eine Verdrahtung) zwischen den Pixeln 204 und anderen Komponenten, die in 1 nicht dargestellt sind, der Rückseitenbeleuchtungs-Bildsensorvorrichtung 200 bilden. Die Verbindungsstruktur 232 kann zum Beispiel eine oder mehrere MLI-Strukturen 234 (mehrschichtige Verbindung) sein, die in eine dielektrische Zwischenschicht (ILD) 236 eingebettet ist. Gemäß einigen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung können die MLI-Strukturen 234 Kontakte/Durchkontaktierungen und Metallleitungen umfassen. Zu Veranschaulichungszwecken sind mehrere leitfähige Leitungen 238 und Durchkontaktierungen/Kontakte 240 in 2 dargestellt. Die Position und die Ausgestaltung der leitfähigen Leitungen 238 und der Durchkontaktierungen/Kontakte 240 kann je nach Designbedürfnissen variieren und ist nicht auf die Darstellung von 2 beschränkt. Außerdem kann die Verbindungsstruktur 232 Erfassungsvorrichtungen 242 umfassen. Die Erfassungsvorrichtungen 242 können zum Beispiel ein Array von Feldeffekttransistoren (FETs) und/oder Speicherzellen sein, die mit jeweiligen Strahlungserfassungsbereichen (oder Pixeln) 204 elektrisch verbunden sind und ausgelegt sind, um das elektrische Signal zu lesen, das in jenen Bereichen als Folge eines Licht-Landungs-Umwandlungsprozesses erzeugt wird.
  • In einigen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung kann die Verbindungsstruktur 232 eine obere Schicht einer teilweise gefertigten integrierten Schaltung (IC) oder einer vollständig gefertigten IC sein, die mehrere Schichten von Verbindungen, Widerständen, Transistoren oder anderen Halbleitervorrichtungen umfassen kann. Außerdem kann die Verbindungsstruktur 232 über eine Pufferschicht (in 2 nicht dargestellt) an einem Trägersubstrat (in 1 nicht dargestellt) angebracht werden, die eine Unterstützung für die darauf gefertigten Strukturen (z.B. die Verbindungsschicht 232, die Halbleiterschicht 202 usw.) bereitstellen kann. Das Trägersubstrat kann zum Beispiel ein Siliziumwafer, ein Glassubstrat oder ein anderes geeignetes Material sein.
  • In einigen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung kann ein Verfahren zum Fertigen der Rückseitenbeleuchtungs-Bildsensorvorrichtung 200 ein Ausbilden einer Halbleiterschicht 202 auf einem Siliziumsubstrat (z.B. einem Siliziumwafer) und anschließendes Ausbilden der Verbindungsstruktur 232 über der Vorderseite 206 der Halbleiterschicht 202 umfassen. Die Verbindungsstruktur 232 kann, bevor sie vervollständigt wird, mehreren fotolithografischen Ätz-, Abscheidungs- und Planarisierungsvorgängen unterzogen werden. Nachdem die Verbindungsstruktur 232 ausgebildet wurde, kann ein Trägersubstrat, wie vorstehend besprochen, an der Oberseite der Verbindungsstruktur 232 angebracht werden. Zum Beispiel kann eine Pufferschicht als ein Haftmedium zwischen dem Trägersubstrat und der Verbindungsstruktur 232 wirken. Das Siliziumsubstrat kann umgedreht werden und das Siliziumsubstrat kann mechanisch geschleift und poliert werden, bis die Rückseite 208 der Halbleiterschicht 202 freigelegt wird. Die DTI-Strukturen 211 auf der Rückseite 208 der Halbleiterschicht 202 können gemäß einigen Ausführungsformen anschließend ausgebildet werden, um die Strahlungserfassungsbereiche oder Pixel 204 elektrisch weiter zu isolieren. Die Abdeckschicht 214 zusammen mit der Verbundgitterstruktur 216 kann auf der Rückseite 208 der Halbleiterschicht 202 ausgebildet werden.
  • Die Verbundgitterstruktur 216 kann derart ausgebildet werden, dass jede ihrer Zellen 218 auf jeweilige Strahlungserfassungsbereiche oder Pixel 204 ausgerichtet ist. Die Ausrichtung der Verbundgitterstruktur 216 und der Strahlungserfassungsbereiche oder Pixel 204 kann mit fotolithografischen Operationen zum Beispiel auf der Grundlage von Ausrichtungsmarken, die auf der Rückseite 208 der Halbleiterschicht 202 vorhanden sind, erzielt werden. Das Ausbilden der Verbundgitterstruktur 216 kann das Abscheiden und anschließendes Strukturieren der unteren Schicht 222 und der oberen dielektrischen Schicht 224 unter Verwendung von fotolithografischen und Ätzoperationen zum Ausbilden der Zellen 218 umfassen. Die Passivierungsschicht 226 wird anschließend über den freigelegten Flächen der unteren Schicht 222 und der oberen dielektrischen Schicht 224 abgeschieden. Die Farbfilter 220 können die Zellen 218 füllen, und die transparente Materialschicht 228 kann darauf abgeschieden werden, um die Mikrolinsen 230 zu bilden. Die Fertigung der Rückseitenbeleuchtungs-Bildsensorvorrichtung 200 ist nicht auf die vorstehend beschriebenen Operationen beschränkt und zusätzliche oder alternative Operationen können durchgeführt werden.
  • Unter Bezugnahme auf 2 kann die transparente Materialschicht 228 der Rückseitenbeleuchtungs-Bildsensorvorrichtung 200 die in Vorgang 102 beschriebene transparente Materialschicht sein; und die Verbundgitterstruktur 216 der Rückseitenbeleuchtungs-Bildsensorvorrichtung 200 kann die Verbundgitterstruktur des Vorgangs 102 sein. Wie vorstehend besprochen, kann die transparente Materialschicht 228 die Mikrolinsen 230 bilden, die auf die jeweiligen Farbfilter 220 der Rückseitenbeleuchtungs-Bildsensorvorrichtung 200 ausgerichtet sind. In einigen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung werden die Mikrolinsen 230 derart ausgelegt, dass sie einfallende Lichtstrahlen fokussieren und sie durch die Farbfilter 220 zu dem jeweiligen Pixel oder strahlungsempfindlichen Bereichen 204 leiten.
  • 5 zeigt die Rückseitenbeleuchtungs-Bildsensorvorrichtung 200 nach der Abscheidung einer Lichtblockiermaterialschicht 500 gemäß Vorgang 102. Gemäß einigen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung wird die Lichtblockiermaterialschicht 500 flächendeckend auf der transparenten Materialschicht 228 abgeschieden. In einigen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung deckt die Lichtblockiermaterialschicht 500 die gesamte Fläche der transparenten Materialschicht 228 ab - einschließlich von Bereichen, in denen die Mikrolinsen 230 ausgebildet werden und Bereichen dazwischen (z.B. über der oberen dielektrischen Schicht 224 der Verbundgitterstruktur 216 zwischen den Zellen 218). Außerdem kann die Lichtblockiermaterialschicht 500 ein Infrarot-(IR)-Farbfiltermaterial umfassen, welches sichtbares Licht absorbieren kann. Gemäß einigen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung kann die Lichtblockiermaterialschicht 500 ein Dielektrikum, wie z.B. Siliziumnitrid, Siliziumoxinitrid, Siliziumkarbid oder beliebiges anderes geeignetes Material umfassen. Alternativ kann die Lichtblockiermaterialschicht 500 ein reflektierendes Material, wie z.B. Wolfram, Kupfer, Aluminium, eine Metalllegierung oder ein beliebiges anderes geeignetes Material umfassen.
  • Die Abscheidung der Lichtblockiermaterialschicht 500 kann mithilfe einer physikalischen Gasphasenabscheidung (PVD), einer CVD, einer ALD, einer Plasma-unterstützten CVD, einer Plasma-unterstützten ALD, einer Aufdampfung, einer durch einen fokussierten Ionenstrahl induzierten Abscheidung, einer Elektronenstrahl-unterstützten Abscheidung, eines Rotationsbeschichtungsprozesses oder einer beliebigen anderen geeigneten Abscheidungstechnik durchgeführt werden. In einigen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung kann, nach der Abscheidung der Lichtblockiermaterialschicht 500, ein fakultativer chemisch-mechanischer Planarisierungsprozess (CMP) verwendet werden, um die obere Fläche der Lichtblockiermaterialschicht 500 zu planarisieren und zu glätten.
  • Unter Bezugnahme auf 6, die eine vergrößerte Draufsicht von 5 ist, weist die unbearbeitete abgeschiedene (oder planarisierte) Lichtblockiermaterialschicht 500 eine Dicke T3 auf, die größer ist als die Dicke T4 der Mikrolinsen 230 über der Höhe der transparenten Materialschicht 228. Wenn T3 kleiner ist als T4 (z.B. T3<T4), kann der CMP-Prozess die Fläche der Lichtblockiermaterialschicht 500 nicht auf eine geeignete Weise planarisieren, ohne die Mikrolinsen 230 zu beschädigen, und/oder ein anschließender Ätzschritt ist nicht in der Lage, die Lichtblockiermaterialschicht 500 auf eine gewünschte Weise auszusparen. In einigen Ausführungsformen ist das Verhältnis von T3 zu T4 größer gleich eins (z.B. T3/T1 ≥ 1).
  • Unter Bezugnahme auf 1 und Vorgang 104 wird ein Ätzvorgang verwendet, um die Lichtblockiermaterialschicht 500 von einem Abschnitt der oberen Fläche der Mikrolinsen 130 auszusparen/zu entfernen. Der Ätzvorgang kann beendet werden, wenn die geätzte/ausgesparte Blockiermaterialschicht 500 auf Abschnitte der transparenten Materialschicht 128 zwischen den Mikrolinsen 130 beschränkt ist. 7 zeigt die ausgesparte Blockiermaterialschicht 500 auf der transparenten Materialschicht 128 nach dem Ätzprozess des Vorgangs 404. Gemäß einigen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung kann die resultierende Dicke T5 der Lichtblockiermaterialschicht 500 in einem Bereich von ungefähr 5 % bis ungefähr 50 % der Dicke T1 der Mikrolinsen 130 liegen. Mit anderen Worten kann das Dickenverhältnis zwischen T5 und T1 in einem Bereich von ungefähr 0,05 bis ungefähr 0,5 (z.B. 0,05 ≤ T5/T1 ≤ 0,5) liegen. Wenn das T5/T1-Verhältnis kleiner ist als 0,05, blockiert die Blockiermaterialschicht 500 nicht wirksam Lichtstrahlen, die in die Mikrolinsen 230 in Streifwinkeln (z.B. zwischen 0° und ungefähr 45°) gelangen. Wenn andererseits das T5/T1-Verhältnis größer ist als ungefähr 0,5, blockiert die Blockiermaterialschicht 500 Lichtstrahlen, die in die Mikrolinsen 230 in Winkeln, die größer sind als ungefähr 45°, gelangen, was dazu führt, dass weniger Lichtstrahlen in die Sensorvorrichtung gelangen. Gemäß einigen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung wird das Dickenverhältnis T5/T1 auf der Grundlage der Dicke T1 der Mikrolinsen 130 und des Typs von Material der Lichtblockiermaterialschicht 500 bestimmt. Zum Beispiel kann die Lichtblockiermaterialschicht 500 aus einem Dielektrikum (z.B. Siliziumnitrid, Siliziumoxidnitrid, Siliziumkarbid oder einem beliebigen anderen geeigneten Material) gefertigt werden und kann eine andere ausgesparte Dicke T5 aufweisen als eine Lichtblockiermaterialschicht 500, die aus einem Metall (z.B. Wolfram, Kupfer, Aluminium oder einem beliebigen anderen geeigneten Material) gefertigt ist, oder als eine Lichtblockiermaterialschicht 500, die aus einem Licht absorbierenden Material, das einen IR-Farbfilter umfasst, gefertigt ist. Alternativ kann in einigen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung die Auswahl der Lichtblockiermaterialschicht 500 auf der Grundlage von geometrischen Charakteristiken der Rückseitenbeleuchtungs-Bildsensorvorrichtung 100, wie z.B. der Dicke T4 der Mikrolinsen 130 und der gewünschten ausgesparten Dicke T5 der Lichtblockiermaterialschicht 500 vorgenommen werden.
  • Gemäß einigen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung ist der Ätzprozess ein anisotropes Ätzen. Zum Beispiel ein Ätzprozess, der richtungsabhängig ist, mit einer hohen Ätzrate in einer einzelnen Richtung. Außerdem weist der Ätzprozess eine hohe Selektivität gegenüber der Lichtblockiermaterialschicht 500 auf. Zum Beispiel kann das Ätzselektivitätsverhältnis zwischen der Lichtblockiermaterialschicht 500 und der transparenten Materialschicht 228 größer sein als 5:1 (z.B. 10:1). Der Ätzprozess kann ein Trockenätzen oder ein Nassätzen mit einer geeigneten Selektivität (z.B. größer als 5:1) sein. Außerdem kann der Ätzprozess zeitgesteuert sein - zum Beispiel kann der Ätzprozess nach einer bestimmten Zeitdauer, die auf der unbearbeiteten abgeschiedenen Dicke T3 (in 6 dargestellt) und dem Typ der Lichtblockiermaterialschicht 500 basiert, beendet werden.
  • Wie vorstehend beschrieben, umfasst das Verfahren 100 keine Vorgänge, die keine fotolithografische Maske oder fotolithografischen Operationen zum Ausbilden der Lichtblockiermaterialschicht 500 zwischen den Mikrolinsen 230 erfordern. Zum Beispiel kann die ausgesparte Lichtblockiermaterialschicht 500 selbstjustierend auf Abschnitte der transparenten Materialschicht 228 zwischen den Mikrolinsen 230 sein. Daher kann die ausgesparte Dicke T4 in Abhängigkeit von (i) dem Typ des Materials der Lichtblockiermaterialschicht 500 und (ii) der Dicke T1 der Mikrolinsen 230 angepasst werden.
  • 8 ist eine Querschnittsansicht der Rückseitenbeleuchtungs-Bildsensorvorrichtung 200 nach dem Ätzen einer Lichtblockiermaterialschicht 500, gemäß einigen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung. Zum Beispiel wird ein Lichtstrahl 800 - der auf die Rückseitenbeleuchtungs-Bildsensorvorrichtung 200 in einem streifenden Winkel θ auftrifft - von der Lichtblockiermaterialschicht 500 gemäß einigen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung reflektiert. In einigen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung wird der einfallende Strahl 800 durch die Lichtblockiermaterialschicht 500 absorbiert. Im Gegensatz zum Lichtstrahl 800 wird erlaubt, dass ein Lichtstrahl 802 - der in einem Normalwinkel auf die Rückseitenbeleuchtungs-Bildsensorvorrichtung 200 auftrifft - in den Farbfilter 220 gelangt. Daher kann die Lichtblockiermaterialschicht 500 ein Übersprechen von Lichtstahlen, die in streifenden Einfallswinkeln auftreffen, mildern.
  • Die vorliegende Offenbarung richtet sich auf ein Beispielfertigungsverfahren, das verwendet werden kann, um eine selbstjustierende Lichtblockiermaterialschicht auf einer Rückseitenbeleuchtungs-Bildsensorvorrichtung auszubilden. Die Lichtblockiermaterialschicht kann Lichtstrahlen, die auf die Rückseitenbeleuchtungs-Bildsensorvorrichtung in streifenden Einfallswinkeln auftreffen, blockieren oder absorbieren. In einigen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung kann die Lichtblockiermaterialschicht unter Verwendung eines selbstjustierenden Prozesses ausgebildet werden, der das Verwenden einer fotolithografischen Maske oder fotolithografischer Operationen nicht erfordert. Zum Beispiel kann die Lichtblockiermaterialschicht über einer Bildsensorvorrichtung ausgebildet und anschließend geätzt werden, so dass die Lichtblockiermaterialschicht in Bereichen verbleibt, in denen Lichtstrahlen, die in streifenden Einfallswinkeln auftreffen, in den Farbfilter gelangen. Mit anderen Worten nutzt der Ätzprozess die lokale Topografie der Mikrolinsen zum Ausbilden einer selbstjustierenden Lichtblockierschicht auf den Bereichen zwischen benachbarten Mikrolinsen. Solche Bereiche können zum Beispiel Bereiche der Verbundgitterstruktur zwischen den Mikrolinsen (zwischen den Zellen 218 von 2) sein. In einigen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung kann die Lichtblockiermaterialschicht ein Metall - wie z.B. Wolfram, Aluminium oder Kupfer - oder eine Metalllegierung sein. In anderen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung kann die Lichtblockiermaterialschicht ein Dielektrikum sein, wie z.B. Siliziumoxid, Siliziumoxinitrid oder Siliziumkarbid. Alternativ kann die Lichtblockiermaterialschicht ein IR-Farbfiltermaterial umfassen, das ein Hindurchdringen von IR erlaubt. Ein IR-Farbfiltermaterial kann zum Beispiel ein Polymer sein. Folglich kann die Lichtblockiermaterialschicht die Lichtleitungsfähigkeit der Rückseitenbeleuchtungs-Bildsensorvorrichtung verbessern.
  • In einigen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung umfasst ein Bildsensor eine Halbleiterschicht mit einer oberen Fläche und einer unteren Fläche, wobei die Halbleiterschicht einen oder mehrere Erfassungsbereiche umfasst, die zum Erfassen von Strahlung, die in die Halbleiterschicht von der oberen Fläche gelangt, ausgelegt sind. Der Bildsensor umfasst ferner eine Gitterstruktur mit einer oder mehreren Zellen, die jeweils auf den einen oder die mehreren Erfassungsbereiche ausgerichtet sind; eine transparente Materialschicht, die über der Gitterstruktur angeordnet ist, wobei die transparente Materialschicht eine Mikrolinse über jeder der einen oder der mehreren Zellen bildet; und eine Lichtblockiermaterialschicht, die auf der transparenten Materialschicht zwischen den Mikrolinsen angeordnet ist.
  • In einigen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung umfasst ein Halbleiterbildsensor eine Gitterstruktur mit einer oder mehreren Zellen, die über einer Halbleiterschicht angeordnet sind, die zum Erfassen von Strahlung ausgelegt sind, welche durch die -Gitterstruktur empfangen wird, wobei die Halbleiterschicht auf einer mehrschichtigen Verbindungsstruktur angeordnet ist. Der Halbleiterbildsensor umfasst ferner einen Farbfilter in jeder der einen oder der mehreren Zellen, Mikrolinsen, die über der einen oder der mehreren Zellen der Gitterstruktur ausgebildet sind, und eine Lichtblockierschicht, die zwischen den Mikrolinsen angeordnet ist. Außerdem ist die Lichtblockierschicht dünner als die Mikrolinsen.
  • In einigen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung umfasst ein Verfahren zum Fertigen eines Halbleiterbildsensor ein Ausbilden einer Halbleiterschicht über einer mehrschichtigen Verbindungsstruktur, wobei die Halbleiterschicht einen oder mehrere Erfassungsbereiche umfasst, die zum Erfassen von Strahlung ausgelegt sind, die durch die Halbleiterschicht empfangen wird. Das Verfahren umfasst ferner ein Ausbilden, auf der Halbleiterschicht, einer Gitterstruktur mit einer oder mehreren Zellen, die jeweils auf einen oder mehrere der Erfassungsbereiche ausgerichtet sind, Anordnen einer transparenten Schicht über der Gitterstruktur, um eine Mikrolinse auszubilden, die auf jede der einen oder der mehreren Zellen ausgerichtet ist, und Ausbilden einer Lichtblockierschicht zwischen benachbarten Mikrolinsen. Außerdem umfasst das Ausbilden der Lichtblockierschicht ein Abscheiden der Lichtblockierschicht über der transparenten Schicht und Ätzen der Lichtblockierschicht, um die Lichtblockierschicht über der Mikrolinse zu entfernen.
  • Es versteht sich, dass die ausführliche Beschreibung, und nicht die Zusammenfassung der Offenbarung, zur Auslegung der Ansprüche verwendet werden soll. Die Zusammenfassung der Offenbarung kann ein oder mehrere, jedoch nicht alle in Betracht gezogene Ausführungsbeispiele darlegen, und soll daher die beigefügten Ansprüche nicht beschränken.
  • Die vorstehende Offenbarung skizziert Merkmale mehrerer Ausführungsformen, so dass ein Fachmann die Aspekte der vorliegenden Offenbarung besser verstehen kann. Ein Fachmann wird erkennen, dass er die vorliegende Offenbarung als eine Grundlage zum Entwerfen oder Modifizieren anderer Prozesse und Strukturen leicht verwenden kann, um die gleichen Aufgaben durchzuführen und/oder die gleichen Vorteile der hier vorgestellten Ausführungsformen zu erzielen. Ein Fachmann wird ebenfalls verstehen, dass derartige äquivalente Ausführungen nicht vom Erfindungsgedanken und Umfang der vorliegenden Offenbarung abweichen, und dass er verschiedene Änderungen, Ersetzungen und Modifizierungen hier vornehmen kann, ohne vom Erfindungsgedanken und Umfang der vorliegenden Offenbarung abzuweichen.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • US 62586294 [0001]

Claims (20)

  1. Bildsensor, umfassend: eine Halbleiterschicht mit einer oberen Fläche und einer unteren Fläche, wobei die Halbleiterschicht einen oder mehrere Erfassungsbereiche umfasst, die zum Erfassen von Strahlung, die in die Halbleiterschicht von der oberen Fläche gelangt, ausgelegt sind; eine Gitterstruktur mit einer oder mehreren Zellen, die jeweils auf den einen oder die mehreren Erfassungsbereiche ausgerichtet sind; eine transparente Materialschicht, die über der Gitterstruktur angeordnet ist, wobei die transparente Materialschicht eine Mikrolinse über jeder der einen oder der mehreren Zellen bildet; und eine Lichtblockiermaterialschicht, die auf der transparenten Materialschicht zwischen Mikrolinsen angeordnet ist.
  2. Bildsensor nach Anspruch 1, der ferner eine Verbindungsstruktur umfasst, die unter der unteren Fläche der Halbleiterschicht angeordnet ist.
  3. Bildsensor nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Lichtblockiermaterialschicht eine Dicke aufweist, die 0,05 bis 0,5 mal kleiner ist als eine Dicke der Mikrolinse.
  4. Bildsensor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Gitterstruktur über der oberen Fläche der Halbleiterschicht angeordnet ist.
  5. Bildsensor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Lichtblockiermaterialschicht Wolfram, Aluminium, Kupfer oder eine Metalllegierung umfasst.
  6. Bildsensor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Lichtblockiermaterialschicht ein Infrarot-Farbfilter-Material umfasst.
  7. Bildsensor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Lichtblockiermaterialschicht Siliziumnitrid, Siliziumoxinitrid oder Siliziumkarbid umfasst.
  8. Bildsensor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei jede der einen oder der mehreren Zellen der Gitterstruktur einen Farbfilter umfasst.
  9. Halbleiterbildsensor, umfassend: eine Gitterstruktur mit einer oder mehreren Zellen, die über einer Halbleiterschicht angeordnet ist, wobei die Halbleiterschicht auf einer mehrschichtigen Verbindungsstruktur angeordnet ist und ausgelegt ist, um Strahlung zu erfassen, die durch die Gitterstruktur empfangen wird; einen Farbfilter in jeder der einen oder der mehreren Zellen; Mikrolinsen, die über der einen oder den mehreren Zellen der Gitterstruktur ausgebildet sind; und eine Lichtblockierschicht, die zwischen den Mikrolinsen angeordnet ist, wobei die Lichtblockierschicht dünner ist als die Mikrolinsen.
  10. Halbleiterbildsensor nach Anspruch 9 oder 10, wobei die Halbleiterschicht einen oder mehrere Erfassungsbereiche umfasst, die jeweils auf die eine oder die mehreren Zellen der Gitterstruktur ausgerichtet sind.
  11. Halbleiterbildsensor nach Anspruch 9, wobei die Mikrolinsen ein transparentes Material umfassen.
  12. Halbleiterbildsensor nach einem der vorhergehenden Ansprüche 9 bis 11, wobei ein Verhältnis zwischen der Dicke der Lichtblockierschicht und der Dicke der Mikrolinsen in einem Bereich von 0,05 bis 0,5 liegt.
  13. Halbleiterbildsensor nach einem der vorhergehenden Ansprüche 9 bis 12, wobei die Lichtblockiermaterialschicht Wolfram, Aluminium, Kupfer oder eine Metalllegierung umfasst.
  14. Halbleiterbildsensor nach einem der vorhergehenden Ansprüche 9 bis 13, wobei die Lichtblockierschicht ein Infrarot-Farbfilter-Material umfasst.
  15. Halbleiterbildsensor nach einem der vorhergehenden Ansprüche 9 bis 14, wobei die Lichtblockierschicht Siliziumnitrid, Siliziumoxinitrid oder Siliziumkarbid umfasst.
  16. Verfahren zum Herstellen eines Halbleiterbildsensors, wobei das Verfahren umfasst: Ausbilden einer Halbleiterschicht mit einer ersten Seite und einer gegenüberliegenden zweiten Seite und mit einer mehrschichtigen Verbindungsstruktur, die mit der ersten Seite der Halbleiterschicht gekoppelt ist; Ausbilden, auf der zweiten Seite der Halbleiterschicht, einer Gitterstruktur mit einer oder mehreren Zellen; Anordnen einer transparenten Schicht über der Gitterstruktur, um eine Mikrolinse auszubilden, die auf jede der einen oder der mehreren Zellen ausgerichtet ist; und Ausbilden einer Lichtblockierschicht zwischen benachbarten Mikrolinsen, wobei das Ausbilden der Lichtblockierschicht umfasst: Abscheiden der Lichtblockierschicht über der transpatenten Schicht; und Ätzen der Lichtblockierschicht, um die Lichtblockierschicht über der Mikrolinse zu entfernen.
  17. Verfahren nach Anspruch 16, wobei das Abscheiden der Lichtblockierschicht ein Abscheiden der Lichtblockierschicht mithilfe eines physikalischen Gasphasenabscheidungsprozesses (PVD), eines chemischen Gasphasenabscheidungsprozesses (CVD), eines Atomlagenabscheidungsprozesses (ALD), eines Plasma-unterstützten CVD-Prozesses, eines Plasma-unterstützten ALD-Prozesses, eines Aufdampfprozesses, eines durch einen fokussierten Ionenstrahl induzierten Abscheidungsprozesses, eines Elektronenstrahl-unterstützten Abscheidungsprozesses oder eines Rotationsbeschichtungsprozesses umfasst.
  18. Verfahren nach Anspruch 16 oder 17, wobei das Ätzen der Lichtblockierschicht ein Ätzen der Lichtblockierschicht mithilfe eines Trockenätzens oder eines Nassätzens umfasst.
  19. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 16 bis 18, wobei die Lichtblockiermaterialschicht Wolfram, Aluminium, Kupfer, eine Metalllegierung, Siliziumnitrid, Siliziumoxinitrid oder Siliziumkohlenstoff umfasst.
  20. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 16 bis 19, wobei die Lichtblockiermaterialschicht ein Infrarot-Farbfilter-Material umfasst.
DE102018124865.2A 2017-11-15 2018-10-09 Lichtblockierschicht für eine Bildsensorvorrichtung Pending DE102018124865A1 (de)

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US15/966,885 2018-04-30
US15/966,885 US10522579B2 (en) 2017-11-15 2018-04-30 Light blocking layer for image sensor device

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