DE112008003468T5 - Lichtleiteranordnung für einen Bildsensor - Google Patents
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Abstract
ein Substrat;
eine photoelektrische Umwandlungseinheit, die von dem Substrat getragen wird;
eine Schutzschicht, die sich ganzflächig über das Substrat erstreckt; und
einen kaskadierten Lichtleiter, wobei sich ein Teil des kaskadierten Lichtleiters zwischen der Schutzschicht und dem Substrat und ein zweiter Teil oberhalb der Schutzschicht befindet.
Description
- Querverweis auf verwandte Anmeldungen
- Diese Anmeldung nimmt die Priorität der folgenden US-amerikanischen Patentanmeldungen in Anspruch: 61/009,454, eingereicht am 28. Dezember 2007; 61/062,773, eingereicht am 28. Januar 2008; 61/063,301, eingereicht am 1. Februar 2008; 61/069,344, eingereicht am 14. März 2008; und 12/218,749, eingereicht am 16. Juli 2008.
- HINTERGRUND DER ERFINDUNG
- 1. Gegenstand der Erfindung
- Die Erfindung betrifft Strukturen und Methoden zur Herstellung von Festkörperbildsensoren.
- 2. Hintergrundinformationen
- Photographische Geräte wie Digitalkameras und digitale Camcorder können elektronische Bildsensoren enthalten, die Licht zur Verarbeitung in Fest- oder Videobilder erfassen. Elektronische Bildsensoren umfassen meistens Millionen von Lichterfassungselementen wie z. B. Photodioden.
- Festkörperbildsensoren treten in zwei Formen auf: als ladungsgekoppelte Bauelemente (charge coupled device, CCD) und als komplementäre Metalloxid-Halbleiter (complimentary metal oxide semiconductor, CMOS). Bei beiden Bildsensortypen werden Photosensoren in einem Substrat gebildet und in einer zweidimensionalen Matrix angeordnet. Bildsensoren enthalten meistens Millionen von Pixeln, um ein hochaufgelöstes Bild liefern zu können.
-
1 gemäß dem Stand der Technik und zeigt nebeneinander angeordnete Pixel eines Sensors vom CMOS-Typ. Diese Abbildung wurde demUS-Patent Nr. 7,119,319 entnommen. Jedes Pixel verfügt über eine photoelektrische Umwandlungseinheit2 . - Die Umwandlungseinheiten
2 befinden sich jeweils neben einer Transferelektrode3 , die Ladungen an eine Float-Diffusionseinheit überträgt (nicht abgebildet). Die Struktur umfasst Drähte4 , die in eine Isolationsschicht5 eingebettet sind. Der Sensor umfasst typischerweise eine Abflachungsschicht6 unter dem Farbfilter8 , um durch die Drähte4 entstehende Oberflächenunebenheit auszugleichen, da eine ebene Oberfläche für die konventionelle Bildung eines Farbfilters durch Lithographie unerlässlich ist. Eine zweite Abflachungsschicht10 befindet sich über dem Farbfilter8 und stellt eine ebene Oberfläche für die Herstellung einer Mikrolinse9 her. Die Gesamtdicke der Abflachungsschichten6 und10 und des Farbfilters8 beträgt in etwa 2,0 μm. - In den Sensor sind Lichtleiter
7 integriert, die Licht auf die Umwandlungseinheiten2 lenken. Die Lichtleiter7 bestehen aus einem Material wie z. B. Siliziumnitrid, das über eine höhere Brechzahl als die Isolationsschicht5 verfügt. Jeder der Lichtleiter7 weist eine Eingangsöffnung auf, die breiter als die an die Umwandlungseinheiten2 angrenzende Fläche ist. Der Sensor1 kann außerdem über einen Farbfilter8 und eine Mikrolinse9 verfügen. - Die Mikrolinse
9 fokussiert Licht auf die photoelektrischen Umwandlungseinheiten2 . Wie in9 aufgrund von optischer Beugung gebeugtes Licht erzeugen, welches sich zu den benachbarten, photoelektrischen Umwandlungseinheiten ausbreitet und optisches Übersprechen und Lichtverluste herbeiführen. Das Übersprechen fällt stärker aus, wenn sich oberhalb oder unterhalb des Farbfilters eine Abflachungsschicht befindet, weil dadurch der Abstand der Mikrolinse vom Lichtleiter vergrößert wird. Zwischen benachbarten Pixeln kann Übersprechen auftreten, indem das Licht durch eine der Abflachungsschichten (oberhalb oder unterhalb des Farbfilters) oder die Seitenwand des Farbfilters dringt. Manchmal wird eine Metallabschirmung in die Pixel integriert, um Übersprechungslicht zu unterbinden. Darüber hinaus tragen auch Ausrichtungsfehler von Mikrolinse, Farbfilter und Lichtleiter zum Übersprechen bei. Gestaltung, Größe und Form der Mikrolinse können im Hinblick auf möglichst geringes Übersprechen angepasst werden. Für die präzise Herstellung der Mikrolinse entstehen jedoch zusätzliche Kosten, und das Übersprechen kann dennoch nicht vollständig unterbunden werden. - Eine weitere Ursache für Lichtverluste sind Rückwärtsreflektionen vom Bildsensor an der Grenzfläche zum Substrat. Wie in
- KURZE ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
- Ein Bildsensorpixel, das eine photoelektrische Umwandlungseinheit umfasst, die von einem Substrat getragen wird, sowie einen Isolator, der an das Substrat angrenzt. Das Pixel kann über einen kaskadierten Lichtleiter verfügen, wobei sich ein Teil des kaskadierten Lichtleiters innerhalb des Isolators befindet und ein anderer Teil oberhalb des Isolators verläuft. Der kaskadierte Lichtleiter kann einen selbstausrichtenden Farbfilter umfassen. Das Pixel kann über einen Antireflexionsstapel zwischen dem Substrat und dem kaskadierten Lichtleiter verfügen.
- KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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- AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
- Die Erfindung betrifft ein Bildsensorpixel, das eine photoelektrische Umwandlungseinheit umfasst, die von einem Substrat getragen wird, sowie einen Isolator, der an das Substrat angrenzt. Das Pixel umfasst einen Lichtleiter, der sich innerhalb einer Vertiefung des Isolators befindet und sich oberhalb davon fortsetzt, so dass ein Teil des Lichtleiters über eine Grenzfläche zur Luft verfügt. Die Luftgrenzfläche verbessert die interne Reflexion des Lichtleiters. Darüber hinaus werden der Lichtleiter und ein daran anschließender Farbfilter mit Hilfe eines Verfahrens hergestellt, durch das die obere Öffnung des Lichtleiters optimiert und das Übersprechen reduziert wird. Diese Merkmale des Lichtleiters machen eine Mikrolinse unnötig. Darüber hinaus ist oberhalb der photoelektrischen Umwandlungseinheit und unterhalb des Lichtleiters ein Antireflexionsstapel angebracht, der Lichtverluste durch Rückwärtsreflexionen vom Bildsensor reduziert. Zwei Pixel unterschiedlicher Farbe können getrennt voneinander für möglichst geringe Reflektivität optimiert werden, indem die Dicke einer der Schichten innerhalb des Antireflexionsstapels angepasst wird.
- Das Pixel kann zwei übereinander angeordnete Lichtleiter umfassen. Der erste Lichtleiter befindet sich innerhalb einer ersten Vertiefung des an das Substrat anschließenden Isolators. Der zweite Lichtleiter befindet sich innerhalb einer zweiten Vertiefung in einer Trägerschicht, die zu einem späteren Zeitpunkt während der Herstellung des Pixels entfernt wird. Innerhalb derselben Vertiefung befindet sich ein Farbfilter, der sich somit selbst mit dem zweiten Lichtleiter ausrichtet. Der zweite Lichtleiter kann an den Eckpunkten der Pixelmatrix gegenüber dem ersten Lichtleiter versetzt sein, damit Licht eingefangen wird, das in einem zur vertikalen Achse von Null verschiedenen Winkel einfällt.
- Zwischen benachbarten Farbfiltern wird ein Luftspalt hergestellt, indem das an den Filter angrenzende Material der Trägerschicht entfernt wird. Luft verfügt über eine niedrigere Brechzahl als die Trägerschicht und bewirkt ein höheres Reflexionsvermögen im Inneren des Farbfilters und des Lichtleiters. Darüber hinaus ist der Luftspalt so gestaltet, dass in ihn einfallendes Licht in den Farbfilter „gebeugt” wird und eine größere Lichtmenge den Sensor erreicht.
- Der Reflexionsgrad der Grenzfläche des Siliziums und des Lichtleiters wird reduziert, indem unterhalb des ersten Lichtleiters ein Nitridfilm und ein erster Oxidfilm aufgebracht wird. Zusätzlich kann ein zweiter Oxidfilm unter dem Nitridfilm eingefügt werden, damit für einen größeren Lichtfrequenzbereich eine Antireflexwirkung erzielt wird. Die erste Oxidschicht kann in einer Ätzgrube abgeschieden werden, bevor das Material des Lichtleiters aufgebracht wird. In einer anderen Ausführungsform werden alle Antireflexionsschichten vor der Ätzung einer Grube gebildet, und eine zusätzliche Lichtleiter-Ätzstoppschicht bedeckt die Antireflexionsschichten, um sie vor dem Grubenätzmittel zu schützen.
- Im Folgenden wird mit Hilfe von Bezugsnummern konkreter auf die Zeichnungen Bezug genommen.
100 . Beide Pixel verfügen über eine photoelektrische Umwandlungseinheit102 , die Lichtenergie in elektrische Ladungen umwandelt. In einem konventionellen 4T-Pixel kann es sich bei der Elektrode104 um eine Transferelektrode handeln, die die Ladungen zu einem separaten Leseknoten (nicht abgebildet) transportiert. Alternativ kann es sich in einem konventionellen 3T-Pixel bei der Elektrode104 um eine Zurücksetzungselektrode handeln, die die photoelektrische Umwandlungseinheit102 zurücksetzt. Die Elektroden104 und Umwandlungseinheiten102 sind auf einem Substrat106 gebildet. Der Sensor100 enthält auch Drähte108 , die in die Isolationsschicht110 eingebettet sind. - Jedes Pixel verfügt über einen ersten Lichtleiter
116 . Die ersten Lichtleiter116 bestehen aus einem lichtbrechenden Material, das über eine höhere Brechzahl als die Isolationsschicht110 verfingt. Wie in116 jeweils über eine Seitenwand118 verfügen, die relativ zu einer vertikalen Achse in einem Winkel α geneigt ist. Der Winkel α wird auf einen Wert kleiner als 90 – asin(nIsolationsschicht/nLichtleiter) festgelegt, vorzugsweise 0, so dass innerhalb des Leiters Totalreflexion des Lichts auftritt, wobei nIsolationsschicht und nLichtleiter die Brechzahlen des Materials der Isolationsschicht bzw. des Materials des Lichtleiters sind. Die Lichtleiter116 reflektieren das vom zweiten Lichtleiter130 kommende Licht intern auf die Umwandlungseinheiten102 . - Die zweiten Lichtleiter
130 befinden sich oberhalb der ersten Lichtleiter116 und können aus demselben Material wie der erste Lichtleiter116 bestehen. Das obere Ende des zweiten Lichtleiters130 ist breiter als das untere Ende, wo der zweite Lichtleiter130 auf den ersten Lichtleiter116 trifft. Daher ist der Spalt zwischen benachbarten, zweiten Lichtleitern130 im unteren Bereich (nachfolgend „zweiter Spalt”) sowohl breiter als oben als auch breiter als der Luftspalt422 zwischen den Farbfiltern114B ,114G über den zweiten Lichtleitern130 . Die zweiten Lichtleiter130 können relativ zu den ersten Lichtleitern116 und/oder den Umwandlungseinheiten102 seitlich versetzt sein, wie in130 relativ zur Mittellinie C1 des ersten Lichtleiters116 oder der photoelektrischen Umwandlungseinheit102 versetzt ist. Der Versatz kann je nach Position des Pixels innerhalb einer Matrix unterschiedlich groß sein. Zum Beispiel kann der Versatz bei Pixeln im Randbereich der Matrix größer sein. Die Richtung des Versatzes kann mit der seitlichen Richtung des einfallenden Lichts übereinstimmen, damit der erste Lichtleiter eine möglichst große Lichtmenge einfängt. Im Fall von Licht, das in einem zur vertikalen Achse von Null verschiedenen Winkel einfällt, geben versetzte zweite Lichtleiter130 eine größere Lichtmenge an die ersten Lichtleiter116 weiter. Der zweite Lichtleiter130 und der erste Lichtleiter116 zusammengenommen bilden damit einen Lichtleiter, dessen vertikaler Querschnitt bei verschiedenen Pixeln eine unterschiedliche Form aufweist. Die Form wird bei jedem Pixel auf den Winkel der einfallenden Lichtstrahlen abgestimmt. -
130 sind gegenüber den ersten Lichtleitern116 zentriert. Die beiden Lichtstrahlen a und b werden einmal im zweiten Lichtleiter130 reflektiert und treten dann in den ersten Lichtleiter116 ein, wo sie einmal (Strahl a) bzw. zweimal (Strahl b) reflektiert werden, bevor sie die Umwandlungseinheiten102 erreichen. In130 vom Mittelpunkt der Matrix, die sich links befindet, nach rechts versetzt. Lichtstrahl c, der in einem Winkel von bis zu 25 Grad relativ zur vertikalen Achse von links eintritt, wird an der rechten Seitenwand des zweiten Lichtleiters130 reflektiert, trifft auf die linke, untere Seitenwand desselben, durchdringt diese und erreicht schließlich die Umwandlungseinheit102 . Der Versatz ist so gewählt, dass der erste Lichtleiter116 den Lichtstrahl, der aus der linken, unteren Seitenwand des zweiten Lichtleiters130 austritt, wieder einfängt. Jedes Mal, wenn Lichtstrahl c die Seitenwand eines Lichtleiters durchquert – sei es beim Verlassen des zweiten Lichtleiters oder beim Eintreten in den ersten Lichtleiter –, wird er so gebrochen, dass der Winkel zur vertikalen Achse des Strahls nach der Brechung geringer ist; der Strahl wird also in Richtung der photoelektrischen Umwandlungseinheit abgelenkt. Somit erlaubt es die Konstruktion eines Lichtleiters aus einem ersten Lichtleiter116 und einem zweiten Lichtleiter130 , die Form des vertikalen Querschnitts des Lichtleiters von Pixel zu Pixel zur Optimierung der Übertragung des Lichts zur photoelektrischen Umwandlungseinheit102 anzupassen. - Die Konstruktion eines Lichtleiters aus zwei getrennten Lichtleitern
116 ,130 hat den zweiten Vorteil, dass die Ätztiefe für beide Lichtleiter116 ,130 reduziert wird. Folglich kann der Neigungswinkel für die Seitenwand präziser kontrolliert werden. Außerdem entstehen bei der Ablagerung des Lichtleitermaterials mit geringerer Wahrscheinlichkeit ungewollte Löcher. Diese treten häufig auf, wenn dünne Schichten in tiefen Gruben aufgebracht werden, und führen dazu, dass das Licht am Lichtleiter gestreut wird, wenn es auf die Löcher trifft. - Die Farbfilter
114B ,114G befinden sich über den zweiten Lichtleitern130 . Der obere Teil der Seitenwand – bei den Farbfiltern und daran anschließend – weicht weniger von der Vertikalen ab als der übrige zweite Lichtleiter. Anders betrachtet sind die gegenüberliegenden Seitenwände benachbarter Farbfilter nahezu parallel. - Der erste Luftspalt
422 zwischen den Farbfiltern verfügt über eine Breite von 0,45 μm oder weniger und eine Tiefe von 0,6 μm oder mehr. Ein den oben angeführten Abmessungen entsprechender Luftspalt bewirkt, dass Licht im Spalt in die Farbfilter und schließlich zu den Sensoren abgelenkt wird. Der prozentuelle Verlust des auf das Pixel auftreffenden Lichts aufgrund der Durchquerung des Spalts (nachfolgend „Pixelverlust”) wird deutlich reduziert. - Licht, das in einen Spalt zwischen zwei transluzenten Bereichen mit höheren Brechzahlen fällt, wird in den einen oder anderen abgelenkt, sofern der Spalt hinreichend schmal ist. Im Besonderen wird Licht, das in einen Luftspalt zwischen zwei Farbfiltern fällt, in den einen oder anderen Farbfilter abgelenkt, sofern die Spaltbreite gering genug ist.
130 ,114 und schließlich die Umwandlungseinheit102 erreicht. Wenn der Spalt mit einem anderen transparenten Medium als Luft mit einer Brechzahl nSpalt > 1,0 gefüllt ist, müsste der Spalt diesen Überlegungen zufolge auf eine Breite von höchstens 0,45 μm/nSpalt verkleinert werden, da damit die Entfernungen in Wellenlängen ausgedrückt gleich bleiben, aber die absoluten Entfernungen um den Faktor 1/nSpalt verkürzt werden. - Wie
-
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- Betrachtet man wieder
422 Übersprechen vom Farbfilter eines Pixels zu einem benachbarten Pixel durch interne Reflexion unterbindet. Die Farbfilter114B ,114G fungieren daher jeweils als Lichtleiter. Der Farbfilter, der zweite Lichtleiter und der erste Lichtleiter entlang Strahl a in102 übermittelt und dabei Leistungsverlust und Übersprechen gering hält. Im Unterschied zum Stand der Technik, bei dem Metallwände oder lichtabsorbierende Wände zwischen den Farbfiltern verwendet werden, um das Übersprechen zu reduzieren, aber das auf solche Wände auftreffende Licht verloren geht, bewirkt der erste Luftspalt422 durch Ablenkung des Lichts in den nächsten Farbfilter einen vernachlässigbaren Spaltverlust. Da sich außerdem im Unterschied zum Stand der Technik keine Abflachungsschicht unter den Farbfiltern befindet, die sich über benachbarte Lichtleiter hinweg erstreckt (siehe - Die Luftgrenzfläche kann sich von der Seitenwand des Farbfilters entlang der Seitenwand des zweiten Lichtleiters fortsetzen und bis zur Schutzschicht
410 reichen, so dass ein zweiter Luftspalt424 entsteht. Die Luftgrenzfläche zwischen dem zweiten Luftspalt424 und dem zweiten Lichtleiter130 bewirkt eine bessere, interne Reflexion des zweiten Lichtleiters130 . - Über der Isolationsschicht
110 kann eine Schutzschicht410 aus Siliziumnitrid gebildet werden, um Alkalimetallionen vom Eindringen in das Silizium abzuhalten. Alkalimetallionen, die häufig im Material von Farbfiltern vorkommen, können in MOS-Transistoren Instabilitäten verursachen. Die Schutzschicht410 hält außerdem Feuchtigkeit ab. Die Schutzschicht410 kann aus Siliziumnitrid (Si3N4) einer Dicke zwischen 10 000 und 4 000 Angström, bevorzugt 7 000 Angström bestehen. Wenn der erste Lichtleiter116 oder der zweite Lichtleiter130 aus Siliziumnitrid besteht, erstreckt sich die aus Siliziumnitrid gebildete Schutzschicht410 ganzflächig über die Isolationsschicht110 , um die Transistoren gegen Alkalimetallionen und Feuchtigkeit zu versiegeln. Wenn weder der erste116 noch der zweite130 Lichtleiter aus Siliziumnitrid besteht, kann die Schutzschicht110 für eine ähnliche Versiegelung die Oberseite des ersten Lichtleiters116 oder alternativ die Seitenwände und die Unterseite des ersten Lichtleiters116 bedecken. - Der erste
422 und der zweite Luftspalt424 bilden eine zusammenhängende Vertiefung, die zur Luft über der Oberseite des Bildsensors geöffnet ist. Anders betrachtet verfügen die Schutzschicht410 und die Oberseiten der Farbfilter114B ,114G über eine zusammenhängende Grenzfläche zur Luft. Insbesondere befindet sich zwischen den Oberseiten430 der Pixel ein Luftspalt. Diese Öffnung ermöglicht es, bei der Bildung des ersten Luftspalts422 und des zweiten Luftspalts424 anfallende Reststoffe während der Herstellung des Bildsensors zu beseitigen. Wenn der erste Luftspalt422 später aus irgendeinem Grund mit einem Füllmaterial verschlossen wird, sollte dieses eine niedrigere Brechzahl als das Material des Farbfilters aufweisen, so dass (i) im Farbfilter interne Reflexion auftritt und (ii) in den Luftspalt422 fallendes Licht in die Farbfilter114B ,114G abgelenkt wird. Wenn entsprechend der zweite Luftspalt424 mit einem Füllmaterial gefüllt wird, muss dieses eine niedrigere Brechzahl als der zweite Lichtleiter130 aufweisen. - Der Farbfilter
114 und die Lichtleiter130 und116 bilden zusammen einen „kaskadierten Lichtleiter”, der Licht unter Auszunutzung der Totalreflexion an den Grenzflächen zu äußeren Medien wie dem Isolator110 und den Luftspalten422 und424 zur photoelektrischen Umwandlungseinheit leitet. Im Unterschied zu Konstruktionen gemäß dem Stand der Technik überquert in den Farbfilter eintretendes Licht nicht die Grenze zum Farbfilter des nächsten Pixels, sondern kann sich nur nach unten zum zweiten Leitleiter130 fortpflanzen. Dadurch wird es überflüssig, eine Mikrolinse darüber anzubringen, die das Licht in der Mitte der Pixelfläche bündelt, damit keine Lichtstrahlen aus dem Farbfilter eines Pixels austreten und ein benachbartes Pixel erreichen. Der Verzicht auf eine Mikrolinse hat den Vorteil, dass das zuvor erwähnte Problem aufgrund von Ausrichtungsfehlern von Mikrolinse und Farbfilter vermieden wird, welches Übersprechen verursachen kann. Außerdem werden die Herstellungskosten reduziert. - Wie bereits erwähnt, hat ein kaskadierter Lichtleiter gegenüber der Verwendung lichtundurchlässigen Wandmaterials zwischen den Farbfiltern gemäß dem Stand der Technik den weiteren Vorteil, dass das zwischen den Farbfiltern
114B und114G in den ersten Luftspalt422 fallende Licht in den einen oder anderen Farbfilter abgelenkt wird, so dass kein Licht verloren geht, im Unterschied zu Pixeln gemäß dem Stand der Technik, wo Licht an die lichtundurchlässigen Wände zwischen den Farbfiltern verloren geht. - Ein Vorteil dieses Herstellungsverfahrens des Farbfilters gegenüber Verfahren gemäß dem Stand der Technik ist, dass die Form der Seitenwand des Farbfilters nicht durch die Photolack- und Farbstoffmaterialien definiert wird, aus denen der Farbfilter besteht. Bei Herstellungsverfahren gemäß dem Stand der Technik müssen die gebildeten Farbfilter nach der Entwicklung gerade Seitenwände aufweisen. Durch diese Anforderung wird die Auswahl eines Photolack- und Farbstoffmaterials eingeschränkt, da der Farbstoff kein Licht absorbieren darf, für das das Photolackmaterial empfindlich ist. Andernfalls erhielte die Unterseite des Farbfilters weniger Licht, wodurch ein Farbfilter entstünde, der unten schmaler als oben ist. Im vorliegenden Verfahren zur Herstellung des Farbfilters wird die Seitenwand des Farbfilters über die in die Trägerschicht
134 geätzte Wanne210 gebildet, wobei an die Eigenschaften des Farbfiltermaterials oder die Genauigkeit der Photolithographie keine Anforderungen gestellt werden. Dadurch ergibt sich ein kostengünstigeres Verfahren. - Ein weiterer Vorteil gegenüber Verfahren zur Herstellung des Farbfilters gemäß dem Stand der Technik ist, dass die Kontrolle der Spaltbreite für alle Pixel einheitlich erfolgt und bei geringen Kosten hochpräzise ist. Die Spaltbreite ergibt sich hier aus einer Kombination der Linienbreite des einzelnen Lithographieschritts, mit dem die Vertiefungen in die Trägerschicht geätzt werden, und der seitlichen Ätzung während des Trockenätzens, die beide einheitlich und äußerst präzise ohne zusätzliche Kosten kontrolliert werden können. Würden solche Spalten gemäß dem Stand der Technik durch Platzierung von 3 Farbfiltern unterschiedlicher Farben in drei verschiedenen Lithographieschritten hergestellt, wäre es unmöglich, eine einheitliche Spaltbreite zu erreichen, die Lithographie wäre teuer, und die Kontrolle des Seitenwandprofils müsste noch strengeren Anforderungen genügen.
- Ein kaskadierter Lichtleiter, in dem ein Farbfilter
114 und ein Lichtleiter130 in derselben Vertiefung in der Trägerschicht134 gebildet werden (nachfolgend „selbstausrichtender kaskadierter Lichtleiter”), hat gegenüber dem Stand der Technik den Vorteil, dass keine Fehlausrichtung von Farbfilter114 und Lichtleiter130 auftritt. Der Farbfilter114 besitzt Seitenwände, die sich selbst mit den Seitenwänden des Lichtleiters130 ausrichten. - Die
100 . Der Sensor kann so weit vorbereitet werden, dass die Umwandlungseinheiten102 und Elektroden104 auf dem Siliziumsubstrat106 gebildet und die Drähte108 in das Isolatormaterial110 eingebettet sind, wie in110 kann aus einem Material mit niedriger Brechzahl (n) wie z. B. Siliziumdioxid (n = 1,46) hergestellt sein. Die Oberseite des Isolators110 kann durch einen chemisch-mechanischen Poliervorgang (chemical mechanical polishing, CMP) abgeflacht werden. - Wie in
120 für den Lichtleiter entfernt werden. Die Vertiefungen120 besitzen in einem Winkel α abgeschrägte Seitenwände. Die Vertiefungen120 können z. B. durch reaktive Ionenätzung (reaktive ion etching, RIE) hergestellt werden. Bei Verwendung von Siliziumoxid als Isolatormaterial ist CF4 + CHF3 im Strömungsverhältnis 1:2, das in Argongas bei 125 mTorr (166 mbar) und 45°C transportiert wird, ein geeignetes Ätzmittel. Der Winkel der Seitenwand kann durch Einstellung der Hochfrequenzleistung zwischen 300 W und 800 W bei 13,56 MHz angepasst werden. -
122 dar. Beispielsweise kann es sich beim Material des Lichtleiters122 um ein Siliziumnitrid mit einer Brechzahl von 2,0 handeln, die höher als die Brechzahl des Isolatormaterials110 ist (z. B. Siliziumoxid, n = 1,46). Außerdem bildet Siliziumnitrid eine Diffusionsbarriere gegen H2O und Alkalimetallionen. Das Material des Lichtleiters kann z. B. durch plasmaunterstützte chemische Dampfabscheidung (plasma enhanced chemical vapor deposition, PECVD) aufgebracht werden. - Das Lichtleitermaterial kann zurückgeätzt werden, so dass ein dünnerer und ebenerer Schutzfilm
410 zurückbleibt, der den Isolator bedeckt. Somit sind die Umwandlungseinheit102 , das Gate104 und die Elektroden108 während der nachfolgenden Vorgänge gegen H2O und Alkalimetallionen versiegelt. Wenn es sich beim Material des ersten Lichtleiters122 nicht um Siliziumnitrid handelt, kann alternativ eine Siliziumnitridschicht über dem Lichtleitermaterial122 aufgebracht werden, nachdem letzteres zum Abflachen der Oberseite zurückgeätzt wurde, so dass eine Schutzschicht410 gebildet wird, die die Umwandlungseinheit102 , das Gate104 und die Elektroden108 gegen H2O und Alkalimetallionen versiegelt. Die Schutzschicht410 kann zwischen 10 000 Angström und 4 000 Angström, bevorzugt 7 000 Angström dick sein. - Wie in
134 gebildet. Bei der Trägerschicht134 kann es sich um Siliziumoxid handeln, das aus hochdichtem Plasma (High Density Plasma, HDP) abgeschieden wird. - In
136 umfassen, die in einem Winkel β abgeschrägt sind. Der Winkel β wird so gewählt, dass β < 90 – asin(1/n2Lichtleiter), wobei n2Lichtleiter die Brechzahl des Materials des zweiten Lichtleiters130 ist, so dass innerhalb der zweiten Lichtleiter130 Totalreflexion auftritt. Durch Herstellung zweier getrennter Lichtleiter ergibt sich eine geringere Ätztiefe pro Lichtleiter. Folglich kann die Ätzung der schrägen Seitenwand leichter und mit höherer Genauigkeit durchgeführt werden. Die Trägerschicht134 und die zweiten Lichtleiter130 können aus dem gleichen Material und mit Hilfe der gleichen Verfahren wie die Isolationsschicht110 bzw. die ersten Lichtleiter116 hergestellt werden. - Wie in
162 günstig ist, und danach eines, das für die Herstellung der schrägen Seitenwand günstig ist. -
- In
130 mit je einer Wanne210 dargestellt. Die Wannen210 sind durch eine Trägerwand212 voneinander getrennt, die Bestandteil der Trägerschicht134 ist. Die Warme210 wird gebildet, indem das Lichtleitermaterial bis zur Wand212 und noch weiter zurückgeätzt wird, bis die Oberseite des Lichtleiters um 0,6 μm bis 1,2 μm unterhalb der Oberseite der Wand212 liegt. - Wie in
114B mit einem Farbstoff einer bestimmten Farbe aufgebracht, das die Wannen210 füllt und sich über die Trägerschicht134 erstreckt. In diesem Beispiel kann das Farbmaterial blauen Farbstoff enthalten. Das Farbfiltermaterial besteht in der Regel aus Negativphotolack, der Polymere bildet, die bei Belichtung für Photolackentwickler unlöslich werden. Auf das Material114B wird eine Maske (nicht abgebildet) mit Öffnungen gebracht, die diejenigen Bereiche unverdeckt lässt, die bestehen bleiben sollen, während der Rest weggeätzt wird. -
210 und erfordert daher keine Maskierung. Mit anderen Worten wird der gesamte Bildsensorwafer dem Belichtungslicht ausgesetzt, um den letzten Farbfilterfilm vollständig zu belichten. Während des Trocknungsschritts bildet der letzte Farbfilter eine Schicht, die alle Pixel überlappt, auch solche anderer Farben. Die Überlappung der anderen Pixel durch den letzten Farbfilter wird während eines späteren Farbfilter-Abätzvorgangs entfernt, wie - Wie
210 die Selbstausrichtung des Farbfiltermaterials mit dem zweiten Lichtleiter130 . Die Wannen210 können breiter sein als die entsprechenden Öffnungen der Maske. Um die Dicke der Trägerwand212 für eine gewünschte Vertiefung des zweiten Lichtleiters für einen bestimmten Pixelpitch zu reduzieren, kann der Druck in der Plasmakammer erhöht werden, um die seitliche (d. h. isotrope) Ätzung (durch Verstärkung der Ionenstreuung) zu fördern und die Maske zu unterätzen. - Wie in
114B ,114G bis zur Trägerwand212 zurückgeätzt, die Bestandteil der Trägerschicht134 ist. Ein Teil der Trägerschicht134 wird dann wie in114B ,114G über eine Luft-Material-Grenzfläche verfügen. Ein weiterer Teil der Trägerschicht134 kann wie in130 über eine Luft-Material-Grenzfläche verfügt, die die interne Reflexion durch Totalreflexion von Lichtstrahlen, die relativ gering von der Normalen der Grenzfläche abweichen, weiter verbessert. Der erste Spalt422 weist eine hinreichend geringe Breite auf – 0,45 μm oder weniger –, so dass in den ersten Spalt422 fallendes, rotes Licht und Licht geringerer Wellenlängen in den Farbfilter114B oder114G abgelenkt wird, wodurch sich ein besserer Lichtempfang ergibt. Das Licht wird entlang der Farbfilter114B ,114G und Lichtleiter130 und116 intern reflektiert. Die Farbfilter114B ,114G besitzen eine höhere Brechzahl als Luft, so dass die Farbfilter114B ,114G interne Reflektionen ermöglichen. Gleichermaßen verfügt der zweite Lichtleiter130 über eine Luftgrenzfläche, die das Innenreflexionsvermögen des Leiters verbessert. Wenn die Trägerschicht134 nicht vollständig entfernt wird, verfügt die Grenzfläche zwischen dem zweiten Lichtleiter130 und der Trägerschicht134 über ein hohes Innenreflexionsvermögen, sofern die Trägerschicht eine niedrigere Brechzahl aufweist (z. B. Siliziumoxid, 1,46) als das Lichtleitermaterial (z. B. Siliziumnitrid, 2,0). Gleichermaßen weist die Grenzfläche zwischen dem ersten Lichtleiter116 und der ersten Isolatorschicht110 ein gutes Innenreflexionsvermögen auf.200 einer Pixelmatrix. Im Falle von Ausführungsformen mit sowohl ersten als auch zweiten Lichtleitern kann es sich bei Fläche B um die Fläche der Oberseite des zweiten Lichtleiters und bei Fläche C um die Fläche der Unterseite des ersten Lichtleiters handeln. Fläche A minus Fläche B ist die Fläche des ersten Luftspalts422 zwischen den Farbfiltern. -
134 mit Hilfe derselben Maske geätzt werden und in einem Verfahrensschritt mit Lichtleitermaterial gefüllt werden.410 und die Trägerschicht134 darüber als Hartmasken fungieren, die Ätzmittel abweisen. Beide Lichtleiter werden im selben in - Die
214 des Bildsensors. Im Material eines ersten Isolators110 , der einen Anschlussfleck214 bedeckt, wird eine Vertiefung216 gebildet, wie in116 aufgebracht und dann ein erheblicher Teil davon entfernt, so dass eine dünnere Schicht zurückbleibt, die das Material des ersten Isolators110 darunter versiegelt. Das Trägerschichtmaterial134 wird aufgebracht und eine entsprechende Vertiefung218 darin gebildet, wie in130 wird aufgebracht, wie in220 gebildet, durch die der Anschlussfleck214 freigelegt wird. Vorzugsweise sind die Eigenschaften des Ätzmittels so gewählt, dass es das Lichtleitermaterial116 und130 (z. B. Siliziumnitrid) schneller angreift als das Isolatormaterial110 und134 (z. B. Siliziumoxid) und den Farbfilter114 (Photolack). Bei Trockenätzung in CH3F/O2 ist die Ätzgeschwindigkeit auf Siliziumnitrid 5–10 mal höher als auf Farbfiltermaterial oder Siliziumoxid. -
236 , einem zweiten AR-Film234 und einem dritten AR-Film236 die Umwandlungseinheiten102 bedeckt. Der Antireflexionsstapel verbessert die Übertragung des Lichts vom ersten Lichtleiter116 zu den Umwandlungseinheiten102 . Die Komponenten des AR-Stapels können zusammen die Schicht230 bilden, die auch das Substrat106 und die Elektroden104 ganzflächig bedeckt, um die Elemente vor chemischer Verunreinigung und Feuchtigkeit zu schützen. Die zweite AR-Schicht234 kann z. B. eine Kontakt-Ätzstopp-Nitridschicht sein, wie sie bei der Herstellung von CMOS-Wafern häufig zum Stoppen der Oxidätzung von Kontaktlöchern verwendet wird, um die Überätzung von Polysiliziumkontakten zu vermeiden, deren Kontaktlöcher typischerweise 2 000 Angström flacher als Source-/Drainkontakte sind. Bei der dritten AR-Schicht232 kann es sich um Siliziumoxid handeln. Diese Siliziumoxidschicht kann eine Gate-Isolationsschicht unter der Gate-Elektrode114 sein oder die Spacer-Liner-Oxidschicht, die in gängigen Deep-Submicron-CMOS-Verfahren an der Seite der Gateelektrode11 zwischen Gate und Spacer (nicht abgebildet) herabläuft, eine Silizide blockierende Oxidschicht, die vor der Silizidierung der Kontakte zur Blockierung der Kontaktsilizidierung aufgebracht wird, oder eine Kombination davon, oder eine Oxiddeckschicht, die nach der Salicide-Block-Oxidätzung aufgebracht wird, die sämtliche Oxide in denjenigen Bereichen wegätzt, die mit der Unterseite von Lichtleitern116 zusammenfallen. Die Verwendung einer vorhandenen Siliziumnitrid-Kontakt-Ätzstoppschicht als Komponente des AR-Stapels ermöglicht Kosteneinsparungen. Dieselbe Kontakt-Ätzstoppschicht dient auch dem Stoppen der Ätzung der Vertiefung im Isolator110 zur Herstellung des Lichtleiters. Abschließend wird die obere AR-Schicht236 in der Vertiefung des Isolators110 ausgebildet, bevor die Vertiefung mit dem Lichtleitermaterial gefüllt wird. - Die obere AR-Schicht
236 weist eine niedrigere Brechzahl auf als der Lichtleiter116 . Die zweite AR-Schicht234 weist eine höhere Brechzahl auf als die obere AR-Schicht236 . Die dritte AR-Schicht232 weist eine niedrigere Brechzahl auf als die zweite AR-Schicht234 . - Die obere AR-Schicht
236 kann aus Siliziumoxid oder Siliziumoxinitrid bestehen mit einer Brechzahl von etwa 1,46 und einer Dicke von 750 bis 2000 Angström, bevorzugt 800 Angström. Die zweite AR-Schicht234 kann aus Siliziumnitrid (Si3N4) bestehen mit einer Brechzahl von etwa 2,0 und einer Dicke von 300 bis 900 Angström, bevorzugt 500 Angström. Die dritte AR-Schicht232 kann aus Siliziumoxid oder Siliziumoxinitrid (SiOxNy, wobei 0 < x < 2 und 0 < y < 4/3) bestehen mit einer Brechzahl von etwa 1,46 und einer Dicke von 25 bis 170 Angström, bevorzugt 75 Angström. Die dritte AR-Schicht232 kann das Gateoxid unter dem Gate104 und über dem Substrat106 in232 kann weiterhin Gate-Liner-Oxid umfassen, wie in232 durch eine ganzflächige Überdeckung des Wafers mit Siliziumoxid gebildet werden, nachdem das in64 , Gate-Liner-Oxid55 und Gateoxid54 durch eine Salicide-Block-Ätzung entfernt wurden, wobei eine Salicide-Block-Ätzmaske zum Einsatz kommt, die über eine Maskenöffnung verfügt, die mit der Unterseite des Lichtleiters116 zusammenfällt. - Die in
232 und die zweite AR-Schicht234 über dem Substrat ausgebildet werden. Danach wird der Isolator110 auf der zweiten AR-Schicht234 gebildet. Die Siliziumnitridschicht wird mittels PECVD derart auf dem ersten Isolator110 abgeschieden, dass sie den Isolator und die darunterliegenden Schichten bedeckt und versiegelt, um eine Schutzschicht410 mit einer Dicke von 10 000 bis 4 000 Angström, bevorzugt 7 000 Angström zu bilden. Die Trägerschicht134 wird z. B. durch HDP-Siliziumoxidabscheidung auf der Schutzschicht410 gebildet. - Die Schutzschicht
134 wird maskiert und ein erstes Ätzmittel aufgetragen, um Vertiefungen in die Trägerschicht134 zu ätzen. Es wird ein erstes Ätzmittel gewählt, das eine hohe Selektivität für das Material der Schutzschicht aufweist. Wenn die Trägerschicht134 beispielsweise aus HDP-Siliziumoxid und die Schutzschicht410 aus Siliziumnitrid besteht, kann es sich beim ersten Ätzmittel am CHF3 handeln, das HDP-Siliziumoxid5 mal so schnell ätzt wie Siliziumnitrid. Anschließend wird ein zweites Ätzmittel aufgetragen, um durch die Siliziumnitrid-Schutzschicht410 zu ätzen. Beim zweiten Ätzmittel kann es sich um CH3F/O2 handeln. Das erste Ätzmittel wird dann abermals aufgetragen, um den ersten Isolator110 zu ätzen und bei der Kontakt-Ätzschutzschicht234 zu stoppen, die aus Siliziumnitrid besteht. Die Kontakt-Ätzschutzschicht234 dient auch als Ätzmittelstopp zur Begrenzung der Unterseite der Vertiefung. Die obere AR-Schicht236 wird dann durch anisotrope Abscheidungsmethoden in der Vertiefung ausgebildet, z. B. durch PECVD- oder HDP-Siliziumoxidabscheidung, bei denen die Abscheidung hauptsächlich auf der Unterseite und weniger an den Seitenwänden der Vertiefung erfolgt. Ein Ätzmittel kann aufgetragen werden, um das restliche Material der oberen AR-Schicht zu entfernen, das sich über die Seitenwände der Vertiefung erstreckt, z. B. durch Trockenätzung mit dem ersten Ätzmittel, indem das Wafersubstrat geneigt und um die zum auftreffenden Ionenstrahl parallele Achse gedreht gehalten wird. Anschließend wird das Lichtleitermaterial in den Vertiefungen gebildet, z. B. durch Siliziumnitrid-PECVD. Farbfilter können über dem Lichtleiter gebildet werden, und ein Teil der Trägerschicht zwischen benachbarten Farbfiltern und ein weiterer Teil zwischen benachbarten Lichtleitern kann weggeätzt werden, so dass sich die in - Die
116 und dem Substrat202 . In238 zwischen dem Lichtleiter116 und dem Antireflexionsstapel (AR-Stapel) befindet, der aus der oberen AR-Schicht236 , der zweiten AR-Schicht234 und der dritten AR-Schicht232 besteht. Die Ätzstoppschicht238 des Lichtleiters kann aus demselben Material wie der Lichtleiter116 hergestellt werden, bei dem es sich um Siliziumnitrid mit einer Dicke von 100 bis 300 Angström, bevorzugt 150 Angström handeln kann. Die Herstellung des AR-Stapels dieser Ausführungsform hat den Vorteil einer präziseren Kontrolle der Dicke der zweiten AR-Schicht. Demgegenüber stehen ein oder mehrere zusätzliche Abscheidungsschritte und die etwas höhere Komplexität des Ätzens durch einen Oxid-Nitrid-Oxid-Nitrid-Oxid-Stapel im Vergleich zu einem Oxid-Nitrid-Oxid-Stapel für die Kontaktlöcher (nicht abgebildet). Bei der vorherigen Ausführungsform wird die zweite AR-Schicht234 als Lichtleiter-Ätzstopp verwendet, und während des abschließenden Schritts der Überätzung der Isolatorgrubenätzung geht etwas Dicke verloren. - Wie in
232 und zweiten234 AR-Schichten auf das Substrat106 und dann eine obere AR-Schicht236 auf die zweite AR-Schicht234 aufgebracht. Darauf folgt eine Lichtleiter-Ätzstoppschicht238 aus Siliziumnitrid. Wie in110 und die Verdrahtungselektroden108 oberhalb der AR-Schichten232 ,234 und236 und der Lichtleiter-Ätzstoppschicht238 gebildet.110 geätzte Vertiefung, die bis zur Oberseite der Lichtleiter-Ätzstoppschicht238 reicht. -
236 (Oxid) von 800 Angström und Abweichungen von +/–10% darstellt, wobei die zweite AR-Schicht234 (Nitrid) 500 Angström und die dritte AR-Schicht232 (Oxid) 75 Angström dick ist. Die Durchlässigkeitskurven zeigen einen steilen Abfall im violetten Bereich (400 nm bis 450 nm). Die nominale Dicke der AR-Schichten232 ,234 und236 , aus denen der AR-Stapel besteht, wird so gewählt, dass das Maximum der Durchlässigkeitskurve in den blauen Bereich (450 nm bis 490 nm) anstatt in den grünen Bereich (490 nm bis 560 nm) fällt, so dass mögliche Abweichungen der Dicke aufgrund der Herstellungstoleranz zu keinem viel stärkeren Abfall des Durchlässigkeitsfaktors im violetten als im roten Bereich (630 tun bis 700 nm) führen. -
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232 (Nitrid) von 75 Angström und Abweichungen von +/–10% darstellt. - Die
116 und dem Substrat202 , wobei zwei verschiedene Pixel zwei verschiedene AR-Stapel erhalten, die jeweils für einen bestimmten Farbbereich optimiert sind. Die dritte und zweite AR-Schicht232 und234 befinden sich über der photoelektrischen Umwandlungseinheit201 in236 mit der Dicke der in236b aufgetragen. Anschließend wird eine Lithographiemaske (nicht abgebildet) verwendet, um eine Maskenöffnung über denjenigen Pixeln zu erzeugen, die die dünnere obere AR-Schicht236a erhalten. In einem Ätzschnitt wird die obere AR-Schicht unter der Maskenöffnung auf die geringere Dicke der oberen AR-Schicht236a in236a erhalten grüne Farbfilter114G , die Pixel mit der dickeren oberen AR-Schicht236b dagegen blaue und rote Farbfilter. -
236a von 0,12 μm, einer nominalen Dicke der zweiten AR-Schicht234 von 500 Angström und einer nominalen Dicke der dritten AR-Schicht232 von 75 Angström darstellt. Der Peak dieses Diagramms liegt im grünen Bereich bei etwa 99% und fällt sanft bis auf etwa 93% in der Mitte des roten Bereichs ab. Dieses Diagramm zeigt, dass die obere AR-Schicht236a bei roten Pixeln ebenso wie bei grünen Pixeln verwendet werden kann. -
236b von 0,20 μm, einer nominalen Dicke der zweiten AR-Schicht234 von 500 Angström und einer nominalen Dicke der dritten AR-Schicht232 von 75 Angström darstellt. Dieses Diagramm verfügt über Peaks in zwei verschiedenen Farbbereichen, nämlich im violetten und roten Bereich. Dieses Diagramm zeigt, dass die obere AR-Schicht236b bei blauen Pixeln und roten Pixeln verwendet werden kann. - Eine Pixelmatrix kann die dünnere, obere AR-Schicht
236a nur für grüne Pixel verwenden, für sowohl blaue als auch rote Pixel dagegen die dickere AR-Schicht236b . Alternativ kann die Pixelmatrix die dünnere, obere AR-Schicht236a für sowohl grüne als auch rote Pixel verwenden, die dickere obere AR-Schicht236b dagegen nur für blaue Pixel. - Eine andere Ausführungsform mit zwei verschiedenen AR-Stapeln, die jeweils für einen anderen Farbbereich optimiert sind, kann hergestellt werden, indem eine zweite AR-Schicht mit unterschiedlicher Dicke verwendet wird, während die Dicke der oberen AR-Schicht gleichbleibend ist. Es werden zwei verschiedene Dicken festgelegt, eine für jeden Farbbereich. Die zweite AR-Schicht wird zunächst mit der größeren Dicke aufgetragen. Anschließend wird eine Lithographiemaske verwendet, um eine Maskenöffnung über denjenigen Pixeln zu erzeugen, die die dünnere zweite AR-Schicht erhalten. In einem Ätzschritt wird die zweite AR-Schicht unter der Maskenöffnung auf die geringere Dicke zurückgeätzt. Die weiteren Schritte sind zu
- Es wird darauf hingewiesen, dass zwar bestimmte, beispielhafte Ausführungsformen beschrieben und in den zugehörigen Zeichnungen dargestellt wurden, diese aber lediglich illustrativen Zwecken dienen und die Interpretation der Erfindung nicht einschränken, und dass diese Erfindung nicht auf die speziellen Konstruktionsweisen und Anordnungen beschränkt ist, die beschrieben und dargestellt wurden, da ein Fachmann verschiedene Modifikationen ableiten kann.
- Eine weitere Beschreibung der relevanten Technik findet sich im beiliegenden Anhang.
- ZUSAMMENFASSUNG
- Ein Bildsensorpixel, das eine photoelektrische Umwandlungseinheit enthält, die von einem Substrat getragen wird, sowie einen an das Substrat anschließenden Isolator. Das Pixel umfasst einen kaskadierten Lichtleiter, der sich innerhalb einer Vertiefung im Isolator befindet und sich oberhalb des Isolators fortsetzt, so dass ein Teil des kaskadierten Lichtleiters über eine Grenzfläche zur Luft verfügt. Die Luftgrenzfläche bewirkt eine bessere interne Reflexion des kaskadierten Lichtleiters. Der kaskadierte Lichtleiter kann einen selbstausrichtenden Farbfilter umfassen, wobei sich zwischen nebeneinanderliegenden Farbfiltern jeweils ein Luftspalt befindet. Diese Merkmale des Lichtleiters machen eine Mikrolinse unnötig. Darüber hinaus befindet sich zwischen dem Substrat und dem Lichtleiter ein Antireflexionsstapel, der die Rückwärtsreflexionen vom Bildsensor reduziert. Bei zwei Pixeln mit verschiedenen Farbfiltern kann die Dicke einer Antireflexionsschicht im Antireflexionsstapel unterschiedlich sein.
- 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
-
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Claims (42)
- Bildsensorpixel, umfassend: ein Substrat; eine photoelektrische Umwandlungseinheit, die von dem Substrat getragen wird; eine Schutzschicht, die sich ganzflächig über das Substrat erstreckt; und einen kaskadierten Lichtleiter, wobei sich ein Teil des kaskadierten Lichtleiters zwischen der Schutzschicht und dem Substrat und ein zweiter Teil oberhalb der Schutzschicht befindet.
- Pixel nach Anspruch 1, wobei jeder kaskadierte Lichtleiter einen transparenten Teil und einen Farbfilter umfasst, der an den transparenten Teil anschließt und sich oberhalb des Isolators befindet.
- Pixel nach Anspruch 1, wobei der zweite Teil einen Farbfilter umfasst.
- Pixel nach Anspruch 3, wobei die Farbfilter von kaskadierten Lichtleitern benachbarter Pixel durch einen ersten Luftspalt voneinander getrennt sind, der über eine Breite von nicht mehr als 0,45 μm verfügt.
- Pixel nach Anspruch 4, wobei der erste Luftspalt über eine Tiefe von wenigstens einer Lichtwellenlänge verfügt.
- Pixel nach Anspruch 5, wobei die Wellenlänge des Lichts 450 nm beträgt.
- Pixel nach Anspruch 3, wobei sich der Farbfilter innerhalb des kaskadierten Lichtleiters selbst ausrichtet.
- Pixel nach Anspruch 3, wobei die Oberseite des Farbfilters eine Grenzfläche zur Luft bildet.
- (Absichtlich leer gelassen).
- Pixel nach Anspruch 1, wobei alle optischen Grenzflächen entlang der vertikalen Achse des kaskadierten Lichtleiters und oberhalb der Schutzschicht eben und parallel sind.
- (Absichtlich leer gelassen).
- Pixel nach Anspruch 1, wobei wenigstens zwei kaskadierte Lichtleiter von zwei verschiedenen Pixeln über unterschiedliche Querschnittsprofile verfügen.
- Pixel nach Anspruch 1, wobei die vertikale Mittellinie des ersten Teils relativ zur vertikalen Mittellinie des zweiten Teils versetzt ist.
- Pixel nach Anspruch 13, wobei der kaskadierte Lichtleiter so gestaltet ist, dass Licht den kaskadierten Lichtleiter verlässt und wieder in ihn eintritt.
- Methode zur Herstellung eines Bildsensorpixels, umfassend: Ausbildung einer Trägerschicht mit einer Vertiefung über einem Substrat, das eine photoelektrische Umwandlungseinheit trägt; und Bildung eines Farbfilters in der Vertiefung der Trägerschicht.
- Methode nach Anspruch 15, weiterhin umfassend die Bildung einer Schutzschicht zwischen dem Farbfilter und dem Substrat.
- Methode nach Anspruch 15, weiterhin umfassend die Entfernung wenigstens eines Teils der Trägerschicht zwischen zwei benachbarten Farbfiltern.
- Methode nach Anspruch 15, weiterhin umfassend die Bildung eines transparenten Lichtleiters in der Vertiefung der Trägerschicht.
- Methode nach Anspruch 18, weiterhin umfassend die Entfernung eines Teils der an den transparenten Lichtleiter angrenzenden Trägerschicht.
- Methode nach Anspruch 18, weiterhin umfassend die Bildung eines unteren transparenten Lichtleiters zwischen dem transparenten Lichtleiter und dem Substrat.
- Methode nach Anspruch 20, wobei die vertikale Mittellinie des unteren transparenten Lichtleiters relativ zur vertikalen Mittellinie der Vertiefung der Trägerschicht versetzt ist.
- Methode nach Anspruch 18, wobei bei der Bildung des Farbfilters auf dessen Oberseite eine ebene Grenzfläche zur Luft entsteht.
- Methode zur Herstellung einer Bildsensorpixelmatrix, umfassend: Bildung eines Isolators über einem Substrat, das eine photoelektrische Umwandlungseinheit trägt; Bildung einer Vielzahl von an den Isolator angrenzenden Wänden; Bildung einer Vielzahl von Lichtleitern zwischen den Wänden; Bildung einer Vielzahl von an die Lichtleiter angrenzenden Farbfitlern; und Entfernung wenigstens eines Teils der Wände, so dass sich zwischen benachbarten Farbfiltern ein Luftspalt befindet.
- Methode nach Anspruch 23, wobei die Wände durch Bildung einer Trägerschicht und Herstellung von Vertiefungen in der Trägerschicht gebildet werden.
- Methode nach Anspruch 23, weiterhin umfassend die Bildung einer Schutzschicht über dem Isolator.
- Methode nach Anspruch 23, wobei ein Teil der Trägerschicht entfernt wird, so dass ein Teil jedes Lichtleiters über eine Grenzfläche zur Luft verfügt.
- Bildsensorpixel, umfassend: ein Substrat; eine photoelektrische Umwandlungseinheit, die von dem Substrat getragen wird; einen Lichtleiter, der an die photoelektrische Umwandlungseinheit gekoppelt ist; Antireflexionsmittel zur Reduzierung von Reflektionen zwischen dem Lichtleiter und der photoelektrischen Umwandlungseinheit.
- Pixel nach Anspruch 27, wobei die Antireflexionsmittel eine erste Antireflexionsschicht und eine zweite Antireflexionsschicht umfassen, die erste Antireflexionsschicht eine niedrigere Brechzahl als die zweite Antireflexionsschicht und der Lichtleiter aufweist und sich die erste Antireflexionsschicht zwischen der zweiten Antireflexionsschicht und dem Lichtleiter befindet.
- Pixel nach Anspruch 28, wobei die Antireflexionsmittel eine dritte Antireflexionsschicht umfassen, deren Brechzahl niedriger ist als die der zweiten Antireflexionsschicht, und sich die zweite Antireflexionsschicht zwischen der ersten und dritten Antireflexionsschicht befindet.
- Pixel nach Anspruch 28, wobei die Antireflexionsschicht eines ersten Pixels dünner ist als die entsprechende Antireflexionsschicht eines zweiten Pixels, das einen Farbfilter anderer Farbe besitzt.
- (Absichtlich leer gelassen).
- (Absichtlich leer gelassen).
- Pixel nach Anspruch 28, wobei die zweite Antireflexionsschicht ein Kontakt-Ätzstopp ist.
- Pixel nach Anspruch 28, wobei die zweite Antireflexionsschicht Siliziumnitrid enthält.
- Pixel nach Anspruch 27, weiterhin umfassend eine Lichtleiter-Ätzstoppschicht zwischen dem Lichtleiter und den Antireflexionsmitteln.
- Methode zur Herstellung eines Bildsensorpixels, umfassend: Bildung eines Antireflexionsstapels auf einer photoelektrischen Umwandlungseinheit, die von einem Substrat getragen wird; und Bildung eines an die photoelektrische Umwandlungseinheit angrenzenden Lichtleiters.
- (Absichtlich leer gelassen).
- (Absichtlich leer gelassen).
- Methode zur Bildung eines Teils eines Bildsensorspixels, umfassend: Bildung einer ersten Antireflexionsschicht über einem Substrat, das eine photoelektrische Umwandlungseinheit trägt; Bildung eines Isolators über der ersten Antireflexionsschicht; Ätzung einer Vertiefung in den Isolator mit Hilfe eines Ätzmittels, das den Isolator schneller ätzt als die erste Antireflexionsschicht; Bildung einer zweiten Antireflexionsschicht innerhalb der Vertiefung; und Bildung von Lichtleitermaterial innerhalb der Vertiefung.
- Methode nach Anspruch 39, weiterhin umfassend die Ätzung eines vertikalen Seitenwandbereichs der zweiten Antireflexionsschicht.
- (Absichtlich leer gelassen).
- Methode zur Herstellung eines Farbfilters für ein Bildsensorspixel, umfassend: Bildung wenigstens einer Wand; Bildung eines Farbfilters innerhalb der Wand; Entfernung wenigstens eines Teils der Wand.
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