MXPA06014220A - Metodo para manufacturar un sensor de imagen, y un sensor de imagen. - Google Patents

Metodo para manufacturar un sensor de imagen, y un sensor de imagen.

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semiconductor layer
light
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MXPA06014220A
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Joris Maas
Leendert De Bruin
Daniel W E Verbugt
Nicolaas J A Van Veen
Eric C E Van Grunsven
Gerardus L J Reuvers
Erik H Groot
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Koninkl Philips Electronics Nv
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Abstract

Se describe un metodo para manufacturar un sensor de imagen iluminado (1) de lado-trasero (14), que comprende los pasos de: iniciar con una oblea (2) que tiene una primera (3) y una segunda superficie (4), proporcionar regiones de pixeles sensibles a la luz (5) que se extienden dentro de la oblea (2) desde la primera superficie (3), asegurar la oblea (2) sobre un sustrato protector (7) de forma que la primera superficie (3) esta dirigia hacia el sustrato protector, la oblea comprende un sustrato de un primer material (8) con una capa transparente optica (9) y una capa de material semiconductor (10), en donde el sustrato (8) es retirado selectivamente de la capa de material semiconductor con el uso de una capa transparente optica (9) como una capa de detencion. Sensores de imagen iluminados de lado-trasero, la luz tiene que transmitirse a traves de la capa semiconductora y entrar dentro de las regiones de pixeles sensibles a la luz (5). Con el proposito de reducir perdidas, es muy conveniente que la capa semiconductora (10) pueda ser elaborada relativamente delgada con una buena uniformidad. Debido al espesor reducido de la capa semiconductora, mas luz puede entrar dentro de las regiones sensibles a la luz, lo que resulta en una eficiencia mejorada del sensor de imagen.

Description

MÉTODO PARA MANUFACTURAR UN SENSOR DE IMAGEN, Y UN SENSOR DE IMAGEN CAMPO DE LA INVENCIÓN La invención se relaciona con un método para fabricar un sensor de imagen iluminado de-lado-trasero, que comprende de los siguientes pasos: - iniciar con una oblea que tiene una primera y una segunda superficie, - proporcionar regiones de píxeles sensibles a la luz que se extienden dentro de la capa de la oblea desde la primera superficie, - asegurar la oblea sobre un sustrato protector de forma que la primera superficie está dirigida hacia el sustrato protector. La invención además se relaciona con un sensor de imagen que comprende una capa semiconductora que tiene una primera y una segunda superficie, la capa semiconductora comprende las regiones sensibles a la luz que se extienden dentro de la capa semiconductora desde la primera superficie, la segunda superficie de la capa semiconductora tiene una capa óptica transparente a través de la cual entra la luz a través de la capa semiconductora en las regiones de píxeles sensibles a la luz, la primera superficie de la capa semiconductora está dirigida hacia un sustrato protector. Ref. :178023 ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN La Patente Norteamericana 6,168,965 describe un método para producir un sensor de imagen iluminado-trasero que incluye una matriz de píxeles (por ejemplo píxeles CMOS APS) que son manufacturados sobre un sustrato semiconductor. El sustrato semiconductor está asegurado a un sustrato protector por medio de un adhesivo de modo que la superficie lateral -frontal procesada del sustrato semiconductor está dirigida hacia el sustrato protector. Con el sustrato protector proporcionando un soporte estructural, la superficie de lado-trasero expuesta del sustrato semiconductor entonces es sometida a un maquinado de desgaste y/o un ataque superficial, seguido por un procesamiento opcional químico/mecánico, para adelgazar el sustrato transparente hasta un intervalo de 10 a 15 mieras. Un sustrato transparente (por ejemplo, vidrio) entonces es asegurado a la superficie de lado-trasero del sustrato semiconductor, con ello emparedar el sustrato semiconductor entre el sustrato transparente y el sustrato protector. El adelgazamiento de la superficie transparente es un proceso muy poco-uniforme en el cual las variaciones del espesor del sustrato semiconductor, resulta en diferencias de absorción. Los sensores de imagen conocidos, por lo tanto tienen la desventaja de que la eficiencia es limitada y la variación en absorción de luz es altamente inaceptable, en particular para las longitudes de onda cortas (azul) . SUMARIO DE LA INVENCIÓN Es un objeto de la invención proporcionar un método para fabricar un sensor de imagen en el cual la eficiencia es mejorada y se reducen las variaciones de absorción. Este objeto de la invención se logra en que la oblea comprende un sustrato de un primer material con una capa transparente óptica y una capa de material semiconductor, en donde el sustrato es retirado selectivamente con el uso de una capa transparente óptica como capa de detención. El sustrato puede ser retirado selectivamente de la capa transparente óptica mediante el uso de técnicas de retiro selectivo hacia la capa de detención. Tales técnicas de retiro pueden ser un ataque superficial químico y/o un pulido mecánico químico (CMP, por sus siglas en inglés) . La proporción de retiro de la capa de detención deberá ser mucho menor que la proporción de retiro de la capa sustrato. Para los sensores de imagen iluminados de lado-trasero, la luz tiene que transmitirse a través de la capa semiconductora y entra dentro de las regiones de píxeles sensibles a la luz. Es por lo tanto muy conveniente que la capa semiconductora se pueda fabricar relativamente delgada. Debido a que el espesor reducido de la capa semiconductora, puede entrar más luz dentro de las regiones sensibles a la luz, lo que resulta en una eficiencia mejorada del sensor de imagen. En particular la longitud de onda corta se ve beneficiada por un espesor reducido de la capa semiconductora . Debido a que el espesor y la uniformidad de la capa semiconductora pueden ser muy bien controlados, se reducen significativamente las diferencias de absorción entre píxeles y sensores . La iluminación de lado-trasero tiene muchas ventajas en comparación con los sensores de imagen convencionales los cuales son iluminados desde el lado-frontal. En los sensores de imagen convencionales, los píxeles son controlados mediante cables de conexión, los cuales son usualmente fabricados de capas de metal o de poli-silicón. Estas capas no son transparentes para la luz, por lo que la entrada de luz no puede alcanzar el área completa de píxeles. Existe un conducción continua por reducir el área de píxeles para reducir costos. No obstante, la reducción adicional del área de píxeles en los sensores de imagen iluminados de lado-frontal inherentemente resulta en una parte relativamente más pequeña del área de píxeles que son sensibles a la luz. En esta invención en donde se aplica iluminación de lado-trasero, los cables de conexión metálicos o de poli ya no determinan el área sensible a la luz del píxel . El área completa de píxeles es sensible a la luz, permitiendo un factor completo de 100%. Así las ventajas son, entre otras, una sensibilidad mejorada, los ángulos de entrada de luz (CRA) pueden ser más grandes y existe mayor libertad en el diseño y distribución de los cables de conexión. Puede resultar un ángulo de haz principal (CRA, por sus siglas en inglés) en un módulo de cámara inferior debido a que se puede omitir un elemento de lentes (por ejemplo, de una lente VGA en un módulo de cámara) . Esto mejora la sensibilidad (por ejemplo, una reducción de 2-4% en pérdida de reflexión) y reduce los costos. También la altura de arquitectura del módulo es más baja lo cual es importante para la miniaturización del controlador. Debido al balance-transaccional entre la Función de Transferencia de Modulación (MTF, por sus siglas en inglés) y el número-F, (MTF es una medida para el mejoramiento y contraste de imagen, el número-F es una medida para la apertura de lentes (diafragma) ) , la extensión para la cual el MTF y el número-F pueden ser mejorados con ña iluminación de lado-trasero, es intercambiable. Es ventajoso cuando la capa transparente óptica es una capa de óxido incorporado de un silicón sobre la oblea aislante (SOI) . El óxido incorporado de la oblea SOI puede ser utilizado como una capa de detención con ataque superficial durante el retiro del sustrato de silicón. Actualmente, las obleas SOI disponibles comercialmente tienen una capa semiconductora epitaxial con un espesor del orden de 100 nm.
Después de retirar el sustrato, la capa semiconductora epitaxial restante aun cuenta con el espesor inicial y es bastante uniforme. Para las capas semiconductoras amorfas y epitaxiales, los espesores y la uniformidad pueden ser controlados dentro de unos pocos nanómetros . Es otra ventaja trascendental que la superficie semiconductora epitaxial delgada permanezca protegida por la capa de oxido incorporado durante todo el proceso. La superficie del semiconductor no es acoplada por el procesamiento, lo que resulta en una interface silicón/óxido casi perfecta sin algún defecto, dejando enlaces pendientes o cargas de interface. Con una oblea SOI se interpreta un silicón sobre un sustrato aislante. El silicón puede ser tensado. La invención funciona igual de bien para las obleas de Ge sobre aislante (GeOI, por sus siglas en inglés), SiGe o cualquier compuesto del mismo, tal como SiGeC sobre obleas aislantes. Es conveniente utilizar obleas SOI, debido a que estas son disponibles de forma común, mientras que otros semiconductores sobre obleas aislantes aun son difíciles de obtener y son muy caros . Las oblea SOI disponibles comercialmente usualmente tienen una capa semiconductora epitaxial con un espesor del orden de 100 nm. La absorción de luz en las regiones sensibles a la luz en la capa semiconductora es óptima cuando el espesor de la capa semiconductora es menor de 5 µm, preferiblemente en el intervalo entre 1-3 µm. Es por lo tanto deseable aumentar una capa semiconductora adicional de forma epitaxial sobre la capa del material semiconductor, hasta un espesor total de la capa semiconductora menor de 5 mieras. Puesto que el sensor de imagen es iluminado desde atrás, se puede acondicionar un filtro de color sobre la capa transparente óptica. Las capas de color pueden ser revestidas y desarrolladas por rotación después de la exposición. Los campos de color (por ejemplo, rojo, verde y azul) del filtro (RGB) son elaborados uno después de otro. La luz con una longitud de onda en el intervalo de 400 y 700 nm es filtrada y cada longitud de onda que pasa por el filtro es colectada en una región diferente de píxeles sensibles a la luz. A parte de las ventajas ya mencionadas, otra ventaja es el hecho de que la eficiencia del sensor se puede incrementar con el uso de capas de metal como reflectores. Se puede diseñar un patrón de metalización especial el cual funciona como un reflector para re-dirigir-luz hacia las regiones de píxeles sensibles a la luz. Esto es de particular relevancia cuando la capa semiconductora es mucho más pequeña que la profundidad de absorción total de la luz visible. En ese caso, la luz que entra desde el lado-trasero es reflejada por el patrón de metalización dentro de las regiones de píxeles sensibles a la luz.
Las diferentes capas de metal de la metalización de múltiples niveles pueden ser utilizadas como reflectores para diferentes colores de luz. De esta forma diferentes colores son reflejados hacia diferentes regiones de píxeles sensibles a la luz. Se toman medidas especiales para aislar eléctricamente el área sensible a la luz de la capa semiconductora epitaxial acondicionada con las regiones de píxeles sensibles a la luz, del resto de la capa semiconductora epitaxial. Para este fin, el patrón de metalización incluye extensiones de área de conexión de diseño especial para efectuar contactos exteriores con el sensor de imagen. Los contactos exteriores con el sensor de imagen pueden realizarse ya sea desde el lado frontal o desde el lado-trasero. Cuando los contactos exteriores son realizados desde el lado trasero por medio de una abertura a través de la capa protectora y de la capa semiconductora hacia las extensiones de área de conexión, una ventaja es que la capa semiconductora es desplazada en la posición de la abertura. La abertura en la capa semiconductora funciona como una separación eléctrica entre diferentes microplaquetas. Otra ventaja de realizar el contacto eléctrico desde el lado-trasero (lado en donde entra la luz) , es que la microplaqueta puede ser conectada fácilmente con otros sustratos o ICs, por ejemplo por técnicas de conexión cableada o de conexión de chip- invertido. En la abertura se puede proporcionar un botón eléctricamente conductivo, el cual es colocado sobre las extensiones de área de conexión. El botón puede ser utilizado de forma conveniente en un proceso de botón-por-presión. Cuando los contactos exteriores son realizados desde el lado-frontal , la ventaja es que no existen contactos de metal que obstaculicen la luz, la cual entra desde el lado-trasero. En este caso se deberán realizar provisiones especiales para obtener un aislamiento eléctrico entre las diferentes microplaquetas. Esto se describe en las siguientes modalidades. Visto en proyección perpendicular, una primera parte de la capa semiconductora que cuenta con un traslape con las extensiones de área de conexión, es aislada eléctricamente de una segunda parte de la capa semiconductora que cuenta con las regiones de píxeles sensibles a la luz. El aislamiento entre la primera parte y la segunda parte de la capa semiconductora puede ser formado por un surco que se extiende a través de la totalidad de la capa semiconductora. El surco es llenado con un material aislante eléctrico. Alternativamente el aislamiento entre la primera parte y la segunda parte de la capa semiconductora se puede formar por un aislamiento por unión.
En una modalidad alternativa, la primera parte de la capa semiconductora debajo de las áreas de conexión es retirada, por ejemplo por ataque superficial. Con el propósito de contar con una superficie plana tanto como sea posible en el proceso de manufactura, la primera parte de la capa epitaxial semiconductora es retirada al final en el proceso, después de la manufactura de los filtros de color. Debido a que los filtros de color son hechos de un material fotorresistente , estas capas también pueden ser utilizadas como una mascara de ataque superficial para atacar superficialmen e la primera parte de la capa semiconductora debajo de las extensiones de área de conexión. El procesamiento del filtro de color ahora puede realizarse sobre una superficie plana, lo cual evita variaciones de espesor y en consecuencia los efectos de erosión-de-bordes posteriores en la imagen visible del sensor de imagen. En otra modalidad conveniente del método para retirar el silicón debajo de las extensiones de área de conexión, aun puede realizarse después de la manufactura de los filtros de color y de las microlentes. Después de depositar los filtros de color y los microlentes, una capa máscara de ataque superficial dura, tal como una capa de nitruro plasmático, es depositada sobre los microlentes.
De esta manera se forman las "microlentes sin espacios" .
Con esta capa adicional sobre la parte superior de las micro lentes, no existe un espacio entre estas lentes de manera que el área de las microlentes y el área de los píxeles es la misma. La máscara de ataque superficial dura es utilizada para atacar superficialmente la primera parte de la capa semiconductora debajo de las áreas de conexión con el propósito de aislar eléctricamente la región de sensamiento de la imagen del resto de la capa semiconductora. Es un objeto adicional de la invención proporcionar un sensor de imagen en el cual la eficiencia es mejorada y se reducen las variaciones de absorción. El objeto de conformidad con la invención se logra en la parte en que la luz que no es absorbida en la capa semiconductora es re-dirigida dentro de las regiones de píxeles sensibles a la luz mediante la reflexión de un patrón de metalización. Esto es de particular relevancia cuando el espesor de la capa semiconductora es mucho menor que la profundidad de absorción total de la luz visible. Con el propósito reducir pérdidas, la capa de metal que dirige luz hacia las regiones sensibles a la luz, refleja la luz que no es absorbida en la capa semiconductora y re-dirige la luz hacia las regiones de píxeles sensibles a la luz.
Preferiblemente, el patrón de metalización es un patrón de metalización de múltiples niveles, y diferentes colores de luz son reflejados hacia diferentes regiones de píxeles sensibles a la luz. La eficiencia del sensor puede ser incrementada con el uso de una metalización de múltiples de niveles en el cual las capas de metal funcionan como reflectores. En una modalidad conveniente el sensor de imagen comprende un patrón de metalización acondicionado sobre la primera superficie de la capa semiconductora. El patrón de metalización puede comprender extensiones de área de conexión. Un contacto exterior es arreglado al conectar las extensiones de área-de-conexión por medio de la abertura a través de la capa semiconductora y la capa protectora desde el lado-trasero (lado en donde entra la luz) . Un contacto eléctrico desde el lado-trasero es conveniente porque la microplaca se puede conectar fácilmente con otros sustratos o ICs, por ejemplo por la técnica de conexión por cable o de conexión de chip-invertido. En la abertura se puede acondicionar un botón eléctricamente conductivo o una conexión cableada, el cual se coloca sobre las extensiones de área de conexión. El botón puede ser utilizado convenientemente en un proceso botón-por-presión. BREVE DESCRIPCIÓN DE LAS FIGURAS Como la presente invención se puede poner en funcionamiento, ahora se describirá con referencia a las figuras esquemáticas anexas. Obviamente, numerosas variaciones y modificaciones se pueden realizar sin separarse del espíritu de la presente invención. Por lo tanto únicamente son ilustrativas y no tienen el objetivo de limitar el alcance de las reivindicaciones. Las características de la invención se comprenderán mejor con referencia a las figuras anexas, las cuales ilustran las modalidades preferidas de la invención a manera de ejemplo. En las Figuras : La Figura 1 muestra una representación esquemática de un sensor de imagen CMOS de conformidad con una modalidad de la invención. Un sustrato protector es adherido con goma al primer lado de la oblea. La Figura 2 muestra que el sustrato es retirado, con el uso de la capa de óxido incorporado (BOX) como una capa de detención de ataque superficial. Las Figura 3A y 3B muestran que el óxido de BOX y la capa-superior de Si epi son atacadas superficialmente en la posición de las extensiones de área de conexión. La Figura 4 muestra que los filtros de color y las micro lentes están acondicionadas sobre la capa de óxido incorporado (BOX) . La Figura 5 muestra que una segunda placa de vidrio es adherida con pegamento sobre los filtros de color y micro lentes .
Las Figuras 6 a 8 muestran que se realizan los contactos desde las extensiones de área de conexión hacia las bolas BGA. Las Figuras 7A-7B a 8A muestran una modalidad alternativa en la cual las extensiones de área de conexión son conectadas desde el lado-trasero. Las Figuras 9 y 10 muestran en una segunda modalidad el retiro del silicón debajo de las extensiones de área de conexión después de la manufacturación de los filtros de color. Las Figuras 11 y 12 muestran la transmitancia de dos diferentes filtros de color. Las Figuras 13 a 16 muestran en una tercera modalidad, el retiro del silicón debajo de las extensiones de área de conexión después de la manufactura de los filtros de color y las micro lentes. Las Figuras 17 a 21 muestran en una cuarta modalidad que el silicón debajo de las extensiones de área de conexión se encuentra aislado eléctricamente de la región de sensamiento de imagen por medio de una implantación tipo-n en la capa semiconductora debajo de los conductores. Las Figuras 22 a 28 muestran en una quinta modalidad que el silicón debajo de las extensiones de área de conexión se encuentra aislado eléctricamente de la región de sensamiento de imagen por medio de surcos profundos llenos con óxido dispuestos como un bucle cerrado alrededor de las extensiones de área de conexión. La Figura 29 muestra que los píxeles están separados por medio de los surcos profundos. La Figura 30 muestra en una sexta modalidad dos píxeles de sensor optimizados por dos diferentes longitudes de onda al seleccionar una capa diferente de metal. El uso de capas de metal de más alto nivel como reflectores provoca que diferentes colores sean absorbidos en diferentes ubicaciones. DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LA INVENCIÓN La presente invención se describirá con respecto a las modalidades particulares y con referencia a ciertas figuras, pero la invención no está limitada por las mismas, sino únicamente por las reivindicaciones. Las figuras descritas únicamente son esquemáticas y no son limitantes. Para fines ilustrativos, en las figuras, la dimensión de algunos de los elementos puede estar exagerada y no ser dibujadas a escala. Los términos superior, inferior, sobre, debajo, y similares en la descripción y en las reivindicaciones son utilizados para fines ilustrativos y no necesariamente para describir las posiciones relativas. Se debe comprender que los términos más usados son intercambiables bajo circunstancias apropiadas y que las modalidades de la invención aquí descrita tienen la capacidad de operar en otras orientaciones diferentes a las aquí descritas o ilustradas.
El material de partida es un silicón sobre una oblea aislante (SOI) 2 con un sustrato de silicón 8 y un espesor de óxido incorporado 9 (BOX) de 400 nm. La capa semiconductora epitaxial 10 es tipo-p con una concentración de dopante de 1015 at/cm3 (resistividad de 10 Ohm.cm) y tiene un espesor de 100 nm. La Figura 1 muestra esquemáticamente la manufactura del sensor de imagen 1 sobre la oblea SOI 2. En un primer paso, sobre la parte de arriba de la capa semiconductora epitaxial 10 de la oblea SOI, una capa de silicón 11 puede ser agrandada de forma epitaxial hasta un espesor total en el intervalo de 1 a 3 mieras. Para ser usado como un sensor de imagen, un arreglo de dos-dimensiones de elementos foto-sensibles 5 (diodos o transítores) es manufacturado en un proceso CMOS adaptado para formar imágenes. En la trayectoria de metalización se manufacturan extensiones de área de conexión especiales 16 para realizar un contacto entre la región de sensamiento de imagen y las áreas de conexión externas al final del proceso. Un sustrato protector 7 en la forma de una placa de vidrio es asegurado con una capa de adhesivo 24 sobre la primera superficie 3 de la oblea. En la Figura 2 el sustrato 8 de la oblea SOI es retirado mediante un pulido y un ataque superficial subsecuente con una solución de KOH. La proporción de ataque superficial del silicón con la solución de KOH es mucho mayor (típica 0.75 µm/min) que la proporción de ataque superficial del óxido de silicón (típica 1 nm/min) . Se puede obtener fácilmente una selectividad de 100. La capa de óxido incorporado 9 funciona como una capa de detención de ataque superficial. El sustrato protector 7 que se dirige hacia los sensores de imagen CMOS protege de que sea atacada la capa semiconductora. El sustrato de silicón 8 también puede ser retirado mediante un ataque superficial húmedo con una solución de una mezcla de HF/HN03 y subsecuentemente en una solución de KOH. Con el propósito de obtener un aislamiento eléctrico entre la capa semiconductora que comprende las regiones de píxeles fotosensibles (primera parte 20) y el resto de la capa semiconductora (segunda parte 21) , la segunda parte 21 de la capa semiconductora es retirada. Para este fin, en la Figura 3 la estructura completa de la Figura 2 es girada de arriba hacia abajo. Una máscara resistente 22 es acondicionada sobre la parte superior de la parte de sensamiento de imagen 20 en la Figura 3A. Las máscara resistente es utilizada para atacar superficialmente el óxido incorporado 9 (BOX) y la capa superior de Si epi 10 fuera de la parte de sensamiento de imagen 21, hasta arriba de las extensiones de área de conexión 16 (Figura 3B) . Aun cuando no se muestra en esta Figura, la capa de Si epi 10 también es retirada sobre los conductores (formando un contacto desde la extensión de área de conexión hacia las bolas BGA) y sobre las áreas de conexión . La máscara resistente 22 es retirada más adelante . Al terna t ivamente , e l óxido incorporado 9 puede ser at acado superf i c ialmente con e l uso de una máscara re s i s tente y l a capa de s i l i cón epi 10 puede ser at acada superf i cialmente con e l uso de una máscara dura de óxido . En la Figura 4 el óxido incorporado 9 (BOX) está acondicionado con filtros de color 12 y con microlentes (no se muestran en esta Figura) . Los filtros de color y microlentes son capas foto sensibles resistentes, las cuales se pueden acondicionar con técnicas fotográficas. Para la alineación de los campos de color 23 con los píxeles 5, pueden ser utilizadas las mismas marcas de alineación como las de los procesos estándar CMOS. Estas marcas de alineación son patrones grabados superficialmente en la capa de silicón epi. Debido a que el espesor de la capa-epi se encuentra en el intervalo de 1-3 µm, las marcas son fácilmente detectables por el fotorepetidor . Con el propósito de exponer la oblea desde el lado-trasero, son necesarias marcas especiales, las cuales son versiones en espejo de las marcas de alineación estándar.
En la Figura 5 una segunda placa de vidrio 25 es asegurada sobre el filtro de color 12 y las micro lentes con una segunda capa de adhesivo 26.
En la Figura 6 se proporciona una capa conforme a especificaciones 27. En la Figura 7 la oblea está escalonada. El escalón 28 termina en la capa de superior adhesivo 26. En la Figura 8 los conductores metálicos 29 y una máscara de soldadura son acondicionados. Las bolas BGA 30 son elaboradas . El proceso mostrado en las Figuras 6 a 8 se describe en el proceso de empaque de niveles de oblea descrito en la Patente Mundial W095/19645. En una modalidad alternativa mostrada en las Figuras 7A-7B a 8A, las extensiones de área de conexión son conectadas desde el lado-trasero. La segunda placa de vidrio 25 (cuenta con un espesor típico de 400 µm) está aserrada formando una abertura 50 justo arriba de las extensiones de área de conexión 16. La planicidad de la oblea y las tolerancias en el aserrado, vuelven muy difícil detenerlo exactamente sobre las capas de metal de las extensiones de área de conexión (ver Figura 7A) . Por lo tanto, el proceso de aserramiento puede ser detenido cuando existan solamente unas pocas mieras restantes entre la abertura 50 y las extensiones de área de conexión 16 (ver Figura 7B) . Subsecuentemente las pocas mieras restantes de vidrio son retiradas. Preferiblemente, se utiliza una técnica de ataque superficial seco, con el uso de, por ejemplo, un flúor que contiene gas. Para una conexión cableada, preferiblemente se utilizan las áreas de conexión más cerca de la capa semiconductora 10. Estos áreas de conexión más cercanos a la capa semiconductora son formados de una placa de metal espesa la cual es apropiada para conexiones cableadas 51 (ver Figura 8A) . En la abertura 50 un botón (por ejemplo, de Cu) puede ser colocado por botón-a-presión. El botón puede ser colocado sobre cada nivel de las áreas de conexión, porque un botón puede ser colocado sobre una capa de metal delgada. Preferiblemente el botón sobre sale de la superficie de la segunda placa de vidrio 25 para realizar fácilmente un contacto externo en un proceso botón-a-presión tal como una conexión de chip- invertido. En esta modalidad alternativa (Figuras 7A-7B a 8A) una conexión eléctrica es acondicionada desde el lado-trasero en donde entra la luz. Esto es contrario a las Figuras 7 a 8 en donde el contacto se realiza con bolas de soldadura desde el otro lado. En el proceso de montaje para los sensores de imagen, es importante que la conexión cableada o el botón-a-presión puedan producirse desde el lado en donde está ubicada el área activa del semiconductor. Por ejemplo cuando se produce una conexión microplaqueta con microplaqueta con una microplaqueta asistente o cuando se utiliza un proceso de conexión parecido a 12MC. En varios módulos una microplaqueta es montada al lado-trasero de un sustrato flexible con técnicas de conexión de chip- invertido. En tal caso los botones-a-presión deben ser acondicionados en el mismo lado en donde está ubicada el área activa del semiconductor. Ya en el extremo-frontal del proceso CMOS se deben tomar medidas especiales para la separación de los sensores de imagen posteriormente en el proceso. Los sensores de imagen pueden ser separados por el primer retiro de la capa semiconductora que rodea a los sensores de imagen 21 en un método descrito en la Patente Norteamericana US 6,177,295. Sin embargo este método no es apropiado para la manufactura de los sensores de imagen CMOS . Para un buen desempeño del sensor de imagen, el espesor de la capa-superior de silicón 10 se encuentra en el intervalo de 1-3 mieras (en lugar de las 100 nm en la Patente Norteamericana 6,177,295). Si se retira la capa semiconductora que rodea los dispositivos de sensamiento de imagen, se producirá una topografía de 1-3 mieras. Esta topografía puede provocar problemas posteriores en el proceso. No es posible manufacturar dispositivos de submicras en un proceso CMOS avanzado sobre las obleas con topografía de varias mieras.
En el método de conformidad con la invención, el silicón 21 debajo de las extensiones de área de conexión es atacado superficialmente en una etapa última del proceso. Una ventaja importante de este cambio hacia el final del procesamiento, es que el proceso CMOS avanzado de profundidad de sub-micras se puede realizar sobre una superficie plana de la oblea. Alternativamente al método como el mostrado en las Figuras 3A y 3B, en el cual el silicón debajo de las extensiones de área de conexión es atacado superficialmente antes de que los filtros de color sean manufacturados, la extracción del silicón 21 debajo de extensiones de área de conexión 16 se puede realizar después de la manufacturación de los filtros de color. La capa resistente transparente 31 es utilizada como una máscara de ataque superficial para atacar superficialmente la capa de óxido 9 y subsecuentemente la capa de silicón epi 10. Las Figuras 9 y 10 muestran esta segunda modalidad del método. Es bastante conveniente que el procesamiento del filtro de color 12 se pueda ser realizar sobre una superficie plana. Los campos de color 23 son manufacturadas mediante un revestimiento por rotación y un subsecuente desarrollo de la capa de color. Diferentes campos de color 23 son manufacturados uno después de otro y son alineados sobre el píxel 5.
Las Figuras 11 y 12 muestran el desempeño del filtro de color para la luz visible. Las transmisiones para el azul, verde y rojo son aproximadamente 80%, 80% y más de 90 % respectivamente. Este filtro RGB es aplicado en los teléfonos móviles y en las cámaras de navegación de Internet . La transmisiones para cian, magenta y marillo son de 80%, 90% y 95% respectivamente. Este Filtro CMY es aplicado en aplicaciones de video. Estas capas también pueden ser utilizadas como máscaras de ataque superficial, porque los filtros de color son fotoresistentes, para atacar superficialmente la capa de silicón de arriba debajo de las extensiones de área de conexión. La primera capa del proceso de color es una capa transparente 31 la cual está expuesta y se desarrolla abiertas en un área de las extensiones de área de conexión. Las capas de color y las microlentes están expuestas abiertas en la posición de las extensiones de área de conexión, por lo que la capa de óxido BOX 9 y peí 10 puede ser atacada superficialmente con el uso de un emparedado de color/micro lentes como una máscara de ataque superficial . Las Figuras 13 a 16 muestran una tercera modalidad conveniente del método en el cual el retiro del silicón debajo de las extensiones de área de conexión se puede realizar después de manufacturar los filtros de color y las microlentes 32. Esta modalidad tiene la ventaja de las microlentes "sin espacios" . Después de depositar los filtros de color 12 y las microlente 32, se deposita una capa de nitruro plasmático 33 (ver Figura 13) . De esta manera se forman las "microlentes sin-espacios" en la Figura 14. Las lentes sin esta extra capa tienen un espacio entre estas lentes, por lo que la superficie de las micro lentes es más pequeña que la superficie de píxeles y parte de la luz puede no entrar. Con esta capa adicional 33 sobre la parte superior de las micro lentes 32, no existe espacio por lo que el área de las microlentes y el área de los píxeles es la misma. Subsecuentemente se proporciona una fotoresistente 34. La resistencia por arriba de las extensiones de área de conexión 16 es expuesta y desarrolla abierta. Las capas de nitruro plasmático 33, de óxido BOX 9 y de silicón epitaxial 10 son atacadas superficialmente (ver Figura 15) . La capa resistente 34 sobre la parte superior de la capa de nitruro plasmático puede ser retirada selectivamente del nitruro plasmático por agotamiento en plasma que contiene oxigeno (ver Figura 16) . Alternativamente esta capa resistente transparente puede permanecer en el lugar. En comparación con la segunda modalidad, las ventajas de la tercera modalidad son: - La capa de color 12 y la capa de microlentes 32 son protegidas contra los pasos de ataque superficial por medio de la capa de nitruro plasmático 33 y la capa resistente 34. - Las microlentes sin-espacios 32 son obtenidas con una área de microlentes más grande. - En lugar de la capa de nitruro 33, de acuerdo a lo mencionado anteriormente, se pueden utilizar otros materiales tal como Al. Una ventaja adicional del Al es que puede funcionar como una escudo de luz. En las modalidades 4 y 5, el silicón 21 debajo de las extensiones de área de conexión 16 no se retira, pero está aislado eléctricamente de la región de sensamiento de imagen. Esto se puede realizar por medio de: - una implantación tipo-n 35 en la capa semiconductora debajo de los conductores (modalidad 4) . - los surcos 40 llenos con óxido dispuestos como un bucle cerrado alrededor de las extensiones de área de conexión (modalidad 5) . En la modalidad 4, la capa semiconductora epi acondicionada con las regiones de píxeles sensibles a la luz está aislada eléctricamente del resto de la capa semiconductora 21 en donde los conductores 29 serán posicionados . Este aislamiento se logra por medio de una implantación tipo-n. Con la ayuda de una máscara resistente, la capa superior epi es implementada en un área 35 en donde al final del proceso se realizarán los contactos entre los conductores 29 y las extensiones de área de conexión 16 (ver Figura 17, vista superior) . La implantación tipo-N (P, As) 37 se hace a alta energía (en el intervalo de MeV) a través de una máscara resistente 38. Una capa de óxido 39 protege las superficies (Figura 20) . Con el propósito de dopar el espesor completo de la capa epi, se realiza un templado a alta temperatura después del retiro de la capa resistente 38 (ver Fig. 21) . Al final del proceso, los conductores de metal 29 contactan al Si tipo-N 35 y por lo tanto se encuentran aislados eléctricamente de la capa semiconductora tipo-P 36 (ver Fig. 18, vista seccional-transversal paralela al escalonamiento 28, línea B-B', y la Figura 19, vista seccional transversal perpendicular al escalonamiento 28, línea A-A'). Una gran ventaja de este método es que no se introduce una topografía adicional sobre la oblea. En la modalidad 5, la capa de silicón en donde los conductores hacen contacto está aislada eléctricamente de la capa semiconductora con las regiones de píxeles sensibles a la luz por medio de un bucle 40 alrededor de las extensiones de área de conexión 16 (ver Figuras, 22, 23, 24) . El bucle es formado por los surcos atacados superficialmente 41 los cuales son llenados con material aislante eléctricamente como el óxido de silicón (ver Figuras 25 a 28) . Después de que los surcos son llenados con óxido, se ejecuta un aplanamiento del escalón. Alternativamente los surcos pueden ser llenados con un óxido delgado (térmico) y polisilicón. El polisilicón puede ser provisto en un proceso CVD. Existen varios métodos para manufacturar el bucle aislante. Una de las soluciones que más se distingue es combinar este escalón con la manufactura de un escalón aislante de surco poco profundo en el procesamiento CMOS. Justo como es el caso, en el procesamiento STI, los surcos son atacados superficialmente con el uso de un óxido 42 y una máscara dura de nitruro 43, son llenados con óxido 44 y aplanados . Sin embargo, estos surcos STI no son los suficientemente profundos para que se puedan aplicar. Se ha aplicado un ataque superficial de surco subsecuente para atacar superficialmente el surco a través de la totalidad del espesor de la capa epi (3 a 5 mieras) . La capa de óxido incorporado funciona como una capa de detención de ataque superficial. Las figuras 25 y 26 muestran respectivamente el ataque superficial del surco poco profundo 46 y el surco de extra profundidad 41. El llenado con material aislante y el escalón aplanado pueden ser combinados con el proceso estándar STI . Para este fin se deposita el material de llenado-de-espacios 44 (Figura 27) . Preferiblemente el ancho del surco profundo 41 es más pequeño que dos veces el espesor del óxido 44 que se debe depositar dentro del surco con el propósito de obtener un buen aplanado. Subsecuentemente la oblea se aplana por medio de un pulido químico mecánico (CMP) (Figura 28) . Alternativamente, los surcos pueden ser llenados con un óxido delgado (térmico) y polisilicón. El polisilicón puede ser provisto en un proceso CVD. Esta modalidad 5 tiene la ventaja de un solo escalón de extra máscara y la ventaja de que no se introduce una topología adicional en el proceso. Los píxeles de la parte de detección de imagen pueden ser separados uno de otro por medio de los surcos profundos 41. Esto se muestra esquemáticamente en la Figura 29. La luz entra por un filtro de color 23 dentro del área sensible a la luz de un píxel 5. La luz filtrada es convertida en una corriente eléctrica, generada en la capa de agotamiento de la unión pn. La capa de agotamiento de la unión pn puede tocar la superficie de la interface entre el BOX y la capa-epi o la pared-lateral de un surco profundo. También es posible que la capa de agotamiento sea ubicada en la materia prima de la capa-epi. Los surcos profundos para el aislamiento de píxeles pueden ser manufacturados al mismo tiempo que los surcos profundos los cuales son utilizado para el aislamiento eléctrico de la parte de sensamiento de imagen 20 del resto de la capa-epi 21. En una modalidad adicional conveniente, los surcos profundos no son llenados con un dieléctrico en esta etapa del proceso. Los surcos son llenados en una etapa posterior, en la cual se proporciona la capa aplanada (la capa resistente transparente de la modalidad 2) para el proceso de filtro de color. La ventaja de este método es que el procesamiento de extremo- frontal no se modifica y existen menos variaciones en el proceso de filtro de color. Una ventaja adicional de estos surcos profundos es que se pueden utilizar como marcas de alineación. Las marcas son utilizadas para alinear los filtros de color y las micro lentes sobre las regiones de píxeles sensibles de luz. Porque los surcos se extienden a través de la totalidad de la capa-epi, el escalonamiento puede detectar estos surcos muy bien en esta etapa del proceso. En los sensores de imagen iluminados de lado-trasero, la luz cae en, desde el lado-trasero 14 de la capa semiconductora 10. Antes de que entre dentro de las regiones de agotamiento de las uniones, las cuales forman las regiones de píxeles sensibles a la luz 5, la luz tiene que transmitirse a través de la capa semiconductora 10. La absorción de la luz visible en la capa semiconductora, antes de que entre en la región de agotamiento, puede ser reducida a cero. La región de agotamiento de uniones toca la capa óptica transparente en ese caso particular. Cuando el espesor de la capa semiconductora es mucho más pequeño que la profundidad de absorción total de luz visible, una cierta cantidad de luz se transmitirá a través de la capa semiconductora . Esta luz puede ser reflejada por un patrón de metalización 13, el cual funciona como un reflector. Para este fin, se diseñó un patrón un patrón de metalización especial en el trayecto de metalización CMOS. El patrón de metalización 13 está adaptado para funcionar como un reflector para re-dirigir la luz hacia las regiones de píxeles sensibles a la luz 5. Con el propósito de reducir pérdidas, la capa de metal que está dirigida hacia las regiones sensibles a la luz reflejan la luz que no es absorbida en la capa semiconductora y re-dirigen la luz hacia las regiones de píxeles sensibles a la luz. La eficiencia del sensor se puede incrementar con el uso una metalización de múltiples niveles en la cual las capas de metal funcionan como reflectores. La Figura 30 muestra dos píxeles de sensor optimizados para dos diferentes longitudes de onda al seleccionar una capa diferente de metal. La invención puede ser aplicada en áreas de aplicación de formación de imágenes CMOS, como son las cámaras de navegación en red y las cámaras de teléfono móvil, los PDAs (asistentes personales digitales) y los DSCs (las cámaras aun digitales) .
Se hace constar que con relación a esta fecha, el mejor método conocido por el solicitante para llevar a la práctica la citada invención, es el que resulta claro de la presente descripción de la invención.

Claims (18)

  1. REIVINDICACIONES Habiéndose descrito la invención como antecede, se reclama co o propiedad lo contenido en las siguientes reivindicaciones. 1. Un método para manufacturar un sensor de imagen iluminado, de lado-trasero, que comprende los pasos de: - iniciar con una oblea que tiene una primera y una segunda superficie, - proporcionar regiones de píxeles sensibles a la luz que se extienden dentro de la capa de la oblea desde la primera superficie, - asegurar la oblea sobre un sustrato protector de forma que la primera superficie está dirigida hacia el sustrato protector, - el método está caracterizado porque la oblea comprende un sustrato de un primer material con una capa transparente óptica y una capa de material semiconductor, en donde el sustrato es retirado selectivamente de la capa del material semiconductor con el uso de una capa transparente óptica como una capa de detención.
  2. 2. El método de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque la capa transparente óptica es una capa de óxido incorporado de una oblea SOI .
  3. 3. El método de conformidad con la reivindicación 2, caracterizado porque la capa semiconductora adicional se incrementa de forma epitaxial sobre la capa de material semiconductor, en el cual el espesor total de la capa semiconductora es menor de 5 mieras.
  4. 4. El método de conformidad con las reivindicaciones 1 ó 2, caracterizado porque se acondiciona un filtro de color sobre la capa óptica transparente.
  5. 5. El método de conformidad con las reivindicaciones 1-3, en el cual un patrón de metalización es provisto sobre el primer lado de la oblea antes de asegurar la oblea sobre un sustrato protector, caracterizado porque el patrón de metalización está diseñado de forma que la luz que entra desde el lado-trasero es reflejada por el patrón de metalización dentro de las regiones de píxeles sensibles a la luz .
  6. 6. El método de conformidad con la reivindicación 5, caracterizado porque el patrón de metalización es una metalización de múltiples niveles, en el cual los niveles de metal funcionan como reflectores por lo que diferentes colores son absorbidos en diferentes regiones de píxeles sensibles a la luz.
  7. 7. El método de conformidad con las reivindicaciones 1-3, en el cual un patrón de metalización es provisto sobre el primer lado de la oblea antes de asegurar la oblea sobre un sustrato protector, caracterizado porque se forma una abertura desde el lado-trasero para el patrón de metalización para realizar una conexión eléctrica externa.
  8. 8. El método de conformidad con la reivindicación 7, caracterizado porque un botón conductivo eléctricamente o una conexión cableada se forma dentro de la abertura.
  9. 9. El método de conformidad con las reivindicaciones 1 ó 2, caracterizado porque el patrón de metalización incluye extensiones de área de conexión en las cuales, vistas es una proyección perpendicular, una primera parte de la capa semiconductora que cuenta con un traslape con las extensiones de área de conexión, está aislada eléctricamente de una segunda parte de la capa semiconductora que cuenta con las regiones de píxeles sensibles a la luz.
  10. 10. El método de conformidad con la reivindicación 1 ó 2, caracterizado porque el aislamiento entre la primera parte y la segunda parte de la capa semiconductora está formado por un surco de aislamiento a través de la totalidad de la capa semiconductora.
  11. 11. El método de conformidad con las reivindicaciones 1 ó 2, caracterizado porque el aislamiento entre la primera parte y la segunda parte de la capa semiconductora está formado por un aislamiento por unión.
  12. 12. El método de conformidad con la reivindicación 9, caracterizado porque la primera parte de la capa semiconductora es retirada después de la manufactura del filtro de color.
  13. 13. El método de conformidad con las reivindicaciones 9 ó ll, caracterizado porque la primera parte de la capa semiconductora es retirada después de la manufactura de una microlente .
  14. 14. Un sensor de imagen que comprende una capa semiconductora que tiene una primera y una segunda superficie, la capa semiconductora que comprende regiones sensibles a la luz que se extienden dentro de la capa semiconductora desde la primera superficie, la segunda superficie de la capa semiconductora que cuenta con una capa óptica transparente, a través de la cual entra la luz a través de la capa semiconductora en las regiones de píxeles sensibles a la luz, la primera superficie de la capa semiconductora está dirigida hacia un sustrato protector, caracterizado porque existe un filtro de color en contacto directo con la capa transparente óptica.
  15. 15. Un sensor de imagen de conformidad con la reivindicación 14, caracterizado porque parte de la luz que no es absorbida en la capa semiconductora es re-dirigida dentro de las regiones de píxeles sensibles a la luz por medio de una reflexión de un patrón de metalización.
  16. 16. Un sensor de imagen de conformidad con la reivindicación 15, caracterizado porque el patrón de metalización es un patrón de metalización de múltiples niveles y diferentes colores de luz son reflejados por medio de lo diferentes niveles del metal hacia diferentes regiones de píxeles sensibles a la luz.
  17. 17. Un sensor de imagen de conformidad con la reivindicación 14, caracterizado porque un patrón de metalización provisto sobre la primera superficie de la capa semiconductora, es conectado por una abertura a través de la capa semiconductora y la capa protectora, para realizar una conexión eléctrica externa.
  18. 18. Un sensor de imagen de conformidad con la reivindicación 17, caracterizado porque un botón eléctricamente conductivo o una conexión cableada es formado dentro de la abertura .
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