TWI447903B - 製造光導管之方法 - Google Patents
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Description
本發明之具體實施例一般係相關於互補式金屬氧化物半導體(Complementary Metal-Oxide-Semiconductor,CMOS)之製造，且更具體地是相關於CMOS影像感測器之光導管的製造。
除非在此處另有說明，在此段落中所描述的內容並非為此申請案之申請專利範圍的先前技術，且在此段落中所包含之內容並非承認其為先前技術。
影像感測器在許多領域中皆已廣泛應用。CMOS影像感測器一般消耗較少電力，且成本亦低於電荷耦合元件(Charge-Coupled Device,CCD)影像感測器。隨著解析度增加，CMOS影像感測器中每一像素感測器的大小會縮小，每一像素感測器中的感光元件(例如光二極體)的大小亦會減少。當CMOS影像感測器變得更精細，由於堆疊高度與像素間距之長寬比的增加，每個像素感測器對像素靈敏度與角度反應之需要亦會增加。
為了增進像素感測器的光敏感性與角度響應，其中一種方法是在光二極體上製作光導管(Light Pipe,LP)。然而，傳統LP製程通常會導致CMOS感測器LP之深度變動與尺寸變異。藉由這些傳統製程來建置LP亦產生光敏感性不佳且角度響應不佳的低品質像素感測器。
本發明提供一種用於製造一光導管(Light Pipe,LP)之方法，包含建構一半導體結構，其具有在一光二極體區域上方之一蝕刻終止層以及在該蝕刻終止層上方之一第一介電層；在該第一介電層中蝕刻出一LP波錐；以及在到達及移除該蝕刻終止層時，停止該LP波錐之蝕刻。
本發明另提供一種用於製造一光導管之方法，包含在一半導體基板上沉積一光二極體區域；在該光二極體區域上沉積一第一介電層；在該第一介電層上沉積一蝕刻終止層；在該蝕刻終止層上沉積一第二介電層；執行一蝕刻程序，以在該第二介電層中蝕刻出一LP波錐；以及在確定該蝕刻程序移除了該LP波錐下方之該蝕刻終止層的一區段時，停止該蝕刻程序。
本發明另提供一種可傳送光線之半導體結構，包含一光二極體區域；一介電層，設置於該光二極體區域上；以及一光導管，設置於該介電層上，其中該介電層的厚度之控制係藉由在該介電層之頂部上形成一蝕刻終止層，且一旦在該光導管之底部上的該蝕刻終止層被一蝕刻程序移除時停止蝕刻該光導管之該蝕刻程序。
在以下的實施方式中，係參照形成為本說明書一部份的附屬圖式。在該等圖式中，除非於上下文中另有指明，類似的符號基本上視為類似的組件。在該等實施方式、圖式與申請專利範圍中所述之該等例示性具體實施例並非要限制本發明之範疇。可利用其它的具體實施例，並可在不背離此處所提出之標的的精神或範圍之前提下做出其它改變。由此處圖面中概略描述及例示之本發明的該等態樣可被配置、取代、組合及設計成多種不同的組態，而所有組態皆在此處被明確地考慮。
本發明除此之外，係指關於在一半導體基板上製造LP的方法與半導體結構。在整份說明書中，「光導管」一詞可廣義地代表在一像素感測器中一光二極體之上的一半導體結構。該LP與該光二極體為一像素感測器之一部份，可大為增加該像素感測器之感光度與角度反應。該光導管(LP)可由一LP波錐及LP填充材料形成。該LP波錐可廣義地代表一圓柱形「井」的側壁與底部。由該LP波錐的側壁與底部所環繞的該「井」中之未佔用空間，可稱之為「LP孔穴」。然後該LP孔穴可填入允許光子通過的LP填充材料。這種LP填充材料之一些特性可包括(但不限於)高光學穿透率、高折射係數或容易填充於縫隙內。一示例性LP填充材料可為矽酸鹽玻璃。在運作期間，光子在到達該光二極體之前可通過該LP波錐而被「導引」向下到達該LP波錐之底部。
在部分具體實施例中，可製造「所需之LP」以確保像素感測器具有所需之光敏感性與暗場(dark)性能。所需之LP之高度使其具有較佳角度響應。此外，所需之LP於其底部與下方之光二極體間可設置一介電層。該介電層之厚度能使光二極體具有較佳的暗場性能。所需高度與厚度的細節係進一步說明如下。
在整份說明書中，「半導體結構」一詞可廣義地代表基於一半導體製程所建構的一實體結構。例如，一製造程序可為光學與化學處理之一多重步驟順序。在該製程期間，可使用多種沉積與蝕刻作業在一半導體晶圓上逐層地製造不同的電子組件。該製程可沉積一層材料在其它材料之上，或自該半導體結構蝕刻掉材料。在整份說明書中，當第一層材料被沉積在第二層材料「之上」時，該第一層材料可直接位在該第二層上方，或可有額外的材料位在第一層與第二層之間。換言之，在該第二層材料被製造之後，在該第一層材料被沉積之前，可將額外的材料沉積在該第二層之上。
第一圖說明了由各種LP製程所產生之半導體結構的多個截面圖。在第一圖中，半導體結構110、120與130為這些LP製程的結果。半導體結構110繪示了一種具有淺波錐之示例LP，其具有不佳的光敏感性與不佳的角度響應。半導體結構120繪示了另一種具有深波錐之示例LP，其具有不佳的暗場性能。半導體結構130則繪示了一種示例的所需之LP。
為了建構半導體結構110，可在一半導體基板上(未示於第一圖中)沉積光二極體區域116，然後在光二極體區域116之上沉積一層或多層的介電層115。在一些具體實施例中，一條或多條金屬線113可形成在介電層115之上或在其間，而其它介電層115可形成在金屬線113之上。在沉積介電層115至所需厚度之後，半導體結構110即可用於製造LP波錐112。
在一些具體實施例中，可在一蝕刻製程期間自介電層115中蝕刻出LP波錐112。該蝕刻程序可自介電層115移除該介電材料，進而在半導體結構110中形成一圓柱型孔穴，其橫截面圖由LP波錐112來表示。在LP波錐112形成之後，額外的LP填充材料111可被沉積來填滿由該LP蝕刻製程所產生的該孔穴。在一些具體實施例中，由LP波錐112之孔穴及側壁以及LP填充材料111所形成的該半導體結構可視為一LP。前述LP製程的結果即為半導體結構110、120或130。
在一些具體實施例中，光二極體區域116在當一光子直接撞擊到其表面時即可產生一電子信號。例如，該光子在撞擊光二極體區域116之前，可能會通過LP填充材料111和介電層115。另一方面，當一光子以一角度沿著原始光子行進路徑117朝向半導體結構110行進時，該光子不會撞擊光二極體區域116。然而，由於有LP波錐112之故，沿著原始光子行進路徑117通過LP填充物111之光子反而會擊中LP波錐112的側壁，而LP波錐112的側壁即沿著一反射光子行進路徑118反射光子，並將光子「引導」向光二極體區域116。這使得光二極體區域116可感測到起初未向光二極體區域116運行之光子。如其所示，LP能大量提昇光二極體區域116的光敏感性與角度響應。
在一些具體實施例中，在LP製程期間可能難以控制LP蝕刻製程。換言之，該LP製造程序可能過早地停止LP波錐112的蝕刻，造成LP波錐112之深度不足且介電層115之厚度114偏離預定值(例如比約1.3微米(μm)更厚)。在此情況中，淺LP波錐112具有比正常的LP波錐短之側壁與較窄開口。因此，淺LP波錐112收集及反射至光二極體區域116的光子數目較少。
在蝕刻光導管波錐122之前，半導體結構120係以類似於半導體結構110者加以製備。在部分具體實施例中，LP製程可能會從介電層124移除了過多的介電材料，而在光二極體區域125上方留下非常薄(例如比約0.3微米更薄)或甚至不留下介電層，如半導體結構120所示。在此情況中，光導管波錐122會具有較長的側壁與較寬的開口，使得可有更多的光子被引導至光二極體區域125，因此光二極體區域125會具有良好的光敏感性。然而，這種方式會使光二極體區域125暴露至蝕刻程序，因此會破壞光二極體區域。此外，LP過度靠近光二極體表面也會導致熱像素或暗場電流。
與深LP波錐有關的另一個問題是，後續的LP孔穴填充作業會產生不平坦的LP上表面(126)。LP孔穴填充作業係假設LP波錐的深度為一特定程度。當LP波錐122比該假設深度更深時，LP填充材料121的量便變成不充足，因此會在LP填充物121的頂部留下不平坦表面。此外，深蝕刻會導致較寬的LP波錐122。在此情況中，金屬線123(其應由介電層124所圍繞)會因此接觸或破壞LP波錐122的側壁，進而「暴露」於LP波錐122中。因此，LP波錐122被影響的側壁會具有不良的光反射性。暴露的金屬線123也會影響半導體結構120的運作。
在部分具體實施例中，LP製程可產生所需之LP波錐132，其具有良好的光敏感性與角度響應，以及輕微的光二極體破壞與良好的暗場性能，如半導體結構130所示。所需之LP波錐132具有足夠的高度137，其對應於足夠的LP側壁長度與所需大小之LP開口。此外，在LP波錐132的底部與光二極體區域135上方會有一介電層134，其具有一所需厚度136。此外，在半導體結構130的頂部處並不會因LP填充材料131的量不充足而產生的不平坦表面，且金屬線133可因介電層134而受良好絕緣。
第二圖繪示了在根據本發明示例具體實施例之LP製程期間所產生之半導體結構的多個截面圖。在第二圖中，半導體結構210係根據一組製造步驟而形成。半導體結構210係經進一步之沉積與蝕刻製造步驟，以產生半導體結構220、230與240。在部分具體實施例中，光二極體區域212係形成於半導體基板213的頂部上方。半導體基板213是矽晶圓的一部分，其係利用矽或鍺等半導體材料而形成。基板213層並未顯示於後續的半導體結構220、230與240中。
光二極體區域212係沉積於基板213的表面上方或經蝕刻且形成在基板213的表面下方。或者是，光二極體區域212係形成於其他半導體結構上或上方。在形成光二極體區域212之後，可於光二極體區域212上方沉積一介電層211。在部分具體實施例中，介電層可包含電絕緣材料，例如層間金屬介電質(Inter-Metal Dielectric,IMD)或氧化矽。介電層211的厚度214可控制為和所需之LP波錐的底部處之介電層厚度相符，如第一圖中厚度136所示。
在部分具體實施例中，在介電質沉積程序期間可經由控制在光二極體區域212上方沉積介電材料之速度和時間來調整厚度214。在介電質沉積程序之後，可在介電層211的表面進行化學機械拋光(Chemical Mechanical Polishing,CMP)以使厚度214降低至所需大小。在部分具體實施例中，所需厚度214係介於約0.3微米至約1.3微米之間，以使半導體結構210可提供所需之光敏感性與暗場性能。當厚度214減少至約0.3微米或以下、或是至約1.3微米或以上時，半導體結構210可提供良好的光敏感性或良好的暗場性能，但無法兩者兼具。在一示範具體實施例中，當厚度214為約0.6微米時，不管介電層211上方之頂部結構為何，後續所建構之像素感測器都可具有所需之光敏感性與暗場性能組合。
然後，在介電層211之頂部上形成一條或多條金屬線211，以產生半導體結構220。在部分具體實施例中，金屬線221係使用銅、鋁或其他導電金屬。在下一步驟中，可於介電層211與金屬線221的頂部上形成氮化矽層231。氮化矽層231係利用化學氣相沉積技術而形成。此步驟的結果係藉由半導體結構230加以說明。在部分具體實施例中，氮化矽層231係作為後續蝕刻程序之蝕刻終止層之用。或者是，也可使用其他類型的材料(例如氮氧化物)來建構蝕刻終止層。此外，其他材料也可作為蝕刻終止層，只要這種材料相較於介電層211及/或241中所使用之材料具有蝕刻選擇性即可。蝕刻選擇性係指在蝕刻第二材料時偵測到一第一材料，該第二材料的蝕刻並不影響該第一材料。氮化矽層231也可作為金屬線221之保護層。換言之，覆蓋金屬線221之頂部與側部之氮化矽層231可避免過度蝕刻而暴露或破壞金屬線221。
在部分具體實施例中，一層或多層介電層241及/或一條或多條金屬線242係形成於介電層211上方。如半導體結構240所示，第一金屬層247係形成在介電層211的頂部上。若在於第一金屬層247上方並無其他金屬線，則此半導體結構240係稱為一種單一金屬像素結構。接著拋光此第一金屬層247以形成一平坦表面，而金屬線242係形成於其上。然後，沉積另一層介電材料以覆蓋金屬線242，並進行另一拋光程序以確保半導體結構240具有平坦的頂部表面。由於半導體結構240中有兩層金屬線(例如金屬線221與金屬線242)，具有第一金屬層247與第二金屬層246(不具第三金屬層245)之半導體結構240係稱為雙層金屬像素結構。此外，可形成其他金屬線(例如金屬線244)作為在第二金屬層246上方之第三金屬層245的一部分，以形成三層或多層金屬像素結構。
在部分具體實施例中，化學與機械拋光程序可調整多重介電層241與氮化矽層231的高度(243)至足以供後續建構一所需LP之大小，如第一圖之足夠高度137所示。對於一示例雙層金屬像素結構而言，足夠的高度243係介於約0.5微米至約1.5微米之間。在一示範實施中，當高度243為或約為1.2微米時，後續所建構之像素感測器係具有一所需之光敏感性與角度響應。對於一示例三層金屬像素結構而言，足夠的高度243係介於約1.5微米至約2.2微米之間，而一所需高度大小為或約為2.2微米。
在部分具體實施例中，一半導體結構(例如半導體結構240)中之所需LP係具有約為二至四倍厚度214之高度243。
第三圖繪示了根據本發明示例具體實施例之LP製程期間持續產生的半導體結構之多個截面圖。半導體結構310、320與330係基於經由第二圖中所示製程所建構之雙層金屬像素結構所建置。在部分具體實施例中，蝕刻程序係自介電層241移除了部分介電材料。蝕刻程序係利用光微影方法來將蝕刻操作導向介電層241上的一特定區域。舉例而言，當使用一濕蝕刻方法時，係於介電層241上方形成其他光阻圖樣(未示於第三圖中)，以作為阻擋遮罩。當蝕刻程序為非等向性時，代表蝕刻清除材料的速率在不同方向上並不相同，蝕刻程序的結果係具有角錐狀斜率與邊緣，如半導體結構310之LP孔穴311所示。在部分具體實施例中，乾蝕刻程序係使用電漿轟擊以移除介電材料。而所產生的LP孔穴311係具有接近垂直之側壁。乾蝕刻程序係將能量導向介電層241的一限定區域，並產生足以移除介電材料和產生LP孔穴311之壓力。
在部分具體實施例中，上述蝕刻程序係經控制以確保一旦移除氮化矽層231時，其即停止進一步蝕刻至半導體結構310中。氮化矽層231(其係作為蝕刻終止層)可使氮化矽層231上方的介電材料241完全被移除。就在蝕刻程序進行到氮化矽層231時，其係於移除氮化矽層231時即終止，進而保留在氮化矽層231下方的介電層211。
在部分具體實施例中，當介電層241為氧化矽時，蝕刻程序係經微調以選擇性蝕刻氧化矽而非氮化矽。因此，當蝕刻程序到達氮化矽層231時，蝕刻設備會偵測到氮化矽之化學特性相異於氧化矽，並停止進一步蝕刻氧化矽。然後，蝕刻設備會切換至可選擇性蝕刻氮化矽或氮氧化矽(而非氧化矽)之蝕刻氣體。同樣地，一旦蝕刻設備偵測到氧化矽，其表示氮化矽層231係已移除且到達了介電層211。此時蝕刻程序會被停止，如此不會影響介電層211之材料。因此，在蝕刻程序完成之後，所產生的LP孔穴311係具有足夠高度312，其可提供良好的角度響應與光敏感性。同時，剩餘之介電層211的厚度313也使LP與光二極體區域212間具有安全的底部距離。此外，足夠的介電層211藉由降低暗場電流而提供了良好的暗場性能，並使蝕刻程序期間所產生的熱像素破壞降至最低。
在部分具體實施例中，氮化矽231層提供了金屬線221周圍之保護層；亦即，氮化矽231係作為蝕刻終止層之用，以避免蝕刻程序影響金屬線221。因此，靠近LP孔穴311的金屬線221並不會因過度蝕刻而暴露。
在下一製造步驟中，可將一填充材料填入LP孔穴311，並形成一LP填充物321。在部分具體實施例中，填充材料係為一透明材料，使光子可通過並撞擊光二極體區域212。在部分具體實施例中，填充材料係為矽酸鹽玻璃。一旦填入，LP填充物321與LP側壁322係被視為LP波錐。LP波錐與光二極體區域212係作為CMOS感測器之像素感測器的一部分。
為達所需性能，填充材料的折射率係高於介電層241的折射率。當光子從一第一媒介運行至一第二媒介，並擊中媒介邊界時，第一媒介相較於第二媒介之折射率越高，則光子在媒介邊界處反射的角度越低。因此，當光子向光導管側壁322運行(323)時，由於LP填充物321與介電材料241之間折射率的差異，光子會光導管側壁322反射而到達光二極體區域212處。換言之，兩材料(LP填充物321與介電質241)之間的折射率差異越大，則有越多的光子會被光導管側壁322反射並被導向光二極體區域212。
在部分具體實施例中，可依據LP填充物321之折射率來選擇用於形成介電層211之材料，以確保有更多抵達介電層211的光子可被折射至介電層211中，而非被反射回LP填充物321與介電層211之間的邊界處。因此，LP波錐所收集之光子可通過介電層211並抵達光二極體區域212。
在部分具體實施例中，可為不同目的而於光二極體區域212上方沉積其他層。如半導體結構330所示，在製程早期可於介電層211下方與光二極體區域212上方沉積一抗反射層331。在其他具體實施例中，可在形成金屬線221之前沉積氮化矽層231。在此情況中，氮化矽層231仍用來終止蝕刻，但可能無法在蝕刻程序期間保護金屬線221使其不致暴露於LP孔穴311。
第四圖繪示了用於在半導體基板上製造所需LP的程序401之示範具體實施例流程圖。程序401提出了各種功能性方塊或動作，其係以可由硬體、軟體及/或韌體所執行之處理步驟、功能操作、事件及/或動作進行描述。該領域技術人士基於本發明可知亦可以各種實施方式來實行對第四圖中所示功能性方塊進行之諸多替代修飾。
該領域技術人士應知，對於本發明所揭露之程序與方法，以及其他程序與方法而言，該等程序與方法中所執行的功能係可以不同次序實施。此外，所列述之步驟與操作僅作為示例之用，其中部分步驟與操作可視需要而行、可組合為更少的步驟與操作、或擴充為其他步驟與操作，其皆不脫離本發明具體實施例之基本精神。同時，也可以並行方式來執行一或多個所列述步驟與操作。
在方塊410中，可於一半導體基板上沉積光二極體區域，其為CMOS影像感測器之像素感測器的一部分。在方塊420中，可在光二極體區域上方沉積一第一介電層，製程可控制介電材料的沉積以確保第一介電層具有足夠厚度。此足夠厚度可使後續產生的LP波錐具有所需性能。
在方塊430中，可於第一介電層上形成一條或多條金屬線。在部分具體實施例中，此操作是視需要而行，因為金屬線並非LP波錐之必要元件。在方塊440中，蝕刻終止層係沉積於第一介電層上方。在部分具體實施例中，蝕刻終止層係利用氮化矽作為蝕刻終止材料。蝕刻終止層係沉積於方塊430所形成之金屬線上。在此情況中，蝕刻終止層亦能阻止後續的蝕刻程序破壞金屬線或使金屬線暴露於LP波錐中。
在方塊450中，可於蝕刻終止層上方沉積一第二介電層。在部分具體實施例中，第二介電層可使用與第一介電層相同或不同的材料。舉例而言，第一與第二介電層可具有不同的折射率。此外，也可在蝕刻終止層上沉積其他的介電層與金屬線。然後，利用化學機械拋光技術來拋光第二介電層。在部分具體實施例中，第二介電層具有所需LP之高度。
在方塊460中，可執行蝕刻程序以於藉由方塊410-450之操作所建置的半導體結構上蝕刻出一LP波錐。蝕刻程序可利用乾蝕刻或濕蝕刻來移除第二介電層中的介電材料。蝕刻程序可產生LP波錐之傾斜或垂直側壁，留下一LP孔穴。在方塊470中，蝕刻程序確定移除了蝕刻終止層上方的介電材料，且在移除LP波錐底部處之蝕刻終止層時即停止蝕刻程序。因此蝕刻程序可暴露第一介電層但不使其薄化。由於第一介電層具有適合所需LP之所需底部厚度，暴露的第一介電層係成為所需LP之後續建構的基礎。
在方塊480中，可將特定類型之LP填充物填入LP波錐。在部分具體實施例中，LP填充物係為具有高折射率之透明材料。在進一步拋光以移除過剩的LP填充材料之後，其結果為具有所需光敏感性與暗場性能之所需LP。
因此，上述已說明了建構光導管的方法與系統。雖然本發明係參照特定示範具體實施例而說明，然應知本發明並不限於所述之具體實施例，其也可在如附申請專利範圍的精神與範疇內進行修飾與調整。因此，本發明之說明書與圖式僅為描述之用，而非用於限制之用。
110．．．半導體結構
111．．．LP填充物
112．．．LP波錐
113．．．金屬線
114．．．厚度
115．．．介電層
116．．．光二極體區域
117．．．原始光子行進路徑
118．．．反射光子行進路徑
120．．．半導體結構
121．．．LP填充材料
122．．．LP波錐
123．．．金屬線
124．．．介電層
125．．．光二極體區域
126．．．LP上表面
130．．．半導體結構
131．．．LP填充材料
132．．．LP波錐
133．．．金屬線
134．．．介電層
135．．．光二極體區域
136．．．厚度
137．．．高度
211．．．介電層
210．．．半導體結構
410～480．．．方塊
212．．．光二極體區域
213．．．基板
214．．．厚度
220．．．半導體結構
221．．．金屬線
230．．．半導體結構
231．．．氮化矽層
240．．．半導體結構
241．．．介電層
242．．．金屬線
243．．．高度
244．．．金屬線
245．．．第三金屬層
246．．．第二金屬層
247．．．第一金屬層
310．．．半導體結構
311．．．LP孔穴
312．．．高度
313．．．高度
320．．．半導體結構
321．．．LP填充物
322．．．LP側壁
323．．．光子路徑
330．．．半導體結構
331．．．抗反射層
401．．．程序
第一圖繪示了由各種LP製程所產生之半導體結構的多個截面圖；
第二圖繪示了在一LP製程期間所製造之半導體結構的多個截面圖；
第三圖繪示了持續在該LP製程期間所製造之半導體結構的多個截面圖；以及
第四圖說明了在一半導體基板上製造一LP之程序的示例具體實施例流程圖。
Claims (15)
- 一種用於製造一光導管(Light Pipe,LP)之方法，包含：建構一半導體結構，其具有在一光二極體區域上方之一蝕刻終止層以及在該蝕刻終止層上方之一第一介電層，其中，該蝕刻終止層係以蝕刻選擇性材料所製成，並被用來防止沉積在該蝕刻終止層下方之材料被蝕刻；在該第一介電層中蝕刻出一LP波錐；以及在到達及移除該蝕刻終止層時，停止該LP波錐之蝕刻。
- 如申請專利範圍第1項所述之方法，更包含：將LP填充材料填入該LP波錐中。
- 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中所述建構該半導體結構更包含：在該光二極體區域上方與該蝕刻終止層下方沉積一第二介電層，其中該第二介電層之厚度對應於自該LP波錐至該光二極體區域之一預定底部厚度。
- 如申請專利範圍第3項所述之方法，其中所述建構該半導體結構更包含：於該第二介電層上方與該蝕刻終止層下方沉積一金屬線，其中該蝕刻終止層覆蓋該金屬線的頂部與側部。
- 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中該蝕刻終止層係利用氮化矽(Silicon Nitride,SiN)所形成。
- 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中該第一介電層係利用金屬層間介電質(Inter Metal Dielectric,IMD)所形成。
- 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中所述在該第一介電層中蝕刻出該LP波錐係利用一乾蝕刻程序。
- 一種用於製造一光導管(Light Pipe,LP)之方法，包含：在一半導體基板上沉積一光二極體區域；在該光二極體區域上沉積一第一介電層；在該第一介電層上沉積一蝕刻終止層，其中，該蝕刻終止層係以蝕刻選擇性材料所製成，並被用來防止沉積在該蝕刻終止層下方之材料被蝕刻；在該蝕刻終止層上沉積一第二介電層；執行一蝕刻程序，以在該第二介電層中蝕刻出一LP波錐；以及在確定該蝕刻程序移除了該LP波錐下方之該蝕刻終止層的一區段時，停止該蝕刻程序。
- 如申請專利範圍第8項所述之方法，更包含：將LP填充材料填入該LP波錐中，其中該LP填充材料之折射率係高於該第二介電層之折射率。
- 如申請專利範圍第8項所述之方法，更包含：在該光二極體區域上方沉積一抗反射層，其中該第一介電層係沉積於該抗反射層上。
- 如申請專利範圍第8項所述之方法，其中該第一介電層之厚度係介於約0.3微米至約1.3微米間。
- 如申請專利範圍第8項所述之方法，其中該第一介電層之厚度係實質上等於0.6微米。
- 如申請專利範圍第8項所述所述之方法，其中該第二介電層與該蝕刻終止層之高度係介於約1.5微米至約2.2微米之 間。
- 如申請專利範圍第8項所述之方法，其中具有兩金屬線之該第二介電層與該蝕刻終止層之高度係實質上等於1.2微米。
- 如申請專利範圍第8項所述之方法，其中具有三金屬線之該第二介電層與該蝕刻終止層之高度係實質上等於2.2微米。
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| US8274039B2 (en) | 2008-11-13 | 2012-09-25 | Zena Technologies, Inc. | Vertical waveguides with various functionality on integrated circuits |
| US8866065B2 (en) | 2010-12-13 | 2014-10-21 | Zena Technologies, Inc. | Nanowire arrays comprising fluorescent nanowires |
| US8229255B2 (en) | 2008-09-04 | 2012-07-24 | Zena Technologies, Inc. | Optical waveguides in image sensors |
| US9000353B2 (en) | 2010-06-22 | 2015-04-07 | President And Fellows Of Harvard College | Light absorption and filtering properties of vertically oriented semiconductor nano wires |
| US8507840B2 (en) | 2010-12-21 | 2013-08-13 | Zena Technologies, Inc. | Vertically structured passive pixel arrays and methods for fabricating the same |
| US8835831B2 (en) | 2010-06-22 | 2014-09-16 | Zena Technologies, Inc. | Polarized light detecting device and fabrication methods of the same |
| US8791470B2 (en) | 2009-10-05 | 2014-07-29 | Zena Technologies, Inc. | Nano structured LEDs |
| US8269985B2 (en) | 2009-05-26 | 2012-09-18 | Zena Technologies, Inc. | Determination of optimal diameters for nanowires |
| US9343490B2 (en) | 2013-08-09 | 2016-05-17 | Zena Technologies, Inc. | Nanowire structured color filter arrays and fabrication method of the same |
| US8889455B2 (en) | 2009-12-08 | 2014-11-18 | Zena Technologies, Inc. | Manufacturing nanowire photo-detector grown on a back-side illuminated image sensor |
| US9082673B2 (en) | 2009-10-05 | 2015-07-14 | Zena Technologies, Inc. | Passivated upstanding nanostructures and methods of making the same |
| US8324010B2 (en) | 2010-06-29 | 2012-12-04 | Himax Imaging, Inc. | Light pipe etch control for CMOS fabrication |
| US20120018831A1 (en) * | 2010-07-20 | 2012-01-26 | Himax Imaging, Inc. | Light pipe fabrication with improved sensitivity |
| US10854658B2 (en) | 2018-07-16 | 2020-12-01 | Taiwan Semiconductor Manufacturing Company, Ltd. | Image sensor with sidewall protection and method of making same |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20090090989A1 (en) * | 2007-10-04 | 2009-04-09 | Chang Hun Han | Image Sensor and Method of Manufacturing the Same |
| US20090159944A1 (en) * | 2005-03-30 | 2009-06-25 | Tae-Seok Oh | Image sensor and method of manufacturing the same |
Family Cites Families (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| TW347597B (en) | 1994-01-31 | 1998-12-11 | Mitsubishi Chem Corp | Method of forming a groove in a semiconductor laser diode and a semiconductor laser diode |
| JP2003240997A (ja) | 2002-02-21 | 2003-08-27 | Fujitsu Ltd | 空間反射型構造を有する光集積回路の製造方法 |
| JP4723860B2 (ja) | 2002-12-09 | 2011-07-13 | クォンタム セミコンダクター リミテッド ライアビリティ カンパニー | Ｃｍｏｓ画像センサー |
| US7777265B2 (en) | 2003-02-24 | 2010-08-17 | Samsung Electronics Co., Ltd. | Semiconductor device having contact barrier and method of manufacturing the same |
| US7524694B2 (en) | 2005-12-16 | 2009-04-28 | International Business Machines Corporation | Funneled light pipe for pixel sensors |
| US20070187787A1 (en) | 2006-02-16 | 2007-08-16 | Ackerson Kristin M | Pixel sensor structure including light pipe and method for fabrication thereof |
| KR100723532B1 (ko) | 2006-06-19 | 2007-05-30 | 삼성전자주식회사 | 도전성 범프 형성용 몰드, 그 몰드 제조방법, 및 그몰드를 이용한 웨이퍼에 범프 형성방법 |
| US8138002B2 (en) | 2008-08-21 | 2012-03-20 | Sony Corporation | Semiconductor light-emitting element, fabrication method thereof, convex part formed on backing, and convex part formation method for backing |
| US8274039B2 (en) | 2008-11-13 | 2012-09-25 | Zena Technologies, Inc. | Vertical waveguides with various functionality on integrated circuits |
| US8324010B2 (en) | 2010-06-29 | 2012-12-04 | Himax Imaging, Inc. | Light pipe etch control for CMOS fabrication |
-
2010
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-
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-
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Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20090159944A1 (en) * | 2005-03-30 | 2009-06-25 | Tae-Seok Oh | Image sensor and method of manufacturing the same |
| US20090090989A1 (en) * | 2007-10-04 | 2009-04-09 | Chang Hun Han | Image Sensor and Method of Manufacturing the Same |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
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| US8324010B2 (en) | 2012-12-04 |
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