[發明專利]用于圖像傳感器的光導陣列

有效

• 申請號: 201410710878.4
• 申請日: 2009-07-02
• 公開（公告）號: CN104538415B
• 公開（公告）日: 2017-12-26
• 發明（設計）人: 鄭蒼隆;坦·特龍多
• 申請（專利權）人: 坎德拉微系統(S)私人有限公司;鄭蒼隆
• 主分類號: H01L27/146
• 分類號: H01L27/146
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司72001
• 代理人: 張濤,劉春元

本申請為申請號200980160236.9、申請日2009年7月2日的同名稱發明的分案申請。

技術領域

本發明主要內容大體上涉及用于制造固態圖像傳感器的結構與方法。

背景技術

攝影設備（例如數字相機與數字攝錄像機）可含有電子圖像傳感器，它們會捉取光以處理成靜態或視頻圖像。電子圖像傳感器通常含有數百萬個光捉取組件，例如光二極管。

固態圖像傳感器可為電荷耦合裝置（CCD）型或互補金屬氧化物半導體（CMOS）型。在任一類型的圖像傳感器中，光傳感器會形成在襯底中且以二維陣列來排列。圖像傳感器通常含有數百萬個像素，用以提供高分辨率圖像。

圖1A所示的是現有技術固態圖像傳感器1的剖面圖，圖中在CMOS型傳感器中顯示多個相鄰像素，其揭露于美國專利案7,119,319號。每一個像素具有一光電轉換單元2。每一個轉換單元2位于傳輸電極3鄰近處，其會將電荷傳輸到浮動擴散單元（未顯示）。該結構包含埋置在絕緣層5中的多條電線4。該傳感器通常包含位于彩色濾光片8下方的平坦化層6，用以補償因該等電線4所導致的頂表面不平整，因為平坦表面對借光刻來進行的常規彩色濾光片構成方式來說相當重要。第二平坦化層10被設置在該彩色濾光片8上方，用以提供平坦表面來形成微透鏡9。平坦化層6與10加上彩色濾光片8的總厚度約為2.0um。

光導7被集成到該傳感器中，以便將光引導到該等轉換單元2上。該等光導7由折射率高于絕緣層5的氮化硅的材料構成。各光導7均具有比該等轉換單元2旁邊的區域還寬的入口。傳感器1還可具有彩色濾光片8與微透鏡9。

微透鏡9將光聚焦在光電轉換單元2上。如圖1B中所示，由于光學衍射的關系，微透鏡9可造成衍射光，傳導到附近的光電轉換單元2并且產生光學串擾（crosstalk）與光損。當彩色濾光片的上方或下方有平坦化層時，會讓該微透鏡定位在較遠離該光導處，串擾的數量便會增加。藉由通過平坦化層（彩色濾光片的上方或下方）或彩色濾光片的側壁，光可串擾到鄰近的像素中。金屬屏蔽有時候會被集成到該等像素中，用以阻擋串擾光。此外，微透鏡、彩色濾光片、以及光導之間的對準誤差也會造成串擾。雖然可改變微透鏡的形成、尺寸、以及形狀以降低串擾。不過，其必須增加精密微透鏡形成工藝的額外成本，串擾卻仍無法消除。

來自襯底界面處的圖像傳感器的向后反射是造成光接收損失的另一項問題。如圖1A中所示，光導會與硅直接接觸。此界面可能會造成遠離該傳感器的非所期望的向后反射。用于圖像傳感器的常規抗反射結構包含在該硅襯底上方直接插入氧化物加氮化物雙層膜堆疊（oxide-plus-nitride dual-layer film stack）、或是具有不同氮氧比例的氮氧化物層，不過僅能減少該硅襯底與高氧化物絕緣體之間的反射。當該界面為硅襯底與氮化物光導時，此方式便不適用。

發明內容

一種圖像傳感器像素，其包含一由一襯底支撐的光電轉換單元以及一位于該襯底鄰近的絕緣體。該像素可具有一串聯式光導，其中該串聯式光導的一部分位于該絕緣體內，而另一部分在該絕緣體上方延伸。該串聯式光導可包含一自動對準彩色濾光片，其在相鄰彩色濾光片之間具有氣隙。可借由透明密封膜自上方密封氣隙。所述透明密封膜可具有在氣隙上方的凹入表面以使光發散遠離氣隙而進入相鄰彩色濾光片。該像素可在該襯底與該串聯式光導之間具有一抗反射堆疊。

附圖說明

圖1A為顯示現有技術的兩個圖像傳感器像素的示意圖；

圖1B為顯示現有技術的相鄰像素之間的光串擾的示意圖；

圖2為顯示本發明的一實施例的兩個像素的示意圖；

圖3A為顯示沿著兩個彩色濾光片之間的間隙前進的光的示意圖；

圖3B為顯示從該間隙處將光再導向到該等彩色濾光片中的示意圖；

圖3C為光功率相對于該間隙中的距離的關系圖；

圖3D為三種不同顏色的光在間隙中深度為0.6um與1.0um處的間隙功率損失相對于間隙寬度的關系圖；

圖3E為最大間隙功率損失相對于深度為1.0um處的間隙寬度的關系圖；

圖3F為深度為1.0um處的不同間隙寬度的最大間隙功率損失表；

圖3G為以像素面積百分比來表示不同間隙寬度與不同像素節距的間隙面積的表格；

圖3H為不同間隙寬度與不同像素節距的像素功率損失的表格；

圖3I為不同間隙寬度的像素功率損失相對于像素節距的關系圖；

圖4A到L為顯示用以制造圖2中所示的像素的過程的示意圖；