Pixel de sensor de imagen y método para fabricar un pixel de sensor de imagen.

Un píxel de sensor de imagen que incluye una unidad de conversión fotoeléctrica sujetada por un sustrato y por un aislante adyacente al sustrato.

El píxel incluye una guía de luz en cascada que se encuentra dentro de una abertura del aislante y se extiende por encima del aislante de manera que una parte de la guía de luz en cascada tiene una interfaz de aire. La interfaz de aire mejora la reflexión interna de la guía de luz en cascada. La guía de luz en cascada puede incluir un filtro de color auto-alineado con rendijas de aire entre los filtros de color adyacentes. Estas características de la guía de luz eliminan la necesidad de una microlente. Además, una pila antirreflejos se interpone entre el sustrato y la guía de luz para reducir la reflexión hacia atrás del sensor de imagen. Dos píxeles que tienen filtros de color diferentes pueden tener una diferencia en el grosor de una película antirreflejos en la pila antirreflejos.

Tipo: Patente Internacional (Tratado de Cooperación de Patentes). Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: PCT/US2008/088077.

Solicitante: CANDELA MICROSYSTEMS (S) PTE. LTD.

Nacionalidad solicitante: Singapur.

Dirección: 1 Lorong 2 Toa Payoh #05-02 Singapur 319637 SINGAPUR.

Inventor/es: TAY,HIOK NAM, DO,Thanh-trung.

Fecha de Publicación: 16 de Septiembre de 2013.

Clasificación Internacional de Patentes:

H01L27/146 ELECTRICIDAD. › H01 ELEMENTOS ELECTRICOS BASICOS. › H01L DISPOSITIVOS SEMICONDUCTORES; DISPOSITIVOS ELECTRICOS DE ESTADO SOLIDO NO PREVISTOS EN OTRO LUGAR (utilización de dispositivos semiconductores para medida G01; resistencias en general H01C; imanes, inductancias, transformadores H01F; condensadores en general H01G; dispositivos electrolíticos H01G 9/00; pilas, acumuladores H01M; guías de ondas, resonadores o líneas del tipo guía de ondas H01P; conectadores de líneas, colectores de corriente H01R; dispositivos de emisión estimulada H01S; resonadores electromecánicos H03H; altavoces, micrófonos, cabezas de lectura para gramófonos o transductores acústicos electromecánicos análogos H04R; fuentes de luz eléctricas en general H05B; circuitos impresos, circuitos híbridos, envolturas o detalles de construcción de aparatos eléctricos, fabricación de conjuntos de componentes eléctricos H05K; empleo de dispositivos semiconductores en circuitos que tienen una aplicación particular, ver la subclase relativa a la aplicación). › H01L 27/00 Dispositivos que consisten en una pluralidad de componentes semiconductores o de otros componentes de estado sólido formados en o sobre un sustrato común (detalles H01L 23/00, H01L 29/00 - H01L 51/00; conjuntos que consisten en una pluralidad de dispositivos de estado sólido individuales H01L 25/00). › Estructuras de captadores de imágenes.

Fragmento de la descripción:

PIXEL DE SENSOR DE IMAGEN Y MÉTODO PARA FABRICAR UN PIXEL DE SENSOR DE IMAGEN

Referencia a las solicitudes relacionadas Esta solicitud reivindica la prioridad de la Solicitud de Patente de EE.UU. n° 61/009, 454, presentada el 28 de diciembre 2007; la Solicitud n° 61/062, 773, presentada el 28 de enero 2008; la Solicitud n° 61/063, 301, presentada el 01 de febrero 2008; la Solicitud n° 61/069, 344, presentada el 14 de marzo de 2008, y la Solicitud n° 61/218, 749, presentada el16 de julio 2008.

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN

1. Campo de la invención La materia divulgada, por lo general se refiere a estructuras y métodos para fabricar sensores de imagen de estado sólido.

2. Antecedentes Los equipos fotográficos como cámaras digitales y videocámaras digitales pueden contener sensores de imagen electrónicos que capturan la luz para procesarla en imágenes fijas o de vídeo. Los sensores de imagen electrónicos normalmente contienen millones de elementos de captura de la luz, tales como fotodiodos. Los sensores de imagen de estado sólido pueden ser cualquiera del tipo de los dispositivos de carga acoplada (CCD) o de tipo de semiconductor de óxido metálico complementario (CMOS) . En cualquier tipo de sensor de imagen, los sensores de fotos se forman en un sustrato y están dispuestos en una matriz bidimensional. Los sensores de imagen típicamente contienen millones de píxeles para proporcionar una imagen de alta resolución. La Figura 1A muestra una vista en sección de un sensor de imágenes 1 de estado sólido del estado de la técnica que muestra píxeles adyacentes en un sensor del tipo de CMOS, que se reproduce de la patente de EE.UU. N°

7.119.319. Cada píxel tiene una unidad de conversión fotoeléctrica 2. Cada unidad de conversión 2 se ubica adyacente a un electrodo de transferencia 3 que transfiere cargas a una unidad de difusión flotante (no mostrada) . La estructura incluye cables 4 incrustados en una película de aislamiento 5. El 5 sensor incluye típicamente una película de aplanamiento 6 por debajo del filtro de color 8 para compensar las irregularidades en la superficie superior debidas a los cables 4, ya que una superficie plana es esencial para la formación convencional del filtro de color por litografía. Una segunda película de aplanamiento 1 O se proporciona por encima del filtro de color 8 para 1 O proporcionar una superficie plana para la formación de una micro lente 9. El grosor total de las películas de aplanamiento 6 y 1 O más el filtro de color 8 es aproximadamente de 2, 0¡Jm. Unas guías de luz 7 se integran en el sensor para guiar la luz a las unidades de conversión 2. Las guías de luz 7 están formadas de un material tal como el

nitruro de silicio que tiene un índice de refracción mayor que la película de aislamiento 5. Cada guía de luz 7 tiene una entrada que es más ancha que el área adyacente a las unidades de conversión 2. El sensor también puede tener un filtro de color 8 y una microlente 9. La microlente 9 enfoca la luz sobre las unidades de conversión fotoeléctricas 2. Como se muestra en la Figura 1B, debido a la difracción óptica, la microlente 9 puede provocar que se transmite la luz difractada a las unidades de conversión fotoeléctricas cercanas y crear diafonía óptica y pérdida de luz. La cantidad de diafonía aumenta cuando hay una película de aplanamiento por encima o por debajo del filtro de color que coloca la microlente más lejos de la guía de luz. La luz puede entrar en los píxeles adyacentes pasando por cualquiera de las películas de aplanamiento (por encima o por debajo del filtro de color) o las paredes laterales del filtro de color. A veces se integran escudos metálicos en los píxeles para bloquear la luz de diafonía. Además, los errores de alineación entre la microlente, el filtro

30 de color, y la guía de luz también contribuyen a la diafonía. La formación, el tamaño y la forma de la microlente se pueden variar para reducir la diafonía.

Sin embargo, se debe agregar un coste adicional al preciso proceso de formación de microlente, y aún así no se puede eliminar la diafonía. La reflexión hacia atrás desde el sensor de imagen en la interfaz de sustrato es otro problema que causa pérdida de recepción de luz. Como se muestra en la Figura 1A, la guía de luz está en contacto directo con el silicio. Esta interfaz puede causar una reflexión hacia atrás no deseado, que se aleja del sensor. Estructuras antirreflejos convencionales para sensores de imagen incluyen la inserción de una pila de doble película de óxido--nitruro directamente sobre el sustrato de silicio, o una película de oxinitruro que tiene una variación de la proporción de nitrógeno-oxígeno en la misma, pero sólo reduce la reflexión entre el sustrato de silicio y un aislante de óxido de altura. Este enfoque no es aplicable cuando la interfaz es un sustrato de silicio y una guía de luz de nitruro. En un sensor de imagen de silicio, tal como un sensor de imagen MOS, en el cual el elemento de detección de la luz (por lo general un fotodiodo) está por debajo de la superficie del silicio y en el cual la luz incidente necesita pasar a través del dióxido de silicio, antes de llegar al elemento de detección de la luz, la reflexión en la interfaz óxido-silicio puede alcanzar hasta el 40%, lo que causa una reducción de la sensibilidad. El uso de varias capas de películas delgadas sobre el silicio para reducir la reflexión se ha practicado en la industria. Un ejemplo es la Figura 7 de US6, 166, 405 que se muestra aquí como Figura 16. La pila óptica consiste en óxido de puerta 941 (crecido térmicamente) , la película de nitruro de silicio 945 (depositada) y la película de óxido 946 (depositada) . La película de nitruro de silicio 945 está directamente encima del óxido de puerta 941. El grosor del óxido de puerta 941 se fija según el proceso. Normalmente, si se incluye un transistor de 3.3v en el chip, el grosor del óxido de puerta 941 es de alrededor de 70 Angstrom, mientras que si se usa un transistor de 2.5v, el grosor del óxido de puerta 941 es de 45 Angstrom aproximadamente. Por lo tanto, el grosor del óxido por encima del silicio y por debajo del nitruro de silicio es un parámetro fijo, lo que deja el grosor del nitruro de silicio como el único parámetro a ajustar para obtener el coeficiente de transmisión óptimo, que a menudo es subóptimo. En un estado de la técnica de un proceso típico de CMOS digital en el cual una película de nitruro de silicio cubre la superficie del silicio, la película de nitruro de silicio, normalmente llamada parada de grabado de nitruro, sirve para dos propósitos: (a) aislar el silicio del dieléctrico de arriba para evitar que la humedad y los iones positivos en el dieléctrico migren hacia el óxido de puerta del transistor y (b) parar el grabado del dieléctrico durante el paso de proceso del grabado de contacto para que independientemente del grosor del

1O dieléctrico el grabado del dieléctrico se pare en la película de nitruro, desde donde continúa un grabado del nitruro para acabar el grabado del foso de contacto en la película del nitruro que tiene un grosor uniforme independientemente de la topografía subyacente. La película de nitruro tiene un grosor normalmente entre 500 Angstrom y 900 Angstrom, que está

optimizado para ambos propósitos (a) y (b) . La Figura 17 muestra un píxel de sensor de imagen MOS del estado de la técnica que hace uso del nitruro de parada de grabado 957 como una parte de su pila antirreflejos. Esta pila consiste en óxido de puerta 954, óxido de revestimiento de espaciador 955, óxido de bloqueo de saliciuro 964, el nitruro de parada de grabado 957 y el dieléctrico 963. El óxido de bloqueo de saliciuro normalmente está depositado por encima del óxido de revestimiento de espaciador 955 y el óxido de puerta 954 sobre toda la oblea y se quita por grabado junto con el óxido de revestimiento de espaciador 955 y el óxido de puerta 954, dondequiera que se desea el saliciuro entre el titanio o el cobalto y

el níquel con el silicio para una resistencia de contacto baja, mientras que donde es deseable una resistencia alta, como sobre la resistencia polisilicio o la resistencia de difusión, esta pila de óxido se permanece para evitar el contacto de estos metales de silicidación con el silicio. Es bien conocido en la industria de los sensores de imagen que la silicidación del píxel cerca del

30 elemento de detección de la luz es indeseable debido a la tendencia del saliciuro a causar mayores corrientes de fuga. Por lo tanto, el óxido de bloqueo de saliciuro permanece sobre la porción de detección de luz de silicio y también el óxido de revestimiento de espaciador 955 y el óxido de puerta 954 debajo de él....

Reivindicaciones:

1. Píxel de sensor de imagen, que comprende: un sustrato;

una unidad de conversión fotoeléctrica sujetada por dicho sustrato; una película de protección que se extiende sobre y en todo el sustrato; y, una guía de luz en cascada donde una primera parte de dicha guía de luz en cascada está entre la película de protección y el sustrato y una segunda parte se extiende por encima de la película de protección, donde la segunda parte 1 O incluye un filtro de color, y donde los filtros de color de las guías de luz en cascada de píxeles adyacentes están separados por una primera rendija de aire que tiene un ancho no mayor de 0, 451-Jm.

2. Píxel de sensor de imagen según la 1a reivindicación, caracterizado por el hecho de que dicha primera rendija de aire tiene una profundidad de al menos 0, 61-Jm.

3. Método para fabricar un píxel de sensor de imagen, que comprende:

una etapa para formar una película de apoyo con una abertura y sobre un sustrato que sujeta una unidad de conversión de fotoeléctrica; una etapa para formar un filtro de color en la abertura de la película de apoyo; y, una etapa para quitar al menos una parte de la película de apoyo de tal

manera que forma una primera rendija de aire entre el filtro de color y un filtro de color adyacente lateralmente de tal manera que la primera rendija de aire tiene una anchura no mayor de 0, 451-Jm.

4. Método según la 3a reivindicación, caracterizado por el hecho de que comprende adicionalmente una etapa para formar una película de protección entre el filtro de color y el sustrato.

5. Método según la 3a reivindicación, caracterizado por el hecho de que comprende adicionalmente una etapa para formar una guía de luz transparente en la abertura de la película de apoyo.

6. Método según la sa reivindicación, caracterizado por el hecho de que comprende adicionalmente una etapa para formar una guía de luz transparente inferior entre la guía de luz transparente y el sustrato.

7. Método según la 4a reivindicación, caracterizado por el hecho de que comprende adicionalmente una etapa para formar una guía de luz transparente en la abertura de la película de apoyo.

8. Método según cualquiera de la 3a a la 7a reivindicación,

caracterizado por el hecho de que dicha primera rendija de aire tiene una profundidad de al menos 0, 61-Jm.

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