DE102008063738A1

DE102008063738A1 - Bildsensor und Verfahren zu seiner Herstellung

Info

Publication number: DE102008063738A1
Application number: DE102008063738A
Authority: DE
Inventors: Joon Hwang
Original assignee: Dongbu HitekCo Ltd
Current assignee: DB HiTek Co Ltd
Priority date: 2007-12-28
Filing date: 2008-12-18
Publication date: 2009-07-23
Also published as: JP2009164605A; US20090179295A1; CN101471361B; TW200933881A; US7884391B2; KR20090072923A; KR100922921B1; CN101471361A

Abstract

Ausführungsformen beziehen sich auf einen Bildsensor. Gemäß Ausführungsformen kann ein Bildsensor eine Metallverbindung, eine Ausleseschaltung, ein erstes Substrat, eine Metallschicht und eine Bilderfassungseinrichtung umfassen. Die Metallverbindung und die Ausleseschaltung können auf und/oder über dem ersten Substrat ausgebildet sein. Die Bilderfassungseinrichtung kann eine leitende Schicht eines ersten Leitungstyps und eine leitende Schicht eines zweiten Leitungstyps umfassen und mit der Metallschicht elektrisch verbunden sein. Gemäß Ausführungsformen mag ein elektrisches Feld nicht auf und/oder über einer Si-Oberfläche erzeugt werden. Dies kann zu einer Verringerung eines Dunkelstroms eines 3D-integrierten CMOS-Bildsensors beitragen.

Description

HINTERGRUND
Ein Bildsensor kann ein Halbleiterbauelement sein, das ein optisches Bild in ein elektrisches Signal umwandeln kann. Ein Bildsensor kann in Kategorien wie ein Bildsensor mit ladungsgekoppelten Bauelementen (CCD) und Komplementär-Metall-Oxid-Silizium-(CMOS)-Bildsensor (CIS) klassifiziert werden.
Während eines Herstellungsprozesses eines Bildsensors kann eine Fotodiode durch Ionenimplantation in einem Substrat ausgebildet werden. Eine Größe einer Fotodiode kann reduziert werden, um eine Anzahl von Bildpunkten zu erhöhen, ohne eine Chipgröße zu erhöhen. Dies kann eine Fläche eines Licht empfangenden Bereichs verkleinern. Die Bildqualität kann hierdurch herabgesetzt werden.
Da eine Stapelhöhe unter Umständen nicht im selben Maße wie eine Verkleinerung einer Fläche eines Licht empfangenden Bereichs abnimmt, wird überdies unter Umständen eine Anzahl von auf einen Licht empfangenden Bereich fallenden Photonen aufgrund einer als "Beugungsscheibchen" bezeichneten Lichtbeugung reduziert.
Um diese Einschränkung zu beheben, kann eine Fotodiode unter Verwendung von amorphem Silizium (Si) ausgebildet werden. Überdies kann durch ein Verfahren wie Wafer-auf-Wafer-Bonden eine Ausleseschaltung in einem Silizium-(Si)-Substrat ausgebildet werden, und eine Fotodiode kann auf und/oder über der Ausleseschaltung ausgebildet werden ("dreidimensionaler (3D) Bildsensor" genannt). Eine Fotodiode kann mit der Ausleseschaltung durch eine Metallverbindung verbunden werden.
Nach der verwandten Technik kann es schwierig sein, eine Fotodiode mit einer Ausleseschaltung elektrisch zu verbinden. Das heißt, dass eine Metallverbindung auf und/oder über der Ausleseschaltung ausgebildet werden kann und dass ein Wafer-auf-Wafer-Bonden derart ausgeführt werden kann, dass eine Metallverbindung mit der Fotodiode Kontakt haben kann. Deshalb kann ein Kontakt zwischen einer Metallverbindung problematisch sein, und ein ohmscher Kontakt zwischen einer Metallverbindung und einer Fotodiode kann problematisch sein.
Da sowohl eine Source als auch ein Drain auf beiden Seiten eines Transfertransistors stark mit N-Typ-Fremdstoffen dotiert sein kann, kann ein Phänomen der Ladungsaufteilung auftreten. Wenn ein Phänomen der Ladungsaufteilung auftritt, kann eine Empfindlichkeit eines ausgegebenen Bilds reduziert werden und ein Bildfehler kann erzeugt werden. Da sich eine Photoladung unter Umständen nicht schnell zwischen einer Fotodiode und einer Ausleseschaltung bewegt, kann überdies ein Dunkelstrom erzeugt werden und/oder Sättigung und Empfindlichkeit können reduziert werden.
ZUSAMMENFASSUNG
Ausführungsformen beziehen sich auf einen Bildsensor und ein Verfahren zu seiner Herstellung, die physische und elektrische Kontakte zwischen einer Fotodiode und einer Metallverbindung vergrößern und zugleich einen Füllfaktor erhöhen können. Ausführungsformen beziehen sich auf einen Bildsensor und ein Verfahren zu seiner Herstellung, die eine Ladungsaufteilung verhindern und zugleich einen Füllfaktor erhöhen können.
Ausführungsformen beziehen sich auf einen Bildsensor und ein Verfahren zu seiner Herstellung, die eine Dunkelstromquelle minimieren können und eine Herabsetzung von Sättigung und Empfindlichkeit durch Bereitstellen eines Pfads für die relativ schnelle Bewegung für eine Photoladung zwischen einer Fotodiode und einer Ausleseschaltung verhindern können.
Gemäß Ausführungsformen kann ein Bildsensor mindestens eines von Folgendem umfassen. Eine Metallverbindung und eine Ausleseschaltung über einem ersten Substrat. Eine Metallschicht auf und/oder über der Metallverbindung. Eine Bilderfassungseinrichtung, die eine leitende Schicht eines ersten Leitungstyps und eine leitende Schicht eines zweiten Leitungstyps umfasst und mit der Metallschicht elektrisch verbunden ist.
Gemäß Ausführungsformen kann ein Verfahren zur Herstellung eines Bildsensors mindestens eines von Folgendem umfassen. Ausbilden einer Metallverbindung und einer Ausleseschaltung über einem ersten Substrat. Ausbilden einer Metallschicht über der Metallverbindung. Ausbilden einer Bilderfassungseinrichtung, die eine leitende Schicht eines ersten Leitungstyps und eine leitende Schicht eines zweiten Leitungstyps umfasst. Bonden der Metallschicht und der Bilderfassungseinrichtung derart, dass die Metallschicht mit der Bilderfassungseinrichtung Kontakt hat.
ZEICHNUNGEN
Die Beispiele von 1 bis 10 veranschaulichen einen Bildsensor und ein Verfahren zur Herstellung eines Bildsensors gemäß Ausführungsformen.
BESCHREIBUNG
Ein Bildsensor und ein Verfahren zur Herstellung eines Bildsensors gemäß Ausführungsformen werden mit Bezug auf die begleitenden Zeichnungen beschrieben.
Das Beispiel von 1 ist eine Schnittansicht eines Bildsensors gemäß Ausführungsformen. Mit Bezug auf das Beispiel von 1 kann ein Bildsensor eine Metallverbindung 150 und eine Ausleseschaltung 120 (siehe 2B) auf und/oder über einem ersten Substrat 100 umfassen. Eine Metallschicht 160 kann auf und/oder über der Metallverbindung 150 vorgesehen sein. Eine Bilderfassungseinrichtung 210, die eine leitende Schicht 214 eines ersten Leitungstyps und eine leitende Schicht 216 eines zweiten Leitungstyps umfassen kann, kann mit der Metallschicht 160 elektrisch verbunden sein.
Gemäß Ausführungsformen kann die Bilderfassungseinrichtung 210 eine Fotodiode, ein Fotogate oder eine beliebige Kombination hiervon sein. Der Einfachheit der Beschreibung halber bezieht sie sich auf eine Fotodiode 210. Gemäß Ausführungsformen kann eine Fotodiode in einer kristallinen Halbleiterschicht ausgebildet sein. Gemäß Ausführungsformen kann eine Fotodiode nicht hierauf beschränkt, sondern in anderen Schichttypen inklusive einer amorphen Halbleiterschicht ausgebildet sein.
Das Beispiel von 2A ist eine schematische Ansicht des ersten Substrats 100, das gemäß Ausführungsformen eine Metallverbindung 150 und eine Ausleseschaltung 120 umfassen kann. Das Beispiel von 2B ist eine andere Ansicht des ersten Substrats 100 gemäß Ausführungsformen.
Mit Bezug auf das Beispiel von 2B kann ein Verfahren zur Herstellung eines Bildsensors gemäß Ausführungsformen das Vorbereiten eines ersten Substrats 100 umfassen. Eine Metallverbindung 150 und eine Ausleseschaltung 120 können auf und/oder über dem ersten Substrat 100 ausgebildet werden. Gemäß Ausführungsformen kann das erste Substrat 100 ein Substrat eines zweiten Leitungstyps sein. Gemäß Ausführungsformen kann das erste Substrat 100 nicht auf ein Substrat des zweiten Leitungstyps beschränkt, sondern eines beliebigen Leitungstyps sein.
Gemäß Ausführungsformen kann eine Bauelement-Isolierschicht 110 im ersten Substrat 100 des zweiten Leitungstyps ausgebildet werden und ein aktives Gebiet festlegen. Die Ausleseschaltung 120, die mindestens einen Transistor umfassen kann, kann im aktiven Gebiet ausgebildet werden. Gemäß Ausführungsformen kann die Ausleseschaltung 120 einen Transfertransistor (Tx) 121, einen Resettransistor (Rx) 123, einen Treibertransistor (Dx) 125 und einen Auswahltransistor (Sx) 127 umfassen. Ein schwebendes Diffusionsgebiet (FD) 131 von Ionenimplantationsgebieten 130, die Source/Drain-Gebiete 133, 135 und 137 von jeweiligen Transistoren umfassen können, kann ausgebildet werden.
Gemäß Ausführungsformen kann das Ausbilden der Ausleseschaltung 120 auf und/oder über dem ersten Substrat 100 das Ausbilden eines elektrischen Übergangsgebiets 140 im ersten Substrat 100 und das Ausbilden eines Verbindungsgebiets 147 eines ersten Leitungstyps in einem oberen Gebiet des elektrischen Übergangsgebiets 120 umfassen. Gemäß Ausführungsformen kann das Verbindungsgebiet 147 des ersten Leitungstyps mit der Metallverbindung 150 elektrisch verbunden sein.
Gemäß Ausführungsformen kann das elektrische Übergangsgebiet 140 ein PN-Übergang sein, es kann jedoch nicht hierauf beschränkt sein. Gemäß Ausführungsformen kann das elektrische Übergangsgebiet 140 eine Ionenimplantationsschicht 143 des ersten Leitungstyps, die auf und/oder über einer Wanne 141 des zweiten Leitungstyps und/oder einer Epitaxieschicht des zweiten Leitungstyps ausgebildet ist, und eine Ionenimplantationsschicht 145 des zweiten Leitungstyps, die auf und/oder über der Ionenimplantationsschicht 143 des ersten Leitungstyps ausgebildet ist, umfassen. Gemäß Ausführungsformen kann der PN-Übergang 140 ein P0(145)/N–(143)/P–(141)-Übergang sein. Der PN-Übergang 140 kann jedoch nicht auf eine solche Konfiguration beschränkt, sondern eine beliebige Übergangskonfiguration sein.
Gemäß Ausführungsformen kann ein Bauelement derart gestaltet sein, dass eine Potentialdifferenz zwischen einer Source und einem Drain auf beiden Seiten des Transfertransistors (Tx) 121 vorliegen kann. Dies kann es ermöglichen, dass eine Photoladung vollständig ausgegeben wird. Demgemäß kann eine von einer Fotodiode erzeugte Photoladung vollständig an ein schwebendes Diffusionsgebiet ausgegeben werden. Dies kann eine Empfindlichkeit eines ausgegebenen Bilds maximieren.
Das elektrische Übergangsgebiet 140 kann im ersten Substrat 100 ausgebildet und nahe der Ausleseschaltung 120 gelegen sein. Das elektrische Übergangsgebiet 140 kann die Erzeugung einer Potentialdifferenz zwischen einer Source und einem Drain auf beiden Seiten des Transfertransistors (Tx) 121 gestatten. Dies kann es ermöglichen, dass eine Photoladung vollständig ausgegeben wird.
Nachstehend wird eine Ausgabestruktur einer Photoladung gemäß Ausführungsform weitergehend beschrieben. Im Unterschied zu einem Knoten des schwebenden Diffusionsgebiets (FD) 131, bei dem es sich um einen N+-Übergang handeln kann, kann der P/N/P-Übergang 140, der ein elektrisches Übergangsgebiet 140 sein kann und an den eine angelegte Spannung unter Umständen nicht vollständig übertragen wird, bei einer vorbestimmten Spannung abgeschnürt werden. Diese Spannung kann als "Haftspannung" bezeichnet werden und sie kann von Dotierungskonzentrationen des P0-Gebiets 145 und des N–-Gebiets 143 abhängen.
Gemäß Ausführungsformen kann sich ein von der Fotodiode 210 erzeugtes Elektron zum PNP-Übergang 140 bewegen und an einen Knoten des schwebenden Diffusionsgebiets (FD) 131 übertragen werden. Es kann dann in eine Spannung umgewandelt werden, wenn der Transfertransistor (Tx) 121 eingeschaltet wird.
Gemäß Ausführungsformen kann ein von der Fotodiode 210 in einem oberen Bereich eines Chips erzeugtes Elektron vollständig an einen Knoten des schwebenden Diffusionsgebiets (FD) 131 ausgegeben werden, weil ein maximaler Spannungswert des P0/N–/P–-Übergangs 140 eine Haftspannung werden kann und ein maximaler Spannungswert eines Knotens des schwebenden Diffusionsgebiets (FD) 131 eine Schwellenspannung Vth des Vdd-Rx 123 werden kann. Dies kann wegen einer Potentialdifferenz zwischen beiden Seiten des Transfertransistors (Tx) 131 ohne Ladungsaufteilung geschehen.
Gemäß Ausführungsformen kann ein P0/N–/P-Wannen-Übergang – kein N+/P-Wannen-Übergang – in einem Siliziumsubstrat wie beispielsweise dem ersten Substrat 100 ausgebildet werden. Demgemäß können während eines Rücksetzvorgangs eines 4T- Aktivpixelsensors (APS) eine +-Spannung an N– 143 des P0/N–/P-Wannen-Übergang und ein Massepotential an P0 145 und die P-Wanne 141 angelegt werden. So kann bei einer vorbestimmten oder höheren Spannung eine Abschnürung am P0/N–/P-Wannen-Doppelübergang erzeugt werden. Diese kann ähnlich sein wie bei einer Bipolartransistor-(BJT)-Struktur. Diese kann als "Haftspannung" bezeichnet werden. Gemäß Ausführungsformen kann eine Potentialdifferenz zwischen einer Source und einem Drain auf beiden Seiten des Transfertransistors (Tx) 121 erzeugt werden, die ein Phänomen der Ladungsaufteilung während Ein-/Aus-Betriebsarten des Transfertransistors (Tx) 121 verhindern kann.
Gemäß Ausführungsformen können im Unterschied zu einem Fall, in dem eine Fotodiode einfach mit einem N+-Übergang verbunden sein mag, Beschränkungen wie Sättigungsreduktion und Empfindlichkeitsreduktion vermieden werden.
Gemäß Ausführungsformen kann das Verbindungsgebiet 147 des ersten Leitungstyps zwischen einer Fotodiode und einer Ausleseschaltung ausgebildet sein und einen Pfad für eine relativ schnelle Bewegung einer Photoladung bereitstellen. Dies kann eine Dunkelstromquelle minimieren und Sättigungsreduktion und Empfindlichkeitsreduktion verhindern.
Gemäß Ausführungsformen kann das Verbindungsgebiet 147 des ersten Leitungstyps für einen ohmschen Kontakt, beispielsweise ein N+-Gebiet 147, auf und/oder über einer Oberfläche des P0/N–/P–-Übergangs 140 ausgebildet sein. Das N+-Gebiet 147 kann ausgebildet sein und es kann sich durch das P0-Gebiet 145 erstrecken und Kontakt mit dem N–-Gebiet 143 haben. Gemäß Ausführungsformen kann eine Breite des Verbindungsgebiets 147 des ersten Leitungstyps minimiert werden, um zu verhin dern, dass das Verbindungsgebiet 147 des ersten Leitungstyps eine Leckquelle wird. Somit kann gemäß Ausführungsformen eine Plug-Implantation ausgeführt werden, nachdem unter Umständen ein erster Metallkontakt 151a geätzt wurde. Gemäß Ausführungsformen kann ein Prozess nicht hierauf beschränkt sein. Beispielsweise kann eine Ionenimplantationsstruktur ausgebildet werden und dann kann das Verbindungsgebiet 147 des ersten Leitungstyps unter Verwendung der Ionenimplantationsstruktur als Ionenimplantationsmaske ausgebildet werden.
Gemäß Ausführungsformen kann, indem nur ein kontaktbildender Bereich lokal und stark mit N-Typ-Fremdstoffen dotiert wird, die Bildung eines ohmschen Kontakts erleichtert werden, während ein Dunkelsignal minimiert wird. Wenn eine gesamte Transfertransistor-Source stark dotiert wird, kann ein Dunkelsignal durch eine ungesättigte Bindung an der Si-Oberfläche verstärkt werden.
Gemäß Ausführungsformen kann ein Zwischenschichtdielektrikum 160 auf und/oder über dem ersten Substrat 100 ausgebildet werden. Die Metallverbindung 150 kann ausgebildet werden und sie kann sich durch das Zwischenschichtdielektrikum 160 erstrecken und mit dem Verbindungsgebiet 147 des ersten Leitungstyps elektrisch verbunden sein. Gemäß Ausführungsformen kann die Metallverbindung 150 den ersten Metallkontakt 151a, ein erstes Metall 151, ein zweites Metall 152 und ein drittes Metall 153 umfassen. Gemäß Ausführungsformen können andere Strukturen verwendet werden. Gemäß Ausführungsformen kann die Metallschicht 160 auf und/oder über dem ersten Substrat 100 ausgebildet sein und Kontakt mit der Metallverbindung 150 haben.
Gemäß Ausführungsformen kann eine Bondkraft zwischen Substraten verstärkt werden, indem die Metallschicht 160 zwischen das erste Substrat 100 und die Fotodiode 210 eingefügt wird. Gemäß Ausführungsformen kann die Metallschicht 160 eine Aluminium-(Al)-Schicht sein. Gemäß Ausführungsformen kann die Metallschicht 160 aus anderen Metallen ausgebildet werden.
Gemäß Ausführungsformen kann die Metallschicht 160, wenn die Metallverbindung 150 nicht auf einer oberen Oberfläche des ersten Substrats 100 freiliegt, eine Plug-Metallschicht 160a umfassen, die durch ein Loch mit der Metallverbindung 150 Kontakt haben kann. Eine erste Metallschicht 160b kann zwischen das erste Substrat 100 und die Fotodiode 210 eingefügt werden. Wenn die Metallverbindung 150 im ersten Substrat 100 nicht ohne einen Plug freiliegt, können gemäß Ausführungsformen die Plug-Metallschicht 160a und die erste Metallschicht 160b durch Ausbilden eines Lochs ausgebildet werden, das die Metallverbindung 150 freilegen kann. Eine Al-Schicht kann ausgebildet werden und eine Dicke von ungefähr 500–1000 Å auf und/oder über dem ersten Substrat 100 haben. Gemäß Ausführungsformen können auch andere ähnliche Prozesse verwendet werden. Die Metallschicht 160 kann dann planarisiert werden.
Wenn die Metallverbindung 150 auf einer oberen Oberfläche des ersten Substrats 100 freiliegt, kann die Metallschicht 160 gemäß Ausführungsformen nur die erste Metallschicht 160b umfassen, die zwischen das erste Substrat 100 und die Fotodiode 210 eingefügt ist. Wenn die Metallverbindung 150 im ersten Substrat 100 ohne einen Plug freiliegt, kann die erste Metallschicht 160b gemäß Ausführungsformen ausgebildet werden, indem eine Metallschicht, beispielsweise eine Al-Schicht, ausgebildet wird, die eine Dicke von ungefähr 500–1000 Å auf und/oder über dem ersten Substrat 100 haben kann. Die Metallschicht 160 kann dann planarisiert werden.
Gemäß Ausführungsformen kann ein Bildsensor mit einer verbesserten physikalischen und elektrischen Bondkraft zwischen der Fotodiode und der Metallverbindung erhalten werden, indem eine Fotodiode des vertikalen Typs verwendet und vor dem Bonden eine Metallschicht zwischen eine vertikale Fotodiode und eine Metallverbindung eingefügt wird.
Mit Bezug auf das Beispiel von 3 kann eine kristalline Halbleiterschicht 210a auf und/oder über einem zweiten Substrat 200 ausgebildet sein. Gemäß Ausführungsformen kann die Fotodiode 210 in der kristallinen Halbleiterschicht 210a ausgebildet sein. Demgemäß kann eine Bilderfassungseinrichtung einen dreidimensionalen (3D) Bildsensor anwenden, der sich auf und/oder über einer Ausleseschaltung befindet. Dies kann einen Füllfaktor erhöhen. Gemäß Ausführungsformen kann eine Bilderfassungseinrichtung innerhalb der kristallinen Halbleiterschicht ausgebildet sein, was verhindern kann, dass ein Defekt innerhalb einer Bilderfassungseinrichtung auftritt.
Gemäß Ausführungsformen kann die kristalline Halbleiterschicht 210a durch epitaktisches Aufwachsen auf und/oder über dem zweiten Substrat 200 ausgebildet werden. Wasserstoffionen können zwischen das zweite Substrat 200 und die kristalline Halbleiterschicht 210a implantiert werden. Dies kann eine Wasserstoffionenimplantationsschicht 207a ausbilden, die zwischen das zweite Substrat 200 und die kristalline Halbleiterschicht 210a eingefügt ist. Die Implantation der Wasserstoffionen kann nach der Ionenimplantation zum Ausbilden der Fotodiode 210 ausgeführt werden.
Mit Bezug auf das Beispiel von 4 kann die Fotodiode 210 durch Ionenimplantation in der kristallinen Halbleiterschicht 210a ausgebildet werden. Gemäß Ausführungsformen kann eine leitende Schicht 216 des zweiten Leitungstyps in einem unteren Bereich der kristallinen Halbleiterschicht 210a und auf und/oder über der Wasserstoffionenimplantationsschicht 207a ausgebildet werden, mit der sie Kontakt haben kann. Die hochkonzentrierte leitende Schicht 216 des P-Typs kann in einem unteren Bereich der kristallinen Halbleiterschicht 210a ausgebildet werden, indem eine erste ganzflächige Ionenimplantation ohne Maske auf und/oder über einer Oberfläche, beispielsweise einer gesamten Oberfläche, des zweiten Substrats 200 ausgeführt wird.
Gemäß Ausführungsformen kann eine leitende Schicht 214 des ersten Leitungstyps auf und/oder der leitenden Schicht 216 des zweiten Leitungstyps ausgebildet werden. Beispielsweise kann eine niedrigkonzentrierte leitende Schicht 214 des N-Typs auf und/oder über der leitenden Schicht 216 des zweiten Leitungstyps ausgebildet werden, indem eine zweite ganzflächige Ionenimplantation ohne Maske auf und/oder über einer gesamten Oberfläche des zweiten Substrats 200 ausgeführt wird. Gemäß Ausführungsformen kann eine hochkonzentrierte leitende Schicht 212 des ersten Leitungstyps auf und/oder über der leitenden Schicht 214 des ersten Leitungstyps beispielsweise durch Ausführen einer dritten ganzflächigen Ionenimplantation ohne Maske auf und/oder über einer gesamten Oberfläche des zweiten Substrats 200 ausgebildet werden. Dies kann es der leitenden Schicht 214 des ersten Leitungstyps ermöglichen, zum ohmschen Kontakt beizutragen.
Mit Bezug auf das Beispiel von 5 können das erste Substrat 100 und das zweite Substrat 200 gebondet werden. Gemäß Ausführungsformen kann die Fotodiode 210 so mit der Metallverbindung 150 Kontakt haben. Bevor das erste Substrat 100 und das zweite Substrat 200 miteinander gebondet werden mögen, kann ein Bonden ausgeführt werden, indem eine Oberflächenenergie einer zu bondenden Oberfläche beispielsweise durch Aktivierung durch Plasma erhöht wird. Gemäß Ausführungsformen kann das Bonden mit mindestens einem von einem Dielektrikum und einer Metallschicht ausgeführt werden, das bzw. die auf und/oder über einer Bondgrenzfläche angeordnet ist. Dies kann eine Bondkraft maximieren.
Mit Bezug auf das Beispiel von 6 kann die Wasserstoffionenimplantationsschicht 207a in eine Wasserstoffgasschicht umgewandelt werden, indem am zweiten Substrat 200 eine Wärmebehandlung ausgeführt wird.
Mit Bezug auf das Beispiel von 7 kann dann ein Bereich des zweiten Substrats 200 entfernt werden. Gemäß Ausführungsformen kann die Fotodiode 210 unter der Wasserstoffgasschicht belassen werden und die Fotodiode 210 kann freigelegt werden. Gemäß Ausführungsformen kann das Entfernen des zweiten Substrats 200 unter Verwendung eines Schneidgeräts wie eines Messers ausgeführt werden.
Mit Bezug auf das Beispiel von 8 kann ein Ätzprozess ausgeführt werden und eine Fotodiode für jedes Bildpunktelement separieren. Gemäß Ausführungsformen kann ein geätzter Bereich mit einem Bildpunktzwischendielektrikum gefüllt werden. Gemäß Ausführungsformen können Prozesse zum Ausbilden einer oberen Elektrode und eines Farbfilters ausgeführt werden.
Das Beispiel von 9 ist eine Schnittansicht eines Bildsensors gemäß Ausführungsformen. Mit Bezug auf das Beispiel von 9 kann ein Bildsensor gemäß Ausführungsformen eine Metallverbindung 150 und eine Ausleseschaltung 120 auf und/oder über einem ersten Substrat 100 umfassen. Eine Metallschicht 160 kann auf und/oder über der Metallverbindung 150 vorgesehen sein. Eine Bilderfassungseinrichtung 210, die eine leitende Schicht 214 eines ersten Leitungstyps und eine leitende Schicht 216 eines zweiten Leitungstyps umfassen kann, kann mit der Metallschicht 160 elektrisch verbunden sein. Die im Beispiel von 9 dargestellten Ausführungsformen können technische Merkmale von Ausführungsformen übernehmen, die in den Beispielen von 1 bis 8 dargestellt sind.
Gemäß Ausführungsformen kann eine Metallschicht 162 in Ausführungsformen, die im Beispiel von 9 dargestellt sind, eine Plug-Metallschicht 162a, die mit der Metallverbindung 150 Kontakt haben kann, und eine zweite Metallschicht 162b umfassen, die selektiv zwischen das erste Substrat 100 und die Fotodiode 210 eingefügt sein kann. Gemäß Ausführungsformen kann die Metallschicht 162 eine Titan-(Ti)-Schicht sein. Gemäß Ausführungsformen kann die Metallschicht ein beliebiges anderes geeignetes Metall sein.
Im Unterschied zur ersten Metallschicht 160b in Ausführungsformen, die in den Beispielen von 1 bis 8 dargestellt sind, kann gemäß Ausführungsformen die zweite Metallschicht 162b in Ausführungsformen, die im Beispiel von 9 dargestellt sind, teilweise zwischen der Fotodiode 210 und dem ersten Substrat 100 vorhanden sein.
Wenn eine dünne Ti-Schicht mit einem Dickenbereich von ungefähr 50–100 Å zwischen das erste Substrat 100 und die Fotodiode 210 eingefügt wird, kann gemäß Ausführungsformen eine Haftkraft zwischen dem ersten Substrat 100 und der Fotodiode 210 verstärkt werden.
Da die zweite Metallschicht 162b relativ sehr dünn sein kann, mag das Positionieren der zweiten Metallschicht 162b zwischen das erste Substrat 100 und die Fotodiode 210 gemäß Ausführungsformen nicht die Erzeugung eines Hohlraums oder dergleichen beeinflussen.
Als Nächstes wird ein Prozess zum Ausbilden der Metallschicht 162 gemäß Ausführungsformen beschrieben. Wenn die Metallverbindung 150 nicht auf und/oder über einer oberen Oberfläche des ersten Substrats 100 freiliegt, kann gemäß Ausführungsformen ein Loch ausgebildet werden, das die Metallverbindung 150 freilegt. Gemäß Ausführungsformen kann die Metallschicht 162 ausgebildet werden. Die Metallschicht 162 kann eine Plug-Metallschicht 162a, die mit der Metallverbindung 150 Kontakt hat, und eine zweite Metallschicht 162b auf und/oder über dem ersten Substrat 100 umfassen. Die zweite Metallschicht 162b kann dann planarisiert werden.
Gemäß Ausführungsformen kann die zweite Metallschicht 162b selektiv entfernt werden, was einen mit der Plug-Metallschicht 162a verbundenen Bereich übriglassen kann. Beispielsweise kann die zweite Metallschicht 162b so strukturiert werden, dass sie eine größere Breite als eine Breite der Metallverbindung 150 hat.
Gemäß Ausführungsformen kann, wie in den Beispielen von 3 und 4 dargestellt, ein zweites Substrat 200 vorbereitet werden, auf und/oder über dem eine Fotodiode 210 ausgebildet werden kann. Gemäß Ausführungsformen können das erste Substrat 100 und das zweite Substrat 200 miteinander gebondet werden, wie es in den Beispielen von 5 bis 7 dargestellt ist. Die Fotodiode 210 kann dann freigelegt werden.
Mit Bezug auf das Beispiel von 9 kann ein Ätzprozess ausgeführt werden, der die Fotodiode 210 für jedes Bildpunktelement separiert. Ein geätzter Bereich kann mit einem Bildpunktzwischendielektrikum gefüllt werden. Gemäß Ausführungsformen können Prozesse zum Ausbilden einer oberen Elektrode und eines Farbfilters ausgeführt werden.
Gemäß Ausführungsformen, die im Beispiel von 9 dargestellt sind, können elektrische und physikalische Bondkräfte zwischen der Metallverbindung 150 und der Fotodiode 210 durch die dazwischen eingefügte Metallschicht 160 verstärkt werden. Da die Metallschicht 162 an einer Grenze zwischen Bildpunkten nicht vorhanden sein mag, kann gemäß Ausführungsformen ein Ätzprozess zum Separieren der Metallschicht 162 für jedes Bildpunktelement nicht erforderlich sein.
Das Beispiel von 10 ist eine Schnittansicht eines Bildsensors gemäß Ausführungsformen. Das Beispiel von 10 kann ein erstes Substrat darstellen, auf und/oder über dem eine Metallverbindung 150 ausgebildet sein kann. Ausführungsformen, die im Beispiel von 10 dargestellt sind, können bestimmte technische Merkmale von Ausführungsformen einbeziehen, die in den Beispielen von 1 bis 8 dargestellt sind.
Da im Beispiel von 10 dargestellte Ausführungsformen eine Fotodiode des vertikalen Typs verwenden und eine Metallschicht zwischen die Fotodiode des vertikalen Typs und eine Metallverbindung einfügen können, kann es beispielsweise möglich sein, einen Bildsensor mit verstärkten physikalischen und elektrischen Bondkräften zu erhalten.
Gemäß Ausführungsformen, die im Beispiel von 10 dargestellt sind, kann ein Bauelement derart gestaltet werden, dass eine Potentialdifferenz zwischen einer Source und einem Drain auf beiden Seiten eines Transfertransistors (Tx) vorliegen kann. Dies kann es ermöglichen, dass eine Photoladung vollständig ausgegeben wird. Gemäß Ausführungsformen kann ein Ladungsverbindungsgebiet zwischen einer Fotodiode und einer Ausleseschaltung ausgebildet sein. Dies kann einen Pfad für die relativ schnelle Bewegung einer Photoladung bereitstellen, was eine Dunkelstromquelle minimieren und Sättigungsreduktion und Empfindlichkeitsreduktion verhindern kann.
Im Unterschied zu Ausführungsformen, die in den Beispielen von 1 bis 8 dargestellt sind, kann das Verbindungsgebiet 148 des ersten Leitungstyps so ausgebildet sein, dass es auf einer Seite des elektrischen Übergangsgebiets 140 seitlich beabstandet ist. Alternativ kann gemäß Ausführungsformen ein N+-Verbindungsgebiet 148 für einen ohmschen Kontakt auf und/oder über einem P0/N–/P–-Übergang 140 ausgebildet sein. Ein Prozess zum Ausbilden des N+-Verbindungsgebiets 148 und eines M1C-Kontakts 151a kann eine Leckquelle schaffen, weil ein Bauelement mit einer an den P0/N–/P–-Übergang 140 angelegten Sperrvorspannung arbeiten kann. Demgemäß kann auf und/oder über einer Si-Oberfläche ein elektrisches Feld (EF) erzeugt werden. Ein Kristalldefekt, der unter Umständen während eines Kontaktbildungsprozesses innerhalb eines elektrischen Felds erzeugt wird, kann als Leckquelle dienen.
Wenn ein N+-Verbindungsgebiet 148 auf und/oder über einer Oberfläche des P0/N–/P–-Übergangs 140 ausgebildet ist, kann gemäß Ausführungsformen ein elektrisches Feld aufgrund des N+/P0-Übergangs 148/145 erzeugt werden. Dieses elektrische Feld kann ebenfalls als Leckquelle dienen.
Gemäß Ausführungsformen des Beispiels von 10 kann ein Layout bereitgestellt werden, in dem ein erster Kontaktplug 151a in einem aktiven Gebiet, das nicht mit einer P0-Schicht dotiert ist, sondern das N+-Verbindungsgebiet 148 umfasst, ausgebildet und mit einem N-Übergang 143 verbunden sein kann.
Gemäß Ausführungsformen mag ein elektrisches Feld nicht auf und/oder über einer Si-Oberfläche erzeugt werden. Dies kann zu einer Verringerung eines Dunkelstroms eines dreidimensionalen integrierten CIS beitragen.
Obgleich Ausführungsformen mit Bezug auf einen Komplementär-Metall-Oxid-Halbleiter-(CMOS)-Bildsensor beschrieben wurden, sind die Ausführungsformen nicht hierauf beschränkt. Gemäß Ausführungsformen kann ein beliebiger Bildsensor verwendet werden, der einer Fotodiode bedarf.
Für den Fachmann wird es naheliegend und offenkundig sein, dass verschiedene Abwandlungen und Änderungen an den offenbarten Ausführungsformen vorgenommen werden können. Daher ist beabsichtigt, dass die offenbarten Ausführungsformen die naheliegenden und offenkundigen Abwandlungen und Änderungen abdecken, sofern sie unter den Umfang der angefügten Ansprüche und ihrer Äquivalente fallen.

Claims

Bauelement, umfassend: eine Metallverbindung und eine Ausleseschaltung über einem ersten Substrat; eine Metallschicht über der Metallverbindung; und eine Bilderfassungseinrichtung, die mit der Metallschicht elektrisch verbunden ist und eine leitende Schicht eines ersten Leitungstyps und eine leitende Schicht eines zweiten Leitungstyps umfasst.
Bauelement nach Anspruch 1, bei dem die Metallverbindung nicht über einer oberen Oberfläche des ersten Substrats freiliegt, und bei dem die Metallschicht umfasst: eine Plug-Metallschicht, die mit der Metallverbindung Kontakt hat; und eine erste Metallschicht über der Plug-Metallschicht und zwischen dem ersten Substrat und der Bilderfassungseinrichtung.
Bauelement nach Anspruch 1, bei dem die Metallverbindung über einer oberen Oberfläche des ersten Substrats freiliegt, und bei dem die Metallschicht eine erste Metallschicht zwischen dem ersten Substrat und der Bilderfassungseinrichtung umfasst.
Bauelement nach Anspruch 1, bei dem die Metallverbindung nicht über einer oberen Oberfläche des ersten Substrats freiliegt, und bei dem die Metallschicht umfasst: eine Plug-Metallschicht, die mit der Metallverbindung Kontakt hat; und eine erste Metallschicht über der Plug-Metallschicht und zwischen einem Bereich des ersten Substrats und der Bilderfassungseinrichtung.
Bauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei dem die Ausleseschaltung ein elektrisches Übergangsgebiet im ersten Substrat umfasst, und bei dem das elektrische Übergangsgebiet umfasst: ein Ionenimplantationsgebiet des ersten Leitungstyps im ersten Substrat; und ein Ionenimplantationsgebiet des zweiten Leitungstyps über dem Ionenimplantationsgebiet des ersten Leitungstyps.
Bauelement nach Anspruch 5, umfassend ein mit der Metallverbindung elektrisch verbundenes Verbindungsgebiet des ersten Leitungstyps über dem elektrischen Übergangsgebiet.
Bauelement nach Anspruch 5 oder 6, bei dem das elektrische Übergangsgebiet einen PNP-Übergang umfasst.
Bauelement nach Anspruch 5, umfassend ein Verbindungsgebiet des ersten Leitungstyps, das vom elektrischen Übergangsgebiet beabstandet und mit der Metallverbindung elektrisch verbunden ist.
Bauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 8, bei dem die Ausleseschaltung einen Transistor umfasst und bei dem zwischen einer Source und einem Drain auf beiden Seiten des Transistors eine Potentialdifferenz vorliegt.
Bauelement nach Anspruch 9, bei dem der Transistor einen Transfertransistor umfasst und bei dem die Source des Transistors eine niedrigere Ionenimplantationskonzentration als eine Ionenimplantationskonzentration eines schwebenden Diffusionsgebiets aufweist.
Verfahren, umfassend: Ausbilden einer Metallverbindung und einer Ausleseschaltung über einem ersten Substrat; Ausbilden einer Metallschicht über der Metallverbindung; Ausbilden einer Bilderfassungseinrichtung über der Metallschicht, wobei die Bilderfassungseinrichtung eine leitende Schicht eines ersten Leitungstyps und eine leitende Schicht eines zweiten Leitungstyps umfasst; und Bonden der Metallschicht und der Bilderfassungseinrichtung derart, dass die Metallschicht mit der Bilderfassungseinrichtung Kontakt hat.
Verfahren nach Anspruch 11, bei dem die Metallverbindung nicht über einer oberen Oberfläche des ersten Substrats freigelegt wird.
Verfahren nach Anspruch 12, bei dem das Ausbilden der Metallschicht umfasst: Ausbilden eines Lochs, um die obere Oberfläche des ersten Substrats selektiv freizulegen und die Metallverbindung freizulegen; und Ausbilden einer Plug-Metallschicht, die mit der Metallverbindung Kontakt hat; und Ausbilden einer ersten Metallschicht über der Plug-Metallschicht und zwischen dem ersten Substrat und der Bilderfassungseinrichtung.
Verfahren nach Anspruch 12, bei dem das Ausbilden der Metallschicht umfasst: teilweises Entfernen eines oberen Bereichs des ersten Substrats, um ein Loch auszubilden, das die Metallverbindung freilegt; Ausbilden einer Plug-Metallschicht, die mit der Metallverbindung Kontakt hat; Ausbilden einer ersten Metallschicht über der Plug-Metallschicht; und teilweises Entfernen der ersten Metallschicht an einer Grenze zwischen Bildpunkten.
Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 14, bei dem die Metallverbindung über einer oberen Oberfläche des ersten Substrats freigelegt wird.
Verfahren nach Anspruch 15, bei dem das Ausbilden der Metallschicht ein Ausbilden einer ersten Metallschicht, die mit der Metallverbindung Kontakt hat, über dem ersten Substrat umfasst.
Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 16, bei dem das Ausbilden der Ausleseschaltung ein Ausbilden eines elektrischen Übergangsgebiets im ersten Substrat umfasst, und bei dem das Ausbilden des elektrischen Übergangsgebiets umfasst: Ausbilden eines Ionenimplantationsgebiets des ersten Leitungstyps im ersten Substrat; und Ausbilden eines Ionenimplantationsgebiets des zweiten Leitungstyps über dem Ionenimplantationsgebiet des ersten Leitungstyps.
Verfahren nach Anspruch 17, umfassend ein Ausbilden eines mit der Metallverbindung verbundenen Verbindungsgebiets des ersten Leitungstyps über dem elektrischen Übergangsgebiet.
Verfahren nach Anspruch 18, umfassend ein Ausbilden des Verbindungsgebiets des ersten Leitungstyps nach Ausführung einer Kontaktätzung der Metallverbindung.
Verfahren nach Anspruch 17, umfassend ein Ausbilden eines Verbindungsgebiets des ersten Leitungstyps, das vom elektrischen Übergangsgebiet beabstandet und mit der Metallverbindung elektrisch verbunden ist.