DE102009043256A1

DE102009043256A1 - Bildsensor und Verfahren zu seiner Herstellung

Info

Publication number: DE102009043256A1
Application number: DE102009043256A
Authority: DE
Inventors: Joon Cheongju Hwang
Original assignee: Dongbu HitekCo Ltd
Current assignee: DB HiTek Co Ltd
Priority date: 2008-09-30
Filing date: 2009-09-28
Publication date: 2010-04-29
Also published as: US20100079637A1; KR101087933B1; JP2010087511A; CN101715074A; KR20100036716A; TW201013915A

Abstract

Es ist ein Bildsensor vorgesehen, der einen Auslese-Schaltkreis, einen elektrischen Übergangsbereich, eine Zwischenverbindung, und eine Bilderfassungs-Einrichtung umfasst. Der Auslese-Schaltkreis ist in einem ersten Substrat angeordnet. Der elektrische Übergangsbereich ist elektrisch mit dem Auslese-Schaltkreis in dem ersten Substrat verbunden. Die Zwischenverbindung ist in einem ersten Zwischenschicht-Dielektrikum angeordnet, das auf dem ersten Substrat angeordnet ist, und elektrisch mit dem elektrischen Übergangsbereich verbunden. Die Bilderfassungs-Einrichtung umfasst eine Schicht eines ersten Leitungstyps und eine Schicht eines zweiten Leitungstyps auf der Zwischenverbindung. Die Schicht des ersten Leitungstyps ist elektrisch mit der Zwischenverbindung durch einen Kontaktzapfen verbunden, der durch die Bilderfassungs-Einrichtung hindurchgeht.

Description

Hintergrund
Die vorliegende Offenbarung bezieht sich auf einen Bildsensor und ein Verfahren zu seiner Herstellung.
Ein Bildsensor ist ein Halbleiterbauelement zur Umwandlung eines optischen Bildes in ein elektrisches Signal. Der Bildsensor kann grob in einen Ladungskoppelelement-Bildsensor (CCD) und einen Komplementär-Metall-Oxid-Silizium-Bildsensor (CMOS) eingeteilt werden.
Während der Herstellung von Bildsensoren kann unter Verwendung der Zonenimplantation eine Fotodiode in einem Substrat ausgebildet werden. Da die Größe einer Fotodiode zur Erhöhung der Anzahl von Bildpunkten ohne Erhöhung der Chipgröße reduziert wird, wird die Fläche des Licht empfangenden Bereichs ebenfalls reduziert, was zu einer Verringerung der Bildqualität führt.
Da sich zudem eine Stapelhöhe nicht so stark verringert wie die Verringerung der Fläche des Licht empfangenden Bereichs, wird auch die Anzahl der auf den Licht empfangenden Bereich auftreffenden Photonen wegen der als Beugungsscheibchen (Airy Disk) bezeichneten Lichtbeugung reduziert.
Als Alternative zur Überwindung dieser Einschränkung wurde ein Ansatz versucht, eine Fotodiode unter Verwendung amorphen Siliziums (Si) auszubilden oder einen Auslese-Schaltkreis in einem Silizium-(Si-)Substrat unter Verwendung eines Verfahrens wie etwa Wafer-Wafer-Ronden auszubilden sowie eine Fotodiode auf und/oder über dem Auslese-Schaltkreis auszubilden (als dreidimensionaler (3D-)Bildsensor bezeichnet). Die Fotodiode ist mit dem Auslese-Schaltkreis über eine Metall-Zwischenverbindung verbunden.
Nach der verwandten Technik tritt, weil sowohl Source als auch Drain des Transfer-Transistors stark mit N-Typ-Fremdatomen dotiert sind, ein Ladungsaufteilungsphänomen auf. Wenn das Ladungsaufteilungsphänomen auftritt, wird die Empfindlichkeit eines Ausgangsbildes reduziert, und es kann ein Bildfehler erzeugt werden.
Auch wird, weil sich eine Fotoladung nicht leicht zwischen der Fotodiode und dem Auslese-Schaltkreis bewegt, ein Dunkelstrom erzeugt und/oder die Sättigung und die Empfindlichkeit werden reduziert.
Zusätzlich kann ein Kontaktzapfen, der den Auslese-Schaltkreis und die Fotodiode verbindet, einen Kurzschluss in der Fotodiode verursachen.
Kurze Zusammenfassung
Ausführungsformen sehen einen Bildsensor vor, bei dem keine Ladungsaufteilung auftritt, während gleichzeitig ein Füllfaktor erhöht wird, sowie ein Verfahren zu seiner Herstellung.
Ausführungsformen sehen auch einen Bildsensor vor, der eine Dunkelstromquelle minimieren und Sättigungsreduktion und Empfindlichkeitsverminderung durch Ausbilden eines gleichmäßigen Transferpfads für eine Fotoladung zwischen einer Fotodiode und einem Auslese-Schaltkreis unterbinden kann, sowie ein Verfahren zu seiner Herstellung.
Ausführungsformen sehen auch einen Bildsensor vor, der einen Kurzschluss an einem Kontaktzapfen unterbinden kann, der einen Auslese-Schaltkreis und eine Bilderfassungs-Einrichtung verbindet, sowie ein Verfahren zu seiner Herstellung.
In einem Ausführungsbeispiel umfasst ein Bildsensor: einen Auslese-Schaltkreis in einem ersten Substrat; einen elektrischen Übergangsbereich, der elektrisch mit dem Auslese-Schaltkreis in dem ersten Substrat verbunden ist; eine Zwischenverbindung in einem Zwischenschicht-Dielektrikum, das auf dem ersten Substrat angeordnet ist, wobei die Zwischenverbindung elektrisch mit dem elektrischen Übergangsbereich verbunden ist; und eine Bilderfassungs-Einrichtung, die eine Schicht eines ersten Leitungstyps und eine Schicht eines zweiten Leitungstyps umfasst, auf der Zwischenverbindung. Ein Kontaktzapfen verbindet die Schicht des ersten Leitungstyps mit der Zwischenverbindung über ein Durchkontaktierungsloch, das durch die Bilderfassungs-Einrichtung hindurchgeht, und ein Seitenwand-Dielektrikum ist auf einer Seitenwand der Schicht des zweiten Leitungstyps aufgebracht, die dem Durchkontaktierungsloch entspricht, um den Kontaktzapfen elektrisch von der Schicht des zweiten Leitungstyps zu isolieren.
In einem weiteren Ausführungsbeispiel umfasst ein Verfahren zur Herstellung eines Bildsensors: Ausbilden eines Auslese-Schaltkreises in einem ersten Substrat; Ausbilden eines elektrischen Übergangsbereichs, der elektrisch mit dem Auslese-Schaltkreis in dem ersten Substrat verbunden ist; Ausbilden eines Zwischenschicht-Dielektrikums auf dem ersten Substrat, um eine Zwischenverbindung in dem Zwischenschicht-Dielektrikum auszubilden, wobei die Zwischenverbindung elektrisch mit dem elektrischen Übergangsbereich verbunden ist; und Ausbilden einer Bilderfassungs-Einrichtung, die eine Schicht eines ersten Leitungstyps und eine Schicht eines zweiten Leitungstyps auf dem Zwischenschicht-Dielektrikum umfasst. Ein anfängliches Durchkontaktierungsloch wird ausgebildet, das einen Teilbereich der Bilderfassungs-Einrichtung durchdringt, und ein Seitenwand-Dielektrikum kann an Seitenwänden der Schicht des zweiten Leitungstyps in dem anfänglichen Durchkontaktierungsloch ausgebildet werden. Ein sekundäres Durchkontaktierungsloch wird durch die Bilderfassungs-Einrichtung hindurch ausgebildet, um die Zwischenverbindung freizulegen, und ein Kontaktzapfen wird ausgebildet, um die Schicht des ersten Leitungstyps mit der Zwischenverbindung zu verbinden.
Die Einzelheiten eines oder mehrerer Ausführungsbeispiele sind in den begleitenden Zeichnungen und der nachstehenden Beschreibung dargelegt. Andere Merkmale werden aus der Beschreibung und den Zeichnungen sowie aus den Patentansprüchen ersichtlich.
Kurze Beschreibung der Zeichnung
Es zeigen:
1 eine Schnittansicht, die einen Bildsensor gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel darstellt; und
2 bis 12 Schnittansichten, die ein Verfahren zur Herstellung des Bildsensors gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel darstellen.
13 bis 14 sind Schnittansichten, die ein Verfahren zur Herstellung eines Bildsensors gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel darstellen.
15 ist eine Schnittansicht, die einen Bildsensor gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel darstellt.
Detaillierte Beschreibung
Nachstehend werden Ausführungsbeispiele eines Bildsensors und ein Verfahren zu seiner Herstellung mit Bezug auf die begleitenden Zeichnungen beschrieben.
In der Beschreibung der Ausführungen versteht sich, dass wenn eine Schicht (ein Film) als ”auf” einer anderen Schicht oder einem Substrat bezeichnet wird, sie direkt auf einer anderen Schicht oder einem Substrat liegen kann oder dazwischen liegende Schichten vorhanden sein können. Ferner versteht sich, dass wenn eine Schicht als ”unter” einer anderen Schicht bezeichnet wird, sie direkt unter einer anderen Schicht liegen kann oder eine oder mehrere dazwischen liegende Schichten vorhanden sein können. Zusätzlich dazu versteht sich, dass wenn eine Schicht als ”zwischen” zwei Schichten bezeichnet wird, sie die einzige Schicht zwischen den Schichten sein kann oder ein oder mehrere dazwischen liegende Schichten vorhanden sein können.
1 ist eine Schnittansicht, die einen Bildsensor gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel darstellt.
Der Bildsensor gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel kann enthalten: einen Auslese-Schaltkreis 120 in einem ersten Substrat 100; einen elektrischen Übergangsbereich 140, der elektrisch mit dem Auslese-Schaltkreis 120 in dem ersten Substrat 100 verbunden ist; eine Zwischenverbindung 150, die in einem ersten Zwischenschicht-Dielektrikum 160 angeordnet ist, das auf dem ersten Substrat 100 angeordnet ist, wobei die Zwischenverbindung 150 elektrisch mit dem elektrischen Übergangsbereich 140 verbunden ist; ein zweites Zwischenschicht-Dielektrikum 162, das auf der Zwischenverbindung 150 angeordnet ist; und eine Bilderfassungs-Einrichtung 210, die eine Schicht eines ersten Leitungstyps 214 und eine Schicht eines zweiten Leitungstyps 216 auf dem zweiten Zwischenschicht-Dielektrikum 162 enthält.
Der Bildsensor gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel kann weiter enthalten: einen Kontaktzapfen 230, der die Schicht des ersten Leitungstyps 214 mit der Zwischenverbindung 150 über ein Durchkontaktierungsloch verbindet, das durch die Bilderfassungs-Einrichtung 210 hindurchgeht; und ein Seitenwand-Dielektrikum 226, das auf einer Seitenwand der Schicht des zweiten Leitungstyps 216 aufgebracht ist, die dem Durchkontaktierungsloch entspricht.
Die Bilderfassungs-Einrichtung 210 kann eine Fotodiode sein, kann jedoch, ohne darauf beschränkt zu sein, ein Fotogate oder eine Kombination der Fotodiode und des Fotogates sein. Ausführungsbeispiele enthalten beispielhaft eine in einer kristallinen Halbleiterschicht ausgebildete Fotodiode. Jedoch sind Ausführungsformen nicht darauf beschränkt und können zum Beispiel eine in einer amorphen Halbleiterschicht ausgebildete Fotodiode enthalten.
Nachstehend wird ein Verfahren zur Herstellung des Bildsensors gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel mit Bezug auf 2 bis 12 beschrieben.
2 ist eine schematische Ansicht, die das erste Substrat 100 darstellt, das mit der Zwischenverbindung 150 und einem Auslese-Schaltkreis versehen ist. 3 ist eine detaillierte Ansicht von 2. Nachstehend wird nun eine Beschreibung auf Grundlage von 3 gegeben.
Wie in 3 dargestellt, ist ein aktiver Bereich durch Ausbilden einer Bauteil-Isolationsschicht 110 im ersten Substrat 100 definiert. Der Auslese-Schaltkreis 120 kann einen Transfer-Transistor (Tx) 121, einen Reset-Transistor (Rx) 123, einen Ansteuerungs-Transistor (Dx) 125 und einen Auswahl-Transistor (Sx) 127 enthalten. Ein Ionenimplantationsbereich 130, der einen schwebenden Diffusions-Bereich (FD) 131 und einen Source-/Drain-Bereich 133, 135 und 137 für jeden Transistor enthält, kann ausgebildet sein.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel kann der elektrische Übergangsbereich 140 auf dem ersten Substrat 100 ausgebildet sein, und es kann eine Verbindung des ersten Leitungstyps 147 ausgebildet sein, die mit der Zwischenverbindung 150 bei einem oberen Teil des elektrischen Übergangsbereichs 140 verbunden ist.
Zum Beispiel kann der elektrische Übergangsbereich 140 ein P-N-Übergang 140 sein, ist jedoch nicht darauf beschränkt. Zum Beispiel kann der elektrische Übergangsbereich 140 eine Ionenimplantations-Schicht eines ersten Leitungstyps 143 enthalten, die auf einer Wanne eines zweiten Leitungstyps 141 oder einer Epitaxieschicht eines zweiten Leitungstyps ausgebildet ist, sowie eine Ionenimplantations-Schicht 145 eines zweiten Leitungstyps 145, die auf der Ionenimplantations-Schicht des ersten Leitungstyps 143 ausgebildet ist. Zum Beispiel kann, wie in 3 gezeigt, der P-N-Übergang 140 ein Übergang P0(145)/N–(143)/P–(141) sein, aber Ausführungsformen sind nicht darauf beschränkt. Das erste Substrat 100 kann ein Substrat des zweiten Leitungstyps sein, ist jedoch nicht darauf beschränkt.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel ist die Einrichtung so ausgelegt, dass sie eine Potentialdifferenz zwischen Source und Drain des Transfer-Transistors (Tx) liefert und dadurch das volle Entladen einer Fotoladung ermöglicht. Demgemäß wird eine in der Fotodiode erzeugte Fotoladung in den schwebenden Diffusions-Bereich entladen und erhöht dadurch die Empfindlichkeit des ausgegebenen Bildes.
Das heißt, der elektrische Übergangsbereich 140 ist, wie in 3 gezeigt, im ersten Substrat 100 ausgebildet, das den Auslese-Schaltkreis 120 enthält, um eine Potentialdifferenz zwischen Source und Drain des Transfer-Transistors (Tx) 121 zu liefern und dadurch das vollständige Entladen einer Fotoladung zu ermöglichen.
Speziell werden in der Fotodiode 210 erzeugte Elektronen auf den PNP-Übergang 140 übertragen, und sie werden auf den schwebenden Diffusions-Knoten (FD) 131 übertragen, um in eine Spannung umgewandelt zu werden, wenn der Transfer-Transistor (Tx) 121 eingeschaltet wird.
Die maximale Spannung des P0/N–/P–-Übergangs 140 wird zu einer Haftspannung, und die maximale Spannung des FD-Knotens 131 wird zu Vdd minus der Schwellenspannung (Vth) des Reset-Transistors (Rx). Daher können in der Fotodiode 210 auf dem Chip erzeugte Elektronen aufgrund einer Potentialdifferenz zwischen Source und Drain des Tx 121 vollständig, ohne Ladungsverteilung, in den FD-Knoten 131 entladen werden.
So macht es, im Gegensatz zu dem Fall nach der verwandten Technik, bei dem eine Fotodiode einfach an einen N+-Übergang angeschlossen wird, ein Ausführungsbeispiel nach der vorliegenden Erfindung möglich, Sättigungsreduktion und Empfindlichkeitsverringerung zu unterbinden.
Die Verbindung des ersten Leitungstyps 147 kann zwischen der Fotodiode und dem Auslese-Schaltkreis ausgebildet sein, um einen gleichmäßigen Transferpfad einer Fotoladung zu schaffen und es dadurch möglich zu machen, eine Dunkelstromquelle zu minimieren und Sättigungsreduktion und Empfindlichkeitsverminderung zu unterbinden.
Dazu kann die erste Ausführungsform einen N+-Dotierungsbereich als die Verbindung des ersten Leitungstyps 147 für einen ohmschen Kontakt an der Oberfläche des P0/N–/P–-Übergangs 140 ausbilden. Der N+-Bereich (147) kann so ausgebildet sein, dass er den P0-Bereich (145) durchdringt, um den N–-Bereich (143) zu kontaktieren.
Die Breite der Verbindung des ersten Leitungstyps 147 kann minimiert werden, um die Verbindung des ersten Leitungstyps 147 zu hindern, eine Leckstromquelle darzustellen. Dazu kann nach dem Ätzen eines Kontaktlochs für einen ersten Metall-Kontakt 151a ein Implantieren eines Zapfens erfolgen, aber Ausführungsformen sind nicht darauf beschränkt. Als weiteres Beispiel kann ein Ionenimplantations-Muster (nicht gezeigt) ausgebildet werden, und das Ionenimplantations-Muster kann als Ionenimplantations-Maske benutzt werden, um die Verbindung des ersten Leitungstyps 147 auszubilden.
Als Nächstes kann das Zwischenschicht-Dielektrikum 160 auf dem ersten Substrat 100 ausgebildet werden, und die Zwischen verbindung 150 kann ausgebildet werden. Die Zwischenverbindung 150 kann den ersten Metall-Kontakt 151a, ein erstes Metall 151, ein zweites Metall 152 und ein drittes Metall 153 enthalten, aber Ausführungsformen sind nicht darauf beschränkt.
Das zweite Zwischenschicht-Dielektrikum 162 ist auf der Zwischenverbindung 150 ausgebildet. Zum Beispiel kann das zweite Zwischenschicht-Dielektrikum 162 aus einem Dielektrikum, wie etwa einer Oxidschicht oder einer Nitridschicht, ausgebildet sein. Das zweite Zwischenschicht-Dielektrikum 162 erhöht die Verbindungs-Kraft zwischen einem mit der Bilderfassungs-Einrichtung 210 versehenen zweiten Substrat (nicht gezeigt) und dem ersten Substrat 100.
Mit Bezugnahme auf 4 wird die Bilderfassungs-Einrichtung 210, die eine Schicht eines ersten Leitungstyps 214 und eine Schicht eines zweiten Leitungstyps 216 enthält, auf dem zweiten Zwischenschicht-Dielektrikum 162 ausgebildet.
Zum Beispiel kann eine kristalline Halbleiterschicht eines zweiten Substrats (nicht gezeigt) mit der Fotodiode versehen werden, welche die N–-Schicht (214) und die P+-Schicht (216) enthält. Weiter kann eine N+-Schicht einer Schicht des ersten Leitungstyps 212 für einen ohmschen Kontakt vorgesehen sein. Gemäß einem Ausführungsbeispiel ist die Dicke der Schicht des ersten Leitungstyps 214 größer als diejenige der Schicht des zweiten Leitungstyps 216, um die Ladungsspeicherungs-Kapazität zu erhöhen.
Sobald das zweite Substrat mit dem ersten Substrat verbunden ist und die Fotodiode auf dem ersten Substrat freiliegt, wird ein die Bilderfassungs-Einrichtung 210 nach Bildpunkten auf teilender Ätzprozess durchgeführt, um geätzte Bereiche zwischen Bildpunkten mit einer Zwischen-Bildpunkt-Trennschicht 250 zu füllen. In einem Ausführungsbeispiel kann die Zwischen-Bildpunkt-Trennschicht 250 aus einem Dielektrikum ausgebildet sein, wie etwa als Oxidschicht, Ausführungsformen sind jedoch nicht darauf beschränkt. Zum Beispiel kann die Zwischen-Bildpunkt-Trennschicht 250 durch Ionenimplantation ausgebildet werden. In einem weiteren Ausführungsbeispiel kann die Zwischen-Bildpunkt-Trennschicht 250 nach dem Ausbilden des Kontaktzapfens 230 ausgebildet werden.
Mit Bezug auf 5 wird ein erstes Dielektrikum 222 auf der Bilderfassungs-Einrichtung 210 ausgebildet, und ein Fotolack-Muster 310 zum Ausbilden erster Durchkontaktierungslöcher H1 (siehe 6) wird gebildet. Zum Beispiel kann das erste Dielektrikum 222 eine Oxidschicht oder eine Nitridschicht enthalten, aber Ausführungsformen sind nicht darauf beschränkt.
Mit Bezug auf 6 werden die ersten Durchkontaktierungslöcher H1 durch teilweises Entfernen der Schicht eines zweiten Leitungstyps 216 der Bilderfassungs-Einrichtung 210 ausgebildet. Zum Beispiel können die ersten Durchkontaktierungslöcher H1 durch teilweises Entfernen der P+-Schicht (216) unter Verwendung des Fotolack-Musters 310 als Ätzmaske ausgebildet werden, sodass die N–-Schicht (214) freigelegt wird. Die ersten Durchkontaktierungslöcher H1 können eine solche Tiefe aufweisen, dass sie die Schicht des zweiten Leitungstyps 216 durchdringen, jedoch nicht die Schicht hoher Konzentration des ersten Leitungstyps 212 erreichen.
Mit Bezug auf 7 wird das Fotolack-Muster 310 entfernt.
Mit Bezug auf 8 wird ein Seitenwand-Dielektrikum 226 auf der Seitenwand der Schicht des zweiten Leitungstyps 216 ausgebildet. Zum Beispiel wird ein zweites Dielektrikum 224, wie etwa eine Oxidschicht, bei den ersten Durchkontaktierungslöchern H1 ausgebildet. Dann kann eine umfassende Ätzung, wie etwa ein Rückätz-Prozess, auf dem zweiten Dielektrikum 224 durchgeführt werden, um das Seitenwand-Dielektrikum 226 an der Seitenwand der Schicht des zweiten Leitungstyps 216 auszubilden.
Gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel wird der durch die Bilderfassungs-Einrichtung 210 hindurchgehende Kontaktzapfen 230 unter Verwendung des Seitenwand-Dielektrikums 226 isoliert, um einen Kurzschluss am Kontaktzapfen 230 zu vermeiden, der den Auslese-Schaltkreis 120 und die Bilderfassungs-Einrichtung 210 verbindet.
Mit Bezug auf 9 werden unter Verwendung des Seitenwand-Dielektrikums 226 als Ätzmaske zweite Durchkontaktierungslöcher H2 ausgebildet, die durch die ersten Durchkontaktierungslöcher H1 hindurchgehen, um die Zwischenverbindung 150 freizulegen. Zum Beispiel können die zweiten Durchkontaktierungslöcher H2 ausgebildet werden, die durch die Bilderfassungs-Einrichtung 210 und das zweite Zwischenschicht-Dielektrikum 162 hindurchgehen, um den oberen Teilbereich der Zwischenverbindung 150 freizulegen.
Mit Bezug auf 10 kann ein Kontaktzapfen 230, der die Schicht des ersten Leitungstyps 214 und die Zwischenverbindung 150 verbindet, bei den zweiten Durchkontaktierungslöchern H2 ausgebildet werden. Zum Beispiel kann der Kontaktzapfen 230, der die zweiten Durchkontaktierungslöcher H2 aus füllt, aus Metall, wie etwa Wolfram (W) und Titan (Ti) ausgebildet sein.
Mit Bezug auf 11 kann ein Teilbereich des Kontaktzapfens 230 bei einem Bereich, welcher der Schicht des zweiten Leitungstyps 216 entspricht, entfernt werden, um dritte Durchkontaktierungslöcher H3 auszubilden. Zum Beispiel kann ein Teilbereich des Kontaktzapfens 230 bei einem Bereich, welcher der P+-Schicht (216) entspricht, durch eine umfassende Ätzung entfernt werden.
Mit Bezug auf 12 kann in den dritten Durchkontaktierungslöchern H3 ein drittes Dielektrikum 228 ausgebildet werden. Zum Beispiel kann das bei den dritten Durchkontaktierungslöchern H3 ausgebildete dritte Dielektrikum 228 eine Oxidschicht sein.
Danach kann an der Schicht des zweiten Leitungstyps 216 ein Schleifvorgang durchgeführt werden.
Gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel wird der durch die Bilderfassungs-Einrichtung 210 gehende Kontaktzapfen 230 unter Verwendung des Seitenwand-Dielektrikums 226 isoliert, um einen Kurzschluss am Kontaktzapfen 230 zu vermeiden, der den Auslese-Schaltkreis 120 und die Bilderfassungs-Einrichtung 210 verbindet.
13 und 14 sind Schnittansichten, die ein Verfahren zur Herstellung eines Bildsensors gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel darstellen.
Das zweite Ausführungsbeispiel kann die technischen Merkmale des ersten Ausführungsbeispiels übernehmen.
Nachstehend werden nun die Unterschiede zwischen dem ersten und dem zweiten Ausführungsbeispiel im Detail beschrieben.
Mit Bezug auf 13 wird der Kontaktzapfen 230 bei den ersten Durchkontaktierungslöchern H1 durch Füllen der zweiten Durchkontaktierungslöcher 112 mit Metall ausgebildet (ähnlich dem mit Bezug auf 10 beschriebenen Schritt).
Mit Bezug auf 14 wird gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel das zum Ausbilden des Kontaktzapfens 230 benutzte Material von der oberen Seite der Bilderfassungs-Einrichtung 210 entfernt, während es im gesamten Durchkontaktierungsloch H2 verbleibt. Dann kann das dritte Dielektrikum 228 auf dem Kontaktzapfen 230 ausgebildet werden, und an der Schicht des zweiten Leitungstyps 216 kann ein Schleifvorgang durchgeführt werden.
Gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel ist der Kontaktzapfen 230 durch das Seitenwand-Dielektrikum 226 von der Schicht des zweiten Leitungstyps 216 elektrisch isoliert. Daher wird, selbst wenn nur der Teilbereich des Kontaktzapfens 230 entfernt wird, welcher der oberen Seite der Bilderfassungs-Einrichtung 210 entspricht, ein Kurzschluss vermieden, und die Fertigungseffizienz wird verbessert.
15 ist eine Schnittansicht, die einen Bildsensor gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel darstellt. Das erste Substrat 100, das mit der Zwischenverbindung 150 versehen ist, ist im Detail dargestellt.
Das dritte Ausführungsbeispiel kann die technischen Merkmale der ersten Ausführungsform und der zweiten Ausführungsform übernehmen.
Das dritte Ausführungsbeispiel unterscheidet sich vom ersten Ausführungsbeispiel darin, dass eine Verbindung des ersten Leitungstyps 148 mit einer Seite des elektrischen Übergangsbereichs 140 verbunden ist.
Der N+-Verbindungsbereich 148 kann am P0/N–/P–-Übergang 140 für einen ohmschen Kontakt ausgebildet sein. In diesem Fall kann während des Ausbildungsprozesses des N+-Verbindungsbereichs 148 und des M1C-Kontakts 151a eine Leckstromquelle erzeugt werden. Auch kann, wenn der N+-Verbindungsbereich 148 über der Oberfläche des P0/N–/P–-Übergangs 140 ausgebildet wird, durch den N+/P0-Übergang 148/145 zusätzlich ein elektrisches Feld erzeugt werden. Dieses elektrische Feld kann auch zu einer Leckstromquelle werden.
Daher schlägt das dritte Ausführungsbeispiel ein Layout vor, bei dem ein erster Kontaktzapfen 151a in einem aktiven Bereich ausgebildet wird, der nicht mit einer P0-Schicht dotiert ist, sondern einen N+-Verbindungsbereich 148 enthält, der mit dem N–-Übergang 143 elektrisch verbunden ist.
Gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel wird das elektrische Feld nicht auf und/oder über einer Si-Oberfläche erzeugt, was zur Reduktion eines Dunkelstroms eines dreidimensionalen integrierten CIS beiträgt.
Gemäß dem Ausführungsbeispiel ist der elektrische Übergangsbereich im ersten Substrat ausgebildet, das den Auslese-Schaltkreis enthält, um eine Potentialdifferenz zwischen Source und Drain des Transfer-Transistors (Tx) zu liefern und dadurch das vollständige Entladen einer Fotoladung zu verwirklichen.
Zusätzlich kann gemäß dem Ausführungsbeispiel die Verbindung des ersten Leitungstyps zwischen der Fotodiode und dem Auslese-Schaltkreis ausgebildet sein, um einen gleichmäßigen Transferpfad einer Fotoladung zu schaffen und es dadurch möglich zu machen, eine Dunkelstromquelle zu minimieren und Sättigungsreduktion und Empfindlichkeitsverminderung zu unterbinden.
Gemäß dem Ausführungsbeispiel wird der durch die Bilderfassungs-Einrichtung hindurchgehende Kontaktzapfen unter Verwendung des Seitenwand-Dielektrikums isoliert, um einen Kurzschluss am Kontaktzapfen zu vermeiden, der den Auslese-Schaltkreis und die Bilderfassungs-Einrichtung verbindet.
In der vorliegenden Beschreibung bedeutet jeder Verweis auf ”eine Ausführung”, ”Ausführung”, ”beispielhafte Ausführung” usw., dass ein spezielles Merkmal, eine Struktur oder eine Eigenschaft, welches bzw. welche in Verbindung mit der Ausführung beschrieben wird, in mindestens einer Ausführung der Erfindung enthalten ist. Das Auftreten derartiger Ausdrucksweisen an verschiedenen Stellen in der Beschreibung verweist nicht notwendig sämtlich auf die gleiche Ausführung. Ferner sei bemerkt, dass, wenn ein besonderes Merkmal, eine Struktur oder eine Eigenschaft beschrieben wird, es sich innerhalb des Bereichs der Möglichkeiten eines Fachmanns befindet, ein derartiges Merkmal, eine Struktur oder ein Kennmerkmal in Verbindung mit anderen der Ausführungen zu bewirken.
Obwohl Ausführungen mit Bezug auf eine Anzahl erläuternder Ausführungsbeispiele beschrieben wurden, sei bemerkt, dass zahlreiche weitere Abwandlungen und Ausführungen durch Fachleute entworfen werden können, welche unter Prinzip und Umfang der vorliegenden Offenbarung fallen. Insbesondere sind verschiedene Änderungen und Abwandlungen der Bauteile und/oder der Anordnungen der fraglichen Kombinationsanordnung innerhalb des Umfangs der Offenbarung, der Zeichnungen und der beigefügten Ansprüche möglich. Zusätzlich zu Änderungen und Abwandlungen der Bauteile und/oder der Anordnungen sind alternative Verwendungen gleichfalls für Fachleute ersichtlich.

Claims

Bildsensor, umfassend: einen Auslese-Schaltkreis in einem ersten Substrat; einen elektrischen Übergangsbereich, der elektrisch mit dem Auslese-Schaltkreis in dem ersten Substrat verbunden ist; eine Zwischenverbindung in einem Zwischenschicht-Dielektrikum, das auf dem ersten Substrat angeordnet ist, wobei die Zwischenverbindung elektrisch mit dem elektrischen Übergangsbereich verbunden ist; eine Bilderfassungs-Einrichtung, die eine Schicht eines ersten Leitungstyps und eine Schicht eines zweiten Leitungstyps umfasst, auf der Zwischenverbindung; einen Kontaktzapfen, der die Schicht des ersten Leitungstyps mit der Zwischenverbindung durch ein Durchkontaktierungsloch verbindet, das durch die Bilderfassungs-Einrichtung hindurchgeht; und ein Seitenwand-Dielektrikum auf einer Seitenwand der Schicht des zweiten Leitungstyps, die dem Durchkontaktierungsloch entspricht.
Bildsensor gemäß Anspruch 1, wobei der elektrische Übergangsbereich umfasst: einen Ionenimplantationsbereich eines ersten Leitungstyps im ersten Substrat; und einen Ionenimplantationsbereich eines zweiten Leitungstyps auf dem Ionenimplantationsbereich des ersten Leitungstyps.
Bildsensor gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei der Auslese-Schaltkreis einen Transistor umfasst, wobei der elektrische Übergangsbereich bei einer Source des Transistors angeordnet ist, wodurch eine Potentialdifferenz zwischen der Source und einem Drain des Transistors geliefert wird.
Bildsensor gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, weiter umfassend eine Verbindung eines ersten Leitungstyps zwischen dem elektrischen Übergangsbereich und der Zwischenverbindung, wobei die Verbindung des ersten Leitungstyps den elektrischen Übergang mit der Zwischenverbindung verbindet.
Bildsensor gemäß Anspruch 4, wobei die Verbindung des ersten Leitungstyps bei einem oberen Teil des elektrischen Übergangsbereichs angeordnet ist.
Bildsensor gemäß Anspruch 4, wobei die Verbindung des ersten Leitungstyps an einer Seite des elektrischen Übergangsbereichs angeordnet ist.
Bildsensor gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6, ferner umfassend ein drittes Dielektrikum, welches das Durchkontaktierungsloch auf dem Seitenwand-Dielektrikum füllt, wobei der Kontaktzapfen in Kontakt mit der Schicht des ersten Leitungstyps steht.
Bildsensor gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei das Seitenwand-Dielektrikum zwischen dem Kontaktzapfen und der Schicht des zweiten Leitungstyps angeordnet ist und der Kontaktzapfen eine solche Höhe hat, dass er eine obere Seite der Schicht des zweiten Leitungstyps erreicht.
Bildsensor gemäß Anspruch 8, weiterhin umfassend ein drittes Dielektrikum am Kontaktzapfen.
Verfahren zur Herstellung eines Bildsensors, wobei das Verfahren umfasst: Ausbilden eines Auslese-Schaltkreises in einem ersten Substrat; Ausbilden eines elektrischen Übergangsbereichs, der elektrisch mit dem Auslese-Schaltkreis in dem ersten Substrat verbunden ist; Ausbilden eines Zwischenschicht-Dielektrikums auf dem ersten Substrat und einer Zwischenverbindung in dem Zwischenschicht-Dielektrikum, wobei die Zwischenverbindung elektrisch mit dem elektrischen Übergangsbereich verbunden ist; Ausbilden einer Bilderfassungs-Einrichtung, die eine Schicht eines ersten Leitungstyps und eine Schicht eines zweiten Leitungstyps auf dem Zwischenschicht-Dielektrikum umfasst; und teilweises Entfernen der Schicht des zweiten Leitungstyps der Bilderfassungs-Einrichtung, um ein erstes Durchkontaktierungsloch auszubilden; Ausbilden eines Seitenwand-Dielektrikums an einer Seitenwand der Schicht des zweiten Leitungstyps; teilweises Ätzen der Schicht des ersten Leitungstyps und des Zwischenschicht-Dielektrikums unter Verwendung des Seitenwand-Dielektrikums als Ätzmaske, um ein zweites Durchkontaktierungsloch auszubilden, das die Zwischenverbindung freilegt; und Ausbilden eines Kontaktzapfens, der die Schicht des ersten Leitungstyps mit der Zwischenverbindung durch das zweite Durchkontaktierungsloch hindurch verbindet.
Verfahren gemäß Anspruch 10, wobei das Ausbilden des elektrischen Übergangsbereichs umfasst: Ausbilden eines Ionenimplantationsbereichs eines ersten Leitungstyps im ersten Substrat; und Ausbilden eines Ionenimplantationsbereichs eines zweiten Leitungstyps auf dem Ionenimplantationsbereich des ersten Leitungstyps.
Verfahren gemäß Anspruch 10 oder 11, wobei der Auslese-Schaltkreis einen Transistor umfasst, wobei der elektrische Übergangsbereich bei einer Source des Transistors ausgebildet ist, wodurch eine Potentialdifferenz zwischen der Source und einem Drain des Transistors geliefert wird.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 10 bis 12, weiter umfassend ein Ausbilden einer Verbindung eines zweiten Leitungstyps zwischen dem elektrischen Übergangsbereich und der Zwischenverbindung, um den elektrischen Übergangsbereich mit der Zwischenverbindung elektrisch zu verbinden.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 10 bis 13, wobei ein Ausbilden des Seitenwand-Dielektrikums umfasst: Ausbilden eines zweiten Dielektrikums bei dem ersten Durchkontaktierungsloch; und umfassendes Ätzen des zweiten Dielektrikums.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 10 bis 14, ferner umfassend nach dem Ausbilden des Kontaktzapfens: Entfernen eines Teilbereichs des Kontaktzapfens bei einem Bereich, welcher der Schicht des zweiten Leitungstyps entspricht, um ein drittes Durchkontaktierungsloch auszubilden; und Ausbilden eines dritten Dielektrikums in dem dritten Durchkontaktierungsloch.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 10 bis 14, ferner umfassend nach dem Ausbilden des Kontaktzapfens: Entfernen eines Teilbereichs des Kontaktzapfens, welcher der oberen Seite der Bilderfassungs-Einrichtung entspricht; und Ausbilden eines dritten Dielektrikums auf dem Kontaktzapfen.