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DE102020121598A1 - Verfahren zum herstellen von bildsensoren - Google Patents

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DE102020121598A1
DE102020121598A1 DE102020121598.3A DE102020121598A DE102020121598A1 DE 102020121598 A1 DE102020121598 A1 DE 102020121598A1 DE 102020121598 A DE102020121598 A DE 102020121598A DE 102020121598 A1 DE102020121598 A1 DE 102020121598A1
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DE
Germany
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substrate
device layer
image sensor
until
Prior art date
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Pending
Application number
DE102020121598.3A
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English (en)
Inventor
Chiao-Chi Wang
Chung-Chuan Tseng
Chia-Ping Lai
Szu-Chien Tseng
Yeh-Hsun Fang
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Taiwan Semiconductor Manufacturing Co TSMC Ltd
Original Assignee
Taiwan Semiconductor Manufacturing Co TSMC Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
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Publication date
Application filed by Taiwan Semiconductor Manufacturing Co TSMC Ltd filed Critical Taiwan Semiconductor Manufacturing Co TSMC Ltd
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Abstract

Verschiedene Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung sind auf Verfahren zum Herstellen eines Bildsensors gerichtet, bei dem eine Vorrichtungsschicht über einem Substrat angeordnet ist und ein anderes Halbleitermaterial als dieses aufweist und bei dem die Vorrichtungsschicht eine hohe Kristallqualität hat. Einige Ausführungsformen der Verfahren umfassen die folgenden Schritte: epitaxiales Aufwachsen der Vorrichtungsschicht auf dem Substrat; Strukturieren der Vorrichtungsschicht, um einen Graben zu erzeugen, der die Vorrichtungsschicht in Mesastrukturen, die Pixeln entsprechen, unterteilt; Herstellen einer dielektrischen Zwischenpixelschicht so, dass sie den Graben füllt und die Mesastrukturen trennt; und Herstellen von Fotodetektoren in den Mesastrukturen. Andere Ausführungsformen der Verfahren umfassen die folgenden Schritte: Abscheiden der dielektrischen Zwischenpixelschicht über dem Substrat; Strukturieren der dielektrischen Zwischenpixelschicht, um Hohlräume zu erzeugen, die den Pixeln entsprechen; epitaxiales Aufwachsen der Mesastrukturen in den Hohlräumen; und Herstellen der Fotodetektoren in den Mesastrukturen.

Description

  • Hintergrund
  • Integrierte Schaltkreise (ICs) mit Bildsensoren werden in einer breiten Palette von modernen elektronischen Geräten, wie zum Beispiel Kameras und Mobiltelefonen, verwendet. In den letzten Jahren haben CMOS-Bildsensoren (CMOS: komplementärer Metalloxidhalbleiter) breite Anwendung gefunden und lösen CCD-Bildsensoren (CCD: ladungsgekoppelte Vorrichtung) weitgehend ab. CMOS-Bildsensoren werden auf Grund ihres niedrigen Energieverbrauchs, ihrer geringen Größe, ihrer schnellen Datenverarbeitung, ihrer direkten Datenausgabe und ihrer niedrigen Herstellungskosten gegenüber CCD-Bildsensoren zunehmend favorisiert. Arten von CMOS-Bildsensoren sind vorderseitig beleuchtete Bildsensoren (FSI-Bildsensoren) und rückseitig beleuchtete Bildsensoren (BSI-Bildsensoren).
  • Figurenliste
  • Aspekte der vorliegenden Erfindung lassen sich am besten anhand der nachstehenden detaillierten Beschreibung in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen verstehen. Es ist zu beachten, dass entsprechend der üblichen Praxis in der Branche verschiedene Elemente nicht maßstabsgetreu gezeichnet sind. Vielmehr können der Übersichtlichkeit der Erörterung halber die Abmessungen der verschiedenen Elemente beliebig vergrößert oder verkleinert sein.
    • 1 zeigt eine Schnittansicht einiger Ausführungsformen eines Bildsensors, bei denen eine Vorrichtungsschicht über einem Substrat angeordnet ist und ein anderes Halbleitermaterial als dieses aufweist.
    • Die 2A und 2B zeigen Draufsichten einiger Ausführungsformen von Mesastrukturen, die von der Vorrichtungsschicht von 1 definiert werden.
    • Die 3A bis 3C zeigen Schnittansichten einiger alternativer Ausführungsformen des Bildsensors von 1, bei denen Kontaktbereiche und Kontaktwannen abgewandelt sind.
    • 4 zeigt eine Schnittansicht einiger alternativer Ausführungsformen des Bildsensors von 1, bei denen eine Vorrichtungsverkappungsschicht lokal auf die Vorrichtungsschicht begrenzt ist.
    • 5 zeigt eine Schnittansicht einiger alternativer Ausführungsformen des Bildsensors von 1, bei denen eine dielektrische Zwischenpixelschicht eine Unterseite hat, die auf gleicher Höhe oder etwa auf gleicher Höhe mit einer Unterseite der Vorrichtungsschicht ist.
    • 6 zeigt eine alternative Schnittansicht einiger Ausführungsformen des Bildsensors von 5, bei denen zwei benachbarte Pixel vollständig dargestellt sind.
    • Die 7A und 7B zeigen Schnittansichten einiger detaillierterer Ausführungsformen des Bildsensors von 1, bei denen der Bildsensor weiterhin eine Verbindungsstruktur aufweist und vorderseitig beleuchtet (FSI) bzw. rückseitig beleuchtet (BSI) ist.
    • 8 zeigt eine Schnittansicht einiger Ausführungsformen eines Bildsensors, bei denen eine Vorrichtungsschicht in ein Substrat ausgespart ist und ein anderes Halbleitermaterial als dieses aufweist.
    • 9 zeigt eine Draufsicht einiger Ausführungsformen eines Pixels in dem Bildsensor von 1.
    • Die 10A bis 10F zeigen Schnittansichten einiger alternativer Ausführungsformen des Bildsensors von 8, bei denen Bestandteile des Bildsensors abgewandelt sind.
    • 11 zeigt eine Schnittansicht einiger alternativer Ausführungsformen des Bildsensors von 8, bei denen ein Substrat-Implantationsbereich die Vorrichtungsschicht belegt.
    • 12 zeigt eine Schnittansicht einiger alternativer Ausführungsformen des Bildsensors von 8, bei denen eine Zwischenschicht-Verkappungsschicht weggelassen ist.
    • 13 zeigt eine Schnittansicht einiger alternativer Ausführungsformen des Bildsensors von 12, bei denen eine Zwischenschicht weggelassen ist.
    • Die 14A bis 14D zeigen Schnittansichten einiger alternativer Ausführungsformen des Bildsensors von 12, bei denen Bestandteile des Bildsensors abgewandelt sind.
    • 15 zeigt eine Schnittansicht einiger Ausführungsformen des Bildsensors von 8, bei denen eine dielektrische Substratschicht auf äußersten Seitenwänden des Substrats angeordnet ist.
    • Die 16A und 16B zeigen Schnittansichten einiger detaillierterer Ausführungsformen des Bildsensors von 8, bei denen der Bildsensor weiterhin eine Verbindungsstruktur aufweist und vorderseitig beleuchtet bzw. rückseitig beleuchtet ist.
    • Die 17 bis 23 zeigen eine Reihe von Schnittansichten einiger Ausführungsformen eines Verfahrens zum Herstellen eines Bildsensors, bei dem eine Vorrichtungsschicht über einem Substrat angeordnet ist und ein anderes Halbleitermaterial als dieses aufweist.
    • 24 zeigt ein Blockdiagramm einiger Ausführungsformen des Verfahrens der 17 bis 23.
    • Die 25 bis 31 zeigen eine Reihe von Schnittansichten einiger alternativer Ausführungsformen des Verfahrens der 17 bis 23, bei denen die Vorrichtungsschicht nach einer dielektrischen Zwischenpixelschicht hergestellt wird.
    • 32 zeigt ein Blockdiagramm einiger Ausführungsformen des Verfahrens der 25 bis 31.
    • Die 33 bis 35, 36A bis 36C, 37A, 37B und 38 bis 41 zeigen eine Reihe von Schnittansichten einiger Ausführungsformen eines Verfahrens zum Herstellen eines Bildsensors, in dem eine Vorrichtungsschicht in ein Substrat ausgespart ist und ein anderes Halbleitermaterial als dieses aufweist.
    • 42 zeigt ein Blockdiagramm einiger Ausführungsformen des Verfahrens der 33 bis 35, 36A bis 36C, 37A, 37B und 38 bis 41.
    • Die 43, 44A, 44B und 45 bis 49 zeigen eine Reihe von Schnittansichten einiger alternativer Ausführungsformen des Verfahrens der 33 bis 35, 36A bis 36C, 37A, 37B und 38 bis 41, bei denen eine Hartmaskenschicht durch eine Planarisierung der Vorrichtungsschicht entfernt wird.
    • 50 zeigt ein Blockdiagramm einiger Ausführungsformen des Verfahrens der 43, 44A, 44B und 45 bis 49.
  • Detaillierte Beschreibung
  • Die nachstehende Beschreibung liefert viele verschiedene Ausführungsformen oder Beispiele zum Implementieren verschiedener Merkmale der Erfindung. Nachstehend werden spezielle Beispiele für Komponenten und Anordnungen beschrieben, um die vorliegende Erfindung zu vereinfachen. Diese sind natürlich lediglich Beispiele und sollen nicht beschränkend sein. Zum Beispiel kann die Herstellung eines ersten Elements über oder auf einem zweiten Element in der nachstehenden Beschreibung Ausführungsformen umfassen, bei denen das erste und das zweite Element in direktem Kontakt hergestellt werden, und sie kann auch Ausführungsformen umfassen, bei denen zusätzliche Elemente zwischen dem ersten und dem zweiten Element hergestellt werden können, sodass das erste und das zweite Element nicht in direktem Kontakt sind. Darüber hinaus können in der vorliegenden Erfindung Bezugszahlen und/oder -buchstaben in den verschiedenen Beispielen wiederholt werden. Diese Wiederholung dient der Einfachheit und Übersichtlichkeit und schreibt an sich keine Beziehung zwischen den verschiedenen erörterten Ausführungsformen und/oder Konfigurationen vor.
  • Darüber hinaus können hier räumlich relative Begriffe, wie etwa „darunter befindlich“, „unter“, „untere(r)“/„unteres“, „darüber befindlich“, „obere(r)“/„oberes“ und dergleichen, zur einfachen Beschreibung der Beziehung eines Elements oder einer Struktur zu einem oder mehreren anderen Elementen oder Strukturen verwendet werden, die in den Figuren dargestellt sind. Die räumlich relativen Begriffe sollen zusätzlich zu der in den Figuren dargestellten Orientierung andere Orientierungen der in Gebrauch oder in Betrieb befindlichen Vorrichtung umfassen. Die Vorrichtung kann anders ausgerichtet werden (um 90 Grad gedreht oder in einer anderen Orientierung), und die räumlich relativen Deskriptoren, die hier verwendet werden, können entsprechend interpretiert werden.
  • CMOS-Bildsensoren (CMOS: komplementärer Metalloxidhalbleiter) können zum Detektieren von naher Infrarotstrahlung (NIR-Strahlung) oder Infrarotstrahlung (IR-Strahlung) verwendet werden. Diese kann bei CMOS-Bildsensoren auftreten, die für eine Time-of-Flight(ToF)-Bildgebung und andere geeignete Bildgebungsarten verwendet werden. CMOS-Bildsensoren weisen jedoch normalerweise siliziumbasierte Fotodetektoren auf. Silizium hat einen großen Bandabstand und absorbiert daher NIR- und IR-Strahlung schlecht. Daher haben CMOS-Bildsensoren eine schlechte Quantenausbeute (QE) für NIR- und IR-Strahlung. Um dies abzuschwächen, können siliziumbasierte Fotodetektoren durch Fotodetektoren ersetzt werden, die auf Germanium oder einer anderen geeigneten Art von Halbleitermaterial mit einem kleineren Bandabstand basieren.
  • Ein Verfahren zum Herstellen eines solchen CMOS-Bildsensors kann ein Bereitstellen eines Substrats; ein epitaxiales Aufwachsen einer Vorrichtungsschicht mit einem kleineren Bandabstand als dem des Substrats auf dem Substrat; und ein Herstellen eines Fotodetektors in der Vorrichtungsschicht umfassen. Da der Fotodetektor in der Vorrichtungsschicht hergestellt wird, hängen das Signal-Rausch-Verhältnis (SRV), die QE und andere entsprechende Leistungskriterien des Fotodetektors von der Kristallqualität der Vorrichtungsschicht ab. Zum Beispiel kann eine schlechte Kristallqualität den Leckstrom erhöhen und somit das SRV und die QE verschlechtern. Ein epitaxiales Herstellen der Vorrichtungsschicht mit einer hohen Kristallqualität kann jedoch schwierig sein. Auch ein Fertigstellen der CMOS-Bildsensors um die Vorrichtungsschicht ohne Beschädigung der Kristallgitters der Vorrichtungsschicht kann schwierig sein.
  • Verschiedene Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung sind auf Verfahren zum Herstellen eines Bildsensors gerichtet, bei dem eine Vorrichtungsschicht über einem Substrat angeordnet ist und ein anderes Halbleitermaterial als dieses aufweist und bei dem die Vorrichtungsschicht eine hohe Kristallqualität hat. Außerdem sind verschiedene Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung auf die Bildsensoren gerichtet, die aus den Verfahren resultieren. Einige Ausführungsformen der Verfahren umfassen die folgenden Schritte: epitaxiales Aufwachsen der Vorrichtungsschicht auf dem Substrat; Strukturieren der Vorrichtungsschicht, um einen Graben zu erzeugen, der die Vorrichtungsschicht in Mesastrukturen, die Pixeln entsprechen, unterteilt; Herstellen einer dielektrischen Zwischenpixelschicht so, dass sie den Graben füllt und die Mesastrukturen trennt; und Herstellen von Fotodetektoren in den Mesastrukturen. Andere Ausführungsformen der Verfahren umfassen die folgenden Schritte: Abscheiden der dielektrischen Zwischenpixelschicht über dem Substrat; Strukturieren der dielektrischen Zwischenpixelschicht, um Hohlräume zu erzeugen, die den Pixeln entsprechen; epitaxiales Aufwachsen der Mesastrukturen in den Hohlräumen; und Herstellen der Fotodetektoren in den Mesastrukturen. Nachstehend werden noch weitere Ausführungsformen der Verfahren beschrieben.
  • Da die Vorrichtungsschicht und das Substrat unterschiedliche Halbleitermaterialien sind, können die Gitterkonstanten ebenfalls unterschiedlich sein. Dadurch können aneinandergereihte Versetzungen an einer Grenzfläche zwischen der Vorrichtungsschicht und dem Substrat entstehen. Da bei den vorstehend beschriebenen Verfahren die Vorrichtungsschicht auch außerhalb des Substrats strukturiert werden kann, kann die Grenzfläche lokal auf eine Unterseite der Vorrichtungsschicht begrenzt werden und kann daher nur einen kleinen Bereich überspannen. Da die Grenzfläche nur einen kleinen Bereich überspannen kann, kann eine Dichte der aneinandergereihten Versetzungen niedrig sein, und somit kann die Kristallqualität hoch sein. Eine hohe Kristallqualität kann den Leckstrom reduzieren und somit das SRV, die QE und andere entsprechende Leistungskriterien der Fotodetektoren verbessern.
  • In 1 ist eine Schnittansicht 100 einiger Ausführungsformen eines Bildsensors gezeigt, bei dem eine Vorrichtungsschicht 102 über einem Substrat 104 angeordnet ist und ein anderes Halbleitermaterial als dieses aufweist. Außerdem grenzen Seitenwände der Vorrichtungsschicht 102 von oben nach unten an eine dielektrische Zwischenpixelschicht 106 an. Die Vorrichtungsschicht 102 kann zum Beispiel Germanium, Siliziumgermanium, ein oder mehrere andere Halbleitermaterialien oder eine Kombination davon sein oder aufweisen. Das Substrat 104 kann zum Beispiel Silizium und/oder ein oder mehrere andere geeignete Halbleitermaterialien sein oder aufweisen.
  • Die dielektrische Zwischenpixelschicht 106 erstreckt sich durch die Vorrichtungsschicht 102 bis zu dem Substrat 104. Außerdem unterteilt die dielektrische Zwischenpixelschicht 106 die Vorrichtungsschicht 102 in diskrete Mesastrukturen 102m. Die Mesastrukturen 102m sind für Pixel 108 des Bildsensors individuell und nehmen Fotodetektoren 110 individuell für die Pixel 108 auf. Es ist zu beachten, dass die Pixel an der Peripherie der Schnittansicht 100 nur teilweise dargestellt sind. Die dielektrische Zwischenpixelschicht 106 kann zum Beispiel Siliziumoxid und/oder ein oder mehrere andere geeignete Dielektrika sein oder aufweisen.
  • Wie später dargelegt wird, kann ein Verfahren zum Herstellen des Bildsensors zum Beispiel die folgenden Schritte aufweisen: epitaxiales Aufwachsen der Vorrichtungsschicht 102 auf dem Substrat 104; Strukturieren der Vorrichtungsschicht 102, um einen Graben zu erzeugen, der die Vorrichtungsschicht 102 in die Mesastrukturen 102m unterteilt; und Herstellen der dielektrischen Zwischenpixelschicht 106 in dem Graben. Es sind aber auch andere geeignete Verfahren möglich.
  • Da die Vorrichtungsschicht 102 und das Substrat 104 unterschiedliche Halbleitermaterialien sind, können die Gitterkonstanten ebenfalls unterschiedlich sein. Dadurch können aneinandergereihte Versetzungen an einer Grenzfläche 112 zwischen der Vorrichtungsschicht 102 und dem Substrat 104 entstehen. Und da die Grenzfläche 112 lokal auf eine Unterseite der Vorrichtungsschicht 102 begrenzt ist und sich nicht entlang Seitenwänden der Vorrichtungsschicht 102 erstreckt, überspannt die Grenzfläche 112 nur einen kleinen Bereich. Dadurch kann die Dichte von aneinandergereihten Versetzungen niedrig sein und die Kristallqualität kann hoch sein. Eine hohe Kristallqualität kann den Leckstrom reduzieren und somit das SRV, die QE und andere entsprechende Leistungskriterien der Fotodetektoren 110 verbessern.
  • Da die Mesastrukturen 102m diskret sind und durch die dielektrische Zwischenpixelschicht 106 voneinander getrennt sind, ist eine elektrische Isolation zwischen den Mesastrukturen 102m hoch. Dadurch können die Mesastrukturen 102m eine hohe Dichte haben. Und da Grundrisse der Mesastrukturen 102m durch Strukturieren der Vorrichtungsschicht 102 definiert werden können, können die Grundrisse für eine hohe Dichte gewählt werden. Die Grundrisse können zum Beispiel quadratisch, rechteckig, sechseckig, dreieckig, kreisförmig, achteckig oder fünfeckig sein oder eine andere geeignete Form haben. Da die Dichte hoch sein kann und die Mesastrukturen 102m mit relativ wenigen Bearbeitungsschritten definiert und gegeneinander isoliert werden können, können die Herstellungskosten für den Bildsensor niedrig sein.
  • Die Fotodetektoren 110 weisen entsprechende erste Kontaktbereiche 114, entsprechende zweite Kontaktbereiche 116 und entsprechende Kontaktwannen 118 auf. Es ist zwar bei den Pixeln 108 an der Peripherie der Schnittansicht 100 nicht sichtbar, aber auch die Pixel 108 an der Peripherie der Schnittansicht 100 weisen die ersten und die zweiten Kontaktbereiche 114 und 116 und die Kontaktwannen 118 auf. Zum Beispiel können die Pixel 108 in der Mitte der Schnittansicht 100 für die Pixel 108 an der Peripherie der Schnittansicht 100 repräsentativ sein.
  • Die ersten und die zweiten Kontaktbereiche 114 und 116 und die Kontaktwannen 118 sind dotierte Halbleiterbereiche in der Vorrichtungsschicht 102. Die ersten Kontaktbereiche 114 haben eine erste Dotierungsart, und die zweiten Kontaktbereiche 116 und die Kontaktwannen 118 haben eine zweite Dotierungsart, die der ersten Dotierungsart entgegengesetzt ist. Die erste und die zweite Dotierungsart können zum Beispiel n bzw. p oder umgekehrt sein. Die Kontaktwannen 118 sind für Unterseiten der zweiten Kontaktbereiche 116 individuell und umschließen diese, um die zweiten Kontaktbereiche 116 von einem Hauptteil der Vorrichtungsschicht 102 zu trennen. Bei einigen Ausführungsformen ist der Hauptteil der Vorrichtungsschicht 102 undotiert. Die Fotodetektoren 110 können zum Beispiel PIN-Fotodioden oder eine andere geeignete Art von Fotodioden sein.
  • Über der Vorrichtungsschicht 102 und der dielektrischen Zwischenpixelschicht 106 ist eine Vorrichtungsverkappungsschicht 120 angeordnet. Bei alternativen Ausführungsformen ist die Vorrichtungsverkappungsschicht 120 lokal auf die Vorrichtungsschicht 102 begrenzt und ist nicht über der dielektrischen Zwischenpixelschicht 106 angeordnet. Die Vorrichtungsverkappungsschicht 120 schützt die Vorrichtungsschicht 102 während der Herstellung von Silizidschichten (nicht dargestellt) und einer Verbindungsstruktur (nicht dargestellt) über der Vorrichtungsschicht 102. Dadurch werden Kristallschäden an der Vorrichtungsschicht 102 vermieden, die das SRV, die QE und andere entsprechende Leistungskriterien der Fotodetektoren 110 verschlechtern können. Die Vorrichtungsverkappungsschicht 120 kann zum Beispiel das gleiche Material wie das Substrat 104 sein, und/oder sie kann zum Beispiel Silizium oder ein anderes geeignetes Halbleitermaterial sein oder aufweisen.
  • Bei einigen Ausführungsformen ist die Grenzfläche 112, an der die Vorrichtungsschicht 102 das Substrat 104 direkt kontaktiert, quer über die Pixel 108 eben und/oder planar. Bei einigen Ausführungsformen ist ein vertikaler Abstand zwischen einem obersten Punkt des Substrats 104 und einem untersten Punkt der Vorrichtungsschicht 102 etwa 0, er beträgt etwa 0,01 % bis 0,10 %, 0,10 % bis 1,00 % oder 1,00 % bis 5,00 % einer Höhe Hdl der Vorrichtungsschicht 102, ist kleiner als etwa 10 nm, 50 nm, 100 nm oder 200 nm oder hat andernfalls einen anderen entsprechend kleinen Wert. Bei einigen Ausführungsformen sind der oberste Punkt und der unterste Punkt lokal auf die Pixel 108 und/oder auf die Grenzfläche 112 begrenzt. Bei anderen Ausführungsformen sind der oberste Punkt und der unterste Punkt für das gesamte Substrat 104 global.
  • Bei einigen Ausführungsformen kann die Vorrichtungsschicht 102 ein Material mit einem hohen Absorptionskoeffizienten für NIR- und/oder IR-Strahlung in Bezug zu Silizium sein oder aufweisen. Zum Beispiel kann die Vorrichtungsschicht 102 Germanium sein oder aufweisen. Dementsprechend kann der Bildsensor zum Detektieren von NIR- und/oder IR-Strahlung verwendet werden. Dies findet bei der ToF-Bildgebung und anderen geeigneten Bildgebungsarten Anwendung. NIR-Strahlung kann zum Beispiel Wellenlängen von etwa 700 nm bis 1000 nm, etwa 850 nm bis 940 nm, etwa 940 nm bis 1310 nm, andere geeignete Wellenlängen oder eine Kombination davon haben. IR-Strahlung kann zum Beispiel Wellenlängen von etwa 1 µm bis 30 µm und/oder andere geeignete Wellenlängen haben.
  • Bei einigen Ausführungsformen kann die Vorrichtungsschicht 102 ein Material mit einem kleinen Bandabstand in Bezug zu Silizium sein oder aufweisen. Ein solcher kleiner Bandabstand kann zum Beispiel zu einem hohen Absorptionskoeffizienten für NIR- und/oder IR-Strahlung führen. Bei einigen Ausführungsformen kann die Vorrichtungsschicht 102 ein Material mit einem hohen Absorptionskoeffizienten für NIR- und/oder IR-Strahlung in Bezug zu dem Substrat 104 und/oder der Vorrichtungsverkappungsschicht 120 sein oder aufweisen. Bei einigen Ausführungsformen kann die Vorrichtungsschicht 102 ein Material mit einem kleinen Bandabstand in Bezug zu dem Substrat 104 und/oder der Vorrichtungsverkappungsschicht 120 sein oder aufweisen. Bei einigen Ausführungsformen kann die Vorrichtungsschicht 102 Kohlenstoff, Silizium, Germanium oder ein anderes geeignetes Gruppe-IV-Element sein oder aufweisen.
  • Bei einigen Ausführungsformen ist ein Hauptteil der Vorrichtungsschicht 102 undotiert und/oder eigenleitend. Bei einigen Ausführungsformen ist ein Hauptteil der Vorrichtungsverkappungsschicht 120 undotiert und/oder eigenleitend. Bei einigen Ausführungsformen ist ein Hauptteil des Substrats 104 mit p- oder n-Dotanden dotiert. Bei anderen Ausführungsformen ist ein Hauptteil des Substrats 104 undotiert und/oder eigenleitend.
  • Bei einigen Ausführungsformen hat die dielektrische Zwischenpixelschicht 106 eine Oberseite, die auf gleicher Höhe oder ungefähr auf gleicher Höhe mit der Vorrichtungsschicht 102 ist. Bei einigen Ausführungsformen hat die dielektrische Zwischenpixelschicht 106 eine Höhe Hidl, die größer als die oder gleich der Höhe Hdl der Vorrichtungsschicht 102 ist. Bei einigen Ausführungsformen erstreckt sich die dielektrische Zwischenpixelschicht 106 für eine höhere elektrische Isolation mit einer von null verschiedenen Strecke D1 in das Substrat 104. Die Höhe Hidl der dielektrischen Zwischenpixelschicht 106 kann zum Beispiel etwa 2 µm bis 50 µm, etwa 2 µm bis 26 µm oder etwa 25 µm bis 50 µm betragen oder einen anderen geeigneten Wert haben.
  • In den 2A und 2B sind Grundrisse 200A bzw. 200B einiger Ausführungsformen der Mesastrukturen 102m von 1 gezeigt. Es ist zu beachten, dass die Mesastrukturen 102m und die Fotodetektoren 110 an den Peripherien der Grundrisse 200A und 200B nur teilweise dargestellt sind, aber zum Beispiel ihren Gegenstücken im Inneren der Grundrisse 200A und 200B gleichen können. Außerdem ist zu beachten, dass die ersten und die zweiten Kontaktbereiche 114 und 116 und die Kontaktwannen 118 nicht dargestellt sind. Die Schnittansicht 100 von 1 kann zum Beispiel entlang einer Linie A bzw. einer Linie B von 2A bzw. 2B erstellt sein. Es sind aber auch andere geeignete Positionen möglich.
  • In 2A haben die Mesastrukturen 102m eine rechteckige Form mit abgerundeten Ecken. Bei alternativen Ausführungsformen haben die Mesastrukturen 102m ein anderes geeignetes Layout. Außerdem sind die Mesastrukturen 102m in Zeilen und Spalten angeordnet. Entlang jeder Zeile und entlang jeder Spalte wechseln die Mesastrukturen 102m in einer periodischen Struktur zwischen einer ersten Orientierung und einer zweiten Orientierung. Bei der ersten Orientierung ist eine Mesastruktur in einer ersten Richtung (z. B. einer x-Richtung) länglich. Bei der zweiten Orientierung ist eine Mesastruktur in einer zweiten Richtung (z. B. einer y-Richtung) quer zu der ersten Richtung länglich. Die Mesastrukturen 102m können zum Beispiel zwischen der ersten und der zweiten Orientierung wechseln, um eine Dichte zu verbessern, während ein einheitlicher Abstand P zwischen Mittelpunkten Ctr der Mesastrukturen 102m in der ersten und der zweiten Richtung aufrechterhalten wird. Dadurch kann zum Beispiel eine Sensing-Gleichmäßigkeit des Bildsensors verbessert werden.
  • In 2B sind die Mesastrukturen 102m hexagonal und sind für eine hohe Dichte in einer Wabenstruktur angeordnet. Bei alternativen Ausführungsformen können die Mesastrukturen 102m ein anderes geeignetes polygonales Layout (z. B. ein oktagonales, ein dreieckiges, ein pentagonales oder ähnliches Layout), ein kreisförmiges Layout oder ein anderes geeignetes Layout haben. Außerdem haben die Mesastrukturen 102m eine erste Abmessung Xm in der ersten Richtung (z. B. der x-Richtung) und eine zweite Abmessung Ym in der zweiten Richtung (z. B. der y-Richtung), die gleichgroß oder im Wesentlichen gleichgroß sind. Bei alternativen Ausführungsformen sind die erste und die zweite Abmessung Xm und Ym nicht gleichgroß und auch nicht im Wesentlichen gleichgroß. Zwei Abmessungen (z. B. die erste und die zweite Abmessung Xm und Ym) können zum Beispiel im Wesentlichen gleichgroß sein, wenn sie bis zu 1 %, 2 %, 5 % oder 10 % eines Mittelwerts aus den beiden Abmessungen betragen. Es sind aber auch andere Prozentsätze möglich.
  • Da die Mesastrukturen 102m polygonal sind und die erste und die zweite Abmessung Xm und Ym der Mesastrukturen 102m gleichgroß oder im Wesentlichen gleichgroß sind, kann ein Flächeninhalt der Mesastrukturen 102m effizienter genutzt werden. Zum Beispiel können die Fotodetektoren 110 eine erste Abmessung Xp in der ersten Richtung und eine zweite Abmessung Yp in der zweiten Richtung haben, die für eine verbesserte Sensing-Gleichmäßigkeit gleichgroß oder im Wesentlichen gleichgroß sind. Dadurch können die Mesastrukturen 102m eine große ungenutzte Fläche (z. B. eine Fläche, die nicht von den Fotodetektoren 110 belegt wird) haben, wenn eine große Differenz zwischen der ersten und der zweite Abmessung Xm und Ym der Mesastrukturen 102m besteht. Durch Herstellen der Mesastrukturen 102m so, dass die erste und die zweite Abmessung Xm und Ym gleichgroß oder im Wesentlichen gleichgroß sind, wird dies abgeschwächt, und daher wird die Effizienz verbessert, mit der die Fläche der Mesastrukturen 102m genutzt wird.
  • Bei einigen Ausführungsformen haben die Mesastrukturen 102m polygonale Grundrisse, die gleichseitig oder im Wesentlichen gleichseitig sind und/oder gleichwinklig oder im Wesentlichen gleichwinklig sind. Im Wesentlichen gleichseitig kann zum Beispiel bedeuten, dass Seiten eines Polygons eine mittlere Länge haben und jede Seite des Polygons eine Länge hat, die von der mittleren Länge um weniger als etwa 1 %, 5 % oder 10 % der mittleren Länge abweicht. Im Wesentlichen gleichwinklig kann zum Beispiel bedeuten, dass Ecken eines Polygons einen mittleren Winkel haben und jede Ecke des Polygons einen Winkel hat, der von dem mittleren Winkel um weniger als etwa 1 %, 5 % oder 10 % des mittleren Winkels abweicht. Es sind aber auch andere Bedeutungen für „im Wesentlichen gleichseitig“ oder „im Wesentlichen gleichwinklig“ möglich.
  • Bei einigen Ausführungsformen belegen die Fotodetektoren 110 etwa 50 % bis 100 %, etwa 50 % bis 75 %, etwa 75 % bis 100 % oder einen anderen geeigneten Prozentsatz der Fläche der Mesastrukturen 102m. Wenn die belegte Fläche zu klein ist (z. B. kleiner als etwa 50 % ist oder einen anderen geeigneten Wert hat), kann die QE zu niedrig sein und/oder die Dichte der Mesastrukturen 102m kann zu niedrig sein.
  • Bei einigen Ausführungsformen haben die Mesastrukturen 102m eine Dichte von etwa 40/µm2 bis 26.000/µm2, etwa 40/µm2 bis 13.020/µm2, etwa 13.020/µm2 bis 26.000/µm2 oder einen anderen geeigneten Wert. Wenn die Dichte zu niedrig ist (z. B. niedriger als etwa 40/µm2 oder als ein anderer geeigneter Wert), kann die Bildauflösung zu niedrig sein. Wenn hingegen die Dichte zu hoch ist (z. B. höher als etwa 26.000/µm2 oder als ein anderer geeigneter Wert), können Skalierungs- und Zuverlässigkeitsprobleme entstehen.
  • Bei einigen Ausführungsformen beträgt die erste Abmessung Xm der Mesastrukturen 102m etwa 0,1 µm bis 100 µm,etwa 0,1 µm bis 50 µm oder etwa 50 µm bis 100 µm,oder sie hat einen anderen geeigneten Wert. Bei einigen Ausführungsformen beträgt die zweite Abmessung Ym der Mesastrukturen 102m etwa 0,1 µm bis 2 µm, etwa 0,1 µm bis 1 µm oder etwa 1 µm bis 2 11m, oder sie hat einen anderen geeigneten Wert. Wenn die erste Abmessung Xm zu klein ist (z. B. kleiner als etwa 0,1 µm oder als ein anderer geeigneter Wert) und/oder die zweite Abmessung Ym zu klein ist (z. B. kleiner als etwa 0,1 µm oder als ein anderer geeigneter Wert), können die Mesastrukturen 102m zu klein sein und die QE kann schlecht sein. Wenn hingegen die erste Abmessung Xm zu groß ist (z. B. größer als etwa 100 µm oder als ein anderer geeigneter Wert) und/oder die zweite Abmessung Ym zu groß ist (z. B. größer als etwa 2 µm oder als ein anderer geeigneter Wert), kann die Dichte der Mesastrukturen 102m zu niedrig sein.
  • Bei einigen Ausführungsformen ist ein Abstand Didl zwischen den Mesastrukturen 102m größer als etwa 100 Ä, etwa 200 Ä, etwa 500 Ä oder etwa 1000 Ä, oder er hat einen anderen geeigneten Wert. Außerdem beträgt bei einigen Ausführungsformen der Abstand Didl etwa 100 Ä bis 2000 Ä, etwa 100 Ä bis 1000 Ä oder etwa 1000 Ä bis 2000 Ä, oder er hat einen anderen geeigneten Wert. Wenn der Abstand Didl zu klein ist (z. B. kleiner als etwa 100 Ä oder als ein anderer geeigneter Wert), kann ein Leckstrom zwischen den Mesastrukturen 102m hoch sein und die QE kann schlecht sein. Wenn hingegen der Abstand Didl zu groß ist (z. B. größer als etwa 2000 Ä oder als ein anderer geeigneter Wert), kann die Dichte der Mesastrukturen 102m zu niedrig sein.
  • Bei einigen Ausführungsformen beträgt ein erstes Verhältnis der ersten Abmessung Xm der Mesastrukturen 102m zu dem Abstand Didl zwischen den Mesastrukturen 102m etwa 2 bis 500, etwa 10 bis 251 oder etwa 251 bis 500, oder es hat einen anderen geeigneten Wert. Bei einigen Ausführungsformen beträgt ein zweites Verhältnis der zweiten Abmessung Ym der Mesastrukturen 102m zu dem Abstand Didl zwischen den Mesastrukturen 102m etwa 2 bis 200, etwa 2 bis 101 oder etwa 101 bis 200, oder es hat einen anderen geeigneten Wert. Wenn das erste Verhältnis zu klein ist (z. B. kleiner als etwa 2 oder als ein anderer geeigneter Wert), kann die erste Abmessung Xm zu klein sein und/oder der Abstand Didl kann zu groß sein. In ähnlicher Weise kann, wenn das zweite Verhältnis zu klein ist (z. B. kleiner als etwa 2 oder als ein anderer geeigneter Wert), die zweite Abmessung Ym zu klein sein und/oder der Abstand Didl kann zu groß sein. Wenn das erste Verhältnis zu groß ist (z. B. größer als etwa 500 oder als ein anderer geeigneter Wert), kann die erste Abmessung Xm zu groß sein und/oder der Abstand Didl kann zu klein sein. In ähnlicher Weise kann, wenn das zweite Verhältnis zu groß ist (z. B. größer als etwa 200 oder als ein anderer geeigneter Wert), die zweite Abmessung Ym zu groß sein und/oder der Abstand Didl kann zu klein sein.
  • In den 3A bis 3C sind Schnittansichten 300A bis 300C einiger alternativer Ausführungsformen des Bildsensors von 1 gezeigt, bei denen die ersten und die zweiten Kontaktbereiche 114 und 116 und die Kontaktwannen 118 abgewandelt sind. In den 3A und 3C sind die Kontaktwannen 118 weggelassen. In den 3B und 3C haben die Pixel 108 weniger Kontaktbereiche. Zum Beispiel können die Pixel 108 jeweils nur einen der ersten Kontaktbereiche 114 und nur einen der zweiten Kontaktbereiche 116 haben. Außerdem sind die ersten Kontaktbereiche 114 lokal auf ersten Seiten von entsprechenden Pixeln 108 begrenzt, und die zweiten Kontaktbereiche 116 sind lokal auf zweiten Seiten der entsprechenden Pixel 108 begrenzt, die den ersten Seiten jeweils gegenüberliegen.
  • In 4 ist eine Schnittansicht 400 einiger alternativer Ausführungsformen des Bildsensors von 1 gezeigt, bei denen die Vorrichtungsverkappungsschicht 120 lokal auf die Vorrichtungsschicht 102 begrenzt ist. Daher ist die dielektrische Zwischenpixelschicht 106 unbedeckt.
  • In 5 ist eine Schnittansicht 500 einiger alternativer Ausführungsformen des Bildsensors von 1 gezeigt, bei denen die dielektrische Zwischenpixelschicht 106 eine Unterseite hat, die auf gleicher Höhe oder etwa auf gleicher Höhe mit einer Unterseite der Vorrichtungsschicht 102 ist. Außerdem ist bei einigen Ausführungsformen die Höhe Hdl der Vorrichtungsschicht 102 gleich oder im Wesentlichen gleich der Höhe Hidl der dielektrischen Zwischenpixelschicht 106.
  • Wie später dargelegt wird, kann ein Verfahren zum Herstellen des Bildsensors zum Beispiel die folgenden Schritte aufweisen: Abscheiden der dielektrischen Zwischenpixelschicht 106 über dem Substrat 104; Strukturieren der dielektrischen Zwischenpixelschicht 106, um eine Mehrzahl von Hohlräumen zu erzeugen, die das Substrat 104 freilegen; und epitaxiales Aufwachsen der Mesastrukturen 102m in den Hohlräumen. Andere geeignete Verfahren sind jedoch ebenfalls möglich. Alternativ kann zum Beispiel das vorstehend unter Bezugnahme auf 1 beschriebene Verfahren zum Herstellen des Bildsensors verwendet werden. Wie bei 1 ist die Grenzfläche 112 lokal auf eine Unterseite der Vorrichtungsschicht 102 begrenzt und überspannt somit nur einen kleinen Bereich. Da der überspannte Bereich klein ist, kann die Dichte von aneinandergereihten Versetzungen niedrig sein, und die Kristallqualität kann hoch sein.
  • Da die Mesastrukturen 102m diskret sind und durch die dielektrische Zwischenpixelschicht 106 voneinander getrennt sind, ist die elektrische Isolation zwischen den Mesastrukturen 102m hoch. Dadurch können die Mesastrukturen 102m eine hohe Dichte haben. Und da Grundrisse der Mesastrukturen 102m durch Strukturieren der dielektrischen Zwischenpixelschicht 106 definiert werden können, können die Grundrisse für eine hohe Dichte gewählt werden. Die Grundrisse können zum Beispiel quadratisch, rechteckig, sechseckig, dreieckig, kreisförmig, achteckig oder fünfeckig sein oder eine andere geeignete Form haben. Da die Dichte hoch sein kann und die Mesastrukturen 102m mit relativ wenigen Bearbeitungsschritten definiert und gegeneinander isoliert werden können, können die Herstellungskosten für den Bildsensor niedrig sein.
  • In 6 ist eine alternative Schnittansicht 600 einiger Ausführungsformen des Bildsensors von 5 gezeigt, bei denen zwei benachbarte Pixel 108 vollständig dargestellt sind. Die Pixel 108 können zum Beispiel ein gemeinsames Layout haben.
  • In den 7A und 7B sind Schnittansichten 700A bzw. 700B einiger detaillierterer Ausführungsformen des Bildsensors von 1 gezeigt, bei denen der Bildsensor weiterhin eine Verbindungsstruktur 702 aufweist und vorderseitig beleuchtet (FSI) bzw. rückseitig beleuchtet (BSI) ist. Die Verbindungsstruktur 702 ist über der Vorrichtungsverkappungsschicht 120 auf einer Vorderseite 104f des Substrats 104 angeordnet und umfasst eine dielektrische Verbindungsschicht 704, eine Mehrzahl von Kontakten 706, eine Mehrzahl von Drähten 708 und eine Mehrzahl von Durchkontaktierungen 710. Die dielektrische Verbindungsschicht 704 kann zum Beispiel Siliziumoxid und/oder ein oder mehrere andere geeignete Dielektrika sein oder aufweisen.
  • Die Kontakte 706, die Drähte 708 und die Durchkontaktierungen 710 befinden sich in der dielektrischen Verbindungsschicht 704. Die Kontakte 706 erstrecken sich von Silizidschichten 712 auf den ersten und den zweiten Kontaktbereichen 114 und 116. Die Drähte 708 und die Durchkontaktierungen 710 sind wechselweise über den Kontakten 706 aufeinandergestapelt und sind mit diesen elektrisch verbunden. Einige der Kontakte 706 erstrecken sich zwar nicht bis zu Drähten innerhalb der Schnittansichten 700A und 700B, aber die Kontakte 706 können sich zum Beispiel bis zu Drähten außerhalb der Schnittansichten 700A und 700B erstrecken. Die Kontakte 706, die Drähte 708 und die Durchkontaktierungen 710 können zum Beispiel ein Metall und/oder ein oder mehrere andere geeignete Materialien sein oder aufweisen. Die Silizidschichten 712 können zum Beispiel Nickelsilizid und/oder ein oder mehrere andere geeignete Silizide sein oder aufweisen.
  • Eine dielektrische Resist-Schutzschicht (RPD-Schicht) 714 und eine Kontakt-Ätzstoppschicht (CESL) 716 trennen die Verbindungsstruktur 702 von der Vorrichtungsverkappungsschicht 120. Wie später dargelegt wird, kann die RPD-Schicht 714 zum Beispiel Positionen definieren, an denen die Silizidschichten 712 während der Herstellung des Bildsensors hergestellt werden. Außerdem kann die CESL 716 zum Beispiel als ein Ätzstopp beim Herstellen der Kontakte 706 dienen. Die RPD-Schicht 714 kann zum Beispiel Siliziumoxid und/oder ein oder mehrere andere geeignete Dielektrika sein oder aufweisen. Die CESL 716 kann zum Beispiel Siliziumnitrid und/oder ein oder mehrere andere geeignete Dielektrika sein oder aufweisen.
  • In 7A, in der der Bildsensor vorderseitig beleuchtet ist, sind Mikrolinsen 718 über der Verbindungsstruktur 702 auf der Vorderseite i04f des Substrats 104 angeordnet. Außerdem trennt eine Antireflexionsschicht 720 die Mikrolinsen 718 von der Verbindungsstruktur 702. In 7B, in der der Bildsensor rückseitig beleuchtet ist, sind die Mikrolinsen 718 unter dem Substrat 104 auf einer Rückseite 104b des Substrats 104 angeordnet. Außerdem trennt die Antireflexionsschicht 720 die Mikrolinsen 718 von der Rückseite 104b des Substrats 104. Die Mikrolinsen 718 entsprechen einfallender Strahlung und fokussieren diese auf die Fotodetektoren 110.
  • Die 2A und 2B zeigen zwar Grundrisse für die Mesastrukturen 102m von 1, aber die Grundrisse können auch für die Mesastrukturen 102m in einer der 3A bis 3C, 4 bis 6, 7A und 7B verwendet werden. Zum Beispiel kann eine der 3A bis 3C, 4 bis 6, 7A und 7B entlang der Linie A von 2A oder der Linie B von 2B erstellt sein. Die 3A bis 3C zeigen zwar Abwandlungen der ersten und der zweiten Kontaktbereiche 114 und 116 und der Kontaktwannen 118 in dem Bildsensor von 1, aber die Abwandlungen können auch für den Bildsensor in einer der 4 bis 6, 7A und 7B verwendet werden. 4 zeigt zwar eine Abwandlung der Vorrichtungsverkappungsschicht 120 in dem Bildsensor von 1, aber die Abwandlung kann auch für den Bildsensor in einer der 3A bis 3C, 5, 6, 7A und 7B verwendet werden. Die 5 und 6 zeigen zwar Abwandlungen der dielektrischen Zwischenpixelschicht 106 in dem Bildsensor von 1, aber die Abwandlungen können auch für den Bildsensor in einer der 3A bis 3C, 4, 7A und 7B verwendet werden. Die 7A und 7B zeigen zwar den Bildsensor von 1 in einer FSI- bzw. einer BSI-Konfiguration, aber der Bildsensor jeder der 3A bis 3C und 4 bis 6 kann auch eine FSI-Konfiguration wie in 7A und eine BSI-Konfiguration wie in 7B haben.
  • In 8 ist eine Schnittansicht 800 einiger Ausführungsformen eines Bildsensors gezeigt, bei denen eine Vorrichtungsschicht 102 in ein Substrat 104 in einem Pixel 108 ausgespart ist und ein anderes Halbleitermaterial als das Substrat 104 aufweist. Die Vorrichtungsschicht 102 ist durch eine Zwischenschicht 802, die eine Unterseite der Vorrichtungsschicht 102 umschließt, von dem Substrat 104 getrennt. Außerdem nimmt die Vorrichtungsschicht 102 einen Fotodetektor 110 auf, der für das Pixel 108 individuell ist. Die Vorrichtungsschicht 102 kann zum Beispiel Germanium, Siliziumgermanium oder ein oder mehrere andere geeignete Halbleitermaterialien oder eine Kombination davon sein oder aufweisen. Das Substrat 104 kann zum Beispiel Silizium und/oder ein anderes geeignetes Halbleitermaterial sein oder aufweisen.
  • Die Zwischenschicht 802 verhindert, dass Dotanden aus dem Substrat 104 in die Vorrichtungsschicht 102 eindiffundieren. Zum Beispiel kann ein Hauptteil des Substrats 104 eine p-Dotierung haben, und die Zwischenschicht 802 kann verhindern, dass Bor oder andere geeignete p-Dotanden aus dem Substrat 104 in die Vorrichtungsschicht 102 eindiffundieren. Dotanden, die aus dem Substrat 104 in die Vorrichtungsschicht 102 eindiffundieren, können zum Beispiel einen Bereich mit niedrigem spezifischem Widerstand in der Vorrichtungsschicht 102 erzeugen, der einen Leckstrom zwischen Pixeln erhöht, was das SRV, die QE und andere entsprechende Leistungskriterien des Fotodetektors 110 verschlechtern kann. Die Zwischenschicht 802 ist ein undotiertes Halbleitermaterial, das von dem der Vorrichtungsschicht 102 verschieden ist, und sie kann zum Beispiel Silizium und/oder ein anderes geeignetes Halbleitermaterial sein oder aufweisen. Außerdem kann bei einigen Ausführungsformen die Zwischenschicht 802 das gleiche Halbleitermaterial wie das Substrat 104 sein oder aufweisen. Zum Beispiel können die Zwischenschicht 802 und das Substrat 104 beide Silizium sein, und/oder die Vorrichtungsschicht 102 kann Germanium oder Siliziumgermanium sein. Es sind aber auch andere geeignete Halbleitermaterialien möglich.
  • Auf der Zwischenschicht 802 ist eine Zwischenschicht-Verkappungsschicht 804 angeordnet. Die Zwischenschicht-Verkappungsschicht 804 kann zum Beispiel ein Oxid der Zwischenschicht 802 sein. Zum Beispiel kann die Zwischenschicht-Verkappungsschicht 804 Siliziumoxid sein oder aufweisen, und die Zwischenschicht 802 kann Silizium sein oder aufweisen. Es sind aber auch andere geeignete Materialien möglich.
  • Bei einigen Ausführungsformen wird die Zwischenschicht-Verkappungsschicht 804 während eines Verfahrens zum Herstellen und Reinigen der Vorrichtungsschicht 102 hergestellt. Ein solches Verfahren kann zum Beispiel die folgenden Schritte aufweisen: epitaxiales Aufwachsen der Vorrichtungsschicht 102 in einem Hohlraum in dem Substrat 104; Planarisieren der Vorrichtungsschicht 102, um eine Oberseite der Vorrichtungsschicht 102 zu glätten; und Entfernen von fehlgeleiteten Teilchen von der Oberseite mit einer Reinigungslösung, die Ozon enthält. Es sind aber auch andere geeignete Verfahren und/oder Reinigungslösungen möglich. Das Reinigen unter Verwendung von Ozon kann zum Beispiel zur Bildung eines Oxids (z. B. von Siliziumoxid oder eines anderen geeigneten Oxids) auf der Zwischenschicht 802 und somit zur Bildung der Zwischenschicht-Verkappungsschicht 804 führen.
  • Wie später dargelegt wird, kann die Zwischenschicht-Verkappungsschicht 804 während der Herstellung des Bildsensors als eine Sperre dienen, um zu vermeiden, dass während der nach der Reinigung durchgeführten Wärmebehandlung die Vorrichtungsschicht 102 aus dem Hohlraum herausgepresst wird. Wenn die Vorrichtungsschicht 102 aus dem Hohlraum herausgepresst wird, kann der herausgepresste Teil nicht von der Vorrichtungsverkappungsschicht 120 geschützt werden, und somit kann die Vorrichtungsschicht 102 während der späteren Bearbeitung anfällig für eine Beschädigung sein. Zum Beispiel können während einer späteren Silizidierung Ätzmittel, die zum Entfernen von überschüssigem Metall verwendet werden, über die herausgepressten Teile der Vorrichtungsschicht 102 in Kontakt mit der Vorrichtungsschicht 102 kommen und in diese eindringen. Dies kann wiederum zur Entstehung eines Hohlraums in der Vorrichtungsschicht 102 führen und kann ihr Kristallgitter beschädigen. Daher kann durch Verhindern des Herauspressens der Vorrichtungsschicht 102 die Zwischenschicht-Verkappungsschicht 804 Kristallschäden an der Vorrichtungsschicht 102 verhindern und kann somit das SRV, die QE und andere entsprechende Leistungskriterien des Fotodetektors 110 verbessern.
  • Der Fotodetektor 110 weist erste Kontaktbereiche 114, zweite Kontaktbereiche 116 und Kontaktwannen 118 auf. Die ersten und die zweiten Kontaktbereiche 114 und 116 und die Kontaktwannen 118 sind dotierte Halbleiterbereiche in der Vorrichtungsschicht 102. Die ersten Kontaktbereiche 114 haben eine erste Dotierungsart, und die zweiten Kontaktbereiche 116 und die Kontaktwannen 118 haben eine zweite Dotierungsart, die der ersten Dotierungsart entgegengesetzt ist. Der Fotodetektor 110 kann zum Beispiel eine PIN-Fotodiode oder eine andere geeignete Art von Fotodiode sein oder aufweisen.
  • Über der Vorrichtungsschicht 102 ist eine Vorrichtungsverkappungsschicht 120 angeordnet, die zum Beispiel Silizium und/oder ein oder mehrere andere geeignete Halbleitermaterialien sein oder aufweisen kann. Bei einigen Ausführungsformen ist die Vorrichtungsverkappungsschicht 120 das gleiche Material wie das Substrat 104 und/oder die Zwischenschicht 802. Die Vorrichtungsverkappungsschicht 120 schützt die Vorrichtungsschicht 102 während der Herstellung von Silizidschichten (nicht dargestellt) und einer Verbindungsstruktur (nicht dargestellt) über der Vorrichtungsschicht 102. Dadurch werden Kristallschäden an der Vorrichtungsschicht 102 vermieden, die das SRV, die QE und andere entsprechende Leistungskriterien der Fotodetektoren 110 verschlechtern können.
  • Bei einigen Ausführungsformen weist das Substrat 104 einen tiefen Implantationsisolationsbereich (DII-Bereich) 806 und einen flachen Implantationsisolationsbereich (SII-Bereich) 808 auf, um eine elektrische Isolation zwischen dem Pixel 108 und benachbarten Pixeln (nicht dargestellt) bereitzustellen. Der DII-Bereich 806 weist ein Paar Segmente jeweils auf gegenüberliegenden Seiten des Pixels 108 auf. Bei einigen Ausführungsformen erstreckt sich der DII-Bereich 806 in einem geschlossenen Pfad (in der Schnittansicht 800 nicht vollständig sichtbar) entlang einer Grenze des Pixels 108 so, dass er das Pixel 108 umschließt. Der SII-Bereich 808 ist über dem DII-Bereich 806 jeweils auf gegenüberliegenden Seiten des Pixels 108 angeordnet. Bei einigen Ausführungsformen erstreckt sich der SII-Bereich 808 in einem geschlossenen Pfad (in der Schnittansicht 800 nicht vollständig sichtbar) entlang der Grenze des Pixels 108 so, dass er das Pixel 108 umschließt und/oder den gleichen Grundriss wie der DII-Bereich 806 hat. Der DII-Bereich 806 und der SII-Bereich 808 sind dotierte Bereiche des Substrats 104, die eine gemeinsame Dotierungsart haben, wobei der SII-Bereich 808 eine höhere Dotierungskonzentration als der DII-Bereich 806 hat. Bei einigen Ausführungsformen ist die gemeinsame Dotierungsart die gleiche Dotierungsart wie die eines Hauptteils des Substrats 104. Bei anderen Ausführungsformen ist die gemeinsame Dotierungsart der Dotierungsart des Hauptteils des Substrats 104 entgegengesetzt.
  • Bei einigen Ausführungsformen sind flache Substrat-Implantationsbereiche (SSI-Bereiche) 810 in dem Substrat 104 und jeweils auf gegenüberliegenden Seiten des Pixels 108 angeordnet. Außerdem sind der DII-Bereich 806 und der SII-Bereich 808 zwischen den SSI-Bereichen 810 angeordnet. Die SSI-Bereiche 810 sind dotierte Bereiche des Substrats 104, die die gleiche Dotierungsart wie ein Hauptteil des Substrats 104, aber eine höhere Dotierungskonzentration als dieser haben.
  • Bei einigen Ausführungsformen kann die Vorrichtungsschicht 102 ein Material mit einem hohen Absorptionskoeffizienten für NIR- und/oder IR-Strahlung in Bezug zu der Zwischenschicht 802 und/oder mit einem kleinen Bandabstand in Bezug zu der Zwischenschicht 802 sein oder aufweisen. Bei einigen Ausführungsformen beträgt eine Höhe Hdi der Vorrichtungsschicht 102 etwa 0,5 µm bis 1,0 µm, etwa 1,1 µm,etwa 1 µm bis 2 µm,etwa 2 µm bis 5 µm oder etwa 5 µm bis 10 µm,oder sie hat andere geeignete Werte.
  • Bei einigen Ausführungsformen beträgt eine Tiefe Ddii des DII-Bereichs 806 etwa 0,5 µm bis 2 µm,etwa 0,5 µm bis 1,25 µm oder etwa 1,25 µm bis 2 µm,oder sie hat einen anderen geeigneten Wert. Wenn die Tiefe Ddii zu klein ist (z. B. kleiner als etwa 0,5 µm oder als ein anderer geeigneter Wert), kann der DII-Bereich 806 eine schlechte elektrische Isolationsstruktur zwischen dem Pixel 108 und benachbarten Pixeln bereitstellen. Wenn hingegen die Tiefe Ddii des DII-Bereichs 806 zu groß ist (z. B. größer als etwa 2 µm oder als ein anderer geeigneter Wert), können Prozessschwierigkeiten durch Implantieren bis zu dieser Tiefe entstehen.
  • Bei einigen Ausführungsformen beträgt eine Höhe Hfc des ersten Kontaktbereichs 114 etwa 5 % bis 20 %, etwa 5 % bis 12 %, etwa 12 % bis 20 % oder einen anderen geeigneten Prozentsatz der Höhe Hdl der Vorrichtungsschicht 102. In ähnlicher Weise beträgt eine Höhe Hsc des zweiten Kontaktbereichs 116 etwa 5 % bis 20 %, etwa 5 % bis 12 %, etwa 12 % bis 20 % oder einen anderen geeigneten Prozentsatz der Höhe Hdl der Vorrichtungsschicht 102. Wenn der Prozentsatz für einen der ersten und der zweiten Kontaktbereiche 114 und 116 zu niedrig ist (z. B. kleiner als etwa 5 % oder als ein anderer geeigneter Prozentsatz), kann sich der Kontaktbereich nicht bis zu der Vorrichtungsschicht 102 erstrecken. Wenn hingegen der Prozentsatz für einen der ersten und der zweiten Kontaktbereiche 114 und 116 zu hoch ist (z. B. höher als etwa 20 % oder als ein anderer geeigneter Prozentsatz), kann der Kontaktbereich zu dicht an eine untere Grenze der Vorrichtungsschicht 102 kommen und der Leckstrom kann hoch sein.
  • 8 zeigt zwar nur ein Pixel 108, aber es dürfte wohlverstanden sein, dass bei einigen Ausführungsformen weitere Pixel möglich sind. Jedes dieser weiteren Pixel kann zum Beispiel so sein, wie das Pixel 108 dargestellt und beschrieben ist, und/oder jedes dieser weiteren Pixel kann zum Beispiel einen individuellen Teil der Vorrichtungsschicht 102 haben. Wie vorstehend dargelegt worden ist, können Teile der Vorrichtungsschicht 102, die für Pixel individuell sind, insbesondere als Mesastrukturen 102m bezeichnet werden.
  • In 9 ist ein Grundriss 900 einiger Ausführungsformen des Pixels 108 in dem Bildsensor von 8 gezeigt. Der Bildsensor von 8 kann zum Beispiel entlang einer Linie C erstellt sein. Die Zwischenschicht-Verkappungsschicht 804 erstreckt sich seitlich in einem geschlossenen Pfad um die Vorrichtungsschicht 102. Außerdem hat die Zwischenschicht-Verkappungsschicht 804 eine Breite Wicl, während die Vorrichtungsschicht 102 eine erste Abmessung Xdl und eine zweite Abmessung Ydl hat. Bei einigen Ausführungsformen kann die Breite Wicl zum Beispiel etwa 0,1 % bis 1,0 %, etwa 0,1 % bis 0,5 % oder etwa 0,5 % bis 1,0 % eines Mittelwerts aus der ersten und der zweiten Abmessung Xdl und Ydl betragen. Zum Beispiel kann die Breite Wicl gleich 0,1 % . (Xdl + Ydl)/2 bis 1,0 % . (Xdl + Ydl)/2 sein. Bei anderen Ausführungsformen hat die Breite Wicl einen anderen geeigneten Wert.
  • Der SII-Bereich 808 erstreckt sich seitlich entlang einer Peripherie des Pixels 108 in einem geschlossenen Pfad so, dass er das Pixel 108 umschließt und es von benachbarten Pixeln trennt. Außerdem ist der DII-Bereich 806 (im Phantom dargestellt) unter dem SII-Bereich 808 angeordnet (bei Betrachtung im Querschnitt), und er erstreckt sich ebenfalls seitlich in einem geschlossenen Pfad so, dass er das Pixel 108 umschließt und es von benachbarten Pixeln trennt. Die SSI-Bereiche 810 sind jeweils auf gegenüberliegenden Seiten des SII-Bereichs 808 angeordnet. Bei alternativen Ausführungsformen können der DII-Bereich 806, der SII-Bereich 808, die SSI-Bereiche 810 oder eine Kombination davon zum Beispiel andere geeignete Positionen und/oder Layouts haben.
  • Bei einigen Ausführungsformen ist die erste Abmessung Xdl der Vorrichtungsschicht 102 größer als etwa 1µm, sie beträgt etwa 1µm bis 5 µm, oder sie hat einen anderen geeigneten Wert. Wenn die erste Abmessung Xdl zu klein ist (z. B. kleiner als etwa 1µm oder als ein anderer geeigneter Wert), kann die Vorrichtungsschicht 102 klein sein und die QE kann niedrig sein. Wenn hingegen die erste Abmessung Xdl zu groß ist (z. B. größer als etwa 5 µm oder als ein anderer geeigneter Wert), kann die Pixeldichte zu niedrig sein und somit kann die Bildauflösung zu niedrig sein. Bei einigen Ausführungsformen sind eine Abmessung Xfc des ersten Kontaktbereichs 114 und/oder eine Abmessung Xsc des zweiten Kontaktbereichs 116 kleiner als etwa 25 % der ersten Abmessung Xdl der Vorrichtungsschicht 102. Es sind aber auch andere geeignete Prozentsätze möglich.
  • Bei einigen Ausführungsformen beträgt die erste Abmessung Xdl der Vorrichtungsschicht 102 etwa 80 % bis 95 %, etwa 80 % bis 88 % oder etwa 88 % bis 95 % oder einen anderen geeigneten Prozentsatz der Höhe Hdl der Vorrichtungsschicht 102 (siehe z. B. 8). Wenn der Prozentsatz zu niedrig ist (z. B. niedriger als etwa 80 % oder als ein anderer geeigneter Prozentsatz), kann die Höhe Hdl der Vorrichtungsschicht 102 zu groß sein, und/oder die erste Abmessung Xdl kann zu klein sein. Wenn die Höhe Hdl der Vorrichtungsschicht 102 zu groß ist, kann das epitaxiale Aufwachsen der Vorrichtungsschicht 102 zu lange dauern und die Verarbeitungsmenge kann signifikant beeinträchtigt werden. Wenn die erste Abmessung Xdl zu klein ist, kann die Vorrichtungsschicht 102 zu klein sein, und somit kann die QE zu niedrig sein.
  • Bei einigen Ausführungsformen beträgt ein Verhältnis der ersten Abmessung Xdl zu der zweiten Abmessung Ydl etwa 1bis 3, etwa 1 bis 2, etwa 2 bis 3 oder einen anderen geeigneten Wert. Die Vorrichtungsschicht 102 kann von dem SII-Bereich 808 mit einem Abstand Dsii getrennt sein. Außerdem kann die Vorrichtungsschicht 102 von dem SSI-Bereich 810 mit einem Abstand Dssi getrennt sein. Bei einigen Ausführungsformen beträgt ein Verhältnis des Abstands Dsii zu dem Abstand Dssi etwa 0,4 bis 1, etwa 0,4 bis 0,7, etwa 0,7 bis 1oder einen anderen geeigneten Wert. Ein Rand der Vorrichtungsschicht 102 und des ersten Kontaktbereichs 114 sind durch einen Abstand Dfc getrennt. Außerdem sind der Rand der Vorrichtungsschicht 102 und des zweiten Kontaktbereichs 116 durch einen Abstand Dsc getrennt. Bei einigen Ausführungsformen beträgt ein Verhältnis des Abstands Dfc zu dem Abstand Dsc etwa 0,7 bis 1,2, etwa 0,7 bis 0,9, etwa 0,9 bis 1,1 oder einen anderen geeigneten Wert.
  • In den 10A bis 10F sind Schnittansichten 1000A bis 1000F einiger alternativer Ausführungsformen des Bildsensors von 8 gezeigt, bei denen Bestandteile abgewandelt sind. In den 10A und 10B umschließt die Zwischenschicht 802 obere Ecken des Substrats 402. Außerdem sind in 10B Seitenwände der Vorrichtungsschicht 102 geneigt, und Ecken der Zwischenschicht 802, der Zwischenschicht-Verkappungsschicht 804, der Vorrichtungsschicht 102 und der Vorrichtungsverkappungsschicht 120 sind abgerundet.
  • In den 10C und 10D ist eine Oberseite der Vorrichtungsschicht 102 mit einem Versatzabstand D2 vertikal von einer Oberseite des Substrats 104 versetzt. In 10C ist die Oberseite der Vorrichtungsschicht 102 in Bezug zu der Oberseite des Substrats 104 um den Versatzabstand D2 erhöht. In 10D ist die Oberseite der Vorrichtungsschicht 102 in Bezug zu der Oberseite des Substrats 104 um den Versatzabstand D2 vertieft. Bei einigen Ausführungsformen ist der Versatzabstand D2 klein. Wenn der Versatzabstand D2 groß ist, kann die Topografie der Vorrichtungsschicht 102 zu einer Nicht-Einheitlichkeit und somit zu einer Unzuverlässigkeit bei der Bearbeitung führen, die nach der Herstellung der Vorrichtungsschicht 102 erfolgt. Der Versatzabstand D2 kann zum Beispiel klein sein, wenn er bis zu etwa 1%, 2 %, 5 %, 10 % oder 30 % einer Tiefe D3 beträgt, und kann andernfalls groß sein. Es sind jedoch auch andere geeignete Prozentsätze möglich. Die Tiefe D3 entspricht einer Tiefe, bis zu der sich die Vorrichtungsschicht 102 in das Substrat 104 erstreckt, und sie kann zum Beispiel von der Oberseite des Substrats 104 bis zu einer Unterseite der Vorrichtungsschicht 102 gemessen werden. Bei alternativen Ausführungsformen werden die Versatzabstand D2 und die Tiefe D3 von der Oberseite der Zwischenschicht 802 bis zu der Oberseite der Vorrichtungsschicht 102 bzw. der Unterseite der Vorrichtungsschicht 102 gemessen. Diese alternativen Ausführungsformen ergeben sich zum Beispiel, wenn die Oberseite der Zwischenschicht 802 in Bezug zu der Oberseite des Substrats 104 erhöht ist.
  • In 10E legt die Zwischenschicht-Verkappungsschicht 804 das Substrat 104 seitlich neben der Vorrichtungsschicht 102 und seitlich neben der Zwischenschicht 802 frei. Außerdem definiert die Zwischenschicht-Verkappungsschicht 804 Öffnungen 1002 über dem DII-Bereich 806, dem SII-Bereich 808 und den SSI-Bereichen 810. In 10F werden die SSI-Bereiche 810 von dem DII-Bereich 806 und dem SII-Bereich 808 umschlossen.
  • In 11 ist eine Schnittansicht 1100 einiger alternativer Ausführungsformen des Bildsensors von 8 gezeigt, bei denen ein Substrat-Implantationsbereich 1102 in dem Substrat 104 angeordnet ist und die Vorrichtungsschicht 102 belegt. Der Substrat-Implantationsbereich 1102 hat die gleiche Dotierungsart wie, aber eine höhere Dotierungskonzentration als, ein Hauptteil des Substrats 104. Zum Beispiel können der Substrat-Implantationsbereich 1102 und der Hauptteil des Substrats 104 p-leitend oder n-leitend sein. Der Substrat-Implantationsbereich 1102 kann zum Beispiel einen Leckstrom durch Kristallschäden an einer Grenze zwischen der Vorrichtungsschicht 102 und dem Substrat 104 reduzierten.
  • Die Zwischenschicht 802 trennt die Vorrichtungsschicht 102 von dem Substrat-Implantationsbereich 1102 und kann zum Beispiel verhindern, dass Dotanden des Substrat-Implantationsbereichs 1102 in die Vorrichtungsschicht 102 eindiffundieren. Dotanden, die in die Vorrichtungsschicht 102 eindiffundieren, können zum Beispiel in der Vorrichtungsschicht 102 einen Bereich mit niedrigem spezifischem Widerstand erzeugen, der den Leckstrom erhöht, was der Rolle des Substrat-Implantationsbereichs 1102 entgegenwirken würde.
  • In 12 ist eine Schnittansicht 1200 einiger alternativer Ausführungsformen des Bildsensors von 8 gezeigt, bei denen die Zwischenschicht-Verkappungsschicht 804 weggelassen ist.
  • In 13 ist eine Schnittansicht 1300 einiger alternativer Ausführungsformen des Bildsensors von 12 gezeigt, bei denen die Zwischenschicht 802 weggelassen ist. Außerdem ist der Substrat-Implantationsbereich 1102 in dem Substrat 104 angeordnet und belegt die Vorrichtungsschicht 102. Der Substrat-Implantationsbereich 1102 kann zum Beispiel den Leckstrom durch Kristallschäden an einer Grenze zwischen der Vorrichtungsschicht 102 und dem Substrat 104 reduzieren.
  • In den 14A bis 14D sind Schnittansichten 1400A bis 1400D einiger alternativer Ausführungsformen des Bildsensors von 12 gezeigt, bei denen Bestandteile abgewandelt sind. In 14A umschließt die Vorrichtungsverkappungsschicht 120 obere Ecken des Substrats 104. In 14B schützt die Vorrichtungsverkappungsschicht 120 das Substrat 104, um das Substrat 104 seitlich neben der Vorrichtungsschicht 102 freizulegen. Außerdem definiert die Vorrichtungsverkappungsschicht 120 Öffnungen 1402 über dem DII-Bereich 806, dem SII-Bereich 808 und dem SSI-Bereich 810. In den 14C und 14D ist die Oberseite der Vorrichtungsschicht 102 mit einem Abstand D2 vertikal von der Oberseite der Vorrichtungsschicht 102 versetzt, wie es unter Bezugnahme auf 10C bzw. 10D dargelegt worden ist.
  • In 15 ist eine Schnittansicht 1500 einiger Ausführungsformen des Bildsensors von 8 gezeigt, bei denen eine dielektrische Substratschicht 1502 ein Paar Segmente aufweist, die äußerste Seitenwände des Substrats 104 belegen, die sich jeweils auf gegenüberliegenden Seiten des Substrats 104 befinden. Es ist zwar nur ein Pixel 108 zwischen den Segmenten dargestellt, aber es dürfte wohlverstanden sein, dass weitere Pixel zwischen den Pixeln angeordnet werden können. Jedes dieser weiteren Pixel kann zum Beispiel so wie sein Gegenstück sein, das vorstehend dargestellt und beschrieben worden ist.
  • Bei einigen Ausführungsformen ist das Substrat 104 vollständig zwischen den Segmenten der dielektrischen Substratschicht 1502 angeordnet. Bei einigen Ausführungsformen erstreckt sich die dielektrische Substratschicht 1502 in einem geschlossenen Pfad (in der Schnittansicht 1500 nicht sichtbar) entlang der Grenze des Substrats 104 so, dass sie das Substrat 104 vollständig umschließt. Bei einigen Ausführungsformen hat die dielektrische Substratschicht 1502 die gleiche Höhe wie das Substrat 104. Bei einigen Ausführungsformen hat die dielektrische Substratschicht 1502 eine Oberseite, die auf gleicher Höhe oder ungefähr auf gleicher Höhe mit der des Substrats 104 ist, und/oder sie hat eine Unterseite, die auf gleicher Höhe oder ungefähr auf gleicher Höhe mit der des Substrats 104 ist. Die dielektrische Substratschicht 1502 kann zum Beispiel Siliziumoxid und/oder andere geeignete Dielektrika sein oder aufweisen.
  • Wie später dargelegt wird, wird die Vorrichtungsschicht 102 durch epitaxiales Aufwachsen hergestellt. Die dielektrische Substratschicht 1502 schützt Seitenwandflächen des Substrats 104, sodass das Material der Vorrichtungsschicht 102 nicht epitaxial auf den Seitenwänden aufwächst. Außerdem ist bei einigen Ausführungsformen die dielektrische Substratschicht 1502 auf einer Unterseite des Substrats 104 angeordnet und schützt diese während des epitaxialen Aufwachsens, sodass das Material der Vorrichtungsschicht 102 nicht epitaxial auf der Unterseite aufwächst. Bei zumindest einigen dieser Ausführungsformen können Teile der Vorrichtungsschicht 102 auf der Unterseite später mit einer Planarisierung oder einem anderen geeigneten Verfahren entfernt werden.
  • In den 16A und 16B sind Schnittansichten 1600A bzw. 1600B einiger detaillierterer Ausführungsformen des Bildsensors von 8 gezeigt, bei denen der Bildsensor weiterhin eine Verbindungsstruktur 702 aufweist und vorderseitig beleuchtet bzw. rückseitig beleuchtet ist. Die Verbindungsstruktur 702 ist über der Vorrichtungsverkappungsschicht 120 auf einer Vorderseite 104f des Substrats 104 angeordnet und umfasst eine dielektrische Verbindungsschicht 704, eine Mehrzahl von Kontakten 706, eine Mehrzahl von Drähten 708 und eine Mehrzahl von Durchkontaktierungen 710. Außerdem ist die Verbindungsstruktur 702 durch eine RPD-Schicht 714 und eine CESL 716 von der Vorrichtungsverkappungsschicht 120 getrennt. Silizidschichten 712 sind auf den ersten und zweiten Kontaktbereichen 114 und 116, dem SII-Bereich 808 und den SSI-Bereichen 810 angeordnet und stellen jeweils eine ohmsche Verbindung mit den Kontakten 706 her. Die Verbindungsstruktur 702, die Silizidschichten 712, die RPD-Schicht 714 und die CESL 716 können zum Beispiel so sein, wie es vorstehend unter Bezugnahme auf die 7A und 7B beschrieben worden ist.
  • In 16A, in der der Bildsensor vorderseitig beleuchtet ist, sind eine Mikrolinse 718 und eine Antireflexionsschicht 720 über der Verbindungsstruktur 702 auf der Vorderseite 104f des Substrats 104 angeordnet. In 16B, in der der Bildsensor rückseitig beleuchtet ist, sind die Mikrolinse 718 und die Antireflexionsschicht 720 unter dem Substrat 104 auf dessen Vorderseite 104b angeordnet.
  • Die 8, 9, 10A bis 10E, 11 bis 13, 14A bis 14D, 15, 16A und 16B zeigen zwar erste und zweite Kontaktbereiche 114 und 116 und Kontaktwannen 118, die gemäß den Ausführungsformen von 1 konfiguriert sind, aber die ersten und die zweiten Kontaktbereiche 114 und 116 und die Kontaktwannen 118 können alternativ gemäß Ausführungsformen in einer der 3A bis 3C oder gemäß anderen geeigneten Ausführungsformen konfiguriert werden. 9 zeigt zwar einen Grundriss für den Bildsensor von 8, aber der Grundriss kann auch für den Bildsensor in einer der 10A bis 10D, 10F, 11, 15, 16A und 16B verwendet werden. Zum Beispiel kann eine der 10A bis 10D, 10F, 11, 15, 16A und 16B entlang der Linie C von 9 erstellt sein. 10E zeigt zwar eine Abwandlung des Bildsensors von 8, bei der die Zwischenschicht-Verkappungsschicht 804 über dem SII-Bereich 808 und den SSI-Bereichen 810 angeordnet ist, aber diese Abwandlung kann auch für den Bildsensor in einer der 10A bis 10D, 10F, 11, 15, 16A und 16B verwendet werden. 11 zeigt zwar eine Abwandlung des Bildsensors von 8, bei der der Bildsensor weiterhin den Substrat-Implantationsbereich 1102 aufweist, aber eine der 10A bis 10E, 12, 14A bis 14D, 15, 16A und 16B kann ebenfalls den Substrat-Implantationsbereich 1102 haben. 12 zeigt zwar eine Abwandlung des Bildsensors von 8, bei der in dem Bildsensor die Zwischenschicht-Verkappungsschicht 804 weggelassen ist, aber in einer der 9, 10A bis 10E, 11, 15, 16A und 16B kann die Zwischenschicht-Verkappungsschicht 804 ebenfalls weggelassen werden. 13 zeigt zwar Abwandlungen des Bildsensors von 12, bei denen der Bildsensor weiterhin den Substrat-Implantationsbereich 1102 aufweist und die Zwischenschicht 802 weggelassen wird, aber diese Abwandlungen können auch für den Bildsensor in einer der 14A bis 14D verwendet werden. 15 zeigt zwar Abwandlungen des Bildsensors von 8, bei denen der Bildsensor weiterhin die dielektrische Substratschicht 1502 aufweist, aber der Bildsensor in einer der 10A bis 10E, 11 bis 13, 14A bis 14D, 16A und 16B kann ebenfalls die dielektrische Substratschicht 1502 aufweisen. Die 16A und 16B zeigen zwar den Bildsensor von 8 in einer FSI- bzw. einer BSI-Konfiguration, aber der Bildsensor jeder der 10A bis 10E, 11 bis 13, 14A bis 14D und 15 kann eine FSI-Konfiguration wie in 16A und eine BSI-Konfiguration wie in 16B haben.
  • In den 17 bis 23 ist eine Reihe von Schnittansichten 1700 bis 2300 einiger Ausführungsformen eines Verfahrens zum Herstellen eines Bildsensors gezeigt, bei dem eine Vorrichtungsschicht über einem Substrat angeordnet ist und ein anderes Halbleitermaterial als dieses aufweist. Das Verfahren kann zum Beispiel zum Herstellen des Bildsensors in einer der 1, 3A bis 3C, 4 bis 6, 7A und 7B verwendet werden, oder es kann zum Beispiel zum Herstellen eines anderen geeigneten Bildsensors verwendet werden.
  • Wie in der Schnittansicht 1700 von 17 gezeigt ist, wird eine Vorrichtungsschicht 102 epitaxial über einem Substrat 104 aufgewachsen. Die Vorrichtungsschicht 102 und das Substrat 104 sind unterschiedliche Halbleitermaterialien. Die Vorrichtungsschicht 102 kann zum Beispiel Germanium oder ein anderes geeignetes Halbleitermaterial sein oder aufweisen, und/oder das Substrat 104 kann zum Beispiel Silizium oder ein anderes geeignetes Halbleitermaterial sein oder aufweisen. Bei einigen Ausführungsformen absorbiert die Vorrichtungsschicht 102 NIR- und/oder IR-Strahlung stärker als das Substrat 104. Außerdem hat bei einigen Ausführungsformen die Vorrichtungsschicht 102 einen kleineren Bandabstand als das Substrat 104. Das Substrat 104 kann zum Beispiel ein massiver Halbleiterwafer, ein Silizium-auf-Isolator(SOI)-Wafer oder eine andere geeignete Art von Substrat sein.
  • Die Epitaxie kann zum Beispiel mittels Dampfphasenepitaxie (VPE), Molekularstrahlepitaxie (MBE) oder eines anderen geeigneten Epitaxieprozesses durchgeführt werden. Bei einigen Ausführungsformen wird die Vorrichtungsschicht 102 so epitaxial aufgewachsen, dass sie das Substrat 104 vollständig bedeckt und/oder das gesamte freiliegende Material des Substrats 104 bedeckt.
  • Wie in der Schnittansicht 1800 von 18 gezeigt ist, wird die Vorrichtungsschicht 102 strukturiert, um einen Graben 1802 zu erzeugen. Der Graben 1802 erstreckt sich entlang Grenzen von Pixeln 108, die gerade hergestellt werden, und unterteilt die Vorrichtungsschicht 102 in eine Mehrzahl von diskreten Mesastrukturen 102m, die für die Pixel 108 individuell sind. Der Graben 1802 erstreckt sich vollständig durch die Vorrichtungsschicht 102 und umschließt die Mesastrukturen 102m einzeln, um die Mesastrukturen 102m vollständig zu trennen. Für eine verbesserte elektrische Isolation zwischen den Mesastrukturen 102m erstreckt sich der Graben 1802 außerdem in das Substrat 104. Bei alternativen Ausführungsformen erstreckt sich der Graben 1802 nicht in das Substrat 104, und er hat eine Unterseite, die auf gleicher Höhe oder im Wesentlichen auf gleicher Höhe mit einer Unterseite der Vorrichtungsschicht 102 ist. Die Strukturierung kann zum Beispiel mit einem fotolithografischen/Ätzprozess oder mit einer anderen geeigneten Art von Strukturierungsprozess durchgeführt werden.
  • Bei einigen Ausführungsformen haben der Graben 1802 und die Mesastrukturen 102m Grundrisse, wie sie für die dielektrische Zwischenpixelschicht 106 bzw. die Mesastrukturen 102m in 2A bzw. 2B gezeigt sind. Zum Beispiel kann die Schnittansicht 1800 entlang einer Linie A von 2A oder entlang einer Linie B von 2B erstellt werden. Bei alternativen Ausführungsformen haben der Graben 1802 und die Mesastrukturen 102m andere geeignete Grundrisse. Bei einigen Ausführungsformen haben die Mesastrukturen 102m Grundrisse, die quadratisch, rechteckig, kreisförmig, dreieckig oder sechseckig sind oder eine andere geeignete Form haben. Bei einigen Ausführungsformen haben die Mesastrukturen 102m polygonale Grundrisse, die gleichseitig oder im Wesentlichen gleichseitig sind und/oder gleichwinklig oder im Wesentlichen gleichwinklig sind. Im Wesentlichen gleichseitig kann zum Beispiel bedeuten, dass Seiten eines Polygons eine mittlere Länge haben und jede Seite des Polygons eine Länge hat, die von der mittleren Länge um weniger als etwa 1%, 5 % oder 10 % der mittleren Länge abweicht. Im Wesentlichen gleichwinklig kann zum Beispiel bedeuten, dass Ecken eines Polygons einen mittleren Winkel haben und jede Ecke des Polygons einen Winkel hat, der von dem mittleren Winkel um weniger als etwa 1%, 5 % oder 10 % des mittleren Winkels abweicht. Es sind aber auch andere Bedeutungen für „im Wesentlichen gleichseitig“ oder „im Wesentlichen gleichwinklig“ möglich.
  • Da die Vorrichtungsschicht 102 und das Substrat 104 unterschiedliche Halbleitermaterialien sind, können die Gitterkonstanten ebenfalls unterschiedlich sein. Dadurch können aneinandergereihte Versetzungen an einer Grenzfläche 112 zwischen der Vorrichtungsschicht 102 und dem Substrat 104 entstehen. Und da die Grenzfläche 112 lokal auf eine Unterseite der Vorrichtungsschicht 102 begrenzt ist und sich nicht entlang Seitenwänden der Vorrichtungsschicht 102 erstreckt, überspannt die Grenzfläche 112 nur einen kleinen Bereich. Dadurch ist die Dichte der aneinandergereihten Versetzungen niedrig. Auf Grund der niedrigen Dichte der aneinandergereihten Versetzungen kann die Kristallqualität hoch sein. Eine hohe Kristallqualität reduziert den Leckstrom und kann somit das SRV, die QE und andere entsprechende Leistungskriterien des gerade hergestellten Bildsensors verbessern.
  • Da die Mesastrukturen 102m diskret sind und durch die dielektrische Zwischenpixelschicht 106 voneinander getrennt sind, ist eine elektrische Isolation zwischen den Mesastrukturen 102m hoch. Dadurch können die Mesastrukturen 102m eine hohe Dichte haben. Und da Grundrisse der Mesastrukturen 102m durch Strukturieren der Vorrichtungsschicht 102 definiert werden können, können die Grundrisse für eine hohe Dichte gewählt werden. Die Grundrisse können zum Beispiel quadratisch, rechteckig, sechseckig, dreieckig, kreisförmig, achteckig oder fünfeckig sein oder eine andere geeignete Form haben. Da die Dichte hoch sein kann und die Mesastrukturen 102m mit relativ wenigen Bearbeitungsschritten definiert und gegeneinander isoliert werden können, können die Herstellungskosten für den Bildsensor niedrig sein.
  • Wie in der Schnittansicht 1900 von 19 gezeigt ist, wird eine dielektrische Zwischenpixelschicht 106 so abgeschieden, dass sie den Graben 1802 (siehe z. B. 18) füllt und die Vorrichtungsschicht 102 bedeckt. Die dielektrische Zwischenpixelschicht 106 kann zum Beispiel durch thermische Oxidation, Aufdampfung oder mit einem anderen geeigneten Abscheidungsverfahren abgeschieden werden.
  • Wie in der Schnittansicht 2000 von 20 gezeigt ist, wird eine Planarisierung in die dielektrische Zwischenpixelschicht 106 durchgeführt, um sie von der Oberseite der dielektrischen Vorrichtungsschicht 102 zu entfernen und sie lokal auf den Graben 1802 (siehe z. B. 18) zu begrenzen. Die Planarisierung kann zum Beispiel mit einer chemischmechanischen Polierung (CMP) und/oder einem anderen geeigneten Planarisierungsverfahren erfolgen.
  • Wie in der Schnittansicht 2100 von 21 gezeigt ist, wird eine Vorrichtungsverkappungsschicht 120 epitaxial auf der Vorrichtungsschicht 102 und der dielektrischen Zwischenpixelschicht 106 aufgewachsen, um die Vorrichtungsschicht 102 während einer späteren Bearbeitung zu schützen. Bei alternativen Ausführungsformen ist die Vorrichtungsverkappungsschicht 120 lokal auf die Vorrichtungsschicht 102 begrenzt, und/oder sie ist nicht auf der dielektrischen Zwischenpixelschicht 106 angeordnet. Die Vorrichtungsverkappungsschicht 120 kann zum Beispiel Silizium und/oder eine andere geeignete Art von Halbleitermaterial sein oder aufweisen. Die Epitaxie kann zum Beispiel durch VPE, MBE oder mit einem anderen geeigneten Epitaxieprozess durchgeführt werden.
  • Wie in der Schnittansicht 2200 von 22 gezeigt ist, werden Fotodetektoren 110, die für die Pixel 108 individuell sind, in den Mesastrukturen 102m der entsprechenden Pixel 108 hergestellt. Die Fotodetektoren 110 weisen entsprechende erste Kontaktbereiche 114, entsprechende zweite Kontaktbereiche 116 und entsprechende Kontaktwannen 118 auf. Es ist zwar bei den Pixeln 108 an der Peripherie der Schnittansicht 2200 nicht sichtbar, aber auch die Pixel 108 an der Peripherie der Schnittansicht 2200 weisen die ersten und die zweiten Kontaktbereiche 114 und 116 und die Kontaktwannen 118 auf. Zum Beispiel können die Pixel 108 in der Mitte der Schnittansicht 2200 für die Pixel 108 an der Peripherie der Schnittansicht 2200 repräsentativ sein. Die Fotodetektoren 110 können zum Beispiel PIN-Fotodioden oder eine andere geeignete Art von Fotodioden sein oder aufweisen.
  • Die Fotodetektoren 110 können zum Beispiel mit einer Reihe von Dotierungsprozessen hergestellt werden, mit denen jeweils die ersten und die zweiten Kontaktbereiche 114 und 116 und die Kontaktwannen 118 in den Mesastrukturen 102m erzeugt werden. Die Dotierungsprozesse können zum Beispiel mittels Ionenimplantation und/oder einer anderen geeigneten Art von Dotierungsverfahren durchgeführt werden.
  • Wie in der Schnittansicht 2300 von 23 gezeigt ist, wird eine Verbindungsstruktur 702 über den Fotodetektoren 110 auf einer Vorderseite 104f des Substrats 104 hergestellt und wird mit diesen elektrisch verbunden. Die Verbindungsstruktur 702 wird durch eine RPD-Schicht 714 und eine CESL 716 von der Vorrichtungsverkappungsschicht 120 getrennt. Außerdem wird die Verbindungsstruktur 702 über Silizidschichten 712 mit den ersten und den zweiten Kontaktbereichen 114 und 116 elektrisch verbunden. Die Verbindungsstruktur 702 kann zum Beispiel so sein, wie es unter Bezugnahme auf die 7A und 7B dargelegt worden ist.
  • Obwohl es nicht dargestellt ist, können Mikrolinsen 718 und eine Antireflexionsschicht 720 auf der Vorderseite 104f des Substrats 104 oder auf einer Rückseite 104b des Substrats 104 hergestellt werden. 7A zeigt ein Beispiel für die Herstellung auf der Vorderseite 104f, und 7B zeigt ein Beispiel für die Herstellung auf der Rückseite 104b.
  • Die 17 bis 23 werden zwar unter Bezugnahme auf verschiedene Ausführungsformen eines Verfahrens beschrieben, aber es dürfte wohlverstanden sein, dass die in diesen Figuren gezeigten Strukturen nicht auf das Verfahren beschränkt sind, sondern vielmehr eigenständig und unabhängig von dem Verfahren verwendet werden können. Die 17 bis 23 werden zwar als eine Reihe von Schritten beschrieben, aber es dürfte wohlverstanden sein, dass die Reihenfolge dieser Schritte bei anderen Ausführungsformen geändert werden kann. Die 17 bis 23 werden zwar als eine bestimmte Gruppe von Schritten dargestellt und beschrieben, aber einige der dargestellten und/oder beschriebenen Schritte können bei anderen Ausführungsformen weggelassen werden. Außerdem können Schritte, die nicht dargestellt und/oder beschrieben werden, bei anderen Ausführungsformen verwendet werden.
  • In 24 ist ein Blockdiagramm 2400 einiger Ausführungsformen des Verfahrens der 17 bis 23 gezeigt.
  • In einem Schritt 2402 wird eine Vorrichtungsschicht epitaxial über einem Substrat aufgewachsen, wobei die Vorrichtungsschicht und das Substrat unterschiedliche Halbleitermaterialien sind. Siehe zum Beispiel 17.
  • In einem Schritt 2404 wird die Vorrichtungsschicht strukturiert, um einen Graben so zu definieren, dass er sich entlang einer Grenze eines Pixels erstreckt, und um in dem Pixel eine Mesastruktur aus der Vorrichtungsschicht zu definieren. Siehe zum Beispiel 18.
  • In einem Schritt 2406 wird eine dielektrische Zwischenpixelschicht so abgeschieden, dass sie den Graben füllt und die Vorrichtungsschicht bedeckt. Siehe zum Beispiel 19.
  • In einem Schritt 2408 wird die dielektrische Zwischenpixelschicht planarisiert, um sie von einer Oberseite der Vorrichtungsschicht zu entfernen. Siehe zum Beispiel 20.
  • In einem Schritt 2410 wird eine Vorrichtungsverkappungsschicht epitaxial über der Mesastruktur aufgewachsen. Siehe zum Beispiel 21.
  • In einem Schritt 2412 wird ein Fotodetektor in der Mesastruktur hergestellt. Siehe zum Beispiel 22.
  • In einem Schritt 2414 wird eine Verbindungsstruktur so hergestellt, dass sie den Fotodetektor bedeckt und mit diesem elektrisch verbunden wird. Siehe zum Beispiel 23.
  • Das Blockdiagramm 2400 von 24 wird hier zwar als eine Reihe von Schritten oder Ereignissen dargestellt und beschrieben, aber es dürfte wohlverstanden sein, dass die dargestellte Reihenfolge dieser Schritte oder Ereignisse nicht in einem beschränkenden Sinn ausgelegt werden darf. Zum Beispiel können einige Schritte in anderen Reihenfolgen und/oder gleichzeitig mit anderen Schritten oder Ereignissen als denen ausgeführt werden, die hier dargestellt und/oder beschrieben werden. Darüber hinaus sind möglicherweise nicht alle dargestellten Schritte erforderlich, um hier einen oder mehrere Aspekte oder Ausführungsformen der Beschreibung zu implementieren, und ein oder mehrere der hier beschriebenen Schritte können in nur einem Schritt oder in mehreren getrennten Schritten und/oder Phasen ausgeführt werden.
  • In den 25 bis 31 ist eine Reihe von Schnittansichten 2500 bis 3100 einiger alternativer Ausführungsformen des Verfahrens der 17 bis 23 gezeigt, bei denen die Vorrichtungsschicht 102 nach der dielektrischen Zwischenpixelschicht 106 hergestellt wird. Das Verfahren kann zum Herstellen der Bildsensoren in einer der 5 und 6 verwendet werden. Außerdem kann das Verfahren zum Herstellen der Bildsensoren in einer der 1, 3A bis 3C, 4, 7A und 7B verwendet werden, wenn sie so modifiziert werden, dass die dielektrische Zwischenpixelschicht 106 jeweils eine Unterseite hat, die auf gleicher Höhe oder ungefähr auf gleicher Höhe mit der Unterseite der Vorrichtungsschicht 102 ist. Darüber hinaus kann das Verfahren für andere geeignete Bildsensoren verwendet werden.
  • Wie in der Schnittansicht 2500 von 25 gezeigt ist, wird eine dielektrische Zwischenpixelschicht 106 über einem Substrat 104 abgeschieden. Bei einigen Ausführungsformen wird die dielektrische Zwischenpixelschicht 106 mit einer Dicke Tidl von etwa 2 µm bis 50 µm, etwa 2 µm bis 26 µm, etwa 26 µm bis 50 µm oder mit einem anderen geeigneten Wert abgeschieden. Die dielektrische Zwischenpixelschicht 106 kann zum Beispiel durch thermische Oxidation, Aufdampfung oder mit einem anderen geeigneten Abscheidungsverfahren abgeschieden werden.
  • Wie in der Schnittansicht 2600 von 26 gezeigt ist, wird die dielektrische Zwischenpixelschicht 106 strukturiert, um eine Mehrzahl von diskreten Hohlräumen 2602 zu erzeugen, die das Substrat 104 freilegen. Die Hohlräume 2602 entsprechen Pixeln 108, die gerade hergestellt werden, und die dielektrische Zwischenpixelschicht 106 erstreckt sich entlang Grenzen der Pixel 108 so, dass sie jeden der Hohlräume 2602 umschließt. Die Strukturierung kann zum Beispiel mit einem fotolithografischen/Ätzprozess oder mit einer anderen geeigneten Art von Strukturierungsverfahren durchgeführt werden.
  • Bei einigen Ausführungsformen können die dielektrische Zwischenpixelschicht 106 und die Hohlräume 2602 Grundrisse haben, wie sie für die dielektrische Zwischenpixelschicht 106 bzw. die Mesastrukturen 102m in 2A bzw. 2B dargestellt sind. Zum Beispiel kann die Schnittansicht 2600 entlang einer Linie A von 2A oder entlang einer Linie B von 2B erstellt werden. Bei alternativen Ausführungsformen haben die dielektrische Zwischenpixelschicht 106 und die Hohlräume 2602 andere geeignete Grundrisse. Bei einigen Ausführungsformen haben die Hohlräume 2602 Grundrisse, die quadratisch, rechteckig, kreisförmig, dreieckig oder sechseckig sind oder eine andere geeignete Form haben. Bei einigen Ausführungsformen haben die Hohlräume 2602 polygonale Grundrisse, die gleichseitig oder im Wesentlichen gleichseitig sind und/oder gleichwinklig oder im Wesentlichen gleichwinklig sind. „Im Wesentlichen gleichseitig“ und/oder „im Wesentlichen gleichwinklig“ kann zum Beispiel das bedeuten, was unter Bezugnahme auf 18 dargelegt worden ist. Es sind aber auch andere Bedeutungen für „im Wesentlichen gleichseitig“ oder „im Wesentlichen gleichwinklig“ möglich.
  • Wie in der Schnittansicht 2700 von 27 gezeigt ist, wird eine Vorrichtungsschicht 102 so epitaxial aufgewachsen, dass sie die Hohlräume 2602 (siehe z. B. 26) füllt und die dielektrische Zwischenpixelschicht 106 bedeckt. Die Vorrichtungsschicht 102 und das Substrat 104 sind unterschiedliche Halbleitermaterialien. Die Epitaxie kann zum Beispiel durch VPE, MBE oder mit einem anderen geeigneten Epitaxieprozess durchgeführt werden.
  • Wie in der Schnittansicht 2800 von 28 gezeigt ist, wird eine Planarisierung in die Vorrichtungsschicht 102 durchgeführt. Durch die Planarisierung wird die Vorrichtungsschicht 102 von der Oberseite der dielektrischen Zwischenpixelschicht 106 entfernt, und die Vorrichtungsschicht 102 wird lokal auf die Hohlräume 2602 (siehe z. B. 26) begrenzt. Teile der Vorrichtungsschicht 102 in den Hohlräumen 2602 definieren Mesastrukturen 102m, die den Pixeln 108 entsprechen, die gerade hergestellt werden. Die Planarisierung kann zum Beispiel mit einer CMP und/oder einem anderen geeigneten Planarisierungsverfahren erfolgen.
  • Da die Vorrichtungsschicht 102 und das Substrat 104 unterschiedliche Halbleitermaterialien sind, können die Gitterkonstanten ebenfalls unterschiedlich sein. Dadurch können aneinandergereihte Versetzungen an einer Grenzfläche 112 zwischen der Vorrichtungsschicht 102 und dem Substrat 104 entstehen. Da die Grenzfläche 112 lokal auf eine Unterseite der Vorrichtungsschicht 102 begrenzt ist und sich nicht entlang Seitenwänden der Vorrichtungsschicht 102 erstreckt, überspannt die Grenzfläche 112 nur einen kleinen Bereich. Dadurch ist die Dichte der aneinandergereihten Versetzungen niedrig. Auf Grund der niedrigen Dichte der aneinandergereihten Versetzungen kann die Kristallqualität hoch sein. Eine hohe Kristallqualität reduziert den Leckstrom und kann somit das SRV, die QE und andere entsprechende Leistungskriterien des Bildsensors verbessern, der gerade hergestellt wird.
  • Da die Mesastrukturen 102m diskret sind und durch die dielektrische Zwischenpixelschicht 106 voneinander getrennt sind, ist eine elektrische Isolation zwischen den Mesastrukturen 102m hoch. Dadurch können die Mesastrukturen 102m eine hohe Dichte haben. Und da Grundrisse der Mesastrukturen 102m durch Strukturieren der dielektrischen Zwischenpixelschicht 106 definiert werden können, können die Grundrisse für eine hohe Dichte gewählt werden. Die Grundrisse können zum Beispiel quadratisch, rechteckig, sechseckig, dreieckig, kreisförmig, achteckig oder fünfeckig sein oder eine andere geeignete Form haben. Da die Dichte hoch sein kann und die Mesastrukturen 102m mit relativ wenigen Bearbeitungsschritten definiert und gegeneinander isoliert werden können, können die Herstellungskosten für den Bildsensor niedrig sein.
  • Wie in den Schnittansichten 2900 bis 3100 der 29 bis 31 gezeigt ist, werden jeweils die Schritte ausgeführt, die in den 21 bis 23 dargestellt sind und unter Bezugnahme darauf beschrieben worden sind. In 29 wird eine Vorrichtungsverkappungsschicht 120 epitaxial auf der Vorrichtungsschicht 102 aufgewachsen, wie es in 21 gezeigt ist und unter Bezugnahme darauf beschrieben worden ist. In 30 werden Fotodetektoren 110 in den Mesastrukturen 102m hergestellt, wie es in 22 gezeigt ist und unter Bezugnahme darauf beschrieben worden ist. In 31 wird eine Verbindungsstruktur 702 über den Fotodetektoren 110 auf einer Vorderseite 104f des Substrats 104 hergestellt und wird mit diesen elektrisch verbunden, wie es in 23 gezeigt ist und unter Bezugnahme darauf beschrieben worden ist. Obwohl es nicht dargestellt ist, können Mikrolinsen 718 und eine Antireflexionsschicht 720 auf der Vorderseite 104f des Substrats 104 oder auf seiner Rückseite 104b hergestellt werden. 7A zeigt ein Beispiel für die Herstellung auf der Vorderseite 104f, und 7B zeigt ein Beispiel für die Herstellung auf der Rückseite 104b.
  • Die 25 bis 31 werden zwar unter Bezugnahme auf verschiedene Ausführungsformen eines Verfahrens beschrieben, aber es dürfte wohlverstanden sein, dass die in diesen Figuren gezeigten Strukturen nicht auf das Verfahren beschränkt sind, sondern vielmehr eigenständig und unabhängig von dem Verfahren verwendet werden können. Die 25 bis 31 werden zwar als eine Reihe von Schritten beschrieben, aber es dürfte wohlverstanden sein, dass die Reihenfolge dieser Schritte bei anderen Ausführungsformen geändert werden kann. Die 25 bis 31 werden zwar als eine bestimmte Gruppe von Schritten dargestellt und beschrieben, aber einige der dargestellten und/oder beschriebenen Schritte können bei anderen Ausführungsformen weggelassen werden. Außerdem können Schritte, die nicht dargestellt sind und/oder beschrieben werden, bei anderen Ausführungsformen verwendet werden.
  • In 32 ist ein Blockdiagramm 3200 einiger Ausführungsformen des Verfahrens der 25 bis 31 gezeigt.
  • In einem Schritt 3202 wird eine dielektrische Zwischenpixelschicht über einem Substrat abgeschieden. Siehe zum Beispiel 25.
  • In einem Schritt 3204 wird die dielektrische Zwischenpixelschicht strukturiert, um einen Hohlraum zu definieren, der das Substrat in einem Pixel freilegt, wobei die dielektrische Zwischenpixelschicht den Hohlraum entlang einer Grenze des Pixels umschließt. Siehe zum Beispiel 26.
  • In einem Schritt 3206 wird eine Vorrichtungsschicht so epitaxial aufgewachsen, dass sie den Hohlraum füllt und die dielektrische Zwischenpixelschicht bedeckt, wobei die Vorrichtungsschicht und das Substrat unterschiedliche Halbleitermaterialien sind. Siehe zum Beispiel 27.
  • In einem Schritt 3208 wird die Vorrichtungsschicht planarisiert, um sie von der Oberseite der dielektrischen Zwischenpixelschicht zu entfernen und eine Mesastruktur zu definieren, die lokal auf den Hohlraum begrenzt ist. Siehe zum Beispiel 28.
  • In einem Schritt 3210 wird eine Vorrichtungsverkappungsschicht epitaxial über der Mesastruktur aufgewachsen. Siehe zum Beispiel 29.
  • In einem Schritt 3212 wird ein Fotodetektor in der Mesastruktur hergestellt. Siehe zum Beispiel 30.
  • In einem Schritt 3214 wird eine Verbindungsstruktur so hergestellt, dass sie den Fotodetektor bedeckt und mit diesem elektrisch verbunden wird. Siehe zum Beispiel 31.
  • Das Blockdiagramm 3200 von 32 wird hier zwar als eine Reihe von Schritten oder Ereignissen dargestellt und beschrieben, aber es dürfte wohlverstanden sein, dass die dargestellte Reihenfolge dieser Schritte oder Ereignisse nicht in einem beschränkenden Sinn ausgelegt werden darf. Zum Beispiel können einige Schritte in anderen Reihenfolgen und/oder gleichzeitig mit anderen Schritten oder Ereignissen als denen ausgeführt werden, die hier dargestellt und/oder beschrieben werden. Darüber hinaus sind möglicherweise nicht alle dargestellten Schritte erforderlich, um hier einen oder mehrere Aspekte oder Ausführungsformen der Beschreibung zu implementieren, und ein oder mehrere der hier beschriebenen Schritte können in nur einem Schritt oder in mehreren getrennten Schritten und/oder Phasen ausgeführt werden.
  • In den 33 bis 35, 36A bis 36C, 37A, 37B und 38 bis 41 ist eine Reihe von Schnittansichten 3300 bis 3500, 3600A bis 3600C, 3700A, 3700B und 3800 bis 4100 einiger Ausführungsformen eines Verfahrens zum Herstellen eines Bildsensors gezeigt, in denen eine Vorrichtungsschicht in ein Substrat ausgespart wird und ein anderes Halbleitermaterial als dieses aufweist. Das Verfahren kann zum Herstellen der Bildsensoren in einer der 8, 9, 10B bis 10D, 10F, 11, 15, 16A und 16B verwendet werden. Außerdem kann das Verfahren zum Herstellen von anderen geeigneten Bildsensoren verwendet werden.
  • Wie in der Schnittansicht 3300 von 33 gezeigt ist, werden ein DII-Bereich 806, ein SII-Bereich 808 und SSI-Bereiche 810 in einem Substrat 104 hergestellt. Das Substrat 104 kann zum Beispiel Silizium oder ein anderes geeignetes Halbleitermaterial sein oder aufweisen.
  • Der DII-Bereich 806 erstreckt sich entlang einer Peripherie eines Pixels 108, das auf dem Substrat 104 hergestellt ist und ein Paar Segmente aufweist, die jeweils auf gegenüberliegenden Seiten des Pixels 108 angeordnet sind. Über dem DII-Bereich 806 ist der SII-Bereich 808 angeordnet. Außerdem erstreckt sich der SII-Bereich 808 in ähnlicher Weise entlang der Peripherie des Pixels 108, und er weist ein Paar Segmente auf, die jeweils auf gegenüberliegenden Seiten des Pixels 108 angeordnet sind. Die SSI-Bereiche 810 sind jeweils auf gegenüberliegenden Seiten des SII-Bereichs 808 angeordnet, sodass sich der DII-Bereich 806 und der SII-Bereich 808 zwischen den SSI-Bereichen 810 befinden. Bei einigen Ausführungsformen haben der DII-Bereich 806, der SII-Bereich 808 und die SSI-Bereiche 810 Grundrisse wie in 9, aber es sind auch andere geeignete Grundrisse möglich. Der DII-Bereich 806, der SII-Bereich 808 und die SSI-Bereiche 810 sind dotierte Bereiche des Substrats 104, die durch Ionenimplantation oder mit einem anderen geeigneten Dotierungsverfahren hergestellt werden können. Der DII-Bereich 806 und der SII-Bereich 808 haben die gleiche Dotierungsart, wobei der SII-Bereich 808 eine höhere Dotierungskonzentration als der DII-Bereich 806 hat. Die gemeinsame Dotierungsart kann zum Beispiel die Gleiche wie die eines Hauptteils des Substrats 104 sein.
  • Wie außerdem in der Schnittansicht 3300 von 33 gezeigt ist, wird eine Hartmaskenschicht 3302 über dem Substrat 104 abgeschieden. Bei einigen Ausführungsformen beträgt eine Dicke Thm der Hartmaskenschicht 3302 etwa 500 Ä bis 1000 Å, etwa 500 Ä bis 750 Ä, etwa 750 Ä bis 1000 Å, etwa 750 Ä oder einen anderen geeigneten Wert. Die Hartmaskenschicht 3302 kann zum Beispiel undotiertes Silicatglas (USG) und/oder ein oder mehrere andere geeignete Dielektrika sein oder aufweisen.
  • Wie in der Schnittansicht 3400 von 34 gezeigt ist, werden die Hartmaskenschicht 3302 und das Substrat 104 strukturiert, um einen Hohlraum 3402 zu definieren. Bei einigen Ausführungsformen hat der Hohlraum 3402 eine Tiefe D4, die etwa 0,5 µm bis 1,0 µm, etwa 1,1 µm, etwa 1µm bis 2 µm, etwa 2 µm bis 5 µm, etwa 5 µm bis 10 µm oder einen anderen geeigneten Wert beträgt. Die Strukturierung kann zum Beispiel mit einem fotolithografischen/Ätzprozess oder einem anderen geeigneten Strukturierungsverfahren durchgeführt werden. Außerdem kann für den fotolithografischen/Ätzprozess zum Beispiel eine Trockenätzung verwendet werden, aber es sind auch andere geeignete Arten der Ätzung möglich.
  • Wie in der Schnittansicht 3500 von 35 gezeigt ist, wird ein Substrat-Implantationsbereich 1102 so hergestellt, dass er den Hohlraum 3402 (siehe z. B. 34) bedeckt. Bei alternativen Ausführungsformen wird der Substrat-Implantationsbereich 1102 weggelassen. Der Substrat-Implantationsbereich 1102 ist ein dotierter Bereich des Substrats 104 und kann zum Beispiel durch Schutz-Ionenimplantation oder mit einem anderen geeigneten Dotierungsverfahren hergestellt werden. Bei einigen Ausführungsformen hat der Substrat-Implantationsbereich 1102 die gleiche Dotierungsart wie, aber eine höhere Dotierungskonzentration als, ein Hauptteil des Substrats 104.
  • Wie außerdem in der Schnittansicht 3500 von 35 gezeigt ist, wird eine Zwischenschicht 802 so epitaxial aufgewachsen, dass sie den Hohlraum 3402 (siehe z. B. 34) über dem Substrat-Implantationsbereich 1102 bedeckt. Die Zwischenschicht 802 wird von dem Substrat 104 epitaxial aufgewachsen und wird somit lokal auf freigelegte Oberflächen des Substrats 104 in dem Hohlraum 3402 begrenzt. Die Zwischenschicht 802 kann das gleiche Halbleitermaterial wie das Substrat 104 sein oder aufweisen, und sie ist undotiert.
  • Wie außerdem in der Schnittansicht 3500 von 35 gezeigt ist, wird eine Vorrichtungsschicht 102 so epitaxial aufgewachsen, dass sie den Hohlraum 3402 über der Zwischenschicht 802 füllt. Die Vorrichtungsschicht 102 wird von der Zwischenschicht 802 epitaxial aufgewachsen und wird somit lokal auf freigelegte Oberflächen der Zwischenschicht 802 in dem Hohlraum 3402 begrenzt. Außerdem kann auf Grund der Art und Weise, in der das Kristallgitter wächst, eine Oberseite der Vorrichtungsschicht 102 rau sein.
  • Die Vorrichtungsschicht 102 ist ein anderes Halbleitermaterial als das Substrat 104 und die Zwischenschicht 802. Zum Beispiel kann die Vorrichtungsschicht 102 Germanium oder Siliziumgermanium sein, während das Substrat 104 und die Zwischenschicht 802 Silizium sein können. Es sind aber auch andere geeignete Materialien möglich. Bei einigen Ausführungsformen hat die Vorrichtungsschicht 102 einen höheren Absorptionskoeffizienten für NIR- und/oder IR-Strahlung als das Substrat 104 und die Zwischenschicht 802. Außerdem hat bei einigen Ausführungsformen die Vorrichtungsschicht 102 einen kleineren Bandabstand als das Substrat 104 und die Zwischenschicht 802. Bei einigen Ausführungsformen ist die Dicke Thm der Hartmaskenschicht 3302 kleiner als in dem Fall, dass sie so wie in 33 abgeschieden wird, und/oder sie beträgt etwa 200 Ä bis 500 Ä, etwa 200 Ä bis 350 Ä, etwa 350 Ä bis 500 Ä, etwa 300 Ä, etwa 380 Ä oder einen anderen geeigneten Wert.
  • Da die Vorrichtungsschicht 102 und die Zwischenschicht 802 unterschiedliche Halbleitermaterialien sind, können die Gitterkonstanten ebenfalls unterschiedlich sein, und aneinandergereihte Versetzungen können an einer Grenzfläche dazwischen entstehen. Dadurch kann ein Leckstrom entlang der Grenzfläche auftreten und kann eine Leistung eines Fotodetektors beeinträchtigen, der später in der Vorrichtungsschicht 102 hergestellt wird. Zum Beispiel kann der Leckstrom das SRV, die QE und andere entsprechende Leistungskriterien des Fotodetektors beeinträchtigen. Der Substrat-Implantationsbereich 1102 schwächt den Leckstrom zumindest teilweise ab und verbessert dadurch die Leistung des Fotodetektors.
  • Dotanden des Substrat-Implantationsbereichs 1102 und/oder des Substrats 104 können in die Vorrichtungsschicht 102 eindiffundieren. Dotanden, die in die Vorrichtungsschicht 102 eindiffundieren, können einen Bereich mit niedrigem spezifischem Widerstand in der Vorrichtungsschicht 102 erzeugen, der den Leckstrom erhöht. Dies kann wiederum die Leistung des Fotodetektors mindern und der Rolle des Substrat-Implantationsbereichs 1102 entgegenwirken. Durch die Zwischenschicht 802 wird ein Eindiffundieren von Dotanden in die Vorrichtungsschicht 102 blockiert oder in anderer Weise reduziert, und sie kann daher die Leistung des Fotodetektors verbessern.
  • Wie in den Schnittansichten 3600A bis 3600C der 36A bis 36C gezeigt ist, wird eine Planarisierung in eine Oberseite der Vorrichtungsschicht 102 durchgeführt, um die Oberseite zu glätten. Die 36A bis 36C sind alternative Ausführungsformen der Planarisierung und stellen daher jede einzeln die Planarisierung dar. Außerdem zeigen die 36A bis 36C unterschiedliche Versatzabstände D2 vertikal von der Oberseite der Vorrichtungsschicht 102 bis zu einer Oberseite des Substrats 104. In 36A ist der Versatzabstand D2 null oder etwa null. In den 36B und 36C ist der Versatzabstand D2 positiv, und die Oberseite der Vorrichtungsschicht 102 ist in Bezug zu der Oberseite der Zwischenschicht 802 und/oder der Oberseite des Substrats 104 erhöht bzw. vertieft. Durch die Planarisierung setzen sich fehlgeleitete Teilchen 3602 auf der Oberseite der Vorrichtungsschicht 102 ab oder sie entstehen dort. Die fehlgeleiteten Teilchen 3602 können zum Beispiel organische Verunreinigungen, metallische Verunreinigungen, Polymere, andere geeignete Teilchen oder eine Kombination davon sein.
  • Durch Glätten der Oberseite der Vorrichtungsschicht 102 werden die Gleichmäßigkeit und somit die Zuverlässigkeit bei einer später durchgeführten Bearbeitung verbessert. Zum Beispiel können durch Glätten der Oberseite der Vorrichtungsschicht 102 die Gleichmäßigkeit und die Zuverlässigkeit beim Herstellen einer Vorrichtungsverkappungsschicht, einer Verbindungsstruktur und anderer geeigneter Strukturelemente verbessert werden, die später beschrieben werden. Außerdem wird das Glätten so durchgeführt, dass der Versatzabstand D2 klein ist. Wenn der Versatzabstand D2 groß ist, kann die Topografie der Vorrichtungsschicht 102 die durch das Glätten erzielten Vorzüge vollständig oder teilweise zunichte machen und somit zu einer Ungleichmäßigkeit und Unzuverlässigkeit bei einer später durchgeführten Bearbeitung führen. Der Versatzabstand D2 kann zum Beispiel klein sein, wenn er bis zu etwa 1 %, 2 %, 5 %, 10 % oder 30 % einer Tiefe D3 beträgt, mit der sich die Vorrichtungsschicht 102 in das Substrat 104 erstreckt, und kann zum Beispiel andernfalls groß sein. Es sind jedoch auch andere geeignete Prozentsätze möglich. Die Tiefe D3 kann zum Beispiel von der Oberseite des Substrats 104 bis zu einer Unterseite der Vorrichtungsschicht 102 gemessen werden. Bei alternativen Ausführungsformen werden die Versatzabstand D2 und die Tiefe D3 von der Oberseite der Zwischenschicht 802 bis zu der Oberseite der Vorrichtungsschicht 102 bzw. der Unterseite der Vorrichtungsschicht 102 gemessen. Diese alternativen Ausführungsformen ergeben sich zum Beispiel, wenn die Oberseite der Zwischenschicht 802 in Bezug zu der Oberseite des Substrats 104 erhöht ist.
  • Bei einigen Ausführungsformen wird die Planarisierung mit einer CMP durchgeführt. Bei alternativen Ausführungsformen wird die Planarisierung mit einem Trocken-/Nassätzprozess durchgeführt. Der Trocken-/Nassätzprozess kann zum Beispiel Folgendes umfassen: 1) Abscheiden oder anderweitiges Herstellen einer Planarisierungsschicht (nicht dargestellt) über der Vorrichtungsschicht 102 so, dass eine Oberseite der Planarisierungsschicht eben oder im Wesentlichen eben ist; 2) paralleles Rückätzen der Planarisierungsschicht und der Vorrichtungsschicht 102 unter Verwendung eines Ätzmittels, das die gleichen oder ähnliche Ätzraten für die Planarisierungsschicht und die Vorrichtungsschicht 102 hat; und 3) Entfernen eines Rests der Planarisierungsschicht nach dem Rückätzen. Die Planarisierungsschicht kann zum Beispiel durch Schleuderbeschichtung oder mit einem anderen geeigneten Abscheidungsverfahren so abgeschieden werden, dass ihre Oberseite eben oder im Wesentlichen eben ist. Alternativ kann die Planarisierungsschicht zum Beispiel mit einer Oberseite abgeschieden werden, die rau ist und dann mit einer CMP oder einem anderen geeigneten Planarisierungsverfahren geglättet wird. Die Planarisierungsschicht kann zum Beispiel ein unterer Antireflexbelag (BARC) und/oder ein anderes geeignetes Material sein oder aufweisen. Bei alternativen Ausführungsformen wird die Planarisierung mit einer CMP und einer anschließenden Rückätzung durchgeführt. Bei alternativen Ausführungsformen wird die Planarisierung mit einem anderen geeigneten Planarisierungsverfahren durchgeführt.
  • Wie in den Schnittansichten 3700A und 3700B gezeigt ist, wird ein Reinigungsprozess an der Oberseite der Vorrichtungsschicht 102 durchgeführt. 37B zeigt eine vergrößerte Schnittansicht 3700B in einem Kreis D der Schnittansicht 3700A von 37A. Der Reinigungsprozess kann an der Vorrichtungsschicht 102 in einer der 36A bis 36C durchgeführt werden, ist aber anhand der Vorrichtungsschicht 102 von 36A dargestellt. Wie vorstehend dargelegt worden ist, sind die 36A bis 36C Alternativen zueinander. In dem Reinigungsprozess werden zumindest einige der fehlgeleiteten Teilchen 3602 (siehe z. B. 36A bis 36C) entfernt, und außerdem wird auf der Zwischenschicht 802 eine Zwischenschicht-Verkappungsschicht 804 hergestellt. Bei einigen Ausführungsformen haben die Zwischenschicht-Verkappungsschicht 804 und die Vorrichtungsschicht 102 einen Grundriss, wie er in 9 gezeigt ist. Bei alternativen Ausführungsformen sind auch andere geeignete Grundrisse möglich.
  • Der Reinigungsprozess umfasst ein Aufbringen einer Nassreinigungslösung auf die Oberseite der Vorrichtungsschicht 102. Die Nassreinigungslösung oxidiert die Zwischenschicht 802, sodass die Zwischenschicht-Verkappungsschicht 804 entsteht, und sie entfernt gleichzeitig die fehlgeleiteten Teilchen 3602. Zum Beispiel kann bei zumindest einigen Ausführungsformen, bei denen die Vorrichtungsschicht 102 Germanium ist oder aufweist und die Zwischenschicht 802 Silizium ist oder aufweist, die Reinigungslösung die fehlgeleiteten Teilchen 3602 zumindest teilweise von der Vorrichtungsschicht 102 entfernen, während sie gleichzeitig die Zwischenschicht-Verkappungsschicht 804 als Siliziumoxid bildet. Bei einigen Ausführungsformen weist die Nassreinigungslösung Ozon sowie vollentsalztes Wasser oder ein anderes geeignetes Lösungsmittel auf, in dem das Ozon gelöst wird. Bei einigen Ausführungsformen besteht die Nassreinigungslösung vollständig oder im Wesentlichen aus Ozon und vollentsalztem Wasser. Bei anderen Ausführungsformen enthält die Nassreinigungslösung weitere Komponenten.
  • Wie außerdem in den Schnittansichten 3700A und 3700B gezeigt ist, wird nach dem Reinigungsprozess eine Wasserstoff-Wärmebehandlung durchgeführt, um die fehlgeleiteten Teilchen 3602 (siehe z. B. 36A bis 36C) weiter zu entfernen. Mit der Wasserstoff-Wärmebehandlung können zum Beispiel restlicher Sauerstoff und/oder Kohlenstoff auf der Vorrichtungsschicht 102 entfernt werden. Bei alternativen Ausführungsformen wird die Wasserstoff-Wärmebehandlung weggelassen, und/oder es wird stattdessen ein anderer geeigneter thermischer Prozess durchgeführt. Die Wasserstoff-Wärmebehandlung kann zum Beispiel ein Erwärmen der Vorrichtungsschicht 102 auf hohe Temperaturen und in einer Atmosphäre umfassen, die Wasserstoffgas (z. B. H2) enthält. Die hohen Temperaturen können zum Beispiel etwa 700 °C bis 800 °C betragen, aber es sind auch andere geeignete Temperaturen möglich.
  • Bei einigen Ausführungsformen wird ein weiterer Reinigungsprozess zwischen der Wasserstoff-Wärmebehandlung und einem späteren epitaxialen Aufwachsen einer Vorrichtungsschicht durchgeführt, um die fehlgeleiteten Teilchen 3602 (siehe z. B. 36A bis 36C) weiter zu entfernen. Zum Beispiel kann bei zumindest einigen Ausführungsformen, bei denen die Vorrichtungsschicht 102 Germanium ist oder aufweist, mit dem weiteren Reinigungsprozess Germaniumoxid von der Vorrichtungsschicht 102 entfernt werden. Bei einigen Ausführungsformen wird der weitere Reinigungsprozess durchgeführt, ohne die Zwischenschicht-Verkappungsschicht 804 zu entfernen. Bei alternativen Ausführungsformen wird bei dem weiteren Reinigungsprozess die Zwischenschicht-Verkappungsschicht 804 entfernt.
  • Wie in der Schnittansicht 3800 von 38 gezeigt ist, wird die Vorrichtungsverkappungsschicht 120 so epitaxial auf der Vorrichtungsschicht 102 aufgewachsen, dass sie diese bedeckt. Die Vorrichtungsverkappungsschicht 120 ist ein anderes Halbleitermaterial als die Vorrichtungsschicht 102 und kann zum Beispiel Silizium oder ein anderes geeignetes Halbleitermaterial sein oder aufweisen. Bei einigen Ausführungsformen ist die Vorrichtungsverkappungsschicht 120 das gleiche Halbleitermaterial wie die Zwischenschicht 802 und/oder das Substrat 104. Außerdem ist bei einigen Ausführungsformen die Vorrichtungsverkappungsschicht 120 undotiert.
  • Die Vorrichtungsverkappungsschicht 120 wird so epitaxial aufgewachsen, dass sie auf der Vorrichtungsschicht 102, aber nicht auf der Hartmaskenschicht 3302 und nicht auf der Zwischenschicht-Verkappungsschicht 804 aufwächst. Daher wird die Vorrichtungsverkappungsschicht 120 mit einem Fotolithografie-unabhängigen selbstjustierten Prozess lokal auf die Vorrichtungsschicht 102 begrenzt. Da Fotolithografie teuer ist, werden durch Herstellen der Vorrichtungsverkappungsschicht 120 mit einem selbstjustierten Prozess die Kosten gesenkt.
  • Die Vorrichtungsverkappungsschicht 120 schützt die Vorrichtungsschicht 102 gegen Schäden während einer späteren Bearbeitung. Zum Beispiel können für spätere Nassreinigungsprozesse Säuren verwendet werden, die hohe Ätzraten für die Vorrichtungsschicht 102, aber niedrige Ätzraten für die Vorrichtungsverkappungsschicht 120 haben. Daher erleidet die Vorrichtungsschicht 102, anders als die Vorrichtungsverkappungsschicht 120, erhebliche Kristallschäden und/oder eine erhebliche Erosion, wenn sie direkt mit den Säuren behandelt wird. Diese Kristallschäden erhöhen den Leckstrom und verschlechtern somit das SRV, die QE und andere entsprechende Leistungskriterien für einen Fotodetektor, der später in der Vorrichtungsschicht 102 hergestellt wird. Dadurch, dass die Vorrichtungsverkappungsschicht 120 verhindert, dass die Vorrichtungsschicht 102 in direkten Kontakt mit den Säuren kommt, schützt die Vorrichtungsverkappungsschicht 120 die Vorrichtungsschicht 102. Dadurch wird wiederum der Leckstrom reduziert und die Leistung des Fotodetektors wird verbessert.
  • Da die Vorrichtungsschicht 102 ein anderes Material als das Substrat 104 und die Zwischenschicht 802 ist, kann die Vorrichtungsschicht 102 einen anderen Wärmeausdehnungskoeffizienten als das Substrat 104 und die Zwischenschicht 802 haben. Dadurch können die hohen Temperaturen während der Wasserstoff-Wärmebehandlung zu unterschiedlichen Ausmaßen der Wärmeausdehnung und somit der Kristallspannung in dem Substrat 104, der Zwischenschicht 802 und der Vorrichtungsschicht 102 führen. Die hohen Temperaturen und die Spannung können ein Herauspressen der Vorrichtungsschicht 102 aus dem Hohlraum 3402 (siehe z. B. 34) fördern. Die Zwischenschicht-Verkappungsschicht 804 dient als eine Sperre zum Verhindern oder anderweitigen Minimieren dieses Herauspressens und zum Halten der Vorrichtungsschicht 102 in dem Hohlraum 3402.
  • In Bezug zu der Zwischenschicht-Verkappungsschicht 804 kann jedoch die Vorrichtungsschicht 102 quer über eine Oberseite der Zwischenschicht 802 herausgepresst werden und kann unter der Hartmaskenschicht 3302 entlang einer Grenzfläche zwischen der Hartmaskenschicht 3302 und dem Substrat 104 herausgepresst werden. Dies kann bewirken, dass eine mechanische Spannung in der Vorrichtungsschicht 102 nach der Wasserstoff-Wärmebehandlung fortbesteht. Durch die fortbestehende Spannung werden Oberflächen aufgeraut und der Leckstrom steigt, wodurch die Leistung des Fotodetektors gemindert wird, der später in der Vorrichtungsschicht 102 hergestellt wird. Und da die Vorrichtungsverkappungsschicht 120 nicht auf der Hartmaskenschicht 3302 aufwächst, bedeckt die Vorrichtungsverkappungsschicht 120 nicht den herausgepressten Teil der Vorrichtungsschicht 102. Wie später dargelegt wird, wird die Hartmaskenschicht 3302 entfernt, sodass auch der herausgepresste Teil nicht mehr von der Hartmaskenschicht 3302 geschützt wird.
  • Ohne Schutz durch die Hartmaskenschicht 3302 und die Vorrichtungsverkappungsschicht 120 wäre der herausgepresste Teil der Vorrichtungsschicht 102 anfällig für Schäden während einer späteren Bearbeitung. Wie vorstehend dargelegt worden ist, können zum Beispiel für spätere Nassreinigungsprozesse Säuren verwendet werden, die hohe Ätzraten für die Vorrichtungsschicht 102, aber niedrige Ätzraten für die Vorrichtungsverkappungsschicht 120 haben. Die vorgenannten Säuren können den herausgepressten Teil der Vorrichtungsschicht 102 erodieren, sodass ein Kanal definiert wird, der unter der Vorrichtungsverkappungsschicht 120 bis zu einem Hauptteil der Vorrichtungsschicht 102 in dem Hohlraum 3402 (siehe z. B. 34) verläuft. Die Säuren können dann über den Kanal den Hauptteil der Vorrichtungsschicht 102 erodieren und können somit zu erheblichen Kristallschäden und/oder einer erheblichen Erosion der Vorrichtungsschicht 102 führen. Dadurch steigt wiederum der Leckstrom, und die Leistung des Fotodetektors, der später in der Vorrichtungsschicht 102 hergestellt wird, sinkt. Daher vermeidet die Zwischenschicht-Verkappungsschicht 804 dadurch, dass sie verhindert, dass die Vorrichtungsschicht 102 unter der Hartmaskenschicht 3302 herausgepresst wird, eine Beschädigung der Vorrichtungsschicht 102, sie reduziert den Leckstrom und verbessert die Leistung des Fotodetektors.
  • Wie in der Schnittansicht 3900 von 39 gezeigt ist, wird die Hartmaskenschicht 3302 (siehe z. B. 38) entfernt. Das Entfernen kann zum Beispiel mit einem Ätzprozess oder einem anderen geeigneten Entfernungsverfahren erfolgen.
  • Wie außerdem in der Schnittansicht 3900 von 39 gezeigt ist, wird ein Fotodetektor 110 in der Vorrichtungsschicht 102 hergestellt. Der Fotodetektor 110 weist ein Paar erste Kontaktbereiche 114, ein Paar zweite Kontaktbereiche 116 und ein Paar Kontaktwannen 118 auf. Bei alternativen Ausführungsformen werden die Kontaktwannen 118 weggelassen. Bei weiteren alternativen Ausführungsformen kann der Fotodetektor 110 weniger Kontaktbereiche haben.
  • Die ersten und die zweiten Kontaktbereiche 114 und 116 und die Kontaktwannen 118 sind dotierte Halbleiterbereiche in der Vorrichtungsschicht 102, die durch Ionenimplantation und/oder mit einem anderen geeigneten Dotierungsverfahren hergestellt werden können. Die ersten Kontaktbereiche 114 haben eine erste Dotierungsart, und die zweiten Kontaktbereiche 116 und die Kontaktwannen 118 haben eine zweite Dotierungsart, die der ersten Dotierungsart entgegengesetzt ist. Die erste und die zweite Dotierungsart können zum Beispiel n bzw. p oder umgekehrt sein. Die Kontaktwannen 118 sind für Unterseiten der zweiten Kontaktbereiche 116 individuell und umschließen diese, um die zweiten Kontaktbereiche 116 von einem Hauptteil der Vorrichtungsschicht 102 zu trennen. Der Hauptteil der Vorrichtungsschicht 102 kann zum Beispiel undotiert sein. Der Fotodetektor 110 kann zum Beispiel eine PIN-Fotodiode oder eine andere geeignete Art von Fotodiode sein oder aufweisen.
  • Wie in der Schnittansicht 4000 von 40 gezeigt ist, werden Silizidschichten 712 und eine RPD-Schicht 714 hergestellt. Die RPD-Schicht 714 definiert Silizid-Öffnungen 4002 jeweils über den ersten und den zweiten Kontaktbereichen 114 und 116, dem SII-Bereich 808 und den SSI-Bereichen 810. Die Silizidschichten 712 sind jeweils in den Silizid-Öffnungen 4002 angeordnet und können zum Beispiel Nickelsilizid oder eine andere geeignete Art von Metallsilizid sein oder aufweisen. Ein Verfahren zum Herstellen der Silizidschichten 712 und der RPD-Schicht 714 kann zum Beispiel Folgendes umfassen: 1) Abscheiden der RPD-Schicht 714; 2) Strukturieren der RPD-Schicht 714, um die Silizid-Öffnungen 4002 zu definieren; 3) Abscheiden eines Metalls so, dass es die RPD-Schicht 714 bedeckt und die Silizid-Öffnungen 4002 auskleidet; 4) Tempern des Metalls, um eine Silizidierungsreaktion auszulösen, durch die die Silizidschichten 712 entstehen; und 5) Entfernen des nicht-umgesetzten Metalls. Es sind aber auch andere geeignete Verfahren möglich. Das Strukturieren kann zum Beispiel mit einem fotolithografischen/Ätzprozess oder mit einem anderen geeigneten Ätzverfahren erfolgen.
  • Wie vorstehend dargelegt worden ist, kann die Zwischenschicht-Verkappungsschicht 804 verhindern, dass die Vorrichtungsschicht 102 nach außen herausgepresst wird. Dadurch können wiederum Kristallschäden an der Vorrichtungsschicht 102 vermieden werden, der Leckstrom in der Vorrichtungsschicht 102 kann reduziert werden, und die Leistung des Fotodetektors 110 kann verbessert werden. Wenn jedoch die Zwischenschicht-Verkappungsschicht 804 weggelassen wird und Teile herausgepresst werden, kann beim Strukturieren der RPD-Schicht 714 und/oder beim Entfernen des nicht-umgesetzten Metalls die Vorrichtungsschicht 102 durch die herausgepressten Teile der Vorrichtungsschicht 102 beschädigt werden. Durch diese Beschädigung steigt wiederum der Leckstrom und die Leistung des Fotodetektors 110 sinkt.
  • Zum Beispiel kann insofern, als sich die herausgepressten Teile der Vorrichtungsschicht 102 bis zu den SSI-Bereichen 810 erstrecken, ein Ätzmittel, das während des Strukturierens verwendet wird, über die Silizid-Öffnungen 4002 der SSI-Bereiche 810 in Kontakt mit den herausgepressten Teilen kommen. Die herausgepressten Teile können dann erodiert werden, sodass Kanäle definiert werden, die sich unter der Vorrichtungsverkappungsschicht 120 erstrecken, und das Ätzmittel kann über den Kanal einen Hauptteil der Vorrichtungsschicht 102 erodieren.
  • Als ein weiteres Beispiel kann das Entfernen mit einer Nassreinigungslösung erfolgen, die ein Ammoniak-Peroxid-Gemisch (APM), ein Gemisch aus Schwefelsäure und Wasserstoffperoxid (SPM) oder ein anderes geeignetes Gemisch enthält, das Wasserstoffperoxid (d. h., H2O2) enthält. Bei zumindest einigen Ausführungsformen, bei denen die Vorrichtungsschicht 102 Germanium ist oder aufweist und die Vorrichtungsverkappungsschicht 120 Silizium ist oder aufweist, kann das Wasserstoffperoxid eine hohe Ätzrate für die Vorrichtungsschicht 102 und eine niedrige Ätzrate für die Vorrichtungsverkappungsschicht 120 haben. Daher kann die Vorrichtungsverkappungsschicht 120 darunter befindliche Teile der Vorrichtungsschicht 102 schützen. Herausgepresste Teile der Vorrichtungsschicht 102, die sich über die Vorrichtungsverkappungsschicht 120 hinaus erstrecken, können jedoch anfällig für eine Beschädigung durch die Nassreinigungslösung sein. Wenn sich zum Beispiel die herausgepressten Teile bis zu den SSI-Bereichen 810 erstrecken, kann die Nassreinigungslösung durch die Silizid-Öffnungen 4002 der SSI-Bereiche 810 in Kontakt mit den herausgepressten Teilen kommen. Als ein weiteres Beispiel können Nähte 4004 in der RPD-Schicht 714 an Ecken der Vorrichtungsverkappungsschicht 120 entstehen, sodass die Nassreinigungslösung durch die Nähte 4004 in Kontakt mit den herausgepressten Teilen kommen kann. Insofern als die Nassreinigungslösung in Kontakt mit den herausgepressten Teilen kommt, können diese erodiert werden, sodass Kanäle definiert werden, die sich unter der Vorrichtungsverkappungsschicht 120 bis zu einem Hauptteil der Vorrichtungsschicht 102 erstrecken. Die Nassreinigungslösung kann dann durch die Kanäle den Hauptteil der Vorrichtungsschicht 102 erodieren.
  • Wie in der Schnittansicht 4100 von 41 gezeigt ist, wird eine Verbindungsstruktur 702 über dem Fotodetektor 110 auf einer Vorderseite 104f des Substrats 104 hergestellt und wird mit diesem elektrisch verbunden. Die Verbindungsstruktur 702 wird durch eine CESL 716 von der RPD-Schicht 714 getrennt. Außerdem wird die Verbindungsstruktur 702 über die Silizidschichten 712 mit den ersten und den zweiten Kontaktbereichen 114 und 116, dem SII-Bereich 808 und den SSI-Bereichen 810 elektrisch verbunden. Die Verbindungsstruktur 702 kann zum Beispiel so sein, wie sie unter Bezugnahme auf die 16A und 16B beschrieben worden ist.
  • Obwohl es nicht dargestellt ist, können Mikrolinsen 718 und eine Antireflexionsschicht 720 auf der Vorderseite 104f des Substrats 104 oder auf seiner Rückseite 104b hergestellt werden. 16A zeigt ein Beispiel für die Herstellung auf der Vorderseite 104f, und 16B zeigt ein Beispiel für die Herstellung auf der Rückseite 104b.
  • Die 33 bis 35, 36A bis 36C, 37A, 37B und 38 bis 41 werden zwar unter Bezugnahme auf verschiedene Ausführungsformen eines Verfahrens beschrieben, aber es dürfte wohlverstanden sein, dass die in diesen Figuren gezeigten Strukturen nicht auf das Verfahren beschränkt sind, sondern vielmehr eigenständig und unabhängig von dem Verfahren verwendet werden können. Die 33 bis 35, 36A bis 36C, 37A, 37B und 38 bis 41 werden zwar als eine Reihe von Schritten beschrieben, aber es dürfte wohlverstanden sein, dass die Reihenfolge dieser Schritte bei anderen Ausführungsformen geändert werden kann. Die 33 bis 35, 36A bis 36C, 37A, 37B und 38 bis 41 werden zwar als eine bestimmte Gruppe von Schritten dargestellt und beschrieben, aber einige der dargestellten und/oder beschriebenen Schritte können bei anderen Ausführungsformen weggelassen werden. Außerdem können Schritte, die nicht dargestellt sind und/oder beschrieben werden, bei anderen Ausführungsformen verwendet werden.
  • Bei einigen Ausführungsformen wird zum Herstellen des Bildsensors in einer der 12, 13, 14A, 14C und 14D oder zum Herstellen von anderen geeigneten Bildsensoren die Reinigung in den 37A und 37B mit einer Nassreinigungslösung durchgeführt, die nicht die Zwischenschicht-Verkappungsschicht 804 bildet. Die Nassreinigungslösung kann zum Beispiel Fluorwasserstoffsäure oder eine andere geeignete Komponente enthalten. Bei einigen Ausführungsformen wird zum Herstellen des Bildsensors von 13 oder zum Herstellen von anderen geeigneten Bildsensoren außerdem die Zwischenschicht 802 weggelassen, während die Schritte in 35 ausgeführt werden. Bei einigen Ausführungsformen werden zum Herstellen des Bildsensors in einer der 10A und 14A oder zum Herstellen anderer geeigneter Bildsensoren außerdem Seitenwände der Hartmaskenschicht 3302 in dem Hohlraum 3402 von benachbarten Seitenwänden des Substrats 104 zwischen den Schritten von 34 und den Schritten von 35 zurückgezogen. Durch das Rückziehen wird ein Oberseitenteil des Substrats 104 freigelegt, der an den Hohlraum 3402 angrenzt, und die Zwischenschicht 802 kann epitaxial auf dem freigelegten Oberseitenteil aufwachsen. Das Rückziehen kann zum Beispiel mit einem Ätzprozess oder einem anderen geeigneten Verfahren erfolgen. Bei einigen Ausführungsformen wird zum Herstellen des Bildsensors von 10E durch die Planarisierung in den 36A bis 36C außerdem die Hartmaskenschicht 3302 entfernt, sodass die Zwischenschicht-Verkappungsschicht 804 auf der freigelegten Oberfläche des Substrats 104 entstehen kann, die zuvor von der Hartmaskenschicht 3302 bedeckt gewesen ist.
  • In 42 ist ein Blockdiagramm 4200 einiger Ausführungsformen des Verfahrens der 33 bis 35, 36A bis 36C, 37A, 37B und 38 bis 41 gezeigt.
  • In einem Schritt 4202 werden ein Substrat und eine Hartmaskenschicht, die das Substrat bedeckt, so strukturiert, dass ein Hohlraum entsteht. Siehe zum Beispiel 33 und 34.
  • In einem Schritt 4204 wird eine Zwischenschicht so epitaxial aufgewachsen, dass sie den Hohlraum auskleidet und teilweise füllt. Siehe zum Beispiel 35.
  • In einem Schritt 4206 wird eine Vorrichtungsschicht so epitaxial aufgewachsen, dass sie den Hohlraum über der Zwischenschicht füllt. Siehe zum Beispiel 35.
  • In einem Schritt 4208 wird die Vorrichtungsschicht planarisiert, um ihre Oberseite zu glätten. Siehe zum Beispiel 36A bis 36C.
  • In einem Schritt 4210 wird eine Nassreinigung an der Oberseite der Vorrichtungsschicht durchgeführt, wobei durch die Nassreinigung fehlgeleitete Teilchen auf der Oberseite der Vorrichtungsschicht entfernt werden, während gleichzeitig eine Zwischenschicht-Verkappungsschicht auf einer Oberseite der Zwischenschicht hergestellt wird. Siehe zum Beispiel 37A und 37B.
  • In einem Schritt 4212 wird eine Vorrichtungsverkappungsschicht epitaxial über der Vorrichtungsschicht aufgewachsen. Siehe zum Beispiel 38.
  • In einem Schritt 4214 wird ein Fotodetektor in der Vorrichtungsschicht hergestellt. Siehe zum Beispiel 39.
  • In einem Schritt 4216 wird die Hartmaskenschicht entfernt. Siehe zum Beispiel 39.
  • In einem Schritt 4218 wird eine Verbindungsstruktur so hergestellt, dass sie den Fotodetektor bedeckt und mit diesem elektrisch verbunden wird. Siehe zum Beispiel 40 und 41.
  • Das Blockdiagramm 4200 von 42 wird hier zwar als eine Reihe von Schritten oder Ereignissen dargestellt und beschrieben, aber es dürfte wohlverstanden sein, dass die dargestellte Reihenfolge dieser Schritte oder Ereignisse nicht in einem beschränkenden Sinn ausgelegt werden darf. Zum Beispiel können einige Schritte in anderen Reihenfolgen und/oder gleichzeitig mit anderen Schritten oder Ereignissen als denen ausgeführt werden, die hier dargestellt und/oder beschrieben werden. Darüber hinaus sind möglicherweise nicht alle dargestellten Schritte erforderlich, um hier einen oder mehrere Aspekte oder Ausführungsformen der Beschreibung zu implementieren, und ein oder mehrere der hier beschriebenen Schritte können in nur einem Schritt oder in mehreren getrennten Schritten und/oder Phasen ausgeführt werden.
  • In den 43, 44A, 44B und 45 bis 49 ist eine Reihe von Schnittansichten 4300, 4400A, 4400B und 4500 bis 4900 einiger alternativer Ausführungsformen des Verfahrens der 33 bis 35, 36A bis 36C, 37A, 37B und 38 bis 41 gezeigt, in denen durch die Planarisierung der Vorrichtungsschicht 102 die Hartmaskenschicht 3302 entfernt wird. Das Verfahren kann zum Herstellen des Bildsensors von 14B verwendet werden. Außerdem kann das Verfahren zum Herstellen von anderen geeigneten Bildsensoren verwendet werden.
  • Wie in der Schnittansicht 4300 von 43 gezeigt ist, werden die Schritte ausgeführt, die in den 33 bis 35 gezeigt sind und unter Bezugnahme darauf beschrieben worden sind. Durch Ausführen der unter Bezugnahme auf 33 beschriebenen Schritte werden ein DII-Bereich 806, ein SII-Bereich 808 und SSI-Bereiche 810 in einem Substrat 104 hergestellt. Außerdem wird eine Hartmaskenschicht 3302 über dem Substrat 104 abgeschieden. Durch Ausführen der unter Bezugnahme auf 34 beschriebenen Schritte werden die Hartmaskenschicht 3302 und das Substrat 104 strukturiert, um einen Hohlraum 3402 zu definieren. Durch Ausführen der unter Bezugnahme auf 35 beschriebenen Schritte wird ein Substrat-Implantationsbereich 1102 so hergestellt, dass er den Hohlraum 3402 auskleidet. Außerdem wird eine Zwischenschicht 802 so epitaxial aufgewachsen, dass sie den Hohlraum 3402 über dem Substrat-Implantationsbereich 1102 auskleidet, und eine Vorrichtungsschicht 102 wird so epitaxial aufgewachsen, dass sie den Hohlraum 3402 über der Zwischenschicht 802 füllt. Bei alternativen Ausführungsformen wird der Substrat-Implantationsbereich 1102 weggelassen.
  • Wie in den Schnittansichten 4400A und 4400B der 44A bzw. 44B gezeigt ist, wird eine Planarisierung in eine Oberseite der Vorrichtungsschicht 102 durchgeführt, um die Oberseite zu glätten und gleichzeitig die Hartmaskenschicht 3302 (siehe z. B. 43) zu entfernen. Die 44A und 44B sind alternative Ausführungsformen der Planarisierung und stellen die Planarisierung jeweils einzeln dar. Außerdem zeigen die 44A und 44B unterschiedliche Versatzabstände D2 von der Oberseite der Vorrichtungsschicht 102 bis zu einer Oberseite des Substrats 104. In 44A ist der Versatzabstand D2 null oder etwa null. In 44B ist der Versatzabstand D2 positiv. Durch die Planarisierung setzen sich fehlgeleitete Teilchen 3602 auf der Oberseite der Vorrichtungsschicht 102 ab oder sie entstehen dort.
  • Durch Glätten der Vorrichtungsschicht 102 werden die Gleichmäßigkeit und somit die Zuverlässigkeit bei einer später durchgeführten Bearbeitung verbessert. Außerdem wird das Glätten so durchgeführt, dass der Versatzabstand D2 klein ist. Wenn der Versatzabstand D2 groß ist, kann die Topografie der Vorrichtungsschicht 102 die durch das Glätten erzielten Vorzüge vollständig oder teilweise zunichte machen. Der Versatzabstand D2 kann zum Beispiel klein sein, wenn er bis zu etwa 1 %, 2 %, 5 %, 10 % oder 30 % einer Tiefe D3 beträgt, mit der sich die Vorrichtungsschicht 102 in das Substrat 104 erstreckt, und kann zum Beispiel andernfalls groß sein. Es sind jedoch auch andere geeignete Prozentsätze möglich. Die Tiefe D3 kann zum Beispiel von der Oberseite des Substrats 104 bis zu einer Unterseite der Vorrichtungsschicht 102 gemessen werden. Bei alternativen Ausführungsformen werden die Versatzabstand D2 und die Tiefe D3 von der Oberseite der Zwischenschicht 802 bis zu der Oberseite der Vorrichtungsschicht 102 bzw. der Unterseite der Vorrichtungsschicht 102 gemessen.
  • Bei einigen Ausführungsformen wird die Planarisierung mit einer CMP durchgeführt. Bei alternativen Ausführungsformen wird die Planarisierung mit einem Trocken-/Nassätzprozess durchgeführt. Der Trocken-/Nassätzprozess kann zum Beispiel so sein, wie er unter Bezugnahme auf die 36A bis 36C beschrieben worden sind. Bei alternativen Ausführungsformen wird die Planarisierung mit einer CMP und einer anschließenden Rückätzung durchgeführt. Bei alternativen Ausführungsformen wird die Planarisierung mit einem anderen geeigneten Planarisierungsverfahren durchgeführt.
  • Wie in der Schnittansicht 4500 von 45 gezeigt ist, wird ein Reinigungsprozess an der Oberseite der Vorrichtungsschicht 102 durchgeführt. Der Reinigungsprozess kann an der Vorrichtungsschicht 102 in einer der 44A und 44B durchgeführt werden, ist aber anhand der Vorrichtungsschicht 102 von 44A dargestellt. Wie vorstehend dargelegt worden ist, sind die 44A und 44B Alternativen zueinander. Der Reinigungsprozess entfernt die fehlgeleiteten Teilchen 3602 (siehe z. B. 44A und 44B) zumindest teilweise und umfasst ein Aufbringen einer Nassreinigungslösung auf die Vorrichtungsschicht 102. Bei einigen Ausführungsformen enthält die Nassreinigungslösung Fluorwasserstoffsäure (d. h., HF-Säure) und/oder andere geeignete Komponenten.
  • Es dürfte wohlverstanden sein, dass der Reinigungsprozess dem ähnlich ist, der unter Bezugnahme auf die 37A und 37B beschrieben worden ist. Jedoch wird im Gegensatz zu den 37A und 37B in dem Reinigungsprozess keine Zwischenschicht-Verkappungsschicht 804 auf der Zwischenschicht 802 hergestellt. Bei alternativen Ausführungsformen kann der Reinigungsprozess so sein, wie er unter Bezugnahme auf die 37A und 37B beschrieben worden ist. Zum Beispiel kann für den Reinigungsprozess eine Nassreinigungslösung verwendet werden, die Ozon und vollentsalztes Wasser enthält. Bei diesen alternativen Ausführungsformen würde die Zwischenschicht-Verkappungsschicht 804 auf dem Substrat 104 und der Zwischenschicht 802 hergestellt werden, da die Hartmaskenschicht 3302 (siehe z. B. 43) nicht vorhanden ist.
  • Wie außerdem in der Schnittansicht 4500 von 45 gezeigt ist, wird nach dem Reinigungsprozess eine Wasserstoff-Wärmebehandlung durchgeführt, um die fehlgeleiteten Teilchen 3602 (siehe z. B. 44A und 44B) weiter zu entfernen. Außerdem wird bei einigen Ausführungsformen zwischen der Wasserstoff-Wärmebehandlung und dem anschließenden epitaxialen Aufwachsen einer Vorrichtungsschicht ein weiterer Reinigungsprozess durchgeführt, um die fehlgeleiteten Teilchen 3602 weiter zu entfernen. Die Wasserstoff-Wärmebehandlung und/oder der weitere Reinigungsprozess können zum Beispiel so durchgeführt werden, wie es unter Bezugnahme auf die 37A und 37B dargelegt worden ist.
  • Wie in den Schnittansichten 4600 und 4700 der 46 bzw. 47 gezeigt ist, werden die Schritte, die in den 38 und 39 gezeigt sind und unter Bezugnahme darauf beschrieben worden sind, ausgeführt, mit Ausnahme der nachstehenden Fälle. In 46 wird eine Vorrichtungsverkappungsschicht 120 so epitaxial auf der Vorrichtungsschicht 102 aufgewachsen, dass sie diese vollständig bedeckt. Da die Hartmaskenschicht 3302 (siehe z. B. 43) nicht entfernt worden ist, wächst die Vorrichtungsverkappungsschicht 120 weiter auf dem Substrat 104 auf und legt es seitlich neben der Vorrichtungsschicht 102 frei. In 47 wird ein Fotodetektor 110 in der Vorrichtungsschicht 102 hergestellt, wie es unter Bezugnahme auf 39 beschrieben worden ist. Jedoch erfolgt kein Entfernen der Hartmaskenschicht 3302, wie es unter Bezugnahme auf 39 beschrieben worden ist, da die Hartmaskenschicht 3302 bereits durch die Planarisierung in den 44A und 44B entfernt worden ist.
  • Wie in der Schnittansicht 4800 von 48 gezeigt ist, werden Silizidschichten 712 und eine RPD-Schicht 714 hergestellt. Die RPD-Schicht 714 definiert Silizid-Öffnungen 4002 jeweils über den ersten und den zweiten Kontaktbereichen 114 und 116, dem SII-Bereich 808 und den SSI-Bereichen 810. Die Silizidschichten 712 sind jeweils in den Silizid-Öffnungen 4002 angeordnet. Ein Verfahren zum Herstellen der Silizidschichten 712 und der RPD-Schicht 714 kann zum Beispiel Folgendes umfassen: 1) Abscheiden der RPD-Schicht 714; 2) Strukturieren der RPD-Schicht 714 mit einer ersten Maske, um die Silizid-Öffnungen 4002 in den ersten und den zweiten Kontaktbereichen 114 und 116 zu definieren; 3) Strukturieren der RPD-Schicht 714 mit einer zweiten Maske, die von der ersten Maske verschieden ist, um weitere Silizid-Öffnungen 4002 in dem SII-Bereich 808 und den SSI-Bereichen 810 zu definieren; 4) Abscheiden eines Metalls so, dass es die RPD-Schicht 714 bedeckt und die Silizid-Öffnungen 4002 auskleidet; 5) Tempern des Metalls, um eine Silizidierungsreaktion auszulösen, durch die die Silizidschichten 712 entstehen; und 6) Entfernen des nicht-umgesetzten Metalls. Es sind aber auch andere geeignete Verfahren möglich.
  • Wie in der Schnittansicht 4900 von 49 gezeigt ist, wird eine Verbindungsstruktur 702 über dem Fotodetektor 110 hergestellt und wird mit diesem elektrisch verbunden. Die Verbindungsstruktur 702 wird durch eine CESL 716 von der RPD-Schicht 714 getrennt und wird über die Silizidschichten 712 mit den ersten und den zweiten Kontaktbereichen 114 und 116, dem SII-Bereich 808 und den SSI-Bereichen 810 elektrisch verbunden. Die Verbindungsstruktur 702 kann zum Beispiel so sein, wie sie unter Bezugnahme auf die 16A und 16B beschrieben worden ist. Obwohl es nicht dargestellt ist, können Mikrolinsen 718 und eine Antireflexionsschicht 720 auf der Vorderseite 104f des Substrats 104 oder auf seiner Rückseite 104b hergestellt werden. 16A zeigt ein Beispiel für die Herstellung auf der Vorderseite 104f, und 16B zeigt ein Beispiel für die Herstellung auf der Rückseite 104b.
  • Die 43, 44A, 44B und 45 bis 49 werden zwar unter Bezugnahme auf verschiedene Ausführungsformen eines Verfahrens beschrieben, aber es dürfte wohlverstanden sein, dass die in diesen Figuren gezeigten Strukturen nicht auf das Verfahren beschränkt sind, sondern vielmehr eigenständig und unabhängig von dem Verfahren verwendet werden können. Die 43, 44A, 44B und 45 bis 49 werden zwar als eine Reihe von Schritten beschrieben, aber es dürfte wohlverstanden sein, dass die Reihenfolge dieser Schritte bei anderen Ausführungsformen geändert werden kann. Die 43, 44A, 44B und 45 bis 49 werden zwar als eine bestimmte Gruppe von Schritten dargestellt und beschrieben, aber einige der dargestellten und/oder beschriebenen Schritte können bei anderen Ausführungsformen weggelassen werden. Außerdem können Schritte, die nicht dargestellt sind und/oder beschrieben werden, bei anderen Ausführungsformen verwendet werden.
  • In 50 ist ein Blockdiagramm 5000 einiger Ausführungsformen des Verfahrens der 43, 44A, 44B und 45 bis 49 gezeigt.
  • In einem Schritt 5002 werden ein Substrat und eine Hartmaskenschicht, die das Substrat bedeckt, so strukturiert, dass ein Hohlraum entsteht. Siehe zum Beispiel 43.
  • In einem Schritt 5004 wird eine Zwischenschicht so epitaxial aufgewachsen, dass sie den Hohlraum auskleidet und teilweise füllt. Siehe zum Beispiel 43.
  • In einem Schritt 5006 wird eine Vorrichtungsschicht so epitaxial aufgewachsen, dass sie den Hohlraum über der Zwischenschicht füllt. Siehe zum Beispiel 43.
  • In einem Schritt 5008 wird die Vorrichtungsschicht planarisiert, um ihre Oberseite zu glätten, während gleichzeitig die Hartmaskenschicht entfernt wird. Siehe zum Beispiel 44A und 44B.
  • In einem Schritt 5010 wird eine Nassreinigung an der Oberseite der Vorrichtungsschicht durchgeführt, wobei durch die Nassreinigung fehlgeleitete Teilchen auf der Oberseite der Vorrichtungsschicht entfernt werden. Siehe zum Beispiel 45.
  • In einem Schritt 5012 wird eine Vorrichtungsverkappungsschicht epitaxial auf der Vorrichtungsschicht und dem Substrat aufgewachsen. Siehe zum Beispiel 46.
  • In einem Schritt 5014 wird ein Fotodetektor in der Vorrichtungsschicht hergestellt. Siehe zum Beispiel 47.
  • In einem Schritt 5016 wird eine Verbindungsstruktur so hergestellt, dass sie den Fotodetektor bedeckt und mit diesem elektrisch verbunden wird. Siehe zum Beispiel 48 und 49.
  • Das Blockdiagramm 5000 von 50 wird hier zwar als eine Reihe von Schritten oder Ereignissen dargestellt und beschrieben, aber es dürfte wohlverstanden sein, dass die dargestellte Reihenfolge dieser Schritte oder Ereignisse nicht in einem beschränkenden Sinn ausgelegt werden darf. Zum Beispiel können einige Schritte in anderen Reihenfolgen und/oder gleichzeitig mit anderen Schritten oder Ereignissen als denen ausgeführt werden, die hier dargestellt und/oder beschrieben werden. Darüber hinaus sind möglicherweise nicht alle dargestellten Schritte erforderlich, um hier einen oder mehrere Aspekte oder Ausführungsformen der Beschreibung zu implementieren, und ein oder mehrere der hier beschriebenen Schritte können in nur einem Schritt oder in mehreren getrennten Schritten und/oder Phasen ausgeführt werden.
  • Bei einigen Ausführungsformen stellt die vorliegende Erfindung einen Bildsensor bereit, der Folgendes aufweist: ein Substrat; eine Vorrichtungsschicht, die über dem Substrat angeordnet ist und eine erste Mesastruktur definiert; eine Verkappungsschicht über der Vorrichtungsschicht, wobei das Substrat, die Verkappungsschicht und die Vorrichtungsschicht Halbleiter sind und die Vorrichtungsschicht einen anderen Absorptionskoeffizienten als das Substrat und die Verkappungsschicht hat; einen ersten Fotodetektor in der Vorrichtungsschicht in der ersten Mesastruktur; und eine dielektrische Schicht, die sich durch die Vorrichtungsschicht bis zu dem Substrat erstreckt, wobei sich die dielektrische Schicht in einem ersten geschlossenen Pfad entlang einer Grenze der ersten Mesastruktur erstreckt, um die erste Mesastruktur zu umschließen. Bei einigen Ausführungsformen ist eine Höhe der dielektrischen Schicht etwa gleich einer Höhe der Vorrichtungsschicht. Bei einigen Ausführungsformen erstreckt sich die dielektrische Schicht in das Substrat. Bei einigen Ausführungsformen kontaktiert eine Seitenwand der ersten Mesastruktur die dielektrische Schicht direkt von oben nach unten. Bei einigen Ausführungsformen definiert die Vorrichtungsschicht eine Mehrzahl von Mesastrukturen, die die erste Mesastruktur umfassen und in einer Wabenstruktur angeordnet sind, wobei die dielektrische Schicht die Mesastrukturen einzeln umschließt und trennt. Bei einigen Ausführungsformen beträgt eine Dichte der Mesastrukturen etwa ,40/g M2 bis 26.000/iim2. Bei einigen Ausführungsformen definiert die Vorrichtungsschicht eine zweite Mesastruktur, die an die erste Mesastruktur angrenzt, wobei sich die dielektrische Schicht in einem zweiten geschlossenen Pfad entlang einer Grenze der zweiten Mesastruktur erstreckt, um die zweite Mesastruktur zu umschließen, wobei sich der erste und der zweite geschlossene Pfad teilweise, aber nicht vollständig, überlagern, und wobei der Bildsensor weiterhin einen zweiten Fotodetektor in der zweiten Mesastruktur aufweist. Bei einigen Ausführungsformen ist die erste Mesastruktur in einer ersten Richtung länger als in einer zweiten Richtung, die quer zu der ersten Richtung verläuft, wobei die zweite Mesastruktur in der zweiten Richtung länger als in der ersten Richtung ist.
  • Bei einigen Ausführungsformen stellt die vorliegende Erfindung einen weiteren Bildsensor bereit, der Folgendes aufweist: ein Substrat; eine Vorrichtungsschicht, die über dem Substrat angeordnet ist und in das Substrat ausgespart ist; eine Verkappungsschicht über der Vorrichtungsschicht; einen ersten Fotodetektor in der Vorrichtungsschicht; und eine Zwischenschicht, die eine Unterseite der Vorrichtungsschicht umschließt und die Vorrichtungsschicht von dem Substrat trennt, wobei das Substrat, die Verkappungsschicht, die Zwischenschicht und die Vorrichtungsschicht Halbleiter sind, wobei die Zwischenschicht undotiert ist und die Vorrichtungsschicht einen anderen Energiebandabstand als das Substrat, die Verkappungsschicht und die Zwischenschicht hat. Bei einigen Ausführungsformen weist der Bildsensor weiterhin eine dielektrische Schicht auf, die lokal auf einer Oberseite der Zwischenschicht begrenzt ist und die Oberseite der Zwischenschicht direkt kontaktiert. Bei einigen Ausführungsformen erstreckt sich die dielektrische Schicht seitlich in einem geschlossenen Pfad entlang einer Grenze der Vorrichtungsschicht. Bei einigen Ausführungsformen hat ein Grundriss der Vorrichtungsschicht eine x-Abmessung und eine y-Abmessung, die zueinander senkrecht sind, wobei eine Breite der dielektrischen Schicht etwa 0,1 % bis etwa 1 % eines Mittelwerts aus der x- und der y-Abmessung beträgt. Bei einigen Ausführungsformen ist die Verkappungsschicht lokal über der Vorrichtungsschicht begrenzt. Bei einigen Ausführungsformen ist die Verkappungsschicht über dem Substrat an Positionen angeordnet, die von der Vorrichtungsschicht und der Zwischenschicht seitlich versetzt sind. Bei einigen Ausführungsformen hat die Verkappungsschicht den gleichen Energiebandabstand wie das Substrat. Bei einigen Ausführungsformen ist eine Oberseite der Vorrichtungsschicht in Bezug zu einer Oberseite des Substrats erhöht. Bei einigen Ausführungsformen ist eine Oberseite der Vorrichtungsschicht in Bezug zu einer Oberseite des Substrats vertieft. Bei einigen Ausführungsformen erstreckt sich die Vorrichtungsschicht bis zu einer Tiefe in das Substrat, wobei ein vertikaler Versatz zwischen einer Oberseite der Vorrichtungsschicht und einer Oberseite des Substrats bis zu etwa 10 % der Tiefe beträgt.
  • Bei einigen Ausführungsformen stellt die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum Herstellen eines Bildsensors mit den folgenden Schritten bereit: Abscheiden einer ersten Schicht über einem Substrat; Durchführen einer Ätzung selektiv in die erste Schicht, um eine oder mehrere Öffnungen in der ersten Schicht zu erzeugen und das Substrat freizulegen; Abscheiden einer zweiten Schicht so, dass sie die erste Schicht bedeckt und die eine oder die mehreren Öffnungen füllt, wobei die erste oder die zweite Schicht eine dielektrische Schicht ist und die jeweils andere Schicht eine Halbleiterschicht ist; Durchführen einer Planarisierung in die zweite Schicht, um die zweite Schicht lokal auf die eine oder die mehreren Öffnungen zu begrenzen, wobei die Halbleiterschicht und die dielektrische Schicht an einer Seitenwandgrenze einander direkt kontaktieren, die sich in einem geschlossenen Pfad erstreckt, um eine Mesastruktur zu umschließen und abzugrenzen; und Herstellen eines Fotodetektors in der Mesastruktur. Bei einigen Ausführungsformen definieren die eine oder die mehreren Öffnungen eine periodische Struktur. Bei einigen Ausführungsformen umfasst das Verfahren weiterhin ein epitaxiales Aufwachsen einer Verkappungsschicht auf der Halbleiterschicht, wobei die Verkappungsschicht einen größeren Bandabstand als die Halbleiterschicht hat.
  • Vorstehend sind Merkmale verschiedener Ausführungsformen beschrieben worden, sodass Fachleute die Aspekte der vorliegenden Erfindung besser verstehen können. Fachleuten dürfte klar sein, dass sie die vorliegende Erfindung ohne Weiteres als eine Grundlage zum Gestalten oder Modifizieren anderer Verfahren und Strukturen zum Erreichen der gleichen Ziele und/oder zum Erzielen der gleichen Vorzüge wie bei den hier vorgestellten Ausführungsformen verwenden können. Fachleute dürften ebenfalls erkennen, dass solche äquivalenten Auslegungen nicht von dem Grundgedanken und Schutzumfang der vorliegenden Erfindung abweichen und dass sie hier verschiedene Änderungen, Ersetzungen und Abwandlungen vornehmen können, ohne von dem Grundgedanken und Schutzumfang der vorliegenden Erfindung abzuweichen.

Claims (20)

  1. Bildsensor mit: einem Substrat; einer Vorrichtungsschicht, die über dem Substrat angeordnet ist und eine erste Mesastruktur definiert; einer Verkappungsschicht über der Vorrichtungsschicht, wobei das Substrat, die Verkappungsschicht und die Vorrichtungsschicht Halbleiter sind und die Vorrichtungsschicht einen anderen Absorptionskoeffizienten als das Substrat und die Verkappungsschicht hat; einem ersten Fotodetektor in der Vorrichtungsschicht in der ersten Mesastruktur; und einer dielektrischen Schicht, die sich durch die Vorrichtungsschicht bis zu dem Substrat erstreckt, wobei sich die dielektrische Schicht in einem ersten geschlossenen Pfad entlang einer Grenze der ersten Mesastruktur erstreckt, um die erste Mesastruktur zu umschließen.
  2. Bildsensor nach Anspruch 1, wobei eine Höhe der dielektrischen Schicht etwa gleich einer Höhe der Vorrichtungsschicht ist.
  3. Bildsensor nach Anspruch 1 oder 2, wobei eine Seitenwand der ersten Mesastruktur die dielektrische Schicht von oben nach unten direkt kontaktiert.
  4. Bildsensor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Vorrichtungsschicht eine Mehrzahl von Mesastrukturen definiert, die die erste Mesastruktur umfassen und in einer Wabenstruktur angeordnet sind, wobei die dielektrische Schicht die Mesastrukturen einzeln umschließt und trennt.
  5. Bildsensor nach Anspruch 4, wobei eine Dichte der Mesastrukturen etwa 40/µm2 bis 26.000/µm2 beträgt.
  6. Bildsensor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Vorrichtungsschicht eine zweite Mesastruktur definiert, die an die erste Mesastruktur angrenzt, wobei sich die dielektrische Schicht in einem zweiten geschlossenen Pfad entlang einer Grenze der zweiten Mesastruktur erstreckt, um die zweite Mesastruktur zu umschließen, wobei sich der erste und der zweite geschlossene Pfad teilweise, jedoch nicht vollständig, überlagern, und wobei der Bildsensor weiterhin einen zweiten Fotodetektor in der zweiten Mesastruktur aufweist.
  7. Bildsensor nach Anspruch 6, wobei die erste Mesastruktur in einer ersten Richtung länger als in einer zweiten Richtung ist, die quer zu der ersten Richtung verläuft, und die zweite Mesastruktur in der zweiten Richtung länger als in der ersten Richtung ist.
  8. Bildsensor mit: einem Substrat; einer Vorrichtungsschicht, die über dem Substrat angeordnet ist und in das Substrat ausgespart ist; einer Verkappungsschicht über der Vorrichtungsschicht; einem ersten Fotodetektor in der Vorrichtungsschicht; und einer Zwischenschicht, die eine Unterseite der Vorrichtungsschicht umschließt und die Vorrichtungsschicht von dem Substrat trennt, wobei das Substrat, die Verkappungsschicht, die Zwischenschicht und die Vorrichtungsschicht Halbleiter sind, wobei die Zwischenschicht undotiert ist und die Vorrichtungsschicht einen anderen Energiebandabstand als das Substrat, die Verkappungsschicht und die Zwischenschicht hat.
  9. Bildsensor nach Anspruch 8, der weiterhin eine dielektrische Schicht aufweist, die lokal auf einer Oberseite der Zwischenschicht begrenzt ist und die Oberseite der Zwischenschicht direkt kontaktiert.
  10. Bildsensor nach Anspruch 9, wobei sich die dielektrische Schicht seitlich in einem geschlossenen Pfad entlang einer Grenze der Vorrichtungsschicht erstreckt.
  11. Bildsensor nach Anspruch 9 oder 10, wobei ein Grundriss der Vorrichtungsschicht eine x-Abmessung und eine y-Abmessung hat, die zueinander senkrecht sind, wobei eine Breite der dielektrischen Schicht etwa 0,1 % bis etwa 1 % eines Mittelwerts aus der x- und der y-Abmessung beträgt.
  12. Bildsensor nach einem der Ansprüche 8 bis 11, wobei die Verkappungsschicht über der Vorrichtungsschicht lokal begrenzt ist.
  13. Bildsensor nach einem der Ansprüche 8 bis 12, wobei die Verkappungsschicht über dem Substrat an Positionen angeordnet ist, die von der Vorrichtungsschicht und der Zwischenschicht seitlich versetzt sind.
  14. Bildsensor nach einem der Ansprüche 8 bis 13, wobei die Verkappungsschicht den gleichen Energiebandabstand wie das Substrat hat.
  15. Bildsensor nach einem der Ansprüche 8 bis 14, wobei eine Oberseite der Vorrichtungsschicht in Bezug zu einer Oberseite des Substrats erhöht ist.
  16. Bildsensor nach einem der Ansprüche 8 bis 14, wobei eine Oberseite der Vorrichtungsschicht in Bezug zu einer Oberseite des Substrats vertieft ist.
  17. Bildsensor nach einem der Ansprüche 8 bis 16, wobei sich die Vorrichtungsschicht bis zu einer Tiefe in das Substrat erstreckt und ein vertikaler Versatz zwischen einer Oberseite der Vorrichtungsschicht und einer Oberseite des Substrats bis zu etwa 10 % der Tiefe beträgt.
  18. Verfahren zum Herstellen eines Bildsensors mit den folgenden Schritten: Abscheiden einer ersten Schicht über einem Substrat; Durchführen einer Ätzung selektiv in die erste Schicht, um eine oder mehrere Öffnungen in der ersten Schicht zu erzeugen und das Substrat freizulegen; Abscheiden einer zweiten Schicht so, dass sie die erste Schicht bedeckt und die eine oder die mehreren Öffnungen füllt, wobei die erste oder die zweite Schicht eine dielektrische Schicht ist und die jeweils andere Schicht eine Halbleiterschicht ist; Durchführen einer Planarisierung in die zweite Schicht, um die zweite Schicht lokal auf die eine oder die mehreren Öffnungen zu begrenzen, wobei die Halbleiterschicht und die dielektrische Schicht an einer Seitenwandgrenze einander direkt kontaktieren, die sich in einem geschlossenen Pfad erstreckt, um eine Mesastruktur zu umschließen und abzugrenzen; und Herstellen eines Fotodetektors in der Mesastruktur.
  19. Verfahren nach Anspruch 18, wobei die eine oder die mehreren Öffnungen eine periodische Struktur definieren.
  20. Verfahren nach Anspruch 18 oder 19, das weiterhin Fotodetektors umfasst: epitaxiales Aufwachsen einer Verkappungsschicht auf der Halbleiterschicht, wobei die Verkappungsschicht einen größeren Bandabstand als die Halbleiterschicht hat.
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