[go: up one dir, main page]

DE102021113051A1 - Halbleitervorrichtung mit bildsensor und verfahren zu deren herstellung - Google Patents

Halbleitervorrichtung mit bildsensor und verfahren zu deren herstellung Download PDF

Info

Publication number
DE102021113051A1
DE102021113051A1 DE102021113051.4A DE102021113051A DE102021113051A1 DE 102021113051 A1 DE102021113051 A1 DE 102021113051A1 DE 102021113051 A DE102021113051 A DE 102021113051A DE 102021113051 A1 DE102021113051 A1 DE 102021113051A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
conductive
substrate
plug
front side
semiconductor device
Prior art date
Legal status (The legal status 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 status listed.)
Pending
Application number
DE102021113051.4A
Other languages
English (en)
Inventor
Min-Feng KAO
Dun-Nian Yaung
Jen-Cheng Liu
Hsing-Chih LIN
Feng-Chi Hung
Shyh-Fann Ting
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.)
Filing date
Publication date
Priority claimed from US17/321,909 external-priority patent/US12278250B2/en
Application filed by Taiwan Semiconductor Manufacturing Co TSMC Ltd filed Critical Taiwan Semiconductor Manufacturing Co TSMC Ltd
Publication of DE102021113051A1 publication Critical patent/DE102021113051A1/de
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10F—INORGANIC SEMICONDUCTOR DEVICES SENSITIVE TO INFRARED RADIATION, LIGHT, ELECTROMAGNETIC RADIATION OF SHORTER WAVELENGTH OR CORPUSCULAR RADIATION
    • H10F39/00—Integrated devices, or assemblies of multiple devices, comprising at least one element covered by group H10F30/00, e.g. radiation detectors comprising photodiode arrays
    • H10F39/80—Constructional details of image sensors
    • H10F39/803—Pixels having integrated switching, control, storage or amplification elements
    • H10F39/8033—Photosensitive area
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10F—INORGANIC SEMICONDUCTOR DEVICES SENSITIVE TO INFRARED RADIATION, LIGHT, ELECTROMAGNETIC RADIATION OF SHORTER WAVELENGTH OR CORPUSCULAR RADIATION
    • H10F39/00—Integrated devices, or assemblies of multiple devices, comprising at least one element covered by group H10F30/00, e.g. radiation detectors comprising photodiode arrays
    • H10F39/011—Manufacture or treatment of image sensors covered by group H10F39/12
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10F—INORGANIC SEMICONDUCTOR DEVICES SENSITIVE TO INFRARED RADIATION, LIGHT, ELECTROMAGNETIC RADIATION OF SHORTER WAVELENGTH OR CORPUSCULAR RADIATION
    • H10F39/00—Integrated devices, or assemblies of multiple devices, comprising at least one element covered by group H10F30/00, e.g. radiation detectors comprising photodiode arrays
    • H10F39/011—Manufacture or treatment of image sensors covered by group H10F39/12
    • H10F39/014—Manufacture or treatment of image sensors covered by group H10F39/12 of CMOS image sensors
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10F—INORGANIC SEMICONDUCTOR DEVICES SENSITIVE TO INFRARED RADIATION, LIGHT, ELECTROMAGNETIC RADIATION OF SHORTER WAVELENGTH OR CORPUSCULAR RADIATION
    • H10F39/00—Integrated devices, or assemblies of multiple devices, comprising at least one element covered by group H10F30/00, e.g. radiation detectors comprising photodiode arrays
    • H10F39/011—Manufacture or treatment of image sensors covered by group H10F39/12
    • H10F39/024—Manufacture or treatment of image sensors covered by group H10F39/12 of coatings or optical elements
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10F—INORGANIC SEMICONDUCTOR DEVICES SENSITIVE TO INFRARED RADIATION, LIGHT, ELECTROMAGNETIC RADIATION OF SHORTER WAVELENGTH OR CORPUSCULAR RADIATION
    • H10F39/00—Integrated devices, or assemblies of multiple devices, comprising at least one element covered by group H10F30/00, e.g. radiation detectors comprising photodiode arrays
    • H10F39/10—Integrated devices
    • H10F39/12—Image sensors
    • H10F39/18—Complementary metal-oxide-semiconductor [CMOS] image sensors; Photodiode array image sensors
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10F—INORGANIC SEMICONDUCTOR DEVICES SENSITIVE TO INFRARED RADIATION, LIGHT, ELECTROMAGNETIC RADIATION OF SHORTER WAVELENGTH OR CORPUSCULAR RADIATION
    • H10F39/00—Integrated devices, or assemblies of multiple devices, comprising at least one element covered by group H10F30/00, e.g. radiation detectors comprising photodiode arrays
    • H10F39/10—Integrated devices
    • H10F39/12—Image sensors
    • H10F39/199—Back-illuminated image sensors
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10F—INORGANIC SEMICONDUCTOR DEVICES SENSITIVE TO INFRARED RADIATION, LIGHT, ELECTROMAGNETIC RADIATION OF SHORTER WAVELENGTH OR CORPUSCULAR RADIATION
    • H10F39/00—Integrated devices, or assemblies of multiple devices, comprising at least one element covered by group H10F30/00, e.g. radiation detectors comprising photodiode arrays
    • H10F39/80—Constructional details of image sensors
    • H10F39/807—Pixel isolation structures
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10F—INORGANIC SEMICONDUCTOR DEVICES SENSITIVE TO INFRARED RADIATION, LIGHT, ELECTROMAGNETIC RADIATION OF SHORTER WAVELENGTH OR CORPUSCULAR RADIATION
    • H10F39/00—Integrated devices, or assemblies of multiple devices, comprising at least one element covered by group H10F30/00, e.g. radiation detectors comprising photodiode arrays
    • H10F39/80—Constructional details of image sensors
    • H10F39/811—Interconnections

Landscapes

  • Solid State Image Pick-Up Elements (AREA)
  • Internal Circuitry In Semiconductor Integrated Circuit Devices (AREA)

Abstract

Eine Halbleitervorrichtung weist ein Substrat mit einer Vorderseite und einer Rückseite auf, die einander gegenüberliegen. Eine Mehrzahl von Fotodetektoren ist in dem Substrat in einem Pixelbereich angeordnet. Eine Isolationsstruktur ist in dem Pixelbereich und zwischen den Fotodetektoren angeordnet. Die Isolationsstruktur weist eine rückseitige Isolationsstruktur auf, die sich von der Rückseite des Substrats bis zu einer Position in dem Substrat erstreckt. Die leitfähige Stöpselstruktur ist in dem Substrat in einem Peripheriebereich angeordnet. Eine leitfähige Kappe ist auf der Rückseite des Substrats angeordnet und erstreckt sich von dem Pixelbereich bis zu dem Peripheriebereich, und sie verbindet die rückseitige Isolationsstruktur elektrisch mit der leitfähigen Stöpselstruktur. Ein leitfähiger Kontakt setzt auf der leitfähigen Stöpselstruktur auf und ist durch die leitfähige Stöpselstruktur und die leitfähige Kappe mit der rückseitigen Isolationsstruktur elektrisch verbunden.

Description

  • Verweis auf verwandte Anmeldung
  • Die vorliegende Anmeldung beansprucht die Priorität der am 8. Januar 2021 eingereichten vorläufigen US-Patentanmeldung mit dem Aktenzeichen 63/135.085, die durch Bezugnahme in die vorliegende Anmeldung aufgenommen ist.
  • Hintergrund
  • Zahlreiche moderne elektronische Geräte (z. B. Digitalkameras, optische Bildgebungsgeräte usw.) enthalten Bildsensoren. Bildsensoren wandeln optische Bilder in digitale Daten um, die als digitale Bilder dargestellt werden können. Ein Bildsensor ist eine Anordnung von Pixelsensoren, die Einheitsvorrichtungen für die Umwandlung eines optischen Bilds in digitale Daten sind. Arten von Pixelsensoren sind CCD-Pixelsensoren (CCD: ladungsgekoppelte Vorrichtung) und CMOS-Pixelsensoren (CMOS: komplementärer Metalloxidhalbleiter). CMOS-Bildsensoren werden auf Grund ihres niedrigen Energieverbrauchs, ihrer geringen Größe, ihrer schnellen Datenverarbeitung, ihrer direkten Datenausgabe und ihrer niedrigen Herstellungskosten gegenüber CCD-Bildsensoren bevorzugt.
  • Figurenliste
  • Aspekte der vorliegenden Erfindung lassen sich am besten anhand der folgenden detaillierten Beschreibung in Verbindung mit den beiliegenden Zeichnungen verstehen. Es ist zu beachten, dass gemäß der branchenüblichen Praxis verschiedene Merkmale nicht maßstabsgetreu dargestellt sind. Vielmehr können die Abmessungen der verschiedenen Merkmale zugunsten einer klaren Erläuterung willkürlich vergrößert oder verkleinert sein.
    • Die 1A und 1B sind schematische Schnittansichten, die eine Halbleitervorrichtung gemäß einigen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung zeigen.
    • Die 2A bis 2H sind schematische Schnittansichten, die Halbleitervorrichtungen gemäß einigen weiteren Ausführungsformen der Erfindung zeigen.
    • Die 3A bis 3D sind Draufsichten von Halbleitervorrichtungen gemäß einigen Ausführungsformen der Erfindung.
    • 4 zeigt ein schematisches Layout einer rückseitigen Isolationsstruktur und einer leitfähigen Kappe einer Halbleitervorrichtung gemäß einigen Ausführungsformen der Erfindung.
    • Die 5A bis 14 sind Schnittansichten, die Zwischenstufen bei einem Verfahren zum Herstellen einer Halbleitervorrichtung gemäß einigen Ausführungsformen der Erfindung zeigen.
  • Detaillierte Beschreibung
  • Die nachstehende Beschreibung liefert viele verschiedene Ausführungsformen oder Beispiele zum Implementieren verschiedener Merkmale des bereitgestellten Gegenstands. 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.
  • Die 1A und 1B sind schematische Schnittansichten einer Halbleitervorrichtung gemäß einigen Ausführungsformen der Erfindung. 3A ist eine schematische Draufsicht einer Halbleitervorrichtung gemäß einigen Ausführungsformen der Erfindung. Die 1A und 1B sind entlang einer Linie I - I' bzw. einer Linie II - II' von 3A erstellt.
  • Die 1A und 1B zeigen eine Halbleitervorrichtung 500A. Die Halbleitervorrichtung 500A kann ein Bildsensor, wie etwa ein CMOS-Bildsensor, sein oder diesen aufweisen, und sie kann ein Bildsensor-Die sein oder in diesem enthalten sein.
  • In den 1A und 3A weist bei einigen Ausführungsformen die Halbleitervorrichtung 500A einen ersten Bereich R1 und einen zweiten Bereich R2 auf. Der erste Bereich R1 kann ein Pixelbereich sein, während der zweite Bereich R2 ein Peripheriebereich, wie etwa ein Logikbereich, sein kann. Wie in 3A gezeigt ist, kann der Pixelbereich R1 von dem Peripheriebereich R2 umschlossen sein. Bei einigen Ausführungsformen kann zwischen dem Pixelbereich R1 und dem Peripheriebereich R2 ein Grenzbereich angeordnet sein. Der Grenzbereich kann einen oder mehrere Schutzringe GR zum Beispiel zum Trennen des Pixelbereichs R1 und des Peripheriebereichs R2 aufweisen. Der eine oder die mehreren Schutzringe GR können eine geeignete Isolationsstruktur mit Isoliermaterialien umfassen, wie etwa eine STI-Struktur (STI: flache Grabenisolation), eine DTI-Struktur (DTI: tiefe Grabenisolation) oder dergleichen oder eine Kombination davon. Es ist zu beachten, dass lediglich ein Teil (z. B. ein mittlerer Teil) des Pixelbereichs in der Draufsicht von 3A zur Erläuterung dargestellt ist. Außerdem ist der Übersichtlichkeit halber der Grenzbereich mit den Schutzringen GR in den Schnittansichten nicht dargestellt.
  • Bei einigen Ausführungsformen weist die Halbleitervorrichtung 500A ein Substrat 100 mit einer Vorderseite 100f und einer Rückseite 100b auf, die einander gegenüberliegen. Dementsprechend kann die Seite des Substrats 100 / der Halbleitervorrichtung 500A, die die Vorderseite 100f hat oder dicht an dieser angeordnet ist, als die Vorderseite des Substrats 100 / der Halbleitervorrichtung 500A bezeichnet werden, während die Seite des Substrats 100 / der Halbleitervorrichtung 500A, die die Rückseite 100b hat oder dicht an dieser angeordnet ist, als die Rückseite des Substrats 100 / der Halbleitervorrichtung 500A bezeichnet werden kann.
  • Das Substrat 100 ist ein Halbleitersubstrat. In Abhängigkeit von den Entwurfsanforderungen kann das Substrat 100 ein p-Substrat, ein n-Substrat oder eine Kombination davon sein und kann dotierte Bereiche (z. B. ein n-Wanne und/oder ein p-Wanne) aufweisen. Eine Mehrzahl von Fotodetektoren PD ist in dem Substrat 100 in dem Pixelbereich R1 angeordnet. Die Fotodetektoren PD können Fotodioden sein oder aufweisen. Bei einigen Ausführungsformen sind die Fotodetektoren PD so konfiguriert, dass sie Strahlung oder Licht (z. B. Photonen), die/das zum Beispiel von der Rückseite des Substrats 100 einfällt, in ein elektrisches Signal umwandeln. Ein Fotodetektor PD kann einen ersten dotierten Bereich 101 mit einer ersten Dotierungsart aufweisen. Bei einigen Ausführungsformen kann der Fotodetektor PD einen zweiten dotierten Bereich 101a aufweisen, der an den ersten dotierten Bereich 101 angrenzt und eine zweite Dotierungsart hat, die der ersten Dotierungsart entgegengesetzt ist. Bei einigen Ausführungsformen kann die erste Dotierungsart eine n-Dotierung sein, und die zweite Dotierungsart kann eine p-Dotierung sein, oder umgekehrt. Der zweite dotierte Bereich 101a kann so angeordnet sein, dass er den ersten dotierten Bereich 101 (z. B. allseitig) umschließt, aber die Erfindung ist nicht darauf beschränkt. Bei einigen Ausführungsformen kann der zweite dotierte Bereich 101a auf einer oder mehreren Seiten des ersten dotierten Bereichs 101 angeordnet sein. Zum Beispiel kann der zweite dotierte Bereich 101a auf einer Vorderseite des ersten dotierten Bereichs 101 und zwischen dem ersten dotierten Bereich 101 und der Vorderseite 100f des Substrats 100 angeordnet sein. Bei einigen Ausführungsformen ist das Substrat 100 ein p-Substrat, und der zweite dotierte Bereich 101a kann ein Teil des Substrats 100 sein, der den ersten dotierten Bereich 101 umschließt. Die Erfindung ist jedoch nicht darauf beschränkt.
  • Die Fotodetektoren PD erstrecken sich von der Vorderseite des Substrats 100 bis zu Positionen in dem Substrat 100. Die Fotodetektoren PD sind zwar so dargestellt, dass sie von oben nach unten einheitliche Breiten haben, aber die Erfindung ist nicht darauf beschränkt. Bei einigen Ausführungsformen ist eine Breite eines Fotodetektors PD in der Nähe der Vorderseite des Substrats 100 größer als eine Breite des Fotodetektors PD in der Nähe der Rückseite des Substrats 100. Zum Beispiel kann die Breite des Fotodetektors PD in einer Richtung senkrecht zu dem Substrat 100 von dessen Vorderseite bis zu dessen Rückseite schrittweise abnehmen. Bei einigen Ausführungsformen hat der erste dotierte Bereich 101 eines Fotodetektors PD eine Konzentration, die in einer Richtung senkrecht zu dem Substrat 100 von dessen Vorderseite bis zu dessen Rückseite schrittweise abnimmt. Es ist zu beachten, dass die Formen, Konfigurationen und Größen der dotierten Bereiche der Fotodetektoren PD, die in den Figuren gezeigt sind, nur der Erläuterung dienen und die Erfindung nicht darauf beschränkt ist.
  • In den 1A und 3A sind bei einigen Ausführungsformen die Fotodetektoren PD seitlich voneinander beabstandet, und sie können in einer Matrix mit Spalten und Zeilen angeordnet sein. Es ist zu beachten, dass die Anzahl der Fotodetektoren PD, die in den Figuren gezeigt sind, nur der Erläuterung dient und die Erfindung nicht darauf beschränkt ist. Der Pixelbereich R1 kann in Abhängigkeit von dem Produktentwurf jede geeignete Anzahl von darin angeordneten Fotodetektoren PD aufweisen.
  • Bei einigen Ausführungsformen ist eine Mehrzahl von dotierten Bereichen 102 mit der zweiten Dotierungsart (z. B. einer p-Dotierung) in dem Substrat 100 seitlich neben den Fotodetektoren PD angeordnet. Die dotierten Bereiche 102 können auch als Wannenbereiche, wie etwa p-Wannenbereiche, bezeichnet werden. Bei einigen Ausführungsformen weisen die Wannenbereiche 102 einen oder mehrere Wannenbereiche 102a, die in dem Pixelbereich R1 angeordnet sind, und einen oder mehrere Wannenbereiche 102b auf, die in dem Peripheriebereich R2 angeordnet sind. Bei einigen Ausführungsformen können sich die Wannenbereiche 102a zusammenhängend um die Fotodetektoren PD erstrecken; sie sind so angeordnet, dass sie die jeweiligen Fotodetektoren PD seitlich umschließen; und sie dienen als ein Teil einer Isolationsstruktur zwischen den Fotodetektoren PD und trennen diese voneinander. Die Wannenbereiche 102a können auch als eine dotierte Isolationsstruktur bezeichnet werden. Bei einigen Ausführungsformen können die Wannenbereiche 102a so konfiguriert sein, dass sie eine Gitterform oder eine Netzform haben.
  • Der Wannenbereich 102b ist in dem Peripheriebereich R2 angeordnet. Bei einigen Ausführungsformen ist ein dotierter Bereich 103 mit der zweiten Dotierungsart zwischen dem Wannenbereich 102b und der Vorderseite 100f des Substrats 100 angeordnet. Der dotierte Bereich 103 und der Wannenbereich 102b haben dieselbe Dotierungsart, und eine Dotierungskonzentration des dotierten Bereichs 103 ist höher als die des Wannenbereichs 102b. Dementsprechend kann der dotierte Bereich 103 auch als ein stark dotierter Bereich bezeichnet werden. Bei den Ausführungsformen, bei denen die zweite Dotierungsart eine p-Dotierung ist, kann der dotierte Bereich 103 als ein p+-dotierter Bereich bezeichnet werden. Der dotierte Bereich 103 kann eine Breite haben, die größer als die des dotierten Bereichs 102b ist. Bei den Ausführungsformen sind keine stark dotierten Bereiche 103 zwischen den Wannenbereichen 102b und der Vorderseite 100f des Substrats 100 in dem Pixelbereich R1 angeordnet, wodurch ein physischer Kontakt zwischen den stark dotierten Bereichen (z. B. den p+-dotierten Bereichen) und den dotierten Bereichen 101 der Fotodetektoren PD verhindert wird, wodurch wiederum eine Entstehung von unerwünschten pn-Übergängen zwischen den Fotodetektoren PD und den stark dotierten Bereichen verhindert wird, insbesondere wenn der Pixelbereich R1 kleiner wird. Daher werden Probleme wie Leckstrom vermieden, die von den unerwünschten pn-Übergängen verursacht werden können.
  • Die dotierten Bereiche 101 sind zwar rechteckig dargestellt, aber es versteht sich, dass die dotierten Bereiche 101 praktisch eine weniger einheitliche, weniger geradlinige Form haben können. Zum Beispiel können die dotierten Bereiche 101 tropfenförmig sein, und/oder Oberflächen der dotierten Bereiche 101 können ungleichmäßig und/oder wellenförmig sein. Wenn stark dotierte Bereiche 103 zwischen den Wannenbereichen 102a und der Vorderseite 100f vorhanden wären, könnten Ecken und/oder Ränder der dotierten Bereiche 101 zu dicht an die stark dotierten Bereiche 103 kommen und die vorgenannten unerwünschten pn-Übergänge bewirken. Daher können durch Weggelassen der stark dotierten Bereiche 103 zwischen den Wannenbereichen 102a und der Vorderseite 100f die unerwünschten pn-Übergänge vermieden werden, und der Leckstrom kann reduziert werden.
  • Bei einigen Ausführungsformen kann ein dotierter Bereich 104 neben den Fotodetektoren PD oder zwischen benachbarten Fotodetektoren PD angeordnet werden. Der dotierte Bereich 104 hat die erste Dotierungsart und kann in dem Wannenbereich 102a angeordnet werden.
  • Bleiben wir bei 1A. Bei einigen Ausführungsformen werden Transfergates G über der Vorderseite 100f des Substrats 100 angeordnet und mit den Fotodetektoren PD verbunden. Ein Transfergate G wird an einer Position zwischen dem entsprechenden Fotodetektor PD und dem dotierten Bereich 104 angeordnet. Bei einigen Ausführungsformen wird das Transfergate G teilweise mit dem entsprechenden Fotodetektor PD und dem dotierten Bereich 104 in einer Richtung senkrecht zu der Vorderseite 100f des Substrats 100 überdeckt. Das Transfergate G ist so konfiguriert, dass es selektiv einen leitfähigen Kanal zwischen dem entsprechenden Fotodetektor PD und dem dotierten Bereich 104 bildet, sodass Ladung, die sich in dem entsprechenden Fotodetektor PD (z. B. durch Absorbieren der einfallenden Strahlung) angesammelt hat, zu dem dotierten Bereich 104 transportiert werden kann. Bei einigen Ausführungsformen kann das Transfergate G eine dielektrische Gateschicht 105 und eine auf der dielektrischen Gateschicht 105 angeordnete Gateelektrode 106 aufweisen.
  • Auf der Vorderseite 100f des Substrats 100 ist eine Verbindungsstruktur 112 angeordnet. Bei einigen Ausführungsformen weist die Verbindungsstruktur 112 eine dielektrische Struktur 107 und eine Mehrzahl von leitfähigen Strukturelementen auf, die in die dielektrische Struktur 107 eingebettet sind. Bei einigen Ausführungsformen weist die dielektrische Struktur 107 eine Mehrzahl von dielektrischen Schichten auf, wie etwa Zwischenschichtdielektrikum-Schichten (ILDs) und Zwischenmetall-Dielektrikumschichten (IMDs). Die leitfähigen Strukturelemente können mehrere Schichten von leitfähigen Leitungen 109, leitfähigen Durchkontaktierungen 110 und leitfähigen Kontakten 108a bis 108c umfassen. Die leitfähigen Durchkontaktierungen 110 können in den IMDs angeordnet werden, um die leitfähigen Leitungen 109 in unterschiedlichen Ebenen elektrisch zu verbinden. Die leitfähigen Kontakte 108a bis 108c können in den ILDs angeordnet werden und können den stark dotierten Bereich 103, den dotierten Bereich 104 und die Transfergates G jeweils mit den leitfähigen Leitungen 109 elektrisch verbinden.
  • Bleiben wir bei 1A. Bei einigen Ausführungsformen durchdringt eine leitfähige Struktur 120a das Substrat 100 teilweise, und sie erstreckt sich von der Rückseite 100b des Substrats 100 bis zu den Wannenbereichen 102. Bei einigen Ausführungsformen ist eine dielektrische Schicht 118a über der Rückseite 100b des Substrats 100 angeordnet, und die leitfähige Struktur 120a durchdringt die dielektrische Schicht 118 weiter und steht über die dielektrische Schicht 118a über. Mit anderen Worten, die leitfähige Struktur 120a weist erste Teile P1 und zweite Teile P2 auf den ersten Teilen P1 auf. Die ersten Teile P1 sind in das Substrat 100 und die dielektrische Schicht 118a eingebettet und sind mit den Wannenbereichen 102 elektrisch verbunden, während die zweiten Teile P2 aus der Oberseite der dielektrischen Schicht 118a herausragen und mit den ersten Teilen P1 elektrisch verbunden sind. Bei einigen Ausführungsformen erstrecken sich die ersten Teile P1 in die Wannenbereiche 102 und sie sind teilweise in diese eingebettet, und Unterseiten der ersten Teile P1 sind niedriger als Oberseiten der Wannenbereiche 102. Die Erfindung ist jedoch nicht darauf beschränkt. Bei einigen weiteren Ausführungsformen können die ersten Teile P1 auf den Oberseiten der Wannenbereiche 102 aufsetzen, sodass die Unterseiten der ersten Teile P1 in Kontakt mit den obersten Flächen der Wannenbereiche 102 kommen können.
  • Bei einigen Ausführungsformen können eine dielektrische Schicht 116 und eine Abstandshalterschicht 117 zwischen Seitenwänden der ersten Teile P1 der leitfähigen Struktur 120a und dem Substrat 100 sowie zwischen der dielektrischen Schicht 118a und der Rückseite 100b des Substrats 100 angeordnet werden. Die Abstandshalterschicht 117 ist zwischen den ersten Teilen P1 der leitfähigen Struktur 120a und der dielektrischen Schicht 116 und/oder zwischen der dielektrischen Schicht 116 und der dielektrischen Schicht 118 angeordnet.
  • Die ersten Teile P1 der leitfähigen Struktur 120a können auch als leitfähige Stifte, Stöpsel (engl.: plugs) oder leitfähige Durchkontaktierungen bezeichnet werden, und die zweiten Teile P2 der leitfähigen Struktur 120a können auch als eine leitfähige Kappe bezeichnet werden. Bei einigen Ausführungsformen kann die Kombination aus den leitfähigen Stöpseln P1 und Teilen der dielektrischen Schicht 116 und der Abstandshalterschicht 117, die Seitenwände der leitfähigen Stöpsel P1 bedecken, auch als leitfähige Stöpselstrukturen bezeichnet werden. Bei einigen Ausführungsformen weisen die leitfähigen Stöpsel P1 einen oder mehrere leitfähige Stöpsel P1a, die in dem Pixelbereich R1 angeordnet sind, und einen oder mehrere leitfähige Stöpsel P1b auf, die in dem Peripheriebereich R2 angeordnet sind. Die leitfähigen Kappen P2 weisen eine oder mehrere leitfähige Kappen P2a, die in dem Pixelbereich R1 angeordnet sind, und eine oder mehrere leitfähige Kappen P2b auf, die in dem Peripheriebereich R2 angeordnet sind.
  • In den 1A, 1B und 3A werden die leitfähigen Stöpsel P1a und die leitfähigen Stöpsel P1b mit den Wannenbereichen 102a bzw. 102b elektrisch verbunden. Die leitfähigen Stöpsel P1a in dem Pixelbereich R1 können miteinander verbunden werden und können sich zusammenhängend um die Fotodetektoren PD erstrecken. Die leitfähigen Stöpsel P1b in dem Peripheriebereich R2 sind von den leitfähigen Stöpseln P1a in dem Pixelbereich R1 physisch beabstandet. Die leitfähigen Kappen P2a und P2b sind über den leitfähigen Stöpseln P1a bzw. P1b angeordnet und sind physisch und elektrisch miteinander verbunden, sodass die leitfähigen Stöpsel P1a und P1b durch die leitfähigen Kappen P2a und P2b miteinander elektrisch verbunden werden. Mit anderen Worten, die leitfähige Kappe P2 erstreckt sich zusammenhängend von dem Pixelbereich R1, quer über den Grenzbereich und bis zu dem Peripheriebereich R2, um die leitfähigen Stöpsel P1a mit den leitfähigen Stöpseln P1b elektrisch zu verbinden.
  • Bei einigen Ausführungsformen werden die leitfähige Stöpsel Pia, Teile der dielektrischen Schicht 116 und der Abstandshalterschicht 117 auf Seitenwänden der leitfähigen Stöpsel P1a und die Wannenbereiche 102a verwendet, um die Mehrzahl von Fotodetektoren PD gegeneinander zu isolieren, und sie können auch als eine Isolationsstruktur IS bezeichnet werden. Die Wannenbereiche 102a können auch als eine erste Isolationsstruktur oder eine vorderseitige Isolationsstruktur IS1 bezeichnet werden. Die leitfähigen Stöpsel P1a und Teile der dielektrischen Schicht 116 und der Abstandshalterschicht 117 auf den Seitenwänden der leitfähigen Stöpsel P1a können auch als eine zweite Isolationsstruktur oder eine rückseitige Isolationsstruktur IS2, wie etwa eine rückseitige Grabenisolationsstruktur (BTI-Struktur) oder eine rückseitige tiefe Grabenisolationsstruktur (BDTI-Struktur), bezeichnet werden. Die vorderseitige Isolationsstruktur IS1 und die rückseitige Isolationsstruktur IS2 erstrecken sich von der Vorderseite 100f bzw. der Rückseite 100b des Substrats 100 und können an einer Position in dem Substrat 100 zusammentreffen. Bei einigen Ausführungsformen erstreckt sich die rückseitige Isolationsstruktur IS2 weiter in die vorderseitige Isolationsstruktur IS1 und kann teilweise in die vorderseitige Isolationsstruktur IS1 eingebettet werden oder von dieser umschlossen werden. Eine Höhe (oder Tiefe) der rückseitigen Isolationsstruktur IS2, die von der Rückseite 100b des Substrats 100 bis zu einer Unterseite der rückseitigen Isolationsstruktur IS2 definiert wird, kann größer als eine, gleich einer oder kleiner als eine Höhe (oder Tiefe) der vorderseitigen Isolationsstruktur IS1 sein, die von der Vorderseite 100f des Substrats 100 bis zu einer Oberseite der vorderseitigen Isolationsstruktur IS1 definiert wird. Zum Beispiel kann eine Dicke des Substrats 100 1 µm bis 10 µm betragen, die Höhe (oder Tiefe) der vorderseitigen Isolationsstruktur IS1 kann 0,5 µm bis 9 µm betragen, und/oder die Höhe (oder Tiefe) der rückseitigen Isolationsstruktur IS2 kann ebenfalls 0,5 µm bis 9 µm betragen.
  • Bei einigen Ausführungsformen können in dem Peripheriebereich R2 die leitfähigen Stöpsel Pib, Teile der dielektrischen Schicht 116 und der Abstandshalterschicht 117 auf den Seitenwänden der leitfähigen Stöpseln P1b und die Wannenbereiche 102b und 103 auch als eine (leitfähige) Stöpselstruktur CP oder als eine (leitfähige) Durchkontaktierungsstruktur bezeichnet werden, die zum elektrischen Verbinden der Isolationsstruktur IS in dem Pixelbereich R1 mit dem Kontakt 108a durch die leitfähigen Kappen P2 konfiguriert ist. Die Wannenbereiche 102b und 103 können auch als eine erste Stöpsel(durchkontaktierungs)struktur oder eine vorderseitige Stöpsel(durchkontaktierungs)struktur CP1 bezeichnet werden. Die leitfähigen Stöpsel P1b und Teile der dielektrischen Schicht 116 und der Abstandshalterschicht 117 auf den Seitenwänden der leitfähigen Stöpsel P1b können auch als eine zweite Stöpsel(durchkontaktierungs)struktur oder eine rückseitige Stöpsel(durchkontaktierungs)struktur CP2 bezeichnet werden. Die vorderseitige Durchkontaktierungsstruktur CP1 und die rückseitige Durchkontaktierungsstruktur CP2 erstrecken sich von der Vorderseite 100f bzw. der Rückseite 100b des Substrats 100, und sie treffen an einer Position in dem Substrat 100 zusammen. Die rückseitige Durchkontaktierungsstruktur CP2 kann sich weiter in die vorderseitige Durchkontaktierungsstruktur CP1 erstrecken und kann teilweise in diese eingebettet werden und von dieser umschlossen werden. Bei den Ausführungsformen haben die Isolationsstruktur IS und die leitfähige Stöpselstruktur CP ähnliche Strukturen, mit der Ausnahme, dass die leitfähige Stöpselstruktur CP den stark dotierten Bereich 103 zum Aufsetzen des leitfähigen Kontakts 108a aufweist, während die Isolationsstruktur IS keine stark dotierten Bereiche aufweisen kann.
  • Bleiben wir bei den 1A, 1B und 3A. Bei einigen Ausführungsformen kann die Isolationsstruktur IS in dem Pixelbereich R1 als ein Gitter oder eine Netzform konfiguriert sein und kann sich zusammenhängend um die Mehrzahl von Fotodetektoren PD erstrecken, um die Fotodetektoren PD voneinander zu trennen. Der Begriff „Gitter“ bezeichnet hier eine Struktur mit einem Netzwerk von Leitungen/Streifen (oder dergleichen), die einander kreuzen, um eine Reihe von miteinander verbundenen ringförmigen Einheiten zu bilden, wobei die ringförmigen Einheiten eine quadratische Ringform, eine rechteckige Ringform, eine kreisförmige Ringform, eine ovale Ringform oder dergleichen haben können. Mit anderen Worten, die Isolationsstruktur IS umfasst eine Reihe von miteinander verbundenen ringförmigen Einheiten, wobei die ringförmigen Einheiten entsprechende Fotodetektoren PD seitlich umschließen. Bei einigen Ausführungsformen sind die vorderseitige Isolationsstruktur IS1 und die rückseitige Isolationsstruktur IS2 als ein Gitter oder eine Netzform konfiguriert, und sie können im Wesentlichen dieselben oder unterschiedliche Größen (z. B. Breiten) haben. Die Seitenwände der vorderseitigen Isolationsstruktur IS1 und der rückseitigen Isolationsstruktur IS2 können im Wesentlichen zueinander ausgerichtet sein oder seitlich voneinander versetzt sein. Eine Orthogonalprojektion der rückseitigen Isolationsstruktur IS2 auf der Vorderseite 100f des Substrats 100 kann im Wesentlichen vollständig oder teilweise in einer Orthogonalprojektion der vorderseitigen Isolationsstruktur IS1 auf der Vorderseite 100f des Substrats 100 liegen. Es ist zu beachten, dass der Übersichtlichkeit halber einige Komponenten (z. B. die dielektrische Schicht 116, die Abstandshalterschicht 117 und die dotierten Bereiche 102 und 103) in der Draufsicht nicht einzeln dargestellt sind.
  • Die leitfähige Kappe P2a ist auf der rückseitigen Isolationsstruktur IS2 der Isolationsstruktur IS angeordnet. Bei einigen Ausführungsformen ist die leitfähige Kappe P2a ebenfalls als ein Gitter oder eine Netzform konfiguriert, und sie kann auch als ein leitfähiges Gitter bezeichnet werden. Bei einigen Ausführungsformen kann die leitfähige Kappe P2a im Wesentlichen zu der rückseitigen Isolationsstruktur IS2 der Isolationsstruktur IS ausgerichtet sein oder seitlich von dieser versetzt sein, und sie können im Wesentlichen die gleichen oder unterschiedliche Größen (z. B. Breiten, Längen usw.) haben. Mit anderen Worten, Mittelpunkte der ringförmigen Einheiten der rückseitigen Isolationsstruktur IS2 (oder der Isolationsstruktur IS) können im Wesentlichen zu Mittelpunkten der ringförmigen Einheiten der leitfähigen Kappe P2a in einer Richtung senkrecht zu der Vorder- oder der Rückseite des Substrats 100 ausgerichtet sein oder von diesen seitlich versetzt sein. Die Orthogonalprojektion der rückseitigen Isolationsstruktur IS2 auf der Vorderseite 100f des Substrats 100 kann im Wesentlichen innerhalb der Orthogonalprojektion der leitfähigen Kappe P2a auf der Vorderseite 100f des Substrats 100 liegen, oder umgekehrt. Alternativ oder zusätzlich kann die Orthogonalprojektion der rückseitigen Isolationsstruktur IS2 auf der Vorderseite 100f des Substrats 100 teilweise mit der Orthogonalprojektion der leitfähigen Kappe P2a auf der Vorderseite 100f des Substrats 100 überdeckt sein.
  • 4 zeigt ein schematisches Layout der rückseitigen Isolationsstruktur IS2 und der leitfähigen Kappe P2a gemäß einigen Ausführungsformen der Erfindung. Die vergrößerten Darstellungen A und B zeigen die Layouts der rückseitigen Isolationsstruktur IS2 und der leitfähigen Kappe P2a in einem mittleren Teil bzw. einem Randteil des Pixelbereichs R1. Wie in 4 gezeigt ist, überdeckt die leitfähige Kappe P2a die rückseitige Isolationsstruktur IS2. Die gitterförmige rückseitige Isolationsstruktur IS2 weist eine Mehrzahl von ringförmigen Einheiten U1 auf, und die gitterförmige leitfähige Kappe P2a weist eine Mehrzahl von ringförmigen Einheiten U2 auf. Bei einigen Ausführungsformen kann eine Lagebeziehung zwischen der rückseitigen Isolationsstruktur IS2 und der leitfähigen Kappe P2a an unterschiedlichen Positionen des Pixelbereichs R1 unterschiedlich sein. Wie zum Beispiel in der vergrößerten Darstellung A gezeigt ist, ist an einer mittleren Position des Pixelbereichs R1 die leitfähige Kappe P2a im Wesentlichen zu der rückseitigen Isolationsstruktur IS2 ausgerichtet, sodass die ringförmigen Einheiten U2 der leitfähigen Kappe P2a und die ringförmigen Einheiten der rückseitigen Isolationsstruktur IS2 im Wesentlichen konzentrisch sein können. Wie hingegen in der vergrößerten Darstellung B gezeigt ist, kann in dem Randteil des Pixelbereichs R1 die leitfähige Kappe P2a seitlich von der rückseitigen Isolationsstruktur IS2 versetzt sein, sodass die Mittelpunkte der ringförmigen Einheiten U2 der leitfähigen Kappe P2a seitlich von den Mittelpunkten der ringförmigen Einheiten U1 der rückseitigen Isolationsstruktur IS2 versetzt sein können. Es ist zu beachten, dass das in 4 gezeigte Layout der leitfähigen Kappe P2a und der rückseitigen Isolationsstruktur IS2 nur der Erläuterung dient und die Erfindung nicht darauf beschränkt ist. Das Layout der leitfähigen Kappe P2a und der rückseitigen Isolationsstruktur IS2 kann in Abhängigkeit von dem Produktentwurf angepasst werden.
  • Kommen wir wieder zu den 1A, 1B und 3A zurück. Die leitfähige Kappe P2b erstreckt sich von der Nähe der leitfähigen Kappe P2a in dem Pixelbereich R1 bis zu dem Peripheriebereich R2. Bei einigen Ausführungsformen kann die leitfähige Kappe P2b auch als ein Verlängerungsteil der leitfähigen Kappe P2a bezeichnet werden. Die 3A bis 3D zeigen verschiedene Konfigurationen der leitfähigen Kappe P2b und der leitfähigen Stöpselstruktur CP gemäß einigen Ausführungsformen der Erfindung.
  • Wie in den 3A bis 3C gezeigt ist, erstreckt sich bei einigen Ausführungsformen mindestens eines von mehreren Segmenten des leitfähigen Gitters P2a bis zu dem Pixelbereich R1 entlang dessen Längsrichtung, sodass die leitfähige Kappe P2b entsteht. Die leitfähige Kappe P2b kann einen oder mehrere leitfähige Streifen aufweisen, die mit dem leitfähigen Gitter P2a verbunden sind. Die Erfindung ist jedoch nicht darauf beschränkt. Bei einigen anderen Ausführungsformen kann die leitfähige Kappe P2b eine oder mehrere Metallplatten aufweisen. Wie in 3D gezeigt ist, weist die leitfähige Kappe P2b zum Beispiel eine ringförmige Metallplatte auf, die das leitfähige Gitter P2a seitlich umschließt. Alternativ können bei den Ausführungsformen, bei denen die leitfähige Kappe P2b einen oder mehrere leitfähige Streifen, die mit dem leitfähigen Gitter P2a verbunden sind, aufweist, weiterhin eine oder mehrere weitere Metallplatten auf den leitfähigen Streifen angeordnet werden. Bei diesen Ausführungsformen können die eine oder die mehreren Metallplatten so konfiguriert sein, dass sie verhindern, dass Strahlung von der Rückseite der Halbleitervorrichtung 500A auf den Peripheriebereich R2 auftritt, wodurch Vorrichtungen (z. B. Logikvorrichtungen) in dem Peripheriebereich R2 vor Beschädigung durch einfallende Strahlung geschützt werden. Die eine oder die mehreren Metallplatten können den Grenzbereich zwischen dem Pixelbereich R1 und dem Peripheriebereich R2 bedecken oder auch nicht.
  • Bei einigen Ausführungsformen ist die leitfähige Stöpselstruktur CP unter der leitfähigen Kappe P2b angeordnet und ist mit dieser elektrisch verbunden. Die leitfähige Stöpselstruktur CP kann als eine ringförmige Struktur konfiguriert sein, die die Isolationsstruktur IS seitlich umschließt und mit den Metallstreifen des leitfähigen Stöpsels P1b elektrisch verbunden ist, wie in 3A gezeigt ist. Bei diesen Ausführungsformen kann die leitfähige Stöpselstruktur CP auch als ein leitfähiger Ring bezeichnet werden. Der leitfähige Ring kann ein zusammenhängender Ring oder aber ein nicht-zusammenhängender Ring (nicht dargestellt) mit einer Mehrzahl von Segmenten sein, die voneinander beabstandet sind.
  • Bei einigen alternativen Ausführungsformen kann die leitfähige Stöpselstruktur CP eine Mehrzahl von Durchkontaktierungsstrukturen aufweisen, die voneinander beabstandet sind und jeweils mit den entsprechenden Metallstreifen der leitfähigen Kappe P2b verbunden sind, wie in 3B gezeigt ist. Die Draufsicht der Durchkontaktierungsstruktur kann kreisförmig, oval, quadratisch, rechteckig oder dergleichen sein oder eine andere geeignete Form haben. Bei einer noch weiteren Ausführungsform kann die leitfähige Stöpselstruktur CP einen oder mehrere leitfähige Streifen aufweisen, die mit der leitfähigen Kappe P2b elektrisch verbunden sind, wie in 3C gezeigt ist. In Anbetracht des Vorstehenden können bei Betrachtung in einer Draufsicht die eine oder die mehreren leitfähigen Stöpselstrukturen CP, die die eine oder die mehreren rückseitigen Stöpselstrukturen CP2 aufweisen, als ein oder mehrere Ringe, eine oder mehrere Durchkontaktierungen, ein oder mehrere Streifen oder dergleichen oder Kombinationen davon konfiguriert sein. Es ist zu beachten, dass die in den 3A bis 3D gezeigten Konfigurationen, Formen und Größen der leitfähigen Stöpselstruktur CP und der leitfähigen Kappe P2b nur der Erläuterung dienen und die Erfindung nicht darauf beschränkt ist. Die leitfähige Stöpselstruktur CP und die leitfähige Kappe P2b können in Abhängigkeit von dem Produktentwurf alle geeigneten Konfigurationen, Formen und/oder Größen haben, solange die leitfähige Stöpselstruktur CP elektrisch mit der leitfähigen Kappe P2 und dem leitfähigen Kontakt 108a verbunden ist.
  • In den 1A und 1B werden bei einigen Ausführungsformen ein oder mehrere leitfähige Kontakte 108a in dem Pixelbereich R1 angeordnet, um mit der leitfähigen Stöpselstruktur CP elektrisch verbunden zu werden. Der leitfähige Kontakt 108a kann auf dem stark dotierten Bereich 103 aufsetzen und wird über die dotierten Breite 103 und 102b, die rückseitige Stöpselstruktur CP2 der leitfähigen Stöpselstruktur CP und die leitfähige Kappe P2 mit der Isolationsstruktur IS elektrisch verbunden. Bei einigen Ausführungsformen wird der leitfähige Kontakt 108a nicht in dem Pixelbereich R1 angeordnet. Mit anderen Worten, der Pixelbereich R1 kann keine leitfähigen Kontakte aufweisen, die direkt auf den Wannenbereichen 102a der Isolationsstruktur IS in dem Pixelbereich R1 aufsetzen. Die Erfindung ist jedoch nicht darauf beschränkt.
  • Der leitfähige Kontakt 108a kann zum Bereitstellen einer Erdspannung oder einer negativen Vorspannung für die Isolationsstruktur IS konfiguriert sein. Bei einigen Ausführungsformen ist der leitfähige Kontakt 108a so konfiguriert, dass er eine elektrische Verbindung zwischen der leitfähigen Stöpselstruktur CP, der leitfähigen Kappe P2, der Isolationsstruktur IS und Erde herstellt. Zum Beispiel kann eine Erdspannung (z. B. etwa 0 V) über den leitfähigen Kontakt 108a, die leitfähige Stöpselstruktur CP und die leitfähige Kappe P2 an die Isolationsstruktur IS angelegt werden, sodass die Isolationsstruktur IS geerdet wird. Bei einigen Ausführungsformen kann eine negative Vorspannung (die auch als eine Isolationsvorspannung bezeichnet wird) über den leitfähigen Kontakt 108a, die leitfähige Stöpselstruktur CP und die leitfähige Kappe P2 an die Isolationsstruktur IS angelegt werden. Durch die negative Vorspannung können Ansammlungen von Löchern entlang Seitenwänden der Isolationsstruktur IS entstehen, wodurch eine bessere Isolation für die Fotodetektoren bereitgestellt wird und somit die Leistung des Bildsensors verbessert wird.
  • Kommen wir zu 1A zurück. Bei einigen Ausführungsformen wird optional eine Hartmaske 122a auf der leitfähigen Kappe P2 hergestellt. Die Hartmaske 122a hat im Wesentlichen dieselbe Struktur (z. B. eine Gitterstruktur) wie die leitfähige Kappe P2. Bei einigen Ausführungsformen kann die Kombination aus der leitfähigen Kappe P2a und einem Teil der Hartmaske 122a in dem Pixelbereich R1 auch als eine Gitterstruktur bezeichnet werden. Ein dielektrischer Belag 126 kann so auf der leitfähigen Kappe P2 angeordnet werden, dass er die Oberseite und Seitenwände der leitfähigen Kappe P2 und die Oberseite der dielektrischen Schicht 118a belegt. Der dielektrische Belag 126 kann auch als ein dielektrischer Belag oder eine dielektrische Abstandshalterschicht bezeichnet werden. Bei einigen Ausführungsformen kann auf dem dielektrischen Belag 126 eine dielektrische Schicht 127 so angeordnet werden, dass sie Öffnungen in der Gitterstruktur füllt, die die leitfähige Kappe P2 und die Hartmaske 122a aufweist.
  • Über der Gitterstruktur und der dielektrischen Schicht 127 in dem Pixelbereich R1 ist eine Mehrzahl von Lichtfiltern (z. B. Farbfiltern) 128 und Linsen (z. B. Mikrolinsen) 130 angeordnet. Bei einigen Ausführungsformen können die Lichtfilter 128 und die Linsen 130 jeweils einem oder mehreren Fotodetektoren PD entsprechen. Die Lichtfilter 128 sind jeweils so konfiguriert, dass sie spezifische Wellenlängen von einfallendem Licht durchlassen. Die Linsen 130 sind über den Lichtfiltern 128 angeordnet, und sie sind so konfiguriert, dass sie das einfallende Licht zum Beispiel zu den Fotodetektoren PD fokussieren.
  • Die 2A bis 2H zeigen Schnittansichten von Halbleitervorrichtungen 500B bis 5001 gemäß einigen weiteren Ausführungsformen der Erfindung. Die Halbleitervorrichtungen 500B bis 5001 sind mit Ausnahme der Unterschiede, die nachstehend näher beschrieben werden, der Halbleitervorrichtung 500A ähnlich.
  • In 2A kann bei einigen Ausführungsformen die dielektrische Schicht 127 der Halbleitervorrichtung 500A (1A) weggelassen werden, und die Lichtfilter 128 können in den Öffnungen der Gitterstruktur angeordnet werden, die die leitfähige Kappe P2 und/oder die Hartmaske 122a aufweist.
  • In 2B weist bei einigen Ausführungsformen die Halbleitervorrichtung 500C ein Transfergate G' auf, das teilweise in den entsprechenden Fotodetektor PD eingebettet ist. Das Transfergate G' ist mit dem Fotodetektor PD und dem dotierten Bereich 104 überdeckt und ist mit diesen verbunden. Das Transfergate G' erstreckt sich weiter in den Fotodetektor PD und einen Verlängerungsteil, der in den Fotodetektor PD eingebettet ist und von diesem seitlich umschlossen ist. Daher vergrößert sich eine Kopplungsfläche zwischen dem Transfergate G' und dem Fotodetektor PD, wodurch die Effizienz der Übertragung von Ladungen von dem Fotodetektor PD auf den dotierten Bereich 104 steigt.
  • In 2C können bei einigen Ausführungsformen die vorderseitige Isolationsstruktur IS1 und die vorderseitige Stöpselstruktur CP1 jeweils eine Grabenstruktur (z. B. eine flache Grabenstruktur) 82a und 82b sein oder aufweisen, und die Wannenbereiche 102 (1A) können weggelassen werden. Die flachen Grabenstrukturen 82a/82b erstrecken sich von der Vorderseite 100f des Substrats 100 bis zu einer Position in dem Substrat 100, und sie sind mit den leitfähigen Stöpseln P1 elektrisch verbunden. Bei diesen Ausführungsformen kann die vorderseitige Isolationsstruktur IS1 auch als eine STI-Struktur (STI: flache Grabenisolation) bezeichnet werden. Die flachen Grabenstrukturen 82a/82b können eine leitfähige Schicht 81 und einen dielektrischen Belag 80 aufweisen, der zwischen der leitfähigen Schicht 81 und dem Substrat 100 angeordnet ist. Bei einigen Ausführungsformen durchdringen die leitfähigen Stöpsel P1 den dielektrischen Belag 80, um mit der leitfähigen Schicht 81 elektrisch verbunden zu werden. Der dielektrische Belag 80 kann ein geeignetes dielektrisches Material aufweisen, wie etwa Siliziumoxid, Siliziumnitrid, Siliziumoxidnitrid oder dergleichen oder Kombinationen davon. Bei einigen Ausführungsformen kann die dielektrische Schicht 81 eine Polysiliziumschicht, wie etwa eine dotierte Polysiliziumschicht, sein. Die dotierte Polysiliziumschicht kann zum Beispiel Dotanden (z. B. Bor) mit der zweiten Dotierungsart (z. B. p-Dotierung) aufweisen. Die Erfindung ist jedoch nicht darauf beschränkt. Bei einigen alternativen Ausführungsformen kann die leitfähige Schicht 81 andere geeignete leitfähige Materialien, wie etwa Metall, Metalllegierungen oder dergleichen, aufweisen. Zum Beispiel kann die leitfähige Schicht 81 Wolfram, Kupfer, AlCu oder Al aufweisen. Die leitfähige Schicht 81 kann ein leitfähiges Material aufweisen, das das Gleiche wie das der leitfähigen Struktur 120a ist oder von diesem verschieden ist. Es ist zu beachten, dass der Übersichtlichkeit halber der dotierte Bereich 104 (1A) in 2C nicht dargestellt ist.
  • Bei einigen Ausführungsformen setzt in dem Peripheriebereich R2 ein leitfähiger Kontakt 108a1 auf der leitfähigen Schicht 81 der vorderseitigen Stöpselstruktur CP1 auf, um eine Erdspannung oder eine negative Vorspannung für die Isolationsstruktur IS bereitzustellen. Bei einigen Ausführungsformen kann der Pixelbereich R1 keinen leitfähigen Kontakt aufweisen, der auf der leitfähigen Schicht 81 der vorderseitigen Isolationsstruktur IS1 aufsetzt. Die Erfindung ist jedoch nicht darauf beschränkt. Bei einigen alternativen Ausführungsformen können ein oder mehrere leitfähige Kontakte 108a2 optional in dem Pixelbereich R1 angeordnet werden und können auf der leitfähigen Schicht 81 der Isolationsstruktur IS1 aufsetzen, um zusätzlich eine Erdspannung oder eine negative Vorspannung für die Isolationsstruktur IS1 bereitzustellen. Bei diesen Ausführungsformen wird der elektrisch leitende Pfad zwischen den angelegten Vorspannungen und der Isolationsstruktur IS kurzgeschlossen.
  • In 2D kann bei einigen Ausführungsformen die vorderseitige Isolationsstruktur IS1 eine Kombination aus der STI-Struktur 82a und dem Wannenbereich 102a aufweisen. Zum Beispiel weist ein Teil der vorderseitigen Isolationsstruktur IS1 den Wannenbereich 102a auf, während ein anderer Teil der vorderseitigen Isolationsstruktur IS1 die STI-Struktur 82a aufweist. Die STI-Struktur 82a und der Wannenbereich 102a können nebeneinander angeordnet werden und miteinander verbunden werden, um eine zusammenhängende vorderseitige Isolationsstruktur IS1 zu bilden.
  • 2E zeigt eine Halbleitervorrichtung 500F mit einer vorderseitigen Isolationsstruktur IS1, die von einer Kombination aus der STI-Struktur 82a und dem Wannenbereich 102a gebildet wird, gemäß alternativen Ausführungsformen der Erfindung. Bei einigen Ausführungsformen können die STI-Struktur 82a und/oder die STI-Struktur 82b optional in den Wannenbereichen 102 und 102b angeordnet werden. Bei einigen Ausführungsformen kann die STI-Struktur 82a in dem Wannenbereich 102a angeordnet werden und seitlich von diesem umschlossen werden. Die STI-Struktur 82a und der Wannenbereich 102a sind in einer Richtung senkrecht zu der Vorderseite 100f des Substrats 100 miteinander überdeckt. Die rückseitige Isolationsstruktur IS2 kann den Wannenbereich 102a und den dielektrischen Belag 80 durchdringen, um auf der leitfähigen Schicht 81 aufzusetzen und mit dieser elektrisch verbunden zu werden. In ähnlicher Weise kann die Grabenstruktur 82b optional in dem Wannenbereich 102b angeordnet werden, und das Strukturelement der leitfähigen Stöpselstruktur CP ist im Wesentlichen dem der Isolationsstruktur IS ähnlich.
  • 2F zeigt eine Halbleitervorrichtung 500G, die der Halbleitervorrichtung 500F (2E) ähnlich ist, mit der Ausnahme, dass die rückseitige Isolationsstruktur IS2 und/oder die rückseitige Stöpselstruktur CP2 auf entsprechenden Wannenbereichen 102a/102b aufsetzen. In 2F weist bei einigen Ausführungsformen die flache Grabenstruktur 82a/82b zwar die leitfähige Schicht 81 auf, aber sie kann keinen dielektrischen Belag aufweisen. Die Seitenwände der leitfähigen Schicht 81 sind in physischem Kontakt mit den Wannenbereichen 102 und sind mit diesen elektrisch verbunden. Bei diesen Ausführungsformen können die rückseitige Isolationsstruktur IS2 und die rückseitige Stöpselstruktur CP2 auf den Wannenbereichen 102a und 102b aufsetzen und mit diesen elektrisch verbunden werden, und sie können außerdem durch den Wannenbereich 102a bzw. 102b mit den leitfähigen Schichten 81 elektrisch verbunden werden. Es versteht sich, dass bei den Ausführungsformen, bei denen die flache Grabenstruktur 82 keinen dielektrischen Belag aufweist, die rückseitige Isolationsstruktur IS2 und die rückseitige Stöpselstruktur CP2 auch die Wannenbereiche 102a und 102b durchdringen können, um auf den leitfähigen Schichten 81 aufzusetzen.
  • 2G zeigt eine Halbleitervorrichtung 500H gemäß einigen weiteren Ausführungsformen der Erfindung. Die Halbleitervorrichtung 500H ist der Halbleitervorrichtung 500D (2D) ähnlich, mit der Ausnahme, dass ein Teil der STI-Struktur 82a weggelassen werden kann. Bei einigen Ausführungsformen ist das Substrat 100 ein Substrat mit der zweiten Dotierungsart, wie etwa ein p-Substrat. Bei diesen Ausführungsformen kann ein Teil 100a des Substrats 100 als zumindest ein Teil der vorderseitigen Isolationsstruktur IS1 dienen und kann mit der rückseitigen Isolationsstruktur IS2 elektrisch verbunden werden, während in dem Pixelbereich R1 die gesamte STI-Struktur 82a oder ein Teil davon weggelassen werden kann. Mit anderen Worten, die Isolationsstruktur IS1 kann einen Teil 100a des Substrats 100 und/oder die STI-Struktur 82a aufweisen.
  • 2H zeigt eine Halbleitervorrichtung 500I gemäß einer noch weiteren Ausführungsform der Erfindung. Bei einigen Ausführungsformen erstrecken sich die Transfergates G' in die Fotodetektoren PD und sie ragen aus der Vorderseite 100f des Substrats 100 heraus. Die flachen Grabenstrukturen 82a/82b sind in das Substrat 100 eingebettet und können außerdem aus der Vorderseite 100f des Substrats 100 herausragen. Bei einigen Ausführungsformen können Oberflächen der Transfergates G', die den leitfähigen Kontakt 108c kontaktieren, und Oberflächen der flachen Grabenstrukturen 82a/82b, die den leitfähigen Kontakt 108a1/108a2 kontaktieren, im Wesentlichen koplanar / auf gleicher Höhe sein, oder sie können auf unterschiedlichen Höhen liegen. Die Transfergates G' und die flache Grabenstruktur 82a/82b können im Wesentlichen dieselben Materialien oder unterschiedliche Materialien aufweisen und können gleichzeitig oder nacheinander hergestellt werden. Bei einigen Ausführungsformen kann eine Padschicht 85 auf der Vorderseite 100f des Substrats 100 angeordnet werden. Die Padschicht 85 kann ein Oxid, wie etwa Siliziumoxid, aufweisen und kann auch als eine Padoxidschicht bezeichnet werden. Bei einigen Ausführungsformen durchdringen die Transfergates G' und die flache Grabenstruktur 82 die Padoxidschicht 85, und sie ragen aus einer Oberfläche der Padoxidschicht 85 heraus, die zu der dielektrischen Struktur 107 zeigt.
  • Die 5A bis 14 sind Schnittansichten, die ein Verfahren zum Herstellen einer Halbleitervorrichtung gemäß einigen Ausführungsformen der Erfindung zeigen.
  • In 5A wird ein Substrat 100 bereitgestellt. Bei einigen Ausführungsformen ist das Substrat 100 ein Halbleitersubstrat, wie etwa ein massives Halbleitersubstrat, ein Halbleiter-auf-Isolator-Substrat (SOI-Substrat) oder dergleichen, das dotiert (z. B. mit einem p-oder einem n-Dotanden) oder undotiert sein kann. Das Substrat 100 kann ein Wafer, wie etwa ein Siliziumwafer, sein, der zum Herstellen eines Bildsensor-Dies konfiguriert ist. Andere Substrate, wie etwa mehrschichtige oder Gradient-Substrate, können ebenfalls verwendet werden. Bei einigen Ausführungsformen kann das Halbleitermaterial des Substrats 100 Folgendes umfassen: Silizium; Germanium; einen Verbindungshalbleiter, wie etwa Siliziumcarbid (SiC), Galliumarsen (GaAs), Galliumphosphid (GaP), Indiumphosphid (InP), Indiumarsenid (InAs) und/oder Indiumantimonid (InSb); einen Legierungshalbleiter, wie etwa SiGe, GaAsP, AlInAs, AlGaAs, GaInAs, GaInP und/oder GaInAsP; oder Kombinationen davon.
  • In Abhängigkeit von dem Entwurf kann das Substrat 100 ein p-Substrat, ein n-Substrat oder eine Kombination davon sein und kann dotierte Bereiche (z. B. eine n-Wanne und/oder eine p-Wanne) haben. Das Substrat 100 kann für eine CMOS-Bildsensorvorrichtung (CMOS: komplementärer Metalloxidhalbleiter) konfiguriert sein. Das Substrat 100 hat eine Vorderseite 100f und eine Rückseite 100b gegenüber der Vorderseite 100f.
  • Bei einigen Ausführungsformen hat das Substrat 100 einen ersten Bereich R1, wie etwa einen Pixelbereich, und einen zweiten Bereich R2, wie etwa einen Peripheriebereich. Eine Mehrzahl von Fotodetektoren (z. B. Fotodioden) PD wird in dem Substrat 100 in dem Pixelbereich R1 hergestellt. Die Fotodetektoren PD können in einer Matrix von Spalten und Zeilen angeordnet werden. Bei einigen Ausführungsformen kann der Fotodetektor PD einen dotierten Bereich 101 mit einer ersten Dotierungsart (z. B. n-Dotierung) aufweisen. Bei einigen Ausführungsformen kann der Fotodetektor PD außerdem einen dotierten Bereich 101a aufweisen, der an den dotierten Bereich 101 angrenzt und eine zweite Dotierungsart (z. B. p-Dotierung) hat, die der ersten Dotierungsart entgegengesetzt ist. Der dotierte Bereich 101a kann ein Teil des Substrats 100 mit der zweiten Dotierungsart sein.
  • Die Herstellung der Fotodetektoren PD kann mit einem Implantationsprozess erfolgen. Zum Beispiel wird über dem Substrat 100 eine strukturierte Maskenschicht hergestellt, die Öffnungen hat, die Teile des Substrats 100 an bestimmungsgemäßen Positionen der dotierten Bereiche 101 freilegen. Nachdem die strukturierte Maskenschicht auf dem Substrat 100 hergestellt worden ist, werden Dotandenspezies (z. B. Phosphor, Arsen oder eine Kombination davon) mit der ersten Dotierungsart (z. B. n) in das Substrat 100 implantiert, um die dotierten Bereiche 101 der Fotodetektoren PD zu erzeugen. Bei einigen Ausführungsformen kann vor dem Herstellen der strukturierten Maskenschicht eine Padschicht (z. B. die in 2H gezeigte Padoxidschicht 105) auf der Vorderseite 100f des Substrats 100 hergestellt werden, sodass die Vorderseite 100f nicht direkt dem Ionenbeschuss des Implantationsprozesses ausgesetzt wird, wodurch die Vorderseite 100f gegen Beschädigung durch den Implantationsprozess geschützt wird.
  • Bleiben wir bei 5A. In dem Substrat 100 wird eine Mehrzahl von Wannenbereichen 102 erzeugt. Die Wannenbereiche 102 umfassen einen Wannenbereich 102a, der in dem Pixelbereich R1 erzeugt wird, und einen Wannenbereich 102b, der in dem Peripheriebereich R2 erzeugt wird. Die Wannenbereiche 102 können Dotanden (z. B. Bor und/oder BF2 +) mit einer zweiten Dotierungsart (z. B. p) aufweisen, die der ersten Dotierungsart (z. B. n) entgegengesetzt ist. Zum Erzeugen der Wannenbereiche 102 kann ein Implantationsprozess verwendet werden, in dem Dotanden mit der zweiten Dotierungsart in das Substrat 100 implantiert werden. Bei einigen Ausführungsformen wird mit einem weiteren Implantationsprozess ein dotierter Bereich 103 mit der zweiten Dotierungsart (z. B. p) auf dem Wannenbereich 102b in dem Peripheriebereich R2 erzeugt. Eine Dotierungskonzentration des dotierten Bereichs 103 ist höher als eine Dotierungskonzentration des Wannenbereichs 102b. Bei einigen Ausführungsformen kann der dotierte Bereich 103 auch als ein stark dotierter Bereich, wie etwa ein p+-Bereich, bezeichnet werden. Eine Breite des dotierten Bereichs 103 kann größer als die des Wannenbereichs 102b sein, aber die Erfindung ist nicht darauf beschränkt. Bei einigen Ausführungsformen wird der dotierte Bereich 103 nicht auf den Wannenbereichen 102a in dem Pixelbereich R1 erzeugt. Bei einigen Ausführungsformen können die Wannenbereiche 102a in dem Pixelbereich R1 miteinander verbunden sein und können als eine Gitterstruktur konfiguriert sein, die die Fotodetektoren PD seitlich umschließt und sie voneinander trennt.
  • Bleiben wir bei 5A. Bei einigen Ausführungsformen wird in dem Pixelbereich R1 des Substrats 100 ein dotierter Bereich 104 erzeugt, der seitlich neben oder zwischen den Fotodetektoren PD angeordnet wird. Der dotierte Bereich 104 kann durch Implantieren von Ionenspezies mit der ersten Dotierungsart (z. B. n) in das Substrat 100 erzeugt werden. Bei einigen Ausführungsformen kann der dotierte Bereich 104 in dem Wannenbereich 102a angeordnet werden.
  • Bei den Ausführungsformen werden die Implantationsprozesse für die dotierten Bereiche 101 bis 104 von der Vorderseite 100f des Substrats 100 her durchgeführt, sodass sich die dotierten Bereiche 101 bis 104 von der Vorderseite 100f des Substrats 100 bis zu Positionen zwischen der Vorderseite 100f und der Rückseite 100b des Substrats 100 erstrecken. Bei einigen Ausführungsformen ist eine Tiefe des dotierten Bereichs 101 größer als eine Tiefe des Wannenbereichs 102a, aber die Erfindung ist nicht darauf beschränkt.
  • In 5B kann bei einigen alternativen Ausführungsformen eine Mehrzahl von Grabenstrukturen (z. B. flachen Grabenstrukturen) 82 in dem Substrat 100 hergestellt werden. Die flachen Grabenstrukturen 82 können in den Wannenbereichen 102 hergestellt werden. Die flachen Grabenstrukturen 82 können flache Grabenstrukturen 82a, die in dem Pixelbereich R1 hergestellt werden, und eine flache Grabenstruktur 82b umfassen, die in dem Peripheriebereich R2 hergestellt wird. Bei einigen Ausführungsformen, bei denen die flache Grabenstruktur 82b hergestellt wird, kann der stark dotierte Bereich 103 (5A) weggelassen werden. Mit anderen Worten, der in 5A gezeigte stark dotierte Bereich 103 kann durch die flache Grabenstruktur 82b ersetzt werden. Bei einigen Ausführungsformen, bei denen die flachen Grabenstrukturen 82a in dem Pixelbereich R1 hergestellt werden, können die Wannenbereiche 102a teilweise oder vollständig weggelassen werden.
  • Bei einigen Ausführungsformen weisen die flachen Grabenstrukturen 82 einen dielektrischen Belag 80 und eine leitfähige Schicht 81 auf. Die flachen Grabenstrukturen 82 können wie folgt hergestellt werden. Zunächst wird das Substrat 100 so strukturiert, dass Gräben (z. B. flache Gräben) in dem Substrat 100 entstehen. Anschließend werden ein dielektrisches Material und ein leitfähiges Material auf dem Substrat 100 abgeschieden, um die Gräben zu füllen und die Vorderseite 100f des Substrats 100 zu bedecken. Bei einigen Ausführungsformen kann ein Planarisierungsprozess, wie etwa ein CMP-Prozess (CMP: chemisch-mechanische Polierung), durchgeführt werden, um überschüssige Teile des dielektrischen Materials und des leitfähigen Materials über der Vorderseite 100f des Substrats 100 zu entfernen, und das in den Gräben verbliebene dielektrische und leitfähige Material bilden die dielektrischen Beläge 80 bzw. die leitfähigen Schichten 81. Bei einigen Ausführungsformen können Oberseiten des dielektrischen Belags 80 und der leitfähigen Schicht 81 der flachen Grabenstrukturen 82 im Wesentlichen koplanar oder auf gleicher Höhe mit der Vorderseite 100f des Substrats 100 sein. Die Erfindung ist jedoch nicht darauf beschränkt. Bei einigen weiteren Ausführungsformen, bei denen eine Padoxidschicht (nicht dargestellt) auf der Vorderseite 100f des Substrats 100 hergestellt wird, können die Oberseiten der flachen Grabenstrukturen 82 im Wesentlichen koplanar oder auf gleicher Höhe mit einer Oberseite der Padoxidschicht sein.
  • Bei einigen Ausführungsformen ist das leitfähige Material Polysilizium, oder es weist dieses auf. Andere Materialien sind jedoch ebenfalls möglich. Bei einigen Ausführungsformen, bei denen das leitfähige Material dotiertes Polysilizium ist oder aufweist, umfasst ein Abscheiden des leitfähigen Materials, das die Gräben füllt, ein Abscheiden des dotierten Polysiliziums so, dass das Polysilizium während der Abscheidung dotiert wird. Bei anderen Ausführungsformen, bei denen das leitfähige Material dotiertes Polysilizium ist oder aufweist, umfasst das Abscheiden des leitfähigen Materials, das die Gräben füllt, ein Abscheiden eines leitfähigen Materials, das undotiert ist und erst später dotiert wird. Die Dotierung kann zum Beispiel mit einer Ionenimplantation oder mit einem anderen geeigneten Dotierungsverfahren erfolgen.
  • Bei einigen alternativen Ausführungsformen können nach ihrer Abscheidung auf dem Substrat 100 das dielektrische Material und das leitfähige Material zum Beispiel mit Fotolithografie- und Ätzverfahren strukturiert werden. Daher kann die flache Grabenstruktur 82 so hergestellt werden, dass sie weiter aus der Vorderseite 100f des Substrats 100 herausragt, wie in 2H gezeigt ist.
  • In 6A werden ein oder mehrere Transfergates G auf dem Substrat 100 hergestellt. Das Transfergate G kann eine dielektrische Gateschicht 105 und eine Gateelektrode 106 auf der dielektrischen Gateschicht 105 aufweisen. Die Transfergates G können dadurch hergestellt werden, dass zunächst eine dielektrische Schicht und eine leitfähige Schicht auf dem Substrat 100 abgeschieden werden und anschließend die dielektrische und die leitfähige Schicht zu den dielektrischen Gateschichten 105 bzw. den Gateelektroden 106 strukturiert werden. Die dielektrische Schicht kann Siliziumoxid, Siliziumnitrid, Siliziumoxidnitrid oder ein dielektrisches High-k-Material aufweisen. Das dielektrische High-k-Material kann eine Dielektrizitätskonstante haben, die z. B. höher als etwa 4 oder höher als etwa 7 oder 10 ist. Bei einigen Ausführungsformen weist das dielektrische High-k-Material ein Metalloxid auf, wie etwa ZrO2, Gd2O3, HfO2, BaTiO3, Al2O3, LaO2, TiO2, Ta2O5, Y2O3, STO, BTO, BaZrO, HfZrO, HfLaO, HfTaO, HfTiO, Kombinationen davon oder andere geeignete Materialien. Bei alternativen Ausführungsformen kann die dielektrische Schicht optional ein Silicat aufweisen, wie etwa HfSiO, LaSiO, AlSiO, Kombinationen davon oder andere geeignete Materialien. Die leitfähige Schicht kann Polysilizium, wie etwa dotiertes Polysilizium; metallische Materialien, wie etwa Kupfer, Aluminium, Wolfram, Cobalt (Co) oder dergleichen oder Kombinationen davon, aufweisen.
  • 6B zeigt ein alternatives Verfahren zum Herstellen eines Transfergates G' gemäß einigen weiteren Ausführungsformen der Erfindung. Bei einigen Ausführungsformen wird vor dem Abscheiden der dielektrischen und der leitfähigen Schicht für das Transfergate G eine Mehrzahl von Gräben (die auch als Aussparungen bezeichnet werden) in den Fotodetektoren PD erzeugt. Anschließend werden die dielektrische und die leitfähige Schicht auf der Vorderseite 100f des Substrats 100 so abgeschieden, dass sie die Gräben füllen. Dann werden die dielektrische und die leitfähige Schicht zu den Transfergates G' strukturiert. Bei diesen Ausführungsformen bilden Teile der dielektrischen und der leitfähigen Schicht, die in den Gräben und auf der Vorderseite 100f des Substrats 100 verblieben sind, die Transfergates G'.
  • Kehren wir wieder zu 6A zurück. Bei einigen Ausführungsformen wird auf der Vorderseite 100f des Substrats 100 eine Verbindungsstruktur 112 hergestellt. Die Verbindungsstruktur 112 weist eine dielektrische Struktur 107 und eine Mehrzahl von leitfähigen Strukturelementen (z. B. leitfähige Kontakte 108a bis 108c, leitfähige Leitungen 109 und leitfähige Durchkontaktierungen 110) auf, die in der dielektrischen Struktur 107 hergestellt sind. Die dielektrische Struktur 107 weist ein geeignetes dielektrisches Material auf, wie etwa Siliziumoxid, Siliziumnitrid, ein kohlenstoffhaltiges Oxid, wie etwa Siliziumoxidcarbid (SiOC), Silicatglas, TEOS-Oxid (TEOS: Tetraethylorthosilicat), undotiertes Silicatglas oder dotiertes Siliziumoxid, wie etwa Borphosphorsilicatglas (BPSG), Fluorsilicatglas (FSG), Phosphorsilicatglas (PSG), Borsilicatglas (BSG), Kombinationen davon und/oder andere geeignete dielektrische Materialien. Die dielektrische Struktur 107 kann eine Mehrschichtstruktur sein und kann durch chemische Aufdampfung (CVD), plasmaunterstützte CVD (PECVD), fließfähige CVD (FCVD), Schleuderbeschichtung oder dergleichen hergestellt werden. Die leitfähigen Strukturelemente können eine Metall, eine Metalllegierung oder eine Kombination davon aufweisen, wie etwa Wolfram (W), Kupfer (Cu), Kupferlegierungen, Aluminium (AI), Aluminiumlegierungen oder Kombinationen davon. Die Herstellung der leitfähigen Strukturelemente kann mit einem Single-Damascene-Prozess, einem Dual-Damascene-Prozess oder einer Kombination davon erfolgen. Bei einigen Ausführungsformen wird der leitfähige Kontakt 108a in dem Peripheriebereich R2 so hergestellt, dass er auf dem stark dotierten Bereich 103 über dem Wannenbereich 102b aufsetzt. Der Pixelbereich R1 kann keine leitfähigen Kontakte aufweisen, die so hergestellt sind, dass sie auf den dotierten Bereichen 102a aufsetzen.
  • Es ist zu beachten, dass die 5B und 6B einige alternative Prozesse der 5A und 6A gemäß einigen Ausführungsformen der Erfindung zeigen. Die nachstehend beschriebenen Prozesse sind als Prozesse dargestellt, die sich an die in den 5A und 6A gezeigten Prozesse anschließen. Es versteht sich, dass die nachstehend beschriebenen Prozesse auch mit den in den 5B und 6B gezeigten Prozessen kombiniert werden können, um alternative Halbleitervorrichtungen, wie etwa die in den 2A bis 2H gezeigten Halbleitervorrichtungen 500B bis 500I, herzustellen.
  • In den 6A und 7A wird bei einigen Ausführungsformen die in 6A gezeigte Struktur gewendet, sodass die Rückseite 100b des Substrats 100 für nachfolgende Prozess nach oben zeigt. Bei einigen Ausführungsformen kann die Struktur an einen Die (z. B. einen Logik-Die) und/oder an ein Trägersubstrat (nicht dargestellt) gebondet werden.
  • Bei einigen Ausführungsformen wird ein Strukturierungsprozess durchgeführt, um eine Mehrzahl von Öffnungen 115 in dem Substrat 100 zu erzeugen. Die Öffnungen 115 können Gräben (z. B. tiefe Gräben), Löcher oder dergleichen oder Kombinationen davon umfassen. Bei einigen Ausführungsformen erstrecken sich die Öffnungen 115 von der Rückseite 100b des Substrats 100 bis zu den Wannenbereichen 102. Bei einigen Ausführungsformen legen die Öffnungen 115 zumindest Oberseiten der Wannenbereiche 102 frei, und sie können sich weiter in die Wannenbereiche 102 erstrecken, um deren Seitenwände freizulegen. Mit anderen Worten, die Öffnungen 115 durchdringen einen Teil des Substrats 100 und legen Teile der Wannenbereiche 102 frei. Das Strukturierungsverfahren kann Fotolithografie- und Ätzprozesse umfassen. Zum Beispiel wird eine strukturierte Maskenschicht auf der Rückseite 100b des Substrats 100 hergestellt. Die strukturierte Maskenschicht kann ein Fotoresist und/oder eine oder mehrere Hartmaskenschichten aufweisen. Die strukturierte Maskenschicht hat Öffnungen, die Teile des Substrats 100 freilegen und sich direkt über den Wannenbereichen 102 befinden. Anschließend wird ein Ätzprozess unter Verwendung der strukturierten Maskenschicht als eine Ätzmaske durchgeführt, um zumindest Teile des Substrats 100 zu entfernen, die nicht von der strukturierten Maskenschicht bedeckt sind, um die Öffnungen 115 zu erzeugen und die Wannenbereiche 102 freizulegen. Bei einigen Ausführungsformen können auch Teile der Wannenbereiche 102 geätzt werden, sodass sich die Öffnungen 115 weiter in die Wannenbereiche 102 erstrecken.
  • Bei einigen Ausführungsformen umfassen die Öffnungen 115 Öffnungen 115a in dem Pixelbereich R1 und eine Öffnung 115b, die in dem Peripheriebereich R2 erzeugt ist. Die Öffnungen 115a können räumlich miteinander verbunden sein, und sie erstrecken sich zusammenhängend um die Fotodetektoren PD. Die Öffnungen 115a können zum Beispiel ein zusammenhängender Graben sein und können als eine Gitterform konfiguriert sein. Die Öffnung 115b ist von den Öffnungen 115a getrennt, und sie kann eine oder mehrere Durchkontaktierungsöffnungen, einen oder mehrere Gräben oder dergleichen oder Kombinationen davon umfassen. Bei einigen Ausführungsformen kann die Öffnung 115b als eine ringförmige Öffnung konfiguriert sein, die den Pixelbereich R1 seitlich umschließt.
  • In 8 wird bei einigen Ausführungsformen eine dielektrische Schicht 116 auf dem Substrat 100 so hergestellt, dass sie Oberflächen der Öffnungen 115 bedeckt. Die dielektrische Schicht 116 kann auch als ein dielektrischer Belag bezeichnet werden. Die dielektrische Schicht 116 kann ein geeignetes dielektrisches Material aufweisen, wie etwa Siliziumoxid, Siliziumnitrid, Siliziumoxidnitrid oder ein dielektrisches High-k-Material. Das dielektrische High-k-Material kann zum Beispiel Aluminiumoxid (AlO), Hafniumoxid (HfO), Hafnium-Siliziumoxid (HfSiO), Hafnium-Aluminiumoxid (HfAlO) oder Hafnium-Tantaloxid (HfTaO) oder dergleichen sein.
  • Anschließend kann auf der dielektrischen Schicht 116 eine Abstandshalterschicht 117 hergestellt werden. Die Abstandshalterschicht 117 wird auf der Rückseite 100b des Substrats 100 angeordnet und füllt die Öffnungen 115, um Oberflächen der dielektrischen Schicht 116 zu bedecken. Die Abstandshalterschicht 117 kann ein Oxid, wie etwa Siliziumoxid, oder ein anderes geeignetes dielektrisches Material aufweisen. Bei einigen Ausführungsformen werden für die Herstellung der Abstandshalterschicht 117 und der dielektrischen Schicht 116 Abscheidungsverfahren mit einem guten Spaltfüllungsvermögen, wie etwa Atomlagenabscheidung (ALD), verwendet, sodass die Abstandshalterschicht 117 und die dielektrische Schicht 116 die Oberflächen der Öffnungen 115 konform belegen. Wenn hier eine Schicht als konform bezeichnet wird, so bedeutet das, dass die Schicht eine im Wesentlichen gleichgroße Dicke entlang dem Bereich hat, auf dem die Schicht hergestellt wird.
  • In 9 wird bei einigen Ausführungsformen auf dem Substrat 100 eine dielektrische Schicht 118 hergestellt. Das Material der dielektrischen Schicht 118 kann ein Oxid (z. B. Siliziumoxid), ein Nitrid (z. B. Siliziumnitrid), ein Oxidnitrid (z. B. Siliziumoxidnitrid) oder dergleichen oder eine Kombination davon sein. Die dielektrische Schicht 118 kann eine einschichtige oder eine mehrschichtige Struktur sein. Bei einigen Ausführungsformen kann die dielektrische Schicht 118 eine erste dielektrische Schicht und eine zweite dielektrische Schicht auf der ersten dielektrischen Schicht umfassen. Die erste dielektrische Schicht kann ein Oxid, wie etwa Siliziumoxid, aufweisen. Die zweite dielektrische Schicht kann ein Nitrid, wie etwa, Siliziumnitrid, aufweisen. Die Erfindung ist jedoch nicht darauf beschränkt.
  • Bei einigen Ausführungsformen wird die dielektrische Schicht 118 mit einem Abscheidungsverfahren mit einem schlechten Spaltfüllungsvermögen, wie etwa einem PECVD-Prozess, hergestellt. Daher kann die dielektrische Schicht 118 als eine nicht-konforme Schicht hergestellt werden. Bei einigen Ausführungsformen ist eine Dicke der dielektrischen Schicht 118 über der Rückseite 100b des Substrats 100 viel größer als eine Dicke der dielektrischen Schicht 118 in den Öffnungen 115. Bei einigen Ausführungsformen wird die dielektrische Schicht 118 weitgehend nicht in die Öffnungen 115 gefüllt. Bei einigen Ausführungsformen können Oberseiten der Öffnungen 115 mit der dielektrischen Schicht 118 bedeckt werden.
  • In den 9 und 10 wird bei einigen Ausführungsformen ein Entfernungsprozess durchgeführt, um zumindest einen Teil der dielektrischen Schicht 118, der die Oberseiten der Öffnungen 115 bedeckt, und Teile der dielektrischen Schicht 116, der Abstandshalterschicht 117 und/oder der dielektrischen Schicht 118 (falls vorhanden) an den Unterseiten der Öffnungen 115 zu entfernen, sodass die Öffnungen 115 erneut freigelegt werden und die Wannenbereiche 102 durch die Öffnungen 115 freigelegt werden. Der Entfernungsprozess kann ein Schutz-Ätzprozess sein. Mit dem Ätzprozess kann die Dicke der dielektrischen Schicht 118 reduziert werden, sodass eine dielektrische Schicht 118a entsteht. Bei einigen Ausführungsformen bedecken nach der Durchführung des Entfernungsprozesses die Unterseiten der Öffnungen 115 nicht die Wannenbereiche 102, und die Seitenwände der Öffnungen 115 sind mit der dielektrischen Schicht 116 und der Abstandshalterschicht 117 bedeckt. Die dielektrische Schicht 118a weist Öffnungen direkt über den Öffnungen 115 auf.
  • In 11 wird eine leitfähige Materialschicht 120 über dem Substrat 100 hergestellt, um eine Oberseite der dielektrischen Schicht 118a zu bedecken und die Öffnungen 115 und die Öffnungen der dielektrischen Schicht 118a zu füllen. Die leitfähige Materialschicht 120 kann ein Metall und/oder eine Metalllegierung, wie etwa Wolfram (W), Kupfer (Cu), AlCu, Al oder dergleichen oder Kombinationen davon, aufweisen. Bei einigen Ausführungsformen kann die Herstellung der leitfähigen Materialschicht 120 mit einem Abscheidungsverfahren wie CVD, PVD oder dergleichen und einem Plattierungsverfahren oder einer Kombination davon erfolgen. Bei einigen Ausführungsformen kann für die Herstellung der leitfähigen Materialschicht 120 außerdem ein Plattierungsverfahren, wie etwa ein CMP-Prozess, verwendet werden, sodass die leitfähige Materialschicht 120 so hergestellt wird, dass sie eine im Wesentlichen planare Oberseite hat. Die leitfähige Materialschicht 120 weist erste Teile (z. B. leitfähige Stöpsel) P1, die in das Substrat 100 und die dielektrische Schicht 118a eingebettet sind; und einen zweiten Teil (z. B. einen oberen Teil) P2' auf, der sich auf der Oberseite der dielektrischen Schicht 118a erstreckt.
  • Die 12A, 12B, 13A und 13B zeigen das Strukturieren der leitfähigen Materialschicht 120 gemäß einigen Ausführungsformen der Erfindung. Diese Figuren sind Schnittansichten von Halbleitervorrichtungen auf Zwischenstufen des Herstellungsprozesses und sind entlang einer Linie I - I' bzw. einer Linie II - II' von 3A erstellt.
  • In den 11, 12A und 12B wird bei einigen Ausführungsformen auf der leitfähigen Materialschicht 120 eine Maskenschicht 125 hergestellt. Die Maskenschicht 125 kann eine Hartmaskenschicht 122 und ein strukturiertes Fotoresist 123 aufweisen, das auf der Hartmaskenschicht 122 angeordnet ist. Das strukturierte Fotoresist 123 weist Strukturen auf, die zum Strukturieren der leitfähigen Materialschicht 120 konfiguriert sind. Bei einigen Ausführungsformen hat das strukturierte Fotoresist 123 unterschiedliche Strukturen in dem Pixelbereich R1 und dem Peripheriebereich R2. Zum Beispiel kann das strukturierte Fotoresist 123 in dem Pixelbereich R1 eine Gitter- oder eine Netzstruktur haben, und es kann in dem Peripheriebereich R2 eine Durchkontaktierungsstruktur, eine Grabenstruktur, eine Plattenstruktur oder Kombinationen davon haben. Die Hartmaskenschicht 122 kann eine einschichtige Struktur oder eine mehrschichtige Struktur sein. Bei einigen Ausführungsformen weist die Hartmaskenschicht 122 ein geeignetes Hartmaskenmaterial auf, das Oxide und/oder Nitride umfasst, wie etwa Siliziumoxid, Siliziumnitrid, Siliziumoxidnitrid, Titanoxid, Titannidrid (TiN), SiOC, Tetraethylorthosilicat (TEOS) oder dergleichen oder Kombinationen davon. Bei einigen Ausführungsformen kann eine Antireflexionsschicht in der Hartmaskenschicht 122 oder zwischen der Hartmaskenschicht 122 und der leitfähigen Materialschicht 120 angeordnet werden.
  • In den 12A bis 13B wird dann ein Strukturierungsprozess an der leitfähigen Materialschicht 120 entsprechend der Maskenschicht 125 durchgeführt. Insbesondere wird der Strukturierungsprozess an dem oberen Teil P2' der leitfähigen Materialschicht 120 durchgeführt. Bei einigen Ausführungsformen wird eine Hartmaske 122a mit dem strukturierten Fotoresist 123 als eine Ätzmaske geätzt, sodass die Struktur des Fotoresists 123 in die Hartmaskenschicht 122 übertragen wird und eine strukturierte Maskenschicht 125a mit der Hartmaske 122a entsteht. Bei einigen Ausführungsformen kann während der Ätzung der Hartmaskenschicht 122 das strukturierte Fotoresist 123 teilweise oder vollständig aufgezehrt werden. Anschließend wird die leitfähige Materialschicht 120 unter Verwendung der strukturierten Maskenschicht 125a als eine Ätzmaske geätzt, sodass die Struktur der strukturierten Maskenschicht 125a in den oberen Teil P2' der leitfähigen Materialschicht 120 übertragen wird und eine leitfähige Struktur 120a mit ersten Teilen (leitfähigen Stöpseln) P1 und einem zweiten Teil (leitfähige Kappe) P2 entsteht. Die leitfähigen Stöpsel P1 umfassen leitfähige Stöpsel Pia, die in dem Pixelbereich R1 angeordnet sind, und einen oder mehrere leitfähige Stöpsel Pib, die in dem Peripheriebereich R2 angeordnet sind. Die leitfähige Kappe P2 erstreckt sich zusammenhängend von dem Pixelbereich R1 bis zu dem Peripheriebereich R2 und ist mit den leitfähigen Stöpseln P1a und P1b elektrisch und physisch verbunden. Für die detaillierten Konfigurationen der leitfähigen Kappe P2 und der leitfähigen Stöpsel P1 kann auf die Konfigurationen Bezug genommen werden, die unter Bezugnahme auf die 1A, 1B und 3A beschrieben worden sind und hier nicht nochmals beschrieben werden.
  • In den 13A und 14 wird die strukturierte Maskenschicht 125a teilweise oder vollständig entfernt. Bei einigen Ausführungsformen wird das strukturierte Fotoresist 123 (falls vorhanden) entfernt, und die Hartmaske 122a kann optional auf der leitfähigen Struktur 120a verbleiben. Bei einigen Ausführungsformen wird die Hartmaske 122a ebenfalls entfernt. Bei den Ausführungsformen, bei denen die Hartmaske 122a bestehen bleibt, können die Hartmaske 122a und die leitfähige Kappe P2a der leitfähigen Struktur 120a in dem Pixelbereich R1 kollektiv als eine Gitterstruktur G bezeichnet werden. In 14 wird bei einigen Ausführungsformen eine Abstandshalterschicht 126 so über dem Substrat 100 hergestellt, dass sie die Oberflächen der leitfähigen Struktur 120a, der Hartmaske 122a und/oder der dielektrischen Schicht 118a bedeckt oder belegt. Die Abstandshalterschicht 126 weist ein dielektrisches Material, wie etwa ein Oxid (z. B. Siliziumoxid), auf, aber die Erfindung ist nicht darauf beschränkt. Die Abstandshalterschicht 126 kann auch als ein dielektrischer Belag bezeichnet werden.
  • Anschließend kann über dem Substrat 100 eine dielektrische Schicht 127 hergestellt werden, die Öffnungen in der Gitterstruktur G füllt. Die dielektrische Schicht 127 kann ein Oxid, wie etwa Siliziumoxid, ein Nitrid, wie etwa Siliziumnitrid, oder ein Oxidnitrid, wie etwa Siliziumoxidnitrid, oder ein anderes geeignetes dielektrisches Material aufweisen. Die dielektrische Schicht 127 kann wie folgt hergestellt werden. Zunächst wird über dem Substrat 100 ein dielektrisches Material so abgeschieden, dass es die Gitterstruktur G und die Abstandshalterschicht 126 bedeckt. Anschließend kann ein Planarisierungsprozess (z. B. eine CMP) durchgeführt werden, um einen Teil des dielektrischen Materials über der obersten Fläche der Abstandshalterschicht 126 zu entfernen, um die dielektrische Schicht 127 seitlich neben der Gitterstruktur G und der Abstandshalterschicht 126 herzustellen.
  • Anschließend wird über den Fotodetektoren PD in dem Pixelbereich R1 eine Mehrzahl von Lichtfiltern (z. B. Farbfiltern) 128 hergestellt. Die Lichtfilter 128 können jeweils aus Materialien hergestellt werden, die Licht entsprechender Wellenlängen durchlassen können, während sie Licht anderer Wellenlängen abschirmen. Bei einigen Ausführungsformen sind Lichtfilter 128, die zum Durchlassen von Licht unterschiedlicher Wellenlängen konfiguriert sind, abwechselnd angeordnet. Zum Beispiel kann ein erstes Lichtfilter (z. B. ein rotes Lichtfilter) Licht mit Wellenlängen in einem ersten Bereich durchlassen, ein zweites Lichtfilter (z. B. ein grünes Lichtfilter) kann Licht mit Wellenlängen in einem von dem ersten Bereich verschiedenen zweiten Bereich durchlassen, und ein drittes Lichtfilter (z. B. ein blaues Lichtfilter) kann Licht mit Wellenlängen in einem von dem ersten und dem zweiten Bereich verschiedenen dritten Bereich durchlassen. Die Lichtfilter 128 können zum Beispiel durch Herstellen einer Lichtfilterschicht und Strukturieren der Lichtfilterschicht mit Fotolithografie- und Ätzprozessen hergestellt werden. Bei den vorliegenden Ausführungsformen werden die Lichtfilter 128 auf der Gitterstruktur G und der dielektrischen Schicht 127 hergestellt, aber die Erfindung ist nicht darauf beschränkt. Bei anderen Ausführungsformen, die in 2H gezeigt sind, kann die dielektrische Schicht 127 (14) nicht hergestellt werden, und die Lichtfilter 128 können in den Öffnungen der Gitterstruktur G hergestellt werden.
  • Auf den Lichtfiltern 128 wird eine Mehrzahl von Linsen 130 hergestellt. Bei einigen Ausführungsformen haben die Linsen 130 im Wesentlichen flache Unterseiten sowie gewölbte Oberseiten. Die gewölbten Oberseiten sind so konfiguriert, dass sie einfallendes Licht zu den tieferliegenden Fotodetektoren PD fokussieren.
  • Bei den Ausführungsformen der Erfindung werden die BDTI-Strukturen, die zum Isolieren der Fotodetektoren in dem Pixelbereich verwendet werden, mit einem leitfähigen Material hergestellt, und das leitfähige Gitter, das über den BDTI-Strukturen angeordnet ist, erstreckt sich von dem Pixelbereich bis zu dem Peripheriebereich und verbindet die BDTI-Strukturen elektrisch mit einer leitfähigen Stöpselstruktur, die in dem Peripheriebereich angeordnet ist. Daher kann eine Isolationsvorspannung von dem Peripheriebereich über die leitfähige Stöpselstruktur an die BDTI-Strukturen angelegt werden, und eine verbesserte Isolation kann durch Bereitstellen einer negativen Vorspannung für die BDTI-Strukturen erzielt werden. Dementsprechend entfallen die stark dotierten Bereiche, die in dem Pixelbereich zum Bereitstellen einer Isolationsvorspannung erzeugt werden, und unerwünschte pn-Übergänge, die zwischen den stark dotierten Bereichen und den Fotodetektoren entstehen können, werden verhindert, wodurch ein Übergangskriechstrom vermieden wird, der von den unerwünschten pn-Übergängen verursacht werden kann, sowie Probleme wie Dunkelstrom oder weiße Pixel, die durch den Übergangskriechstrom entstehen können, vermieden werden. Außerdem wird die Fläche für die Fotodetektoren in dem Pixelbereich vergrößert, da die stark dotierten Bereiche zum Bereitstellen der Isolationsvorspannung entfallen. Und da die BDTI-Strukturen ein metallisches Material aufweisen, können sie auch als Reflektoren fungieren, was die Quantenausbeute des Bildsensors verbessern kann. Dadurch wird die Leistung des Bildsensors verbessert.
  • Gemäß einigen Ausführungsformen der Erfindung weist eine Halbleitervorrichtung Folgendes auf: ein Substrat; eine Mehrzahl von Fotodetektoren; eine Isolationsstruktur; eine leitfähige Stöpselstruktur; eine leitfähige Kappe; und einen leitfähigen Kontakt. Das Substrat hat eine Vorderseite und eine Rückseite, die einander gegenüberliegen. Die Fotodetektoren sind in dem Substrat in einem Pixelbereich angeordnet. Die Isolationsstruktur ist in dem Pixelbereich und zwischen den Fotodetektoren angeordnet. Die Isolationsstruktur weist eine rückseitige Isolationsstruktur auf, die sich von der Rückseite des Substrats bis zu einer Position in dem Substrat erstreckt. Die leitfähige Stöpselstruktur ist in dem Substrat in einem Peripheriebereich angeordnet. Die leitfähige Kappe ist auf der Rückseite des Substrats angeordnet und erstreckt sich von dem Pixelbereich bis zu dem Peripheriebereich, und sie verbindet die rückseitige Isolationsstruktur mit der leitfähigen Stöpselstruktur elektrisch. Der leitfähige Kontakt setzt auf der leitfähigen Stöpselstruktur auf und ist durch die leitfähige Stöpselstruktur und die leitfähige Kappe mit der rückseitigen Isolationsstruktur elektrisch verbunden.
  • Gemäß einigen Ausführungsformen der Erfindung weist eine Halbleitervorrichtung Folgendes auf: ein Substrat mit einer Vorderseite und einer Rückseite, die einander gegenüberliegen; eine Mehrzahl von Fotodetektoren; leitfähige Stöpselstrukturen, eine leitfähige Kappe; und einen ersten leitfähigen Kontakt. Die Fotodetektoren sind in dem Substrat in einem Pixelbereich angeordnet. Die leitfähigen Stöpselstrukturen erstrecken sich von der Rückseite des Substrats bis zu einer Position in dem Substrat. Die leitfähigen Stöpselstrukturen umfassen eine erste Stöpselstruktur, die in dem Pixelbereich angeordnet ist und die Fotodetektoren gegeneinander isoliert; und eine zweite Stöpselstruktur, die in einem Peripheriebereich angeordnet ist und seitlich von der ersten Stöpselstruktur beabstandet ist. Die leitfähige Kappe erstreckt sich von dem Pixelbereich bis zu dem Peripheriebereich und verbindet die erste Stöpselstruktur mit der zweiten Stöpselstruktur elektrisch. Der erste leitfähige Kontakt ist in dem Peripheriebereich angeordnet und ist zum Bereitstellen einer Isolationsvorspannung für die erste Stöpselstruktur über die zweite Stöpselstruktur und die leitfähige Kappe konfiguriert.
  • Gemäß einigen Ausführungsformen der Erfindung umfasst ein Verfahren zum Herstellen einer Halbleitervorrichtung die folgenden Schritte: Bereitstellen eines Substrats mit einer Vorderseite und einer Rückseite, die einander gegenüberliegen; Herstellen einer Mehrzahl von Fotodetektoren in dem Substrat in einem Pixelbereich; Strukturieren des Substrats von der Rückseite, um eine erste Öffnung in dem Pixelbereich und eine zweite Öffnung in einem Peripheriebereich zu erzeugen; Herstellen einer leitfähigen Materialschicht auf dem Substrat so, dass sie die erste und die zweite Öffnung füllt, wobei die leitfähige Materialschicht einen ersten leitfähigen Stöpsel in der ersten Öffnung, einen zweiten leitfähigen Stöpsel in der zweiten Öffnung und einen oberen Teil über der Rückseite des Substrats aufweist, wobei der erste leitfähige Stöpsel als ein erster Teil einer Isolationsstruktur dient, die zwischen den Fotodetektoren angeordnet ist; Strukturieren des oberen Teils der leitfähigen Materialschicht, um eine leitfähige Kappe herzustellen, wobei die leitfähige Kappe sich von dem Pixelbereich bis zu dem Peripheriebereich erstreckt und mit dem ersten und dem zweiten leitfähigen Stöpsel elektrisch verbunden wird; und Herstellen eines leitfähigen Kontakts auf dem zweiten leitfähigen Stöpsel über der Vorderseite des Substrats in dem Peripheriebereich.
  • 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. Halbleitervorrichtung mit: einem Substrat mit einer Vorderseite und einer Rückseite, die einander gegenüberliegen; einer Mehrzahl von Fotodetektoren, die in dem Substrat in einem Pixelbereich angeordnet sind; einer Isolationsstruktur, die in dem Pixelbereich und zwischen den Fotodetektoren angeordnet ist, wobei die Isolationsstruktur eine rückseitige Isolationsstruktur aufweist, die sich von der Rückseite des Substrats bis zu einer Position in dem Substrat erstreckt; einer leitfähigen Stöpselstruktur, die in dem Substrat in einem Peripheriebereich angeordnet ist; einer leitfähigen Kappe, die auf der Rückseite des Substrats angeordnet ist und sich von dem Pixelbereich bis zu dem Peripheriebereich erstreckt und die rückseitige Isolationsstruktur elektrisch mit der leitfähigen Stöpselstruktur verbindet; und einem leitfähigen Kontakt, der auf der leitfähigen Stöpselstruktur aufsetzt und durch die leitfähige Stöpselstruktur und die leitfähige Kappe elektrisch mit der rückseitigen Isolationsstruktur verbunden ist.
  2. Halbleitervorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Isolationsstruktur weiterhin eine vorderseitige Isolationsstruktur aufweist, die sich von der Vorderseite des Substrats bis zu der rückseitigen Isolationsstruktur erstreckt, wobei die vorderseitige Isolationsstruktur elektrisch mit der rückseitigen Isolationsstruktur verbunden ist.
  3. Halbleitervorrichtung nach Anspruch 2, wobei die vorderseitige Isolationsstruktur einen ersten Wannenbereich, eine flache Grabenstruktur mit einem leitfähigen Material oder einen Teil des Substrats aufweist.
  4. Halbleitervorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, die außerdem einen weiteren leitfähigen Kontakt aufweist, der auf der Vorderseite des Substrats in dem Pixelbereich angeordnet ist und auf der vorderseitigen Isolationsstruktur aufsetzt.
  5. Halbleitervorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die rückseitige Isolationsstruktur Folgendes aufweist: einen ersten leitfähigen Stöpsel; und eine erste dielektrische Struktur, die zwischen dem ersten leitfähigen Stöpsel und dem Substrat angeordnet ist.
  6. Halbleitervorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die leitfähige Stöpselstruktur Folgendes aufweist: eine vorderseitige Stöpselstruktur, die sich von der Vorderseite des Substrats bis zu einer Position in dem Substrat erstreckt; und eine rückseitige Stöpselstruktur, die sich von der Rückseite des Substrats bis zu der vorderseitigen Stöpselstruktur erstreckt.
  7. Halbleitervorrichtung nach Anspruch 6, wobei die rückseitige Stöpselstruktur Folgendes aufweist: einen zweiten leitfähigen Stöpsel; und eine zweite dielektrische Struktur, die zwischen dem zweiten leitfähigen Stöpsel und dem Substrat angeordnet ist.
  8. Halbleitervorrichtung nach Anspruch 6 oder 7, wobei die vorderseitige Stöpselstruktur einen zweiten Wannenbereich und einen stark dotierten Bereich aufweist, der zwischen dem zweiten Wannenbereich und dem leitfähigen Kontakt angeordnet ist.
  9. Halbleitervorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die rückseitige Isolationsstruktur, die leitfähige Kappe und die leitfähige Stöpselstruktur eine zusammenhängende leitfähige Schicht aufweisen.
  10. Halbleitervorrichtung mit: einem Substrat mit einer Vorderseite und einer Rückseite, die einander gegenüberliegen; einer Mehrzahl von Fotodetektoren, die in dem Substrat in einem Pixelbereich angeordnet sind; leitfähigen Stöpselstrukturen, die sich von der Rückseite des Substrats bis zu einer Position in dem Substrat erstrecken, wobei die leitfähigen Stöpselstrukturen Folgendes umfassen: eine erste Stöpselstruktur, die in dem Pixelbereich angeordnet ist und die Fotodetektoren gegeneinander isoliert, und eine zweite Stöpselstruktur, die in einem Peripheriebereich angeordnet ist und seitlich von der ersten Stöpselstruktur beabstandet ist; einer leitfähigen Kappe, die sich von dem Pixelbereich bis zu dem Peripheriebereich erstreckt und die erste Stöpselstruktur mit der zweiten Stöpselstruktur elektrisch verbindet; und einem ersten leitfähigen Kontakt, der in dem Peripheriebereich angeordnet ist und zum Bereitstellen einer Isolationsvorspannung für die erste Stöpselstruktur über die zweite Stöpselstruktur und die leitfähige Kappe konfiguriert ist.
  11. Halbleitervorrichtung nach Anspruch 10, wobei die erste Stöpselstruktur und die zweite Stöpselstruktur jeweils Folgendes aufweisen: einen leitfähigen Stöpsel; und eine dielektrische Schicht, die zwischen dem leitfähigen Stöpsel und dem Substrat angeordnet ist.
  12. Halbleitervorrichtung nach Anspruch 10 oder 11, die weiterhin Wannenbereiche aufweist, die sich von der Vorderseite des Substrats bis zu einer Position in dem Substrat erstrecken, wobei die Wannenbereiche elektrisch mit den leitfähigen Stöpselstrukturen verbunden sind.
  13. Halbleitervorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 12, die weiterhin mindestens eine flache Grabenstruktur aufweist, die sich von der Vorderseite des Substrats bis zu einer Position in dem Substrat erstreckt, wobei die mindestens eine flache Grabenstruktur ein leitfähiges Material aufweist und mit mindestens einer der leitfähigen Stöpselstrukturen elektrisch verbunden ist.
  14. Halbleitervorrichtung nach Anspruch 13, wobei die mindestens eine flache Grabenstruktur außerdem über die Vorderseite des Substrats übersteht.
  15. Halbleitervorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 14, die weiterhin einen zweiten leitfähigen Kontakt aufweist, der auf der Vorderseite des Substrats in dem Pixelbereich angeordnet ist und mit der ersten Stöpselstruktur elektrisch verbunden ist.
  16. Verfahren zum Herstellen einer Halbleitervorrichtung mit den folgenden Schritten: Bereitstellen eines Substrats mit einer Vorderseite und einer Rückseite, die einander gegenüberliegen; Herstellen einer Mehrzahl von Fotodetektoren in dem Substrat in einem Pixelbereich; Strukturieren des Substrats von der Rückseite, um eine erste Öffnung in dem Pixelbereich und eine zweite Öffnung in einem Peripheriebereich zu erzeugen; Herstellen einer leitfähigen Materialschicht auf dem Substrat so, dass sie die erste und die zweite Öffnung füllt, wobei die leitfähige Materialschicht einen ersten leitfähigen Stöpsel in der ersten Öffnung, einen zweiten leitfähigen Stöpsel in der zweiten Öffnung und einen oberen Teil über der Rückseite des Substrats aufweist, wobei der erste leitfähige Stöpsel als ein erster Teil einer Isolationsstruktur dient, die zwischen den Fotodetektoren angeordnet ist; Strukturieren des oberen Teils der leitfähigen Materialschicht, um eine leitfähige Kappe herzustellen, wobei die leitfähige Kappe sich von dem Pixelbereich bis zu dem Peripheriebereich erstreckt und mit dem ersten und dem zweiten leitfähigen Stöpsel elektrisch verbunden wird; und Herstellen eines leitfähigen Kontakts auf dem zweiten leitfähigen Stöpsel über der Vorderseite des Substrats in dem Peripheriebereich.
  17. Verfahren nach Anspruch 16, wobei das Verfahren vor dem Herstellen der leitfähigen Materialschicht weiterhin Folgendes umfasst: Herstellen eines dielektrischen Belags auf Seitenwänden und Unterseiten der ersten und der zweiten Öffnung; und Entfernen eines Teils des dielektrischen Belags, der die Unterseiten der ersten und der zweiten Öffnung bedeckt.
  18. Verfahren nach Anspruch 16 oder 17, das weiterhin Folgendes umfasst: Erzeugen eines ersten Wannenbereichs und eines zweiten Wannenbereichs in dem Substrat in dem Pixelbereich und dem Peripheriebereich jeweils von der Vorderseite, wobei die erste Öffnung und die zweite Öffnung jeweils so erzeugt werden, dass sie sich von der Rückseite des Substrats bis zu dem ersten Wannenbereich bzw. dem zweiten Wannenbereich erstrecken, wobei der erste Wannenbereich als ein zweiter Teil der Isolationsstruktur dient.
  19. Verfahren nach einem der Ansprüche 16 bis 18, das weiterhin Folgendes umfasst: Erzeugen eines Grabens in dem Substrat, wobei der Graben sich von der Vorderseite des Substrats bis zu einer Position in dem Substrat erstreckt und in dem Pixelbereich oder dem Peripheriebereich angeordnet wird; und Herstellen einer leitfähigen Schicht in dem Graben, wobei der erste leitfähige Stöpsel oder der zweite leitfähige Stöpsel so hergestellt wird, dass er mit der leitfähigen Schicht elektrisch verbunden wird.
  20. Verfahren nach Anspruch 19, wobei der Graben in einem Wannenbereich in dem Substrat erzeugt wird und der erste leitfähige Stöpsel oder der zweite leitfähige Stöpsel auf dem Wannenbereich oder der leitfähigen Schicht aufsetzen.
DE102021113051.4A 2021-01-08 2021-05-20 Halbleitervorrichtung mit bildsensor und verfahren zu deren herstellung Pending DE102021113051A1 (de)

Applications Claiming Priority (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US202163135085P 2021-01-08 2021-01-08
US63/135,085 2021-01-08
US17/321,909 2021-05-17
US17/321,909 US12278250B2 (en) 2021-05-17 Semiconductor device including image sensor and method of forming the same

Publications (1)

Publication Number Publication Date
DE102021113051A1 true DE102021113051A1 (de) 2022-07-14

Family

ID=81510125

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE102021113051.4A Pending DE102021113051A1 (de) 2021-01-08 2021-05-20 Halbleitervorrichtung mit bildsensor und verfahren zu deren herstellung

Country Status (6)

Country Link
US (1) US20240379711A1 (de)
JP (1) JP7444906B2 (de)
KR (1) KR102597959B1 (de)
CN (1) CN114497097A (de)
DE (1) DE102021113051A1 (de)
TW (1) TWI787900B (de)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20240072090A1 (en) 2022-08-26 2024-02-29 Taiwan Semiconductor Manufacturing Company, Ltd. Stacked cmos image sensor
CN118039553A (zh) * 2022-11-14 2024-05-14 无锡华润上华科技有限公司 沟槽隔离结构及其制造方法、半导体结构

Family Cites Families (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2012023207A (ja) * 2010-07-14 2012-02-02 Toshiba Corp 裏面照射型固体撮像装置
KR102180102B1 (ko) * 2014-03-07 2020-11-17 삼성전자주식회사 이미지 센서 및 그 제조방법
EP3224866B8 (de) * 2014-11-24 2019-02-27 Artilux Inc. Monolithische integrationsverfahren zur herstellung von fotodetektoren mit transistoren auf demselben substrat
KR102421726B1 (ko) * 2017-09-25 2022-07-15 삼성전자주식회사 이미지 센서
JP2019114728A (ja) * 2017-12-26 2019-07-11 ソニーセミコンダクタソリューションズ株式会社 固体撮像装置、距離計測装置、及び製造方法
KR102625567B1 (ko) * 2018-08-20 2024-01-16 삼성전자주식회사 반도체 장치 및 그 제조 방법
KR102651605B1 (ko) * 2019-01-11 2024-03-27 삼성전자주식회사 이미지 센서
JP2020126882A (ja) * 2019-02-01 2020-08-20 ソニーセミコンダクタソリューションズ株式会社 撮像素子および撮像素子の製造方法
KR102662233B1 (ko) * 2019-02-28 2024-05-02 삼성전자주식회사 이미지 센서
KR20210130868A (ko) * 2020-04-22 2021-11-02 삼성전자주식회사 이미지 센서

Also Published As

Publication number Publication date
US20240379711A1 (en) 2024-11-14
US20220223635A1 (en) 2022-07-14
KR102597959B1 (ko) 2023-11-02
JP7444906B2 (ja) 2024-03-06
KR20220100495A (ko) 2022-07-15
TWI787900B (zh) 2022-12-21
TW202230764A (zh) 2022-08-01
CN114497097A (zh) 2022-05-13
JP2022107525A (ja) 2022-07-21

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE102018130470B4 (de) Pixelvorrichtung auf struktur tiefer grabenisolierung (dti) für bildsensor
DE102018122789B4 (de) Rissbeständige tiefe Grabenisolationsstrukturen
DE102017123338B4 (de) Verfahren zur qualitätssteigerung durch doppeiseitige multiabsorptionsstruktur
DE102021119400A1 (de) Rückseitenstruktur für bildsensor
DE102015105451B4 (de) Verfahren und Vorrichtung zum Ausbilden rückseitig beleuchteter Bildsensoren mit eingebetteten Farbfiltern
DE102020112378B4 (de) Bsi-chip mit einer rückseitenausrichtmarke
DE102020100097B4 (de) Bildsensor mit einer überlappung einer rückseitigen grabenisolationsstruktur mit einem vertikalen transfergate
DE102018126875A1 (de) Mehrfachtiefgrabenisolations(MDTI)-Strukur für CMOS-Bildsensor
DE102019107611B4 (de) Verfahren zum herstellen eineshochleistungs-bildsensor
DE102016100013A1 (de) Zusätzlicher dotierter Bereich für rückseitige tiefe Grabenisolation
DE102020125936A1 (de) Rückseitige tiefe grabenisolationsstruktur für bildsensor
DE102018108146B4 (de) Bildsensor mit padstruktur
DE102022100792A1 (de) Tiefe grabenisolation zur reduzierung der kreuzkopplung
DE102020111491A1 (de) Photodetektor mit einer vergrabenen gateelektrode für einentransfertransistor und herstellungsverfahren
DE102021117988A1 (de) Bildsensor
DE102021113051A1 (de) Halbleitervorrichtung mit bildsensor und verfahren zu deren herstellung
DE102021113564A1 (de) Bildsensor und herstellungsverfahren dafür
DE102023103364A1 (de) Isolationsstruktur zur erhöhung der leistungsfähigkeit eines bildsensors
DE102018107914A1 (de) Erhöhter optischer Pfad für Licht mit langer Wellenlänge durch eine Gitterstruktur
DE102018106754B4 (de) Bildsensor mit absorptionsverbesserungshalbleiterschicht
DE102018122628B4 (de) CMOS Bildsensor mit gezackter Fotodiodenstruktur
DE102020121598A1 (de) Verfahren zum herstellen von bildsensoren
DE102018122505A1 (de) Rückseitige Tiefgrabenisolier- (BDTI) Struktur für Bildsensor mit Pinned-Photodiode
DE102023105380A1 (de) Rückseitige tiefe grabenisolationsstruktur(bdti-struktur) für einen cmos-bildsensor
DE102017117948A1 (de) Cmos-bildsensor mit dual-damascene-gitterdesign mit einer absorptionsverstärkungsstruktur

Legal Events

Date Code Title Description
R012 Request for examination validly filed
R079 Amendment of ipc main class

Free format text: PREVIOUS MAIN CLASS: H01L0027146000

Ipc: H10F0039180000