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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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Bereich der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung betrifft einen CMOS-Bildsensor, und insbesondere einen CMOS-Bildsensor
und ein Verfahren zum Herstellen desselben zum Erhöhen der
Licht-Empfangs-Effizienz
einer Fotodiode.
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Diskussion des Standes der
Technik
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Im
Allgemeinen ist ein Bildsensor eine Halbleiter-Vorrichtung zum Konvertieren eines optischen Bildes
in ein elektrisches Signal. Der Bildsensor kann allgemein in ein
ladungsgekoppeltes Bauteil (”Charge-Coupled-Device”, CCD)
und einen Komplementärer-Metall-Oxyd-Halbleiter-(”Complementary
Metal Oxide Semiconductor”,
CMOS) Bildsensor eingeteilt werden.
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Im
Fall der CCD werden jeweilige Metall-Oxyd-Silizium-MOS-Kondensatoren
nebeneinander angeordnet, wobei elektrische Ladungsträger in den
Kondensatoren gespeichert werden/sind und zu diesen übertragen
werden. Indessen nimmt der CMOS-Bildsensor
die CMOS-Technologie des Verwendens einer Steuer-Schaltung und einer Signal-Verarbeitungs-Schaltung
als den peripheren Schaltkreis an. Der CMOS-Bildsensor verwendet
das Schalt-Verfahren des selektiven Detektierens von Ausgabe-Signalen durch Ausbilden
der vorbestimmten Anzahl von MOS-Transistoren
entsprechend der Pixel-Anzahl.
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Der
CMOS-Bildsensor weist als Vorteile auf: niedrigen Leistungs-Verbrauch,
niedrige Produktions-Kosten und hohe Integration(s-Dichte). Aufgrund der
Entwicklung der derzeitigen Technologie findet der CMOS-Bildsensor
als Ersatz für
den CCD große Beachtung.
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Ferner
wird der CMOS-Bildsensor eingeteilt in: 3T-Typ, 4T-Typ und 5T-Typ
entsprechend der Transistoren-Anzahl, wobei der 3T-Typ-CMOS-Bildsensor
eine Fotodiode und drei Transistoren umfasst, und der 4T-Typ-CMOS-Bildsensor
eine Fotodiode und 4 Transistoren umfasst.
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Im
Folgenden wird eine Äquivalenzschaltung und
ein Layout für
den 3T-Typ-CMOS-Bildsensor gemäß dem Stand
der Technik wie folgt beschrieben.
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1 ist
ein Äquivalenz-Schaltung-Diagramm
des 3T-Typ-CMOS-Bildsensors
gemäß dem Stand
der Technik. 2 ist ein Layout eines Pixels in
dem 3T-Typ-CMOS-Bildsensor gemäß dem Stand der
Technik. 3 ist eine Querschnittansicht
entlang Linie I-I' aus 2.
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Wie
in 1 gezeigt, umfasst ein Einheits-Pixel des 3T-Typ-CMOS-Bildsensors
gemäß dem Stand
der Technik eine Fotodiode PD und drei nMOS-Transistoren T1, T2
und T3. Eine Kathode der Fotodiode PD ist mit einem Drain des ersten nMOS-Transistors T1 und
einem Gate des zweiten nMOS-Transistors T2 verbunden.
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Ferner
sind Sources des ersten und des zweiten nMOS-Transistors T1 und T2 mit einer Leistungs-Versorgungs-Leitung
verbunden, um eine Referenz-Spannung VR zu empfangen. Ein Gate des ersten
nMOS-Transistors T1 ist mit einer Reset-Leitung zum Empfang eines
Reset-Signals RST verbunden.
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Ein
Source des dritten nMOS-Transistors T3 ist mit einem Drain des zweiten
nMOS-Transistors verbunden, und ein Drain des dritten nMOS-Transistors
T3 ist mit einer Auslese-Schaltung
(nicht gezeigt) durch eine Signal-Leitung verbunden. Ferner ist
ein Gate des dritten nMOS-Transistors T3 mit einer Wort-Leitung
zum Empfangen eines Auswahl-Signals SLCT verbunden.
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Hierbei
arbeitet der erste nMOS-Transistor T1 als ein Reset-Transistor Rx.
Ferner ist der zweite nMOS-Transistor T2 ein Treiber-Transistor
Dx und der dritte nMOS-Transistor T3 ist ein Auswahl-Transistor
Sx.
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In
dem Einheits-Pixel des 3T-Typ-CMOS-Bildsensors, wie in 2 und 3 gezeigt,
sind ein aktiver Bereich 10 und ein Feld-Bereich in einem
p-Typ-Halbleiter-Substrat 1 definiert. Ferner ist eine
Fotodiode 20 in einem Abschnitt großen Ausmaßes des aktiven Bereiches 10 ausgebildet.
Ferner überlappen
jeweilige Gate-Elektroden 120, 130 und 140 von
drei Transistoren mit dem verbleibenden Abschnitt des aktiven Bereiches 10.
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Hierbei
sind n-Typ-Verunreinigungs-Ionen tiefer in die Fotodiode 20 implantiert
als (in) die verbleibenden Abschnitte des aktiven Bereiches.
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Der
Reset-Transistor Rx wird aus einer Gate-Elektrode 120 gebildet, der
Treiber-Transistor Tx wird aus der Gate-Elektrode 130 gebildet,
und der Auswahl-Transistor Sx wird aus der Gate-Elektrode 140 gebildet.
In diesem Fall werden Verunreinigungs-Ionen in den aktiven Bereich 10 der
jeweiligen Transistoren mit Ausnahme von Abschnitten unterhalb der
Gate-Elektroden 120, 130 und 140 implantiert,
wodurch Source- und Drain-Bereiche in den jeweiligen Transistoren
ausgebildet werden.
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Dementsprechend
wird eine Leistungs-Spannung Vdd an die Source- und Drain-Bereiche
zwischen den Reset-Transistoren Rx und dem Treiber-Transistor Dx
angelegt. Ferner werden die an einer Seite des Auswahl-Transistors
Sx bereitgestellten Source- und Drain-Bereiche, mit der Auslese-Schaltung
verbunden (nicht gezeigt).
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Obwohl
nicht gezeigt, werden die jeweiligen Gate-Elektroden 120, 130 und 140 mit
Signal-Leitungen verbunden. Jede der Signal-Leitungen weist einen
Kontaktpunkt (”pad”) auf,
welcher mit einer externen Treiber-Schaltung verbunden wird/ist.
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Die
drei Fotodioden bilden einen Pixel. Das heißt: ein Pixel wird durch Ausbilden
von roten, grünen
und blauen Farbfilter-Schichten auf den jeweiligen drei Fotodioden
erzeugt.
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4 ist
eine Querschnitts-Ansicht eines CMOS-Bildsensors gemäß dem Stand der Technik. Wie
in 4 gezeigt, ist ein CMOS-Bildsensor gemäß dem Stand
der Technik mit einer Abtast-Einheit und einer peripheren Treiber-Einheit
definiert. Auf einem Halbleiter-Substrat 11 wird eine Feld-Oxyd-Schicht (nicht
gezeigt) ausgebildet, um einen aktiven Bereich auszubilden, und
dann werden eine Mehrzahl von Fotodioden PD 12 und Transistoren 13 in
den Halbleiter-Substrat 11 des
aktiven Bereiches ausgebildet. Dann wird eine erste isolierende Zwischenschicht 14 auf
der gesamten Oberfläche des
Halbleiter-Substrates 11 inklusive der Fotodioden 12 und
Transistoren 13 ausgebildet. Hierbei weist die erste Isolier-Schicht
eine Dicke von ungefähr
745 μm auf.
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Dann
werden eine Mehrzahl von Metall-Leitungen M1, M2 und M3 für einen
Einheits-Pixel auf der ersten isolierenden Zwischenschicht 14 ausgebildet,
wobei die Mehrzahl von Metall-Leitungen
so angeordnet sind, dass sie nicht das einfallende Licht abschirmen.
Hierbei werden zweite und vierte isolierende Zwischenschichten 15, 16 und 17 zum
Isolieren der jeweiligen Metall-Leitungen M1, M2 und M3 und eine
Einebnungs-Schicht 18 ausgebildet. Das heißt, die
erste Metall-Leitung M1 wird mit einer Dicke von ungefähr 507 μm auf der
ersten isolierenden Zwischenschicht 14 ausgebildet. Dann
wird die zweite isolierende Zwischenschicht 15 auf der
gesamten Oberfläche
des Halbleiter-Substrates 11 inklusive der ersten Metall-Leitung M1 ausgebildet.
Die zweite isolierende Schicht 15 wird mit einer Dicke
von ungefähr 7300 Å ausgebildet.
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Dann
wird die zweite Metall-Leitung M2 mit einer Dicke von ungefähr 507 μm auf der
zweiten isolierenden Zwischenschicht 15 ausgebildet, und
die dritte isolierende Zwischenschicht 16 wird mit einer Dicke
von ungefähr
730 μm auf
der gesamten Oberfläche
des Halbleiter-Substrates 11 inklusive der zweiten Metall-Leitung
M2 ausgebildet. Ferner wird eine dritte Metall-Leitung M3 mit einer
Dicke von ungefähr
963 μm auf
der dritten isolierenden Zwischenschicht 16 ausgebildet,
und die vierte isolierende Zwischenschicht 17 wird mit
einer Dicke von ungefähr 400 μm auf der
gesamten Oberfläche
des Halbleiter-Substrates 11 inklusive der dritten Metall-Leitung M3
ausgebildet. Dann wird die Einebnungs-Schicht 18 von ungefähr 300 μm auf der
vierten isolierenden Zwischenschicht 17 ausgebildet.
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Um
ein Farb-Bild zu realisieren, wird eine RGB-Farbfilter-Schicht 19 auf der
Einebnungs-Schicht 18 der Abtast-Einheit ausgebildet, und eine
Mikrolinse 21 wird auf der RGB-Farbfilter-Schicht 19 ausgebildet.
Um die Mikrolinse 21 auszubilden, wird nach Aufbringen
eines Fotolackes der Fotolack strukturiert, so dass die Fotodiode 12 verbleibt,
und wird mittels Rückfluss
gebacken, um eine gewünschte
Krümmung
zu erhalten. Die Mikrolinse 21 konzentriert das einfallende
Licht in die Fotodiode 12.
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5A und 5B sind
Querschnitts-Ansichten, welche ein Verfahren zum Herstellen eines CMOS
Bildsensors gemäß dem Stand
der Technik zeigen.
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Wie
in 5A gezeigt, wird eine p-Wanne (”p-well”) durch
Implantieren von P-Typ-Verunreinigungs-Ionen in/auf einem Halbleiter-Substrat 1 ausgebildet.
Nach Definieren/Begrenzen eines aktiven Bereiches und eines Feld-Bereiches in dem
Halbleiter-Substrat 1 wird in dem Feld-Bereich ein STI (”Shallow Trench Isolation”, Schmaler-Graben-Isolation) 2 ausgebildet.
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Dann
wird eine Gate-Oxyd-Schicht 3 und eine leitfähige Schicht
auf einer gesamten Oberfläche
des Halbleiter-Substrates 1 ausgebildet,
welche dann selektiv entfernt, um Gate-Elektroden 120, 130 und 140 von
Transistoren auszubilden. Anschließend werden n-Typ-Verunreinigungs-Ionen
in einem Fotodioden-Bereich des aktiven Bereiches implantiert, wodurch
Fotodioden 20 ausgebildet werden. Dann werden n-Typ-Verunreinigungs-Ionen
in dem aktiven Bereich mit Ausnahme des Fotodioden-Bereiches implantiert,
um Source- und Drain-Regionen 4 der Transistoren
auszubilden.
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Hierbei
werden n-Typ-Verunreinigungs-Ionen bei einer niedrigen Dichte unter
Verwendung der Gate-Elektroden 120, 130 und 140 als
eine Maske implantiert, wobei eine LDD (”Lightly Doped Drain”, Leicht-Dotiertes-Drain)
Region ausgebildet wird. Nach Ausbilden von Isolations-Seitenwänden 5 an Seiten
der jeweiligen Gate-Elektroden 120, 130 und 140 werden
n-Typ-Verunreinigungs-Ionen
mit einer hohen Dichte implantiert, wodurch Source- und Drain-Regionen 4 für die Transistoren,
bevorzugt, ausgebildet werden.
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Wie
in 5B gezeigt, wird ein PMD (”Pre-metal dielectric”, Metall-Vorläufer-Dielektrikum, beispielsweise
TEOS-Oxyd-Schicht) auf der gesamten Oberfläche des Halbleiter-Substrates 1 inklusive der
Gate-Elektroden 120, 130 und 140 mittels
LPCVD ausgebildet, wobei eine erste Zwischenschicht 14 mit
einer Dicke von ungefähr
100 μm gebildet wird.
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Danach
wird ein Kontakt-Loch 6 zum Freilegen der Source- und Drain-Regionen 4 mittels
selektivem Ätzen
der ersten isolierenden Zwischenschicht 14 ausgebildet.
Dann wird eine Metall-Schicht aufgebracht und selektiv geätzt, um
eine erste Metall-Leitung M1 auszubilden. Hierbei wird das Kontakt-Loch 6 durch
einen Plasma-Ätz-Prozess
gebildet.
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Mit
dem gleichen Verfahren, wie in 4 erklärt, werden
jeweilige isolierende Zwischenschichten 15, 16 und 17 und
Metall-Leitungen M2 und M3 gebildet, und es wird eine Einebnungs-Schicht 18 auf der
vierten isolierenden Zwischenschicht 17 ausgebildet. Anschließend wird
eine RGB-Farbfilter-Schicht 19 zum
Realisieren eines Farbbildes auf der Einebnungs-Schicht 18 aufgebracht,
und eine Mikro-Linse 21 wird auf der Farbfilter-Schicht 19 ausgebildet.
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Allerdings
weisen der CMOS-Bildsensor und das Verfahren zum Herstellen desselben
gemäß dem Stand
der Technik die folgenden Nachteile auf.
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Als
erstes wird die Fotodioden-Region an einer Unterseite des Halbleiter-Substrates angeordnet, und
die isolierenden Schichten und Metall-Leitungen werden über der
Fotodioden-Region ausgebildet. Als ein Ergebnis werden Größen-Restriktionen der
Lichtempfangs-Bereiches/Fläche
der Fotodiode verursacht. Ferner ist es unmöglich, die Metall-Leitung über der
Fotodiode auszubilden. Dementsprechend weist die Metall-Leitung
Design-Restriktionen auf.
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Aufgrund
der Dicke der Metall-Leitung und der isolierenden Zwischenschicht
wird die Licht-Empfangs-Effizienz erniedrigt. In dieser Hinsicht
ist es notwendig, die zusätzliche
Mikrolinse aufzubringen.
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WO 2004054001 A2 offenbart
einen CMOS-Bildsensor, der ein transparentes Substrat, einen aktiven
Bereich, einen Feld-Bereich, eine p-Typ-Halbleiter-Schicht auf einer
vorderen Oberfläche
des transparenten Substrats, sowie Farbfilter-Schichten und lichtundurchlässige Schichten
aufweist. Bei der Herstellung des CMOS-Bildsensors wird ein Substratmaterial
unterhalb eines vergrabenen Oxids entfernt, auf der Rückseite
des freigelegten vergrabenen Oxids werden die lichtabweisenden Schichten
und die Farbfilter-Schichten hergestellt und die Rückseite
des vergrabenen Oxids wird auf ein neues transparentes Substrat
aufgebracht.
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Dementsprechend
ist die vorliegende Erfindung auf einen CMOS-Bildsensor und ein
Verfahren zum Herstellen desselben gerichtet, welcher/welches im
Wesentlichen eines oder mehrere der Probleme aufgrund von Begrenzungen
und Nachteilen des Standes der Technik vermeidet.
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Ein
Ziel der vorliegenden Erfindung ist das Bereitstellen eines CMOS-Bildsensors und eines Verfahrens
zum Herstellen desselben zum Verbessern der Licht-Empfangs-Effizienz
und zum Aufrechterhalten eines Spielraums (”margin”) beim Metall-Leitungs-Design.
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Weitere
Vorteile, Ziele und Merkmale der Erfindung werden teilweise in der
folgenden Beschreibung dargelegt, und werden teilweise Fachleuten
bei der Untersuchung des Folgenden offensichtlich werden, oder können aus
der Ausführung
der Erfindung gelernt werden. Die Ziele und andere Vorteile der
Erfindung können
durch die insbesondere in der geschriebenen Beschreibung aufgezeigte
Struktur und die Ansprüche
hiervon, sowie die begleitenden Zeichnungen, realisiert und erreicht
werden.
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Um
diese Ziele und andere Vorteile zu erreichen, und gemäß dem Zweck
der Erfindung, wie er hierin ausgeführt und in Breite beschrieben
ist, beinhaltet ein CMOS-Bildsensor ein transparentes Substrat inklusive
einem aktiven Bereich, welcher Fotodiode- und Transistor-Regionen
umfasst, und eines Feld-Bereiches zum Isolieren des aktiven Bereiches; eine
Farbfilter-Schicht korrespondierend zu der Fotodioden-Region; eine Schwarz-Matrix-Schicht
korrespondierend zu dem Feld-Bereich und dem aktiven Bereich mit
Ausnahme der Fotodioden-Region; eine p-Typ-Halbleiter-Schicht nur in dem
aktiven Bereich, aber nicht in dem Feld-Bereich auf einer vorderen Oberfläche des
transparenten Substrats; eine Fotodiode in der p-Typ-Halbleiter-Schicht, korrespondierend
zu dem Fotodioden-Bereich; und eine Mehrzahl von Transistoren in
der p-Typ-Halbleiter-Schicht, korrespondierend zu dem Transistor-Bereich, wobei die Schwarz-Matrix-Schicht
und die Farbfilter-Schicht auf einer hinteren Oberfläche des
transparenten Substrats gebildet sind, oder auf einander verschiedenen
Oberflächen
des transparenten Substrats gebildet sind.
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Gemäß einem
weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung beinhaltet ein Verfahren
zum Herstellen eines CMOS-Bildsensors: Präparieren eines transparenten
Substrates inklusive eines aktiven Bereiches, welcher Fotodioden-
und Transistor-Regionen
aufweist, und eines Feld-Bereiches zum Isolieren des aktiven Bereiches;
Ausbilden einer Schwarze-Matrix-Schicht korrespondierend zu dem
Feld-Bereich und dem aktiven Bereich mit Ausnahme der Fotodioden-Region;
Ausbilden einer Farbfilter-Schicht korrespondierend zu der Fotodioden-Region;
Ausbilden einer p-Typ-Halbleiter-Schicht nur
in dem aktiven Bereich, aber nicht in dem Feld-Bereich auf einer
vorderen Oberfläche
des transparenten Substrats; Ausbilden einer Gate-Isolier-Schicht
und einer Mehrzahl von Gate-Elektroden auf der p-Typ-Halbleiter-Schicht der
Transistor-Region;
Ausbilden einer Fotodiode inklusive einer n-Typ-Verunreinigungs-Region
und einer p-Typ-Verunreinigungs-Region in der p-Typ-Halbleiter-Schicht
des Fotodioden-Bereiches; und Ausbilden von Source- und Drain-Regionen durch
Implantieren von n-Typ-Verunreinigungs-Ionen in der p-Typ-Halbleiter-Schicht
zwischen den jeweiligen Gate-Elektroden, wobei die Schwarz-Matrix-Schicht
und die Farbfilter-Schicht auf einer hinteren Oberfläche des
transparenten Substrats ausgebildet werden, oder auf einander verschiedenen Oberflächen des
transparenten Substrats ausgebildet werden.
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Es
versteht sich, dass sowohl die vorangegangene allgemeine Beschreibung,
als auch die folgende detaillierte Beschreibung der vorliegenden
Erfindung exemplarisch und erklärend
sind, und dazu vorgesehen sind, eine nähere Erklärung der Erfindung, wie sie
beansprucht ist, zu liefern.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Die
begleitenden Zeichnungen, welche zur Bereitstellung eines weiteren
Verständnisses
der Erfindung enthalten sind, und welche in diese Anmeldung eingearbeitet
sind und einen Teil von ihr darstellen, erläutern Ausführungsform(en) der Erfindung, und
dienen zusammen mit der Beschreibung dazu, das Prinzip der Erfindung
zu erklären.
In den Zeichnungen:
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ist 1 ein Äquivalenz-Schaltungs-Diagramm
eines 3T-Typ-CMOS-Bildsensors
gemäß dem Stand
der Technik;
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ist 2 ein
Layout eines Einheits-Pixels eines 3T-Typ-CMOS-Bildsensors gemäß dem Stand der Technik;
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ist 3 eine
Querschnitt-Ansicht entlang I-I aus 2;
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ist 4 eine
Querschnitt-Ansicht eines CMOS-Bildsensors gemäß dem Stand der Technik;
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sind
die 5A und 5B Querschnitt-Ansichten,
welche ein Verfahren zum Herstellen eines CMOS-Bildsensors gemäß des Standes
der Technik erläutern;
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ist 6 eine
Querschnitt-Ansicht eines CMOS-Bildsensors gemäß der ersten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung;
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sind
die 7A bis 7D Querschnitt-Ansichten,
welche ein Verfahren zum Herstellen eines CMOS-Bildsensors gemäß der vorliegenden
Erfindung zeigen;
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ist 8 eine
Querschnitt-Ansicht eines CMOS-Bildsensors gemäß der zweiten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung;
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ist 9 eine
Querschnitt-Ansicht eines CMOS-Bildsensors gemäß der dritten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung; und
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ist 10 eine
Querschnitt-Ansicht eines CMOS-Bildsensors
gemäß der vierten
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
DER ERFINDUNG
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Es
wird nun im Detail auf die bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden
Erfindung Bezug genommen, von welchen Beispiele in den begleitenden
Zeichnungen erläutert
sind. Wo immer möglich,
werden innerhalb der Zeichnungen die gleichen Bezugszeichen verwendet,
um die gleichen oder ähnlichen
Teile zu bezeichnen.
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Im
Folgenden wird ein CMOS-Bildsensor und ein Verfahren zum Herstellen
desselben gemäß der vorliegenden
Erfindung mit Bezug auf die begleitenden Zeichnungen beschrieben.
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6 ist
eine Querschnitt-Ansicht eines CMOS-Bildsensors gemäß der ersten
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung. In einem CMOS-Bildsensor gemäß der vorliegenden
Erfindung wird ein aktiver Bereich und ein Feld-Bereich definiert,
wobei der aktive Bereich eine Fotodioden-Region und eine Transistor-Region beinhaltet.
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Wie
in 6 gezeigt, ist eine Matrix-Schicht 32 auf
einem transparenten Substrat ausgebildet (beispielsweise einem Glas-Substrat
oder einem Quarz-Substrat) 31, korrespondierend zu dem Feld-Bereich
und dem aktiven Bereich, mit Ausnahme der Fotodioden-Region. Die
Schwarz-Matrix-Schicht 32 wird aus einem Metall-Material
wie Chrom Cr oder einem schwarzen Lack ausgebildet, um das Licht
abzuschirmen.
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Um
ein Farbbild zu realisieren, wird eine RGB-Farbfilter-Schicht 33 auf
dem transparenten Substrat 31 korrespondierend zu der Fotodioden-Region
ausgebildet. Dann wird eine Isolier-Schicht 47 aus Silizium-Oxyd
oder Silizium-Nitrid auf einer gesamten Oberfläche des transparenten Substrates 31, inklusive
der RGB-Farbfilter-Schicht 33 und der Schwarz-Matrix-Schicht 32,
ausgebildet. In diesem Fall ist es möglich, die isolierende Schicht 47 nicht auszubilden.
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Danach
wird eine p-Typ-Halbleiter-Schicht 34 auf der isolierenden
Schicht 47 des aktiven Bereiches ausgebildet. Hierbei wird
die p-Typ-Halbleiter-Schicht 34 nicht in der Feld-Region,
aber in der aktiven Region ausgebildet, wodurch es unnötig ist, eine
zusätzliche
Bauteil-Isolier-Schicht auszubilden. Die p-Typ-Halbleiter-Schicht 34 wird
aus einer mit p-Typ-Verunreinigungs-Ionen dotierten Polysilizium-Schicht
oder einer mit p-Typ-Verunreinigungs-Ionen dotierten Amorphes-Silizium-Schicht
ausgebildet.
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Dann
werden n-Typ-Verunreinigungs-Ionen in der p-Typ-Halbleiter-Schicht 34 der Fotodioden-Region
implantiert, wodurch eine n-Typ-Verunreinigungs-Region 35 ausgebildet
wird. Und p-Typ-Verunreinigungs-Ionen werden in die n-Typ-Verunreinigungs-Region 35 implantiert,
wodurch eine p-Typ-Verunreinigungs-Region 39 in
einer Oberfläche
der n-Typ-Verunreinigungs-Region 35 ausgebildet
wird. Daher wird eine Fotodiode durch die n-Typ-Verunreinigungs-Region 35 und
die p-Typ-Verunreinigungs-Region 39 ausgebildet.
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Ferner
wird/werden eine Gate-Isolier-Schicht 36 und Gate-Elektroden 37a, 37b und 37c als
Stapel auf der p-Typ-Halbleiter-Schicht 34 der
Transistor-Region aufgebracht, indem n-Typ-Verunreinigungs-Ionen
in die p-Typ-Halbleiter-Schicht 34 zwischen die jeweiligen
Gate-Elektroden 37a, 37b und 37c implantiert
werden, wodurch Source- und Drain-Regionen 38 für jeden
Transistor ausgebildet werden. Anschließend wird die erste isolierende
Zwischenschicht 40 auf der gesamten Oberfläche des transparenten
Substrates inklusive der Gate-Elektroden 37a, 37b und 37c und
der Fotodiode 35 und 39 ausgebildet. Dann wird
die erste isolierende Zwischenschicht 40 selektiv entfernt,
um die p-Typ-Verunreinigungs-Region 39 der
Fotodiode und die Source- und Drain-Regionen 38 freizulegen,
wodurch ein Kontakt-Loch ausgebildet wird.
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Dann
wird eine erste Metall-Leitung 41 auf der ersten isolierenden
Zwischenschicht 40 ausgebildet. Die erste Metall-Leitung 41 wird
mittels des Kontakt-Loches metallisch mit der p-Typ-Verunreinigungs-Region 39 der
Fotodiode und dem Source- und
Drain-Bereich 38 verbunden. Ferner wird eine Mehrzahl von
isolierenden Zwischenschichten 42 und 43 auf der
ersten isolierenden Zwischenschicht 40, inklusive der ersten
Metall-Leitung 41,
ausgebildet, und einer Mehrzahl von Metall-Leitungen 44 werden in den
jeweiligen isolierenden Zwischenschichten ausgebildet.
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Bei
dem CMOS-Bildsensor gemäß der vorliegenden
Erfindung wird das Licht von dem transparenten Substrat empfangen.
Dementsprechend ist ein Abstand von einem Licht-Empfangs-Teil zu
der Fotodiode kurz, so dass es möglich
ist, die Licht-Empfangs-Effizienz
zu erhöhen.
Ferner ist es unnötig,
eine zusätzliche
Mikro-Linse auszubilden.
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Ein
Verfahren zum Herstellen des CMOS-Bildsensors gemäß der ersten
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung wird im Folgenden beschrieben.
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7A bis 7D sind
Querschnitt-Ansichten zum Erläutern
eines Verfahrens zum Herstellen des CMOS-Bildsensors gemäß der ersten
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung. Bei dem CMOS-Bildsensor gemäß der ersten
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung, wie in 7A gezeigt,
sind ein aktiver Bereich und ein Feld-Bereich definiert, wobei der
aktive Bereich eine Fotodioden-Region und eine Transistor-Region beinhaltet.
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Als
erstes wird ein Licht-Abschirm-Material auf einem transparenten
Substrat (beispielsweise Glas-Substrat oder Quarz-Substrat) 31 aufgebracht, und
dann selektiv entfernt, um eine Schwarz-Matrix-Schicht 32 auf
dem Feld-Bereich und dem aktiven Bereich mit Ausnahme der Fotodioden-Region aufzubringen.
Die Schwarz-Matrix-Schicht 32 wird auf einem Metall-Material
wie Chrom Cr oder einem schwarzen Lack ausgebildet, um das Licht
abzuschirmen.
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Um
ein Farbbild zu realisieren, wird eine RGB-Farbfilter-Schicht 33 auf
dem transparenten Substrat 31 der Fotodioden-Region aufgebracht.
Das heißt:
eine Einheits-Zelle umfasst drei Fotodioden. Erstens wird eine Rote-Farbe-Filter-Schicht
auf einer gesamten Oberfläche
des transparenten Substrates 31 aufgebracht, und dann verbleibt
die Rote-Farbe-Filter-Schicht in einem der drei Fotodioden mittels Fotolithografie.
Anschließend
wird eine Grüne-Farbe-Filter-Schicht
auf der gesamten Oberfläche
des transparenten Substrates 31 aufgebracht, und dann verbleibt
die Grüne-Farbe-Filter-Schicht in
einem anderen der drei Fotodioden mittels Fotolithografie. Anschließend wird
eine Blaue-Farbe-Filter-Schicht auf der gesamten Oberfläche des
transparenten Substrates 31 aufgebracht, und dann verbleibt
die Blaue-Farbe-Filter-Schicht in der anderen der drei Fotodioden
mittels Fotolithografie.
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Dann
wird eine Isolier-Schicht 47 aus Silizium-Oxyd oder Silizium-Nitrit
auf der gesamten Oberfläche
des transparenten Substrates 31, inklusive der RGB-Farbfilter-Schicht 33 und
der Schwarz-Matrix-Schicht 32, aufgebracht. Ferner wird
ein p-Typ-Halbleiter-Substrat 34 auf
der Isolier-Schicht 47 aufgebracht. Obwohl nicht gezeigt,
wird nach Definieren der aktiven Region mittels Aufbringens eines Fotolackes
auf der p-Typ-Halbleiter-Schicht 34 und Applizieren
einer Belichtung und Entwicklung hierauf die p-Typ-Halbleiter-Schicht 34 selektiv
entfernt, um nur in dem aktiven Bereich zu verbleiben.
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Hierbei
wird die p-Typ-Halbleiter-Schicht 34 auf einer mit p-Typ-Verunreinigungs-Ionen
dotierten Polysilizium-Schicht ausgebildet, oder einer mit p-Typ-Verunreinigungs-Ionen
dotierten Amorphes-Silizium-Schicht. Die p-Typ-Halbleiter-Schicht 34 der
Feld-Region wird entfernt, wodurch es unnötig wird, eine zusätzliche
Bauteil-Isolier-Schicht oder Feld-Isolier-Schicht aufzubringen.
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Wie
in 7B gezeigt, werden eine Gate-Isolier-Schicht 36 und
eine leitfähige
Schicht auf der gesamten Oberfläche
des transparenten Substrates 31, inklusive der p-Typ-Halbleiter-Schicht 34,
aufgebracht, und werden dann selektiv entfernt, um Gate-Elektroden 37a, 37b und 37c von
Transistoren zu bilden. Die Gate-Elektroden der Transistoren korrespondieren
zu den Gate-Elektroden 37a des Reset-Transistors Rx, den Gate-Elektroden 37b des Treiber-Transistors Dx und
der Gate-Elektrode 37c des Auswahl-Transistors Sx. Im Fall von 4T-Typ-
und 5T-Typ-CMOS-Bildsensoren
werden zusätzliche Gate-Elektroden
benötigt.
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Dann
werden n-Typ-Verunreinigungs-Ionen in der p-Typ-Halbleiter-Schicht 34 der Fotodioden-Region
implantiert, wodurch eine n-Typ-Verunreinigungs-Region 35 einer
Fotodiode ausgebildet wird. P-Typ-Verunreinigungs-Ionen werden in
der n-Typ-Verunreinigungs-Region 35 implantiert,
wodurch eine p-Typ-Verunreinigungs-Region 39 in
einer Oberfläche
der n-Typ-Verunreinigungs-Region 35 ausgebildet
wird. Daher wird die Fotodiode durch die n-Typ-Verunreinigungs-Region 35 und
die p-Typ-Verunreinigungs-Region 39 gebildet.
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Ferner
werden n-Typ-Verunreinigungs-Ionen in der p-Typ-Halbleiter-Schicht 34 zwischen
den jeweiligen Gate-Elektroden 37a, 37b und 37c ausgebildet,
wodurch Source- und Drain-Regionen 38 gebildet werden.
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Bezugnehmend
auf 7C wird eine erste isolierende Zwischenschicht 40 auf
der gesamten Oberfläche
des transparenten Substrates 31 inklusive der Gate-Elektroden 37a, 37b und 37c und
der Fotodiode ausgebildet. Dann wird die erste isolierende Zwischenschicht 40 selektiv
entfernt, um die p-Typ-Verunreinigungs-Region 39 der
Fotodiode und den/die Source- und Drain-Bereich(e) 38 freizulegen, wodurch
ein Kontakt-Loch 46 gebildet wird.
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Danach
wird eine Metall-Schicht auf der gesamten Oberfläche des transparenten Substrates 31 aufgebracht,
und dann selektiv entfernt, um eine erste Metall-Leitung 41 auf
der isolierenden Zwischenschicht 40 auszubilden. Die erste
Metall-Leitung 41 wird elektrisch mit dem p-Typ-Verunreinigungs-Bereich 39 der
Fotodiode und der Source- und Drain-Regionen 38 mittels
des Kontakt-Lochs 46 verbunden.
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Wie
in 7D gezeigt, wird eine zweite isolierende Zwischenschicht 42 auf
der ersten isolierenden Zwischenschicht 40 inklusive der
ersten Metall-Leitung 41 aufgebracht. Dann wird ein weiteres Kontakt-Loch
in der ersten Metall-Leitung 41 ausgebildet, und eine zweite
Metall-Leitung 44 wird
auf der zweiten isolierenden Zwischenschicht 42 ausgebildet.
Hierbei ist die zweite Metall-Leitung 44 mit
der ersten Metall-Leitung 41 mittels des Kontakt-Loches elektrisch
verbunden.
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Durch
wiederholtes Ausbilden einer dritten isolierenden Zwischenschicht 43,
einer Metall-Schicht und einer Mehrzahl von isolierenden Schichten
(nicht gezeigt) auf der gesamten Oberfläche des transparenten Substrates 31 inklusive
der zweiten Metall-Leitung 44, ist es möglich, eine Mehrzahl von Metall-Leitungen
auszubilden.
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Ferner
können
die RGB-Farbfilter-Schicht 33 und/oder die Schwarz-Matrix-Schicht 32 auf
der hinteren Oberfläche
des transparenten Substrates 31 aufgebracht werden.
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8 ist
eine Querschnitt-Ansicht eines CMOS-Bildsensors gemäß der zweiten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung.
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Im
Fall des CMOS-Bildsensors gemäß der zweiten
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung ist die RGB-Farbfilter-Schicht 33 auf der
hinteren Oberfläche
des transparenten Substrates 31, korrespondierend zu der
Fotodioden-Region, ausgebildet. Abgesehen davon, ist der CMOS-Bildsensor gemäß der zweiten
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung in Struktur der gleiche, wie der CMOS-Bildsensor
gemäß der ersten
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung.
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Beim
Herstellen des CMOS-Bildsensors gemäß der zweiten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung, wird die RGB-Farbfilter-Schicht 33 auf der hinteren
Oberfläche
des transparenten Substrates 31 korrespondierend zu der
Fotodioden-Region nach Abschließen
des gesamten in den 7A bis 7D erklärten Prozesses
aufgebracht.
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9 ist
eine Querschnitt-Ansicht eines CMOS-Bildsensors gemäß der dritten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung.
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Im
Fall des CMOS-Bildsensors gemäß der dritten
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung wird die Schwarz-Matrix-Schicht 32 auf der hinteren Oberfläche des
transparenten Substrates 31 korrespondierend zu den verbleibenden
Abschnitten mit Ausnahme des Fotodioden-Bereiches aufgebracht. Abgesehen hiervon,
ist der CMOS-Bildsensor
gemäß der dritten
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung der gleiche in Struktur wie der CMOS-Bildsensor
gemäß der ersten
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung.
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Beim
Herstellen des CMOS-Bildsensors gemäß der dritten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung wird die Schwarz-Matrix-Schicht 32 auf der hinteren
Oberfläche
des transparenten Substrates 31, korrespondierend zu den
verbleibenden Abschnitten mit Ausnahme der Fotodioden-Region, nach
Fertigstellung des gesamten in 7A bis 7D erklärten Prozesses
aufgebracht.
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10 ist
eine Querschnitt-Ansicht eines CMOS-Bildsensors gemäß der vierten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung.
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Im
Fall des CMOS-Bildsensors gemäß der vierten
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung werden die RGB-Farbfilter-Schicht 33 und die Schwarz-Matrix-Schicht 32 auf
der hinteren Oberfläche
des transparenten Substrates 31 aufgebracht. Das heißt, die
RGB-Farbfilter-Schicht 33 wird auf der hinteren Oberfläche des
transparenten Substrates 31 korrespondierend zu der Fotodioden-Region
aufgebracht, und die Schwarz-Matrix-Schicht 32 wird auf der
hinteren Oberfläche
des transparenten Substrates 31 korrespondierend zu den
verbleibenden Abschnitten mit Ausnahme der Fotodioden-Region aufgebracht.
Abgesehen hiervon, ist der CMOS-Bildsensor gemäß der vierten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung in Struktur der gleiche wie der CMOS-Bildsensor
gemäß der ersten
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung.
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Beim
Herstellen des CMOS-Bildsensors gemäß der vierten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung werden die RGB-Farbfilter-Schicht 33 und die
Schwarz-Matrix-Schicht 32 auf der hinteren Oberfläche des
transparenten Substrates 31 nach Fertigstellen des gesamten
in 7A bis 7D erklärten Prozesses
aufgebracht.
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Wie
oben angegeben, weist der CMOS-Bildsensor und das Verfahren zum
Herstellen desselben gemäß der vorliegenden
Erfindung die folgenden Vorteile auf.
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Erstens
wird die Fotodiode auf dem transparenten Substrat aufgebracht, und
das Licht wird in dem transparenten Substrat empfangen. Da der Abstand
zwischen der Licht-Empfangs-Oberfläche und der
Fotodiode kürzer
ist, ist es dementsprechend möglich,
die Licht-Empfangs-Effizienz zu erhöhen.
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Ferner
ist es unnötig,
die zusätzliche
Mikro-Linse auszubilden.
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Ferner
wird die Fotodiode ohne jeden Bezug zu der Metall-Leitung ausgebildet,
so dass der/die Licht-Empfangs-Bereich/Fläche der
Fotodiode sich erhöht.
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Ferner
kann die Metall-Leitung über
der Fotodiode ausgebildet werden. In dieser Hinsicht weist die Metall-Leitung keine Design-Restriktion
auf.
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Es
wird für
Fachleute offensichtlich sein, dass verschiedene Modifikationen
und Variationen in der vorliegenden Erfindung ausgeführt werden
können,
ohne vom Geist oder Bereich der Erfindung abzuweichen. Daher ist
es vorgesehen, dass die vorliegende Erfindung die Modifikationen
und Variationen dieser Erfindung beinhaltet, soweit sie innerhalb
des Bereiches der beigefügten
Ansprüche
und ihrer Äquivalente
liegen.
