DE102007037897A1 - Bildsensor und ein Verfahren zu dessen Herstellung - Google Patents
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Abstract
Es wird ein Bildsensor bereitgestellt. Der Bildsensor kann eine Isolationsschicht, einen Transistorbereich und einen Photodioden-Bereich auf einem Halbleitersubstrat enthalten. Eine Vielzahl von Löchern kann im Substrat des Photodioden-Bereichs ausgebildet sein. Die Vielzahl von Löchern kann in dem Substrat dicht ausgebildet sein. Mindestens ein Loch kann mit einer minimalen Größe der Designregeln ausgebildet sein.
Description
- HINTERGRUND
- Ein Bildsensor ist ein Halbleiterbauelement zur Umwandlung optischer Bilder in elektrische Signale. Eine der in einem Bildsensor zu bewältigenden Herausforderungen ist die Erhöhung der Empfindlichkeit, d.h. der Rate, mit der einfallende Lichtsignale in elektrische Signale umgewandelt werden.
- Wie in
1 gezeigt, ist einer der verschiedenen Gründe, welche die Empfindlichkeit eines Bildsensors verringern, dass das durch eine Mikrolinse20 gesammelte und in die Photodiode10 einfallende Licht durch Reflexion nicht überall absorbiert wird. - Folglich wird ein Teil des einfallenden Lichtes reflektiert oder in einem Bereich der Photodiode
10 nicht absorbiert und verschwindet, wodurch sich die Empfindlichkeit des Bildsensors verringert. - KURZE ZUSAMMENFASSUNG
- Ausführungsformen stellen einen Bildsensor und ein Verfahren zu dessen Herstellung bereit, mit dem die Empfindlichkeit erhöht wird, indem einfallendes Licht effizient in einen Photodioden-Bereich übertragen wird.
- In einer Ausführungsform enthält ein Bildsensor eine Isolationsschicht, einen Transistorbereich und einen Photodioden-Bereich, die auf einem Halbleitersubstrat ausgebildet sind, und eine Vielzahl von Löchern, die in dem Photodioden-Bereich ausgebildet sind. Die Vielzahl von Löchern kann in dem Photo dioden-Bereich dicht ausgebildet sein, wobei mindestens ein Loch mit einer minimalen Größe der Designregeln ausgebildet ist. In einer Ausführungsform sind mindestens drei Löcher im Photodioden-Bereich ausgebildet.
- In einer anderen Ausführungsform umfasst ein Herstellungsverfahren eines Bildsensors ein Definieren eines Isolationsschicht-Bereichs, eines Transistorbereichs und eines Photodioden-Bereichs auf einem Halbleitersubstrat, ein Ausbilden einer Vielzahl von Löchern im Photodioden-Bereich, ein Implantieren von Ionen eines ersten Leitungstyps in den Photodioden-Bereich, um einen Ionenimplantationsbereich eines ersten Leitungstyps auszubilden, und ein Implantieren von Ionen eines zweiten Leitungstyps in den ersten Ionenimplantationsbereich, um einen Ionenimplantationsbereich eines zweiten Leitungstyps auszubilden. Die Vielzahl von Löchern kann im Photodioden-Bereich gleichzeitig mit einer Ausbildung von Isolationsgräben ausgebildet werden.
- KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
-
1 zeigt die Grenzen eines Bildsensors nach dem Stand der Technik. Die2 bis4 erläutern ein Herstellungsverfahren eines Bildsensors gemäß Ausführungsformen. - DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
- In den Beschreibungen der Ausführungsformen können, wenn eine Schicht, ein Bereich, eine Kontaktfläche oder ein Muster als "auf/oberhalb von/über/obere" oder "unter/unterhalb von/unten/untere" bezeichnet wird, sie direkt auf Schichten, Bereichen, Kontaktflächen oder Mustern ausgebildet sein, oder es können auch dazwischen liegende Schichten, Bereiche oder Muster vorhanden sein. Daher müssen die Bedeutungen auf der Grundlage des Umfangs der Ausführungsform verstanden werden.
- Im Folgenden wird eine Ausführungsform mit Bezug auf die begleitenden Zeichnungen detailliert beschrieben.
- Die
2 bis4 sind dafür vorgesehen ein Herstellungsverfahren des Bildsensors gemäß Ausführungsformen zu erläutern. - Wie in
2 gezeigt, können eine Isolationsschicht210 , ein Photodioden-Bereich220 und ein Transistorbereich230 auf dem Halbleitersubstrat200 definiert werden, und in dem Photodioden-Bereich220 kann eine Vielzahl von Löchern ausgebildet werden. - Die im Photodioden-Bereich
220 ausgebildeten Löcher können mit verschiedenen Mustern im Halbleitersubstrat200 ausgebildet werden. In einer Ausführungsform kann die Vielzahl der Löcher aus in das Substrat geätzten Löchern mit der Größe von Durchkontaktierungen (engl.: "via sized holes") bestehen. Die Löcher im Halbleitersubstrat200 können die Form von Gräben, eine runde Form oder eine Polygon-Form haben. In einer Ausführungsform können die Löcher dieselbe Form haben, oder es können mehrere Muster oder Formen benutzt werden. Die Löcher können so ausgebildet werden, dass sie eine vorher festgelegte Tiefe aufweisen. Die Löcher können im Photodioden-Bereich220 dicht ausgebildet werden. In einer Ausführungsform wird mindestens ein Loch im Photodioden-Bereich220 mit einer minimalen Größe der Designregeln ausgebildet. In einer Ausführungsform werden mindestens drei Löcher im Photodioden-Bereich220 ausgebildet. - Die Löcher im Photodioden-Bereich
220 können während eines Ätzprozesses zur Herstellung der Isolationsschichten210 auf dem Halbleitersubstrat200 ausgebildet werden. Beispiele für die Isolationsschicht210 können eine flache Grabenisolation (engl.: "Shallow Trench Isolation", STI) umfassen. In einer weiteren Ausführung kann eine Plasma-Behandlung durchgeführt werden, um nach der Durchführung des Ätzprozesses die Oberfläche des Substrates zu behandeln. - Mit Bezug auf
3 werden Ionen eines ersten Leitungstyps in den Photodioden-Bereich220 implantiert, um einen Implantationsbereich eines ersten Leitungstyps221 auszubilden. Anschließend werden Ionen eines zweiten Leitungstyps in den Implantationsbereich des ersten Leitungstyps221 implantiert, um einen Implantationsbereich eines zweiten Leitungstyps223 herzustellen. - Zum Beispiel kann der Ionenimplantationsbereich eines ersten Leitungstyps
221 ausgebildet werden, indem n-Typ-Dotierstoffe implantiert werden, und der Ionenimplantationsbereich eines zweiten Leitungstyps223 kann ausgebildet werden, indem p-Typ-Dotierstoffe implantiert werden. Alternativ dazu kann der Ionenimplantationsbereich eines ersten Leitungstyps221 ausgebildet werden, indem p-Typ-Dotierstoffe implantiert werden, und der Ionenimplantationsbereich eines zweiten Leitungstyps223 kann ausgebildet werden, indem n-Typ-Dotierstoffe implantiert werden. Der Ionenimplantationsbereich eines ersten Leitungstyps221 und der Ionenimplantationsbereich eines zweiten Leitungstyps223 werden wie oben beschrieben ausgebildet, um eine Photodiode zu bilden. - Wenn die Löcher im Photodioden-Bereich
220 ausgebildet werden, können die Löcher im Photodioden-Bereich220 dicht aus gebildet werden. Indem die Löcher im Photodioden-Bereich220 dicht ausgebildet werden, kann die Menge des in die Löcher einfallenden Lichtes erhöht und die Empfindlichkeit des Bildsensors verbessert werden. In einer Ausführungsform kann der Photodioden-Bereich220 mit so vielen Löchern der minimalen Größe der Designregeln geätzt werden, wie auf die Fläche des Photodioden-Bereichs220 passen. - Anschließend kann eine Vor-Metall-dielektrische Schicht (engl.: "Pre-Metal-Dielectric", PMD) auf dem Halbleitersubstrat
200 ausgebildet werden, das Transistoren enthält. Mindestens eine Metallschicht wird auf der PMD-Schicht ausgebildet. In einer Ausführungsform können drei Metallschichten ausgebildet werden, aber abhängig vom Design können mehr oder weniger Metallschichten ausgebildet werden. - Auch kann weiterhin ein Farbfilter über dem Photodioden-Bereich
220 ausgebildet werden, um das Licht, das zu einem vorher festgelegten Wellenlängen-Band gehört und von oben in den Photodioden-Bereich220 auf dem Substrat200 einfällt, selektiv durchzulassen. Auch kann eine Mikrolinse auf dem Farbfilter ausgebildet werden, um das Licht zu sammeln. - Ein Bildsensor, der unter Verwendung des oben beschriebenen Verfahrens zur Herstellung eines Bildsensors produziert wird, enthält eine Isolationsschicht
210 , einen Photodioden-Bereich220 und einen Transistor-Bereich230 . Im Photodioden-Bereich220 kann eine Vielzahl von Löchern ausgebildet sein. - Die Löcher im Photodioden-Bereich
220 können mit verschiedenen Mustern auf dem Halbleitersubstrat200 ausgebildet sein. Die Löcher im Halbleitersubstrat200 können die Form von Gräben, eine runde Form oder eine Polygon-Form haben. Die Löcher können so ausgebildet sein, dass sie eine vorher festgelegte Tiefe haben. Die Löcher können dieselbe Form haben, oder es können mehrere Muster oder Formen benutzt werden. - Auch können die Löcher im Photodioden-Bereich
220 mit einer minimalen Größe entsprechend den Designregeln ausgebildet sein, die benutzt werden, wenn die Isolationsschicht210 ausgebildet wird. Hierdurch kann die Oberfläche des Photodioden-Bereichs220 vergrößert werden. Folglich kann eine Fläche, die beleuchtet wird, wenn Licht in einen Photodioden-Bereich220 einfällt, noch mehr vergrößert werden, und somit kann die Empfindlichkeit des Bildgeräts verbessert werden. - Wenn die Löcher im Photodioden-Bereich
220 ausgebildet werden, können die Löcher im Photodioden-Bereich220 dicht ausgebildet werden. Indem die Löcher im Photodioden-Bereich220 dicht ausgebildet werden, kann die Menge des in die Löcher einfallenden Lichtes erhöht und die Empfindlichkeit des Bildsensors verbessert werden. - Der Bildsensor mit der oben beschriebenen Struktur ermöglicht es, dass das von außen einfallende Licht durch die im Photodioden-Bereich
220 ausgebildeten Löcher in den Ionenimplantationsbereich des ersten Leitungstyps221 und in den Ionenimplantationsbereich des zweiten Leitungstyps223 übertragen wird. Das in die Löcher einfallende Licht kann auf den inneren Oberflächen der Löcher reflektiert werden und in den Ionenimplantationsbereich des ersten Leitungstyps221 und in den Ionenimplantationsbereich des zweiten Leitungstyps223 übertragen werden, die im Photodioden-Bereich220 ausgebildet sind. Das in die Löcher einfallende Licht kann mit minimalem Lichtverlust in den Photodioden-Bereich220 im Halbleitersubstrat übertragen werden. Somit kann, da das in die Löcher einfallende Licht mit minimalem Lichtverlust in den Photodioden-Bereich220 im Halbleitersubstrat übertragen werden kann, die Empfindlichkeit des Bildgeräts verbessert werden. - Ferner kann, wenn eine Mikrolinse zum Sammeln von Licht im Bildsensor entsprechend der Offenbarung ausgebildet wird, eine Toleranz für einen Prozess (engl.: "process margin") zur Herstellung der Mikrolinse vergrößert werden. Die Mikrolinse kann so ausgebildet werden, dass ihre Brennweite das Innere eines Lochs erreicht. Da im Wesentlichen das gesamte einfallende Licht in den Photodioden-Bereich
220 auf dem Halbleitersubstrat übertragen wird, macht es nichts, dass die Brennweite der Mikrolinse eine Länge hat, die einen beliebigen Teil des Inneren des Lochs erreicht, einschließlich zum Beispiel am Eingang des Lochs. Die Brennweite der Mikrolinse kann auch so ausgebildet werden, dass der Photodioden-Bereich220 erreicht wird. - Wie oben beschrieben, kann durch den Bildsensor und das Verfahren zu dessen Herstellung gemäß den Ausführungsformen die Empfindlichkeit erhöht werden, indem das einfallende Licht effizient in den Photodioden-Bereich übertragen wird.
- In der vorliegenden Beschreibung bedeutet jeder Verweis auf "eine Ausführungsform", "Ausführungsform", "Beispiel einer Ausführungsform", usw., dass ein spezielles Merkmal, eine Struktur oder ein Kennmerkmal, welches, bzw. welche in Verbindung mit der Ausführungsform beschrieben wird, in mindestens einer Ausführungsform der Erfindung enthalten ist. Das Auftreten derartiger Ausdrucksweisen an verschiedenen Stellen in der Beschreibung verweist nicht notwendig sämtlich auf die gleiche Ausführung. Ferner sei bemerkt, dass, wenn ein besonderes Merkmal, eine Struktur oder ein Kennmerkmal beschrieben wird, es sich innerhalb des Bereichs der Möglichkeiten eines Fachkundigen befindet, ein derartiges Merkmal, eine Struktur oder ein Kennmerkmal in Verbindung mit anderen der Ausführungsformen zu bewirken.
- Obwohl Ausführungsformen unter Verweis auf eine Anzahl erläuternder Beispiele für Ausführungsformen beschrieben wurden, sei bemerkt, dass zahlreiche weitere Abwandlungen und Ausführungsformen durch Fachkundige entworfen werden können, welche unter Prinzip und Schutzumfang der vorliegenden Offenbarung fallen. Insbesondere sind viele Änderungen und Abwandlungen der Bauteile und/oder der Anordnungen der fraglichen Kombinationsanordnung innerhalb des Schutzumfangs der Offenbarung, der Zeichnungen und der beigefügten Ansprüche möglich. Zusätzlich zu Änderungen und Abwandlungen der Bauteile und/oder der Anordnungen sind alternative Verwendungen gleichfalls für Fachkundige ersichtlich.
Claims (19)
- Bildsensor, umfassend: eine Isolationsschicht, einen Transistorbereich und einen Photodioden-Bereich, die auf einem Halbleitersubstrat ausgebildet sind, und eine Vielzahl von Löchern, die im Photodioden-Bereich dicht ausgebildet sind.
- Bildsensor gemäß Anspruch 1, wobei mindestens eines aus der Vielzahl der Löcher mit einer minimalen Größe der Designregeln ausgebildet ist.
- Bildsensor gemäß Anspruch 1 oder 2, der ferner eine Mikrolinse enthält, die auf dem Photodioden-Bereich ausgebildet ist, wobei eine Brennweite der Mikrolinse in ein Loch hinein reicht.
- Bildsensor gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, der ferner eine Mikrolinse enthält, die auf dem Photodioden-Bereich ausgebildet ist, wobei eine Brennweite der Mikrolinse den Photodioden-Bereich erreicht.
- Bildsensor gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Löcher im Photodioden-Bereich die Form von Gräben, eine runde Form oder eine Polygon-Form haben.
- Bildsensor, umfassend eine Isolationsschicht, einen Transistorbereich und einen Photodioden-Bereich, die auf einem Halbleitersubstrat ausgebildet sind; und mindestens drei im Photodioden-Bereich ausgebildete Löcher.
- Bildsensor gemäß Anspruch 6, wobei die Löcher im Photodioden-Bereich die Form von Gräben, eine runde Form oder eine Polygon-Form haben.
- Bildsensor gemäß Anspruch 6 oder 7, wobei der Photodioden-Bereich einen Ionenimplantationsbereich eines ersten Leitungstyps und einen Ionenimplantationsbereich eines zweiten Leitungstyps umfasst.
- Bildsensor gemäß Anspruch 8, wobei das Ion des ersten Leitungstyps ein n-Typ-Ion und das Ion des zweiten Leitungstyps ein p-Typ-Ion ist.
- Bildsensor gemäß Anspruch 8, wobei das Ion des ersten Leitungstyps ein p-Typ-Ion und das Ion des zweiten Leitungstyps ein n-Typ-Ion ist.
- Bildsensor gemäß einem der Ansprüche 6 bis 10, der ferner eine Mikrolinse umfasst, die auf dem Photodioden-Bereich ausgebildet ist, wobei eine Brennweite der Mikrolinse in ein Loch hinein reicht.
- Bildsensor gemäß einem der Ansprüche 6 bis 11, der ferner eine Mikrolinse umfasst, die auf dem Photodioden-Bereich ausgebildet ist, wobei eine Brennweite der Mikrolinse den Photodioden-Bereich erreicht.
- Verfahren zur Herstellung eines Bildsensors, wobei das Verfahren umfasst: Definieren eines Isolationsschicht-Bereichs, eines Transistorbereichs und eines Photodioden-Bereichs auf einem Halbleitersubstrat; dichtes Ausbilden einer Vielzahl von Löchern im Photodioden-Bereich; Ausbilden eines Ionenimplantationsbereichs eines ersten Leitungstyps durch Implantation von Ionen eines ersten Leitungstyps in den Photodioden-Bereich, der die Vielzahl von Löchern aufweist; Ausbilden eines Ionenimplantationsbereichs eines zweiten Leitungstyps durch Implantation von Ionen eines zweiten Leitungstyps in den Ionenimplantationsbereich des ersten Leitungstyps.
- Verfahren gemäß Anspruch 13, wobei das dichte Ausbilden der Vielzahl von Löchern im Photodioden-Bereich ein Ausbilden mindestens eines Lochs mit einer minimalen Größe der Designregeln umfasst.
- Verfahren gemäß Anspruch 13 oder 14, das weiterhin eine Durchführung einer Plasma-Behandlung umfasst, um nach der dichten Ausbildung der Vielzahl von Löchern im Photodioden-Bereich die Oberfläche des Substrates zu behandeln.
- Verfahren gemäß einem der Ansprüche 13 bis 15, wobei die Oberflächen der Löcher im Photodioden-Bereich mit einer runden Form oder einer Polygon-Form ausgebildet werden.
- Verfahren gemäß einem der Ansprüche 13 bis 16, wobei die Vielzahl von Löchern im Photodioden-Bereich während eines Ätzprozesses zur Herstellung der Isolationsschicht auf dem Halbleitersubstrat dicht ausgebildet wird.
- Verfahren gemäß einem der Ansprüche 13 bis 17, das weiterhin ein Ausbilden einer Mikrolinse auf dem Photodioden-Bereich umfasst, wobei eine Brennweite der Mikrolinse in ein Loch hinein reicht.
- Verfahren gemäß einem der Ansprüche 13 bis 18, das weiterhin ein Ausbilden einer Mikrolinse auf dem Photodioden-Bereich umfasst, wobei eine Brennweite der Mikrolinse den Photodioden-Bereich erreicht.
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