DE102007049400A1

DE102007049400A1 - Bildsensor und Verfahren zur Herstellung desselben

Info

Publication number: DE102007049400A1
Application number: DE102007049400A
Authority: DE
Inventors: Ji Ho Hwaseong Hong
Original assignee: Dongbu HitekCo Ltd
Current assignee: DB HiTek Co Ltd
Priority date: 2007-06-08
Filing date: 2007-10-15
Publication date: 2008-12-11
Also published as: US7683408B2; JP4680247B2; CN101320741B; JP2008306155A; US20080303071A1; CN101320741A; KR100851756B1

Abstract

Ein Bildsensor und ein Verfahren zur Herstellung desselben werden ausgebildet. Ein Pixel-Gebiet und ein Gebiet der Peripherieschaltung können eine Stufendifferenz auf einem Halbleitersubstrat aufweisen. Eine komplementäre Metalloxidhalbleiter (CMOS)-Schaltung kann auf dem Pixel-Gebiet ausgebildet sein, und eine dielektrische Zwischenschicht kann auf dem Pixel-Gebiet und dem Gebiet der Peripherieschaltung ausgebildet sein. Eine Photodiode kann auf der dielektrischen Zwischenschicht des Pixel-Gebiets ausgebildet sein, so dass die Oberseite der Photodiode oder eine intrinsische Schicht der Photodiode in etwa eben mit der Oberseite der dielektrischen Zwischenschicht des Gebiets der Peripherieschaltung ist.

Description

HINTERGRUND
Komplementäre Metalloxidhalbleiter (CMOS)-Bildsensoren enthalten in der Regel eine Photodiode und einen Metalloxidhalbleiter (MOS)-Transistor in jedem Einheitspixel. CMOS-Bildsensoren erfassen sequenziell elektrische Signale eines jeden Einheitspixels in einem Umschaltmodus, um Bilder zu erkennen.
Ein CMOS-Bildsensor enthält einen Photodiodenbereich zum Empfang eines optischen Signals und zum Konvertieren desselben in ein elektrisches Signal und ein Transistorgebiet zur Verarbeitung des elektrischen Signals.
Ein typischer CMOS-Bildsensor des Stands der Technik weist eine Struktur auf, in der die Photodiode und der Transistor horizontal auf dem Halbleitersubstrat angeordnet sind. Somit fällt ein Großteil des einfallenden Lichts nicht auf die Photodiode, was zu einer geringen Fülldichte führt.
Damit besteht in der Technik der Bedarf nach einem verbesserten Bildsensor und nach einem Herstellungsverfahren desselben.
KURZÜBERSICHT
Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung bilden einen Bildsensor und ein Herstellungsverfahren desselben aus, mit denen eine Transistorschaltung und eine Photodiode vertikal integriert werden können.
In einer Ausführungsform kann ein Bildsensor ein Pixel-Gebiet und ein Gebiet der Peripherieschaltung auf einem Halbleitersubstrat umfassen, so dass die Oberseite des Halbleitersubstrats des Pixel-Gebiets niedriger liegt als die Oberseite des Halbleitersubstrats des Gebiets der Peripherieschaltung. Eine komplementäre Metalloxidhalbleiter (CMOS)-Schaltung kann auf dem Pixel-Gebiet ausgebildet sein, und eine dielektrische Zwischenschicht kann auf dem Pixel-Gebiet und dem Gebiet der Peripherieschaltung ausgebildet sein. Eine Photodiode kann auf der dielektrischen Zwischenschicht des Pixel-Gebiets ausgebildet sein, wobei die Oberseite der Photodiode oder die Oberseite einer intrinsischen Schicht der Photodiode in etwa eben mit der Oberseite der dielektrischen Zwischenschicht des Gebiets der Peripherieschaltung ist.
In einer Ausführungsform kann ein Verfahren zur Herstellung eines Bildsensors umfassen:
Ausbilden eines Pixel-Gebiets und eines Gebiets der Peripherieschaltung auf einem Halbleitersubstrat, so dass die Oberseite des Halbleitersubstrats auf dem Pixel-Gebiet niedriger als die Oberseite des Halbleitersubstrats des Gebiets der Peripherieschaltung liegt;
Ausbilden einer Transistorschaltung auf dem Pixel-Gebiet;
Ausbilden einer dielektrischen Zwischenschicht auf dem Pixel-Gebiet und dem Gebiet der Peripherieschaltung; und
Ausbilden einer Photodiode auf der dielektrischen Zwischenschicht des Pixel-Gebiets, wobei eine Oberseite der Photodiode in etwa eben mit der Oberseite der dielektrischen Zwischenschicht im Gebiet der Peripherieschaltung ist.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 und 6 sind Querschnittsansichten, die ein Herstellungsverfahren eines Bildsensors gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigen.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
Wenn hier die Begriffe "auf" oder "über" verwendet werden, um auf Schichten, Gebiete, Muster oder Strukturen Bezug zu nehmen, versteht es sich, dass die Schicht, das Gebiet, das Muster oder die Struktur sich direkt auf einer anderen Schicht oder Struktur befinden kann, oder auch dazwischenliegende Schichten, Gebiete, Muster oder. Strukturen vorhanden sein können. Wenn hier die Begriffe "unter" oder "darunter" verwendet werden, um auf Schichten, Gebiete, Muster oder Strukturen Bezug zu nehmen, versteht es sich, dass die Schicht, das Gebiet, das Muster oder die Struktur sich direkt auf einer anderen Schicht oder Struktur befinden kann, oder auch dazwischenliegende Schichten, Gebiete, Muster oder Strukturen vorhanden sein können.
5 ist eine Querschnittsansicht eines Bildsensors gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
In einer Ausführungsform können ein Pixel-Gebiet A und ein Gebiet B der Peripherieschaltung auf dem Halbleitersubstrat 10 ausgebildet sein, so dass ein Abschnitt D einer Stufendifferenz zwischen dem Pixel-Gebiet A und dem Gebiet B der Peripherieschaltung erzeugt wird.
Ein Teil des Halbleitersubstrats 10 mit dem das Pixel-Gebiet A ausgebildet ist, kann niedriger liegen als ein Teil des Halbleitersubstrats 10, mit dem das Gebiet B der Peripherieschaltung ausgebildet ist.
Komplementäre Metalloxidhalbleiter (CMOS)-Schaltungen 12 und 13 können im Pixel-Gebiet A und im Gebiet B der Peripherieschaltung ausgebildet sein.
Eine dielektrische Zwischenschicht 20 kann sowohl auf dem Pixel-Gebiet A wie auch auf dem Gebiet B der Peripherieschaltung vorgesehen sein.
Metallzwischenverbindungen 30 und 31 können in der dielektrischen Zwischenschicht 20 in sowohl dem Pixel-Gebiet A als auch dem Gebiet B der periphereren Schaltung vorgesehen sein. Ein Pad 32 kann auf der dielektrischen Zwischenschicht 20 im Gebiet B der Peripherieschaltung vorgesehen sein.
Eine Photodiode 80 kann auf der dielektrischen Zwischenschicht 20 im Pixel-Gebiet A vorgesehen sein.
Die Photodiode 80 kann eine leitfähige Schicht 50 eines ersten leitfähigen Typs, eine intrinsische Schicht 60 und eine leitfähige Schicht 70 des zweiten leitfähigen Typs umfassen.
In einer Ausführungsform kann die intrinsische Schicht 60 der Photodiode 80 so ausgebildet sein, dass die Oberseite in etwa eben mit der Oberseite der dielektrischen Zwischenschicht 20 im Gebiet B der Peripherieschaltung ist.
Eine obere Elektrode 90 kann auf zumindest einem Teil der Photodiode 80 und auf der dielektrischen Zwischenschicht 20 des Gebiets B der Peripherieschaltung ausgebildet sein.
Ein Farbfilter 100 kann auf der oberen Elektrode des Pixel-Gebiets A vorgesehen sein. Ebenso kann eine Mikrolinse 110 auf dem Farbfilter 100 vorgesehen sein.
Mit Bezugnahme auf 6 kann in einer weiteren Ausführungsform die leitfähige Schicht 71 des zweiten leitfähigen Typs der Photodiode 80 so ausgebildet sein, dass ihre Oberseite in etwa mit der Oberseite der dielektrischen Zwischenschicht 20 im Gebiet B der Peripherieschaltung eben ist.
Mit Bezugnahme auf 1 kann ein Photolackmuster 200 auf einem Halbleitersubstrat 10 ausgebildet sein, um ein Pixel-Gebiet A und ein Gebiet B einer Peripherieschaltung zu bilden. Das Halbleitersubstrat 10 kann jedes geeignete in der Technik bekannte Substrat sein, zum Beispiel ein Substrat eines P-Typs (p++-Substrat). In einer Ausführungsform kann eine Epitaxieschicht (P-Epi-Schicht) des P-Typs mit geringer Konzentration auf dem Halbleitersubstrat 10 ausgebildet sein.
Das Photolackmuster 200 kann zumindest einen Teil des Halbleitersubstrats 10, auf dem das Pixel-Gebiet A ausgebildet ist, freilegen, während es zumindest einen Teil des Halbleitersubstrats 10, auf dem das Gebiet B der Peripherieschaltung ausgebildet ist, bedeckt.
Mit Bezugnahme auf 2 kann das Halbleitersubstrat 10 mit Hilfe des Photolackmusters 200 als Ätzmaske geätzt werden. Dementsprechend kann eine Stufendifferenz D zwischen dem Pixel-Gebiet A und dem Gebiet B der Peripherieschaltung erzeugt werden.
Somit kann das Halbleitersubstrat 10, auf dem das Pixel-Gebiet A ausgebildet ist, eine geringer Höhe aufweisen als das Halbleitersubstrat 10, auf dem das Gebiet B der Peripherieschaltung ausgebildet ist.
Ein Linsengebiet, das nachfolgend im Pixel-Gebiet A ausgebildet wird, kann eine Dicke haben, die in etwa der Höhe der Stufendifferenz D entspricht. Damit kann die Stufendifferenz D hilfreich sein, wenn nachfolgend Farbfilter und Mikrolinsen ausgebildet werden. Wenn die Stufendifferenz D nicht im Halbleitersubstrat 10 zwischen dem Pixel-Gebiet A und dem Gebiet B der Peripherieschaltung ausgebildet ist, kann die Oberseite einer Photodiode höher sein als die Oberseite des Gebiets B der Peripherieschaltung, was zu Schwierigkeiten bei der Ausbildung des Farbfilters und der Mikrolinse führt.
Dementsprechend können im Folgenden ein Farbfilter und eine Mikrolinse einfacher ausgebildet werden, wenn das mit dem Pixel-Gebiet A vorgesehene Halbleitersubstrat 10 niedriger als das Gebiet B der Peripherieschaltung vorgesehenen Halbleitersubstrats 10 ausgebildet ist.
Das Halbleitersubstrat 10 kann geätzt werden, zum Beispiel mit einem Trockenätzprozess oder einem Nassätzprozess.
In einer Ausführungsform kann das Halbleitersubstrat 10 durch einen Trockenätzprozess geätzt werden, und eine Hochfrequenzleistung oder ein injiziertes Gas können so angepasst werden, dass die Stufendifferenz D zwischen dem Pixel-Gebiet A und dem Gebiet B der Peripherieschaltung eine Neigung aufweisen kann.
In einer anderen Ausführungsform kann das Halbleitersubstrat 10 durch einen Nassätzprozess geätzt werden, und eine Menge an Ätzmittel kann so angepasst werden, dass die Stufendiffe renz D zwischen dem Pixel-Gebiet A und dem Gebiet B der Peripherieschaltung eine Neigung aufweisen kann.
Das Photolackmuster 200 kann dann entfernt werden.
Mit Bezugnahme auf 3 können eine Isolierschicht 11 und CMOS-Schaltungen 12 und 13 auf dem Halbleitersubstrat 10 im Pixel-Gebiet A und dem Gebiet B der Peripherieschaltung ausgebildet werden. Die Isolierschicht 11 kann zum Beispiel durch einen Flachen-Graben-Isolationsprozess (Shallow Trench Isolation, STI) ausgebildet werden.
CMOS-Schaltungen 12 können in Einheitspixeln im Pixel-Gebiet A ausgebildet sein. CMOS-Schaltungen 13 können auch im Gebiet B der Peripherieschaltung ausgebildet sein.
Die CMOS-Schaltung 12 des Pixel-Gebiets A kann zum Beispiel einen Auswahltransistor, einen Treibertransistor, einen Reset-Transistor und einen Transfer-Transistor zum Umwandeln optischer Ladungen, die durch eine Photodiode erzeugt wird, in ein elektrisches Signal umfassen.
Eine dielektrische Zwischenschicht 20 und Metallzwischenverbindungen 30 und 31 können sowohl auf dem Pixel-Gebiet A wie auch auf dem Gebiet B der Peripherieschaltung vorgesehen sein.
Da das Pixel-Gebiet A niedriger als das Gebiet B der Peripherieschaltung liegt, befindet sich ein Teil der auf dem Pixel-Gebiet A ausgebildeten dieelektrischen Zwischenschicht 20 niedriger als ein Teil der dieelektrischen Zwischenschicht 20, die auf dem Gebiet B der Peripherieschaltung ausgebildet ist.
Die dielektrische Zwischenschicht 20 kann eine beliebige geeignete in der Technik bekannte Struktur aufweisen, zum Beispiel eine mehrschichtige Struktur. In einer Ausführungsform mit einer mehrschichtigen dielektrischen Struktur 20 können eine Vielzahl von Metallzwischenverbindungen 30 und 31 in der dielektrischen Zwischenschicht 20 ausgebildet sein.
In einer Ausführungsform können die Metallzwischenverbindungen 30 und 31 zusammen während desselben Prozesses auf dem Pixel-Gebiet A und auf dem Gebiet B der Peripherieschaltung ausgebildet werden. In einer anderen Ausführungsform können die Metallzwischenverbindungen 30 auf dem Pixel-Gebiet A getrennt von den Metallzwischenverbindungen ausgebildet werden, die auf dem Gebiet B der Peripherieschaltung ausgebildet werden.
Eine Metallzwischenverbindung 30 des Pixel-Gebiets A kann in jedem Einheitspixel dergestalt vorgesehen sein, dass jede CMOS-Schaltung 12 mit einer Photodiode verbunden werden kann.
Die Metallzwischenverbindungen 30 und 31 können aus Metall, einer Legierung, Silizid oder jedem anderen geeignetem in der Technik bekannten Material ausgebildet werden. Zum Beispiel können die Metallverbindungen 30 und 31 aus Aluminium (Al), Kupfer (Cu) oder Wolfram (W) gebildet werden.
Ein Pad 32 kann in dem Gebiet B der Peripherieschaltung ausgebildet werden, wenn die Metallzwischenverbindungen 31 ausgebildet werden.
Dementsprechend kann nach Ausbilden der dielektrischen Zwischenschicht 20 mit Metallzwischenverbindungen 30 und 31, die Oberseite der dielektrischen Zwischenschicht 20 in dem Pixel- Gebiet A niedriger sein, in etwa um die Stufendifferenz D, als die Oberseite der dielektrischen Zwischenschicht 20 im Gebiet B der Peripherieschaltung.
Mit Bezugnahme auf 4 kann in einer Ausführungsform eine untere Elektrode 40 auf der dielektrischen Zwischenschicht 20 des Pixel-Gebiets A ausgebildet sein, so dass die untere Elektrode 40 elektrisch mit der Metallverbindung 30 verbunden sein kann. Die untere Elektrode 40 kann aus jedem geeigneten in der Technik bekannten Material gebildet sein, wie zum Beispiel Chrom (Cr), Titan (Ti), Titanwolfram (TiW) oder Tantal (Ta). In einer anderen Ausführungsform kann die untere Elektrode nicht ausgebildet sein.
Eine Photodiode 80 kann auf der dielektrischen Zwischenschicht 20 des Pixel-Gebiets A ausgebildet sein.
Die Photodiode 80 kann auf der dielektrischen Zwischenschicht 20 des Pixel-Gebiets A ausgebildet sein, so dass die Photodiode 80 externes Licht empfangen und in eine elektrische Ladung konvertieren kann. In einer Ausführungsform kann die Photodiode 80 eine PIN-Diode sein.
Eine PIN-Diode kann eine Sperrschichtstruktur des P-Typs aus amorphen Silizium, intrinsischen amorphen Silizium und amorphen Silizium des N-Typs aufweisen.
Die Leistung einer Photodiode wird in der Regel durch die Effizienz der Aufnahme externen Lichts bestimmt, um dieses in eine elektrische Form und eine gesamte Ladungsmenge zu konvertieren. Eine zugehörige Photodiode erzeugt und speichert elektrische Ladungen in einem Verarmungsgebiet, das in der heterogenen Sperrschicht von P-N, N-P, N-P-N und P-N-P er stellt wurde. Die P-I-N-Photodiode ist eine optische Diode, in der eine intrinsische amorphe Siliziumschicht mit einer Siliziumschicht des P-Typs und einer Siliziumschicht des N-Typs verbunden werden kann. Die intrinsische amorphe Siliziumschicht kann ein Verarmungsgebiet werden, so dass die elektrischen Ladungen erzeugt und gespeichert werden können.
Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann eine PIN-Diode als Photodiode 80 verwendet werden, und die PIN-Diode kann eine P-I-N-Struktur, eine N-I-P-Struktur oder eine I-P-Struktur aufweisen. Zum Beispiel kann die PIN-Diode eine P-I-N-Struktur aufweisen und eine amorphe Siliziumschicht des N-Typs, eine intrinsische amorphe Siliziumschicht und eine amorphe Siliziumschicht des P-Typs können jeweils als leitfähige Schicht eines ersten leitfähigen Typs, eine intrinsische Schicht und eine leitfähige Schicht eines zweiten leitfähigen Typs bezeichnet werden. Natürlich sind Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung nicht darauf beschränkt. Zum Beispiel kann die amorphe Siliziumschicht des P-Typs die leitfähige Schicht des ersten leitfähigen Typs sein, und die amorphe Siliziumschicht des N-Typs kann die leitfähige Schicht des zweiten leitfähigen Typs sein.
Die leitfähige Schicht 50 des ersten leitfähigen Typs kann auf der dielektrischen Zwischenschicht 20 im Pixel-Gebiet A ausgebildet sein. In einer Ausführungsform kann die leitfähige Schicht 50 des ersten leitfähigen Typs auch um die untere Elektrode 40, falls vorhanden, ausgebildet sein.
In einer Ausführungsform kann die leitfähige Schicht 50 des ersten leitfähigen Typs als N-Schicht einer PIN-Diode dienen.
Zum Beispiel kann die leitfähige Schicht 50 des ersten leitfähigen Typs mit N-dotiertem amorphen Silizium ausgebildet werden, wie Si:H (a-Si:H), a-SiGe:H, a-SiC, a-SiN:H oder a-SiO:H.
Die leitfähige Schicht 50 des ersten leitfähigen Typs kann durch zum Beispiel einen chemischen Aufdampfungsprozess (Chemical Vapor Deposition, CVD) wie einen Plasma-optimierten chemischen Aufdampfungsprozess (Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition, ECVD) ausgebildet werden. In einer Ausführungsform enthält die leitfähige Schicht 50 des ersten leitfähigen Typs N-dotiertes amorphes Silizium, das erhalten werden kann, indem SiH₄ mit PH₃ und P₂H₅ gemischt wird und diese Mischung dann durch einen PECVD-Prozess bei einer Temperatur von etwa 100°C bis etwa 400°C aufgedampft wird.
In einer Ausführungsform kann die leitfähige Schicht 50 des ersten leitfähigen Typs auf dem oberen Bereich der Metallzwischenverbindungen 30 ausgebildet sein, die gemäß den Einheitspixeln unterteilt sind, und die Photodiode 80 kann gemäß der Einheitspixeln unterteilt sein.
Die Oberseite der leitfähigen Schicht 50 des ersten leitfähigen Typs im Pixel-Gebiet A kann niedriger als die Oberseite der dielektrischen Zwischenschicht 20 im Gebiet B der Peripherieschaltung liegen.
Die intrinsische Schicht 60 kann auf der leitfähigen Schicht 50 des ersten leitfähigen Typs ausgebildet sein. In einer Ausführungsform kann die intrinsische Schicht 60 als eine I-Schicht einer PIN-Diode fungieren.
Die intrinsische Schicht 60 kann aus amorphen Silizium gebildet sein. Zum Beispiel kann die intrinsische Schicht 60 mit Hilfe von intrinsischem amorphen Silizium durch einen PECVD-Prozess mit SiH₄ ausgebildet werden.
In einer Ausführungsform kann die intrinsische Schicht 60 eine Dicke aufweisen, die etwa 10 Mal bis etwa 1.000 Mal größer ist als die Dicke der leitfähigen Schicht 50 des ersten leitfähigen Typs. Das Verarmungsgebiet einer PIN-Diode kann vergrößert werden, wenn die Dicke der intrinsischen Schicht 60 erhöht wird, so dass sehr viele optische Ladungen erzeugt und gespeichert werden können.
Die Oberseite der intrinsischen Schicht 60 kann niedriger. sein als die Oberseite der dielektrischen Schicht 20 des Gebiets B der Peripherieschaltung oder in etwa dazu eben sein.
In einer Ausführungsform kann ein chemisch-mechanischer Polierprozess (Chemical Mechanical Polishing, CMP) auf der intrinsischen Schicht 60 durchgeführt werden, so dass die Oberseite der intrinsischen Schicht 60 niedriger ist als die Oberseite der dielektrischen Zwischenschicht 20 des Gebiets B der Peripherieschaltung oder in etwa dazu eben ist.
Darüber hinaus kann in einer Ausführungsform die intrinsische Schicht 60 nach Durchführung des CMP-Prozesses überätzt werden.
Mit erneuter Bezugnahme auf 4 kann eine leitfähige Schicht 70 eines zweiten leitfähigen Typs auf der intrinsischen Schicht 60 ausgebildet werden.
Die leitfähige Schicht 70 des zweiten leitfähigen Typs kann als P-Schicht einer PIN-Diode dienen.
Die leitfähige Schicht 70 des zweiten leitfähigen Typs kann mit Hilfe von zum Beispiel P-dotiertem amorphen Silizium ausgebildet werden.
Die leitfähige Schicht 70 des zweiten leitfähigen Typs kann durch zum Beispiel einen chemischen Aufdampfungsprozess (Chemical Vapor Deposition, CVD) wie einem Plasma-optimierten chemischen Aufdampfungsprozess (Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition, ECVD) ausgebildet werden. Zum Beispiel kann die leitfähige Schicht 70 des zweiten leitfähigen Typs P-dotiertes amorphes Silizium enthalten, das durch Mischen von SiH₄ mit BH₃ oder B₂H₆ erhalten wird, und das Ergebnis wird durch einen PECVD-Prozess aufgedampft.
Damit kann die Photodiode 80 die leitfähige Schicht 50 des ersten leitfähigen Typs, eine intrinsische Schicht 60 und eine leitfähige Schicht 70 des zweiten leitfähigen Typs umfassen, die auf dem Pixel-Gebiet A ausgebildet sind.
Die Photodiode 80 kann elektrisch mit der CMOS-Schaltung 12 und der Metallzwischenverbindung 30 auf dem Pixel-Gebiet A verbunden sein, um eine vertikale Integration zu verwirklichen.
Eine obere Elektrode 90 kann auf der dielektrischen Zwischenschicht 20 mit der Photodiode 80 ausgebildet werden.
Die obere Elektrode 90 kann eine transparente Elektrode mit guten Lichtübertragungs- und Leitfähigkeitseigenschaften sein. Die obere Elektrode 90 kann zum Beispiel aus Indiumzinn oxid(ITO), Kadmiumzinnoxid (CTO), Zinkoxid (ZnO₂) oder jedem anderen geeigneten, in der Technik bekannten Material ausgebildet werden.
Die obere Elektrode 90 kann auf der Photodiode 80 und zumindest einem Teil der dielektrischen Zwischenschicht 20 mit der Metallzwischenverbindung 31 des Gebiets B der Peripherieschaltung ausgebildet sein, so dass ein elektrisches Signal an die Photodiode 80 und die Metallzwischenverbindung 31 des. Gebiets B der Peripherieschaltung angelegt werden kann.
Das in der dielektrischen Zwischenschicht 20 im Gebiet B der Peripherieschaltung ausgebildete Pad 32 kann freigelegt sein. In einer Ausführungsform kann das Pad 32 freigelegt werden, nachdem ein Farbfilter und/oder eine Mikrolinse ausgebildet sind.
Ein Farbfilter 100 kann auf der oberen Elektrode 90 über der Photodiode 80 ausgebildet werden.
Ein Farbfilter 100 kann zum Beispiel durch Beschichten der oberen Elektrode 90 mit einer Farbfilterschicht gebildet werden, für die ein Belichtungs- und Entwicklungsprozess mit einer Mustermaske durchgeführt wird. Ein Farbfilter 100 kann in jedem Einheitspixeln ausgebildet werden, um eine bestimmte Farbe aus dem einfallenden Licht zu filtern. Jeder Farbfilter 100 kann unterschiedliche Farben repräsentieren, wie Rot, Grün und Blau.
Eine Mikrolinse 110 kann auf dem Farbfilter 100 ausgebildet sein.
Die Mikrolinse 110 kann zum Beispiel durch Durchführen eines Spin-Prozesses bezüglich eines Photolackfilms für die Mikro linse auf dem Farbfilter 100 ausgebildet werden. In einer Ausführungsform kann die Mikrolinse 110 durch einen Verfließprozess gebildet werden, nachdem der Photolackfilm Belichtungs- und Entwicklungsprozessen unterzogen wurde.
In einer Ausführungsform, wie in 5 dargestellt, kann die Oberseite der intrinsischen Schicht 60 der Photodiode 80 in etwa eben mit der Oberseite der dielektrischen Zwischenschicht 20 des Gebiets B der Peripherieschaltung sein. Darüber hinaus, da die leitfähige Schicht 70 des zweiten leitfähigen Typs und die obere Elektrode 90 relativ dünn sein können, kann die Oberseite des Pixel-Gebiets A nahezu eben mit der Oberseite des Gebiets B der Peripherieschaltung sein.
Somit kann die Stufendifferenz D zwischen dem Pixel-Gebiet A und dem Gebiet B der Peripherieschaltung in etwa dieselbe Dicke wie die Photodiode 80 aufweisen, so dass die Oberseite des Pixel-Gebiets A in etwa eben zur Oberseite des Gebiets B der Peripherieschaltung sein kann.
Dementsprechend können der Farbfilter 100 und die Mikrolinse 110 einfach auf der Photodiode 80 ausgebildet werden.
Darüber hinaus können, da der Farbfilter 100 und die Mikrolinse 110 auf einer im Wesentlichen planarisierten Fläche ausgebildet werden können, der Farbfilter 100 und die Mikrolinse 110 in einer gewünschten Form ausgebildet werden.
Mit Bezugnahme auf 6 können in einer Ausführungsform die intrinsische Schicht 61 und die leitfähige Schicht 71 des zweiten leitfähigen Typs so ausgebildet sein, dass die Oberseite der leitfähigen Schicht 71 des zweiten leitfähigen Typs in etwa eben mit der Oberseite der dielektrischen Zwischenschicht 20 des Gebiets B der Peripherieschaltung ist.
In dieser Ausführungsform kann nach Ausbilden der intrinsischen Schicht 60 auf der leitfähigen Schicht 50 des ersten leitfähigen Typs die intrinsische Schicht 60 durch einen CMP (Chemisch-Mechanischen-Polier)-Prozess überätzt werden, so dass die Oberseite der intrinsischen Schicht 61 sich unterhalb der Oberseite der dielektrischen Zwischenschicht 20 des Gebiets B der Peripherieschaltung befinden kann.
In dieser Ausführungsform, wenn die leitfähige Schicht 70 des zweiten leitfähigen Typs auf der intrinsischen Schicht 61 ausgebildet wird, kann ein CMP-Prozess auf der leitfähigen Schicht 70 des zweiten leitfähigen Typs durchgeführt werden, so dass die Oberseite der leitfähigen Schicht 71 in etwa eben mit der Oberseite der dielektrischen Zwischenschicht 20 des Gebiets B der Peripherieschaltung sein kann.
Dementsprechend kann in dieser Ausführungsform die Oberseite der Photodiode 80 mit der leitfähigen Schicht 50 des ersten leitfähigen Typs, der intrinsischen Schicht 61 und der leitfähigen Schicht 71 des zweiten leitfähigen Typs in etwa eben mit der Oberseite der dielektrischen Zwischenschicht 20 des Gebiets B der Peripherieschaltung sein.
Dann kann eine obere Elektrode 90 auf der Photodiode 80 und zumindest einem Teil der dielektrischen Zwischenschicht 20 des Gebiets B der Peripherieschaltung ausgebildet werden. Der Farbfilter 100 kann auf der oberen Elektrode 90 über der Photodiode 80 ausgebildet sein, und die Mikrolinse 110 kann auf dem Farbfilter 100 ausgebildet sein.
Dementsprechend, da der Farbfilter 100 und die Mikrolinse 110 auf einer planarisierten Fläche ausgebildet sein können, in der die Stufendifferenz zwischen dem Pixel-Gebiet A und dem Gebiet B der Peripherieschaltung verringert wurde, können der Prozess der Ausbildung des Farbfilters 100 und der Mikrolinse 110 einfacher durchgeführt werden.
Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann eine Photodiode mit einer PIN-Struktur auf dem Halbleitersubstrat ausgebildet werden, die eine vertikale Integration der Transistorschaltung und der Photodiode vorsieht. Dementsprechend kann die Fülldichte an die 100 betragen.
Darüber hinaus können Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung eine höhere Empfindlichkeit als Bildsensoren der verwandten Technik in derselben Pixelgröße bieten.
Auch kann jedes Einheitenpixel eines Bildsensors gemäß der vorliegenden Erfindung komplexe Schaltungen verwirklichen, ohne die Sensitivität zu verringern.
Weiterhin können der Farbfilter und die Mikrolinse einfach ausgebildet werden, da die Oberseite der Photodiode in etwa eben zur Oberseite der dielektrischen Zwischenschicht des Gebiets der Peripherieschaltung ist.
Jede Bezugnahme in dieser Beschreibung auf „die eine Ausführungsform", „eine Ausführungsform", „eine beispielhafte Ausführungsform" usw. bedeutet, dass ein bestimmtes Merkmal, eine Struktur oder eine Eigenschaft, die in Verbindung mit der Ausführungsform beschrieben wird, in mindestens einer Ausführungsform der Erfindung enthalten ist. Die Vorkommen solcher Ausdrücke an verschiedenen Stellen in der Beschreibung bezie hen sich nicht notwendigerweise alle auf dieselbe Ausführungsform. Weiterhin, wenn ein bestimmtes Merkmal, eine bestimmte Struktur oder eine bestimmte Eigenschaft in Verbindung mit einer beliebigen Ausführungsform beschrieben wird, versteht es sich, dass es im Bereich eines Fachmanns liegt, das Merkmal, die Struktur oder die Eigenschaft in Verbindung mit anderen Ausführungsformen zu verwirklichen.
Obwohl Ausführungsformen mit Bezugnahme auf mehrere veranschaulichende Ausführungsformen davon beschrieben wurden, versteht es sich, dass vielzählige andere Modifikationen und Ausführungsformen von Fachleuten erdacht werden können, die dem Geist und Umfang der Grundsätze dieser Offenlegung entsprechen. Im Besonderen sind verschiedene Variationen und Modifikationen in den Komponententeilen und/oder Anordnungen der kombinierten Anordnung des Themas im Umfang der Offenbarung, der Zeichnungen und der Ansprüche im Anhang möglich. Zusätzlich zu den Variationen und Modifikationen in den Komponententeilen und/oder Anordnungen sind für Fachleute auch alternative Verwendungen ersichtlich.

Claims

Ein Bildsensor, umfassend: ein Halbleitersubstrat mit einem Pixel-Gebiet und einem Gebiet einer Peripherieschaltung, wobei eine Oberseite des Halbleitersubstrats des Gebiets der Peripherieschaltung höher liegt als eine Oberseite des Halbleitersubstrats des Pixel-Gebiets; eine komplementäre Metalloxidhalbleiter-Schaltung (CMOS) auf dem Halbleitersubstrat im Pixel-Gebiet; eine dielektrische Zwischenschicht auf dem Halbleitersubstrat im Pixel-Gebiet und dem Gebiet der Peripherieschaltung; und eine Photodiode auf der dielektrischen Zwischenschicht des Pixel-Gebiets; wobei die Photodiode eine intrinsische Schicht umfasst, und wobei eine Oberseite der Photodiode oder eine Oberseite der intrinsischen Schicht der Photodiode in etwa eben zur Oberseite der dielektrischen Zwischenschicht des Gebiets der Peripherieschaltung ist.
Der Bildsensor gemäß Anspruch 1, weiterhin eine CMOS-Schaltung auf dem Halbleitersubstrat im Gebiet der Peripherieschaltung umfassend.
Der Bildsensor gemäß einem der Ansprüche 1 bis 2, weiterhin umfassend ein Pad und eine Metallzwischenverbindung, die durch die dielektrische Zwischenschicht verläuft.
Der Bildsensor gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei ein Teil einer Oberseite der dielektrischen Zwischenschicht des Pixel-Gebiets unterhalb eines Bereichs der Oberseite der dielektrischen Zwischenschicht des Gebiets der Peripherieschaltung liegt.
Der Bildsensor gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Photodiode weiterhin eine leitfähige Schicht eines ersten leitfähigen Typs unter der intrinsischen Schicht und eine leitfähige Schicht eines zweiten leitfähigen Typs auf der intrinsischen Schicht umfasst.
Der Bildsensor gemäß Anspruch 5, wobei eine Oberseite der leitfähigen Schicht des zweiten leitfähigen Typs der Photodiode in etwa eben mit der Oberseite der dielektrischen Zwischenschicht des Gebiets der Peripherieschaltung ist.
Der Bildsensor gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6, weiterhin eine untere Elektrode auf der dielektrischen Zwischenschicht unterhalb der Photodiode umfassend.
Der Bildsensor gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei eine Oberseite der intrinsischen Schicht der Photodiode in etwa eben ist mit der Oberseite der dielektrischen Zwischenschicht des Gebiets der Peripherieschaltung.
Der Bildsensor gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8, weiterhin eine obere Elektrode auf der Photodiode und zumindest einem Teil der dielektrischen Zwischenschicht des Gebiets der Peripherieschaltung umfassend.
Der Bildsensor gemäß Anspruch 9, weiterhin umfassend: einen Farbfilter auf der oberen Elektrode über der Photodiode; und eine Mikrolinse auf dem Farbfilter.
Der Bildsensor gemäß einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei die Photodiode eine PIN-Diode, eine NIP-Diode oder eine IP-Diode ist.
Ein Verfahren zur Herstellung eines Bildsensors, umfassend: Ausbilden eines Pixel-Gebiets und eines Gebiets einer Peripherieschaltung auf einem Halbleitersubstrat, wobei eine Oberseite des Halbleitersubstrats des Gebiets der Peripherieschaltung höher liegt als die Oberseite des Halbleitersubstrats des Pixel-Gebiets. Ausbilden einer Transistorschaltung auf dem Pixel-Gebiet; Ausbilden einer dielektrischen Zwischenschicht auf dem Pixel-Gebiet und dem Gebiet der Peripherieschaltung; und Ausbilden einer Photodiode auf der dielektrischen Zwischenschicht des Pixel-Gebiets; wobei eine Oberseite der Photodiode in etwa eben zu einer Oberseite der dielektrischen Zwischenschicht des Gebiets der Peripherieschaltung ist.
Das Verfahren gemäß Anspruch 12, weiterhin umfassend ein Ausbilden einer Transistorschaltung auf dem Gebiet der Peripherieschaltung.
Das Verfahren gemäß einem der Ansprüche 12 bis 13, weiterhin umfassend ein Ausbilden eines Pads und einer Metallzwischenverbindung, die durch die dielektrische Zwischenschicht verläuft.
Das Verfahren gemäß einem der Ansprüche 12 bis 14, wobei das Ausbilden eines Pixel-Gebiets und des Gebiets der Peripherieschaltung auf dem Halbleitersubstrat ein Ätzen des Halbleitersubstrats des Pixel-Gebiets umfasst.
Das Verfahren gemäß einem der Ansprüche 12 bis 14, wobei das Ausbilden der Photodiode umfasst: Ausbilden einer leitfähigen Schicht eines ersten leitfähigen Typs auf der dielektrischen Zwischenschicht des Pixel-Gebiets; Ausbilden einer intrinsischen Schicht auf der leitfähigen Schicht des ersten leitfähigen Typs; und Ausbilden einer leitfähigen Schicht des zweiten leitfähigen Typs auf der intrinsischen Schicht.
Das Verfahren gemäß Anspruch 16, weiterhin umfassend ein Durchführen eines Chemisch-Mechanischen-Polierprozesses (Chemical Mechanical Polishing, CMP) nach Ausbilden der intrinsischen Schicht, wobei der CMP-Prozess durchgeführt wird, bis die Oberseite der intrinsischen Schicht in etwa eben ist zur Oberseite der dielektrischen Zwischenschicht des Gebiets der Peripherieschaltung.
Das Verfahren gemäß einem der Ansprüche 16 bis 17, weiterhin umfassend ein Durchführen eines CMP-Prozesses nach Ausbilden der leitfähigen Schicht des zweiten leitfähigen Typs, wobei der CMP-Prozess durchgeführt wird, bis eine Oberseite der leitfähigen Schicht des zweiten leitfähigen Typs in etwa eben ist zur Oberseite der dielektrischen Zwischenschicht des Gebiets der Peripherieschaltung.
Das Verfahren gemäß einem der Ansprüche 12 bis 18, weiterhin umfassend: Ausbilden einer oberen Elektrode auf der Photodiode und von zumindest einem Teil der dielektrischen Zwischenschicht des Gebiets der Peripherieschaltung; Ausbilden eines Farbfilters auf der oberen Elektrode über der Photodiode; und Ausbilden einer Mikrolinse auf dem Farbfilter.