DE102007052168A1 - Bildsensor und Verfahren zu dessen Herstellung - Google Patents
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Abstract
Ein
Komplementär-Metall-Oxid-Halbleiter-(CMOS)-Bildsensor
enthält
eine Fotodiode für
rot, die in einer ersten Epitaxieschicht ausgebildet ist, eine Isolationsschicht,
die in einem Kontakt-Bereich auf einem verbleibenden Teil der oberen
Oberfläche
der Fotodiode für
rot ausgebildet ist, eine Fotodiode für grün, die in einer Oberfläche der
Isolationsschicht ausgebildet ist, einen Kontakt, der in einem vorher
festgelegten räumlichen Abstand
von der Fotodiode für
grün im
Kontakt-Bereich ausgebildet ist, eine zweite Epitaxieschicht, die
auf der ersten Epitaxieschicht ausgebildet ist, in der die Fotodiode
für grün ausgebildet
ist, eine Vielzahl von Anschlusspfropfen, die in der zweiten Epitaxieschicht
ausgebildet sind und mit der Fotodiode für grün und dem Kontakt elektrisch
verbunden sind, eine Bauelemente-Isolations-Schicht, die in einer Oberfläche der
zweiten Epitaxieschicht ausgebildet ist, eine Fotodiode für blau,
die in einer Oberfläche
der zweiten Epitaxieschicht über
der Fotodiode für
grün ausgebildet
ist und einen Wannen-Bereich, der in der zweiten Epitaxieschicht
innerhalb des Anschlusspfropfens ausgebildet ist.
Description
- GEBIET DER ERFINDUNG
- Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Komplementär-Metall-Oxid-Halbleiter-(CMOS)-Bildsensor und ein Verfahren zu dessen Herstellung.
- HINTERGRUND
- Ein Bildsensor ist ein Halbleiterbauelement zur Umwandlung eines optischen Bildes in ein elektrisches Signal. Bildsensoren können hauptsächlich in ladungsgekoppelte Bauelemente (qCCD) und in CMOS-Bildsensoren (CIS) klassifiziert werden.
- Ein CCD-Bildsensor kann jedoch bezüglich der Ansteuerungs-Komplexität, der hohen Leistungsaufnahme und der Komplexität des Herstellungsprozesses, in dem zahlreiche Masken-Verarbeitungs-Schritte erforderlich sind, nachteilig sein.
- Der CMOS-Bildsensor hat andererseits Eigenschaften, bei denen die Nachteile von CCDs nicht vorhanden sind. Ein CMOS-Bildsensor kann eine Fotodiode und einen MOS-Transistor in einer Bildpunkteinheit enthalten. Der CMOS-Bildsensor erkennt ein elektrisches Signal jeder Bildpunkteinheit sequentiell in einem Schaltverfahren, um ein Bild zu realisieren.
- Ein vertikaler CMOS-Bildsensor ist ein Typ von CMOS-Bildsensor, der hergestellt werden kann, ohne Farbfilter-Schichten zu benutzen. Beim vertikalen CMOS-Bildsensor fehlen Farbfilter-Schichten, weil die Dicke einer Lichtabschirmungs-Schicht variiert wird, wobei ein wellenlängenabhängiger Ab sorptionsgrad benutzt wird und die Eindringtiefe des Lichtes variiert wird.
- Vertikale CMOS-Bildsensoren bieten den Vorteil, dass Farbfilter-Schichten oder eine Mikrolinse fehlen und alle Farben, rot (R), grün (G) und blau (B) durch Verwendung eines einzigen Bildpunktes realisiert werden.
- Wie am Beispiel von
1A gezeigt, können in einem vertikalen CMOS-Bildsensor Ionen in einer ersten Epitaxieschicht10 implantiert sein, um eine Fotodiode für rot12 in der ersten Epitaxieschicht10 auszubilden. Dann kann eine zweite Epitaxieschicht20 auf und/oder über der ersten Epitaxieschicht10 ausgebildet werden. Ionen können dann implantiert werden, um einen ersten Anschlusspfropfen22 in der zweiten Epitaxieschicht20 auszubilden. Ionen können dann gleichzeitig in den ersten Kontaktbereich24 implantiert werden, um auch eine Fotodiode für grün26 auf und/oder über die zweite Epitaxieschicht20 auszubilden. Die dritte Epitaxieschicht30 kann auf und/oder über der zweiten Epitaxieschicht20 ausgebildet werden, und Ionen können implantiert werden, um den zweiten Anschlusspfropfen32 in der dritten Epitaxieschicht30 auszubilden. - In der dritten Epitaxieschicht
30 wird eine Bauelemente-Isolations-Schicht38 ausgebildet. Ionen können dann implantiert werden, um die Fotodiode für blau34 in der dritten Epitaxieschicht30 auszubilden, und der zweite Kontaktbereich36 kann gleichzeitig ausgebildet werden. - Solche vertikalen CMOS-Bildsensoren haben mehrere Nachteile. Erstens können Kontakt-Defekte (B) am ersten Anschlusspfropen
22 auftreten. Folglich erlaubt der Kontakt-Defekt (B) nicht den Fluss von Elektron-Loch-Paaren, die durch gesammeltes Licht gebildet wurden, wodurch Rauschen oder das Phänomen eines Strom-Mangels verursacht werden. - Zweitens hat der vertikale CMOS-Bildsensor ein gebogenes Profil des ersten Anschlusses
22 , was zu einer Kurve (A) in einem Verarmungs-Bereich führt. Folglich müssen die Fotodiode für grün26 und der erste Anschlusspfropfen22 mit einem großen Abstand voneinander ausgebildet werden, wodurch sich die Größe des CMOS-Bildsensors erhöht. - Drittens treten, wie in der beispielhaften
1B gezeigt, beim vertikalen CMOS-Bildsensor Kristallfehler (C) beim Prozess des Wachsens der Epitaxieschicht auf, da der Prozess des Wachsens der Epitaxieschicht zweimal durchgeführt wird. - Schließlich sind beim vertikalen CMOS-Bildsensor mehrere zusätzliche Prozessschritte erforderlich, wie z.B. der Prozess des Wachsens der Epitaxieschichten, der Anschluss-Muster-Prozess, der Anschluss-Ionenimplantations-Prozess.
- ZUSAMMENFASSUNG
- Gemäß Ausführungen werden ein CMOS-Bildsensor und ein Verfahren zu dessen Herstellung bereitgestellt, wodurch die Ausbeute verbessert wird, ein einfacherer Prozess benötigt wird, und das Auftreten von Kristallfehlern minimiert wird.
- Ausführungen beziehen sich auf einen CMOS-Bildsensor, der eine Fotodiode für rot enthalten kann, die in einer ersten Epitaxieschicht ausgebildet ist; eine Isolationsschicht, die in einem Kontakt-Bereich auf einem Teil der oberen Oberfläche der Fotodiode für rot ausgebildet ist; eine Fotodiode für grün, die in einer Oberfläche der Isolationsschicht ausgebildet ist; einen Kontakt, der in einem Abstand von der Fotodiode für grün im Kontakt-Bereich ausgebildet ist; eine zweite Epitaxieschicht, die auf und/oder über der ersten Epitaxieschicht ausgebildet ist, in der die Fotodiode für grün ausgebildet ist; eine Vielzahl von Anschlusspfropfen, die ausgebildet sind, um mit der Fotodiode für grün und dem Kontakt in der zweiten Epitaxieschicht verbunden zu sein; eine Bauelemente-Isolations-Schicht, die in einer Oberfläche der zweiten Epitaxieschicht über dem Anschlusspfropfen ausgebildet ist; eine Fotodiode für blau, die in einer Oberfläche der zweiten Epitaxieschicht über der Fotodiode für grün ausgebildet ist; und einen Wannen-Bereich, der in der zweiten Epitaxieschicht innerhalb des Anschlusspfropfens ausgebildet ist.
- Ausführungen beziehen sich auf ein Verfahren zur Herstellung eines CMOS-Bildsensors, das mindestens einen der folgenden Schritte umfassen kann. Ausbilden einer Fotodiode für rot in einer ersten Epitaxieschicht. Ausbilden einer Isolationsschicht durch Ionenimplantation mit einem Kontaktbereich in einem Teil einer oberen Oberfläche der Fotodiode für rot. Ausbilden einer Fotodiode für grün in einer Oberfläche der Isolationsschicht, bzw. eines Kontaktes im Kontakt-Bereich, so dass sie sich in einem Abstand voneinander befinden. Ausbilden einer zweiten Epitaxieschicht auf und/oder über der ersten Epitaxieschicht, in der die Fotodiode für grün ausgebildet wird. Ausbilden einer Vielzahl von Anschlusspfropfen zur Verbindung der Fotodiode für grün und des Kontaktes in der zweiten Epitaxieschicht. Ausbilden einer Bauelemente-Isolationsschicht in einer Oberfläche der zweiten Epitaxieschicht über dem Anschlusspfropfen. Ausbilden eines Wannen-Bereichs in der zweiten Epitaxieschicht innerhalb des Anschlusspfropfens. Ausbilden einer Fotodiode für blau in einer Oberfläche der zweiten Epitaxieschicht über der Fotodiode für grün.
- Gemäß Ausführungen können durch einen CMOS-Bildsensor, der keine Kontakt-Defekte enthält, Vorteile bereitgestellt werden, da keine elektrische Verbindung zur Fotodiode für rot durch einen Anschlusspfopfen erforderlich ist. Darüber hinaus kann der räumliche Abstand zwischen der Fotodiode für grün und einem Kontakt verringert werden, wodurch ein Mikrominiatur-CMOS-Bildsensor bereitgestellt wird. Der gemäß Ausführungen hergestellte CMOS-Bildsensor erfordert keine Epitaxieschicht für die Fotodiode für grün, wodurch Kristallfehler vermieden werden, die durch die Bildung einer Epitaxieschicht verursacht werden.
- ZEICHNUNGEN
- Das Beispiel von
1A und1B zeigt einen CMOS-Bildsensor. - Das Beispiel von
2 bis9 zeigt einen CMOS-Bildsensor und ein Verfahren zur Herstellung eines CMOS-Bildsensors gemäß Ausführungen. - BESCHREIBUNG
- Wie im Beispiel von
2 gezeigt, kann ein Komplementär-Metall-Oxid-Halbleiter-(CMOS)-Bildsensor eine Fotodiode für rot120 enthalten, die in einer ersten Epitaxieschicht110 ausgebildet ist. Die Isolationsschicht130 kann mit einem Kontakt-Bereich auf einem Teil der oberen Oberfläche der Fotodiode für rot120 ausgebildet sein. Die Fotodiode für grün150 kann in einer Oberfläche der Isolationsschicht130 ausgebildet sein. Der Kontakt140 kann in einem vordefinierten räumlichen Abstand von der Fotodiode für grün150 im Kontakt-Bereich ausgebildet sein. Die zweite Epitaxieschicht160 kann auf und/oder über der ersten Epitaxieschicht110 ausgebildet sein, in der die Fotodiode für grün150 ausgebildet ist. Eine Vielzahl von Anschlusspfropfen170 kann ausgebildet sein, um mit der Fotodiode für grün150 und dem Kontakt140 in der zweiten Epitaxieschicht160 verbunden zu sein. Eine Bauelemente-Isolations-Schicht180 kann in einer Oberfläche der zweiten Epitaxieschicht160 an einer oberen Oberfläche des Anschlusses170 ausgebildet sein. Die Fotodiode für blau200 kann in einer Oberfläche der zweiten Epitaxieschicht160 über der Fotodiode für grün150 ausgebildet sein. Ein Wannen-Bereich190 kann dann in der zweiten Epitaxieschicht160 innerhalb des Anschlusses170 ausgebildet sein. - Die Isolationsschicht
130 kann mit Ionen implantiert sein, deren Leitungstyp denen der Fotodiode für rot120 entgegengesetzt ist. Folglich kann die Isolationsschicht130 die Fotodiode für rot120 von der Fotodiode für grün150 isolieren. Die Isolationsschicht130 kann durch Ionenimplantation gebildet werden, wobei ein Kontaktbereich an einem Teil der oberen Oberfläche der Fotodiode für rot120 bleibt, damit die Isolationsschicht130 am Kontaktbereich elektrisch mit der Fotodiode für rot120 verbunden wird. Folglich weist der gemäß Ausführungen hergestellte CMOS-Bildsensor keine Kontakt-Defekte auf, da er keinen Anschlusspfropfen benötigt, um die Fotodiode für rot120 im Kontaktbereich140 anzuschließen. Darüber hinaus kann der Kontaktbereich ein konstantes Profil haben, und somit kann ein Verarmungsbereich ebenfalls ein gleichmäßiges Profil haben. Diese Anordnung wiederum kann den räumlichen Abstand zwischen der Fotodiode für grün150 und dem Kontakt140 verringern, um einen Mikrominiatur-CMOS-Bildsensor bereitzustellen. - Der gemäß Ausführungen hergestellte CMOS-Bildsensor erfordert nicht das Ausbilden einer Epitaxieschicht für die Fotodiode für grün
150 , da die Fotodiode für grün150 in der Isolationsschicht130 der ersten Epitaxieschicht110 ausgebildet werden kann. Dies ist von Vorteil, um die Bildung von Kristallfehlern zu verhindern, die durch das Ausbilden einer Epitaxieschicht verursacht werden. - Wie im Beispiel von
3 gezeigt, kann ein Verfahren zur Herstellung eines CMOS-Bildsensors umfassen, N-Typ-Ionen, wie z.B. Phosphor (P) und Arsen (As) in die erste Epitaxieschicht110 zu implantieren, um eine Fotodiode für rot120 auszubilden. - Wie im Beispiel von
4 gezeigt, können Ionen mit dem Masken-Muster135 implantiert werden, um die Isolationsschicht130 auszubilden, die einen verbleibenden Kontaktbereich in einem Teil der Oberfläche der Fotodiode für rot120 hat. Es können Ionen, deren Leitungstyp denen der Fotodiode für rot120 entgegengesetzt ist, implantiert werden, um die Isolationsschicht130 auszubilden. Die Ionen des Leitungstyps können so implantiert werden, dass der Kontaktbereich elektrisch mit der Fotodiode für rot120 verbunden ist. Der Kontaktbereich kann an einem Teil der oberen Oberfläche der Fotodiode für rot120 bereitgestellt werden. Die Ionen des Leitungstyps können aus P-Typ-Ionen, wie z.B. Bor (B), bestehen, das in einem Gegen-Dotierungs-Prozess implantiert werden kann. Folglich kann die Isolationsschicht130 die Fotodiode für rot120 von der Fotodiode für grün150 isolieren, die später auszubilden ist. - Wie im Beispiel von
5 gezeigt, können der Kontakt140 und die Fotodiode für grün150 in einem vorher festgelegten räumlichen Abstand voneinander im Kontaktbereich, bzw. in einer Oberfläche der Isolationsschicht130 ausgebildet werden. Der Kontakt140 und die Fotodiode für grün150 können auch gleichzeitig durch Implantation von N-Typ-Ionen ausgebildet werden. - Da das Ausbilden eines Anschlusspfropfens nicht erforderlich ist, um die Fotodiode für rot
120 in einem Kontaktbereich elektrisch anzuschließen, kann der Kontaktbereich ein konstantes Profil beibehalten, und somit kann ein Verarmungsbereich ebenfalls ein konstantes Profil beibehalten. Folglich kann der räumliche Abstand zwischen Kontakt140 und der Fotodiode für grün150 verringert werden, wodurch ein Mikrominiatur-CMOS-Bildsensor bereitgestellt wird. Weil die Fotodiode für grün150 in der Isolationsschicht130 der ersten Epitaxieschicht110 ausgebildet werden kann, ist es darüber hinaus nicht erforderlich, eine Epitaxieschicht für die Fotodiode für grün150 auszubilden. Folglich kann die Bildung von Kristallfehlern verhindert werden. - Wie im Beispiel von
6 gezeigt, kann die zweite Epitaxieschicht160 auf und/oder über der ersten Epitaxieschicht110 ausgebildet werden, in der die Fotodiode für grün150 ausgebildet wird. - Wie im Beispiel von
7 gezeigt, kann eine Vielzahl von Anschlusspfropfen170 und175 ausgebildet werden, um elektrisch mit der Fotodiode für grün150 und dem Kontakt140 in der zweiten Epitaxieschicht160 verbunden zu werden. - Wie im Beispiel von
8 gezeigt, kann die Bauelemente-Isolations-Schicht180 in einer Oberfläche der zweiten Epitaxieschicht160 auf einer Oberseitte der Anschlüsse170 und175 ausgebildet werden. Der Wannen-Bereich190 kann in der zweiten Epitaxieschicht160 innerhalb der Anschlüsse170 und175 ausgebildet werden. Der Wannen-Bereich190 kann ein N-Typ-Wannen-Bereich sein. - Wie im Beispiel von
9 gezeigt, können N-Typ-Ionen implantiert werden, um die Fotodiode für blau200 in einer Oberfläche der zweiten Epitaxieschicht160 auszubilden, die durch die Bauelemente-Isolations-Schicht180 räumlich einen vorher festgelegten Abstand vom Wannen-Bereich190 hat. - Das Verfahren zur Herstellung eines CMOS-Bildsensors gemäß Ausführungen bietet Vorteile, wie z.B. einen einfachen und doch effizienten und schnellen Herstellungsprozess, eine bessere Ausbeute, da ein Anschluss-Muster- und Anschluss-Implantations-Prozess zum Ausbilden der Fotodiode für rot und ein Prozess zum Ausbilden einer Epitaxieschicht zum Ausbilden einer Fotodiode für grün weggelassen werden.
- Obwohl hier Ausführungen beschrieben wurden, sei bemerkt, dass zahlreiche weitere Abwandlungen und Ausführungen durch Fachleute entworfen werden können, welche unter Prinzip und Umfang der vorliegenden Offenbarung fallen. Insbesondere sind viele Änderungen und Abwandlungen der Bauteile und/oder der Anordnungen der fraglichen Kombinationsanordnung innerhalb des Umfangs 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 Fachleute ersichtlich.
Claims (20)
- Vorrichtung, umfassend: eine Fotodiode für rot, die in einer ersten Epitaxieschicht ausgebildet ist; eine Isolationsschicht, die mit einem verbleibenden Kontaktbereich in einem Teilbereich der Fotodiode für rot ausgebildet ist; eine Fotodiode für grün, die in einer Oberfläche der Isolationsschicht ausgebildet ist; einen Kontakt, der in einem vorbestimmten Abstand von der Fotodiode für grün in dem Kontaktbereich ausgebildet ist; eine zweite Epitaxieschicht, die über der ersten Epitaxieschicht ausgebildet ist; eine Vielzahl von Anschlusspfropfen, die elektrisch mit der Fotodiode für grün und dem Kontakt verbunden sind; mindestens eine Bauelemente-Isolations-Schicht, die in einer Oberfläche der zweiten Epitaxieschicht ausgebildet ist; eine Fotodiode für blau, die in einer Oberfläche der zweiten Epitaxieschicht über der Fotodiode für grün ausgebildet ist; und einen Wannen-Bereich, der in der zweiten Epitaxieschicht innerhalb der Vielzahl von Anschlusspfropfen ausgebildet ist.
- Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Fotodiode für rot durch Implantation von N-Typ-Ionen in die erste Epitaxieschicht ausgebildet wird.
- Vorrichtung nach Anspruch 2, wobei die N-Typ-Ionen mindestens eines aus Phosphor und Arsen umfassen.
- Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Isolationsschicht ausgebildet wird, indem Ionen mit einem Leitungstyp implantiert werden, der dem der Ionen entgegengesetzt ist, die zum Ausbilden der Fotodiode für rot implantiert wurden.
- Vorrichtung aus Anspruch 4, wobei die Ionen des Leitungstyps in einem Kontaktbereich in einer oberen Oberfläche der Fotodiode für rot implantiert werden.
- Vorrichtung aus Anspruch 4 oder 5, wobei die Ionen des Leitungstyps so implantiert werden, dass der Kontaktbereich elektrisch mit der Fotodiode für rot verbunden ist.
- Vorrichtung aus einem der Ansprüche 5 bis 6, wobei die Ionen des Leitungstyps P-Typ-Ionen umfassen.
- Vorrichtung aus Anspruch 7, wobei die P-Typ-Ionen Bor umfassen.
- Vorrichtung aus einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei die Isolationsschicht die Fotodiode für rot von der Fotodiode für grün isoliert.
- Verfahren, umfassend: Ausbilden einer Fotodiode für rot in einer ersten Epitaxieschicht; Ausbilden einer Isolationsschicht durch Ionenimplantation mit einem Kontaktbereich in einem Teilbereich der Oberfläche der Fotodiode für rot; Ausbilden einer Fotodiode für grün in einer Oberfläche der Isolationsschicht; Ausbilden mindestens eines Kontaktes in dem Kontaktbereich in einem vorbestimmten räumlichen Abstand von der Fotodiode für grün; Ausbilden einer zweiten Epitaxieschicht über der ersten Epitaxieschicht; Ausbilden einer Vielzahl von Anschlusspfropfen in der zweiten Epitaxieschicht, die mit der Fotodiode für grün und dem Kontakt verbunden sind; Ausbilden einer Bauelemente-Isolations-Schicht in einer Oberfläche der zweiten Epitaxieschicht; Ausbilden eines Wannen-Bereichs in der zweiten Epitaxieschicht innerhalb der Vielzahl von Anschlusspfropfen; und Ausbilden einer Fotodiode für blau in einer Oberfläche der zweiten Epitaxieschicht über der Fotodiode für grün.
- Verfahren nach Anspruch 10, wobei das Ausbilden der Fotodiode für rot das Implantieren von N-Typ-Ionen in die erste Epitaxieschicht umfasst.
- Verfahren nach Anspruch 10 oder 11, wobei die N-Typ-Ionen mindestens eines aus Phosphor und Arsen umfassen.
- Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 12, wobei das Ausbilden der Isolationsschicht das Implantieren von Ionen mit einem Leitungstyp umfasst, der dem der Ionen entgegengesetzt ist, die zum Ausbilden der Fotodiode für rot implantiert wurden.
- Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 13, wobei die Ionen des Leitungstyps bei einem Kontaktbereich in einer oberen Oberfläche der Fotodiode für rot implantiert werden.
- Verfahren nach Anspruch 14, wobei die Ionen des Leitungstyps so implantiert werden, dass der Kontaktbereich elektrisch mit der Fotodiode für rot verbunden ist.
- Verfahren nach einem beliebigen der Ansprüche 13 bis 15, wobei die Ionen des Leitungstyps P-Typ-Ionen umfassen.
- Verfahren nach Anspruch 16, wobei die P-Typ-Ionen Bor umfassen.
- Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 17, wobei die Isolationsschicht die Fotodiode für rot von der Fotodiode für grün isoliert.
- Verfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 18, wobei die Fotodiode für grün und mindestens ein Kontakt gleichzeitig ausgebildet werden.
- Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 19, wobei die Fotodiode für grün und der Kontakt durch Implantation von N-Typ-Ionen gleichzeitig ausgebildet werden.
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