DE102008046035A1 - Bildsensor und Verfahren zu seiner Herstellung - Google Patents

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Abstract

Ein Bildsensor umfasst ein erstes Substrat und eine Bilderfassungseinrichtung auf dem ersten Substrat. Das erste Substrat umfasst eine Verbindung und eine Ausleseschaltung. Die Bilderfassungseinrichtung ist auf der Verbindung ausgebildet. Eine obere Elektrode ist auf der Bilderfassungseinrichtung derart vorgesehen, dass eine Sperrvorspannung an die Oberseite der Bilderfassungseinrichtung angelegt werden kann.

Description

  • HINTERGRUND
  • Ein Bildsensor ist ein Halbleiterbauelement zum Umwandeln eines optischen Bilds in ein elektrisches Signal. Der Bildsensor wird grob als ladungsgekoppelter (CCD) Bildsensor oder als Komplementär-Metall-Oxid-Halbleiter-(CMOS)-Bildsensor (CIS) klassifiziert.
  • Bei einer verwandten Technik ist eine Fotodiode durch Ionenimplantation in einem Substrat mit Transistorschaltungen ausgebildet. Da die Größe einer Fotodiode zwecks Erhöhung der Anzahl von Bildpunkten ohne Erhöhung einer Chipgröße immer kleiner wird, verkleinert sich die Fläche eines Licht empfangenden Bereichs, so dass eine Bildqualität abnimmt.
  • Da ferner eine Stapelhöhe nicht im selben Maße wie die Verkleinerung der Fläche des Licht empfangenden Bereichs abnimmt, nimmt auch die Anzahl von auf den Licht empfangenden Bereich fallenden Photonen aufgrund der Beugung des Lichts ab, was als Beugungsscheibchen bezeichnet wird.
  • Als Alternative zum Überwinden dieser Einschränkung wurde versucht, eine Fotodiode unter Verwendung von amorphem Silizium (Si) auszubilden, oder eine Ausleseschaltung in einem Si-Substrat auszubilden und unter Verwendung eines Verfahrens wie Wafer-auf-Wafer-Bonden eine Fotodiode auf der Ausleseschaltung auszubilden ("dreidimensionaler (3D) Bildsensor" genannt). Die Fotodiode ist mit der Ausleseschaltung durch eine Verbindung verbunden.
  • Indessen werden nach einer verwandten Technik zusätzliche Elektronen oder zusätzliche Löcher nicht wirksam zurückgesetzt, weil der oberseitige Bereich der Fotodiode an Masse anliegt. Daher kann Dunkelstrom oder Resetrauschen auftreten.
  • Ferner tritt nach einer verwandten Technik, da sowohl die Source als auch das Drain des Transfertransistors der Ausleseschaltung stark mit N-Typ-Fremdstoffen dotiert ist, ein Phänomen der Ladungsaufteilung auf. Wenn das Phänomen der Ladungsaufteilung auftritt, wird die Empfindlichkeit eines ausgegebenen Bilds verringert und ein Bildfehler kann erzeugt werden.
  • Da sich eine Photoladung nicht schnell zwischen der Fotodiode und der Ausleseschaltung bewegt, wird ferner nach der verwandten Technik ein Dunkelstrom erzeugt oder nehmen Sättigung und Empfindlichkeit ab.
  • KURZE ZUSAMMENFASSUNG
  • Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung stellen einen Bildsensor, der Dunkelstrom und Resetrauschen reduzieren kann, während sich ein Füllfaktor erhöht, und ein Verfahren zu seiner Herstellung bereit.
  • Ausführungsformen stellen außerdem einen Bildsensor, der das Auftreten einer Ladungsaufteilung reduzieren kann, während sich ein Füllfaktor erhöht, und ein Verfahren zu seiner Herstellung bereit.
  • Ausführungsformen stellen ferner einen Bildsensor, der eine Dunkelstromquelle minimieren und eine Reduktion von Sättigung und Empfindlichkeit durch Bereitstellen eines Pfads für die schnelle Bewegung für eine Photoladung zwischen einer Fotodiode und einer Ausleseschaltung verhindern kann, und ein Verfahren zu seiner Herstellung bereit.
  • In einer Ausführungsform kann ein Bildsensor umfassen: ein erstes Substrat, das eine Verbindung und eine Ausleseschaltung umfasst; und eine Bilderfassungseinrichtung auf der Verbindung, wobei eine Sperrvorspannung an die Oberseite der Bilderfassungseinrichtung angelegt wird.
  • In einer anderen Ausführungsform kann ein Verfahren zur Herstellung eines Bildsensors umfassen: Ausbilden einer Ausleseschaltung und einer Verbindung in einem ersten Substrat; und Ausbilden einer Bilderfassungseinrichtung auf der Verbindung, wobei das Ausbilden der Ausleseschaltung das Ausbilden eines elektrischen Übergangsgebiets im ersten Substrat umfasst, wobei das Ausbilden des elektrischen Übergangsgebiets umfasst: Ausbilden eines Ionenimplantationsgebiets eines ersten Leitungstyps im ersten Substrat; und Ausbilden eines Ionenimplantationsgebiets eines zweiten Leitungstyps auf dem Ionenimplantationsgebiet des ersten Leitungstyps. Des Weiteren kann an die Oberseite der Bilderfassungseinrichtung eine Sperrvorspannung angelegt werden.
  • In einer anderen Ausführungsform kann ein Bildsensor umfassen: ein erstes Substrat, das eine Verbindung und eine Ausleseschaltung umfasst; und eine Bilderfassungseinrichtung auf der Verbindung, wobei das erste Substrat [mit] dem zweiten Leitungstyp dotiert ist, wobei die Ausleseschaltung einen Transistor auf dem ersten Substrat und ein im ersten Substrat auf einer Seite des Transistors ausgebildetes elektrisches Übergangsgebiet umfasst. Des Weiteren kann an die Oberseite der Bilderfassungseinrichtung eine Sperrvorspannung angelegt werden.
  • Die Einzelheiten von einer oder mehr Ausführungsformen werden in den begleitenden Zeichnungen und der nachstehenden Beschreibung dargelegt. Weitere Merkmale werden aus der Beschreibung und den Zeichnungen sowie aus den Ansprüchen ersichtlich sein.
  • KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • 1 ist eine Querschnittsansicht eines Bildsensors gemäß einer Ausführungsform.
  • 2 bis 6 sind Querschnittsansichten eines Verfahrens zur Herstellung eines Bildsensors gemäß einer Ausführungsform.
  • 7 ist eine Querschnittsansicht eines Bildsensors gemäß einer anderen Ausführungsform.
  • DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
  • Nachstehend werden Ausführungsformen eines Bildsensors und ein Verfahren zu seiner Herstellung mit Bezug auf die begleitenden Zeichnungen beschrieben.
  • In der Beschreibung der Ausführungen versteht sich, dass wenn eine Schicht (eine Beschichtung) als "auf" einer anderen Schicht oder einem Substrat bezeichnet wird, sie direkt auf der anderen Schicht oder dem Substrat liegen kann, oder dazwischen liegende Schichten vorhanden sein können. Ferner versteht sich, dass wenn eine Schicht als "unter" einer anderen Schicht bezeichnet wird, sie direkt unter einer anderen Schicht liegen kann, oder eine oder mehrere dazwischen liegende Schichten vorhanden sein können. Zusätzlich dazu versteht sich, dass wenn eine Schicht als "zwischen" zwei Schichten bezeichnet wird, sie die einzige Schicht zwischen den Schichten sein kann, oder ein oder mehrere dazwischen liegende Schichten vorhanden sein können.
  • Die vorliegende Offenbarung ist nicht auf einen Komplementär-Metall-Oxid-Halbleiter-(CMOS)-Bildsensor beschränkt, sondern kann ohne Weiteres auf einen beliebigen Bildsensor, der eine Fotodiode benötigt, angewendet werden.
  • 1 ist eine Querschnittsansicht eines Bildsensors gemäß einer Ausführungsform.
  • Unter Bezugnahme auf 1 kann ein Bildsensor umfassen: ein erstes Substrat 100, das eine Verbindung 150 und eine Ausleseschaltung 120 umfasst; und eine Bilderfassungseinrichtung 210 auf der Verbindung 150. Eine obere Elektrode 240 auf der Bilderfassungseinrichtung 210 ist derart angeschlossen, dass eine Sperrvorspannung an die Oberseite der Bilderfassungseinrichtung 210 angelegt werden kann.
  • Die Bilderfassungseinrichtung 210 kann eine Fotodiode sein. In einer anderen Ausführungsform kann die Bilderfassungseinrichtung 210 ein Fotogate oder eine Kombination von einer Fotodiode und einem Fotogate sein. Obgleich die Fotodiode 210 als in einer kristallinen Halbleiterschicht ausgebildet beschrieben wird, ist die Fotodiode indes nicht hierauf beschränkt. Beispielsweise kann die Fotodiode in einer amorphen Halbleiterschicht ausgebildet sein.
  • Bezugsziffern, die bei 1 nicht erläutert werden, werden bei dem folgenden Herstellungsverfahren beschrieben.
  • Nachstehend wird ein Verfahren zur Herstellung eines Bildsensors gemäß einer Ausführungsform mit Bezug auf 2 bis 6 beschrieben.
  • Unter Bezugnahme auf 2 kann ein erstes Substrat 100 vorbereitet werden, in dem eine Verbindung 150 und eine Ausleseschaltung 120 ausgebildet sind. Beispielsweise kann eine Bauelement-Isolierschicht 110 im ersten Substrat 100 eines zweiten Leitungstyps ausgebildet werden, um ein aktives Gebiet festzulegen. Die Ausleseschaltung 120, die einen Transistor einschließt, kann im aktiven Gebiet ausgebildet werden. In einer Ausführungsform kann die Ausleseschaltung 120 einen Transfertransistor Tx 121, einen Resettransistor Rx 123, einen Treibertransistor Dx 125 und einen Auswahltransistor Sx 127 umfassen. Nach dem Ausbilden von Gates für die Transistoren können ein schwebendes Diffusionsgebiet FD 131 und Ionenimplantationsgebiete 130, die Source/Drain-Gebiete 133, 135 und 137 entsprechender Transistoren umfassen, ausgebildet werden. Ferner kann gemäß einer Ausführungsform eine Rauschbeseitigungsschaltung (nicht dargestellt) hinzugefügt werden, um die Empfindlichkeit zu verbessern.
  • Das Ausbilden der Ausleseschaltung 120 im ersten Substrat 100 kann das Ausbilden eines elektrischen Übergangsgebiets 140 im ersten Substrat 100 und das Ausbilden eines Anschlussgebiets 147 eines ersten Leitungstyps, das mit der Verbindung 150 auf dem elektrischen Übergangsgebiet 140 verbunden ist, umfassen.
  • Das elektrische Übergangsgebiet 140 kann ein PN-Übergang 140 sein, ist jedoch nicht hierauf beschränkt. Beispielsweise kann das elektrische Übergangsgebiet 140 eine Ionenimplantationsschicht 143 des ersten Leitungstyps, die auf einer Wanne 141 des zweiten Leitungstyps (oder einer Epitaxieschicht des zweiten Leitungstyps) ausgebildet ist, und eine Ionenimplantationsschicht 145 des zweiten Leitungstyps, die auf der Ionenimplantationsschicht 143 des ersten Leitungstyps ausgebildet ist, umfassen. Beispielsweise kann der PN-Übergang 140 ein P0(145)/N-(143)/P-(141)Übergang sein, wie in 2 dargestellt, ist jedoch nicht hierauf beschränkt. In einer Ausführungsform kann das erste Substrat 100 ein Substrat des zweiten Leitungstyps sein.
  • Gemäß einer Ausführungsform ist eine Vorrichtung derart gestaltet, dass eine Potentialdifferenz zwischen der Source und dem Drain des Transfertransistors Tx vorliegt, so dass eine Photoladung vollständig ausgegeben werden kann. Demgemäß wird eine von der Fotodiode erzeugte Photoladung vollständig an das schwebende Diffusionsgebiet ausgegeben, so dass die Empfindlichkeit eines ausgegebenen Bilds verbessert werden kann.
  • Das heißt, dass gemäß einer Ausführungsform das elektrische Übergangsgebiet 140 im ersten Substrat 100 ausgebildet ist, wo die Ausleseschaltung 120 ausgebildet ist, um die Erzeugung einer Potentialdifferenz zwischen der Source und dem Drain des Transfertransistors Tx 121 zu ermöglichen, so dass eine Photoladung vollständig ausgegeben werden kann.
  • Nachstehend wird eine Ausgabestruktur einer Photoladung gemäß einer Ausführungsform im Einzelnen beschrieben.
  • Im Unterschied zu einem Knoten einer schwebenden Diffusion FD 131, bei dem es sich um einen N+-Übergang handelt, wird der PNP-Übergang 140, bei dem es sich um ein elektrisches Über gangsgebiet 140 handelt und an den eine angelegte Spannung nicht vollständig übertragen wird, bei einer vorbestimmten Spannung abgeschnürt. Diese Spannung wird als Haftspannung bezeichnet, die von den Dotierungskonzentrationen des P0-Gebiets 145 und des N–-Gebiets 143 abhängt.
  • Im Besonderen bewegt sich ein von der Fotodiode 210 erzeugtes Elektron zum PNP-Übergang 140 und wird an den Knoten der schwebenden Diffusion FD 131 übertragen und in eine Spannung umgewandelt, wenn der Transfertransistor Tx 121 eingeschaltet wird.
  • Da ein maximaler Spannungswert des P0/N-/P-Übergangs 140 eine Haftspannung wird und ein maximaler Spannungswert des Knotens der schwebenden Diffusion FD 131 eine Schwellenspannung Vth eines Vdd-Rx 123 wird, kann ein von der Fotodiode 210 im oberen Bereich eines Chips erzeugtes Elektron durch Realisieren einer Potentialdifferenz zwischen den Seiten des Transfertransistors Tx 131 ohne Ladungsaufteilung vollständig an den Knoten der schwebendenden Diffusion FD 131 ausgegeben werden.
  • Das heißt, dass gemäß einer Ausführungsform der P0/N-/P-Wannen-Übergang – kein N+/P-Wannen-Übergang – im ersten Substrat 100 ausgebildet ist, um zu ermöglichen, dass während des Rücksetzvorgangs eines aktiven Pixelsensors (APS) mit 4 Transistoren eine + Spannung an das N-Gebiet 143 des P0/N-/P-Wannen-Übergangs angelegt wird und ein Massepotential an P0 145 und an die P-Wanne 141 angelegt wird, so dass bei einer vorbestimmten oder einer höheren Spannung als bei einer Bipolartransistor-(BJT)-Struktur eine Abschnürung am P0/N-/P-Wannen-Doppelübergang erzeugt wird. Diese wird als Haftspannung bezeichnet. Daher wird eine Potentialdifferenz zwischen der Source und dem Drain des Transfertransistors Tx 121 er zeugt, um ein Phänomen der Ladungsaufteilung während der Ein/Aus-Schaltungen des Transfertransistors Tx zu verhindern.
  • Daher können im Unterschied zu einem Fall, in dem eine Fotodiode wie bei einer verwandten Technik einfach mit einem N+-Übergang verbunden ist, Beschränkungen wie Sättigungsreduktion und Empfindlichkeitsreduktion vermieden werden.
  • Sodann kann gemäß einer Ausführungsform ein Anschlussgebiet 147 des ersten Leitungstyps zwischen der Fotodiode und der Ausleseschaltung ausgebildet sein, um einen Pfad für die schnelle Bewegung einer Photoladung bereitzustellen, so dass eine Dunkelstromquelle minimiert wird und Sättigungsreduktion und Empfindlichkeitsreduktion verhindert werden können.
  • Zu diesem Zweck kann gemäß einer Ausführungsform das Anschlussgebiet 147 des ersten Leitungstyps für einen ohmschen Kontakt auf der Oberfläche des P0/N-/P-Übergangs 140 ausgebildet sein. Das N+-Gebiet 147 kann so ausgebildet sein, dass es durch das P0-Gebiet 145 verläuft und mit dem N-Gebiet 143 Kontakt hat.
  • Indessen kann die Breite des Anschlussgebiets 147 des ersten Leitungstyps minimiert werden, um zu verhindern, dass das Anschlussgebiet 147 des ersten Leitungstyps eine Leckquelle wird. Zum diesem Zweck kann in einer Ausführungsform eine Plug-Implantation ausgeführt werden, nachdem ein Durchkontaktierungsloch für einen ersten Metallkontakt 151a geätzt wurde. In einer anderen Ausführungsform kann eine Ionenimplantationsstruktur (nicht dargestellt) auf dem ersten Substrat 100 ausgebildet werden, und dann wird das Anschlussgebiet 147 des ersten Leitungstyps unter Verwendung der Ionenimplantationsstruktur als Ionenimplantationsmaske ausgebildet.
  • Das heißt, dass ein Grund dafür, in dieser Ausführungsform nur einen kontaktbildenden Bereich lokal und stark mit N-Typ-Fremdstoffen zu dotieren, darin besteht, die Bildung eines ohmschen Kontakts zu erleichtern und zugleich ein Dunkelsignal zu minimieren. Im Falle der starken Dotierung der gesamten Transfertransistor-Source kann ein Dunkelsignal durch eine freie Bindung in der Si-Oberfläche verstärkt werden.
  • Ein Zwischenschichtdielektrikum 160 kann auf dem ersten Substrat 100 ausgebildet werden, und eine Verbindung 150 kann ausgebildet werden. Die Verbindung 150 kann den ersten Metallkontakt 151a, ein erstes Metall 151, ein zweites Metall 152, ein drittes Metall 153 und einen vierten Metallkontakt 154a umfassen, ist jedoch nicht hierauf beschränkt.
  • Unter Bezugnahme auf 3 kann eine kristalline Halbleiterschicht 210a auf einem zweiten Substrat 200 ausgebildet werden. Die Fotodiode 210 kann in der kristallinen Halbleiterschicht ausgebildet sein. Entsprechend kann die Bilderfassungseinrichtung gemäß einer Ausführungsform die Struktur eines dreidimensionalen (3D) Bildsensors verwenden, die auf der Ausleseschaltung angeordnet ist, um einen Füllfaktor zu erhöhen. Des Weiteren können durch das Ausbilden der Fotodiode 210 innerhalb der kristallinen Halbleiterschicht Defekte innerhalb der Bilderfassungseinrichtung reduziert werden.
  • In einer Ausführungsform kann die kristalline Halbleiterschicht 210a durch epitaktisches Aufwachsen auf dem zweiten Substrat 200 ausgebildet werden. Dann können Wasserstoffionen zwischen das zweite Substrat 200 und die kristalline Halbleiterschicht 210a implantiert werden, um eine Wasserstoffionenimplantationsschicht 207a auszubilden. In einer Ausführungsform kann die Implantation der Wasserstoffionen nach der Io nenimplantation zum Ausbilden der Fotodiode 210 ausgeführt werden.
  • Dann kann, unter Bezugnahme auf 4, die Fotodiode 210 durch Ionenimplantation in der kristallinen Halbleiterschicht 210a ausgebildet werden. Beispielsweise kann eine leitende Schicht 216 des zweiten Leitungstyps im unteren Bereich der kristallinen Halbleiterschicht 210a ausgebildet werden. In einer bestimmten Ausführungsform kann eine hochkonzentrierte leitende Schicht 216 vom P-Typ durch Ausführen einer ganzflächigen Ionenimplantation auf der gesamten Oberfläche des zweiten Substrats 200 ohne Maske im unteren Bereich der kristallinen Halbleiterschicht 210a ausgebildet werden.
  • Danach kann eine leitende Schicht 214 des ersten Leitungstyps auf der leitenden Schicht 216 des zweiten Leitungstyps ausgebildet werden. Beispielsweise kann eine niedrigkonzentrierte leitende Schicht 214 des N-Typs auf der leitenden Schicht 216 des zweiten Leitungstyps ausgebildet werden, indem eine ganzflächige Ionenimplantation ohne Maske auf der gesamten Oberfläche des zweiten Substrats 200 ausgeführt wird.
  • Dann kann in einer weiteren Ausführungsform eine hochkonzentrierte leitende Schicht 212 des ersten Leitungstyps auf der leitenden Schicht 214 des ersten Leitungstyps ausgebildet werden. Beispielsweise kann eine hochkonzentrierte leitende Schicht 212 des N+-Typs auf der leitenden Schicht 214 des ersten Leitungstyps ausgebildet werden, indem eine ganzflächige Ionenimplantation ohne Maske auf der gesamten Oberfläche des zweiten Substrats 200 ausgeführt wird, so dass sie zum ohmschen Kontakt beitragen kann.
  • Dann können, unter Bezugnahme auf 5, das erste Substrat 100 und das zweite Substrat 200 derart gebondet werden, dass die Fotodiode 210 Kontakt mit der Verbindung 150 hat. Bevor das erste Substrat 100 und das zweite Substrat 200 miteinander gebondet werden, kann an diesem Punkt das Bonden durch Erhöhen der Oberflächenenergie einer durch Aktivierung durch Plasma zu bondenden Oberfläche ausgeführt werden. In bestimmten Ausführungsformen kann das Bonden mit einem Dielektrikum oder einer Metallschicht ausgeführt werden, das bzw. die auf einer Bondgrenzfläche angeordnet ist, um die Bondkraft zu verbessern.
  • Die Wasserstoffionenimplantationsschicht 207a kann durch Ausführen einer Wärmebehandlung in eine Wasserstoffgasschicht (nicht dargestellt) umgewandelt werden. Dann kann, unter Bezugnahme auf 6, ein Bereich des zweiten Substrats 200 unter Verwendung von beispielsweise einem Messer entfernt werden, wobei die Fotodiode 210 unter der Wasserstoffgasschicht belassen wird, so dass die Fotodiode 210 freigelegt sein kann.
  • Eine Ätzung, welche die Fotodiode für jedes Bildpunktelement separiert, kann ausgeführt werden, und der geätzte Bereich kann mit einem Bildpunkt-Zwischendielektrikum (nicht dargestellt) gefüllt werden.
  • Dann können Prozesse zum Ausbilden einer oberen Elektrode 240 und eines Farbfilters (nicht dargestellt) ausgeführt werden.
  • Bei dem Bildsensor und seinem Herstellungsverfahren gemäß einer Ausführungsform kann der Bildsensor Dunkelstrom oder Resetrauschen verhindern, indem eine hohe Sperrvorspannung an die Oberseite der Bilderfassungseinrichtung angelegt wird, um zusätzliche Elektronen oder zusätzliche Löcher während der Ausführung eines Rücksetzvorgangs wirksam zu beseitigen.
  • Das heißt, dass der Bildsensor gemäß einer Ausführungsform zusätzliche Elektronen oder zusätzliche Löcher wirksam beseitigen kann, indem eine hohe Sperrvorspannung an die Oberseite der Bilderfassungseinrichtung angelegt wird, um während des Rücksetzens ein starkes elektrisches Feld für den Resettransistor zu erzeugen. Tabelle 1:
    VGND[V] Verarmungslänge @ Rand der Fotodiode [μm]
    0,0 0,21
    –0,3 0,158
    –0,5 0,147
  • Tabelle 1 zeigt die Wirkungen, wenn eine Sperrvorspannung an eine Fotodiode gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung angelegt wird.
  • Unter Bezugnahme auf Tabelle 1 beträgt, wenn die Oberseite der Fotodiode einfach an Masse gelegt ist (0,0 V angelegt), wie es bei einem Bildsensor nach der verwandten Technik vorgesehen ist, die Verarmungslänge am Rand der Fotodiode (PD) ungefähr 0,21 μm.
  • Wenn indessen gemäß einer Ausführungsform –0,3 V an die Fotodiode angelegt werden, beträgt die Verarmungslänge am Rand der PD ungefähr 0,158 μm. Und wenn –0,5 V an die Fotodiode angelegt werden, beträgt die Verarmungslänge am Rand der PD ungefähr 0,147 μm. Daher kann die Verarmungszone ausgedehnt werden, wenn die Sperrvorspannung an die Fotodiode angelegt wird. Die Vorspannung kann zwischen –0,3 V und –0,5 V betragen.
  • Das heißt, dass gemäß Ausführungsformen eine hohe Sperrvorspannung an die Oberseite der Bilderfassungseinrichtung angelegt werden kann, um ein hohes elektrisches Feld zu erzeugen. Die Spannungsdifferenz der Fotodiode (VGND + Vdd) wird wegen des hohen elektrischen Felds erhöht, während ein Rücksetzvorgang (Tx = Ein, Rx = Ein) ausgeführt wird.
  • Gemäß Ausführungsformen kann der Bildsensor zusätzliche Elektronen oder zusätzliche Löcher wirksam beseitigen, indem eine hohe Sperrvorspannung an die Oberseite der Bilderfassungseinrichtung angelegt wird, um während der Ausführung des Rücksetzvorgangs ein starkes elektrisches Feld für den Resettransistor zu erzeugen. Des Weiteren kann die Verarmungszone durch Anlegen der hohen Sperrvorspannung an die Oberseite der Bilderfassungseinrichtung ausgedehnt werden.
  • Außerdem kann die Vorrichtung gemäß einer Ausführungsform so gestaltet sein, dass eine Potentialdifferenz zwischen der Source und dem Drain des Transfertransistors Tx vorliegt, so dass eine Photoladung vollständig ausgegeben werden kann.
  • Auch kann gemäß einer Ausführungsform ein Ladungsanschlussgebiet zwischen der Fotodiode und der Ausleseschaltung ausgebildet werden, um einen Pfad für die schnelle Bewegung einer Photoladung bereitzustellen, so dass eine Dunkelstromquelle minimiert wird und Sättigungsreduktion und Empfindlichkeitsreduktion verhindert werden können.
  • 7 ist eine Querschnittsansicht eines Bildsensors gemäß einer anderen Ausführungsform und stellt ein erstes Substrat, das eine Verbindung 150 umfasst, im Detail dar.
  • Unter Bezugnahme auf 7 kann der Bildsensor umfassen: ein erstes Substrat 100, das eine Verbindung 150 und eine Ausleseschaltung 120 umfasst; und eine Bilderfassungseinrichtung 210 auf der Verbindung 150, wobei eine Sperrvorspannung an die Oberseite der Bilderfassungseinrichtung 210 angelegt wird.
  • Die vorliegende Ausführungsform kann die technischen Merkmale der mit Bezug auf 1 bis 6 beschriebenen Ausführungsformen übernehmen.
  • Im Unterschied zu einer oben beschriebenen Ausführungsform ist indessen ein Anschlussgebiet 148 eines ersten Leitungstyps auf einer Seite des elektrischen Übergangsgebiets 140 ausgebildet.
  • Gemäß einer Ausführungsform kann ein N+-Anschlussgebiet 148 für einen ohmschen Kontakt beim P0/N-/P-Übergang 140 ausgebildet sein. An diesem Punkt kann ein Prozess zum Ausbilden des N+-Anschlussgebiets 148 und eines MlC-Kontakts 151a eine Leckquelle schaffen, da die Vorrichtung mit einer an den P0/N-/P-Übergang 140 angelegten Sperrvorspannung arbeitet und so ein elektrisches Feld EF auf der Si-Oberfläche erzeugt werden kann. Ein während des Prozesses zum Ausbilden des Kontakts erzeugter Kristalldefekt im elektrischen Feld fungiert als Leckquelle.
  • Falls ferner das N+-Anschlussgebiet 148 auf der Oberfläche des P0/N-/P-Übergangs 140 ausgebildet ist, wird außerdem ein elektrisches Feld aufgrund des N+/P0-Übergangs 148/145 hinzugefügt. Dieses elektrische Feld fungiert auch als Leckquelle.
  • Daher schlägt diese Ausführungsform ein Layout vor, in dem ein erster Kontaktplug 151a in einem aktiven Gebiet ausgebildet ist, das nicht mit einer P0-Schicht dotiert ist, sondern ein N+-Anschlussgebiet 148 umfasst. Sodann ist der erste Kontaktplug 151a durch das N+-Anschlussgebiet mit dem N-Übergang 143 verbunden.
  • Gemäß Ausführungsformen wird das elektrische Feld nicht auf der Si-Oberfläche erzeugt, was zur Verminderung eines Dunkelstroms eines dreidimensional integrierten CIS beitragen kann.
  • Jede Bezugnahme in dieser Beschreibung auf „die eine Ausführungsform", „eine Ausführungsform", „eine beispielhafte Ausfürhungsform" 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 beziehen 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 in dieser Beschreibung Ausführungsformen beschrieben wurden, versteht es sich, dass viele andere Modifikationen und Ausführungsformen von Fachleuten erdacht werden können, die unter den Geist und in den Umfang der Grundsätze dieser Offenlegung fallen. Im Besonderen sind verschiedene Variationen und Modifikationen in den Komponententeilen und/oder Anordnungen der Kombination des Gegenstands im Umfang der Offenlegung, der Zeichnungen und der angehängten Ansprüche möglich. Zusätzlich zu den Variationen und Modifikationen in den Komponententeilen und/oder Anordnungen sind für Fachleute auch alternative Verwendungen offensichtlich.

Claims (18)

  1. Bildsensor, umfassend: ein erstes Substrat, das eine Verbindung und eine Ausleseschaltung umfasst; eine Bilderfassungseinrichtung auf der Verbindung; und eine obere Elektrode auf der Bilderfassungseinrichtung, die derart angeschlossen ist, dass während eines Rücksetzvorgangs eine Sperrvorspannung an die Oberseite der Bilderfassungseinrichtung angelegt wird.
  2. Bildsensor nach Anspruch 1, bei dem das erste Substrat ein P-Typ-Substrat umfasst.
  3. Bildsensor nach Anspruch 1 oder 2, bei dem die Sperrvorspannung zwischen 3 V bis –5 V an die Oberseite der Bilderfassungseinrichtung angelegt wird.
  4. Bildsensor nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei dem die Ausleseschaltung ein im ersten Substrat ausgebildetes elektrisches Übergangsgebiet umfasst, wobei das elektrische Übergangsgebiet umfasst: ein Ionenimplantationsgebiet eines ersten Leitungstyps im ersten Substrat; und ein Ionenimplantationsgebiet eines zweiten Leitungstyps auf dem Ionenimplantationsgebiet des ersten Leitungstyps.
  5. Bildsensor nach Anspruch 4, ferner umfassend ein Anschlussgebiet des ersten Leitungstyps zwischen dem elektrischen Übergangsgebiet und der Verbindung.
  6. Bildsensor nach Anspruch 5, bei dem sich das Anschlussgebiet des ersten Leitungstyps auf einem Bereich des elektrischen Übergangsgebiets befindet.
  7. Bildsensor nach Anspruch 5, bei dem sich das Anschlussgebiet des ersten Leitungstyps im ersten Substrat auf einer Seite des elektrischen Übergangsgebiets befindet.
  8. Bildsensor nach einem der Ansprüche 4 bis 7, bei dem das elektrische Übergangsgebiet einen PNP-Übergang umfasst.
  9. Bildsensor nach einem der Ansprüche 1 bis 8, bei dem eine Potentialdifferenz zwischen einer Source und einem Drain eines Transistors der Ausleseschaltung vorgesehen ist.
  10. Bildsensor nach Anspruch 9, bei dem der Transistor einen Transfertransistor umfasst und eine Ionenimplantationskonzentration der Source des Transistors niedriger als eine Ionenimplantationskonzentration eines schwebenden Diffusionsgebiets am Drain des Transistors ist.
  11. Bildsensor nach einem der Ansprüche 1 bis 10, bei dem die Sperrvorspannung zwischen –0,3 V und –0,5 V an die Oberseite der Bilderfassungseinrichtung angelegt wird.
  12. Verfahren zur Herstellung eines Bildsensors, wobei das Verfahren umfasst: Ausbilden einer Ausleseschaltung und einer Verbindung in einem ersten Substrat; Ausbilden einer Bilderfassungseinrichtung auf der Verbindung; und Ausbilden einer oberen Elektrode auf der Bilderfassungseinrichtung zum Verbinden mit einer Sperrvorspannung derart, dass die Sperrvorspannung während eines Rücksetzvorgangs an die Oberseite der Bilderfassungseinrichtung angelegt wird.
  13. Verfahren nach Anspruch 12, bei dem das Ausbilden der Ausleseschaltung ein Ausbilden eines mit der Verbindung elektrisch verbundenen elektrischen Übergangsgebiets im ersten Substrat umfasst.
  14. Verfahren nach Anspruch 13, bei dem das Ausbilden des elektrischen Übergangsgebiets ein Ausbilden eines Ionenimplantationsgebiets eines ersten Leitungstyps im ersten Substrat und das Ausbilden eines Ionenimplantationsgebiets eines zweiten Leitungstyps auf dem Ionenimplantationsgebiet des ersten Leitungstyps umfasst.
  15. Verfahren nach Anspruch 13 oder 14, ferner umfassend das Ausbilden eines Anschlussgebiets des ersten Leitungstyps zwischen dem elektrischen Übergangsgebiet und der Verbindung.
  16. Verfahren nach Anspruch 15, bei dem das Anschlussgebiet des ersten Leitungstyps auf einem Bereich des elektrischen Übergangsgebiets ausgebildet wird.
  17. Verfahren nach Anspruch 16, bei dem das Anschlussgebiet des ersten Leitungstyps nach dem Ausbilden einer Kontaktätzung für die Verbindung ausgebildet wird.
  18. Verfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 17, bei dem das Anschlussgebiet des ersten Leitungstyps im ersten Substrat auf einer Seite des elektrischen Übergangsgebiets ausgebildet wird.
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Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101046060B1 (ko) * 2008-07-29 2011-07-01 주식회사 동부하이텍 이미지센서 제조방법
KR101024815B1 (ko) * 2008-09-30 2011-03-24 주식회사 동부하이텍 이미지센서 및 그 제조방법
KR101038886B1 (ko) * 2008-11-06 2011-06-02 주식회사 동부하이텍 이미지센서 및 그 제조방법
KR20100079058A (ko) * 2008-12-30 2010-07-08 주식회사 동부하이텍 이미지센서 및 그 제조방법
CN101975883B (zh) * 2010-10-26 2012-06-06 江苏奥雷光电有限公司 一种测量半导体探测器暗电流的方法

Family Cites Families (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS59178769A (ja) * 1983-03-30 1984-10-11 Toshiba Corp 固体撮像装置
JP2525780B2 (ja) * 1986-09-08 1996-08-21 株式会社東芝 積層型固体撮像装置
JPH06334920A (ja) * 1993-03-23 1994-12-02 Nippon Hoso Kyokai <Nhk> 固体撮像素子とその駆動方法
JPH07115184A (ja) * 1993-08-24 1995-05-02 Canon Inc 積層型固体撮像装置及びその製造方法
US5796433A (en) * 1996-03-20 1998-08-18 Loral Fairchild Corp. Multiple-frame CCD image sensor with overlying photosensitive layer
US6156596A (en) * 1998-12-10 2000-12-05 United Microelectronics Corp. Method for fabricating a complementary metal oxide semiconductor image sensor
TW449836B (en) * 1999-09-06 2001-08-11 Winbond Electronics Corp Manufacturing method and device for forming anti-punch-through region by large-angle-tilt implantation
US6730914B2 (en) * 2002-02-05 2004-05-04 E-Phocus, Inc. Photoconductor-on-active-pixel (POAP) sensor utilizing equal-potential pixel electrodes
JP3795846B2 (ja) * 2002-08-29 2006-07-12 富士通株式会社 半導体装置
US7265740B2 (en) * 2002-08-30 2007-09-04 Toshiba Matsushita Display Technology Co., Ltd. Suppression of leakage current in image acquisition
JP4511441B2 (ja) * 2005-09-30 2010-07-28 富士フイルム株式会社 感度可変型撮像素子及びこれを搭載した撮像装置

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