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HINTERGRUND
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Ein
Bildsensor ist ein Halbleiterbauelement zur Umwandlung eines optischen
Bildes in ein elektrisches Signal. Bildsensoren können grob
in Bildsensoren mit ladungsgekoppelten Bauelementen (CCD) und in
Komplementär-Metall-Oxid-Halbleiter-(CMOS)-Bildsensoren
(CIS) klassifiziert werden.
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In
einer verwandten Technik wird eine Fotodiode mit einem Auslese-Schaltkreis
in einem Substrat mit Transistorschaltungen unter Verwendung von Ionenimplantation
ausgebildet. Da sich die Abmessungen einer Fotodiode immer mehr
verringern, um die Anzahl von Bildpunkten zu erhöhen, ohne die Chipfläche zu vergrößern, verringert
sich die Fläche eines
Licht empfangenden Teilbereichs, so dass sich die Bildqualität verschlechtert.
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Da
sich die Stapelhöhe
nicht so viel verringert, wie sich die Fläche des Licht empfangenden Teilbereichs
verringert, verringert sich auch die Anzahl der Photonen, die auf
den Licht empfangenden Teilbereich einfallen, durch Beugung des
Lichtes, Beugungsscheibchen (Airy Disk) genannt.
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Als
Alternative zur Beseitigung dieser Einschränkung wurde der Versuch unternommen,
eine Fotodiode unter Verwendung von amorphem Silizium (Si) auszubilden,
oder einen Auslese-Schaltkreis
auf einem Si-Substrat auszubilden und eine Fotodiode auf dem Auslese-Schaltkreis
unter Verwendung eines Verfahrens, wie z. B. Wafer-Wafer-Bonden,
auszubilden (als "Dreidimensionaler
(3D) Bildsensor" bezeichnet).
Die Fotodiode ist durch eine Verbindung mit dem Auslese-Schaltkreis
verbunden.
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Inzwischen
tritt in einer verwandten Technik, da sowohl Source, als auch Drain
an den Seiten des Transfer-Transistors des Auslese-Schaltkreises
stark mit N-Typ-Fremdatomen dotiert sind, ein Ladungs-Verteilungs-Phänomen auf.
Wenn das Ladungs-Verteilungs-Phänomen auftritt,
wird die Empfindlichkeit eines ausgegebenen Bildes verringert und
es können
Bildfehler auftreten.
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Ebenfalls
wird in der verwandten Technik, da eine Fotoladung sich nicht leicht
zwischen der Fotodiode und dem Auslese-Schaltkreis bewegt, ein Dunkelstrom
erzeugt, oder die Sättigung
und die Empfindlichkeit verringern sich.
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KURZE ZUSAMMENFASSUNG
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Ausführungen
der vorliegenden Erfindung liefern einen Bildsensor, der das Auftreten
der Ladungs-Verteilung verhindern kann, während er den Füllfaktor
erhöht,
sowie ein Verfahren zu dessen Herstellung.
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Ausführungen
liefern auch einen Bildsensor, der eine Dunkelstrom-Quelle minimieren
und die Verringerung der Sättigung
und der Empfindlichkeit verhindern kann, indem er einen Pfad für die schnelle Bewegung
einer Fotoladung zwischen einer Fotodiode und einem Auslese-Schaltkreis
bereitstellt, sowie ein Verfahren zu dessen Herstellung.
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In
einer Ausführung
umfasst ein Verfahren zur Herstellung eines Bildsensors:
Ausbilden
eines Auslese-Schaltkreises auf einem ersten Substrat;
Ausbilden
eines elektrischen Sperrschicht-Bereichs im ersten Substrat für eine elektrische
Verbindung mit dem Auslese-Schaltkreis;
Ausbilden
einer Verbindung auf dem elektrischen Sperrschicht-Bereich; und
Ausbilden
einer Bilderfassungs-Einrichtung auf der Verbindung.
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In
einer anderen Ausführung
umfasst ein Verfahren zur Herstellung eines Bildsensors:
Ausbilden
eines Auslese-Schaltkreises, der aus einem ersten Transistor und
einem zweiten Transistor besteht, auf einem ersten Substrat;
Ausbilden
eines elektrischen Sperrschicht-Bereichs zwischen dem ersten Transistor
und dem zweiten Transistor im ersten Substrat, wobei der elektrische Sperrschicht-Bereich
elektrisch mit dem Auslese-Schaltkreis verbunden ist;
Ausbilden
einer Verbindung, die durch den zweiten Transistor elektrisch mit
dem elektrischen Sperrschicht-Bereich verbunden ist; und
Ausbilden
einer Bilderfassungs-Einrichtung auf der Verbindung.
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Die
Details einer oder mehrerer Ausführungen
werden in den begleitenden Zeichnungen und der unten stehenden Beschreibung
dargelegt. Weitere Eigenschaften sind aus der Beschreibung und den Zeichnungen,
sowie aus den Ansprüchen
ersichtlich.
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KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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1 ist
eine Querschnitts-Ansicht eines Bildsensors gemäß einer Ausführung.
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Die 2 bis 7 sind
Querschnitts-Ansichten eines Verfahrens zur Herstellung eines Bildsensors
gemäß einer
Ausführung.
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8 ist
eine Querschnitts-Ansicht eines Bildsensors gemäß einer anderen Ausführung.
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9 ist
eine Querschnitts-Ansicht eines Bildsensors gemäß noch einer anderen Ausführung.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
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Im
Folgenden werden Ausführungen
eines Bildsensors und ein Verfahren zu dessen Herstellung mit Bezug
auf die begleitenden Zeichnungen beschrieben.
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In
der Beschreibung der Ausführungen
versteht sich, dass wenn eine Ebene (oder Schicht) als "auf" einer anderen Ebene
oder einem Substrat bezeichnet wird, sie sich direkt auf der anderen
Ebene oder dem Substrat befinden kann, oder auch dazwischen liegende
Ebenen vorhanden sein können.
Ferner versteht sich, dass wenn eine Ebene als "unter" einer anderen Ebene bezeichnet wird,
sie sich direkt unter der anderen Ebene befinden kann, oder auch ein
oder mehrere dazwischen liegende Ebenen vorhanden sein können. Außerdem versteht
sich, dass wenn eine Ebene als "zwischen" zwei Ebenen bezeichnet
wird, sie die einzige Ebene zwischen den zwei Ebenen sein kann,
oder auch ein oder mehrere dazwischen liegende Ebenen vorhanden
sein können.
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Die
vorliegende Offenlegung ist nicht auf einen Komplementär-Metall-Oxid-Halbleiter-(CMOS)-Bildsensor
beschränkt,
sondern kann leicht auf jeden Bildsensor angewendet werden, der eine
Fotodiode erfordert.
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1 ist
eine Querschnitts-Ansicht eines Bildsensors gemäß einer Ausführung.
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In
einer Ausführung
kann ein Bildsensor einen Auslese-Schaltkreis 120, der auf einem
ersten Substrat 100 ausgebildet ist, einen elektrischen Sperrschicht-Bereich 140 im
ersten Substrat, wobei der elektrische Sperrschicht-Bereich 140 elektrisch mit
dem Auslese-Schaltkreis 120 verbunden ist, eine Verbindung 150 auf
dem elektrischen Sperrschicht-Bereich 140, und eine Bilderfassungs-Einrichtung 210 auf
der Verbindung 150 umfassen.
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Die
Bilderfassungs-Einrichtung 210 kann eine Fotodiode sein,
ist aber nicht darauf beschränkt. Zum
Beispiel kann die Bilderfassungs-Einrichtung 210 in bestimmten
Ausführungen
ein Photogate oder eine Kombination einer Fotodiode und eines Photogate
sein. Obwohl die Fotodiode 210 als auf einer kristallinen
Halbleiterschicht ausgebildet beschrieben wird, ist die Fotodiode
nicht darauf beschränkt.
Zum Beispiel kann die Fotodiode 210 in einer amorphen Halbleiterschicht
ausgebildet sein.
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Referenznummern
in 1, die nicht erklärt wurden, werden im folgenden
Herstellungsverfahren beschrieben.
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Im
Folgenden wird ein Verfahren zur Herstellung eines Bildsensors gemäß einer
Ausführung
mit Bezug auf die 2 bis 7 beschrieben.
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Das
erste Substrat 100, in dem die Verbindung 150 und
der Auslese-Schaltkreis 120 ausgebildet sind, kann bereitgestellt
werden. Zum Beispiel kann eine Bauelemente-Isolations-Schicht 110 im ersten
Substrat 100 eines zweiten Leitungstyps ausgebildet werden,
so dass ein aktiver Bereich definiert wird. Der Auslese-Schaltkreis 120,
der einen Transistor enthält,
kann in dem aktiven Bereich ausgebildet werden. In einer Ausführung kann
der Auslese-Schaltkreis 120 einen Transfer-Transistor Tx 121, einen
Reset-Transistor Rx 123, einen Ansteuerungs-Transistor
Dx 125 und einen Auswahl-Transistor Sx 127 enthalten.
Nach dem Ausbilden der Gates für
die Transistoren können
ein Floating-Diffusions-Bereich FD 131 und Ionenimplantations-Bereiche 130,
die Source-/Drain-Bereiche 133, 135 und 137 entsprechender
Transistoren enthalten, ausgebildet werden. Gemäß einer Ausführung kann
auch ein Schaltkreis zum Entfernen von Rauschen (nicht gezeigt)
hinzugefügt
werden, um die Empfindlichkeit zu verbessern.
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Das
Ausbilden des Auslese-Schaltkreises 120 im ersten Substrat 100 kann
das Ausbilden des elektrischen Sperrschicht-Bereichs 140 im ersten Substrat 100 und
das Ausbilden eines Verbindungs-Bereichs 147 eines ersten
Leitungstyps, der mit der Verbindung 150 verbunden ist,
auf dem elektrischen Sperrschicht-Bereich 140 umfassen.
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Der
elektrische Sperrschicht-Bereich 140 kann ein PN-Übergang
sein, ist aber nicht darauf beschränkt. Zum Beispiel kann der
elektrische Sperrschicht-Bereich 140 eine Ionenimplantations-Schicht 143 eines
ersten Leitungstyps, die auf einer Wanne 141 eines zweiten
Leitungstyps (oder einer Epitaxieschicht eines zweiten Leitungstyps)
ausgebildet ist, und eine Ionenimplantations-Schicht 145 eines zweiten
Leitungstyps, die auf der Ionenimplantations-Schicht 143 des
ersten Leitungstyps ausgebildet ist, umfassen. Zum Beispiel kann
der PN-Übergang ein
P0(145)/N-(143)/P-(141)-Übergang
sein, wie in 2 gezeigt, ist aber nicht darauf
beschränkt.
Das erste Substrat 100 kann ein Substrat eines zweiten Leitungstyps
sein, Ausführungen
sind jedoch nicht darauf beschränkt.
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Gemäß einer
Ausführung
wird ein Bauelement so konstruiert, dass zwischen Source und Drain des
Transfer-Transistors Tx eine Potentialdifferenz vorliegt, so dass
eine Fotoladung vollständig
entladen werden kann. Folglich wird eine von der Fotodiode erzeugte
Fotoladung vollständig
in den Floating-Diffusions-Bereich
entladen, so dass die Empfindlichkeit eines ausgegebenen Bildes
verbessert werden kann.
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Das
heißt,
gemäß einer
Ausführung
wird der elektrische Sperrschicht-Bereich 140 im ersten
Substrat 100 ausgebildet, in dem der Auslese-Schaltkreis 120 wie
in 2 ausgebildet wird, um es zu ermöglichen,
dass eine Potentialdifferenz zwischen Source und Drain an den Seiten
des Transfer-Transistors Tx 121 erzeugt wird, so dass eine
Fotoladung vollständig
entladen werden kann.
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Im
Folgenden wird eine Entlade-Struktur einer Fotoladung gemäß einer
Ausführung
detailliert beschrieben.
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Anders
als bei einem Knoten des Floating-Diffusions-Bereichs FD 131,
der ein N+-Übergang
ist, wird der PNP-Übergang 140,
der ein elektrischer Sperrschicht-Bereich 140 ist und an
den eine angelegte Spannung nicht vollständig übertragen wird, bei einer bestimmten
Spannung abgeschnürt. Diese
Spannung wird als Haftspannung (Pinning-Spannung) bezeichnet und
ist abhängig
von den Dotierungs-Konzentrationen des P0-Bereichs 145 und
des N–-Bereichs 143.
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Insbesondere
bewegt sich ein Elektron, das von der Fotodiode 210 (siehe 1)
erzeugt wird, zum PNP-Übergang 140 und
wird zum Knoten des Floating-Diffusions-Bereichs FD 131 übertragen
und in eine Spannung umgewandelt, wenn der Transfer-Transistor Tx 121 eingeschaltet
wird.
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Da
ein maximaler Spannungswert des P0/N–/P--Übergangs 140 eine
Pinning-Spannung wird, und ein maximaler Spannungswert des Knotens des
Floating-Diffusions-Bereichs FD 131 eine Schwellspannung
Vth eines Vdd – Rx 123 wird,
kann ein Elektron, das von der Fotodiode 210 im oberen Teil
eines Chips erzeugt wird, vollständig
zum Knoten des Floating-Diffusions-Bereichs FD 131 entladen werden,
ohne dass eine Ladungs-Verteilung auftritt, indem eine Potentialdifferenz
zwischen den Seiten des Transfer-Transistors Tx 131 implementiert
wird.
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Das
heißt,
gemäß einer
Ausführung
wird der P0/N–/P–-Wannen-Übergang im ersten Substrat 100 ausgebildet,
um es zu ermöglichen
eine +-Spannung an den N–-Bereich 143 des
P0/N–/P–-Wannen-Übergangs
anzulegen, und während
einer Reset-Operation
eines aktiven Bildpunkte-Sensors mit 4 Transistoren (APS) eine Massespannung
an P0 145 und die P-Wanne 141 anzulegen, so dass
am doppelten P0/N–/P-Wannen-Übergang
bei einer vorher festgelegten Spannung oder mehr, wie in einer Transistor-Struktur
mit einer bipolaren Sperrschicht (BJT) eine Abschnürung hervorgerufen
wird. Dies wird als Haftspannung (Pinning-Spannung) bezeichnet.
Daher wird zwischen Source und Drain an den Seiten des Transfer-Transistors
Tx 121 eine Potentialdifferenz erzeugt, die ein Ladungs-Verteilungs-Phänomen während der
Ein-/Aus-Operationen des Transfer-Transistors Tx verhindert.
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Daher
können,
anders als im Fall, in dem eine Fotodiode einfach mit einem N+-Übergang (N+/P-Wanne)
wie nach dem Stand der Technik verbunden wird, Einschränkungen,
wie Sättigungs-Verringerung und
Empfindlichkeits-Verringerung vermieden werden.
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Als
nächstes
kann gemäß einer
Ausführung ein
Verbindungs-Bereich 147 eines
ersten Leitungstyps zwischen der Fotodiode und dem Auslese-Schaltkreis
ausgebildet werden, um einen Pfad für die schnelle Bewegung einer
Fotoladung bereitzustellen, so dass eine Dunkelstrom-Quelle minimiert und
die Verringerung der Sättigung
und die Verringerung der Empfindlichkeit verhindern werden können.
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Zu
diesem Zweck kann gemäß einer
Ausführung
auf der Oberfläche
des P0/N–/P–-Übergangs 140 ein
Verbindungs-Bereich 147 eines ersten Leitungstyps für den ohmschen
Kontakt ausgebildet werden. Der N+-Bereich 147 kann so
ausgebildet werden, dass er den P0-Bereich 145 durchläuft und den
N–-Bereich 143 kontaktiert.
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Um
zu verhindern, dass der Verbindungs-Bereich 147 des ersten
Leitungstyps eine Leckstrom-Quelle wird, kann unterdessen die Breite des
Verbindungs-Bereichs 147 des ersten Leitungstyps minimiert
werden. Zu diesem Zweck kann in einer Ausführung eine Zapfen-Implantation
durchgeführt
werden, nachdem ein Durchkontaktierungs-Loch für einen ersten Metallkontakt 151a geätzt wurde.
In einer anderen Ausführung
kann ein Ionenimplantations-Muster (nicht gezeigt) auf dem Substrat
ausgebildet werden, und der Verbindungs-Bereich 147 des
ersten Leitungstyps kann dann ausgebildet werden, indem das Ionenimplantations-Muster
als Ionenimplantations-Maske verwendet wird.
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Das
heißt,
ein Grund dafür,
in dieser Ausführung
nur einen Kontakt bildenden Teil lokal und stark mit N-Typ-Fremdatomen
zu dotieren, ist es, die Bildung eines ohmschen Kontaktes zu erleichtern
und dabei ein Dunkelsignal zu minimieren. Im Fall einer starken
Dotierung der gesamten Source des Transfer-Transistors kann das Dunkelsignal durch
eine ungesättigte
Bindung der Si-Oberflächenatome
vergrößert werden.
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Ein
Zwischenschicht-Dielektrikum 160 kann auf dem ersten Substrat 100 ausgebildet
werden, und die Verbindung 150 kann ausgebildet werden. Die
Verbindung 150 kann den ersten Metall-Kontakt 151a,
ein erstes Metall 151, ein zweites Metall 152, ein
drittes Metall 153 und einen vierten Metall-Kontakt 154a enthalten,
ist aber nicht darauf beschränkt.
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Eine
kristalline Halbleiterschicht 210a kann auf einem zweiten
Substrat 200 ausgebildet werden, wie in 3.
Obwohl die Fotodiode 210 als in der kristallinen Halbleiterschicht
ausgebildet beschrieben wird, sind Ausführungen nicht darauf beschränkt. Folglich
kann die Bilderfassungs-Einrichtung eine dreidimensionale (3D) Bildsensor-Struktur
aufnehmen, die sich auf dem Auslese-Schaltkreis befindet, um einen
Füllfaktor
zu erhöhen.
Zusätzlich
dazu können,
da sie innerhalb der kristallinen Halbleiterschicht ausgebildet
wird, Defekte in der Bilderfassungs-Einrichtung reduziert werden.
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Zum
Beispiel kann eine kristalline Halbleiterschicht 210a auf
einem zweiten Substrat 200 ausgebildet werden, wozu Epitaxie
verwendet wird. Danach können
Wasserstoffionen zwischen dem zweiten Substrat 200 und
der kristallinen Halbleiterschicht 210a implantiert werden,
um eine Wasserstoffionen-Implantationsschicht 207a auszubilden.
In einer Ausführung kann
die Implantation der Wasserstoffionen nach der Ionenimplantation
zum Ausbilden der Fotodiode 210 durchgeführt werden.
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Mit
Bezug auf 4 kann als nächstes die Fotodiode 210 in
der kristallinen Halbleiterschicht 210a unter Verwendung
von Ionenimplantation ausgebildet werden. Zum Beispiel kann eine
Leitungs-Schicht 216 eines zweiten Leitungstyps im unteren
Teil der kristallinen Halbleiterschicht 210a ausgebildet
werden. Zum Beispiel kann eine P-Typ-Leitungs-Schicht 216 hoher
Konzentration im unteren Teil der kristallinen Halbleiterschicht 210a ausgebildet
werden, indem eine flächendeckende
Ionenimplantation auf der gesamten Oberfläche des zweiten Substrates 200 ohne
Maske ausgeführt
wird. In einer Ausführung
kann die Leitungs-Schicht 216 des zweiten Leitungstyps
ausgebildet werden, die eine Sperrschicht-Tiefe von weniger als
0,5 μm hat.
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Dann
kann eine Leitungs-Schicht 214 eines ersten Leitungstyps
auf der Leitungs-Schicht 216 des zweiten Leitungstyps ausgebildet
werden. Zum Beispiel kann eine N-Typ-Leitungs-Schicht 214 geringer Konzentration
auf der Leitungs-Schicht 216 des zweiten Leitungstyps ausgebildet
werden, indem eine flächendeckende
Ionenimplantation auf der gesamten Oberfläche des zweiten Substrates 200 ohne Maske
ausgeführt
wird. In einer Ausführung
kann die Leitungs-Schicht 214 des ersten Leitungstyps ausgebildet
werden, die eine Sperrschicht-Tiefe von 1,0–2,0 μm hat.
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Gemäß einer
Ausführung
kann, da die Leitungs-Schicht 214 des ersten Leitungstyps
dicker als die Leitungs-Schicht 216 des zweiten Leitungstyps ausgebildet
wird, die Ladungsspeicherungs-Kapazität verbessert werden. Indem
die N-Typ-Leitungs- Schicht 214 dicker
ausgebildet wird als die P-Typ-Leitungs-Schicht 216 hoher Konzentration, kann
durch den vergrößerten Ladungsspeicherungs-Bereich
durch die dickere N-Typ-Leitungs-Schicht 214 die
Ladungsspeicherungs-Kapazität
verbessert werden.
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In
einer weiteren Ausführung
kann eine Leitungs-Schicht eines ersten Leitungstyps 212 hoher Konzentration
auf der Leitungs-Schicht 214 des
ersten Leitungstyps ausgebildet werden. Zum Beispiel kann eine Leitungs-Schicht 212 vom
Typ N+ hoher Konzentration auf der Leitungs-Schicht 214 des
ersten Leitungstyps ausgebildet werden, indem eine flächendeckende
Ionenimplantation auf der gesamten Oberfläche des zweiten Substrates 200 ohne
Maske ausgeführt
wird. Die Leitungs-Schicht 212 des ersten Leitungstyps
hoher Konzentration kann zum ohmschen Kontakt zwischen der Fotodiode 210 und
der Verbindung 150 des ersten Substrates 100 beitragen.
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Mit
Bezug auf 5 können als nächstes das erste Substrat 100 und
das zweite Substrat 200 so verbunden werden, dass die Fotodiode 210 Kontakt
mit der Verbindung 150 hat. An dieser Stelle kann bevor
das erste Substrat 100 und das zweite Substrat 200 miteinander
verbunden werden, die Verbindung ausgeführt werden, indem die Oberflächenenergie
einer zu verbindenden Oberfläche durch
Aktivierung mit Plasma erhöht
wird. Indessen kann in bestimmten Ausführungen die Verbindung mit
einem Dielektrikum oder einer Metallschicht, die auf einer Verbindungs-Schnittstelle
angeordnet sind, um die Verbindungskraft zu erhöhen, durchgeführt werden.
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Nach
der Verbindung des ersten Substrates 100 und der zweiten
Substrates 200 miteinander kann die Wasserstoff-Ionenimplantations-Schicht 207a in
eine Wasserstoff-Gas-Schicht (nicht gezeigt) geändert werden, indem eine Wärmebehandlung durchgeführt wird.
Danach kann ein Teil des zweiten Substrates 200 unter Verwendung
eines Messers entfernt werden, wobei die Fotodiode 210 unter
der Wasserstoffgas-Schicht bleibt, so dass die Fotodiode 210 freigelegt
werden kann, wie in 6 gezeigt.
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Dann
kann eine Ätzung
durchgeführt
werden, mit der die Fotodiode für
jede Bildpunkt-Einheit getrennt wird. In einer Ausführung kann
der geätzte Teil
mit einem Zwischenbildpunkt-Dielektrikum
(nicht gezeigt) gefüllt
werden.
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Mit
Bezug auf 7 können als nächstes Prozesse zum Ausbilden
einer oberen Elektrode 240 und eines Farbfilters (nicht
gezeigt) ausgeführt
werden.
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Im
Bildsensor und im Verfahren zu dessen Herstellung gemäß einer
Ausführung
wird ein Bauelement so konstruiert, dass zwischen Source und Drain
des Transfer-Transistors Tx eine Potentialdifferenz vorliegt, so
dass eine Fotoladung vollständig entladen
werden kann.
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Gemäß einer
Ausführung
ist der Ladungs-Verbindungs-Bereich zwischen der Fotodiode und dem
Auslese-Schaltkreis auch ausgebildet, um einen Pfad für die schnelle
Bewegung einer Fotoladung bereitzustellen, so dass eine Dunkelstrom-Quelle
minimiert wird und die Verringerung der Sättigung und die Verringerung
der Empfindlichkeit verhindert werden kann.
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8 ist
eine Querschnitts-Ansicht eines Bildsensors gemäß einer anderen Ausführung und zeigt
ein erstes Substrat, das eine Verbindung 150 enthält, im Detail.
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Wie
in 8 gezeigt, kann der Bildsensor umfassen: Einen
Auslese-Schaltkreis 120, ausgebildet auf einem ersten Substrat 100;
einen elektrischen Sperrschicht-Bereich 140 im ersten Substrat,
wobei der elektrische Sperrschicht-Bereich 140 elektrisch mit
dem Auslese-Schaltkreis 120 verbunden ist; eine Verbindung 150,
die mit dem elektrischen Sperrschicht-Bereich 140 elektrisch verbunden
ist; und eine Bilderfassungs-Einrichtung 210 auf der Verbindung 150.
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Die
vorliegende Ausführung
kann die technischen Charakteristiken der Ausführungen, die mit Bezug auf
die 1 bis 7 beschrieben wurden, übernehmen.
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Zum
Beispiel kann ein Bauelement so konstruiert werden, dass eine Potentialdifferenz
zwischen Source und Drain eines Transfer-Transistors Tx vorliegt,
so dass die Fotoladung vollständig
entladen werden kann.
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Gemäß einer
Ausführung
wird auch ein Ladungs-Verbindungs-Bereich zwischen einer Fotodiode und
dem Auslese-Schaltkreis ausgebildet, um einen Pfad für die schnelle
Bewegung einer Fotoladung bereitzustellen, so dass eine Dunkelstrom-Quelle
minimiert wird und die Verringerung der Sättigung und die Verringerung
der Empfindlichkeit verhindert werden kann.
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Anders
als bei der mit Bezug auf 1 beschriebenen
Ausführung
wird indessen ein Verbindungs-Bereich eines ersten Leitungstyps 148 an
einer Seite des elektrischen Sperrschicht-Bereichs 140 ausgebildet.
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Gemäß einer
Ausführung
kann ein N+-Verbindungsbereich 148 für einen ohmschen Kontakt neben
dem P0/N–/P–-Übergang 140 ausgebildet werden.
An dieser Stelle kann ein Prozess zum Ausbilden des N+-Verbindungsbereichs 148 und
eines MlC-Kontaktes 151a für eine Leckstrom-Quelle
sorgen, da das Bauelement mit einer an den P0/N–/P–-Übergang 140 angelegten
Rückwärts-Vorspannung
arbeitet, so dass ein elektrisches Feld EF auf der Si-Oberfläche erzeugt
werden kann. Ein Kristalldefekt, der während des Prozesses zum Ausbilden
des Kontaktes innerhalb des elektrischen Feldes erzeugt wird, dient
als Leckstrom-Quelle.
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Auch
im Fall, dass der N+-Verbindungsbereich 148 auf der Oberfläche des
P0/N–/P–-Übergangs 140 ausgebildet
wird, wird durch den N+/P0-Übergang 148/145 ein
elektrisches Feld hinzugefügt.
Dieses elektrische Feld dient auch als Leckstrom-Quelle.
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Daher
wird ein Layout bereitgestellt, in dem ein erster Kontakt-Zapfen 151a in
einem aktiven Bereich ausgebildet wird, der nicht mit einer P0-Schicht dotiert
ist, sondern stattdessen in einem N+-Verbindungsbereich 148.
Dann wird durch den N+-Verbindungsbereich 148 der erste
Kontakt-Zapfen 151a mit der N-Sperrschicht 143 verbunden.
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Gemäß einer
Ausführung
wird das elektrische Feld auf der Si-Oberfläche nicht erzeugt. Somit kann
ein Dunkelstrom eines dreidimensionalen integrierten CIS reduziert
werden.
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9 ist
eine Querschnitts-Ansicht eines Bildsensors gemäß noch einer anderen Ausführung und
zeigt ein erstes Substrat, das eine Verbindung 150 enthält, im Detail.
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Wie
in 9 gezeigt, kann der Bildsensor umfassen: Einen
Auslese-Schaltkreis 120, der aus einem ersten Transistor 121a und
einem zweiten Transistor 121b auf dem ersten Substrat 100 besteht; einen
elektrischen Sperrschicht-Bereich 140 zwischen dem ersten
Transistor 121a und dem zweiten Transistor 121b im
ersten Substrat 100, wobei der elektrische Sperrschicht-Bereich 140 elektrisch
mit dem Auslese-Schaltkreis 120 verbunden ist; eine Verbindung 150,
die mit dem elektrischen Sperrschicht-Bereich 140 elektrisch
verbunden ist; und eine Bilderfassungs-Einrichtung 210 auf
der Verbindung 150.
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Die
vorliegende Ausführung
kann die technischen Charakteristiken der oben beschriebenen Ausführungen übernehmen.
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Zum
Beispiel kann gemäß einer
Ausführung ein
Bauelement so konstruiert werden, dass eine Potentialdifferenz zwischen
Source und Drain eines Transfer-Transistors Tx vorliegt, so dass
die Fotoladung vollständig
entladen werden kann.
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Gemäß einer
Ausführung
wird auch ein Ladungs-Verbindungs-Bereich zwischen einer Fotodiode und
dem Auslese-Schaltkreis ausgebildet, um einen Pfad für die schnelle
Bewegung einer Fotoladung bereitzustellen, so dass eine Dunkelstrom-Quelle
minimiert wird und die Verringerung der Sättigung und die Verringerung
der Empfindlichkeit verhindert werden kann.
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Das
Ausbilden des Auslese-Schaltkreises 120 auf dem ersten
Substrat 100 gemäß dieser
Ausführung
wird detaillierter beschrieben.
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Ein
erster Transistor 121a und ein zweiter Transistor 121b können auf
dem ersten Substrat 100 ausgebildet werden. Zum Beispiel
können
der erste Transistor 121a und der zweite Transistor 121b ein erster
Transfer-Transistor 121a, bzw. ein zweiter Transfer-Transistor 121b sein,
sind aber nicht darauf beschränkt.
Der erste Transistor 121a und der zweite Transis tor 121b können gleichzeitig
oder nacheinander ausgebildet werden.
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Danach
kann der elektrische Sperrschicht-Bereich 140 zwischen
dem ersten Transistor 121a und dem zweiten Transistor 121b ausgebildet werden.
In einer Ausführung
kann der elektrische Sperrschicht-Bereich 140 ein PN-Übergang 140 sein.
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Zum
Beispiel kann der PN-Übergang 140 gemäß einer
Ausführung
eine Ionenimplantations-Schicht 143 eines ersten Leitungstyps,
die auf einer Epitaxieschicht (oder einer Wanne) eines zweiten Leitungstyps 141 ausgebildet
ist, und eine Ionenimplantations-Schicht 145 eines zweiten
Leitungstyps, die auf der Ionenimplantations-Schicht 143 des
ersten Leitungstyps ausgebildet ist, umfassen.
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In
einer speziellen Ausführung
kann der PN-Übergang 140 der
in 2 gezeigte Übergang P0(145)/N-(143)/P-(141)
sein.
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Ein
Verbindungsbereich 131b eines ersten Leitungstyps hoher
Konzentration, der mit der Verbindung 150 verbunden ist,
kann an einer Seite des zweiten Transistors 121b ausgebildet
werden. Der Verbindungsbereich 131b des ersten Leitungstyps hoher
Konzentration kann ein N+-Ionenimplantations-Bereich hoher Konzentration
(N+-Übergang) sein
und kann als ein zweiter Floating-Diffusions-Bereich FD2 (131b)
dienen, ist aber nicht darauf beschränkt.
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Der
Auslese-Schaltkreis gemäß einer
Ausführung
umfasst einen Teil zum Bewegen eines von der Fotodiode im oberen
Teil eines Chips erzeugten Elektrons zum N+-Übergang 131b des Si-Substrates, in dem
der Auslese-Schaltkreis ausgebildet ist, und einen Teil zum Bewegen
eines Elektrons des N+-Übergangs 131b zu
einem N–-Übergang 143,
so dass ein Betrieb mit 4 Transistoren realisiert werden kann.
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Ein
Grund dafür,
den P0/N–/P–-Übergang 140 und
den N+-Übergang 131b getrennt
auszubilden, wie in 9, wird im Folgenden angegeben. Wenn
die N+-Dotierung und ein Kontakt im PNP-Übergang 140 des P0/N–/P–-Übergangs 140 ausgebildet
werden, kann durch die N+-Schicht auf dem PNP-Übergang 140 ein Dunkelstrom
und eine Kontakt-Ätz-Beschädigung erzeugt
werden. Um diesen Dunkelstrom zu verringern, kann der N+-Übergang 131b, der
ein Abschnitt zur Bildung eines Kontaktes ist, vom PNP-Übergang 140 getrennt
werden.
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Das
heißt,
wenn die N+-Dotierung und die Kontakt-Ätzung auf der Oberfläche des
PNP-Übergangs 140 durchgeführt werden,
können
Leckstrom-Quellen ausgebildet werden. Um die Bildung dieser Leckstrom-Quellen
zu verhindern, kann ein Kontakt auf dem N+/P–-Epitaxie-Übergang 131b ausgebildet
werden.
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Da
ein Gate des zweiten Transistors Tx2 (121b) und ein Gate
des ersten Transistors Tx1 (121a) während einer Signal-Auslese-Operation
eingeschaltet werden, läuft
ein Elektron, das von der Fotodiode 210 im oberen Teil
des Chips erzeugt wird, vom Verbindungsbereich 131b des
ersten Leitungstyps durch den P0/N–/P–-Epitaxie-Übergang 140 und bewegt
sich zu einem ersten Floating-Diffusions-Bereich FD1 (131a),
so dass ein korreliertes doppeltes Abtasten realisiert werden kann.
-
In
der vorliegenden Beschreibung bedeutet jeder Verweis auf "eine Ausführung", "Ausführung", "beispielhafte Ausführung", usw., dass ein
spezielles Merkmal, eine Struktur oder eine Eigenschaft, welches
bzw. welche in Verbindung mit der Ausführung beschrieben wird, in
mindestens einer Ausführung 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 eine Eigenschaft beschrieben wird, es sich innerhalb des Bereichs
der Möglichkeiten
eines Fachmanns befindet, ein derartiges Merkmal, eine Struktur
oder ein Kennmerkmal in Verbindung mit anderen der Ausführungen
zu bewirken.
-
Obwohl
Ausführungen
mit Bezug auf eine Anzahl erläuternder
Ausführungsbeispiele
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.