DE102008046100A1

DE102008046100A1 - Bildsensor und Verfahren zu seiner Herstellung

Info

Publication number: DE102008046100A1
Application number: DE102008046100A
Authority: DE
Inventors: Joon Cheongju Hwang
Original assignee: Dongbu HitekCo Ltd
Current assignee: DB HiTek Co Ltd
Priority date: 2007-09-07
Filing date: 2008-09-05
Publication date: 2009-05-28
Also published as: KR100863361B1; TW200915549A; JP2009065167A; CN101383370A; US7846761B2; US20090065885A1

Abstract

Ein Bildsensor und ein Verfahren zu seiner Herstellung werden bereitgestellt. Bei dem Bildsensor weist ein erstes Substrat eine untere Metallleitung und eine Schaltung hierauf auf. Eine kristalline Halbleiterschicht hat mit der unteren Metallleitung Kontakt und ist auf das erste Substrat gebondet. Eine Fotodiode ist in der kristallinen Halbleiterschicht vorgesehen und mit der unteren Metallleitung elektrisch verbunden. Eine lichtabschirmende Schicht ist in Gebieten der Fotodiode ausgebildet.

Description

HINTERGRUND
Im Allgemeinen ist ein Bildsensor ein Halbleiterbauelement, das ein optisches Bild in ein elektrisches Signal umwandelt. Bildsensoren werden allgemein als ladungsgekoppelter (CCD) Bildsensor oder als Komplementär-Metall-Oxid-Silizium-(CMOS)-Bildsensor (CIS) klassifiziert.
Bei einem der verwandten Technik entsprechenden Bildsensor ist eine Fotodiode durch Innenimplantation in einem Substrat mit Transistorschaltungen ausgebildet. Da die Größe einer Fotodiode zwecks Erhöhung der Anzahl von Bildpunkten ohne Erhöhung der 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.
Bei einem der verwandten Technik entsprechenden CMOS-Bildsensor des horizontalen Typs sind eine Fotodiode und ein Transistor horizontal auf einem Substrat nebeneinander liegend ausgebildet. Daher ist ein zusätzliches Gebiet für die Fotodiode erforderlich, was ein Füllfaktorgebiet verkleinern und die Auflösungsmöglichkeit begrenzen kann.
Außerdem kann der der verwandten Technik entsprechende CMOS-Bildsensor des horizontalen Typs ein Übersprechproblem zwischen Bildpunkten verursachen.
Des Weiteren ist es bei dem der verwandten Technik entsprechenden CMOS-Bildsensor des horizontalen Typs sehr schwierig, den optimierten Prozess zum gleichzeitigen Ausbilden der Fotodiode und des Transistors zu verwirklichen.
Als Alternative zum Überwinden dieser Einschränkung wurde versucht, eine Fotodiode unter Verwendung von amorphem Silizium (Si) auszubilden, oder eine Ausleseschaltung auf einem Si-Substrat auszubilden und unter Verwendung eines Verfahrens wie Wafer-auf-Wafer-Ronden eine Fotodiode auf der Ausleseschaltung auszubilden ("dreidimensionaler (3D) Bildsensor" genannt). Die Fotodiode ist mit der Ausleseschaltung durch eine Metallleitung verbunden.
KURZE ZUSAMMENFASSUNG
Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung stellen einen Bildsensor und ein Verfahren zu seiner Herstellung bereit, die eine vertikale Integration einer Transistorschaltung und einer Fotodiode vorsehen können.
Ausführungsformen stellen außerdem einen Bildsensor und ein Verfahren zu seiner Herstellung bereit, die eine Fotodiode des vertikalen Typs verwenden können, die imstande ist, Übersprechen zwischen Fotodioden-Bildpunkten zu verhindern.
Ausführungsformen stellen ferner einen Bildsensor und ein Verfahren zu seiner Herstellung bereit, die Auflösung und Empfindlichkeit verbessern können.
Ausführungsformen stellen des Weiteren einen Bildsensor und ein Verfahren zu seiner Herstellung bereit, die eine Fotodiode des vertikalen Typs verwenden können, die reduzierte Defekte in der Fotodiode des vertikalen Typs aufweist.
In einer Ausführungsform kann ein Bildsensor umfassen: ein erstes Substrat, das eine untere Metallleitung und eine Schaltung hierauf aufweist; eine kristalline Halbleiterschicht, die mit der unteren Metallleitung Kontakt hat und auf das erste Substrat gebondet ist; eine Fotodiode, die in der kristallinen Halbleiterschicht vorgesehen und elektrisch mit der unteren Metallleitung verbunden ist; und eine lichtabschirmende Schicht in der Fotodiode in Gebieten zwischen Bildpunkten.
In einer Ausführungsform kann ein Verfahren zur Herstellung eines Bildsensors umfassen: Bereitstellen eines ersten Substrats, das eine untere Metallleitung und eine Schaltung hierauf aufweist; Bereitstellen eines zweiten Substrats, das eine Fotodiode hierauf aufweist; Ausbilden einer lichtabschirmenden Schicht in der Fotodiode des zweiten Substrats; Bunden des ersten Substrats auf das zweite Substrat derart, dass die Fotodiode, in der die lichtabschirmende Schicht ausgebildet ist, einen elektrischen Kontakt mit der unteren Metallleitung hat; und Entfernen eines Bereichs des gebondeten zweiten Substrats, um die Fotodiode auf dem ersten Substrat zu belassen.
In einer anderen Ausführungsform umfasst ein Verfahren zur Herstellung eines Bildsensors: Bereitstellen eines ersten Substrats, das eine untere Metallleitung und eine Schaltung hierauf aufweist; Bereitstellen eines zweiten Substrats, das eine Fotodiode hierauf aufweist; Bonden des ersten Substrats auf das zweite Substrat derart, dass die Fotodiode mit der unteren Metallleitung Kontakt hat; Entfernen eines Bereichs des gebondeten zweiten Substrats, um die Fotodiode freizulegen; und Ausbilden einer lichtabschirmenden Schicht in der freiliegenden Fotodiode.
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 ersten Ausführungsform.
2 bis 9 sind Querschnittsansichten, die ein Verfahren zur Herstellung eines Bildsensors gemäß der ersten Ausführungsform darstellen.
10 ist eine Querschnittsansicht eines Bildsensors gemäß einer anderen Ausführungsform der ersten Ausführungsform.
11 ist eine Querschnittsansicht eines Bildsensors gemäß einer zweiten Ausführungsform.
12 bis 17 sind Querschnittsansichten, die ein Verfahren zur Herstellung eines Bildsensors gemäß der zweiten Ausführungsform darstellen.
18 ist eine Querschnittsansicht eines Bildsensors gemäß einer anderen Ausführungsform der zweiten Ausführungsform.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
Ausführungsformen eines Bildsensors und eines Verfahrens zu seiner Herstellung werden im Einzelnen 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.
1 ist eine Querschnittsansicht eines Bildsensors gemäß einer ersten Ausführungsform.
Ein Bildsensor gemäß der ersten Ausführungsform kann umfassen: ein erstes Substrat 100, das eine untere Metallleitung 110 und Schaltungen (nicht dargestellt) hierauf aufweist; eine kristalline Halbleiterschicht 210a (siehe 3), die mit der unteren Metallleitung 110 Kontakt hat und auf das erste Substrat 100 gebondet ist; eine Fotodiode 210, die in der kristallinen Halbleiterschicht 210a vorgesehen und elektrisch mit der unteren Metallleitung 110 verbunden ist; und eine lichtabschirmende Schicht 222 in der Fotodiode 210, die an Grenzen zwischen Bildpunktelementen angeordnet ist.
Der Bildsensor gemäß einer Ausführungsform kann Defekte in einer Fotodiode durch Verwenden einer Fotodiode des vertikalen Typs, bei der die Fotodiode auf der Schaltung angeordnet ist, und durch Ausbilden der Fotodiode in der kristallinen Halbleiterschicht reduzieren.
Ferner kann der Bildsensor gemäß einer Ausführungsform Übersprechen zwischen Bildpunkten aufgrund eines einfallenden Lichts durch Verwenden einer Fotodiode des vertikalen Typs und Ausbilden der lichtabschirmenden Schicht 222 zwischen Bildpunkten verhindern.
In einer Ausführungsform kann die lichtabschirmende Schicht 222 eine metallische lichtabschirmende Schicht sein. Doch sind die Ausführungsformen nicht hierauf beschränkt. Beispielsweise kann die lichtabschirmende Schicht 222 aus einem beliebigen geeigneten Material hergestellt sein, das einfallendes Licht reflektiert und verhindert, dass das einfallende Licht durch geht.
Ferner kann eine Ausführungsform eine elektrische Isolation der lichtabschirmenden Schicht 222 durch Einfügen einer Isolierschicht 221 zwischen die Fotodiode 210 und die lichtabschirmende Schicht 222 sicherstellen.
Auch sind, obwohl 1 darstellt, dass eine obere Breite der lichtabschirmenden Schicht 222 schmaler als eine untere Breite der lichtabschirmenden Schicht 222 ist, die Ausführungsformen nicht hierauf beschränkt.
Die kristalline Halbleiterschicht kann eine einkristalline Halbleiterschicht sein, doch sind die Ausführungsformen nicht hierauf beschränkt. Beispielsweise kann die kristalline Halbleiterschicht eine polykristalline Halbleiterschicht sein.
Obwohl die Schaltung des ersten Substrats 100 nicht dargestellt ist, ist die Schaltung im Falle eines CIS nicht auf einen 4 Tr CIS, der vier Transistoren hat, beschränkt, sondern kann auf einen 1 Tr CIS, 3 Tr CIS, 5 Tr CIS, 1,5 Tr CIS (CIS mit aufgeteiltem Transistor) oder dergleichen angewendet werden.
Auch kann die untere Metallleitung 110, die auf dem ersten Substrat 100 ausgebildet ist, ein unteres Metall (nicht dargestellt) und einen unteren Plug (nicht dargestellt) umfassen. Ein oberster Bereich der unteren Metallleitung 110 kann als untere Elektrode der Fotodiode dienen.
Die Fotodiode 210 kann eine leitende Schicht 214 eines ersten Leitungstyps in der kristallinen Halbleiterschicht 210a und eine leitende Schicht 216 eines zweiten Leitungstyps auf der leitenden Schicht 214 des ersten Leitungstyps in der kristallinen Halbleiterschicht umfassen.
Beispielsweise kann die Fotodiode 210 eine schwach dotierte leitende Schicht 214 vom N-Typ, die in der kristallinen Halbleiterschicht 210a ausgebildet ist, und eine stark dotierte leitende Schicht 216 vom P-Typ, die in der kristallinen Halbleiterschicht ausgebildet ist, umfassen, doch sind die Ausführungsformen nicht hierauf beschränkt. Beispielsweise ist der erste Leitungstyp nicht auf den N-Typ beschränkt und kann ein P-Typ sein.
Auch kann in einer anderen Ausführungsform, wie in 10 dargestellt, die Fotodiode 210 ferner eine stark dotierte leitende Schicht 212 des ersten Leitungstyps unter der leitenden Schicht 214 des ersten Leitungstyps in der kristallinen Halbleiterschicht umfassen. Die stark dotierte leitende Schicht 212 des ersten Leitungstyps kann für einen ohmschen Kontakt mit dem ersten Substrat 100 ausgebildet sein.
Beispielsweise kann die Fotodiode 210 überdies eine stark dotierte leitende Schicht 212 des N-Typs umfassen, die in der kristallinen Halbleiterschicht ausgebildet ist.
In einer weiteren Ausführungsform kann ein oberseitiges Metall 240 auf der Fotodiode 210 ausgebildet sein und/oder ein Farbfilter (nicht dargestellt) kann auf der Fotodiode ausgebildet sein.
Ein Verfahren zur Herstellung eines Bildsensors gemäß der ersten Ausführungsform wird nun mit Bezug auf 2 bis 9 beschrieben.
Wie in 2 dargestellt, kann ein erstes Substrat 100, das eine untere Metallleitung 110 und eine Schaltung (nicht dargestellt) aufweist, vorbereitet werden. Obwohl die Schaltung des ersten Substrats 100 nicht dargestellt ist, ist die Schaltung im Falle eines CIS nicht auf lediglich einen 4 Tr CIS, der vier Transistoren aufweist, beschränkt, wie beschrieben.
Ferner kann die untere Metallleitung 110 ein unteres Metall (nicht dargestellt) und einen unteren Plug (nicht dargestellt) umfassen.
Wie in 3 dargestellt, kann eine kristalline Halbleiterschicht 210a auf einem zweiten Substrat 200 ausgebildet werden. Durch Ausbilden einer Fotodiode in der kristallinen Halbleiterschicht 210a ist es möglich, Defekte in der Fotodiode zu reduzieren.
In einer Ausführungsform kann das zweite Substrat 200 eine Isolierschicht umfassen, die zwischen das zweite Substrat 200 und die kristalline Halbleiterschicht 210a eingefügt ist. In einer Ausführungsform kann die kristalline Halbleiterschicht 210a epitaktisch auf das zweite Substrat 200 aufgewachsen werden.
Alternativ ist es auch möglich, einen oberen Bereich des zweiten Substrats 200 selbst als kristalline Halbleiterschicht zu verwenden, in der eine Fotodiode ausgebildet wird.
Dann können, wie in 4 dargestellt, Ionen in die kristalline Halbleiterschicht 210a implantiert werden, um eine Fotodiode 210 auszubilden.
Beispielsweise kann eine leitende Schicht 216 eines zweiten Leitungstyps bei einem unteren Bereich der kristallinen Halbleiterschicht 210a ausgebildet werden. Beispielsweise kann eine stark dotierte leitende Schicht 216 des P-Typs durch Ausführen einer ganzflächigen Innenimplantation in das zweite Substrat 200 (das die kristalline Halbleiterschicht 210a umfasst) in einen unteren Bereich der kristallinen Halbleiterschicht 210a ohne Maske ausgebildet werden. Beispielsweise kann die leitende Schicht 216 des zweiten Leitungstyps mit einer Übergangstiefe kleiner oder gleich ungefähr 0,5 μm ausgebildet werden. Die leitende Schicht 216 des zweiten Leitungstyps kann in der kristallinen Halbleiterschicht 210a in der Nähe einer Oberfläche des zweiten Substrats 200 ausgebildet werden.
Danach kann eine leitende Schicht 214 eines ersten Leitungstyps auf der leitenden Schicht 216 des zweiten Leitungstyps ausgebildet werden. Beispielsweise kann eine schwach dotierte leitende Schicht 214 des N-Typs auf der leitenden Schicht 216 des zweiten Leitungstyps ausgebildet werden, indem eine ganzflächige Ionenimplantation ohne Maske in eine gesamte Oberfläche des zweiten Substrats 200 ausgeführt wird. Beispielsweise kann die schwach dotierte leitende Schicht 214 des ersten Leitungstyps mit einer Übergangstiefe in einem Bereich von ungefähr 1,0 μm bis 2,0 μm ausgebildet werden.
In einer weiteren Ausführungsform kann, wie in 10 dargestellt, eine stark dotierte leitende Schicht 212 des ersten Leitungstyps auf der leitenden Schicht 214 des ersten Leitungstyps ausgebildet werden. Beispielsweise kann eine stark dotierte leitende Schicht 212 des N-Typs auf der leitenden Schicht 214 des ersten Leitungstyps ausgebildet werden, indem eine ganzflächige Ionenimplantation ohne Maske in eine gesamte Oberfläche des zweiten Substrats 200 ausgeführt wird. Beispielsweise kann die stark dotierte leitende Schicht 212 des ersten Leitungstyps mit einer Übergangstiefe in einem Bereich von ungefähr 0,05 μm bis 0,2 μm ausgebildet werden.
Dann kann, wie in 5 dargestellt, ein Graben T in der kristallinen Halbleiterschicht 210a ausgebildet werden, in der die Fotodiode 210 ausgebildet ist.
Dann kann eine Isolierschicht 221 im Graben T auf einem Boden und auf Seitenwänden des Grabens ausgebildet werden. In einer Ausführungsform kann eine Oxidschicht auf dem Graben T abgeschieden werden, doch sind die Ausführungsformen nicht hierauf beschränkt. In einer Ausführungsform kann eine Isolierschicht auf der kristallinen Halbleiterschicht 210a einschließlich im Graben T ausgebildet und rückgeätzt werden, so dass sie nur im Graben T verbleibt.
Dann kann, wie in 6 dargestellt, eine metallische lichtabschirmende Schicht 222 auf der Isolierschicht 221 des Grabens T ausgebildet werden, um die lichtabschirmende Schicht 222 auszubilden.
Beispielsweise kann die lichtabschirmende Schicht 222 ausgebildet werden, indem eine opake metallische lichtabschirmende Schicht 222 auf der Isolierschicht 221 des Grabens T abgeschieden wird und die opake metallische lichtabschirmende Schicht 222 planarisiert wird. Bei der Planarisierung kann es sich um einen Prozess zum chemisch-mechanischen Polieren (CMP) oder zum Rückätzen handeln.
Dann kann, unter Bezugnahme auf 7, das zweite Substrat 200 derart auf das erste Substrat 100 gebondet werden, dass die Fotodiode 210 des zweiten Substrats 200, welche die lichtabschirmende Schicht 222 aufweist, mit der unteren Metallleitung 110 des ersten Substrats 100 Kontakt hat.
Beispielsweise können in einer Ausführungsform das erste Substrat 100 und das zweite Substrat 200 gebondet werden, indem das erste Substrat 100 und das zweite Substrat 200 verbunden werden und dann eine Plasmaaktivierung ausgeführt wird. Doch sind die Ausführungsformen nicht hierauf beschränkt.
Zu diesem Zeitpunkt kann das Bonden einfacher ausgeführt werden, wenn die Isolierschicht 221 des zweiten Substrats 200 und die Zwischenisolierschicht des ersten Substrats 100 aus dem selben Material hergestellt sind.
Ferner werden, wenn das erste Substrat 100 und das zweite Substrat 200 miteinander gebondet werden, die lichtabschirmende Schicht 222 und die untere Metallleitung 110 derart ausgerichtet, dass die lichtabschirmende Schicht 222 keinen Kontakt mit der unteren Metallleitung 110 hat.
Dann wird, wie in 8 dargestellt, ein Bereich des gebondeten zweiten Substrats 200 entfernt, um die Fotodiode 210 auf dem ersten Substrat 100 freizulegen und zu belassen.
Beispielsweise kann, falls das zweite Substrat 200 eine Isolierschicht umfasst, die zwischen das zweite Substrat 200 und die kristalline Halbleiterschicht eingefügt ist, der untere Bereich des zweiten Substrats 200 durch Rückseitenschleifen entfernt werden, und die nach dem Entfernen des unteren Bereichs des zweiten Substrats 200 freiliegende Isolierschicht kann durch eine Ätzung entfernt werden, um nur die Fotodiode 210 auf dem ersten Substrat 100 zu belassen.
Falls ein Teil des zweiten Substrats 200 selbst als kristalline Halbleiterschicht verwendet wird, in der eine Fotodiode ausgebildet wird, können andererseits vor dem Bonden des ersten Substrats 100 auf das zweite Substrat 200 Wasserstoffionen (H⁺) in den unteren Bereich der kristallinen Halbleiterschicht, in der eine Fotodiode ausgebildet ist, implantiert werden, und das zweite Substrat 200 kann dann, nachdem es auf das erste Substrat 100 gebondet wurde, thermisch ausgeheilt werden, um das Wasserstoffion (H⁺) in Wasserstoffgas (H₂) umzuwandeln und hierdurch nur die Fotodiode zu belassen und das zweite Substrat zu entfernen.
Dann kann, wie in 9 dargestellt, ein oberseitiges Metall 230 auf der Fotodiode 210 ausgebildet werden, und dann kann eine Passivierung (nicht dargestellt) ausgeführt werden. Auch kann darüber hinaus ein Farbfilter (nicht dargestellt) auf der Fotodiode 210 ausgebildet werden, und ferner kann eine Mikrolinse auf dem Farbfilter ausgebildet werden.
Außerdem kann in einer weiteren Ausführungsform eine transparente leitende Schicht (nicht dargestellt) derart zwischen der Fotodiode 210 und dem oberseitigen Metall 240 ausgebildet werden, dass das oberseitige Metall nicht jeden Bildpunkt bedeckt. In solchen Ausführungsformen erfüllt die transparente leitende Schicht die Funktion des oberseitigen Metalls. Die transparente leitende Schicht kann auf der Isolierschicht 221 ausgebildet sein und hat keinen elektrischen Kontakt mit der lichtabschirmenden Schicht 222. In einer Ausführungsform kann die transparente leitende Schicht aus Indiumzinnoxid (ITO) ausgebildet werden, doch sind die Ausführungsformen nicht hierauf beschränkt. In bestimmten Ausführungsformen kann die transparente leitende Schicht so ausgebildet werden, dass sie mindestens zwei Bildpunktgebiete überlappt. Doch kann die transparente leitende Schicht in anderen Ausführungsformen weggelassen werden.
Der Bildsensor und das Verfahren zur Herstellung des Bildsensors gemäß Ausführungsformen können Defekte in einer Fotodiode durch Verwenden einer Fotodiode des vertikalen Typs, bei der die Fotodiode auf der Schaltung angeordnet ist, und durch Ausbilden der Fotodiode in einer kristallinen Halbleiterschicht reduzieren.
Auch kann gemäß Ausführungsformen Übersprechen zwischen Bildpunkten durch Verwenden einer Fotodiode des vertikalen Typs und Ausbilden einer lichtabschirmenden Schicht zwischen den Bildpunkten verhindert werden.
11 ist eine Querschnittsansicht eines Bildsensors gemäß einer zweiten Ausführungsform, und 12 bis 17 sind Querschnittsansichten, die ein Verfahren zur Herstellung eines Bildsensors gemäß der zweiten Ausführungsform darstellen.
Die zweite Ausführungsform kann die technischen Merkmale der ersten Ausführungsform verwenden.
Beispielsweise kann der Bildsensor gemäß der zweiten Ausführungsform umfassen: ein erstes Substrat 100, das eine untere Metallleitung 110 und eine Schaltung (nicht dargestellt) aufweist; eine kristalline Halbleiterschicht 210a (siehe 3), die mit der unteren Metallleitung 110 Kontakt hat und auf das erste Substrat 100 gebondet ist; eine Fotodiode 210, die in der kristallinen Halbleiterschicht 210a vorgesehen und elektrisch mit der unteren Metallleitung 110 verbunden ist; und eine lichtabschirmende Schicht 224 in der Fotodiode 210, die an Grenzen zwischen Bildpunkten angeordnet ist.
Der betreffende Bildsensor kann Defekte in einer Fotodiode durch Verwenden einer Fotodiode des vertikalen Typs, bei der die Fotodiode auf der Schaltung angeordnet ist, und durch Ausbilden der Fotodiode in der kristallinen Halbleiterschicht reduzieren.
Außerdem kann der betreffende Bildsensor Übersprechen zwischen Bildpunkten durch Verwenden einer Fotodiode des vertikalen Typs und Ausbilden der Bildpunkt-Isolierschicht 224 zwischen den Bildpunkten verhindern.
Indessen wird im Unterschied zur ersten Ausführungsform in der zweiten Ausführungsform die Bildpunkt-Isolierschicht 224 in der Fotodiode 210 ausgebildet, nachdem das erste Substrat 100 und das zweite Substrat 200 gebondet wurden. Entsprechend kann die Bildpunkt-Isolierschicht 224 in der zweiten Ausführungsform derart geformt werden, dass ihr oberer Bereich breiter als ihr unterer Bereich ist. Doch sind die Ausführungsformen nicht hierauf beschränkt.
In einer bestimmten Ausführungsform kann, wie in 12 dargestellt, das erste Substrat 100, das eine untere Metallleitung 110 und eine Schaltung (nicht dargestellt) aufweist, vorbereitet werden. Die untere Metallleitung 110 kann ein unteres Metall (nicht dargestellt) und einen unteren Plug (nicht dargestellt) umfassen.
Des Weiteren kann, wie in 13 dargestellt, eine kristalline Halbleiterschicht 210a (siehe 3) auf dem zweiten Substrat 200 ausgebildet werden. Die Fotodiode 210 kann in der kristallinen Halbleiterschicht 210a ausgebildet werden.
In einer Ausführungsform kann das zweite Substrat 200 eine Isolierschicht umfassen, die zwischen das zweite Substrat 200 und die kristalline Halbleiterschicht 210a eingefügt ist.
In einer anderen Ausführungsform ist es auch möglich, einen oberen Bereich des zweiten Substrats 200 selbst als kristalline Halbleiterschicht zu verwenden, in der die Fotodiode ausgebildet wird.
Die Fotodiode 210 kann durch Implantieren von Ionen in die kristalline Halbleiterschicht 210a ausgebildet werden.
Beispielsweise kann eine leitende Schicht 216 des zweiten Leitungstyps bei einem 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.
In einer weiteren Ausführungsform kann, wie in 18 dargestellt, eine stark dotierte leitende Schicht 212 des ersten Leitungstyps auf der leitenden Schicht 214 des ersten Leitungstyps ausgebildet werden.
Dann kann, wie in 14 dargestellt, das zweite Substrat 200 derart auf das erste Substrat 100 gebondet werden, dass die Fotodiode 210 des zweiten Substrats 200 mit der unteren Metallleitung 110 des ersten Substrats 100 Kontakt hat.
Beispielsweise können das erste Substrat 100 und das zweite Substrat 200 gebondet werden, indem das erste Substrat 100 und das zweite Substrat 200 verbunden werden und dann eine Plasmaaktivierung ausgeführt wird. Doch sind die Ausführungsformen nicht hierauf beschränkt.
Dann wird, wie in 15 dargestellt, ein Bereich des gebondeten zweiten Substrats 200 entfernt, um die Fotodiode 210 auf dem ersten Substrat 100 freizulegen und zu belassen.
Beispielsweise kann, falls das zweite Substrat 200 eine Isolierschicht umfasst, die zwischen das zweite Substrat 200 und die kristalline Halbleiterschicht eingefügt ist, der Bereich des zweiten Substrats 200 durch Rückseitenschleifen entfernt werden, und die nach dem Entfernen des Bereichs des zweiten Substrats 200 freiliegende Isolierschicht kann durch eine Ätzung entfernt werden, um nur die Fotodiode 210 auf dem ersten Substrat 100 zu belassen.
Falls ein Teil des zweiten Substrats 200 selbst als kristalline Halbleiterschicht verwendet wird, in der eine Fotodiode ausgebildet ist, können andererseits vor dem Bonden des ersten Substrats 100 auf das zweite Substrat 200 Wasserstoffionen (H⁺) in den unteren Bereich der kristallinen Halbleiterschicht, in der eine Fotodiode ausgebildet ist, implantiert werden, und das zweite Substrat 200 kann dann, nachdem es auf das erste Substrat 100 gebondet wurde, thermisch ausgeheilt werden, um die Wasserstoffionen (H⁺) in Wasserstoffgas (H₂) umzuwandeln und hierdurch nur die Fotodiode zu belassen und das zweite Substrat zu entfernen.
Dann kann, wie in 16 dargestellt, eine lichtabschirmende Schicht 224, die Übersprechen zwischen Bildpunkten verhindern kann, in der Fotodiode 210 ausgebildet werden, die nach dem Entfernen des Bereichs des zweiten Substrats 200 auf dem ersten Substrat 100 verbleibt.
Beispielsweise kann die lichtabschirmende Schicht 224 durch Ausbilden eines Grabens in der Fotodiode 210, Ausbilden einer Isolierschicht 223 im Graben und Ausbilden einer metallischen lichtabschirmenden Schicht im Graben auf der Isolierschicht 223 ausgebildet werden.
In einer anderen Ausführungsform kann die lichtabschirmende Schicht 224 durch Ausbilden eines Grabens in der Fotodiode 210, Abscheiden einer Oxidschicht 223 im Graben und Ausbilden einer opaken Metallschicht im Graben auf der Oxidschicht 223 ausgebildet werden.
Dann kann, wie in 17 dargestellt, ein oberseitiges Metall 240 auf der Fotodiode 210 ausgebildet werden, und dann kann eine Passivierung ausgeführt werden. Auch kann darüber hinaus ein Farbfilter (nicht dargestellt) auf der Fotodiode 210 ausgebildet werden, und ferner kann eine Mikrolinse auf dem Farbfilter ausgebildet werden.
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 Ausdrucks weisen 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 verschiedene 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

Bildsensor, umfassend: ein erstes Substrat, das eine untere Metallleitung und eine Schaltung hierauf aufweist; eine kristalline Halbleiterschicht, die mit der unteren Metallleitung Kontakt hat und auf das erste Substrat gebondet ist; eine Fotodiode, die in der kristallinen Halbleiterschicht vorgesehen und elektrisch mit der unteren Metallleitung verbunden ist; und eine lichtabschirmende Schicht in der kristallinen Halbleiterschicht, die an Grenzen zwischen Bildpunkten angeordnet ist.
Bildsensor nach Anspruch 1, bei dem die lichtabschirmende Schicht umfasst: eine metallische lichtabschirmende Schicht, die in der kristallinen Halbleiterschicht zwischen benachbarten Fotodioden angeordnet ist; und eine Isolierschicht zwischen der metallischen lichtabschirmenden Schicht und der Fotodiode.
Bildsensor nach Anspruch 1 oder 2, bei dem die Fotodiode umfasst: eine leitende Schicht eines ersten Leitungstyps in der kristallinen Halbleiterschicht; und eine leitende Schicht eines zweiten Leitungstyps in der kristallinen Halbleiterschicht auf der leitenden Schicht des ersten Leitungstyps.
Bildsensor nach Anspruch 3, bei dem die Fotodiode ferner eine stark dotierte leitende Schicht des ersten Leitungstyps in der kristallinen Halbleiterschicht zwischen der leitenden Schicht des ersten Leitungstyps und der unteren Metallleitung umfasst.
Verfahren zur Herstellung eines Bildsensors, umfassend: Bereitstellen eines ersten Substrats, das eine untere Metallleitung und Schaltungen hierauf aufweist; Bereitstellen eines zweiten Substrats, das eine Fotodiode hierauf aufweist; Ausbilden einer lichtabschirmenden Schicht in der Fotodiode des zweiten Substrats; Bonden des ersten Substrats auf das zweite Substrat derart, dass die Fotodiode, in der die lichtabschirmende Schicht ausgebildet ist, einen elektrischen Kontakt mit der unteren Metallleitung hat; und Entfernen eines Bereichs des gebondeten zweiten Substrats, um die Fotodiode auf dem ersten Substrat zu belassen.
Verfahren nach Anspruch 5, bei dem das Bereitstellen des zweiten Substrats umfasst: Ausbilden einer kristallinen Halbleiterschicht auf dem zweiten Substrat; und Ausbilden einer Fotodiode in der kristallinen Halbleiterschicht.
Verfahren nach Anspruch 6, bei dem das Ausbilden der Fotodiode in der kristallinen Halbleiterschicht umfasst: Ausbilden einer leitenden Schicht eines zweiten Leitungstyps in der kristallinen Halbleiterschicht; und Ausbilden einer leitenden Schicht eines ersten Leitungstyps in der kristallinen Halbleiterschicht auf der leitenden Schicht des zweiten Leitungstyps.
Verfahren nach Anspruch 7, bei dem das Ausbilden der Fotodiode in der kristallinen Halbleiterschicht ferner umfasst: nach dem Ausbilden der leitenden Schicht des ersten Leitungstyps ein Ausbilden einer stark dotierten leitenden Schicht des ersten Leitungstyps in der kristallinen Halbleiterschicht auf der leitenden Schicht des ersten Leitungstyps.
Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 8, bei dem das Ausbilden der lichtabschirmenden Schicht in der Fotodiode des zweiten Substrats umfasst: Ausbilden eines Grabens in der Fotodiode in Entsprechung mit einem Gebiet zwischen Bildpunkten; Ausbilden einer Isolierschicht im Graben; und Ausbilden eines Metalls im Graben auf der Isolierschicht, um den Graben zu füllen.
Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 9, ferner umfassend nach dem Entfernen des Bereichs des gebondeten zweiten Substrats ein Ausbilden einer transparenten leitenden Schicht auf der Fotodiode.
Verfahren zur Herstellung eines Bildsensors, umfassend: Bereitstellen eines ersten Substrats, das eine untere Metallleitung und eine Schaltung hierauf aufweist; Bereitstellen eines zweiten Substrats, das eine Fotodiode hierauf aufweist; Bonden des ersten Substrats auf das zweite Substrat derart, dass die Fotodiode mit der unteren Metallleitung Kontakt hat; Entfernen eines Bereichs des gebondeten zweiten Substrats, um die Fotodiode auf dem ersten Substrat freizulegen; und Ausbilden einer lichtabschirmenden Schicht in Bereichen der freiliegenden Fotodiode.
Verfahren nach Anspruch 11, bei dem das Ausbilden der lichtabschirmenden Schicht in den Bereichen der freiliegenden Fotodiode umfasst: Ausbilden eines Grabens in der Fotodiode in Entsprechung mit einem Gebiet zwischen Bildpunkten; Ausbilden einer Isolierschicht im Graben; und Ausbilden eines Metalls im Graben auf der Isolierschicht, um den Graben zu füllen.
Verfahren nach Anspruch 11 oder 12, bei dem das Bereitstellen des zweiten Substrats umfasst: Ausbilden einer kristallinen Halbleiterschicht auf dem zweiten Substrat; und Ausbilden einer Fotodiode in der kristallinen Halbleiterschicht.
Verfahren nach Anspruch 13, bei dem das Ausbilden der Fotodiode in der kristallinen Halbleiterschicht umfasst: Ausbilden einer leitenden Schicht eines zweiten Leitungstyps in der kristallinen Halbleiterschicht; und Ausbilden einer leitenden Schicht eines ersten Leitungstyps in der kristallinen Halbleiterschicht auf der leitenden Schicht des zweiten Leitungstyps.
Verfahren nach Anspruch 14, bei dem das Ausbilden der Fotodiode in der kristallinen Halbleiterschicht ferner umfasst: nach dem Ausbilden der leitenden Schicht des ersten Leitungstyps ein Ausbilden einer stark dotierten leitenden Schicht des ersten Leitungstyps in der kristallinen Halbleiterschicht auf der leitenden Schicht des ersten Leitungstyps.