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BILDSENSOR UND VERFAHREN ZU
DESSEN HERSTELLUNG
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Die
vorliegende Patentanmeldung beansprucht die Priorität der
koreanischen Patentanmeldung
Nr. 10-2007-0139746 , eingereicht am 28. Dezember 2007,
und der
koreanischen
Patentanmeldung Nr. 10-2008-0062707 , eingereicht am 30.
Juni 2008, deren gesamter Inhalt hier als Referenz mit aufgenommen
wird.
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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. Bei der Herstellung von Bildsensoren
kann eine Fotodiode in einem Substrat unter Verwendung der Ionenimplantation
ausgebildet werden. 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,
was zu einer Verschlechterung der Bildqualität führt.
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 in einem
Silizium-(Si)-Substrat unter Verwendung eines Verfahrens, wie z.
B. Wafer-Wafer-Bonden, auszubilden, und eine Fotodiode auf und/oder über
dem Auslese-Schaltkreis auszubilden (als "dreidimensionaler (3D)
Bildsensor" bezeichnet). Die Fotodiode ist durch eine Metall-Verbindung
mit dem Auslese-Schaltkreis verbunden.
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Da
sowohl Source, als auch Drain auf beiden Seiten des Transfer-Transistors
stark mit N-Typ-Fremdatomen dotiert sind, tritt ein Ladungs-Verteilungs-Phänomen
auf. Wenn das Ladungs-Verteilungs-Phänomen auftritt, wird
die Empfindlichkeit eines ausgegebenen Bildes verringert und es
können Bildfehler erzeugt werden. Da eine Fotoladung sich
nicht leicht zwischen der Fotodiode und dem Auslese-Schaltkreis
bewegt, wird ein Dunkelstrom erzeugt und/oder die Sättigung
und die Empfindlichkeit verringern sich.
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ZUSAMMENFASSUNG
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Ausführungen
beziehen sich auf einen Bildsensor und ein Verfahren zu dessen Herstellung, das
das Auftreten einer Ladungs-Verteilung verhindert und dabei einen
Füllfaktor erhöht.
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Ausführungen
beziehen sich auf einen Bildsensor und ein Verfahren zu dessen Herstellung, das
eine Dunkelstrom-Quelle minimiert und die Verringerung der Sättigung
und der Empfindlichkeit verhindert, indem ein Pfad für
die leichte Bewegung einer Fotoladung zwischen einer Fotodiode und
einem Auslese-Schaltkreis bereitgestellt wird.
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Ausführungen
beziehen sich auf einen Bildsensor, der mindestens eines der folgenden
Dinge enthält:
Einen Auslese-Schaltkreis auf und/oder über
einem ersten Substrat;
einen elektrischen Sperrschicht-Bereich
im ersten Substrat, wobei der elektrische Sperrschicht-Bereich elektrisch
mit dem Auslese-Schaltkreis verbunden ist;
eine Metall-Verbindung,
die elektrisch mit dem elektrischen Sperrschicht-Bereich verbunden
ist; und
eine Bilderfassungs-Einrichtung auf und/oder über der
Metall-Verbindung.
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Ausführungen
beziehen sich auf einen Bildsensor, der mindestens eines der folgenden
Dinge enthält:
Ein Substrat eines zweiten Leitungstyps;
einen
Auslese-Schaltkreis, der über dem Substrat des zweiten
Leitungstyps ausgebildet ist;
einen elektrischen Sperrschicht-Bereich,
der im Substrat des zweiten Leitungstyps ausgebildet ist und elektrisch
mit dem Auslese-Schaltkreis verbunden ist, wobei der elektrische
Sperrschicht-Bereich eine Wanne eines zweiten Leitungstyps, die
im Substrat des zweiten Leitungstyps ausgebildet ist, eine Ionenimplantations-Schicht
eines ersten Leitungstyps, die in der Wanne des zweiten Leitungstyps
ausgebildet ist, und eine Ionenimplantations-Schicht eines zweiten
Leitungstyps, die über der Ionenimplantations-Schicht des
ersten Leitungstyps ausgebildet ist, enthält;
einen
Verbindungsbereich eines ersten Leitungstyps, der so ausgebildet
ist, dass er sich durch den Ionenimplantations-Bereich des zweiten
Leitungstyps erstreckt;
eine Metall-Verbindung, die über
dem Substrat des zweiten Leitungstyps ausgebildet ist und über
den Verbindungsbereich des ersten Leitungstyps elektrisch mit dem
elektrischen Sperrschicht-Bereich verbunden ist; und
eine Bilderfassungs-Einrichtung,
die über der Metall-Verbindung ausgebildet ist, wobei die
Bilderfassungs-Einrichtung eine Leitungs-Schicht eines ersten Leitungstyps
hoher Konzentration, die über der Metall-Verbindung ausgebildet
ist und diese kontaktiert, eine Leitungs-Schicht eines ersten Leitungstyps,
die über der Leitungs-Schicht des ersten Leitungstyps hoher
Konzentration ausgebildet ist, und eine Leitungs-Schicht eines zweiten
Leitungstyps, die über der Leitungs-Schicht des ersten Leitungstyps
ausgebildet ist, enthält.
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Ausführungen
beziehen sich auf ein Verfahren zur Herstellung eines Bildsensors,
das mindestens einen der folgenden Schritte enthalten kann:
Ausbilden
eines Auslese-Schaltkreises auf und/oder über dem ersten
Substrat; und dann
Ausbilden eines elektrischen Sperrschicht-Bereichs im
ersten Substrat, der elektrisch mit dem Auslese-Schaltkreis verbunden
ist; und dann
Ausbilden einer Metall-Verbindung auf und/oder über dem
ersten Substrat, die elektrisch mit dem elektrischen Sperrschicht-Bereich
verbunden ist; und dann
Ausbilden einer Bilderfassungs-Einrichtung
auf und/oder über der Metall-Verbindung.
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Ausführungen
beziehen sich auf ein Verfahren zur Herstellung eines Bildsensors,
das mindestens einen der folgenden Schritte enthalten kann:
Ausbilden
eines Auslese-Schaltkreises über einem ersten Substrat;
und dann
Ausbilden eines elektrischen Sperrschicht-Bereichs im
ersten Substrat, der elektrisch mit dem Auslese-Schaltkreis verbunden
ist; und dann
Ausbilden einer Metall-Verbindung über
dem ersten Substrat, die elektrisch mit dem elektrischen Sperrschicht-Bereich
verbunden ist; und dann
Ausbilden einer Bilderfassungs-Einrichtung über
der Metall-Verbindung, die diese kontaktiert.
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ZEICHNUNGEN
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Die
beispielhaften 1 bis 9 zeigen
einen Bildsensor und ein Verfahren zur Herstellung eines Bildsensors
gemäß Ausführungen.
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BESCHREIBUNG
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Wie
in der beispielhaften 1 gezeigt, kann ein Bildsensor
gemäß Ausführungen einen Auslese-Schaltkreis 120,
der auf und/oder über einem ersten Substrat 100 ausgebildet
ist, einen elektrischen Sperrschicht-Bereich 140, der im
ersten Substrat 100 ausgebildet und elektrisch mit dem
Auslese-Schaltkreis 120 verbunden ist, eine Metall-Verbindung 150, die
elektrisch mit dem elektrischen Sperrschicht-Bereich 140 verbunden
ist, und eine Bilderfassungs-Einrichtung 210, die auf und/oder über
der Metall-Verbindung 150 ausgebildet ist, umfassen. Das erste
Substrat 100 kann ein Substrat eines zweiten Leitungstyps
sein, ist aber nicht darauf beschränkt. Die Bilderfassungs-Einrichtung 210 kann
eine Fotodiode sein, ist aber nicht auf eine Fotodiode beschränkt.
Die Bilderfassungs-Einrichtung 210 kann eine Fotodiode,
ein Photogate oder eine beliebige Kombination davon sein. Obwohl
Ausführungen eine Fotodiode als in einer kristallinen Halbleiterschicht ausgebildet
beschreiben, ist die Fotodiode nicht darauf beschränkt,
sondern kann in einer amorphen Halbleiterschicht ausgebildet sein.
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Wie
in den beispielhaften 2 bis 7 gezeigt,
kann ein Verfahren zur Herstellung eines Bildsensors gemäß Ausführungen
das Bereitstellen eines ersten Substrates 100, in dem eine
Metall-Verbindung 150 und ein Auslese-Schaltkreis 120 ausgebildet
sind, umfassen. Das erste Substrat 100 kann ein Substrat
eines zweiten Leitungstyps sein, ist aber nicht darauf beschränkt.
Zum Beispiel wird eine Bauelemente-Isolationsschicht 110 im
ersten Substrat 100 des zweiten Leitungstyps ausgebildet,
um dadurch einen aktiven Bereich zu definieren. Der Auslese-Schaltkreis 120,
der mindestens einen Transistor enthält, wird in dem aktiven
Bereich ausgebildet. Zum Beispiel 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. Dann
kann ein Floating-Diffusions-Bereich (FD) 131 von Ionenimplantations-Bereichen 130,
die Source-/Drain-Bereiche 133, 135 und 137 entsprechender
Transistoren enthalten, ausgebildet werden. Gemäß Ausführungen
kann ein Schaltkreis zum Entfernen von Rauschen ausgebildet werden,
um die Empfindlichkeit zu maximieren.
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Das
Ausbilden des Auslese-Schaltkreises 120 auf und/oder über
dem ersten Substrat 100 kann das Ausbilden eines elektrischen
Sperrschicht-Bereichs 140 im ersten Substrat 100 und
das Ausbilden eines Verbindungsbereichs 147 eines ersten
Leitungstyps, der zwischen der Metall-Verbindung 150 und
dem elektrischen Sperrschicht-Bereich 140 angeordnet und
mit ihnen verbunden ist, umfassen. Der elektrische Sperrschicht-Bereich 140 kann
ein PN-Übergang 140 sein, ist aber nicht darauf
beschränkt. Zum Beispiel kann der elektrische Sperrschicht-Bereich 140 eine
Ionenimplantations-Schicht 143 eines ersten Leitungstyps
umfassen, die auf und/oder über einer Wanne 141 eines
zweiten Leitungstyps oder einer Epitaxieschicht eines zweiten Leitungstyps
ausgebildet ist, und eine Ionenimplantations-Schicht 145 eines
zweiten Leitungstyps, die auf und/oder über der Ionenimplantations-Schicht 143 des
ersten Leitungstyps ausgebildet ist, umfassen. Wie in der beispielhaften 2 gezeigt,
kann der PN-Übergang 140 ein P0 (145)/N–(143)/P–(141)-Übergang
sein, ist aber nicht darauf beschränkt.
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Gemäß Ausführungen
wird ein Bauelement so konstruiert, dass zwischen Source und Drain
auf beiden Seiten des Transfer-Transistors (Tx) 121 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 maximiert werden kann. Das heißt,
der elektrische Sperrschicht-Bereich 140 wird im ersten
Substrat 100 ausgebildet, wo sich der Auslese-Schaltkreis 120 befindet,
um die Erzeugung einer Potentialdifferenz zwischen Source und Drain
an beiden Seiten des Transfer-Transistors (Tx) 121 zu erlauben,
so dass eine Fotoladung vollständig entladen werden kann.
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Im
Folgenden wird eine Struktur zum Entladen einer Fotoladung gemäß Ausführungen
detailliert beschrieben. Anders als bei einem Knoten des Floating-Diffusions-Bereichs
(FD) 131, der ein N+-Übergang ist, wird der P/N/P-Übergang 140,
der der elektrische Sperrschicht-Bereich 140 ist, und an den
eine angelegte Spannung nicht vollständig übertragen
wird, bei einer vorher festgelegten 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.
Insbesondere bewegt sich ein Elektron, das von der Fotodiode 210 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.
Da ein maximaler Spannungswert des P0/N-/P–-Übergangs 140 die
Pinning-Spannung wird, und ein maximaler Spannungswert des Knotens des
Floating-Diffusions-Bereichs (FD) 131 eine Schwellspannung
Vth von Vdd-Rx 123 wird,
kann ein von der Fotodiode 210 im oberen Teil des Chips
erzeugtes Elektron durch die Potentialdifferenz zwischen beiden
Seiten des Transfer-Transistors (Tx) 131 vollständig
zum Knoten des Floating-Diffusions-Bereichs (FD) 131 entladen
werden, ohne dass eine Ladungs-Verteilung auftritt. Das heißt,
gemäß Ausführungen wird der P0/N–/P-Wannen-Übergang, nicht
ein N+/P–-Wannen-Übergang in einem Silizium-Substrat,
wie z. B. dem ersten Substrat 100, ausgebildet, um es zu
ermöglichen, eine positive (+)-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
den P0-Bereich 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 bipolarer Sperrschicht (BJT) eine Abschnürung hervorgerufen
wird. Diese Spannung wird als Haftspannung (Pinning-Spannung) bezeichnet.
Daher wird zwischen Source und Drain an beiden Seiten des Transfer-Transistors
(Tx) 121 eine Potentialdifferenz erzeugt, um ein Ladungs-Verteilungs-Phänomen während
der Ein-/Aus-Operationen des Transfer-Transistors (Tx) 121 zu
verhindern. Daher können, anders als in dem Fall, in dem
eine Fotodiode einfach mit einem N+-Übergang verbunden
wird, gemäß Ausführungen Einschränkungen,
wie die Verringerung der Sättigung und die Verringerung
der Empfindlichkeit verhindert werden.
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Als
nächstes wird ein Verbindungsbereich 147 eines
ersten Leitungstyps zwischen der Fotodiode und dem Auslese-Schaltkreis
ausgebildet, um einen Pfad für die leichte Bewegung einer
Fotoladung bereitzustellen, so dass eine Dunkelstrom-Quelle minimiert
wird und die Verringerung der Sättigung und die Verringerung
der Empfindlichkeit verhindert werden können. Zu diesem
Zweck kann auf und/oder über der Oberfläche des
P0/N–/P–-Übergangs 140 gemäß Ausführungen
der Verbindungsbereich 147 des ersten Leitungstyps für
einen ohmschen Kontakt ausgebildet werden. Der N+-Bereich 147 kann
so ausgebildet werden, dass er sich durch den P0-Bereich 145 erstreckt
und den N–-Bereich 143 kontaktiert. Um zu verhindern,
dass der Verbindungsbereich 147 des ersten Leitungstyps
eine Leckstrom-Quelle wird, kann die Breite des Verbindungsbereichs 147 des
ersten Leitungstyps minimiert werden. Daher kann gemäß Ausführungen
eine Zapfen-Implantation durchgeführt werden, nachdem ein
erster Metall-Kontakt 151a geätzt wurde, ein Prozess
ist aber nicht darauf beschränkt. Zum Beispiel kann ein
Ionenimplantations-Muster ausgebildet werden, und der Verbindungsbereich 147 des
ersten Leitungstyps wird dann ausgebildet, indem das Ionenimplantations-Muster
als Ionenimplantations-Maske verwendet wird. Das heißt,
der Grund dafür, nur einen Kontakt bildenden Teil lokal
und stark mit n-Typ-Fremdatomen gemäß Ausführungen
zu dotieren, ist es, die Bildung eines ohmschen Kontaktes zu erleichtern
und dabei ein Dunkelsignal zu minimieren. Wenn die gesamte Source
des Transfer-Transistors stark dotiert wird, kann es sein, dass
ein Dunkelsignal durch ungesättigte Bindungen auf der Si-Oberfläche
vergrößert wird.
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Als
nächstes kann ein Zwischenschicht-Dielektrikum 160 auf
und/oder über dem ersten Substrat 100 ausgebildet
werden. Die Metall-Verbindung 150, die sich durch das Zwischenschicht-Dielektrikum 160 erstreckt
und elektrisch mit dem Verbindungsbereich 147 des ersten
Leitungstyps verbunden ist, kann dann ausgebildet werden. Die Metall-Verbindung 150 kann
den ersten Metall-Kontakt 151a, das erste Metall 151,
das zweite Metall 152, das dritte Metall 153 und
den vierten Metall-Kontakt 154a enthalten, ist aber nicht
darauf beschränkt.
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Wie
in der beispielhaften 3 gezeigt, wird als nächstes
die kristalline Halbleiterschicht 210a auf und/oder über
dem zweiten Substrat 200 ausgebildet. Gemäß Ausführungen
wird die Fotodiode 210 in der kristallinen Halbleiterschicht 210a ausgebildet. Folglich
verwendet die Bilderfassungs-Einrichtung einen dreidimensionalen
(3D) Bildsensor, der sich auf und/oder über dem Auslese-Schaltkreis
befindet, um einen Füllfaktor zu erhöhen, und
wird in der kristallinen Halbleiterschicht ausgebildet, so dass
ein Defekt in der Bilderfassungs-Einrichtung verhindert werden kann.
Zum Beispiel wird die kristalline Halbleiterschicht 210a auf
und/oder über einem zweiten Substrat 200 unter
Verwendung von Epitaxie ausgebildet. Danach werden Wasserstoff-Ionen
zwischen das zweite Substrat 200 und die kristalline Halbleiterschicht 210a implantiert,
um die Wasserstoffionen-Implantationsschicht 207a auszubilden,
die zwischen dem zweiten Substrat 200 und der kristallinen Halbleiterschicht 210a angeordnet
ist. Die Implantation der Wasserstoff-Ionen kann nach der Ionenimplantation
zum Ausbilden der Fotodiode 210 durchgeführt werden.
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Wie
in der beispielhaften 4 gezeigt, wird als nächstes
die Fotodiode 210 in der kristallinen Halbleiterschicht 210a unter
Verwendung von Ionenimplantation ausgebildet. Zum Beispiel wird
die Leitungsschicht 216 des zweiten Leitungstyps im unteren
Teil der kristallinen Halbleiterschicht 210a auf und/oder über
der Wasserstoffionen-Implantationsschicht 207a ausgebildet
und kontaktiert diese. Im unteren Teil der kristallinen Halbleiterschicht 210a kann
eine P-Typ-Leitungs-Schicht 216 hoher Konzentration ausgebildet
werden, indem eine erste flächendeckende Ionenimplantation
auf der gesamten Oberfläche des zweiten Substrates 200 ohne
Maske ausgeführt wird. Danach wird die Leitungs-Schicht 214 des
ersten Leitungstyps auf und/oder über der Leitungs-Schicht 216 des
zweiten Leitungstyps ausgebildet, indem eine zweite flächendeckende
Ionenimplantation auf der gesamten Oberfläche des zweiten Substrates 200 ohne
Maske ausgeführt wird. Danach wird die Leitungs-Schicht 212 des
ersten Leitungstyps hoher Konzentration auf und/oder über
der Leitungs-Schicht 214 des ersten Leitungstyps ausgebildet,
indem eine dritte flächendeckende Ionenimplantation auf
der gesamten Oberfläche des zweiten Substrates 200 ohne
Maske ausgeführt wird, so dass die Leitungs-Schicht 214 des
ersten Leitungstyps zum ohmschen Kontakt beitragen kann.
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Wie
in der beispielhaften 5 gezeigt, werden als nächstes
das erste Substrat 100 und das zweite Substrat 200 so
verbunden, dass die Fotodiode 210 Kontakt mit der Metall-Verbindung 150 hat. Bevor
das erste Substrat 100 und das zweite Substrat 200 miteinander
verbunden werden, kann die Verbindung ausgeführt werden,
indem die Oberflächenenergie einer zu verbindenden Oberfläche
durch Aktivierung mit Plasma erhöht wird. Die Verbindung kann
mit einem Dielektrikum oder einer Metallschicht, die auf und/oder über
einer Verbindungs-Schnittstelle angeordnet sind, um die Verbindungskraft
zu maximieren, durchgeführt werden.
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Wie
in der beispielhaften 6 gezeigt, kann danach die Wasserstoff-Ionenimplantations-Schicht 207a in
eine Wasserstoff-Gas-Schicht umgewandelt werden, indem eine Wärmebehandlung
auf dem zweiten Substrat 200 durchgeführt wird.
Ein Teil des zweiten Substrates 200 kann dann entfernt
werden, wobei die Fotodiode 210 unter der Wasserstoffgas-Schicht
bleibt, so dass die Fotodiode 210 freigelegt werden kann.
Das Entfernen des zweiten Substrates 200 kann unter Verwendung
einer Schneidvorrichtung, wie z. B. eines Messers, durchgeführt
werden. Dann kann ein Ätz-Prozess durchgeführt
werden, mit dem die Fotodiode für jede Bildpunkt-Einheit getrennt
wird. Der geätzte Teil kann dann mit einem Zwischenbildpunkt-Dielektrikum
gefüllt werden.
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Wie
in der beispielhaften 7 gezeigt, können dann
Prozesse zum Ausbilden einer oberen Elektrode 240 und eines
Farbfilters ausgeführt werden.
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Im
Bildsensor und im Verfahren zu dessen Herstellung gemäß Ausführungen
wird ein Bauelement so konstruiert, dass zwischen Source und Drain an
beiden Seiten des Transfer-Transistors Tx eine Potentialdifferenz
vorliegt, so dass eine Fotoladung vollständig entladen
werden kann. Der Ladungs-Verbindungsbereich ist auch zwischen der
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. Außerdem kann auch ein Schaltkreis
zum Entfernen von Rauschen hinzugefügt werden, so dass die
Empfindlichkeit maximiert werden kann.
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Wie
in der beispielhaften 8 gezeigt, kann ein Bildsensor
gemäß Ausführungen einen Auslese-Schaltkreis 120,
der auf und/oder über dem ersten Substrat 100 ausgebildet
ist, und einen elektrischen Sperrschicht-Bereich 140, der
im ersten Substrat ausgebildet und mit dem Auslese-Schaltkreis 120 elektrisch
verbunden ist, umfassen. Die Metall-Verbindung 150 kann
ausgebildet werden, dass sie mit dem elektrischen Sperrschicht-Bereich 140 elektrisch
verbunden ist, und eine Bilderfassungs-Einrichtung 210 kann
auf und/oder über der Metall-Verbindung 150 ausgebildet
werden. Die in 8 gezeigten Ausführungen
können die technischen Charakteristiken von Ausführungen,
die in den beispielhaften 2 bis 7 gezeigt
werden, übernehmen.
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Zum
Beispiel ist ein Bauelement so konstruiert, dass eine Potentialdifferenz
zwischen Source und Drain an beiden Seiten des Transfer-Transistors (Tx)
vorliegt, so dass die Fotoladung vollständig entladen werden
kann. Auch wird ein Ladungs-Verbindungsbereich 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.
Anders als bei den in den beispielhaften 2 bis 7 gezeigten
Ausführungen wird ein Verbindungsbereich eines ersten Leitungstyps 148 in
seitlichem Abstand auf und/oder über einer Seite des elektrischen
Sperrschicht-Bereichs 140 ausgebildet. Alternativ kann
ein N+-Verbindungsbereich 148 für einen ohmschen
Kontakt auf und/oder über dem P0/N–/P–-Übergang 140 ausgebildet
werden.
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Ein
Prozess zum Ausbilden des N+-Verbindungsbereichs 148 und
eines M1C-Kontaktes 151a kann 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 und/oder über 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. Auch im Fall, dass der
N+-Verbindungsbereich 148 auf und/oder über der
Oberfläche des P0/N–/P–-Übergangs 140 ausgebildet
wird, kann durch den N+/P0-Übergang 148/145 ein
elektrisches Feld erzeugt werden. Dieses elektrische Feld dient
auch als Leckstrom-Quelle. Daher schlagen Ausführungen
ein Layout vor, in dem ein erster Kontakt-Zapfen 151a in
einem aktiven Bereich ausgebildet wird, der nicht mit einer P0-Schicht
dotiert ist, sondern den N+-Verbindungsbereich 148 umfasst
und mit dem N-Übergang 143 verbunden ist. Gemäß Ausführungen
wird das elektrische Feld auf und/oder über der Si-Oberfläche
nicht erzeugt, was zur Verringerung eines Dunkelstroms eines dreidimensionalen
integrierten CIS beitragen kann.
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Wie
in der beispielhaften 9 gezeigt, kann ein Bildsensor
gemäß Ausführungen einen Auslese-Schaltkreis 120,
der auf und/oder über dem ersten Substrat 100 ausgebildet
ist, und einen elektrischen Sperrschicht-Bereich 140, der
im ersten Substrat 100 ausgebildet und mit dem Auslese-Schaltkreis 120 elektrisch
verbunden ist, umfassen. Die Metall-Verbindung 150 wird
ausgebildet, so dass sie mit dem elektrischen Sperrschicht-Bereich 140 elektrisch
verbunden ist, und die Bilderfassungs-Einrichtung 210 wird
auf und/oder über der Metall-Verbindung 150 ausgebildet.
Die in der beispielhaften 9 gezeigten
Ausführungen können die technischen Charakteristiken
von Ausführungen, die in den beispielhaften 2 bis 8 gezeigt
werden, übernehmen. Zum Beispiel ist ein Bauelement so
konstruiert, dass eine Potentialdifferenz zwischen Source und Drain
an beiden Seiten des Transfer-Transistors (Tx) vorliegt, so dass
eine Fotoladung vollständig entladen werden kann. Auch
wird ein Ladungs-Verbindungsbereich 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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Gemäß Ausführungen
wird das Ausbilden des Auslese-Schaltkreises 120 auf und/oder über dem
ersten Substrat 100 detaillierter wie folgt beschrieben.
Der Transfer-Transistor Tx, der einen ersten Transistor 121a und
einen zweiten Transistor 121b enthalten kann, wird in einem
Abstand auf und/oder über dem ersten Substrat 100 ausgebildet. Der
erste Transistor 121a und der zweite Transistor 121b können
Transfer-Transistoren Tx sein, sind aber nicht darauf beschränkt.
Der erste Transistor 121a und der zweite Transistor 121b können
gleichzeitig oder nacheinander ausgebildet werden. Danach wird der
elektrische Sperrschicht-Bereich 140 im ersten Substrat 100 im
Raum zwischen dem ersten Transistor 121a und dem zweiten
Transistor 121b ausgebildet. Zum Beispiel kann der elektrische Sperrschicht-Bereich 140 ein
PN-Übergang 140 sein, ist aber nicht darauf beschränkt.
Der PN-Übergang 140 kann eine Ionenimplantations-Schicht 143 eines ersten
Leitungstyps, die in der Epitaxieschicht 141 (oder Wanne)
eines zweiten Leitungstyps ausgebildet ist, und eine Ionenimplantations-Schicht 145 eines
zweiten Leitungstyps, die auf und/oder über der Ionenimplantations-Schicht 143 des
ersten Leitungstyps ausgebildet ist, umfassen. Der PN-Übergang 140 kann
der in der beispielhaften 2 gezeigte Übergang
P0/N– (143)/P– (141) sein, ist
aber nicht darauf beschränkt.
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Danach
wird ein Verbindungsbereich eines ersten Leitungstyps hoher Konzentration 131b,
der mit der Metall-Verbindung 150 verbunden ist, im Substrat 100 an
einer Seite des zweiten Transistors 121b ausgebildet. Der
Verbindungsbereich des ersten Leitungstyps hoher Konzentration 131b ist
ein N+-Ionenimplantations-Bereich hoher Konzentration (N+-Übergang)
und kann als zweiter Floating-Diffusions-Bereich (FD 2) 131b dienen,
ist aber nicht darauf beschränkt. Gemäß Ausführungen
umfasst der Auslese-Schaltkreis einen Teil zum Bewegen eines von der
Fotodiode im oberen Teil eines Chips erzeugten Elektrons zum N+-Übergang 131b des
ersten Substrates 100, 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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Der
Grund dafür, den P0/N–/P–-Übergang 140 und
den N+-Übergang 131b getrennt auszubilden, ist
folgender. Wenn die N+-Dotierung und ein Kontakt im P/N/P-Übergang 140 der
P0/N–/P–-Epitaxieschicht 140 ausgebildet
werden, wird durch die N+-Schicht 131b und eine Ätz-Beschädigung
des Kontaktes ein Dunkelstrom erzeugt. Um diesen Dunkelstrom zu
verhindern, wurde der N+-Übergang 131b, der ein
Abschnitt zur Bildung eines Kontaktes ist, vom P/N/P-Übergang 140 getrennt.
Das heißt, wenn die N+-Dotierung und die Kontakt-Ätzung
auf der Oberfläche des P/N/P-Übergangs 140 durchgeführt
werden, werden Leckstrom-Quellen ausgebildet. Um diese Leckstrom-Quellen
zu verhindern, wurde ein Kontakt im N+/P–-Epitaxie-Übergang 131b ausgebildet.
Da ein Gate des zweiten Transistors (Tx2) 121b während
einer Signal-Auslese-Operation eingeschaltet ist, läuft
ein Elektron, das von der Fotodiode 210 im oberen Teil
des Chips erzeugt wird, durch den P0/N–/P–-Epitaxie-Übergang 140 und
bewegt sich zum ersten Floating-Diffusions-Bereich (FD 1) 131a,
so dass ein korreliertes doppeltes Abtasten realisiert werden kann.
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Obwohl
Ausführungen sich im Allgemeinen auf einen Komplementär-Metall-Oxid-Halbleiter-(CMOS)-Bildsensor
beziehen, sind solche Ausführungen nicht darauf beschränkt und
können leicht auf jeden Bildsensor, der eine Fotodiode
erfordert, angewendet werden.
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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.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - KR 10-2007-0139746 [0001]
- - KR 10-2007-0062707 [0001]