DE102008051930A1 - Verfahren zur Herstellung eines rückwärtig belichteten Bildsensors - Google Patents

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Abstract

Verfahren zur Herstellung eines rückwärtig belichteten Bildsensors werden bereitgestellt. Eine Ionenimplantationsschicht wird in einem gesamten Gebiet einer Vorderseite eines ersten Substrats ausgebildet. Ein Bauelement-Isolationsgebiet wird in der Vorderseite des ersten Substrats ausgebildet, um ein Bildpunktgebiet festzulegen. Eine Lichtmesseinheit und eine Ausleseschaltung werden im Bildpunktgebiet ausgebildet. Eine Zwischenisolierschicht und eine Metallleitung werden auf dem ersten Substrat ausgebildet. Ein zweites Substrat wird auf die Vorderseite des ersten Substrats gebondet, auf dem die Metallleitung ausgebildet ist. Eine untere Seite des ersten Substrats unter dem Ionenimplantationsgebiet wird derart entfernt, dass die Lichtmesseinheit auf der Rückseite des ersten Substrats nutzbar ist.

Description

  • HINTERGRUND
  • Ein Bildsensor ist ein Halbleiterbauelement, das ein optisches Bild in ein elektrisches Signal umwandelt. Bildsensoren werden allgemein als ladungsgekoppelter (CCD) Bildsensor oder als Komplementär-Metall-Oxid-Halbleiter-(CMOS)-Bildsensor (CIS) klassifiziert.
  • Bei einem der verwandten Technik entsprechenden Bildsensor ist eine Fotodiode durch Ionenimplantation in einem Substrat 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, was eine Abnahme der Bildqualität zur Folge hat.
  • 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 als ”Beugungsscheibchen” bezeichneten Beugung des Lichts ab.
  • Als eine Alternative zum Überwinden dieser Einschränkung wird versucht, eine Höhe einer oberen Oberfläche des Licht empfangenden Bereichs zu minimieren und eine Störung des Lichts aufgrund einer Metallverdrahtung zu verhindern, indem Licht durch eine Waferrückseite empfangen wird. Bildsensoren, die eine solche Methode verwenden, können als rückwärtig belichtete Bildsensoren bezeichnet werden.
  • Bei einem rückwärtig belichteten Bildsensor nach der verwandten Technik werden Prozesse zum Ausbilden eines Licht empfangenden Bauelements und einer Metallleitung auf einer Vorderseite eines Substrats ausgeführt, und dann wird ein Rückseitenschleifen ausgeführt, um eine Rückseite des Substrats mit einer vorbestimmten Dicke zu entfernen. Das Rückseitenschleifen wird ausgeführt, um einen Abstand zwischen einem externen Modul und einer optischen Linse durch Schleifen der Rückseite des Substrats auf eine geeignete Dicke einzustellen.
  • Gemäß einem rückwärtig belichteten Bildsensor nach der verwandten Technik wird ein Silizium-auf-Isolator-(SOI)-Wafer als Donor-Wafer verwendet, auf dem ein Licht empfangendes Bauelement und eine Schaltung ausgebildet werden. Dann wird der SOI-Wafer auf einen Trägerwafer gebondet. Danach wird ein Rückseitendünnungsprozess beim Donor-Wafer ausgeführt.
  • Der Rückseitendünnungsprozess beim Donor-Wafer nach der verwandten Technik wird unten beschrieben.
  • Zuerst wird ein Rückseitenschleifen derart beim Donor-Wafer ausgeführt, dass nur eine Dicke von einigen zehn Mikrometern über einer oberen Oberfläche eines vergrabenen Oxids (BOX) verbleibt. Danach wird ein Rückätzen ausgeführt, um den Rückseitendünnungsprozess zu vervollständigen.
  • Da jedoch der rückwärtig belichtete Bildsensor nach der verwandten Technik den teuren SOI-Wafer als Donor-Wafer verwendet, sind die Herstellungskosten sehr hoch.
  • Außerdem kann das Rückseitenschleifen beim Donor-Wafer nach der verwandten Technik eine Verdünnung des Waferrands verursachen. Wenn die Verdünnung des Waferrands auftritt, können Ausfälle von Chips hervorgerufen werden, die an einem Waferrand angeordnet sind, so dass die Ausbeute gesenkt wird.
  • Weil des Weiteren nach der verwandten Technik die Wafermitte während des Rückätzprozesses zum Ätzen des Wafers bis auf eine Dicke von einigen zehn Mikrometern außerdem Plasmaschäden ausgesetzt ist, kann ein Problem bestehen, dass die Degenerationsmöglichkeit des Bildsensors gesteigert wird.
  • Ein anderer Ansatz nach der verwandten Technik ist ein Bildsensor (der als ”3D-Bildsensor” bezeichnet wird), bei dem eine Fotodiode durch Abscheiden von amorphem Silizium ausgebildet wird. Eine Ausleseschaltung wird auf einem Si-Substrat ausgebildet und die Fotodiode wird auf einem anderen Wafer ausgebildet, ein Wafer-auf-Wafer-Bonden wird ausgeführt und somit ist die Fotodiode auf der Ausleseschaltung ausgebildet. Die Fotodiode und die Ausleseschaltung sind durch eine Metallleitung verbunden.
  • Nachdem die Fotodiode auf dem Wafer positioniert wurde, der die Ausleseschaltung aufweist, wird ein Bondprozess ausgeführt. An diesem Punkt kann die Ausleseschaltung wegen eines Bondproblems nicht richtig elektrisch mit der Fotodiode verbunden sein. Beispielsweise wird oft eine Metallleitung auf der Ausleseschaltung ausgebildet und dann wird das Wafer-auf-Wafer-Bonden derart ausgeführt, dass die Metallleitung die Fotodiode kontaktiert. Doch zu diesem Zeitpunkt kann es schwierig sein, die Metallleitung richtig mit der Fotodiode zu verbinden, und es kann schwierig sein, einen ohmschen Kontakt zwischen der Metallleitung und der Fotodiode bereitzustellen. Außerdem können nach der verwandten Technik die mit der Fotodiode verbundenen Metallleitungen einen Kurzschluss aufweisen. Obgleich Forschung betrieben wird, um den Kurz schluss zwischen den Metallleitungen zu verhindern, ist es problematisch, dass ein komplizierter Prozess erforderlich ist.
  • KURZE ZUSAMMENFASSUNG
  • Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung stellen ein Verfahren zur Herstellung eines rückwärtig belichteten Bildsensors bereit, das eine Rückseite eines Substrats stabil und effizient entfernen kann.
  • Ausführungsformen stellen außerdem ein Verfahren zur Herstellung eines rückwärtig belichteten Bildsensors bereit, das die Herstellungskosten senken kann.
  • Ausführungsformen stellen ferner ein Verfahren zur Herstellung eines rückwärtig belichteten Bildsensors bereit, das die Menge einfallenden Lichts maximieren und auf eine Metallverdrahtung zurückzuführende Störung und Reflexion von Licht reduzieren kann.
  • In einer Ausführungsform kann ein Verfahren zur Herstellung eines rückwärtig belichteten Bildsensors umfassen: Ausbilden einer Ionenimplantationsschicht in einem Gebiet einer Vorderseite eines ersten Substrats; nach dem Ausbilden der Ionenimplantationsschicht Ausbilden eines Bauelement-Isolationsgebiets in der Vorderseite des ersten Substrats, um ein Bildpunktgebiet festzulegen; Ausbilden einer Lichtmesseinheit und einer Ausleseschaltung in dem Bildpunktgebiet; Ausbilden einer Zwischenisolierschicht und einer Metallleitung auf dem ersten Substrat; Bonden eines zweiten Substrats auf die Vorderseite des ersten Substrats, auf dem die Metallleitung ausgebildet ist; Entfernen einer unteren Seite des ersten Substrats unter dem Ionenimplantationsgebiet; und Ausbilden ei ner Mikrolinse auf der Lichtmesseinheit auf der Rückseite des ersten Substrats.
  • In einer anderen Ausführungsform kann ein Verfahren zur Herstellung eines rückwärtig belichteten Bildsensors umfassen: Ausbilden eines Bauelement-Isolationsgebiets in einer Vorderseite eines ersten Substrats, um ein Bildpunktgebiet festzulegen; Ausbilden einer Ionenimplantationsschicht in einem Gebiet der Vorderseite des ersten Substrats nach dem Ausbilden des Bauelement-Isolationsgebiets; Ausbilden einer Lichtmesseinheit und einer Ausleseschaltung in dem Bildpunktgebiet; Ausbilden einer Zwischenisolierschicht und einer Metallleitung auf dem ersten Substrat; Bonden eines zweiten Substrats auf die Vorderseite des ersten Substrats, auf dem die Metallleitung ausgebildet ist; Entfernen einer unteren Seite des ersten Substrats unter dem Ionenimplantationsgebiet; und Ausbilden einer Mikrolinse auf der Lichtmesseinheit auf der Rückseite des ersten Substrats.
  • In noch einer anderen Ausführungsform kann ein Verfahren zur Herstellung eines rückwärtig belichteten Bildsensors umfassen: Ausbilden einer Ionenimplantationsschicht in einem Gebiet einer Vorderseite eines ersten Substrats; Ausbilden einer Lichtmesseinheit und einer Ausleseschaltung in der Vorderseite des ersten Substrats; Ausbilden einer Zwischenisolierschicht und einer Metallleitung auf der Vorderseite des ersten Substrats; Bonden eines zweiten Substrats auf die Vorderseite des ersten Substrats; Entfernen einer unteren Seite des ersten Substrats unter dem Ionenimplantationsgebiet unter Verwendung des zweiten Substrats als Träger; und Ausbilden einer Mikrolinse auf der Lichtmesseinheit auf der Rückseite des ersten Substrats.
  • In wiederum einer anderen Ausführungsform kann ein Verfahren zur Herstellung eines rückwärtig belichteten Bildsensors umfassen: Ausbilden einer Ionenimplantationsschicht in einem gesamten Gebiet einer Vorderseite eines ersten Substrats; Ausbilden einer Lichtmesseinheit und einer Ausleseschaltung in der Vorderseite des ersten Substrats, in dem die Ionenimplantationsschicht ausgebildet ist; Ausbilden einer Zwischenisolierschicht und einer Metallleitung auf der Vorderseite des ersten Substrats; Bonden eines zweiten Substrats auf die Vorderseite des ersten Substrats; und Entfernen einer unteren Seite des ersten Substrats unter dem Ionenimplantationsgebiet.
  • In noch einer anderen Ausführungsform kann ein Verfahren zur Herstellung eines rückwärtig belichteten Bildsensors umfassen: Ausbilden einer Lichtmesseinheit in einer Vorderseite eines ersten Substrats; Ausbilden einer Ionenimplantationsschicht in der Vorderseite des ersten Substrats, in dem die Lichtmesseinheit ausgebildet ist; Ausbilden einer Ausleseschaltung in der Vorderseite des ersten Substrats; Ausbilden einer Zwischenisolierschicht und einer Metallleitung auf der Vorderseite des ersten Substrats; Bonden eines zweiten Substrats auf die Vorderseite des ersten Substrats; und Entfernen einer unteren Seite des ersten Substrats unter dem Ionenimplantationsgebiet.
  • 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
  • Die 1A bis 5 sind Querschnittsansichten, die ein Verfahren zur Herstellung eines rückwärtig belichteten Bildsensors gemäß einer Ausführungsform veranschaulichen.
  • DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
  • Verfahren zur Herstellung eines rückwärtig belichteten Bildsensors werden mit Bezug auf die begleitenden Zeichnungen im Einzelnen 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.
  • 1A bis 1C zeigen beispielhaft Arbeitsvorgänge zum Ausbilden einer Ionenimplantationsschicht 105 gemäß bestimmter Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung.
  • Unter Bezugnahme auf 1A kann eine Ionenimplantationsschicht 105 in einer Vorderseite eines ersten Substrats 100 ausgebildet werden. Das erste Substrat 100 kann ein Epi-Wafer sein, doch ist die vorliegende Erfindung nicht hierauf beschränkt. In Ausführungsformen können eine untere Seite 100a des ersten Substrats 100 und eine obere Seite 100b des ersten Substrats 100 um die Ionenimplantationsschicht 105 festgelegt werden.
  • Bei dem Verfahren zur Herstellung eines rückwärtig belichteten Bildsensors gemäß einer Ausführungsform kann ein Epi-Wafer als das Substrat 100 verwendet werden, das als Donor-Wafer dient. Wenn der Epi-Wafer als der Donor-Wafer verwendet wird, können im Vergleich zu einem SOI-Wafer beachtlich Herstellungskosten eingespart werden.
  • Gemäß einer Ausführungsform, die einen Epi-Wafer als Donor-Wafer verwendet, kann, weil eine Lichtmesseinheit und eine Schaltung zusammen auf dem Epi-Wafer ausgebildet werden können, ein rückwärtig belichteter Bildsensor in einfacher Weise ohne einen Bondprozess hergestellt werden, der für einen 3D-Bildsensor erforderlich ist, bei dem eine Fotodiode auf einer Schaltung ausgebildet ist. Demgemäß ist es nicht erforderlich, das Bondproblem und das Kontaktproblem wie beim 3D-Bildsensor zu berücksichtigen.
  • Die Ionenimplantationsschicht 105 kann durch Ausführen einer Ionenimplantation auf der Vorderseite des ersten Substrats 100 ausgebildet werden. Da eine Rückseite des ersten Substrats 100 eine Dicke von einigen hundert Mikrometern hat, ist es besser, die Ionenimplantation durch die Vorderseite des Substrats auszuführen.
  • Das heißt, dass es schwierig sein kann, die Ionenimplantation durch die Rückseite des Substrats 100 auszuführen, weil die Dicke des ersten Substrats 100 verglichen mit einer Tiefe der Ionenimplantationsschicht 105 sehr groß ist. Durch Ausbilden der Ionenimplantationsschicht 105 im Voraus vor dem Ausbilden einer Metallleitung 140 (siehe 2) oder dem Bonden des ersten Substrats 100 auf ein zweites Substrat 200 (siehe 3) ist es daher möglich, die untere Seite 100a des ersten Substrats 100 nach dem Bonden des ersten Substrats 100 auf das zweite Substrat 200 in einfacher Weise zu entfernen.
  • Gemäß einer Ausführungsform kann das Ausbilden der Ionenimplantation 105 durch Implantieren von Ionen wie Wasserstoff (H) oder Helium (He) ausgeführt werden. Doch ist die vorliegende Erfindung nicht hierauf beschränkt.
  • In einer anderen Ausführungsform kann die Ionenimplantationsschicht 105 nach dem Ausbilden einer Bauelement-Isolierschicht 110 in der Vorderseite des ersten Substrats 100 ausgebildet werden, wie in 1B dargestellt ist. In einer Ausführungsform kann die Bauelement-Isolierschicht 110 in der Vorderseite des ersten Substrats 100 durch beispielsweise eine Flachgrabenisolation (STI) ausgebildet werden, um ein Bildpunktgebiet festzulegen, und dann kann die Ionenimplantationsschicht 105 ausgebildet werden.
  • Da das Verfahren gemäß Ausführungsformen die Rückseite des ersten Substrats 100 nicht durch ein Schleifen, sondern mit Hilfe der im Voraus ausgebildeten Ionenimplantationsschicht 105 in einfacher Weise und stabil entfernt, kann das Verfahren die Produktionsausbeute des rückwärtig belichteten Bildsensors beachtlich erhöhen.
  • Ferner kann in einer Ausführungsform der Ionenimplantationsprozess unter Verwendung von Wasserstoff-(H) oder Helium-(He)-Ionen ausgeführt werden, um im Voraus während des den Epi-Wafer verwendenden Prozesses eine Spaltschicht auszubilden. Nachdem die Prozesse für das als der Donor-Wafer dienen de erste Substrat 100 abgeschlossen wurden, kann das erste Substrat 100 auf ein als Trägerwafer dienendes zweites Substrat 200 gebondet werden. Der Trägerwafer 200 wird verwendet, weil sich das erste Substrat 100, dessen untere Seite entfernt ist, in einem dünnen Zustand befindet und der Trägerwafer 200 die reibungslose Ausführung nachfolgender Prozesse unterstützt.
  • Danach kann ein Spalten für eine Rückseitendünnung des ersten Substrats 100 ausgeführt werden, bei dem es sich um den Donor-Wafer handelt.
  • Gemäß einer Ausführungsform sind durch die Verwendung der Ionenimplantation und des Spaltprozesses ein Rückseitenschleifen und ein Rückätzen nicht erforderlich, so dass die Probleme der verwandten Technik wie ein Ausfall eines Dies am Rand, Plasmaschäden und dergleichen nicht hervorgerufen werden.
  • Auch wird gemäß einer Ausführungsform, da beim Donor-Wafer kein Schleifen ausgeführt wird, der Donor-Wafer keiner physischen Beanspruchung ausgesetzt, so dass Schäden an der Lichtmesseinheit und der Ausleseschaltung verhindert werden können.
  • Unter Bezugnahme auf 1C kann in noch einer anderen Ausführungsform die Ionenimplantationsschicht 105 ausgebildet werden, nachdem die Lichtmesseinheit 120 im Bildpunktgebiet ausgebildet wurde. Die Lichtmesseinheit 120 kann eine Fotodiode sein, doch sind die Ausführungsformen nicht hierauf beschränkt. In einer Ausführungsform kann die Lichtmesseinheit 120 durch Ausbilden eines Ionenimplantationsgebiets 120 des N-Typs in einem ersten Substrat 100 des P-Typs und Ausbilden eines Po-Gebiets (nicht dargestellt) auf dem Ionenimplantationsgebiet 120 des N-Typs des ersten Substrats 100 hergestellt werden. Doch sind die Ausführungsformen nicht hierauf beschränkt. Bei Ausführungsformen, die eine solche Lichtmesseinheit 120 verwenden, kann das Po-Gebiet verwendet werden, um die Erzeugung von zusätzlichen Elektronen zu verhindern. Auch kann durch Ausbilden des PNP-Übergangs (P-Substrat, N-Typ-Ionenimplantationsgebiet 120, Po-Gebiet) ein Ladungsausgabeeffekt erzielt werden.
  • Unter Bezugnahme auf 2 kann nach dem Ausbilden der Ionenimplantationsschicht 105 eine Ausleseschaltung 130 auf dem ersten Substrat 100 ausgebildet werden, auf dem die Lichtmesseinheit 120 ausgebildet ist. Die Ausleseschaltung 130 kann einen Transfertransistor, einen Resettransistor, einen Treibertransistor, einen Auswahltransistor und dergleichen umfassen, doch sind die Ausführungsformen nicht hierauf beschränkt.
  • Eine Zwischenisolierschicht 160 kann auf dem ersten Substrat 100 ausgebildet werden, und eine Metallleitung 140 kann in der Zwischenisolierschicht 160 ausgebildet werden. Die Metallleitung 140 kann ein erstes Metall M1 und dergleichen umfassen.
  • Eine Kontaktflächenleitung 150 kann außerdem in einem Logikgebiet ausgebildet werden. Die Kontaktflächenleitung 150 kann ein erstes Metall M1, ein zweites Metall M2, ein drittes Metall und dergleichen umfassen, ist jedoch nicht hierauf beschränkt. Zu diesem Zeitpunkt kann eine Kontaktfläche PAD auf der selben Ebene wie das erste Metall M1 ausgebildet werden. Hierdurch kann nach dem Bonden zwischen dem ersten Substrat 100 und dem zweiten Substrat 200 in einfacher Weise ein Kontaktflächenöffnungsprozess von der Rückseite des ersten Substrats 100 her ausgeführt werden. Das liegt daran, dass die Tiefe von der Rückseite des ersten Substrats 100 bis zur Kontaktfläche PAD gering ist.
  • Unter Bezugnahme auf 3 kann dann ein zweites Substrat 200 auf die Vorderseite des ersten Substrats 100 gebondet werden, auf der die Metallleitung 140 ausgebildet ist. Beispielsweise kann das zweite Substrat derart auf die Vorderseite des ersten Substrats 100 gebondet werden, dass das zweite Substrat 200 (Trägerwafer) der Metallleitung 140 des ersten Substrats 100 entspricht.
  • Das Verfahren gemäß einer Ausführungsform kann die Bondkraft zwischen dem zweiten Substrat 200 und dem ersten Substrat 100 durch Ausbilden einer Isolierschicht 210 auf dem zweiten Substrat vor dem Bonden auf das erste Substrat 100 erhöhen. Die Isolierschicht 210 kann eine Oxidschicht oder Nitridschicht sein, ist jedoch nicht hierauf beschränkt. Die Bondkraft zwischen dem ersten Substrat 100 und dem zweiten Substrat 200 kann beachtlich erhöht werden, indem die Isolierschicht 210 mit der Zwischenisolierschicht 160 der Vorderseite des ersten Substrats 100 verbunden wird und die Isolierschicht 210 auf die Zwischenisolierschicht 160 gebondet wird.
  • Gemäß einer Ausführungsform kann, da der Epi-Wafer als das erste Substrat 100 (Donor-Wafer) verwendet werden kann und die Lichtmesseinheit 120 und die Ausleseschaltung 130 zusammen auf dem ersten Substrat 100 ausgebildet werden können, ein rückwärtig belichteter Bildsensor in einfacher Weise ohne einen Bondprozess hergestellt werden, der bei einem 3D-Bildsensor erforderlich ist, bei dem eine Fotodiode auf einer Schaltung ausgebildet ist. Daher ist es auch nicht erforderlich, ein Bondproblem und ein Kontaktproblem zu berücksichtigen. Indessen wird das Bondproblem entschärft, weil das Bonden zwischen dem Trägerwafer und dem Donor-Wafer in einem Zu stand ausgeführt wird, dass eine Zwischenisolierschicht dazwischen eingefügt ist.
  • Des Weiteren kann gemäß Ausführungsformen ein Stapel (oder eine Materialschichtdicke) auf der Lichtmesseinheit minimiert werden, um die Menge einfallenden Lichts zu maximieren. Da keine auf eine Metallverdrahtung zurückzuführenden Erscheinungen der Störung und Reflexion von Licht hervorgerufen werden, können überdies Lichteigenschaften des Bildsensors maximiert werden.
  • Unter Bezugnahme auf 4 kann dann die untere Seite 100a des ersten Substrats 100 über der Ionenimplantationsschicht 105 vom ersten Substrat 100 entfernt werden, das auf das zweite Substrat gebondet ist. Beispielsweise kann die Ionenimplantationsschicht 105 thermisch ausgeheilt werden, um die Wasserstoffionen zu agglomerieren, und dann wird die untere Seite 100a des ersten Substrats 100 unter Verwendung einer Klinge geschnitten und entfernt, um die obere Seite 100b des ersten Substrats 100 auf dem Trägerwafer 200 zu belassen. Danach kann die Schnittfläche des ersten Substrats 100 planarisiert werden.
  • Bei 3D-Bildsensoren nach der verwandten Technik, die mittels einer Spalttechnik hergestellt werden, werden die Lichtmesseinheit und die Ausleseschaltung auf einem separaten Wafer ausgebildet und dann werden Bond- und Verbindungsprozesse ausgeführt. Bei dieser verwandten Technik wird ein Prozess zur Implantation von Wasserstoff- oder Heliumionen zum Ausbilden der Spaltschicht direkt vor dem Bondprozess ausgeführt.
  • Des Weiteren ist es gemäß dem 3D-Bildsensor nach der verwandten Technik schwierig, eine elektrische Verbindung zwischen der Ausleseschaltung und der Fotodiode ordnungsgemäß auszuführen, und die Metallleitungen, die mit der Fotodiode elektrisch verbunden sind, können einen Kurzschluss aufweisen.
  • Demgegenüber bedarf es gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung, da ein Epi-Wafer als das erste Substrat 100 verwendet werden kann, das als der Donor-Wafer dient, und die Lichtmesseinheit 120 und die Ausleseschaltung 130 zusammen im ersten Substrat 100 ausgebildet werden können, keines Bondprozesses zwischen einem Substrat, auf dem die Lichtmesseinheit ausgebildet ist, und einem Substrat, auf dem eine Schaltung ausgebildet ist, wie es beim Prozess eines 3D-Bildsensors der Fall ist, bei dem die Lichtmesseinheit auf der Schaltung ausgebildet wird. Dementsprechend kann der Herstellungsprozess in einfacher Weise ausgeführt werden und Bondprobleme und Kontaktprobleme können beseitigt werden.
  • Der Grund, warum bei einem 3D-Bildsensor nach der verwandten Technik ein Prozess zur Implantation von Wasserstoff- oder Heliumionen direkt vor dem Bondprozess ausgeführt wird, besteht darin, dass in der Lichtmesseinheit erzeugte Elektronen an eine elektronische Schaltung abgegeben und in eine Spannung umgewandelt werden. Das heißt, dass eine Fotodiode PD in einem Substrat ausgebildet wird, ohne ein Metall und eine Zwischenisolierschicht auf diesem Substrat auszubilden.
  • Doch gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden die Lichtmesseinheit 120 und die Ausleseschaltung 130 zusammen auf dem selben Wafer, d. h. dem ersten Substrat 100, ausgebildet. Daher benötigt der Wafer, der gemäß der Ausführungsform gespalten wird, einen Back-End-Of-Line-(BEOL)-Prozess wie das Ausbilden der Metallleitung 140 und das Ausbilden der Zwischenisolierschicht 160.
  • Somit ist es bei Verwendung des Prozessschemas gemäß der Ausführungsform nicht möglich, den Ionenimplantationsprozess wie bei der verwandten Technik direkt vor dem Bondprozess auszuführen. Stattdessen kann gemäß Ausführungsformen die Ionenimplantationsschicht 105 durch Ausführen des Prozesses zur Implantation von Wasserstoff- oder Heliumionen vor dem Ausbilden der Metallleitung 140 und der Zwischenisolierschicht 160 auf dem Epi-Wafer ausgebildet werden, der als das erste Substrat 100 verwendet wird, bei dem es sich um den Donor-Wafer handelt.
  • Dann kann, wie in 5 dargestellt, ein Farbfilter 170 auf der Lichtmesseinheit 120 auf der Rückseite des ersten Substrats 100 ausgebildet werden. In Ausführungsformen, bei denen die Lichtmesseinheit 120 eine RGB-Fotodiode des vertikal gestapelten Typs ist, kann der Farbfilter weggelassen werden.
  • Dann kann eine Mikrolinse 180 auf dem Farbfilter 170 ausgebildet werden.
  • Danach kann ein Prozess zum öffnen der Kontaktfläche PAD ausgeführt werden. In einer Ausführungsform kann der Prozess zum öffnen der Kontaktfläche von der Rückseite des ersten Substrats her ausgeführt werden. Das heißt, dass die Kontaktfläche PAD in einfacher Weise von der Rückseite des ersten Substrats 100 her geöffnet werden kann, weil die Kontaktfläche PAD auf der selben Ebene wie das erste Metall M1 ausgebildet ist.
  • Bei dem Verfahren zur Herstellung eines rückwärtig belichteten Bildsensors gemäß Ausführungsformen kann die Rückseite des Substrats durch Verwendung einer Ionenimplantationstechnik stabil und effizient entfernt werden. Das heißt, dass ein Ausfall eines Dies am Rand und Plasmaschäden nicht hervorge rufen werden, weil ein Rückseitenschleifen oder ein Rückätzprozess nicht erforderlich ist.
  • Außerdem können gemäß einer Ausführungsform Schäden an der Lichtmesseinheit und der Schaltung reduziert werden, weil beim Donor-Wafer kein Schleifen ausgeführt wird.
  • Überdies können gemäß einer Ausführungsform durch Verwendung eines Epi-Wafers als den Donor-Wafer die Lichtmesseinheit und die Schaltung zusammen auf dem Epi-Wafer ausgebildet werden. Des Weiteren können durch Verwendung des Epi-Wafers anstatt eines SOI-Wafers die Herstellungskosten beachtlich gesenkt werden.
  • Gemäß Ausführungsformen kann, da der Epi-Wafer als der Donor-Wafer verwendet werden kann und die Lichtmesseinheit und die Schaltung zusammen im Epi-Wafer ausgebildet werden können, ein rückwärtig belichteter Bildsensor in einfacher Weise ohne einen Bondprozess, der für einen 3D-Bildsensor erforderlich ist, bei dem eine Fotodiode auf der Schaltung ausgebildet wird, hergestellt werden, und es ist auch nicht erforderlich, ein Bondproblem und ein Kontaktproblem zu berücksichtigen. Indessen wird das Bondproblem entschärft, weil das Bonden zwischen dem Trägerwafer und dem Donor-Wafer in einem Zustand ausgeführt wird, dass eine Zwischenisolierschicht dazwischen eingefügt ist.
  • Überdies kann gemäß einer Ausführungsform ein Stapel auf der Lichtmesseinheit minimiert werden, um die Menge einfallenden Lichts zu maximieren, und weil keine auf eine Metallverdrahtung zurückzuführenden Erscheinungen der Störung und Reflexion von Licht hervorgerufen werden, können Lichteigenschaften des Bildsensors maximiert 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 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 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 (20)

  1. Verfahren zur Herstellung eines rückwärtig belichteten Bildsensors, umfassend: Ausbilden einer Ionenimplantationsschicht in einem Gebiet einer Vorderseite eines ersten Substrats; Ausbilden eines Bauelement-Isolationsgebiet in der Vorderseite des ersten Substrats, um ein Bildpunktgebiet festzulegen; Ausbilden einer Lichtmesseinheit und einer Ausleseschaltung im Bildpunktgebiet; Ausbilden einer Zwischenisolierschicht und einer Metallleitung auf dem ersten Substrat; Bonden eines zweiten Substrats auf die Vorderseite des ersten Substrats, auf dem die Metallleitung ausgebildet ist; und Entfernen einer unteren Seite des ersten Substrats unter dem Ionenimplantationsgebiet.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem das Ausbilden der Ionenimplantationsschicht vor dem Ausbilden des Bauelement-Isolationsgebiets ausgeführt wird.
  3. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem das Ausbilden der Ionenimplantationsschicht nach dem Ausbilden des Bauelement-Isolationsgebiets, aber vor dem Ausbilden der Lichtmesseinheit und der Ausleseschaltung ausgeführt wird.
  4. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem das Ausbilden der Ionenimplantationsschicht nach dem Ausbilden der Lichtmesseinheit, aber vor dem Ausbilden der Ausleseschaltung ausgeführt wird.
  5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei dem das Ausbilden einer Ionenimplantationsschicht ein Ausführen einer Wasserstoffionenimplantation oder einer Heliumionenimplantation umfasst.
  6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, bei dem das Ausbilden der Ionenimplantationsschicht ein Ausführen einer Ionenimplantation durch die Vorderseite des ersten Substrats umfasst.
  7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, bei dem das Entfernen der unteren Seite des ersten Substrats unter der Ionenimplantationsschicht ein Ausführen einer Wärmebehandlung der Ionenimplantationsschicht umfasst.
  8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, ferner umfassend ein Ausbilden eines Farbfilters auf der Rückseite des ersten Substrats nach dem Entfernen der unteren Seite des ersten Substrats.
  9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, ferner umfassend ein Ausbilden einer Mikrolinse auf der Lichtmesseinheit der Rückseite des ersten Substrats nach dem Entfernen der unteren Seite des ersten Substrats.
  10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, ferner umfassend ein Öffnen einer Kontaktfläche, die während dem Ausbilden der Zwischenisolierschicht und der Metallleitung ausgebildet wurde, nach dem Entfernen der unteren Seite des ersten Substrats unter der Ionenimplantationsschicht.
  11. Verfahren nach Anspruch 10, bei dem das Öffnen der Kontaktfläche ein Ätzen der Kontaktfläche von der Rückseite des ersten Substrats her umfasst.
  12. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, vor dem Bonden eines zweiten Substrats auf das erste Substrat ferner umfassend ein Ausbilden einer Isolierschicht auf dem zweiten Substrat, wobei das zweite Substrat derart auf das erste Substrat gebondet wird, dass die auf dem zweiten Substrat ausgebildete Isolierschicht mit der Vorderseite des ersten Substrats Kontakt hat.
  13. Verfahren zur Herstellung eines rückwärtig belichteten Bildsensors, umfassend: Ausbilden einer Ionenimplantationsschicht in einem Gebiet einer Vorderseite eines ersten Substrats; Ausbilden einer Lichtmesseinheit in der Vorderseite des ersten Substrats; Ausbilden einer Ausleseschaltung auf der Vorderseite des ersten Substrats; Ausbilden einer Zwischenisolierschicht und einer Metallleitung auf der Vorderseite des ersten Substrats; Bonden eines zweiten Substrats auf die Vorderseite des ersten Substrats; und Entfernen einer unteren Seite des ersten Substrats unter dem Ionenimplantationsgebiet.
  14. Verfahren nach Anspruch 13, bei dem das Ausbilden der Ionenimplantationsschicht ein Implantieren von Wasserstoff- oder Heliumionen in die Vorderseite des ersten Substrats umfasst, in dem die Lichtmesseinheit ausgebildet ist.
  15. Verfahren nach Anspruch 13, bei dem das Ausbilden der Ionenimplantationsschicht ein Implantieren von Wasserstoff- oder Heliumionen in die Vorderseite des ersten Substrats vor dem Ausbilden der Lichtmesseinheit umfasst.
  16. Verfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 15, bei dem das Entfernen der unteren Seite des ersten Substrats unter der Ionenimplantationsschicht ein Ausführen einer Wärmebehandlung der Ionenimplantationsschicht umfasst.
  17. Verfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 16, ferner umfassend ein Ausbilden eines Farbfilters auf der Rückseite des ersten Substrats nach dem Entfernen der unteren Seite des ersten Substrats.
  18. Verfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 17, ferner umfassend ein Ausbilden einer Mikrolinse auf der Lichtmesseinheit der Rückseite des ersten Substrats nach dem Entfernen der unteren Seite des ersten Substrats.
  19. Verfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 18, vor dem Bonden eines zweiten Substrats auf das erste Substrat ferner umfassend ein Ausbilden einer Isolierschicht auf dem zweiten Substrat, wobei das zweite Substrat derart auf das erste Substrat gebondet wird, dass die auf dem zweiten Substrat ausgebildete Isolierschicht mit der Vorderseite des ersten Substrats Kontakt hat.
  20. Verfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 19, ferner umfassend ein Öffnen einer Kontaktfläche, die während dem Ausbilden der Zwischenisolierschicht und der Metallleitung ausgebildet wurde, nach dem Entfernen der unteren Seite des ersten Substrats unter der Ionenimplantationsschicht.
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