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HINTERGRUND
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Ein
Bildsensor kann ein Halbleiterbauelement sein, das ein optisches
Bild in ein elektrisches Signal umwandeln kann. Ein Bildsensor kann
in Kategorien wie ein Bildsensor mit ladungsgekoppelten Bauelementen
(CCD) und Komplementär-Metall-Oxid-Silizium-(CMOS)-Bildsensor
(CIS) klassifiziert werden.
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Während eines
Herstellungsprozesses eines Bildsensors kann eine Fotodiode durch
Ionenimplantation in einem Substrat ausgebildet werden. Eine Größe einer
Fotodiode kann reduziert werden, um eine Anzahl von Bildpunkten
zu erhöhen,
ohne eine Chipgröße zu erhöhen. Dies
kann eine Fläche
eines Licht empfangenden Bereichs verkleinern. Die Bildqualität kann hierdurch
herabgesetzt werden.
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Da
eine Stapelhöhe
unter Umständen
nicht im selben Maße
wie eine Verkleinerung einer Fläche eines
Licht empfangenden Bereichs abnimmt, wird überdies unter Umständen eine
Anzahl von auf einen Licht empfangenden Bereich fallenden Photonen aufgrund
einer als "Beugungsscheibchen" bezeichneten Lichtbeugung
reduziert.
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Um
diese Einschränkung
zu beheben, kann eine Fotodiode unter Verwendung von amorphem Silizium
(Si) ausgebildet werden. Überdies
kann durch ein Verfahren wie Wafer-auf-Wafer-Bonden eine Ausleseschaltung
in einem Silizium-(Si)-Substrat ausgebildet werden, und eine Fotodiode
kann auf und/oder über
der Ausleseschaltung ausgebildet werden ("dreidimensionaler (3D) Bildsensor" genannt). Eine Fotodiode
kann mit der Ausleseschaltung durch eine Metallverbindung verbunden
werden.
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Nach
der verwandten Technik kann es schwierig sein, eine Fotodiode mit
einer Ausleseschaltung elektrisch zu verbinden. Das heißt, dass eine
Metallverbindung auf und/oder über
der Ausleseschaltung ausgebildet werden kann und dass ein Wafer-auf-Wafer-Bonden
derart ausgeführt
werden kann, dass eine Metallverbindung mit der Fotodiode Kontakt
haben kann. Deshalb kann ein Kontakt zwischen einer Metallverbindung
problematisch sein, und ein ohmscher Kontakt zwischen einer Metallverbindung
und einer Fotodiode kann problematisch sein.
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Da
sowohl eine Source als auch ein Drain auf beiden Seiten eines Transfertransistors
stark mit N-Typ-Fremdstoffen dotiert sein kann, kann ein Phänomen der
Ladungsaufteilung auftreten. Wenn ein Phänomen der Ladungsaufteilung
auftritt, kann eine Empfindlichkeit eines ausgegebenen Bilds reduziert werden
und ein Bildfehler kann erzeugt werden. Da sich eine Photoladung
unter Umständen
nicht schnell zwischen einer Fotodiode und einer Ausleseschaltung
bewegt, kann überdies
ein Dunkelstrom erzeugt werden und/oder Sättigung und Empfindlichkeit
können
reduziert werden.
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ZUSAMMENFASSUNG
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Ausführungsformen
beziehen sich auf einen Bildsensor und ein Verfahren zu seiner Herstellung, die
physische und elektrische Kontakte zwischen einer Fotodiode und
einer Metallverbindung vergrößern und
zugleich einen Füllfaktor
erhöhen
können. Ausführungsformen
beziehen sich auf einen Bildsensor und ein Verfahren zu seiner Herstellung,
die eine Ladungsaufteilung verhindern und zugleich einen Füllfaktor
erhöhen
können.
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Ausführungsformen
beziehen sich auf einen Bildsensor und ein Verfahren zu seiner Herstellung, die
eine Dunkelstromquelle minimieren können und eine Herabsetzung
von Sättigung
und Empfindlichkeit durch Bereitstellen eines Pfads für die relativ schnelle
Bewegung für
eine Photoladung zwischen einer Fotodiode und einer Ausleseschaltung
verhindern können.
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Gemäß Ausführungsformen
kann ein Bildsensor mindestens eines von Folgendem umfassen. Eine
Metallverbindung und eine Ausleseschaltung über einem ersten Substrat.
Eine Metallschicht auf und/oder über
der Metallverbindung. Eine Bilderfassungseinrichtung, die eine leitende
Schicht eines ersten Leitungstyps und eine leitende Schicht eines zweiten
Leitungstyps umfasst und mit der Metallschicht elektrisch verbunden
ist.
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Gemäß Ausführungsformen
kann ein Verfahren zur Herstellung eines Bildsensors mindestens
eines von Folgendem umfassen. Ausbilden einer Metallverbindung und
einer Ausleseschaltung über
einem ersten Substrat. Ausbilden einer Metallschicht über der
Metallverbindung. Ausbilden einer Bilderfassungseinrichtung, die
eine leitende Schicht eines ersten Leitungstyps und eine leitende
Schicht eines zweiten Leitungstyps umfasst. Bonden der Metallschicht
und der Bilderfassungseinrichtung derart, dass die Metallschicht
mit der Bilderfassungseinrichtung Kontakt hat.
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ZEICHNUNGEN
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Die
Beispiele von 1 bis 10 veranschaulichen
einen Bildsensor und ein Verfahren zur Herstellung eines Bildsensors
gemäß Ausführungsformen.
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BESCHREIBUNG
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Ein
Bildsensor und ein Verfahren zur Herstellung eines Bildsensors gemäß Ausführungsformen werden
mit Bezug auf die begleitenden Zeichnungen beschrieben.
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Das
Beispiel von 1 ist eine Schnittansicht eines
Bildsensors gemäß Ausführungsformen. Mit
Bezug auf das Beispiel von 1 kann ein Bildsensor
eine Metallverbindung 150 und eine Ausleseschaltung 120 (siehe 2B)
auf und/oder über einem
ersten Substrat 100 umfassen. Eine Metallschicht 160 kann
auf und/oder über
der Metallverbindung 150 vorgesehen sein. Eine Bilderfassungseinrichtung 210,
die eine leitende Schicht 214 eines ersten Leitungstyps
und eine leitende Schicht 216 eines zweiten Leitungstyps
umfassen kann, kann mit der Metallschicht 160 elektrisch
verbunden sein.
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Gemäß Ausführungsformen
kann die Bilderfassungseinrichtung 210 eine Fotodiode,
ein Fotogate oder eine beliebige Kombination hiervon sein. Der Einfachheit
der Beschreibung halber bezieht sie sich auf eine Fotodiode 210.
Gemäß Ausführungsformen kann
eine Fotodiode in einer kristallinen Halbleiterschicht ausgebildet
sein. Gemäß Ausführungsformen kann
eine Fotodiode nicht hierauf beschränkt, sondern in anderen Schichttypen
inklusive einer amorphen Halbleiterschicht ausgebildet sein.
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Das
Beispiel von 2A ist eine schematische Ansicht
des ersten Substrats 100, das gemäß Ausführungsformen eine Metallverbindung 150 und eine
Ausleseschaltung 120 umfassen kann. Das Beispiel von 2B ist
eine andere Ansicht des ersten Substrats 100 gemäß Ausführungsformen.
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Mit
Bezug auf das Beispiel von 2B kann ein
Verfahren zur Herstellung eines Bildsensors gemäß Ausführungsformen das Vorbereiten
eines ersten Substrats 100 umfassen. Eine Metallverbindung 150 und
eine Ausleseschaltung 120 können auf und/oder über dem
ersten Substrat 100 ausgebildet werden. Gemäß Ausführungsformen
kann das erste Substrat 100 ein Substrat eines zweiten
Leitungstyps sein. Gemäß Ausführungsformen
kann das erste Substrat 100 nicht auf ein Substrat des
zweiten Leitungstyps beschränkt,
sondern eines beliebigen Leitungstyps sein.
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Gemäß Ausführungsformen
kann eine Bauelement-Isolierschicht 110 im ersten Substrat 100 des zweiten
Leitungstyps ausgebildet werden und ein aktives Gebiet festlegen.
Die Ausleseschaltung 120, die mindestens einen Transistor
umfassen kann, kann im aktiven Gebiet ausgebildet werden. Gemäß Ausführungsformen
kann die Ausleseschaltung 120 einen Transfertransistor
(Tx) 121, einen Resettransistor (Rx) 123, einen
Treibertransistor (Dx) 125 und einen Auswahltransistor
(Sx) 127 umfassen. Ein schwebendes Diffusionsgebiet (FD) 131 von
Ionenimplantationsgebieten 130, die Source/Drain-Gebiete 133, 135 und 137 von
jeweiligen Transistoren umfassen können, kann ausgebildet werden.
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Gemäß Ausführungsformen
kann das Ausbilden der Ausleseschaltung 120 auf und/oder über dem
ersten Substrat 100 das Ausbilden eines elektrischen Übergangsgebiets 140 im
ersten Substrat 100 und das Ausbilden eines Verbindungsgebiets 147 eines
ersten Leitungstyps in einem oberen Gebiet des elektrischen Übergangsgebiets 120 umfassen.
Gemäß Ausführungsformen
kann das Verbindungsgebiet 147 des ersten Leitungstyps
mit der Metallverbindung 150 elektrisch verbunden sein.
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Gemäß Ausführungsformen
kann das elektrische Übergangsgebiet 140 ein
PN-Übergang
sein, es kann jedoch nicht hierauf beschränkt sein. Gemäß Ausführungsformen
kann das elektrische Übergangsgebiet 140 eine
Ionenimplantationsschicht 143 des ersten Leitungstyps,
die auf und/oder über
einer Wanne 141 des zweiten Leitungstyps und/oder einer Epitaxieschicht
des zweiten Leitungstyps ausgebildet ist, und eine Ionenimplantationsschicht 145 des
zweiten Leitungstyps, die auf und/oder über der Ionenimplantationsschicht 143 des
ersten Leitungstyps ausgebildet ist, umfassen. Gemäß Ausführungsformen kann
der PN-Übergang 140 ein P0(145)/N–(143)/P–(141)-Übergang
sein. Der PN-Übergang 140 kann
jedoch nicht auf eine solche Konfiguration beschränkt, sondern
eine beliebige Übergangskonfiguration
sein.
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Gemäß Ausführungsformen
kann ein Bauelement derart gestaltet sein, dass eine Potentialdifferenz
zwischen einer Source und einem Drain auf beiden Seiten des Transfertransistors
(Tx) 121 vorliegen kann. Dies kann es ermöglichen,
dass eine Photoladung vollständig
ausgegeben wird. Demgemäß kann eine
von einer Fotodiode erzeugte Photoladung vollständig an ein schwebendes Diffusionsgebiet
ausgegeben werden. Dies kann eine Empfindlichkeit eines ausgegebenen
Bilds maximieren.
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Das
elektrische Übergangsgebiet 140 kann im
ersten Substrat 100 ausgebildet und nahe der Ausleseschaltung 120 gelegen
sein. Das elektrische Übergangsgebiet 140 kann
die Erzeugung einer Potentialdifferenz zwischen einer Source und
einem Drain auf beiden Seiten des Transfertransistors (Tx) 121 gestatten.
Dies kann es ermöglichen,
dass eine Photoladung vollständig
ausgegeben wird.
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Nachstehend
wird eine Ausgabestruktur einer Photoladung gemäß Ausführungsform weitergehend beschrieben.
Im Unterschied zu einem Knoten des schwebenden Diffusionsgebiets
(FD) 131, bei dem es sich um einen N+-Übergang handeln kann, kann
der P/N/P-Übergang 140,
der ein elektrisches Übergangsgebiet 140 sein
kann und an den eine angelegte Spannung unter Umständen nicht
vollständig übertragen wird, bei einer vorbestimmten Spannung abgeschnürt werden.
Diese Spannung kann als "Haftspannung" bezeichnet werden
und sie kann von Dotierungskonzentrationen des P0-Gebiets 145 und des
N–-Gebiets 143 abhängen.
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Gemäß Ausführungsformen
kann sich ein von der Fotodiode 210 erzeugtes Elektron
zum PNP-Übergang 140 bewegen
und an einen Knoten des schwebenden Diffusionsgebiets (FD) 131 übertragen
werden. Es kann dann in eine Spannung umgewandelt werden, wenn der
Transfertransistor (Tx) 121 eingeschaltet wird.
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Gemäß Ausführungsformen
kann ein von der Fotodiode 210 in einem oberen Bereich
eines Chips erzeugtes Elektron vollständig an einen Knoten des schwebenden
Diffusionsgebiets (FD) 131 ausgegeben werden, weil ein
maximaler Spannungswert des P0/N–/P–-Übergangs 140 eine
Haftspannung werden kann und ein maximaler Spannungswert eines Knotens
des schwebenden Diffusionsgebiets (FD) 131 eine Schwellenspannung
Vth des Vdd-Rx 123 werden kann. Dies kann wegen einer Potentialdifferenz
zwischen beiden Seiten des Transfertransistors (Tx) 131 ohne
Ladungsaufteilung geschehen.
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Gemäß Ausführungsformen
kann ein P0/N–/P-Wannen-Übergang – kein N+/P-Wannen-Übergang – in einem
Siliziumsubstrat wie beispielsweise dem ersten Substrat 100 ausgebildet werden.
Demgemäß können während eines
Rücksetzvorgangs
eines 4T- Aktivpixelsensors
(APS) eine +-Spannung an N– 143 des
P0/N–/P-Wannen-Übergang
und ein Massepotential an P0 145 und die P-Wanne 141 angelegt
werden. So kann bei einer vorbestimmten oder höheren Spannung eine Abschnürung am
P0/N–/P-Wannen-Doppelübergang erzeugt
werden. Diese kann ähnlich
sein wie bei einer Bipolartransistor-(BJT)-Struktur. Diese kann
als "Haftspannung" bezeichnet werden.
Gemäß Ausführungsformen
kann eine Potentialdifferenz zwischen einer Source und einem Drain
auf beiden Seiten des Transfertransistors (Tx) 121 erzeugt
werden, die ein Phänomen
der Ladungsaufteilung während Ein-/Aus-Betriebsarten
des Transfertransistors (Tx) 121 verhindern kann.
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Gemäß Ausführungsformen
können
im Unterschied zu einem Fall, in dem eine Fotodiode einfach mit
einem N+-Übergang
verbunden sein mag, Beschränkungen
wie Sättigungsreduktion
und Empfindlichkeitsreduktion vermieden werden.
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Gemäß Ausführungsformen
kann das Verbindungsgebiet 147 des ersten Leitungstyps
zwischen einer Fotodiode und einer Ausleseschaltung ausgebildet
sein und einen Pfad für
eine relativ schnelle Bewegung einer Photoladung bereitstellen. Dies
kann eine Dunkelstromquelle minimieren und Sättigungsreduktion und Empfindlichkeitsreduktion verhindern.
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Gemäß Ausführungsformen
kann das Verbindungsgebiet 147 des ersten Leitungstyps
für einen
ohmschen Kontakt, beispielsweise ein N+-Gebiet 147, auf
und/oder über
einer Oberfläche
des P0/N–/P–-Übergangs 140 ausgebildet
sein. Das N+-Gebiet 147 kann ausgebildet sein und es kann sich
durch das P0-Gebiet 145 erstrecken und Kontakt mit dem
N–-Gebiet 143 haben.
Gemäß Ausführungsformen
kann eine Breite des Verbindungsgebiets 147 des ersten
Leitungstyps minimiert werden, um zu verhin dern, dass das Verbindungsgebiet 147 des
ersten Leitungstyps eine Leckquelle wird. Somit kann gemäß Ausführungsformen
eine Plug-Implantation ausgeführt
werden, nachdem unter Umständen
ein erster Metallkontakt 151a geätzt wurde. Gemäß Ausführungsformen
kann ein Prozess nicht hierauf beschränkt sein. Beispielsweise kann
eine Ionenimplantationsstruktur ausgebildet werden und dann kann das
Verbindungsgebiet 147 des ersten Leitungstyps unter Verwendung
der Ionenimplantationsstruktur als Ionenimplantationsmaske ausgebildet
werden.
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Gemäß Ausführungsformen
kann, indem nur ein kontaktbildender Bereich lokal und stark mit N-Typ-Fremdstoffen
dotiert wird, die Bildung eines ohmschen Kontakts erleichtert werden,
während
ein Dunkelsignal minimiert wird. Wenn eine gesamte Transfertransistor-Source
stark dotiert wird, kann ein Dunkelsignal durch eine ungesättigte Bindung
an der Si-Oberfläche verstärkt werden.
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Gemäß Ausführungsformen
kann ein Zwischenschichtdielektrikum 160 auf und/oder über dem ersten
Substrat 100 ausgebildet werden. Die Metallverbindung 150 kann
ausgebildet werden und sie kann sich durch das Zwischenschichtdielektrikum 160 erstrecken
und mit dem Verbindungsgebiet 147 des ersten Leitungstyps
elektrisch verbunden sein. Gemäß Ausführungsformen
kann die Metallverbindung 150 den ersten Metallkontakt 151a,
ein erstes Metall 151, ein zweites Metall 152 und
ein drittes Metall 153 umfassen. Gemäß Ausführungsformen können andere
Strukturen verwendet werden. Gemäß Ausführungsformen
kann die Metallschicht 160 auf und/oder über dem
ersten Substrat 100 ausgebildet sein und Kontakt mit der
Metallverbindung 150 haben.
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Gemäß Ausführungsformen
kann eine Bondkraft zwischen Substraten verstärkt werden, indem die Metallschicht 160 zwischen
das erste Substrat 100 und die Fotodiode 210 eingefügt wird.
Gemäß Ausführungsformen
kann die Metallschicht 160 eine Aluminium-(Al)-Schicht
sein. Gemäß Ausführungsformen
kann die Metallschicht 160 aus anderen Metallen ausgebildet
werden.
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Gemäß Ausführungsformen
kann die Metallschicht 160, wenn die Metallverbindung 150 nicht
auf einer oberen Oberfläche
des ersten Substrats 100 freiliegt, eine Plug-Metallschicht 160a umfassen,
die durch ein Loch mit der Metallverbindung 150 Kontakt haben
kann. Eine erste Metallschicht 160b kann zwischen das erste
Substrat 100 und die Fotodiode 210 eingefügt werden.
Wenn die Metallverbindung 150 im ersten Substrat 100 nicht
ohne einen Plug freiliegt, können
gemäß Ausführungsformen
die Plug-Metallschicht 160a und die erste Metallschicht 160b durch Ausbilden
eines Lochs ausgebildet werden, das die Metallverbindung 150 freilegen
kann. Eine Al-Schicht kann ausgebildet werden und eine Dicke von
ungefähr
500–1000 Å auf und/oder über dem
ersten Substrat 100 haben. Gemäß Ausführungsformen können auch
andere ähnliche
Prozesse verwendet werden. Die Metallschicht 160 kann dann
planarisiert werden.
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Wenn
die Metallverbindung 150 auf einer oberen Oberfläche des
ersten Substrats 100 freiliegt, kann die Metallschicht 160 gemäß Ausführungsformen
nur die erste Metallschicht 160b umfassen, die zwischen
das erste Substrat 100 und die Fotodiode 210 eingefügt ist.
Wenn die Metallverbindung 150 im ersten Substrat 100 ohne
einen Plug freiliegt, kann die erste Metallschicht 160b gemäß Ausführungsformen
ausgebildet werden, indem eine Metallschicht, beispielsweise eine
Al-Schicht, ausgebildet wird, die eine Dicke von ungefähr 500–1000 Å auf und/oder über dem
ersten Substrat 100 haben kann. Die Metallschicht 160 kann
dann planarisiert werden.
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Gemäß Ausführungsformen
kann ein Bildsensor mit einer verbesserten physikalischen und elektrischen
Bondkraft zwischen der Fotodiode und der Metallverbindung erhalten
werden, indem eine Fotodiode des vertikalen Typs verwendet und vor dem
Bonden eine Metallschicht zwischen eine vertikale Fotodiode und
eine Metallverbindung eingefügt wird.
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Mit
Bezug auf das Beispiel von 3 kann eine
kristalline Halbleiterschicht 210a auf und/oder über einem
zweiten Substrat 200 ausgebildet sein. Gemäß Ausführungsformen
kann die Fotodiode 210 in der kristallinen Halbleiterschicht 210a ausgebildet sein.
Demgemäß kann eine
Bilderfassungseinrichtung einen dreidimensionalen (3D) Bildsensor
anwenden, der sich auf und/oder über
einer Ausleseschaltung befindet. Dies kann einen Füllfaktor
erhöhen.
Gemäß Ausführungsformen
kann eine Bilderfassungseinrichtung innerhalb der kristallinen Halbleiterschicht
ausgebildet sein, was verhindern kann, dass ein Defekt innerhalb
einer Bilderfassungseinrichtung auftritt.
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Gemäß Ausführungsformen
kann die kristalline Halbleiterschicht 210a durch epitaktisches
Aufwachsen auf und/oder über
dem zweiten Substrat 200 ausgebildet werden. Wasserstoffionen
können zwischen
das zweite Substrat 200 und die kristalline Halbleiterschicht 210a implantiert
werden. Dies kann eine Wasserstoffionenimplantationsschicht 207a ausbilden,
die zwischen das zweite Substrat 200 und die kristalline
Halbleiterschicht 210a eingefügt ist. Die Implantation der
Wasserstoffionen kann nach der Ionenimplantation zum Ausbilden der
Fotodiode 210 ausgeführt
werden.
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Mit
Bezug auf das Beispiel von 4 kann die
Fotodiode 210 durch Ionenimplantation in der kristallinen
Halbleiterschicht 210a ausgebildet werden. Gemäß Ausführungsformen
kann eine leitende Schicht 216 des zweiten Leitungstyps
in einem unteren Bereich der kristallinen Halbleiterschicht 210a und
auf und/oder über
der Wasserstoffionenimplantationsschicht 207a ausgebildet
werden, mit der sie Kontakt haben kann. Die hochkonzentrierte leitende Schicht 216 des
P-Typs kann in einem unteren Bereich der kristallinen Halbleiterschicht 210a ausgebildet
werden, indem eine erste ganzflächige
Ionenimplantation ohne Maske auf und/oder über einer Oberfläche, beispielsweise
einer gesamten Oberfläche, des
zweiten Substrats 200 ausgeführt wird.
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Gemäß Ausführungsformen
kann eine leitende Schicht 214 des ersten Leitungstyps
auf und/oder der leitenden Schicht 216 des zweiten Leitungstyps
ausgebildet werden. Beispielsweise kann eine niedrigkonzentrierte
leitende Schicht 214 des N-Typs auf und/oder über der leitenden Schicht 216 des
zweiten Leitungstyps ausgebildet werden, indem eine zweite ganzflächige Ionenimplantation
ohne Maske auf und/oder über
einer gesamten Oberfläche des
zweiten Substrats 200 ausgeführt wird. Gemäß Ausführungsformen
kann eine hochkonzentrierte leitende Schicht 212 des ersten
Leitungstyps auf und/oder über
der leitenden Schicht 214 des ersten Leitungstyps beispielsweise
durch Ausführen
einer dritten ganzflächigen
Ionenimplantation ohne Maske auf und/oder über einer gesamten Oberfläche des zweiten
Substrats 200 ausgebildet werden. Dies kann es der leitenden
Schicht 214 des ersten Leitungstyps ermöglichen, zum ohmschen Kontakt
beizutragen.
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Mit
Bezug auf das Beispiel von 5 können das
erste Substrat 100 und das zweite Substrat 200 gebondet
werden. Gemäß Ausführungsformen
kann die Fotodiode 210 so mit der Metallverbindung 150 Kontakt
haben. Bevor das erste Substrat 100 und das zweite Substrat 200 miteinander
gebondet werden mögen,
kann ein Bonden ausgeführt
werden, indem eine Oberflächenenergie
einer zu bondenden Oberfläche
beispielsweise durch Aktivierung durch Plasma erhöht wird.
Gemäß Ausführungsformen
kann das Bonden mit mindestens einem von einem Dielektrikum und
einer Metallschicht ausgeführt
werden, das bzw. die auf und/oder über einer Bondgrenzfläche angeordnet
ist. Dies kann eine Bondkraft maximieren.
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Mit
Bezug auf das Beispiel von 6 kann die
Wasserstoffionenimplantationsschicht 207a in eine Wasserstoffgasschicht
umgewandelt werden, indem am zweiten Substrat 200 eine
Wärmebehandlung
ausgeführt
wird.
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Mit
Bezug auf das Beispiel von 7 kann dann
ein Bereich des zweiten Substrats 200 entfernt werden.
Gemäß Ausführungsformen
kann die Fotodiode 210 unter der Wasserstoffgasschicht
belassen werden und die Fotodiode 210 kann freigelegt werden.
Gemäß Ausführungsformen
kann das Entfernen des zweiten Substrats 200 unter Verwendung
eines Schneidgeräts
wie eines Messers ausgeführt
werden.
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Mit
Bezug auf das Beispiel von 8 kann ein Ätzprozess
ausgeführt
werden und eine Fotodiode für
jedes Bildpunktelement separieren. Gemäß Ausführungsformen kann ein geätzter Bereich
mit einem Bildpunktzwischendielektrikum gefüllt werden. Gemäß Ausführungsformen
können
Prozesse zum Ausbilden einer oberen Elektrode und eines Farbfilters
ausgeführt
werden.
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Das
Beispiel von 9 ist eine Schnittansicht eines
Bildsensors gemäß Ausführungsformen. Mit
Bezug auf das Beispiel von 9 kann ein Bildsensor
gemäß Ausführungsformen
eine Metallverbindung 150 und eine Ausleseschaltung 120 auf und/oder über einem
ersten Substrat 100 umfassen. Eine Metallschicht 160 kann
auf und/oder über
der Metallverbindung 150 vorgesehen sein. Eine Bilderfassungseinrichtung 210,
die eine leitende Schicht 214 eines ersten Leitungstyps
und eine leitende Schicht 216 eines zweiten Leitungstyps
umfassen kann, kann mit der Metallschicht 160 elektrisch
verbunden sein. Die im Beispiel von 9 dargestellten Ausführungsformen
können
technische Merkmale von Ausführungsformen übernehmen,
die in den Beispielen von 1 bis 8 dargestellt
sind.
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Gemäß Ausführungsformen
kann eine Metallschicht 162 in Ausführungsformen, die im Beispiel von 9 dargestellt
sind, eine Plug-Metallschicht 162a, die mit der Metallverbindung 150 Kontakt
haben kann, und eine zweite Metallschicht 162b umfassen,
die selektiv zwischen das erste Substrat 100 und die Fotodiode 210 eingefügt sein
kann. Gemäß Ausführungsformen
kann die Metallschicht 162 eine Titan-(Ti)-Schicht sein.
Gemäß Ausführungsformen kann
die Metallschicht ein beliebiges anderes geeignetes Metall sein.
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Im
Unterschied zur ersten Metallschicht 160b in Ausführungsformen,
die in den Beispielen von 1 bis 8 dargestellt
sind, kann gemäß Ausführungsformen
die zweite Metallschicht 162b in Ausführungsformen, die im Beispiel
von 9 dargestellt sind, teilweise zwischen der Fotodiode 210 und
dem ersten Substrat 100 vorhanden sein.
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Wenn
eine dünne
Ti-Schicht mit einem Dickenbereich von ungefähr 50–100 Å zwischen das erste Substrat 100 und
die Fotodiode 210 eingefügt wird, kann gemäß Ausführungsformen
eine Haftkraft zwischen dem ersten Substrat 100 und der
Fotodiode 210 verstärkt
werden.
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Da
die zweite Metallschicht 162b relativ sehr dünn sein
kann, mag das Positionieren der zweiten Metallschicht 162b zwischen
das erste Substrat 100 und die Fotodiode 210 gemäß Ausführungsformen nicht
die Erzeugung eines Hohlraums oder dergleichen beeinflussen.
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Als
Nächstes
wird ein Prozess zum Ausbilden der Metallschicht 162 gemäß Ausführungsformen
beschrieben. Wenn die Metallverbindung 150 nicht auf und/oder über einer
oberen Oberfläche
des ersten Substrats 100 freiliegt, kann gemäß Ausführungsformen
ein Loch ausgebildet werden, das die Metallverbindung 150 freilegt.
Gemäß Ausführungsformen
kann die Metallschicht 162 ausgebildet werden. Die Metallschicht 162 kann
eine Plug-Metallschicht 162a,
die mit der Metallverbindung 150 Kontakt hat, und eine
zweite Metallschicht 162b auf und/oder über dem ersten Substrat 100 umfassen. Die
zweite Metallschicht 162b kann dann planarisiert werden.
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Gemäß Ausführungsformen
kann die zweite Metallschicht 162b selektiv entfernt werden,
was einen mit der Plug-Metallschicht 162a verbundenen Bereich übriglassen
kann. Beispielsweise kann die zweite Metallschicht 162b so
strukturiert werden, dass sie eine größere Breite als eine Breite
der Metallverbindung 150 hat.
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Gemäß Ausführungsformen
kann, wie in den Beispielen von 3 und 4 dargestellt,
ein zweites Substrat 200 vorbereitet werden, auf und/oder über dem
eine Fotodiode 210 ausgebildet werden kann. Gemäß Ausführungsformen
können
das erste Substrat 100 und das zweite Substrat 200 miteinander
gebondet werden, wie es in den Beispielen von 5 bis 7 dargestellt
ist. Die Fotodiode 210 kann dann freigelegt werden.
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Mit
Bezug auf das Beispiel von 9 kann ein Ätzprozess
ausgeführt
werden, der die Fotodiode 210 für jedes Bildpunktelement separiert.
Ein geätzter
Bereich kann mit einem Bildpunktzwischendielektrikum gefüllt werden.
Gemäß Ausführungsformen können Prozesse
zum Ausbilden einer oberen Elektrode und eines Farbfilters ausgeführt werden.
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Gemäß Ausführungsformen,
die im Beispiel von 9 dargestellt sind, können elektrische
und physikalische Bondkräfte
zwischen der Metallverbindung 150 und der Fotodiode 210 durch
die dazwischen eingefügte
Metallschicht 160 verstärkt
werden. Da die Metallschicht 162 an einer Grenze zwischen Bildpunkten
nicht vorhanden sein mag, kann gemäß Ausführungsformen ein Ätzprozess
zum Separieren der Metallschicht 162 für jedes Bildpunktelement nicht
erforderlich sein.
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Das
Beispiel von 10 ist eine Schnittansicht eines
Bildsensors gemäß Ausführungsformen. Das
Beispiel von 10 kann ein erstes Substrat darstellen,
auf und/oder über
dem eine Metallverbindung 150 ausgebildet sein kann. Ausführungsformen,
die im Beispiel von 10 dargestellt sind, können bestimmte
technische Merkmale von Ausführungsformen
einbeziehen, die in den Beispielen von 1 bis 8 dargestellt
sind.
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Da
im Beispiel von 10 dargestellte Ausführungsformen
eine Fotodiode des vertikalen Typs verwenden und eine Metallschicht
zwischen die Fotodiode des vertikalen Typs und eine Metallverbindung
einfügen
können,
kann es beispielsweise möglich
sein, einen Bildsensor mit verstärkten
physikalischen und elektrischen Bondkräften zu erhalten.
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Gemäß Ausführungsformen,
die im Beispiel von 10 dargestellt sind, kann ein
Bauelement derart gestaltet werden, dass eine Potentialdifferenz zwischen
einer Source und einem Drain auf beiden Seiten eines Transfertransistors
(Tx) vorliegen kann. Dies kann es ermöglichen, dass eine Photoladung vollständig ausgegeben
wird. Gemäß Ausführungsformen
kann ein Ladungsverbindungsgebiet zwischen einer Fotodiode und einer
Ausleseschaltung ausgebildet sein. Dies kann einen Pfad für die relativ schnelle
Bewegung einer Photoladung bereitstellen, was eine Dunkelstromquelle
minimieren und Sättigungsreduktion
und Empfindlichkeitsreduktion verhindern kann.
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Im
Unterschied zu Ausführungsformen,
die in den Beispielen von 1 bis 8 dargestellt sind,
kann das Verbindungsgebiet 148 des ersten Leitungstyps
so ausgebildet sein, dass es auf einer Seite des elektrischen Übergangsgebiets 140 seitlich beabstandet
ist. Alternativ kann gemäß Ausführungsformen
ein N+-Verbindungsgebiet 148 für einen ohmschen Kontakt auf
und/oder über
einem P0/N–/P–-Übergang 140 ausgebildet
sein. Ein Prozess zum Ausbilden des N+-Verbindungsgebiets 148 und
eines M1C-Kontakts 151a kann eine Leckquelle schaffen,
weil ein Bauelement mit einer an den P0/N–/P–-Übergang 140 angelegten
Sperrvorspannung arbeiten kann. Demgemäß kann auf und/oder über einer
Si-Oberfläche
ein elektrisches Feld (EF) erzeugt werden. Ein Kristalldefekt, der
unter Umständen
während
eines Kontaktbildungsprozesses innerhalb eines elektrischen Felds
erzeugt wird, kann als Leckquelle dienen.
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Wenn
ein N+-Verbindungsgebiet 148 auf und/oder über einer
Oberfläche
des P0/N–/P–-Übergangs 140 ausgebildet
ist, kann gemäß Ausführungsformen
ein elektrisches Feld aufgrund des N+/P0-Übergangs 148/145 erzeugt
werden. Dieses elektrische Feld kann ebenfalls als Leckquelle dienen.
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Gemäß Ausführungsformen
des Beispiels von 10 kann ein Layout bereitgestellt
werden, in dem ein erster Kontaktplug 151a in einem aktiven Gebiet,
das nicht mit einer P0-Schicht dotiert ist, sondern das N+-Verbindungsgebiet 148 umfasst,
ausgebildet und mit einem N-Übergang 143 verbunden
sein kann.
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Gemäß Ausführungsformen
mag ein elektrisches Feld nicht auf und/oder über einer Si-Oberfläche erzeugt
werden. Dies kann zu einer Verringerung eines Dunkelstroms eines
dreidimensionalen integrierten CIS beitragen.
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Obgleich
Ausführungsformen
mit Bezug auf einen Komplementär-Metall-Oxid-Halbleiter-(CMOS)-Bildsensor
beschrieben wurden, sind die Ausführungsformen nicht hierauf
beschränkt.
Gemäß Ausführungsformen
kann ein beliebiger Bildsensor verwendet werden, der einer Fotodiode
bedarf.
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Für den Fachmann
wird es naheliegend und offenkundig sein, dass verschiedene Abwandlungen und Änderungen
an den offenbarten Ausführungsformen
vorgenommen werden können.
Daher ist beabsichtigt, dass die offenbarten Ausführungsformen
die naheliegenden und offenkundigen Abwandlungen und Änderungen
abdecken, sofern sie unter den Umfang der angefügten Ansprüche und ihrer Äquivalente
fallen.