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Diese
Anmeldung beansprucht die Priorität der
koreanischen Patentanmeldung-Nr. 10-2008-0084698 (eingereicht
am 28. August 2008), die hierdurch durch Bezugnahme in ihrer Gesamtheit aufgenommen
ist.
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HINTERGRUND
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Im
Allgemeinen ist ein Bildsensor ein Halbleiterbauelement, das ein
optisches Bild in ein elektrisches Signal umwandelt und wird im
Allgemeinen in einen Bildsensor mit ladungsgekoppeltem (CCD) Bauelement
und einen Komplementär-Metall-Oxid-Silizium(CMOS)-Bildsensor
unterteilt.
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In
jüngster Zeit ist der CMOS-Bildsensor als Bildsensor der
nächsten Generation in das Zentrum der Aufmerksamkeit gerückt.
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Der
CMOS-Bildsensor wird mit einer CMOS-Herstellungstechnologie hergestellt,
wodurch der CMOS-Bildsensor den Vorteil eines geringen Stromverbrauchs
bietet. Darüber hinaus kann der CMOS-Bildsensor in einem
einfachen Herstellungsprozess gefertigt werden, wobei die Anzahl
der Fotoprozessschritte reduziert wird. Ferner können eine Steuerschaltung,
eine Signalverarbeitungsschaltung und eine Analog/Digital-Umwandlungsschaltung
in einen CMOS-Bildsensorchip integriert werden, so dass das Produkt
in Mikrogröße hergestellt werden kann. Daher kommt
der CMOS-Bildsensor häufig in verschiedenen Anwendungsbereichen
zum Einsatz, wie in Digitalkameras und Digitalvideokameras.
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Bei
dem herkömmlichen CMOS-Bildsensor wird eine dielektrische
Zwischenschicht mit einem undotierten Siliziumglas (USG) über einem
Siliziumsubstrat mit einem Bildpunktbereich und einem Transistorbereich
ausgebildet, eine Bondanschlussfläche wird über
der dielektrischen Zwischenschicht ausgebildet, und eine Schutzschicht
wird über der dielektrischen Zwischenschicht ausgebildet,
auf der die Bondanschlussfläche ausgebildet ist.
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Der
auf diese Weise hergestellte CMOS-Bildsensor weist viele freie Bindungen
auf der Oberfläche einer Gate-Isolierschicht und des Siliziumsubstrats
auf. Solche freien Bindungen können die Leistung des Bildsensors
verschlechtern.
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Im
Besonderen können beim Ausbilden einer Isolierschicht auf
dem Siliziumsubstrat viele freie Bindungen, die auf einer Grenzfläche
zwischen der Isolierschicht und dem Siliziumsubstrat bestehen, als eine
Dunkelstromquelle dienen. Ferner können die beim Ausbilden
der Gate-Isolierschicht gebildeten freien Bindungen die Ladungsübertragungseffizienz verringern,
da sie als eine Haftstelle dienen können, die Elektronen
bei der Übertragung der Fotoelektronen erfasst.
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Somit
wird gemäß dem Herstellungsprozess des CMOS-Bildsensors
ein Ausheilungsprozess durchgeführt, um Defekte wie freie
Verbindungen und Feuchtigkeit zu entfernen.
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Der
Ausheilungsprozess für den konventionellen CMOS-Bildsensor
wird über einen langen Zeitraum durchgeführt,
währenddessen eine Mischung aus Wasserstoffgas und Stickstoffgas
bei normalem Druck (1 atm) oder bei einem geringeren Druck als der
Normaldruck zugeführt wird, so dass die Produktausbeute
geringer ausfallen kann und viele Bauteileigenschaften sich verschlechtern
können.
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KURZE ZUSAMMENFASSUNG
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Die
vorliegende Offenbarung stellt einen Bildsensor, bei dem ein Ausheilungsprozess
angewandt wird, und ein Herstellungsverfahren dafür bereit.
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Ein
Herstellungsverfahren eines Bildsensors gemäß einer
Ausführungsform umfasst ein Ausbilden einer Transistorstruktur über
einem Halbleitersubstrat; ein Ausbilden einer Metallverbindungsschicht über
der Transistorstruktur; ein Ausbilden einer Schutzschicht über
der Metallverbindungsschicht; ein Ausbilden einer Nitridschicht über
der Schutzschicht; und ein Ausheilen eines mit der Nitridschicht ausgebildeten
Halbleitersubstrats unter hohem Druck.
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Ein
Verfahren zum Herstellen eines Bildsensors gemäß einer
anderen Ausführungsform umfasst ein Ausbilden einer Transistorstruktur über
einem Halbleitersubstrat; und ein Ausheilen des mit der Transistorstruktur
ausgebildeten Halbleitersubstrats unter hohem Druck.
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Ein
Verfahren zum Herstellen eines Bildsensors gemäß einer
anderen Ausführungsform umfasst ein Ausbilden einer Transistorstruktur über
einem Halbleitersubstrat; ein Ausbilden einer Metallverbindungsschicht über
der Transistorstruktur; und ein Ausheilen des mit der Metallverbindungsschicht
ausgebildeten Halbleitersubstrats unter hohem Druck.
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Ein
Verfahren zur Herstellung eines Bildsensors gemäß einer
anderen Ausführungsform umfasst ein Ausbilden eines Gate-Musters über
einem Halbleitersubstrat; ein Ausbilden einer Isolierschicht über dem
mit dem Gate-Muster ausgebildeten Halbleitersubstrat; ein Ausbilden
einer ersten Metallverbin dung und einer Kondensatorelektrode über
der Isolierschicht; ein Ausbilden einer ersten dielektrischen Zwischenschicht über
der mit der ersten Metallverbindung und der Kondensatorelektrode
ausgebildeten Isolierschicht; ein aufeinander folgendes Ausbilden
einer ersten Ätzstoppschicht und einer ersten Metallschicht über
der ersten dielektrischen Zwischenschicht; ein Ausbilden einer zweiten
Metallverbindung durch Musterbildung der ersten Metallschicht; ein
Ausbilden einer zweiten dielektrischen Zwischenschicht über
der mit der zweiten Metallverbindung ausgebildeten ersten dielektrischen
Zwischenschicht; ein aufeinander folgendes Ausbilden einer zweiten Ätzstoppschicht
und einer zweiten Metallschicht über der zweiten dielektrischen
Zwischenschicht; ein Ausbilden einer dritten Metallverbindung durch
Musterbildung der zweiten Metallschicht; ein Ausbilden einer dritten
dielektrischen Zwischenschicht über der mit der dritten
Metallschicht ausgebildeten zweiten dielektrischen Zwischenschicht;
ein Ausbilden einer Schutzschicht über der dritten dielektrischen
Zwischenschicht; und ein Ausbilden einer Farbfilterschicht über
der Schutzschicht. Nachdem das Gate-Muster ausgebildet wurde, wird
wenigstens ein Mal ein Hochdruck-Ausheilungsprozess durchgeführt.
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Ein
Bildsensor gemäß einer Ausführungsform
umfasst eine Transistorstruktur über einem Halbleitersubstrat;
eine Isolierschicht, die die Transistorstruktur bedeckt; eine Metallverbindungsschicht über
der Isolierschicht; eine Schutzschicht über der Metallverbindungsschicht;
und eine Farbfilterschicht über der Schutzschicht, wobei
das Halbleitersubstrat wenigstens eine von Transistorschicht, Isolierschicht, Metallverbindungsschicht
umfasst und die Schutzschicht einem Ausheilungsprozess unter Bedingungen
eines Drucks von etwa 7 atm bis etwa 40 atm und einer Temperatur
von etwa 200°C bis etwa 600°C unterzogen wird.
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Gemäß bestimmter
Ausführungsformen wird bei der Herstellung des CMOS-Bildsensors
der Ausheilungsprozess bei einem hohen Druck mit Hilfe von Gas durchgeführt,
einschließlich wenigstens einem von Wasserstoff, schweren
Wasserstoff und Tritium, so dass die Leistungsfähigkeit
des CMOS-Bildsensors verbessert werden kann.
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Weiterhin
kann, gemäß einer Ausführungsform, nach
Ausbilden des Gate-Musters der Ausheilungsprozess bezüglich
des Halbleitersubstrats durchgeführt werden, indem das
Gas einschließlich wenigstens einem von Wasserstoff, schweren
Wasserstoff und Tritium bei hohem Druck verwendet wird.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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1 ist
eine Querschnittsansicht, die einen CMOS-Bildsensor gemäß einer
Ausführungsform zeigt.
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2 bis 6 sind
Querschnittsansichten, die die Stufen zeigen, bei denen ein Hochdruck-Ausheilungsprozess
durchgeführt wird, wenn ein CMOS-Bildsensor gemäß einer
Ausführungsform hergestellt wird;
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7 ist
eine Querschnittsansicht eines Bildsensors gemäß einer
weiteren Ausführungsform.
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8 ist
eine Querschnittsansicht, die eine Stufe zeigt, bei der ein Hochdruck-Ausheilungsprozess
mit Wasserstoff für einen CMOS-Bildsensor gemäß einer
anderen Ausführungsform durchgeführt wird;
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9 ist
eine Querschnittsansicht, die eine Stufe zeigt, bei der ein Hochdruck-Ausheilungsprozess
mit Wasserstoff für einen CMOS-Bildsensor gemäß einer
anderen Ausführungsform durchgeführt wird; und
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10 ist
ein Diagramm, das die Variation des Dunkelcodes in einem Bildsensor
in Abhängigkeit von den Prozessbedingungen für
einen Hochdruck-Ausheilungsprozess mit Wasserstoff gemäß Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung zeigt.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
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Im
Folgenden werden ein CMOS-Bildsensor und ein Herstellungsverfahren
dafür gemäß Ausführungsformen
unter Bezugnahme auf die Zeichnungen im Anhang detailliert beschrieben.
Fachleute können Änderungen an den Ausführungsformen
im Rahmen der angehängten Ansprüche und ihrer
Entsprechungen vornehmen.
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Im
Folgenden können die beschriebenen Elemente selektiv oder
alternativ verwendet werden. Die Größe (Abmessung)
der in den Zeichnungen dargestellten Elemente kann für
den Zweck einer deutlichen Erklärung vergrößert
sein und die tatsächliche Größe der Elemente
kann sich von der Größe der in der Zeichnung dargestellten
Elemente unterscheiden. In der Beschreibung einer Ausführungsform
versteht es sich, dass wenn eine Schicht (oder Beschichtung) als ”auf/darüber/über/oberhalb” einer
anderen Schicht oder einem anderen Substrat befindlich bezeichnet
wird, sie direkt auf der anderen Schicht oder dem anderen Substrat
liegen kann oder auch dazwischen liegende Schichten vorhanden sein können.
Weiterhin versteht es sich, dass wenn eine Schicht als 'unter/darunter/unterhalb/tiefer'
einer anderen Schicht befindlich bezeichnet wird, sie direkt unter
der anderen Schicht liegen kann oder auch eine oder mehrere dazwischen
liegende Schichten vorhanden sein können. Darüber
hinaus versteht es sich, dass wenn eine Schicht als 'zwischen' zwei Schichten
befindlich bezeichnet wird, dies die einzige Schicht zwischen den
beiden Schichten sein kann oder auch eine oder mehrere dazwischen
liegende Schichten vorhanden sein können. Somit muss die Bedeutung
davon basierend auf dem Geltungsbereich der Ausführungsform
bestimmt werden.
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1 ist
eine Querschnittsansicht, die einen CMOS-Bildsensor gemäß einer
Ausführungsform zeigt.
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Wie
in 1 dargestellt, sind eine Transistorstruktur 15 und
eine Isolierschicht 18, die die Transistorstruktur 15 bedeckt, über
einem Halbleitersubstrat 10 ausgebildet.
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Die
Transistorstruktur 15 kann eine Gate-Isolierschicht, ein
Gate-Muster, das über der Gate-Isolierschicht ausgebildet
ist, und einen Gate-Isolierschicht-Spacer, der an den Seitenwänden
des Gate-Musters ausgebildet ist, umfassen.
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Obwohl
in 1 nicht dargestellt, kann ein Fotodiodenbereich
in oder auf dem Halbleitersubstrat 10 ausgebildet sein.
Wenn die Transistorstruktur 15 ausgebildet wird, kann gleichzeitig
eine Kondensatorstruktur 13 über einer Isolierschicht 11 ausgebildet werden.
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Eine
Metallverbindungsschicht wird über dem Halbleitersubstrat 10 ausgebildet.
In einer Ausführungsform werden eine Metallverbindung 22 und eine
Kondensatorelektrode 21, die mit der Kondensatorstruktur 13 über
eine Durchkontaktierung 19 verbunden ist, über
der Isolierschicht 18 ausgebildet. Dann wird eine dielektrische
Zwischenschicht 25 über der Isolierschicht 18 einschließlich
der Metallverbindung 22 und der Kondensatorelektrode 21 ausgebildet.
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Die
Metallverbindungsschicht kann eine Vielzahl von dielektrischen Zwischenschichten
sowie Metallverbindungen und Kondensatorelektroden enthalten, die
zwischen den dielektrischen Zwischenschichten ausgebildet sind.
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Eine
Schutzschicht 30 wird über der dielektrischen
Zwischenschicht 25 ausgebildet und eine Farbfilterschicht 41 einschließlich
eines blauen Farbfilters 41a, eines grünen Farbfilters 41b und
eines roten Farbfilters 41c wird über der Schutzschicht 30 ausgebildet.
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Eine
Planarisierungsschicht 51 kann über der Farbfilterschicht 41 vorgesehen
sein, und über der Planarisierungsschicht 51 kann
eine Mikrolinsenschicht 53 zur Lichtsammlung ausgebildet
sein.
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Gemäß dem
Prozess des Ausbildens des CMOS-Bildsensors mit einer oben beschriebenen Struktur
wird ein Hochdruck-Ausheilungsprozess durchgeführt.
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Der
Hochdruck-Ausheilungsprozess wird durchgeführt, um die
Eigenschaften eines Metall-Gates und die Bauteileigenschaften des
Bildsensors zu verbessern und ein Problem des Bildsensors (z. B.
ein Dunkelsignal) zu behandeln, das durch Haftladungen verursacht
wurde.
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Der
Hochdruck-Ausheilungsprozess wird unter Bedingungen eines Drucks
von etwa 7 atm bis etwa 40 atm und einer Temperatur von etwa 200°C bis
etwa 600°C durchgeführt.
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Weiterhin
verwendet der Hochdruck-Ausheilungsprozess mit Wasserstoff ein Gas
einschließlich wenigstens einem von Wasserstoff, schweren
Wasserstoff und Tritium.
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Der
Hochdruck-Ausheilungsprozess mit Wasserstoff kann wenigstens eines
von Stickstoff, Argon und Helium umfassen.
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Der
Hochdruck-Ausheilungsprozess mit Wasserstoff kann für etwas
eine Sekunde bis zu etwa einer Stunde durchgeführt werden.
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Der
Hochdruck-Ausheilungsprozess kann auf mehrere Prozesse (oder Stufen)
angewendet werden, nachdem die Transistorstruktur im CMOS-Bildsensor
ausgebildet wurde.
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Zum
Beispiel kann in einer Ausführungsform das Substrat einschließlich
der Transistorstruktur einem Hochdruck-Ausheilungsprozess unterzogen werden,
bevor eine Isolierschicht ausgebildet wird, die die Transistorschicht
bedeckt.
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In
einer Ausführungsform kann das Halbleitersubstrat einschließlich
der Isolierschicht, die die Transistorschicht bedeckt, dem Hochdruck-Ausheilungsprozess
unterzogen werden.
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In
einer Ausführungsform kann die Metallschicht dem Hochdruck-Ausheilungsprozess
unterzogen werden, nachdem eine Metallschicht ausgebildet wurde,
um eine Metallverbindung auf dem Halbleitersubstrat einschließlich
der Transistorstruktur und der Isolierschicht bereitzustellen.
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In
einer Ausführungsform kann der Hochdruck-Ausheilungsprozess
durchgeführt werden, nachdem die Metallschicht ausgebildet
wurde und die Metallverbindung durch einen fotoli tographischen Prozess
ausgebildet wurde. In einem solchen Fall wird Wasserstoff nicht
während des Hochdruck-Ausheilungsprozesses zugeleitet,
so dass verhindert werden kann, dass die Metallverbindung oxidiert
wird oder die Verbindungseigenschaften abgeschwächt werden.
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In
einer Ausführungsform kann die dielektrische Zwischenschicht
dem Hochdruck-Ausheilungsprozess unterzogen werden, nachdem die
dielektrische Zwischenschicht über die gesamte Fläche
des Halbleitersubstrats einschließlich der Metallverbindung
ausgebildet wurde.
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Ferner
kann nach einer Ätzstoppschicht, die über der
dielektrischen Schicht ausgebildet werden kann, auch der Hochdruck-Ausheilungsprozess durchgeführt
werden.
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In
wiederum einer anderen Ausführungsform kann ein Pad über
der Metallverbindungsschicht ausgebildet werden. In einem solchen
Fall kann der Hochdruck-Ausheilungsprozess gemäß einer
Ausführungsform der vorliegenden Erfindung vor oder nach
der Ausbildung des Pads durchgeführt werden.
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Weiterhin
kann der betreffende Hochdruck-Ausheilungsprozess auch durchgeführt
werden, nachdem die Schutzschicht über dem Pad ausgebildet
wurde (oder der oberen Metallverbindungsschicht).
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In
bestimmten Ausführungsformen wird eine Siliziumnitridschicht
oder eine Siliziumoxynitridschicht über der Schutzschicht
ausgebildet. In solchen Ausführungsformen kann der Hochdruck-Ausheilungsprozess
bezüglich der Siliziumnitrid- oder der Siliziumoxynitridschicht
durchgeführt werden.
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Wenn
der Hochdruck-Ausheilungsprozess bezüglich der gesamten
Fläche der Siliziumnitridschicht durchgeführt
wird, diffundiert der Wasserstoff H, der in der Siliziumnitridschicht
enthalten ist, durch Ausdiffundieren zur Oberfläche des
Halbleitersubstrats, so dass der Wasserstoff H mit freien Bindungen kombiniert
wird, wodurch eine Beschädigung ausgeheilt wird.
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Die
gesamte Dicke der Siliziumnitridschicht kann durch den Hochdruck-Ausheilungsprozess
verringert werden.
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Hier
wird der Hochdruck-Ausheilungsprozess unter den Bedingungen eines
Drucks von etwa 7 atm bis etwa 40 atm und einer Temperatur von etwa 20°C
bis etwa 600°C durchgeführt.
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Weiterhin
verwendet der Hochdruck-Ausheilungsprozess mit Wasserstoff Gas einschließlich
wenigstens einem von Wasserstoff, schweren Wasserstoff und Tritium.
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Der
Hochdruck-Ausheilungsprozess mit Wasserstoff kann wenigstens eines
von Stickstoff, Argon und Helium umfassen.
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Der
Hochdruck-Ausheilungsprozess mit Wasserstoff kann für etwa
eine Sekunde bis zu etwa einer Stunde durchgeführt werden.
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Wie
oben beschrieben, nachdem die Siliziumnitridschicht über
der Schutzschicht 30 des Bildsensors ausgebildet wurde,
wird das Halbleitersubstrat 10 dem Hochdruck-Ausheilungsprozess
unterzogen, so dass Beschädigungen des Substrats durch
den Wasserstoff geheilt und die freien Bindungen entfernt werden
können, um die Eigenschaften des Bauteils zu verbessern.
Im Besonderen kann bei dem Bildsensor Dunkelstrom reduziert werden.
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2 bis 6 sind
Querschnittsansichten, die die Stufen zeigen, bei denen der Hochdruck-Ausheilungsprozess
im Herstellungsprozess des CMOS-Bildsensors gemäß einer
Ausführungsform durchgeführt werden kann;
Wie
in 2 gezeigt, wird die Isolierschicht 11 auf dem
Halbleitersubstrat 10 ausgebildet. Darüber hinaus
können die Transistorstruktur 15 und die Kondensatorstruktur 13 über
dem Halbleitersubstrat 10 einschließlich der Isolierschicht 11 ausgebildet
werden. Die Kondensatorstruktur 13 kann das Halbleitsubstrat 10,
die Isolierschicht 11 und die Gate-Elektrode enthalten.
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Die
Transistorstruktur 15 und die Kondensatorstruktur 13 können
aus Polysilizium hergestellte Gate-Muster enthalten.
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Hier
wird gemäß einer Ausführungsform das Halbleitersubstrat 10 einschließlich
der Transistorstruktur 15 und der Kondensatorstruktur 13 dem Hochdruck-Ausheilungsprozess
unterzogen.
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Der
Hochdruck-Ausheilungsprozess wird unter den Bedingungen eines Drucks
von etwa 7 atm bis etwa 40 atm und einer Temperatur von etwa 200°C
bis etwa 600°C durchgeführt.
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Weiterhin
verwendet der Hochdruck-Ausheilungsprozess Gas einschließlich
wenigstens einem von Wasserstoff, schweren Wasserstoff und Tritium.
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Der
Hochdruck-Ausheilungsprozess kann wenigstens eines von Stickstoff,
Argon und Helium enthalten.
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Der
Hochdruck-Ausheilungsprozess kann für etwa eine Sekunde
bis zu etwa einer Stunde durchgeführt werden.
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Weiterhin
kann der Hochdruck-Ausheilungsprozess durchgeführt werden,
nachdem die Isolierschicht 18 über dem Halbleitersubstrat 10 ausgebildet
wurde, um die Transistorstruktur 15 und die Kondensatorstruktur 13 zu
bedecken.
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Die
Isolierschicht 18 kann eine Oxidschicht enthalten. Zum
Beispiel kann die Isolierschicht 18 Borphosphorsilikatglas
(BPSG) und Ähnliches enthalten.
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Wie
in 3 dargestellt, wird eine Metallschicht 20 über
der Isolierschicht 18 ausgebildet.
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Dann
kann das Halbleitersubstrat 10 einschließlich
der Metallschicht 20 dem Hochdruck-Ausheilungsprozess gemäß einer
Ausführungsform unterzogen werden.
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Die
Metallschicht 20 kann eine einzelne Schicht oder mehrere
Schichten aufweisen, wobei verschiedene Arten von leitfähigen
Materialien einschließlich Metall, eine Legierung oder
Silizid verwendet werden. Zum Beispiel kann die Metallschicht 20 eine
ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Aluminium, Kupfer,
Kobalt und Wolfram umfassen. Die Metallschicht 20 kann
am unteren Bereich davon mit einer unteren Sperrschicht vorgesehen
sein, und kann an einem oberen Bereich davon mit einer oberen Sperrschicht
vorgesehen sein. Die untere Sperrschicht und die obere Sperrschicht
können jeweils Ti/TiN-Schichten enthalten.
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Die
Isolierschicht 188 kann mit einer Durchkontaktierung oder
einem Kontakt (wie die Durchkontaktierung 19) ausgebildet
werden.
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Wie
in 4 dargestellt, werden durch Musterbildung der
Metallschicht 20 eine Metallverbindung 22 und
eine Kondensatorelektrode 21 ausgebildet.
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Nach
Ausbilden der Metallverbindung 22 und der Kondensatorelektrode 21 kann
der Hochdruck-Ausheilungsprozess durchgeführt werden.
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Wie
in 5 dargestellt, wird nach dem Ausbilden der Metallverbindung 22 eine
dielektrische Zwischenschicht 25 ausgebildet.
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Die
dielektrische Zwischenschicht 25 kann eine Oxidschicht
umfassen. Zum Beispiel kann die dielektrische Zwischenschicht 25 nicht
dotiertes Silikatglas (USG) und Ähnliches enthalten.
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Nachdem
die dielektrische Zwischenschicht 25 ausgebildet wurde,
kann der Hochdruck-Ausheilungsprozess durchgeführt werden.
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Die
dielektrische Zwischenschicht 25 kann eine Vielzahl von
Schichten enthalten, und die Metallverbindung 22 kann zwischen
den Schichten ausgebildet sein. Weiterhin kann der Hochdruck-Ausheilungsprozess
vor oder nach dem Ausbilden einer jeden Metallverbindungsschicht
durchgeführt werden. Darüber hinaus kann der Hochdruck-Ausheilungsprozess
durchgeführt werden, nachdem alle Verbindungsschichten
mit einer dielektrischen Zwischenschicht überzogen wurden.
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Bei
Ausführungsformen, die Ätzstoppschichten in den
dielektrischen Zwischenschichten 25 enthalten, kann der
Hochdruck-Ausheilungsprozess gemäß der Ausführungsform
auf der Ätzstoppschicht durchgeführt werden. Die Ätzstoppschicht
kann eine Siliziumnitridschicht oder eine Siliziumoxynitridschicht
enthalten.
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Wie
in 6 dargestellt, wird eine Schutzschicht 30 über
der dielektrischen Zwischenschicht 25 ausgebildet.
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Die
Schutzschicht 30 kann eine Oxidschicht enthalten.
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Obwohl
in der Figur nicht dargestellt, kann eine Siliziumnitridschicht
oder eine Siliziumoxynitridschicht über der Schutzschicht 30 ausgebildet
sein.
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Es
wird erneut auf 1 Bezug genommen. Eine Farbfilterschicht 41 einschließlich
eines blauen Farbfilters 41a, eines grünen Farbfilters 41b und
eines roten Farbfilters 41c wird über dem Halbleitersubstrat 10 einschließlich
der Siliziumnitridschicht oder der Siliziumoxynitridschicht ausgebildet.
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Da
die Dicke des blauen Farbfilters 41a, des grünen
Farbfilters 41b und des roten Farbfilters 41c unterschiedlich
sein können, kann eine Planarisierungsebene 51 über
der Farbfilterschicht 41 ausgebildet werden, um die Oberseite
der Farbfilterschicht 41 zu planarisieren.
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Dann
wird eine Mikrolinsenschicht 53 über der Planarisierungsebene 51 gemäß einem
jeden Bildpunkt ausgebildet.
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Wie
oben beschrieben, kann der Hochdruck-Ausheilungsprozess in einer
oder in mehreren Stufen durchgeführt werden, nachdem die
Fotodiode und die Transistorstruktur ausgebildet wurde.
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Gemäß dem
Bildsensor der Ausführungsform wird der Hochdruck-Ausheilungsprozess
mit einem Gas durchgeführt, das umfasst wenigstens eines
aus Wasserstoff, schwerem Wasserstoff, Tritium, Stickstoff, Argon
und Helium, um die freien Bildungen zu entfernen, so dass die Bauteileigenschaften
verbessert werden können. Im Besonderen kann bei dem Bildsensor
Dunkelstrom reduziert werden.
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7 ist
eine Querschnittsansicht eines Bildsensors gemäß einer
weiteren Ausführungsform.
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Wie
in 7 dargestellt, nachdem eine Transistorstruktur 101 und
eine Isolierschicht 110 über einem Halbleitersubstrat 100 ausgebildet
wurden, wird eine Metallverbindungsschicht 120 über
der Isolierschicht 110 ausgebildet, und ein Pad 131,
eine Schutzschicht 133 und eine Siliziumnitridschicht 135 werden über
der Metallverbindungsschicht 120 ausgebildet.
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Das
Halbleitersubstrat 100 kann ein einzelnes kristallines
oder ein multikristallines Siliziumsubstrat enthalten. Weiterhin
kann das Halbleitersubstrat 100 mit P-Typ-Fremdstoffen
oder N-Typ-Fremdstoffen dotiert sein.
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Ein
Isolierschicht 103 kann im Halbleitersubstrat 100 ausgebildet
werden, um eine aktive Zone und eine Feldzone zu definieren. Weiterhin
können eine Schaltung und eine periphere Schaltung einer Bildpunkteinheit über
der aktiven Zone ausgebildet werden.
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Obwohl
in 7 nicht im Detail dargestellt, kann eine Transistorschaltung
für die Bildpunkteinheit in Entsprechung zu jedem Bildpunkt
ausgebildet werden und kann einen Transfertransistor, der mit einer
Fotodiode verbunden ist, um die empfangenen Fotoladungen in ein
elektrisches Signal umzuwandeln, einen Resettransistor, einen Treibertransistor und
einen Auswahltransistor enthalten.
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Die
Metallverbindungsschicht 120 einschließlich der
Metallverbindungen 121 und 122, der Plugs 115 und
der dielektrischen Zwischenschichten 125 und 127 ist über
dem Halbleitersubstrat 100 ausgebildet, um eine Stromleitung
oder eine Signalleitung mit der Schaltung zu verbinden. Die Metallverbindungsschicht 120 kann
die dielektrischen Schichten 125 und 127 enthalten.
Weiterhin kann die Metallverbindungsschicht 120 eine Kondensatorstruktur und Ähnliches
enthalten. Die Kondensatorstruktur kann ein unteres Metallmuster 124,
eine dielektrische Schicht 126 und ein oberes Metallmuster 128 enthalten.
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Die
Metallverbindungen 121 und 122 können verschiedene
Typen von leitfähigen Materialien enthalten, einschließlich
Metall, einer Legierung oder Silizid. Zum Beispiel können
die Metallverbindungen 121 und 122 wenigstens
eines ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Aluminium,
Kupfer, Kobalt und Wolfram enthalten. Die Metallverbindung 121 kann
eine untere Sperrschicht, eine Metallschicht und eine obere Sperrschicht
enthalten. Die Plugs 115 zum Verbinden der Metallverbindungen 121 und 122 können
in Durchkontaktierungslöchern der dielektrischen Zwischenschichten 125 und 127 ausgebildet sein.
Zum Beispiel kann der Plug 115 eine untere Sperrschicht
und eine Wolframschicht enthalten. Die untere Sperrschicht und die
obere Sperrschicht können jeweils Ti/TiN-Schichten enthalten.
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Die
Isolierschicht 110, die das Halbleitersubstrat 101 bedeckt,
kann eine Oxidschicht enthalten. Darüber hinaus kann die
Isolierschicht 110 das BPSG und Ähnliches enthalten.
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Die
dielektrischen Schichten 125 und 127 der Metallverbindungsschicht 120 können
eine Oxidschicht enthalten. Zum Beispiel können die dielektrische
Zwischenschichten 125 nicht dotiertes Silikatglas und Ähnliches
enthalten.
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Eine
jede der dielektrischen Zwischenschichten 125 und 127 kann
eine Vielzahl an dielektrischen Zwischenschichten enthalten. Weiterhin
können, bevor die Metallschicht so ausgebildet ist, dass die
Metallverbindungen ausgebildet werden, die Ätzstoppschichten 129 und 130 über
den dielektrischen Zwischenschichten 125 und 127 ausgebildet
werden. Die Ätzstoppschichten 129 und 130 können
eine Siliziumnitridschicht oder eine Siliziumoxynitridschicht enthalten.
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Vor
oder nach dem Ausbilden der Ätzstoppschichten 129 und 130 kann
der betreffende Hochdruck-Ausheilungsprozess durchgeführt
werden.
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Die
Schutzschicht 133 kann eine Oxidschicht enthalten.
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Eine
Siliziumnitridschicht 135 oder eine Siliziumoxynitridschicht
wird über der Schutzschicht 133 ausgebildet.
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Dann
wird der Hochdruck-Ausheilungsprozess für die gesamte Oberfläche
der Siliziumnitridschicht 135 durchgeführt. Somit
diffundiert der Wasserstoff H, der in der Siliziumnitrid schicht
enthalten ist, durch Ausdiffundieren zur Oberfläche des
Halbleitersubstrats 100, so dass der Wasserstoff H mit
freien Bindungen kombiniert wird, wodurch die Beschädigung
geheilt wird.
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Durch
den Hochdruck-Ausheilungsprozess kann die gesamte Dicke der Siliziumnitridschicht 135 reduziert
werden.
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Zu
diesem Zeitpunkt wird der Hochdruck-Ausheilungsprozess mit Wasserstoff
wird unter den Bedingungen eines Drucks von etwa 7 atm bis etwa
40 atm und einer Temperatur von etwa 200°C bis etwa 600°C
durchgeführt.
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Weiterhin
verwendet der Hochdruck-Ausheilungsprozess mit Wasserstoff Gas einschließlich
wenigstens einem von Wasserstoff, schweren Wasserstoff und Tritium.
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Der
Hochdruck-Ausheilungsprozess mit Wasserstoff kann wenigstens eines
von Stickstoff, Argon und Helium umfassen.
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Der
Hochdruck-Ausheilungsprozess mit Wasserstoff kann für etwa
eine Sekunde bis zu etwa einer Stunde durchgeführt werden.
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Wie
oben beschrieben, nachdem die Siliziumnitridschicht 135 oder
die Siliziumoxynitridschicht über der Schutzschicht 133 des
Bildsensors ausgebildet wurde, wird das Halbleitersubstrat 100 unter hohem
Druck ausgeheilt, so dass Beschädigungen des Substrats
durch den Wasserstoff geheilt werden können und die freien
Bindungen entfernt werden können, um die Eigenschaften
des Bauteils zu verbessern. Im Besonderen kann bei dem Bildsensor Dunkelstrom
reduziert werden.
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Obwohl
der Hochdruck-Ausheilungsprozess mit Wasserstoff gemäß Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung nicht verwendet wird, um die Strukturen
herzustellen, die den Bildsensor bilden, kann der Hochdruck-Ausheilungsprozess
mit Wasserstoff die Dunkelstromeigenschaften des Bildsensors und
die Eigenschaften des Bildsensors auf Grund von Haftladungen erheblich
verbessern, so dass die Produktleistung, die Eigenschaften und die Zuverlässigkeit
des Bildsensors erheblich verbessert werden können.
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Gemäß einer
Ausführungsform kann der Hochdruck-Ausheilungsprozess mit
Wasserstoff durchgeführt werden, nachdem die Isolierschicht,
die Transistorstruktur, die Isolierschicht, die Metallverbindungsschicht,
das Pad, die Schutzschicht und die Siliziumnitridschicht nacheinander über
dem Siliziumsubstrat ausgebildet wurden.
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8 ist
eine Querschnittsansicht, die eine Stufe in einem Hochdruck-Ausheilungsprozess
mit Wasserstoff für den Bildsensor gemäß einer
anderen Ausführungsform zeigt;
Wie in 8 gezeigt,
wird der betreffende Hochdruck-Ausheilungsprozess mit Wasserstoff
durchgeführt, nachdem eine Isolierschicht 103,
eine Transistorstruktur 101 und eine Isolierschicht 110 über
dem Halbleitersubstrat 100 ausgebildet wurden.
-
Der
Hochdruck-Ausheilungsprozess mit Wasserstoff wird unter Bedingungen
eines Drucks von etwa 7 atm bis etwa 40 atm und einer Temperatur von
etwa 200°C bis etwa 600°C durchgeführt.
-
Weiterhin
verwendet der Hochdruck-Ausheilungsprozess mit Wasserstoff Gas einschließlich
wenigstens einem von Wasserstoff, schweren Wasserstoff und Tritium.
-
Der
Hochdruck-Ausheilungsprozess mit Wasserstoff kann wenigstens eines
von Stickstoff, Argon und Helium umfassen.
-
Der
Hochdruck-Ausheilungsprozess mit Wasserstoff kann für etwa
eine Sekunde bis zu etwa einer Stunde durchgeführt werden.
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9 ist
eine Querschnittsansicht, die eine Stufe bei einem Hochdruck-Ausheilungsprozess
mit Wasserstoff für den Bildsensor gemäß einer
weiteren anderen Ausführungsform zeigt;
Wie in 9 gezeigt,
kann in einem Zustand, bei dem die Isolierschicht 103,
die Transistorstruktur 101, die Isolierschicht 110 und
die Metallverbindungsschicht 120 über dem Halbleitersubstrat 100 ausgebildet
werden und bei dem dann die dielektrischen Zwischenschichten 125 und 127 ausgebildet werden,
der Hochdruck-Ausheilungsprozess mit Wasserstoff gemäß der
Ausführungsform durchgeführt werden.
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Die
Metallverbindungsschicht 120 kann eine Vielzahl an dielektrischen
Schichten und Metallverbindungen enthalten.
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Der
Hochdruck-Ausheilungsprozess mit Wasserstoff kann durchgeführt
werden, nachdem wenigstens eine der dielektrischen Schichten ausgebildet
wurde.
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Zum
Beispiel kann der Hochdruck-Ausheilungsprozess durchgeführt
werden, nachdem die erste Metallverbindung 121 über
der Isolierschicht 110 ausgebildet wurde und die erste
dielektri sche Zwischenschicht 125 über der ersten
Metallverbindung 121 ausgebildet wurde.
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Weiterhin
kann der Hochdruck-Ausheilungsprozess mit Wasserstoff durchgeführt
werden, nachdem das Pad 131 ausgebildet wurde.
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Der
Hochdruck-Ausheilungsprozess mit Wasserstoff wird unter Bedingungen
eines Drucks von etwa 7 atm bis etwa 40 atm und einer Temperatur von
etwa 200°C bis etwa 600°C durchgeführt.
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Weiterhin
verwendet der Hochdruck-Ausheilungsprozess mit Wasserstoff Gas einschließlich
wenigstens einem von Wasserstoff, schweren Wasserstoff und Tritium.
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Der
Hochdruck-Ausheilungsprozess mit Wasserstoff kann wenigstens eines
von Stickstoff, Argon und Helium umfassen.
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Der
Hochdruck-Ausheilungsprozess mit Wasserstoff kann für etwa
eine Sekunde bis zu etwa einer Stunde durchgeführt werden.
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10 ist
ein Diagramm, das die Variation des Dunkelcodes (ein Dunkelsignal)
in dem Bildsensor in Abhängigkeit von den Prozessbedingungen
für den Hochdruck-Ausheilungsprozess mit Wasserstoff zeigt.
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Das
in 10 dargestellte Ergebnis wird erhalten, indem
ein Hochdruck-Ausheilungsprozess für 30 Minuten bei einer
Temperatur von etwa 400°C durchgeführt wird, nachdem
die Transistorstruktur 101, die Isolierschicht 110,
die Metallverbindungsschichten 121 und 122, das
Pad 131, die Schutzschicht 133 und die Siliziumnitridschicht 135 nacheinander
ausgebildet wurden, wie in 9 dargestellt.
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Mit
Bezugnahme auf 10 stellt die Linie A_G einen
Dunkelcode eines grünen Signals dar, wenn der Ausheilungsprozess
mit Wasserstoffgas bei einem Druck von etwa 1 atm durchgeführt
wird. Die Linie A_B stellt einen Dunkelcode eines blauen Signals
dar, wenn der Ausheilungsprozess mit Wasserstoffgas bei einem Druck
von etwa 1 atm durchgeführt wird.
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Die
Linie B_G stellt einen Dunkelcode eines grünen Signals
dar, wenn der Ausheilungsprozess mit schwerem Wasserstoffgas bei
einem Druck von etwa 20 atm durchgeführt wird. Die Linie
B_B stellt einen Dunkelcode eines blauen Signals dar, wenn der Ausheilungsprozess
mit schwerem Wasserstoffgas bei einem Druck von etwa 20 atm durchgeführt
wird.
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Die
Linie C_G stellt einen Dunkelcode eines grünen Signals
dar, wenn der Ausheilungsprozess mit Wasserstoffgas bei einem Druck
von etwa 20 atm durchgeführt wird. Die Linie C_B stellt
einen Dunkelcode eines blauen Signals dar, wenn der Ausheilungsprozess
mit Wasserstoffgas bei einem Druck von etwa 20 atm durchgeführt
wird.
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Wie
in 10 dargestellt, wird, wenn man die Linien A_G
und A_B mit der Linie B_G, der Linie B_B, der Linie C_G und der
Linie C_B vergleicht, die Variation des Dunkelcodes im Fall der
Linie B_G, der Linie B_B, der Linie C_G und der Linie C_B reduziert.
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Verglichen
mit dem Wasserstoff-Ausheilungsprozess, der bei einem Druck von
etwa 1 atm durchgeführt wird, werden gute Dunkelstromeigenschaften
erhalten, wenn der Wasserstoff-Ausheilungsprozess bei einem Druck
von etwa 20 atm durchgeführt wird. Weiterhin werden verglichen
mit dem Ausheilungs prozess mit schwerem Wasserstoff, der bei einem
Druck von etwa 20 atm durchgeführt wird, gute Dunkelstromeigenschaften
erhalten, wenn der Wasserstoff-Ausheilungsprozess bei einem Druck
von etwa 20 atm durchgeführt wird.
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Obwohl
der Hochdruck-Ausheilungsprozess mit Wasserstoff gemäß Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung nicht verwendet wird, um die Strukturen
herzustellen, die den Bildsensor bilden, kann der Hochdruck-Ausheilungsprozess
mit Wasserstoff die Dunkelstromeigenschaften des Bildsensors und
die Eigenschaften des Bildsensors auf Grund von Haftladungen erheblich
verbessern, so dass die Leistung, die Eigenschaften und die Zuverlässigkeit
des Bildsensors erheblich verbessert werden können.
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Der
Hochdruck-Ausheilungsprozess mit Wasserstoff kann durchgeführt
werden, nachdem die Isolierschicht, die Transistorstruktur, die
Isolierschicht, die Metallverbindungsschicht, das Pad, die Schutzschicht
und die Siliziumnitridschicht nacheinander über dem Siliziumsubstrat
ausgebildet wurden.
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Gemäß dem
Bildsensor einer Ausführungsform wird der Hochdruck-Ausheilungsprozess
unter hohem Druck (über 1 atm bei vorzugsweise wenigstens
etwa 7 atm) mit einem Gas durchgeführt einschließlich
wenigstens einem von Wasserstoff, schweren Wasserstoff und Tritium,
so dass die freien Bildungen entfernt werden können, um
die Bauteileigenschaften zu verbessern. Im Besonderen kann bei dem
Bildsensor Dunkelstrom reduziert werden.
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Weiterhin
wird gemäß dem Bildsensor einer Ausführungsform,
nachdem eine Isolierschicht auf einem Siliziumsubstrat ausgebildet
wurde, der Hochdruck-Ausheilungsprozess wenigstens ein Mal durch Verwenden
von Gas einschließlich wenigstens einem von Wasserstoff,
schwerem Wasserstoff, und Tritium durchgeführt, so dass
die freien Bindungen von einer Grenzfläche zwischen der
Isolierschicht und dem Siliziumsubstrat entfernt werden können,
wodurch die Bauteileigenschaften verbessert werden.
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Weiterhin
wird gemäß dem Bildsensor einer Ausführungsform,
nachdem eine Fotodiode und Transistoren auf einem Siliziumsubstrat
und eine Vor-Metall-Dielektrikum-Schicht (Pre-Metal Dielectric,
PMD) ausgebildet wurden, der Hochdruck-Ausheilungsprozess wenigstens
ein Mal durch Verwenden von Gas einschließlich wenigstens
einem von Wasserstoff, schwerem Wasserstoff und Tritium durchgeführt,
so dass der Dunkelstrom verringert und das Bauteil dadurch stabilisiert
werden kann, wodurch die Bauteileigenschaften verbessert werden.
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Weiterhin
wird, gemäß einem Bildsensor einer Ausführungsform
eine Vielzahl von Metallverbindungsschichten über der dielektrischen
Zwischenschicht ausgebildet. Zum Beispiel werden, nachdem die dielektrische
Zwischenschicht ausgebildet wurde, die Metallverbindungsschichten
in oder auf der dielektrischen Zwischenschicht ausgebildet. Zu diesem Zeitpunkt
wird, wenn die Metallverbindungsschichten ausgebildet sind, der
Hochdruck-Ausheilungsprozess wenigstens ein Mal durch Verwenden
von Gas einschließlich wenigstens einem von Wasserstoff, schwerem
Wasserstoff und Tritium durchgeführt, so dass die freien
Bindungen von Grenzflächen zwischen der Isolierschicht
und dem Siliziumsubstrat sowie zwischen der Metallverbindung und
der dielektrischen Zwischenschicht entfernt werden können.
Somit können die Verbindungseigenschaften verbessert werden.
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Darüber
hinaus kann gemäß dem Bildsensor der Ausführungsform,
nachdem die Bondanschlussfläche über der dielektrischen
Zwischenschicht ausgebildet wurde und die Schutzschicht über
der dielektrischen Zwischenschicht einschließlich der Bondanschlussfläche
ausgebildet ist, der Hochdruck-Ausheilungsprozess wenigstens ein
Mal unter Verwendung von Gas einschließlich wenigstens
einen vom Wasserstoff, schwerem Wasserstoff, und Tritium durchgeführt
werden, so dass die freien Bindungen von den Grenzflächen
zwischen der Isolierschicht und dem Siliziumsubstrat sowie zwischen
der Metallverbindung und der dielektrischen Zwischenschicht entfernt
werden können. Somit können die Verbindungseigenschaften
verbessert werden.
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Obgleich
Ausführungsformen mit Bezug auf eine Anzahl erläuternder
Ausführungsformen hiervon beschrieben wurden, versteht
es sich, 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.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - KR 10-2008-0084698 [0001]