DE102010063987A1 - Bildsensor - Google Patents

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Ho-Kyo Kang
June-Taeg Lee
Jae-Hee Choi
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Samsung Electronics Co Ltd
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Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf einen Bildsensor mit einem Substrat (110), das ein photoelektrisches Umwandlungsbauelement (120) beinhaltet, und einer Zwischenverbindungsstruktur (140) auf dem Substrat, wobei die Zwischenverbindungsstruktur eine oder mehrere dielektrische Zwischenmetallschichten (140a, 140b, 140c) beinhaltet. Ein Bildsensor gemäß der Erfindung beinhaltet des Weiteren eine Feuchtigkeitsabsorptions-Barrierenschicht (160) und zusätzlich eine Lichtleitereinheit (170), die ein Lichttransmittanzmaterial beinhaltet, das einen Hohlraum füllt, und/oder einen Farbfilter (190) auf der Feuchtigkeitsabsorptions-Barrierenschicht. Verwendung z. B. in der Halbleiterbildsensortechnologie.

Description

  • Die Erfindung bezieht sich auf einen Bildsensor.
  • Ein Bildsensor wandelt optische oder Photonenbilder, d. h. Bilder, die durch Photonen erzeugt werden, in elektrische Signale um. Kürzliche Fortschritte in der Computer- und Kommunikationsindustrie haben zu starken Forderungen nach Hochleistungsbildsensoren in verschiedenen elektronischen Verbrauchergeräten geführt, einschließlich Digitalkameras, Camcorder, PCS (personelles Kommunikationssystem), Spielegeräten, Sicherheitskameras und medizinischen Mikrokameras.
  • Speziell kann ein MOS-Bildsensor unter Verwendung verschiedener Abtastverfahren leicht angesteuert und ausgeführt werden. Außerdem kann die Abmessung eines Produkts minimiert werden, da digitale Signalverarbeitungsschaltkreise in einen einzelnen Chip integriert werden können, und die Herstellungskosten können dahingehend reduziert werden, dass MOS-Prozesstechnologie verwendet werden kann. Außerdem macht es der geringe Leistungsverbrauch leicht, MOS-Bildsensoren auf batteriebetriebene Produkte anzuwenden. Daher hat sich mit den Fortschritten bei der Ausführung von MOS-Bildsensoren hoher Auflösung die Verwendung von MOS-Bildsensoren schnell erhöht.
  • Der Erfindung liegt als technisches Problem die Bereitstellung eines Bildsensors mit verbesserten Charakteristika zugrunde, insbesondere hinsichtlich Photoempfindlichkeit, Sensorfeldsättigungsniveau und Dunkelniveauverhalten.
  • Die Erfindung löst dieses Problem durch die Bereitstellung eines Bildsensors mit den Merkmalen des Anspruchs 1, 5 oder 8. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
  • Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung werden im Folgenden beschrieben und sind in den Zeichnungen dargestellt, in denen zeigen:
  • 1 ein Blockdiagramm, das einen Bildsensor darstellt,
  • 2 ein Ersatzschaltbild, das einem Sensorfeld mit aktiven Pixeln (APS-Feld) entspricht, das in dem Bildsensor von 1 verwendet wird,
  • 3 eine konzeptionelle Ansicht, die einen weiteren Bildsensor darstellt,
  • 4 eine Schnittansicht, die einen weiteren Bildsensor darstellt,
  • 5 eine Schnittansicht, die einen weiteren Bildsensor darstellt,
  • 6 eine Schnittansicht, die einen weiteren Bildsensor darstellt,
  • 7A und 7B Schnittansichten, die einen weiteren Bildsensor darstellen,
  • 8 bis 11 Schnittansichten von Strukturen aus Zwischenschritten, die ein Verfahren zur Herstellung eines Bildsensors darstellen,
  • 12 und 13 Schnittansichten von Strukturen aus Zwischenschritten, die ein weiteres Verfahren zur Herstellung eines Bildsensors darstellen,
  • 14 bis 17 Schnittansichten von Strukturen aus Zwischenschritten, die ein weiteres Verfahren zur Herstellung eines Bildsensors darstellen,
  • 18 bis 20 verschiedene Ansichten, die prozessorbasierte Bauelemente zeigen, die einen Bildsensor beinhalten, und
  • 21A bis 22 verschiedene Kennliniendiagramme, die Ergebnisse von experimentellen Beispielen darstellen.
  • Nunmehr werden beispielhafte Ausführungsformen der Erfindung detaillierter beschrieben. Gleiche Bezugszeichen beziehen sich überall in der Beschreibung der Figuren auf gleiche Elemente. Es versteht sich, dass wenn ein Element als ”verbunden” oder ”gekoppelt” mit einem anderen Element bezeichnet wird, dieses direkt mit dem anderen Element verbunden oder gekoppelt sein kann oder zwischenliegende Elemente vorhanden sein können. Im Gegensatz dazu sind keine zwischenliegenden Elemente vorhanden, wenn ein Element als ”direkt verbunden” oder ”direkt gekoppelt” mit einem anderen Element bezeichnet wird. Weitere Worte, die zum Beschreiben der Beziehung zwischen Elementen verwendet werden, sind in einer ähnlichen Weise zu interpretieren (z. B. ”zwischen” im Gegensatz zu ”direkt zwischen”, ”benachbart” im Gegensatz zu ”direkt benachbart” etc.).
  • Bezugnehmend auf 1 beinhaltet ein Bildsensor gemäß einer beispielhaften Ausführungsform ein Sensorfeld 10, das aus zweidimensionalen Feldern von Pixeln mit photoelektrischen Wandlerbauelementen besteht, einen Zeittaktgenerator 20, einen Zeilendekoder 30, einen Zeilentreiber 40, einen korrelierten Doppelsampler (CDS) 50, einen Analog/Digital-Wandler (ADC) 60, eine Zwischenspeichereinheit 70 und einen Spaltendekoder 80.
  • Das Sensorfeld 10 beinhaltet in zwei Dimensionen angeordnete Einheitspixel. Die Einheitspixel wandeln optische oder Photonenbilder, d. h. durch Photonen erzeugte Bilder, in elektrische Signale um. Das Sensorfeld 10 ist von einem Sensortyp mit aktiven Pixeln (APS-Typ) und wird durch mehrere Treibersignale von dem Zeilentreiber 40 angesteuert, die ein Zeilenauswahlsignal, ein Rücksetzsignal und ein Ladungstransmissionssignal beinhalten. Außerdem werden die elektrisch gewandelten Ausgangssignale über vertikale Signalleitungen dem korrelierten Doppelsampler 50 zugeführt.
  • Der Zeittaktgenerator 20 versorgt den Zeilendekoder 30 und den Spaltendekoder 80 mit Zeittakt- und Steuersignalen. Gemäß den Dekodierresultaten von dem Zeilendekoder 30 versorgt der Zeilentreiber 40 das APS-Feld 10 mit mehreren Treibersignalen, um die Einheitspixel anzusteuern. Im Allgemeinen werden in dem Fall, dass die Einheitspixel in einer Matrixweise angeordnet sind, die Treibersignale jeder Zeile zugeführt.
  • Der korrelierte Doppelsampler 50 empfängt die von dem APS-Feld 10 erzeugten Ausgabesignale über vertikale Signalleitungen und führt Halte- und Abtastoperationen durch. Detaillierter tastet der korrelierte Doppelsampler 50 doppelt einen bestimmten Rauschpegel und den von dem APS-Feld erzeugten Signalpegel ab und gibt einen Differenzpegel zwischen dem Rauschpegel und dem Signalpegel ab.
  • Der Analog/Digital-Wandler 60 gibt digitale Signale ab, indem er analoge Signale des Differenzpegels in digitale Signale wandelt. Die Zwischenspeichereinheit 70 speichert die digitalen Signale zwischen, und die zwischengespeicherten Signale werden gemäß den Dekodierresultaten von dem Spaltendekoder 80 sequentiell zu einem Bildsignalprozessor (nicht gezeigt) gesendet.
  • Bezugnehmend auf 2 werden Pixel in einer Matrixweise angeordnet, um das Sensorfeld 10 zu bilden. Jedes Pixel P beinhaltet ein photoelektrisches Umwandlungsbauelement 11, einen floatenden Diffusionsbereich 13, ein Ladungstransmissionsbauelement 15, ein Treiberbauelement 17, ein Rücksetzbauelement 18 und ein Auswahlbauelement 19. Die Funktionalität dieser Bauelemente wird unter Verwendung einer i-ten Reihe von Pixeln P(i, j), P(i, j + 1), P(i, j + 2), P(i, j + 3), ... beschrieben, wobei i, j = 1, 2, ...
  • Das photoelektrische Umwandlungsbauelement 11 absorbiert einfallendes Licht und akkumuliert elektrische Ladungen entsprechend der Menge an einfallendem Licht. Das photoelektrische Umwandlungsbauelement 11 kann eine Photodiode, einen Phototransistor, ein Photo-Gate, eine gepinnte Photodiode und Kombinationen dieser Bauelemente beinhalten. In den Figuren ist meistens eine Photodiode als ein Beispiel gezeigt.
  • Jedes photoelektrische Umwandlungsbauelement 11 ist mit dem Ladungstransmissionsbauelement 15 gekoppelt, das die akkumulierten Ladungen zu dem floatenden Diffusionsbereich 13 transmittiert. Der floatende Diffusionsbereich FD 13 ist ein Bereich, der Ladungen in Spannungen umwandelt, und da er parasitäre Kapazitäten aufweist, wird die Ladung kumulativ gespeichert.
  • Das Treiberbauelement 17, veranschaulicht als ein Sourcefolgerverstärker, verstärkt die Änderungen des elektrischen Potentials in dem floatenden Diffusionsbereich 13, der Ladungen empfängt, die in jedem photoelektrischen Umwandlungsbauelement 11 akkumuliert werden, und führt seine Ausgabe einer Ausgabeleitung Vout zu.
  • Das Rücksetzbauelement 18 setzt den floatenden Diffusionsbereich 13 periodisch zurück. Das Rücksetzbauelement 18 kann aus einem MOS-Transistor bestehen, der von einer durch eine Rücksetzleitung RX(i) bereitgestellten Vorspannung getrieben wird, um eine Vorspannung (zum Beispiel ein Rücksetzsignal) anzulegen. Wenn das Rücksetzbauelement 18 durch die von der Rücksetzleitung RX(i) bereitgestellte Vorspannung eingeschaltet wird, wird das an eine Drain des Rücksetzbauelements 18 angelegte elektrische Potential, zum Beispiel eine Quellenspannung VDD, dem floatenden Diffusionsbereich 13 zugeführt.
  • Das Auswahlbauelement 19 wählt das in jeder Zeile zu lesende Pixel P aus. Das Auswahlbauelement 19 kann aus einem MOS-Transistor bestehen, der von einer Vorspannung getrieben wird, die von einer Zeilenauswahlleitung SEL(i) bereitgestellt wird, um eine Vorspannung (zum Beispiel ein Zeilenauswahlsignal) anzulegen. Wenn das Auswahlbauelement 19 durch die von der Zeilenauswahlleitung SEL(i) bereitgestellte Vorspannung eingeschaltet wird, wird das an eine Drain des Auswahlbauelements 19 angelegte elektrische Potential, zum Beispiel die Quellenspannung VDD, einer Drain des Treiberbauelements 17 zugeführt.
  • Eine Transmissionsleitung TX(i), um eine Vorspannung an das Ladungstransmissionsbauelement 15 anzulegen, die Rücksetzleitung RX(i), um eine Vorspannung an das Rücksetzbauelement 18 anzulegen, und die Zeilenauswahlleitung SEL(i), um eine Vorspannung an das Auswahlbauelement 19 anzulegen, können sich parallel zueinander in der Zeilenrichtung erstreckend angeordnet sein.
  • Bezugnehmend auf die 3 bis 4C werden Bildsensoren gemäß beispielhaften Ausführungsformen beschrieben. 3 ist eine Schnittansicht, die einen Bildsensor darstellt. Die 4A, 4B und 4C sind Schnittansichten, die verschiedene Realisierungen des in 3 dargestellten Bildsensors zeigen. Um das Verständnis zu unterstützen, stellen die 4A und 4B hauptsächlich einen Teil eines Sensorfeldbereichs mit einem photoelektrischen Umwandlungsbauelement als der Mitte dar.
  • Als Erstes bezugnehmend auf 3 kann zum Beispiel ein peripherer Schaltkreisbereich II ein Bereich sein, in dem der korrelierte Doppelsampler CDS 50, der Analog/Digital-Wandler ADC 60 und die Zwischenspeichereinheit 70 von 1 ausgebildet sind, und ein Sensorfeldbereich I kann ein Bereich sein, in dem das Sensorfeld 10 von 1 ausgebildet ist. Wie in den Zeichnungen dargestellt, kann außerdem der periphere Schaltkreisbereich II so ausgebildet sein, dass er den Sensorfeldbereich I umgibt, die Erfindung ist jedoch nicht darauf beschränkt.
  • Bezugnehmend auf 4A beinhaltet ein Bildsensor 1_1 gemäß einer beispielhaften Ausführungsform ein Substrat 110, eine Zwischenverbindungsstruktur 140, einen Hohlraum 150, eine Feuchtigkeitsabsorptions-Barrierenschicht 160 und eine Lichtleitereinheit 170.
  • Das Substrat 110 kann zum Beispiel ein Substrat von einem ersten leitfähigen Typ (zum Beispiel p-leitend) sein. Wenngleich nicht gezeigt, kann auf dem Substrat 110 eine epitaxiale Schicht ausgebildet sein, oder es können mehrere Mulden im Inneren des Substrats 110 ausgebildet sein. Zum Beispiel kann ein SOI(Silicium-auf-Isolator)-Substrat bereitgestellt sein, das ein unteres Siliciumsubstrat, eine auf dem unteren Siliciumsubstrat ausgebildete vergrabene dielektrische Schicht und eine auf der vergrabenen dielektrischen Schicht ausgebildete Silicium-Halbleiterschicht beinhaltet.
  • In dem Substrat 110 ist ein Bauelementisolationsbereich (nicht gezeigt) ausgebildet, und ein aktiver Bereich kann durch den Bauelementisolationsbereich definiert sein. Der Bauelementisolationsbereich kann ein FOX (Feldoxid) sein, das durch Verwendung eines LOCOS-Verfahrens (lokale Oxidation von Silicium) oder eines STI-Verfahrens (flache Grabenisolation) gebildet wird. Der Bauelementisolationsbereich kann das Gebiet in Einheitspixelgebiete unterteilen.
  • In dem Substrat 110 ist ein photoelektrisches Umwandlungsbauelement 120 ausgebildet. Das photoelektrische Umwandlungsbauelement 120 absorbiert Licht einer Farbe, das einen Farbfilter 190 durchläuft, und erzeugt und/oder akkumuliert Ladung entsprechend der Lichtmenge. Als das photoelektrische Umwandlungsbauelement 120 kann ein Phototransistor, ein Photogate, eine Photodiode, eine gepinnte Photodiode oder eine Kombination derselben verwendet werden. In dieser beispielhaften Ausführungsform wird eine Photodiode verwendet, um das photoelektrische Umwandlungsbauelement 120 darzustellen. Außerdem kann, in den Zeichnungen nicht gezeigt, ein floatender Diffusionsbereich in dem Substrat 110 ausgebildet sein, um in dem photoelektrischen Umwandlungsbauelement 120 akkumulierte Ladungen auszulesen.
  • Auf dem Substrat 110 kann eine dielektrische Zwischenschicht 130 ausgebildet sein, und in der dielektrischen Zwischenschicht 130 können mehrere Gatestrukturen 135 angeordnet sein. Die dielektrische Zwischenschicht 130 kann eine Siliciumnitridschicht und/oder eine Siliciumoxidschicht beinhalten. Außerdem können die mehreren Gatestrukturen zum Beispiel für Transistoren bereitgestellt sein. Die mehreren Transistoren können ein Ladungstransmissionsbauelement, ein Auswahlbauelement, ein Treiberbauelement und ein Rücksetzbauelement beinhalten. In 3 können in dem Sensorfeldbereich I zum Beispiel Lesebauelemente angeordnet sein, und MOS-Bauelemente, Widerstände und Kondensatoren können in dem peripheren Schaltkreisbereich II angeordnet sein. Da dies in verschiedenen Formen ausgeführt werden kann und die Ausführungen für den Fachmann offensichtlich sind, bedarf es keiner weiteren Beschreibung derselben.
  • Auf der dielektrischen Zwischenschicht 130 ist die Zwischenverbindungsstruktur 140 angeordnet. Die Zwischenverbindungsstruktur 140 beinhaltet mehrere Schichten von dielektrischen Zwischenmetallschichten 140a, 140b und 140c und mehrere, in den mehreren dielektrischen Zwischenmetallschichten 140a, 140b und 140c angeordnete Metallzwischenverbindungen M1 und M2. Die Zwischenverbindungsstruktur 140 kann eine erste dielektrische Zwischenmetallschicht 140a, die in der ersten dielektrischen Zwischenmetallschicht 140a ausgebildete erste Metallzwischenverbindung M1, eine auf der ersten Metallzwischenverbindung M1 ausgebildete, zweite dielektrische Zwischenmetallschicht 140b, eine in der zweiten dielektrischen Zwischenmetallschicht 140b ausgebildete, zweite Metallzwischenverbindung M2 und eine auf der zweiten Metallzwischenverbindung M2 ausgebildete, dritte dielektrische Zwischenmetallschicht 140c beinhalten. Hierbei können die mehreren Metallzwischenverbindungen M1 und M2 Kupfer-Zwischenverbindungen oder Aluminium-Zwischenverbindungen sein, sie sind jedoch nicht darauf beschränkt. Zum Beispiel können die mehreren Metallzwischenverbindungen M1 und M2 eine Damaszener-Zwischenverbindung sein. Die mehreren Schichten der Metallzwischenverbindungen M1 und M2 können über einen Durchkontakt VIA1 verbunden sein.
  • Jede der ersten dielektrischen Zwischenmetallschicht 140a, der zweiten dielektrischen Zwischenmetallschicht 140b und der dritten dielektrischen Zwischenmetallschicht 140c kann eine Stapelstruktur aus mehreren dielektrischen Schichten sein. Zum Beispiel kann die erste dielektrische Zwischenmetallschicht 140a eine Siliciumnitridschicht und/oder eine Siliciumoxidschicht beinhalten, die sequentiell auf der dielektrischen Zwischenschicht 130 gestapelt sind.
  • Außerdem kann, in den Zeichnungen nicht gezeigt, zwischen irgendwelchen zwei der mehreren dielektrischen Zwischenmetallschichten 140a, 140b und 140c eine Diffusionsbarrierenschicht ausgebildet sein. So kann die Diffusionsbarrierenschicht jeweils zwischen der ersten dielektrischen Zwischenmetallschicht 140a und der zweiten dielektrischen Zwischenmetallschicht 140b und/oder zwischen der zweiten dielektrischen Zwischenmetallschicht 140b und der dritten dielektrischen Zwischenmetallschicht 140c ausgebildet sein. Eine derartige Diffusionsbarrierenschicht hindert Metallatome in den mehreren Metallzwischenverbindungen M1 und M2 an einer Diffusion. Wenn zum Beispiel die mehreren Metallzwischenverbindungen M1 und M2 Kupferzwischenverbindungen sind, kann die Diffusionsbarrierenschicht eine Diffusion von Kupferatomen verhindern.
  • Außerdem kann die Diffusionsbarrierenschicht während der Bildung der Metallzwischenverbindungen als Ätzstoppschicht fungieren. So können die Diffusionsbarrierenschicht und die mehreren dielektrischen Zwischenmetallschichten 140a, 140b und 140c unterschiedliche Ätzraten aufweisen. Zum Beispiel können die mehreren dielektrischen Zwischenmetallschichten 140a, 140b und 140c aus einer Siliciumoxidschicht bestehen, und die Diffusionsbarrierenschicht kann eine Siliciumnitridschicht sein. Der später beschriebene Hohlraum 150 kann mittels Penetrieren der mehreren dielektrischen Zwischenmetallschichten 140a, 140b und 140c einschließlich der Diffusionsbarrierenschicht gebildet sein.
  • Zum Beispiel kann zwischen der Zwischenverbindungsstruktur 140 und der dielektrischen Zwischenschicht 130 eine Ätzstoppschicht 137 ausgebildet sein. Die Ätzstoppschicht 137 kann auf der dielektrischen Zwischenschicht 130 ausgebildet sein, und die Zwischenverbindungsstruktur 140 kann auf der Ätzstoppschicht 137 ausgebildet sein. Zum Beispiel kann die Ätzstoppschicht 137 eine Siliciumnitridschicht oder eine Siliciumoxidschicht beinhalten. Die Ätzstoppschicht 137 kann zum Steuern der Tiefe des später unter Bezugnahme auf 9 detaillierter beschriebenen Hohlraums 150 verwendet werden.
  • Der Hohlraum 150 durchdringt die Zwischenverbindungsstruktur 140 und ist entlang des photoelektrischen Umwandlungsbauelements 120 ausgerichtet. Da zwischen den mehreren dielektrischen Zwischenmetallschichten 140a, 140b und 140c, die in mehreren Schichten ausgebildet sind, und der dielektrischen Zwischenschicht 130 eine Grenzfläche existiert, kann eine derartige Grenzfläche speziell verhindern, dass Licht, das von dem Farbfilter 190 bereitgestellt wird, an dem photoelektrischen Umwandlungsbauelement 120 ankommt. Da außerdem die Diffusionsbarrierenschicht, zum Beispiel eine Siliciumnitridschicht, ein geringes Lichttransmissionsverhältnis aufweist, kann sie verhindern, dass Licht an dem photoelektrischen Umwandlungsbauelement 120 ankommt. Daher kann der mittels Penetrieren der Zwischenverbindungsstruktur 140 auf dem photoelektrischen Umwandlungsbauelement 120 ausgebildete Hohlraum 150 den Obstruktionsfaktor minimieren und die Lichtmenge, die an dem photoelektrischen Umwandlungsbauelement 120 ankommt, sowie die Photosensitivität erhöhen.
  • Wie in 4A dargestellt, kann der Hohlraum 150 mittels Penetrieren der Ätzstoppschicht 137 und eines Teils der dielektrischen Zwischenschicht 130 gebildet sein. Außerdem weist der Hohlraum 150 eine Seitenschräge auf und kann so gebildet sein, dass eine Breite am Boden geringer ist als eine Breite oben. Außerdem kann die untere Seite des Hohlraums 150 flach ausgebildet sein. Gemäß beispielhaften Ausführungsformen ist der Hohlraum 150 jedoch nicht auf die in 4A dargestellte Struktur beschränkt. Der Hohlraum 150 kann zum Beispiel so ausgebildet sein, dass er keine Seitenschräge aufweist, und die untere Seite kann so ausgebildet sein, das sie konkav oder konvex statt flach ist.
  • Die Feuchtigkeitsabsorptions-Barrierenschicht 160 ist konform auf den Wänden des in der Zwischenverbindungsstruktur 140 ausgebildeten Hohlraums 150 ausgebildet. Zum Beispiel kann die Feuchtigkeitsabsorptions-Barrierenschicht 160 auf einer gesamten Oberfläche des darunterliegenden Substrats einschließlich der Seitenwände und des Bodens des Hohlraums 150 mit Ausnahme eines Teilbereichs ausgebildet sein, zum Beispiel eines Kontaktstellenbereichs des peripheren Schaltkreisbereichs II. Alternativ kann die Feuchtigkeitsabsorptions-Barrierenschicht 160 konform auf einer Oberseite der dielektrischen Zwischenmetallschicht 140c oder entlang dieser Schicht 140c ausgebildet sein, während sie nicht auf den Seitenwänden und dem Boden des Hohlraums 150 ausgebildet ist.
  • Wenngleich die auf der Zwischenverbindungsstruktur 140 einschließlich des Hohlraums 150 ausgebildete Feuchtigkeitsabsorptions-Barrierenschicht 160 einer relativ hohen Temperatur und Feuchtigkeit ausgesetzt ist, kann sie verhindern, dass sich ein Sättigungspegel des Sensorfeldes 10 verschlechtert. Hierbei kann der Sättigungspegel einen Zustand repräsentieren, in dem eine Photonenladung, die unter Verwendung von in das photoelektrische Umwandlungsbauelement 120 eintretendem Licht durch das photoelektrische Umwandlungsbauelement 120 erzeugt wird, einen Standardpegel überschreitet.
  • Speziell kann die Feuchtigkeitsabsorptions-Barrierenschicht 160 mit einem Material gebildet sein, das resistent gegen Feuchtigkeitsabsorption ist, zum Beispiel einer Aluminiumoxidschicht (zum Beispiel Al2O3) oder einer Titanoxidschicht (zum Beispiel TiO2), und sie kann die Bauelementzuverlässigkeit verbessern, indem eine Verschlechterung des Sättigungspegels des Sensorfeldes 10 verhindert wird.
  • Die Dicke der Feuchtigkeitsabsorptions-Barrierenschicht 160 kann praktisch gleichmäßig auf dem Substrat 110 sein. So kann die Feuchtigkeitsabsorptions-Barrierenschicht 160 mit einer gleichmäßigen Dicke auf den Wänden des Hohlraums 150 ausgebildet sein, d. h. sie kann mit einer gleichmäßigen Dicke auf beiden Seiten und einem Boden des Hohlraums 150 und insbesondere auf den mehreren dielektrischen Zwischenmetallschichten 140a, 140b und 140c ausgebildet sein. Bei diesem Schritt kann die Dicke der Feuchtigkeitsabsorptions-Barrierenschicht 160 zum Beispiel zwischen etwa 0,1 nm (1A) und etwa 200 nm (2.000 Å) betragen.
  • Durch Bilden der Feuchtigkeitsabsorptions-Barrierenschicht 160 mit gleichmäßiger Dicke auf den beiden Seiten und dem Boden des Hohlraums 150 und auf den mehreren dielektrischen Zwischenmetallschichten 140a, 140b und 140c kann das Profil des Hohlraums 150 im Wesentlichen gleich gehalten werden. Als ein Ergebnis kann die unnötige Zunahme des Aspektverhältnisses des Hohlraums 150 vermieden werden, in dem die Feuchtigkeitsabsorptions-Barrierenschicht 160 ausgebildet ist. Daher können mäßige Luminanzcharakteristika aufgrund der Zunahme des Aspektverhältnisses verbessert sein.
  • Wie in den Zeichnungen dargestellt, existiert aufgrund des Hohlraums 150 eine Höhendifferenz in der Zwischenverbindungsstruktur 140. Da der Hohlraum 150 mittels Penetrieren wenigstens eines Teils der Zwischenverbindungsstruktur 140 gebildet ist, bilden die obere Schicht 140c der Zwischenverbindungsstruktur 140, die Seitenwände des Hohlraums 150 und der Boden des Hohlraums 150 die Höhendifferenz. Als ein Ergebnis kann zur Bildung der Feuchtigkeitsabsorptions-Barrierenschicht 160 mit gleichmäßiger Dicke auf der Zwischenverbindungsstruktur 140, welche eine Höhendifferenz beinhaltet, zum Beispiel eine atomare Schichtdeposition (ALD) mit hervorragenden Stufenbedeckungscharakteristika verwendet werden. Wenn die Feuchtigkeitsabsorptions-Barrierenschicht 160 durch Verwenden des ALD-Prozesses gebildet wird, kann im Vergleich zu dem Fall, in dem sie durch einen Plasmaprozess gebildet wird, eine auf das Bauelement wirkende mechanische Spannungsbelastung minimiert werden und ein Dunkelpegel kann reduziert werden.
  • Die Lichtleitereinheit 170 ist auf der Feuchtigkeitsabsorptions-Barrierenschicht 160 ausgebildet und beinhaltet Lichttransmittanzmaterial, das den Hohlraum 150 füllt. So ist der Hohlraum 150 mit Lichttransmittanzmaterial gefüllt, und das Lichttransmittanzmaterial ist auf der Feuchtigkeitsabsorptions-Barrierenschicht 160 ausgebildet. Wie in 4A dargestellt, füllt das Lichttransmittanzmaterial der Lichtleitereinheit 170 den Hohlraum 150 und kann entlang der Oberseite der dielektrischen Zwischenmetallschicht 140c ausgebildet sein, welche die obere Schicht der Zwischenverbindungsstruktur 140 ist. So kann die Feuchtigkeitsabsorptions-Barrierenschicht 160 konform auf beiden Seitenwänden und dem Boden des Hohlraums 150 und auf der Oberseite der Zwischenverbindungsstruktur 140 ausgebildet sein, und auf der Feuchtigkeitsabsorptions-Barrierenschicht 160 kann das Lichttransmittanzmaterial so ausgebildet sein, dass es den Hohlraum 150 füllt.
  • Die Lichtleitereinheit 170 kann einfallendes Licht, das nach Durchlaufen des Farbfilters 190 in den Hohlraum 150 eintritt, stabil zu dem photoelektrischen Umwandlungsbauelement 120 leiten. Um das einfallende Licht leicht durchzulassen, kann so das Lichttransmittanzmaterial zum Beispiel aus einer organischen Polymerverbindung, wie einem Fluorpolymer (CytopTM) mit einer Ringstruktur, einem Polysiloxanharz, Titanoxid oder einem PMMA-Polymer bestehen.
  • Außerdem kann das Lichttransmittanzmaterial der Lichtleitereinheit 170 ein Material sein, das einen höheren Brechungsindex als ein Material aufweist, aus dem die mehreren dielektrischen Zwischenmetallschichten 140a, 140b und 140c besteht. Zum Beispiel kann der Brechungsindex des Lichttransmittanzmaterials der Lichtleitereinheit 170 einen ähnlichen Brechungsindex aufweisen wie jenen der Feuchtigkeitsabsorptions-Barrierenschicht 160. So kann das in die Lichtleitereinheit 170 eingetretene einfallende Licht im Inneren des Hohlraums 150 total reflektiert werden, und als ein Ergebnis kann das eingetretene einfallende Licht stabil an dem photoelektrischen Umwandlungsbauelement 120 ankommen. Zum Beispiel kann das Lichttransmittanzmaterial der Lichtleitereinheit 170 einen Brechungsindex von gleich oder mehr als 1,65 aufweisen.
  • Wie in 4B dargestellt, kann in einem Bildsensor 1_2 gemäß einer weiteren beispielhaften Ausführungsform eine Lichtleitereinheit 173 in dem Hohlraum 150 vergraben sein. So ist die Lichtleitereinheit 173 anders als beim beispielhaften, in 4A gezeigten Bildsensor, bei dem die Lichtleitereinheit 170 so gebildet ist, dass sie sich entlang einer Oberseite der Zwischenverbindungsstruktur 140 erstreckt, lediglich in dem Hohlraum 150 bereitgestellt. Hierbei füllt das Lichttransmittanzmaterial der Lichtleitereinheit 173 den Hohlraum 150, und das Lichttransmittanzmaterial existiert lediglich in dem durch den Hohlraum 150 gebildeten Raum. Wie in den Zeichnungen dargestellt, kann sich die Oberseite des Lichttransmittanzmaterials im Wesentlichen auf der gleichen Ebene wie jener der Oberseite der Zwischenverbindungsstruktur 140 befinden.
  • Wenngleich in den Zeichnungen nicht gezeigt, liegt in einer weiteren beispielhaften Ausführungsform des Weiteren eine Oberseite des Lichttransmittanzmaterials auf einer anderen Ebene als jener der Oberseite der Zwischenverbindungsstruktur 140. Wenn zum Beispiel das Lichttransmittanzmaterial der Lichtleitereinheit 173 den Hohlraum 150 teilweise füllt, liegt die Oberseite des Lichttransmittanzmaterials auf einer anderen Ebene als jener der Oberseite der Zwischenverbindungsstruktur 140. Bei diesem Schritt kann die Feuchtigkeitsabsorptions-Barrierenschicht 160 konform entlang der Oberseite des Lichttransmittanzmaterials und der Zwischenverbindungsstruktur 140 ausgebildet sein. In diesem Fall kann die Höhendifferenz durch Verwenden eines nachfolgenden Prozesses ergänzt werden, der das Bilden einer Planarisierungsschicht beinhaltet.
  • Bezugnehmend auf die 4A und 4B können auf der Lichtleitereinheit 170, 173 eine untere Planarisierungsschicht 180, ein Farbfilter 190, eine obere Planarisierungsschicht 192, eine Linse 194 und eine Schutzschicht sequentiell ausgebildet sein. Wenngleich in 4A dargestellt ist, dass die Planarisierungsschichten 180 und 192 sowohl auf der Ober- als auch der Unterseite des Farbfilters 190 ausgebildet sind, gibt es keine Beschränkung darauf. Zum Beispiel kann eine Planarisierungsschicht 192 lediglich auf der Oberseite des Farbfilters 190 ausgebildet sein, ohne eine auf seiner Unterseite ausgebildete Planarisierungsschicht.
  • Die Linse 194 kann aus einem organischen Material bestehen, wie einem photosensitiven Harz, oder einem anorganischen Material. Wenn die Linse 194 mit einem organischen Material gebildet ist, kann zum Beispiel ein Muster aus einem organischen Material auf der oberen Planarisierungsschicht 192 gebildet werden, gefolgt von einem thermischen Prozess, um die Linse 194 zu bilden. Durch den thermischen Prozess wandelt sich das Muster aus organischem Material in eine Linsenform.
  • Wenngleich in den Zeichnungen nicht gezeigt, kann auf der Linse 194 eine Schutzschicht ausgebildet sein. Die Schutzschicht kann die Linse 194 vor externer Erschütterung schützen. Die Schutzschicht kann eine anorganische Oxidschicht sein. Zum Beispiel können eine Siliciumoxidschicht, eine Titanoxidschicht, eine Zirkoniumoxidschicht (ZrO2), eine Hafniumoxidschicht (HfO2) oder eine gestapelte Schicht oder eine Kombinationsschicht derselben verwendet werden. Insbesondere kann ein LTO (Niedertemperaturoxid), das eine Art von Siliciumoxidschicht ist, als Schutzschicht verwendet werden. Das LTO wird verwendet, da das LTO in einem niedrigen Temperaturbereich von etwa 100°C bis etwa 200°C hergestellt wird, und als ein Ergebnis können untere Schichten eine geringere Schädigung aufweisen. Da das LTO außerdem amorph ist, ist es nicht rau. Daher kann jegliche Reflexion/Brechung/Streuung von einfallendem Licht reduziert werden.
  • Wenn die Linse 194 aus organischem Material besteht, kann sie schwach gegenüber externer Erschütterung sein. So kann die Schutzschicht die Linse 194 vor externer Erschütterung schützen. Zwischen den benachbarten Linsen 194 kann ein kleiner Zwischenraum existieren, und die Schutzschicht kann den Zwischenraum füllen. Wenn der Zwischenraum zwischen den benachbarten Linsen 194 gefüllt ist, kann die Fähigkeit der Konzentration von einfallendem Licht verbessert sein. Dies liegt daran, dass jegliche Reflexion/Brechung/Streuung von einfallendem Licht, das an dem Zwischenraum zwischen den benachbarten Linsen 194 ankommt, reduziert sein kann.
  • Des Weiteren kann auf dem Lichttransmittanzmaterial der Lichtleitereinheit 170 zusätzlich eine Haftschicht (nicht gezeigt) ausgebildet sein. Die Haftschicht kann die Haftfähigkeit zwischen der unteren Lichtleitereinheit 170 und dem oberen Farbfilter 190 verbessern und eine stabilere Bindung zwischen dem Lichttransmittanzmaterial und dem Farbfilter 190 bereitstellen.
  • Wie vorstehend erläutert, beinhaltet ein Bildsensor gemäß beispielhaften Ausführungsformen der Erfindung eine Feuchtigkeitsabsorptions-Barrierenschicht, die konform auf einer Zwischenverbindungsstruktur mit einem ausgebildeten Hohlraum ausgebildet ist und eine Verschlechterung eines Sättigungspegels eines Sensorfeldes aufgrund von Feuchtigkeitsabsorption verhindert. Als ein Ergebnis kann die Zuverlässigkeit des Bildsensors verbessert sein. Wenn außerdem die Feuchtigkeitsabsorptions-Barrierenschicht durch einen ALD-Prozess gebildet wird, kann die mechanische Spannungsbelastung für das Bauelement minimiert werden und ein Dunkelpegel kann verbessert werden. Da die konform ausgebildete Feuchtigkeitsabsorptions-Barrierenschicht des Weiteren eine im Wesentlichen gleichmäßige Dicke aufweist, ist die Stufenbedeckung eines Höhendifferenzbereichs ausgezeichnet, der insbesondere eine Oberseite der Zwischenverbindungsstruktur, Seitenwände des Hohlraums und einen Boden des Hohlraums beinhaltet. Als ein Ergebnis kann eine unnötige Erhöhung des Aspektverhältnisses verhindert werden, und mäßige Luminanzempfindlichkeitscharakteristika können verbessert sein.
  • 4C zeigt einen Bildsensor 1_3 gemäß einer Variation der vorstehend unter Bezugnahme auf die 4A und 4B erörterten Beispiele, bei der auf dem peripheren Schaltkreisbereich II des Substrats 110 die dielektrische Zwischenschicht 130, die Zwischenverbindungsstruktur 140 und die Feuchtigkeitsabsorptions-Barrierenschicht 160 ausgebildet sind. Wie vorstehend beschrieben, kann die Feuchtigkeitsabsorptions-Barrierenschicht 160 auf dem gesamten Substrat 110 mit Ausnahme wenigstens eines Teils des Substrats 110 ausgebildet sein, zum Beispiel eines Kontaktstellenbereichs des peripheren Schaltkreisbereichs II. Wenngleich in 4C dargestellt ist, dass die in 4A dargestellte beispielhafte Struktur auf einen Sensorfeldbereich I angewendet wird, gibt es keine Beschränkung darauf, und es können verschiedene andere Strukturen angewendet werden.
  • Außerdem können das Lichttransmittanzmaterial der Lichtleitereinheit 170 und die obere Planarisierungsschicht 192 sequentiell auf der Feuchtigkeitsabsorptions-Barrierenschicht 160 gestapelt sein, die auf dem peripheren Schaltkreisbereich II ausgebildet ist. In Abhängigkeit von der Struktur des Sensorfeldbereichs I kann jedoch das auf der Feuchtigkeitsabsorptions-Barrierenschicht 160 gestapelte Material variieren. Wenn zum Beispiel lediglich die untere Planarisierungsschicht 180 auf der Feuchtigkeitsabsorptions-Barrierenschicht 160 des Sensorfeldbereichs I ausgebildet ist, ist lediglich die untere Planarisierungsschicht 180 auf der Feuchtigkeitsabsorptions-Barrierenschicht 160 des peripheren Schaltkreisbereichs II ausgebildet. Da dies ein Beispiel ist, können verschiedene andere Verfahren angewendet werden. Wie in 4C dargestellt, können in dem peripheren Schaltkreisbereich II außerdem mehr Schichten von Metallzwischenverbindungen M1, M2, M3 und M4 im Vergleich zu dem Sensorfeldbereich I ausgebildet sein. Des Weiteren können die Metallzwischenverbindungen M1, M2, M3 und M4 über Durchkontakte VIA1, VIA2 und VIA3 elektrisch verbunden sein.
  • Die 5A und 5B zeigen Bildsensoren 2_1 und 2_2 gemäß weiteren beispielhaften Ausführungsformen. Zur Unterstützung des Verständnisses stellt 5A hauptsächlich ein photoelektrisches Umwandlungsbauelement und einen Teil eines Sensorfeldbereichs dar.
  • Bezugnehmend auf 5A unterscheidet sich ein Bildsensor 2_1 gemäß einer weiteren beispielhaften Ausführungsform dahingehend von anderen, dass eine Feuchtigkeitsabsorptions-Barrierenschicht 161 zwischen dem Lichttransmittanzmaterial 150 und dem Farbfilter 190 ausgebildet ist. Im Folgenden bezeichnen gleiche Bezugszeichen überall in der Beschreibung und allen Figuren gleiche Elemente, und soweit der Inhalt der gleiche wie jener der vorstehend unter Bezugnahme auf die 4A bis 4C erörterten beispielhaften Ausführungsformen ist, werden wiederholte Beschreibungen weggelassen oder vereinfacht.
  • Auf der Zwischenverbindungsstruktur 140 mit dem Hohlraum 150 ist eine Lichtleitereinheit 171 ausgebildet, die das Lichttransmittanzmaterial beinhaltet. Speziell ist das Innere des Hohlraums 150 mit dem Lichttransmittanzmaterial der Lichtleitereinheit 171 gefüllt. Das Lichttransmittanzmaterial erstreckt sich bis zu einer Oberseite der Zwischenverbindungsstruktur 140 und ist auf einer gesamten Oberfläche des Substrats ausgebildet, das die Zwischenverbindungsstruktur 140 beinhaltet. Wie weiter oben beschrieben, kann das Lichttransmittanzmaterial der Lichtleitereinheit 171 in den in den 4A bis 4C dargestellten beispielhaften Bildsensoren so gebildet sein, dass es in dem Hohlraum 150 vergraben ist, und die untere Planarisierungsschicht (siehe 180 von 4C) kann auf der oberen dielektrischen Zwischenmetallschicht 140C der Zwischenverbindungsstruktur 140 und auf dem Lichttransmittanzmaterial ausgebildet sein.
  • Auf dem im Inneren des Hohlraums 150 ausgebildeten Lichttransmittanzmaterial der Lichtleitereinheit 171 und auf der Oberseite der Zwischenverbindungsstruktur 140 ist die Feuchtigkeitsabsorptions-Barrierenschicht 161 ausgebildet. Die Feuchtigkeitsabsorptions-Barrierenschicht 161 kann zum Beispiel eine Aluminiumoxidschicht oder eine Titanoxidschicht beinhalten, sie ist jedoch nicht darauf beschränkt, wenn ein ALD-Prozess zur Deposition des Materials angewendet werden kann. Die Feuchtigkeitsabsorptions-Barrierenschicht 161 beinhaltet ein Material, das resistent gegenüber Feuchtigkeitsabsorption ist.
  • Die Feuchtigkeitsabsorptions-Barrierenschicht 161 kann mit im Wesentlichen gleicher Dicke auf dem Lichttransmittanzmaterial der Lichtleitereinheit 171 ausgebildet sein, und die Dicke kann zum Beispiel zwischen etwa 0,1 nm und etwa 200 nm betragen. Des Weiteren ist der Farbfilter 190 auf der Feuchtigkeitsabsorptions-Barrierenschicht 161 ausgebildet.
  • Bezugnehmend auf 5B ist eine Struktur von 5A auf dem Sensorfeldbereich I des Substrats 110 ausgebildet, und auf dem peripheren Schaltkreisbereich II sind die dielektrische Zwischenschicht 130, die Zwischenverbindungsstruktur 140, das Lichttransmittanzmaterial der Lichtleitereinheit 171 und die Feuchtigkeitsabsorptions-Barrierenschicht 161 ausgebildet. Wie vorstehend beschrieben, kann die Feuchtigkeitsabsorptions-Barrierenschicht 161 auf einem Teil oder auf dem gesamten Substrat 110 ausgebildet sein. Daher kann die Feuchtigkeitsabsorptions-Barrierenschicht 161 mit gleicher Dicke und gleichem Material auf dem Sensorfeldbereich I und dem peripheren Schaltkreisbereich II ausgebildet sein.
  • Daher beinhaltet ein Bildsensor gemäß einer derartigen Ausführungsform eine auf dem Lichttransmittanzmaterial einer Lichtleitereinheit ausgebildete Feuchtigkeitsabsorptions-Barrierenschicht, und da sie eine Verschlechterung eines Sättigungspegels eines Sensorfeldes verhindern kann, kann eine Zuverlässigkeit des Bildsensors verbessert sein. Wenn die Feuchtigkeitsabsorptions-Barrierenschicht durch Verwenden eines ALD-Prozesses gebildet wird, kann außerdem eine mechanische Beanspruchung des Bauelements reduziert werden, und als ein Ergebnis kann ein Dunkelpegel verbessert werden.
  • Die 6A und 6B zeigen Bildsensoren 3_1 und 3_2 gemäß weiteren beispielhaften Ausführungsformen der Erfindung. Zur Unterstützung des Verständnisses stellt 6A hauptsächlich einen Teil eines Sensorfeldbereichs mit einem photoelektrischen Umwandlungsbauelement als Mittelpunkt dar.
  • Bezugnehmend auf 6A unterscheidet sich ein Bildsensor 3_1 gemäß einer weiteren beispielhaften Ausführungsform von den früher beschriebenen, in den 4A bis 5B dargestellten beispielhaften Bildsensoren dahingehend, dass kein Hohlraum (siehe 150 von 5) im Inneren der Zwischenverbindungsstruktur 140 ausgebildet ist und zwischen der Zwischenverbindungsstruktur 140 und einem Farbfilter 190 eine Feuchtigkeitsabsorptions-Barrierenschicht 162 ausgebildet ist. Zum Beispiel kann die Feuchtigkeitsabsorptions-Barrierenschicht 162 direkt auf einer Oberseite der Zwischenverbindungsstruktur 140 ausgebildet sein.
  • Da kein Hohlraum im Inneren der Zwischenverbindungsstruktur 140 ausgebildet ist, kann außerdem eine mechanische Beanspruchung des Bauelements reduziert sein, die während eines Hohlraumbildungsprozesses, zum Beispiel eines Plasmabehandlungsprozesses, auftreten kann, und als ein Ergebnis kann eine Zuverlässigkeit eines Bauelements verbessert sein.
  • Gemäß dem in 6B dargestellten Bildsensor 3_2 ist auf dem Sensorfeldbereich I eines Substrats 110 eine Struktur von 6A ausgebildet, und auf dem peripheren Schaltkreisbereich 11 der dielektrischen Zwischenschicht 130 können die Zwischenverbindungsstruktur 140 und die Feuchtigkeitsabsorptions-Barrierenschicht 162 ausgebildet sein. Wie vorstehend beschrieben, kann die Feuchtigkeitsabsorptions-Barrierenschicht 162 auf einem Teil oder auf dem gesamten Substrat 110 ausgebildet sein. Daher kann die Feuchtigkeitsabsorptions-Barrierenschicht 162 mit gleicher Dicke und gleichem Material auf dem Sensorfeldbereich und dem peripheren Schaltkreisbereich II ausgebildet sein.
  • Die 7A und 7B zeigen Bildsensoren 4_1 und 4_2 gemäß weiteren beispielhaften Ausführungsformen der Erfindung. Zur Unterstützung des Verständnisses stellen die 7A und 7B hauptsächlich einen Teil eines Sensorfeldbereichs mit einem photoelektrischen Umwandlungsbauelement als Mittelpunkt dar.
  • Bezugnehmend auf 7A unterscheidet sich ein Bildsensor 4_1 gemäß dieser beispielhaften Ausführungsform von anderen dahingehend, dass Licht durch eine Rückseite BS eines Substrats eintritt. Ein derartiger Sensor wird rückseitenbeleuchteter Bildsensor genannt. Da in dem rückseitenbeleuchteten Bildsensor auf der Seite, durch die Licht eintritt, keine Metallzwischenverbindungen M1 und M2 ausgebildet sind, wird einfallendes Licht nicht durch die Metallzwischenverbindungen M1 und M2 reflektiert. Außerdem wird kein Licht durch eine dielektrische Zwischenschicht 130 und eine Zwischenverbindungsstruktur 140 absorbiert.
  • Bezugnehmend auf 7A ist das photoelektrische Umwandlungsbauelement 120 im Inneren des Substrats 110 ausgebildet, und auf einer Vorderseite FS des Substrats 110 sind die dielektrische Zwischenschicht 130, die dielektrischen Zwischenmetallschichten 140a, 140b und 140c sowie die Zwischenverbindungsstruktur 140 ausgebildet, welche die Metallzwischenverbindungen M1 und M2 beinhaltet. Auf der Rückseite BS des Substrats 110 ist eine dielektrische Rückseitenzwischenschicht 143 ausgebildet, und auf der gesamten dielektrischen Rückseitenzwischenschicht 143 ist eine Feuchtigkeitsabsorptions-Barrierenschicht 163 ausgebildet. So ist die Feuchtigkeitsabsorptions-Barrierenschicht 163 auf der BS des Substrats 110 ausgebildet.
  • Bezugnehmend auf 7B ist anders als bei dem in 7A dargestellten Bildsensor 4_1 eine Haftschicht 180 auf der Feuchtigkeitsabsorptions-Barrierenschicht 163 ausgebildet. Die Haftschicht 180 erlaubt eine stabil haftende Anbringung des Farbfilters 190 auf der Feuchtigkeitsabsorptions-Barrierenschicht 163.
  • Bezugnehmend auf die 8 bis 11 und 4 wird im Folgenden ein Verfahren zur Herstellung eines Bildsensors gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung beschrieben. Die 8 bis 11 sind Schnittansichten von Strukturen aus Zwischenschritten, die ein Verfahren zur Herstellung des Bildsensors darstellen. Zur Unterstützung des Verständnisses stellt das Folgende hauptsächlich ein photoelektrisches Umwandlungsbauelement und einen Teil eines Sensorfeldbereichs dar, und der Inhalt, der mit jenem zuvor beschriebenen praktisch identisch ist, wird weggelassen oder vereinfacht.
  • Bezugnehmend auf 8 wird ein Substrat 110 mit einem im Inneren ausgebildeten photoelektrischen Umwandlungsbauelement 120 bereitgestellt, und auf dem Substrat 110 werden eine Zwischenverbindungsstruktur 140 mit mehreren Schichten von dielektrischen Zwischenmetallschichten 140a, 140b und 140c sowie mehreren Schichten von Metallzwischenverbindungen M1 und M2 gebildet, die in den mehreren Schichten der dielektrischen Zwischenmetallschichten 140a, 140b und 104c bereitgestellt werden.
  • Wie in 8 dargestellt, kann vor der Bildung der Zwischenverbindungsstruktur 140 eine dielektrische Zwischenschicht 130 gebildet werden, die mehrere Gatestrukturen im Inneren beinhaltet. Zum Beispiel kann die Gatestruktur eine eines Transistors sein, und insbesondere kann die Gatestruktur eine eines Ladungstransmissionsbauelements 135 sein.
  • Die Zwischenverbindungsstruktur 140 mit den mehreren dielektrischen Zwischenmetallschichten 140a, 140b und 140c sowie den mehreren Metallzwischenverbindungen M1 und M2, die im Inneren der mehreren dielektrischen Zwischenmetallschichten 140a, 140b und 140c angeordnet sind, kann zum Beispiel durch Verwendung eines Damaszenerprozesses gebildet werden. Wenngleich in den Zeichnungen nicht dargestellt, kann daher zum Beispiel eine Diffusionsbarrierenschicht zwischen jeglichen zwei der mehreren dielektrischen Zwischenmetallschichten 140a, 140b und 140c enthalten sein. Des Weiteren kann das Bilden der mehreren Metallzwischenverbindungen M1 und M2 das Bilden einer Kupferzwischenverbindung oder einer Aluminiumzwischenverbindung beinhalten, es ist jedoch nicht darauf beschränkt.
  • Als nächstes bezugnehmend auf 9 wird ein Hohlraum 150 gebildet, der entlang des photoelektrischen Umwandlungsbauelements 120 ausgerichtet ist und die Zwischenverbindungsstruktur 140 durchdringt.
  • Da eine Grenzfläche zwischen den mehreren dielektrischen Zwischenmetallschichten 140a, 140b und 140c sowie der in den mehreren Schichten ausgebildeten, dielektrischen Zwischenschicht 130 existiert, kann eine derartige Grenzfläche speziell verhindern, dass von einem Farbfilter 190 bereitgestelltes, einfallendes Licht an dem photoelektrischen Umwandlungsbauelement 120 ankommt. Daher kann das Bilden des Hohlraums 150, der die Zwischenverbindungsstruktur 140 auf dem photoelektrischen Umwandlungsbauelement 120 durchdringt, die Obstruktionsfaktoren minimieren. Als ein Ergebnis kann die Menge an einfallendem Licht, das an dem photoelektrischen Umwandlungsbauelement 120 ankommt, erhöht werden, und außerdem kann die Photosensitivität erhöht werden.
  • Wie in 9 dargestellt, kann der Hohlraum 150 des Weiteren derart gebildet werden, dass er eine zwischen der dielektrischen Zwischenschicht 130 und den mehreren dielektrischen Zwischenmetallschichten 140a, 140b und 140c ausgebildete Ätzstoppschicht 137 und wenigstens einen Teil der Dicke der dielektrischen Zwischenschicht 130 durchdringt. In diesem Fall kann der Hohlraum 150 z. B. durch Verwenden von zweistufigen Ätzprozessen gebildet werden.
  • Spezieller bildet ein erster Ätzschritt durch Ätzen der Zwischenverbindungsstruktur 140, um die mehreren dielektrischen Zwischenmetallschichten 140a, 140b und 140c zu Penetrieren, und Stoppen an der Ätzstoppschicht 137 einen temporären Hohlraum (nicht gezeigt), und ein zweiter Ätzschritt führt ein Ätzen der dielektrischen Zwischenschicht 130 unter der Ätzstoppschicht 137 nach Entfernen der Ätzstoppschicht 137 durch Steuern der Prozessbedingungen durch, z. B. der Ätzausführungszeit. Durch Steuern des Ätzgrades der dielektrischen Zwischenschicht 130 unter der Ätzstoppschicht 137 kann die Tiefe des Hohlraums 150 gesteuert werden. Des Weiteren kann der Hohlraum 150 nach Wunsch die dielektrische Zwischenschicht 130 vollständig Penetrieren. Zum Beispiel kann der Hohlraum durch Verwenden eines Plasmaätzprozesses gebildet werden, es besteht jedoch keine Beschränkung darauf.
  • Als nächstes bezugnehmend auf 10 kann auf dem Hohlraum 150 konform eine Feuchtigkeitsabsorptions-Barrierenschicht 160 gebildet werden. Zum Beispiel kann die Feuchtigkeitsabsorptions-Barrierenschicht 160 mittels Durchführen von atomarer Schichtdeposition (ALD) konform sowohl auf den Seitenwänden als auch dem Boden des Hohlraums 150 gebildet werden, der Im Inneren der Zwischenverbindungsstruktur 140 ausgebildet ist. Wie in 10 dargestellt, kann die Feuchtigkeitsabsorptions-Barrierenschicht 160 mittels Durchführen des ALD-Prozesses auf einem gesamten Substrat 110 mit dem ausgebildeten Hohlraum nicht nur auf beiden Seitenwänden und einem Boden des Hohlraums 150, sondern auch auf einer Oberseite der dielektrischen Metallzwischenschicht 140c gebildet werden.
  • Der ALD-Prozess weist eine hervorragende Stufenbedeckung auf und kann die Feuchtigkeitsabsorptions-Barrierenschicht 160 bilden, während das Profil des Hohlraums 150 im Wesentlichen gleich gehalten wird. So können ein Aspektverhältnis nach Bilden der Feuchtigkeitsabsorptions-Barrierenschicht 160 und ein Aspektverhältnis vor Bilden der Feuchtigkeitsabsorptions-Barrierenschicht 160 nahezu gleich gehalten werden, und die mäßigen Luminanzcharakteristika aufgrund der Zunahme des Aspektverhältnisses können verbessert werden. Wenn die Feuchtigkeitsabsorptions-Barrierenschicht 160 gebildet wird, kann daher Material verwendet werden, das bei einem ALD-Prozess angewendet werden kann, zum Beispiel Aluminiumoxid oder Titanoxid. Des Weiteren kann die Feuchtigkeitsabsorptions-Barrierenschicht 160 zum Beispiel mit einer Dicke zwischen etwa 0,1 nm und etwa 200 nm gebildet werden.
  • Durch Bilden der Feuchtigkeitsabsorptions-Barrierenschicht 160 unter Verwendung des ALD-Prozesses kann des Weiteren eine mechanische Beanspruchung eines Bauelements im Vergleich zur Bildung derselben unter Verwendung einer Plasmabehandlung minimiert werden, und ein Dunkelpegel kann verbessert werden.
  • Als nächstes bezugnehmend auf 11 wird durch Bilden eines Lichtdurchdringungsmaterials auf der Feuchtigkeitsabsorptions-Barrierenschicht 160 eine Lichtleitereinheit gebildet, die den Hohlraum 150 füllt. Für das Lichtdurchdringungsmaterial können zum Beispiel eine organische Polymerverbindung, wie Fluorpolymer (CytopTM) mit einer Ringstruktur, ein Polysiloxanharz, Titanoxid oder ein PMMA-Polymer verwendet werden, es ist jedoch nicht darauf beschränkt. Hierbei kann das Lichtdurchdringungsmaterial zum Beispiel durch Verwenden eines Aufschleuderbeschichtungsverfahrens gebildet werden, es besteht jedoch keine Beschränkung darauf. Wie des Weiteren in 11 dargestellt, kann das Lichtdurchdringungsmaterial so gebildet werden, dass es den Hohlraum 150 füllt und sich auf einer Oberseite der Zwischenverbindungsstruktur 140 erstreckt.
  • Außerdem wieder bezugnehmend auf 4A, können eine untere Planarisierungsschicht 180, der Farbfilter 190, eine obere Planarisierungsschicht 192 und eine Linse 194 sequentiell auf dem Lichtdurchdringungsmaterial der Lichtleitereinheit 170 gebildet werden. Wenngleich in den Zeichnungen nicht gezeigt, kann hierbei zusätzlich eine Schutzschicht auf der Linse 194 gebildet werden.
  • Außerdem bezugnehmend auf 4B wird das Lichtdurchdringungsmaterial nach dem Füllen des Hohlraums 150 mit dem Lichtdurchdringungsmaterial entfernt, bis die Feuchtigkeitsabsorptions-Barrierenschicht 160 freigelegt ist, und auf der freigelegten Feuchtigkeitsabsorptions-Barrierenschicht 160 und dem im Inneren des Hohlraums 150 eingefügten Lichtdurchdringungsmaterial kann eine untere Planarisierungsschicht 180 gebildet werden.
  • Gemäß diesem Verfahren zur Herstellung eines Bildsensors gemäß der Erfindung kann eine Verschlechterung eines Sättigungspegels eines Sensorfelds durch Bilden einer Feuchtigkeitsabsorptions-Barrierenschicht auf einer Zwischenverbindungsstruktur mit dem ausgebildeten Hohlraum verhindert werden. So kann ein Bildsensor mit einer verbesserten Zuverlässigkeit hergestellt werden. Wenn außerdem ein ALD-Prozess zur Bildung der Feuchtigkeitsabsorptions-Barrierenschicht verwendet wird, kann eine mechanische Beanspruchung eines Bauelements minimiert werden, und ein Gesichtspunkt bei der Erzeugung eines Dunkelpegels kann verbessert werden. Durch Bilden der Feuchtigkeitsabsorptions-Barrierenschicht mit einer gleichmäßigen Dicke kann außerdem ein Bildsensor mit verbesserten niedrigen Luminanzcharakteristika hergestellt werden.
  • Im Folgenden bezugnehmend auf die 12, 13 und 5 wird ein weiteres Verfahren zur Herstellung eines Bildsensors gemäß der Erfindung beschrieben. Die 12 und 13 sind Schnittansichten von Strukturen aus Zwischenschritten, die dieses Verfahren veranschaulichen.
  • Die Schritte dieses Verfahrens können die Schritte beinhalten, die denen des in 9 dargestellten Verfahrens entsprechen.
  • Bezugnehmend auf 12 wird mittels Füllen des Hohlraums 150 mit einem Lichtdurchdringungsmaterial eine Lichtleitereinheit 171 gebildet. So wird das Lichtdurchdringungsmaterial direkt auf der Zwischenverbindungsstruktur 140 gebildet, die den Hohlraum 150 beinhaltet.
  • Nach dem Füllen des Hohlraums 150 mit dem Lichtdurchdringungsmaterial wird das Lichtdurchdringungsmaterial entfernt, bis die Zwischenverbindungsstruktur 140 freigelegt ist, und auf der freigelegten Zwischenverbindungsstruktur 140 und dem im Inneren des Hohlraums 150 eingefügten Lichtdurchdringungsmaterial wird eine Feuchtigkeitsabsorptions-Barrierenschicht 161 gebildet. Ein spezifisches Verfahren zur Bildung der Barrierenschicht 161 auf der Struktur, die in 12 dargestellt ist, wird nachstehend unter Bezugnahme auf 13 erörtert.
  • Bezugnehmend auf 13 wird eine Feuchtigkeitsabsorptions-Barrierenschicht 161 auf dem Lichtdurchdringungsmaterial der Lichtleitereinheit 171 gebildet. Speziell kann die Feuchtigkeitsabsorptions-Barrierenschicht 161 zum Beispiel durch Verwenden eines ALD-Prozesses auf einem gesamten Substrat 110 gebildet werden, das die Lichtleitereinheit 171 beinhaltet.
  • Wie in 5 dargestellt, können als nächstes ein Farbfilter 190, eine Planarisierungsschicht 192 und eine Linse 194 sequentiell auf der Feuchtigkeitsabsorptions-Barrierenschicht 161 gebildet werden. Wenngleich in den Zeichnungen nicht gezeigt, kann des Weiteren eine Schutzschicht auf der Linse 194 gebildet werden. Außerdem kann auf der Unterseite des Farbfilters 190 zusätzlich eine untere Planarisierungsschicht gebildet werden.
  • Nachstehend erörterte, weitere Verfahren zur Herstellung des Bildsensors gemäß der Erfindung werden kurz erläutert, da die Beschreibungen aus jenen der zuvor beschriebenen Verfahren abgeleitet werden können.
  • Ein weiteres Verfahren zur Herstellung eines Bildsensors gemäß der Erfindung wird kurz wie folgt beschrieben. Wie in 8 dargestellt, wird nach dem Bilden einer Zwischenverbindungsstruktur 140 auf einem Substrat 110, innerhalb dessen ein photoelektrisches Umwandlungsbauelement 120 ausgebildet ist, wie in 6 dargestellt, auf einem gesamten Substrat 110, das die Zwischenverbindungsstruktur 140 beinhaltet, eine Feuchtigkeitsabsorptions-Barrierenschicht 162 gebildet. Die Charakteristika und der Bildungsprozess der Feuchtigkeitsabsorptions-Barrierenschicht 162 sind die gleichen wie bei den vorstehend beschriebenen Beispielen, die das in 10 dargestellte Beispiel beinhalten.
  • Bei einem derartigen Verfahren zur Herstellung eines Bildsensors ist anders als bei den zuvor beschriebenen Verfahren zur Herstellung von Bildsensoren einschließlich des in den 8 bis 11 dargestellten beispielhaften Prozesses kein Schritt zur Bildung eines Hohlraums im Inneren einer Zwischenverbindungsstruktur 140 (siehe 150 von 5) enthalten. So wird eine Feuchtigkeitsabsorptions-Barrierenschicht 162 auf der Zwischenverbindungsstruktur 140 gebildet, die keinen Hohlraum 150 beinhaltet.
  • Im Folgenden bezugnehmend auf die 14 bis 17 und 7 ist ein weiteres Verfahren zur Herstellung eines Bildsensors gemäß der Erfindung wie folgt. Die 14 bis 17 sind Schnittansichten von Strukturen aus Zwischenschritten, die dieses Verfahren veranschaulichen.
  • Bezugnehmend auf 14 beinhaltet ein Substrat 110 ein in einer Vorderseite FS ausgebildetes photoelektrisches Umwandlungsbauelement 120, und auf der FS des Substrats 110 sind eine Zwischenverbindungsstruktur 140, die mehrere dielektrische Zwischenmetallschichten 140a, 140b und 140c beinhaltet, sowie mehrere Metallzwischenverbindungen M1 und M2 ausgebildet.
  • Bezugnehmend auf 15 ist auf der Zwischenverbindungsstruktur 140 ein Trägersubstrat 200 angebracht, um das Substrat 110 zu tragen. Wie in 15 dargestellt, wird in diesem Schritt eine erste Bondschicht 210 auf einer Seite des Trägersubstrats 200 gebildet, und eine zweite Bondschicht 220 wird auf der Zwischenverbindungsstruktur 140 gebildet, um das Trägersubstrat 200 stabil an die Zwischenverbindungsstruktur 140 zu bonden. Alternativ kann die Bondschicht nur auf dem Trägersubstrat 200 oder der Zwischenverbindungsstruktur 140 gebildet werden, und außerdem kann das Trägersubstrat 200 durch Verwenden verschiedener anderer Verfahren auf der Zwischenverbindungsstruktur 140 angebracht werden.
  • Bezugnehmend auf 16 werden die Oberseite und die Unterseite des Substrats 110, welches das Trägersubstrat 200 beinhaltet, umgekehrt. Durch Umkehren der Oberseite und der Unterseite des Substrats 110 wird das photoelektrische Umwandlungsbauelement 120 so auf der Oberseite der Zwischenverbindungsstruktur 140 orientiert.
  • Als nächstes kann ein Teil einer Rückseite BS des Substrats 110 entfernt werden. Speziell kann durch Verwenden eines Ätzprozesses (zum Beispiel reaktives Ionenätzen) oder eines Polierprozesses (zum Beispiel CMP (chemisch-mechanisches Polieren) oder BGR (Rückseitenschleifen) ein Teil der BS des Substrats 110 entfernt werden. Durch Entfernen eines Teils der BS des Substrats 110 wird die Dicke des Substrats 110 reduziert, und ein Pfad des einfallenden Lichts, das in das photoelektrische Umwandlungsbauelement 120 eintritt, wird verkürzt. Als ein Ergebnis kann die Photosensitivität des photoelektrischen Umwandlungsbauelements 120 verbessert werden.
  • Bezugnehmend auf 17 wird auf der gesamten zweiten Oberfläche, das heißt der BS des Substrats 110, eine dielektrische Rückseitenzwischenmetallschicht 143 gebildet, und auf der gesamten BS des Substrats 110, auf der eine dielektrische Rückseitenzwischenmetallschicht 143 ausgebildet ist, wird eine Feuchtigkeitsabsorptions-Barrierenschicht 163 gebildet.
  • Die dielektrische Rückseitenzwischenmetallschicht 143 wird durch Gasphasenabscheidung eines dielektrischen Materials, wie einer Siliciumoxidschicht oder einer Siliciumnitridschicht, auf der BS des Substrats 110 gebildet. Zum Beispiel kann chemische Gasphasenabscheidung oder atomare Gasphasenabscheidung verwendet werden, die Erfindung ist jedoch nicht darauf beschränkt. Da außerdem das Verfahren zur Bildung der Feuchtigkeitsabsorptions-Barrierenschicht 163 das gleiche wie in den vorstehend beschriebenen Beispielen sein kann, die das in 10A dargestellte Beispiel beinhalten, wird auf eine detaillierte wiederholte Beschreibung verzichtet.
  • Wiederum bezugnehmend auf 7, können ein Farbfilter 190, eine Planarisierungsschicht 192 und eine Linse 194 auf der BS des Substrats 110, auf der die dielektrische Rückseitenzwischenmetallschicht 143 und die Feuchtigkeitsabsorptions-Barrierenschicht 163 ausgebildet sind, sequentiell gebildet werden. Wenngleich in den Zeichnungen nicht gezeigt, kann des Weiteren zusätzlich eine Schutzschicht auf der Linse 194 gebildet werden. Außerdem kann zusätzlich eine untere Planarisierungsschicht auf der Unterseite des Farbfilters 190 gebildet werden.
  • Im Folgenden bezugnehmend auf die 18 bis 20, sind prozessorbasierte Einrichtungen beschrieben, die Bildsensoren gemäß der Erfindung beinhalten. 18 stellt ein Computer-Equipment dar. Die 19A und 19B stellen Kamera-Equipments dar. 20 stellt ein Handy dar. Es ist offensichtlich, dass die Bildsensoren gemäß der Erfindung außer in den zuvor erwähnten Equipments auch in anderen Equipments verwendet werden können (zum Beispiel Scanner, mechanisches Uhren-Equiprent, Navigations-Equipment, Video-Telefon, Supervisions-Equipment, Autofokus-Equipment, Nachverfolgungs-Equipment, Überwachungs-Equipment, Bildstabilisierungs-Equipment usw.).
  • Bezugnehmend auf 18 beinhaltet ein Computer-Equipment 300 eine Zentralprozessoreinheit (CPU) 320, wie einen Mikroprozessor, der über einen Bus 305 mit I/O-Bauelementen kommunizieren kann. Ein Bildsensor 310 kann über den Bus 305 oder andere Kommunikationsverbindungen mit einem Equipment kommunizieren. Außerdem kann das prozessorbasierte Equipment 300 zusätzlich einen RAM 340 und/oder einen Anschluss 360 beinhalten, der über den Bus 305 mit der CPU 320 kommunizieren kann. Der Anschluss 360 kann zum Beispiel mit einer oder mehreren Videokarten, einer Soundkarte, einer Speicherkarte und einem USB-Bauelement gekoppelt sein oder kann eine Datenkommunikation mit einem anderen Equipment durchführen. Der Bildsensor 310 kann in einen Chip mit einer CPU, einem digitalen Signalprozessor (DSP) oder einem Mikroprozessor integriert sein. Außerdem können zusätzlich Speicher integriert sein, sie können jedoch auch in einem separaten Chip ohne Prozessor integriert sein.
  • Bezugnehmend auf 19A beinhaltet ein Kamera-Equipment 400 eine Bildsensorpackung 410, bei der ein Bildsensor 413 über Bonddrähte auf einer Leiterplatte 411 angebracht ist. Außerdem ist ein Gehäuse 420 auf der Leiterplatte 411 angebracht, wobei das Gehäuse 420 die Leiterplatte 411 und den Bildsensor 413 vor einer externen Umgebung schützt.
  • In dem Gehäuse 420 ist ein Objektivtubus 421 ausgebildet, den aufzunehmende Bilder durchlaufen. Auf einer Außenwand des Objektivtubus 421, die nach außen gewandt ist, kann eine Schutzabdeckung 422 installiert sein, und auf einer Innenwand des Objektivtubus 421 können ein Infrarotblock und ein Reflexionsverhinderungsfilter 423 installiert sein. Außerdem ist im Inneren des Objektivtubus 421 eine Linse 424 angebracht, und die Linse 424 kann sich entlang einer spiralförmigen Vertiefung des Objektivtubus 421 bewegen.
  • Bezugnehmend auf 19B verwendet ein Kamera-Equipment 500 einen Bildpackungssensor 501, der einen Durchkontakt 572 verwendet. Wenn der Durchkontakt 572 verwendet wird, können ein Bildsensor 570 und eine Leiterplatte 560 ohne Verwenden von Drahtbonden elektrisch verbunden sein.
  • Das Equipment beinhaltet des Weiteren eine erste Linse 520, eine zweite Linse 540, Linsenkomponenten 526 und 527, ein Trägerelement 505, eine Blende 545, transparente Substrate 510 und 530 sowie eine Glasplatte 550.
  • Bezugnehmend auf 20 ist ein Bildsensor 452 an einer vorgegebenen Stelle eines Handysystems 450 angebracht. Für einen Fachmann ist es offensichtlich, dass der Bildsensor 452 auch an anderen Stellen als jener in 20 dargestellten angebracht sein kann.
  • Detailliertere Beschreibungen beispielhafter Ausführungsformen werden unter Verwendung der folgenden spezifischen experimentellen Beispiele gegeben.
  • In einem experimentellen Vergleichsbeispiel wurde der Sättigungspegel eines Bildsensors gemessen, nachdem ein Hohlraum gebildet wurde und nachdem der Bildsensor, in dem durch Füllen von Lichtdurchdringungsmaterial direkt auf den Hohlraum eine Lichtleitereinheit gebildet wurde, einer Feuchtigkeit von 85% und einer Temperatur von 85°C ausgesetzt wurde.
  • In einem ersten experimentellen Beispiel 1 der Erfindung wurde der Sättigungspegel eines Bildsensors gemessen, nachdem ein Hohlraum gebildet wurde, gefolgt vom Bilden einer Nitridschicht auf dem Hohlraum, und nachdem der Bildsensor, in dem durch Verteilen von Lichtdurchdringungsmaterial über der Nitridschicht zum Füllen des Hohlraums eine Lichtleitereinheit gebildet wurde, einer Feuchtigkeit von 85% und einer Temperatur von 85°C ausgesetzt wurde.
  • Die Ergebnisse sind in den 21A und 21B dargestellt. 21A zeigt den Sättigungspegel des Sensorfeldes, der für den in dem experimentellen Vergleichsbeispiel verwendeten Bildsensor vor 0 Stunden Einwirkung (0 HR), nach 168 Stunden (168 HR) Einwirkung und nach 500 Stunden Einwirkung (500 HR) der zuvor erwähnten Feuchtigkeit und Temperatur in einer LSB(Niedrigstwertbit)-Codiereinheit gemessen wurde. 21B zeigt den Sättigungspegel des Sensorfeldes, der für den in dem experimentellen Beispiel verwendeten Bildsensor vor 0 Stunden Einwirkung (0 HR), nach 168 Stunden (168 HR) Einwirkung und nach 500 Stunden Einwirkung (500 HR) der zuvor erwähnten Feuchtigkeit und Temperatur in einer LSB-Codiereinheit gemessen wurde.
  • Wie in den Balkendiagrammen der 21A und 21B dargestellt, zeigt der Sättigungspegel des experimentellen Vergleichsbeispiels, dass im Vergleich zu dem Wert vor der Einwirkung der zuvor erwähnten Feuchtigkeit und Temperatur nach 168 Stunden Einwirkung eine Sättigungsverschlechterung von ungefähr einem 100-LSB-Code auftrat. Der Sättigungspegel des experimentellen Beispiels zeigte jedoch, dass nach 168 Stunden und 500 Stunden Einwirkung eine sehr geringe Sättigungspegelverschlechterung auftrat.
  • In einem zweiten experimentellen Vergleichsbeispiel Gr(a) wurde nach dem Bilden eines Hohlraums eine Lichtleitereinheit gebildet, indem Lichtdurchdringungsmaterial direkt in den Hohlraum gefüllt wurde, und der Dunkelpegel (DK-Pegel) des Ausgangssignals wurde gemessen.
  • In einem weiteren experimentellen Vergleichsbeispiel Gr(b) wurde nach dem Bilden eines Hohlraums durch Verwenden einer Plasmabehandlung eine Siliciumoxidnitridschicht mit einer Dicke von 500 nm auf dem Hohlraum gebildet, und eine Lichtleitereinheit wurde gebildet, indem Lichtdurchdringungsmaterial auf die Nitridschicht gefüllt wurde. Dann wurde der Dunkelpegel des Ausgangssignals gemessen.
  • In einem experimentellen Vergleichsbeispiel Gr(c) wurde nach dem Bilden eines Hohlraums durch Verwenden einer Plasmabehandlung eine Nitridschicht mit einer Dicke von 400 nm auf dem Hohlraum gebildet, und durch Füllen von Lichtdurchdringungsmaterial auf die Nitridschicht wurde eine Lichtleitereinheit gebildet. Dann wurde der Dunkelpegel des Ausgangssignals gemessen.
  • In einem zweiten experimentellen Beispiel Gr(d) der Erfindung wurde nach dem Bilden eines Hohlraums mittels Durchführen eines ALD-Prozesses eine Aluminiumoxidschicht mit einer Dicke von 5 nm gebildet, und durch Füllen von Lichtdurchdringungsmaterial auf die Aluminiumoxidschicht wurde eine Lichtleitereinheit gebildet. Dann wurde der Dunkelpegel des Ausgangssignals gemessen.
  • In einem experimentellen Beispiel Gr(e) der Erfindung wurde nach dem Bilden eines Hohlraums mittels Durchführen eines ALD-Prozesses eine Aluminiumoxidschicht mit einer Dicke von 10 nm gebildet, und durch Füllen von Lichtdurchdringungsmaterial auf die Aluminiumoxidschicht wurde eine Lichtleitereinheit gebildet. Dann wurde der Dunkelpegel des Ausgangssignals gemessen.
  • Die Ergebnisse sind in 22 dargestellt. 22 stellt Prozentzahlen von akkumulierten Chips dar, die Dunkelpegelwerte unterhalb jedem der entlang der horizontalen Achse aufgelisteten Werte aufweisen. Wie in 22 dargestellt, war der Dunkelpegelwert in den experimentellen Vergleichsbeispielen Gr(b) und Gr(c), in denen Nitridschichten durch Verwenden einer Plasmabehandlung gebildet wurden, größer als 5 mV/s. In den experimentellen Beispielen Gr(d) und Gr(e) wurde der Dunkelpegelwert hingegen unter etwa 2,5 mV/s gehalten.
  • Der Dunkelpegelwert des experimentellen Vergleichsbeispiels Gr(a) war dem Dunkelpegelwert der experimentellen Beispiele ähnlich. Wie in dem ersten experimentellen Beispiel 1 dargestellt, trat eine Verschlechterung des Sättigungspegels auf, wenn Lichtdurchdringungsmaterial direkt auf dem Hohlraum gebildet wurde (siehe das experimentelle Vergleichsbeispiel zu dem ersten experimentellen Beispiel 1), und es wurde beobachtet, dass nicht nur das Bilden einer Schicht auf dem Hohlraum, wie in den experimentellen Vergleichsbeispielen Gr(b), Gr(c) und den experimentellen Beispielen Gr(d), Gr(e) dargestellt, eine Verschlechterung des Sättigungspegels verhindert (wie in dem ersten experimentellen Beispiel 1 und 22A dargestellt), sondern dass zusätzlich in den experimentellen Beispielen Gr(d), Gr(e) ein niedrigerer Dunkelpegelwert beibehalten wurde als in den experimentellen Vergleichsbeispielen Gr(b), Gr(c).

Claims (11)

  1. Bildsensor mit – einem Substrat (110), das ein photoelektrisches Umwandlungsbauelement (120) beinhaltet, – einer Zwischenverbindungsstruktur (140) auf dem Substrat, wobei die Zwischenverbindungsstruktur eine oder mehrere dielektrische Zwischenmetallschichten (140a, 140b, 140c) beinhaltet und die Zwischenverbindungsstruktur einen Hohlraum derart definiert, dass der Hohlraum (150) bezüglich des photoelektrischen Umwandlungsbauelements ausgerichtet ist und wenigstens zwei Seitenbereiche und einen Bodenbereich aufweist, – einer Feuchtigkeitsabsorptions-Barrierenschicht (160) auf einer Oberseite der Zwischenverbindungsstruktur und im Inneren des Hohlraums, wobei die Feuchtigkeitsabsorptions-Barrierenschicht eine gleichmäßige Dicke entlang der zwei Seitenbereiche und des Bodens des Hohlraums und auf der Oberseite der Zwischenverbindungsstruktur aufweist, und – einer Lichtleitereinheit (170) auf der Feuchtigkeitsabsorptions-Barrierenschicht, wobei die Lichtleitereinheit ein Lichttransmittanzmaterial beinhaltet, das den Hohlraum füllt.
  2. Bildsensor nach Anspruch 1, wobei sich das Lichttransmittanzmaterial entlang einer Oberseite der Zwischenverbindungsstruktur erstreckt.
  3. Bildsensor nach Anspruch 1 oder 2, der des Weiteren beinhaltet: – eine untere dielektrische Zwischenschicht (130) zwischen der Zwischenverbindungsstruktur und dem Substrat, – eine Gatestruktur (135), die sich in der unteren dielektrischen Zwischenschicht befindet und mit mehreren Metallzwischenverbindungen (M1, M2) elektrisch verbunden ist, und – eine Ätzstoppschicht (137) auf der unteren dielektrischen Zwischenschicht, wobei die Ätzstoppschicht, ein Teil der Dicke der unteren dielektrischen Zwischenschicht und die Zwischenverbindungsstruktur den Hohlraum definieren.
  4. Bildsensor nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die mehreren Metallzwischenverbindungen (M1, M2) durch mehrere Kupferzwischenverbindungen bereitgestellt sind, die Zwischenverbindungsstruktur eine Diffusionsbarrierenschicht (141) zwischen je zwei der mehreren dielektrischen Zwischenmetallschichten beinhaltet und der Hohlraum durch die Zwischenverbindungsstruktur und die Diffusionsbarrierenschichten definiert ist.
  5. Bildsensor mit – einem Substrat (110), das ein photoelektrisches Umwandlungsbauelement (120) beinhaltet, – einer Zwischenverbindungsstruktur (140) auf dem Substrat, wobei die Zwischenverbindungsstruktur eine oder mehrere dielektrische Zwischenmetallschichten (140a, 140b, 140c) und eine oder mehrere Metallzwischenverbindungen (M1, M2) in der einen oder den mehreren dielektrischen Zwischenmetallschichten beinhaltet, – einer unteren dielektrischen Zwischenschicht (130) zwischen der Zwischenverbindungsstruktur und dem Substrat, wobei die dielektrische Zwischenschicht eine Gatestruktur (135) beinhaltet, die mit der einen oder den mehreren Metallzwischenverbindungen elektrisch verbunden ist, – einer Feuchtigkeitsabsorptions-Barrierenschicht (161) über dem Substrat und der Zwischenverbindungsstruktur und – einem Farbfilter (190) über der Feuchtigkeitsabsorptions-Barrierenschicht.
  6. Bildsensor nach Anspruch 5, der des Weiteren beinhaltet: – eine Leichtleitereinheit (171), die ein Lichttransmittanzmaterial beinhaltet, – wobei die Zwischenverbindungsstruktur wenigstens einen Teil eines Hohlraums (150) definiert, der bezüglich des photoelektrischen Umwandlungsbauelements ausgerichtet ist, – die Lichtleitereinheit Lichttransmittanzmaterial beinhaltet, das den Hohlraum füllt und sich entlang eines Zwischenraums zwischen der Zwischenverbindungsstruktur und der Feuchtigkeitsabsorptions-Barrierenschicht erstreckt, und – ein Brechungsindex des Lichttransmittanzmaterials höher als ein Brechungsindex der einen oder der mehreren dielektrischen Zwischenmetallschichten ist.
  7. Bildsensor nach Anspruch 6, der des Weiteren eine Ätzstoppschicht (137) zwischen der Zwischenverbindungsstruktur und der dielektrischen Zwischenschicht beinhaltet, wobei die Ätzstoppschicht, ein Teil der Dicke der unteren dielektrischen Zwischenschicht und die Zwischenverbindungsstruktur den Hohlraum definieren.
  8. Bildsensor mit – einem Substrat (119), das ein photoelektrisches Umwandlungsbauelement (120) benachbart zu einer ersten Oberfläche (FS) des Substrats beinhaltet, – einer Zwischenverbindungsstruktur (140) auf der ersten Oberfläche, wobei die Zwischenverbindungsstruktur eine oder mehrere dielektrische Zwischenmetallschichten (140a, 140b, 140c) und eine oder mehrere Metallzwischenverbindungen (M1, M2) in der einen oder den mehreren dielektrischen Zwischenmetallschichten beinhaltet, – einer dielektrischen Rückseitenzwischenschicht (143) auf einer zweiten Oberfläche (BS) des Substrats, die eine gegenüberliegende Seite des Substrats bezüglich der ersten Oberfläche darstellt, – einer Feuchtigkeitsabsorptionsbarrierenschicht (163) auf der dielektrischen Rückseitenzwischenschicht und – einem Farbfilter (190) auf der Feuchtigkeitsabsorptions-Barrierenschicht, wobei der Farbfilter bezüglich des photoelektrischen Umwandlungsbauelements ausgerichtet ist.
  9. Bildsensor nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei die Feuchtigkeitsabsorptions-Barrierenschicht durch einen atomaren Schichtdepositions(ALD)-Prozess gebildet wird.
  10. Bildsensor nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei die Feuchtigkeitsabsorptions-Barrierenschicht eine Aluminiumoxidschicht oder eine Titanoxidschicht beinhaltet.
  11. Bildsensor nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei die Dicke der Feuchtigkeitsabsorptions-Barrierenschicht innerhalb des Bereichs von 0,1 nm bis 200 nm liegt.
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