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Die mit integrierten Schaltungen befasste Halbleiterindustrie (IC-Industrie) erfährt ein schnelles Wachstum. Der technische Fortschritt bei den IC Materialien und Designs hat Generationen von ICs hervorgebracht, wobei jede Generation kleinere und komplexere Schaltkreise als die vorhergegangene Generation aufweist. Diese Fortschritte führten jedoch zu einer erhöhten Komplexität bei der Verarbeitung und der Herstellung von ICs. Um diese Fortschritte zu realisieren, bedarf es ähnlicher Entwicklungen in der IC-Verarbeitung und Herstellung. Im Zuge der IC-Entwicklung ist die funktionale Dichte (also die Anzahl der verbundenen Vorrichtungen pro Chipfläche) im Allgemeinen angestiegen, während die Strukturgröße (also die kleinste Komponente, die unter Verwendung eines Herstellungsprozesses erzeugt werden kann) abgenommen hat.
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Kontaktflächen, die für verschiedene Anwendungen, wie beispielsweise zum Testen, Prüfen und/oder zum Draht-Bonden (nachstehend allgemein als Bonding-Fläche oder auch als Bonding-Pad bezeichnet), verwendet werden, stellen oft andere Anforderungen als andere Strukturen eines ICs. Beispielsweise muss eine Bonding-Fläche eine hinreichende Größe und Stärke aufweisen, um einem physikalischen Kontakt beim Testen, Prüfen oder Draht-Bonden zu widerstehen. Oftmals besteht gleichzeitig der Wunsch, relativ kleine Strukturen auszubilden (sowohl hinsichtlich der Größe als auch der Dicke). Beispielsweise ist es bei Anwendungen, wie einem komplementären Metalloxidhalbleiter(CMOS)-Bildsensor oft gewünscht, eine oder mehrere relativ dünne Metallschichten zu haben, beispielsweise eine Metallschicht aus Aluminium-Kupfer (AlCu). Ein Problem bei dünnen Metallschichten besteht darin, dass sich die in diesen Schichten ausgebildeten Bonding-Flächen abschälen oder andere Defekte aufweisen können. Daher besteht ein Bedarf, die verschiedenen Anforderungen dieser Strukturen zu erfüllen.
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US 2009/0185060 A1 zeigt einen Halbleiter-Bildsensor für eine Kamera, der einfallendes Licht aufnimmt, wobei die Vorrichtung eine Halbleiterschicht, eine Verdrahtungsschicht, Pad-Abschnitte, eine Öffnung sowie einen Isolierfilm aufweist. Die Verdrahtungsschicht ist an einer Vorderseite einer Siliziumschicht vorgesehen und hat vier Verbindungselemente. Ein metallischer Abschirmfilm erstreckt sich durch die Verdrahtungsschicht und ist direkt mit einem der Verbindungselemente verbunden. Es ist ferner sind ein Passivierungsfilm und ein Mikrolinsenfilm vorgesehen, die auf dem Abschirmfillm gebildet sind und nur den Boden des Abschirmfilms teilweise freilassen.
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US 2007/0215971 A1 zeigt einen Halbleiter-Bildsensor mit mindestens einer Siliziumschicht, in der ein Lichtaufnahmeabschnitt gebildet ist, wobei eine Verbindungsschicht auf der Oberfläche der Siliziumschicht gebildet ist, und wobei eine Linse auf der Rückseite der Siliziumschicht gebildet ist. Ferner ist eine Kontaktschicht in der Siliziumschicht gebildet und eine Elektrodenschicht ist auf der Kontaktschicht und der Siliziumschicht gebildet.
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US 7615808 B2 zeigt eine hinterseitenbeleuchtete Bildgebungsstruktur mit einer Basis, einer dielektrischen Zwischenschicht, einer Siliziumschicht, und einer darauf vorgesehenen Passivierungsschicht. Fotodioden und MOS-Gates sind zwischen der dielektrischen Zwischenschicht und der Siliziumschicht angeordnet. Ferner sind eine Vielzahl von Reflektorschichten in der dielektrischen Zwischenschicht vorgesehen. An den Seiten des Wafers sind Metallflächen vorgesehen, die über ein Verbindungsmetall mit der dielektrischen Zwischenschicht verbunden sind.
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US 6872584 B2 zeigt ein Verfahren zur Herstellung eines Halbleiter-Bildsensors, bei dem eine Metallverbindung in einer planarisierenden Schicht gebildet ist.
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Die Erfindung wird im Folgenden beispielsweise anhand der Zeichnung näher erläutert.
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1 ist ein Flussdiagramm zur Veranschaulichung eines Verfahrens zum Ausbilden einer Halbleitervorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung.
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2 bis 7 zeigen schematische Schnittansichten einer Ausführungsform einer Halbleitervorrichtung zu unterschiedlichen Herstellungsschritten gemäß des in 1 gezeigten Verfahrens.
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Die folgende Beschreibung zeigt viele verschiedene Ausführungsbeispiele für die Implementierung verschiedener Merkmale der Erfindung. Beispielsweise kann die Ausbildung einer ersten Struktur über oder auf einer zweiten Struktur in der folgenden Beschreibung Ausführungsformen umfassen, in denen die erste und die zweite Struktur mit einem direkten Kontakt ausgebildet werden. Ferner können auch weitere Strukturen zwischen der ersten und zweiten Struktur ausgebildet sein, so dass die erste und zweite Struktur nicht miteinander in direktem Kontakt stehen.
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Beispiele von Vorrichtungen, die eine oder mehrere Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung vorteilhaft nutzen können, sind Halbleitervorrichtungen mit Bildsensoren. Eine solche Vorrichtung ist beispielsweise eine rückseitig belichtete (backside illuminated, BSI) Bildsensorvorrichtung.
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Unter Bezugnahme auf 1 ist ein Verfahren 100 zur Herstellung einer Halbleitervorrichtung gemäß verschiedenen Merkmalen der vorliegenden Erfindung beschrieben. Das Verfahren 100 beginnt mit einem Schritt 102, in dem ein Vorrichtungssubstrat mit einer Vorderseite und einer Rückseite bereitgestellt wird. Das Verfahren 100 wird mit einem Schritt 104 fortgesetzt, in dem Sensoren im Vorrichtungssubstrat ausgebildet werden. Ebenfalls im Schritt 104 werden eine Verbindungsstruktur mit einer Anzahl n an Metallschichten, und eine Passivierungsschicht auf dem Vorrichtungssubstrat ausgebildet. Dabei ist die n-te Metallschicht die oberste Metallschicht. Das Verfahren 100 wird mit einem Schritt 106 fortgesetzt, in welchem ein Trägersubstrat bereitgestellt und mit der Vorderseite des Vorrichtungssubstrats verbunden wird. Das Verfahren 100 wird mit einem Schritt 108 fortgesetzt, in welchem eine Pufferschicht, die transparent sein kann, auf der Rückseite des Vorrichtungssubstrats ausgebildet wird. Das Verfahren 100 wird mit einem Schritt 110 fortgesetzt, in welchem eine Öffnung in einem Bonding-Bereich ausgebildet wird, wobei sich die Öffnung durch die Pufferschicht und die Verbindungsstruktur erstreckt, so dass die Öffnung die n-te Metallschicht der Verbindungsstruktur erreicht und diese freilegt. Das Verfahren 100 wird mit einem Schritt 112 fortgesetzt, in welchem eine Bonding-Fläche (oder Pad) in der Öffnung im Bonding-Bereich ausgebildet wird. Eine Abschirmstruktur in einem Abschirmungsbereich wird über der Pufferschicht ausgebildet, so dass die Bonding-Fläche die Öffnung teilweise ausfüllt und eine Verbindung mit der n-ten Metallschicht der Verbindungsstruktur herstellt. Das Verfahren 100 wird mit einem Schritt 114 fortgesetzt, in welchem eine Passivierungsschicht über der Pufferschicht, über der Bonding-Fläche in dem Bonding-Bereich und über der Abschirmungsstruktur in dem Abschirmungsbereich ausgebildet wird. Das Verfahren 100 wird mit einem Schritt 116 fortgesetzt, in welchem mittels eines Ätzprozesses die Passivierungsschicht im Bonding-Bereich und im strahlungsempfindlichen Bereich entfernt wird. Zusätzliche Schritte können bevor, während oder im Anschluss an das Verfahren 100 ausgeführt werden, und manche der beschriebenen Schritte können bei anderen Ausführungsformen des Verfahrens ausgetauscht oder weggelassen werden. Im Folgenden werden verschiedene Ausführungsformen einer Halbleitervorrichtung gezeigt, die mit dem Verfahren 100 gemäß 1 hergestellt werden können.
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2 bis 7 sind schematische Schnittansichten einer Ausführungsform einer Halbleitervorrichtung, die eine rückseitig beleuchtete (BSI-)Bildsensorenvorrichtung 200 in verschiedenen Stadien der Herstellung zeigen. Die Bildsensorvorrichtung 200 beinhaltet Pixel (Sensoren) für das Erfassen und Aufzeichnen einer Strahlungsintensität (wie Licht), die auf eine Rückseite der Bildsensorvorrichtung 200 gerichtet ist. Die Bildsensorvorrichtung 200 kann eine ladungsgekoppelte Vorrichtung (CCD), einen komplementären Metalloxid Halbleiter (CMOS) Bildsensor (CIS), einen aktiven Pixelsensor (APS), oder einen passiven Pixelsensor beinhalten. Die Bildsensorvorrichtung 200 umfasst weiterhin zusätzliche Schaltkreise und Eingänge/Ausgänge, die benachbart zu den Sensoren angeordnet sind, um eine Betriebsumgebung für die Sensoren bereitzustellen, und um eine externe Kommunikation mit den Sensoren zu unterstützen. Die 2 bis 7 zeigen vereinfachte Darstellungen der Erfindung, die dem besseren Verständnis des innovativen Konzeptes der vorliegenden Erfindung dienen, und nicht maßstabsgetreu sind.
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Gemäß 2 umfasst die BSI Bildsensorvorrichtung 200 ein Vorrichtungssubstrat 210. Das Vorrichtungssubstrat 210 weist eine Vorderseite 212 und eine Rückseite 214 auf. In der vorliegenden Erfindung ist das Vorrichtungssubstrat 210 ein Siliziumsubstrat, das mit einer p-Typ Dotierungssubstanz wie zum Beispiel Bor dotiert wurde (ein p-Typ Substrat). Alternativ kann das Vorrichtungssubstrat 210 ein anderes geeignetes Halbleitermaterial sein. Zum Beispiel kann das Vorrichtungssubstrat 210 ein Siliziumsubstrat sein, das mit einem n-Typ Dotierungssubstanz dotiert wurde, so wie Phosphor oder Arsen (ein n-Typ Substrat). Das Vorrichtungssubstrat 210 kann andere elementare Verbindungen, wie Germanium oder Diamant umfassen. Das Vorrichtungssubstrat 210 kann optional einen Verbundhalbleiter und/oder einen Legierungshalbleiter umfassen. Weiterhin kann das Vorrichtungssubstrat 210 eine epitaxiale Schicht (epi Schicht) aufweisen, für eine Leistungssteigerung gespannt sein und eine Silizium-auf-Isolator(SOI)-Struktur umfassen.
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Das Vorrichtungssubstrat 210 umfasst einen Bonding-Bereich 216, einen Abschirmungsbereich 217 und einen strahlungsempfindlichen Bereich 218. Die gestrichelten Linien in 2 geben eine ungefähre Grenze zwischen diesen Bereichen wieder. Der strahlungsempfindliche Bereich 218 ist ein Bereich des Vorrichtungssubstrats 210, in dem strahlungsempfindliche Vorrichtungen ausgebildet werden. Der strahlungsempfindliche Bereich 218 umfasst beispielsweise einen Sensor 220. Der Sensor 220 kann Strahlung erfassen, wie zum Beispiel ein einfallendes Licht (im Nachfolgenden mit Licht bezeichnet), das auf die Rückseite 214 des Vorrichtungssubstrats 210 projiziert wird. In der vorliegenden Ausführungsform umfasst der Sensor 220 eine Fotodiode. In anderen Ausführungsformen kann der Sensor 220 Festschichtfotodioden (pinned layer photodiodes), Fotogates, Rückstelltransistoren, Sourcefolger-Transistoren oder Transfertransistoren umfassen. Weiterhin kann ein Sensor 220 vom anderen verschieden sein, um unterschiedliche Übergangstiefen, Dicken und so weiter aufzuweisen. Der Einfachheit halber ist nur ein Sensor 220 in 2 dargestellt, aber es kann auch jede andere Anzahl von Sensoren auf dem Vorrichtungssubstrat 210 vorgesehen werden. Wenn mehr als ein Sensor vorgesehen ist, umfasst der strahlungsempfindliche Bereich Isolationsstrukturen, die eine elektrische und optische Isolation zwischen benachbarten Sensoren bereitstellen.
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Der Abschirmungsbereich 217 ist ein Bereich, in dem eine oder mehre Abschirmungsstrukturen der BSI Bildsensorvorrichtung 200 in einem späteren Bearbeitungsstadium ausgebildet werden. Der Bonding-Bereich 216 ist ein Bereich, in dem eine oder mehrere Bonding-Flächen der BSI Bildsensorvorrichtung 200 in einen späteren Bearbeitungsstadium ausgebildet werden, so dass elektrische Verbindungen zwischen der BSI Bildsensorvorrichtung 200 und externen Vorrichtungen hergestellt werden können. Die Bereiche 216, 217 und 218 erstrecken sich senkrecht über und unter dem Vorrichtungssubstrat 210.
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Gemäß 2 ist eine flache Grabenisolations(STI)-Schicht 222 über der Vorderseite 212 der BSI Bildsensorvorrichtung 200 ausgebildet. Die STI Schicht 222 kann ein geeignetes dielektrisches Material umfassen. Zum Beispiel kann die STI Schicht 222 Siliziumoxid umfassen. Die STI Schicht 222 kann durch einen Prozess ausgebildet werden, wie zum Beispiel chemischer Gasphasenabscheidung (CVD), chemische Gasphasenabscheidung unter Verwendung eines hochdichten Plasmas (HDPCVD), plasmaverstärkte chemische Gasphasenabscheidung (PECVD), Atomlagenabscheidung (ALD), physikalische Gasphasenabscheidung (PVD), einer Kombination davon, oder durch andere geeignete Prozesse. Eine Verbindungsstruktur 230 ist über der Vorderseite 212 des Vorrichtungssubstrats 210 ausgebildet. Die Verbindungsstruktur 230 umfasst mehrere strukturierte Dielektrikumsschichten und mehrere leitende Schichten, die eine Verbindung zwischen den unterschiedlich dotierten Strukturen, Schaltkreisen und Ein- und Ausgängen der Bildsensorvorrichtung 200 bereitstellen. Die mehreren leitenden Schichten tragen Nummern von 1 bis n, wobei die n-te leitende Schicht die oberste Schicht darstellt. In der vorliegenden Ausführungsform umfasst die Verbindungsstruktur 230 eine Zwischenschichtdielektrikums-(ILD)-Schicht 232 und mehrere Zwischenmetall-Dielektrikums-(IMD)-Schichten 234, 236, 238 und 240. Die ILD Schicht 232 und die mehreren Zwischenmetall-Dielektrikums-(IMD)-Schichten 234, 236, 238 und 240 können ein geeignetes dielektrisches Material umfassen. Zum Beispiel umfassen die ILD Schicht 232 und die mehreren Zwischenmetall-Dielektrikums-(IMD)-Schichten 234, 236, 238 und 240 in der vorliegenden Ausführungsform ein Material mit kleiner dielektrischer Konstante (niedrig-k), wobei das Material eine kleinere dielektrische Konstante als thermisches Siliziumoxid aufweist. In anderen Ausführungsformen umfasst die ILD Schicht 232 und die mehreren Intermetall-Dielektrikums-(IMD)Schichten 234, 236, 238 und 240 ein dielektrisches Material. Das dielektrische Material kann durch CVD, HDPCVD, PECVD, ALD, PVD oder einer Kombination davon oder anderen geeigneten Prozessen ausgebildet sein.
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Jede der IMD Schichten 234, 236, 238 und 230 umfasst Kontakte, Vias, Durchgangskontakte und jeweils eine Metallschicht 242, 244, 246 und 248. Zum Zwecke der Veranschaulichung sind nur vier IMD Schichten in 2 dargestellt, es ist allerdings zu verstehen, dass jede Anzahl (Anzahl n) von IMD Schichten ausgebildet sein kann und dass die dargestellten IMD Schichten lediglich ein Beispiel sind, und dass sich die tatsächliche Positionierung und Konfiguration der Metallschichten und Vias/Kontakte abhängig von den Designanforderungen ändern können.
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Die Verbindungsstruktur 230 kann leitende Materialien wie Aluminium, Aluminium/Silizium/Kupfer-Legierung, Titan, Titannitrid, Wolfram, Polysilizium, Metallsilizid oder eine Kombination davon umfassen und wird im Folgenden als Aluminiumverbindung bezeichnet. Aluminiumverbindungen können durch einen Prozess gebildet sein, der CVD, HDPCVD, PECVD, ALD, PVD eine Kombination davon oder andere geeignete Prozesse umfasst. Andere Herstellungstechniken um die Aluminiumverbindung auszubilden können fotolithographische Prozesse und Ätzen umfassen, um die leitenden Materialien für vertikale Kontakte (zum Beispiel Vias/Kontakte/Durchgangskontakte) und horizontale Verbindungen (zum Beispiel Metallschichten) zu strukturieren. Alternativ kann eine Kupfervielfachschichtverbindung verwendet werden um die Metallmuster auszubilden. Die Kupferverbindungsstruktur kann Kupfer, Kupferlegierung, Titan, Titannitrid, Tantal, Tantalnitrid, Wolfram, Polysilizium, Metallsilizid oder eine Kombination davon umfassen. Die Kupferverbindungsstruktur kann durch eine Technik ausgebildet sein, wie CVD, Sputtern, Beschichten, Plattieren oder andere geeignete Prozesse.
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Gemäß 2 ist bei der vorliegenden Erfindung eine Passivierungsschicht 250 über der Verbindungsstruktur 230 ausgebildet und steht in direktem Kontakt mit der n-ten Metallschicht 248. Die Passivierungsschicht 250 kann jedes geeignete dielektrische Material umfassen. In der vorliegenden Ausführungsform umfasst die Passivierungsschicht 250 Siliziumoxid oder Siliziumnitrid. Die Passivierungsschicht 250 kann durch CVD, HDPCVD, PECVD, ALD, PVD einer Kombination davon oder anderen geeigneten Prozessen ausgebildet werden. Die Passivierungsschicht 250 wird durch einen chemisch-mechanischen Polierungsprozess (CMP) geebnet, um eine glatte Oberfläche auszubilden.
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Gemäß 3 ist ein Trägersubstrat 230 mit dem Vorrichtungssubstrat 210 über die Passivierungsschicht 250 verbunden, so dass die Bearbeitung der Rückseite 214 des Trägersubstrats 210 ausgeführt werden kann. Das Trägersubstrat 260 ist in der vorliegenden Ausführungsform ähnlich dem Vorrichtungssubstrat 210 und umfasst ein Siliziummaterial. Alternativ kann das Trägersubstrat 260 ein Glassubstrat oder ein anderes geeignetes Material umfassen. Das Trägersubstrat 260 kann mit dem Vorrichtungssubstrat 210 durch molekulare Kräfte – eine Technik die als direktes Bonden oder optisches Fusionsbonden bekannt ist – oder durch andere bekannte Bondtechniken, wie Metalldiffusions- oder anodisches Bonden verbunden sein. Die Passivierungsschicht 250 stellt eine elektrische Isolation zwischen dem Vorrichtungssubstrat 210 und dem Trägersubstrat 260 bereit. Das Trägersubstrat 260 bietet Schutz für die verschiedenen Strukturen, die auf der Vorderseite 212 des Vorrichtungssubstrats 210 ausgebildet sind, wie zum Beispiel der Sensor 220. Das Trägersubstrat 260 bietet auch mechanische Steifigkeit und Unterstützung für die Bearbeitung der Rückseite 214 des Vorrichtungssubstrats 210.
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Nach dem Verbinden können das Vorrichtungssubstrat 210 und das Trägersubstrat 216 optional ausgeheizt werden, um die Verbindungsstärke zu erhöhen. Ein Verdünnungsprozess wird ausgeführt, um das Vorrichtungssubstrat 210 von der Rückseite 214 her zu verdünnen. Der Verdünnungsprozess kann einen mechanischen Schleifprozess oder einen chemischen Verdünnungsprozess umfassen. Eine substantielle Menge des Substratmaterials kann zuerst von dem Vorrichtungssubstrat 220 während des mechanischen Abschleifprozesses entfernt werden. Danach kann im chemischen Verdünnungsprozess eine Ätzchemikalie auf die Rückseite 214 des Vorrichtungssubstrats angewendet werden um das Vorrichtungssubstrat weiter bis zu einer Dicke 262 zu verdünnen. Die Vorrichtungssubstratdicke 262 liegt in dem Bereich von ungefähr 1 Mikrometer bis ungefähr 6 Mikrometer. In der vorliegenden Ausführungsform beträgt die Dicke 262 ungefähr 2 Mikrometer. Es ist auch zu verstehen, dass die spezielle in der vorliegenden Erfindung offenbarte Dicke lediglich als ein Beispiel dient und dass andere Dicken abhängig von der Art der Anwendung und den Designerfordernissen der Bildsensorvorrichtung 200 verwendet werden können.
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Gemäß 3 wird ferner eine Antireflexbeschichtungs-(ARC)-Schicht 233 über der Rückseite 214 des Vorrichtungssubstrats 210 ausgebildet.
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Die 4 veranschaulicht das Entfernen von Material der Pufferschicht 264 und aus Bereichen des Vorrichtungssubstrats 210 im Bonding-Bereich 216 wie es einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung entspricht. Ein fotolithographischer Prozess kann auf der ARC-Schicht 263 und dem darunterliegenden Vorrichtungssubstrat 210 in dem Bonding-Bereich 216 durchgeführt werden. Der fotolithographische Prozess nutzt die STI Schicht 222 als eine Ätzstoppschicht. Der fotolithographische Prozess umfasst das Ausbilden einer Fotolackschicht auf der ARC Schicht 263 und das Durchführen mehrerer Masken-, Belichtungs-, Erwärmungs- und Spülschritte, um eine strukturierte Fotolackmaske auszubilden. Die strukturierte Fotolackmaske schützt Teile der ARC-Schicht 263 und des darunterliegenden Vorrichtungssubstrats 210 in einem anderen Ätzprozess, um Material von der ARC-Schicht 263 und dem Vorrichtungssubstrat 210 zu entfernen. Es ist zu verstehen, dass die Fotolackmaske nach dem Entfernen des Materials ebenfalls entfernt (also abgestreift) wird.
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Gemäß 4 wird eine Pufferschicht 264 über der Rückseite 214 des Vorrichtungssubstrats 210 und der STI Schicht 222 ausgebildet. Die Pufferschicht 264 kann transparent sein. Die Pufferschicht 264 kann jedes geeignete dielektrische Material umfassen. In der vorliegenden Ausführungsform umfasst die Pufferschicht 264 Siliziumoxid oder Siliziumnitrid. In der vorliegenden Ausführungsform ist die Pufferschicht 246 durch einen Prozesses wie CVD, PVD, HDPCVD, PECVD, ALD, einer Kombination davon, einen Heizofen (thermisches Oxid) oder einer anderen geeigneten Technik ausgebildet. In der vorliegenden Ausführungsform hat die Pufferschicht 244 eine Dicke, die in dem Bereich von ungefähr 0,1 Mikrometer bis ungefähr 1 Mikrometer liegt. In anderen Ausführungsformen kann die Pufferschicht 264 einen anderen geeigneten Wert für die Dicke aufweisen. Die Pufferschicht 264 wird dann in dem Bonding-Bereich 216 strukturiert.
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Gemäß 5 wird eine Öffnung (oder Aussparung) 270 im Bonding-Bereich 216 des Vorrichtungssubstrats 210 ausgebildet. Die Öffnung 270 erstreckt sich durch die Pufferschicht 264 und die Verbindungsstruktur 230, so dass ein Teil der obersten Metallschicht 248 (also der n-ten Metallschicht) der Verbindungsstruktur 230 im Bonding-Bereich 216 von der Rückseite 214 her freigelegt wird. Die Öffnung 270 ist durch einen gängigen Ätzprozess, wie zum Beispiel einem Trockenätz- oder Nassätzprozess ausgebildet. Die Öffnung 270 hat eine Breite 272. In der vorliegenden Ausführungsform ist die Öffnung 270 durch einen Trockenätzprozess ausgebildet und weist eine Breite 272 im Bereich von ungefähr 5 Mikrometer bis ungefähr 100 Mikrometer auf. Es ist zu verstehen, dass die Tiefe der Öffnung 270 von der Gesamtzahl der Metallschichten der Verbindungsstruktur 230 abhängt und sich entsprechend ändert.
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Gemäß 6 ist eine Bonding-Fläche 274 über der obersten Metallschicht 278 ausgebildet und füllt teilweise die Öffnung 270 im Bonding-Bereich 216 aus. Im Abschirmungsbereich 217 ist eine Abschirmungsstruktur 276 auf der Pufferschicht 264 ausgebildet. Die Bonding-Fläche 274 und die Abschirmungsstruktur 276 können durch denselben Prozess ausgebildet sein. Wie auch in 6 dargestellt kann die Bonding-Fläche 274 eine Dicke 278 aufweisen, die im Wesentlichen ähnlich zu der Dicke 280 der Abschirmungsstruktur 276 ist. Die Bonding-Flächen-Dicke 278 und die Abschirmungsstrukturdicke 280 können in dem Bereich von ungefähr 500 Angstrom (50 nm) bis ungefähr 10000 Angstrom (1000 nm) liegen. In der vorliegenden Ausführungsform beträgt die Bonding-Flächen-Dicke 278 und die Abschirmungsstrukturdicke 248 ungefähr 1000 Angstrom (100 nm). Die Bonding-Fläche 274 und die Abschirmungsstruktur 276 umfassen ein Metallmaterial, wie Aluminium, Kupfer, Aluminium-Kupfer, Titan, Tantal, Titannitrid, Tantalnitrid, Wolfram, oder eine Legierung davon, und sind durch eine gängige Technik wie zum Beispiel CVD, PVD, ALD, Kombinationen davon oder anderen geeigneten Techniken geformt. Wie in 6 gezeigt tritt die Bonding-Fläche 274 in der Öffnung 270 in Kontakt mit der obersten Metallschicht 278. Folglich können durch die Bonding-Fläche 274 elektrische Verbindungen zwischen der Bildsensorvorrichtung 200 und von der Bildsensorvorrichtung 200 externen Vorrichtung hergestellt werden. Der Einfachheit halber sind nur vier Metallschichten (242, 244, 246 und 248) dargestellt, aber es kann auch jede andere Anzahl (Anzahl n) an Metallschichten in der Verbindungsstruktur 230 ausgebildet sein kann. Die STI Schicht 222 und die Pufferschicht 264 isolieren die Bonding-Fläche 274 von dem Vorrichtungssubstrat 210.
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Ein Vorteil des Ausbildens der Bonding-Fläche 274 über der obersten Metallschicht 248 gemäß vorliegenden Ausführungsform besteht darin, dass die oberste Metallschicht 248 von der Passivierungsschicht 250 gestützt ist, die hart ist (im Vergleich zu einem niedrig-k dielektrischen Material) und gute Adhäsionskräfte bietet (im Vergleich zu einem niedrig-k dielektrischen Material) und dadurch das Brechen und Abschälen der Bonding-Fläche verhindert. Wenn während anschließender Tests (z. B. Kugelauslenkungstest) oder während einem anschließenden Bonding-Prozess Druck auf die Bonding-Fläche 274 ausgeübt wird, wird die Passivierungsschicht 250 nicht nachgeben und somit nicht erlauben, dass die Bonding-Fläche 274 reißt oder bricht und sich anschließend ablöst. Somit ist bei der vorliegenden Ausführungsform Gefahr eines Reißens oder Brechens und Ablösens der Bonding-Fläche 274 herabgesetzt oder komplett beseitigt.
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Gemäß 6 ist eine Passivierungsschicht 282 auf der Rückseite 214 des Vorrichtungssubstrats 210 ausgebildet und füllt auch teilweise die Öffnung 270 aus. Die Passivierungsschicht 282 kann eine oder mehrere Pufferschichten umfassen. Die Passivierungsschicht 282 kann jedes geeignete dielektrische Material umfassen. In der vorliegenden Ausführungsform umfasst die Passivierungsschicht 282 Siliziumoxid oder Siliziumnitrid. Die Passivierungsschicht 282 kann durch einen Prozess wie CVD, PVD, HDPCVD, PECVD, ALD, Kombinationen davon, einen Heizofen (thermisches Oxid) oder anderen geeigneten Techniken gebildet sein.
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Unter Bezugnahme auf 7 wird ein Bereich der Passivierungsschicht 282 im Bonding-Bereich 216 und im strahlungsempfindlichen Bereich 218 unter Verwendung eines geeigneten, gängigen Ätzprozesses, wie ein Nassätzprozess oder ein Trockenätzprozess geätzt. Bevorzugter Weise wird die Passivierungsschicht 282 so geätzt, dass die Passivierungsschicht 282 die Bonding-Fläche 274 und die Abschirmungsstruktur 276 überlappt.
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Obwohl dies nicht dargestellt ist, werden zusätzliche Verarbeitungsschritte durchgeführt, um die Herstellung der Bildsensorvorrichtung 200 abzuschließen. Zum Beispiel werden Farbfilter in dem strahlungsempfindlichen Bereich 218 ausgebildet. Die Farbfilter können so ausgerichtet sein, dass Licht auf sie und dadurch sie hindurch gerichtet ist. Die Farbfilter können ein auf Farbstoff basierendes (oder auf Pigmenten basierendes) Polymer oder Harz umfassen, um ein spezifisches Wellenlängenband des Lichtes herauszufiltern, welches einem Farbspektrum (z. B. rot, grün und blau) entspricht. Anschließend werden Mikrolinsen über dem Farbfilter ausgebildet, um Licht in Richtung eines bestimmten strahlungsempfindlichen Bereichs im Vorrichtungssubstrat 210, wie einem Sensor, zu leiten und zu fokussieren. Die Mikrolinsen können in verschiedenen Anordnungen positioniert sein und unterschiedliche Formen aufweisen, die von einem Brechungsindex des für die Mikrolinsen verwendeten Materials und dem Abstand zur Sensoroberfläche abhängen. Es ist auch zu verstehen, dass das Vorrichtungssubstrat 220 einem optionalen Laserausheizprozess ausgesetzt sein kann, bevor die Farbfilter oder die Mikrolinsen ausgebildet werden.
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Die dadurch bereitgestellte Halbleitervorrichtung umfasst ein Vorrichtungssubstrat mit einer Vorderseite und einer Rückseite. Die Halbleitervorrichtung umfasst weiterhin eine auf der Vorderseite des Vorrichtungssubstrats angeordnete Verbindungsstruktur, wobei die Verbindungsstruktur eine Anzahl n von Metallschichten aufweist. Die Halbleitervorrichtung umfasst auch eine auf der Rückseite des Vorrichtungssubstrats angeordnete Bonding-Fläche, wobei sich die Bonding-Fläche durch die Verbindungsstruktur erstreckt und direkt die n-te Metallschicht der Anzahl n an Metallschichten kontaktiert.
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Bei manchen Ausführungsformen umfasst die Halbleitervorrichtung weiterhin eine auf der Rückseite des Vorrichtungssubstrats angeordnete Abschirmungsstruktur und einen in dem Vorrichtungssubstrat angeordneten strahlungsempfindlichen Bereich, wobei der strahlungsempfindliche Bereich dazu dient, Strahlung zu erfassen, die in Richtung des strahlungsempfindlichen Bereichs von der Rückseite des Vorrichtungssubstrats projiziert wird. Bei manchen Ausführungsformen umfasst die Halbleitervorrichtung eine auf der Vorderseite des Vorrichtungssubstrats angeordnete erste Passivierungsschicht, wobei die erste Passivierungsschicht direkt die n-te Metallschicht der Anzahl n an Metallschichten kontaktiert; ein mit der ersten Passivierungsschicht verbundenes Trägersubstrat; und eine auf der Rückseite des Vorrichtungssubstrats angeordnete Pufferschicht. Bei weiteren Ausführungsformen umfasst die Halbleitervorrichtung eine auf der Rückseite des Vorrichtungssubstrats angeordnete zweite Passivierungsschicht. Bei verschiedenen Ausführungsformen umfasst die ersten Passivierungsschicht Materialien, die aus einer Gruppe bestehend aus Siliziumoxid oder Siliziumnitrid ausgewählt und durch einen PECVD Prozess ausgebildet werden. In manchen Ausführungsformen umfasst die Bonding-Fläche und die Abschirmungsstruktur Materialien, die aus einer Gruppe bestehend aus Aluminium, Kupfer, Aluminium-Kupfer, Titan, Tantal, Titannitrid, Tantalnitrid und Wolfram ausgewählt werden. In bestimmten Ausführungsformen weist die Abschirmungsstruktur auch eine Dicke auf, die im Wesentlichen ähnlich zu der Dicke der Bonding-Fläche ist.
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Eine alternative Ausführungsform der Halbleitervorrichtung wird auch bereitgestellt. Die Halbleitervorrichtung umfasst ein erstes Substrat mit einem Bonding-Bereich und einem Nicht-Bonding-Bereich und mit einer Vorderseite und einer Rückseite. Die Halbleitervorrichtung umfasst auch eine Verbindungsstruktur mit einer Vielzahl an Metallschichten, die auf der Vorderseite des ersten Substrats angeordnet sind. Die Halbleitervorrichtung umfasst weiterhin eine Öffnung auf der Rückseite des ersten Substrats, wobei die Öffnung in dem Bonding-Bereich ausgebildet ist und wobei die Öffnung sich durch das Vorrichtungssubstrat zur obersten Schicht der Vielzahl der Metallschichten der Verbindungsstruktur erstreckt. Weiterhin umfasst die Halbleitervorrichtung ein erstes leitendes Material, das teilweise die Öffnung auf der Rückseite des ersten Substrates in dem Bonding-Bereich ausfüllt, wobei das erste leitende Material in direktem Kontakt mit der obersten Metallschicht der Verbindungsstruktur steht.
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Bei manchen Ausführungsformen umfasst die Halbleitervorrichtung weiterhin ein auf der Rückseite des ersten Substrats angeordnetes zweites leitendes Material in dem Nicht-Bonding-Bereich, eine über der Rückseite des ersten Substrates angeordnete transparente Schicht und ein mit der Vorderseite des ersten Substrats verbundenes zweites Substrat. Bei bestimmten Ausführungsformen umfasst die Halbleitervorrichtung weiterhin eine auf der Vorderseite des ersten Substrats angeordnete Passivierungsschicht, wobei die Passivierungsschicht ein Material umfasst, das aus einer Gruppe bestehend aus Siliziumoxid und Siliziumnitrid ausgewählt wird und durch einen PECVD Prozess ausgebildet ist. Bei verschiedenen Ausführungsformen umfasst der Nicht-Bonding-Bereich einen strahlungsempfindlichen Bereich mit mindestens einem Bildsensor. Bei weiteren Ausführungsformen umfasst das erste und das zweite leitende Material ein aus einer Gruppe ausgewähltes Material, die aus Aluminium, Kupfer, Aluminium-Kupfer, Titan, Tantal, Titannitrid, Tantalnitrid und Wolfram besteht.
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Weiterhin wird ein Verfahren bereitgestellt. Das Verfahren umfasst das Bereitstellen eines Vorrichtungssubstrats mit einer Vorderseite und einer Rückseite. Das Verfahren umfasst weiterhin das Ausbilden einer Verbindungsstruktur mit der Anzahl n an Metallschichten auf der Vorderseite des Vorrichtungssubstrats. Das Verfahren umfasst weiterhin das Ausbilden einer Öffnung in der Rückseite des Vorrichtungssubstrats, die sich durch die Verbindungsstruktur erstreckt und die n-te Metallschicht der n Metallschichten freilegt. Das Verfahren umfasst auch das Ausbilden einer Bonding-Fläche in der Öffnung auf der Rückseite des Vorrichtungssubstrats, wobei die Bonding-Fläche direkt die freigelegte n-te Metallschicht der Anzahl n an Metallschichten kontaktiert.
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Bei manchen Ausführungsformen umfasst das Verfahren das Ausbilden einer ersten Passivierungsschicht auf der Vorderseite des Vorrichtungssubstrats, wobei die erste Passivierungsschicht direkt die n-te Metallschicht der n Metallschichten kontaktiert und das Ausbilden einer Pufferschicht auf der Rückseite des Vorrichtungssubstrats. Bei weiteren Ausführungsformen umfasst das Verfahren das Ausbilden einer Abschirmungsstruktur auf der Rückseite des Vorrichtungssubstrats, wobei die Abschirmungsstruktur über der Pufferschicht in einem Abschirmungsbereich ausgebildet ist.
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Bei bestimmten Ausführungsformen umfasst das Verfahren das Ausbilden eines Sensors auf der Vorderseite des Vorrichtungssubstrats, wobei der Sensor in einem strahlungsempfindlichen Bereich ausgebildet ist, und wobei der Sensor fähig ist Strahlung zu erfassen, die auf den strahlungsempfindlichen Bereich auf der Rückseite gerichtet ist. Bei verschiedenen Ausführungsformen umfasst das Verfahren vor dem Ausbilden der Pufferschicht weiterhin das Verbinden eines Trägersubstrats mit der Vorderseite des Vorrichtungssubstrats. Bei manchen Ausführungsformen umfasst die Ausbildung der ersten Passivierungsschicht einen PECVD Prozess. Bei weiteren Ausführungsformen wird das Ausbilden der Bonding-Fläche und das Ausbilden der Abschirmungsstruktur so ausgeführt, dass die Dicke von der Bonding-Fläche im Wesentlichen die gleiche ist wie die Dicke der Abschirmungsstruktur. Bei weiteren Ausführungsformen wird das Ausbilden der Öffnung in einem Bonding-Bereich ausgeführt, und wobei das Ausbilden der Öffnung so ausgeführt wird, dass die Öffnung sich senkrecht durch die Verbindungsstruktur erstreckt.
