DE102015105451B4 - Verfahren und Vorrichtung zum Ausbilden rückseitig beleuchteter Bildsensoren mit eingebetteten Farbfiltern - Google Patents

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    • H01L2224/48463—Connecting portions the connecting portion on the bonding area of the semiconductor or solid-state body being a ball bond

Abstract

Halbleiterbildsensor-Bauelement (30), das Folgendes umfasst:ein Substrat (32) mit einer ersten Seite (34) und einer zweiten Seite (36), die gegenüber der ersten Seite angeordnet ist;eine Interconnect-Struktur (65), die über der ersten Seite des Substrats angeordnet ist;mehrere Strahlungsabfühlregionen (40, 41, 42), die in dem Substrat angeordnet sind, wobei die Strahlungsabfühlregionen dafür konfiguriert sind, Strahlung abzufühlen, die in das Substrats von der zweiten Seite (36) her eindringt, wobei die Strahlungsabfühlregionen durch mehrere Spalte (45, 46, 47) getrennt sind; undmehrere Strahlungssperrstrukturen (180 - 182), die über der zweiten Seite (36) des Substrats (32) angeordnet sind, wobei jede der Strahlungssperrstrukturen auf einen jeweiligen der Spalte (45, 46, 47) ausgerichtet ist; und wobei:das Halbleiterbildsensor-Bauelement eine Pixelregion (52), eine Umfangsregion (54) und eine Bondinselregion (56) enthält;die Strahlungsabfühlregionen (40, 41, 42) in der Pixelregion angeordnet sind; unddas Halbleiterbildsensor-Bauelement des Weiteren eine leitfähige Kontaktinsel (150) enthält, die in der Bondinselregion (56) angeordnet ist; und wobei Halbleiterbildsensor-Bauelement ein dielektrisches Element (58) umfasst, das in einem Abschnitt der Umfangsregion (54) neben der Bondinselregion (56) angeordnet ist; und wobei eine Oberseite des dielektrischen Elements (58) näher bei der zweiten Seite (36) des Substrats (32) liegt als eine Oberseite der leitfähigen Kontaktinsel (150).

Description

  • HINTERGRUND
  • Halbleiterbildsensoren werden zum Abfühlen von Strahlung, wie zum Beispiel Licht, verwendet. Komplementäre-Metalloxidhalbleiter (CMOS)-Bildsensoren (CIS) und Ladungsgekoppelte-Bauelement (CCD)-Sensoren werden weithin in verschiedenen Anwendungen verwendet, wie zum Beispiel in digitalen Fotoapparaten oder Handykameras. Diese Bauelemente verwenden ein Array von Pixeln (die Photodioden und Transistoren enthalten können) in einem Substrat zum Absorbieren (d. h. Abfühlen) von Strahlung, die in Richtung des Substrats projiziert wird, und zum Umwandeln der abgefühlten Strahlung in elektrische Signale.
  • Ein rückseitig beleuchtetes (Back Side Illuminated, BSI) Bildsensor-Bauelement ist eine Art von Bildsensor-Bauelement. Diese BSI-Bildsensor-Bauelemente sind dafür ausgelegt, Licht von der Rückseite her zu detektieren. Im Vergleich zu vorderseitig beleuchteten (Front Side Illuminated, FSI) Bildsensor-Bauelementen haben BSI-Bildsensor-Bauelemente eine höhere Leistung, insbesondere unter schwachen Lichtverhältnissen. Jedoch können die traditionellen Verfahren zur Herstellung von BSI-Bildsensor-Bauelementen trotzdem zu bestimmten Nachteilen für BSI-Bildsensor-Bauelemente führen. Zum Beispiel wird bei der Fertigung von traditionellen BSI-Bildsensoren allgemein ein Farbefilterarray auf einer flachen Oberfläche über einem lichtsperrenden metallischen Gitternetz gebildet. Jedoch führt die Abscheidung des Farbefilterarrays über dem metallischen Gitternetz zu einem längeren optischen Pfad für das Licht, bevor es durch ein gewünschtes Pixel detektiert werden kann. Die Abscheidung des Farbefilterarrays über dem metallischen Gitternetz erfordert außerdem eine präzise Ausrichtung zwischen dem Farbfilterarray und dem metallischen Gitternetz, da jede Fehlausrichtung ein unerwünschtes Übersprechen zwischen benachbarten Pixeln verursachen kann.
  • Obwohl also die existierenden BSI-Bildsensor-Bauelemente allgemein für ihre beabsichtigten Zwecke ausreichend waren, haben sie sich nicht in jeder Hinsicht als völlig zufriedenstellend erwiesen.
  • Die US 2010/0244173 A1 betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Bildsensorvorrichtung, welches ein Bereitstellen eines Vorrichtungssubstrats mit einer Vorder- und einer Rückseite umfasst.
  • Die US 2008/022424181 A1 betrifft eine rückstrahlende Festkörper-Bildaufnahmevorrichtung, welche ein erstes Halbleitersubstrat und eine Vielzahl von photoelektrischen Umwandlungsvorrichtungen umfasst.
  • Die US 2012/0049306 A1 betrifft ein Festkörper-Bildelement, welches ein Halbleitersubstrat umfasst, das einen Lichtempfangsabschnitt aufweist, der eine photoelektrische Umwandlung eines einfallenden Lichts durchführt.
  • Die US 2012/0320242 A1 betrifft eine Festkörper-Bildaufnahmevorrichtung, welche Pixel umfasst, die jeweils ein photoelektrisches Umwandlungselement zum Umwandeln von einfallendem Licht in ein elektrisches Signal aufweisen und Farbfilter, die den Pixeln zugeordnet sind.
  • Die US 2012/0147208 A1 betrifft eine Festkörper-Bildaufnahmevorrichtung, welche eine lichtblockierende Schicht, die in einem aktiven Pixelbereich eines Pixelbereichs auf einer Lichteinfallsseite ausgebildet ist, umfasst.
  • Die US 2013/0249040 A1 betrifft eine Vorrichtung umfassend ein Halbleitersubstrat mit einer Vorderseite und einer Rückseite und einer lichtempfindlichen Vorrichtung, die auf der Vorderseite des Halbleitersubstrats angeordnet ist.
  • Figurenliste
  • Aspekte der vorliegenden Offenbarung werden am besten anhand der folgenden detaillierten Beschreibung verstanden, wenn sie in Verbindung mit den beiliegenden Figuren gelesen wird. Es wird darauf hingewiesen, dass gemäß der gängigen Praxis in der Industrie verschiedene Strukturelemente nicht maßstabsgetreu gezeichnet sind. Die Abmessungen veranschaulichter Strukturelemente können im Interesse der Übersichtlichkeit der Besprechung nach Bedarf vergrößert oder verkleinert werden.
    • Die 1-13 sind vereinfachte fragmentarische seitliche Querschnittsansichten eines Abschnitts eines Bildsensor-Bauelements auf verschiedenen Stufen der Fertigung gemäß einigen Ausführungsformen.
    • 14 ist ein Flussdiagramm, das ein Verfahren zur Herstellung eines Bildsensor-Bauelements gemäß einigen Ausführungsformen veranschaulicht.
  • DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
  • Die Erfindung ergibt sich aus den unabhängigen Ansprüchen. Die abhängigen Ansprüche betreffen entsprechende Weiterbildungen. Die folgende Offenbarung stellt viele verschiedene Ausführungsformen oder Beispiele zum Implementieren verschiedener Merkmale des hier vorgestellten Gegenstandes bereit. Im Folgenden werden konkrete Beispiele von Komponenten und Anordnungen beschrieben, um die vorliegende Offenbarung zu vereinfachen. Diese sind natürlich nur Beispiele und dienen nicht der Einschränkung. Zum Beispiel kann die Ausbildung eines ersten Strukturelements über oder auf einem zweiten Strukturelement in der folgenden Beschreibung Ausführungsformen enthalten, bei denen die ersten und die zweiten Strukturelemente in direktem Kontakt ausgebildet sind, und können auch Ausführungsformen enthalten, bei denen zusätzliche Strukturelemente zwischen den ersten und zweiten Strukturelementen ausgebildet sein können, so dass die ersten und die zweiten Strukturelemente nicht unbedingt in direktem Kontakt stehen. Darüber hinaus kann die vorliegende Offenbarung Bezugszahlen und/oder -buchstaben in den verschiedenen Beispielen wiederholen. Diese Wiederholung dient dem Zweck der Einfachheit und Klarheit und schafft nicht automatisch eine Beziehung zwischen den verschiedenen besprochenen Ausführungsformen und/oder Konfigurationen.
  • Des Weiteren können räumlich relative Begriffe, wie zum Beispiel „unterhalb“, „unter“, „unterer“, „oberhalb“, „oberer“ und dergleichen, im vorliegenden Text verwendet werden, um die Beschreibung zu vereinfachen, um die Beziehung eines Elements oder Strukturelements zu einem oder mehreren anderen Elementen oder Strukturelementen zu beschreiben, wie in den Figuren veranschaulicht. Die räumlich relativen Begriffe sollen neben der in den Figuren gezeigten Ausrichtung noch weitere Ausrichtungen der Vorrichtung während des Gebrauchs oder Betriebes umfassen. Die Vorrichtung kann auch anders ausgerichtet (90 Grad gedreht oder anders ausgerichtet) sein, und die im vorliegenden Text verwendeten räumlich relativen Deskriptoren können gleichermaßen entsprechend interpretiert werden.
  • 1-13 sind vereinfachte schaubildhafte fragmentarische seitliche Schnittansichten eines BSI-Bildsensor-Bauelements 30 auf verschiedenen Stufen der Fertigung gemäß Aspekten der vorliegenden Offenbarung. Das Bildsensor-Bauelement 30 enthält ein Array oder Gitternetz aus Pixeln zum Abfühlen und Aufzeichnen einer Intensität von Strahlung (wie zum Beispiel Licht), die auf eine Rückseite des Bildsensor-Bauelements 30 gerichtet wird. Das Bildsensor-Bauelement 30 kann ein ladungsgekoppeltes Bauelement (CCD), einen Komplementären-Metalloxidhalbleiter (CMOS)-Bildsensor (CIS), einen Aktiven-Pixel-Sensor (APS) oder einen Passiven-Pixel-Sensor enthalten. Das Bildsensor-Bauelement 30 enthält des Weiteren zusätzliche Schaltungen und Eingänge/Ausgänge, die neben dem Gitternetz aus Pixeln bereitgestellt werden, um eine Betriebsumgebung für die Pixel bereitzustellen und eine externe Kommunikation mit den Pixeln zu unterstützen. Es versteht sich, dass die 2 bis 6 für ein besseres Verständnis der erfindungsgemäßen Konzepte der vorliegenden Offenbarung vereinfacht wurden und nicht maßstabsgetreu gezeichnet sein müssen.
  • Wie in 1 dargestellt, enthält das Bildsensor-Bauelement 30 ein Bauelementsubstrat 32. In der veranschaulichten Ausführungsform enthält das Bauelementsubstrat 32 ein Siliziummaterial, das mit einem Dotanden vom p-Typ, wie zum Beispiel Bor, dotiert ist (zum Beispiel ein p-Typ-Substrat). Alternativ könnte das Bauelementsubstrat 32 ein anderes geeignetes Halbleitermaterial enthalten. Zum Beispiel kann das Bauelementsubstrat 32 Silizium enthalten, das mit einem Dotanden vom n-Typ, wie zum Beispiel Phosphor oder Arsen, dotiert ist (ein n-Typ-Substrat). Das Bauelementsubstrat 32 könnte auch andere elementare Halbleiter enthalten, wie zum Beispiel Germanium und Diamant. Das Bauelementsubstrat 32 könnte optional einen Verbundhalbleiter und/oder einen Legierungshalbleiter enthalten. Des Weiteren könnte das Bauelementsubstrat 32 eine epitaxiale Schicht (epi-Schicht) enthalten, kann unter Dehnspannung gesetzt werden, um die Leistung zu erhöhen, und kann eine Silizium-auf-Isolator (SOI)-Struktur enthalten.
  • Das Bauelementsubstrat 32 hat eine Vorderseite (auch als eine Vorderfläche bezeichnet) 34 und eine Rückseite (auch als eine Rückfläche bezeichnet) 36. Das Bauelementsubstrat 32 hat außerdem eine anfängliche Dicke 38, die im Bereich von etwa 100 um bis etwa 3000 um liegt. In der vorliegenden Ausführungsform liegt die anfängliche Dicke 38 in einem Bereich von etwa 500 um bis etwa 1000 pm.
  • Strahlungsabfühlregionen - zum Beispiel Pixel 40, 41 und 42 - sind in dem Bauelementsubstrat 32 ausgebildet. Die Pixel 40-42 sind dafür konfiguriert, Strahlung (oder Strahlungswellen), wie zum Beispiel ein auftreffendes Licht 43, abzufühlen, die in Richtung des Bauelementsubstrats 32 durch die Rückseite 36 hindurch projiziert wird. Das Licht 43 würde in das Bauelementsubstrat 32 durch die Rückseite 36 (oder die Rückfläche) hindurch eintreten und durch eines oder mehrere der Pixel 40-42 detektiert werden. Die Pixel 40-42 enthalten in der vorliegenden Ausführungsform jeweils eine Photodiode. In weiteren Ausführungsformen können die Pixel 40-42 Pinned-Layer-Photodioden, Photogatter, Rücksetzungstransistoren, Source-Follower-Transistoren und Transfertransistoren enthalten. Die Pixel 40-42 können auch als Strahlungsdetektionsbauelemente oder Lichtsensoren bezeichnet werden.
  • Die Pixel 40-42 können voneinander verschieden ausgelegt werden, so dass sie verschiedene Grenzschichttiefen, -dicken, - breiten und so weiter haben. Im Interesse der Einfachheit sind nur drei Pixel 40-42 in 1 veranschaulicht, aber versteht es sich, dass jede beliebige Anzahl von Pixeln in dem Bauelementsubstrat 32 implementiert werden kann. In der gezeigten Ausführungsform werden die Pixel 40-42 durch Ausführen eines Implantierungsprozesses 46 an dem Bauelementsubstrat 32 von der Vorderseite 34 her ausgebildet. Der Implantierungsprozess 46 enthält das Dotieren des Bauelementsubstrats 32 mit einem Dotanden vom p-Typ, wie zum Beispiel Bor. In einer alternativen Ausführungsform kann der Implantierungsprozess 46 ein Dotieren des Bauelementsubstrats 32 mit einem Dotanden vom n-Typ enthalten, wie zum Beispiel Phosphor oder Arsen. In weiteren Ausführungsformen können die Pixel 40-42 auch durch einen Diffusionsprozess ausgebildet werden.
  • Die Pixel 40-42 sind voneinander durch mehrere Spalten in dem Bauelementsubstrat 32 getrennt. Zum Beispiel trennt ein Spalt 45 das Pixel 40 von einem benachbarten Pixel zu seiner linken (nicht veranschaulicht), ein Spalt 46 trennt die Pixel 40-41, und ein Spalt 47 trennt die Pixel 41-42. Natürlich versteht es sich, dass die Spalte 45-47 keine Leerstellen oder offene Räume in dem Bauelementsubstrat 32 sind, sondern sie sind Regionen des Bauelementsubstrats 32, die zwischen den benachbarten Pixeln 40-42 angeordnet sind.
  • Wir bleiben bei 1. Die Pixel 40-42 sind in einer Region des Bildsensor-Bauelements 30 ausgebildet, die als eine Pixelregion 52 (oder eine Pixel-Array-Region) bezeichnet wird. Zusätzlich zu der Pixelregion 52 kann der Bildsensor 30 noch eine Umfangsregion 54 und eine Bondinselregion 56 enthalten. Die Strichlinien in 1 bezeichnen die ungefähren Grenzen zwischen den Regionen 52, 54 und 56, obgleich es sich versteht, dass diese Regionen 52, 54 und 56 im vorliegenden Text nicht maßstabsgetreu gezeichnet sind und sich vertikal über und unter dem Bauelementsubstrat 32 erstrecken können.
  • Die Umfangsregion 54 enthält Bauelemente 60 und 61, die optisch dunkel gehalten werden müssen. Zum Beispiel kann das Bauelement 60 in der vorliegenden Ausführungsform ein digitales Bauelement sein, wie zum Beispiel ein Application-Specific Integrated Circuit (ASIC)-Bauelement oder ein System-on-Chip (SOC)-Bauelement. Das Bauelement 61 kann ein Referenzpixel sein, das dafür verwendet wird, eine Ausgangsbasis einer Intensität von Licht für das Bildsensor-Bauelement 30 herzustellen.
  • Die Bondinselregion 56 enthält eine Region, wo eine oder mehrere Bondinseln (im vorliegenden Text nicht veranschaulicht) des Bildsensor-Bauelements 30 auf einer späteren Verarbeitungsstufe ausgebildet werden, so dass elektrische Verbindungen zwischen dem Bildsensor-Bauelement 30 und externen Vorrichtungen hergestellt werden können. Unter anderem kann die Bondinselregion 56 eine Isolierstruktur enthalten, wie zum Beispiel eine Shallow Trench Isolation (STI) 58. Die STI 58 erstreckt sich teilweise in die Umfangsregion 54 hinein. Eine Funktion der STI 58 ist, dass sie hilft, das Silizium des Bauelementsubstrats 32 von einer leitfähigen Kontaktinsel zu isolieren, die in der Bondinselregion 56 auszubilden ist, was unten genauer gesagt besprochen wird.
  • Obgleich im vorliegenden Text aus Gründen der Einfachheit nicht veranschaulicht, versteht es sich, dass der Bildsensor 30 außerdem eine Skribierlinienregion enthalten kann. Die Skribierlinienregion enthält eine Region, die einen Halbleiterchip (zum Beispiel einen Halbleiterchip, der die Bondinselregion 56, die Umfangsregion 54 und die Pixelregion 52 enthält) von einem benachbarten Halbleiterchip (nicht veranschaulicht) trennt. Die Skribierlinienregion wird in einem späteren Fertigungsprozess an dieser Stelle durchtrennt, um benachbarte Chips zu trennen, bevor die Chips verpackt und als Integrierte-Schaltkreis-Chips verkauft werden. Die Skribierlinienregion wird in einer solchen Weise zertrennt, dass die Halbleiterbauelemente in jedem Chip nicht beschädigt werden.
  • Wir wenden uns nun 2 zu. Eine Interconnect-Struktur 65 wird über der Vorderseite 34 des Bauelementsubstrats 32 ausgebildet. Die Interconnect-Struktur 65 enthält mehrere strukturierte Dielektrikumschichten und leitfähige Schichten, die Zwischenverbindungen (zum Beispiel Verdrahtung) zwischen den verschiedenen dotierten Strukturelementen, Schaltungen und dem Eingang/Ausgang des Bildsensor-Bauelements 30 bereitstellen. Die Interconnect-Struktur 65 enthält ein Interlayer-Dielektrikum (ILD) und eine Mehrschicht-Interconnect (MLI)-Struktur. Die MLI-Struktur enthält Kontakte, Durchkontakte und Metallleitungen. Zum Zweck der Illustration sind mehrere leitfähige Leitungen 66 und Durchkontakte/Kontakte 68 in 2 gezeigt, wobei es sich versteht, dass die leitfähigen Leitungen 66 und Durchkontakte/Kontakte 68 lediglich beispielhaft veranschaulicht sind und dass die tatsächliche Positionierung und Konfiguration der leitfähigen Leitungen 66 und Durchkontakte/Kontakte 68 in Abhängigkeit von den Designerfordernissen variieren kann.
  • Die MLI-Struktur kann leitfähiges Material enthalten, wie zum Beispiel Aluminium, Aluminium/Silizium/Kupferlegierung, Titan, Titannitrid, Wolfram, Polysilizium, Metallsilicid oder Kombinationen davon, die als Aluminium-Interconnects bezeichnet werden. Aluminium-Interconnects können durch einen Prozess wie zum Beispiel physisches Aufdampfen (PVD) (oder Sputtern), chemisches Aufdampfen (CVD), Atomschichtabscheidung (ALD) oder Kombinationen davon ausgebildet werden. Weitere Herstellungstechniken zum Ausbilden der Aluminium-Interconnects können Photolithografieverarbeitung und Ätzen enthalten, um das leitfähige Material für eine vertikale Verbindung (zum Beispiel Durchkontakte/Kontakte 68) und eine horizontale Verbindung (zum Beispiel leitfähige Leitungen 66) zu strukturieren. Alternativ kann ein Kupfer-Mehrschicht-Interconnect dafür verwendet werden, die metallischen Strukturen zu bilden. Die Kupfer-Interconnect-Struktur kann Kupfer, Kupferlegierung, Titan, Titannitrid, Tantal, Tantalnitrid, Wolfram, Polysilizium, Metallsilicid oder Kombinationen davon enthalten. Die Kupfer-Interconnect-Struktur kann eine Technik wie zum Beispiel CVD, Sputtern, Plattieren oder sonstige geeignete Prozesse ausgebildet werden durch.
  • Wir bleiben bei 2. Eine Pufferschicht 70 wird über der Vorderseite 34 der Interconnect-Struktur 80 ausgebildet. In der vorliegenden Ausführungsform enthält die Pufferschicht 70 ein dielektrisches Material, wie zum Beispiel Siliziumoxid. Alternativ kann die Pufferschicht 70 optional Siliziumnitrid enthalten. Die Pufferschicht 70 kann durch CVD, PVD oder sonstige geeignete Techniken ausgebildet werden. Die Pufferschicht 70 wird planarisiert, um ein glatte Oberfläche durch einen CMP-Prozess zu bilden.
  • Danach wird ein Trägersubstrat 80 durch die Pufferschicht 100 und die Interconnect-Struktur 65 an das Bauelementsubstrat 40 gebondet, damit eine Verarbeitung der Rückseite 36 des Bauelementsubstrats 32 ausgeführt werden kann. Das Trägersubstrat 80 in der vorliegenden Ausführungsform ähnelt dem Bauelementsubstrat 32 und enthält ein Siliziummaterial. Alternativ kann das Trägersubstrat 80 ein Glassubstrat oder ein anderes geeignetes Material enthalten. Das Trägersubstrat 80 kann durch molekulare Kräfte - eine Technik, die als Direktbondung oder optische Fusionsbondung bekannt ist - oder durch andere dem Fachmann bekannte Bondungstechniken, wie zum Beispiel Metalldiffusion oder anodische Bondung, an das Bauelementsubstrat 32 gebondet werden.
  • Unter anderem stellt die Pufferschicht 70 eine elektrische Isolierung zwischen dem Bauelementsubstrat 32 und dem Trägersubstrat 80 bereit. Das Trägersubstrat 80 schützt die verschiedenen Strukturelemente, die auf der Vorderseite 34 des Bauelementsubstrats 32 ausgebildet sind, wie zum Beispiel die darin ausgebildeten Pixel 40-42. Das Trägersubstrat 80 bietet außerdem mechanische Festigkeit und Stützung für die Verarbeitung der Rückseite 36 des Bauelementsubstrats 32, wie unten besprochen. Nach dem Bonden können das Bauelementsubstrat 32 und das Trägersubstrat 80 optional ausgeheilt werden, um die Bondung zu festigen.
  • Wir wenden uns nun 3 zu. Nachdem das Trägersubstrat 80 an das Bauelementsubstrat 32 gebondet wurde, kann ein Dünnungsprozess 100 ausgeführt werden, um das Bauelementsubstrat 32 von der Rückseite 36 her zu dünnen. Der Dünnungsprozess 100 kann einen mechanischen Schleifprozess und einen chemischen Dünnungsprozess enthalten. Zuerst kann während des mechanischen Schleifprozesses eine beträchtliche Menge an Substratmaterial von dem Bauelementsubstrat 32 entfernt werden. Anschließend kann der chemische Dünnungsprozess eine Ätzchemikalie auf die Rückseite 36 des Bauelementsubstrats 32 aufbringen, um das Bauelementsubstrat 32 weiter auf eine Dicke 110 zu dünnen, die in der Größenordnung weniger Mikrometer liegt. In einigen Ausführungsformen ist die Dicke 110 größer als etwa 1 um, aber kleiner als etwa 3 um. Es versteht sich des Weiteren, dass die in der vorliegenden Offenbarung offenbarten konkreten Dicken lediglich Beispiele sind und dass in Abhängigkeit von der Art der Anwendung und den Designanforderungen des Bildsensor-Bauelements 30 auch andere Dicken implementiert werden können.
  • Wir wenden uns nun 4 zu. Eine Antireflexionsbeschichtungs (ARC)-Schicht 130 wird über der Rückseite 36 des Bauelementsubstrats 32 ausgebildet. In einigen Ausführungsformen enthält die ARC-Schicht 130 ein Material mit hohem k-Wert. In weiteren Ausführungsformen kann die ARC-Schicht 130 ein anderes geeignetes Antireflexionsmaterial enthalten. Eine Pufferschicht 140 wird über der ARC-Schicht 130 ausgebildet. In einigen Ausführungsformen enthält die Pufferschicht 140 Siliziumoxid. In weiteren Ausführungsformen kann die Pufferschicht 140 ein anderes geeignetes Material enthalten, zum Beispiel eine andere Art von dielektrischem Material. Die ARC-Schicht 130 und die Pufferschicht 140 können jeweils mittels eines oder mehrerer dem Fachmann bekannter Abscheidungsprozesse ausgebildet werden.
  • Wir wenden uns nun 5 zu. Die Bondinselregion 56 wird „geöffnet“. Genauer gesagt, können ein oder mehrere Ätzprozesse ausgeführt werden, um Abschnitte der Pufferschicht 140, der ARC-Schicht 130 und des Substrats 32 in der Bondinselregion 56 zu entfernen, bis die STI 58 frei liegt. Die Pixelregion 52 und die Umfangsregion 54 bleiben hingegen im Wesentlichen ungeätzt.
  • Wir wenden uns nun 6 zu. Die STI 58 in der Bondinselregion 56 wird zum Beispiel durch einen oder mehrere Ätzprozesse entfernt. Jedoch bleibt ein Abschnitt der STI 58 weiterhin in der Umfangsregion 54, da die Umfangsregion 54 nicht geätzt wird. Ein Abschnitt des Interlayer-Dielektrikum-Materials wird ebenfalls in der Bondinselregion 56 zum Beispiel durch einen oder mehrere Ätzprozesse entfernt. Das Entfernen der STI 58 und das Entfernen des Interlayer-Dielektrikum-Materials in der Bondinselregion 56 erlaubt es, eine der leitfähigen Leitungen in der Bondinselregion 56 frei zu legen.
  • Wir wenden uns nun 7 zu. Eine leitfähige Kontaktinsel 150 wird auf der frei liegenden Oberfläche der leitfähigen Leitung 66 in der Bondinselregion 56 ausgebildet. Die leitfähige Kontaktinsel 150 kann durch eine oder mehrere Abscheidungs- und Strukturierungsprozesse ausgebildet werden. In einigen Ausführungsformen enthält die leitfähige Kontaktinsel 150 Aluminium. In weiteren Ausführungsformen kann die leitfähige Kontaktinsel 150 ein anderes geeignetes Metall enthalten, zum Beispiel Kupfer. Ein Bondungsdraht (oder ein anderes elektrisches Zwischenverbindungselement) kann in einem späteren Prozess an der leitfähigen Kontaktinsel 150 angebracht werden, und dementsprechend kann die leitfähige Kontaktinsel 150 auch als eine Bondungsinsel oder Bondinsel bezeichnet werden. Da die leitfähige Kontaktinsel 150 auf der leitfähigen Leitung 66 ausgebildet ist, ist sie des Weiteren elektrisch mit der leitfähigen Leitung 66 und der restlichen Interconnect-Struktur 65 durch die leitfähige Leitung 66 gekoppelt. Oder anders ausgedrückt: Elektrische Verbindungen können zwischen einer externen Vorrichtung und dem Bildsensor-Bauelement 30 mindestens zum Teil durch die leitfähige Kontaktinsel 150 ausgebildet werden.
  • In der veranschaulichten Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung wird die leitfähige Kontaktinsel 150 auch so ausgebildet, dass sie (relativ zur Rückseite 36) nicht höher ist als eine Oberseite des Abschnitts der STI 58, die in der Umfangsregion 54 angeordnet ist, so dass sich die Oberseite der STI 58 näher an der Rückseite 36 des Bildsensor-Bauelements 30 befindet als eine Oberseite der leitfähigen Kontaktinsel 150. Oder anders ausgedrückt: Die Oberseite der leitfähigen Kontaktinsel 150 befindet sich auf derselben Höhe oder unterhalb der Oberseite der STI 58 in der Umfangsregion 54. Das soll verhindern, dass das Bauelementsubstrat 32 (in der Umfangsregion 54) in direkten physischen Kontakt mit der leitfähigen Kontaktinsel 150. Würde man die leitfähige Kontaktinsel 150 höher als die STI 58 in der Umfangsregion ausbilden, so käme ein Abschnitt des Bauelementsubstrats 32 in direkten physischen Kontakt mit der leitfähigen Kontaktinsel 150. Das kann zu einer unerwünschten Metalldiffusion führen. Indem man die leitfähige Kontaktinsel 150 so ausgebildet, dass sie niedriger als der Abschnitt der STI 58 ist, wird die leitfähige Kontaktinsel 150 hier von dem Bauelementsubstrat 32 durch den Abschnitt der STI 58 in der Umfangsregion 54 isoliert, wodurch Metalldiffusion verhindert wird. Die leitfähige Kontaktinsel 150 wird so ausgebildet, dass sie eine Dicke 160 hat. In einigen Ausführungsformen wird die Dicke 160 in einem Bereich von etwa 0,8 Mikrometer bis etwa 4 Mikrometer ausgebildet, um sicherzustellen, dass die leitfähige Kontaktinsel 150 adäquat mit den später auszuführenden Bondungsprozessen umgehen kann.
  • Wir wenden uns nun 8 zu. Mehrere Lichtsperrstrukturen 180-183 (auch als Lichtreflexionsstrukturen bezeichnet) werden über der Pufferschicht 140 ausgebildet. Die Lichtsperrstrukturen 180-183 können durch einen oder mehrere Abscheidungs- und Strukturierungsprozesse ausgebildet werden. In verschiedenen Ausführungsformen können die Lichtsperrstrukturen 180-183 ein metallisches Material enthalten, wie zum Beispiel Aluminium. In weiteren Ausführungsformen können andere Arten von lichtsperrendem oder lichtreflektierendem Material verwendet werden, um die lichtsperrenden Strukturen 180-183 zu implementieren, wie zum Beispiel Silber, Chrom, Wolfram, Nickel usw.
  • Beispielsweise werden die Lichtsperrstrukturen 180-182 in der Pixelregion 52 ausgebildet, wobei jede der Lichtsperrstrukturen 180-182 vertikal auf einen jeweiligen der Spalte 45-47 ausgerichtet ist, die benachbarte Pixel 40-42 trennen. Zum Beispiel ist die Lichtsperrstruktur 180 vertikal auf den Spalt 45 ausgerichtet, der das Pixel 40 von dem Pixel trennt, das zu seiner linken angeordnet ist (im vorliegenden Text nicht veranschaulicht); die Lichtsperrstruktur 181 ist vertikal auf den Spalt 46 ausgerichtet, der die Pixel 40 und 41 trennt; und die Lichtsperrstruktur 182 ist vertikal auf den Spalt 47 ausgerichtet, der die Pixel 41 und 42 trennt.
  • Auf diese Weise reduzieren die Lichtsperrstrukturen 180-182 ein Übersprechen. Genauer gesagt, kann Übersprechen auftreten, wenn sich Licht, das auf einen einzelnen Pixel (zum Beispiel Pixel 41) abzielt, zu einem oder mehreren benachbarten Pixel (zum Beispiel Pixel 40 oder 42) ausbreitet. Übersprechen beeinträchtigt die Bildsensorleistung, wie zum Beispiel durch eine Verschlechterung der räumlichen Auflösung, eine Verringerung der optischen Gesamtempfindlichkeit und schlechte Farbtrennung. Darum werden die lichtsperrenden Strukturen 180-182 so zwischen benachbarten Pixeln implementiert, dass Licht, dass fälschlicherweise zu einem benachbarten Pixel gelangt wäre, durch die Lichtsperrstrukturen 180-182 gesperrt und/oder zurück reflektiert wird, wodurch Übersprechen reduziert wird.
  • Die Lichtsperrstruktur 183 wird in der Umfangsregion 54 ausgebildet. Die Lichtsperrstrukturen 183 können im Wesentlichen verhindern, dass Licht die digitale Vorrichtung 60 oder das Referenzpixel 61 erreicht, die optisch dunkel gehalten werden sollen.
  • Die Lichtsperrstrukturen 180-183 werden auf eine Dicke 185 ausgebildet. In einigen Ausführungsformen wird die Dicke 185 auf einen Bereich von etwa 0,1 Mikrometer bis etwa 5 Mikrometer ausgebildet, um sicherzustellen, dass die Lichtsperrstrukturen 180-183 Licht ausreichend sperren können.
  • Es ist zu erkennen, dass die Lichtsperrstrukturen 180-183 und die Pufferschicht 140 darunter gemeinsam mehrere Öffnungen 190-192 definieren. Diese Öffnungen 190-192 sind für die Bildung eines Farbfilterarrays reserviert. Oder anders ausgedrückt: Mehrere Farbfilter werden ausgebildet, um die jeweiligen Öffnungen 190-192 zu füllen (wie unten mit Bezug auf 11 ausführlicher besprochen wird).
  • Wir bleiben bei 8. Es versteht sich, dass die Bildung der lichtsperrenden Strukturen 180-183 (d. h. des metallischen Gitternetzes) nach der Bildung der leitfähigen Kontaktinsel 150 ein einzigartiger Fertigungsprozessfluss gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung ist. In herkömmlichen Bildsensorfertigungsprozessflüssen wird in der Regel eine metallische Gitternetzstruktur ausgebildet, bevor eine leitfähige Bondinsel ausgebildet wird. Der im vorliegenden Text beschriebene einzigartige Fertigungsprozessfluss bietet bestimmte Vorteile, die im Folgenden genauer besprochen werden.
  • Wir wenden uns nun 9 zu. Es wird eine Passivierungsschicht 200 ausgebildet. Die Passivierungsschicht 200 kann durch einen geeigneten dem Fachmann bekannten Abscheidungsprozess ausgebildet werden. Die Passivierungsschicht 200 wird über der leitfähigen Kontaktinsel 150 in der Bondinselregion 56, an den Seitenwänden des Bauelementsubstrats 32 und den Schichten 130-140 in der Umfangsregion 54 und um jede der Lichtsperrstrukturen 180-183 und auf den exponierten Flächen der Pufferschicht 140 in der Pixelregion 52 ausgebildet. Die Passivierungsschicht 200 schützt die verschiedenen Schichten darunter vor Elementen wie zum Beispiel Staub, Feuchtigkeit usw. In einigen Ausführungsformen enthält die Passivierungsschicht 200 ein dielektrisches Material, wie zum Beispiel Siliziumoxid, Siliziumnitrid, Siliziumoxynitrid usw. In einigen Ausführungsformen wird die Passivierungsschicht 200 in einer konformen Weise ausgebildet.
  • Wir wenden uns nun 10 zu. Ein Abschnitt der Passivierungsschicht 200 in der Bondinselregion 56 wird zum Beispiel durch einen oder mehrere Ätzprozesse entfernt. Das teilweise Entfernen der Passivierungsschicht 200 in der Bondinselregion 56 legt einen Abschnitt der leitfähigen Kontaktinsel 150 in der Bondinselregion 56 frei. Es ist zu beachten, dass das Entfernen der Passivierungsschicht 200 in einer solchen Weise ausgeführt wird, dass Abschnitte der Passivierungsschicht 200 (wie zum Beispiel Abschnitte 200A und 200B) weiterhin auf der leitfähigen Kontaktinsel 150 in der Bondinselregion 56 bleiben, selbst nachdem der Abschnitt der Passivierungsschicht 200 entfernt wurde. Der Grund dafür ist, dass es keinen Grund gibt, die Passivierungsschicht 200 in der Bondinselregion 56 vollständig zu entfernen. Zum Beispiel braucht das Entfernen der Passivierungsschicht 200 (d. h. das „Öffnen“ der Passivierungsschicht 200) lediglich ausgeführt zu werden, um sicherzustellen, dass die frei liegende Oberfläche der leitfähigen Kontaktinsel 150 genügend breit ist, um einen Bondungsdraht aufzunehmen. Darum wäre es eine unnötige Belastung für die Fertigungsprozesse, die Passivierungsschicht 200 in der Bondinselregion 56 vollständig zu entfernen. Außerdem kann das vollständige Entfernen der Passivierungsschicht 200 in der Bondinselregion 56 zu einer Erosion oder einem versehentlichen Entfernen der Passivierungsschicht 200 führen, wo sie eigentlich erhalten bleiben soll, wie zum Beispiel an den Seitenwandflächen des Bauelementsubstrats 32, den Schichten 130-140 und auf der lichtsperrenden Struktur 183.
  • Aus diesen oben besprochenen Gründen bleiben die Abschnitte 200A-200B der Passivierungsschicht auf der leitfähigen Kontaktinsel 150, und das Vorhandensein der Abschnitte 200A-200B der Passivierungsschicht in der Bondinselregion 56 ist eines der einzigartigen beobachtbaren Merkmale der vorliegenden Offenbarung. Oder anders ausgedrückt: Die Abscheidung der verbleibenden Abschnitte 200A-200B der Passivierungsschicht in der Bondinselregion 56 ist nicht unbedingt beabsichtigt oder bewusst, da diese verbleibenden Abschnitte 200A-200B der Passivierungsschicht gegebenenfalls speziellen funktionalen oder strukturellen Zwecken dienen können. Vielmehr ist das Vorhandensein der verbleibenden Abschnitte 200A-200B der Passivierungsschicht ein Nebenprodukt des einzigartigen Fertigungsprozessflusses der vorliegenden Offenbarung, in dem die leitfähige Kontaktinsel 150 ausgebildet wird, bevor die Lichtsperrstrukturen 180-183 ausgebildet werden.
  • Wir wenden uns nun 11 zu. Mehrere Farbfilter 250-252 werden in den jeweiligen Öffnungen 190-192 ausgebildet. In einigen Ausführungsformen können die Farbfilter 250-252 ein organisches Material enthalten und können durch einen oder mehrere Beschichtungs- und Lithografieprozesse ausgebildet werden. Die Farbfilter 250-252 können außerdem verschiedenen Farben zugeordnet sein. Zum Beispiel kann das Farbfilter 250 rotes Licht passieren lassen, aber alle anderen Farben des Lichts herausfiltern. Das Farbfilter 251 kann grünes Licht passieren lassen, aber alle anderen Farben des Lichts herausfiltern; und das Farbfilter 252 kann blaues Licht passieren lassen, aber alle anderen Farben des Lichts herausfiltern.
  • Die Farbfilter 250-252 können als vergrabene Farbfilter (oder ein vergrabenes Farbfilterarray) bezeichnet werden, da sie in den Öffnungen 190-192, die durch die Lichtsperrstrukturen 180-183 definiert werden, vergraben oder eingebettet sind, anstatt über den, oder oberhalb der, Lichtsperrstrukturen 180-183 ausgebildet zu werden. Auf diese Weise sind die Farbfilter 250-252 auch vertikal auf die jeweiligen Pixel 40-42 ausgerichtet. Oder anders ausgedrückt: Die Ausrichtung zwischen den Farbfiltern 250-252 und den Pixeln 40-42 ist mindestens zum Teil der Tatsache zuzuschreiben, dass die Lichtsperrstrukturen 180-182 vertikal auf die Spalte 45-47 ausgerichtet sind, die die benachbarten Pixel trennen. Insofern kann man auch sagen, dass die Farbfilter 250-252 mit Bezug auf die Pixel 40-42 „selbstausrichtend“ sind. Auch hier verbessern die selbstausrichtenden Farbfilter 250-252 der vorliegenden Offenbarung das Übersprechverhalten des Bildsensor-Bauelements 30. Des Weiteren führt die Tatsache, dass die Farbfilter 250-252 nun in die Öffnungen 190-192 „vergraben“ oder „eingebettet“ sind, auch zu kürzeren optischen Pfaden zwischen den Farbfiltern 250-252 und den Pixeln 40-42, wodurch der Empfang des Lichts in den Pixels 40-42 verbessert wird.
  • Ein Bondungsdraht 265 wird auch an der leitfähigen Kontaktinsel 150 in der Bondinselregion 56 befestigt. Der Bondungsdraht 265 kann mittels eines dem Fachmann bekannten Drahtbondungsprozesses befestigt werden. Der Drahtbondungsprozess kann einen Perlenbondungsprozess enthalten, in dem ein Abschnitt des Bondungsdrahtes 265 geschmolzen wird, um eine Bondungsperle 270 zu bilden. In einer Ausführungsform enthalten der Bondungsdraht 265 und die Bondungsperle 270 jeweils Gold. In weiteren Ausführungsformen können der Bondungsdraht 265 und die Bondungsperle 270 Kupfer oder ein anderes geeignetes Metall enthalten. Die Bondungsperle 270 hat eine seitliche Abmessung, die kleiner als eine seitliche Abmessung der frei liegenden Oberfläche der leitfähigen Kontaktinsel 150 ist.
  • In dem Fertigungsprozessfluss, der oben mit Bezug auf die Figuren 111 besprochen wurde, wird die Passivierungsschicht 200 zuerst in der Bondinselregion 56 „geöffnet“, um die leitfähige Kontaktinsel 150 frei zu legen, und dann werden die Farbfilter 250-252 ausgebildet. Diese kann als ein „Kontaktinsel-zuerst“-Prozessfluss bezeichnet werden. Alternativ können die Farbfilter 250-252 zuerst ausgebildet werden, und die Passivierungsschicht 200 kann dann in der Bondinselregion 56 „geöffnet“ werden, um die leitfähige Kontaktinsel 150 frei zu legen. Dies wird als ein „Kontaktinsel-zuletzt“-Prozessfluss bezeichnet, wie unten kurz mit Bezug auf die 12-13 besprochen wird.
  • Wir wenden uns 12 zu. Die Passivierungsschicht 200 wurde über der Rückseite 36 des Bildsensor-Bauelements 30 ausgebildet, wie es im „Kontaktinsel-zuerst“-Prozessfluss geschieht, der oben mit Bezug auf 9 besprochen wurde. Anstatt aber einen Abschnitt der Passivierungsschicht 200 in der Bondinselregion 56 zu entfernen, um einen Teil der leitfähigen Kontaktinsel 150 frei zu legen, werden die Farbfilter 250-252 ausgebildet, um zuerst die Öffnungen 190-192 zu füllen. Oder anders ausgedrückt: Die Farbfilter 190-192 werden ausgebildet, bevor die leitfähige Kontaktinsel 150 frei gelegt wird.
  • Wir wenden uns nun 13 zu. Nach der Bildung der Farbfilter 250-252 wird die Bondinselregion 56 „geöffnet“. Das heißt, ein Abschnitt der leitfähigen Kontaktinsel 150 wird durch Entfernen eines Abschnitts der Passivierungsschicht 200 darüber zum Beispiel durch einen oder mehrere dem Fachmann bekannte Ätzprozesse frei gelegt. Danach kann der Bondungsdraht 265 an dem frei liegenden Abschnitt der leitfähigen Kontaktinsel 150 angebracht werden.
  • Obgleich nicht speziell veranschaulicht, versteht es sich, dass zusätzliche Prozesse ausgeführt werden können, um die Fertigung des Bildsensor-Bauelements 30 zu vollständigen. Zum Beispiel können mehrere Mikrolinsen über den Farbfiltern 250-252 ausgebildet werden. Die Mikrolinsen helfen, Licht in Richtung der Pixel 40-42 in dem Substrat 32 zu richten und zu fokussieren. Die Mikrolinsen können in Abhängigkeit vom Brechungsindex des für die Mikrolinse verwendeten Materials und der Distanz von einer Sensoroberfläche in verschiedenen Anordnungen positioniert werden und verschiedene Formen haben. Außerdem können mehrere Test-, Vereinzelungs- und Verpackungsprozesse ausgeführt werden. Aus Gründen der Einfachheit werden diese zusätzlichen Strukturen und/oder Prozesse nicht ausdrücklich im vorliegenden Text veranschaulicht oder besprochen.
  • 14 ist ein vereinfachtes Flussdiagramm, das ein Verfahren 500 zur Herstellung eines Bildsensor-Bauelements gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung veranschaulicht. Das Verfahren 500 enthält einen Schritt 510 des Bereitstellens eines Substrats, in dem mehrere Strahlungsabfühlregionen ausgebildet sind. Das Substrat hat eine erste Seite und eine zweite Seite. Eine Interconnect-Struktur kann über der ersten Seite des Substrats ausgebildet sein. Das Substrat (oder das Halbleiterbildsensor-Bauelement) hat eine Pixelregion, eine Umfangsregion und eine Bondinselregion. Die Strahlungsabfühlregionen sind in der Pixelregion ausgebildet.
  • Das Verfahren 500 enthält einen Schritt 520 des Bondungs der ersten Seite des Substrats an ein Trägersubstrat. Der Schritt 520 wird so ausgeführt, dass die Interconnect-Struktur zwischen dem Substrat und dem Trägersubstrat gebondet wird.
  • Das Verfahren 500 enthält einen Schritt 530 des Dünnens des Substrats von der zweiten Seite her nach dem Bonden. In einigen Ausführungsformen enthält der Dünnungsschritt 530 einen oder mehrere chemische und/oder mechanische Schleif- und Polierprozesse.
  • Das Verfahren 500 enthält einen Schritt 540 des Entfernens von Abschnitten des Substrats in der Bondinselregion.
  • Das Verfahren 500 enthält einen Schritt 550 zum Ausbilden einer Bondinsel in der Bondinselregion, nachdem Abschnitte des Substrats entfernt wurden.
  • Das Verfahren 500 enthält einen Schritt 560 zum Ausbilden mehrerer lichtsperrender Strukturen über der zweiten Seite des Substrats in der Pixelregion und in der Umfangsregion, nachdem die Bondinsel ausgebildet wurde. Die Lichtsperrstrukturen können auch als ein metallisches Gitternetz bezeichnet werden.
  • Es versteht sich, dass zusätzliche Prozessschritte vor, während oder nach den oben besprochenen Schritten 510-560 ausgeführt werden können, um die Fertigung des Halbleiterbauelements zu vollständigen. Zum Beispiel kann eine Passivierungsschicht über der zweiten Seite des Substrats angeordnet werden, nachdem die Lichtsperrstrukturen ausgebildet wurden, wobei die Passivierungsschicht auf den Lichtsperrstrukturen und auf der Bondinsel ausgebildet wird. Danach kann ein Abschnitt der Passivierungsschicht, der auf der Bondinsel angeordnet ist, entfernt werden, wodurch ein Abschnitt der Bondinsel frei gelegt wird, obgleich Überreste der Passivierungsschicht weiterhin auf der Bondinsel bleiben können. Ein Bondungsdraht kann an der Bondinsel durch die frei liegende Oberfläche der Bondinsel hindurch angebracht werden. Außerdem können mehrere Farbfilter zwischen den Lichtsperrstrukturen ausgebildet werden. In einigen Ausführungsformen kann, bevor der Schritt 540 des Entfernens des Substrats in der Bondinselregion ausgeführt wird, eine Antireflexionsbeschichtungs (ARC)-Schicht über der zweiten Seite des Substrats ausgebildet werden, und eine Pufferschicht kann über der ARC-Schicht ausgebildet werden. Die lichtsperrenden Strukturen werden über der Pufferschicht ausgebildet. Es können noch weitere Schritte ausgeführt werden, um die Bildsensorfertigung zu vollständigen, aber aus Gründen der Einfachheit werden sie im vorliegenden Text nicht genauer besprochen.
  • Die oben besprochenen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung bieten Vorteile gegenüber dem Stand der Technik, obgleich es sich versteht, dass verschiedene Ausführungsformen andere Vorteile bieten können, dass nicht unbedingt alle Vorteile im vorliegenden Text besprochen sind und dass kein bestimmter Vorteil für alle Ausführungsformen erforderlich ist. Genauer gesagt, wird bei herkömmlichen BSI-Bildsensorfertigungsprozessflüssen in der Regel ein metallisches Gitternetz (d. h. Lichtsperr- oder Lichtreflexionsstrukturen) in der Rückseite ausgebildet, bevor eine leitfähige Bondinsel ausgebildet wird. Über dem metallischen Gitternetz muss eine Deckschicht ausgebildet werden, wie zum Beispiel eine Oxidschicht. Diese Deckschicht muss in anschließenden Prozessen geebnet werden, und es ist schwierig, diese Deckschicht über dem metallischen Gitternetz zu entfernen, bevor die Bondinsel ausgebildet ist. Infolge dessen müssen Farbfilter über eine flache Oberfläche der Deckschicht aufbeschichtet werden. Oder anders ausgedrückt: Der herkömmliche Fertigungsprozessfluss für BSI-Bildsensoren hat zur Folge, dass die Farbfilter über und oberhalb des metallischen Gitternetzes ausgebildet werden, anstatt innerhalb der Gräben oder Öffnungen, die teilweise durch das metallische Gitternetz definiert werden, eingebettet zu werden. Darum haben die herkömmlichen BSI-Bildsensoren einen längeren optischen Pfad zwischen den Farbfiltern und den Pixeln, sowie Spalte zwischen den Farbfiltern und dem metallischen Gitternetz, aus denen Licht entweichen kann. Darüber hinaus erfordert die Abscheidung der Farbfilter über und oberhalb des metallischen Gitternetzes, dass das metallische Gitternetz exakt auf die Farbfilter (oder genauer gesagt, die Spalte, die die benachbarten Farbfilter trennen) ausgerichtet ist. Aus diesen oben besprochenen Gründen haben herkömmliche Bildsensoren generell an Übersprechproblemen zu leiden und/oder haben eine verminderte Leistung im Hinblick auf optischen Verlust oder Quanteneffizienz.
  • Im Gegensatz dazu verwendet die vorliegende Offenbarung einen einzigartigen Fertigungsprozessfluss, bei dem eine leitfähige Bondinsel in einer Bondinselregion des BSI-Bildsensor-Bauelements ausgebildet wird, bevor das metallische Gitternetz (d. h. die Lichtsperrstrukturen) über der Rückseite ausgebildet wird. Dank dieser Herangehensweise kann das metallische Gitternetz Öffnungen definieren, in denen die Farbfilter ausgebildet werden. Oder anders ausgedrückt: Gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung werden die Farbfilter so ausgebildet, dass sie in die durch das metallische Gitternetz definierten Öffnungen eingebettet oder vergraben werden, anstatt auf einer flachen Oberfläche über dem metallischen Gitternetz ausgebildet zu werden. Folglich kann das metallische Gitternetz effektiver verhindern, dass das Licht fälschlicherweise in einen benachbarten Pixel eintritt (da sich das metallische Gitternetz auf derselben Höhe befindet wie die Farbfilter), wodurch das Übersprechen verringert wird. Die Tatsache, dass die Farbfilter innerhalb der Öffnungen ausgebildet sind, die durch das metallische Gitternetz definiert werden, bedeutet auch, dass die Farbfilter „selbstausrichtend“ sind, wodurch jegliche Ausrichtungszwänge zwischen dem metallischen Gitternetz und den Farbfiltern vermieden werden. Außerdem verstärkt der kürzere optische Pfad zwischen den Farbfiltern und den Pixeln den Lichtempfang und steigert die Quanteneffizienz. Des Weiteren sind die verschiedenen Schritte der Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung mit einem „Bondinsel-zuletzt“-Ansatz kompatibel, bei dem die Passivierungsschicht in der Bondinselregion „geöffnet“ werden kann, nachdem die Farbfilter ausgebildet wurden.
  • Eine Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung betrifft ein Halbleiterbildsensor-Bauelement. Das Bildsensor-Bauelement enthält ein Substrat mit einer ersten Seite und einer zweiten Seite, die gegenüber der ersten Seite angeordnet ist. Eine Interconnect-Struktur ist über der ersten Seite des Substrats angeordnet. Mehrere Strahlungsabfühlregionen befinden sich in dem Substrat. Die Strahlungsabfühlregionen sind dafür konfiguriert, Strahlung abzufühlen, die in das Substrat von der zweiten Seite her eindringt. Die Strahlungsabfühlregionen sind durch mehrere Spalte getrennt. Mehrere Strahlungssperrstrukturen sind über der zweiten Seite des Substrats angeordnet. Jeder der Strahlungssperrstrukturen ist auf einen jeweiligen der Spalte ausgerichtet.
  • Eine weitere Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung betrifft ein Halbleiterbildsensor-Bauelement. Das Bildsensor-Bauelement enthält ein Substrat mit einer Vorderseite und einer Rückseite, die der Vorderseite gegenüber liegt. Eine Interconnect-Struktur ist über der ersten Seite des Substrats angeordnet. Mehrere Pixel befinden sich in dem Substrat. Die Pixel sind jeweils dafür konfiguriert, Licht zu detektieren, das in das Substrat von der Rückseite her eindringt. Eine oder mehrere Schichten sind über der Rückseite des Substrats angeordnet. Mehrere Lichtreflexionsstrukturen sind über der einen oder den mehreren Schichten angeordnet. Die Lichtsperrstrukturen sind jeweils vertikal auf einen jeweiligen Abschnitt des Substrats ausgerichtet, der zwischen zwei benachbarten Pixeln angeordnet ist. Die eine oder die mehreren Schichten und die mehreren lichtreflektierenden Strukturen definieren gemeinsam mehrere Öffnungen. Mehrere Farbfilter sind in den Öffnungen angeordnet.
  • Eine weitere Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Halbleiterbildsensor-Bauelements. Ein Substrat wird bereitgestellt. Das Substrat enthält eine Pixelregion, eine Umfangsregion und eine Bondinselregion. Die Pixelregion enthält mehrere Strahlungsabfühlregionen. Die erste Seite des Substrats wird auf ein Trägersubstrat gebondet. Danach wird das Substrat von einer zweiten Seite, die der ersten Seite gegenüber liegt, gedünnt. Abschnitte des Substrats werden in der Bondinselregion entfernt. Eine Bondinsel wird in der Bondinselregion ausgebildet, nachdem Abschnitte des Substrats entfernt wurden. Mehrere Lichtsperrstrukturen werden über der zweiten Seite des Substrats in der Pixelregion und in der Umfangsregion ausgebildet, nachdem die Bondinsel ausgebildet wurde.

Claims (15)

  1. Halbleiterbildsensor-Bauelement (30), das Folgendes umfasst: ein Substrat (32) mit einer ersten Seite (34) und einer zweiten Seite (36), die gegenüber der ersten Seite angeordnet ist; eine Interconnect-Struktur (65), die über der ersten Seite des Substrats angeordnet ist; mehrere Strahlungsabfühlregionen (40, 41, 42), die in dem Substrat angeordnet sind, wobei die Strahlungsabfühlregionen dafür konfiguriert sind, Strahlung abzufühlen, die in das Substrats von der zweiten Seite (36) her eindringt, wobei die Strahlungsabfühlregionen durch mehrere Spalte (45, 46, 47) getrennt sind; und mehrere Strahlungssperrstrukturen (180 - 182), die über der zweiten Seite (36) des Substrats (32) angeordnet sind, wobei jede der Strahlungssperrstrukturen auf einen jeweiligen der Spalte (45, 46, 47) ausgerichtet ist; und wobei: das Halbleiterbildsensor-Bauelement eine Pixelregion (52), eine Umfangsregion (54) und eine Bondinselregion (56) enthält; die Strahlungsabfühlregionen (40, 41, 42) in der Pixelregion angeordnet sind; und das Halbleiterbildsensor-Bauelement des Weiteren eine leitfähige Kontaktinsel (150) enthält, die in der Bondinselregion (56) angeordnet ist; und wobei Halbleiterbildsensor-Bauelement ein dielektrisches Element (58) umfasst, das in einem Abschnitt der Umfangsregion (54) neben der Bondinselregion (56) angeordnet ist; und wobei eine Oberseite des dielektrischen Elements (58) näher bei der zweiten Seite (36) des Substrats (32) liegt als eine Oberseite der leitfähigen Kontaktinsel (150).
  2. Halbleiterbildsensor-Bauelement nach Anspruch 1, das des Weiteren eine Passivierungsschicht (200) umfasst, die über der zweiten Seite (36) des Substrats (32) angeordnet ist, wobei mindestens ein Abschnitt der Passivierungsschicht (200) in der Bondinselregion (56) angeordnet ist.
  3. Halbleiterbildsensor-Bauelement nach Anspruch 2, wobei die Passivierungsschicht (200) auf den Strahlungssperrstrukturen und (180 -182) teilweise auf der leitfähigen Kontaktinsel (150) aufbeschichtet ist.
  4. Halbleiterbildsensor-Bauelement nach Anspruch 1, wobei das dielektrische Element (58) in Kontakt mit der leitfähigen Kontaktinsel (150) steht.
  5. Halbleiterbildsensor-Bauelement nach einem der vorangehenden Ansprüche, das des Weiteren mehrere Farbfilter (250 - 252) umfasst, die zwischen den mehreren Strahlungssperrstrukturen (180 - 182)angeordnet sind.
  6. Halbleiterbildsensor-Bauelement nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Strahlungssperrstrukturen (180 - 182) jeweils ein metallisches Material enthalten.
  7. Halbleiterbildsensor-Bauelement nach einem der vorangehenden Ansprüche, das des Weiteren eine oder mehrere Schichten umfasst, die über der zweiten Seite (36) des Substrats (32) angeordnet sind, wobei die Strahlungssperrstrukturen (180 - 182) über der einen oder den mehreren Schichten angeordnet sind.
  8. Halbleiterbildsensor-Bauelement nach Anspruch 7, wobei die eine oder die mehreren Schichten eine Antireflexionsbeschichtungs (ARC)-Schicht (130) und eine Pufferschicht (140) enthalten.
  9. Halbleiterbildsensor-Bauelement (30), das Folgendes umfasst: ein Substrat (32) mit einer Vorderseite (34) und einer Rückseite (36), die der Vorderseite gegenüber liegt; eine Interconnect-Struktur (65), die über der ersten Seite (34) des Substrats (32) angeordnet ist; mehrere Pixel (40 - 42), die in dem Substrat angeordnet sind, wobei jedes Pixel dafür konfiguriert ist, Licht zu detektieren, das in das Substrat (32) von der Rückseite (36) her eindringt; eine oder mehrere Schichten, die über der Rückseite (36) des Substrats (32) angeordnet sind; mehrere Lichtreflexionsstrukturen (180 - 183), die über der einer oder den mehreren Schichten angeordnet sind, wobei Lichtsperrstrukturen jeweils vertikal auf einen jeweiligen Abschnitt (45 - 47) des Substrats (32) ausgerichtet sind, der zwischen zwei benachbarten Pixeln (40 - 42) angeordnet ist, und wobei die eine oder die mehreren Schichten und die mehreren Lichtreflexionsstrukturen gemeinsam mehrere Öffnungen definieren; und mehrere Farbfilter (250 - 252), die in den Öffnungen angeordnet sind; wobei: das Halbleiterbildsensor-Bauelement eine Pixelregion (52), eine Umfangsregion (-S-4-) und eine Bondinselregion (56) umfasst; die Pixel (40 - 42) in der Pixelregion (52) angeordnet sind; das Halbleiterbildsensor-Bauelement des Weiteren eine Bondinsel (150) enthält, die in der Bondinselregion (56) angeordnet ist; und mindestens ein Abschnitt der Passivierungsschicht (200) auf der Bondinsel angeordnet ist; wobei das Halbleiterbildsensor-Bauelement ein dielektrisches Element (58) umfasst, das in der Umfangsregion (54) angeordnet ist, wobei das dielektrische Element (58) in Kontakt mit der Bondinsel (150) steht und verhindert, dass die Bondinsel (150) in physischen Kontakt mit dem Substrat (32) in der Umfangsregion (54) kommt.
  10. Halbleiterbildsensor-Bauelement nach Anspruch 9, das des Weiteren eine Passivierungsschicht (200) umfasst, die in den Öffnungen angeordnet ist, wobei die Passivierungsschicht zwischen Farbfiltern (250 - 252) und den Lichtreflexionsstrukturen (180 - 183) angeordnet ist.
  11. Halbleiterbildsensor-Bauelement nach Anspruch 9 oder 10, wobei die Lichtreflexionsstrukturen (180 - 183) jeweils ein metallisches Material enthalten.
  12. Verfahren (500) zur Herstellung eines Halbleiterbildsensor-Bauelements (30), das Folgendes umfasst: Bereitstellen (510) eines Substrats (32) mit einer Pixelregion (52), einer Umfangsregion (54) und einer Bondinselregion (56), wobei die Pixelregion (52) mehrere Strahlungsabfühlregionen (40 - 42) enthält; Bonden (520) einer ersten Seite (34) des Substrats (32) auf ein Trägersubstrat (80); anschließendes Dünnen (530) des Substrats (32) von einer zweiten Seite (36) her, die der ersten Seite (34) gegenüber liegt; Entfernen (540) von Abschnitten des Substrats (32) in der Bondinselregion (56); Ausbilden (550) einer Bondinsel (150) in der Bondinselregion (56), nachdem die Abschnitte des Substrats (32) entfernt wurden; und Ausbilden (560) mehrerer Lichtsperrstrukturen über der zweiten Seite (36) des Substrats (32) in der Pixelregion (52) und in der Umfangsregion (54), nachdem die Bondinsel (150) ausgebildet wurde; Ausbilden eines dielektrischen Elements (58) in der Umfangsregion (54) angeordnet, wobei das dielektrische Element (58) in Kontakt mit der Bondinsel (150) steht und verhindert, dass die Bondinsel (150) in physischen Kontakt mit dem Substrat (32) in der Umfangsregion (54) kommt.
  13. Verfahren nach Anspruch 12, das des Weiteren Folgendes umfasst: Ausbilden einer Passivierungsschicht (200) über der zweiten Seite (36) des Substrats (32), nachdem die lichtsperrenden Strukturen (180 - 183) ausgebildet wurden, wobei die Passivierungsschicht (200) auf den Lichtsperrstrukturen (180 - 183) und auf der Bondinsel (150) ausgebildet wird; und Entfernen eines Abschnitts der Passivierungsschicht (200), die auf der Bondinsel (150) angeordnet ist, wodurch ein Abschnitt (200A - 200B) der Bondinsel (150) frei gelegt wird.
  14. Verfahren nach Anspruch 13, das des Weiteren Folgendes umfasst: Ausbilden mehrerer Farbfilter zwischen den Lichtsperrstrukturen; und Anbringen eines Bondungsdrahtes (265, 270) an der Bondinsel (150) .
  15. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 14, das des Weiteren, vor dem Entfernen des Substrats (32) in der Bondinselregion (56), Folgendes umfasst: Ausbilden einer Antireflexionsbeschichtungs (ARC)-Schicht (130) über der zweiten Seite (36) des Substrats (32); und Ausbilden einer Pufferschicht (140) über der ARC-Schicht (130); wobei die Lichtsperrstrukturen (180 - 183) über der Pufferschicht (140) ausgebildet werden.
DE102015105451.5A 2014-04-25 2015-04-10 Verfahren und Vorrichtung zum Ausbilden rückseitig beleuchteter Bildsensoren mit eingebetteten Farbfiltern Active DE102015105451B4 (de)

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US14/261,472 US9281338B2 (en) 2014-04-25 2014-04-25 Semiconductor image sensor device having back side illuminated image sensors with embedded color filters

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Families Citing this family (30)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9281338B2 (en) 2014-04-25 2016-03-08 Taiwan Semiconductor Manufacturing Company, Ltd. Semiconductor image sensor device having back side illuminated image sensors with embedded color filters
US9799697B2 (en) 2014-04-25 2017-10-24 Taiwan Semiconductor Manufacturing Company, Ltd. Back side illuminated image sensor with deep trench isolation structures and self-aligned color filters
US9634053B2 (en) * 2014-12-09 2017-04-25 Taiwan Semiconductor Manufacturing Co., Ltd. Image sensor chip sidewall interconnection
US10685943B2 (en) 2015-05-14 2020-06-16 Mediatek Inc. Semiconductor chip package with resilient conductive paste post and fabrication method thereof
US9842831B2 (en) 2015-05-14 2017-12-12 Mediatek Inc. Semiconductor package and fabrication method thereof
US10437974B2 (en) 2015-06-18 2019-10-08 Shenzhen GOODIX Technology Co., Ltd. Optical sensing performance of under-screen optical sensor module for on-screen fingerprint sensing
US9954022B2 (en) * 2015-10-27 2018-04-24 Taiwan Semiconductor Manufacturing Co., Ltd. Extra doped region for back-side deep trench isolation
US20170250211A1 (en) * 2016-02-25 2017-08-31 Taiwan Semiconductor Manufacturing Co., Ltd. Semiconductor image sensor device and manufacturing method of the same
CN109154869B (zh) * 2016-06-07 2021-02-05 深圳市汇顶科技股份有限公司 用于屏上指纹感应的屏下光学传感器模块的光学准直器
CN108513682B (zh) * 2017-05-24 2022-07-15 深圳市汇顶科技股份有限公司 光学图像识别芯片、制造方法及终端设备
JP2019012968A (ja) * 2017-06-30 2019-01-24 ソニーセミコンダクタソリューションズ株式会社 固体撮像装置、及び電子機器
WO2019017147A1 (ja) * 2017-07-18 2019-01-24 ソニーセミコンダクタソリューションズ株式会社 撮像装置および撮像装置の製造方法
US10276616B2 (en) * 2017-08-31 2019-04-30 Taiwan Semiconductor Manufacturing Co., Ltd. Image sensor device
CN107946327B (zh) * 2017-10-13 2020-02-14 上海集成电路研发中心有限公司 一种背照式cmos图像传感器结构的制作方法
JP2019080017A (ja) * 2017-10-27 2019-05-23 ソニーセミコンダクタソリューションズ株式会社 撮像素子および撮像素子の製造方法、並びに、電子機器
US10304885B1 (en) * 2017-11-15 2019-05-28 Taiwan Semiconductor Manufacturing Co., Ltd. Color filter uniformity for image sensor devices
US10535698B2 (en) 2017-11-28 2020-01-14 Taiwan Semiconductor Manufacturing Co., Ltd. Image sensor with pad structure
CN107910297A (zh) * 2017-12-07 2018-04-13 德淮半导体有限公司 背照式图像传感器的制造方法及背照式图像传感器
CN108257998A (zh) * 2018-01-23 2018-07-06 豪威科技(上海)有限公司 Cmos图像传感器及其制造方法
KR102537320B1 (ko) * 2018-02-19 2023-05-30 에스케이하이닉스 주식회사 서로 다른 주기로 배열된 마이크로 렌즈들을 갖는 이미지 센서
KR102651605B1 (ko) 2019-01-11 2024-03-27 삼성전자주식회사 이미지 센서
US10991667B2 (en) 2019-08-06 2021-04-27 Taiwan Semiconductor Manufacturing Co., Ltd. Isolation structure for bond pad structure
US11538840B2 (en) * 2019-08-15 2022-12-27 Vanguard International Semiconductor Corporation Color filters disposed in holes of a light collimator, manufacturing method of the same and biometric identification apparatus using the same
US11217547B2 (en) * 2019-09-03 2022-01-04 Taiwan Semiconductor Manufacturing Company, Ltd. Bond pad structure with reduced step height and increased electrical isolation
FR3105840B1 (fr) * 2019-12-30 2022-01-14 Commissariat Energie Atomique Composant de détection incluant des pixels noirs et procédé de fabrication d’un tel composant
US11810933B2 (en) * 2020-01-21 2023-11-07 Taiwan Semiconductor Manufacturing Co., Ltd. Image sensor device and fabrication method thereof
US11502123B2 (en) * 2020-04-17 2022-11-15 Taiwan Semiconductor Manufacturing Company Limited Methods for forming image sensor devices
US11869916B2 (en) * 2020-11-13 2024-01-09 Taiwan Semiconductor Manufacturing Company, Ltd. Bond pad structure for bonding improvement
US11574950B2 (en) * 2020-11-23 2023-02-07 Applied Materials, Inc. Method for fabrication of NIR CMOS image sensor
US20220302186A1 (en) * 2021-03-19 2022-09-22 Taiwan Semiconductor Manufacturing Co., Ltd. Image sensor with high quantam efficiency

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20080224181A1 (en) 2007-03-14 2008-09-18 Shinji Uya Back irradiating type solid state imaging device
US20080242418A1 (en) 2004-03-18 2008-10-02 Wolfgang Theimer Position-Based Context Awareness for Mobile Terminal Device
US20100244173A1 (en) 2009-03-30 2010-09-30 Taiwan Semiconductor Manufacturing Company, Ltd. Image sensor and method of fabricating same
US20120049306A1 (en) 2010-08-31 2012-03-01 Sony Corporation Solid-state imaging element, method of manufacturing the same, solid-state imaging apparatus, and imaging apparatus
US20120147208A1 (en) 2010-12-09 2012-06-14 Sony Corporation Solid-state imaging device, manufacturing method thereof, and electronic apparatus
US20120320242A1 (en) 2011-03-14 2012-12-20 Sony Corporation Solid-state imaging device, method of manufacturing solid-state imaging device, and electronic apparatus
US20130249040A1 (en) 2012-03-23 2013-09-26 Taiwan Semiconductor Manufacturing Company, Ltd. Structures for Grounding Metal Shields in Backside Illumination Image Sensor Chips

Family Cites Families (36)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7453109B2 (en) * 2004-09-03 2008-11-18 Canon Kabushiki Kaisha Solid-state image sensor and imaging system
KR100698067B1 (ko) * 2004-12-30 2007-03-23 동부일렉트로닉스 주식회사 씨모스 이미지센서 및 그의 제조방법
US7812381B2 (en) * 2005-01-24 2010-10-12 Samsung Electronics Co., Ltd. Image sensor with light receiving region having different potential energy according to wavelength of light and electronic product employing the same
JP4760264B2 (ja) * 2005-09-28 2011-08-31 ブラザー工業株式会社 画像形成装置
US20080204580A1 (en) * 2007-02-28 2008-08-28 Micron Technology, Inc. Method, apparatus and system providing imaging device with color filter array
KR101053768B1 (ko) * 2008-04-18 2011-08-02 크로스텍 캐피탈, 엘엘씨 후면 조사 이미지 센서 및 그 제조방법
US8212328B2 (en) * 2007-12-05 2012-07-03 Intellectual Ventures Ii Llc Backside illuminated image sensor
US8319301B2 (en) * 2008-02-11 2012-11-27 Omnivision Technologies, Inc. Self-aligned filter for an image sensor
US8003428B2 (en) * 2008-03-27 2011-08-23 International Business Machines Corporation Method of forming an inverted lens in a semiconductor structure
US8003425B2 (en) * 2008-05-14 2011-08-23 International Business Machines Corporation Methods for forming anti-reflection structures for CMOS image sensors
US9543356B2 (en) 2009-03-10 2017-01-10 Globalfoundries Inc. Pixel sensor cell including light shield
US8178422B2 (en) * 2009-03-31 2012-05-15 Taiwan Semiconductor Manufacturing Company, Ltd. Method of measurement in semiconductor fabrication
US20100327390A1 (en) * 2009-06-26 2010-12-30 Mccarten John P Back-illuminated image sensor with electrically biased conductive material and backside well
JP2011198966A (ja) * 2010-03-19 2011-10-06 Toshiba Corp 固体撮像装置及びその製造方法
US8981510B2 (en) * 2010-06-04 2015-03-17 Taiwan Semiconductor Manufacturing Company, Ltd. Ridge structure for back side illuminated image sensor
JP2011258728A (ja) 2010-06-08 2011-12-22 Sharp Corp 固体撮像素子および電子情報機器
JP2012018951A (ja) * 2010-07-06 2012-01-26 Sony Corp 固体撮像素子及びその製造方法、並びに固体撮像装置及び撮像装置
JP5640630B2 (ja) * 2010-10-12 2014-12-17 ソニー株式会社 固体撮像装置、固体撮像装置の製造方法、及び電子機器
US8610229B2 (en) * 2011-04-14 2013-12-17 Taiwan Semiconductor Manufacturing Company, Ltd. Sidewall for backside illuminated image sensor metal grid and method of manufacturing same
US8405182B2 (en) * 2011-05-02 2013-03-26 Taiwan Semiconductor Manufacturing Company, Ltd. Back side illuminated image sensor with improved stress immunity
US8710612B2 (en) * 2011-05-20 2014-04-29 Taiwan Semiconductor Manufacturing Company, Ltd. Semiconductor device having a bonding pad and shield structure of different thickness
KR20120135627A (ko) * 2011-06-07 2012-12-17 삼성전자주식회사 이미지 센서 및 그 제조 방법
US8435824B2 (en) * 2011-07-07 2013-05-07 Taiwan Semiconductor Manufacturing Company, Ltd. Backside illumination sensor having a bonding pad structure and method of making the same
JP5942275B2 (ja) * 2011-08-02 2016-06-29 パナソニックＩｐマネジメント株式会社 固体撮像装置
US8987855B2 (en) * 2011-08-04 2015-03-24 Taiwan Semiconductor Manufacturing Company, Ltd. Pad structures formed in double openings in dielectric layers
TWI577001B (zh) * 2011-10-04 2017-04-01 Sony Corp 固體攝像裝置、固體攝像裝置之製造方法及電子機器
JP6083572B2 (ja) * 2011-10-13 2017-02-22 パナソニックＩｐマネジメント株式会社 固体撮像装置及びその製造方法
US9373732B2 (en) 2012-02-07 2016-06-21 Semiconductor Components Industries, Llc Image sensors with reflective optical cavity pixels
JP6214132B2 (ja) * 2012-02-29 2017-10-18 キヤノン株式会社 光電変換装置、撮像システムおよび光電変換装置の製造方法
US9041140B2 (en) * 2012-03-15 2015-05-26 Taiwan Semiconductor Manufacturing Company, Ltd. Grids in backside illumination image sensor chips and methods for forming the same
US8940574B2 (en) * 2012-04-17 2015-01-27 Taiwan Semiconductor Manufacturing Company, Ltd. Metal grid in backside illumination image sensor chips and methods for forming the same
US9349769B2 (en) * 2012-08-22 2016-05-24 Taiwan Semiconductor Manufacturing Company, Ltd. Image sensor comprising reflective guide layer and method of forming the same
US20140339606A1 (en) 2013-05-16 2014-11-20 Visera Technologies Company Limited Bsi cmos image sensor
US9799697B2 (en) 2014-04-25 2017-10-24 Taiwan Semiconductor Manufacturing Company, Ltd. Back side illuminated image sensor with deep trench isolation structures and self-aligned color filters
US9281338B2 (en) 2014-04-25 2016-03-08 Taiwan Semiconductor Manufacturing Company, Ltd. Semiconductor image sensor device having back side illuminated image sensors with embedded color filters
US9553118B2 (en) 2014-06-18 2017-01-24 Taiwan Semiconductor Manufacturing Company, Ltd. Formation of buried color filters in a back side illuminated image sensor using an etching-stop layer

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20080242418A1 (en) 2004-03-18 2008-10-02 Wolfgang Theimer Position-Based Context Awareness for Mobile Terminal Device
US20080224181A1 (en) 2007-03-14 2008-09-18 Shinji Uya Back irradiating type solid state imaging device
US20100244173A1 (en) 2009-03-30 2010-09-30 Taiwan Semiconductor Manufacturing Company, Ltd. Image sensor and method of fabricating same
US20120049306A1 (en) 2010-08-31 2012-03-01 Sony Corporation Solid-state imaging element, method of manufacturing the same, solid-state imaging apparatus, and imaging apparatus
US20120147208A1 (en) 2010-12-09 2012-06-14 Sony Corporation Solid-state imaging device, manufacturing method thereof, and electronic apparatus
US20120320242A1 (en) 2011-03-14 2012-12-20 Sony Corporation Solid-state imaging device, method of manufacturing solid-state imaging device, and electronic apparatus
US20130249040A1 (en) 2012-03-23 2013-09-26 Taiwan Semiconductor Manufacturing Company, Ltd. Structures for Grounding Metal Shields in Backside Illumination Image Sensor Chips

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