DE102016114804A1 - Semiconductor device and method for its manufacture - Google Patents

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Abstract

Eine Halbleitervorrichtung umfasst ein Halbleitersubstrat, eine Strahlung erfassende Region, mindestens eine Isolierungsstruktur und eine dotierte Passivierungsschicht. Die Strahlung erfassende Region ist im Halbleitersubstrat vorhanden. Die Isolierungsstruktur ist im Halbleitersubstrat und angrenzend an die Strahlung erfassende Region vorhanden. Die dotierte Passivierungsschicht umgibt die Isolierungsstruktur mindestens teilweise in einer im Wesentlichen konformen Weise.A semiconductor device includes a semiconductor substrate, a radiation sensing region, at least one isolation structure, and a doped passivation layer. The radiation sensing region is present in the semiconductor substrate. The isolation structure is present in the semiconductor substrate and adjacent to the radiation sensing region. The doped passivation layer at least partially surrounds the isolation structure in a substantially conformal manner.

Description

PRIORITÄTSANSPRUCH UND QUERVERWEISPRIORITY CLAIM AND CROSS-REFERENCE

Diese Anmeldung beansprucht die Priorität der vorläufigen US-Anmeldung mit der Seriennummer 62/243,904 eingereicht am 20. Oktober 2015, die hierin durch Bezugnahme aufgenommen wird.This application claims the benefit of US Provisional Application Serial No. 62 / 243,904 filed Oct. 20, 2015, which is incorporated herein by reference.

ALLGEMEINER STAND DER TECHNIKGENERAL PRIOR ART

Ein Bildsensor ist ein Sensor, der die Informationen, die ein Bild bilden, detektiert und übermittelt. Komplementäre Metalloxidhalbleiter-(CMOS)-Bildsensoren (CIS) werden in verschiedenen Anwendungen wie Digitalkamera- oder Mobiltelefonkameraanwendungen verwendet. Diese Vorrichtungen verwenden ein Array von Pixeln in einem Substrat, das Fotodioden und Transistoren umfasst, die Strahlung absorbieren können, die in Richtung des Substrats projiziert werden, und die erfasste Strahlung in elektrische Signale umwandeln.An image sensor is a sensor that detects and transmits the information that constitutes an image. Complementary metal oxide semiconductor (CMOS) image sensors (CIS) are used in various applications such as digital camera or mobile phone camera applications. These devices use an array of pixels in a substrate that includes photodiodes and transistors that can absorb radiation projected toward the substrate and convert the detected radiation into electrical signals.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGENBRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS

Aspekte der vorliegenden Offenbarung werden aus der folgenden ausführlichen Beschreibung am besten verstanden, wenn sie mit den begleitenden Figuren gelesen werden. Es ist zu beachten, dass gemäß der branchenüblichen Praxis verschiedene Merkmale nicht maßstäblich gezeichnet sind. Tatsächlich können die Dimensionen der verschiedenen Merkmale zur Übersichtlichkeit der Erörterung willkürlich vergrößert oder reduziert sein.Aspects of the present disclosure will be best understood from the following detailed description when read with the accompanying figures. It should be noted that, according to industry practice, various features are not drawn to scale. In fact, the dimensions of the various features may be arbitrarily increased or reduced for clarity of discussion.

1 ist ein Flussdiagramm eines Verfahrens zum Bilden einer Halbleitervorrichtung gemäß einiger Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung. 1 FIG. 10 is a flowchart of a method of forming a semiconductor device according to some embodiments of the present disclosure.

Die 2A bis 2F sind Querschnittansichten einer Halbleitervorrichtung bei mehreren Zwischenstadien eines Bildungsverfahrens gemäß einiger Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung.The 2A to 2F FIG. 15 are cross-sectional views of a semiconductor device at multiple intermediate stages of a formation process according to some embodiments of the present disclosure. FIG.

3 ist eine Schnittansicht einer Halbleitervorrichtung gemäß einigen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung. 3 FIG. 10 is a sectional view of a semiconductor device according to some embodiments of the present disclosure. FIG.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNGDETAILED DESCRIPTION

Die folgende Offenbarung stellt viele unterschiedliche Ausführungsformen oder Beispiele bereit, um unterschiedliche Merkmale des bereitgestellten Gegenstandes zu implementieren. Es werden nachfolgend spezielle Beispiele von Komponenten und Anordnungen beschrieben, um die vorliegende Offenbarung zu vereinfachen. Diese sind natürlich lediglich Beispiele und sollen nicht begrenzen. Beispielsweise kann das Bilden eines ersten Merkmals über oder auf einem zweiten Merkmal in der folgenden Beschreibung Ausführungsformen umfassen, bei denen die ersten und zweiten Merkmale in direktem Kontakt gebildet sind, und auch Ausführungsformen, bei denen zusätzliche Funktionen zwischen den ersten und zweiten Merkmalen gebildet sein können, sodass die ersten und zweiten Merkmale nicht in direktem Kontakt sein können. Außerdem kann die vorliegende Offenbarung Bezugsnummern und/oder -zeichen in den verschiedenen Beispielen wiederholen. Diese Wiederholung dient zum Zweck der Einfachheit und Übersichtlichkeit und diktiert nicht an sich eine Beziehung zwischen den verschiedenen beschriebenen Ausführungsformen und/oder Konfigurationen.The following disclosure provides many different embodiments or examples to implement different features of the provided subject matter. Specific examples of components and arrangements will be described below to simplify the present disclosure. Of course these are just examples and should not be limiting. For example, forming a first feature over or on a second feature in the following description may include embodiments in which the first and second features are formed in direct contact, and also embodiments in which additional functions may be formed between the first and second features so that the first and second features can not be in direct contact. In addition, the present disclosure may repeat reference numerals and / or characters in the various examples. This repetition is for the sake of simplicity and clarity and does not in itself dictate a relationship between the various described embodiments and / or configurations.

Weiter können räumlich relative Begriffe, wie „darunter”, „unter”, „untere”, „über”, „obere” und dergleichen zur Erleichterung der Erörterung hierin verwendet sein, um die Beziehung eines Elements oder Merkmals zu einem bzw. zu anderen Elementen oder Merkmalen wie veranschaulicht in den Figuren zu beschreiben. Die räumlich relativen Begriffe sollen zusätzlich zu der Ausrichtung, die in den Figuren gezeigt ist, verschiedene Ausrichtungen der Vorrichtung bei der Verwendung oder beim Betrieb der Vorrichtung umfassen. Die Vorrichtung kann anderweitig ausgerichtet sein (um 90 Grad gedreht oder in anderen Ausrichtungen) und die hier verwendeten räumlichen relativen Beschreiber können desgleichen dementsprechend interpretiert werden.Further, spatially relative terms such as "below," "below," "below," "above," "upper," and the like may be used herein to facilitate discussion of the relationship of an element or feature to one or more other elements or to describe features as illustrated in the figures. The spatially relative terms, in addition to the orientation shown in the figures, are intended to encompass different orientations of the device in use or operation of the device. The device may be otherwise oriented (rotated 90 degrees or in other orientations) and the spatial relative descriptors used herein may be interpreted accordingly.

1 ist ein Flussdiagramm eines Verfahrens 100 zum Bilden einer Halbleitervorrichtung gemäß einiger Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung. Die 2A bis 2F sind Querschnittansichten einer Halbleitervorrichtung 200 bei mehreren Zwischenstadien eines Bildungsverfahrens gemäß einigen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung. Es ist jedoch offensichtlich, dass zusätzliche Schritte vor, während und nach dem Verfahren implementiert und einige der beschriebenen Schritte für andere Ausführungsformen des Verfahrens ersetzt oder eliminiert werden können. Die Halbleitervorrichtung 200 und das Verfahren 100 zu seiner Herstellung werden gemeinsam unter Bezugnahme auf verschiedene Figuren beschrieben. 1 is a flowchart of a method 100 for forming a semiconductor device according to some embodiments of the present disclosure. The 2A to 2F FIG. 15 are cross-sectional views of a semiconductor device. FIG 200 at several intermediate stages of a formation process according to some embodiments of the present disclosure. However, it will be appreciated that additional steps may be implemented before, during, and after the method, and that some of the steps described may be replaced or eliminated for other embodiments of the method. The semiconductor device 200 and the procedure 100 for its manufacture will be described in common with reference to various figures.

Unter Bezugnahme auf 1 und 2A beginnt das Verfahren 100 mit Block 102 durch Bilden einer Strahlung erfassenden Region 220 innerhalb einer Vorderseite 212 eines Halbleitersubstrats 210. Das Halbleitersubstrat 210 weist die Vorderseite 212 und eine Rückseite 214 auf. Die Vorderseite 212 kann auch als vordere Fläche bezeichnet werden und die Rückseite 214 kann auch als Rückfläche bezeichnet werden. Bei einigen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung kann die fertiggestellte Halbleitervorrichtung eine fotoempfindliche Vorrichtung wie eine Bildsensorvorrichtung sein. Bei der fertiggestellten Halbleitervorrichtung ist die Rückseite 214 des Halbleitersubstrats 210 konzipiert, das einfallende Licht zu empfangen. Daher kann die fertiggestellte Halbleitervorrichtung als Bildsensor mit einer beleuchteten Rückseite bezeichnet werden, wie ein rückseitenbeleuchteter (BSI) Komplementärmetalloxidhalbleiter-Bildsensor (CIS).With reference to 1 and 2A the procedure begins 100 with block 102 by forming a radiation sensing region 220 inside a front 212 a semiconductor substrate 210 , The semiconductor substrate 210 has the front 212 and a back 214 on. The front 212 can also be referred to as the front surface and the back 214 can also be referred to as the back surface. In some embodiments of the present disclosure, the completed semiconductor device may be a photosensitive device such as an image sensor device. at The finished semiconductor device is the back side 214 of the semiconductor substrate 210 designed to receive the incoming light. Therefore, the finished semiconductor device may be referred to as an illuminated backside image sensor, such as a Back Surface Illuminated (BSI) Complementary Metal Oxide Semiconductor (CIS) Image Sensor.

Das Halbleitersubstrat 210 ist aus einem Halbleitermaterial, wie Silizium hergestellt. Bei einigen Ausführungsformen kann das Halbleitersubstrat 210 ein Siliziumsubstrat sein, das mit P-Dotierstoffen wie Bor dotiert ist, wobei in diesem Fall das Halbleitersubstrat 210 ein P-Substrat ist. Alternativ kann das Halbleitersubstrat 210 ein anderes geeignetes Halbleitermaterial sein. Beispielsweise kann das Halbleitersubstrat 210 ein Siliziumsubstrat sein, das mit N-Dotierstoffen wie Phosphor, Arsen oder Antimon dotiert ist, wobei in diesem Fall das Halbleitersubstrat 210 ein N-Substrat ist. Das Halbleitersubstrat 210 kann andere Elementhalbleiter wie Germanium und Diamant umfassen. Das Halbleitersubstrat 210 kann optional einen Verbindungshalbleiter und/oder einen Legierungshalbleiter umfassen. Des Weiteren kann das Halbleitersubstrat 210 eine Epitaxieschicht (Epi-Schicht) umfassen, kann für eine Leistungsverbesserung gespannt sein und kann eine Silizium-auf-Isolator-(SOI)-Struktur umfassen.The semiconductor substrate 210 is made of a semiconductor material, such as silicon. In some embodiments, the semiconductor substrate 210 a silicon substrate doped with P-type impurities such as boron, in which case the semiconductor substrate 210 is a P substrate. Alternatively, the semiconductor substrate 210 another suitable semiconductor material. For example, the semiconductor substrate 210 a silicon substrate doped with N type dopants such as phosphorus, arsenic or antimony, in which case the semiconductor substrate 210 is an N-substrate. The semiconductor substrate 210 may include other elemental semiconductors such as germanium and diamond. The semiconductor substrate 210 may optionally comprise a compound semiconductor and / or an alloy semiconductor. Furthermore, the semiconductor substrate 210 an epitaxial layer (epi-layer) may be stretched for performance improvement and may include a silicon-on-insulator (SOI) structure.

Die Strahlung erfassende Region 220 kann dotierte Regionen sein, welche die ersten Dotierstoffe aufweisen, die im Halbleitersubstrat 210 durch ein Verfahren wie Diffusion oder Ionenimplantierung auf dem Halbleitersubstrat 210 gebildet werden. Spezifisch wird das Halbleitersubstrat 210 mit den ersten Dotierstoffen von der Vorderseite 212 implantiert, um die Strahlung erfassende Region 220 zu bilden. Bei einigen Ausführungsformen kann die Strahlung erfassende Region 220 durch Ausführen mehrerer Ionenimplantierungsprozesse auf dem Halbleitersubstrat 210 durch die Vorderseite 212 gebildet werden. Die Strahlung erfassende Region 220 wird durch mehrere Implantierprozesse unter Verwendung verschiedener Dotierstoffe, Implantierungsdosen und Implantierungsenergien gebildet. Die Implantierprozesse können auch unterschiedliche Masken verwenden, die unterschiedliche Strukturen und Öffnungsgrößen aufweisen. Es können beispielsweise N+-Implantierungen, Array-N-Wannenimplantierungen und Deep-Array-N-Wannenimplantierungen ausgeführt werden.Radiation sensing region 220 may be doped regions comprising the first dopants in the semiconductor substrate 210 by a method such as diffusion or ion implantation on the semiconductor substrate 210 be formed. Specifically, the semiconductor substrate becomes 210 with the first dopants from the front 212 implanted to the radiation-sensing region 220 to build. In some embodiments, the radiation sensing region may be 220 by performing a plurality of ion implantation processes on the semiconductor substrate 210 through the front 212 be formed. Radiation sensing region 220 is formed by multiple implant processes using different dopants, implant doses, and implant energies. The implant processes may also use different masks having different structures and aperture sizes. For example, N + implant, Array N well implant, and Deep Array N well implant can be performed.

Hierin implantiert der Ionenimplantierungsprozess das Halbleitersubstrat 210 mit ersten Dotierstoffen, die eine entgegengesetzte Dotierpolarität wie das Halbleitersubstrat 210 aufweisen. Bei einigen Ausführungsformen, bei denen das Halbleitersubstrat 210 ein P-Substrat ist, wird die Strahlung erfassende Region 220 beispielsweise mit N-Dotierstoffen dotiert. Bei einigen Ausführungsformen, bei denen das Halbleitersubstrat 210 ein N-Substrat ist, wird die Strahlung erfassende Region 220 mit P-Dotierstoffen dotiert.Herein, the ion implantation process implants the semiconductor substrate 210 with first dopants having an opposite doping polarity as the semiconductor substrate 210 exhibit. In some embodiments, where the semiconductor substrate 210 is a P-type substrate, becomes the radiation-detecting region 220 doped with N-type dopants, for example. In some embodiments, where the semiconductor substrate 210 is an N-substrate, becomes the radiation-detecting region 220 doped with P-type dopants.

In 2A ist die Strahlung erfassende Region 220 neben oder nahe der Vorderseite 212 des Halbleitersubstrats 210 gebildet. Bei alternativen Ausführungsformen kann abhängig von den Designnotwendigkeiten und Fertigungsanforderungen die Strahlung erfassende Region 220 weiter weg von der Vorderseite 212 gebildet werden. Die Position oder der Ort der Strahlung erfassenden Region 220 kann durch Abstimmen eines Implantierungsenergieniveaus des Implantierprozesses angepasst werden, der verwendet wird, um die Strahlung erfassende Region 220 zu bilden. Bei einigen Ausführungsformen resultiert ein höheres Implantierungsenergieniveau in einer tieferen Implantierung, was bedeutet, dass die Strahlung erfassende Region 220 weiter weg von der Vorderseite 212 gebildet wird. Ähnlich bewirkt ein geringeres Implantierungsenergieniveau, dass die Strahlung erfassende Region 220 näher an der Vorderseite 212 gebildet wird.In 2A is the radiation sensing region 220 next to or near the front 212 of the semiconductor substrate 210 educated. In alternative embodiments, depending on the design needs and manufacturing requirements, the radiation sensing region may 220 further away from the front 212 be formed. The location or location of the radiation sensing region 220 can be adjusted by tuning an implantation energy level of the implantation process used to detect the radiation sensing region 220 to build. In some embodiments, a higher implant energy level results in a deeper implant, meaning that the radiation sensing region 220 further away from the front 212 is formed. Similarly, a lower implant energy level will cause the radiation sensing region 220 closer to the front 212 is formed.

2B veranschaulicht das Bilden einer Verbindungsstruktur 230 und einer Pufferschicht 240. Bei einigen Ausführungsformen wird die Verbindungsstruktur 230 über der Vorderseite 212 des Halbleitersubstrats 210 gebildet. Die Verbindungsstruktur 230 umfasst eine Anzahl von strukturierten Dielektrikumschichten und leitenden Schichten, die mit verschiedenen dotierten Merkmalen, Schaltungen und einem Ein-/Ausgang der Strahlung erfassenden Region 220 koppeln. Die Verbindungsstruktur 230 umfasst ein Zwischenschichtdielektrikum (ILD) und eine Mehrschichtverbindungs-(MLI)-Struktur. Die MLI-Struktur umfasst Kontakte, Durchkontaktierungen und Metallleitungen. Zum Zweck der Veranschaulichung ist in 2 eine Anzahl von leitenden Leitungen 232 und Durchkontaktierungen/Kontakten 234 gezeigt. Es versteht sich, dass die leitenden Leitungen 232 und Durchkontaktierungen/Kontakte 234 beispielhaft sind. Die tatsächliche Positionierung und Konfiguration der leitenden Leitungen 232 und Durchkontaktierungen/Kontakte 234 können abhängig von Designnotwendigkeiten und Fertigungsbelangen variieren. 2 B illustrates forming a connection structure 230 and a buffer layer 240 , In some embodiments, the connection structure becomes 230 over the front 212 of the semiconductor substrate 210 educated. The connection structure 230 comprises a number of patterned dielectric layers and conductive layers provided with various doped features, circuits and an input / output of the radiation sensing region 220 couple. The connection structure 230 includes an interlayer dielectric (ILD) and a multilayer interconnect (MLI) structure. The MLI structure includes contacts, vias and metal lines. For the purpose of illustration is in 2 a number of conductive lines 232 and vias / contacts 234 shown. It is understood that the conductive wires 232 and vias / contacts 234 are exemplary. The actual positioning and configuration of the conductive lines 232 and vias / contacts 234 can vary depending on design needs and manufacturing concerns.

Bei einigen Ausführungsformen kann die MLI-Struktur leitfähige Materialien wie Aluminium, Aluminium/Silizium/Kupfer-Legierung, Titan, Titannitrid, Wolfram, Polysilizium, Metallsilizid oder Kombinationen davon umfassen, die als Aluminiumverbindungsstrukturen bezeichnet werden. Andere Herstellungstechniken zum Bilden der Aluminiumverbindungsstruktur können Fotolithografieverarbeitung und Ätzen umfassen, um die leitfähigen Materialien für eine vertikale Verbindung (Durchkontaktierung und Kontakt) und horizontale Verbindung (leitende Leitung) zu strukturieren. Alternativ können Kupfermehrschichtverbindungsstrukturen verwendet werden, um die Metallstrukturen zu bilden. Die Kupfermehrschichtverbindungsstrukturen können Kupfer, Kupferlegierung, Titan, Titannitrid, Tantal, Tantalnitrid, Wolfram, Polysilizium, Metallsilizid oder Kombinationen davon umfassen. Die Kupfermehrschichtverbindungsstrukturen können durch eine Technik einschließlich chemischer Gasphasenabscheidung (CVD), Sputtern, Plattieren oder anderer geeigneter Prozesse gebildet werden.In some embodiments, the MLI structure may include conductive materials such as aluminum, aluminum / silicon / copper alloy, titanium, titanium nitride, tungsten, polysilicon, metal silicide, or combinations thereof, referred to as aluminum interconnect structures. Other fabrication techniques for forming the aluminum interconnect structure may include photolithography processing and etching to pattern the conductive materials for a vertical interconnect (via and contact) and horizontal interconnect (conductive line). Alternatively you can Copper multilayer interconnect structures can be used to form the metal structures. The copper multilayer interconnect structures may include copper, copper alloy, titanium, titanium nitride, tantalum, tantalum nitride, tungsten, polysilicon, metal silicide, or combinations thereof. The copper multilayer interconnect structures may be formed by a technique including chemical vapor deposition (CVD), sputtering, plating or other suitable processes.

Die Pufferschicht 240 ist auf der Verbindungsstruktur 230 gebildet. Bei einigen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung umfasst die Pufferschicht 240 ein Dielektrikum wie Siliziumoxid. Alternativ kann die Pufferschicht 240 optional Siliziumnitrid umfassen. Die Pufferschicht 240 wird durch CVD, physikalische Gasphasenabscheidung (PVD) oder andere geeignete Techniken gebildet. Die Pufferschicht 240 wird planarisiert, um durch einen chemisch-mechanischen Polieren-(CMP)-Prozess eine glatte Oberfläche zu bilden.The buffer layer 240 is on the connection structure 230 educated. In some embodiments of the present disclosure, the buffer layer comprises 240 a dielectric such as silicon oxide. Alternatively, the buffer layer 240 optionally comprising silicon nitride. The buffer layer 240 is formed by CVD, physical vapor deposition (PVD) or other suitable techniques. The buffer layer 240 is planarized to form a smooth surface by a chemical mechanical polishing (CMP) process.

Bei einigen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung wird dann ein Trägersubstrat 250 mit der Pufferschicht 240 gebondet, sodass das Verarbeiten der Rückseite 214 des Halbleitersubstrats 210 erfolgen kann. Das Trägersubstrat 250 wird an die Pufferschicht 240 durch molekulare Kräfte gebondet. Das Trägersubstrat 250 kann dem Halbleitersubstrat 210 ähnlich sein und umfasst ein Siliziummaterial. Alternativ kann das Trägersubstrat 250 optional ein Glassubstrat umfassen. Das Trägersubstrat 250 bietet Schutz für die verschiedenen Merkmale, die auf der Vorderseite 212 des Halbleitersubstrats 210 gebildet sind. Das Trägersubstrat 250 bietet auch mechanische Festigkeit und Unterstützung zum Verarbeiten der Rückseite 214 des Halbleitersubstrats 210, das nachfolgend beschrieben wird. Ein Glühprozess kann optional ausgeführt werden, um die Bondingfestigkeit zu verbessern. Die Pufferschicht 240 stellt eine Potenzialtrennung zwischen der Verbindungsstruktur 230 auf dem Halbleitersubstrat 210 und dem Trägersubstrat 250 bereit.In some embodiments of the present disclosure, a carrier substrate then becomes 250 with the buffer layer 240 Bonded so that the processing of the back 214 of the semiconductor substrate 210 can be done. The carrier substrate 250 gets to the buffer layer 240 bonded by molecular forces. The carrier substrate 250 may be the semiconductor substrate 210 be similar and includes a silicon material. Alternatively, the carrier substrate 250 optionally comprise a glass substrate. The carrier substrate 250 provides protection for the various features on the front 212 of the semiconductor substrate 210 are formed. The carrier substrate 250 also provides mechanical strength and support for processing the backside 214 of the semiconductor substrate 210 which will be described below. An annealing process can be optionally performed to improve the bonding strength. The buffer layer 240 represents a potential separation between the connection structure 230 on the semiconductor substrate 210 and the carrier substrate 250 ready.

Danach kann ein Ausdünnprozess (der auch als Verdünnungsprozess bezeichnet wird) optional ausgeführt werden, um das Halbleitersubstrat 210 von der Rückseite 214 derart auszudünnen, dass der Abstand zwischen der Strahlung erfassenden Region 220 und der Rückseite 214 des ausgedünnten Halbleitersubstrats 210 reduziert ist. Bei einigen Ausführungsformen umfasst der Ausdünnprozess einen CMP-Prozess. Der Ausdünnprozess kann auch einen Diamantwaschprozess, einen Schleifprozess oder andere geeignete Techniken umfassen. Bei einigen Ausführungsformen wird der Ausdünnprozess bis zum Erreichen der Strahlung erfassenden Region 220 ausgeführt. Alternativ kann bei einigen Ausführungsformen ein verstärktes und dünnes Halbleitersubstrat 210 übernommen werden, das mechanische Festigkeit und Unterstützung für den vorhergehenden Prozess bereitstellt, wie beispielsweise das Bilden der Verbindungsstruktur 230 oder das Abscheiden der Pufferschicht 140, und in diesem Fall kann der Ausdünnprozess ausgelassen werden.Thereafter, a thinning process (also referred to as a thinning process) may optionally be performed to form the semiconductor substrate 210 from the back 214 such thinning that the distance between the radiation sensing region 220 and the back 214 of the thinned semiconductor substrate 210 is reduced. In some embodiments, the thinning process includes a CMP process. The thinning process may also include a diamond wash process, a grinding process, or other suitable techniques. In some embodiments, the thinning process will continue until the radiation sensing region is reached 220 executed. Alternatively, in some embodiments, a reinforced and thin semiconductor substrate 210 which provides mechanical strength and support for the previous process, such as forming the connection structure 230 or the deposition of the buffer layer 140 In this case, the thinning process may be omitted.

2C veranschaulicht das Bilden einer strukturierten Hartmaskenschicht 260 über der Rückseite 214 des Halbleitersubstrats 210. Die strukturierte Hartmaskenschicht 260 kann durch erstes Bilden eines Hartmaskenmaterials über der Rückseite 214 unter Verwendung eines Abscheidungsprozesses, wie beispielsweise ein chemische Gasphasenabscheidungs-(CVD)-Prozess, ein physikalische Gasphasenabscheidungs-(PVD)-Prozess oder ein Atomlagenabscheidungs-(ALD)-Prozess, gebildet werden. Das Hartmaskenmaterial wird dann in einem Fotolithografieprozess strukturiert, der ein Fotolackmaterial (nicht veranschaulicht) und verschiedene Belichtungs-, Entwicklungs-, Brand-, Ablöse- und Ätzprozesse einbeziehen kann. Als Resultat wird die strukturierte Hartmaskenschicht 260 mit Öffnungen 262 darin gebildet. 2C illustrates forming a patterned hardmask layer 260 over the back 214 of the semiconductor substrate 210 , The structured hard mask layer 260 can be achieved by first forming a hard mask material over the backside 214 using a deposition process such as a chemical vapor deposition (CVD) process, a physical vapor deposition (PVD) process, or an atomic layer deposition (ALD) process. The hardmask material is then patterned in a photolithography process that can incorporate a photoresist material (not illustrated) and various exposure, development, firing, stripping, and etching processes. As a result, the patterned hard mask layer becomes 260 with openings 262 formed in it.

Es wird jetzt Bezug genommen auf 1 und 2C. Das Verfahren 100 schreitet zu Block 104 durch Bilden von mindestens einem Graben 270 in der Rückseite 212 des Halbleitersubstrats 210 fort. Die Öffnungen 262 der strukturierten Hartmaskenschicht 260 werden weiter in das Halbleitersubstrat 210 geätzt, um die Gräben 270 beispielsweise unter Verwendung eines Trockenätzprozesses zu bilden. Hierin dient die strukturierte Hartmaskenschicht 260 als eine Schutzmaske während des Ätzprozesses. Bei einigen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung erstrecken sich die Gräben 270 von der Rückseite 214 zur Strahlung erfassenden Region 220 und in die Strahlung erfassende Region 220, sodass die Strahlung erfassende Region 220 in mehrere Regionen geteilt wird.It is now referred to 1 and 2C , The procedure 100 goes to block 104 by forming at least one trench 270 in the back 212 of the semiconductor substrate 210 continued. The openings 262 the structured hardmask layer 260 continue into the semiconductor substrate 210 etched to the trenches 270 for example, using a dry etching process. This is the structured hard mask layer 260 as a protective mask during the etching process. In some embodiments of the present disclosure, the trenches extend 270 from the back 214 Radiation sensing region 220 and the radiation sensing region 220 , so the radiation-detecting region 220 divided into several regions.

In 2C ist eine Querschnittsfläche des Grabens 270 angrenzend an die Rückseite 214 des Halbleitersubstrats 210 größer als eine Querschnittsfläche des Grabens 270 angrenzend an die Vorderseite 212 des Halbleitersubstrats 210e. Die Gräben 270 weisen in der Figur trapezförmige Formen mit geneigten Seitenwänden 272 und einem unteren Rand 274 auf, aber verschiedene Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung sind in dieser Hinsicht nicht begrenzt. Bei alternativen Ausführungsformen können die Gräben 270 annähernd rechteckige Formen, dreieckige Formen oder andere geeignete Formen aufweisen. Bei einigen Ausführungsformen verengt sich ein Querschnitt der Gräben 270 von der Rückseite 214 zur Strahlung erfassenden Region 220. Hierin weist mindestens einer von dem Graben 270 eine Tiefe auf, die in einem Bereich von ca. 0,25 Mikrometer bis ca. 4 Mikrometer liegt.In 2C is a cross-sectional area of the trench 270 adjacent to the back 214 of the semiconductor substrate 210 larger than a cross-sectional area of the trench 270 adjacent to the front 212 of the semiconductor substrate 210e , The trenches 270 have in the figure trapezoidal shapes with inclined side walls 272 and a bottom edge 274 However, various embodiments of the present disclosure are not limited in this regard. In alternative embodiments, the trenches 270 have approximately rectangular shapes, triangular shapes or other suitable shapes. In some embodiments, a cross section of the trenches narrows 270 from the back 214 Radiation sensing region 220 , Herein, at least one of the trench faces 270 a depth ranging from about 0.25 microns to about 4 microns.

Es wird jetzt Bezug genommen auf 1 und 2D. Nach dem Bilden der Gräben 270 wird die strukturierte Hartmaskenschicht 260 entfernt. Wie gezeigt in 2D sind die Rückseite 214 des Halbleitersubstrats 210 und die Seitenwand 272 und der untere Rand 274 des Grabens 270 unbedeckt. D. h., bei einigen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung ist die Rückfläche des Halbleitersubstrats 210, die für den nächsten Implantierungsschritt vorbereitet wird, freigelegt. It is now referred to 1 and 2D , After forming the trenches 270 becomes the structured hardmask layer 260 away. As shown in 2D are the back side 214 of the semiconductor substrate 210 and the side wall 272 and the bottom edge 274 of the trench 270 uncovered. That is, in some embodiments of the present disclosure, the back surface of the semiconductor substrate is 210 exposed for the next implant step.

Es wird jetzt Bezug genommen auf 1 und 2E. Das Verfahren 100 schreitet zu Schritt 106 durch Implantieren zweiter Dotierstoffe von der Rückseite 214 in das Halbleitersubstrat 210 fort, um eine Passivierungsschicht 280 zu bilden. Bei einigen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung wird der Implantierungsprozess ohne das Verwenden einer Maske ausgeführt und die zweiten Dotierstoffe werden in die gesamte Rückseite 214 des Halbleitersubstrats 210 implantiert.It is now referred to 1 and 2E , The procedure 100 walk to step 106 by implanting second dopants from the backside 214 in the semiconductor substrate 210 progressed to a passivation layer 280 to build. In some embodiments of the present disclosure, the implantation process is performed without using a mask and the second dopants become the entire backside 214 of the semiconductor substrate 210 implanted.

Spezifisch werden einige der zweiten Dotierstoffe durch die geneigte Seitenwand 272 und den unteren Rand 274 der Gräben 270 implantiert, um die ersten Abschnitte 282 der Passivierungsschicht 280 zu bilden, wobei die ersten Abschnitte 282 der Passivierungsschicht 280 den Gräben 270 entsprechen. Die anderen der zweiten Dotierstoffe werden durch die Rückseite 212 des Halbleitersubstrats 210 implantiert, um zweite Abschnitte 284 der Passivierungsschicht 280 zu bilden, wobei die zweiten Abschnitte 284 der Passivierungsschicht 280 ein flaches Profil wie bei der Rückfläche des Halbleitersubstrats 210 aufweisen können. Der erste Abschnitt 282 und der zweite Abschnitt 284 der Passivierungsschicht 280 werden gleichzeitig und fortlaufend gebildet.Specifically, some of the second dopants will pass through the sloped sidewall 272 and the bottom edge 274 the trenches 270 implanted to the first sections 282 the passivation layer 280 to form, with the first sections 282 the passivation layer 280 the trenches 270 correspond. The other of the second dopants are through the backside 212 of the semiconductor substrate 210 implanted to second sections 284 the passivation layer 280 to form, with the second sections 284 the passivation layer 280 a flat profile as in the back surface of the semiconductor substrate 210 can have. The first paragraph 282 and the second section 284 the passivation layer 280 are formed simultaneously and continuously.

Bei einigen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung können die Gräben 270 mit den geneigten Seitenwänden 272 die zweite Dotierstoffwanne aufnehmen, wenn der Implantierprozess in einer Richtung ausgeführt wird, die zur Rückfläche des Halbleitersubstrats 210 senkrecht ist. Bei einigen Ausführungsformen kann der Implantierprozess mit einem Neigungswinkel ausgeführt werden, während die Seitenwände 272 der Gräben 270 jeweils entsprechend geneigt sind, um die zweite Dotierstoffwanne aufzunehmen. Verschiedene Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung sind jedoch in dieser Hinsicht nicht begrenzt und ein Plasmadiffusionsprozess, der eine Plasmaimmersionionenimplantierung einbezieht, kann auch übernommen werden und die Passivierungsschicht 280 kann auf vertikalen Seitenwänden der Gräben (nicht gezeigt) gebildet werden, wenn die Gräben rechteckige Formen aufweisen.In some embodiments of the present disclosure, the trenches 270 with the inclined side walls 272 receive the second dopant well, when the implant process is performed in a direction to the back surface of the semiconductor substrate 210 is vertical. In some embodiments, the implantation process may be performed at a tilt angle while the sidewalls 272 the trenches 270 are respectively inclined to receive the second dopant well. However, various embodiments of the present disclosure are not limited in this regard, and a plasma diffusion process involving plasma immersion ion implantation may also be adopted and the passivation layer 280 may be formed on vertical sidewalls of the trenches (not shown) when the trenches have rectangular shapes.

Da das Implantieren zum Bilden der Passivierungsschicht 280 von der Rückseite 214 ausgeführt wird, kann der Implantierungsschaden an der Strahlung erfassenden Region 220 im Halbleitersubstrat 210, der bei einem Vorderseitenimplantierprozess auftritt, eliminiert werden. Hierin ist die Dotierpolarität der Passivierungsschicht 280 der Dotierpolarität der Strahlung erfassenden Region 220 entgegengesetzt. D. h., die zweiten Dotierstoffe der Passivierungsschicht 280 weisen einen entgegengesetzten Typ gegenüber den ersten Dotierstoffen der Strahlung erfassenden Region 220 auf.Since implanting to form the passivation layer 280 from the back 214 is performed, implantation damage may occur at the radiation sensing region 220 in the semiconductor substrate 210 which occurs in a front side implantation process can be eliminated. Here is the dopant polarity of the passivation layer 280 the doping polarity of the radiation detecting region 220 opposed. That is, the second dopants of the passivation layer 280 have an opposite type to the first dopants of the radiation sensing region 220 on.

Hierin kann die Position oder der Ort der Passivierungsschicht 280 durch Abstimmen eines Implantierungsenergieniveaus des Implantierprozesses angepasst werden. Ein geringeres Implantierungsenergieniveau bewirkt beispielsweise, dass die Strahlung erfassende Region 220 näher an der geneigten Seitenwand 272 und dem unteren Rand 274 der Gräben 270 und der Rückseite 214 des Halbleitersubstrats 210 ist. Durch den Prozess kann die Passivierungsschicht 280 mit der geneigten Seitenwand 272 und dem unteren Rand 274 der Gräben 270 und der Rückseite 214 des Halbleitersubstrats 210 verbunden werden. Alternativ resultiert ein höheres Implantierungsenergieniveau in einer tieferen Implantierung, was bedeutet, dass die Passivierungsschicht 280 weiter weg von der geneigten Seitenwand 272 und dem unteren Rand 274 der Gräben 270 und der Rückseite 214 des Halbleitersubstrats 210 gebildet wird. Durch den Prozess kann die Passivierungsschicht 280 von der geneigten Seitenwand 272 und dem unteren Rand 274 der Gräben 270 und der Rückseite 214 des Halbleitersubstrats 210 getrennt werden.Herein may be the location or location of the passivation layer 280 adjusted by tuning an implantation energy level of the implant process. For example, a lower implant energy level causes the radiation sensing region 220 closer to the sloping side wall 272 and the bottom edge 274 the trenches 270 and the back 214 of the semiconductor substrate 210 is. Through the process, the passivation layer can 280 with the inclined sidewall 272 and the bottom edge 274 the trenches 270 and the back 214 of the semiconductor substrate 210 get connected. Alternatively, a higher implant energy level results in a deeper implant, meaning that the passivation layer 280 further away from the sloping sidewall 272 and the bottom edge 274 the trenches 270 and the back 214 of the semiconductor substrate 210 is formed. Through the process, the passivation layer can 280 from the inclined sidewall 272 and the bottom edge 274 the trenches 270 and the back 214 of the semiconductor substrate 210 be separated.

Bei einigen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung kann das Implantieren eine Dotierungstiefe in einem Bereich von ungefähr 10 Nanometer bis zu ungefähr 2,5 Mikrometer und einen Dosierungsbereich in einem Bereich von ungefähr 1E11 Ionen/cm2 bis zu ungefähr 1E13 Ionen/cm2 erreichen. Infolge des Implantierens wird die Passivierungsschicht 280 um die Gräben 270 und die Rückseite 214 des Halbleitersubstrats 210 herum gebildet.In some embodiments of the present disclosure, implanting may achieve a doping depth in a range of about 10 nanometers to about 2.5 micrometers and a dosage range in a range of about 1E11 ions / cm 2 to about 1E13 ions / cm 2 . As a result of implanting, the passivation layer becomes 280 around the trenches 270 and the back 214 of the semiconductor substrate 210 formed around.

Prozesse (wie Ätzprozesse), die verwendet werden, um die Gräben 270 zu bilden, können in Fehlern (wie freien Bindungen) auf den Flächen der Gräben 270 (wie den Seitenwänden 272) resultieren. Diese Fehler können physikalische Fehler oder elektrische Fehler sein und könnten Träger wie Elektronen einfangen. Die gefangenen Träger können Leckstrom erzeugen. Leckstrom ist für Halbleitervorrichtungen wie fotoempfindliche Vorrichtungen problematisch. Mit einer ausreichenden Menge an Leckstrom können Strahlung erfassende Regionen (die bei dieser Stufe der Herstellung noch nicht gebildet sind) „Licht” fehlerhaft detektieren, selbst wenn die Halbleitervorrichtung in einer optisch dunklen Umgebung angeordnet ist. Anders ausgedrückt kann die Halbleitervorrichtung damit enden, Licht „zu erfassen”, wenn sie es nicht sollte (da es tatsächlich kein Licht gibt). In dieser Situation kann der Leckstrom als „Dunkelstrom” bezeichnet werden. Dunkelströme werden von elektrischem Übersprechen gebildet und bringen eine Verschlechterung in der Leistung der Halbleitervorrichtung hervor. Daher sind die Dunkelströme unerwünscht.Processes (such as etching processes) that are used around the trenches 270 can form into errors (such as free bonds) on the surfaces of the trenches 270 (like the side walls 272 ) result. These errors can be physical errors or electrical errors and could trap carriers such as electrons. The trapped carriers can generate leakage. Leakage is problematic for semiconductor devices such as photosensitive devices. With a sufficient amount of leakage current, radiation-detecting regions (which are not yet formed at this stage of manufacturing) may erroneously detect "light" even when the semiconductor device is placed in an optically dark environment. In other words, the semiconductor device may end up with "light" if it should not (because there really is no light). In this situation, the leakage current can be referred to as "dark current". Dark currents are formed by electrical crosstalk and cause a deterioration in the performance of the semiconductor device. Therefore, the dark currents are undesirable.

Hier versiegelt die Passivierungsschicht 280 im Wesentlichen diese Fehler auf den Flächen der Gräben 270. Die versiegelten Fehler können sich nicht frei herumbewegen und die Wahrscheinlichkeit ist daher viel geringer, dass sie Leckstrom bewirken. Als solches unterstützt die Passivierungsschicht 280 dabei, den Dunkelstrom zu eliminieren und reduziert daher elektrisches Übersprechen.Here the passivation layer seals 280 essentially these errors on the surfaces of the trenches 270 , The sealed faults can not move around freely and are therefore much less likely to cause leakage. As such, the passivation layer assists 280 thereby eliminating the dark current and therefore reducing electrical crosstalk.

Unter jetziger Bezugnahme auf 2F werden die Gräben 270 mit einem Dielektrikum gefüllt, um entsprechend Grabenisolierungsmerkmale 290 zu bilden. Die Grabenisolierungsmerkmale 290 werden durch Abscheiden eines Dielektrikums (wie einem Oxidmaterial oder einem Nitridmaterial) von der Rückseite 214 in die Gräben 270 und danach durch Entfernen der Abschnitte des Dielektrikums außerhalb der Gräben 270 mit einem chemisch-mechanischen Polieren-(CMP)-Prozess gebildet. Bei einigen Ausführungsformen können die Grabenisolierungsmerkmale 290 aus High-k-Dielektrikummaterial wie Al2O3, ZrO2, Barium-Strontium-Titanat (BST), Blei-Zirkonat-Titanat (PZT), ZrSiO2, HfSiO2, HfSiON, TaO2 oder dergleichen hergestellt werden.With reference now to 2F become the trenches 270 filled with a dielectric, according to trench isolation features 290 to build. The trench isolation features 290 are deposited by depositing a dielectric (such as an oxide material or a nitride material) from the backside 214 in the trenches 270 and thereafter by removing the portions of the dielectric outside of the trenches 270 formed by a chemical mechanical polishing (CMP) process. In some embodiments, the trench isolation features 290 from high-k dielectric material such as Al 2 O 3 , ZrO 2 , barium strontium titanate (BST), lead zirconate titanate (PZT), ZrSiO 2 , HfSiO 2 , HfSiON, TaO 2 or the like.

Hierin definieren die Grabenisolierungsmerkmale 290 mehrere Strahlung erfassende Regionen 222 in der Strahlung erfassenden Region 220. Die Strahlung erfassenden Regionen 222 sind geeignet, Strahlungswellen zu erfassen oder zu detektieren, die durch die Rückseite 214 des Halbleitersubstrats 210 zu den Strahlung erfassenden Regionen 222 projiziert werden. Die Strahlung erfassenden Regionen 222 können in der Lage sein, Strahlung zu erfassen oder zu detektieren, die spezifische Wellenlängen aufweist, die Licht von unterschiedlichen Farben entsprechen können. Bei einigen Ausführungsformen umfassen die Strahlung erfassenden Regionen 222 eine Fotodiode. Bei anderen Ausführungsformen können die Strahlung erfassenden Regionen 222 andere Arten von Fotodioden, Fotogates, Rücksetztransistoren, Sourcefolgertransistoren oder Transfertransistoren umfassen. Der Einfachheit halber sind die strukturellen Details der Strahlung erfassenden Regionen 222 nicht veranschaulicht.Herein, the trench isolation features define 290 multiple radiation sensing regions 222 in the radiation sensing region 220 , Radiation sensing regions 222 are capable of detecting or detecting radiation waves passing through the back 214 of the semiconductor substrate 210 to the radiation sensing regions 222 be projected. Radiation sensing regions 222 may be capable of detecting or detecting radiation having specific wavelengths that may correspond to light of different colors. In some embodiments, the radiation sensing regions comprise 222 a photodiode. In other embodiments, the radiation sensing regions may be 222 other types of photodiodes, photogates, reset transistors, source follower transistors or transfer transistors. For the sake of simplicity, the structural details are the radiation sensing regions 222 not illustrated.

Bei einigen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung wird eine Halbleitervorrichtung 200 erlangt. Die Halbleitervorrichtung 200 umfasst das Halbleitersubstrat 210, die Strahlung erfassende Region 220, die Gräben 270, die Passivierungsschicht 280 und die Grabenisolierungsmerkmale 290. Die Strahlung erfassende Region 220 wird angrenzend an die Vorderseite 212 gebildet. Die Gräben 270 weisen geneigte Seitenwände 272 und einen unteren Rand 274 auf, wobei sich die Gräben 270 von der Rückseite 214 zur Strahlung erfassenden Region 220 erstrecken. Die Passivierungsschicht 280 ist angrenzend an die Rückseite 214 des Halbleitersubstrats 210 und die geneigten Seitenwände 272 und den unteren Rand 274 des Grabens 270 gebildet, wobei die Passivierungsschicht 280 dem Graben 270 entspricht. Die Grabenisolierungsmerkmale 290 sind in den Gräben 270 gebildet. Die Grabenisolierungsmerkmale 290 definieren mehrere Strahlung erfassende Regionen 222 der Strahlung erfassenden Region 220. Die Passivierungsschicht 280 kann mit den Grabenisolierungsmerkmalen 290 verbunden sein.In some embodiments of the present disclosure, a semiconductor device 200 obtained. The semiconductor device 200 includes the semiconductor substrate 210 , the radiation-sensing region 220 , the ditches 270 , the passivation layer 280 and the trench isolation features 290 , Radiation sensing region 220 will be adjacent to the front 212 educated. The trenches 270 have inclined side walls 272 and a bottom edge 274 on, with the trenches 270 from the back 214 Radiation sensing region 220 extend. The passivation layer 280 is adjacent to the back 214 of the semiconductor substrate 210 and the sloping sidewalls 272 and the bottom edge 274 of the trench 270 formed, wherein the passivation layer 280 the ditch 270 equivalent. The trench isolation features 290 are in the trenches 270 educated. The trench isolation features 290 define multiple radiation-sensing regions 222 the radiation sensing region 220 , The passivation layer 280 can with the trench isolation features 290 be connected.

Bei den vorliegenden Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung ist der Abstand zwischen einer der Strahlung erfassenden Regionen 222 der Strahlung erfassenden Region 220 und den Grabenisolierungsmerkmalen 290 reduziert, da die Grabenisolierungsmerkmale 290 nach dem Bilden der Passivierungsschicht 280 gebildet werden. Trotz des reduzierten Abstands weisen die Strahlung erfassenden Regionen 222 in der Halbleitervorrichtung 200 eine große Größe auf und können daher die Full-Well-Kapazität (FWC) verbessern.In the present embodiments of the present disclosure, the distance is between one of the radiation sensing regions 222 the radiation sensing region 220 and the trench isolation features 290 reduced because the trench isolation features 290 after forming the passivation layer 280 be formed. Despite the reduced distance, the radiation sensing regions have 222 in the semiconductor device 200 a large size and can therefore improve the full-well capacity (FWC).

Bei einigen Ausführungsformen umfasst die Halbleitervorrichtung 200 weiter die Verbindungsstruktur 230, die Pufferschicht 240 und das Trägersubstrat 250. Die Verbindungsstruktur 230 ist auf der Vorderseite 212 des Halbleitersubstrats 210 gebildet. Die Pufferschicht 240 ist auf der Verbindungsstruktur 230 gebildet. Das Trägersubstrat 250 ist an die Pufferschicht 250 gebondet. Die Funktion und die Detailkonfiguration wurden zuvor veranschaulicht und werden hier nicht wiederholt.In some embodiments, the semiconductor device comprises 200 continue the connection structure 230 , the buffer layer 240 and the carrier substrate 250 , The connection structure 230 is on the front 212 of the semiconductor substrate 210 educated. The buffer layer 240 is on the connection structure 230 educated. The carrier substrate 250 is at the buffer layer 250 bonded. The function and detail configuration have been previously illustrated and will not be repeated here.

3 ist eine Schnittansicht einer Halbleitervorrichtung 200 gemäß einigen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung. Die vorliegenden Ausführungsformen sind den Ausführungsformen von 2F ähnlich, aber mindestens einer von den Unterschieden zwischen den vorliegenden Ausführungsformen und den Ausführungsformen von 2F besteht darin, dass eine rückseitige tiefe Grabenisolierungs-(BDTI)-Struktur bei den vorliegenden Ausführungsformen übernommen wird. Wie in der Figur gezeigt, erstreckt sich mindestens eines von dem Grabenisolierungsmerkmal 290 von der Rückseite 214 zur Strahlung erfassenden Region 220 und dringt durch die Strahlung erfassende Region 220, sodass die Strahlung erfassende Region 220 in die mehreren Strahlung erfassenden Regionen 222 geteilt wird. 3 Fig. 10 is a sectional view of a semiconductor device 200 in accordance with some embodiments of the present disclosure. The present embodiments are the embodiments of 2F similar but at least one of the differences between the present embodiments and the embodiments of FIG 2F is that a back deep trench isolation (BDTI) structure is adopted in the present embodiments. As shown in the figure, at least one of the trench isolation feature extends 290 from the back 214 Radiation sensing region 220 and penetrates through the radiation-sensing region 220 , so the radiation-detecting region 220 into the multiple radiation sensing regions 222 is shared.

Der Fertigungsprozess der Halbleitervorrichtung 200 der vorliegenden Ausführungsformen ist im Wesentlichen der Gleiche wie der der Ausführungsformen von 2F und der Unterschied besteht darin, dass die Gräben 270 tiefer gebildet sind als die der vorhergehenden Ausführungsformen, um durch die Strahlung erfassende Region 220 hindurchzudringen (Bezug nehmend auf 2C). Die Passivierungsschicht 280 und die Grabenisolierungsmerkmale 290, die anschließend gebildet werden, weisen Formen auf, die den tieferen Gräben 270 derart entsprechen, dass die Grabenisolierungsmerkmale 290 die Strahlung erfassenden Regionen 222 definieren. In Unterstützung einiger Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung kann die Passivierungsschicht 280, die am unteren Rand 274 des Grabens 270 gebildet ist, die Vorderseite 212 derart erreichen, dass das Halbleitersubstrat 210 und die Strahlung erfassende Region 220 in mehrere getrennte Teile in der Querschnittansicht geteilt sind. Bei einigen anderen Ausführungsformen können die Gräben 270 erweitert werden und die Vorderseite 212 erreichen und die Passivierungsschicht 280 kann an den Seitenwänden 272, aber nicht am unteren Rand 274 des Grabens 270, gebildet werden.The manufacturing process of the semiconductor device 200 The present embodiment is substantially the same as that of the embodiments of FIG 2F and the difference is that the trenches 270 are formed deeper than those of the previous embodiments, by the radiation detecting region 220 penetrate (refer to 2C ). The passivation layer 280 and the trench isolation features 290 which are subsequently formed have shapes that correspond to the deeper trenches 270 such that the trench isolation features 290 the radiation sensing regions 222 define. In support of some embodiments of the present disclosure, the passivation layer 280 at the bottom 274 of the trench 270 is formed, the front 212 achieve such that the semiconductor substrate 210 and the radiation sensing region 220 divided into several separate parts in the cross-sectional view. In some other embodiments, the trenches 270 be extended and the front 212 reach and the passivation layer 280 Can on the side walls 272 but not at the bottom 274 of the trench 270 to be formed.

Andere Details der vorliegenden Ausführungsformen sind im Wesentlichen die Gleichen wie bei den Ausführungsformen von 2F und werden daher hierin nicht wiederholt.Other details of the present embodiments are substantially the same as in the embodiments of FIG 2F and therefore will not be repeated herein.

Bei den Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung ist die Passivierungsschicht auf der Seitenwand und dem unteren Rand der Grabenisolierungsmerkmale und der Rückseite des Substrats gebildet. Trotz des Prozesses ist keine zusätzliche Maske zum Bilden der Passivierungsschicht erforderlich. Da die Implantierung zum Bilden der Passivierungsschicht von der Rückseite ausgeführt wird, kann der Implantierungsschaden am Substrat eliminiert werden. Außerdem weisen die Strahlung erfassenden Regionen eine große Größe auf, um die Full-Well-Kapazität zu erhalten. Die Halbleitervorrichtung mit tiefen Grabenisolierungsmerkmalen kann auch durch die Verfahren der vorliegenden Ausführungsformen hergestellt werden.In the embodiments of the present disclosure, the passivation layer is formed on the sidewall and bottom edges of the trench isolation features and the back surface of the substrate. Despite the process, no additional mask is required to form the passivation layer. Since the implantation for forming the passivation layer is performed from the back side, the implantation damage to the substrate can be eliminated. In addition, the radiation-detecting regions have a large size to obtain the full-well capacity. The deep trench isolation feature semiconductor device may also be fabricated by the methods of the present embodiments.

Gemäß einiger Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung umfasst eine Halbleitervorrichtung ein Halbleitersubstrat, eine Strahlung erfassende Region, mindestens eine Isolierungsstruktur und eine dotierte Passivierungsschicht. Die Strahlung erfassende Region ist im Halbleitersubstrat vorhanden. Die Isolierungsstruktur ist im Halbleitersubstrat und angrenzend an die Strahlung erfassende Region vorhanden. Die dotierte Passivierungsschicht umgibt die Isolierungsstruktur mindestens teilweise in einer im Wesentlichen konformen Weise.According to some embodiments of the present disclosure, a semiconductor device includes a semiconductor substrate, a radiation sensing region, at least one isolation structure, and a doped passivation layer. The radiation sensing region is present in the semiconductor substrate. The isolation structure is present in the semiconductor substrate and adjacent to the radiation sensing region. The doped passivation layer at least partially surrounds the isolation structure in a substantially conformal manner.

Gemäß einiger Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung, ein Halbleitersubstrat, eine Strahlung erfassende Region, mindestens ein Dielektrikum und eine dotierte Passivierungsschicht. Das Halbleitersubstrat weist mindestens einen Graben darin auf. Die Strahlung erfassende Region ist im Halbleitersubstrat vorhanden. Das Dielektrikum ist im Graben des Halbleitersubstrats vorhanden. Die dotierte Passivierungsschicht ist mindestens in mindestens einer Seitenwand des Grabens vorhanden und entspricht mindestens im Wesentlichen dieser.According to some embodiments of the present disclosure, a semiconductor substrate, a radiation sensing region, at least one dielectric, and a doped passivation layer. The semiconductor substrate has at least one trench in it. The radiation sensing region is present in the semiconductor substrate. The dielectric is present in the trench of the semiconductor substrate. The doped passivation layer is present at least in at least one side wall of the trench and at least substantially corresponds thereto.

Gemäß einiger Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung umfasst ein Verfahren zum Bilden einer Halbleitervorrichtung das Bilden von mindestens einer Strahlung erfassenden Region in einem Halbleitersubstrat; das Bilden von mindestens einem Graben in einer Rückseite des Halbleitersubstrats und angrenzend an die Strahlung erfassende Region; und das Implantieren eines ersten Dotierstoffs in das Halbleitersubstrat von der Rückseite des Halbleitersubstrats nach dem Bilden des Grabens.According to some embodiments of the present disclosure, a method of forming a semiconductor device includes forming at least one radiation-detecting region in a semiconductor substrate; forming at least one trench in a backside of the semiconductor substrate and adjacent to the radiation sensing region; and implanting a first dopant into the semiconductor substrate from the backside of the semiconductor substrate after forming the trench.

Das vorhergehende beschreibt Merkmale von mehreren Ausführungsformen, sodass der Fachmann die Aspekte der vorliegenden Offenbarung besser verstehen kann. Dem Fachmann sollte offensichtlich sein, dass er ohne Weiteres die vorliegende Offenbarung als eine Basis verwenden kann, um andere Prozesse und Strukturen zu konzipieren oder zu modifizieren, um die gleichen Zwecke auszuführen und/oder die gleichen Vorteile der hier eingeführten Ausführungsformen zu erreichen. Der Fachmann sollte auch realisieren, dass solche äquivalenten Aufbauten nicht vom Sinn und Umfang der vorliegenden Offenbarung abweichen, und dass er verschiedene Änderungen, Ersetzungen und Modifikationen hierin vornehmen kann, ohne vom Sinn und Umfang der vorliegenden Offenbarung abzuweichen.The foregoing describes features of several embodiments so that those skilled in the art can better understand the aspects of the present disclosure. It should be apparent to one skilled in the art that he may readily use the present disclosure as a basis to design or modify other processes and structures to accomplish the same purposes and / or achieve the same advantages of the embodiments introduced herein. It should also be realized by those skilled in the art that such equivalent constructions do not depart from the spirit and scope of the present disclosure, and that various changes, substitutions, and alterations can be made herein without departing from the spirit and scope of the present disclosure.

Claims (20)

Halbleitervorrichtung, umfassend: ein Halbleitersubstrat; eine Strahlung erfassende Region, die im Halbleitersubstrat vorhanden ist; und mindestens eine Isolierungsstruktur, die im Halbleitersubstrat und angrenzend an die Strahlung erfassende Region vorhanden ist; und eine dotierte Passivierungsschicht, die mindestens teilweise die Isolierungsstruktur in einer im Wesentlichen konformen Weise umgibt.A semiconductor device, comprising: a semiconductor substrate; a radiation-detecting region present in the semiconductor substrate; and at least one isolation structure present in the semiconductor substrate and adjacent to the radiation sensing region; and a doped passivation layer at least partially surrounding the isolation structure in a substantially conformal manner. Halbleitervorrichtung nach Anspruch 1, wobei das Halbleitersubstrat eine Vorderseite und eine Rückseite aufweist und die die Strahlung erfassende Region geeignet ist, eine Strahlungswelle zu detektieren, die in das Halbleitersubstrat durch die Rückseite des Halbleitersubstrats eintritt, und die Isolierungsstruktur sich von der Rückseite des Halbleitersubstrats erstreckt.The semiconductor device according to claim 1, wherein the semiconductor substrate has a front side and a back side, and the radiation detecting region is adapted to detect a radiation wave entering the semiconductor substrate through the back side of the semiconductor substrate, and the insulating structure extends from the back surface of the semiconductor substrate. Halbleitervorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei das Halbleitersubstrat eine Vorderseite und eine Rückseite aufweist, die Strahlung erfassende Region geeignet ist, eine Strahlungswelle zu detektieren, die in das Halbleitersubstrat durch die Rückseite des Halbleitersubstrats eintritt, und die dotierte Passivierungsschicht mindestens teilweise in der Rückseite des Halbleitersubstrats vorhanden ist. The semiconductor device according to claim 1, wherein the semiconductor substrate has a front side and a back side, the radiation detecting region is adapted to detect a radiation wave entering the semiconductor substrate through the back side of the semiconductor substrate, and the doped passivation layer is at least partially in the back side of the semiconductor substrate Semiconductor substrate is present. Halbleitervorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die dotierte Passivierungsschicht im Wesentlichen der Rückseite des Halbleitersubstrats entspricht.Semiconductor device according to one of the preceding claims, wherein the doped passivation layer substantially corresponds to the back side of the semiconductor substrate. Halbleitervorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Strahlung erfassende Region einen ersten Typ von Dotierstoff umfasst und die dotierte Passivierungsschicht einen zweiten Dotierstoff aufweist und der zweite Typ von Dotierstoff entgegengesetzt zu dem ersten Typ von Dotierstoff ist.The semiconductor device of claim 1, wherein the radiation sensing region comprises a first type of dopant and the doped passivation layer comprises a second dopant and the second type of dopant is opposite to the first type of dopant. Halbleitervorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Isolierungsstruktur eine tiefe Grabenisolierungsstruktur umfasst.A semiconductor device according to any one of the preceding claims, wherein the insulation structure comprises a deep trench isolation structure. Halbleitervorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei das Halbleitersubstrat eine Vorderseite und eine Rückseite aufweist, die Strahlung erfassende Region geeignet ist, eine Strahlungswelle zu detektieren, die in das Halbleitersubstrat durch die Rückseite des Halbleitersubstrats eintritt, und eine Querschnittsfläche der Isolierungsstruktur angrenzend an die Rückseite des Halbleitersubstrats größer ist als eine Querschnittsfläche der Isolierungsstruktur angrenzend an die Vorderseite des Halbleitersubstrats.The semiconductor device according to claim 1, wherein the semiconductor substrate has a front side and a back side, the radiation-detecting region is adapted to detect a radiation wave entering the semiconductor substrate through the back side of the semiconductor substrate, and a cross-sectional area of the insulation structure adjacent to the back side of the semiconductor substrate Semiconductor substrate is larger than a cross-sectional area of the insulating structure adjacent to the front side of the semiconductor substrate. Halbleitervorrichtung, umfassend: ein Halbleitersubstrat, das mindestens einen Graben darin aufweist; eine Strahlung erfassende Region, die im Halbleitersubstrat vorhanden ist; mindestens ein Dielektrikum, das im Graben des Halbleitersubstrats vorhanden ist; und eine dotierte Passivierungsschicht, die mindestens in mindestens einer Seitenwand des Grabens vorhanden ist und dieser mindestens im Wesentlichen entspricht.A semiconductor device, comprising: a semiconductor substrate having at least one trench therein; a radiation-detecting region present in the semiconductor substrate; at least one dielectric present in the trench of the semiconductor substrate; and a doped passivation layer which is present at least in at least one side wall of the trench and this at least substantially corresponds. Halbleitervorrichtung nach Anspruch 8, weiter umfassend: eine Verbindungsstruktur, die auf einer Vorderseite des Halbleitersubstrats vorhanden ist, wobei sich der Graben von einer Rückseite des Halbleitersubstrats erstreckt.The semiconductor device of claim 8, further comprising: a connection structure provided on a front side of the semiconductor substrate, wherein the trench extends from a back side of the semiconductor substrate. Halbleitervorrichtung nach Anspruch 8 oder 9, weiter umfassend: eine Verbindungsstruktur, die auf einer Vorderseite des Halbleitersubstrats vorhanden ist, wobei die dotierte Passivierungsschicht mindestens teilweise in einer Rückseite des Halbleitersubstrats vorhanden ist.A semiconductor device according to claim 8 or 9, further comprising: a connection structure provided on a front side of the semiconductor substrate, wherein the doped passivation layer is at least partially present in a back side of the semiconductor substrate. Halbleitervorrichtung nach Anspruch 10, wobei die dotierte Passivierungsschicht im Wesentlichen der Rückseite des Halbleitersubstrats entspricht.The semiconductor device of claim 10, wherein the doped passivation layer substantially corresponds to the backside of the semiconductor substrate. Halbleitervorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 11, wobei die Strahlung erfassende Region mindestens eines von einem N-Dotierstoff und einem P-Dotierstoff umfasst und die dotierte Passivierungsschicht den anderen von dem N-Dotierstoff und dem P-Dotierstoff umfasst.The semiconductor device of claim 8, wherein the radiation-detecting region comprises at least one of an N-type dopant and a P-type dopant, and the doped passivation layer comprises the other of the N-type dopant and the P-type dopant. Halbleitervorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 12, wobei die dotierte Passivierungsschicht mindestens in einem unteren Rand des Grabens vorhanden ist und diesem mindestens im Wesentlichen entspricht.A semiconductor device according to any one of claims 8 to 12, wherein the doped passivation layer is present at least in a lower edge of the trench and at least substantially corresponds thereto. Halbleitervorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 13, wobei die Strahlung erfassende Region von dem Dielektrikum umgeben ist und die dotierte Passivierungsschicht zwischen der Strahlung erfassenden Region und dem Dielektrikum vorhanden ist.A semiconductor device according to any one of claims 8 to 13, wherein the radiation sensing region is surrounded by the dielectric and the doped passivation layer is present between the radiation sensing region and the dielectric. Halbleitervorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 14, weiter umfassend: eine Verbindungsstruktur, die auf einer Vorderseite des Halbleitersubstrats vorhanden ist, wobei die dotierte Passivierungsschicht oder der Graben die Vorderseite des Halbleitersubstrats erreicht.A semiconductor device according to any one of claims 8 to 14, further comprising: a connection structure provided on a front side of the semiconductor substrate, wherein the doped passivation layer or the trench reaches the front side of the semiconductor substrate. Halbleitervorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 15, weiter umfassend: eine Verbindungsstruktur, die auf einer Vorderseite des Halbleitersubstrats vorhanden ist, wobei sich der Graben von einer Rückseite des Halbleitersubstrats zur Strahlung erfassenden Region verengt.A semiconductor device according to any one of claims 8 to 15, further comprising: a connection structure provided on a front side of the semiconductor substrate, wherein the trench narrows from a back side of the semiconductor substrate to the radiation detecting region. Verfahren zum Bilden einer Halbleitervorrichtung, umfassend: Bilden von mindestens einer Strahlung erfassenden Region in einem Halbleitersubstrat; Bilden von mindestens einem Graben in einer Rückseite des Halbleitersubstrats und angrenzend an die Strahlung erfassende Region; und Implantieren eines ersten Dotierstoffs in das Halbleitersubstrat von der Rückseite des Halbleitersubstrats nach dem Bilden des Grabens.A method of forming a semiconductor device, comprising: Forming at least one radiation-detecting region in a semiconductor substrate; Forming at least one trench in a back side of the semiconductor substrate and adjacent to the radiation sensing region; and Implanting a first dopant into the semiconductor substrate from the backside of the semiconductor substrate after forming the trench. Verfahren nach Anspruch 17, weiter umfassend: Füllen des Grabens mit einem Dielektrikum.The method of claim 17, further comprising: filling the trench with a dielectric. Verfahren nach Anspruch 17 oder 18, wobei das Bilden der Strahlung erfassenden Region umfasst: Implantieren eines zweiten Dotierstoffs in das Halbleitersubstrat von einer Vorderseite des Halbleitersubstrats, wobei der erste Dotierstoff von einem entgegengesetzten Typ zu dem zweiten Dotierstoff-Typ ist.The method of claim 17 or 18, wherein forming the radiation sensing region comprises: implanting a second dopant into the semiconductor substrate from a front side of the semiconductor substrate Semiconductor substrate, wherein the first dopant is of an opposite type to the second dopant type. Verfahren nach einem der Ansprüche 17 bis 19, weiter umfassend: Bilden einer Verbindungsstruktur auf einer Vorderseite des Substrats.The method of any one of claims 17 to 19, further comprising: Forming a connection structure on a front side of the substrate.
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