DE102016116290A1 - Verfahren zum Bilden von tiefer Grabenisolation in Strahlung erfassendem Substrat und Bildsensorvorrichtung - Google Patents

Verfahren zum Bilden von tiefer Grabenisolation in Strahlung erfassendem Substrat und Bildsensorvorrichtung Download PDF

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Chih-Hui Huang
Yao-Hsiang Liang
Ching-Ho Hsu
Jung-Chih Tsao
Chih-Chang Huang
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Taiwan Semiconductor Manufacturing Co TSMC Ltd
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Abstract

Ein Verfahren zum Bilden einer tiefen Grabenisolation in einem Strahlung erfassenden Substrat umfasst: Bilden eines Grabens im Strahlung erfassenden Substrat; Bilden einer korrosionsbeständigen Schicht im Graben, wobei die korrosionsbeständige Schicht Titancarbonitrid umfasst, das eine chemische Formel von TiCxN(2-x) aufweist, und x in einem Bereich von 0,1 bis 0,9 liegt; und Füllen eines reflektierenden Materials in den Graben und über der korrosionsbeständigen Schicht.

Description

  • VERWANDTE ANMELDUNGEN
  • Diese Anmeldung beansprucht die Priorität gegenüber der vorläufigen US-Anmeldung mit der Seriennr. 62/261,204 eingereicht am 30. November 2015, die hierin durch Bezugnahme aufgenommen wird.
  • ALLGEMEINER STAND DER TECHNIK
  • Halbleiterbildsensoren werden verwendet, um Strahlung wie Licht zu erfassen. Komplementäre Metalloxidhalbleiter-(CMOS)-Bildsensoren (CIS) und ladungsgekoppelte Vorrichtung-(CCD-)Sensoren sind in verschiedenen Anwendungen wie Digitalkamera- oder Mobiltelefonkameraanwendungen weit verbreitet. Diese Vorrichtungen verwenden ein Array von Pixeln in einem Substrat, das Fotodioden und Transistoren umfasst, um Strahlung zu absorbieren, die in Richtung auf das Substrat projiziert wird, und die erfasste Strahlung in elektrische Signale umzuwandeln.
  • Eine rückseitenbelichtete (BSI) Bildsensorvorrichtung ist eine Art von einer Bildsensorvorrichtung. Die BSI-Bildsensorvorrichtung wird verwendet, um ein Lichtvolumen zu erfassen, das auf eine Rückseitenfläche eines Substrats projiziert wird (welche die Bildsensorschaltungen der BSI-Bildsensorvorrichtung unterstützt). Das Pixelgitter befindet sich an einer Vorderseite des Substrats und das Substrat ist dünn genug, sodass in Richtung auf die Rückseite des Substrats projiziertes Licht das Pixelgitter erreichen kann. Die BSI-Bildsensorvorrichtung bietet verglichen mit vorderseitenbelichteten (FSI) Bildsensorvorrichtungen einen hohen Füllfaktor und reduzierte Auslöschung.
  • KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • 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 verkleinert sein.
  • Die 1A bis 1E sind Querschnittansichten bei verschiedenen Stufen des Bildens einer tiefen Grabenisolation (DTI) in einem Strahlung erfassenden Substrat gemäß einigen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung.
  • AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
  • 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 die Bildung 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.
  • 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.
  • Ein gewöhnlicher Fehler einer Bildsensorvorrichtung ist optisches Übersprechen. „Optisches Übersprechen” verweist auf eine photonische Störung von angrenzenden Pixeln, welche die Lichterfassungszuverlässigkeit und -genauigkeit der Pixel verschlechtert. Bei einigen Ausführungsformen wird eine tiefe Grabenisolation (DTI) in einem Strahlung erfassenden Substrat gebildet, um unerwünschtes optisches Übersprechen zu verhindern.
  • Bei einigen Ausführungsformen wird ein reflektierendes Material, wie Metall (z. B. Wolfram) oder eine Legierung, in dem tiefen Graben oder über dem Strahlung erfassenden Substrat gebildet, um den reflektierten Bereich zu vergrößern. Beim Bilden des reflektierenden Materials (z. B. unter Verwendung von chemischer Gasphasenabscheidung) kann das Strahlung erfassende Substrat jedoch beschädigt werden. Die Beschädigung des Strahlung erfassenden Substrats kann zu einem Übermaß an Stromverlust führen und bewirkt daher ein ungewöhnlich hohes Signal von den Pixeln, um weiße Pixel zu bilden. Daher stellt die vorliegende Offenbarung ein Verfahren zum Bilden einer tiefen Grabenisolation in einem Strahlung erfassenden Substrat bereit, welches das Bilden einer korrosionsbeständigen Schicht in einem Graben umfasst, um das Strahlung erfassende Substrat zu schützen, wenn ein reflektierendes Material gebildet wird. Ausführungsformen des Verfahrens zum Bilden der tiefen Grabenisolation im Strahlung erfassenden Substrat werden nachfolgend im Detail beschrieben.
  • Die 1A bis 1E sind Querschnittansichten bei verschiedenen Stufen des Bildens einer tiefen Grabenisolation in einem Strahlung erfassenden Substrat gemäß einigen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung.
  • Bei einigen Ausführungsformen wird wie gezeigt in 1A ein Strahlung erfassendes Substrat 110 empfangen oder bereitgestellt. Bei einigen Ausführungsformen umfasst das Strahlung erfassende Substrat 110 einen Elementhalbleiter einschließlich Silizium oder Germanium in kristalliner, polykristalliner und/oder einer nichtkristallinen Struktur; einen Verbindungshalbleiter einschließlich Siliziumkarbid, Galliumarsen, Galliumphosphid, Indiumphosphid, Indiumarsenid und/oder Indiumantimonid; einen Legierungshalbleiter einschließlich SiGe, GaAsP, AlInAs, AlGaAs, GaInAs, GaInP und/oder GaInAsP; irgendein anderes geeignetes Material; und/oder einer Kombination davon. Bei einigen Ausführungsformen umfasst das Strahlung erfassende Substrat 110 ein Halbleitersubstrat. Bei einigen Ausführungsformen umfasst das Strahlung erfassende Substrat 110 ein Halbleitersubstrat, das mit p-Dotierstoffen wie Bor dotiert ist. Bei einigen Ausführungsformen umfasst das Strahlung erfassende Substrat 110 ein Halbleitersubstrat, das mit n-Dotierstoffen wie Phosphor oder Arsen dotiert ist. Bei einigen Ausführungsformen umfasst das Strahlung erfassende Substrat 110 eine epitaktische (epi) Schicht, die zur Leistungsverbesserung gespannt ist. Bei einigen Ausführungsformen umfasst das Strahlung erfassende Substrat 110 eine Silizium-auf-Isolator-(SOI)-Struktur. Bei einigen Ausführungsformen ist das Strahlung erfassende Substrat 110 ein Vorrichtungssubstrat. Bei einigen Ausführungsformen wird das Strahlung erfassende Substrat 110 unter Verwendung von Front-End-Prozessen hergestellt.
  • Bei einigen Ausführungsformen umfasst das Strahlung erfassende Substrat 110 eine Vorderfläche 112 (die auch als Vorderseite bezeichnet wird) und eine Rückfläche 114 (die auch als Rückseite bezeichnet wird), die sich gegenüberstehen. Bei einigen Ausführungsformen tritt einfallende Strahlung in das Strahlung erfassende Substrat 110 durch die Rückfläche 114 ein. Bei einigen Ausführungsformen umfasst das Strahlung erfassende Substrat 110 eine Pixelregion, eine Peripherieregion, eine Bondinselregion und eine Ritzlinienregion. Der Einfachheit halber ist nur ein Abschnitt der Pixelregion in den 1A bis 1E gezeigt. Obwohl nur der Abschnitt der Pixelregion in den 1A bis 1E gezeigt ist, kann die Pixelregion weiter Pinned-Schicht-Fotodioden, Fotodiodengates, Rücksetztransistoren, Sourcefolgertransistoren und Transfertransistoren umfassen. Der Einfachheit halber sind detaillierte Strukturen der vorstehenden Merkmale in den 1A bis 1E nicht gezeigt.
  • Bei einigen Ausführungsformen umfasst das Strahlung erfassende Substrat 110 eine Strahlung erfassende Region (nicht gezeigt). Bei einigen Ausführungsformen wird die Strahlung erfassende Region mit Dotierstoffen dotiert, die sich von Dotierstoffen des Halbleitersubstrats des Strahlung erfassenden Substrats 110 unterscheiden (oder diesen entgegengesetzt sind). Bei einigen Ausführungsformen wird die Strahlung erfassende Region unter Verwendung von einem oder mehreren Implantierprozessen oder Diffusionsprozessen gebildet. Bei einigen Ausführungsformen wird die Strahlung erfassende Region neben der Vorderfläche 112 gebildet. Bei einigen Ausführungsformen sind die Strahlung erfassenden Regionen betriebsfähig, einfallende Strahlung zu erfassen, die in die Pixelregion von der Rückfläche 114 eintritt. Bei einigen Ausführungsformen ist die einfallende Strahlung visuelles Licht. Alternativ kann die einfallende Strahlung Infrarot-(IR), Ultraviolett-(UV), Röntgen-, Mikrowellenstrahlung, andere geeignete Strahlungsarten oder eine Kombination davon sein.
  • Bei einigen Ausführungsformen umfasst das Strahlung erfassende Substrat 110 weiter eine Isolierungsregion (nicht gezeigt) seitlich neben der Strahlung erfassenden Region. Bei einigen Ausführungsformen wird die Isolierungsregion mit gleichen Dotierstoffen wie den Dotierstoffen des Halbleitersubstrats des Strahlung erfassenden Substrats 110 dotiert. Bei einigen Ausführungsformen wird die Isolierungsregion unter Verwendung von einem oder mehreren Implantierprozessen oder Diffusionsprozessen gebildet. Bei einigen Ausführungsformen wird die Isolierungsregion neben der Vorderfläche 112 gebildet.
  • Bei einigen Ausführungsformen umfasst das Strahlung erfassende Substrat 110 weiter ein Isolierungsmerkmal (nicht gezeigt) in der Isolierungsregion. Bei einigen Ausführungsformen befindet sich das Isolierungsmerkmal neben der Vorderfläche 112 des Strahlung erfassenden Substrats 110. Bei einigen Ausführungsformen umfasst das Isolierungsmerkmal eine flache Grabenisolation-(STI)-Struktur und/oder eine lokale Oxidation von Silizium-(LOCOS)-Struktur. Bei einigen Ausführungsformen werden einige aktive oder passive Merkmale, wie MOSFET oder Sperrschichtkondensator in der Isolierungsregion gemäß Designnotwendigkeiten gebildet. Bei einigen Ausführungsformen sind die aktiven oder passiven Merkmale in der Isolierungsregion durch das Isolierungsmerkmal geschützt.
  • Bei einigen Ausführungsformen wird eine Verbindungsstruktur 120 über der Vorderfläche 112 des Strahlung erfassenden Substrats 110 gebildet. Bei einigen Ausführungsformen umfasst die Verbindungsstruktur 120 eine Zwischenschichtdielektrikum-(ILD) und Mehrschichtverbindungs-(MLI)-Struktur. Bei einigen Ausführungsformen umfasst die Verbindungsstruktur 120 leitende Leitungen 122 und Durchkontaktierungen/Kontakte 124. Die tatsächliche Position und Konfiguration der leitenden Leitungen 122 und der Durchkontaktierungen/Kontakte 124 kann abhängig von Designnotwendigkeiten und Fertigungsbelangen variieren.
  • Bei einigen Ausführungsformen wird ein weiteres Substrat 130 auf die Verbindungsstruktur 120 gebondet. Bei einigen Ausführungsformen ist das Substrat 130 ein Trägersubstrat. Bei einigen Ausführungsformen umfasst das Substrat 130 anwendungsspezifische integrierte Schaltungen (ASIC). Bei einigen Ausführungsformen wird das Substrat 130 durch direktes Bonden, optisches Fusionsbonden, Metalldiffusionsbonden, anodisches Bonden oder andere geeignete Bondingtechniken an die Verbindungsstruktur 120 gebondet. Bei einigen Ausführungsformen ist das Substrat 130 konfiguriert, Schutz für das Strahlung erfassende Substrat 110 und die Verbindungsstruktur 120 bereitzustellen. Bei einigen Ausführungsformen ist das Substrat 130 konfiguriert, Unterstützung bereitzustellen, wenn nachfolgende Prozesse an der Rückfläche 114 des Strahlung erfassenden Substrats 110 ausgeführt werden.
  • Wie gezeigt in den 1A bis 1B wird ein Graben 110a im Strahlung erfassenden Substrat 110 gebildet. Bei einigen Ausführungsformen wird der Graben 110a unter Verwendung eines Materialabtragungsprozesses wie einem Ätzprozess gebildet. Bei einigen Ausführungsformen umfasst der Ätzprozess einen Trockenätzprozess, einen Nassätzprozess oder eine Kombination davon. Bei einigen Ausführungsformen weist der Graben 110a eine Rechteckform, eine trapezförmige Form oder eine andere geeignete Form in der Querschnittansicht auf. Bei einigen Ausführungsformen erstreckt sich der Graben 110a über die Hälfte der Dicke des Strahlung erfassenden Substrats 110. Der Graben 110a wird verwendet, um die tiefe Grabenisolation zu bilden, die nachfolgend im Detail beschrieben wird.
  • Wie gezeigt in den 1B bis 1C wird eine korrosionsbeständige Schicht 220 im Graben 110a gebildet. Bei einigen Ausführungsformen wird die korrosionsbeständige Schicht 220 zudem über der Rückfläche 114 des Strahlung erfassenden Substrats 110 gebildet. Bei einigen Ausführungsformen wird die korrosionsbeständige Schicht 220 in einer konformen Weise gebildet, die eine Innenfläche des Grabens 110a und die Rückfläche 114 abdeckt. Bei einigen Ausführungsformen umfasst die korrosionsbeständige Schicht 220 Titancarbonitrid, das eine chemische Formel von TiCxN(2-x) aufweist. Bei einigen Ausführungsformen liegt x in einem Bereich von 0,1 bis zu ungefähr 0,9. Bei einigen Ausführungsformen liegt x in einem Bereich von 0,2 bis zu ungefähr 0,8. Bei einigen Ausführungsformen umfasst die korrosionsbeständige Schicht 220 15 bis 40 at% Kohlenstoff. Bei einigen Ausführungsformen umfasst die korrosionsbeständige Schicht 220 15 bis 40 at% Stickstoff. Bei einigen Ausführungsformen umfasst die korrosionsbeständige Schicht 220 20 bis 40 at% Titan.
  • Bei einigen Ausführungsformen umfasst das Bilden der korrosionsbeständigen Schicht 220 im Graben 110a: das Bilden einer Titancarbonitrid enthaltenden Schicht (nicht gezeigt) im Graben 110a; und das Ausführen einer Plasmabehandlung mit Wasserstoff auf der Titancarbonitrid enthaltenden Schicht, um die Titancarbonitrid enthaltende Schicht in die korrosionsbeständige Schicht 220 umzuwandeln.
  • Bei einigen Ausführungsformen wird die Titancarbonitrid enthaltende Schicht unter Verwendung von physikalischer Gasphasenabscheidung (PVD), chemischer Gasphasenabscheidung (CVD), Atomlagenabscheidung (ALD), einer anderen geeigneten Abscheidungstechnik oder einer Kombination davon gebildet. Der CVD-Prozess umfasst plasmaunterstützte chemische Gasphasenabscheidung (PECVD) oder chemische Niederdruckgasphasenabscheidung (LPCVD). Bei einigen Ausführungsformen wird die Titancarbonitrid enthaltende Schicht unter Verwendung von CVD mit einem Titancarbonitridvorläufer und Ammoniak gebildet. Bei einigen Ausführungsformen umfasst der Titancarbonitridvorläufer Tetrakis(dimethylamino)titan (TDMAT), Tetrakis(diethylamino)titan (TDEAT), einen anderen geeigneten Titancarbonitridvorläufer oder eine Kombination davon.
  • Bei einigen Ausführungsformen weist die Plasmabehandlung mit Wasserstoff eine Plasmaleistung auf. Bei einigen Ausführungsformen ist die Plasmaleistung der Plasmabehandlung RF-Leistung. Bei einigen Ausführungsformen ist die Plasmaleistung der Plasmabehandlung niedriger als 1.550 W. Bei einigen Ausführungsformen ist die Plasmaleistung der Plasmabehandlung niedriger oder gleich 1.450 W. Bei einigen Ausführungsformen ist die Plasmaleistung der Plasmabehandlung größer als 1.000 W. Bei einigen Ausführungsformen erfolgt die Plasmabehandlung weiter mit Stickstoff. Bei einigen Ausführungsformen wird die Plasmabehandlung mit Wasserstoff verwendet, um eine Reduzierung von Kohlenstoff auszuführen. Bei einigen Ausführungsformen wird die Plasmabehandlung mit Wasserstoff verwendet, um einen Betrag an Kohlenstoff des Titancarbonitrids der korrosionsbeständigen Schicht 220 anzupassen. Bei einigen Ausführungsformen wird die Plasmabehandlung mit Wasserstoff verwendet, um einen Betrag an Kohlenstoff des Titancarbonitrids der korrosionsbeständigen Schicht 220 zu verringern.
  • Bei einigen Ausführungsformen wird ein Dielektrikum 210 im Graben 110a gebildet, bevor die korrosionsbeständige Schicht 220 im Graben 110a gebildet wird. Bei einigen Ausführungsformen umfasst das Dielektrikum 210 Siliziumoxid, Siliziumnitrid, Siliziumoxinitrid, Aufschleuderglas (SOG), Low-k-Dielektrikum, ein anderes geeignetes Dielektrikum oder eine Kombination davon. Bei einigen Ausführungsformen umfasst das Dielektrikum 210 Siliziumoxid. Bei einigen Ausführungsformen wird das Dielektrikum 210 unter Verwendung eines CVD-Prozesses oder eines PVD-Prozesses gebildet. Bei einigen Ausführungsformen weist das Dielektrikum 210 eine Dicke in einem Bereich von 200 Angström bis 1.000 Angström auf. Bei einigen Ausführungsformen werden das Dielektrikum 210 und die korrosionsbeständige Schicht 220 im Graben 110a gemeinsam als tiefe Grabenisolation bezeichnet.
  • Bei einigen Ausführungsformen wird eine High-k-Metalloxidschicht (nicht gezeigt) im Graben 110a gebildet, bevor das Dielektrikum 210 im Graben 110a gebildet wird. Bei einigen Ausführungsformen umfasst das High-k-Metalloxid Hafniumoxid, Aluminiumoxid, Zirkonoxid, Magnesiumoxid, Calciumoxid, Yttriumoxid, Tantaloxid, Strontiumoxid, Titanoxid, Lanthanoxid, Bariumoxid, ein anderes geeignetes Metalloxid oder eine Kombination davon. Bei einigen Ausführungsformen wird die High-k-Metalloxidschicht unter Verwendung eines CVD-Prozesses oder eines PVD-Prozesses gebildet. Bei einigen Ausführungsformen werden die High-k-Metalloxidschicht, das Dielektrikum 210 und die korrosionsbeständige Schicht 220 im Graben 110a gemeinsam als tiefe Grabenisolation bezeichnet.
  • Bei einigen Ausführungsformen wird wie gezeigt in 1C ein reflektierendes Material 230 im Graben 110a und über der korrosionsbeständigen Schicht 220 gebildet, nachdem die korrosionsbeständige Schicht 220 im Graben 110a gebildet ist. Bei einigen Ausführungsformen füllt das reflektierende Material 230 den Graben 110a. Bei einigen Ausführungsformen ist das reflektierende Material 230, das in den Graben 110a gefüllt wird, konfiguriert, den reflektierten Bereich zu erweitern. Bei einigen Ausführungsformen umfasst das reflektierende Material 230 Wolfram, Aluminium, Kupfer, Tantal, Titan, ein anderes geeignetes Metall oder eine Kombination davon. Bei einigen Ausführungsformen wird das reflektierende Material 230 unter Verwendung von Sputtern, elektrochemischem Abscheiden, CVD, PVD oder einer anderen geeigneten Abscheidungstechnik gebildet. Bei einigen Ausführungsformen werden das Dielektrikum 210, die korrosionsbeständige Schicht 220 und das reflektierende Material 230 im Graben 110a gemeinsam als tiefe Grabenisolation bezeichnet.
  • Es ist zu beachten, dass aufgrund der korrosionsbeständigen Schicht 220 das Strahlung erfassende Substrat 110 nicht beschädigt wird, wenn das reflektierende Material 230 gebildet wird, und daher das Auftreten von weißen Pixelfehlern verhindert wird. Bei einigen Ausführungsformen kann die korrosionsbeständige Schicht 220 Reaktionsgas wie WF6 zum Bilden von Wolfram blockieren und daher wird das Strahlung erfassende Substrat 110 nicht beschädigt.
  • Bei einigen Ausführungsformen wird wie gezeigt in den 1C bis 1D ein Planarisierungsprozess an dem reflektierenden Material 230 und der ätzenden Widerstandsschicht 220 ausgeführt. Bei einigen Ausführungsformen umfasst der Planarisierungsprozess einen chemisch-mechanisches Polieren-(CMP)-Prozess, einen Schleifprozess, einen Ätzprozess, irgendeinen anderen geeigneten Materialabtragungsprozess oder eine Kombination davon. Bei einigen Ausführungsformen wird eine obere Fläche des Dielektrikums 210 freigelegt, nachdem der Planarisierungsprozess ausgeführt wurde.
  • Bei einigen Ausführungsformen wird wie gezeigt in den 1D bis 1E ein anderes Dielektrikum 240 über dem Dielektrikum 210, der korrosionsbeständigen Schicht 220 und dem reflektierenden Material 230 gebildet. Bei einigen Ausführungsformen umfasst das Dielektrikum 240 Siliziumoxid, Siliziumnitrid, Siliziumoxinitrid, Aufschleuderglas (SOG), Low-k-Dielektrikum, ein anderes geeignetes Dielektrikum oder eine Kombination davon. Bei einigen Ausführungsformen umfasst das Dielektrikum 240 Siliziumoxid. Bei einigen Ausführungsformen wird das Dielektrikum 240 unter Verwendung eines CVD-Prozesses oder eines PVD-Prozesses gebildet.
  • Bei einigen Ausführungsformen wird wie gezeigt in 1E ein reflektierendes Gitter 250 über dem Dielektrikum 240 gebildet. Bei einigen Ausführungsformen wird das reflektierende Gitter 250 im Wesentlichen oder vollständig mit dem Graben 110a ausgerichtet. Bei einigen Ausführungsformen umfasst das reflektierende Gitter 250 Wolfram, Aluminium, Kupfer, Tantal, Titan, Titannitrid, ein anderes geeignetes Material oder eine Kombination davon. Bei einigen Ausführungsformen wird das reflektierende Gitter 250 unter Verwendung eines Abscheidungsprozesses wie Sputtern, elektrochemisches Abscheiden, CVD, PVD, Plasma oder einer anderen geeigneten Abscheidungstechnik und eines Strukturierungsprozesses wie fotolithografische und Ätzprozesse gebildet.
  • Bei einigen Ausführungsformen wird eine Schutzschicht 260 über dem reflektierenden Gitter 250 gebildet, nachdem das reflektierende Gitter 250 gebildet wurde. Bei einigen Ausführungsformen umfasst die Schutzschicht 260 Siliziumoxid, Siliziumnitrid, Siliziumoxinitrid, Aufschleuderglas (SOG), Low-k-Dielektrikum, ein anderes geeignetes Dielektrikum oder eine Kombination davon. Bei einigen Ausführungsformen wird die Schutzschicht 260 unter Verwendung eines CVD-Prozesses oder eines PVD-Prozesses gebildet. Bei einigen Ausführungsformen ist die Schutzschicht 260 ein Widerstandsschutzoxid mit niedriger Abscheidungsgeschwindigkeit (LRPO). Bei einigen Ausführungsformen weist die Schutzschicht 260 eine Dicke größer oder gleich 1.000 Angström auf.
  • Bei einigen Ausführungsformen werden eine Farbfilterschicht (nicht gezeigt) und eine Mikrolinsenschicht (nicht gezeigt) über der Schutzschicht 260 sequenziell gebildet, nachdem die Schutzschicht 260 ausgeführt wurde. Die Farbfilterschicht ist konfiguriert, Strahlung mit vorbestimmten Wellenlängen zu ermöglichen, um das Strahlung erfassende Substrat 110 zu erreichen. Die Mikrolinsenschicht ist konfiguriert, einfallende Strahlung in Richtung auf das Strahlung erfassende Substrat 110 zu richten. Alternativ können die Position der Farbfilterschicht und die der Mikrolinsenschicht umgekehrt werden und daher befindet sich die Mikrolinsenschicht zwischen der Farbfilterschicht und der Schutzschicht 260.
  • Ausführungsformen einer Bildsensorvorrichtung werden nachfolgend im Detail beschrieben. Bei einigen Ausführungsformen ist eine Bildsensorvorrichtung eine rückseitenbelichtete (BSI) Bildsensorvorrichtung. Bei einigen Ausführungsformen umfasst die BSI-Bildsensorvorrichtung eine ladungsträgergekoppelte Schaltung (CCD), einen komplementären Metalloxidhalbleiter-(CMOS)-Bildsensor (CIS), einen aktiven Pixelsensor (APE) oder einen passiven Pixelsensor. Bei einigen Ausführungsformen umfasst die Bildsensorvorrichtung zusätzliche Schaltungen und Ein-/Ausgänge, die neben dem Pixelgitter zum Bereitstellen einer Betriebsumgebung der Pixel und zum Unterstützen von externer Kommunikation mit den Pixeln vorgesehen werden.
  • Wie gezeigt in 1E umfasst die Bildsensorvorrichtung ein Strahlung erfassendes Substrat 110 und eine tiefe Grabenisolation DTI. Bei einigen Ausführungsformen umfasst das Strahlung erfassende Substrat 110 ein Halbleitersubstrat. Bei einigen Ausführungsformen ist das Strahlung erfassende Substrat 110 ein Vorrichtungssubstrat. Bei einigen Ausführungsformen umfasst das Strahlung erfassende Substrat 110 eine Pixelregion, eine Peripherieregion, eine Bondinselregion und eine Ritzlinienregion. Der Einfachheit halber ist nur ein Abschnitt der Pixelregion in 1E gezeigt.
  • Das Strahlung erfassende Substrat 110 umfasst eine Vorderfläche 112 und eine Rückfläche 114, die sich gegenüberstehen. Bei einigen Ausführungsformen tritt einfallende Strahlung in das Strahlung erfassende Substrat 110 durch die Rückfläche 114 ein. Bei einigen Ausführungsformen umfasst das Strahlung erfassende Substrat 110 eine Strahlung erfassende Region (nicht gezeigt).
  • Die tiefe Grabenisolation DTI umfasst einen Graben 110a und eine Titancarbonitridschicht 220 im Graben 110a. Der Graben 110a erstreckt sich von der Rückfläche 114 in das Strahlung erfassende Substrat 110. Bei einigen Ausführungsformen befindet sich die Titancarbonitridschicht 220 im Graben 110a in einer konformen Weise. Bei einigen Ausführungsformen weist das Titancarbonitrid der Titancarbonitridschicht 220 eine chemische Formel von TiCxN(2-x) auf und x liegt in einem Bereich von 0,1 bis 0,9. Bei einigen Ausführungsformen liegt x in einem Bereich von 0,2 bis zu ungefähr 0,8. Bei einigen Ausführungsformen liegt x in einem Bereich von 0,3 bis zu ungefähr 0,7. Weiße Pixelfehler können unter Verwendung des Titancarbonitrid der Titancarbonitridschicht 220 mit einer chemischen Formel von TiCxN(2-x) erheblich verbessert werden, wobei x in einem Bereich von 0,1 bis 0,9 liegt.
  • Bei einigen Ausführungsformen umfasst die Titancarbonitridschicht 220 15 bis 40 at% Kohlenstoff. Bei einigen Ausführungsformen umfasst die Titancarbonitridschicht 220 20 bis 40 at% Kohlenstoff. Bei einigen Ausführungsformen umfasst die Titancarbonitridschicht 220 15 bis 40 at% Stickstoff. Bei einigen Ausführungsformen umfasst die Titancarbonitridschicht 220 20 bis 40 at% Stickstoff. Bei einigen Ausführungsformen umfasst die Titancarbonitridschicht 220 20 bis 40 at% Titan. Bei einigen Ausführungsformen umfasst die Titancarbonitridschicht 220 30 bis 40 at% Titan. Bei einigen Ausführungsformen ist in der Titancarbonitridschicht 220 eine Differenz zwischen einem Betrag an Kohlenstoff und einem Betrag an Stickstoff niedriger oder gleich 10 at%. Bei einigen Ausführungsformen ist in der Titancarbonitridschicht 220 ein Betrag an Titan größer als ein Betrag an Kohlenstoff. Bei einigen Ausführungsformen ist in der Titancarbonitridschicht 220 ein Betrag an Titan größer als ein Betrag an Stickstoff. Bei einigen Ausführungsformen ist in der Titancarbonitridschicht 220 ein Betrag an Stickstoff größer als ein Betrag an Kohlenstoff.
  • Bei einigen Ausführungsformen umfasst die tiefe Grabenisolation DTI weiter ein Dielektrikum 210 zwischen der Titancarbonitridschicht 220 und einer Innenfläche des Grabens 110a. Bei einigen Ausführungsformen befindet sich das Dielektrikum 210 im Graben 110a in einer konformen Weise. Bei einigen Ausführungsformen umfasst das Dielektrikum 210 Siliziumoxid, Siliziumnitrid, Siliziumoxinitrid, Aufschleuderglas (SOG), Low-k-Dielektrikum, ein anderes geeignetes Dielektrikum oder eine Kombination davon.
  • Bei einigen Ausführungsformen umfasst die tiefe Grabenisolation DTI weiter eine High k-Metalloxidschicht (nicht gezeigt) zwischen dem Dielektrikum 210 und der Innenfläche des Grabens 110a. Bei einigen Ausführungsformen befindet sich die High k-Metalloxidschicht im Graben 110a in einer konformen Weise. Bei einigen Ausführungsformen umfasst das High-k-Metalloxid Hafniumoxid, Aluminiumoxid, Zirkonoxid, Magnesiumoxid, Calciumoxid, Yttriumoxid, Tantaloxid, Strontiumoxid, Titanoxid, Lanthanoxid, Bariumoxid, ein anderes geeignetes Metalloxid oder eine Kombination davon.
  • Bei einigen Ausführungsformen umfasst die tiefe Grabenisolation DTI weiter ein reflektierendes Material 230 im Graben 110a und über der Titancarbonitridschicht 220. Bei einigen Ausführungsformen füllt das reflektierende Material 230 den Graben 110a. Bei einigen Ausführungsformen umfasst das reflektierende Material 230 Wolfram, Aluminium, Kupfer, Tantal, Titan, ein anderes geeignetes Metall oder eine Kombination davon. Bei einigen Ausführungsformen ist das reflektierende Material 230 in Kontakt mit der Titancarbonitridschicht 220.
  • Bei einigen Ausführungsformen umfasst die Bildsensorvorrichtung weiter ein anderes Dielektrikum 240 über dem Dielektrikum 210. Bei einigen Ausführungsformen umfasst das Dielektrikum 240 Siliziumoxid, Siliziumnitrid, Siliziumoxinitrid, Aufschleuderglas (SOG), Low-k-Dielektrikum, ein anderes geeignetes Dielektrikum oder eine Kombination davon.
  • Bei einigen Ausführungsformen umfasst die Bildsensorvorrichtung weiter ein reflektierendes Gitter 250 über dem Dielektrikum 240. Bei einigen Ausführungsformen wird das reflektierende Gitter 250 im Wesentlichen oder vollständig mit dem Graben 110a ausgerichtet. Bei einigen Ausführungsformen umfasst das reflektierende Gitter 250 Wolfram, Aluminium, Kupfer, Tantal, Titan, ein anderes geeignetes Metall oder eine Kombination davon.
  • Bei einigen Ausführungsformen umfasst die Bildsensorvorrichtung weiter eine Schutzschicht 260 über dem reflektierenden Gitter 250. Bei einigen Ausführungsformen umfasst die Schutzschicht 260 Siliziumoxid, Siliziumnitrid, Siliziumoxinitrid, Aufschleuderglas (SOG), Low-k-Dielektrikum, ein anderes geeignetes Dielektrikum oder eine Kombination davon.
  • Bei einigen Ausführungsformen umfasst die Bildsensorvorrichtung weiter eine Farbfilterschicht (nicht gezeigt) und eine Mikrolinsenschicht (nicht gezeigt) über der Schutzschicht 260. Die Farbfilterschicht ist konfiguriert, Strahlung mit vorbestimmten Wellenlängen zu ermöglichen, um das Strahlung erfassende Substrat 110 zu erreichen. Die Mikrolinsenschicht ist konfiguriert, einfallende Strahlung in Richtung auf das Strahlung erfassende Substrat 110 zu richten.
  • Bei einigen Ausführungsformen umfasst die Bildsensorvorrichtung weiter eine Verbindungsstruktur 120 über der Vorderfläche 112 des Strahlung erfassenden Substrats 110. Bei einigen Ausführungsformen umfasst die Verbindungsstruktur 120 eine Zwischenschichtdielektrikum-(ILD) und Mehrschichtverbindungs-(MLI)-Struktur. Bei einigen Ausführungsformen umfasst die Verbindungsstruktur 120 leitende Leitungen 122 und Durchkontaktierungen/Kontakte 124, die mit verschiedenen dotierten Merkmalen, Schaltungen und Ein-/Ausgang der Bildsensorvorrichtung gekoppelt sein können.
  • Bei einigen Ausführungsformen umfasst die Bildsensorvorrichtung weiter ein anderes Substrat 130 über der Verbindungsstruktur 120. Bei einigen Ausführungsformen ist das Substrat 130 ein Trägersubstrat. Bei einigen Ausführungsformen ist das Substrat 130 ein anwendungsspezifische integrierte Schaltungen-(ASIC)-Substrat.
  • Gemäß einigen Ausführungsformen umfasst ein Verfahren zum Bilden einer tiefen Grabenisolation in einem Strahlung erfassenden Substrat: das Bilden eines Grabens im Strahlung erfassenden Substrat; das Bilden einer korrosionsbeständigen Schicht im Graben, wobei die korrosionsbeständige Schicht Titancarbonitrid umfasst, das eine chemische Formel von TiCxN(2-x) aufweist, und x in einem Bereich von 0,1 bis 0,9 liegt; und das Füllen eines reflektierenden Materials in den Graben und über der korrosionsbeständigen Schicht.
  • Gemäß einigen Ausführungsformen umfasst ein Verfahren zum Bilden einer tiefen Grabenisolation in einem Strahlung erfassenden Substrat: das Bilden eines Grabens im Strahlung erfassenden Substrat; das Bilden einer Titancarbonitrid enthaltenden Schicht im Graben; und das Ausführen einer Plasmabehandlung mit Wasserstoff auf der Titancarbonitrid enthaltenden Schicht, um die Titancarbonitrid enthaltende Schicht in eine korrosionsbeständige Schicht umzuwandeln; und das Füllen eines reflektierenden Materials in den Graben und über der korrosionsbeständigen Schicht.
  • Gemäß einigen Ausführungsformen umfasst eine Bildsensorvorrichtung ein Strahlung erfassendes Substrat und eine tiefe Grabenisolation. Das Strahlung erfassende Substrat weist eine Vorderfläche und eine Rückfläche auf. Die tiefe Grabenisolation befindet sich im Strahlung erfassenden Substrat. Die tiefe Grabenisolation umfasst einen Graben, der sich von der Rückfläche in das Strahlung erfassende Substrat und eine Titancarbonitridschicht im Graben erstreckt.
  • 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.

Claims (20)

  1. Verfahren zum Bilden einer tiefen Grabenisolation in einem Strahlung erfassenden Substrat, umfassend: Bilden eines Grabens im Strahlung erfassenden Substrat; Bilden einer korrosionsbeständigen Schicht im Graben, wobei die korrosionsbeständige Schicht Titancarbonitrid umfasst, das eine chemische Formel von TiCxN(2-x) aufweist, und x in einem Bereich von 0,1 bis 0,9 liegt; und Füllen eines reflektierenden Materials in den Graben und über der korrosionsbeständigen Schicht.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, weiter umfassend das Bilden eines Dielektrikums im Graben vor dem Bilden der korrosionsbeständigen Schicht im Graben.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei das Bilden der korrosionsbeständigen Schicht im Graben umfasst: Bilden einer Titancarbonitrid enthaltenden Schicht im Graben; und Ausführen einer Plasmabehandlung mit Wasserstoff auf der Titancarbonitrid enthaltenden Schicht, um die Titancarbonitrid enthaltende Schicht in die korrosionsbeständige Schicht umzuwandeln.
  4. Verfahren zum Bilden einer tiefen Grabenisolation in einem Strahlung erfassenden Substrat, umfassend: Bilden eines Grabens im Strahlung erfassenden Substrat; Bilden einer Titancarbonitrid enthaltenden Schicht im Graben; und Ausführen einer Plasmabehandlung mit Wasserstoff an der Titancarbonitrid enthaltenden Schicht, um die Titancarbonitrid enthaltende Schicht in eine korrosionsbeständige Schicht umzuwandeln; und Füllen eines reflektierenden Materials in den Graben und über der korrosionsbeständigen Schicht.
  5. Verfahren nach Anspruch 4, wobei das Ausführen der Plasmabehandlung mit dem Wasserstoff auf der Titancarbonitrid enthaltenden Schicht mit einer Plasmaleistung von niedriger als 1.550 W erfolgt.
  6. Verfahren nach Anspruch 4 oder 5, wobei das Ausführen der Plasmabehandlung mit dem Wasserstoff auf der Titancarbonitrid enthaltenden Schicht mit einer Plasmaleistung von höher oder gleich 1.000 W erfolgt.
  7. Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 6, wobei die Plasmabehandlung weiter mit Stickstoff erfolgt.
  8. Bildsensorvorrichtung, umfassend: ein Strahlung erfassendes Substrat, das eine Vorderfläche und eine Rückfläche aufweist; und eine tiefe Grabenisolation im Strahlung erfassenden Substrat, wobei die tiefe Grabenisolation umfasst: einen Graben, der sich von der Rückfläche in das Strahlung erfassende Substrat erstreckt; und eine Titancarbonitridschicht im Graben.
  9. Bildsensorvorrichtung nach Anspruch 8, wobei das Titancarbonitrid der Titancarbonitridschicht eine chemische Formel von TiCxN(2-x) aufweist und x in einem Bereich von 0,1 bis 0,9 liegt.
  10. Bildsensorvorrichtung nach Anspruch 9, wobei x in einem Bereich von 0,2 bis 0,8 liegt.
  11. Bildsensorvorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 10, wobei die Titancarbonitridschicht 15 bis 40 at% Kohlenstoff umfasst.
  12. Bildsensorvorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 11, wobei die Titancarbonitridschicht 15 bis 40 at% Kohlenstoff umfasst.
  13. Bildsensorvorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 12, wobei in der Titancarbonitridschicht eine Differenz zwischen einem Betrag an Kohlenstoff und einem Betrag an Stickstoff niedriger oder gleich 10 at% ist.
  14. Bildsensorvorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 13, wobei in der Titancarbonitridschicht ein Betrag an Titan größer als ein Betrag an Stickstoff ist.
  15. Bildsensorvorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 14, wobei in der Titancarbonitridschicht ein Betrag an Stickstoff größer als ein Betrag an Kohlenstoff ist.
  16. Bildsensorvorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 15, wobei die tiefe Grabenisolation weiter ein Dielektrikum zwischen der Titancarbonitridschicht und einer Innenfläche des Grabens umfasst.
  17. Bildsensorvorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 16, wobei die tiefe Grabenisolation weiter ein reflektierendes Material im Graben und über der Titancarbonitridschicht umfasst.
  18. Bildsensorvorrichtung nach Anspruch 17, wobei das reflektierende Material Wolfram umfasst.
  19. Bildsensorvorrichtung nach Anspruch 17 oder 18, wobei sich die Titancarbonitridschicht im Graben in einer konformen Weise befindet und das reflektierende Material den Graben füllt.
  20. Bildsensorvorrichtung nach einem der Ansprüche 17 bis 19, wobei das reflektierende Material in Kontakt mit der Titancarbonitridschicht ist.
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