DE102018106754A1 - IMAGE SENSOR WITH ABSORPTION IMPROVEMENT SEMICONDUCTOR LAYER - Google Patents

IMAGE SENSOR WITH ABSORPTION IMPROVEMENT SEMICONDUCTOR LAYER Download PDF

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Ming-Chi Wu
Chien Nan Tu
Kun-Yu Lin
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Abstract

Ein Bildsensor mit einer Absorptionsverbesserungshalbleiterschicht wird bereitgestellt. Bei einigen Ausführungsformen umfasst der Bildsensor eine Vorderseitenhalbleiterschicht, eine Absorptionsverbesserungshalbleiterschicht und eine Rückseitenhalbleiterschicht, die gestapelt sind. Die Absorptionsverbesserungshalbleiterschicht ist zwischen der Vorderseiten- und der Rückseitenhalbleiterschicht gestapelt. Die Absorptionsverbesserungshalbleiterschicht hat eine energetische Bandlücke, die niedriger ist als die der Vorderseitenhalbleiterschicht. Ferner umfasst der Bildsensor eine Vielzahl von Vorsprüngen und einen Fotodetektor. Die Vorsprünge sind von der Rückseitenhalbleiterschicht definiert, und der Fotodetektor ist von der Vorderseitenhalbleiterschicht, der Absorptionsverbesserungshalbleiterschicht und der Rückseitenhalbleiterschicht definiert.

Figure DE102018106754A1_0000
An image sensor with an absorption enhancement semiconductor layer is provided. In some embodiments, the image sensor includes a front side semiconductor layer, an absorption enhancement semiconductor layer, and a backside semiconductor layer that are stacked. The absorption enhancing semiconductor layer is stacked between the front side and back side semiconductor layers. The absorption enhancement semiconductor layer has an energy band gap lower than that of the front side semiconductor layer. Further, the image sensor includes a plurality of protrusions and a photodetector. The protrusions are defined by the backside semiconductor layer, and the photodetector is defined by the front side semiconductor layer, the absorption enhancement semiconductor layer, and the backside semiconductor layer.
Figure DE102018106754A1_0000

Description

VERWEIS AUF VERWANDTE ANMELDUNGREFERENCE TO RELATED APPLICATION

Diese Anmeldung beansprucht die Priorität der vorläufigen U.S.-Anmeldung Nr. 62/585 044 , eingereicht am 13. November 2017, deren Inhalt hiermit durch Verweis vollständig einbezogen wird.This application claims the priority of the provisional U.S. Application No. 62 / 585,044 , filed on 13 November 2017, the content of which is hereby incorporated by reference in its entirety.

STAND DER TECHNIKSTATE OF THE ART

Integrierte Schaltungen (ICs) mit Bildsensoren werden in einem weiten Bereich moderner elektronischer Vorrichtungen verwendet, wie zum Beispiel in Kameras und Mobiltelefonen. In jüngerer Vergangenheit kamen komplementäre Metalloxid-Halbleiter (CMOS)-Bildsensoren in weit verbreiteten Gebrauch, indem sie ladungsgekoppelte Vorrichtungs- (Charge-Coupled Device)-Bildsensoren weitgehend ersetzten. Verglichen mit CCD-Bildsensoren, werden CMOS-Bildsensoren aufgrund niedrigeren Leistungsverbrauchs, kleiner Größe, schneller Datenverarbeitung, einer direkten Ausgabe von Daten und niedrigen Fertigungskosten bevorzugt. Einige Typen von CMOS-Bildsensoren weisen vorderseitenbeleuchtete (Front-Side Illuminated - FSI)-Bildsensoren und rückseitenbeleuchtete (Back-Side Illuminated)-Bildsensoren auf.Integrated circuits (ICs) with image sensors are used in a wide range of modern electronic devices, such as in cameras and cell phones. More recently, complementary metal oxide semiconductor (CMOS) image sensors have come into widespread use largely replacing charged-coupled device (PIC) image sensors. Compared to CCD image sensors, CMOS image sensors are preferred because of lower power consumption, smaller size, faster data processing, direct data output, and lower manufacturing costs. Some types of CMOS image sensors include Front-Side Illuminated (FSI) and back-side Illuminated (PIC) image sensors.

Figurenlistelist of figures

Aspekte der vorliegenden Offenbarung versteht man am besten aus der folgenden ausführlichen Beschreibung unter Heranziehung der begleitenden Figuren. Es wird betont, dass in Übereinstimmung mit der Standardpraxis der Industrie diverse Elemente nicht maßstabgerecht gezeichnet sind. Die Maße der diversen Elemente können nämlich zur Klarheit der Besprechung willkürlich vergrößert oder verkleinert werden.

  • 1 veranschaulicht eine Querschnittansicht einiger Ausführungsformen eines Bildsensors, der eine Absorptionsverbesserungshalbleiterschicht umfasst.
  • Die 2A bis 2D veranschaulichen Querschnittansichten diverser ausführlicherer Ausführungsformen des Bildsensors der 1.
  • 3 veranschaulicht eine Layout-Draufsicht einiger Ausführungsformen des Bildsensors der 1 und 2A bis 2D.
  • Die 4A bis 4B veranschaulichen Querschnittansichten diverser ausführlicherer Ausführungsformen des Bildsensors der 3.
  • Die 5 bis 12 veranschaulichen eine Reihe von Querschnittansichten einiger Ausführungsformen eines Verfahrens zum Bilden eines vorderseitenbeleuchteten (BSI)-Bildsensors mit einer Absorptionsverbesserungshalbleiterschicht.
  • 13 veranschaulicht ein Ablaufdiagramm einiger Ausführungsformen des Verfahrens der 5 bis 12.
  • Die 14 bis 21 veranschaulichen eine Reihe von Querschnittansichten einiger Ausführungsformen eines Verfahrens zum Bilden eines rückseitenbeleuchteten (BSI)-Bildsensors mit einer Absorptionsverbesserungshalbleiterschicht.
  • 22 veranschaulicht ein Ablaufdiagramm einiger Ausführungsformen des Verfahrens der 14 bis 21.
Aspects of the present disclosure are best understood from the following detailed description with reference to the accompanying figures. It is emphasized that various elements are not drawn to scale in accordance with industry standard practice. Namely, the dimensions of the various elements may be arbitrarily increased or decreased for the sake of clarity of the discussion.
  • 1 FIG. 12 illustrates a cross-sectional view of some embodiments of an image sensor including an absorption enhancement semiconductor layer. FIG.
  • The 2A to 2D 12 illustrate cross-sectional views of various more detailed embodiments of the image sensor of FIG 1 ,
  • 3 FIG. 12 illustrates a top layout view of some embodiments of the image sensor of FIG 1 and 2A to 2D ,
  • The 4A to 4B 12 illustrate cross-sectional views of various more detailed embodiments of the image sensor of FIG 3 ,
  • The 5 to 12 12 illustrate a series of cross-sectional views of some embodiments of a method of forming a side-lit (BSI) image sensor having an absorption enhancement semiconductor layer.
  • 13 FIG. 12 illustrates a flowchart of some embodiments of the method of FIG 5 to 12 ,
  • The 14 to 21 illustrate a series of cross-sectional views of some embodiments of a method of forming a backlit (BSI) image sensor having an absorption enhancement semiconductor layer.
  • 22 FIG. 12 illustrates a flowchart of some embodiments of the method of FIG 14 to 21 ,

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNGDETAILED DESCRIPTION

Die vorliegende Offenbarung stellt viele unterschiedliche Ausführungsformen oder Beispiele zum Umsetzen unterschiedlicher Merkmale dieser Offenbarung bereit. Spezifische Beispiele von Komponenten und Anordnungen sind unten beschrieben, um die vorliegende Offenbarung zu vereinfachen. Es sind dies natürlich nur Beispiele und bezwecken nicht, einschränkend zu sein. Das Ausbilden eines ersten Merkmals über oder auf einem zweiten Merkmal in der folgenden Beschreibung kann zum Beispiel Ausführungsformen aufweisen, bei welchen das erste und das zweite Merkmal in direktem Kontakt ausgebildet sind, und kann auch Ausführungsformen aufweisen, bei welchen zusätzliche Merkmale zwischen dem ersten und dem zweiten Merkmal ausgebildet werden können, so dass das erste und das zweite Merkmal eventuell nicht in direktem Kontakt sind. Außerdem kann die vorliegende Offenbarung Bezugszeichen und/oder Bezugsbuchstaben in den diversen Beispielen wiederholen. Diese Wiederholung soll der Einfachheit und der Klarheit dienen und schreibt selbst keine Beziehung zwischen den diversen besprochenen Ausführungsformen und/oder Konfigurationen vor.The present disclosure provides many different embodiments or examples for implementing various features of this disclosure. Specific examples of components and arrangements are described below to simplify the present disclosure. Of course, these are just examples and are not intended to be limiting. Forming a first feature over or on a second feature in the following description, for example, may include embodiments in which the first and second features are formed in direct contact, and may also include embodiments in which additional features are interposed between the first and second features second feature may be formed so that the first and the second feature may not be in direct contact. In addition, the present disclosure may repeat reference numerals and / or reference characters in the various examples. This repetition is intended to be for simplicity and clarity and does not itself provide any relationship between the various embodiments and / or configurations discussed.

Ferner können räumliche Bezugsbegriffe, wie „unterhalb“, „unter“, „niedriger“, „oberhalb“, „ober“ und dergleichen hier zur Erleichterung der Beschreibung verwendet werden, um die Beziehung eines Merkmals oder Merkmals zu einem oder mehreren anderen Merkmalen oder Merkmalen, wie sie in den Fig. veranschaulicht sind, zu beschreiben. Die räumlichen Bezugsbegriffe können bezwecken, unterschiedliche Ausrichtungen der Vorrichtung oder des Geräts beim Gebrauch oder Betrieb zusätzlich zu der Ausrichtung, die in den Fig. abgebildet ist, einzuschließen. Das Gerät kann anders ausgerichtet sein (um 90 Grad gedreht oder an anderen Ausrichtungen), und die räumlichen Bezugsdeskriptoren, die hier verwendet werden, können entsprechend ausgelegt werden. Darüber hinaus sind die Begriffe „erste/r/s“, „zweite/r/s“, „dritte/r/s“, „vierte/r/s“ und dergleichen bloß generische Identifikatoren und können daher in diversen Ausführungsformen ausgetauscht werden. Während Element (zum Beispiel eine Ätzung, eine dielektrische Schicht oder ein Substrat) bei einigen Ausführungsformen zum Beispiel ein „erstes“ Element genannt werden kann, kann das Element bei anderen Ausführungsformen ein Anfangszeichen auf zweites“ Element genannt werden.Further, spatial reference terms such as "below,""below,""lower,""above,""upper," and the like may be used herein for ease of description to describe the relationship of a feature or feature to one or more other features or features , as illustrated in the figures, to describe. The spatial terms may be intended to include different orientations of the device or device in use or operation in addition to the orientation depicted in the figures. The device may be otherwise oriented (rotated 90 degrees or at other orientations), and the spatial reference descriptors used herein may be construed accordingly. Moreover, the terms "first,""second,""third,""fourth," and the like are merely generic identifiers and therefore may be referred to in US Pat various embodiments are exchanged. For example, while an element (eg, an etch, a dielectric layer, or a substrate) may be called a "first" element in some embodiments, in other embodiments, the element may be called an initial character on the second element.

Ein komplementärer Metalloxid-Halbleiter (CMOS)-Bildsensor kann ein Halbleitersubstrat aus monokristallinem Silizium und eine Anordnung von Pixelsensoren, die in dem Halbleitersubstrat eingerichtet ist, umfassen. Die Pixelsensoren umfassen jeweilige Fotodetektoren, die in dem Halbleitersubstrat eingelassen sind, und umfassen ferner jeweilige Pixeltransistoren, die auf einer Oberfläche des Halbleitersubstrats eingerichtet sind. Die Fotodetektoren sind konfiguriert, um einfallende Strahlung zu absorbieren und ein elektrisches Signal, das der einfallenden Strahlung entspricht, zu erzeugen.A complementary metal oxide semiconductor (CMOS) image sensor may comprise a monocrystalline silicon semiconductor substrate and an array of pixel sensors arranged in the semiconductor substrate. The pixel sensors include respective photodetectors embedded in the semiconductor substrate, and further include respective pixel transistors arranged on a surface of the semiconductor substrate. The photodetectors are configured to absorb incident radiation and generate an electrical signal corresponding to the incident radiation.

Eine Herausforderung bei CMOS-Bildsensoren ist, dass der CMOS-Bildsensor im Freien für Strahlung mit einer Wellenlänge um 850 Nanometer (unten 850-Nanometer-Strahlung genannt) nicht verwendet werden. Während das CMOS-Bild in Innenräumen für die 850-Nanometer-Strahlung verwendet werden kann, induziert nämlich Sonnenstrahlung im Freien Rauschen, das die Empfindlichkeit des CMOS-Bildsensors für die 850-Nanometer-Strahlung verringert. Ferner mangelt es dem CMOS-Bildsensor an ausreichender Empfindlichkeit für die 850-Nanometer-Strahlung, um das Rauschen zu kompensieren. Eine andere Herausforderung bei dem CMOS-Bildsensor ist, dass das monokristalline Silizium eine hohe energetische Bandlücke hat und folglich einen niedrigen Absorptionskoeffizienten für Strahlung mit hoher Wellenlänge. Die Strahlung mit hoher Wellenlänge weist zum Beispiel Strahlung mit einer Wellenlänge größer als etwa 900 Nanometer auf. Der CMOS-Bildsensor hat daher für Strahlung mit hoher Wellenlänge, wenn sie nicht verbessert wird, schlechte Quanteneffizienz. Die Quanteneffizienz (QE) ist der Bruchteil an einfallenden Fotonen, der zu dem elektrischen Signal beiträgt. Der CMOS-Bildsensor kann zum Beispiel eine Quanteneffizienz unterhalb von 10 % für Strahlung mit einer Wellenlänge um etwa 940 Nanometer haben, und/oder kann eine Quanteneffizienz um o % für Strahlung mit einer Wellenlänge, die größer ist als etwa 1100 Nanometer, haben.A challenge with CMOS image sensors is that the CMOS image sensor is not used outdoors for radiation with a wavelength around 850 nanometers (called 850 nanometer radiation below). While the indoor CMOS image can be used for 850 nanometer radiation, outdoor solar radiation induces noise which reduces the sensitivity of the CMOS image sensor to the 850 nanometer radiation. Furthermore, the CMOS image sensor lacks sufficient sensitivity for the 850 nanometer radiation to compensate for the noise. Another challenge with the CMOS image sensor is that the monocrystalline silicon has a high energy bandgap and consequently a low absorption coefficient for high wavelength radiation. For example, the high wavelength radiation has radiation having a wavelength greater than about 900 nanometers. The CMOS image sensor therefore has poor quantum efficiency for high wavelength radiation, if not improved. Quantum efficiency (QE) is the fraction of incident photons contributing to the electrical signal. For example, the CMOS image sensor may have a quantum efficiency below 10% for radiation having a wavelength of about 940 nanometers, and / or may have a quantum efficiency of o% for radiation having a wavelength greater than about 1100 nanometers.

Ein Ansatz zum Verbessern des CMOS-Bildsensors besteht darin, eine Stärke des Halbleitersubstrats, und die Tiefe, bis zu welcher sich die Fotodetektoren in das Halbleitersubstrat erstrecken, zu erhöhen. Je höher die Wellenlänge der einfallenden Strahlung, desto höher ist die Absorptionstiefe. Das ist jedoch bei existierenden CMOS-Prozessen schwierig und fügt Kosten zur Fertigung des CMOS-Bildsensors hinzu. Ferner erhöht das Erhöhen der Tiefe, bis zu der sich die Fotodetektoren in das Halbleitersubstrat erstrecken, Übersprechen und Die-Größe.One approach to improving the CMOS image sensor is to increase a thickness of the semiconductor substrate, and the depth to which the photodetectors extend into the semiconductor substrate. The higher the wavelength of the incident radiation, the higher the absorption depth. However, this is difficult with existing CMOS processes and adds costs to fabricating the CMOS image sensor. Further, increasing the depth to which the photodetectors extend into the semiconductor substrate increases crosstalk and die size.

Angesichts des oben Stehenden, betreffen diverse Ausführungsformen der vorliegenden Anmeldungen einem Bildsensor mit einer Absorptionsverbesserungshalbleiterschicht. Bei einigen Ausführungsformen umfasst der Bildsensor eine Vorderseitenhalbleiterschicht, eine Absorptionsverbesserungshalbleiterschicht und eine Rückseitenhalbleiterschicht, die gestapelt sind. Die Absorptionsverbesserungshalbleiterschicht ist zwischen der Vorderseiten- und der Rückseitenhalbleiterschicht gestapelt und hat eine energetische Bandlücke, die niedriger ist als die der Vorderseitenhalbleiterschicht. Bei einigen Ausführungsformen umfasst der Bildsensor ferner eine Vielzahl von Vorsprüngen und einen Fotodetektor. Die Vorsprünge werden von der Rückseitenhalbleiterschicht definiert. Der Fotodetektor wird von der Vorderseiten- und der Rückseitenhalbleiterschicht sowie von der Absorptionsverbesserungshalbleiterschicht definiert.In view of the above, various embodiments of the present applications relate to an image sensor having an absorption enhancement semiconductor layer. In some embodiments, the image sensor includes a front side semiconductor layer, an absorption enhancement semiconductor layer, and a backside semiconductor layer that are stacked. The absorption enhancement semiconductor layer is stacked between the front side and back side semiconductor layers and has an energy band gap lower than that of the front side semiconductor layer. In some embodiments, the image sensor further includes a plurality of protrusions and a photodetector. The protrusions are defined by the backside semiconductor layer. The photodetector is defined by the front and back semiconductor layers as well as the absorption enhancement semiconductor layer.

Da die Absorptionsverbesserungshalbleiterschicht eine niedrige energetische Bandlücke im Vergleich zu der Vorderseitenhalbleiterschicht hat, hat die Absorptionsverbesserungshalbleiterschicht einen hohen Absorptionskoeffizienten im Vergleich zu der Vorderseitenhalbleiterschicht. Das wiederum verbessert die Absorption einfallender Strahlung durch den Fotodetektor, so dass der Fotodetektor eine hohe QE hat. Die hohe QE erlaubt es dem Fotodetektor, für eine Strahlung mit hoher Wellenlänge größer als etwa 800 Nanometer verwendet zu werden. Der Fotodetektor kann zum Beispiel für Strahlung mit einer Wellenlänge größer als etwa 900, 940, 1100 oder 1375 Nanometer verwendet werden. Als ein anderes Beispiel kann der Fotodetektor im Freien für Strahlung mit einer Wellenlänge zwischen etwa 840 und 860 Nanometern ungeachtet von Rauschen von Sonnenstrahlung verwendet werden. Ferner erlaubt es die hohe QE dem Fotodetektor, für Strahlung mit hoher Wellenlänge ohne eine große Stärke verwendet zu werden. Kosten, Die-Größe, Übersprechen oder irgendeine Kombination dieser ist/sind daher niedrig.Since the absorption enhancement semiconductor layer has a low energy band gap as compared with the front side semiconductor layer, the absorption enhancement semiconductor layer has a high absorption coefficient as compared with the front side semiconductor layer. This in turn improves the absorption of incident radiation by the photodetector, so that the photodetector has a high QE. The high QE allows the photodetector to be used for high wavelength radiation greater than about 800 nanometers. For example, the photodetector may be used for radiation having a wavelength greater than about 900, 940, 1100, or 1375 nanometers. As another example, the photodetector may be used outdoors for radiation having a wavelength between about 840 and 860 nanometers, regardless of noise from solar radiation. Further, the high QE allows the photodetector to be used for high wavelength radiation without a great strength. Cost, size, crosstalk or any combination of these is / are therefore low.

Unter Bezugnahme auf 1 ist eine Querschnittansicht 100 einiger Ausführungsformen eines Bildsensors, der einen Pixelsensor 102 mit verbesserter Absorption umfasst, bereitgestellt. Der Bildsensor kann zum Beispiel vorderseitenbeleuchtet (FSI) oder rückseitenbeleuchtet (BSI) sein. Ferner kann der Bildsensor zum Beispiel ein CMOS-Bildsensor sein, und/oder kann zum Beispiel ein integrierter Schaltungs- (IC)-Die oder Chip sein. Der Pixelsensor 102 mit verbesserter Absorption ist konfiguriert, um einfallende Strahlung 104 (zum Beispiel Licht) mit einer hohen Wellenlänge zu absorbieren, und ist durch ein Verbundsubstrat 106 und eine Passivierungsschicht 108 definiert. Die hohe Wellenlänge kann zum Beispiel größer als etwa 800, 850, 940, 1100 oder 1375 Nanometer sein, und/oder kann zum Beispiel zwischen etwa 1,0 und 2,5 Mikrometer, zwischen etwa 0,8 und 2,5 Mikrometer oder etwa 0,8 und 3,0 Mikrometer liegen.With reference to 1 is a cross-sectional view 100 some embodiments of an image sensor comprising a pixel sensor 102 provided with improved absorption. The image sensor may be front-lit (FSI) or backlit (BSI), for example. Further, the image sensor may be, for example, a CMOS image sensor, and / or may be, for example, an integrated circuit (IC) die or chip. The pixel sensor 102 with improved absorption is configured to absorb incident radiation 104 (For example, light) with a high wavelength absorb, and is by a composite substrate 106 and a passivation 108 Are defined. For example, the high wavelength may be greater than about 800 . 850 . 940 , 1100 or 1375 nanometers, and / or may be, for example, between about 1.0 and 2.5 microns, between about 0.8 and 2.5 microns, or about 0.8 and 3.0 microns.

Die Passivierungsschicht 108 befindet sich auf einer Rückseitenoberfläche 106b des Verbundsubstrats 106, um die Rückseitenoberfläche 106b zu schützen. Die Passivierungsschicht 108 kann zum Beispiel Siliziumdioxid, Siliziumnitrid, ein High-K-Dielektrikum, ein beliebiges anderes Dielektrikum oder eine beliebige Kombination der zuvor genannten umfassen. Wie hier verwendet, kann ein High-κ-Dielektrikum zum Beispiel ein Dielektrikum mit einer Dielektrizitätskonstante κ größer als etwa 3,9, 5, 10 oder 20 sein. Das Verbundsubstrat 106 umfasst eine Vorderseitenhalbleiterschicht 110, eine Absorptionsverbesserungshalbleiterschicht 112 und eine Rückseitenhalbleiterschicht 114.The passivation layer 108 is located on a backside surface 106b of the composite substrate 106 around the back surface 106b to protect. The passivation layer 108 For example, it may include silicon dioxide, silicon nitride, a high-k dielectric, any other dielectric, or any combination of the foregoing. For example, as used herein, a high κ dielectric may include a dielectric having a dielectric constant κ greater than about 3 . 9 . 5 . 10 or 20 his. The composite substrate 106 includes a front side semiconductor layer 110 , an absorption enhancing semiconductor layer 112 and a backside semiconductor layer 114 ,

Die Vorderseitenhalbleiterschicht 110 erstreckt sich entlang einer Vorderseitenoberfläche 106f des Verbundsubstrats 106, das entlang der Rückseitenoberfläche 106b des Verbundsubstrats 106 liegt, und definiert sie. Die Rückseitenhalbleiterschicht 114 liegt entlang der Rückseitenoberfläche 106b des Verbundsubstrats 106 und definiert sie. Bei einigen Ausführungsformen kontaktiert die Rückseitenhalbleiterschicht 114 direkt die Passivierungsschicht 108. Die Vorderseitenhalbleiterschicht 110 und die Rückseitenhalbleiterschicht 114 können zum Beispiel Silizium, einem anderen Halbleitermaterial oder irgendeiner Kombination dieser bestehen oder sie umfassen. Bei einigen Ausführungsformen befindet/befinden sich auf der Vorderseitenhalbleiterschicht 110 und/der Rückseitenhalbleiterschicht 114 keine anderen Halbleiteratome als Siliziumatome.The front-side semiconductor layer 110 extends along a front surface 106f of the composite substrate 106 that along the back surface 106b of the composite substrate 106 lies, and defines it. The backside semiconductor layer 114 lies along the back surface 106b of the composite substrate 106 and defines them. In some embodiments, the backside semiconductor layer contacts 114 directly the passivation layer 108 , The front-side semiconductor layer 110 and the backside semiconductor layer 114 For example, silicon, other semiconductor material, or any combination of these, may include or include silicon. In some embodiments, the front side semiconductor layer is / are located 110 and / or the backside semiconductor layer 114 no semiconductor atoms other than silicon atoms.

Bei einigen Ausführungsformen ist die Rückseitenhalbleiterschicht 114 ein Halbleitermaterial mit einer systematischen Porenstruktur (das heißt ein poröses Halbleitermaterial) oder umfasst dieses. Die Rückseitenhalbleiterschicht 114 kann aus nanoporösem Silizium, einem anderen porösen Silizium oder einem anderen porösen Halbleitermaterial bestehen oder dieses umfassen. Die Poren können zum Beispiel Poren in Mikrometergröße, Nanometergröße, Poren kleinerer Größe oder Kombinationen der zuvor genannten sein. Bei einigen Ausführungsformen dienen die Poren als eine Lichtfalle für die einfallende Strahlung 104, wodurch Absorption verbessert wird. Abgewinkelte Seitenwände einer Pore können es zum Beispiel für Strahlung schwierig machen, in die Pore einzutreten, um anschließend aus der Poren heraus zu reflektieren. Stattdessen ist es wahrscheinlicher, dass die Strahlung innerhalb der Pore reflektiert, bis sie absorbiert ist.In some embodiments, the backside semiconductor layer is 114 a semiconductor material having a systematic pore structure (ie, a porous semiconductor material) or comprises this. The backside semiconductor layer 114 may be made of or include nanoporous silicon, another porous silicon or other porous semiconductor material. The pores may be, for example, pores in micrometer size, nanometer size, pores of smaller size, or combinations of the foregoing. In some embodiments, the pores serve as a light trap for the incident radiation 104 , which improves absorption. For example, angled pore sidewalls can make it difficult for radiation to enter the pore to subsequently reflect out of the pores. Instead, it is more likely that the radiation will reflect within the pore until it is absorbed.

Die Absorptionsverbesserungshalbleiterschicht 112 ist vertikal zwischen der Vorderseitenhalbleiterschicht 110 und der Rückseitenhalbleiterschicht 114 gestapelt. Bei einigen Ausführungsformen kontaktiert die Absorptionsverbesserungshalbleiterschicht 112 direkt die Vorderseitenhalbleiterschicht 110 an dem Vorderseiten-Heteroübergang 116 und/oder kontaktiert direkt die Rückseitenhalbleiterschicht 114 an dem Rückseiten-Heteroübergang 118. Die Absorptionsverbesserungshalbleiterschicht 112 hat eine niedrige energetische Bandlücke, um Absorption der einfallenden Strahlung 104 zu verbessern. Bei einigen Ausführungsformen ist die niedrige energetische Bandlücke eine energetische Bandlücke, die niedriger ist als etwa 1,00, 0,80, 0,60, 0,66 oder 0,40 Elektronenvolt (eV). Ferner ist bei einigen Ausführungsformen die niedrige energetische Bandlücke eine energetische Bandlücke, die niedriger ist als die der Vorderseitenhalbleiterschicht 110 und/oder der Rückseitenhalbleiterschicht 114. Die Absorptionsverbesserungshalbleiterschicht 112 kann zum Beispiel eine energetische Bandlücke niedriger als etwa 1,0 eV haben, während die Vorderseitenhalbleiterschicht 110 eine energetische Bandlücke höher als etwa 1,1, 1,5, 2,0 oder 5,0 eV haben kann. Bei einigen Ausführungsformen beträgt ein Unterschied zwischen einer energetischen Bandlücke der Absorptionsverbesserungshalbleiterschicht 112 und einer energetischen Bandlücke der Vorderseitenhalbleiterschicht 110 etwa 0,46 eV oder weniger, etwa 0,5 eV oder niedriger, liegt zwischen etwa 0,2 und 0,5 eV oder liegt zwischen etwa 0,4 und 0,5 eV. Die Absorptionsverbesserungshalbleiterschicht 112 kann zum Beispiel einen solchen Unterschied zu der Vorderseitenhalbleiterschicht 110 haben, wenn die Absorptionsverbesserungshalbleiterschicht 112 Silizium-Germanium ist oder umfasst und die Vorderseitenhalbleiterschicht 110 Silizium ist oder umfasst. Bei einigen Ausführungsformen hat die Absorptionsverbesserungshalbleiterschicht 112 auch eine direkte energetische Bandlücke, um die Absorption der einfallenden Strahlung 104 weiter zu verbessern. Die direkte energetische Bandlücke kann es zum Beispiel Fotonen 104p von der einfallenden Strahlung 104 erlauben, ohne Abhängigkeit von Phononen (zum Beispiel Kristallschwingungen) absorbiert zu werden. Die Absorptionsverbesserungshalbleiterschicht 112 kann zum Beispiel Germanium, Silizium-Germanium, Silizium (zum Beispiel monokristallines Silizium) dotiert mit einem Chalkogen, ein anderes Halbleitermaterial mit niedriger energetischer Bandlücke oder eine beliebige Kombination der zuvor genannten sein oder sie umfassen. Das Chalkogen kann zum Beispiel Schwefel (zum Beispiel S), Selen (zum Beispiel Se), Tellur (zum Beispiel Te), ein anderes Chalkogen oder eine beliebige Kombination der zuvor genannten sein oder umfassen. Bei einigen Ausführungsformen, bei welchen die Absorptionsverbesserungshalbleiterschicht 112 aus Silizium dotiert mit dem Chalkogen ist oder es umfasst, weist die Absorptionsverbesserungshalbleiterschicht 112 keine anderen Halbleiteratome als Siliziumatome auf. Ferner ist bei einigen Ausführungsformen, bei welchen die Absorptionsverbesserungshalbleiterschicht 112 aus Silizium dotiert mit dem Chalkogen ist oder es umfasst, die Absorptionsverbesserungshalbleiterschicht 112 über das Löslichkeitslimit des Chalkogens hinaus dotiert (das heißt übersättigt), um die Subbandlückenabsorption der einfallenden Strahlung 104 zu erleichtern.The absorption enhancement semiconductor layer 112 is vertical between the front side semiconductor layer 110 and the backside semiconductor layer 114 stacked. In some embodiments, the absorption enhancement semiconductor layer contacts 112 directly the front side semiconductor layer 110 at the front side heterojunction 116 and / or directly contacts the backside semiconductor layer 114 at the backside heterojunction 118 , The absorption enhancement semiconductor layer 112 has a low energy band gap to absorb the incident radiation 104 to improve. In some embodiments, the low energy bandgap is an energy band gap that is less than about 1.00, 0.80, 0.60, 0.66, or 0.40 electron volts (eV). Further, in some embodiments, the low energy bandgap is an energy band gap that is lower than that of the front side semiconductor layer 110 and / or the backside semiconductor layer 114 , The absorption enhancement semiconductor layer 112 For example, it may have an energy bandgap lower than about 1.0 eV while the front side semiconductor layer 110 may have an energy gap higher than about 1.1, 1.5, 2.0 or 5.0 eV. In some embodiments, there is a difference between an energy bandgap of the absorption enhancement semiconductor layer 112 and an energetic bandgap of the front side semiconductor layer 110 about 0.46 eV or less, about 0.5 eV or lower, is between about 0.2 and 0.5 eV or is between about 0.4 and 0.5 eV. The absorption enhancement semiconductor layer 112 For example, such a difference from the front side semiconductor layer 110 when the absorption enhancing semiconductor layer 112 Silicon germanium is or comprises and the front side semiconductor layer 110 Silicon is or includes. In some embodiments, the absorption enhancement semiconductor layer 112 also a direct energy band gap to the absorption of incident radiation 104 continue to improve. For example, the direct energy band gap can be photons 104p from the incident radiation 104 allow to be absorbed without dependence on phonons (for example crystal vibrations). The absorption enhancement semiconductor layer 112 For example, it may be or include germanium, silicon germanium, silicon (eg, monocrystalline silicon) doped with a chalcogen, another low energy bandgap semiconductor material, or any combination of the foregoing. The chalcogen may, for example, be or include sulfur (for example S), selenium (for example Se), tellurium (for example Te), another chalcogen or any combination of those mentioned above. In some embodiments, wherein the absorption enhancement semiconductor layer 112 is made of silicon doped with or comprises the chalcogen, the Absorption improving semiconductor layer 112 no semiconductor atoms other than silicon atoms. Further, in some embodiments, the absorption enhancement semiconductor layer 112 of silicon doped with or comprising the chalcogen, the absorption enhancing semiconductor layer 112 doped beyond the solubility limit of the chalcogen (i.e., supersaturated) to the subband gap absorption of the incident radiation 104 to facilitate.

Bei einigen Ausführungsformen hat die Absorptionsverbesserungshalbleiterschicht 112 eine Stärke T von etwa 10 bis 3000 Ångström, 100 bis 1500 Ångström, 1500 bis 3000 Ångström oder eine Kombination der zuvor genannten. Bei einigen solchen Ausführungsformen besteht die Absorptionsverbesserungshalbleiterschicht 112 aus Si0,8Ge0,2 oder umfasst es. Bei einigen Ausführungsformen ist die Absorptionsverbesserungshalbleiterschicht 112 aus Si0,8Ge0,2 oder umfasst es, und/oder hat eine Stärke von etwa 950 bis 1050 Ångström, etwa 975 bis 1005 und 20 Ångström oder etwa 1000 Ångström. Bei einigen Ausführungsformen hat die Vorderseitenhalbleiterschicht 110 dieselbe kristalline Ausrichtung wie die Rückseitenhalbleiterschicht 114.In some embodiments, the absorption enhancement semiconductor layer 112 a strength T of about 10 to 3000 angstroms, 100 to 1500 angstroms, 1500 to 3000 angstroms, or a combination of the foregoing. In some such embodiments, the absorption enhancement semiconductor layer is 112 Si 0.8 Ge 0.2 or includes it. In some embodiments, the absorption enhancement semiconductor layer is 112 Si 0.8 Ge 0.2 or includes it, and / or has a thickness of about 950 to 1050 angstroms, about 975 to 1005 and 20 Ångström or about 1000 angstroms. In some embodiments, the front side semiconductor layer 110 same crystalline orientation as the backside semiconductor layer 114 ,

Ein Fotodetektor 120 wird von dem Verbundsubstrat 106, das die Absorptionsverbesserungshalbleiterschicht 112 aufweist, definiert. Der Fotodetektor 120 kann zum Beispiel einen p-Typ-Halbleiterbereich (nicht gezeigt), einen n-Typ-Halbleiterbereich (nicht gezeigt) und einen Fotoübergang (nicht gezeigt) umfassen. Der p-Typ-Halbleiterbereich und der n-Typ-Halbleiterbereich werden von dem Verbundsubstrat 106 definiert, und der Fotoübergang wird von dem p-Typ-Halbleiterbereich und dem n-Typ-Halbleiterbereich definiert. Der Fotoübergang kann zum Beispiel einen PN-Übergang oder einen PIN-Übergang umfassen. Der Fotodetektor 120 ist konfiguriert, um die einfallende Strahlung 104 in ein elektrisches Signal umzuwandeln. Das elektrische Signal kann zum Beispiel aus Elektronenlochpaaren 122 resultieren, die als Reaktion darauf, dass das Verbundsubstrat 106 Fotonen 104p der einfallenden Strahlung 104 absorbiert, erzeugt werden. Der Fotodetektor 120 kann zum Beispiel eine Fotodiode oder ein beliebiger anderer Fotodetektor sein.A photodetector 120 is from the composite substrate 106 containing the absorption enhancing semiconductor layer 112 has defined. The photodetector 120 For example, a p-type semiconductor region (not shown), an n-type semiconductor region (not shown), and a photo junction (not shown) may be included. The p-type semiconductor region and the n-type semiconductor region are formed by the composite substrate 106 and the photo transition is defined by the p-type semiconductor region and the n-type semiconductor region. The photo transition may include, for example, a PN junction or a PIN transition. The photodetector 120 is configured to detect the incident radiation 104 to convert into an electrical signal. The electrical signal may, for example, be electron-hole pairs 122 result in response to the composite substrate 106 photons 104p the incident radiation 104 absorbed, generated. The photodetector 120 For example, it may be a photodiode or any other photodetector.

Da die Absorptionsverbesserungshalbleiterschicht 112 eine niedrige energetische Bandlücke hat, hat die Absorptionsverbesserungshalbleiterschicht 112 einen hohen Absorptionskoeffizienten. Das wiederum verbessert die Absorption der einfallenden Strahlung 104 durch den Fotodetektor 120, so dass der Fotodetektor 120 eine hohe QE hat. Die hohe QE erlaubt es dem Fotodetektor 120, für eine Strahlung mit hoher Wellenlänge größer als etwa 800 Nanometer verwendet zu werden. Der Fotodetektor 120 kann zum Beispiel für Strahlung mit einer Wellenlänge größer als etwa 900, 940, 1100 oder 1375 Nanometer verwendet werden. Als ein anderes Beispiel kann der Fotodetektor 120 im Freien für Strahlung mit einer Wellenlänge zwischen etwa 840 und 860 Nanometern ungeachtet von Rauschen von Sonnenstrahlung verwendet werden. Ferner erlaubt es die hohe QE dem Fotodetektor 120, für die Strahlung mit hoher Wellenlänge verwendet zu werden, ohne dass das Verbundsubstrat 106 eine große Stärke hat. Kosten, Die-Größe, Übersprechen oder irgendeine Kombination dieser ist/sind daher niedrig.Since the absorption enhancing semiconductor layer 112 has a low energy bandgap, has the absorption enhancement semiconductor layer 112 a high absorption coefficient. This in turn improves the absorption of the incident radiation 104 through the photodetector 120 so that the photodetector 120 has a high QE. The high QE allows the photodetector 120 , for radiation of high wavelength greater than about 800 Nanometer to be used. The photodetector 120 For example, for radiation having a wavelength greater than about 900, 940 . 1100 or 1375 nanometers can be used. As another example, the photodetector 120 used outdoors for radiation having a wavelength between about 840 and 860 nanometers, regardless of noise from solar radiation. Furthermore, the high QE allows the photodetector 120 to be used for the high wavelength radiation without the composite substrate 106 has a great strength. Cost, size, crosstalk or any combination of these is / are therefore low.

Bei einigen Ausführungsformen wird eine Vielzahl von Vorsprüngen 124 von dem Verbundsubstrat 106, das die Rückseitenhalbleiterschicht 114 umfasst, definiert. Zur leichteren Veranschaulichung ist nur einer der Vorsprünge 124 mit 124 benannt. Die Vorsprünge 124 befinden sich entlang der Rückseitenoberfläche 106b des Verbundsubstrats 106 und definieren mindestens teilweise eine Absorptionsverbesserungsstruktur 126. Die Vorsprünge 124 sind konfiguriert, um zu verhindern, dass einfallende Strahlung von dem Fotodetektor 120 weg reflektiert wird. Die Vorsprünge 124 können zum Beispiel abgewinkelte Seitenwände haben, um einen solchen Reflexionsgrad zu haben. Durch Verhindern, dass einfallende Strahlung von dem Fotodetektor 120 weg reflektiert wird, erhöhen die Vorsprünge 124 die Menge an Strahlung, die von dem Fotodetektor 120 absorbiert wird, was die Empfindlichkeit des Fotodetektors 120 erhöht.In some embodiments, a plurality of protrusions 124 from the composite substrate 106 that the backside semiconductor layer 114 includes, defined. For ease of illustration, only one of the protrusions 124 named with 124. The projections 124 are located along the back surface 106b of the composite substrate 106 and at least partially define an absorption enhancement structure 126 , The projections 124 are configured to prevent incident radiation from the photodetector 120 is reflected away. The projections 124 For example, they may have angled sidewalls to have such a reflectance. By preventing incident radiation from the photodetector 120 is reflected off, increase the tabs 124 the amount of radiation coming from the photodetector 120 is absorbed, indicating the sensitivity of the photodetector 120 elevated.

Bei einigen Ausführungsformen sind die Vorsprünge 124 in einer periodischen Strukturierung oder einer periodischen Anordnung. Bei einigen Ausführungsformen haben die Vorsprünge 124 jeweils eine Kegelform, eine Pyramidenform oder eine beliebige andere Form. Bei einigen Ausführungsformen definieren die Vorsprünge ein Sägezahnprofil. Bei einigen Ausführungsformen haben die Vorsprünge 124 einen Abstand P von etwa 0,01 bis 8,0 Mikrometer, etwa 0,2 bis 5,0 Mikrometer, etwa 1,0 bis 3,0 Mikrometer oder eine beliebige Kombination der zuvor genannten. Bei einigen Ausführungsformen haben die Vorsprünge 124 eine Höhe H von etwa 0,2 bis 20,0 Mikrometer, etwa 1,0 bis 15,0 Mikrometer, etwa 5,0 bis 10,0 Mikrometer oder eine beliebige Kombination der zuvor genannten.In some embodiments, the projections are 124 in a periodic structuring or a periodic arrangement. In some embodiments, the protrusions 124 each a cone shape, a pyramidal shape or any other shape. In some embodiments, the protrusions define a sawtooth profile. In some embodiments, the protrusions 124 a distance P of about 0.01 to 8.0 microns, about 0.2 to 5.0 microns, about 1.0 to 3.0 microns, or any combination of the foregoing. In some embodiments, the protrusions 124 a height H of about 0.2 to 20.0 microns, about 1.0 to 15.0 microns, about 5.0 to 10.0 microns, or any combination of the foregoing.

Bei einigen Ausführungsformen, bei welchen die Rückseitenhalbleiterschicht 114 aus porösem Halbleitermaterial ist oder dieses umfasst, werden die Vorsprünge 124 und daher die Absorptionsverbesserungsstruktur 126 vollständig oder teilweise von dem porösen Halbleitermaterial definiert. Bei einigen Ausführungsformen resultiert die Kombination des porösen Halbleitermaterials und der Vorsprünge 124 darin, dass die Absorptionsverbesserungsstruktur 126 eine direkte energetische Bandlücke hat, die die Quanteneffizienz des Fotodetektors 120 erhöht.In some embodiments, wherein the backside semiconductor layer 114 is made of or comprises porous semiconductor material, the projections 124 and hence the absorption improvement structure 126 completely or partially defined by the porous semiconductor material. In some embodiments, the combination of the porous semiconductor material and the protrusions results 124 in that the absorption enhancement structure 126 a direct energy band gap has the quantum efficiency of the photodetector 120 elevated.

Unter Bezugnahme auf 2A, ist eine Querschnittansicht 200A einiger ausführlicherer Ausführungsformen des Bildsensors der 1 bereitgestellt. Wie veranschaulicht, umfasst die erste Vorderseitenhalbleiterschicht 110 einen Vorderseiten-Ladungssammlungsbereich (Charge Collection Region - CCR) 110c, einen schwimmenden Diffusionsbereich (Floating Diffusion Region - FDR) 110f, und einen Vorderseiten-Bulkbereich 110b. Der Vorderseiten-Bulkbereich 110b umgibt den Vorderseiten-CCR 110c und liegt auf entgegengesetzten Seiten des Vorderseiten-CCR 110c. Ferner umschließt der Vorderseiten-Bulkbereich 110b eine Unterseite des FDR 110f. Der FDR 110f und der Vorderseiten-CCR 110c haben einen ersten Dotierungstyp, und der Vorderseiten-Bulkbereich 110b hat einen zweiten Dotierungstyp gegenüber dem ersten Dotierungstyp. Der erste Dotierungstyp und der zweite Dotierungstyp können jeweils zum Beispiel n-Typ und p-Typ sein oder umgekehrt. Die Vorderseitenhalbleiterschicht 110 kann zum Beispiel aus monokristallinem Silizium, einem beliebigen anderen kristallinen Halbleitermaterial oder einem beliebigen anderen Halbleitermaterial bestehen oder dieses umfassen. With reference to 2A , is a cross-sectional view 200A some more detailed embodiments of the image sensor of 1 provided. As illustrated, the first front side semiconductor layer comprises 110 a Front Charge Collection Area (CCR) 110c, a Floating Diffusion Region (FDR) 110f, and a Front Side Bulk Area 110b , The front side bulk area 110b surrounds the front side CCR 110c and lies on opposite sides of the front side CCR 110c , Further, the front bulk area encloses 110b a bottom of the FDR 110f , The FDR 110f and the front-side CCR 110c have a first doping type, and the front side bulk area 110b has a second doping type over the first doping type. The first doping type and the second doping type may each be, for example, n-type and p-type, or vice versa. The front-side semiconductor layer 110 For example, it may consist of or include monocrystalline silicon, any other crystalline semiconductor material, or any other semiconductor material.

Die Absorptionsverbesserungshalbleiterschicht 112 umfasst einen Absorptionsverbesserungs-CCR 112c und einen Absorptionsverbesserungs-Bulkbereich 112C, und der Rückseitenhalbleiterbereich 114 umfasst einen Rückseiten-CCR 114c und einen Rückseiten-Bulkbereich 114b. Der Absorptionsverbesserungs-Bulkbereich 112c umgibt den Absorptionsverbesserungs-CCR 112c und liegt auf gegenüberliegenden Seiten des Absorptionsverbesserungs-CCR 112c. Der Rückseiten-Bulkbereich 114b umgibt den Rückseiten-CCR 114c und liegt auf entgegengesetzten Seiten des Rückseiten-CCR 110c. Der Absorptionsverbesserungs-CCR 112c und der Rückseiten-CCR 114c haben einen ersten Dotierungstyp, und der Absorptionsverbesserungs-Bulkbereich 112b und der Rückseiten-Bulkbereich 114b haben den zweiten Dotierungstyp. Die Absorptionsverbesserungshalbleiterschicht 112 ist ein Halbleitermaterial mit einer niedrigen energetischen Bandlücke im Vergleich zu der Vorderseitenhalbleiterschicht 110 und/oder der Rückseitenhalbleiterschicht 114. Die Rückseitenhalbleiterschicht 114 kann zum Beispiel Germanium, Silizium-Germanium, kristallines Silizium dotiert mit einem Chalkogen oder ein beliebiges anderes Halbleitermaterial sein oder dieses umfassen. Der Rückseitenhalbleiterbereich 114 kann zum Beispiel aus Silizium oder einem beliebigen anderen Halbleitermaterial bestehen oder dieses umfassen. Bei einigen Ausführungsformen ist der Rückseitenhalbleiterbereich 114 aus nanoporösem Silizium oder einem beliebigen anderen porösen Halbleitermaterial.The absorption enhancement semiconductor layer 112 includes an absorption enhancement CCR 112c and an absorption enhancing bulk area 112C , and the backside semiconductor area 114 includes a backside CCR 114c and a backside bulk area 114b , The absorption enhancement bulk area 112c surrounds the absorption enhancement CCR 112c and lies on opposite sides of the absorption enhancement CCR 112c , The backside bulk area 114b surrounds the backside CCR 114c and lies on opposite sides of the backside CCR 110c , The Absorption Enhancement CCR 112c and the backside CCR 114c have a first doping type, and the absorption enhancing bulk region 112b and the backside bulk area 114b have the second doping type. The absorption enhancement semiconductor layer 112 is a semiconductor material with a low energy band gap compared to the front side semiconductor layer 110 and / or the backside semiconductor layer 114 , The backside semiconductor layer 114 For example, it may be or include germanium, silicon germanium, crystalline silicon doped with a chalcogen, or any other semiconductor material. The backside semiconductor area 114 For example, it may be made of or include silicon or any other semiconductor material. In some embodiments, the backside semiconductor region is 114 made of nanoporous silicon or any other porous semiconductor material.

Der Fotodetektor 120 wird von der Vorderseitenhalbleiterschicht 110, der Absorptionsverbesserungshalbleiterschicht 112 und der Rückseitenhalbleiterschicht 114 definiert. Der Fotodetektor 120 umfasst einen ersten Halbleiterbereich 120f, einen zweiten Halbleiterbereich (nicht benannt) und einen Fotoübergang 120p. Der erste Halbleiterbereich 120f hat eine entgegengesetzte Dotierung zu dem zweiten Halbleiterbereich. Der erste Halbleiterbereich 120f wird von den Vorderseiten-, Absorptionsverbesserungs- und Rückseiten-CCRs 110c, 112C, 114c der definiert. Bei einigen Ausführungsformen erstreckt sich der erste Halbleiterbereich 120f durchgehend mit einem einzigen Dotierungstyp von der Vorderseitenoberfläche 106f des Verbundsubstrats 106 zu der Rückseitenoberfläche 106b des Verbundsubstrats 106. Der zweite Halbleiterbereich wird von den Vorderseiten-, Absorptionsverbesserungs- und Rückseiten-Bulkbereichen 110b, 112b, 114b definiert und umgibt den ersten Halbleiterbereich 120f. Bei einigen Ausführungsformen erstreckt sich der zweite Halbleiterbereich durchgehend mit einem einzigen Dotierungstyp von dem ersten Halbleiterbereich, von der Vorderseitenoberfläche 106f des Verbundsubstrats 106 zu der Rückseitenoberfläche 106b des Verbundsubstrats 106. Der Fotoübergang 120p wird von dem ersten Halbleiterbereich 120f und dem zweiten Halbleiterbereich definiert.The photodetector 120 is from the front side semiconductor layer 110 , the absorption enhancing semiconductor layer 112 and the backside semiconductor layer 114 Are defined. The photodetector 120 includes a first semiconductor region 120f , a second semiconductor region (not named) and a photo transition 120p , The first semiconductor area 120f has an opposite doping to the second semiconductor region. The first semiconductor area 120f is used by the front, absorption enhancement and backside CCRs 110c . 112C . 114c the defined. In some embodiments, the first semiconductor region extends 120f continuous with a single doping type from the front surface 106f of the composite substrate 106 to the back surface 106b of the composite substrate 106 , The second semiconductor region becomes of the front side, absorption enhancement, and back side bulk regions 110b . 112b . 114b defines and surrounds the first semiconductor region 120f , In some embodiments, the second semiconductor region extends continuously with a single doping type from the first semiconductor region, from the front surface 106f of the composite substrate 106 to the back surface 106b of the composite substrate 106 , The photo transition 120p is from the first semiconductor region 120f and the second semiconductor region.

Während des Gebrauchs des Bildsensors, wird Strahlung, die auf den Fotodetektor 120 einfällt, von dem ersten Halbleiterbereich 120f und dem zweiten Halbleiterbereich absorbiert. Wie oben besprochen, verbessern die Absorptionsverbesserungshalbleiterschicht 112 und die Absorptionsverbesserungsstruktur 126 eine solche Absorption. Als Reaktion auf das Absorbieren eines Fotons der Strahlungen, wird ein Elektronenlochpaar erzeugt. Wenn das Elektronenlochpaar innerhalb eines Verarmungsbereichs 120p des Fotoübergangs 120 oder eines Diffusionsbereichs des Fotoübergangs 120p erzeugt wird, diffundiert das Elektron des Paars, und das Loch des Paars diffundiert und/oder driftet jeweils zu dem ersten Halbleiterbereich 120f und dem zweiten Halbleiterbereich auseinander. Das Elektron des Paars diffundiert und/oder driftet zum Beispiel zu dem ersten Halbleiterbereich 120f, und das Loch des Paars diffundiert und/oder driftet zu dem zweiten Halbleiterbereich oder umgekehrt. Ein solches Driften kann zum Beispiel durch ein elektrisches Feld des Fotoübergangs 120p verursacht werden. Da der zweite Halbleiterbereich den ersten Halbleiterbereich 120f umgibt, wird ein Elektron oder ein Loch, das zu dem ersten Halbleiterbereich 120f diffundiert und/oder driftet, in dem ersten Halbleiterbereich 120f gefangen, wodurch sich Ladung ansammelt.During use of the image sensor, radiation is directed to the photodetector 120 is incident from the first semiconductor region 120f and the second semiconductor region. As discussed above, the absorption enhancement semiconductor layer improves 112 and the absorption enhancement structure 126 such absorption. In response to absorbing a photon of the radiations, an electron hole pair is generated. When the electron hole pair is within a depletion region 120p of the photo transition 120 or a diffusion area of the photo transition 120p is generated, the electron of the pair diffuses, and the hole of the pair diffuses and / or drifts respectively to the first semiconductor region 120f and the second semiconductor region apart. For example, the electron of the pair diffuses and / or drifts to the first semiconductor region 120f and the hole of the pair diffuses and / or drifts to the second semiconductor region or vice versa. Such drift may be caused, for example, by an electric field of the photo transition 120p caused. Since the second semiconductor region is the first semiconductor region 120f surrounds an electron or a hole leading to the first semiconductor region 120f diffuses and / or drifts in the first semiconductor region 120f caught, which accumulates charge.

Ein oder mehr Pixeltransistoren befinden sich auf der Vorderseitenoberfläche 106f des Verbundsubstrats 106, um das Ausgeben des Fotodetektors 120 zu erleichtern. Der eine oder die mehr Pixeltransistoren kann/können einen Transfertransistor 202, einen Source-Folger-Transistor (nicht gezeigt), einen Zeilenauswahltransistor (nicht gezeigt) einen Reset-Transistor (nicht gezeigt), einen beliebigen anderen Pixeltransistor oder eine beliebige Kombination der zuvor genannten umfassen. Der Transfertransistor 202 ist konfiguriert, um selektiv Ladung, die sich in dem ersten Halbleiterbereich 120f des Fotodetektors 120 angesammelt hat, zu dem FDR 110f zu transferieren. Bei einigen Ausführungsformen umfasst der Transfertransistor 202 einen ersten Source-Drain-Bereich (nicht benannt), eine Gate-Elektrode 204, eine dielektrische Gate-Schicht 206 und einen zweiten Source-Drain-Bereich. Der erste Source-Drain-Bereich kann zum Beispiel vollständig oder teilweise von den Vorderseiten-, Absorptionsverbesserungs- und Rückseiten-CCRs 110c, 112C, 114c definiert werden. Der zweite Source-Drain-Bereich kann vollständig oder teilweise zum Beispiel von dem FDR 110f definiert werden.One or more pixel transistors are located on the front surface 106f of the composite substrate 106 to the output of the photodetector 120 to facilitate. The one or more pixel transistors may include a transfer transistor 202 , a source follower transistor (not shown), a row select transistor (not shown), a reset transistor (not shown), any other pixel transistor, or any combination of the foregoing. The transfer transistor 202 is configured to selectively charge, located in the first semiconductor region 120f of the photodetector 120 has accumulated to the FDR 110f to transfer. In some embodiments, the transfer transistor comprises 202 a first source-drain region (not named), a gate electrode 204 , a gate dielectric layer 206 and a second source-drain region. For example, the first source-drain region may be wholly or partially from the front-side, absorption-enhancement, and back-side CCRs 110c . 112C . 114c To be defined. The second source-drain region may be wholly or partially from, for example, the FDR 110f To be defined.

Die Gate-Elektrode 204 liegt zwischen dem ersten und zweiten Source-Drain-Bereich und grenzt an sie, und sie ist vertikal über dem Verbundsubstrat 106 durch die dielektrische Gate-Schicht 206 beabstandet. Die Gate-Elektrode 204 kann zum Beispiel Kupfer, Aluminium-Kupfer, ein beliebiges anderes Metall, dotiertes Polysilizium, ein beliebiges anderes leitfähiges Material oder eine Kombination der zuvor genannten umfassen. Die dielektrische Gate-Schicht 206 kann zum Beispiel Siliziumdioxid, ein High-K-Dielektrikum, ein beliebiges anderes Dielektrikum oder eine beliebige Kombination der zuvor genannten umfassen. Der erste und der zweite Source-Drain-Bereich sind dotierte Halbleiterbereiche des Verbundsubstrats 106, die entgegengesetzte Dotierungstypen als umgebende Bereiche des Verbundsubstrats 106 haben. Der erste und zweite Source-Drain-Bereich können zum Beispiel n-Typ oder p-Typ sein.The gate electrode 204 is located between and adjacent to the first and second source-drain regions and is vertically above the composite substrate 106 through the gate dielectric layer 206 spaced. The gate electrode 204 For example, copper, aluminum-copper, any other metal, doped polysilicon, any other conductive material, or a combination of the foregoing may be included. The gate dielectric layer 206 For example, it may include silicon dioxide, a high-K dielectric, any other dielectric, or any combination of the foregoing. The first and second source-drain regions are doped semiconductor regions of the composite substrate 106 , the opposite doping types as surrounding regions of the composite substrate 106 to have. The first and second source-drain regions may be, for example, n-type or p-type.

Bei einigen Ausführungsformen erstreckt sich eine Isolationsstruktur 208 in die Vorderseitenoberfläche 106f des Verbundsubstrats 106 und umgibt seitlich den absorptionsverbesserten Pixelsensor 102, um den absorptionsverbesserten Pixelsensor 102 von umgebenden Bauteilen (nicht gezeigt) elektrisch zu isolieren. Solche umgebenden Bauteile können zum Beispiel andere Pixelsensoren, Logikbauteile oder Speichervorrichtungen aufweisen. Ferner erstreckt sich bei einigen Ausführungsformen die Isolationsstruktur 208 seitlich in einen geschlossenen Weg, um den absorptionsverbesserten Pixelsensor 102 vollständig einzuschließen. Die Isolationsstruktur 208 kann zum Beispiel ein planares oberes Layout haben, das ringförmig ist. Zu bemerken ist, dass das nicht innerhalb der Querschnittansicht 200A der 2A sichtbar ist. Die Isolationsstruktur 208 kann zum Beispiel eine Flachgrabenisolations- (Shallow Trench Isolation - STI)-Struktur, eine Tiefgrabenisolations- (Deep Trench Isolation - DTI)-Struktur, ein Implantatisolationsbereich oder eine beliebige Kombination der zuvor genannten sein oder sie umfassen.In some embodiments, an isolation structure extends 208 in the front surface 106f of the composite substrate 106 and laterally surrounds the absorption enhanced pixel sensor 102 to the absorption-enhanced pixel sensor 102 from electrical components (not shown). Such surrounding components may include, for example, other pixel sensors, logic devices or memory devices. Furthermore, in some embodiments, the isolation structure extends 208 laterally into a closed path to the absorption enhanced pixel sensor 102 completely included. The isolation structure 208 For example, it may have a planar top layout that is annular. It should be noted that this is not within the cross-sectional view 200A the 2A is visible. The isolation structure 208 For example, it may be or include a shallow trench isolation (STI) structure, a deep trench isolation (DTI) structure, an implant isolation region, or any combination of the foregoing.

Eine Zwischenverbindungsstruktur 210 liegt über dem Verbundsubstrat 106 und dem einen oder den mehr Pixeltransistoren (zum Beispiel dem Transfertransistor 202). Ferner, wo die Isolationsstruktur 208 vorliegt, liegt die Zwischenverbindungsstruktur 210 über der Isolationsstruktur 208. Die Zwischenverbindungsstruktur 210 umfasst eine dielektrische Grenzschicht (ILD) 212, eine Vielzahl von Drähten 214 und eine Vielzahl von Durchkontaktierungen 216. Zur leichteren Veranschaulichung sind nur einige der Drähte 214 mit 214 benannt, und nur einige der Durchkontaktierungen 216 sind mit 216 benannt. Die Drähte 214 und die Durchkontaktierungen 216 sind abwechselnd in der ILD-Schicht 212 gestapelt und definieren leitfähige Pfade, die den absorptionsverbesserten Pixelsensor 102 und umgebende Bauteile (nicht gezeigt) verschalten. Die Durchkontaktierungen 216 stellen vertikale Führung für die leitfähigen Pfade bereit, und die Drähte 214 stellen seitliche Führung für die leitfähigen Pfade bereit. Die Drähte 214 können zum Beispiel Aluminium-Kupfer, Kupfer, Aluminium, ein beliebiges anderes leitfähiges Material oder eine beliebige Kombination der zuvor genannten sein oder umfassen. Die Durchkontaktierungen 216 können zum Beispiel Kupfer, Wolfram ein beliebiges anderes leitfähiges Material oder eine beliebige Kombination der zuvor genannten sein oder umfassen. Die ILD-Schicht 212 kann zum Beispiel Siliziumdioxid, Siliziumnitrid, ein Low-K-Dielektrikum (zum Beispiel Fluorsilikatglas - FSG), ein beliebiges anderes Dielektrikum oder eine beliebige Kombination der zuvor genannten sein oder umfassen. Wie hier verwendet, kann ein Low-K-Dielektrikum zum Beispiel ein Dielektrikum mit einer Dielektrizitätskonstante κ größer als etwa 3,9, 3,0, 2,0 oder 1,0 sein.An interconnect structure 210 lies above the composite substrate 106 and the one or more pixel transistors (eg, the transfer transistor 202 ). Furthermore, where the insulation structure 208 is present, is the interconnect structure 210 over the isolation structure 208 , The interconnect structure 210 includes a dielectric barrier layer (ILD) 212 , a variety of wires 214 and a plurality of vias 216 , For ease of illustration, only a few of the wires are 214 named with 214, and only some of the vias 216 are named with 216. The wires 214 and the vias 216 are alternately in the ILD layer 212 stacked and define conductive paths that the absorption enhanced pixel sensor 102 and surrounding components (not shown). The vias 216 provide vertical guidance for the conductive paths, and the wires 214 provide lateral guidance for the conductive paths. The wires 214 For example, aluminum oxide, copper, aluminum, any other conductive material, or any combination of the foregoing may be or include. The vias 216 For example, copper, tungsten may be or include any other conductive material, or any combination of the foregoing. The ILD layer 212 For example, silicon dioxide, silicon nitride, a low-K dielectric (eg, fluorosilicate glass - FSG), any other dielectric, or any combination of the foregoing. For example, as used herein, a low-K dielectric may be a dielectric having a dielectric constant κ greater than about 3.9, 3.0, 2.0, or 1.0.

Unter Bezugnahme auf 2B, ist eine Querschnittansicht 200B einiger anderer ausführlicherer Ausführungsformen des Bildsensors der 1 bereitgestellt. Wie veranschaulicht, ist 2B eine Variante der 2A, die eine Vorderseitenpufferschicht 218 und eine Rückseitenpufferschicht 220 hat.With reference to 2 B , is a cross-sectional view 200B of some other more detailed embodiments of the image sensor of 1 provided. As illustrated, is 2 B a variant of 2A containing a front side buffer layer 218 and a backside buffer layer 220 Has.

Die Vorderseitenpufferschicht 218 trennt die Vorderseitenhalbleiterschicht 110 von der Absorptionsverbesserungshalbleiterschicht 112 und mindert die Auswirkungen von Gitterfehlanpassung zwischen der Absorptionsverbesserungshalbleiterschicht 112 und der Vorderseitenhalbleiterschicht 110. Solche Effekte können zum Beispiel physische Belastung aufweisen, die zu Dunkelstrom und weißen Pixels führt. Die Vorderseitenpufferschicht 218 kann zum Beispiel dasselbe Halbleitermaterial sein wie die Absorptionsverbesserungshalbleiterschicht 112 oder dieses umfassen, dasselbe Halbleitermaterial wie die Vorderseitenhalbleiterschicht 110, ein beliebiges anderes Halbleitermaterial oder eine Kombination der zuvor genannten. Ferner kann die Vorderseitenpufferschicht 218 zum Beispiel eine erhöhte Kohlenstoffkonzentration im Vergleich zu der Absorptionsverbesserungshalbleiterschicht 112 und/oder der Vorderseitenhalbleiterschicht 110 umfassen.The front side buffer layer 218 separates the front side semiconductor layer 110 from the absorption enhancing semiconductor layer 112 and reduces the effects of lattice mismatch between the absorption enhancement semiconductor layer 112 and the front side semiconductor layer 110 , Such effects may include, for example, physical stress resulting in dark current and white pixels. The front side buffer layer 218 For example, it may be the same semiconductor material as the absorption enhancement semiconductor layer 112 or comprise the same semiconductor material as the front side semiconductor layer 110 , any other semiconductor material or a combination of previously mentioned. Furthermore, the front side buffer layer 218 For example, an increased carbon concentration compared to the absorption enhancement semiconductor layer 112 and / or the front-side semiconductor layer 110 include.

Die Rückseitenpufferschicht 220 trennt die Rückseitenhalbleiterschicht 114 von der Absorptionsverbesserungshalbleiterschicht 112 und mindert die Auswirkungen von Gitterfehlanpassung zwischen der Absorptionsverbesserungshalbleiterschicht 112 und der Rückseitenhalbleiterschicht 114. Die Rückseitenpufferschicht 220 kann zum Beispiel dasselbe Halbleitermaterial sein wie die Absorptionsverbesserungshalbleiterschicht 112, dasselbe Halbleitermaterial wie die Vorderseitenhalbleiterschicht 114, ein beliebiges anderes Halbleitermaterial oder eine Kombination der zuvor genannten sein oder umfassen. Ferner kann die Rückseitenpufferschicht 220 zum Beispiel eine erhöhte Kohlenstoffkonzentration im Vergleich zu der Absorptionsverbesserungshalbleiterschicht 112 und/oder der Rückseitenhalbleiterschicht 114 umfassen.The backside buffer layer 220 separates the backside semiconductor layer 114 from the absorption enhancing semiconductor layer 112 and reduces the effects of lattice mismatch between the absorption enhancement semiconductor layer 112 and the backside semiconductor layer 114 , The backside buffer layer 220 For example, it may be the same semiconductor material as the absorption enhancement semiconductor layer 112 , the same semiconductor material as the front-side semiconductor layer 114 , any other semiconductor material, or a combination of the foregoing. Furthermore, the backside buffer layer 220 For example, an increased carbon concentration compared to the absorption enhancement semiconductor layer 112 and / or the backside semiconductor layer 114 include.

Der Fotodetektor 120 wird von der Vorderseitenhalbleiterschicht 110, der Absorptionsverbesserungshalbleiterschicht 112 und der Rückseitenhalbleiterschicht 114 definiert, und wird weiter von der Vorderseitenpufferschicht 218 und der Rückseitenpufferschicht 220 definiert. Der erste Halbleiterbereich 120f des Fotodetektors 120 wird von den Vorderseiten-, Absorptionsverbesserungs- und Rückseiten-CCRs 110c, 112C, 114c der definiert, und wird weiter von den ersten Bereichen (nicht benannt) der Vorderseiten- und Rückseitenpufferschicht 218, 220, die neben den CCRs 110c, 112C, 114c der Vorderseite, Absorptionsverbesserung und Rückseite liegen, definiert. Der zweite Halbleiterbereich (nicht benannt) des Fotodetektors 120 wird von den Vorderseiten-, Absorptionsverbesserungs- und Rückseiten-Bulkbereichen 110b, 112b, 114b definiert, und wird weiter von zweiten Bereichen (nicht benannt) der Vorderseiten- und RückseitenPufferschicht 218, 220 definiert, die neben den Vorderseiten-, Absorptionsverbesserungs- und Rückseiten-Bulkbereichen 110b, 112b, 114b liegen.The photodetector 120 is from the front side semiconductor layer 110 , the absorption enhancing semiconductor layer 112 and the backside semiconductor layer 114 defines, and gets further from the front side buffer layer 218 and the backside buffer layer 220 Are defined. The first semiconductor area 120f of the photodetector 120 is used by the front, absorption enhancement and backside CCRs 110c . 112C . 114c which defines and continues from the first areas (not named) of the front and back buffer layers 218 . 220 next to the CCRs 110c . 112C . 114c the front, absorption improvement and back are defined. The second semiconductor region (not named) of the photodetector 120 is from the front, absorption enhancement and backside bulk areas 110b . 112b . 114b is defined, and continues from second areas (not named) of the front and back buffer layers 218 . 220 defined adjacent to the front, absorption enhancement, and backside bulk areas 110b . 112b . 114b lie.

Unter Bezugnahme auf 2C, ist eine Querschnittansicht 200C einiger anderer ausführlicherer Ausführungsformen des Bildsensors der 1 bereitgestellt. Wie veranschaulicht, ist 2C eine Variante der 2A, in der die Rückseitenhalbleiterschicht 114 eine poröse Halbleiterschicht 222 und eine kristalline Halbleiterschicht 224 umfasst.With reference to 2C , is a cross-sectional view 200C of some other more detailed embodiments of the image sensor of 1 provided. As illustrated, is 2C a variant of 2A in which the backside semiconductor layer 114 a porous semiconductor layer 222 and a crystalline semiconductor layer 224 includes.

Die poröse Halbleiterschicht 222 liegt unter der kristallinen Halbleiterschicht 224 und definiert die Rückseitenoberfläche 106b des Verbundsubstrats 106. Die poröse Halbleiterschicht 222 umfasst einen porösen CCR 222c und einen porösen Bulkbereich 222b. Der poröse Bulkbereich 222b umgibt den porösen CCR 222c und liegt auf entgegengesetzten Seiten des porösen CCR 222C. Ferner hat der poröse Bulkbereich 222b einen entgegengesetzten Dotierungstyp zu dem porösen CCR 222c. Der poröse Bulkbereich 222b hat denselben Dotierungstyp wie die Vorderseiten- und Absorptionsverbesserungs-Bulkbereiche 110b, 112b, und der poröse CCR 222c hat denselben Dotierungstyp wie die Vorderseiten- und Absorptionsverbesserungs-CCR 110c, 112c. Die poröse Halbleiterschicht 222 ist nanoporöses Silizium oder umfasst dieses oder ein beliebiges anderes Halbleitermaterial mit einer systematischen Porenstruktur. Die Poren können zum Beispiel Poren in Mikrometergröße, Nanometergröße, kleinerer Größe oder Kombinationen der zuvor genannten sein.The porous semiconductor layer 222 lies below the crystalline semiconductor layer 224 and defines the back surface 106b of the composite substrate 106 , The porous semiconductor layer 222 includes a porous CCR 222c and a porous bulk area 222b , The porous bulk area 222b surrounds the porous CCR 222c and lies on opposite sides of the porous CCR 222C , Furthermore, the porous bulk area has 222b an opposite doping type to the porous CCR 222c , The porous bulk area 222b has the same doping type as the front-side and absorption-improving bulk regions 110b . 112b , and the porous CCR 222c has the same doping type as the front-side and absorption-enhancing CCR 110c . 112c , The porous semiconductor layer 222 is nanoporous silicon or comprises this or any other semiconductor material having a systematic pore structure. The pores may be, for example, pores in micrometer size, nanometer size, smaller size, or combinations of the foregoing.

Die kristalline Halbleiterschicht 224 trennt die poröse Halbleiterschicht 222 von der Absorptionsverbesserungshalbleiterschicht 112 und besitzt keine systematische Porenstruktur. Die kristalline Halbleiterschicht 224 kann zum Beispiel frei von einer systematischen Struktur von nanometrischen und/oder mikrometrischen Poren sein. Ferner umfasst die kristalline Halbleiterschicht 224 einen kristallinen CCR 224c und einen kristallinen Bulkbereich 224b. Der kristalline Bulkbereich 224b umgibt den kristallinen CCR 224c und liegt auf entgegengesetzten Seiten des kristallinen CCR 224c. Ferner hat der kristalline Bulkbereich 224b einen entgegengesetzten Dotierungstyp zu dem kristallinen CCR 224c. Der kristalline Bulkbereich 224b hat denselben Dotierungstyp wie die Vorderseiten- und Absorptionsverbesserungs-Bulkbereiche 110b, 112b, und der kristalline CCR 224c hat denselben Dotierungstyp wie die Vorderseiten- und Absorptionsverbesserungs-CCR 110c, 112c. Die kristalline Halbleiterschicht 224 kann zum Beispiel monokristallines Silizium, polykristallines Silizium oder ein beliebiges anderes kristallines Halbleitermaterial sein. Ferner kann die kristalline Halbleiterschicht 224 zum Beispiel eine indirekte energetische Bandlücke haben.The crystalline semiconductor layer 224 separates the porous semiconductor layer 222 from the absorption enhancing semiconductor layer 112 and has no systematic pore structure. The crystalline semiconductor layer 224 For example, it may be free of a systematic structure of nanometric and / or micrometric pores. Furthermore, the crystalline semiconductor layer comprises 224 a crystalline CCR 224c and a crystalline bulk area 224b , The crystalline bulk area 224b surrounds the crystalline CCR 224c and lies on opposite sides of the crystalline CCR 224c , Furthermore, the crystalline bulk area has 224b an opposite doping type to the crystalline CCR 224c , The crystalline bulk area 224b has the same doping type as the front-side and absorption-improving bulk regions 110b . 112b , and the crystalline CCR 224c has the same doping type as the front-side and absorption-enhancing CCR 110c . 112c , The crystalline semiconductor layer 224 For example, it may be monocrystalline silicon, polycrystalline silicon, or any other crystalline semiconductor material. Further, the crystalline semiconductor layer 224 for example, have an indirect energy band gap.

Die Vorsprünge 124 und daher die Absorptionsverbesserungsstruktur 126 werden mindestens teilweise von der porösen Halbleiterschicht 222 definiert. Bei einigen Ausführungsformen nimmt die Porengröße der porösen Halbleiterschicht 222 allmählich von den Spitzen der Vorsprünge 124 zu der kristallinen Halbleiterschicht 224 zu oder ab. Die Porengröße kann zum Beispiel von einer mittleren Größe von etwa 40 Nanometer an den Spitzen zu einer mittleren Größe von etwa 8 Nanometer an der Schnittfläche, an der die poröse Halbleiterschicht 222 und die kristalline Halbleiterschicht 224 einander direkt kontaktieren, allmählich abnehmen. Bei einigen Ausführungsformen hat die Absorptionsverbesserungsstruktur 126 eine direkte energetische Bandlücke aufgrund der Kombination der Vorsprünge 124 und der porösen Halbleiterschicht 222. Das erlaubt wiederum, dass die Absorptionsverbesserungsstruktur 126 einfallende Strahlung ohne Phonone (zum Beispiel Kristallvibrationen) absorbiert.The projections 124 and hence the absorption improvement structure 126 be at least partially from the porous semiconductor layer 222 Are defined. In some embodiments, the pore size of the porous semiconductor layer decreases 222 gradually from the tips of the projections 124 to the crystalline semiconductor layer 224 to or from. For example, the pore size may range from an average size of about 40 nanometers at the tips to an average size of about 8 nanometers at the interface where the porous semiconductor layer 222 and the crystalline semiconductor layer 224 contact each other directly, gradually decrease. In some embodiments, the absorption enhancement structure 126 a direct energy band gap due to the combination of the protrusions 124 and the porous semiconductor layer 222 , That allows turn, that the absorption enhancement structure 126 incident radiation without phonons (for example crystal vibrations) absorbed.

Der Fotodetektor 120 wird von der Vorderseitenhalbleiterschicht 110, der Absorptionsverbesserungshalbleiterschicht 112 und der Rückseitenhalbleiterschicht 222, der porösen Halbleiterschicht 222 und der kristallinen Halbleiterschicht 224 definiert. Der erste Halbleiterbereich 120f des Fotodetektors 120 wird von den porösen und kristallinen Vorderseiten-, Absorptionsverbesserungs-CCR 110c, 112c, 114c definiert. Der zweite Halbleiterbereich (nicht benannt) des Fotodetektors wird von den porösen und kristallinen Vorderseiten-, Absorptionsverbesserungs-Bulkbereichen 110b, 112C, 222b, 224b definiert. Ferner überlappt der Fotodetektor 120 die Absorptionsverbesserungsstruktur 126. Da der Fotodetektor 120 die Absorptionsverbesserungsstruktur 126 überlappt, wird die Quanteneffizienz des Fotodetektors 120 durch die Absorptionsverbesserungsstruktur 126 verbessert. Die direkte Bandlücke der Absorptionsverbesserungsstruktur 126 verbessert zum Beispiel die Quanteneffizienz des Fotodetektors 120.The photodetector 120 is from the front side semiconductor layer 110 , the absorption enhancing semiconductor layer 112 and the backside semiconductor layer 222 , the porous semiconductor layer 222 and the crystalline semiconductor layer 224 Are defined. The first semiconductor area 120f of the photodetector 120 is used by the porous and crystalline front-side, absorption enhancement CCR 110c . 112c . 114c Are defined. The second semiconductor region (not named) of the photodetector becomes of the porous and crystalline front side, absorption enhancing bulk regions 110b . 112C . 222b . 224b Are defined. Furthermore, the photodetector overlaps 120 the absorption enhancement structure 126 , Because the photodetector 120 the absorption enhancement structure 126 overlaps, becomes the quantum efficiency of the photodetector 120 through the absorption enhancement structure 126 improved. The direct band gap of the absorption enhancement structure 126 For example, it improves the quantum efficiency of the photodetector 120 ,

Obwohl 2C die Rückseitenhalbleiterschicht 114 als sowohl die poröse Halbleiterschicht 222 als auch die kristalline Halbleiterschicht 224 umfassend veranschaulicht, kann die kristalline Halbleiterschicht 224 bei anderen Ausführungsformen weggelassen werden. Bei einigen solchen anderen Ausführungsformen kann die poröse Halbleiterschicht 222 den Raum belegen, der gegenwärtig von der kristallinen Halbleiterschicht 224 in 2C belegt wird.Even though 2C the backside semiconductor layer 114 as both the porous semiconductor layer 222 as well as the crystalline semiconductor layer 224 comprehensively illustrated, the crystalline semiconductor layer 224 omitted in other embodiments. In some such other embodiments, the porous semiconductor layer 222 occupy the space currently occupied by the crystalline semiconductor layer 224 in 2C is occupied.

Unter Bezugnahme auf 2D, ist eine Querschnittansicht 200D einiger anderer ausführlicherer Ausführungsformen des Bildsensors der 1 bereitgestellt. Wie veranschaulicht, ist 2D eine Variante der 2A, in der die Rückseitenhalbleiterschicht 114 die porige Halbleiterschicht 222 und die kristalline Halbleiterschicht 224 umfasst, und in der die Vorderseitenpufferschicht 218 und die Rückseitenpufferschicht 220 die Absorptionsverbesserungshalbleiterschicht 112 jeweils von der Vorderseitenhalbleiterschicht 110 und der Rückseitenhalbleiterschicht 114 trennen. Die poröse Halbleiterschicht 222 und die kristalline Halbleiterschicht 224 können zum Beispiel, wie unter Bezugnahme auf 2C beschrieben sein, und die Vorderseitenpufferschicht 218 und die Rückseitenpufferschicht 220 können zum Beispiel wie unter Bezugnahme auf 2B beschrieben sein.With reference to 2D , is a cross-sectional view 200D of some other more detailed embodiments of the image sensor of 1 provided. As illustrated, is 2D a variant of 2A in which the backside semiconductor layer 114 the porous semiconductor layer 222 and the crystalline semiconductor layer 224 and in which the front side buffer layer 218 and the backside buffer layer 220 the absorption enhancing semiconductor layer 112 each from the front-side semiconductor layer 110 and the backside semiconductor layer 114 separate. The porous semiconductor layer 222 and the crystalline semiconductor layer 224 For example, as with reference to 2C and the front side buffer layer 218 and the backside buffer layer 220 For example, as with reference to 2 B be described.

Unter Bezugnahme auf 3 wird eine Layout-Draufsicht 300 einiger Ausführungsformen des Bildsensors der 1 und 2A bis 2D bereitgestellt. Wie veranschaulicht, umgibt ein Logikbereich 302 seitlich eine Pixelsensoranordnung 304. Der Logikbereich 302 umfasst zum Beispiel Logik- und/oder Speicherbauteile (nicht gezeigt), die konfiguriert sind, um Daten, die von der Pixelsensoranordnung 304 als Reaktion auf einfallende Strahlung erzeugt werden, zu lesen und/oder zu speichern.With reference to 3 becomes a layout top view 300 some embodiments of the image sensor of 1 and 2A to 2D provided. As illustrated, a logic area surrounds 302 laterally a pixel sensor arrangement 304 , The logic area 302 includes, for example, logic and / or memory devices (not shown) that are configured to receive data from the pixel sensor array 304 generated in response to incident radiation, read and / or store.

Die Pixelsensoranordnung 304 besteht aus einer Vielzahl absorptionsverbesserter Pixelsensoren 306, die in X-Zeilen und Y-Spalten eingerichtet sind. Zur leichteren Veranschaulichung sind nur einige der absorptionsverbesserten Pixelsensoren 306 mit 306 benannt. X und Y sind Ganzzahlen größer als null und können zum Beispiel gleich oder unterschiedlich sein. X und Y können zum Beispiel beide 128, 256, 512, 1024, 2048 oder 4096 sein. Als ein anderes Beispiel können X und Y jeweils 768 und 1024, 1024 und 2048, 256 und 1024, 512 und 128 oder 4096 und 1024 sein. Die absorptionsverbesserten Pixelsensoren 306 sind jeweils individuell konfiguriert wie der absorptionsverbesserte Pixelsensor 102 in einer beliebigen der 1 und 2A bis 2D konfiguriert ist.The pixel sensor arrangement 304 consists of a variety of absorption-enhanced pixel sensors 306 that are set up in X rows and Y columns. For ease of illustration, these are just a few of the absorption enhanced pixel sensors 306 named 306. X and Y are integers greater than zero and may be the same or different, for example. For example, X and Y can both 128 . 256 . 512 . 1024 . 2048 or 4096 his. As another example, X and Y may respectively 768 and 1024 . 1024 and 2048 . 256 and 1024 . 512 and 128 or 4096 and 1024 his. The absorption enhanced pixel sensors 306 each are individually configured like the absorption enhanced pixel sensor 102 in any of the 1 and 2A to 2D is configured.

Eine Isolationsstruktur 208 umgibt die Pixelsensoranordnung 304 seitlich, um die Pixelsensoranordnung 304 von dem Logikbereich 302 elektrisch zu isolieren. Ferner umgibt die Isolationsstruktur 208 seitlich jeden der absorptionsverbesserten Pixelsensoren 306, um die absorptionsverbesserten Pixelsensoren 306 voneinander elektrisch zu isolieren.An isolation structure 208 surrounds the pixel sensor array 304 laterally about the pixel sensor array 304 from the logic area 302 electrically isolate. It also surrounds the isolation structure 208 laterally each of the absorption enhanced pixel sensors 306 to the absorption-enhanced pixel sensors 306 electrically isolate each other.

Unter Bezugnahme auf die 4A und 4B, sind Querschnittansichten 400A, 400B diverser Ausführungsformen des Bildsensors der 3 bereitgestellt. Die Querschnittansichten 400A, 400B können zum Beispiel entlang der Linie A in 3 genommen werden.With reference to the 4A and 4B , are cross-sectional views 400A . 400B various embodiments of the image sensor of 3 provided. The cross-sectional views 400A . 400B for example, along the line A in 3 be taken.

Wie von der Querschnittansicht 400A der 4A veranschaulicht, ist der Bildsensor FSI und umfasst eine Vielzahl absorptionsverbesserter Pixelsensoren 306a bis 306c. Die absorptionsverbesserten Pixelsensoren 306a bis 306c sind individuell gemäß dem absorptionsverbesserten Pixelsensor 102 der 2A konfiguriert, können aber alternativ individuell gemäß dem absorptionsverbesserten Pixelsensor 102 einer beliebigen der 1 und 2B bis 2D konfiguriert sein. Ferner werden die absorptionsverbesserten Pixelsensoren 306a bis 306c von der Zwischenverbindungsstruktur 210 abgedeckt, und sind jeweils konfiguriert, um einfallende Strahlung 104 durch die Vorderseitenoberfläche 106f und die Zwischenverbindungsstruktur 210 zu empfangen. Bei einigen Ausführungsformen sind die Drähte 214 der Zwischenverbindungsstruktur 210 und die Durchkontaktierungen 216 der Zwischenverbindungsstruktur 210 auf Seiten des Fotodetektors sein 120 der absorptionsverbesserten Pixelsensoren 306a bis 306c begrenzt (das heißt, dass sie nicht direkt über den Fotodetektoren 120 sind), so dass Strahlung nicht daran gehindert wird, auf die Fotodetektoren 120 aufzuprallen. Zur leichteren Veranschaulichung sind nur einige der Drähte 214 mit 214 benannt, nur einige der Durchkontaktierungen 216 sind mit 216 benannt, und nur einige der Fotodetektoren 120 sind mit 120 benannt.As from the cross-sectional view 400A the 4A 1, the image sensor is FSI and includes a plurality of absorption-enhanced pixel sensors 306a to 306c , The absorption enhanced pixel sensors 306a to 306c are individual according to the absorption enhanced pixel sensor 102 the 2A but may alternatively be configured individually according to the absorption enhanced pixel sensor 102 any one of 1 and 2 B to 2D be configured. Further, the absorption-enhanced pixel sensors become 306a to 306c from the interconnect structure 210 covered, and are each configured to receive incident radiation 104 through the front surface 106f and the interconnect structure 210 to recieve. In some embodiments, the wires are 214 the interconnect structure 210 and the vias 216 the interconnect structure 210 be on the side of the photodetector 120 the absorption enhanced pixel sensors 306a to 306c limited (that is, they are not directly above the photodetectors 120 are), so that Radiation is not hindered on the photodetectors 120 bounce. For ease of illustration, only a few of the wires are 214 named with 214, just some of the vias 216 are named with 216, and only some of the photodetectors 120 are with 120 named.

Bei einigen Ausführungsformen liegt ein Trägersubstrat 402 unter der Passivierungsschicht 108 und ist an sie gebondet. Das Trägersubstrat 402 kann zum Beispiel ein Bulk-Siliziumsubstrat, ein beliebiges anderes Bulk-Halbleitersubstrat oder ein beliebiges anderes Substrat sein. Bei einigen Ausführungsformen decken Farbfilter 404 jeweils die absorptionsverbesserten Pixelsensoren 306a bis 306c ab. Die Farbfilter 404 sind konfiguriert, um zugewiesene Strahlungswellenlängen durchzulassen, während nicht zugewiesene Strahlungswellenlängen blockiert werden. Ein Farbfilter kann zum Beispiel konfiguriert sein, um rote Strahlungswellenlängen durchzulassen, während blaue Strahlungswellenlängen blockiert werden, während ein anderes Farbfilter konfiguriert sein kann, um blaue Strahlungswellenlängen durchzulassen, während rote Strahlungswellenlängen blockiert werden. Bei einigen Ausführungsformen sind die Farbfilter 404 jeweils durch Mikrolinsen 406 abgedeckt, die konfiguriert sind, um einfallende Strahlung jeweils auf den Fotodetektoren 120 der absorptionsverbesserten Pixelsensoren 306a bis 306c zu fokussieren. Zur leichteren Veranschaulichung sind nur einige der Farbfilter 404 mit 404 benannt, und nur einige der Mikrolinsen 406 sind mit 406 benannt.In some embodiments, a carrier substrate is located 402 under the passivation layer 108 and is bonded to it. The carrier substrate 402 For example, it may be a bulk silicon substrate, any other bulk semiconductor substrate, or any other substrate. In some embodiments, color filters cover 404 each of the absorption-enhanced pixel sensors 306a to 306c from. The color filters 404 are configured to pass assigned radiation wavelengths while blocking unassigned radiation wavelengths. For example, a color filter may be configured to transmit red radiation wavelengths while blocking blue radiation wavelengths, while another color filter may be configured to transmit blue radiation wavelengths while blocking red radiation wavelengths. In some embodiments, the color filters are 404 each by microlenses 406 covered, which are configured to receive incident radiation respectively on the photodetectors 120 the absorption enhanced pixel sensors 306a to 306c to focus. For ease of illustration, only a few of the color filters are shown 404 With 404 named, and only some of the microlenses 406 are with 406 named.

Wie von dem Querschnittansicht 400B der 4B veranschaulicht, ist eine Variante der 4A bereitgestellt, bei der der Bildsensor BSI ist. Im Gegensatz zu 4A, liegen die absorptionsverbesserten Pixelsensoren 306a bis 306c über der Zwischenverbindungsstruktur 210. Ferner sind die absorptionsverbesserten Pixelsensoren 306a bis 306c jeweils konfiguriert, um einfallende Strahlung 104 durch die Rückseitenoberfläche 106b und die Passivierungsschicht 108 zu empfangen. Wie bei 2A, sind die absorptionsverbesserten Pixelsensoren 306a bis 306c individuell gemäß dem absorptionsverbesserten Pixelsensor 102 der 2A konfiguriert, können aber alternativ individuell gemäß dem absorptionsverbesserten Pixelsensor 102 einer beliebigen der 1 und 2B bis 2D konfiguriert sein.As from the cross-sectional view 400B the 4B is a variant of the 4A provided that the image sensor is BSI. In contrast to 4A , lie the absorption-enhanced pixel sensors 306a to 306c above the interconnect structure 210 , Further, the absorption enhanced pixel sensors are 306a to 306c each configured to receive incident radiation 104 through the back surface 106b and the passivation layer 108 to recieve. As in 2A , are the absorption enhanced pixel sensors 306a to 306c individually according to the absorption-enhanced pixel sensor 102 the 2A but may alternatively be configured individually according to the absorption enhanced pixel sensor 102 any one of 1 and 2 B to 2D be configured.

Unter Bezugnahme auf die 5 bis 12, wird eine Reihe von Querschnittansichten 500 bis 1200 einiger Ausführungsformen eines Verfahrens zum Bilden eines FSI-Bildsensors mit absorptionsverbesserten Pixelsensoren bereitgestellt. Das Verfahren kann zum Beispiel eingesetzt werden, um den Bildsensor der 4A zu bilden. Wie oben angemerkt, ist der Bildsensor der 4A in Bezug auf eine Ausführungsform der 2A veranschaulicht, kann aber alternativ mit den Ausführungsformen einer beliebigen der 1 und 2B bis 2D eingesetzt werden. Man muss daher verstehen, dass das Verfahren auch mit den Ausführungsformen einer beliebigen der 1 und 2B bis 2D eingesetzt werden kann.With reference to the 5 to 12 , will take a series of cross-sectional views 500 to 1200 of some embodiments of a method of forming an FSI image sensor with absorption enhanced pixel sensors. The method can be used, for example, to control the image sensor of the 4A to build. As noted above, the image sensor is the 4A with respect to an embodiment of the 2A but may alternatively be combined with the embodiments of any of 1 and 2 B to 2D be used. It must therefore be understood that the method also with the embodiments of any of 1 and 2 B to 2D can be used.

Wie von der Querschnittansicht 500 der 5 veranschaulicht, wird eine Vorderseitenhalbleiterschicht 110 bereitgestellt. Bei einigen Ausführungsformen ist die Vorderseitenhalbleiterschicht 110 ein Bulk-Siliziumsubstrat, ein Bulk-Halbleitersubstrat oder ein beliebiges anderes Halbleitersubstrat. Bei einigen Ausführungsformen ist die Vorderseitenhalbleiterschicht 110 aus monokristallinem Silizium, einem beliebigen anderen Silizium oder einem beliebigen anderen porösen Halbleitermaterial oder umfasst es. Bei einigen Ausführungsformen hat die Vorderseitenhalbleiterschicht 110 ein einziges Material. Bei einigen Ausführungsformen hat die Vorderseitenhalbleiterschicht 110 eine n- oder p-Typ-Dotierung. Bei einigen Ausführungsformen hat die Vorderseitenhalbleiterschicht 110 einen einzigen Dotierungstyp.As from the cross-sectional view 500 the 5 illustrates a front side semiconductor layer 110 provided. In some embodiments, the front side semiconductor layer is 110 a bulk silicon substrate, a bulk semiconductor substrate, or any other semiconductor substrate. In some embodiments, the front side semiconductor layer is 110 monocrystalline silicon, any other silicon, or any other porous semiconductor material or comprises it. In some embodiments, the front side semiconductor layer 110 a single material. In some embodiments, the front side semiconductor layer 110 an n- or p-type doping. In some embodiments, the front side semiconductor layer 110 a single doping type.

Eine Absorptionsverbesserungshalbleiterschicht 112, die eine Vorderseitenhalbleiterschicht 110 abdeckend gebildet ist, wird auch von der Querschnittansicht 500 der 5 veranschaulicht. Diese Absorptionsverbesserungshalbleiterschicht 112 hat eine niedrige energetische Bandlücke. Bei einigen Ausführungsformen ist die niedrige energetische Bandlücke eine energetische Bandlücke, die kleiner ist als etwa 1,00 eV, 0,80 eV, 0,60 eV, 0,66 eV oder 0,40 eV. Ferner ist bei einigen Ausführungsformen die niedrige energetische Bandlücke eine energetische Bandlücke, die kleiner ist als die der Vorderseitenhalbleiterschicht 110. Bei einigen Ausführungsformen hat die Absorptionsverbesserungshalbleiterschicht 112 auch eine direkte energetische Bandlücke. Als ein Resultat der niedrigen energetischen Bandlücke und/oder der direkten energetischen Bandlücke, hat die Absorptionsverbesserungshalbleiterschicht 112 einen hohen Absorptionskoeffizienten, der die QE von Fotodetektoren, die danach gebildet werden, verbessert. Bei einigen Ausführungsformen hat die Absorptionsverbesserungshalbleiterschicht 112 eine n- oder p-Typ-Dotierung. Bei einigen Ausführungsformen hat die Absorptionsverbesserungshalbleiterschicht 112 denselben Dotierungstyp wie die Vorderseitenhalbleiterschicht 110 und/oder hat einen einzigen Dotierungstyp. Die Absorptionsverbesserungshalbleiterschicht 112 kann zum Beispiel aus Germanium, Silizium-Germanium, Silizium, kristallinem Silizium dotiert mit einem Chalkogen, einem anderen Halbleitermaterial mit niedriger energetischer Bandlücke oder einer Kombination der zuvor genannten bestehen oder sie umfassen. Das Chalkogen kann zum Beispiel Schwefel (zum Beispiel S), Selen (zum Beispiel Se), Tellur (zum Beispiel Te), ein anderes Chalkogen oder eine beliebige Kombination der zuvor genannten sein oder umfassen.An absorption enhancing semiconductor layer 112 comprising a front side semiconductor layer 110 Covering is also made from the cross-sectional view 500 the 5 illustrated. This absorption enhancement semiconductor layer 112 has a low energy band gap. In some embodiments, the low energy band gap is an energy band gap that is less than about 1.00 eV, 0.80 eV, 0.60 eV, 0.66 eV, or 0.40 eV. Further, in some embodiments, the low energy bandgap is an energy band gap that is smaller than that of the front side semiconductor layer 110 , In some embodiments, the absorption enhancement semiconductor layer 112 also a direct energy band gap. As a result of the low energy band gap and / or the direct energy band gap, the absorption enhancement semiconductor layer has 112 a high absorption coefficient, which improves the QE of photodetectors formed thereafter. In some embodiments, the absorption enhancement semiconductor layer 112 an n- or p-type doping. In some embodiments, the absorption enhancement semiconductor layer 112 the same doping type as the front side semiconductor layer 110 and / or has a single doping type. The absorption enhancement semiconductor layer 112 For example, it may consist of or include germanium, silicon germanium, silicon, crystalline silicon doped with a chalcogen, another low energy bandgap semiconductor material, or a combination of the foregoing. The chalcogen may, for example, sulfur (for example S), selenium (for example Se), tellurium (for example, Te), another chalcogen or any combination of the foregoing.

Bei einigen Ausführungsformen wird die Absorptionsverbesserungshalbleiterschicht 112 durch Dotieren eines Bulk-Halbleitersubstrats mit dem Chalkogen gebildet. Bei solchen Ausführungsformen ist die Absorptionsverbesserungshalbleiterschicht 112 ein Chalkogen-dotierter Bereich des Bulk-Halbleitersubstrats, und die Vorderseitenhalbleiterschicht 110 ist ein Rest des Bulk-Halbleitersubstrats. Die Dotierung kann zum Beispiel auch durch Ionenimplantation oder einen beliebigen anderen Dotierungsprozess ausgeführt werden. Ferner ist bei einigen Ausführungsformen, bei welchen die Absorptionsverbesserungshalbleiterschicht 112 mit dem Chalkogen dotiert ist, die Absorptionsverbesserungshalbleiterschicht 112 über das Löslichkeitslimit des Chalkogens hinaus dotiert (das heißt übersättigt), um die Subbandspaltenabsorption der Fotonen zu erleichtern. Die Übersättigung kann zum Beispiel durch Ionenimplantation gefolgt von gepulstem Laserschmelzen (Pulsed Laser Melting) (zum Beispiel 1 bis 7, 2 bis 6, 3 bis 5 oder 4 Laserschüsse) ausgeführt werden.In some embodiments, the absorption enhancement semiconductor layer becomes 112 by doping a bulk semiconductor substrate with the chalcogen. In such embodiments, the absorption enhancement semiconductor layer is 112 a chalcogen-doped region of the bulk semiconductor substrate, and the front-side semiconductor layer 110 is a remainder of the bulk semiconductor substrate. The doping may also be carried out, for example, by ion implantation or any other doping process. Further, in some embodiments, the absorption enhancement semiconductor layer 112 doped with the chalcogen, the absorption enhancement semiconductor layer 112 doped beyond the solubility limit of the chalcogen (i.e., supersaturated) to facilitate the sub-band gap absorption of the photons. The supersaturation may be performed, for example, by ion implantation followed by Pulsed Laser Melting (for example, 1 to 7, 2 to 6, 3 to 5 or 4 laser shots).

Bei anderen Ausführungsformen wird die Absorptionsverbesserungshalbleiterschicht 112 durch Epitaxie gebildet. Die Epitaxie kann zum Beispiel durch chemische Gasphasenabscheidung (Chemical Vapor Deposition - CVD), physikalische Gasphasenabscheidung (Physical Vapor Deposition - PVD), einen beliebigen anderen Abscheidungsprozess, Molekularstrahlepitaxie oder einen beliebigen anderen epitaktischen Prozess ausgeführt werden. Bei einigen der epitaktischen Ausführungsformen besteht die Absorptionsverbesserungshalbleiterschicht 112 aus Silizium-Germanium oder Germanium oder umfasst dieses. Alternativ besteht bei einigen der epitaktischen Ausführungsformen die Absorptionsverbesserungshalbleiterschicht 112 aus kristallinem Silizium dotiert mit dem Chalkogen oder umfasst dieses. Die Dotierung kann zum Beispiel auch durch Ionenimplantation oder einen beliebigen anderen Dotierungsprozess ausgeführt werden. Ferner ist bei einigen der epitaktischen Ausführungsformen die Absorptionsverbesserungshalbleiterschicht 112 mit dem Chalkogen, wie oben beschrieben, übersättigt.In other embodiments, the absorption enhancement semiconductor layer becomes 112 formed by epitaxy. For example, epitaxy may be performed by chemical vapor deposition (CVD), physical vapor deposition (PVD), any other deposition process, molecular beam epitaxy, or any other epitaxial process. In some of the epitaxial embodiments, the absorption enhancement semiconductor layer is 112 silicon germanium or germanium or includes this. Alternatively, in some of the epitaxial embodiments, the absorption enhancement semiconductor layer 112 of crystalline silicon doped with the chalcogen or includes this. The doping may also be carried out, for example, by ion implantation or any other doping process. Further, in some of the epitaxial embodiments, the absorption enhancement semiconductor layer is 112 supersaturated with the chalcogen as described above.

Wie von dem Querschnitt 500 der 5 veranschaulicht, wird eine Rückseitenhalbleiterschicht 114 die Absorptionsverbesserungshalbleiterschicht 112 abdeckend gebildet. Bei einigen Ausführungsformen hat die Rückseitenhalbleiterschicht 114 eine n- oder p-Typ-Dotierung. Bei einigen Ausführungsformen hat die Rückseitenhalbleiterschicht 114 einen einzigen Dotierungstyp. Bei einigen Ausführungsformen hat die Rückseitenhalbleiterschicht 114 denselben Dotierungstyp wie die Vorderseitenhalbleiterschicht 110 und/oder die Absorptionsverbesserungshalbleiterschicht 112. Bei einigen Ausführungsformen hat die Rückseitenhalbleiterschicht 114 eine höhere energetische Bandlücke als die Absorptionsverbesserungshalbleiterschicht 112. Die Rückseitenhalbleiterschicht 114 kann zum Beispiel monokristallines Silizium, poröses Silizium, ein beliebiges anderes Halbleitermaterial, dasselbe Halbleitermaterial wie die Vorderseitenhalbleiterschicht 110 oder eine beliebige Kombination der zuvor genannten sein. Bei einigen Ausführungsformen hat die Rückseitenhalbleiterschicht 114 ein einziges Material. Die Rückseitenhalbleiterschicht 114 kann zum Beispiel durch CVD, PVD, einen beliebigen anderen Abscheidungsprozess, Molekularstrahlepitaxie oder einen beliebigen anderen epitaktischen Prozess gebildet werden.As of the cross section 500 the 5 Illustrated is a backside semiconductor layer 114 the absorption enhancing semiconductor layer 112 covering formed. In some embodiments, the backside semiconductor layer has 114 an n- or p-type doping. In some embodiments, the backside semiconductor layer has 114 a single doping type. In some embodiments, the backside semiconductor layer has 114 the same doping type as the front side semiconductor layer 110 and / or the absorption enhancing semiconductor layer 112 , In some embodiments, the backside semiconductor layer has 114 a higher energy bandgap than the absorption enhancement semiconductor layer 112 , The backside semiconductor layer 114 For example, monocrystalline silicon, porous silicon, any other semiconductor material, the same semiconductor material as the front side semiconductor layer 110 or any combination of the foregoing. In some embodiments, the backside semiconductor layer has 114 a single material. The backside semiconductor layer 114 can be formed, for example, by CVD, PVD, any other deposition process, molecular beam epitaxy, or any other epitaxial process.

Bei einigen Ausführungsformen wird die Stärke T der Absorptionsverbesserungshalbleiterschicht 112 derart gesteuert, dass die Rückseitenhalbleiterschicht 114 dieselbe kristalline Richtung hat wie die Vorderseitenhalbleiterschicht 110. Falls die Stärke T der Absorptionsverbesserungshalbleiterschicht 112 zum Beispiel groß ist, kann die Rückseitenhalbleiterschicht 114 eine unterschiedliche kristalline Richtung haben als die Vorderseitenhalbleiterschicht 110. Außerdem wird bei einigen Ausführungsformen, bei welchen die Absorptionsverbesserungshalbleiterschicht 112 Silizium-Germanium ist oder umfasst, eine Germaniumkonzentration in der Absorptionsverbesserungshalbleiterschicht 112 derart gesteuert, dass die Rückseitenhalbleiterschicht 114 dieselbe kristalline Richtung hat wie die Vorderseitenhalbleiterschicht 110. Bei einigen Ausführungsformen ist Absorptionsverbesserungshalbleiterschicht 112 Si0,8Ge0,2 oder umfasst es, und hat eine Stärke T zwischen etwa 1000 bis 3000 Ångström, um etwa 900 bis 1100 Ångström oder etwa 500 bis 1500 Ängström, so dass die Rückseitenhalbleiterschicht 114 dieselbe kristalline Richtung hat wie die Vorderseitenhalbleiterschicht 110.In some embodiments, the strength becomes T the absorption enhancing semiconductor layer 112 controlled such that the backside semiconductor layer 114 has the same crystalline direction as the front side semiconductor layer 110 , If the strength T the absorption enhancing semiconductor layer 112 For example, the backside semiconductor layer may be large 114 have a different crystalline direction than the front side semiconductor layer 110 , In addition, in some embodiments, the absorption enhancement semiconductor layer 112 Silicon germanium is or includes a germanium concentration in the absorption enhancement semiconductor layer 112 controlled such that the backside semiconductor layer 114 has the same crystalline direction as the front side semiconductor layer 110 , In some embodiments, absorption enhancement semiconductor layer is 112 Si 0.8 Ge 0.2 or includes it, and has a thickness T between about 1000 to 3000 angstroms, by about 900 to 1100 Ångström or about 500 to 1500 angstroms, so that the backside semiconductor layer 114 has the same crystalline direction as the front side semiconductor layer 110 ,

Die Rückseitenhalbleiterschicht 114, die Absorptionsverbesserungshalbleiterschicht 112 und die Vorderseitenhalbleiterschicht 110 definieren ein Verbundsubstrat 106. Die Vorderseitenhalbleiterschicht 110 erstreckt sich entlang einer Vorderseitenoberfläche 106f des Verbundsubstrats 106 und definiert sie, und die Rückseitenhalbleiterschicht 114 erstreckt sich entlang einer Rückseitenoberfläche 106b des Verbundsubstrats 106 und definiert sie. Die Rückseitenoberfläche 106b und die Vorderseitenoberfläche 106f liegen auf entgegengesetzten Seiten des Verbundsubstrats 106.The backside semiconductor layer 114 , the absorption enhancing semiconductor layer 112 and the front side semiconductor layer 110 define a composite substrate 106 , The front-side semiconductor layer 110 extends along a front surface 106f of the composite substrate 106 and defines it, and the backside semiconductor layer 114 extends along a backside surface 106b of the composite substrate 106 and defines them. The back surface 106b and the front surface 106f lie on opposite sides of the composite substrate 106 ,

Wie von der Querschnittansicht 600 der 6 veranschaulicht, ist eine Vielzahl von Vorsprüngen 124 in dem Verbundsubstrat 106 gebildet, darunter die Rückseitenhalbleiterschicht 114. Zur leichteren Veranschaulichung ist nur einer der Vorsprünge 124 mit 124 benannt. Die Vorsprünge 124 definieren mindestens teilweise eine Absorptionsverbesserungsstruktur 126 und hindern einfallende Strahlung daran, von dem Verbundsubstrat 106 weg zu reflektieren. Die Vorsprünge 124 können zum Beispiel abgewinkelte Seitenwände haben, um einen solchen Reflexionsgrad zu haben. Als ein Resultat, verbessern die Vorsprünge 124 die Empfindlichkeit der Fotodetektoren, die danach in dem Verbundsubstrat 106 gebildet werden. Bei einigen Ausführungsformen sind die Vorsprünge 124 in einer periodischen Strukturierung oder einer periodischen Anordnung. Bei einigen Ausführungsformen haben die Vorsprünge 124 jeweils eine Kegelform, eine Pyramidenform oder eine beliebige andere Form. Bei einigen Ausführungsformen definieren die Vorsprünge ein Sägezahnprofil.As from the cross-sectional view 600 the 6 illustrates is a plurality of protrusions 124 in the composite substrate 106 formed, including the backside semiconductor layer 114 , For ease of illustration, only one of the protrusions 124 named with 124. The projections 124 at least partially define an absorption enhancement structure 126 and prevent incident radiation therefrom from the composite substrate 106 to reflect away. The projections 124 For example, they may have angled sidewalls to have such a reflectance. As a result, the tabs improve 124 the sensitivity of the photodetectors thereafter in the composite substrate 106 be formed. In some embodiments, the projections are 124 in a periodic structuring or a periodic arrangement. In some embodiments, the protrusions 124 each a cone shape, a pyramidal shape or any other shape. In some embodiments, the protrusions define a sawtooth profile.

Bei einigen Ausführungsformen umfasst ein Prozess zum Bilden der Vorsprünge 124 das Trockenätzen der Rückseitenhalbleiterschicht 114. Zum Beispiel kann eine Fotolackschicht 602 auf der Rückseitenhalbleiterschicht 114 gebildet und mit einer Struktur der Vorsprünge 124 strukturiert werden. Ein Trockenätzmittel kann dann auf die Rückseitenhalbleiterschicht 114 mit der Fotolackschicht 602 an Ort und Stelle aufgetragen werden, um die Vorsprünge 124 zu bilden, und die Fotolackschicht 602 kann anschließend gestrippt werden. Bei einigen Ausführungsformen beschädigt das Trockenätzmittel die Rückseitenhalbleiterschicht 114, was in Elektronenfallen entlang der Rückseitenoberfläche 106b des Verbundsubstrats 106 resultiert. Die Elektronenfallen können wiederum zu Leckstrom, Dunkelstrom und weißen Pixeln führen. Bei einigen Ausführungsformen umfasst der Prozess zum Bilden der Vorsprünge 124 daher ferner das Nassätzen der Rückseitenhalbleiterschicht 114 zum Entfernen der Beschädigung. Ein Nassätzmittel kann zum Beispiel auf die Rückseitenhalbleiterschicht 114 vor oder nach dem Strippen der Fotolackschicht 602 aufgetragen werden. Das Nassätzmittel kann zum Beispiel Tetramethylammoniumhydroxid (TMAH) oder ein beliebiges anderes Nassätzmittel sein.In some embodiments, a process includes forming the protrusions 124 the dry etching of the backside semiconductor layer 114 , For example, a photoresist layer 602 on the backside semiconductor layer 114 formed and with a structure of the protrusions 124 be structured. A dry etchant may then be applied to the backside semiconductor layer 114 with the photoresist layer 602 applied in place to the projections 124 to form, and the photoresist layer 602 can then be stripped. In some embodiments, the dry etchant damages the backside semiconductor layer 114 , resulting in electron traps along the back surface 106b of the composite substrate 106 results. The electron traps can in turn lead to leakage current, dark current and white pixels. In some embodiments, the process includes forming the protrusions 124 therefore, further, the wet etching of the backside semiconductor layer 114 to remove the damage. For example, a wet etchant may be applied to the backside semiconductor layer 114 before or after stripping the photoresist layer 602 be applied. The wet etchant may be, for example, tetramethylammonium hydroxide (TMAH) or any other wet etchant.

Bei einigen Ausführungsformen wird eine systematische Porenstruktur in der Rückseitenhalbleiterschicht 114 gebildet. Die Poren können zum Beispiel Poren in Mikrometergröße, Nanometergröße, kleinerer Größe oder Kombinationen der zuvor genannten sein. Die Poren dienen als eine Lichtfalle für die einfallende Strahlung, wodurch die QE der Fotodetektoren, die danach gebildet werden, verbessert wird. Ferner resultiert bei einigen Ausführungsformen die Kombination der systematischen Porenstruktur und der Vorsprünge 124 darin, dass die Absorptionsverbesserungsstruktur 126 eine direkte energetische Bandlücke hat, die auch die QE der Fotodetektoren verbessert. Bei einigen Ausführungsformen umfasst ein Prozess zum Bilden der systematischen Porenstruktur das Ausführen eines Ätzens in die Rückseitenhalbleiterschicht 114. Das Ätzen kann zum Beispiel durch Auftragen einer Lösung aus Fluorwasserstoffsäure auf die Rückseitenhalbleiterschicht 114 und das anschließende Aktivieren der Fluorwasserstoffsäure ausgeführt werden. Die Fluorwasserstoffsäure kann zum Beispiel aktiviert werden: elektrochemisch durch Anlegen einer ausreichenden Spannung an die Lösung (anodisches Ätzen), elektrochemisch durch Hinzufügen eines Oxidationsmittels mit einem ausreichenden Standard-Elektrodenpotenzial an die Lösung (Stain-Ätzen), oder fotoelektrochemisch durch Bestrahlen der Lösung mit einem Laser oder einer Lampe mit einer ausreichend kurzen Wellenlänge, um Elektronen in der Lösung zu dem Leitungsband zu erregen. Bei einigen Ausführungsformen weist die Lösung ferner Eisennitrid auf. Der Prozess zum Bilden der systematischen Porenstruktur kann vor, während oder nach dem Prozess zum Bilden der Vorsprünge 124 ausgeführt werden.In some embodiments, a systematic pore structure is formed in the backside semiconductor layer 114 educated. The pores may be, for example, pores in micrometer size, nanometer size, smaller size, or combinations of the foregoing. The pores serve as a light trap for the incident radiation, thereby improving the QE of the photodetectors formed thereafter. Further, in some embodiments, the combination of the systematic pore structure and the protrusions results 124 in that the absorption enhancement structure 126 has a direct energy band gap, which also improves the QE of the photodetectors. In some embodiments, a process of forming the systematic pore structure includes performing an etch in the backside semiconductor layer 114 , The etching may be performed, for example, by applying a solution of hydrofluoric acid to the backside semiconductor layer 114 and then activating the hydrofluoric acid. The hydrofluoric acid may be activated, for example, electrochemically by applying sufficient voltage to the solution (anodic etching), electrochemically by adding an oxidant having a sufficient standard electrode potential to the solution (stain-etching), or photoelectrochemically by irradiating the solution with a solution Laser or a lamp with a sufficiently short wavelength to excite electrons in the solution to the conduction band. In some embodiments, the solution further comprises iron nitride. The process of forming the systematic pore structure may be before, during or after the process of forming the protrusions 124 be executed.

Wie von der Querschnittansicht 700 der 7 veranschaulicht, wird eine Passivierungsschicht 108, die die Rückseitenoberfläche 106b des Verbundsubstrats 106 abdeckt, gebildet. Die Passivierungsschicht 108 hat eine innere Oberfläche 108i, die zu der Rückseitenoberfläche 106b des Verbundsubstrats 106 gerichtet ist, und hat ferner eine äußere Oberfläche 1080 gegenüber der inneren Oberfläche 108i. Bei einigen Ausführungsformen ist die innere Oberfläche 108i der Passivierungsschicht 108 formangeglichen und/oder berührt direkt die Rückseitenoberfläche 106b des Verbundsubstrats 106. Bei einigen Ausführungsformen ist die äußere Oberfläche 1080 der Passivierungsschicht 108 im Wesentlichen flach und/oder im Wesentlichen planar. Die Passivierungsschicht 108 kann zum Beispiel Siliziumdioxid, Siliziumnitrid, ein High-κ-Dielektrikum, ein beliebiges anderes Dielektrikum oder eine beliebige Kombination der zuvor genannten umfassen.As from the cross-sectional view 700 the 7 illustrates a passivation layer 108 that the back surface 106b of the composite substrate 106 covers, formed. The passivation layer 108 has an inner surface 108i leading to the back surface 106b of the composite substrate 106 is directed, and further has an outer surface 1080 opposite the inner surface 108i , In some embodiments, the inner surface is 108i the passivation layer 108 formally matches and / or directly touches the back surface 106b of the composite substrate 106 , In some embodiments, the outer surface is 1080 the passivation layer 108 substantially flat and / or substantially planar. The passivation layer 108 For example, it may include silicon dioxide, silicon nitride, a high k dielectric, any other dielectric, or any combination of the foregoing.

Bei einigen Ausführungsformen umfasst ein Prozess zum Bilden der Passivierungsschicht 108 das Abscheiden der Passivierungsschicht 108 auf der Rückseitenoberfläche 106b des Verbundsubstrats 106 und anschließend das Ausführen einer Planarisierung in die äußere Oberfläche 1080 der Passivierungsschicht 108. Das Abscheiden kann zum Beispiel durch Wärmeoxidation, CVD, PVD, Sputtern oder einen beliebigen anderen Abscheidungsprozess ausgeführt werden. Die Planarisierung kann zum Beispiel durch ein chemisch-mechanisches Polieren (Chemical Mechanical Polishing - CMP) oder einen beliebigen anderen Planarisierungsprozess ausgeführt werden.In some embodiments, a process for forming the passivation layer includes 108 the deposition of the passivation layer 108 on the back surface 106b of the composite substrate 106 and then performing a planarization in the outer surface 1080 the passivation layer 108 , The deposition may be performed by, for example, thermal oxidation, CVD, PVD, sputtering, or any other deposition process. The planarization can be performed, for example, by chemical mechanical polishing (CMP) or any other planarization process.

Wie von der Querschnittansicht 800 der 8 veranschaulicht, wird bei einigen Ausführungsformen die Rückseitenoberfläche 106b des Verbundsubstrats 106 an ein Trägersubstrat 402 durch die Passivierungsschicht 108 gebondet. Das Trägersubstrat 402 kann zum Beispiel ein monokristallines Bulk-Siliziumsubstrat, ein beliebiges anderes Siliziumsubstrat, ein SOI-Substrat, ein beliebiges anderes Halbleitersubstrat oder ein beliebiges anderes Substrat sein. Bei einigen Ausführungsformen wird das Bonden durch einen Fusionsbonding-Prozess oder einen beliebigen anderen Bondingprozess ausgeführt.As from the cross-sectional view 800 the 8th illustrates, in some embodiments, the backside surface 106b of the composite substrate 106 to a carrier substrate 402 through the passivation 108 bonded. The carrier substrate 402 For example, it may be a monocrystalline bulk silicon substrate, any other silicon substrate, an SOI substrate, any other semiconductor substrate, or any other substrate. In some embodiments, the bonding is performed by a fusion bonding process or any other bonding process.

Wie von der Querschnittansicht 900 der 9 veranschaulicht, ist die Struktur der 8 vertikal umgedreht. Ferner ist das Verbundsubstrat 106 an der Vorderseitenoberfläche 106f des Verbundsubstrats 106 verdünnt, wodurch die Stärke des Verbundsubstrats 106 und eine Stärke der Vorderseitenhalbleiterschicht 110 verringert werden. Die Verdünnung verringert eine Stärke des Verbundsubstrats 106 von einer ersten Stärke T1 auf eine zweite Stärke T2 . Die zweite Stärke T2 kann zum Beispiel kleiner sein als eine dritte Stärke T3 des Trägersubstrats 402. Bei einigen Ausführungsformen wird das Verbundsubstrat 106 durch Ausführen eines Ätzens und/oder einer Planarisierung in die Vorderseitenhalbleiterschicht 110 verdünnt. Die Planarisierung kann zum Beispiel durch eine CMP oder einen beliebigen anderen Planarisierungsprozess ausgeführt werden.As from the cross-sectional view 900 the 9 illustrates the structure of the 8th turned vertically. Further, the composite substrate is 106 on the front side surface 106f of the composite substrate 106 diluted, reducing the strength of the composite substrate 106 and a thickness of the front side semiconductor layer 110 be reduced. The dilution reduces a strength of the composite substrate 106 from a first strength T 1 on a second strength T 2 , The second strength T 2 may be smaller than a third strength, for example T 3 of the carrier substrate 402 , In some embodiments, the composite substrate becomes 106 by performing etching and / or planarization in the front side semiconductor layer 110 diluted. For example, the planarization may be performed by a CMP or any other planarization process.

Wie von der Querschnittansicht 1000 der 10 veranschaulicht, ist eine Vielzahl von absorptionsverbesserten Pixelsensoren 306a bis 306c auf der Vorderseitenoberfläche 106f des Verbundsubstrats 106 gebildet. Jeder der absorptionsverbesserten Pixelsensoren 306a bis 306c umfasst einen Fotodetektor 120, der von der Vorderseitenhalbleiterschicht 110, der Absorptionsverbesserungshalbleiterschicht 112 und der Rückseitenhalbleiterschicht 114 definiert ist. Zur leichteren Veranschaulichung sind nur einige der Fotodetektoren 120 mit 120 benannt. Der Fotodetektor 120 der absorptionsverbesserten Pixelsensoren 306a bis 306c umfasst einen ersten Halbleiterbereich 120f, einen zweiten Halbleiterbereich (nicht benannt) und einen Fotoübergang 120p. Zur leichteren Veranschaulichung sind nur einige der ersten Halbleiterbereiche 120f mit 120f benannt, und nur einige der Fotoübergänge 120p sind mit 120p benannt. Der erste Halbleiterbereich 120f hat einen ersten Dotierungstyp und der zweite Halbleiterbereich hat einen zweiten Dotierungstyp, der dem ersten Dotierungstyp entgegengesetzt ist. Der erste Halbleiterbereich 120f ist von dem zweiten Halbleiterbereich umgeben, und der erste Halbleiterbereich 120f und der zweite Halbleiterbereich definieren teilweise oder vollständig den Fotoübergang 120p. Der Fotoübergang 120p kann zum Beispiel ein PN-Übergang, ein PIN-Übergang oder ein beliebiger anderer Fotoübergang sein.As from the cross-sectional view 1000 the 10 Illustrated is a variety of absorption enhanced pixel sensors 306a to 306c on the front side surface 106f of the composite substrate 106 educated. Each of the absorption enhanced pixel sensors 306a to 306c includes a photodetector 120 that of the front-side semiconductor layer 110 , the absorption enhancing semiconductor layer 112 and the backside semiconductor layer 114 is defined. For ease of illustration, only a few of the photodetectors 120 With 120 named. The photodetector 120 the absorption enhanced pixel sensors 306a to 306c includes a first semiconductor region 120f , a second semiconductor region (not named) and a photo transition 120p , For ease of illustration, only a few of the first semiconductor regions are 120f named with 120f, and just a few of the photo transitions 120p are with 120p named. The first semiconductor area 120f has a first doping type and the second semiconductor region has a second doping type opposite to the first doping type. The first semiconductor area 120f is surrounded by the second semiconductor region, and the first semiconductor region 120f and the second semiconductor region partially or completely define the photo transition 120p , The photo transition 120p may be, for example, a PN junction, a PIN transition, or any other photo transition.

Bei einigen Ausführungsformen ist der erste Halbleiterbereich 120f der absorptionsverbesserten Pixelsensoren 306a bis 306c vollständig oder teilweise durch einen Vorderseiten-CCR 110c der Vorderseitenhalbleiterschicht 110, einen Absorptionsverbesserungs-CCR 112c der Absorptionsverbesserungshalbleiterschicht 112 und einen Rückseiten-CCR 114c der Rückseitenhalbleiterschicht 114 definiert. Zur leichteren Veranschaulichung sind nur einige der Vorderseiten-CCR 110c mit 110c benannt, nur einige der absorptionsverbesserten-CCR 112c sind mit 112c benannt, und nur einige der Rückseiten-CCR 114c sind mit 114c benannt. Bei einigen Ausführungsformen sind die zweiten Halbleiterbereiche der absorptionsverbesserten Pixelsensoren 306a bis 306c vollständig oder teilweise durch einen Vorderseiten-Bulkbereich 110b der Vorderseitenhalbleiterschicht 110, einen Absorptionsverbesserungs-Bulkbereich 112b der Absorptionsverbesserungshalbleiterschicht 112 und einen Rückseiten-Bulkbereich 114b der Rückseitenhalbleiterschicht 114 definiert.In some embodiments, the first semiconductor region is 120f the absorption enhanced pixel sensors 306a to 306c completely or partially through a front-side CCR 110c the front side semiconductor layer 110 , an absorption enhancement CCR 112c the absorption enhancing semiconductor layer 112 and a backside CCR 114c the backside semiconductor layer 114 Are defined. For ease of illustration, these are just a few of the front-side CCRs 110c With 110c named, just some of the absorption-enhanced CCR 112c are with 112c named, and only some of the backside CCR 114c are with 114c named. In some embodiments, the second semiconductor regions are the absorption enhanced pixel sensors 306a to 306c completely or partially through a front bulk area 110b the front side semiconductor layer 110 , an absorption enhancing bulk range 112b the absorption enhancing semiconductor layer 112 and a backside bulk area 114b the backside semiconductor layer 114 Are defined.

Bei einigen Ausführungsformen umfasst ein Prozess zum Bilden der Fotodetektor 120 das Implantieren von Dotierstoffen in das Verbundsubstrat 106, um die ersten Halbleiterbereiche 120f zu bilden. Bei einigen Ausführungsformen hat das Halbleitersubstrat 106 anfänglich einen einzigen Dotierungstyp, so dass das Dotieren unter Verwenden von Dotierstoffen eines entgegengesetzten Dotierungstyps ausgeführt wird. Das Dotieren kann zum Beispiel unter Verwenden von Ionenimplantation oder einem beliebigen anderen Dotierungsprozess ausgeführt werden, und/oder kann zum Beispiel eine Fotolackmaske verwenden, um die Dotierstoffe selektiv zu implantieren.In some embodiments, a process includes forming the photodetector 120 implanting dopants into the composite substrate 106 to the first semiconductor areas 120f to build. In some embodiments, the semiconductor substrate 106 initially a single doping type such that doping is performed using dopants of opposite doping type. The doping may be performed, for example, using ion implantation or any other doping process, and / or may, for example, use a photoresist mask to selectively implant the dopants.

Jeder der absorptionsverbesserten Pixelsensoren 306a bis 306c umfasst ferner einen Transfertransistor 202. Zur leichteren Veranschaulichung sind nur einige der Transfertransistoren 202 mit 202 benannt. Jeder Transfertransistor 202 der absorptionsverbesserten Pixelsensoren 306a bis 306c umfasst eine Gate-Elektrode 204, eine dielektrische Gate-Schicht 206, einen ersten Source-Drain-Bereich (nicht benannt) und einen zweiten Source-Drain-Bereich (nicht genannt). Zur leichteren Veranschaulichung sind nur einige der Gate-Elektroden 204 mit 204 benannt, und nur einige der dielektrischen Gate-Schichten 206 sind mit 206 benannt. Die dielektrische Gate-Schicht 206 liegt über der Vorderseitenhalbleiterschicht 110, und die Gate-Elektrode 204 liegt über der dielektrischen Gate Schicht 206. Der erste und der zweite Source-Drain-Bereich sind mindestens teilweise durch die Vorderseitenhalbleiterschicht 110 definiert und haben denselben Dotierungstyp, der zu dem des Vorderseiten-Bulkbereichs 110b entgegengesetzt ist. Ferner befinden sich der erste und zweite Source-Drain-Bereich jeweils auf entgegengesetzten Seiten der Gate-Elektrode 204, so dass die Gate-Elektrode 204 zwischen dem ersten und dem zweiten Source-Drain-Bereich ins Sandwich genommen ist. Der erste Source-Drain-Bereich kann zum Beispiel durch einen jeweiligen der ersten Halbleiterbereiche 120f der Fotodetektoren 120 definiert sein. Der zweite Source-Drain-Bereich kann zum Beispiel durch einen schwimmenden Diffusionsbereich (FDR) 110f der Vorderseitenhalbleiterschicht 110 definiert sein.Each of the absorption enhanced pixel sensors 306a to 306c further comprises a transfer transistor 202 , For ease of illustration, only a few of the transfer transistors 202 With 202 named. Each transfer transistor 202 the absorption enhanced pixel sensors 306a to 306c includes a gate electrode 204 , a gate dielectric layer 206 , a first source-drain region (not designated) and a second source-drain region (not mentioned). For ease of illustration, only a few of the gate electrodes are shown 204 With 204 named, and only some of the gate dielectric layers 206 are with 206 named. The gate dielectric layer 206 lies above the front-side semiconductor layer 110 , and the gate electrode 204 lies above the gate dielectric layer 206 , The first and second source-drain regions are at least partially through the front-side semiconductor layer 110 and have the same doping type as that of the front bulk area 110b is opposite. Further, the first and second source-drain regions are respectively on opposite sides of the gate electrode 204 so that the gate electrode 204 between the first and second source-drain regions taken to the sandwich. The first source-drain region may be formed, for example, by a respective one of the first semiconductor regions 120f the photodetectors 120 be defined. The second source-drain region may be formed, for example, by a floating diffusion region (FDR). 110f the front side semiconductor layer 110 be defined.

Bei einigen Ausführungsformen wird ein Prozess zum Bilden der Transfertransistoren 202 vor dem Bilden der Fotodetektoren 120 ausgeführt. Bei anderen Ausführungsformen wird der Prozess zum Bilden der Transfertransistoren 202 während des Bildens der Fotodetektoren 120 ausgeführt. Ferner umfasst bei einigen Ausführungsformen der Prozess zum Bilden der Transfertransistoren 202 das Bilden einer dielektrischen Schicht und einer Elektrodenschicht, die auf der Vorderseitenhalbleiterschicht 110 gestapelt sind. Die dielektrische Schicht kann zum Beispiel durch Wärmeoxidation, PVD, CVD, Sputtern, einen beliebigen anderen Abscheidungsprozess oder eine beliebige Kombination der zuvor genannten gebildet werden. Die Elektrodenschicht kann zum Beispiel durch elektrochemisches Galvanisieren, stromloses Galvanisieren, PVD, CVD, Sputtern, einen beliebigen anderen Abscheidungs- oder Galvanisierungsprozess oder eine beliebige Kombination der zuvor genannten gebildet werden. Ferner umfasst bei einigen Ausführungsformen der Prozess zum Bilden der Transfertransistoren 202 das Ausführen eines Ätzens in die dielektrische Schicht und in die Elektrodenschicht, um die Gate-Elektroden 204 und die dielektrischen Gate-Schichten 206 zu definieren, und anschließend das Implantieren von Dotierstoffen in die Vorderseitenhalbleiterschicht 110, um den ersten und zweiten Source-Drain-Bereich zu definieren.In some embodiments, a process of forming the transfer transistors 202 before forming the photodetectors 120 executed. In other embodiments, the process of forming the transfer transistors 202 while making the photodetectors 120 executed. Further, in some embodiments, the process includes forming the transfer transistors 202 forming a dielectric layer and an electrode layer disposed on the front side semiconductor layer 110 are stacked. The dielectric layer may be formed, for example, by thermal oxidation, PVD, CVD, sputtering, any other deposition process, or any combination of the foregoing. The electrode layer may be formed, for example, by electrochemical plating, electroless plating, PVD, CVD, sputtering, any other deposition or plating process, or any combination of the foregoing. Further, in some embodiments, the process includes forming the transfer transistors 202 performing an etching in the dielectric layer and in the electrode layer around the gate electrodes 204 and the gate dielectric layers 206 and then implanting dopants into the front side semiconductor layer 110 to define the first and second source-drain regions.

Auch von der Querschnittansicht 1000 der 10 veranschaulicht, wird auch eine Isolationsstruktur 208 gebildet, die sich in die Vorderseitenhalbleiterschicht 110 erstreckt, um die absorptionsverbesserten Pixelsensoren 306a bis 306c zu trennen und zu umgeben. Bei einigen Ausführungsformen wird die Isolationsstruktur 208 vor dem Bilden der absorptionsverbesserten Pixelsensoren 306a bis 306c gebildet. Die Isolationsstruktur 208 kann zum Beispiel als eine STI-Struktur, eine DTI-Struktur, ein Implantatisolationsbereich oder eine beliebige andere Isolationsstruktur gebildet sein. Bei einigen Ausführungsformen umfasst der Prozess zum Bilden der Isolationsstruktur 208 das Ätzen der Vorderseitenhalbleiterschicht 110, um Gräben zu bilden, und anschließend die Gräben mit einem dielektrischen Material zu füllen.Also from the cross-sectional view 1000 the 10 also illustrates an isolation structure 208 formed in the front side semiconductor layer 110 extends to the absorption-enhanced pixel sensors 306a to 306c to separate and surround. In some embodiments, the isolation structure becomes 208 before forming the absorption enhanced pixel sensors 306a to 306c educated. The isolation structure 208 For example, it may be formed as an STI structure, a DTI structure, an implant isolation region, or any other isolation structure. In some embodiments, the process includes forming the isolation structure 208 the etching of the front-side semiconductor layer 110 to form trenches and then to fill the trenches with a dielectric material.

Wie von der Querschnittansicht 1100 der 11 veranschaulicht, wird eine Zwischenverbindungsstruktur 210 gebildet, die die absorptionsverbesserten Pixelsensoren 306a bis 306c und das Verbundsubstrat 106 abdeckt. Die Zwischenverbindungsstruktur 210 umfasst eine ILD-Schicht 212, eine Vielzahl von Drähten 214 und eine Vielzahl von Durchkontaktierungen 216. Zur leichteren Veranschaulichung sind nur einige der Drähte 214 mit 214 benannt, und nur einige der Durchkontaktierungen 216 sind mit 216 benannt. Die Drähte 214 werden abwechselnd mit den Durchkontaktierungen 216 in der ILD-Schicht 212 gestapelt, um elektrisch leitfähige Pfade zu definieren, die die absorptionsverbesserten Pixelsensoren 306a bis 306c miteinander und/oder anderen Bauteilen koppeln.As from the cross-sectional view 1100 the 11 illustrates an interconnect structure 210 formed the absorption-enhanced pixel sensors 306a to 306c and the composite substrate 106 covers. The interconnect structure 210 includes an ILD layer 212 , a variety of wires 214 and a plurality of vias 216 , For ease of illustration, only a few of the wires are 214 With 214 named, and only some of the vias 216 are with 216 named. The wires 214 be alternating with the vias 216 in the ILD layer 212 stacked to define electrically conductive paths that the absorption enhanced pixel sensors 306a to 306c Pair with each other and / or other components.

Bei einigen Ausführungsformen umfasst ein Prozess zum Bilden der Zwischenverbindungsstruktur 210 das wiederholte Bilden einer ILD-Subschicht (das heißt einer Subschicht der ILD-Schicht 212) über dem Verbundsubstrat 106, das Ausführen einer Planarisierung in eine obere Oberfläche der ILD-Subschicht, das selektive Ätzen der ILD-Subschicht, um eine Durchkontaktierungsöffnung und/oder eine Drahtöffnung zu bilden, und das Füllen der Durchkontaktierungsöffnung und/oder der Drahtöffnung mit einem leitfähigen Material. Die ILD-Subschicht kann zum Beispiel durch Wärmeoxidation, PVD, CVD, Sputtern, einen beliebigen anderen Abscheidungsprozess oder eine beliebige Kombination der zuvor genannten gebildet werden. Die Planarisierung kann zum Beispiel durch eine CMP oder einen beliebigen anderen Planarisierungsprozess ausgeführt werden. Das selektive Ätzen kann zum Beispiel „selektiv“ durch Verwenden von Fotolithografie ausgeführt werden. Das Füllen kann zum Beispiel durch CVD, PVD, Galvanisieren, stromloses Galvanisieren, einen beliebigen anderen Abscheidung- oder Galvanisierungsprozess oder eine beliebige Kombination der zuvor genannten ausgeführt werden. Bei einigen Ausführungsformen umfasst der Prozess zum Bilden der Zwischenverbindungsstruktur 210 das wiederholte Ausführen eines Dual-Damascene-Prozesses oder eines Single-Damascene-Prozesses, um die Drähte 214 und die Durchkontaktierungen 216 zu bilden. Der Dual-Damascene-Prozess bildet zwei leitfähige Merkmale (zum Beispiel einen Draht und eine Durchkontaktierung) gleichzeitig, während der Single-Damascene-Prozess ein einziges leitfähiges Merkmal (zum Beispiel einen Draht oder eine Durchkontaktierung) auf einmal bildet.In some embodiments, a process includes forming the interconnect structure 210 repeatedly forming an ILD sub-layer (ie, a sub-layer of the ILD layer 212 ) over the composite substrate 106 , performing a planarization into an upper surface of the ILD sublayer, selectively etching the ILD sublayer to form a via opening and / or a wire opening, and filling the via opening and / or the wire opening with a conductive material. The ILD sublayer can be formed by, for example, thermal oxidation, PVD, CVD, sputtering, any other deposition process, or any combination of the foregoing. For example, the planarization may be performed by a CMP or any other planarization process. The selective etching may be carried out, for example, "selectively" by using photolithography. The filling may be performed, for example, by CVD, PVD, electroplating, electroless plating, any other deposition or plating process, or any combination of the foregoing. In some embodiments, the process includes forming the interconnect structure 210 Repeatedly performing a dual damascene process or a single damascene process around the wires 214 and the vias 216 to build. The dual damascene process simultaneously forms two conductive features (eg, a wire and a via), while the single damascene process forms a single conductive feature (eg, a wire or a via) at one time.

Wie von der Querschnittansicht 1200 der 12 veranschaulicht, wird eine Vielzahl von Farbfiltern 404 auf der Zwischenverbindungsstruktur 210 gebildet. Zur leichteren Veranschaulichung sind nur einige der Farbfilter 404 mit 404 benannt. Die Farbfilter 404 liegen jeweils über den absorptionsverbesserten Pixelsensoren 306a bis 306c, und jedes lässt zugeordnete Strahlungswellenlängen durchgehen, während nicht zugeordnete Strahlungswellenlängen blockiert werden. Bei einigen Ausführungsformen werden die Farbfilter 404 durch Bilden einer Farbfilterschicht für erste Strahlungswellenlängen, Strukturieren der Farbfilterschicht und dann Wiederholen für unterschiedliche Strahlungswellenlängen gebildet.As from the cross-sectional view 1200 the 12 illustrates a variety of color filters 404 on the interconnect structure 210 educated. For ease of illustration, only a few of the color filters are shown 404 With 404 named. The color filters 404 are each above the absorption-enhanced pixel sensors 306a to 306c and each passes through associated radiation wavelengths while blocking unassigned radiation wavelengths. In some embodiments, the color filters become 404 by making a color filter layer for first radiation wavelengths, structuring the color filter layer and then repeating formed for different radiation wavelengths.

Wie ebenfalls von der Querschnittansicht 1200 der 12 veranschaulicht, wird eine Vielzahl von Mikrolinsen 406 auf den Farbfiltern 404 gebildet. Zur leichteren Veranschaulichung sind nur einige der Mikrolinsen 406 mit 406 benannt. Die Mikrolinsen 406 liegen jeweils über den Farbfiltern 404 und fokussieren einfallende Strahlung jeweils auf die absorptionsverbesserten Pixelsensoren 306a bis 306c. Bei einigen Ausführungsformen umfasst ein Prozess zum Bilden der Mikrolinsen 406 das Bilden einer Mikrolinsenschicht über den Farbfiltern 404 und anschließend das Strukturieren der Mikrolinsenschicht in Mikrolinsenvorlagen, die für die Mikrolinsen 406 individuell sind.As also from the cross-sectional view 1200 the 12 illustrates a variety of microlenses 406 on the color filters 404 educated. For ease of illustration, only a few of the microlenses 406 With 406 named. The microlenses 406 are each above the color filters 404 and focus incident radiation onto the absorption enhanced pixel sensors, respectively 306a to 306c , In some embodiments, a process includes forming the microlenses 406 forming a microlens layer over the color filters 404 and then structuring the microlens layer into microlens templates that are for the microlenses 406 are individual.

Obwohl es nicht veranschaulicht ist, kann bei anderen Ausführungsformen eine zusätzliche Absorptionsverbesserungshalbleiterschicht formangeglichen zu den Vorsprüngen 124 zwischen der Passivierungsschicht 108 und der Rückseitenhalbleiterschicht gebildet werden. Die zusätzliche Absorptionsverbesserungshalbleiterschicht kann zum Beispiel wie die Absorptionsverbesserungshalbleiterschicht 112 wie in Bezug auf 5 beschrieben sein, und/oder kann zum Beispiel wie die Absorptionsverbesserungshalbleiterschicht 112, die in Bezug auf 5 beschrieben ist, sein. Eine Herausforderung bei diesen anderen Ausführungsformen besteht darin, dass andere Bauteile auf dem Verbundsubstrat (106 (siehe zum Beispiel Logikbereich 302 der 3) Temperaturen einschränken können, die während des Bildens der zusätzlichen Absorptionsverbesserungshalbleiterschicht verwendet werden. Das Überschreiten des Temperaturlimits kann diese anderen Bauteile beschädigen. Als ein Resultat des Temperaturlimits, kann die zusätzliche Absorptionsverbesserungshalbleiterschicht eine dürftige kristalline Qualität und/oder Dotierstoffe haben, die nicht vollständig aktiviert sind, was zu Leckstrom, Dunkelstrom und weißen Pixeln führen kann. Zu bemerken ist, dass, da die Absorptionsverbesserungshalbleiterschicht 112 früh in dem Verfahren gebildet wird, die Absorptionsverbesserungshalbleiterschicht 112 keinem Temperaturlimit unterliegt.Although not illustrated, in other embodiments, an additional absorption enhancement semiconductor layer may be conformed to the protrusions 124 between the passivation layer 108 and the backside semiconductor layer are formed. The additional absorption enhancement semiconductor layer may, for example, be like the absorption enhancement semiconductor layer 112 as for 5 and / or may, for example, be like the absorption enhancement semiconductor layer 112 in terms of 5 is described. A challenge with these other embodiments is that other components on the composite substrate ( 106 (see for example Logic area 302 the 3 ) Can limit temperatures used during formation of the additional absorption enhancement semiconductor layer. Exceeding the temperature limit can damage these other components. As a result of the temperature limit, the additional absorption enhancement semiconductor layer may have poor crystalline quality and / or dopants that are not fully activated, which may lead to leakage current, dark current, and white pixels. It should be noted that, since the absorption enhancement semiconductor layer 112 early in the process, the absorption enhancement semiconductor layer 112 is not subject to a temperature limit.

Unter Bezugnahme auf 13, ist ein Ablaufdiagramm 1300 einiger Ausführungsformen des Verfahrens der 5 bis 12 bereitgestellt.With reference to 13 , is a flowchart 1300 some embodiments of the method of 5 to 12 provided.

Bei 1302 wird eine Absorptionsverbesserungshalbleiterschicht auf einer Vorderseitenhalbleiterschicht gebildet. Die Absorptionsverbesserungshalbleiterschicht hat eine energetische Bandlücke, die niedriger ist als die der Vorderseitenhalbleiterschicht. Siehe zum Beispiel 5. Die Hochabsorptionsschicht kann zum Beispiel Germanium, Silizium-Germanium oder monokristallines Silizium dotiert mit einem Chalkogen sein. Die Hochabsorptionsschicht kann ferner zum Beispiel eine direkte energetische Bandlücke oder eine indirekte energetische Bandlücke haben.at 1302 For example, an absorption-improving semiconductor layer is formed on a front-side semiconductor layer. The absorption enhancement semiconductor layer has an energy band gap lower than that of the front side semiconductor layer. See for example 5 , The high absorption layer may be, for example, germanium, silicon germanium or monocrystalline silicon doped with a chalcogen. The high absorption layer may further have, for example, a direct energy band gap or an indirect energy band gap.

Bei 1302 wird auch eine Rückseitenhalbleiterschicht auf der Absorptionsverbesserungshalbleiterschicht gebildet. Die Vorderseitenhalbleiterschicht, die Absorptionsverbesserungshalbleiterschicht und die Rückseitenhalbleiterschicht definieren gemeinsam ein Verbundsubstrat. Siehe zum Beispiel 5.at 1302 Also, a backside semiconductor layer is formed on the absorption enhancement semiconductor layer. The front-side semiconductor layer, the absorption-enhancing semiconductor layer, and the back-side semiconductor layer jointly define a composite substrate. See for example 5 ,

Bei 1304 wird eine Vielzahl von Vorsprüngen in der Rückseitenhalbleiterschicht entlang einer Rückseitenoberfläche des Verbundsubstrats gebildet. Die Vorsprünge definieren mindestens teilweise eine Absorptionsverbesserungsstruktur. Siehe zum Beispiel 6.at 1304 For example, a plurality of protrusions in the backside semiconductor layer are formed along a back surface of the composite substrate. The protrusions at least partially define an absorption enhancement structure. See for example 6 ,

Bei 1306 wird auf der Rückseitenoberfläche des Verbundsubstrats eine Passivierungsschicht gebildet. Siehe zum Beispiel 7.at 1306 a passivation layer is formed on the back surface of the composite substrate. See for example 7 ,

Bei 1308 wird ein Trägersubstrat an die Rückseitenoberfläche des Verbundsubstrats durch die Passivierungsschicht gebondet. Siehe zum Beispiel 8.at 1308 For example, a carrier substrate is bonded to the back surface of the composite substrate through the passivation layer. See for example 8th ,

Bei 1310 wird das Verbundsubstrat an einer Vorderseitenoberfläche des Verbundsubstrats verdünnt, wodurch eine Stärke des Verbundsubstrats und eine Stärke der Vorderseitenhalbleiterschicht verdünnt werden. Siehe zum Beispiel 9.at 1310 For example, the composite substrate is thinned on a front surface of the composite substrate, whereby a thickness of the composite substrate and a thickness of the front side semiconductor layer are thinned. See for example 9 ,

Bei 1312 wird auf der Vorderseitenoberfläche des Verbundsubstrats ein Pixelsensor gebildet. Der Pixelsensor umfasst einen Fotodetektor, der teilweise von der Absorptionsverbesserungshalbleiterschicht und der Absorptionsverbesserungsstruktur definiert ist. Siehe zum Beispiel 10. Da die Absorptionsverbesserungshalbleiterschicht eine niedrige energetische Bandlücke hat, hat die Absorptionsverbesserungshalbleiterschicht einen hohen Absorptionskoeffizienten. Das wiederum verbessert die Absorption einfallender Strahlung durch den Fotodetektor, so dass der Fotodetektor eine hohe QE hat. Die hohe QE erlaubt es dem Fotodetektor, für eine Bestrahlung mit hoher Wellenlänge größer als etwa 800 Nanometer verwendet zu werden. Ferner erlaubt es die hohe QE dem Fotodetektor, für Strahlung mit hoher Wellenlänge ohne eine große Stärke verwendet zu werden. Kosten, Die-Größe, Übersprechen oder irgendeine Kombination dieser ist/sind daher niedrig.at 1312 On the front surface of the composite substrate, a pixel sensor is formed. The pixel sensor includes a photodetector partially defined by the absorption enhancement semiconductor layer and the absorption enhancement structure. See for example 10 , Since the absorption enhancement semiconductor layer has a low energy bandgap, the absorption enhancement semiconductor layer has a high absorption coefficient. This, in turn, improves the absorption of incident radiation by the photodetector, so that the photodetector is high QE Has. The height QE allows the photodetector to be larger than about for high wavelength radiation 800 Nanometer to be used. Furthermore, it allows the high QE the photodetector, to be used for high wavelength radiation without a great strength. Cost, size, crosstalk or any combination of these is / are therefore low.

Bei 1314 wird eine Zwischenverbindungsstruktur gebildet, die den Pixelsensor auf der Vorderseitenoberfläche des Verbundsubstrats abdeckt. Die Zwischenverbindungsstruktur weist eine ILD-Schicht, Drähte und Durchkontaktierungen auf, und die Drähte und die Durchkontaktierungen sind abwechselnd in der ILD-Schicht gestapelt. Siehe zum Beispiel 11.at 1314 an interconnection structure is formed that covers the pixel sensor on the front surface of the composite substrate. The The interconnect structure has an ILD layer, wires, and vias, and the wires and vias are stacked alternately in the ILD layer. See for example 11 ,

Bei 1316 werden ein Farbfilter und eine Mikrolinse gestapelt auf der Zwischenverbindungsstruktur gebildet. Siehe zum Beispiel 12.at 1316 For example, a color filter and a microlens are stacked on the interconnect structure. See for example 12 ,

Obwohl das Ablaufdiagramm 1300 der Fig. hier als eine Reihe von Handlungen oder Ereignissen veranschaulicht und beschrieben ist, wird man zu schätzen wissen, dass die veranschaulichte Abfolge solcher Handlungen oder Ereignisse nicht in einem einschränkenden Sinn auszulegen ist. Einige Handlungen können zum Beispiel in unterschiedlichen Reihenfolgen und/oder gleichzeitig mit anderen Handlungen oder Ereignissen auftreten, die von den hier veranschaulichten und/oder beschriebenen getrennt sind. Ferner sind eventuell nicht alle veranschaulichten Handlungen erforderlich, um einen oder mehr Aspekte oder Ausführungsformen der Beschreibung umzusetzen, und eine oder mehr der Handlungen, die hier abgebildet sind, können bei einer oder mehr separaten Handlungen und/oder Phasen ausgeführt werden.Although the flowchart 1300 As illustrated and described herein as a series of acts or events, it will be appreciated that the illustrated sequence of such acts or events should not be construed in a limiting sense. For example, some acts may occur in different orders and / or concurrently with other acts or events separate from those illustrated and / or described herein. Furthermore, not all illustrated acts may be required to implement one or more aspects or embodiments of the description, and one or more of the acts depicted herein may be performed in one or more separate acts and / or phases.

Unter Bezugnahme auf die 14 bis 21, wird eine Reihe von Querschnittansichten 1400 bis 2100 einiger Ausführungsformen eines Verfahrens zum Bilden eines BSI-Bildsensors mit absorptionsverbesserten Pixelsensoren bereitgestellt. Das Verfahren kann zum Beispiel eingesetzt werden, um den Bildsensor der 4B zu bilden. Wie oben angemerkt, ist der Bildsensor der 4B in Bezug auf eine Ausführungsform der 2A veranschaulicht, kann aber alternativ mit den Ausführungsformen einer beliebigen der 1 und 2B bis 2D eingesetzt werden. Man muss daher verstehen, dass das Verfahren auch mit den Ausführungsformen einer beliebigen der 1 und 2B bis 2D eingesetzt werden kann.With reference to the 14 to 21 , will take a series of cross-sectional views 1400 to 2100 of some embodiments of a method for forming a BSI image sensor with absorption enhanced pixel sensors. The method can be used, for example, to control the image sensor of the 4B to build. As noted above, the image sensor is the 4B with respect to an embodiment of the 2A but may alternatively be combined with the embodiments of any of 1 and 2 B to 2D be used. It must therefore be understood that the method also with the embodiments of any of 1 and 2 B to 2D can be used.

Wie von der Querschnittansicht 1400 der 14 veranschaulicht, wird eine Rückseitenhalbleiterschicht 114 bereitgestellt oder gebildet. Bei einigen Ausführungsformen ist die Rückseitenhalbleiterschicht 114 ein Bulk-Siliziumsubstrat, ein beliebiges anderes Bulk-Halbleitersubstrat oder ein beliebiges anderes Halbleitersubstrat. Die Rückseitenhalbleiterschicht 114 kann zum Beispiel monokristallines Silizium, nanoporöses Silizium, ein beliebiges anderes Silizium, ein beliebiges anderes Halbleitermaterial oder eine beliebige Kombination der zuvor genannten sein oder umfassen. Ferner kann die Rückseitenhalbleiterschicht 114 zum Beispiel eine n-Typ- oder p-Typ-Dotierung haben.As from the cross-sectional view 1400 the 14 Illustrated is a backside semiconductor layer 114 provided or formed. In some embodiments, the backside semiconductor layer is 114 a bulk silicon substrate, any other bulk semiconductor substrate, or any other semiconductor substrate. The backside semiconductor layer 114 For example, it may be or include monocrystalline silicon, nanoporous silicon, any other silicon, any other semiconductor material, or any combination of the foregoing. Furthermore, the backside semiconductor layer 114 for example, have an n-type or p-type doping.

Bei einigen Ausführungsformen umfasst die Rückseitenhalbleiterschicht 114 eine erste Rückseitenhalbleitersubschicht 114f und eine zweite Rückseitenhalbleitersubschicht 114s, die die erste Rückseitenhalbleitersubschicht 114f abdeckt. Die erste Rückseitenhalbleitersubschicht 114f kann zum Beispiel ein Bulk-Siliziumsubstrat, ein Bulk-Halbleitersubstrat oder ein beliebiges anderes Substrat sein oder umfassen. Die erste Rückseitenhalbleitersubschicht 114f und die zweite Rückseitenhalbleitersubschicht 114s können zum Beispiel monokristallines Silizium, nanoporöses Silizium, ein beliebiges anderes Halbleitermaterial oder eine beliebige Kombination der zuvor genannten sein oder umfassen. Ferner können die erste Rückseitenhalbleitersubschicht 114f und die zweite Rückseitenhalbleitersubschicht 114s zum Beispiel eine n-Typ- oder p-Typ-Dotierung haben. Bei einigen Ausführungsformen sind die erste Rückseitenhalbleitersubschicht 114f und die zweite Rückseitenhalbleitersubschicht 114s dasselbe Halbleitermaterial und haben denselben Dotierungstyp. Ferner hat bei einigen solcher Ausführungsformen die erste Rückseitenhalbleitersubschicht 114f eine höhere Dotierungskonzentration als die zweite Rückseitenhalbleitersubschicht 114s oder umgekehrt.In some embodiments, the backside semiconductor layer comprises 114 a first backside semiconductor sublayer 114f and a second backside semiconductor sublayer 114s containing the first backside semiconductor sublayer 114f covers. The first backside semiconductor sublayer 114f For example, it may be or include a bulk silicon substrate, a bulk semiconductor substrate, or any other substrate. The first backside semiconductor sublayer 114f and the second backside semiconductor sublayer 114s For example, they may be or include monocrystalline silicon, nanoporous silicon, any other semiconductor material, or any combination of the foregoing. Furthermore, the first backside semiconductor sublayer 114f and the second backside semiconductor sublayer 114s for example, have an n-type or p-type doping. In some embodiments, the first backside semiconductor sublayers are 114f and the second backside semiconductor sublayer 114s the same semiconductor material and have the same doping type. Further, in some such embodiments, the first backside semiconductor sublayer has 114f a higher doping concentration than the second backside semiconductor sublayer 114s or the other way around.

Bei einigen Ausführungsformen wird die Rückseitenhalbleiterschicht 114 durch Bereitstellen einer ersten Rückseitenhalbleitersubschicht 114f und anschließendes Abscheiden der zweiten Rückseitenhalbleitersubschicht 114s auf der ersten Rückseitenhalbleitersubschicht 114f gebildet. Das Abscheiden kann zum Beispiel durch CVD, PVD, Molekularstrahlepitaxie oder einen beliebigen anderen Abscheidungsprozess ausgeführt werden. Bei anderen Ausführungsformen wird die Rückseitenhalbleiterschicht 114 durch Bereitstellen eines Bulk-Halbleitersubstrats und anschließendes Dotieren des Bulk-Halbleitersubstrats gebildet. Bei solchen Ausführungsformen ist die Rückseitenhalbleitersubschicht 114s der dotierte Abschnitt des Bulk-Halbleitersubstrats, und die erste Rückseitenhalbleitersubschicht 114f ist ein Rest des Bulk-Halbleitersubstrats. Die Dotierung kann zum Beispiel auch durch Ionenimplantation oder einen beliebigen anderen Dotierungsprozess ausgeführt werden.In some embodiments, the backside semiconductor layer becomes 114 by providing a first backside semiconductor sublayer 114f and then depositing the second backside semiconductor sublayer 114s on the first backside semiconductor sublayer 114f educated. The deposition can be carried out, for example, by CVD, PVD, molecular beam epitaxy, or any other deposition process. In other embodiments, the backside semiconductor layer becomes 114 by providing a bulk semiconductor substrate and then doping the bulk semiconductor substrate. In such embodiments, the backside semiconductor sublayer is 114s the doped portion of the bulk semiconductor substrate, and the first backside semiconductor sublayer 114f is a remainder of the bulk semiconductor substrate. The doping may also be carried out, for example, by ion implantation or any other doping process.

Wie von der Querschnittansicht 1400 der 14 veranschaulicht, wird eine Absorptionsverbesserungshalbleiterschicht 112 gebildet, die die Rückseitenhalbleiterschicht 114 abdeckt. Die Absorptionsverbesserungshalbleiterschicht 112 hat eine niedrige energetische Bandlücke, die Quanteneffizienz der Fotodetektororen, die danach gebildet werden, verbessert. Bei einigen Ausführungsformen ist die niedrige energetische Bandlücke eine energetische Bandlücke, die kleiner ist als etwa 1,00 eV, 0,80 eV, 0,60 eV, 0,66 eV oder 0,40 eV. Ferner ist bei einigen Ausführungsformen die niedrige energetische Bandlücke eine energetische Bandlücke, die kleiner ist als die der Rückseitenhalbleiterschicht 114. Bei einigen Ausführungsformen hat die Absorptionsverbesserungshalbleiterschicht 112 auch eine direkte energetische Bandlücke. Die Absorptionsverbesserungshalbleiterschicht 112 kann zum Beispiel aus Germanium, Silizium-Germanium, kristallinem Silizium dotiert mit einem Chalkogen oder einem beliebigen anderen Halbleitermaterial mit niedriger energetischer Bandlücke bestehen oder dieses umfassen. Ferner kann die Absorptionsverbesserungshalbleiterschicht 112 zum Beispiel wie unter Bezugnahme auf 5 beschrieben sein.As from the cross-sectional view 1400 the 14 illustrates an absorption enhancement semiconductor layer 112 formed the backside semiconductor layer 114 covers. The absorption enhancement semiconductor layer 112 has a low energy bandgap, which improves the quantum efficiency of the photodetectors that are formed thereafter. In some embodiments, the low energy band gap is an energy band gap that is less than about 1.00 eV, 0.80 eV, 0.60 eV, 0.66 eV, or 0.40 eV. Further, in some embodiments, the low energy band gap is an energy band gap smaller than that of the backside semiconductor layer 114 , In some embodiments, the absorption enhancement semiconductor layer 112 also a direct energy band gap. The absorption enhancement semiconductor layer 112 For example, it may be comprised of or include germanium, silicon germanium, crystalline silicon doped with a chalcogen, or any other low energy bandgap semiconductor material. Further, the absorption enhancing semiconductor layer 112 for example as with reference to 5 be described.

Bei einigen Ausführungsformen wird die Absorptionsverbesserungshalbleiterschicht 112 durch Epitaxie gebildet. Die Epitaxie kann zum Beispiel durch CVD, PVD, einen beliebigen anderen Abscheidungsprozess, Molekularstrahlepitaxie oder einen beliebigen anderen epitaktischen Prozess ausgeführt werden. Bei einigen Ausführungsformen wird die Absorptionsverbesserungshalbleiterschicht 112 mit dem Chalkogen durch Ionenimplantation oder einen beliebigen anderen Dotierungsprozess dotiert. Ferner wird die Absorptionsverbesserungshalbleiterschicht 112 bei einigen Ausführungsformen mit dem Chalkogen übersättigt. Die Übersättigung kann zum Beispiel durch Ionenimplantation gefolgt von gepulstem Laserschmelzen (zum Beispiel 1 bis 7, 2 bis 6, 3 bis 5 oder 4 Laserschüsse) ausgeführt werden.In some embodiments, the absorption enhancement semiconductor layer becomes 112 formed by epitaxy. For example, epitaxy may be performed by CVD, PVD, any other deposition process, molecular beam epitaxy, or any other epitaxial process. In some embodiments, the absorption enhancement semiconductor layer becomes 112 doped with the chalcogen by ion implantation or any other doping process. Further, the absorption enhancing semiconductor layer becomes 112 in some embodiments, supersaturated with the chalcogen. The supersaturation may be carried out, for example, by ion implantation followed by pulsed laser melting (for example 1 to 7, 2 to 6, 3 to 5 or 4 laser shots).

Wie ebenfalls von dem Querschnitt 1400 der 14 veranschaulicht, wird eine Vorderseitenhalbleiterschicht 110 die Absorptionsverbesserungshalbleiterschicht 112 abdeckend gebildet. Die Vorderseitenhalbleiterschicht 110 kann zum Beispiel monokristallines Silizium, ein beliebiges anderes Halbleitermaterial oder eine beliebige Kombination der zuvor genannten sein oder umfassen. Ferner kann die Vorderseitenhalbleiterschicht 110 zum Beispiel durch CVD, PVD, einen beliebigen anderen Abscheidungsprozess, Molekularstrahlepitaxie oder einen beliebigen anderen epitaktischen Prozess gebildet werden.Like also from the cross section 1400 the 14 illustrates a front side semiconductor layer 110 the absorption enhancing semiconductor layer 112 covering formed. The front-side semiconductor layer 110 For example, it may be or include monocrystalline silicon, any other semiconductor material, or any combination of the foregoing. Furthermore, the front side semiconductor layer 110 for example, by CVD, PVD, any other deposition process, molecular beam epitaxy, or any other epitaxial process.

Bei einigen Ausführungsformen wird eine Stärke T der Absorptionsverbesserungshalbleiterschicht 112 derart gesteuert, dass die Vorderseitenhalbleiterschicht 110 dieselbe kristalline Richtung wie die Rückseitenhalbleiterschicht 114 hat. Falls die Stärke T der Absorptionsverbesserungshalbleiterschicht 112 zum Beispiel groß ist, kann die Vorderseitenhalbleiterschicht 110 eine unterschiedliche kristalline Richtung haben als die Rückseitenhalbleiterschicht 114. Außerdem wird bei einigen Ausführungsformen, bei welchen die Absorptionsverbesserungshalbleiterschicht 112 Silizium-Germanium ist oder umfasst, eine Germaniumkonzentration in der Absorptionsverbesserungshalbleiterschicht 112 derart gesteuert, dass die Vorderseitenhalbleiterschicht 110 dieselbe kristalline Richtung hat wie die Rückseitenhalbleiterschicht 114. Bei einigen Ausführungsformen ist Absorptionsverbesserungshalbleiterschicht 112 Si0,8Ge0,2 oder umfasst es, und hat eine Stärke T zwischen etwa 1000 bis 3000 Angström, um etwa 900 bis 1100 Ängström oder etwa 500 bis 1500 Ängström, so dass die Vorderseitenhalbleiterschicht 110 dieselbe kristalline Richtung hat wie die Rückseitenhalbleiterschicht 114.In some embodiments, a power becomes T the absorption enhancing semiconductor layer 112 controlled such that the front side semiconductor layer 110 the same crystalline direction as the backside semiconductor layer 114 Has. If the strength T the absorption enhancing semiconductor layer 112 For example, if the front side semiconductor layer is large 110 have a different crystalline direction than the backside semiconductor layer 114 , In addition, in some embodiments, the absorption enhancement semiconductor layer 112 Silicon germanium is or includes a germanium concentration in the absorption enhancement semiconductor layer 112 controlled such that the front side semiconductor layer 110 has the same crystalline direction as the backside semiconductor layer 114 , In some embodiments, absorption enhancement semiconductor layer is 112 Si 0.8 Ge 0.2 or includes it, and has a thickness T between about 1000 to 3000 angstroms, to about 900 to 1100 Ängström or about 500 to 1500 angstrom, so that the front-side semiconductor layer 110 has the same crystalline direction as the backside semiconductor layer 114 ,

Die Rückseitenhalbleiterschicht 114, die Absorptionsverbesserungshalbleiterschicht 112 und die Vorderseitenhalbleiterschicht 110 definieren ein Verbundsubstrat 106. Die Vorderseitenhalbleiterschicht 110 erstreckt sich entlang einer Vorderseitenoberfläche 106f des Verbundsubstrats 106 und definiert sie, und die Rückseitenhalbleiterschicht 114 erstreckt sich entlang einer Rückseitenoberfläche 106b des Verbundsubstrats 106 und definiert sie. Die Rückseitenoberfläche 106b und die Vorderseitenoberfläche 106f liegen auf entgegengesetzten Seiten des Verbundsubstrats 106.The backside semiconductor layer 114 , the absorption enhancing semiconductor layer 112 and the front side semiconductor layer 110 define a composite substrate 106 , The front-side semiconductor layer 110 extends along a front surface 106f of the composite substrate 106 and defines it, and the backside semiconductor layer 114 extends along a backside surface 106b of the composite substrate 106 and defines them. The back surface 106b and the front surface 106f lie on opposite sides of the composite substrate 106 ,

Wie von der Querschnittansicht 1500 der 15 veranschaulicht, ist eine Vielzahl von absorptionsverbesserten Pixelsensoren 306a bis 306c auf der Vorderseitenoberfläche 106f des Verbundsubstrats 106 gebildet. Jeder der absorptionsverbesserten Pixelsensoren 306a bis 306c umfasst einen Fotodetektor 120, der von der Vorderseitenhalbleiterschicht 110, der Absorptionsverbesserungshalbleiterschicht 112 und der Rückseitenhalbleiterschicht 114 definiert ist. Zur leichteren Veranschaulichung sind nur einige der Fotodetektoren 120 mit 120 benannt.As from the cross-sectional view 1500 the 15 Illustrated is a variety of absorption enhanced pixel sensors 306a to 306c on the front side surface 106f of the composite substrate 106 educated. Each of the absorption enhanced pixel sensors 306a to 306c includes a photodetector 120 that of the front-side semiconductor layer 110 , the absorption enhancing semiconductor layer 112 and the backside semiconductor layer 114 is defined. For ease of illustration, only a few of the photodetectors 120 With 120 named.

Der Fotodetektor 120 der absorptionsverbesserten Pixelsensoren 306a bis 306c umfasst einen ersten Halbleiterbereich 120f, einen zweiten Halbleiterbereich (nicht benannt) und einen Fotoübergang 120p. Zur leichteren Veranschaulichung sind nur einige der ersten Halbleiterbereiche 120f mit 120f benannt, und nur einige der Fotoübergänge 120p sind mit 120p benannt. Bei einigen Ausführungsformen ist der erste Halbleiterbereich 120f der absorptionsverbesserten Pixelsensoren 306a bis 306c vollständig oder teilweise durch einen Vorderseiten-CCR 110c der Vorderseitenhalbleiterschicht 110, einen Absorptionsverbesserungs-CCR 112c der Absorptionsverbesserungshalbleiterschicht 112 und einen Rückseiten-CCR 114c der Rückseitenhalbleiterschicht 114 definiert. Zur leichteren Veranschaulichung sind nur einige der Vorderseiten-CCR 110c mit 110c benannt, nur einige der Absorptionsverbesserungs-CCR 112c sind mit 112c benannt, sind nur einige der ersten Rückseiten-CCR 114c' mit 114c' benannt, und nur einige der zweiten Rückseiten-CCR 114c sind mit 114c benannt. Bei einigen Ausführungsformen sind die zweiten Halbleiterbereiche der absorptionsverbesserten Pixelsensoren 306a bis 306c vollständig oder teilweise durch einen Vorderseiten-Bulkbereich 110b der Vorderseitenhalbleiterschicht 110, einen Absorptionsverbesserungs-Bulkbereich 112b der Absorptionsverbesserungshalbleiterschicht 112, einen ersten Rückseiten-Bondbereich 114b' der Rückseitenhalbleiterschicht 114 und einen zweiten Rückseiten-Bulkbereich 114b der Rückseitenhalbleiterschicht 114 definiert. Zur leichteren Veranschaulichung sind nur einige Segmente des Vorderseiten-Bulkbereich 110b mit 110b benannt, und nur einige Segmente des Absorptionsverbesserungs-Bulkbereichs 112b mit 112b benannt, und nur einige Segmente des zweiten Rückseiten-Bulkbereichs 114b sind mit 114b benannt.The photodetector 120 the absorption enhanced pixel sensors 306a to 306c includes a first semiconductor region 120f , a second semiconductor region (not named) and a photo transition 120p , For ease of illustration, only a few of the first semiconductor regions are 120f With 120f named, and just a few of the photo transitions 120p are with 120p named. In some embodiments, the first semiconductor region is 120f the absorption enhanced pixel sensors 306a to 306c completely or partially through a front-side CCR 110c the front side semiconductor layer 110 , an absorption enhancement CCR 112c the absorption enhancing semiconductor layer 112 and a backside CCR 114c the backside semiconductor layer 114 Are defined. For ease of illustration, these are just a few of the front-side CCRs 110c With 110c named, just a few of the absorption enhancement CCR 112c are with 112c named, are just a few of the first backside CCRs 114c ' With 114c 'named, and only some of the second back CCR 114c are with 114c named. In some embodiments, the second semiconductor regions are the absorption enhanced pixel sensors 306a to 306c completely or partially through a front bulk area 110b the front side semiconductor layer 110 , one Absorption Enhancement bulk region 112b the absorption enhancing semiconductor layer 112 , a first backside bonding area 114b ' the backside semiconductor layer 114 and a second backside bulk area 114b the backside semiconductor layer 114 Are defined. For ease of illustration, only a few segments of the front bulk area are shown 110b With 110b and only a few segments of the absorption enhancement bulk area 112b With 112b named, and only a few segments of the second back bulk area 114b are with 114b named.

Bei einigen Ausführungsformen umfasst ein Prozess zum Bilden der Fotodetektoren 120 das Implantieren von Dotierstoffen in das Verbundsubstrat 106, um die ersten Halbleiterbereiche 120f zu bilden. Bei einigen Ausführungsformen hat das Halbleitersubstrat 106 anfänglich einen einzigen Dotierungstyp, so dass das Dotieren unter Verwenden von Dotierstoffen eines entgegengesetzten Dotierungstyps ausgeführt wird. Das Dotieren kann zum Beispiel unter Verwenden von Ionenimplantation oder einem beliebigen anderen Dotierungsprozess ausgeführt werden, und/oder kann zum Beispiel eine Fotolackmaske verwenden, um die Dotierstoffe selektiv zu implantieren.In some embodiments, a process includes forming the photodetectors 120 implanting dopants into the composite substrate 106 to the first semiconductor areas 120f to build. In some embodiments, the semiconductor substrate 106 initially a single doping type such that doping is performed using dopants of opposite doping type. The doping may be performed, for example, using ion implantation or any other doping process, and / or may, for example, use a photoresist mask to selectively implant the dopants.

Jeder der absorptionsverbesserten Pixelsensoren 306a bis 306c umfasst ferner einen Transfertransistor 202. Zur leichteren Veranschaulichung sind nur einige der Transfertransistoren 202 mit 202 benannt. Jeder Transfertransistor 202 der absorptionsverbesserten Pixelsensoren 306a bis 306c umfasst eine Gate-Elektrode 204, eine dielektrische Gate-Schicht 206, einen ersten Source-Drain-Bereich (nicht benannt) und einen zweiten Source-Drain-Bereich (nicht benannt). Zur leichteren Veranschaulichung sind nur einige der Gate-Elektroden 204 mit 204 benannt, und nur einige der dielektrischen Gate-Schichten 206 sind mit 206 benannt. Der erste Source-Drain-Bereich kann zum Beispiel durch einen jeweiligen der ersten Halbleiterbereiche 120f der Fotodetektoren 120 definiert sein. Der zweite Source-Drain-Bereich kann zum Beispiel durch einen FDR 110f der Vorderseitenhalbleiterschicht 110 definiert sein. Die Transfertransistoren 202 können zum Beispiel wie unter Bezugnahme auf 10 beschrieben sein. Ferner können die Transfertransistoren 202 können zum Beispiel wie unter Bezugnahme auf 10 beschrieben sein.Each of the absorption enhanced pixel sensors 306a to 306c further comprises a transfer transistor 202 , For ease of illustration, only a few of the transfer transistors 202 With 202 named. Each transfer transistor 202 the absorption enhanced pixel sensors 306a to 306c includes a gate electrode 204 , a gate dielectric layer 206 , a first source-drain region (not named) and a second source-drain region (not named). For ease of illustration, only a few of the gate electrodes are shown 204 With 204 named, and only some of the gate dielectric layers 206 are with 206 named. The first source-drain region may be formed, for example, by a respective one of the first semiconductor regions 120f the photodetectors 120 be defined. The second source-drain region may be, for example, an FDR 110f the front side semiconductor layer 110 be defined. The transfer transistors 202 For example, as with reference to 10 be described. Furthermore, the transfer transistors 202 For example, as with reference to 10 be described.

Von der Querschnittansicht 1000 der 10 wird auch eine Isolationsstruktur 208 veranschaulicht, die sich in die Vorderseitenhalbleiterschicht 110 erstreckend gebildet wird, um die absorptionsverbesserten Pixelsensoren 306a bis 306c zu trennen und zu umgeben. Die Isolationsstruktur 208 kann zum Beispiel wie unter Bezugnahme auf 10 beschrieben sein und/oder wie unter Bezugnahme auf 10 beschrieben geformt sein.From the cross-sectional view 1000 the 10 also becomes an isolation structure 208 illustrated in the front side semiconductor layer 110 extending to the absorption enhanced pixel sensors 306a to 306c to separate and surround. The isolation structure 208 For example, as with reference to 10 be described and / or as with reference to 10 be shaped described.

Wie von der Querschnittansicht 1600 der 16 veranschaulicht, wird eine Zwischenverbindungsstruktur 210 gebildet, die die absorptionsverbesserten Pixelsensoren 306a bis 306c und das Verbundsubstrat 106 abdeckt. Die Zwischenverbindungsstruktur 210 umfasst eine ILD-Schicht 212, eine Vielzahl von Drähten 214 und eine Vielzahl von Durchkontaktierungen 216. Zur leichteren Veranschaulichung, sind nur einige der Drähte 214 mit 214 benannt, und nur einige der Durchkontaktierungen 216 sind mit 216 benannt. Die Zwischenverbindungsstruktur 210 kann zum Beispiel wie unter Bezugnahme auf 11 beschrieben sein. Ferner kann die Zwischenverbindungsstruktur 210 zum Beispiel wie unter Bezugnahme auf 11 beschrieben sein.As from the cross-sectional view 1600 the 16 illustrates an interconnect structure 210 formed the absorption-enhanced pixel sensors 306a to 306c and the composite substrate 106 covers. The interconnect structure 210 includes an ILD layer 212 , a variety of wires 214 and a plurality of vias 216 , For ease of illustration, only a few of the wires are 214 With 214 named, and only some of the vias 216 are with 216 named. The interconnect structure 210 For example, as with reference to 11 be described. Furthermore, the interconnect structure 210 for example as with reference to 11 be described.

Wie von der Querschnittansicht 1700 der 17 veranschaulicht, wird bei einigen Ausführungsformen die Vorderseitenoberfläche 106f des Verbundsubstrats 106 an ein Trägersubstrat 402 durch die ILD-Schicht 212 gebondet. Das Trägersubstrat 402 kann zum Beispiel ein monokristallines Bulk-Siliziumsubstrat, ein beliebiges anderes Siliziumsubstrat, ein SOI-Substrat, ein beliebiges anderes Halbleitersubstrat oder ein beliebiges anderes Substrat sein. Bei einigen Ausführungsformen wird das Bonden durch einen Fusionsbonding-Prozess oder einen beliebigen anderen Bondingprozess ausgeführt.As from the cross-sectional view 1700 the 17 illustrates, in some embodiments, the front surface 106f of the composite substrate 106 to a carrier substrate 402 through the ILD layer 212 bonded. The carrier substrate 402 For example, it may be a monocrystalline bulk silicon substrate, any other silicon substrate, an SOI substrate, any other semiconductor substrate, or any other substrate. In some embodiments, the bonding is performed by a fusion bonding process or any other bonding process.

Wie von der Querschnittansicht 1800 der 18 veranschaulicht, ist die Struktur der 17 vertikal umgedreht. Ferner ist das Verbundsubstrat 106 an der Rückseitenoberfläche 106b des Verbundsubstrats 106 verdünnt, wodurch die Stärke des Verbundsubstrats 106 und eine Stärke der Vorderseitenhalbleiterschicht 114 verringert werden. Bei einigen Ausführungsformen entfernt das Ausdünnen auch die erste Rückseitenhalbleitersubschicht 114f. Das Ausdünnen verringert verdünnt eine Stärke des Verbundsubstrats 106 von einer ersten Stärke T1 auf eine zweite Stärke T2. Bei einigen Ausführungsformen wird das Verbundsubstrat 106 durch Ausführen eines Ätzens und/oder einer Planarisierung in die Rückseitenhalbleiterschicht 114 verdünnt. Die Planarisierung kann zum Beispiel durch eine CMP oder einen beliebigen anderen Planarisierungsprozess ausgeführt werden.As from the cross-sectional view 1800 the 18 illustrates the structure of the 17 turned vertically. Further, the composite substrate is 106 at the back surface 106b of the composite substrate 106 diluted, reducing the strength of the composite substrate 106 and a thickness of the front side semiconductor layer 114 be reduced. In some embodiments, the thinning also removes the first backside semiconductor sublayer 114f , The thinning reduces a thinned strength of the composite substrate 106 from a first strength T 1 on a second strength T2 , In some embodiments, the composite substrate becomes 106 by performing etching and / or planarization in the backside semiconductor layer 114 diluted. For example, the planarization may be performed by a CMP or any other planarization process.

Bei einigen Ausführungsformen sind die erste und die zweite Rückseitenhalbleitersubschicht 114f, 114s dasselbe Halbleitermaterial und haben denselben Dotierungstyp. Ferner haben bei einigen solchen Ausführungsformen die erste und die zweite Rückseitenhalbleitersubschicht 114f, 114s unterschiedliche Dotierungskonzentrationen. Die unterschiedlichen Dotierungskonzentrationen definieren einen Übergang an einer Schnittfläche zwischen der ersten und der zweiten Rückseitenhalbleitersubschicht 114f, 114s, der als ein Stopp für das Ausdünnen verwendet werden kann, wobei ein hoher Grad an Kontrolle über das Ausdünnen erlaubt wird. Ein Ätzen kann zum Beispiel als Teil des Ausdünnen ausgeführt werden, wobei das Ätzen ein Ätzmittel verwendet, das eine hohe Selektivität für die erste Rückseitenhalbleitersubschicht 114f im Vergleich zu der zweiten Rückseitenhalbleitersubschicht 114s hat, so dass der Übergang als ein Ätzstopp dient. Eine so hohe Selektivität kann zum Beispiel zwischen etwa 3:1 bis 10:1,10:1 bis 20:1, 20:1 bis 50:1 oder etwa 3:1 bis 50:1 liegen.In some embodiments, the first and second backside semiconductor sublayers are 114f . 114s the same semiconductor material and have the same doping type. Further, in some such embodiments, the first and second backside semiconductor sublayers 114f . 114s different doping concentrations. The different doping concentrations define a transition at an interface between the first and second backside semiconductor sublayers 114f . 114s that uses as a stop for thinning out which allows a high degree of control over thinning. For example, etching may be performed as part of the thinning, wherein the etching uses an etchant that has a high selectivity for the first backside semiconductor sublayer 114f compared to the second backside semiconductor sublayer 114s so that the transition serves as an etch stop. Such a high selectivity can be, for example, between about 3 :1 to 10 : 1,10: 1 to 20 :1, 20 : 1 to 50: 1 or about 3 : 1 to 50: 1 are.

Wie von der Querschnittansicht 1900 der 19 veranschaulicht, ist eine Vielzahl von Vorsprüngen 124 in dem Verbundsubstrat 106 gebildet, darunter die Rückseitenhalbleiterschicht 114. Zur leichteren Veranschaulichung ist nur einer der Vorsprünge 124 mit 124 benannt. Die Vorsprünge 124 definieren mindestens teilweise eine Absorptionsverbesserungsstruktur 126. Die Vorsprünge 124 und die Absorptionsverbesserungshalbleiterschicht 126 können zum Beispiel wie unter Bezugnahme auf 6 beschrieben sein. Ferner kann ein Prozess zum Bilden der Vorsprünge 124 zum Beispiel wie unter Bezugnahme auf 6 beschrieben ausgeführt werden. Bei einigen Ausführungsformen umfasst der Prozess zum Bilden der Vorsprünge 124 ein Ätzen in die Rückseitenoberfläche 106b mit einer Fotolackschicht 602 an Ort und Stelle und das anschließende Entfernen der Fotolackschicht 602.As from the cross-sectional view 1900 the 19 illustrates is a plurality of protrusions 124 in the composite substrate 106 formed, including the backside semiconductor layer 114 , For ease of illustration, only one of the protrusions 124 named with 124. The projections 124 at least partially define an absorption enhancement structure 126 , The projections 124 and the absorption enhancing semiconductor layer 126 For example, as with reference to 6 be described. Further, a process of forming the protrusions 124 for example as with reference to 6 be executed described. In some embodiments, the process includes forming the protrusions 124 an etching in the back surface 106b with a photoresist layer 602 in place and then removing the photoresist layer 602 ,

Bei einigen Ausführungsformen wird eine systematische Porenstruktur in der Rückseitenhalbleiterschicht 114 gebildet. Die Poren können zum Beispiel Poren in Mikrometergröße, Nanometergröße, kleinerer Größe oder Kombinationen der zuvor genannten sein. Bei einigen Ausführungsformen umfasst ein Prozess zum Bilden der systematischen Porenstruktur das Ausführen eines Ätzens in die Rückseitenhalbleiterschicht 114. Der Prozess zum Bilden der systematischen Porenstruktur kann vor, während oder nach dem Prozess zum Bilden der Vorsprünge 124 ausgeführt werden.In some embodiments, a systematic pore structure is formed in the backside semiconductor layer 114 educated. The pores may be, for example, pores in micrometer size, nanometer size, smaller size, or combinations of the foregoing. In some embodiments, a process of forming the systematic pore structure includes performing an etch in the backside semiconductor layer 114 , The process of forming the systematic pore structure may be before, during or after the process of forming the protrusions 124 be executed.

Wie von der Querschnittansicht 2000 der 20 veranschaulicht, wird eine Passivierungsschicht 108, die die Rückseitenoberfläche 106b des Verbundsubstrats 106 abdeckt, gebildet. Die Passivierungsschicht 108 kann zum Beispiel wie unter Bezugnahme auf 7 beschrieben sein, und/oder ein Prozess zum Bilden der Passivierungsschicht 108 kann zum Beispiel wie unter Bezugnahme auf 7 beschrieben sein.As from the cross-sectional view 2000 the 20 illustrates a passivation layer 108 that the back surface 106b of the composite substrate 106 covers, formed. The passivation layer 108 For example, as with reference to 7 be described, and / or a process for forming the passivation layer 108 For example, as with reference to 7 be described.

Wie von der Querschnittansicht 2100 der 21 veranschaulicht, werden eine Vielzahl von Farbfiltern 404 und eine Vielzahl von Mikrolinsen 406 auf der Passivierungsschicht 108 gebildet. Die Farbfilter 404 liegen jeweils über den absorptionsverbesserten Pixelsensoren 306a bis 306c und die Mikrolinsen 406 liegen jeweils über den Farbfiltern 404. Die Farbfilter 404 können zum Beispiel wie unter Bezugnahme auf 12 beschrieben sein, und/oder können zum Beispiel wie unter Bezugnahme auf 12 beschrieben geformt sein. Die Mikrolinsen 406 können zum Beispiel wie unter Bezugnahme auf 12 beschrieben sein, und/oder können zum Beispiel wie unter Bezugnahme auf 12 beschrieben geformt sein.As from the cross-sectional view 2100 the 21 illustrates a variety of color filters 404 and a variety of microlenses 406 on the passivation layer 108 educated. The color filters 404 are each above the absorption-enhanced pixel sensors 306a to 306c and the microlenses 406 are each above the color filters 404 , The color filters 404 For example, as with reference to 12 be described, and / or can, for example, as with reference to 12 be shaped described. The microlenses 406 For example, as with reference to 12 be described, and / or can, for example, as with reference to 12 be shaped described.

Unter Bezugnahme auf 22, ist ein Ablaufdiagramm 2200 einiger Ausführungsformen des Verfahrens der 14 bis 21 bereitgestellt.With reference to 22 , is a flowchart 2200 some embodiments of the method of 14 to 21 provided.

Bei 2202 wird eine Rückseitenhalbleiterschicht auf einem Halbleitersubstrat gebildet. Siehe zum Beispiel 14.at 2202 For example, a backside semiconductor layer is formed on a semiconductor substrate. See for example 14 ,

Bei 2202 wird die Absorptionsverbesserungshalbleiterschicht auf einer Rückseitenhalbleiterschicht gebildet. Siehe zum Beispiel 14.at 2202 For example, the absorption enhancement semiconductor layer is formed on a backside semiconductor layer. See for example 14 ,

Bei 2202 wird eine Vorderseitenhalbleiterschicht auf der Absorptionsverbesserungshalbleiterschicht gebildet. Die Vorderseitenhalbleiterschicht hat eine hohe energetische Bandlücke im Vergleich zu der Absorptionsverbesserungshalbleiterschicht. Das Halbleitersubstrat, die Rückseitenhalbleiterschicht, die Absorptionsverbesserungshalbleiterschicht 112 und die Vorderseitenhalbleiterschicht definieren ein Verbundsubstrat. Siehe zum Beispiel 14.at 2202 For example, a front-side semiconductor layer is formed on the absorption-enhancing semiconductor layer. The front-side semiconductor layer has a high energy band gap as compared with the absorption-enhancing semiconductor layer. The semiconductor substrate, the backside semiconductor layer, the absorption enhancement semiconductor layer 112 and the front-side semiconductor layer define a composite substrate. See for example 14 ,

Bei 2204 wird auf einer Vorderseitenoberfläche des Verbundsubstrats ein Pixelsensor gebildet. Der Pixelsensor umfasst einen Fotodetektor, der teilweise von der Absorptionsverbesserungshalbleiterschicht definiert wird. Siehe zum Beispiel 15.at 2204 For example, a pixel sensor is formed on a front surface of the composite substrate. The pixel sensor includes a photodetector partially defined by the absorption enhancement semiconductor layer. See for example 15 ,

Bei 2206 wird eine Zwischenverbindungsstruktur gebildet, die den Pixelsensor auf der Vorderseitenoberfläche des Verbundsubstrats abdeckt. Die Zwischenverbindungsstruktur umfasst eine ILD-Schicht, Drähte und Durchkontaktierungen. Die Drähte und die Durchkontaktierungen sind abwechselnd in der ILD-Schicht gestapelt. Siehe zum Beispiel 16.at 2206 an interconnection structure is formed that covers the pixel sensor on the front surface of the composite substrate. The interconnect structure includes an ILD layer, wires, and vias. The wires and the vias are stacked alternately in the ILD layer. See for example 16 ,

Bei 2208 wird ein Trägersubstrat an eine Vorderseitenoberfläche des Verbundsubstrats durch die ILD-Schicht gebondet. Siehe zum Beispiel 17.at 2208 For example, a carrier substrate is bonded to a front surface of the composite substrate through the ILD layer. See for example 17 ,

Bei 2210 wird das Verbundsubstrat an einer Rückseitenoberfläche des Verbundsubstrats verdünnt. Das Ausdünnen entfernt das Halbleitersubstrat. Siehe zum Beispiel 18.at 2210 For example, the composite substrate is thinned on a back surface of the composite substrate. The thinning removes the semiconductor substrate. See for example 18 ,

Bei 2212 wird entlang der Rückseitenoberfläche des Verbundsubstrats eine Vielzahl von Vorsprüngen gebildet. Die Vorsprünge definieren mindestens teilweise eine Absorptionsverbesserungsstruktur. Siehe zum Beispiel 19.at 2212 A plurality of protrusions are formed along the back surface of the composite substrate. Define the projections at least partially an absorption enhancement structure. See for example 19 ,

Bei 2214 wird auf der Rückseitenoberfläche des Verbundsubstrats eine Passivierungsschicht gebildet. Siehe zum Beispiel 20.at 2214 a passivation layer is formed on the back surface of the composite substrate. See for example 20 ,

Bei 2216 werden ein Farbfilter und eine Mikrolinse gestapelt auf der Zwischenverbindungsstruktur gebildet. Siehe zum Beispiel 21.at 2216 For example, a color filter and a microlens are stacked on the interconnect structure. See for example 21 ,

Obwohl das Ablaufdiagramm 2200 der 22 hier als eine Reihe von Handlungen oder Ereignissen veranschaulicht und beschrieben ist, wird man zu schätzen wissen, dass die veranschaulichte Abfolge solcher Handlungen oder Ereignisse nicht in einem einschränkenden Sinn auszulegen ist. Einige Handlungen können zum Beispiel in unterschiedlichen Reihenfolgen und/oder gleichzeitig mit anderen Handlungen oder Ereignissen auftreten, die von den hier veranschaulichten und/oder beschriebenen getrennt sind. Ferner sind eventuell nicht alle veranschaulichten Handlungen erforderlich, um einen oder mehr Aspekte oder Ausführungsformen der Beschreibung umzusetzen, und eine oder mehr der Handlungen, die hier abgebildet sind, können bei einer oder mehr separaten Handlungen und/oder Phasen ausgeführt werden.Although the flowchart 2200 the 22 As illustrated and described herein as a series of acts or events, it will be appreciated that the illustrated sequence of such acts or events is not to be construed in a limiting sense. For example, some acts may occur in different orders and / or concurrently with other acts or events separate from those illustrated and / or described herein. Furthermore, not all illustrated acts may be required to implement one or more aspects or embodiments of the description, and one or more of the acts depicted herein may be performed in one or more separate acts and / or phases.

Bei einigen Ausführungsformen stellt die vorliegende Anmeldung einen Bildsensor bereit, der Folgendes aufweist: eine Vorderseitenhalbleiterschicht, eine Absorptionsverbesserungshalbleiterschicht und eine Rückseitenhalbleiterschicht, die gestapelt sind, wobei die Absorptionsverbesserungshalbleiterschicht zwischen der Vorderseiten- und der Rückseitenhalbleiterschicht gestapelt ist, und wobei die Absorptionsverbesserungshalbleiterschicht eine energetische Bandlücke hat, die niedriger ist als die der Vorderseitenhalbleiterschicht; eine Vielzahl von Vorsprüngen, die von der Rückseitenhalbleiterschicht definiert ist, und einen Fotodetektor, der von der Vorderseitenhalbleiterschicht, der Absorptionsverbesserungshalbleiterschicht und der Rückseitenhalbleiterschicht definiert ist. Bei einigen Ausführungsformen weist die Vorderseitenhalbleiterschicht Silizium auf, wobei die Absorptionsverbesserungshalbleiterschicht Germanium oder Silizium-Germanium aufweist. Bei einigen Ausführungsformen weist die Vorderseitenhalbleiterschicht Silizium auf, wobei die Absorptionsverbesserungshalbleiterschicht Silizium dotiert mit einem Chalkogen aufweist. Bei einigen Ausführungsformen ist die energetische Bandlücke der Absorptionsverbesserungshalbleiterschicht niedriger als etwa 1 Elektronvolt (eV), und die energetische Bandlücke der Vorderseitenhalbleiterschicht ist größer als etwa 1 eV. Bei einigen Ausführungsformen kontaktiert die Vorderseitenhalbleiterschicht direkt die Absorptionsverbesserungshalbleiterschicht an einem Vorderseiten-Heteroübergang, wobei die Rückseitenhalbleiterschicht die Absorptionsverbesserungshalbleiterschicht direkt an einem Rückseiten-Heteroübergang kontaktiert. Bei einigen Ausführungsformen weist der Bildsensor ferner Folgendes auf: eine Vorderseiten-Pufferschicht zwischen der Vorderseitenhalbleiterschicht und der Absorptionsverbesserungshalbleiterschicht, und eine Rückseiten-Pufferschicht zwischen der Rückseitenhalbleiterschicht und der Absorptionsverbesserungshalbleiterschicht; wobei die Vorderseiten- und die Rückseiten-Pufferschicht Halbleitermaterial mit einer erhöhten Kohlenstoffkonzentration im Vergleich zu der Vorderseitenhalbleiterschicht, der Absorptionsverbesserungshalbleiterschicht und der Rückseitenhalbleiterschicht aufweisen. Bei einigen Ausführungsformen hat die Vielzahl von Vorsprüngen ein Sägezahnprofil. Bei einigen Ausführungsformen weist die Rückseitenhalbleiterschicht nanoporöses Silizium auf, wobei die Vorsprünge und das nanoporöse Silizium eine Absorptionsverbesserungsstruktur mit einer direkten energetischen Bandlücke definieren. Bei einigen Ausführungsformen weist der Bildsensor ferner Folgendes auf: einen Transfertransistor auf und teilweise definiert von der Vorderseitenhalbleiterschicht, wobei der Transfertransistor an den Fotodetektor grenzt und mit ihm elektrisch gekoppelt ist.In some embodiments, the present application provides an image sensor comprising: a front side semiconductor layer, an absorption enhancement semiconductor layer and a backside semiconductor layer stacked, the absorption enhancement semiconductor layer being stacked between the front side and back side semiconductor layers, and the absorption enhancement semiconductor layer having an energy band gap; which is lower than that of the front-side semiconductor layer; a plurality of protrusions defined by the backside semiconductor layer, and a photodetector defined by the front side semiconductor layer, the absorption enhancement semiconductor layer, and the backside semiconductor layer. In some embodiments, the front side semiconductor layer comprises silicon, the absorption enhancement semiconductor layer comprising germanium or silicon germanium. In some embodiments, the front side semiconductor layer comprises silicon, the absorption enhancement semiconductor layer having silicon doped with a chalcogen. In some embodiments, the energy band gap of the absorption enhancement semiconductor layer is less than about 1 electron volt (eV), and the energy bandgap of the front side semiconductor layer is greater than about 1 eV. In some embodiments, the front side semiconductor layer directly contacts the absorption enhancement semiconductor layer at a front side heterojunction, the back side semiconductor layer directly contacting the absorption enhancement semiconductor layer at a backside heterojunction. In some embodiments, the image sensor further includes: a front-side buffer layer between the front-side semiconductor layer and the absorption-enhancing semiconductor layer, and a back-side buffer layer between the back-side semiconductor layer and the absorption-enhancing semiconductor layer; wherein the front-side and back-side buffer layers comprise semiconductor material having an increased carbon concentration as compared with the front-side semiconductor layer, the absorption-enhancing semiconductor layer, and the back-side semiconductor layer. In some embodiments, the plurality of protrusions has a sawtooth profile. In some embodiments, the backside semiconductor layer comprises nanoporous silicon, wherein the protrusions and the nanoporous silicon define an absorption enhancement structure with a direct energy bandgap. In some embodiments, the image sensor further comprises a transfer transistor on and partially defined by the front-side semiconductor layer, wherein the transfer transistor is adjacent to and electrically coupled to the photodetector.

Bei einigen Ausführungsformen stellt die vorliegende Anmeldung ein Verfahren zum Fertigen eines Bildsensors bereit, wobei das Verfahren Folgendes aufweist: Bereitstellen einer Vorderseitenhalbleiterschicht, einer Absorptionsverbesserungshalbleiterschicht und einer Rückseitenhalbleiterschicht, die gestapelt sind, wobei die Absorptionsverbesserungshalbleiterschicht zwischen der Vorderseiten- und der Rückseitenhalbleiterschicht gestapelt ist, und wobei die Absorptionsverbesserungshalbleiterschicht eine energetische Bandlücke hat, die niedriger ist als die der Vorderseitenhalbleiterschicht; Ausführen eines Ätzens in die Rückseitenhalbleiterschicht, um eine Vielzahl von Vorsprüngen zu bilden, und Bilden eines Fotodetektors in der Vorderseitenhalbleiterschicht, der Absorptionsverbesserungshalbleiterschicht und der Rückseitenhalbleiterschicht. Bei einigen Ausführungsformen wird das Ätzen vor dem Bilden des Fotodetektors ausgeführt. Bei einigen Ausführungsformen weist das Verfahren ferner Folgendes auf: Ausdünnen der Vorderseitenhalbleiterschicht, um eine Stärke der Vorderseitenhalbleiterschicht zu verringern, und, nach dem Ausdünnen, Bilden eines Pixelsensors auf der Vorderseitenhalbleiterschicht, wobei der Pixelsensor den Fotodetektor und einen Transfertransistor aufweist, und wobei der Transfertransistor teilweise von der Vorderseitenhalbleiterschicht definiert wird. Bei einigen Ausführungsformen wird das Ätzen nach dem Bilden des Fotodetektors ausgeführt. Bei einigen Ausführungsformen weist das Verfahren ferner Folgendes auf: Bilden eines Pixelsensors auf der Vorderseitenhalbleiterschicht, wobei der Pixelsensor den Fotodetektor und einen Transfertransistor aufweist, und wobei der Transfertransistor teilweise von der Vorderseitenhalbleiterschicht definiert wird, und, nach dem Bilden des Pixelsensors, Ausdünnen der Rückseitenhalbleiterschicht, um eine Stärke der Rückseitenhalbleiterschicht zu verringern, wobei das Ätzen nach dem Ausdünnen ausgeführt wird. Bei einigen Ausführungsformen weist die Rückseitenhalbleiterschicht eine erste Rückseitenhalbleitersubschicht und eine zweite Rückseitenhalbleitersubschicht auf, wobei die zweite Rückseitenhalbleitersubschicht zwischen der ersten Rückseitenhalbleitersubschicht und der Absorptionsverbesserungshalbleiterschicht gestapelt ist, und wobei das Ausdünnen die erste Rückseitenhalbleitersubschicht entfernt. Bei einigen Ausführungsformen haben die erste und die zweite Rückseitenhalbleiterschicht dasselbe Material und denselben Dotierungstyp, wobei die erste und die zweite Halbleiterschicht unterschiedliche Dotierungskonzentrationen haben, und wobei das Ausdünnen das Ätzen der ersten Rückseitenhalbleitersubschicht aufweist, bis die erste Rückseitenhalbleitersubschicht entfernt ist. Bei einigen Ausführungsformen weist die Vorderseitenhalbleiterschicht Silizium auf, wobei die Absorptionsverbesserungshalbleiterschicht Folgendes aufweist: 1) Germanium; 2) Silizium-Germanium oder 3) kristallines Silizium dotiert mit einem Chalkogen. Bei einigen Ausführungsformen ist die energetische Bandlücke der Absorptionsverbesserungshalbleiterschicht niedriger als etwa 1 Elektronvolt (eV), wobei die energetische Bandlücke der Vorderseitenhalbleiterschicht größer ist als etwa 1 eV. Bei einigen Ausführungsformen sind die Vorsprünge in einer periodischen Strukturierung oder einer periodischen Anordnung.In some embodiments, the present application provides a method of fabricating an image sensor, the method comprising: providing a front side semiconductor layer, an absorption enhancement semiconductor layer, and a backside semiconductor layer stacked, the absorption enhancement semiconductor layer being stacked between the front side and back side semiconductor layers; the absorption enhancement semiconductor layer has an energy band gap lower than that of the front side semiconductor layer; Performing etching in the backside semiconductor layer to form a plurality of protrusions, and forming a photodetector in the front side semiconductor layer, the absorption enhancement semiconductor layer and the backside semiconductor layer. In some embodiments, the etching is performed prior to forming the photodetector. In some embodiments, the method further comprises thinning the front-side semiconductor layer to reduce a thickness of the front-side semiconductor layer and, after thinning, forming a pixel sensor on the front-side semiconductor layer, wherein the Pixelsensor having the photodetector and a transfer transistor, and wherein the transfer transistor is partially defined by the front-side semiconductor layer. In some embodiments, the etching is performed after forming the photodetector. In some embodiments, the method further comprises forming a pixel sensor on the front-side semiconductor layer, the pixel sensor comprising the photodetector and a transfer transistor, and wherein the transfer transistor is partially defined by the front-side semiconductor layer and, after forming the pixel sensor, thinning the back-side semiconductor layer; to reduce a thickness of the backside semiconductor layer, wherein the etching is carried out after thinning out. In some embodiments, the backside semiconductor layer comprises a first backside semiconductor sublayer and a second backside semiconductor sublayer, wherein the second backside semiconductor sublayer is stacked between the first backside semiconductor sublayer and the absorption enhancement semiconductor layer, and wherein the thinning removes the first backside semiconductor sublayer. In some embodiments, the first and second backside semiconductor layers have the same material and doping type, wherein the first and second semiconductor layers have different doping concentrations, and wherein the thinning comprises etching the first backside semiconductor sublayer until the first backside semiconductor sublayer is removed. In some embodiments, the front-side semiconductor layer comprises silicon, the absorption-enhancing semiconductor layer comprising: 1 ) Germanium; 2 ) Silicon germanium or 3 ) crystalline silicon doped with a chalcogen. In some embodiments, the energy band gap of the absorption enhancement semiconductor layer is less than about 1 electron volt (eV), wherein the energy bandgap of the front side semiconductor layer is greater than about 1 eV. In some embodiments, the protrusions are in a periodic pattern or a periodic arrangement.

Bei einigen Ausführungsformen stellt die vorliegende Anmeldung einen Bildsensor bereit, der Folgendes aufweist: ein Verbundsubstrat, das eine Vorderseitenhalbleiterschicht, eine Absorptionsverbesserungshalbleiterschicht und eine Rückseitenhalbleiterschicht, die gestapelt sind, aufweist, wobei die Vorderseitenhalbleiterschicht eine Vorderseitenoberfläche des Verbundsubstrats bildet, wobei die Rückseitenhalbleiterschicht eine Rückseitenoberfläche des Verbundsubstrats bildet, die der Vorderseitenoberfläche des Verbundsubstrats entgegengesetzt ist, wobei die Absorptionsverbesserungshalbleiterschicht zwischen der Vorderseiten- und der Rückseitenhalbleiterschicht gestapelt ist, und wobei die Absorptionsverbesserungshalbleiterschicht eine energetische Bandlücke hat, die niedriger ist als die der Vorderseitenhalbleiterschicht; eine periodische Struktur von Vorsprüngen, die von der Rückseitenhalbleiterschicht und entlang der Rückseitenoberfläche des Verbundsubstrats definiert ist; eine Passivierungsschicht direkt auf der Rückseitenoberfläche des Verbundsubstrats, wobei die Passivierungsschicht an die Vorsprünge formangeglichen ist, und einen Pixelsensor direkt auf der Vorderseitenoberfläche des Verbundsubstrats, wobei der Pixelsensor einen Fotodetektor aufweist, der von der Vorderseitenhalbleiterschicht, der Absorptionsverbesserungshalbleiterschicht und der Rückseitenhalbleiterschicht definiert wird, wobei der Pixelsensor einen Transfertransistor aufweist, der teilweise von der Vorderseitenhalbleiterschicht definiert wird, und wobei der Transfertransistor an den Fotodetektor grenzt und mit ihm elektrisch gekoppelt ist.In some embodiments, the present application provides an image sensor comprising: a composite substrate having a front side semiconductor layer, an absorption enhancement semiconductor layer, and a backside semiconductor layer stacked, the front side semiconductor layer forming a front surface of the composite substrate, the backside semiconductor layer being a back surface of the composite substrate wherein the absorption enhancement semiconductor layer is stacked between the front side and back side semiconductor layers, and wherein the absorption enhancement semiconductor layer has an energy band gap lower than that of the front side semiconductor layer; a periodic structure of protrusions defined by the backside semiconductor layer and along the backside surface of the composite substrate; a passivation layer directly on the backside surface of the composite substrate, wherein the passivation layer is conformed to the protrusions, and a pixel sensor directly on the front surface of the composite substrate, the pixel sensor having a photodetector defined by the front side semiconductor layer, the absorption enhancement semiconductor layer, and the backside semiconductor layer; Pixelsensor has a transfer transistor, which is partially defined by the front side semiconductor layer, and wherein the transfer transistor is adjacent to the photodetector and is electrically coupled thereto.

Oben Stehendes umreißt die Merkmale mehrerer Ausführungsformen derart, dass der Fachmann die Aspekte der vorliegenden Offenbarung besser versteht. Der Fachmann sollte zu schätzen wissen, dass er die vorliegende Offenbarung ohne Weiteres als eine Grundlage zum Konzipieren oder Ändern anderer Prozesse und Strukturen zum Ausführen derselben Zwecke und/oder Erzielen derselben Vorteile der Ausführungsformen, die hier eingeführt werden, verwenden kann. Der Fachmann sollte auch erkennen, dass solche äquivalenten Konstruktionen nicht vom Geist und Schutzbereich der vorliegenden Offenbarung abweichen, und dass er diverse Änderungen, Ersetzungen und Abänderungen hier ohne Abweichen vom Geist und Schutzbereich der vorliegenden Offenbarung ausführen kann.The above outlines the features of several embodiments such that those skilled in the art will better understand the aspects of the present disclosure. One skilled in the art should appreciate that he may readily use the present disclosure as a basis for designing or changing other processes and structures for carrying out the same purposes and / or achieving the same advantages of the embodiments introduced herein. One skilled in the art should also recognize that such equivalent constructions do not depart from the spirit and scope of the present disclosure, and that it can make various changes, substitutions, and alterations herein without departing from the spirit and scope of the present disclosure.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • US 62585044 [0001]US 62585044 [0001]

Claims (20)

Bildsensor, der Folgendes umfasst: eine Vorderseitenhalbleiterschicht, eine Absorptionsverbesserungshalbleiterschicht und eine Rückseitenhalbleiterschicht, die gestapelt sind, wobei die Absorptionsverbesserungshalbleiterschicht zwischen der Vorderseiten- und der Rückseitenhalbleiterschicht gestapelt ist, und wobei die Absorptionsverbesserungshalbleiterschicht eine energetische Bandlücke hat, die niedriger ist als die der Vorderseitenhalbleiterschicht; eine Vielzahl von Vorsprüngen, die von der Rückseitenhalbleiterschicht definiert ist, und einen Fotodetektor, der von der Vorderseitenhalbleiterschicht, der Absorptionsverbesserungshalbleiterschicht und der Rückseitenhalbleiterschicht definiert ist.An image sensor comprising: a front-side semiconductor layer, an absorption-enhancing semiconductor layer, and a back-side semiconductor layer stacked, the absorption-enhancing semiconductor layer being stacked between the front-side and back-side semiconductor layers, and wherein the absorption-enhancing semiconductor layer has an energy band gap lower than that of the front-side semiconductor layer; a plurality of protrusions defined by the backside semiconductor layer, and a photodetector defined by the front-side semiconductor layer, the absorption-enhancing semiconductor layer, and the back-side semiconductor layer. Bildsensor nach Anspruch 1, wobei die Vorderseitenhalbleiterschicht Silizium umfasst, und wobei die Absorptionsverbesserungshalbleiterschicht Germanium oder Silizium-Germanium umfasst.Image sensor after Claim 1 wherein the front-side semiconductor layer comprises silicon, and wherein the absorption-enhancing semiconductor layer comprises germanium or silicon germanium. Bildsensor nach Anspruch 1, wobei die Vorderseitenhalbleiterschicht Silizium umfasst, und wobei die Absorptionsverbesserungshalbleiterschicht Silizium mit einem Chalkogen dotiert umfasst.Image sensor after Claim 1 wherein the front-side semiconductor layer comprises silicon, and wherein the absorption-enhancing semiconductor layer comprises silicon doped with a chalcogen. Bildsensor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die energetische Bandlücke der Absorptionsverbesserungshalbleiterschicht niedriger ist als etwa 1 eV und wobei die energetische Bandlücke der Vorderseitenhalbleiterschicht größer ist als etwa 1 eV.An image sensor according to any preceding claim, wherein the energy bandgap of the absorption enhancement semiconductor layer is less than about 1 eV and wherein the energy bandgap of the front side semiconductor layer is greater than about 1 eV. Bildsensor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Vorderseitenhalbleiterschicht die Absorptionsverbesserungshalbleiterschicht an einem Vorderseiten-Heteroübergang direkt kontaktiert, und wobei die Rückseitenhalbleiterschicht die Absorptionsverbesserungshalbleiterschicht an einem Rückseiten-Heteroübergang direkt kontaktiert.An image sensor according to any one of the preceding claims, wherein the front-side semiconductor layer directly contacts the absorption-enhancing semiconductor layer at a front-side heterojunction, and wherein the back-side semiconductor layer directly contacts the absorption-enhancement-type semiconductor layer at a backside heterojunction. Bildsensor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, der ferner Folgendes umfasst: eine Vorderseiten-Pufferschicht zwischen der Vorderseitenhalbleiterschicht und der Absorptionsverbesserungshalbleiterschicht, und eine Rückseiten-Pufferschicht zwischen der Rückseitenhalbleiterschicht und der Absorptionsverbesserungshalbleiterschicht; wobei die Vorderseiten- und die Rückseiten-Pufferschicht Halbleitermaterial mit einer erhöhten Kohlenstoffkonzentration im Vergleich zu der Vorderseitenhalbleiterschicht, der Absorptionsverbesserungshalbleiterschicht und der Rückseiten Halbleiterschicht umfasst.An image sensor according to any one of the preceding claims, further comprising: a front-side buffer layer between the front-side semiconductor layer and the absorption-enhancing semiconductor layer, and a backside buffer layer between the backside semiconductor layer and the absorption enhancement semiconductor layer; wherein the front-side and back-side buffer layers comprise semiconductor material having an increased carbon concentration in comparison with the front-side semiconductor layer, the absorption-enhancing semiconductor layer, and the back-side semiconductor layer. Bildsensor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Vielzahl von Vorsprüngen ein Sägezahnprofil hat.An image sensor according to any preceding claim, wherein the plurality of protrusions has a sawtooth profile. Bildsensor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Rückseitenhalbleiterschicht nanoporöses Silizium umfasst, und wobei die Vorsprünge und das nanoporöse Silizium eine Absorptionsverbesserungsstruktur mit einer direkten energetischen Bandlücke definieren.An image sensor according to any one of the preceding claims, wherein the backside semiconductor layer comprises nanoporous silicon, and wherein the protrusions and the nanoporous silicon define an absorption enhancement structure with a direct energy bandgap. Bildsensor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, der ferner Folgendes umfasst: einen Transfertransistor auf und teilweise definiert von der Vorderseitenhalbleiterschicht, wobei der Transfertransistor an den Fotodetektor grenzt und mit ihm elektrisch gekoppelt ist.An image sensor according to any one of the preceding claims, further comprising: a transfer transistor on and partially defined by the front-side semiconductor layer, wherein the transfer transistor is adjacent to and electrically coupled to the photodetector. Verfahren zum Fertigen eines Bildsensors, wobei das Verfahren Folgendes umfasst: Bereitstellen einer Vorderseitenhalbleiterschicht, einer Absorptionsverbesserungshalbleiterschicht und einer Rückseitenhalbleiterschicht, die gestapelt sind, wobei die Absorptionsverbesserungshalbleiterschicht zwischen der Vorderseiten- und der Rückseitenhalbleiterschicht gestapelt ist, und wobei die Absorptionsverbesserungshalbleiterschicht eine energetische Bandlücke hat, die niedriger ist als die der Vorderseitenhalbleiterschicht; Ausführen eines Ätzens in die Rückseitenhalbleiterschicht, um eine Vielzahl von Vorsprüngen zu bilden, und Bilden eines Fotodetektors in der Vorderseitenhalbleiterschicht, der Absorptionsverbesserungshalbleiterschicht und der Rückseitenhalbleiterschicht.A method of manufacturing an image sensor, the method comprising: Providing a front side semiconductor layer, an absorption enhancement semiconductor layer and a back side semiconductor layer stacked, the absorption enhancement semiconductor layer being stacked between the front side and back side semiconductor layers, and wherein the absorption enhancement semiconductor layer has an energy band gap lower than that of the front side semiconductor layer; Performing etching in the backside semiconductor layer to form a plurality of protrusions, and Forming a photodetector in the front-side semiconductor layer, the absorption-enhancing semiconductor layer and the back-side semiconductor layer. Verfahren nach Anspruch 10, wobei das Ätzen vor dem Bilden des Fotodetektors ausgeführt wird.Method according to Claim 10 wherein the etching is performed prior to forming the photodetector. Verfahren nach den Ansprüchen 10 oder 11, das ferner Folgendes umfasst: Ausdünnen der Vorderseitenhalbleiterschicht, um eine Stärke der Vorderseitenhalbleiterschicht zu verringern, und nach dem Ausdünnen, Bilden eines Pixelsensors auf der Vorderseitenhalbleiterschicht, wobei der Pixelsensor den Fotodetektor und einen Transfertransistor umfasst, und wobei der Transfertransistor teilweise von der Vorderseitenhalbleiterschicht definiert ist.Method according to the Claims 10 or 11 further comprising: thinning the front-side semiconductor layer to reduce a thickness of the front-side semiconductor layer and thinning a pixel sensor on the front-side semiconductor layer, the pixel sensor comprising the photodetector and a transfer transistor, and wherein the transfer transistor is partially defined by the front-side semiconductor layer , Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 12, wobei das Ätzen nach dem Bilden des Fotodetektors ausgeführt wird.Method according to one of Claims 10 to 12 wherein the etching is performed after the formation of the photodetector. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 13, das ferner Folgendes umfasst: Bilden eines Pixelsensors auf der Vorderseitenhalbleiterschicht, wobei der Pixelsensor den Fotodetektor und einen Transfertransistor umfasst, und wobei der Transfertransistor teilweise von der Vorderseitenhalbleiterschicht definiert ist, und nach dem Bilden des Pixelsensors, Ausdünnen der Rückseitenhalbleiterschicht, um eine Stärke der Rückseitenhalbleiterschicht zu verringern, wobei das Ätzen nach dem Ausdünnen ausgeführt wird.Method according to one of Claims 10 to 13 method further comprising: forming a pixel sensor on the front-side semiconductor layer, the pixel sensor comprising the photodetector and a transfer transistor, and wherein the transfer transistor is partially defined by the front-side semiconductor layer, and after forming the pixel sensor, thinning the back-side semiconductor layer to reduce a thickness of the back-side semiconductor layer, wherein the etching is performed after thinning. Verfahren nach Anspruch 14, wobei die Rückseitenhalbleiterschicht eine erste Rückseitenhalbleitersubschicht und eine zweite Rückseitenhalbleitersubschicht aufweist, wobei die zweite Rückseitenhalbleitersubschicht zwischen der ersten Rückseitenhalbleitersubschicht und der Absorptionsverbesserungshalbleiterschicht gestapelt ist, und wobei das Ausdünnen die erste Rückseitenhalbleitersubschicht entfernt.Method according to Claim 14 wherein the backside semiconductor layer has a first backside semiconductor sublayer and a second backside semiconductor sublayer, wherein the second backside semiconductor sublayer is stacked between the first backside semiconductor sublayer and the absorption enhancement semiconductor layer, and wherein the thinning removes the first backside semiconductor sublayer. Verfahren nach Anspruch 15, wobei die erste und die zweite Rückseitenhalbleiterschicht dasselbe Material und denselben Dotierungstyp haben, wobei die erste und die zweite Rückseitenhalbleiterschicht unterschiedliche Dotierungskonzentrationen haben, und wobei das Ausdünnen das Ätzen der ersten Rückseitenhalbleitersubschicht umfasst, bis die erste Rückseitenhalbleitersubschicht entfernt ist.Method according to Claim 15 wherein the first and second backside semiconductor layers have the same material and doping type, wherein the first and second backside semiconductor layers have different doping concentrations, and wherein the thinning comprises etching the first backside semiconductor sublayer until the first backside semiconductor sublayer is removed. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 16, wobei die Vorderseitenhalbleiterschicht Silizium umfasst, und wobei die Absorptionsverbesserungshalbleiterschicht Folgendes umfasst: 1) Germanium; 2) Silizium-Germanium oder 3) kristallines Silizium dotiert mit einem Chalkogen.Method according to one of Claims 10 to 16 wherein the front-side semiconductor layer comprises silicon, and wherein the absorption-enhancing semiconductor layer comprises: 1) germanium; 2) silicon germanium or 3) crystalline silicon doped with a chalcogen. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 17, wobei die energetische Bandlücke der Absorptionsverbesserungshalbleiterschicht niedriger ist als etwa 1 eV und wobei die energetische Bandlücke der Vorderseitenhalbleiterschicht größer ist als etwa 1 eV.Method according to one of Claims 10 to 17 wherein the energy bandgap of the absorption enhancement semiconductor layer is less than about 1 eV and wherein the energy bandgap of the front side semiconductor layer is greater than about 1 eV. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 18, wobei die Vorsprünge in einer periodischen Strukturierung gebildet sind.Method according to one of Claims 10 to 18 , wherein the projections are formed in a periodic patterning. Bildsensor, der Folgendes umfasst: ein Verbundsubstrat, das eine Vorderseitenhalbleiterschicht, eine Absorptionsverbesserungshalbleiterschicht und eine Rückseitenhalbleiterschicht, die gestapelt sind, umfasst, wobei die Vorderseitenhalbleiterschicht eine Vorderseitenoberfläche des Verbundsubstrats definiert, wobei die Rückseitenhalbleiterschicht eine Rückseitenoberfläche des Verbundsubstrats, die der Vorderseitenoberfläche des Verbundsubstrats entgegengesetzt ist, definiert, wobei die Absorptionsverbesserungshalbleiterschicht zwischen der Vorderseiten- und der Rückseitenhalbleiterschicht gestapelt ist, und wobei die Absorptionsverbesserungshalbleiterschicht eine energetische Bandlücke niedriger als die der Vorderseitenhalbleiterschicht hat; eine periodische Struktur von Vorsprüngen, die von der Rückseitenhalbleiterschicht und entlang der Rückseitenoberfläche des Verbundsubstrats definiert ist; eine Passivierungsschicht direkt auf der Rückseitenoberfläche des Verbundsubstrats, wobei die Passivierungsschicht an die Vorsprünge formangeglichen ist, und einen Pixelsensor, direkt auf der Vorderseitenoberfläche des Verbundsubstrats, wobei der Pixelsensor einen Fotodetektor umfasst, der von der Vorderseitenhalbleiterschicht, der Absorptionsverbesserungshalbleiterschicht und der Rückseitenhalbleiterschicht definiert ist, wobei der Pixelsensor einen Transfertransistor umfasst, der teilweise von der Vorderseitenhalbleiterschicht definiert ist, und wobei der Transfertransistor an den Fotodetektor grenzt und mit ihm elektrisch gekoppelt ist.An image sensor comprising: a composite substrate comprising a front side semiconductor layer, an absorption enhancing semiconductor layer and a backside semiconductor layer stacked, wherein the backside semiconductor layer defines a front surface of the composite substrate, the backside semiconductor layer defining a back surface of the composite substrate opposite the front surface of the composite substrate, wherein the absorption enhancement semiconductor layer interposes the front side and back side semiconductor layers are stacked, and wherein the absorption enhancement semiconductor layer has an energy bandgap lower than that of the front side semiconductor layer; a periodic structure of protrusions defined by the backside semiconductor layer and along the backside surface of the composite substrate; a passivation layer directly on the back surface of the composite substrate, wherein the passivation layer is conformed to the protrusions, and a pixel sensor directly on the front surface of the composite substrate, the pixel sensor comprising a photodetector defined by the front side semiconductor layer, the absorption enhancement semiconductor layer and the backside semiconductor layer, the pixel sensor comprising a transfer transistor partially defined by the front side semiconductor layer and the transfer transistor borders the photodetector and is electrically coupled with it.
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CN114530466A (en) * 2020-11-23 2022-05-24 京东方科技集团股份有限公司 Detection substrate, manufacturing method thereof and ray detector
US12046615B2 (en) 2020-05-22 2024-07-23 Taiwan Semiconductor Manufacturing Company Limited Semiconductor device including deep trench isolation structure comprising dielectric structure and copper structure and method of making the same

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