DE102018107914B4 - Erhöhter optischer Pfad für Licht mit langer Wellenlänge durch eine Gitterstruktur - Google Patents

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Abstract

Bildsensor (100), der Folgendes umfasst:ein Halbleitersubstrat (102), das eine Frontseite (102f, 2510f) und eine Rückseite (102b) hat, wobei ein Fotodetektor (104, 2512) in dem Halbleitersubstrat (102) zwischen der Frontseite (102f, 2510f) und der Rückseite (102b) angeordnet ist;eine Zwischenverbindungsstruktur (106, 2504), die unter der Frontseite (102f, 2510f) des Halbleitersubstrats (102) derart angeordnet, dass die Frontseite (102f, 2510f) des Halbleitersubstrats (102) zwischen der Zwischenverbindungsstruktur (106, 2504) und der Rückseite (102b) des Halbleitersubstrats (102) angeordnet ist;eine untere Ringstruktur (108), die sich in die Rückseite (102b) des Halbleitersubstrats (102) erstreckt und den Fotodetektor (104, 2512) seitlich umgibt;eine Gitterstruktur (114, 114D-G), die von der unteren Ringstruktur (108) umgeben ist, die sich von der Rückseite (102b) des Halbleitersubstrats (102) zu einer Position innerhalb des Fotodetektors (104, 2512) erstreckt; undeine obere Ringstruktur (110, 110a), die sich über die Rückseite (102b) des Halbleitersubstrats (102) erstreckt und über der unteren Ringstruktur (108) ausgerichtet ist, wobei die obere Ringstruktur (110,110a) vollständig aus Metall hergestellt ist oder vollständig aus Metall und dielektrischen Materialien hergestellt ist und wobei die untere Ringstruktur (108) aus dielektrischem Material hergestellt ist.

Description

  • STAND DER TECHNIK
  • Viele moderne Elektronikbauteile umfassen Bildsensoren, die optische Bilder in digitale Daten, die die optischen Bilder darstellen, umwandeln. Ein Typ eines Bildsensors, der gewöhnlich in Elektronikbauteilen verwendet wird, ist ein Bildsensor mit rückwärtiger Beleuchtung (Backside Illumination - BSI). Ein BSI-Bildsensor umfasst eine Anordnung von Fotodetektoren, die über einer Zwischenverbindungsstruktur (Interconnect-Struktur) liegen und konfiguriert sind, um Strahlung auf einer gegenüberliegenden Seite der Zwischenverbindungsstruktur zu empfangen. Diese Anordnung erlaubt es Strahlung, auf den Fotodetektoren ungehindert durch leitfähige Merkmale in der Zwischenverbindungsstruktur aufzuprallen, so dass der BSI-Bildsensor hohe Empfindlichkeit für einfallende Strahlung hat.
  • US 9911777 B2 offenbart einen Bildsensor, der ein Halbleitersubstrat, ein erstes Paar fotoelektrischer Umwandlungsbereiche in einem ersten Pixelbereich des Substrats und eine erste Isolationsstruktur zwischen den fotoelektrischen Umwandlungsbereichen des ersten Paars fotoelektrischer Umwandlungsbereiche umfasst. US 10079259 B2 offenbart einen Bildsensor, der ein Halbleitersubstrat, mehrere photoelektrische Wandlervorrichtungen, eine dielektrische Isolierstruktur und mehrere Abstandshalter enthält. US 10157948 B2 offenbart einen Bildsensor, der ein zweidimensionales Array von Bildsensorpixeln enthält, die in einer Halbleiterschicht ausgebildet sind.
  • Figurenliste
  • 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 Merkmale können nämlich zur Klarheit der Besprechung willkürlich vergrößert oder verkleinert werden.
    • 1A veranschaulicht eine Draufsicht einiger Ausführungsformen eines BSI-Bildsensors mit einer Gitterstruktur.
    • Die 1B und 1C veranschaulichen Querschnittansichten einiger Ausführungsformen in Übereinstimmung mit dem BSI-Bildsensor der 1A.
    • Die 2 bis 10 veranschaulichen zusätzliche Draufsichten eines BSI-Bildsensors mit einer Gitterstruktur.
    • 11A veranschaulicht eine Draufsicht einiger Ausführungsformen eines BSI-Bildsensors, der eine Anordnung von Pixeln aufweist, wobei mindestens einige der Pixel eine Gitterstruktur aufweisen.
    • 11B veranschaulicht eine Querschnittansicht einiger Ausführungsformen eines BSI-Bildsensors in Übereinstimmung mit 11A.
    • Die 11C und 11D veranschaulichen eine Draufsicht einiger Ausführungsformen eines BSI-Bildsensors, der eine Anordnung von Pixeln aufweist, wobei mindestens einige der Pixel eine Gitterstruktur aufweisen.
    • Die 12A bis 12F veranschaulichen eine Reihe von Draufsichten einiger Ausführungsformen eines BSI-Bildsensors, der eine Anordnung von Pixeln aufweist, wobei mindestens einige der Pixel eine Gitterstruktur aufweisen.
    • 13 veranschaulicht ein Schaltbild einiger Ausführungsformen eines Pixelsensors.
    • Die 14 bis 23 veranschaulichen eine Reihe von Querschnittansichten, die insgesamt einige Ausführungsformen eines Verfahrens zum Herstellen eines BSI-Bildsensors mit einer Gitterstruktur veranschaulichen.
    • 24 veranschaulicht ein Ablaufdiagramm in Übereinstimmung mit einigen Ausführungsformen eines Verfahrens zum Bilden eines BSI-Bildsensors mit einer Gitterstruktur.
    • 25 veranschaulicht eine Querschnittansicht einiger Ausführungsformen eines Bildsensors mit einer Frontseitenbeleuchtung (FSI).
    • 26 veranschaulicht eine Querschnittansicht einiger Ausführungsformen eines Bildsensors mit rückwärtiger Beleuchtung (BSI).
  • AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
  • Die Erfindung wird durch die Patentansprüche 1, 15 und 19 definiert, welche einen Bildsensor und ein Verfahren definieren. Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung werden in den abhängigen Patentansprüchen, in der Beschreibung sowie in den Zeichnungen bereitgestellt. 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. 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.
  • 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 des Bauteils 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 andere Ausrichtungen), und die räumlichen Bezugsdeskriptoren, die hier verwendet werden, werden entsprechend ausgelegt.
  • Standard-IC-Herstellungsprozesse können Bildsensoren erzeugen, die Frontseitenbeleuchtungs- (FSI)-Techniken oder Rückseitenbeleuchtungs- (BSI)-Techniken verwenden. Wie in 25 gezeigt, fällt Licht 2502 bei FSI auf eine Frontseite der IC und geht durch eine elektrische Zwischenverbindungsstruktur 2504, wie einen Stapel aus Back-End-of-Line (BEOL)-Metallschichten 2506, der in einer dielektrischen Struktur 2508 angeordnet ist, hindurch, bevor es in eine Frontseite 2510f eines Substrats 2510 durchgeht und an einem oder mehr Fotodetektoren 2512 innerhalb des Substrats gesammelt wird. Bei FSI sind die BEOL-Metallschichten strukturiert, um Öffnungen (Aperturen) über den einzelnen Fotodetektoren zu haben, da das Material der BEOL-Metallschichten anderenfalls Licht blockieren kann, falls es zwischen dem einfallenden Licht und den Fotodetektoren angeordnet ist. Um die Menge an Licht, die die Fotodetektoren durch diese Aperturen erreicht, zu optimieren, werden oft Mikrolinsen 2514, Farbfilter 4516, Grabenisolationsstrukturen 2518, Wellenleiter und/oder andere optische Merkmale über den BEOL-Metallschichten 2506 angeordnet, um Reflexionen zu minimieren und zu helfen, das Licht 2502 zu den jeweiligen Fotodetektoren 2512 zu lenken.
  • Wie in 26 gezeigt, wird bei BSI, statt Licht durch Öffnungen/Aperturen in den BEOL-Metallschichten durchgehen zu lassen, der Sensor von der Rückseite beleuchtet (das heißt der Seite 2510b des Substrats 2510' gegenüber dem Stapel von BEOL-Metallschichten 2508' und gegenüber der dielektrischen Struktur 2508). Im Vergleich zu FSI erlaubt es BSI einem Fotodetektor, BEOL-Metallschichten 2508' auf einer Fläche des Substrats 2510' zu haben, und seinen optischen Pfad (darunter Farbfilter 2516' und Mikrolinsen 2514') auf der anderen Seite des Substrats 2510', was eine bessere Trennung optischer Elemente von elektrischen Elementen erlaubt. Das bedeutet, dass der optische Pfad unabhängig von den elektrischen Bauteilen optimiert werden kann und umgekehrt. Die optischen Auflagen für BSI sind ähnlich wie bei FSI, mit der Ausnahme, dass bei BSI die Fotodetektoren 2512' oft näher an den Mikrolinsen 2514' positioniert sind, die nun auf der Rückseite der verdünnten Substratoberfläche angeordnet sind. Da BSI auch die Auflagen in Zusammenhang mit Aperturen in den BEOL-Metallschichten 2508' beseitigt, eliminiert BSI einen Verlustmechanismus für einfallendes Licht bei 2502', was potentiell eine höhere Quanteneffizienz für die Bauteile bereitstellt.
  • Bei der vorliegenden Offenbarung wurde geschätzt, dass das verdünnte Substrat, das bei BSI-Techniken eingesetzt wird, Herausforderungen beim Absorbieren langer Wellenlängen einfallenden Lichts haben kann, wie Infrarotlicht, das bei niedrigen Lichtverhältnissen verwendet wird, die auf selbstfahrende Fahrzeuge, Sicherheitssysteme und dergleichen anwendbar sind. In einigen Fällen kann zum Beispiel ein verdünntes Siliziumsubstrat eine Gesamtstärke von etwa 2 bis 3 Mikrometer haben. Diese Stärke ist im Allgemeinen fähig, eine ausreichend hohe Quanteneffizienz (QE) für Fotodetektoren, die sichtbares Licht empfangen (zum Beispiel Wellenlängen zwischen 400 nm und 700 nm) zu erzielen. Für längere Lichtwellenlängen, wie Licht im nahen Infrarotbereich, das eine Wellenlänge zwischen 850 nm und 940 nm hat (und sogar in einem bestimmten Ausmaß sichtbares rotes Licht), wird die QE für die Fotodetektoren sehr niedrig, in einigen Fällen zum Beispiel kleiner als 10 %. Ein Ansatz, um bessere Absorption langer Lichtwellenlängen zu erlauben, ist es, die Stärke des verdünnten Substrats zu erhöhen, zum Beispiel auf in etwa 6 Mikrometer, wobei ein längerer linearer Lichtausbreitungspfad bereitgestellt wird, damit das einfallende Licht absorbiert wird. Das Erhöhen der Stärke des Substrats verursacht jedoch mehrere Fertigungsherausforderungen. Das Ätzen durch ein 6 Mikrometer starkes Substrat ist während der Back-End of Line-Verarbeitung schwierig, und wenn ein Bond-Pad schlussendlich auf der oberen Oberfläche des Bauteils gebildet wird, kann die erhöhte Stärke des Substrats Stufenhöhenprobleme während der Verarbeitung verursachen. In mehrfacher Hinsicht ist es daher wünschenswert, weiterhin ein verdünntes Si-Substrat mit einer Stärke von 2 bis 3 Mikrometer zu verwenden, aber bisher war es schwierig, einen BSI-Bildsensor bereitzustellen, der eine hohe QE für längere Lichtwellenlängen in dem prozessfreundlichen Kontext eines solchen verdünnten Si-Substrats erzielen kann.
  • Die vorliegende Offenbarung stellt folglich einen BSI-Bildsensor bereit, der auf einem verdünnten Substrat angeordnet ist, wobei der BSI-Bildsensor eine Gitterstruktur auf einer Rückseite des verdünnten Substrats aufweist. Die Gitterstruktur reflektiert einfallendes Licht, oft mehrmals innerhalb des Substrats, wodurch der Ausbreitungspfad des einfallenden Lichts im Vergleich zu wenn die Gitterstruktur nicht vorhanden war (zum Beispiel im Vergleich zu falls das einfallende Licht einem einzigen rein linearen Pfad von der Rückseite des Substrats zu dem Fotodetektor folgte) verlängert wird. Durch Erhöhen des Ausbreitungspfads für das Licht, erlaubt die Gitterstruktur bessere Erfassung von Licht mit langer Wellenlänge, wie zum Beispiel nahe dem Infrarotlicht oder Infrarotlicht im Vergleich zu anderen Ansätzen. Die Gitterstruktur erleichtert daher den Gebrauch von Fotodetektoren auf einem verdünnten Substrat in einem BSI-Bildsensor, während eine ausreichende hohe QE für längere Lichtwellenlängen bewahrt wird.
  • Unter Bezugnahme auf die 1A bis 1C (1A) und die Querschnittansichten (1B - entlang der Linie B-B' in 1A genommen und 1C - entlang der Linie C-C' in 1A genommen), werden einige Ausführungsformen eines BSI-Bildsensors 100 bereitgestellt.
  • Wie in den 1A bis 1C veranschaulicht, weist der BSI-Bildsensor 101 ein Halbleitersubstrat 102 auf, das eine Frontseite 102f und eine Rückseite 102b hat, wobei ein Fotodetektor 104 in dem Halbleitersubstrat 102 zwischen der Frontseite 102f und der Rückseite 102b angeordnet ist. Der Fotodetektor 104 ist konfiguriert, um einfallendes Licht 116, das auf ihn aufprallt, zu absorbieren. Ferner ist der Fotodetektor 104 ein dotierter Halbleiterbereich mit entgegengesetztem Dotierungstyp zu einem umgebenden Bereich des Halbleitersubstrats 102 oder weist diesen anderswie auf. Bei einigen Ausführungsformen ist der Fotodetektor 104 zum Beispiel eine Fotodiode, die einen p-Typ-Bereich (Anode) und einen n-Typ-Bereich (Kathode) aufweist, die an einem pn-Übergang aufeinandertreffen. Bei anderen Ausführungsformen weist der Fotodetektor 104 einen p-Typ Bereich (Anode), einen n-Typ Bereich (Kathode) und einen isolierenden Bereich auf, der den p-Typ-Bereich von dem n-Typ-Bereich trennt, so dass die Fotodiode einen PIN-Übergang aufweist. Wenn ein Photon mit ausreichender Energie auf die Fotodiode schlägt, wird ein Elektronenlochpaar geschaffen. Falls die Absorption in dem Verarmungsbereich des Übergangs oder auf eine Diffusionslänge von ihr entfernt auftritt, werden diese Träger aus dem Übergang durch das eingebaute elektrische Feld des Verarmungsbereichs gefegt. Löcher bewegen sich daher zu der Anode und Elektronen zu der Kathode, so dass ein Fotostrom erzeugt wird.
  • Eine Zwischenverbindungsstruktur 106 ist unterhalb der Frontseite 102f des Halbleitersubstrats derart angeordnet, dass die Frontseite 102f zwischen der Zwischenverbindungsstruktur 106 und der Rückseite 102b angeordnet ist. Die Zwischenverbindungsstruktur 106 liegt unter dem Fotodetektor 104, dem Halbleitersubstrat 102 und der Frontseite 102f des Halbleitersubstrats 102. Die Zwischenverbindungsstruktur 106 umfasst eine dielektrische Grenzflächen (Interlayer Dielectric - ILD)-Struktur 128 und eine Vielzahl von Metallleitungen (zum Beispiel 130a, 130b, 130c), die übereinander gestapelt sind und durch die ILD-Struktur 128 hindurchgehen. Kontakte (zum Beispiel 140) verbinden eine erste Metallleitung (zum Beispiel 130a) elektrisch mit einer Gate-Elektrode 142 auf dem Substrat 102 oder mit einem aktiven Bereich in dem Substrat 102, während Durchkontaktierungen 132 Metallleitungen unterschiedlicher Metallschichten miteinander elektrisch verbinden. Bei einigen Ausführungsformen umfassen die Metallleitungen und Durchkontaktierungen ein Metall, wie Kupfer, Titan, Chrom, Niob, Blei, Palladium, Gold, Silber, Aluminium, Wolfram und/oder Legierungen dieser oder ein beliebiges anderes leitfähiges Material. Bei einigen Ausführungsformen kann die ILD-Struktur 128 zum Beispiel Siliziumdioxid, ein Low-x-Dielektrikum (das heißt ein Dielektrikum mit einer Dielektrizitätskonstante κ kleiner als etwa 3,9), Phosphorglas (Phosphosilicate Glass - PSG), ein anderes Dielektrikum oder eine Kombination der zuvor genannten sein. Die ILD-Struktur 128 kann zum Beispiel eine Siliziumdioxid- oder PSG-Schicht und eine Vielzahl dielektrischer Low-κ-Schichten, die unter der Siliziumdioxid- oder der PSG-Schicht gestapelt sind, umfassen.
  • Eine Passivierungsschicht 134, wie eine Siliziumnitridschicht oder Siliziumoxinitridschicht, ist auf einer Bodenoberfläche der Zwischenverbindungsstruktur 106 angeordnet. Ein Trägersubstrat 136 ist unter der Passivierungsschicht 134 angeordnet. Das Trägersubstrat 136 hat eine Stärke größer als die des Substrats 102, um zusätzliche Strukturstarrheit für den BSI-Bildsensor 100 bereitzustellen. Bei einigen Ausführungsformen ist das Substrat 102 zum Beispiel ein verdünntes monokristallines Siliziumsubstrat, das eine Stärke ds von etwa 2 bis 6 Mikrometer oder sogar 2 bis 3 Mikrometer hat, während das Trägersubstrat 136 ein Halbleiter- oder Glassubstrat ist, das eine Stärke hat, die mindestens um eine Größenordnung und oft mehrere Größenordnungen größer ist als die des verdünnten monokristallinen Siliziumsubstrats.
  • Eine untere Ringstruktur 108, die typischerweise aus dielektrischem Material hergestellt ist, erstreckt sich in die Rückseite 102b des Halbleitersubstrats 102 und umgibt seitlich den Fotodetektor 104. Bei einigen Ausführungsformen ist die untere Ringstruktur 108 aus Siliziumdioxid hergestellt. Bei einigen Ausführungsformen erstreckt sich die untere Ringstruktur 108 zu einer Tiefe ddr, die 30 % bis 100 % der Gesamtstärke ds des Halbleitersubstrats 102 ausmacht.
  • Eine obere Ringstruktur 110 erstreckt sich über die Rückseite 102b des Halbleitersubstrats und ist über der unteren Ringstruktur 108 ausgerichtet. Die obere Ringstruktur 110 kann vollständig aus Metall hergestellt sein oder kann vollständig aus Metall und dielektrischen Materialien hergestellt sein. Die untere Ringstruktur 108 und die obere Ringstruktur 110 helfen, einfallendes Licht 116 zu dem Fotodetektor 104 zu führen, und eine Passivierungsschicht 118, wie eine Siliziumnitrid- oder Siliziumoxinitridschicht, deckt die Rückseite 102b und die obere Ringstruktur 110 ab. Bei einigen Ausführungsformen haben die untere Ringstruktur 108 und/oder die metallische Ringstruktur 110 eine Form eines Quadrats, eines Rechtecks oder eines Vielecks und können in einer Draufsicht gerundete Ecken haben. Bei einigen Ausführungsformen hat die metallische Ringstruktur 110 Innen- und Außenwände, die mit Innen- und Außenwänden der unteren Ringstruktur 108 derart ausgerichtet sind, dass die metallische Ringstruktur 110 und die untere Ringstruktur 108 eine gemeinsame zentrale Achse und gleiche radiale Wandstärken haben. Bei anderen Ausführungsformen kann die metallische Ringstruktur 110 eine radiale Wandstärke haben, die größer oder kleiner ist als die der unteren Ringstruktur, und/oder kann eine zentrale Achse haben, die von einer zentralen Achse der unteren Ringstruktur 108 versetzt ist.
  • Eine Gitterstruktur 114, die von der unteren Ringstruktur 108 umgeben ist, erstreckt sich von der Rückseite 102b des Substrats zu einer Position innerhalb des Fotodetektors 104. Wie in der Draufsicht der 1A gezeigt, weist die Gitterstruktur 114 bei einigen Ausführungsformen eine Vielzahl linearer Gräben auf. Die Vielzahl linearer Gräben kann mit dielektrischem Metall oder Metall zum Bilden von Säulen oder Wänden (zum Beispiel 112a, 112b, 112c), die voneinander derart beabstandet sind, dass Mittenlinien der Vielzahl von Gräben in gleichen Intervallen voneinander beabstandet sind, gefüllt werden. In 1A sind die Mittenlinien der Vielzahl von Gräben parallel zu Außenkanten der unteren Ringstruktur 108 angeordnet. In 1C sind die obere und untere Kante der Gräben in direkter Berührung mit Innenseitenwänden der unteren Ringstruktur 108. Lichtwellenleiteröffnungen 122 verlaufen zwischen benachbarten Säulen oder Wänden, sind von der/den einen oder mehr Säulen oder Wänden gebunden. Der/die eine oder mehr Säulen oder Wände sind konfiguriert, um einfallendes Licht 116 mehrmals in das Halbleitersubstrat 102 durch die Lichtwellenleiteröffnungen 122 zu reflektieren, während sich das einfallende Licht 116 von der Rückseite 102b zu dem Fotodetektor 104 bewegt, wobei ein erster stückweiser linearer Lichtausbreitungspfad durch die Lichtwellenleiteröffnungen 122 in das Halbleitersubstrat 102 induziert wird. Bei einigen Ausführungsformen kann die Tiefe der Gitterstruktur 114, dgs, seichter oder tiefer sein als die Tiefe dar der unteren Ringstruktur 108. dgs kann zum Beispiel von 30 % bis 150 % der Tiefe dar reichen. Bei einigen Ausführungsformen werden die untere Ringstruktur 108 und die obere Ringstruktur 110 unter Verwenden derselben Fotolithografiemaske und desselben Ätzmittels hergestellt, so dass die Tiefen dgs und dar gleich oder nahezu gleich sind, was dadurch vorteilhaft ist, dass es den Herstellungsprozess vereinfacht.
  • Bei einigen Ausführungsformen ist die Tiefe der Gitterstruktur 114 gleich einer Tiefe der unteren Ringstruktur 108. Bei anderen Ausführungsformen ist die Tiefe der Gitterstruktur 114 größer oder kleiner als eine Tiefe der unteren Ringstruktur 108. Die Säulen oder Wände 112 der Gitterstruktur können aus Metall hergestellt sein (zum Beispiel aus Cu, W, Ni, Al) oder aus dielektrischen Materialien (zum Beispiel SiO2, Si3N4, High-k-Dielektrikum oder Low-k-Dielektrikum) oder Luft (teilweise oder vollständig), oder eine Kombination aus Metall, Dielektrikum und/oder Luft.
  • Die Gitterstruktur 114 ist strukturiert, um die Richtung des einfallenden Lichts 116 von vertikal einfallender (oder nahezu vertikal einfallender) zu nahezu seitlicher Ausbreitung zu ändern. Wenn der Einfallswinkel aufprallenden Lichts 116 zum Beispiel bei einigen Ausführungsformen 23 Grad beträgt, was ein kritischer Winkel der gesamten internen Reflexion zwischen Si und SiO2 ist), wird der optische Pfad von 2,5 Mikrometer auf 6,4 Mikrometer erhöht, und die QE kann signifikant verbessert werden, zum Beispiel um vielleicht mehr als 100 % für Wellenlänge von 850 bis 940 nm des nahen Infrarotbereichs. In einigen Fällen kann das reflektierte Licht vertikal einfallen und kann umgelenkt werden, um einen Winkel innerhalb von 10 bis 40 Grad von der Horizontalen zu haben, wodurch eine signifikante Steigerung der Länge des optischen Wegs verwirklicht wird.
  • 2 zeigt ein anderes Beispiel, bei dem die obere und untere Kante der Gräben von den Innenseitenwänden der unteren Ringstruktur 108 um einen Abstand d beabstandet sind. Der Abstand d kann kleiner sein als das, was veranschaulicht ist, wobei dann die obere und/oder untere Kante der Gräben über einer äußersten Kante des Fotodetektors 104 hinaus liegen; oder kann größer sein als das, was veranschaulicht ist, wobei in diesem Fall die obere und/oder untere Kante der Gräben innerhalb der äußersten Kante des Fotodetektors 104 vertieft sind.
  • 3 zeigt eine Draufsicht einer anderen Ausführungsform, wobei die Gitterstruktur 114 eine Vielzahl von Gräben umfasst, die mit dem Dielektrikum oder Metallmaterial gefüllt sind. In 3 erstreckt sich die Vielzahl von Gräben der Gitterstruktur 114 parallel zueinander und trifft an einem Winkel von etwa fünfundvierzig Grad auf untere Kanten der unteren Ringstruktur. Wie in der Ausführungsform der 3 veranschaulicht, ist die Vielzahl von Gräben wieder voneinander derart beabstandet, dass Mittenlinien der Vielzahl von Gräben an gleichen Intervallen s voneinander beabstandet sind. Bei anderen Ausführungsformen kann die Beabstandung zwischen Mittenlinien der Gräben jedoch voneinander unterschiedlich sein.
  • 4 zeigt eine Draufsicht einer anderen Ausführungsform, wobei die Säulen oder Wände 112 an einem Winkel von 30° bis 60° auf die untere Ringstruktur 108 treffen. Bei einigen Ausführungsformen beträgt der Winkel, an dem die Säulen oder Wände 112 auf die untere Ringstruktur 108 treffen, 45°.
  • Die 5 und 6 stellen Draufsichten zusätzlicher Ausführungsformen mit Säulen oder Wänden 112, die in Zeilen und Spalten angeordnet sind, bereit. Daher erstreckt sich ein erster Satz von Gräben parallel in eine erste Richtung, und ein zweiter Satz von Gräben erstreckt sich parallel in eine zweite Richtung, die die erste Richtung schneidet. Bei einigen Ausführungsformen schneidet der erste Satz von Gräben den zweiten Satz von Gräben an einem Winkel in einem Bereich von 30 bis 60°. Bei einigen Ausführungsformen beträgt der Winkel, an dem sich der erste und der zweite Satz von Gräben schneiden, 45°.
  • 7 zeigt eine Draufsicht einer anderen Ausführungsform, wobei die Gitterstruktur 114 eine einzelne ringförmige Struktur ist und Kanten hat, die mit Außenkanten der unteren Ringstruktur 108 übereinstimmen. Die ringförmige Gitterstruktur kann mit Dielektrikum oder Metallmaterial gefüllt werden. Die ringförmige Gitterstruktur 114 kann einen Durchmesser haben, der bei einigen Ausführungsformen von etwa 25 % bis etwa 80 % des Radius der unteren Ringstruktur reicht.
  • 8 zeigt eine Draufsicht einer anderen Ausführungsform, wobei die Gitterstruktur 114 mehrere ringförmige Strukturen, die konzentrisch sind, aufweist. Obwohl zwei konzentrische Ringe gezeigt sind, kann für ein Pixel eine beliebige Anzahl konzentrischer Ringe vorhanden sein. Die konzentrischen Ringe können bei einigen Ausführungsformen dieselben ringförmigen Weiten haben und können gleichmäßige Beabstandungen zwischen nächsten Kanten nächster Ringe haben, aber bei anderen Ausführungsformen können die konzentrischen Ringe unterschiedliche Weiten haben und können zwischen nächsten Kanten nächster Ringe unterschiedliche Abstände haben.
  • Die 9 und 10 stellen Draufsichten zusätzlicher Ausführungsformen mit Gräben, die in Zeilen und Spalten angeordnet sind, bereit. Daher erstreckt sich ein erster Satz von Gräben parallel in eine erste Richtung, und ein zweiter Satz von Gräben erstreckt sich parallel in eine zweite Richtung senkrecht zu der ersten Richtung. In einigen Fällen schneiden der erste und zweite Satz von Gräben jeweils senkrecht die untere Ringstruktur 108.
  • Man wird daher zu schätzen wissen, dass viele Strukturausführungsformen für die Gitterstruktur 114 möglich sind. Bei einigen Ausführungsformen belegt die Gitterstruktur 114 zwischen zehn und sechzig Prozent einer Gesamtfläche, die von der unteren Ringstruktur 108 umgeben ist. Bei einigen Ausführungsformen ist die untere Ringstruktur 108 quadratisch oder rechteckig (wie in der Draufsicht der 1 veranschaulicht), bei anderen Ausführungsformen kann die untere Ringstruktur 108 jedoch dreieckig, sechseckig oder achteckig usw. sein. Ferner liegt bei einigen Ausführungsformen die maximale Weite der Gitterstruktur 114 zwischen ihren äußersten Kanten für ein einzelnes Pixel zwischen 5 % und 30 % der maximalen Weite der unteren Ringstruktur 108.
  • Die 11A und 11B veranschaulichen einen Bildsensor in Übereinstimmung mit einigen anderen Ausführungsformen. 11A veranschaulicht eine Draufsicht des Bildsensors, der eine Vielzahl von Pixeln aufweist, die in Zeilen und Spalten angeordnet sind, während 11B eine entsprechende Querschnittansicht zweier benachbarter Pixel bereitstellt.
  • Unter Bezugnahme auf 11A, wird eine Draufsicht 1100 einiger Ausführungsformen des Bildsensors, der eine Anordnung von Pixelsensoren aufweist, bereitgestellt. Den Pixelsensoren 802, 804, 806, 808 sind jeweilige Strahlungswellenlängen zugeordnet. Bei einigen Ausführungsformen werden den Pixelsensoren 802, 804, 806, 808 abwechselnd rote Strahlungswellenlängen (zum Beispiel etwa 620 bis etwa 750 nm), grüne Strahlungswellenlängen (zum Beispiel etwa 495 bis etwa 570 nm), blaue Strahlungswellenlängen (zum Beispiel etwa 450 bis etwa 495 nm) und Infrarot-Strahlungswellenlängen (zum Beispiel etwa 850 nm bis etwa 950 nm) zugeordnet. Den Pixelsensoren 802 mit der Bezeichnung „R“ werden rote Strahlungswellenlängen zugeordnet, den Pixelsensoren 804 mit der Bezeichnung „B“ werden blaue Strahlungswellenlängen zugeordnet, den Pixelsensoren 806 mit der Bezeichnung „G“ werden grüne Strahlungswellenlängen zugeordnet, und den Pixelsensoren 808 mit der Bezeichnung „IR“ werden Infrarot-Strahlungswellenlängen zugeordnet. Ferner wechseln bei einigen Ausführungsformen die Pixelsensoren 802, 804, 806 zwischen roten, grünen und blauen Wellenlängenzuordnungen im Allgemeinen gemäß einem Bayer-Filtermosaik, aber mit IR-Pixelsensoren 808 darin verstreut, um Infrarotwellenlängen zu erfassen, ab.
  • Eine Gitterstruktur 114 wird selektiv innerhalb mindestens einiger der Pixelsensoren positioniert. Eine Gitterstruktur 114 wird zum Beispiel innerhalb von Pixelsensoren positioniert, die konfiguriert sind, um Licht an längeren Wellenlängen zu empfangen, wie Infrarot-Pixelsensoren 808, während Pixelsensoren, die kürzere Wellenlängen empfangen sollen, keine Gitterstruktur angebracht haben. Daher haben die Rot-, Blau-und Grün-Pixelsensoren 802, 804, 806 einen kürzeren Lichtausbreitungsweg in dem Substrat (zum Beispiel aufgrund von weniger Reflexionen innerhalb des Substrats, die aus einem Mangel an einer Gitterstruktur 114 für diese Pixelsensoren herrühren), während die Infrarot-Pixelsensoren 808 einen längeren linearen Lichtausbreitungspfad haben (zum Beispiel stückweiser linearer Lichtausbreitungspfad aufgrund mehrfacher Reflexionen, die von der Gegenwart einer Gitterstruktur 114 herrühren).
  • Zum Zuordnen von Wellenlängen zu den diversen Pixeln, können die Pixelsensoren individuelle Farbfilter umfassen, die konfiguriert sind, um einfallende Strahlung gemäß den zugeordneten Strahlungswellenlängen, wie zum Beispiel in 11B gezeigt, zu filtern. Wie in 11B sichtbar, umfasst zum Beispiel ein Rot-Pixelsensor 802 ein rotes Farbfilter 902, das darüber angeordnet ist, das es rotem Licht erlaubt durchzugehen, während andere Lichtwellenlängen gedämpft oder blockiert werden, während ein Infrarot-Pixelsensor 808 ein Infrarot-Farbfilter 904 umfasst (oder kein Farbfilter umfasst), sowie eine Gitterstruktur 114, die den linearen Lichtausbreitungspfad einfallenden Infrarotlichts durch das Substrat erhöht, um bessere Absorption des Infrarotlichts, das eine lange Wellenlänge hat, zu erlauben. Mikrolinsen 906, 908 auf der oberen Oberfläche der Passivierungsschicht 118 können auch helfen, das einfallende Licht zu den jeweiligen Fotodetektoren der Pixel (jeweils 802, 808) zu lenken.
  • Unter weiterer Bezugnahme auf die 11A und 11B, ist eine Mehrzahl metallischer Ringstrukturen 110 über der Rückseite des Halbleitersubstrats angeordnet. Außenkanten der Vielzahl metallischer Ringstrukturen 110 liegen nebeneinander, um eine metallische Maschenstruktur einzurichten, die in einer Ebene parallel zu der Rückseite des Halbleitersubstrats 102 liegt. Jede metallische Ringstruktur 110 der metallischen Maschenstruktur umgibt eine Projektion eines Fotodetektors 104, wie sie in die Ebene projiziert wird. Eine Gitterstruktur 114, die von einer ersten oberen Ringstruktur 110a der oberen Maschenstruktur umgeben ist, erstreckt sich von der Rückseite des Substrats zu einer Tiefe, die einem Fotodetektor 104 innerhalb des Halbleitersubstrats entspricht. Ähnlich liegen Außenkanten der unteren Ringstrukturen 108 aneinander, um eine untere Maschenstruktur, die innerhalb der Rückseite 102b des Substrats 102 eingebettet ist, einzurichten.
  • Bei einigen Ausführungsformen umfasst jeder Pixelsensor ferner einen Transfertransistor 918, der konfiguriert ist, um selektiv aufgestaute Ladung zu einem potenzialungebundenen Diffusionsknoten (Floating Diffusion Node - FDN) 916 zu transferieren. Der FDN 916 ist konfiguriert, um Ladung, die zu ihm von dem Fotodetektor 104 transferiert wurde, zu speichern, und der Transfertransistor 918 ist konfiguriert, um selektiv die Ladung zu dem FDN 916 zu übertragen. Der FDN 916 ist in dem Halbleitersubstrat 102 angeordnet und ist ein dotierter Halbleiterbereich mit entgegengesetztem Dotierungstyp zu einem umgebenden Bereich des Halbleitersubstrats oder weist diesen anderswie auf. Der Transfertransistor 918 umfasst ein Gate 920, das auf dem Halbleitersubstrat 102 seitlich benachbart zu dem Fotodetektor angeordnet und von dem Halbleitersubstrat 102 durch eine dielektrische Gate-Schicht 922 beabstandet ist. Ferner umfasst der Transfertransistor 918 Source-Drain-Bereiche, die in dem Halbleitersubstrat angeordnet sind, jeweils auf gegenüberliegenden Seiten des Gates 920, um einen Kanalbereich über dem Gate 920 zu definieren. Bei einigen Ausführungsformen entspricht einer der Source-Drain-Bereiche dem Fotodetektor 104, und/oder einer der Source-Drain-Bereich entspricht dem FDN 916. Flachgraben (Shallow Trench Isolation - STI)-Bereiche 924, die oft aus dielektrischem Material wie zum Beispiel Siliziumdioxid hergestellt sind, können bei einigen Ausführungsformen auch vorliegen, und können mit der unteren Ringstruktur 108 und/oder der metallischen Ringstruktur 110 ausgerichtet sein. Eine Höhe der STI-Bereiche 924 kann bei einigen Ausführungsformen kleiner sein als eine Höhe der unteren Ringstruktur 108 und/oder die metallische Ringstruktur 110 kann bei anderen Ausführungsformen aber größer sein als eine Höhe der unteren Ringstruktur 108 und/oder der metallischen Ringstruktur 110.
  • Obwohl die 11A und 11B ein Beispiel zeigen, bei dem nur einige der Sensorpixel eine Gitterstruktur haben, können bei anderen Ausführungsformen alle Sensorpixel der Anordnung eine Gitterstruktur haben oder weniger Sensorpixel der Anordnung können eine Gitterstruktur haben. Zum Beispiel zeigt 11C eine Ausführungsform eines Bildsensors, bei dem jedes achte Pixel eine Gitterstruktur hat, die einem Infrarotpixel entspricht, und 11D zeigt eine Ausführungsform eines Bildsensors, bei dem ein Pixel von sechzehn eine Gitterstruktur hat, die einem Infrarotpixel entspricht. Andere Variationen sind ebenfalls möglich, und die veranschaulichten Fälle sind nur Beispiele. Darüber hinaus können bei einigen Ausführungsformen unterschiedliche Pixel Gitterstrukturen mit unterschiedlichen Geometrien und/oder Beabstandungen zwischen Mittenlinien nächster benachbarter Wände, Säulen oder Grabenstrukturen der Gitterstruktur haben, um die Länge des linearen Lichtausbreitungspfads für dieses Pixel „abzustimmen“.
  • Bei einigen Ausführungsformen ist ein Längenunterschied zwischen einem ersten stückweisen linearen Lichtausbreitungspfad (zum Beispiel ein stückweiser linearer Lichtausbreitungspfad für Infrarotlicht durch das IR-Pixel 808) und einem zweiten linearen Lichtausbreitungspfad (zum Beispiel ein stückweiser linearer Lichtausbreitungspfad für rotes Licht durch das Rot-Pixel 802) zu einem Unterschied zwischen der ersten Wellenlänge und der zweiten Wellenlänge proportional.
  • Eine Passivierungsschicht 118 ist über dem Halbleitersubstrat 102 auf einer gegenüberliegenden Seite des Halbleitersubstrats 102 von der Zwischenverbindungsstruktur 106 angeordnet. Die Passivierungsschicht 118 umfasst eine Vertiefung, die mit einem Farbfilter (zum Beispiel 902, 904) gefüllt und mit einer Mikrolinse (zum Beispiel 906, 908) abgedeckt ist. Die Passivierungsschicht 118 kann zum Beispiel ein vielschichtiger Stapel aus dielektrischen Schichten sein, wie zum Beispiel eine Nitridschicht, die zwischen einem Paar von Oxidschichten gestapelt ist.
  • Unter Bezugnahme auf 12A bis 12F, ist eine Reihe von Draufsichten einiger Ausführungsformen einer Pixelanordnung bereitgestellt. Jede Draufsicht bildet einen Abschnitt einer Pixelanordnung ab, und sie wird zum Zweck der Klarheit als Pixel aufweisend veranschaulicht, die in vier Spalten (Co bis C3) und vier Zeilen (Ro bis R3) angeordnet sind. An der Schnittstelle jeder Zeile und jeder Spalte befindet sich ein Fotodetektor 104, der innerhalb eines Halbleitersubstrats angeordnet ist. Bei den 12A bis 12C, ist jeder Fotodetektor individuell seitlich von einer entsprechenden unteren Ringstruktur 108 derart umgeben, dass die dielektrischen Ringstrukturen 108 miteinander zusammengeführt sind, um ein dielektrisches Maschenwerk über der Pixelanordnung zu bilden. Einige Pixel weisen eine Gitterstruktur 114 (zum Beispiel 114A bis 114F) auf, die aus Säulen oder Wänden 112 gebildet ist, die konfiguriert sind, um Licht mehrmals in dem Substrat zu reflektieren, um einen stückweisen linearen Lichtausbreitungspfad zu induzieren, um die Absorption von Licht mit längerer Wellenlänge zu verbessern. Andere Pixel, die kürzere Lichtwellenlängen empfangen, haben keine Gitterstruktur über ihrem Fotodetektor.
  • Bei einigen Ausführungsformen kann eine Gitterstruktur mehrere Säulen und Zeilen der Anordnung überspannen, und daher kann eine einzige Gitterstruktur über mehreren Fotodetektoren liegen. In 12D liegt zum Beispiel eine Gitterstruktur 114D über den Fotodetektoren der Spalten C1 und C2 entlang der Zeile R3, und in der unteren Ringstruktur 108 besteht eine „Unterbrechung“ zwischen den Spalten C1 und C2, um diese Gitterstruktur 114D unterzubringen. In 12E liegt eine Gitterstruktur 114E über den Fotodetektoren der Spalten C1 und C2 entlang der Zeilen R1 und R2, und in der unteren Ringstruktur 108 besteht eine „Unterbrechung“ zwischen den Spalten C1 und C2 und den Zeilen R1 und R2, um diese Gitterstruktur 114E unterzubringen. 13F zeigt noch eine andere Ausführungsform, bei der unterschiedliche Größen von Gitterstrukturen (114F, 114G) in einer Pixelanordnung enthalten sind. Daher ist die erste Gitterstruktur 114F in 13F über ein einziges Pixel begrenzt, während eine zweite Gitterstruktur 114G in 13F mehrere Pixel überspannt. Die erste und die zweite Gitterstruktur 114F und 114G können verwendet werden, um unterschiedliche Lichtwellenlängen zu erfassen. Die 12A bis 12F veranschaulichen nur einige wenige Beispiele, und andere Gitterstrukturen werden auch als in den Schutzbereich der vorliegenden Offenbarung fallend in Betracht gezogen.
  • Unter Bezugnahme auf 13, ist ein Schaltbild 1300 einiger Ausführungsformen eines Pixelsensors in dem Bildsensor der 11A und 11B bereitgestellt. Wie veranschaulicht, wird ein FDN 916 selektiv mit einem Fotodetektor 104 von einem Transfertransistor 918 gekoppelt, und wird selektiv mit einer Stromquelle 1302 von einem Reset-Transistor 1304 gekoppelt. Der Fotodetektor 104 kann zum Beispiel eine Fotodiode sein, und/oder die Stromquelle 1302 kann zum Beispiel eine Gleichstrom (DC)-Stromquelle sein. Der Transfertransistor 918 ist konfiguriert, um eine Ladung, die sich in dem Fotodetektor 104 angesammelt hat, zu dem FDN 916 zu übertragen, und der Reset-Transistor 1304 ist konfiguriert, um die Ladung, die an dem FDN 916 gespeichert ist, zu leeren. Der FDN 916 übernimmt das Gating eines Source-Follower-Transistors 1306, der die Leistungsquelle 1302 mit einem Zeilenauswahltransistor 1408 koppelt, und der Zeilenauswahltransistor 1308 koppelt selektiv den Source-Follower-Transistor 1306 mit einem Ausgang 1310. Der Source-Follower-Transistor 1306 ist konfiguriert, um Ladung, die in dem FDN 916 gespeichert ist, zerstörungsfrei zu lesen und zu verstärken, und der Zeilenauswahltransistor 1308 ist konfiguriert, um den Pixelsensor zum Auslesen auszuwählen.
  • Auch wenn der Bildsensor als fünf Transistoren innerhalb von 13 habend beschrieben ist, muss man zu schätzen wissen, dass andere Ausführungsformen des Pixelsensors mehr oder weniger Transistoren aufweisen können. Andere Ausführungsformen des Bildsensors können zum Beispiel zwei, drei oder sechs Transistoren aufweisen.
  • Die 14 bis 23 veranschaulichen eine Reihe von Querschnittansichten, die insgesamt ein Verfahren zum Herstellen eines Bildsensorbauteils in Übereinstimmung mit einigen Ausführungsformen veranschaulichen. Das Verfahren kann zum Beispiel eingesetzt werden, um den Bildsensor der 1A bis 1C zu bilden. Man muss daher verstehen, die das Verfahren auch mit den Ausführungsformen einer beliebigen der 2 bis 13 eingesetzt werden kann.
  • Wie von der Querschnittansicht 1400 der 14 veranschaulicht, wird eine Halbleiterschicht 102 bereitgestellt oder gebildet. Bei einigen Ausführungsformen ist das Halbleitersubstrat 102 ein Bulk-Siliziumsubstrat, ein beliebiges anderes Bulk-Halbleitersubstrat oder ein beliebiges anderes Halbleitersubstrat oder umfasst dieses. Das Halbleitersubstrat 102 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 das Halbleitersubstrat 102 zum Beispiel eine n-Typ- oder p-Typ-Dotierung haben.
  • Wie von der Querschnittansicht 1500 der 15 veranschaulicht, wird ein Fotodetektor 104 nahe dem Halbleitersubstrat 102 gebildet. Bei einigen Ausführungsformen umfasst ein Prozess zum Bilden der Fotodetektoren 104 das Implantieren von Dotierstoffen in das Substrat 102, um einen dotierten Halbleiterbereich 1502 zu bilden. Bei einigen Ausführungsformen hat das Substrat 102 anfänglich einen einzigen Dotierungstyp, so dass das Dotieren des Halbleiterbereichs 1502 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. Der dotierte Halbleiterbereich 1502 trifft daher an einem Fotoübergang 1504 auf das Substrat 102. Bei anderen Ausführungsformen können eine erste Wanne und eine zweite Wanne, die entgegengesetzte Leitfähigkeit haben und übereinander implantiert sind, um sich an einem Fotoübergang zu treffen, separat für den Fotodetektor 104 implantiert werden.
  • Ein Transfertransistor 202 wird für jedes Pixel gebildet. Jeder Transfertransistor 202 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). Der erste Source-Drain-Bereich kann zum Beispiel von dem dotierten Halbleiterbereich definiert werden. Der zweite Source-Drain-Bereich kann zum Beispiel von einem FDR in dem Halbleitersubstrat 102 definiert werden.
  • Wie von der Querschnittansicht 1500 der 15 veranschaulicht, wird eine Zwischenverbindungsstruktur 106 gebildet, die jedes Pixel und das Substrat 102 abdeckt. Die Zwischenverbindungsstruktur 106 umfasst eine ILD-Schicht 128, eine Vielzahl von Drähten 130 und eine Vielzahl von Durchkontaktierungen 132. Zur Erleichterung der Veranschaulichung, sind nur einige der Drähte benannt, und nur einige der Durchkontaktierungen sind benannt.
  • Bei einigen Ausführungsformen umfasst ein Prozess zum Bilden der Zwischenverbindungsstruktur 106 das wiederholte Bilden einer ILD-Subschicht (das heißt einer Subschicht der ILD-Struktur 128) über dem Substrat 102, das Ausführen einer Planarisierung in einer oberen Oberfläche der ILD-Struktur, das selektive Ätzen der ILD-Struktur, 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, einem beliebigen anderen Abscheidungsprozess oder eine beliebige Kombination der zuvor genannten gebildet werden. Die Planarisierung kann zum Beispiel durch ein chemisch-mechanisches Polieren (Chemical Mechanical Polishing - 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 Abscheidungs- oder Galvanisierungsprozess oder eine beliebige Kombination der zuvor genannten ausgeführt werden. Bei einigen Ausführungsformen umfasst der Prozess zum Bilden der Zwischenverbindungsstruktur 106 das wiederholte Ausführen eines Dual-Damascene-Prozesses oder eines Single-Damascene-Prozesses, um die Drähte 130 und die Durchkontaktierungen 132 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.
  • Wie von der Querschnittansicht 1600 der 16 veranschaulicht, wird bei einigen Ausführungsformen eine Frontseitenoberfläche des Substrats 102 an ein Trägersubstrat 136 durch eine Passivierungsschicht 134 und die ILD-Struktur 128 gebondet. Das Trägersubstrat 136 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 der Bondingprozess durch einen Fusionsbonding-Prozess oder einen beliebigen anderen Bondingprozess ausgeführt.
  • Wie von der Querschnittansicht 1700 der 17 veranschaulicht, ist die Struktur der 16 vertikal umgedreht. Ferner wird das Substrat 102 an der Rückseitenoberfläche verdünnt, wodurch eine Stärke des Substrats 102 verringert wird. Bei einigen Ausführungsformen wird das Substrat 102 durch Ausführen eines Ätzens und/oder Planarisierens, wie einem CMP oder einem anderen Planarisierungsprozess, verdünnt.
  • Wie von der Querschnittansicht 1800 der 18 veranschaulicht, ist eine Vielzahl von Gräben 124 in der Rückseite des Halbleitersubstrats 102 gebildet. Bei einigen Ausführungsformen umfasst der Prozess zum Bilden der Gräben 124 das Ausführen eines ein Ätzens in die Rückseitenoberfläche des Substrats 102 mit einer Fotolackschicht an Ort und Stelle und das anschließende Entfernen der Fotolackschicht. In einigen Fällen wird mit einem Ätzen ein äußerster ringförmiger Graben, der einem Außenumfang des Pixels entspricht, geätzt, und eine Reihe innerer Gräben, die von dem äußersten ringförmigen Graben umgeben sind, wird separat unter Verwenden eines unterschiedlichen Ätzens geätzt. Der äußerste ringförmige Graben kann daher eine erste Tiefe haben, und die Reihe innerer Gräben kann eine zweite Tiefe haben, die von der ersten Tiefe unterschiedlich ist. Bei anderen Ausführungsformen werden der äußerste ringförmige Graben und die Reihen innerer Gräben alle gemeinsam unter Verwenden eines einzigen Ätzprozesses gebildet und haben eine selbe Tiefe.
  • Wie von der Querschnittansicht 1900 der 19 veranschaulicht, wird ein dielektrisches Material 1902 in den Reihen von Gräben abgeschieden. Bei einigen Ausführungsformen stimmt eine innere Oberfläche des dielektrischen Materials 1902 mit der Rückseitenoberfläche des Substrats 102 überein und/oder berührt dieses direkt. Das dielektrische Material 1902 kann zum Beispiel Siliziumdioxid, Siliziumnitrid, ein High-κ-Dielektrikum, ein beliebiges anderes Dielektrikum sein oder eine beliebige Kombination der zuvor genannten umfassen.
  • Bei einigen Ausführungsformen umfasst ein Prozess zum Bilden des dielektrischen Materials 1902 das Abscheiden eines dielektrischen Materials 1902 in den Gräben. Das Abscheiden kann zum Beispiel durch Wärmeoxidation, CVD, PVD, Sputtern oder einen beliebigen anderen Abscheidungsprozess ausgeführt werden.
  • Wie von der Querschnittansicht 2000 der 20 veranschaulicht, wird eine Planarisierung in die äußere Oberfläche des dielektrischen Materials 1902 ausgeführt, wobei dielektrische Säulen oder Wände 112, die von einer unteren Ringstruktur 108 umgeben sind, gebildet werden. Die Planarisierung kann zum Beispiel durch ein CMP oder einen beliebigen anderen Planarisierungsprozess ausgeführt werden.
  • Wie von der Querschnittansicht 2100 der 21 veranschaulicht, wird eine metallische Ringstruktur 110 über der unteren Ringstruktur 108 gebildet. Die metallische Ringstruktur 110 kann zum Beispiel durch Bilden einer Strukturierungsschicht, wie zum Beispiel einer Siliziumnitridschicht, über dem Substrat 102 gebildet werden, und dann durch Strukturieren der Strukturierungsschicht, um Öffnungen zu bilden, deren Lagen den Lagen der metallischen Ringstruktur 110 entsprechen. Dann, sobald die Strukturierungsschicht an Ort und Stelle ist, kann Metall zum Beispiel durch Sputtern, galvanische Abscheidung oder CVD in den Öffnungen und über der Strukturierungsschicht gebildet werden. CMP kann dann ausgeführt werden, um das Metall von über der Strukturierungsschicht zu entfernen und eine obere Oberfläche der Strukturierungsschicht freizulegen, während das Metall in den Öffnungen gelassen wird. Dann kann die Strukturierungsschicht entfernt werden, so dass die Struktur, die in 21 veranschaulicht ist, verbleibt.
  • Wie von der Querschnittansicht 2200 der 22 veranschaulicht, wird eine Passivierungsschicht 118, die die Rückseitenoberfläche des Substrats 102 abdeckt und die metallische Ringstruktur 110 abdeckt, gebildet. Die Passivierungsschicht 118 kann zum Beispiel Siliziumdioxid, Siliziumnitrid, ein High-κ-Dielektrikum, ein beliebiges anderes Dielektrikum oder eine beliebige Kombination der zuvor genannten umfassen. Bei einigen Ausführungsformen umfasst ein Prozess zum Bilden der Passivierungsschicht 118 das Abscheiden der Passivierungsschicht 118 auf der Rückseitenoberfläche des Substrats 102 und anschließend das Ausführen einer Planarisierung in die äußere Oberfläche der Passivierungsschicht 118. 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.
  • Wie von der Querschnittansicht 2300 der 23 veranschaulicht, wird eine Vielzahl von Farbfiltern (zum Beispiel 902) und eine Vielzahl von Mikrolinsen (zum Beispiel 906) auf der Passivierungsschicht 118 gebildet. Die Farbfilter 902 liegen jeweils über den Fotodetektoren 104, und die Mikrolinsen 902 liegen jeweils über den Farbfiltern 404. Das Farbfilter 902 lässt zugeordnete Strahlungswellenlängen durch, während nicht zugeordnete Strahlungswellenlängen blockiert werden. Bei einigen Ausführungsformen werden die Farbfilter 904 durch Bilden einer Farbfilterschicht für erste Strahlungswellenlängen, Strukturieren der Farbfilterschicht und dann Wiederholen für unterschiedliche Strahlungswellenlängen gebildet.
  • Wie von der Querschnittansicht 2300 der 23 veranschaulicht, wird eine Vielzahl von Mikrolinsen 906 auf den Farbfiltern 904 gebildet. Die Mikrolinse 906 liegt über dem Farbfilter 904 und fokussiert einfallende Strahlung jeweils auf den Fotodetektor des Pixels. Bei einigen Ausführungsformen umfasst ein Prozess zum Bilden der Mikrolinsen 906 das Bilden einer Mikrolinsenschicht über den Farbfiltern 904 und anschließend das Strukturieren der Mikrolinsenschicht in Mikrolinsenvorlagen, die für die Mikrolinsen 906 individuell sind.
  • 24 veranschaulicht ein Ablaufdiagramm in Übereinstimmung mit einigen Ausführungsformen eines Verfahrens zum Bilden eines BSI-Bildsensors.
  • Bei 2402, wird ein Halbleitersubstrat empfangen. Einige Ausführungsformen dieses Vorgangs können zum Beispiel 14 entsprechen.
  • Bei 2404 wird ein Fotodetektor in einer Frontseite des Substrats gebildet, und eine Zwischenverbindungsstruktur wird über der Frontseite des Substrats gebildet. Einige Ausführungsformen dieses Vorgangs können zum Beispiel 15 entsprechen.
  • Bei 2406 wird eine Passivierungsschicht über der Zwischenverbindungsstruktur gebildet. Einige Ausführungsformen dieses Vorgangs können zum Beispiel 16 entsprechen.
  • Bei 2408 wird ein Trägersubstrat an die Zwischenverbindungsstruktur über die Passivierungsschicht gebondet. Einige Ausführungsformen dieses Vorgangs können zum Beispiel 16 entsprechen.
  • Bei 2410 wird eine Rückseite des Halbleitersubstrats zum Beispiel durch CMP verdünnt. Einige Ausführungsformen dieses Vorgangs können zum Beispiel 17 entsprechen.
  • Bei 2412 wird eine Reihe von Gräben in der verdünnten Rückseite des Halbleitersubstrats gebildet. Einige Ausführungsformen dieses Vorgangs können zum Beispiel 18 entsprechen.
  • Bei 2414 wird in der Reihe von Gräben eine dielektrische Schicht gebildet. Einige Ausführungsformen dieses Vorgangs können zum Beispiel 19 entsprechen.
  • Bei 2416 wird die dielektrische Schicht (zum Beispiel unter Verwenden von CMP) planarisiert, um eine obere Oberfläche der dielektrischen Schicht zu planarisieren. Einige Ausführungsformen dieses Vorgangs können zum Beispiel 20 entsprechen.
  • Bei 2418 werden ein Metallgitter und eine Passivierungsschicht über der planarisierten oberen Oberfläche der dielektrischen Schicht gebildet. Einige Ausführungsformen dieses Vorgangs können zum Beispiel den 21 und 22 entsprechen.
  • Bei 2420 werden ein Farbfilter und eine Mikrolinse über der Passivierungsschicht gebildet. Einige Ausführungsformen dieses Vorgangs können zum Beispiel 23 entsprechen.
  • Wie man aus oben Stehendem zu schätzen weiß, betreffen einige Aspekte der vorliegenden Offenbarung einen Bildsensor, der ein Halbleitersubstrat aufweist, das eine Vorderseite und eine Rückseite hat. Ein Fotodetektor ist in dem Halbleitersubstrat zwischen der Frontseite und der Rückseite angeordnet. Eine Zwischenverbindungsstruktur ist unter der Frontseite des Halbleitersubstrats derart angeordnet, dass die Frontseite des Halbleitersubstrats zwischen der Zwischenverbindungsstruktur und der Rückseite des Halbleitersubstrats angeordnet ist. Eine untere Ringstruktur erstreckt sich in die Rückseite des Halbleitersubstrats und umgibt den Fotodetektor seitlich. Eine Gitterstruktur, die von der unteren Ringstruktur umgeben ist, erstreckt sich von der Rückseite des Substrats zu einer Position innerhalb des Fotodetektors.
  • Andere Ausführungsformen betreffen einen Bildsensor, der in oder auf einem Halbleitersubstrat angeordnet ist, das eine Frontseite und eine Rückseite hat. Der Bildsensor weist eine Vielzahl von Fotodetektoren auf, die in dem Halbleitersubstrat zwischen der Frontseite und der Rückseite angeordnet sind. Eine Vielzahl metallischer Ringstrukturen ist über der Rückseite des Halbleitersubstrats angeordnet. Außenkanten der Vielzahl metallischer Ringstrukturen liegen nebeneinander, um eine metallische Maschenstruktur einzurichten, die in einer Ebene parallel zu der Rückseite des Halbleitersubstrats 102 liegt. Jede metallische Ringstruktur der metallischen Maschenstruktur umgibt einen Vorsprung eines Fotodetektors, wie er in die Ebene vorragt. Eine Gitterstruktur, die von einer ersten metallischen Ringstruktur der metallischen Maschenstruktur umgeben ist, erstreckt sich von der Rückseite des Substrats zu einer Tiefe, die einem ersten Fotodetektor innerhalb des Halbleitersubstrats entspricht.
  • Noch andere Ausführungsformen betreffen ein Verfahren. Bei diesem Verfahren wird ein Halbleitersubstrat empfangen. Ein Fotodetektor wird in einer Frontseite des Substrats gebildet, und eine Zwischenverbindungsstruktur wird über dem Fotodetektor und über der Frontseite des Substrats gebildet. Ein Trägersubstrat wird über der Zwischenverbindungsstruktur gebildet. Eine Rückseite des Halbleitersubstrats wird verdünnt, wobei die Rückseite am weitesten von der Zwischenverbindungsstruktur entfernt ist. Eine Reihe von Gräben wird in der verdünnten Rückseite des Halbleitersubstrats gebildet. Eine dielektrische Schicht wird in der Reihe von Gräben gebildet, und die dielektrische Schicht wird planarisiert, um die dielektrische Schicht mit einer planarisierten oberen Oberfläche zu belassen. Das Planarisieren der dielektrischen Schicht trennt die dielektrische Schicht, um eine ringförmige dielektrische Schicht in dem Substrat zu belassen, und dielektrische Wand- oder Säulenstrukturen zu belassen, die seitlich von der ringförmigen dielektrischen Schicht umgeben sind. Die dielektrischen Wand- oder Säulenstrukturen sind über dem Fotodetektor angeordnet.

Claims (20)

  1. Bildsensor (100), der Folgendes umfasst: ein Halbleitersubstrat (102), das eine Frontseite (102f, 2510f) und eine Rückseite (102b) hat, wobei ein Fotodetektor (104, 2512) in dem Halbleitersubstrat (102) zwischen der Frontseite (102f, 2510f) und der Rückseite (102b) angeordnet ist; eine Zwischenverbindungsstruktur (106, 2504), die unter der Frontseite (102f, 2510f) des Halbleitersubstrats (102) derart angeordnet, dass die Frontseite (102f, 2510f) des Halbleitersubstrats (102) zwischen der Zwischenverbindungsstruktur (106, 2504) und der Rückseite (102b) des Halbleitersubstrats (102) angeordnet ist; eine untere Ringstruktur (108), die sich in die Rückseite (102b) des Halbleitersubstrats (102) erstreckt und den Fotodetektor (104, 2512) seitlich umgibt; eine Gitterstruktur (114, 114D-G), die von der unteren Ringstruktur (108) umgeben ist, die sich von der Rückseite (102b) des Halbleitersubstrats (102) zu einer Position innerhalb des Fotodetektors (104, 2512) erstreckt; und eine obere Ringstruktur (110, 110a), die sich über die Rückseite (102b) des Halbleitersubstrats (102) erstreckt und über der unteren Ringstruktur (108) ausgerichtet ist, wobei die obere Ringstruktur (110,110a) vollständig aus Metall hergestellt ist oder vollständig aus Metall und dielektrischen Materialien hergestellt ist und wobei die untere Ringstruktur (108) aus dielektrischem Material hergestellt ist.
  2. Bildsensor (100) nach Anspruch 1, wobei die Gitterstruktur (114, 114D-G) eine oder mehr Säulen oder Wände (112) mit Lichtwellenleiteröffnungen (122) aufweist, die von der einen oder mehr Säulen oder Wänden (112) begrenzt ist, wobei die eine oder mehr Säulen oder Wände (112) konfiguriert sind, um einfallendes Licht (116) mehrmals in dem Halbleitersubstrat (102) durch die Lichtwellenleiteröffnungen (122) zu reflektieren, während sich das einfallende Licht (116) von der Rückseite (102b) des Fotodetektors (104, 2512) bewegt, wobei ein erster stückweiser linearer Lichtausbreitungspfad durch die Lichtwellenleiteröffnungen (122) in dem Halbleitersubstrat (102) induziert wird.
  3. Bildsensor (100) nach Anspruch 1 oder 2, wobei die obere Ringstruktur (110, 110a) Innen- und Außenwände aufweist, die mit Innen- und Außenwänden der unteren Ringstruktur (108) derart ausgerichtet sind, dass die obere Ringstruktur (110, 110a) und die untere Ringstruktur (108) eine gemeinsame zentrale Achse und gleiche radiale Wandstärken haben..
  4. Bildsensor (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Gitterstruktur (114, 114D-G) eine Mehrzahl von Gräben (124) aufweist, die mit dielektrischem Materialgefüllt sind, wobei die Mehrzahl von Gräben (124), die mit dielektrischem Material (1902) gefüllt sind, voneinander beabstandet sind, so dass Mittenlinien der Mehrzahl von Gräben (124) in gleichen Intervallen voneinander beabstandet und parallel zu Außenkanten der unteren Ringstruktur (108) angeordnet sind.
  5. Bildsensor (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Gitterstruktur (114, 114D-G) eine Mehrzahl von Gräben (124) aufweist, die mit dielektrischem Material (1902) gefüllt sind, wobei sich die Mehrzahl von Gräben (124) parallel zueinander erstreckt und auf Außenkanten der unteren Ringstruktur (108) unter einem Winkel von etwa fünfundvierzig Grad trifft.
  6. Bildsensor (100) nach Anspruch 5, wobei die Mehrzahl von Gräben (124) voneinander derart beabstandet sind, dass Mittenlinien der Mehrzahl von Gräben (124) in gleichen Intervallen voneinander beabstandet sind.
  7. Bildsensor (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Gitterstruktur (114, 114D-G) ringförmig ist und Kanten hat, die mit Außenkanten der unteren Ringstruktur (108) übereinstimmen.
  8. Bildsensor (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Gitterstruktur (114, 114D-G) eine Mehrzahl linearer Gräben (124) aufweist, die mit Metall gefüllt und parallel zueinander angeordnet sind, oder eine ringförmige metallische Struktur ist, die Kanten hat, die mit Außenkanten der unteren Ringstruktur (108) übereinstimmen.
  9. Bildsensor (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei eine Tiefe der Gitterstruktur (114, 114D-G) gleich einer Tiefe der unteren Ringstruktur (108) ist.
  10. Bildsensor (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei eine Tiefe der Gitterstruktur (114, 114D-G) von einer Tiefe der unteren Ringstruktur (108) verschieden ist.
  11. Bildsensor (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei eine Tiefe der Gitterstruktur (114, 114D-G) von etwa dreißig Prozent zu einhundert Prozent einer Gesamtstärke des Halbleitersubstrats (102), wie zwischen Frontseite (102f, 2510f) und Rückseite (102b) gemessen, reicht.
  12. Bildsensor (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die untere Ringstruktur (108) die Form eines Quadrats, eines Rechtecks oder eines Vielecks hat.
  13. Bildsensor (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Gitterstruktur (114, 114D-G) zwischen zehn Prozent und sechzig Prozent einer Gesamtfläche, die von der unteren Ringstruktur (108) eingegrenzt ist, belegt.
  14. Bildsensor (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Gitterstruktur (114, 114D-G) Siliziumdioxid aufweist.
  15. Bildsensor (100), der Folgendes umfasst: ein Halbleitersubstrat (102), das eine Frontseite (102f, 2510f) und eine Rückseite (102b) hat, wobei eine Mehrzahl von Fotodetektoren (104, 2512) in dem Halbleitersubstrat (102) zwischen der Frontseite (102f, 2510f) und der Rückseite (102b) angeordnet ist; eine Mehrzahl metallischer Ringstrukturen (108, 110, 110a), die über der Rückseite (102b) des Halbleitersubstrats (102) angeordnet ist, wobei Außenkanten der Mehrzahl metallischer Ringstrukturen (108, 110, 110a) nebeneinander liegen, um eine metallische Maschenstruktur zu ergeben, die in einer Ebene parallel zu der Rückseite (102b) des Halbleitersubstrats (102) liegt, wobei jede metallische Ringstruktur (108, 110, 110a) der metallischen Maschenstruktur eine Projektion eines Fotodetektors (104, 2512), wie er in die Ebene projiziert ist, umgibt, und eine Gitterstruktur (114, 114D-G), die von einer ersten metallischen Ringstruktur (108, 110, 110a) der metallischen Maschenstruktur umgeben ist, die sich von der Rückseite (102b) des Substrats zu einer Tiefe, die einem ersten Fotodetektor innerhalb des Halbleitersubstrats (102) entspricht, erstreckt.
  16. Bildsensor (100) nach Anspruch 15, wobei eine zweite metallische Ringstruktur (108, 110, 110a) der metallischen Maschenstruktur innerhalb einer Fläche, die von der zweiten metallischen Ringstruktur (108, 110, 110a) umgeben ist, vollständig offen ist, ohne dass eine Gitterstruktur (114, 114D-G) innerhalb der zweiten metallischen Ringstruktur (108, 110, 110a) angeordnet ist.
  17. Bildsensor (100) nach Anspruch 16, wobei die Gitterstruktur (114, 114D-G) eine oder mehr Lichtwellenleiteröffnungen (122) aufweist, die durch Innenseitenwände der Gitterstruktur (114, 114D-G) eingegrenzt sind, um einfallendes Licht (116) mehrmals in dem Halbleitersubstrat (102) zu reflektieren, während sich das einfallende Licht (116) zu dem ersten Fotodetektor bewegt, wobei ein erster stückweise linearer Lichtausbreitungspfad in dem Halbleitersubstrat (102) induziert wird.
  18. Bildsensor (100) nach einem der Ansprüche 15 bis 17, der ferner Folgendes umfasst: eine Mehrzahl dielektrischer Ringstrukturen (108, 110, 110a), die sich in die Rückseite (102b) des Halbleitersubstrats (102) erstreckt und jeweils unter der Mehrzahl metallischer Ringstrukturen (108, 110, 110a) ausgerichtet ist, wobei jede dielektrische Ringstruktur (108, 110, 110a) einen entsprechenden Fotodetektor (104, 2512) seitlich umgibt.
  19. Verfahren, das Folgendes umfasst: Empfangen eines Halbleitersubstrats (102); Bilden eines Fotodetektors (104, 2512) in einer Frontseite (102f, 2510f) des Halbleitersubstrats; Bilden einer Zwischenverbindungsstruktur (106, 2504) über dem Fotodetektor (104, 2512) und der Frontseite (102f, 2510f) des Substrats; Bonden eines Trägersubstrats über der Zwischenverbindungsstruktur (106, 2504); Verdünnen einer Rückseite (102b) des Halbleitersubstrats (102), wobei die Rückseite (102b) am weitesten von der Zwischenverbindungsstruktur (106, 2504) entfernt ist; Bilden einer Reihe von Gräben (124) in der verdünnten Rückseite (102b) des Halbleitersubstrats (102); Bilden einer dielektrischen Schicht in der Reihe von Gräben (124); Planarisieren der dielektrischen Schicht, um die dielektrische Schicht mit einer planarisierten oberen Oberfläche zu belassen, wobei das Planarisieren der dielektrischen Schicht die dielektrische Schicht trennt, um eine ringförmige dielektrische Schicht in dem Substrat zu belassen, und dielektrische Wand- oder Säulenstrukturen zu belassen, die seitlich von der ringförmigen dielektrischen Schicht umgeben sind, wobei die dielektrischen Wand- oder Säulenstrukturen über dem Fotodetektor (104, 2512) angeordnet sind; und Bilden einer oberer Ringstruktur (110, 110a), die sich über die Rückseite (102b) des Halbleitersubstrats (102) erstreckt und über der ringförmigen dielektrischen Schicht ausgerichtet ist, wobei die obere Ringstruktur (110, 110a) vollständig aus Metall hergestellt ist oder vollständig aus Metall und dielektrischen Materialien hergestellt ist.
  20. Verfahren nach Anspruch 19, wobei eine Tiefe der dielektrischen Wand- oder Säulenstrukturen von etwa dreißig Prozent zu einhundert Prozent einer Gesamtstärke des Halbleitersubstrats (102), wie zwischen Frontseite (102f, 2510f) und Rückseite (102b) gemessen, reicht.
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