DE102018122935A1 - Bildsensor und verbundenes Herstellungsverfahren - Google Patents

Bildsensor und verbundenes Herstellungsverfahren Download PDF

Info

Publication number
DE102018122935A1
DE102018122935A1 DE102018122935.6A DE102018122935A DE102018122935A1 DE 102018122935 A1 DE102018122935 A1 DE 102018122935A1 DE 102018122935 A DE102018122935 A DE 102018122935A DE 102018122935 A1 DE102018122935 A1 DE 102018122935A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
substrate
dbr
image sensor
layer
front surface
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
DE102018122935.6A
Other languages
English (en)
Inventor
Yuichiro Yamashita
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Taiwan Semiconductor Manufacturing Co TSMC Ltd
Original Assignee
Taiwan Semiconductor Manufacturing Co TSMC Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Priority claimed from US15/903,548 external-priority patent/US10373999B2/en
Application filed by Taiwan Semiconductor Manufacturing Co TSMC Ltd filed Critical Taiwan Semiconductor Manufacturing Co TSMC Ltd
Publication of DE102018122935A1 publication Critical patent/DE102018122935A1/de
Granted legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/14—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
    • H01L27/144—Devices controlled by radiation
    • H01L27/146—Imager structures
    • H01L27/14601—Structural or functional details thereof
    • H01L27/1464—Back illuminated imager structures
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/14—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
    • H01L27/144—Devices controlled by radiation
    • H01L27/146—Imager structures
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/14—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
    • H01L27/144—Devices controlled by radiation
    • H01L27/146—Imager structures
    • H01L27/14601—Structural or functional details thereof
    • H01L27/1463—Pixel isolation structures
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/14—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
    • H01L27/144—Devices controlled by radiation
    • H01L27/146—Imager structures
    • H01L27/14601—Structural or functional details thereof
    • H01L27/14634—Assemblies, i.e. Hybrid structures
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/14—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
    • H01L27/144—Devices controlled by radiation
    • H01L27/146—Imager structures
    • H01L27/14643—Photodiode arrays; MOS imagers
    • H01L27/14645—Colour imagers
    • H01L27/14647—Multicolour imagers having a stacked pixel-element structure, e.g. npn, npnpn or MQW elements
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/14—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
    • H01L27/144—Devices controlled by radiation
    • H01L27/146—Imager structures
    • H01L27/14683—Processes or apparatus peculiar to the manufacture or treatment of these devices or parts thereof
    • H01L27/14689—MOS based technologies
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L31/02—Details
    • H01L31/0232—Optical elements or arrangements associated with the device
    • H01L31/02327—Optical elements or arrangements associated with the device the optical elements being integrated or being directly associated to the device, e.g. back reflectors
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L31/08—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof in which radiation controls flow of current through the device, e.g. photoresistors
    • H01L31/10—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof in which radiation controls flow of current through the device, e.g. photoresistors characterised by potential barriers, e.g. phototransistors
    • H01L31/101—Devices sensitive to infrared, visible or ultraviolet radiation
    • H01L31/102—Devices sensitive to infrared, visible or ultraviolet radiation characterised by only one potential barrier
    • H01L31/107—Devices sensitive to infrared, visible or ultraviolet radiation characterised by only one potential barrier the potential barrier working in avalanche mode, e.g. avalanche photodiodes
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/14—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
    • H01L27/144—Devices controlled by radiation
    • H01L27/146—Imager structures
    • H01L27/14601—Structural or functional details thereof
    • H01L27/14609—Pixel-elements with integrated switching, control, storage or amplification elements
    • H01L27/14612—Pixel-elements with integrated switching, control, storage or amplification elements involving a transistor
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/14—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
    • H01L27/144—Devices controlled by radiation
    • H01L27/146—Imager structures
    • H01L27/14601—Structural or functional details thereof
    • H01L27/14636—Interconnect structures

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Solid State Image Pick-Up Elements (AREA)

Abstract

Offenbart ist ein Bildsensor. Der Bildsensor enthält: einen stark mit Dotiermitteln eines ersten Leitfähigkeitstyps dotierten gemeinsamen Knoten, wobei der gemeinsame Knoten innerhalb des Substrats liegt und an der vorderen Fläche des Substrats anliegt; und einen stark mit Dotiermitteln eines zweiten Leitfähigkeitstyps entgegengesetzt des ersten Leitfähigkeitstyps dotierten Abtastknoten, wobei der Abtastknoten innerhalb des Substrats liegt und an der vorderen Fläche des Substrats anliegt; eine Verbindungsstruktur, wobei die vordere Fläche des Substrats gegenüber der Verbindungsstruktur liegt; einen verteilten Bragg-Reflektor (DBR) zwischen der vorderen Fläche des Substrats und der Verbindungsstruktur; einen ersten Kontaktstift, der durch den DBR passiert und den gemeinsamen Knoten mit der Verbindungsstruktur koppelt; und einen zweiten Kontaktstift, der durch den DBR passiert und den Abtastknoten mit der Verbindungsstruktur koppelt.

Description

  • VERWEIS AUF VERWANDTE ANMELDUNGEN
  • Diese Anmeldung beansprucht die Priorität der vorläufigen US-Patentanmeldung Nr. 62/566,194 , eingereicht am 29. September 2017, die hier in ihrer Gesamtheit durch Bezugnahme eingeschlossen ist.
  • HINTERGRUND
  • Digitale Kameras und optische Bildgebungsgeräte verwenden Bildsensoren. Bildsensoren wandeln optische Bilder in digitale Daten um, die als digitale Bilder darstellbar sind. Ein Bildsensor enthält üblicherweise eine Anordnung von Pixelsensoren, die Bauelementeinheiten für die Umwandlung eines optischen Bilds in elektrische Signale sind. Pixelsensoren sind häufig ladungsgekoppelte Bauelemente (Charge-Coupled Device, CCD) oder Bauelemente mit komplementärem Metalloxid-Halbleiter (Complementary Metal Oxide Semiconductor, CMOS).
  • Avalanche-Photodioden (APD), auch Lawinen-Photodioden genannt, sind feste Bauelemente, die mit herkömmlichen CMOS-Bauelementen kompatibel sind. Ein Avalanche-Prozess kann ausgelöst werden, wenn ein umkehrt vorgespannter p-n-Übergang zusätzliche Ladungsträger erhält, wie durch einfallende Strahlung erzeugte Ladungsträger. Um beispielsweise Strahlung mit geringer Intensität zu erfassen, wird der p-n-Übergang über seine Durchbruchspannung hinaus vorgespannt, wodurch ein von einem Einzelphoton erzeugter Ladungsträger einen erfassbaren Avalanche-Strom auslösen kann. In diesem Modus arbeitende Bildsensoren sind als Bildsensoren mit Einzelphoton-Avalanche-Diode (Single Photon Avalanche Diode, SPAD) oder Geiger-Modus-Avalanche-Photodioden oder G-APD bekannt.
  • Figurenliste
  • Aspekte der vorliegenden Offenbarung werden am besten anhand der folgenden ausführlichen Beschreibung unter Bezugnahme auf die beiliegenden Figuren verstanden. Es sei angemerkt, dass im Einklang mit üblicher technischer Praxis bestimmte Merkmale nicht maßstabsgerecht gezeichnet sind. Die Abmessungen verschiedener Merkmale können sogar zur Verdeutlichung von Aspekten willkürlich vergrößert oder verkleinert sein.
    • 1 ist ein Diagramm, das eine Querschnittsansicht eines SPAD-Bildsensors darstellt, der einen CMOS-Chip und einen Bildgebungschip enthält, die gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung miteinander verbunden sind;
    • 2 ist ein Diagramm, das eine Querschnittsansicht eines SPAD-Bildsensors darstellt, der den CMOS-Chip und einen Bildgebungschip enthält, die gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung miteinander verbunden sind;
    • 3 ist ein Diagramm, das eine Querschnittsansicht eines SPAD-Bildsensors darstellt, der den CMOS-Chip und einen Bildgebungschip enthält, die gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung miteinander verbunden sind;
    • 4 ist ein Diagramm, das eine Querschnittsansicht eines SPAD-Bildsensors darstellt, der den CMOS-Chip und einen Bildgebungschip enthält, die gemäß einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung miteinander verbunden sind;
    • 5 ist ein Diagramm, das eine Querschnittsansicht eines Bildsensors darstellt, der den CMOS-Chip und einen Bildgebungschip enthält, die gemäß einer fünften Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung miteinander verbunden sind;
    • 6 ist ein Diagramm, das eine Querschnittsansicht eines Bildsensors darstellt, der den CMOS-Chip und einen Bildgebungschip enthält, die gemäß einer sechsten Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung miteinander verbunden sind;
    • 7 bis 12 sind Diagramme, die fragmentäre Querschnittsansichten des SPAD-Bildsensors gemäß einigen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung in verschiedenen Herstellungsstadien darstellen; und
    • 13 bis 20 sind Diagramme, die fragmentäre Querschnittsansichten des SPAD-Bildsensors gemäß einigen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung in verschiedenen Herstellungsstadien darstellen.
  • AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
  • Die folgende Offenbarung stellt zahlreiche unterschiedliche Ausführungsformen oder Beispiele zum Umsetzen verschiedener Merkmale der Offenbarung bereit. Zum besseren Verständnis der vorliegenden Offenbarung sind nachstehend spezifische Beispiele für Bauteile und Anordnungen beschrieben. Hierbei handelt es sich selbstverständlich nur um Beispiele, die nicht als Beschränkung anzusehen sind. Beispielsweise kann die Ausbildung eines ersten Merkmals über oder auf einem zweiten Merkmal in der nachfolgenden Beschreibung Ausführungsformen enthalten, in denen das erste und das zweite Merkmal in direktem Kontakt miteinander ausgebildet sind, kann aber ebenfalls Ausführungsformen enthalten, in denen zusätzliche Merkmale zwischen dem ersten und dem zweiten Merkmal ausgebildet sein können, sodass das erste und das zweite Merkmal möglicherweise nicht in direktem Kontakt miteinander sind. Darüber hinaus können sich Bezugsziffern und/oder Bezugsbuchstaben in den verschiedenen Beispielen der vorliegenden Offenbarung wiederholen. Diese Wiederholung dient der Vereinfachung und Verdeutlichung und legt somit keine Beziehung zwischen den dargelegten verschiedenen Ausführungsformen und/oder Konfigurationen fest.
  • Weiterhin können hier zur Erleichterung der Beschreibung der Beziehung eines Elements oder Merkmals zu einem oder mehreren anderen Elementen oder Merkmalen, wie in den Figuren dargestellt räumliche Begriffe wie „unterhalb“, „unter“, „untere“, „über“, „obere“ und dergleichen verwendet werden. Diese räumlichen Begriffe dienen zusätzlich zu der in den Figuren dargestellten Ausrichtung zum Ausdruck verschiedener Ausrichtungen des Bauelements während der Nutzung oder des Betriebs. Das Bauelement kann anders ausgerichtet sein (um 90° gedreht oder in anderen Ausrichtungen) und die hier verwendeten räumlichen Begriffe können ebenfalls entsprechend ausgelegt werden.
  • Ungeachtet der Tatsache, dass die numerischen Bereiche und Parameter, die den breiten Umfang der Offenbarung angeben, Näherungen sind, sind die numerische Werte in den spezifischen Beispielen so präzise wie möglich angegeben. Jeder numerische Wert enthält jedoch inhärent bestimmte Fehler, die sich zwangsläufig aus der bei den jeweiligen Testmessungen festgestellten Standardabweichung ergeben. Außerdem bedeutet der Begriff „etwa“, wie hier verwendet, im Allgemeinen innerhalb von 10 %, 5 %, 1 % oder 0,5 % eines angegebenen Werts oder Bereichs. Alternativ bedeutet der Begriff „etwa“, wenn von einem Fachmann berücksichtigt, innerhalb eines angemessenen Standardfehlers des Mittelwerts. Alle hier offenbarten numerischen Bereiche, Mengen, Werte und Prozentangaben, wie diejenigen für Werkstoffmengen, Zeitdauern, Temperaturen, Betriebsbedingungen, Mengenverhältnisse und dergleichen, sind in allen Fällen als durch den Begriff „etwa“ modifiziert zu verstehen, abgesehen von Betriebs-/Arbeitsbeispielen oder wenn dies ausdrücklich angegeben ist. Demgemäß sind die in der vorliegenden Offenbarung und den anhängenden Ansprüchen angegebenen numerischen Parameter Näherungen, die nach Wunsch variieren können, es sei denn, das Gegenteil ist angegeben. Zumindest sollte jeder numerische Parameter mindestens unter Berücksichtigung der Anzahl berichteter signifikanter Ziffern und Anlegen normaler Rundungstechniken verstanden werden. Bereiche können hier als von einem Endpunkt zu einem anderen Endpunkt oder zwischen zwei Endpunkten ausgedrückt werden. Alle hier offenbarten Bereiche sind, soweit nicht anders angegeben, einschließlich der Endpunkte.
  • Ein SPAD-Bildsensor kann einfallende Strahlung mit sehr geringen Intensitäten (z. B. ein einzelnes Photon) erfassen. Der SPAD-Bildsensor enthält eine Vielzahl von in einer Anordnung angeordneten SPAD-Zellen. Die SPAD-Zellen enthalten jeweils einen p-n-Übergang, einen Quench-Schaltkreis und einen Leseschaltkreis. Der p-n-Übergang wird mit einer umgekehrten Vorspannung deutlich über der Durchbruchspannung betrieben. Während des Betriebs bewegen sich durch Licht erzeugte Ladungsträger zu einer Sperrzone (d. h. einer Multiplikationszone) des p-n-Übergangs und lösen einen Lawineneffekt aus, sodass ein Signalstrom erfasst werden kann. Der Quench-Schaltkreis wird zum Beenden des Lawineneffekts und zum Zurücksetzen der SPAD-Zelle verwendet. Der Leseschaltkreis empfängt und sendet den Signalstrom.
  • Ein existierender SPAD-Bildsensor ist so konfiguriert, dass er einen Reflektor enthält. Ohne den Reflektor kann sich Licht zum Substrat ausbreiten und vom Substrat absorbiert werden, wenn der SPAD-Bildsensor aus einem lichtabsorbierenden Substrat, wie Silizium, ausgebildet ist. In diesem Fall geht ein erheblicher Teil des Lichts verloren, anstatt ausreichend verwendet zu werden. In ähnlicher Weise breitet sich Licht im Allgemeinen in allen Richtungen nach außen aus, wenn Licht von einer Leuchtdiode (Light-Emitting Diode, LED) erzeugt wird. In den meisten Fällen ist es jedoch wünschenswert, das Licht in eine ganz bestimmte Richtung zu lenken, die ohne eine Art von Reflektor nur einen kleinen Anteil des gesamten von der LED ausgesendeten Lichts empfangen würde. Wiederum kann das Licht, das sich zum Substrat ausbreitet, vom Substrat absorbiert werden und größtenteils verloren gehen, anstatt sich einfach nur in eine unerwünschte Richtung auszubreiten, wenn die LED mit einem lichtabsorbierenden Substrat, wie Silizium, ausgebildet ist.
  • Ein vorhandener Metallreflektor kann nahe dem Siliziumsubstrat unterhalb des ersten Metalls angeordnet sein und so das Risiko einer Metallkontamination erhöhen. Die vorliegende Offenbarung stellt einen verteilten Bragg-Reflektor (Distributed Bragg Reflector, DBR) bereit, der alternierende Isolationsschichten mit unterschiedlichen Brechungsindices zum Reflektieren des Lichts verwendet. Der nichtleitende DBR kann näher am Substrat angeordnet werden, ohne dass das Risiko eines elektrischen Kurzschlusses zwischen dem nichtleitenden DBR und Kontaktstiften besteht. Aus diesem Grund ist die Resonanzeffizienz und Empfindlichkeit des SPAD-Bildsensors erhöht.
  • 1 ist ein Diagramm, das eine Querschnittsansicht eines SPAD-Bildsensors 100 darstellt, der einen CMOS-Chip 103 und einen Bildgebungschip 101 enthält, die gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung miteinander verbunden sind Der SPAD-Bildsensor 100 enthält eine Anordnung von Pixeln 101a bis 101b, wie in 1 zur Veranschaulichung dargestellt. In zahlreichen Fällen kann der SPAD-Bildsensor 100 mehr als zwei Pixel enthalten. Der CMOS-Chip 103 weist eine Vielzahl von aktiven Bauelementen 105 auf. In einigen Ausführungsformen enthält der CMOS-Chip 103 eine Verbindungsstruktur 212, die auf einem Substrat 206 angeordnet ist. In einigen Ausführungsformen enthält die Verbindungsstruktur 212 eine Vielzahl von Metallschichten 201, die innerhalb einer Zwischenschicht-Dielektrikum(Inter-Layer Dielectric, ILD)-Schicht 203 angeordnet sind. Die aktiven Bauelemente 105 sind mindestens im Substrat 206 angeordnet Der Bildgebungschip 101 enthält eine Verbindungsstruktur 124, die zwischen der Verbindungsstruktur 212 des CMOS-Chips 103 und einem Substrat 109 des Bildgebungschips 101 angeordnet ist. Die Verbindungsstruktur 124 enthält eine Vielzahl von Metallschichten 111, die innerhalb der ILD-Schicht 128 angeordnet sind.
  • Jedes der Pixel 101a und 101b enthält eine SPAD-Zelle, die innerhalb des Substrats 109 angeordnet ist Das Substrat 109 enthält eine vordere Fläche 100a gegenüber der Verbindungsstruktur 124 und eine rückwärtige Fläche 100b in entgegengesetzter Richtung zur Verbindungsstruktur 124. Zwischen dem Substrat 109 und der Verbindungsstruktur 124 befindet sich eine dielektrische Schicht 129. Zwischen der dielektrischen Schicht 129 und dem Substrat 109 befindet sich ein DBR 104. Der DBR 104 umfasst alternierende Isolationsschichten. Der DBR kann beispielsweise mindestens ein Paar Schichten enthalten, enthaltend eine erste Schicht und eine zweite Schicht, ausgewählt aus zwei von Siliziumdioxid (SiO2), nicht dotiertem Polysilizium (Poly) und Siliziumnitrid (Si3N4). Dies stellt jedoch keine Einschränkung der vorliegenden Offenbarung dar. Der DBR 104 kann so ausgelegt sein, dass er ausgehend von dem erforderlichen Brechungsindex entsprechend verschiedenen Prozessen und Konstruktionserwägungen andere Werkstoffe enthält. Insbesondere ist der DBR 104 vorzugsweise aus Paaren aus Siliziumdioxid (SiO2)/nicht dotiertem Polysilizium(Poly) ausgebildet. In einigen Ausführungsformen kann der DBR 104 aus Paaren aus Siliziumnitrid (SiN oder Si3N4)/nicht dotiertem Polysilizium(Poly) ausgebildet sein. In einigen Ausführungsformen kann der DBR 104 aus Paaren aus Siliziumdioxid (SiO2)/Siliziumnitrid (SiN oder Si3N4) ausgebildet sein. Die Anzahl von Paaren kann von nur einem bis hin zu zehn reichen. Zwar nimmt die Wirksamkeit der Reflexion von Licht mit zunehmenden Schichtpaaren zu, die erhaltene marginale Wirkung nimmt aber auch exponentiell mit zunehmenden Schichtpaaren ab. Demzufolge muss die Anzahl an Paaren gemäß einigen Ausführungsformen auf etwa zwei bis drei Schichtpaare ausgelegt werden.
  • Wie in 1 dargestellt, sind zwei Schichtpaare gezeigt, die den DBR 104 darstellen, einschließlich einer ersten SiO2-Schicht 104a, einer ersten nicht dotierten Poly-Schicht 104b, einer zweiten SiO2-Schicht 104c, einer zweiten nicht dotierten Poly-Schicht 104d. Der DBR 104 ist diskontinuierlich zwischen der vorderen Fläche 100a des Substrats 109 und der Verbindungsstruktur 124 ausgebildet In 1 ist der DBR 104 nicht in direktem Kontakt mit Seitenwänden der Kontaktstifte 120 und 122. In einigen Ausführungsformen kann der Abstand D1 zwischen dem DBR 104 und den Seitenwänden der Kontaktstifte 122 zur weiteren Erhöhung des Spielraums zwischen dem DBR 104 und den Kontaktstiften 122 größer als etwa 0,05 µm sein, um das Risiko eines elektrischen Kurzschlusses und einer Leckage des Abtastknotens 110 zu senken. Ein Abstand D2 zwischen dem DBR 104 und den Seitenwänden der Kontaktstifte 120 kann größer als etwa 0,05 µm sein, um das Risiko eines elektrischen Kurzschlusses und einer Leckage des gemeinsamen Knotens 116 zu senken.
  • In einigen Ausführungsformen sind die Kontaktstifte 120 und 122 selbstausrichtende Kontaktstifte (Self-Aligned Contact, SAC), die durch Strukturieren der dielektrischen Schicht 129 hergestellt werden. Zwischen der dielektrischen Schicht 129 und der vorderen Fläche 100a des Substrats 109 kann fakultativ eine Kontakt-Ätzstoppschicht (Contact Etch-Stop Layer, CESL) 130 ausgebildet sein. Die CESL 130 enthält eine oder mehrere Schichten aus einer Siliziumnitrid-basierten Verbindung, wie SiN, SiON, SiCN oder SiOCN. Wie in 1 gezeigt, befindet sich die CESL 130 zwischen dem DBR 104 und der vorderen Fläche 100a des Substrats 109. Insbesondere ist eine erste Seite der CESL 130 gegenüber dem Substrat 109 in direktem Kontakt mit der vorderen Fläche 100a des Substrats 109; und eine zweite Seite der CESL 130 entgegengesetzt der vorderen Fläche 100a des Substrats 109 in direktem Kontakt mit der ersten SiO2-Schicht 104a des DBR 104.
  • Das Substrat 109 kann eine erste Schicht 114 enthalten, die mit Dotiermitteln eines ersten Leitfähigkeitstyps, z. B. des p-Typs, dotiert ist. Eine Dotiermittelkonzentration der ersten Schicht 114 des ersten Leitfähigkeitstyps kann auf einem Niveau von etwa 1e16/cm3 liegen. Das Substrat 109 kann weiterhin eine zweite Schicht 102 in jedem der Pixel 101a und 101b enthalten. Die zweite Schicht 102 kann mit Dotiermitteln eines zweiten Leitfähigkeitstyps, z. B. des n-Typs, entgegengesetzt dem Leitfähigkeitstyp der ersten Schicht 114 dotiert sein. Eine Dotiermittelkonzentration der zweiten Schicht 102 kann auf einem Niveau von etwa 1e17/cm3 bis etwa 1e19/cm3 liegen. Die zweite Schicht 102 befindet sich zwischen der ersten Schicht 114 und der vorderen Fläche 100a des Substrats 109. Insbesondere liegt die zweite Schicht 102 unmittelbar an der vorderen Fläche 100a des Substrats 109 an. In vielen Fällen ist die zweite Schicht 102 des Pixels 101a von der zweiten Schicht 102 des Pixels 101b getrennt und die zweite Schicht 102 des Pixels 101a ist nicht in Kontakt mit der zweiten Schicht 102 des Pixels 101b. In einigen Ausführungsformen kann auf die zweite Schicht 102 verzichtet werden, d. h., sie wird durch die erste Schicht 114 ersetzt.
  • Jedes der Pixel 101a und 101b enthält weiterhin einen Abtastknoten 110, der stark mit Dotiermitteln des zweiten Leitfähigkeitstyps, z. B. des n-Typs, des gleichen Typs wie der Leitfähigkeitstyp der zweiten Schicht 102, dotiert ist. Eine Dotiermittelkonzentration des Abtastknotens 110 kann höher sein als die Dotiermittelkonzentration der zweiten Schicht 102. In einigen Ausführungsformen kann ein Verhältnis der Dotiermittelkonzentration des Abtastknotens 110 zur Dotiermittelkonzentration der zweiten Schicht 102 in einem Bereich von etwa 10 bis etwa 1000 liegen. In einer Ausführungsform kann die Dotiermittelkonzentration des Abtastknotens 110 auf einem Niveau von etwa 1e20/cm3 liegen. Der Abtastknoten 110 ist im Substrat 109 ausgebildet und liegt unmittelbar an der vorderen Fläche 100a des Substrats 109 an. Insbesondere ist der Abtastknoten 110 innerhalb der zweiten Schicht 102 ausgebildet und wird von der zweiten Schicht 102 umgeben. Mit anderen Worten ist der Abtastknoten 110 von der ersten Schicht 114 durch die zweite Schicht 102 getrennt. Durch den Kontaktstift 122 kann der Abtastknoten 110 über die Verbindungsstruktur 124 und die ILD-Schicht 203 mit den aktiven Bauelementen 105 des CMOS-Chips 103 gekoppelt sein. In einigen Ausführungsformen können die aktiven Bauelemente 105 einen aktiven Quench-Schaltkreis zum Stoppen des Lawineneffekts und zum Zurücksetzen der Vorspannung der SPAD-Zellen enthalten. Die aktiven Bauelemente 105 können auch einen Leseschaltkreis und andere Steuer- und Logikschaltkreise enthalten. Beispielsweise können die aktiven Bauelemente 105 ein Transistorbauelement mit einer Gatterstruktur 202 und Source/Drain-Regionen 204 enthalten. Der Abtastknoten 110 kann über einen Kontaktstift 208 mit einer Source/Drain-Region 204 gekoppelt sein.
  • Jedes der Pixel 101a und 101b kann weiterhin eine dritte Schicht 112 enthalten, die mit Dotiermitteln des ersten Leitfähigkeitstyps, z. B. des p-Typs, des gleichen Typs wie der Leitfähigkeitstyp der ersten Schicht 114, dotiert ist. Eine Dotiermittelkonzentration der dritten Schicht 112 kann höher sein als die Dotiermittelkonzentration der ersten Schicht 114. In einigen Ausführungsformen kann ein Verhältnis der Dotiermittelkonzentration der dritten Schicht 112 zur Dotiermittelkonzentration der ersten Schicht 114 in einem Bereich von etwa 1 bis etwa 100 liegen. In einer Ausführungsform kann die Dotiermittelkonzentration der dritten Schicht 112 auf einem Niveau von etwa 1e17/cm3 liegen. Insbesondere ist die dritte Schicht 112 in der ersten Schicht 114 ausgebildet und liegt unmittelbar an der zweiten Schicht 102 an. Insbesondere ist die dritte Schicht 112 innerhalb der ersten Schicht 114 ausgebildet und wird von der ersten Schicht 114 umgeben. Insbesondere ist die dritte Schicht 112 vom Abtasten Knoten 110 durch die zweite Schicht 102 getrennt.
  • Ein gemeinsamer Knoten 116 ist jeweils zwischen zwei benachbarten Pixeln ausgebildet und liegt der vorderen Fläche 100a des Substrats 109 an. Der gemeinsame Knoten 116 kann stark mit Dotiermitteln des ersten Leitfähigkeitstyps, z. B. des p-Typs, des gleichen Typs wie der Leitfähigkeitstyp der ersten Schicht 114 und der dritten Schicht 112 dotiert sein. Eine Dotiermittelkonzentration des gemeinsamen Knotens 116 kann höher sein als die Dotiermittelkonzentration der ersten Schicht 114 und der dritten Schicht 112. In einigen Ausführungsformen kann ein Verhältnis der Dotiermittelkonzentration des gemeinsamen Knotens 116 zur Dotiermittelkonzentration der dritten Schicht 112 in einem Bereich von etwa 10 bis etwa 1000 liegen. In einer Ausführungsform kann die Dotiermittelkonzentration des gemeinsamen Knotens 116 auf einem Niveau von etwa 5e18/cm3 liegen. Durch den Kontaktstift 120 kann der gemeinsame Knoten 116 über die Verbindungsstruktur 124 und die ILD-Schicht 203 mit den aktiven Bauelementen 105 des CMOS-Chips 103 gekoppelt sein. In einer Ausführungsform werden jeder der gemeinsamen Knoten 116 und der Kontaktstifte 120 von benachbarten SPAD-Zellen genutzt.
  • In einigen Ausführungsformen sind der Bildgebungschip 101 und der CMOS-Chip 103 durch eine Hybridbindung miteinander verbunden, die eine Metall-zu-Metall-Bindung und eine Dielektrikum-zu-Dielektrikum-Bindung enthält. Die Metall-zu-Metall-Bindung (z. B. eine Diffusionsbindung) kann zwischen einer oberen Metallschicht 126 der Vielzahl von Metallschichten 111 und einer oberen Metallschicht 210 der Vielzahl von Metallschichten 201 erfolgen. Die Dielektrikum-zu-Dielektrikum-Bindung kann zwischen der ILD-Schicht 128 und der ILD-Schicht 203 erfolgen, sodass die ILD-Schicht 128 und die ILD-Schicht 203 in direktem Kontakt miteinander sind. Die oberen Metallschichten 126 und 210 fungieren als ein Paar Bond-Pads und können Umverteilungsschichten (Re-Distribution Layer, RDL) enthalten. In einigen Ausführungsformen ist die Dielektrikum-zu-Dielektrikum-Bindung eine Oxid-zu-Oxid-Bindung.
  • In einigen Ausführungsformen kann der Bildgebungschip 101 ebenfalls eine Vielzahl von aktiven Bauelementen in peripheren Regionen des Substrats 109 um die Anordnung der Pixel 101a bis 101b herum aufweisen. Beispielsweise kann ein Teil des aktiven Quench-Schaltkreises, des Leseschaltkreises oder anderer Steuer- oder Logikschaltkreise, die vorstehend genannt sind, oder alle Schaltkreise in dem Substrat 109 des Bildgebungschips 101 anstatt des CMOS-Chips 103 angeordnet sein.
  • In einigen Ausführungsformen enthält der SPAD-Bildsensor 100 weiterhin eine dielektrische Schicht 214 mit hohem k-Wert und/oder eine antireflexionsbeschichtete (Anti-Reflective Coating, ARC) Schicht 216, die auf der rückwärtigen Fläche 100b des Substrats 109 angeordnet ist und die zum Erleichtern des Durchlassens der einfallenden Photonen 115 von der rückwärtigen Fläche 100b zu den SPAD-Zellen 107 ausgelegt ist. Der SPAD-Bildsensor 100 kann weiterhin eine Farbfilterschicht 217 über der ARC-Schicht 216 enthalten. In vielen Fällen enthält die Farbfilterschicht 217 eine Vielzahl von Farbfiltern, die derart positioniert sind, dass die einfallende Strahlung darauf und dadurch gelenkt wird. Zu den Farbfiltern gehören ein Polymer oder Harz auf Farbbasis (oder Pigmentbasis) zum Filtern eines bestimmten Wellenlängenbands der einfallenden Strahlung, das einem Farbspektrum (z. B. rot, grün und blau) entspricht Über der Farbfilterschicht 217 ist eine Mikrolinsenschicht 218 ausgebildet, die eine Vielzahl von Mikrolinsen enthält. Die Mikrolinsen 218 lenken und fokussieren die einfallende Strahlung 115 zu den SPAD-Zellen. Die Mikrolinsen 218 können in verschiedenen Anordnungen positioniert sein und weisen abhängig vom Brechungsindex eines Werkstoffs, der für die Mikrolinsen 218 verwendet wird, und dem Abstand zu einer Sensorfläche verschiedene Formen auf. In vielen Fällen überlappt ein Mittelpunkt jeder der Mikrolinsen 218 in einer Draufsicht einen Mittelpunkt jeder der entsprechenden SPAD-Zellen. In einigen Ausführungsformen kann der SPAD-Bildsensor 100 weiterhin eine Lichtfallenstruktur enthalten, um die Wirksamkeit der Resonanz zu erhöhen.
  • 2 ist ein Diagramm, das eine Querschnittsansicht eines SPAD-Bildsensors 200 darstellt, der den CMOS-Chip 103 und einen Bildgebungschip 201 enthält, die gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung miteinander verbunden sind. Der Bildgebungschip 201 ist gleich dem Bildgebungschip 101, mit der Ausnahme, dass ein DBR 205 in direktem Kontakt mit den Seitenwänden der Kontaktstifte 120 sein kann, da die Leckage von dem gemeinsamen Knoten 116 nicht so kritisch ist wie vom Abtastknoten 110. Somit besteht zwischen dem DBR 205 und den Seitenwänden der Kontaktstifte 122 weiterhin ein Abstand D1, der größer ist als etwa 0,05 µm, um das Risiko eines elektrischen Kurzschlusses und einer Leckage des Abtastknotens 110 zu senken. In vielen Fällen kann der DBR 205 Werkstoffe umfassen, die im Wesentlichen gleich oder ähnlich der des DBR 104 in 1 sind.
  • 3 ist ein Diagramm, das eine Querschnittsansicht eines SPAD-Bildsensors 300 darstellt, der den CMOS-Chip 103 und einen Bildgebungschip 301 enthält, die gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung miteinander verbunden sind. Der Bildgebungschip 301 ist gleich dem Bildgebungschip 101, mit der Ausnahme, dass zwischen einer CESL 330 und der vorderen Fläche 100a des Substrats 109 ein DBR 304 liegt. Insbesondere ist eine erste Fläche des DBR 304 in direktem Kontakt mit der vorderen Fläche 100a des Substrats 109. Die CESL 330 bedeckt eine zweite Fläche des DBR 304 gegenüber der ersten Fläche des DBR 304 und Seitenwände des DBR 304. Die CESL 330 erstreckt sich weiterhin in Regionen, die absichtlich reserviert sind, zur vorderen Fläche 100a des Substrats 109, um den DBR 204 von den Kontaktstiften 120 und 122 zu beabstanden. In einigen Ausführungsformen kann der DBR 304 des SPAD-Bildsensors 300 durch den DBR 205 ersetzt sein. Mit anderen Worten kann er ausgetauscht werden, um einen direkten Kontakt des DBR 304 mit den Kontaktstiften 120 zu ermöglichen. In vielen Fällen kann der DBR 304 Werkstoffe umfassen, die im Wesentlichen gleich oder ähnlich der des DBR 104 in 1 sind.
  • 4 ist ein Diagramm, das eine Querschnittsansicht eines SPAD-Bildsensors 400 darstellt, der den CMOS-Chip 103 und einen Bildgebungschip 401 enthält, die gemäß einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung miteinander verbunden sind. Verglichen mit dem Bildgebungschip 301 ist ein Abstand zwischen dem Pixel 101a und dem Pixel 101b des Bildgebungschips 401 weiter vergrößert, um zu ermöglichen, dass ein Teil 405 eines DBR 404 von der vorderen Fläche 100a in das Substrat 109 eingesetzt wird. Der Teil 405 des DBR 404 kann sich weiter in das Substrat 109 erstrecken als die dritte Schicht 112. In einigen Ausführungsformen kann der Teil 405 des DBR 404 durch das Substrat 109 passieren.
  • Der Teil 405 des DBR404 kann als Grabenisolation fungieren, um einen optischen Verlust und Nebensprechen zwischen benachbarten Pixeln weiter zu reduzieren. Insbesondere enthält der Teil 405 eine erste SiO2-Schicht 404a, eine erste nicht dotierte Poly-Schicht 404b und eine zweite SiO2-Schicht 404c. Die zweite nicht dotierte Poly-Schicht 104d erstreckt sich nicht in das Substrat 109. Allerdings bildet die erste nicht dotierte Poly-Schicht 404b eine U-förmige Struktur im Teil 405 aus. Aus diesem Grund ist die Wirksamkeit des Teils 405 des DBR404 beim Reflektieren von Licht nicht schlechter als die des anderen Teils des DBR 404. In vielen Fällen kann der DBR404 Werkstoffe umfassen, die im Wesentlichen gleich oder ähnlich der des DBR 104 in 1 sind.
  • 5 ist ein Diagramm, das eine Querschnittsansicht eines Bildsensors 500 darstellt, der den CMOS-Chip 103 und einen Bildgebungschip 501 enthält, die gemäß einer fünften Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung miteinander verbunden sind. In einer Ausführungsform ist der Bildsensor 500 ein CMOS-Bildsensor (CMOS Image Sensor, CIS). Der Bildsensor 500 enthält eine Anordnung von Pixeln, zur Veranschaulichung ist allerdings nur ein Pixel 101a in 1 dargestellt. 5 zeigt ein Gatter 506 eines Übertragungstransistors und ein Gatter 507 eines Zurücksetzungstransistors an einer vorderen Fläche 100a des Substrats 109. Das Substrat 109 kann eine Photodiode (PhotoDiode, PD) 502 und potenzialfreie Diffusionsregionen (Floating Diffusion Region, FD) 503 und 505 enthalten. Die PD 502 kann neben dem Gatter 506 des Übertragungstransistors liegen. Der Übertragungstransistor und der Zurücksetzungstransistor haben die FD 503 gemeinsam. Das Pixel 501a ist von anderen Pixeln durch Grabenisolationen 512 getrennt. Durch die Kontaktstifte 520 und 522 können das Gatter 506 und die FD 503 über die Verbindungsstruktur 124 und die ILD-Schicht 203 mit den aktiven Bauelementen 105 des CMOS-Chips 103 gekoppelt sein.
  • Zwischen der dielektrischen Schicht 129 und dem Substrat 109 befindet sich ein DBR 504. In vielen Fällen kann der DBR 504 Werkstoffe umfassen, die im Wesentlichen gleich oder ähnlich der des DBR 104 in 1 sind. Der DBR 504 bedeckt die vordere Fläche 100a des Substrats 109 und umgibt das Gatter 506 und das Gatter 507 In 5 ist der DBR 504 nicht in direktem Kontakt mit Seitenwänden der Kontaktstifte 520 und 522. In einigen Ausführungsformen kann der Abstand D1 zwischen dem DBR 504 und den Seitenwänden der Kontaktstifte 522 zur weiteren Erhöhung des Spielraums zwischen dem DBR 504 und den Kontaktstiften 522 größer als etwa 0,05 µm sein, um das Risiko eines elektrischen Kurzschlusses und einer Leckage der FD 503 zu senken. Ein Abstand D2 zwischen dem DBR 504 und den Seitenwänden der Kontaktstifte 520 kann größer als etwa 0,05 µm sein, um das Risiko eines elektrischen Kurzschlusses und einer Leckage der PD 502 zu senken.
  • In einigen Ausführungsformen kann fakultativ eine CESL (nicht dargestellt) zwischen dem DBR 504 und der vorderen Fläche 100a des Substrats auf eine Weise ähnlich der in 1 und 2 ausgebildet sein. In einigen Ausführungsformen kann der DBR 504 zwischen der CESL und der vorderen Fläche 100a des Substrats auf eine Weise ähnlich der in 3 und 4 ausgebildet sein. Die CESL kann Werkstoffe umfassen, die im Wesentlichen gleich oder ähnlich der der CESL 130 und der CESL 330 sind.
  • 6 ist ein Diagramm, das eine Querschnittsansicht eines Bildsensors 600 darstellt, der den CMOS-Chip 103 und einen Bildgebungschip 601 enthält, die gemäß einer sechsten Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung miteinander verbunden sind. Der Bildgebungschip 601 ist gleich dem Bildgebungschip 501, mit der Ausnahme, dass ein DBR 604 in direktem Kontakt mit den Seitenwänden der Kontaktstifte 520 sein kann, da die Leckage vom Gatter 506 nicht so kritisch ist wie von der FD 503. Somit besteht zwischen dem DBR 604 und den Seitenwänden der Kontaktstifte 522 weiterhin ein Abstand D1, der größer ist als etwa 0,05 µm, um das Risiko eines elektrischen Kurzschlusses und einer Leckage der FD 503 zu senken. In vielen Fällen kann der DBR 604 Werkstoffe umfassen, die im Wesentlichen gleich oder ähnlich der des DBR 104 in 1 sind.
  • 7 bis 12 sind Diagramme, die fragmentäre Querschnittsansichten des SPAD-Bildsensors 300 gemäß einigen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung in verschiedenen Herstellungsstadien darstellen. Es ist offensichtlich, dass 7 bis 12 vereinfacht wurden, um ein besseres Verständnis der erfindungsgemäßen Konzepte der vorliegenden Offenbarung zu vermitteln, und nicht maßstabsgerecht gezeichnet sein müssen. Unter Bezugnahme auf 7 wird das Substrat 109 bereitgestellt Das Substrat 109 enthält die erste Schicht 114. Die erste Schicht 114 kann mit Dotiermitteln des ersten Leitfähigkeitstyps dotiert sein und die Dotiermittelkonzentration liegt auf einem Niveau von etwa 1e16/cm3. Die erste Schicht 114 erstreckt sich von der vorderen Fläche 100a zur rückwärtigen Fläche 100b des Substrats 109. An der vorderen Fläche 100a des Substrats 109 kann mit Dotiermitteln des zweiten Leitfähigkeitstyps, beispielsweise des Dotiermittels vom n-Typ, entgegengesetzt des Leitfähigkeitstyps der ersten Schicht 114 eine Ionenimplantation durchgeführt werden, um die zweite Schicht 102 auszubilden. Die Dotiermittelkonzentration der zweiten Schicht 102 kann auf einem Niveau von etwa 1e17/cm3 bis etwa 1e19/cm3 liegen. Insbesondere erstreckt sich die zweite Schicht 102 von der vorderen Fläche 100a des Substrats 109 zur rückwärtigen Fläche 100b des Substrats 109.
  • Im Anschluss an die zweite Schicht 102 können auch die dritte Schicht 112, der Abtastknoten 110 und der gemeinsame Knoten 116 durch Ionenimplantation ausgebildet werden. Die dritte Schicht 112 kann mit Dotiermitteln des ersten Leitfähigkeitstyps, z. B. des p-Typs, des gleichen Typs wie der Leitfähigkeitstyp der ersten Schicht 114 dotiert sein. Die Dotiermittelkonzentration der dritten Schicht 112 kann höher sein als die Dotiermittelkonzentration der ersten Schicht 114. In einigen Ausfiihrungsformen kann ein Verhältnis der Dotiermittelkonzentration der dritten Schicht 112 zur Dotiermittelkonzentration der ersten Schicht 114 in einem Bereich von etwa 1 bis etwa 100 liegen. In einer Ausführungsform kann die Dotiermittelkonzentration der dritten Schicht 112 auf einem Niveau von etwa 1e17/cm3 liegen. Insbesondere ist die dritte Schicht 112 in der ersten Schicht 114 ausgebildet und liegt unmittelbar an der zweiten Schicht 102 an. Insbesondere ist die dritte Schicht 112 innerhalb der ersten Schicht 114 ausgebildet und wird von der ersten Schicht 114 umgeben. Der Abtastknoten 110 kann stark mit Dotiermitteln des zweiten Leitfähigkeitstyps, z. B. des n-Typs, des gleichen Typs wie der Leitfähigkeitstyp der zweiten Schicht 102 dotiert sein. Die Dotiermittelkonzentration des Abtastknotens 110 kann höher sein als die Dotiermittelkonzentration der zweiten Schicht 102. In einigen Ausführungsformen kann ein Verhältnis der Dotiermittelkonzentration des Abtastknotens 110 zur Dotiermittelkonzentration der zweiten Schicht 102 in einem Bereich von etwa 10 bis etwa 1000 liegen. In einer Ausführungsform kann die Dotiermittelkonzentration des Abtastknotens 110 auf einem Niveau von etwa 1e20/cm3 liegen. Der Abtastknoten 110 ist im Substrat 109 ausgebildet und liegt unmittelbar an der vorderen Fläche 100a des Substrats 109 an. Insbesondere ist der Abtastknoten 110 innerhalb der zweiten Schicht 102 ausgebildet und wird von der zweiten Schicht 102 umgeben.
  • Der gemeinsame Knoten 116 ist jeweils zwischen zwei benachbarten Pixeln ausgebildet und liegt der vorderen Fläche 100a des Substrats 109 an. Der gemeinsame Knoten 116 kann stark mit Dotiermitteln des ersten Leitfähigkeitstyps, z. B. des p-Typs, des gleichen Typs wie der Leitfähigkeitstyp der ersten Schicht 114 und der dritten Schicht 112 dotiert sein. Eine Dotiermittelkonzentration des gemeinsamen Knotens 116 kann höher sein als die Dotiermittelkonzentration der ersten Schicht 114 und der dritten Schicht 112. In einigen Ausführungsformen kann ein Verhältnis der Dotiermittelkonzentration des gemeinsamen Knotens 116 zur Dotiermittelkonzentration der dritten Schicht 112 in einem Bereich von etwa 10 bis etwa 1000 liegen. In einer Ausführungsform kann die Dotiermittelkonzentration des gemeinsamen Knotens 116 auf einem Niveau von etwa 5e18/cm3 liegen.
  • Unter Bezugnahme auf 8 ist der DBR 304 auf der vorderen Fläche 100a des Substrats 109 abgeschieden. Insbesondere werden die erste SiO2-Schicht 304a, die erste nicht dotierte Poly-Schicht 304b, die zweite SiO2-Schicht 304c, die zweite nicht dotierte Poly-Schicht 304d mithilfe einer Technik mit physikalischer Gasphasenabscheidung (z. B. PVD, CVD usw.) alternierend abgeschieden, um zur Veranschaulichung zwei isolierende Paare auszubilden. Der DBR 304 wird dann von Öffnungen aus geätzt, um mindestens einen Teil der gemeinsamen Knoten 116 und der Abtastknoten 110 freizulegen. Die Öffnungen durch den DBR 304 können, wie in 9 gezeigt, trapezförmige Profile aufweisen. Dies stellt jedoch keine Einschränkung der vorliegenden Offenbarung dar. In vielen Fällen können die Öffnungen durch den DBR 304 längliche rechteckige Profile aufweisen.
  • Unter Bezugnahme auf 10 wird die CESL 330 ganzflächig auf der gebildeten Struktur des DBR 304 und des Substrats 109 ausgebildet. Die CESL 330 kann konform entlang der Fläche und Seitenwand des DBR 304 ausgebildet werden und bedeckt die freigelegten gemeinsamen Knoten 116 und Abtastknoten 110. Die CESL 330 kann eine oder mehrere Schichten aus einer Siliziumnitrid-basierten Verbindung, wie SiN, SiON, SiCN oder SiOCN, enthalten. Die CESL 330 kann mittels CVD oder ALD hergestellt werden. Anschließend kann die dielektrische Schicht 129 auf der vorderen Fläche 100a des Substrats 109 ausgebildet werden und füllt die Öffnungen des DBR 304, wie in 11 gezeigt. Die dielektrische Schicht 129 wird anschließend unter Ausbildung von Durchkontaktierungen und/oder Metallgräben geätzt Die Durchkontaktierungen und/oder Metallgräben werden dann unter Ausbildung der Kontaktstifte 122 und 120 zum Koppeln der Abtastknoten 110 bzw. der gemeinsamen Knoten 116 mit einem leitfähigen Werkstoff gefüllt. In einige Ausführungsformen können die Kontaktstifte 122 und 120 beispielsweise Wolfram, Kupfer oder Aluminium-Kupfer umfassen. Die Verbindungsstruktur 124 wird unter Ausbildung des Bildgebungschips 301 auf dem Substrat 109 ausgebildet In einigen Ausführungsformen kann die Verbindungsstruktur 124 durch Ausbilden der ILD-Schicht 128, die eine oder mehrere Schichten aus ILD-Werkstoff enthält, auf der dielektrischen Schicht 129 ausgebildet werden. Die ILD-Schicht 128 wird anschließend unter Ausbildung von Durchkontaktierungen und/oder Metallgräben geätzt. Die Durchkontaktierungen und/oder Metallgräben werden dann unter Ausbildung der Vielzahl von Metallschichten 111 mit einem leitfähigen Werkstoff gefüllt. In einigen Ausführungsformen kann die ILD-Schicht 128 mithilfe einer Technik mit physikalischer Gasphasenabscheidung (z. B. PVD, CVD usw.) abgeschieden werden. Die Vielzahl der Metallschichten 111 kann unter Verwendung eines Abscheidungsprozesses und/oder eines Überziehprozesses (z. B. Galvanisieren, stromloses Überziehen usw.) ausgebildet werden. In verschiedenen Ausfiihrungsformen kann die Vielzahl der Metallschichten 111 beispielsweise Wolfram, Kupfer oder Aluminium-Kupfer umfassen. In einigen Ausfiihrungsformen weist eine obere Metallschicht 126 der Vielzahl von Metallschichten 111 eine obere Fläche auf, die an einer oberen Fläche der ILD-Schicht 128 ausgerichtet ist.
  • Unter Bezugnahme auf 12 wird der Bildgebungschip 301 mit dem CMOS-Chip 103 verbunden. Der CMOS-Chip 103 enthält das Substrat 206. Die aktiven Bauelemente 105 sind innerhalb des Substrats 206 ausgebildet. In verschiedenen Ausführungsformen kann das Substrat 206 jeden Typ Halbleiterkörper (z. B. Silizium/CMOS-Bulk, SiGe, SOI usw.) enthalten, wie Halbleiter-Wafer oder ein oder mehrere Dies auf einem Wafer, sowie jeden anderen Typ Halbleiter und/oder darauf ausgebildete und/oder ansonsten damit verbundene epitaktische Schichten. In einigen Ausführungsformen können die aktiven Bauelemente 105 Transistoren enthalten, die durch Abscheiden der Gitterstruktur 202 auf dem Substrat 206 und Ausbilden der Source/Drain-Regionen 204 durch Implantation oder epitaktisches Wachstum ausgebildet werden. Die Verbindungsstruktur 212 wird unter Ausbildung des CMOS-Chips 103 auf dem Substrat 206 ausgebildet. In einigen Ausfiihrungsformen kann die Verbindungsstruktur 212 durch Ausbilden der ILD-Schicht 203, die eine oder mehrere Schichten aus ILD-Werkstoff enthält, auf dem Substrat 206 ausgebildet werden. Die ILD-Schicht 203 wird anschließend unter Ausbildung von Durchkontaktierungen und/oder Metallgräben geätzt. Die Durchkontaktierungen und/oder Metallgräben werden dann unter Ausbildung der Vielzahl von Metallschichten 201 mit einem leitfähigen Werkstoff gefüllt. In einigen Ausführungsformen kann die ILD-Schicht 203 mithilfe einer Technik mit physikalischer Gasphasenabscheidung (z. B. PVD, CVD usw.) abgeschieden werden. Die Metallschichten 201 können unter Verwendung eines Abscheidungsprozesses und/oder eines Überziehprozesses (z. B. Galvanisieren, stromloses Überziehen usw.) ausgebildet werden. In verschiedenen Ausführungsformen kann die Vielzahl der Metallschichten 201 beispielsweise Wolfram, Kupfer oder Aluminium-Kupfer umfassen. In einigen Ausführungsformen weist die obere Metallschicht 210 der Vielzahl von Metallschichten 201 eine obere Fläche auf, die an einer oberen Fläche der ILD-Schicht 203 ausgerichtet ist.
  • In einigen Ausfiihrungsformen kann der Verbindungsprozess eine Hybridbindung bilden, die eine Metall-zu-Metall-Bindung und eine Dielektrikum-zu-Dielektrikum-Bindung enthält. Die obere Metallschicht 210 und die obere Metallschicht 126 können direkt miteinander verbunden sein. Die ILD-Schicht 128 kann an der ILD-Schicht 203 anliegen, um eine Dielektrikum-zu-Dielektrikum-Bindung der Hybridbindung festzulegen. In einigen Ausführungsformen ist die Dielektrikum-zu-Dielektrikum-Bindung eine Oxid-zu-Oxid-Bindung. In einigen anderen Ausführungsformen kann der Verbindungsprozess eine bindende Oxidzwischenschicht (nicht dargestellt) verwenden, die zwischen der ILD-Schicht 128 und der ILD-Schicht 203 angeordnet ist.
  • Unter erneuter Bezugnahme auf 3 kann ein Ätzen unter Verwendung eines Ätzmittels, wie einer sauren Lösung, durchgeführt werden, um einen Teil des Substrats 109 von der rückwärtigen Fläche 100b zu entfernen. In anderen Ausführungsformen kann das Substrat 109 durch mechanisches Schleifen der rückwärtigen Fläche 100b des Substrats 109 gedünnt werden. In einigen Ausführungsformen kann eine Lichtfallenstruktur ausgebildet werden. Dann wird die dielektrische Schicht 214 mit hohem k-Wert auf der rückwärtigen Fläche 100b des Substrats 109 ausgebildet Auf der dielektrischen Schicht 214 mit hohem k-Wert kann eine ARC-Schicht 216 ausgebildet werden. In einigen Ausführungsformen können die dielektrische Schicht 214 mit hohem k-Wert und die ARC-Schicht 216 unter Verwendung einer Technik mit physikalischer Gasphasenabscheidung abgeschieden werden.
  • Die Farbfilter 217 können auf der rückwärtigen Fläche 100b des Substrats 109 ausgebildet werden. In einigen Ausführungsformen können die Farbfilter 217 durch Ausbilden einer Farbfilterschicht und Strukturieren der Farbfilterschicht ausgebildet werden. Die Farbfilterschicht ist aus einem Werkstoff ausgebildet, der das Durchlassen von Strahlung, z. B. Licht, mit einem bestimmten Wellenlängenbereich zulässt und Licht mit Wellenlängen außerhalb dieses bestimmten Bereichs blockiert. Außerdem wird die Farbfilterschicht in einigen Ausführungsformen nach der Ausbildung planar gemacht. Auf den Farbfiltern 217 können auch die Mikrolinsen 218 ausgebildet werden. In einigen Ausfiihrungsformen können die Mikrolinsen 218 durch Abscheiden eines Mikrolinsenwerkstoffs auf der Vielzahl von Farbfiltern ausgebildet werden (z. B. durch ein Spin-on-Verfahren oder einen Abscheidungsprozess). Eine Mikrolinsenschablone (nicht dargestellt) mit einer gekrümmten oberen Fläche wird auf dem Mikrolinsenwerkstoff strukturiert. In einigen Ausführungsformen kann die Mikrolinsenschablone einen Fotoresistwerkstoff enthalten, der unter Verwendung einer verteilten Belichtungslichtdosis (z. B. wird bei einem negativen Fotoresist mehr Licht an einem unteren Teil der Krümmung und weniger Licht an einem oberen Teil der Krümmung abgegeben) belichtet, entwickelt und zum Ausbilden einer gerundeten Form wärmebehandelt wird. Die Mikrolinsen 218 werden dann durch selektives Ätzen des Mikrolinsenwerkstoffs gemäß der Mikrolinsenschablone ausgebildet.
  • 13 bis 20 sind Diagramme, die fragmentäre Querschnittsansichten des SPAD-Bildsensors 400 gemäß einigen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung in verschiedenen Herstellungsstadien darstellen. Es ist offensichtlich, dass 13 bis 20 vereinfacht wurden, um ein besseres Verständnis der erfindungsgemäßen Konzepte der vorliegenden Offenbarung zu vermitteln, und nicht maßstabsgerecht gezeichnet sein müssen. Unter Bezugnahme auf 13 wird das Substrat 109 bereitgestellt und anschließend kann eine Ionenimplantation auf der vorderen Fläche 100a des Substrats 109 zum Ausbilden der zweiten Schicht 102, der dritten Schicht 112, der Abtastknoten 110 und der gemeinsamen Knoten 116 auf eine im Wesentlichen gleiche oder ähnliche Weise wie in 7 durchgeführt werden. Der Unterschied zwischen 13 und 7 besteht darin, dass die zwei Abtastknoten 110 in 13 weiter voneinander getrennt sind. Darüber hinaus ist die Anzahl an gemeinsamen Knoten 116 in 13 größer als in 7, da die gemeinsamen Knoten 116 in 13 nicht länger von benachbarten Pixeln gemeinsam genutzt werden.
  • Unter Bezugnahme auf 14 wird zwischen den Pixeln ein Graben 1402 im Substrat 109 von der vorderen Fläche 100a zur hinteren Fläche 100b ausgebildet, der jedoch nicht durch das Substrat 109 passiert. In zahlreichen Fällen kann der Graben 1402, wie in 14 gezeigt, ein trapezförmiges Profil aufweisen. Dies stellt jedoch keine Einschränkung der vorliegenden Offenbarung dar. In vielen Fällen kann der Graben 1402 ein längliches rechteckiges Profil aufweisen. Unter Bezugnahme auf 15 werden die erste SiO2-Schicht 404a und die erste nicht dotierte Poly-Schicht 404b mithilfe einer Technik mit physikalischer Gasphasenabscheidung (z. B. PVD, CVD usw.) abgeschieden. Die erste SiO2-Schicht 404a und die erste nicht dotierte Poly-Schicht 404b können konform entlang der vorderen Fläche 100a des Substrats 109 ausgebildet werden und erstreckt sich in den Graben 1402 entlang von Seitenwänden und einem Boden des Grabens 1402. Wie aus 1 hervorgeht, ist der Graben 1402 nach dem Abscheiden der ersten nicht dotierten Poly-Schicht 404b nicht vollständig gefüllt. Dies stellt jedoch keine Einschränkung der vorliegenden Offenbarung dar. In einigen Ausführungsformen kann der Graben 1402 nach dem Abscheiden der ersten SiO2-Schicht 404a und der ersten nicht dotierten Poly-Schicht 404b vollständig gefüllt sein.
  • Anschließend wird die zweite SiO2-Schicht 404c auf der ersten nicht dotierten Poly-Schicht 404b abgeschieden. Der Graben 1402 wird von der zweiten SiO2-Schicht 404c gefüllt und dann wird die zweite nicht dotierte Poly-Schicht 404d auf der zweiten SiO2-Schicht 404c abgeschieden. Vor dem Abscheiden der zweiten nicht dotierten Poly-Schicht 404d kann auf der zweiten SiO2-Schicht 404c ein Planierprozess, beispielsweise chemischmechanisches Polieren (Chemical Mechanical Polishing, CMP), durchgeführt werden. In einigen Ausführungsformen kann die zweite nicht dotierte Poly-Schicht 404d eine dreieckige Region enthalten, die sich von einem Boden der zweiten nicht dotierten Poly-Schicht 404d in die zweite SiO2-Schicht 404c erstreckt, wenn eine obere Fläche der zweiten SiO2-Schicht 404c im Planierprozess nicht vollständig planar gemacht wurde.
  • Die erste SiO2-Schicht 404a, die erste nicht dotierte Poly-Schicht 404b, die zweite SiO2-Schicht 404c und die zweite nicht dotierte Poly-Schicht 404d bilden den DBR 404. Der DBR 404 wird dann von Öffnungen aus geätzt, um mindestens einen Teil der gemeinsamen Knoten 116 und der Abtastknoten 110 freizulegen. Die Öffnungen durch den DBR404 können, wie in 17 gezeigt, trapezförmige Profile aufweisen. Dies stellt jedoch keine Einschränkung der vorliegenden Offenbarung dar. In vielen Fällen können die Öffnungen durch den DBR 404 längliche rechteckige Profile aufweisen. Unter Bezugnahme auf 18 wird die CESL 330 ganzflächig auf der gebildeten Struktur des DBR 404 und des Substrats 109 auf eine im Wesentlichen gleiche oder ähnliche Weise wie in 10 ausgebildet. Die übrigen Vorgänge können auf eine im Wesentlichen gleiche oder ähnliche Weise wie in 11 und 12 durchgeführt werden. Somit wurden hier Einzelheiten weggelassen, um sich auf das Wesentliche zu beschränken.
  • Einige Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung stellen einen Bildsensor bereit Der Bildsensor enthält: einen stark mit Dotiermitteln eines ersten Leitfähigkeitstyps dotierten gemeinsamen Knoten, wobei der gemeinsame Knoten innerhalb des Substrats liegt und an der vorderen Fläche des Substrats anliegt; und einen stark mit Dotiermitteln eines zweiten Leitfähigkeitstyps entgegengesetzt des ersten Leitfähigkeitstyps dotierten Abtastknoten, wobei der Abtastknoten innerhalb des Substrats liegt und an der vorderen Fläche des Substrats anliegt; eine Verbindungsstruktur, wobei die vordere Fläche des Substrats gegenüber der Verbindungsstruktur liegt; einen verteilten Bragg-Reflektor (DBR) zwischen der vorderen Fläche des Substrats und der Verbindungsstruktur; einen ersten Kontaktstift, der durch den DBR passiert und den gemeinsamen Knoten mit der Verbindungsstruktur koppelt; und einen zweiten Kontaktstift, der durch den DBR passiert und den Abtastknoten mit der Verbindungsstruktur koppelt.
  • Einige Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung stellen einen Bildsensor bereit. Der Bildsensor enthält: ein Substrat mit einer vorderen Seite und einer rückwärtigen Seite, wobei das Substrat ein erstes Pixel und ein zweites Pixel enthält, die jeweils aufweisen: einen stark mit Dotiermitteln eines ersten Leitfähigkeitstyps dotierten ersten gemeinsamen Knoten und zweiten gemeinsamen Knoten, wobei der erste und zweite gemeinsame Knoten innerhalb des Substrats liegen und an der vorderen Seite des Substrats anliegen; und einen stark mit Dotiermitteln eines zweiten Leitfähigkeitstyps entgegengesetzt des ersten Leitfähigkeitstyps dotierten Abtastknoten, wobei der Abtastknoten innerhalb des Substrats liegt und an der vorderen Seite des Substrats anliegt und wobei der Abtastknoten zwischen dem ersten und dem zweiten gemeinsamen Knoten liegt; eine Verbindungsstruktur, wobei die vordere Seite des Substrats gegenüber der Verbindungsstruktur liegt; einen verteilten Bragg-Reflektor (DBR) zwischen der vorderen Seite des Substrats und der Verbindungsstruktur, wobei sich mindestens ein Teil des DBR zwischen dem ersten und dem zweiten Pixel in das Substrat erstreckt; einen ersten Kontaktstift, der durch den DBR passiert und den ersten und zweiten gemeinsamen Knoten mit der Verbindungsstruktur koppelt; und einen zweiten Kontaktstift, der durch den DBR passiert und den Abtastknoten mit der Verbindungsstruktur koppelt.
  • Einige Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung stellen einen Bildsensor bereit. Der Bildsensor enthält: ein Substrat mit einer vorderen Fläche und einer rückwärtigen Fläche; eine Photodiode (PD) innerhalb des Substrats, die an der vorderen Fläche des Substrats anliegt; eine potenzialfreie Diffusionsregion (FD) innerhalb des Substrats, die an der vorderen Fläche des Substrats anliegt; ein Gatter an der vorderen Fläche des Substrats zwischen der PD und der FD; eine Verbindungsstruktur, wobei die vordere Fläche des Substrats gegenüber der Verbindungsstruktur liegt; einen verteilten Bragg-Reflektor (DBR) zwischen der vorderen Fläche des Substrats und der Verbindungsstruktur; einen ersten Kontaktstift, der durch den DBR passiert und das Gatter mit der Verbindungsstruktur koppelt; und einen zweiten Kontaktstift, der durch den DBR passiert und die FD mit der Verbindungsstruktur koppelt.
  • Die vorstehenden Ausfiihrungsformen beschreiben Merkmale verschiedener Ausführungsformen, sodass der Fachmann die Aspekte der vorliegenden Offenbarung besser verstehen kann. Dem Fachmann sollte bewusst sein, dass er die vorliegende Offenbarung einfach als Grundlage zum Entwerfen und Modifizieren andere Verfahren und Strukturen zum Erreichen derselben Zwecke und/oder zum Erhalt derselben Vorteile der hier vorgestellten Ausführungsformen nutzen kann. Dem Fachmann sollte ebenfalls bewusst sein, dass derartige gleichwertige Konstruktionen nicht vom Schutzumfang der vorliegenden Offenbarung abweichen und dass er verschiedene Änderungen, Substitutionen und Modifikationen vornehmen kann, ohne dabei vom Geist und Schutzumfang der Offenbarung abzuweichen.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • US 62566194 [0001]

Claims (20)

  1. Bildsensor, umfassend: ein Substrat mit einer vorderen Fläche und einer rückwärtigen Fläche wobei das Substrat enthält: einen stark mit Dotiermitteln eines ersten Leitfähigkeitstyps dotierten gemeinsamen Knoten, wobei der gemeinsame Knoten innerhalb des Substrats liegt und an der vorderen Fläche des Substrats anliegt; und einen stark mit Dotiermitteln eines dem ersten Leitfähigkeitstyp entgegengesetzten zweiten Leitfähigkeitstyps dotierten Abtastknoten, wobei der Abtastknoten innerhalb des Substrats liegt und an der vorderen Fläche des Substrats anliegt; eine Verbindungsstruktur, wobei die vordere Fläche des Substrats gegenüber der Verbindungsstruktur liegt; einen verteilten Bragg-Reflektor (DBR) zwischen der vorderen Fläche des Substrats und der Verbindungsstruktur; einen ersten Kontaktstift, der durch den DBR passiert und den gemeinsamen Knoten mit der Verbindungsstruktur koppelt; und einen zweiten Kontaktstift, der durch den DBR passiert und den Abtastknoten mit der Verbindungsstruktur koppelt.
  2. Bildsensor nach Anspruch 1, wobei der DBR alternierende Isolationsschichten enthält.
  3. Bildsensor nach Anspruch 2, wobei der DBR mindestens ein Paar Schichten enthält, enthaltend eine erste Schicht und eine zweite Schicht, ausgewählt aus zwei von Siliziumdioxid (SiO2), nicht dotiertem Polysilizium (Poly) und Siliziumnitrid (Si3N4).
  4. Bildsensor nach Anspruch 3, wobei die erste Schicht SiO2 enthält, die zweite Schicht nicht dotiertes Poly enthält und die erste Schicht gegenüber der vorderen Fläche des Substrats liegt
  5. Bildsensor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der DBR von dem ersten Kontaktstift und dem zweiten Kontaktstift mit einem Abstand von mehr als o beabstandet ist.
  6. Bildsensor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der DBR von dem zweiten Kontaktstift mit einem Abstand von mehr als o beabstandet ist und der DBR in direktem Kontakt mit dem ersten Kontaktstift ist.
  7. Bildsensor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, weiterhin umfassend eine Kontakt-Ätzstoppschicht (Contact Etch-Stop Layer, CESL) zwischen dem DBR und der vorderen Fläche des Substrats.
  8. Bildsensor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, weiterhin umfassend eine Kontakt-Ätzstoppschicht (Contact Etch-Stop Layer, CESL) zwischen dem DBR und der Verbindungsstruktur.
  9. Bildsensor nach Anspruch 7 oder 8, weiterhin umfassend eine Linse an der rückwärtigen Fläche des Substrats.
  10. Bildsensor, umfassend: ein Substrat mit einer vorderen Seite und einer rückwärtigen Seite, wobei das Substrat ein erstes Pixel und ein zweites Pixel enthält, die jeweils aufweisen: einen stark mit Dotiermitteln eines ersten Leitfähigkeitstyps dotierten ersten gemeinsamen Knoten und zweiten gemeinsamen Knoten, wobei der erste und zweite gemeinsame Knoten innerhalb des Substrats liegen und an der vorderen Seite des Substrats anliegen; und einen stark mit Dotiermitteln eines dem ersten Leitfähigkeitstyp entgegengesetzten zweiten Leitfähigkeitstyps dotierten Abtastknoten, wobei der Abtastknoten innerhalb des Substrats liegt und an der vorderen Seite des Substrats anliegt und wobei der Abtastknoten zwischen dem ersten und dem zweiten gemeinsamen Knoten liegt; eine Verbindungsstruktur, wobei die vordere Seite des Substrats gegenüber der Verbindungsstruktur liegt; einen verteilten Bragg-Reflektor (DBR) zwischen der vorderen Seite des Substrats und der Verbindungsstruktur, wobei sich mindestens ein Teil des DBR zwischen dem ersten und dem zweiten Pixel in das Substrat erstreckt; einen ersten Kontaktstift, der durch den DBR passiert und den ersten und zweiten gemeinsamen Knoten mit der Verbindungsstruktur koppelt; und einen zweiten Kontaktstift, der durch den DBR passiert und den Abtastknoten mit der Verbindungsstruktur koppelt.
  11. Bildsensor nach Anspruch 10, wobei der DBR alternierende Isolationsschichten enthält.
  12. Bildsensor nach Anspruch 11, wobei der DBR mindestens zwei Paar Schichten enthält und jedes Paar Schichten eine erste Schicht und eine zweite Schicht enthält, ausgewählt aus zwei von Siliziumdioxid (SiO2), nicht dotiertem Polysilizium (Poly) und Siliziumnitrid (Si3N4).
  13. Bildsensor nach Anspruch 12, wobei die erste Schicht SiO2 enthält, die zweite Schicht nicht dotiertes Poly enthält und die erste Schicht gegenüber der vorderen Seite des Substrats liegt.
  14. Bildsensor nach Anspruch 12 oder 13, wobei der DBR ein erstes Paar und ein zweites Paar SiO2/nicht dotiertes Poly enthält und sich das erste Paar und das SiO2 des zweiten Paars zwischen dem ersten und dem zweiten Pixel in das Substrat erstrecken und sich das nicht dotierte Poly des zweiten Paars nicht in das Substrat erstreckt.
  15. Bildsensor nach Anspruch 14, wobei das nicht dotierte Poly des ersten Paars eine U-förmige Struktur im Substrat ausbildet.
  16. Bildsensor nach einem der vorhergehenden Ansprüche 10 bis 15, wobei der DBR von dem ersten Kontaktstift und dem zweiten Kontaktstift mit einem Abstand von mehr als o beabstandet ist
  17. Bildsensor nach einem der vorhergehenden Ansprüche 10 bis 16, wobei der DBR von dem zweiten Kontaktstift mit einem Abstand von mehr als o beabstandet ist und der DBR in direktem Kontakt mit dem ersten Kontaktstift ist.
  18. Bildsensor, umfassend: ein Substrat mit einer vorderen Fläche und einer rückwärtigen Fläche; eine Photodiode (PD) innerhalb des Substrats, die an der vorderen Fläche des Substrats anliegt; eine potenzialfreie Diffusionsregion (FD) innerhalb des Substrats, die an der vorderen Fläche des Substrats anliegt; ein Gatter an der vorderen Fläche des Substrats zwischen der PD und der FD; eine Verbindungsstruktur, wobei die vordere Fläche des Substrats gegenüber der Verbindungsstruktur liegt; einen verteilten Bragg-Reflektor (DBR) zwischen der vorderen Fläche des Substrats und der Verbindungsstruktur; einen ersten Kontaktstift, der durch den DBR passiert und das Gatter mit der Verbindungsstruktur koppelt; und einen zweiten Kontaktstift, der durch den DBR passiert und die FD mit der Verbindungsstruktur koppelt.
  19. Bildsensor nach Anspruch 18, wobei der DBR alternierende Isolationsschichten enthält.
  20. Bildsensor nach Anspruch 18 oder 19, wobei der DBR von dem zweiten Kontaktstift mit einem Abstand von mehr als o beabstandet ist und der DBR in direktem Kontakt mit dem ersten Kontaktstift ist
DE102018122935.6A 2017-09-29 2018-09-19 Bildsensor und verbundenes Herstellungsverfahren Granted DE102018122935A1 (de)

Applications Claiming Priority (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US201762566194P 2017-09-29 2017-09-29
US62/566,194 2017-09-29
US15/903,548 US10373999B2 (en) 2017-09-29 2018-02-23 Image sensor and associated fabricating method
US15/903,548 2018-02-23

Publications (1)

Publication Number Publication Date
DE102018122935A1 true DE102018122935A1 (de) 2019-04-04

Family

ID=65727736

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE102018122935.6A Granted DE102018122935A1 (de) 2017-09-29 2018-09-19 Bildsensor und verbundenes Herstellungsverfahren

Country Status (1)

Country Link
DE (1) DE102018122935A1 (de)

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE102018122392B4 (de) SPAD-Bildsensor und Herstellungsverfahren
DE102018122789B4 (de) Rissbeständige tiefe Grabenisolationsstrukturen
DE102018124677A1 (de) SPAD-Bildsensor und zugehöriges Herstellungsverfahren
DE102017119031B4 (de) Bildsensor mit einer hochabsorbierenden schicht
DE102018126875A1 (de) Mehrfachtiefgrabenisolations(MDTI)-Strukur für CMOS-Bildsensor
US10636930B2 (en) SPAD image sensor and associated fabricating method
DE102018130470A1 (de) Pixelvorrichtung auf struktur tiefer grabenisolierung (dti) für bildsensor
DE102018124811A1 (de) Bildsensor
DE102015105451A1 (de) Verfahren und Vorrichtung zum Ausbilden rückseitig beleuchteter Bildsensoren mit eingebetteten Farbfiltern
US11127774B2 (en) Image sensor and associated fabricating method
DE102020100097B4 (de) Bildsensor mit einer überlappung einer rückseitigen grabenisolationsstruktur mit einem vertikalen transfergate
DE102020124766A1 (de) Eingebettete lichtabschirmungsstruktur für cmos-bildsensor
DE102020111491A1 (de) Photodetektor mit einer vergrabenen gateelektrode für einentransfertransistor und herstellungsverfahren
DE102018122925A1 (de) Spad image sensor and associated fabricating method
DE102007062127A1 (de) Bildsensor und Verfahren zu dessen Herstellung
DE102023105380A1 (de) Rückseitige tiefe grabenisolationsstruktur(bdti-struktur) für einen cmos-bildsensor
DE102018107914B4 (de) Erhöhter optischer Pfad für Licht mit langer Wellenlänge durch eine Gitterstruktur
DE102018122935A1 (de) Bildsensor und verbundenes Herstellungsverfahren
DE102020121599A1 (de) Gitterstruktur mit niedrigem brechungsvermögen und verfahren zu ihrer herstellung
DE112021006393T5 (de) Fotodiodenvorrichtung mit verbesserten Eigenschaften
DE102017117948B4 (de) Cmos-bildsensor mit dual-damascene-gitterdesign mit einer absorptionsverstärkungsstruktur
DE102021113051A1 (de) Halbleitervorrichtung mit bildsensor und verfahren zu deren herstellung
DE102020125995A1 (de) Passivierungsschicht für epitaktischen halbleiterprozess
DE102018106754A1 (de) Bildsensor mit absorptionsverbesserungshalbleiterschicht
DE102018125374B4 (de) Bildsensorvorrichtungskonstruktion mit Dotierschicht in lichtempfindlichem Bereich

Legal Events

Date Code Title Description
R012 Request for examination validly filed
R016 Response to examination communication
R018 Grant decision by examination section/examining division