DE102019117664A1 - Verfahren zum Herstellen von selbstjustierten Gittern in einem BSI-Bildsensor - Google Patents

Verfahren zum Herstellen von selbstjustierten Gittern in einem BSI-Bildsensor Download PDF

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Tsun-Kai Tsao
Jiech-Fun Lu
Shih Pei Chou
Wei Chuang Wu
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Abstract

Es wird ein Verfahren zum Herstellen von selbstjustierten Gittern in einem BSI-Bildsensor bereitgestellt. Das Verfahren weist die folgenden Schritte auf: Abscheiden einer ersten dielektrischen Schicht über einer Rückseite eines Substrats, das eine Mehrzahl von darin hergestellten Fotodioden aufweist; Herstellen eines Gitters von Gräben; und Füllen der Gräben mit einem dielektrischen Material, um ein Grabenisolationsgitter zu erzeugen. Hierbei geht ein Graben durch die erste dielektrische Schicht hindurch und erstreckt sich in das Substrat hinein. Das Verfahren umfasst weiterhin Folgendes: Rückätzen des dielektrischen Materials in den Gräben auf ein Niveau unter einer Oberseite der ersten dielektrischen Schicht, um Aussparungen über dem Grabenisolationsgitter zu erzeugen; und Füllen der Aussparungen mit einem metallischen Material, um ein Metallgitter zu erzeugen, das zu dem Grabenisolationsgitter ausgerichtet ist.

Description

  • Verweis auf verwandte Anmeldung
  • Die vorliegende Anmeldung beansprucht die Priorität der am 31. Oktober 2018 eingereichten vorläufigen US-Patentanmeldung mit dem Aktenzeichen 62/753.323, die durch Bezugnahme aufgenommen ist.
  • Hintergrund der Erfindung
  • Digitale Kameras und andere optische Bildgebungsgeräte verwenden Bildsensoren. Bildsensoren wandeln optische Bilder in digitale Daten um, die als digitale Bilder dargestellt werden können. Ein Bildsensor weist eine Matrix von Pixelsensoren und eine Unterstützungslogik auf. Die Pixelsensoren der Matrix sind Einheitsbauelemente zum Messen von einfallendem Licht, und die Unterstützungslogik erleichtert das Ausgeben von Messwerten. Ein Bildsensortyp, der häufig in optischen Bildgebungsgeräten verwendet wird, ist ein rückseitig beleuchteter Bildsensor (BSI-Bildsensor). Die Herstellung von BSI-Bildsensoren kann wegen ihrer niedrigen Kosten, geringen Größe und hohen Integration in herkömmliche Halbleiterprozesse integriert werden. Außerdem haben BSI-Bildsensoren eine niedrige Betriebsspannung, einen geringen Energieverbrauch, eine hohe Quantenausbeute, ein geringes Ausleserauschen und sie gestatten einen direkten Zugriff.
  • Figurenliste
  • Aspekte der vorliegenden Erfindung lassen sich am besten anhand der nachstehenden detaillierten Beschreibung in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen verstehen. Es ist zu beachten, dass entsprechend der üblichen Praxis in der Branche verschiedene Elemente nicht maßstabsgetreu gezeichnet sind. Vielmehr können der Übersichtlichkeit der Erörterung halber die Abmessungen der verschiedenen Elemente beliebig vergrößert oder verkleinert sein.
    • Die 1A und 1B sind Schnittansichten von Halbleiterstrukturen für BSI-Pixelsensoren gemäß einigen Ausführungsformen.
    • 2 ist eine Schnittansicht einer Halbleiterstruktur für ein BSI-Bildsensor-Package gemäß einigen Ausführungsformen.
    • 3 ist eine Schnittansicht eines Teils der Halbleiterstruktur für BSI-Pixelsensoren der 1A und 1B gemäß einigen Ausführungsformen.
    • 4 zeigt Bereiche einiger Abmessungen in der partiellen Halbleiterstruktur von 3 gemäß einigen Ausführungsformen.
    • Die 5A bis 5F sind Schnittansichten von Bauelement-Zwischenstrukturen zum Veranschaulichen eines Prozesses, der in einem Verfahren zum Herstellen der partiellen Halbleiterstruktur von 3 gemäß einigen Ausführungsformen verwendet wird.
    • 6 ist ein Ablaufdiagramm, das einen Prozess zeigt, der in einem Verfahren zum Herstellen der partiellen Halbleiterstruktur von 3 gemäß einigen Ausführungsformen verwendet wird.
    • Die 7A bis 7J sind Schnittansichten von Bauelement-Zwischenstrukturen zum Veranschaulichen einiger beispielhafter Schritte zum Herstellen eines BSI-Bildsensors für den Fall, dass der Prozess zum Herstellen von selbstjustierten Metallgittern mit weiteren Schritten gemäß einigen Ausführungsformen kombiniert wird.
  • Detaillierte Beschreibung
  • Die nachstehende Beschreibung liefert viele verschiedene Ausführungsformen oder Beispiele zum Implementieren verschiedener Merkmale des bereitgestellten Gegenstands. Nachstehend werden spezielle Beispiele für Komponenten und Anordnungen beschrieben, um die vorliegende Erfindung zu vereinfachen. Diese sind natürlich lediglich Beispiele und sollen nicht beschränkend sein. Zum Beispiel kann die Herstellung eines ersten Elements über oder auf einem zweiten Element in der nachstehenden Beschreibung Ausführungsformen umfassen, bei denen das erste und das zweite Element in direktem Kontakt hergestellt werden, und sie kann auch Ausführungsformen umfassen, bei denen zusätzliche Elemente zwischen dem ersten und dem zweiten Element so hergestellt werden können, dass das erste und das zweite Element nicht in direktem Kontakt sind. Darüber hinaus können in der vorliegenden Erfindung Bezugszahlen und/oder -buchstaben in den verschiedenen Beispielen wiederholt werden. Diese Wiederholung dient der Einfachheit und Übersichtlichkeit und schreibt an sich keine Beziehung zwischen den verschiedenen erörterten Ausführungsformen und/oder Konfigurationen vor.
  • Darüber hinaus können hier räumlich relative Begriffe, wie etwa „darunter befindlich“, „unter“, „untere(r)“/„unteres“, „darüber befindlich“, „obere(r)“/„oberes“ und dergleichen, zur einfachen Beschreibung der Beziehung eines Elements oder einer Struktur zu einem oder mehreren anderen Elementen oder Strukturen verwendet werden, die in den Figuren dargestellt sind. Die räumlich relativen Begriffe sollen zusätzlich zu der in den Figuren dargestellten Orientierung andere Orientierungen der in Gebrauch oder in Betrieb befindlichen Vorrichtung umfassen. Die Vorrichtung kann anders ausgerichtet werden (um 90 Grad gedreht oder in einer anderen Orientierung), und die räumlich relativen Deskriptoren, die hier verwendet werden, können ebenso entsprechend interpretiert werden.
  • Rückseitig beleuchtete Bildsensoren (BSI-Bildsensoren) weisen eine Matrix von Pixelsensoren auf. Einige Halbleiterstrukturen für die BSI-Bildsensoren weisen einen integrierten Schaltkreis mit einem Halbleitersubstrat und Fotodioden auf, die den Pixelsensoren entsprechen, die in dem Substrat angeordnet sind. Unter dem Halbleitersubstrat ist entlang einer ersten Seite (Vorderseite) des Halbleitersubstrats ein BEOL-Metallisierungsstapel (BEOL: Back End of Line) des integrierten Schaltkreises angeordnet. Farbfilter und Mikrolinsen der Halbleiterstruktur entsprechenden Pixelsensoren und sind in dieser Reihenfolge über den Fotodioden der entsprechenden Pixelsensoren auf einer zweiten Seite (Rückseite) des Halbleitersubstrats aufeinandergestapelt.
  • Wenn ein BSI-Bildsensor ein Grabenisolationsgitter in dem Halbleitersubstrat und ein Metallgitter über dem Grabenisolationsgitter aufweist, kann die optische Isolation zwischen benachbarten Pixelsensoren verbessert werden. Das Grabenisolationsgitter kann durch Verfüllen von Tiefe-Grabenisolation-Bereichen (DTI-Bereichen) implementiert werden, die in dem Halbleitersubstrat um die und zwischen den Fotodioden angeordnet sind. Das Metallgitter kann in einer Schicht über dem Halbleitersubstrat, die zu dem Grabenisolationsgitter ausgerichtet ist, implementiert werden.
  • Wenn das Metallgitter in einem Trockenätzprozess über einer Oxidschicht, die über dem Halbleitersubstrat angeordnet ist, hergestellt wird, kann der Trockenätzprozess Siliziumschäden in dem Halbleitersubstrat verursachen. Außerdem kann auch ein Trockenätzprozess zum Dünnen der Oxidschicht über dem Halbleitersubstrat vor dem Herstellen des Metallgitters Siliziumschäden verursachen. Außer dem Problem der Siliziumschäden besteht auch das Problem, dass das über der Oxidschicht hergestellte Metallgitter nicht zu dem Grabenisolationsgitter in dem Halbleitersubstrat ausgerichtet werden kann. In Anbetracht des Vorstehenden ist die vorliegende Erfindung auf ein Verfahren zum Herstellen eines BSI-Bildsensors gerichtet, bei dem das Metallgitter zu dem Grabenisolationsgitter selbstjustiert wird und für die Herstellung des Metallgitters keine Trockenätzprozesse verwendet werden, die zu Siliziumschäden führen.
  • Die 1A und 1B sind jeweils eine Schnittansicht einer Halbleiterstruktur für BSI-Pixelsensoren gemäß einigen Ausführungsformen. In den 1A und 1B sind Pixelsensoren 102 üblicherweise in einer Pixelsensormatrix eines BSI-Bildsensors angeordnet. Die Halbleiterstruktur weist ein Halbleitersubstrat 104 auf, in dem Fotodioden 106, die den Pixelsensoren 102 entsprechen, angeordnet sind. Die Fotodioden 106 sind in Zeilen und/oder Spalten in dem Halbleitersubstrat 104 angeordnet und sind so konfiguriert, dass sie Ladungen (z. B. Elektronen) aus Photonen speichern, die von einer Rückseite des Halbleitersubstrats 104 auf die Fotodioden 106 auftreffen. Das Halbleitersubstrat 104 kann zum Beispiel ein massives Halbleitersubstrat, wie etwa ein massives Siliziumsubstrat, oder ein Silizium-auf-Isolator(SOI)-Substrat sein.
  • In den 1A und 1B definiert ein DTI-Bereich ein Grabenisolationsgitter 110g, das aus Gittersegmenten besteht, wie etwa einzelnen Rechtecken oder Quadraten, die aneinandergrenzen. Außerdem erstreckt sich der DTI-Bereich von einer Ebene, die etwa auf gleicher Höhe mit einer Oberseite des Halbleitersubstrats 104 ist, in das Substrat 104 hinein. Das Grabenisolationsgitter 110g ist seitlich um die und zwischen den Fotodioden 106 angeordnet, um eine optische Isolation zwischen benachbarten Fotodioden 106 zu ermöglichen. Bei einigen Ausführungsformen kann das dielektrische Material zum Herstellen des Grabenisolationsgitters ein Oxidmaterial sein, wie etwa Siliziumoxid (z. B. Si02) oder Hafniumoxid (z. B. Hf02). Bei einigen Ausführungsformen kann das dielektrische Material zum Herstellen des Grabenisolationsgitters ein Material sein, das eine Brechzahl hat, die kleiner als die des Substrats 104 ist.
  • In den 1A und 1B wird ein Metallgitter 120g über dem Grabenisolationsgitter 110g hergestellt. Metallgitter-Segmente 120 in dem Metallgitter 120g sind zu Grabenisolationsgitter-Segmenten 110 in dem Grabenisolationsgitter 110g ausgerichtet. In dem Pixelsensor 102, der in den 1A und 1B gezeigt ist, ist ein Metallgitter-Segment 120 in direktem Kontakt mit einem entsprechenden Grabenisolationsgitter-Segment 110 an einer Grenzfläche 109 zwischen dem Metallgitter-Segment 120 und dem Grabenisolationsgitter-Segment 110. Ein Querschnitt eines unteren Teils des Metallgitter-Segments 120 an der Grenzfläche 109 ist identisch mit einem Querschnitt eines oberen Teils des Grabenisolationsgitter-Segments 110 an der Grenzfläche 109. Bei einigen Ausführungsformen ist das Grabenisolationsgitter 110g ein Tiefe-Grabenisolation-Gitter. Bei einigen Ausführungsformen ist das Grabenisolationsgitter 110g ein dielektrisches Gitter. Bei einigen Ausführungsformen kann das Grabenisolationsgitter 110g ein Hybridgitter sein, bei dem ein Hybridgittersegment dielektrische und metallische Materialien aufweist.
  • Da das Metallgitter 120g das Grabenisolationsgitter 110g an der Grenzfläche 109 direkt kontaktiert, gibt es keine Pufferschicht, die das Metallgitter 120g und das Grabenisolationsgitter 110g trennt. Dadurch kann die optische Leistung der BSI-Pixelsensoren 102 hoch sein. Zum Beispiel kann die optische Leistung um mindestens 4 lx höher als bei BSI-Pixelsensoren mit einer Oxid-Pufferschicht von 1000 Ä sein. Wie später dargelegt wird, kann das Metallgitter 120g außerdem mit einem Prozess ohne Trockenätzung hergestellt werden. Dadurch kann die Beschädigung des Halbleitersubstrats 104 gering sein und Pixel-Anzahlen können niedrig sein.
  • In dem Pixelsensor 102, der in den 1A und 1B gezeigt ist, wird eine hochabsorbierende Struktur 112 auf der Rückseite des Substrats 104 hergestellt. Die hochabsorbierende Struktur 112 wird so hergestellt, dass sie den Reflexionsgrad der Rückseite des Substrats 104 verringert, wenn die Fotodioden 106 mit Licht bestrahlt werden, das auf die Rückseite des Substrats 104 auftrifft. Durch die Herstellung der hochabsorbierenden Struktur 112 wird mehr Licht von der Fotodiode 106 in dem Pixelsensor 102 absorbiert. Bei einigen Ausführungsformen hat die hochabsorbierende Struktur 112 ein Sägezahnprofil oder eine andere periodische Struktur entlang der Rückseite des Halbleitersubstrats 104. Bei einigen Ausführungsformen weist das Halbleitersubstrat 104 nanoporöses Silizium und/oder ein anderes hochabsorbierendes Halbleitermaterial auf der hochabsorbierenden Struktur 112 auf. Bei einigen Ausführungsformen belegt ein dielektrisches High-k-Material 116 die hochabsorbierende Struktur 112.
  • In den 1A und 1B kann ein innerer Bereich 127 des Metallgitter-Segments 120 in der Form eines Rechtecks, eines Quadrats oder in anderen entworfenen Formen offen sein, um weitere Komponenten für die BSI-Pixelsensoren aufzunehmen. In dem Pixelsensor 102 wird ein Farbfilter 136 in dem inneren Bereich 127 des Metallgitter-Segments 120 in dem Metallgitter 120g platziert. Eine Mikrolinse 138, die das Farbfilter 136 bedeckt, wird ebenfalls in dem inneren Bereich 127 des Metallgitter-Segments 120 platziert.
  • Bei den Ausführungsformen, die in den 1A und 1B gezeigt sind, werden die Farbfilter 136 für unterschiedliche Pixelsensoren 102 zumindest durch das Metallgitter 120g, das einzelne Metallgitter-Segmente 120 umfasst, voneinander getrennt. Bei anderen Ausführungsformen können die Farbfilter 136 für unterschiedliche Pixelsensoren 102 durch ein Verbundgitter voneinander getrennt werden. Wie in 1B gezeigt ist, kann bei einigen Ausführungsformen das Verbundgitter ein Metallgitter 120g und ein Low-n-Gitter 120n über dem Metallgitter 120g aufweisen. Das Low-n-Gitter 120n hat eine Brechzahl, die „niedriger“ als die der Farbfilter 136 ist, um eine innere Totalreflexion zu unterstützen und somit zu verhindern, dass Strahlung zwischen den Pixelsensoren 102 hindurchgeht. Bei einigen Ausführungsformen kann das Verbundgitter ein Metallgitter 120g, ein Low-n-Gitter 120n und ein Hartmaskengitter 120m (in den Figuren nicht dargestellt) aufweisen, die in dieser Reihenfolge über dem Halbleitersubstrat 104 aufeinandergestapelt sind. Da das Metallgitter 120g in dem Verbundgitter zu dem Grabenisolationsgitter 110g in dem Substrat 104 ausgerichtet ist, kann auch das Verbundgitter, das unterschiedliche Farbfilter trennt, zu dem Grabenisolationsgitter 110g in dem Substrat 104 ausgerichtet werden.
  • 2 ist eine Schnittansicht einer Halbleiterstruktur für ein BSI-Bildsensor-Package 100 gemäß einigen Ausführungsformen. In 2 weist das BSI-Bildsensor-Package 100 eine Matrix von Pixelsensoren 102 auf, die in Zeilen und Spalten auf einer Rückseite eines integrierten Schaltkreises 150 angeordnet sind. Bei einigen Ausführungsformen weist die Pixelsensormatrix die Pixelsensoren 102 von 1A oder die Pixelsensoren 102 von 1B auf. Bei einigen Ausführungsformen kann die Pixelsensormatrix Millionen von Pixelsensoren aufweisen, die in Hunderten oder Tausenden von Zeilen und Hunderten oder Tausenden von Spalten angeordnet sind.
  • Der integrierte Schaltkreis 150 weist ein Halbleitersubstrat 104, einen BEOL-Metallisierungsstapel 140 und einen Bauelementbereich 105 auf, der zwischen dem Halbleitersubstrat 104 und dem BEOL-Metallisierungsstapel 140 angeordnet ist. Der Bauelementbereich 105 ist entlang einer Oberfläche des Halbleitersubstrats 104 angeordnet und erstreckt sich in das Halbleitersubstrat 104 hinein. Der Bauelementbereich 105 weist Fotodioden 106, die den Pixelsensoren 102 entsprechen, und Logikbauelemente, wie etwa Transistoren, zum Auslesen der Fotodioden 106 auf. Die Fotodioden 106 sind in Zeilen und Spalten in dem Halbleitersubstrat 104 angeordnet und sind so konfiguriert, dass sie Ladungen speichern, die von Photonen induziert werden, die auf die Fotodioden 106 auftreffen. Außerdem werden die Fotodioden 106 durch das Grabenisolationsgitter 110g in dem Halbleitersubstrat 104 gegeneinander optisch isoliert, wodurch die Kreuzkopplung reduziert wird.
  • Der BEOL-Metallisierungsstapel 140 des integrierten Schaltkreises 150 ist unter dem Halbleitersubstrat 104 angeordnet und weist eine Mehrzahl von Metallisierungsschichten (z. B. 142, 144) auf, die in einer Zwischenschichtdielektrikum-Schicht (ILD-Schicht) 146 aufeinandergestapelt sind. Ein oder mehrere Kontakte 148 des BEOL-Metallisierungsstapels 140 erstrecken sich von einer Metallisierungsschicht 144 bis zu dem Bauelementbereich. Außerdem erstrecken sich eine oder mehrere erste Durchkontaktierungen 145 des BEOL-Metallisierungsstapels 140 zwischen den Metallisierungsschichten (z. B. 142, 144), um die Metallisierungsschichten (z. B. 142, 144) miteinander zu verbinden. Die ILD-Schicht 146 kann zum Beispiel ein Low-k-Dielektrikum (d. h., ein Dielektrikum mit einer Dielektrizitätskonstante, die kleiner als etwa 3,9 ist) oder ein Oxid sein. Die Metallisierungsschichten (z. B. 142, 144), die Kontakte 148 und die ersten Durchkontaktierungen 145 können zum Beispiel ein Metall, wie etwa Kupfer oder Aluminium, sein.
  • In 2 wird ein Trägersubstrat 160 mit einem von mehreren geeigneten Bondverfahren oder einer Kombination davon an den integrierten Schaltkreis 150 gebondet. Eine der Flächen des Trägersubstrats 160 kann ein Pad 166 aufweisen. Die Metallisierungsschichten (z. B. 142, 144) des BEOL-Metallisierungsstapels 140 können durch eine oder mehrere Substrat-Durchkontaktierungen (TSVs) 168, die durch das Trägersubstrat 160 verlaufen, mit dem Pad 166 verbunden werden. Die TSVs 168 können zum Beispiel Metall-, Silizium- oder andere geeignete Durchkontaktierungen sein. Die Metallisierungsschichten (z. B. 142, 144) des BEOL-Metallisierungsstapels 140 können außerdem durch eine oder mehrere Durchkontaktierungen, die in das Trägersubstrat 160 hinein reichen, mit einer weiteren anwendungsspezifischen integrierten Schaltung (ASIC) in dem Trägersubstrat 160 verbunden sein.
  • 3 ist eine Schnittansicht eines Teils der Halbleiterstruktur für BSI-Pixelsensoren der 1A und 1B gemäß einigen Ausführungsformen. In 3 weist eine partielle Halbleiterstruktur 180 ein Substrat 104 auf, in dem Fotodioden 106 hergestellt sind. In das Substrat 104 ist ein Grabenisolationsgitter 110g eingebettet, das Grabenisolationsgitter-Segmente 110 aufweist. In 3 sind die Fotodioden 106 jeweils als eine Fotodiode dargestellt, die (von oben nach unten betrachtet) seitlich von einem Grabenisolationsgitter-Segment 110 umschlossen ist. Ein Metallgitter 120g, das Metallgitter-Segmente 120 aufweist, ist über dem Grabenisolationsgitter 110g hergestellt. In 3 ist das Metallgitter-Segment 120 zu dem entsprechenden Grabenisolationsgitter-Segment 110 an einer Grenzfläche 109 zwischen dem Metallgitter-Segment 120 und dem Grabenisolationsgitter-Segment 110 ausgerichtet und ist in direktem Kontakt mit diesem. Ein Querschnitt eines unteren Teils des Metallgitter-Segments 120 an der Grenzfläche 109 ist identisch mit einem Querschnitt eines oberen Teils des Grabenisolationsgitter-Segments 110 an der Grenzfläche 109. In 3 wird eine hochabsorbierende Struktur 112 in zumindest einem Teil der Rückseite des Substrats hergestellt. Bei einigen Ausführungsformen wird eine Schicht aus einem dielektrischen High-k-Material 116 über der hochabsorbierenden Struktur 112 hergestellt.
  • 4 zeigt Bereiche einiger Abmessungen in der partiellen Halbleiterstruktur 180 von 3 gemäß einigen Ausführungsformen. Das Grabenisolationsgitter-Segment 110 kann eine Höhe Hd von 1 µm bis 6 µm haben. Das Metallgitter-Segment 120 kann eine Höhe Hm von 600 nm bis 1000 nm haben. Das Grabenisolationsgitter-Segment 110 kann eine Breite Wd von 50 nm bis 200 nm haben. Das Metallgitter-Segment 120 kann eine Breite Wm von 50 nm bis 250 nm haben. Jeweils zwei der Grabenisolationsgitter-Segmente 110 können durch einen Abstand S von 700 nm bis 2000 nm getrennt sein. Eine Seitenwand des Metallgitter-Segments 120 und eine Seitenwand des Grabenisolationsgitter-Segments 110 können jeweils einen Neigungswinkel α von 85° bis 95° haben. Ein Rand an dem oberen Teil des Metallgitter-Segments 120 und ein Rand an dem unteren Teil des Grabenisolationsgitter-Segments 110 können um einen Betrag b von 0 bis 50 nm versetzt sein. In 4 kann die Grenzfläche 109 zwischen dem Metallgitter-Segment 120 und dem Grabenisolationsgitter-Segment 110 von der Oberfläche des dielektrischen High-k-Materials 116 auf dem Substrat 104 beabstandet sein. Der Abstand zwischen der Grenzfläche 109 und der Oberfläche des dielektrischen High-k-Materials 116 kann -500 Å bis +500 Ä betragen.
  • Die 5A bis 5F sind Schnittansichten von Bauelement-Zwischenstrukturen zum Veranschaulichen eines Prozesses, der in einem Verfahren zum Herstellen der partiellen Halbleiterstruktur 180 von 3 gemäß einigen Ausführungsformen verwendet wird. Wie in 5A gezeigt ist, wird ein Substrat 104 mit eingebetteten Fotodioden (nicht dargestellt) bereitgestellt. Anschließend wird eine hochabsorbierende Struktur 112 in der Rückseite des Substrats 104 hergestellt, und eine Schicht aus einem dielektrischen High-k-Material 116 wird auf der hochabsorbierenden Struktur 112 abgeschieden. Dann wird eine erste dielektrische Schicht 182 auf der Schicht aus dem dielektrischen High-k-Material 116 abgeschieden. Dann wird die erste dielektrische Schicht 182 mit einem CMP-Prozess (CMP: chemisch-mechanische Polierung) planarisiert, und auf der ersten dielektrischen Schicht 182 wird eine Siliziumnitrid-Verkappungsschicht 183 abgeschieden. In 5A sind Beispiele für das dielektrische High-k-Material 116 Aluminiumoxid (Al2O3), Hafniumoxid (Hf02) und Tantalpentoxid (Ta2O5). Die erste dielektrische Schicht 182 kann zum Beispiel aus einem Oxid, wie etwa Siliziumdioxid (Si02), hergestellt werden.
  • Wie in 5B gezeigt ist, werden dann Gräben 185 in der Rückseite des Substrats 104 erzeugt. In einer Fotoresistschicht auf der Siliziumnitrid-Verkappungsschicht 183 werden Strukturen entsprechend Maskenentwürfen mit fotolithografischen Verfahren erzeugt. Dann wird die Siliziumnitrid-Verkappungsschicht 183 geätzt, um eine Maskenstruktur zu erzeugen, und anschließend wird ein Ätzprozesses durchgeführt, um die Gräben 185 zu erzeugen, die durch die erste dielektrische Schicht 182 hindurchgehen und in das Substrat 104 hinein reichen. In 5B können die Gräben 185 ein Grabensegment bilden, das eine Fotodiode, von oben nach unten betrachtet, seitlich umschließt (nicht dargestellt).
  • Wie in 5C gezeigt ist, werden dann Innenflächen der Gräben 185 (siehe 5B) mit einem dielektrischen High-k-Material 184 belegt. Dann werden die Gräben 185 mit einem dielektrischen Material 186, wie etwa Siliziumoxid, gefüllt. Beispiele für das dielektrische High-k-Material 184, das auf die Innenflächen der Gräben 185 aufgebracht wird, sind Aluminiumoxid (Al2O3), Hafniumoxid (Hf02) und Tantalpentoxid (Ta2O5).
  • Wie in 5D gezeigt ist, wird das in 5C gezeigte dielektrische Material 186 (z. B. Siliziumoxid) in den Gräben 185 auf ein Niveau unter einer Oberseite der ersten dielektrischen Schicht 182 rückgeätzt, um eine Aussparung 187 zu erzeugen. Das dielektrische Material 186, das in den Gräben 185 zurückbleibt, bildet die ersten Grabenisolationsgitter-Segmente 110. Die Kombination aus den Grabenisolationsgitter-Segmenten 110 in mehreren Zeilen und Spalten kann das Grabenisolationsgitter 110g von 3 bilden.
  • Wie in 5E gezeigt ist, wird die Aussparung 187 von 5D dann mit einer Sperrschicht 188 (z. B. einer Schicht aus Tantalnitrid) belegt, und daran schließt sich die Abscheidung eines metallischen Materials 189 (z. B. Wolfram) an, um die Aussparung 187 zu füllen. Eine mögliche Auswahl von Materialien für die Sperrschicht 188 umfasst Ta, TaN, TiN, TiW oder Kombinationen davon. Dann wird ein CMP-Prozess verwendet, um das metallische Material 189 auf der Siliziumnitrid-Verkappungsschicht 183 (siehe 5D) zu planarisieren und zu entfernen und um die Siliziumnitrid-Verkappungsschicht 183 zu entfernen, um eine ebene Oberfläche 128 zu erzeugen. Das metallische Material (z. B. Wolfram) 189, das die Aussparung 187 füllt, bildet das Metallgitter-Segment 120. Die Kombination aus den Metallgitter-Segmenten 120 in mehreren Zeilen und Spalten kann das Metallgitter 120g von 3 bilden.
  • Wie in 5F gezeigt ist, wird dann die erste dielektrische Schicht 182 rückgeätzt, um zumindest einen Teil der ersten dielektrischen Schicht 182 zu entfernen, um einen inneren Bereich 127 des Metallgitter-Segments 120 freizulegen. Bei einigen Ausführungsformen wird die erste dielektrische Schicht 182 mit einem plasmalosen Ätzprozess unter Verwendung von gasförmigen Chemikalien (wie etwa dem Certas-Ätzprozess) rückgeätzt. Bei einigen Ausführungsformen wird die erste dielektrische Schicht 182 zusätzlich oder alternativ mit einem DHF-Tauchprozess (DHF: verdünnte Fluorwasserstoffsäure) rückgeätzt.
  • Wie vorstehend dargelegt worden ist, wird eine Struktur der Gräben 185 (siehe 5B) durch Herstellen der Metallgitter-Segmente 120 und der Grabenisolationsgitter-Segmente 110 in den Gräben 185 auf die Metallgitter-Segmente 120 und die Grabenisolationsgitter-Segmente 110 übertragen. Dadurch werden die Metallgitter-Segmente 120 und die Grabenisolationsgitter-Segmente 110 selbstjustiert, und es gibt keinen Überdeckungsfehler zwischen den Metallgitter-Segmenten 120 und den Grabenisolationsgitter-Segmenten 110.
  • Außerdem können die Metallgitter-Segmente 120 unter Verwendung einer Abscheidung mit einer nachfolgenden Planarisierung ohne Trockenätzung hergestellt werden. Dadurch werden Kristallschäden an dem Substrat 104 vermieden, und somit werden Leckstrom (z. B. Dunkelstrom) und weiße Pixel in dem Substrat 104 reduziert. Zwar ist keine Trockenätzung während der Erzeugung der Gräben 185 und/oder der Rückätzung des dielektrischen Materials 186 (siehe 5D) erforderlich, aber sie kann dennoch zum Einsatz kommen. Insofern als eine Trockenätzung während der Erzeugung der Gräben 185 und/oder der Rückätzung des dielektrischen Materials 186 verwendet wird, kann die Siliziumnitrid-Verkappungsschicht 183 das Substrat 104 gegen Beschädigung schützen und kann dadurch den Leckstrom und die weißen Pixel in dem Substrat 104 reduzieren.
  • Da die durch Trockenätzung verursachte Beschädigung des Substrats 104 abgeschwächt wird, können die Metallgitter-Segmente 120 und die Grabenisolationsgitter-Segmente 110 ohne eine dazwischen befindliche Pufferschicht zum Schützen des Substrats 104 hergestellt werden. Dadurch wird die optische Leistung (z. B. Empfindlichkeit, Signal-Rausch-Verhältnis usw.) der Pixelsensoren in dem Substrat 104 verbessert.
  • 6 ist ein Ablaufdiagramm, das einen Prozess zeigt, der in einem Verfahren 200 zum Herstellen der partiellen Halbleiterstruktur 180 von 3 gemäß einigen Ausführungsformen verwendet wird. Die partielle Halbleiterstruktur 180 wird auf einem Substrat mit eingebetteten Fotodioden hergestellt. In 6 werden in einem Schritt 210 hochabsorbierende Bereiche in Teilen der Rückseite des Substrats hergestellt. Dann wird in einem Schritt 215 eine Schicht aus einem dielektrischen High-k-Material abgeschieden, und in einem Schritt 220 wird eine erste dielektrische Schicht abgeschieden. Wie in 5A gezeigt ist, wird bei einigen Ausführungsformen eine hochabsorbierende Struktur 112 in der Rückseite des Substrats 104 hergestellt, auf der hochabsorbierenden Struktur 112 wird die Schicht aus dem dielektrischen High-k-Material 116 abgeschieden, und auf der dielektrischen Schicht aus dem dielektrischen High-k-Material 116 wird die erste dielektrische Schicht 182 abgeschieden.
  • In einem Schritt 230 werden dann Gräben erzeugt. Die in dem Schritt 230 erzeugten Gräben gehen durch die erste dielektrische Schicht hindurch und reichen in das Substrat hinein. Bei einigen Ausführungsformen werden die Gräben durch Durchätzen der ersten dielektrischen Schicht und Ätzen in das Substrat entsprechend einer Maskenstruktur in einer Schicht aus Siliziumnitrid erzeugt, die die erste dielektrische Schicht bedeckt. Wie in 5B gezeigt ist, gehen bei einigen Ausführungsformen die Gräben 185, die mit einem Ätzprozess erzeugt werden, durch die erste dielektrische Schicht 182 hindurch und reichen in das Substrat 104 hinein.
  • In einem Schritt 240 werden die Gräben dann mit einem dielektrischen Material, wie etwa Siliziumoxid, gefüllt. Wie in 5C gezeigt ist, werden bei einigen Ausführungsformen die Gräben 185 mit einem dielektrischen Material 186 gefüllt, nachdem die Innenflächen der Gräben 185 mit einem dielektrischen High-k-Material 184 belegt worden sind.
  • In einem Schritt 250 wird dann das dielektrische Material in den Gräben auf ein Niveau unter einer Oberseite der ersten dielektrischen Schicht rückgeätzt, um Aussparungen in den Gräben zu erzeugen. Wie in 5D gezeigt ist, werden bei einigen Ausführungsformen Aussparungen 187 in den Gräben 185 erzeugt, nachdem das in 5C gezeigte dielektrische Material 186 rückgeätzt worden ist.
  • In einem Schritt 260 werden die Aussparungen mit einem metallischen Material gefüllt, nachdem die Innenflächen der Aussparungen mit einer Sperrschicht beschichtet worden sind. Wie in 5E gezeigt ist, werden bei einigen Ausführungsformen die Aussparungen 187 mit einem metallischen Material 189 gefüllt, nachdem die Innenflächen der Aussparungen 187 mit einer Sperrschicht 188 beschichtet worden sind, und durch Entfernen von überschüssigen Materialien mit einem CMP-Prozess wird eine ebene Oberfläche 128 erzeugt.
  • Dann werden in einem Schritt 270 einige Teile der ersten dielektrischen Schicht entfernt. Wie in 5F gezeigt ist, werden bei einigen Ausführungsformen einige Teile der ersten dielektrischen Schicht 182 entfernt, um einen inneren Bereich 127 des Metallgitter-Segments 120 freizulegen.
  • Die 7A bis 7J sind Schnittansichten von Bauelement-Zwischenstrukturen zum Veranschaulichen einiger beispielhafter Schritte zum Herstellen eines BSI-Bildsensors für den Fall, dass der Prozess zum Herstellen von selbstjustierten Metallgittern mit weiteren Schritten gemäß einigen Ausführungsformen kombiniert wird. Der Prozess zum Herstellen von selbstjustierten Metallgittern kann der Prozess, der in dem Ablaufdiagramm von 6 gezeigt ist, oder der Prozess sein, der in den Schnittansichten der Bauelement-Zwischenstrukturen der 5A bis 5F gezeigt ist.
  • In 7A wird ein Substrat 104 mit eingebetteten Fotodioden (nicht dargestellt) bereitgestellt. Die Fotodioden sind so konfiguriert, dass sie Licht von der Rückseite des Substrats 104 empfangen. Die Vorderseite des Substrats 104 ist mit einem Metallisierungsstapel 140 bedeckt, der eine Mehrzahl von Metallisierungsschichten umfassen kann, die in einer Zwischenschichtdielektrikum-Schicht aufeinandergestapelt sind. Das Substrat 104 wird zusammen mit dem Metallisierungsstapel 140 an ein Trägersubstrat 160 gebondet. Das Trägersubstrat 160 kann eine weitere ASIC und einen zugehörigen Metallisierungsstapel aufweisen. Der Metallisierungsstapel 140 kann durch verschiedene Metallkontakte 175 an der Grenzfläche zwischen dem Metallisierungsstapel 140 und dem Trägersubstrat 160 mit der weiteren ASIC in dem Trägersubstrat 160 verbunden werden.
  • In 7A ist das BSI-Bildsensor-Package 100 in einer Verbundstruktur implementiert, die das Substrat 104, den Metallisierungsstapel 140 und das Trägersubstrat 160 aufweist. Verschiedene Bereiche in der Verbundstruktur sind mit verschiedenen funktionellen Strukturen implementiert. Zum Beispiel ist eine Matrix von Pixelsensoren in einem Pixelbereich 170 implementiert. In einem BLC-Bereich 172 (BLC: Black Level Calibration) ist eine BLC-Schaltung implementiert. Die Metallverbindung für verschiedene Metallkontakte 175 zusammen mit einer Nicht-Metallverbindung (z. B. einer Dielektrikum-Dielektrikum-Verbindung) kann mit einer Hybridverbindung (HB) an der Grenzfläche zwischen dem Metallisierungsstapel 140 und dem Trägersubstrat 160 hergestellt werden. Diese Hybridverbindung ist in einem HB-Bereich 174 zu finden. Verschiedene Kontaktpads für das BSI-Bildsensor-Package 100 können in einem PAD-Bereich 176 implementiert werden. Ein Ritzgraben (SL) kann in einem SL-Bereich 178 implementiert werden.
  • In 7A wird in einem Prozess zum Herstellen des selbstjustierten Metallgitters eine erste dielektrische Schicht 182 über dem Substrat 104 abgeschieden. Auf der ersten dielektrischen Schicht 182 wird eine Siliziumnitrid-Verkappungsschicht 183 abgeschieden, nachdem die erste dielektrische Schicht 182 mit einem CMP-Prozess planarisiert worden ist. Bei einigen Ausführungsformen kann eine Schicht aus einem dielektrischen High-k-Material 116 zwischen der ersten dielektrischen Schicht 182 und dem Substrat 104 abgeschieden werden. Bei einigen Ausführungsformen wird eine hochabsorbierende Struktur 112 in der Rückseite des Substrats 104 hergestellt, auf der hochabsorbierenden Struktur 112 wird die Schicht aus dem dielektrischen High-k-Material 116 abgeschieden, und auf der Schicht aus dem dielektrischen High-k-Material 116 wird die erste dielektrische Schicht 182 abgeschieden.
  • In 7B werden Gräben 185 in der Rückseite des Substrats 104 erzeugt. Ein Grabensegment, das eine Fotodiode seitlich umschließt, kann durch eine Kombination aus den Gräben 185 hergestellt werden. Die Gräben 185 gehen durch die erste dielektrische Schicht 182 hindurch und reichen in das Substrat 104 hinein. In 7C werden die Innenflächen der Gräben 185 (siehe 7B) mit einem dielektrischen High-k-Material 184 (nicht dargestellt) belegt. Dann werden die Gräben 185 mit einem dielektrischen Material 186, wie etwa einem Oxidmaterial, gefüllt.
  • In 7D wird das dielektrische Material 186 in den Gräben 185 auf ein Niveau unter einer Oberseite der ersten dielektrischen Schicht rückgeätzt, um eine Aussparung 187 zu erzeugen. Das dielektrische Material 186, das in den Gräben 185 zurückbleibt, bildet die Grabenisolationsgitter-Segmente 110.
  • In 7E wird die Aussparung 187 von 7D mit einer Sperrschicht (nicht dargestellt) belegt, und daran schließt sich die Abscheidung eines metallischen Materials 189 an, um die Aussparung 187 zu füllen. Dann wird ein CMP-Prozess zum Planarisieren und zum Entfernen von überschüssigen Materialien verwendet, um eine ebene Oberfläche 128 zu erzeugen. Das metallische Material 189, das die Aussparung 187 füllt, bildet das Metallgitter-Segment 120.
  • Nach der Herstellung des Grabenisolationsgitters und des Metallgitters in dem Prozess, der in den 7A bis 7E gezeigt ist, werden in weiteren geeigneten Prozessen verschiedene weitere Strukturen in dem BSI-Bildsensor-Package 100 hergestellt. Ein Beispiel für diese weiteren geeigneten Prozesse ist in den 7F bis 7J gezeigt.
  • In 7F werden nach der Herstellung der Bauelementstruktur, die in 7E gezeigt ist, Kontaktpads 190 hergestellt. Eines der Kontaktpads 190 ist in 7F mit einigen Einzelheiten gezeigt. Das Kontaktpad 190 in 7F kann einen oberen Metallkontakt 195 aufweisen, der mit einer oder mehreren Metallisierungsschichten in dem Metallisierungsstapel 140 leitend verbunden ist. Der obere Metallkontakt 195 wird mit Isoliermaterial (z. B. Oxid) 191 bedeckt, nachdem die Oberseite der Bauelementstruktur in 7F mit einer CMP und dem Entfernen von überschüssigen Materialien fertig gestellt worden ist.
  • In 7G werden nach der Herstellung der Bauelementstruktur, die in 7F gezeigt ist, rückseitige Metallgitter-Verbindungen 198 auf der Oberseite der Bauelementstruktur hergestellt. Wie in 7H gezeigt ist, werden nach einem fotolithografischen Prozess Fotoresists in dem Pixelbereich 170 entfernt, während der BLC-Bereich 172, der HB-Bereich 174, der PAD-Bereich 176 und der SL-Bereich 178 alle mit Fotoresists 192 bedeckt sind. Dann wird in dem Pixelbereich 170 die erste dielektrische Schicht 182 rückgeätzt, um Teile der ersten dielektrischen Schicht 182 zu entfernen, um innere Bereiche 127 der Metallgitter-Segmente 120 freizulegen. In dem Pixelbereich 170 kann die erste dielektrische Schicht 182 mit einem DHF-Tauchprozess (DHF: verdünnte Fluorwasserstoffsäure) oder mit einem plasmalosen Ätzprozess unter Verwendung von gasförmigen Chemikalien rückgeätzt werden.
  • Nach der Herstellung der Bauelementstruktur, die in 7H gezeigt ist, wird eine Passivierungsschicht 199 abgeschieden. Bei der Ausführungsform, die in 7I gezeigt ist, bedeckt die Passivierungsschicht 199 die Oberseite der Bauelementstruktur in dem Pixelbereich 170, dem BLC-Bereich 172 und dem HB-Bereich 174. Dann wird eine Fotoresist-Maskenstruktur 194 in einer Fotoresistschicht 193 hergestellt, und daran schließt sich ein Ätzprozess zum Durchätzen von ausgewählten Teilen in dem Isoliermaterial (z. B. Oxid) 191 an, um eine Kontaktöffnung 196 zu erzeugen, die die Oberfläche des oberen Metallkontakts 195 des Kontaktpads 190 freilegt.
  • Nachdem die Fotoresistschicht 193 in 7I abgelöst worden ist, wird ein BSI-Bildsensor-Package 100 erhalten, das in 7J gezeigt ist. Das BSI-Bildsensor-Package 100 hat einen Pixelbereich 170, in dem sich die Matrix von Pixelsensoren 102 befindet, die in Zeilen und Spalten angeordnet sind. Die Fotodioden in den Pixelsensoren sind durch das Grabenisolationsgitter 110g optisch gegeneinander isoliert. Über dem Grabenisolationsgitter 110g wird das Metallgitter 120g hergestellt. Das Grabenisolationsgitter 110g umfasst Grabenisolationsgitter-Segmente 110, die in Zeilen und Spalten angeordnet sind, und das Metallgitter 120g umfasst Metallgitter-Segmente 120, die in Zeilen und Spalten angeordnet sind. Bei einem gegebenen Pixelsensor 102 ist ein Metallgitter-Segment 120 in diesem gewählten Pixelsensor 102 zu einem ihm entsprechenden Grabenisolationsgitter-Segment 110 ausgerichtet und ist in direktem Kontakt mit diesem.
  • In der in 7J gezeigten Bauelementstruktur können Farbfilter und Mikrolinsen in den inneren Bereichen 127 der Metallgitter-Segmente 120 angeordnet werden. Außerdem kann das BSI-Bildsensor-Package 100 von 7J mit anderen elektrischen Komponenten dadurch elektrisch verbunden werden, dass diese Komponenten mit den Kontaktpads verbunden werden, zum Beispiel durch die Kontaktöffnung 196 mit dem oberen Metallkontakt 195 in dem Kontaktpad 190 verbunden werden.
  • Bei einigen Ausführungsformen stellt die vorliegende Anmeldung ein Verfahren mit den folgenden Schritten bereit: Abscheiden einer ersten dielektrischen Schicht über einer Rückseite eines Substrats, das eine Mehrzahl von darin hergestellten Fotodioden aufweist; Herstellen eines Gitters von Gräben, wobei ein Graben durch die erste dielektrische Schicht hindurchgeht und sich in das Substrat hinein erstreckt; Füllen der Gräben mit einem dielektrischen Material, um ein Grabenisolationsgitter zu erzeugen; Rückätzen des dielektrischen Materials in den Gräben auf ein Niveau unter einer Oberseite der ersten dielektrischen Schicht, um Aussparungen über dem Grabenisolationsgitter zu erzeugen; und Füllen der Aussparungen mit einem metallischen Material, um ein Metallgitter zu erzeugen, das zu dem Grabenisolationsgitter ausgerichtet wird. Bei einigen Ausführungsformen umfasst das Verfahren weiterhin das Entfernen zumindest eines Teils der ersten dielektrischen Schicht, um zumindest einen Teil eines inneren Bereichs von Metallgitter-Segmenten in dem Metallgitter freizulegen. Bei einigen Ausführungsformen umfasst das Verfahren weiterhin das Entfernen zumindest eines Teils der ersten dielektrischen Schicht und zumindest eines Teils des Substrats, um zumindest einen Teil des inneren Bereichs der Metallgitter-Segmente in dem Metallgitter freizulegen, bis ein unterer Teil des Metallgitters mit einem festgelegten Abstand vertikal von einer Oberfläche des Substrats beabstandet ist. Bei einigen Ausführungsformen umfasst das Herstellen des Gitters von Gräben Folgendes: Abscheiden einer Siliziumnitridschicht über der ersten dielektrischen Schicht; Herstellen einer Maskenstruktur in der Siliziumnitridschicht; und Durchätzen der ersten dielektrischen Schicht und Ätzen in das Substrat entsprechend der Maskenstruktur in der Siliziumnitridschicht. Bei einigen Ausführungsformen umfasst das Verfahren weiterhin das Herstellen einer hochabsorbierenden Struktur in einem Teil der Rückseite des Substrats, wobei die erste dielektrische Schicht auf der hochabsorbierenden Struktur in dem Teil der Rückseite des Substrats abgeschieden wird. Bei einigen Ausführungsformen umfasst das Verfahren weiterhin das Entfernen zumindest eines Teils der ersten dielektrischen Schicht, bis eine Oberfläche der hochabsorbierenden Struktur freigelegt ist. Bei einigen Ausführungsformen umfasst die erste dielektrische Schicht eine Oxidschicht. Bei einigen Ausführungsformen umfasst das metallische Material Wolfram. Bei einigen Ausführungsformen umfasst das Verfahren weiterhin das Abscheiden einer Schicht aus dielektrischem High-k-Material über der Rückseite des Substrats, wobei die erste dielektrische Schicht auf der Schicht aus dielektrischem Low-k-Material abgeschieden wird. Bei einigen Ausführungsformen umfasst das Verfahren weiterhin das Belegen von Innenflächen der Aussparungen mit einer Sperrschicht, bevor die Aussparungen mit dem metallischen Material gefüllt werden.
  • Bei einigen Ausführungsformen stellt die vorliegende Anmeldung eine Vorrichtung bereit, die Folgendes aufweist: ein Substrat mit einer Mehrzahl von darin hergestellten Fotodioden; ein in das Substrat eingebettetes Grabenisolationsgitter mit Grabenisolationsgitter-Segmenten, wobei ein Grabenisolationsgitter-Segment eine Fotodiode seitlich umschließt; und ein über dem Grabenisolationsgitter hergestelltes Metallgitter mit Metallgitter-Segmenten, wobei ein Metallgitter-Segment zu dem Grabenisolationsgitter-Segment an einer Grenzfläche zwischen dem Metallgitter-Segment und dem Grabenisolationsgitter-Segment ausgerichtet ist und mit diesem in direktem Kontakt ist und ein Querschnitt des Metallgitter-Segments an der Grenzfläche mit einem Querschnitt des Grabenisolationsgitter-Segments an der Grenzfläche identisch ist. Bei einigen Ausführungsformen weist die Vorrichtung weiterhin Folgendes auf: eine hochabsorbierende Struktur in zumindest einem Teil einer Rückseite des Substrats; und eine dielektrische Schicht, die die Rückseite des Substrats bedeckt. Bei einigen Ausführungsformen ist die Grenzfläche zwischen dem Metallgitter-Segment und dem Grabenisolationsgitter-Segment durch einen festgelegten Abstand vertikal von einer Oberfläche des Substrats beabstandet. Bei einigen Ausführungsformen umfasst das Grabenisolationsgitter ein Tiefe-Grabenisolation-Gitter, das Tiefe-Grabenisolation-Gittersegmente aufweist. Bei einigen Ausführungsformen umfasst das Grabenisolationsgitter ein dielektrisches Gitter, das dielektrische Gittersegmente aufweist.
  • Bei einigen Ausführungsformen stellt die vorliegende Anmeldung eine weitere Vorrichtung bereit, die Folgendes aufweist: ein Substrat mit einem Fotodetektor; eine Tiefe-Grabenisolation-Struktur (DTI-Struktur), die sich in eine Rückseite des Substrats hinein erstreckt und ein erstes DTI-Segment und ein zweites DTI-Segment aufweist, wobei der Fotodetektor zwischen dem ersten und dem zweiten DTI-Segment angeordnet ist und an das erste DTI-Segment angrenzt; und eine leitfähige Struktur, die ein erstes leitfähiges Segment und ein zweites leitfähiges Segment aufweist, wobei das erste und das zweite leitfähige Segment das erste bzw. das zweite DTI-Segment auf der Rückseite des Substrats bedecken und direkt kontaktieren, wobei das erste DTI-Segment eine erste DTI-Seitenwand aufweist, die das Substrat direkt kontaktiert, und das erste leitfähige Segment eine erste leitfähige Seitenwand aufweist, die zu der ersten DTI-Seitenwand ausgerichtet ist. Bei einigen Ausführungsformen hat die Rückseite des Substrats ein Sägezahnprofil an dem Fotodetektor, und sie ist mit einer dielektrischen High-k-Schicht belegt, wobei die dielektrische High-k-Schicht eine Oberseite und eine Unterseite, die beide dem Sägezahnprofil entsprechen, und eine dielektrische High-k-Seitenwand aufweist, die die erste leitfähige Seitenwand direkt kontaktiert. Bei einigen Ausführungsformen kontaktiert die dielektrische High-k-Seitenwand direkt die erste DTI-Seitenwand. Bei einigen Ausführungsformen weist das erste DTI-Segment eine zweite DTI-Seitenwand auf einer Seite des ersten DTI-Segments auf, die der ersten DTI-Seitenwand gegenüberliegt, wobei das erste leitfähige Segment eine zweite leitfähige Seitenwand auf einer Seite des ersten leitfähigen Segments aufweist, die der ersten leitfähigen Seitenwand gegenüberliegt, und die zweite DTI-Seitenwand und die zweite leitfähige Seitenwand zueinander ausgerichtet sind und Kante an Kante angeordnet sind. Bei einigen Ausführungsformen weist das Substrat weiterhin einen zweiten Fotodetektor benachbart zu dem Fotodetektor auf, wobei das zweite DTI-Segment zwischen dem Fotodetektor und dem zweiten Fotodetektor angeordnet ist und das zweite DTI-Segment und das zweite leitfähige Segment eine gemeinsame Breite an einer Grenzfläche haben, an der das zweite DTI-Segment und das zweite leitfähige Segment in direktem Kontakt sind.
  • Vorstehend sind Merkmale verschiedener Ausführungsformen beschrieben worden, sodass Fachleute die Aspekte der vorliegenden Erfindung besser verstehen können. Fachleuten dürfte klar sein, dass sie die vorliegende Erfindung ohne Weiteres als eine Grundlage zum Gestalten oder Modifizieren anderer Verfahren und Strukturen zum Erreichen der gleichen Ziele und/oder zum Erzielen der gleichen Vorzüge wie bei den hier vorgestellten Ausführungsformen verwenden können. Fachleute dürften ebenfalls erkennen, dass solche äquivalenten Auslegungen nicht von dem Grundgedanken und Schutzumfang der vorliegenden Erfindung abweichen und dass sie hier verschiedene Änderungen, Ersetzungen und Abwandlungen vornehmen können, ohne von dem Grundgedanken und Schutzumfang der vorliegenden Erfindung abzuweichen.

Claims (20)

  1. Verfahren mit den folgenden Schritten: Abscheiden einer ersten dielektrischen Schicht über einer Rückseite eines Substrats, das eine Mehrzahl von darin hergestellten Fotodioden aufweist; Herstellen eines Gitters von Gräben, wobei ein Graben durch die erste dielektrische Schicht hindurchgeht und sich in das Substrat hinein erstreckt; Füllen der Gräben mit einem dielektrischen Material, um ein Grabenisolationsgitter zu erzeugen; Rückätzen des dielektrischen Materials in den Gräben auf ein Niveau unter einer Oberseite der ersten dielektrischen Schicht, um Aussparungen über dem Grabenisolationsgitter zu erzeugen; und Füllen der Aussparungen mit einem metallischen Material, um ein Metallgitter zu erzeugen, das zu dem Grabenisolationsgitter ausgerichtet wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, das weiterhin das Entfernen zumindest eines Teils der ersten dielektrischen Schicht umfasst, um zumindest einen Teil eines inneren Bereichs von Metallgitter-Segmenten in dem Metallgitter freizulegen.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, das weiterhin Folgendes umfasst: Entfernen zumindest eines Teils der ersten dielektrischen Schicht und zumindest eines Teils des Substrats, um zumindest einen Teil des inneren Bereichs der Metallgitter-Segmente in dem Metallgitter freizulegen, bis ein unterer Teil des Metallgitters mit einem festgelegten Abstand vertikal von einer Oberfläche des Substrats beabstandet ist.
  4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Herstellen des Gitters von Gräben Folgendes umfasst: Abscheiden einer Siliziumnitridschicht über der ersten dielektrischen Schicht; Herstellen einer Maskenstruktur in der Siliziumnitridschicht; und Durchätzen der ersten dielektrischen Schicht und Ätzen in das Substrat entsprechend der Maskenstruktur in der Siliziumnitridschicht.
  5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, das weiterhin Folgendes umfasst: Herstellen einer hochabsorbierenden Struktur in einem Teil der Rückseite des Substrats, wobei die erste dielektrische Schicht auf der hochabsorbierenden Struktur in dem Teil der Rückseite des Substrats abgeschieden wird.
  6. Verfahren nach Anspruch 5, das weiterhin das Entfernen zumindest eines Teils der ersten dielektrischen Schicht umfasst, bis eine Oberfläche der hochabsorbierenden Struktur freigelegt ist.
  7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die erste dielektrische Schicht eine Oxidschicht umfasst.
  8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das metallische Material Wolfram umfasst.
  9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, das weiterhin das Abscheiden einer Schicht aus dielektrischem High-k-Material über der Rückseite des Substrats umfasst, wobei die erste dielektrische Schicht auf der Schicht aus dielektrischem Low-k-Material abgeschieden wird.
  10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, das weiterhin das Belegen von Innenflächen der Aussparungen mit einer Sperrschicht umfasst, bevor die Aussparungen mit dem metallischen Material gefüllt werden.
  11. Vorrichtung mit: einem Substrat mit einer Mehrzahl von darin hergestellten Fotodioden; einem in das Substrat eingebetteten Grabenisolationsgitter mit Grabenisolationsgitter-Segmenten, wobei ein Grabenisolationsgitter-Segment eine Fotodiode seitlich umschließt; und einem über dem Grabenisolationsgitter hergestellten Metallgitter mit Metallgitter-Segmenten, wobei ein Metallgitter-Segment zu dem Grabenisolationsgitter-Segment an einer Grenzfläche zwischen dem Metallgitter-Segment und dem Grabenisolationsgitter-Segment ausgerichtet ist und mit diesem in direktem Kontakt ist und ein Querschnitt des Metallgitter-Segments an der Grenzfläche mit einem Querschnitt des Grabenisolationsgitter-Segments an der Grenzfläche identisch ist.
  12. Vorrichtung nach Anspruch 11, die weiterhin Folgendes aufweist: eine hochabsorbierende Struktur in zumindest einem Teil einer Rückseite des Substrats; und eine dielektrische Schicht, die die Rückseite des Substrats bedeckt.
  13. Vorrichtung nach Anspruch 11 oder 12, wobei die Grenzfläche zwischen dem Metallgitter-Segment und dem Grabenisolationsgitter-Segment durch einen festgelegten Abstand vertikal von einer Oberfläche des Substrats beabstandet ist.
  14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 13, wobei das Grabenisolationsgitter ein Tiefe-Grabenisolation-Gitter umfasst, das Tiefe-Grabenisolation-Gittersegmente aufweist.
  15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 14, wobei das Grabenisolationsgitter ein dielektrisches Gitter umfasst, das dielektrische Gittersegmente aufweist.
  16. Vorrichtung mit: einem Substrat mit einem Fotodetektor; einer Tiefe-Grabenisolation-Struktur (DTI-Struktur), die sich in eine Rückseite des Substrats hinein erstreckt und ein erstes DTI-Segment und ein zweites DTI-Segment aufweist, wobei der Fotodetektor zwischen dem ersten und dem zweiten DTI-Segment angeordnet ist und an das erste DTI-Segment angrenzt; und einer leitfähigen Struktur, die ein erstes leitfähiges Segment und ein zweites leitfähiges Segment aufweist, wobei das erste und das zweite leitfähige Segment das erste bzw. das zweite DTI-Segment auf der Rückseite des Substrats bedecken und direkt kontaktieren, wobei das erste DTI-Segment eine erste DTI-Seitenwand aufweist, die das Substrat direkt kontaktiert, und das erste leitfähige Segment eine erste leitfähige Seitenwand aufweist, die zu der ersten DTI-Seitenwand ausgerichtet ist.
  17. Vorrichtung nach Anspruch 16, wobei die Rückseite des Substrats ein Sägezahnprofil an dem Fotodetektor aufweist und mit einer dielektrischen High-k-Schicht belegt ist, wobei die dielektrische High-k-Schicht eine Oberseite und eine Unterseite, die beide dem Sägezahnprofil entsprechen, und eine dielektrische High-k-Seitenwand aufweist, die die erste leitfähige Seitenwand direkt kontaktiert.
  18. Vorrichtung nach Anspruch 17, wobei die dielektrische High-k-Seitenwand die erste DTI-Seitenwand direkt kontaktiert.
  19. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 16 bis 18, wobei das erste DTI-Segment eine zweite DTI-Seitenwand auf einer Seite des ersten DTI-Segments aufweist, die der ersten DTI-Seitenwand gegenüberliegt, das erste leitfähige Segment eine zweite leitfähige Seitenwand auf einer Seite des ersten leitfähigen Segments aufweist, die der ersten leitfähigen Seitenwand gegenüberliegt, und die zweite DTI-Seitenwand und die zweite leitfähige Seitenwand zueinander ausgerichtet sind und Kante an Kante angeordnet sind.
  20. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 16 bis 19, wobei das Substrat weiterhin einen zweiten Fotodetektor benachbart zu dem Fotodetektor aufweist, wobei das zweite DTI-Segment zwischen dem Fotodetektor und dem zweiten Fotodetektor angeordnet ist und das zweite DTI-Segment und das zweite leitfähige Segment eine gemeinsame Breite an einer Grenzfläche haben, an der das zweite DTI-Segment und das zweite leitfähige Segment in direktem Kontakt sind.
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