DE102020115899A1 - Verfahren zum bilden eines bildsensors - Google Patents

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Po-Chun Liu
Yung-Chang Chang
Eugene I-Chun Chen
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Taiwan Semiconductor Manufacturing Co TSMC Ltd
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Abstract

Verschiedene Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung sind auf ein Verfahren zum Bilden eines Bildsensors gerichtet, in dem eine Vorrichtungsschicht hohe kristalline Qualität hat. Gemäß manchen Ausführungsformen wird eine Hartmaskenschicht abgeschieden, die ein Substrat bedeckt. Eine erste Ätzung wird in die Hartmaskenschicht und das Substrat durchgeführt, um einen Hohlraum zu bilden. Eine zweite Ätzung wird durchgeführt, um einen kristallinen Schaden von der ersten Ätzung zu entfernen und das Substrat im Hohlraum seitlich zu vertiefen, sodass die Hartmaskenschicht über dem Hohlraum hängt. Eine Opferschicht wird gebildet, die den Hohlraum auskleidet, eine ganzflächige Ionenimplantation wird in das Substrat durch die Opferschicht durchgeführt und die Opferschicht wird entfernt. Eine Zwischenschicht wird epitaktisch gezüchtet, die den Hohlraum auskleidet und eine Deckfläche hat, die unter der Hartmaskenschicht liegt, und eine Vorrichtungsschicht wird epitaktisch gezüchtet, die den Hohlraum über der Zwischenschicht füllt. Ein Fotodetektor wird in der Vorrichtungsschicht gebildet.

Description

  • VERWEIS AUF VERWANDTE ANMELDUNG
  • Diese Anmeldung beansprucht die Priorität der vorläufigen US-Anmeldung Nr. 62/908,008 , eingereicht am 30. September 2019, die durch Bezugnahme in die vorliegende Anmeldung aufgenommen wird.
  • HINTERGRUND
  • Integrierte Schaltungen (IC) mit Bildsensoren werden in einem weiten Bereich derzeitiger elektronischer Vorrichtungen verwendet, wie zum Beispiel Kameras und Mobiltelefonen. In den letzten Jahren haben komplementäre Metalloxid-Halbleiter-Bildsensoren (CMOS-Bildsensoren, Complementary Metal-Oxide-Semiconductor) weitverbreitete Anwendung gefunden, wobei sie weitgehend ladungsgekoppelte Vorrichtungsbildsensoren (CCD-Bildsensoren, Charge-Coupled Device) ersetzen. Verglichen mit CCD-Bildsensoren werden CMOS-Bildsensoren zunehmend aufgrund des geringeren Stromverbrauchs, der kleinen Größe, schnellen Datenverarbeitung, der direkten Ausgabe von Daten und geringen Herstellungskosten bevorzugt. Manche Arten von CMOS-Bildsensoren weisen an der Vorderseite beleuchtete (FSI, Front Side Illuminated) Bildsensoren und an der Rückseite beleuchtete (BSI, Back Side Illuminated) Bildsensoren auf.
  • Figurenliste
  • Aspekte der vorliegenden Offenbarung lassen sich am besten anhand der folgenden detaillierten Beschreibung in Verbindung mit den beiliegenden Zeichnungen verstehen. Es ist zu beachten, dass gemäß der branchenüblichen Praxis verschiedene Elemente nicht maßstabsgetreu dargestellt sind. Tatsächlich können die Abmessungen der verschiedenen Elemente zugunsten einer klaren Erläuterung willkürlich vergrößert oder verkleinert sein.
    • 1 veranschaulicht eine Querschnittsansicht mancher Ausführungsformen eines Bildsensors, in welchen eine Vorrichtungsschicht in ein Substrat vertieft ist und hohe kristalline Qualität hat.
    • 2 veranschaulicht ein Oberseitenlayout mancher Ausführungsformen des Bildsensors von 1.
    • 3 veranschaulicht eine Querschnittsansicht mancher alternativer Ausführungsformen des Bildsensors von 1, in welchen eine Kappenschicht teilweise eine Deckfläche einer Zwischenschicht bedeckt.
    • 4 veranschaulicht eine Querschnittsansicht mancher alternativer Ausführungsformen des Bildsensors von 1, in welchen ein Substratimplantationsgebiet weggelassen wurde.
    • 5 veranschaulicht eine Querschnittsansicht mancher alternativer Ausführungsformen des Bildsensors von 1, in welchen eine Hartmaskenschicht über dem Substrat liegt.
    • 6 und 7 veranschaulichen Querschnittsansichten mancher alternativer Ausführungsformen des Bildsensors von 5, in welchen Bestandteile des Bildsensors variiert sind.
    • 8 veranschaulicht eine Querschnittsansicht mancher alternativer Ausführungsformen des Bildsensors von 1, in welchen sich eine Substratdielektrikumschicht an äußersten Seitenwänden des Substrats befindet.
    • 9A und 9B veranschaulichen Querschnittsansichten mancher ausführlicherer Ausführungsformen des Bildsensors von 1, in welchen der Bildsensor weiter eine Interconnect-Struktur aufweist und von der Rückseite beleuchtet (BSI) bzw. von der Vorderseite beleuchtet (FSI) ist.
    • 10 veranschaulicht eine Querschnittsansicht mancher ausführlicherer Ausführungsformen des Bildsensors von 1, in welchen der Bildsensor FSI ist und weiter eine Interconnect-Struktur aufweist, die eine Fotodetektor Öffnung definiert.
    • 11, 12A, 12B, 13-16, 17A-17C und 18-22 veranschaulichen eine Reihe von Querschnittsansichten mancher Ausführungsformen eines Verfahrens zum Bilden eines Bildsensors, in welchen eine Vorrichtungsschicht in ein Substrat vertieft ist und hohe kristalline Qualität hat.
    • 23 veranschaulicht ein Blockdiagramm des Verfahrens von 11, 12A, 12B, 13-16, 17A-17C und 18-22.
  • AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
  • Die folgende Offenbarung sieht viele verschiedene Ausführungsformen oder Beispiele zur Implementierung verschiedener Merkmale dieser Offenbarung vor. Spezielle Beispiele von Komponenten und Anordnungen sind in der Folge zur Vereinfachung der vorliegenden Offenbarung beschrieben. Diese sind natürlich lediglich Beispiele und nicht als Einschränkung gedacht. Zum Beispiel kann die Bildung eines ersten Elements über oder auf einem zweiten Element in der folgenden Beschreibung Ausführungsformen enthalten, in welchen das erste und zweite Element in direktem Kontakt gebildet sind, und kann auch Ausführungsformen enthalten, in welchen zusätzliche Elemente zwischen dem ersten und zweiten Element gebildet sein können, so dass das erste und zweite Element nicht in direktem Kontakt sein mögen. Zusätzlich kann die vorliegende Offenbarung Bezugsnummern und/oder -buchstaben in den verschiedenen Beispielen wiederholen. Diese Wiederholung dient der Einfachheit und Klarheit und legt selbst kein Verhältnis zwischen den verschiedenen besprochenen Ausführungsformen und/oder Konfigurationen fest.
  • Ferner können raumbezogene Begriffe, wie „unterhalb“, „unter“, „niedriger“, „oberhalb“, „oberer“ und dergleichen hier zur einfachen Beschreibung verwendet werden, um ein Verhältnis eines Elements oder Merkmals zu einem oder mehreren anderen Element(en) oder Merkmal(en) zu beschreiben, die in den Figuren dargestellt sind. Die raumbezogenen Begriffe sollen unterschiedliche Orientierungen der Vorrichtung in Verwendung oder Betrieb zusätzlich zu der in den Figuren dargestellten Orientierung beinhalten. Die Vorrichtung kann anders orientiert (90 Grad oder in anderen Orientierungen gedreht) sein und die raumbezogenen Deskriptoren, die hier verwendet werden, können ebenso dementsprechend interpretiert werden.
  • Komplementäre Metalloxid-Halbleiter-Bildsensoren (CMOS-Bildsensoren) können eingesetzt werden, um Nahinfrarotstrahlung (NIR-Strahlung) und Infrarotstrahlung (IR-Strahlung) zu detektieren. Diese kann für CMOS-Bildsensoren entstehen, die für Time-of-Flight-Bildgebung (ToF-Bildgebung) und andere geeignete Arten von Bildgebung verwendet werden. CMOS-Bildsensoren weisen jedoch typischerweise Silizium-basierte Fotodetektoren auf. Silizium hat eine große Bandlücke und ist somit bei Absorption von NIR- und IR-Strahlung schlecht. Daher können CMOS-Bildsensoren schlechte Quanteneffizienz (QE) für NIR- und IR-Strahlung haben. Um dies zu mildern, können Silizium-basierte Fotodetektoren durch Fotodetektoren ersetzt werden, die auf Germanium oder einer anderen geeigneten Art von Halbleitermaterial mit einer kleineren Bandlücke beruhen.
  • Ein Verfahren zum Bilden eines solchen CMOS-Bildsensors kann Durchführen einer selektiven Trockenätzung in ein Substrat zur Bildung eines Hohlraums, epitaktisches Züchten einer Vorrichtungsschicht mit einer kleineren Bandlücke als das Substrat im Hohlraum und Bilden eines Fotodetektors in der Vorrichtungsschicht umfassen. Da der Fotodetektor in der Vorrichtungsschicht gebildet wird, hängen Signal/Rauschen-Verhältnis (SNR), QE und andere geeignete Leistungsmetrik des Fotodetektors von der kristallinen Qualität der Vorrichtungsschicht ab. Zum Beispiel kann schlechte kristalline Qualität Leckstrom erhöhen und kann somit die Leistungsmetrik verschlechtern. Verschiedene Gitterkonstanten und/oder verschiedene Wärmeausdehnungskoeffizienten zwischen dem Substrat und der Vorrichtungsschicht können zu kristallinen Defekten an einer Grenzfläche zwischen dem Substrat und der Vorrichtungsschicht führen und somit kristalline Qualität der Vorrichtungsschicht verschlechtern. Weiter kann Ionenbombardement durch die Trockenätzung kristalline Defekte an der Grenzfläche verursachen und kann somit die kristalline Qualität der Vorrichtungsschicht verschlechtern.
  • Zur Verringerung von Leckstrom, der durch kristalline Defekte an der Grenzfläche verursacht wird, kann eine ganzflächige Ionenimplantation in das Substrat zwischen der Trockenätzung und dem epitaktischen Wachstum durchgeführt werden, um ein Substratimplantationsgebiet zu bilden, das den Graben auskleidet. Die ganzflächige Ionenimplantation hat eine selbe Dotierart wie, aber eine höhere Dotierkonzentration als, eine Masse des Substrats und verringert Träger, die durch kristalline Defekte an der Grenzfläche eingeführt werden. Die ganzflächige Ionenimplantation kann jedoch selbst kristalline Defekte an der Grenzfläche verursachen, was ihre Wirksamkeit beim Reduzieren von Leckstrom verringert. Weiter können Dotierstoffe aus dem Substratimplantationsgebiet zu der Vorrichtungsschicht diffundieren und ein Gebiet niedriger Widerstandsfähigkeit erzeugen. Das Gebiet niedriger Widerstandsfähigkeit kann wiederum Leckstrom über die Grenzfläche erhöhen und kann somit Inter-Pixel-Leckstrom erhöhen.
  • Verschiedene Ausführungsformen der vorliegenden Anmeldung betreffen ein Verfahren zum Bilden eines Bildsensors, in dem eine Vorrichtungsschicht in ein Substrat vertieft ist und hohe kristalline Qualität hat. Weiter betreffen verschiedene Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung den Bildsensor, der aus dem Verfahren resultiert. Gemäß manchen Ausführungsformen des Verfahrens wird eine Hartmaskenschicht über einem Substrat abgeschieden. Eine erste Ätzung wird selektiv in die Hartmaskenschicht und das Substrat durchgeführt, um einen Hohlraum zu bilden. Eine zweite Ätzung wird in das Substrat durchgeführt, um einen kristallinen Schaden von der ersten Ätzung zu entfernen. Weiter vertieft die zweite Ätzung das Substrat relativ zu der Hartmaskenschicht im Hohlraum, sodass die Hartmaskenschicht über dem Hohlraum hängt. Eine Opferdielektrikumschicht wird gebildet, die den Hohlraum auskleidet, eine ganzflächige Ionenimplantation wird in das Substrat durch die Opferdielektrikumschicht durchgeführt, um ein Substratimplantationsgebiet zu bilden, das den Hohlraum auskleidet, und die Opferdielektrikumschicht wird entfernt. Eine Zwischenschicht wird epitaktisch gezüchtet, die den Hohlraum auskleidet und eine Deckfläche aufweist, die unter der Hartmaskenschicht liegt, und eine Vorrichtungsschicht wird epitaktisch gezüchtet, die den Hohlraum über der Zwischenschicht füllt. Eine Planarisierung wird durchgeführt, um eine Deckfläche der Vorrichtungsschicht abzuflachen, und ein Fotodetektor wird in der Vorrichtungsschicht gebildet.
  • Da die zweite Ätzung den kristallinen Schaden von der ersten Ätzung entfernt, sind weniger kristalline Defekte an Oberflächen des Substrats im Hohlraum vorhanden. Weiter, da die ganzflächige Ionenimplantation durch die Opferdielektrikumschicht durchgeführt wird, bewirken die ganzflächigen Ionenimplantationen weniger oder keine kristalline(n) Defekte an den Substratoberflächen. Da die zweite Ätzung und die Opferdielektrikumschicht kristalline Defekte an den Substratoberflächen verringern, ist Leckstrom verringert. Weiter wachsen die Zwischenschicht und die Vorrichtungsschicht epitaktisch mit hoher kristalliner Qualität (z.B. weniger kristalline Defekte). Da die Zwischenschicht und die Vorrichtungsschicht epitaktisch mit höherer kristalliner Qualität wachsen, ist Leckstrom verringert. Der verringerte Leckstrom erhöht wiederum Leistung des Fotodetektors.
  • Das Substratimplantationsgebiet verringert Träger, die durch kristalline Defekte entlang der Zwischenschicht herbeigeführt werden. Somit wird Leckstrom verringert und Leistung des Fotodetektors verbessert. Weiter blockiert die Zwischenschicht Diffusion von Dotierstoffen von dem Substratimplantationsgebiet zu der Vorrichtungsschicht. Dotierstoffe, die zu der Vorrichtungsschicht diffundieren, können ein Gebiet niedriger Widerstandsfähigkeit erzeugen, das Leckstrom zwischen dem Substrat und der Vorrichtungsschicht erhöht und somit Inter-Pixel-Leckstrom erhöht. Daher, da die Zwischenschicht die Diffusion blockiert, verringert die Zwischenschicht Leckstrom und erhöht Leistung des Fotodetektors.
  • Unter Bezugnahme auf 1 ist eine Querschnittsansicht 100 mancher Ausführungsformen eines Bildsensors bereitgestellt, in welchen eine Vorrichtungsschicht 102 in ein Substrat 104 bei einem Pixel 106 vertieft ist. Die Vorrichtungsschicht 102 und das Substrat 104 sind verschiedene Halbleitermaterialien und die Vorrichtungsschicht 102 nimmt einen Fotodetektor 108 auf, der für das Pixel 106 individuell ist. Die Vorrichtungsschicht 102 kann zum Beispiel Germanium, Siliziumgermanium, ein anderes geeignetes Halbleitermaterial (andere geeignete Halbleitermaterialien) oder eine beliebige Kombination der zuvor genannten sein oder enthalten. In manchen Ausführungsformen ist eine Masse der Vorrichtungsschicht 102 undotiert. Das Substrat 104 kann zum Beispiel Silizium und/oder ein anderes geeignetes Halbleitermaterial (andere geeignete Halbleitermaterialien) sein oder enthalten. In manchen Ausführungsformen ist eine Masse des Substrats 104 mit P- oder N-Dotierstoffen dotiert.
  • Ein Substratimplantationsgebiet 110 befindet sich in dem Substrat 104 und kleidet die Vorrichtungsschicht 102 aus. Das Substratimplantationsgebiet 110 hat dieselbe Dotierart wie, aber eine höhere Dotierkonzentration als eine Masse des Substrats 104. Zum Beispiel können das Substratimplantationsgebiet 110 und die Masse des Substrats 104 beide vom P-Typ oder N-Typ sein. In manchen Ausführungsformen ist eine Dotierkonzentration des Substratimplantationsgebiets 110 etwa 1e17-5e18 Atome pro Kubikzentimeter, größer als etwa 5e18 Atome pro Kubikzentimeter oder ist eine andere geeignete Dotierkonzentration.
  • Eine Zwischenschicht 112 umschließt eine Unterseite der Vorrichtungsschicht 102 und trennt die Vorrichtungsschicht 102 von dem Substratimplantationsgebiet 110. Die Zwischenschicht 112 ist ein undotiertes Halbleitermaterial, das sich von jenem der Vorrichtungsschicht 102 unterscheidet. In alternativen Ausführungsformen ist die Zwischenschicht 112 ein leicht dotiertes Halbleitermaterial, das sich von jenem der Vorrichtungsschicht 102 unterscheidet und/oder das eine geringere Dotierkonzentration als das Substratimplantationsgebiet 110 hat. Die leichte Dotierung kann zum Beispiel eine Dotierkonzentration kleiner als etwa 1015 Atome pro Kubikzentimeter oder einen anderen geeigneten Wert haben. Die Zwischenschicht 112 kann zum Beispiel Silizium und/oder ein anderes geeignetes Halbleitermaterial sein oder aufweisen. In manchen Ausführungsformen ist oder weist die Zwischenschicht 112 dasselbe Halbleitermaterial wie das Substrat 104 auf. Zum Beispiel können die Zwischenschicht 112 und das Substrat 104 beide Silizium sein, während die Vorrichtungsschicht 102 Germanium oder Siliziumgermanium sein kann. Andere geeignete Materialien sind jedoch geeignet.
  • Das Substratimplantationsgebiet 110 verringert Träger, die durch kristalline Defekte an einer ersten Grenzfläche 114 zwischen der Zwischenschicht 112 und dem Substrat 104 und/oder an einer zweiten Grenzfläche 116 zwischen der Zwischenschicht 112 und der Vorrichtungsschicht 102 herbeigeführt werden. Infolgedessen kann Leckstrom an der ersten und/oder zweiten Grenzfläche 114, 116 verringert werden und Leistung des Fotodetektors 108 kann erhöht werden. Zum Beispiel können QE, SNR und eine andere geeignete Leistungsmetrik des Fotodetektors 108 erhöht werden. Die kristallinen Defekte können zum Beispiel Threading-Versetzungsdefekte enthalten, die aus verschiedenen Gitterkonstanten und/oder verschiedenen Wärmeausdehnungskoeffizienten zwischen der Vorrichtungsschicht 102 und dem Substrat 104 entstehen.
  • Die Zwischenschicht 112 hat einen hohen Widerstand von der ersten Grenzfläche 114 zu der zweiten Grenzfläche 116, um Leckstrom von der Vorrichtungsschicht 102 zu dem Substrat 104 zu verringern. Durch Verringern von Leckstrom von der Vorrichtungsschicht 102 zu dem Substrat 104 wird Inter-Pixel-Leckstrom verringert und Leistung des Fotodetektors 108 wird erhöht. Der hohe Widerstand kann zum Beispiel größer als etwa 100 Kiloohm oder ein anderer geeigneter Wert sein. Die Zwischenschicht 112 blockiert weiter Dotierstoffe aus dem Substratimplantationsgebiet 110 am Diffundieren zu der Vorrichtungsschicht 102. Zum Beispiel kann das Substratimplantationsgebiet 110 eine P-Dotierung haben und die Zwischenschicht 112 kann Bor oder andere geeignete P-Dotierstoffe am Diffundieren zu der Vorrichtungsschicht 102 blockieren. Dotierstoffe, die zu der Vorrichtungsschicht 102 diffundieren, können ein Gebiet geringen Widerstands von dem Substrat 104 zu der Vorrichtungsschicht 102 erzeugen und können somit Inter-Pixel-Leckstrom erhöhen. Da die Zwischenschicht 112 die Diffusion blockiert, kann der Widerstand von dem Substrat 104 zu der Vorrichtungsschicht 102 hoch bleiben und Leckstrom kann nieder bleiben.
  • Wie in der Folge ersichtlich wird, kann ein Verfahren zum Bilden der Vorrichtungsschicht 102, die in das Substrat 104 vertieft ist, zum Beispiel umfassen:
    • Durchführen einer ersten selektiven Ätzung in das Substrat 104, um einen Hohlraum zu bilden;
    • Durchführen einer zweiten Ätzung in das Substrat 104, um kristallinen Schaden an dem Substrat 104 von der ersten Ätzung zu entfernen; epitaktisches Züchten der Zwischenschicht 112, die den Hohlraum auskleidet und teilweise füllt; und epitaktisches Züchten der Vorrichtungsschicht 102, die einen Rest des Hohlraums über der Zwischenschicht 112 füllt. Es sind jedoch andere geeignete Verfahren möglich. Die erste Ätzung kann zum Beispiel durch Trockenätzung oder eine andere geeignete Art von Ätzung durchgeführt werden und kann zum Beispiel den kristallinen Schaden durch Ionenbombardement verursachen. Die zweite Ätzung ätzt ohne oder mit minimalem kristallinen Schaden an dem Substrat 104 und kann zum Beispiel durch chemische Reaktion und/oder ohne Abhängigkeit von Ionenbombardement ätzen. Die zweite Ätzung kann zum Beispiel durch chemische Trockenätzung (CDE), Nassätzung oder eine andere geeignete Art von Ätzung durchgeführt werden.
  • Da die zweite Ätzung den kristallinen Schaden entfernt, werden kristalline Defekte an der ersten Grenzfläche 114 verringert. Infolgedessen können die Zwischenschicht 112 und die Vorrichtungsschicht 102 mit höherer kristalliner Qualität epitaktisch gezüchtet werden. Weiter können kristalline Defekte an der zweiten Grenzfläche 116 verringert werden. Die verringerten kristallinen Defekte und die höhere kristalline Qualität verringern Leckstrom und verbessern Leistung des Fotodetektors 108.
  • Wie in der Folge ersichtlich ist, kann ein Verfahren zum Bilden des Substratimplantationsgebiets 110 zum Beispiel umfassen: Durchführen einer selektiven Ätzung in das Substrat 104, um einen Hohlraum zu bilden; Abscheiden einer Opferdielektrikumschicht, die den Hohlraum auskleidet, durch Wärmeoxidation des Substrats 104; Durchführen einer ganzflächigen Ionenimplantation in das Substrat 104 durch die Opferdielektrikumschicht, um das Substratimplantationsgebiet 110 zu bilden, das den Hohlraum auskleidet; und Entfernen der Opferdielektrikumschicht. Andere geeignete Verfahren sind jedoch möglich. Da die ganzflächige Ionenimplantation durch die Opferdielektrikumschicht durchgeführt wird, verursachen die ganzflächigen Ionenimplantationen keinen oder minimalen kristallinen Schaden an Oberflächen des Substrats 104 an der ersten Grenzfläche 114. Infolgedessen können die Zwischenschicht 112 und die Vorrichtungsschicht 102 mit höherer kristalliner Qualität epitaktisch gezüchtet werden. Weiter können kristalline Defekte an der zweiten Grenzfläche 116 verringert werden. Die verringerten kristallinen Defekte und die höhere kristalline Qualität verringern Leckstrom und verbessern Leistung des Fotodetektors 108.
  • Wie oben besprochen, kann ein Verfahren zum Bilden der Vorrichtungsschicht 102 kristallinen Schaden entfernen, der während des Bildens eines Hohlraums verursacht wird, in dem die Vorrichtungsschicht 102 gebildet ist. Weiter kann ein Verfahren zum Bilden des Substratimplantationsgebiets 110 durch eine Opferdielektrikumschicht durchgeführt werden, um kristallinen Schaden an dem Substrat 104 zu vermeiden. Infolgedessen können die Zwischenschicht 112 und die Vorrichtungsschicht 102 hohe kristalline Qualität haben und eine Threading-Versetzungsdichte (TDD) an der ersten Grenzfläche 114 und/oder der zweiten Grenzfläche 116 kann gering sein. Zum Beispiel kann die Vorrichtungsschicht 102 eine niedere TDD an der zweiten Grenzfläche 116 haben, die kleiner als etwa 3e7 Threading-Versetzungen pro Zentrum zum Quadrat oder ein anderer geeigneter Wert ist.
  • Der Fotodetektor 108 weist ein erstes Kontaktgebiet 118 und ein zweites Kontaktgebiet 120 auf. Das erste und zweite Kontaktgebiet 118, 120 sind dotierte Halbleitergebiete in der Vorrichtungsschicht 102 und befinden sich an entgegengesetzten Seiten der Vorrichtungsschicht 102. Das erste Kontaktgebiet 118 hat eine erste Dotierart, während das zweite Kontaktgebiet 120 eine zweite Dotierart hat, die der ersten Dotierart entgegengesetzt ist. Die erste und zweite Dotierungsart können zum Beispiel N bzw. P sein oder umgekehrt. Der Fotodetektor 108 kann zum Beispiel eine PIN-Fotodiode oder eine andere geeignete Art von Fotodiode sein.
  • Eine Kappenschicht 122 liegt über der Vorrichtungsschicht 102 und schützt die Vorrichtungsschicht 102 während der Bildung von Silicidschichten (nicht dargestellt) und einer Interconnect-Struktur (nicht dargestellt) über der Vorrichtungsschicht 102. Dies verhindert kristallinen Schaden an der Vorrichtungsschicht 102, der Leistung des Fotodetektors 108 verschlechtern kann. Die Kappenschicht 122 kann zum Beispiel dasselbe Material wie das Substrat 104 sein und/oder kann zum Beispiel Silizium oder ein anderes geeignetes Halbleitermaterial sein oder aufweisen. Weiter kann die Kappenschicht 122 zum Beispiel undotiert sein.
  • Ein tiefes Implantatsisolationsgebiet (DII-Gebiet) 124 und ein flaches Implantatsisolationsgebiet (SII-Gebiet) 126 befinden sich in dem Substrat 104, um elektrische Isolation zwischen dem Pixel 106 und benachbarten Pixeln (nicht dargestellt) bereitzustellen. Das DII-Gebiet 124 hat ein Paar von DII-Segmenten an gegenüberliegenden Seiten des Pixels 106 und das SII-Gebiet 126 hat ein Paar von SII-Segmenten, die über den DII-Gebietsegmenten liegen. In manchen Ausführungsformen erstrecken sich das DII-Gebiet 124 und/oder das SII-Gebiet 126 in einem geschlossenen Pfad (in der Querschnittsansicht 100 nicht vollständig erkennbar) entlang einer Grenze des Pixels 106, um das Pixel 106 zu umgeben. Das DII-Gebiet 124 und das SII-Gebiet 126 teilen sich eine Dotierart, aber das SII-Gebiet 126 hat eine höhere Dotierkonzentration als das DII-Gebiet 124. Die gemeinsame Dotierart kann zum Beispiel jener der Masse des Substrats 104 entgegengesetzt sein.
  • Ein tiefes Substratimplantatsgebiet (DSI-Gebiet) 128 und ein flaches Substratimplantatsgebiet (SSI-Gebiet) 130 befinden sich in dem Substrat 104 zwischen der Vorrichtungsschicht 102 und dem DII-Gebiet 124. In alternativen Ausführungsformen ist das DSI-Gebiet 128 weggelassen. Das SSI-Gebiet 130 liegt über dem DSI-Gebiet 128 und teilt sich eine Dotierart mit dem DSI-Gebiet 128. Die gemeinsame Dotierart kann zum Beispiel dieselbe sein wie jene einer Masse des Substrats 104. Weiter hat das SSI-Gebiet 130 eine höhere Dotierkonzentration als das DSI-Gebiet 128 und das Substrat 104.
  • In manchen Ausführungsformen ist die Vorrichtungsschicht 102 ein Material mit einem hohen Absorptionskoeffizienten für NIR-Strahlung und/oder IR-Strahlung relativ zu Silizium oder weist dieses auf. Zum Beispiel kann die Vorrichtungsschicht 102 Germanium oder andere geeignete Materialien sein oder aufweisen. Daher kann der Bildsensor zum Detektieren von IR-Strahlung und/oder IR-Strahlung eingesetzt werden. Dies findet für ToF-Bildgebung und andere geeignete Arten von Bildgebung Anwendung. NIR-Strahlung kann zum Beispiel Wellenlängen von etwa 850-940 Nanometer, etwa 850-1550 Nanometer, etwa 850-1200 Nanometer, etwa 1200-1550 Nanometer, manche andere geeignete Wellenlängen oder eine beliebige Kombination der zuvor genannten enthalten. IR-Strahlung kann zum Beispiel Wellenlängen von etwa 1,5-30 Mikrometer und/oder andere geeignete Wellenlängen enthalten. In manchen Ausführungsformen hat die Vorrichtungsschicht 102 eine hohe Quanteneffizienz größer als etwa 80% oder einen anderen geeigneten Wert für Wellenlängen von etwa 850-940 Nanometer und für andere geeignete Wellenlängen. Solche Ausführungsformen können zum Beispiel entstehen, wenn die Vorrichtungsschicht 102 Germanium oder andere geeignete Materialien ist oder aufweist.
  • In manchen Ausführungsformen hat die Vorrichtungsschicht 102 eine kleine Bandlücke relativ zu Silizium. Eine solche kleine Bandlücke kann zum Beispiel in einem hohen Absorptionskoeffizienten für NIR- und/oder IR-Strahlung relativ zu Silizium resultieren. In manchen Ausführungsformen hat die Vorrichtungsschicht 102 eine kleine Bandlücke relativ zu dem Substrat 104, der Zwischenschicht 112, der Kappenschicht 122 oder einer Kombination (z.B. allen) der zuvor genannten. In manchen Ausführungsformen hat die Vorrichtungsschicht 102 einen hohen Absorptionskoeffizienten für NIR- und/oder IR-Strahlung relativ zu dem Substrat 104, der Zwischenschicht 112, der Kappenschicht 122 oder einer Kombination (z.B. allen) der zuvor genannten. In manchen Ausführungsformen weist die Vorrichtungsschicht 102 Silizium, Germanium oder ein anderes geeignetes Element (andere geeignete Elemente) auf.
  • In manchen Ausführungsformen hat die Vorrichtungsschicht 102 eine Höhe Hdl , die etwa 2-50 Mikrometer, etwa 2-26 Mikrometer, etwa 25-50 Mikrometer, oder ein anderer geeigneter Wert ist. Wenn die Höhe Hdl zu gering ist (z.B. kleiner als etwa 2 Mikrometer oder ein anderer geeigneter Wert), kann die Vorrichtungsschicht 102 eine schlechte Absorption für einfallende Photonen haben und der Fotodetektor 108 kann eine schlechte Leistung haben. Wenn die Höhe Hdl zu groß ist (z.B. größer als etwa 50 Mikrometer oder ein anderer geeigneter Wert), kann die Bildung der Vorrichtungsschicht 102 vertieft in das Substrat 104 lange dauern und kann eine signifikante Auswirkung auf den Herstellungsdurchsatz haben.
  • In manchen Ausführungsformen hat die Zwischenschicht 112 eine Dicke Ti , die etwa 430-1000 Ängström, etwa 430-715 Ängström, etwa 715-1000 Ängström oder ein anderer geeigneter Wert ist. Falls die Dicke Ti zu gering ist (z.B. kleiner als etwa 430 Ängström oder ein anderer geeigneter Wert), kann die Zwischenschicht 112 unfähig sein, Diffusion von Dotierstoffen von dem Substratimplantationsgebiet 110 zu der Vorrichtungsschicht 102 zu blockieren, und/oder ein Widerstand zwischen der Vorrichtungsschicht 102 und dem Substrat 104 kann gering sein. Infolgedessen kann Leckstrom zwischen dem Substrat 104 und der Vorrichtungsschicht 102 hoch sein und eine negative Auswirkung auf die Leistung des Fotodetektors 108 haben. Falls die Dicke Ti zu hoch ist (z.B. größer als etwa 1000 Ängström oder ein anderer geeigneter Wert), kann die Zwischenschicht 112 lange brauchen, um epitaktisch zu wachsen und kann eine signifikante Auswirkung auf Durchsatz haben.
  • In manchen Ausführungsformen ist die Dicke Ti etwa 450 Ängström, ein Widerstand von der ersten Grenzfläche 114 zu der zweiten Grenzfläche 116 ist etwa 106 Kiloohm und eine Dotierkonzentration des Substratimplantationsgebiets 110 ist etwa 5017 Atome pro Kubikzentimeter. In anderen Ausführungsformen ist die Dicke Ti etwa 900 Ängström, der Widerstand ist etwa 1020 Kiloohm und die Dotierkonzentration des Substratimplantationsgebiets 110 ist etwa 5017 Atome pro Kubikzentimeter. Andere Dicken, Widerstände und Dotierkonzentrationen sind jedoch möglich.
  • Unter Bezugnahme auf 2 ist ein Oberseitenlayout 200 mancher Ausführungsformen des Bildsensors von 1 bereitgestellt. Die Querschnittsansicht 100 von 1 kann zum Beispiel entlang Linie A sein. Die Zwischenschicht 112 erstreckt sich seitlich in einem geschlossenen Pfad um die Vorrichtungsschicht 102. Weiter hat die Zwischenschicht 112 eine Dicke Ti , während die Vorrichtungsschicht 102 eine erste Dimension Xdl und eine zweite Dimension Ydl hat. In manchen Ausführungsformen kann die Dicke Ti zum Beispiel etwa 0,1-1,0, etwa 0,1-0,5 oder etwa 0,5-1,0 Prozent eines Durchschnitts der ersten und zweiten Dimension Xdl, Ydl sein. Zum Beispiel kann die Dicke Ti gleich 0,1%*(Xdl+Ydl)/2 bis 1,0%*(Xdl+Ydl)/2 sein. In anderen Ausführungsformen hat die Dicke Ti einen anderen geeigneten Wert.
  • Das SII-Gebiet 126 und das DII-Gebiet 124 (gestrichelt dargestellt) erstrecken sich seitlich entlang einer Peripherie des Pixels 106 in einem geschlossenen Pfad, um das Pixel 106 zu umgeben und das Pixel 106 von benachbarten Pixeln zu trennen. Das SSI-Gebiet 130 und das DSI-Gebiet 128 (in Phantomlinien dargestellt) befinden sich zwischen dem SII-Gebiet 126 und der Vorrichtungsschicht 102. Das SII-Gebiet 126, das DII-Gebiet 124, das SSI-Gebiet 130, das DSI-Gebiet 128 oder eine beliebige Kombination der zuvor genannten können zum Beispiel andere geeignete Stellen und/oder Layouts in alternativen Ausführungsformen haben.
  • Unter Bezugnahme auf 3 ist eine Querschnittsansicht 300 mancher alternativer Ausführungsformen des Bildsensors von 1 bereitgestellt, in welchen die Kappenschicht 122 teilweise eine Deckfläche der Zwischenschicht 112 bedeckt. Wie in der Folge ersichtlich ist, kann die Zwischenschicht 112 gebildet werden, während eine Hartmaskenschicht (nicht dargestellt) über einem Hohlraum hängt, in dem später die Vorrichtungsschicht 102 gebildet wird. Abhängig von einer Dicke Ti der Zwischenschicht 112 und dem Ausmaß des Überhangs kann die Zwischenschicht 112 mit der Deckfläche teilweise oder vollständig unter der Hartmaskenschicht liegend gebildet werden. Wenn die Deckfläche der Zwischenschicht 112 teilweise unter der Hartmaskenschicht liegend gebildet wird, kann die Kappenschicht 122 teilweise über der Deckfläche liegend gebildet werden, wie veranschaulicht.
  • Unter Bezugnahme auf 4 ist eine Querschnittsansicht 400 mancher alternativer Ausführungsformen des Bildsensors von 1 bereitgestellt, in welchen das Substratimplantationsgebiet 110 weggelassen wurde. Während die Zwischenschicht 112 nicht mehr länger dazu dient, Dotierstoffe des Substratimplantationsgebiets 110 am Diffundieren zu der Vorrichtungsschicht 102 zu blockieren, kann die Zwischenschicht 112 weiterhin einen hohen Widerstand zwischen der Vorrichtungsschicht 102 und dem Substrat 104 bereitstellen. Der hohe Widerstand kann zum Beispiel größer als etwa 100 Kiloohm oder ein anderer geeigneter Wert sein. Aufgrund des hohen Widerstands kann Leckstrom zwischen der Vorrichtungsschicht 102 und dem Substrat 104 verringert werden und Leistung des Fotodetektors 108 kann erhöht werden.
  • Unter Bezugnahme auf 5 ist eine Querschnittsansicht 500 mancher alternativer Ausführungsformen des Bildsensors von 1 bereitgestellt, in welchen eine Hartmaskenschicht 502 über dem Substrat 104 und der Zwischenschicht 112 liegt. Die Hartmaskenschicht 502 hat Öffnungen 504, die das SII-Gebiet 126 und das SSI-Gebiet 130 freilegen. Weiter erstreckt sich die Hartmaskenschicht 502 über eine Seitenwand des Substrats 104 hinaus, zu der Kappenschicht 122, mit einer Distanz Dhm , die gleich oder etwa gleich einer Dicke Ti der Zwischenschicht 112 ist. In alternativen Ausführungsformen ist die Distanz Dhm kleiner oder größer als die Dicke Ti . Die Hartmaskenschicht 502 kann zum Beispiel undotiertes Silicatglas (USG), Oxid, ein anderes geeignetes Dielektrikum (andere geeignete Dielektrika) oder eine beliebige Kombination der zuvor genannten sein.
  • Wie in der Folge ersichtlich ist, kann die Hartmaskenschicht 502 als eine Hartmaske während des Bildens eines Hohlraums eingesetzt werden, in dem die Zwischenschicht 112 und die Vorrichtungsschicht 102 gebildet werden. In manchen Ausführungsformen wird die Hartmaskenschicht 502 danach entfernt und bleibt nicht bis zur endgültigen Struktur des Bildsensors bestehen. In alternativen Ausführungsformen wird die Hartmaskenschicht 502 nicht entfernt und bleibt in der endgültigen Struktur des Bildsensors bestehen.
  • Unter Bezugnahme auf 6 und 7 sind Querschnittsansichten 600, 700 mancher alternativer Ausführungsformen des Bildsensors von 5 bereitgestellt, in welchen Bestandteile des Bildsensors variiert sind. In beiden Figuren, 6 und 7, sind Seitenwände der Vorrichtungsschicht 102 abgeschrägt. Weiter sind manche Ecken des Substratimplantationsgebiets 110, der Zwischenschicht 112, der Vorrichtungsschicht 102 bzw. der Hartmaskenschicht 502 abgerundet. In 6 ist die Distanz Dhm , über die sich die Hartmaskenschicht 502 erstreckt, kleiner als in 7.
  • Unter Bezugnahme auf 8 ist eine Querschnittsansicht 800 mancher alternativer Ausführungsformen des Bildsensors von 1 bereitgestellt, in welchen eine Substratdielektrikumschicht 802 ein Paar von Segmenten aufweist, die äußerste Seitenwände des Substrats 104 auskleiden, die an gegenüberliegenden Seiten des Substrats 104 liegen. Während ein einzelnes Pixel 106 zwischen den Segmenten der Substratdielektrikumschicht 802 liegt, ist klar, dass zusätzliche Pixel zwischen den Segmenten liegen können. Jedes dieser zusätzlichen Pixel kann zum Beispiel wie sein Gegenstück veranschaulicht und beschrieben ist, sein.
  • In manchen Ausführungsformen befindet sich das Substrat 104 vollständig zwischen den Segmenten der Substratdielektrikumschicht 802. In manchen Ausführungsformen erstreckt sich die Substratdielektrikumschicht 802 in einem geschlossenen Pfad (in der Querschnittsansicht 800 nicht sichtbar) entlang der Grenze des Substrats 104, um das Substrat 104 vollständig zu umgeben. In manchen Ausführungsformen hat die Substratdielektrikumschicht 802 dieselbe Höhe wie das Substrat 104. In manchen Ausführungsformen hat die Substratdielektrikumschicht 802 eine Deckfläche die gleich oder etwa gleich mit jener des Substrats 104 ist, und/oder hat eine Bodenfläche, die gleich oder etwa gleich mit jener des Substrats 104 ist. Die Substratdielektrikumschicht 802 kann zum Beispiel Siliziumoxid und/oder ein anderes geeignetes Dielektrikum (andere geeignete Dielektrika) sein oder aufweisen.
  • Wie in der Folge ersichtlich ist, kann die Vorrichtungsschicht 102 durch epitaktisches Wachstum gebildet werden. Die Substratdielektrikumschicht 802 schützt die äußersten Seitenwände des Substrats 104, sodass Material der Vorrichtungsschicht 102 nicht epitaktisch an den Seitenwänden wächst. Weiter befindet sich in manchen Ausführungsformen die Substratdielektrikumschicht 802 auf einer Bodenfläche des Substrats 104 und schützt diese während des epitaktischen Wachstums, sodass Material der Vorrichtungsschicht 102 nicht epitaktisch auf der Bodenfläche wächst. In mindestens manchen dieser Ausführungsformen können Teile der Vorrichtungsschicht 102 auf der Bodenfläche anschließend durch eine Planarisierung oder einen anderen geeigneten Prozess entfernt werden.
  • Unter Bezugnahme auf 9A und 9B sind Querschnittsansichten 900A, 900B mancher ausführlicherer Ausführungsformen des Bildsensors von 1 bereitgestellt, in welchen der Bildsensor weiter eine Interconnect-Struktur 902 aufweist und BSI bzw. FSI ist. Die Interconnect-Struktur 902 liegt über der Kappenschicht 122 an einer Vorderseite 104f des Substrats 104. Weiter weist die Interconnect-Struktur 902 eine Interconnect Dielektrikumschicht 904, mehrere Kontakte 906, mehrere Drähte 908 und mehrere Durchkontaktierungen 910 auf. Die Interconnect Dielektrikumschicht 904 kann zum Beispiel Siliziumoxid und/oder ein anderes geeignetes Dielektrikum (andere geeignete Dielektrika) sein oder aufweisen.
  • Die Kontakte 906, die Drähte 908 und die Durchkontaktierungen 910 befinden sich in der Interconnect Dielektrikumschicht 904. Die Kontakte 906 erstrecken sich von Silicidschichten 912, die sich auf dem ersten bzw. zweiten Kontaktgebiet 118, 120 befinden, dem SII-Gebiet 126 und dem SSI-Gebiet 130. Die Drähte 908 und die Durchkontaktierungen 910 sind abwechselnd über und den Kontakten 906 gestapelt und elektrisch an diese gekoppelt. Die Kontakte 906, die Drähte 908 und die Durchkontaktierungen 910 können zum Beispiel Metall und/oder ein anderes geeignetes leitfähiges Material (andere geeignete leitfähige Materialien) sein oder aufweisen. Die Silicidschichten 912 können zum Beispiel Nickelsilicid und/oder ein anderes geeignetes Silicid (andere geeignete Silicide) sein oder aufweisen.
  • Eine Fotolackschutz-Dielektrikumschicht (RPD-Schicht, Resist Protect Dielectric) 914 und eine Kontaktätzstoppschicht (CESL, Contact Etch Stop Layer) 916 trennen die Interconnect-Struktur 902 von der Kappenschicht 122 und dem Substrat 104. Die RPD Schicht 914 kann zum Beispiel Stellen definieren, an welchen die Silicidschichten 912 während der Bildung des Bildsensors gebildet werden. Weiter kann die RPD-Schicht 914 zum Beispiel Siliziumoxid und/oder ein anderes geeignetes Dielektrikum (andere geeignete Dielektrika) sein oder aufweisen. Die CESL 916 kann zum Beispiel als ein Ätzstopp während der Bildung der Kontakte 906 dienen. Weiter kann die CESL 916 zum Beispiel Siliziumnitrid und/oder ein anderes geeignetes Dielektrikum (andere geeignete Dielektrika) sein oder aufweisen.
  • In der 9A, wo der Bildsensor BSI ist, liegt eine Mikrolinse 918 unter dem Substrat 104 an einer Rückseite 104b des Substrats 104. Weiter trennt eine Antireflexionsschicht 920 die Mikrolinse 918 von der Rückseite 104b des Substrats 104. In 9B, wo der Bildsensor FSI ist, liegt die Mikrolinse 918 über der Interconnect-Struktur 902 an der Vorderseite 104f des Substrats 104. Weiter trennt die Antireflexionsschicht 920 die Mikrolinse 918 von der Interconnect-Struktur 902. Unabhängig davon, ob der Bildsensor BSI oder FSI ist, entspricht die Mikrolinse 918 dem Fotodetektor 108 und fokussiert einfallende Strahlung auf diesen.
  • Unter Bezugnahme auf 10 ist eine Querschnittsansicht 1000 mancher ausführlicherer Ausführungsformen des Bildsensors von 1 bereitgestellt, in welchen der Bildsensor FSI ist und weiter eine Interconnect-Struktur 902 aufweist, die eine Fotodetektoröffnung 1002 definiert. Die Fotodetektoröffnung 1002 liegt über dem Fotodetektor 108 und stellt einen Pfad für einfallende Strahlung bereit, sodass diese auf den Fotodetektor 108 trifft. Die Interconnect-Struktur 902 ist ihren Gegenstücken in 9A und 9B ähnlich und weist daher eine Interconnect-Dielektrikumschicht 904, mehrere Kontakte 906 und mehrere Drähte 908 auf, wie in Bezug auf 9A und 9B beschrieben. Im Gegensatz zu ihren Gegenstücken in 9A und 9B jedoch hat die Interconnect-Struktur 902 eine einzelne Ebene von Drähten und es fehlen Durchkontaktierungen. In alternativen Ausführungsformen kann die Interconnect-Struktur 902 zusätzliche Ebenen von Drähten 908 und Durchkontaktierungen 910 wie in 9A und 9B haben.
  • Eine erste Passivierungsschicht 1004 bedeckt die Interconnect-Struktur 902 und kleidet die Fotodetektoröffnung 1002 aus. Weiter bedeckt eine zweite Passivierungsschicht 1006 die Interconnect-Struktur 902 und kleidet die Fotodetektoröffnung 1002 über der ersten Passivierungsschicht 1004 aus. Die erste Passivierungsschicht 1004 kann zum Beispiel Siliziumoxid und/oder ein anderes geeignetes Dielektrikum (andere geeignete Dielektrika) sein oder aufweisen und/oder die zweite Passivierungsschicht 1006 kann zum Beispiel Siliziumnitrid und/oder ein anderes geeignetes Dielektrikum (andere geeignete Dielektrika) sein oder aufweisen.
  • Während die Bildsensoren von 1-8, 9A, 9B und 10 mit einem einzelnen Pixel 106 veranschaulicht und beschrieben sind, kann jeder der Bildsensoren in manchen Ausführungsformen zusätzliche Pixel enthalten. Die zusätzlichen Pixel können zum Beispiel jeweils wie das Pixel 106 sein, das in dem entsprechenden Bildsensor veranschaulicht und beschrieben ist. Zum Beispiel kann 1 zusätzliche Pixel haben, die jeweils wie das Pixel 106 sind, das in 1 veranschaulicht und beschrieben ist. Während 2 ein Oberseitenlayout für den Bildsensor von 1 veranschaulicht, kann das Oberseitenlayout an dem Bildsensor in einer von 3-8, 9A, 9B und 10 angewendet werden. Zum Beispiel kann jede von 3-8, 9A, 9B und 10 entlang Linie A von 2 erstellt werden. Während 3-8 Variationen an dem Bildsensor von 1 veranschaulichen, können diese Variationen an dem Bildsensor jeder von 3-8 angewendet werden. Zum Beispiel kann die Kappenschicht 122 von 4 alternativ über der Zwischenschicht 112 liegen, wie in 3 veranschaulicht und beschrieben ist. Während 9A und 9B den Bildsensor von 1 in einer BSI-Konfiguration bzw. einer FSI-Konfiguration veranschaulichen, kann der Bildsensor in jeder von 3-8 eine BSI-Konfiguration wie in 9A und eine FSI-Konfiguration wie in 9B aufweisen. Während 10 den Bildsensor von 1 in einer alternativen FSI-Konfiguration veranschaulicht, kann der Bildsensor in jeder von 3-8 eine FSI-Konfiguration wie in 10 aufweisen.
  • Unter Bezugnahme auf 11, 12A, 12B, 13-16, 17A-17C und 18-22 ist eine Reihe von Querschnittsansichten 1100, 1200A, 1200B, 1300-1600, 1700A-1700C, 1800-2200 mancher Ausführungsformen eines Verfahrens zum Bilden eines Bildsensors bereitgestellt, in welchen eine Vorrichtungsschicht in ein Substrat vertieft ist und hohe kristalline Qualität hat. Das Verfahren ist durch Bildung des Bildsensors von 9A veranschaulicht. Das Verfahren kann jedoch zum Beispiel zur Bildung des Bildsensors in einer von 1-8, 9B und 10 eingesetzt werden und kann zum Beispiel zum Bilden anderer geeigneter Bildsensoren eingesetzt werden.
  • Wie durch die Querschnittsansicht 1100 von 11 veranschaulicht, ist eine Hartmaskenschicht 502 über einen Substrat 104 abgeschieden. In manchen Ausführungsformen ist eine Dicke Thm der Hartmaskenschicht 502 etwa 300-2000 Ängström, etwa 300-1150 Ängström, etwa 1150-2000 Ängström, etwa 750 Ängström oder ein anderer geeigneter Wert. Die Hartmaskenschicht 502 kann zum Beispiel USG und/oder ein anderes geeignetes Dielektrikum (andere geeignete Dielektrika) sein oder aufweisen. Das Substrat 104 kann zum Beispiel kristallines Silizium oder ein anderes geeignetes Halbleitermaterial sein oder aufweisen. In manchen Ausführungsformen ist das Substrat 104 eine Bulkhalbleitersubstrat. Weiter ist in manchen Ausführungsformen das Substrat 104 mit P-Dotierstoffen dotiert.
  • Ebenso durch die Querschnittsansicht 1100 von 11 veranschaulicht, sind ein DII-Gebiet 124, ein SII-Gebiet 126, ein DSI-Gebiet 128 und ein SSI-Gebiet 130 in dem Substrat 104 gebildet. In alternativen Ausführungsformen wurde das DSI-Gebiet 128 weggelassen. Das DII-Gebiet 124, das SII-Gebiet 126, das DSI-Gebiet 128 und das SSI-Gebiet 130 sind dotierte Gebiete des Substrats 104 und werden durch Ionenimplantation und/oder einen anderen geeigneten Dotierungsprozess (andere geeignete Dotierungsprozesse) gebildet. In manchen Ausführungsformen wird die Ionenimplantation durch die Hartmaskenschicht 502 durchgeführt, um kristallinen Schaden und somit Leckstrom in dem Substrat 104 zu vermeiden.
  • Das DII-Gebiet 124 und das SII-Gebiet 126 befinden sich in dem Substrat 104, um elektrische Isolation zwischen einem Pixel 106, das gebildet wird, und benachbarten Pixeln (nicht dargestellt), die gebildet werden, bereitzustellen. Das DII-Gebiet 124 hat ein Paar von DII-Segmenten an gegenüberliegenden Seiten des Pixels 106 und das SII-Gebiet 126 hat ein Paar von SII-Segmenten, die über den DII-Gebietsegmenten liegen. In manchen Ausführungsformen haben das DII-Gebiet 124 und das SII-Gebiet 126 Oberseitenlayouts wie in 2, aber andere geeignete Oberseitenlayouts sind möglich. Das DII-Gebiet 124 und das SII-Gebiet 126 teilen sich eine Dotierart, aber das SII-Gebiet 126 hat eine höhere Dotierkonzentration als das DII-Gebiet 124. Die gemeinsame Dotierart kann zum Beispiel jener einer Masse des Substrats 104 entgegengesetzt sein.
  • Das DSI-Gebiet 128 und das SSI-Gebiet 130 befinden sich in dem Substrat 104 zwischen den DII-Segmenten des DII-Gebiets 124. In manchen Ausführungsformen haben das DSI-Gebiet 128 und das SSI-Gebiet 130 Oberseitenlayouts wie in 2, aber andere geeignete Oberseitenlayouts sind möglich. Das SSI-Gebiet 130 liegt über dem DSI-Gebiet 128 und teilt eine Dotierart mit dem DSI-Gebiet 128. Die gemeinsame Dotierart kann zum Beispiel dieselbe sein wie jene einer Masse des Substrats 104. Weiter hat das SSI-Gebiet 130 eine höhere Dotierkonzentration als das DSI-Gebiet 128 und das Substrat 104.
  • Wie durch die Querschnittsansichten 1200A, 1200B von 12A und 12B veranschaulicht, wird eine erste Ätzung selektiv in die Hartmaskenschicht 502 und das Substrat 104 durchgeführt, um einen Hohlraum 1202 in dem Substrat 104 zu bilden. 12A und 12B sind alternative Ausführungsformen der ersten Ätzung und somit veranschaulicht jede individuell die erste Ätzung. In 12A sind Seitenwände des Hohlraums 1202 vertikal und Ecken des Hohlraums 1202 sind rechteckig. In 12B sind die Seitenwände in einem Winkel Φ relativ zu einer Bodenfläche des Hohlraums 1202 abgeschrägt und die Ecken sind abgerundet. Der Winkel Φ kann zum Beispiel etwa 99,4 Grad, etwa 100 Grad, etwa 95-110 Grad, oder ein anderer geeigneter Wert sein. In alternativen Ausführungsformen können die Seitenwände andere geeignete Orientierungen haben und/oder die Ecken können andere geeignete Profile haben.
  • Die erste Ätzung bildet eine Schicht 1204 eines kristallinen Schadens, die sich in dem Substrat 104 befindet und den Hohlraum 1202 auskleidet. In manchen Ausführungsformen wird der kristalline Schaden durch Ionenbombardement während Ätzung des Substrats 104 gebildet. Weiter bildet die erste Ätzung den Hohlraum 1202 zu einer Tiefe Dc. In manchen Ausführungsformen ist die Tiefe Dc etwa 0,5-1,0 Mikrometer, etwa 1-2 Mikrometer, etwa 2-5 Mikrometer, etwa 5-10 Mikrometer, etwa 1,1 Mikrometer oder ein anderer geeigneter Wert. Wenn die Tiefe Dc zu gering ist (z.B. kleiner als etwa 0,5 Mikrometer oder ein anderer geeigneter Wert), kann ein Fotodetektor, der danach im Hohlraum 1202 gebildet wird, eine schlechte Absorption für einfallende Strahlung haben. Wenn die Tiefe Dc zu groß ist (z.B. größer als etwa 10 Mikrometer oder ein anderer geeigneter Wert), kann epitaktisches Wachstum, das danach durchgeführt wird, um den Hohlraum 1202 zu füllen, zu lange dauern und der Durchsatz kann signifikant verringert werden.
  • Ein Prozess zum selektiven Durchführen der ersten Ätzung kann zum Beispiel umfassen: 1) Bilden einer Fotolackmaske (nicht dargestellt) über der Hartmaskenschicht 502 unter Verwendung von Fotolithografie; 2) Ätzen der Hartmaskenschicht 502 und des Substrats 104 mit der Fotolackmaske vor Ort; und 3) Entfernen der Fotolackmaske. Es sind jedoch andere geeignete Prozesse möglich. In manchen Ausführungsformen wird die Ätzung durch Trockenätzung unter Verwendung von Ionenbombardement durchgeführt. In alternativen Ausführungsformen wird die Ätzung unter Verwendung einer anderen geeigneten Art von Ätzung durchgeführt. Das Entfernen kann zum Beispiel durch Anwenden einer Reinigungslösung, die Peroxymonoschwefelsäure (z.B. Carosche Säure) umfasst, an der Fotolackmaske oder durch einen anderen geeigneten Entfernungsprozess durchgeführt werden.
  • Wie durch die Querschnittsansicht 1300 von 13 veranschaulicht, wird eine zweite Ätzung in das Substrat 104 durchgeführt, um die Schicht 1204 von kristallinem Schaden zu entfernen (siehe z.B. 12). Die zweite Ätzung kann in das Substrat 104 in einer von 12A und 12B durchgeführt werden, ist aber unter Verwendung des Substrats 104 in 12A veranschaulicht. Wie oben festgehalten, sind 12A und 12B Alternativen voneinander. Die zweite Ätzung wird unter Verwendung eines Ätzmittels durchgeführt, das das Substrat 104 nicht oder nur minimal beschädigt und das eine höhere Selektivität für das Substrat 104 als die Hartmaskenschicht 502 hat. Weiter ätzt die zweite Ätzung das Substrat 104 sowohl vertikal als auch seitlich.
  • Durch vertikales Ätzen des Substrats 104 entfernt die zweite Ätzung kristallinen Schaden entlang einer Bodenfläche des Hohlraums 1202 und vergrößert die Tiefe Dc des Hohlraums 1202 um eine erste Distanz D1. Zum Beispiel kann die zweite Ätzung die Tiefe Dc von etwa 1,1 Mikrometer auf etwa 1,2 Mikrometer erhöhen. Andere geeignete Werte sind jedoch möglich. In manchen Ausführungsformen ist die Tiefe Dc etwa 0,5-1,0 Mikrometer, etwa 1,1 Mikrometer, etwa 1-2 Mikrometer, etwa 2-5 Mikrometer, etwa 5-10 Mikrometer oder ein anderer geeigneter Wert nach der zweiten Ätzung. Durch seitliches Ätzen des Substrats 104 entfernt die zweite Ätzung kristallinen Schaden entlang Seitenwänden des Substrats 104 im Hohlraum 1202. Weiter vertieft die zweite Ätzung die Seitenwände des Substrats 104 um eine zweite Distanz D2 relativ zu benachbarten Seitenwänden der Hartmaskenschicht 502 im Hohlraum 1202. Somit hängt die Hartmaskenschicht 502 über dem Hohlraum 1202.
  • In manchen Ausführungsformen sind die erste und zweite Distanz D1, D2 dieselben oder annähernd dieselben. In manchen Ausführungsformen sind die erste Distanz D1 und/oder die zweite Distanz D2 etwa 430-1000 Ängström, etwa 250-2000 Ängström, etwa 500 Ängström, etwa 800 Ängström oder ein anderes geeignetes Maß. Wenn die erste und zweite Distanz D1, D2 zu klein sind (z.B. kleiner als etwa 250 Ängström oder ein anderer geeigneter Wert), kann es der zweiten Ätzung nicht gelingen, die Schicht 1204 von kristallinem Schaden vollständig zu entfernen. Weiter, wenn die zweite Distanz D2 zu klein ist (z.B. kleiner als etwa 250 Ängström oder ein anderer geeigneter Wert), können Kantenhöcker entlang einer Deckfläche einer Vorrichtungsschicht, die danach im Hohlraum 1202 gebildet wird, groß sein. Wie unten beschrieben, erhöht dies die Belastung während eines Planarisierungsprozesses und verringert den Durchsatz. Wenn die erste Distanz D1 zu groß ist (z.B. mehr als etwa 2000 Ängström oder ein anderer geeigneter Wert), kann die Tiefe Dc zu groß sein und epitaktisches Wachstum, das danach durchgeführt wird, um den Hohlraum 1202 zu füllen, kann den Durchsatz signifikant verringern. Weiter, wenn die zweite Distanz D2 zu groß ist (z.B. mehr als etwa 2000 Ängström oder ein anderer geeigneter Wert), kann die Hartmaskenschicht 502 in den Hohlraum 1202 kollabieren.
  • Die zweite Ätzung kann zum Beispiel durch chemische Reaktion und/oder ohne Abhängigkeit von Ionenbombardement ätzen. Ionenbombardement kann zum Beispiel zusätzlichen kristallinen Schaden entlang Oberflächen des Substrats 104 im Hohlraum 1202 verursachen. Die zweite Ätzung kann zum Beispiel durch CDE, Nassätzung oder eine andere geeignete Art von Ätzung durchgeführt werden. Verglichen mit Nassätzung, ist klar, dass CDE die Schicht 1204 eines kristallinen Schadens bei einer schnelleren Rate entfernen kann als das Nassätzen und somit einen höheren Durchsatz haben kann.
  • Da die zweite Ätzung kristallinen Schaden entlang Oberflächen des Substrats 104 im Hohlraum 1202 entfernt, ist die kristalline Qualität des Substrats 104 an den Oberflächen höher. Aufgrund der höheren kristallinen Qualität kann Leckstrom entlang der Oberflächen verringert werden. Dies kann wiederum die Leistung eines Fotodetektors verbessern, der danach im Hohlraum 1202 gebildet wird. Weiter kann das epitaktische Wachstum, das danach durchgeführt wird, um den Hohlraum 1202 zu füllen, wegen der höheren kristallinen Qualität epitaktische Schichten mit höherer Qualität bilden. Dies kann Leckstrom weiter verringern und kann Leistung des Fotodetektors weiter verbessern.
  • Wie durch die Querschnittsansicht 1400 von 14 veranschaulicht, ist eine Opferdielektrikumschicht 1402 abgeschieden, die Oberflächen des Substrats 104 im Hohlraum 1202 auskleidet. Wie in der Folge ersichtlich ist, kann die Opferdielektrikumschicht 1402 kristallinen Schaden an dem Substrat 104 während Ionenimplantation verhindern. Die Opferdielektrikumschicht 1402 kann zum Beispiel Siliziumoxid und/oder ein anderes geeignetes Dielektrikum (andere geeignete Dielektrika) sein oder aufweisen. Weiter kann die Opferdielektrikumschicht 1402 zum Beispiel durch Wärmeoxidation oder einen anderen geeigneten Abscheidungsprozess abgeschieden werden.
  • In manchen Ausführungsformen wird die Opferdielektrikumschicht 1402 mit einer Dicke Tsdl von etwa 50-150 Ängström, etwa 50-100 Ängström, etwa 100-150 Ängström, etwa 90 Ängström oder einem anderen geeigneten Wert abgeschieden. Wenn Dicke Tsdl zu gering ist (z.B. kleiner als etwa 50 Ängström oder ein anderer geeigneter Wert), kann die Opferdielektrikumschicht 1402 kristallinen Schaden an dem Substrat 104 während anschließender Ionenimplantation nicht verhindern. Wenn die Dicke Tsdl zu groß ist (z.B. mehr als etwa 150 Ängström oder ein anderer geeigneter Wert), kann die Opferdielektrikumschicht 1402 anschließende Ionenimplantation begrenzen oder aber verhindern.
  • In manchen Ausführungsformen wird ein erster Reinigungsprozess zwischen der zweiten Ätzung und der Abscheidung der Opferdielektrikumschicht 1402 durchgeführt, sodass Oberflächen des Substrats 104 im Hohlraum 1202 für die Abscheidung der Opferdielektrikumschicht 1402 sauber sind. Die ersten Reinigungsprozesse können zum Beispiel Ätzrückstand, natives Oxid, andere fehlgeleitete Partikel oder eine beliebige Kombination der zuvor genannten von Oberflächen des Substrats 104 im Hohlraum 1202 entfernen. Der erste Reinigungsprozess kann zum Beispiel durch Anwenden einer verdünnten Fluorwasserstoffsäurereinigungslösung (DHF-Reinigungslösung) an dem Substrat 104 oder durch einen anderen geeigneten Reinigungsprozess durchgeführt werden.
  • Wie durch die Querschnittsansicht 1500 von 15 veranschaulicht, wird ein Substratimplantationsgebiet 110, das den Hohlraum 1202 auskleidet, durch die Opferdielektrikumschicht 1402 und die Hartmaskenschicht 502 gebildet. In manchen Ausführungsformen hat das Substratimplantationsgebiet 110 dieselbe Dotierart wie, aber eine höhere Dotierkonzentration als eine Masse des Substrats 104. In manchen Ausführungsformen ist das Substratimplantationsgebiet 110 vom P-Typ und/oder hat eine Dotierkonzentration von etwa 1e17-5e18 Atome/cm3. Andere geeignete Dotierarten und/oder andere geeignete Dotierkonzentrationen sind jedoch möglich. In manchen Ausführungsformen hat das Substratimplantationsgebiet 110 eine Dicke Tsir, die durchgehend gleichförmig oder im Wesentlichen gleichförmig ist.
  • Ein Prozess zum Bilden des Substratimplantationsgebiets 110 kann zum Beispiel umfassen: 1) Durchführen einer ganzflächigen Ionenimplantation durch die Opferdielektrikumschicht 1402 und die Hartmaskenschicht 502, um Dotierstoffe in das Substrat 104 zu implantieren; und 2) Durchführen eines Temperns, um die Dotierstoffe zu aktivieren. Andere geeignete Prozesse sind jedoch möglich.
  • Durch Durchführen der ganzflächigen Ionenimplantation durch die Opferdielektrikumschicht 1402 und die Hartmaskenschicht 502 kann kristalliner Schaden an dem Substrat 104 verringert oder aber verhindert werden. Als solches haben Oberflächen des Substrats 104 entlang welchen das Substratimplantationsgebiet 110 angeordnet ist, weniger kristalline Defekte und höhere kristalline Qualität. Dies führt zu verringertem Leckstrom entlang der Oberflächen und verbessert die Leistung eines Fotodetektors, der danach im Hohlraum 1202 gebildet wird. Weiter kann epitaktisches Wachstum, das danach durchgeführt wird, um den Hohlraum 1202 zu füllen, epitaktische Schichten mit höherer Qualität bilden. Dies verringert Leckstrom weiter und verbessert weiter die Leistung des Fotodetektors, der danach gebildet wird.
  • Wie durch die Querschnittsansicht 1600 von 16 veranschaulicht, wird die Opferdielektrikumschicht 1402 entfernt. Die Entfernung kann zum Beispiel als Teil eines zweiten Reinigungsprozesses durchgeführt werden. Die zweiten Reinigungsprozesse können zum Beispiel Ätzrückstand, natives Oxid, andere fehlgeleitete Partikel oder eine beliebige Kombination der zuvor genannten von Oberflächen des Substrats 104 im Hohlraum 1202 entfernen. Der zweite Reinigungsprozess kann zum Beispiel durch Anwenden einer DHF-Reinigungslösung an dem Substrat 104 oder durch einen anderen geeigneten Reinigungsprozess durchgeführt werden.
  • Ebenso durch die Querschnittsansicht 1600 von 16 veranschaulicht, wird eine Zwischenschicht 112 epitaktisch gezüchtet, die den Hohlraum 1202 über dem Substratimplantationsgebiet 110 auskleidet. Die Zwischenschicht 112 wird von dem Substrat 104 epitaktisch gezüchtet und wächst somit auf freigelegten Oberflächen des Substrats 104 im Hohlraum 1202. Die Zwischenschicht 112 ist oder weist dasselbe Halbleitermaterial wie das Substrat 104 auf und ist undotiert oder leicht dotiert. Die leichte Dotierung kann zum Beispiel eine Dotierkonzentration kleiner als etwa 1e15 Atome pro Kubikzentimeter oder einen anderen geeigneten Wert haben. Weiter hat die Zwischenschicht 112 einen hohen Widerstand von einer inneren Oberfläche 112i der Zwischenschicht 112 zu einer äußeren Oberfläche 1120 der Zwischenschicht 112. Der hohe Widerstand kann zum Beispiel ein Widerstand größer als etwa 100 Kiloohm oder ein anderer geeigneter Wert sein. Der hohe Widerstand kann zum Beispiel aus einer Dicke Ti der Zwischenschicht 112 und/oder einer Dotierkonzentration der Zwischenschicht 112 resultieren. Zum Beispiel kann Widerstand der Zwischenschicht 112 proportional zu der Dicke Ti und/oder umgekehrt proportional zu einer Dotierkonzentration der Zwischenschicht 112 sein.
  • Der hohe Widerstand verringert Leckstrom von dem Substrat 104 zu einer Vorrichtungsschicht, die danach gebildet wird und den Hohlraum 1202 füllt. Durch Verringern eines solchen Leckstroms wird Inter-Pixel-Leckstrom verringert und Leistung eines Fotodetektors, der danach in der Vorrichtungsschicht gebildet wird, wird verringert. Weiter blockiert die Zwischenschicht 112 Dotierstoffe aus dem Substratimplantationsgebiet 110 an einer Diffusion zu der Vorrichtungsschicht, die danach gebildet wird. Dotierstoffe, die zu der Vorrichtungsschicht diffundieren, können ein Gebiet geringen Widerstands von dem Substrat 104 zu der Vorrichtungsschicht bilden und können somit Inter-Pixel-Leckstrom erhöhen. Da die Zwischenschicht 112 die Diffusion blockiert, kann der Widerstand von dem Substrat 104 zu der Vorrichtungsschicht hoch bleiben.
  • Die Dicke Ti der Zwischenschicht 112 kann zum Beispiel etwa 430-1000 Ängström, etwa 430-715 Ängström, etwa 715-1000 Ängström, etwa 250-2000 Ängström oder ein anderer geeigneter Wert sein. Wenn die Dicke Ti zu gering ist (z.B. kleiner als etwa 250 Ängström oder ein anderer geeigneter Wert), kann die Zwischenschicht 112 unfähig sein, Diffusion von Dotierstoffen von dem Substratimplantationsgebiet 110 zu der Vorrichtungsschicht zu blockieren, und/oder der Widerstand zwischen dem Substrat 104 und der Vorrichtungsschicht kann gering sein. Infolgedessen kann Leckstrom zwischen dem Substrat 104 und der Vorrichtungsschicht hoch sein und eine negative Auswirkung auf die Leistung des Fotodetektors haben. Wenn die Dicke Ti zu hoch ist (z.B. größer als etwa 2000 Ängström oder ein anderer geeigneter Wert), kann die Zwischenschicht 112 lange brauchen, um epitaktisch zu wachsen, und kann einen Durchsatz beeinträchtigen.
  • In manchen Ausführungsformen ist die Dicke Ti der Zwischenschicht 112 dieselbe wie oder etwa dieselbe wie eine Distanz Dhm, mit der Seitenwände der Hartmaskenschicht 502 im Hohlraum 1202 von benachbarten Seitenwänden des Substrats 104 versetzt sind. In mindestens manchen solcher Ausführungsformen definieren die Zwischenschicht 112 und die Hartmaskenschicht 502 eine gemeinsame Seitenwand. Wenn die Dicke Ti größer ist als die Distanz Dhm, kann eine Deckfläche der Zwischenschicht 112 teilweise von der Hartmaskenschicht 502 nicht bedeckt sein. Infolgedessen kann eine Vorrichtungsschicht, die danach im Hohlraum 1202 epitaktisch gezüchtet wird, von der Deckfläche der Zwischenschicht 112 wachsen und somit können Höcker, die sich an einer Peripherie der Vorrichtungsschicht bilden, größer sein. Die größeren Höcker können Belastung während anschließender Durchführung einer Planarisierung zum Abflachen einer Deckfläche der Vorrichtungsschicht erhöhen. Aufgrund der erhöhten Belastung kann die Fertigstellung der Planarisierung länger dauern und Durchsatz kann negativ beeinträchtigt sein. Wenn die Dicke Ti kleiner als die Distanz Dhm ist, kann die Vorrichtungsschicht, die danach im Hohlraum 1202 gebildet wird, teilweise unter der Hartmaskenschicht 502 liegen. Infolgedessen kann die Hartmaskenschicht 502 verhindern, dass eine Kappenschicht, die danach epitaktisch auf der Vorrichtungsschicht gezüchtet wird, die Vorrichtungsschicht vollständig bedeckt. Die Kappenschicht schützt die Vorrichtungsschicht während anschließender Bearbeitung, so dass der unbedeckte Teil der Vorrichtungsschicht Für Schaden anfälliger sein kann.
  • Wie durch die Querschnittsansichten 1700A-1700C von 17A-17C veranschaulicht, wird eine Vorrichtungsschicht 102 epitaktisch gezüchtet, die den Hohlraum 1202 füllt (siehe z.B. 16). 17A-17C sind alternative Ausführungsformen des epitaktischen Wachstums und somit veranschaulicht jede individuell das epitaktische Wachstum. In 17A sind Seitenwände des Hohlraums 1202 vertikal und Ecken des Hohlraums 1202 sind rechteckig. In 17B und 17C sind die Seitenwände in einem Winkel Φ relativ zu einer Bodenfläche des Hohlraums 1202 abgeschrägt und die Ecken sind abgerundet. Weiter ist die Distanz Dhm, mit der Seitenwände der Hartmaskenschicht 502 im Hohlraum 1202 von benachbarten Seitenwänden des Substrats 104 versetzt sind, variiert. Dies kann zum Beispiel durch die Dauer der zweiten Ätzung in 13 gesteuert werden. In alternativen Ausführungsformen können Bestandteile (z.B. die Zwischenschicht 112, die Hartmaskenschicht 502 usw.) des Bildsensors andere geeignete Profile haben.
  • Die Vorrichtungsschicht 102 wird von der Zwischenschicht 112 epitaktisch gezüchtet und wächst somit auf Oberflächen der Zwischenschicht 112 im Hohlraum 1202. Die Vorrichtungsschicht 102 ist ein anderes Halbleitermaterial als das Substrat 104 und die Zwischenschicht 112. Zum Beispiel kann die Vorrichtungsschicht 102 Germanium oder Siliziumgermanium sein, während das Substrat 104 und die Zwischenschicht 112 Silizium sein können. Andere geeignete Materialien sind jedoch möglich. In manchen Ausführungsformen hat die Vorrichtungsschicht 102 einen höheren Absorptionskoeffizienten für NIR- und/oder IR-Strahlung als das Substrat 104 und die Zwischenschicht 112. In manchen Ausführungsformen hat die Vorrichtungsschicht 102 eine kleinere Bandlücke als das Substrat 104 und die Zwischenschicht 112. In manchen Ausführungsformen hat die Vorrichtung 102 eine Bandlücke kleiner als etwa 1,0 Elektronenvolt oder einen anderen geeigneten Wert. Weiter hat die Vorrichtungsschicht 102 Höcker 1702 an einer Peripherie der Vorrichtungsschicht 102. Die Höcker 1702 können sich zum Beispiel aufgrund einer Wärmebearbeitung während und/oder nach dem epitaktischen Wachstum der Vorrichtungsschicht 102 bilden. Eine solche Wärmebearbeitung setzt die Vorrichtungsschicht 102 hohen Temperaturen aus, die die Vorrichtungsschicht 102 veranlassen aufzuschmelzen und die Höcker 1702 zu bilden. Die hohe Temperatur kann zum Beispiel eine Temperatur von mehr als etwa 650 Grad Celsius, etwa 850 Grad Celsius oder ein anderer geeigneter Wert sein. In manchen Ausführungsformen haben die Höcker 1702 eine Höhe Hhmp, die etwa 500-3000 Ängström, etwa 500-1750 Ängström, etwa 1750-3000 Ängström oder ein anderer geeigneter Wert ist. Die Höhe Hhmp kann zum Beispiel relativ zu einem Punkt an einem tiefsten Punkt auf einer Deckfläche der Vorrichtungsschicht 102 sein.
  • Die Hartmaskenschicht 502 dient als eine Barriere, um die Vorrichtungsschicht 102 daran zu blockieren, aus dem Hohlraum 1202 zu fließen. Weiter kann ein Teil der Hartmaskenschicht 502, der über der Zwischenschicht 112 liegt, die Höhe Hhmp des Höckers 1702 verringern, indem zum Beispiel epitaktisches Wachstum der Vorrichtungsschicht 102 von einer Deckfläche der Vorrichtungsschicht 102 verhindert oder aber verringert wird. Zum Beispiel kann die Höhe Hhmp um etwa 500 Ängström oder um einen anderen geeigneten Wert verringert werden. In manchen Ausführungsformen ist die Verringerung umso größer, je größer das Verhältnis zwischen der Distanz Dhm und der Dicke Ti ist. Dies ist mit 17B und 17C veranschaulicht. Da das Verhältnis zwischen der Distanz Dhm und der Dicke Ti in 17C größer ist als in 17B, ist die Höhe Hhmp in 17C kleiner als in 17B. Wie oben ist die Distanz Dhm die Distanz, mit der Seitenwände der Hartmaskenschicht 502 im Hohlraum 1202 von benachbarten Seitenwänden des Substrats 104 versetzt sind. Weiter ist die Dicke Ti die Dicke der Zwischenschicht 112.
  • Durch Verringern der Höhe Hhmp des Höckers 1702 wird Belastung während einer anschließenden Planarisierung zum Abflachen einer Deckfläche der Vorrichtungsschicht 102 verringert. Wenn zum Beispiel die Planarisierung durch chemisch-mechanisches Polieren (CMP) durchgeführt wird, kann CMP-Belastung verringert werden. Durch Verringern der Belastung kann die Planarisierung rascher durchgeführt werden. Dies erlaubt wiederum einen erhöhten Durchsatz und verringert Kosten.
  • In manchen Ausführungsformen ist das Verhältnis zwischen der Distanz Dhm und der Dicke Ti etwa 1:1 bis 5:1, etwa 1:1 bis 2,5:1, etwa 2,5:1 bis 5:1 oder ein anderer geeigneter Wert. Wenn das Verhältnis zu nieder ist (z.B. kleiner als etwa 1:1 oder ein anderer geeigneter Wert), kann die Höhe Hhmp des Höckers 1702 groß sein. Wie oben beschrieben, kann dies die Belastung während einer Planarisierung erhöhen, die danach zum Abflachen der Vorrichtungsschicht 102 durchgeführt wird. Wenn das Verhältnis zu hoch ist (z.B. größer als etwa 5:1 oder ein anderer geeigneter Wert), kann die Hartmaskenschicht 502 in den Hohlraum 1202 kollabieren.
  • Wie durch die Querschnittsansicht 1800 von 18 veranschaulicht, wird eine Planarisierung in eine Deckfläche der Vorrichtungsschicht 102 zum Abflachen der Deckfläche und zum vollständigen oder im Wesentlichen Entfernen der Höcker 1702 durchgeführt (siehe z.B. 17A-17C). Die Planarisierung kann in die Vorrichtungsschicht 102 in jeder von 17A-17C durchgeführt werden, ist aber unter Verwendung der Vorrichtungsschicht 102 in 17A veranschaulicht. Wie oben festgestellt, sind 17A-17C Alternativen voneinander. Abflachen der Deckfläche der Vorrichtungsschicht 102 verbessert Gleichförmigkeit und somit Zuverlässigkeit bei der danach durchgeführten Bearbeitung. Zum Beispiel kann das Abflachen die Gleichförmigkeit und Zuverlässigkeit während der Bildung einer Kappenschicht, einer Interconnect-Struktur und anderer geeigneter, in der Folge beschriebener Merkmale verbessern. Die Planarisierung kann zum Beispiel durch CMP oder einen anderen geeigneten Prozess durchgeführt werden.
  • Da die zweite Ätzung (siehe z.B. 13) Seitenwände des Substrats 104 im Hohlraum 1202 vertieft (siehe z.B. 15), kann die Hartmaskenschicht 502 teilweise oder vollständig eine Deckfläche der Zwischenschicht 112 bedecken. Infolgedessen wird epitaktisches Wachstum von der Deckfläche der Zwischenschicht 112 während der Bildung der Vorrichtungsschicht 102 verhindert oder aber verringert. Dies kann wiederum die Höhe Hhmp von Höckern 1702 verringern (siehe z.B. 17A-17C), die sich an einer Peripherie der Vorrichtungsschicht 102 bilden. Da die Höhe Hhmp verringert werden kann, kann Belastung während der Planarisierung verringert werden. Dies kann die Geschwindigkeit der Planarisierung erhöhen und kann somit Durchsatz erhöhen und Kosten verringern. Zum Beispiel kann die Planarisierungszeit um etwa 60 Sekunden oder einen anderen geeigneten Wert verringert werden.
  • Wie durch die Querschnittsansicht 1900 von 19 veranschaulicht, wird eine Kappenschicht 122 epitaktisch auf der Vorrichtungsschicht 102 gezüchtet und bedeckt diese. Die Kappenschicht 122 ist ein anderes Halbleitermaterial als die Vorrichtungsschicht 102 und kann zum Beispiel Silizium oder ein anderes geeignetes Halbleitermaterial sein oder aufweisen. In manchen Ausführungsformen ist die Kappenschicht 122 dasselbe Halbleitermaterial wie die Zwischenschicht 112 und/oder das Substrat 104. Weiter ist in manchen Ausführungsformen die Kappenschicht 122 undotiert.
  • Die Kappenschicht 122 wird epitaktisch gezüchtet, sodass die Kappenschicht 122 auf der Vorrichtungsschicht 102, aber nicht auf der Hartmaskenschicht 502 wächst. Als solches wird die Kappenschicht 122 durch einen selbstausrichtenden Prozess an der Vorrichtungsschicht 102 positioniert, der nicht von Fotolithografie abhängt. Da Fotolithografie teuer ist, verringert Bilden der Kappenschicht 122 durch einen selbstausrichtenden Prozess die Kosten.
  • Die Kappenschicht 122 schützt die Vorrichtungsschicht 102 vor Beschädigung während der anschließenden Bearbeitung. Zum Beispiel können anschließende Nassreinigungsprozesses Säuren verwenden, die hohe Ätzraten für die Vorrichtungsschicht 102 aber niedere Ätzraten für die Kappenschicht 122 haben. Als solche würde die Vorrichtungsschicht 102 einen signifikanten kristallinen Schaden und/oder Erosion erleiden, wenn sie den Säuren direkt ausgesetzt wird, während dies für die Kappenschicht 122 nicht zutrifft. Ein solcher kristalliner Schaden würde Leckstrom erhöhen und somit SNR, QE und andere geeignete Leistungsmetrik für einen Fotodetektor verschlechtern, der danach in der Vorrichtungsschicht 102 gebildet wird. Daher schützt die Kappenschicht 122 die Vorrichtungsschicht 102, indem sie verhindert, dass die Vorrichtungsschicht 102 in direkten Kontakt mit den Säuren kommt. Dies verringert wiederum Leckstrom und erhöht die Leistung des Fotodetektors.
  • Wie durch die Querschnittsansicht 2000 von 20 veranschaulicht, wird ein Fotodetektor 108 in der Vorrichtungsschicht 102 gebildet und weist ein erstes Kontaktgebiet 118 und ein zweites Kontaktgebiet 120 auf. Das erste und zweite Kontaktgebiet 118, 120 sind dotierte Halbleitergebiete in der Vorrichtungsschicht 102 und können durch Ionenimplantation und/oder einen anderen geeigneten Dotierungsprozess gebildet werden. Das erste Kontaktgebiet 118 hat eine erste Dotierart und das zweite Kontaktgebiet 120 hat eine zweite Dotierart, die der ersten Dotierart entgegengesetzt ist. Die erste und zweite Dotierart können zum Beispiel N-iyp und P-Typ oder umgekehrt sein. Die Masse der Vorrichtungsschicht 102 kann zum Beispiel undotiert sein. Der Fotodetektor 108 kann zum Beispiel eine PIN-Fotodiode oder eine andere geeignete Art von Fotodiode sein oder aufweisen.
  • Da die zweite Ätzung (siehe z.B. 13) den kristallinen Schaden von der ersten Ätzung entfernt (siehe z.B. 12A und 12B), sind kristalline Defekte an einer ersten Grenzfläche 114 zwischen dem Substrat 104 und der Zwischenschicht 112 verringert. Infolgedessen können die Zwischenschicht 112 und die Vorrichtungsschicht 102 mit höherer kristalliner Qualität epitaktisch gezüchtet werden (siehe z.B. 16 und 17). Weiter können kristalline Defekte an einer zweiten Grenzfläche 116 zwischen der Zwischenschicht 112 und der Vorrichtungsschicht 102 verringert werden. Die verringerten kristallinen Defekte und die höhere kristalline Qualität verringern Leckstrom und verbessern Leistung des Fotodetektors 108.
  • Da das Substratimplantationsgebiet 110 durch die Opferdielektrikumschicht 1402 gebildet wird (siehe z.B. 15), kann kristalliner Schaden an dem Substrat 104 an der ersten Grenzfläche 114 verhindert oder aber verringert werden. Wenn zum Beispiel das Substratimplantationsgebiet 110 durch Ionenimplantation gebildet wird, kann kristalliner Schaden vom Ionenbombardement verhindert oder aber verringert werden. Infolgedessen können die Zwischenschicht 112 und die Vorrichtungsschicht 102 mit höherer kristalliner Qualität epitaktisch gezüchtet werden. Weiter können kristalline Defekte an der zweiten Grenzfläche 116 verringert werden. Die verringerten kristallinen Defekte und die höhere kristalline Qualität verringern Leckstrom und verbessern Leistung des Fotodetektors 108.
  • Da die Vorrichtungsschicht 102 aus einem anderen Halbleitermaterial ist als die Zwischenschicht 112 und das Substrat 104, können verschiedene Gitterkonstanten und/oder verschiedene Wärmeausdehnungskoeffizienten zu Threading-Versetzungsdefekten entlang der Zwischenschicht 112 führen. Das Substratimplantationsgebiet 110 verringert Träger, die durch die kristallinen Defekte herbeigeführt werden, und verringert somit Leckstrom entlang der Zwischenschicht 112. Da das Substratimplantationsgebiet 110 Leckstrom verringert, kann das Substratimplantationsgebiet 110 Leistung des Fotodetektors 108 verbessern.
  • Wie oben festgestellt, kann die Zwischenschicht 112 einen hohen Widerstand aufweisen. Als solches kann die Zwischenschicht 112 Leckstrom von der Vorrichtungsschicht 102 zu dem Substrat 104 verringern. Durch Verringern eines solchen Leckstroms kann Inter-Pixel-Leckstrom verringert werden und Leistung des Fotodetektors 108 kann erhöht werden. Zusätzlich blockiert die Zwischenschicht 112 Dotierstoffe aus dem Substratimplantationsgebiet 110 an einer Diffusion zu der Vorrichtungsschicht 102. Dotierstoffe, die zu der Vorrichtungsschicht 102 diffundieren, können ein Gebiet geringen Widerstands von dem Substrat 104 zu der Vorrichtungsschicht 102 erzeugen und können somit Inter-Pixel-Leckstrom erhöhen. Da die Zwischenschicht 112 die Diffusion blockiert, kann der Widerstand von dem Substrat 104 zu der Vorrichtungsschicht 102 hoch bleiben.
  • Wie durch die Querschnittsansicht 2100 von 21 veranschaulicht, wird die Hartmaskenschicht 502 (siehe z.B. 20) entfernt. Die Entfernung kann zum Beispiel durch einen Ätzprozess oder einen anderen geeigneten Entfernungsprozess durchgeführt werden. In alternativen Ausführungsformen wird die Hartmaskenschicht 502 nicht entfernt und bleibt danach bestehen.
  • Wie ebenso durch die Querschnittsansicht 2100 von 21 veranschaulicht, werden Silicidschichten 912 und eine RPD-Schicht 914 gebildet. Die RPD-Schicht 914 definiert Silicidöffnungen 2102, die über dem ersten und zweiten Kontaktgebiet 118,120, dem SII-Gebiet 126 bzw. SSI-Gebiet 130 liegen. Die Silicidschichten 912 befinden sich jeweils in den Silicidöffnungen 2102 und können zum Beispiel Nickelsilicid oder eine andere geeignete Art von Metallsilicid sein oder aufweisen. Ein Prozess zum Bilden der Silicidschichten 912 und der RPD-Schicht 914 kann zum Beispiel umfassen: 1) Abscheiden der RPD-Schicht 914; 2) Strukturieren der RPD-Schicht 914, um die Silicidöffnungen 2102 zu definieren; 3) Abscheiden von Metall, das die RPD-Schicht 914 bedeckt und die Silicidöffnungen 2102 auskleidet; 4) Tempern des Metalls, um eine Silicidreaktion auszulösen, die die Silicidschichten 912 bildet; und 5) Entfernen von nicht umgesetzten Metall. Andere geeignete Prozesse sind jedoch möglich. Die Strukturierung kann zum Beispiel durch einen Fotolithografie/Ätzprozess oder einen anderen geeigneten Strukturierungsprozess durchgeführt werden.
  • Da die Kappenschicht 122 die Vorrichtungsschicht 102 bedeckt, kann die Kappenschicht 122 die Vorrichtungsschicht 102 vor der Strukturierung der RPD-Schicht 914 und/oder der Entfernung nicht umgesetzten Metalls schützen. Zum Beispiel kann die Entfernung mit einer Nassreinigungslösung durchgeführt werden, die ein Ammoniak-Peroxid-Gemisch (APM), ein Schwefelsäure- und Wasserstoffperoxid-Gemisch (SPM) oder ein anderes geeignetes Gemisch, das Wasserstoffperoxid (z.B. H2O2) umfasst, enthält. In mindestens manchen Ausführungsformen, in welchen die Vorrichtungsschicht 102 Germanium ist oder aufweist, und die Kappenschicht 122 Silizium ist oder aufweist, kann das Wasserstoffperoxid eine hohe Ätzrate für die Vorrichtungsschicht 102 und eine niedere Ätzrate für die Kappenschicht 122 haben. Daher kann die Vorrichtungsschicht 102 für einen Schaden durch das Wasserstoffperoxid anfälliger sein als die Kappenschicht 122. Sollte das Wasserstoffperoxid mit der Vorrichtungsschicht 102 (z.B. durch eine der Silicidöffnungen 2102) in Kontakt kommen, kann die Vorrichtungsschicht 102 eine signifikante Erosion und somit einen Schaden erfahren. Die Kappenschicht 122 jedoch, die für eine Schaden durch das Wasserstoffperoxid weniger anfällig ist, bedeckt die Vorrichtungsschicht 102 und verhindert, dass die Vorrichtungsschicht 102 mit dem Wasserstoffperoxid in Kontakt gelangt. Als solches schützt die Kappenschicht 122 die Vorrichtungsschicht 102 vor dem Wasserstoffperoxid.
  • Wie durch die Querschnittsansicht 2200 von 22 veranschaulicht, ist eine Interconnect-Struktur 902 über Fotodetektor 108 an einer Vorderseite 104f des Substrats 104 gebildet und mit diesem gekoppelt. Weiter sind eine Mikrolinse 918 und eine Antireflexionsschicht 920 an einer Rückseite 104b des Substrats 104 gebildet. Die Interconnect-Struktur 902 ist von der RPD-Schicht 914 durch eine CESL 916 getrennt. Weiter ist die Interconnect-Struktur 902 elektrisch an das erste und zweite Kontaktgebiet 118, 120, das SII-Gebiet 126 und das SSI-Gebiet 130 durch die Silicidschichten 912 gekoppelt. Die Interconnect-Struktur 902 kann zum Beispiel wie in Bezug auf 9A beschrieben sein.
  • Während 11, 12A, 12B, 13-16, 17A-17C und 18-22 unter Bezugnahme auf verschiedene Ausführungsformen eines Verfahrens beschrieben sind, ist klar, dass die in 11, 12A, 12B, 13-16, 17A-17C und 18-22 gezeigten Strukturen nicht auf das Verfahren beschränkt sind, sondern vielmehr eigenständig von dem Verfahren bestehen können. Während 11, 12A, 12B, 13-16, 17A-17C und 18-22 als eine Reihe von Vorgängen beschrieben sind, ist klar, dass die Reihenfolge der Vorgänge in anderen Ausführungsformen variiert werden kann. Während 11, 12A, 12B, 13-16, 17A-17C und 18-22 einen spezifischen Satz von Vorgängen veranschaulichen und beschreiben, können manche Vorgänge, die veranschaulicht und/oder beschrieben sind, in anderen Ausführungsformen weggelassen werden. Weiter können Vorgänge, die nicht veranschaulicht und/oder beschrieben sind, in anderen Ausführungsformen enthalten sein.
  • In alternativen Ausführungsformen sind die Vorgänge in 14 und 15 (z.B. Bildung des Substratimplantationsgebiets 110) weggelassen, um den Bildsensor in 4 zu bilden oder um andere geeignete Bildsensoren zu bilden. In alternativen Ausführungsformen wurde die Entfernung der Hartmaskenschicht 502 in 21 weggelassen, um die Bildsensoren einer von 5-7 zu bilden oder um andere geeignete Bildsensoren zu bilden. In alternativen Ausführungsformen sind die Mikrolinse 918 und die Antireflexionsschicht 920 an der Vorderseite 104f des Substrats 104 gebildet und die Interconnect-Struktur 902 ist wie in 9B gebildet, um den Bildsensor in 9B zu bilden oder um andere geeignete Bildsensoren zu bilden. In alternativen Ausführungsformen ist die Interconnect-Struktur 902 wie in 10 gebildet und die Mikrolinse 918 und die Antireflexionsschicht 920 sind weggelassen, um den Bildsensor in 10 zu bilden oder um andere geeignete Bildsensoren zu bilden.
  • Unter Bezugnahme auf 23 ist ein Blockdiagramm 2300 mancher Ausführungsformen der Verfahren von 11, 12A, 12B, 13-16, 17A-17C und 18-22 bereitgestellt.
  • In 2302 wird eine erste Ätzung selektiv in ein Substrat und eine Hartmaskenschicht, die das Substrat bedeckt, durchgeführt, um einen Hohlraum zu bilden, wobei die erste Ätzung eine Schicht von kristallinem Schaden bildet, die den Hohlraum in dem Substrat auskleidet. Siehe zum Beispiel 11, 12A und 12B. Die erste Ätzung kann zum Beispiel unter Verwendung von Trockenätzung oder mancher anderen geeigneten Art von Ätzung durchgeführt werden.
  • In 2304 wird eine zweite Ätzung in das Substrat durchgeführt, um die Schicht von kristallinem Schaden zu entfernen, wobei die zweite Ätzung Seitenwände des Substrats im Hohlraum relativ zu benachbarten Seitenwänden der Hartmaskenschicht im Hohlraum seitlich vertieft. Siehe zum Beispiel 13. Die zweite Ätzung kann zum Beispiel durch CDE, Nassätzung oder eine andere geeignete Art von Ätzung durchgeführt werden.
  • In 2306 wird eine Opferdielektrikumschicht abgeschieden, die das Substrat im Hohlraum auskleidet. Siehe zum Beispiel 14. Die Opferdielektrikumschicht kann zum Beispiel durch Wärmeoxidation oder manchen anderen geeigneten Abscheidungsprozess gebildet werden.
  • In 2308 wird das Substrat durch die Opferdielektrikumschicht dotiert, um ein Substratimplantationsgebiet zu bilden, das den Hohlraum in dem Substrat auskleidet. Siehe zum Beispiel 15. Die Dotierung kann zum Beispiel durch Ionenimplantation oder manchen anderen geeigneten Dotierungsprozess durchgeführt werden. Da die Dotierung durch die Opferdielektrikumschicht durchgeführt wird, kann kristalliner Schaden an dem Substrat von der Dotierung vermieden werden.
  • In 2310 wird die Opferdielektrikumschicht entfernt. Siehe zum Beispiel 16.
  • In 2312 wird eine Zwischenschicht epitaktisch gezüchtet, die den Hohlraum auskleidet und teilweise füllt, wobei eine Deckfläche der Zwischenschicht unter der Hartmaskenschicht liegt. Siehe zum Beispiel 16.
  • In 2314 wird eine Vorrichtungsschicht epitaktisch gezüchtet, die den Hohlraum über der Zwischenschicht füllt. Siehe zum Beispiel 17A-17C.
  • In 2316 wird die Vorrichtungsschicht zum Abflachen einer Deckfläche der Vorrichtungsschicht planarisiert. Siehe zum Beispiel 18. Da die Deckfläche der Zwischenschicht unter der Hartmaskenschicht liegt, ist epitaktisches Wachstum von der Deckfläche während der Bildung der Vorrichtungsschicht begrenzt. Infolgedessen haben Höcker, die sich entlang einer Peripherie der Vorrichtungsschicht bilden, verringerte Höhe. Dies verringert die Belastung während der Planarisierung und erhöht Durchsatz.
  • In 2318 wird eine Kappenschicht epitaktisch über der Vorrichtungsschicht gezüchtet. Siehe zum Beispiel 19.
  • In 2320 wird ein Fotodetektor in der Vorrichtungsschicht gebildet. Siehe zum Beispiel 20. Da die zweite Ätzung den kristallinen Schaden entfernt und die Opferdielektrikumschicht kristallinen Schaden an Oberflächen des Substrats im Hohlraum verhindert, wachsen die Zwischenschicht und die Vorrichtungsschicht epitaktisch mit hoher kristalliner Qualität. Die hohe kristalline Qualität verringert Leckstrom und verbessert Leistung des Fotodetektors.
  • In 2322 wird die Hartmaskenschicht entfernt. Siehe zum Beispiel 21.
  • In 2324 wird eine Interconnect-Struktur gebildet, die den Fotodetektor bedeckt und elektrisch an diesen gekoppelt ist. Siehe zum Beispiel 21 und 22.
  • Während das Blockdiagramm 2300 von 23 hier als eine Reihe von Vorgängen oder Ereignissen veranschaulicht und beschrieben ist, ist offensichtlich, dass die veranschaulichte Reihenfolge solcher Vorgänge oder Ereignisse nicht in einem einschränkenden Sinn auszulegen ist. Zum Beispiel können manche Vorgänge in anderen Reihenfolgen und/oder gleichzeitig mit anderen Vorgängen oder Ereignissen abgesehen von jenen, die hier veranschaulicht und/oder beschrieben sind, erfolgen. Weiter können nicht alle veranschaulichten Vorgänge notwendig sein, um einen oder mehrere Aspekte oder Ausführungsformen der vorliegenden Beschreibung zu implementieren, und eine oder mehrere der hier gezeigten Vorgängen können in einem oder mehreren separaten Vorgängen und/oder Phasen ausgeführt werden.
  • In manchen Ausführungsformen stellt die vorliegende Offenbarung einen Bildsensor bereit, aufweisend: ein Substrat; eine Vorrichtungsschicht, die über dem Substrat liegt und in das Substrat eingesetzt ist, wobei das Substrat ein dotiertes Gebiet aufweist, das einen Boden der Vorrichtungsschicht umschließt und sich weiter entlang einer Seitenwand der Vorrichtungsschicht und einer Bodenfläche der Vorrichtungsschicht erstreckt; einen Fotodetektor in der Vorrichtungsschicht; und eine Zwischenschicht, die die Vorrichtungsschicht von dem Substrat trennt, wobei die Zwischenschicht an der Seitenwand der Vorrichtungsschicht und der Bodenfläche der Vorrichtungsschicht ist; wobei das Substrat und die Zwischenschicht aus einem anderen Halbleitermaterial als die Vorrichtungsschicht sind und wobei die Zwischenschicht eine geringere Dotierkonzentration als das dotierte Gebiet hat. In manchen Ausführungsformen weisen das Substrat und die Zwischenschicht Silizium auf, wobei die Vorrichtungsschicht Germanium aufweist. In manchen Ausführungsformen haben das Substrat und die Zwischenschicht eine größere Bandlücke als die Vorrichtungsschicht. In manchen Ausführungsformen hat die Zwischenschicht ein U-förmiges Profil. In manchen Ausführungsformen ist ein Widerstand der Zwischenschicht von dem Substrat zu der Vorrichtungsschicht größer als etwa 100 Kiloohm. In manchen Ausführungsformen hat das dotierte Gebiet eine selbe Dotierart wie, aber eine höhere Dotierkonzentration als eine Masse des Substrats. In manchen Ausführungsformen ist eine Masse der Vorrichtungsschicht undotiert, wobei der Fotodetektor aufweist: ein erstes Kontaktgebiet in der Vorrichtungsschicht; und ein zweites Kontaktgebiet in der Vorrichtungsschicht, wobei das erste und zweite Kontaktgebiet an gegenüberliegenden Seiten der Vorrichtungsschicht sind und entgegengesetzte Dotierarten haben. In manchen Ausführungsformen weist der Bildsensor weiter eine Kappenschicht auf, die die Vorrichtungsschicht bedeckt und an dieser positioniert ist, wobei die Kappenschicht ein Halbleitermaterial mit einer größeren Bandlücke als die Vorrichtungsschicht ist.
  • In manchen Ausführungsformen stellt die vorliegende Offenbarung einen anderen Bildsensor bereit, aufweisend: ein Substrat; eine Vorrichtungsschicht; die über dem Substrat liegt und in dieses vertieft ist; eine Kappenschicht, die über der Vorrichtungsschicht liegt; einen Fotodetektor in der Vorrichtungsschicht; und eine Zwischenschicht, die eine Unterseite der Vorrichtungsschicht umschließt und die Vorrichtungsschicht von dem Substrat trennt; wobei das Substrat, die Kappenschicht, die Zwischenschicht und die Vorrichtungsschicht Halbleiter sind, wobei die Zwischenschicht undotiert ist, und wobei die Vorrichtungsschicht einen anderen Absorptionskoeffizienten hat als das Substrat. In manchen Ausführungsformen weist das Substrat ein Substratimplantationsgebiet auf, das eine Unterseite der Vorrichtungsschicht umschließt und sich entlang einer Deckfläche des Substrats erstreckt, wobei das Substratimplantationsgebiet eine andere Dotierkonzentration als eine Masse des Substrats hat. In manchen Ausführungsformen hat die Vorrichtungsschicht einen höheren Absorptionskoeffizienten als die Zwischenschicht und die Kappenschicht. In manchen Ausführungsformen hat die Vorrichtungsschicht einen höheren Absorptionskoeffizienten für Wellenlängen von etwa 850-1550 Nanometer als das Substrat. In manchen Ausführungsformen weist das Substrat ein Implantatsisolationsgebiet mit einer entgegengesetzten Dotierart zu einer Masse des Substrats auf, wobei sich das Implantatsisolationsgebiet in einem geschlossenen Pfad erstreckt, um die Vorrichtungsschicht zu umgeben. In manchen Ausführungsformen hat die Zwischenschicht ein Paar von Seitenwandsegmenten, wobei die Seitenwandsegmente an gegenüberliegenden Seiten der Vorrichtungsschicht liegen und von der Vorrichtungsschicht weg weisen, und wobei die Kappenschicht seitlich zwischen und seitlich beabstandet von den Seitenwandsegmenten ist.
  • In manchen Ausführungsformen stellt die vorliegende Offenbarung ein Verfahren zum Bilden eines Bildsensors bereit, umfassend: Abscheiden einer Hartmaskenschicht, die ein Substrat bedeckt; Durchführen einer ersten Ätzung in die Hartmaskenschicht und das Substrat, um einen Hohlraum zu bilden, wobei die erste Ätzung eine Schicht von kristallinem Schaden bildet, die den Hohlraum in dem Substrat auskleidet; Durchführen einer zweiten Ätzung in das Substrat, um die Schicht von kristallinem Schaden zu entfernen, wobei die zweite Ätzung eine Seitenwand des Substrats seitlich vertieft, sodass ein Teil der Hartmaskenschicht über dem Hohlraum hängt; epitaktisches Züchten einer Zwischenschicht, die den Hohlraum auskleidet, wobei die Zwischenschicht undotiert ist und eine Deckfläche hat, die unter dem Teil der Hartmaskenschicht liegt; epitaktisches Züchten einer Vorrichtungsschicht, die den Hohlraum über der Zwischenschicht füllt, wobei die Vorrichtungsschicht aus einem anderen Halbleitermaterial ist als die Zwischenschicht; und Bilden eines Fotodetektors in der Vorrichtungsschicht. In manchen Ausführungsformen umfasst die zweite Ätzung CDE oder Nassätzung. In manchen Ausführungsformen ätzt die erste Ätzung das Substrat und die Hartmaskenschicht durch Ionenbombardement, und wobei die zweite Ätzung das Substrat ohne Ionenbombardement ätzt. In manchen Ausführungsformen umfasst das Verfahren weiter: Abscheiden einer Opferdielektrikumschicht, die den Hohlraum auskleidet; Durchführen einer ganzflächigen Ionenimplantation in das Substrat durch die Opferdielektrikumschicht, um ein Substratimplantationsgebiet zu bilden, das den Hohlraum auskleidet; und Entfernen der Opferdielektrikumschicht. In manchen Ausführungsformen wird die Opferdielektrikumschicht durch Wärmeoxidation des Substrats abgeschieden. In manchen Ausführungsformen umfasst das Verfahren weiter ein epitaktisches Züchten einer Kappenschicht, die die Vorrichtungsschicht bedeckt, wobei die Kappenschicht einen anderen Absorptionskoeffizienten für Infrarotstrahlung hat als die Vorrichtungsschicht.
  • Zuvor wurden Merkmale von mehreren Ausführungsformen angeführt, so dass Fachleute auf dem Gebiet die Aspekte der vorliegenden Offenbarung besser verstehen können. Fachleute auf dem Gebiet sollten zu schätzen wissen, dass sie die vorliegende Offenbarung leicht als Basis zur Gestaltung oder Modifizierung anderer Prozesse und Strukturen zur Ausführung derselben Zwecke und/oder zum Erreichen derselben Vorteile der hier vorgestellten Ausführungsformen verwenden können. Fachleute auf dem Gebiet sollten auch erkennen, dass solche äquivalenten Konstruktionen nicht vom Wesen und Umfang der vorliegenden Offenbarung abweichen und dass sie hier verschiedene Änderungen, Ersetzungen und Abänderungen vornehmen können, ohne vom Wesen und Umfang der vorliegenden 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 62/908008 [0001]

Claims (20)

  1. Bildsensor, aufweisend: ein Substrat; eine Vorrichtungsschicht, die über dem Substrat liegt und in das Substrat eingesetzt ist, wobei das Substrat ein dotiertes Gebiet aufweist, das einen Boden der Vorrichtungsschicht umschließt und sich weiter entlang einer Seitenwand der Vorrichtungsschicht und einer Bodenfläche der Vorrichtungsschicht erstreckt; einen Fotodetektor in der Vorrichtungsschicht; und eine Zwischenschicht, die die Vorrichtungsschicht von dem Substrat trennt, wobei die Zwischenschicht an der Seitenwand der Vorrichtungsschicht und der Bodenfläche der Vorrichtungsschicht ist; wobei das Substrat und die Zwischenschicht aus einem anderen Halbleitermaterial als die Vorrichtungsschicht sind und wobei die Zwischenschicht eine geringere Dotierkonzentration als das dotierte Gebiet hat.
  2. Bildsensor nach Anspruch 1, wobei das Substrat und die Zwischenschicht Silizium aufweisen und wobei die Vorrichtungsschicht Germanium aufweist.
  3. Bildsensor nach Anspruch 1 oder 2, wobei das Substrat und die Zwischenschicht eine größere Bandlücke als die Vorrichtungsschicht haben.
  4. Bildsensor nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Zwischenschicht ein U-förmiges Profil hat.
  5. Bildsensor nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei ein Widerstand der Zwischenschicht von dem Substrat zu der Vorrichtungsschicht größer als etwa 100 Kiloohm ist.
  6. Bildsensor nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei das dotierte Gebiet eine selbe Dotierart wie, aber eine höhere Dotierkonzentration als eine Masse des Substrats hat.
  7. Bildsensor nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei eine Masse der Vorrichtungsschicht undotiert ist und wobei der Fotodetektor aufweist: ein erstes Kontaktgebiet in der Vorrichtungsschicht; und ein zweites Kontaktgebiet in der Vorrichtungsschicht, wobei das erste und zweite Kontaktgebiet an entgegengesetzten Seiten der Vorrichtungsschicht liegen und entgegengesetzte Dotierarten haben.
  8. Bildsensor nach einem der vorstehenden Ansprüche, weiter aufweisend: eine Kappenschicht, die die Vorrichtungsschicht bedeckt und zu dieser positioniert ist, wobei die Kappenschicht ein Halbleitermaterial mit einer größeren Bandlücke als die Vorrichtungsschicht ist.
  9. Bildsensor aufweisend: ein Substrat; eine Vorrichtungsschicht, die über dem Substrat liegt und in dieses vertieft ist; eine Kappenschicht, die über der Vorrichtungsschicht liegt; einen Fotodetektor in der Vorrichtungsschicht; und eine Zwischenschicht, die eine Unterseite der Vorrichtungsschicht umschließt und die Vorrichtungsschicht von dem Substrat trennt; wobei das Substrat, die Kappenschicht, die Zwischenschicht und die Vorrichtungsschicht Halbleiter sind, wobei die Zwischenschicht undotiert ist und wobei die Vorrichtungsschicht einen anderen Absorptionskoeffizienten hat als das Substrat.
  10. Bildsensor nach Anspruch 9, wobei das Substrat ein Substratimplantationsgebiet aufweist, das eine Unterseite der Vorrichtungsschicht umschließt und sich entlang einer Deckfläche des Substrats erstreckt, und wobei das Substratimplantationsgebiet eine andere Dotierkonzentration als eine Masse des Substrats hat, und wobei die Zwischenschicht die Kappenschicht von dem Substratimplantationsgebiet trennt.
  11. Bildsensor nach Anspruch 9 oder 10, wobei die Vorrichtungsschicht einen höheren Absorptionskoeffizienten als die Zwischenschicht und die Kappenschicht hat.
  12. Bildsensor nach einem der Ansprüche 9 bis 11, wobei die Vorrichtungsschicht einen höheren Absorptionskoeffizienten für Wellenlängen von etwa 850-1550 Nanometer als das Substrat hat.
  13. Bildsensor nach einem der Ansprüche 9 bis 12, wobei das Substrat ein Implantatsisolationsgebiet mit einer entgegengesetzten Dotierart wie eine Masse des Substrats aufweist und wobei sich das Implantatsisolationsgebiet in einem geschlossenen Pfad erstreckt, um die Vorrichtungsschicht zu umgeben.
  14. Bildsensor nach einem der Ansprüche 9 bis 13, wobei die Zwischenschicht ein Paar von Seitenwandsegmenten aufweist, wobei die Seitenwandsegmente an entgegengesetzten Seiten der Vorrichtungsschicht liegen und von der Vorrichtungsschicht weg weisen und wobei die Kappenschicht seitlich zwischen und seitlich beabstandet von den Seitenwandsegmenten liegt.
  15. Verfahren zum Bilden eines Bildsensors, umfassend: Abscheiden einer Hartmaskenschicht, die ein Substrat bedeckt; Durchführen einer ersten Ätzung in die Hartmaskenschicht und das Substrat, um einen Hohlraum zu bilden, wobei die erste Ätzung eine Schicht von kristallinem Schaden bildet, die den Hohlraum in dem Substrat auskleidet; Durchführen einer zweiten Ätzung in das Substrat, um die Schicht von kristallinem Schaden zu entfernen, wobei die zweite Ätzung eine Seitenwand des Substrats seitlich vertieft, sodass ein Teil der Hartmaskenschicht über dem Hohlraum hängt; epitaktisches Züchten einer Zwischenschicht, die den Hohlraum auskleidet, wobei die Zwischenschicht undotiert ist und eine Deckfläche hat, die unter dem Teil der Hartmaskenschicht liegt; epitaktisches Züchten einer Vorrichtungsschicht, die den Hohlraum über der Zwischenschicht füllt, wobei die Vorrichtungsschicht aus einem anderen Halbleitermaterial ist als die Zwischenschicht; und Bilden eines Fotodetektors in der Vorrichtungsschicht.
  16. Verfahren nach Anspruch 15, wobei die zweite Ätzung eine chemische Trockenätzung (CDE) oder eine Nassätzung umfasst.
  17. Verfahren nach Anspruch 15 oder 16, wobei die erste Ätzung das Substrat und die Hartmaskenschicht durch Ionenbombardement ätzt und wobei die zweite Ätzung das Substrat ohne Ionenbombardement ätzt.
  18. Verfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 17, weiter umfassend: Abscheiden einer Opferdielektrikumschicht, die den Hohlraum auskleidet; Durchführen einer ganzflächigen Ionenimplantation in das Substrat durch die Opferdielektrikumschicht, um ein Substratimplantationsgebiet zu bilden, das den Hohlraum auskleidet; und Entfernen der Opferdielektrikumschicht.
  19. Verfahren nach Anspruch 18, wobei die Opferdielektrikumschicht durch Wärmeoxidation des Substrats abgeschieden wird.
  20. Verfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 19, weiter umfassend: epitaktisches Züchten einer Kappenschicht, die die Vorrichtungsschicht bedeckt, wobei die Kappenschicht einen anderen Absorptionskoeffizienten für Infrarotstrahlung hat als die Vorrichtungsschicht.
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