DE102020119848A1

DE102020119848A1 - Bildsensoren mit spannungsanpassenden schichten

Info

Publication number: DE102020119848A1
Application number: DE102020119848.5A
Authority: DE
Inventors: Feng-Chien Hsieh; Kuo-Cheng Lee; Ying-Hao Chen; Yun-Wei Cheng
Original assignee: Taiwan Semiconductor Manufacturing Co TSMC Ltd
Current assignee: Taiwan Semiconductor Manufacturing Co TSMC Ltd
Priority date: 2020-02-26
Filing date: 2020-07-28
Publication date: 2021-08-26
Also published as: US20220384497A1; TW202139451A; TWI753754B

Abstract

Es werden ein Bildsensor mit spannungsanpassenden Schichten und ein Verfahren zur Fertigung des Bildsensors offenbart. Der Bildsensor enthält ein Substrat mit einer vorderseitigen Fläche und einer rückseitigen Fläche, die der vorderseitigen Fläche gegenüberliegt, eine Antireflexbeschichtungs- (ARC) Schicht, die auf der rückseitigen Fläche des Substrats angeordnet ist, eine dielektrische Schicht, die auf der ARC-Schicht angeordnet ist, eine Metallschicht, die auf der dielektrischen Schicht angeordnet ist, und eine spannungsanpassende Schicht, die auf der Metallschicht angeordnet ist. Die spannungsanpassende Schicht enthält eine siliziumreiche Oxidschicht. Die Konzentrationsprofile der Silizium- und Sauerstoffatome in der spannungsanpassenden Schicht sind nicht überlappend und unterscheiden sich voneinander. Der Bildsensor enthält ferner eine Oxidgitterstruktur, die auf der spannungsanpassenden Schicht angeordnet ist.

Description

QUERVERWEIS AUF VERWANDTE ANMELDUNGEN
Diese Anmeldung beansprucht die Priorität der am 26. Februar 2020 eingereichten vorläufigen US-Patentanmeldung Nr. 62/981,752 mit dem Titel „Stress Adjusting Layers in Back Side Illuminated Image Sensors“, deren Offenbarung durch Bezugnahme in ihrer Gesamtheit hierin mit aufgenommen wird.
HINTERGRUND
Halbleiterbildsensoren werden eingesetzt, um eingehende sichtbare und nicht sichtbare Strahlung, wie etwa sichtbares Licht, Infrarotlicht usw., zu erfassen. Komplementäre Metalloxidhalbleiter- (Complementary Metal-Oxide-Semiconductor; CMOS) Bildsensoren (CIS) und ladungsgekoppelte Vorrichtungs- (Charge-coupled Device; CCD) Sensoren werden in diversen Anwendungen verwendet, wie etwa digitale Fotokameras, Mobiltelefonen, Tablets, Goggles usw. Diese Bildsensoren nutzen ein Pixel-Array, das die eingehende Strahlung absorbiert (z.B. erfasst) und in elektrische Signale wandelt. Ein Beispiel für einen Bildsensor ist ein von hinten beleuchteter (Backside Illuminated; BSI) Bildsensor, der Strahlung von einer „Rückseite“ eines Substrats des BSI-Bildsensors erkennt.
Figurenliste
Aspekte dieser Offenbarung lassen sich am besten aus der nachfolgenden ausführlichen Beschreibung verstehen, wenn sie mit den beigefügten Figuren gelesen wird.

1A veranschaulicht eine Querschnittsansicht eines BSI-Bildsensors mit einer spannungsanpassenden Schicht gemäß manchen Ausführungsformen.
1B - 1H veranschaulichen Eigenschaften einer spannungsanpassenden Schicht in einem BSI-Bildsensor gemäß manchen Ausführungsformen.
1I veranschaulicht eine Querschnittsansicht einer spannungsanpassenden Zweischichtstruktur in einem BSI-Bildsensor gemäß manchen Ausführungsformen.
1J - 1O veranschaulichen Eigenschaften einer spannungsanpassenden Zweischichtstruktur in einem BSI-Bildsensor gemäß manchen Ausführungsformen.
2-5 veranschaulichen Querschnittsansichten eines BSI-Bildsensors mit spannungsanpassenden Schichten gemäß manchen Ausführungsformen.
6 ist ein Flussdiagramm eines Verfahrens zum Fertigen eines BSI-Bildsensors mit einer spannungsanpassenden Schicht gemäß manchen Ausführungsformen.
7 - 17 veranschaulichen Querschnittsansichten eines BSI-Bildsensors mit einer spannungsanpassenden Schicht während verschiedener Phasen seines Fertigungsprozesses gemäß manchen Ausführungsformen.
18 ist ein Flussdiagramm eines Verfahrens zum Fertigen eines BSI-Bildsensors mit einer spannungsanpassenden Schicht gemäß manchen Ausführungsformen.
19 - 28 veranschaulichen Querschnittsansichten eines BSI-Bildsensors mit einer spannungsanpassenden Schicht während verschiedener Phasen seines Fertigungsprozesses gemäß manchen Ausführungsformen.
29 ist ein Flussdiagramm eines Verfahrens zum Fertigen eines BSI-Bildsensors mit einer spannungsanpassenden Schicht gemäß manchen Ausführungsformen.
30 - 38 veranschaulichen Querschnittsansichten eines BSI-Bildsensors mit einer spannungsanpassenden Schicht während verschiedener Phasen seines Fertigungsprozesses gemäß manchen Ausführungsformen.

Es werden nun unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen veranschaulichende Ausführungsformen beschrieben. In Zeichnungen markieren gleiche Referenzzahlen generell identische, funktional ähnliche und/oder strukturell ähnliche Elemente.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
Die folgende Offenbarung stellt viele unterschiedliche Ausführungsformen bzw. Beispiele für die Implementierung unterschiedlicher Merkmale des vorgestellten Gegenstandes bereit. Nachfolgend werden konkrete Beispiele der Komponenten und Anordnungen beschrieben, um die vorliegende Offenbarung zu vereinfachen. Dies sind natürlich lediglich Beispiele und sie sind nicht als einschränkend beabsichtigt. Der Prozess der Bildung eines ersten Merkmals über einem zweiten Merkmal in der folgenden Beschreibung kann zum Beispiel Ausführungsformen beinhalten, in denen das erste und das zweite Merkmal in direktem Kontakt ausgebildet sind, und kann auch Ausführungsformen beinhalten, in denen zusätzliche Merkmale zwischen dem ersten und dem zweiten Merkmal ausgebildet sind, so dass das erste und das zweite Merkmal möglicherweise nicht in direktem Kontakt stehen. Wie hierin verwendet, bedeutet die Bildung eines ersten Merkmals auf einem zweiten Merkmal, dass das erste Merkmal in direktem Kontakt mit dem zweiten Merkmal gebildet wird. Zusätzlich kann die vorliegende Offenbarung Bezugszahlen und/oder -buchstaben in den verschiedenen Beispielen wiederholen. Diese Wiederholung diktiert nicht an sich eine Beziehung zwischen den verschiedenen diskutierten Ausführungsformen und/oder Konfigurationen.
Räumlich relative Begriffe, wie etwa „darunter“, „unter“, „tieferer“, „über“, „oberer“ und dergleichen, können hierin zur Vereinfachung der Beschreibung verwendet werden, um die Beziehung eines Elements oder Merkmals zu einem oder mehreren anderen Element(en) oder Merkmal(en), wie in den Figuren veranschaulicht, zu beschreiben. Es ist vorgesehen, dass die räumlich relativen Begriffe unterschiedliche Orientierungen der Vorrichtung im Gebrauch oder im Betrieb zusätzlich zu der in den Figuren gezeigten Orientierung mit einschließen. Die Vorrichtung kann auch anderweitig orientiert sein (um 90 Grad gedreht oder andere Orientierungen) und die hierin verwendeten räumlich relativen Deskriptoren können ebenfalls entsprechend interpretiert werden.
Es ist zu beachten, dass Bezugnahmen in der Spezifikation auf „eine Ausführungsform“, „eine beispielhafte Ausführungsform“, „beispielhaft“ usw. angeben, dass die beschriebene Ausführungsform ein bestimmtes Merkmal, eine bestimmte Struktur oder Charakteristik beinhalten kann, aber nicht jede Ausführungsform muss zwangsläufig diese(s) bestimmte Merkmal, Struktur oder Charakteristik beinhalten. Außerdem beziehen sich solche Formulierungen nicht zwangsläufig auf die gleiche Ausführungsform. Wenn ein bestimmtes Merkmal, eine bestimmte Struktur oder Charakteristik in Verbindung mit einer Ausführungsform beschrieben wird, läge es im Wissen von Fachleuten, solch ein(e) Merkmal, Struktur oder Charakteristik in Verbindung mit anderen Ausführungsformen herbeizuführen, unabhängig davon, ob ausdrücklich beschrieben oder nicht.
Es ist zu verstehen, dass die Phraseologie bzw. Terminologie hierin dem Zweck der Beschreibung und nicht der Einschränkung dient, so dass die Terminologie bzw. Phraseologie der vorliegenden Spezifikation durch Fachleute angesichts der Lehren hierin zu interpretieren ist.
Wie hierin verwendet, bezieht sich die Formulierung „Ätzselektivität“ auf das Verhältnis der Ätzraten von zwei verschiedenen Materialien unter den gleichen Ätzbedingungen.
Wie hier verwendet, bezieht sich die Formulierung „hohes k“ auf eine hohe Dielektrikkonstante. Im Bereich von Halbleitervorrichtungsstrukturen und Fertigungsprozessen bezieht sich hohes k auf eine Dielektrikkonstante, die größer als die Dielektrikkonstante von Si02 ist (z.B. größer als 3,9).
Wie hierin verwendet, bezieht sich die Formulierung „niedriges k“ auf eine niedrige Dielektrikkonstante. Im Bereich von Halbleitervorrichtungsstrukturen und Fertigungsprozessen bezieht sich niedriges k auf eine Dielektrikkonstante, die kleiner als die Dielektrikkonstante von Si02 ist (z.B. kleiner als 3,9).
Wie hierin verwendet, definiert die Formulierung „p-Typ“ eine(n) als mit p-Typ-Dotierstoffen, wie etwa Boron, dotierte Struktur, Schicht und/oder Bereich.
Wie hierin verwendet, definiert die Formulierung „n-Typ“ eine(n) mit n-Typ-Dotierstoffen, wie etwa Phosphor, dotierte Struktur, Schicht und/oder Bereich.
Wie hierin verwendet, bezieht sich der Begriff „leitfähig“ auf eine(n) elektrisch leitfähige(n) Struktur, Schicht und/oder Bereich.
Wie hierin verwendet, bezieht sich die Formulierung „siliziumreiches Oxid“ auf ein nicht-stöchiometrisches Siliziumoxid (SiO_x)-Material, das ein Verhältnis von Silizium zu Sauerstoff von mehr als dem stöchiometrischen Verhältnis von Silizium zu Sauerstoff von etwa 1:2 aufweist.
In manchen Ausführungsformen können die Begriffe „etwa“ und „im Wesentlichen“ einen Wert einer gegebenen Quantität angeben, die um 5 % des Wertes variiert (z.B. ±1 %, ±2 %, ±3 %, ±4 %, ±5 % des Wertes). Diese Werte sind lediglich Beispiele und nicht als einschränkend beabsichtigt. Die Begriffe „etwa“ und „im Wesentlichen“ können sich auf einen Prozentsatz der Werte beziehen, wie durch den Fachmann angesichts der Lehren hierin interpretiert.
Eine BSI-Bildsensorvorrichtung beinhaltet einen Pixelbereich mit einem Pixel-Array bzw. strahlungserfassenden Bereichen, das bzw. die auf einem Substrat (z.B. einem Halbleitersubstrat) ausgebildet ist bzw. sind. Die Formulierungen „strahlungserfassende Bereiche“ und „Pixel“ können in dieser Offenbarung austauschbar verwendet werden. Die Pixel sind konfiguriert, Photonen aus der einfallenden Strahlung in ein elektrisches Signal zu wandeln. Das elektrische Signal wird anschließend zu Verarbeitungskomponenten verteilt, die an den BSI-Bildsensor angebracht sind. Aus diesem Grund liegt der Pixelbereich über einer Mehrebenen-Metallisierungsschicht, die dafür konfiguriert ist, das elektrische Signal, das innerhalb der Pixel erzeugt wird, an entsprechende Verarbeitungskomponenten zu verteilen. Die Mehrebenen-Metallisierungsschicht ist auf einer ersten Fläche des Substrats ausgebildet, die als die „vorderseitige“ Fläche des Substrats bezeichnet wird. Der Pixelbereich wird auf einer zweiten Fläche des Substrats, die der vorderseitigen Fläche des Substrats gegenüberliegt, gebildet. Diese zweite Fläche des Substrats wird hierin als die „rückseitige“ Fläche des Substrats bezeichnet. Der Pixelbereich enthält eine Gitterstruktur, die optische Isolation zwischen benachbarten Pixeln bereitstellt. Darüber hinaus enthält der Pixelbereich Farbfilterschichten. Das Material der Farbfilterschichten kann derart ausgewählt werden, dass Licht mit einer gewünschten Wellenläge durch die Farbfilterschichten dringt, während Licht mit anderen Wellenlängen von den Farbfilterschichten absorbiert wird.
Die Komponenten des BSI-Bildsensors (z.B. Pixel, Transistoren, Kondensatoren, Speicherstrukturen oder andere an dem Bildsensor angebrachte Chips) können mit externen Vorrichtungen (z.B. einer externen Schaltungsanordnung) über Drahtverbinder, die an Padstrukturen angebracht sind, die auf der rückseitigen Fläche des Substrats ausgebildet sind, elektrisch gekoppelt sein. Um dies zu erreichen, erstrecken sich die Padstrukturen des BSI-Bildsensors von der rückseitigen Fläche des Substrats zu der vorderseitigen Fläche des Substrats und verbinden elektrisch mit der Mehrebenen-Metallisierungsschicht des BSI-Bildsensors. Dementsprechend kann die Mehrebenen-Metallisierungsschicht, die eine elektrische Signalverbindung mit dem BSI-Bildsensor bereitstellt, elektrisch mit einer externen Vorrichtung oder Schaltung über die Padstrukturen verbunden sein. Die Padstrukturen können an der Peripherie des BSI-Bildsensors um den Pixelbereich angeordnet sein.
Eine Herausforderung bei BSI-Bildsensoren ist es, eine hohe Vorrichtungszuverlässigkeit zu erreichen. Die Vorrichtungszuverlässigkeit von BSI-Bildsensoren wird durch den Aufbau von Eigenspannung innerhalb des Stapels von Schichten, die den Pixelbereich auf der rückseitigen Fläche des Substrats bilden, beeinträchtigt. Dieser Aufbau von Eigenspannung lässt sich auf die Gitterfehlanpassung zwischen den verschiedenen Schichten in dem Stapel von Schichten zurückführen. Solch ein Aufbau von Eigenspannung kann zu Rissen innerhalb des Schichtenstapels führen und/oder er kann verursachen, dass der Schichtenstapel sich von dem Substrat löst, was in einem Vorrichtungsversagen resultiert.
Die vorliegende Offenbarung stellt beispielhafte BSI-Bildsensoren mit spannungsanpassenden (stress adjusting) Schichten und beispielhafte Verfahren zu deren Fertigung bereit. Die spannungsanpassenden Schichten sind innerhalb des Schichtenstapels in dem Pixelbereich und/oder anderen Bereichen (z.B. Kontaktpadbereich, Metallabschirmbereich usw.) der BSI-Bildsensoren angeordnet. Die spannungsanpassenden Schichten sind angeordnet, so dass sie induzieren, dass Spannung der Eigenspannung innerhalb des Schichtstapels entgegenwirkt. Die spannungsanpassenden Schichten induzieren beispielsweise Druckspannung, um Zugspannung in den darunter und/oder darüber liegenden Schichten entgegenzuwirken, oder sie induzieren Zugspannung, um Druckspannung in den darunter und/oder darüber liegenden Schichten entgegenzuwirken. Solch eine entgegenwirkende Spannung, die durch die spannungsanpassenden Schichten induziert wird, entspannt die Eigenspannung innerhalb des Schichtenstapels und verhindert somit die Bildung von spannungsinduzierten Rissen innerhalb des Schichtenstapels und/oder das spannungsinduzierte Ablösen von Schichten von dem Substrat. Die Verwendung von spannungsanpassenden Schichten in den BSI-Bildsensoren kann Vorrichtungszuverlässigkeit um etwa 40 % bis etwa 50 % im Vergleich zu BSI-Bildsensoren ohne die spannungsanpassenden Schichten erhöhen.
In manchen Ausführungsformen können die spannungsanpassenden Schichten über und/oder unter der Gitterstruktur in den Pixelbereichen angeordnet sein. Die spannungsanpassenden Schichten können auf einer Antireflexbeschichtungs- (Anti-Reflective Coating; ARC) Schicht unter der Gitterstruktur und/oder zwischen den Farbfilterschichten über der Gitterstruktur angeordnet sein. In manchen Ausführungsformen können die spannungsanpassenden Schichten eine siliziumreiche Oxidschicht mit einem linearen oder abgestuftem Si-Konzentrationsprofil und einem konstanten oder abgestuftem Silizium-zu-Sauerstoff-Verhältnis über die siliziumreiche Oxidschicht hinweg enthalten. Wie hierin verwendet, bezieht sich die Formulierung „siliziumreiches Oxid“ auf ein nicht-stöchiometrisches Siliziumoxid (SiO_x) - Material, das ein Verhältnis von Silizium zu Sauerstoff von mehr als dem stöchiometrischen Verhältnis von Silizium zu Sauerstoff von etwa 1:2 aufweist. In manchen Ausführungsformen können die spannungsanpassenden Schichten eine Zweischichtstruktur mit einer siliziumreichen Oxidbodenschicht und einer Oxid- oder Nitrid-Deckschicht enthalten. Die Zweischichtstruktur kann ein konstantes oder abgestuftes Si-Konzentrationsprofil und ein konstantes oder abgestuftes Silizium-zu-Sauerstoff-Verhältnis über die Zweischichtstruktur hinweg enthalten. Andere Formen von Si-Konzentrationsprofilen über die Zweischichtstruktur hinweg liegen im Umfang der vorliegenden Offenbarung. Neben der Zweischichtstruktur liegen auch andere Schichtkonfigurationen der spannungsanpassenden Schicht im Umfang der vorliegenden Offenbarung.
In manchen Ausführungsformen enthalten die spannungsanpassenden Schichten eine gespannte Schicht mit einer Zug- oder Druckspannung, die innerhalb der gespannten Schicht induziert ist. Die gespannte Schicht kann eine gespannte siliziumreiche Oxidschicht enthalten. In manchen Ausführungsformen kann die gespannte Schicht eine Zweischichtstruktur mit einer gespannten siliziumreichen Oxidbodenschicht und eine Oxid- oder Nitrid-Deckschicht enthalten. Die gespannte siliziumreiche Oxidschicht kann ein lineares oder abgestuftes Si-Konzentrationsprofil enthalten und ein konstantes oder abgestuftes Silizium-zu-Sauerstoff-Verhältnis über die gespannte siliziumreiche Oxidschicht hinweg. Das Spannungsniveau innerhalb der spannungsanpassenden Schichten kann während des Abscheidungsprozesses durch Variieren der Abscheidungsparameter, wie etwa Präkursorgasflussrate, Präkursorgasdruck, Abscheidungstemperatur, Abscheidungsrate, Schichtdicke und Materialzusammensetzung fein abgestimmt werden.
1A veranschaulicht eine Querschnittsansicht eines BSI-Bildsensors 100 mit einem Pixelbereich 102A, einem Peripheriebereich 102B, einem Kontaktpadbereich 102C und einem rückseitigen Scribe-Line (BSL) Bereich 102D gemäß manchen Ausführungsformen.
BSI-Bildsensor 100 kann auf einem Substrat 104 mit einer vorderseitigen Fläche 104A und einer rückseitigen Fläche 102B ausgebildet sein. Substrat 106 kann ein Halbleitermaterial sein, wie etwa Silizium (Si), Germanium (Ge), Silizium-Germanium (SiGe), Siliziumkarbid (SiC), Indiumphosphid (InP), Gallium-Arsenid (GaAs) und eine Kombination davon. In manchen Ausführungsformen kann Substrat 106 eine Silizium-auf-Isolator- (SOI) Struktur oder eine Germanium-auf-Isolator- (GOI) Struktur enthalten. Andere geeignete Materialien für Substrat 106 liegen im Umfang der vorliegenden Offenbarung.
BSI-Bildsensor 100 kann einen Schichtenstapel 106 enthalten, der auf rückseitiger Fläche 104B angeordnet ist, einen flachen Grabenisolationsbereich 120, der innerhalb des Substrats 104 angeordnet ist, eine Mehrebenen-Metallisierungsschicht 124, die auf vorderseitiger Fläche 104A angeordnet ist, eine Padstruktur 120, die innerhalb des Kontaktpadbereichs 102C angeordnet ist, und ein Trägersubstrat 126. Padstruktur 120 ist ein Eingabe-/Ausgabe-(I/O) Port des BSI-Bildsensors 100 und enthält eine leitfähige Schicht, die elektrisch mit einer Mehrebenen-Verbindungsstruktur 124A verbunden ist, die in einer intermetallischen dielektrischen (IMD) Schicht 124B eingebettet ist. BSI-Bildsensor 100 kann zusätzliche Komponenten enthalten, wie etwa Mikrolinsen auf Schichtenstapel 106, Löthöcker auf Padstruktur 120, Metallverdrahtungen, aktive und/oder passive Vorrichtungen, isolierende Schichten, Ätzstoppschichten und dotierte Bereiche, die zur Vereinfachung nicht gezeigt sind.
Pixelbereich 102A kann eine Metallgitterstruktur 130 mit Gitterlinien 132 enthalten, die Pixel 134 voneinander isoliert und dafür ausgelegt ist, einfallende Strahlungsstrahlen 128 zu empfangen, die durch Schichtenstapel 106 in Pixelbereich 102A in ein elektrisches Signal gewandelt werden. Das elektrische Signal wird von Padstruktur 120 und Mehrebenen-Metallisierungsschicht 124 an Trägersubstrat 126 oder eine externe Schaltung verteilt. Trägersubstrat 126 kann mit Mehrebenen-Metallisierungsschicht 124 durch Molekularkräfte verbunden sein - eine Technik, die als direktes Bonden oder optisches Schmelzbonden bekannt ist - oder durch andere Bonding-Techniken, die Fachleuten bekannt sind, wie etwa Metalldiffusion oder anodisches Bonden. In manchen Ausführungsformen kann Trägersubstrat 126 Materialien enthalten, die Substrat 104 ähnlich sind, oder es kann ein Glassubstrat enthalten. In manchen Ausführungsformen kann Trägersubstrat 126 eine anwendungsspezifische integrierte Schaltung (ASCI) enthalten. Die ASIC kann aktive Vorrichtungen (z.B. Transistorstrukturen) enthalten, um Logik- und Speicherschaltungen in der ASIC zu bilden. Elektrische Verbindungen zwischen aktiven Vorrichtungen und Schichtenstapel 106 werden durch Mehrebenen-Metallisierungsschicht 124 bereitgestellt.
Peripheriebereich 102B kann geerdete Metallabschirmung 136 enthalten, die optische Abschirmung an aktive Vorrichtungen (nicht gezeigt) in Peripheriebereich 102B bereitstellt, um die aktiven Vorrichtungen optisch dunkel zu halten. Die aktiven Vorrichtungen in Peripheriebereich 102B können Referenzpixel sein, die dafür verwendet werden, eine Basislinie einer Lichtintensität für BSI-Bildsensor 100 herzustellen. Kontaktpadbereich 102C kann ein oder mehrere leitfähige Bondpads oder Löthöcker (nicht gezeigt) auf Padstruktur 120 enthalten, durch die elektrische Verbindungen zwischen BSI-Bildsensor 100 und einer externen Schaltung hergestellt werden können. BSL-Bereich 102D kann BSI-Bildsensor 100 von benachbarten Halbleitervorrichtungen (nicht gezeigt) isolieren und kann geschnitten werden, um benachbarte Halbleitervorrichtungen auf benachbarten Chips zu trennen bevor die Chips verpackt und als integrierte Schaltungschips verkauft werden.
Schichtenstapel 106 kann eine ARC-Schicht 108 enthalten, die auf rückseitiger Fläche 104B angeordnet ist, eine spannungsanpassende Schicht 100, die auf ARC-Schicht 108 angeordnet ist, eine erste dielektrische Schicht 112, die auf spannungsanpassender Schicht 110 angeordnet ist, eine Metallschicht 114, die auf erster dielektrischer Schicht 112 angeordnet ist, eine zweite dielektrische Schicht 116, die auf Metallschicht 114 angeordnet ist, und eine dritte dielektrische Schicht 118, die auf zweiter dielektrischer Schicht 116 angeordnet ist. In manchen Ausführungsformen kann ARC-Schicht 108 ein dielektrisches Material mit hohem k-Wert enthalten, wie etwa Hafniumoxid (HfO₂), Titanoxid (TiO₂), Hafnium-Zirkonium-Oxid (HfZrO), Tantaloxid (Ta₂O₃), Hafniumsilikat (HfSiO₄), Zirkoniumoxid (ZrO₂) und Zirkoniumsilikat (ZrSi02) oder andere geeignete dielektrische Materialien mit hohem k-Wert. Erste dielektrische Schicht 112 kann eine plasmaunterstützte Oxidschicht (PEOX) enthalten, die unter Verwendung eines plasmaunterstützten CVD-Prozesses mit einem Tetraethyloxysilan (PETEOS)-Präkursor gebildet wurde. In manchen Ausführungsformen kann Metallschicht 114 Aluminium (AI), Kupfer (Cu), Tantal (Ta), Titan (Ti), eine Kombination davon oder andere geeignete metallische Materialien enthalten. Zweite dielektrische Schicht 116 kann eine Oxidschicht, eine Oxynitridschicht oder andere geeignete Materialien mit Farbfiltereigenschaften enthalten und dritte dielektrische Schicht 118 kann eine Pufferoxidschicht oder eine Puffernitridschicht enthalten.
In manchen Ausführungsformen kann spannungsanpassende Schicht 110 zwischen ARC-Schicht 108 und erster dielektrischer Schicht 112 angeordnet zu sein, um die Bildung von Eigenspannung zwischen ARC-Schicht 108 und erster dielektrischer Schicht 112 zu verhindern. Die Eigenspannung kann auf Gitterfehlanpassung zwischen ARC-Schicht 108 und erster dielektrischer Schicht 112 zurückzuführen sein und/oder auf Abscheidung prozessbezogener Spannung, die in ARC-Schicht 108 und/oder erster dielektrischer Schicht 112 induziert wird. Ohne die Verwendung der spannungsanpassenden Schicht 110 kann solch eine Eigenspannung zu der Bildung von Rissen innerhalb der ARC-Schicht 108 und/oder der ersten dielektrischen Schicht 112 führen und/oder sie kann verursachen, dass sich ARC-Schicht 108 von rückseitiger Fläche 104B des Substrats 104 ablöst, was zu Vorrichtungsausfall führt.
Spannungsanpassende Schicht 110 kann mit einer Struktur und/oder Zusammensetzung gebildet werden, die Spannung induziert, die der Eigenspannung innerhalb von ARC-Schicht 108 und/oder erster dielektrischer Schicht 112 entgegenwirkt. Spannungsanpassende Schicht 110 kann beispielsweise mit einer Struktur und/oder Zusammensetzung gebildet werden, die Druckspannung induziert, um Zugeigenspannung in ARC-Schicht 108 und/oder erster dielektrischer Schicht 112 entgegenzuwirken, oder Zugkraft induziert, um Druckeigenspannung in ARC-Schicht 108 und/oder erster dielektrischer Schicht 112 entgegenzuwirken. Solch eine entgegenwirkende Spannung, die durch spannungsanpassende Schicht 110 induziert wird, kann die Eigenspannung innerhalb von ARC-Schicht 108 und/oder erster dielektrischer Schicht 112 entspannen. Entspannen der Eigenspannung kann die Bildung von spannungsinduzierten Rissen innerhalb von ARC-Schicht 108 und/oder erster dielektrischer Schicht 112 verhindern und/oder das spannungsinduzierte Ablösen der ARC-Schicht 108 von Substrat 104 verhindern.
In manchen Ausführungsformen kann spannungsanpassende Schicht 110 eine gespannte Schicht mit einer Zug- oder Druckspannung enthalten, die innerhalb der gespannten Schicht induziert ist, wobei Atome über ihren normalen interatomaren Abstand hinaus gedehnt werden. In manchen Ausführungsformen kann spannungsanpassende Schicht 110 eine Dicke 110t in einem Bereich von etwa 10 nm bis etwa 500 nm aufweisen. Dicke 110t außerhalb des Bereichs von etwa 10 nm bis etwa 500 nm induziert möglicherweise kein adäquates Spannungsniveau in ARC-Schicht 108 und/oder erster dielektrischer Schicht 112, um der Eigenspannung innerhalb von ARC-Schicht 108 und/oder erster dielektrischer Schicht 112 entgegenzuwirken. Spannungsanpassende Schicht 110 wird mit einem Brechungsindex in einem Bereich von etwa 1,5 bis etwa 2,7 gebildet. Wenn spannungsanpassende Schicht 110 mit einem Brechungsindex außerhalb des Bereichs von etwa 1,5 bis etwa 2,7 gebildet wird, verschlechtert sich die optische Effizienz des Pixelbereichs 102A, wodurch sich in der Folge die Sensorleistung des BSI-Bildsensors 100 verschlechtert.
In manchen Ausführungsformen kann spannungsanpassende Schicht 110 eine siliziumreiche Oxidschicht mit einer Siliziumkonzentration in einem Bereich von etwa 45 Atom% bis etwa 65 Atom-% enthalten, um ein adäquates Spannungsniveau in spannungsanpassender Schicht 110 zu erreichen, um der Eigenspannung innerhalb von ARC-Schicht 108 und/oder erster dielektrischer Schicht 112 entgegenzuwirken. Wie hierin verwendet, bezieht sich die Formulierung „siliziumreiches Oxid“ auf ein nicht-stöchiometrisches Siliziumoxid (SiO_x) -Material, das ein Verhältnis von Silizium zu Sauerstoff von mehr als dem stöchiometrischen Verhältnis von Silizium zu Sauerstoff von etwa 1:2 aufweist. Wenn die Siliziumkonzentration in spannungsanpassender Schicht 110 außerhalb des Bereichs von etwa 45 Atom-% bis etwa 65 Atom-% liegt, ist spannungsanpassende Schicht 110 beim Entspannen der Eigenspannung innerhalb von ARC-Schicht 108 und/oder erster dielektrischer Schicht 112 ineffektiv und somit bei der Vermeidung der Bildung von Rissen innerhalb von ARC-Schicht 108 und/oder erster dielektrischer Schicht 112 und/oder der Vermeidung, dass ARC-Schicht 108 sich von Substrat 104 ablöst, ineffektiv.
In manchen Ausführungsformen kann spannungsanpassende Schicht 110 zur effektiven Entfernung der Eigenspannung aus ARC-Schicht 108 und/oder erster dielektrischer Schicht 112 ein atomares Silizium-zu-Sauerstoff-Konzentrationsverhältnis („Si:O-Verhältnis“) im Bereich von etwa 28:15 bis etwa 28:31 aufweisen. In manchen Ausführungsformen können die atomaren Konzentrationsprofile von Silizium und Sauerstoff in spannungsanpassender Schicht 110 entlang Linie A-A in 1A ein lineares Profil mit einer Silizium-Atomkonzentration aufweisen, die höher ist als eine Sauerstoff-Atomkonzentration, wie in 1B gezeigt. Spannungsanpassende Schicht 110 mit solchen linearen Atomkonzentrationsprofilen weisen ein konstantes Si:O-Verhältnis auf, wie in 1C gezeigt.
In manchen Ausführungsformen können die Atomkonzentrationsprofile von Silizium und Sauerstoff in spannungsanpassender Schicht 110 entlang Linie A-A in 1A in Relation zueinander nicht überlappend sein und abgestufte Profile mit einer Silizium-Atomkonzentration aufweisen, die höher als eine Sauerstoff-Atomkonzentration ist, wie in 1D gezeigt. Abgestufte Profile in 1D zeigen, dass Atomkonzentrationen von Silizium und Sauerstoff von Bodenfläche 110A in Richtung oberer Fläche 110B der spannungsanpassenden Schicht 110 zu- bzw. abnehmen. Spannungsanpassende Schicht 110 mit abgestuften Profilen in 1D können ein Si:O-Verhältnis aufweisen, das von Bodenfläche 110A in Richtung oberer Fläche 110B der spannungsanpassenden Schicht 110 zunimmt, wie in 1E gezeigt.
In manchen Ausführungsformen können die Atomkonzentrationsprofile von Silizium und Sauerstoff in spannungsanpassender Schicht 110 entlang Linie A-A in 1A in Relation zueinander nicht überlappend sein und abgestufte Profile mit einer Silizium-Atomkonzentration aufweisen, die höher als eine Sauerstoff-Atomkonzentration ist, wie in 1F gezeigt. Abgestufte Profile in 1F zeigen, dass Atomkonzentrationen von Silizium und Sauerstoff von Bodenfläche 110A in Richtung oberer Fläche 110B der spannungsanpassenden Schicht 110 ab- bzw. zunehmen. Spannungsanpassende Schicht 110 mit abgestuften Profilen in 1F können ein Si:O-Verhältnis aufweisen, das von Bodenfläche 110A in Richtung oberer Fläche 110B der spannungsanpassenden Schicht 110 abnimmt, wie in 1G gezeigt. Zum Bilden der spannungsanpassenden Schicht 110 mit den abgestuften Profilen in 1F können die Konzentrationen von Silizium- und Sauerstoff-Präkursern während der Bildung der spannungsanpassenden Schicht 110 variiert werden, wie in 1H gezeigt.
In manchen Ausführungsformen kann spannungsanpassende Schicht 110 eine Zweischichtstruktur mit einer Bodenschicht 110C und einer Deckschicht 110D enthalten, wie in 1I gezeigt. Bodenschicht 110C kann eine siliziumreiche Oxidschicht enthalten und Deckschicht 110D kann eine Siliziumoxidschicht oder jedwede andere Oxidschicht enthalten. In manchen Ausführungsformen ist die atomare Konzentration des Siliziums in Boden- und Deckschichten 110C - 110D entlang Linie B-B in 11 im Wesentlichen konstant, während die atomare Konzentration von Sauerstoff in Bodenschicht 110C höher ist als in Deckschicht 110D, wie in 1J gezeigt. In manchen Ausführungsformen können die atomaren Konzentrationsprofile von Silizium und Sauerstoff in spannungsanpassender Schicht 110 entlang Linie B-B in 11 relativ zueinander nicht überlappend sein, wie in 1J gezeigt. Das Si:O-Verhältnis in Boden- und Deckschichten 110C-110D entlang Linie A-A in 11, das den Profilen in 1J entspricht, ist in 1K gezeigt, worin das Si:O-Verhältnis in Bodenschicht 110C niedriger ist als in Deckschicht 110D.
In manchen Ausführungsformen können Boden- und Deckschichten 110C - 110D nicht überlappende atomare Silizium- und Sauerstoff-Konzentrationsprofile (entlang Linie B-B in 11) aufweisen, wie in 1L gezeigt, worin die atomaren Konzentrationen von Silizium und Sauerstoff in Bodenschicht 110C höher ist als in Deckschicht 110D. Die unterschiedlichen Si:0-Verhältnisprofile entlang Linie B-B in 11 gemäß manchen Ausführungsformen, die den Profilen in Fig. iL entsprechen, sind in 1M - 10 gezeigt. Das Si:O-Verhältnis kann über Boden- und Deckschichten 110C - 110D hinweg konstant sein, wie in 1M gezeigt. Das Si:O-Verhältnis kann in Bodenschicht 110C niedriger sein als in Deckschicht 110D, wie in 1N gezeigt, oder es kann in Bodenschicht 110C höher sein als in Deckschicht 110D, wie in 10 gezeigt.
In manchen Ausführungsformen kann spannungsanpassende Schicht 110, anstelle von siliziumreichem Oxid, nicht-stöchiometrisches Magnesiumoxid (MgO_x), Aluminiumoxid (AlO_x), Ytterbiumoxid (YbO_x), Zinkoxid (ZnO_x), Tantaloxid (TaO_x), Zirkoniumoxid (ZrO_x), Hafniumoxid (HfO_x), Telliumoxid (TeO_x) oder Titanoxid (TiO_x) enthalten. Als solches kann die Diskussion der atomaren Siliziumkonzentrationsprofile unter Bezugnahme auf 1B, 1D, 1F, 1J und 1L auch für Mg, Al, Yb, Zn, Ta, Zr, Hf, Te oder Ti gelten. Die Diskussion des Si:O-Verhältnisses unter Bezugnahme auf 1C, 1E, 1G, 1K und 1M-10 kann auch für das atomare Konzentrationsverhältnis von Mg:O, Al:O, Yb:O, Z:O, Ta:O, Zr:O, Hf:O, Te:O oder Ti:O gelten.
2 veranschaulicht eine Querschnittsansicht eines BSI-Bildsensors 200 mit Pixelbereich 102A, Peripheriebereich 102B, Kontaktpadbereich 102C und BSL-Bereich 102D gemäß manchen Ausführungsformen. Die Diskussion des BSI-Bildsensors 100 gilt auch für BSI-Bildsensor 200, sofern nicht anders erwähnt. Elemente in 2 mit gleichen Kennzeichnungen, wie Elemente in 1A - 1O, sind vorstehend beschrieben.
BSI-Bildsensor 200 kann Schichtenstapel 106 enthalten, wobei ARC-Schicht 108 auf der rückseitigen Fläche 104B angeordnet ist, erste dielektrische Schicht 112, die auf ARC-Schicht 108 angeordnet ist, Metallschicht 114, die auf erster dielektrischer Schicht 112 angeordnet ist, zweite dielektrische Schicht 116, die auf Metallschicht 114 angeordnet ist, eine spannungsanpassende Schicht 210, die auf zweiter dielektrischer Schicht 116 angeordnet ist, und dritte dielektrische Schicht 118, die auf spannungsanpassender Schicht 210 angeordnet ist. Die Diskussion der spannungsanpassenden Schicht 110 unter Bezugnahme auf 1A - 1O gilt auch für spannungsanpassende Schicht 210, sofern nicht anders angegeben. Spannungsanpassende Schicht 210 kann zwischen zweiter und dritter dielektrischer Schicht 116 und 118 angeordnet sein, um die Bildung von Eigenspannung zwischen zweiter und dritter dielektrischer Schicht 116 und 118 zu verhindern. Darüber hinaus kann spannungsanpassende Schicht 210 an Seitenwänden von Kontaktpadöffnung 138 angeordnet sein, um die Bildung von Eigenspannung innerhalb der Abschnitte der dritten dielektrischen Schicht 118, die sich an den Seitenwänden der Kontaktpadöffnung 138 befinden, zu verhindern. Ohne die Verwendung der spannungsanpassenden Schicht 210, kann solch eine Eigenspannung zu der Bildung von Rissen in der zweiten und dritten dielektrischen Schicht 116 und/oder 118 führen und/oder dem Ablösen der dritten dielektrischen Schicht 118 von den Seitenwänden der Kontaktpadöffnung 138, was zu Vorrichtungsausfall führt.
Spannungsanpassende Schicht 210 kann mit einer Struktur und/oder Zusammensetzung gebildet werden, die Spannung induzieren kann, die der Eigenspannung innerhalb der zweiten dielektrischen Schicht 116 und/oder der dritten dielektrischen Schicht 118 entgegenwirkt. In manchen Ausführungsformen kann spannungsanpassende Schicht 210 eine Dicke 210t in einem Bereich von etwa 10 nm bis etwa 500 nm aufweisen. Dicke 210t außerhalb des Bereichs von etwa 10 nm bis etwa 500 nm induziert möglicherweise kein adäquates Spannungsniveau in zweiter dielektrischer Schicht 116 und/oder dritter dielektrischer Schicht 118, um ihrer Eigenspannung entgegenzuwirken. In manchen Ausführungsformen kann spannungsanpassende Schicht 210 eine siliziumreiche Oxidschicht mit einer Siliziumkonzentration in einem Bereich von etwa 45 Atom-% bis etwa 65 Atom-% enthalten, um ein adäquates Spannungsniveau in spannungsanpassender Schicht 210 zu erreichen, um der Eigenspannung innerhalb der zweiten dielektrischen Schicht 116 und/oder der dritten dielektrischen Schicht 118 entgegenzuwirken. In manchen Ausführungsformen kann spannungsanpassende Schicht 210 zur effektiven Entfernung der Eigenspannung aus zweiter dielektrischer Schicht 116 und/oder dritter dielektrischer Schicht 118 ein Si:O-Verhältnis in einem Bereich von etwa 28:15 bis etwa 28:31 aufweisen.
3 veranschaulicht eine Querschnittsansicht eines BSI-Bildsensors 300 mit Pixelbereich 102A, Peripheriebereich 102B, Kontaktpadbereich 102C und BSL-Bereich 102D gemäß manchen Ausführungsformen. Die Diskussion der BSI-Bildsensoren 100 und 200 gilt auch für BSI-Bildsensor 300, sofern nicht anders erwähnt. Elemente in 3 mit gleichen Kennzeichnungen, wie Elemente in 1A - 1O und 2, sind vorstehend beschrieben. Ähnlich wie bei BSI-Bildsensoren 100 und 200 kann BSI-Bildsensor 300 eine spannungsanpassende Schicht 110 enthalten, die zwischen ARC-Schicht 108 und erster dielektrischer Schicht 112 angeordnet ist, und spannungsanpassende Schicht 210, die zwischen zweiter und dritter dielektrischer Schicht 116 und 118 angeordnet ist.
In manchen Ausführungsformen können spannungsanpassende Schichten 110 und 210 Materialzusammensetzungen aufweisen, die einander ähnlich sind oder sich voneinander unterscheiden. Spannungsanpassende Schichten 110 und 210 können Siliziumkonzentrationen aufweisen, die einander ähnlich sind oder sich voneinander unterscheiden, und in dem Bereich von etwa 45 Atom-% bis etwa 65 Atom-% liegen, und sie können Si:O-Verhältnisse aufweisen, die einander ähnlich sind oder sich voneinander unterscheiden, und in dem Bereich von etwa 28:15 bis etwa 28:31 liegen. Die atomaren Konzentrationsprofile von Silizium und Sauerstoff und die Si:0-Verhältnisprofile über spannungsanpassende Schichten 110 und 210 hinweg können einander ähnlich sein oder sich voneinander unterscheiden. In manchen Ausführungsformen kann eine der spannungsanpassenden Schichten 110 und 210 eine Zweischichtstruktur aufweisen, wie in 11 gezeigt, oder beide spannungsanpassenden Schichten 110 und 210 können die Zweischichtstruktur aufweisen.
4 veranschaulicht eine Querschnittsansicht eines BSI-Bildsensors 400 mit Pixelbereich 102A, Peripheriebereich 102B, Kontaktpadbereich 102C und BSL-Bereich 102D gemäß manchen Ausführungsformen. Die Diskussion des BSI-Bildsensors 100 gilt auch für BSI-Bildsensor 400, sofern nicht anders erwähnt. Elemente in 4 mit gleichen Kennzeichnungen, wie Elemente in 1A - 1O, sind vorstehend beschrieben.
BSI-Bildsensor 400 kann einen Schichtenstapel 106 enthalten, der auf rückseitiger Fläche 104B angeordnet ist, einen flachen Grabenisolationsbereich 120, der innerhalb des Substrats 104 angeordnet ist, eine Mehrebenen-Metallisierungsschicht 124, die auf vorderseitiger Fläche 104A angeordnet ist, eine Padstruktur 420, die innerhalb des Kontaktpadbereichs 102C angeordnet ist, und ein Trägersubstrat 126. Padstruktur 420 ist ein Eingabe-/Ausgabe-(I/O) Port des BSI-Bildsensors 400 und enthält eine leitfähige Schicht 114, die elektrisch mit einer Mehrebenen-Verbindungsstruktur 124A verbunden ist, die in einer intermetallischen dielektrischen (IMD) Schicht 124B eingebettet ist.
Pixelbereich 102A kann eine Oxidgitterstruktur 430 mit Gitterlinien 432 enthalten, die Pixel voneinander isoliert und dafür konfiguriert ist, einfallende Strahlungsstrahlen 128 zu empfangen, die durch Schichtenstapel 106 in Pixelbereich 102A in ein elektrisches Signal gewandelt werden. Das elektrische Signal wird von Padstruktur 420 und Mehrebenen-Metallisierungsschicht 124 an Trägersubstrat 126 oder eine externe Schaltung verteilt.
Schichtenstapel 106 kann eine ARC-Schicht 108 enthalten, die auf rückseitiger Fläche 104B angeordnet ist, erste dielektrische Schicht 112, die auf ARC-Schicht 108 angeordnet ist, Metallschicht 114, die auf erster dielektrischer Schicht 112 angeordnet ist, eine spannungsanpassende Schicht 410, die auf Metallschicht 114 angeordnet ist, zweite dielektrische Schicht 116, die auf spannungsanpassender Schicht 410 angeordnet ist, und dritte dielektrische Schicht 118, die auf zweiter dielektrischer Schicht 116 angeordnet ist. Die Diskussion der spannungsanpassenden Schicht 110 unter Bezugnahme auf 1A - 1O gilt auch für spannungsanpassende Schicht 410, sofern nicht anders angegeben. Spannungsanpassende Schicht 410 kann zwischen Metallschicht 114 und zweiter dielektrischer Schicht 116 angeordnet sein, um die Bildung von Eigenspannung zwischen Metallschicht 114 und zweiter dielektrischer Schicht 116 zu verhindern. Ohne die Verwendung von spannungsanpassender Schicht 410 kann solch eine Eigenspannung zur Bildung von Rissen innerhalb von Metallschicht 114 und/oder zweiter dielektrischer Schicht 116 führen, was in Vorrichtungsausfall resultiert.
Spannungsanpassende Schicht 410 kann mit einer Struktur und/oder Zusammensetzung gebildet werden, die Spannung induzieren kann, die der Eigenspannung innerhalb von Metallschicht 114 und/oder zweiter dielektrischer Schicht 116 entgegenwirkt. In manchen Ausführungsformen kann spannungsanpassende Schicht 410 eine Dicke 410t in einem Bereich von etwa 10 nm bis etwa 500 nm aufweisen. Dicke 410t außerhalb des Bereichs von etwa 10 nm bis etwa 500 nm induziert möglicherweise kein hinreichendes Spannungsniveau in Metallschicht 114 und/oder zweiter dielektrischer Schicht 116, um ihrer Eigenspannung entgegenzuwirken. In manchen Ausführungsformen kann spannungsanpassende Schicht 410 eine siliziumreiche Oxidschicht mit einer Siliziumkonzentration in einem Bereich von etwa 45 Atom-% bis etwa 65 Atom-% enthalten, um ein adäquates Spannungsniveau in spannungsanpassender Schicht 410 zu erreichen, um der Eigenspannung innerhalb von Metallschicht 114 und/oder zweiter dielektrischer Schicht 116 entgegenzuwirken. In manchen Ausführungsformen kann spannungsanpassende Schicht 410 zur effektiven Entfernung der Eigenspannung aus Metallschicht 114 und/oder zweiter dielektrischer Schicht 116 ein Si:O-Verhältnis in einem Bereich von etwa 28:15 bis etwa 28:31 aufweisen.
5 veranschaulicht eine Querschnittsansicht eines BSI-Bildsensors 500 mit Pixelbereich 102A, Peripheriebereich 102B, Kontaktpadbereich 102C und BSL-Bereich 102D gemäß manchen Ausführungsformen. Die Diskussion des BSI-Bildsensors 400 gilt auch für BSI-Bildsensor 500, sofern nicht anders erwähnt. Elemente in 5 mit gleichen Kennzeichnungen, wie Elemente in 4, sind vorstehend beschrieben.
Zusätzlich zur spannungsanpassenden Schicht 410 kann BSI-Bildsensor 500 eine spannungsanpassende Schicht 510 enthalten, die zwischen ARC-Schicht 108 und erster dielektrischer Schicht 112 angeordnet ist. Die Diskussion der spannungsanpassenden Schicht 110 unter Bezugnahme auf 1A - 1O gilt auch für spannungsanpassende Schicht 510, sofern nicht anders angegeben. In manchen Ausführungsformen können spannungsanpassende Schichten 410 und 510 Materialzusammensetzungen aufweisen, die einander ähnlich sind oder sich voneinander unterscheiden. Spannungsanpassende Schichten 410 und 510 können Siliziumkonzentrationen aufweisen, die einander ähnlich sind oder sich voneinander unterscheiden, und in dem Bereich von etwa 45 Atom-% bis etwa 65 Atom-% liegen, und sie können Si:O-Verhältnisse aufweisen, die einander ähnlich sind oder sich voneinander unterscheiden, und in dem Bereich von etwa 28:15 bis etwa 28:31 liegen. Die atomaren Konzentrationsprofile von Silizium und Sauerstoff und die Si:O-Verhältnisprofile über spannungsanpassende Schichten 410 und 510 hinweg können einander ähnlich sein oder sich voneinander unterscheiden. In manchen Ausführungsformen kann eine der spannungsanpassenden Schichten 410 und 510 eine Zweischichtstruktur aufweisen, wie in 11 gezeigt, oder beide spannungsanpassenden Schichten 410 und 510 können die Zweischichtstruktur aufweisen.
6 ist ein Flussdiagramm eines beispielhaften Verfahrens 600 zum Fertigen eines BSI-Bildsensors 100 gemäß manchen Ausführungsformen. Zur Veranschaulichung werden die in 6 veranschaulichten Vorgänge unter Bezugnahme auf 7 - 17 beschrieben, die, gemäß manchen Ausführungsformen, Querschnittsansichten des BSI-Bildsensors 100 während verschiedener Phasen seines Fertigungsprozesses zeigen. Vorgänge können in Abhängigkeit von spezifischen Anwendungen in einer anderen Reihenfolge oder auch nicht durchgeführt werden. Es ist zu beachten, dass Verfahren 600 möglicherweise keinen vollständigen BSI-Bildsensor 100 ergibt. Dementsprechend versteht es sich, dass zusätzliche Prozesse vor, während und nach Verfahren 600 bereitgestellt werden können, und dass manche andere Prozesse hierin möglicherweise nur kurz beschrieben werden. Elemente in 7 - 17 mit gleichen Kennzeichnungen, wie Elemente in 1A - 1O, sind vorstehend beschrieben.
Im Vorgang 605 wird eine Mehrebenen-Verbindungsstruktur auf einer vorderseitigen Fläche eines Substrats gebildet und es wird eine ARC-Schicht auf einer rückseitigen Fläche des Substrats abgeschieden. Wie in 7 gezeigt, kann beispielsweise eine Mehrebenen-Metallisierungsschicht 124 mit Mehrebenen-Verbindungsstruktur 124A, die in IMD-Schicht 124B eingebettet ist, auf vorderseitiger Fläche 104A von Substrat 104 gebildet werden und ARC-Schicht 108 kann auf rückseitiger Fläche 104B abgeschieden werden. Auf die Bildung von Mehrebenen-Metallisierungsschicht 124 auf vorderseitiger Fläche 104A kann Bonden von Trägersubstrat 126 auf Mehrebenen-Metallisierungsschicht 124 und anschließendes Abscheiden von ARC-Schicht 108 auf rückseitiger Fläche 108 folgen.
Im Vorgang 610 wird eine spannungsanpassende Schicht auf der ARC-Schicht abgeschieden. Wie in 8 gezeigt, kann beispielsweise spannungsanpassende Schicht 110 auf der Struktur in 7 abgeschieden werden. Der Prozess des Abscheidens von spannungsanpassender Schicht 110 auf der Struktur in 7 kann Abscheiden einer siliziumreichen Oxidschicht unter Verwendung eines Atomlagenabscheidungsprozesses (ALD), eines Molekularstrahlexpitaxieprozesses (MBE) oder eines chemischen Dampfabscheidungsprozesses (CVD) umfassen. Der Prozess des Abscheidens der spannungsanpassenden Schicht 110 kann ferner Verwendung von Silangas (SiH₄) und Stickstoffgas (N2) als Präkursor und ein SiH₄-zu-N₂-Gasflussverhältnis im Bereich von etwa 1:1 bis etwa 1:2 umfassen. In manchen Ausführungsformen kann spannungsanpassende Schicht 110 mit einer Dicke 110t im Bereich von etwa 10 nm bis etwa 500 nm, einer Siliziumkonzentration im Bereich von etwa 45 Atom-% bis etwa 65 Atom-% und einem Si:O-Verhältnis im Bereich von etwa 28:15 bis etwa 28:31 abgeschieden werden.
Im Vorgang 615 wird auf der spannungsanpassenden Schicht eine Metallgitterstruktur gebildet. Wie in 12 gezeigt, kann auf spannungsanpassender Schicht 110 beispielsweise Metallgitterstruktur 130 gebildet werden. Die Bildung von Metallgitterstruktur 130 kann die sequenziellen Vorgänge beinhalten: (i) Abscheiden der ersten dielektrischen Schicht 112 auf spannungsanpassender Schicht 110, wie in 9 gezeigt; (ii) Bilden von Öffnungen 1040 in dem Stapel aus ARC-Schicht 108, spannungsanpassender Schicht 110 und erster dielektrischer Schicht 112, wie in 10 gezeigt; (iii) Abscheiden der Metallschicht 114 auf erster dielektrischer Schicht 112, wie in 11 gezeigt; und (iv) Strukturieren und Ätzen der Metallschicht 114 und ersten dielektrischen Schicht 112 zum Bilden von Gitterlinien 132 und Pixeln 134, wie in 12 gezeigt. In manchen Ausführungsformen kann Abscheiden der ersten dielektrischen Schicht 112 Abscheiden einer Oxidschicht unter Verwendung eines PECVD-Prozesses beinhalten. In manchen Ausführungsformen kann Abscheiden von Metallschicht 114 Abscheiden einer Schicht von Aluminium (Al), Kupfer (Cu), Tantal (Ta), Titan (Ti), einer Kombination davon oder anderer geeigneter metallischer Materialien auf der ersten dielektrischen Schicht 112 beinhalten.
Im Vorgang 620 wird eine Padstruktur durch das Substrat und auf der Mehrebenen-Verbindungsstruktur gebildet. Wie in 17 gezeigt, kann beispielsweise Padstruktur 120 auf Mehrebenen-Verbindungsstruktur 124A gebildet werden. Die Bildung von Padstruktur 120 kann sequenzielle Vorgänge beinhalten des (i) Abscheidens einer zweiten dielektrischen Schicht 116 auf der Struktur in 12, wie in 13 gezeigt; (ii) Bilden eines ersten Hohlraumabschnitts 138A der Kontaktpadöffnung 138 innerhalb von Substrat 104 durch rückseitige Fläche 104B, wie in 14 gezeigt; (iii) Abscheiden einer dritten dielektrischen Schicht 118 auf der Struktur in 14, wie in 15 gezeigt; (iv) Bilden eines zweiten Hohlraumabschnitts 138B der Kontaktpadöffnung 138 durch STI-Bereich 122 und IMD-Schicht 124B, wie in 16 gezeigt; (v) Abscheiden einer leitfähigen Schicht auf der Struktur in 16; und (vi) Strukturieren und Ätzen der leitfähigen Schicht zum Bilden von Padstruktur 120 innerhalb von Kontaktpadöffnung 138, wie in 17 gezeigt.
In manchen Ausführungsformen kann Abscheiden der zweiten dielektrischen Schicht 116 Abscheiden einer Oxidschicht unter Verwendung eines PECVD-Prozesses umfassen und Abscheiden der dritten dielektrischen Schicht 118 kann Abscheiden einer Oxid- oder Nitridschicht unter Verwendung eines CVD-Prozesses umfassen. Bilden des ersten Hohlraumabschnitts 138A kann selektives Ätzen von Abschnitten des Substrats 104, der ARC-Schicht 108, der spannungsanpassenden Schicht 110, der ersten dielektrischen Schicht 112, der Metallschicht 114 und der zweiten dielektrischen Schichten 116 innerhalb von Kontaktpadbereich 102C umfassen. Bilden des zweiten Hohlraumabschnitts 138B kann selektives Ätzen von Abschnitten der dritten dielektrischen Schicht 118, des STI-Bereichs 122 und der IMD-Schicht 124B durch ersten Hohlraumabschnitt 138A umfassen. Die selektiven Ätzprozesse können Verwendung von Trockenätzprozessen umfassen.
18 ist ein Flussdiagramm eines beispielhaften Verfahrens 1800 zum Fertigen eines BSI-Bildsensors 200 gemäß manchen Ausführungsformen. Zur Veranschaulichung werden die in 18 veranschaulichten Vorgänge unter Bezugnahme auf 19 - 28 beschrieben, die, gemäß manchen Ausführungsformen, Querschnittsansichten des BSI-Bildsensors 200 während verschiedener Phasen seines Fertigungsprozesses zeigen. Vorgänge können in Abhängigkeit von spezifischen Anwendungen in einer anderen Reihenfolge oder auch nicht durchgeführt werden. Es ist zu beachten, dass Verfahren 600 möglicherweise keinen vollständigen BSI-Bildsensor 200 ergibt. Dementsprechend versteht es sich, dass zusätzliche Prozesse vor, während und nach Verfahren 1800 bereitgestellt werden können, und dass manche andere Prozesse hierin möglicherweise nur kurz beschrieben werden. Elemente in 19 - 28 mit gleichen Kennzeichnungen, wie Elemente in 1A - 1O und 2, sind vorstehend beschrieben.
Im Vorgang 1805 wird, ähnlich wie im Vorgang 605 in 6, eine Mehrebenen-Verbindungsstruktur auf einer vorderseitigen Fläche eines Substrats gebildet und es wird eine ARC-Schicht auf einer rückseitigen Fläche des Substrats abgeschieden, wie in 19 gezeigt.
Im Vorgang 1810 wird auf der ARC-Schicht eine Metallgitterstruktur gebildet. Wie in 23 gezeigt, kann auf ARC-Schicht 108 beispielsweise Metallgitterstruktur 130 gebildet werden. Die Bildung von Metallgitterstruktur 130 kann die sequenziellen Vorgänge beinhalten: (i) Abscheiden der ersten dielektrischen Schicht 112 auf ARC-Schicht 108, wie in 20 gezeigt; (ii) Bilden von Öffnungen 2140 in dem Stapel aus ARC-Schicht 108 und erster dielektrischer Schicht 112, wie in 21 gezeigt; (iii) Abscheiden der Metallschicht 114 auf erster dielektrischen Schicht 112, wie in 22 gezeigt; und (iv) Strukturieren und Ätzen der Metallschicht 114 und ersten dielektrischen Schicht 112 zum Bilden von Gitterlinien 132 und Pixeln 134, wie in 23 gezeigt. In manchen Ausführungsformen kann Abscheiden der ersten dielektrischen Schicht 112 Abscheiden einer Oxidschicht unter Verwendung eines PECVD-Prozesses beinhalten. In manchen Ausführungsformen kann Abscheiden von Metallschicht 114 Abscheiden einer Schicht von Aluminium (AI), Kupfer (Cu), Tantal (Ta), Titan (Ti), einer Kombination davon oder anderer geeigneter metallischer Materialien auf der ersten dielektrischen Schicht 112 beinhalten.
Im Vorgang 1815 wird ein erster Hohlraumabschnitt eines Kontaktpads innerhalb des Substrats gebildet. Wie in 25 gezeigt, kann beispielsweise erster Hohlraumabschnitt 138A der Kontaktpadöffnung 138 auf STI-Bereich 122 gebildet werden. Die Bildung des ersten Hohlraumabschnitts 138A kann sequenzielle Vorgänge beinhalten des (i) Abscheidens einer zweiten dielektrischen Schicht 116 auf der Struktur in 23, wie in 24 gezeigt, und (ii) selektiven Ätzens von Abschnitten des Substrats 104, von ARC-Schicht 108, erster dielektrischer Schicht 112, Metallschicht 114 und zweiten dielektrischen Schichten 116 innerhalb von Kontaktpadbereich 102C, wie in 25 gezeigt. In manchen Ausführungsformen kann Abscheiden der zweiten dielektrischen Schicht 116 Abscheiden einer Oxidschicht unter Verwendung eines PEVD-Prozesses beinhalten und der selektive Ätzprozess kann Verwendung von Trockenätzprozessen beinhalten.
Im Vorgang 1820 wird eine spannungsanpassende Schicht auf der Metallgitterstruktur und innerhalb des ersten Hohlraumabschnitts abgeschieden. Wie in 26 gezeigt, kann spannungsanpassende Schicht 210 beispielsweise auf der Struktur in 25 in einem Vorgang, der Vorgang 610 ähnlich ist, abgeschieden werden.
Im Vorgang 1825 wird eine Padstruktur auf der spannungsanpassenden Schicht und der Mehrebenen-Verbindungsschicht gebildet. Wie in 28 gezeigt, kann beispielsweise Padstruktur 120 auf spannungsanpassender Schicht 210 und Mehrebenen-Verbindungsstruktur 124A gebildet werden. Die Bildung von Padstruktur 120 kann sequentielle Vorgänge beinhalten des (i) Abscheidens dritter dielektrischer Schicht 118 auf spannungsanpassender Schicht 210, wie in 26 gezeigt; (ii) Bilden eines zweiten Hohlraumabschnitts 138B, wie in 27 gezeigt; (v) Abscheiden einer leitfähigen Schicht auf der Struktur in 27; und (vi) Strukturieren und Ätzen der leitfähigen Schicht zum Bilden von Padstruktur 120 innerhalb der Kontaktpadöffnung 138, wie in 28 gezeigt. In manchen Ausführungsformen kann Abscheiden der dritten dielektrischen Schicht 118 Abscheiden einer Oxid- oder Nitridschicht unter Verwendung eines CVD-Prozesses beinhalten. Bilden des zweiten Hohlraumabschnitts 138B kann selektives Ätzen von Abschnitten der spannungsanpassenden Schicht 210, dritten dielektrischen Schicht 118, des STI-Bereichs 122 und der IMD-Schicht 124B durch ersten Hohlraumabschnitt 138A umfassen. Die selektiven Ätzprozesse können Verwendung von Trockenätzprozessen umfassen.
In manchen Ausführungsformen kann BSI-Bildsensor 300 durch Einfügen des Vorgangs 610 des Verfahrens 600 zwischen Vorgängen 1805 und 1810 des Verfahrens 1800 gefertigt werden.
29 ist ein Flussdiagramm eines beispielhaften Verfahrens 2900 zum Fertigen eines BSI-Bildsensors 400 gemäß manchen Ausführungsformen. Zur Veranschaulichung werden die in 29 veranschaulichten Vorgänge unter Bezugnahme auf 30 - 38 beschrieben, die, gemäß manchen Ausführungsformen, Querschnittsansichten des BSI-Bildsensors 400 während verschiedener Phasen seines Fertigungsprozesses zeigen. Vorgänge können in Abhängigkeit von spezifischen Anwendungen in einer anderen Reihenfolge oder auch nicht durchgeführt werden. Es ist zu beachten, dass Verfahren 600 möglicherweise keinen vollständigen BSI-Bildsensor 400 ergibt. Dementsprechend versteht es sich, dass zusätzliche Prozesse vor, während und nach Verfahren 2900 bereitgestellt werden können, und dass manche andere Prozesse hierin möglicherweise nur kurz beschrieben werden. Elemente in 30 - 38 mit gleichen Kennzeichnungen, wie Elemente in 1A - 1O und 4, sind vorstehend beschrieben.
Im Vorgang 2905 wird, ähnlich wie im Vorgang 605 in 6, eine Mehrebenen-Verbindungsstruktur auf einer vorderseitigen Fläche eines Substrats gebildet und es wird eine ARC-Schicht auf einer rückseitigen Fläche des Substrats abgeschieden, wie in 30 gezeigt.
Im Vorgang 2910 wird auf der Mehrebenen-Verbindungsstruktur eine Padstruktur gebildet und auf der rückseitigen Fläche des Substrats wird ein Pixelhohlraum gebildet. Wie in 35 gezeigt, kann beispielsweise eine Padstruktur 420 auf Mehrebenen-Verbindungsstruktur 124A gebildet werden und auf rückseitiger Fläche 104B kann ein Pixelhohlraum 3542 gebildet werden. Die Bildung von Padstruktur 420 kann sequentielle Vorgänge beinhalten des (i) Bildens eines ersten Hohlraumabschnitts 3138A der Kontaktpadöffnung 3138 und einer BSL-Öffnung 3140 innerhalb von Substrat 104 durch rückseitige Fläche 104B, wie in 31 gezeigt; (ii) Abscheidens der ersten dielektrischen Schicht 112 auf der Struktur in 31, wie in 32 gezeigt; (iii) Bildens eines zweiten Hohlraumabschnitts 3138B der Kontaktpadöffnung 3138 durch erste dielektrische Schicht 112, STI-Bereich 122 und IMD-Schicht 124B, wie in 33 gezeigt; (iv) Abscheiden von Metallschicht 114 auf der Struktur in 33 zum Füllen der Kontaktpadöffnung 3138, wie in 34 gezeigt; und (v) Strukturieren und Ätzen des Abschnitts der Metallschicht 114 innerhalb von Kontaktpadöffnung 3138, wie in 35 gezeigt. Auf die Bildung von Padstruktur 420 kann Strukturieren und Ätzen des Abschnitts der Metallschicht 114 innerhalb von Pixelbereich 102A zum Bilden von Pixelhohlraum 3542 folgen.
In manchen Ausführungsformen kann Abscheiden der zweiten ersten dielektrischen Schicht 112 Abscheiden einer Oxidschicht unter Verwendung eines PECVD-Prozesses beinhalten. Bilden des ersten Hohlraumabschnitts 3138A kann selektives Ätzen von Abschnitten des Substrats 104 und von ARC-Schicht 108 innerhalb des Kontaktpadbereichs 102C beinhalten. Bilden des zweiten Hohlraumabschnitts 3138B kann selektives Ätzen von Abschnitten der ersten dielektrischen Schicht 112, des STI-Bereichs 122 und der IMD-Schicht 124B durch ersten Hohlraumabschnitt 3138A umfassen. Die selektiven Ätzprozesse können Verwendung von Trockenätzprozessen umfassen. In manchen Ausführungsformen kann Abscheiden von Metallschicht 114 Abscheiden einer Schicht von Aluminium (AI), Kupfer (Cu), Tantal (Ta), Titan (Ti), einer Kombination davon oder anderer geeigneter metallischer Materialien auf der Struktur in 33 beinhalten.
Im Vorgang 2915 wird eine spannungsanpassende Schicht auf der Padstruktur und innerhalb des Pixelhohlraums abgeschieden. Wie in 36 gezeigt, kann spannungsanpassende Schicht 410 beispielsweise auf der Struktur in 35 in einem Vorgang, der Vorgang 610 ähnlich ist, abgeschieden werden. In manchen Ausführungsformen kann eine Passivierungsschicht 3744 auf der Struktur in 35 vor dem Abscheiden der spannungsanpassenden Schicht 410 abgeschieden werden, wie in 37 gezeigt. In manchen Ausführungsformen kann Passivierungsschicht 3744 eine Oxidschicht, eine Nitridschicht, eine Kombination davon oder andere geeignete dielektrische Materialien beinhalten.
Im Vorgang 2920 wird auf der spannungsanpassenden Schicht eine Oxidgitterstruktur gebildet. Wie in 38 gezeigt, kann auf spannungsanpassender Schicht 410 beispielsweise Oxidgitterstruktur 430 gebildet werden. Die Bildung von Oxidgitterstruktur 430 kann sequentielle Vorgänge beinhalten des (i) Abscheidens einer zweiten dielektrischen Schicht 116 auf der Struktur in 37; (ii) Abscheidens einer dritten dielektrischen Schicht 118 auf zweiter dielektrischer Schicht 116; und (iii) Strukturierens und Ätzens der zweiten und dritten dielektrischen Schichten 116 und 118 zum Bilden von Gitterlinien 432 und Pixeln 434, wie in 38 gezeigt. In manchen Ausführungsformen kann Abscheiden der zweiten dielektrischen Schicht 116 Abscheiden einer Oxidschicht unter Verwendung eines PECVD-Prozesses umfassen und Abscheiden der dritten dielektrischen Schicht 118 kann Abscheiden einer Oxid- oder Nitridschicht unter Verwendung eines CVD-Prozesses umfassen.
In manchen Ausführungsformen kann BSI-Bildsensor 500 durch Einfügen des Vorgangs 610 des Verfahrens 600 zwischen Vorgängen 2905 und 2910 des Verfahrens 2900 gefertigt werden.
Die vorliegende Offenbarung stellt beispielhafte BSI-Bildsensoren (z.B. BSI-Bildsensoren 100 - 500) mit spannungsanpassenden Schichten (z.B. spannungsanpassende Schichten 110, 210,410 und 510) und beispielhafte Verfahren zu deren Fertigung bereit. Die spannungsanpassenden Schichten sind innerhalb des Schichtenstapels in dem Pixelbereich (z.B. Pixelbereich 102A) und/oder anderen Bereichen (z.B. Kontaktpadbereich, Metallabschirmbereich usw.) der BIS-Bildsensoren angeordnet. Die spannungsanpassenden Schichten sind derart konfiguriert, dass sie induzieren, dass Spannung der Eigenspannung innerhalb des Schichtenstapels entgegenwirkt. Die spannungsanpassenden Schichten induzieren beispielsweise Druckspannung, um Zugspannung in den darunter und/oder darüber liegenden Schichten entgegenzuwirken, oder sie induzieren Zugspannung, um Druckspannung in den darunter und/oder darüber liegenden Schichten entgegenzuwirken. Solch eine entgegenwirkende Spannung, die durch die spannungsanpassenden Schichten induziert wird, entspannt die Eigenspannung innerhalb des Schichtenstapels und verhindert somit die Bildung von spannungsinduzierten Rissen innerhalb des Schichtenstapels und/oder das spannungsinduzierte Ablösen von Schichten von dem Substrat. Die Verwendung von spannungsanpassenden Schichten in den BSI-Bildsensoren kann Vorrichtungszuverlässigkeit um etwa 40 % bis etwa 50 % im Vergleich zu BSI-Bildsensoren ohne die spannungsanpassenden Schichten erhöhen.
In manchen Ausführungsformen können die spannungsanpassenden Schichten über und/oder unter der Gitterstruktur (z.B. Gitterstrukturen 130 und 430) in den Pixelbereichen angeordnet sein. Die spannungsanpassenden Schichten können auf einer Antireflexbeschichtungs- (Anti-Reflective Coating; ARC) Schicht (z.B. ARC-Schicht 108) unter der Gitterstruktur und/oder zwischen den Farbfilterschichten über der Gitterstruktur angeordnet sein. In manchen Ausführungsformen können die spannungsanpassenden Schichten eine siliziumreiche Oxidschicht mit einem linearen oder abgestuftem Si-Konzentrationsprofil und einem konstanten oder abgestuftem Silizium-zu-Sauerstoff-Verhältnis über die siliziumreiche Oxidschicht hinweg enthalten. In manchen Ausführungsformen können die spannungsanpassenden Schichten eine Zweischichtstruktur (z.B. Zweischichtstruktur 110 mit Bodenschicht 110C und Deckschicht 110D) mit einer siliziumreichen Oxid-Bodenschicht und einer Oxid- oder Nitrid-Deckschicht beinhalten. Die Zweischichtstruktur kann ein konstantes oder abgestuftes Si-Konzentrationsprofil und ein konstantes oder abgestuftes Silizium-zu-Sauerstoff-Verhältnis über die Zweischichtstruktur hinweg enthalten.
In manchen Ausführungsformen enthält eine Halbleitervorrichtung ein Substrat mit einer ersten Fläche und einer zweiten Fläche, die der ersten Fläche gegenüberliegt, eine Antireflexbeschichtungs- (Anti-reflective Coating; ARC) Schicht, die auf der zweiten Fläche des Substrats angeordnet ist, und eine spannungsanpassende Schicht, die auf der ARC-Schicht angeordnet ist. Die spannungsanpassende Schicht enthält ein Oxid eines Halbleitermaterials. Die Konzentrationsprofile des Halbleitermaterials und Sauerstoffatome in der spannungsanpassenden Schicht sind nicht überlappend und unterscheiden sich voneinander. Die Halbleitervorrichtung enthält ferner eine Gitterstruktur, die auf der spannungsanpassenden Schicht angeordnet ist, und eine Metallisierungsschicht, die auf der ersten Fläche des Substrats angeordnet ist.
In manchen Ausführungsformen enthält ein Bildsensor ein Substrat mit einer vorderseitigen Fläche und einer rückseitigen Fläche, die der vorderseitigen Fläche gegenüberliegt, eine Antireflexbeschichtungs- (ARC) Schicht, die auf der rückseitigen Fläche des Substrats angeordnet ist, eine dielektrische Schicht, die auf der ARC-Schicht angeordnet ist, eine Metallschicht, die auf der dielektrischen Schicht angeordnet ist, und eine spannungsanpassende Schicht, die auf der Metallschicht angeordnet ist. Die spannungsanpassende Schicht enthält eine siliziumreiche Oxidschicht. Die Konzentrationsprofile der Silizium- und Sauerstoffatome in der spannungsanpassenden Schicht sind nicht überlappend und unterscheiden sich voneinander. Der Bildsensor enthält ferner eine Oxidgitterstruktur, die auf der spannungsanpassenden Schicht angeordnet ist.
In manchen Ausführungsformen beinhaltet ein Verfahren Bilden einer Metallisierungsschicht auf einer vorderseitigen Fläche eines Substrats, Abscheiden einer dielektrischen Schicht mit hohem k auf einer rückseitigen Fläche des Substrats und Abscheiden einer spannungsanpassenden Schicht auf der ARC-Schicht. Das Abscheiden der spannungsanpassenden Schicht beinhaltet Abscheiden einer siliziumreichen Oxidschicht mit einem Silizium-zu-Sauerstoff-Konzentrationsverhältnisprofils mit einer abnehmenden Steigung von einer Bodenfläche zu einer oberen Fläche der spannungsanpassenden Schicht. Das Verfahren beinhaltet ferner Bilden einer Pixelgitterstruktur auf der spannungsanpassenden Schicht und Bilden einer Padstruktur auf der Metallisierungsschicht und innerhalb des Substrats.
Die vorstehende Offenbarung gibt einen Überblick über die Merkmale mehrerer Ausführungsführungsformen, so dass Fachleute besser die Aspekte der vorliegenden Offenbarung verstehen können. Fachleute werden zu würdigen wissen, dass sich die vorliegende Offenbarung ohne weiteres als Grundlage für den Entwurf oder die Modifikation anderer Prozesse und Strukturen zur Ausführung der gleichen Zwecke und/oder dem Erreichen der gleichen Vorteile der hierin vorgestellten Ausführungsformen verwenden lassen. Fachleute sollten auch erkennen, dass solche gleichwertigen Konstruktionen nicht vom Geist und Umfang der vorliegenden Offenbarung abweichen, und dass sich diverse Veränderungen, Substitutionen und Änderungen daran vornehmen lassen, ohne dass vom Geist und Umfang der vorliegenden Offenbarung abgewichen werden würde.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

US 62981752 [0001]

Claims

Halbleitervorrichtung, umfassend: ein Substrat mit einer ersten Fläche und einer zweiten Fläche, die der ersten Fläche gegenüberliegt; eine Antireflexbeschichtungs-Schicht, ARC-Schicht, die auf der zweiten Fläche des Substrats angeordnet ist; eine spannungsanpassende Schicht, die auf der ARC-Schicht angeordnet ist, wobei die spannungsanpassende Schicht ein Oxid eines Halbleitermaterials umfasst, und wobei ein Konzentrationsprofil des Halbleitermaterials in der spannungsanpassenden Schicht und ein Konzentrationsprofil von Sauerstoffatomen in der spannungsanpassenden Schicht nicht überlappen und sich voneinander unterscheiden; eine Gitterstruktur, die auf der spannungsanpassenden Schicht angeordnet ist; und eine Metallisierungsschicht, die auf der ersten Fläche des Substrats angeordnet ist.
Halbleitervorrichtung nach Anspruch 1, wobei das Konzentrationsprofil des Halbleitermaterials ein abgestuftes Profil über die spannungsanpassende Schicht hinweg aufweist.
Halbleitervorrichtung nach Anspruch 1, wobei das Konzentrationsprofil des Halbleitermaterials ein Stufenprofil über die spannungsanpassende Schicht hinweg aufweist.
Halbleitervorrichtung nach Anspruch 1, wobei das Konzentrationsprofil des Halbleitermaterials eine zunehmende Steigung von einer Bodenfläche zu einer Deckfläche der spannungsanpassenden Schicht aufweist und das Konzentrationsprofil der Sauerstoffatome eine abnehmende Steigung von der Bodenfläche zu der Deckfläche der spannungsanpassenden Schicht aufweist.
Halbleitervorrichtung nach Anspruch 1, wobei das Konzentrationsprofil des Halbleitermaterials eine abnehmende Steigung von einer Bodenfläche zu einer Deckfläche der spannungsanpassenden Schicht aufweist und das Konzentrationsprofil der Sauerstoffatome eine zunehmende Steigung von der Bodenfläche zu der Deckfläche der spannungsanpassenden Schicht aufweist.
Halbleitervorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die spannungsanpassende Schicht eine Siliziumkonzentration umfasst, die in einem Bereich von etwa 45 Atom-% bis etwa 65 Atom-% liegt.
Halbleitervorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die spannungsanpassende Schicht eine Zweischichtstruktur mit einer Bodenschicht und einer Deckschicht umfasst, und wobei ein Silizium-zu-Sauerstoff-Konzentrationsverhältnis der Bodenschicht größer ist als ein Silizium-zu-Sauerstoff-Konzentrationsverhältnis der Deckschicht.
Halbleitervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die spannungsanpassende Schicht eine Zweischichtstruktur mit einer Bodenschicht und einer Deckschicht umfasst, und wobei ein Silizium-zu-Sauerstoff-Konzentrationsverhältnis der Deckschicht größer ist als ein Silizium-zu-Sauerstoff-Konzentrationsverhältnis der Bodenschicht.
Halbleitervorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, ferner umfassend: eine dielektrische Schicht, die auf der Gitterstruktur angeordnet ist; einen Kontaktpadbereich, der innerhalb des Substrats angeordnet ist; und eine weitere spannungsanpassende Schicht, die auf der dielektrischen Schicht und entlang Seitenwänden des Kontaktpadbereichs angeordnet ist.
Bildsensor, umfassend: ein Substrat mit einer vorderseitigen Fläche und einer rückseitigen Fläche, die der vorderseitigen Fläche gegenüberliegt; eine Antireflexbeschichtungs-Schicht, ARC-Schicht, die auf der rückseitigen Fläche des Substrats angeordnet ist; eine dielektrische Schicht, die auf der ARC-Schicht angeordnet ist; eine Metallschicht, die auf der dielektrischen Schicht angeordnet ist; eine spannungsanpassende Schicht, die auf der Metallschicht angeordnet ist, wobei die spannungsanpassende Schicht eine siliziumreiche Oxidschicht umfasst, und wobei ein Konzentrationsprofil von Silizium in der spannungsanpassenden Schicht und ein Konzentrationsprofil von Sauerstoffatomen in der spannungsanpassenden Schicht nicht überlappen und sich voneinander unterscheiden; und eine Gitterstruktur, die auf der spannungsanpassenden Schicht angeordnet ist.
Bildsensor nach Anspruch 10, ferner eine weitere spannungsanpassende Schicht umfassend, die zwischen der ARC-Schicht und der Oxidgitterstruktur angeordnet ist.
Bildsensor nach Anspruch 10, wobei die spannungsanpassende Schicht eine Zweischichtstruktur mit einer Bodenschicht und einer Deckschicht umfasst, und wobei ein Silizium-zu-Sauerstoff-Konzentrationsverhältnis der Bodenschicht größer ist als ein Silizium-zu-Sauerstoff-Konzentrationsverhältnis der Deckschicht.
Bildsensor nach einem der Ansprüche 10 bis 12, wobei die spannungsanpassende Schicht ein Silizium-zu-Sauerstoff-Konzentrationsverhältnis umfasst, das in einem Bereich von etwa 28:15 bis etwa 28:31 liegt.
Bildsensor nach einem der Ansprüche 10 bis 13, wobei das Konzentrationsprofil von Silizium ein abgestuftes Profil oder ein Stufenprofil über die spannungsanpassende Schicht hinweg aufweist.
Verfahren, umfassend: Bilden einer Metallisierungsschicht auf einer vorderseitigen Fläche eines Substrats; Abscheiden einer dielektrischen Schicht mit hohem k auf einer rückseitigen Fläche des Substrats; Abscheiden einer spannungsanpassenden Schicht auf der ARC-Schicht; wobei das Abscheiden der spannungsanpassenden Schicht Abscheiden einer siliziumreichen Oxidschicht mit einem Silizium-zu-Sauerstoff-Konzentrationsverhältnisprofil mit einer abnehmenden Steigung von einer Bodenfläche zu einer Deckfläche der spannungsanpassenden Schicht aufweist; Bilden einer Pixelgitterstruktur auf der spannungsanpassenden Schicht; und Bilden einer Padstruktur auf der Metallisierungsschicht und innerhalb des Substrats.
Verfahren nach Anspruch 15, wobei das Abscheiden der spannungsanpassenden Schicht Abscheiden der siliziumreichen Oxidschicht mit einer Siliziumkonzentration, die in einem Bereich von etwa 45 Atom-% bis etwa 65 Atom-% liegt, umfasst.
Verfahren nach Anspruch 15, wobei das Abscheiden der spannungsanpassenden Schicht Abscheiden der siliziumreichen Oxidschicht mit einem Silizium-zu-Sauerstoff-Konzentrationsverhältnis in einem Bereich von etwa 28:15 bis etwa 28:31 umfasst.
Verfahren nach Anspruch 15, wobei das Abscheiden der spannungsanpassenden Schicht umfasst: Abscheiden einer Bodenschicht mit einer ersten Siliziumkonzentration auf der ARC-Schicht; und Abscheiden einer Deckschicht einer zweiten Siliziumkonzentration auf der Bodenschicht, wobei die erste Siliziumkonzentration größer ist als die zweite Siliziumkonzentration.
Verfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 18, ferner Abscheiden einer weiteren spannungsanpassenden Schicht auf der Pixelgitterstruktur umfassend.
Verfahren nach Anspruch 19, wobei das Silizium-zu-Sauerstoff-Konzentrationsverhältnisprofil der spannungsanpassenden Schicht sich von einem Silizium-zu-Sauerstoff-Konzentrationsverhältnisprofil der anderen spannungsanpassenden Schicht unterscheidet.