DE102020123708A1

DE102020123708A1 - Bildsensoren mit dummy-pixel-strukturen

Info

Publication number: DE102020123708A1
Application number: DE102020123708.1A
Authority: DE
Inventors: Yu-Wei Chen; Chung-Chuan Tseng; Chiao-Chi Wang; Chia-Ping Lai
Original assignee: Taiwan Semiconductor Manufacturing Co TSMC Ltd
Current assignee: Taiwan Semiconductor Manufacturing Co TSMC Ltd
Priority date: 2020-02-27
Filing date: 2020-09-11
Publication date: 2021-09-02
Also published as: US20230246056A1; CN113314552A

Abstract

Eine Halbleitervorrichtung mit Dummy- und aktiven Pixelstrukturen und ein Verfahren zur Herstellung derselben werden offenbart. Die Halbleitervorrichtung umfasst einen ersten Pixelbereich mit einer ersten Pixelstruktur, einen zweiten Pixelbereich, der den ersten Pixelbereich umgibt und eine zweite Pixelstruktur umfasst, die an die erste Pixelstruktur angrenzt und von der ersten Pixelstruktur elektrisch isoliert ist, und einen Kontaktflächenbereich mit einer Flächenstruktur, die angrenzend an den zweiten Pixelbereich angeordnet ist. Die erste Pixelstruktur umfasst eine erste Epitaxialstruktur, die innerhalb eines Substrats angeordnet ist, und eine erste Deckschicht, die auf der ersten Epitaxialstruktur angeordnet ist. Die zweite Pixelstruktur umfasst eine zweite Epitaxialstruktur, die innerhalb des Substrats angeordnet ist, und eine zweite Deckschicht, die auf der zweiten Epitaxialstruktur angeordnet ist. Die oberen Oberflächen der ersten und zweiten Epitaxialstruktur sind im Wesentlichen koplanar zueinander. Die erste und die zweite Epitaxiestruktur umfassen dasselbe Halbleitermaterial.

Description

QUERVERWEIS AUF VERWANDTE ANMELDUNGEN
Diese Anmeldung beansprucht die Priorität der vorläufigen US-Patentanmeldung Nr. 62/982,457 mit dem Titel „Dummy Structures for Chemical Mechanical Polishing Control in Semiconductor Manufacturing Processes", eingereicht am 27. Februar 2020, deren Offenbarung durch Bezugnahme hierin vollständig enthalten ist.
HINTERGRUND
Halbleiter-Bildsensoren werden verwendet, um eingehende sichtbare oder nicht sichtbare Strahlung, wie z. B. sichtbares Licht, Infrarotlicht usw., zu erfassen. CMOS-Bildsensoren (Complementary Metal-Oxide-Semiconductor) und CCD-Sensoren (Charge-Coupled Device) werden in verschiedenen Anwendungen eingesetzt, z. B. in digitalen Fotokameras, Mobiltelefonen, Tablets, Brillen usw. Diese Bildsensoren verwenden eine Anordnung von Pixeln, die die eintreffende Strahlung absorbieren (z. B. erfassen) und in elektrische Signale umwandeln. Ein Beispiel für einen Bildsensor ist ein rückseitig beleuchteter (BSI) Bildsensor, der Strahlung von einer „Rückseite“ eines Substrats des BSI-Bildsensors erfasst.
Figurenliste
Aspekte dieser Offenbarung werden am besten aus der folgenden detaillierten Beschreibung verstanden, wenn sie zusammen mit den begleitenden Figuren gelesen wird.

1A zeigt eine Querschnittsansicht eines BSI-Bildsensors mit aktiven Pixelstrukturen und Dummy-Pixelstrukturen, gemäß einigen Ausführungsformen.
1B-1F zeigen Querschnittsansichten von aktiven Pixelregionen und Dummy-Pixelregionen von BSI-Bildsensoren, gemäß einigen Ausführungsformen.
2 ist ein Flussdiagramm eines Verfahrens zur Herstellung eines BSI-Bildsensors mit aktiven Pixelstrukturen und Dummy-Pixelstrukturen, gemäß einigen Ausführungsformen.
3-21 veranschaulichen Querschnittsansichten eines BSI-Bildsensors mit aktiven Pixelstrukturen und Dummy-Pixelstrukturen in verschiedenen Stadien seines Herstellungsprozesses, gemäß einigen Ausführungsformen.

Beispielhafte Ausführungsformen werden nun unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben. In den Zeichnungen bezeichnen gleiche Bezugsziffern im Allgemeinen identische, funktional ähnliche und/oder strukturell ähnliche Elemente.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
Die folgende Offenbarung stellt viele unterschiedliche Ausführungsformen oder Beispiele bereit, um unterschiedliche Merkmale des bereitgestellten Gegenstandes zu implementieren. Es werden nachfolgend spezielle Beispiele von Komponenten und Anordnungen beschrieben, um die vorliegende Offenbarung zu vereinfachen. Diese sind natürlich lediglich Beispiele und sollen nicht begrenzen. Beispielsweise kann die Bildung eines ersten Merkmals über oder auf einem zweiten Merkmal in der folgenden Beschreibung Ausführungsformen umfassen, bei denen die ersten und zweiten Merkmale in direktem Kontakt gebildet sind, und auch Ausführungsformen, bei denen zusätzliche Funktionen zwischen den ersten und zweiten Merkmalen gebildet sein können, sodass die ersten und zweiten Merkmale nicht in direktem Kontakt sein können. Außerdem kann die vorliegende Offenbarung Bezugsnummern und/oder -zeichen in den verschiedenen Beispielen wiederholen. Diese Wiederholung dient zum Zweck der Einfachheit und Übersichtlichkeit und diktiert nicht an sich eine Beziehung zwischen den verschiedenen beschriebenen Ausführungsformen und/oder Konfigurationen.
Weiter können räumlich relative Begriffe, wie „darunter“, „unter“, „untere“, „über“, „obere“ und dergleichen zur Erleichterung der Erörterung hierin verwendet sein, um die Beziehung eines Elements oder Merkmals zu einem bzw. zu anderen Elementen oder Merkmalen wie veranschaulicht in den Figuren zu beschreiben. Die räumlich relativen Begriffe sollen zusätzlich zu der Ausrichtung, die in den Figuren gezeigt ist, verschiedene Ausrichtungen der Vorrichtung bei der Verwendung oder beim Betrieb der Vorrichtung umfassen. Die Vorrichtung kann anderweitig ausgerichtet sein (um 90 Grad gedreht oder in anderen Ausrichtungen) und die hier verwendeten räumlichen relativen Beschreiber können desgleichen dementsprechend interpretiert werden.
Es wird darauf hingewiesen, dass Verweise in der Spezifikation auf „eine Ausführungsform“, „eine Ausführungsform“, „eine Beispiel-Ausführungsform“, „beispielhaft“ usw. darauf hinweisen, dass die beschriebene Ausführungsform ein bestimmtes Merkmal, eine bestimmte Struktur oder eine bestimmte Eigenschaft enthalten kann, aber nicht jede Ausführungsform notwendigerweise das bestimmte Merkmal, die bestimmte Struktur oder die bestimmte Eigenschaft aufweist. Außerdem beziehen sich solche Ausdrücke nicht unbedingt auf dieselbe Ausführungsform. Wenn ein bestimmtes Merkmal, eine bestimmte Struktur oder ein bestimmtes Merkmal in Verbindung mit einer Ausführungsform beschrieben wird, liegt es im Wissen eines Fachmanns, dieses Merkmal, diese Struktur oder dieses Merkmal in Verbindung mit anderen Ausführungsformen zu verwirklichen, unabhängig davon, ob sie explizit beschrieben sind oder nicht.
Es ist zu verstehen, dass die Phraseologie oder Terminologie hier zum Zweck der Beschreibung und nicht der Einschränkung dient, so dass die Terminologie oder Phraseologie der vorliegenden Beschreibung von dem Fachmann auf dem Gebiet der relevanten Technik(en) im Lichte der Lehren hierin zu interpretieren ist.
Der Begriff „Entfernungsselektivität“ bezieht sich auf das Verhältnis der Entfernungsraten von zwei verschiedenen Materialien unter den gleichen Entfernungsbedingungen.
Der hier verwendete Begriff „High-k“ bezieht sich auf eine hohe Dielektrizitätskonstante. Im Bereich der Strukturen von Halbleiterbauelementen und Herstellungsverfahren bezieht sich „High-k“ auf eine Dielektrizitätskonstante, die größer ist als die Dielektrizitätskonstante von SiO₂ (z. B. größer als 3,9).
Der hier verwendete Begriff „low-k“ bezieht sich auf eine niedrige Dielektrizitätskonstante. Im Bereich der Strukturen von Halbleiterbauelementen und Herstellungsverfahren bezieht sich „low-k“ auf eine Dielektrizitätskonstante, die kleiner ist als die Dielektrizitätskonstante von SiO₂ (z. B. kleiner als 3,9).
Der hier verwendete Begriff „p-Typ“ definiert eine Struktur, eine Schicht und/oder einen Bereich als mit p-Typ-Dotierstoffen, wie z. B. Bor, dotiert.
Der hier verwendete Begriff „n-Typ“ definiert eine Struktur, eine Schicht und/oder einen Bereich als mit n-Typ-Dotierstoffen, wie z. B. Phosphor, dotiert.
Der hier verwendete Begriff „leitfähig“ bezieht sich auf eine elektrisch leitfähige Struktur, Schicht und/oder Region.
Der hier verwendete Begriff „elektrisch inaktive Struktur“ bezieht sich auf eine Struktur, die nicht elektrisch mit einer Spannungsversorgung gekoppelt ist.
In einigen Ausführungsformen können die Begriffe „etwa“ und „im Wesentlichen“ einen Wert einer gegebenen Größe bezeichnen, der innerhalb von 5 % des Wertes schwankt (z. B. ±1 %, ±2 %, ±3 %, ±4 %, ±5 % des Wertes). Diese Werte sind lediglich Beispiele und sollen nicht einschränkend sein. Die Begriffe „ungefähr“ und „im Wesentlichen“ können sich auf einen Prozentsatz der Werte beziehen, wie sie vom Fachmann auf dem Gebiet der einschlägigen Technik im Lichte der hierin enthaltenen Lehren interpretiert werden.
Ein BSI-Bildsensor (z. B. Lichtlaufzeitsensor) umfasst einen aktiven Pixelbereich (auch als „Strahlungsempfangsbereich“ bezeichnet) mit einer Anordnung aktiver Pixelstrukturen, die auf einem Substrat (z. B. einem Halbleitersubstrat) ausgebildet sind. Die aktiven Pixelstrukturen sind so konfiguriert, dass sie eine von einem Objekt reflektierte Strahlung (z. B. Infrarotstrahlung) empfangen und Photonen der empfangenen Strahlung in ein elektrisches Signal umwandeln. Das elektrische Signal wird verwendet, um ein Tiefenbild durch Messung der Phasenverzögerung der empfangenen Strahlung zu erzeugen. Das elektrische Signal wird anschließend an Verarbeitungskomponenten verteilt, die am BSI-Bildsensor angebracht sind. Aus diesem Grund liegen die aktiven Pixelstrukturen über einer mehrstufigen Metallisierungsschicht, die so konfiguriert ist, dass das in den aktiven Pixelstrukturen erzeugte elektrische Signal an die entsprechenden Verarbeitungskomponenten verteilt wird.
Die Mehrebenen-Metallisierungsschicht ist mit einer ersten Oberfläche des Substrats gekoppelt, die auch als „Vorderseiten“-Oberfläche des Substrats bezeichnet wird. Die aktiven Pixelstrukturen sind auf der Vorderseitenoberfläche des Substrats ausgebildet und die Strahlung wird von den aktiven Pixelstrukturen durch eine zweite Oberfläche des Substrats empfangen, die der Vorderseitenoberfläche des Substrats gegenüberliegt. Diese zweite Oberfläche des Substrats wird auch als „rückseitige“ Oberfläche des Substrats bezeichnet. Jede der aktiven Pixelstrukturen umfasst eine Germanium- (Ge) oder Silizium-Germanium- (SiGe) Epitaxialstruktur, die innerhalb des Substrats angeordnet ist, eine Silizium-Deckschicht, die auf der Ge- oder SiGe-Epitaxialstruktur angeordnet ist, und dotierte Bereiche, die innerhalb der Ge- oder SiGe-Epitaxialstruktur und der Silizium-Deckschicht angeordnet sind. Die Silizium-Deckschichten passivieren die Ge- oder SiGe-Epitaxiestrukturen und liefern Siliziumatome für die Bildung von Silizidstrukturen auf den dotierten Bereichen.
Der BSI-Bildsensor kann elektrisch mit externen Geräten (z. B. einer externen Schaltung) über Drahtanschlüsse gekoppelt werden, die an Pad-Strukturen befestigt sind, die auf der Rückseitenoberfläche des Substrats ausgebildet sind. Um dies zu erreichen, erstrecken sich die Pad-Strukturen des BSI-Bildsensors von der Rückseitenoberfläche des Substrats zur Vorderseitenoberfläche des Substrats und sind elektrisch mit der Mehrebenen - Metallisierungsschicht verbunden. Dementsprechend kann die Mehrebenen - Metallisierungsschicht, die die elektrische Signalverbindung zum BSI-Bildsensor herstellt, über die Pad-Strukturen elektrisch mit einem externen Gerät oder Schaltkreis verbunden werden. Die Pad-Strukturen können an der Peripherie des BSI-Bildsensors um den aktiven Pixelbereich herum angeordnet werden.
Eine Herausforderung bei BSI-Bildsensoren ist die Reduzierung oder Eliminierung des Dunkelstroms, der durch die Oberflächenungleichmäßigkeit der Ge- oder SiGe-Epitaxiestrukturen, die auf der Vorderseitenoberfläche des Substrats gebildet werden, induziert wird. Der Dunkelstrom ist ein elektrischer Strom, der durch die Ge- oder SiGe-Epitaxiestrukturen fließt, auch wenn keine Photonen von den BSI-Bildsensoren empfangen werden. Die Quelle der Dunkelstromerzeugung sind die ungleichmäßigen Grenzflächen zwischen den Ge- oder SiGe-Epitaxiestrukturen und den Silizium-Deckschichten, die dazu führen, dass sich Ladungsträger (z. B. Löcher) an den ungleichmäßigen Grenzflächen ansammeln. Solche dunklen Ströme führen dazu, dass die Ge- oder SiGe-Epitaxiestrukturen elektrische Signale erzeugen, die nicht der tatsächlichen Menge der von den BSI-Bildsensoren empfangenen Strahlung entsprechen. Infolgedessen verschlechtern die dunklen Ströme die Leistung der BSI-Bildsensoren bei der genauen Bestimmung des Abstands des Objekts vom BSI-Bildsensor.
Die Ungleichmäßigkeit der Oberfläche, wie z. B. Vertiefungen, werden in der Nähe der Kanten der äußersten Ge- oder SiGe-Epitaxiestrukturen in der Anordnung aktiver Pixelstrukturen als Ergebnis des „Dishing“ gebildet, das durch die chemisch-mechanischen Polierprozesse (CMP) bei der Bildung der Ge- oder SiGe-Epitaxiestrukturen verursacht wird. Der Dishing-Effekt ist auf die unterschiedlichen Polierraten der äußersten Ge- oder SiGe-Epitaxiestrukturen und der angrenzenden Oxidschicht zurückzuführen, die um die äußersten Ge- oder SiGe-Epitaxiestrukturen herum angeordnet ist.
Die vorliegende Offenbarung beschreibt beispielhafte BSI-Bildsensoren mit Dummy- und aktiven Pixelstrukturen und beispielhafte Verfahren zur Herstellung derselben. In einigen Ausführungsformen sind die Dummy-Pixel-Strukturen in einer Dummy-Pixel-Region angeordnet, die ein Array von aktiven Pixelstrukturen umgibt. Die Dummy- und aktiven Pixelstrukturen umfassen ähnliche Epitaxiestrukturen (auch als „Dummy-Epitaxiestrukturen“ und „aktive Epitaxiestrukturen“ bezeichnet) und werden zur gleichen Zeit gebildet. Die Platzierung der Dummy-Epitaxiestrukturen neben den äußersten aktiven Epitaxiestrukturen und die gleichzeitige Bildung der Epitaxiestrukturen eliminiert oder minimiert den CMP-Prozessbedingten Dishing-Effekt in den äußersten aktiven Epitaxiestrukturen.
In einigen Ausführungsformen sind die Dummy-Epitaxiestrukturen so angeordnet, dass sie etwa 10 % bis etwa 100 % (z. B. etwa 20 %, etwa 50 %, etwa 80 % oder etwa 100 %) des die äußersten aktiven Epitaxiestrukturen umgebenden Dummy-Pixelbereichs abdecken, um die aktiven Epitaxiestrukturen mit minimalen CMP-prozessbedingten Dishing-Effekten (z. B. Null-Dishing-Effekten) angemessen zu planarisieren. In einigen Ausführungsformen haben die Dummy-Epitaxiestrukturen obere Oberflächenbereiche, die etwa 50 % bis etwa 120 % der oberen Oberflächenbereiche der äußersten aktiven Epitaxiestrukturen für minimale CMP-prozessbedingte Dishing-Effekte betragen. Somit minimieren oder eliminieren die Dummy-Pixel-Strukturen Oberflächenungleichmäßigkeiten, wie z. B. Vertiefungen in der Nähe der Kanten der äußersten aktiven Epitaxiestrukturen, und reduzieren oder eliminieren folglich die Bildung von ungleichmäßigen Grenzflächen zwischen den aktiven Epitaxiestrukturen und den Silizium-Deckschichten. In einigen Ausführungsformen wird die Oberflächenungleichförmigkeit in den aktiven Epitaxiestrukturen um etwa 50 % bis etwa 100 % reduziert, verglichen mit aktiven Epitaxiestrukturen in BSI-Bildsensoren ohne die hier beschriebenen Dummy-Pixelstrukturen. Dadurch wird die Sensorleistung der BSI-Bildsensoren mit den hier beschriebenen Dummy-Pixel-Strukturen im Vergleich zu BSI-Bildsensoren ohne die Dummy-Pixel-Strukturen um etwa 40 % bis etwa 60 % erhöht.
Eine Halbleitervorrichtung 100 mit einem BSI-Bildsensor 102, einer mehrstufigen Metallisierungsschicht 104 und einem Trägersubstrat 106 wird unter Bezugnahme auf die 1A-1F gemäß einigen Ausführungsformen beschrieben. 1A zeigt eine Querschnittsansicht der Halbleitervorrichtung 100 gemäß einigen Ausführungsformen. Die Halbleitervorrichtung 100 kann verschiedene Querschnittsansichten entlang der Linie A-A und der XY-Ebene des BSI-Bildsensors 102 der 1A aufweisen, wie in den 1B-1F gemäß verschiedenen Ausführungsformen dargestellt. Die Erörterung von Elementen in den 1A-1F mit denselben Anmerkungen bezieht sich gleichermaßen auf die anderen, sofern nicht anders angegeben.
Bezugnehmend auf 1A kann der BSI-Bildsensor 102 auf einer Mehrebenen-Metallisierungsschicht 104 angeordnet und mit dieser elektrisch gekoppelt sein. Die Mehrebenen-Metallisierungsschicht 104 kann auf einem Trägersubstrat 106 angeordnet sein und eine Mehrebenen-Verbindungsstruktur 104A umfassen, die in eine intermetallische dielektrische (IMD) Schicht 104B eingebettet ist. Das Trägersubstrat 106 kann mit der Mehrebenen - Metallisierungsschicht 104 durch molekulare Kräfte - eine Technik, die als direktes Bonden oder optisches Fusionsbonden bekannt ist - oder durch andere Bondtechniken, wie Metalldiffusion oder anodisches Bonden, verbunden werden. In einigen Ausführungsformen kann das Trägersubstrat 106 ein Halbleitermaterial umfassen, wie z. B. Si, Ge, SiGe, Siliziumkarbid (SiC), Indiumphosphid (InP), Galliumarsenid (GaAs) und eine Kombination davon. Andere geeignete Materialien für das Trägersubstrat 106 liegen im Rahmen der vorliegenden Offenbarung. In einigen Ausführungsformen kann das Trägersubstrat 106 eine anwendungsspezifische integrierte Schaltung (ASIC) umfassen (nicht dargestellt). Der ASIC kann aktive Bauelemente (z.B. Transistorstrukturen) umfassen, um Logik- und Speicherschaltungen in dem ASIC zu bilden. Elektrische Verbindungen zwischen den aktiven Bauelementen des ASIC und dem BSI-Bildsensor 102 werden durch die Mehrebenen-Metallisierungsschicht 104 hergestellt.
Der BSI-Bildsensor 102 kann auf einem Substrat 108 mit einer Vorderseitenoberfläche 108A und einer Rückseitenoberfläche 108B gebildet werden. Das Substrat 108 kann ein Halbleitermaterial sein, wie z. B. Si, Ge, SiGe, Siliziumkarbid (SiC), Indiumphosphid (InP), Galliumarsenid (GaAs) und eine Kombination davon. In einigen Ausführungsformen kann das Substrat 108 eine Silizium-auf-Isolator-Struktur (SOI) oder eine Germanium-auf-Isolator-Struktur (GOI) aufweisen. Andere geeignete Materialien für das Substrat 108 liegen im Rahmen der vorliegenden Offenbarung.
Bezugnehmend auf 1A kann der BSI-Bildsensor 102 einen Schichtstapel 110 umfassen, der zwischen der Vorderseitenoberfläche 108A und der Mehrebenen-Metallisierungsschicht 104 angeordnet ist. In einigen Ausführungsformen kann der Schichtstapel 110 (i) eine Passivierungsschicht 112, die auf der Mehrebenen-Metallisierungsschicht 104 angeordnet ist, (ii) eine dielektrische Zwischenschicht (ILD) 114, die auf der Passivierungsschicht 112 angeordnet ist, (iii) eine Ätzstoppschicht (ESL) 116, die auf der ILD-Schicht 114 angeordnet ist, und (iv) eine dielektrische Schicht 118, die auf der ESL 116 angeordnet ist, umfassen. Unter Bezugnahme auf die 1A-1B kann der BSI-Bildsensor 102 gemäß einigen Ausführungsformen ferner einen aktiven Pixelbereich 102A, einen Dummy-Pixelbereich 102B, der den aktiven Pixelbereich 102A umgibt, und einen Kontaktflächenbereich 102C umfassen. Der Dummy-Pixelbereich 102B ist der Bereich zwischen der gestrichelten Linie 103 und dem aktiven Pixelbereich 102A, wie in den 1B-1F dargestellt.
Der Kontaktflächenbereich 102C kann eine Pad-Struktur 120 und eine oder mehrere leitende Kontaktflächen oder Lötpunkte (nicht dargestellt) auf der Pad-Struktur 120 umfassen, über die elektrische Verbindungen zwischen dem BSI-Bildsensor 102 und der externen Schaltung hergestellt werden können. Die Pad-Struktur 120 ist ein Eingangs-/Ausgangsanschluss (E/A) des BSI-Bildsensors 102 und umfasst eine leitende Schicht, die elektrisch mit einer Mehrebenen-Verbindungsstruktur 104A gekoppelt ist.
In einigen Ausführungsformen kann der aktive Pixelbereich 102A ein Array von aktiven Pixelstrukturen 122A-122I umfassen. Obwohl ein Array von neun aktiven Pixelstrukturen 122A-122I dargestellt ist, kann der BSI-Bildsensor 102 eine beliebige Anzahl von aktiven Pixelstrukturen aufweisen. Aktive Pixelstrukturen 122A-122I sind so konfiguriert, dass sie einfallende Strahlen 123 durch Mikrolinsen 125 auf der Rückseitenoberfläche 108B empfangen und in ein elektrisches Signal umwandeln. Das elektrische Signal wird durch die Pad-Struktur 120 und die Mehrebenen-Metallisierungsschicht 104 an das Trägersubstrat 106 und/oder eine externe Schaltung verteilt.
In einigen Ausführungsformen kann der BSI-Bildsensor 102 ein Lichtlaufzeitsensor sein, der so konfiguriert ist, dass er die Entfernung eines Objekts vom BSI-Bildsensor 102 basierend auf der bekannten Lichtgeschwindigkeit bestimmt. Zum Beispiel kann ein Lichtimpulsgenerator (nicht dargestellt), der auf oder in der Nähe des BSI-Bildsensors angeordnet ist, einen Lichtimpuls (z. B. nahe Infrarotstrahlung) auf das Objekt projizieren, und der vom Objekt reflektierte Lichtimpuls kann von aktiven Pixelstrukturen 122A-122I erfasst werden. Basierend auf der Zeitdifferenz zwischen der Projektionszeit des Lichtimpulses und der Erfassungszeit des reflektierten Lichtimpulses kann der Abstand des Objekts vom BSI-Bildsensor 102 bestimmt werden.
Die aktiven Pixelstrukturen 122A-122I sind durch die dielektrische Schicht 118 elektrisch voneinander isoliert und werden durch die Passivierungsschicht 112, die ILD-Schicht 114 und die ESL 116 während der Herstellung des BSI-Bildsensors 102 geschützt. In einigen Ausführungsformen kann die dielektrische Schicht 118 eine Nitridschicht, eine Oxidschicht, eine Oxynitridschicht oder ein geeignetes dielektrisches Material aufweisen. In einigen Ausführungsformen kann die Passivierungsschicht 112 eine Nitridschicht, eine Oxidschicht, eine Oxynitridschicht, eine Polymerschicht oder eine Kombination davon aufweisen. In einigen Ausführungsformen kann die ILD-Schicht 114 eine low-k dielektrische Schicht (z. B. ein Dielektrikum mit einer Dielektrizitätskonstante von weniger als etwa 3,9), eine ultra-low-k dielektrische Schicht (z. B. ein Dielektrikum mit einer Dielektrizitätskonstante von weniger als etwa 2,5) oder eine Oxidschicht (z. B. Siliziumoxid (SiOx)) aufweisen. In einigen Ausführungsformen kann die ESL 116 eine Nitridschicht, eine Oxidschicht, eine Oxynitridschicht, eine Karbidschicht oder ein geeignetes dielektrisches Material umfassen.
In einigen Ausführungsformen können aktive Pixelstrukturen 122A-122I umfassen: (i) aktive Epitaxiestrukturen 124A-124I, die innerhalb des Substrats 108 und der dielektrischen Schicht 118 angeordnet sind, (ii) Deckschichten 126, die auf der aktiven Epitaxiestruktur 124A-124I angeordnet und in die dielektrische Schicht 118 eingebettet sind, (iii) N-Well-Bereiche 128, die innerhalb der aktiven Epitaxiestruktur 124A-124I und der Deckschichten 126 angeordnet sind, (iv) P-dotierte Bereiche 130, die innerhalb der N-Well-Bereiche 128 angeordnet sind, (v) N-dotierte Bereiche 132, die innerhalb der aktiven Epitaxiestruktur 124A-124I und der Deckschichten 126 angeordnet sind, (vi) Kontaktstrukturen 134, die auf den P- und N-dotierten Bereichen 130-132 angeordnet sind, und (vii) Via-Strukturen 136, die auf den Kontaktstrukturen 134 angeordnet sind.
Aktive Epitaxiestrukturen 124A-124I werden auf der Vorderseitenoberfläche 108A gebildet und können ein Element der Gruppe IV (z.B. Si, Ge, etc.) des Periodensystems umfassen. In einigen Ausführungsformen können die aktiven Epitaxiestrukturen 124A-124I undotiertes Ge oder SiGe umfassen. In einigen Ausführungsformen können die Deckschichten 126 ein Element der Gruppe IV (z. B. Si) des Periodensystems umfassen, das sich von dem in den aktiven Epitaxiestrukturen 124A-124I enthaltenen Element unterscheidet. Das in den Deckschichten 126 enthaltene Element kann eine Bandlücke aufweisen, die sich von der Bandlücke des in den aktiven Epitaxiestrukturen 124A-124I enthaltenen Elements unterscheidet, was zu einer Banddiskontinuität zwischen den aktiven Epitaxiestrukturen 124A-124I und den entsprechenden Deckschichten 126 führt (z. B. ein Unterschied zwischen der minimalen Leitungsbandenergie und/oder der maximalen Valenzbandenergie der aktiven Epitaxiestrukturen 124A-124I und der Deckschichten 126).
Die Kontaktstrukturen 134 können so konfiguriert sein, dass sie die aktiven Epitaxiestrukturen 124A-124I mit der Mehrebenen-Metallisierungsschicht 104 über Durchkontaktierungsstrukturen 136 elektrisch verbinden. Jede der Kontaktstrukturen 132 kann eine Silizidschicht 134A und einen Kontaktstecker 134B umfassen. Die Silizidschichten 134A sind auf den P- und N-dotierten Bereichen 130-132 und innerhalb der Deckschichten 126 angeordnet. Die Oberflächen 134A der Silizidschichten 134A können im Wesentlichen koplanar (nicht gezeigt) mit den Oberflächen 126s der Deckschichten 126 sein oder sich unterhalb der Oberflächen 126s der Deckschichten 126 erstrecken, wie in 1A gezeigt. In einigen Ausführungsformen können die Silizidschichten 134A Nickelsilizid (NiSi), Wolframsilizid (WSi2), Titansilizid (TiSi2), Kobaltsilizid (CoSi2) oder ein geeignetes Metallsilizid umfassen. Die Kontaktstecker 134B sind auf den Silizidschichten 134A und innerhalb der ILD-Schicht 114 angeordnet. In einigen Ausführungsformen können die Kontaktstecker 134B leitfähige Materialien wie Ruthenium (Ru), Iridium (Ir), Nickel (Ni), Osmium (Os), Rhodium (Rh), Aluminium (Al), Molybdän (Mo), Wolfram (W), Kobalt (Co) und Kupfer (Cu) umfassen. Die Via-Strukturen 136 sind auf den Kontaktsteckern 134B und innerhalb der Passivierungsschicht 112 angeordnet. In einigen Ausführungsformen können die Via-Strukturen 136 leitende Materialien umfassen, wie Ru, Co, Ni, Al, Mo, W, Ir, Os, Cu und Pt.
Bezugnehmend auf die 1A-1B umgibt die Dummy-Pixel-Region 102B mit den Dummy-Pixel-Strukturen 138A-138L die aktive Pixel-Region 102A mit dem Array der aktiven Pixel-Strukturen 122A-122I. Der Dummy-Pixelbereich 102B kann keine anderen Strukturen außer den Dummy-Pixelstrukturen 138A-138L umfassen, wie in 1B gezeigt. Die Dummy-Pixelstrukturen 138A-138L sind elektrisch inaktive Strukturen und sind elektrisch von den aktiven Pixelstrukturen 122A-122I und anderen Strukturen der Halbleitervorrichtung 100 isoliert. In einigen Ausführungsformen können die Dummy-Pixelstrukturen 138A-138L (i) Dummy-Epitaxiestrukturen 140A-140L, die innerhalb des Substrats 108 und der dielektrischen Schicht 118 angeordnet sind, und (ii) Dummy-Abdeckschichten 142, die auf den Dummy-Epitaxiestrukturen 140A-140L angeordnet und in die dielektrische Schicht 118 eingebettet sind, umfassen. Dummy-Epitaxiestrukturen 140A-140L umfassen obere Oberflächen 140s (d.h. Oberflächen, die den Dummy-Deckschichten 142 zugewandt sind), die im Wesentlichen koplanar mit den oberen Oberflächen 124s (d.h. Oberflächen, die den Deckschichten 126 zugewandt sind) der aktiven Epitaxiestrukturen 124A-124I sind, wie in den 1A-1B gezeigt. Dummy-Epitaxiestrukturen 140A-140L umfassen Material, das dem in den aktiven Epitaxiestrukturen 124A-124I enthaltenen Material ähnlich ist, und werden gleichzeitig mit den aktiven Epitaxiestrukturen 124A-124I auf der Vorderseitenoberfläche 108A gebildet. In ähnlicher Weise umfassen die Dummy-Deckschichten 142 ein Material, das dem in den Deckschichten 126 enthaltenen Material ähnlich ist, und werden zur gleichen Zeit wie die Deckschichten 126 ausgebildet. Die Dummy-Epitaxiestrukturen 140A-140L und die aktiven Epitaxiestrukturen 124A-124I haben vertikale Abmessungen (z. B. Höhe) entlang einer Z-Achse, die einander ähnlich sind.
Die Platzierung von Dummy-Epitaxiestrukturen 140A-140L neben den äußersten aktiven Epitaxiestrukturen 124A-124D und 124F-124I eliminiert oder minimiert den CMP-Prozess-bedingten Dishing-Effekt auf den äußersten aktiven Epitaxiestrukturen 124A-124D und 124F-124I. In Abwesenheit von Dummy-Epitaxiestrukturen 140A-140L kann der CMP-prozessbedingte Dishing-Effekt konkav geformte Vertiefungen mit Vertiefungstiefen von mehr als etwa 30 nm auf den oberen Oberflächen 124s der äußersten aktiven Epitaxiestrukturen 124A-124D und 124F-124I erzeugen. Der CMP-prozessbedingte Dishing-Effekt kann in Abwesenheit von Dummy-Epitaxiestrukturen 140A-140L aufgrund unterschiedlicher Polierraten der verschiedenen Materialien der äußersten aktiven Epitaxiestrukturen 124A-124D und 124F-124I und der Bereiche der dielektrischen Schicht 118, die die äußersten aktiven Epitaxiestrukturen 124A-124D und 124F-124I umgeben, auftreten.
Die Verwendung von Dummy-Epitaxiestrukturen 140A-140L verbessert die Gleichförmigkeit der oberen Oberflächen 124s um etwa 50 % bis etwa 100 % im Vergleich zu den oberen Oberflächen der aktiven Epitaxiestrukturen 124A-124D und 124F-124I, die nicht von Dummy-Epitaxiestrukturen umgeben sind. In einigen Ausführungsformen können die oberen Oberflächen 124s eine Oberflächenrauhigkeit von weniger als etwa 10 nm (z. B. etwa 2 nm, etwa 5 nm oder etwa 8 nm) aufweisen und können konkav geformte Vertiefungen (nicht gezeigt) mit Vertiefungstiefen von weniger als etwa 5 nm (z. B. 0,1 nm, 0,5 nm, 1 nm oder 2 nm) haben. In einigen Ausführungsformen können die oberen Oberflächen 124s eine im Wesentlichen gleichmäßige Oberfläche ohne konkav geformte Vertiefungen aufweisen, wie in 1A gezeigt. Die verbesserte Gleichmäßigkeit der oberen Oberflächen 124s verbessert folglich die Grenzflächen zwischen den äußersten aktiven epitaktischen Strukturen 124A-124D und 124F-124I und den entsprechenden Deckschichten 126. Infolgedessen wird die Erzeugung von Dunkelströmen aufgrund von ungleichmäßigen Grenzflächen zwischen den äußersten aktiven Epitaxiestrukturen 124A-124D und 124F-124I und den entsprechenden Deckschichten 126 minimiert oder eliminiert, und folglich wird die Sensorleistung des BSI-Bildsensors 102 verbessert.
In einigen Ausführungsformen sind für eine adäquate Planarisierung der oberen Oberflächen 124s mit minimaler Ungleichmäßigkeit (z. B. keine Vertiefung auf den oberen Oberflächen 124s) die Dummy-Epitaxiestrukturen 140A-140L in einer solchen Konfiguration angeordnet, dass jede Seite der äußersten aktiven Epitaxiestrukturen 124A-124D und 124F-124I, die dem Dummy-Pixelbereich 102A zugewandt sind, an eine der Dummy-Epitaxiestrukturen 140A-140L angrenzt, wie in 1B gezeigt. Darüber hinaus sind Anordnungen von Dummy-Epitaxiestrukturen entlang einer X-Achse (z. B. Dummy-Epitaxiestrukturen 140G-140L) von den jeweiligen äußersten aktiven Epitaxiestrukturen 124A-124C und 124G-124I um einen Abstand D1 beabstandet. Anordnungen von Dummy-Epitaxiestrukturen entlang einer Y-Achse (z. B. Dummy-Epitaxiestrukturen 140A-140F) sind von den jeweiligen äußersten aktiven Epitaxiestrukturen 124A, 124D, 124G, 124C, 124F und 124I um einen Abstand D2 beabstandet, der gleich oder verschieden vom Abstand D1 sein kann. Die Abstände D1-D2 können im Bereich von etwa 200 nm bis etwa 1000 nm liegen. Wenn die Abstände D1-D2 kleiner als 100 nm sind, können die Dummy-Epitaxiestrukturen 140A-140L mit den äußersten aktiven Epitaxiestrukturen 124A-124D und 124F-124I während des Herstellungsprozesses (z.B. während des Epitaxiewachstums) zusammenwachsen. Andererseits, wenn die Abstände D1-D2 größer als 1000 nm sind, vergrößert sich die Bauteilfläche des BSI-Bildsensors 102, und folglich steigen die Herstellungskosten.
In einigen Ausführungsformen haben die oberen Oberflächen 140s der Dummy-Epitaxiestrukturen 140A-140L einen Gesamtoberflächenbereich von etwa 10 % bis etwa 90 % des horizontalen Oberflächenbereichs (z. B. entlang einer XY-Ebene) der Dummy-Pixelregion 102B. In einigen Ausführungsformen sind für eine adäquate Planarisierung der oberen Oberflächen 124s mit minimaler Ungleichmäßigkeit die Dummy-Epitaxiestrukturen 140A-140L in einer solchen Konfiguration angeordnet, dass die Verhältnisse zwischen den Oberflächenbereichen der benachbarten oberen Oberflächen 124s und 140s im Bereich von etwa 2:1 bis etwa 1:2 liegen (z. B., etwa 2:1, etwa 1,8:1, etwa 1,6:1, etwa 1,5:1, etwa 1,2:1, etwa 1:1, etwa 1:1,2, etwa 1:1,5, oder etwa 1:2). Außerdem reichen die Verhältnisse zwischen den Längen der einander zugewandten Seiten der oberen Oberflächen 124s und 140s von etwa 2:1 bis etwa 1:2 (z.B. etwa 2:1, etwa 1,8:1, etwa 1,6:1, etwa 1,5:1, etwa 1,2:1, etwa 1:1, etwa 1:1,2, etwa 1:1,5 oder etwa 1:2).
Zum Beispiel, bezogen auf 1B, kann die obere Oberfläche 124s der aktiven Epitaxiestruktur 124A einen Oberflächenbereich SA_124A (nicht gezeigt) und Seiten S1-S2 aufweisen und die oberen Oberflächen 140s der Dummy-Epitaxiestrukturen 140A und 140G, die an die aktive Epitaxiestruktur 124A angrenzen, können Oberflächenbereiche SA_140A und SA_140G (nicht gezeigt) und Seiten S_140A und S_140G aufweisen. Für eine adäquate Planarisierung der oberen Oberfläche 124s der aktiven Epitaxialstruktur 124A liegen die Flächenverhältnisse SA_124A: SA_140A und/oder SA_124A: SA_140G im Bereich von etwa 2:1 bis etwa 1:2 (z.B. etwa 2:1, etwa 1,8:1, etwa 1,6:1, etwa 1,5:1, etwa 1,2:1, etwa 1:1, etwa 1:1,2, etwa 1:1,5 oder etwa 1:2). Außerdem reichen die Verhältnisse zwischen den Längen (z.B. entlang einer X-Achse) der Seiten S1 und S_140G und/oder zwischen den Längen (z.B. entlang einer Y-Achse) der einander zugewandten Seiten S2 und S_140A von etwa 2:1 bis etwa 1:2 (z.B. etwa 2:1, etwa 1,8:1, etwa 1,6:1, etwa 1,5:1, etwa 1,2:1, etwa 1:1, etwa 1:1,2, etwa 1:1,5 oder etwa 1:2).
In einigen Ausführungsformen liegt das Verhältnis zwischen der Gesamtoberfläche der oberen Oberflächen 124s der äußersten aktiven Epitaxiestrukturen 124A-124D und 124F-124I und der Gesamtoberfläche der oberen Oberflächen 140s im Bereich von etwa 2:1 bis etwa 1:2 (z. B. etwa2:1, etwa 1,8:1, etwa 1,6:1, etwa 1,5:1, etwa 1,2:1, etwa 1:1, etwa 1:1,2, etwa 1:1,5 oder etwa 1:2). In einigen Ausführungsformen können die Dummy-Epitaxiestrukturen 140A-140L ähnliche oder unterschiedliche Abmessungen haben. In einigen Ausführungsformen können die aktiven Epitaxiestrukturen 124A-124I ähnliche Abmessungen haben wie die anderen. Die oben diskutierten Abmessungen der Dummy-Epitaxiestrukturen 140A-140L in Bezug auf die aktiven Epitaxiestrukturen 124A-124I sorgen für im Wesentlichen gleichmäßige obere Oberflächen 124s ohne den CMP-Prozess-bedingten Dishing-Effekt. Die Verwendung von Dummy-Epitaxiestrukturen 140A-140L mit Abmessungen außerhalb der oben erörterten Abmessungen kann die oberen Oberflächen 124s nicht angemessen planarisieren und/oder die Herstellungskosten des BSI-Bildsensors 102 erhöhen.
In einigen Ausführungsformen kann der Dummy-Pixelbereich 102B zusätzlich Dummy-Pixelstrukturen 139A-139D umfassen, die an den Eckbereichen des Dummy-Pixelbereichs 102B angeordnet sind, wie in 1B gezeigt. Ähnlich wie die Dummy-Pixelstrukturen 138A-138L sind die Dummy-Pixelstrukturen 139A-139D elektrisch inaktive Strukturen und elektrisch von den aktiven Pixelstrukturen 122A-122I und anderen Strukturen der Halbleitervorrichtung 100 isoliert. Dummy-Pixelstrukturen 139A-139D können (i) Dummy-Epitaxiestrukturen 141A-141D, die innerhalb des Substrats 108 und der dielektrischen Schicht 118 angeordnet sind, und (ii) Dummy-Abdeckschichten 142, die auf Dummy-Epitaxiestrukturen 141A-141D angeordnet und in die dielektrische Schicht 118 eingebettet sind, umfassen. Die Erörterung der Dummy-Pixelstrukturen 138A-138L gilt für die Dummy-Pixelstrukturen 139A-139D, sofern nicht anders angegeben.
In einigen Ausführungsformen werden für eine adäquate Planarisierung der oberen Oberflächen 124s mit minimaler Ungleichmäßigkeit (z. B. keine Vertiefung auf den oberen Oberflächen 124s) Dummy-Epitaxiestrukturen 141A-141D an den Eckregionen der Dummy-Pixelregion 102B angeordnet, wenn die oberen Oberflächen 140s der Dummy-Epitaxiestrukturen 140A-140L eine Gesamtoberfläche von etwa 10 % bis etwa 50 % der horizontalen Oberfläche (z. B. entlang einer XY-Ebene) der Dummy-Pixelregion 102B aufweisen. Jede der Dummy-Epitaxiestrukturen 141A-141D kann einen oberen Oberflächenbereich von etwa 10 % bis etwa 50 % des Oberflächenbereichs einer der oberen Oberflächen 124s haben. Wenn die oberen Oberflächen 140s der Dummy-Epitaxiestrukturen 140A-140L eine Gesamtoberfläche von mehr als etwa 50 % (z. B. etwa 51 % bis etwa 90 %) der horizontalen Oberfläche (z. B. entlang einer XY-Ebene) des Dummy-Pixelbereichs 102B aufweisen, können die Dummy-Pixelstrukturen 139A-139D gemäß einigen Ausführungsformen im Dummy-Pixelbereich 102B abwesend sein.
In einigen Ausführungsformen werden zur adäquaten Planarisierung der oberen Oberflächen 124s Dummy-Epitaxiestrukturen 141A-141D an den Eckregionen der Dummy-Pixelregion 102B angeordnet, wenn der Oberflächenbereich der oberen Oberfläche 140s jeder Dummy-Epitaxiestruktur 140A-140B, 140E-140F, 140G, 140I, 140J und 140L (d. h. Dummy-Epitaxiestrukturen, die an die Eckregionen angrenzen) etwa 50 % bis etwa 100 % des Oberflächenbereichs der benachbarten oberen Oberflächen 124s beträgt. Wenn der Oberflächenbereich der oberen Oberfläche 140s mehr als 100 % (z. B. etwa 110 % bis etwa 150 %) des Oberflächenbereichs der benachbarten oberen Oberflächen 124s beträgt, können die Dummy-Pixelstrukturen 139A-139D gemäß einigen Ausführungsformen in der Dummy-Pixelregion 102B abwesend sein.
Bezugnehmend auf die 1A-1B und IC kann die Dummy-Pixel-Region 102B Dummy-Pixel-Strukturen 138A-138D aufweisen, die das Array der aktiven Pixelstrukturen 122A-122I umgeben, anstelle der Dummy-Pixel-Strukturen 138A-138L. Die Dummy-Pixel-Region 102B kann keine anderen Strukturen außer den Dummy-Pixel-Strukturen 138A-138D umfassen, wie in 1C gezeigt. In einigen Ausführungsformen können die Dummy-Pixelstrukturen 138A-138D (i) epitaktische Dummy-Strukturen 144A-144D, die innerhalb des Substrats 108 und der dielektrischen Schicht 118 angeordnet sind, und (ii) Dummy-Abdeckschichten 142, die auf den epitaktischen Dummy-Strukturen 144A-144D angeordnet und in die dielektrische Schicht 118 eingebettet sind, umfassen. Die Erörterung der Dummy-Epitaxiestrukturen 140A-140L gilt für die Dummy-Epitaxiestrukturen 144A-144D, sofern nicht anders angegeben. Die Querschnittsansicht der Dummy-Epitaxiestrukturen 140A-140B in 1A gilt für die Dummy-Epitaxiestrukturen 144A-144B.
Dummy-Epitaxiestrukturen 144A-144D umfassen obere Oberflächen 140s, die im Wesentlichen koplanar mit den oberen Oberflächen 124s der aktiven Epitaxiestrukturen 124A-124I sind. Obere Oberflächen 140s von Dummy-Epitaxiestrukturen 144A-144D können Oberflächenbereiche SA_144A-SA_144D und Seiten S_144A-S_144D aufweisen. In einigen Ausführungsformen können die Dummy-Epitaxiestrukturen 144A-144D ähnliche oder unterschiedliche Abmessungen haben. Die Oberseiten 124s der aktiven Epitaxiestruktur 124A-124I können die Flächen SA_124A-SA₁₂₄₁ und die Seiten S1-S12 aufweisen.
In einigen Ausführungsformen sind für eine adäquate Planarisierung der oberen Oberflächen 124s mit minimaler Ungleichmäßigkeit die Dummy-Epitaxiestrukturen 144A-144D in einer solchen Konfiguration angeordnet, dass jede Seite (z. B. die Seiten S1-S12) der äußersten aktiven Epitaxiestrukturen 124A-124D und 124F-124I, die dem Dummy-Pixelbereich 102B zugewandt sind, an eine der Dummy-Epitaxiestrukturen 144A-144D angrenzt, wie in 1C gezeigt. Darüber hinaus sind die Dummy-Epitaxiestrukturen 144C-144D von den jeweiligen äußersten aktiven Epitaxiestrukturen 124A-124C und 124G-124I um einen Abstand D1 beabstandet, und die Dummy-Epitaxiestrukturen 144A-144B sind von den jeweiligen äußersten aktiven Epitaxiestrukturen 124A, 124D, 124G, 124C, 124F und 124I um einen Abstand D2 beabstandet, der gleich oder verschieden vom Abstand D1 ist. Die Abstände D1-D2 können von etwa 200 nm bis etwa 1000 nm reichen.
In einigen Ausführungsformen liegt für eine adäquate Planarisierung der oberen Oberflächen 124s mit minimaler Ungleichmäßigkeit ein Verhältnis zwischen der gesamten oberen Oberfläche einer äußersten Reihe oder Spalte aktiver Epitaxiestrukturen 124A-124I und der oberen Oberfläche einer der Dummy-Epitaxiestrukturen 144A-144D, die an die äußerste Reihe oder Spalte angrenzt, im Bereich von etwa 2:1 bis etwa 1:2 (z. B., etwa 2:1, etwa 1,8:1, etwa 1,6:1, etwa 1,5:1, etwa 1,2:1, etwa 1:1, etwa 1:1,2, etwa 1:1,5, oder etwa 1:2). Beispielsweise reichen die Oberflächenverhältnisse (SA_124A+ SA_124B+ SA_124C):SA_144D, (SA_124A+ SA_124D+ SA_124G):SA_144A, (SA_124C+ SA_124F+ SA_124I):SA_144B, und/oder (SA_124G+ SA_124H+ SA_124I):SA_144c von etwa 2:1 bis etwa 1:2 (z.B., etwa 2:1, etwa 1,8:1, etwa 1,6:1, etwa 1,5:1, etwa 1,2:1, etwa 1:1, etwa 1:1,2, etwa 1:1,5, oder etwa 1:2). Außerdem reichen die Seitenlängenverhältnisse (S1+S3+S4):S_144D, (S2+ S5+ S6):S_144A, (S7+ S8+ S9):SA_144c, und/oder (S10+ S11+ S12):SA_144B von etwa 2:1 bis etwa 1:2 (z.B., etwa 2:1, etwa 1,8:1, etwa 1,6:1, etwa 1,5:1, etwa 1,2:1, etwa 1:1, etwa 1:1,2, etwa 1:1,5, oder etwa 1:2).
In einigen Ausführungsformen, ähnlich wie in 1B, kann die Dummy-Pixelregion 102B von 1C Dummy-Pixelstrukturen 139A-139D aufweisen, die an den Eckregionen angeordnet sind (in 1C nicht gezeigt). Dummy-Epitaxiestrukturen 141A-141D sind an den Eckregionen der Dummy-Pixelregion 102B von 1C angeordnet, wenn die oberen Oberflächen 140s der Dummy-Epitaxiestrukturen 144A-144D eine Gesamtoberfläche von etwa 10 % bis etwa 70 % der horizontalen Oberfläche (z. B. entlang einer XY-Ebene) der Dummy-Pixelregion 102B aufweisen. Wenn die oberen Oberflächen 140s der Dummy-Epitaxiestrukturen 144A-144D eine Gesamtoberfläche von mehr als etwa 70 % (z. B. etwa 71 % bis etwa 90 %) der horizontalen Oberfläche (z. B. entlang einer XY-Ebene) des Dummy-Pixelbereichs 102B aufweisen, können die Dummy-Pixelstrukturen 139A-139D gemäß einigen Ausführungsformen im Dummy-Pixelbereich 102B von 1C abwesend sein.
Bezugnehmend auf die 1A-1B und 1D kann die Dummy-Pixel-Region 102B eine Dummy-Pixel-Struktur 138A aufweisen, die das Array der aktiven Pixelstrukturen 122A-122I umgibt, anstelle der Dummy-Pixel-Strukturen 138A-138L. Der Dummy-Pixelbereich 102B kann keine anderen Strukturen außer der Dummy-Pixelstruktur 138A aufweisen, wie in 1D gezeigt. In einigen Ausführungsformen kann die Dummy-Pixelstruktur 138A (i) eine Dummy-Epitaxialstruktur 146, die innerhalb des Substrats 108 und der dielektrischen Schicht 118 angeordnet ist, und (ii) eine Dummy-Deckschicht 142, die auf der Dummy-Epitaxialstruktur 146 angeordnet und in die dielektrische Schicht 118 eingebettet ist, umfassen. Die Erörterung der Dummy-Epitaxiestrukturen 140A-140L gilt für die Dummy-Epitaxiestruktur 146, sofern nicht anders erwähnt. Die Querschnittsansicht der Dummy-Epitaxiestrukturen 140A-140B in 1A gilt für die Dummy-Epitaxiestruktur 146.
Die Dummy-Epitaxiestruktur 146 umfasst eine obere Fläche 140s, die im Wesentlichen koplanar mit den oberen Flächen 124s der aktiven Epitaxiestrukturen 124A-124I ist. In einigen Ausführungsformen sind für eine adäquate Planarisierung der oberen Oberflächen 124s mit minimaler Ungleichmäßigkeit die Seiten S 146C-S 146D der Dummy-Epitaxiestruktur 146 von den jeweiligen äußersten aktiven Epitaxiestrukturen 124A-124C und 124G-124I um einen Abstand D1 beabstandet, und die Seiten S146A-S146B der Dummy-Epitaxiestruktur 146 sind von den jeweiligen äußersten aktiven Epitaxiestrukturen 124A, 124D, 124G, 124C, 124F und 124I um einen Abstand D2 beabstandet, der gleich oder verschieden vom Abstand D1 ist. Die Abstände D1-D2 können von etwa 200 nm bis etwa 1000 nm reichen.
In einigen Ausführungsformen liegt für eine angemessene Planarisierung der oberen Oberflächen 124s mit minimaler Ungleichmäßigkeit ein Verhältnis zwischen der gesamten oberen Oberfläche der äußersten aktiven Epitaxiestrukturen 124A-124D und 124F-124I und der oberen Oberfläche der Dummy-Epitaxiestruktur 146 im Bereich von etwa 2:1 bis etwa 1:2 (z. B., etwa 2:1, etwa 1,8:1, etwa 1,6:1, etwa 1,5:1, etwa 1,2:1, etwa 1:1, etwa 1:1,2, etwa 1:1,5, oder etwa 1:2). Außerdem reichen die Seitenlängenverhältnisse (S1+ S3+ S4):S_146D, (S2+ S5+ S6):_S146A, (S7+ S8+S9):SA_146c, und/oder (S10+ S11+ S12):SA_146B von etwa 2:1 bis etwa 1:2 (z.B., etwa 2:1, etwa 1,8:1, etwa 1,6:1, etwa 1,5:1, etwa 1,2:1, etwa 1:1, etwa 1:1,2, etwa 1:1,5, oder etwa 1:2).
Bezugnehmend auf die 1A-1B und 1E kann die Dummy-Pixel-Region 102B Dummy-Pixel-Strukturen 138A-138H aufweisen, die das Array der aktiven Pixelstrukturen 122A-122I umgeben, anstelle der Dummy-Pixel-Strukturen 138A-138L. Die Dummy-Pixel-Region 102B kann keine anderen Strukturen außer den Dummy-Pixel-Strukturen 138A-138H aufweisen, wie in 1E gezeigt. In einigen Ausführungsformen können die Dummy-Pixelstrukturen 138A-138H (i) Dummy-Epitaxiestrukturen 148A-148H, die innerhalb des Substrats 108 und der dielektrischen Schicht 118 angeordnet sind, und (ii) Dummy-Deckschichten 142, die auf den Dummy-Epitaxiestrukturen 148A-148H angeordnet und in die dielektrische Schicht 118 eingebettet sind, umfassen. Die Diskussion der Dummy-Epitaxiestrukturen 140A-140L gilt für die Dummy-Epitaxiestrukturen 148A-148H, sofern nicht anders erwähnt. Die Querschnittsansicht der Dummy-Epitaxiestrukturen 140A-140B in 1A gilt für die Dummy-Epitaxiestrukturen 148A-148B.
Dummy-Epitaxiestrukturen 148A-148H umfassen obere Oberflächen 140s, die im Wesentlichen koplanar mit den oberen Oberflächen 124s der aktiven Epitaxiestrukturen 124A-124I sind. In einigen Ausführungsformen sind für eine adäquate Planarisierung der oberen Oberflächen 124s mit minimaler Ungleichmäßigkeit die Dummy-Epitaxiestrukturen 148A-148H von den äußersten aktiven Epitaxiestrukturen 124A-124D und 124F-124I durch Abstände D1-D2 beabstandet, wie in 1E gezeigt. Die Abstände D1-D2 können gleich oder verschieden voneinander sein und von etwa 200 nm bis etwa 1000 nm reichen. In einigen Ausführungsformen werden für eine adäquate Planarisierung der oberen Oberflächen 124s mit minimaler Ungleichmäßigkeit die Dummy-Epitaxiestrukturen 148A-148H in einer solchen Konfiguration angeordnet, dass die Verhältnisse zwischen den Oberflächenbereichen benachbarter oberer Oberflächen 124s und 140s im Bereich von etwa 2:1 bis etwa 1:2 liegen (z.B., etwa 2:1, etwa 1,8:1, etwa 1,6:1, etwa 1,5:1, etwa 1,2:1, etwa 1:1, etwa 1:1,2, etwa 1:1,5, oder etwa 1:2).
In einigen Ausführungsformen kann der BSI-Bildsensor 102 einen aktiven Pixelbereich 102A mit der in 1F gezeigten Array-Konfiguration anstelle der Array-Konfiguration im aktiven Pixelbereich 102A von 1B aufweisen. Die Diskussion der Elemente von 1B gilt für die Elemente von 1F, sofern nicht anders angegeben. In 1F sind benachbarte aktive Pixelstrukturen in dem Array aus aktiven Pixelstrukturen 122A-122I im Gegensatz zu den aktiven Pixelstrukturen 122A-122I von 1B nicht zueinander in Bezug auf ihre Seiten ausgerichtet. In einigen Ausführungsformen sind für eine adäquate Planarisierung der oberen Oberflächen 124s mit minimaler Ungleichmäßigkeit die Dummy-Epitaxiestrukturen 140A-140L von den äußersten aktiven Epitaxiestrukturen 124A-124D und 124F-124I um die Abstände D1-D2 in ähnlicher Weise beabstandet, wie oben mit Bezug auf 1B beschrieben. Die Abstände D1-D2 können gleich oder verschieden voneinander sein und können im Bereich von etwa 200 nm bis etwa 1000 nm liegen. In einigen Ausführungsformen kann der Dummy-Pixelbereich 102B von 1F anstelle der Dummy-Pixelstrukturen 138A-138L die Dummy-Pixelstrukturen 138A-138D von 1C, die Dummy-Pixelstruktur 138A von 1D oder die Dummy-Pixelstrukturen 138A-138H von 1E aufweisen. In einigen Ausführungsformen, ähnlich wie in 1B, kann der Dummy-Pixelbereich 102B von 1F Dummy-Pixelstrukturen 139A-139D aufweisen, die an den Eckbereichen angeordnet sind (in 1F nicht dargestellt).
2 ist ein Flussdiagramm eines Beispielverfahrens 200 zur Herstellung der Halbleitervorrichtung 100 gemäß einigen Ausführungsformen. Zur Veranschaulichung werden die in 2 dargestellten Vorgänge unter Bezugnahme auf den beispielhaften Herstellungsprozess für die Halbleitervorrichtung 100 beschrieben, wie in den 3-21 dargestellt. 3-21 sind Querschnittsansichten der Halbleitervorrichtung 100 in verschiedenen Stadien der Herstellung gemäß einigen Ausführungsformen. Die Vorgänge können in einer anderen Reihenfolge durchgeführt werden oder nicht durchgeführt werden, abhängig von spezifischen Anwendungen. Es sollte beachtet werden, dass das Verfahren 200 nicht unbedingt eine vollständige Halbleitervorrichtung 100 herstellt. Dementsprechend versteht es sich, dass zusätzliche Prozesse vor, während und nach dem Verfahren 200 vorgesehen sein können, und dass einige andere Prozesse hier nur kurz beschrieben werden können. Elemente in den 3-21 mit den gleichen Anmerkungen wie Elemente in den 1A-1F sind oben beschrieben.
In Vorgang 205 werden Dummy-Epitaxiestrukturen und aktive Epitaxiestrukturen auf einer Vorderseitenoberfläche eines Substrats gebildet. Beispielsweise können, wie in den 3-6 gezeigt, Dummy-Epitaxiestrukturen 140A-140B und aktive Epitaxiestrukturen 124A-124C gleichzeitig auf der Vorderseitenoberfläche 108A des Substrats 108 gebildet werden. Die Bildung von Dummy-Epitaxiestrukturen 140A-140B und aktiven Epitaxiestrukturen 124A-124C kann folgende aufeinanderfolgende Vorgänge umfassen: (i) gleichzeitiges Bilden von Gräben 324 und 340 im Substrat 108 durch eine dielektrische Schicht 318, die auf der Vorderseitenoberfläche 108A angeordnet ist, wie in 3 gezeigt, (ii) gleichzeitiges epitaktisches Aufwachsen von Dummy-Strukturen 140A*-140B* innerhalb der jeweiligen Gräben 340A-340B und aktiven Strukturen 124A*-124C* innerhalb der jeweiligen Gräben 324A-324C, wie in 4 gezeigt, und (iii) Durchführen eines CMP-Prozesses an der Struktur von 4, wie in 5 gezeigt, um Dummy-Epitaxiestrukturen 140A-140B innerhalb jeweiliger Gräben 340A-340B und aktive Epitaxiestrukturen 124A-124C innerhalb jeweiliger Gräben 324A-324C zu bilden, wobei die oberen Oberflächen 124s, 140s und 318s im wesentlichen koplanar zueinander sind, wie in 6 gezeigt.
Die Bildung der Gräben 324A-324C und 340A-340B kann einen Trockenätzprozess mit Ätzmitteln, wie Gas auf Chlorbasis, Helium, Gas auf Fluorbasis, Argon und einer Kombination davon, umfassen. Das epitaktische Wachstum der Dummy-Strukturen 140A*-140B* und der aktiven Strukturen 124A*-124C* kann das epitaktische Aufwachsen von mono- oder polykristallinen Strukturen eines Halbleitermaterials, wie z. B. Ge oder SiGe, umfassen. Der CMP-Prozess kann die Verwendung einer CMP-Aufschlämmung mit einer höheren Abtragsselektivität für das Material der Dummy-Strukturen 140A*-140B* und der aktiven Strukturen 124A*-124C* umfassen als für das Material der dielektrischen Schicht 318. In einigen Ausführungsformen kann die CMP-Aufschlämmung eine Abtragsselektivität aufweisen, die für das Material der Dummy-Strukturen 140A*-140B* und der aktiven Strukturen 124A*-124C* etwa 20- bis etwa 200-mal größer ist als für das Material der dielektrischen Schicht 318. Die CMP-Aufschlämmung kann Wasserstoffperoxid, Kaliumperoxydisulfat, eine Verbindung auf Stickstoffoxidbasis, Polyethylenglykol, Schleifpartikel wie kolloidales Siliziumdioxid, pyrogenes Siliziumdioxid und Aluminiumoxid oder eine Kombination davon umfassen.
Die Bildung von Dummy-Strukturen 140A*-140B* neben den aktiven Strukturen 124A*-124C* eliminiert oder minimiert den CMP-prozessbedingten Dishing-Effekt in den anschließend gebildeten aktiven Epitaxiestrukturen 124A-124C, wie in gezeigt. In Abwesenheit von Dummy-Strukturen 140A*-140B* kann der CMP-prozessbedingte Dishing-Effekt während des CMP-Prozesses der aktiven Strukturen 124A*-124C* aufgrund unterschiedlicher Polierraten der verschiedenen Materialien der aktiven Strukturen 124A*-124C* und der angrenzenden Bereiche der dielektrischen Schicht 318 auftreten.
In Vorgang 210 werden Deckschichten auf den Dummy-Epitaxiestrukturen und den aktiven Epitaxiestrukturen gebildet. Zum Beispiel können, wie in 7 gezeigt, Deckschichten 142 auf Dummy-Epitaxiestrukturen 140A-140B gebildet werden und Deckschichten 126 werden gleichzeitig auf aktiven Epitaxiestrukturen 124A-124C gebildet. In einigen Ausführungsformen kann die Bildung von Deckschichten 126 und 142 die aufeinanderfolgenden Vorgänge umfassen: (i) Abscheidung einer Si-, Ge- oder SiGe-Schicht auf der Struktur von 6 und (ii) Strukturierung der abgeschiedenen Si-, Ge- oder SiGe-Schicht zur Bildung der Struktur von 7. Die Abscheidung der Si-, Ge- oder SiGe-Schicht kann die Verwendung eines Siliziumvorläufers (z.B. Silan (SiH4) oder Dichlorsilan (DCS)) und/oder eines Germaniumvorläufers (z.B. German (GeH4)) in einem chemischen Gasphasenabscheidungsprozess (CVD) oder einem Atomlagenabscheidungsprozess (ALD) umfassen. In einigen Ausführungsformen kann die Bildung der Deckschichten 126 und 142 das epitaktische Aufwachsen der Si-, Ge- oder SiGe-Schicht auf den oberen Oberflächen 124s und 140s zur gleichen Zeit umfassen.
In einigen Ausführungsformen kann nach der Bildung der Deckschichten 126 und 142 eine dielektrische Schicht 818 mit einem Material, das dem Material der dielektrischen Schicht 318 ähnlich ist, auf der Struktur von 7 abgeschieden werden, um die Struktur von 8 zu bilden. Die Bildung der dielektrischen Schicht 818 kann die Verwendung eines CVD-Prozesses, eines ALD-Prozesses oder eines thermischen Oxidationsprozesses umfassen.
In Vorgang 215 werden dotierte Bereiche innerhalb der aktiven epitaktischen Strukturen gebildet. Beispielsweise können, wie in den 9-12 gezeigt, P-dotierte Bereiche 130 und N-dotierte Bereiche 132 innerhalb der Deckschichten 126 und der aktiven Epitaxiestrukturen 124A-124C gebildet werden. Die Bildung von P-dotierten Bereichen 130 und N-dotierten Bereichen 132 kann die aufeinanderfolgenden Vorgänge umfassen: (i) Bildung einer strukturierten Maskierungsschicht 950 mit Öffnungen 952 auf der Struktur von 8, wie in 9 gezeigt, (ii) Ionenimplantation von n-Typ-Dotierstoffen 954 in Deckschichten 126 und aktive Epitaxiestrukturen 124A-124C durch Öffnungen 952, um dotierte Bereiche 132 zu bilden, wie in 9 gezeigt, (iii) Entfernung der strukturierten Schicht 950 (nicht gezeigt), (iv) Bildung einer strukturierten Maskierungsschicht 1056 mit Öffnungen 1058, wie in 10 gezeigt, (v) Ionenimplantation von n-Typ-Dotierstoffen 954 in Deckschichten 126 und aktive epitaktische Strukturen 124A-124C durch Öffnungen 1058, um N-Well-Bereiche 128 zu bilden, wie in 10 gezeigt, (vi) Ionenimplantation von p-Typ-Dotierstoffen 1160 in Deckschichten 126 und aktive epitaktische Strukturen 124A-124C durch Öffnungen 1058, um p-Typ-dotierte Bereiche 130 innerhalb der N-Well-Bereiche 128 zu bilden, wie in 11 gezeigt, und (vii) Durchführen eines Ausglühprozesses an der Struktur von 11 nach Entfernen der strukturierten Schicht 1056, um die Dotierstoffe in den dotierten Bereichen 130-132 zu aktivieren, wie in 12 gezeigt.
In Vorgang 220 werden Kontaktstrukturen und Via-Strukturen auf den dotierten Bereichen gebildet. Zum Beispiel können, wie in den 13-18 gezeigt, Kontaktstrukturen 134 mit Silizidschichten 134A und Kontaktsteckern 134B auf den dotierten Bereichen 130-132 gebildet werden und Via-Strukturen 136 werden auf den Kontaktstrukturen 134 gebildet. Die Bildung der Kontaktstrukturen 134 kann folgende aufeinanderfolgende Vorgänge umfassen: (i) Bilden von Silizidöffnungen 1362 auf dotierten Bereichen 130-132, wie in 13 gezeigt, (ii) Bilden von Silizidschichten 134A auf dotierten Bereichen 130-132, wie in 14 gezeigt, (iii) Abscheiden von ESL 116 auf der Struktur von 14, wie in 15, (iv) Abscheiden der ILD-Schicht 114 auf der Struktur von 15, wie in 16 gezeigt, (v) Bilden von Kontaktöffnungen 1664 innerhalb der ILD-Schicht 114 und der ESL 116, um Teile der Silizidschichten 134A freizulegen, wie in 16 gezeigt, und (vi) Bilden von Kontaktsteckern 134B innerhalb der Kontaktöffnungen 1664, wie in 17 gezeigt.
Die Bildung von Silizidschichten 134A kann folgende aufeinanderfolgende Vorgänge umfassen: (i) Abscheiden einer Metallschicht (nicht gezeigt) auf der Struktur von 13, (ii) Durchführen eines Glühvorgangs an der Struktur mit der Metallschicht und (iii) Entfernen der nicht reagierten Teile der Metallschicht auf der dielektrischen Schicht 118, um die Struktur von 14 zu bilden. Die Bildung von Via-Strukturen 136 kann die aufeinanderfolgenden Vorgänge umfassen: (i) Abscheidung einer Metallschicht (nicht gezeigt) auf der Struktur von 17 und (ii) Strukturierung der Metallschicht zur Bildung der Struktur von 18. Nach der Bildung der Via-Strukturen 136 kann eine Isolierschicht (z. B. eine Nitridschicht, eine Oxidschicht, eine Oxynitridschicht, eine Polymerschicht oder eine Kombination davon; nicht gezeigt) auf der Struktur von 18 abgeschieden und anschließend mit einem CMP-Verfahren poliert werden, um die Passivierungsschicht 112 zu bilden, wie in 19 gezeigt.
In Vorgang 225 wird eine Mehrebenen-Metallisierungsschicht auf den Via-Strukturen gebildet. Zum Beispiel kann, wie in 20 gezeigt, die Mehrebenen-Metallisierungsschicht 104 mit der in der IMD-Schicht 104B eingebetteten Mehrebenen-Verbindungsstruktur 104A auf den Via-Strukturen 136 und der Passivierungsschicht 112 gebildet werden. Nach der Bildung der Mehrebenen-Metallisierungsschicht 104 kann das Trägersubstrat 106 auf die Mehrebenen-Metallisierungsschicht 104 gebondet werden, wie in dargestellt.
In Vorgang 230 wird eine Pad-Struktur auf der Mehrebenen-Metallisierungsschicht durch eine Rückseitenoberfläche des Substrats gebildet. Zum Beispiel kann, wie in 21 gezeigt, die Pad-Struktur 120 auf der Mehrebenen -Verbindungsstruktur 104A durch die Rückseitenoberfläche 108B gebildet werden. Die Bildung der Pad-Struktur 120 kann folgende aufeinanderfolgende Vorgänge umfassen: (i) Bilden einer Pad-Öffnung (nicht gezeigt) innerhalb des Substrats 108, der dielektrischen Schicht 118, der ESL 116, der ILD-Schicht 114, der Passivierungsschicht 112 und eines Teils der IMD-Schicht 104B, (ii) Abscheiden einer leitfähigen Schicht (nicht gezeigt) innerhalb der Pad-Öffnung und (iii) Strukturieren und Ätzen der leitfähigen Schicht, um die Pad-Struktur 120 innerhalb der Pad-Öffnung zu bilden, wie in 21 gezeigt. Nach der Bildung der Pad-Struktur 120 kann eine Anordnung von Mikrolinsen 125 auf der rückseitigen Oberfläche 108B gebildet werden.
Die vorliegende Offenbarung stellt beispielhafte BSI-Bildsensoren (z. B. BSI-Bildsensor 102) mit Dummy-Pixel-Strukturen (z. B. Dummy-Pixel-Strukturen 138A-138B) und aktiven Pixelstrukturen (z. B. aktive Pixelstrukturen 122A-122C) sowie beispielhafte Verfahren (z. B. Verfahren 200) zur Herstellung derselben bereit. In einigen Ausführungsformen sind die Dummy-Pixelstrukturen in einem Dummy-Pixelbereich (z. B. Dummy-Pixelbereich 102B) angeordnet, der ein Array von aktiven Pixelstrukturen umgibt. Die Dummy-Pixelstrukturen und die aktiven Pixelstrukturen umfassen ähnliche Epitaxiestrukturen (auch als „Dummy-Epitaxiestrukturen“ und „aktive Epitaxiestrukturen“ bezeichnet) und werden zur gleichen Zeit gebildet. In einigen Ausführungsformen sind die Dummy-Epitaxiestrukturen (z. B. Dummy-Epitaxiestrukturen 140A-140B) so angeordnet, dass sie etwa 10 % bis etwa 100 % (z. B. etwa 20 %, etwa 50 %, etwa 80 % oder etwa 100 %) des Dummy-Pixelbereichs abdecken, der die äußersten aktiven Epitaxiestrukturen (z. B. aktive Epitaxiestrukturen 124A und 124C) umgibt. Darüber hinaus haben die Dummy-Epitaxiestrukturen obere Oberflächenbereiche, die etwa 50 % bis etwa 120 % der oberen Oberflächenbereiche der äußersten aktiven Epitaxiestrukturen betragen.
Die Platzierung der Dummy-Epitaxiestrukturen neben den äußersten aktiven Epitaxiestrukturen und die Bildung der Epitaxiestrukturen zur gleichen Zeit eliminiert oder minimiert den CMP-Prozess-bedingten Dishing-Effekt in den äußersten aktiven Epitaxiestrukturen. In einigen Ausführungsformen können bei Verwendung der Dummy-Epitaxiestrukturen die oberen Oberflächen (z. B. die oberen Oberflächen 124s) der äußersten aktiven Epitaxiestrukturen eine Oberflächenrauheit von weniger als etwa 10 nm (z. B. etwa 2 nm, etwa 5 nm oder etwa 8 nm) aufweisen und konkav geformte Vertiefungen mit Vertiefungstiefen von weniger als etwa 5 nm (z. B. 0,1 nm, 0,5 nm, 1 nm oder 2 nm) haben. In einigen Ausführungsformen können die oberen Oberflächen der äußersten aktiven Epitaxiestrukturen eine im Wesentlichen einheitliche Oberfläche ohne konkav geformte Vertiefungen aufweisen (z. B. wie in 1A gezeigt). Somit verbessert die Verwendung von Dummy-Epitaxiestrukturen die Gleichförmigkeit der oberen Oberflächen der äußersten aktiven Epitaxiestrukturen um etwa 50 % bis etwa 100 % im Vergleich zu den oberen Oberflächen der aktiven Epitaxiestrukturen, die nicht von Dummy-Epitaxiestrukturen umgeben sind.
Die verbesserte Gleichmäßigkeit der oberen Oberflächen verbessert folglich die Grenzflächen zwischen den äußersten aktiven Epitaxiestrukturen und entsprechenden Deckschichten (z. B. Deckschichten 126), die auf den aktiven Epitaxiestrukturen angeordnet sind. Infolgedessen wird die Erzeugung von Dunkelströmen aufgrund ungleichmäßiger Grenzflächen zwischen den äußersten aktiven Epitaxiestrukturen und den entsprechenden Deckschichten minimiert oder eliminiert, und folglich wird die Sensorleistung von BSI-Bildsensoren im Vergleich zu BSI-Bildsensoren ohne die hier beschriebenen Dummy-Pixelstrukturen um etwa 40 % bis etwa 60 % verbessert.
In einigen Ausführungsformen umfasst eine Halbleitervorrichtung ein Substrat mit einer ersten Oberfläche und einer zweiten Oberfläche, die der ersten Oberfläche gegenüberliegt, einen ersten Pixelbereich mit einer ersten Pixelstruktur, die auf der ersten Oberfläche des Substrats angeordnet ist, einen zweiten Pixelbereich, der den ersten Pixelbereich umgibt und eine zweite Pixelstruktur umfasst, die an die erste Pixelstruktur angrenzt und von der ersten Pixelstruktur elektrisch isoliert ist, und einen Kontaktflächenbereich mit einer Kontaktflächenstruktur, die angrenzend an den zweiten Pixelbereich angeordnet ist. Die erste Pixelstruktur umfasst eine erste Epitaxiestruktur, die innerhalb des Substrats angeordnet ist, und eine erste Deckschicht, die auf der ersten Epitaxiestruktur angeordnet ist, und die erste Epitaxiestruktur hat eine erste obere Oberfläche. Die zweite Pixelstruktur umfasst eine zweite Epitaxialstruktur, die innerhalb des Substrats angeordnet ist, und eine zweite Abdeckschicht, die auf der zweiten Epitaxialstruktur angeordnet ist. Die zweite Epitaxiestruktur hat eine zweite obere Fläche, die im Wesentlichen koplanar mit der ersten oberen Fläche ist. Die erste und die zweite Epitaxiestruktur umfassen dasselbe Halbleitermaterial.
In einigen Ausführungsformen umfasst ein Bildsensor ein Substrat mit einer Vorderseitenoberfläche und einer Rückseitenoberfläche, die der Vorderseitenoberfläche gegenüberliegt, ein Array aktiver Epitaxialstrukturen, die auf der Vorderseitenoberfläche des Substrats angeordnet sind, eine aktive Deckschicht, die auf jeder der aktiven Epitaxialstrukturen angeordnet ist, eine Vielzahl von Dummy-Epitaxiestrukturen, die die Anordnung aktiver Epitaxiestrukturen umgeben und auf der Vorderseitenoberfläche des Substrats angeordnet sind, eine Dummy-Deckschicht, die auf jeder der Dummy-Epitaxiestrukturen angeordnet ist, und eine Anordnung von Mikrolinsen, die auf der Rückseitenoberfläche des Substrats angeordnet sind. Die oberen Oberflächen der aktiven und der Dummy-Epitaxiestrukturen sind im Wesentlichen koplanar zueinander. Die aktiven und die Dummy-Epitaxiestrukturen umfassen dasselbe Halbleitermaterial.
In einigen Ausführungsformen umfasst ein Verfahren das Abscheiden einer ersten dielektrischen Schicht auf einem Substrat, das Ausbilden einer Dummy-Epitaxiestruktur und einer aktiven Epitaxiestruktur innerhalb der dielektrischen Schicht und des Substrats, das Ausbilden einer ersten und einer zweiten Abdeckschicht auf der Dummy- bzw. der aktiven Epitaxiestruktur, der aktiven epitaktischen Struktur und der zweiten Deckschicht, selektives Dotieren von Bereichen der aktiven epitaktischen Struktur und der zweiten Deckschicht, selektives Bilden einer Silizidschicht auf den dotierten Bereichen, Abscheiden einer Ätzstoppschicht auf der Silizidschicht und Bilden von leitenden Steckern auf der Silizidschicht durch die Ätzstoppschicht.
Die vorstehende Offenbarung umreißt Merkmale mehrerer Ausführungsformen, damit der Fachmann die Aspekte der vorliegenden Offenbarung besser verstehen kann. Der Fachmann sollte erkennen, dass er die vorliegende Offenbarung ohne weiteres als Grundlage für die Konstruktion oder Modifizierung anderer Verfahren und Strukturen zur Durchführung derselben Zwecke und/oder zum Erreichen derselben Vorteile der hier vorgestellten Ausführungsformen verwenden kann. Die Fachleute sollten auch erkennen, dass solche äquivalenten Konstruktionen nicht vom Geist und Umfang der vorliegenden Offenbarung abweichen, und dass sie verschiedene Änderungen, Ersetzungen und Modifikationen hierin vornehmen können, ohne vom Geist 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 62/982457 [0001]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

Titel „Dummy Structures for Chemical Mechanical Polishing Control in Semiconductor Manufacturing Processes“, eingereicht am 27. Februar 2020 [0001]

Claims

Halbleitervorrichtung, umfassend: ein Substrat mit einer ersten Oberfläche und einer der ersten Oberfläche gegenüberliegenden zweiten Oberfläche; einen ersten Pixelbereich mit einer ersten Pixelstruktur, die auf der ersten Oberfläche des Substrats angeordnet ist, wobei die erste Pixelstruktur eine erste Epitaxialstruktur, die innerhalb des Substrats angeordnet ist, und eine erste Deckschicht, die auf der ersten Epitaxialstruktur angeordnet ist, umfasst, und wobei die erste Epitaxiestruktur eine erste obere Oberfläche aufweist; einen zweiten Pixelbereich, der den ersten Pixelbereich umgibt und eine zweite Pixelstruktur umfasst, die an die erste Pixelstruktur angrenzt und von der ersten Pixelstruktur elektrisch isoliert ist, wobei die zweite Pixelstruktur eine zweite Epitaxialstruktur, die innerhalb des Substrats angeordnet ist, und eine zweite Abdeckschicht, die auf der zweiten Epitaxialstruktur angeordnet ist, umfasst, wobei die zweite Epitaxialstruktur eine zweite obere Oberfläche aufweist, die im Wesentlichen koplanar mit der ersten oberen Oberfläche ist, und wobei die erste und die zweite Epitaxiestruktur ein gleiches Halbleitermaterial umfassen; und einen Kontakt-Pad-Bereich mit einer Pad-Struktur, die angrenzend an den zweiten Pixelbereich angeordnet ist.
Halbleitervorrichtung nach Anspruch 1, wobei das Verhältnis zwischen einer Oberfläche der ersten oberen Oberfläche und einer Oberfläche der zweiten oberen Oberfläche im Bereich von etwa 2:1 bis etwa 1:2 liegt.
Halbleitervorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei ein Verhältnis zwischen benachbarten Seiten der ersten und zweiten oberen Oberfläche im Bereich von etwa 2:1 bis etwa 1:2 liegt.
Halbleitervorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die zweite epitaktische Struktur die erste epitaktische Struktur umgibt.
Halbleitervorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei ein Abstand zwischen der ersten und der zweiten oberen Oberfläche im Bereich von etwa 200 nm bis etwa 1000 nm liegt.
Halbleitervorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die vertikalen Abmessungen der ersten und zweiten Epitaxiestrukturen im Wesentlichen gleich sind.
Halbleitervorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die ersten und zweiten Epitaxiestrukturen Germanium oder Siliziumgermanium umfassen.
Halbleitervorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die oberen Oberflächen der ersten und zweiten Deckschicht im Wesentlichen koplanar zueinander sind.
Halbleitervorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die erste und die zweite Deckschicht aus demselben Halbleitermaterial bestehen.
Die Halbleitervorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die erste und zweite Deckschicht ein anderes Halbleitermaterial umfassen, das sich von den Halbleitermaterialien der ersten und zweiten Epitaxiestrukturen unterscheidet.
Bildsensor, umfassend: ein Substrat mit einer Vorderseitenoberfläche und einer der Vorderseitenoberfläche gegenüberliegenden Rückseitenoberfläche; ein Array von aktiven Epitaxiestrukturen, die auf der Vorderseitenoberfläche des Substrats angeordnet sind; eine aktive Deckschicht, die auf jeder der aktiven Epitaxiestrukturen angeordnet ist; eine Vielzahl von Dummy-Epitaxiestrukturen, die das Array von aktiven Epitaxiestrukturen umgeben und auf der Vorderseitenoberfläche des Substrats angeordnet sind; eine Dummy-Deckschicht, die auf jeder der Dummy-Epitaxiestrukturen angeordnet ist, wobei die oberen Oberflächen der aktiven und der Dummy-Epitaxiestrukturen im Wesentlichen koplanar zueinander sind, und wobei die aktiven und die Dummy-Epitaxiestrukturen dasselbe Halbleitermaterial umfassen; und eine Anordnung von Mikrolinsen, die auf der Rückseitenoberfläche des Substrats angeordnet sind.
Bildsensor nach Anspruch 11, wobei eine äußerste Reihe des Arrays aktiver Epitaxiestrukturen an ein Array von Dummy-Epitaxiestrukturen der Vielzahl von Dummy-Epitaxiestrukturen angrenzt.
Bildsensor nach Anspruch 11 oder 12, wobei eine aktive Epitaxiestruktur in dem Array aktiver Epitaxiestrukturen eine erste obere Oberfläche aufweist und eine Dummy-Epitaxiestruktur der Vielzahl von Dummy-Epitaxiestrukturen eine zweite obere Oberfläche aufweist, und wobei ein Verhältnis eines Oberflächenbereichs der ersten oberen Oberfläche zu einem Oberflächenbereich der zweiten oberen Oberfläche im Bereich von etwa 2:1 bis 1:2 liegt.
Bildsensor nach einem der vorhergehenden Ansprüche 11 bis 13, wobei ein Abstand zwischen einer äußersten Reihe des Arrays aktiver Epitaxiestrukturen und einem Array von Dummy-Epitaxiestrukturen der Vielzahl von Dummy-Epitaxiestrukturen, die der äußersten Reihe benachbart sind, in einem Bereich von etwa 200 nm bis etwa 1000 nm liegt.
Verfahren, umfassend: Abscheiden einer ersten dielektrischen Schicht auf einem Substrat; Bilden einer Dummy-Epitaxiestruktur und einer aktiven Epitaxiestruktur innerhalb der dielektrischen Schicht und des Substrats; Bilden einer ersten und einer zweiten Deckschicht auf der Dummy- bzw. der aktiven Epitaxiestruktur; selektives Dotieren von Bereichen der aktiven Epitaxiestruktur und der zweiten Abdeckschicht selektives Ausbilden einer Silizidschicht auf den dotierten Bereichen; Abscheiden einer Ätzstoppschicht auf der Silizidschicht; und Ausbilden von leitenden Steckern auf der Silizidschicht durch die Ätzstoppschicht.
Verfahren nach Anspruch 15, wobei das Ausbilden der Dummy- und aktiven Epitaxiestrukturen umfasst: Bilden von ersten und zweiten Gräben innerhalb der dielektrischen Schicht und des Substrats; epitaktisches Aufwachsen desselben Halbleitermaterials in den ersten und zweiten Gräben; und Polieren des epitaktisch aufgewachsenen Halbleitermaterials.
Verfahren nach Anspruch 15 oder 16, wobei das Ausbilden der Dummy- und aktiven Epitaxiestrukturen das Ausbilden der Dummy-Epitaxiestruktur mit einer oberen Oberfläche umfasst, die gleich oder größer als etwa die Hälfte einer oberen Oberfläche der aktiven Epitaxiestruktur ist.
Verfahren nach Anspruch 15 oder 16, wobei das Ausbilden der Dummy- und aktiven Epitaxiestrukturen das Ausbilden der Dummy-Epitaxiestruktur mit einer oberen Oberfläche umfasst, die gleich oder kleiner als etwa das Zweifache einer oberen Oberfläche der aktiven Epitaxiestruktur ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 15 bis 18, wobei das Ausbilden der Dummy- und aktiven Epitaxiestrukturen das Ausbilden der Dummy-Epitaxiestruktur in einem Abstand von etwa 200 nm bis etwa 1000 nm von der aktiven Epitaxiestruktur umfasst.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 15 bis 19, wobei das Ausbilden der Dummy- und aktiven Epitaxiestrukturen das Ausbilden der Dummy-Epitaxiestruktur um die aktive Epitaxiestruktur herum umfasst.