DE102020124766A1 - Eingebettete lichtabschirmungsstruktur für cmos-bildsensor - Google Patents

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Shih-Hsun Hsu
Ping-Hao LIN
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Taiwan Semiconductor Manufacturing Co TSMC Ltd
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Abstract

In einigen Ausführungsformen wird ein Bildsensor bereitgestellt. Der Bildsensor weist auf: einen ersten Fotodetektor, der innerhalb einer vorderseitigen Oberfläche eines Halbleitersubstrats angeordnet ist. Eine Grabenisolationsstruktur ist über einer rückseitigen Oberfläche des Halbleitersubstrats angeordnet. Die Grabenisolationsstruktur weist eine Pufferschicht und eine dielektrische Auskleidung auf. Die Pufferschicht bedeckt die rückseitige Oberfläche des Halbleitersubstrats und füllt Gräben, die sich nach unten in die rückseitige Oberfläche des Halbleitersubstrats erstrecken. Die dielektrische Auskleidung ist zwischen der Pufferschicht und dem Halbleitersubstrat angeordnet. Eine Verbundgitterstruktur weist Verbundgittersegmente auf, die jeweils über den Gräben ausgerichtet sind. Die Pufferschicht trennt die dielektrische Auskleidung von der Verbundgitterstruktur. Eine Lichtabschirmungsstruktur ist innerhalb der Pufferschicht und direkt über dem ersten Fotodetektor angeordnet.

Description

  • VERWEIS AUF VERWANDTE ANMELDUNG
  • Diese Anmeldung beansprucht die Priorität der vorläufigen US-Patentanmeldung 62/908,160 , eingereicht am 30. September 2019, die durch Bezugnahme vollumfänglich hierin aufgenommen wird.
  • STAND DER TECHNIK
  • Viele moderne elektronische Vorrichtungen (zum Beispiel Digitalkameras, optische Bildgebungsvorrichtungen, etc.) weisen Bildsensoren auf. Bildsensoren wandeln optische Bilder in digitale Daten um, welche als digitale Bilder dargestellt werden können. Ein Bildsensor weist eine Anordnung von Bildpunktsensoren auf, welche Einheitsvorrichtungen für die Umwandlung eines optischen Bilds in digitale Daten sind. Manche Typen von Bildpunktsensoren weisen Bildsensoren mit ladungsgekoppelter Einrichtung (CCD-Bildsensoren) und Bildsensoren mit komplementärem Metalloxidhalbleiter (CMOS-Bildsensoren) auf. Im Vergleich zu CCD-Bildpunktsensoren, werden CMOS-Bildpunktsensoren aufgrund ihres niedrigen Energieverbrauchs, ihrer kleinen Abmessungen, ihrer raschen Datenverarbeitung, einer direkten Datenausgabe und geringer Wartungskosten bevorzugt.
  • Figurenliste
  • Aspekte der vorliegenden Offenbarung lassen sich am besten anhand der folgenden detaillierten Beschreibung in Verbindung mit den beiliegenden Zeichnungen verstehen. Es ist zu beachten, dass gemäß der branchenüblichen Praxis verschiedene Merkmale nicht maßstabsgetreu dargestellt sind. Tatsächlich können die Abmessungen der verschiedenen Merkmale zugunsten einer klaren Erläuterung willkürlich vergrößert oder verkleinert sein.
    • 1A stellt eine Querschnittsansicht einiger Ausführungsformen eines Bildsensors aufweisend eine Pufferschicht, welche über einer rückseitigen Oberfläche eines Halbleitersubstrats angeordnet ist, und eine Lichtabschirmungsstruktur, welche innerhalb der Pufferschicht angeordnet ist, dar.
    • 1B stellt eine Draufsicht einiger Ausführungsformen des Bildsensors von 1A entlang der Linie A-A' dar.
    • 2A - C, 3A - C und 4A - B stellen verschiedene Querschnittsansichten einiger alternativer Ausführungsformen des Bildsensors von 1A dar, in welchen eine Zwischenverbindungsstruktur entlang einer vorderseitigen Oberfläche des Halbleitersubstrats angeordnet ist.
    • 5 - 15 stellen Querschnittsansichten einiger Ausführungsformen eines ersten Verfahrens zum Bilden eines Bildsensors aufweisend eine Pufferschicht, welche über einer rückseitigen Oberfläche eines Halbleitersubstrats angeordnet ist, und eine Lichtabschirmungsstruktur, welche innerhalb der Pufferschicht angeordnet ist, dar.
    • 16 - 21 stellen Querschnittsansichten einiger Ausführungsformen eines zweiten Verfahrens zum Bilden eines Bildsensors aufweisend eine Pufferschicht, welche über einer rückseitigen Oberfläche eines Halbleitersubstrats angeordnet ist, und eine Lichtabschirmungsstruktur, welche innerhalb der Pufferschicht angeordnet ist, dar.
    • 22 stellt ein Ablaufdiagramm einiger Ausführungsformen eines Verfahrens zum Bilden eines Bildsensors aufweisend eine Pufferschicht, welche über einer rückseitigen Oberfläche eines Halbleitersubstrats angeordnet ist, und eine Lichtabschirmungsstruktur, welche innerhalb der Pufferschicht angeordnet ist, dar.
  • AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
  • Die vorliegende Offenbarung wird nun unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben, wobei durchwegs ähnliche Bezugsziffern verwendet werden, um ähnliche Elemente zu bezeichnen, und wobei die dargestellten Strukturen nicht notwendigerweise maßstabsgetreu dargestellt sind. Es versteht sich, dass diese ausführliche Beschreibung und die entsprechenden Figuren den Umfang der vorliegenden Offenbarung in keiner Weise einschränken, und dass die ausführliche Beschreibung und die Figuren nur einige Beispiele bereitstellen, um verschiedene Wege darzustellen, auf welchen die erfinderischen Konzepte in Erscheinung treten können.
  • Die vorliegende Offenbarung stellt viele verschiedene Ausführungsformen, oder Beispiele, zum Umsetzen verschiedener Merkmale dieser Offenbarung bereit. Nachfolgend sind spezifische Beispiele von Komponenten und Anordnungen beschrieben, um die vorliegende Offenbarung zu vereinfachen. Dabei handelt es sich selbstverständlich nur um Beispiele, welche keinesfalls als Einschränkung auszulegen sind. Zum Beispiel kann die Bildung eines ersten Merkmals über oder auf einem zweiten Merkmal in der folgenden Beschreibung Ausführungsformen umfassen, in welchen das erste und das zweite Merkmal in direktem Kontakt miteinander gebildet sind, kann jedoch auch Ausführungsformen umfassen, in welchen zusätzliche Merkmale derart zwischen dem ersten Merkmal und dem zweiten Merkmal gebildet sein können, dass das erste und das zweite Merkmal nicht in direktem Kontakt miteinander sein können. Darüber hinaus kann die vorliegende Offenbarung Bezugsziffern und/oder - zeichen in den verschiedenen Beispielen wiederholen. Diese Wiederholung dient dem Zweck der Vereinfachung und Klarheit, und schreibt für sich selbst keine Beziehung zwischen den verschiedenen erörterten Ausführungsformen und/oder Konfigurationen vor.
  • Ferner können Begriffe räumlicher Beziehungen, wie zum Beispiel „darunter“, „unterhalb“, „niedrig“, „oberhalb“, „obere/r/s“ und dergleichen hierin zum Zweck einer einfacheren Beschreibung der Beziehung eines in den Figuren dargestellten Elements oder Merkmals zu (einem) anderen Element(en) oder Merkmal(en) verwendet werden. Die Begriffe räumlicher Beziehungen sollen dazu dienen, verschiedene Ausrichtungen der Vorrichtung bei der Verwendung oder im Betrieb zusätzlich zur in den Figuren abgebildeten Ausrichtung einzuschließen. Die Vorrichtung kann anders ausgerichtet (um 90 Grad gedreht oder in anderen Ausrichtungen) angeordnet sein, und die hierin verwendeten Begriffe räumlicher Beziehungen können somit auch dementsprechend ausgelegt werden.
  • Manche Bildsensoren mit komplementärem Metalloxidhalbleiter (CIS-Bildsensoren) weisen eine Mehrzahl von (d.h. mehrere) Fotodetektoren, welche in einem Halbleitersubstrat angeordnet sind, auf. Eine Mehrzahl von (d.h. mehrere) Bildpunktvorrichtungen (zum Beispiel Übertragungstransistoren, Source-Folgetransistoren, Rücksetztransistoren, etc.) und eine Zwischenverbindungsstruktur sind entlang einer vorderseitigen Oberfläche des Halbleitersubstrats angeordnet. Eine Isolationsstruktur (zum Beispiel eine tiefe Grabenisolationsstruktur (DTI-Struktur)) ist in/über einer rückseitigen Oberfläche des Halbleitersubstrats und seitlich zwischen benachbarten Fotodetektoren angeordnet. Die Isolationsstruktur weist eine Pufferschicht, welche ein oder mehrere Segmente, welche sich in das Halbleitersubstrat erstrecken, aufweist, und eine dielektrische Auskleidung, welche zwischen dem Halbleitersubstrat und der Pufferschicht angeordnet ist, auf. Eine Verbundgitterstruktur ist über der Pufferschicht angeordnet und ist seitlich rund um eine Mehrzahl von Gitteröffnungen, welche der Mehrzahl von Fotodetektoren entsprechen, angeordnet. Die Verbundgitterstruktur kann eine oder mehrere Metallgitterschichten aufweisen, welche dafür eingerichtet sind, einfallendes Licht zu den Fotodetektoren zu lenken und die optische Isolation zwischen den Fotodetektoren zu erhöhen, wodurch sie ein Übersprechen zwischen der Mehrzahl von Fotodetektoren verringern. Ferner sind den Fotodetektoren entsprechende Mikrolinsen und Farbfilter über der Verbundgitterstruktur angeordnet.
  • Der CIS kann eine Lichtabschirmungsstruktur aufweisen, welche über der Pufferschicht und entlang einer oberen Oberfläche und Seitenwänden der Verbundgitterstruktur angeordnet ist. Die Lichtabschirmungsstruktur ist dafür eingerichtet, das Erreichen eines ersten Fotodetektors, welcher direkt unter der Lichtabschirmungsstruktur angeordnet ist, durch einfallendes Licht einzudämmen. Dies verringert eine Quantenausbeute (QE) des ersten Fotodetektors. Ferner ist die Lichtabschirmungsstruktur gegenüber einem zweiten Fotodetektor, welcher angrenzend an den ersten Fotodetektor angeordnet ist, seitlich derart versetzt, dass einfallendes Licht, welches direkt über dem zweiten Fotodetektor angeordnet ist, von der Lichtabschirmungsstruktur nicht blockiert wird. Dies erhöht eine QE des zweiten Fotodetektors derart, dass der erste Fotodetektor eine niedrigere QE aufweist als der benachbarte zweite Fotodetektor. Dadurch, dass der erste Fotodetektor die niedrigere QE aufweist, kann eine Belichtungszeit des CIS erhöht werden. Dies rührt daher, dass der erste Fotodetektor während der erhöhten Belichtungszeit weniger einfallendes Licht (zum Beispiel Photonen) aufnimmt, wodurch ein Verlust akkumulierter Ladung vom ersten Fotodetektor durch das Halbleitersubstrat zum benachbarten zweiten Fotodetektor eingedämmt wird. Ferner kann die erhöhte Belichtungszeit eine Empfindlichkeit des CIS erhöhen, wodurch eine Fähigkeit zur Erzeugung exakter Bilder bei schlechten Lichtverhältnissen (zum Beispiel in der Nacht) gesteigert wird. Eine Dicke der Pufferschicht über der rückseitigen Oberfläche des Halbleitersubstrats kann jedoch relativ groß sein (zum Beispiel mehr als ungefähr 50.000 Angström), was einen Abstand zwischen der Lichtabschirmungsstruktur und der rückseitigen Oberfläche des Halbleitersubstrats vergrößert. Dies verlängert einen Pfad für das einfallende Licht bis zum Erreichen des ersten Fotodetektors. Zum Beispiel kann einfallendes Licht, welches in einem Winkel relativ zu einer oberen Oberfläche der Pufferschicht angeordnet ist, den Abstand zwischen der Lichtabschirmungsstruktur und der rückseitigen Oberfläche des Halbleitersubstrats bis zum ersten Fotodetektor durchqueren. Somit wird ein Übersprechen zwischen der Mehrzahl von Fotodetektoren erhöht und eine Empfindlichkeit des CIS verringert.
  • In verschiedenen Ausführungsformen richtet sich die vorliegende Anmeldung auf einen Bildsensor aufweisend eine Lichtabschirmungsstruktur, welche zwischen einer Gitterstruktur und einer rückseitigen Oberfläche eines Halbleitersubstrats angeordnet ist. Der Bildsensor weist eine Mehrzahl von Fotodetektoren auf, welche innerhalb des Halbleitersubstrats angeordnet sind. Eine Isolationsstruktur ist in/über der rückseitigen Oberfläche des Halbleitersubstrats und seitlich zwischen benachbarten Fotodetektoren angeordnet. Die Isolationsstruktur weist eine Pufferschicht, welche ein oder mehrere Segmente, welche sich in das Halbleitersubstrat erstrecken, aufweist, und eine dielektrische Auskleidung, welche zwischen dem Halbleitersubstrat und der Pufferschicht angeordnet ist, auf. Die Verbundgitterstruktur ist über der Pufferschicht und seitlich rund um eine Mehrzahl von Gitteröffnungen, welche der Mehrzahl von Fotodetektoren entsprechen, angeordnet. Die Verbundgitterstruktur kann eine oder mehrere Metallgitterschichten aufweisen, welche dafür eingerichtet sind, einfallendes Licht zu den Fotodetektoren zu lenken. Ferner ist die Lichtabschirmungsstruktur innerhalb der Pufferschicht angeordnet und ist direkt über einem ersten Fotodetektor angeordnet. Die Lichtabschirmungsstruktur ist gegenüber mindestens einem Abschnitt eines benachbarten zweiten Fotodetektors seitlich versetzt. Die Lichtabschirmungsstruktur ist dafür eingerichtet, mindestens einen Abschnitt einfallenden Lichts derart zu blockieren, dass es den ersten Fotodetektor nicht erreicht, wodurch eine QE des ersten Fotodetektors verringert und ein Überbelichten zwischen der Mehrzahl von Fotodetektoren eingedämmt wird. Somit ist die QE des ersten Fotodetektors geringer als eine QE des zweiten Fotodetektors, sodass eine Empfindlichkeit des Bildsensors erhöht wird (zum Beispiel wird die Empfindlichkeit während langen Belichtungszeiten und/oder bei schlechten Lichtbedingungen erhöht). Dadurch dass die Lichtabschirmungsstruktur innerhalb der Pufferschicht angeordnet ist, ist ein Abstand zwischen der Lichtabschirmungsstruktur und der rückseitigen Oberfläche des Halbleitersubstrat verringert. Dies bewahrt zum Teil die relativ niedrige QE des ersten Fotodetektors (welche zum Beispiel geringer ist als die QE des zweiten Fotodetektors), während es die optische Isolierung zwischen dem ersten und dem zweiten Fotodetektor erhöht. Dadurch verringert die Lichtabschirmungsstruktur ein Übersprechen und Überbelichten in der Mehrzahl von Fotodetektoren und erhöht die Empfindlichkeit des Bildsensors.
  • Die 1A - 1B stellen einen Bildsensor 100 im Einklang mit einigen Ausführungsformen dar. 1A stellt einige Ausführungsformen einer Querschnittsansicht entlang der Linie A - A' von 1B dar. 1B stellt einige Ausführungsformen einer Draufsicht des Bildsensors 100 dar, welche einer rückseitigen Oberfläche 102b des Halbleitersubstrats 102 zugewandt ist.
  • Wie in den 1A - 1B gezeigt, weist der Bildsensor 100 eine Mehrzahl von Fotodetektoren 104 auf, welche in einem Halbleitersubstrat 102 angeordnet sind. Die Mehrzahl von Fotodetektoren 104 sind dafür eingerichtet, einfallendes Licht 130 (zum Beispiel Photonen) zu absorbieren und jeweilige elektrische Signale zu erzeugen, welche dem einfallenden Licht 130 entsprechen. In einigen Ausführungsformen weist das Halbleitersubstrat 102 einen Halbleiterkörper (zum Beispiel monokristallines Siliziumsubstrat, Silizium-Germanium-Substrat (SiGe-Substrat), Silizium-auf-Isolator-Substrat (SOI-Substrat)) auf. Eine Lichtfilteranordnung (zum Beispiel eine Farbfilteranordnung) aufweisend eine Mehrzahl von Lichtfiltern 120 (zum Beispiel Farbfiltern) ist über der Mehrzahl von Fotodetektoren 104 angeordnet. Eine Mehrzahl von Mikrolinsen 128 ist typischerweise über der Lichtfilteranordnung derart angeordnet, dass die Lichtfilteranordnung die Mikrolinsen 128 von den Fotodetektoren 104 trennt. Typischerweise weisen die Mikrolinsen 128 eine gerundete obere Oberfläche auf, sodass die Mikrolinsen 128 dafür eingerichtet sind, einfallendes Licht 130 (zum Beispiel Photonen) auf die Fotodetektoren 104 zu fokussieren. Eine erste Grenzflächenschicht 124, wie zum Beispiel eine dielektrische Schicht, ist über der Mehrzahl von Lichtfiltern 120 angeordnet. In einigen Ausführungsformen ist eine Antireflexionsüberzugsschicht (ARC-Schicht) 126 zwischen der ersten Grenzflächenschicht 124 und der Mehrzahl von Mikrolinsen 128 angeordnet.
  • Zum Absorbieren des einfallenden Lichts 130 weist der Bildsensor 100 die Fotodetektoren 104 auf, welche zwischen der rückseitigen Oberfläche 102b und einer vorderseitigen Oberfläche 102f des Halbleitersubstrats 102 angeordnet sind. Eine Isolationsstruktur 115 ist innerhalb/über der rückseitigen Oberfläche 102b des Halbleitersubstrats 102 angeordnet. In einigen Ausführungsformen kann die Isolationsstruktur 115 als eine Grabenisolationsstruktur bezeichnet werden. Die Isolationsstruktur 115 weist eine dielektrische Auskleidung 106 auf, welche Gräben 105a, 105b und 105c, welche sich nach unten in die rückseitige Oberfläche 102b des Halbleitersubstrats 102 erstrecken, auskleidet. Die Isolationsstruktur 115 weist ferner eine Pufferschicht 114 auf, welche über der dielektrischen Auskleidung 106 angeordnet ist und die Gräben 105a - c ausfüllt. Eine Verbundgitterstruktur 116 ist über der Pufferschicht 114 angeordnet und weist Verbundgittersegmente 116a, 116b, 116c auf, welche über den jeweiligen Gräben 105a - c, ausgerichtet sind. In einigen Ausführungsformen weist die Verbundgitterstruktur 116 eine Mehrzahl von Metallschichten auf, welche dafür eingerichtet sind, ein Übersprechen zwischen benachbarten Fotodetektoren 104 zu verringern. Ferner ist eine dielektrische Struktur 119 über der Pufferschicht 114 angeordnet und umgibt die Verbundgitterstruktur 116 seitlich.
  • Eine Lichtabschirmungsstruktur 118 ist innerhalb der Pufferschicht 114 über der rückseitigen Oberfläche 102b des Halbleitersubstrats 102 angeordnet und erstreckt sich seitlich zwischen benachbarte Verbundgittersegmente 116a, 116b der Verbundgitterstruktur 116. Die Lichtabschirmungsstruktur 118 ist direkt über einem ersten Fotodetektor 104a der Mehrzahl von Fotodetektoren 104 angeordnet. In einigen Ausführungsformen weist die Lichtabschirmungsstruktur 118 ein erstes Ende auf, welches unter einem ersten Verbundgittersegment 116a der Verbundgitterstruktur 116 endet, und weist ein zweites Ende auf, welches unter einem zweiten Verbundgittersegment 116b der Verbundgitterstruktur 116 endet. In weiteren Ausführungsformen weist die Lichtabschirmungsstruktur 118 zum Beispiel einen metallischen Werkstoff (zum Beispiel Gold, Kupfer, Titan, Tantal, Wolfram, einen anderen metallischen Werkstoff oder eine beliebige Kombination der vorgenannten), ein Metalloxid (zum Beispiel, Titanoxid (Ti02), Tantaloxid (Ta2O5), Wolframoxid (WO3), ein anderes Metalloxid oder eine beliebige Kombination der vorgenannten), ein dielektrisches Material (zum Beispiel, Siliziumdioxid oder ein anderes dielektrisches Material), ein Nitrid (zum Beispiel, Titannitrid, Tantalnitrid oder ein anderes Nitrid), ein Polymer (zum Beispiel Poly(3-hexylthiophen) (P3HT), konjugierte Polymere basierend auf Benzodithiophen (BDT) oder ein anderes Polymer), ein organisches Material (zum Beispiel ein Kohlenstoffnanoröhrenmaterial (CNT-Material) oder ein anderes organisches Material), ein anorganisches Material (zum Beispiel Kupfer-Zink-Zinnsulfid (Cu2ZnSnS4) oder ein anderes anorganisches Material), ein anderes geeignetes Material oder eine beliebige Kombination der vorgenannten auf. Aufgrund eines Materials, einer Position und/oder einer Form der Lichtabschirmungsstruktur 118, ist die Lichtabschirmungsstruktur 118 dafür eingerichtet, mindestens einen Abschnitt einfallenden Lichts derart zu blockieren, dass es den ersten Fotodetektor 104a nicht erreicht, wodurch eine Quantenausbeute (QE) des ersten Fotodetektor 104a verringert wird. Ferner ist die Lichtabschirmungsstruktur 118 gegenüber mindestens einem Abschnitt eines zweiten Fotodetektors 104b der Mehrzahl von Fotodetektoren 104 seitlich derart versetzt, dass einfallendes Licht 130, welches direkt über dem zweiten Fotodetektor 104b angeordnet ist, von der Lichtabschirmungsstruktur 118 nicht blockiert wird. Dies erhöht eine QE des zweiten Fotodetektors 104b derart, dass die QE des ersten Fotodetektors 104a geringer ist als die QE des zweiten Fotodetektors 104b.
  • Während des Betriebs des Bildsensors 100, kann dadurch, dass der erste Fotodetektor 104a eine relativ niedrige QE aufweist (das heißt geringer als die QE des zweiten Fotodetektors 104b), eine Belichtungsdauer des Bildsensors 100 erhöht werden, während ein Überbelichten in der Mehrzahl von Fotodetektoren 104 verringert werden kann. Dies rührt zum Teil daher, dass die Lichtabschirmungsstruktur 118 die Ladung (zum Beispiel Photonen), welche der erste Fotodetektor 104a während der erhöhten Belichtungszeit aufnimmt, verringert, wodurch ein Verlust akkumulierter Ladung vom ersten Fotodetektor 104a durch das Halbleitersubstrat 102 zu benachbarten Fotodetektoren (zum Beispiel dem zweiten Fotodetektor 104b) eingedämmt wird. Somit verhindert die relativ niedrige QE des ersten Fotodetektors 104a eine Überbelichtung während der erhöhten Belichtungsdauer, welche andernfalls ein Überstrahlen zwischen der Mehrzahl von Fotodetektoren 104 verursachen kann. Ferner ermöglicht die Erhöhung der Belichtungsdauer des Bildsensors 100 die Erfassung von Bilddaten hoher Qualität insbesondere bei schlechten Lichtbedingungen (zum Beispiel in der Nacht), wodurch sie eine Empfindlichkeit des Bildsensors 100 erhöht.
  • In einigen Ausführungsformen, wie zum Beispiel der Ausführungsform von 1A, ist die Lichtabschirmungsstruktur 118 in der Pufferschicht 114 derart eingebettet, dass die Pufferschicht 114 eine obere Oberfläche der Lichtabschirmungsstruktur 118 kontaktiert, eine untere Oberfläche der Lichtabschirmungsstruktur 118 kontaktiert und Seitenwandflächen der Lichtabschirmungsstruktur 118 kontaktiert. Somit ist ein erster äußerer Abschnitt der oberen Oberfläche der Lichtabschirmungsstruktur 118 (zum Beispiel die linke Seite) durch die Pufferschicht 114 von einer unteren Oberfläche des ersten Verbundgittersegments 116a beabstandet, und ein zweiter äußerer Abschnitt der oberen Oberfläche der Lichtabschirmungsstruktur 118 (zum Beispiel die rechte Seite) ist durch die Pufferschicht 114 von einer unteren Oberfläche des zweiten Verbundgittersegments 116b beabstandet. Durch Einbetten der Lichtabschirmungsstruktur 118 in die Pufferschicht 114 und unter die Verbundgitterstruktur 116 wird ein Abstand d1 zwischen der unteren Oberfläche der Lichtabschirmungsstruktur 118 und der rückseitigen Oberfläche 102b des Halbleitersubstrats 102 verringert. Dies hält einfallendes Licht 130 zum Teil davon ab, den ersten Fotodetektor 104a zu erreichen und erhöht die optische Isolierung zwischen dem ersten und dem zweiten Fotodetektor 104a - b, während es die relativ niedrige QE des ersten Fotodetektors 104a aufrechthält. Zum Beispiel kann das Verringern des Abstands d1 einfallendes Licht 130, welches in einem Winkel in Bezug auf eine obere Oberfläche der Pufferschicht 114 angeordnet ist, derart blockieren und/oder eindämmen, dass es den ersten Fotodetektor 104a nicht erreicht. Daher verringert die Lichtabschirmungsstruktur 118 ein Übersprechen in der Mehrzahl von Fotodetektoren 104, während der Unterschied der QE zwischen dem ersten und dem zweiten Fotodetektor 104a - b aufrechterhalten bleibt, wodurch eine Leistung des Bildsensors 100 gesteigert wird. Betrachtet man weitere Ausführungsformen, wie zum Beispiel die Ausführungsform von 1B, von oben, so ist ersichtlich, dass eine Oberfläche der Lichtabschirmungsstruktur 118 größer ist als eine Oberfläche des ersten Fotodetektors 104a, wodurch auf den ersten Fotodetektor 104a einfallendes Licht weiter verringert wird.
  • 2A stellt eine Querschnittsansicht einiger Ausführungsformen eines Bildsensors 200a aufweisend ein Halbleitersubstrat 102 und eine Lichtabschirmungsstruktur 118, welche innerhalb einer Pufferschicht 114, welche über dem Halbleitersubstrat 102 angeordnet ist, eingebettet ist, dar.
  • Der Bildsensor 200a weist eine Zwischenverbindungsstruktur 202 auf, welche entlang einer vorderseitigen Oberfläche 102f des Halbleitersubstrats 102 angeordnet ist. In verschiedenen Ausführungsformen kann der Bildsensor 200a als ein rückseitig beleuchteter komplementärer Metalloxidhalbleiterbildsensor (BSICIS) gestaltet sein, welcher es ermöglicht, dass einfallendes Licht von einer rückseitigen Oberfläche 102b des Halbleitersubstrats 102 eindringt. Es versteht sich, dass der Bildsensor 200a, welcher als ein anderer CIS gestaltet ist, ebenfalls in den Umfang der Offenbarung fällt. In einigen Ausführungsformen kann das Halbleitersubstrat 102 zum Beispiel ein massives Substrat (zum Beispiel ein massives Siliziumsubstrat), ein Silizium-auf-Isolator-Substrat (SOI-Substrat), kristallines Silizium, p-dotiertes Silizium oder ein anderes geeignetes Halbleitermaterial sein oder enthalten, und/oder kann einen ersten Dotierungstyp (zum Beispiel Typ p) aufweisen. Die Zwischenverbindungsstruktur 202 weist eine Mehrzahl leitfähiger Durchkontaktierungen 206, eine Mehrzahl leitfähiger Drähte 208 und eine dielektrische Zwischenverbindungsstruktur 204 auf. Die dielektrische Zwischenverbindungsstruktur 204 weist eine oder mehrere dielektrische Zwischenschichten (ILD-Schichten) auf. Die Mehrzahl leitfähiger Durchkontaktierungen 206 und die Mehrzahl leitfähiger Drähte 208 sind innerhalb der dielektrischen Zwischenverbindungsstruktur 204 angeordnet und sind dafür eingerichtet, Halbleitervorrichtungen innerhalb des Bildsensors 200a miteinander und/oder mit einer weiteren integrierten Schaltung (IC) (nicht gezeigt) elektrisch zu koppeln. Ferner ist die Zwischenverbindungsstruktur 202 dafür eingerichtet, dass sie ein Auslesen der Mehrzahl von Fotodetektoren 104, welche innerhalb des Halbleitersubstrats 102 angeordnet sind, ermöglicht. In einigen Ausführungsformen kann die dielektrische Zwischenverbindungsstruktur 204 zum Beispiel ein dielektrisches Material mit niedrigem k-Wert, ein dielektrisches Material mit extrem niedrigem k-Wert, ein Oxid, wie zum Beispiel Siliziumdioxid, ein anderes dielektrisches Material oder eine beliebige Kombination der vorgenannten sein oder enthalten. In noch weiteren Ausführungsformen können die Mehrzahl leitfähiger Durchkontaktierungen 206 und die Mehrzahl leitfähiger Drähte 208 zum Beispiel jeweils Aluminium, Kupfer, Titannitrid, Tantalnitrid, Ruthenium, ein anderes leitfähiges Material oder eine beliebige Kombination der vorgenannten sein oder enthalten.
  • Eine Mehrzahl von Bildpunktvorrichtungen 210 sind entlang der vorderseitigen Oberfläche 102f des Halbleitersubstrats 102 angeordnet. In einigen Ausführungsformen kann die Mehrzahl von Bildpunktvorrichtungen 210 eine Gate-Elektrode 212 und eine dielektrische Gate-Schicht 214, welche zwischen dem Halbleitersubstrat 102 und der Gate-Elektrode 212 angeordnet ist, aufweisen. In weiteren Ausführungsformen können die Mehrzahl von Bildpunktvorrichtungen 210 zum Beispiel (ein) Übertragungstransistor/en, (ein) Source-Folgetransistor/en, ein Zeilenauswahltransistor/en, (ein) Rücksetztransistor/en, eine andere geeignete Halbleitervorrichtung oder eine beliebige Kombination der vorstehenden sein oder aufweisen. Die Bildpunktvorrichtungen 210 sind durch die Mehrzahl leitfähiger Durchkontaktierungen und Drähte 206, 208 elektrisch an die Zwischenverbindungsstruktur 202 gekoppelt.
  • Die Mehrzahl von Fotodetektoren 104 sind innerhalb des Halbleitersubstrats 102 zwischen der vorderseitigen Oberfläche 102f und der rückseitigen Oberfläche 102b des Halbleitersubstrats 102 angeordnet. In einigen Ausführungsformen weist die Mehrzahl von Fotodetektoren 104 einen zweiten Dotierungstyp (zum Beispiel Typ n) auf, welche dem ersten Dotierungstyp (zum Beispiel Typ p) entgegengesetzt ist. In weiteren Ausführungsformen kann der erste Dotierungstyp Typ p und der zweite Dotierungstyp Typ n sein, oder umgekehrt. Ferner ist die Mehrzahl von Bildpunktvorrichtungen 210 dafür eingerichtet, dass sie mittels der Zwischenverbindungsstruktur 202 eine Auslesung der Fotodetektoren 104 durchführt. Die Mehrzahl von Fotodetektoren 104 weist einen ersten Fotodetektor 104a und einen zweiten Fotodetektor 104b, welcher angrenzend an den ersten Fotodetektor 104a angeordnet ist, auf.
  • Eine Isolationsstruktur 115 ist über der rückseitigen Oberfläche 102b des Halbleitersubstrats 102 angeordnet und weist einen oder mehrere Vorsprünge auf, welche Gräben 105a - c des Halbleitersubstrats 102 füllen. Die Isolationsstruktur 115 umgibt seitlich jeden der Fotodetektoren 104 und ist dafür eingerichtet, die optische und/oder elektrische Isolierung zwischen benachbarten Fotodetektoren 104 zu erhöhen. Die Isolationsstruktur 115 kann zum Beispiel als eine rückseitige Grabenisolationsstruktur (BTI-Struktur), eine tiefe Grabenisolationsstruktur (DTI-Struktur), eine rückseitige DTI-Struktur (BDTI-Struktur) oder eine andere geeignete Isolationsstruktur gestaltet sein. Die Isolationsstruktur 115 erstreckt sich in die rückseitige Oberfläche 102b des Halbleitersubstrats 102 bis zu einem Punkt unterhalb der rückseitigen Oberfläche 102b des Halbleitersubstrats 102. In einigen Ausführungsformen weist die Isolationsstruktur 115 eine dielektrische Auskleidung 106 und eine Pufferschicht 114 auf, wobei die dielektrische Auskleidung 106 zwischen dem Halbleitersubstrat 102 und der Pufferschicht 114 angeordnet ist. In einigen Ausführungsformen kann die dielektrische Auskleidung 106 zum Beispiel ein dielektrisches Material, ein Oxid, wie zum Beispiel Siliziumdioxid, oder dergleichen sein oder enthalten. In einigen Ausführungsformen kann die Pufferschicht 114 zum Beispiel Siliziumdioxid (Si02), ein Metalloxid (wie zum Beispiel Aluminiumoxid, Tantaloxid, etc.), ein Polymer, ein organisches Material, ein anorganisches Material, ein anderes geeignetes dielektrisches Material oder eine beliebige Kombination der vorstehenden sein oder enthalten.
  • Eine Verbundgitterstruktur 116 ist über der Pufferschicht 114 angeordnet und weist eine Mehrzahl von Verbundgittersegmenten 116a - c auf. In einigen Ausführungsformen kann die Verbundgitterstruktur 116 als eine Metallgitterstruktur, eine dielektrische Gitterstruktur oder eine Kombination der vorgenannten gestaltet sein. Die Verbundgitterstruktur 116 ist dafür eingerichtet, einfallendes Licht zur Mehrzahl von Fotodetektoren 104 zu lenken. Wenn die Verbundgitterstruktur 116 einen metallischen Werkstoff enthält (wenn die Verbundgitterstruktur 116 zum Beispiel Kupfer, Titan Wolfram, einen anderen metallischen Werkstoff oder eine beliebige Kombination der vorgenannten enthält), kann Licht in einigen Ausführungsformen von den Seitenwänden der Verbundgitterstruktur 116 zu den darunter angeordneten Fotodetektoren 104 reflektiert werden. In solchen Ausführungsformen kann die Verbundgitterstruktur 116 Licht, welches in einem Winkel in Bezug auf die rückseitige Oberfläche 102b des Halbleitersubstrats 102 angeordnet ist, derart blockieren, dass es sich nicht über einen Fotodetektor 104 zu einem benachbarten Fotodetektor 104 ausbreitet. Dies verringert zum Teil ein Übersprechen zwischen der Mehrzahl von Fotodetektoren 104, was die Leistung des Bildsensors 200a steigert. Eine dielektrische Struktur 119 ist über der Pufferschicht 114 und seitlich zwischen den Verbundgittersegmenten 116a - c der Verbundgitterstruktur 116 angeordnet. In einigen Ausführungsformen kann die dielektrische Struktur 119 zum Beispiel Siliziumdioxid, ein anderes dielektrisches Material oder eine beliebige Kombination der vorgenannten sein oder enthalten.
  • Darüber hinaus ist eine Lichtfilteranordnung (zum Beispiel eine Farbfilteranordnung) aufweisend eine Mehrzahl von Lichtfiltern 120 (zum Beispiel Farbfiltern) über der Verbundgitterstruktur 116 angeordnet. In einigen Ausführungsformen kann die Mehrzahl von Lichtfiltern 120 einen Rotfarbenfilter, einen Blaufarbenfilter, einen Grünfarbenfilter, einen anderen geeigneten Lichtfilter (zum Beispiel einen Infrarotlichtfilter (IR-Lichtfilter)) oder eine beliebige Kombination der vorgenannten aufweisen. Die Mehrzahl von Lichtfiltern 120 sind jeweils dafür eingerichtet, Wellenlängen innerhalb eines ersten Bereichs von Wellenlängen durchzulassen, während sie andere Wellenlängen, welche sich vom ersten Bereich von Wellenlängen unterscheiden, blockieren. Die Mehrzahl von Lichtfiltern 120 weist einen ersten Lichtfilter 120a, welcher direkt über dem ersten Fotodetektor 104a angeordnet ist, und den zweiten Lichtfilter 120b, welcher direkt über einem zweiten Fotodetektor 104b angeordnet ist, auf. Eine erste Grenzflächenschicht 124 ist über der Mehrzahl von Lichtfiltern 120 angeordnet, und eine Antireflexionsüberzugsschicht (ARC-Schicht) 126 ist über der erste Grenzflächenschicht 124 angeordnet. Die ARC-Schicht 126 ist dafür eingerichtet, eine Reflexion von Licht weg von der rückseitigen Oberfläche 102b des Halbleitersubstrats 102 zu verhindern. Ferner ist eine Mehrzahl von Mikrolinsen 128 über der Mehrzahl von Lichtfiltern 120 angeordnet. In einigen Ausführungsformen weisen die Mikrolinsen 128 jeweils eine gerundete obere Oberfläche auf, sodass die Mikrolinsen 128 dafür eingerichtet sind, Licht auf die Fotodetektoren 104 zu fokussieren. In einigen Ausführungsformen kann die erste Grenzflächenschicht 124 zum Beispiel Siliziumdioxid, ein anderes dielektrisches Material oder eine beliebige Kombination der vorgenannten sein oder enthalten. In noch weiteren Ausführungsformen kann die ARC-Schicht 126 zum Beispiel Titanoxid, Tantaloxid, Siliziumdioxid, ein anderes geeignetes Material oder eine beliebige Kombination der vorgenannten sein oder enthalten.
  • Die Lichtabschirmungsstruktur 118 ist innerhalb der Pufferschicht 114 vertikal zwischen der Verbundgitterstruktur 116 und der rückseitigen Oberfläche 102b des Halbleitersubstrats 102 angeordnet. In einigen Ausführungsformen ist die Lichtabschirmungsstruktur 118 direkt über dem ersten Fotodetektor 104a angeordnet. In weiteren Ausführungsformen weist die Lichtabschirmungsstruktur 118 zum Beispiel einen metallischen Werkstoff (zum Beispiel Kupfer, Titan, Tantal, einen anderen metallischen Werkstoff oder eine beliebige Kombination der vorgenannten), ein Metalloxid (zum Beispiel Aluminiumoxid, Titanoxid, Tantaloxid, ein anderes Metalloxid oder eine beliebige Kombination der vorgenannten), ein dielektrisches Material (zum Beispiel Siliziumdioxid oder ein anderes dielektrisches Material), ein Polymer, ein organisches Material, ein anorganisches Material, ein anderes geeignetes Material oder eine beliebige Kombination der vorgenannten auf. Die Lichtabschirmungsstruktur 118 ist dafür eingerichtet, mindestens einen Abschnitt einfallenden Lichts derart zu blockieren, dass dieser den ersten Fotodetektor 104a nicht erreicht, wodurch eine Quantenausbeute (QE) des ersten Fotodetektors 104a verringert wird. In einigen Ausführungsformen ist die QE ein Verhältnis einer Anzahl von Trägern, welche durch einen betreffenden Fotodetektor aufgenommen oder absorbiert werden, zu einer Anzahl von Photonen, welche am betreffenden Fotodetektor durch einfallendes Licht angeordnet sind. Falls in solchen Ausführungsformen sämtliche Photonen einer bestimmten Wellenlänge einfallenden Lichts durch den betreffenden Fotodetektor absorbiert werden, ist die QE bei dieser Wellenlänge Eins (das heißt, die QE des betreffenden Fotodetektors weist einen Wert von 1 auf). In weiteren Ausführungsformen ist die Lichtabschirmungsstruktur 118 gegenüber dem zweiten Fotodetektor 104b seitlich derart versetzt, dass eine QE des zweiten Fotodetektors 104b größer ist als die QE des ersten Fotodetektors 104a. Darüber hinaus wird der Abstand d1 zwischen der Lichtabschirmungsstruktur 118 und der rückseitigen Oberfläche 102b des Halbleitersubstrats 102 dadurch, dass die Lichtabschirmungsstruktur 118 unterhalb der Verbundgitterstruktur 116 angeordnet ist, verringert. Dies erhöht zum Teil eine Fähigkeit der Lichtabschirmungsstruktur 118, die QE des ersten Fotodetektors 104a effektiv zu reduzieren, während ein Übersprechen von einfallendem Licht, welches über benachbarten Fotodetektoren 104 angeordnet ist, verringert wird, was eine Leistung des Bildsensors 200a steigert.
  • Während des Betriebs des Bildsensors 200a öffnet sich ein Blendenverschluss, um die Mehrzahl von Fotodetektoren 104 für einfallendes Licht (zum Beispiel ein optisches Bild) freizulegen, und jeder der Fotodetektoren 104 zeichnet Licht auf, welches für eine gewisse Belichtungszeit an seiner jeweiligen Position auftrifft. In einigen alternativen Fällen werden Reihen von Fotodetektoren 104 aktiviert, ohne dass ein mechanischer Blendenverschluss (ein sogenannter „Rolling Shutter“) dafür verwendet wird, oder die gesamte Anordnung kann gleichzeitig „geflasht/angeblitzt“ werden, um das Bild aufzuzeichnen. Ungeachtet der genauen Umsetzung bewirkt das Licht, welches bei geöffneter Blende jeden der Fotodetektoren 104 erreicht, eine Elektronen-Loch-Rekombination im betreffenden Fotodetektor 104, wodurch sich in jedem der Fotodetektoren 104 Ladungsträger gemäß der am betreffenden Fotodetektor 104 empfangenen Lichtintensität aufbauen. Die Ladungsträger können durch die Mehrzahl von Bildpunktvorrichtungen 210 und die Zwischenverbindungsstruktur 202 ausgelesen werden, um die Intensität des durch jeden Fotodetektor 104 während der Belichtungsdauer erfassten Lichts zu ermitteln und eine digitale Version des Bilds zu rekonstruieren.
  • In einigen Ausführungsformen kann eine Überbelichtung eintreten, wenn die Menge an Ladungsträgern, welche an einem Fotodetektor 104 erzeugt werden, die Speicherkapazität (zum Beispiel die Sättigungskapazität (FWC)) des Fotodetektors 104 übersteigt und Überschussladung in benachbarte Fotodetektoren 104 überläuft. Falls zum Beispiel der erste Fotodetektor 104a von einem hochintensiven Licht getroffen wurde, welches die Speicherkapazität des ersten Fotodetektors 104a überschritten hat, könnte Überschussladung durch das Halbleitersubstrat 102 zu benachbarten Fotodetektoren 104 (zum Beispiel den zweiten Fotodetektor 104b) gelangen, wodurch diese Fotodetektoren 104 irreführend hohe Pegel verzeichnen würden. Ein Überbelichten kann eintreten, falls die Belichtungsdauer zu lange ist und/oder das auf den entsprechenden Fotodetektor 104 einfallende Licht zu hell ist. Diese Überschuss- oder Überlaufladung ist nicht von der Ladung unterscheidbar, welche in den benachbarten Fotodetektoren 104 erzeugt würde, falls jene Fotodetektoren 104 Licht ausgesetzt worden wären. Somit erscheinen in solchen Ausführungsformen die benachbarten Fotodetektoren 104 (zum Beispiel der zweite Fotodetektor 104b) aufgrund der Überschuss- oder Überlaufladung, als wären sie mit mehr Licht bestrahlt worden, als tatsächlich auf sie aufgetroffen ist. Folglich scheint eine kleine Lichtbestrahlungsstruktur hoher Intensität an einem oder mehreren Fotodetektoren 104 in eine viel größere Struktur auch über benachbarte Fotodetektoren 104 „auszublühen“ beziehungsweise sich auszubreiten.
  • Aufgrund der Lichtabschirmungsstruktur 118, welche direkt über dem ersten Fotodetektor 104a angeordnet ist, weist der erste Fotodetektor 104a eine relativ niedrige QE (zum Beispiel geringer als die QE des zweiten Fotodetektors 104b) auf, und die Belichtungsdauer des Bildsensors 100 kann erhöht werden, während die Überbelichtung in der Mehrzahl von Fotodetektoren 104 verringert wird. Dies rührt zum Teil daher, dass die Lichtabschirmungsstruktur 118 eine Intensität von Licht, welches während der erhöhten Belichtungsdauer am ersten Fotodetektor 104a empfangen worden ist, verringert, wodurch sie eine Sättigung der Speicherkapazität (zum Beispiel der FWC) des ersten Fotodetektors 104a verhindert. Somit verhindert die relativ niedrige QE des ersten Fotodetektors 104a eine Überbelichtung während der erhöhten Belichtungsdauer, welche andernfalls eine Überbelichtung der Mehrzahl von Fotodetektoren 104 verursachen kann. Dies erhöht eine Fähigkeit des Bildsensors 200a, Bilddaten höchster Qualität zu erzeugen, insbesondere bei Anwendungen mit wenig Licht (zum Beispiel in der Nacht), wodurch eine Empfindlichkeit und Genauigkeit des Bildsensors 100 erhöht wird.
  • Darüber hinaus verringert das Anordnen der Lichtabschirmungsstruktur 118 in der Pufferschicht 114 und unter der Verbundgitterstruktur 116 einen Abstand d1 zwischen der unteren Oberfläche der Lichtabschirmungsstruktur 118 und der rückseitigen Oberfläche 102b des Halbleitersubstrats 102. Dies hält einfallendes Licht zum Teil davon ab, den ersten Fotodetektor 104a zu erreichen und erhöht die optische Isolierung zwischen dem ersten und dem zweiten Fotodetektor 104a - b, während die relativ niedrige QE des ersten Fotodetektors 104a erhalten bleibt. Zum Beispiel kann das Verringern des Abstands d1 einfallendes Licht, welches in einem Winkel in Bezug auf eine obere Oberfläche der Pufferschicht 114 angeordnet ist, derart blockieren und/oder eindämmen, dass es den ersten Fotodetektor 104a nicht erreicht. Daher verringert die Lichtabschirmungsstruktur 118 ein Übersprechen und Überbelichten in der Mehrzahl von Fotodetektoren, während der Unterschied der QE zwischen dem ersten und dem zweiten Fotodetektor 104a - b aufrechterhalten bleibt, was eine Gesamtleistung des Bildsensors 200a erhöht.
  • In einigen Ausführungsformen liegt der Abstand d1 in einem Bereich von ungefähr 10 bis 50.000 Angström. Es versteht sich, dass auch ein Abstand d1, welcher andere Werte aufweist, in den Umfang der Offenbarung fällt. Falls in weiteren Ausführungsformen der Abstand d1 relativ klein ist (zum Beispiel weniger als ungefähr 10 Angström), kann ein Ätzprozess (zum Beispiel ein Trockenätzprozess), welcher dazu verwendet wird, die Verbundgitterstruktur 116 und/oder die Lichtabschirmungsstruktur 118 zu bilden, die dielektrische Auskleidung 106 und/oder die rückseitige Oberfläche 102b des Halbleitersubstrats 102 beschädigen. Dies kann zu einer Ablösung der dielektrischen Auskleidung 106 und/oder einer Beschädigung der rückseitigen Oberfläche 102b des Halbleitersubstrats 102 führen, was eine strukturelle Integrität des Bildsensors 200a vermindert. Falls in noch weiteren Ausführungsformen der Abstand d1 relativ groß ist (zum Beispiel größer als ungefähr 50.000 Angström), so kann eine erhöhte Menge einfallendes Lichts, welches in einem Winkel in Bezug auf die obere Oberfläche der Pufferschicht 114 angeordnet ist, den ersten Fotodetektor 104a erreichen, was zu einer Erhöhung des Übersprechens zwischen der Mehrzahl von Fotodetektoren 104 führt. In verschiedenen Ausführungsformen ist eine erste Breite w1 der Lichtabschirmungsstruktur 118 größer als eine zweite Breite w2 des ersten Fotodetektors 104a, wodurch Überbelichtung und Übersprechen zwischen der Mehrzahl von Fotodetektoren 104 eingedämmt wird.
  • In einigen Ausführungsformen liegt eine erste Dicke T1 der Lichtabschirmungsstruktur 118 in einem Bereich von ungefähr 10 bis 50.000 Angström. Es versteht sich jedoch, dass auch eine erste Dicke T1, welche andere Werte aufweist, in den Umfang der Offenbarung fällt. Falls in verschiedenen Ausführungsformen die erste Dicke T1 relativ gering ist (zum Beispiel weniger als ungefähr 10 Angström), so kann eine Gesamtdickenabweichung (TTV) der Lichtabschirmungsstruktur 118 sehr groß sein, was eine Fähigkeit der Lichtabschirmungsstruktur 118 zum effektiven Verringern der QE des ersten Fotodetektors 104a vermindert. Dies kann zu vermehrtem Überbelichten und Übersprechen zwischen der Mehrzahl von Fotodetektoren 104 führen. Falls in noch weiteren Ausführungsformen die erste Dicke T1 relativ groß ist (zum Beispiel größer als ungefähr 50.000 Angström), so kann die Lichtabschirmungsstruktur 118 einfallendes Licht vollständig daran hindern, den ersten Fotodetektor 104a zu erreichen, wodurch eine Empfindlichkeit des Bildsensors 200a vermindert wäre. Ferner ist eine zweite Dicke T2 der Pufferschicht 114 von einer oberen Oberfläche der dielektrischen Auskleidung 106 zur oberen Oberfläche der Pufferschicht 114 definiert. In verschiedenen Ausführungsform liegt die zweite Dicke T2 in einem Bereich von ungefähr 200 bis 50.000 Angström. Es versteht sich jedoch, dass auch eine zweite Dicke T2, welche andere Werte aufweist, in den Umfang der Offenbarung fällt. Falls in einigen Ausführungsformen die zweite Dicke T2 relativ klein ist (zum Beispiel weniger als ungefähr 200 Angström), so kann ein Ätzprozess (zum Beispiel ein Trockenätzprozess), welcher dazu verwendet wird, die Verbundgitterstruktur 116 zu bilden, die dielektrische Auskleidung 106 und/oder die rückseitige Oberfläche 102b des Halbleitersubstrats 102 beschädigen. Dies kann zu einer Ablösung der dielektrischen Auskleidung 106 und/oder einer Beschädigung der rückseitigen Oberfläche 102b des Halbleitersubstrats 102 führen, was eine strukturelle Integrität des Bildsensors 200a vermindert. Falls in weiteren Ausführungsformen die zweite Dicke T2 relativ groß ist (zum Beispiel größer als ungefähr 50.000 Angström), kann sich das Übersprechen zwischen der Mehrzahl von Fotodetektoren 104 erhöhen. In noch weiteren Ausführungsformen ist die erste Dicke T1 der Lichtabschirmungsstruktur 118 geringer als die zweite Dicke T2 der Pufferschicht 114.
  • In noch weiteren Ausführungsformen kann die Lichtabschirmungsstruktur 118 ein erstes Material (zum Beispiel Titannitrid, Titanoxid, Tantaloxid, etc.) enthalten, und die Pufferschicht 114 kann ein zweites Material (zum Beispiel Siliziumdioxid) enthalten, welches sich vom ersten Material unterscheidet. Die Lichtabschirmungsstruktur 118 weist einen ersten Brechungsindex auf, und die Pufferschicht 114 weist einen zweiten Brechungsindex auf. In einigen Ausführungsformen ist der erste Brechungsindex größer als der zweite Brechungsindex. In weiteren Ausführungsformen kann der erste Brechungsindex der Lichtabschirmungsstruktur 118 in einem Bereich von ungefähr 1,35 bis 2,76 liegen, mehr als ungefähr 1,3 betragen, oder einen anderen geeigneten Wert aufweisen. In noch weiteren Ausführungsformen kann der zweite Brechungsindex der Pufferschicht 114 in einem Bereich von ungefähr 1 bis 2 oder innerhalb eines Bereichs von ungefähr 2 bis 1,45 liegen, oder einen anderen geeigneten Wert aufweisen.
  • 2B stellt eine Querschnittsansicht einiger Ausführungsformen eines Bildsensors 200b im Einklang mit einigen alternativen Ausführungsformen des Bildsensors 200a von 2A dar, in welchen die Mehrzahl von Fotodetektoren 104 den ersten Fotodetektor 104a, den zweiten Fotodetektor 104b und einen dritten Fotodetektor 104c aufweist. Der erste Fotodetektor 104a ist seitlich zwischen dem zweiten und dem dritten Fotodetektor 104b, 104c angeordnet. In einigen Ausführungsformen ist ein erster äußerer Rand der Lichtabschirmungsstruktur 118 (zum Beispiel die linke Seite) direkt über mindestens einem Abschnitt des dritten Fotodetektors 104c angeordnet, und ein zweiter äußerer Rand der Lichtabschirmungsstruktur 118 (zum Beispiel die rechte Seite) ist direkt über mindestens einem Abschnitt des zweiten Fotodetektors 104b angeordnet. Dies kann zum Teil weiter eindämmen, dass einfallendes Licht den ersten Fotodetektor 104a erreicht, wodurch die QE des ersten Fotodetektors 104a weiter verringert wird. Ferner verringert die Tatsache, dass die Lichtabschirmungsstruktur 118 direkt über den Abschnitten des zweiten beziehungsweise des dritten Fotodetektors 104b, 104c angeordnet ist, das Übersprechen zwischen der Mehrzahl von Fotodetektoren 104 zusätzlich, wodurch sich ein Rauschen (zum Beispiel Funkelrauschen) im Bildsensor 200b weiter verringert. In verschiedenen Ausführungsformen sind das erste und das zweite Verbundgittersegment 116a, 116b seitlich beabstandet zwischen gegenüberliegenden Seitenwänden der Lichtabschirmungsstruktur 118 angeordnet. In weiteren Ausführungsformen erstreckt sich die Lichtabschirmungsstruktur 118 seitlich fortlaufend von über einem ersten Graben 105a zu einem zweiten Graben 105b, welche sich jeweils nach unten in die rückseitige Oberfläche 102b des Halbleitersubstrats 102 erstrecken. In noch weiteren Ausführungsformen beträgt ein Verhältnis zwischen der ersten Breite w1 der Lichtabschirmungsstruktur 118 und der zweiten Breite w2 des ersten Fotodetektors 104a 2 : 1, oder weist einen anderen geeigneten Wert auf.
  • 2C stellt eine Querschnittsansicht einiger Ausführungsformen eines Bildsensors 200C im Einklang mit einigen alternativen Ausführungsformen des Bildsensors 200a von 2A dar, in welchen die erste Breite w1 der Lichtabschirmungsstruktur 118 geringer ist als die zweite Breite w2 des ersten Fotodetektors 104a. Somit sind in einigen Ausführungsformen gegenüberliegende äußere Seitenwände der Lichtabschirmungsstruktur 118 seitlich beabstandet zwischen gegenüberliegenden äußeren Seitenwänden des ersten Fotodetektors 104a angeordnet.
  • 3A stellt eine Querschnittsansicht einiger Ausführungsformen eines Bildsensors 300a im Einklang mit einigen alternativen Ausführungsformen des Bildsensors 200a von 2A dar, in welchen die Lichtabschirmungsstruktur 118 eine obere Oberfläche 118t aufweist, welche komplanar zu einer oberen Oberfläche 114t der Pufferschicht 114 ist. In einigen Ausführungsformen kontaktiert ein erster äußerer Abschnitt der oberen Oberfläche der Lichtabschirmungsstruktur 118 eine untere Oberfläche des ersten Verbundgittersegments 116a direkt, und ein zweiter äußerer Abschnitt der oberen Oberfläche der Lichtabschirmungsstruktur 118 kontaktiert eine untere Oberfläche des zweiten Verbundgittersegments 116b direkt.
  • 3B stellt eine Querschnittsansicht einiger Ausführungsformen eines Bildsensors 300b im Einklang mit einigen alternativen Ausführungsformen des Bildsensors 300a von 3A dar, in welchen die obere Oberfläche 118t der Lichtabschirmungsstruktur 118 vertikal über einer oberen Oberfläche 118us der Lichtabschirmungsstruktur 118 angeordnet ist. In solchen Ausführungsformen erstreckt sich die dielektrische Struktur 119 fortlaufend von inneren gegenüberliegenden Seitenwänden der Lichtabschirmungsstruktur 118 zur oberer Oberfläche 118us der Lichtabschirmungsstruktur 118.
  • 3C stellt eine Querschnittsansicht einiger Ausführungsformen eines Bildsensors 300c im Einklang mit einigen alternativen Ausführungsformen des Bildsensors 300a von 3A dar, in welchen die Lichtabschirmungsstruktur 118 Vorsprünge 118p1, n8p2 aufweist, welche sich vertikal in die dielektrische Struktur 119 erstrecken. In einigen Ausführungsformen weist ein erster Vorsprung 118p1 der Lichtabschirmungsstruktur 118 gegenüberliegende Seitenwände auf, welche auf gegenüberliegende Seitenwände des ersten Verbundgittersegments 116a ausgerichtet sind, und ein zweiter Vorsprung n8p2 der Lichtabschirmungsstruktur 118 weist gegenüberliegende Seitenwände auf, welche auf gegenüberliegende Seitenwände des zweiten Verbundgittersegments 116b ausgerichtet sind.
  • 4A stellt eine Querschnittsansicht einiger Ausführungsformen eines Bildsensors 400a im Einklang mit einigen alternativen Ausführungsformen des Bildsensors 200a von 2A dar, in welchen die Verbundgittersegmente 116a - c jeweils gerade gegenüberliegende äußere Seitenwände aufweisen. Ferner kann die Pufferschicht 114 eine obere Oberfläche 114t aufweisen, welche vertikal über einer oberen Oberfläche 114us der Pufferschicht 114 angeordnet ist.
  • 4B stellt eine Querschnittsansicht einiger Ausführungsformen eines Bildsensors 400a im Einklang mit einigen alternativen Ausführungsformen des Bildsensors 400a von 4A dar, in welchen die Verbundgitterstruktur 116 eine Metallgitterstruktur 402 und eine dielektrische Gitterstruktur 404, welche über der Metallgitterstruktur 402 angeordnet ist, aufweist. In einigen Ausführungsformen enthält die Metallgitterstruktur 402 einen metallischen Werkstoff (zum Beispiel Wolfram, Aluminium, Kupfer, einen anderen metallischen Werkstoff oder eine beliebige Kombination der vorgenannten), welcher dafür eingerichtet ist, Licht zur Mehrzahl von Fotodetektoren 104 zu lenken. In weiteren Ausführungsformen enthält die dielektrische Gitterstruktur 404 ein dielektrisches Material (zum Beispiel Titanoxid, Tantaloxid, Siliziumdioxid, ein anderes dielektrisches Material oder eine beliebige Kombination der vorgenannten), welches dafür eingerichtet ist, eine innere Totalreflexion (TIR) mit der dielektrischen Struktur 119, oder umgekehrt, zu erzielen, wodurch Licht zur Mehrzahl von Fotodetektoren 104 gelenkt wird.
  • 5 - 15 stellen Querschnittsansichten 500 - 1500 einiger Ausführungsformen eines ersten Verfahrens zum Bilden eines Bildsensors aufweisend eine Pufferschicht, welche über einer rückseitigen Oberfläche eines Halbleitersubstrats angeordnet ist, und eine Lichtabschirmungsstruktur, welche innerhalb der Pufferschicht angeordnet ist, dar. Obwohl die Querschnittsansichten 500 - 1500, welche in den 5 -15 gezeigt sind, unter Bezugnahme auf das erste Verfahren beschrieben sind, versteht sich, dass die in den 5 - 15 gezeigten Strukturen nicht auf das erste Verfahren beschränkt sind, sondern auch getrennt vom Verfahren für sich alleine stehen können. Obwohl die 5 - 15 darüber hinaus als eine Abfolge von Vorgängen beschrieben sind, versteht sich, dass diese Vorgänge dahingehend nicht eingeschränkt sind, als dass die Reihenfolge der Vorgänge in anderen Ausführungsformen geändert sein kann, und dass die offenbarten Verfahren auf für andere Strukturen anwendbar sind. In anderen Ausführungsformen können einige der dargestellten und/oder beschriebenen Vorgänge zur Gänze oder zum Teil weggelassen werden.
  • Wie in der Querschnittsansicht 500 von 5 dargestellt, wird ein Halbleitersubstrat 102 bereitgestellt, und eine Mehrzahl von Fotodetektoren 104 werden innerhalb des Halbleitersubstrats 102 gebildet. In einigen Ausführungsformen kann das Halbleitersubstrat 102 zum Beispiel ein massives Substrat (zum Beispiel ein massives Siliziumsubstrat, ein Silizium-auf-Isolator-Substrat (SOI-Substrat)) oder ein anderes geeignetes Substrat sein oder enthalten, und/oder weist einen ersten Dotierungstyp (zum Beispiel eine p-Dotierung) auf. In einigen Ausführungsformen ist die Mehrzahl von Fotodetektoren 104 derart ausgebildet, dass jeder der Fotodetektoren 104 einen zweiten Dotierungstyp (zum Beispiel eine n-Dotierung) aufweist, welche dem ersten Dotierungstyp entgegengesetzt ist. Der erste Dotierungstyp kann zum Beispiel Typ p sein, und der zweite Dotierungstyp kann Typ n sein, oder umgekehrt. In noch weiteren Ausführungsformen kann ein Prozess zum Bilden einer Mehrzahl von Fotodetektoren 104 umfassen: Bilden einer Maskierungsschicht (nicht gezeigt) über einer vorderseitigen Oberfläche 102f des Halbleitersubstrats 102; selektives Implantieren von Dotierstoffen in die vorderseitige Oberfläche 102f des Halbleitersubstrats 102 gemäß der Maskierungsschicht, wodurch die Mehrzahl von Fotodetektoren innerhalb des Halbleitersubstrats 102 gebildet wird; und Durchführen eines Entfernungsprozesses zum Entfernen der Maskierungsschicht von über der vorderseitigen Oberfläche 102f des Halbleitersubstrats 102 (nicht gezeigt). Die Mehrzahl von Fotodetektoren 104 weist einen ersten Fotodetektor 104a und einen zweiten Fotodetektor 104b auf.
  • Wie in der Querschnittsansicht 600 von 6 dargestellt, werden eine Mehrzahl von Bildpunktvorrichtungen 210 und eine Zwischenverbindungsstruktur 202 über der vorderseitigen Oberfläche 102f des Halbleitersubstrats 102 gebildet. In einigen Ausführungsformen wird die Mehrzahl von Bildpunktvorrichtungen 210 derart über dem Halbleitersubstrat 102 gebildet, dass jede der Bildpunktvorrichtungen 210 eine dielektrische Gate-Schicht 214 und eine Gate-Elektrode 212 aufweist. In weiteren Ausführungsformen umfasst ein Prozess zum Bilden der Bildpunktvorrichtungen 210: Aufbringen (zum Beispiel durch chemische Dampfabscheidung (CVD), physikalische Dampfabscheidung (PVD), Atomlagenabscheidung (ALD) oder einen anderen geeigneten Aufwachs- oder Abscheidungsprozess) eines dielektrischen Gate-Films über der vorderseitigen Oberfläche 102f des Halbleitersubstrats; Aufbringen (zum Beispiel durch CVD, PVD, ALD, Zerstäubung/Sputtern, Stromlosplattieren, Elektroplattieren oder einen anderen geeigneten Aufwachs- oder Abscheidungsprozess) einer Gate-Elektrodenschicht über dem dielektrischen Gate-Film; und Strukturieren des dielektrischen Gate-Films und der Gate-Elektrodenschicht, wodurch die dielektrische Gate-Schicht 214 beziehungsweise die Gate-Elektrode 212 gebildet werden. In einigen Ausführungsformen kann die dielektrische Gate-Schicht 214 zum Beispiel ein dielektrisches Material mit hohem k-Wert, Aluminiumoxid, Hafniumoxid, Siliziumdioxid, ein anderes dielektrisches Material oder eine beliebige Kombination der vorgenannten sein oder enthalten. In weiteren Ausführungsformen kann die Gate-Elektrode 212 zum Beispiel Aluminium, Titan, Tantal, Polysilizium, dotiertes Polysilizium, ein Silizid, ein anderes leitfähiges Material oder eine beliebige Kombination der vorgenannten sein oder enthalten.
  • Ferner weist die Zwischenverbindungsstruktur 202 eine dielektrische Zwischenverbindungsstruktur 204, eine Mehrzahl leitfähiger Durchkontaktierungen 206 und eine Mehrzahl leitfähiger Drähte 208 auf. Die dielektrische Zwischenverbindungsstruktur 204 kann zum Beispiel durch einen oder mehrere CVD-Prozess(e), PVD-Prozess(e), ALD-Prozess(e), einen anderen geeigneten Aufwachs- oder Abscheidungsprozess oder eine beliebige Kombination der vorgenannten gebildet werden. In weiteren Ausführungsformen können die Mehrzahl leitfähiger Durchkontaktierungen 206 und die Mehrzahl leitfähiger Drähte 208 jeweils zum Beispiel durch einen Einzeldamaszenerprozess, einen Doppeldamaszenerprozess oder einen anderen geeigneten Bildungsprozess gebildet werden. In einigen Ausführungsformen weist die dielektrische Zwischenverbindungsstruktur 204 zum Beispiel eine Mehrzahl dielektrischer Zwischenschichten (ILD-Schichten) auf, welche jeweils Siliziumdioxid, ein dielektrisches Material mit niedrigem k-Wert, ein dielektrisches Material mit extrem niedrigem k-Wert, ein anderes dielektrisches Material oder eine beliebige Kombination der vorgenannten enthalten. In noch weiteren Ausführungsformen können die Mehrzahl leitfähiger Durchkontaktierungen 206 und die Mehrzahl leitfähiger Drähte 208 zum Beispiel jeweils Kupfer, Aluminium, Titannitrid, Tantalnitrid, Ruthenium, ein anderes leitfähiges Material oder eine beliebige Kombination der vorgenannten sein oder enthalten.
  • Wie in der Querschnittsansicht 700 von 7 dargestellt, wird eine Isolationsstruktur 115 über der und in die rückseitige Oberfläche 102b des Halbleitersubstrats 102 gebildet. In einigen Ausführungsformen umfasst das Bilden der Isolationsstruktur 115: Bilden einer Maskierungsschicht (nicht gezeigt) über der rückseitigen Oberfläche 102b des Halbleitersubstrats 102; Ätzen unmaskierter Bereiche des Halbleitersubstrats 102 mit einem oder mehreren Ätzmitteln, wodurch ein Isolationsgraben gebildet wird, welcher eine Mehrzahl von (d.h. mehrere) Gräben 105a - c aufweist, welche sich nach unten in die rückseitige Oberfläche 102b des Halbleitersubstrats 102 erstrecken; Aufbringen (zum Beispiel durch CVD, PVD, ALD oder einen anderen geeigneten Aufwachs- oder Abscheidungsprozess) einer dielektrischen Auskleidung 106 über der rückseitigen Oberfläche 102b des Halbleitersubstrats 102, sodass die dielektrische Auskleidung 106 die Gräben 105a - c auskleidet; und Aufbringen (zum Beispiel durch CVD, PVD, ALD oder einen anderen geeigneten Aufwachs- oder Abscheidungsprozess) einer Pufferschicht 114 über der dielektrische Auskleidung 106 und der rückseitigen Oberfläche 102b des Halbleitersubstrats 102, wodurch die Isolationsstruktur 115 gebildet wird. In einigen Ausführungsformen wird die Pufferschicht 114 in einer ursprünglichen Dicke Ti aufgebracht, welche zwischen einer oberen Oberfläche der dielektrischen Auskleidung 106 und einer oberen Oberfläche der Pufferschicht 114 definiert ist. In anderen Ausführungsformen kann die Pufferschicht 114 zum Beispiel Siliziumdioxid, ein Metalloxid (wie zum Beispiel Aluminiumoxid, Hafniumoxid, etc.), ein Polymer, ein organisches Material, ein anorganisches Material, ein anderes geeignetes dielektrisches Material oder eine beliebige Kombination der vorgenannten sein oder enthalten. In noch weiteren Ausführungsformen kann die dielektrische Auskleidung 106 zum Beispiel Siliziumdioxid, ein anderes dielektrisches Material oder dergleichen sein oder enthalten.
  • Wie in der Querschnittsansicht 800 von 8 dargestellt, wird eine Lichtabschirmungsschicht 802 über der Pufferschicht 114 gebildet. In einigen Ausführungsformen wird die Lichtabschirmungsschicht 802 über der Pufferschicht 114 zum Beispiel durch CVD, PVD, ALD, Zerstäubung/Sputtern, Stromlosplattieren, Elektroplattieren oder einen anderen geeigneten Aufwachs- oder Abscheidungsprozess aufgebracht. In weiteren Ausführungsformen enthält die Lichtabschirmungsstruktur 802 zum Beispiel einen metallischen Werkstoff (zum Beispiel Gold, Kupfer, Titan, Tantal, Wolfram, einen anderen metallischen Werkstoff oder eine beliebige Kombination der vorgenannten), ein Metalloxid (zum Beispiel Titanoxid (Ti02), Tantaloxid (Ta2O5), Wolframoxid (WO3), ein anderes Metalloxid oder eine beliebige Kombination der vorgenannten), ein dielektrisches Material (zum Beispiel Siliziumdioxid oder ein anderes dielektrisches Material), ein Nitrid (zum Beispiel Titannitrid, Tantalnitrid oder ein anderes Nitrid), ein Polymer (zum Beispiel Poly(3-Hexylthiophen) (P3HT), konjugierte Polymere basierend auf Benzodithiophen (BDT) oder ein anderes Polymer), ein organisches Material (zum Beispiel ein Kohlenstoffnanoröhrenmaterial (CNT-Material) oder ein anderes organisches Material), ein anorganisches Material (zum Beispiel Kupfer-Zink-Zinnsulfid (Cu2ZnSnS4) oder ein anderes anorganisches Material), ein anderes geeignetes Material oder eine beliebige Kombination der vorgenannten, und kann in einer ersten Dicke T1 gebildet werden, welche in einem Bereich von ungefähr 10 bis ungefähr 50.000 Angström liegt oder einen anderen geeigneten Dickenwert aufweist. Ferner wird eine Maskierungsschicht 804 über der Lichtabschirmungsstruktur 802 gebildet. In einigen Ausführungsformen ist die Maskierungsschicht 804 direkt über dem ersten Fotodetektor 104a angeordnet. In weiteren Ausführungsformen ist die erste Dicke T1 der Lichtabschirmungsstruktur 802 größer als die ursprüngliche Dicke Ti der Pufferschicht 114.
  • Wie in der Querschnittsansicht 900 von 9 dargestellt, wird ein Strukturierungsprozess an der Lichtabschirmungsschicht (802 von 8) gemäß der Maskierungsschicht (804 von 8) durchgeführt, wodurch eine Lichtabschirmungsstruktur 118 über der rückseitigen Oberfläche 102b des Halbleitersubstrats 102 gebildet wird. In einigen Ausführungsformen umfasst der Strukturierungsprozess das Durchführen eines Trockenätzprozesses, eines Nassätzprozesses oder eines anderen geeigneten Ätzprozesses. Ferner umfasst der Strukturierungsprozess das Ätzen unmaskierter Bereiche der Lichtabschirmungsschicht (802 von 8) mit einem oder mehreren Ätzmitteln. In weiteren Ausführungsformen kann die Lichtabschirmungsstruktur 118 derart gebildet werden, dass eine erste Breite w1 der Lichtabschirmungsstruktur 118 größer ist als eine zweite Breite w2 des ersten Fotodetektors 104a. Ferner wird die Lichtabschirmungsstruktur 118 derart gebildet, dass ein Abstand d1 zwischen einer unteren Oberfläche der Lichtabschirmungsstruktur 118 und der rückseitigen Oberfläche 102b des Halbleitersubstrats 102 in einem Bereich von ungefähr 10 bis 50.000 Angström liegt. Es versteht sich, dass auch ein Abstand d1, welcher andere Werte aufweist, in den Umfang der Offenbarung fällt.
  • Wie in der Querschnittsansicht 1000 von 10 dargestellt, wird zusätzliches Puffermaterial (zum Beispiel durch CVD, PVD, ALD oder einen anderen geeigneten Abscheidungs- oder Aufwachsprozess) über der rückseitigen Oberfläche 102b des Halbleitersubstrats 102 und der Lichtabschirmungsstruktur 118 aufgebracht, wodurch eine Dicke der Pufferschicht 114 von der ursprünglichen Dicke (Ti von 9) auf eine zweite Dicke T2 erhöht wird. Somit wird in einigen Ausführungsform die Pufferschicht 114 in einer zweiten Dicke T2 gebildet, welche in einem Bereich von ungefähr 200 bis 50.000 Angström liegt. Es versteht sich jedoch, dass auch eine zweite Dicke T2, welche andere Werte aufweist, in den Umfang der Offenbarung fällt. In noch weiteren Ausführungsformen kann das zusätzliche Puffermaterial zum Beispiel Siliziumdioxid, ein Metalloxid (wie zum Beispiel Aluminiumoxid, Hafniumoxid, etc.), ein Polymer, ein organisches Material, ein anorganisches Material, ein anderes geeignetes dielektrisches Material oder eine beliebige Kombination der vorstehenden sein oder enthalten. In noch weiteren Ausführungsformen wird nach dem Aufbringen des zusätzlichen Puffermaterials über der rückseitigen Oberfläche 102b des Halbleitersubstrats 102 ein Planarisierungsprozess (zum Beispiel ein chemisch-mechanischer Polierprozess (CMP-Prozess)) in die Pufferschicht 114 hinein ausgeführt, sodass eine obere Oberfläche der Pufferschicht 114 im Wesentlichen plan ist.
  • Wie in der Querschnittsansicht 1100 von 11 dargestellt, wird eine Verbundgitterschicht 1102 über der Pufferschicht 114 aufgebracht, und eine Maskierungsschicht 1104 wird über der Verbundgitterschicht 1102 gebildet. In einigen Ausführungsformen kann die Verbundgitterschicht 1102 zum Beispiel durch CVD, PVD, ALD, Zerstäubung/Sputtern, Stromlosplattieren, Elektroplattieren oder einen anderen geeigneten Abscheidungs- oder Aufwachsprozess aufgebracht werden. In weiteren Ausführungsformen kann die Verbundgitterschicht 1102 einen metallischen Werkstoff (zum Beispiel Titan, Tantal, Wolfram, Aluminium, Kupfer, einen anderen metallischen Werkstoff oder eine beliebige Kombination der vorgenannten), ein dielektrisches Material (zum Beispiel Titanoxid, Tantaloxid, Siliziumdioxid, ein anderes dielektrisches Material oder eine beliebige Kombination der vorgenannten), ein anderes geeignetes Material oder eine beliebige Kombination der vorgenannten enthalten. In noch weiteren Ausführungsformen kann das Aufbringen der Verbundgitterschicht 1102 das Durchführen eines oder mehrerer Abscheidungsprozesse zum Bilden einer dielektrischen Gitterschicht (nicht gezeigt) über einer Metallgitterschicht (nicht gezeigt) umfassen, sodass die dielektrische Gitterschicht das dielektrische Material enthält und die Metallgitterschicht den metallischen Werkstoff enthält.
  • Wie in der Querschnittsansicht 1200 von 12 dargestellt, wird ein Strukturierungsprozess an der Verbundgitterschicht (1102 von 11) gemäß der Maskierungsschicht (1104 von 11) durchgeführt, wodurch eine Verbundgitterstruktur 116 gebildet wird. Die Verbundgitterstruktur 116 wird derart gebildet, dass sie eine Mehrzahl von Verbundgittersegmenten 116a - c aufweist, welche jeweils direkt über den Gräben 105a - c angeordnet sind. Ferner weist die Verbundgitterstruktur 116 eine Mehrzahl von gegenüberliegenden Seitenwänden auf, welche jeweils eine Mehrzahl von Gitteröffnungen, welche der Mehrzahl von Fotodetektoren 104 entsprechen, bilden. In einigen Ausführungsformen umfasst der Strukturierungsprozess das Ätzen unmaskierter Bereiche der Verbundgitterschicht (1102 von 11) mit einem oder mehreren Ätzmitteln. In weiteren Ausführungsformen umfasst der Strukturierungsprozess das Durchführen eines Trockenätzprozesses, eines Nassätzprozesses, eines anderen geeigneten Ätzprozesses oder einer beliebigen Kombination der vorgenannten. Der Strukturierungsprozess kann in die Pufferschicht 114 hinein derart überätzen, dass der Strukturierungsprozess mindestens einen Abschnitt der Pufferschicht 114 entfernt.
  • Wie in der Querschnittsansicht 1300 von 13 dargestellt, wird eine dielektrische Struktur 119 über der Pufferschicht 114 gebildet. In einigen Ausführungsformen umfasst ein Prozess zum Bilden der dielektrischen Struktur 119: Aufbringen (zum Beispiel durch CVD, PVD, ALD oder einen anderen geeigneten Aufwachs- oder Abscheidungsprozess) der dielektrischen Struktur 119 über der Pufferschicht 114 und der Verbundgitterstruktur 116; und Durchführen eines Planarisierungsprozesses (zum Beispiel eines CMP-Prozesses) in die dielektrische Struktur 119 hinein, sodass eine obere Oberfläche der Verbundgitterstruktur 116 komplanar mit einer oberen Oberfläche der dielektrischen Struktur 119 ist.
  • Wie in der Querschnittsansicht 1400 von 14 dargestellt, wird eine Lichtfilteranordnung (zum Beispiel eine Farbfilteranordnung) aufweisend eine Mehrzahl von Lichtfiltern 120 (zum Beispiel Farbfiltern) über der dielektrischen Struktur 119 und der Verbundgitterstruktur 116 gebildet. In einigen Ausführungsformen kann die Mehrzahl von Lichtfiltern 120 zum Beispiel durch CVD, PVD, ALD oder einen anderen geeigneten Aufwachs- oder Abscheidungsprozess gebildet werden.
  • Wie in der Querschnittsansicht 1500 von 15 dargestellt, wird eine erste Grenzflächenschicht 124 über der Mehrzahl von Lichtfiltern 120 gebildet. Eine Antireflexionsüberzugsschicht (ARC-Schicht) 126 wird über der ersten Grenzflächenschicht 124 gebildet, und eine Mehrzahl von Mikrolinsen 128 werden über der ARC-Schicht 126 gebildet. In einigen Ausführungsformen können Prozesse zum Bilden der ersten Grenzflächenschicht 124, der ARC-Schicht 126 und der Mehrzahl von Mikrolinsen 128 einen CVD-Prozess, einen PVD-Prozess, einen ALD-Prozess oder einen anderen geeigneten Aufwachs- oder Abscheidungsprozess umfassen.
  • Die 16 - 21 stellen Querschnittsansichten 1600 - 2100 einiger Ausführungsformen dar, welche einem zweiten Verfahren zum Bilden eines Bildsensors aufweisend eine Pufferschicht, welche über einer rückseitigen Oberfläche eines Halbleitersubstrats angeordnet ist, und eine Lichtabschirmungsstruktur, welche innerhalb der Pufferschicht angeordnet ist, im Einklang mit der vorliegenden Offenbarung entsprechen. In einigen Ausführungsformen stellen die 16 - 21 einige Ausführungsformen von Vorgängen dar, welche anstelle der Vorgänge in den 7 - 13 des ersten Verfahrens ausgeführt werden können. Somit stellt das zweite Verfahren einige alternative Ausführungsformen des ersten Verfahrens der 5 - 15 dar, wobei das zweite Verfahren zum Beispiel nach den 5-6 mit den 16 - 21, und dann von 21 mit den 14 - 15 fortfahren (und die 7 - 13 auslassen) kann. In solchen Ausführungsformen stellt das zweite Verfahren einige alternative Ausführungsformen zum Bilden der Lichtabschirmungsstruktur 118 dar.
  • Wie in der Querschnittsansicht 1600 von 16 dargestellt, wird eine Isolationsstruktur 115 in die rückseitige Oberfläche 102b des Halbleitersubstrats 102 hinein gebildet, und eine Maskierungsschicht 1602 wird über der Isolationsstruktur 115 gebildet. In einigen Ausführungsformen weist die Isolationsstruktur 115 die dielektrische Auskleidung 106 und die Pufferschicht 114 auf. In einigen Ausführungsformen kann die Isolationsstruktur 115 durch (einen) Prozess/e gebildet werden, welche/r im Wesentlichen gleich dem/den Prozess/en ist/sind, welche/r oben hinsichtlich der Bildung der Isolationsstruktur 115 von 7 beschrieben worden ist/sind. Wie in 16 dargestellt, kann die Pufferschicht 114 in einigen Ausführungsform derart gebildet werden, dass die zweite Dicke T2 in einem Bereich von ungefähr 200 bis 50.000 Angström liegt. Es versteht sich jedoch, dass auch eine zweite Dicke T2, welche andere Werte aufweist, in den Umfang der Offenbarung fällt. In der Folge wird die Maskierungsschicht 1602 derart über der Isolationsstruktur gebildet, dass die Maskierungsschicht 1602 gegenüberliegende Seitenwände, welche eine Öffnung direkt über dem ersten Fotodetektor 104a definieren, aufweist.
  • Wie in der Querschnittsansicht 1700 von 17 dargestellt, wird ein Strukturierungsprozess an der Pufferschicht 114 gemäß der Maskierungsschicht (1602 von 16) durchgeführt, wodurch eine Lichtabschirmungsöffnung 1702 in der Pufferschicht 114 gebildet wird. In einigen Ausführungsformen umfasst der Strukturierungsprozess das Durchführen eines Trockenätzprozesses, eines Nassätzprozesses, eines anderen geeigneten Ätzprozesses oder einer beliebigen Kombination der vorgenannten.
  • Wie in der Querschnittsansicht 1800 von 18 dargestellt, wird eine Lichtabschirmungsschicht 1802 derart über der Pufferschicht 114 aufgebracht, dass die Lichtabschirmungsschicht 1802 die Lichtabschirmungsöffnung (1702 von 17) ausfüllt. In einigen Ausführungsformen wird die Lichtabschirmungsschicht 1802 über der Pufferschicht 114 zum Beispiel durch CVD, PVD, ALD, Zerstäubung/Sputtern, Stromlosplattieren, elektrochemisches Plattieren (ECP), Elektroplattieren oder einen anderen geeigneten Aufwachs- oder Abscheidungsprozess aufgebracht. In weiteren Ausführungsformen enthält die Lichtabschirmungsstruktur 1802 zum Beispiel einen metallischen Werkstoff (zum Beispiel Gold, Kupfer, Titan, Tantal, Wolfram, einen anderen metallischen Werkstoff oder eine beliebige Kombination der vorgenannten), ein Metalloxid (zum Beispiel Titanoxid (Ti02), Tantaloxid (Ta2O5), Wolframoxid (WO3), ein anderes Metalloxid oder eine beliebige Kombination der vorgenannten), ein dielektrisches Material (zum Beispiel Siliziumdioxid oder ein anderes dielektrisches Material), ein Nitrid (zum Beispiel Titannitrid, Tantalnitrid oder ein anderes Nitrid), ein Polymer (zum Beispiel Poly(3-Hexylthiophen) (P3HT), konjugierte Polymere basierend auf Benzodithiophen (BDT) oder ein anderes Polymer), ein organisches Material (zum Beispiel ein Kohlenstoffnanoröhrenmaterial (CNT-Material) oder ein anderes organisches Material), ein anorganisches Material (zum Beispiel Kupfer-Zink-Zinnsulfid (Cu2ZnSnS4) oder ein anderes anorganisches Material), ein anderes geeignetes Material oder eine beliebige Kombination der vorgenannten, und kann in einer Dicke gebildet werden, welche in einem Bereich von ungefähr 10 bis ungefähr 50.000 Angström liegt oder einen anderen geeigneten Dickenwert aufweist.
  • Wie in der Querschnittsansicht 1900 von 19 dargestellt, wird ein Planarisierungsprozess (zum Beispiel ein CMP Prozess) an der Lichtabschirmungsschicht (1802 von 18) ausgeführt, wodurch eine Lichtabschirmungsstruktur 118 gebildet wird. In einigen Ausführungsformen wird die Lichtabschirmungsstruktur 118 derart gebildet, dass eine obere Oberfläche der Lichtabschirmungsstruktur 118 komplanar mit einer oberen Oberfläche der Pufferschicht 114 ist. In weiteren Ausführungsformen wird der Planarisierungsprozess in die Pufferschicht 114 hinein derart ausgeführt, dass die obere Oberfläche der Pufferschicht 114 im Wesentlichen plan und auf die obere Oberfläche der Pufferschicht 114 ausgerichtet ist.
  • Wie in der Querschnittsansicht 2000 von 20 dargestellt, wird eine Verbundgitterschicht 1102 über der Pufferschicht 114 aufgebracht, und eine Maskierungsschicht 1104 wird über der Verbundgitterschicht 1102 gebildet. In einigen Ausführungsformen sind die Verbundgitterschicht 1102 und die Maskierungsschicht 1104 im Wesentlichen gleich der Verbundgitterschicht 1102 und der Maskierungsschicht 1104 von 11. In weiteren Ausführungsformen werden die Verbundgitterschicht 1102 und die Maskierungsschicht 1104 durch (einen) Prozess/e gebildet, welche/r im Wesentlichen gleich dem/den Prozess/en ist/sind, welche/r oben hinsichtlich der Bildung der Verbundgitterschicht 1102 und der Maskierungsschicht 1104 von 11 beschrieben worden ist/sind.
  • Wie in der Querschnittsansicht 2100 von 21 dargestellt, wird ein Strukturierungsprozess an der Verbundgitterschicht (1102 von 20) gemäß der Maskierungsschicht (1104 von 20) durchgeführt, wodurch eine Verbundgitterstruktur 116 gebildet wird. In einigen Ausführungsformen umfasst der Strukturierungsprozess das Durchführen eines Trockenätzprozesses, eines Nassätzprozesses, eines anderen geeigneten Ätzprozesses oder einer beliebigen Kombination der vorgenannten. In noch weiteren Ausführungsformen kann der Strukturierungsprozess in die Pufferschicht 114 und die Lichtabschirmungsstruktur 118 hinein überätzen, wodurch mindestens ein Abschnitt der Pufferschicht 114 und der Lichtabschirmungsstruktur 118 entfernt wird. Ferner wird eine dielektrische Struktur 119 über der Pufferschicht 114 und der Lichtabschirmungsstruktur 118 gebildet. In einigen Ausführungsformen kann die dielektrische Struktur 119 durch (einen) Prozess/e gebildet werden, welche/r im Wesentlichen gleich dem/den Prozess/en ist/sind, welche oben hinsichtlich der Bildung der dielektrischen Struktur 119 von 13 beschrieben ist/sind, sodass eine obere Oberfläche der dielektrischen Struktur 119 komplanar mit einer oberen Oberfläche der Verbundgitterstruktur 116 ist.
  • 22 stellt ein Verfahren 2200 zum Bilden eines Bildsensors aufweisend eine Pufferschicht, welche über einer rückseitigen Oberfläche eines Halbleitersubstrats angeordnet ist, und eine Lichtabschirmungsstruktur, welche innerhalb der Pufferschicht eingebettet ist, im Einklang mit der vorliegenden Offenbarung dar. Obwohl das Verfahren 2200 als eine Abfolge von Vorgängen oder Ereignissen dargestellt und/oder beschrieben ist, versteht sich, dass das Verfahren nicht auf die dargestellt Reihenfolge oder die dargestellten Vorgänge eingeschränkt ist. Daher können in einigen Ausführungsformen die Vorgänge in anderen als der dargestellten Reihenfolge ausgeführt werden und/oder können gleichzeitig ausgeführt werden. Ferner können in einigen Ausführungsformen die dargestellten Vorgänge oder Ereignisse in mehrere Vorgänge oder Ereignisse aufgeteilt werden, welche zu verschiedenen Zeiten oder gleichzeitig mit anderen Vorgängen oder Untervorgängen ausgeführt werden können. In einigen Ausführungsformen können manche dargestellten Vorgänge oder Ereignisse weggelassen werden, und andere nicht dargestellte Vorgänge oder Ereignisse können hinzugefügt werden.
  • Bei Vorgang 2202 werden eine Mehrzahl von Fotodetektoren innerhalb eines Halbleitersubstrats gebildet. Die Mehrzahl von Fotodetektoren weist einen ersten Fotodetektor seitlich angrenzend an einen zweiten Fotodetektor auf. 5 stellt eine Querschnittsansicht 500 dar, welche einigen Ausführungsformen des Vorgangs 2202 entspricht.
  • Bei Vorgang 2204 werden eine Mehrzahl von Bildpunktvorrichtungen und eine Zwischenverbindungsstruktur entlang einer vorderseitigen Oberfläche des Halbleitersubstrats gebildet. 6 stellt eine Querschnittsansicht 600 dar, welche einigen Ausführungsformen des Vorgangs 2204 entspricht.
  • Bei Vorgang 2206 wird eine Isolationsstruktur in/über einer rückseitigen Oberfläche des Halbleitersubstrats gebildet, wobei die Isolationsstruktur Gräben, welche sich in die rückseitige Oberfläche erstrecken, ausfüllt. Die Isolationsstruktur weist eine dielektrische Auskleidung und eine Pufferschicht auf, wobei sich die Pufferschicht in die Gräben erstreckt und über der rückseitigen Oberfläche des Halbleitersubstrats angeordnet ist. Die 7 und 10 stellen Querschnittsansichten 700 und 1000 dar, welche einigen Ausführungsformen des Vorgangs 2206 entsprechen. Ferner stellt 16 eine Querschnittsansicht 1600 dar, welche einigen alternativen Ausführungsformen des Vorgangs 2206 entspricht.
  • Bei Vorgang 2208 wird eine Lichtabschirmungsstruktur derart innerhalb der Pufferschicht gebildet, dass die Lichtabschirmungsstruktur direkt über dem ersten Fotodetektor angeordnet ist und mindestens gegenüber einem Abschnitt des zweiten Fotodetektors seitlich versetzt ist. Die 8 und 9 stellen Querschnittsansichten 800 und 900 dar, welche einigen Ausführungsformen des Vorgangs 2208 entsprechen. Ferner stellen die 16 - 19 Querschnittsansichten 1600 - 1900 dar, welche einigen alternativen Ausführungsformen des Vorgangs 2208 entsprechen.
  • Bei Vorgang 2210 wird eine Verbundgitterstruktur über der Pufferschicht und der Lichtabschirmungsstruktur gebildet. Die 11 und 12 stellen Querschnittsansichten 1100 und 1200 dar, welche einigen Ausführungsformen des Vorgangs 2210 entsprechen. Ferner stellen die 20 und 21 Querschnittsansichten 2000 und 2100 dar, welche einigen alternativen Ausführungsformen des Vorgangs 2208 entsprechen.
  • Bei Vorgang 2212 wird eine Mehrzahl von Lichtfiltern über der Verbundgitterstruktur gebildet, und eine Mehrzahl von Mikrolinsen wird über der Mehrzahl von Lichtfiltern gebildet. Die 14 und 15 stellen Querschnittsansichten 1400 und 1500 dar, welche einigen Ausführungsformen des Vorgangs 2212 entsprechen.
  • Folglich betrifft die vorliegende Offenbarung in einigen Ausführungsformen einen Bildsensor aufweisend eine Mehrzahl von Fotodetektoren, welche innerhalb eines Halbleitersubstrats angeordnet sind. Eine Pufferschicht ist über der Mehrzahl von Fotodetektoren zwischen einer rückseitigen Oberfläche des Halbleitersubstrats und einer darüberliegenden Verbundgitterstruktur angeordnet. Eine Lichtabschirmungsstruktur ist innerhalb der Pufferschicht angeordnet und ist direkt über einem entsprechenden Fotodetektor angeordnet.
  • In einigen Ausführungsformen stellt die vorliegende Anmeldung einen Bildsensor bereit, welcher einen ersten Fotodetektor, welcher innerhalb einer vorderseitigen Oberfläche eines Halbleitersubstrats angeordnet ist; eine Grabenisolationsstruktur, welche über einer rückseitigen Oberfläche des Halbleitersubstrats angeordnet ist, wobei die Grabenisolationsstruktur eine Pufferschicht und eine dielektrische Auskleidung aufweist, wobei die Pufferschicht die rückseitige Oberfläche des Halbleitersubstrats bedeckt und Gräben, welche sich nach unten in die rückseitige Oberfläche des Halbleitersubstrats erstrecken, ausfüllt, wobei die dielektrische Auskleidung zwischen der Pufferschicht und dem Halbleitersubstrat angeordnet ist; eine Verbundgitterstruktur, welche Verbundgittersegmente, welche jeweils über den Gräben ausgerichtet sind, aufweist, wobei die Pufferschicht die dielektrische Auskleidung von der Verbundgitterstruktur trennt; und eine Lichtabschirmungsstruktur, welche innerhalb der Pufferschicht und direkt über dem ersten Fotodetektor angeordnet ist, aufweist. In einer Ausführungsformen weist die Lichtabschirmungsstruktur ein erstes Ende auf, welches unter einem ersten Verbundgittersegment der Verbundgitterstruktur endet, und weist ein zweites Ende auf, welches unter einem zweiten Verbundgittersegment der Verbundgitterstruktur endet, wobei das erste Verbundgittersegment angrenzend an das zweite Verbundgittersegment angeordnet ist. In einer Ausführungsform weist die Lichtabschirmungsstruktur eine obere Oberfläche auf, welche komplanar mit einer oberen Oberfläche der Pufferschicht ist. In einer Ausführungsformen kontaktiert ein erster äußerer Abschnitt der oberen Oberfläche der Lichtabschirmungsstruktur eine untere Oberfläche des ersten Verbundgittersegments direkt, wobei ein zweiter äußerer Abschnitt der oberen Oberfläche der Lichtabschirmungsstruktur eine untere Oberfläche des zweiten Verbundgittersegments direkt kontaktiert. In einer Ausführungsformen ist die Lichtabschirmungsstruktur in der Pufferschicht derart eingebettet, dass die Pufferschicht eine obere Oberfläche der Lichtabschirmungsstruktur kontaktiert, eine untere Oberfläche der Lichtabschirmungsstruktur kontaktiert und Seitenwandflächen der Lichtabschirmungsstruktur kontaktiert. In einer Ausführungsform ist ein erster äußerer Abschnitt der oberen Oberfläche der Lichtabschirmungsstruktur durch die Pufferschicht von einer unteren Oberfläche des ersten Verbundgittersegments beabstandet, wobei ein zweiter äußerer Abschnitt der oberen Oberfläche der Lichtabschirmungsstruktur durch die Pufferschicht von einer unteren Oberfläche des zweiten Verbundgittersegments beabstandet ist. In einer Ausführungsform weist der Bildsensor ferner einen zweiten Fotodetektor auf, welcher innerhalb des Halbleitersubstrats und angrenzend an den ersten Fotodetektor angeordnet ist; wobei die Lichtabschirmungsstruktur mindestens gegenüber einem Abstand des zweiten Fotodetektors um einen Abstand ungleich Null seitlich versetzt ist. In einer Ausführungsform ist ein erster äußerer Abschnitt einer unteren Oberfläche der Lichtabschirmungsstruktur direkt über einem ersten äußeren Rand des zweiten Fotodetektors angeordnet, wobei die Lichtabschirmungsstruktur gegenüber einem zweiten äußeren Rand des zweiten Fotodetektors in einer Richtung zum ersten Fotodetektor hin um einen Abstand ungleich Null seitlich versetzt ist.
  • In einigen Ausführungsformen stellt die vorliegende Anmeldung einen Bildsensor bereit, welcher eine Mehrzahl von Fotodetektoren, welche innerhalb eines Halbleitersubstrats angeordnet sind, aufweist, wobei die Mehrzahl von Fotodetektoren einen ersten Fotodetektor, welcher angrenzend an einen zweiten Fotodetektor angeordnet ist, aufweist; eine Zwischenverbindungsstruktur, welche entlang einer vorderseitigen Oberfläche des Halbleitersubstrats angeordnet ist; eine Isolationsstruktur, welche über einer rückseitigen Oberfläche des Halbleitersubstrats angeordnet ist, wobei die Isolationsstruktur eine Pufferschicht, welcher über der rückseitigen Oberfläche des Halbleitersubstrats angeordnet ist, und ein oder mehrere Segmente, welche sich in eine Mehrzahl von Gräben, welche sich nach unten in die rückseitige Oberfläche des Halbleitersubstrats erstrecken, erstrecken, aufweist; eine Metallgitterstruktur, welche entlang einer oberen Oberfläche der Pufferschicht angeordnet ist, wobei die Pufferschicht die Metallgitterstruktur von der rückseitigen Oberfläche des Halbleitersubstrats trennt; und eine Lichtabschirmungsstruktur, welche innerhalb der Pufferschicht und direkt über dem ersten Fotodetektor angeordnet ist, wobei die Lichtabschirmungsstruktur mindestens gegenüber einem Abschnitt des zweiten Fotodetektors seitlich versetzt ist, und wobei die Lichtabschirmungsstruktur dafür eingerichtet ist, eine Quantenausbeute (QE) des Fotodetektors derart zu verringern, dass die QE des ersten Fotodetektors geringer ist als eine QE des zweiten Fotodetektors. In einer Ausführungsform ist eine erste äußere Seitenwand der Lichtabschirmungsstruktur direkt über einem ersten Graben der Mehrzahl von Gräben angeordnet, und eine zweite äußere Seitenwand der Lichtabschirmungsstruktur ist direkt über einem zweiten Graben der Mehrzahl von Gräben angeordnet. In einer Ausführungsform weist der Bildsensor ferner eine dielektrische Struktur, welche über der Pufferschicht und seitlich zwischen Seitenwänden der Metallgitterstruktur angeordnet ist, auf; wobei eine obere Oberfläche der Lichtabschirmungsstruktur vertikal über einer oberen Oberfläche der Lichtabschirmungsstruktur angeordnet ist, wobei eine obere Oberfläche der Pufferschicht auf die obere Oberfläche der Lichtabschirmungsstruktur ausgerichtet ist, und wobei sich die dielektrische Struktur fortlaufend von Seitenwänden der Metallgitterstruktur entlang gegenüberliegenden Seitenwänden der Lichtabschirmungsstruktur zur oberen Oberfläche der Lichtabschirmungsstruktur erstreckt. In einer Ausführungsform enthält die Lichtabschirmungsstruktur ein erstes Material, und die Pufferschicht enthält ein zweites Material, welches sich vom ersten Material unterscheidet. In einer Ausführungsform ist das erste Material Titannitrid, Titanoxid oder Tantaloxid, und das zweite Material ist Siliziumdioxid. In einer Ausführungsform weist die Mehrzahl von Fotodetektoren ferner einen dritten Fotodetektor auf, sodass der erste Fotodetektor seitlich zwischen dem zweiten und dem dritten Fotodetektor beabstandet ist, wobei eine erste äußere Seitenwand der Lichtabschirmungsstruktur direkt über dem dritten Fotodetektor angeordnet ist und eine zweite äußere Seitenwand der Lichtabschirmungsstruktur direkt über dem zweiten Fotodetektor angeordnet ist, wobei die erste äußere Seitenwand gegenüber der zweiten äußeren Seitenwand angeordnet ist. In einer Ausführungsform weist die Lichtabschirmungsstruktur einen ersten Vorsprung und einen zweiten Vorsprung auf, wobei der erste Vorsprung gegenüberliegende Seitenwände, welche auf gegenüberliegende Seitenwände eines ersten Gittersegments der Metallgitterstruktur ausgerichtet sind, aufweist, und der zweite Vorsprung gegenüberliegende Seitenwände, welche auf gegenüberliegende Seitenwände eines zweiten Gittersegments der Metallgitterstruktur ausgerichtet sind, aufweist. In einer Ausführungsform ist die Lichtabschirmungsstruktur seitlich zwischen benachbarten Gittersegmenten der Metallgitterstruktur beabstandet, und eine Breite der Lichtabschirmungsstruktur ist geringer als eine Breite des ersten Fotodetektors.
  • In einigen Ausführungsformen stellt die vorliegende Anmeldung ein Verfahren zum Bilden eines Bildsensors bereit, das Verfahren umfassend das Bilden einer Mehrzahl von Fotodetektoren innerhalb einer vorderseitigen Oberfläche eines Halbleitersubstrats; das Bilden eines Isolationsgrabens an einer rückseitigen Oberfläche eines Halbleitersubstrats, wobei der Isolationsgraben jeden der Fotodetektoren seitlich umgibt; das Aufbringen einer dielektrischen Auskleidung über der rückseitigen Oberfläche des Halbleitersubstrat derart, dass die dielektrische Auskleidung den Isolationsgraben auskleidet; das Bilden einer Pufferschicht zum Ausfüllen eines Rests des Isolationsgrabens, welche sich nach oben zu einer ersten Höhe über der rückseitigen Oberfläche des Halbleitersubstrats erstreckt; das Bilden einer Lichtabschirmungsstruktur über der Pufferschicht, sodass die Lichtabschirmungsstruktur direkt über einem ersten Fotodetektor der Mehrzahl von Fotodetektoren angeordnet ist; and das Bilden einer Gitterstruktur über der Lichtabschirmungsstruktur, sodass die Gitterstruktur eine Mehrzahl von Gittersegmenten aufweist, wobei jeder der Fotodetektoren seitlich zwischen benachbarten Gittersegmenten beabstandet ist. In einer Ausführungsform weist die Gitterstruktur ein erstes Gittersegment, welches über einem ersten äußeren Rand der Lichtabschirmungsstruktur ausgerichtet ist, auf, und weist ein zweites Gittersegment, welches über einem zweiten äußeren Rand der Lichtabschirmungsstruktur ausgerichtet ist, auf, wobei der erste äußere Rand gegenüber dem zweiten äußeren Rand angeordnet ist. In einer Ausführungsform umfasst das Bilden der Lichtabschirmungsstruktur das Bilden einer Maskierungsschicht über der Pufferschicht, sodass die Maskierungsschicht gegenüberliegende Seitenwände aufweist, welche eine Öffnung direkt über dem ersten Fotodetektor definieren; das Strukturieren der Pufferschicht gemäß der Maskierungsschicht, wodurch eine Lichtabschirmungsöffnung innerhalb der Pufferschicht gebildet wird; das Aufbringen einer Lichtabschirmungsschicht über der Pufferschicht, sodass die Lichtabschirmungsschicht die Lichtabschirmungsöffnung ausfüllt; und das Durchführen eines Planarisierungsprozesses in die Lichtabschirmungsschicht hinein, wodurch eine Lichtabschirmungsstruktur direkt über dem ersten Fotodetektor gebildet wird, wobei eine obere Oberfläche der Lichtabschirmungsstruktur komplanar mit einer oberen Oberfläche der Pufferschicht ist.
  • Das Vorstehende umreißt Merkmale verschiedener Ausführungsformen derart, dass Fachleute die Aspekte der vorliegenden Offenbarung besser verstehen können. Fachleute sollten verstehen, dass sie die vorliegende Offenbarung problemlos als eine Grundlage zum Designen oder Modifizieren weiterer Prozesse und Strukturen zum Ausführen derselben Zwecke und/oder zum Erlangen derselben Vorteile der hierin vorgestellten Ausführungsformen verwenden können. Fachleute sollten auch erkennen, dass derartige äquivalente Konstruktionen nicht vom Geist und Umfang der vorliegenden Offenbarung abweichen, und dass sie verschiedenste Änderungen, Ersetzungen und Neugestaltungen daran 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 62908160 [0001]

Claims (20)

  1. Bildsensor aufweisend: einen ersten Fotodetektor, der innerhalb einer vorderseitigen Oberfläche eines Halbleitersubstrats angeordnet ist; eine Grabenisolationsstruktur, der über einer rückseitigen Oberfläche des Halbleitersubstrats angeordnet ist, wobei die Grabenisolationsstruktur eine Pufferschicht und eine dielektrische Auskleidung aufweist, wobei die Pufferschicht die rückseitige Oberfläche des Halbleitersubstrats bedeckt und Gräben füllt, die sich nach unten in die rückseitige Oberfläche des Halbleitersubstrats erstrecken, wobei die dielektrische Auskleidung zwischen der Pufferschicht und dem Halbleitersubstrat angeordnet ist; eine Verbundgitterstruktur, die Verbundgittersegmente aufweist, welche jeweils über den Gräben ausgerichtet sind, wobei die Pufferschicht die dielektrische Auskleidung von der Verbundgitterstruktur trennt; und eine Lichtabschirmungsstruktur, die innerhalb der Pufferschicht und direkt über dem ersten Fotodetektor angeordnet ist.
  2. Bildsensor nach Anspruch 1, wobei die Lichtabschirmungsstruktur ein erstes Ende aufweist, das unter einem ersten Verbundgittersegment der Verbundgitterstruktur endet, und ein zweites Ende aufweist, welches unter einem zweiten Verbundgittersegment der Verbundgitterstruktur endet, wobei das erste Verbundgittersegment zu dem zweiten Verbundgittersegment benachbart ist.
  3. Bildsensor nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Lichtabschirmungsstruktur eine obere Oberfläche aufweist, die komplanar mit einer oberen Oberfläche der Pufferschicht ist.
  4. Bildsensor nach Anspruch 3, wobei ein erster äußerer Abschnitt der oberen Oberfläche der Lichtabschirmungsstruktur eine untere Oberfläche des ersten Verbundgittersegments direkt kontaktiert, wobei ein zweiter äußerer Abschnitt der oberen Oberfläche der Lichtabschirmungsstruktur eine untere Oberfläche des zweiten Verbundgittersegments direkt kontaktiert.
  5. Bildsensor nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Lichtabschirmungsstruktur in die Pufferschicht eingebettet ist, so dass die Pufferschicht eine obere Oberfläche der Lichtabschirmungsstruktur kontaktiert, eine untere Oberfläche der Lichtabschirmungsstruktur kontaktiert und Seitenwandflächen der Lichtabschirmungsstruktur kontaktiert.
  6. Bildsensor nach Anspruch 5, wobei ein erster äußerer Abschnitt der oberen Oberfläche der Lichtabschirmungsstruktur durch die Pufferschicht von einer unteren Oberfläche des ersten Verbundgittersegments beabstandet ist, und wobei ein zweiter äußerer Abschnitt der oberen Oberfläche der Lichtabschirmungsstruktur durch die Pufferschicht von einer unteren Oberfläche des zweiten Verbundgittersegments beabstandet ist.
  7. Bildsensor nach einem der vorstehenden Ansprüche, ferner aufweisend: einen zweiten Fotodetektor, der innerhalb des Halbleitersubstrats angeordnet ist und zu dem ersten Fotodetektor benachbart ist, wobei die Lichtabschirmungsstruktur gegenüber mindestens einem Abschnitt des zweiten Fotodetektors um einen Abstand ungleich Null seitlich versetzt ist.
  8. Bildsensor nach Anspruch 7, wobei ein erster äußerer Abschnitt einer unteren Oberfläche der Lichtabschirmungsstruktur direkt über einem ersten äußeren Rand des zweiten Fotodetektors angeordnet ist, wobei die Lichtabschirmungsstruktur gegenüber einem zweiten äußeren Rand des zweiten Fotodetektors um einen Abstand ungleich Null seitlich hin zu dem ersten Fotodetektor versetzt ist.
  9. Bildsensor nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei ein Brechungsindex der Lichtabschirmungsstruktur größer als ein Brechungsindex der Pufferschicht ist.
  10. Bildsensor aufweisend: mehrere Fotodetektoren, die innerhalb eines Halbleitersubstrats angeordnet sind, wobei die mehreren Fotodetektoren einen ersten Fotodetektor aufweisen, der zu einem zweiten Fotodetektor benachbart ist; eine Zwischenverbindungsstruktur, die entlang einer vorderseitigen Oberfläche des Halbleitersubstrats angeordnet ist; eine Isolationsstruktur, die über einer rückseitigen Oberfläche des Halbleitersubstrats angeordnet ist, wobei die Isolationsstruktur eine Pufferschicht aufweist, die über der rückseitigen Oberfläche des Halbleitersubstrats angeordnet ist und ein oder mehrere Segmente aufweist, welche sich in mehrere Gräben erstrecken, die sich nach unten in die rückseitige Oberfläche des Halbleitersubstrats erstrecken; eine Metallgitterstruktur, die entlang einer oberen Oberfläche der Pufferschicht angeordnet ist, wobei die Pufferschicht die Metallgitterstruktur von der rückseitigen Oberfläche des Halbleitersubstrats trennt; und eine Lichtabschirmungsstruktur, die innerhalb der Pufferschicht angeordnet ist und direkt über dem ersten Fotodetektor liegt, wobei die Lichtabschirmungsstruktur gegenüber mindestens einem Abschnitt des zweiten Fotodetektors seitlich versetzt ist, und wobei die Lichtabschirmungsstruktur eingerichtet ist, eine Quantenausbeute, QE, des ersten Fotodetektor zu verringern, so dass die QE des ersten Fotodetektors geringer als eine QE des zweiten Fotodetektors ist.
  11. Bildsensor nach Anspruch 10, wobei eine erste äußere Seitenwand der Lichtabschirmungsstruktur direkt über einem ersten Graben der mehreren Gräben angeordnet ist, und eine zweite äußere Seitenwand der Lichtabschirmungsstruktur direkt über einem zweiten Graben der mehreren Gräben angeordnet ist.
  12. Bildsensor nach Anspruch 10 oder 11, ferner aufweisend: eine dielektrische Struktur, die über der Pufferschicht angeordnet ist und seitlich zwischen Seitenwänden der Metallgitterstruktur angeordnet ist, wobei eine obere Oberfläche der Lichtabschirmungsstruktur vertikal über einer oberen Oberfläche der Lichtabschirmungsstruktur angeordnet ist, wobei eine obere Oberfläche der Pufferschicht auf die obere Oberfläche der Lichtabschirmungsstruktur ausgerichtet ist, wobei die dielektrische Struktur sich fortlaufend von Seitenwänden der Metallgitterstruktur entlang gegenüberliegender Seitenwände der Lichtabschirmungsstruktur zu der oberen Oberfläche der Lichtabschirmungsstruktur erstreckt.
  13. Bildsensor nach einem der Ansprüche 10 bis 12, wobei die Lichtabschirmungsstruktur ein erstes Material enthält und die Pufferschicht ein zweites Material enthält, das von dem ersten Material verschieden ist.
  14. Bildsensor nach Anspruch 13, wobei das erste Material Titannitrid, Titanoxid oder Tantaloxid ist und das zweite Material ist Siliziumdioxid ist.
  15. Bildsensor nach einem der Ansprüche 10 bis 14, wobei die mehreren Fotodetektoren ferner einen dritten Fotodetektor aufweist, so dass der erste Fotodetektor seitlich zwischen dem zweiten Fotodetektor und dem dritten Fotodetektor beabstandet ist, wobei eine erste äußere Seitenwand der Lichtabschirmungsstruktur direkt über dem dritten Fotodetektor angeordnet ist und eine zweite äußere Seitenwand der Lichtabschirmungsstruktur direkt über dem zweiten Fotodetektor angeordnet ist, wobei die erste äußere Seitenwand gegenüber der zweiten äußeren Seitenwand angeordnet ist.
  16. Bildsensor nach einem der Ansprüche 10 bis 15, wobei die Lichtabschirmungsstruktur einen ersten Vorsprung und einen zweiten Vorsprung aufweist, wobei der erste Vorsprung gegenüberliegende Seitenwände aufweist, die auf gegenüberliegende Seitenwände eines ersten Gittersegments der Metallgitterstruktur ausgerichtet sind, und der zweite Vorsprung gegenüberliegende Seitenwände aufweist, welche auf gegenüberliegende Seitenwände eines zweiten Gittersegments der Metallgitterstruktur ausgerichtet sind.
  17. Bildsensor nach einem der Ansprüche 10 bis 16, wobei die Lichtabschirmungsstruktur seitlich zwischen benachbarten Gittersegmenten der Metallgitterstruktur beabstandet ist, wobei eine Breite der Lichtabschirmungsstruktur geringer als eine Breite des ersten Fotodetektors ist.
  18. Verfahren zum Bilden eines Bildsensors, umfassend: Bilden eines ersten Fotodetektors innerhalb einer vorderseitigen Oberfläche eines Halbleitersubstrats; Bilden eines Isolationsgrabens auf einer rückseitigen Oberfläche eines Halbleitersubstrats, wobei der Isolationsgraben jeden der Fotodetektoren seitlich umgibt; Aufbringen einer dielektrischen Auskleidung über der rückseitigen Oberfläche des Halbleitersubstrats, so dass die dielektrische Auskleidung den Isolationsgraben auskleidet; Bilden einer Pufferschicht, um einen Rests des Isolationsgrabens zu füllen, so dass sie sich nach oben bis zu einer ersten Höhe über der rückseitigen Oberfläche des Halbleitersubstrats zu erstreckt; Bilden einer Lichtabschirmungsstruktur über der Pufferschicht, so dass die Lichtabschirmungsstruktur direkt über einem ersten Fotodetektor der mehreren Fotodetektoren angeordnet ist; und Bilden einer Gitterstruktur über der Lichtabschirmungsstruktur, so dass die Gitterstruktur mehrere Gittersegmente aufweist, wobei jeder Fotodetektor zwischen benachbarten Gittersegmenten seitlich beabstandet ist.
  19. Verfahren nach Anspruch 18, wobei die Gitterstruktur ein erstes Gittersegment aufweist, das über einem ersten äußeren Rand der Lichtabschirmungsstruktur ausgerichtet ist, und ein zweites Gittersegment aufweist, das über einem zweiten äußeren Rand der Lichtabschirmungsstruktur ausgerichtet ist, wobei der erste äußere Rand gegenüber dem zweiten äußeren Rand angeordnet ist.
  20. Verfahren nach Anspruch 18 oder 19, wobei das Bilden der Lichtabschirmungsstruktur umfasst: Bilden einer Maskierungsschicht über der Pufferschicht, so dass die Maskierungsschicht gegenüberliegende Seitenwände aufweist, die eine Öffnung direkt über dem ersten Fotodetektor definieren; Strukturieren der Pufferschicht gemäß der Maskierungsschicht, dadurch Bilden einer Lichtabschirmungsöffnung innerhalb der Pufferschicht; Aufbringen einer Lichtabschirmungsschicht über der Pufferschicht, so dass die Lichtabschirmungsschicht die Lichtabschirmungsöffnung füllt; und Durchführen eines Planarisierungsprozesses in die Lichtabschirmungsschicht, dadurch Bilden einer Lichtabschirmungsstruktur direkt über dem ersten Fotodetektor, wobei eine obere Oberfläche der Lichtabschirmungsstruktur koplanar mit einer oberen Oberfläche der Pufferschicht ist.
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