DE102021114928A1 - Gestapelte struktur für cmos-bildsensoren - Google Patents

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Dun-Nian Yaung
Jen-Cheng Liu
Wen-Chang Kuo
Sheng-Chau Chen
Feng-Chi Hung
Sheng-Chan Li
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Abstract

Einige Ausführungsformen betreffen einen Bildsensor. Der Bildsensor schließt ein Halbleitersubstrat ein, das einen Pixelbereich und einen Randbereich einschließt. Eine rückseitige Isolationsstruktur erstreckt sich in eine Rückseite des Halbleitersubstrats hinein und umgibt den Pixelbereich seitlich. Die rückseitige Isolationsstruktur schließt einen Metallkern ein und eine dielektrische Auskleidung trennt den Metallkern von dem Halbleitersubstrat. Ein leitfähiges Merkmal ist über einer Vorderseite des Halbleitersubstrats angeordnet. Eine Durchkontaktierung durch das Substrat erstreckt sich von der Rückseite des Halbleitersubstrats durch den Randbereich hindurch, um das leitfähige Merkmal zu kontaktieren. Die Durchkontaktierung durch das Substrat ist seitlich von der rückseitigen Isolationsstruktur versetzt. Eine elektrisch leitfähige Brücke ist unter der Rückseite des Halbleitersubstrats angeordnet und koppelt den Metallkern der rückseitigen Isolationsstruktur elektrisch mit der Durchkontaktierung durch das Substrat.

Description

  • VERWEIS AUF VERWANDTE ANMELDUNG
  • Diese Anmeldung beansprucht die Priorität der vorläufigen US-Anmeldung Nr. 63/142,029 , eingereicht am 27. Januar 2021, deren Inhalt hiermit durch Bezugnahme in ihrer Gesamtheit aufgenommen wird.
  • HINTERGRUND
  • Integrierte Schaltungen (ICs - Integrated circuits) mit Bildsensoren werden in einer großen Vielfalt von modernen elektronischen Vorrichtungen wie Kameras und Mobiltelefonen verwendet. Bauelement in komplementärem Metall-Oxid-Halbleiter (CMOS - complementary metal-oxide semiconductor) sind zu populären IC-Bildsensoren geworden. CMOS-Bildsensoren sind aufgrund niedrigen Energieverbrauchs, geringer Größe, schneller Datenverarbeitung, einer direkten Datenausgabe und niedrigen Herstellungskosten gegenüber ladungsgekoppelten Bauelementen (CCDs - charge-coupled devices) zunehmend beliebt. Mit dem Schrumpfen der Größe von ICs sind die kleinen Pixelgrößen in CMOS-Bauelementen wünschenswert. Mit kleineren Pixelgrößen kann Übersprechen zwischen Pixeln ein Problem werden, wobei einzigartige Lösungen die Leistung für kleine CMOS-Pixelgrößen verbessern können.
  • Figurenliste
  • Aspekte der vorliegenden Offenbarung werden am besten anhand der folgenden detaillierten Beschreibung verständlich, wenn diese in Verbindung mit den beigefügten Figuren gelesen wird. Es sei angemerkt, dass entsprechend der üblichen Branchenpraxis verschiedene Merkmale nicht maßstabsgetreu gezeichnet sind. Tatsächlich können die Abmessungen der verschiedenen Merkmale zur Klarheit der Diskussion beliebig vergrößert oder verkleinert sein.
    • 1 veranschaulicht eine Querschnittsansicht einiger Ausführungsformen eines Bildsensors, der eine Schaltung für negative Vorspannung, die mit einem Randbereich gekoppelt ist, einschließt, die dazu eingerichtet ist, einen Pixelarraybereich negativ vorzuspannen.
    • 2 veranschaulicht eine Draufsicht einiger Ausführungsformen des Bildsensors von 1, wie durch Schnittlinien A-A' und B-B' in 1 und 2 angegeben.
    • 3 veranschaulicht eine Draufsicht einiger Ausführungsformen des Bildsensors von 1, wie durch Schnittlinien C-C' und D-D' in 1 und 3 angegeben.
    • 4A veranschaulicht eine Querschnittsansicht einiger Ausführungsformen eines Bildsensors, der eine versetzte rückseitige leitfähige Leiterbahn einschließt.
    • 4B veranschaulicht eine Querschnittsansicht einiger Ausführungsformen eines Bildsensors, der eine unregelmäßige dielektrische Schicht einschließt.
    • 4C veranschaulicht eine Querschnittsansicht einiger Ausführungsformen eines Bildsensors, der eine versetzte rückseitige leitfähige Leiterbahn und eine unregelmäßige dielektrische Schicht einschließt.
    • 5 veranschaulicht eine Draufsicht einiger Ausführungsformen des Bildsensors von 4A, wie durch Schnittlinien C-C' und D-D' von 4A und 5 angegeben.
    • 6A veranschaulicht eine Querschnittsansicht einiger Ausführungsformen eines Bildsensors, der eine Trennschicht einschließt.
    • 6B veranschaulicht eine Querschnittsansicht einiger Ausführungsformen eines Bildsensors, der eine Trennschicht und eine rückseitige Trennleiterbahn einschließt.
    • 7 veranschaulicht eine Draufsicht einiger Ausführungsformen des Bildsensors von 6A, wie durch Schnittlinien C-C' und D-D' von 6A und 7 angegeben.
    • 8 und 9 veranschaulichen Draufsichten alternativer Ausführungsformen des Bildsensors von 1, 5 und 6, die unterschiedliche mögliche Versätze der rückseitigen leitfähigen Leiterbahn relativ zu dem Metallkern veranschaulichen.
    • 10 veranschaulicht eine Querschnittsansicht einiger Ausführungsformen eines Bildsensors, die eine Detailansicht eines Fotodetektors einschließt.
    • 11 bis 29 veranschaulichen Querschnitts- und Draufsichten einiger Ausführungsformen eines Verfahrens zum Bilden eines Bildsensors mit einer Schaltung für negative Vorspannung, die mit einem Randbereich gekoppelt ist, die dazu eingerichtet ist, einen Pixelarraybereich negativ vorzuspannen.
    • 30 veranschaulicht ein Flussdiagramm einiger Ausführungsformen eines Verfahrens zum Bilden eines Bildsensors, der eine Schaltung für negative Vorspannung, die mit einem Randbereich gekoppelt ist, einschließt, die dazu eingerichtet ist, einen Pixelarraybereich negativ vorzuspannen.
  • DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
  • Die folgende Offenbarung stellt viele unterschiedliche Ausführungsformen bzw. Ausführungsbeispiele zum Implementieren unterschiedlicher Merkmale des bereitgestellten Gegenstands bereit. Um die vorliegende Offenbarung zu vereinfachen, werden nachstehend konkrete Beispiele für Komponenten und Anordnungen beschrieben. Diese sind natürlich lediglich Beispiele und sollen nicht einschränkend sein. Zum Beispiel kann die Bildung eines ersten Merkmals über oder auf einem zweiten Merkmal in der folgenden Beschreibung Ausführungsformen einschließen, in denen das erste und zweite Merkmal in direktem Kontakt gebildet werden, und auch Ausführungsformen einschließen, in denen zusätzliche Merkmale derart zwischen dem ersten und dem zweiten Merkmal gebildet werden können, dass das erste und das zweite Merkmal möglicherweise nicht in direktem Kontakt sind. Außerdem kann die vorliegende Offenbarung in den verschiedenen Beispielen Bezugszeichen und/oder Buchstaben wiederholen. Diese Wiederholung dient der Einfachheit und Klarheit und gibt an sich keine Beziehung zwischen den verschiedenen erörterten Ausführungsformen und/oder Ausgestaltungen vor.
  • Ferner können räumlich relative Begriffe wie „unter“, „unterhalb“, „untere/r/s“, „oberhalb“, „obere/r/s“ und dergleichen hier zur Vereinfachung der Beschreibung verwendet werden, um die Beziehung eines Elementes oder Merkmals zu einem anderen Element (anderen Elementen) oder Merkmal(en), wie in den Figuren veranschaulicht, zu beschreiben. Die räumlich relativen Begriffe sollen zusätzlich zu der in den Figuren gezeigten Ausrichtung unterschiedliche Ausrichtungen des Bauelements im Gebrauch oder Betrieb umfassen. Der Gegenstand kann anders ausgerichtet sein (um 90 Grad gedreht oder in anderen Ausrichtungen), und die vorliegend verwendeten räumlich relativen Beschreibungen können ebenso entsprechend interpretiert werden.
  • Einige Bildsensoren schließen ein Halbleitersubstrat mit dem Array von Fotodetektoren und eine rückseitige Isolationsstruktur ein, die innerhalb des Halbleitersubstrats angebracht ist. Die rückseitige Isolationsstruktur bildet ein Isolationsgitter, das aus quadratförmigen oder ringförmigen Gittersegmenten besteht, deren äußere Kanten aneinander angrenzen, um das Isolationsgitter auszumachen. Jedes Gittersegment umgibt seitlich einen oder mehrere Fotodetektoren in dem Fotodetektorarray und reduziert Übersprechen zwischen dem einen oder den mehreren Fotodetektoren und angrenzenden Fotodetektoren. Somit reduziert die rückseitige Isolationsstruktur Übersprechen, indem verhindert wird, dass zu einem ersten Fotodetektor des Arrays von Fotodetektoren gelenkte Photonen zu einem zweiten Fotodetektor des Arrays von Fotodetektoren wandern und von diesem absorbiert/erfasst werden. Wenn jedoch die Größe der zugeordneten Fotodetektoren und Isolationsgitter reduziert wird, kann das Übersprechen zwischen Fotodetektoren zunehmen und die Quanteneffizienz der Fotodetektoren kann abnehmen.
  • Ein Ansatz zum Verbessern der Leistung von Bildsensoren mit reduzierten Isolationsgittergrößen besteht darin, eine rückseitige Isolationsstruktur in einem Pixelarraybereich negativ vorzuspannen. In einigen Ausführungsformen kann der Bildsensor mit dem Pixelarraybereich gebildet werden, der die Fotodetektoren und die rückseitige Isolationsstruktur umfasst, sowie mit einem Randbereich, der eine Schaltung für negative Vorspannung umfasst, die mit der rückseitigen Isolationsstruktur gekoppelt ist. Daher schließt der Bildsensor eine Durchkontaktierung durch das Substrat ein, die seitlich von der rückseitigen Isolationsstruktur versetzt ist und sich durch eine Rückseite des Halbleitersubstrats in dem Randbereich hindurch erstreckt. Ein leitfähiges Merkmal ist über einer Vorderseite des Halbleitersubstrats angeordnet, wobei es die Durchkontaktierung durch das Substrat kontaktiert. Eine rückseitige Verbindungsstruktur, die innerhalb des Halbleitersubstrats angeordnet ist, erstreckt sich sowohl über den Pixelarraybereich als auch den Randbereich und ist elektrisch mit der rückseitigen Isolationsstruktur gekoppelt. Eine leitfähige Brücke, die unter der Rückseite des Halbleitersubstrats angeordnet ist, koppelt die rückseitige Isolationsstruktur elektrisch mit der Durchkontaktierung durch das Substrat. Eine Schaltung für negative Vorspannung ist mit dem leitfähigen Merkmal und dem Halbleitersubstrat gekoppelt und ist dazu eingerichtet, durch das leitfähige Merkmal hindurch eine negative Vorspannung an die rückseitige Isolationsstruktur anzulegen.
  • Wenn eine negative Vorspannung an die rückseitige Isolationsstruktur angelegt wird, wird relativ zu einer Konfiguration ohne Vorspannung eine Anzahl an Elektronenlöchern angrenzend an die rückseitige Isolationsstruktur innerhalb des Halbleitersubstrats reduziert. Dementsprechend wird die elektrische Leitfähigkeit des Halbleitersubstrats auf gegenüberliegenden Seiten der rückseitigen Isolationsstruktur für die Konfiguration mit negativer Vorspannung relativ zu der Konfiguration ohne Vorspannung reduziert. Die Reduzierung in elektrischer Leitfähigkeit kann in verringertem Übersprechen zwischen Fotodetektoren und einer Erhöhung der Quanteneffizienz der Fotodetektoren resultieren. Die Erfassungsleistung des Bildsensors wird verbessert und die Zuverlässigkeit und/oder eine Genauigkeit von von dem Bildsensor produzierten Bildern wird verbessert.
  • 1 veranschaulicht eine Querschnittsansicht einiger Ausführungsformen eines Bildsensors 100, der eine Schaltung für negative Vorspannung 134, die mit einem Randbereich 138 des Bildsensors gekoppelt ist, einschließt. Die Schaltung für negative Vorspannung 134 ist dazu eingerichtet, einen Pixelarraybereich 135 des Bildsensors negativ vorzuspannen.
  • Der Bildsensor 100 umfasst ein Halbleitersubstrat 110, das einen Pixelarraybereich 135 einschließt, der mindestens einen Pixelbereich 136 und einen Randbereich 138 einschließt, der seitlich von dem Pixelarraybereich 135 versetzt ist. In einigen Ausführungsformen umfasst das Halbleitersubstrat 110 einen Halbleiterkörper beliebigen Typs (z. B. monokristallines Massen-Silizium/CMOS, Siliziumgermanium (SeGe), Silizium-auf-Isolator (SOI) usw.) und/oder weist einen ersten Dotierungstyp (z. B. Dotierung vom p-Typ) auf. Eine erste dielektrische Schicht 102 ist über einer Vorderseite des Halbleitersubstrats 110 angeordnet. Eine zweite dielektrische Schicht 106 trennt die erste dielektrische Schicht 102 von dem Halbleitersubstrat 110. Eine dritte dielektrische Schicht 116 ist über einer Rückseite des Halbleitersubstrats 110 angeordnet. Die erste, zweite und dritte dielektrische Schicht 102, 106, 116 können zum Beispiel ein Oxid wie Siliziumdioxid, Tantaloxid, ein Dielektrikum, ein Dielektrikum mit niedrigem k-Wert, ein anderes geeignetes Oxid oder Dielektrikum sein oder umfassen.
  • Fotodetektoren 112 sind in dem Halbleitersubstrat 110 zwischen der zweiten dielektrischen Schicht 106 und der dritten dielektrischen Schicht 116 angeordnet. Die Fotodetektoren 112 sind dazu eingerichtet, elektromagnetische Strahlung (z. B. Photonen) in elektrische Signale umzuwandeln. Zum Beispiel können die Fotodetektoren 112 Elektronen-Loch-Paare aus der elektromagnetischen Strahlung generieren. Die Fotodetektoren 112 umfassen einen zweiten Dotierungstyp (z. B. eine Dotierung vom n-Typ), der dem ersten Dotierungstyp gegenüberliegt. In einigen Ausführungsformen ist der erste Dotierungstyp vom p-Typ und der zweite Dotierungstyp ist vom n-Typ oder umgekehrt.
  • Die rückseitige Isolationsstruktur 115 erstreckt sich in eine Rückseite des Halbleitersubstrats 110 hinein und umgibt den Pixelarraybereich 135 und einzelne Pixelbereiche innerhalb des Pixelarraybereichs 135 seitlich. Die rückseitige Isolationsstruktur 115 umfasst eine erste dielektrische Auskleidung 114, einen Metallkern 124 und eine zweite dielektrische Auskleidung 118, die die erste dielektrische Auskleidung 114 von dem Metallkern 124 trennt. Die erste dielektrische Auskleidung 114 kontaktiert Seitenwände des Halbleitersubstrats 110. Der Metallkern 124 und die zweite dielektrische Auskleidung 118 erstrecken sich ferner durch die dritte dielektrische Schicht 116 hindurch. Die zweite dielektrische Auskleidung 118 erstreckt sich entlang Seitenwänden und einer vorderseitigen Oberfläche des Metallkerns 124 und erstreckt sich ferner durch eine Rückseite des Halbleitersubstrats 110 hindurch zu einer rückseitigen Oberfläche der dritten dielektrischen Schicht 116. Die erste dielektrische Auskleidung 114 erstreckt sich entlang Seitenwänden und einer vorderseitigen Oberfläche der zweiten dielektrischen Auskleidung 118 und erstreckt sich ferner durch das Halbleitersubstrat 110 hindurch zu einer rückseitigen Oberfläche des Halbleitersubstrats 110. Die erste dielektrische Auskleidung 114 und die zweite dielektrische Auskleidung 118 können zum Beispiel ein Oxid, ein Metalloxid, Aluminiumoxid, Hafniumoxid, ein Dielektrikum mit hohem k-Wert, ein Dielektrikum mit niedrigem k-Wert oder dergleichen sein oder umfassen.
  • Eine Oberseite der rückseitigen Isolationsstruktur 115 ist von der Vorderseite des Halbleitersubstrats durch eine Struktur in flacher Grabenisolation (STI) 108 getrennt. Die STI-Strukturen 108 erstreckt sich über eine oberseitige Oberfläche der ersten dielektrischen Auskleidung 114 und erstrecken sich kontinuierlich entlang gegenüberliegenden Seitenwänden der ersten dielektrischen Auskleidung 114. Die STI-Struktur 108 kann zum Beispiel ein dielektrisches Material, (z. B. Siliziumdioxid), ein Dielektrikum mit niedrigem k-Wert oder dergleichen sein oder umfassen.
  • In der zweiten dielektrischen Schicht 106 ist ein Halbleiterbauelement 104 angeordnet, ragt in die Vorderseite des Halbleitersubstrats 110 hinein und koppelt an den Fotodetektor 112. In einigen Ausführungsformen kann das Halbleiterbauelement 104 zum Beispiel ein Transfertransistor sein. Eine Gate-Elektrode 152 ist über einer Vorderseite des Halbleitersubstrats 110 angeordnet und ein Gate-Dielektrikum 150 trennt die Gate-Elektrode 152 von dem Halbleitersubstrat 110. Das Halbleiterbauelement 104 kann selektiv einen leitfähigen Kanal zwischen dem Fotodetektor 112 und einem Source-/Drain-Bereich 151 bilden, der einem schwebenden Diffusionsknoten entspricht, um angesammelte Ladung (z. B. durch Absorbieren von einfallender Strahlung) von dem Fotodetektor 112 zu Source-/Drain 151 zu übertragen. In einigen Ausführungsformen kann die Gate-Elektrode 152 zum Beispiel Polysilizium, Aluminium, Kupfer oder dergleichen umfassen. In weiteren Ausführungsformen kann das Gate-Dielektrikum 150 zum Beispiel ein Oxid, ein Dielektrikum mit hohem k-Wert oder dergleichen umfassen.
  • Eine Farbfilterschicht 120 ist auf einer Rückseite der zweiten dielektrischen Schicht 118 angeordnet, und eine vierte dielektrische Schicht 122 ist auf einer Rückseite einer Farbfilterschicht 120 angeordnet. Eine Vielzahl von Mikrolinsen 144 ist auf einer Rückseite der vierten dielektrischen Schicht 122 angeordnet. Die vierte dielektrische Schicht 122 kann zum Beispiel ein Dielektrikum, wie ein Dielektrikum mit niedrigem k-Wert oder Siliziumdioxid, sein. Die Vielzahl von Mikrolinsen kann zum Beispiel ein Mikrolinsenmaterial wie Glas sein.
  • Eine Durchkontaktierung durch das Substrat 130 ist seitlich von der rückseitigen Isolationsstruktur 115 innerhalb des Randbereichs 138 versetzt und erstreckt sich durch eine Rückseite der dritten dielektrischen Schicht 116, der zweiten dielektrischen Auskleidung 118, der ersten dielektrischen Auskleidung 114, des Halbleitersubstrats 110, der zweiten dielektrischen Schicht 106 hindurch und in die erste dielektrische Schicht 102 hinein. Eine Struktur in flacher Grabenisolation (STI) für Durchkontaktierung 148 erstreckt sich von der rückseitigen Oberfläche der zweiten dielektrischen Schicht 106 in das Halbleitersubstrat 110 hinein und umgibt die Durchkontaktierung durch das Substrat 130 seitlich. Eine durchgehende dielektrische Auskleidung 132 erstreckt sich entlang äußeren Seitenwänden der Durchkontaktierung durch das Substrat von unterhalb einer Rückseite der dritten dielektrischen Schicht 116 durch das Halbleitersubstrat 110 hindurch und in die Durchkontaktierung-STI-Struktur 148 hinein. Ein leitfähiges Merkmal 126 ist innerhalb der ersten dielektrischen Schicht 102 angeordnet und über einer Vorderseite der zweiten dielektrischen Schicht 106 angeordnet. Das leitfähige Merkmal 126 kontaktiert ferner die Durchkontaktierung durch das Substrat 130. Die durchgehende dielektrische Auskleidung 132 kann zum Beispiel ein Oxid, ein Metalloxid, Aluminiumoxid, Hafniumoxid, ein Dielektrikum mit hohem k-Wert, ein Dielektrikum mit niedrigem k-Wert oder dergleichen sein oder umfassen.
  • Die Durchkontaktierung durch das Substrat 130 ist durch einen Verbindungsmetallkern 128 und eine leitfähige Brücke 142 hindurch elektrisch mit dem Metallkern 124 gekoppelt. Somit ist das leitfähige Merkmal 126 durch die Durchkontaktierung durch das Substrat 130 hindurch elektrisch mit dem Metallkern 124 gekoppelt. Kurz Bezug nehmend auf 2 (die eine Draufsicht des Bildsensors von 1 veranschaulicht), erstreckt sich der Verbindungsmetallkern 128 von dem Metallkern 124 des Pixelarraybereichs 135 zu dem Randbereich 138. Daher ist der Verbindungsmetallkern 128 elektrisch mit dem Metallkern 124 gekoppelt. Ferner können der Verbindungsmetallkern 128, die erste dielektrische Auskleidung 114, und die zweite dielektrische Auskleidung, die in dem Randbereich angeordnet sind, als eine rückseitige Verbindungsstruktur 117 bezeichnet werden, die mit der rückseitigen Isolationsstruktur 115 koppelt. Die leitfähige Brücke 142 ist entlang einer rückseitigen Oberfläche des Verbindungsmetallkerns 128 und einer rückseitigen Oberfläche der Durchkontaktierung durch das Substrat 130 angeordnet. Die Durchkontaktierung durch das Substrat 130, der Metallkern 124, das leitfähige Merkmal 126, die rückseitige leitfähige Leiterbahn 140 und die leitfähige Brücke 142 können zum Beispiel Aluminium, Kupfer, Aluminium-Kupfer, Wolfram oder dergleichen sein oder umfassen. Wie in der Draufsicht 200 zu sehen, sind die Fotodetektoren 112 innerhalb des Halbleitersubstrats 110 und zwischen Seitenwänden des Metallkerns 124 angeordnet, um eine Isolationszelle 202 zu erzeugen. Somit ist der Metallkern 124 als Isolationsgitter angeordnet, in dem Gittersegmente jeweilige Fotodetektoren 112 umgeben. Das Isolationsgitter besteht aus quadratförmigen oder ringförmigen Gittersegmenten, deren äußere Kanten aneinander angrenzen, um das Isolationsgitter auszumachen.
  • Wieder Bezug nehmend auf 1 ist eine Schaltung für negative Vorspannung 134 elektrisch mit dem leitfähigen Merkmal 126 und dem Halbleitersubstrat 110 gekoppelt. Die Schaltung für negative Vorspannung 134 ist dazu eingerichtet, mittels des leitfähigen Merkmals 126, der Durchkontaktierung durch das Substrat 130, der leitfähigen Brücke 142 und des Verbindungsmetallkerns 128 eine negative Vorspannung an den Metallkern 124 anzulegen. In einigen Ausführungsformen reicht die negative Vorspannung von annäherungsweise -0,01 V bis -10 V.
  • Eine Anzahl von Elektronenlochlöchern 146 sind innerhalb des Halbleitersubstrats 110 angrenzend an die rückseitige Isolationsstruktur 115 angeordnet. In einigen Ausführungsformen kann der Bildsensor 100 zwischen Belichtungsperioden zwischen unterschiedlichen Vorspannungszuständen übergehen. Daher kann der Bildsensor 100 dazu eingerichtet sein, zu unterschiedlichen Zeiten einen oder mehrere unterschiedliche Vorspannungszustände anzulegen, einschließlich eines Zustands ohne Vorspannung und eines Zustands negativer Vorspannung. Wenn eine negative Vorspannung angelegt wird, resultiert der Zustand negativer Vorspannung in einer ersten Anzahl von Elektronenlochlöchern 146, die kleiner ist als eine zweite Anzahl von Elektronenlochlöchern, die daraus resultiert, das der Zustand ohne Vorspannung angelegt wird. Die Reduzierung in der Anzahl von Elektronenlochlöchern 146 als Ergebnis des Zustands negativer Vorspannung relativ zu dem Zustand ohne Vorspannung resultiert in einer Reduzierung der elektrischen Leitfähigkeit des Halbleitersubstrats an gegenüberliegenden Seiten der rückseitigen Isolationsstruktur innerhalb des Halbleitersubstrats 110. Desgleichen ist der elektrische Widerstand zwischen den Fotodetektoren 112 für den Zustand negativer Vorspannung relativ zu dem Zustand ohne Vorspannung erhöht.
  • Als Ergebnis, dass die Schaltung für negative Vorspannung 134 dazu eingerichtet ist, eine negative Vorspannung an den Metallkern 124 anzulegen, wird Übersprechen zwischen benachbarten Fotodetektoren 112 reduziert und die Quanteneffizienz der Fotodetektoren 112 wird erhöht. Dementsprechend wird die Erfassungsleistung des Bildsensors 100 verbessert und die Zuverlässigkeit und/oder Genauigkeit von von dem Bildsensor 100 produzierten Bildern wird verbessert.
  • 3 veranschaulicht eine Draufsicht 300 von einigen Ausführungsformen des Bildsensors von 1, wie durch Schnittlinien A-A' und C-C' in 1 und 3 angegeben. Wie in Draufsicht 300 zu sehen, ist eine rückseitige leitfähige Leiterbahn 140 als rückseitiges Metallgitter angebracht, das innerhalb einer Farbfilterschicht 120 angeordnet ist. Das rückseitige Metallgitter besteht aus quadratförmigen oder ringförmigen Gittersegmenten, deren äußere Kanten aneinander angrenzen, um das rückseitige Metallgitter auszumachen. Die Farbfilterschicht 120 ist dazu eingerichtet, einen ersten Frequenzbereich der elektromagnetischen Strahlung zu blockieren, während ein zweiter Frequenzbereich der elektromagnetischen Strahlung zu den darunterliegenden Fotodetektoren 112 durchgelassen wird. Die Farbfilterschicht 120 kann zum Beispiel ein farbstoffbasiertes oder pigmentbasiertes Polymer oder Harz zum Filtern einer spezifizierten Wellenlänge von einfallender Strahlung, die einem Farbspektrum (z. B. Rot, Grün, Blau) entspricht, oder ein Material umfassen, das die Transmission der elektromagnetischen Strahlung mit einem spezifischen Frequenzbereich ermöglicht, während elektromagnetische Strahlung von Frequenzen außerhalb des spezifizierten Frequenzbereichs von Transmission blockiert wird. Die rückseitige leitfähige Leiterbahn 140 ist entlang einer Rückseite des Metallkerns 124 angeordnet (siehe 1), und eine Mitte der rückseitigen leitfähigen Leiterbahn 140 ist mit einer Mitte des Metallkerns 124 ausgerichtet (siehe 1).
  • 4A veranschaulicht eine Querschnittsansicht einiger Ausführungsformen eines Bildsensors 400a, der eine versetzte rückseitige leitfähige Leiterbahn 140 einschließt. Bildsensor 400a zeigt eine alternative Ausführungsform hinsichtlich eines Versatzes der rückseitigen leitfähigen Leiterbahn 140 relativ zu dem Metallkern 124 (siehe Versatz 401). Somit, wie durch Versatz 401 gezeigt, sind in 4A Seitenwände des Metallkerns 124 von Seitenwänden der rückseitigen leitfähigen Leiterbahn 140 versetzt, während in 1 leitfähige Leiterbahn 140 und Metallkern 124 ausgerichtet waren. Bildsensor 400a teilt die gleiche Beschreibung für alle der in 1 beschriebenen Ausführungsformen, mit Ausnahme der rückseitigen leitfähigen Leiterbahn 140. Einige Merkmale von 1 werden zur einfacheren Veranschaulichung in 4A weggelassen.
  • In dem Bildsensor 400a ist eine rückseitige leitfähige Leiterbahn 140 innerhalb einer Farbfilterschicht 120 angeordnet und entlang einer Rückseite des Metallkerns 124 angeordnet und von dem Metallkern 124 versetzt ausgerichtet. Die rückseitige leitfähige Leiterbahn 140 überlappt mit einer rückseitigen Oberfläche der zweiten dielektrischen Auskleidung 118, wobei sich eine Oberfläche der rückseitigen leitfähigen Leiterbahn 140 kontinuierlich von der zweiten dielektrischen Auskleidung 118 zu dem Metallkern 124 spannt.
  • 4B veranschaulicht eine Querschnittsansicht einiger Ausführungsformen eines Bildsensors 400b, der eine unregelmäßige dielektrische Schicht 402 einschließt. Bildsensor 400b zeigt eine alternative Ausführungsform hinsichtlich einer unregelmäßigen dielektrischen Schicht 402, die in äußere Seitenwände der rückseitigen leitfähigen Leiterbahn 140 hineinragt. Bildsensor 400b teilt die gleiche Beschreibung für alle der in 1 beschriebenen Ausführungsformen, mit Ausnahme der rückseitigen leitfähigen Leiterbahn 140 und der unregelmäßigen dielektrischen Schicht 402. Einige Merkmale von 1 werden zur einfacheren Veranschaulichung in 4B weggelassen.
  • In dem Bildsensor 400b ist eine rückseitige leitfähige Leiterbahn 140 innerhalb einer Farbfilterschicht 120 angeordnet und entlang einer rückseitigen Oberfläche des Metallkerns 124 angeordnet und mit dem Metallkern 124 ausgerichtet. Eine unregelmäßige dielektrische Schicht 402 ist entlang einer Rückseite der zweiten dielektrischen Auskleidung 118 angeordnet und ragt in gegenüberliegende Seitenwände der rückseitigen leitfähigen Leiterbahn 140 hinein. Abschnitte der unregelmäßigen dielektrischen Schicht 402, die in die rückseitige leitfähige Leiterbahn 140 hineinragen, schließen eine unregelmäßige Seitenwand mit einer Reihe von gekrümmten Formen 404 ein. Ferner erstrecken sich die Abschnitte der unregelmäßigen dielektrischen Schicht 402 in Richtung einer Rückseite der rückseitigen leitfähigen Leiterbahn 140, wobei ein durch die leitfähige Leiterbahn 140 begrenzter erster Bereich der unregelmäßigen dielektrischen Schicht 402 eine erste Dicke aufweist, die dicker ist als ein zweiter Bereich der unregelmäßigen dielektrischen Schicht 402, die an die rückseitige leitfähige Leiterbahn 140 angrenzend ist. Die unregelmäßige dielektrische Schicht 402 kann zum Beispiel ein Oxid, ein Metalloxid, Aluminiumoxid, Hafniumoxid, ein Dielektrikum mit hohem k-Wert oder dergleichen sein oder umfassen. Die unregelmäßige dielektrische Schicht 402 kann zum Beispiel einen Dickenbereich von 400 bis 900 Angström aufweisen.
  • 4C veranschaulicht eine Querschnittsansicht einiger Ausführungsformen eines Bildsensors 400c, der eine versetzte rückseitige leitfähige Leiterbahn 140 und eine unregelmäßige dielektrische Schicht 402 einschließt. Bildsensor 400c zeigt eine alternative Ausführungsform hinsichtlich einer versetzten rückseitigen leitfähigen Leiterbahn 140, die auf einer rückseitigen Oberfläche einer unregelmäßigen dielektrischen Schicht 402 angeordnet ist. Bildsensor 400c teilt die gleiche Beschreibung für alle der in 1 beschriebenen Ausführungsformen, mit Ausnahme der rückseitigen leitfähigen Leiterbahn 140, des Metallkerns 124 und der unregelmäßigen dielektrischen Schicht 402. Einige Merkmale von 1 werden zur einfacheren Veranschaulichung in 4C weggelassen.
  • In dem Bildsensor 400c ist eine unregelmäßige dielektrische Schicht 402 entlang einer rückseitigen Oberfläche der zweiten dielektrischen Auskleidung 118 und einer rückseitigen Oberfläche des Metallkerns 124 angeordnet. Der Metallkern 124 erstreckt sich von einer ersten rückseitigen Oberfläche der dielektrischen Auskleidung 118 bis unterhalb einer zweiten rückseitigen Oberfläche der dielektrischen Auskleidung 118. Der Metallkern 124 ragt in die unregelmäßige dielektrische Schicht 402 hinein, so dass eine vorderseitige Oberfläche der unregelmäßigen dielektrischen Schicht 402 eine unregelmäßige Oberfläche mit einer Reihe von gekrümmten Formen einschließt. Die unregelmäßige dielektrische Schicht 402 in 4C trennt den Metallkern 124 von der rückseitigen leitfähigen Leiterbahn 140. Die Farbfilterschicht 120 ist entlang einer rückseitigen Oberfläche der unregelmäßigen dielektrischen Schicht 402 angeordnet. Eine rückseitige leitfähige Leiterbahn 140 ist innerhalb der Farbfilterschicht 120 und entlang einer rückseitigen Oberfläche der unregelmäßigen dielektrischen Schicht 402 angeordnet. Die rückseitige leitfähige Leiterbahn 140 ist von dem Metallkern 124 versetzt ausgerichtet. Die rückseitige leitfähige Leiterbahn 140 überlappt mit einer rückseitigen Oberfläche der zweiten dielektrischen Auskleidung 118, wobei sich eine Oberfläche der rückseitigen leitfähigen Leiterbahn 140 kontinuierlich von der zweiten dielektrischen Auskleidung 118 zu dem Metallkern 124 spannt. Die unregelmäßige dielektrische Schicht 402 kann zum Beispiel ein Oxid, ein Metalloxid, Aluminiumoxid, Hafniumoxid, ein Dielektrikum mit hohem k-Wert oder dergleichen sein oder umfassen. Die unregelmäßige dielektrische Schicht 402 kann zum Beispiel einen Dickenbereich von 200 bis 350 Angström aufweisen.
  • 5 veranschaulicht eine Draufsicht 500 von einigen Ausführungsformen des Bildsensors 400a von 4A, wie durch Schnittlinien C-C' und D-D' von 4A und 5 angegeben.
  • Wie in der Draufsicht 500 zu sehen, ist der Metallkern 124 als Isolationsgitter angebracht, und die rückseitige leitfähige Leiterbahn 140 ist als rückseitiges Metallgitter angebracht. Zur einfacheren Veranschaulichung wird die Farbfilterschicht 120 von 4A weggelassen, um die versetzte Ausrichtung der rückseitigen leitfähigen Leiterbahn 140 relativ zu dem Metallkern 124 zu zeigen. Vertikale Merkmale des rückseitigen Metallgitters sind von vertikalen Merkmalen des Isolationsgitter nach links versetzt. Horizontale Merkmale des rückseitigen Metallgitters sind unterhalb horizontaler Merkmale des Isolationsgitters versetzt.
  • 6A veranschaulicht eine Querschnittsansicht einiger Ausführungsformen eines Bildsensors 600a, der eine Trennschicht 602 einschließt. Bildsensor 600a zeigt eine alternative Ausführungsform hinsichtlich einer Trennschicht 602, die eine rückseitige leitfähige Leiterbahn 140 von einem Metallkern 124 trennt. Bildsensor 600a teilt die gleiche Beschreibung für alle der in 1 beschriebenen Ausführungsformen, mit Ausnahme der rückseitigen leitfähigen Leiterbahn 140, Farbfilterschicht 120, der Trennschicht 602 und der leitfähigen Brücke 142. Einige Merkmale von 1 werden zur einfacheren Veranschaulichung in 6A weggelassen.
  • In dem Bildsensor 600a ist eine Trennschicht 602 entlang einer Rückseite des Metallkerns 124 und entlang einer rückseitigen Oberfläche der zweiten dielektrischen Auskleidung 118 in einem Pixelarraybereich 135 angeordnet. Außerdem ist die Trennschicht 602 entlang der zweiten dielektrischen Auskleidung 118, entlang einer rückseitigen Oberfläche eines Verbindungsmetallkerns 128, entlang einer rückseitigen Oberfläche einer durchgehenden dielektrischen Auskleidung 132 und entlang einer rückseitigen Oberfläche von Durchkontaktierung durch das Substrat 130 in einem Randbereich 138 angeordnet. Die Trennschicht 602 kann zum Beispiel ein Oxid, ein Metalloxid, Aluminiumoxid, Hafniumoxid, ein Dielektrikum mit hohem k-Wert, ein Dielektrikum mit niedrigem k-Wert oder dergleichen sein oder umfassen. Eine Farbfilterschicht 120 ist entlang einer Rückseite der Trennschicht 602 in dem Pixelbereich angeordnet. Eine leitfähige Brücke 142 ist entlang einer Rückseite der Trennschicht 602 in dem Randbereich 138 angeordnet. Eine rückseitige leitfähige Leiterbahn 140 ist innerhalb der Farbfilterschicht 120 angeordnet und entlang einer Rückseite der Trennschicht 602 angeordnet. In einigen Ausführungsformen ist eine Mitte der rückseitigen leitfähigen Leiterbahn 140 von einer Mitte des Metallkerns 124 versetzt. In weiteren Ausführungsformen (nicht gezeigt) ist die Mitte der rückseitigen leitfähigen Leiterbahn 140 mit der Mitte des Metallkerns 124 ausgerichtet, zum Beispiel wie in 1 gezeigt, wo die rückseitige leitfähige Leiterbahn 140 mit dem Metallkern 124 ausgerichtet ist. In einigen Ausführungsformen ist die rückseitige leitfähige Leiterbahn 140 elektrisch mit dem Metallkern 124 gekoppelt, aber in weiteren Ausführungsformen ist die rückseitige leitfähige Leiterbahn 140 elektrisch von dem Metallkern 124 isoliert.
  • 6B veranschaulicht eine Querschnittsansicht einiger Ausführungsformen eines Bildsensors 600b, der eine Trennschicht 602 und rückseitige Trennleiterbahn 604 einschließt. Bildsensor 600a zeigt eine alternative Ausführungsform hinsichtlich einer Trennschicht 602, die eine rückseitige leitfähige Leiterbahn 140 von einem Metallkern 124 trennt, und einer rückseitigen Trennleiterbahn 604, die die rückseitige leitfähige Leiterbahn 140 von dem Metallkern 124 trennt. Bildsensor 600b teilt die gleiche Beschreibung für alle der in 1 beschriebenen Ausführungsformen mit Ausnahme des Halbleitersubstrats 110, der ersten dielektrischen Auskleidung 114, der dritten dielektrischen Schicht 116, der zweiten dielektrischen Auskleidung 118, der rückseitigen leitfähigen Leiterbahn 140, der Farbfilterschicht 120, der Trennschicht 602 und der rückseitigen Trennleiterbahn 604. Einige Merkmale von 1 werden zur einfacheren Veranschaulichung in 6B weggelassen.
  • In dem Bildsensor 600b ragt die dritte dielektrische Schicht in das Halbleitersubstrat 110 hinein und trennt die zweite dielektrische Auskleidung 118 in sowohl dem Pixelarraybereich 135 als auch dem Randbereich 138 von der ersten dielektrischen Auskleidung 114. Eine Trennschicht 602 ist entlang einer rückseitigen Oberfläche des Metallkerns 124 und entlang einer rückseitigen Oberfläche der zweiten dielektrischen Auskleidung 118 in einem Pixelarraybereich 135 angeordnet. Die Trennschicht 602 kann zum Beispiel ein Oxid, ein Metalloxid, Aluminiumoxid, Hafniumoxid, ein Dielektrikum mit hohem k-Wert, ein Dielektrikum mit niedrigem k-Wert oder dergleichen sein oder umfassen. Eine Farbfilterschicht 120 ist entlang einer Rückseite der Trennschicht 602 in dem Pixelbereich angeordnet. Eine rückseitige leitfähige Leiterbahn 140 ist innerhalb der Farbfilterschicht 120 angeordnet, wobei sie mit dem Metallkern 124 ausgerichtet ist. Eine rückseitige Trennleiterbahn 604 ist entlang einer Rückseite der Trennschicht 602 angeordnet und trennt die rückseitige leitfähige Leiterbahn 140 von der Trennschicht 602. Die rückseitige Trennleiterbahn 604 kann zum Beispiel Aluminium, Kupfer, Aluminium-Kupfer, Wolfram, Titannitrid oder dergleichen sein oder umfassen. In einigen Ausführungsformen umfassen der Metallkern 124, die rückseitige Trennleiterbahn 604 und die rückseitige leitfähige Leiterbahn 140 das gleiche Material. In weiteren Ausführungsformen umfassen der Metallkern 124, die rückseitige Trennleiterbahn 604 und die rückseitige leitfähige Leiterbahn 140 unterschiedliche Materialien. Zum Beispiel ist der Metallkern 124 Aluminium-Kupfer, die rückseitige Trennleiterbahn 604 ist Titannitrid und die rückseitige leitfähige Leiterbahn 140 ist Wolfram.
  • 7 veranschaulicht eine Draufsicht 700 von einigen Ausführungsformen des Bildsensors 600a von 6A, wie durch Schnittlinien C-C' und D-D' von 6A und 7 angegeben.
  • Wie in der Draufsicht 700 zu sehen, ist der Metallkern 124 als Isolationsgitter angebracht und die rückseitige leitfähige Leiterbahn 140 ist als rückseitiges Metallgitter angebracht. Zur einfacheren Veranschaulichung wird die Farbfilterschicht 120 von 6A weggelassen, um die Trennschicht 602 zu zeigen, die entlang einer vorderseitigen Oberfläche des rückseitigen Metallgitters angeordnet ist.
  • 8 und 9 zeigen eine Draufsicht 800 bzw. eine Draufsicht 900 von alternativen Ausführungsformen der Bildsensoren 100, 400a bis 400c, 600a und 600b von 1, 4A bis 4C, 6A und 6B, die jeweils unterschiedliche mögliche Versätze der rückseitigen leitfähigen Leiterbahn 140 relativ zu dem Metallkern 124 veranschaulichen.
  • Wie in der Draufsicht 800 und Draufsicht 900 zu sehen, ist der Metallkern 124 als Isolationsgitter angebracht und die rückseitige leitfähige Leiterbahn 140 ist als rückseitiges Metallgitter angebracht. Zur einfacheren Veranschaulichung wird die Farbfilterschicht 120 von 4A und die Trennschicht 602 von 6A weggelassen, um die versetzte Ausrichtung der rückseitigen leitfähigen Leiterbahn 140 relativ zu dem Metallkern 124 zu zeigen. In Draufsicht 800 sind vertikale Merkmale des rückseitigen Metallgitters von vertikalen Merkmalen des Isolationsgitters nach links versetzt, wo es einen ersten Spalt zwischen Seitenwänden der vertikalen Merkmale des rückseitigen Metallgitters und Seitenwänden der vertikalen Merkmale des Isolationsgitters gibt. Horizontale Merkmale des rückseitigen Metallgitters sind oberhalb horizontaler Merkmale des Isolationsgitters versetzt, wo es einen zweiten Spalt zwischen Seitenwänden der horizontalen Merkmale des rückseitigen Metallgitters und Seitenwänden der horizontalen Merkmale des Isolationsgitters gibt.
  • In Draufsicht 900 sind vertikale Merkmale des rückseitigen Metallgitters von vertikalen Merkmalen des Isolationsgitters nach rechts versetzt und horizontale Merkmale des rückseitigen Metallgitters sind unterhalb vertikaler Merkmale des Isolationsgitters versetzt. Seitenwände von sowohl den horizontalen als auch vertikalen Merkmalen des rückseitigen Metallgitters überlappen mit Seitenwänden von sowohl den horizontalen als auch vertikalen Merkmalen des Isolationsgitters.
  • Draufsicht 800 und Draufsicht 900 sind hinsichtlich der Versätze zwischen dem rückseitigen Metallgitter und Isolationsgitter nicht einschränkend. In alternativen Ausführungsformen (nicht veranschaulicht) kann das rückseitige Metallgitter relativ zu dem Isolationsgitter auf weitere Weisen versetzt sein. Zum Beispiel können vertikale Merkmale des rückseitigen Metallgitters von vertikalen Merkmalen des Isolationsgitters nach rechts oder links versetzt sein. Horizontale Merkmale des rückseitigen Metallgitters können auch oberhalb oder unterhalb horizontaler Merkmale des Isolationsgitters versetzt sein. Das rückseitige Metallgitter kann relativ zu dem Isolationsgitter ausgerichtet, überlappend oder durch einen Spalt getrennt sein. Ferner kann Beziehung von vertikalen und horizontalen Merkmalen und Versatz des rückseitigen Metallgitters relativ zu dem Isolationsgitter von der räumlichen Position zwischen dem rückseitigen Metallgitter und Isolationsgitter abhängen. Zum Beispiel kann ein erster Versatz in einer Mitte des rückseitigen Metallgitters und des Isolationsgitters auftreten und ein zweiter Versatz kann an einem Rand des rückseitigen Metallgitters und Isolationsgitters auftreten. Der erste Versatz kann der in 1 abgebildete sein, wo das rückseitige Metallgitter und das Isolationsgitter ausgerichtet sind. Der zweite Versatz kann der in 8 abgebildete sein, wo die Seitenwände des rückseitigen Metallgitters und Seitenwände des Isolationsgitters durch einen Spalt getrennt sind. Ferner können unterschiedliche Bereiche des rückseitigen Metallgitters und Isolationsgitters zusätzliche Versatzszenarien oder Kombinationen von Versatzszenarien einschließen. Die alternativen Ausführungsformen von 8 und 9 können als Ergebnis von Registrierungsunterschieden im Laufe der Fertigung auftreten.
  • 10 veranschaulicht eine Querschnittsansicht einiger Ausführungsformen eines Bildsensors 1000, die eine Detailansicht eines Fotodetektors 112 einschließt. Bildsensor 1000 teilt die gleiche Beschreibung für alle der in 1 beschriebenen Ausführungsformen, mit Ausnahme alternativer Ausführungsformen hinsichtlich des Fotodetektors 112, eines Metallkerns 124 und einer STI-Struktur 108.
  • In dem Bildsensor 1000 ist unter einer Rückseite einer zweiten dielektrischen Schicht 106 ein Fotodetektor 112 angeordnet. Der Fotodetektor 112 kann als Einzelphoton-Avalanche-Diode (SPAD) eingerichtet sein. Die SPAD kann einfallende Strahlung mit sehr geringen Intensitäten (z. B. ein einzelnes Photon) detektieren. In einigen Ausführungsformen kann die SPAD zum Beispiel in einer Anwendung in direkt-TOF (D-TOF) mit Nah-IR (NIR) verwendet werden.
  • Die SPAD kann einen ersten Dotierungsbereich vom P-Typ 1004 einschließen, der auf der Rückseite der zweiten dielektrischen Schicht 106 angeordnet ist. Der Metallkern erstreckt sich in eine Rückseite eines Halbleitersubstrats (110 von 1) hinein und umgibt den ersten Dotierungsbereich vom P-Typ 1004 seitlich. Ein Implantat vom P-Typ 1002 trennt den Metallkern 124 von der zweiten dielektrischen Schicht 106. Das Implantat vom P-Typ 1002 stellt lichtempfindliche Funktionalität wieder her, die aufgrund des Fertigungsprozesses beim Bilden des Metallkerns 124 verloren gegangen sein kann. Eine STI-Struktur 108 umgibt das Implantat vom P-Typ 1002 und Abschnitte des Metallkerns 124 seitlich und erstreckt sich von einer Rückseite der zweiten dielektrischen Schicht 106.
  • Die SPAD schließt ferner einen ersten Dotierungsbereich vom N-Typ 1010, einen zweiten Dotierungsbereich vom N-Typ 1014, einen dritten Dotierungsbereich vom N-Typ 1008, einen vierten Dotierungsbereich vom N-Typ 1006 und einen zweiten Dotierungsbereich vom P-Typ 1012 ein. Dotierungsbereiche 1010, 1014, 1008, 1006, 1012 sind unter einer Rückseite der zweiten dielektrischen Schicht 106 und innerhalb des Dotierungsbereichs vom P-Typ 1004 angeordnet. Der zweite Dotierungsbereich vom N-Typ 1014 umgibt laterale Seitenwände und eine Rückseite des ersten Dotierungsbereichs vom N-Typ 1010. Der zweite Dotierungsbereich vom P-Typ 1012 ist unter einer Rückseite des zweiten Dotierungsbereichs vom N-Typ 1014 angeordnet. Der dritte Dotierungsbereich vom N-Typ 1008 umgibt laterale Seitenwände des zweiten Dotierungsbereichs vom N-Typ 1014 und laterale Seitenwände des zweiten Dotierungsbereichs vom P-Typ 1012. Der vierte Dotierungsbereich vom N-Typ 1006 umgibt laterale Seitenwände des dritten Dotierungsbereichs vom N-Typ 1008.
  • Die Dotierungsbereiche vom N-Typ 1010, 1014, 1008, 1006 können unterschiedliche Dotierungskonzentrationen umfassen. Zum Beispiel ist eine Dotierungskonzentration des ersten Dotierungsbereich vom N-Typ 1010 höher als eine Dotierungskonzentration des zweiten Dotierungsbereichs vom N-Typ 1014. Die Dotierungskonzentration des zweiten Dotierungsbereichs vom N-Typ 1014 ist höher als eine Dotierungskonzentration des dritten Dotierungsbereichs vom N-Typ 1008. Die Dotierungskonzentration der dritten Dotierungsbereichs vom N-Typ 1008 ist höher als eine Dotierungskonzentration des vierten Dotierungsbereichs vom N-Typ 1006. Die Dotierungsbereiche vom N-Typ 1010, 1014, 1008, 1006 können zum Beispiel eine Dotierungskonzentration umfassen, die von 1010 bis 1018 Atome/cm3 reicht. Eine Dotierungskonzentration des zweiten Dotierungsbereichs vom P-Typ 1012 kann höher sein als eine Dotierungskonzentration des ersten Dotierungsbereichs vom P-Typ 1004. Die Dotierungsbereiche vom P-Typ 1004, 1012 können zum Beispiel eine Dotierungskonzentration umfassen, die von 1010 bis 1015 Atomen/cm3 reicht.
  • 11 bis 29 veranschaulichen Querschnitts- und Draufsichten einiger Ausführungsformen von Verfahren zum Bilden eines Bildsensors mit einer Schaltung für negative Vorspannung 134, die mit einem Randbereich 138 gekoppelt ist, die dazu eingerichtet, einen Pixelarraybereich 135 negativ vorzuspannen. Obwohl die in 11 bis 2900 gezeigten Querschnittsansichten 1100 bis 2900 mit Bezug auf ein Verfahren beschrieben sind, versteht es sich, dass die in 11 bis 29 gezeigten Strukturen nicht auf das Verfahren beschränkt sind und stattdessen von dem Verfahren getrennt allein stehen können. Ferner, obwohl 11 bis 29 als eine Reihe von Handlungen beschrieben sind, versteht es sich, dass diese Handlungen nicht beschränkt sind, insofern, als die Reihenfolge der Handlungen in weiteren Ausführungsformen geändert werden kann und die offenbarten Verfahren auch auf weitere Strukturen anwendbar sind. In weiteren Ausführungsformen können einige Handlungen, die veranschaulicht und/oder beschrieben sind, ganz oder zum Teil weggelassen werden. Auch können alternative in 1 bis 10 abgebildete Ausführungsformen durch Ausführungsformen in 11 bis 29 ersetzt werden, obwohl sie möglicherweise nicht gezeigt sind.
  • Wie in Querschnittsansicht 1100 von 11 gezeigt, wird ein Fotodetektor 112 innerhalb eines Pixelarraybereichs 135 eines Halbleitersubstrats 110 gebildet. Eine zweite dielektrische Schicht 106 wird über einer Oberseite des Halbleitersubstrats 110 gebildet. Ein Halbleiterbauelement 104 wird innerhalb der zweiten dielektrischen Schicht 106 gebildet und ragt in eine Vorderseite des Halbleitersubstrats 110 hinein und koppelt mit dem Fotodetektor 112. In einigen Ausführungsformen umfasst das Halbleitersubstrat 110 einen Halbleiterkörper beliebigen Typs (z. B. monokristallines Massen-Silizium/CMOS, Siliziumgermanium (SeGe), Silizium-auf-Isolator (SOI) usw.) und/oder weist einen ersten Dotierungstyp (z. B. Dotierung vom p-Typ) auf.
  • In einigen Ausführungsformen kann das Halbleiterbauelement 104 zum Beispiel ein Transfertransistor sein. Eine Gate-Elektrode 152 ist über einer Vorderseite des Halbleitersubstrats 110 angeordnet und ein Gate-Dielektrikum 150 trennt die Gate-Elektrode 152 von dem Halbleitersubstrat 110. Das Halbleiterbauelement 104 kann selektiv einen leitfähigen Kanal zwischen dem Fotodetektor 112 und einem Source-/Drain-Bereich 151 bilden, der einem schwebenden Diffusionsknoten entspricht, um angesammelte Ladung (z. B. durch Absorbieren von einfallender Strahlung) von dem Fotodetektor 112 zu Source-/Drain 151 zu übertragen. In einigen Ausführungsformen kann die Gate-Elektrode 152 zum Beispiel Polysilizium, Aluminium, Kupfer oder dergleichen umfassen. In weiteren Ausführungsformen kann das Gate-Dielektrikum 150 zum Beispiel ein Oxid, ein Dielektrikum mit hohem k-Wert oder dergleichen umfassen.
  • Eine STI-Struktur 108 wird entlang einer Rückseite der zweiten dielektrischen Schicht 106 innerhalb des Pixelarraybereichs 135 des Halbleitersubstrats 110 gebildet. Die STI-Struktur 108 wird den Fotodetektor 112 seitlich umgebend gebildet. Eine Durchkontaktierung-STI-Struktur 148 wird entlang einer Rückseite der zweiten dielektrischen Schicht 106 gebildet und innerhalb eines Randbereichs 138 des Halbleitersubstrats 110 gebildet, der seitlich von dem Pixelarraybereich 135 versetzt ist. Die STI-Struktur 108 und die Durchkontaktierung-STI-Struktur 148 können zum Beispiel ein dielektrisches Material (z. B. Siliziumdioxid), ein Dielektrikum mit hohem k-Wert oder dergleichen sein oder umfassen.
  • Wie in Querschnittsansicht 1200 von 12 gezeigt, wird eine erste dielektrische Schicht 102 über einer Vorderseite der zweiten dielektrischen Schicht 106 abgeschieden. Einige Merkmale von 11 werden in 12 zur einfacheren Veranschaulichung weggelassen. In einigen Ausführungsformen kann die erste dielektrische Schicht 102 zum Beispiel durch einen Prozess zur chemischen Gasphasenabscheidung (CVD), zur physikalischen Gasphasenabscheidung (PVD), zur Atomschichtenabscheidung (ALD) oder einen anderen geeigneten Aufwachs- oder Abscheidungsprozess abgeschieden werden. Die erste dielektrische Schicht 102 wird strukturiert, um eine leitfähige Merkmalsöffnung (nicht gezeigt) innerhalb der ersten dielektrischen Schicht 102 über einer Oberseite der Durchkontaktierung-STI-Struktur 148 zu definieren. Ein leitfähiges Material wird innerhalb der leitfähigen Merkmalsöffnung abgeschieden (z. B. durch PVD, CVD, ALD usw.), wodurch ein leitfähiges Merkmal 126 gebildet wird. Das leitfähige Merkmal 126 kann zum Beispiel Aluminium, Kupfer, Aluminium-Kupfer, Wolfram oder dergleichen sein oder umfassen.
  • Eine Hartmaskenschicht 1202 wird auf einer Rückseite des Halbleitersubstrats 110 abgeschieden. In einigen Ausführungsformen kann die Hartmaskenschicht 1202 zum Beispiel durch einen PVD-, CVD- oder ALD-Prozess abgeschieden werden und kann ein siliziumbasiertes Material wie Siliziumnitrid sein oder umfassen.
  • Wie in Querschnittsansicht 1300 der 13 gezeigt, wird ein erster Strukturierungsprozess an der Hartmaskenschicht 1202 und dem Halbleitersubstrat 110 durchgeführt, wodurch eine Aussparungsöffnung 1302 in dem Pixelarraybereich 135 und eine Aussparungsöffnung 1304 in dem Randbereich 138 gebildet werden. Aussparungsöffnung 1302 umgibt den Fotodetektor 112 seitlich und legt Seitenwände des Halbleitersubstrats 110, eine rückseitigen Oberfläche der STI-Struktur 108 und Seitenwände der vertikalen Abschnitte der STI-Struktur 108 frei. Eine Breite 1306 der Aussparungsöffnung 1302 kann zum Beispiel etwa 0,12 Mikrometer (um) betragen, innerhalb eines Bereichs von etwa 0,1 um bis etwa 0,14 um liegen oder einen anderen geeigneten Wert aufweisen. Die Aussparungsöffnung 1304 wird seitlich von der Durchkontaktierung-STI-Struktur 148 versetzt gebildet.
  • Das Strukturieren kann zum Beispiel einen beliebiges eines Fotolithografieprozesses und eines Ätzprozesses umfassen. In einigen Ausführungsformen (nicht gezeigt) wird ein Fotolack über der Hartmaskenschicht (1202 von 12) gebildet. Der Fotolack wird durch eine annehmbare Fotolithografietechnik strukturiert, um einen belichteten Fotolack zu entwickeln. Mit dem belichtete Fotolack an Ort und Stelle wird eine Ätzung durchgeführt, um die Struktur von dem belichteten Fotolack auf die darunterliegenden Schichten, zum Beispiel das Halbleitersubstrat 110 und die Hartmaskenschicht 1202, zu übertragen, um Aussparungsöffnungen 1302, 1304 zu definieren. Der Ätzprozess kann einen Nassätzprozess, einen Trockenätzprozess oder sonstigen geeigneten Ätzprozess umfassen.
  • Wie in Querschnittsansicht 1400 von 14 gezeigt wird die Hartmaskenschicht (1202 von 13) entfernt. Die Hartmaskenschicht (1202 von 13) kann zum Beispiel durch einen chemischen Waschprozess, einen Ätzprozess, einen Planarisierungsprozess, einen Veraschungsprozess oder weiteren geeigneten Entfernungsprozess entfernt werden. Eine erste dielektrische Auskleidung 114 wird entlang einer rückseitigen Oberfläche des Halbleitersubstrats 110, Seitenwänden des Halbleitersubstrats 110, die durch Aussparungsöffnungen (1302, 1304 von 13) freigelegt sind, Seitenwänden der vertikalen Abschnitte der STI-Struktur 108 und einer rückseitigen Oberfläche der STI-Struktur 108 abgeschieden. Eine dritte dielektrische Schicht 116 wird über einer rückseitigen Oberfläche und Seitenwände der ersten dielektrischen Auskleidung 114 abgeschieden. Die erste dielektrische Auskleidung 114 kann zum Beispiel ein Oxid, ein Metalloxid, Aluminiumoxid, Hafniumoxid, ein Dielektrikum mit hohem k-Wert, ein Dielektrikum mit niedrigem k-Wert oder dergleichen sein oder umfassen. In einigen Ausführungsformen kann die erste dielektrische Auskleidung 114 zum Beispiel durch einen Prozess zur PVD, CVD, ALD, plasmaunterstützten CVD (PECVD), plasmaunterstützten ALD (PEALD) oder weiteren geeigneten Prozess auf eine Dicke von 100 bis 250 Angström abgeschieden werden. Die erste, zweite und dritte dielektrische Schicht 102, 106, 116 können zum Beispiel ein Oxid wie Siliziumdioxid, Tantaloxid, ein Dielektrikum mit niedrigem k-Wert, ein Dielektrikum mit hohem k-Wert, ein anderes geeignetes Oxid oder ein Dielektrikum sein oder umfassen. In einigen Ausführungsformen kann die dritte dielektrische Schicht 116 zum Beispiel durch einen PVD-, CVD-, ALD-Prozess oder weiteren geeigneten Prozess abgeschieden werden.
  • Wie in Querschnittsansicht 1500 von 15 gezeigt, wird ein zweiter Ätzprozess an der dritten dielektrischen Schicht 116 durchgeführt, wodurch Aussparungsöffnung 1502 in dem Pixelarraybereich 135 und Aussparungsöffnung 1504 in dem Randbereich 138 gebildet werden. Aussparungsöffnung 1502 und Aussparungsöffnung 1504 legen eine unterseitige Oberfläche der ersten dielektrischen Auskleidung 114, Seitenwände der ersten dielektrischen Auskleidung 114 und Seitenwände der dritten dielektrischen Schicht 116 in dem Pixelarraybereich 135 und Randbereich 138 frei. In einigen Ausführungsformen kann der zweite Ätzprozess Folgendes einschließen: 1) Bilden einer Hartmaske (nicht gezeigt) über der dritten dielektrischen Schicht 116, 2) Aussetzen unmaskierter Bereiche der dritten dielektrischen Schicht 116 einem oder mehreren Ätzmitteln, bis die rückseitigen Oberfläche der ersten dielektrischen Auskleidung 114 erreicht ist; und 3) Durchführen eines Entfernungsprozesses, um die Maskenschicht zu entfernen. In einigen Ausführungsformen kann die Ätzung einen Nassätzprozess, einen Trockenätzprozess oder einen anderen geeigneten Ätzprozess einschließen. In einigen Ausführungsformen können die öffnenden Aussparungsöffnungen 1502 und 1504 in der dritten dielektrischen Schicht 116 breiter als die inneren Seitenwände der ersten dielektrischen Auskleidung 114 sein, wie durch Linien 1506 gezeigt, so dass es eine laterale „Stufe“ zwischen den inneren Seitenwänden der ersten dielektrischen Auskleidung 114 und den inneren Seitenwänden der dritten dielektrischen Schicht 116 gibt.
  • Wie in Querschnittsansicht 1600 von 16 gezeigt, wird eine zweite dielektrische Auskleidung 118 sowohl in dem Pixelarraybereich 135 als auch dem Randbereich 138 über einer rückseitigen Oberfläche der dritten dielektrischen Schicht 116, entlang Seitenwänden der dritten dielektrischen Schicht 116, entlang Seitenwänden der ersten dielektrischen Auskleidung 114 und entlang einer rückseitigen Oberfläche der ersten dielektrischen Auskleidung 114 abgeschieden. Die zweite dielektrische Auskleidung 118 wird in Aussparungsöffnungen (1502, 1504 von 15) abgeschieden, wodurch ein rückseitiger Isolationsgraben 1602 in dem Pixelarraybereich 135 und ein rückseitiger Verbindungsgraben 1604 in dem Randbereich 138 erzeugt werden, die durch Seitenwände der zweiten dielektrischen Auskleidung 118 begrenzt sind. Rückseitiger Isolationsgraben 1602 und rückseitiger Verbindungsgraben 1604 erstrecken sich durch die dritte dielektrische Schicht 116 hindurch und erstrecken sich in das Halbleitersubstrat 110 hinein. Die zweite dielektrische Auskleidung 118 kann zum Beispiel ein Oxid, ein Metalloxid, Aluminiumoxid, Hafniumoxid, ein Dielektrikum mit hohem k-Wert, ein Dielektrikum mit niedrigem k-Wert oder dergleichen sein oder umfassen. In einigen Ausführungsformen kann die zweite dielektrische Auskleidung 118 zum Beispiel durch einen PVD-, CVD-, ALD-, PECVD-, PEALD-Prozess oder weiteren geeigneten Prozess mit einer Dicke von etwa 200 Angström, innerhalb eines Bereichs von etwa 150 bis 250 Angström oder einem anderen geeigneten Wert, abgeschieden werden.
  • 17 veranschaulicht eine Draufsicht 1700 einiger Ausführungsformen der Querschnittsansicht 1600 von 16, wie durch Schnittlinien A-A' und B-B' in 16 und 17 angegeben. Einige Merkmale von 16 werden in 17 zur einfacheren Veranschaulichung weggelassen.
  • Wie in der Draufsicht 1700 zu sehen, ist der rückseitige Isolationsgraben 1602 als rückseitiges Isolationsgrabengitter 1602 angebracht, so dass sich der rückseitige Isolationsgraben 1602 und rückseitige Verbindungsgraben 1604 schneiden. Fotodetektoren 112 sind innerhalb des Halbleitersubstrats 110 und zwischen Seitenwänden des Halbleitersubstrats 110 angeordnet. Die Fotodetektoren 112 sind dazu eingerichtet, elektromagnetische Strahlung (z. B. Photonen) in elektrische Signale umzuwandeln. Zum Beispiel können die Fotodetektoren 112 Elektronen-Loch-Paare aus der elektromagnetischen Strahlung generieren. Die Fotodetektoren 112 umfassen einen zweiten Dotierungstyp (z. B. eine Dotierung vom n-Typ), der dem ersten Dotierungstyp gegenüberliegt. In einigen Ausführungsformen ist der erste Dotierungstyp vom p-Typ und der zweite Dotierungstyp ist vom n-Typ oder umgekehrt.
  • Wie in Querschnittsansicht 1800 von 18 gezeigt, werden rückseitiger Isolationsgraben (1602 von 16 und 17) und der rückseitige Verbindungsgraben (1604 von 16 und 17) gefüllt, wodurch ein Metallkern 124 und ein Verbindungsmetallkern 128 gebildet werden. Bilden des Metallkerns 124 und des Verbindungsmetallkerns 128 kann zum Beispiel Folgendes einschließen: 1) Abscheiden einer ersten leitfähigen Schicht (nicht gezeigt), wodurch eine rückseitige Oberfläche der zweiten dielektrischen Auskleidung 118, und Seitenwände der zweiten dielektrischen Auskleidung 118 bedeckt werden, wodurch der rückseitige Isolationsgraben (1602 von 16 und 17) und der rückseitige Verbindungsgraben (1604 von 16 und 17) gefüllt werden; und 2) Entfernen eines Abschnitts der ersten leitfähigen Schicht (nicht gezeigt), die mit der rückseitigen Oberfläche der zweiten dielektrischen Auskleidung 118 bündig ist. Entfernen des Abschnitts der ersten leitfähigen Schicht (nicht gezeigt) kann zum Beispiel Entfernung durch einen chemischen Waschprozess, einen Ätzprozess, einen Planarisierungsprozess oder weiteren geeigneten Entfernungsprozess sein. Der Metallkern 124 und der Verbindungsmetallkern 128 können zum Beispiel Aluminium, Kupfer, Aluminium-Kupfer, Wolfram oder dergleichen sein oder umfassen. Die erste dielektrische Auskleidung 114, der Metallkern 124 und die zweite dielektrische Auskleidung 118 bilden eine rückseitige Isolationsstruktur 115, die sich in eine Rückseite des Halbleitersubstrats 110 hinein erstreckt und den Pixelarraybereich 135 seitlich umgibt. Die erste dielektrische Auskleidung 114, die zweite dielektrische Auskleidung 118 und der Verbindungsmetallkern 128 bilden eine rückseitige Verbindungsstruktur 117, die mit rückseitiger Isolationsstruktur 115 koppelt und sich von dem Pixelarraybereich 135 zu dem Randbereich 138 erstreckt.
  • 19 veranschaulicht eine Draufsicht 1900 einiger Ausführungsformen der Querschnittsansicht 1800 von 18, wie durch Schnittlinien A-A' und B-B' in 18 und 19 angegeben.
  • Wie in der Draufsicht 1900 zu sehen, ist der Metallkern 124 als Isolationsgitter angebracht. Das Isolationsgitter besteht aus quadratförmigen oder ringförmigen Gittersegmenten, deren äußere Kanten aneinander angrenzen, um das Isolationsgitter auszumachen. Fotodetektoren 112 sind innerhalb des Halbleitersubstrats 110 (siehe 18) und zwischen Seitenwänden des Metallkerns 124 angeordnet, wodurch eine Isolationszelle 202 erzeugt wird. Verbindungsmetallkern 128 wird sich von dem Isolationsgitter in dem Pixelarraybereich 135 zu dem Randbereich 138 erstreckend gebildet.
  • Wie in Querschnittsansicht 2000 von 20 gezeigt, wird ein dritter Ätzprozess an der zweiten dielektrischen Auskleidung 118, der dritten dielektrischen Schicht 116, der ersten dielektrischen Auskleidung 114, dem Halbleitersubstrat 110 und der Durchkontaktierung-STI-Struktur 148 durchgeführt, wodurch Durchkontaktierung-Aussparungsöffnungen 2002 gebildet werden. In einigen Ausführungsformen kann der dritte Ätzprozess Folgendes einschließen: 1) Bilden einer Hartmaske (nicht gezeigt) über einer rückseitigen Oberfläche der zweiten dielektrischen Auskleidung 118 und einer rückseitigen Oberfläche von sowohl dem Metallkern 124 als auch dem Verbindungsmetallkern 128; 2) Aussetzen unmaskierter Bereiche der zweiten dielektrischen Auskleidung 118 und darunterliegenden Schichten einem oder mehreren Ätzmitteln, bis das eine oder die mehreren Ätzmittel in die Durchkontaktierung-STI-Struktur 148 und eine rückseitigen Oberfläche der Durchkontaktierung-STI-Struktur 148 hinein ätzen; und 3) Durchführen eines Entfernungsprozesses, um die Maskenschicht zu entfernen. In einigen Ausführungsformen kann die dritte Ätzung einen Nassätzprozess, einen Trockenätzprozess oder einen anderen geeigneten Ätzprozess einschließen.
  • Eine durchgehende dielektrische Auskleidung 132 wird entlang der rückseitigen Oberfläche der zweiten dielektrischen Auskleidung 118 und der rückseitigen Oberfläche von sowohl dem Metallkern 124 als auch des Verbindungsmetallkerns abgeschieden. Die durchgehende dielektrische Auskleidung 132 wird ferner entlang Seitenwänden der zweiten dielektrischen Auskleidung 118, der dritten dielektrischen Schicht 116, der ersten dielektrischen Auskleidung 114, des Halbleitersubstrats 110 und der Durchkontaktierung-STI-Struktur 148 in der Durchkontaktierung-Aussparungsöffnung 2002 abgeschieden. Die durchgehende dielektrische Auskleidung 132 wird auch entlang der rückseitigen Oberfläche der Durchkontaktierung-STI-Struktur 148 abgeschieden. Die durchgehende dielektrische Auskleidung 132 kann zum Beispiel ein Oxid, ein Metalloxid, Aluminiumoxid, Hafniumoxid, ein Dielektrikum mit hohem k-Wert, ein Dielektrikum mit niedrigem k-Wert oder dergleichen sein oder umfassen.
  • Wie in Querschnittsansicht 2100 von 21 gezeigt, wird eine vierte Ätzung durchgeführt, um einen Abschnitt der durchgehenden dielektrischen Auskleidung 132 von der rückseitigen Oberfläche der zweiten dielektrischen Auskleidung 118 zu entfernen, und um durch die dielektrische Auskleidung 132, die Durchkontaktierung-STI-Struktur 148, die zweite dielektrische Schicht 106 hindurch und in das leitfähige Merkmal 126 hinein zu ätzen, wodurch eine rückseitige Oberfläche des leitfähigen Merkmals 126 freigelegt wird. In einigen Ausführungsformen kann die vierte Ätzung Folgendes einschließen: 1) Bilden einer ersten Hartmaske (nicht gezeigt) über Seitenwänden der durchgehenden dielektrischen Auskleidung 132 in der Durchkontaktierung-Aussparungsöffnung (2002 von 20); 2) Aussetzen der unmaskierten Bereiche der durchgehenden dielektrischen Auskleidung 132 einem oder mehreren Ätzmitteln, bis die rückseitigen Oberfläche der zweiten dielektrischen Auskleidung 118, des Metallkerns 124, des Verbindungsmetallkerns 128; und die Durchkontaktierung-STI-Struktur erreicht sind; 3) Bilden einer zweiten Hartmaske (nicht gezeigt) über der rückseitigen Oberfläche der zweiten dielektrischen Auskleidung 118, dem Metallkern 124 und Verbindungsmetallkern 128, so dass die rückseitigen Oberfläche der Durchkontaktierung-STI-Struktur 148 freigelegt ist; 4) Aussetzen des unmaskierten Bereichs der rückseitigen Oberfläche der Durchkontaktierung-STI-Struktur 148 und darunter liegenden Schichten einem oder mehreren Ätzmitteln, bis eine rückseitigen Oberfläche des leitfähigen Merkmals 126 erreicht ist; und 5) Durchführen eines Entfernungsprozesses, um die erste Maskenschicht (nicht gezeigt) und die zweite Maskenschicht (nicht gezeigt) zu entfernen.
  • Nach Abschluss der vierten Ätzung wird eine zweite leitfähige Schicht 2102 über der rückseitigen Oberfläche der zweiten dielektrischen Auskleidung 118, des Metallkerns 124 und des Verbindungsmetallkerns 128 abgeschieden. Die zweite leitfähige Schicht 2102 wird ferner abgeschieden, wodurch die Durchkontaktierung-Aussparungsöffnungen (2002 von 20) gefüllt werden und Seitenwände der durchgehenden dielektrischen Auskleidung 132, der Durchkontaktierung-STI-Struktur 148, der zweiten dielektrischen Schicht 106, des leitfähigen Merkmals 126 bedeckt werden, und eine rückseitige Oberfläche des leitfähigen Strukturelements 126 bedeckt wird. In einigen Ausführungsformen kann die zweite leitfähige Schicht 2102 zum Beispiel durch einen PVD, CVD, ALD, Prozess oder weiteren geeigneten Prozess abgeschieden werden. Die zweite leitfähige Schicht 2102 kann zum Beispiel Aluminium, Kupfer, Aluminium-Kupfer, Wolfram oder dergleichen sein oder umfassen. In einigen Ausführungsformen besteht die zweite leitfähige Schicht 2102 im Wesentlichen aus Aluminium. In weiteren Ausführungsformen besteht die zweite leitfähige Schicht 2102 im Wesentlichen aus Wolfram. Ferner bildet die zweite leitfähige Schicht 2102 eine Durchkontaktierung durch das Substrat 130 in der Durchkontaktierung-Aussparungsöffnung (2002 von 20) und eine leitfähige Brücke 142 in dem Randbereich 138 über einer rückseitigen Oberfläche der zweiten dielektrischen Auskleidung 118 und des Verbindungsmetallkerns 128, wobei die leitfähige Brücke 142 den Verbindungsmetallkern 128 elektrisch mit der Durchkontaktierung durch das Substrat 130 koppelt.
  • Wie in Querschnittsansicht 2200 von 22 gezeigt, wird ein fünfter Ätzprozess durchgeführt, um eine rückseitige leitfähige Leiterbahn 140 in dem Pixelarraybereich 135 zu bilden, wobei sich die rückseitige leitfähige Leiterbahn 140 über eine rückseitigen Oberfläche des Metallkerns 124 und zwischen Seitenwänden des Metallkerns 124 erstreckt. In einigen Ausführungsformen schließt der fünfte Ätzprozess Folgendes ein: 1) Bilden einer Maskenschicht (nicht gezeigt) über der zweiten leitfähigen Schicht 2102, wobei Seitenwände eines unmaskierten Bereichs mit Seitenwänden des Metallkerns 124 in dem Pixelarraybereich 135 ausgerichtet sind und Bilden der Maskenschicht (nicht gezeigt) über leitfähiger Brücke 142 in dem Randbereich 138; 2) Aussetzen unmaskierter Bereiche der zweiten leitfähigen Schicht 2102 einem oder mehreren Ätzmitteln, bis eine rückseitigen Oberfläche der zweiten dielektrischen Auskleidung 118 erreicht ist; und 3) Durchführen eines Entfernungsprozesses, um die Maskenschicht zu entfernen. In einigen Ausführungsformen kann der fünfte Ätzprozess Durchführen einer Nassätzung, einer Trockenätzung oder eines anderen geeigneten Ätzprozesses einschließen. Bei Abschluss des fünften Ätzprozesses ist eine Mitte der rückseitigen leitfähigen Leiterbahn 140 mit einer Mitte des Metallkerns 124 ausgerichtet.
  • 23 veranschaulicht eine Draufsicht 2300 einiger Ausführungsformen der Querschnittsansicht 2200 von 22, wie durch Schnittlinien A-A' und B-B' in 22 und 23 angegeben. Wie in der Draufsicht 2300 zu sehen, wird die leitfähige Brücke 142 über der Rückseite der Durchkontaktierung durch das Substrat 130, über der Rückseite des Verbindungsmetallkerns gebildet und erstreckt sich senkrecht von dem leitfähigen Merkmal 126. Eine Vielzahl von Durchkontaktierungen durch das Substrat 130 werden durch den Verbindungsmetallkerns 128 und die leitfähige Brücke 142 hindurch elektrisch mit dem Metallkern 124 gekoppelt gebildet. Ferner werden die Vielzahl von Durchkontaktierungen durch das Substrat 130 elektrisch mit dem leitfähigen Merkmal 126 gekoppelt gebildet.
  • Querschnittsansicht 2400 von 24 zeigt eine alternative Ausführungsform von Querschnittsansicht 2200 von 22, die einen alternativen Versatz zwischen dem Metallkern 124 und dem Verbindungsmetallkern 128 bildet. Bei diesem Verfahren geht 21 24 voraus.
  • Wie in Querschnittsansicht 2400 von 24 gezeigt, wird ein fünfter Ätzprozess durchgeführt, um eine rückseitige leitfähige Leiterbahn 140 in dem Pixelarraybereich 135 zu bilden, wobei sich die rückseitige leitfähige Leiterbahn 140 über eine rückseitigen Oberfläche des Metallkerns 124 und eine rückseitigen Oberfläche der zweiten dielektrischen Auskleidung 118 erstreckt, so dass eine Mitte der rückseitigen leitfähigen Leiterbahn 140 von einer Mitte des Metallkerns 124 versetzt ist. In einigen Ausführungsformen schließt der fünfte Ätzprozess Folgendes ein: 1) Bilden einer Maskenschicht (nicht gezeigt) über der zweiten leitfähigen Schicht 2102, wo Seitenwände eines unmaskierten Bereichs über dem Metallkern 124 und der zweiten dielektrischen Auskleidung 118 in dem Pixelarraybereich 135 sind; und Bilden der Maskenschicht (nicht gezeigt) über einem zweiten Abschnitt der zweiten leitfähigen Schicht 142 in dem Randbereich 138; 2) Aussetzen unmaskierter Bereiche der zweiten leitfähigen Schicht 2102 einem oder mehreren Ätzmitteln, bis eine rückseitigen Oberfläche der zweiten dielektrischen Auskleidung 118 und des Metallkerns 124 erreicht sind; und 3) Durchführen eines Entfernungsprozesses, um die Maskenschicht zu entfernen. In einigen Ausführungsformen kann der fünfte Ätzprozess Durchführen einer Nassätzung, einer Trockenätzung oder eines anderen geeigneten Ätzprozesses einschließen. Bei Abschluss des fünften Ätzprozesses ist eine Mitte der rückseitigen leitfähigen Leiterbahn 140 seitlich von einer Mitte des Metallkerns 124 versetzt, und eine leitfähige Brücke 142 ist in dem Randbereich 138 vorhanden.
  • 25 veranschaulicht eine Draufsicht 2500 einiger Ausführungsformen der Querschnittsansicht 2400 von 24, wie durch Schnittlinien C-C' und D-D' in 24 und 25 angegeben.
  • Wie in der Draufsicht 2500 zu sehen, wird der Metallkern 124 als Isolationsgitter gebildet und die rückseitige leitfähige Leiterbahn 140 wird als rückseitiges Metallgitter gebildet. Vertikale Merkmale des rückseitigen Metallgitters werden von vertikalen Merkmalen des Isolationsgitters nach links versetzt gebildet. Horizontale Merkmale des rückseitigen Metallgitters sind unterhalb horizontaler Merkmale des Isolationsgitters versetzt.
  • Querschnittsansicht 2600 von 26 zeigt eine alternative Ausführungsform von Querschnittsansicht 2100 von 21, die eine Trennschicht 602 zeigt, die über einer Rückseite der zweiten dielektrischen Auskleidung 118 ausgebildete ist. Bei diesem Verfahren geht 20 26 voraus.
  • Wie in Querschnittsansicht 2600 von 26 gezeigt, wird eine vierte Ätzung durchgeführt, um einen Abschnitt der durchgehenden dielektrischen Auskleidung 132 von der rückseitigen Oberfläche der zweiten dielektrischen Auskleidung 118 zu entfernen, und um durch die dielektrische Auskleidung 132, die Durchkontaktierung-STI-Struktur 148, die zweite dielektrische Schicht 106 hindurch und in das leitfähige Merkmal 126 hinein zu ätzen, wodurch eine rückseitigen Oberfläche des leitfähigen Merkmals 126 freigelegt wird. Die vierte Ätzung schließt die gleichen vierten Ätzschritte ein wie in 21 beschrieben. Nach Abschluss der vierten Ätzung wird eine Durchkontaktierung durch das Substrat 130 abgeschieden, wodurch die Durchkontaktierung-Aussparungsöffnung (2002 von 20) gefüllt werden und Seitenwände der durchgehenden dielektrischen Auskleidung 132, der Durchkontaktierung-STI-Struktur 148, des leitfähigen Merkmals 126 bedeckt werden, und eine rückseitige Oberfläche des leitfähigen Merkmals 126 bedeckt wird. Die Durchkontaktierung durch das Substrat 130 kann zum Beispiel Aluminium, Kupfer, Aluminium-Kupfer, Wolfram oder dergleichen sein oder umfassen. In einigen Ausführungsformen kann die Durchkontaktierung durch das Substrat 130 durch ein PVD, CVD, ALD, Prozess oder weiteren geeigneten Prozess abgeschieden werden.
  • Eine Trennschicht 602 wird über der rückseitigen Oberfläche der zweiten dielektrischen Auskleidung 118, des Metallkerns 124, des Verbindungsmetallkerns 128, der durchgehenden dielektrischen Auskleidung 132 und der Durchkontaktierung durch das Substrat 130 abgeschieden. Die Trennschicht 602 kann zum Beispiel ein Oxid, ein Metalloxid, Aluminiumoxid, Hafniumoxid, ein Dielektrikum mit hohem k-Wert, ein Dielektrikum mit niedrigem k-Wert oder dergleichen sein oder umfassen. In einigen Ausführungsformen kann die Trennschicht 602 zum Beispiel durch ein PVD, CVD, ALD, Prozess oder weiteren geeigneten Prozess bis zu einer Dicke von 400 bis 600 Angström abgeschieden werden. Eine leitfähige Leiterbahnschicht 2602 wird auf einer rückseitigen Oberfläche der Trennschicht 602 in sowohl dem Pixelarraybereich 135 als auch dem Randbereich 138 abgeschieden. Die leitfähige Leiterbahnschicht 2602 kann zum Beispiel Aluminium, Kupfer, Aluminium-Kupfer, Wolfram oder dergleichen sein oder umfassen. In einigen Ausführungsformen besteht die leitfähige Leiterbahnschicht 2602 im Wesentlichen aus Aluminium. In weiteren Ausführungsformen besteht die leitfähige Leiterbahnschicht 2602 im Wesentlichen aus Wolfram.
  • Querschnittsansicht 2700 von 27 zeigt eine alternative Ausführungsform von Querschnittsansichten 2200 und 2400 von 22 und 24, die einen Versatz zwischen dem Metallkern 124 und dem Verbindungsmetallkern 128 bildet, der von der zweiten dielektrischen Auskleidung 118 durch die Trennschicht getrennt ist. In dem Verfahrensfluss geht 26 27 voraus.
  • Wie in Querschnittsansicht 2700 von 27 gezeigt, wird ein fünfter Ätzprozess durchgeführt, um eine rückseitige leitfähige Leiterbahn 140 in dem Pixelarraybereich 135 zu bilden, wobei sich die rückseitige leitfähige Leiterbahn 140 über den Metallkern 124 und die zweite dielektrische Auskleidung 118 erstreckt, so dass eine Mitte der rückseitigen leitfähigen Leiterbahn 140 von einer Mitte des Metallkerns 124 versetzt ist. In einigen Ausführungsformen schließt der fünfte Ätzprozess Folgendes ein: 1) Bilden einer Maskenschicht (nicht gezeigt) über einem ersten Abschnitt der leitfähigen Leiterbahnschicht (2602 von 26) in dem Pixelarraybereich 135 und dem Randbereich 138, wobei Seitenwände des unmaskierten Bereichs unter dem Metallkern 124 und der zweiten dielektrischen Auskleidung 118 liegen; 2) Aussetzen unmaskierter Bereiche der leitfähigen Leiterbahnschicht (2602 von 26) einem oder mehreren Ätzmitteln, bis eine rückseitigen Oberfläche der Trennschicht 602 erreicht ist; und 3) Durchführen eines Entfernungsprozesses, um die Maskenschicht zu entfernen. In einigen Ausführungsformen kann der fünfte Ätzprozess Durchführen einer Nassätzung, einer Trockenätzung oder eines anderen geeigneten Ätzprozesses einschließen. Bei Abschluss des fünften Ätzprozesses ist eine Mitte der rückseitigen leitfähigen Leiterbahn 140 seitlich von einer Mitte des Metallkerns 124 versetzt und eine leitfähige Brücke 142 ist entlang einer rückseitigen Oberfläche der Trennschicht 602 in dem Randbereich 138 ausgebildet.
  • 28 veranschaulicht eine Draufsicht 2800 einiger Ausführungsformen der Querschnittsansicht 2700 von 27, wie durch Schnittlinien C-C' und D-D' von 27 und 28 angegeben. Wie in der Draufsicht 2800 zu sehen, ist der Metallkern 124 als Isolationsgitter angebracht und die rückseitige leitfähige Leiterbahn 140 ist als rückseitiges Metallgitter angebracht. Vertikale Merkmale des rückseitigen Metallgitters werden von vertikalen Merkmalen des Isolationsgitters nach links versetzt gebildet. Horizontale Merkmale des rückseitigen Metallgitters sind oberhalb horizontaler Merkmale des Isolationsgitters versetzt.
  • Alternative Ausführungsformen von 24 bis 28 sind hinsichtlich der Versätze zwischen dem rückseitigen Metallgitter und Isolationsgitter nicht eingeschränkt. Das rückseitige Metallgitter und Isolationsgitter können gebildet werden, um die in 4 bis 9 erörterten Merkmale widerzuspiegeln. In alternativen Ausführungsformen (nicht veranschaulicht) kann das rückseitige Metallgitter auf andere Weisen relativ zu dem Isolationsgitter versetzt gebildet werden. Zum Beispiel können vertikale Merkmale des rückseitigen Metallgitters von vertikalen Merkmalen des Isolationsgitters nach rechts oder links versetzt gebildet werden. Horizontale Merkmale des rückseitigen Metallgitters können auch oberhalb oder unterhalb horizontaler Merkmale des Isolationsgitters versetzt gebildet werden. Das rückseitige Metallgitter kann relativ zu dem Isolationsgitter ausgerichtet, überlappend oder durch einen Spalt getrennt gebildet werden. Ferner kann Beziehung von vertikalen und horizontalen Merkmalen und Versatz des rückseitigen Metallgitters relativ zu dem Isolationsgitter von der räumlichen Position zwischen dem rückseitigen Metallgitter und Isolationsgitter abhängen. Zum Beispiel kann ein erster Versatz in einer Mitte des rückseitigen Metallgitters und des Isolationsgitters auftreten und ein zweiter Versatz kann an einem Rand des rückseitigen Metallgitters und Isolationsgitters auftreten. Der erste Versatz kann der in 22 abgebildete sein, wo das rückseitige Metallgitter und das Isolationsgitter ausgerichtet sind. Der zweite Versatz kann der in einer beliebigen von 8 bis 9, 24 oder 27 abgebildete sein. Ferner können unterschiedliche Bereiche des rückseitigen Metallgitters und Isolationsgitters zusätzliche Versatzszenarien oder Kombinationen von Versatzszenarien einschließen. Die alternativen Ausführungsformen von 24 bis 28 können als Ergebnis von Registrierungsunterschieden im Laufe der Fertigung auftreten.
  • Querschnittsansicht 2200 von 22 geht Querschnittsansicht 2900 von 29 voraus, und Querschnittsansicht 2900 zeigt Bilden einer Farbfilterschicht 120, von vierter dielektrischen Schicht 122 und einer Vielzahl von Mikrolinsen 144 in dem Pixelarraybereich 135, sowie einer Schaltung für negative Vorspannung 134.
  • Wie in Querschnittsansicht 2900 von 29 gezeigt, wird eine Farbfilterschicht 120 über einer rückseitigen Oberfläche der rückseitigen leitfähigen Leiterbahn 140 und der zweiten dielektrischen Auskleidung, und Seitenwänden der rückseitigen leitfähigen Leiterbahn 140 in dem Pixelarraybereich 135 abgeschieden. Die Farbfilterschicht 120 kann zum Beispiel ein farbstoffbasiertes oder pigmentbasiertes Polymer oder Harz zum Filtern einer spezifizierten Wellenlänge von einfallender Strahlung, die einem Farbspektrum (z. B. Rot, Grün, Blau) entspricht, oder ein Material umfassen, das die Transmission von elektromagnetischer Strahlung mit einem spezifischen Frequenzbereich ermöglicht, während elektromagnetische Strahlung von Frequenzen außerhalb des spezifizierten Frequenzbereichs. Eine vierte dielektrische Schicht 122 wird über einer rückseitigen Oberfläche der Farbfilterschicht 120 abgeschieden, und eine Vielzahl von Mikrolinsen 144 werden auf einer rückseitigen Oberfläche der vierten dielektrischen Schicht 122 gebildet. Daher bilden die Vielzahl von Mikrolinsen 144 und darunterliegenden Strukturen den Pixelarraybereich 135, der mindestens einen Pixelbereich 136 einschließt. Die vierte dielektrische Schicht 122 kann zum Beispiel ein Massensubstrat (z. B. ein Massensiliziumsubstrat), ein SOI-Substrat oder sonstiges geeignetes Substrat sein. Die Vielzahl von Mikrolinsen kann zum Beispiel ein Mikrolinsenmaterial sein. Die Farbfilterschicht 120, vierte dielektrische Schicht 122 und die Vielzahl von Mikrolinsen 144 können durch eine Kombination von Abscheidungs- und Ätzprozessen gebildet werden.
  • Eine Schaltung für negative Vorspannung 134 wird elektrisch mit dem leitfähigen Merkmal 126 und dem Halbleitersubstrat 110 gekoppelt gebildet, wobei die Schaltung für negative Vorspannung dazu eingerichtet ist, eine negative Vorspannung mittels des leitfähigen Merkmals 126, der Durchkontaktierung durch das Substrat 130 und des Verbindungsmetallkerns 128 an den Metallkern 124 anzulegen. Eine Anzahl von Elektronenlochlöchern 146 kann innerhalb des Halbleitersubstrats 110 angrenzend an die rückseitige Isolationsstruktur 115 angeordnet sein. Die Schaltung für negative Vorspannung 134 ist dazu eingerichtet, im Laufe eines Zustands negativer Vorspannung eine negative Vorspannung an den Metallkern 124 anzulegen, um die Anzahl der Elektronenlöcher 146 relativ zu einem Zustand ohne Vorspannung zu reduzieren. Als Ergebnis, dass die Schaltung für negative Vorspannung 134 dazu eingerichtet ist, eine negative Vorspannung an den Metallkern 124 anzulegen, wird Übersprechen zwischen benachbarten Fotodetektoren 112 reduziert und die Quanteneffizienz der Fotodetektoren 112 wird erhöht. Dementsprechend wird die Erfassungsleistung des Bildsensors 100 verbessert und die Zuverlässigkeit und/oder Genauigkeit von von dem Bildsensor 100 produzierten Bildern wird verbessert.
  • 30 veranschaulicht ein Flussdiagramm einiger Ausführungsformen eines Verfahrens 3000 zum Bilden eines Bildsensors, der eine Schaltung für negative Vorspannung, die mit einem Randbereich gekoppelt ist, einschließt, die dazu eingerichtet ist, einen Pixelbereich negativ vorzuspannen.
  • Bei Handlung 3002 wird ein Fotodetektor innerhalb eines Pixelbereichs eines Halbleitersubstrats gebildet. Eine zweite dielektrische Schicht wird über einer Oberseite des Halbleitersubstrats gebildet. Eine STI-Struktur wird entlang einer Rückseite der zweiten dielektrischen Schicht den Fotodetektor 112 seitlich umgebend gebildet. Ein leitfähiges Merkmal wird innerhalb der zweiten dielektrischen Schicht in einem Rand des Bildsensors gebildet. 11 veranschaulicht Querschnittsansicht 1100 entsprechend einigen Ausführungsformen von Handlung 3002.
  • Bei Handlung 3004 wird eine erste Ätzung in das Halbleitersubstrat hinein durchgeführt, wodurch Öffnungen in dem Pixelbereich und dem Randbereich des Halbleitersubstrats freigelegt werden. Die Ätzung legt eine rückseitigen Oberfläche der STI-Struktur in dem Pixelbereich frei. 12 und 13 veranschaulichen Querschnittsansichten 1200 bzw. 1300, die einigen Ausführungsformen von Handlung 3004 entsprechen.
  • Bei Handlung 3006 wird eine erste dielektrische Auskleidung entlang der freigelegten Oberflächen des Halbleitersubstrats und der STI-Struktur abgeschieden. Eine dritte dielektrische Schicht wird über einer rückseitigen Oberfläche der ersten dielektrischen Auskleidung abgeschieden und füllt Öffnungen, die durch die erste Ätzung erzeugt wurden. Eine zweite Ätzung wird durchgeführt, wodurch Seitenwände der dritten dielektrischen Schicht und der ersten dielektrischen Auskleidung innerhalb des Halbleitersubstrats freigelegt werden. 14 und 15 veranschaulichen Querschnittsansichten 1400 bzw. 1500, die einigen Ausführungsformen von Handlung 3006 entsprechen.
  • Bei Handlung 3008, Abscheiden einer zweiten dielektrischen Auskleidung entlang Oberfläche der dritten dielektrischen Schicht und der ersten dielektrischen Auskleidung in Öffnungen, die durch die zweite Ätzung erzeugt wurden. Abscheiden eines Metallkerns und eines Verbindungsmetallkerns innerhalb Seitenwände der zweiten dielektrischen Auskleidung in dem Pixelbereich und dem Randbereich. Durchführen einer dritten und vierten Ätzung in dem Randbereich und Bilden einer Durchkontaktierung durch das Substrat, die mit dem leitfähigen Merkmal in dem Randbereich gekoppelt ist. Abscheiden einer leitfähigen Leiterbahnschicht auf einer Rückseite des Metallkerns, der zweiten dielektrischen Schicht, des Verbindungsmetallkerns und der Durchkontaktierung durch das Substrat. 16 bis 21 veranschaulichen Querschnittsansichten 1600 bzw. 2100, die einigen Ausführungsformen von Handlung 3008 entsprechen.
  • Bei Handlung 3010, Ätzen der leitfähigen Leiterbahnschicht, um eine leitfähige Brücke in dem Randbereich zu bilden, die den Verbindungsmetallkern elektrisch mit der Durchkontaktierung durch das Substrat koppelt, und um eine leitfähige Leiterbahn in dem Pixelbereich über einer rückseitigen Oberfläche des Metallkerns zu bilden, der mit dem Metallkern ausgerichtet oder von diesem versetzt ist. 22 bis 28 veranschaulichen jeweils Querschnittsansichten 2200 bis 2800, die einigen Ausführungsformen von Handlung 3010 entsprechen.
  • Bei Handlung 3012, Bilden einer Farbfilterschicht und einer Vielzahl von Mikrolinsen über der leitfähigen Leiterbahn. Bilden einer Schaltung für negative Vorspannung, die mit der Durchkontaktierung durch das Substrat und dem Halbleitersubstrat gekoppelt ist. 29 veranschaulicht Querschnittsansicht 2900, die einigen Ausführungsformen von Handlung 3012 entspricht.
  • Obwohl das Verfahren 3000 als eine Reihe von Handlungen oder Ereignissen veranschaulicht und/oder beschrieben wird, versteht es sich, dass das Verfahren 3000 nicht auf die veranschaulichte Reihenfolge oder Handlungen beschränkt ist. Somit können in einigen Ausführungsformen die Schritte in einer anderen als der veranschaulichten Reihenfolge ausgeführt werden und/oder gleichzeitig ausgeführt werden. Ferner können in einigen Ausführungsformen die veranschaulichten Schritte oder Ereignisse in mehrere Schritte bzw. Ereignisse unterteilt werden, die zu verschiedenen Zeiten oder gleichzeitig mit anderen Schritten oder Unterschritten ausgeführt werden können. In einigen Ausführungsformen können einige der veranschaulichten Schritte oder Ereignisse weggelassen werden und andere, nicht veranschaulichte Schritte oder Ereignisse können eingeschlossen werden.
  • Einige Ausführungsformen betreffen einen Bildsensor. Der Bildsensor schließt ein Halbleitersubstrat ein, das einen Pixelbereich und einen Randbereich einschließt. Eine rückseitige Isolationsstruktur erstreckt sich in eine Rückseite des Halbleitersubstrats hinein und umgibt den Pixelbereich seitlich. Die rückseitige Isolationsstruktur schließt einen Metallkern ein und eine dielektrische Auskleidung trennt den Metallkern von dem Halbleitersubstrat. Ein leitfähiges Merkmal ist über einer Vorderseite des Halbleitersubstrats angeordnet. Eine Durchkontaktierung durch das Substrat erstreckt sich von der Rückseite des Halbleitersubstrats durch den Randbereich hindurch, um das leitfähige Merkmal zu kontaktieren. Die Durchkontaktierung durch das Substrat ist seitlich von der rückseitigen Isolationsstruktur versetzt. Eine elektrisch leitfähige Brücke ist unter der Rückseite des Halbleitersubstrats angeordnet und koppelt den Metallkern der rückseitigen Isolationsstruktur elektrisch mit der Durchkontaktierung durch das Substrat.
  • Ein Bildsensor schließt ein Halbleitersubstrat ein, das einen Pixelbereich einschließt, der von einem Randbereich seitlich versetzt ist. Eine rückseitige Isolationsstruktur erstreckt sich in eine Rückseite des Halbleitersubstrats hinein und umgibt den Pixelbereich seitlich. Eine Durchkontaktierung durch das Substrat erstreckt sich in dem Randbereich durch das Halbleitersubstrat hindurch und ist durch eine leitfähige Brücke, die unter der Rückseite des Halbleitersubstrats angeordnet ist, elektrisch mit der rückseitigen Isolationsstruktur gekoppelt. Ein leitfähiges Merkmal ist über einer Vorderseite des Halbleitersubstrats angeordnet und ist elektrisch mit der Durchkontaktierung durch das Substrat gekoppelt. Eine Schaltung für negative Vorspannung ist dazu eingerichtet, durch das leitfähige Merkmal hindurch zu unterschiedlichen Zeiten einen ersten Vorspannungszustand und einen zweiten Vorspannungszustand über die rückseitige Isolationsstruktur und das Halbleitersubstrat anzulegen.
  • Ein Verfahren zum Bilden eines Bildsensors schließt Bilden eines leitfähigen Merkmals auf einer Vorderseite eines Halbleitersubstrats ein. Das Halbleitersubstrat wird strukturiert, um einen rückseitigen Isolationsgraben und einen rückseitigen Verbindungsgraben in einem Pixelbereich zu bilden, so dass sich der rückseitige Isolationsgraben und der rückseitige Verbindungsgraben schneiden. Ein Durchgangsloch wird strukturiert, um sich in einem Randbereich, der von dem Pixelbereich seitlich versetzt ist, durch das Halbleitersubstrat hindurch zu erstrecken. Ein leitfähiges Material wird bereitgestellt, um eine rückseitige Isolationsstruktur in dem rückseitigen Isolationsgraben, eine rückseitige Verbindungsstruktur in dem rückseitigen Verbindungsgraben und eine Durchkontaktierung durch das Substrat in dem Durchgangsloch zu bilden, um das leitfähige Merkmal zu kontaktieren. Eine leitfähige Brücke wird über einer rückseitigen Oberfläche der Durchkontaktierung durch das Substrat und einer rückseitigen Oberfläche der rückseitigen Verbindungsstruktur gebildet.
  • Das Vorstehende umreißt Merkmale mehrerer Ausführungsformen, sodass der Fachmann die Aspekte der vorliegenden Offenbarung besser verstehen kann. Der Fachmann sollte sich darüber im Klaren sein, dass er die vorliegende Offenbarung ohne Weiteres als Grundlage für das Entwerfen oder Abwandeln anderer Prozesse und Strukturen verwenden kann, um dieselben Zwecke auszuführen und/oder dieselben Vorteile der vorliegend vorgestellten Ausführungsformen zu erzielen. Der Fachmann sollte auch erkennen, dass derartige äquivalente Konstruktionen nicht von dem Geist und Umfang der vorliegenden Offenbarung abweichen und dass er verschiedene Änderungen, Ersetzungen und Modifikationen hieran vornehmen kann, ohne von dem 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 63/142029 [0001]

Claims (20)

  1. Bildsensor, umfassend: ein Halbleitersubstrat, das einen Pixelbereich und einen Randbereich einschließt; eine rückseitige Isolationsstruktur, die sich in eine Rückseite des Halbleitersubstrats hinein erstreckt und den Pixelbereich seitlich umgibt, wobei die rückseitige Isolationsstruktur einen Metallkern und eine dielektrische Auskleidung, die den Metallkern von dem Halbleitersubstrat trennt, einschließt; ein leitfähiges Merkmal, das über einer Vorderseite des Halbleitersubstrats angeordnet ist, eine Durchkontaktierung durch das Substrat, die sich von der Rückseite des Halbleitersubstrats durch den Randbereich hindurch erstreckt, um das leitfähige Merkmal zu kontaktieren, wobei die Durchkontaktierung durch das Substrat seitlich von der rückseitigen Isolationsstruktur versetzt ist, und eine leitfähige Brücke, die unter der Rückseite des Halbleitersubstrats angeordnet ist und den Metallkern der rückseitigen Isolationsstruktur elektrisch mit der Durchkontaktierung durch das Substrat koppelt.
  2. Bildsensor nach Anspruch 1, ferner umfassend: eine rückseitige Verbindungsstruktur, die sich über sowohl den Pixelbereich als auch den Randbereich erstreckt und sowohl die leitfähige Brücke als auch den Metallkern der rückseitigen Isolationsstruktur direkt kontaktiert.
  3. Bildsensor nach Anspruch 1, ferner umfassend: eine rückseitige leitfähige Leiterbahn, die direkt unterhalb des Metallkerns der rückseitigen Isolationsstruktur und mit diesem ausgerichtet ist.
  4. Bildsensor nach Anspruch 3, ferner umfassend: eine Trennschicht, die ein dielektrisches Material umfasst, die zwischen der rückseitigen leitfähigen Leiterbahn und dem Metallkern der rückseitigen Isolationsstruktur angeordnet ist.
  5. Bildsensor nach Anspruch 4, wobei die rückseitige leitfähige Leiterbahn Aluminium oder Wolfram umfasst.
  6. Bildsensor nach Anspruch 1, ferner umfassend: eine rückseitige leitfähige Leiterbahn, die direkt unterhalb des Metallkerns der rückseitigen Isolationsstruktur und seitlich von diesem versetzt ist.
  7. Bildsensor nach einem der Ansprüche 1 bis 6, ferner umfassend: eine zusätzliche Durchkontaktierung durch das Substrat, die sich von der Rückseite des Halbleitersubstrats durch den Randbereich hindurch erstreckt und seitlich von der Durchkontaktierung durch das Substrat beabstandet ist, wobei die zusätzliche Durchkontaktierung durch das Substrat mit dem Pixelbereich elektrisch gekoppelt ist und das leitfähige Merkmal direkt kontaktiert.
  8. Bildsensor nach einem der Ansprüche 1 bis 7, ferner umfassend: eine Schaltung für negative Vorspannung, die mit dem leitfähigen Merkmal gekoppelt und dazu eingerichtet ist, mittels des leitfähigen Merkmals eine negative Vorspannung an den Metallkern anzulegen.
  9. Bildsensor nach Anspruch 8, ferner umfassend: einen zusätzlichen Pixelbereich benachbart zu dem Pixelbereich, wobei die negative Vorspannung einen elektrischen Widerstand zwischen dem Pixelbereich und dem zusätzlichen Pixelbereich erhöht.
  10. Bildsensor, umfassend: ein Halbleitersubstrat, das einen Pixelbereich einschließt, der seitlich von einem Randbereich versetzt ist, eine rückseitige Isolationsstruktur, die sich in eine Rückseite des Halbleitersubstrats hinein erstreckt und den Pixelbereich seitlich umgibt; eine Durchkontaktierung durch das Substrat, die sich in dem Randbereich durch das Halbleitersubstrat hindurch erstreckt und durch eine leitfähige Brücke, die unter der Rückseite des Halbleitersubstrats angeordnet ist, elektrisch mit der rückseitigen Isolationsstruktur gekoppelt ist; ein leitfähiges Merkmal, das über einer Vorderseite des Halbleitersubstrats angeordnet und elektrisch mit der Durchkontaktierung durch das Substrat gekoppelt ist; und eine Schaltung für negative Vorspannung, die dazu eingerichtet ist, durch das leitfähige Merkmal hindurch zu unterschiedlichen Zeiten einen ersten Vorspannungszustand und einen zweiten Vorspannungszustand über die rückseitige Isolationsstruktur und das Halbleitersubstrat anzulegen.
  11. Bildsensor nach Anspruch 10, wobei der erste Vorspannungszustand eine negative Vorspannung ist, die relativ zu dem zweiten Vorspannungszustand eine Anzahl von Elektronenlöchern angrenzend an die rückseitige Isolationsstruktur innerhalb des Halbleitersubstrats reduziert.
  12. Bildsensor nach Anspruch 10, wobei der erste Vorspannungszustand relativ zu dem zweiten Vorspannungszustand eine elektrische Leitfähigkeit des Halbleitersubstrats auf gegenüberliegenden Seiten der rückseitigen Isolationsstruktur reduziert.
  13. Bildsensor nach einem der Ansprüche 10 bis 12, ferner umfassend: eine dielektrische Isolationsschicht, die das leitfähige Merkmal von dem Halbleitersubstrat trennt.
  14. Bildsensor nach einem der Ansprüche 10 bis 13, ferner umfassend: eine durchgehende dielektrische Auskleidung, die über der Rückseite des Halbleitersubstrats angeordnet ist und die Durchkontaktierung durch das Substrat von dem Halbleitersubstrat trennt.
  15. Bildsensor gemäß einem der Ansprüche 10 bis 14, wobei die rückseitige Isolationsstruktur einen Metallkern umfasst, der sich in die Rückseite des Halbleitersubstrats erstreckt, und ferner umfassend: eine rückseitige leitfähige Leiterbahn unterhalb des Metallkerns, wobei eine Mitte der rückseitigen Leiterbahn von einer Mitte des Metallkerns versetzt ist.
  16. Bildsensor gemäß einem der Ansprüche 10 bis 15, wobei die rückseitige Isolationsstruktur einen Metallkern umfasst, der sich in die Rückseite des Halbleitersubstrats erstreckt, und ferner umfassend: eine Trennschicht, die ein dielektrisches Material umfasst, die zwischen der rückseitigen leitfähigen Leiterbahn und der rückseitigen Isolationsstruktur angeordnet ist, wobei sich die rückseitige leitfähige Leiterbahn durch die Trennschicht hindurch erstreckt, um elektrisch mit dem Metallkern gekoppelt zu werden.
  17. Bildsensor nach einem der Ansprüche 10 bis 16, wobei die rückseitige Isolationsstruktur einen Metallkern in einem Graben umfasst, der sich in die Rückseite des Halbleitersubstrats erstreckt, und ferner umfassend: eine erste dielektrische Auskleidung, die entlang innerer Seitenwände des Grabens angeordnet ist; eine zweite dielektrische Auskleidung, die entlang innerer Seitenwände der ersten dielektrischen Schicht angeordnet ist und den Metallkern von der ersten dielektrischen Auskleidung trennt; und eine dielektrische Schicht, die eine untere Fläche der ersten dielektrischen Auskleidung von der zweiten dielektrischen Auskleidung vertikal trennt.
  18. Verfahren zum Bilden eines Bildsensors, umfassend: Bilden eines leitfähigen Merkmals auf einer Vorderseite eines Halbleitersubstrats; Strukturieren des Halbleitersubstrats, um einen rückseitigen Isolationsgraben und einen rückseitigen Verbindungsgraben in einem Pixelbereich zu bilden, so dass sich der rückseitige Isolationsgraben und der rückseitige Verbindungsgraben schneiden; Strukturieren eines Durchgangslochs, das sich in einem Randbereich, der seitlich von dem Pixelbereich versetzt ist, durch das Halbleitersubstrat hindurch erstreckt; Bereitstellen eines leitfähigen Materials, um eine rückseitige Isolationsstruktur in dem rückseitigen Isolationsgraben, eine rückseitige Verbindungsstruktur in dem rückseitigen Verbindungsgraben und eine Durchkontaktierung durch das Substrat in dem Durchgangsloch zu bilden, um das leitfähige Merkmal zu kontaktieren; und Bilden einer leitfähigen Brücke über einer rückseitigen Oberfläche der Durchkontaktierung durch das Substrat und einer rückseitigen Oberfläche der rückseitigen Verbindungsstruktur.
  19. Verfahren nach Anspruch 18, ferner umfassend: Bilden einer dielektrischen Auskleidung entlang Seitenwänden des rückseitigen Isolationsgrabens, des rückseitigen Verbindungsgrabens und des Durchgangslochs vor Bereitstellen des leitfähigen Materials.
  20. Verfahren nach Anspruch 18 oder 19, ferner umfassend: Bilden einer Metallschicht über dem Pixelbereich, wodurch die rückseitige Isolationsstruktur bedeckt wird; und Strukturieren der Metallschicht, um ein Isolationsgitter mit der rückseitigen Isolationsstruktur ausgerichtet zu bilden.
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