DE102023102588A1 - Bildsensor mit verbesserter struktur für kleine pixeldesigns - Google Patents

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Yen-Yu Chen
Yen-Ting Chiang
Bai-Tao Huang
Tse-Hua LU
Tzu-Hsuan Hsu
Shyh-Fann Ting
Jen-Cheng Liu
Dun-Nian Yaung
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Taiwan Semiconductor Manufacturing Co TSMC Ltd
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Abstract

Verschiedene Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung betreffen einen Bildsensor. Der Bildsensor weist ein Substrat mit einer ersten Seite und einer zweiten Seite auf. Das Substrat weist einen Pixelbereich auf. Ein Photodetektor liegt in dem Pixelbereich. Ein erster dotierter Bereich liegt in dem Pixelbereich. Ein zweiter dotierter Bereich liegt in dem Pixelbereich. Der zweite dotierte Bereich liegt vertikal zwischen dem ersten dotierten Bereich und der ersten Seite des Substrats. In dem Substrat liegt eine dotierte Wanne, die den Pixelbereich seitlich umgibt. Die dotierte Wanne liegt teilweise in dem zweiten dotierten Bereich. Ein Abschnitt des zweiten dotierten Bereichs liegt vertikal zwischen der dotierten Wanne und der zweiten Seite des Substrats. In dem Halbleitersubstrat liegt eine Grabenisolationsstruktur, die den Pixelbereich seitlich umgibt. Eine Grundfläche der Grabenisolationsstruktur liegt innerhalb einer Grundfläche der dotierten Wanne.

Description

  • VERWEIS AUF VERWANDTE ANMELDUNG
  • Diese Anmeldung beansprucht die Priorität der vorläufigen US-Anmeldung Nr. 63/322 454 , eingereicht am 22. März 2022, deren Inhalt hierin durch Bezugnahme in ihrer Gesamtheit aufgenommen ist.
  • HINTERGRUND
  • Viele moderne elektronische Geräte (z. B. Smartphones, Digitalkameras, biomedizinische Bildgebungsvorrichtungen, Fahrzeugbildgebungsvorrichtungen usw.) weisen Bildsensoren auf. Die Bildsensoren weisen einen oder mehrere Photodetektoren (z. B. Photodioden, Phototransistoren, Photowiderstände usw.) auf, die dazu konfiguriert sind, einfallende Strahlung zu absorbieren und elektrische Signale auszugeben, die der einfallenden Strahlung entsprechen. Einige Arten von Bildsensoren umfassen Bildsensoren mit ladungsgekoppelten Elementen (CCD-Bildsensoren) und komplementäre Metalloxid-Halbleiter-Bildsensoren (CMOS-Bildsensoren). CMOS-Bildsensoren werden gegenüber CCD-Bildsensoren aufgrund geringen Stromverbrauchs, geringer Größe, schneller Datenverarbeitung, einer direkten Datenausgabe und niedriger Herstellungskosten zunehmend bevorzugt. Einige Arten von CMOS-Bildsensoren umfassen vorderseitig beleuchtete Bildsensoren (FSI-Bildsensoren) und rückseitig beleuchtete Bildsensoren (BSI-Bildsensoren).
  • KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • Aspekte der vorliegenden Offenbarung werden am besten aus der folgenden detaillierten Beschreibung verstanden, wenn sie mit den beigefügten Zeichnungen gelesen wird. Man beachte, dass gemäß dem üblichen Vorgehen in der Branche verschiedene Merkmale nicht maßstabsgetreu gezeichnet sind. Tatsächlich können die Abmessungen der verschiedenen Merkmale zur Klarheit der Beschreibung beliebig vergrößert oder verkleinert sein.
    • 1 zeigt eine Querschnittsansicht einiger Ausführungsformen eines Bildsensors mit einer verbesserten Struktur für kleine Pixeldesigns.
    • 2 zeigt eine Querschnittsansicht einiger Ausführungsformen des Bildsensors von 1.
    • 3 zeigt eine Querschnittsansicht einiger Ausführungsformen des Bildsensors von 1.
    • 4 zeigt eine Querschnittsansicht einiger weiterer Ausführungsformen des Bildsensors von 1.
    • 5 zeigt eine Querschnittsansicht einiger weiterer Ausführungsformen des Bildsensors von 1.
    • 6 zeigt eine Querschnittsansicht einiger weiterer Ausführungsformen des Bildsensors von 1.
    • 7 zeigt eine Querschnittsansicht einiger weiterer Ausführungsformen des Bildsensors von 6.
    • 8 zeigt eine Querschnittsansicht einiger weiterer Ausführungsformen des Bildsensors von 7.
    • Die 9A bis 9D zeigen verschiedene Ansichten einiger Ausführungsformen des Bildsensors von 6.
    • 10 zeigt eine Layoutansicht einiger Ausführungsformen des Bildsensors der 9A bis 9D.
    • 11 zeigt eine Querschnittsansicht einiger weiterer Ausführungsformen des Bildsensors der 9A bis 9D.
    • 12 zeigt ein Blockdiagramm einiger Ausführungsformen eines integrierten Chips (IC), der den Bildsensor der 9A bis 9D aufweist.
    • Die 13 bis 26 zeigen eine Reihe von Querschnittsansichten einiger Ausführungsformen eines Verfahrens zum Ausbilden eines Bildsensors mit einer verbesserten Struktur für kleine Pixeldesigns.
    • 27 zeigt ein Flussdiagramm einiger Ausführungsformen eines Verfahrens zum Ausbilden eines Bildsensors mit einer verbesserten Struktur für kleine Pixeldesigns.
  • DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
  • Die folgende Offenbarung sieht viele verschiedene Ausführungsformen oder Beispiele vor, um verschiedene Merkmale des angegebenen Gegenstands zu implementieren. Spezielle Beispiele von Komponenten und Anordnungen sind unten beschrieben, um die vorliegende Offenbarung zu vereinfachen. Diese sind natürlich nur Beispiele und sollen nicht einschränkend wirken. Beispielsweise kann das Ausbilden eines ersten Merkmals über oder auf einem zweiten Merkmal in der folgenden Beschreibung Ausführungsformen umfassen, in denen das erste und das zweite Merkmal in direktem Kontakt ausgebildet sind, und kann auch Ausführungsformen umfassen, in denen zusätzliche Merkmale zwischen dem ersten und dem zweiten Merkmal ausgebildet sein können, so dass das erste und das zweite Merkmal nicht in direktem Kontakt stehen müssen. Zusätzlich kann die vorliegende Offenbarung Bezugszeichen und/oder Buchstaben in den verschiedenen Beispielen wiederholen. Diese Wiederholung dient dem Zweck der Einfachheit und Klarheit und erzwingt an sich keine Beziehung zwischen den verschiedenen beschriebenen Ausführungsformen und/oder Konfigurationen.
  • Weiter können räumlich relative Begriffe, wie „unten“, „unter“, „unterer“, „über“, „oberer“ und ähnliche, hier der Einfachheit der Beschreibung halber verwendet werden, um die Beziehung eines Elements oder Merkmals mit einem oder mehreren anderen Elementen oder Merkmalen zu beschreiben, wie sie in den Figuren gezeigt sind. Die räumlich relativen Begriffe sollen verschiedene Ausrichtungen der Vorrichtung, die verwendet oder betrieben wird, zusätzlich zu der in den Figuren gezeigten Ausrichtung umfassen. Die Vorrichtung kann anders (um 90 Grad gedreht oder in einer anderen Ausrichtung) ausgerichtet sein und die räumlich relativen Begriffe, die hier verwendet werden, können auch dahingehend interpretiert werden.
  • Viele tragbare elektronische Geräte (z. B. Kameras, Mobiltelefone usw.) weisen einen Bildsensor zum Aufnehmen von Bildern auf. Ein Beispiel für solche Bildsensoren sind komplementärere Metalloxid-Halbleiter-Bildsensoren (CMOS-Bildsensoren, CIS) mit einem Array von Photodetektoren. Jeder der Photodetektoren ist in einem Pixelbereich eines Substrats (z. B. eines Halbleitersubstrats) angeordnet. Jeder der Pixelbereiche weist einen dotierten Abschnitt des Substrats auf. Der dotierte Abschnitt des Substrats ist ein Abschnitt des Substrats mit einem ersten Dotierungstyp (z. B. dem n-Typ).
  • Eine rückseitige Tiefgrabenisolationsstruktur (BDTI-Struktur) ist in dem Substrat angeordnet und umgibt seitlich die Pixelbereiche. Üblicherweise ist in dem Substrat ein tiefer Wannenbereich angeordnet. Der tiefe Wannenbereich ist ein stark dotierter Bereich des Substrats mit einem zweiten Dotierungstyp, der dem ersten Dotierungstyp entgegengesetzt ist (z. B. dem p-Typ). Der tiefe Wannenbereich erstreckt sich vertikal von einer Vorderseite des Substrats zur Rückseite des Substrats (oder sehr nahe an diese heran). Die BDTI-Struktur ist in dem tiefen Wannenbereich angeordnet, und der tiefe Wannenbereich umgibt seitlich die gesamte BDTI-Struktur.
  • Üblicherweise werden die dotierten Abschnitte des Substrats und der tiefe Wannenbereich durch Lithographieprozesse ausgebildet. Beispielsweise werden die dotierten Abschnitte des Substrats durch einen ersten Lithographieprozess ausgebildet, und der tiefe Wannenbereich wird durch einen zweiten Lithographieprozess ausgebildet. Der erste Lithographieprozess erfordert eine erste Maskierungsschicht (z. B. einen Positiv/Negativ-Photoresist), und der zweite Lithographieprozess erfordert eine zweite Maskierungsschicht (z. B. einen Positiv/Negativ-Photoresist), die sich von der ersten Maskierungsschicht unterscheidet. Da die dotierten Abschnitte des Substrats durch den ersten Lithographieprozess ausgebildet werden und da der tiefe Wannenbereich durch den zweiten Lithographieprozess ausgebildet wird, können die dotierten Abschnitte des Substrats seitlich von den tiefen Wannenbereichen (z.B. aufgrund schlechter Überlagerungssteuerung) um einen Abstand ungleich null beabstandet sein. Dadurch kann die Fähigkeit zum Verkleinern der Abmessungen (z. B. der Grundfläche) der Pixelbereiche des Bildsensors eingeschränkt werden. Dementsprechend kann der herkömmliche Prozess zum Ausbilden eines Bildsensors die Fähigkeit zum Verkleinern der Abmessungen der CISs einschränken (kann z. B. die Entwicklung von CISs mit extrem kleinem Pixelabstand einschränken).
  • Ferner muss die zweite Maskierungsschicht aufgrund der Tiefe des tiefen Wannenbereichs relativ hoch sein (z. B. muss die zweite Maskierungsschicht hoch sein, um zu verhindern, dass Ionen unbeabsichtigt in den maskierten Abschnitt des Substrats implantiert werden). Da die zweite Maskierungsschicht relativ hoch sein muss, kann die zweite Maskierungsschicht die Fähigkeit zur Verkleinerung der Abmessungen des tiefen Wannenbereichs einschränken (z. B. ist es schwierig, die Breite eines kleinen in der zweiten Maskierungsschicht ausgebildeten Grabens zu steuern). Da die zweite Maskierungsschicht die Fähigkeit zum Verkleinern der Abmessungen des tiefen Wannenbereichs einschränken kann, kann die zweite Maskierungsschicht die Fähigkeit zum Verkleinern der Abmessungen der Pixelbereiche weiter einschränken. Somit kann der tiefe Wannenbereich die Fähigkeit zur Verkleinerung der Abmessungen der CISs weiter einschränken.
  • Verschiedene Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung betreffen einen Bildsensor (z. B. einen CIS). Der Bildsensor weist ein Halbleitersubstrat mit einer ersten Seite gegenüber einer zweiten Seite auf. Das Halbleitersubstrat weist einen Pixelbereich auf. In dem Pixelbereich ist ein Photodetektor angeordnet. In dem Pixelbereich ist ein erster dotierter Bereich angeordnet. In dem Pixelbereich ist ein zweiter dotierter Bereich angeordnet. Der zweite dotierte Bereich ist vertikal zwischen dem ersten dotierten Bereich und der ersten Seite des Halbleitersubstrats angeordnet. In dem Halbleitersubstrat ist eine dotierte Wanne angeordnet, die den Pixelbereich seitlich umgibt. Die dotierte Wanne erstreckt sich teilweise in den zweiten dotierten Bereich hinein, so dass ein Abschnitt des zweiten dotierten Bereichs vertikal zwischen der dotierten Wanne und der zweiten Seite des Halbleitersubstrats angeordnet ist. Eine Tiefgrabenisolationsstruktur (DTI-Struktur) ist in dem Halbleitersubstrat angeordnet und umgibt den Pixelbereich seitlich. Die DTI-Struktur erstreckt sich vertikal von der zweiten Seite des Halbleitersubstrats in das Halbleitersubstrat hinein. Eine Grundfläche der DTI-Struktur ist innerhalb einer Grundfläche der dotierten Wanne angeordnet.
  • Da sich die dotierte Wanne teilweise in das Halbleitersubstrat erstreckt und da die Grundfläche der DTI-Struktur innerhalb der Grundfläche der dotierten Wanne angeordnet ist, kann eine Größe des Pixelbereichs (z. B. eine Größe einer Grundfläche des Pixelbereichs) im Vergleich zu einer Größe eines Pixelbereichs eines herkömmlichen Bildsensors verringert sein. Da sich die dotierte Wanne genauer gesagt teilweise in das Halbleitersubstrat erstreckt (statt vollständig in das Halbleitersubstrat wie im Fall eines herkömmlichen Bildsensors), können die Abmessungen (z. B. die Dicke) der dotierten Wanne im Vergleich zu einem herkömmlichen CIS verringert sein. Daher können Abmessungen (z. B. die Größe der Grundfläche) des Pixelbereichs im Vergleich zu einem herkömmlichen CIS verringert sein. Da die Abmessungen des Pixelbereichs im Vergleich zum herkömmlichen CIS verringert sein können, kann der Bildsensor der vorliegenden Offenbarung demgemäß kleinere Abmessungen als der herkömmliche CIS aufweisen. Da die DTI-Struktur innerhalb der Grundfläche der dotierten Wanne angeordnet ist, können die Abmessungen (z. B. die Größe der Grundfläche) des Pixelbereichs im Vergleich zum herkömmlichen CIS verringert sein, während sie immer noch eine gute elektrische Leistung (z. B. eine gute elektrische Isolierung zwischen benachbarten Photodetektoren, eine gute Full-Well-Kapazität usw.) erzielt. Dementsprechend kann der Bildsensor der vorliegenden Offenbarung kleinere Abmessungen als der herkömmliche CIS aufweisen, während er immer noch eine Leistung haben kann, die die Leistung eines herkömmlichen CIS erreicht oder übertrifft.
  • Darüber hinaus berührt die DTI-Struktur in einigen Ausführungsformen den ersten dotierten Bereich und den zweiten dotierten Bereich. Die DTI-Struktur kann den ersten dotierten Bereich und den zweiten dotierten Bereich aufgrund dessen berühren, dass die dotierte Wanne sich teilweise in das Halbleitersubstrat erstreckt, und aufgrund eines verbesserten Verfahrens zum Ausbilden des Bildsensors der vorliegenden Offenbarung (z. B. des Ausbildens des ersten und des zweiten dotierten Bereichs durch einen oder mehrere flächendeckende Dotierungsprozesse, die unten ausführlicher beschrieben werden). So können die Abmessungen des Pixelbereichs im Vergleich zu einem herkömmlichen CIS noch weiter verringert werden. Da die Abmessungen des Pixelbereichs im Vergleich zum herkömmlichen CIS sogar noch weiter verringert werden können, kann der Bildsensor der vorliegenden Offenbarung somit noch weiter verkleinerte Abmessungen verglichen mit einem herkömmlichen CIS aufweisen.
  • 1 zeigt eine Querschnittsansicht 100 einiger Ausführungsformen eines Bildsensors mit einer verbesserten Struktur für kleine Pixeldesigns.
  • Wie in der Querschnittsansicht 100 von 1 gezeigt, weist der Bildsensor ein Substrat 102 (z. B. ein Halbleitersubstrat) auf. Das Substrat 102 weist eine Vorderseite 102f und eine der Vorderseite 102f gegenüberliegende Rückseite 102b auf. In einigen Ausführungsformen ist die Vorderseite 102f des Substrats 102 durch eine erste Oberfläche (z. B. eine Vorderseitenfläche) definiert, und die Rückseite 102b des Substrats 102 ist durch eine zweite Oberfläche (z. B. eine Rückseitenfläche) definiert, die der ersten Oberfläche gegenüberliegt. Das Substrat 102 weist einen Pixelbereich 103 auf. Der Pixelbereich 103 ist ein Abschnitt des Substrats 102, in dem Merkmale (z. B. strukturelle Merkmale, die unten ausführlicher beschrieben werden) eines einzelnen Pixels (z. B. Pixelsensors) des Bildsensors angeordnet sind. In einigen Ausführungsformen weist das Substrat 102 mehrere Pixelbereiche auf, die in einem Array angeordnet sind, und der Pixelbereich 103 ist ein einzelner Pixelbereich der mehreren Pixelbereiche.
  • Das Substrat 102 kann jede Art von Halbleiterkörper enthalten (z. B. monokristallines Silizium/CMOS-Bulk, Germanium (Ge), ein III-V-Halbleitermaterial, Siliziumgermanium (SiGe), Silizium-auf-Isolator (SOI) usw.). In einigen Ausführungsformen ist der Bildsensor (z. B. als rückseitig beleuchteter Bildsensor) dazu konfiguriert, einfallende Strahlung (z. B. Photonen) zu erfassen, die durch die Rückseite 102b des Substrats 102 durchtreten. In weiteren Ausführungsformen ist der Bildsensor (z. B. als vorderseitig beleuchteter Bildsensor) dazu konfiguriert, einfallende Strahlung (z. B. Photonen) zu erfassen, die durch die Vorderseite 102f des Substrats 102 durchtreten. Das Substrat 102 kann einen ersten Dotierungstyp (z. B. den p-Typ/n-Typ) aufweisen oder kann intrinsisch sein.
  • Ein erster dotierter Bereich 104 ist in dem Substrat 102 angeordnet. Der erste dotierte Bereich 104 ist auch in dem Pixelbereich 103 angeordnet. Der erste dotierte Bereich 104 ist ein Bereich des Substrats 102 mit einem zweiten Dotierungstyp (z. B. dem n-Typ/p-Typ). Der zweite Dotierungstyp ist dem ersten Dotierungstyp entgegengesetzt (z. B. ist der zweite Dotierungstyp der n-Typ und der erste Dotierungstyp ist der p-Typ oder umgekehrt).
  • Ein zweiter dotierter Bereich 106 ist in dem Substrat 102 angeordnet. Der zweite dotierte Bereich 106 ist ebenfalls in dem Pixelbereich 103 angeordnet. Der zweite dotierte Bereich 106 ist ein Bereich des Substrats 102 mit dem zweiten Dotierungstyp (z. B. dem n-Typ/p-Typ). In einigen Ausführungsformen weist der erste dotierte Bereich 104 eine höhere Konzentration der Dotierstoffe vom zweiten Dotierungstyp (z. B. n-Dotierstoffe (etwa Phosphor (P), Arsen (As), Antimon (Sb) usw.) oder p-Dotierstoffe (etwa Bor (B), Aluminium (Al), Gallium (Ga) usw.)) als der zweite dotierte Bereich 106 auf. In weiteren Ausführungsformen weist der erste dotierte Bereich 104 eine niedrigere Konzentration der Dotierstoffe des zweiten Dotierungstyps als der zweite dotierte Bereich 106 auf.
  • Der erste dotierte Bereich 104 ist vertikal zwischen der Rückseite 102b des Substrats 102 und dem zweiten dotierten Bereich 106 angeordnet. In einigen Ausführungsformen erstreckt sich der erste dotierte Bereich 104 vertikal von dem zweiten dotierten Bereich 106 zur Rückseite 102b des Substrats 102. Der zweite dotierte Bereich 106 erstreckt sich vertikal von dem ersten dotierten Bereich 104 zur Vorderseite 102f des Substrats 102.
  • Der erste dotierte Bereich 104 erstreckt sich seitlich durch das Substrat 102. In einigen Ausführungsformen erstreckt sich der erste dotierte Bereich 104 durchgehend seitlich so durch das Substrat 102, dass sich der erste dotierte Bereich 104 durchgehend seitlich zwischen gegenüberliegenden äußersten Seiten des Substrats 102 (z. B. gegenüberliegenden äußersten Seitenwänden des Die) erstreckt. Der zweite dotierte Bereich erstreckt sich seitlich durch das Substrat 102. In einigen Ausführungsformen erstreckt sich der zweite dotierte Bereich 106 durchgehend seitlich so durch das Substrat, dass sich der zweite dotierte Bereich 106 durchgehend seitlich zwischen gegenüberliegenden äußersten Seiten des Substrats 102 (z. B. gegenüberliegenden äußersten Seitenwänden des Die) erstreckt.
  • Ein dritter dotierter Bereich 108 ist in dem Substrat 102 angeordnet. Der dritte dotierte Bereich 108 ist ebenfalls in dem Pixelbereich 103 angeordnet. Der dritte dotierte Bereich 108 ist ein Bereich des Substrats 102 mit dem zweiten Dotierungstyp (z. B. dem n-Typ/p-Typ). Der dritte dotierte Bereich 108 ist vertikal zwischen dem zweiten dotierten Bereich 106 und der Vorderseite 102f des Substrats 102 angeordnet. In einigen Ausführungsformen weist der dritte dotierte Bereich 108 eine höhere Konzentration der Dotierstoffe des zweiten Dotierungstyps als der zweite dotierte Bereich 106 auf. In weiteren Ausführungsformen weist der dritte dotierte Bereich 108 eine niedrigere Konzentration der Dotierstoffe des zweiten Dotierungstyps als der zweite dotierte Bereich 106 auf.
  • Ein vierter dotierter Bereich 110 ist in dem Substrat 102 angeordnet. Der vierte dotierte Bereich 110 ist ebenfalls in dem Pixelbereich 103 angeordnet. Der vierte dotierte Bereich 110 ist ein Bereich des Substrats 102 mit dem ersten Dotierungstyp (z. B. dem p-Typ/n-Typ). Der vierte dotierte Bereich 110 ist vertikal zwischen dem dritten dotierten Bereich 108 und der Vorderseite 102f des Substrats 102 angeordnet. In einigen Ausführungsformen erstreckt sich die vierte dotierte Bereich 110 vertikal von dem dritten dotierten Bereich 108 zur Vorderseite 102f des Substrats 102. In einigen Ausführungsformen erstreckt sich der dritte dotierte Bereich 108 vertikal von dem zweiten dotierten Bereich 106 zu dem vierten dotierten Bereich 110. In einigen Ausführungsformen weist der vierte dotierte Bereich 110 eine höhere Konzentration der Dotierstoffe des ersten Dotierungstyps (z. B. der p-Dotierstoffe (etwa Bor (B), Aluminium (Al), Gallium (Ga) usw.) oder der n-Dotierstoffe (etwa Phosphor (P), Arsen (As), Antimon (Sb) usw.)) als das Substrat 102 (z. B. Abschnitte des Substrats 102, die in 1 nicht als spezifisch dotierte Bereich des Substrats 102 gekennzeichnet sind) auf.
  • Ein Floating-Diffusion-Knoten 112 ist in dem Substrat 102 angeordnet. Der Floating-Diffusion-Knoten 112 kann ebenfalls zumindest teilweise in dem Pixelbereich 103 angeordnet sein. Der Floating-Diffusion-Knoten 112 ist ein Bereich des Substrats 102 mit dem zweiten Dotierungstyp. Der Floating-Diffusion-Knoten 112 kann seitlich von dem dritten dotierten Bereich 108 und/oder dem vierten dotierten Bereich 110 beabstandet sein. In einigen Ausführungsformen weist der Floating-Diffusion-Knoten 112 eine höhere Konzentration der Dotierstoffe des zweiten Dotierungstyps als der erste dotierte Bereich 104, der zweite dotierte Bereich 106 und/oder der dritte dotierte Bereich 108 auf. In weiteren Ausführungsformen kann der Floating-Diffusion-Knoten 112 ein gemeinsamer Floating-Diffusion-Knoten sein, der von zwei oder mehr Pixelsensoreinheiten geteilt wird.
  • Ein Transfergate 114 ist über/auf der Vorderseite 102f des Substrats 102 angeordnet. Das Transfergate 114 kann zumindest teilweise über dem Pixelbereich 103 liegen. Das Transfergate 114 ist seitlich zwischen dem vierten dotierten Bereich 110 und dem Floating-Diffusion-Knoten 112 angeordnet. In einigen Ausführungsformen ist das Transfergate 114 seitlich zwischen dem dritten dotierten Bereich 108 und dem Floating-Diffusion-Knoten 112 angeordnet.
  • Das Transfergate 114 weist eine Gatedielektrikumsstruktur 116 und eine Gateelektrodenstruktur 118 auf. Die Gatedielektrikumsstruktur 116 kann über der Vorderseite 102f des Substrats 102 angeordnet sein. Die Gateelektrodenstruktur 118 liegt über der Gatedielektrikumsstruktur 116. In einigen Ausführungsformen besteht die Gatedielektrikumsstruktur 116 beispielsweise aus einem Oxid (z. B. Siliziumdioxid (SiO2)), einem High-k-Dielektrikum (z. B. Hafniumoxid (HfO), Tantaloxid (TaO), Hafniumsiliziumoxid (HfSiO), Hafniumtantaloxid (HfTaO), Aluminiumoxid (AlO), Zirkoniumoxid (ZrO) oder einem anderen Dielektrikum mit einer höheren Dielektrizitätskonstante als etwa 3,9), einem anderen Dielektrikum oder einer Kombination der Vorhergehenden oder enthält diese. In einigen Ausführungsformen besteht die Gateelektrodenstruktur 118 beispielsweise aus Polysilizium, einem Metall (z. B. Aluminium (Al), Kupfer (Cu), Titan (Ti), Tantal (Ta), Wolfram (W), Molybdän (Mo), Kobalt (Co) oder dergleichen), einem anderen leitfähigen Material oder einer Kombination der Vorhergehenden oder enthält diese.
  • Eine Zwischenschichtdielektrikums-Struktur (ILD-Struktur) 120 ist über der Vorderseite 102f des Substrats 102 angeordnet. Die ILD-Struktur 120 ist über dem Transfergate 114 angeordnet. In einigen Ausführungsformen weist die ILD-Struktur 120 eine oder mehrere gestapelte ILD-Schichten auf, die jeweils ein Low-k-Dielektrikum (z. B. ein Dielektrikum mit einer Dielektrizitätskonstante von weniger als etwa 3,9), ein Oxid (z. B. SiO2) oder dergleichen enthalten. In einigen Ausführungsformen wird die ILD-Struktur 120 als dielektrische Struktur bezeichnet.
  • Eine Interconnect-Struktur (z. B. ein Kupfer-Interconnect) ist in der ILD-Struktur 120 und über der Vorderseite 102f des Substrats 102 angeordnet. Die Interconnect-Struktur weist mehrere leitfähige Kontakte 122a (z. B. Metallkontakte), mehrere leitfähige Durchkontaktierungen 122b (z. B. Metalldurchkontaktierungen) und mehrere leitfähige Drähte 122c (z. B. Metalldrähte) auf. In einigen Ausführungsformen kann die Interconnect-Struktur beispielsweise aus Kupfer (Cu), Aluminium (Al), Wolfram (W), Gold (Au), irgendeinem anderen leitfähigen Material oder einer Kombination der Vorhergehenden bestehen oder diese enthalten. In weiteren Ausführungsformen können die mehreren leitfähigen Kontakte 122a ein erstes leitfähiges Material (z. B. W) enthalten, und die mehreren leitfähigen Durchkontaktierungen 122b und die mehreren leitfähigen Drähte 122c können ein zweites leitfähiges Material (z. B. Cu) enthalten, das sich von dem ersten leitfähigen Material unterscheidet.
  • Eine dotierte Wanne 124 ist in dem Substrat 102 angeordnet. Die dotierte Wanne 124 ist auch zumindest teilweise in dem Pixelbereich 103 angeordnet. Die dotierte Wanne 124 ist ein Abschnitt des Substrats 102 mit dem ersten Dotierungstyp. In einigen Ausführungsformen erstreckt sich der zweite dotierte Bereich 106 durchgehend seitlich zwischen gegenüberliegenden Innenseiten der dotierten Wanne 124. In weiteren Ausführungsformen berührt der zweite dotierte Bereich 106 (direkt) beide gegenüberliegenden Innenseiten der dotierten Wanne 124.
  • Die dotierte Wanne 124 erstreckt sich von der Vorderseite 102f des Substrats 102 vertikal in das Substrat 102 hinein. Die dotierte Wanne 124 kann sich teilweise durch das Substrat 102 (z. B. nicht vollständig durch das Substrat 102) erstrecken. Die dotierte Wanne 124 erstreckt sich vertikal durch das Substrat 102 und in den zweiten dotierten Bereich 106 hinein. In einigen Ausführungsformen erstreckt sich die dotierte Wanne 124 vertikal teilweise in den zweiten dotierten Bereich 106 hinein, so dass ein Abschnitt des zweiten dotierten Bereichs 106 vertikal zwischen der dotierten Wanne 124 und dem ersten dotierten Bereich 104 angeordnet ist.
  • Die dotierte Wanne 124 erstreckt sich seitlich durch das Substrat 102 mit einem Verlauf mit einer geschlossenen Schleife. In einigen Ausführungsformen erstreckt sich die dotierte Wanne 124 seitlich durch das Substrat 102 in einem Verlauf mit einer geschlossenen Schleife derart, dass die dotierte Wanne 124 den Pixelbereich 103 seitlich umgibt. In einigen Ausführungsformen hat die dotierte Wanne 124 in einer Draufsicht (und/oder einer Layoutansicht) betrachtet ein ringförmiges Layout. In einigen Ausführungsformen ist die Hälfte der dotierten Wanne 124 in dem Pixelbereich 103 angeordnet. Beispielsweise ist in Ausführungsformen, in denen die dotierte Wanne 124 ein ringförmiges Layout aufweist, ein innerer ringförmiger Abschnitt der dotierten Wanne 124 in dem Pixelbereich 103 angeordnet, und ein äußerer ringförmiger Abschnitt der dotierten Wanne 124, der den inneren ringförmigen Abschnitt der dotierten Wanne 124 seitlich umgibt, ist außerhalb des Pixelbereichs 103 (z. B. in anderen Pixelbereichen des Substrats 102 benachbart zu dem Pixelbereich 103) angeordnet. In weiteren Ausführungsformen können der innere ringförmige Abschnitt der dotierten Wanne 124 und der äußere ringförmige Abschnitt der dotierten Wanne 124 eine gleiche Dicke (z. B. einen Abstand zwischen einem Innendurchmesser und einem Außendurchmesser einer ringförmigen Struktur) aufweisen. Es versteht sich, dass mehr als die Hälfte oder weniger als die Hälfte der dotierten Wanne 124 in dem Pixelbereich 103 angeordnet sein kann (dass die Dicke des inneren ringförmigen Abschnitts der dotierten Wanne 124 sich von der des äußeren ringförmigen Abschnitts der dotierten Wanne 124 z. B. unterscheidet (kleiner oder größer ist)).
  • In einigen Ausführungsformen weist die dotierte Wanne 124 eine höhere Konzentration der Dotierstoffe des ersten Dotierungstyps als das Substrat 102 auf. In einigen Ausführungsformen weist die dotierte Wanne 124 eine niedrigere Konzentration der Dotierstoffe des ersten Dotierungstyps als der vierte dotierte Bereich 110 auf. In weiteren Ausführungsformen weist die dotierte Wanne 124 eine höhere Konzentration der Dotierstoffe des ersten Dotierungstyps als der vierte dotierte Bereich 110 auf. In einigen Ausführungsformen kann die Dotierstoffkonzentration der Dotierstoffe des ersten Dotierungstyps entlang der Tiefe der dotierten Wanne 124 etwa gleich sein („etwa gleich“ deckt z. B. kleine Schwankungen ab, die durch den Herstellungsprozess verursacht werden). In weiteren Ausführungsformen kann die Dotierstoffkonzentration der Dotierstoffe des ersten Dotierungstyps entlang der Tiefe der dotierten Wanne 124 schwanken (z. B. kann die dotierte Wanne 124 ein Gradientendotierungsprofil mit zwei oder mehr unterschiedlichen Dotierstoffkonzentrationen aufweisen).
  • Eine Tiefgrabenisolationsstruktur (DTI-Struktur) 126 ist in dem Substrat 102 angeordnet. Die DTI-Struktur 126 erstreckt sich vertikal von der Rückseite 102b des Substrats 102 in das Substrat 102 hinein. Die DTI-Struktur 126 kann sich teilweise durch das Substrat 102 (z. B. nicht vollständig durch das Substrat 102) erstrecken. In einigen Ausführungsformen erstreckt sich der zweite dotierte Bereich 106 durchgehend seitlich zwischen gegenüberliegenden inneren Seitenwänden der DTI-Struktur 126. In weiteren Ausführungsformen berührt der zweite dotierte Bereich 106 (direkt) beide der gegenüberliegenden inneren Seitenwände der DTI-Struktur 126. In einigen Ausführungsformen erstreckt sich der zweite dotierte Bereich 106 durchgehend seitlich zwischen den gegenüberliegenden Innenseiten der dotierten Wanne 124 und erstreckt sich durchgehend seitlich zwischen den gegenüberliegenden inneren Seitenwänden der DTI-Struktur 126.
  • Die DTI-Struktur 126 erstreckt sich vertikal durch das Substrat 102 und in den zweiten dotierten Bereich 106 hinein. In einigen Ausführungsformen erstreckt sich die DTI-Struktur 126 vertikal teilweise in den zweiten dotierten Bereich 106 derart, dass ein Abschnitt des zweiten dotierten Bereichs 106 vertikal zwischen der DTI-Struktur 126 und der Vorderseite 102f des Substrats 102 angeordnet ist. In weiteren Ausführungsformen kann sich die DTI-Struktur 126 vertikal durch sowohl den ersten dotierten Bereich 104 als auch den zweiten dotierten Bereich 106 erstrecken, so dass ein anderer Abschnitt des Substrats 102, der vertikal zwischen dem zweiten dotierten Bereich 106 und der Vorderseite 102f des Substrats 102 angeordnet ist, vertikal zwischen der DTI-Struktur 126 und der Vorderseite 102f des Substrats 102 angeordnet ist. In noch weiteren Ausführungsformen kann sich die DTI-Struktur 126 von der Rückseite 102b des Substrats 102 zur Vorderseite 102f des Substrats 102 erstrecken (z. B. sich vollständig durch das Substrat 102 erstrecken).
  • In einigen Ausführungsformen wird die DTI-Struktur 126 als Isolierstruktur bezeichnet. In einigen Ausführungsformen kann die DTI-Struktur 126 als rückseitige Tiefgrabenisolationsstruktur (BDTI-Struktur) bezeichnet werden. In solchen Ausführungsformen kann sich die DTI-Struktur 126 von der Rückseite 102b des Substrats 102 in das Substrat 102 hinein erstrecken. Es versteht sich, dass sich die DTI-Struktur 126 in einigen Ausführungsformen von der Vorderseite 102f des Substrats 102 statt von der Rückseite 102b des Substrats 102 in das Substrat erstrecken kann. In solchen Ausführungsformen kann die DTI-Struktur 126 als vorderseitige Tiefgrabenisolationsstruktur (FDTI-Struktur) bezeichnet werden.
  • In einigen Ausführungsformen kann die DTI-Struktur 126 zum Beispiel aus einem Oxid (z. B. SiO2), einem Nitrid (z. B. Siliziumnitrid (SiN)), einem Oxynitrid (z. B. Siliziumoxynitrid (SiON)), Tetraethoxysilan (TEOS), einem High-k-Dielektrikum (z. B. Hafniumoxid (HfO), Tantaloxid (TaO), Hafniumsiliziumoxid (HfSiO), Hafniumtantaloxid (HfTaO), Aluminiumoxid (AlO), Zirkoniumoxid (ZrO), irgendeinem anderen Dielektrikum mit einer Dielektrizitätskonstante von mehr als etwa 3,9), einem anderen Dielektrikum oder einer Kombination der Vorhergehenden bestehen oder diese enthalten. In einigen Ausführungsformen kann die DTI-Struktur 126 abgewinkelte Seitenwände aufweisen, wie in der Querschnittsansicht 100 von 1 gezeigt. In weiteren Ausführungsformen können die Seitenwände der DTI-Struktur 126 im Wesentlichen gerade (z. B. vertikal) sein.
  • Die DTI-Struktur 126 erstreckt sich seitlich durch das Substrat 102 in einem Verlauf mit geschlossener Schleife. In einigen Ausführungsformen erstreckt sich die DTI-Struktur 126 seitlich durch das Substrat 102 in einem Verlauf mit geschlossener Schleife derart, dass die DTI-Struktur 126 den Pixelbereich 103 seitlich umgibt. In einigen Ausführungsformen hat die DTI-Struktur 126 in einer Draufsicht (und/oder einer Layoutansicht) betrachtet ein ringförmiges Layout. In einigen Ausführungsformen ist die Hälfte der DTI-Struktur 126 in dem Pixelbereich 103 angeordnet. Beispielsweise ist in Ausführungsformen, in denen die DTI-Struktur 126 ein ringförmiges Layout aufweist, ein innerer ringförmiger Abschnitt der DTI-Struktur 126 in dem Pixelbereich 103 angeordnet, und ein äußerer ringförmiger Abschnitt der DTI-Struktur 126, der den inneren ringförmigen Abschnitt der DTI-Struktur 126 seitlich umgibt, ist außerhalb des Pixelbereichs 103 (z. B. in anderen Pixelbereichen des Substrats 102 benachbart zu dem Pixelbereich 103) angeordnet. In weiteren Ausführungsformen können der innere ringförmige Abschnitt der DTI-Struktur 126 und der äußere ringförmige Abschnitt der DTI-Struktur 126 eine gleiche Dicke (z. B. einen Abstand zwischen einem Innendurchmesser und einem Außendurchmesser einer ringförmigen Struktur) aufweisen. Es versteht sich, dass mehr als die Hälfte oder weniger als die Hälfte der STI-Struktur 126 in dem Pixelbereich 103 angeordnet sein kann (dass sich die Dicke des inneren ringförmigen Abschnitts der DTI-Struktur 126 z. B. von der des äußeren ringförmigen Abschnitts der DTI-Struktur 126 unterscheidet (kleiner oder größer ist)).
  • Eine obere Fläche 128 der DTI-Struktur 126 weist eine Grundfläche auf, die innerhalb einer Grundfläche der dotierten Wanne 124 angeordnet ist. Eine Grundfläche entspricht einer Fläche, die von einer vertikalen Projektion eines gegebenen Merkmals auf eine seitliche Ebene eingenommen wird, die sich seitlich parallel zur Rückseite 102b des Substrats 102 erstreckt. Beispielsweise entspricht die Grundfläche der oberen Fläche 128 der DTI-Struktur 126 einem Bereich, der von einer vertikalen Projektion der oberen Fläche 128 der DTI-Struktur 126 auf eine erste seitliche Ebene eingenommen wird, wobei sich die erste seitliche Ebene seitlich parallel zur Rückseite 102b des Substrats 102 erstreckt, und die Grundfläche der dotierten Wanne 124 entspricht einem Bereich, der von einer vertikalen Projektion der dotierten Wanne 124 auf die erste seitliche Ebene eingenommen wird. In weiteren Ausführungsformen weist ein dickster Abschnitt der DTI-Struktur (z. B. ein Abschnitt der DTI-Struktur 126, der verglichen mit allen anderen Abschnitten der DTI-Struktur 126 am nächsten an der Rückseite 102b des Substrats 102 liegt) eine Grundfläche auf, die innerhalb der Grundfläche der dotierten Wanne 124 angeordnet ist. Mit anderen Worten kann eine größte Grundfläche der DTI-Struktur 126 innerhalb der Grundfläche der dotierten Wanne 124 angeordnet sein. In noch weiteren Ausführungsformen entspricht die Grundfläche der dotierten Wanne 124 einer größten Grundfläche der dotierten Wanne 124.
  • Ein Photodetektor 130 (z. B. eine Photodiode) ist in dem Substrat 102 angeordnet. Der Photodetektor 130 ist ebenfalls in dem Pixelbereich 103 angeordnet. Der Photodetektor 130 ist dazu konfiguriert, einfallende Strahlung (z. B. Licht) zu absorbieren und elektrische Signale zu erzeugen, die der einfallenden Strahlung entsprechen. Mit anderen Worten ist der Photodetektor 130 lichtempfindlich. Das Transfergate 114 ist dazu konfiguriert, selektiv einen leitfähigen Kanal zwischen dem Photodetektor 130 und dem Floating-Diffusion-Knoten 112 zu bilden, so dass Ladungen, die in dem Photodetektor 130 (z. B. durch Absorbieren der einfallenden Strahlung) angesammelt sind, zum Floating-Diffusion-Knoten 112 geleitet werden können.
  • In einigen Ausführungsformen ist der Photodetektor 130 lichtempfindlich, weil der Photodetektor 130 einen Verarmungsbereich aufweist. In weiteren Ausführungsformen kann zumindest ein Abschnitt des Verarmungsbereichs durch die DTI-Struktur 126 induziert werden (z. B. können feste Ladungen in der DTI-Struktur 126 (und/oder feste Ladungen, die durch einen Prozess zum Ausbilden der DTI-Struktur 126 erzeugt wurden) den Verarmungsbereich induzieren). In weiteren Ausführungsformen kann zumindest ein Abschnitt des Verarmungsbereichs durch die dotierte Wanne 124 (z. B. aufgrund eines pn-Übergangs zwischen der dotierten Wanne 124 und dem zweiten dotierten Bereich 106) induziert werden. In noch weiteren Ausführungsformen kann der Verarmungsbereich durch andere Bereiche des Substrats 102 mit dem zweiten Dotierungstyp induziert werden, die an den ersten dotierten Bereich 104 und/oder den zweiten dotierten Bereich 106 angrenzen (z. B. Bereiche des Substrats 102, die über dem zweiten dotierten Bereich 106 liegen und den ersten Dotierungstyp aufweisen). In einigen Ausführungsformen kann der Photodetektor 130 ebenfalls in dem dritten dotierten Bereich 108 angeordnet sein.
  • Da sich die dotierte Wanne 124 teilweise in das Substrat 102 erstreckt, kann eine Größe des Pixelbereichs 103 (z. B. eine Größe einer Grundfläche des Pixelbereichs 103) im Vergleich zu einer Größe eines Pixelbereichs eines herkömmlichen CIS kleiner sein. Da die Größe des Pixelbereichs 103 im Vergleich zur Größe des Pixelbereichs eines herkömmlichen CIS kleiner sein kann, kann der Bildsensor der vorliegenden Offenbarung folglich kleinere Abmessungen als ein herkömmlicher CIS aufweisen. In einigen Ausführungsformen kann die dotierte Wanne 124, die sich teilweise in das Substrat 102 erstreckt, die Größe des Pixelbereichs 103 im Vergleich zur Größe des Pixelbereichs eines herkömmlichen CIS zumindest teilweise aufgrund der Fähigkeit verringern, die dotierte Wanne mit einer relativ kurzen (z. B. dünnen) Maskierungsschicht auszubilden (z. B. kann ein Graben, der in einer dünnen Maskierungsschicht ausgebildet ist, eine kleinere Breite als ein entsprechender Graben aufweisen, der in einer dicken Maskierungsschicht ausgebildet ist).
  • Da ferner die DTI-Struktur 126 innerhalb der Grundfläche der dotierten Wanne 124 angeordnet ist, kann die Größe des Pixelbereichs 103 im Vergleich zur Größe des Pixelbereichs eines herkömmlichen Bildsensors verringert werden, während er immer noch eine gute elektrische Leistung (z, gute elektrische Isolation zwischen benachbarten Photodetektoren, gute Full-Well-Kapazität usw.) aufweist. Dementsprechend kann der Bildsensor der vorliegenden Offenbarung kleinere Abmessungen als der herkömmliche CIS aufweisen, während er auch Leistungsmetriken aufweisen kann, die Leistungsmetriken eines herkömmlichen CIS erreichen oder übertreffen. In einigen Ausführungsformen kann die DTI-Struktur 126, die innerhalb der Grundfläche der dotierten Wanne 124 angeordnet ist, für gute Leistungsmetriken des Bildsensors sorgen, da die Verbindung aus der DTI-Struktur 126 und der dotierten Wanne 124 zumindest teilweise für gute elektrische Isolierung zwischen benachbarten Pixelbereichen sorgt und/oder die Verbindung aus der DTI-Struktur 126 und der dotierten Wanne 124 den Verarmungsbereich des Photodetektors 130 induziert (was z. B. ermöglicht, dass der Photodetektor 130 eine größere Fläche des Pixelbereichs 103 als ein Photodetektor eines herkömmlichen CIS einnimmt).
  • Da der zweite dotierte Bereich 106 weiter (direkt) beide gegenüberliegenden inneren Seitenwände der DTI-Struktur 126 berührt (und da der zweite dotierte Bereich 106 (direkt) beide gegenüberliegenden inneren Seiten der dotierten Wanne 124 berührt), anstatt dass sie seitlich beabstandet sind, kann eine Größe des Pixelbereichs 103 im Vergleich zu einer Größe eines Pixelbereichs eines herkömmlichen CIS weiter verringert werden. Dementsprechend kann der Bildsensor der vorliegenden Offenbarung kleinere Abmessungen als ein herkömmlicher CIS haben.
  • 2 zeigt eine Querschnittsansicht 200 einiger Ausführungsformen des Bildsensors von 1. Die Querschnittsansicht 200 der 2 ist entlang der Linie A-A der 1 genommen. Die DTI-Struktur 126 ist in der Querschnittsansicht 200 der 2 durchsichtig (durch eine gestrichelte Linie dargestellt) gezeigt.
  • Wie in der Querschnittsansicht 200 der 2 gezeigt, ist eine Grundfläche der DTI-Struktur 126 innerhalb einer Grundfläche der dotierten Wanne 124 angeordnet. Die dotierte Wanne 124 umgibt seitlich den Photodetektor 130. Die DTI-Struktur 126 umgibt ebenfalls seitlich den Photodetektor 130. Die dotierte Wanne 124 umgibt seitlich den Pixelbereich 103. Die DTI-Struktur 126 umgibt ebenfalls seitlich den Pixelbereich 103.
  • Wie auch in der Querschnittsansicht 200 von 2 gezeigt, ist ein erster Abschnitt der dotierten Wanne 124 (z. B. ein innerer ringförmiger Abschnitt der dotierten Wanne 124) in dem Pixelbereich 103 angeordnet, und ein zweiter Abschnitt der dotierten Wanne 124 (z. B. ein äußerer ringförmiger Abschnitt der dotierten Wanne 124) ist außerhalb des Pixelbereichs 103 angeordnet. Der zweite Abschnitt der dotierten Wanne 124 kann den ersten Abschnitt der dotierten Wanne 124 seitlich umgeben. Ein erster Abschnitt der DTI-Struktur 126 (z. B. ein innerer ringförmiger Abschnitt der DTI-Struktur 126) ist in dem Pixelbereich 103 angeordnet und ein zweiter Abschnitt der DTI-Struktur 126 (z. B. ein äußerer ringförmiger Abschnitt der DTI-Struktur 126) ist außerhalb des Pixelbereichs 103 angeordnet. Der zweite Abschnitt der DTI-Struktur 126 kann den ersten Abschnitt der DTI-Struktur 126 seitlich umgeben.
  • Wie auch in der Querschnittsansicht 200 von 2 gezeigt, weist ein Layout der dotierten Wanne 124 bei einigen Ausführungsformen eine gitterartige Form auf. Die Grundfläche der dotierten Wanne 124 weist demnach die gitterartige Form auf. Die gitterartige Form der dotierten Wanne 124 weist Längsabschnitte 124L der dotierten Wanne 124 und Querabschnitte 124T der dotierten Wanne 124 auf. Die Längsabschnitte 124L der dotierten Wanne 124 erstrecken sich parallel zueinander in einer ersten seitlichen Richtung. Die Querabschnitte 124T der dotierten Wanne 124 erstrecken sich parallel zueinander in einer zweiten seitlichen Richtung, die senkrecht zur ersten seitlichen Richtung ist. Die Längsabschnitte 124L der dotierten Wanne 124 und die Querabschnitte 124T der dotierten Wanne 124 kreuzen einander. Die Bereiche der dotierten Wanne 124, in denen die Längsabschnitte 124L der dotierten Wanne 124 die Querabschnitte 124T der dotierten Wanne 124 kreuzen, können als Kreuzungsabschnitte der dotierten Wanne 124 bezeichnet werden (die Kreuzungsabschnitte der dotierten Wanne 124 sind in 2 der Verständlichkeit der Figuren halber nicht gekennzeichnet).
  • Wie auch in der Querschnittsansicht 200 von 2 gezeigt, weist ein Layout der DTI-Struktur 126 in einigen Ausführungsformen eine gitterartige Form auf. Die Grundfläche der DTI-Struktur 126 weist demnach die gitterartige Form auf. Die gitterartig geformte Grundfläche der DTI-Struktur 126 ist innerhalb der gitterartig geformten Grundfläche der dotierten Wanne 124 angeordnet. Die gitterartige Form der DTI-Struktur 126 weist Längsabschnitte 126L der DTI-Struktur 126 und Querabschnitte 126T der DTI-Struktur 126 auf. Die Längsabschnitte 126L der DTI-Struktur 126 erstrecken sich parallel zueinander in der ersten seitlichen Richtung. Die Querabschnitte 126T der DTI-Struktur 126 erstrecken sich parallel zueinander in der zweiten seitlichen Richtung. Die Längsabschnitte 126L der DTI-Struktur 126 und die Querabschnitte 126T der DTI-Struktur 126 kreuzen einander. Die Bereiche der DTI-Struktur 126, in denen die Längsabschnitte 126L der DTI-Struktur 126 die Querabschnitte 126T der DTI-Struktur 126 kreuzen, können als Kreuzungsabschnitte der DTI-Struktur 126 bezeichnet werden (die Kreuzungsabschnitte der DTI-Struktur 126 sind in 2 der Verständlichkeit halber in den Figuren nicht gekennzeichnet).
  • 3 zeigt eine Querschnittsansicht 300 einiger Ausführungsformen des Bildsensors von 1.
  • Wie in der Querschnittsansicht 300 der 3 gezeigt, weist der zweite dotierte Bereich 106 einen ersten Abschnitt 302 und einen zweiten Abschnitt 304 auf. Der erste Abschnitt 302 des zweiten dotierten Bereichs 106 ist in dem Pixelbereich 103 angeordnet. Der zweite Abschnitt 304 des zweiten dotierten Bereichs 106 ist außerhalb des Pixelbereichs 103 angeordnet. Es versteht sich, dass in einigen Ausführungsformen der zweite Abschnitt 304 des zweiten dotierten Bereichs 106 in einem anderen Pixelbereich benachbart zu dem Pixelbereich 103 angeordnet.
  • Die dotierte Wanne 124 liegt über dem ersten Abschnitt 302 des zweiten dotierten Bereichs 106. Ein erster Abschnitt der dotierten Wanne 124 ist (direkt) vertikal zwischen dem ersten Abschnitt 302 des zweiten dotierten Bereichs 106 und der Vorderseite 102f des Substrats 102 angeordnet. Die dotierte Wanne 124 liegt über dem zweiten Abschnitt 304 des zweiten dotierten Bereichs 106. Ein zweiter Abschnitt der dotierten Wanne 124 ist (direkt) vertikal zwischen dem zweiten Abschnitt 304 des zweiten dotierten Bereichs 106 und der Vorderseite 102f des Substrats 102 angeordnet. Ein dritter Abschnitt der dotierten Wanne 124 ist (direkt) vertikal zwischen der DTI-Struktur 126 und der Vorderseite 102f des Substrats 102 angeordnet, und der dritte Abschnitt der dotierten Wanne 124 ist seitlich zwischen dem ersten Abschnitt der dotierten Wanne 124 und dem zweiten Abschnitt der dotierten Wanne 124 angeordnet.
  • Der erste Abschnitt 302 des zweiten dotierten Bereichs 106 weist eine erste Dotierstoffkonzentration der Dotierstoffe des zweiten Dotierungstyps auf. Der zweite Abschnitt 304 des zweiten dotierten Bereichs 106 weist eine zweite Dotierstoffkonzentration der Dotierstoffe des zweiten Dotierungstyps auf. In einigen Ausführungsformen liegt die erste Dotierstoffkonzentration innerhalb von zehn Prozent (10 %) der zweiten Dotierstoffkonzentration. Mit anderen Worten beträgt die erste Dotierstoffkonzentration mindestens neunzig Prozent (90 %) der zweiten Dotierstoffkonzentration. In weiteren Ausführungsformen liegt die erste Dotierstoffkonzentration innerhalb von sechs Prozent (6 %) der zweiten Dotierstoffkonzentration.
  • Wie auch in der Querschnittsansicht 300 von 3 gezeigt, weist 3 eine Linie B-B' auf, die sich seitlich durch den zweiten dotierten Bereich 106 und seitlich durch einen Abschnitt der DTI-Struktur 126 erstreckt. Genauer gesagt erstreckt sich die Linie B-B' seitlich durch den zweiten Abschnitt 304 des zweiten dotierten Bereichs 106 und den ersten Abschnitt 302 des zweiten dotierten Bereichs 106. In einigen Ausführungsformen schwankt eine Dotierstoffkonzentration der Dotierstoffe des zweiten Dotierungstyps des zweiten dotierten Bereichs 106 um nicht mehr als zehn Prozent (10 %) entlang der Linie B-B' von B nach B'. In weiteren Ausführungsformen schwankt die Dotierstoffkonzentration der Dotierstoffe des zweiten Dotierungstyps des zweiten dotierten Bereichs 106 um nicht mehr als sechs Prozent (6 %) entlang der Linie B-B' von B nach B'.
  • Wie auch in der Querschnittsansicht 300 der 3 gezeigt, berührt der zweite dotierte Bereich 106 (direkt) die DTI-Struktur 126. In einigen Ausführungsformen berührt der erste dotierte Bereich 104 (direkt) die DTI-Struktur 126. In einigen Ausführungsformen kann es ein Hinweis darauf sein, dass der zweite dotierte Bereich 106 die DTI-Struktur 126 entlang der Linie B-B' berührt, wenn die Dotierstoffkonzentration der Dotierstoffe des zweiten Dotierungstyps des zweiten dotierten Bereichs 106 um nicht mehr als zehn Prozent (10 %) entlang der Linie B-B' von B nach B' schwankt. Mit anderen Worten kann es ein Hinweis darauf sein, dass ein anderer dotierter Bereich den zweiten dotierten Bereich 106 seitlich von der DTI-Struktur 126 entlang der Linie B-B' trennt, wenn die Dotierstoffkonzentration der Dotierstoffe des zweiten Dotierungstyps des zweiten dotierten Bereichs 106 um mehr als zehn Prozent (10%) entlang der Linie B-B' von B nach B' schwankt. In weiteren Ausführungsformen kann es ein Hinweis darauf sein, dass der zweite dotierte Bereich 106 die DTI-Struktur 126 entlang der Linie B-B' berührt, wenn die Dotierstoffkonzentration der Dotierstoffe des zweiten Dotierungstyps des zweiten dotierten Bereichs 106 um nicht mehr als sechs Prozent (6 %) entlang der Linie B-B' von B nach B' schwankt. Mit anderen Worten kann es ein Hinweis darauf sein, dass ein anderer dotierter Bereich den zweiten dotierten Bereich 106 seitlich von der DTI-Struktur 126 entlang der Linie B-B' trennt, wenn die Dotierstoffkonzentration der Dotierstoffe des zweiten Dotierungstyps des zweiten dotierten Bereichs 106 um mehr als sechs Prozent (6%) entlang der Linie B-B' von B nach B' schwankt.
  • Wie auch in der Querschnittsansicht 300 der 3 gezeigt, kann eine Flachgrabenisolationsstruktur (STI-Struktur) 306 in dem Substrat 102 angeordnet sein. Die STI-Struktur 306 ist in der dotierten Wanne 124 angeordnet. Die STI-Struktur 306 erstreckt sich von der Vorderseite 102f des Substrats 102 in das Substrat 102 hinein. Die STI-Struktur 306 kann abgewinkelte Seitenwände haben. In weiteren Ausführungsformen können die Seitenwände der STI-Struktur 306 im Wesentlichen gerade (z. B. vertikal) sein. In einigen Ausführungsformen kann die STI-Struktur 306 zum Beispiel aus einem Oxid (z. B. Siliziumdioxid (SiO2)), einem Nitrid (z. B. Siliziumnitrid (SiN)), einem Oxynitrid (z. B. Siliziumoxynitrid (SiON)), einem Karbid (z. B. Siliziumkarbid (SiC)), einem anderen Dielektrikum oder einer Kombination der Vorgenannten bestehen oder diese enthalten.
  • In einigen Ausführungsformen ist eine Grundfläche der STI-Struktur 306 innerhalb der Grundfläche der dotierten Wanne 124 angeordnet. Die Grundfläche der STI-Struktur 306 kann innerhalb der Grundfläche der DTI-Struktur 126 angeordnet sein. In einigen Ausführungsformen ist die DTI-Struktur 126 vertikal von der STI-Struktur 306 beabstandet. In weiteren Ausführungsformen ist ein Abschnitt der dotierten Wanne 124 (z. B. der dritte Abschnitt der dotierten Wanne 124) (direkt) vertikal zwischen der DTI-Struktur 126 und der Vorderseite 102f des Substrats 102 angeordnet. In weiteren Ausführungsformen kann die DTI-Struktur 126 (direkt) die STI-Struktur 306 berühren.
  • 4 zeigt eine Querschnittsansicht 400 einiger weiterer Ausführungsformen des Bildsensors von 1.
  • Wie in der Querschnittsansicht 400 der 4 gezeigt, weist das Substrat 102 eine Dicke 402 auf. In einigen Ausführungsformen liegt die Dicke 402 zwischen etwa 2 Mikrometer (µm) und etwa 6 µm. Die DTI-Struktur 126 weist eine Tiefe 404 auf. Die Tiefe 404 kann zwischen etwa 1,5 µm und etwa 6 µm liegen. In einigen Ausführungsformen liegt die Tiefe 404 zwischen etwa 2 µm und etwa 5,7 µm. Die dotierte Wanne 124 weist eine Tiefe 406 auf. Die Tiefe 406 kann zwischen etwa 0,1 µm und etwa 2,5 µm liegen. In einigen Ausführungsformen liegt die Tiefe 406 zwischen etwa 0,5 µm und etwa 1,5 µm.
  • In einigen Ausführungsformen ist die DTI-Struktur 126 vertikal von der dotierten Wanne 124 beabstandet. In weiteren Ausführungsformen ist die obere Fläche 128 der DTI-Struktur 126 vertikal von der dotierten Wanne 124 beabstandet. In solchen Ausführungsformen ist ein dritter Abschnitt 403 des zweiten dotierten Bereichs 106 (direkt) vertikal zwischen der oberen Fläche 128 der DTI-Struktur 126 und der dotierten Wanne 124 angeordnet. In einigen Ausführungsformen ist die DTI-Struktur 126 um einen ersten Abstand 408 vertikal von der dotierten Wanne 124 beabstandet. In einigen Ausführungsformen ist der erste Abstand 408 größer als etwa 0 µm und kleiner oder gleich etwa 5,3 µm.
  • In einigen Ausführungsformen kann die Dicke 402 etwa 3 µm betragen. In solchen Ausführungsformen kann der erste Abstand 408 größer als etwa 0 µm und kleiner oder gleich etwa 0,7 µm sein. In weiteren Ausführungsformen kann die Dicke 402 etwa 6 µm betragen. In solchen Ausführungsformen kann der erste Abstand 408 größer als etwa 0 µm und kleiner oder gleich etwa 5,3 µm sein.
  • 5 zeigt eine Querschnittsansicht 500 einiger weiterer Ausführungsformen des Bildsensors von 1.
  • Wie in der Querschnittsansicht 500 von 5 gezeigt, berührt die DTI-Struktur 126 in einigen Ausführungsformen (direkt) die dotierte Wanne 124. In einigen Ausführungsformen erstreckt sich die DTI-Struktur 126 um einen zweiten Abstand 502 vertikal in die dotierte Wanne 124 hinein. Der zweite Abstand 502 kann größer als etwa 0 µm und kleiner oder gleich etwa 1,5 µm sein. In einigen Ausführungsformen kann die Dicke 402 etwa 3 µm betragen. In solchen Ausführungsformen kann der zweite Abstand 502 größer als etwa 0 µm und kleiner als oder gleich etwa 0,5 µm sein. In weiteren Ausführungsformen kann die Dicke 402 etwa 6 µm betragen. In solchen Ausführungsformen kann der zweite Abstand 502 größer als etwa 0 Lim und kleiner als oder gleich etwa 1,5 µm sein.
  • Es versteht sich, dass die DTI-Struktur 126 in einigen Ausführungsformen (direkt) die dotierte Wanne 124 berühren kann, ohne sich in die dotierte Wanne 124 zu erstrecken (z. B. beträgt der zweite Abstand 0 µm (und/oder der erste Abstand beträgt 0 µm)). In solchen Ausführungsformen kann die obere Fläche 128 der DTI-Struktur 126 (direkt) eine Unterseite der dotierten Wanne 124 berühren (z. B. berühren die obere Fläche 128 der DTI-Struktur 126 und die Unterseite der dotierten Wanne 124 einander durch direkten Oberflächenkontakt). Wie beispielsweise in der Querschnittsansicht 100 von 1 gezeigt, berührt die obere Fläche 128 der DTI-Struktur 126 (direkt) eine Unterseite der dotierten Wanne 124 (z. B. beträgt ein Abstand zwischen der oberen Fläche 128 der DTI-Struktur 126 und der Unterseite der dotierten Wanne 124 0 µm). Dass die DTI-Struktur 126 von der dotierten Wanne 126 beabstandet ist (siehe z.B. 4), dass die DTI-Struktur 126 sich in die dotierte Wanne 124 erstreckt (siehe z.B. 5) und dass die DTI-Struktur 126 die Unterseite der dotierten Wanne 124 berührt (siehe z. B. 1) kann jeweils seine eigenen Vorteile bieten. Beispielsweise kann sich in einigen Ausführungsformen die Pixelisolationsleistung des Bildsensors verbessern, wenn der zweite Abstand 502 vergrößert wird, und die Bildleistung (z. B. die Full-Well-Kapazitätsleistung, Rauschleistung usw.) des Bildsensors kann sich verbessern, wenn der erste Abstand 408 vergrößert wird. Somit können die Tiefe 404 der DTI-Struktur 126 und/oder die Tiefe 406 der dotierten Wanne 124 so abgestimmt werden, dass sichergestellt wird, dass der Bildsensor einige vordefinierte Leistungsmerkmale aufweist.
  • 6 zeigt eine Querschnittsansicht 600 einiger weiterer Ausführungsformen des Bildsensors von 1.
  • Wie in der Querschnittsansicht 600 von 6 gezeigt, weist die DTI-Struktur 126 in einigen Ausführungsformen eine dielektrische Auskleidungsstruktur 602 und eine dielektrische Füllstruktur 604 auf. Die dielektrische Auskleidungsstruktur 602 bedeckt das Substrat 102 und bedeckt Oberflächen (z. B. Seitenwände und obere Flächen) der dielektrischen Füllstruktur 604. In Ausführungsformen, in denen die DTI-Struktur 126 die dielektrische Auskleidungsstruktur 602 und die dielektrische Füllstruktur 604 aufweist, kann die obere Fläche 128 der DTI-Struktur 126 durch eine obere Fläche der dielektrischen Auskleidungsstruktur 602 definiert sein.
  • In einigen Ausführungsformen kann die dielektrische Auskleidungsstruktur 602 beispielsweise aus einem High-k-Dielektrikum (z. B. HfO, TaO, HfSiO, HfTaO, AlO, ZrO usw.), einem Oxid (z. B. SiO2), einem Nitrid (z. B. SiN), einem Oxynitrid (z. B. SiON), einem Karbid (z. B. Siliziumkarbid (SiC)), einem anderen Dielektrikum oder einer Kombination der Vorhergehenden bestehen oder diese enthalten. In einigen Ausführungsformen kann die dielektrische Füllstruktur 604 zum Beispiel aus einem Oxid (z. B. SiO2), einem Nitrid (z. B. SiN), einem Oxynitrid (z. B. SiON), Tetraethoxysilan (TEOS), einem anderen Dielektrikum oder einer Kombination der Vorhergehenden bestehen oder diese enthalten. In einigen Ausführungsformen hat die dielektrische Füllstruktur 604 eine erste chemische Zusammensetzung (z. B. TEOS), und die dielektrische Auskleidungsstruktur 602 hat eine zweite chemische Zusammensetzung (z. B. ein High-k-Dielektrikum), die sich von der ersten chemischen Zusammensetzung unterscheidet. In einigen Ausführungsformen kann eine untere Fläche der dielektrischen Auskleidungsstruktur 602 im Wesentlichen koplanar mit der Rückseite 102b des Substrats 102 sein. In einigen Ausführungsformen kann eine untere Fläche der dielektrischen Füllstruktur 604 im Wesentlichen koplanar mit der Rückseite 102b des Substrats 102 sein.
  • In einigen Ausführungsformen ist ein Isoliergitter 606 entlang der Rückseite 102b des Substrats 102 angeordnet. In einigen Ausführungsformen ist das Isoliergitter 606 entlang einer unteren Fläche der DTI-Struktur 126 angeordnet. Das Isoliergitter 606 kann beispielsweise aus einem Metall (z. B. Wolfram (W), Aluminium (Al), Kobalt (Co), Kupfer (Cu), Silber (Ag), Gold (Au), irgendeinem anderen Metall oder einer Kombination der Vorstehenden), einem Oxid (z. B. SiO2), einem Nitrid (z. B. SiN), einem Karbid (z. B. SiC), einem High-k-Dielektrikum (z. B. HfO, TaO usw.), einem Low-k-Dielektrikum, einem anderen Isoliermaterial oder einer Kombination der Vorhergehenden bestehen oder diese enthalten.
  • In einigen Ausführungsformen ist eine dielektrische Schicht 608 entlang der Rückseite 102b des Substrats 102 und entlang des Isoliergitters 606 angeordnet. Die dielektrische Schicht 608 kann die Rückseite 102b des Substrats 102 und das Isoliergitter 606 bedecken. In einigen Ausführungsformen besteht die dielektrische Schicht 608 beispielsweise aus einem Oxid (z. B. SiO2), einem Nitrid (z. B. SiN), einem Karbid (z. B. SiC), einem High-k-Dielektrikum (z. B. HfO, TaO usw.), einem Low-k-Dielektrikum oder dergleichen oder enthält diese.
  • In einigen Ausführungsformen ist ein Filter 610 für elektromagnetische Strahlung (EMR-Filter) (z. B. ein Farbfilter, Infrarotfilter usw.) entlang der dielektrischen Schicht 608 und innerhalb des Isoliergitters 606 angeordnet. In einigen Ausführungsformen ist der EMR-Filter 610 im Wesentlichen über dem Pixelbereich 103 zentriert. Die dielektrische Schicht 608 kann den EMR-Filter 610 vertikal von der Rückseite 102b des Substrats 102 trennen. Der EMR-Filter 610 ist dazu konfiguriert, bestimmte Wellenlängen (oder bestimmte Wellenlängenbereiche) einfallender Strahlung durchzulassen. Es versteht sich, dass der EMR-Filter 610 ein EMR-Filter von mehreren EMR-Filtern sein kann, die innerhalb des Isoliergitters 606 angeordnet sind. In einigen Ausführungsformen ist das Isoliergitter 606 dazu konfiguriert, die Leistung des EMR-Filters 610 (z. B. durch Reflektieren bestimmter Teile der einfallenden Strahlung) zu verbessern.
  • In einigen Ausführungsformen ist eine Mikrolinse 612 entlang des EMR-Filters 610 angeordnet. In einigen Ausführungsformen trennt der EMR-Filter 610 die Mikrolinse 612 vertikal von der Rückseite 102b des Substrats 102. In einigen Ausführungsformen ist die Mikrolinse 612 im Wesentlichen über dem Pixelbereich 103 zentriert. Die Mikrolinse 612 ist dazu konfiguriert, die einfallende Strahlung in Richtung des Photodetektors 130 zu fokussieren. Es versteht sich, dass die Mikrolinse 612 eine Mikrolinse von mehreren Mikrolinsen sein kann, die entlang der mehreren EMR-Filter angeordnet sind.
  • Wie auch in der Querschnittsansicht 600 der 6 gezeigt, weist der Bildsensor einen Pixel-Mittenabstand 614 auf. In einigen Ausführungsformen liegt der Pixel-Mittenabstand 614 zwischen etwa 0,2 µm und etwa 2 µm. Es versteht sich, dass in weiteren Ausführungsformen der Pixel-Mittenabstand 614 kleiner als 0,2 µm oder größer als 2 µm sein kann.
  • Wie auch in der Querschnittsansicht 600 der 6 gezeigt, weist der Bildsensor eine Pixelsensoreinheit 616 auf. Die Pixelsensoreinheit 616 weist den Pixelbereich 103 des Substrats 102 und die dotierten Bereiche des Substrats 102 auf, die in dem Pixelbereich 103 angeordnet sind (z. B. den Abschnitt des ersten dotierten Bereichs 104, der in dem Pixelbereich 103 angeordnet ist, den Abschnitt des zweiten dotierten Bereichs 106, der in dem Pixelbereich 103 angeordnet ist, den dritten dotierten Bereich 108, den vierten dotierten Bereich 110, den Floating-Diffusion-Knoten 112, den Abschnitt der dotierten Wanne 124, der in dem Pixelbereich 103 angeordnet ist usw.). Die Pixelsensoreinheit 616 weist auch Abschnitte von Merkmalen (z. B. strukturellen Merkmalen) auf, die in dem Pixelbereich 103 angeordnet sind. Beispielsweise weist die Pixelsensoreinheit 616 den Abschnitt der DTI-Struktur 126 auf, der in dem Pixelbereich 103 angeordnet ist (und weist den Abschnitt der STI-Struktur 306 auf, der in dem Pixelbereich 103 angeordnet ist). Ferner weist die Pixelsensoreinheit 616 das Transfergate 114 auf. Darüber hinaus kann die Pixelsensoreinheit 616 Abschnitte von Merkmalen (z. B. strukturellen Merkmale) aufweisen, die über/unter dem Pixelbereich 103 liegen. Beispielsweise kann die Pixelsensoreinheit 616 einen Abschnitt des Isoliergitters 606, der unter dem Pixelbereich 103 liegt, einen Abschnitt der dielektrischen Schicht 608, der unter dem Pixelbereich 103 liegt, den EMR-Filter 610, die Mikrolinse 612 usw. aufweisen. Es versteht sich, dass die Pixelsensoreinheit 616 weitere nicht in 6 gezeigte Merkmale (z. B. einen Speicherknoten, ein Anti-Blooming-Gate, einen Rücksetztransistor, einen Source-Folger-Transistor, einen Zeilenauswahltransistor oder dergleichen), die verwendet werden, um das Auslesen (z. B. das digitale Auslesen) der von dem Photodetektor 130 erfassten einfallenden Strahlung zu erleichtern, und/oder andere Merkmale aufweisen kann, die in 6 nicht gezeigt und in dem Pixelbereich 103 angeordnet sind, darunter liegen oder darüber liegen.
  • 7 zeigt eine Querschnittsansicht 700 einiger weiterer Ausführungsformen des Bildsensors von 6.
  • Wie in der Querschnittsansicht 700 der 7 gezeigt, ist in einigen Ausführungsformen ein Abschnitt 702 der dielektrischen Füllstruktur 604 entlang der Rückseite 102b des Substrats 102 angeordnet. Vertikale Abschnitte der dielektrischen Füllstruktur 604 erstrecken sich von dem Abschnitt 702 der dielektrischen Füllstruktur 604 in das Substrat 102 hinein und definieren zumindest teilweise die DTI-Struktur 126. Der Abschnitt 702 der dielektrischen Füllstruktur 604 kann das Isoliergitter 606 und/oder die dielektrische Schicht 608 vertikal von der Rückseite 102b des Substrats 102 trennen. In einigen Ausführungsformen kann der Abschnitt 702 der dielektrischen Füllstruktur 604 als dielektrische Schicht bezeichnet werden. In weiteren Ausführungsformen weist die Pixelsensoreinheit 616 den Bereich des Abschnitts 702 der dielektrischen Füllstruktur 604 auf, der unter dem Pixelbereich 103 liegt.
  • 8 zeigt eine Querschnittsansicht 800 einiger weiterer Ausführungsformen des Bildsensors von 7.
  • Wie in der Querschnittsansicht 800 der 8 gezeigt, weist das Transfergate 114 einen oberen Abschnitt 802 und einen unteren Abschnitt 804 auf. Der obere Abschnitt 802 des Transfergate 114 liegt über der Vorderseite 102f des Substrats 102. Der obere Abschnitt 802 des Transfergate 114 weist einen oberen Abschnitt der Gatedielektrikumsstruktur 116 und einen oberen Abschnitt der Gateelektrodenstruktur 118 auf. Der untere Abschnitt 804 des Transfergate 114 erstreckt sich vertikal von dem oberen Abschnitt 802 des Transfergate 114 in das Substrat 102 hinein. Der untere Abschnitt 804 des Transfergate 114 weist einen unteren Abschnitt der Gatedielektrikumsstruktur 116 und einen unteren Abschnitt der Gateelektrodenstruktur 118 auf. In Ausführungsformen, in denen das Transfergate 114 den oberen Abschnitt 802 und den unteren Abschnitt 804 aufweist, kann das Transfergate 114 als vertikales Transfergate bezeichnet werden.
  • Das Transfergate 114 weist eine untere Fläche 806 auf. In einigen Ausführungsformen ist die untere Fläche 806 durch eine untere Fläche des unteren Abschnitts der Gatedielektrikumsstruktur 116 definiert. Die untere Fläche 806 des Transfergate 114 kann vertikal zwischen der Vorderseite 102f des Substrats 102 und der Rückseite 102b des Substrats 102 angeordnet sein. Die untere Fläche 806 des Transfergate 114 kann vertikal zwischen der Vorderseite 102f des Substrats und einer Unterseite der dotierten Wanne 124 angeordnet sein. In einigen Ausführungsformen ist die untere Fläche 806 des Transfergate 114 vertikal zwischen der oberen Fläche 128 der DTI-Struktur 126 und der Vorderseite 102f des Substrats 102 angeordnet.
  • In einigen Ausführungsformen ist die untere Fläche 806 des Transfergate 114 im Wesentlichen mit einer Oberseite des zweiten dotierten Bereichs 106 ausgerichtet (z. B. entlang einer seitlichen Ebene ausgerichtet), wie in der Querschnittsansicht 800 von 8 gezeigt. In weiteren Ausführungsformen ist die untere Fläche 806 des Transfergate 114 vertikal zwischen der Oberseite des zweiten dotierten Bereichs 106 und der Vorderseite 102f des Substrats 102 angeordnet. In noch weiteren Ausführungsformen ist die untere Fläche 806 des Transfergate 114 vertikal zwischen der Oberseite des zweiten dotierten Bereichs 106 und der Rückseite 102b des Substrats 102 angeordnet. In solchen Ausführungsformen erstreckt sich der untere Abschnitt 804 des Transfergate 114 vertikal in den zweiten dotierten Bereich 106 hinein.
  • Die 9A bis 9D zeigen verschiedene Ansichten 900a - 900d einiger Ausführungsformen des Bildsensors von 6. Genauer gesagt zeigt 9A eine Layoutansicht 900a einiger Ausführungsformen des Bildsensors von 6. 9B zeigt eine Querschnittsansicht 900b des Bildsensors von 9A entlang der Linie B-B von 9A. 9C zeigt eine Querschnittsansicht 9000 des Bildsensors von 9A entlang der Linie C-C von 9A. 9D zeigt eine Querschnittsansicht 900d des Bildsensors von 9A entlang der Linie D-D von 9A.
  • Wie in den verschiedenen Ansichten 900a - 900d der 9A bis 9D gezeigt, weist der Bildsensor mehrere Pixelsensoreinheiten 616a - 616d auf. Beispielsweise weist der Bildsensor eine erste Pixelsensoreinheit 616a, eine zweite Pixelsensoreinheit 616b, eine dritte Pixelsensoreinheit 616c und eine vierte Pixelsensoreinheit 616d auf. Die mehreren Pixelsensoreinheiten 616a - 616d können in einem Array angeordnet sein, das Zeilen und Spalten aufweist. Jede der Pixelsensoreinheiten der mehreren Pixelsensoreinheiten 616a - 616d kann dieselben Merkmale (z. B. strukturellen Merkmale) wie die hierin beschriebene Pixelsensoreinheit 616 aufweisen. Beispielsweise kann jede der mehreren Pixelsensoreinheiten 616a - 616d einen entsprechenden Pixelbereich des Substrats 102 (siehe z. B. den hierin beschriebenen Pixelbereich 103), einen entsprechenden dritten dotierten Bereich (siehe z. B. den hierin beschriebenen dritten dotierten Bereich 108), einen entsprechenden vierten dotierten Bereich (siehe z. B. den hierin beschriebenen vierten dotierten Bereich 110), ein entsprechendes Transfergate (siehe z. B. das hierin beschriebene Transfergate 114), einen entsprechenden EMR-Filter (siehe z. B. den hierin beschriebenen EMR-Filter 610), eine entsprechende Mikrolinse (siehe z. B. die hier beschriebene Mikrolinse 612) und so weiter aufweisen. Es versteht sich, dass die EMR-Filter der mehreren Pixelsensoreinheiten 616a - 616d so konfiguriert sein können, dass sie unterschiedliche Wellenlängen (oder unterschiedliche Wellenlängenbereiche) einfallender Strahlung durchlassen (z. B. kann einer der EMR-Filter ein roter Farbfilter sein, ein weiterer kann ein grüner Farbfilter sein, ein weiterer kann ein blauer Farbfilter sein und so weiter).
  • In einigen Ausführungsformen können sich die mehreren Pixelsensoreinheiten 616a - 616d einen gemeinsamen Floating-Diffusion-Knoten 902 teilen. Der gemeinsame Floating-Diffusion-Knoten 902 ist in dem Substrat 102 angeordnet. Der gemeinsame Floating-Diffusion-Knoten 902 ist ein Bereich des Substrats 102 mit dem zweiten Dotierungstyp. In einigen Ausführungsformen ist der gemeinsame Floating-Diffusion-Knoten in der dotierten Wanne 124 angeordnet. Der gemeinsame Floating-Diffusion-Knoten 902 kann seitlich von den dritten dotierten Bereichen und/oder den vierten dotierten Bereichen der mehreren Pixelsensoreinheiten 616a - 616d beabstandet sein. In einigen Ausführungsformen weist der gemeinsame Floating-Diffusion-Knoten 902 eine höhere Konzentration der Dotierstoffe des zweiten Dotierungstyps als der erste dotierte Bereich 104, der zweite dotierte Bereich 106 und/oder die dritten dotierten Bereiche der mehreren Pixelsensoreinheiten 616a - 616d auf.
  • Die Pixelbereiche der mehreren Pixelsensoreinheiten 616a - 616d weisen jeweils mehrere Pixelbereiche 904a - 904d auf. Der gemeinsame Floating-Diffusion-Knoten 902 kann auch in den mehreren Pixelbereichen 904a - 904d angeordnet sein. Beispielsweise weist die erste Pixelsensoreinheit 616a einen ersten Pixelbereich 904a des Substrats 102 auf, die zweite Pixelsensoreinheit 616b weist einen zweiten Pixelbereich 904b des Substrats 102 auf, die dritte Pixelsensoreinheit 616c weist einen dritten Pixelbereich 904c das Substrat 102 auf und die vierte Pixelsensoreinheit 616d weist einen vierten Pixelbereich 904d des Substrats 102 auf; und der gemeinsame Floating-Diffusion-Knoten 902 ist teilweise sowohl im ersten Pixelbereich 904a, im zweiten Pixelbereich 904b, im dritten Pixelbereich 904c wie im vierten Pixelbereich 9o4d angeordnet. Die Transfergates der mehreren Pixelsensoreinheiten 616a - 616d sind jeweils dazu konfiguriert, selektiv einen leitfähigen Kanal zwischen ihrem entsprechenden Photodetektor und dem gemeinsamen Floating-Diffusion-Knoten 902 zu bilden, so dass Ladungen, die in den Photodetektoren der mehreren Pixelsensoreinheiten 616a - 616d gesammelt sind, zu dem gemeinsamen Floating-Diffusion-Knoten 902 geleitet werden können. Beispielsweise weist die erste Pixelsensoreinheit 616a einen ersten Photodetektor 130a auf, der in dem ersten Pixelbereich 904a angeordnet ist, die zweite Pixelsensoreinheit 616b weist einen zweiten Photodetektor 130b auf, der in dem zweiten Pixelbereich 904b angeordnet ist, die dritte Pixelsensoreinheit 616c weist einen dritten Photodetektor 1300 auf, der in dem dritten Pixelbereich 904c angeordnet ist, und die vierte Pixelsensoreinheit 616d weist einen vierten Photodetektor 130d auf, der in dem vierten Pixelbereich 904d angeordnet ist. Das Transfergate der ersten Pixelsensoreinheit 616a (z. B. ein erstes Transfergate) ist dazu konfiguriert, selektiv einen leitfähigen Kanal zwischen dem ersten Photodetektor 130a und dem gemeinsamen Floating-Diffusion-Knoten 902 zu bilden, das Transfergate der zweiten Pixelsensoreinheit 616b (z. B. ein zweites Transfergate) ist dazu konfiguriert, selektiv einen leitfähigen Kanal zwischen dem zweiten Photodetektor 1300 und dem gemeinsamen Floating-Diffusion-Knoten 902 zu bilden, das Transfergate der dritten Pixelsensoreinheit 616c (z. B. ein drittes Transfergate) ist dazu konfiguriert, selektiv einen leitfähigen Kanal zwischen dem dritten Photodetektor 1300 und dem gemeinsamen Floating-Diffusion-Knoten 902 zu bilden, und das Transfergate der vierten Pixelsensoreinheit 616d (z. B. ein viertes Transfergate) ist dazu konfiguriert, selektiv einen leitfähigen Kanal zwischen dem vierten Photodetektor 130d und dem gemeinsamen Floating-Diffusion-Knoten 902 zu bilden.
  • Wie in den verschiedenen Ansichten 900a - 900d der 9A bis 9D gezeigt, umgibt die dotierte Wanne 124 seitlich jeden der mehreren Pixelbereiche 904a - 904d. Die Grundfläche der dotierten Wanne 124 weist eine gitterartige Form auf. Die DTI-Struktur 126 umgibt seitlich jeden der mehreren Pixelbereiche 904a - 904d. Die Grundfläche der DTI-Struktur 126 weist ebenfalls eine gitterartige Form auf. Die gitterartig geformte Grundfläche der DTI-Struktur 126 ist innerhalb der gitterartig geformten Grundfläche der dotierten Wanne 124 angeordnet.
  • In einigen Ausführungsformen weist die DTI-Struktur 126 einen ersten Querabschnitt 126T1 und einen ersten Längsabschnitt 126L1 auf. Der erste Querabschnitt 126T1 der DTI-Struktur 126 steht senkrecht zu dem ersten Längsabschnitt 126L1 der DTI-Struktur 126. Der erste Querabschnitt 126T1 der DTI-Struktur 126 kreuzt den ersten Längsabschnitt 126L1 der DTI-Struktur 126. Der Bereich, in dem der erste Querabschnitt 126T1 der DTI-Struktur 126 den ersten Längsabschnitt 126L1 der DTI-Struktur 126 kreuzt, wird als erster Kreuzungsabschnitt 126X1 der DTI-Struktur 126 bezeichnet. Der erste Kreuzungsabschnitt 126X1 der DTI-Struktur 126 ist seitlich zwischen dem ersten Photodetektor 130a und dem dritten Photodetektor 1300 angeordnet und seitlich zwischen dem zweiten Photodetektor 130b und dem vierten Photodetektor 130d angeordnet.
  • In einigen Ausführungsformen liegt der gemeinsame Floating-Diffusion-Knoten 902 über dem ersten Kreuzungsabschnitt 126X1 der DTI-Struktur 126. Der erste Kreuzungsabschnitt 126X1 der DTI-Struktur 126 weist eine obere Fläche 906 auf. Die obere Fläche 906 des ersten Kreuzungsabschnitts 126X1 der DTI-Struktur 126 ist vertikal zwischen der oberen Fläche 128 der DTI-Struktur 126 und der Vorderseite 102f des Substrats 102 angeordnet. In einigen Ausführungsformen sind untere Flächen der Transfergates der Pixelsensoreinheiten 616a - 616d (siehe z. B. die hierin beschriebene untere Fläche 806) vertikal zwischen der oberen Fläche 906 des ersten Kreuzungsabschnitts 126X1 der DTI-Struktur 126 und der oberen Fläche 128 der DTI-Struktur 126 angeordnet. Beispielsweise weist das Transfergate der ersten Pixelsensoreinheit 616a eine untere Fläche 908 auf. Die untere Fläche 908 des Transfergate der ersten Pixelsensoreinheit 616a ist vertikal zwischen der oberen Fläche 906 des ersten Kreuzungsabschnitts 126X1 der DTI-Struktur 126 und der oberen Fläche 128 der DTI-Struktur 126 angeordnet. In einigen Ausführungsformen ist die untere Fläche 908 des Transfergate der ersten Pixelsensoreinheit 616a im Wesentlichen mit einer Oberseite des zweiten dotierten Bereichs 106 ausgerichtet (z. B. entlang einer seitlichen Ebene ausgerichtet). In weiteren Ausführungsformen ist die untere Fläche 908 des Transfergate der ersten Pixelsensoreinheit 616a vertikal von der Oberseite des zweiten dotierten Bereichs 106 beabstandet. In einigen Ausführungsformen ist eine untere Fläche 909 der STI-Struktur 306 vertikal zwischen der oberen Fläche 906 des ersten Kreuzungsabschnitts 126X1 der DTI-Struktur 126 und der oberen Fläche 128 der DTI-Struktur 126 angeordnet.
  • In einigen Ausführungsformen sind die dritten dotierten Bereiche der Pixelsensoreinheiten 616a - 616d (siehe z. B. der hierin beschriebene dritte dotierte Bereich 108) vertikal zwischen der oberen Fläche 906 des ersten Kreuzungsabschnitts 126X1 der DTI-Struktur 126 und der oberen Fläche 128 der DTI-Struktur 126 angeordnet. Beispielsweise ist zumindest ein Teil des dritten dotierten Bereichs der ersten Pixelsensoreinheit 616a vertikal zwischen der oberen Fläche 906 des ersten Kreuzungsabschnitts 126X1 der DTI-Struktur 126 und der oberen Fläche 128 der DTI-Struktur 126 angeordnet.
  • In einigen Ausführungsformen weist die DTI-Struktur 126 am ersten Kreuzungsabschnitt der DTI-Struktur eine „Spitze“ auf. Die Spitze wird durch einen Abschnitt der DTI-Struktur 126 gebildet, der sich tiefer in das Substrat 102 als umgebende Abschnitte der DTI-Struktur 126 erstreckt. Beispielsweise weist der erste Querabschnitt 126T1 der DTI-Struktur 126 einen ersten Abschnitt auf einer ersten Seite des ersten Kreuzungsabschnitts 126X1 der DTI-Struktur 126 und einem zweiten Abschnitt auf einer zweiten Seite (gegenüber der ersten Seite) des ersten Kreuzungsabschnitts 126X1 der DTI-Struktur 126 auf. Der erste Abschnitt des ersten Querabschnitts 126T1 der DTI-Struktur 126 erstreckt sich um einen ersten Abstand vertikal in das Substrat 102 hinein, der zweite Abschnitt des ersten Querabschnitts 126T1 der DTI-Struktur 126 erstreckt sich um einen zweiten Abstand vertikal in das Substrat 102 hinein und der erste Kreuzungsabschnitt 126X1 der DTI-Struktur 126 erstreckt sich um einen dritten Abstand vertikal in das Substrat 102 hinein. Der dritte Abstand ist größer als der erste Abstand und der zweite Abstand. In einigen Ausführungsformen ist der erste Abstand im Wesentlichen gleich dem zweiten Abstand.
  • In einigen Ausführungsformen kann die Spitze des ersten Kreuzungsabschnitts 126X1 der DTI-Struktur 126 eine abgerundete obere Fläche aufweisen. In weiteren Ausführungsformen kann die Spitze des ersten Kreuzungsabschnitts 126X1 der DTI-Struktur 126 eine im Wesentlichen ebene obere Fläche aufweisen. In einigen Ausführungsformen kann die Spitze des ersten Kreuzungsabschnitts 126X1 der DTI-Struktur 126 abgewinkelte Seitenwände aufweisen, die sich von den umgebenden Abschnitten der DTI-Struktur 126 zu der oberen Fläche der Spitze erstrecken. In weiteren Ausführungsformen kann die Spitze des ersten Kreuzungsabschnitts 126X1 der DTI-Struktur 126 im Wesentlichen gerade (z. B. im Wesentlichen vertikale) Seitenwände aufweisen, die sich von den umgebenden Abschnitten der DTI-Struktur 126 zu der oberen Fläche der Spitze erstrecken.
  • In einigen Ausführungsformen erstreckt sich der erste Kreuzungsabschnitt 126X1 der DTI-Struktur 126 vertikal in die dotierte Wanne 124 hinein, und die umgebenden Abschnitte der DTI-Struktur 126 sind vertikal von der dotierten Wanne 124 beabstandet. Beispielsweise können der erste Abschnitt des ersten Querabschnitts 126T1 der DTI-Struktur 126 und der zweite Abschnitt des ersten Querabschnitts 126T1 der DTI-Struktur 126 vertikal von der dotierten Wanne 124 beabstandet sein, während der erste Kreuzungsabschnitt 126X1 der DTI-Struktur 126 sich in die dotierte Wanne 124 hinein erstreckt. In weiteren Ausführungsformen können sich der erste Kreuzungsabschnitt 126X1 der DTI-Struktur 126 und die umgebenden Abschnitte der DTI-Struktur 126 jeweils vertikal in die dotierte Wanne 124 hinein erstrecken. Beispielsweise können sich der erste Abschnitt des ersten Querabschnitts 126T1 der DTI-Struktur 126, der zweite Abschnitt des ersten Querabschnitts 126T1 der DTI-Struktur 126 und der erste Kreuzungsabschnitt 126X1 der DTI-Struktur 126 jeweils in die dotierte Wanne 124 hinein erstrecken. In noch weiteren Ausführungsformen erstreckt sich der erste Kreuzungsabschnitt 126X1 der DTI-Struktur 126 vertikal in die dotierte Wanne 124 hinein und die umgebenden Abschnitte der DTI-Struktur 126 berühren (direkt) die dotierte Wanne 124, ohne sich in die dotierte Wanne 124 hinein zu erstrecken.
  • In einigen Ausführungsformen weist der erste Kreuzungsabschnitt 126X1 der DTI-Struktur 126 eine erste Tiefe 910 auf, die Querabschnitte der DTI-Struktur 126 (siehe z. B. die hierin beschriebenen Querabschnitte 126T) weisen eine zweite Tiefe 912 auf und die Längsabschnitte der DTI-Struktur 126 (siehe z. B. die hierin beschriebenen Längsabschnitte 126L) weisen eine dritte Tiefe 914 auf. In solchen Ausführungsformen weist der erste Querabschnitt 126T1 der DTI-Struktur 126 die zweite Tiefe 912 auf und der erste Längsabschnitt 126L1 der DTI-Struktur 126 weist die dritte Tiefe 914 auf. Die erste Tiefe 910 ist größer als die zweite Tiefe 912. Die erste Tiefe 910 ist größer als die dritte Tiefe 914. In einigen Ausführungsformen gleicht die zweite Tiefe 912 im Wesentlichen der dritten Tiefe 914. In weiteren Ausführungsformen unterscheidet sich die zweite Tiefe 912 von der dritten Tiefe 914 (ist z. B. kleiner oder größer). In einigen Ausführungsformen liegt die erste Tiefe 910 zwischen etwa 2 Mikrometer (µm) und etwa 5,7 µm. In einigen Ausführungsformen liegt die zweite Tiefe 912 zwischen etwa 2 µm und etwa 5,5 µm. In einigen Ausführungsformen liegt die dritte Tiefe 914 zwischen etwa 2 µm und etwa 5,5 µm.
  • In einigen Ausführungsformen weist das Substrat 102 eine Dicke (siehe z. B. die hierin beschriebene Dicke 402) von etwa 3 µm auf. In einigen solchen Ausführungsformen liegt die erste Tiefe 910 zwischen etwa 2 µm und etwa 2,7 µm. In einigen solchen Ausführungsformen liegt die erste Tiefe 910 zwischen etwa 2 µm und etwa 2,5 µm. In einigen solchen Ausführungsformen kann die zweite Tiefe 912 etwa 2 µm betragen. In einigen solchen Ausführungsformen kann die zweite Tiefe 912 etwa 2,5 µm betragen. In einigen solchen Ausführungsformen kann die dritte Tiefe 914 etwa 2 µm betragen. In einigen solchen Ausführungsformen kann die dritte Tiefe 914 etwa 2,5 µm betragen. In einigen solchen Ausführungsformen erstreckt sich der erste Kreuzungsabschnitt 126X1 der DTI-Struktur 126 vertikal in die dotierte Wanne 124 hinein. In einigen solchen Ausführungsformen können die Querabschnitte der DTI-Struktur 126 und die Längsabschnitte der DTI-Struktur 126 vertikal von der dotierten Wanne 124 getrennt sein (siehe z. B. 4), können sich vertikal in die dotierte Wanne 124 hinein erstrecken (siehe z. B. 5) oder können (direkt) die dotierte Wanne 124 berühren, ohne sich vertikal in die dotierte Wanne 124 hinein zu erstrecken (siehe z. B. 1). Wenn in einigen solchen Ausführungsformen die Querabschnitte der DTI-Struktur 126 und die Längsabschnitte der DTI-Struktur 126 vertikal von der dotierten Wanne 124 getrennt sind, können die Querabschnitte der DTI-Struktur 126 und die Längsabschnitte der DTI-Struktur 126 vertikal von der dotierten Wanne 124 um mehr als etwa 0 µm und um etwa 0,7 µm oder weniger getrennt sein. Wenn in einigen solchen Ausführungsformen die Querabschnitte der DTI-Struktur 126 und die Längsabschnitte der DTI-Struktur 126 die dotierte Wanne 124 (direkt) berühren, ohne sich vertikal in die dotierte Wanne 124 hinein zu erstrecken, kann die obere Fläche 128 der DTI-Struktur 126 eine Unterseite der dotierten Wanne 124 (direkt) berühren. Wenn sich in einigen solchen Ausführungsformen die Querabschnitte der DTI-Struktur 126 und die Längsabschnitte der DTI-Struktur 126 vertikal in die dotierte Wanne 124 hinein erstrecken, können die Querabschnitte der DTI-Struktur 126 und die Längsabschnitte der DTI-Struktur 126 sich vertikal um mehr als etwa 0 µm und um etwa 0,5 µm oder weniger in die dotierte Wanne 124 erstrecken. Wenn sich in weiteren solchen Ausführungsformen die Querabschnitte der DTI-Struktur 126 und die Längsabschnitte der DTI-Struktur 126 vertikal in die dotierte Wanne 124 hinein erstrecken, können die zweite Tiefe 912 und die dritte Tiefe 914 beide etwa 2,5 µm betragen.
  • In einigen Ausführungsformen weist das Substrat 102 eine Dicke (siehe z. B. die hierin beschriebene Dicke 402) von etwa 6 µm auf. In einigen solchen Ausführungsformen liegt die erste Tiefe 910 zwischen etwa 4 µm und etwa 5,7 µm. In einigen solchen Ausführungsformen kann die zweite Tiefe 912 etwa 4 µm betragen. In einigen solchen Ausführungsformen kann die zweite Tiefe 912 etwa 5,5 µm betragen. In einigen solchen Ausführungsformen kann die dritte Tiefe 914 etwa 4 µm betragen. In einigen solchen Ausführungsformen kann die dritte Tiefe 914 etwa 5,5 µm betragen. In einigen solchen Ausführungsformen erstreckt sich der erste Schnittabschnitt 126X1 der DTI-Struktur 126 vertikal in die dotierte Wanne 124 hinein. In einigen solchen Ausführungsformen können die Querabschnitte der DTI-Struktur 126 und die Längsabschnitte der DTI-Struktur 126 vertikal von der dotierten Wanne 124 getrennt sein (siehe z. B. 4), können sich vertikal in die dotierte Wanne 124 hinein erstrecken (siehe z. B. 5) oder können (direkt) die dotierte Wanne 124 berühren, ohne sich vertikal in die dotierte Wanne 124 hinein zu erstrecken (siehe z. B. 1). Wenn in einigen solchen Ausführungsformen die Querabschnitte der DTI-Struktur 126 und die Längsabschnitte der DTI-Struktur 126 vertikal von der dotierten Wanne 124 getrennt sind, können die Querabschnitte der DTI-Struktur 126 und die Längsabschnitte der DTI-Struktur 126 vertikal von der dotierten Wanne 124 um mehr als etwa 0 µm und um etwa 5,3 µm oder weniger getrennt sein. Wenn in einigen solchen Ausführungsformen die Querabschnitte der DTI-Struktur 126 und die Längsabschnitte der DTI-Struktur 126 die dotierte Wanne 124 (direkt) berühren, ohne sich vertikal in die dotierte Wanne 124 hinein zu erstrecken, kann die obere Fläche 128 der DTI-Struktur 126 eine Unterseite der dotierten Wanne 124 (direkt) berühren. Wenn sich in einigen solchen Ausführungsformen die Querabschnitte der DTI-Struktur 126 und die Längsabschnitte der DTI-Struktur 126 vertikal in die dotierte Wanne 124 hinein erstrecken, können die Querabschnitte der DTI-Struktur 126 und die Längsabschnitte der DTI-Struktur 126 sich vertikal um mehr als etwa 0 µm und um etwa 1,5 µm oder weniger in die dotierte Wanne 124 hinein erstrecken. Wenn sich in weiteren solchen Ausführungsformen die Querabschnitte der DTI-Struktur 126 und die Längsabschnitte der DTI-Struktur 126 vertikal in die dotierte Wanne 124 hinein erstrecken, können die zweite Tiefe 912 und die dritte Tiefe 914 beide etwa 5,5 µm betragen.
  • 10 zeigt eine Layoutansicht 1000 einiger Ausführungsformen des Bildsensors der 9A bis 9D.
  • Wie in der Layoutansicht 1000 von 10 gezeigt, weist der erste Querabschnitt 126T1 der DTI-Struktur 126 eine Breite 1002 auf. In einigen Ausführungsformen weist jeder der Querabschnitte 126T der DTI-Struktur 126 die Breite 1002 auf. In einigen Ausführungsformen kann die Breite 1002 als Dicke bezeichnet werden (z. B. als Abstand zwischen einem Innendurchmesser und einem Außendurchmesser einer ringförmigen Struktur).
  • Der erste Längsabschnitt 126L1 der DTI-Struktur 126 weist eine Breite 1004 auf. In einigen Ausführungsformen weist jeder der Längsabschnitte 126L der DTI-Struktur 126 die Breite 1004 auf. In einigen Ausführungsformen kann die Breite 1004 als Dicke bezeichnet werden (z. B. als Abstand zwischen einem Innendurchmesser und einem Außendurchmesser einer ringförmigen Struktur). In einigen Ausführungsformen gleicht die Breite 1002 im Wesentlichen der Breite 1004. In weiteren Ausführungsformen kann sich die Breite 1002 von der Breite 1004 unterscheiden (z. B. größer oder kleiner sein).
  • Wie auch in der Layoutansicht 1000 von 10 gezeigt, ist der erste Kreuzungsabschnitt 126X1 ein Kreuzungsabschnitt von mehreren Kreuzungsabschnitten 126X der DTI-Struktur 126. Der erste Kreuzungsabschnitt 126X1 der DTI-Struktur 126 weist eine Abmessung 1006 auf. Die Abmessung 1006 ist ein Abstand zwischen gegenüberliegenden äußeren Punkten des ersten Kreuzungsabschnitts 126X1 der DTI-Struktur 126, die entlang einer Ebene liegen, die den ersten Kreuzungsabschnitt 126X 1 der DTI-Struktur 126 diagonal kreuzt. In einigen Ausführungsformen ist die Abmessung 1006 ein größter Abstand zwischen zwei gegenüberliegenden äußeren Punkten des ersten Kreuzungsabschnitts 126X1 der DTI-Struktur 126. In weiteren Ausführungsformen weist der erste Kreuzungsabschnitt 126X1 der DTI-Struktur 126 (von einer Draufsicht/Layoutansicht betrachtet) eine quadratartige Form auf und die Abmessung 1006 entspricht einer Länge der Diagonalen der quadratartigen Form. In einigen Ausführungsformen weist jeder der mehreren Kreuzungsabschnitten 126X der DTI-Struktur 126 die Abmessung 1006 auf.
  • Die Abmessung 1006 ist größer als die Breite 1002 und die Breite 1004. Wenn in einigen Ausführungsformen die Tiefe der DTI-Struktur 126 (siehe z. B. die erste Tiefe 910) kleiner oder gleich etwa 3 µm ist, gilt die Abmessung 1006 ≤ ( die Breite 1002 ) 2 + ( die Breite 1004 ) 4 .
    Figure DE102023102588A1_0001
      
    Figure DE102023102588A1_0002
    Es versteht sich, dass sich „Abmessung 1006“ in der obigen Gleichung auf einen Wert der Abmessung 1006 bezieht. Es versteht sich, dass sich „(Breite 1002)“ in der obigen Gleichung auf einen Wert der Breite 1002 bezieht. Es versteht sich, dass sich „(Breite 1004)“ in der obigen Gleichung auf einen Wert der Breite 1004 bezieht. Beispielsweise ist in einigen Ausführungsformen die Breite 1002 gleich 1 µm und die Breite 1004 gleich 1 µm. In solchen Ausführungsformen lautete die obige Gleichung: 1.414 1.414   μ m ≤ 1 μ m 2 + 1 μ m 2 .
    Figure DE102023102588A1_0003
    µm  
    Figure DE102023102588A1_0004
    Somit ist in einer solchen Ausführungsform die Abmessung 1006 kleiner oder gleich 1,414 µm.
  • Wenn die Abmessung 1006 > ( die Breite 1002 ) 2 + ( die Breite 1004 ) 2
    Figure DE102023102588A1_0005
    gilt, kann in einigen Ausführungsformen die DTI-Struktur 126 (siehe z. B. die hierin beschriebene erste Tiefe 910) eine derartige Tiefe aufweisen, dass der erste Kreuzungsabschnitt 126X1 der DTI-Struktur 126 zumindest teilweise in den gemeinsamen Floating-Diffusion-Knoten 902 eindringt. In einigen Ausführungsformen kann die Leistung des Bildsensors negativ beeinflusst und/oder die Ausbeute verringert werden, wenn der erste Kreuzungsabschnitt 126X1 der DTI-Struktur 126 in den gemeinsamen Floating-Diffusion-Knoten 902 eindringt (z. B. kann ein Eindringen des ersten Kreuzungsabschnitts 126X1 der DTI-Struktur 126 in den gemeinsamen Floating-Diffusion-Knoten 902 die Funktionalität einer oder mehrerer Pixelsensoreinheiten des Bildsensors zerstören).
  • Wenn in einigen Ausführungsformen die Tiefe der DTI-Struktur 126 (siehe z. B. die hierin beschriebene erste Tiefe 910) etwa 2 µm beträgt, kann die Abmessung 1006 größer als oder gleich etwa 1,4 µm und kleiner oder gleich etwa 1,9 µm sein. In einigen Ausführungsformen kann die Breite 1002 zwischen etwa 0,01 µm und etwa 1,5 µm liegen. In weiteren Ausführungsformen kann die Breite 1002 zwischen etwa 0,01 µm und etwa 0,15 µm liegen. In einigen Ausführungsformen kann die Breite 1004 zwischen etwa 0,01 µm und etwa 1,5 µm liegen. In weiteren Ausführungsformen kann die Breite 1004 zwischen etwa 0,01 µm und etwa 0,15 µm liegen.
  • 11 zeigt eine Querschnittsansicht 1100 einiger weiterer Ausführungsformen des Bildsensors der 9A bis 9D.
  • Wie in der Querschnittsansicht 1100 von 11 gezeigt, kann sich die dotierte Wanne 124 in einigen Ausführungsformen vertikal von der Vorderseite 102f des Substrats 102 zur Rückseite 102b des Substrats 102 erstrecken.
  • Wie auch in der Querschnittsansicht 1100 von 11 gezeigt, sind in einigen Ausführungsformen mehrere dotierte Bereiche 1102 in dem Substrat 102 angeordnet. In weiteren Ausführungsformen sind die mehreren dotierten Bereiche 1102 jeweils in den Pixelbereichen der mehreren Pixelsensoreinheiten 616a - 616d angeordnet. Beispielsweise ist ein erster dotierter Bereich 1102a der mehreren dotierten Bereiche 1102 in dem ersten Pixelbereich 904a des Substrats 102 angeordnet, ein zweiter dotierter Bereich (nicht gezeigt) der mehreren dotierten Bereiche 1102 ist in dem zweiten Pixelbereich 904b des Substrats 102 angeordnet, ein dritter dotierter Bereich 1102c der mehreren dotierten Bereiche 1102 ist in dem dritten Pixelbereich 904c des Substrats 102 angeordnet und ein vierter dotierter Bereich (nicht gezeigt) der mehreren dotierten Bereiche 1102 ist in dem vierten Pixelbereich 904d des Substrats 102 angeordnet. In einigen Ausführungsformen sind die mehreren dotierten Bereiche 1102 seitlich von der dotierten Wanne 124 und/oder der DTI-Struktur 126 beabstandet.
  • Die mehreren dotierten Bereiche 1102 sind Bereiche des Substrats 102 mit dem zweiten Dotierungstyp (z. B. dem n-Typ/p-Typ). In einigen Ausführungsformen weist der erste dotierte Bereich 104 eine höhere Konzentration der Dotierstoffe des zweiten Dotierungstyps (z. B. n-Dotierstoffe (etwa Phosphor (P), Arsen (As), Antimon (Sb) usw.) oder p-Dotierstoffe (etwa Bor (B), Aluminium (Al), Gallium (Ga) usw.)) als die mehreren dotierten Bereiche 1102 auf. In weiteren Ausführungsformen weist der erste dotierte Bereich 104 eine niedrigere Konzentration der Dotierstoffe des zweiten Dotierungstyps als die mehreren dotierten Bereiche 1102 auf.
  • 12 zeigt ein Blockdiagramm 1200 einiger Ausführungsformen eines integrierten Chips (IC), der den Bildsensor der 9A bis 9D aufweist.
  • Wie im Blockdiagramm 1200 der 12 gezeigt, weist der IC 1201 einen ersten Chip 1202, einen zweiten Chip 1204 und einen dritten Chip 1206 auf. In einigen Ausführungsformen weist der erste Chip 1202 den Bildsensor der vorliegenden Offenbarung auf. Beispielsweise weist der erste Chip 1202 in einigen Ausführungsformen die mehreren Pixelsensoreinheiten 616a - 616d auf. Der erste Chip 1202, der zweite Chip 1204 und der dritte Chip 1206 sind miteinander (z. B. über eine oder mehrere Bondstrukturen) gebondet. Der erste Chip 1202, der zweite Chip 1204 und der dritte Chip 1206 sind vertikal gestapelt und (z. B. über ein oder mehrere leitfähige Pads) elektrisch miteinander verbunden. In solchen Ausführungsformen kann der Bildsensor als Bildsensor mit drei (3) Chips (z. B. als 3-Chip-CIS) bezeichnet werden. Während das Blockdiagramm 1200 von 12 den IC 1201 mit drei (3) Chips zeigt, die miteinander gebondet sind, versteht es sich, dass der IC 1201 eine beliebige Anzahl von Chips (z. B. 2 Chips, 3 Chips, 4 Chips, 5 Chips usw.) aufweisen kann, die miteinander gebondet sind. Es versteht sich auch, dass der IC in einigen Ausführungsformen nur den ersten Chip 1202 aufweisen kann (z. B. als 1-Chip-CIS).
  • Die 13 bis 26 zeigen eine Reihe von Querschnittsansichten 1300 - 2600 einiger Ausführungsformen eines Verfahrens zum Ausbilden eines Bildsensors mit einer verbesserten Struktur für kleine Pixeldesigns.
  • Wie in der Querschnittsansicht 1300 von 13 gezeigt, ist ein erster dotierter Bereich 104 in einem Substrat 102 ausgebildet. Das Substrat 102 weist mehrere Pixelbereiche 904a - 904d auf. Der erste dotierte Bereich 104 ist auch in den mehreren Pixelbereichen 904a - 904d ausgebildet. Der erste dotierte Bereich 104 ist ein Bereich des Substrats 102 mit einem zweiten Dotierungstyp (z. B. dem n-Typ/p-Typ).
  • In einigen Ausführungsformen wird der erste dotierte Bereich 104 durch einen flächendeckenden Dotierungsprozess ausgebildet, der Dotierstoffe des zweiten Dotierungstyps (z. B. n-Dotierstoffe (etwa Phosphor (P), Arsen (As), Antimon (Sb) usw.) oder p-Dotierstoffe (etwa Bor (B), Aluminium (Al), Gallium (Ga) usw.)) in das Substrat 102 implantiert. Der flächendeckende Dotierungsprozess verwendet keine Maskierungsschicht (z. B. Positiv/Negativ-Photoresists, Hartmaske usw.), um die Dotierstoffe des zweiten Dotierungstyps in die mehreren Pixelbereiche 904a - 904d des Substrats 102 zu implantieren. In einigen Ausführungsformen besteht der flächendeckende Dotierungsprozess zum Beispiel aus einem flächendeckender Ionenimplantationsprozess, einem flächendeckender Diffusionsprozess, einem anderen flächendeckenden Dotierungsprozess oder einer Kombination der Vorhergehenden oder umfasst diese. Es versteht sich, dass ein flächendeckender Dotierungsprozess sich von einem Dotierungsprozess unterscheidet, der eine Maskierungsschicht zum selektiven Implantieren der Dotierstoffe des zweiten Dotierungstyps in die mehreren Pixelbereiche 904a - 904d des Substrats 102 verwendet. Es versteht sich auch, dass der erste dotierte Bereich 104 in weiteren Ausführungsformen durch einen Dotierungsprozess ausgebildet werden kann, der eine Maskierungsschicht zum selektiven Implantieren der Dotierstoffe des zweiten Dotierungstyps in die mehreren Pixelbereiche 904a - 904d des Substrats 102 verwendet.
  • Wie auch in der Querschnittsansicht 1300 von 13 gezeigt, ist ein zweiter dotierter Bereich 106 in einem Substrat 102 ausgebildet. Der zweite dotierte Bereich 106 ist über dem ersten dotierten Bereich 104 ausgebildet. Der zweite dotierte Bereich 106 ist auch in den mehreren Pixelbereichen 904a - 904d ausgebildet. Der zweite dotierte Bereich 106 ist ein Bereich des Substrats 102 mit dem zweiten Dotierungstyp. In einigen Ausführungsformen weist der erste dotierte Bereich 104 eine höhere Konzentration der Dotierstoffe des zweiten Dotierungstyps als der zweite dotierte Bereich 106 auf. In weiteren Ausführungsformen weist der erste dotierte Bereich 104 eine niedrigere Konzentration der Dotierstoffe des zweiten Dotierungstyps als der zweite dotierte Bereich 106 auf.
  • In einigen Ausführungsformen wird der zweite dotierte Bereich 106 durch einen flächendeckenden Dotierungsprozess ausgebildet, der Dotierstoffe des zweiten Dotierungstyps in das Substrat 102 implantiert. Der flächendeckende Dotierungsprozess verwendet keine Maskierungsschicht (z. B. Positiv/Negativ-Photoresists, Hartmaske usw.), um die Dotierstoffe des zweiten Dotierungstyps in die mehreren Pixelbereiche 904a - 904d des Substrats 102 zu implantieren. In einigen Ausführungsformen besteht der flächendeckende Dotierungsprozess zum Beispiel aus einem flächendeckender Ionenimplantationsprozess, einem flächendeckender Diffusionsprozess, einem anderen flächendeckenden Dotierungsprozess oder einer Kombination der Vorhergehenden oder umfasst diese. Es versteht sich, dass ein flächendeckender Dotierungsprozess sich von einem Dotierungsprozess unterscheidet, der eine Maskierungsschicht zum selektiven Implantieren der Dotierstoffe des zweiten Dotierungstyps in die mehreren Pixelbereiche 904a - 904d des Substrats 102 verwendet. Es versteht sich auch, dass der zweite dotierte Bereich 106 in weiteren Ausführungsformen durch einen Dotierungsprozess ausgebildet werden kann, der eine Maskierungsschicht zum selektiven Implantieren der Dotierstoffe des zweiten Dotierungstyps in die mehreren Pixelbereiche 904a - 904d des Substrats 102 verwendet.
  • Wie in der Querschnittsansicht 1400 von 14 gezeigt, wird eine dotierte Wanne 124 in dem Substrat 102 ausgebildet. Die dotierte Wanne 124 ist ein Abschnitt des Substrats 102 mit dem ersten Dotierungstyp. Die dotierte Wanne 124 wird so ausgebildet, dass sie sich vertikal in das Substrat 102 hinein erstreckt. Die dotierte Wanne 124 wird so ausgebildet, dass sie sich vertikal in den zweiten dotierten Bereich 106 hinein erstreckt. Die dotierte Wanne 124 wird so ausgebildet, dass sie sich seitlich so durch das Substrat 102 erstreckt, dass die dotierte Wanne die mehreren Pixelbereiche 904a - 904d seitlich umgibt. In einigen Ausführungsformen wird die dotierte Wanne 124 so ausgebildet, dass sie sich teilweise durch das Substrat 102 erstreckt. In einigen Ausführungsformen wird die dotierte Wanne 124 so ausgebildet, dass sie sich von der Vorderseite 102f des Substrats 102 vertikal in den zweiten dotierten Bereich 106 hinein erstreckt und vertikal von der Rückseite 102b des Substrats 102 beabstandet ist.
  • In einigen Ausführungsformen kann die dotierte Wanne 124 durch einen Dotierungsprozess (z. B. über Ionenimplantation, Diffusion usw.) ausgebildet werden, der eine strukturierte Maskierungsschicht 1402 (z. B. Positiv/Negativ-Photoresist, eine Hartmaske usw.) auf der Vorderseite 102f des Substrats 102 verwendet, um selektiv Dotierstoffe des ersten Dotierungstyps (z. B. p-Dotierstoffe) in das Substrat 102 zu implantieren. In einigen Ausführungsformen umfasst ein Prozess zum Ausbilden der strukturierten Maskierungsschicht 1402 ein Abscheiden einer Maskierungsschicht (nicht gezeigt) auf der Vorderseite 102f des Substrats 102. Die Maskierungsschicht kann beispielsweise durch chemische Gasphasenabscheidung (CVD), physikalische Gasphasenabscheidung (PVD), Atomlagenabscheidung (ALD), einen Rotationsbeschichtungsprozess, einen anderen Abscheidungsprozess oder eine Kombination der Vorhergehenden abgeschieden werden. Danach wird die Maskierungsschicht mit einer Struktur belichtet (z. B. durch einen Lithographieprozess wie Photolithographie, Extrem-Ultraviolett-Lithographie oder dergleichen) und entwickelt, wodurch die strukturierte Maskierungsschicht 1402 über der Vorderseite 102f des Substrats 102 ausgebildet ist. Der Dotierungsprozess wird mit der strukturierten Maskierungsschicht 1402 an Ort und Stelle über der Vorderseite 102f des Substrats 102 an dem Substrat 102 durchgeführt, wodurch die dotierte Wanne 124 ausgebildet ist. In einigen Ausführungsformen kann der Dotierungsprozess zum Beispiel aus einem Ionenimplantationsprozess, einem Diffusionsprozess, irgendeinem anderen Dotierungsprozess oder einer Kombination der Vorhergehenden bestehen. Nachfolgend wird in einigen Ausführungsformen die strukturierte Maskierungsschicht 1402 entfernt.
  • Da die dotierte Wanne 124 so ausgebildet wird, dass sie sich teilweise durch das Substrat 102 (z. B. nicht vollständig durch das Substrat 102) erstreckt, kann die strukturierte Maskierungsschicht 1402 in einigen Ausführungsformen relativ dünn sein (z. B. eine relativ geringe Dicke aufweisen). Somit können die Abmessungen der dotierten Wanne 124 im Vergleich zu einem herkömmlichen CIS verkleinert werden. Dementsprechend kann der Bildsensor der vorliegenden Offenbarung kleinere Abmessungen als ein herkömmlicher CIS haben.
  • Da der zweite dotierte Bereich 106 durch einen flächendeckenden Dotierungsprozess anstatt durch einen Dotierungsprozess unter Verwendung eines Lithographieprozesses ausgebildet wird, kann die dotierte Wanne 124 in Kontakt mit dem zweiten dotierten Bereich 106 ausgebildet werden. Dadurch kann die Größe der mehrere Pixelbereiche 904a - 904d im Vergleich zu einem herkömmlichen CIS verringert werden. Dementsprechend kann der Bildsensor der vorliegenden Offenbarung kleinere Abmessungen als ein herkömmlicher CIS haben.
  • Ferner weist 14 eine Linie E-E' auf, die sich seitlich durch den zweiten dotierten Bereich 106 erstreckt und unter (z. B. direkt unter) einem Abschnitt der dotierten Wanne 124 angeordnet ist. In einigen Ausführungsformen schwankt eine Dotierstoffkonzentration der Dotierstoffe des zweiten Dotierungstyps des zweiten dotierten Bereichs 106 um nicht mehr als zehn Prozent (10 %) entlang der Linie E-E' von E nach E'. In einigen Ausführungsformen kann die Dotierstoffkonzentration der Dotierstoffe des zweiten Dotierungstyps des zweiten dotierten Bereichs 106 um nicht mehr als zehn Prozent (10 %) entlang der Linie E-E' von E nach E' schwanken, da der zweite dotierte Bereich 106 durch den flächendeckenden Dotierungsprozess ausgebildet wurde. In weiteren Ausführungsformen kann es ein Hinweis darauf sein, dass der zweite dotierte Bereich 106 durch den flächendeckender Dotierungsprozess ausgebildet wurde, wenn die Dotierstoffkonzentration der Dotierstoffe des zweiten Dotierungstyps des zweiten dotierten Bereichs 106 um nicht mehr als zehn Prozent (10 %) entlang der Linie E-E' von E nach E' schwankt. Mit anderen Worten kann es ein Hinweis darauf sein, dass der zweite dotierte Bereich 106 durch einen anderen Ausbildungsprozess (z. B. einen Dotierungsprozess, der einen Lithographieprozess verwendet) ausgebildet wurde, wenn die Dotierstoffkonzentration der Dotierstoffe des zweiten Dotierungstyps des zweiten dotierten Bereichs 106 um mehr als zehn Prozent (10 %) entlang der Linie E-E' von E nach E' schwankt.
  • In einigen Ausführungsformen schwankt die Dotierstoffkonzentration der Dotierstoffe des zweiten Dotierungstyps des zweiten dotierten Bereichs 106 um nicht mehr als sechs Prozent (6 %) entlang der Linie E-E' von E nach E'. In einigen Ausführungsformen kann die Dotierstoffkonzentration der Dotierstoffe des zweiten Dotierungstyps des zweiten dotierten Bereichs 106 um nicht mehr als sechs Prozent (6 %) entlang der Linie E-E von E nach E' schwanken, da der zweite dotierte Bereich 106 durch den flächendeckenden Dotierungsprozess ausgebildet wird. In weiteren Ausführungsformen kann es ein Hinweis darauf sein, dass der zweite dotierte Bereich 106 durch den flächendeckenden Dotierungsprozess ausgebildet wurde, wenn die Dotierstoffkonzentration der Dotierstoffe des zweiten Dotierungstyps des zweiten dotierten Bereichs 106 um nicht mehr als sechs Prozent (6 %) entlang der Linie E-E' von E nach E' schwankt. Mit anderen Worten kann es ein Hinweis darauf sein, dass der zweite dotierte Bereich 106 durch einen anderen Ausbildungsprozess (z. B. einen Dotierungsprozess, der einen Lithographieprozess verwendet) ausgebildet wurde, wenn die Dotierstoffkonzentration der Dotierstoffe des zweiten Dotierungstyps des zweiten dotierten Bereichs 106 um mehr als sechs Prozent (6 %) entlang der Linie E-E' von E nach E' schwankt.
  • Wie in der Querschnittsansicht 1500 von 15 gezeigt, wird eine STI-Struktur 306 in dem Substrat 102 ausgebildet. Die STI-Struktur 306 wird innerhalb der dotierten Wanne 124 ausgebildet. Die STI-Struktur 306 kann mit einer Grundfläche ausgebildet werden, die innerhalb einer Grundfläche der dotierten Wanne 124 angeordnet ist.
  • In einigen Ausführungsformen umfasst ein Prozess zum Ausbilden der STI-Struktur 306 ein Ausbilden einer strukturierten Maskierungsschicht (nicht gezeigt) (z. B. Negativ/Positiv-Photoresist, eine Hartmaske usw.) über der Vorderseite 102f des Substrats 102. Mit der strukturierten Maskierungsschicht über der Vorderseite 102f des Substrats 102 an Ort und Stelle wird dann ein Ätzprozess an dem Substrat 102 durchgeführt. Der Ätzprozess entfernt unmaskierte Abschnitte des Substrats, wodurch ein Graben in dem Substrat 102 ausgebildet wird. Der Ätzprozess kann beispielsweise aus einem Nassätzprozess, einem Trockenätzprozess, einem reaktiven Ionenätzprozess (RIE), einem anderen Ätzprozess oder einer Kombination der Vorhergehenden bestehen oder diese umfassen. Nachfolgend wird in einigen Ausführungsformen die strukturierte Maskierungsschicht dann abgelöst. Danach wird der Graben mit einem oder mehreren Dielektrika gefüllt, wodurch die STI-Struktur 306 in dem Substrat 102 ausgebildet ist.
  • Wie in der Querschnittsansicht 1600 von 16 gezeigt, werden mehrere dritte dotierte Bereiche (siehe z. B. der hierin beschriebene dritte dotierte Bereich 108) jeweils in den mehreren Pixelbereichen 904a - 904d ausgebildet. Die mehreren dritten dotierten Bereiche werden über dem zweiten dotierten Bereich 106 ausgebildet. Die mehreren dritten dotierten Bereiche sind Bereiche des Substrats 102 mit dem zweiten Dotierungstyp. In einigen Ausführungsformen können die mehreren dritten dotierten Bereiche eine höhere Konzentration der Dotierstoffe des zweiten Dotierungstyps als der zweite dotierte Bereich 106 aufweisen. In weiteren Ausführungsformen weisen die mehreren dritten dotierten Bereiche eine niedrigere Konzentration der Dotierstoffe des zweiten Dotierungstyps als der zweite dotierte Bereich 106 auf.
  • In einigen Ausführungsformen umfasst ein Prozess zum Ausbilden der mehreren dritten dotierten Bereiche ein Ausbilden einer strukturierten Maskierungsschicht (nicht gezeigt) (z. B. Negativ/Positiv-Photoresist, eine Hartmaske usw.) über der Vorderseite 102f des Substrats 102. Danach wird mit der strukturierten Maskierungsschicht an Ort und Stelle ein Dotierungsprozess (z. B. ein Ionenimplantationsprozess, ein Diffusionsprozess usw.) an dem Substrat durchgeführt, um gemäß der strukturierten Maskierungsschicht selektiv Dotierstoffe des zweiten Dotierungstyps in das Substrat 102 zu implantieren, wodurch die mehreren dritten dotierten Bereiche ausgebildet sind. Nachfolgend wird in einigen Ausführungsformen die strukturierte Maskierungsschicht abgelöst.
  • Wie in der Querschnittsansicht 1700 von 17 gezeigt, werden mehrere Transfergates (siehe z. B. das hierin beschriebene Transfergate 114) über/auf der Vorderseite 102f des Substrats 102 ausgebildet. Die mehreren Transfergates werden so ausgebildet, dass sie wenigstens teilweise jeweils über den mehreren Pixelbereichen 904a - 904d liegen. In einigen Ausführungsformen wird jedes der mehreren Transfergates zwischen zwei Abschnitten der dotierten Wanne 124 ausgebildet. Jedes der mehreren Transfergates wird mit einer Gatedielektrikumsstruktur 116 und einer Gateelektrodenstruktur 118 ausgebildet.
  • In einigen Ausführungsformen umfasst ein Prozess zum Ausbilden der mehreren Transfergates ein Ausbilden einer ersten strukturierten Maskierungsschicht (nicht gezeigt) (z. B. Negativ/Positiv-Photoresist, eine Hartmaske usw.) über der Vorderseite 102f des Substrats 102. Mit der ersten strukturierten Maskierungsschicht über der Vorderseite 102f des Substrats 102 an Ort und Stelle wird dann ein Ätzprozess an dem Substrat 102 durchgeführt. Der Ätzprozess entfernt unmaskierte Abschnitte des Substrats 102, wodurch mehrere vertikale Gategräben in dem Substrat 102 ausgebildet werden. Der Ätzprozess kann zum Beispiel aus einem Nassätzprozess, einem Trockenätzprozess, einem RIE-Prozess, irgendeinem anderen Ätzprozess oder einer Kombination der Vorhergehenden bestehen oder diese umfassen. Nachfolgend wird in einigen Ausführungsformen die strukturierte Maskierungsschicht dann abgelöst.
  • Danach wird eine Gatedielektrikumsschicht (nicht gezeigt) über/auf der Vorderseite 102f des Substrats 102 ausgebildet, die die mehreren vertikalen Gategräben auskleidet. In einigen Ausführungsformen besteht die Gatedielektrikumsschicht beispielsweise aus einem Oxid (z. B. Siliziumdioxid (Si02)), einem High-k-Dielektrikum (z. B. Hafniumoxid (HfO), Tantaloxid (TaO), Hafniumsiliziumoxid (HfSiO), Hafniumtantaloxid (HfTaO), Aluminiumoxid (AlO), Zirkoniumoxid (ZrO) oder einem anderen Dielektrikum mit einer Dielektrizitätskonstante von mehr als etwa 3,9), einem anderen Dielektrikum oder einer Kombination der Vorhergehenden oder enthält diese. Eine Gateelektrodenschicht (nicht gezeigte) wird dann auf der Gatedielektrikumsschicht und in den mehreren vertikalen Gategräben ausgebildet. In einigen Ausführungsformen besteht die Gateelektrodenschicht beispielsweise aus Polysilizium, einem Metall (z. B. Aluminium (Al), Kupfer (Cu), Titan (Ti), Tantal (Ta), Wolfram (W), Molybdän (Mo), Kobalt (Co) oder dergleichen), einem anderen leitfähigen Material oder einer Kombination der Vorhergehenden oder enthält diese.
  • Danach wird eine zweite strukturierte Maskierungsschicht (nicht gezeigt) (z. B. Negativ/Positiv-Photoresist, eine Hartmaske usw.) über der Gateelektrodenschicht ausgebildet. Mit der zweiten strukturierten Maskierungsschicht an Ort und Stelle wird ein Ätzprozess an der Gateelektrodenschicht und der Gatedielektrikumsschicht durchgeführt. Der Ätzprozess entfernt unmaskierte Abschnitte der Gateelektrodenschicht, wodurch die Gateelektrodenstrukturen ausgebildet ist (siehe z. B. die hierin beschriebene Gateelektrodenstruktur 118). Der Ätzprozess entfernt auch unmaskierte Abschnitte der Gatedielektrikumsschicht, wodurch die Gatedielektrikumsstrukturen ausgebildet sind (siehe z. B. die hierin beschriebene Gatedielektrikumsstruktur 116). In einigen Ausführungsformen kann der Ätzprozess zum Beispiel aus einem Nassätzprozess, einem Trockenätzprozess, einem RIE-Prozess, irgendeinem anderen Ätzprozess oder einer Kombination der Vorhergehenden bestehen oder diese umfassen. Nachfolgend wird in einigen Ausführungsformen die zweite strukturierte Maskierungsschicht abgelöst.
  • Wie in der Querschnittsansicht 1800 von 18 gezeigt werden mehrere vierte dotierte Bereiche (siehe z. B. der hierin beschriebene vierte dotierte Bereich 110) jeweils in den mehreren Pixelbereichen 904a - 904d ausgebildet. Die mehreren vierten dotierten Bereiche werden über den mehreren dritten dotierten Bereichen ausgebildet. Die mehreren vierten dotierte Bereiche sind Bereiche des Substrats 102 mit dem ersten Dotierungstyp. In einigen Ausführungsformen können die mehreren vierten dotierten Bereiche durch einen Dotierungsprozess (z. B. durch (abgewinkelte) Ionenimplantation, Diffusion usw.) ausgebildet werden, der eine strukturierte Maskierungsschicht (nicht gezeigt) (z. B. Positiv/Negativ-Photoresist, eine Hartmaske usw.) über der Vorderseite 102f des Substrats 102 (und über den mehreren Transfergates) zum selektiven Implantieren von Dotierstoffen des ersten Dotierungstyps in das Substrat 102 verwendet. In einigen Ausführungsformen werden die mehreren Transfergates zumindest teilweise als die strukturierte Maskierungsschicht verwendet. Nachfolgend wird in einigen Ausführungsformen die strukturierte Maskierungsschicht abgelöst.
  • Wie in der Querschnittsansicht 1900 von 19 gezeigt, wird ein gemeinsamer Floating-Diffusion-Knoten 902 in dem Substrat 102 ausgebildet. In einigen Ausführungsformen wird der gemeinsame Floating-Diffusion-Knoten 902 in der dotierten Wanne 124 ausgebildet. Der gemeinsame Floating-Diffusion-Knoten 902 ist ein Bereich des Substrats 102 mit dem zweiten Dotierungstyp. In einigen Ausführungsformen kann der gemeinsame Floating-Diffusion-Knoten 902 durch einen Dotierungsprozess (z. B. durch Ionenimplantation, Diffusion usw.) ausgebildet werden, der eine strukturierte Maskierungsschicht (nicht gezeigt) (z. B. Positiv/Negativ-Photoresist, eine Hartmaske usw.) über der Vorderseite 102f des Substrats 102 (und über den mehreren Transfergates) zum selektiven Implantieren der Dotierstoffe des zweiten Dotierungstyps in das Substrat 102 verwendet. In einigen Ausführungsformen werden die mehreren Transfergates zumindest teilweise als die strukturierte Maskierungsschicht verwendet. Nachfolgend wird in einigen Ausführungsformen die strukturierte Maskierungsschicht abgelöst.
  • Wie in der Querschnittsansicht 2000 von 20 gezeigt, wird eine ILD-Struktur 120 über der Vorderseite 102f des Substrats 102 und über den mehreren Transfergates ausgebildet. Wie auch in der Querschnittsansicht 2000 von 20 gezeigt, wird eine Interconnect-Struktur in der ILD-Struktur 120 und über der Vorderseite 102f des Substrats 102 ausgebildet. In einigen Ausführungsformen weist die Interconnect-Struktur mehrere leitfähige Kontakte 122a, mehrere leitfähige Durchkontaktierungen 122b und mehrere leitfähige Drähte 122c auf.
  • In einigen Ausführungsformen umfasst ein Prozess zum Ausbilden der ILD-Struktur 120 und der Interconnect-Struktur ein Ausbilden einer ersten ILD-Schicht über der Vorderseite 102f des Substrats 102. Danach werden Kontaktöffnungen in der ersten ILD-Schicht ausgebildet. Ein leitfähiges Material (z. B. Wolfram (W)) wird dann auf der ersten ILD-Schicht und in den Kontaktöffnungen ausgebildet. Danach wird ein Planarisierungsprozess (z. B. chemisch-mechanisches Planarisieren (CMP)) an dem leitfähigen Material durchgeführt, so dass die mehreren leitfähigen Kontakte 122a in der ersten ILD-Schicht ausgebildet sind. Eine zweite ILD-Schicht wird dann über der ersten ILD-Schicht und den mehreren leitfähigen Kontakten 122a ausgebildet. Dann werden mehrere Gräben in der zweiten ILD-Schicht ausgebildet. Ein leitfähiges Material (z. B. Kupfer (Cu)) wird auf der zweiten ILD-Schicht und in den Gräben ausgebildet. Danach wird ein Planarisierungsprozess (z. B. CMP) an dem leitfähigen Material durchgeführt, so dass eine erste Gruppe von leitfähigen Drähten der mehreren leitfähigen Drähte 122c (z. B. leitfähige Drähte einer ersten Schicht von leitfähigen Drähten (z. B. der Metallschicht 1)) ausgebildet ist.
  • Danach können die mehreren leitfähigen Durchkontaktierungen 122b und die verbleibenden leitfähigen Drähte der mehreren leitfähigen Drähte 1220 der Interconnect-Struktur durch Wiederholen eines Damascene-Prozesses (z. B. eines Single-Damascene-Prozesses oder eines Dual-Damascene-Prozesses) ausgebildet werden, bis eine vordefinierte Anzahl von leitfähigen Durchkontaktierungen und leitfähigen Drähten in der ILD-Struktur 120 ausgebildet sind. Der Damascene-Prozess kann durchgeführt werden, indem eine nächste ILD-Schicht über der zweiten ILD-Schicht und der ersten Gruppe von leitfähigen Drähten der mehreren leitfähigen Drähte 122c abgeschieden wird, die nächste ILD-Schicht so geätzt wird, dass ein oder mehrere Durchkontaktierungslöcher und/oder ein oder mehrere Gräben in der nächsten ILD-Schicht ausgebildet werden, und das eine oder die mehreren Durchkontaktierungslöcher und/oder der einen oder die mehreren Gräben mit einem leitfähigen Material (z. B. Kupfer (Cu)) gefüllt werden. Danach wird ein Planarisierungsprozess (z. B. CMP) an dem leitfähigen Material durchgeführt, wodurch eine zweite Gruppe von leitfähigen Drähten der mehreren leitfähigen Drähte 1220 (z. B. die leitfähigen Drähte einer zweiten Schicht von leitfähigen Drähten (z. B. der Metallschicht 2)) und/oder die leitfähigen Durchkontaktierungen der mehreren leitfähigen Durchkontaktierungen 122b, die sich vertikal zwischen der ersten Gruppe und der zweiten Gruppe von leitfähigen Drähten erstrecken, ausgebildet sind. Dieser Damascene-Prozess wird wiederholt, bis jede der mehreren leitfähigen Durchkontaktierungen 122b und jeder der mehreren leitfähigen Drähte 1220 der Interconnect-Struktur in der ILD-Struktur 120 ausgebildet sind. Die ILD-Schichten können beispielsweise durch CVD, PVD, ALD, irgendeinen anderen Abscheidungsprozess oder eine Kombination der Vorhergehenden ausgebildet werden. Das eine oder die mehreren leitfähigen Materialien (z. B. Wolfram (W), Kupfer (Cu) usw.) können unter Verwendung eines Abscheidungsprozesses (z. B. CVD, PVD, Sputtern usw.) und/oder eines Plattierungsprozesses (z. B. elektrochemischen Plattierens, stromlosen Plattierens usw.) ausgebildet werden.
  • Wie in der Querschnittsansicht 2100 von 21 gezeigt, wird ein Graben 2102 in dem Substrat 102 ausgebildet. Der Graben 2102 erstreckt sich von der Rückseite 102b des Substrats 102 in das Substrat 102 hinein. Der Graben 2102 wird so ausgebildet, dass er sich seitlich so durch das Substrat 102 erstreckt, dass der Graben 2102 die mehreren Pixelbereiche 904a - 904d seitlich umgibt. Der Graben 2102 wird mit einer Grundfläche ausgebildet, die innerhalb der Grundfläche der dotierten Wanne 124 angeordnet ist.
  • Der Graben 2102 kann sich teilweise durch das Substrat 102 (z. B. nicht vollständig durch das Substrat 102) erstrecken. Der Graben 2102 erstreckt sich vertikal durch den ersten dotierten Bereich 104 und vertikal in den zweiten dotierten Bereich 106 hinein. In solchen Ausführungsformen legt der Graben 2102 Abschnitte des ersten dotierten Bereichs 104 und Abschnitte des zweiten dotierten Bereichs 106 frei. In weiteren solchen Ausführungsformen definieren die Abschnitte des ersten dotierten Bereichs 104 und die Abschnitte des zweiten dotierten Bereichs 106 zumindest teilweise Oberflächen (z. B. Seitenwände) des Grabens 2102. In einigen Ausführungsformen erstreckt sich der Graben 2102 vertikal teilweise so in den zweiten dotierten Bereich 106 hinein, dass ein Abschnitt des zweiten dotierten Bereichs 106 vertikal zwischen dem Graben 2102 und der Vorderseite 102f des Substrats 102 angeordnet ist. In weiteren Ausführungsformen kann sich der Graben 2102 vertikal durch sowohl den ersten dotierten Bereich 104 als auch den zweiten dotierten Bereich 106 erstrecken, so dass ein anderer Abschnitt des Substrats 102, der vertikal zwischen dem zweiten dotierten Bereich 106 und der Vorderseite 102f des Substrats 102 angeordnet ist, vertikal zwischen dem Graben 2102 und der Vorderseite 102f des Substrats 102 angeordnet ist. In noch weiteren Ausführungsformen kann sich der Graben 2102 von der Rückseite 102b des Substrats 102 zur Vorderseite 102f des Substrats 102 erstrecken (sich z. B. vollständig durch das Substrat 102 erstrecken). Es versteht sich, dass der Graben 2102 in einigen Ausführungsformen so ausgebildet sein kann, dass er sich von der Vorderseite 102f des Substrats 102 anstatt von der Rückseite 102b des Substrats 102 in das Substrat erstreckt. In einigen Ausführungsformen kann der Graben 2102 abgewinkelte Seitenwände aufweisen, wie in der Querschnittsansicht 100 von 1 gezeigt. In weiteren Ausführungsformen können die Seitenwände des Grabens 2102 im Wesentlichen gerade (z. B. vertikal) sein.
  • In einigen Ausführungsformen erstreckt sich der zweite dotierte Bereich 106 durchgehend seitlich zwischen gegenüberliegenden inneren Seitenwänden des Grabens 2102. In einigen Ausführungsformen erstreckt sich der zweite dotierte Bereich 106 durchgehend seitlich zwischen den gegenüberliegenden Innenseiten der dotierten Wanne 124 und erstreckt sich durchgehend seitlich zwischen den gegenüberliegenden inneren Seitenwänden des Grabens 2102. In einigen Ausführungsformen erstreckt sich der erste dotierte Bereich 104 durchgehend seitlich zwischen den gegenüberliegenden inneren Seitenwänden des Grabens 2102.
  • In einigen Ausführungsformen weist ein Layout des Grabens 2102 eine gitterartige Form auf. Demnach weist die Grundfläche des Grabens 2102 die gitterartige Form auf. In solchen Ausführungsformen ist die gitterartig geformte Grundfläche des Grabens 2102 innerhalb einer gitterartig geformten Grundfläche der dotierten Wanne 124 angeordnet. Die gitterartige Form des Grabens 2102 weist Längsabschnitte 2102L des Grabens 2102 und Querabschnitte 2102T des Grabens 2102 auf. Die Längsabschnitte 2102L des Grabens 2102 erstrecken sich parallel zueinander in einer ersten seitlichen Richtung. Die Querabschnitte 2102T des Grabens 2102 erstrecken sich parallel zueinander in einer zweiten seitlichen Richtung senkrecht zur ersten seitlichen Richtung. Die Längsabschnitte 2102L des Grabens 2102 und die Querabschnitte 2102T des Grabens 2102 kreuzen einander. Die Bereiche des Grabens 2102, wo die Längsabschnitte 2102L des Grabens 2102 die Querabschnitte 2102T des Grabens 2102 kreuzen, können als Kreuzungsabschnitte 2102X des Grabens 2102 bezeichnet werden. Die Kreuzungsabschnitte 2102X des Grabens 2102 werden mit einer größeren Tiefe ausgebildet (erstrecken sich z. B. vertikal tiefer in das Substrat 102 hinein) als die Längsabschnitte 2102L des Grabens 2102 und die Querabschnitte 2102T des Grabens 2102.
  • In einigen Ausführungsformen erstreckt sich der Graben 2102 vertikal in die dotierte Wanne 124 hinein. In weiteren Ausführungsformen können sich die Kreuzungsabschnitte 2102X des Grabens 2102 in die dotierte Wanne 124 hinein erstrecken, während die Querabschnitte 2102T des Grabens 2102 und die Längsabschnitte 2102L des Grabens 2102 vertikal von der dotierten Wanne 124 beabstandet sind. In weiteren Ausführungsformen können sich die Kreuzungsabschnitte 2102X des Grabens 2102 in die dotierte Wanne 124 hinein erstrecken, während die Querabschnitte 2102T des Grabens 2102 und die Längsabschnitte 2102L des Grabens 2102 die dotierte Wanne 124 (direkt) berühren, ohne sich in die dotierte Wanne 124 hinein zu erstrecken. In noch weiteren Ausführungsformen können sich die Kreuzungsabschnitte 2102X des Grabens 2102, die Querabschnitte 2102T des Grabens 2102 und die Längsabschnitte 2102L des Grabens 2102 vertikal in die dotierte Wanne 124 hinein erstrecken. Die Abschnitte des Grabens 2102, die sich in die dotierte Wanne 124 hinein erstrecken, legen Abschnitte der dotierten Wanne 124 frei. In einigen Ausführungsformen können die Kreuzungsabschnitte 2102X des Grabens 2102 jeweils Abschnitte von mehreren gemeinsamen Floating-Diffusion-Knoten freilegen (siehe z. B. den gemeinsamen Floating-Diffusion-Knoten 902).
  • In einigen Ausführungsformen umfasst ein Prozess zum Ausbilden des Grabens 2102 ein Ausbilden einer strukturierten Maskierungsschicht (nicht gezeigt) (z. B. Negativ/Positiv-Photoresist, eine Hartmaske usw.) über der Rückseite 102b des Substrats 102. In einigen Ausführungsformen umfasst ein Prozess zum Ausbilden der strukturierten Maskierungsschicht ein Umdrehen (z. B. Drehen um 180 Grad) der in 20 gezeigten Struktur, so dass die Rückseite 102b des Substrats 102 nach oben gerichtet ist. Danach wird eine Maskierungsschicht (nicht gezeigt) auf der Rückseite 102b des Substrats 102 abgeschieden. Die Maskierungsschicht kann zum Beispiel durch CVD, PVD, ALD, einen Rotationsbeschichtungsprozess, einen anderen Abscheidungsprozess oder eine Kombination der Vorhergehenden abgeschieden werden. Danach wird die Maskierungsschicht mit einer Struktur belichtet (z. B. durch einen Lithographieprozess wie Photolithographie, Extrem-Ultraviolett-Lithographie oder dergleichen) und entwickelt, wodurch die strukturierte Maskierungsschicht über der Rückseite 102b des Substrats 102 ausgebildet ist.
  • Mit der strukturierten Maskierungsschicht über der Rückseite 102b des Substrats 102 an Ort und Stelle wird dann ein Ätzprozess an dem Substrat 102 durchgeführt. Der Ätzprozess entfernt unmaskierte Abschnitte des Substrats 102, wodurch der Graben 2102 in dem Substrat 102 ausgebildet wird. Der Ätzprozess kann zum Beispiel aus einem Nassätzprozess, einem Trockenätzprozess, einem RIE-Prozess, irgendeinem anderen Ätzprozess oder einer Kombination der Vorhergehenden bestehen oder diese umfassen. Nachfolgend wird in einigen Ausführungsformen die strukturierte Maskierungsschicht abgelöst.
  • Wie in der Querschnittsansicht 2200 von 22 gezeigt, wird eine dielektrische Auskleidungsstruktur 602 ausgebildet, die Oberflächen des Grabens 2102 (z. B. Seitenwände des Grabens 2102, untere Flächen des Grabens 2102 usw.) auskleidet. In einigen Ausführungsformen wird die dielektrische Auskleidungsstruktur 602 so ausgebildet, dass sie den zweiten dotierten Bereich 106 berührt (z. B. direkt berührt), wie in der Querschnittsansicht 2200 von 22 gezeigt. In einigen Ausführungsformen wird die dielektrische Auskleidungsstruktur 602 so ausgebildet, dass sie die dotierte Wanne 124 berührt (z. B. direkt berührt), wie in der Querschnittsansicht 2200 von 22 gezeigt. In einigen Ausführungsformen wird die dielektrische Auskleidungsstruktur 602 so ausgebildet, dass sie den ersten dotierten Bereich 104 berührt (z. B. direkt berührt). In einigen Ausführungsformen wird die dielektrische Auskleidungsstruktur 602 so ausgebildet, dass sie den gemeinsamen Floating-Diffusion-Knoten 902 berührt (z. B. direkt berührt). In einigen Ausführungsformen wird die dielektrische Auskleidungsstruktur 602 weggelassen.
  • In einigen Ausführungsformen umfasst ein Prozess zum Ausbilden der dielektrischen Auskleidungsstruktur 602 ein Abscheiden einer dielektrischen Auskleidungsschicht (nicht gezeigt) auf der Rückseite 102b des Substrats 102 und entlang der Oberflächen des Grabens 2102. Die dielektrische Auskleidungsschicht kann beispielsweise aus einem High-k-Dielektrikum (z. B. HfO, TaO, HfSiO, HfTaO, AlO, ZrO usw.), einem Oxid (z. B. SiO2), einem Nitrid (z. B. SiN), einem Oxynitrid (z. B. SiON), einem Karbid (z. B. Siliziumkarbid (SiC)), einem anderen Dielektrikum oder einer Kombination der Vorhergehenden bestehen oder diese enthalten. Die dielektrische Auskleidungsschicht kann zum Beispiel durch CVD, PVD, ALD, irgendeinen anderen Abscheidungsprozess oder eine Kombination der Vorhergehenden abgeschieden werden. Danach wird ein oberer Abschnitt der dielektrischen Auskleidungsschicht entfernt, wodurch verbleibende Abschnitte an Ort und Stelle als die dielektrische Auskleidungsstruktur 602 belassen werden. In einigen Ausführungsformen kann der obere Abschnitt der dielektrischen Auskleidungsschicht zum Beispiel durch einen Planarisierungsprozess (z. B. chemisch-mechanisches Planarisieren (CMP)), einen Ätzprozess (z. B. Nassätzen, Trockenätzen usw.), irgendeinen anderen Entfernungsprozess oder dergleichen entfernt werden.
  • Wie in der Querschnittsansicht 2300 von 23 gezeigt, wird eine dielektrische Füllstruktur 604 in dem Graben 2102 (siehe z. B. 22) ausgebildet. In einigen Ausführungsformen wird die dielektrische Füllstruktur 604 ebenfalls über der Rückseite 102b des Substrats 102 ausgebildet. In solchen Ausführungsformen wird ein Abschnitt 702 der dielektrischen Füllstruktur 604 entlang der Rückseite 102b des Substrats 102 ausgebildet. In einigen Ausführungsformen schließt das Ausbilden der dielektrischen Füllstruktur 604 die Ausbildung einer DTI-Struktur 126 in dem Graben 2102 ab. Mit anderen Worten ist die DTI-Struktur 126 in dem Graben 2102 ausgebildet, und das Ausbilden der DTI-Struktur 126 in dem Graben 2102 umfasst das Ausbilden der dielektrischen Füllstruktur 604 in dem Graben 2102. Da die DTI-Struktur 126 in dem Graben 2102 ausgebildet ist, versteht es sich, dass der Graben 2102 Merkmale (z. B. strukturelle Merkmale) aufweist, die Merkmalen der hierin beschriebenen DTI-Struktur 126 entsprechen. Beispielsweise kann die DTI-Struktur 126, wie hierin beschrieben, eine Abmessung 1006 aufweisen. Somit versteht es sich, dass der Graben 2102 ebenfalls die Abmessung 1006 (oder eine im Wesentlichen ähnliche Abmessung wie die Abmessung 1006) aufweisen kann. Die DTI-Struktur 126 weist Längsabschnitte 126L der DTI-Struktur 126, Querabschnitte 126T der DTI-Struktur 126 und mehrere Kreuzungsabschnitte 126X der DTI-Struktur 126 auf.
  • Da der zweite dotierte Bereich 106 durch einen flächendeckenden Dotierungsprozess anstatt durch einen Dotierungsprozess ausgebildet wurde, der einen Lithographieprozess verwendet, kann die DTI-Struktur 126 in Kontakt mit dem zweiten dotierten Bereich 106 ausgebildet werden. Dadurch kann die Größe der mehrere Pixelbereiche 904a - 904d im Vergleich zu einem herkömmlichen CIS verringert werden. Dementsprechend kann der Bildsensor der vorliegenden Offenbarung kleinere Abmessungen als ein herkömmlicher CIS haben.
  • Da ferner der Graben 2102 mit einer Grundfläche ausgebildet wurde, die innerhalb einer Grundfläche der dotierten Wanne 124 angeordnet ist, und da die DTI-Struktur 126 in dem Graben 2102 ausgebildet wurde, ist die DTI-Struktur 126 mit einer Grundfläche ausgebildet, die innerhalb der Grundfläche der dotierten Wanne 124 angeordnet ist. Da die DTI-Struktur 126 mit einer Grundfläche ausgebildet wurde, die innerhalb der Grundfläche der dotierten Wanne 124 angeordnet ist, kann die Größe der mehreren Pixelbereichen 904a - 904d im Vergleich zur Größe von Pixelbereichen eines herkömmlichen CIS verringert werden, während immer noch eine gute elektrische Leistung (z. B. gute elektrische Isolation zwischen benachbarten Photodetektoren, gute Full-Well-Kapazität usw.) erzielt wird. Dementsprechend kann der Bildsensor der vorliegenden Offenbarung kleinere Abmessungen als ein herkömmlicher CIS aufweisen, während er zugleich Leistungsmetriken aufweist, die Leistungsmetriken eines herkömmlichen CIS erreichen oder übertreffen.
  • In einigen Ausführungsformen umfasst ein Prozess zum Ausbilden der dielektrischen Füllstruktur 604 ein Abscheiden der dielektrischen Füllstruktur 604 auf der dielektrischen Auskleidungsstruktur 602 und ein Abscheiden der dielektrischen Füllstruktur 604 zum Füllen des Grabens 2102. In einigen Ausführungsformen wird die dielektrische Füllstruktur 604 ebenfalls auf der Rückseite 102b des Substrats 102 abgeschieden. In einigen Ausführungsformen wird ein Planarisierungsprozess (z. B. CMP) an der dielektrischen Füllstruktur 604 durchgeführt, um eine obere Fläche der dielektrischen Füllstruktur 604 zu planarisieren. In weiteren Ausführungsformen wird der Planarisierungsprozess (und/oder ein anderer Entfernungsprozess) an der dielektrischen Füllstruktur 604 durchgeführt, um den Abschnitt 702 der dielektrischen Füllstruktur 604 zu entfernen.
  • Wie in der Querschnittsansicht 2400 der 24 gezeigt, wird ein Isoliergitter 606 entlang des Abschnitts 702 der dielektrischen Füllstruktur 604 ausgebildet. In weiteren Ausführungsformen kann das Isoliergitter 606 entlang der Rückseite 102b des Substrats 102 ausgebildet werden. In weiteren Ausführungsformen wird das Isoliergitter 606 über der DTI-Struktur 126 ausgebildet.
  • In einigen Ausführungsformen umfasst ein Prozess zum Ausbilden des Isoliergitters 606 ein Ausbilden einer strukturierten Maskierungsschicht (nicht gezeigt), die einen darin angeordneten Graben aufweist, auf dem Abschnitt 702 der dielektrischen Füllstruktur 604. Danach wird ein Isoliermaterial auf der strukturierten Maskierungsschicht und in dem Graben abgeschieden. Das Isolationsmaterial kann beispielsweise aus einem Metall (z. B. Wolfram (W), Aluminium (Al), Kobalt (Co), Kupfer (Cu), Silber (Ag), Gold (Au), irgendeinem anderen Metall oder einer Kombination der Vorstehenden), einem Oxid (z. B. SiO2), einem Nitrid (z. B. SiN), einem Karbid (z. B. SiC), einem High-k-Dielektrikum (z. B. HfO, TaO usw.), einem Low-k-Dielektrikum, einem anderen Isoliermaterial oder einer Kombination der Vorhergehenden bestehen oder diese enthalten. Danach wird ein Planarisierungsprozess (z. B. CMP, ein Rückätzprozess usw.) an dem Isoliermaterial durchgeführt, um einen oberen Abschnitt des Isoliermaterials zu entfernen, wodurch untere Abschnitte des Isoliermaterials in dem Graben als das Isoliergitter 606 verbleiben. Nachfolgend wird in einigen Ausführungsformen die strukturierte Maskierungsschicht abgelöst.
  • Wie auch in der Querschnittsansicht 2400 von 24 gezeigt, wird eine dielektrische Schicht 608 entlang des Abschnitts 702 der dielektrischen Füllstruktur 604 und über dem Isoliergitter 606 ausgebildet. In weiteren Ausführungsformen kann die dielektrische Schicht 608 entlang der Rückseite 102b des Substrats 102 und über dem Isoliergitter 606 ausgebildet werden. In einigen Ausführungsformen umfasst ein Prozess zum Ausbilden der dielektrischen Schicht 608 ein Abscheiden der dielektrischen Schicht 608 auf dem Abschnitt 702 der dielektrischen Füllstruktur 604 und auf dem Isoliergitter 606. Die dielektrische Schicht 608 kann zum Beispiel durch CVD, PVD, ALD, Sputtern, irgendeinen anderen Abscheidungsprozess oder eine Kombination der Vorhergehenden abgeschieden werden.
  • Wie in der Querschnittsansicht 2500 von 25 gezeigt, werden mehrere EMR-Filter (siehe z. B. der hierin beschriebene EMR-Filter 610) auf/über der dielektrischen Schicht 608 und innerhalb des Isoliergitters 606 ausgebildet. In einigen Ausführungsformen umfasst ein Prozess zum Ausbilden der mehreren EMR-Filter ein Abscheiden (z. B. durch CVD, PVD, ALD, Sputtern, einen Rotationsbeschichtungsprozess usw.) eines oder mehrerer Lichtfiltermaterialien auf der dielektrischen Schicht 608 und innerhalb des Isoliergitters 606. Das eine oder die mehreren Lichtfiltermaterialien werden durch Materialien gebildet, die die Durchleitung von Strahlung (z. B. Licht) mit einem bestimmten Wellenlängenbereich ermöglichen, während sie Licht mit Wellenlängen außerhalb des bestimmten Bereichs blockieren. Nachfolgend kann in einigen Ausführungsformen ein Planarisierungsprozess (z. B. CMP) an den mehreren EMR-Filtern durchgeführt werden, um die obere Fläche der mehreren EMR-Filter zu planarisieren.
  • Wie in der Querschnittsansicht 2600 von 26 gezeigt, werden mehrere Mikrolinsen (siehe z. B. die hierin beschriebene Mikrolinse 612) auf/über den mehreren EMR-Filtern ausgebildet. In einigen Ausführungsformen können die mehreren Mikrolinsen durch Abscheiden eines Mikrolinsenmaterials auf den mehreren EMR-Filtern (z. B. durch CVD, PVD, ALD, Sputtern, einen Rotationsbeschichtungsprozess usw.) ausgebildet werden. Eine Mikrolinsenschablone (nicht gezeigt) mit einer gekrümmten oberen Fläche wird über dem Mikrolinsenmaterial strukturiert. In einigen Ausführungsformen kann die Mikrolinsenschablone ein Photoresistmaterial enthalten, das unter Verwendung einer verteilten Belichtungs-Lichtdosis belichtet wird (z. B. wird bei einem Negativresist mehr Licht am Boden der Krümmung belichtet und weniger Licht wird an einer Oberseite der Krümmung belichtet), entwickelt und gebacken wird, so dass eine abgerundete Form ausgebildet wird. Die mehreren Mikrolinsen werden dann durch selektives Ätzen des Mikrolinsenmaterials gemäß der Mikrolinsenschablone ausgebildet. In einigen Ausführungsformen ist nach dem Ausbilden der mehreren Mikrolinsen die Ausbildung der mehreren Pixelsensoreinheiten 616a - 616d (siehe z. B. die 9A bis 9D) abgeschlossen. In weiteren Ausführungsformen ist nach dem Ausbilden der mehreren Mikrolinsen die Ausbildung des Bildsensors (siehe z. B. die 9A bis 9D) abgeschlossen.
  • Der Klarheit halber versteht es sich, dass räumlich relative Begriffe (z. B. über, unter, oben, unten usw.), die hier verwendet werden, um die in den Figuren gezeigten Strukturen zu beschreiben, im Allgemeinen auf der Orientierung solcher Strukturen beruhen, wie sie in ihren jeweiligen Figuren gezeigt sind. Beispielsweise kann bei der Beschreibung der in 26 gezeigten Struktur gesagt werden, dass mehrere Mikrolinsen über den mehreren EMR-Filtern ausgebildet werden. Andererseits kann bei der Beschreibung der in 9B gezeigten Struktur gesagt werden, dass die mehreren EMR-Filter über den mehreren Mikrolinsen liegen.
  • 27 zeigt ein Flussdiagramm 2700 einiger Ausführungsformen eines Verfahrens zum Ausbilden eines Bildsensors mit einer verbesserten Struktur für kleine Pixeldesigns. Während das Flussdiagramm 2700 von 27 hierin als eine Folge von Vorgängen oder Ereignissen gezeigt und beschrieben ist, versteht es sich, dass die gezeigte Reihenfolge solcher Vorgänge oder Ereignisse nicht in einem einschränkenden Sinn interpretiert werden soll. Zum Beispiel können einige Vorgänge in einer anderen Reihenfolge und/oder gleichzeitig mit anderen Vorgängen oder Ereignissen als den hier gezeigten und/oder beschriebenen auftreten. Ferner müssen nicht alle gezeigten Vorgänge erforderlich sein, um einen oder mehrere Aspekte oder Ausführungsformen der vorliegenden Beschreibung zu implementieren, und eine oder mehrere der hierin gezeigten Vorgänge können in einem oder mehreren getrennten Vorgängen und/oder Phasen ausgeführt werden.
  • Bei Schritt 2702 wird ein erster dotierter Bereich in einem Substrat ausgebildet. 13 zeigt eine Querschnittsansicht 1300 einiger Ausführungsformen, die dem Schritt 2702 entsprechen.
  • Bei Schritt 2704 wird ein zweiter dotierter Bereich in dem Substrat ausgebildet. 13 zeigt eine Querschnittsansicht 1300 einiger Ausführungsformen, die dem Schritt 2704 entsprechen.
  • Bei Schritt 2706 wird eine dotierte Wanne in dem Substrat ausgebildet. 14 zeigt eine Querschnittsansicht 1400 einiger Ausführungsformen, die dem Schritt 2706 entsprechen.
  • Bei Schritt 2708 wird ein dritter dotierter Bereich in dem Substrat ausgebildet. Die 15 bis 16 zeigen eine Reihe von Querschnittsansichten 1500 - 1600 einiger Ausführungsformen, die Schritt 2708 entsprechen.
  • Bei Schritt 2710 wird ein Transfergate entlang einer ersten Seite des Substrats ausgebildet. 17 zeigt eine Querschnittsansicht 1700 einiger Ausführungsformen, die dem Schritt 2710 entsprechen.
  • Bei Schritt 2712 wird ein vierter dotierter Bereich in dem Substrat ausgebildet. 18 zeigt eine Querschnittsansicht 1800 einiger Ausführungsformen, die dem Schritt 2712 entsprechen.
  • Bei Schritt 2714 wird ein Floating-Diffusion-Knoten in der dotierten Wanne ausgebildet. 19 zeigt eine Querschnittsansicht 1900 einiger Ausführungsformen, die dem Schritt 2714 entsprechen.
  • Bei Schritt 2716 wird eine Zwischenschichtdielektrikums-Struktur (ILD-Struktur) über dem Substrat und über dem Transfergate ausgebildet. 20 zeigt eine Querschnittsansicht 2000 einiger Ausführungsformen, die dem Schritt 2716 entsprechen.
  • Bei Schritt 2718 wird ein Graben in dem Substrat ausgebildet, wobei der Graben mit einer Grundfläche ausgebildet wird, die innerhalb einer Grundfläche der dotierten Wanne angeordnet ist. 21 zeigt eine Querschnittsansicht 2100 einiger Ausführungsformen, die dem Schritt 2718 entsprechen.
  • Bei Schritt 2720 wird eine Tiefgrabenisolationsstruktur (DTI-Struktur) in dem Graben ausgebildet. Die 22 bis 23 zeigen eine Reihe von Querschnittsansichten 2200 - 2300 einiger Ausführungsformen, die dem Schritt 2720 entsprechen.
  • Bei Schritt 2722 wird eine Mikrolinse auf einer zweiten Seite des Substrats ausgebildet. Die 24 bis 26 zeigen eine Reihe von Querschnittsansichten 2400 - 2600 einiger Ausführungsformen, die dem Schritt 2722 entsprechen.
  • In einigen Ausführungsformen sieht die vorliegende Anmeldung einen Bildsensor vor. Der Bildsensor weist ein Halbleitersubstrat auf, wobei das Halbleitersubstrat einen Pixelbereich aufweist, wobei das Halbleitersubstrat eine erste Seite aufweist und wobei das Halbleitersubstrat eine zweite Seite gegenüber der ersten Seite des Halbleitersubstrats aufweist. In dem Pixelbereich ist ein Photodetektor angeordnet. In dem Pixelbereich ist ein erster dotierter Bereich angeordnet. Ein zweiter dotierter Bereich ist in dem Pixelbereich angeordnet, wobei der zweite dotierte Bereich vertikal zwischen dem ersten dotierten Bereich und der ersten Seite des Halbleitersubstrats angeordnet ist. Eine dotierte Wanne ist in dem Halbleitersubstrat angeordnet und umgibt den Pixelbereich seitlich, wobei die dotierte Wanne teilweise in dem zweiten dotierten Bereich angeordnet ist und wobei ein Abschnitt des zweiten dotierten Bereichs vertikal zwischen der dotierten Wanne und der zweiten Seite des Halbleitersubstrats angeordnet ist. Eine Tiefgrabenisolationsstruktur (DTI-Struktur) ist in dem Halbleitersubstrat angeordnet und umgibt den Pixelbereich seitlich, wobei eine Grundfläche der DTI-Struktur innerhalb einer Grundfläche der dotierten Wanne angeordnet ist.
  • In einigen Ausführungsformen ist ein Abschnitt der dotierten Wanne direkt vertikal zwischen einem Abschnitt des zweiten dotierten Bereichs und der ersten Seite des Halbleitersubstrats angeordnet.
  • In einigen Ausführungsformen berührt die DTI-Struktur die dotierte Wanne.
  • In weiteren Ausführungsformen ist die DTI-Struktur zumindest teilweise in der dotierten Wanne angeordnet.
  • In einigen Ausführungsformen ist die DTI-Struktur vertikal von der dotierten Wanne beabstandet.
  • In weiteren Ausführungsformen ist ein Abschnitt des zweiten dotierten Bereichs direkt vertikal zwischen einer Oberfläche der DTI-Struktur und der dotierten Wanne angeordnet.
  • In einigen Ausführungsformen erstreckt sich die DTI-Struktur vertikal durch den ersten dotierten Bereich und vertikal in den zweiten dotierten Bereich hinein.
  • In einigen Ausführungsformen erstreckt sich der zweite dotierte Bereich durchgehend seitlich zwischen gegenüberliegenden Innenseiten der dotierten Wanne und erstreckt sich durchgehend seitlich zwischen gegenüberliegenden inneren Seitenwänden der DTI-Struktur.
  • In einigen Ausführungsformen sieht die vorliegende Anmeldung einen Bildsensor vor. Der Bildsensor weist einen ersten Photodetektor auf, der in einem ersten Pixelbereich eines Halbleitersubstrats angeordnet ist, wobei das Halbleitersubstrat eine erste Seite und eine der ersten Seite gegenüberliegende zweite Seite aufweist. Ein zweiter Photodetektor ist in einem zweiten Pixelbereich des Halbleitersubstrats angeordnet. Ein erster dotierter Bereich ist sowohl in dem ersten Pixelbereich als auch in dem zweiten Pixelbereich angeordnet. Eine dotierte Wanne ist in dem Halbleitersubstrat angeordnet und umgibt seitlich sowohl den ersten Pixelbereich als auch den zweiten Pixelbereich, wobei die dotierte Wanne zumindest teilweise in dem ersten dotierten Bereich angeordnet ist. Ein Floating-Diffusion-Knoten ist in der dotierten Wanne angeordnet, wobei der Floating-Diffusion-Knoten seitlich zwischen dem ersten Photodetektor und dem zweiten Photodetektor angeordnet ist. Eine Tiefgrabenisolationsstruktur (DTI-Struktur) ist in dem Halbleitersubstrat angeordnet und umgibt seitlich sowohl den ersten Pixelbereich als auch den zweiten Pixelbereich. Eine Grundfläche der DTI-Struktur ist innerhalb einer Grundfläche der dotierten Wanne angeordnet. Ein erster Abschnitt der DTI-Struktur erstreckt sich seitlich durch das Halbleitersubstrat in einer ersten Richtung. Ein zweiter Abschnitt der DTI-Struktur erstreckt sich seitlich durch das Halbleitersubstrat in einer zweiten Richtung senkrecht zu der ersten Richtung. Der erste Abschnitt der DTI-Struktur kreuzt den zweiten Abschnitt der DTI-Struktur an einem dritten Abschnitt der DTI-Struktur. Der Floating-Diffusion-Knoten liegt über dem dritten Abschnitt der DTI-Struktur. Der erste Abschnitt der DTI-Struktur weist eine erste Tiefe auf. Der zweite Abschnitt der DTI-Struktur weist eine zweite Tiefe auf. Der dritte Abschnitt der DTI-Struktur weist eine dritte Tiefe auf. Die dritte Tiefe ist größer als die erste Tiefe. Die dritte Tiefe ist größer als die zweite Tiefe.
  • In einigen Ausführungsformen gleicht die erste Tiefe im Wesentlichen der zweiten Tiefe.
  • In einigen Ausführungsformen erstreckt sich der dritte Abschnitt der DTI-Struktur vertikal in die dotierte Wanne hinein, und der erste Abschnitt der DTI-Struktur und der zweite Abschnitt der DTI-Struktur sind vertikal von der dotierten Wanne beabstandet.
  • In einigen Ausführungsformen erstreckt sich der dritte Abschnitt der DTI-Struktur vertikal in die dotierte Wanne hinein; der erste Abschnitt der DTI-Struktur erstreckt sich vertikal in die dotierte Wanne hinein; und der zweite Abschnitt der DTI-Struktur erstreckt sich vertikal in die dotierte Wanne hinein.
  • In einigen Ausführungsformen ist eine Flachgrabenisolationsstruktur (STI-Struktur) in dem Halbleitersubstrat und in der dotierten Wanne angeordnet, wobei die STI-Struktur einen ersten Abschnitt aufweist, der über dem ersten Abschnitt der DTI-Struktur liegt, wobei die STI-Struktur einen zweiten Abschnitt über dem zweiten Abschnitt der DTI-Struktur aufweist, und wobei eine untere Fläche des ersten Abschnitts der STI-Struktur vertikal zwischen einer oberen Fläche des dritten Abschnitts der DTI-Struktur und einer oberen Fläche des ersten Abschnitts der DTI-Struktur angeordnet ist.
  • In einigen Ausführungsformen ist ein Transfergate entlang der ersten Seite des Halbleitersubstrats angeordnet, wobei das Transfergate einen unteren Abschnitt aufweist, der sich vertikal von der ersten Seite des Halbleitersubstrats in den ersten Pixelbereich hinein erstreckt, und wobei eine untere Fläche des unteren Abschnitts des Transfergate vertikal zwischen einer oberen Fläche des dritten Abschnitts der DTI-Struktur und einer oberen Fläche des ersten Abschnitts der DTI-Struktur angeordnet ist.
  • In weiteren Ausführungsformen ist die untere Fläche des unteren Abschnitts des Transfergate im Wesentlichen mit einer Oberseite des ersten dotierten Bereichs ausgerichtet.
  • In einigen Ausführungsformen ist ein zweiter dotierter Bereich in dem ersten Pixelbereich angeordnet, wobei der zweite dotierte Bereich vertikal zwischen dem ersten dotierten Bereich und der ersten Seite des Halbleitersubstrats angeordnet ist, und wobei ein Abschnitt des zweiten dotierten Bereichs vertikal zwischen einer oberen Fläche des dritten Abschnitts der DTI-Struktur und einer oberen Fläche des ersten Abschnitts der DTI-Struktur angeordnet ist.
  • In einigen Ausführungsformen ist ein erster Abschnitt des ersten dotierten Bereichs in dem ersten Pixelbereich angeordnet und berührt den dritten Abschnitt der DTI-Struktur; ein zweiter Abschnitt des ersten dotierten Bereichs ist in dem zweiten Pixelbereich angeordnet und berührt den dritten Abschnitt der DTI-Struktur; der erste Abschnitt des ersten dotierten Bereichs weist eine erste Dotierstoffkonzentration von Dotierstoffen eines ersten Dotierungstyps auf; der zweite Abschnitt des ersten dotierten Bereichs weist eine zweite Dotierstoffkonzentration der Dotierstoffe des ersten Dotierungstyps auf; und die erste Dotierstoffkonzentration beträgt mindestens neunzig Prozent (90 %) der zweiten Dotierstoffkonzentration.
  • In weiteren Ausführungsformen liegt die dotierte Wanne sowohl über dem ersten Abschnitt des ersten dotierten Bereichs als auch über dem zweiten Abschnitt des ersten dotierten Bereichs.
  • In einigen Ausführungsformen sieht die vorliegende Anmeldung ein Verfahren zum Ausbilden eines Bildsensors vor. Das Verfahren umfasst ein Ausbilden eines dotierten Bereichs in einem Halbleitersubstrat, wobei der dotierte Bereich durch einen flächendeckenden Dotierungsprozess ausgebildet wird. Eine dotierte Wanne wird in dem Halbleitersubstrat ausgebildet, wobei die dotierte Wanne so ausgebildet wird, dass sie sich von einer ersten Seite des Halbleitersubstrats in das Halbleitersubstrat erstreckt und vertikal von einer zweiten Seite des Halbleitersubstrats beabstandet ist, wobei die erste Seite des Halbleitersubstrats der zweiten Seite des Halbleitersubstrats gegenüberliegt, und wobei sich die dotierte Wanne vertikal in den dotierten Bereich hinein erstreckt. Entlang der ersten Seite des Halbleitersubstrats wird ein Transfergate ausgebildet, wobei das Transfergate seitlich zwischen einem ersten Abschnitt der dotierten Wanne und einem zweiten Abschnitt der dotierten Wanne ausgebildet wird. In dem ersten Abschnitt der dotierten Wanne wird ein Floating-Diffusion-Knoten ausgebildet. In dem Halbleitersubstrat wird eine Tiefgrabenisolationsstruktur (DTI-Struktur) ausgebildet, wobei sich die DTI-Struktur von der zweiten Seite des Halbleitersubstrats in das Halbleitersubstrat hinein erstreckt, wobei die DTI-Struktur mit einer Grundfläche ausgebildet wird, die innerhalb einer Grundfläche der dotierten Wanne angeordnet ist, und wobei das Ausbilden der DTI-Struktur ein Ausbilden eines Grabens in dem Halbleitersubstrat umfasst, der einen Abschnitt des dotierten Bereichs freilegt.
  • In einigen Ausführungsformen weist der Graben einen Querabschnitt auf, einen Längsabschnitt und einen Kreuzungsabschnitt. Der Kreuzungsabschnitt des Grabens entspricht einem Abschnitt des Grabens, in dem der Querabschnitt des Grabens den Längsabschnitt des Grabens kreuzt. Der Kreuzungsabschnitt des Grabens erstreckt sich tiefer in das Halbleitersubstrat hinein als sowohl der Querabschnitt des Grabens als auch der Längsabschnitt des Grabens.
  • Das Vorangehende beschreibt Merkmale von verschiedenen Ausführungsformen, so dass Fachleute die Aspekte der vorliegenden Offenbarung besser verstehen können. Fachleute sollten anerkennen, dass sie die vorliegende Offenbarung leicht als Basis verwenden können, um weitere Prozesse und Strukturen zu entwerfen oder zu modifizieren, um die gleichen Ziele zu erreichen und/oder die gleichen Vorteile der hier eingeführten Ausführungsformen zu realisieren. Fachleute sollten auch erkennen, dass solche äquivalenten Konstruktionen nicht vom Geist und Umfang der vorliegenden Offenbarung abweichen und dass sie verschiedene Änderungen, Ersetzungen und Modifikationen hier vornehmen können, ohne vom Geist und Umfang der vorliegenden Offenbarung abzuweichen.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • US 63322454 [0001]

Claims (20)

  1. Bildsensor, aufweisend: ein Halbleitersubstrat, wobei das Halbleitersubstrat einen Pixelbereich aufweist, wobei das Halbleitersubstrat eine erste Seite aufweist, und wobei das Halbleitersubstrat eine zweite Seite gegenüber der ersten Seite des Halbleitersubstrats aufweist; einen Photodetektor, der in dem Pixelbereich angeordnet ist; einen ersten dotierten Bereich, der in dem Pixelbereich angeordnet ist; einen zweiten dotierten Bereich, der in dem Pixelbereich angeordnet ist, wobei der zweite dotierte Bereich vertikal zwischen dem ersten dotierten Bereich und der ersten Seite des Halbleitersubstrats angeordnet ist; eine dotierte Wanne, die in dem Halbleitersubstrat angeordnet ist und den Pixelbereich seitlich umgibt, wobei die dotierte Wanne teilweise in dem zweiten dotierten Bereich angeordnet ist, und wobei ein Abschnitt des zweiten dotierten Bereichs vertikal zwischen der dotierten Wanne und der zweiten Seite des Halbleitersubstrats angeordnet ist; und eine Tiefgrabenisolationsstruktur, im Folgenden als DTI-Struktur bezeichnet, die in dem Halbleitersubstrat angeordnet ist und den Pixelbereich seitlich umgibt, wobei eine Grundfläche der DTI-Struktur innerhalb einer Grundfläche der dotierten Wanne angeordnet ist.
  2. Bildsensor nach Anspruch 1, wobei ein Abschnitt der dotierten Wanne direkt vertikal zwischen einem Abschnitt des zweiten dotierten Bereichs und der ersten Seite des Halbleitersubstrats angeordnet ist.
  3. Bildsensor nach Anspruch 1 oder 2, wobei die DTI-Struktur die dotierte Wanne berührt.
  4. Bildsensor nach Anspruch 3, wobei die DTI-Struktur zumindest teilweise in der dotierten Wanne angeordnet ist.
  5. Bildsensor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die DTI-Struktur vertikal von der dotierten Wanne beabstandet ist.
  6. Bildsensor nach Anspruch 5, wobei ein Abschnitt des zweiten dotierten Bereichs direkt vertikal zwischen einer Oberfläche der DTI-Struktur und der dotierten Wanne angeordnet ist.
  7. Bildsensor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei sich die DTI-Struktur vertikal durch den ersten dotierten Bereich und vertikal in den zweiten dotierten Bereich hinein erstreckt.
  8. Bildsensor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei sich der zweite dotierte Bereich durchgehend seitlich zwischen gegenüberliegenden Innenseiten der dotierten Wanne erstreckt und sich durchgehend seitlich zwischen gegenüberliegenden inneren Seitenwänden der DTI-Struktur erstreckt.
  9. Bildsensor, aufweisend: einen ersten Photodetektor, der in einem ersten Pixelbereich eines Halbleitersubstrats angeordnet ist, wobei das Halbleitersubstrat eine erste Seite und eine der ersten Seite gegenüberliegende zweite Seite aufweist; einen zweiten Photodetektor, der in einem zweiten Pixelbereich des Halbleitersubstrats angeordnet ist; einen ersten dotierten Bereich, der sowohl in dem ersten Pixelbereich als auch in dem zweiten Pixelbereich angeordnet ist; eine dotierte Wanne, die in dem Halbleitersubstrat angeordnet ist und sowohl den ersten Pixelbereich als auch den zweiten Pixelbereich seitlich umgibt, wobei die dotierte Wanne zumindest teilweise in dem ersten dotierten Bereich angeordnet ist; einen Floating-Diffusion-Knoten, der in der dotierten Wanne angeordnet ist, wobei der Floating-Diffusion-Knoten seitlich zwischen dem ersten Photodetektor und dem zweiten Photodetektor angeordnet ist; eine Tiefgrabenisolationsstruktur, im Folgenden als DTI-Struktur bezeichnet, die in dem Halbleitersubstrat angeordnet ist und sowohl den ersten Pixelbereich als auch den zweiten Pixelbereich seitlich umgibt, wobei: eine Grundfläche der DTI-Struktur innerhalb einer Grundfläche der dotierten Wanne angeordnet ist; ein erster Abschnitt der DTI-Struktur sich seitlich durch das Halbleitersubstrat in einer ersten Richtung erstreckt; ein zweiter Abschnitt der DTI-Struktur sich seitlich durch das Halbleitersubstrat in einer zweiten Richtung senkrecht zu der ersten Richtung erstreckt; der erste Abschnitt der DTI-Struktur den zweiten Abschnitt der DTI-Struktur an einem dritten Abschnitt der DTI-Struktur kreuzt; der Floating-Diffusion-Knoten über dem dritten Abschnitt der DTI-Struktur liegt; der erste Abschnitt der DTI-Struktur eine erste Tiefe aufweist; der zweite Abschnitt der DTI-Struktur eine zweite Tiefe aufweist; der dritte Abschnitt der DTI-Struktur eine dritte Tiefe aufweist; die dritte Tiefe größer als die erste Tiefe ist; und die dritte Tiefe größer als die zweite Tiefe ist.
  10. Bildsensor nach Anspruch 9, wobei die erste Tiefe im Wesentlichen gleich der zweiten Tiefe ist.
  11. Bildsensor nach Anspruch 9 oder 10, wobei: der dritte Abschnitt der DTI-Struktur sich vertikal in die dotierte Wanne hinein erstreckt; und der erste Abschnitt der DTI-Struktur und der zweite Abschnitt der DTI-Struktur von der dotierten Wanne vertikal beabstandet sind.
  12. Bildsensor nach einem der Ansprüche 9 bis 11, wobei: der dritte Abschnitt der DTI-Struktur sich vertikal in die dotierte Wanne hinein erstreckt; der erste Abschnitt der DTI-Struktur sich vertikal in die dotierte Wanne hinein erstreckt; und der zweite Abschnitt der DTI-Struktur sich vertikal in die dotierte Wanne hinein erstreckt.
  13. Bildsensor nach einem der Ansprüche 9 bis 12, ferner aufweisend: eine Flachgrabenisolationsstruktur, im Folgenden als STI-Struktur bezeichnet, die in dem Halbleitersubstrat und in der dotierten Wanne angeordnet ist, wobei die STI-Struktur einen ersten Abschnitt aufweist, der über dem ersten Abschnitt der DTI-Struktur liegt, wobei die STI-Struktur einen zweiten Abschnitt aufweist, der über dem zweiten Abschnitt der DTI-Struktur liegt, und wobei eine untere Fläche des ersten Abschnitts der STI-Struktur vertikal zwischen einer oberen Fläche des dritten Abschnitts der DTI-Struktur und einer oberen Fläche des ersten Abschnitts der DTI-Struktur angeordnet ist.
  14. Bildsensor nach einem der Ansprüche 9 bis 13, ferner aufweisend: ein Transfergate, das entlang der ersten Seite des Halbleitersubstrats angeordnet ist, wobei das Transfergate einen unteren Abschnitt aufweist, der sich vertikal von der ersten Seite des Halbleitersubstrats in den ersten Pixelbereich hinein erstreckt, und wobei eine untere Fläche des unteren Abschnitts des Transfergate vertikal zwischen einer oberen Fläche des dritten Abschnitts der DTI-Struktur und einer oberen Fläche des ersten Abschnitts der DTI-Struktur angeordnet ist.
  15. Bildsensor nach Anspruch 14, wobei die untere Fläche des unteren Abschnitts des Transfergate im Wesentlichen mit einer Oberseite des ersten dotierten Bereichs ausgerichtet ist.
  16. Bildsensor nach einem der Ansprüche 9 bis 15, ferner aufweisend: einen zweiten dotierten Bereich, der in dem ersten Pixelbereich angeordnet ist, wobei der zweite dotierte Bereich vertikal zwischen dem ersten dotierten Bereich und der ersten Seite des Halbleitersubstrats angeordnet ist, und wobei ein Abschnitt des zweiten dotierten Bereichs vertikal zwischen einer oberen Fläche des dritten Abschnitts der DTI-Struktur und einer oberen Fläche des ersten Abschnitts der DTI-Struktur angeordnet ist.
  17. Bildsensor nach einem der Ansprüche 9 bis 16, wobei: ein erster Abschnitt des ersten dotierten Bereichs in dem ersten Pixelbereich angeordnet ist und den dritten Abschnitt der DTI-Struktur berührt; ein zweiter Abschnitt des ersten dotierten Bereichs in dem zweiten Pixelbereich angeordnet ist und den dritten Abschnitt der DTI-Struktur berührt; der erste Abschnitt des ersten dotierten Bereichs eine erste Dotierstoffkonzentration von Dotierstoffen eines ersten Dotierungstyps aufweist; der zweite Abschnitt des ersten dotierten Bereichs eine zweite Dotierstoffkonzentration der Dotierstoffe des ersten Dotierungstyps aufweist; und die erste Dotierstoffkonzentration mindestens neunzig Prozent der zweiten Dotierstoffkonzentration beträgt.
  18. Bildsensor nach Anspruch 17, wobei: die dotierte Wanne sowohl über dem ersten Abschnitt des ersten dotierten Bereichs als auch über dem zweiten Abschnitt des ersten dotierten Bereichs liegt.
  19. Verfahren zum Ausbilden eines Bildsensors, das Verfahren umfassend: Ausbilden eines dotierten Bereichs in einem Halbleitersubstrat, wobei der dotierte Bereich durch einen flächendeckender Dotierungsprozess ausgebildet wird; Ausbilden einer dotierten Wanne in dem Halbleitersubstrat, wobei die dotierte Wanne so ausgebildet wird, dass sie sich von einer ersten Seite des Halbleitersubstrats in das Halbleitersubstrat hinein erstreckt und vertikal von einer zweiten Seite des Halbleitersubstrats beabstandet ist, wobei die erste Seite des Halbleitersubstrats der zweiten Seite des Halbleitersubstrats gegenüberliegt, und wobei sich die dotierte Wanne vertikal in den dotierten Bereich hinein erstreckt; Ausbilden eines Transfergate entlang der ersten Seite des Halbleitersubstrats, wobei das Transfergate seitlich zwischen einem ersten Abschnitt der dotierten Wanne und einem zweiten Abschnitt der dotierten Wanne ausgebildet wird; Ausbilden eines Floating-Diffusion-Knotens in dem ersten Abschnitt der dotierten Wanne; und Ausbilden einer Tiefgrabenisolationsstruktur, im Folgenden als DTI-Struktur bezeichnet, in dem Halbleitersubstrat, wobei sich die DTI-Struktur von der zweiten Seite des Halbleitersubstrats in das Halbleitersubstrat erstreckt, wobei die DTI-Struktur mit einer Grundfläche ausgebildet wird, die innerhalb einer Grundfläche der dotierten Wanne angeordnet ist, und wobei das Ausbilden der DTI-Struktur ein Ausbilden eines Grabens in dem Halbleitersubstrat umfasst, der einen Abschnitt des dotierten Bereichs freilegt.
  20. Verfahren nach Anspruch 19, wobei der Graben aufweist: einen Querabschnitt; einen Längsabschnitt; und einen Kreuzungsabschnitt, wobei der Kreuzungsabschnitt des Grabens einem Abschnitt des Grabens entspricht, in dem der Querabschnitt des Grabens den Längsabschnitt des Grabens kreuzt, wobei sich der Kreuzungsabschnitt des Grabens tiefer in das Halbleitersubstrat hinein erstreckt als sowohl der Querabschnitt des Grabens als auch der Längsabschnitt des Grabens.
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