DE112019003064T5 - Rückseitig beleuchteter sensor und verfahren zur herstellung eines sensors - Google Patents

Rückseitig beleuchteter sensor und verfahren zur herstellung eines sensors Download PDF

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Yung-Ho Alex Chuang
Jingjing Zhang
John Fielden
David L. Brown
Masaharu Muramatsu
Yasuhito Yoneta
Shinya Otsuka
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Hamamatsu Photonics KK
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Abstract

Ein Bildsensor für Elektronen oder kurzwelliges Licht umfasst eine Halbleitermembran, auf einer Oberfläche der Halbleitermembran gebildete Schaltungselemente und eine reine Borschicht auf der anderen Oberfläche der Halbleitermembran. Die Schaltungselemente sind durch Metallverbindungen verbunden, die ein Refraktärmetall umfassen. Auf der reinen Borschicht kann eine Antireflexions- oder Schutzschicht gebildet sein. Dieser Bildsensor hat eine hohe Effizienz und eine gute Stabilität, selbst bei mehrjährigem Dauereinsatz bei hohem Fluss. Der Bildsensor kann unter Verwendung der CCD-Technologie (Charge Coupled Device) oder der CMOS-Technologie (Complementary Metal Oxide Semiconductor) hergestellt werden. Der Bildsensor kann ein zweidimensionaler Flächensensor oder ein eindimensionaler Array-Sensor sein.

Description

  • VERWANDTE ANMELDUNGEN
  • Diese Anmeldung beansprucht die Priorität des US-Patents 16/421,212 mit dem Titel „BACK-ILLUMINATED SENSOR AND A METHOD FOR MANUFACTURING A SENSOR“, eingereicht am 23. Mai 2019, welche die Priorität der provisorischen US-Patentanmeldung 62/686,667 mit dem Titel „BACK-ILLUMINATED SENSOR AND A METHOD FOR MANUFACTURING A SENSOR“ beansprucht, die am 18. Juni 2018 eingereicht wurde, und die hierin durch Verweis aufgenommen wird.
  • HINTERGRUND DER OFFENLEGUNG
  • Bereich der Offenlegung
  • Die vorliegende Anmeldung betrifft Bildsensoren, die zum Erfassen von Strahlung in Wellenlängen von tiefem UV (DUV) und Vakuum-UV (VUV) geeignet sind, und Verfahren zur Herstellung solcher Bildsensoren. Diese Sensoren eignen sich zur Verwendung in Inspektionssystemen für Fotomasken, Retikel oder Wafer sowie für andere Anwendungen.
  • Verwandte Lehre
  • Die folgende Beschreibung und die folgenden Beispiele gelten aufgrund ihrer Aufnahme in diesen Abschnitt nicht als Stand der Technik.
  • Die Industrie für integrierte Schaltkreise benötigt Inspektionswerkzeuge mit immer höherer Auflösung, um immer kleinere Merkmale von integrierten Schaltkreisen, Fotomasken, Retikeln, Solarzellen, ladungsgekoppelten Vorrichtungen usw. aufzulösen und Defekte zu erkennen, deren Größe in der Größenordnung dieser Merkmalsgrößen oder darunter liegt.
  • Inspektionssysteme, die bei kurzen Wellenlängen arbeiten, z. B. Wellenlängen, die kürzer als etwa 250 nm sind, können solche Auflösung in vielen Fällen bereitstellen. Insbesondere für die Inspektion von Fotomasken oder Retikeln ist es wünschenswert, unter Verwendung einer Wellenlänge zu inspizieren, die identisch oder nahe an der Wellenlänge ist, die für die Lithographie verwendet wird, d.h. nahe 193,4 nm für die Lithographie der aktuellen Generation und nahe 13,5 nm für die zukünftige EUV-Lithographie, da die durch die Muster verursachten Phasenverschiebungen des Inspektionslichts identisch oder sehr ähnlich zu denen sind, die während der Lithografie verursacht werden. Für die Inspektion von strukturierten Halbleiterwafern können Inspektionssysteme, die über einen relativ breiten Wellenlängenbereich arbeiten, wie beispielsweise einen Wellenlängenbereich, der Wellenlängen im nahen UV-, DUV- und / oder VUV-Bereich umfasst, vorteilhaft sein, da ein breiter Wellenlängenbereich die Empfindlichkeit gegenüber kleinen Änderungen der Schichtdicken oder Musterabmessungen reduzieren kann, die bei einer einzelnen Wellenlänge große Änderungen des Reflexionsvermögens verursachen können.
  • Um kleine Defekte oder Partikel auf Fotomasken, Retikeln und Halbleiterwafern zu erfassen, sind hohe Signal-Rausch-Verhältnisse erforderlich. Hohe Photonenflussdichten sind erforderlich, um bei der Inspektion mit hoher Geschwindigkeit ein hohes Signal-Rausch-Verhältnis zu gewährleisten, da statistische Schwankungen der Anzahl der detektierten Photonen (Poisson-Rauschen) eine grundlegende Grenze für das Signal-Rausch-Verhältnis darstellen. In vielen Fällen werden ungefähr 100.000 oder mehr Photonen pro Pixel benötigt. Da Inspektionssysteme in der Regel 24 Stunden am Tag mit nur kurzen Unterbrechungen im Einsatz sind, sind die Sensoren bereits nach wenigen Betriebsmonaten großen Strahlungsdosen ausgesetzt.
  • Ein Photon mit einer Vakuumwellenlänge von 250 nm hat eine Energie von ungefähr 5 eV. Die Bandlücke von Siliziumdioxid beträgt etwa 10 eV. Obwohl es den Anschein hat, dass Photonen dieser Wellenlänge nicht von Siliziumdioxid absorbiert werden können, muss Siliziumdioxid, wie es auf einer Siliziumoberfläche gewachsen ist, einige baumelnde Bindungen an der Grenzfläche mit dem Silizium aufweisen, da die Siliziumdioxidstruktur nicht perfekt mit der des Siliziumkristalls übereinstimmen kann. Da das einzelne Dioxid amorph ist, gibt es ferner wahrscheinlich auch einige baumelnde Bindungen innerhalb des Materials. In der Praxis wird es eine nicht zu vernachlässigende Dichte von Defekten und Verunreinigungen innerhalb des Oxids sowie an der Grenzfläche zum darunter liegenden Halbleiter geben, die Photonen mit DUV-Wellenlängen absorbieren können, insbesondere solche mit einer Wellenlänge von weniger als etwa 220 nm. Darüber hinaus können bei hoher Strahlungsflussdichte zwei hochenergetische Photonen innerhalb eines sehr kurzen Zeitintervalls (Nanosekunden oder Pikosekunden) nahe derselben Stelle ankommen, was dazu führen kann, dass Elektronen durch zwei Absorptionsereignisse in schneller Folge oder durch Zwei-Photonen-Absorption in das Leitungsband des Siliziumdioxids angeregt werden.
  • Eine weitere Anforderung an Sensoren, die für Inspektion, Metrologie und verwandte Anwendungen verwendet werden, ist eine hohe Empfindlichkeit. Wie oben erläutert, sind hohe Signal-Rausch-Verhältnisse erforderlich. Wenn der Sensor einen großen Teil der einfallenden Photonen nicht in ein Signal umwandelt, wäre eine Lichtquelle mit höherer Intensität erforderlich, um die gleiche Inspektions- oder Messgeschwindigkeit im Vergleich zu einem Inspektions- oder Metrologiesystem mit einem effizienteren Sensor aufrechtzuerhalten. Eine Lichtquelle mit höherer Intensität würde die Optik des Instruments und die inspizierte oder gemessene Probe höheren Lichtintensitäten aussetzen, was möglicherweise zu Schäden oder Verschlechterungen im Laufe der Zeit führt. Eine Lichtquelle mit höherer Intensität wäre auch teurer oder möglicherweise, insbesondere bei DUV- und VUV-Wellenlängen, nicht verfügbar.
  • DUV- und VUV-Wellenlängen werden von Silizium stark absorbiert. Solche Wellenlängen können meist innerhalb von etwa 10 nm oder einigen zehn nm von der Oberfläche des Siliziums absorbiert werden. Die Effizienz eines Sensors, der bei DUV- oder VUV-Wellenlängen arbeitet, hängt davon ab, welcher Anteil der von den absorbierten Photonen erzeugten Elektronen gesammelt werden kann, bevor die Elektronen rekombinieren. Siliziumdioxid kann eine hochwertige Grenzfläche mit Silizium mit einer geringen Defektdichte bilden. Die meisten anderen Materialien, einschließlich vieler solcher, die üblicherweise für Antireflexionsbeschichtungen verwendet werden, führen, wenn sie direkt auf Silizium abgeschieden werden, zu einer sehr hohen Dichte elektrischer Defekte an der Oberfläche von Silizium. Eine hohe Dichte elektrischer Defekte auf der Oberfläche von Silizium ist möglicherweise kein Problem für einen Sensor, der bei sichtbaren Wellenlängen arbeiten soll, da solche Wellenlängen typischerweise etwa 100 nm oder mehr in das Silizium wandern können, bevor sie absorbiert werden, und daher von elektrischen Defekten auf der Siliziumoberfläche wenig betroffen sein können. DUV- und VUV-Wellenlängen werden jedoch so nahe an der Siliziumoberfläche absorbiert, dass elektrische Defekte auf der Oberfläche und / oder eingeschlossene Ladungen innerhalb der Schicht(en) auf der Oberfläche dazu führen können, dass ein erheblicher Teil der erzeugten Elektronen an oder nahe der Siliziumoberfläche rekombiniert und verloren geht, was zu einem Sensor mit geringer Effizienz führt.
  • Die US-Patente 9,496,425 und 9,818,887 , beide an Chern et al. beschreiben Bildsensorstrukturen und Verfahren zur Herstellung von Bildsensoren, die eine Borschicht enthalten, die zumindest auf einer freiliegenden Rückseite des Bildsensors abgeschieden ist. Es werden verschiedene Temperaturbereiche für die Abscheidung des Bors offenbart, einschließlich eines Bereichs von etwa 400 bis 450°C und eines Bereichs von etwa 700 bis 800 °C. Die Erfinder haben entdeckt, dass ein Vorteil einer höheren Abscheidungstemperatur für das Bor, wie beispielsweise einer Abscheidungstemperatur zwischen etwa 600 °C und etwa 900°C, darin besteht, dass Bor bei solchen Temperaturen in das Silizium diffundiert und so eine sehr dünne, stark p-dotierte Siliziumschicht auf der lichtempfindlichen Rückseite bereitstellt. Diese p-dotierte Siliziumschicht ist wichtig, um eine hohe Quanteneffizienz für DUV- und VUV-Strahlung sicherzustellen, da sie nahe der Oberfläche ein statisches elektrisches Feld erzeugt, das Elektronen von der Oberfläche weg in die Siliziumschicht beschleunigt. Das Silizium vom p-Typ erhöht auch die Leitfähigkeit der Rückseite des Siliziums, was für den Hochgeschwindigkeitsbetrieb eines Bildsensors wichtig ist, da ein Rückweg für Grundströme benötigt wird, die durch das Schalten von Signalen an Elektroden an der vorderen Oberfläche des Sensors induziert werden.
  • Verarbeitungstemperaturen von mehr als 450 °C können jedoch nicht für Halbleiterwafer verwendet werden, die herkömmliche CMOS-Schaltungen enthalten, da 450 °C nahe am Schmelzpunkt von Metallen wie Aluminium und Kupfer liegt, die üblicherweise bei der Herstellung von CMOS-Bauelementen verwendet werden.
  • Bei hohen Temperaturen, beispielsweise über 450 °C, dehnen sich diese Metalle aus, werden weich und können delaminieren. Darüber hinaus kann Kupfer bei hohen Temperaturen leicht durch Silizium diffundieren, wodurch die elektrischen Eigenschaften der CMOS-Schaltungen verändert werden. Durch Verdünnen eines Wafers, bevor irgendwelche Metalle darauf abgeschieden werden, kann eine Borschicht auf der Rückseite abgeschieden werden, wie in den oben genannten Patenten beschrieben, bei einer Temperatur zwischen 600 und 900 °C, die es Bor ermöglicht, während oder nach der Abscheidung der Borschicht in die Oberfläche zu diffundieren. Anschließend können auf der Vorderseite Metallverbindungen gebildet werden. Nachdem die Bildsensorbereiche des Wafers verdünnt worden sind, beispielsweise auf eine Dicke von etwa 25 µm oder dünner, kann der verdünnte Bereich erheblich verzogen sein und eine Nicht-Ebenheit von Spitze zu Tal von vielen zehn Mikrometern oder mehr aufweisen. Es ist daher erforderlich, relativ breite Metallverbindungsleitungen und Durchkontaktierungen zu verwenden, z. B. mehrere Mikrometer breit oder mehr, um sicherzustellen, dass die Leitungen und Durchkontaktierungen trotz einer durch die Unebenheit verursachten Fehlausrichtung verbunden sind. Solch breite Metallverbindungen und Durchkontaktierungen erhöhen die Kapazität pro Flächeneinheit, die mit diesen Leitungen und Durchkontaktierungen einhergeht. Darüber hinaus können breite Verbindungen und Durchkontaktierungen es schwierig oder unmöglich machen, alle Signale auf einem großflächigen Sensor mit etwa einer Million oder mehr Pixeln miteinander zu verbinden. In einigen Fällen können Polysiliziumbrücken erforderlich sein, um Metallverbindungen miteinander zu verbinden, aber Polysilizium hat einen viel höheren Widerstand als jedes Metall, so dass die Verwendung solcher Brücken die maximale Betriebsgeschwindigkeit eines Sensors begrenzen kann.
  • Daher besteht ein Bedarf an einem Bildsensor, der in der Lage ist, hochenergetische Photonen effizient zu erfassen ohne sich zu verschlechtern, und dennoch einige oder alle der obigen Nachteile zu überwinden. Insbesondere würde ein Verfahren zur Herstellung eines rückseitig verdünnten Bildsensors mit einer Borschicht und einer Bor-Dotierung auf seiner Rückseite, während die Bildung von Metallverbindungen auf einem relativ flachen Wafer (d.h. mit einer Ebenheit von etwa 10 µm oder weniger) ermöglicht wird, die Verwendung von feineren Entwurfsregeln ermöglichen (wie die Entwurfsregeln entsprechend einem Prozess von 0,35 µm oder feiner). Ein solches Verfahren würde schmalere Metallleitungen ermöglichen, die mit kritischen Merkmalen wie der schwebenden Diffusion verbunden sind, wodurch eine geringere schwebende Diffusionskapazität und ein höheres Umwandlungsverhältnis von Ladung zu Spannung ermöglicht werden. Feinere Entwurfsregeln ermöglichen auch mehr Verbindungsleitungen pro Flächeneinheit des Sensors und ermöglichen mehr Flexibilität beim Anschließen der Schaltkreise auf dem Bildsensor.
  • ÜBERSICHT DER OFFENLEGUNG
  • Bildsensoren und Verfahren zur Herstellung von Bildsensoren mit hoher Quanteneffizienz zur Abbildung von DUV und / oder VUV werden beschrieben. Diese Bildsensoren sind zu langdauerndem Betrieb unter hohen Flüssen von DUV- und VUV-Strahlung fähig. Diese Verfahren umfassen Prozessschritte zum Bilden lichtempfindlicher aktiver und / oder passiver Schaltungselemente in einer Schicht auf einem Halbleiterwafer (vorzugsweise Silizium) sowie zum Formen von Metallverbindungen zwischen den elektrischen Elementen des Sensors. Diese Bildsensoren können feine Metallverbindungen und Durchkontaktierungen (wie solche, die etwa 0,35 µm oder feineren Entwurfsregeln entsprechen) enthalten, während sie eine mit einer Borschicht beschichtete Rückseite und eine unmittelbar an die Borschicht grenzende hochdotierte p-Siliziumschicht aufweisen. Die Metallverbindungen können Wolfram, Molybdän oder ein anderes Refraktärmetall (d.h. Metall mit hohem Schmelzpunkt) umfassen. In einer Ausführungsform können die Metallverbindungen ausschließlich aus Refraktärmetallen bestehen. In einer Ausführungsform können die Abscheidungsprozesse, die zum Bilden der Metallverbindungen verwendet werden, konfiguriert sein, um die Spannung innerhalb der Metallschichten zu verringern. In einer Ausführungsform können zusätzliche Metallverbindungen, die Aluminium oder Kupfer umfassen, über Metallverbindungen, die das Refraktärmetall umfassen, hinzugefügt und mit diesen verbunden werden.
  • Ein beispielhaftes Verfahren zur Herstellung eines Bildsensors umfasst das Bilden einer Epitaxieschicht auf einem Substrat, das Bilden einer Gate-Schicht auf der Epitaxieschicht, wobei die Gate-Schicht eine oder mehrere Schichten aus dielektrischen Materialien wie Siliziumdioxid und Siliziumnitrid umfasst, das Bilden von Schaltungselementen auf der Gate-Schicht umfassend Polysilizium und dielektrische Materialien, das Bilden erster Metalldurchkontaktierungen und erster Metallverbindungen, um zumindest einige dieser Schaltungselemente miteinander zu verbinden, das Verdünnen des Substrats, um zumindest einen Teil der Epitaxieschicht freizulegen (die freiliegende Epitaxieschicht wird hierin als eine Halbleitermembran bezeichnet), das Bilden einer reinen Borschicht direkt auf den freiliegenden Teilen der Epitaxieschicht, das Eindiffundieren von Bor in die Epitaxieschicht während und / oder nach dem Bilden der Borschicht und optional das Bilden einer oder mehrerer Antireflexionsschichten direkt auf der Oberfläche der Borschicht. Wie hierin verwendet, bezieht sich der Ausdruck „Schaltungselemente“ auf lichtempfindliche Bauelemente wie ladungsgekoppelte Vorrichtungen und Fotodioden, andere Halbleiterbauelemente wie Transistoren, Dioden, Widerstände und Kondensatoren und elektrische Verbindungen (oft genannt Verbindungen) zwischen ihnen. Diese Schaltungselemente werden unter Verwendung von Standard-Halbleiterherstellungsverfahren gebildet, einschließlich, aber nicht beschränkt auf, Fotolithographie, Abscheidung, Ätzen, Ionenimplantation und Tempern. Die ersten Metallverbindungen umfassen ein Refraktärmetall wie Wolfram oder Molybdän. Das Verdünnen der Probe (z. B. eines Wafers) kann unter Verwendung von Ionenätzen, chemischem Ätzen und / oder Polieren durchgeführt werden. Insbesondere kann diese Verdünnung die Empfindlichkeit des Bildsensors gegenüber Licht erhöhen, das auf die Rückseite auftrifft. Auf der Borschicht kann eine Antireflexionsbeschichtung gebildet sein. Das Verfahren kann ferner das Bilden einer oder mehrerer zusätzlicher Verbindungsschichten auf den ersten Verbindungen, und mit diesen verbunden, nach dem Bilden der reinen Borschicht umfassen. Die zusätzlichen Verbindungsschichten können ein Metall wie Aluminium oder Kupfer umfassen, da diese Schichten keinen Temperaturen von mehr als etwa 450 °C ausgesetzt werden müssen. Die zusätzlichen Verbindungsschichten können gemäß Entwurfsregeln hergestellt werden, die einem 1-µm-Prozess entsprechen oder gröber sind, so dass sie auf einer Oberfläche gebildet werden können, die 10 µm oder mehr Nicht-Ebenheit aufweisen kann.
  • Ein anderes Verfahren zur Herstellung eines Bildsensors umfasst das Bilden einer Epitaxieschicht auf einem Substrat, dann das Bilden von Schaltungselementen auf der Epitaxieschicht. Dieser Schritt umfasst das Formen von Metallverbindungen. Die Metallverbindungen können Refraktärmetalle wie Wolfram und Molybdän umfassen oder vollständig daraus bestehen. Auf den Schaltungselementen kann eine Schutzschicht gebildet werden. Ein Handhabungswafer kann mit der Oberfläche verbunden werden, die die Schaltungselemente enthält. Das Substrat wird dann verdünnt, um zumindest einen Teil der Epitaxieschicht freizulegen. Wie oben angegeben, kann diese Verdünnung die Empfindlichkeit des Bildsensors gegenüber auf die Rückseite auftreffendem Licht erhöhen. Auf der Oberfläche der beim Verdünnen freigelegten Epitaxieschicht wird eine reine Borschicht gebildet. Die reine Borschicht kann bei einer Temperatur von mehr als 600 °C abgeschieden oder nach der Abscheidung auf eine Temperatur von mehr als 600 °C angehoben werden, um zu bewirken, dass Bor in die Epitaxieschicht diffundiert. Auf der Borschicht kann eine Antireflexionsbeschichtung gebildet werden.
  • Bildsensoren mit hoher Quanteneffizienz und langem Betrieb für DUV- und / oder VUV-Strahlung werden beschrieben. Diese Bildsensoren sind von der Rückseite her verdünnt, so dass sie sehr empfindlich gegenüber Strahlung sind, die auf die Rückseite der Bildsensoren trifft (wobei diese Bildsensoren von hinten beleuchtet sind). Die Bildsensoren enthalten erste Metallverbindungen, die Refraktärmetalle wie Wolfram und Molybdän umfassen oder vollständig daraus bestehen. Direkt auf der Rückseite der Epitaxieschicht ist eine dünne (z. B. zwischen etwa 2 nm und etwa 20 nm dicke) Schicht aus hochreinem amorphem Bor abgeschieden. In einer Ausführungsform können eine oder mehrere zusätzliche Materialschichten auf das Bor aufgetragen werden. Die Dicke und das Material jeder Schicht können gewählt werden, um die Transmission einer interessierenden Wellenlänge in den Bildsensor zu erhöhen und / oder um die Borschicht vor Beschädigung zu schützen. In einer Ausführungsform können zweite Metallverbindungen über den ersten Metallverbindungen gebildet und mit diesen verbunden sein. Die zweiten Metallverbindungen können Aluminium oder Kupfer umfassen und können gemäß 1-µm- oder gröberen Entwurfsregeln angeordnet sein.
  • Die hierin beschriebenen Bildsensoren können unter Verwendung der CCD-Technologie (Charge Coupled Device) oder der CMOS-Technologie (Complementary Metal Oxide Semiconductor) hergestellt werden. Die Bildsensoren können zweidimensionale Flächensensoren oder eindimensionale Array-Sensoren sein.
  • Figurenliste
    • 1 ist eine Querschnittsansicht, die einen beispielhaften Bildsensor zeigt, der gemäß der vorliegenden Erfindung hergestellt wurde.
    • 2 und 3 veranschaulichen ein beispielhaftes Verfahren zur Herstellung eines Bildsensors.
    • 4A - 4I veranschaulichen beispielhafte Querschnitte eines Wafers, der dem unter Bezugnahme auf die 2 und 3 beschriebenen Verfahren unterzogen wird.
    • 5 zeigt eine beispielhafte Detektoranordnung, die einen Bildsensor, einen Silizium-Interposer und andere Elektronik enthält.
  • DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • 1 ist eine Querschnittsseitenansicht, die einen Teil eines Bildsensors 100 zeigt, der konfiguriert ist, um tief ultraviolette (DUV) Strahlung, Vakuum-ultraviolette (VUV) Strahlung, extreme ultraviolette (EUV) Strahlung oder geladene Teilchen zu erfassen, gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Der Bildsensor 100 umfasst ein Schaltungselement 103, das auf einer oberen (ersten) Oberfläche 101U einer Halbleitermembran 101 ausgebildet ist, erste Metallverbindungen 110, die in dielektrischen Materialschichten 112 über dem Schaltungselement 103 angeordnet sind, und eine reine Borschicht 106, die auf einer unteren (zweiten) Oberfläche 101L der Halbleitermembran 101 gebildet ist.
  • In einer Ausführungsform umfasst die Halbleitermembran 101 eine Schicht aus leicht p-dotiertem epitaktischem Silizium mit einer Dicke T1 in einem Bereich von 10 µm bis 40 µm und einer p-Dotierungskonzentration (Bor) in einem Bereich von etwa 1013 cm-3 bis 1014 cm-3.
  • Das Schaltungselement 103 umfasst ein Sensorbauelement (z. B. ein lichtempfindliches Bauelement wie eine Fotodiode) und zugehörige Steuertransistoren, die auf (d. h. in und über) einer oberen (ersten) Oberfläche 101U der Halbleitermembran 101 ausgebildet sind. In der dargestellten beispielhaften Ausführungsform umfasst das Schaltungselement 103 beabstandete n+ dotierte Diffusionsbereiche 103-11, 103-12 und 103-12, die sich von der oberen Oberfläche 101U in entsprechende Teile der Halbleitermembran 101 erstrecken, und Gate-Strukturen 103-21 und 103-22 aus polykristallinem Silizium (Polysilizium), die jeweils durch dazwischenliegende Gate-Oxidschichten von der oberen Oberfläche 101U getrennt sind. Die dargestellte Konfiguration der Diffusionsbereiche und Gate-Strukturen, die das Schaltungselement 103 bilden, dient ausschließlich der Beschreibung beispielhafter Schaltungselementstrukturen und soll kein funktionierendes Sensorbauelement darstellen oder die beigefügten Ansprüche einschränken.
  • In einer Ausführungsform wird die reine Borschicht 106 unter Verwendung nachstehend beschriebener Techniken gebildet, so dass die reine Borschicht 106 eine Dicke T2 im Bereich von 2 nm und 20 nm aufweist. In einer Ausführungsform umfasst die reine Borschicht 106 eine Borkonzentration von 80% oder mehr, wobei interdiffundierte Siliziumatome und Sauerstoffatome überwiegend die verbleibenden 20% oder weniger ausmachen.
  • Gemäß einem ersten Aspekt umfasst der Bildsensor 100 einen stark p-dotierten Bereich 102, der sich von der unteren Oberfläche 101L in die Halbleitermembran 101 erstreckt (d. h. so, dass der p-dotierte Bereich 102 unmittelbar neben der reinen Borschicht 106 angeordnet ist). In einer Ausführungsform ist der p-dotierte Bereich 102 ein mit Bor dotierter Bereich, der durch Diffusion von Boratomen durch die untere Oberfläche 101L während oder unmittelbar nach der Bildung der reinen Borschicht 106 gebildet wird. Vorzugsweise sollte der p-dotierte Bereich 102 eine maximale Dotierungskonzentration unmittelbar neben der unteren Oberfläche 101L aufweisen, wobei die Dotierungskonzentration mit dem Abstand in die Halbleitermembran 101 von der unteren Oberfläche 101L weg abnimmt. In einer beispielhaften Ausführungsform weist der p-dotierte Bereich 102 eine nominelle p-Dotierungskonzentration von mehr als 1019 cm-3 unmittelbar neben der unteren Oberfläche 101L auf und nimmt, über einen Abstand zwischen 10 nm und 50 nm von dieser unteren Oberfläche entfernt, auf eine Dotierungskonzentration ab, die der der Halbleitermembran 101 ähnlich ist (zum Beispiel eine Dotierungskonzentration im Bereich von 1013 cm-3 bis 1014 cm-3).
  • Gemäß einem zweiten Aspekt umfassen die ersten Metallverbindungen 110 und die entsprechenden ersten Metalldurchkontaktierungen 115 ein Refraktärmetall (z. B. Wolfram und/oder Molybdän) aus Gründen, die nachstehend klar werden. In der beispielhaften Ausführungsform umfassen die ersten Metallverbindungen Metallleitungen 110-1, 110-2 und 110-3, die jeweils als Teil von drei Metallisierungsprozessen M1, M2 und M3 gebildet werden, die auch die Bildung von ersten Metalldurchkontaktierungen 115 umfassen, so dass die ersten Metallverbindungen 110 elektrisch mit zugehörigen Bereichen des Schaltungselements 103 verbunden sind. Die Konfiguration der ersten Metallverbindungen 110 und der ersten Metalldurchkontaktierungen 115 ist zur Veranschaulichung willkürlich dargestellt und soll nicht einschränkend sein (z. B. können erste Metallverbindungen 110 in einer beliebigen Anzahl von Metallschichten gebildet sein).
  • In einer anderen spezifischen Ausführungsform wird eine optionale Antireflexionsbeschichtung 108 auf einer unteren (nach außen gerichteten) Oberfläche 106L der reinen Borschicht 106 abgeschieden, und die Dicke T2 der reinen Borschicht 106 liegt im Bereich von 3 nm bis 10 nm.
  • In einer Ausführungsform umfasst der Bildsensor 100 eine optionale Schutzschicht 104, die über der dielektrischen Schicht 112 ausgebildet ist, so dass (erste) Metallverbindungen 110 vollständig zwischen der Schutzschicht 104 und der Halbleitermembran 101 angeordnet sind. In alternativen Ausführungsformen wird die Schutzschicht 104 entweder durch einen Teil eines Handhabungswafers (z.B. monokristallines Silizium oder Glas) oder durch eine Schicht aus Schutzmaterial (z. B. Siliziumdioxid, Siliziumnitrid oder Siliziumoxynitrid) implementiert, die über der dielektrischen Schicht 112 angebracht / gebildet ist. In einer Ausführungsform hat die Schutzschicht 104 eine Dicke im Bereich von 0,5 µm bis 3 µm. In anderen Ausführungsformen ist die Schutzschicht 104 vollständig weggelassen.
  • In einer Ausführungsform sind eine oder mehrere zweite Metallverbindungen 120 in einer zweiten dielektrischen Schicht 122 über ersten Metallverbindungen 110 ausgebildet und über zweite Metalldurchkontaktierungen mit dem Schaltungselement 103 verbunden. Beispielsweise ist die zweite Metallverbindung 120-1 über die zweite Metalldurchkontaktierung 125-1 direkt mit einem Teil des Schaltungselements 103 verbunden, und die zweite Metallverbindung 120-2 ist über die zweite Metalldurchkontaktierung 125-2 und die erste Metallverbindung 110-2 elektrisch mit dem Schaltungselement 103 verbunden. In einer Ausführungsform umfassen die zweiten Metallverbindungen 120 Aluminium und/oder Kupfer. In einer Ausführungsform sind zweite Metallverbindungen 120 über der Schutzschicht 104 angeordnet, und zweite Metalldurchkontaktierungen 125-1 und 125-2 erstrecken sich durch Schutzschicht 104.
  • 2 und 3 veranschaulichen eine beispielhafte Technik 200 zum Herstellen eines Bildsensors. In dieser Ausführungsform können die Schaltungselemente in Schritt 201 unter Verwendung von Standard-Halbleiterverarbeitungsschritten einschließlich Lithographie, Abscheidung, Ionen-Implantation, Tempern und Ätzen erzeugt werden. In einer Ausführungsform können in Schritt 201 auch CCD- und / oder CMOS-Sensorelemente und -vorrichtungen erzeugt werden. Diese Schaltungselemente werden in einer Epitaxieschicht (Epi-Schicht) auf der Vorderseite des Wafers erzeugt. In bevorzugten Ausführungsformen ist die Epitaxieschicht etwa 10 µm bis 40 µm dick. Die Epitaxieschicht ist leicht p-dotiert (p-). In einer Ausführungsform liegt der Widerstand der epitaktischen Schicht zwischen etwa 10 und 1000 Ωcm. Erste Metallverbindungen werden in Schritt 201 unter Verwendung von Wolfram, Molybdän oder anderem Refraktärmetall hergestellt, so dass die Metallverbindungen hohen Temperaturen in nachfolgenden Schritten standhalten können (wie Temperaturen größer als etwa 600 °C), insbesondere in den Schritten 209 und / oder 211. Vorzugsweise können die Zusammensetzung der ersten Metallverbindungen und die Verfahren, die zum Abscheiden dieser Verbindungen verwendet werden, gewählt werden, um die Spannung in den Metallen zu verringern. Abscheidungsverfahren zur Abscheidung von Wolfram mit reduzierter Spannung werden beispielsweise von Schmitz et al. in „The Dependence of the Stress of Chemical Vapor Deposited Tungsten Films on Deposition Parameters", J. Electrochem. Soc., 141, S. 843-848 (1994) beschrieben. Dieses Dokument wird hiermit durch Bezugnahme aufgenommen.
  • In Schritt 203 kann die Vorderseite des Wafers geschützt werden. Dieser Schutz kann das Abscheiden einer oder mehrerer Schutzschichten auf den im Schritt 201 gebildeten Schaltungselementen umfassen. Die eine oder mehreren Schutzschichten können Siliziumdioxid, Siliziumnitrid oder ein anderes Material umfassen. Dieser Schutz kann auch oder stattdessen das Anbringen des Wafers an einem Handhabungswafer umfassen, wie beispielsweise einem Siliziumwafer, einem Quarzwafer oder einem Wafer aus einem anderen Material. Der Handhabungswafer kann Durchkontaktierungen, die ein Refraktärmetall wie Wolfram oder Molybdän umfassen, zum Verbinden mit den Schaltungselementen enthalten.
  • In Schritt 205 wird der Wafer von der Rückseite her verdünnt, um die Epitaxieschicht zumindest in den aktiven Sensorbereichen freizulegen. Dieser Schritt kann Polieren, Ätzen oder beides beinhalten. In einigen Ausführungsformen ist der gesamte Wafer von der Rückseite her verdünnt. In anderen Ausführungsformen werden nur die aktiven Sensorbereiche bis zur Epitaxieschicht verdünnt.
  • Schritt 207 umfasst das Reinigen und Vorbereiten der Rückseite vor der Borabscheidung. Während dieser Reinigung sollten das native Oxid und alle Verunreinigungen, einschließlich organischer Stoffe und Metalle, von der Rückseite entfernt werden. In einer Ausführungsform kann diese Reinigung unter Verwendung einer verdünnten HF-Lösung oder unter Verwendung eines RCA-Reinigungsverfahrens durchgeführt werden. Nach der Reinigung und während der Vorbereitung kann der Wafer unter Verwendung der Marangoni-Trocknungstechnik oder einer ähnlichen Technik getrocknet werden, um die Oberfläche trocken und frei von Wasserflecken zu lassen.
  • In bevorzugten Ausführungsformen wird der Wafer in einer kontrollierten Atmosphäre zwischen den Schritten 207 und 209 (unter Verwendung von beispielsweise trockenem Stickstoff) geschützt, um das Nachwachsen von nativem Oxid nach der Reinigung zu minimieren.
  • In Schritt 209 wird Bor auf der Rückseite des Wafers abgeschieden. In einer bevorzugten Ausführungsform kann diese Abscheidung unter Verwendung eines Gemisches aus Diboran- und Wasserstoffgas bei einer Temperatur von etwa 600 bis 900°C erfolgen, wodurch eine hochreine amorphe Borschicht erzeugt wird. In einer alternativen Ausführungsform kann die Abscheidung unter Verwendung von Diboran, oder eines Diboran-Wasserstoff-Gemisches, in Stickstoff verdünnt, erfolgen. Die Dicke der abgeschiedenen Borschicht hängt von der beabsichtigten Anwendung des Sensors ab. Typischerweise liegt die Borschichtdicke zwischen etwa 2 nm und 20 nm, vorzugsweise zwischen etwa 3 nm und 10 nm. Die minimale Dicke wird durch die Notwendigkeit einer lochfreien, gleichmäßigen Schicht festgelegt, während die maximale Dicke von der Absorption der interessierenden Photonen oder geladenen Teilchen durch das Bor sowie von der maximalen Zeitdauer abhängt, die der Wafer auf der erhöhten Temperatur gehalten werden kann.
  • In Schritt 209 kann der Wafer einige Minuten lang in einer reduzierenden Umgebung, wie beispielsweise einem Wasserstoffgas, auf einer hohen Temperatur gehalten werden. In bevorzugten Ausführungsformen kann der Wafer etwa 1 bis 4 Minuten lang bei einer Temperatur von ungefähr 800 °C bis 850 °C gehalten werden. Diese hohe Temperatur kann jede native Oxidschicht entfernen, die nach Schritt 207 nachgewachsen sein könnte.
  • Weitere Details zur Borabscheidung finden sich in „Chemical vapor deposition of a-boron layers on silicon for controlled nanometer-deep p+-n junction formation“, Sarubbi et al. J. Electron. Material, vol. 39, pp. 162-173, 2010, hierin durch Bezug aufgenommen.
  • In Schritt 211 wird der Wafer einige Minuten lang, beispielsweise für eine Zeit zwischen etwa 1 und 10 Minuten, auf einer hohen Temperatur gehalten, beispielsweise einer Temperatur zwischen etwa 600°C und etwa 900°C, damit Bor in die Oberfläche der Epitaxieschicht hinein diffundieren kann (und dabei einen mit Bor dotierten Bereich (dotierte Schicht) 102 in der Membran 101 direkt innerhalb der Oberfläche 101L bilden kann). Die in Schritt 211 verwendete Temperatur kann ähnlich oder höher als die in 209 zum Abscheiden der Borschicht verwendete Temperatur sein. Vorzugsweise wird Schritt 211 in einer Umgebung aus Stickstoff, Argon oder einem anderen Inertgas durchgeführt.
  • Nach Schritt 211 können andere Schichten auf der Borschicht abgeschieden werden. Diese anderen Schichten können Antireflexionsbeschichtungen enthalten, die aus einem oder mehreren Materialien bestehen, wie Siliziumdioxid, Siliziumnitrid, Aluminiumoxid, Hafniumdioxid, Magnesiumfluorid und Lithiumfluorid. Diese anderen Schichten können eine dünne Schutzschicht umfassen, die ein Metall wie Ruthenium, Wolfram oder Molybdän umfasst. Eine oder mehrere dieser anderen Schichten können unter Verwendung von (Atomlagenabscheidung) ALD abgeschieden werden. Ein Vorteil der Verwendung eines ALD-Prozesses zum Abscheiden dieser Schichten besteht darin, dass ALD-Prozesse typischerweise sehr präzise (einzelne Monolagen) Steuerung der Dicke der abgeschiedenen Schicht(en) ermöglichen. In einer alternativen Ausführungsform können nach einem der späteren Prozessschritte, wie beispielsweise einem der in 3 dargestellten Schritte, andere Schichten auf der Borschicht abgeschieden werden.
  • In einer Ausführungsform können die vordere Schutzschicht und / oder der Handhabungswafer in Schritt 213 teilweise oder vollständig entfernt werden, um zumindest einige Schaltungselemente und / oder erste Metallverbindungen freizulegen.
  • In einer Ausführungsform können zweite Metallverbindungen auf der Vorderseite des Wafers hergestellt und in Schritt 215 mit den ersten Metallverbindungen und / oder Schaltungselementen verbunden werden. Zweite Metallverbindungen können jedes geeignete Metall einschließlich Kupfer oder Aluminium umfassen, da zweite Metallverbindungen während nachfolgender Verarbeitungsschritte mitunter keinen hohen Temperaturen (wie Temperaturen über 450 ° C) ausgesetzt werden. Zweite Metallverbindungen können durch jede geeignete Verarbeitungstechnik abgeschieden werden, einschließlich, aber nicht beschränkt auf, Galvanisieren, stromloses Plattieren, chemische Gasphasenabscheidung (CVD), ALD oder physikalische Gasphasenabscheidung (PVD). Da der Wafer in Schritt 215 weniger flach sein kann als in Schritt 201, können die Muster der zweiten Metallverbindungen relativ großen Entwurfsregeln folgen (wie Entwurfsregeln, die einem 1-µm- oder gröberen Prozess entsprechen) und können durch einen Maskenausrichter, Kontaktmaske oder ein anderes Lithographieverfahren mit relativ niedriger Auflösung gedruckt werden. Die zweiten Metallverbindungen können parallel zu ausgewählten ersten Metallverbindungen einen Leitungspfad bilden, wodurch der Gesamtwiderstand dieser Verbindungen verringert wird und ein Betrieb des Bildsensors mit höherer Geschwindigkeit ermöglicht wird, als dies sonst durch die ersten Metallverbindungen allein möglich wäre, da die ersten Metallverbindungen aufgrund der Verwendung eines Refraktärmetalls einen relativ höheren Widerstand aufweisen können.
  • In Schritt 223 werden externe Verbindungen, wie beispielsweise Bondpads oder Bumppads, auf dem Wafer hergestellt und elektrisch verbunden mit den Schaltungselementen, beispielsweise durch Verbinden mit ersten Metallverbindungen oder mit zweiten Metallverbindungen. Die in Schritt 223 gebildeten externen Verbindungen können sich auf der Vorderseite, der Rückseite oder beiden Seiten des Wafers befinden. In einer Ausführungsform kann das Verbinden der externen Verbindungen mit ersten Metallverbindungen oder zweiten Metallverbindungen das Erzeugen, Öffnen oder Freilegen von Durchkontaktierungen in dem Handhabungswafer, der schützenden Frontseitenschicht oder dem Wafer umfassen. In einer Ausführungsform werden Durchkontaktierungen durch Silizium verwendet, um externe Verbindungen auf der Rückseite des Wafers mit ersten Metallverbindungen oder zweiten Metallverbindungen auf der Vorderseite des Wafers zu verbinden.
  • In Schritt 225 kann die resultierende Struktur in einer geeigneten Packung gepackt werden. Der Packungsschritt kann ein Flip-Chip-Bonden oder ein Drahtbonden der Vorrichtung mit dem Substrat umfassen. Die Packung kann ein Fenster enthalten, das interessierende Wellenlängen transmittiert, oder sie kann einen Flansch oder eine Dichtung als Schnittstelle mit einer Vakuumdichtung umfassen.
  • Die 4A - 4I veranschaulichen beispielhafte Querschnitte eines Wafers, der dem Verfahren 200 unterzogen wird (2 und 3). 4A zeigt eine Epitaxieschicht (Epi) 402, die auf der Vorderseite eines Substrats 401 ausgebildet ist. Die Epi-Schicht 402 ist vorzugsweise eine p- Epi-Schicht. In einer Ausführungsform liegt der Widerstand der Epi-Schicht zwischen etwa 10 und 1000 Ωcm.
  • 4B zeigt verschiedene Schaltungselemente 403, einschließlich der ersten Metallverbindungen, die auf der Epi-Schicht gebildet sind (Schritt 201). Da die ersten Metallverbindungen 410 gebildet werden, während das Substrat 401 noch Hunderte von Mikrometern dick und daher nicht stark verzogen ist, können die ersten Metallverbindungen 410 unter Verwendung normaler CMOS-Verarbeitungstechniken im Submikrometerbereich gebildet werden und können mehrere Schichten von Metallverbindungen hoher Dichte enthalten. Die ersten Metallverbindungen 410 umfassen ein Refraktärmetall wie Wolfram oder Molybdän. In einer Ausführungsform bestehen die ersten Metallverbindungen 410 vollständig aus Refraktärmetallen. In einer Ausführungsform werden mehrere Durchkontaktierungen (TSV) 403A durch Silizium um eine oder mehrere Kanten des Bildsensorarrays erzeugt, um eine Verbindung mit den Schaltungselementen 403 zu ermöglichen.
  • 4C zeigt einen Stütz- oder Handhabungswafer 404, der an der Oberseite der Schaltungselemente 403 angebracht ist (Schritt 203). Man beachte, dass die Durchkontaktierungen durch Silizium gezeigt, aber nicht beschriftet sind, um die Zeichnungen nicht übermäßig zu komplizieren. In einer alternativen Ausführungsform kann eine Schutzschicht anstelle oder zusätzlich zu dem Stütz- oder Handhabungswafer 404 verwendet werden. In einer Ausführungsform (nicht gezeigt) sind Durchkontaktierungen in dem Wafer oder der Schicht 404 ausgebildet, um eine Verbindung mit den Schaltungselementen 403 zu ermöglichen.
  • 4D zeigt den Wafer, nachdem das Substrat 401 von der Rückseite her verdünnt wurde (Schritt 205), um einen Teil oder die gesamte Rückseite der Epi-Schicht 402 (d. h. die Oberfläche, gegenüber der die Schaltungselemente 403 gebildet sind) freizulegen. In dem Fall, in dem das Substrat 401 vollständig entfernt wird, bildet die Epi-Schicht 402 die Halbleitermembran. Wie in 4D dargestellt, kann sich auf der Oberfläche der Epi-Schicht 402, die durch die Verdünnung von der Rückseite her freigelegt wurde, ein natives Oxid 402A bilden.
  • 4E zeigt den Wafer nach einer Reinigung und Vorbereitung der Rückseite (Schritt 207).
  • 4F zeigt eine reine Borschicht 406, nachdem sie auf der Rückseite der Epi-Schicht 402 gebildet wurde (Schritt 209). Die Diffusion des Bors in die Epi-Schicht erzeugt eine dünne (einige Nanometer bis einige zehn Nanometer) stark p-dotierte Siliziumschicht (nicht gezeigt) an der Oberfläche der Epi-Schicht neben der Borschicht (Schritt 211).
  • 4G zeigt ein oder mehrere optionale Anti-Reflexions- oder Schutzschichten 408, die auf der reinen Borschicht 406 abgeschieden sind. Mindestens eine der Schichten kann unter Verwendung eines ALD-Verfahrens abgeschieden werden.
  • 4H zeigt den Wafer in einer Ausführungsform, in der die Schutzschicht oder der Stütz- oder Handhabungswafer 404 vollständig oder teilweise entfernt wurde (Schritt 213) und die zweiten Metallverbindungen 409 auf der Vorderseite hergestellt wurden (Schritt 215). Wie oben unter Bezugnahme auf die 2 und 3 erläutert, können die zweiten Metallverbindungen 409 ein Metall wie Aluminium oder Kupfer umfassen und können nach viel gröberen Entwurfsregeln strukturiert sein als denjenigen, die für die ersten Metallverbindungen verwendet werden, die in den Schaltungselementen 403 enthalten sind.
  • 4I zeigt den Wafer nach Herstellung der Metall-Pads 407a und 407b (Schritt 223) durch geeignete Strukturierungs-, Ätz- und Abscheidungsschritte. Das Pad 407a ist auf der Vorderseite hergestellt und ist beispielsweise elektrisch mit den zweiten Metallverbindungen 409 verbunden. Das Pad 407b ist auf der Rückseite hergestellt und elektrisch mit dem TSV 403A verbunden. Wie oben unter Bezugnahme auf die 2 und 3 erläutert, kann der Bildsensor Pads nur auf der Vorderseite (wie Pad 407a), nur auf der Rückseite (wie Pad 407b) oder sowohl auf der Vorder- als auch auf der Rückseite enthalten. Es ist zu beachten, dass, wenn optionale zweite Metallverbindungen nicht vorhanden sind, die Metall-Pads direkt elektrisch mit den Schaltungselementen 403 verbunden werden.
  • Die obigen Beispiele sollen den Umfang der hierin offenbarten Erfindung nicht einschränken. Sie sind nur als Darstellungen gedacht, wie erste Metallverbindungen, die Refraktärmetalle umfassen oder daraus bestehen, verwendet werden können, um einen Bildsensor herzustellen, der anschließend mit einer Borschicht auf seiner lichtempfindlichen Oberfläche beschichtet wird. Weil die ersten Metallverbindungen Refraktärmetalle umfassen, können sie hohen Temperaturen während der Borabscheidung und -diffusion standhalten.
  • 5 zeigt eine beispielhafte Detektoranordnung 500, die einen Bildsensor 504, einen Silizium-Interposer 502 und andere Elektronik gemäß bestimmten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung enthält.
  • In einem Aspekt der vorliegenden Erfindung kann die Detektoranordnung 500 einen oder mehrere lichtempfindliche Sensoren 504 enthalten, die auf der Oberfläche eines Interposers 502 angeordnet sind. In einer Ausführungsform können der eine oder die mehreren Interposer 502 der Anordnung 500 einen Silizium-Interposer enthalten, sind aber nicht darauf beschränkt. In einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung sind der eine oder die mehreren lichtempfindlichen Sensoren 504 der Anordnung 500 von der Rückseite her verdünnt und weiter zur rückseitigen Beleuchtung konfiguriert, einschließlich einer Borschicht und einer hochdotierten Schicht neben der Borschicht, wie hierin beschrieben.
  • In einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung können verschiedene Schaltungselemente der Anordnung 500 auf dem Interposer 502 angeordnet oder in diesen eingebaut sein. In einer Ausführungsform können eine oder mehrere Verstärkungsschaltungen (z. B. Ladungsumwandlungsverstärker) (nicht gezeigt) auf dem Interposer 502 angeordnet oder in diesen eingebaut sein. In einer anderen Ausführungsform können eine oder mehrere Umwandlungsschaltungen 508 (z. B. Analog-Digital-Umwandlungsschaltungen, d. h. Digitalisierer 508) auf dem Interposer 502 angeordnet oder in diesen eingebaut sein. In einer anderen Ausführungsform können eine oder mehrere Treiberschaltungen 506 auf dem Interposer 502 angeordnet oder in diesen eingebaut sein. Beispielsweise können die eine oder mehreren Treiberschaltungen 506 eine Zeitsteuerungs- / serielle Ansteuerschaltung enthalten. Beispielsweise können die eine oder mehreren Treiberschaltungen 506 eine Takttreiberschaltung oder eine Rücksetztreiberschaltung enthalten, sind aber nicht darauf beschränkt. In einer anderen Ausführungsform können ein oder mehrere Entkopplungskondensatoren (nicht gezeigt) auf dem Interposer 502 angeordnet oder in diesen eingebaut sein. In einer weiteren Ausführungsform können ein oder mehrere serielle Transmitter (in 5 nicht gezeigt) auf dem Interposer 502 angeordnet oder in diesen eingebaut sein.
  • In einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung können eine oder mehrere Stützstrukturen zwischen der Unterseite des lichtempfindlichen Array-Sensors 504 und der Oberseite des Interposers 502 angeordnet sein, um den Sensor 504 physisch zu stützen. In einer Ausführungsform können mehrere Lötkugeln 516 zwischen der Unterseite des lichtempfindlichen Array-Sensors 504 und der Oberseite des Interposers 502 angeordnet sein, um den Sensor 504 physisch zu stützen. Es wird hierin erkannt, dass, während der Abbildungsbereich des Sensors 504 möglicherweise keine externen elektrischen Verbindungen enthält, die rückseitige Verdünnung des Sensors 504 bewirkt, dass der Sensor 504 zunehmend flexibler wird. Als solches können Lötkugeln 516 verwendet werden, um den Sensor 504 mit dem Interposer 502 auf eine Weise zu verbinden, die den Abbildungsabschnitt des Sensors 504 verstärkt. In einer alternativen Ausführungsform kann ein Unterfüllmaterial zwischen der Unterseite des lichtempfindlichen Array-Sensors 504 und der Oberseite des Interposers 502 angeordnet sein, um den Sensor 504 physisch zu unterstützen. Beispielsweise kann ein Epoxidharz zwischen der Unterseite des lichtempfindlichen Array-Sensors 504 und der Oberseite des Interposers 502 angeordnet sein.
  • In einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung sind der Interposer 502 und die verschiedenen zusätzlichen Schaltungen (z. B. Verstärkungsschaltung, Treiberschaltungen 506, Digitalisiererschaltungen 508 und dergleichen) auf einer Oberfläche eines Substrats 510 angeordnet. In einem weiteren Aspekt umfasst das Substrat 510 ein Substrat mit hoher Wärmeleitfähigkeit (z. B. Keramiksubstrat). In dieser Hinsicht ist das Substrat 510 konfiguriert, um eine physische Unterstützung für die Sensor 504 / Interposer 502-Anordnung bereitzustellen, während es auch ein Mittel für die Anordnung 500 bereitstellt, um Wärme effizient von dem Bildsensor 504 und den verschiedenen anderen Schaltungen (z. B. einem Digitalisierer 506, Treiberschaltung 508, Verstärker und dergleichen) abzuleiten. Es ist hierin erkannt, dass das Substrat jedes starre, hoch wärmeleitende Substratmaterial enthalten kann, das auf dem Fachgebiet bekannt ist. Beispielsweise kann das Substrat 510 ein Keramiksubstrat enthalten, ist aber nicht darauf beschränkt. Beispielsweise kann das Substrat 510 Aluminiumnitrid enthalten, ist aber nicht darauf beschränkt.
  • In einer anderen Ausführungsform kann das Substrat 510 konfiguriert sein, um eine Schnittstelle zu einer Buchse oder einer darunter liegenden Leiterplatte (PCB) bereitzustellen. Zum Beispiel kann, wie in 5 gezeigt, das Substrat 510 eine Verbindung zwischen dem Interposer 502 und einer Buchse oder eine Leiterplatte über die Verbindungen 512 bereitstellen. Fachleute werden erkennen, dass das Substrat 510 auf verschiedene Weise betriebsmäßig mit einer darunter liegenden Leiterplatte gekoppelt und ferner elektrisch mit einer Buchse oder einer Leiterplatte gekoppelt sein kann, die alle als im Umfang der vorliegenden Erfindung liegend interpretiert werden.
  • Die verschiedenen Ausführungsformen der Strukturen und Verfahren dieser Erfindung, die oben beschrieben wurden, veranschaulichen nur die Prinzipien dieser Erfindung und sollen den Umfang der Erfindung nicht auf die einzelnen beschriebenen Ausführungsformen beschränken. Beispielsweise können den in den 2 und 3 dargestellten Flussdiagrammen zusätzliche Schritte hinzugefügt werden, oder einige der gezeigten Schritte können in einer anderen Reihenfolge als gezeigt ausgeführt werden. Somit ist die Erfindung nur durch die folgenden Ansprüche und deren Äquivalente begrenzt.
  • 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 16/421212 [0001]
    • US 62/686667 [0001]
    • US 9496425 [0010]
    • US 9818887 [0010]
  • Zitierte Nicht-Patentliteratur
    • von Schmitz et al. in „The Dependence of the Stress of Chemical Vapor Deposited Tungsten Films on Deposition Parameters“, J. Electrochem. Soc., 141, S. 843-848 (1994) [0028]
    • Sarubbi et al. J. Electron. Material, vol. 39, pp. 162-173, 2010 [0035]

Claims (21)

  1. Bildsensor zum Erfassen von mindestens einer der folgenden Strahlungen: tiefes Ultraviolett (DUV), Vakuumultraviolett (VUV), extremes Ultraviolett, geladene Teilchen, wobei der Bildsensor umfasst: eine Halbleitermembran, die auf einer ersten Oberfläche der Halbleitermembran ausgebildete Schaltungselemente und erste über den Schaltungselementen gebildete Metallverbindungen enthält; eine reine Borschicht, gebildet auf einer zweiten Oberfläche der Halbleitermembran, wobei die Halbleitermembran einen mit Bor dotierten Bereich umfasst, der sich von der zweiten Oberfläche in die Halbleitermembran erstreckt, so dass der mit Bor dotierte Bereich unmittelbar neben der reinen Borschicht angeordnet ist, und wobei die ersten Metallverbindungen ein Refraktärmetall umfassen.
  2. Bildsensor nach Anspruch 1, wobei die Halbleitermembran eine Epitaxieschicht mit einer Dicke T1 im Bereich von 10 µm bis 40 µm umfasst.
  3. Bildsensor nach Anspruch 1, wobei die reine Borschicht eine Dicke T2 im Bereich von 2 nm bis 20 nm aufweist.
  4. Bildsensor nach Anspruch 1, wobei der Bildsensor ferner eine Antireflexionsbeschichtung umfasst, die auf einer nach außen gerichteten Oberfläche der reinen Borschicht abgeschieden ist.
  5. Bildsensor nach Anspruch 1, ferner umfassend eine Schutzschicht, die über den Schaltungselementen derart ausgebildet ist, dass die ersten Metallverbindungen vollständig zwischen der Halbleitermembran und der Schutzschicht angeordnet sind.
  6. Bildsensor nach Anspruch 5, wobei die Schutzschicht monokristallines Silizium und/oder Glas umfasst.
  7. Bildsensor nach Anspruch 1, wobei die ersten Metallverbindungen mindestens Wolfram und /oder Molybdän umfassen.
  8. Bildsensor nach Anspruch 1, ferner umfassend zweite Metallverbindungen, die über den ersten Metallverbindungen angeordnet und mit den Schaltungselementen gekoppelt sind, wobei die zweiten Metallverbindungen mindestens Aluminium und/oder Kupfer umfassen.
  9. Bildsensor nach Anspruch 3, wobei der Bildsensor eine ladungsgekoppelte Vorrichtung (CCD) oder eine CMOS-Vorrichtung umfasst.
  10. Bildsensor zum Erfassen von mindestens einer der folgenden Strahlungen: tiefes Ultraviolett (DUV), Vakuumultraviolett (VUV), extremes Ultraviolett, geladene Teilchen, wobei der Bildsensor umfasst: eine Halbleitermembran mit einer ersten p-Dotierungskonzentration und Schaltungselementen, die auf einer ersten Oberfläche davon ausgebildet sind; erste Metallverbindungen, die mit mindestens einem der Schaltungselemente verbunden sind, wobei die ersten Metallverbindungen ein Refraktärmetall umfassen; eine reine Borschicht gebildet auf einer zweiten Oberfläche der Halbleitermembran; und eine p-dotierte Schicht, die in der Halbleitermembran unmittelbar neben der reinen Borschicht gebildet ist, wobei diese p-dotierte Schicht eine zweite p-Dotierungskonzentration aufweist, die größer ist als die erste p-Dotierungskonzentration.
  11. Bildsensor nach Anspruch 10, wobei eine Dicke der reinen Borschicht zwischen 2 nm und 20 nm liegt, und wobei eine Dicke der Halbleitermembran zwischen 10 µm und 40 µm liegt.
  12. Bildsensor nach Anspruch 11, wobei der Bildsensor ferner eine Antireflexions- oder Schutzschicht umfasst, und wobei die Dicke der reinen Borschicht zwischen 3 nm und 10 nm liegt.
  13. Bildsensor nach Anspruch 11, wobei die ersten Metallverbindungen mindestens Wolfram und/oder Molybdän umfassen.
  14. Bildsensor nach Anspruch 11, wobei der Bildsensor ferner zweite Metallverbindungen umfasst, die über den ersten Metallverbindungen angeordnet und mit den Schaltungselementen gekoppelt sind, wobei die zweiten Metallverbindungen mindestens Aluminium und/oder Kupfer umfassen.
  15. Verfahren zur Herstellung eines Bildsensors, wobei das Verfahren umfasst: Bilden einer Epitaxieschicht auf einem Substrat; Bilden eines Schaltungselements auf der Epitaxieschicht; Bilden einer ersten Metallverbindung, die ein Refraktärmetall umfasst und mit dem Schaltungselement verbunden ist; Verdünnen des Substrats, um ein verdünntes Substrat zu erzeugen, wobei das verdünnte Substrat zumindest Teile der Epitaxieschicht freilegt; Bilden einer reinen Borschicht auf den freiliegenden Teilen der Epitaxieschicht; und Bilden einer dotierten Schicht an der Oberfläche der Epitaxieschicht neben der reinen Borschicht.
  16. Verfahren nach Anspruch 15, wobei das Refraktärmetall zumindest Wolfram und/oder Molybdän umfasst.
  17. Verfahren nach Anspruch 15, wobei das Bilden der dotierten Schicht das Erhitzen der Epitaxieschicht auf eine Temperatur zwischen 600 °C und 900 °C umfasst.
  18. Verfahren nach Anspruch 15, wobei das Verfahren ferner das Anbringen eines Handhabungswafers an den Schaltungselementen vor dem Verdünnen des Substrats umfasst.
  19. Verfahren nach Anspruch 18, wobei das Verfahren ferner das Bilden von Durchkontaktierungen in mindestens der Epitaxieschicht und/oder dem Handhabungswafer vor dem Bilden der reinen Borschicht umfasst.
  20. Verfahren nach Anspruch 19, wobei das Verfahren ferner das Freilegen der Durchkontaktierungen nach dem Bilden der dotierten Schicht umfasst.
  21. Verfahren nach Anspruch 15, wobei das Verfahren ferner das Bilden einer zweiten Metallverbindung nach dem Bilden der dotierten Schicht umfasst, wobei die zweite Metallverbindung mit dem Schaltungselement gekoppelt ist, und wobei die zweite Metallverbindung zumindest Aluminium und/oder Wolfram umfasst.
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