JP7430206B2 - イメージセンサ及びその製造方法 - Google Patents
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Description
実施形態又は例を提供する。本開示を簡易化すべく、部品及び配置の具体例を以下に説明する。当然のことながら、これらは単なる例であり、限定を意図するものでない。例えば、以下の説明において、第2の特徴の上方又は上にある第1の特徴の形成は、第1及び第2の特徴が直接接触するように形成される実施形態を含んでもよく、第1及び第2の特徴の間に追加の特徴が形成されて、第1及び第2の特徴が直接接触しないようにする実施形態も含んでよい。また本開示は、種々の例において参照符号及び/又は文字を反復することがある。この反復は、簡易さ及び明確さを目的としたものであり、それ自体が種々の実施形態、及び/又は、検討対象の構成の間の関係を決めるものでない。
金属格子を接触パッドに直接連結する。いくつかの実施形態において、前記1つ以上の導電性構造は金属である。これらの構造により、基板内金属格子へのバイアス電圧に外部制御を行えるようにし、これによって、クロストークの低減と量子効率の向上との間のトレードオフが、ICデバイスの用途、その使用環境、又はその動作モードに応じて動的に調整されてもよい。
施形態において、バイアス電圧は、使用環境に基づいて選択される。例えば、バイアス電圧は、感知された温度又は周辺の光レベルに基づいて選択されてもよい。いくつかの実施形態において、バイアス電圧は、フィードバック制御ループにおいて動的に選択される。制御ループは、クロストークと量子効率とのトレードオフを生じる指標に応じて、バイアス電圧を調整してもよい。
からさらに分離される。いくつかの実施形態において、導電性ブリッジ155Aは、厚膜酸化層139内に挿入される。いくつかの実施形態において、導電性ブリッジ155A及び厚膜酸化層139は、同一の厚さを有する。
を含む。銅(Cu)、アルミニウム(Al)は、導電性ブリッジ155Aを比較的薄くできるような高い導電性を有する。銅(Cu)は、導電性が高いため、特に好適である。
3Aのセグメント153Aとは異なり、且つ、導電性ブリッジ155Aのからも異なる箇所にある。後側TSV157Aは、中間周辺エリア112B内に設けられてもよく、接触パッド103Aは、外側周辺エリア112C内に設けられてもよい。
7Bは、第1の半導体基板107を通じて途中まで延設される以外、図1Aの後側TSAと同様である。導電性ブリッジ155A及び後側TSV157Bは、同時に形成されてもよく、1つの材料の単一構造であってもよい。前側TSV160にて、第1の金属相互接続109又は第2の金属相互接続110における、後側TSV157Bと金属パッド163又は類似の構造との間の接続が完了する。前側TSV160により、後側TSV157Bの充填が困難となるようなアスペクト比となることなく、後側TSV157Bの幅に対して第1の半導体基板107がより厚くなるようにすることができる。ICデバイス100Bにおいて、導電性ブリッジ155A、後側TSV157B、前側TSV160、及び金属パッド163は、ともに、接触パッド103A及び基板内金属格子133Aとの間の直接連結を提供することにより、接触パッド103Aに印加される負のバイアスが、結果として、電圧間のアナログ関係にで、基板内金属格子133Aへの負の電圧を生じることとなる。
内に第1の半導体基板107内の後側TSV157Cと交差するセグメント153Cを有する基板内金属格子133Cを備えた絶縁構造134Cを有する。いくつかの実施形態において、後側TSV157C及びセグメント153Cは、単一であるため、後側TSV157Cは、基板内金属格子133Cと同一の組成を有する。図3Cに示されるとおり、ICデバイス100Cにおいて、金属パッド163及び後側TSV157Cはともに、接触パッド103Aと基板内金属格子133Cとの間の直接連結を提供することにより、基板内金属格子133Cへの電圧が、接触パッド103Aへの電圧により、連続的に可変となる。接触パッド103Aに付与される負のバイアスは、電圧間のアナログ関係により、基板内金属格子133Cへの負の電圧を生じることとなる。
103Aと基板内金属格子133Cとの間の直接連結を提供するため、基板内金属格子133Cへの電圧が、接触パッド103Aへの電圧により、連続的に可変となる。
時に形成されてもよい。このダミー接触パッドの構造は、凹状面167F等、接触パッド103Fに所望の外形を付与することを促進してもよい。
誘電体であり、酸化物、炭化物、窒化物等であってもよい。第1のレベル間誘電体120と第2のレベル間誘電体117とは、各々、酸化ケイ素、低誘電率誘電体、超低誘電率誘電体等であるか、又はこれを含んでもよい。第1のワイヤ121、第1のビア119、第2のワイヤ115、第2のビア118、及び金属パッド163は、銅(Cu)、アルミニウム(Al)等、又はその他好適な金属であってもよい。いくつかの実施形態において、金属パッド163は、銅(Cu)等である。前側隔離構造125、161、及び105は、シャロートレンチ隔離構造、フィールド酸化物、又はその他任意の好適な種別の隔離構造であってもよい。光検出器画素126、浮遊拡散領域123、及び転送ゲート122は、埋込フォトダイオードを備えたアクティブ画素センサを構成してもよいが、光検出器画素126は、フォトダイオードを備える任意の種別の光検出器であってもよい。
おり、トレンチ801Aの長さに沿って延びる断面であるため、図8の横断面図800においては、より幅広い空間を占有する。トレンチ801をエッチングにより形成した後、マスク803を剥がしてもよい。
は、幅広く変動してもよいことを理解しなければならない。
フォトリソグラフィで形成され、周辺エリア112内のエッチングの際、画素エリア114をマスクするのに使用されてもよい。このエッチングは、基板内金属格子133Aのセグメント153Aの少なくとも一部を露出し、TSV開口1403内に金属パッド163が露出される開口1605を形成する。マスク1601によって保護される誘電層1501の一部が残されて、厚膜酸化層139を提供し、これが、画素エリア114及び外側周辺エリア112C(図1A参照)上方に延設され、内側周辺エリア112Aから中間周辺エリア112Bに延設される開口1603を有する。
電層1501の一部が残され、TSV開口1403内に誘電ライナ159を形成する。特に、オーバーハング1503(図15に図示)は、誘電層1501のこの部分がエッチングで取り除かれるのを防ぐことができる。誘電層1501は、TSV開口1403の基部においてより薄くなるため、金属パッド163を露出するエッチングの時間は、セグメント153Aを露出するエッチング時間とほぼ同一である。いくつかの実施形態において、エッチング時間は、互いの約25%以内である。いくつかの実施形態において、エッチング時間は、互いの約10%以内である。誘電層1501が堆積される厚さ、又は、誘電層1501が堆積される均一度合が、このバランスに影響するように調整されてもよい。エッチング後、マスク1601が剥がされてもよい。
の他任意の好適なプロセスで堆積されてもよい。
形成され、パッド開口2101内における開口2301のエッチングに使用されてもよい。金属パッド163は、開口2301を通じて露出される。エッチング後、マスク2303が剥がされてもよい。
フォトリソグラフィで形成され、複合格子積層3009から複合格子149をエッチングにより形成するのに使用されてもよい。エッチングでは、光検出器画素126上方及びパッド誘電体102の上方から、複合格子積層3009を除去する。エッチングでは、金属層3001から後側金属格子141を形成し、誘電層3003から誘電格子142を形成し、ハードマスク層3005からハードマスク格子143を形成する。エッチング後、マスク3101が剥がされてもよい。
03のレイアウトは、図3Dに示されるとおり、基板内金属格子133C、セグメント153C、及び後側TSV135Cのレイアウトに対応する。
より大きい深さを提供してもよい。いくつかの実施形態において、幅W2は、幅W1の1.1~10倍である。いくつかの実施形態において、幅W2は、幅W1の1.3~5倍である。
坦化されてもよく、エッチング停止層140は、平面化された表面の上方に堆積されてもよい。平坦化により、導電材料4501から、後側TSV157C、セグメント153C、及び基板内金属格子133Cを規定する。処理により、図20~図30の横断面図2000~3000に示されるように継続され、図3A~図3DのICデバイス100C等、ICデバイスを提供してもよい。
図4800に示されるとおり、フォトリソグラフィでパターン化されたマスク4801が、開口4401のエッチングに使用される。その後、マスク4801が剥がされてもよく、処理が、図45の横断面図4500と以降の図面とに示されるように継続されてもよい。
グにより、前側TSV160の露出される開口5601を作成する。開口5601は、図44の横断面図4400に示される対応プロセスによって作成される開口4401よりも、かなり浅くてもよい。したがって、前側TSV160は、厚膜誘電層4301をマスクとして使用するエッチングプロセスへの要求を低減する。処理は、図5のICデバイス100E等、ICデバイスを提供するために、図45及び図46の横断面図4500及び4600と、図20~図30の横断面図2000~3000に示されるように、継続されてもよい。
成されてもよいこと保証する。
をエッチングにより形成する。図8の横断面図800に例を示している。トレンチには、半導体基板内に向かって、光検出器画素間に延設されるトレンチと、画素エリアの外側に延設される少なくとも1つのトレンチと、が含まれる。
導電性ブリッジと後側TSVとを形成する。後側TSVは、前側導電性構造に連結される。導電性ブリッジは、後側TSVを基板内金属格子に連結する。この処理には、導電材料の堆積と、平坦化と、が含まれてもよい。図17及び図18の横断面図1700及び1800に一例を示している。図38及び図39の横断面図3800及び3900に他の例を示している。
がトレンチよりも幅広いことによって促進されてもよい例を示している。図53の横断面図5300は、後側TSVをより短くすることのできる前側TSV又はその他の構造を使用することにより、深さの差を低減又は取り除いてもよい他の例を示している。
る前側TSV又は類似の構造と連通させる例を示している。
で形成されてもよいが、参照されたプロセスステップは、基板内金属格子にバイアスを付与するのとは関連ない接触パッドの形成に貢献してもよい。
0では、基板内金属格子へのバイアス電圧の規制に、フィードバック制御を使用する。プロセスは、動作7101で開始され、初期のバイアス電圧を選択する。処理は、動作7103に続き、バイアス電圧を基板内金属格子に印加する。動作7105では、フォトセンサの性能を評価する。いくつかの実施形態において、これには、量子効率に関連の測定値を得ることと、クロストークに関連の測定値を得ることと、が含まれる。動作7109では、この評価に基づき、バイアス電圧選択を調整する。その後、プロセスは、動作7103を反復し、調整されたバイアス電圧を印加する。
サの製造方法は、前記金属格子から前記接触パッドまで延設された導電性ブリッジを形成することをさらに備える。いくつかの実施形態において、前記導電性ブリッジ及び前記接触パッドは、同時に形成される。いくつかの実施形態において、前記イメージセンサの製造方法は、前記後側に、金属層を備えた複合格子積層を堆積することをさらに備え、前記金属層は、前記導電性ブリッジと、前記接触パッドと、を提供する。いくつかの実施形態
において、前記イメージセンサの製造方法は、前記金属層を堆積することに先立って、前記金属格子の露出される開口を誘電層内に形成することをさらに備え、前記金属層は、前記金属格子に交差するビアを形成する。
産業上の利用可能性
101:後側
102、2601:パッド誘電体
103A、103F:接触パッド
104:パッド誘電体ライナ
105、125、161:前側隔離構造
107:第1の半導体基板
108:前側
109:第1の金属相互接続
110:第2の金属相互接続
111:第2の半導体基板
112:周辺エリア
112A:内側周辺エリア
112B:中間周辺エリア
112C:外側周辺エリア
113:論理ゲート
114:画素エリア
115:第2のワイヤ
117:第2のレベル間誘電体
118:第2のビア
119:第1のビア
120:第1のレベル間誘電体
121:第1のワイヤ
122:転送ゲート
123:浮遊拡散領域
124、140:エッチング停止層
126:光検出器画素
128:高誘電率ライナ
129:第2の誘電ライナ
131:誘電ライナ構造
132:正孔
133A、133C:基板内金属格子
134A、134C:後側隔離構造
135:134Aのセグメント
135C、157A、157B、157C、157D、157E:後側TSV
137:高誘電率キャッピング層
138:第2のキャッピング層
139:厚膜酸化層
141:後側金属格子
141A:141の一部
141B:アース棒
142:誘電格子
143:ハードマスク格子
145:カプセル化層
146:カラーフィルタ
147:マイクロレンズ
149:複合格子
152、166:ビア
153A:133Aのセグメント
153C:133Cのセグメント
155A、155F:導電性ブリッジ
156:充填物
159:誘電ライナ
160:前側TSV
162:TSVライナ
163:金属パッド
164:高濃度ドーピング領域
165A、165F、1603、1605、2301、3701、4307、4401、5601、6013:開口
167A、167F:凹状面
171:印加電圧
700、800、900、1000、1100、1200、1300、1400、1500、1600、1700、1800、1900、2000、2100、2200、2300、2400、2500、2600、2700、2800、2900、3000、3100、3200、3300、3400、3500、3600、3700、3800、3900、4000、4100、4200、4300、4400、4500、4600、4700、4800、4900、5000、5100、5200、5300、5400、5500、5600、5700、5800、5900、6000、6100、6200、6300、6400;横断面図
701:部分的に製造されたICデバイス
703:第2のICデバイス
710:図7Bの横断面図
801、801A、801C:トレンチ
803、1401、1601、2103、2303、2501、2701、2901、3101、4101、4801、5801、6001、6201、6301:マスク
1201、1701:導電層
1403、3501、4103、5301:TSV開口
1501、3003:導電層
1503:オーバーハング
2101:パッド開口
2401:パッド金属
2403:スリット
2903:アース棒開口
3001:金属層
3005:ハードマスク層
3009:複合格子積層
4301:厚膜誘電層
4303:4301の一部
4305:4303に対応する構造
4501:導電材料
4903:間隙
5001:充填材料
6500、6600、6700、6800、6900、7000、7100:プロセス
6501~6519、6601~6607、6701~6717、6801~6805、6901~6905、7001~7005、7101~7109:動作
A-A’、B-B’:横断面ライン
C:エリア
D1、D2、D3、D4:深さ
T1:厚さ
W1、W2:幅
Claims (11)
- イメージセンサであって、
前側、後側、画素エリア、及び周辺エリアを含む半導体基板と、
前記画素エリア内でアレイをなす光検出器画素と、
前記後側から前記半導体基板内に向かって前記光検出器画素間に延設され、基板内金属格子と、前記半導体基板から前記基板内金属格子を分離する誘電ライナーとを有する後側隔離構造と、
前記周辺エリア内の接触パッドと、
前記基板内金属格子を前記接触パッドに直接連結する1つ以上の導電性構造であって、前記1つ以上の導電性構造の一部は、前記周辺エリア内の前記前側での前側導電性構造である、導電性構造と、を備えるイメージセンサ。 - 前記前側導電性構造は、前記前側に配された金属パッドであり、前記1つ以上の導電性構造は、前記金属パッドと、前記周辺エリア内において前記後側から前記半導体基板内に向かって延設された後側基板貫通ビア(TSV)と、を備え、
前記基板内金属格子と前記金属パッドとの間の接続は、前記後側TSVを通じてなされる請求項1に記載のイメージセンサ。 - 前記1つ以上の導電性構造は、前記後側において、前記基板内金属格子を前記後側TSVに連結する導電性ブリッジをさらに備える請求項2に記載のイメージセンサ。
- 前記基板内金属格子は、前記周辺エリア内に延設され、前記後側TSVに交差する請求項2に記載のイメージセンサ。
- 前記金属パッドは、前記後側TSVから前記接触パッドの直下まで延設される請求項2に記載のイメージセンサ。
- 前記画素エリア内の後側金属格子をさらに備え、
前記後側金属格子は、前記半導体基板の外側にある請求項1に記載のイメージセンサ。 - 前記前側導電性構造は、金属パッド及び前側基板貫通ビアを備え、前記1つ以上の導電性構造は、前記周辺エリアにおいて、前記金属パッド、前記前側基板貫通ビア、及び後側基板貫通ビアを備える請求項1に記載のイメージセンサ。
- イメージセンサであって、
前側、後側、画素エリア、及び周辺エリアを含む半導体基板と、
前記画素エリア内でアレイをなす光検出器画素と、
前記後側内から前記半導体基板内に向かって、前記光検出器画素間に延設される後側隔離構造と、
接触パッドと、を備え、
前記後側隔離構造は、基板内金属格子と、前記半導体基板から前記基板内金属格子を分離する誘電ライナーと、を備え、
前記基板内金属格子は、前記接触パッドに連結されることにより、前記基板内金属格子への電圧が、前記接触パッドへの電圧で、連続的に可変となるようにし、前記基板内金属格子と前記接触パッドとの連結パスの一部は、前側導電性構造である、イメージセンサ。 - イメージセンサの製造方法であって、
前側と、後側と、画素エリアと、周辺エリアと、前記画素エリア内においてアレイをなす光検出器画素と、前記周辺エリア内の前記前側での前側導電性構造と、を備える半導体基板を提供することと、
前記半導体基板内に向かって前記光検出器画素間に延設されるセグメントを有する金属格子を含んだ後側隔離構造を形成することと、
前記周辺エリア内において前記後側から前記半導体基板内に向かって延設された後側基板貫通ビア(TSV)を形成することと、
前記後側に接触パッドを形成することと、を備え、
前記金属格子は、少なくとも前記後側基板貫通ビア(TSV)及び前記前側導電性構造を介して、前記接触パッドに連結され、前記金属格子は、前記接触パッドに連結されることにより、前記金属格子への電圧が、前記接触パッドへの電圧で、連続的に可変となるようにする、イメージセンサの製造方法。 - 提供された前記半導体基板に含まれる前記前側導電性構造は、金属パッドを備える、請求項9に記載の方法。
- 提供された前記半導体基板に含まれる前記前側導電性構造は、前側基板貫通ビア(TSV)及び金属パッドを備える、請求項9に記載の方法。
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