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HINTERGRUND
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Ein
Bildsensor ist ein Halbleiterbauelement zur Umwandlung optischer
Bilder in elektrische Signale, und wird im Allgemeinen in Bildsensoren
mit ladungsgekoppelten Bauelementen (CCD) und in Komplementär-Metall-Oxid-Halbleiter-(CMOS)-Bildsensoren
klassifiziert.
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Ein
CCD-Bildsensor ist mit Metall-Oxid-Silizium-(MOS)-Kondensatoren ausgestattet,
die räumlich nahe
beieinander angeordnet sind, und Ladungsträger werden in den Kondensatoren
gespeichert und zu ihnen transferiert.
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Ein
CMOS-Bildsensor kann mit einer Vielzahl von MOS-Transistoren ausgestattet sein, die Bildpunkten
eines Halbleiterbauelementes entsprechen, das einen Steuerungs-Schaltkreis
und einen Signalverarbeitungs-Schaltkreis als Peripherie-Schaltkreise hat.
Der Steuerungs-Schaltkreis und die Signalverarbeitungseinheit können zusammen
integriert sein, um ein Schaltverfahren einzusetzen, das das Ausgangssignal
durch die MOS-Transistoren detektiert.
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Vertikale
Bildsensoren, die so strukturiert sind, dass sie Licht empfangende
Bereiche haben, die in der Lage sind, die Farben rot, grün und blau
zu erkennen, können
in vertikaler Richtung angeordnet werden, wodurch eine Bildqualität realisiert
wird, die ungefähr
dreimal so groß ist
wie bei einem horizontalen Bildsensor. Der vertikale Bildsensor
kann auch ohne einen getrennten Farbfilterungs-Prozess verschiedene
Farben wiedergeben, so dass er die Produktivität verbessern und die Produktionskosten
verringern kann.
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ZUSAMMENFASSUNG
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Ausführungen
beziehen sich auf einen Bildsensor, der eine verbesserte Bildqualität hat.
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Ausführungen
beziehen sich auf einen Bildsensor, umfassend eine erste Epitaxieschicht,
die eine erste Fotodiode aufweist, eine zweite Epitaxieschicht,
die auf und/oder über
der ersten Epitaxieschicht ausgebildet ist, wobei die zweite Epitaxieschicht
eine zweite Fotodiode und einen ersten Anschluss aufweist, und eine
dritte Epitaxieschicht, die auf und/oder über der zweiten Epitaxieschicht ausgebildet
ist, wobei die dritte Epitaxieschicht eine dritte Fotodiode, einen
zweiten Anschluss und eine Isolationsschicht aufweist. Die dritte
Photodiode ist in der dritten Epitaxieschicht vergabelt.
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Ausführungen
beziehen sich auf einen Bildsensor, der folgendes enthält:
eine
erste Epitaxieschicht, die über
einem Halbleitersubstrat ausgebildet ist;
eine erste Fotodiode,
die auf der ersten Epitaxieschicht ausgebildet ist; eine zweite
Epitaxieschicht, die auf und/oder über der ersten Epitaxieschicht
ausgebildet ist;
eine zweite Fotodiode, die in der zweiten
Epitaxieschicht ausgebildet ist;
einen ersten Anschluss, der
in der zweiten Epitaxieschicht ausgebildet ist;
eine dritte
Epitaxieschicht, die auf und/oder über der zweiten Epitaxieschicht
ausgebildet ist;
eine Vielzahl von Isolationsschichten, die
auf und/oder über
der dritten Epitaxieschicht ausgebildet sind, um einen Isolationsbereich
und einen aktiven Bereich zu trennen;
eine Vielzahl von zweiten
Anschlüssen,
die in der dritten Epitaxieschicht benachbart zu und in direktem Kontakt
zu einer entsprechenden aus der Vielzahl der Isolationsschichten
ausgebildet sind;
eine dritte Fotodiode, die in der dritten
Epitaxieschicht ausgebildet ist; und eine Gate-Struktur, die über der
dritten Epitaxieschicht ausgebildet ist. Gemäß Ausführungen liegt die oberste Oberfläche der dritten
Fotodiode offen.
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Ausführungen
beziehen sich auf ein Verfahren zum Ausbilden eines Bildsensors,
das mindestens einen der folgenden Schritte umfasst:
Ausbilden
einer ersten Epitaxieschicht auf und/oder über einem Halbleitersubstrat;
Ausbilden
einer ersten Fotodiode in der ersten Epitaxieschicht;
Ausbilden
einer zweiten Epitaxieschicht auf und/oder über der ersten Epitaxieschicht,
die die erste Fotodiode enthält;
Ausbilden einer zweiten Fotodiode in der zweiten Epitaxieschicht;
Ausbilden
einer dritten Epitaxieschicht auf und/oder über der zweiten Epitaxieschicht,
die die zweite Fotodiode enthält;
und
Vergraben einer dritten Fotodiode in der dritten Epitaxieschicht.
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ZEICHNUNGEN
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Die
beispielhaften 1 bis 7 zeigen
einen vertikalen Bildsensor gemäß Ausführungen.
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BESCHREIBUNG
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In
der Beschreibungen der Ausführung
versteht sich von selbst, dass wenn eine Schicht (eine Beschichtung),
ein Bereich, ein Muster oder eine Struktur als "auf (oberhalb von/über/obere)" oder "unter (unterhalb von/unten/untere)" einem anderen Substrat,
einer anderen Schicht (oder Beschichtung), einem anderen Bereich,
einer anderen Kontaktfläche oder
einem anderen Muster bezeichnet wird, sie direkt auf dem anderen
Substrat, der anderen Schicht (oder Beschichtung), dem anderen Bereich,
der anderen Kontaktfläche
oder dem anderen Muster liegen kann, oder ein oder mehrere dazwischen
liegende Schichten vorhanden sein können. Ferner versteht sich
von selbst, dass wenn eine Schicht (eine Beschichtung), ein Bereich,
ein Muster, eine Kontaktfläche
oder eine Struktur als "zwischen" zwei Schichten (oder
Beschichtungen), Bereichen, Kontaktflächen oder Mustern bezeichnet
wird, sie die einzige Schicht zwischen den beiden Schichten (oder
Beschichtungen), Bereichen, Kontaktflächen oder Mustern ist, oder
ein oder mehrere dazwischen liegende Schichten vorhanden sein können. Dies
muss somit durch die technische Idee der Erfindung bestimmt werden.
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Wie
in der beispielhaften 1 gezeigt, kann ein vertikaler
Bildsensor gemäß Ausführungen
eine erste Epitaxieschicht 2 enthalten, die auf und/oder über einem
Halbleitersubstrat 1 ausgebildet ist. Das Halbleitersubstrat 1 kann
ein p-Typ-Halbleitersubstrat
sein. Dotierstoffe vom n-Typ, wie z. B. Arsen-(As)-Ionen können in
die erste Epitaxieschicht 2 implantiert werden, wodurch
eine Fotodiode R für
rot ausgebildet wird. Anschließend
können
Bor-Ionen zwischen die Fotodioden für rot implantiert werden, wodurch
ein Isolationsbereich ausgebildet wird.
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Eine
zweite Epitaxieschicht 3 kann auf und/oder über der
ersten Epitaxieschicht 2 ausgebildet werden, und dann können Dotierstoffe
vom n-Typ, wie z. B. Arsen, in die zweite Epitaxieschicht 3 implantiert
werden, wodurch eine Fotodiode G für grün ausgebildet wird. Anschließend können Bor-Ionen
zwischen die Fotodioden für
grün implantiert werden,
wodurch ein Isolationsbereich ausgebildet wird.
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Ionen
mit hoher Energie können
in die zweite Epitaxieschicht 3 implantiert werden, wodurch
ein erster Anschluss 5 ausgebildet wird.
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Eine
dritte Epitaxieschicht 4 kann auf und/oder über der
zweiten Epitaxieschicht 3 ausgebildet werden. Eine Isolationsschicht 6 zur
Trennung eines Isolationsbereichs und eines aktiven Bereichs kann
auf und/oder über
der dritten Epitaxieschicht 3 ausgebildet werden. Die Isolationsschicht 6 kann
unter Verwendung eines Shallow-Trench-Isolation-(STI)-Prozesses
ausgebildet werden.
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Anschließend kann
eine Gate-Struktur 7 auf und/oder über der dritten Epitaxieschicht 4 ausgebildet
werden. Dotierstoffe vom n-Typ, wie z. B. Arsen, können in
die dritte Epitaxieschicht 4 implantiert werden, wodurch
eine Fotodiode B für
blau ausgebildet wird. Ionen mit hoher Energie können in die dritte Epitaxieschicht 4 implantiert
werden, wodurch ein zweiter Anschluss 8 ausgebildet wird.
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In
dem vertikalen Bildsensor, der gemäß Ausführungen hergestellt wird, kann
die Fotodiode B für
blau auf und/oder über
der Oberfläche
der dritten Epitaxieschicht 4 ausgebildet werden, um Licht
einer kurzen Wellenlänge
zu empfangen. Folglich kann die oberste Oberfläche der Fotodiode B für blau offen
liegen und nicht durch die dritte Epitaxieschicht 4 bedeckt
sein.
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Es
wurden Tests an dem vertikalen Bildsensor, der gemäß Ausführungen
hergestellt wurde, durchgeführt,
um festzustellen, wie groß der
Einfluss der Fotodiode B für
blau auf die Bildqualität,
d. h. auf die Präzision
eines ausgegebenen Bildes, ist. Demzufolge kann durch die Fotodiode
B für blau
ein Leckstrom erhöht
werden, und somit kann sich die Bildqualität verschlechtern.
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Darüber hinaus
kann der Bildsensor, der gemäß Ausführungen
hergestellt wurde, so angeordnet werden, dass ein zweiter Anschluss 8 lateral
in Kontakt mit oder benachbart zur Isolationsschicht 6 ausgebildet
wird.
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Der
Einfluss, den die laterale räumliche
Nähe oder
der Abstand zwischen dem zweiten Anschluss 8 und der Isolationsschicht 6 auf
die Bildqualität
hat, kann durch Tests analysiert werden. In einem ersten Test beträgt der laterale
räumliche
Abstand zwischen dem zweiten Anschluss 8 und der Isolationsschicht 6 0,08 μm. In einem
zweiten Test beträgt
der laterale räumliche Abstand
zwischen dem zweiten Anschluss 8 und der Isolationsschicht 6 1,10 μm. Durch
die Tests wurde festgestellt, dass wenn der laterale räumliche
Abstand klein wird, sich der Leckstrom durch die Isolationsschicht 6 erhöht, und
somit die Bildqualität
verringert wird.
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Wie
in der beispielhaften 2 gezeigt, kann eine erste Epitaxieschicht 20 auf
und/oder über
einem Halbleitersubstrat 10 ausgebildet werden. Dotierungs-Ionen
vom n-Typ, wie z. B. Arsen-(As)-Ionen, können in die erste Epitaxieschicht 20 implantiert werden,
wodurch eine Fotodiode R für
rot ausgebildet wird. Das Halbleitersubstrat 10 kann ein p-Typ-Halbleitersubstrat
sein, in das Dotierstoffe vom p-Typ implantiert sind.
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Eine
zweite Epitaxieschicht 30 kann auf und/oder über der
ersten Epitaxieschicht 20 ausgebildet werden. Dotierungs-Ionen
vom n-Typ, wie z. B. Arsen-(As)-Ionen, können in die zweite Epitaxieschicht 30 implantiert
werden, wodurch eine Fotodiode G für grün ausgebildet wird. Ein erster
Anschluss 50 kann ausgebildet werden, um sich im Wesentlichen
vertikal durch die zweite Epitaxieschicht 30 auszudehnen.
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Eine
dritte Epitaxieschicht 40 kann auf und/oder über der
zweiten Epitaxieschicht 30 ausgebildet werden. Eine Vielzahl
von Isolationsschichten 60 zur Trennung eines Isolationsbereichs
und eines aktiven Bereichs kann in der dritten Epitaxieschicht 40 ausgebildet
werden. Die Isolationsschichten 60 können als Shallow-Trench-Isolation-(STI)-Schichten ausgebildet
werden. Eine Fotodiode B für
blau und eine Vielzahl von zweiten Anschlüssen 80 kann auf und/oder über dem
aktiven Bereich mit Ausnahme der Isolationsschicht 60 ausgebildet
werden. Zweite Anschlüsse 80 können ausgebildet
werden, um sich vertikal durch die dritte Epitaxieschicht 40 auszudehnen.
Die Fotodiode B für
blau kann in der dritten Epitaxieschicht 40 zwischen einer
Gate-Struktur 70 und der Isolationsschicht 60 ausgebildet
werden. Der zweite Anschluss 80 kann elektrisch mit dem
ersten Anschluss 50 verbunden sein. Die Gate-Struktur 70 kann
eine Oxidschicht und dotiertes Polysilizium enthalten und auf und/oder über der
dritten Epitaxieschicht 40 ausgebildet werden.
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Die
Fotodiode B für
blau kann in der dritten Epitaxieschicht 40 vergraben sein,
ohne dass ihre oberste Oberfläche
offen liegt. Zum Beispiel kann die Fotodiode B für blau in der dritten Epitaxieschicht 40 in
einer Tiefe von ungefähr
0,010 μm
bis 0,200 μm vergraben
sein. Die Fotodiode B für
blau kann auch in einer Tiefe von ungefähr 0,08 μm von der obersten Oberfläche der
dritten Epitaxieschicht 40 vergraben sein.
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Der
zweite Anschluss 80 kann in der dritten Epitaxieschicht 40 ausgebildet
sein. Der zweite Anschluss 80 kann einen vorher festgelegten
lateralen Abstand von der Isolationsschicht 60 haben. Der zweite
Anschluss 80 kann einen lateralen Abstand von mindestens
ungefähr
0,08 μm
von der Isolationsschicht 60 haben. Der zweite Anschluss 80 kann auch
einen lateralen Abstand von ungefähr 1,10 μm von der Isolationsschicht 60 haben.
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Wie
in der beispielhaften 3 gezeigt, wird eine erste Epitaxieschicht 20 auf
dem Halbleitersubstrat 10. wie z. B. einem p-Typ-Halbleitersubstrat, ausgebildet.
Dotierungs-Ionen vom n-Typ,
wie z. B. Arsen-(As)-Ionen, können
dann in die erste Epitaxieschicht 20 implantiert werden,
wodurch eine Fotodiode R für
rot ausgebildet wird. Anschließend
können
Bor-Ionen zwischen die Fotodiode R für rot implantiert werden, wodurch
ein Isolationsbereich gebildet wird.
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Wie
in der beispielhaften 4 gezeigt, kann eine zweite
Epitaxieschicht 30 auf und/oder über der ersten Epitaxieschicht 20 ausgebildet
werden. Dotierungs-Ionen vom n-Typ können in die zweite Epitaxieschicht 30 implantiert
werden, wodurch eine Fotodiode G für grün ausgebildet wird. Anschließend können Bor-Ionen
zwischen die Fotodioden G für
grün implantiert
werden, wodurch ein Isolationsbereich ausgebildet wird. Dann können Ionen
mit hoher Energie in die zweite Epitaxieschicht 30 implantiert
werden, wodurch ein erster Anschluss 50 ausgebildet wird,
der sich durch die zweite Epitaxieschicht 30 erstreckt.
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Wie
in der beispielhaften 5 gezeigt, kann eine dritte
Epitaxieschicht 40 auf und/oder über der zweiten Epitaxieschicht 30 ausgebildet
werden. Ein Isolationsbereichs-Ausbildungs-Prozess
zur Trennung eines Isolationsbereichs und eines aktiven Bereichs
kann auf und/oder über
der dritten Epitaxieschicht 40 durchgeführt werden, wodurch eine Vielzahl
von Isolationsschichten 60 ausgebildet wird. Die Isolationsschichten 60 können unter
Verwendung eines STI-Prozesses ausgebildet werden.
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Anschließend kann
eine Oxidschicht ausgebildet werden, und dotiertes Polysilizium 71 kann
auf der Oxidschicht abgeschieden werden. Es kann ein Fotolithografie-Prozess
durchgeführt
werden, um eine Gate-Struktur 70 auszubilden, die aus der
Oxidschicht und dem nach dem Ätzen
verbliebenen Polysilizium 71 besteht. Anschließend können Dotierungs-Ionen
vom n-Typ auf und/oder über
der obersten Oberfläche
der dritten Epitaxieschicht 40 implantiert werden, wodurch
darauf eine Fotodiode B für blau
ausgebildet wird.
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Wie
in der beispielhaften 6 gezeigt, können Dotierungs-Ionen vom p-Typ in
die Oberfläche der
dritten Epitaxieschicht 40 implantiert werden, wodurch
eine Abdeckschicht 41 vom p-Typ auf und/oder über der
Fotodiode B für
blau ausgebildet wird. Folglich wird die Fotodiode B für blau unter
der obersten Oberfläche
der dritten Epitaxieschicht 40 vergraben.
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Die
Abdeckschicht 41 vom p-Typ kann so ausgebildet werden,
dass sie eine Dicke zwischen ungefähr 0,010 μm bis 0,200 μm von der Oberfläche der
dritten Epitaxieschicht 40 hat. Die Abdeckschicht 41 vom
p-Typ kann so ausgebildet werden, dass sie eine Dicke von ungefähr 0,08 μm von der
obersten Oberfläche
der dritten Epitaxieschicht 40 hat.
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Die
Fotodiode B für
blau kann so ausgebildet werden, dass sie eine Dicke zwischen ungefähr 0,010 μm bis 0,200 μm von der
obersten Oberfläche der
dritten Epitaxieschicht 40 hat, indem n-Typ-Dotierungs-Ionen,
die eine hohe Energie haben, implantiert werden. Die Fotodiode B
für blau
kann in einer Dicke von ungefähr
0,08 μm
von der obersten Oberfläche
der dritten Epitaxieschicht 40 ausgebildet werden.
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Wie
in der beispielhaften 7 gezeigt, können Ionen mit hoher Energie
in die dritte Epitaxieschicht 40 implantiert werden, wozu
eine Maske verwendet wird, die die Isolationsschicht 60 und
einen Teil des umgebenden Bereichs als Ionenimplantations-Maske
abdeckt, wodurch der zweite Anschluss 80 neben der Isolationsschicht 60 ausgebildet
wird. Die Maske kann um ungefähr
0,08 μm
oder mehr größer als
eine Kante der Isolationsschicht 60 verwendet werden. Gemäß Ausführungen
kann eine Maske verwendet werden, die um ungefähr 1,10 μm größer ist.
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In
der vorliegenden Beschreibung bedeutet jeder Verweis auf "eine Ausführung", "Ausführung", "Ausführungsbeispiel", usw., dass ein
spezielles Merkmal, eine Struktur oder ein Kennmerkmal, welches,
bzw. welche in Verbindung mit der Ausführung beschrieben wird, in
mindestens einer Ausführung der
Erfindung enthalten ist. Das Auftreten derartiger Ausdrucksweisen
an verschiedenen Stellen in der Beschreibung verweist nicht notwendig
sämtlich
auf die gleiche Ausführung.
Ferner sei bemerkt, dass, wenn ein besonderes Merkmal, eine Struktur
oder ein Kennmerkmal in Verbindung mit einer beliebigen Ausführung beschrieben
wird, es sich innerhalb des Bereichs der Möglichkeiten eines Fachkundigen
befindet, ein derartiges Merkmal, eine Struktur oder ein Kennmerkmal
in Verbindung mit anderen der Ausführungen zu bewirken.
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Obwohl
hier Ausführungen
beschrieben wurden, sei bemerkt, dass zahlreiche weitere Abwandlungen
und Ausführungen
durch Fachkundige entworfen werden können, welche unter Prinzip
und Schutzumfang der vorliegenden Offenbarung fallen. Insbesondere
sind viele Änderungen
und Abwandlungen der Bauteile und/oder der Anordnungen der fraglichen
Kombinationsanordnung innerhalb des Schutzumfangs der Offenbarung,
der Zeichnungen und der beigefügten
Ansprüche
möglich.
Zusätzlich zu Änderungen
und Abwandlungen der Bauteile und/oder der Anordnungen sind alternative
Verwendungen gleichfalls für
Fachkundige ersichtlich.