专利名称：用于减少条纹图案的方法和装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及用于减少条纹图案的方法，还涉及用于减少条纹图案的装置。
背景技术：
随着技术的发展，由于互补金属氧化物半导体(CMOS)图像传感器固有的特定优势，使得CMOS图像传感器相对于传统的电荷耦合器件(CCD)变得日益流行。具体而言，CMOS图像传感器可以具有高图像获取率、较低的工作电压、较低的功耗和较高的抗噪性。此外，CMOS图像传感器可以在与逻辑和存储器件相同的大容量晶圆加工线上制造。结果，CMOS图像芯片可以包括图像传感器和所有必需的逻辑器件，诸如放大器、A/D转换器等。CMOS图像传感器是像素化的金属氧化物半导体。CMOS图像传感器通常包括感光图像元素(像素)阵列，其中的每一个都可以包括晶体管(开关晶体管和复位晶体管)、电容器、和感光元件(例如，光电二极管)。CMOS图像传感器应用感光CMOS电路将光子转换成电子。感光CMOS电路通常包括在硅衬底中形成的光电二极管。当光电二极管暴露于光时，在光电二极管中感生电荷。当光从对象场景入射在像素上时，每一个像素都可以生成与落在像素上的光量成比例的电子。而且，电子可以转换成像素中的电压信号，并进一步通过A/D转换器转换成数字信号。多个外围电路可以接收数字信号并对其进行处理以显示对象场景的图像。CMOS图像 传感器可以包括在衬底顶部上形成的诸如介电层和互连层的多个其他层，其中，互连层用于将光电二极管与外围电路连接起来。具有CMOS图像传感器的其他层的面通常被称为前面，而具有衬底的面被称为背面。根据光程差，CMOS图像传感器可以进一步被分成两大类，即前照式(FSI)图像传感器和背照式(BSI)图像传感器。在FSI图像传感器中，来自对象场景的光入射到CMOS图像传感器的前面上，穿过介电层和互连层，并最终落到光电二极管上。光程中的其他层可以限制被光电二极管吸收的光的量，以便减少量子效应。相反，在BSI图像传感器中，光入射在CMOS图像传感器的背面上而无其他层的阻碍。结果，光能够通过直接路径射到光电二极管。这种直接路径有助于增加转换成电子的光子的数目。为了提高BSI图像传感器的量子效率，将BSI图像传感器的衬底减薄至厚度处于约2μπ 至2.5μ 的范围内。此外，通过离子注入工艺，可以在减薄的衬底上形成厚度为约100Α的薄P+层，从而进一步提高量子效率。随后，可以实施激光退火工艺以激活注入的P+离子以及修复由离子注入工艺引起的晶体缺陷。这种激光退火工艺由于对图像传感器阵列的激光扫描边界效应可以导致形成黑暗模式图像条纹图案。
发明内容
为了解决现有技术中存在的问题，根据本发明的一个方面，提供了一种方法，包括:在晶圆中注入传感器；施加激光束以退火所述晶圆，其中，所述激光束的边界尺寸大于由多个传感器形成的传感器阵列的边界尺寸；施加入射光至所述晶圆的表面；接收来自所述入射光的散射光信号；基于所述散射光信号生成表面图像；确定所述晶圆的所述传感器阵列的边缘和相邻的激光束边界之间的距离；以及如果所述距离小于预定值，则重新校准所述激光束。在上述方法中，进一步包括:测量所述传感器阵列的边缘和参照点之间的第一距离；测量激光束边界线和所述参照点之间的第二距离，其中，所述激光束边界线与所述传感器阵列的所述边缘相邻；以及通过所述第二距离减去所述第一距离计算激光退火裕度。在上述方法中，进一步包括:定位所述激光束，以使激光束边界落在所述传感器阵列的外部。在上述方法中，进一步包括:对第一背照式图像传感器晶圆实施激光退火工艺；基于所述距离计算激光退火裕度；以及如果所述激光退火裕度大于所述预定值，则对第二背照式图像传感器晶圆实施所述激光退火工艺。在上述方法中，进一步包括:减薄背照式图像传感器晶圆的衬底的背面；在所述衬底的背面上注入P+离子；以及使用激光束实施激光退火工艺。在上述方法中，进一步包括:提供光源；以及配置所述光源和反射镜，以使来自所述光源的光以小入射角射到经过激光退火的背照式图像传感器晶圆的背面。在上述方法中，进一步包括:提供光源；以及配置所述光源和反射镜，以使来自所述光源的光以小入射角射到经过激光退火的背照式图像传感器晶圆的背面，其中，所述光源具有范围为300nm至400nm的波长。根据本发明的另一方面，还提供了一种方法，包括:在晶圆中形成多个传感器阵列；对所述晶圆的 背面实施减薄工艺；在所述晶圆的所述背面上形成P+离子注入层；使用激光束对所述P+离子注入层实施激光退火工艺，其中，所述激光束的边界尺寸大于由多个传感器形成的传感器阵列的边界尺寸；以入射角在所述晶圆的所述背面上施加光；从所述背面接收散射光信号；确定传感器阵列边界和相邻的激光束边界之间的距离；以及如果所述距离小于预定值，则重新校准所述激光束。在上述方法中，进一步包括:修复由P+离子注入工艺引起的晶体缺陷；以及使用所述激光束激活P+离子。在上述方法中，进一步包括:减薄背照式传感器晶圆的背面至厚度处于2μπι至
2.5 μ m的范围内。在上述方法中，进一步包括:使用光检测器检测所述散射光信号；生成所述晶圆的背面图像；根据所述背面图像确定传感器阵列边界的第一位置；确定激光束边界的第二位置；以及计算所述传感器阵列边界和所述激光束边界之间的位置关系。在上述方法中，进一步包括:使用光检测器检测所述散射光信号；生成所述晶圆的背面图像；根据所述背面图像确定传感器阵列边界的第一位置；确定激光束边界的第二位置；以及计算所述传感器阵列边界和所述激光束边界之间的位置关系，所述方法进一步包括:如果所述传感器阵列边界与所述激光束边界重叠，则重新定位所述激光束。在上述方法中，进一步包括:使用正方形激光束对所述P+离子注入层实施所述激光退火工艺，其中，所述正方形激光束的正方形边界大于所述传感器阵列边界。根据本发明的又一方面，还提供了一种装置，包括:光检测器，被配置用于从晶圆的表面接收散射光信号，所述晶圆包括多个传感器阵列，每一个传感器阵列的边界都小于激光束的边界；光源，与所述晶圆的所述表面光耦合，其中，来自所述光源的光以小入射角射到所述表面；以及处理器，被配置用于测量传感器阵列边界和激光束边界之间的距离，其中，如果所述距离小于预定值，则重新校准激光退火工艺。 在上述装置中，进一步包括位于所述光源和所述晶圆的所述表面之间的反射镜。在上述装置中，其中，所述晶圆是包括多个传感器阵列的背照式传感器晶圆。在上述装置中，其中，所述晶圆是包括多个传感器阵列的背照式传感器晶圆，其中，所述传感器阵列包括多个传感器，每一个传感器都包括嵌入在所述晶圆的衬底中的光
电二极管。在上述装置中，其中，所述光源具有范围为300nm至400nm的波长。在上述装置中，其中，所述晶圆的背面减薄至厚度处于2μπι至2.5μπι的范围内。在上述装置中，其中，当传感器阵列边界和激光束边界之间的距离大于所述预定值时，对第二晶圆实施激光退火工艺。
为了更完全地理解本发明及其优点，现在将结合附图所进行的以下描述作为参考，其中:·图1A至图1D示出了在激光退火工艺之后的背照式(BSI)图像传感器晶圆的背面上的图像图案；图2示出了根据实施例检测激光束的边界和图像传感器阵列的边界之间的位置关系的方法；图3示出了根据实施例的激光束边界和传感器阵列边界之间的示例性位置关系；以及图4示出了根据实施例用于减少图像条纹图案的方法的流程图。除非另有说明，在不同的附图中对应的数字和符号通常是指对应的部件。绘制附图用于清楚地示出各个实施例的相关方面，并且不是按比例绘制的。
具体实施例方式下面详细讨论本发明实施例的制造和使用。然而，应该理解，本发明提供了许多可以在各种具体环境中实现的可应用的概念。所讨论的具体实施例仅仅是制造和使用本发明实施例的示例性具体方式，而不用于限制本发明的范围。将参考具体环境中的实施例描述本发明，S卩，用于减少背照式(BSI)图像传感器的图像条纹图案的方法。然而，本发明的实施例也可以适用于各种互补金属氧化物半导体(CMOS)图像传感器。BSI图像传感器晶圆100可以包括多个图像传感器和它们对应的外围电路。根据BSI图像传感器的制造工艺，可以将BSI图像传感器晶圆100的衬底的背面减薄至厚度处于约2μπι至约2.5μπι的范围内，从而使得光能够穿过衬底(未示出)并射到嵌入在衬底中的光电二极管。而且，可以在减薄的衬底的背面上形成薄P+离子层，从而增加转换成电子的光子的数目。P+离子注入工艺可以导致晶体缺陷。为了修复晶体缺陷并激活注入的P+离子，可以对BSI图像传感器晶圆100的背面实施激光退火工艺。
首先参考图1A，根据实施例示出了 BSI图像传感器晶圆的横向激光扫描。折测线102表示激光束(未示出)的移动路径。可选地，可以通过采用如图1B中所示的BSI图像传感器晶圆100的纵向激光扫描实施激光退火工艺。根据实施例，激光束可以是有效边界尺寸为7 μ m乘27mm的线激光。而且，如图1C中所示，激光束可以是有效边界尺寸为15mm乘15mm的正方形激光。激光退火工艺的详细操作是本领域中熟知的，并因此为避免重复而在本文中不做讨论。激光束的边界可以略微大于图像传感器阵列(例如，图1D中示出的传感器阵列108)的边界。当激光束沿着图1A中所示的路径移动时，激光束的边界可以在BSI图像传感器晶圆100上产生相应的高激光能区域，因为在激光束的边界处可能有激光重叠光点。可选地，可以通过如图1B中所示的纵向扫描BSI图像传感器晶圆100实施激光退火工艺。折测线104表示激光束的移动路径。与横向激光扫描相似，纵向激光扫描可以导致较高的激光能分布在两个邻近的传感器阵列之间的边界处。而且，正方形激光可以具有边界效应，如果正方形激光的边界与传感器重叠，则边界效应可以引起条纹图案。图1D示出了根据实施例的在激光退火工艺之后的BSI图像传感器晶圆的背面的俯视图。如图1D中所示，在BSI图像传感器晶圆100的背面上可以具有多个正方形。每个正方形表示扫描通过BSI图像传感器晶圆100的激光束的边界。为了更好地示出激光束的边界和晶圆100的图像传感器阵列的边界之间的详细位置关系，将BSI图像传感器晶圆100的一部分放大了，示出在虚线表示的长方形106中。如ID中所示，每个灰色正方形表示传感器阵列，其可以包括多个图像传感器(未示出)。而且，每个灰色正方形(例如，108)被封闭在由线112、114、122和124形成的正方形中。该正方形表示激光束的边界。为了避免黑暗模式图像条纹图案，选择激光束以使激光束边界不在灰色正方形(例如，108)内。然而，由于工艺和激光设备操作的变化，激光束的位置可以移动从而使得激光束的边界可 能落在灰色正方形内，在图像传感器中伴随有图像条纹图案。鉴于此，检测激光束的边界和图像传感器阵列的边界之间的位置关系是必要的。图2示出了根据实施例检测激光束的边界和图像传感器阵列的边界之间的位置关系的方法。在激光退火工艺之后，将光源206通过反射镜208施加于BSI图像传感器晶圆204的背面。根据实施例，光源具有范围为约300nm至约400nm的波长。如图2中所示，通过应用反射镜208，可以实现小的入射角。这种小的入射角有助于增加散射光210的强度。应用光检测器202来接收散射光并进一步分析由散射光重新得到的图像图案。根据实施例，可以通过使用表面扫描仪(例如，KLA-Tencor SP2)的雾度测量功能来应用光检测器202。分析BSI传感器晶圆的图像图案的一个有利特征是可以确定激光束的边界和传感器阵列的边界之间的位置关系。鉴于此，如果激光束边界落在传感器阵列的边界内，微调激光退火设备，从而使得激光束边界位于传感器阵列边界的外部。图3示出了根据实施例的激光束边界和传感器阵列边界之间的示例性位置关系。每个传感器阵列可以包括4个图像传感器。此外，每个传感器阵列都被封闭在表示激光束边界的白色正方形中。如图3中所示，传感器314邻近于第一激光边界线304和第二激光束边界线306。传感器314的左侧边缘和参照点R之间的距离被定义为B。类似地，边界线304和参照点R之间的距离被定义为A。激光退火工艺的工艺裕度(process margin)被定义为D，其为A和B之间的差值。根据实施例，当D大于预定值(例如，200 μ m)时，激光退火工艺具有足够的裕度，并且可以不出现图像条纹图案。另一方面，当D小于预定值时，由于工艺和操作的变化可能出现图像条纹图案。因此，可以重新校准激光退火设备，以便保持激光束边界没有落在传感器阵列边界内。图4示出了根据实施例用于减少图像条纹图案的方法的流程图。在步骤400，可以具有多个BSI图像传感器晶圆。根据BSI图像传感器晶圆的制造工艺，对衬底的背面实施衬底减薄工艺，以使衬底的厚度减少至约2 μ m至约2.5 μ m的范围内。这种减薄的衬底有助于容许光从衬底的背面传播。换句话说，光能够穿过衬底的背面并到达光有源层(例如，光电二极管)而不被吸收。在步骤401，通过离子注入工艺，可以在减薄的衬底上形成薄P+层，从而提高量子效率。根据实施例，薄P+层的厚度处于约100A至约Iym的范围内。在步骤402，对衬底的背面实施激光退火工艺，以修复由于P+离子注入引起的缺陷并激活P+离子。应该注意至|J，在激光退火工艺中的激光束可以具有不均匀的能量分布。例如，激光束的边界区域处的能量密度不等于激光束 中心处的能量密度。此外，当激光束扫描通过两个邻近的图像传感器时，在两个邻近的图像传感器处可能具有重叠的激光光点。这种重叠的激光光点如果落在图像传感器边界内可以引起图像条纹图案。换句话说，即使是光没有射到BSI图像传感器的光有源层，图像传感器仍可以产生电子。鉴于此，为防止激光退火工艺生成图像条纹图案，对激光束的边界以及对传感器阵列的边界的估计是必要的。在步骤404，将光源施加至经过激光退火的晶圆。根据由光检测器接收的散射光图案，可以基于散射光图案计算图像传感器阵列的边界和激光束的边界。例如，将图像传感器的边缘到参照点的距离定义为B。将激光束的邻近的边缘到参照点的距离定义为A。在步骤406，在测量A和B之后，可以通过由A减去B来计算激光束和图像传感器之间的距离。在步骤408，如果D大于预定值(例如，200 μ m)，那么在步骤412算法执行其中停止激光退火工艺的步骤412，而在步骤414实施激光退火工具的微调工艺。另一方面，如果D小于预定值，则算法执行步骤410，在步骤410中算法放行激光退火工艺用于其他BSI图像传感器晶圆。尽管已经详细地描述了本发明实施例及其优势，但应该理解，可以在不背离所附权利要求限定的本发明的精神和范围的情况下，在其中进行各种改变、替换和更改。而且，本申请的范围并不仅限于本说明书中描述的工艺、机器、制造、材料组分、装置、方法和步骤的特定实施例。作为本领域普通技术人员根据本发明将很容易理解，根据本发明可以利用现有的或今后开发的用于执行与本文所述相应实施例基本上相同的功能或者获得基本上相同的结果的工艺、机器、制造、材料组分、装置、方法或步骤。因此，所附权利要求预期在其范围内包括这样的工艺、机器、制造、材料组分、装置、方法或步骤。
权利要求
1.一种方法，包括: 在晶圆中注入传感器； 施加激光束以退火所述晶圆，其中，所述激光束的边界尺寸大于由多个传感器形成的传感器阵列的边界尺寸； 施加入射光至所述晶圆的表面； 接收来自所述入射光的散射光信号； 基于所述散射光信号生成表面图像； 确定所述晶圆的所述传感器阵列的边缘和相邻的激光束边界之间的距离；以及 如果所述距离小于预定值，则重新校准所述激光束。
2.根据权利要求1所述的方法，进一步包括: 测量所述传感器阵列的边缘和参照点之间的第一距离； 测量激光束边界线和所述参照点之间的第二距离，其中，所述激光束边界线与所述传感器阵列的所述边缘相邻；以及 通过所述第二距离减去所述第一距离计算激光退火裕度。
3.根据权利要求1所述的方法，进一步包括: 定位所述激光束，以使激光束边界落在所述传感器阵列的外部。
4.根据权利要求1所述的方法，进一步包括: 对第一背照式图像传感器晶圆实施激光退火工艺； 基于所述距离计算激光退火裕度；以及 如果所述激光退火裕度大于所述预定值，则对第二背照式图像传感器晶圆实施所述激光退火工艺。
5.一种方法，包括: 在晶圆中形成多个传感器阵列； 对所述晶圆的背面实施减薄工艺； 在所述晶圆的所述背面上形 成P+离子注入层； 使用激光束对所述P+离子注入层实施激光退火工艺，其中，所述激光束的边界尺寸大于由多个传感器形成的传感器阵列的边界尺寸； 以入射角在所述晶圆的所述背面上施加光； 从所述背面接收散射光信号； 确定传感器阵列边界和相邻的激光束边界之间的距离；以及 如果所述距离小于预定值，则重新校准所述激光束。
6.根据权利要求5所述的方法，进一步包括: 修复由P+离子注入工艺引起的晶体缺陷；以及 使用所述激光束激活P+离子。
7.根据权利要求5所述的方法，进一步包括: 减薄背照式传感器晶圆的背面至厚度处于2 μ m至2.5 μ m的范围内。
8.一种装置，包括: 光检测器，被配置用于从晶圆的表面接收散射光信号，所述晶圆包括多个传感器阵列，每一个传感器阵列的边界都小于激光束的边界；光源，与所述晶圆的所述表面光耦合，其中，来自所述光源的光以小入射角射到所述表面；以及 处理器，被配置用于测量传感器阵列边界和激光束边界之间的距离，其中，如果所述距离小于预定值，则重新校准激光退火工艺。
9.根据权利要求8所述的装置，进一步包括位于所述光源和所述晶圆的所述表面之间的反射镜。
10.根据权利要求8所述的装置，其中，所述晶圆是包括多个传感器阵列的背照式传感器晶圆。·
全文摘要
用于减少条纹图案的方法包括从经过激光退火的背照式图像传感器晶圆的背面接收散射光信号；基于该散射光信号生成背面图像；确定经过激光退火的背照式图像传感器晶圆的传感器阵列的边缘和相邻的激光束边界之间的距离；以及如果该距离小于预定值，重新校准激光束。本发明还提供用于减少条纹图案的装置。
文档编号H01L27/146GK103247641SQ20121019347
公开日2013年8月14日 申请日期2012年6月12日 优先权日2012年2月10日
发明者王从建, 杜友伦, 吴政达, 蔡嘉雄 申请人:台湾积体电路制造股份有限公司