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    本發明提供了一種具有影像感測裝置之積體電路裝置之製造方法，包括：提供具有第一表面與一第二表面之一基板，該第一表面相對於該第二表面；形成一感光區於該基板之該第一表面處；形成一金屬層於該基板之該第一表面上；採用一雷射回火製程以形成一摻雜層於該基板之該第二表面處；以及平坦化該基板之該第二表面。
    公开号:TW201314876A
    申请号:TW101115545
    申请日:2012-05-02
    公开日:2013-04-01
    发明作者:Shou-Shu Lu；Hsun-Ying Huang；I-Chang Lin；Chia-Chi Hsiao；Yung-Cheng Chang
    申请人:Taiwan Semiconductor Mfg；
    IPC主号:H01L31-00
    专利说明:
    裝置及具有影像感測裝置之積體電路裝置之製造方法
    本發明係關於積體電路裝置的製作，且特別是關於一種具有影像感測裝置之積體電路裝置之製造方法。
    目前，積體電路技術已持續地演進。其演進通常關於元件尺寸的微縮，以達到較低之製造成本、較高之元件密度、較高之速度以及較佳之表現。除了元件尺寸的微縮所能實現之優點之外，則通常直接針對積體電路裝置進行改善。其中之一種積體電路裝置為一影像感測裝置。影像感測裝置包括了用於感測光線及紀錄所感測光線強度之一像素陣列(或網柵)。此像素陣列藉由累積一電荷而對光線產生反應，例如光線越強則電荷越高。接著使用(例如藉由其他電路)所累積之電荷以用於如數位相機之適當應用中以提供色彩與亮度。影像感測裝置中之一類為後側照光影像感測裝置(backside illuminated image sensor device)。後側照光影像感測裝置係用於感測朝向基板(其支撐了此後側照光影像感測裝置之影像感測電路)之後側表面投射之定量光線。而像素陣列係設置於基板的前側，而基板夠薄而使得朝向基板之後側投射之光線可抵達像素陣列處。相較於前側照光影像感測裝置(front side illuminated image sensor device)，後側照光影像感測裝置具有高填充因子(fill factor)以及較低之破壞性干涉。基於裝置微縮之趨勢，對於後側照光影像感測裝置之改善將持續地進行以更改善後側照光影像感測裝置之影像品質。雖然現今之後側照光影像感測裝置及後側照光影像感測裝置之製造方法已能滿足其預期目的。然而，隨著裝置的持續微縮，將可能無法滿足每一方面的需求。
    依據一實施例，本發明提供了一種具有影像感測裝置之積體電路裝置之製造方法，包括：提供具有第一表面與一第二表面之一基板，該第一表面相對於該第二表面；形成一感光區於該基板之該第一表面處；形成一金屬層於該基板之該第一表面上；採用一雷射回火製程以形成一摻雜層於該基板之該第二表面處；以及平坦化該基板之該第二表面。
    依據另一實施例，本發明提供了一種具有影像感測裝置之積體電路裝置之製造方法，包括：提供具有一前側表面與一後側表面之一基板；形成一感光區於該基板之該前側表面處；形成一膜層於該基板之該前側表面處；佈植摻質於該基板之該後側表面處；施行一回火製程以活化該摻質，使得該佈植與該回火製程形成了設置於該基板之該後側表面上之一摻雜層，其中該回火製程係為具有相對淺深度且其不會影響該基板之該前側表面處之該膜層；以及於該回火製程之後，平坦化該基板之該後側表面。
    依據又一實施例，本發明提供了一種具有影像感測裝置之積體電路裝置之製造方法，包括：提供具有一前側表面與一後側表面之一基板；形成一感光區於該基板之該前側表面處；形成一膜層於該基板之該前側表面處；佈植摻質於該基板之該後側表面處；施行一回火製程以活化該摻質，使得該佈植與該回火製程形成了設置於該基板之該後側表面上之一摻雜層，其中該回火製程係具有相對淺深度，且其不會影響該基板之該前側表面之該膜層；於該回火製程之後，判定該基板之該後側表面之粗糙度；基於該基板之該後側表面之該粗糙度而決定一研磨時間；以及於決定該研磨時間之後，研磨該基板之該後側表面。
    依據另一實施例，本發明提供了一種裝置，包括：一基板，具有一第一表面與經研磨之一第二表面，該第一表面相對於該第二表面；一感光區，位於該基板之該第一表面處；以及一摻雜層，位於該基板之該第二表面處；於形成該摻雜層之後，研磨該基板之該第二表面。
    為讓本發明之上述目的、特徵及優點能更明顯易懂，下文特舉一較佳實施例，並配合所附的圖式，作詳細說明如下：
    下文中提供了用以施行本發明之不同特徵之多個實施例或範例。以下描述之特定構件及設置情形之範例係用於簡單描述本發明，而非用以限制本發明。舉例來說，於描述中提到於一第二元件上形成一第一元件可能包括此些第一元件與第二元件之間直接接觸之實施例，且亦可能包括於此些第一元件與第二元件之間存在有其他元件之實施例，進而使得第一元件與第二元件之間為非直接接觸之情形。此外，本發明可於不同範例中使用重複標號及/或文字。如此之重複情形係基於簡單與清楚之目的，而非代表此些不同實施例及/或所討論形態間之關係。
    再者，為了簡單描述於圖式中所繪示之一元件或構件與另一元件之間的元件相對關係，於下文中將使用如”在...之間””在...之下”、”低於”、”高於”、”上方的”或相似描述等空間相對詞彙。此些空間相關詞彙係用於包含除圖式所示之方位以外之元件於使用或操作時之不同方位。舉例來說，當圖式中之元件顛倒設置時，先前描述為在其他元件之”下方”或”之下”之元件的位置便成為其他元件或構件之”上方”。因此，”在..之下”之描述可涵蓋高於或低於之方位。此裝置可為另外之方位(如旋轉90度或其他方向)且可應用前述中之其他空間相關詞彙而描述。
    第1圖為依據本發明一實施例之一影像感測裝置100之上視情形。於圖示之實施例中，影像感測裝置係為一後側照光影像感測裝置。此影像感測裝置100包括數個像素110之一陣列。每一像素110係依照一行(如C1至Cx)與一列(如R1至Ry)之方式設置。像素係指用於轉換電磁射線成為電子訊號之每一單位胞所包含之構件(如一光感測器以及不同電路，其可包括不同之半導體裝置)。此些像素110可包括感光二極體、互補型金氧半導體(CMOS)影像感測裝置、電荷耦合元件(CCD)感測器、主動型感測器、被動型感測器、其他型之感測器或其組合。如此，此些像素110可包括習知及/或未來發展出之影像感測裝置。像素110可設計為具有多種之感測形態。舉例來說，此些像素110中之一群可為CMOS影像感測裝置，而此些像素110中之另一群可為被動型感測器。此外，此些像素110可包括彩色影像感測器及/或單色影像感測器。於一實施例中，每一像素110為一主動型像素感測器，例如為一互補型金氧半導體影像感測器。於圖示之實施例中，每一像素110可包括一光感測器(photodetector)，例如為一光閘型(photo-gate)光感測器，以記錄光線(射線)之強度或亮度。每一像素110亦可包括多種之半導體裝置，例如包括一轉移電晶體(transfer transistor)、一重置電晶體(reset transitor)、一源極隨耦電晶體(source-follower transistor)、一選擇電晶體(select transistor)、其他適當電晶體或其組合之多種電晶體。亦可將耦接額外之電路、輸入及/或輸出於此像素陣列，以提供像素110之一操作環境以及支援像素110之外部聯絡情形。舉例來說，可耦接像素陣列於讀取電路及/或控制電路。為了簡化目的，於本實施例中之影像感測裝置包括單一像素；然而，通常此些像素之陣列可如第1圖所示之影像感測裝置100般形成。
    第2圖顯示了依據本發明之一實施例之一積體電路裝置200之一示意剖面圖。於圖示之實施例中，積體電路裝置200包括一後測照光影像感測裝置。此影像感測裝置200可為包括如電晶體、電容器、電感、二極體、金氧半導體電晶體、互補型金氧半導體電晶體、雙極性接面電晶體、橫向型擴散電晶體、高電壓金氧半導體電晶體、鰭型場效應電晶體、其他適當構件及其組合之多種被動型及主動型之微電子元件之一積體電路晶片(IC chip)、一系統單晶片(SoC)或其部分。基於清楚瞭解本發明之概念，第2圖係經過簡化。於積體電路裝置200內可更加入有額外之構件，且於積體電路裝置200之其他實施例中可取代或刪除下文中所述之部分構件。
    於第2圖中，積體電路裝置200包括了具有前側表面204與後側表面206之基板202。於圖示之實施例中，基板202為包括矽之一半導體基板。或者且額外地，基板202可包括如鍺及/或鑽石之另一元素態半導體；包括碳化矽、砷化鎵、磷化鎵、磷化銦、砷化鎵、及/或銻化銦，或其組合之一化合物半導體；包括SiGe、GaAsP、AlInAs、AlGaAs、GaInAs、GaInP及/或GaInAsP之一合金半導體，或其組合。基板202可為一絕緣層上覆半導體(SOI)基板。基板202可包括一摻雜磊晶層、一梯度型半導體層、及/或具有位於另一種類之另一半導體層上之一半導體層，例如為位於矽鍺層上之一矽層。於圖示之實施例中，基板202可為一P型基板。基板202所摻雜之P型摻質可包括硼、鎵、銦、其他之適當P型摻質或其組合。由於圖示之積體電路裝置200包括一P型摻雜基板，於下文中描述之摻雜形態將解讀為一P型摻雜基板。基板202亦可包括一N型摻雜基板，而於此情形中，下文中描述之摻雜形態可為相反之導電特性。基板202之N型摻質可摻雜有包括磷、砷、其他適當之N型摻質或其組合。基板202可包括多個P型摻雜區及/或N型摻雜區。可採用具有多個步驟與技術之離子佈植或擴散之一製程以施行上述摻雜。
    基板202包括了數個隔離構件208，例如為局部矽氧化物(LOCOS)及/或淺溝槽隔離物(STI)，藉以分隔(或隔離)形成於基板202之內或之上之不同區域及/或元件。舉例來說，此些隔離構件208隔離了一感測元件210及其鄰近之數個感測元件。於圖示之實施例中，隔離構件208係為淺溝槽隔離物。隔離構件208可包括氧化矽、氮化矽、氮氧化矽、其他絕緣材料或其組合。隔離構件208係由任一適當製程所形成。於一範例中，形成淺溝槽隔離物包括了一微影製程、於基板內蝕刻(如藉由乾蝕刻、濕蝕刻、或其組合)形成一溝槽、以及於溝槽內填入(例如藉由化學氣相沈積製程)一或多種介電材料。於一實施例中，經填滿之溝槽可具有一多膜層結構，例如為包括一熱氧化物襯層且為氮化矽或氧化矽所填滿。於其他實施例中，可使用一製程順序以形成淺溝槽隔離物結構，例如：成長一墊氧化物、形成低壓化學氣相沈積之一氮化物層於墊氧化物之上、使用光阻與光罩於墊氧化物與氮化物層內圖案化形成一淺溝槽開口、於基板內蝕刻出位於淺溝槽隔離物開口內之一溝槽、選擇性地成長一熱氧化物溝槽襯層以改善溝槽之界面、於溝槽內填入氧化物、使用化學機械研磨製程以回蝕刻並平坦化，以及採用一氮化物去除程序以移除氮化物層。
    如前所述，積體電路裝置200包括感測元件(或感測像素)210。感測元件210可偵測射線之強度(亮度)，例如朝向基板202之後側表面206之入射射線(光線)212。此入射射線可為可見光。或者，入射射線212可為遠紅外線、紫外線、深紫外線、X光、微波、其他之適當射線，或其組合。感測元件210的設置可感應於特定波長之射線，例如感應一紅光、一綠光或一藍光波長。換句話說，感測元件210可感測一特定波長光線之強度(亮度)。於圖示之實施例中，感測元件210係為一像素，其可位於一像素陣列之內，例如位於第1圖所示之像素陣列之內。於圖示之實施例中，感測元件210包括一光感測器，例如為一感光二極體、其可包括一感光區(或光感測區)214以及一固定層(pinned layer)216。感光區(或光感測區)214為形成於基板202內具有N型及/或P型摻質之一摻雜區，其特別沿著基板202之前側表面而形成。於圖示之實施例中，感光區214係為一N型摻雜區。感光區214係由如擴散及或離子佈植方法之一方法所形成。固定層216係為設置於基板202之前側表面204之一摻雜層。舉例來說，於圖示之實施例中，固定層216係為一P型佈植層。感測元件210可更包括多個電晶體，例如關於轉移閘220之一轉移電晶體、關於一重置閘222之一重置電晶體、一源極隨耦電晶體(未繪示)、一選擇電晶體(未繪示)、其他之適當電晶體或其組合。感光區214及多個電晶體(其統稱為像素電路)使得感光元件210可偵測特定光線波長之強度。感測元件210內可具有額外電路、輸入、及/或輸出以提供適用於感測元件210及/或支持與感測元件210聯絡之一操作環境。
    轉移閘220及重置閘222係設置於基板202之前側表面204之上。轉移閘220係插入於基板202之源極/汲極區224與感光區214之間，進而於源極/汲極區224及感光區214之間定義出一通道。重置閘222則插入於基板202之源極/汲極區224之間，進而於兩源極/汲極區224之間定義出一通道。於圖示之實施例中，源極/汲極區224為N+源極/汲極擴散區。源極/汲極區224可稱之為浮置擴散區。轉移閘220與重置閘222可包括具有一閘介電層與一閘電極之一閘堆疊物。閘介電層可包括一介電材料，例如為氧化矽、高介電常數介電材料、其他介電材料或其組合。高介電常數介電材料之範例包括HfO2、HfSiO、HfSiON、HfTaO、HfTiO、HfZrO、氧化鋯、氧化鋁、HfO2-Al2O3合金、其他高介電常數介電材料、或其組合。閘電極包括多晶矽及/或包括鋁、銅、鈦、鉭、鎢、鉬、氮化鉭、矽化鎳、矽化鈷、氮化鈦、氮化鎢、鋁化鈦、氮化鋁鈦、氮化碳鉭、碳化鉭、氮化矽鉭、其他導電材料或其組合之一金屬。閘堆疊物亦可包括多個其他膜層，例如上蓋層、界面層、擴散層、阻障層或其組合。轉移閘220與重置閘222可包括設置於閘堆疊物之側壁上間隔物。間隔物可包括如氮化矽、氮氧化矽、其他適當材料或其組合之一介電材料。間隔物可包括一多重膜層結構，例如包括氮化矽層與氧化矽層之一多重膜層結構。轉移閘220與重置閘222係由包括沈積、微影圖案化與蝕刻製程之一適當製程所形成。
    積體電路裝置200可更包括設置於基板202之前側表面204上之一多膜層內連物230，其包括了位於感測元件210上之部分。此多膜層內連物230係耦接於後側照光感光裝置之多個構件，例如感測元件210，使得後側照光感測元件之不同構件可用於對應入射光線(影像射線)而適當地操作。多膜層內連物230包括了多種之導電構件，其可為如接觸物232及/或介層物234之垂直內連物，及/或如導線236之水平內連物。此些不同之導電構件232、234與236包括了如金屬之導電材料。於一範例中，上述金屬包括鋁、鋁/矽/銅合金、鈦、氮化鈦、鎢、多晶矽、金屬矽化物、及其組合，而此些導電構件232、234與236可稱為鋁內連物。鋁內連物可藉由包括物理氣相沈積、化學氣相沈積、或其組合之一製程所形成。形成此些導電構件232、234與236之其他製造技術可包括微影製程及蝕刻等，以圖案化導電材料而形成垂直與水平的連結。亦可施行其他製程以形成此多膜層內連物230，例如施行一熱回火製程以形成金屬矽化物。於多膜層內連物中可使用包括鎳矽化物、鈷矽化物、鎢矽化物、鉭矽化物、鈦矽化物、鉑矽化物、鉺矽化物、鈀矽化物或其組合之金屬矽化物。或者，此些導電構件232、234與236可為銅多膜層內連物，其可包括銅、銅合金、鈦、氮化鈦、鉭、氮化鉭、鎢、多晶矽、金屬矽化物或其組合。此些銅內連物可藉由包括物理氣相沈積、化學氣相沈積或其組合之一製程所形成。多膜層內連結構230的製作並不以包括物理氣相沈積、化學氣相沈積或其組合之製程為限。此多膜層內連結構230並不以圖示之導電構件232、234、236的數量、材料、大小及/或尺寸為限，故多膜層內連結構230可依照積體電路裝置200之設計需要而包括任何數量、材料、大小、及/或尺寸之導電構件。
    此些多膜層內連結構230之導電構件232、234、236係設置於一層間(或膜層間)介電層240之上。層間介電層240可包括二氧化矽、氮化矽、氮氧化矽、TEOS氧化物、磷矽玻璃(PSG)、硼磷矽玻璃(BPSG)、氟化玻璃、碳摻雜氧化物、黑鑽石(Black ，應用材料產製)、SiLK、乾凝膠(Xerogel)、氣凝膠(Aerogel)、非晶氟化矽、聚對二甲苯、BCB(bis-benzocyclobutenes)、SiLK(Dow chemical產製)、聚亞醯胺、其他適當材料或其組合。層間介電層240可為一多膜層結構。層間介電層240可由包括旋轉塗佈、化學氣相沈積、濺鍍或其他適當製程之一技術所形成。於一範例中，多膜層內連物230與層間介電層240可藉由包括如一雙鑲嵌製程或一單鑲嵌製程之一鑲嵌製程之一整合製程所形成。
    於基板202之前側表面204之上可設置一載具晶圓250。於圖示之實施例中，載具晶圓250係黏結於多膜層內連物230。載具晶圓250包括矽。或者，載具晶圓250可包括如玻璃之其他適當材料。載具晶圓250提供了形成於基板202之前側表面204上之多種構件之保護作用，且於製程處理基板202之後側表面206時亦提供了適當之機械強度以及支撐功效。
    於基板202之後側表面206處設置有一摻雜層260。摻雜層260係藉由一佈植製程、擴散製程、回火製程、其他製程或其組合所形成。於圖示之實施例中，摻雜層206包括如硼之P型摻質，且可為一P+摻雜層。摻雜層206可包括如鎵、銦之其他P型摻質或其組合之其他P型摻質。或者，摻雜層260可包括如磷、砷、其他N型摻質或其組合之N型摻質。摻雜層260具有一摻雜深度d，其係自基板202之後側表面206延伸進入基板202。摻雜層260之摻雜深度、摻雜輪廓及其組合可經過選擇以最佳化由積體電路裝置200之影像感測裝置所提供之影像品質。舉例來說，可最佳化摻質深度、摻質濃度、摻質輪廓或其組合以增加量子效率(入射於影像感測裝置之一主動區之光子數量與其所產生之載子數量的比例)及/或降低暗電流(當影像感測裝置上不存在有入射光時流入影像感測裝置之電流)及/或白像素缺陷(包括一主動區之影像感測裝置所具有之過量漏電流)。
    積體電路裝置200更包括設置於基板202之後側表面206上之多個構件。例如，可於基板202之後側表面206上設置一抗反射層270、一彩色濾光物290及一透鏡295。於圖示之實施例中，抗反射層270係設置於基板202之後側表面206與彩色濾光物290之間。抗反射層270包括了如氮化矽或氮氧化矽之一介電材料。
    彩色濾光物290係設置於基板202之後側表面206上，特別地位於透明導電層280上，且對準於感光元件210之感光區214。彩色濾光物290係用於過濾具有特定波長之光線。舉例來說，彩色濾光物290可過濾至感測元件210之具有紅光波長、綠光波長或藍光波長之可見光。彩色濾光物290可包括任何之適當材料。於一範例中，彩色濾光物290可包括用於過濾一特定波段之一染料基(或顏料基)聚合物。或者，彩色濾光物290包括具有彩色顏料之一樹脂或其他有機材料。
    設置於基板202之後側表面206上之透鏡295係特別地位於彩色濾光物290上，且其亦對準於感光元件210之感光區214。透鏡295與感測元件210及彩色濾光物290之間可具有多種設置情形，以使得透鏡295可聚焦入射光線212至感測元件210之感光區214處。透鏡295可包括一適當材料，且依照透鏡所使用之材料折射率及/或介於透鏡及感測元件210之一距離而具有多種形狀與尺寸。或者，彩色濾光物290與透鏡層295的位置可以調換，使得透鏡295可設置於透明導電層280與彩色濾光物290之間。本發明之積體電路裝置200亦包括了具有設置於數個透鏡層之間之彩色綠光物層。
    於操作時，積體電路裝置200可吸收朝向基板202之後側表面206行進之入射射線212。透鏡295將入射射線212導向彩色濾光物290。來自彩色濾光物290之光線可接著穿透至抗反射層270而抵達基板202處並抵達對應之感測元件210處，特別是抵達感光區214。由於光線並未經由位於基板202之前側表面204之多種裝置構件(如閘電極)及/或金屬構件(如多膜層內連物230之導電構件232、234與236)的破壞，故可最大化穿透彩色濾光物290及感測元件210之光線。所期望波長之光線(例如紅光、綠光及藍光)可穿透感光元件210之感光區214。當暴露於光線時，只要關於轉移閘220之轉移電晶體處於”關”狀態時，感光元件210之感光區214可產生並累積電子。當轉移閘220係為開啟狀態時，則累積電荷則可轉移至源極/汲極區224。源極隨耦電晶體(未顯示)則可將電荷轉換成為電壓訊號。於電荷轉移之前，可藉由開啟關於重置閘222之重置電晶體而設定源極/汲極區224為為一特定電壓。於一範例中，固定層216及摻雜層260可具有相同勢能，例如為基板202之勢能，以使得當感光區214處於完全空乏時，感光區214處於完全空乏之一固定電壓(pinned voltage，VPIN)，而感光元件210之勢能固定於一定值，即VPIN。
    如前所述，可最佳化摻雜層260之摻質深度、摻質濃度、摻質輪廓或其組合以增加影像感測裝置之量子效率及/或降低暗電流及/或白像素缺陷。形成摻雜層260之習知製程係藉由施行一離子佈植製程以利用如P型摻質之摻質佈植於基板202之後側表面206，並接著施行一回火製程，例如為一快速熱回火(RTA)製程或一雷射回火製程以活化此些摻質。通常使用上述之雷射回火製程，由於雷射回火製程可於較短時間內提供活化摻質之高能量與功率，進而有效地回火位於基板202之後側表面之摻質，並可最小化或降低對於積體電路裝置200之其他構件的毀損，例如融化金屬構件。可以理解的是，如此之回火製程，特別是雷射回火製程，會造成界面粗糙度問題並導致影像品質的劣化。換句話說，於使用回火製程時以活化於基板202之後側表面206之摻雜層260的摻質時所造成之表面粗糙度的提升將劣化影像品質。舉例來說，表面粗糙度會於影像感測裝置之影像中形成一條狀圖案。可以觀察到的是，最佳化回火製程之製程參數(例如雷射回火製程之溫度與時間)並無法有效降低上述之表面粗糙度問題。
    為了解決上述之表面粗糙度問題，本發明則於基板之後側表面上形成摻雜層之後，研磨影像感測裝置之基板之後側保面。第3圖為一流程圖，顯示了依據本發明之一實施例之一種具有影像感測裝置之積體電路裝置之製造方法。此製造方法300起使於步驟310，其提供具有前側表面與後側表面之一基板。於步驟320中，於基板之前側表面形成一感光區。於一範例中，影像感測裝置之其他部分亦形成於前側表面。於步驟330中，於基板之後側表面形成一摻雜層。於一範例中，形成此摻雜層包括施行一離子佈植程序以佈置摻質於基板之後側表面內，以及施行如一雷射回火製程之一回火製程以活化佈植之摻質。於步驟340中，針對基板之後側表面施行一研磨製程，使得基板之後側表面經過研磨。研磨製程可移除基板之後側表面之任何表面粗糙問題，例如移除於形成摻雜層時於後側表面所形成之任何粗糙表面。於步驟350中，方法300可繼續進行積體電路裝置之其他製作。此些額外之製作情形可早於製造方法300、於製造方法300同時進行時或晚於製造方法300而施行，且於製造方法300之其他實施例中可重複或刪除所述之部分步驟。下述圖式所討論之具有影像感測裝置之積體電路裝置可藉由如第3圖所示之方法300所製作形成。
    第4-9圖顯示了依據如第3圖所示之製造方法300之一實施例之一積體電路裝置400於不同製造階段中之示意剖面圖。基於簡單與清楚描述目的，第4-9圖係經過簡化。再者，第4-9圖之積體電路裝置400於許多方面處相似於第2圖所示之積體電路裝置200。舉例來說，積體電路裝置400包括一後側照光影像顯示裝置。如此，基於簡化與清楚目的，於下文中則不會對於積體電路裝置400與積體電路裝置200之相同構件進行詳盡解說。可於積體電路裝置400中加入額外構件，且於下文中之部分此些構件於積體電路裝置400之其他實施例可被取代或取消。
    請參照第4圖，相似於前述之具有前側表面204與後側表面206之積體電路裝置200，積體電路裝置400包括具有前側表面404與後側表面406之一基板402。基板402具有一厚度T1，其定義為前側表面404至後側表面406之距離。於一實施例中，基板402之此厚度T1為約700-750微米。
    積體電路裝置400包括設置於基板402之前側表面404處之多個構件。舉例來說，基板402包括數個隔離構件408，其相似於前述之隔離構件208，其隔離了感測元件410與鄰近之感測元件。感測元件410則相似於前述之感測元件210。舉例來說，感測元件410包括一感光區(或光感測區)414、一固定層416以及多個電晶體，例如關於一轉移閘420之一轉移電經體、關於重置閘422之一重置電晶體、一源極隨耦電晶體(未顯示)以及一選擇電晶體(未顯示)。
    積體電路裝置400包括設置於基板402之前側表面之一多膜層內連物430。多膜層內連物430包括設置於一層間介電層440內之多個導電構件432、434與436。多膜層內連物430(包括設置於層間介電層440內之多個導電構件432、434與436)相似於前述之多膜層內連物230(包括設置於層間介電層240內之多個導電構件232、234與236)。積體電路裝置400更包括一載具晶圓450，其相似於前述之載具晶圓250。
    請參照第5圖，施行一基板厚度減少製程497，以降低基板402之厚度。特別地，此基板厚度降低製程497係施行於基板402之後側表面406，進而降低上述厚度T1至一厚度T2。於一範例中，基板402之厚度T2為約1.8-2.3微米。於一範例中，於基板402之後側表面406施行之基板厚度降低製程497直到抵達感光區414處。此基板厚度降低製程497可施行一多重步驟製程，例如包括碾磨(grinding)、研磨(polishing)與蝕刻(etching，可為乾蝕刻、濕蝕刻或其組合)之一多重步驟製程。
    請參照第6圖，施行一摻雜製程498以於基板402之後側表面406內形成一摻雜區460A。摻雜區460A包括了藉由摻雜製程498導入於基板402內之摻質。於圖示之實施例中，摻雜製程498係為一離子佈植製程，其佈植了如硼或BF2之P型摻質。或者，上述離子佈植製程亦可佈植N型摻質。佈植製程498可施行一擴散製程或其他製程以形成摻雜區460A。摻雜區460A包括了可增加影像感測裝置之量子效率、降低暗電流及/或降低白像素缺陷之一摻雜深度、摻雜濃度、摻雜輪廓或其組合。於圖示之實施例中，可最佳化摻雜深度、摻雜濃度、摻雜輪廓或其組合而增加於影像感測裝置之量子效率、降低其內暗電流及/或降低白像素缺陷。
    請參照第7圖，施行一回火製程499以活化摻質區460A內之摻質，進而形成一摻雜層460。於圖示之實施例中，回火製程499為一雷射回火製程。可最佳化雷射回火製程之製程參數以最小化基板402之後側表面406之粗糙度。於一實施例中，可使用一綠光雷射，於大於或等於約1100℃之一回火溫度下施行約100-400毫微秒(nsec)之時間。此類型之回火製程產生了一相對低淺深度之回火，其不會融化或改變位於基板402之前側表面404之任何金屬膜層。於部分之實施例中，雷射回火製程仍於基板402之後側表面406之產生了一粗糙度406A。如此之粗糙度406A會影響影像感測裝置之影像品質。舉例來說，如此粗糙度406A會形成一條狀圖案，其會出現於影像感測裝置所產生之影像當中。表面406之粗糙度406A可藉由原子力顯微鏡(AFM)而判定。於一範例中，原子力顯微鏡評估了於基板402之後側表面406之不同缺陷(例如於基板402之中央以及基板402之邊緣區表面內之不同缺陷的峰谷距離)並決定了此粗糙度406A之數值。此些數值為表面粗糙度406A之實際表示方法。於圖示之實施例中，表面粗糙度406A約為0.02-0.06微米。再者，於圖示之實施例中，基板402之總厚度變化量大於約0.2微米。或者，回火製程499可為一快速熱回火製程或其他回火製程。
    請參照第8圖，接著針對基板402之後側表面406施行一研磨製程500，例如一化學機械研磨製程，進而降低後側表面406之粗糙度。舉例來說，此研磨程序500降低了上述粗糙度406A至一粗糙度406B。於圖示之實施例中，表面之粗糙度406B少於約0.02微米。於另一範例中，表面之操糙度406B可少於或等於0.02微米。於又一實施例中，此粗糙度可少於或等於約0.01微米。可最佳化此研磨製程500之製程參數(例如研磨速率、研磨時間、研磨下壓力、研磨漿種類、其他製程參數或其組合)，以達到基板402之後側表面406之一期望或可接受之粗糙度406B。於一範例中，可預定研磨製程500之研磨速率(及/或所施行之下壓力)，而研磨製程500之研磨時間則可依照基板402之後側表面406之粗糙度406A而決定。舉例來說，可設定研磨速率為約40-70 rpm、研磨下壓力為約0.5-1.5 psi，而研磨時間為可達到粗糙度406B之時間。於其他範例中，可最佳化研磨速率與時間以達成粗糙度406B。研磨製程500可使用一種以上之研磨漿種類。舉例來說，研磨製程500可使用具有第一尺寸之一第一研磨漿，且接著使用具有少於第一尺寸之一第二尺寸之一第二研磨漿。具有第一尺寸之第一研磨漿可用於主要研磨之用，而具有第二尺寸之第二研磨漿可做為一潔淨製程之用。於一範例中，第一研磨漿之第一尺寸可少於等於70微米且大於約35微米，而第二研磨漿之第二尺寸可少於或等於35微米。於另一實施例中，第一研磨漿之第一尺寸可少於或等於約70微米，而第二研磨漿之第二尺寸可少於或等於約70微米，例如為約35微米。
    於圖示之實施例中，研磨製程500移除了基板402之一部，使得基板402具有可提供影像感測裝置之最佳化影像品質之一厚度，而如降低暗電流之影像品質的改善係由摻雜層460所貢獻。舉例來說，研磨製程500移除了基板402上約為0.02微米至1微米之厚度之一部。可以觀察到的是，如此之厚度範圍的移除量可貢獻於積體電路裝置400之影像感測裝置之最佳化影像品質。舉例來說，當上述移除部分具有少於或多於約0.02微米之一厚度時，此表面粗糙度(例如粗糙度406A)的降低並不足以改善影像品質(例如消除影像感測裝置所產生之影像中之條狀圖案)，且當移除部具有大於或等於約0.1微米之一厚度時，將負面地影響了設置於基板之後側表面之摻雜層(例如設置於基板402之後側表面406之摻雜層460)的最佳化情形。再者，於圖示之實施例中，基板402之一總厚度變異量係少於或等於0.2微米。
    請參照第9圖，於基板402之後側表面406上形成多種構件。舉例來說，可於基板402之後側表面406之上形成抗反射層470、彩色濾光物490及透鏡495，此抗反射層470、彩色濾光物490及透鏡495相似於前述之抗反射層270、彩色濾光物290及透鏡295。
    如第9圖所示之積體電路裝置400的操作相似於前述之積體電路裝置200。然而，相較於積體電路裝置200，積體電路裝置400提供了較佳影像表現。如此之影像品質的改善係由於降低(或減低)基板之後側表面的表面粗糙度(例如降低基板402之後側表面406之粗糙度)。如前所述，其係於回火製程之後由研磨基板之後側表面所達成。上述回火製程亦可自基板之後側表面有效地移除了其他之製程缺陷或微粒，如此亦可增強影像品質。再者，可於習知積體電路裝置應用中輕易地施行如此之研磨製程，進而可提供了用於解決影像感測裝置之影像品質之成本較低與省時之一種方案。於此些不同實施例中具有不同優點，且於任一實施例中並不需要具有特定優點。
    本發明提供了不同之方法與裝置之實施情形。舉例來說，本發明提供了一種影像感測裝置之製造方法，包括形成一感光區於一矽基板之一前側表面以及一圖案化金屬層於其上。接著，上述方法亦包括針對此矽基板之一後側表面施行一離子佈值程序以及針對此矽基板之經佈值之後側表面施行一綠光雷射回火。此綠光雷射回火使用了大於或等於約1100℃之一回火溫度並進行了約100-400毫微秒(nsec)。於此綠雷射回火施行之後，可於矽基板之後側表面施行一矽研磨製程。
    於另一實施例中，本發明提供了一種具有影像感測裝置之積體電路裝置之製造方法，包括：提供具有第一表面與一第二表面之一基板，該第一表面相對於該第二表面；形成一感光區於該基板之該第一表面處；以及形成一金屬層於該基板之該第一表面上。上述製造方法更包括形成一摻雜層於該基板之該第二表面；以及於形成該摻雜層之後，研磨該基板之該第二表面。於該基板之該第二表面形成該摻雜層可包括施行一雷射回火製程，例如為於使用大於或等於約1100℃之一回火溫度約100-400毫微秒之一時間之一綠光雷射回火製程。上述方法更包括於形成該摻雜層之前降低該基板之厚度。降低該基板之厚度包括一碾磨製程、一研磨製程、一蝕刻製程或其組合。於一範例中，研磨該基板之該第二表面移除了該基板之一部，其具有約0.02-0.1微米之厚度。於一範例中，研磨該第二表面使該基板具有了少於或等於約0.2微米之一總厚度變異量。於一範例中，研磨該基板之該第二表面包括了使用具有一第一尺寸之第一研磨漿以研磨該基板之該第二表面，以及使用具有小於該第一尺寸之一第二尺寸之一第二研磨漿研磨該基板之該第二表面。上述研磨製程之研磨時間可基於該第二表面之粗糙度而決定。
    於另一實施例中，本發明提供了一種具有影像感測裝置之積體電路裝置之製造方法，包括：提供具有一前側表面與一後側表面之一基板；形成一感光區於該基板之該前側表面處；佈植摻質於該基板之後側表面處；施行一回火製程以活化該摻質，使得該佈植與該回火製程形成了設置於該基板之該後側表面上之一摻雜層，但不會影響該基板之該前側表面處之該膜層。於該回火製程之後，平坦化該基板之該後側表面。上述方法更包括於研磨該基板之該後側表面之後，形成一彩色濾光物與一透鏡於該基板之該後側表面之上，其中該彩色濾光物與該透鏡係對準於該感光區。上述方法更包括早於佈值摻質於該基板之該後側表面之前，降低該基板之厚度。於一範例中，該方法更包括，於該回火製程之後，判定該基板之該後側表面之一表面粗糙度；以及基於經判定之該基板之該後側表面之表面粗糙度而決定一研磨時間。於一範例中，該回火製程為一雷射回火製程。於一範例中，於該後側表面之該研磨使用了一化學機械研磨製程。於該基板之該後側表面之該研磨可降低該基板之該後側表面之一表面粗糙度。研磨該基板之該後側表面可包括移除該基板之一部，其具有約為0.02-0.1微米之一厚度。於一犯例中，該基板包括了矽，而研磨該後側表面包括了施行一矽研磨製程。
    本發明提供了一種影像感測裝置之一實施例，包括具有一前側表面與一後側表面之一矽基板。於該矽基板之該前側表面形成有一感光區。該矽基板之該後側表面係經過摻雜，且具有少於約0.06微米之一表面粗糙度。
    雖然本發明已以較佳實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何熟習此項技藝者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作更動與潤飾，因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。
    100．．．影像感測裝置
    110．．．像素
    C1、C2、C3、C4、Cx．．．行
    R1、R2、R3、R4、Ry．．．列
    200．．．積體電路裝置
    202．．．基板
    204．．．前側表面
    206．．．後側表面
    208．．．隔離構件
    210．．．感測元件
    212．．．入射射線
    214．．．感光區
    216．．．固定層
    220．．．轉移閘
    222．．．重置閘
    224．．．源極/汲極區
    230．．．多膜層內連物
    232．．．接觸物
    234．．．介層物
    236．．．導線
    240．．．層間介電層
    250．．．載具晶圓
    260．．．摻雜層
    270．．．抗反射層
    290．．．彩色濾光物
    295．．．透鏡
    d．．．摻雜深度
    300．．．製造方法
    310、320、330、340、350．．．步驟
    400．．．積體電路裝置
    402．．．基板
    404．．．前側表面
    406．．．後側表面
    406A、406B．．．粗糙度
    408．．．隔離構件
    410．．．感測元件
    414．．．感光區
    416．．．固定層
    420．．．轉移閘
    422．．．重置閘
    424．．．源極/汲極區
    430．．．多膜層內連物
    432、434、436．．．導電構件
    440．．．層間介電層
    450．．．載具晶圓
    460．．．摻雜層
    460A．．．摻雜區
    470．．．抗反射層
    490．．．彩色濾光物
    495．．．透鏡
    497．．．基板厚度減少製程
    498．．．摻雜製程
    499．．．回火製程
    500．．．研磨製程
    T1、T2、T3．．．厚度
    第1圖為一上視圖，顯示了依據本發明之一實施例之一種影像感測裝置；
    第2圖為一示意剖面圖，顯示了依據本發明之一實施例之一種包括影像感測裝置之積體電路裝置；
    第3圖為一流程圖，顯示了依據本發明之一實施例之一種包括影像感測裝置之積體電路裝置之製造方法；
    第4-9圖為一系列示意剖面圖，顯示了如第3圖所示方法之包括影像感測裝置之積體電路裝置於不同階段中之實施情形。
    300．．．製造方法
    310、320、330、340、350．．．步驟
    权利要求:
    Claims (15)
    [1] 一種具有影像感測裝置之積體電路裝置之製造方法，包括：提供具有第一表面與一第二表面之一基板，該第一表面相對於該第二表面；形成一感光區於該基板之該第一表面處；形成一金屬層於該基板之該第一表面上；採用一雷射回火製程以形成一摻雜層於該基板之該第二表面處；以及平坦化該基板之該第二表面。
    [2] 如申請專利範圍第1項所述之製造方法，其中該雷射回火製程使用一綠光雷射。
    [3] 如申請專利範圍第1項所述之製造方法，其中該平坦化該基板之該第二表面包括於該基板之該第二表面上施行一化學機械研磨製程。
    [4] 如申請專利範圍第1項所述之製造方法，其中該平坦化該基板之該第二表面包括：藉由具有第一尺寸之一第一研磨漿以研磨該基板之該第二表面；以及藉由具有第二尺寸之一第二研磨漿以研磨該基板之該第二表面，該第二尺寸小於該第一尺寸。
    [5] 如申請專利範圍第1項所述之製造方法，其中平坦化該基板之該第二表面包括使該基板之粗糙度少於或等於約0.06微米。
    [6] 一種具有影像感測裝置之積體電路裝置之製造方法，包括：提供具有一前側表面與一後側表面之一基板；形成一感光區於該基板之該前側表面處；形成一膜層於該基板之該前側表面處；佈植摻質於該基板之該後側表面處；施行一回火製程以活化該摻質，使得該佈植與該回火製程形成了設置於該基板之該後側表面上之一摻雜層，其中該回火製程係為具有相對淺深度且其不會影響該基板之該前側表面處之該膜層；以及於該回火製程之後，平坦化該基板之該後側表面。
    [7] 如申請專利範圍第6項所述之製造方法，其中施行該回火製程包括施行一雷射回火製程。
    [8] 如申請專利範圍第6項所述之製造方法，其中平坦化該基板之該後側表面包括於該後側表面處施行一化學機械研磨製程。
    [9] 如申請專利範圍第6項所述之製造方法，更包括：於該回火製程之後，判定該基板之該後側表面之粗糙度；以及依據該基板之該後側表面之該粗糙度而決定一研磨時間，其中該該平坦化包括了施行該研磨時間之一研磨製程。
    [10] 一種具有影像感測裝置之積體電路裝置之製造方法，包括：提供具有一前側表面與一後側表面之一基板；形成一感光區於該基板之該前側表面處；形成一膜層於該基板之該前側表面處；佈植摻質於該基板之該後側表面處；施行一回火製程以活化該摻質，使得該佈植與該回火製程形成了設置於該基板之該後側表面上之一摻雜層，其中該回火製程係具有相對淺深度，且其不會影響該基板之該前側表面之該膜層；於該回火製程之後，判定該基板之該後側表面之粗糙度；基於該基板之該後側表面之該粗糙度而決定一研磨時間；以及於決定該研磨時間之後，研磨該基板之該後側表面。
    [11] 一種裝置，包括：一基板，具有一第一表面與經研磨之一第二表面，該第一表面相對於該第二表面；一感光區，位於該基板之該第一表面處；以及一摻雜層，位於該基板之該第二表面處；於形成該摻雜層之後，研磨該基板之該第二表面。
    [12] 如申請專利範圍第11項所述之裝置，其中該摻雜層經過回火。
    [13] 如申請專利範圍第11項所述之裝置，其中該基板之該第二表面包括超過或等於0.2微米之一總厚度變異。
    [14] 如申請專利範圍第11項所述之裝置，更包括：一彩色濾光物，位於該基板之該後側表面上。
    [15] 如申請專利範圍第14項所述之裝置，更包括：一透鏡，位於該基板之該後側表面上並對準於該感測元件。
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    US20130084660A1|2013-04-04|
    TWI484624B|2015-05-11|
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    US8815723B2|2014-08-26|
    引用文献:
    公开号 | 申请日 | 公开日 | 申请人 | 专利标题
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    US7863067B2|2007-03-14|2011-01-04|Taiwan Semiconductor Manufacturing Company, Ltd.|Silicon substrate with reduced surface roughness|
    US7741666B2|2008-02-08|2010-06-22|Omnivision Technologies, Inc.|Backside illuminated imaging sensor with backside P+ doped layer|
    US7901974B2|2008-02-08|2011-03-08|Omnivision Technologies, Inc.|Masked laser anneal during fabrication of backside illuminated image sensors|
    US7952096B2|2008-12-08|2011-05-31|Omnivision Technologies, Inc.|CMOS image sensor with improved backside surface treatment|
    US8614495B2|2010-04-23|2013-12-24|Taiwan Semiconductor Manufacturing Company, Ltd.|Back side defect reduction for back side illuminated image sensor|
    US8278690B2|2010-04-27|2012-10-02|Omnivision Technologies, Inc.|Laser anneal for image sensors|
    US8735207B2|2011-04-05|2014-05-27|Taiwan Semiconductor Manufacturing Company, Ltd.|Method to avoid fixed pattern noise within backside illuminated complementary metal-oxide-semiconductor sensor array|
    US8815723B2|2011-09-30|2014-08-26|Taiwan Semiconductor Manufacturing Company, Ltd.|Process for enhancing image quality of backside illuminated image sensor|US8815723B2|2011-09-30|2014-08-26|Taiwan Semiconductor Manufacturing Company, Ltd.|Process for enhancing image quality of backside illuminated image sensor|
    US9443996B2|2013-07-17|2016-09-13|Taiwan Semiconductor Manufacturing Co., Ltd.|Dielectric structure for color filter array|
    US9337225B2|2013-09-13|2016-05-10|Taiwan Semiconductor Manufacturing Company Ltd.|Semiconductor device and manufacturing method thereof|
    US9178088B2|2013-09-13|2015-11-03|Tsmc Solar Ltd.|Apparatus and methods for fabricating solar cells|
    US9431446B2|2013-12-19|2016-08-30|Taiwan Semiconductor Manufacturing Co. Ltd.|Mechanisms for forming image sensor device|
    US9812603B2|2014-05-30|2017-11-07|Klaus Y. J. Hsu|Photosensing device with graphene|
    US9812604B2|2014-05-30|2017-11-07|Klaus Y. J. Hsu|Photosensing device with graphene|
    KR102205856B1|2014-06-11|2021-01-21|삼성디스플레이 주식회사|센서를 포함하는 유기 발광 표시 장치|
    US10014333B2|2015-08-26|2018-07-03|Semiconductor Components Industries, Llc|Back-side illuminated pixels with interconnect layers|
    US20170250211A1|2016-02-25|2017-08-31|Taiwan Semiconductor Manufacturing Co., Ltd.|Semiconductor image sensor device and manufacturing method of the same|
    CN105742305A|2016-04-07|2016-07-06|上海华力微电子有限公司|降低cmos图像传感器之离子注入引入金属污染的方法|
    US9881956B2|2016-05-06|2018-01-30|International Business Machines Corporation|Heterogeneous integration using wafer-to-wafer stacking with die size adjustment|
    CN107958912B|2016-10-17|2020-11-13|中芯国际集成电路制造有限公司|半导体装置及其制造方法|
    WO2019021462A1|2017-07-28|2019-01-31|シャープ株式会社|表示デバイス|
    US10892295B2|2018-01-10|2021-01-12|Microsoft Technology Licensing, Llc|Germanium-modified, back-side illuminated optical sensor|
    KR20200037503A|2018-10-01|2020-04-09|삼성전자주식회사|엑스선 조사량 측정 장치, 이를 포함하는 반도체 메모리 장치 및 반도체 메모리 장치의 테스트 방법|
    FR3089062A1|2018-11-23|2020-05-29|Commissariat A L'energie Atomique Et Aux Energies Alternatives|procede de fabrication d’au moins une photodiode planaire passivee a courant d’obscurité reduit|
    法律状态:
    优先权:
    申请号 | 申请日 | 专利标题
    US13/249,591|US20130082342A1|2011-09-30|2011-09-30|Polishing process for enhancing image quality of backside illuminated image sensor|
    US13/335,817|US8815723B2|2011-09-30|2011-12-22|Process for enhancing image quality of backside illuminated image sensor|
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