色差 傳感器：改善背照式CMOS圖像傳感器的晶圓色差的制造方法與流程
改善背照式cmos圖像傳感器的晶圓色差的制造方法
技術(shù)領(lǐng)域
1.本發(fā)明涉及半導(dǎo)體集成電路制造領(lǐng)域，特別涉及一種改善背照式cmos圖像傳感器的晶圓色差的制造方法。
背景技術(shù)：
2.現(xiàn)有cmos圖像傳感器(cmos image sensor，cis)由像素(pixel)單元電路和cmos電路構(gòu)成，相對于ccd圖像傳感器，cmos圖像傳感器因?yàn)椴捎胏mos標(biāo)準(zhǔn)制作工藝，因此具有更好的可集成度，可以與其他數(shù)模運(yùn)算和控制電路集成在同一塊芯片上，更適應(yīng)未來的發(fā)展。
3.根據(jù)現(xiàn)有cmos圖像傳感器的像素單元電路所含晶體管數(shù)目，其主要分為3t型結(jié)構(gòu)和4t型結(jié)構(gòu)。cmos圖像傳感器的像素單元電路包括感光二極管(pd)和cmos像素讀出電路；根據(jù)3t型結(jié)構(gòu)和4t型結(jié)構(gòu)不同，cmos像素讀出電路的設(shè)置不同。3t型結(jié)構(gòu)中cmos像素讀出電路包括了復(fù)位管、放大管和選擇管，通常三者都為nmos管。4t型結(jié)構(gòu)中cmos像素讀出電路中還增加了一個(gè)轉(zhuǎn)移晶體管或稱為傳輸管；所述轉(zhuǎn)移晶體管會(huì)將感光二極管中產(chǎn)生的光生電子轉(zhuǎn)移到浮空有源區(qū)(floating diffusion，fd)。
4.cmos圖像傳感器的像素單元電路形成于像素區(qū)中，在像素區(qū)中，各像素單元電路會(huì)呈陣列排列。
5.在像素區(qū)的周側(cè)為外圍區(qū)，外圍區(qū)的cmos電路為外圍電路，外圍電路包括輸入輸出緩沖電路和邏輯電路等。
6.根據(jù)光線進(jìn)入到像素區(qū)中的感光二極管中的路徑不同，cis由分為前照式(fsi)cis和背照式(bsi)cis。
7.fis cis中，光線需要穿過金屬互連層材料達(dá)到像素區(qū)的感光二極管中，并容易產(chǎn)生干擾。而bsi cis中，光線會(huì)到達(dá)感光二極管中的光路更短，且不會(huì)受到正面金屬互連層的干擾，最后會(huì)提高量子效率和降低串?dāng)_。
8.圖1a
?
圖1b是現(xiàn)有背照式cmos圖像傳感器的背面工藝中形成背面金屬屏蔽層103后的背面介質(zhì)層104時(shí)各步驟中的器件剖面結(jié)構(gòu)示意圖；
9.如圖1a至圖1b所示，是現(xiàn)有背照式cmos圖像傳感器的背面工藝中形成背面金屬屏蔽層103后的背面介質(zhì)層104時(shí)各步驟中的器件剖面結(jié)構(gòu)示意圖；如圖1a所示，bsi cis中需要采用背面工藝，背面工藝包括對半導(dǎo)體襯底101進(jìn)行背面減薄，形成底部抗反射涂層(barc)，背面緩沖層102和背面金屬屏蔽(shielding)層103，背面金屬屏蔽層103主要用于阻擋光線進(jìn)入到外圍電路中，故背面金屬屏蔽層103需要進(jìn)行圖形化如進(jìn)行光刻定義加刻蝕工藝使得背面金屬屏蔽層103僅形成于外圍區(qū)的表面上，這樣背面金屬屏蔽層103在外圍區(qū)和像素區(qū)的邊界處會(huì)形成一個(gè)臺(tái)階。
10.如圖1a所示，后續(xù)還需要形成進(jìn)一步形成背面介質(zhì)層104，這一層背面介質(zhì)層104會(huì)跨域臺(tái)階而同時(shí)覆蓋在像素區(qū)和外圍區(qū)，使得背面介質(zhì)層104的表面不平坦。
11.如圖1b所示，為了使背面介質(zhì)層104平坦化，現(xiàn)有工藝中會(huì)在背面介質(zhì)層104形成
后采用化學(xué)機(jī)械研磨(cmp)工藝中對背面介質(zhì)層104進(jìn)行平坦化處理。這種平坦化處理在像素區(qū)的尺寸較小時(shí)問題不是很大，但是在大像元產(chǎn)品中，像素區(qū)的邊長會(huì)達(dá)到3微米以上，這樣像素區(qū)兩側(cè)的臺(tái)階的間距就比較大，cmp工藝容易使得在像素區(qū)的頂部的背面介質(zhì)層104的表面形成蝶形(dish)缺陷。蝶形缺陷會(huì)使得像素區(qū)不同位置處的光路的長度不一致，會(huì)對器件的感光產(chǎn)生不利影響。同時(shí)，背面介質(zhì)層104通常為氧化硅，不同厚度的氧化硅的顏色不同，所以從晶圓上看，背面介質(zhì)層104完成cmp后會(huì)出現(xiàn)晶圓色差。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
12.本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種改善背照式cmos圖像傳感器的晶圓色差的制造方法，能防止覆蓋在背面金屬屏蔽層上的第一背面介質(zhì)層出現(xiàn)蝶形缺陷，同時(shí)還能使第一背面介質(zhì)層的厚度滿足要求，最后能消除第一背面介質(zhì)層形成的晶圓色差。
13.為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供的改善背照式cmos圖像傳感器的晶圓色差的制造方法的背面工藝中包括步驟：
14.步驟一、完成背面金屬屏蔽層的圖形化工藝，圖形化后的所述背面金屬屏蔽層將像素區(qū)打開以及將所述像素區(qū)周側(cè)覆蓋，所述像素區(qū)中形成有多個(gè)按陣列排列的像素單元結(jié)構(gòu)，所述像素區(qū)的周側(cè)區(qū)域?yàn)橥鈬鷧^(qū)，所述外圍區(qū)形成有外圍電路，所述背面金屬屏蔽層用于阻擋光學(xué)進(jìn)入到所述外圍電路中；在所述像素區(qū)和所述外圍區(qū)的界面處所述背面金屬屏蔽層具有臺(tái)階。
15.步驟二、按照所需的厚度控制cvd沉積工藝在保證后續(xù)不需要采用cmp工藝的條件下形成第一背面介質(zhì)層，所述第一背面介質(zhì)層覆蓋在所述像素區(qū)的背面表面、所述臺(tái)階和所述背面金屬屏蔽層表面，使得在背面方向上，使位于所述像素區(qū)的所述第一背面介質(zhì)層的表面保留為低于位于所述背面金屬屏蔽層表面的所述第一背面介質(zhì)層的表面的結(jié)構(gòu)，以保證位于所述像素區(qū)的所述第一背面介質(zhì)層本身具有平坦結(jié)構(gòu)，以消除采用cmp工藝時(shí)在所述像素區(qū)形成的蝶形缺陷，從而消除背照式cmos圖像傳感器的芯片內(nèi)的晶圓色差。
16.進(jìn)一步的改進(jìn)是，所述第一背面介質(zhì)層的材料包括氧化硅。
17.進(jìn)一步的改進(jìn)是，所述背面金屬屏蔽層的材料包括al。
18.進(jìn)一步的改進(jìn)是，在俯視面上，所述像素區(qū)呈正方形。
19.進(jìn)一步的改進(jìn)是，所述像素區(qū)為邊長為3微米以上的大像元結(jié)構(gòu)。
20.所述像素區(qū)的尺寸越大，cmp工藝在所述像素區(qū)形成的蝶形缺陷越大。
21.進(jìn)一步的改進(jìn)是，所述背面金屬屏蔽層的厚度為
22.進(jìn)一步的改進(jìn)是，所述第一背面介質(zhì)層的厚度為
23.進(jìn)一步的改進(jìn)是，在所述外圍區(qū)的周側(cè)為接合焊盤區(qū)，所述接合焊盤區(qū)的金屬同時(shí)連接背面的所述背面金屬屏蔽層和照式cmos圖像傳感器的正面的金屬互連層。
24.進(jìn)一步的改進(jìn)是，在步驟一之前，背面工藝還包括：
25.對半導(dǎo)體襯底進(jìn)行背面減薄。
26.在所述半導(dǎo)體襯底的背面形成第二背面介質(zhì)層。
27.進(jìn)一步的改進(jìn)是，背面減薄后的所述半導(dǎo)體襯底的厚度為2微米～3微米。
28.進(jìn)一步的改進(jìn)是，所述第二背面介質(zhì)層包括barc層或背面緩沖介質(zhì)層。
29.進(jìn)一步的改進(jìn)是，所述背面緩沖介質(zhì)層包括teos氧化層。
30.進(jìn)一步的改進(jìn)是，所述teos氧化層的厚度為
31.進(jìn)一步的改進(jìn)是，在進(jìn)行所述背面工藝之前，還包括在所述半導(dǎo)體襯底上形成正面工藝的步驟，正面工藝步驟包括：
32.在所述像素區(qū)中形成像素單元電路，所述像素單元電路包括感光二極管和cmos像素讀出電路。
33.在外圍區(qū)中形成所述外圍電路；所述外圍電路中的cmos器件和所述cmos像素讀取電流的cmos器件能同時(shí)形成。
34.進(jìn)一步的改進(jìn)是，步驟二之后，所述背面工藝還包括：
35.形成彩色濾波器；
36.形成微透鏡。
37.本發(fā)明在背面金屬屏蔽層圖形化后，形成第一背面介質(zhì)層時(shí)直接對第一背面介質(zhì)層的cvd沉積工藝進(jìn)行控制并從而控制第一背面介質(zhì)層的厚度到所需要的厚度，后續(xù)即使會(huì)有由于背面金屬屏蔽層的臺(tái)階是第一背面介質(zhì)層在像素區(qū)和外圍區(qū)的頂部表面不相平，但是能保證第一背面介質(zhì)層在像素區(qū)中具有平坦表面且厚度符合要求，故本發(fā)明并不需要采用cmp工藝對第一背面介質(zhì)層進(jìn)行平坦化，從而能消除第一背面介質(zhì)層在像素區(qū)出現(xiàn)蝶形缺陷，同時(shí)還能使第一背面介質(zhì)層的厚度滿足要求，最后能消除第一背面介質(zhì)層形成的晶圓色差并從而能提高產(chǎn)品性能。
38.由于cmp產(chǎn)生的蝶形缺陷在大像元的像素區(qū)中特別容易出現(xiàn)，所以本發(fā)明特別適用于大像元產(chǎn)品的制造中。
附圖說明
39.下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說明：
40.圖1a
?
圖1b是現(xiàn)有背照式cmos圖像傳感器的背面工藝中形成背面金屬屏蔽層后的背面介質(zhì)層時(shí)各步驟中的器件剖面結(jié)構(gòu)示意圖；
41.圖2是本發(fā)明實(shí)施例改善背照式cmos圖像傳感器的晶圓色差的制造方法流程圖；
42.圖3a是本發(fā)明實(shí)施例改善背照式cmos圖像傳感器的晶圓色差的制造方法中形成背面金屬屏蔽層后的第一背面介質(zhì)層時(shí)的器件剖面結(jié)構(gòu)示意圖；
43.圖3b是圖3a對應(yīng)的俯視面圖。
具體實(shí)施方式
44.如圖2所示，是本發(fā)明實(shí)施例改善背照式cmos圖像傳感器的晶圓色差的制造方法流程圖；如圖3a所示，是本發(fā)明實(shí)施例改善背照式cmos圖像傳感器的晶圓色差的制造方法中形成背面金屬屏蔽層203后的第一背面介質(zhì)層204時(shí)的器件剖面結(jié)構(gòu)示意圖；圖3b是圖3a對應(yīng)的俯視面圖。本發(fā)明實(shí)施例改善背照式cmos圖像傳感器的晶圓色差的制造方法的背面工藝中包括步驟：
45.步驟一、完成背面金屬屏蔽層203的圖形化工藝，圖形化后的所述背面金屬屏蔽層203將像素區(qū)301打開以及將所述像素區(qū)301周側(cè)覆蓋，所述像素區(qū)301中形成有多個(gè)按陣列排列的像素單元結(jié)構(gòu)，所述像素區(qū)301的周側(cè)區(qū)域?yàn)橥鈬鷧^(qū)302，所述外圍區(qū)302形成有外圍電路，所述背面金屬屏蔽層203用于阻擋光學(xué)進(jìn)入到所述外圍電路中；在所述像素區(qū)301和
所述外圍區(qū)302的界面處所述背面金屬屏蔽層203具有臺(tái)階。
46.本發(fā)明實(shí)施例中，所述背面金屬屏蔽層203的材料包括al。
47.在俯視面上，所述像素區(qū)301呈正方形。
48.所述像素區(qū)301為邊長為3微米以上的大像元結(jié)構(gòu)。
49.在所述外圍區(qū)302的周側(cè)為接合焊盤(pad)區(qū)，所述接合焊盤區(qū)的金屬同時(shí)連接背面的所述背面金屬屏蔽層203和照式cmos圖像傳感器的正面的金屬互連層。
50.本發(fā)明實(shí)施例中，在步驟一之前，背面工藝還包括：
51.對半導(dǎo)體襯底201進(jìn)行背面減薄。
52.在所述半導(dǎo)體襯底201的背面形成第二背面介質(zhì)層202。
53.所述半導(dǎo)體襯底201包括硅襯底。減薄后的所述半導(dǎo)體襯底201為半導(dǎo)體襯底201中的外延層。
54.所述第二背面介質(zhì)層202包括barc層或背面緩沖介質(zhì)層。
55.所述背面緩沖介質(zhì)層包括teos氧化層。
56.在進(jìn)行所述背面工藝之前，還包括在所述半導(dǎo)體襯底201上形成正面工藝的步驟，正面工藝步驟包括：
57.在所述像素區(qū)301中形成像素單元電路，所述像素單元電路包括感光二極管和cmos像素讀出電路。
58.在外圍區(qū)302中形成所述外圍電路；所述外圍電路中的cmos器件和所述cmos像素讀取電流的cmos器件能同時(shí)形成。
59.步驟二、按照所需的厚度控制cvd沉積工藝在保證后續(xù)不需要采用cmp工藝的條件下形成第一背面介質(zhì)層204，所述第一背面介質(zhì)層204覆蓋在所述像素區(qū)301的背面表面、所述臺(tái)階和所述背面金屬屏蔽層203表面，使得在背面方向上，使位于所述像素區(qū)301的所述第一背面介質(zhì)層204的表面保留為低于位于所述背面金屬屏蔽層203表面的所述第一背面介質(zhì)層204的表面的結(jié)構(gòu)，以保證位于所述像素區(qū)301的所述第一背面介質(zhì)層204本身具有平坦結(jié)構(gòu)，以消除采用cmp工藝時(shí)在所述像素區(qū)301形成的蝶形缺陷，從而消除背照式cmos圖像傳感器的芯片內(nèi)的晶圓色差。
60.本發(fā)明實(shí)施例中，所述第一背面介質(zhì)層204的材料包括氧化硅。
61.所述像素區(qū)301的尺寸越大，cmp工藝在所述像素區(qū)301形成的蝶形缺陷越大。
62.步驟二之后，所述背面工藝還包括：
63.形成彩色濾波器；
64.形成微透鏡。
65.光線會(huì)從背面經(jīng)過所述微透鏡的匯聚后，再經(jīng)過彩色濾波器對光學(xué)進(jìn)行彩色分離，之后進(jìn)入到感光二極管中進(jìn)行感光。
66.本發(fā)明實(shí)施例能采用如下參數(shù)：
67.所述背面金屬屏蔽層203的厚度為
68.所述第一背面介質(zhì)層204的厚度為
69.背面減薄后的所述半導(dǎo)體襯底201的厚度為2微米～3微米。
70.所述teos氧化層的厚度為
71.圖3a為沿圖3b中的aa線的剖面圖，沿圖3a中的虛線bb和cc對所述第一背面介質(zhì)層
204進(jìn)行厚度測量可以得到，虛線bb和cc在圖3b中的位置也進(jìn)行了標(biāo)出，本發(fā)明實(shí)施例形成的所述第一背面介質(zhì)層204在像素區(qū)中具有均勻的厚度。
72.本發(fā)明實(shí)施例在背面金屬屏蔽層203圖形化后，形成第一背面介質(zhì)層204時(shí)直接對第一背面介質(zhì)層204的cvd沉積工藝進(jìn)行控制并從而控制第一背面介質(zhì)層204的厚度到所需要的厚度，后續(xù)即使會(huì)有由于背面金屬屏蔽層203的臺(tái)階是第一背面介質(zhì)層204在像素區(qū)301和外圍區(qū)302的頂部表面不相平，但是能保證第一背面介質(zhì)層204在像素區(qū)301中具有平坦表面且厚度符合要求，故本發(fā)明并不需要采用cmp工藝對第一背面介質(zhì)層204進(jìn)行平坦化，從而能消除第一背面介質(zhì)層204在像素區(qū)301出現(xiàn)蝶形缺陷，同時(shí)還能使第一背面介質(zhì)層204的厚度滿足要求，最后能消除第一背面介質(zhì)層204形成的晶圓色差并從而能提高產(chǎn)品性能。
73.由于cmp產(chǎn)生的蝶形缺陷在大像元的像素區(qū)301中特別容易出現(xiàn)，所以本發(fā)明實(shí)施例特別適用于大像元產(chǎn)品的制造中。
74.以上通過具體實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)的說明，但這些并非構(gòu)成對本發(fā)明的限制。在不脫離本發(fā)明原理的情況下，本領(lǐng)域的技術(shù)人員還可做出許多變形和改進(jìn)，這些也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。
色差 傳感器：用色差傳感器區(qū)別黑，紅工件，當(dāng)工件變成紅，黃時(shí)，哪一種方法最好，最有效
紅
傳感器(英文名稱:transducer/sensor)是一種檢測裝置，能感受到被測量的信息，并能將感受到的信息，按一定規(guī)律變換成為電信號或其他所需形式的信息輸出，以滿足信息的傳輸、處理、存儲(chǔ)、顯示、記錄和控制等要求。
傳感器的特點(diǎn)包括:微型化、數(shù)字化、智能化、多功能化、系統(tǒng)化、網(wǎng)絡(luò)化。它是實(shí)現(xiàn)自動(dòng)檢測和自動(dòng)控制的首要環(huán)節(jié)。傳感器的存在和發(fā)展，讓物體有了觸覺、味覺和嗅覺等感官，讓物體慢慢變得活了起來。通常根據(jù)其基本感知功能分為熱敏元件、光敏元件、氣敏元件、力敏元件、磁敏元件、濕敏元件、聲敏元件、放射線敏感元件、色敏元件和味敏元件等十大類。
色差 傳感器：色差儀傳感器
三恩馳最早的小型色差儀使用三個(gè)傳感器最為內(nèi)部數(shù)據(jù)感應(yīng)分析儀器，這已經(jīng)是但是國內(nèi)色差儀中最好的，而且我們采用的色差儀傳感器都是進(jìn)口的性能和穩(wěn)定性絕對能夠保證，同時(shí)采用高級計(jì)算核心微處理兩者相結(jié)合測量出來的顏色數(shù)據(jù)準(zhǔn)確而可靠。現(xiàn)在為了提高精度，同時(shí)完善色差儀的功能，三恩馳新出品的NS系列色差儀采用十六分傳感器作為內(nèi)部核心處理儀器，這可以說是同行業(yè)國內(nèi)色差儀所沒有的，而且所有傳感器都是采用進(jìn)口的。NS系列色差儀屬于分光型測色儀類型不但可以檢測產(chǎn)品的色差問題，同時(shí)可以分析單品的色彩問題。在功能上得到很好的完善同時(shí)這類型色差儀通過國家審計(jì)的精度檢測，是目前國內(nèi)同種產(chǎn)品中精度最高，同時(shí)比亞與進(jìn)口產(chǎn)品。
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色標(biāo)傳感器
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單色光源色標(biāo)傳感器，分三種光源：綠光，藍(lán)光，白光
中文名
色標(biāo)傳感器
外文名
Color sensor
綠光LED
（565nm）
紅光LED
（660nm）
特 點(diǎn)
綠光LED比白熾燈壽命長
介紹色標(biāo)傳感器指的是對各種標(biāo)簽進(jìn)行檢測，即使背景顏色有著細(xì)微的差別的顏色也可以檢測到，處理速度快。自動(dòng)適應(yīng)波長，能夠檢測灰度值的細(xì)小差別，與標(biāo)簽和背景的混合顏色無關(guān)。色標(biāo)傳感器常用于檢測特定色標(biāo)或物體上的斑點(diǎn)，它是通過與非色標(biāo)區(qū)相比較來實(shí)現(xiàn)色標(biāo)檢測，而不是直接測量顏色。色標(biāo)傳感器實(shí)際是一種反向裝置，光源垂直于目標(biāo)物體安裝，而接收器與物體成銳角方向安裝，讓它只檢測來自目標(biāo)物體的散射光，從而避免傳感器直接接收反射光，并且可使光束聚焦很窄。白熾燈和單色光源都可用于色標(biāo)檢測。以白熾燈為基礎(chǔ)的傳感器用有色光源檢測顏色，這種白熾燈發(fā)射包括紅外在內(nèi)的各種顏色的光，因此用這種光源的傳感器可在很寬范圍上檢測顏色的微小變化。另外，白熾燈傳感器的檢測電路通常都十分簡單，因此可獲得極快的響應(yīng)速度。然而，白熾燈不允許振動(dòng)和延長使用時(shí)間，因此不適用于有嚴(yán)重沖擊和振動(dòng)的場合。使用單色光源（即綠色或紅色LED）的色標(biāo)傳感器就其原理來說并不是檢測顏色，它是通過檢測色標(biāo)對光束的反射或吸收量與周圍材料相比的不同而實(shí)現(xiàn)檢測的。所以，顏色的識(shí)別要嚴(yán)格與照射在目標(biāo)上的光譜成分相對應(yīng)。在單色光源中，綠光LED（565nm）和紅光LED（660nm）各有所長。綠光LED比白熾燈壽命長，并且在很寬的顏色范圍內(nèi)比紅光源靈敏度高。紅光LED對有限的顏色組合有響應(yīng)，但它的檢測距離比綠光LED遠(yuǎn)。通常紅光源傳感器的檢測距離是綠光源傳感器的6～8倍。
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