CN102825541A

CN102825541A - 晶圆减薄方法

Info

Publication number: CN102825541A
Application number: CN2012103331276A
Authority: CN
Inventors: 邢家明; 洪齐元
Original assignee: Omnivision Technologies Shanghai Co Ltd
Current assignee: Omnivision Technologies Shanghai Co Ltd
Priority date: 2012-09-10
Filing date: 2012-09-10
Publication date: 2012-12-19
Anticipated expiration: 2032-09-10
Also published as: CN102825541B

Abstract

本发明提供了一种晶圆减薄方法，所述晶圆减薄方法包括：提供晶圆，并在所述晶圆中形成阻挡层；利用磨削工艺减薄晶圆；利用化学机械研磨工艺减薄晶圆至所述阻挡层。利用阻挡层标示出晶圆需要减薄到的位置，由此，利用化学机械研磨工艺便能实现对晶圆的减薄精度要求，避免了对于湿法刻蚀工艺的使用，由此也就避免了湿法刻蚀工艺所带来的一些缺陷，提高了晶圆减薄工艺的可靠性。

Description

晶圆减薄方法

技术领域

本发明涉及集成电路制造工艺技术领域，特别涉及一种背照式图像传感器制造过程中的晶圆减薄方法。

背景技术

图像传感器是在光电技术基础上发展起来的，所谓图像传感器，就是能够感受光学图像信息并将其转换成可用输出信号的传感器。图像传感器可以提高人眼的视觉范围，使人们看到肉眼无法看到的微观世界和宏观世界，看到人们暂时无法到达处发生的事情，看到超出肉眼视觉范围的各种物理、化学变化过程，生命、生理、病变的发生发展过程，等等。可见图像传感器在人们的文化、体育、生产、生活和科学研究中起到非常重要的作用。可以说，现代人类活动已经无法离开图像传感器了。

按照接收光线的位置的不同，图像传感器可以分为传统正照式图像传感器及背照式图像传感器，其中，背照式图像传感器与传统正照式图像传感器相比，最大的优化之处就是将元件内部的结构改变了，即将感光层的元件调转方向，让光能从背面直射进去，避免了在传统正照式图像传感器结构中，光线会受到微透镜和光电二极管之间的电路和晶体管的影响。此外，把与感光无关的走线与光电二极管分开到图像传感器（芯片）的两边或下面，这样不仅可以增加光电元件曝光面积（开口率增加），而且减少光线经过布线层时的损失，从而显著提高光的效能，大大改善低光照条件下的感光效果。

对于背照式图像传感器而言，为了使得入射到其背面的光线能够有效地到达感光元件，在背照式传感器的制造过程中，对于晶圆（即承载功能元件的基材）进行薄型化处理是一项必要的工艺步骤。

请参考图1，其为现有的晶圆减薄方法的流程示意图。如图1所示，现有的晶圆减薄方法主要包括：

步骤S10：利用磨削（grinding）工艺减薄晶圆。所述晶圆包括正面和背面，对所述晶圆的背面执行磨削工艺，以减薄所述晶圆。通常的，通过所述磨削工艺将晶圆的厚度从770μm减薄至25μm。其中，所述晶圆为器件晶圆，即所述晶圆承载有功能元件，所述功能元件包括光电二极管、金属导线等，所述功能元件形成于所述晶圆中并且靠近所述晶圆的正面，或者形成于所述晶圆的正面之上。

在经过步骤S 10的第一次减薄工艺之后，接着，执行第二次减薄工艺。

步骤S11：利用湿法刻蚀（wet etch）工艺减薄晶圆，即对经过磨削工艺后的晶圆，继续执行湿法刻蚀工艺，以进一步减薄晶圆。所述晶圆包括正面和背面，所述背面即为执行过磨削工艺的一面，在此，继续对该面执行减薄工艺。通常的，通过湿法刻蚀工艺将晶圆的厚度从25μm减薄至2.5μm。

通过上述两步晶圆减薄工艺，能够得到满足厚度要求的晶圆。然而，在该现有的晶圆减薄方法中，存在如下几个问题：

1、因为湿法刻蚀工艺需要使用刻蚀停止层（stop layer），由此需要使用基底（substrate）高浓度掺杂的晶圆，从而增加了晶圆成本；

2、由于使用了刻蚀工艺，而刻蚀工艺需要使用成本较高的专门机台，从而也增加了设备成本；

3、相较于磨削、化学机械研磨（CMP）工艺，去除相同厚度的膜层，刻蚀工艺所需的工艺时间更长，由此也将降低生产效率，提高生产成本。

现有的晶圆减薄方法所存在的问题中，主要都是因为利用了湿法刻蚀工艺的缘故，为了避免上述问题的产生，可以避免使用湿法刻蚀工艺。但是，湿法刻蚀工艺能够满足对于晶圆的减薄精度要求，目前，难以仅通过磨削工艺和/或化学机械研磨工艺满足对于晶圆的减薄精度要求。由此，现有工艺中只能容忍上述问题的存在，而在晶圆减薄方法中，既要满足晶圆的减薄精度要求，又能够避免对于湿法刻蚀工艺的使用也成了本领域的一个技术难题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种晶圆减薄方法，以解决现有技术中难以实现既满足晶圆的减薄精度要求，又能够避免对于湿法刻蚀工艺的使用的问题。

为解决上述技术问题，本发明提供一种晶圆减薄方法，包括：

提供晶圆，并在所述晶圆中形成阻挡层；

利用磨削工艺减薄晶圆；

利用化学机械研磨工艺减薄晶圆至所述阻挡层。

可选的，在所述的晶圆减薄方法中，在所述晶圆中形成阻挡层的工艺步骤包括：

在所述晶圆中形成沟槽；及

在所述沟槽中沉积阻挡层。

可选的，在所述的晶圆减薄方法中，所述沟槽的深度为2.5μm~3μm。

可选的，在所述的晶圆减薄方法中，所述沟槽形成于所述晶圆的切割道上。

可选的，在所述的晶圆减薄方法中，所述阻挡层的厚度为0.5μm~1μm。

可选的，在所述的晶圆减薄方法中，所述阻挡层的材料为氧化硅。

可选的，在所述的晶圆减薄方法中，在形成所述阻挡层的同时，在所述晶圆中形成浅沟槽隔离结构。

可选的，在所述的晶圆减薄方法中，在利用化学机械研磨工艺减薄晶圆时，所使用的研磨液对于阻挡层和晶圆的研磨选择比为1：50~200。

可选的，在所述的晶圆减薄方法中，通过化学机械研磨工艺所使用的机台中显示的扭矩参数，确定化学机械研磨工艺是否减薄晶圆至所述阻挡层。

可选的，在所述的晶圆减薄方法中，利用磨削工艺将晶圆的厚度减薄至5μm~30μm。

可选的，在所述的晶圆减薄方法中，所述阻挡层靠近所述晶圆的正面。

可选的，在所述的晶圆减薄方法中，在所述晶圆中形成阻挡层之后，利用磨削工艺减薄晶圆之前，还包括：在所述晶圆的正面之上形成功能器件。

在本发明提供的晶圆减薄方法中，利用阻挡层标示出晶圆需要减薄到的位置，由此，利用化学机械研磨工艺便能实现对晶圆的减薄精度要求，避免了对于湿法刻蚀工艺的使用，由此也就避免了湿法刻蚀工艺所带来的一些缺陷，提高了晶圆减薄工艺的可靠性。

附图说明

图1是现有的晶圆减薄方法的流程示意图；

图2是本发明实施例的晶圆减薄方法的流程示意图；

图3a～3f是执行本发明实施例的晶圆减薄方法中所形成的器件的剖面示意图。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本发明提出的晶圆减薄方法作进一步详细说明。根据下面说明和权利要求书，本发明的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。

请参考图2，其为本发明实施例的晶圆减薄方法的流程示意图。如图2所示，所述晶圆减薄方法包括：

S20：提供晶圆，并在所述晶圆中形成阻挡层；

S21：利用磨削工艺减薄晶圆；

S22：利用化学机械研磨工艺减薄晶圆至所述阻挡层。

具体的，请参考图3a~3f，其为执行本发明实施例的晶圆减薄方法中所形成的器件的剖面示意图。

如图3a所示，提供晶圆30，在此，所述晶圆30为硅材料晶圆，所述晶圆30具有正面30a及背面30b。所述晶圆30上具有用于切割的多条切割道301，在后道工艺中，通过在所述切割道301上切割，便可从所述晶圆30上分割出多个集成电路器件。通常的，所述切割道301为宽160μm的条形切割道。

接着，如图3b所示，在所述晶圆30中形成沟槽302，优选的，在所述晶圆30的切割道301上形成所述沟槽302。所述沟槽302的深度为2.5μm~3μm；所述沟槽302的宽度小于所述切割道301的宽度，例如，所述沟槽302的长度和宽度均为100微米。具体的，可通过对所述晶圆30的正面30a执行干法刻蚀工艺、湿法刻蚀工艺等半导体工艺以实现在所述晶圆30中形成沟槽302。优选的，形成所述沟槽302的工艺与在晶圆30中形成浅沟槽隔离槽（图3b中未标示出）的工艺相同。由于在形成背照式图像传感器的过程中，需要在晶圆30中形成浅沟槽隔离槽并进一步形成浅沟槽隔离结构，因此，在形成沟槽302时利用该道工艺可降低工艺成本。

接着，如图3c所示，在所述沟槽302中沉积阻挡层31，即在所述晶圆30中形成阻挡层31。优选的，在所述沟槽302中沉积阻挡层31的工艺与形成浅沟槽隔离结构303的工艺兼容，即在形成所述阻挡层31的同时，在所述晶圆30中形成浅沟槽隔离结构（STI）303。在本实施例中，所述阻挡层31的厚度为0.5μm~1微米，所述阻挡层31的材料为氧化硅。具体的，可通过化学气相沉积工艺在所述晶圆30的正面30a沉积一氧化硅层（此时，所述沟槽302及浅沟槽隔离槽中也沉积有所述氧化硅层）；接着，刻蚀所述氧化硅层形成阻挡层31及浅沟槽隔离结构303。

在本实施例中，由于形成阻挡层31的工艺利用了原有的形成浅沟槽隔离结构303的工艺，由此，该形成阻挡层31的工艺未增加任何工艺成本。

如图3d所示，在本实施例中，接着在所述晶圆30的正面30a之上形成功能器件32，当然，也可以在所述晶圆30中形成功能器件。所述功能器件包括光电二极管、金属导线以及连接金属导线的连接线等。此为现有技术，本申请对此不再赘述。

接着，如图3e所示，利用磨削工艺减薄晶圆30。具体的，通过磨削工艺对所述晶圆30的背面30b执行背面减薄工艺。优选的，利用磨削工艺将晶圆30的厚度减薄至5μm~30μm。通常的，在执行磨削工艺之前，所述晶圆30的厚度为770μm，而最终需要的晶圆30的厚度为2.5μm。在此，通过磨削工艺将晶圆30的厚度减薄至5μm~30μm，实现晶圆30的显著减薄。由于磨削工艺的减薄速度非常快，即工艺效率非常高，因此，在此利用磨削工艺实现对晶圆30的主要减薄可降低工艺所需的时间，进而提高工艺效率，降低工艺成本。

如图3f所示，利用化学机械研磨工艺减薄晶圆30至所述阻挡层31，即在此通过化学机械研磨（CMP）的第二道减薄工艺，减薄所述晶圆30直至露出阻挡层31。也就是说，通过所述阻挡层31来标记第二道减薄工艺的完成，而正是利用了所述阻挡层31的标记作用，标示出了晶圆30需要减薄到的位置，由此，利用化学机械研磨工艺便能实现对晶圆30的减薄精度要求，避免了具体减薄时对于湿法刻蚀工艺的使用，由此也就避免了湿法刻蚀工艺所带来的一些缺陷，提高了晶圆减薄工艺的可靠性。

优选的，在利用化学机械研磨工艺减薄晶圆时，所使用的研磨液对于阻挡层31和晶圆30的研磨选择比为1：50~200，即在该化学机械研磨工艺中，对于阻挡层31的去除十分困难。由此，利用所述阻挡层31便可标示出化学机械研磨工艺需要停止的时刻（即化学机械研磨工艺完成的时刻）。

优选的，通过化学机械研磨工艺所使用的机台中显示的扭矩参数，确定化学机械研磨工艺是否减薄晶圆30至所述阻挡层31。当化学机械研磨工艺去除的均为晶圆30时，即尚未碰到阻挡层31时，将具有较快的研磨速度，由此机台上将会显示一较小的扭矩参数值；当化学机械研磨工艺去除的不仅为晶圆30时，即碰到了阻挡层31时，将具有较慢的研磨速度，由此机台上将会显示一较大的扭矩参数值。从而，通过所述机台中显示的扭矩参数可十分方便地确定化学机械研磨工艺是否减薄晶圆30至所述阻挡层31，即确定化学机械研磨工艺是否需要结束，也就是晶圆30的减薄是否已达到精度要求。

具体的，在本实施例中，所述研磨液可以选用fujimi公司的glanzox1304或者planerlite6103，该两种研磨液对于晶圆30和阻挡层31的选择比差约为100:1，能够有效地实现利用化学机械研磨工艺对晶圆30的精确减薄。

化学机械研磨工艺相对于磨削工艺具有较慢的晶圆减薄速度，由此，也能够更精确地控制晶圆的减薄量。在本实施例中，配合使用磨削工艺和化学机械研磨工艺，既能够使用较少的工艺时间，又能够保证晶圆减薄的精度。

通常的，晶圆经过减薄工艺后，最终需要的晶圆30的厚度为2.5μm，为了满足这一个要求，在形成沟槽302时，可以使得沟槽302的深度为2.5μm。当然，考虑到工艺的余量，即当发现化学机械研磨工艺碰到阻挡层31时，由于反应时间的需要，往往会去除微量的阻挡层31及晶圆30，因此，所述沟槽302的深度也可以略大于2.5微米，例如为2.6微米等。

此外，在本发明提供的晶圆减薄方法中，引入了阻挡层31这一结构，而本实施例中，为了避免阻挡层31对于晶圆30的有效地方（即需要形成功能器件的地方）的侵占，将阻挡层31形成于切割道301上（易知的，当沟槽302形成于切割道301上时，阻挡层31也必然形成于切割道301上），由此，既能通过所述阻挡层31标示出晶圆30的需要减薄到的位置，又不会对晶圆30造成损伤/损失。

通常的，磨削工艺与化学机械研磨工艺可通过一机台完成，即相对于现有技术中利用磨削工艺和湿法刻蚀工艺实现晶圆的减薄，即相对于利用实现磨削工艺的机台和实现湿法刻蚀工艺的机台两种机台而言，降低了设备成本。此外，由于无需使用基底高浓度掺杂的晶圆，也就降低了晶圆成本。同时，相对于湿法刻蚀工艺，去除相同厚度的膜层，化学机械研磨工艺所需的工艺时间更短，由此也便提高了生产效率，降低了生产成本。

上述描述仅是对本发明较佳实施例的描述，并非对本发明范围的任何限定，本发明领域的普通技术人员根据上述揭示内容做的任何变更、修饰，均属于权利要求书的保护范围。

Claims

1.一种晶圆减薄方法，其特征在于，包括：

提供晶圆，并在所述晶圆中形成阻挡层；

利用磨削工艺减薄晶圆；

利用化学机械研磨工艺减薄晶圆至所述阻挡层。

2.如权利要求1所述的晶圆减薄方法，其特征在于，在所述晶圆中形成阻挡层的工艺步骤包括：

在所述晶圆中形成沟槽；及

在所述沟槽中沉积阻挡层。

3.如权利要求2所述的晶圆减薄方法，其特征在于，所述沟槽的深度为2.5μm~3μm。

4.如权利要求2所述的晶圆减薄方法，其特征在于，所述沟槽形成于所述晶圆的切割道上。

5.如权利要求1所述的晶圆减薄方法，其特征在于，所述阻挡层的厚度为0.5μm~1μm。

6.如权利要求5所述的晶圆减薄方法，其特征在于，所述阻挡层的材料为氧化硅。

7.如权利要求6所述的晶圆减薄方法，其特征在于，在形成所述阻挡层的同时，在所述晶圆中形成浅沟槽隔离结构。

8.如权利要求6所述的晶圆减薄方法，其特征在于，在利用化学机械研磨工艺减薄晶圆时，所使用的研磨液对于阻挡层和晶圆的研磨选择比为1：50~200。

9.如权利要求1至8中的任一项所述的晶圆减薄方法，其特征在于，通过化学机械研磨工艺所使用的机台中显示的扭矩参数，确定化学机械研磨工艺是否减薄晶圆至所述阻挡层。

10.如权利要求1至8中的任一项所述的晶圆减薄方法，其特征在于，利用磨削工艺将晶圆的厚度减薄至5μm~30μm。

11.如权利要求1至8中的任一项所述的晶圆减薄方法，其特征在于，所述阻挡层靠近所述晶圆的正面。

12.如权利要求11所述的晶圆减薄方法，其特征在于，在所述晶圆中形成阻挡层之后，利用磨削工艺减薄晶圆之前，还包括：

在所述晶圆的正面之上形成功能器件。