CN102832105B - 晶圆减薄方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种晶圆减薄方法包括：提供晶圆，并对所述晶圆执行研磨工艺；对研磨后的晶圆执行退火工艺；对退火后的晶圆执行湿法刻蚀工艺。通过本发明提供的晶圆减薄方法所形成的减薄后的晶圆不易发生晶圆破片的问题，极大地提高了工艺的可靠性，降低了生产成本。

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：利用研磨工艺减薄晶圆。所述晶圆包括正面和背面，对所述晶圆的背面执行研磨工艺，以减薄所述晶圆。通常的，通过所述研磨工艺将晶圆的厚度从775μm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S10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，即对经过研磨工艺后的晶圆，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研磨工艺的一面，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2μm左右。

但是，通过上述工艺所形成的晶圆（即减薄后的晶圆）在后续工艺中极易发生晶圆破片的问题，对于这一问题，极大地困扰了本领域技术人员。

发明内容

本发明的目的在于提供一种晶圆减薄方法，以解决现有技术中减薄后的晶圆在后续工艺中极易发生晶圆破片的问题。

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，并对所述晶圆执行研磨工艺；

对研磨后的晶圆执行退火工艺；

对退火后的晶圆执行湿法刻蚀工艺。

可选的，在所述的晶圆减薄方法中，利用惰性气体对研磨后的晶圆执行退火工艺。

可选的，在所述的晶圆减薄方法中，对研磨后的晶圆执行退火工艺的工艺时间为1小时~3小时；工艺温度为300℃~500℃。

可选的，在所述的晶圆减薄方法中，对所述晶圆执行研磨工艺中去除的晶圆厚度为650μm~770μm。

可选的，在所述的晶圆减薄方法中，在提供晶圆的工艺步骤中，所提供的晶圆包括第一层及位于所述第一层上的第二层，其中，所述第一层所掺杂的离子浓度小于所述第二层所掺杂的离子浓度，所述第一层靠近所述晶圆的正面。

可选的，在所述的晶圆减薄方法中，所述第一层的厚度为3μm~10μm；所述第二层的厚度为700μm~775μm。

可选的，在所述的晶圆减薄方法中，对退火后的晶圆执行湿法刻蚀工艺包括：

第一道湿法刻蚀工艺去除部分第二层；

第二道湿法刻蚀工艺去除部分第二层及部分第一层；

第三道湿法刻蚀工艺去除部分第一层。

可选的，在所述的晶圆减薄方法中，在第二道湿法刻蚀工艺中，刻蚀液对于第二层的刻蚀速率大于对于第一层的刻蚀速率。

可选的，在所述的晶圆减薄方法中，在第二道湿法刻蚀工艺中，刻蚀液对于第二层和第一层的刻蚀速率比为50~200:1。

可选的，在所述的晶圆减薄方法中，在第三道湿法刻蚀工艺中去除晶圆的速率小于在第一道湿法刻蚀工艺中去除晶圆的速率。

与现有技术相比，通过本发明提供的晶圆减薄方法所形成的减薄后的晶圆不易发生晶圆破片的问题，极大地提高了工艺的可靠性，降低了生产成本。

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是本发明实施例的晶圆减薄方法所形成的器件剖面示意图。

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。

在现有工艺中，对减薄后的晶圆执行后续工艺（例如在晶圆表面沉积金属膜层、介质膜层等）的过程中，极易发生晶圆破片的现象。晶圆发生破片以后，将直接导致破片晶圆的报废，生产成本的提高。为此，各厂商都投入了大量的人力、物力、财力，以期能够尽早地解决这一问题。

在研究这一问题的过程中，有技术人员指出，是不是因为减薄后的晶圆的厚度太小了，从而导致其极易发生破片的问题。针对这一思路，生产厂商增加了减薄后晶圆的厚度，将减薄后晶圆的厚度提高了30%~50%，以期能够解决晶圆破片的问题。但是，实事证明这一解决方案并不理想，其并没有能够有效地降低减薄后晶圆的破片量；同时，由于减薄后晶圆的厚度增加了，其降低了由此形成的背照式图像传感器的性能，特别的，降低了感光效果。

因此，这一问题仍深深的困扰着本领域技术人员。

本申请发明人在对这一问题进行了无数次的实验研究之后发现，导致减薄后的晶圆极易发生破片的原因在于，研磨工艺极大的增加了晶圆的内应力，并且研磨后晶圆各处的内应力不同，由此，对减薄后的晶圆执行后续工艺的过程中，极易发生晶圆破片的现象。

在发现了导致减薄后晶圆极易发生晶圆破片问题的症结所在之后，发明人提出了一种晶圆减薄方法。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：

步骤S20：提供晶圆，并对所述晶圆执行研磨工艺；

步骤S21：对研磨后的晶圆执行退火工艺；

步骤S22：对退火后的晶圆执行湿法刻蚀工艺。

通过本实施例提供的晶圆减薄方法能够极大的减小减薄后晶圆的破片问题。经过试验与统计发现，通过现有工艺形成的减薄后晶圆，其在后续工艺中发生的破片率约为1.5%~2.5%；而经过本实施例提供的晶圆减薄方法所形成的减薄后晶圆，其在后续工艺中发生的破片率约为0.5%~1%，破片率发生了显著的下降，由此也极大的降低了生产成本。

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

如图3a所示，提供晶圆30，所述晶圆30为器件晶圆，即在所述晶圆30上已经形成有或者即将形成背照式图像传感器的各类功能器件/元件。通常的，所述晶圆30的厚度为775μm，当然，其也可以更厚或者更薄。在本实施例中，所述晶圆30为一种两层结构，包括第一层301（该第一层301也称为器件晶圆外延层）及位于所述第一层301上的第二层302（该第二层302也称为器件晶圆体衬底）。其中，所述第一层301所掺杂的离子浓度远小于所述第二层302所掺杂的离子浓度，通常的，所掺杂的离子均为P型掺杂离子。在本实施例中，所述第一层301的厚度为5μm，所述第二层302的厚度为770μm。通常的，所述第一层301的厚度为3μm~10μm；所述第二层302的厚度为700μm~775μm。

在此，为了便于减薄工艺的执行，所述晶圆30与一载片31键合，其中，所述晶圆30的正面与所述载片31键合。相较于第二层302，所述载片31更靠近所述第一层301，即所述第一层301靠近所述晶圆30的正面。

接着，如图3b所示，对所述晶圆30执行研磨工艺A，优选的，所述研磨工艺A去除的晶圆30的厚度为650μm~770μm，在此，所述研磨工艺A所去除的部分晶圆均为第二层302。其中，该研磨工艺A所采用的研磨液及研磨速率为现有技术，本申请对此不做限定。通过该研磨工艺A能够对晶圆30实现较大的减薄，其所需要的用时/成本相较于利用刻蚀液执行湿法刻蚀更少/更低，由此便可降低整个晶圆减薄工艺的成本。

接着，如图3c所示，对经过研磨工艺A的晶圆30执行退火工艺B。优选的，利用惰性气体对所述晶圆30执行退火工艺B；所述退火工艺B的工艺时间优选为1小时~3小时；所述退火工艺B的工艺温度优选为300℃~500℃。在本实施例中，利用氩气对所述晶圆30执行退火工艺B，工艺时间为2小时左右，工艺温度为400℃左右。

通过对经过研磨工艺A的晶圆30执行退火工艺B，能够极大的缓解晶圆30的内压力，使得减薄后晶圆在后续工艺中免于破片。

接着，对经过退火工艺B的晶圆30执行湿法刻蚀工艺，在本实施例中，具体通过三道湿法刻蚀工艺实现。

如图3d所示，对晶圆30执行三道湿法刻蚀工艺中的第一道湿法刻蚀工艺C，在本实施例中，所述第一道湿法刻蚀工艺C所去除的部分晶圆均为第二层302。优选的，该第一道湿法刻蚀工艺C所去除的晶圆厚度为10μm~40μm。该湿法刻蚀工艺C所选用的刻蚀液及刻蚀时间为现有技术，本申请对此不作限定。

接着，如图3e所示，对晶圆30执行第二道湿法刻蚀工艺D，在本实施例中，所述第二道湿法刻蚀工艺D所去除的部分晶圆基本为第二层302，可略去除部分第一层301。优选的，在该第二道湿法刻蚀工艺D中，所选用的刻蚀液对于第二层302的刻蚀速率远大于对于第一层301的刻蚀速率，进一步的，刻蚀液对于第二层302和第一层301的刻蚀速率比为50~200:1。在此，通过使用对于第二层302及第一层301的刻蚀速率有较大选择比的刻蚀液，可以使得经过第二道湿法刻蚀工艺D之后，晶圆30具有较高的表面平整度，由此可进一步降低晶圆30的内应力。

接着，如图3f所示，对晶圆30执行第三道湿法刻蚀工艺E，在本实施例中，第三道湿法刻蚀工艺E所去除的部分晶圆均为第一层301。通常的，所述第三道湿法刻蚀工艺E所去除的晶圆厚度约为2μm~3μm，通过该道湿法刻蚀工艺E之后，晶圆30的厚度将达到预设要求，通常的，经过该道湿法刻蚀工艺E之后所形成的减薄后的晶圆的厚度为2μm~3μm。此外，为了提高所形成的减薄后晶圆的平整度，优选的，该第三道湿法刻蚀工艺E的刻蚀速率小于第一道湿法刻蚀工艺C的刻蚀速率。

通过本实施例提供的晶圆减薄方法所形成的减薄后的晶圆不易发生晶圆破片的问题，极大地提高了工艺的可靠性，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 (8)

1.一种晶圆减薄方法，其特征在于，包括：

提供晶圆，所提供的晶圆包括第一层及位于所述第一层上的第二层，并对所述晶圆的第二层执行研磨工艺，其中，所述第一层所掺杂的离子浓度小于所述第二层所掺杂的离子浓度，所述第一层为所述晶圆的正面；

对研磨后的晶圆执行退火工艺；

对退火后的晶圆执行湿法刻蚀工艺；

其中，对退火后的晶圆执行湿法刻蚀工艺包括：

第一道湿法刻蚀工艺去除部分第二层；

第二道湿法刻蚀工艺去除部分第二层及部分第一层；

第三道湿法刻蚀工艺去除部分第一层。

2.如权利要求1所述的晶圆减薄方法，其特征在于，利用惰性气体对研磨后的晶圆执行退火工艺。

3.如权利要求2所述的晶圆减薄方法，其特征在于，对研磨后的晶圆执行退火工艺的工艺时间为1小时～3小时；工艺温度为300℃～500℃。

4.如权利要求1至3中任一项所述的晶圆减薄方法，其特征在于，对所述晶圆执行研磨工艺中去除的晶圆厚度为650μm～770μm。

5.如权利要求1所述的晶圆减薄方法，其特征在于，所述第一层的厚度为3μm～10μm；所述第二层的厚度为700μm～775μm。

6.如权利要求1所述的晶圆减薄方法，其特征在于，在第二道湿法刻蚀工艺中，刻蚀液对于第二层的刻蚀速率大于对于第一层的刻蚀速率。

7.如权利要求6所述的晶圆减薄方法，其特征在于，在第二道湿法刻蚀工艺中，刻蚀液对于第二层和第一层的刻蚀速率比为50～200:1。

8.如权利要求1所述的晶圆减薄方法，其特征在于，在第三道湿法刻蚀工艺中去除晶圆的速率小于在第一道湿法刻蚀工艺中去除晶圆的速率。