CN106098712B - 密封侧壁的器件晶粒及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
一种用于制造密封侧壁的器件晶粒的方法，可包括用密封剂填充深槽式器件晶圆的沟槽，得到密封的沟槽式器件晶圆。所述方法可更包括在器件晶圆中形成沟槽，得到所述深槽式器件晶圆。所述形成沟槽的步骤可包括形成至少部分地穿过所述器件晶圆的每层的沟槽。所述方法可更包括掩膜所述深槽式器件晶圆的每个器件。一种密封侧壁的器件晶粒，可包括器件基板层的至少一层，包括前述至少一层中每层的各自的表面的侧壁，覆盖所述侧壁的侧壁密封剂，和形成在所述器件基板层上的器件。侧壁密封剂可任选地不覆盖所述器件的上表面。所述器件的上表面可直接邻接其上方的环境介质。
Description
技术领域
本发明涉及半导体领域，尤其涉及一种密封侧壁的器件晶粒及其制造方法。
背景技术
通过晶圆级制程，互补式金氧半导体(CMOS)影像传感器的大量制造对于将相机并入大量消费品如移动设备和汽车做出了贡献。每一个这样的相机包括具有像素阵列的CMOS影像传感器，其中每个像素的上表面通常是微透镜或用于聚焦光线或过滤入射于其上的光线的光谱滤光片。在晶圆级制程中，数千个CMOS影像传感器被形成在可以任选地结合到承载晶圆的器件晶圆上，然后以晶圆锯分割成单独的晶粒。所述晶圆锯可以沿着预先形成的沟槽分开各个晶粒。这种晶圆切割方式在本领域中是已知的，并且由E.Iannone在实验室芯片：原理，设计和技术(Labs on Chip:Principles,Design and Technology，CRC出版社，2014)一书中解释。沟槽形成与晶粒切割制程两者皆会产生附着到一个或多个像素上表面的碎屑。这些污染物使相关的像素变得无法运作，并且对减少产品产量有显著贡献。
发明内容
本文所揭露的系统和方法可防止在晶粒切割器件晶圆和载体晶圆中的至少一个时产生的碎屑污染影像传感器。
本发明提供一种用于制造密封侧壁的器件晶粒的方法。所述方法可包括用密封剂填充深槽式器件晶圆的沟槽，以获得密封的沟槽式器件晶圆。所述方法还可包括在器件晶圆中形成沟槽，以获得所述深槽式器件晶圆。所述形成沟槽的步骤可包括形成沟槽，其至少部分地穿过所述器件晶圆的每层。所述方法可进一步包括掩膜(masking)所述深槽式器件晶圆的每个器件。
本发明提供一种密封侧壁的器件晶粒。所述密封侧壁的器件晶粒可包括至少一层，其包括：器件基板层；侧壁，其包括所述至少一层中每层的各自的表面；侧壁密封剂，其覆盖所述侧壁；和器件，其形成在所述器件基板层上。侧壁密封剂可任选地不覆盖所述器件的上表面。所述器件的上表面直接邻接其上方的环境介质。所述是由(a)阻焊材料和(b)聚酰亚胺材料中的至少一种形成。
附图说明
图1为在实施例中的示例性的密封侧壁的器件晶粒的剖视图。
图2绘示了在实施例中，用于制造图1的密封侧壁的器件晶粒的示例性方法的流程图。
图3为在实施例中的器件晶圆的透视图，其具有多个可以被单片化成密封侧壁的器件晶粒的CMOS器件。
图4为在实施例中的沟槽式器件晶圆的剖视图。
图5为在实施例中的沟槽式器件晶圆的剖视图，其沟槽根据图2的方法填充有密封剂。
具体实施方式
图1为一个示例性的密封侧壁的器件晶粒100的剖视图。密封侧壁的器件晶粒100可以包括在金属间介电(inter-metal dielectric，IMD)层112的一层或多层内形成的CMOS器件120、低k介电层114、层间介电(inter-layer dielectric，ILD)层116和器件基板层118。IMD层112和ILD层116二者皆可为氧化物。器件基板层118则是由例如硅所形成。密封侧壁的器件晶粒100还可以包括金属层122和垂直互连124。密封侧壁的器件晶粒100可包括在承载层110和器件基板层118之间的附加层，而不脱离本发明的范围。此外及可选地，密封侧壁的器件晶粒100可缺少层112、114和116中的至少一个。密封侧壁的器件晶粒100还可以包括承载层110。
为了能清楚地说明，图1仅绘示CMOS器件120在器件基板层118上方或接近其上表面的一部分。CMOS器件120可以电连接到垂直互连124。
图1描绘了作为影像传感器的CMOS器件120。CMOS器件120可以是不同类型可由CMOS过程制造的器件，例如包括微机电系统(MEMS)的器件，而不脱离本发明的范围。在实施例中，密封侧壁的器件晶粒100具有小于400微米的厚度133。
CMOS器件120具有器件上表面121，其可直接暴露于环境介质190中，使得器件上表面121不被侧壁密封剂132所覆盖，并直接邻接环境介质190。环境介质190是例如空气、真空或电介质。可选地，保护膜可介于器件上表面121和环境介质190之间，其中保护膜和侧壁密封剂132二者皆不会通过例如阻断入射于其上的光干扰CMOS器件120的操作。器件上表面121可对应于CMOS影像传感器的微透镜阵列的表面、CMOS影像传感器的滤色片阵列的表面和半导体空乏区中的至少一个。
密封侧壁的器件晶粒100具有被侧壁密封剂132密封的侧壁130。侧壁130包括层110、112、114、116和118的表面。为了清楚地说明，侧壁130由在图1中的虚线框包围。侧壁密封剂132可以覆盖层112、114、116、118中至少一个的表面，但不覆盖承载层110的表面，而不脱离本发明的范围。
侧壁密封剂132可捕集(trap)粘附到侧壁130的碎屑113。碎屑113可由密封侧壁的器件晶粒100的组分材料形成，其包括承载层110、IMD层112、低k介电层114、ILD层116和器件基板层118。碎屑113在密封侧壁的器件晶粒100的晶圆级制造过程中的开槽步骤和切割步骤的一个或两个中形成。侧壁密封剂132还可以防止湿气到达CMOS器件120的和层112、114、116和118。
构成侧壁密封剂132的材料可包括聚合物、聚酰亚胺和阻焊材料。阻焊材料可满足Ameed等人在美国专利US4120843中提供的描述。即，所述材料可以包括热塑性塑料、聚砜的热稳定可剥离的基体、用于聚砜的溶剂和精细分裂的二氧化硅粒子的填料。所述溶剂可包括邻二氯苯、一氯苯、二氯甲烷和三氯乙烯中的至少一个。所述填料在浸焊操作过程中填料具有保持熔融的聚砜在适当位置的功能。
图2绘示了用于制造密封侧壁的器件晶粒100的示例性方法200的流程图。图3为器件晶圆300的透视图，其具有多个在器件晶圆300的一个或多个层112、114、116和118中形成的CMOS器件120。器件晶圆300可使用方法200沿切割线390被单片化成多个密封侧壁的器件晶粒100。器件晶圆300也可具有在与CMOS器件120相反的一侧黏合至器件晶圆300的承载晶圆310，其承载层110为一部分。为了说明的清楚起见，不是所有的CMOS器件120都被标于图3。图4和5显示在承载晶圆上的CMOS器件120的剖视图，对应于方法200的步骤。图2-5最好与下面的描述一起观察。
步骤201是可选的。当被包括时，在步骤201中，方法200形成具有多个器件的器件晶圆。在步骤201的示例中，方法200形成器件晶圆300。在器件晶圆300上的每个CMOS器件120可以是CMOS影像传感器，其可包括滤色片阵列，在其上具有微透镜阵列。
步骤202是可选的。当被包括时，在步骤202中，方法200在器件晶圆中形成沟槽，而得到沟槽式器件晶圆。在方法200的示例中，器件晶圆300沿着切割线390以激光开槽，而产生沟槽式器件晶圆400。可选地，沟槽式器件晶圆可以通过晶粒切割代替激光开槽，或通过晶粒切割和激光开槽的组合来形成沟槽式器件晶圆。图4为沟槽式器件晶圆400的剖视图。沟槽402在成对的IMD层112、低k介电层114、ILD层116和器件基板层118之间，上述各层的表面是侧壁130的一部分，如图1所示。步骤202会产生碎屑413，其类似于碎屑113。
显示于图4的沟槽402具有随空间变化的深度，其具有中心在沟槽内的单一局部最大深度，如在承载晶圆410的表面上的沟槽底部406所表示。承载晶圆410是通过步骤202中移除部份的承载晶圆310。在不脱离本发明的范围下，沟槽402可具有随空间变化的深度，其具有多于一个的局部最大深度，例如，如迪思科(Disco)公司在美国专利申请号11/036334中所描述的从多个激光沟槽产生。
在上述示例中，步骤202形成具有沟槽底部406的沟槽402，它是承载晶圆410的表面的一部分。即，步骤202可以形成深槽，在此是指部分或完全穿透器件晶圆300的每层的沟槽(承载晶圆310是器件晶圆300的层)。可选地，步骤202可形成部分或完全穿透器件晶圆300的至少一层但不是所有层的沟槽，而不脱离本发明的范围。例如，步骤202可以形成没有延伸到承载晶圆310的沟槽，因此具有一个或多个层112、114、116和118的表面的一部分的沟槽底部。
步骤204是可选的。当被包括时，在步骤204中，方法200掩膜沟槽式器件晶圆的每个器件。在步骤204的示例中，开孔掩模420对准并放置在沟槽式器件晶圆400之上，使得沟槽式器件晶圆400的每个CMOS器件120完全位于开孔掩模420的无孔区域下方，如图4所示。当沟槽402至少部分地穿过器件晶圆400的每层时，沟槽式器件晶圆400为深槽式器件晶圆的一个示例。开孔掩模420具有位于沟槽402之上的孔421(由图4中的虚线框显示)。开孔掩模420是例如在焊锡膏模版印刷中使用的模版。
在步骤206中，方法200以密封剂填充沟槽式器件晶圆的沟槽，得到密封的沟槽式器件晶圆。在步骤206的示例中，沟槽402以密封剂532填充，如图5所示。步骤206产生密封的沟槽式器件晶圆500，其为沟槽填充有密封剂532的沟槽式器件晶圆400。
在步骤206中，密封剂532可以模版印刷或丝网印刷到器件晶圆300上，其中，开孔掩模420是允许密封剂532填充沟槽402并同时防止密封剂532覆盖CMOS器件120的模板或丝网。密封剂532覆盖CMOS器件120可能使它们无法运作，例如，当CMOS器件120为影像传感器或包括MEMS的器件时。步骤206可通过其它方法填充沟槽式器件晶圆的沟槽，例如那些用于在印刷电路板上产生阻焊图案的方法，而不脱离本公布的范围。
步骤208是可选的。当被包括时，在步骤208中，方法200单片化密封的沟槽式器件晶圆。在步骤208的示例中，密封的沟槽式器件晶圆500是以具有比沟槽402的沟槽宽度窄的切口宽度504的切割刀进行刀片切割。例如，沟槽宽度404和切口宽度504可以分别等于70微米和50微米。在方法200的实施例中，其中步骤202包括激光开槽所述器件晶圆，步骤204和208可以类似于前述美国专利申请号11/036334中的半导体晶圆的加工方法。在步骤208的一个不同的示例中，密封的沟槽式器件晶圆500可以由刀片切割以外的方法进行单片化，例如激光切割和隐形切割。
步骤208产生多个密封侧壁的器件晶粒100。当图1的侧壁密封剂132是密封剂532在单片化步骤208中非移除的部分时，密封剂532可以由与侧壁密封剂132相同的材料来形成。
特征的组合
上述特征以及下文的权利要求可以各种方式组合而不脱离本发明的范围。下面的实施例说明了一些可能的、非限制性的组合：
(A1)一种用于制造密封侧壁的器件晶粒的方法，可包括用密封剂填充深槽式器件晶圆的沟槽，以获得密封的沟槽式器件晶圆。
(A2)如(A1)所示的方法，可进一步包括在器件晶圆中形成沟槽，以获得所述深槽式器件晶圆。
(A3)如在(A2)所示的方法中，其中所述形成沟槽的步骤可包括形成沟槽，其至少部分地穿过所述器件晶圆的每层。
(A4)如(A1)到(A3)所示的任一方法，在所述填充的步骤之前，可进一步包括掩膜所述深槽式器件晶圆的每个器件。
(A5)如在(A4)所示的任一方法中，其中所述掩膜的步骤可包括在所述深槽式器件晶圆上方对准开孔掩模，使得所述深槽式器件晶圆的每个器件完全位于所述开孔掩模的无孔区域下方。
(A6)如在(A5)所示的任一方法中，其中所述填充的步骤可包括以模版在所述深槽式器件晶圆上方对准来模版印刷所述密封剂，使得所述深槽式器件晶圆的每个器件完全位于所述模版的无孔区域下方。
(A7)如(A1)到(A6)所示的任一方法，可进一步包括沿着填充有密封剂的沟槽单片化所述密封的沟槽式器件晶圆。
(A8)如(A1)到(A7)所示的任一方法，在所述填充的步骤之前，可进一步包括形成具有多个器件的器件晶圆。
(B1)一种密封侧壁的器件晶粒，可包括至少一层，其包括器件基板层，侧壁，其包括所述至少一层中每层的各自的表面，侧壁密封剂，其覆盖所述侧壁，和器件，其形成在所述器件基板层上。
(B2)如在(B1)所示的器件晶粒中，其中所述侧壁密封剂可由(a)阻焊材料和(b)聚酰亚胺材料中的至少一种形成。
(B3)如(B1)和(B2)所示的器件晶粒的一个或两个，可进一步包括承载层。
(B4)如在(B1)到(B3)所示的任一器件晶粒中，其中所述侧壁密封剂可不覆盖所述器件的上表面。
(B5)如在(B1)到(B4)所示的任一器件晶粒中，其中所述器件的上表面可直接邻接其上方的环境介质。
(B6)如在(B1)到(B5)所示的任一器件晶粒中，其中所述器件可以是影像传感器。
(B7)如在(B6)所示的任一器件晶粒中，其中所述侧壁密封剂可任选地不覆盖所述影像传感器的上表面。
(B8)如在(B6)和(B7)所示的器件晶粒的一个或两个中，其中所述上表面可包括微透镜阵列、滤色片阵列和半导体空乏区中的至少一个。
(B9)如在(B6)到(B8)所示的任一器件晶粒中，其中所述影像传感器的上表面可直接邻所述述影像传感器上方的环境介质。
在不脱离本发明的范围的情况下可以在上述的系统和方法中作出改变。因此应当注意的是，包含在上述说明并绘示在附图中的内容应当被解释为说明性的而非限制性的。以下权利要求旨在覆盖本文中所描述的一般的和具体的特征，而本发明的方法和系统的范围的所有陈述，因为语言的关系，亦可以说是落入上述范围之中。
Claims (16)
1.一种用于制造密封侧壁的器件晶粒的方法，包括：用密封剂填充深槽式器件晶圆的沟槽，其中所述深槽式器件晶圆包括承载层以及其上布置有影像传感器的器件基板层，每个沟槽至少部分地穿过所述深槽式器件晶圆的除所述承载层之外的多个材料层并从包括影像传感器的器件上表面而延伸离开，以获得密封的沟槽式器件晶圆，其中至少所述器件基板层的侧壁被所述密封剂覆盖，其中所述承载层的表面未被所述密封剂覆盖。
2.根据权利要求1所述的方法，进一步包括在器件晶圆中形成沟槽，其中每个沟槽至少部分地穿过所述器件晶圆的多个材料层中每层，以获得所述深槽式器件晶圆。
3.根据权利要求1所述的方法，在所述填充的步骤之前进一步包括掩膜所述深槽式器件晶圆的每个器件。
4.根据权利要求3所述的方法，其中所述掩膜的步骤包括在所述深槽式器件晶圆上方对准开孔掩模，使得所述深槽式器件晶圆的每个器件完全位于所述开孔掩模的无孔区域下方。
5.根据权利要求1所述的方法，其中所述填充的步骤包括以在所述深槽式器件晶圆上方对准的模版来模版印刷所述密封剂，使得所述深槽式器件晶圆的每个器件完全位于所述模版的无孔区域下方。
6.根据权利要求1所述的方法，进一步包括沿着填充有密封剂的沟槽单片化所述密封的沟槽式器件晶圆。
7.根据权利要求1所述的方法，在所述填充的步骤之前，进一步包括形成具有多个器件的器件晶圆。
8.根据权利要求1所述的方法，在所述填充的步骤中，所述密封剂包括聚合物和聚酰亚胺中的至少一种。
9.一种密封侧壁的器件晶粒，包括：
多个材料层，所述多个材料层包括(i)介电层以及(ii)包括影像传感器布置于其上的器件基板层；
侧壁，所述侧壁包括所述多个材料层中每层的各自的表面；
侧壁密封剂，所述侧壁密封剂覆盖所述侧壁，至少覆盖所述器件基板层的侧壁；和
承载层，所述承载层的表面未被所述侧壁密封剂覆盖，所述介电层位于所述器件基板层与所述承载层之间。
10.根据权利要求9所述的器件晶粒，其中所述侧壁密封剂是由(a)聚合物材料和(b)聚酰亚胺材料中的至少一种形成。
11.根据权利要求9所述的器件晶粒，其中所述侧壁密封剂不覆盖所述器件的上表面。
12.根据权利要求9所述的器件晶粒，其中所述器件的上表面直接邻接其上方的环境介质。
13.根据权利要求9所述的器件晶粒，其中所述器件是影像传感器。
14.根据权利要求13所述的器件晶粒，其中所述侧壁密封剂不覆盖所述影像传感器的上表面。
15.根据权利要求14所述的器件晶粒，其中所述上表面包括微透镜阵列、滤色片阵列和半导体空乏区中的至少一个的表面。
16.根据权利要求14所述的器件晶粒，其中所述影像传感器的上表面直接邻所述影像传感器上方的环境介质。
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