CN110277345A - 一种传感器的制造方法及传感器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种传感器的制造方法及传感器，方法包括如下步骤：在外延片上进行离子植入，进行多个无源区隔离；在外延片上进行第一金属层沉积，使得金属沉积在无源区之间；在外延片上沉积保护层，并在第一金属层和切割道上面进行开口，所述切割道两侧处在无源区内；对外延片进行背面研磨减薄；研磨后的背面贴蓝膜，在切割道上进行水刀切割，切割后进行蓝膜扩张。述技术方案使用离子植入的方式替代湿蚀刻，无需使用到湿蚀刻，可以避免湿蚀刻容易造成传感器损坏的问题。以及由于切割道两侧处在无源区内，切割后的器件的两侧是无源区，有源区侧壁无裸漏在外，避免后续制程中损失外延，从而提高产品良率。
Description
技术领域
本发明涉及半导体器件制作领域，尤其涉及一种传感器的制造方法及传感器。
背景技术
传统GaAs(砷化镓)基传感器制造过程中，为了阻止器件间的相互作用需要电学隔离，电学隔离以湿蚀刻工艺为主，原理是从无源区蚀刻至绝缘层。其目的是限制或消除器件间电流和电场的相互作用程度，使它们不会影响器件的工作。应用适当的隔离技术可以降低电路的寄生效应，实现器件的较高性能。此外，电子和/或空穴可以更好地被限制于晶体管单元胞中，对有源区内电荷分布的更好控制，导致更好的电学特性的重复性。
湿蚀刻的优点在于机台便宜成本低、可以整批一同作业。但是缺点是因为晶片进入蚀刻作业时，与酸槽位垂直方向进入，导致整片湿蚀刻时间有差异，容易蚀刻出高低不平的平面，在均匀度上容易产生不均的现象，因而使得隔离电流不稳定，产生漏电现象，甚至导致原件的失效。以及湿蚀刻为等向性蚀刻，方向不好控制，容易损伤到有源区；蚀刻完成后有源区侧壁会裸漏在外，在后续制程中容易损坏器件电性。
发明内容
为此，需要提供一种传感器的制造方法及传感器，解决现有采用湿蚀刻进行电学隔离容易造成传感器损坏的问题。
为实现上述目的，发明人提供了一种传感器的制造方法，包括如下步骤：
在外延片上进行离子植入，进行多个无源区隔离；
在外延片上进行第一金属层沉积，使得金属沉积在无源区之间；
在外延片上沉积保护层，并在第一金属层和切割道上面进行开口，所述切割道两侧处在无源区内；
对外延片进行背面研磨减薄；
研磨后的背面贴蓝膜，在切割道上进行水刀切割，切割后进行蓝膜扩张。
进一步地，所述离子植入包括如下步骤：
在外延片上涂布光阻，进行曝光显影出无源区；
使用离子进行偏轴离子植入，离子植入完成后去除光阻。
进一步地，在进行离子植入后，还包括步骤：
设计离子植入监控模型；
采用电性量测机台量测监控区阻值；
所有监控模型阻值均大于预设值后继续进行第一金属层沉积步骤；
否则不继续进行第一金属层沉积步骤。
进一步地，采用电性量测机台量测监控区阻值前还包括步骤：
对测试片进行离子植入；
测量测试片离子植入后的阻值是否大于预设值；
如大于预设值则进行后续的采用电性量测机台量测监控区阻值；
否则不进行后续的采用电性量测机台量测监控区阻值。
进一步地，在进行第一金属层沉积后还包括步骤：
在第一金属层上进行第二金属层沉积，使得第一金属层的金属加厚。
进一步地，所述切割道处在一个无源区的内部。
进一步地，所述保护层为氮化物保护层。
进一步地，所述外延片为砷化镓外延片。
本发明提供一种传感器，所述传感器由上述任意一项所述的方法制得。
区别于现有技术，上述技术方案使用离子植入的方式替代湿蚀刻，无需使用到湿蚀刻，可以避免湿蚀刻容易造成传感器损坏的问题。以及由于切割道两侧处在无源区内，切割后的器件的两侧是无源区，有源区侧壁无裸漏在外，避免后续制程中损失外延，从而提高产品良率。
附图说明
图1为本发明一实施例的工艺流程图；
图2为离子植入的示意图；
图3为外延片进行离子植入后的结构示意图；
图4为外延片上进行第一金属层沉积的结构示意图；
图5为外延片上进行第二金属层沉积的结构示意图；
图6为外延片上进行保护层沉积的结构示意图；
图7为外延片上进行背面研磨的结构示意图；
图8为外延片上切割道切割后的结构示意图；
图9为离子注入效果测试的示意图。
附图标记说明：
1、砷化镓帽层；
2、n+砷化镓层
3、缓冲层；
4、无源区；
5、第一金属层；
6、第二金属层；
7、保护层；
8、蜡；
9、蓝宝石；
10、切割道；
11、蓝膜；
20、外延片；
70、开口。
具体实施方式
为详细说明技术方案的技术内容、构造特征、所实现目的及效果，以下结合具体实施例并配合附图详予说明。在说明以前，先对可能出现的英文单词进行解释说明：
AA：alignment mark，对准标记；
PA：passivation保护层；
Evp：evaporation蒸发；
EPI：epitaxy外延；
Overlay Mask：覆盖层标记；
laser Wafer ID：
Photo：曝光；
Etch：显影；
Evaporation Metal：金属蒸镀；
Metal：金属沉积；
Alloy：合金。
请参阅图1到图9，本实施例提供一种传感器的制造方法，工艺流程图可以参考图1所示，本方法用于在外延片上进行处理，外延片可以是半导体外延片，如可以是砷化镓(GaAs)外延片20,具体可以包括有砷化镓帽层1、n+砷化镓层2和缓冲层3。在进行本发明步骤以前，一般要对外延片进行预处理，如图1中的工艺步骤S101，如对其表面进行清洗，避免污染物对后续工艺的影响。而后本发明包括如下步骤：在外延片20上进行离子植入，进行多个的无源区4隔离，如图1中的工艺步骤S102。离子植入时，如图2所示，一般是在有源区涂布光阻PR，而后显影在无源区进行开口，对有源区进行保护，而后通过离子轰击的方式植入离子到外延片20内，离子可以采用He+离子(氦离子)，植入后去除光阻后形成如图3的结构。其中阴影为无源区4，无源区4之间为有源区。而后在外延片上进行第一金属层5沉积，使得金属沉积在无源区之间，即沉积在有源区上，工艺步骤如图1中的工艺步骤S103，沉积后的结构如图4所示。第一金属层的具体工艺可以通过黄光反转工艺定义图案，用EVP设备蒸发金属AuGe/Ni/Au，光阻浮离工艺进行金属去除，并进行回火作业，使金半欧姆接触。
一般地，由于一次沉积的金属无法太高，而后如果需要较高的金属，则好需要进行第二金属层的沉积，如果无需太高的金属，则可以只进行第一金属层的沉积。则为了实现金属加厚，在进行第一金属层沉积后还包括步骤：在第一金属层上进行第二金属层6沉积，使得第一金属层的金属加厚，工艺如图1中的工艺步骤S104，形成后的结构如图5所示。第二金属层的具体工艺可以在第一金属层上电极加厚；通过黄光反转工艺定义图案，用EVP蒸发金属Ti/Pt/Au，光阻浮离工艺金属去除，形成第二金属层。
金属沉积完成后，而后在外延片20上沉积保护层7，并在第一金属层5和切割道10上面进行开口70，所述切割道10两侧处在无源区内，工艺步骤如图1中的工艺步骤S105，形成后的结构如图6所示。需要开口的位置，先用黄光定义图案，用SF6进行氮化物蚀刻，形成开口。保护层7形成后，再对外延片进行背面研磨减薄；如图1中的工艺步骤S106。研磨减薄一般通过在外延片20上面上蜡8，并在蜡上贴蓝宝石9，如图7所示，而后用砂轮进行背面研磨，研磨后进行抛光。研磨后的背面贴蓝膜11，在切割道10上进行水刀切割，切割后进行蓝膜扩张，如图1中的工艺步骤S107，结构如图8所示，扩张后就形成一个个单独的传感器结构。由于切割道两侧处在无源区内，切割后的传感器结构两侧是无源区，避免有源区侧壁裸漏在外，从而提高产品良率。
砷化镓为闪锌矿型晶格结构，在利用离子植入隔离制造GaAs基传感器时容易发生沟道效应。在无定形固体中，原子不显示为长程有序，但可存在某些短程有序。当离子入射到这种固体时，离子和固体原子相遇的几率是很高的。但晶体材料不是这样，由于晶体内存在三维原子排列，沿一定晶向存在开口的沟道。沿特定方向观察到的通道称作为沟道，如果离子沿沟道方向入射，一些离子将沿沟道运动，并且很少受到原子核的碰撞。离子透入晶体固体比无定形材料更深，这种效应称作离子沟道效应。沟道效应发生时，容易使器件绝缘等级不够，甚至造成器件失效。因沟道效应会使注入分布产生一个较常的拖尾，所以为了避免这种拖尾生产时采用偏离轴注入，采用的倾斜角为7度，即在离子植入时使用进行偏轴离子植入。具体的工艺步骤中，可以先利用微影制程进行光阻覆盖、曝光、显影等步骤，将需要隔离的无源区域定义出来，接着用He+离子，能量：100KV，剂量：6E13的条件进行离子植入，最后用光阻剥离液(如NMP：N-甲基吡咯烷酮)进行光阻去除，进而完成了砷化镓基传感器无源区隔离。
在生产过程中为避免整个工艺完成后才发现器件失效的情况，优选地，要提前厘清是否是因离子植入绝缘等级不足造成器件失效，工艺过程中需要设计较完善的监控系统实现对离子植入效果的监控。在进行离子植入后，还包括步骤：设计离子植入监控模型；采用电性量测机台量测监控区阻值；所有监控模型阻值均大于预设值后继续进行第一金属层沉积步骤；否则不继续进行第一金属层沉积步骤。监控模型如图9所示，整片晶圆均匀分布32个离子植入监控模型，监控模型内含有对离子植入区测试的点位PAD，如图9右侧的放大示意图。晶圆离子植入作业完毕后电性量测机台量测监控区阻值。所有监控模型阻值均满足预设值如100MΩ以上时，晶圆可继续后续制作。当监控模型出现一个未达到100MΩ时，系统会自动暂停并发送邮件告知工程师，工程师看到邮件后可及时进行判定和处理。
因离子植入作业时，人不借助设备是看不到晶圆变化的。为确保离子植入机台可以正常作业，避免测试机台失效的情况，可以先对测试机台进行测试。测试的时候，对测试片进行离子植入；测试片可以是Si(硅)片。测量测试片离子植入后的阻值是否大于预设值，一般是无穷大，大于100MΩ。如大于预设值证明机台可以正常作业；则进行后续的采用电性量测机台量测监控区阻值。否则不进行后续的采用电性量测机台量测监控区阻值，一般系统会暂停所有工艺步骤，并发送邮件，告知工程师及时处理。
上述所有实施例中，所述保护层用于起到保护作用，一般为绝缘性的保护层，如为氮化物保护层，氮化硅等。上述实施例中，切割道的两侧只要处在无源区域内就可以，这样切割后的传感器两侧壁就会是无源区，避免有源区外漏。切割道的两侧可以处在不同个的绝缘区；或者所述切割道处在一个无源区的内部，这样便于离子植入时的光阻显影。
本发明提供一种传感器，所述传感器由上述任意一项所述的方法制得。由上述方法制得的传感器结构两侧是无源区，避免有源区侧壁裸漏在外，从而提高产品良率。
需要说明的是，尽管在本文中已经对上述各实施例进行了描述，但并非因此限制本发明的专利保护范围。因此，基于本发明的创新理念，对本文所述实施例进行的变更和修改，或利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，直接或间接地将以上技术方案运用在其他相关的技术领域，均包括在本发明的专利保护范围之内。
Claims (9)
1.一种传感器的制造方法，其特征在于，包括如下步骤：
在外延片上进行离子植入，进行多个无源区隔离；
在外延片上进行第一金属层沉积，使得金属沉积在无源区之间；
在外延片上沉积保护层，并在第一金属层和切割道上面进行开口，所述切割道两侧处在无源区内；
对外延片进行背面研磨减薄；
研磨后的背面贴蓝膜，在切割道上进行水刀切割，切割后进行蓝膜扩张。
2.根据权利要求1所述的一种传感器的制造方法，其特征在于：
所述离子植入包括如下步骤：
在外延片上涂布光阻，进行曝光显影出无源区；
使用离子进行偏轴离子植入，离子植入完成后去除光阻。
3.根据权利要求1所述的一种传感器的制造方法，其特征在于，在进行离子植入后，还包括步骤：
设计离子植入监控模型；
采用电性量测机台量测监控区阻值；
所有监控模型阻值均大于预设值后继续进行第一金属层沉积步骤；
否则不继续进行第一金属层沉积步骤。
4.根据权利要求3所述的一种传感器的制造方法，其特征在于，采用电性量测机台量测监控区阻值前还包括步骤：
对测试片进行离子植入；
测量测试片离子植入后的阻值是否大于预设值；
如大于预设值则进行后续的采用电性量测机台量测监控区阻值；
否则不进行后续的采用电性量测机台量测监控区阻值。
5.根据权利要求1所述的一种传感器的制造方法，其特征在于，在进行第一金属层沉积后还包括步骤：
在第一金属层上进行第二金属层沉积，使得第一金属层的金属加厚。
6.根据权利要求1所述的一种传感器的制造方法，其特征在于，所述切割道处在一个无源区的内部。
7.根据权利要求1所述的一种传感器的制造方法，其特征在于：
所述保护层为氮化物保护层。
8.根据权利要求1所述的一种传感器的制造方法，其特征在于：
所述外延片为砷化镓外延片。
9.一种传感器，其特征在于：所述传感器由权利要求1到8任意一项所述方法制得。
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