CN111458619B - 背照式cmos图像传感器的低温测试方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种背照式CMOS图像传感器的低温测试方法，包括：S1、沿背照式CMOS图像传感器的划片槽对晶圆进行不完全切割；其中，第一次划片切割不完全切断两个相邻的晶粒，仅在两个相邻的晶粒之间切割出预设宽度及深度的空隙；S2、对第一次划片切割后的晶圆进行低温探针测试；S3、对经过低温探针测试后的晶圆进行二次划片；其中，沿第一次划片切割出的空隙对划片槽进行延伸切割，将划片槽划开完全切断两个相邻的晶粒。本发明通过在晶圆上的晶粒之间切割出一道空隙，再对晶圆进行低温测试，能够避免因晶圆承载台的冷冲击对晶圆造成不可逆的损伤，实现低温环境下的晶圆级探针测试，从而缩短工艺验证周期，节省工艺验证成本。

Description

背照式CMOS图像传感器的低温测试方法

技术领域

本发明涉及于半导体器件的晶圆级测试技术领域，特别涉及一种背照式CMOS图像传感器的低温测试方法。

背景技术

如图1所示，背照式CMOS图像传感器是将感光层元件调转方向，让光线首先进入感光二极管，避免CMOS工艺的多层金属对入射光反射或遮挡。由于背照式CMOS图像传感器的像素不受金属线路的遮挡，背照式CMOS图像传感器的填充因子(像素感光区的面积与像素总面积的比值)更接近于100％，相比于正照式CMOS图像传感器的填充因子一般不超过70％，会使背照式CMOS图像传感器接收的光子能力更强，灵敏度有大幅度的提升。另外，因背照式CMOS图像传感器的生产工艺的支持，更容易对感光层直接进行加工，比如在背照式CMOS图像传感器的表面增加抗反射增透膜，通过不同厚度、成分的抗反射增透膜设计，可以有效针对某个谱段优化抗反射性，进一步增强灵敏度性能。因此背照式CMOS图像传感器被广泛应用于科学级成像领域、航空航天成像领域及天文科学领域的成像应用。

因背照式CMOS图像传感器的背照式工艺极为特殊，常温条件下的应用暗电流较高，图像质量受暗电流的影响较大，所以背照式CMOS图像传感器在低温条件下被广泛应用。因此测试、验证背照式CMOS图像传感器在低温条件下的功能、性能指标是非常关键的，能够直接反馈CMOS图像传感器是否能成功应用到不同的成像功率。

背照式CMOS图像传感器的背照工艺的制成较长，而且晶圆级的良率通常不会很高，所以对于这类背照式CMOS图像传感器的晶圆级测试，尤其是低温测试是非常有必要的，它的意义在于可以缩短测试、验证、改善的周期，还可以在晶圆探针测试阶段剔除功能性能异常、低温性能较差的晶粒，提高后道封装工艺的有效良率。

目前，CMOS图像传感器的晶圆探针测试设备，能够实现低温测试，但是为了实现高效、高产能的批量测试，探针测试设备的晶圆承载台从室温常温降低到低温(如：-20℃)的降温速率非常快，可能是十几秒量级的降温速率。而背照式CMOS图像传感器因其特殊工艺的特殊性，比如晶圆级的绑定，表面膜系的生长等等，晶圆探针测试设备中的晶圆承载台的冷冲击(承载台的极速降温变化)会造成背照式CMOS图像传感器出现不可逆的损伤，比如表面抗反射增透膜出现层离或分层、剥落的情况，导致器件获取的图像出现大量的异常像素团簇(响应与正常像素不一致，造成PRNU或异常的pattern)，这些像素的光响应情况异常于正常像素的感光情况，影响背照式CMOS图像传感器的成像质量及性能。而且，这种极速降温的冷冲击的测试条件，也会对背照式CMOS图像传感器的晶圆级绑定造成相同的影响，从而导致背照式CMOS图像传感器出现不可逆的损毁。

因此，目前的背照式CMOS图像传感器的晶圆级探针测试通常在常温下进行测试，而低温测试及验证均在封装后的器件级进行测试，导致工艺验证周期的大幅度延长，以及工艺验证成本的大幅度提升。

为了实现背照式CMOS图像传感器在晶圆级低温条件下的光电性能测试，一些晶圆级探针测试平台的厂商将探针测试设备密封在腔体中，并加入风冷装置，以将腔体内的温度降低，实现降温速率的可控化。但这种低温测试方式不但造价极高，而且探针测试设备所在的腔体内有很多精密设备，比如高精度的光栅尺，这类设备在低温中工作会影响设备的整体精度，增加维护成本，降低设备使用寿命。

发明内容

鉴于上述问题，本发明的目的是提供一种背照式CMOS图像传感器的低温测试方法，以解决通过改变温度环境来进行低温测试会对精密设备造成影响的问题。

本发明提供的背照式CMOS图像传感器的低温测试方法，包括如下步骤：

S1、第一次划片切割：沿背照式CMOS图像传感器的划片槽对晶圆进行不完全切割；其中，第一次划片切割不完全切断两个相邻的晶粒，仅在两个相邻的晶粒之间切割出预设宽度及深度的空隙；

S2、低温晶圆级探针测试：对第一次划片切割后的晶圆进行低温探针测试；

S3、第二次划片切割：对经过低温探针测试后的晶圆进行二次划片；其中，沿第一次划片切割出的空隙对划片槽进行延伸切割，将划片槽划开完全切断两个相邻的晶粒。

优选地，第二次划片切割的宽度大于第一次划片切割的宽度，且第二次划片切割的宽度小于或等于划片槽的宽度。

优选地，低温探针测试的温度条件为：从22℃～28℃的常温降至-30℃～-55℃的低温。

本发明能够取得以下技术效果：

1、通过改变背照式CMOS图像传感器结构的方式来代替改变温度环境进行低温测试，能够降低低温测试成本，且不会影响精密设备的精度及降低精密设备的使用寿命，也不会增加精密设备因长期处于低温环境下所额外支出的维护成本；

2、通过改变背照式CMOS图像传感器结构能够避免因晶圆承载台因冷冲击对晶圆上的器件造成不可逆的损伤；

3、能够实现低温环境下的晶圆级探针测试，从而缩短工艺验证周期，节省工艺验证成本，还可以在晶圆探针测试阶段剔除功能性能异常、低温性能较差的晶粒，提高后道封装工艺的有效良率。

附图说明

图1是正照式CMOS图像传感器和背照式CMOS图像传感器的结构对比图；

图2是根据本发明一个实施例的背照式CMOS图像传感器的低温测试方法的流程示意图；

图3是根据本发明一个实施例的晶圆第一次划片切割后的结构示意图；

图4是根据本发明一个实施例的晶圆第二次划片切割后的结构示意图。

其中的附图标记包括：晶圆1、空隙2、蓝膜3。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及具体实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，而不构成对本发明的限制。

若要实现背照式CMOS图像传感器高效批量的晶圆级探针低温测试，需要将环境温度从室温快速降至低温，这种降温速率会导致晶圆探针测试设备中的晶圆承载台因极速降温变化而遭受冷冲击，会造成背照式CMOS图像传感器出现不可逆的损伤。因此，目前背照式CMOS图像传感器的晶圆级探针低温测试的做法是先在常温下进行晶圆级探针测试，在将晶圆封装后进行器件级的低温测试。但这种测试方法会大幅度地延长工艺验证周期的，以及大幅度地提升工艺验证成本。

针对上述问题，通常的解决方案是控制环境温度，实现降温速率的可控化，避免出现极速降温的情况。目前，一个具体解决方案是将探针测试设备的腔体密封，并加入风冷装置，通过调节风冷装置的风力和风速来控制密封腔体内的温度变化，实现降温速率的可控化。但这种测试方式的成本极高，并且腔体内还有很多精密设备，例如高精度的光栅尺等等，这种精密设备都具有使用温度和使用寿命，当精密设备长期处于低温环境中工作，会降低其精度和使用寿命，而且增加额外产生的维护费用。

为了实现背照式CMOS图像传感器高效批量的晶圆级探针低温测试，本发明另辟蹊径，采用改变背照式CMOS图像传感器结构本身的方式来实现背照式CMOS图像传感器的晶圆级探针低温测试，具体是指对背照式CMOS图像传感器的晶圆进行二次划片，第一次划片不完全切断两个相邻的晶粒，使两个相邻的晶粒间形成一定宽度及深度的空隙，然后对晶圆进行低温测试，由于两个晶粒之间存在空隙，不会因极速降温的冷冲击而导致晶圆上的器件出现不可逆的损伤，大幅度地降低冷冲击对晶圆晶粒的光电性能的影响，第二次划片再将两个相邻的晶粒切断，用于后续的粘片、打线等封装工艺，从而实现背照式CMOS图像传感器的晶圆级低温测试。

由于本发明可以在晶圆级实现低温测试，相比在封装后的器件级进行低温测试，可缩短工艺验证周期，节省工艺验证成本，还能在晶圆探针测试阶段剔除功能性能异常、低温性能较差的晶粒，提高后道封装工艺的有效良率。

由于本发明对晶圆进行的低温测试属于局部降温方式，无需密封探针测试设备，不会导致精密设备长期工作在低温环境中，也就不会影响精密设备的使用寿命和使用精度，还无需额外增加不必要的维护成本。

下面将对本发明提供的背照式CMOS图像传感器的低温测试方法进行详述。

图2示出了根据本发明一个实施例的背照式CMOS图像传感器的低温测试方法的流程。

如图2所示，本发明提供的背照式CMOS图像传感器的低温测试方法，包括如下步骤：

S1、第一次划片切割：沿背照式CMOS图像传感器的划片槽对晶圆进行不完全切割；其中，第一次划片切割不完全切断两个相邻的晶粒，仅在两个相邻的晶粒之间切割出预设宽度及深度的空隙。

由于每个型号的背照式CMOS图像传感器的晶圆晶粒分布图都不同，需要根据各型号背照式CMOS图像传感器的晶粒分布图，确定划片槽的位置，然后采用划片刀对划片槽进行不完全切割，且切割的宽度小于划片槽的宽度。

如图3所示，晶圆的厚度约为725μm±20μm，划片槽的宽度为120μm，选取45um常用宽度的划片刀对划片槽具进行部分划片，划片深度控制在50μm。当对晶圆1进行第一次划片切割后，在两个相邻的晶粒之间切割出一道50μm深的空隙2，且不会将晶圆1切断。

不将两个相邻的晶粒完全将晶粒切断，仅在两个相邻的晶粒之间切割出一道空隙2的目的是为了后续在对晶圆进行低温测试时，通过划片槽的空隙大幅度地降低背照晶圆工艺中的抗反射增透膜及晶圆级贴合在冷冲击条件下的形变对器件的影响，从而保护背照式CMOS图像传感器的表面结构，从而不对背照式CMOS图像传感器的光电性能造成影响。

S2、低温晶圆级探针测试：对第一次划片切割后的晶圆进行低温探针测试。

该低温探针测试为局部降温方式，即只对承载晶圆的晶圆承载台直接降温，将低温从晶圆承载台直接导到晶圆上。

例如：晶圆承载台的降温速率约为20摄氏度/分钟，从常温(22℃～28℃)降低到(-30℃～-55℃)的目标温度约为2分钟，当温度降到-30℃～-55℃时，直接作用在晶圆上。

晶圆探针低温测试为现有技术，故其具体测试过程在本发明中不再赘述。

由于采用局部降温方式，因此无需对探针测试设备进行密封，光栅尺等精密设备无需工作在低温环境下，不会对精度造成影响，也不会缩减精密设备的使用寿命及无需增加精密设备额外的维修成本。

根据低温探针测试的结果标记出功能性能异常、低温性能较差的晶粒，在第二次切断晶粒后，将功能性能异常、低温性能较差的晶粒剔除，以提高后道封装工艺的有效良率。

S3、第二次划片切割：对经过低温探针测试后的晶圆进行二次划片；其中，沿第一次划片切割出的空隙对划片槽进行延伸切割，将划片槽划开完全切断两个相邻的晶粒。

对经过低温探针测试后的晶圆进行二次划片，以将之前未完全切割的划片槽完全划开。

如图4所示，沿着第一次划片切割出的空隙2对划片槽进行延伸切割，切割到晶圆1底部的蓝膜3位置，当划片槽被完全划开后，晶圆1被切断，使两个相邻的晶粒完全分开。

由于两次划片未对准的情况是及其微小的，所以不会对背照式CMOS图像传感器的封装工艺造成影响。

由于第一次划片选用的划片刀的宽度较小，在进行第二次划片时，可以选择宽度稍微大一些的划片刀，例如采用80um的常规宽度划片刀进行二次划片。

在晶粒分开后，剔除功能性能异常、低温性能较差的晶粒，留下低温探针测试合格的晶粒，进行后续的粘片、打线等封装工艺。

由于本发明可以在晶圆封装之前进行低温探针测试，能够预先剔除低温测试不合格的晶粒，可以提高后道封装工艺的有效良率，还可以缩短测试、验证、改善的周期。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

以上本发明的具体实施方式，并不构成对本发明保护范围的限定。任何根据本发明的技术构思所作出的各种其他相应的改变与变形，均应包含在本发明权利要求的保护范围内。

Claims (3)

1.一种背照式CMOS图像传感器的低温测试方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1、第一次划片切割：沿背照式CMOS图像传感器的划片槽对晶圆进行不完全切割；其中，第一次划片切割不完全切断两个相邻的晶粒，仅在两个相邻的晶粒之间切割出预设宽度及深度的空隙；

S2、低温晶圆级探针测试：对第一次划片切割后的晶圆进行低温探针测试；其中，在进行低温探针测试时，对承载晶圆的承载台进行局部降温；

S3、第二次划片切割：对经过低温探针测试后的晶圆进行二次划片；其中，沿第一次划片切割出的空隙对划片槽进行延伸切割，将划片槽划开完全切断两个相邻的晶粒。

2.根据权利要求1所述的背照式CMOS图像传感器的低温测试方法，其特征在于，第二次划片切割的宽度大于第一次划片切割的宽度，且第二次划片切割的宽度小于或等于划片槽的宽度。

3.根据权利要求1所述的背照式CMOS图像传感器的低温测试方法，其特征在于，所述低温探针测试的温度条件为：从22℃～28℃的常温降至-30℃～-55℃的低温。

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