CN111952210A - 硅片贴合气泡数量评估方法及图像传感器结构制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种硅片贴合气泡数量的评估方法以及图像传感器结构的制备方法，硅片贴合气泡数量的评估方法包括基于待评估硅片上预设长度内硅片厚度变化均匀性来评估待评估硅片上产生的气泡数量。通过上述方案，本发明在硅片贴合之前对硅片的贴合气泡数量进行预估，可以在工艺前预判气泡数量，从而提供工艺的准确性，提高得到产品的良率，本发明基于现有设备输出硅片厚度形貌，并对其获取的数据进行处理，从而预估贴合气泡的数量，预估方式简便有效，提高工作效率。
Description
技术领域
本发明属于集成电路制备技术领域，特别是涉及一种硅片贴合气泡数量评估方法及图像传感器结构制备方法。
背景技术
在半导体制造业，随着微细化发展，对于各器件结构的制备要求也越来越严苛。在半导体器件结构的制备过程中，往往会遇到将两片晶圆进行键合、粘附以及贴附等过程，在上述工艺过程当中，往往会产生气泡(bubble)，从而降低产品良率，一般可以评估气泡的数量、宽度以及外沿位置。其中，在半导体制造业，晶圆片的应用有许多，近年来如Back-SideIlluminated CIS，它具有光路短，灵敏度高，串扰小的优点，金属布线的自由度以集成SOC等，但在其制备过程中，在边缘(edge)的区域会出现bubble，降低产品良率，目前，一般控制方法可以是建立气泡监控方法、晶圆键合前进行优化平坦表面处理、减少键合前界面的颗粒以及对设备进行优化等，上述方法在工艺、复杂性以及控制效果上难以达到理想的结果。
因此，如何提供一种硅片贴合气泡数量评估方法及图像传感器结构制备方法以解决现有技术中的上述技术问题实属必要。
发明内容
鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种硅片贴合气泡数量评估方法及图像传感器结构制备方法，以解决现有技术中难以有效预先了解并控制键合界面处的气泡，从而导致产品良率下降等问题。
为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种硅片贴合气泡数量的评估方法，所述评估方法包括基于待评估硅片上预设长度内硅片厚度变化均匀性来评估所述待评估硅片上产生的气泡数量。
作为本发明的一种可选方案，所述硅片厚度变化均匀性基于所述预设长度内单位长度斜率的变化或单位长度高度差的变化获取。
作为本发明的一种可选方案，当所述硅片厚度变化均匀性基于所述预设长度内单位长度斜率的变化获取时，所述单位长度斜率的变化包括各单位长度斜率的标准差、各单位长度斜率的最大值、各单位长度斜率的最小值、各单位长度斜率的中位数以及各单位长度斜率的平均值中的任意一种。
作为本发明的一种可选方案，所述单位长度介于0.2mm-25mm之间。
作为本发明的一种可选方案，所述预设长度基于所述待评估硅片的厚度形貌获取，所述厚度形貌包括半径方向上所述待评估硅片的平均厚度变化以及所述待评估硅片某一角度沿半径方向上的厚度变化中的任意一种。
作为本发明的一种可选方案，当所述厚度形貌选择半径方向上所述待评估硅片的平均厚度变化时，所述平均厚度选自于以所述待评估硅片的圆心为中心的同心圆上若干个点的厚度的平均值。
作为本发明的一种可选方案，所述待评估硅片上所述预设长度内所述硅片厚度变化均匀性的获取方法包括：
量测出所述待评估硅片的厚度形貌；
于量测出所述厚度形貌的所述待评估硅片上定义出所述预设长度；
于所述预设长度内定义一单位长度，使得所述预设长度包括若干个所述单位长度；
基于所述厚度形貌计算出各所述单位长度的斜率；以及
基于得到的所述斜率计算所述预设长度内所有所述单位长度的斜率的标准差，以获取所述预设长度内所述硅片厚度变化均匀性。
作为本发明的一种可选方案，所述预设长度选自于自所述待评估硅片的中心至边缘的任意的径向长度。
本发明还提供一种图像传感器结构的制备方法，所述制备方法包括如下步骤：
提供器件硅片；
提供载体硅片，并采用如上述任意一项方案所述的评估方法对所述载体硅片的贴合气泡数量进行评估；
将所述器件硅片与符合预设评估标准的所述载体硅片进行键合，以制备所述图像传感器。
作为本发明的一种可选方案，所述器件硅片包括叠置的金属互连层及感光层，其中，所述金属互连层一侧与所述载体硅片相键合。
作为本发明的一种可选方案，将所述器件硅片与所述载体硅片进行键合后还包括步骤：将所述器件硅片远离所述载体硅片的一侧进行减薄，形成减薄处理表面；对所述减薄处理表面进行钝化，以形成钝化层；于所述钝化层上制备防反射涂层，以制备所述图像传感器结构。
如上所述，本发明的硅片贴合气泡数量评估方法及图像传感器结构制备方法，在硅片贴合之前对硅片的贴合气泡数量进行预估，可以在工艺前预判气泡数量，从而提供工艺的准确性，提高得到产品的良率，本发明基于现有设备输出硅片厚度形貌，并对其获取的数据进行处理，从而预估贴合气泡的数量，预估方式简便有效，提高工作效率。
附图说明
图1显示为本发明一示例中获取预设长度内单位长度的斜率的示意图。
图2显示为本发明一示例中标准差与气泡数量的对应关系图。
图3显示为本发明一示例中器件硅片与载体硅片键合的结构示意图。
元件标号说明
101 器件硅片
102 载体硅片
具体实施方式
以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。
请参阅图1至图3。需要说明的是，本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，遂图示中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的形态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局形态也可能更为复杂。
如图1-2所示，本发明提供一种硅片贴合气泡数量的评估方法，所述评估方法包括基于待评估硅片上预设长度内硅片厚度变化均匀性来评估所述待评估硅片上产生的气泡数量。
具体的，在硅片贴合的过程当中，容易在两贴合的硅片界面产生气泡，而气泡的存在往往会影响后续的工艺，导致最终产品良率降低，其中，这里的贴合可以是硅片的键合、粘附以及贴附等工艺，可以是两硅片的化学结合，也可以是两硅片之间的物理结合。本发明中，提供一种在硅片进行贴合之前评估贴合气泡(如wafer bonding bubble)数量的方法，该方法通过硅片厚度变化均匀性来评估气泡数量，从而可以简便有效的实现气泡数量的评估，并可以进行有效的操作控制，从而有效的提高产品的良率，节约工艺成本及工艺周期，防止造成器件不必要的浪费，其中，硅片厚度变化均匀性是指硅片厚度变化的情况，在硅片上的一范围之内，如所述预设长度之内，硅片厚度变化越均匀，则产生的气泡数量越少，厚度变化越不均匀，则产生的气泡数量越多。在一示例中，可以是设计一个预设评估标准，如以评估出来的气泡数量的某一数值作为所述预设评估标准，当待评估硅片评估出来的气泡数量超过该预设评估标准时，表示不合格，则该待评估硅片放弃使用，如果气泡数量小于该预设评估标准，则该待评估硅片正常使用，可以用于后续贴合等工艺。
作为示例，所述预设长度基于所述待评估硅片的厚度形貌获取，所述厚度形貌包括半径方向上所述待评估硅片的平均厚度变化以及所述待评估硅片某一角度沿半径方向上的厚度变化中的任意一种。
作为示例，当所述厚度形貌选择半径方向上所述待评估硅片的平均厚度变化时，所述平均厚度选自于以所述待评估硅片的圆心为中心的同心圆上若干个点的厚度的平均值。
具体的，在一示例中，所述预设长度基于待评估硅片的厚度形貌获取，其中，硅片的厚度形貌可以基于现有的设备进行获取，在一示例中，可以选择对硅片的平坦度等参数进行量测的设备，该设备可以输出硅片厚度的形状，如可以是设备KLA WS2+。其中，硅片厚度形貌是指硅片上某一位置或区域的厚度获取后得到的厚度变化情况，在一示例中，可以是将硅片的背部为平，然后看正面的变化，从而可以得到所需要区域甚至整个硅片的厚度变化情况，得到厚度形状。
在一示例中，在所述厚度形貌获取的基础上可以选择所需要的所述预设长度，其中，所述厚度形貌包括半径方向上所述待评估硅片的平均厚度变化以及所述待评估硅片某一角度沿半径方向上的厚度变化中的任意一种，所述待评估硅片某一角度沿半径方向上的厚度变化是指，在所述待评估硅片表面上选择任意一条半径，得到的这一半径对应的位置上硅片厚度的变化，该角度并非是指某一具体角度，所述预设长度可以取自于该半径，从而得到了所述预设长度内的硅片厚度变化，即得到所述预设长度内的硅片厚度形貌，在另一示例中，半径方向上所述待评估硅片的平均厚度变化是指，在所述待评估硅片表面上选择至少两条半径，可以是5条或者8条等，再以所述待评估硅片的圆心为中心做若干个同心圆，每一个同心圆与所选择的半径具有一个交点，各个交点上的厚度求平均数，从而得到沿半径方向上若干个得到的平均数，这若干个平均数构成所述待处理硅片沿半径方向上的平均厚度变化的形貌，其中，所述预设长度可以取自于沿半径方向的任意一段距离，从而上述平均数代表这一段距离的硅片厚度的变化，构成这一段距离即所述预设长度内的硅片厚度形貌。
作为示例，所述预设长度选自于自所述待评估硅片的中心至边缘的任意的径向长度。
具体的，本发明基于待评估硅片上预设长度内硅片厚度变化均匀性来评估所述待评估硅片上产生的气泡数量，在一示例中，上述数值可以依据上述所述的硅片厚度形貌获取，从而基于现有设备输出的参数直接进行处理，以最终评估气泡数量，其中，在一示例中，所述预设长度基于所述厚度形貌获取，选自于自所述待评估硅片的中心至边缘的任意的径向长度，也就是说，选择半径范围之内的任意长度，可以是得到的这一半径对应的位置上硅片厚度的变化，也可以是选择半径范围之内的任意长度，得到该长度上若干条半径对应的所述平均厚度的变化，从而就其进行后续的评估。
作为示例，所述硅片厚度变化均匀性基于所述预设长度内单位长度斜率的变化或单位长度高度差的变化获取。
具体的，在一示例中，提供具体的硅片厚度均匀性的表征方式，可以是硅片上一预设长度之内，所述预设长度的选取方式可以如上所述，可以通过这一段中单位长度的斜率变化表征，例如，可以是选取待评估硅片上的任意一条半径，在该条半径上选择任意一段长度作为所述预设长度，并获取所述预设长度上的硅片的厚度形貌，进而定义一个单位长度，如可以使得所述预设长度包括10个所述单位长度，从而得到各个单位长度斜率，即分别得到这10个所述单位长度上的斜率，从而得到所述预设长度内的斜率的变化，从而基于此表征厚度变化均匀性，其中，所述斜率可以为单位长度上两个端点的厚度的差除以单位长度。在另一可选示例中，可以是硅片上一预设长度之内，通过这一预设长度中单位长度的高度差变化表征硅片厚度均匀性，例如，可以是选取待评估硅片上的任意一条半径，在该条半径上选择任意一段长度作为所述预设长度，并获取所述预设长度上的硅片的厚度形貌，进而定义一个单位长度，如可以使得所述预设长度包括10个所述单位长度，从而得到各个单位长度的高度差，即分别得到这10个所述单位长度上的高度差，从而得到所述预设长度内的高度差的变化，从而基于此表征厚度变化均匀性，其中，所述高度差可以为单位长度上两个端点的厚度的差。
作为示例，所述单位长度介于0.2mm-25mm之间。
具体的，所述单位长度可以基于实际需求进行选择，如对于12寸的硅片，半径长度为150mm，可以依据所选取的预设长度选择合适的单位长度，如预设长度可以选择为100mm，单位长度可以是0.2-25mm范围内的数值，从而适应设备要求及获得有效的结果，在一示例中选择为5mm。如，获取300mm大硅片从中心点0至半径149mm的72sectors平均厚度形貌，其中，72sectors是指将一个圆周按5度划分，分成72个区，然后将这72个区一起算平均，那么，这个平均厚度形貌(这个平均的Thickness profile)的各个单位长度上的数值就是72个区在各个单位距离(对于72份来说，每5度作为一个单位距离)上的点计算的平均值算出来的，当然，在其他示例中可以根据自身需求选择其他数量的sectors，如4sectors，并不以此为限，可以选择预设长度为半径范围内从中心点到半径145mm，每5mm长度作为单位长度。
作为示例，当所述硅片厚度变化均匀性基于所述预设长度内单位长度斜率的变化获取时，所述单位长度斜率的变化包括各单位长度斜率的标准差、各单位长度斜率的最大值、各单位长度斜率的最小值、各单位长度斜率的中位数以及各单位长度斜率的平均值中的任意一种。
具体的，在一示例中，当所述硅片厚度变化均匀性基于所述预设长度内单位长度斜率的变化获取时，可以基于各所述单位长度的斜率计算得到的标准差获取硅片厚度均匀性，从而表征气泡数量，例如，在一所述预设长度内，包括10个所述单位长度，则可以计算得到10个单位长度的10个斜率，从而可以计算出这10个斜率的标准差，这个标准差表征这个预设长度上的厚度均匀性，表征硅片的厚度变化均匀性，从而可以评估硅片贴合时的气泡数量，例如，参见图2所示，为拟合的预设长度内得到的标准差SS与贴合产生的气泡的数量的关系图，气泡数量＝791.3+1797*标准差-480.6*标准差^2，可以看出，该标准差和气泡数量呈现一定的线性关系，从而可以以标准差评估气泡数量的多少，在一示例中，可以是通过实验硅片得到不同的标准差下最终硅片在贴合后对应得到的气泡数量，从而依据上述数据得到拟合曲线，同理，可以通过所述预设长度内各单位长度斜率的最大值、各单位长度斜率的最小值、各单位长度斜率的中位数以及各单位长度斜率的平均值进行评估。另外，当通过预设长度上的各单位长度的高度差的变化表征时，同样可以参考上述方式表征。
作为示例，所述待评估硅片上所述预设长度内所述硅片厚度变化均匀性的获取方法包括：
量测出所述待评估硅片的厚度形貌；
于量测出所述厚度形貌的所述待评估硅片上定义出所述预设长度；
于所述预设长度内定义一单位长度，使得所述预设长度包括若干个所述单位长度；
基于得到的所述斜率所述厚度形貌计算出各所述单位长度的斜率；以及
计算所述预设长度内所有所述单位长度的斜率的标准差，以获取所述预设长度内所述硅片厚度变化均匀性。
具体的，参见图1，提供一种所述待评估硅片上所述预设长度内所述硅片厚度变化均匀性的获取方法，首先，基于量测设备获取待评估硅片的厚度形貌，其中，所述厚度形貌可以参考上述所描述，所述厚度形貌包括半径方向上所述待评估硅片的平均厚度变化以及所述待评估硅片某一角度沿半径方向上的厚度变化中的任意一种，在一示例中，选择为沿一条半径上的厚度形貌，得到该半径方向上对应的厚度变化，如图1所示，接着在该半径上选择一预设长度，即图中的A1-A2，接着定义一单位长度，如图中的a，可以是5mm，该预设长度内一共产生n个所述单位长度，继续，计算出这n个单位长度的斜率，即k1、k2……kn，其中，所述斜率为单位长度上两个端点的厚度的差除以单位长度，最后，根据得到的斜率根据标准差SS计算公式：
得出标准差，其中，Kavg代表各单位长度的斜率的平均值，以SS表征所述预设长度内所述硅片厚度变化均匀性，从而可以基于图2预估硅片贴合后产生的气泡的数量。
另外，本发明还提供一种图像传感器结构的制备方法，所述制备方法包括如下步骤：
提供器件硅片101；
提供载体硅片102，并采用本发明实施例中任意一项所述的评估方法对所述载体硅片102的贴合气泡数量进行评估；
将所述器件硅片101与符合预设评估标准的所述载体硅片102进行键合，以制备所述图像传感器，参见图3所示。
作为示例，所述器件硅片101包括叠置的金属互连层及感光层，其中，所述金属互连层一侧与所述载体硅片102相键合。
作为示例，将所述器件硅片101与所述载体硅片102进行键合后还包括步骤：将所述器件结构远离所述载体硅片的一侧进行减薄，形成减薄处理表面；对所述减薄处理表面进行钝化，以形成钝化层；以及于所述钝化层上制备防反射涂层，以制备所述图像传感器结构。
具体的，该发明还提供一种图像传感器结构的制备方法，如Back-SideIlluminated CIS，在该图像传感器结构的制备中，包括将器件硅片101和载体硅片102进行键合的步骤，其中，包括采用本发明实施例中任意一项所述的评估方法对所述载体硅片102进行键合后会产生的气泡数量进行预评估的步骤，在制备过程中，可以依据实际工艺需求设定一个预设评估标准，如果气泡数量预估结果满足这一预设评估标准，则利用该载体硅片102与所述器件硅片101进行键合，如果预评估结果不满足设定的这一预设评估标准，则放弃使用该载体硅片102，从而可以有利于提高图像传感器制备过程中产品的良率，防止造成器件不必要的浪费，此外，评估数据可以基于现有的设备进行获取，简单有效。
在一示例中，所述器件硅片101可以是图像传感器制备过程中的中间结构，具有需要与载体硅片102键合的表面，其可以是单层结构，也可以是多层结构，可以是尚未制备功能器件的结构，也可以是已经制备好部分功能器件的结构，在一可选示例中，所述器件硅片101包括制备好的叠置的金属互连层及感光层，其中，所述金属互连层一侧与所述载体硅片102进行键合，二者键合后可以再继续进行后续工艺，以最终制备完成图像传感器。在另一可选示例中，所述器件硅片101与所述载体硅片102键合之后还可以包括工艺步骤：器件硅片101进行减薄以精确的控制厚度，接着，进行表面钝化处理以降低暗电流，接着，进行防反射膜涂覆，然后再进行焊盘开口，再进行颜色滤波矩阵制备，以完成图像传感器的制备。
综上所述，本发明提供一种硅片贴合气泡数量的评估方法以及图像传感器结构的制备方法，硅片贴合气泡数量的评估方法包括基于待评估硅片上预设长度内硅片厚度变化均匀性来评估所述待评估硅片上产生的气泡数量。通过上述方案，本发明在硅片贴合之前对硅片的贴合气泡数量进行预估，可以在工艺前预判气泡数量，从而提供工艺的准确性，提高得到产品的良率，本发明基于现有设备输出硅片厚度形貌，并对其获取的数据进行处理，从而预估贴合气泡的数量，预估方式简便有效，提高工作效率。所以，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。
上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。
Claims (10)
1.一种硅片贴合气泡数量的评估方法，其特征在于，所述评估方法包括基于待评估硅片上预设长度内硅片厚度变化均匀性来评估所述待评估硅片上产生的气泡数量。
2.根据权利要求1所述的硅片贴合气泡数量的评估方法，其特征在于，所述硅片厚度变化均匀性基于所述预设长度内单位长度斜率的变化或单位长度高度差的变化获取。
3.根据权利要求2所述的硅片贴合气泡数量的评估方法，其特征在于，当所述硅片厚度变化均匀性基于所述预设长度内单位长度斜率的变化获取时，所述单位长度斜率的变化包括各单位长度斜率的标准差、各单位长度斜率的最大值、各单位长度斜率的最小值、各单位长度斜率的中位数以及各单位长度斜率的平均值中的任意一种。
4.根据权利要求2所述的硅片贴合气泡数量的评估方法，其特征在于，所述单位长度介于0.2mm-25mm之间。
5.根据权利要求1所述的硅片贴合气泡数量的评估方法，其特征在于，所述预设长度基于所述待评估硅片的厚度形貌获取，所述厚度形貌包括半径方向上所述待评估硅片的平均厚度变化以及所述待评估硅片某一角度沿半径方向上的厚度变化中的任意一种。
6.根据权利要求4所述的硅片贴合气泡数量的评估方法，其特征在于，当所述厚度形貌选择半径方向上所述待评估硅片的平均厚度变化时，所述平均厚度选自于以所述待评估硅片的圆心为中心的同心圆上若干个点的厚度的平均值。
7.根据权利要求1所述的硅片贴合气泡数量的评估方法，其特征在于，所述待评估硅片上所述预设长度内所述硅片厚度变化均匀性的获取方法包括：
量测出所述待评估硅片的厚度形貌；
于量测出所述厚度形貌的所述待评估硅片上定义出所述预设长度；
于所述预设长度内定义一单位长度，使得所述预设长度包括若干个所述单位长度；
基于所述厚度形貌计算出各所述单位长度的斜率；以及
基于得到的所述斜率计算所述预设长度内所有所述单位长度的斜率的标准差，以获取所述预设长度内所述硅片厚度变化均匀性。
8.根据权利要求1-7中任意一项所述的硅片贴合气泡数量的评估方法，其特征在于，所述预设长度选自于自所述待评估硅片的中心至边缘的任意的径向长度。
9.一种图像传感器结构的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括如下步骤：
提供器件硅片；
提供载体硅片，并采用如权利要求1-8中任意一项所述的评估方法对所述载体硅片的贴合气泡数量进行评估；以及
将所述器件硅片与符合预设评估标准的载体硅片进行键合，以制备所述图像传感器。
10.根据权利要求9所述的图像传感器结构的制备方法，其特征在于，所述器件硅片包括叠置的金属互连层及感光层，其中，所述金属互连层一侧与所述载体硅片相键合；将所述器件硅片与所述载体硅片进行键合后还包括步骤：将所述器件硅片远离所述载体硅片的一侧进行减薄，形成减薄处理表面；对所述减薄处理表面进行钝化，以形成钝化层；以及于所述钝化层上制备防反射涂层，以制备所述图像传感器结构。
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