CN113948540A - 背照式图像传感器的制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种背照式图像传感器的制造方法，包括：分别提供形成有第一键合层的第一衬底和形成有第二键合层的第二衬底；将所述第一衬底和所述第二衬底键合；对所述第二衬底的表面执行CMP工艺以得到逻辑区衬底；采用减薄工艺去除第一厚度的所述第一衬底以及采用至少两道刻蚀工艺去除第二厚度的所述第一衬底以得到像素区衬底。本申请通过在像素区衬底中进行深沟槽(DTI)隔离制程之前以及在对所述第一衬底执行减薄工艺之前，对所述第二衬底的表面执行CMP工艺以形成最终的逻辑区衬底，可以有效消除逻辑区衬底表面的所有缺陷，避免了机台背压过低而报警的情况，保证了像素区衬底中的深沟槽隔离制程的顺利进行。
Description
技术领域
本申请涉及图像传感器技术领域，具体涉及一种背照式图像传感器的制造方法。
背景技术
现有的背照式图像传感器(BSI CIS)结构中，像素晶圆通常是与一裸晶圆键合，而且裸晶圆在键合之前已进行过抛光处理，裸晶圆的表面比较干净。
超薄堆叠背照式图像传感器是背照式图像传感器中的一种，但是在超薄堆叠背照式图像传感器(UTS CIS)中，与像素晶圆键合的晶圆(载片)为逻辑晶圆(逻辑载片)，即已经对键合的晶圆进行了一些制程开发，例如物理气相沉积(PVD)工艺、光刻工艺、干法/湿法刻蚀工艺等。由于超薄堆叠背照式图像传感器制程的工艺特殊性，会导致键合之后，在远离像素晶圆的逻辑晶圆的表面(背面)存在缺陷。逻辑晶圆表面的这些缺陷会严重影响像素晶圆上的一些后续制程，例如因整个晶圆的背面(逻辑晶圆表面)有缺陷，导致晶圆背面背压无法达到机台的最低标准值，从而导致机台作业时背压过低而报警，影响背照式图像传感器的工艺制程的正常进行。
发明内容
本申请提供了一种背照式图像传感器的制造方法，可以解决背照式图像传感器中，逻辑区晶圆表面沾污严重的问题。
一方面，本申请实施例提供了一种背照式图像传感器的制造方法，包括：
分别提供第一衬底和第二衬底，所述第一衬底的表面上形成有第一键合层，所述第二衬底的表面上形成有第二键合层；
通过所述第一键合层和所述第二键合层将所述第一衬底和所述第二衬底键合；
对远离所述第一衬底的所述第二衬底的表面执行CMP工艺以得到逻辑区衬底；
采用减薄工艺去除第一厚度的所述第一衬底；以及，
采用至少两道刻蚀工艺去除第二厚度的所述第一衬底以得到像素区衬底。
可选的，在所述背照式图像传感器的制造方法中，对远离所述第一衬底的所述第二衬底的表面执行CMP工艺的过程中，去除所述第二衬底的厚度为5μm～9μm。
可选的，在所述背照式图像传感器的制造方法中，采用减薄工艺去除第一厚度的所述第一衬底之后、采用至少两道刻蚀工艺去除第二厚度的所述第一衬底之前，所述第一衬底的剩余厚度为25μm～28μm。
可选的，在所述背照式图像传感器的制造方法中，采用至少两道刻蚀工艺去除第二厚度的所述第一衬底以得到像素区衬底时，所述像素区衬底的厚度为2.5μm～3.5μm。
可选的，在所述背照式图像传感器的制造方法中，采用两道湿法刻蚀工艺去除第二厚度的所述第一衬底。
可选的，在所述背照式图像传感器的制造方法中，所述第一键合层和所述第二键合层的材质均为二氧化硅。
可选的，在所述背照式图像传感器的制造方法中，采用范德华力键合工艺键合所述第一键合层和所述第二键合层。
发明人发现，在超薄堆叠背照式图像传感器的工艺制程中，为了降低像素晶圆上的像素(pixel)单元之间的电子串扰和光学串扰，可以对像素单元进行深沟槽隔离(deeptrend isolation，简称DTI)并在深沟槽中填充氧化物(例如氧化钽)。在沉积氧化坦时，晶圆背面(逻辑晶圆表面)压力无法升到设定值就突然降低，即背压无法达到spec最低要求，导致机台触发背压报警。调查发现，逻辑晶圆表面沾污严重以及机台静电吸盘(ESC)的晶圆计数(clean wafer count)较高时，会导致晶圆与ESC接触变少，静电吸力下降，从而机台报警。发明人在光学显微镜下观察发现，逻辑晶圆的表面缺陷表现为云雾状沾污，在透射电子显微镜(TEM)下观察发现，其表面缺陷主要表现为为凸起物与凹坑，所以目前需要一种新的背照式图像传感器的制造方法来解决逻辑晶圆表面沾污严重的问题。
本申请技术方案，至少包括如下优点：
本申请通过在像素区衬底中进行深沟槽(DTI)隔离制程之前以及在对所述第一衬底执行减薄工艺之前，对所述第二衬底的表面执行CMP工艺以形成最终的逻辑区衬底，可以有效消除逻辑区衬底表面的所有缺陷，避免了机台背压过低而报警的情况，保证了像素区衬底中的深沟槽隔离制程的顺利进行。此外，本申请在对所述第二衬底执行CMP工艺之后再对所述第一衬底执行减薄、刻蚀工艺，可以在得到工艺所需厚度的最终像素区衬底的同时，也能消除CMP工艺带来的像素区衬底表面新的缺陷。
附图说明
为了更清楚地说明本申请具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本申请的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明实施例的背照式图像传感器的制造方法的流程图；
图2-图7是本发明实施例的制造背照式图像传感器的各工艺步骤中的半导体结构示意图；
100-第一衬底，101-执行减薄工艺之后剩余厚度的第一衬底，102-像素区衬底，110-第一键合层，200-第二衬底，201-逻辑区衬底，210-第二键合层；
10-第一衬底表面的缺陷，20-第二衬底表面的缺陷。
具体实施方式
下面将结合附图，对本申请中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例是本申请的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在不做出创造性劳动的前提下所获得的所有其它实施例，都属于本申请保护的范围。
在本申请的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本申请的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电气连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，还可以是两个元件内部的连通，可以是无线连接，也可以是有线连接。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。
此外，下面所描述的本申请不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。
本申请实施例提供了一种背照式图像传感器的制造方法，参考图1，图1是本发明实施例的背照式图像传感器的制造方法的流程图，所述背照式图像传感器的制造方法包括：
S10：分别提供第一衬底和第二衬底，所述第一衬底的表面上形成有第一键合层，所述第二衬底的表面上形成有第二键合层；
S20：通过所述第一键合层和所述第二键合层将所述第一衬底和所述第二衬底键合；
S30：对远离所述第一衬底的所述第二衬底的表面执行CMP工艺以得到逻辑区衬底；
S40：采用减薄工艺去除第一厚度的所述第一衬底；
S50：采用至少两道刻蚀工艺去除第二厚度的所述第一衬底以得到像素区衬底。
具体的，请参考图2-图7，图2-图7是本发明实施例的制造背照式图像传感器的各工艺步骤中的半导体结构示意图。
首先，参考图2和图3，分别提供第一衬底100和第二衬底200，所述第一衬底100的表面上形成有第一键合层110，所述第二衬底200的表面上形成有第二键合层210。具体的，所述第一衬底100和所述第二衬底200均可以是单晶硅、多晶硅、非晶硅中的一种，所述第一衬底100所述第二衬底200也可以是砷化镓、硅稼化合物等，还可以具有绝缘层上硅或硅上外延层结构；所述衬底100还可以是其它半导体材质，这里不再一一列举。所述第一键合层110和所述第二键合层210的材质均可以为二氧化硅。
接着，参考图4，通过所述第一键合层110和所述第二键合层210将所述第一衬底100和所述第二衬底200键合。具体的，采用范德华力键合工艺键合所述第一键合层110和所述第二键合层210，从而将所述第一衬底100和所述第二衬底200键合起来。此时可以理解为所述第一衬底100的正面上形成所述第一键合层110，以及所述第二衬底200的正面上形成所述第二键合层210。现在露出的分别是所述第一衬底100的背面和所述第二衬底200的背面。在键合工艺之前，所述第一衬底100和所述第二衬底200中均会进行一些基础的光刻工艺、刻蚀工艺、PVD工艺等工艺制程，会在所述第一衬底100和所述第二衬底200中形成一些金属连接层，后续会在像素区衬底上形成深通孔(TSV)并填充金属材料以连接第一衬底(像素区衬底)100和所述第二衬底(逻辑区衬底)200中的金属连接层。所以如图4所示，在进行上述光刻、工艺、PVD等工艺制程时，容易对所述第二衬底200表面造成沾污，从而造成所述第二衬底200表面存在缺陷20。
然后，参考图5，对远离所述第一衬底100的所述第二衬底200的表面执行CMP工艺以得到逻辑区衬底201。具体的，利用CMP工艺去除所述第二衬底200的厚度可以为5μm～9μm，对所述第二衬底200执行CMP工艺以形成最终的所述逻辑区衬底201，可以有效消除逻辑区衬底201表面的所有缺陷(第一衬底表面的缺陷)20，提高了器件的可靠性，避免了机台背压过低而报警的情况，保证了后续像素区衬底中的深沟槽隔离制程的顺利进行。
进一步的，参考图6，采用减薄工艺去除第一厚度的所述第一衬底100。具体的，在对所述第二衬底200执行CMP工艺之后，CMP工艺或多或少会给所述第一衬底100的表面造成损伤，从而在所述第一衬底100表面形成缺陷10，采用减薄工艺可以完全消除所述第一衬底表面的缺陷10，进一步提高了器件的可靠性。采用减薄工艺去除第一厚度的所述第一衬底100之后，所述第一衬底100的剩余厚度可以为25μm～28μm，即执行减薄工艺之后剩余厚度的第一衬底101的厚度可以为25μm～28μm。本发明中，对所述第二衬底200的表面执行的CMP工艺以及对所述第一衬底100执行的减薄工艺可以在同一机台中完成，不需要再额外使用其他工作机台，提高了制程效率。
最后，参考图7，采用至少两道刻蚀工艺去除第二厚度的所述第一衬底以得到像素区衬底102。具体的，本实施例可以采用两道湿法刻蚀工艺去除第二厚度的所述第一衬底，其中，采用两道湿法刻蚀工艺，是对执行减薄工艺之后剩余厚度的第一衬底101进行的细加工，不但可以去除一定厚度的所述第一衬底以得到所述像素区衬底102，而且可以避免晶圆背面的所述逻辑区衬底201表面的二次损伤，提高了器件的良率和可靠性。执行所有的湿法刻蚀工艺之后，最终的所述像素区衬底102的厚度可以为2.5μm～3.5μm。后续会在所述像素区衬底102的表面做深沟槽隔离等制程。本申请在对所述第二衬底200执行CMP工艺之后，再对所述第一衬底100执行减薄工艺和刻蚀工艺，可以在得到工艺所需厚度的最终像素区衬底102的同时，也能消除CMP工艺带来的像素区衬底表面的缺陷10。
显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本申请创造的保护范围之中。
Claims (7)
1.一种背照式图像传感器的制造方法，其特征在于，包括：
分别提供第一衬底和第二衬底，所述第一衬底的表面上形成有第一键合层，所述第二衬底的表面上形成有第二键合层；
通过所述第一键合层和所述第二键合层将所述第一衬底和所述第二衬底键合；
对远离所述第一衬底的所述第二衬底的表面执行CMP工艺以得到逻辑区衬底；
采用减薄工艺去除第一厚度的所述第一衬底；以及，
采用至少两道刻蚀工艺去除第二厚度的所述第一衬底以得到像素区衬底。
2.根据权利要求1所述的背照式图像传感器的制造方法，其特征在于，对远离所述第一衬底的所述第二衬底的表面执行CMP工艺的过程中，去除所述第二衬底的厚度为5μm～9μm。
3.根据权利要求1所述的背照式图像传感器的制造方法，其特征在于，采用减薄工艺去除第一厚度的所述第一衬底之后、采用至少两道刻蚀工艺去除第二厚度的所述第一衬底之前，所述第一衬底的剩余厚度为25μm～28μm。
4.根据权利要求1所述的背照式图像传感器的制造方法，其特征在于，采用至少两道刻蚀工艺去除第二厚度的所述第一衬底以得到像素区衬底时，所述像素区衬底的厚度为2.5μm～3.5μm。
5.根据权利要求1所述的背照式图像传感器的制造方法，其特征在于，采用两道湿法刻蚀工艺去除第二厚度的所述第一衬底。
6.根据权利要求1所述的背照式图像传感器的制造方法，其特征在于，所述第一键合层和所述第二键合层的材质均为二氧化硅。
7.根据权利要求1所述的背照式图像传感器的制造方法，其特征在于，采用范德华力键合工艺键合所述第一键合层和所述第二键合层。
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