CN116936591A - Iii-v族化合物半导体3d堆栈式图像传感器焊盘打开的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及半导体加工制造技术领域，特别涉及一种III‑V族化合物半导体3D堆栈式图像传感器焊盘打开的方法。上述方法主要包括：提供异质键合晶圆；在半导体晶圆背部沉积SiO2层；在异质键合晶圆表面涂覆光刻胶，去除pixel区以外的光刻胶，刻蚀掉露出的SiO2层；去除剩余的光刻胶，露出剩余的SiO2层；去除非pixel区的部分；确定焊盘的位置并对焊盘及pixel区以外的部分涂覆光刻胶；对不含有光刻胶的位置的SiO2层进行刻蚀。上述方法能够保证半导体晶圆在经过减薄至设定厚度之后，不再受到后续工艺影响其厚度值，同时减少了单独刻蚀InP晶圆背部氧化层的工艺，降低了在焊盘打开工艺过程产生经济损失的风险。
Description
技术领域
本发明涉及半导体加工制造技术领域，特别涉及一种III-V族化合物半导体3D堆栈式图像传感器焊盘打开的方法。
背景技术
第二代半导体是以III-V族材料结合的化合物半导体，都具有较大的禁带宽度、光电转换效率高、电子迁移率高、抗辐射能力强、适应较恶劣的工作环境和良好的导热性等优点，在通信、安防和航空航天等领域都得到了广泛的应用。但由于III-V族半导体晶圆制备技术十分困难，我国目前暂未掌握其大尺寸晶圆的制备方法，目前常用的晶圆尺寸包括2inch、3inch、4inch和6inch。但为了可以将III-V族化合物半导体的优异性能应用到图像传感器中，就需要将其与大尺寸Si晶圆进行键合，完成3D堆栈结构的图像传感器器件制备。
3D堆栈技术把像素区与信号处理区分开，使得两个区域可以分别进行不同制成精度工艺，保证在不增加芯片面积的情况下，将信号处理区的二极管数量翻倍并增大了像素区面积，使信号处理速度得到大幅度提高，成像质量更好。基于3D堆栈技术是将III-V族半导体晶圆与Si晶圆键合成一片晶圆，需要通过减薄、光刻和刻蚀等工艺将晶圆上的焊盘打开，实现信号的传输。当III-V族半导体晶圆与Si晶圆异质键合成一片晶圆，经过减薄工艺达到设计厚度后，需要将III-V族半导体晶圆上除pixel区域的其它部分通过湿法腐蚀工艺去除，将表面带有氧化层，即SiO2层的焊盘位置露出，再通过刻蚀工艺将焊盘打开，此过程要保证pixel区域的晶圆厚度不发生变化，否则会影响芯片的整体性能甚至失效，对整体工艺成本影响非常大造成严重经济损失。
发明内容
本发明的目的是为了克服已有技术的缺陷，提出一种III-V族化合物半导体3D堆栈式图像传感器焊盘打开的方法，能够保证III-V族化合物半导体晶圆在经过减薄至设定厚度之后不再受到后续工艺影响其厚度值。
为实现上述目的，本发明采用以下具体技术方案：
本发明提供的III-V族化合物半导体3D堆栈式图像传感器焊盘打开的方法，包括如下步骤：
S1、提供带有Cu层的III-V族化合物半导体晶圆及Si晶圆，去除III-V族化合物半导体晶圆及Si晶圆表面的Cu层，使III-V族化合物半导体晶圆及Si晶圆的铜柱的高度低于表面氧化层；
S2、将III-V族化合物半导体晶圆及Si晶圆异质键合得到异质键合晶圆，形成3D堆栈结构；
S3、对异质键合后的III-V族化合物半导体晶圆进行背部减薄至预定厚度；
S4、在减薄后的III-V族化合物半导体晶圆的背部沉积SiO2层；
S5、在异质键合晶圆的表面涂覆光刻胶，通过红外对准识别Si晶圆上的对准标记，去除III-V族化合物半导体晶圆的pixel区以外的部分的光刻胶，并刻蚀掉III-V族化合物半导体晶圆去除光刻胶的部分露出的SiO2层；
S6、清洗步骤S5刻蚀完成后的异质键合晶圆以去除剩余的光刻胶，露出剩余的SiO2层；
S7、去除不含有SiO2层保护的，即III-V族化合物半导体晶圆的非pixel区的部分；
S8、通过红外对准识别Si晶圆上的对准标记，确定焊盘的位置，并对异质键合晶圆的焊盘及pixel区以外的部分涂覆光刻胶；
S9、将步骤S8涂覆光刻胶后的异质键合晶圆送入刻蚀机中，通过红外对准识别Si晶圆上的对准标记，对异质键合晶圆表面不含有光刻胶的位置的SiO2层进行刻蚀，实现焊盘打开及对III-V族化合物半导体晶圆剩余SiO2层的刻蚀。
进一步地，III-V族化合物半导体晶圆为InP晶圆或GaAs晶圆。
进一步地，步骤S7中，使用比例为1：1：3的HCl、H3PO4及CH3COOH的混合溶液湿法腐蚀去除不含有SiO2层保护的部分。
进一步地，步骤S9中，将一片dummy片送入刻蚀机中，通过调整腔室上方进气装置的气体流量，使中心位置周围的气体流量小于边缘的气体流量，以保证边缘的刻蚀速率高于中心的刻蚀速率，对异质键合晶圆表面不含有光刻胶的位置的SiO2层进行刻蚀。
本发明能够取得如下技术效果：
本发明提供的III-V族化合物半导体3D堆栈式图像传感器焊盘打开的方法，能够保证III-V族化合物半导体晶圆在经过减薄至设定厚度之后，不再受到后续工艺影响其厚度值，同时减少了单独刻蚀InP晶圆背部氧化层的工艺，降低了工艺成本，提高了工艺良率，降低了在焊盘打开工艺过程产生经济损失的风险。
附图说明
图1是根据本发明实施例提供的III-V族化合物半导体3D堆栈式图像传感器焊盘打开的方法的流程示意图。
图2a和2b分别是根据本发明实施例提供的减薄后的异质键合晶圆的主视图与俯视图。
图3是根据本发明实施例提供的背部沉积SiO2层的InP晶圆的结构示意图。
图4是根据本发明实施例提供的去除InP晶圆非pixel区域的SiO2层和InP层后的结构示意图。
图5是根据本发明实施例提供的异质键合晶圆的非焊盘位置和非InP晶圆pixel区涂覆光刻胶后的结构示意图。
图6是根据本发明实施例提供的InP晶圆刻蚀掉背部SiO2层和焊盘上方的SiO2层后的结构示意图。
图7是根据本发明实施例提供的焊盘打开方法的流程示意图。
其中的附图标记包括：
InP晶圆1、Si晶圆2、对准标记3、SiO2层4、焊盘5、pixel区6、光刻胶7。
具体实施方式
在下文中，将参考附图描述本发明的实施例。在下面的描述中，相同的模块使用相同的附图标记表示。在相同的附图标记的情况下，它们的名称和功能也相同。因此，将不重复其详细描述。
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。
本发明实施例提供一种III-V族化合物半导体3D堆栈式图像传感器焊盘打开的方法，图1示出了焊盘打开方法的流程，下面将通过具体的实施例详细说明本发明提供的焊盘打开的方法。
S1、提供经过TSV工艺并带有Cu层的InP晶圆1和Si晶圆2，对InP晶圆1和Si晶圆2进行CMP工艺，分别将InP晶圆1和Si晶圆2的表面Cu层去除，并保证Cu柱低于表面氧化层(SiO2层)。
S2、通过键合工艺将InP晶圆1与Si晶圆2异质键合，形成3D堆栈结构。
S3、通过grinding工艺将异质键合后的InP晶圆1背部减薄至预定厚度。图2a和图2b分别示出了减薄后的异质键合晶圆的主视结构与俯视结构。
S4、通过光刻工艺与CVD工艺，在减薄后的InP晶圆1的背部沉积一定厚度的SiO2层4。图3示出了背部沉积SiO2层的InP晶圆的结构。
S5、通过光刻工艺在异质键合晶圆的表面涂覆一层光刻胶7，再通过红外对准识别Si晶圆2上的对准标记3，将InP晶圆1上除pixel区6以外的其他部分的光刻胶洗掉，再通过刻蚀工艺将InP晶圆1上露出的SiO2层4刻蚀掉。
S6、将步骤S5刻蚀完成后的的异质键合晶圆表面剩余光刻胶7洗掉，露出表面SiO2层4。
S7、将去掉光刻胶7的异质键合晶圆通过湿法腐蚀工艺，将InP晶圆1没有SiO2层4保护的非pixel区6的部分使用比例为1：1：3的HCl、H3PO4、CH3COOH混合溶液腐蚀去除。图4示出了InP晶圆非pixel区域的SiO2层和InP层去除后的结构。
S8、通过红外对准识别Si晶圆2上的对准标记3，确定焊盘5的位置，并通过光刻工艺将异质键合晶圆除焊盘5和Pixel区6之外其它位置涂覆一层光刻胶7。图5示出了异质键合晶圆的非焊盘位置和非InP晶圆pixel区涂覆光刻胶后的结构。
S9、通过光刻机的红外对准功能，确定异质键合晶圆对准标记3的位置，将一片dummy片送入刻蚀机中，通过调整腔室上方进气装置的气体流量，使中心位置周围的气体流量小于边缘的气体流量，保证边缘的刻蚀速率高于中心的刻蚀速率；将异质键合晶圆送入刻蚀机中，对异质键合晶圆表面没有光刻胶7位置的SiO2层4进行刻蚀，实现焊盘5的打开工作，同时也将InP晶圆1背部多余的SiO2层4刻蚀干净。图6示出了InP晶圆刻蚀掉背部SiO2层和焊盘上方的SiO2层后的结构，即焊盘打开的结构，图7示出了本实施例中焊盘打开方法的流程。
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 (4)
1.一种III-V族化合物半导体3D堆栈式图像传感器焊盘打开的方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1、提供带有Cu层的III-V族化合物半导体晶圆及Si晶圆，去除所述III-V族化合物半导体晶圆及所述Si晶圆表面的Cu层，使所述III-V族化合物半导体晶圆及所述Si晶圆的铜柱的高度低于表面氧化层；
S2、将所述III-V族化合物半导体晶圆及所述Si晶圆异质键合得到异质键合晶圆，形成3D堆栈结构；
S3、对异质键合后的所述III-V族化合物半导体晶圆进行背部减薄至预定厚度；
S4、在减薄后的所述III-V族化合物半导体晶圆的背部沉积SiO2层；
S5、在所述异质键合晶圆的表面涂覆光刻胶，通过红外对准识别所述Si晶圆上的对准标记，去除所述III-V族化合物半导体晶圆的pixel区以外的部分的光刻胶，并刻蚀掉所述III-V族化合物半导体晶圆去除光刻胶的部分露出的SiO2层；
S6、清洗步骤S5刻蚀完成后的所述异质键合晶圆以去除剩余的光刻胶，露出剩余的SiO2层；
S7、去除不含有SiO2层保护的，即所述III-V族化合物半导体晶圆的非pixel区的部分；
S8、通过红外对准识别所述Si晶圆上的对准标记，确定焊盘的位置，并对所述异质键合晶圆的焊盘及pixel区以外的部分涂覆光刻胶；
S9、将步骤S8涂覆光刻胶后的所述异质键合晶圆送入刻蚀机中，通过红外对准识别所述Si晶圆上的对准标记，对所述异质键合晶圆表面不含有光刻胶的位置的SiO2层进行刻蚀，实现焊盘打开及对所述III-V族化合物半导体晶圆剩余SiO2层的刻蚀。
2.根据权利要求1所述的III-V族化合物半导体3D堆栈式图像传感器焊盘打开的方法，其特征在于，所述III-V族化合物半导体晶圆为InP晶圆或GaAs晶圆。
3.根据权利要求1所述的III-V族化合物半导体3D堆栈式图像传感器焊盘打开的方法，其特征在于，步骤S7中，使用比例为1：1：3的HCl、H3PO4及CH3COOH的混合溶液湿法腐蚀去除不含有SiO2层保护的部分。
4.根据权利要求1所述的III-V族化合物半导体3D堆栈式图像传感器焊盘打开的方法，其特征在于，步骤S9中，将一片dummy片送入所述刻蚀机中，通过调整腔室上方进气装置的气体流量，使中心位置周围的气体流量小于边缘的气体流量，以保证边缘的刻蚀速率高于中心的刻蚀速率，对所述异质键合晶圆表面不含有光刻胶的位置的SiO2层进行刻蚀。
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