JP2010153627A - Production method for backside irradiation version solid-state image pickup device - Google Patents
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Description
本発明は、裏面照射型固体撮像素子の製造方法に関するものである。 The present invention relates to a method for manufacturing a back-illuminated solid-state imaging device.
従来、裏面照射型固体撮像素子は、図3に示すように、フォトダイオード及び多層配線層を形成するためのシリコン基板として2層エピ(p-/p+/基板)構造の第一シリコンウェーハ11を用い、そのp-層11aにフォトダイオードに次いで多層配線層11wを形成した後(ステップA10)、支持側の第二シリコンウェーハ12と貼り合わせを行ない(ステップA20)、エッチストップ法を利用して第一シリコンウェーハ11の基板11cをエッチングまたは研磨し(ステップA30)、続いて第一シリコンウェーハ11のp+層11bを除去し(ステップA40)、フォトダイオード上に受光部(カラーフィルタやレンズ層)を形成するためのデバイス層11dを得るように製造されていた(ステップA50)。
Conventionally, as shown in FIG. 3, the back-illuminated solid-state imaging device is a
なお、エッチストップ法はドーパント濃度によりエッチング速度が異なる特性を利用したものであり、第一シリコンウェーハ11のp+層11bはエッチストップ法に利用されるストップ層であって、第二シリコンウェーハ12との貼り合わせ前に、イオン注入等で第一シリコンウェーハ11の表層に酸素を導入し高温熱処理されることによって、シリコン酸化膜層として予め形成されている。
Note that the etch stop method utilizes the characteristic that the etching rate differs depending on the dopant concentration, and the p + layer 11b of the
ここで、例えば特許文献1に、裏面照射型固体撮像素子に関する技術が開示されているので参照されたい。
しかしながら、上記の製造方法では、ストップ層であるp+層11b形成に係る工程の複雑化、p+層11b形成の際の高温熱処理下での欠陥導入、エッチングまたは研磨の面内不均一に伴うオーバーエッチングまたはオーバー研磨不良の虞、ドーパント濃度の違いによるデバイス領域への遷移層制御が必要、等の種々の課題がある。
本発明はこのような課題に鑑み案出されたもので、比較的簡素な工程で良品を得ることができるようにした、裏面照射型固体撮像素子の製造方法を提供することを目的とする。
However, in the above manufacturing method, the process involved in forming the p + layer 11b serving as the stop layer is complicated, defects are introduced under high-temperature heat treatment during the formation of the p + layer 11b, and in-plane non-uniformity of etching or polishing is involved. There are various problems such as the possibility of over-etching or over-polishing failure, and the need to control the transition layer to the device region due to the difference in dopant concentration.
The present invention has been devised in view of such problems, and an object of the present invention is to provide a method for manufacturing a back-illuminated solid-state image pickup device capable of obtaining a non-defective product through a relatively simple process.
上記目的を達成するために、請求項1記載の本発明の裏面照射型固体撮像素子の製造方法は、フォトダイオード及び多層配線層を形成した第一シリコンウェーハの表面側に支持側の第二シリコンウェーハを貼り合わせる貼り合わせ工程と、該貼り合わせ工程の後に、該第一シリコンウェーハを裏面側から目標の厚みに薄膜化する薄膜化工程とを備え、該薄膜化工程において、該第一シリコンウェーハの裏面に局所プラズマエッチングを用いたドライケミカル平坦化加工を施し平坦化を行なうドライケミカル平坦化加工工程を備えたことを特徴としている。 In order to achieve the above object, according to the first aspect of the present invention, there is provided a backside illumination type solid-state imaging device comprising: a second silicon on a support side on a surface side of a first silicon wafer on which a photodiode and a multilayer wiring layer are formed; A bonding step of bonding wafers; and a thinning step of thinning the first silicon wafer to a target thickness from the back surface side after the bonding step, and in the thinning step, the first silicon wafer A dry chemical flattening process for performing flattening by performing dry chemical flattening using local plasma etching on the back surface of the substrate is characterized.
また、請求項2記載の本発明の裏面照射型固体撮像素子の製造方法は、請求項1記載の裏面照射型固体撮像素子の製造方法において、該貼り合わせ工程の前に、該第二シリコンウェーハの厚み面内分布を取得し、取得した該第二シリコンウェーハの厚み面内分布と該第一シリコンウェーハの残存目標厚みとの和を最終目標厚み面内分布として設定する目標厚み設定工程を備えるとともに、該薄膜化工程において、該ドライケミカル平坦化加工工程の直前に、該ドライケミカル平坦化加工直前の該第一シリコンウェーハ及び該第二シリコンウェーハ全体の厚み面内分布を取得し、該全体の厚み面内分布と該最終目標厚み面内分布との差分に基づき、ドライケミカル平坦化加工代を設定するドライケミカル平坦化加工代設定工程を備えたことを特徴としている。
The method for manufacturing a backside illumination type solid-state imaging device according to the present invention described in
本発明によれば、表面側に受光部を形成する第一シリコンウェーハの裏面側からの加工に関して、適切な工程で第一シリコンウェーハの加工代を設定し、基準となる面(貼り合わせ界面)に対する凹凸を修正可能なドライケミカル平坦化(Dry chemical Planarization;DCP)加工を利用することで、エッチストッパー(ストップ層)なしに所望の厚みに加工することができ、面内膜厚均一性の優れた裏面照射型固体撮像素子を製造することができる。つまり、比較的簡素な工程で良品を得ることができる。 According to the present invention, with respect to processing from the back surface side of the first silicon wafer on which the light receiving portion is formed on the front surface side, the processing allowance of the first silicon wafer is set in an appropriate process, and a reference surface (bonding interface) By using dry chemical planarization (DCP) processing that can correct unevenness on the surface, it can be processed to a desired thickness without an etch stopper (stop layer), and excellent in-plane film thickness uniformity The back-illuminated solid-state imaging device can be manufactured. That is, a good product can be obtained by a relatively simple process.
以下、図面により、本発明の実施の形態について説明する。
図1及び図2は本発明の一実施形態に係る裏面照射型固体撮像素子の製造方法について説明するためのものであって、図1はそのフローチャート、図2はその各工程を経たもしくは各工程での撮像素子の状態を示す模式図である。なお、図2においては、撮像素子の各層の寸法を発明を把握しやすいように誇張して示しているとともに、各層を識別しやすいように各層に適宜ハッチやドットを付している。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
1 and 2 are for explaining a method of manufacturing a backside illumination type solid-state imaging device according to an embodiment of the present invention. FIG. 1 is a flowchart of the manufacturing method, and FIG. It is a schematic diagram which shows the state of the image pick-up element. In FIG. 2, the dimensions of each layer of the image sensor are exaggerated for easy understanding of the invention, and hatches and dots are appropriately added to each layer so that each layer can be easily identified.
[概要]
本実施形態では、裏面照射型固体撮像素子(以下、単に撮像素子ともいう)は、図2に示すように、フォトダイオード及び多層配線層1wが形成されたデバイス側シリコンウェーハ(第一シリコンウェーハ)1と、支持基板となる支持側シリコンウェーハ(第二シリコンウェーハ)2とを貼り合わせて製造されるものであって、図1に示すように、目標厚み設定工程S10と、貼り合わせ工程S20と、薄膜化研削工程S30と、薄膜化研磨工程S40と、厚み測定工程S50と、DCP加工代設定工程(ドライケミカル平坦化加工代設定工程)S60と、DCP加工工程(ドライケミカル平坦化加工工程)S70と、表面粗さ改善研磨工程S80とをこの順に経て製造されるようになっている。
[Overview]
In this embodiment, as shown in FIG. 2, the back-illuminated solid-state imaging device (hereinafter also simply referred to as imaging device) is a device-side silicon wafer (first silicon wafer) on which a photodiode and a
なお、薄膜化研削工程S30〜表面粗さ改善研磨工程S80はそれぞれ、薄膜化工程の一工程である。また、ここで用いるデバイス側シリコンウェーハ1は、前述した従来技術の第一シリコンウェーハ11と異なり、ストップ層は形成されていない。
上記各工程について、図1及び図2を用いながら以下に詳しく説明する。
Each of the thinning grinding step S30 to the surface roughness improving polishing step S80 is one step of the thinning step. Further, the device-side silicon wafer 1 used here is different from the above-described conventional
Each of the above steps will be described in detail below with reference to FIGS.
[1.目標厚み設定工程]
目標厚み設定工程S10では、デバイス側シリコンウェーハ1に支持側シリコンウェーハ2を貼り合わせる前に、デバイス側シリコンウェーハ1の残存させたい厚み(残存目標厚み)t1を予め設定するとともに支持側シリコンウェーハ2の厚み面内分布t2を取得し、そのデバイス側シリコンウェーハ1の残存目標厚みt1と支持側シリコンウェーハ2の厚み面内分布t2とを加算して、最終的な撮像素子全体の厚み面内分布(最終目標厚み面内分布)t3を算出するようになっている。
[1. Target thickness setting process]
In the target thickness setting step S10, before the support-
最終目標厚み面内分布t3=デバイス側シリコンウェーハの残存目標厚みt1
+支持側シリコンウェーハの厚み面内分布t2
Final target thickness in-plane distribution t 3 = device-side silicon wafer remaining target thickness t 1
+ Thickness in-plane distribution t 2 of support side silicon wafer
[2.貼り合わせ工程]
貼り合わせ工程S20では、デバイス側シリコンウェーハ1の表面(フォトダイオード及び多層配線層1wが形成された側の面)に支持側シリコンウェーハ2を貼り合わせるようになっている。そして、この貼り合わせの際には、接着性を高めるために接着強化熱処理を行なうようになっている。
[2. Bonding process]
In the bonding step S20, the support-
[3.薄膜化研削工程]
薄膜化研削工程S30では、デバイス側シリコンウェーハ1を裏面側から研削するようになっている。この研削の加工代は、例えば「最終目標厚み面内分布t3の平均値+15μm」に設定される。なお、上記15μmは予め設定される第1所定値であって、他の数値に適宜変更可能である。
[3. Thin film grinding process]
In the thin film grinding step S30, the device-side silicon wafer 1 is ground from the back side. The grinding allowance is set to, for example, “average value of final target thickness in-plane distribution t 3 +15 μm”. The 15 μm is a first predetermined value set in advance, and can be appropriately changed to other numerical values.
ここで、支持側シリコンウェーハ2の厚み面内分布t2の厚みバラツキは、凹凸修正に要するDCP加工負荷を増大させる。研削加工は面内一括処理であるが、研削加工後のTTV(Total Thickness Value)量は1μm以下になるようにすると好ましい。また、研削加工機固有のTTV量を精査しておき、加工代はオーバー研削にならないように設定する。
Here, the thickness variation of the thickness in-plane distribution t 2 of the support-
[4.薄膜化研磨工程]
薄膜化研磨工程S40では、デバイス側シリコンウェーハ1を裏面側から研磨するようになっている。この研磨の加工代は、例えば「最終目標厚み面内分布t3の平均値+2μm」に設定される。なお、上記2μmは予め設定される第2所定値であって、他の数値に適宜変更可能である。
[4. Thin film polishing process]
In the thinning polishing step S40, the device-side silicon wafer 1 is polished from the back side. The processing allowance for this polishing is set to, for example, “average value of final target thickness in-plane distribution t 3 +2 μm”. Note that 2 μm is a second predetermined value set in advance, and can be appropriately changed to other numerical values.
また、上述の研削加工と同様に、研磨加工も面内一括処理であって、TTV量が1μm以下になるようにすると好ましい。また、研磨加工機固有のTTV量を精査しておき、加工代はオーバー研磨にならないように設定する。 Further, like the above-described grinding process, the polishing process is also an in-plane collective process, and it is preferable that the amount of TTV is 1 μm or less. In addition, the amount of TTV unique to the polishing machine is scrutinized, and the machining allowance is set so as not to be over-polished.
[5.厚み測定工程]
厚み測定工程S50では、研磨後の撮像素子全体の厚み面内分布(薄膜化後厚み面内分布)t4を測定する。
[5. Thickness measurement process]
In Thickness measurement step S50, the thickness on the entire imaging element distribution (thin thickness after plane distribution) after polishing to measure t 4.
[6.DCP加工代設定工程]
DCP加工代設定工程S60では、厚み測定工程S50で測定した薄膜化後厚み面内分布t4から、最終目標厚み面内分布t3及び後述する表面粗さ改善研磨量t5を減算した値を、DCP加工代tDCPとして設定する。
[6. DCP machining allowance setting process]
In DCP machining allowance setting step S60, from the thickness measuring step S50 thinning thickness after plane distribution t 4 when measured in the surface roughness improved polishing amount t 5 to a final target thickness plane distribution t 3 and later subtracted value , DCP machining allowance t DCP is set.
DCP加工代tDCP=薄膜化後厚み面内分布t4
−最終目標厚み面内分布t3−表面粗さ改善研磨量t5
DCP加工代tDCPの設定は全ての測定点で行ない、これらの加工代tDCP及び測定座標からDCP加工ステージ速度に変換する。
DCP machining allowance t DCP = thickness in-plane distribution after thinning t 4
- final target thickness plane distribution t 3 - the surface roughness improved polishing amount t 5
The DCP machining allowance t DCP is set at all measurement points, and the machining allowance t DCP and measurement coordinates are converted into the DCP machining stage speed.
[7.DCP加工工程]
DCP加工工程S70では、DCP加工代設定工程S60で設定した全測定点のDCP加工代(面内分布データ)に応じて、デバイス側シリコンウェーハ1の裏面に、局所プラズマエッチングを用いたDCP(Dry chemical Planarization;ドライケミカル平坦化)加工を施し、平坦化を行なう。
[7. DCP processing step]
In the DCP machining step S70, DCP (Dry using local plasma etching is applied to the back surface of the device-side silicon wafer 1 in accordance with the DCP machining margin (in-plane distribution data) of all measurement points set in the DCP machining margin setting step S60. Chemical Planarization (dry chemical flattening) is applied and flattened.
DCP加工は、エッチングガスをマイクロ波によりプラズマ化してイオン及び反応性ラジカルを生成し、これらのうちのラジカルをメインエッチャントとして局所的なプラズマエッチングを行なう周知の方法である。そして、エッチングガスを噴射する噴射ノズルをデバイス側シリコンウェーハ1の裏面に対して走査する際に、各測定点におけるステージ(撮像素子をチャックするステージ)の速度を変えながら噴射ノズルからエッチングガスを噴射して、高精度に局所加工を行なうことができるようになっている。 DCP processing is a well-known method in which etching gas is turned into plasma by microwaves to generate ions and reactive radicals, and local plasma etching is performed using these radicals as main etchants. When the spray nozzle for spraying the etching gas is scanned with respect to the back surface of the device-side silicon wafer 1, the etching gas is sprayed from the spray nozzle while changing the speed of the stage (stage for chucking the imaging device) at each measurement point. Thus, local processing can be performed with high accuracy.
ここで、目標厚み設定工程S10及び厚み測定工程S50において、支持側シリコンウェーハ2の厚み面内分布t2及び薄膜化後厚み面内分布t4は、面内25点以上を測定点として取得されることが好ましい。また、DCP加工において1mm間隔以上のエッチングが可能であるため、面内1〜3mmピッチにて測定することがさらに好ましい。
Here, the target thickness setting step S10 and the thickness measuring step S50, the thickness plane distribution t 2 and the thin film within the thickness plane after reduction distribution t 4 of the support
[8.表面粗さ改善研磨工程]
DCP加工は、局所プラズマエッチングを用いているために通常の研磨面に比べて表面粗さが劣る。したがって、表面粗さ改善研磨工程S80では、TTV量を劣化しない程度の(例えば0.1μm程度の)研磨を行ない、通常の研磨面と同等の表面粗さに改善する。
[8. Surface roughness improvement polishing process]
Since DCP processing uses local plasma etching, the surface roughness is inferior to a normal polished surface. Therefore, in the surface roughness improving polishing step S80, polishing is performed to such an extent that the amount of TTV is not deteriorated (for example, about 0.1 μm), and the surface roughness is improved to the same level as a normal polished surface.
以下に、具体的な実施例と比較例とについて説明する。
[実施例1]
200mmの多層配線層1wを有したデバイス側シリコンウェーハ1と、予め1mmピッチでの厚み面内分布t2を取得した支持側シリコンウェーハ2とを貼り合わせ、接着強化熱処理を行ない(目標厚み設定工程S10,貼り合わせ工程S20)、その後、デバイス側シリコンウェーハ1の裏面側から研削加工で「撮像素子全体の最終目標厚み面内分布t3の平均値+約15μm」になるまで加工し(薄膜化研削工程S30)、続いて、研磨加工で「撮像素子全体の最終目標厚み面内分布t3の平均値+約2μm」になるまで加工した(薄膜化研磨工程S40)。
Specific examples and comparative examples will be described below.
[Example 1]
A device-side silicon wafer 1 having a
この研磨後、撮像素子全体の厚み面内分布t4を測定し(厚み測定工程S50)、最終目標厚み面内分布t3との差分を各測定点で求めてDCP加工代tDCPを設定し(DCP加工代設定工程S60)、DCP加工と表面粗さ改善研磨とを行ない(DCP加工工程S70,表面粗さ改善研磨工程S80)、最終的な構造とした後に、貼り合わせ界面からのデバイス側シリコンウェーハ1の厚み面内分布を測定した。その結果、膜厚均一性のバラつきは±約0.10μmであり、良好であることが確認できた。 After this polishing, the thickness in-plane distribution t 4 of the entire image sensor is measured (thickness measurement step S50), and the difference from the final target thickness in-plane distribution t 3 is obtained at each measurement point to set the DCP machining allowance t DCP. (DCP processing allowance setting step S60), DCP processing and surface roughness improving polishing are performed (DCP processing step S70, surface roughness improving polishing step S80), and after the final structure, the device side from the bonding interface The thickness in-plane distribution of the silicon wafer 1 was measured. As a result, the variation in film thickness uniformity was ± about 0.10 μm, which was confirmed to be favorable.
[実施例2]
各厚み測定工程S10,S50において面内25点を測定点として厚み面内分布t2,t4を取得する以外は実施例1と同様のフローで撮像素子を製造し、実施例1と同様に貼り合わせ界面からのデバイス側シリコンウェーハ1の厚み面内分布を測定した。その結果、膜厚均一性のバラつきは±約0.12μmであり、良好であることが確認できた。
[Example 2]
An imaging device is manufactured in the same flow as in the first embodiment except that the thickness in-plane distributions t 2 and t 4 are obtained by using 25 points in the plane as measurement points in each of the thickness measurement steps S10 and S50. The thickness in-plane distribution of the device side silicon wafer 1 from the bonded interface was measured. As a result, the variation in film thickness uniformity was ± 0.12 μm, which was confirmed to be favorable.
[比較例1]
実施例1と同様のフローで、貼り合わせ界面を基準として目標残し膜厚まで研削加工及び鏡面研磨加工した場合の、貼り合わせ界面からのデバイス側シリコンウェーハ1の厚み面内分布を測定した。その結果、膜厚均一性のバラつきは±約0.7μmであり、実施例1,2と比較して膜厚均一性の劣ることが確認された。
[Comparative Example 1]
In the same flow as in Example 1, the in-plane distribution of the thickness of the device-side silicon wafer 1 from the bonding interface was measured when grinding and mirror polishing were performed up to the target remaining film thickness using the bonding interface as a reference. As a result, the variation in film thickness uniformity was ± about 0.7 μm, and it was confirmed that the film thickness uniformity was inferior to that of Examples 1 and 2.
[効果]
このように、本発明の裏面照射型固体撮像素子の製造方法によれば、表面側に受光部を形成するデバイス側シリコンウェーハ1の裏面側からの加工に関して、適切な工程でデバイス側シリコンウェーハ1の加工代を設定し、基準となる面(貼り合わせ界面)に対する凹凸を修正可能なDCP加工を利用することで、エッチストッパー(ストップ層)なしに所望の厚みに加工することができ、面内膜厚均一性の優れた裏面照射型固体撮像素子を製造することができる。つまり、比較的簡素な工程で良品を得ることができる。
[effect]
Thus, according to the manufacturing method of the backside illumination type solid-state imaging device of the present invention, the device-side silicon wafer 1 is processed in an appropriate process with respect to processing from the backside of the device-side silicon wafer 1 that forms the light receiving portion on the front surface side. By using the DCP process that can correct the irregularities on the reference surface (bonding interface), it can be processed to the desired thickness without an etch stopper (stop layer). A back-illuminated solid-state imaging device with excellent film thickness uniformity can be manufactured. That is, a good product can be obtained by a relatively simple process.
なお、上述のように本発明の実施形態について説明したが、本発明は、上記実施形態に限定されず、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変更することが可能である。 Although the embodiments of the present invention have been described above, the present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications can be made without departing from the spirit of the present invention.
1 デバイス側シリコンウェーハ(第一シリコンウェーハ)
2 支持側シリコンウェーハ(第二シリコンウェーハ)
1 Device side silicon wafer (first silicon wafer)
2 Support side silicon wafer (second silicon wafer)
Claims (2)
該貼り合わせ工程の後に、該第一シリコンウェーハを裏面側から目標の厚みに薄膜化する薄膜化工程とを備え、
該薄膜化工程において、該第一シリコンウェーハの裏面に局所プラズマエッチングを用いたドライケミカル平坦化加工を施し平坦化を行なうドライケミカル平坦化加工工程を備えた
ことを特徴とする、裏面照射型固体撮像素子の製造方法。 A bonding step of bonding the second silicon wafer on the support side to the surface side of the first silicon wafer on which the photodiode and the multilayer wiring layer are formed;
A thinning step of thinning the first silicon wafer from the back side to a target thickness after the bonding step;
In the thinning step, a back-illuminated solid comprising a dry chemical flattening step of performing a dry chemical flattening process using a local plasma etching on the back surface of the first silicon wafer. Manufacturing method of imaging device.
該薄膜化工程において、該ドライケミカル平坦化加工工程の直前に、該ドライケミカル平坦化加工直前の該第一シリコンウェーハ及び該第二シリコンウェーハ全体の厚み面内分布を取得し、該全体の厚み面内分布と該最終目標厚み面内分布との差分に基づき、ドライケミカル平坦化加工代を設定するドライケミカル平坦化加工代設定工程を備えた
ことを特徴とする、請求項1記載の裏面照射型固体撮像素子の製造方法。 Before the bonding step, the thickness in-plane distribution of the second silicon wafer is acquired, and the sum of the acquired thickness in-plane distribution of the second silicon wafer and the remaining target thickness of the first silicon wafer is the final target. While providing a target thickness setting step to set as a thickness in-plane distribution,
In the thinning step, immediately before the dry chemical planarization step, the in-plane thickness distribution of the entire first silicon wafer and the second silicon wafer immediately before the dry chemical planarization step is obtained, and the total thickness is obtained. 2. The backside irradiation according to claim 1, further comprising a dry chemical planarization allowance setting step for setting a dry chemical planarization allowance based on a difference between the in-plane distribution and the final target thickness in-plane distribution. Type solid-state imaging device manufacturing method.
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