TWI440169B - 固態攝影元件用半導體晶圓的薄膜化控制方法 - Google Patents

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Description

固態攝影元件用半導體晶圓的薄膜化控制方法
本發明是有關於一種固態攝影元件用半導體晶圓(wafer)的薄膜化控制方法，詳細而言，本發明是有關於如下的背面照射型固態攝影裝置中的固態攝影元件用半導體晶圓的薄膜化控制方法，該背面照射型固態攝影裝置使光自固態攝影元件的相反側的背面側入射至形成於半導體晶圓的表層的固態攝影元件。
於表面照射型的互補金氧半導體(Complementary Metal Oxide Semiconductor，CMOS)固態攝影裝置中，在所照射的光的路徑上，尤其在有效畫素區域的周邊部的傾斜光的光路上存在多層配線。因此，已知：該多層配線會妨礙光的進入，光的利用效率下降，感度亦下降。因此，作為解決該問題的先前技術，已開發有背面照射型的CMOS固態攝影裝置，該背面照射型的CMOS固態攝影裝置將光自背面側照射至於表面側形成有多層配線的矽晶圓(silicon wafer)(例如，參照專利文獻1～專利文獻3)。
以下，參照圖4的流程圖(flow-sheet)，對專利文獻2的圖6～圖8所揭示的先前的背面照射型固態攝影裝置的製造方法進行說明。
首先，準備磊晶SOI晶圓102，該磊晶SOI晶圓102於絕緣層上覆矽(Silicon On Insulator，SOI)晶圓100的表面形成有磊晶(epitaxial)膜101(圖4a)。SOI晶圓100於包含單結晶矽的矽晶圓103的表面，隔著埋入氧化矽膜(SiO2 膜)104而形成有薄膜的活性層105。磊晶膜101於活性層105的表面磊晶成長。
接著，自磊晶膜101的表面側起，於該磊晶膜101上形成攝影區域的畫素分離區域部、半導體井(well)區域部、以及作為光感測器(photo-sensor)的光二極體(photodiode)106(圖4b)。
然後，於磊晶膜101的各單位畫素胞體(cell)中形成源極(source)/汲極(drain)區域，且隔著閘極(gate)絕緣膜而形成閘極電極，上述源極/汲極區域構成將信號電荷予以讀出的多個金屬氧化物半導體(Metal Oxide Semiconductor，MOS)電晶體(transistor)。接著，於周邊電路部形成構成另外的CMOS電晶體的源極/汲極區域，且隔著閘極絕緣膜而形成閘極電極。此外，於磊晶膜101的表面形成多層配線層109，該多層配線層109於層間絕緣膜107上形成有多層配線108。
接著，於多層配線層109的表面形成由氧化矽膜構成的黏合劑層110，對該黏合劑層110的表面實施化學性機械研磨(Chemical Mechanical Polishing)，將該黏合劑層110的表面予以平坦化(圖4c)。由形成有光二極體106等的磊晶膜101、與多層配線層109來構成CMOS型的固態攝影元件117。
然後，將單結晶矽製的支持基板112貼合於多層配線層109的表面，以形成貼合晶圓113，上述支持基板112於貼合界面側形成有由氧化矽膜構成的另外的黏合劑層111(圖4d)。
接著，將貼合晶圓113的表背予以反轉，藉由研削磨石來對矽晶圓103進行研削直至剩餘厚度達到10 μm～30 μm為止(圖4e)。
然後，將埋入氧化矽膜104設為蝕刻終止(etching stop)層，藉由KOH溶液來對矽晶圓103的剩餘部分進行蝕刻(etching)而除去該剩餘部分(圖4f)。藉由使用KOH溶液作為蝕刻液，可將矽晶圓103與埋入氧化矽膜104的選擇比增大至Si：SiO2 =100：1以上。結果，可以0.2 μm/min～10 μm/min來對矽晶圓103進行蝕刻，並將該埋入氧化矽膜104用作蝕刻終止層。
然後，藉由氫氟酸來除去該埋入氧化矽膜104，以使活性層105的背面露出的方式來將該埋入氧化矽膜104予以薄膜化(圖4g)。
接著，於活性層105的所需位置形成焊墊(pad)開口，於開口內形成連接於配線的端子部。然後，於與各畫素的光二極體106相對應的位置，依序形成彩色濾光片(color filter)114以及微透鏡(micro-lens)115(圖4h)。藉此，製造背面照射型的CMOS固態攝影裝置116。
[先行技術文獻]
[專利文獻]
[專利文獻1]日本專利特開2008-258201號公報
[專利文獻2]日本專利第4046067號公報
[專利文獻3]日本專利特開2005-353996號公報
如此，根據專利文獻2的方法，採用如下的方法：首先於SOI晶圓100上，自磊晶膜101的內部至其表面上製作CMOS固態攝影元件117。然後，將支持基板112貼合於矽晶圓103的背面側。接著，利用蝕刻終止法，使矽晶圓103變薄至所需的厚度為止，將CMOS固態攝影元件117載置於支持基板112。
根據上述方法，可對應於近年來的元件(device)製造部門的要求，使CMOS固態攝影元件117的厚度不均減小。若產生厚度不均，則入射至CMOS固態攝影元件117的光的入射強度會產生不均，從而有可能會產生色斑。然而，先前方法中所使用的在薄膜的活性層105上形成有磊晶膜101的磊晶SOI晶圓102較昂貴。而且，由於在薄膜的活性層105上形成磊晶膜101，因此，與於單層的矽晶圓上形成磊晶膜的情形相比較，經常會產生滑移(slip)等的缺陷。
因此，為了解決上述問題，已開發有如下的方法：代替SOI晶圓而使用有在矽晶圓的表面形成有兩層磊晶膜的磊晶矽晶圓，將蝕刻終止矽晶圓予以薄膜化。然而，根據該方法，於CMOS固態攝影裝置116的使用的初始階段，保持了理想的摻雜物(dopant)的濃度比率，但由於添加了元件熱處理等，會產生雜質擴散。藉此，無法達到蝕刻終止所需的摻雜物的濃度比，濃度梯度變得緩和，由此而進行不均一的蝕刻，從而產生上述CMOS固態攝影元件117的厚度不均的問題。
又，作為使CMOS固態攝影元件的厚度不均減小的另外的先前技術，如專利文獻3所示，開發有如下的技術，即，於半導體基板的表面，形成有由材料不同於半導體基板的埋入層構成的終點檢測部(研磨終止層)。自上述半導體基板的背面起，藉由研磨來將該半導體基板予以薄膜化直至終點檢測部所面對的位置為止，然後，於半導體基板的表面側形成固態攝影元件，且將支持基板貼合於半導體基板的表面側，藉此來製作包含背面照射型的固態攝影元件的半導體裝置。然而，對於該方法而言，必需於半導體基板上製作研磨終止層即終點檢測部，由此，步驟數會增加，導致成本(cost)升高。
因此，發明者進行仔細研究之後，結果發現：若採用如下所述的構成，可解決全部的上述問題，從而完成了本發明。亦即，首先於代替SOI晶圓的矽晶圓的表層形成固態攝影元件，然後，將支持基板貼合於固態攝影元件的表面而製作成貼合晶圓。接著，自矽晶圓的背面側起，對該矽晶圓進行研削直至固態攝影元件的附近為止，以形成晶圓層(半導體晶圓層)。接著，藉由研磨等來使晶圓層實現鏡面化，對自該經鏡面精加工的面至固態攝影元件為止的剩餘厚度進行測定。然後，基於所獲得的剩餘厚度資料(data)，控制電漿(plasma)蝕刻量，並自晶圓層的經鏡面化的面起，對該晶圓層進行電漿蝕刻直至達到規定厚度為止，藉此來實現平坦化。
本發明提供如下的固態攝影元件用半導體晶圓的薄膜化控制方法，可不導致步驟數的增加而以低成本來製造使固態攝影元件的厚度不均減小的背面照射型固態攝影裝置。
又，本發明提供如下的固態攝影元件用半導體晶圓的薄膜化控制方法，與於SOI晶圓的活性層上形成磊晶膜的情形相比較，不易於磊晶膜上產生滑移等的缺陷。
第1發明是一種固態攝影元件用半導體晶圓的薄膜化控制方法，於半導體晶圓的表層形成固態攝影元件，然後，將支持基板貼合於上述半導體晶圓的表面而製作成貼合晶圓，於該貼合之後，自上述半導體晶圓的背面側至上述固態攝影元件為止，保留該半導體晶圓層來對該半導體晶圓層進行研削，於該研削之後，藉由研磨或蝕刻來使該半導體晶圓層的研削面實現鏡面化，對自該半導體晶圓層的經鏡面化的面至上述固態攝影元件為止的厚度進行測定，以獲得剩餘厚度資料，基於該剩餘厚度資料，控制電漿蝕刻量，並自上述半導體晶圓層的經鏡面化的面起，對該半導體晶圓層進行電漿蝕刻直至達到規定的厚度為止。
根據第1發明，首先於半導體晶圓的表層形成固態攝影元件，接著將支持基板貼合於半導體晶圓的表面而製作成貼合晶圓。然後，自半導體晶圓的背面側至固態攝影元件為止，以保留半導體晶圓層的方式來對該半導體晶圓進行研削，接著藉由研磨或蝕刻來使半導體晶圓層的研削面實現鏡面化。然後，對自經鏡面精加工的面至固態攝影元件為止的厚度進行測定，基於所獲得的剩餘厚度資料，控制電漿蝕刻量，並自半導體晶圓層的經鏡面化的面起，對該半導體晶圓層進行電漿蝕刻直至達到規定的厚度為止，藉此來實現平坦化。
對於背面照射型固態攝影元件而言，所謂重要的厚度是指自加工面至固態攝影元件為止的厚度。此處的重點並非為自貼合界面至固態攝影元件為止的厚度，而是自加工面(半導體晶圓層的經鏡面化的面)至固態攝影元件為止的厚度。
如此，代替伴隨蝕刻終止的先前的昂貴的SOI晶圓的薄膜化，採用如下的方法：對自半導體晶圓層的經鏡面化的面至固態攝影元件為止的厚度進行測定，基於所獲得的剩餘厚度資料，一面控制電漿蝕刻量，一面自半導體晶圓層的經鏡面化的面起，對該半導體晶圓層進行電漿蝕刻直至達到規定的厚度為止，因此，可不導致步驟數的增加而以低成本來製造使固態攝影元件的厚度不均減小的背面照射型固態攝影裝置。
可採用單結晶矽晶圓作為半導體晶圓。
於半導體晶圓中添加p型的摻雜物(B等)或n型的摻雜物(P、As、Sb等)，從而可獲得規定的電阻率。
例如可採用CMOS型的攝影元件作為固態攝影元件。此外，上述固態攝影元件亦可為電荷耦合器件(Charge Coupled Device，CCD)型的攝影元件等。此處的固態攝影元件由磊晶膜與多層配線層構成，該磊晶膜形成有攝影區域的畫素分離區域部、半導體井區域部以及光二極體。
該支持基板的素材例如可採用單結晶矽晶圓、玻璃(glass)基板等。
亦可將氧化矽膜積層於該支持基板的貼合界面來作為黏合劑層。
所謂半導體晶圓層，是指藉由研削等來使半導體晶圓實現薄膜化的層狀的部分。
於半導體晶圓的研削中，例如以#320的類樹脂(resinoid)研削磨石來對半導體晶圓的背面(貼合面的相反側的面)進行粗研削，接著藉由#2000的類樹脂研削磨石來進行精研削。
研削之後的半導體晶圓層的剩餘厚度為10 μm～30 μm。若不足10 μm，則研削損傷(damage)有可能會波及元件形成層。又，若超過30 μm，則用以實現薄膜化的蝕刻的時間變長。
半導體晶圓層的研削面的鏡面化方法為研磨(鏡面研磨)或蝕刻(鏡面蝕刻)或該研磨與蝕刻的組合。以直至固態攝影元件為止的半導體晶圓層的厚度不均計，於目前的研削技術的精度下，半導體晶圓層的經鏡面化的面的平坦度為0.5 μm～2 μm。若超過2 μm，則電漿蝕刻的時間會變長，平坦化的精度有可能會變差。
作為半導體晶圓層的剩餘厚度的測定方法，例如可採用傅立葉轉換紅外光譜(Fourier Transform infrared spectroscopy，FTIR)法或光干涉法、以及橢圓偏光法(ellipsometry method)等。
所謂「規定的厚度」，是指於電漿蝕刻之後，厚度為2 μm～7 μm的薄半導體晶圓層所殘留的厚度(深度)。
電漿蝕刻可採用乾式化學平坦化(Dry Chemical Planarization，DCP)。所謂DCP，是指使用了六氟化硫(sulfur hexafluoride)氣體的電漿的蝕刻。
如第1發明所述的固態攝影元件用半導體晶圓的薄膜化控制方法，在第2發明中，配合上述經鏡面化的面的不平整部的厚度，將沿著上述經鏡面化的面的電漿的移動速度予以變更。
根據第2發明，配合半導體晶圓層的經鏡面化的面的不平整部的厚度，將沿著經鏡面化的面的電漿的移動速度予以變更。具體而言，於該不平整部的厚度厚的部分，使電漿的移動速度變慢，相反地，於該不平整部的厚度薄的部分，使電漿的移動速度變快。因此，可使直至固態攝影元件為止的半導體晶圓層的厚度不均減小，結果，可獲得如下的效果，即，可抑制元件之間的性能不均。
如第1發明或第2發明所述的固態攝影元件用半導體晶圓的薄膜化控制方法，在第3發明中，上述半導體晶圓為於表面形成有單層的磊晶膜的磊晶矽晶圓，上述固態攝影元件形成於上述磊晶膜的表層。
根據第3發明，採用形成有單層的磊晶膜的磊晶矽晶圓作為半導體晶圓，因此，無需如使用SOI晶圓的先前方法的情形般，於薄膜的活性層上形成磊晶膜。藉此，不易於磊晶膜上產生滑移等的缺陷，可獲得高品質的磊晶膜。
例如，可採用單結晶矽作為磊晶膜的素材。
亦可採用氣相磊晶法、液相磊晶法、以及固相磊晶法中的任一種方法作為磊晶膜的成膜方法。其中，氣相磊晶法例如可採用常壓氣相磊晶法、減壓氣相磊晶法、以及有機金屬氣相磊晶法等。於氣相磊晶法中使用有晶座(susceptor)，該晶座例如將磊晶矽晶圓以橫置狀態(表背面為水平的狀態)收納於晶圓收納部，該晶座於平面觀察時呈圓形，且可載置1枚或多枚晶圓。氣相磊晶法可為使與晶圓相同的素材磊晶成長的同質磊晶(homo-epitaxial)，亦可為使與晶圓不同的素材磊晶成長的異質磊晶(hetero-epitaxial)。
磊晶膜的厚度為10 μm以下，較佳為2 μm～7 μm。若超過10 μm，則會產生致使成本上升(cost up)的弊端。
於磊晶膜中添加p型的摻雜物或n型的摻雜物，從而可獲得規定的電阻率。
如第1發明或第2發明所述的固態攝影元件用半導體晶圓的薄膜化控制方法，在第4發明中，對上述半導體晶圓層的電漿蝕刻面進行精研磨。
根據第4發明，由於對半導體晶圓層的電漿蝕刻面進行精研磨，因此，可進一步使電漿蝕刻面的平坦度提高。
於精研磨中，例如使用對單面進行精研磨的裝置。亦即，使用精研磨用的不織布，研磨量為0.01 μm～1 μm左右。
如第3發明所述的固態攝影元件用半導體晶圓的薄膜化控制方法，在第5發明中，對上述半導體晶圓層的電漿蝕刻面進行精研磨。
如第1發明、第2發明、第5發明中任一項所述的固態攝影元件用半導體晶圓的薄膜化控制方法，在第6發明中，以直至上述固態攝影元件為止的上述半導體晶圓層的厚度不均計，上述半導體晶圓層的經電漿蝕刻的面的平坦度為0.5 μm以下。
根據第6發明，半導體晶圓層的厚度不均設為0.5 μm以下，因此，可獲得如下的效果，即，可抑制元件之間的性能不均。
由於厚度不均，若半導體晶圓層的電漿蝕刻面的平坦度超過0.5 μm，則於後續步驟中，難以對電漿蝕刻面的平坦度進行修正，元件之間的性能不均變大。半導體晶圓層的經電漿蝕刻的面的平坦度較佳為儘可能使半導體晶圓層的厚度不均變小的值，例如為0.2 μm以下。
如第3發明所述的固態攝影元件用半導體晶圓的薄膜化控制方法，在第7發明中，以直至上述固態攝影元件為止的上述半導體晶圓層的厚度不均計，上述半導體晶圓層的經電漿蝕刻的面的平坦度為0.5 μm以下。
如第4發明所述的固態攝影元件用半導體晶圓的薄膜化控制方法，在第8發明中，以直至上述固態攝影元件為止的上述半導體晶圓層的厚度不均計，上述半導體晶圓層的經電漿蝕刻的面的平坦度為0.5 μm以下。
如第1發明、第2發明、第5發明、第7發明、第8發明中任一項所述的固態攝影元件用半導體晶圓的薄膜化控制方法，在第9發明中，於上述電漿蝕刻之後，直至上述固態攝影元件為止的上述半導體晶圓層的厚度為2 μm～7 μm。
根據第9發明，於電漿蝕刻之後，直至固態攝影元件為止的半導體晶圓層的厚度設為2 μm～7 μm，因此，可獲得如下的效果，即，可配合固態攝影元件的厚度來均一地實現薄膜化。
如第3發明所述的固態攝影元件用半導體晶圓的薄膜化控制方法，在第10發明中，於上述電漿蝕刻之後，直至上述固態攝影元件為止的上述半導體晶圓層的厚度為2 μm～7 μm。
如第4發明所述的固態攝影元件用半導體晶圓的薄膜化控制方法，在第11發明中，於上述電漿蝕刻之後，直至上述固態攝影元件為止的上述半導體晶圓層的厚度為2 μm～7 μm。
如第6發明所述的固態攝影元件用半導體晶圓的薄膜化控制方法，在第12發明中，於上述電漿蝕刻之後，直至上述固態攝影元件為止的上述半導體晶圓層的厚度為2 μm～7 μm。
[發明的效果]
根據第1發明，代替伴隨蝕刻終止的先前方法的昂貴的SOI晶圓的薄膜化，採用如下的方法：對自半導體晶圓層的經鏡面化的面至固態攝影元件為止的厚度進行測定，基於所獲得的剩餘厚度資料，一方面控制電漿蝕刻量，一方面自半導體晶圓層的經鏡面化的面起，對半導體晶圓層進行電漿蝕刻直至達到規定厚度為止，藉此來實現平坦化，因此，可不導致步驟數的增加而以低成本來製造使固態攝影元件的厚度不均減小的背面照射型固態攝影裝置。
根據第2發明，配合半導體晶圓層的經鏡面化的面的不平整部的厚度，將沿著經鏡面化的面的電漿的移動速度予以變更，因此，可使直至固態攝影元件為止的半導體晶圓層的厚度不均減小，結果，可抑制元件之間的性能不均。
根據第3發明，由於採用形成有單層的磊晶膜的磊晶矽晶圓作為半導體晶圓，因此，無需如使用SOI晶圓的先前方法的情形般，於薄膜的活性層上形成磊晶膜。藉此，不易於磊晶膜上產生滑移等的缺陷，可獲得高品質的磊晶膜。
根據第4發明以及第5發明，由於對半導體晶圓層的電漿蝕刻面進行精研磨，因此，可進一步使電漿蝕刻面的平坦度提高。
根據第6發明～第8發明，以直至固態攝影元件為止的半導體晶圓層的厚度不均計，半導體晶圓層的經電漿蝕刻的面的平坦度設為0.5 μm以下，因此，可獲得如下的效果，即，可抑制元件之間的性能不均。
根據第9發明～第12發明，於電漿蝕刻之後，直至固態攝影元件為止的半導體晶圓層的厚度設為2 μm～7 μm，因此，可獲得如下的效果，即，可配合固態攝影元件的厚度來均一地實現薄膜化。
為讓本發明之上述和其他目的、特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉較佳實施例，並配合所附圖式，作詳細說明如下。
以下，具體地對本發明的實例進行說明。
[實例]
以下，參照圖1的流程圖，對利用本發明的實例1的固態攝影元件用半導體晶圓的薄膜化控制方法的背面照射型固態攝影裝置的製造方法進行說明。
首先，準備磊晶矽晶圓10(圖1a)。
磊晶矽晶圓10是將對藉由柴式(Czochralski，CZ)法經提拉的矽單結晶進行加工而獲得的基底(base)基板(半導體晶圓)11作為本體，該基底基板11的直徑為300 mm，且由硼摻雜(boron dope)獲得的電阻率為1.0 Ω‧cm。磊晶矽晶圓10為雙層構造的晶圓，僅於基底基板11的表面，藉由氣相磊晶法而成長有一層包含單結晶矽的磊晶膜12。
於形成磊晶膜12時，使用單片式的氣相磊晶成長裝置。該氣相磊晶成長裝置於上下地配設有加熱器(heater)的腔室(chamber)的中央部，水平地配置有晶座，該晶座於平面觀察時呈圓形，且可載置1枚基底基板11。於腔室的一側部配設有氣體供給口，該氣體供給口使載氣(carrier gas)(H2 氣體)與來源氣體(source gas)(SiHCl3 氣體)與晶圓表面平行地流入至腔室的上部空間。又，於腔室的另一側部形成有氣體的排氣口。
於磊晶成長時，將基底基板11載置於晶座，使磊晶膜12於基底基板11的表面成長。亦即，將載氣與來源氣體經由相對應的氣體供給口而導入至反應室。將爐內壓力設為100±20 KPa，於1000℃～1150℃的基底基板11的表面，以3.5～4.5 μm/分鐘的反應速度來使藉由來源氣體的熱分解或還原而產生的矽析出。藉此，於基底基板11的表面上，形成包含矽單結晶且厚度為5 μm左右的磊晶膜12。如此，製作磊晶矽晶圓10。
接著，於磊晶膜12上，自該磊晶膜12的表面側起形成攝影區域的畫素分離區域部、半導體井區域部以及作為光感測器的光二極體(固態攝影元件)13(圖1b)。具體而言，於磊晶膜12的攝影區域部中，對應於各畫素區域部而形成光二極體13與多個MOS電晶體，於周邊區域的周邊電路部形成CMOS電晶體。而且，於磊晶膜12的表面，形成將多層配線15埋入至層間絕緣膜14而成的多層配線層16。
接著，於多層配線層16的貼合界面側的面上，例如藉由減壓化學氣相沈積(Chemical Vapor Deposition，CVD)法來形成厚度為0.2 μm的氧化矽膜即黏合劑層17(圖1c)。再者，由形成有光二極體13等的磊晶膜12、與多層配線層15來構成CMOS型的固態攝影元件40。
然後，對黏合劑層17的表面實施化學性機械研磨(Chemical Mechanical Polishing)，使受貼合的黏合劑層17的表面的平坦度提高。
接著，將由單結晶矽晶圓構成的支持基板19，貼合於基底基板11上所形成的多層配線層16的表面(圖1d)。
於該情形時，首先準備支持基板19，該支持基板19在與多層配線層16貼合的一側的面上，形成有由氧化矽膜構成的另外的黏合劑層18。支持基板19為與基底基板11相同的矽晶圓。
作為具體的貼合方法，首先將黏合劑層17、18的表面彼此暴露於氮電漿之後，以常溫來使該黏合劑層17、18的表面彼此接觸，將多層配線層16與支持基板19予以貼合，藉此來獲得貼合晶圓20。然後，將貼合晶圓20插入至熱氧化爐，進行貼合熱處理以提高貼合強度。此時，貼合熱處理的加熱溫度為350℃。貼合熱處理的時間為8小時。使用氧作為熱氧化爐內的環境氣體。
接著，將貼合晶圓20的表背予以反轉，自基底基板11的貼合側的相反側來對該基底基板11進行研削，將基底基板11予以薄膜化而形成晶圓層(半導體晶圓層)11A(圖1e)。此處，以#320的類樹脂研削磨石來進行粗研削，接著藉由#2000的類樹脂研削磨石來進行精研削。研削之後的晶圓層11A為15 μm。
然後，藉由精研磨裝置來對晶圓層11A的研削面進行研磨，將該研削面予以鏡面化。於精研磨裝置中使用精研磨用的不織布，該不織布於軟質塑膠形式(plastic form)的表面形成有發泡表面層。此處的研磨量為9 μm。
接著，對自晶圓層11A的經鏡面化的面至光二極體13(磊晶膜12與多層配線層16的界面)為止的厚度進行測定，獲得剩餘厚度資料。使用KLA Tencor公司製造的Acumap測定裝置來測定剩餘厚度。
然後，基於所測定的剩餘厚度資料(約為6 μm)，自晶圓層11A的經鏡面化的面起，對該晶圓層11A進行電漿蝕刻，直至到達該晶圓層11A與磊晶膜12的界面之前(剩餘厚度約為5 μm)為止(圖1f)。於電漿蝕刻之後，以直至固態攝影元件40為止的晶圓層11A的厚度不均計，晶圓層11A的經電漿蝕刻的面的平坦度提高至0.1 μm左右為止。
使用Speed Farm公司製造的DCP(乾式化學平坦化)裝置來進行電漿蝕刻。該DCP裝置與一般的電漿蝕刻裝置相比較，存在如下的優點：可藉由小直徑的頭部(head)來進行局部性的蝕刻控制。
以下，參照圖2以及圖3，具體地對DCP裝置50的構成、與DCP裝置50的電漿蝕刻方法進行說明。
圖2所示的DCP裝置50對晶圓層11A的經鏡面化的面實施電漿輔助(plasma assist)化學蝕刻。關於該電漿蝕刻，於藉由抽吸泵(pump)P1、P2而實現負壓化的蝕刻反應爐St中，使蝕刻氣體SF6 以100 cc/分鐘～1000 cc/分鐘的速度流入至爐內，同時使用微波(microwave)電源51來連續地施加頻率為2.45 GHz、電力為300～600瓦特(watt)的微波。藉此，由電漿放電管52來激發蝕刻氣體SF6 而產生電漿。亦即，蝕刻氣體SF6 於電漿放電管52內接收電漿的能量(energy)，從而以化學方式得以活性化。
然後，配合晶圓層11A的經鏡面化的面的不平整部(起伏部)的厚度來將移動速度予以變更，同時使保持著貼合晶圓20的夾盤(chuck)53沿著該經鏡面化的面移動(圖3)。藉此，將電漿所激發的自由基種(radical species)54依序供給至晶圓層11A的規定位置。結果，配合上述不平整部的厚度(例如1 μm～5 μm)，以約1 μm/秒的蝕刻速率(rate)、1 μm～5 μm的蝕刻量來對電漿區域下方的矽進行蝕刻。此時，基於上述剩餘厚度資料，晶圓層11A的經鏡面化的面的其他部分亦連續地受到電漿蝕刻。藉此，自晶圓層11A的整個電漿蝕刻面完全地將凹凸予以除去。再者，圖2中的A(B)為貼合晶圓20的板厚測定機。
如此，於實例1中，代替伴隨蝕刻終止的先前方法的昂貴的SOI晶圓的薄膜化，採用如下的方法：對自晶圓層11A的經鏡面化的面至光二極體13為止的厚度進行測定，基於所獲得的剩餘厚度資料，一方面將沿著晶圓層11A的經鏡面化的面的電漿的移動速度予以變更，一方面控制電漿蝕刻量，自晶圓層11A的經鏡面化的面起，對該晶圓層11A進行DCP的電漿蝕刻直至達到規定厚度為止。藉此，與先前方法相比較，可不導致步驟數的增加而以低成本來製造使固態攝影元件40的厚度不均減小的後述的背面照射型固態攝影裝置30。結果，入射至固態攝影元件40的光的入射強度的不均減小，從而可防止色斑。
然後，藉由使用上述精研磨用的不織布的精研磨裝置，來對晶圓層11A的電漿蝕刻面進行精研磨。此處的研磨量為0.1 μm。藉此，可進一步使電漿蝕刻面的平坦度提高。
接著，於經薄膜化的晶圓層11A的背面，藉由電漿CVD法而形成作為鈍化膜(passivation film)的例如氮化矽膜、氧化矽膜。
接著，於晶圓層11A的固態攝影元件形成區域的所需的部分，形成用以與多層配線15連接的焊墊(端子)導出用的開口，經由該開口而形成焊墊。
然後，於與各光二極體16相對應的位置，形成相對應的顏色的彩色濾光片21，接著在該彩色濾光片21上形成微透鏡22，藉此來製造背面照射型固態攝影裝置30(圖1g)。
如此，由於採用單層式的矽晶圓作為基底基板11，因此，與使用昂貴的SOI晶圓的情形相比較，可使背面照射型固態攝影裝置30的成本減少。而且，無需如先前般，於SOI晶圓的活性層上形成磊晶膜，可獲得高品質的磊晶膜12。
此處，關於實例1的背面照射型固態攝影裝置30，報告了實際上進行如下的試驗所得的結果，該試驗對矽晶圓的面內的固態攝影元件40的厚度不均進行測定。
使用KLA Tencor公司製造的Acumap作為測定裝置。結果，於晶圓面內，上述厚度不均為不足0.1 μm，可不使用昂貴的SOI晶圓而獲得良好膜厚均一性。又，直至固態攝影元件為止的半導體晶圓層的厚度為4 μm，獲得了僅殘留有高品質的磊晶成長層的效果。
[產業上之可利用性]
本發明可有效果地用於製造背面照射型CMOS影像感測器(image sensor)等。
雖然本發明已以較佳實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何熟習此技藝者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作些許之更動與潤飾，因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。
10．．．磊晶矽晶圓
11．．．基底基板(半導體晶圓)
11A．．．晶圓層(半導體晶圓層)
12．．．磊晶膜
13、106．．．光二極體
14、107．．．層間絕緣膜
15、108．．．多層配線
16、109．．．多層配線層
17、18、110、111．．．黏合劑層
19、112．．．支持基板
20、113．．．貼合晶圓
21、114．．．彩色濾光片
22、115．．．微透鏡
30．．．背面照射型固態攝影裝置
40．．．固態攝影元件
50．．．DCP裝置
51．．．微波電源
52．．．電漿放電管
53．．．夾盤
54．．．自由基種
100．．．SOI晶圓
101．．．磊晶膜
102．．．磊晶SOI晶圓
103．．．矽晶圓
104．．．埋入氧化矽膜
105．．．活性層
116．．．背面照射型的CMOS固態攝影裝置
117．．．CMOS固態攝影元件
A、B．．．板厚測定機
P1、P2．．．抽吸泵
St．．．蝕刻反應爐
圖1a是表示本發明實例1的固態攝影元件用半導體晶圓的薄膜化控制方法中，於基底基板上形成磊晶膜的成膜步驟的縱剖面圖。
圖1b是表示本發明實例1的固態攝影元件用半導體晶圓的薄膜化控制方法中的攝影元件形成步驟的縱剖面圖。
圖1c是表示本發明實例1的固態攝影元件用半導體晶圓的薄膜化控制方法中，於多層配線層上形成黏合劑層的形成步驟的縱剖面圖。
圖1d是表示本發明實例1的固態攝影元件用半導體晶圓的薄膜化控制方法中的基底基板與支持基板的貼合步驟的縱剖面圖。
圖1e是表示本發明實例1的固態攝影元件用半導體晶圓的薄膜化控制方法中的基底基板的研削及研磨步驟的縱剖面圖。
圖1f是表示本發明實例1的固態攝影元件用半導體晶圓的薄膜化控制方法中的基底基板的研磨面的厚度測定及電漿蝕刻步驟的縱剖面圖。
圖1g是表示本發明實例1的固態攝影元件用半導體晶圓的薄膜化控制方法中，於基底基板的電漿蝕刻面上形成彩色濾光片及微透鏡的形成步驟的縱剖面圖。
圖2是本發明實例1的固態攝影元件用半導體晶圓的薄膜化控制方法中所使用的DCP裝置的模式性正視圖。
圖3是表示本發明實例1的固態攝影元件用半導體晶圓的薄膜化控制方法中的半導體晶圓的電漿蝕刻步驟的要部放大剖面圖。
圖4a是表示先前方法的固態攝影元件用半導體晶圓的薄膜化控制方法中，於SOI晶圓上形成磊晶膜的成膜步驟的縱剖面圖。
圖4b是表示先前方法的固態攝影元件用半導體晶圓的薄膜化控制方法中的攝影元件形成步驟的縱剖面圖。
圖4c是表示先前方法的固態攝影元件用半導體晶圓的薄膜化控制方法中，於多層配線層上形成黏合劑層的形成步驟的縱剖面圖。
圖4d是表示先前方法的固態攝影元件用半導體晶圓的薄膜化控制方法中的SOI晶圓與支持基板的貼合步驟的縱剖面圖。
圖4e是表示先前方法的固態攝影元件用半導體晶圓的薄膜化控制方法中的SOI晶圓的研削步驟的縱剖面圖。
圖4f是表示先前方法的固態攝影元件用半導體晶圓的薄膜化控制方法中，利用蝕刻終止法來將構成SOI晶圓的一部分的矽晶圓予以除去的除去步驟的縱剖面圖。
圖4g是表示先前方法的固態攝影元件用半導體晶圓的薄膜化控制方法中，利用蝕刻終止法來將構成SOI晶圓的一部分的埋入氧化矽膜予以除去的除去步驟的縱剖面圖。
圖4h是表示先前方法的固態攝影元件用半導體晶圓的薄膜化控制方法中，於構成SOI晶圓的一部分的活性層的表面上形成彩色濾光片及微透鏡的形成步驟的縱剖面圖。
11A．．．晶圓層(半導體晶圓層)
12．．．磊晶膜
16．．．多層配線層
19．．．支持基板
20．．．貼合晶圓

Claims (12)

  1. 一種固態攝影元件用半導體晶圓的薄膜化控制方法，於半導體晶圓的表層形成固態攝影元件，然後，將支持基板貼合於上述半導體晶圓的表面而製作成貼合晶圓，於該貼合之後，自上述半導體晶圓的背面側至上述固態攝影元件為止，保留半導體晶圓層地對該半導體晶圓進行研削，於該研削之後，藉由研磨或蝕刻來使上述半導體晶圓層的研削面成鏡面化，對自上述半導體晶圓層的經鏡面化的面至上述固態攝影元件為止的厚度進行測定，獲得剩餘厚度資料，基於上述剩餘厚度資料，控制電漿蝕刻量，並自上述半導體晶圓層的經鏡面化的面起，對上述半導體晶圓層進行電漿蝕刻直至達到規定的厚度為止。
  2. 如申請專利範圍第1項所述的固態攝影元件用半導體晶圓的薄膜化控制方法，其中配合上述經鏡面化的面的不平整部的厚度，將沿著上述經鏡面化的面的電漿的移動速度予以變更。
  3. 如申請專範圍第1項或第2項所述的固態攝影元件用半導體晶圓的薄膜化控制方法，其中上述半導體晶圓為於表面形成有單層的磊晶膜的磊晶矽晶圓， 上述固態攝影元件形成於上述磊晶膜的表層。
  4. 如申請專利範圍第1項或第2項所述的固態攝影元件用半導體晶圓的薄膜化控制方法，其中對上述半導體晶圓層的電漿蝕刻面進行精研磨。
  5. 如申請專利範圍第3項所述的固態攝影元件用半導體晶圓的薄膜化控制方法，其中對上述半導體晶圓層的電漿蝕刻面進行精研磨。
  6. 如申請專利範圍第1項、第2項、第5項中任一項所述的固態攝影元件用半導體晶圓的薄膜化控制方法，其中以直至上述固態攝影元件為止的上述半導體晶圓層的厚度不均計，上述半導體晶圓層的經電漿蝕刻的面的平坦度為0.5μm以下。
  7. 如申請專利範圍第3項所述的固態攝影元件用半導體晶圓的薄膜化控制方法，其中以直至上述固態攝影元件為止的上述半導體晶圓層的厚度不均計，上述半導體晶圓層的經電漿蝕刻的面的平坦度為0.5μm以下。
  8. 如申請專利範圍第4項所述的固態攝影元件用半導體晶圓的薄膜化控制方法，其中以直至上述固態攝影元件為止的上述半導體晶圓層的厚度不均計，上述半導體晶圓層的經電漿蝕刻的面的平坦度為0.5μm以下。
  9. 如申請專利範圍第1項、第2項、第5項、第7項、 第8項中任一項所述的固態攝影元件用半導體晶圓的薄膜化控制方法，其中於上述電漿蝕刻之後，直至上述固態攝影元件為止的上述半導體晶圓層的厚度為2μm~7μm。
  10. 如申請專利範圍第3項所述的固態攝影元件用半導體晶圓的薄膜化控制方法，其中於上述電漿蝕刻之後，直至上述固態攝影元件為止的上述半導體晶圓層的厚度為2μm~7μm。
  11. 如申請專利範圍第4項所述的固態攝影元件用半導體晶圓的薄膜化控制方法，其中於上述電漿蝕刻之後，直至上述固態攝影元件為止的上述半導體晶圓層的厚度為2μm~7μm。
  12. 如申請專利範圍第6項所述的固態攝影元件用半導體晶圓的薄膜化控制方法，其中於上述電漿蝕刻之後，直至上述固態攝影元件為止的上述半導體晶圓層的厚度為2μm~7μm。
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