TWI765233B - 矽片貼合氣泡數量評估方法及圖像感測器結構製備方法 - Google Patents
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Abstract
本發明提供一種矽片貼合氣泡數量的評估方法以及圖像感測器結構的製備方法，矽片貼合氣泡數量的評估方法包括基於待評估矽片上預設長度內矽片厚度變化均勻性來評估待評估矽片上產生的氣泡數量。通過上述方案，本發明在矽片貼合之前對矽片的貼合氣泡數量進行預估，可以在工藝前預判氣泡數量，從而提供工藝的準確性，提高得到產品的良率，本發明基於現有設備輸出矽片厚度形貌，並對其獲取的數據進行處理，從而預估貼合氣泡的數量，預估方式簡便有效，提高工作效率。
Description
本發明屬積體電路製備技術領域，特別是涉及一種矽片貼合氣泡數量評估方法及圖像感測器結構製備方法。
在半導體製造業，隨著微細化發展，對於各元件結構的製備要求也越來越嚴苛。在半導體元件結構的製備過程中，往往會遇到將兩片晶圓進行鍵合、粘附以及貼附等過程，在上述工藝過程當中，往往會產生氣泡（bubble），從而降低產品良率，一般可以評估氣泡的數量、寬度以及外沿位置。其中，在半導體製造業，晶圓片的應用有許多，近年來如Back-Side Illuminated CIS，它具有光路短，靈敏度高，串音小的優點，金屬佈線的自由度以集成SOC等，但在其製備過程中，在邊緣（edge）的區域會出現bubble，降低產品良率，目前，一般控制方法可以是建立氣泡監控方法、晶圓鍵合前進行優化平坦表面處理、減少鍵合前界面的顆粒以及對設備進行優化等，上述方法在工藝、複雜性以及控制效果上難以達到理想的結果。
因此，如何提供一種矽片貼合氣泡數量評估方法及圖像感測器結構製備方法以解決現有技術中的上述技術問題實屬必要。
鑒於以上所述現有技術的缺點，本發明的目的在於提供一種矽片貼合氣泡數量評估方法及圖像感測器結構製備方法，以解決現有技術中難以有效預先瞭解並控制鍵合界面處的氣泡，從而導致產品良率下降等問題。
為實現上述目的及其他相關目的，本發明提供一種矽片貼合氣泡數量的評估方法，所述評估方法包括基於待評估矽片上預設長度內矽片厚度變化均勻性來評估所述待評估矽片上產生的氣泡數量。
作為本發明的一種可選方案，所述矽片厚度變化均勻性基於所述預設長度內單位長度斜率的變化或單位長度高度差的變化獲取。
作為本發明的一種可選方案，當所述矽片厚度變化均勻性基於所述預設長度內單位長度斜率的變化獲取時，所述單位長度斜率的變化包括各單位長度斜率的標準差、各單位長度斜率的最大值、各單位長度斜率的最小值、各單位長度斜率的中位數以及各單位長度斜率的平均值中的任意一種。
作為本發明的一種可選方案，所述單位長度介於0.2 mm -25mm之間。
作為本發明的一種可選方案，所述預設長度基於所述待評估矽片的厚度形貌獲取，所述厚度形貌包括半徑方向上所述待評估矽片的平均厚度變化以及所述待評估矽片某一角度沿半徑方向上的厚度變化中的任意一種。
作為本發明的一種可選方案，當所述厚度形貌選擇半徑方向上所述待評估矽片的平均厚度變化時，所述平均厚度選自於以所述待評估矽片的圓心為中心的同心圓上若干個點的厚度的平均值。
作為本發明的一種可選方案，所述待評估矽片上所述預設長度內所述矽片厚度變化均勻性的獲取方法包括：量測出所述待評估矽片的厚度形貌；於量測出所述厚度形貌的所述待評估矽片上定義出所述預設長度；于所述預設長度內定義一單位長度，使得所述預設長度包括若干個所述單位長度；基於所述厚度形貌計算出各所述單位長度的斜率；以及基於得到的所述斜率計算所述預設長度內所有所述單位長度的斜率的標準差，以獲取所述預設長度內所述矽片厚度變化均勻性。
作為本發明的一種可選方案，所述預設長度選自於自所述待評估矽片的中心至邊緣的任意的徑向長度。
本發明還提供一種圖像感測器結構的製備方法，所述製備方法包括如下步驟：提供元件矽片；提供載體矽片，並採用如上述任意一項方案所述的評估方法對所述載體矽片的貼合氣泡數量進行評估；將所述元件矽片與符合預設評估標準的所述載體矽片進行鍵合，以製備所述圖像感測器。
作為本發明的一種可選方案，所述元件矽片包括疊置的金屬互連層及感光層，其中，所述金屬互連層一側與所述載體矽片相鍵合。
作為本發明的一種可選方案，將所述元件矽片與所述載體矽片進行鍵合後還包括步驟：將所述元件矽片遠離所述載體矽片的一側進行減薄，形成減薄處理表面；對所述減薄處理表面進行鈍化，以形成鈍化層；於所述鈍化層上製備防反射塗層，以製備所述圖像感測器結構。
如上所述，本發明的矽片貼合氣泡數量評估方法及圖像感測器結構製備方法，在矽片貼合之前對矽片的貼合氣泡數量進行預估，可以在工藝前預判氣泡數量，從而提供工藝的準確性，提高得到產品的良率，本發明基於現有設備輸出矽片厚度形貌，並對其獲取的數據進行處理，從而預估貼合氣泡的數量，預估方式簡便有效，提高工作效率。
以下通過特定的具體實例說明本發明的實施方式，本領域技術人員可由本說明書所揭露的內容輕易地瞭解本發明的其他優點與功效。本發明還可以通過另外不同的具體實施方式加以實施或應用，本說明書中的各項細節也可以基於不同觀點與應用，在沒有背離本發明的精神下進行各種修飾或改變。
請參閱圖1至圖3。需要說明的是，本實施例中所提供的圖示僅以示意方式說明本發明的基本構想，遂圖示中僅顯示與本發明中有關的組件而非按照實際實施時的組件數目、形狀及尺寸繪製，其實際實施時各組件的形態、數量及比例可為一種隨意的改變，且其組件佈局形態也可能更為複雜。
如圖1-2所示，本發明提供一種矽片貼合氣泡數量的評估方法，所述評估方法包括基於待評估矽片上預設長度內矽片厚度變化均勻性來評估所述待評估矽片上產生的氣泡數量。
具體的，在矽片貼合的過程當中，容易在兩貼合的矽片界面產生氣泡，而氣泡的存在往往會影響後續的工藝，導致最終產品良率降低，其中，這裡的貼合可以是矽片的鍵合、粘附以及貼附等工藝，可以是兩矽片的化學結合，也可以是兩矽片之間的物理結合。本發明中，提供一種在矽片進行貼合之前評估貼合氣泡（如wafer bonding bubble）數量的方法，該方法通過矽片厚度變化均勻性來評估氣泡數量，從而可以簡便有效的實現氣泡數量的評估，並可以進行有效的操作控制，從而有效的提高產品的良率，節約工藝成本及工藝週期，防止造成元件不必要的浪費，其中，矽片厚度變化均勻性是指矽片厚度變化的情況，在矽片上的一範圍之內，如所述預設長度之內，矽片厚度變化越均勻，則產生的氣泡數量越少，厚度變化越不均勻，則產生的氣泡數量越多。在一示例中，可以是設計一個預設評估標準，如以評估出來的氣泡數量的某一數值作為所述預設評估標準，當待評估矽片評估出來的氣泡數量超過該預設評估標準時，表示不合格，則該待評估矽片放棄使用，如果氣泡數量小於該預設評估標準，則該待評估矽片正常使用，可以用於後續貼合等工藝。
作為示例，所述預設長度基於所述待評估矽片的厚度形貌獲取，所述厚度形貌包括半徑方向上所述待評估矽片的平均厚度變化以及所述待評估矽片某一角度沿半徑方向上的厚度變化中的任意一種。
作為示例，當所述厚度形貌選擇半徑方向上所述待評估矽片的平均厚度變化時，所述平均厚度選自於以所述待評估矽片的圓心為中心的同心圓上若干個點的厚度的平均值。
具體的，在一示例中，所述預設長度基於待評估矽片的厚度形貌獲取，其中，矽片的厚度形貌可以基於現有的設備進行獲取，在一示例中，可以選擇對矽片的平坦度等參數進行量測的設備，該設備可以輸出矽片厚度的形狀，如可以是設備KLA WS2+。其中，矽片厚度形貌是指矽片上某一位置或區域的厚度獲取後得到的厚度變化情況，在一示例中，可以是將矽片的背部為平，然後看正面的變化，從而可以得到所需要區域甚至整個矽片的厚度變化情況，得到厚度形狀。
在一示例中，在所述厚度形貌獲取的基礎上可以選擇所需要的所述預設長度，其中，所述厚度形貌包括半徑方向上所述待評估矽片的平均厚度變化以及所述待評估矽片某一角度沿半徑方向上的厚度變化中的任意一種，所述待評估矽片某一角度沿半徑方向上的厚度變化是指，在所述待評估矽片表面上選擇任意一條半徑，得到的這一半徑對應的位置上矽片厚度的變化，該角度並非是指某一具體角度，所述預設長度可以取自於該半徑，從而得到了所述預設長度內的矽片厚度變化，即得到所述預設長度內的矽片厚度形貌，在另一示例中，半徑方向上所述待評估矽片的平均厚度變化是指，在所述待評估矽片表面上選擇至少兩條半徑，可以是5條或者8條等，再以所述待評估矽片的圓心為中心做若干個同心圓，每一個同心圓與所選擇的半徑具有一個交點，各個交點上的厚度求平均數，從而得到沿半徑方向上若干個得到的平均數，這若干個平均數構成所述待處理矽片沿半徑方向上的平均厚度變化的形貌，其中，所述預設長度可以取自於沿半徑方向的任意一段距離，從而上述平均數代表這一段距離的矽片厚度的變化，構成這一段距離即所述預設長度內的矽片厚度形貌。
作為示例，所述預設長度選自於自所述待評估矽片的中心至邊緣的任意的徑向長度。
具體的，本發明基於待評估矽片上預設長度內矽片厚度變化均勻性來評估所述待評估矽片上產生的氣泡數量，在一示例中，上述數值可以依據上述所述的矽片厚度形貌獲取，從而基於現有設備輸出的參數直接進行處理，以最終評估氣泡數量，其中，在一示例中，所述預設長度基於所述厚度形貌獲取，選自於自所述待評估矽片的中心至邊緣的任意的徑向長度，也就是說，選擇半徑範圍之內的任意長度，可以是得到的這一半徑對應的位置上矽片厚度的變化，也可以是選擇半徑範圍之內的任意長度，得到該長度上若干條半徑對應的所述平均厚度的變化，從而就其進行後續的評估。
作為示例，所述矽片厚度變化均勻性基於所述預設長度內單位長度斜率的變化或單位長度高度差的變化獲取。
具體的，在一示例中，提供具體的矽片厚度均勻性的表徵方式，可以是矽片上一預設長度之內，所述預設長度的選取方式可以如上所述，可以通過這一段中單位長度的斜率變化表徵，例如，可以是選取待評估矽片上的任意一條半徑，在該條半徑上選擇任意一段長度作為所述預設長度，並獲取所述預設長度上的矽片的厚度形貌，進而定義一個單位長度，如可以使得所述預設長度包括10個所述單位長度，從而得到各個單位長度斜率，即分別得到這10個所述單位長度上的斜率，從而得到所述預設長度內的斜率的變化，從而基於此表徵厚度變化均勻性，其中，所述斜率可以為單位長度上兩個端點的厚度的差除以單位長度。在另一可選示例中，可以是矽片上一預設長度之內，通過這一預設長度中單位長度的高度差變化表徵矽片厚度均勻性，例如，可以是選取待評估矽片上的任意一條半徑，在該條半徑上選擇任意一段長度作為所述預設長度，並獲取所述預設長度上的矽片的厚度形貌，進而定義一個單位長度，如可以使得所述預設長度包括10個所述單位長度，從而得到各個單位長度的高度差，即分別得到這10個所述單位長度上的高度差，從而得到所述預設長度內的高度差的變化，從而基於此表徵厚度變化均勻性，其中，所述高度差可以為單位長度上兩個端點的厚度的差。
作為示例，所述單位長度介於0.2 mm -25mm之間。
具體的，所述單位長度可以基於實際需求進行選擇，如對於12寸的矽片，半徑長度為150mm，可以依據所選取的預設長度選擇合適的單位長度，如預設長度可以選擇為100mm，單位長度可以是0.2-25mm範圍內的數值，從而適應設備要求及獲得有效的結果，在一示例中選擇為5mm。如，獲取300mm大矽片從中心點0至半徑149mm的72 sectors平均厚度形貌，其中，72 sectors是指將一個圓周按5度劃分，分成72個區，然後將這72個區一起算平均，那麼，這個平均厚度形貌（這個平均的Thickness profile）的各個單位長度上的數值就是72個區在各個單位距離（對於72份來說，每5度作為一個單位距離）上的點計算的平均值算出來的，當然，在其他示例中可以根據自身需求選擇其他數量的sectors，如4 sectors，並不以此為限，可以選擇預設長度為半徑範圍內從中心點到半徑145mm，每5mm長度作為單位長度。
作為示例，當所述矽片厚度變化均勻性基於所述預設長度內單位長度斜率的變化獲取時，所述單位長度斜率的變化包括各單位長度斜率的標準差、各單位長度斜率的最大值、各單位長度斜率的最小值、各單位長度斜率的中位數以及各單位長度斜率的平均值中的任意一種。
具體的，在一示例中，當所述矽片厚度變化均勻性基於所述預設長度內單位長度斜率的變化獲取時，可以基於各所述單位長度的斜率計算得到的標準差獲取矽片厚度均勻性，從而表徵氣泡數量，例如，在一所述預設長度內，包括10個所述單位長度，則可以計算得到10個單位長度的10個斜率，從而可以計算出這10個斜率的標準差，這個標準差表徵這個預設長度上的厚度均勻性，表徵矽片的厚度變化均勻性，從而可以評估矽片貼合時的氣泡數量，例如，參見圖2所示，為擬合的預設長度內得到的標準差SS與貼合產生的氣泡的數量的關係圖，氣泡數量=791.3+1797*標準差-480.6*標準差^2，可以看出，該標準差和氣泡數量呈現一定的線性關係，從而可以以標準差評估氣泡數量的多少，在一示例中，可以是通過實驗矽片得到不同的標準差下最終矽片在貼合後對應得到的氣泡數量，從而依據上述數據得到擬合曲線，同理，可以通過所述預設長度內各單位長度斜率的最大值、各單位長度斜率的最小值、各單位長度斜率的中位數以及各單位長度斜率的平均值進行評估。另外，當通過預設長度上的各單位長度的高度差的變化表徵時，同樣可以參考上述方式表徵。
作為示例，所述待評估矽片上所述預設長度內所述矽片厚度變化均勻性的獲取方法包括：量測出所述待評估矽片的厚度形貌；於量測出所述厚度形貌的所述待評估矽片上定義出所述預設長度；于所述預設長度內定義一單位長度，使得所述預設長度包括若干個所述單位長度；基於得到的所述斜率所述厚度形貌計算出各所述單位長度的斜率；以及計算所述預設長度內所有所述單位長度的斜率的標準差，以獲取所述預設長度內所述矽片厚度變化均勻性。
具體的，參見圖1，提供一種所述待評估矽片上所述預設長度內所述矽片厚度變化均勻性的獲取方法，首先，基於量測設備獲取待評估矽片的厚度形貌，其中，所述厚度形貌可以參考上述所描述，所述厚度形貌包括半徑方向上所述待評估矽片的平均厚度變化以及所述待評估矽片某一角度沿半徑方向上的厚度變化中的任意一種，在一示例中，選擇為沿一條半徑上的厚度形貌，得到該半徑方向上對應的厚度變化，如圖1所示，接著在該半徑上選擇一預設長度，即圖中的A1-A2，接著定義一單位長度，如圖中的a，可以是5mm，該預設長度內一共產生n個所述單位長度，繼續，計算出這n個單位長度的斜率，即k1、k2……kn，其中，所述斜率為單位長度上兩個端點的厚度的差除以單位長度，最後，根據得到的斜率根據標準差SS計算公式：
得出標準差，其中，Kavg代表各單位長度的斜率的平均值，以SS表徵所述預設長度內所述矽片厚度變化均勻性，從而可以基於圖2預估矽片貼合後產生的氣泡的數量。
另外，本發明還提供一種圖像感測器結構的製備方法，所述製備方法包括如下步驟：提供元件矽片101；提供載體矽片102，並採用本發明實施例中任意一項所述的評估方法對所述載體矽片102的貼合氣泡數量進行評估；將所述元件矽片101與符合預設評估標準的所述載體矽片102進行鍵合，以製備所述圖像感測器，參見圖3所示。
作為示例，所述元件矽片101包括疊置的金屬互連層及感光層，其中，所述金屬互連層一側與所述載體矽片102相鍵合。
作為示例，將所述元件矽片101與所述載體矽片102進行鍵合後還包括步驟：將所述元件結構遠離所述載體矽片的一側進行減薄，形成減薄處理表面；對所述減薄處理表面進行鈍化，以形成鈍化層；以及於所述鈍化層上製備防反射塗層，以製備所述圖像感測器結構。
具體的，該發明還提供一種圖像感測器結構的製備方法，如Back-Side Illuminated CIS，在該圖像感測器結構的製備中，包括將元件矽片101和載體矽片102進行鍵合的步驟，其中，包括採用本發明實施例中任意一項所述的評估方法對所述載體矽片102進行鍵合後會產生的氣泡數量進行預評估的步驟，在製備過程中，可以依據實際工藝需求設定一個預設評估標準，如果氣泡數量預估結果滿足這一預設評估標準，則利用該載體矽片102與所述元件矽片101進行鍵合，如果預評估結果不滿足設定的這一預設評估標準，則放棄使用該載體矽片102，從而可以有利於提高圖像感測器製備過程中產品的良率，防止造成元件不必要的浪費，此外，評估數據可以基於現有的設備進行獲取，簡單有效。
在一示例中，所述元件矽片101可以是圖像感測器製備過程中的中間結構，具有需要與載體矽片102鍵合的表面，其可以是單層結構，也可以是多層結構，可以是尚未製備功能元件的結構，也可以是已經製備好部分功能元件的結構，在一可選示例中，所述元件矽片101包括製備好的疊置的金屬互連層及感光層，其中，所述金屬互連層一側與所述載體矽片102進行鍵合，二者鍵合後可以再繼續進行後續工藝，以最終製備完成圖像感測器。在另一可選示例中，所述元件矽片101與所述載體矽片102鍵合之後還可以包括工藝步驟：元件矽片101進行減薄以精確的控制厚度，接著，進行表面鈍化處理以降低暗電流，接著，進行防反射膜塗覆，然後再進行焊盤開口，再進行顏色濾波矩陣製備，以完成圖像感測器的製備。
綜上所述，本發明提供一種矽片貼合氣泡數量的評估方法以及圖像感測器結構的製備方法，矽片貼合氣泡數量的評估方法包括基於待評估矽片上預設長度內矽片厚度變化均勻性來評估所述待評估矽片上產生的氣泡數量。通過上述方案，本發明在矽片貼合之前對矽片的貼合氣泡數量進行預估，可以在工藝前預判氣泡數量，從而提供工藝的準確性，提高得到產品的良率，本發明基於現有設備輸出矽片厚度形貌，並對其獲取的數據進行處理，從而預估貼合氣泡的數量，預估方式簡便有效，提高工作效率。所以，本發明有效克服了現有技術中的種種缺點而具高度產業利用價值。
上述實施例僅例示性說明本發明的原理及其功效，而非用於限制本發明。任何熟悉此技術的人士皆可在不違背本發明的精神及範疇下，對上述實施例進行修飾或改變。因此，舉凡所屬技術領域中具有通常知識者在未脫離本發明所揭示的精神與技術思想下所完成的一切等效修飾或改變，仍應由本發明的權利要求所涵蓋。
101:元件矽片
102:載體矽片
圖1顯示為本發明一示例中獲取預設長度內單位長度的斜率的示意圖。
圖2顯示為本發明一示例中標準差與氣泡數量的對應關係圖。
圖3顯示為本發明一示例中元件矽片與載體矽片鍵合的結構示意圖。
Claims (8)
- 一種矽片貼合氣泡數量的評估方法，包括：基於待評估矽片上預設長度內矽片厚度變化均勻性來評估該待評估矽片上產生的氣泡數量；其中，該矽片厚度變化均勻性基於該預設長度內單位長度斜率的變化或單位長度高度差的變化獲取；以及，當該矽片厚度變化均勻性基於該預設長度內單位長度斜率的變化獲取時，該單位長度斜率的變化包括各單位長度斜率的標準差、各單位長度斜率的最大值、各單位長度斜率的最小值、各單位長度斜率的中位數以及各單位長度斜率的平均值中的任意一種。
- 如申請專利範圍第1項所述之矽片貼合氣泡數量的評估方法，其中，該單位長度介於0.2mm-25mm之間。
- 如申請專利範圍第1項所述之矽片貼合氣泡數量的評估方法，其中，該預設長度基於該待評估矽片的厚度形貌獲取，該厚度形貌包括半徑方向上該待評估矽片的平均厚度變化以及該待評估矽片某一角度沿半徑方向上的厚度變化中的任意一種。
- 如申請專利範圍第3項所述之矽片貼合氣泡數量的評估方法，其中，當該厚度形貌選擇半徑方向上該待評估矽片的平均厚度變化時，該平均厚度選自於以該待評估矽片的圓心為中心的同心圓上若干個點的厚度的平均值。
- 如申請專利範圍第1項所述之矽片貼合氣泡數量的評估方法，其中，該待評估矽片上該預設長度內該矽片厚度變化均勻性的獲取方法包括：量測出該待評估矽片的厚度形貌； 於量測出該厚度形貌的該待評估矽片上定義出該預設長度；于該預設長度內定義一單位長度，使得該預設長度包括若干個該單位長度；基於該厚度形貌計算出各該單位長度的斜率；以及基於得到的該斜率計算該預設長度內所有該單位長度的斜率的標準差，以獲取該預設長度內該矽片厚度變化均勻性。
- 如申請專利範圍第1-5項中任意一項所述之矽片貼合氣泡數量的評估方法，其中，該預設長度選自於自該待評估矽片的中心至邊緣的任意的徑向長度。
- 一種圖像感測器結構的製備方法，包括如下步驟：提供元件矽片；提供載體矽片，並採用如申請專利範圍第1-6項中任意一項所述的評估方法對該載體矽片的貼合氣泡數量進行評估；以及將該元件矽片與符合預設評估標準的載體矽片進行鍵合，以製備該圖像感測器。
- 如申請專利範圍第7項所述之圖像感測器結構的製備方法，其中，該元件矽片包括疊置的金屬互連層及感光層，該金屬互連層一側與該載體矽片相鍵合；將該元件矽片與該載體矽片進行鍵合後還包括步驟：將該元件矽片遠離該載體矽片的一側進行減薄，形成減薄處理表面；對該減薄處理表面進行鈍化，以形成鈍化層；以及於該鈍化層上製備防反射塗層，以製備該圖像感測器結構。
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