[go: up one dir, main page]

CN117690943B - 一种图像传感器的制作方法 - Google Patents

一种图像传感器的制作方法 Download PDF

Info

Publication number
CN117690943B
CN117690943B CN202410129350.1A CN202410129350A CN117690943B CN 117690943 B CN117690943 B CN 117690943B CN 202410129350 A CN202410129350 A CN 202410129350A CN 117690943 B CN117690943 B CN 117690943B
Authority
CN
China
Prior art keywords
layer
material layer
substrate
oxide
bonding
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN202410129350.1A
Other languages
English (en)
Other versions
CN117690943A (zh
Inventor
陶磊
刘文彬
吴冠毅
周宗典
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Nexchip Semiconductor Corp
Original Assignee
Nexchip Semiconductor Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Nexchip Semiconductor Corp filed Critical Nexchip Semiconductor Corp
Priority to CN202410129350.1A priority Critical patent/CN117690943B/zh
Publication of CN117690943A publication Critical patent/CN117690943A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN117690943B publication Critical patent/CN117690943B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10FINORGANIC SEMICONDUCTOR DEVICES SENSITIVE TO INFRARED RADIATION, LIGHT, ELECTROMAGNETIC RADIATION OF SHORTER WAVELENGTH OR CORPUSCULAR RADIATION
    • H10F39/00Integrated devices, or assemblies of multiple devices, comprising at least one element covered by group H10F30/00, e.g. radiation detectors comprising photodiode arrays
    • H10F39/011Manufacture or treatment of image sensors covered by group H10F39/12
    • H10F39/026Wafer-level processing
    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10FINORGANIC SEMICONDUCTOR DEVICES SENSITIVE TO INFRARED RADIATION, LIGHT, ELECTROMAGNETIC RADIATION OF SHORTER WAVELENGTH OR CORPUSCULAR RADIATION
    • H10F39/00Integrated devices, or assemblies of multiple devices, comprising at least one element covered by group H10F30/00, e.g. radiation detectors comprising photodiode arrays
    • H10F39/011Manufacture or treatment of image sensors covered by group H10F39/12
    • H10F39/016Manufacture or treatment of image sensors covered by group H10F39/12 of thin-film-based image sensors
    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10FINORGANIC SEMICONDUCTOR DEVICES SENSITIVE TO INFRARED RADIATION, LIGHT, ELECTROMAGNETIC RADIATION OF SHORTER WAVELENGTH OR CORPUSCULAR RADIATION
    • H10F39/00Integrated devices, or assemblies of multiple devices, comprising at least one element covered by group H10F30/00, e.g. radiation detectors comprising photodiode arrays
    • H10F39/011Manufacture or treatment of image sensors covered by group H10F39/12
    • H10F39/018Manufacture or treatment of image sensors covered by group H10F39/12 of hybrid image sensors

Landscapes

  • Solid State Image Pick-Up Elements (AREA)

Abstract

本发明提出了一种图像传感器的制作方法,属于半导体制造技术领域,包括以下步骤:提供一衬底,包括器件区和非器件区;在衬底上形成第一氧化层,第一氧化层覆盖器件区并延伸至部分非器件区上;在非器件区的衬底上形成台阶;在衬底上形成第二氧化材料层,第二氧化材料层覆盖第一氧化层、台阶的表面和侧壁;在第二氧化材料层表面形成牺牲层;对牺牲层进行至少两次平坦化处理,以去除牺牲层和部分厚度的第二氧化材料层,再进行抛光处理,形成第二氧化层;在第二氧化层上形成高键合强度的键合接触层;将键合接触层与承载基板进行键合,形成图像传感器。本发明提供的一种图像传感器的制作方法,能有效改善图像传感器的质量和良率。

Description

一种图像传感器的制作方法
技术领域
本发明涉及半导体制造技术领域,具体涉及一种图像传感器的制作方法。
背景技术
图像传感器可以通过光电转换将照射在自身感光面上的光信号转换为相应的电信号,并依据所转换的电信号输出相应的图像,其被广泛应用于各种光电设备中,比如数码相机、摄影机、录影机、传真机、影像扫描仪以及数字电视等。然而图像传感器的制作存在流程复杂、良率低等问题。
发明内容
本发明提出了一种图像传感器的制作方法,意想不到的效果是能有效减少键合界面的气泡,提高了键合的质量,从而提高图像传感器的良品率。
为解决上述技术问题,本发明是通过如下的技术方案实现的。
本发明提出一种图像传感器的制作方法,至少包括以下步骤:
提供一衬底,所述衬底包括器件区和非器件区;
在所述衬底上形成第一氧化层,所述第一氧化层覆盖所述器件区并延伸至部分所述非器件区上;
在所述非器件区的所述衬底上形成台阶;
在所述衬底上形成第二氧化材料层,所述第二氧化材料层覆盖所述第一氧化层、所述台阶的表面和侧壁;
在所述第二氧化材料层表面形成牺牲层;
对所述牺牲层进行至少两次平坦化处理,以去除所述牺牲层和部分厚度的所述第二氧化材料层,再进行抛光处理,形成第二氧化层;
在所述第二氧化层上形成高键合强度的键合接触层;以及
将所述键合接触层与承载基板进行键合,形成图像传感器。
进一步地,所述键合接触层采用高密度等离子体化学气相沉积工艺形成。
进一步地,所述抛光处理施加的压力为所述平坦化处理施加的压力的一半。
进一步地,形成所述第二氧化层的步骤包括:
在所述第二氧化材料层表面形成第一牺牲层;
对所述第一牺牲层进行第一次平坦化处理,以去除部分厚度的所述第一牺牲层,形成第二牺牲层;
对所述第二牺牲层进行第二次平坦化处理,以去除所述第二牺牲层和部分厚度的所述第二氧化材料层,形成中间氧化材料层;以及
对所述中间氧化材料层进行第一次抛光处理,以去除部分厚度的所述中间氧化材料层,形成第二氧化层,所述第二氧化层的表面平滑。
进一步地,所述第一次抛光处理的厚度为70nm-90nm,处理的时间为57s-67s。
进一步地,所述第一次抛光处理后,所述第二氧化层的表面的粗糙度为0.1nm-0.3nm。
进一步地,形成所述键合接触层的步骤包括:
在所述第二氧化层表面形成键合材料层;
对所述键合材料层进行第二次抛光处理,以去除部分厚度的所述键合材料层,形成键合接触层。
进一步地,所述键合材料层的厚度为90nm-110nm。
进一步地,所述第二次抛光处理的厚度为50nm-70nm,处理的时间为57s-67s。
进一步地,所述第二次抛光处理后,所述键合接触层的表面的粗糙度为0.1nm-0.3nm。
进一步地,所述制作方法还包括:形成所述键合接触层后,对所述衬底进行粒子去除和清洗处理。
本发明提出了一种图像传感器的制作方法,通过在平坦化处理之后添加抛光处理,意想不到的效果是:简化工艺流程,大大降低工艺时长,提高生产效率;且形成的键合界面膜层均匀性高、致密性好、表面粗糙度高且键合强度高,减少了键合过程中气泡的产生,提高了图像传感器与承载基板的键合的质量,从而提高图像传感器的可靠性及良品率。
附图说明
图1为本发明中一种图像传感器的制作方法的流程图。
图2为本发明一实施例中第一氧化材料层的结构示意图。
图3为本发明一实施例中研磨单元的结构示意图。
图4为本发明一实施例中台阶的结构示意图。
图5为本发明一实施例中第二氧化材料层的结构示意图。
图6为本发明一实施例中第一牺牲层的结构示意图。
图7为本发明一实施例中第二牺牲层的结构示意图。
图8为本发明一实施例中中间氧化材料层的结构示意图。
图9为本发明一实施例中第二氧化层的结构示意图。
图10为本发明一实施例中键合材料层的结构示意图。
图11为本发明一实施例中键合接触层的结构示意图。
图12为本发明一实施例中CMOS晶体管与承载基板键合的示意图。
图13为本发明另一实施例中制作的图像传感器的电镜图。
图14为本发明一实施例中制作的图像传感器的电镜图。
附图说明:
100、衬底;110、台阶;200、第一氧化材料层;210、第一氧化层;300、第二氧化材料层;310、中间氧化材料层;320、第二氧化层;400、第一牺牲层;410、第二牺牲层;500、键合材料层;510、键合接触层;511、接触面;600、承载基板;601、结合面;700、旋转轴;800、研磨刀片。
具体实施方式
以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式,本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用,本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用,在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。
需要说明的是,本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想,遂图式中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制,其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变,且其组件布局型态也可能更为复杂。
下面结合若干实施例及附图对本发明的技术方案做进一步详细说明,显然,所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。
背照式图像传感器(Back side Illuminated Complementary Metal OxideSemiconductor,BSI CMOS)将金属互联层与感光层分别设置在衬底的两侧,避免金属互联层对入射光的折射及阻碍。相比于正照式图像传感器(Front side Illumination CMOS,FSI CMOS)具有更好的量子效率和角响应度,使得背照式图像传感器在工业应用中逐渐占据重要地位,并广泛用于数码相机、可换镜头数码相机和智能手机等领域,在背照式图像传感器制备过程中,需要将CMOS晶体管与一承载基板进行键合。本申请提出一种图像传感器的制作方法,能够有效降低CMOS晶体管与承载基板的键合界面的气泡,提高图像传感器的键合质量,可提高背照式图像传感器的性能。
请参阅图1和图2所示,在步骤S10中,在本发明一实施例中,先提供一衬底100,并在衬底100上制作半导体器件,形成器件区(图中未显示),将未制作半导体器件的区域定义为非器件区(图中未显示),且非器件区例如设置在器件区的周围。以此制作器件的衬底100为例,对背照式图像传感器的制作过程进行阐述。本发明对衬底的种类不以限制,可根据制作不同类型的半导体器件,选择不同种类的衬底。在本发明一实施例中,衬底100例如可以选用硅(Si)衬底,以制作互补金属氧化物半导体晶体管(Complementary Metal OxideSemiconductor,CMOS)。在本发明的一实施例中,在制作器件之前,对衬底100进行掺杂,可以减小衬底100的电阻,防止闩锁效应。在本发明一实施例中,在衬底100中掺杂硼(B)或镓(Ga),形成P型掺杂衬底。
请参阅图1和图2所示,在步骤S10中,在本发明一实施例中,在衬底100上制作器件后,将两片甚至多片衬底100贴合在一起进行键合。在本发明一实施例中,以制作了CMOS晶体管的衬底100与一承载基板键合为例,对背照式图像传感器的制作过程进行阐述。
请参阅图1和图2所示,在步骤S20中,在本发明一实施例中,首先在制作了CMOS晶体管的衬底100上形成第一氧化材料层200,第一氧化材料层200覆盖整个器件区和非器件区以及衬底100的侧壁。在本发明一实施例中,第一氧化材料层200例如为致密的氧化硅等材料。本发明对第一氧化材料层200的形成方法不加以限制,在本实施例中,例如采用高密度等离子体化学气相沉积法(High Density Plasma Chemical Vapor Deposition,HDPCVD)形成第一氧化材料层200。第一氧化材料层200的厚度例如为350nm-400nm,具体例如为360nm、380nm或400nm等。
请参阅图1、图3和图4所示,在步骤S30中,在本发明一实施例中,在第一氧化材料层200形成后,例如可以采用化学机械研磨工艺(Chemical Mechanical Polishing,CMP)对非器件区的衬底100进行修边处理(Edge Trim),形成台阶110,以减少碎边缺陷,提高器件可靠性。修边处理可分为两步进行,如平面研磨和边缘切割。具体地,采用化学机械抛光工艺对整个第一氧化材料层200进行平面研磨,以使第一氧化材料层200表面平坦,并保证边缘切割的深度保持一致。对第一氧化材料层200平面研磨后,使用图3中的研磨单元对衬底100的边缘进行研磨切割。研磨单元包括研磨刀片800和旋转轴700,研磨刀片800固定在旋转轴700上,旋转轴700带动研磨刀片800在垂直方向进行旋转,衬底100在水平方向进行旋转,研磨刀片800与衬底100边缘接触并对衬底100的边缘进行研磨切割,去除覆盖在衬底100边缘的第一氧化材料层200及部分衬底100,形成台阶110。在修边过程中,同步移除衬底100侧边第一氧化材料层200,形成第一氧化层210。采用化学机械抛光工艺对衬底100进行修边处理,工艺流程简单且工艺时间大大缩短,有效提高了生产效率。
请参阅图3和图4所示,在本发明的一实施例中,台阶110的深度h例如为140μm-160μm,具体例如为140μm、150μm或160μm等,台阶110的宽度d例如为1.3mm-1.5mm,具体例如为1.3mm、1.4mm或1.5mm等。通过将台阶110的尺寸设置在上述范围内,可有效防止在后续沉积键合界面膜层时衬底100上器件区发生异常。
请参阅图1、图4和图5所示,在步骤S40中,在本发明一实施例中,在形成台阶110后,例如采用等离子体增强化学气相沉积法(Plasma Enhanced CVD,PECVD)沉积正硅酸乙酯薄膜(Tetraethylorthosilicate,TEOS)的技术,在第一氧化层210表面及台阶110的表面和侧壁形成第二氧化材料层300。具体地,例如以正硅酸乙酯(TEOS)和氧气(O2)作为原料,在台阶110表面沉积第二氧化材料层300。在本发明一实施例中,通入的正硅酸乙酯液体的流量例如为500mgm-1000mgm,将正硅酸乙酯液体进行气化处理,气化处理的温度例如为100℃-120℃。随后通过惰性气体将正硅酸乙酯气体输送至反应腔室内,惰性气体例如为氦气,并向反应腔室内通入氧气。通过射频使正硅酸乙酯气体和氧气在腔室内发生解离,并反应生成二氧化硅。在本发明一实施例中,氧气的气体流量例如可以设置为2000sccm-3000sccm,射频功率例如为400W-800W。在本发明一实施例中,反应腔室内的反应压力例如为7T-9T,反应温度例如为400℃-420℃,进一步的,反应压力为8T,反应温度为410℃。形成的第二氧化材料层300覆盖性好,且正硅酸乙酯(TEOS)表面的迁移率大,可避免低密度区域或者空洞的产生。且第二氧化材料层300通过等离子体增强正硅酸乙酯薄膜(PETEOS)的工艺形成,降低沉积第二氧化材料层300的温度,保证第二氧化材料层300的薄膜质量,从而提高在第二氧化材料层300表面上形成的其他膜层的质量。在本发明一实施例中,第二氧化材料层300的厚度例如为1400nm-1450nm,具体例如为1420nm、1440nm或1450nm等。
请参阅图1、图5和图6所示,在步骤S50中,在本发明一实施例中,在形成第二氧化材料层300后,例如采用等离子体增强正硅酸乙酯薄膜的工艺,在第二氧化材料层300表面上形成第一牺牲层400。在本发明一实施例中,第一牺牲层400例如为致密的氧化硅等材料,且第一牺牲层400的厚度例如为1180nm-1220nm,具体例如为1190nm、1200nm或1210nm等。采用两次等离子体增强正硅酸乙酯薄膜工艺,分别形成第二氧化材料层300和第一牺牲层400,在保证第二氧化材料层300和第一牺牲层400的总体厚度和强度不变,同时提高氧化层的覆盖均匀性,提升氧化层总体质量。在制作的CMOS晶体管中,曝光区域(shot)与曝光区域之间的切割沟道的深度为500nm左右,将第二氧化材料层300和第一牺牲层400的总体厚度控制在2500nm-2700nm,可以充分填充shot与shot之间的切割沟道,防止后续CMOS晶体管与承载基板的键合过程中出现气泡。
请参阅图1、图5和图6所示,在步骤S50中,在本发明一实施例中,形成第一牺牲层400后,对衬底100进行退火处理,可改善第二氧化材料层300和第一牺牲层400的质量,并进一步降低界面电荷。在本发明一实施例中,停止向腔室内通入氧气和TEOS,并向腔室内注入氮气,然后将衬底100温度保持在380℃-420℃,对衬底100上的第二氧化材料层300和第一牺牲层400进行退火,提高氧化层的致密性以及氧化层之间的结合强度。
请参阅图1、图6至图7所示,在步骤S60中,在本发明一实施例中,对衬底100进行退火处理后,例如对衬底100上的第一牺牲层400进行第一次平坦化处理。在本发明一实施例中,例如采用化学机械研磨(CMP)工艺进行第一次平坦化处理,使用的抛光垫例如为硬垫,且硬垫的使用寿命例如大于25h,提高化学机械研磨工艺的质量,从而提高半导体结构的生产良率。在本发明一实施例中,例如采用图3中的研磨单元对衬底100上的第一牺牲层400进行第一次平坦化处理,以去除部分厚度的第一牺牲层400。在本发明一实施例中,例如将衬底100划分为器件区和非器件区,其中,靠近衬底100圆心的区域为器件区,靠近衬底100边缘的区域为非器件区。且在第一次平坦化处理的过程中,器件区的区域的压力例如设置为2mT-4mT,非器件区内侧区域的压力例如设置为6mT-8mT,非器件区外侧区域的压力例如设置为8mT-10mT。在沉积膜层时,衬底100边缘的区域的膜层堆积导致实际沉积的厚度大于预设的厚度,通过对衬底100边缘的区域设置较高的压力,从而确保研磨后衬底100的表面保持平坦化。在本发明一实施例中,第一次平坦化处理例如分三阶段进行,且第一阶段例如研磨45s-55s,第二阶段例如研磨45s-55s,第三阶段例如研磨45s-55s。在本发明一实施例中,第一次平坦化处理的厚度例如为800nm-1000nm,具体例如为800nm、900nm或1000nm等,宽度例如为1.3mm-1.5mm。且第一牺牲层400进行第一次平坦化处理后,形成第二牺牲层410。
请参阅图1和图8所示,在步骤S60中,在本发明一实施例中,形成第二牺牲层410后,例如采用CMP工艺对第二牺牲层410进行第二次平坦化处理,使用的抛光垫例如为硬垫,且硬垫的使用寿命例如大于25h。在本发明一实施例中,例如采用图3中的研磨单元对第二牺牲层410进行第二次平坦化处理,以去除第二牺牲层410和部分厚度的第二氧化材料层300,形成中间氧化材料层310。在第二次平坦化处理的过程中,器件区的区域的压力例如设置为2mT-4mT,非器件区内侧区域的压力例如设置为6mT-8mT,非器件区外侧区域的压力例如设置为8mT-10mT。在本发明一实施例中,第二次平坦化处理例如分三阶段进行,且第一阶段例如研磨45s-55s,第二阶段例如研磨45s-55s,第三阶段例如研磨45s-55s。在本发明一实施例中,第二次平坦化处理的厚度例如为800nm-1000nm,具体例如为800nm、900nm或1000nm等,宽度例如为1.3mm-1.5mm。
请参阅图1、图8和图9所示,在步骤S60中,在本发明一实施例中,形成中间氧化材料层310,对中间氧化材料层310继续进行第一次抛光处理,去掉部分厚度的中间氧化材料层310,形成第二氧化层320。在本发明一实施例中,例如采用buffing CMP工艺进行第一次抛光处理,且抛光处理过程中对衬底100施加的压力为平坦化处理过程中对衬底100施加的压力。在第一次抛光处理的过程中,器件区的区域的压力例如设置为1mT-2mT,非器件区内侧区域的压力例如设置为3mT-4mT,非器件区外侧区域的压力例如设置为4mT-5mT。在本发明一实施例中,第一次抛光处理例如分三阶段进行,且第一阶段例如抛光1s,第二阶段例如抛光1s,第三阶段例如抛光55s-65s。在本发明一实施例中,第一次抛光处理的厚度例如为50nm-70nm,具体例如为50nm、60nm或70nm等,宽度例如为1.3mm-1.5mm。在本发明一实施例中,第一次抛光处理过程中使用的抛光垫例如为无纺布类抛光垫,与硬垫相比,无纺布柔软且表面平整度极好,抛光时对氧化材料层划伤较小。在本发明一实施例中,第一次抛光处理前,第二氧化层320表面的粗糙度例如为0.4nm-0.6nm,经过第一次抛光处理后,第二氧化层320表面的粗糙度例如为0.1nm-0.3nm,又例如为0.2nm。通过buffing CMP工艺,可以改善氧化材料层表面的细微刮伤(micro scratch)和粗糙度(roughness)等缺陷,使得第二氧化层320表面平坦光滑,从而保证后续膜层沉积的均匀性和沉积质量。
请参阅图1、图9和图10所示,在步骤S70中,在本发明一实施例中,形成第二氧化层320后,在第二氧化层320的表面形成键合材料层500。且键合材料层500例如为致密的氧化硅等材料。本发明对键合材料层500的形成方法不加以限制,在本实施例中,例如采用高密度等离子体化学气相沉积法(High Density Plasma Chemical Vapor Deposition,HDPCVD)形成键合材料层500,且HDPCVD工艺过程中只进行沉积(deposit),不进行溅射刻蚀(sputter),从而可以提高键合材料层500的沉积效率,以及提高键合材料层500对台阶110的覆盖效果,从而进一步增强衬底100的键合界面膜层的键合强度,这有利于改善后续CMOS晶体管与承载基板键合过程中快速退火导致的气泡增强效应。在本发明一实施例中,键合材料层500的厚度例如为90nm-110nm,具体例如为90nm、100nm或110nm等。且在本发明一实施例中,通过设置第一次抛光处理,避免了采用TEOS技术形成的第二氧化层320与采用HDPCVD技术形成的键合材料层500在后续封装切割的步骤中分离,提高了图像传感器的良品率。
请参阅图1、图10和图11所示,在步骤S80中,在本发明一实施例中,形成键合材料层500后,对键合材料层500进行第二次抛光处理处理,去掉部分厚度的键合材料层500,形成键合接触层510,键合接触层510的键合强度高。在本发明一实施例中,例如采用buffingCMP工艺进行第二次抛光处理。在第二次抛光处理的过程中,器件区的区域的压力例如设置为1mT-2mT,非器件区内侧区域的压力例如设置为3mT-4mT,非器件区外侧区域的压力例如设置为4mT-5mT。在本发明一实施例中,第二次抛光处理例如分三阶段进行,且第一阶段例如抛光1s,第二阶段例如抛光1s,第三阶段例如抛光55s-65s。在本发明一实施例中,第二次抛光处理的厚度例如为50nm-70nm,具体例如为50nm、60nm或70nm等,宽度例如为1.3mm-1.5mm。在本发明一实施例中,第一次抛光处理过程中使用的抛光垫例如为无纺布类抛光垫,与硬垫相比,无纺布柔软且表面平整度极好,抛光时对材料层划伤较小。在本发明一实施例中,第二次抛光处理前键合接触层510表面的粗糙度例如为0.4nm-0.6nm,经过第二次抛光处理后,键合接触层510表面的粗糙度例如为0.1nm-0.3nm,又例如为0.2nm。通过buffing CMP工艺,可以改善材料层表面的细微刮伤(micro scratch)和粗糙度(roughness)等缺陷,从而进一步增强键合接触层510的平坦度和粗糙度,进一步增强键合接触层510的键合强度,从而抑制了键合过程中快速退火导致的气泡增强效应,从而提高CMOS晶体管与承载基板的键合质量,提高图像传感器的良率。
请参阅图1、图10和图11所示,在本发明一实施例中,形成键合接触层510后,对衬底100进行粒子去除(partical remove)和清洗处理。进一步的,例如采用RCA清洗工艺对衬底100进行清洗,将多次化学机械研磨处理过程中产生的大量粒子进行去除,防止造成器件污染等。
请参阅图1、图10至图12所示,在步骤S80中,在本发明一实施例中,形成键合接触层510后,将制作了CMOS晶体管的衬底100翻转,使键合接触层510靠近承载基板600,并采用低温熔融键合工艺对衬底100与承载基板600进行键合,制作背照式图像传感器。具体地,对键合接触层510上的接触面511和承载基板600的结合面601进行等离子体激活处理,所采用的反应气体包括Ar、N2、O2和SF6中的一种或多种。通过键合接触层510上的接触面511和承载基板600的结合面601进行接触,将衬底100与承载基板600进行键合,键合过程中,施加的键合压力例如为1N-10N,键合时间例如为10s-60s,键合温度例如为10℃-50℃。将键合后的衬底100与承载基板600进行退火处理,退火的温度例如为300℃-400℃,退火的时间例如为40min-80min。退火的时间控制在上述范围内,可以有效提高衬底100与承载基板600的键合质量,退火时间过程,会导致键合气泡不断生长,从而导致衬底100与承载基板600的贴合度变差。退火结束后,对衬底100进行减薄处理,进行微透镜以及滤光层等工序,以形成背照式图像传感器。
请参阅图13和图14所示,在本发明一实施例中,图13为另一实施例中,在第二次平坦化处理后,采用低沉积正硅酸乙酯薄膜(Low deposition Tetraethylorthosilicate,LDTEOS)的工艺沉积键合界面层的方法,所制作的背照式图像传感器的电镜图,图14为本实施例中提供的一种图像传感器的制作方法所制作的背照式图像传感器的电镜图。结合图13和图14可知,使用本发明提供的一种图像传感器的制作方法制作的背照式图像传感器中键合气泡大大减少,从而保证了图像传感器的可靠性和良品率。
综上所述,本发明提出一种图像传感器的制作方法,通过简化工艺流程,减少了退火等工艺次数,降低了工艺时长,大大提高了生产效率。通过在衬底上形成台阶,意想不到的效果是降低了键合过程中产生碎边缺陷。通过HDPCVD工艺形成键合材料层,意想不到的效果是增强了衬底的键合界面膜层的键合强度,这有利于改善后续CMOS晶体管与承载基板的键合过程中快速退火导致的气泡增强效应。通过在CMP去除氧化层的工艺后新增buffingCMP工艺,意想不到的效果是改善了氧化层表面的细微刮伤和表面粗糙度。通过在HDPCVD工艺形成键合材料层之后新增buffing CMP工艺,意想不到的效果是改善了键合界面膜层表面的细微刮伤和表面粗糙度,提高了键合界面膜层的平坦度和粗糙度,且进一步增加了键合强度,从而抑制了键合过程中快速退火导致的气泡增强效应,从而减少了键合过程中气泡的产生,提高了CMOS晶体管与承载基板之间键合的质量,从而提高图像传感器的可靠性及良品率。
以上描述仅为本申请的较佳实施例以及对所运用技术原理的说明,本领域技术人员应当理解,本申请中所涉及的发明范围,并不限于上述技术特征的特定组合而成的技术方案,同时也应涵盖在不脱离所述发明构思的情况下,由上述技术特征或其等同特征进行任意组合而形成的其它技术方案,例如上述特征与本申请中公开的(但不限于)具有类似功能的技术特征进行互相替换而形成的技术方案。
除说明书所述的技术特征外,其余技术特征为本领域技术人员的已知技术,为突出本发明的创新特点,其余技术特征在此不再赘述。

Claims (7)

1.一种图像传感器的制作方法,其特征在于,至少包括以下步骤:
提供一衬底,所述衬底包括器件区和非器件区;
在所述衬底上形成第一氧化层,所述第一氧化层覆盖所述器件区并延伸至部分所述非器件区上;
在所述非器件区的所述衬底上形成台阶;
在所述衬底上形成第二氧化材料层,所述第二氧化材料层覆盖所述第一氧化层、所述台阶的表面和侧壁;
在所述第二氧化材料层表面形成牺牲层;
对所述牺牲层进行至少两次平坦化处理,以去除所述牺牲层和部分厚度的所述第二氧化材料层,再进行抛光处理,形成第二氧化层;
在所述第二氧化层上形成键合接触层;以及
将所述键合接触层与承载基板进行键合,形成图像传感器;
其中,所述键合接触层采用高密度等离子体化学气相沉积工艺形成;
形成所述第二氧化层的步骤包括:
在所述第二氧化材料层表面形成第一牺牲层;
对所述第一牺牲层进行第一次平坦化处理,以去除部分厚度的所述第一牺牲层,形成第二牺牲层;
对所述第二牺牲层进行第二次平坦化处理,以去除所述第二牺牲层和部分厚度的所述第二氧化材料层,形成中间氧化材料层;以及
对所述中间氧化材料层进行第一次抛光处理,以去除部分厚度的所述中间氧化材料层,形成第二氧化层,所述第二氧化层的表面平滑;
且形成所述键合接触层的步骤包括:
在所述第二氧化层表面形成键合材料层;
对所述键合材料层进行第二次抛光处理,以去除部分厚度的所述键合材料层,形成键合接触层。
2.根据权利要求1所述的一种图像传感器的制作方法,其特征在于,所述抛光处理施加的压力为所述平坦化处理施加的压力的一半。
3.根据权利要求1所述的一种图像传感器的制作方法,其特征在于,所述第一次抛光处理的厚度为70nm-90nm,处理的时间为57s-67s。
4.根据权利要求1所述的一种图像传感器的制作方法,其特征在于,所述第一次抛光处理后,所述第二氧化层的表面的粗糙度为0.1nm-0.3nm。
5.根据权利要求1所述的一种图像传感器的制作方法,其特征在于,所述键合材料层的厚度为90nm-110nm。
6.根据权利要求1所述的一种图像传感器的制作方法,其特征在于,所述第二次抛光处理后,所述键合接触层的表面的粗糙度为0.1nm-0.3nm。
7.根据权利要求1所述的一种图像传感器的制作方法,其特征在于,所述制作方法还包括:形成所述键合接触层后,对所述衬底进行粒子去除和清洗处理。
CN202410129350.1A 2024-01-31 2024-01-31 一种图像传感器的制作方法 Active CN117690943B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202410129350.1A CN117690943B (zh) 2024-01-31 2024-01-31 一种图像传感器的制作方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202410129350.1A CN117690943B (zh) 2024-01-31 2024-01-31 一种图像传感器的制作方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN117690943A CN117690943A (zh) 2024-03-12
CN117690943B true CN117690943B (zh) 2024-06-04

Family

ID=90135581

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202410129350.1A Active CN117690943B (zh) 2024-01-31 2024-01-31 一种图像传感器的制作方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN117690943B (zh)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN118299394B (zh) * 2024-06-05 2024-08-20 合肥晶合集成电路股份有限公司 一种半导体结构及其制备方法

Citations (19)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1191383A (zh) * 1996-11-15 1998-08-26 佳能株式会社 半导体产品的制造工艺
KR20000014023A (ko) * 1998-08-17 2000-03-06 밍 루 가속도 센서의 제조방법
CN1248788A (zh) * 1998-07-23 2000-03-29 佳能株式会社 制造半导体基底部件的方法
CN1826434A (zh) * 2003-07-24 2006-08-30 S.O.I.Tec绝缘体上硅技术公司 制造外延生长层的方法
CN101075585A (zh) * 2006-05-19 2007-11-21 国际商业机器公司 半导体结构及其制造方法
WO2007145679A2 (en) * 2006-02-02 2007-12-21 Trustees Of Boston University Planarization of gan by photoresist technique using an inductively coupled plasma
CN101834152A (zh) * 2010-04-20 2010-09-15 中国科学院上海微系统与信息技术研究所 三维立体堆叠的电阻转换存储器的制造方法
CN101897001A (zh) * 2008-01-17 2010-11-24 硅绝缘体技术有限公司 在晶片键合期间处理缺陷的工艺
CN102272926A (zh) * 2009-01-12 2011-12-07 国际商业机器公司 双层box背栅极绝缘体上硅晶片的低成本制造
CN102760697A (zh) * 2011-04-27 2012-10-31 株式会社半导体能源研究所 半导体装置的制造方法
CN104658927A (zh) * 2013-11-19 2015-05-27 中芯国际集成电路制造(上海)有限公司 半导体晶片的键合减薄优化方法
CN110703382A (zh) * 2019-01-10 2020-01-17 济南晶正电子科技有限公司 一种高集成度铌酸锂/氮化硅光波导集成结构及其制备方法
CN111965856A (zh) * 2020-08-25 2020-11-20 济南晶正电子科技有限公司 一种电光晶体薄膜及其制备方法,及电光调制器
WO2020232587A1 (zh) * 2019-05-17 2020-11-26 天津三安光电有限公司 一种制作半导体发光元件的方法
CN112115755A (zh) * 2019-10-23 2020-12-22 中芯集成电路(宁波)有限公司上海分公司 指纹识别模组及其制造方法、电子设备
CN114273992A (zh) * 2022-01-06 2022-04-05 西南应用磁学研究所(中国电子科技集团公司第九研究所) 一种图案化金属层表面抛光方法
CN114864753A (zh) * 2022-07-05 2022-08-05 杭州视光半导体科技有限公司 一种三层堆叠结构晶圆的制备方法及应用
CN115881622A (zh) * 2023-01-29 2023-03-31 合肥晶合集成电路股份有限公司 一种晶圆键合的方法
CN116260412A (zh) * 2022-12-12 2023-06-13 赛莱克斯微系统科技(北京)有限公司 空腔型薄膜体声波谐振器的制造方法

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101845508B1 (ko) * 2011-04-27 2018-04-05 삼성전자주식회사 반도체 소자의 제조 방법

Patent Citations (19)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1191383A (zh) * 1996-11-15 1998-08-26 佳能株式会社 半导体产品的制造工艺
CN1248788A (zh) * 1998-07-23 2000-03-29 佳能株式会社 制造半导体基底部件的方法
KR20000014023A (ko) * 1998-08-17 2000-03-06 밍 루 가속도 센서의 제조방법
CN1826434A (zh) * 2003-07-24 2006-08-30 S.O.I.Tec绝缘体上硅技术公司 制造外延生长层的方法
WO2007145679A2 (en) * 2006-02-02 2007-12-21 Trustees Of Boston University Planarization of gan by photoresist technique using an inductively coupled plasma
CN101075585A (zh) * 2006-05-19 2007-11-21 国际商业机器公司 半导体结构及其制造方法
CN101897001A (zh) * 2008-01-17 2010-11-24 硅绝缘体技术有限公司 在晶片键合期间处理缺陷的工艺
CN102272926A (zh) * 2009-01-12 2011-12-07 国际商业机器公司 双层box背栅极绝缘体上硅晶片的低成本制造
CN101834152A (zh) * 2010-04-20 2010-09-15 中国科学院上海微系统与信息技术研究所 三维立体堆叠的电阻转换存储器的制造方法
CN102760697A (zh) * 2011-04-27 2012-10-31 株式会社半导体能源研究所 半导体装置的制造方法
CN104658927A (zh) * 2013-11-19 2015-05-27 中芯国际集成电路制造(上海)有限公司 半导体晶片的键合减薄优化方法
CN110703382A (zh) * 2019-01-10 2020-01-17 济南晶正电子科技有限公司 一种高集成度铌酸锂/氮化硅光波导集成结构及其制备方法
WO2020232587A1 (zh) * 2019-05-17 2020-11-26 天津三安光电有限公司 一种制作半导体发光元件的方法
CN112115755A (zh) * 2019-10-23 2020-12-22 中芯集成电路(宁波)有限公司上海分公司 指纹识别模组及其制造方法、电子设备
CN111965856A (zh) * 2020-08-25 2020-11-20 济南晶正电子科技有限公司 一种电光晶体薄膜及其制备方法,及电光调制器
CN114273992A (zh) * 2022-01-06 2022-04-05 西南应用磁学研究所(中国电子科技集团公司第九研究所) 一种图案化金属层表面抛光方法
CN114864753A (zh) * 2022-07-05 2022-08-05 杭州视光半导体科技有限公司 一种三层堆叠结构晶圆的制备方法及应用
CN116260412A (zh) * 2022-12-12 2023-06-13 赛莱克斯微系统科技(北京)有限公司 空腔型薄膜体声波谐振器的制造方法
CN115881622A (zh) * 2023-01-29 2023-03-31 合肥晶合集成电路股份有限公司 一种晶圆键合的方法

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
刘玉岭.超大规模集成电路衬底材料性能及加工测试技术工程.2020, *

Also Published As

Publication number Publication date
CN117690943A (zh) 2024-03-12

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR101582247B1 (ko) 반도체 기판의 제작 방법 및 반도체 장치의 제작 방법
US6136666A (en) Method for fabricating silicon-on-insulator wafer
CN102646688B (zh) 半导体装置及其制造方法、半导体晶片层叠法和电子设备
JP6179530B2 (ja) 貼り合わせsoiウェーハの製造方法
CN117690943B (zh) 一种图像传感器的制作方法
CN115881622B (zh) 一种晶圆键合的方法
CN104040717B (zh) 半导体装置的制造方法
CN110211979A (zh) 半导体装置和制造方法
CN108365083A (zh) 用于声表面波器件的复合压电衬底的制造方法
JP2012204501A (ja) 半導体装置、電子デバイス、及び、半導体装置の製造方法
US9548212B2 (en) Semiconductor devices and fabrication method thereof
CN115579374B (zh) 背照式图像传感器的制备方法及背照式图像传感器
CN110718453A (zh) 半导体器件及其制造方法
CN109545672A (zh) 晶圆键合方法以及键合晶圆
KR102010703B1 (ko) 고 유전 상수 유전체 층 형성 방법, 이미지 센서 디바이스 및 그 제조 방법
CN102044472B (zh) 介质层的减薄方法
JP2014072237A (ja) 半導体装置
CN112420915B (zh) 复合衬底的制备方法、复合薄膜及电子元器件
CN109727919B (zh) 一种半导体器件及其制造方法和电子装置
CN119317213B (zh) 背照式半导体结构键合方法及背照式图像传感器
CN103137537B (zh) 一种图形化全耗尽绝缘体上Si/CoSi2衬底材料及其制备方法
TW408451B (en) Method for fabricating semiconductor wafers
KR101841359B1 (ko) 모놀리틱 3차원 반도체 구조물 및 이의 제조방법
KR100268783B1 (ko) 접합형 soi기판의 제조방법
CN119170619A (zh) 一种半导体器件及其制造方法、电子装置

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant