基于BSI工艺的晶圆背面减薄方法与流程
本发明涉及半导体制造，具体涉及一种基于bsi工艺的晶圆背面减薄方法。
背景技术：
1、cmos图像传感器（cmos image sensor，cis） 是一种可以将通过镜头捕获的光的颜色和亮度转换为电子信号，并将其传输至处理器的传感器。因此，图像传感器充当的是智能手机或平板电脑等移动设备“眼睛”的角色。近年来，随着虚拟现实（vr）、增强现实（ar） 、自动驾驶的兴起，cis技术成为工业4.0的一项关键技术。人们预计，cis技术将不仅可以作为设备的“眼睛”，还将在功能上有更进一步的发展。
2、早期的cis产品像素采用前照式（fsi）结构，这种结构将光学结构置于基于cmos工艺的电路上，这项技术适用于像素尺寸为1.12μm及以上的大多数cis解决方案，被广泛用于移动设备、闭路电视、行车记录仪、数码单反相机、车用传感器等产品。就fsi结构而言，因为受到下层电路中金属布线层的影响，这种结构更容易受到衍射的影响，即使fsi像素尺寸减少，被金属覆盖的区域也保持不变。因此，光通过的区域变得更小，衍射现象增强，导致图像中的颜色混合。为此，人们提出了一种背照式（bsi）工艺，通过翻转晶圆来利用其背面，以此消除金属干扰；就bsi技术而言，首先在晶圆的一侧制作所有电路部分，然后将晶圆翻转倒置，以便创建可以在背面收集光线的光学结构，这样可以消除fsi中金属线路造成的干扰，在同一大小像素的条件下光线通过的空间更大，从而可提高量子效率。
3、bsi结构的工艺步骤比较复杂，其中一个步骤就是将具有光电二极管的器件晶圆片翻转键合后进行背面减薄，常规的减薄工艺包括机械研磨、干法蚀刻、湿法蚀刻和等离子刻蚀等，其容易在晶圆背面产生的损伤层和残余应力，导致晶圆的强度降低，易发生碎片或杂质附着，还会由于存在残余应力而造成晶圆的边缘发生翘曲，造成减薄之后的晶圆背面粗糙，进而导致封装的后道工序中发生导电层不均匀、保护层外扩短路等问题。
技术实现思路
1、针对上述问题，本发明提供一种基于bsi工艺的晶圆背面减薄方法。
2、本发明的目的采用以下技术方案来实现：
3、一种基于bsi工艺的晶圆背面减薄方法，包括以下步骤：
4、（1）提供待减薄的晶圆；
5、（2）采用减薄工艺对所述晶圆进行减薄至目标厚度；
6、（3）在减薄后的晶圆表面形成氧化层并进行化学机械平坦化处理；
7、（4）在平坦化的晶圆减薄面铺设硅烯层后进行退火处理。
8、在一些优选的实施方式中，步骤（1）所述晶圆为已形成光电二极管电路结构和金属布线的第一晶圆和作为支撑结构的第二晶圆键合后的产物。
9、在一些优选的实施方式中，所述减薄工艺为机械研磨、干法蚀刻、湿法蚀刻或等离子刻蚀；所述减薄工艺的减薄速率0.1-10µm/min。
10、在一些优选的实施方式中，步骤（2）所述目标厚度在80-150µm。
11、在一些优选的实施方式中，步骤（3）所述氧化层通过等离子体氧化或热氧氧化的方式形成。
12、在一些优选的实施方式中，所述等离子体氧化和所述热氧氧化的气体介质包括氧气、臭氧中的一种或两种。
13、在一些优选的实施方式中，步骤（3）所述氧化层的厚度在10-5000埃。
14、在一些优选的实施方式中，所述硅烯层的制备方法包括以下步骤：
15、先在金属基底材料表面通过外延生长一层石墨烯层，然后沉积硅原子到石墨烯表面，最后通过退火将硅原子插入到石墨烯和金属基底之间，并在界面处扩散形成连续薄膜，剥离制得所述硅烯层，再将其铺设在平坦化的晶圆减薄面。
16、在一些优选的实施方式中，所述硅烯层的制备方法中所述退火的温度在200-400℃，退火时间1-4h。
17、在一些优选的实施方式中，步骤（4）所述退火的温度在100-400℃，退火时间1-3h。
18、本发明的有益效果为：
19、针对现有技术中bsi工艺晶圆减薄方法造成的晶圆粗糙度较高的问题，本发明提供一种基于bsi工艺的晶圆背面减薄方法，其在现有的减薄工艺方法基础上，将减薄至目标厚度的晶圆背面进行表面氧化和平坦化处理再铺设硅烯层进行退火以提高完成晶圆背面减薄工艺的晶圆背面的平整度，具体的，本发明以原子级平整的金属单晶表面为衬底外延生长石墨烯层，并在其下插入硅原子以构筑硅烯，获得高平整度的超薄硅烯层，经退火处理后石墨烯烧蚀气化而硅原子与氧化层结合形成平整致密的减薄面，同时退火处理还可以消除减薄产生的残余应力。
技术特征：
1.一种基于bsi工艺的晶圆背面减薄方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种基于bsi工艺的晶圆背面减薄方法，其特征在于，步骤（1）所述晶圆为已形成光电二极管电路结构和金属布线的第一晶圆和作为支撑结构的第二晶圆键合后的产物。
3.根据权利要求1所述的一种基于bsi工艺的晶圆背面减薄方法，其特征在于，所述减薄工艺为机械研磨、干法蚀刻、湿法蚀刻或等离子刻蚀；所述减薄工艺的减薄速率0.1-10µm/min。
4.根据权利要求1所述的一种基于bsi工艺的晶圆背面减薄方法，其特征在于，步骤（2）所述目标厚度在80-150µm。
5.根据权利要求1所述的一种基于bsi工艺的晶圆背面减薄方法，其特征在于，步骤（3）所述氧化层通过等离子体氧化或热氧氧化的方式形成。
6.根据权利要求5所述的一种基于bsi工艺的晶圆背面减薄方法，其特征在于，所述等离子体氧化和所述热氧氧化的气体介质包括氧气、臭氧中的一种或两种。
7.根据权利要求1所述的一种基于bsi工艺的晶圆背面减薄方法，其特征在于，步骤（3）所述氧化层的厚度在10-5000埃。
8.根据权利要求1所述的一种基于bsi工艺的晶圆背面减薄方法，其特征在于，所述硅烯层的制备方法包括以下步骤：
9.根据权利要求8所述的一种基于bsi工艺的晶圆背面减薄方法，其特征在于，所述硅烯层的制备方法中所述退火的温度在200-400℃，退火时间1-4h。
10.根据权利要求1所述的一种基于bsi工艺的晶圆背面减薄方法，其特征在于，步骤（4）所述退火的温度在100-400℃，退火时间1-3h。
技术总结
本发明公开一种基于BSI工艺的晶圆背面减薄方法，属于半导体制造技术领域，包括以下步骤：（1）提供待减薄的晶圆；（2）采用减薄工艺对所述晶圆进行减薄至目标厚度；（3）在减薄后的晶圆表面形成氧化层并进行化学机械平坦化处理；（4）在平坦化的晶圆减薄面铺设硅烯层后进行退火处理；本发明在现有的减薄工艺方法基础上，将减薄至目标厚度的晶圆背面进行表面氧化和平坦化处理再铺设硅烯层进行退火以提高完成晶圆背面减薄工艺的晶圆背面的平整度。
技术研发人员：叶武阳,姜舫,陶继闯,单世威
受保护的技术使用者：长春长光圆辰微电子技术有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/12/5