CN102452636B

CN102452636B - 用于透明衬底的处理层

Info

Publication number: CN102452636B
Application number: CN201110283910.1A
Authority: CN
Inventors: 郑创仁; 张仪贤; 张华伦; 陈庆叡; 朱立晟; 林宏桦; 谢元智; 赵兰璘
Original assignee: Taiwan Semiconductor Manufacturing Co TSMC Ltd
Current assignee: Taiwan Semiconductor Manufacturing Co TSMC Ltd
Priority date: 2010-10-15
Filing date: 2011-09-21
Publication date: 2015-09-02
Anticipated expiration: 2031-09-21
Also published as: US20120091598A1; US8405169B2; CN102452636A

Abstract

提供一种包括透明衬底的器件。不透明层被设置在透明衬底上。导电层被设置在不透明层上。不透明层和导电层形成处理层，该处理层可用于在制造工艺中检测和/或校准透明晶圆。在实施例中，导电层含有高掺杂硅层。在实施例中，不透明层含有金属。在实施例中，该器件可包括MEM器件。本发明还提供一种用于透明衬底的处理层。

Description

用于透明衬底的处理层

技术领域

本发明涉及半导体领域，更具体地，涉及一种透明衬底中的处理层。

背景技术

许多微机电***(MEMS)需要透明的衬底，该透明衬底使光能够穿过衬底并且穿过器件的部件。这种MEMS器件的实例包括，例如BioMEMS以及光学MEM或微光机电***(MOEM)，该BioMEM包括处理生物材料以分析和测量其活动的器件。该MOEM器件可被用于光学开关、扫描仪、显示器以及各种其他光学应用中。

在器件的制造工艺中，使用透明衬底(例如，晶圆)可能会出现问题。许多制造工具利用普通的检测方法无法定位或识别透明衬底。例如，普通的工具可能使用自衬底反射的辐射来确定衬底的存在和/或校准。通过透明的衬底，辐射可能无法被充分反射。

因此，需要一种透明衬底的改进设计。

发明内容

为了解决现有技术中所存在的问题，根据本发明的一个方面，提供了器件，包括：透明晶圆；设置在透明晶圆上的不透明层；以及设置在不透明层上的导电层，其中，该导电层包括非金属层。

在该器件中，所述不透明层含有金属；或者所述不透明层选自由钛(Ti)、氮化钛(TiN)、铝(AL)、钨(W)、铜(Cu)、金(Au)和其组合构成的组；或者所述不透明层含有钛。

在该器件中，所述导电层含有硅；或者所述导电层是掺杂硅层，其中，所述掺杂硅层含磷。

该器件还包括：处在透明晶圆和不透明层之间的第一层，其中，第一层包括非晶硅和多晶硅中的至少一种；或者所述透明晶圆含有石英。

根据本发明的另一方面，提供了一种器件，包括：一种器件，包括：

具有第一表面和与所述第一表面相对的第二表面的透明衬底，其中，至少一个MEM器件形成在所述第一表面上；以及设置在所述透明衬底的第二表面上的处理层，其中，所述处理层包括：设置在所述透明衬底的第二表面上的不透明层，其中，所述不透明层含有金属；以及设置在所述不透明层上的导电层，其中，所述导电层是非金属层。

在该器件中，所述导电层是掺杂硅层；或者所述不透明层的金属选自由铝、钨、铜、金、钛、氮化钛、和其组合构成的组；或者所述导电层的厚度在大约0.1μm和大约100μm之间。

在该器件中，所述处理层为入射辐射提供在大约50％和大约99％之间的反射率；或者所述导电层含有由化学汽相沉积形成的硅。

根据本发明的另一方面，提供了一种制造晶圆的方法，所述方法包括：提供透明晶圆；在所述透明晶圆上形成不透明层；并且在所述不透明层上利用化学汽相沉积沉积导电层。

在该方法中，所述沉积包括利用等离子体增强型化学汽相沉积；或者所述导电层的沉积包括形成掺杂硅层。

该方法还包括：提供辐射束，其中所述辐射束射入所述透明晶圆；利用所述不透明层和所述导电层中的至少一个反射所述辐射束；并且利用被反射的辐射束确定所述透明晶圆的存在。

附图说明

当结合附图进行阅读时，根据下面详细的描述可以更好地理解本发明。应该强调的是，根据工业中的标准实践，各种部件没有被按比例绘制并且仅仅用于说明的目的。实际上，为了清楚的讨论，各种部件的数量和尺寸可以被任意增加或减少。

图1示出晶圆检测***的实施例；

图2示出晶圆制造方法的实施例；

图3，4，5和6示出根据图2的方法步骤的衬底的实施例的透视图。

具体实施方式

以下公开提供了多种不同实施例或实例，用于实现本发明的不同特征。以下将描述组件和布置的特定实例以简化本发明。当然，这些仅是实例并且不旨在限制本发明。此外，在以下描述中，在第二部件上方或上形成第一部件可以包括第一部件和第二部件直接接触的实施例，也可以包括其他部件可以形成在第一部件和第二部件之间使得第一部件和第二部件不直接接触的实施例。为了简化和清楚，各种部件可任意以不同的比例绘制。术语“晶圆”在此用来描述衬底，在该衬底上将通过制造工艺形成一个或多个器件。

本申请涉及的是MEMS器件环境下的透明衬底。然而，其他应用了透明衬底的公知或以后开发出的器件都得益于本发明并且在本发明的范围内。

图1示出晶圆检测***100的实施例。该晶圆检测***100含有第一辐射束102以及第二辐射束104。该第一辐射束102和第二辐射束104可含有任何适合类型的辐射，该辐射包括，例如，红外线和/或可视光。在实施例中，辐射束102用来检测晶圆106中的缺口。该缺口辨别在处理工具中晶圆106的校准。在实施例中，辐射束104用于将晶圆定位在盒中，该盒通常用来在制造工艺过程中传送晶圆。辐射束102产生反射束108；辐射束104产生反射束110。该反射束108和/或110可被晶圆检测***100检测和/或测量到，从而确定晶圆106的校准和/或存在。

在实施例中，晶圆106是一种透明的材料。该透明材料包括，例如玻璃和石英，但也可能是其他透明材料。处理层112形成在透明晶圆106上。该处理层112可含有多个层(不透明的以及透明的)，这些层在晶圆106的背面形成。处理层112反射辐射束102和/或104，同时生成了反射束108和/或110。如果没有处理层112，辐射束102和/或104可能穿过透明的晶圆106，向晶圆检测***100提供错误的结果。

处理层112期望的成分应与CMOS环境相匹配，这是因为CMOS工艺技术通常用来形成一个或多个包括在MEM器件中的部件。此外，所期望的是，处理层112是导电的，以在应用于制造的蚀刻工艺期间减小等离子体电弧放电问题。该电弧放电可能由寄生电容引起，该寄生电容形成在层112之间和/或形成层112上的电荷积累。其他所期望的性能包括：耐损伤、颗粒生成最小化、最低污染(例如，金属污染)、在自制造工具中移除晶圆106时避免生成静态电荷、最小化晶圆106弯曲、对制造工艺中普通的化学药品耐腐蚀、提供导热性，以及提供反射性。处理层112可能是单独的层或多个层，其具有上述一种或多种性能。在实施例中，该处理层基本上与图6所描述的处理层604相似。

根据图2，示出制造晶圆的方法200。该方法200可提供具有上述一种或多种性能的衬底。图3，4，5和6是示出了方法200的步骤的示例性实施例。

方法200由框202开始，在此步骤中提供衬底。衬底基本上是透明的。该衬底在此可被称为晶圆。在实施例中，衬底是玻璃、石英和/或其他合适的透明材料。参照图3的实例，示出晶圆302。该晶圆302含有透明材料。MEM器件或其部分可形成或随后形成在晶圆302上。CMOS器件或其部分也可形成或随后形成在晶圆302上。在实施例中，晶圆302是石英。其他示例性成分包括，例如玻璃和/或其他合适的透明材料。晶圆302可以是在其上形成了多个器件的、合适的衬底，这些器件可包括MEM和/或半导体(例如，CMOS)器件。

方法200随后进行框204，在该步骤中，第一层形成在衬底(例如，晶圆)上。在实施例中，第一层是多晶硅(多晶体的硅)。在其他实施例中，该第一层是非晶硅(a-Si)。该第一层可通过低压化学汽相沉积(LPCVD)、等离子体增强型化学汽相沉积(PECVD)和/或其他合适的方法形成。参照图4的实例，层402形成在透明的晶圆302上。在实施例中，一个或多个部件(例如，MEM器件、CMOS器件)可形成(或随后形成)在晶圆302相反的(例如，相对的)面上(换言之，就是与具有层402的表面相对的晶圆表面)。层402可含有多晶硅和/或非晶硅。在实施例中，该层402具有在大约0.5μm和大约1.5μm之间的厚度。

方法200随后继续进行框206，在此，衬底上形成了不透明层。不透明层可能是反射层。该不透明层含有金属。不透明层的成分包括，例如钛(Ti)、氮化钛(TiN)、铝(AL)、钨(W)、铜(Cu)、金(Au)和/或其组合。该不透明层的厚度可在大约1.5千埃和大约8千埃之间。该不透明层可利用物理汽相沉积(PVD)(溅射)、化学汽相沉积(CVD)，等离子体增强型化学汽相沉积(PECVD)、常压化学汽相沉积(APCVD)，低压化学汽相沉积(LPCVD)，高密度等离子体CVD(HDPCVD)、原子层化学汽相沉积(ALCVD)和/或其他合适的工艺形成。该不透明层可提供在大约50％和大约99％之间反射率的入射辐射。该辐射可含有红色谱、绿色谱和/或蓝色谱中光的波长。

参照图5的实例，不透明层502形成在透明晶圆302上。该不透明层502可直接形成在第一层402上。在实施例中，不透明层502含有金属成分。不透明层502的示例性成分包括，例如钛(Ti)、氮化钛(TiN)、铝(AL)、钨(W)、铜(Cu)、金(Au)和/或其组合。

方法200随后进行框208，在该步骤中，导电层形成在衬底上。在实施例中，该导电层是高掺杂硅层。该导电层可利用化学汽相沉积形成。例如，该导电层可利用等离子体增强型化学汽相沉积工艺(PEVCD)和/或其他合适的工艺形成。在实施例中，该硅层掺杂有磷。在实施例中，该层被掺杂以使其反射率在大约0.001和1000Ohm-cm之间。掺杂剂可在化学汽相沉积工艺中引入。在一个实例中，利用CVD工艺通过在大约200C和大约1豪托的环境中的氢化磷(PH3)前冲气体引入掺杂剂，但很多其他工艺条件也是可能的。在实施例中，导电层的厚度在大约0.1μm和大约100μm之间。在实施例中，该导电层的反射率在大约0.001和1000Ohm-cm之间。可通过改变在导电层形成过程(例如，CVD)中的掺杂来调整导电率。任何由导电层提供的入射辐射的反射率还可与掺杂剂的浓度有关。

导电层可为入射辐射(含有红色、绿色和/或蓝色波长的光)提供在大约50％和大约99％之间的反射率。如此处所述，导电层和不透明层可共同被当作处理层。该处理层可用于在制造过程中检测透明衬底(例如，晶圆)。该处理层可为入射辐射(含有具有红色、绿色和/或蓝色波长的光)提供在大约50％和大约99％之间的反射率。

参照图6的实例，导电层602形成在晶圆302上，与不透明层502相邻。该导电层602和不透明层502形成了处理层604。该处理层604有助于在处理过程中处理晶圆，该处理过程包括通过一种或多种制造工具检测晶圆302或其部分。在实施例中，处理层604基本上与参照图1所描述的处理层112相似。

在实施例中，方法200可进行额外的步骤，在这些步骤中，多个MEM和/或CMOS部件形成在衬底上。部件可形成在与处理层相对的衬底表面上。在后续的步骤中，衬底(例如，晶圆)被分成小块或被分割开从而提供多个器件，各个器件都被设置在透明的衬底上。第一层、不透明层和/或导电层中的一个或多个可在处理过程中自衬底移除。在另外的实施例中，第一层、不透明层和导电层中的一个或多个保留在衬底上并且设置在生成的器件(例如，MEM器件)上。在实施例中，第一层、不透明层和导电层中的一个或多个设置在生成的器件(例如，MEM器件)的背面。

总之，在此公开的方法和器件提供一种透明的晶圆，该晶圆具有在其上形成的处理层。该处理层包括不透明层和导电层。该具有处理层的透明晶圆适合通过晶圆检测***和/或晶圆校准***进行检测，该***通常利用反射做为检测和/或校准晶圆的方法。在这种情况下，本发明的实施例提供了多种比现有技术更为有益的器件。本发明所描述的一个或多个实施例的有点包括对其他工艺的可抗性(例如，抗氧化蚀刻)、最小化电弧放电的导电路径、与CMOS工艺相匹配的设计和方法，以及可提供可调传导性的低温成形工艺。一个或多个实施例的其他所期望的有点包括耐损伤、粒子生成最小化、最低污染(例如，金属污染)、避免静态电荷生成、弯曲最小化、以及提供导热性。应理解的是，在此公开的不同实施例提供不同的发明，并且在不背离本发明的精神和范围的情况下，这些实施例可进行各种改变、替换和更改。

因此，在一个实施例中所提供的是一种包括了透明衬底的器件。不透明层设置在该透明衬底上。导电层设置在该不透明层上。在实施例中，不透明层含有金属。不透明层的示例性成分包括，例如，钛(Ti)、氮化钛(TiN)、铝(AL)、钨(W)、铜(Cu)、金(Au)和/或其组合。在实施例中，导电层含有硅。例如，该导电层可以是掺杂硅层。在实施例中，该硅层的掺杂剂是磷。

实施例的一个实例包括处于透明衬底和不透明层之间的第一层。在实施例中，第一层是多晶硅或非晶硅。透明衬底可含有石英、玻璃和/或其他适合的材料。

在此所述的另一实施例中，图中示出的器件含有包括具有第一表面和与第一表面相对的第二表面的透明衬底。至少一个MEM器件形成在该第一表面上。处理层设置在该透明衬底的第二表面(例如，背面)上。该处理层含有不透明层和导电层。该不透明层设置在透明衬底的第二表面上。该不透明层含有金属。该导电层设置在不透明层上并且是非金属成分。

在一个实例中，导电层是掺杂硅层。该掺杂硅层可通过CVD(例如，PECVD)形成。不透明层的金属的实例包括，例如铝、钨、铜、金、钛、氮化钛以及其组合。在一个实例中，导电层的厚度在大约0.1μm和大约100μm之间。

一个或多个实施例所描述的处理层可为入射辐射(例如，红外光或可视光)提供在大约50％和大约99％之间的反射率。因此，处理层可有助于识别和/或校准透明衬底。

在另外的实施例中，提供了一种制造器件的方法。该方法包括提供透明晶圆。不透明层形成在透明晶圆上。在不透明层上利用化学汽相沉积设置导电层。在实施例中，化学汽相沉积包括PEVCD工艺。在实施例中，该导电层是掺杂硅层。该方法可包括在透明晶圆上形成MEM器件。

在实施例中，该方法可进一步包括提供辐射束射入透明晶圆。利用不透明层和导电层中的至少一个来反射该辐射束。被反射的辐射束随后用于确定透明晶圆的存在。

Claims

1.一种半导体器件，包括：

透明衬底，所述透明衬底具有顶面和与所述顶面相对的底面；

设置在所述顶面上的微机电***器件；

设置在透明衬底的所述底面上的不透明层，所述不透明层含有金属并且提供在50％和99％之间反射率的入射辐射；以及

设置在不透明层上的导电层，其中，所述导电层包括非金属层并且为入射辐射提供在50％和99％之间的反射率。

2.根据权利要求1所述的半导体器件，其中，所述不透明层选自由钛、氮化钛、铝、钨、铜、金和其组合构成的组。

3.根据权利要求1所述的半导体器件，其中，所述不透明层含有钛。

4.根据权利要求1所述的半导体器件，其中，所述导电层含有硅。

5.根据权利要求1所述的半导体器件，其中，所述导电层是掺杂硅层。

6.根据权利要求5所述的半导体器件，其中，所述掺杂硅层含磷。

7.根据权利要求1所述的半导体器件，还包括：

处在透明衬底和不透明层之间的第一层。

8.根据权利要求7所述的半导体器件，其中，第一层包括非晶硅和多晶硅中的至少一种。

9.根据权利要求1所述的半导体器件，其中，所述透明衬底含有石英。

10.一种半导体器件，包括：

具有第一表面和与所述第一表面相对的第二表面的透明衬底，其中，至少一个微机电***器件形成在所述第一表面上；以及

设置在所述透明衬底的第二表面上的处理层，其中，所述处理层包括：

设置在所述透明衬底的第二表面上的不透明层，其中，所述不透明层含有金属并且提供在50％和99％之间反射率的入射辐射；以及

设置在所述不透明层上的导电层，其中，所述导电层是非金属层并且为入射辐射提供在50％和99％之间的反射率。

11.根据权利要求10所述的半导体器件，其中，所述导电层是掺杂硅层。

12.根据权利要求10所述的半导体器件，其中，所述不透明层的金属选自由铝、钨、铜、金、钛、氮化钛、和其组合构成的组。

13.根据权利要求10所述的半导体器件，其中，所述导电层的厚度在0.1μm和100μm之间。

14.根据权利要求10所述的半导体器件，其中，所述处理层为入射辐射提供在50％和99％之间的反射率。

15.根据权利要求10所述的半导体器件，其中，所述导电层含有由化学汽相沉积形成的硅。

16.一种制造衬底的方法，所述方法包括：

提供透明衬底，所述透明衬底具有第一表面和与所述第一表面相对的第二表面；

在所述透明衬底的所述第二表面上形成不透明层，所述不透明层含有金属并且提供在50％和99％之间反射率的入射辐射；

在所述不透明层上利用化学汽相沉积沉积导电层，所述导电层包括非金属层并且为入射辐射提供在50％和99％之间的反射率；以及

在所述透明衬底的所述第一表面上形成微机电***器件。

17.根据权利要求16所述的方法，其中，所述沉积包括利用等离子体增强型化学汽相沉积。

18.根据权利要求16所述的方法，其中，所述导电层的沉积包括形成掺杂硅层。

19.根据权利要求16所述的方法，还包括：

提供辐射束，其中所述辐射束射入所述透明衬底；

利用所述不透明层和所述导电层中的至少一个反射所述辐射束；并且

利用被反射的辐射束确定所述透明衬底的存在。