CN105590937A

CN105590937A - 一种背照式图像传感器及其制备方法、电子装置

Info

Publication number: CN105590937A
Application number: CN201410559251.3A
Authority: CN
Inventors: 刘尧; 陈福成
Original assignee: Semiconductor Manufacturing International Shanghai Corp
Current assignee: Semiconductor Manufacturing International Shanghai Corp; Semiconductor Manufacturing International Corp
Priority date: 2014-10-20
Filing date: 2014-10-20
Publication date: 2016-05-18
Anticipated expiration: 2034-10-20
Also published as: CN105590937B

Abstract

本发明涉及一种背照式图像传感器及其制备方法、电子装置，所述方法包括：步骤S1：提供器件晶圆，在所述器件晶圆的正面形成有CMOS器件，在所述CMOS器件上形成有重布线层；步骤S2：将所述器件晶圆反转，并将所述器件晶圆的正面和载片晶圆进行临时键合；步骤S3：将所述图像传感器的功能元件和所述器件晶圆的背面进行键合；步骤S4：将所述器件晶圆和所述载片晶圆解键合，以露出所述重布线层。本发明所述方法可以减少BSI？CIS工艺过程中氧化物(oxide)沉积，CMP，热退火(thermal？annealing)TSV等工艺步骤，极大节省了制造成本。同时，由于工艺步骤减少，也有利于提高产品良率。

Description

一种背照式图像传感器及其制备方法、电子装置

技术领域

本发明涉及半导体领域，具体地，本发明涉及一种背照式图像传感器及其制备方法、电子装置。

背景技术

在电子消费领域，多功能设备越来越受到消费者的喜爱，相比于功能简单的设备，多功能设备制作过程将更加复杂，比如需要在电路版上集成多个不同功能的芯片，因而出现了3D集成电路(integratedcircuit，IC)技术，3D集成电路(integratedcircuit，IC)被定义为一种***级集成结构，将多个芯片在垂直平面方向堆叠，从而节省空间。

在3DIC立体叠合技术，硅通孔(TSV)、中介板(Interposer)等关键技术、封装零组件的协助下，在有限面积内进行最大程度的晶片叠加与整合，进一步缩减晶片面积、封装体积并提升晶片沟通效率。

在多功能的电子设备中背照式图像传感器(BacksideilluminationCMOSimagesensor，BSICIS)得到广泛的应用，其中所述BSICIS器件的制造工艺中通常使用熔融键合(Fusionbonding)方法将器件晶圆(devicewafer)与载片晶圆(carrierwafer)接合在一起。

由于熔融键合(Fusionbonding)利用wafer表面Si-O-Si键间结合实现键合效果。因此对晶圆wafer的表面要求非常高。不仅要沉积形成氧化硅界面，还需要CMP，使表面粗糙度小于1nm。此外，熔融键合(Fusionbonding)后还需要有高温热退火过程，以提高键合(bonding)结合力。

所以基于熔融键合(Fusionbonding)的BSI制造方法不仅步骤繁琐，而且代价高昂。同时，随工艺步骤的增加，低良率(lowyield)风险也相应提高。

因此需要对所述方法作进一步的改进，以便解决目前方法中存在的各种问题。

发明内容

在发明内容部分中引入了一系列简化形式的概念，这将在具体实施方式部分中进一步详细说明。本发明的发明内容部分并不意味着要试图限定出所要求保护的技术方案的关键特征和必要技术特征，更不意味着试图确定所要求保护的技术方案的保护范围。

本发明为了克服目前存在问题，提供了一种背照式图像传感器的制备方法，包括：

步骤S1：提供器件晶圆，在所述器件晶圆的正面形成有CMOS器件，在所述CMOS器件上形成有重布线层；

步骤S2：将所述器件晶圆反转，并将所述器件晶圆的正面和载片晶圆进行临时键合；

步骤S3：将所述图像传感器的功能元件和所述器件晶圆的背面进行键合；

步骤S4：将所述器件晶圆和所述载片晶圆解键合，以露出所述重布线层。

可选地，在所述步骤S2中，所述临时键合的温度在200摄氏度以下。

可选地，在所述步骤S2中选用粘结胶将所述器件晶圆和所述载片晶圆进行临时键合。

可选地，在所述步骤S2和所述步骤S3之间还包括对所述器件晶圆的进行减薄的步骤。

可选地，所述减薄步骤包括对所述器件晶圆进行背部研磨的工艺。

可选地，在所述步骤S3中，所述图像传感器的功能元件包括彩色滤光片和微透镜。

可选地，在所述步骤S3中，通过粘结胶和玻璃将所述图像传感器的功能元件和所述器件晶圆的背面进行键合。

可选地，在所述步骤S4之后，所述方法还进一步包括：

步骤S5：在所述重布线层的一面上形成凸点，并进行封装。

本发明还提供了一种上述的方法制备得到的背照式图像传感器。

本发明还提供了一种电子装置，包括上述背照式图像传感器。

本发明为了解决现有技术中存在的问题，提供了一种背照式图形传感器的制备方法，所述方法利用临时键合制造BSICIS器件，该方法是用临时键合(Temporarybonding，TB)替代熔融键合(Fusionbonding，FB)技术，由于FB工艺温度达到300度到400度之间，同时还需要长时间的退火(anneal)，而TB的工艺温度普遍都是200度以下，减小了热负担(thermalbudget)，从而减小了晶圆变形(waferdistortion)，对于器件(device)的背面工艺的对准(overlay)补偿有很大好处。此外还可以减少BSICIS工艺过程中氧化物(oxide)沉积，CMP，热退火(thermalannealing)TSV等工艺步骤，极大节省了制造成本。同时，由于工艺步骤减少，也有利于提高产品良率。

附图说明

本发明的下列附图在此作为本发明的一部分用于理解本发明。附图中示出了本发明的实施例及其描述，用来解释本发明的装置及原理。在附图中，

图1a-1g为现有技术中所述背照式图像传感器的制备过程示意图；

图2a-2g为本发明实施例中所述背照式图像传感器的制备过程示意图；

图3为本发明一具体地实施方式中所述背照式图像传感器的制备工艺流程图。

具体实施方式

在下文的描述中，给出了大量具体的细节以便提供对本发明更为彻底的理解。然而，对于本领域技术人员而言显而易见的是，本发明可以无需一个或多个这些细节而得以实施。在其他的例子中，为了避免与本发明发生混淆，对于本领域公知的一些技术特征未进行描述。

应当理解的是，本发明能够以不同形式实施，而不应当解释为局限于这里提出的实施例。相反地，提供这些实施例将使公开彻底和完全，并且将本发明的范围完全地传递给本领域技术人员。在附图中，为了清楚，层和区的尺寸以及相对尺寸可能被夸大。自始至终相同附图标记表示相同的元件。

应当明白，当元件或层被称为“在...上”、“与...相邻”、“连接到”或“耦合到”其它元件或层时，其可以直接地在其它元件或层上、与之相邻、连接或耦合到其它元件或层，或者可以存在居间的元件或层。相反，当元件被称为“直接在...上”、“与...直接相邻”、“直接连接到”或“直接耦合到”其它元件或层时，则不存在居间的元件或层。应当明白，尽管可使用术语第一、第二、第三等描述各种元件、部件、区、层和/或部分，这些元件、部件、区、层和/或部分不应当被这些术语限制。这些术语仅仅用来区分一个元件、部件、区、层或部分与另一个元件、部件、区、层或部分。因此，在不脱离本发明教导之下，下面讨论的第一元件、部件、区、层或部分可表示为第二元件、部件、区、层或部分。

空间关系术语例如“在...下”、“在...下面”、“下面的”、“在...之下”、“在...之上”、“上面的”等，在这里可为了方便描述而被使用从而描述图中所示的一个元件或特征与其它元件或特征的关系。应当明白，除了图中所示的取向以外，空间关系术语意图还包括使用和操作中的器件的不同取向。例如，如果附图中的器件翻转，然后，描述为“在其它元件下面”或“在其之下”或“在其下”元件或特征将取向为在其它元件或特征“上”。因此，示例性术语“在...下面”和“在...下”可包括上和下两个取向。器件可以另外地取向(旋转90度或其它取向)并且在此使用的空间描述语相应地被解释。

在此使用的术语的目的仅在于描述具体实施例并且不作为本发明的限制。在此使用时，单数形式的“一”、“一个”和“所述/该”也意图包括复数形式，除非上下文清楚指出另外的方式。还应明白术语“组成”和/或“包括”，当在该说明书中使用时，确定所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或部件的存在，但不排除一个或更多其它的特征、整数、步骤、操作、元件、部件和/或组的存在或添加。在此使用时，术语“和/或”包括相关所列项目的任何及所有组合。

现有技术中所述背照式图像传感器的制备方法如图1a-1g所示，其中，首先提供器件晶圆101，如图1a所示，所述器件晶圆上形成有CMOS器件，例如各种有源器件等，然后在所述器件晶圆上形成氧化硅界面102，以在后续的步骤中通过所述氧化硅界面102的Si-O-Si键间结合实现键合效果，在形成所述氧化硅界面102之后还需要对所述氧化硅界面102执行CMP，使表面粗糙度小于1nm，如图1b所示。

然后提供载片晶圆103，如并通过氧化硅界面102和所述器件晶圆101键合，如图1c所示，为了具有较大的键合力，在该步骤中所述键合温度较高，来实现熔融键合，此外，熔融键合(Fusionbonding)后还需要有高温热退火过程，以提高键合(bonding)结合力，所述步骤都会引起晶圆变形(waferdistortion)。

接着，反转所述器件，并对所述器件晶圆的背面进行背部研磨，以减小所述器件晶圆的厚度，如图1d所示。

接着，在所述晶圆器件的背面上通过粘结胶104和玻璃105将所述图像传感器的功能器件106，例如彩色滤光片和微透镜，和所述晶圆器件的背面键合，如图1e所示。

然后在所述载片晶圆上形成硅通孔107，如图1f所示，以形成电连接，最后在所述硅通孔上形成重布线层108，如图1g所示。

所述方法包括氧化物(oxide)沉积，CMP，热退火(thermalannealing)TSV等工艺步骤，不仅步骤繁琐，而且在该过程中需要较高的温度，从而造成晶圆的变形，引起半导体器件的良率和性能的降低。

实施例1

本发明为了解决现有技术中存在的问题，提供了一种半导体器件的制备方法，下面结合图2a-2g对所述方法作进一步的说明。

首先执行步骤201，提供器件晶圆201，在所述器件晶圆的正面上形成有各种CMOS器件。

具体地，如图2a所示，在所述器件晶圆中形成的各种有源器件，所述有源器件包括但不限于晶体管、二极管等，此外，在所述有源器件上还可以形成各种互连结构，所述互连结构包括若干金属层以及位于所述若干金属层之间的通孔，所述互连结构用于和所述CMOS器件形成电连接。

其中，所述CMOS器件以及所述互连结构的制备方法可以选用本领域常用的各种方法，并不局限于某一种，在此不再做进一步的详细描述。

执行步骤202，在述CMOS器件上还形成重布线层202。

具体地，如图2b所示，其中所述重布线层202的材料以及形成方法可以选用本领域常用的方法，在此不再赘述。

所述重布线层202和所述器件晶圆中的CMOS器件形成电连接，例如所述重布线层202通过所述互连结构与所述器件晶圆中的CMOS器件形成连接。但是并不局限于所述方法。

本发明中为了简化该工艺过程，提高器件的良率和性能，降低半导体器件的生产成本，不再选用TSV形成电连接，而是选用重布线层，然后在上面形成凸点，最后选用凸点工艺(bumping)实现封装，所述方法更加简单，而且可以提高器件的良率。

执行步骤203，反转所述器件晶圆，如图2c所示。

执行步骤204，提供载片晶圆204，并和所述器件晶圆的正面进行临时键合。

如图2d所示，在本发明中，其中所述器件晶圆的正面是指形成有CMOS器件以及图案的一面，所述器件晶圆的背面是指没有形成CMOS器件以及图案的一面，在后续的步骤中，若不特殊说明，所述器件晶圆的正面和背面均参照该解释。

其中所述载片晶圆204可以选用硅、多晶硅等材料，并不局限于某一种。

然后通过粘结胶203将器件晶圆201和所述载片晶圆204进行临时键合，其中所述临时键合的温度小于200摄氏度，通过所述方法将所述器件晶圆201和所述载片晶圆204临时键合，可以避免熔融键合过程中高温以及退火过程中高温引起的器件晶圆的变形，减小了所述半导体器件的热负载。

在该步骤中所述粘结胶203可以选用本领域常用的粘结剂，以保证所述器件晶圆201和所述载片晶圆204之间具有较大的键合力，同时所述粘结胶203在去除时不能够残留。

本申请中通过临时键合(Temporarybonding，TB)替代熔融键合(Fusionbonding，FB)技术，由于FB工艺温度达到300度到400度之间，同时还需要长时间的退火(anneal)，而TB的工艺温度普遍都是200度以下，减小了热负担(thermalbudget)，从而减小了晶圆变形(waferdistortion)，对于器件(device)的背面工艺的对准(overlay)补偿有很大好处。

执行步骤205，对所述器件晶圆的进行减薄的步骤。

具体地，如图2e所示，在该步骤中所述减薄步骤包对所述器件晶圆进行背部研磨。

在该步骤中，所述研磨方法可以选用本领域常用的方法，并不局限于某一种，在此不再赘述。

在该步骤中将所述器件晶圆的背面研磨至距离所述CMOS器件的距离小于5um为止，如图2e。

执行步骤206，将所述图像传感器的功能元件207和所述器件晶圆201的背面键合。

具体地，如图2f所示，在该步骤中所述图像传感器的功能元件207包括彩色滤光片和微透镜。

在该步骤中通过第二粘结胶205和玻璃206将图像传感器的功能元件和所述器件晶圆的背面键合。

其中，所述玻璃206位于所述彩色滤光片和微透镜上方，其中所述第二粘结胶205选用封装工艺中常用的粘结胶，所述玻璃206选用封装工艺中常用的玻璃。

执行步骤207，将所述器件晶圆和所述载片晶圆解键合，以露出所述重布线层。

具体地，如图2g所示，在该步骤中选用相应的溶剂将所述第二粘结胶205溶解，然后将所述器件晶圆和所述载片晶圆分离，以实现解键合的步骤。

此外，还可以通过机械的方法将所述器件晶圆和所述载片晶圆解键合，例如在器件晶圆和所述载片晶圆上安装框架，以用于执行解键合。

在所述步骤之后，所述方法还进一步包括对所述器件晶圆进行清洗的步骤。

进一步，所述方法还进一步包括在所述重布线层的一面上形成凸点，并进行封装。

至此，完成了本发明实施例的背照式图像传感器制备的相关步骤的介绍。在上述步骤之后，还可以包括其他相关步骤，此处不再赘述。并且，除了上述步骤之外，本实施例的制备方法还可以在上述各个步骤之中或不同的步骤之间包括其他步骤，这些步骤均可以通过现有技术中的各种工艺来实现，此处不再赘述。

图3为本发明一具体实施方式中所述背照式图像传感器的制备工艺流程图，具体包括以下步骤：

实施例2

本发明还提供了一种背照式图像传感器，所背照式图像传感器选用实施例1所述的方法制备。通过本发明实施例1所述方法制备得到的背照式图像传感器价格更低，而且具有更高的良率和产量。

实施例3

本发明还提供了一种电子装置，包括实施例2所述的背照式图像传感器。其中，背照式图像传感器为实施例2所述的背照式图像传感器，或根据实施例1所述的制备方法得到的背照式图像传感器。

本实施例的电子装置，可以是手机、平板电脑、笔记本电脑、上网本、游戏机、电视机、VCD、DVD、导航仪、照相机、摄像机、录音笔、MP3、MP4、PSP等任何电子产品或设备，也可为任何包括所述半导体器件的中间产品。本发明实施例的电子装置，由于使用了上述的半导体器件，因而具有更好的性能。

本发明已经通过上述实施例进行了说明，但应当理解的是，上述实施例只是用于举例和说明的目的，而非意在将本发明限制于所描述的实施例范围内。此外本领域技术人员可以理解的是，本发明并不局限于上述实施例，根据本发明的教导还可以做出更多种的变型和修改，这些变型和修改均落在本发明所要求保护的范围以内。本发明的保护范围由附属的权利要求书及其等效范围所界定。

Claims

1.一种背照式图像传感器的制备方法，包括：

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述步骤S2中，所述临时键合的温度在200摄氏度以下。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述步骤S2中选用粘结胶将所述器件晶圆和所述载片晶圆进行临时键合。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述步骤S2和所述步骤S3之间还包括对所述器件晶圆的进行减薄的步骤。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述减薄步骤包括对所述器件晶圆进行背部研磨的工艺。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述步骤S3中，所述图像传感器的功能元件包括彩色滤光片和微透镜。

7.根据权利要求1或6所述的方法，其特征在于，在所述步骤S3中，通过粘结胶和玻璃将所述图像传感器的功能元件和所述器件晶圆的背面进行键合。

8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述步骤S4之后，所述方法还进一步包括：

步骤S5：在所述重布线层的一面上形成凸点，并进行封装。

9.一种基于权利要求1至8之一所述的方法制备得到的背照式图像传感器。

10.一种电子装置，包括权利要求9所述的背照式图像传感器。