使用阿尔法步进光刻机生产无图案衬底以保证效果的工艺

摘要

本发明提供了一种用于制造集成电路的方法。该方法包括：处理衬底的第一表面以制造集成电路，以及研磨衬底的第二表面以去除材料直到衬底基本接近于所期望的厚度。该方法还包括在衬底的第二表面上方进行湿刻蚀工艺，并且在衬底的第二表面上方进行化学机械抛光(CMP)工艺，以去除衬底上的图案。使用计量仪器检验衬底的第二表面以确定第二表面是否基本平滑；如果第二表面不是基本平滑的，则重复进行CMP工艺和使用计量仪器检验第二表面的步骤，直到第二表面基本平滑。本发明还提供了一种使用阿尔法步进光刻机生产无图案衬底以保证效果的工艺。

说明书

技术领域

本发明涉及集成电路制造技术领域，更具体地，涉及一种使用阿尔法步进光刻机生产无图案衬底的工艺。

背景技术

在半导体技术中，衬底的表面可以研磨成足够厚度以使得照射穿过到达衬底的相对表面上的传感器。该方法用于背照式成像器件(如，互补金属氧化物半导体(CMOS)图像传感器)的制造。该研磨可能在衬底的表面留下寄生图案(spurious pattern)，该寄生图案可能在照射穿过衬底表面时使其变形，并导致图像传感器最终产生的图像不完整。

因此，目前期望一种用于制造如背照式CMOS图像传感器的器件的系统和方法，其中从衬底的背面消除或减少了寄生图案。

研磨也是粗减薄工艺，其既有优点也有缺点。与其他工具(如化学机械抛光机)相比，研磨由于较少花费的工具而相对便宜且相对较快。然而，在试图达到所期望的衬底厚度时，研磨不是非常精确。

发明内容

本发明在现有技术上方进行了改进，并且根据特定的实施例，可以用于达到一个或多个上述所期望的改进。

在一个实施例中，本发明提供了一种用于制造集成电路的方法。该方法包括设置具有第一表面和第二表面的衬底，以及在第一表面上形成至少一个电路元件。在第二表面上进行粗减薄工艺(如研磨和/或湿刻蚀)，以去除材料直到衬底基本接近但超过第一厚度，由此粗减薄工艺在第二表面上留下图案。该方法还包括在衬底上方进行化学机械抛光(CMP)工艺以基本去除第二表面上的图案，以及在CMP工艺之后分析衬底以比较第一厚度和第二厚度。如果第一厚度没有在第二厚度的预定量之内，则可以重复CMP工艺。

本发明提供了用于制造集成电路器件的方法的另一个实施例。在该实施例中，该方法包括处理衬底的第一表面以制造集成电路，并研磨衬底的第二表面以去除材料直到衬底基本接近于所期望的厚度。该方法还包括在衬底的第二表面上方执行湿蚀刻工艺以及在衬底的第二表面上方进行化学机械抛光(CMP)工艺以去除衬底上的图案。使用计量仪器检验衬底的第二表面以确定第二表面是否基本平滑。如果第二表面不为基本平滑，则重复进行CMP工艺和使用计量仪器检验第二表面的步骤，直到第二表面基本平滑。

本发明还提供了一种用于制造背照式互补金属氧化物半导体(CMOS)图像传感器的方法。在一个实施例中，该方法依次包括：设置在第一表面上具有至少一个像素器件的衬底；在与第一表面相对的衬底的第二表面上进行研磨工艺，直到衬底基本接近于所期望的厚度；在衬底的第二表面上方进行湿刻蚀工艺以使得其接近于所期望的厚度；以及在衬底的第二表面上进行化学机械抛光(CMP)工艺。使用轮廓检测器件检验衬底的第二表面以确定第二表面在CMP之后是否基本平滑。如果不是，则重复进行CMP工艺和检验衬底的步骤，直到衬底基本平滑，从而产生平滑的衬底。

附图说明

本发明的方面通过以下的详细描述结合附图可以得到更好的理解。需要强调的是，根据行业内的标准实践，各个部件没有按比例绘制。实际上，为了讨论清楚，各个部件的尺寸可以任意地增加或者减小。

图1为制造背照式CMOS图像传感器的方法的一个实施例的流程图。

图2示出了在图1的方法的第一步骤的示例性CMOS图像传感器的截面图。

图3示出了在图1的方法的研磨步骤之后的示例性CMOS图像传感器的截面图。

图4示出了在图1的方法的湿刻蚀步骤之后的示例性CMOS图像传感器的截面图。

图5示出了在图1的方法的化学机械抛光(CMP)步骤之后的示例性CMOS图像传感器的截面图。

图6示出了图1的方法完成之后的示例性CMOS图像传感器的截面图。

具体实施方式

可以理解的是，下面的本发明提供了很多不同的实施例或实例，用于实现本发明的不同部件。以下描述了元件和配置的具体实例以简化本说明书。当然，这些仅仅是实例，并不作为限制。另外，本发明在不同的实例中可能重复参考标号和/或符号。该重复是为了简单和清楚的目的，其本身并不指示所讨论的不同实施例和/或配置之间的关系。另外，以下的描述中第一部件在第二部件上方或上面形成可以包括第一部件和第二部件直接接触的实施例，也可以包括其它部件介于第一部件和第二部件之间形成的实施例，这样第一部件和第二部件可能不是直接接触。

图1为用于制造背照式CMOS图像传感器的方法100的一个实施例的流程图。图2-5示出了根据方法100的示例性传感器200在不同的制造阶段的截面图。参考图1-5，以下共同描述了方法100和示例性图像传感器200。可以理解的是，对于该方法的其它实施例，在方法100之前、期间和之后可以设置其它步骤，以下描述的一些步骤可以被替换或删除。

背照式CMOS图像传感器为受益于一个或多个实施例的一个器件的实例。其他器件包括微电子机械系统(MEMS)、变形反射镜器件(DMD)和其他类型的图像传感器。这些不同的器件可能不包括以下所述的一些元件，并且可能包括CMOS图像传感器中不存在的其它元件。

方法100开始于步骤102，其中设置了图2所示的衬底202。在一个实施例中，衬底202包括硅。能够受益于一个或多个实施例的其他器件可以包括不同类型的衬底，如砷化镓(GaAs)。衬底202包括在第一表面204上的至少一个像素器件208。至少一个像素器件208可操作地用于检测与其接触的照射。在一个实施例中，至少一个像素器件208为可操作地用于检测可见光的CMOS图像传感器。衬底还包括与第一表面204相对的第二表面206，称为“背面”。方法100的最终产品的衬底202所期望厚度210基于本领域内公知的因素而确定。

在方法100的步骤104，衬底202进行粗减薄工艺。参考图3，粗减薄工艺可操作地用于从背面206去除衬底材料302。粗减薄工艺可以包括任何机械或化学方式，这些机械或化学方式去除较大量的衬底材料302，在衬底的表面留下图案304。例如，粗减薄工艺可以包括使用磨轮研磨背面206。粗减薄工艺去除衬底材料302直到衬底202的厚度基本接近所期望的厚度210。步骤104的粗减薄工艺在衬底202的背面206留下了图案304。该图案304包括具有不同高度的区域，其能够使经由背面206穿过衬底202的照射变形。

参考图1和4，方法100进行到步骤106，其中在衬底202的背面206上方进行刻蚀工艺。在一个实施例中，使用(例如氢氧化钾(KOH))酸进行刻蚀。湿刻蚀从表面304去除衬底材料402，直到衬底202的厚度接近于所期望的厚度210。在进行了湿刻蚀的步骤之后，图案404保留在衬底202的背面206。在步骤106之后，衬底202接近于足够薄以使将被像素器件208检测到的照射经由背面206穿过衬底202。

参考图1和5，接下来，方法100进行到步骤108，其中在衬底202的背面206上进行化学机械抛光(CMP)工艺。在一个实例中，CMP工艺使用化学反应料浆抛光表面404，该化学反应料浆为包括悬浮磨料成分的流体。CMP工艺去除衬底材料502，在表面206上留下了表面轮廓504。在一些实施例中，第二衬底可附着至在衬底202的正面204，以在CMP工艺期间提供刚性并防止衬底202断裂。在一些实施例中，CMP工艺使用30秒的涂刷时间、较低的刷涂RPM以及150ml/min的电化学镀流速。然后，在完成CMP工艺之后去除该第二衬底。

接下来，方法100进行到步骤110，其中检验了衬底。例如，使用轮廓检测器件检验背面206。轮廓检测器件可以是被操作用于检验背面206的表面轮廓504并确定背面206的高区域和低区域之间高度差的任何器件。在一个实例中，轮廓检测器件为阿尔法步进光刻机(alpha stepper)。轮廓检测器件产生表面轮廓504的变化量。选择一个公差值，其中在表面轮廓504的变化小于公差值表示表面轮廓504基本是平滑的。例如，公差值可以设置为140埃。此外或可选地，厚度测量器件可以用于确定衬底202是否处于(或足够接近于)所期望的厚度210。

接下来，方法100进行到步骤112，其中将背面206和/或衬底202的厚度与公差值和/或所期望的厚度进行比较。如果衬底没有被接受，则程序返回，重复方法的步骤108和110。在步骤112的肯定结论下，表面206的表面轮廓504是可接受的，例如，从而到达表面206的照射将无畸变地穿过，从而该照射能够被至少一个像素器件208检测到。

现在参考图6，在完成步骤112(图1)之后，在衬底202的表面504上方设置可见光滤光器602以限制穿过其中的光的波长。在一个实施例中，滤光器控制到达至少一个像素器件208的光的特定波长。例如，滤光器仅允许蓝光穿过。在可见光滤光器602上方设置透镜元件604。透镜元件604可操作地用于将可见光汇聚到至少一个像素器件208上。

以上概述了几个实施例的部件，使得本领域技术人员可以更好地理解随后详细的描述。本领域技术人员应当理解，他们可以很容易使用本发明作为基础来设计或更改用于实现与此处所介绍的实施例具有相同的目的和/或达到相同的有益效果的其他工艺和结构。本领域技术人员也应当意识到，这些等同的结构没有脱离本发明的精神和范围，他们可以在不脱离本发明的精神和范围的前提下于此做出各种变化、替换和改变。