背照式c圖像識別系統(tǒng)制備硅片的濕法刻蝕工藝

背照式c圖像識別系統(tǒng)制備硅片的濕法刻蝕工藝

0圖像傳感器工藝的發(fā)展傳統(tǒng)的c-rom傳感器通常采用正面入射成像模式，而c設(shè)備表面的金屬介質(zhì)層被硅電極吸收和反射，部分入射光被認為是穩(wěn)定的（單位時間內(nèi)生成的載流子數(shù)與單位時間內(nèi)的入射光子數(shù)之比）。圖像效果很差。隨著半導體制造工藝的發(fā)展,圖像傳感器工藝由前照式(FSI)慢慢發(fā)展為背照式(BSI)。BSI工藝采用了兩個硅片(背部邏輯硅片、像素硅片)鍵合的技術(shù),可見光直接入射到光電二極管上,完成光電轉(zhuǎn)換,達到更好的量子效率(90%)和像素設(shè)計自由度與其他類型光電二極管相比,PPD(Pinned-PhotoDiode)型光電二極管的感光度更好,噪聲、暗電流更低1原理1.1光電轉(zhuǎn)換過程PPD型光電二極管圖像傳感器的剖面如圖1所示。光從背部入射,經(jīng)過P外延層后,被N埋層吸收,完成光電轉(zhuǎn)換?？梢姽獠ㄩL與吸收系數(shù)的關(guān)系曲線如圖2所示。吸收系數(shù)的倒數(shù)為吸收深度1.2硅片的刻蝕速率和厚度本文采用300mm<100>硅片進行實驗。制作背照式CMOS圖像傳感器的背部硅減薄工藝的整體流程如圖3所示。1)運用機械研磨,迅速磨掉95%的硅,達到或接近機械研磨工藝中不破片的最小安全厚度本次實驗采用的刻蝕液2為氫氧化四甲基銨(TetramethylAmmonium,TMAH)Si+2OH刻蝕液2對硅片(裸片)的標準刻蝕速率如圖4所示。旋轉(zhuǎn)的離心作用導致刻蝕速率有兩種特性,即刻蝕速率隨硅片半徑、轉(zhuǎn)速的增大而變小,刻蝕速率隨化學噴嘴運動速度的增加而變小。根據(jù)這兩種特性,將半徑分為四個區(qū)域,分別為0～30mm,30～90mm,90～130mm,130～150mm。如果直接用刻蝕液2進行濕法刻蝕,會導致硅片邊緣厚度過高,所以需要在濕法刻蝕前引入化學機械研磨。由于區(qū)域4的刻蝕速率低,需要采用化學機械研磨工藝對區(qū)域4更多地減薄一些厚度。由于區(qū)域1的刻蝕速率基本不變,需要采用化學機械研磨對區(qū)域1打磨平坦。本文濕法刻蝕工藝主要調(diào)節(jié)區(qū)域2和區(qū)域3?；瘜W機械研磨工藝穩(wěn)定性較差,導致每個硅片的厚度均勻性較差,硅片表面出現(xiàn)損傷層,硅片翹曲度變大根據(jù)業(yè)界標準,在同一硅片上沿半徑從小到大取91個均勻分布點,在四個區(qū)域就可較好地觀察硅片表面情況。因此,本文測量了化學機械研磨后硅片上91個點的厚度,得到4種基本形貌,如圖5所示?？梢钥闯?形貌1的均勻性較好,形貌2的肩部(90～130mm)厚度較高,形貌3的硅片邊緣厚度較高,形貌4的硅片中心厚度較高?？涛g液2具有各向異性的硅刻蝕特性,對表面凸起位置的刻蝕速率較高,對表面平整地方的刻蝕速率較低。這種特性就可解決上述的均勻性問題,并修正表面形貌2實驗2.1實驗裝置和方法本文采用單片清洗機臺進行實驗,實驗設(shè)備的示意圖如圖6所示。濕法刻蝕實驗過程中,涉及到化學藥品噴嘴、吸附裝置、化學藥品存儲槽等裝置。硅片放在圖示晶片位置上,存儲槽里儲存化學藥品,對應(yīng)各自的管路和噴嘴。實驗過程中,硅片逆時針旋轉(zhuǎn),同時噴嘴噴出對應(yīng)的刻蝕液,涂到硅片上。噴嘴機械臂經(jīng)過硅片圓心,進行往復(fù)弧線運動。2.2實驗技術(shù)的設(shè)計本次實驗分為三組進行。三種工藝方法的對比如表1所示。2.3其他工序刻蝕速率設(shè)定的實驗工序?qū)Ρ热绫?所示,實驗工序圖如圖7所示。為了驗證工序的可行性,測量各個工序?qū)杵鱾€點的刻蝕速率,如圖8所示?？梢钥闯?PC(ProcessCenter)工序中0～90mm處的刻蝕速率高,PMC(ProcessMiddleCenter)工序和PME(ProcessMiddleEdge)工序在90～130mm處的刻蝕速率高,PE(ProcessEdge)工序在135mm處的刻蝕速率最高。以上工序均可用于局部刻蝕,以修正形貌。OPT1(平坦化1)工序、OPT2(平坦化2)工序的刻蝕速率的變化較小,可用于整體刻蝕。這組曲線經(jīng)過多片硅片的實驗驗證,趨勢穩(wěn)定,滿足繼續(xù)實驗的條件。3結(jié)果與分析3.1表面輪廓的調(diào)整時間硅片在進入圖6所示機臺前,用量測機臺測出每個點的厚度前值THK實驗1中,選用OPT1工序或OPT2工序進行模擬計算。圖5中表示的各種表面輪廓的各個點刻蝕后的厚度值為:=式中,實驗2中,根據(jù)圖5所示表面輪廓選取圖8中工序的組合,進行模擬計算。圖5所示各種表面輪廓的各個點刻蝕后的厚度值為:==式中,調(diào)整時間實驗3中,根據(jù)圖5表示的表面輪廓來選取圖8中的OPT1或OPT2與其余各個局部減薄工序的組合,進行模擬計算。圖5所示各種表面輪廓的各個點刻蝕后的厚度值為:==式中,3.2結(jié)果根據(jù)模擬計算選定的工序進行實驗。實驗1、2、3的厚度分布分別如圖10、11、12所示(數(shù)據(jù)已歸一化處理),均值0為目標厚度。3.3表1:表2實驗1、2、3的硅片厚度數(shù)據(jù)分別如表3、表4、表5所示?；瘜W機械研磨的不穩(wěn)定性會導致硅片表面出現(xiàn)不同形貌最終,本文采用實驗2工藝對背部硅片進行減薄。與文獻3.4化學機械研磨和濕法刻蝕后厚度分布本文對上述方法進行批量驗證。實施了大量的人工實驗,總結(jié)規(guī)律,得到一個經(jīng)驗:平均每個區(qū)域選6到7個點,將總點數(shù)控制在35個點以下,也可以有效地觀察硅片的表面情況?；瘜W機械研磨后和濕法刻蝕后的厚度分布分別如圖13、圖14所示。可以看出,化學機械研磨后,厚度范圍(range值)很大?？涛g后,厚度范圍均能滿足圖像傳感器的要求,厚度均值滿足目標厚度。這表明本文方法是有效的。4硅片的刻蝕處理隨著CMOS圖像傳感器制作技術(shù)的發(fā)展,BSI工藝已