图像传感器的形成方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及本发明涉及半导体领域，具体涉及一种图像传感器的形成方法。
【背景技术】
[0002]接触式图像传感器(Contact Image Sensor, CIS)现在乃至于未来的发展方向要基于两个方面:一方面是对性能要求，千万级的像素对于消费者来说可能只是基本需求，更多的像素将使传感器所占晶圆尺寸变大。另一方面来源于应用端，接触式图像传感器主要应用在便携式消费类电子产品中，这就要求传感器的尺寸要越来越小。晶圆级封装通过缩小封装尺寸给扩容更多的像素带来了更多的空间，但是在制造工艺方面却也带来了更多的挑战。晶圆级封装要求晶圆的双面都进行制造工艺，也就是说，晶圆的双面都要受到制造过程中压力的影响。
[0003]如图1所示，在接触式图像传感器的形成过程中，在带有传感结构04的硅晶圆01上键合透明晶圆03以后，需要对硅晶圆01进行背面减薄工艺，减薄工艺一般为采用压力的研磨或抛光，由于硅晶圆01上有支撑结构02围出的空腔05，在施加压力06时，硅晶圆01会发生如图1所示的形变，容易引起支撑结构02与硅晶圆01的损伤，进而影响接触式图像传感器的性能。因此，如何防止在进行晶圆背面减薄时，施加的压力不破坏晶圆以及支撑结构成为本领域技术人员亟待解决的问题。
【发明内容】
[0004]本发明解决的问题是提供一种图像传感器的形成方法，在图像传感器的形成过程中，在对有传感结构的晶圆进行晶圆减薄工艺时，减小施加的压力对晶圆以及支撑结构的破坏。
[0005]为解决上述问题，本发明提供一种图像传感器的形成方法，包括:
[0006]提供第一晶圆，在第一晶圆内部以及表面形成传感结构；
[0007]在所述第一晶圆上形成支撑结构，所述支撑结构围出一空腔，用于容纳所述传感结构；
[0008]在所述空腔中填充牺牲层；
[0009]在所述第一晶圆上键合第二晶圆，使所述支撑结构与所述第二晶圆连接；
[0010]在所述第二晶圆中形成露出所述牺牲层的通孔；
[0011]对所述第一晶圆背向第二晶圆的一面进行减薄；
[0012]去除所述牺牲层；
[0013]在所述通孔中形成密封材料，以使所述空腔密封。
[0014]可选的，在所述空腔中填充牺牲层的步骤包括:所述牺牲层的材料为聚碳酸亚丙酯。
[0015]可选的，在所述空腔中填充牺牲层的步骤包括:
[0016]在第一晶圆表面旋涂溶解有聚碳酸亚丙酯材料的苯甲醚溶液，使所述苯甲醚溶液填充至空腔内部；
[0017]使苯甲醚溶液蒸发，以形成聚碳酸亚丙酯材料层；
[0018]去除支撑结构以上的聚碳酸亚丙酯材料层，使空腔内部的聚碳酸亚丙酯材料层与支撑结构齐平，剩余的空腔内部的聚碳酸亚丙酯材料层形成牺牲层。
[0019]可选的，使苯甲醚溶液蒸发的步骤包括:蒸发苯甲醚的温度在70摄氏度到150摄氏度的范围内。
[0020]可选的，去除所述牺牲层的步骤包括:对所述第一晶圆、第二晶圆进行热处理，以去除所述牺牲层。
[0021 ] 可选的，对所述第一晶圆、第二晶圆进行热处理的温度在200摄氏度到300摄氏度的范围内。
[0022]可选的，在所述第一晶圆上键合第二晶圆的步骤包括:在所述第一晶圆上的支撑结构表面涂布粘合材料；将所述第二晶圆与第一晶圆对准贴合并施加压力，使得所述第二晶圆与第一晶圆的支撑结构表面粘合牢固。
[0023]可选的，在所述第一晶圆上键合第二晶圆的步骤中，所述第二晶圆的材料为透明的含娃材料。
[0024]可选的，在所述第二晶圆中形成露出所述牺牲层的通孔的步骤包括:对所述第二晶圆进行刻蚀，在所述第二晶圆进中形成多个通孔。
[0025]可选的，对所述第一晶圆背向第二晶圆的一面进行减薄工艺的步骤包括:
[0026]采用化学机械研磨对所述第一晶圆背向第二晶圆的一面进行处理，去掉部分晶圆材料，以实现第一晶圆的减薄。
[0027]可选的，在所述通孔中形成密封材料，以使所述空腔密封的步骤包括:
[0028]在所述第二晶圆表面沉积密封材料，使所述密封材料填充所述通孔；
[0029]去除第二晶圆表面多余的密封材料。
[0030]与现有技术相比，本发明的技术方案具有以下优点:
[0031]在进行晶圆减薄之前，通过在第一晶圆的空腔内填充牺牲层，使得空腔承受压力的能力提高，在受到压力的作用时，第一晶圆和支撑结构不会由于内部中空而产生明显变形；此外，在晶圆减薄之后，牺牲层被去除干净，不会对第一晶圆造成影响，这样可以保护晶圆以及支撑结构，改善对第一晶圆背面进行减薄过程中晶圆以及支撑结构受到破坏的问题。
[0032]进一步，在所述空腔中填充牺牲层的步骤包括:在第一晶圆表面旋涂溶解有聚碳酸亚丙酯材料的苯甲醚溶液，使所述苯甲醚溶液填充至空腔内部；使苯甲醚溶液蒸发，在空腔内部以及第一晶圆表面形成聚碳酸亚丙酯材料层；去除第一晶圆表面的聚碳酸亚丙酯材料层，剩余的聚碳酸亚丙酯材料层形成牺牲层。苯甲醚溶液具有较强的流动性和填充性，这样形成的聚碳酸亚丙酯材料层能够紧实地填充满空腔内部，使得空腔承受压力的能力更强，并且聚碳酸亚丙酯材料层可以采用热处理的方式去除，聚碳酸亚丙酯材料层经过加热生成二氧化碳和水，这样在去除聚碳酸亚丙酯材料层的过程中空腔内的像素等较灵敏的器件不容易造成损伤，聚碳酸亚丙酯材料层也可以被较彻底的去除而不产生残留物。
【附图说明】
[0033]图1是现有技术一种图像传感器进行减薄工艺的剖视图；
[0034]图2是本发明图像传感器的形成方法一实施例的流程图；
[0035]图3至图10是图2所示图像传感器的形成方法各个步骤的剖视图。
【具体实施方式】
[0036]在接触式图像传感器的形成过程中，需要对带有传感结构的晶圆进行背面减薄工艺，减薄工艺一般为采用施加压力的研磨，由于晶圆上设置的支撑结构围出一空腔，在施加压力时，晶圆会发生形变，可能引起支撑结构与晶圆的损伤，进而影响接触式图像传感器的性能。
[0037]为了解决上述技术问题，本发明提出一种图像传感器的形成方法，在进行晶圆减薄工艺之前，通过在第一晶圆的空腔内填充牺牲层，使得空腔承受压力的能力提高，在受到压力的作用时，第一晶圆和支撑结构不会由于内部中空而产生显著变形，这样可以保护晶圆以及支撑结构，改善对第一晶圆背面进行减薄过程中晶圆以及支撑结构受到破坏的问题。
[0038]参考图2，示出了本发明图像传感器的形成方法一实施例的流程图，本实施例图像传感器的形成方法大致包括以下步骤:
[0039]步骤SI，提供第一晶圆，在第一晶圆内部以及表面形成传感结构；
[0040]步骤S2，在所述第一晶圆上形成支撑结构，所述支撑结构围出一空腔，用于容纳所述传感结构；
[0041]步骤S3，在所述空腔中填充材料为聚碳酸亚丙酯的牺牲层，使所述牺牲层充满空腔；
[0042]步骤S4，在所述第一晶圆上键合第二晶圆，使所述支撑结构与所述第二晶圆连接；
[0043]步骤S5，在所述第二晶圆中形成露出所述牺牲层的通孔；
[0044]步骤S6，对所述第一晶圆背向第二晶圆的一面进行减薄；
[0045]步骤S7，去除所述牺牲层；
[0046]步骤S8，在所述通孔中形成密封材料，以使所述空腔密封。
[0047]为使本发明的上述目的、特征和优点能够更为明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施例做详细的说明。
[0048]参考图3，执行步骤SI，提供第一晶圆，在第一晶圆内部以及表面形成传感结构。
[0049]在本实施例中，第一晶圆即衬底100，所述衬底100为材料为硅，在其他实施例中，所述衬底100的材料还可以为锗硅衬底或绝缘体上硅衬底等其它半导体衬底，对此本发明不做任何限制。
[0050]在本实施例中，在所述衬底100上形成多个逻辑单元200，所述逻辑单元200包括位于衬底100中的有源区202以及所述有源区202上方的栅极201。需要说明的是，在本实施例中，为了图示简洁，在图2至图9中有源区202示出的形状为矩形，实际上有源区202可以包括源区、漏区、阱区等多部分，其形状较为复杂，本发明对有源区202的具体结构和形状不做限制。
[0051]然后在所述衬底100表面形成层间介质层101，所述层间介质层101的材料为氧化硅，但本发明对所所述层间介质层101的材料不做限制，在其他实施例中，所述层间介质层101的材料还可以为氮化硅等。
[0052]在所述层间介质层101表面形成多个感光像素204，在所述层间介质层101中形成多个互联结构203，多个互联结构203将感光像素204与逻辑单元200连接，将感光像素204接收到的光信号转化为逻辑单元200输出的电信号，从而实现传感器的功能。
[0053]需要说明的是，在本实施例中，所述传感结构包括感光像素204、互联结构203、逻辑单元200，但是本发明对所述传感结构的具体结构不做限制，在其他实施例中，所述传感结构还可以包括其他结构，所述传感结构的具体结构还可以采用现有技术中任意图像传感器中的传感结构。
[0054]参考图4，执行步骤S2，在所述第一晶圆上形成支撑结构102，所述支撑结构102围出一空腔104，用于容纳所述传感结构。
[0055]具体地，在本实施例中，在所述层间介质层101上形成掩模(未示出)，所述掩模具有围绕所述传感结构的空隙，然后在所述掩模上涂布有机材料，去除掩模上的有机材料，去除所述掩模，剩余的填充于所述空隙中的有机材料形成支撑结构102。
[0056]但是本发明对所述支撑结构102的形成方法和材料不做限制，在其他实施例中，还可以采用沉积的方法形成所述支撑结构102，所述支撑结构102的材料还可以为氮化硅、氧化硅等其他材料。
[0057]需要说明的是，在本实施例中，所述支撑结构102采用遮光材料制成(例如所述支撑结构102采用黑色材料)，这样支撑结构102还可以起到遮光的作用，避免入射角度过大的光进入图形传感器的感光像素中。需要说明的是，本发明对支撑结构102的颜色不做限制，在其他实施例中，支撑结构102的颜色还可以为深蓝色等其他颜色。
[0058]参考图5，执行步骤S3，在所述空腔104中填充材料为聚碳酸亚丙酯的牺牲层301，使所述牺牲层301填充满空腔104。
[0059]这样的好处在于，在第一晶圆的空腔104内填充牺牲层，使得空腔104承受压力的能力提高，在受到压力作用时，第一晶圆和支撑结构102由于牺牲层的支撑作用而不会由于内部中空而产生显著变形，这样可以保护第一晶圆以及支撑结构102，避免在第一晶圆背面进行减薄工艺的过程中，第一晶圆以及支撑结构102受到破坏