一种用于硅基光敏芯片减薄的方法技术

本发明专利技术公开了一种用于硅基光敏芯片减薄的方法，包括：硅片背面蒸铝、光刻掩模、磷酸腐铝、局部刻蚀减薄、后续工艺以及硅片划片分离得到光敏芯片。本发明专利技术不同于传统的在芯片级对单个光敏芯片减薄的方法，而是在晶圆级对硅片采用正面保护和背面局部减薄相结合的方式，既保证了硅基光敏芯片的减薄工艺，又确保了局部减薄硅片的机械强度还可以支持后续加工工艺。该方法简化了后续芯片级减薄的工艺流程，降低了光敏芯片在工艺制造过程碎片率，提高了芯片制备的成品率，降低了工艺成本。降低了工艺成本。降低了工艺成本。

【技术实现步骤摘要】
一种用于硅基光敏芯片减薄的方法


[0001]本专利技术属于半导体
，涉及一种用于硅基光敏芯片减薄的方法。

技术介绍

[0002]光敏芯片是光电探测器的核心组件，其主要作用是探测和接收激光器照射待测目标或特定区域后返回的激光回波信号，经光子吸收、光电转换，将探测到的光信号转变为电信号，再通过后端电路及信息处理，可获得待测目标或特定区域的方位、距离、速度、位移、振动、形状、形貌、材质等多种目标特征信息，以及物理、化学的特性及变化，在射线测量和探测、工艺自动控制、光度计量、导弹制导、红外热成像、红外遥感等军事和国民经济的领域具有广泛应用。
[0003]硅基光敏芯片因由于成本低廉、半导体制造工艺成熟和CMOS工艺契合等优点，使得硅材料的光电探测器在可见光和近红外光领域成为主流。随着光电探测领域的快速发展，对光电探测器件的工作电压、响应度、响应时间等多种光电参数提出更高的要求，相应的对于硅基光敏芯片的设计而言，需要超薄光敏芯片(厚度小于150μm)。

技术实现思路

[0004](一)专利技术目的
[0005]本专利技术的目的是：提供一种用于硅基光敏芯片减薄的方法，用于解决现有硅基超薄光敏芯片制备过程中碎片率高且不易量产的问题。
[0006](二)技术方案
[0007]为了解决上述技术问题，本专利技术提供一种用于硅基光敏芯片减薄的方法，包括以下步骤：
[0008]S1、在硅片背面蒸镀一层铝膜；
[0009]S2、在硅片背面光刻形成光刻胶层的掩模图形；
[0010]S3、采用磷酸腐蚀光刻掩模图形外的铝层，暴露出需要减薄的局域；
[0011]S4、采用刻蚀工艺对硅片背面暴露的区域进行局部减薄；
[0012]S5、对减薄的硅片进行后续工艺加工；
[0013]S6、将硅片划片分离，得到超薄(60～150μm)光敏芯片。
[0014]进一步地，所述步骤S1中，蒸镀的铝膜层为减薄工艺中的掩模层；
[0015]进一步地，所述步骤S2中，形成掩模图形为光刻掉光敏芯片区域的光刻胶层；
[0016]进一步地，所述步骤S3中，采用磷酸对暴露出的铝膜进行腐蚀，并清洗掉残留的光刻胶，形成了以铝膜为掩模材料的硅片；
[0017]进一步地，所述步骤S3中，需要减薄的局域为光敏芯片所在的区域；
[0018]进一步地，所述步骤S4中，刻蚀工艺为湿法刻蚀，腐蚀液为硝酸、氢氟酸、乙酸的混合液；
[0019]进一步地，所述步骤S4中，在刻蚀工艺需对光敏芯片正面工艺层进行保护，保护方
式为，将硅片以正面朝下的方向，用石蜡包裹硅片正面及边缘，固定在载具基底上，确保硅片正面工艺层和硅片侧面在刻蚀工艺中不被腐蚀；
[0020]进一步地，所述步骤S5中，后续工艺包括，背面掺杂层制备、电极制备、表面钝化，其作用是完成光敏芯片光子吸收、光电转换的芯片结构工艺加工；
[0021]进一步地，所述步骤S6中，采用划片机将硅片划片分离，可得到的超薄硅基光敏芯片。
[0022](三)有益效果
[0023]上述技术方案所提供的用于硅基光敏芯片减薄的方法，不同于传统的在芯片级对单个光敏芯片减薄的方法，而是在硅晶圆级对光敏芯片进行了局部减薄，减薄后的硅片仍具有较好的机械强度，能支撑后续工艺加工；整个工艺流程都在硅晶圆级进行，避免了在光敏芯片级进行减薄操作，大大提高了超薄光敏芯片的制备效率和成品率，可实现超薄光敏芯片的量产。
附图说明
[0024]图1是本方面实施示例中硅基光敏芯片减薄方法的流程图；
[0025]图2是本实施示例中蒸镀铝膜工艺的示意图；
[0026]图3是本实施示例中光刻掩模工艺的示意图；
[0027]图4是本实施示例中磷酸腐铝工艺的示意图；
[0028]图5是本实施示例中背面刻蚀工艺的示意图；
[0029]图6是本实施示例中硅片完成后续工艺的示意图；
[0030]图7是本实施示例中硅片划片得到超薄光敏芯片的示意图。
具体实施方式
[0031]为使本专利技术的目的、内容和优点更加清楚，下面结合附图和实施例，对本专利技术的具体实施方式作进一步详细描述。
[0032]现有的光敏芯片减薄的方法多为单个光敏芯片的减薄，常规的物理减薄方式，即使用抛光机或减薄机的方式，受设备条件制约限制，一般最多将单个光敏芯片减薄至200μm，且存在碎片等风险。此外，减薄后光敏芯片还需要经过化学腐蚀减薄、背面掺杂层制备、电极制作、表面钝化等相关工艺流程。对于单个光敏芯片加工，工艺操作难度较大，人力成本较高，同时减薄后的光敏芯片加工机械强度较弱，工艺过程中碎片率高，严重影响到超薄光敏芯片的制备效率和成品率，无法实现超薄光敏芯片的量产。本专利技术对硅基超薄光敏芯片的减薄工艺进行优化，大大提升了超薄光敏芯片的制备效率和成品率。
[0033]参见图1，本专利技术由以下步骤实现：
[0034]步骤一、在硅片背面蒸镀铝膜
[0035]具体过程为：首先将硅片依次用丙酮、酒精、去离子水超声清洗10分钟，并放置在烘干箱内烘干；将硅片放入蒸发镀膜机中，先用氧轰击硅片背面3～5分钟，再在硅片背面蒸镀一层1.5～2.5μm厚的铝膜，如图1所示。铝膜用作后续刻蚀过程中的掩模材料。
[0036]步骤二、采用光刻工艺，形成光刻胶层的掩模图形
[0037]具体过程为：在硅片背面通过旋涂机匀涂上光刻胶，将光刻胶在80～90℃下烘烤1
小时；再采用光刻版进行光刻曝光，光刻版设计的光刻区域为光敏芯片区域；对曝光后的光刻胶进行显影、漂洗，去除曝光的光刻胶，将硅片放入烘箱内烘烤定型，最终在硅片上形成以光刻胶层为的掩模图形，如图3所示。
[0038]步骤三、采用磷酸腐蚀光刻掩模图形外的铝层，暴露出需要减薄的局域
[0039]具体过程为：将上步骤得到的硅片放入磷酸溶液中进行腐蚀，腐蚀温度80～90℃，腐蚀深度为铝膜厚度；待背面腐蚀至硅层时，将硅片取出，腐蚀后硅片如图4所示；用去离子水清洗硅片表面残留的磷酸溶液，再将硅片放入丙酮中浸泡，去除残留的光刻胶；最后，用酒精和去离子水清洗，得到背面以铝为掩模的待减薄的硅片。
[0040]步骤四、采用刻蚀工艺对硅片背面暴露的区域进行局部减薄
[0041]具体过程为：将石蜡熔化成液体，并匀涂在载具基底表面，并将硅片正面向下与石蜡紧相贴合，固定在载具基底上，再将石蜡涂覆至硅片边缘；如图5所示，石蜡将硅片正面和边缘完全包裹，作用为在刻蚀工艺过程中保护硅片上已制备光敏芯片正面掺杂层和硅侧壁不被腐蚀；采用湿法刻蚀的工艺对硅片背面的铝掩模暴露出来的区域进行减薄，遮盖的区域不需要减薄；将固定硅片的载具放入腐蚀液中进行局部刻蚀减薄，腐蚀液为8～12体积硝酸HNO3、1～2体积氢氟酸HF、2～4体积分数乙酸CH3COOH的混合液，腐蚀深槽可选深度范围为30～120μm；腐蚀完成后，将载具从腐蚀液中取出，用去离子水清洗后，加热取下硅片；最后，再依次用本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于硅基光敏芯片减薄的方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、在硅片背面蒸镀一层铝膜；S2、在硅片背面光刻形成光刻胶层的掩模图形；S3、采用磷酸腐蚀光刻掩模图形外的铝层，暴露出需要减薄的局域；S4、采用刻蚀工艺对硅片背面暴露的区域进行局部减薄；S5、对减薄的硅片进行后续工艺加工；S6、将硅片划片分离，得到超薄光敏芯片。2.如权利要求1所述的用于硅基光敏芯片减薄的方法，其特征在于，步骤S1中，硅片背面蒸镀铝膜的过程为：首先将硅片依次用丙酮、酒精、去离子水超声清洗10分钟，并放置在烘干箱内烘干；将硅片放入蒸发镀膜机中，先用氧轰击硅片背面3～5分钟，再在硅片背面蒸镀一层1.5～2.5μm厚的铝膜。3.如权利要求2所述的用于硅基光敏芯片减薄的方法，其特征在于，步骤S2中，光刻胶掩模层的形成过程为：在硅片背面通过旋涂机匀涂上光刻胶，将光刻胶在80～90℃下烘烤1小时；再采用光刻版进行光刻曝光，光刻版设计的光刻区域为光敏芯片区域；对曝光后的光刻胶进行显影、漂洗，去除曝光的光刻胶，将硅片放入烘箱内烘烤定型，最终在硅片上形成以光刻胶层的掩模图形。4.如权利要求3所述的用于硅基光敏芯片减薄的方法，其特征在于，步骤S3中，暴露出减薄局域的过程为：将步骤S2得到的硅片放入磷酸溶液中进行腐蚀，腐蚀温度80～90℃，腐蚀深度为铝膜厚度；待背面腐蚀至硅层时，将硅片取出；用去离子水清洗硅片表面残留的磷酸溶液，再将硅片放入丙酮中浸泡，去除残留的光刻胶；最后，用酒精和去离子水清洗，得到背面以铝为掩模的待减薄的硅片。5.如权利要求4所述的用于硅基光敏芯片减薄的方法，其特征在于，步骤S4中，刻蚀工艺为湿法刻蚀，腐蚀液为硝酸、氢氟酸、乙酸的混合液。6.如权利要求5所述的用于硅基光敏芯片减薄的方法，其特...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨瑞雨，罗国凌，邓杰，谢修敏，刘永，王泽源，陈剑，柯尊贵，
申请(专利权)人：西南技术物理研究所，
类型：发明
国别省市：