TWI389330B - 背側照明成像器以及製造其之方法 - Google Patents

背側照明成像器以及製造其之方法 Download PDF

Info

Publication number
TWI389330B
TWI389330B TW097107414A TW97107414A TWI389330B TW I389330 B TWI389330 B TW I389330B TW 097107414 A TW097107414 A TW 097107414A TW 97107414 A TW97107414 A TW 97107414A TW I389330 B TWI389330 B TW I389330B
Authority
TW
Taiwan
Prior art keywords
layer
metallization
wafer
forming
substrate
Prior art date
Application number
TW097107414A
Other languages
English (en)
Other versions
TW200849633A (en
Inventor
Frederick Brady
Original Assignee
Aptina Imaging Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Aptina Imaging Corp filed Critical Aptina Imaging Corp
Publication of TW200849633A publication Critical patent/TW200849633A/zh
Application granted granted Critical
Publication of TWI389330B publication Critical patent/TWI389330B/zh

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/14—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
    • H01L27/144—Devices controlled by radiation
    • H01L27/146—Imager structures
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/14—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
    • H01L27/144—Devices controlled by radiation
    • H01L27/146—Imager structures
    • H01L27/14601—Structural or functional details thereof
    • H01L27/14632—Wafer-level processed structures
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/14—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
    • H01L27/144—Devices controlled by radiation
    • H01L27/146—Imager structures
    • H01L27/14601—Structural or functional details thereof
    • H01L27/14618—Containers
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/14—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
    • H01L27/144—Devices controlled by radiation
    • H01L27/146—Imager structures
    • H01L27/14601—Structural or functional details thereof
    • H01L27/14634—Assemblies, i.e. Hybrid structures
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/14—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
    • H01L27/144—Devices controlled by radiation
    • H01L27/146—Imager structures
    • H01L27/14601—Structural or functional details thereof
    • H01L27/14636—Interconnect structures
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/14—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
    • H01L27/144—Devices controlled by radiation
    • H01L27/146—Imager structures
    • H01L27/14601—Structural or functional details thereof
    • H01L27/1464—Back illuminated imager structures
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/14—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
    • H01L27/144—Devices controlled by radiation
    • H01L27/146—Imager structures
    • H01L27/14683—Processes or apparatus peculiar to the manufacture or treatment of these devices or parts thereof
    • H01L27/14687—Wafer level processing
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/14—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
    • H01L27/144—Devices controlled by radiation
    • H01L27/146—Imager structures
    • H01L27/14683—Processes or apparatus peculiar to the manufacture or treatment of these devices or parts thereof
    • H01L27/1469—Assemblies, i.e. hybrid integration
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/14—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
    • H01L27/144—Devices controlled by radiation
    • H01L27/146—Imager structures
    • H01L27/14683—Processes or apparatus peculiar to the manufacture or treatment of these devices or parts thereof
    • H01L27/14692—Thin film technologies, e.g. amorphous, poly, micro- or nanocrystalline silicon
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/14—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
    • H01L27/144—Devices controlled by radiation
    • H01L27/146—Imager structures
    • H01L27/14601—Structural or functional details thereof
    • H01L27/14625—Optical elements or arrangements associated with the device
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/14—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
    • H01L27/144—Devices controlled by radiation
    • H01L27/146—Imager structures
    • H01L27/14683—Processes or apparatus peculiar to the manufacture or treatment of these devices or parts thereof
    • H01L27/14685—Process for coatings or optical elements
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/0001—Technical content checked by a classifier
    • H01L2924/0002—Not covered by any one of groups H01L24/00, H01L24/00 and H01L2224/00

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Nanotechnology (AREA)
  • Solid State Image Pick-Up Elements (AREA)

Description

背側照明成像器以及製造其之方法
本發明之具體實施例一般係關於固態成像裝置，且更特定言之，係關於製造一偵測來自其關聯半導體基板之背側之光的成像結構之一方法。
一CMOS(complementary metal oxide semiconductor；互補式金氧半導體)成像器包括一像素焦面陣列，各像素包括一光感測器，例如覆蓋一基板用於在該基板之一摻雜區域中產生一光生電荷的光閘、光導體或光二極體。一讀出電路係針對各像素提供並包括至少一源極隨耦器電晶體及視需要包括一列選擇電晶體，其用於將該源極隨耦器電晶體耦合至一行輸出線。該像素通常還具有一浮動擴散區域，其係連接至該源極隨耦器電晶體之閘極。藉由該光感測器產生的電荷係傳送至該浮動擴散區域。該成像器還可包括一用於將電荷從該光感測器傳送至該浮動擴散區域的電晶體與另一用於在電荷傳送之前將該浮動擴散區域重設為一預定電荷位準的電晶體。
在一CMOS成像器中，一像素(例如一四電晶體像素)之主動元件執行以下必要功能：(1)光子至電荷轉換；(2)電荷至該浮動擴散區域之傳送；(3)在電荷至其的傳送之前將該浮動擴散區域重設為一已知狀態；(4)選擇一像素用於讀出；以及(5)基於該等光轉換電荷的表示一重設電壓與一像素信號電壓之一信號的輸出與放大。藉由一源極隨耦器輸 出電晶體將該浮動擴散區域處的電荷轉換成一像素輸出電壓。
圖1解說一傳統CMOS四電晶體(4T)像素20的示意圖。該四個電晶體包括一傳送電晶體22、一重設電晶體23、一源極隨耦器電晶體24及一列選擇電晶體25。一光感測器21(例如一梢式光二極體)將入射光轉換成電荷。一浮動擴散區域26透過該傳送電晶體22(當係啟動時)接收來自該光感測器21的電荷並還係連接至該重設電晶體23與該源極隨耦器電晶體24之閘極。當該列選擇電晶體25係開啟時，該源極隨耦器電晶體24將一與累積於該浮動擴散區域26中之電荷成比例的信號輸出至一取樣電路。在從該光感測器21傳送電荷之前，該重設電晶體23將該浮動擴散區域26重設為一已知電位。該光感測器21可以係一光二極體(如圖1所示)、一光閘或一光導體。若採用一光二極體，則該光二極體可以係形成於該基板之一表面之下並可以係一p-n-p光二極體、一n-p-n光二極體、一p-n光二極體或一n-p光二極體。
CMOS半導體成像裝置包括諸如圖1之像素20的像素之陣列，其透過光學透鏡將接收的光能轉換成電氣信號。處理藉由該像素陣列產生之電氣信號以呈現一數位影像。
針對一給定整合時間，藉由該光感測器21產生的電荷量對應於撞擊於該光感測器21上之光的強度。因此，重要的係所有導向該光感測器21的光都撞擊於該光感測器21上而非係反射或折射向另一光感測器(稱為光學串擾)。
例如，光學串擾可存在於一像素陣列中的相鄰光感測器之間。在一理想成像器中，光僅透過直接接收該光刺激的光感測器的表面進入。然而，實際上，意欲用於一光感測器的一些光還透過存在於一透鏡與該光感測器之間的光學路徑之側而撞擊於另一光感測器上
光學串擾可引起藉由該成像器產生之影像中的不合需要的結果。當該成像器陣列中的像素密度增加並當像素尺寸對應減小時該等不合需要的結果可變得更為明顯。收縮的像素尺寸與更大的像素密度使其越來越難以將進入光適當地聚焦於各像素之光感測器上而不伴隨光學串擾。
光學串擾可引起藉由該成像器產生之影像中的對比度之模糊或減低。光學串擾還劣化空間解析度，減低總體敏感度，引起色彩混合，並在色彩校正之後引起影像雜訊。如上所述，當像素及相關裝置尺寸係減低時影像劣化可變得更為明顯。此外，於更長的光波長，藉由光學串擾引起的劣化更為顯著。具有更長波長的光更深地穿透進入一像素之矽結構，從而為光係從其預期目標光感測器反射或折射開提供更多機會。
電串擾還可在該等光生信號透過像素之間的矽遷移時發生，並於錯誤的光二極體處收集。對於更長波長的光而言，當像素尺寸減小時，電串擾變得更為明顯。
圖2解說一傳統前側照明成像器中的光學與電串擾問題。一傳統前側照明成像器包括一像素陣列。為簡化起見，解說一單一像素2之一斷面。像素2具有(例如)光二極 體，其係形成於一基板41內。圖2還解說一金屬化與層間介電層51，其與該基板41接觸。亦提供一氮化物層91、濾色器陣列層96及微透鏡97。理想上，進入光13在透過一微透鏡97行進至該像素2之一個別光感測器時應停留在一光感測器光學路徑12內。然而，光13可在該成像器之個別層內及於此等層之間的接面處受到反射。該進入光13還可以不同角度進入該像素，從而引起該光入射於一不同光感測器上。該入射光13在其透過該等各種層行進時的損失亦減小該裝置的量子效率。
如所述，當光生電子透過該等矽層遷移時，電串擾亦可發生於像素之間。該等矽層越厚，此類遷移發生的空間與機會越大。然而，更厚的矽層為一包含一像素陣列的裝置提供更大的總體結構穩定性。
因此，要求並需要一用於減低成像裝置中之串擾及相關電干擾而不危及結構穩定性的改良裝置及方法。亦需要更有效與精確地增加總體像素敏感度並提供改良的串擾免疫性，而不對製程添加複雜性及/或增加製造成本。亦需要增加量子效率。進一步有利的係提供一具有晶圓層級封裝的成像器裝置。
在下列詳細說明中，將參考形成其一部分的附圖，且其中藉由解說來顯示本發明之一特定具體實施例。此等具體實施例係充分詳細地說明以使熟習此項技術者能夠實施該等具體實施例，且應明白可利用其他具體實施例並可進行 結構、邏輯、及電方面的變化。
應明白，術語"基板"作為一以半導體為主之材料，其包括矽、絕緣體上矽(SOI)或藍寶石上矽(SOS)技術、摻雜與不摻雜半導體、藉由一基底半導體基礎支撐之矽磊晶層及其他半導體結構。此外，當在下列說明中引用"基板"時，可能已利用先前程序序驟在基底半導體結構或基礎中形成區域或接面。此外，該半導體不必以矽為主，而可基於矽鍺、鍺或砷化鎵。
術語"像素"指包含用於將光輻射轉換成一電氣信號之一光感測器與電晶體之一圖像元件單位單元。出於解說目的，在本文圖式與說明中解說一代表性像素，並且在一成像器像素陣列中的所有像素之製造一般將以一類似方式同時進行。
現參考圖式，其中藉由相同參考數字表示相同元件，圖3解說在一製造初始階段中一像素陣列之一具體實施例之一部分的斷面。一堆疊5係形成，其包含一裝置層10、一埋入氧化物層30及一基板層40。該裝置層10具有一成像像素20，其具有形成於一側上之一光二極體。該裝置層10可以係一矽層。該像素20可包含一光二極體及關聯電晶體，但為簡化解說在本文中係表示為像素20。取決於對紅色或紅外光的所需敏感度，該裝置層10可具有一至少2.0μm的厚度tD 。該裝置層10越薄，該像素20對紅色或紅外光的敏感度將越小。
在該裝置層10的相對側上，提供該埋入氧化物層30。該 埋入氧化物層30提供絕緣特性以防止光生電子之串擾橫向遷移並防止雜質移入該裝置層10。取決於所需量子效率，該埋入氧化物層30可具有一在大約0.5 μ m至大約2.0 μ m之範圍內的厚度tB 。該埋入氧化物層30越薄，該量子效率越大。
此外，該裝置層10可具有遞級摻雜，其中更高的摻雜接近該埋入氧化物層30介面。遞級摻雜可針對串擾提供額外絕緣特性。此外，該裝置層10可具有一n型或p型摻雜，但當在像素20中使用n通道電晶體時一p型摻雜更為可能。
在該埋入氧化物層30的另一側上，提供該基板層40。該基板層40可具有任何厚度並在處理的初始階段期間(包括該像素20電路及與一像素陣列關聯的週邊電路的形成)向該裝置層10提供結構穩定性。可在該像素20電路上提供一或多個鈍化層(例如BPSG(boron phosphorus silicate glass；硼磷矽酸鹽玻璃))以保護該像素20電路。
金屬化與層間介電層(集體表示為ILD層50)係提供於該裝置層10之上，如圖4所示。視需要，可在該裝置層10與該ILD層50之間形成一額外磊晶層，其中可形成針對該像素20之電晶體。此一結構會具有更大的填充因數，因為由於其餘像素電路處於一不同半導體層中，故該光二極體的覆蓋區域會更大。
該ILD層50具有一包含金屬接合墊55的最終金屬層，其將連接至一互連晶圓70，如圖5所示。該互連晶圓70係黏著於該ILD層50。在一具體實施例中，可藉由與一黏著層 60(例如環氧樹脂)接合來將該互連晶圓70黏著於該ILD層50。
如下所述，一旦在隨後步驟中蝕刻掉該基板層40，該互連晶圓70將向該裝置層10提供結構支撐。該互連晶圓70亦提供進入與離開包含像素20之像素陣列及與該陣列關聯之週邊電路的電氣信號路徑。該互連晶圓70亦可幫助在該裝置層10與外部環境之間提供一密封劑，在晶圓層級封裝的情況下，其中一晶圓包含一製造裝置陣列，包含一像素20陣列及關聯週邊電路的各成像器係接合至具有在該裝置晶圓上延伸之一互連晶圓70的晶圓。該互連晶圓70可由矽或另一材料之玻璃製成。該互連晶圓70在接合至該裝置層10之前可以係未處理的。然而，可在與該裝置層10接合之前圖案化該互連晶圓70，儘管此方法要求在接合之前的額外對準，如下面將說明。
可網版印刷該黏著(或環氧樹脂)層60。用於提供該黏著層60的其他方法包括陽極接合、低溫矽接合或共熔接合。若在接合之前使用導體與外部連接來圖案化該互連晶圓70，則必須對準該互連晶圓70與裝置層10以確保該等接合墊55係接合至該互連晶圓70上的對應電性連接。可在接合之後進行一固化以改良該接合強度並減低在隨後晶圓處理步驟期間的除氣。
如圖6所示，該互連晶圓70係圖案化以具有通道開口75。可藉由各向異性蝕刻或藉由一雷射剝蝕來執行該圖案化。該等開口75係置於該等金屬接合墊55之上，並且該蝕 刻或雷射圖案化程序停止於該等金屬接合墊55上。
如圖7所示，該等開口75係使用一阻障金屬85作襯裏並使用一金屬插塞80來填充。接著，可將該互連晶圓頂部上的多餘金屬拋光掉。
一旦該互連晶圓70的處理完成，便可蝕刻掉該基板層40，如圖8所示。可將該基板層40實質上全部蝕刻掉，因為具有適當之該互連晶圓70便不再需要該基板層來向該堆疊5提供結構穩定性。可使用(例如)SF6 或XeF2 以一各向同性乾式蝕刻來將該基板層40蝕刻掉。或者，可使用已知濕式各向同性蝕刻來將該基板層40蝕刻掉。當執行此蝕刻時，應保護一包含堆疊5的晶圓之側與包含該互連晶圓70的晶圓之頂部。
藉由移除該基板層40，將更接近入射光源放置像素20之光二極體。因此，可減低聚焦結構的要求。可能不需要精確形成一微透鏡或可能根本不需要一微透鏡。
接著在在背側上處理該堆疊5，如圖9所示，其顯示該埋入氧化物層30在頂部。可沈積一低溫氮化物層90以改良光學效能。可在該氮化物層90上提供一濾色器陣列層95並可在該濾色器陣列層95上形成一微透鏡100層。該濾色器層95可包括成一拜耳(Bayer)圖案的紅色、綠色及藍色濾色器，或其他此項技術中已知的濾色器色彩與圖案。應注意，雖然已將該具體實施例說明為具有一單一氮化物層90、濾色器陣列層95及微透鏡100層，但本發明之具體實施例並不限於具有所有此等層並且可視需要省略此等層之 一或多個層，或添加其他層。例如，可在該微透鏡100層上提供一硬塗布以在隨後開發程序期間防止回流。
與圖2所示的傳統前側照明成像器的像素2與微透鏡97之間的距離相比，圖9顯示的所得堆疊5在該像素20與該微透鏡100之間具有一更短距離。因而，該堆疊5為入射光提供一更短路徑來行進至該像素20，因為該基板層40已係蝕刻掉。因此，該裝置之量子效率係增強並且入射光更可能停留在像素20之光感測器的光學路徑內。此外，因為該等矽層更薄，故光生電子之遷移及像素20與相鄰像素之間的關聯電串擾存在更少的空間與更少的機會。該堆疊5的另一優點係該互連晶圓70可以係已連接至一包含該裝置層10之晶圓的一晶圓之部分，其允許晶圓層級封裝並因此更小的封裝尺寸。
圖10解說採用一具有如所說明構造之一背側照明像素層之晶圓結構的一成像器200(例如一CMOS成像器)的簡化方塊圖。像素陣列201包含在一晶圓(例如圖9之堆疊5)中包含個別光感測器的複數個像素，其係配置成預定數目的行與列。該等列線係藉由該列驅動器202回應列位址解碼器203來選擇性地啟動而該等行選擇線係藉由該行驅動器204回應行位址解碼器205來選擇性地啟動。因而，針對各像素提供一列與行位址。可在圖9之ILD層50中形成該等列與行線。
該CMOS成像器200係藉由以下電路來操作：一時序與控制電路206，其控制解碼器203、205來選擇適當的列及行 線用於像素讀出；以及列與行驅動器電路202、204，其將驅動電壓施加至該等選定列及行線之驅動電晶體。通常針對各像素包括一像素重設信號Vrst與一像素影像信號Vsig的像素信號係藉由與該行驅動器204關聯的取樣與保持電路207來取樣。針對各像素產生一差動信號(Vrst-Vsig)，其係藉由一放大器208放大並藉由類比至數位轉換器209數位化。該類比至數位轉換器209將該等類比像素信號轉換成數位信號，其係饋送至一形成一數位影像的影像處理器210。
圖11以一簡化形式顯示一典型處理器系統300(例如一數位相機)，其包括一採用如上所述構造之一晶圓堆疊上之一像素陣列的成像裝置200(圖10)。該處理器系統300係具有數位電路之系統之範例，其可包括成像裝置200。此一系統可無限制地包括一電腦系統、靜態或視訊相機系統、掃描器、機器視覺、車輛導航、視訊電話、監視系統、自動聚焦系統、星體追蹤系統、運動偵測系統、影像穩定系統及其他採用一成像裝置之系統。
該處理器系統300(例如一數位靜態或視訊相機系統)通常包含：一透鏡396，其用於當按壓一快門釋放按鈕397時將一影像聚焦於像素陣列201上；中央處理單元(CPU)395，例如控制相機與一或多個影像流功能之一微處理器，其透過一匯流排393與一或多個輸入/輸出(I/O)裝置391通信。成像裝置200亦透過匯流排393與該CPU 395相通。該系統300還包括隨機存取記憶體(RAM)392，並可包 括可移除記憶體394，例如快閃記憶體，其亦透過匯流排393與CPU 395相通。可將成像裝置200與該CPU組合，其在一單一積體電路上或在一不同晶片上具有或不具有記憶體儲存器。雖然匯流排393係解說為一單一匯流排，但其可以係一或多個匯流排或橋接器或其他用於互連該等系統組件的通信路徑。
雖然上面已說明與解說一具體實施例，但應明白其係藉由範例方式呈現而並非構成限制。例如，雖然已結合成像器裝置晶圓及與CMOS成像器相關聯之一像素陣列讀出電路來說明與解說該具體實施例，但其並不受限於此並可與具有一像素陣列及一關聯像素陣列讀出電路的任何固態成像器一起採用。此外，該具體實施例並不限於成像裝置並可與包括一互連層的任何矽晶圓光敏裝置一起採用。此外，雖然已將互連晶圓70說明為包含導電互連結構，但其還可包含被動裝置(例如電容器與電感器)與主動裝置(例如電晶體與二極體)。將明白可對說明的具體實施例進行形式與細節上的各種改變。
2‧‧‧像素
5‧‧‧堆疊
10‧‧‧裝置層
12‧‧‧光感測器光學路徑
13‧‧‧進入光
20‧‧‧像素
21‧‧‧光感測器
22‧‧‧傳送電晶體
23‧‧‧重設電晶體
24‧‧‧源極隨耦器電晶體
25‧‧‧列選擇電晶體
26‧‧‧浮動擴散區域
30‧‧‧埋入氧化物層
40‧‧‧基板層
41‧‧‧基板
50‧‧‧ILD層
51‧‧‧金屬化與層間介電層
55‧‧‧接合墊
60‧‧‧黏著層
70‧‧‧互連晶圓
75‧‧‧通道開口
80‧‧‧金屬插塞
85‧‧‧阻障金屬
90‧‧‧低溫氮化物層
91‧‧‧氮化物層
95‧‧‧濾色器陣列層
96‧‧‧濾色器陣列層
97‧‧‧微透鏡
100‧‧‧微透鏡
200‧‧‧成像器
201‧‧‧像素陣列
202‧‧‧列驅動器
203‧‧‧列位址解碼器
204‧‧‧行驅動器
205‧‧‧行位址解碼器
206‧‧‧時序與控制電路
207‧‧‧取樣與保持電路
208‧‧‧放大器
209‧‧‧類比至數位轉換器
210‧‧‧影像處理器
300‧‧‧處理器系統
391‧‧‧輸入/輸出(I/O)裝置
392‧‧‧隨機存取記憶體(RAM)
393‧‧‧匯流排
394‧‧‧可移除記憶體
395‧‧‧中央處理單元(CPU)
396‧‧‧透鏡
397‧‧‧快門釋放按鈕
圖1係一傳統CMOS四電晶體(4T)像素的示意圖。
圖2係一先前技術背側照明晶圓的斷面。
圖3係在製造的初始階段中一像素陣列之一具體實施例之一部分的斷面圖。
圖4係在製造的隨後階段中圖3之具體實施例的斷面。
圖5係在製造的隨後階段中圖4之具體實施例的斷面。
圖6係在製造的隨後階段中圖5之具體實施例的斷面。
圖7係在製造的隨後階段中圖6之具體實施例的斷面。
圖8係在製造的隨後階段中圖7之具體實施例的斷面。
圖9係在製造的隨後階段中圖8之具體實施例的斷面。
圖10係採用圖9之具體實施例的一成像器的方塊圖。
圖11係採用圖10之成像器的一處理器系統的方塊圖。
200‧‧‧成像器
201‧‧‧像素陣列
202‧‧‧列驅動器
203‧‧‧列位址解碼器
204‧‧‧行驅動器
205‧‧‧行位址解碼器
206‧‧‧時序與控制電路
207‧‧‧取樣與保持電路
208‧‧‧放大器
209‧‧‧類比至數位轉換器
210‧‧‧影像處理器

Claims (22)

  1. 一種製造一成像器的方法，其包含：在具有一裝置側與一基板側之一裝置層上形成一成像裝置；配置一金屬化層鄰接該裝置層之該裝置側；在該金屬化層上配置複數個導電接合墊；將一互連晶圓之一第一表面黏著於該金屬化層，使得該等導電接合墊被配置於該互連晶圓之該第一表面與該金屬化層之間；在該互連晶圓中形成複數個開口以暴露該等導電接合墊；在該複數個開口中形成複數個導電插塞；從該裝置層蝕刻掉該基板側之至少一部分；以及在該裝置層之該基板側上提供至少一第一層。
  2. 如請求項1之方法，其中該裝置層包含一絕緣體上矽材料。
  3. 如請求項1之方法，其中該裝置層在該基板側與該裝置側之間進一步包含一埋入氧化物層。
  4. 如請求項3之方法，其中該蝕刻步驟包含蝕刻掉該基板側直至暴露該埋入氧化物層。
  5. 如請求項1之方法，進一步包含在將該互連晶圓黏著於該裝置層的步驟之前或之後在該互連晶圓中形成該複數個開口以暴露該等導電接合墊。
  6. 如請求項3之方法，其中該第一鋪層步驟包含在該暴露 的埋入氧化物層上形成一保護層。
  7. 如請求項6之方法，其中該第一鋪層步驟包含在該保護層上提供一濾色器陣列層。
  8. 如請求項7之方法，其中該第一鋪層步驟進一步包含在該濾色器陣列層上提供一透鏡層。
  9. 如請求項1之方法，進一步包含在該裝置層與該互連晶圓之至少一者上形成一硬塗布。
  10. 如請求項1之方法，其中該裝置層與該等互連晶圓各係一分離晶圓之部分。
  11. 一種形成一成像器的方法，其包含：在一絕緣體上矽裝置層之一第一側上形成一成像裝置；配置一金屬化層鄰接該裝置層之該第一側；在該金屬化層上配置複數個導電接合墊；將一互連晶圓之一第一表面黏著於該金屬化層，使得該等導電接合墊被配置於該互連晶圓之該第一表面與該金屬化層之間；在該互連晶圓中形成複數個開口以暴露該等導電接合墊；在該複數個開口中形成複數個導電插塞；移除該裝置層之一第二側之一部分；以及在該裝置層之該第一側上提供額外層。
  12. 如請求項11之方法，進一步包含在該裝置層之該第一側與該第二側之間形成一埋入氧化物層。
  13. 如請求項11之方法，其中該黏著步驟包含在該互連晶圓上網版印刷一環氧樹脂並將該互連晶圓黏著於該裝置層。
  14. 如請求項11之方法，其中該黏著步驟包含低溫矽、陽極或共熔接合之一者。
  15. 如請求項11之方法，其中該移除步驟包含執行一濕式蝕刻或一各向同性乾式蝕刻。
  16. 如請求項11之方法，其中在該互連晶圓中形成該複數個開口的該步驟包含執行一各向異性或雷射蝕刻並停止於該金屬化層上。
  17. 一種背側照明成像器，其包含：一裝置基板，其在一第一側上具有在一矽層中配置成一像素陣列的複數個像素，並在一第二側上具有一埋入氧化物層，該第二側經調適以接收入射影像光；一金屬化與介電質間層，其包含電連接至該像素陣列的至少一金屬線與至少一介電質間層，該金屬化與介電質間層係提供於該裝置基板之該第一側上；一互連晶圓，其用於將電性連接提供至該金屬化與介電質間層，該金屬化與介電質間層係提供於該金屬化與介電質間層之上；該金屬化與介電質間層上之至少一金屬接觸區域，其用於在該金屬化與介電質間層與該互連晶圓之間提供一電性連接；以及在該互連晶圓中之一相對應開口中之至少一金屬插 塞，其中該至少一金屬插塞電性耦合至該金屬化與介電質間層上之該至少一金屬接觸區域。
  18. 如請求項17之背側照明成像器，其中該矽層具有一至少大約2.0 μm的厚度。
  19. 如請求項17之背側照明成像器，其中該埋入氧化物層具有一在大約0.5 μm至大約2.0 μm之範圍內的厚度。
  20. 如請求項17之背側照明成像器，進一步包含在該埋入氧化物層上之一氮化物層，其處於與該裝置基板相對之該埋入氧化物層之一側上。
  21. 一種相機，其包含：一影像處理器；以及一背側照明成像裝置，其係電連接至該影像處理器，其中該背側照明成像裝置包含：一裝置基板，其在一第一側上具有在一矽層中之一像素陣列，並在一第二側上具有一埋入氧化物層，該第二側經調適以接收入射影像光；一金屬層，其包含電連接至該像素陣列之至少一金屬線，該金屬層係提供於該裝置基板之該第一側上；一互連晶圓，其用於將電性連接提供至該金屬層，並用於將結構穩定性提供至該裝置基板；以及該金屬層上的至少一金屬接觸區域，其用於在該金屬層與該互連晶圓之間提供一電性連接；以及在該互連晶圓中之一相對應開口中之至少一金屬插塞，其中該至少一金屬插塞電性耦合至該金屬層上的該 至少一金屬接觸區域。
  22. 一種製造一相機的方法，該方法包含：提供一影像處理器；在具有一裝置側與一基板側之一裝置層上提供一成像裝置；在該裝置層之該裝置側上形成一像素陣列；配置一金屬化層鄰接該裝置層之該裝置側；在該金屬化層上配置複數個導電接合墊；將一互連晶圓之一第一表面黏著於該金屬化層，使得該等導電接合墊被配置於該互連晶圓之該第一表面與該金屬化層之間；在該互連晶圓中形成複數個開口以暴露該等導電接合墊；在該複數個開口中形成複數個導電插塞；從該裝置層蝕刻掉該基板側之至少一部分；在該裝置層之該基板側上提供至少一第一層；以及將該成像裝置電連接至該影像處理器。
TW097107414A 2007-03-02 2008-03-03 背側照明成像器以及製造其之方法 TWI389330B (zh)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US11/712,996 US7879638B2 (en) 2007-03-02 2007-03-02 Backside illuminated imager and method of fabricating the same

Publications (2)

Publication Number Publication Date
TW200849633A TW200849633A (en) 2008-12-16
TWI389330B true TWI389330B (zh) 2013-03-11

Family

ID=39522028

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
TW097107414A TWI389330B (zh) 2007-03-02 2008-03-03 背側照明成像器以及製造其之方法

Country Status (6)

Country Link
US (1) US7879638B2 (zh)
KR (1) KR20090128439A (zh)
CN (1) CN101689555A (zh)
GB (1) GB2459237A (zh)
TW (1) TWI389330B (zh)
WO (1) WO2008109405A2 (zh)

Families Citing this family (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP5151375B2 (ja) * 2007-10-03 2013-02-27 ソニー株式会社 固体撮像装置およびその製造方法および撮像装置
US20100026824A1 (en) * 2008-07-29 2010-02-04 Shenlin Chen Image sensor with reduced red light crosstalk
JP2010114409A (ja) * 2008-10-10 2010-05-20 Sony Corp Ｓｏｉ基板とその製造方法、固体撮像装置とその製造方法、および撮像装置
JP5262823B2 (ja) * 2009-02-23 2013-08-14 ソニー株式会社 固体撮像装置および電子機器
JP5418044B2 (ja) * 2009-07-30 2014-02-19 ソニー株式会社 固体撮像装置およびその製造方法
JP5450633B2 (ja) * 2009-09-09 2014-03-26 株式会社東芝 固体撮像装置およびその製造方法
US20110175999A1 (en) * 2010-01-15 2011-07-21 Mccormack Kenneth Video system and method for operating same
US8569856B2 (en) * 2011-11-03 2013-10-29 Omnivision Technologies, Inc. Pad design for circuit under pad in semiconductor devices
US11137581B2 (en) 2018-09-27 2021-10-05 Himax Technologies Limited Wafer-level homogeneous bonding optical structure and method to form the same

Family Cites Families (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7232714B2 (en) * 2001-11-30 2007-06-19 Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. Semiconductor device
US7242069B2 (en) * 2003-05-05 2007-07-10 Udt Sensors, Inc. Thin wafer detectors with improved radiation damage and crosstalk characteristics
US7064406B2 (en) * 2003-09-03 2006-06-20 Micron Technology, Inc. Supression of dark current in a photosensor for imaging
US6908839B2 (en) * 2003-09-17 2005-06-21 Micron Technology, Inc. Method of producing an imaging device
US20050274988A1 (en) * 2004-06-01 2005-12-15 Hong Sungkwon C Imager with reflector mirrors
US8049293B2 (en) * 2005-03-07 2011-11-01 Sony Corporation Solid-state image pickup device, electronic apparatus using such solid-state image pickup device and method of manufacturing solid-state image pickup device
DE102005026242B4 (de) 2005-06-07 2007-05-03 Austriamicrosystems Ag Photodiode mit integrierter Halbleiterschaltung und Verfahren zur Herstellung
US7271025B2 (en) * 2005-07-12 2007-09-18 Micron Technology, Inc. Image sensor with SOI substrate
US7432148B2 (en) * 2005-08-31 2008-10-07 Micron Technology, Inc. Shallow trench isolation by atomic-level silicon reconstruction
US7619266B2 (en) * 2006-01-09 2009-11-17 Aptina Imaging Corporation Image sensor with improved surface depletion
US7682930B2 (en) * 2006-06-09 2010-03-23 Aptina Imaging Corporation Method of forming elevated photosensor and resulting structure

Also Published As

Publication number Publication date
US20080211939A1 (en) 2008-09-04
GB0915143D0 (en) 2009-10-07
WO2008109405A3 (en) 2008-11-20
WO2008109405A2 (en) 2008-09-12
KR20090128439A (ko) 2009-12-15
CN101689555A (zh) 2010-03-31
GB2459237A (en) 2009-10-21
TW200849633A (en) 2008-12-16
US7879638B2 (en) 2011-02-01

Similar Documents

Publication Publication Date Title
TWI389330B (zh) 背側照明成像器以及製造其之方法
US7675080B2 (en) Uniform color filter arrays in a moat
JP6079502B2 (ja) 固体撮像素子および電子機器
US7557337B2 (en) Micro-lens configuration for small lens focusing in digital imaging devices
US7683407B2 (en) Structure and method for building a light tunnel for use with imaging devices
US9105546B2 (en) Imaging systems with backside illuminated near infrared imaging pixels
US7315014B2 (en) Image sensors with optical trench
JP5424182B2 (ja) 背面照射を用いる光センサおよびピクセル・アレイ、ならびに光センサを形成する方法
US7763913B2 (en) Imaging method, apparatus, and system providing improved imager quantum efficiency
US7265328B2 (en) Method and apparatus providing an optical guide for an imager pixel having a ring of air-filled spaced slots around a photosensor
US20070045511A1 (en) Method and apparatus providing an optical guide in image sensor devices
US20060261342A1 (en) Imaging device having a pixel cell with a transparent conductive interconnect line and the method of making the pixel cell
US20160126267A1 (en) Imaging systems with backside isolation trenches
KR20180016699A (ko) 이미지 센서
KR20110060802A (ko) 고체 촬상 장치와 그 제조 방법, 및 전자 기기
US20070237888A1 (en) Methods to make sidewall light shields for color filter array
TWI685093B (zh) 影像感測器、半導體影像感測器及其製造方法
US8314498B2 (en) Isolated bond pad with conductive via interconnect
TWI416719B (zh) 包含具有按比例調整之寬度的金屬反射器之影像感測器
TWI390669B (zh) 成像器之像素及其他整合電路中形成導電互連之方法
WO2006135720A1 (en) Reduced imager crosstalk and pixel noise using extended buried contacts
US8093673B2 (en) Columnated backside illumination structure
JP2005020024A (ja) Ｘ−ｙアドレス型固体撮像素子およびその製造方法
US20090302323A1 (en) Method and apparatus for providing a low-level interconnect section in an imager device
JP5252100B2 (ja) 固体撮像素子