CN103839951A - 双面照明图像传感器芯片及其形成方法 - Google Patents

双面照明图像传感器芯片及其形成方法 Download PDF

Info

Publication number
CN103839951A
CN103839951A CN201310060236.XA CN201310060236A CN103839951A CN 103839951 A CN103839951 A CN 103839951A CN 201310060236 A CN201310060236 A CN 201310060236A CN 103839951 A CN103839951 A CN 103839951A
Authority
CN
China
Prior art keywords
image sensor
sensor chip
wafer
chip
bond pad
Prior art date
Legal status (The legal status 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 status listed.)
Granted
Application number
CN201310060236.XA
Other languages
English (en)
Other versions
CN103839951B (zh
Inventor
刘智民
涂宏益
赵亦平
薛福隆
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Taiwan Semiconductor Manufacturing Co TSMC Ltd
Original Assignee
Taiwan Semiconductor Manufacturing Co TSMC Ltd
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 Taiwan Semiconductor Manufacturing Co TSMC Ltd filed Critical Taiwan Semiconductor Manufacturing Co TSMC Ltd
Publication of CN103839951A publication Critical patent/CN103839951A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN103839951B publication Critical patent/CN103839951B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

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
    • 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
    • H01L27/14618—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
    • H01L27/14636—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
    • H01L27/1469—Assemblies, i.e. hybrid integration
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00—Semiconductor devices 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; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L31/18—Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment of these devices or of parts thereof
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N25/00—Circuitry of solid-state image sensors [SSIS]; Control thereof
    • H04N25/70—SSIS architectures; Circuits associated therewith
    • H04N25/71—Charge-coupled device [CCD] sensors; Charge-transfer registers specially adapted for CCD sensors
    • H04N25/75—Circuitry for providing, modifying or processing image signals from the pixel array
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00—Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/01—Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/42—Wire connectors; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/47—Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process
    • H01L2224/48—Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process of an individual wire connector
    • H01L2224/4805—Shape
    • H01L2224/4809—Loop shape
    • H01L2224/48091—Arched
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00—Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/73—Means for bonding being of different types provided for in two or more of groups H01L2224/10, H01L2224/18, H01L2224/26, H01L2224/34, H01L2224/42, H01L2224/50, H01L2224/63, H01L2224/71
    • H01L2224/732—Location after the connecting process
    • H01L2224/73251—Location after the connecting process on different surfaces
    • H01L2224/73265—Layer and wire connectors
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N25/00—Circuitry of solid-state image sensors [SSIS]; Control thereof
    • H04N25/70—SSIS architectures; Circuits associated therewith
    • H04N25/76—Addressed sensors, e.g. MOS or CMOS sensors
    • H04N25/78—Readout circuits for addressed sensors, e.g. output amplifiers or A/D converters

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)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Multimedia (AREA)
  • Signal Processing (AREA)
  • Solid State Image Pick-Up Elements (AREA)

Abstract

本发明公开了一种双面照明(DSI)图像传感器芯片及其形成方法，其中该芯片包括：第一图像传感器芯片，被配置成感测来自第一方向的光；以及第二图像传感器芯片，与第一图像传感器芯片对齐并与其接合。第二图像传感器芯片被配置成感测来自与所述第一方向相反的第二方向的光。

Description

双面照明图像传感器芯片及其形成方法
技术领域
本发明总的来说涉及半导体领域，更具体地，涉及双面照明图像传感器芯片及其形成方法。
背景技术
在图像传感器芯片的一些应用中，需要两个相机来从相反的方向获得图像。例如，诸如移动电话的移动设备可包括位于相对侧的两个相机。因此，需要两个朝向相反方向的图像传感器阵列来感测图像。
两个图像传感器芯片接合至同一印刷电路板(PCB)。由于需要保持特定距离来将每个图像传感器芯片与对应的焦距透镜隔开，所以移动设备的厚度不能小于PCB的厚度、两个图像传感器芯片的厚度以及图像传感器芯片与对应焦距透镜之间距离的两倍的总厚度。此外，因为两个图像传感器芯片均需要将信号发送至PCB或从PCB接收信号，所以它们需要具有独立的覆盖区，并且不能背对背放置在PCB上且彼此对齐。
发明内容
根据本发明的一个方面，提供了一种器件，包括双面照明(DSI)图像传感器芯片，其包括：第一图像传感器芯片，被配置成感测来自第一方向的光；以及第二图像传感器芯片，与第一图像传感器芯片对齐并与其接合，第二图像传感器芯片被配置成感测来自与第一方向相反的第二方向的光。
优选地，该器件还包括：第一列读出电路，位于第一图像传感器芯片中；以及第二列读出电路，位于第二图像传感器芯片中，第一列读出电路和第二列读出电路被配置成同时处理第一图像传感器芯片中的像素阵列的同一行。
优选地，第一列读出电路和第二列读出电路中的第一个被配置成处理从行的奇数列读出的数据，而第一列读出电路和第二列读出电路中的第二个被配置成处理从该行的偶数列读出的数据。
优选地，第一列读出电路和第二列读出电路被配置成同时处理第二图像传感器芯片中的像素阵列的同一行。
优选地，该器件还包括：印刷电路板，DSI图像传感器芯片接合至印刷电路板；以及透明窗，位于印刷电路板中，透明窗与DSI图像传感器芯片对齐，以使光通过透明窗并被DSI图像传感器芯片接收。
优选地，第一图像传感器芯片和第二图像传感器芯片中的一个包括状态机&控制器，状态机&控制器被配置成控制第一图像传感器芯片和第二图像传感器芯片中被选定的一个从对应的像素阵列中读取数据。
优选地，第一图像传感器芯片包括第一载体，第一接合焊盘形成在第一载体的表面上；以及第二图像传感器芯片包括第二载体，第二接合焊盘形成在第二载体的表面上，并且第一接合焊盘接合至第二接合焊盘。
根据本发明的又一方面，提供了一种集成电路部件，包括第一晶圆，其包括：第一芯片，具有第一结构并且包括位于第一晶圆的第一面的第一接合焊盘；以及第二芯片，具有与第一结构不同的第二结构，第二芯片包括位于第一晶圆的第一面的第二接合焊盘，并且配置第一晶圆以使当第二芯片翻转到第一芯片上时，第二接合焊盘与第一接合焊盘中的对应焊盘对齐。
优选地，第一芯片和第二芯片是图像传感器芯片，并且第一芯片和第二芯片均包括位于第一晶圆的第二面的微透镜。
优选地，第一芯片包括第一列读出电路，第二芯片包括第二列读出电路，第一列读出电路被配置成接收从第二芯片中的像素阵列读出的数据，并且第二列读出电路配置成接收从第一芯片中的像素阵列读出的数据。
优选地，该集成电路部件还包括与第一晶圆相同并与其接合的第二晶圆，第一晶圆和第二晶圆均包括：多个第一芯片，与第一芯片相同；以及多个第二芯片，与第二芯片相同，第一晶圆中的第一芯片接合至第二晶圆中的多个第二芯片中的一个，并且第一晶圆中的第二芯片接合至第二晶圆中的多个第一芯片中的一个。
优选地，第一芯片和第二芯片中的一个包括多个空接合焊盘。
优选地，第一晶圆包括：多个第一芯片，与第一芯片相同；以及多个第二芯片，与第二芯片相同，多个第一芯片和多个第二芯片以交替布局进行配置。
优选地，第一芯片和第二芯片均包括列读出电路。
根据本发明的又一方面，提供了一种方法，包括：将第一晶圆接合至与第一晶圆相同的第二晶圆，第一晶圆和第二晶圆均包括彼此相同的多个第一芯片以及彼此相同但是与多个第一芯片不同的多个第二芯片，第一晶圆中的多个第一芯片中的每一个都与第二晶圆中的多个第二芯片中的一个接合，并且第一晶圆中的多个第二芯片中的每一个都与第二晶圆中的多个第一芯片中的一个接合。
优选地，该方法还包括：在接合步骤之后，将第一晶圆和第二晶圆切割成彼此相同的多个堆叠芯片。
优选地，多个第一芯片和多个第二芯片是图像传感器芯片，并且该方法还包括：将多个堆叠芯片中的一个接合至印刷电路板(PCB)，多个叠置芯片中的这一个与PCB中的透明窗对齐。
优选地，多个第一芯片和多个第二芯片是图像传感器芯片。
优选地，多个第二芯片中的每一个都包括不与多个第二芯片中的每一个芯片中的其他电路连接的多个空接合焊盘，并且多个空接合焊盘中的每一个都接合至多个第一芯片中的对应芯片中的电路连接接合焊盘，并且电路连接接合焊盘连接至多个第一芯片中的对应芯片的列读出电路。
优选地，该方法还包括：在第一晶圆和第二晶圆的每一个晶圆中的多个第一芯片和多个第二芯片的每一个中都形成多个接合焊盘，多个接合焊盘位于第一晶圆和第二晶圆中的每一个晶圆的第一面；以及在第一晶圆和第二晶圆的每一个晶圆中的多个第一芯片和多个第二芯片的每一个中都形成多个微透镜，多个微透镜位于第一晶圆和第二晶圆中的每一个晶圆的第二面，第二面与第一面相反。
附图说明
为了更完整地理解本发明的实施例以及它们的优点，现在结合附图作为参考进行以下描述，其中：
图1示出了包括双面照明(DSI)图像传感器芯片的系统的截面图，其中DSI图像传感器芯片接合在印刷电路板(PCB)上并且被配置成接收来自相反方向的光；
图2示出了接合两个图像传感器芯片以形成DSI图像传感器芯片的立体图；
图3示出了接合两个图像传感器芯片的截面图；
图4和图5分别示出了相互接合以形成多个DSI图像传感器芯片的两个晶圆的顶视图和截面图；
图6示出了相互接合以形成多个DSI图像传感器芯片的两个图像传感器芯片的接合焊盘；
图7示出了根据一些实施例的DSI图像传感器芯片中的电路和接合焊盘的框图，其中共用DSI图像传感器芯片的两个图像传感器芯片中的列读出电路；以及
图8示出了根据可选实施例的DSI图像传感器芯片中的电路和接合焊盘的框图。
具体实施方式
以下详细讨论本发明实施例的制造和使用。然而，应该理解，本实施例提出了许多可以在各种具体环境中具体化的可应用发明概念。所讨论的具体实施例是说明性的，而不限制本发明的范围。
根据各个示例性实施例，提供了双面照明(DSI)图像传感器芯片及其形成方法。示出了形成DSI图像传感器芯片的中间阶段。对DSI图像传感器芯片的变形和操作进行了讨论。在各个视图和示例性实施例中，类似参考数字用于表示类似元件。在实施例中，尽管将堆叠图像传感器用作实例来介绍本发明的概念，但是堆叠方案和制造方法可应用于任何其他芯片的堆叠，包括但不限于逻辑管芯与逻辑管芯的堆叠、逻辑管芯与存储器管芯的堆叠、存储器管芯与存储器管芯的堆叠等。
图1示出了在其中包含DSI图像传感器芯片14的系统10的截面图。系统10可以是移动应用系统，诸如移动电话、平板电脑等。系统10包括诸如印刷电路板(PCB)的封装组件12，DSI图像传感器芯片14接合在其上。DSI图像传感器芯片14包括图像传感器芯片16以及接合至图像传感器芯片16的图像传感器芯片18。在说明书中，图像传感器芯片16可选地被称为顶部图像传感器芯片，而芯片18被称为底部图像传感器芯片。然而，可以颠倒“顶部”和“底部”芯片的概念。图像传感器芯片16被配置成采集通过焦距透镜20的光26，并且图像传感器芯片18被配置成采集通过焦距透镜22的光28。PCB12包括允许光28通过的透明窗24。例如，通过接合引线30输出DSI图像传感器芯片14采集的图像的电信号，虽然也可以通过倒装芯片接合输出所采集的图像。
图2示出了图像传感器芯片16与图像传感器芯片18的接合方案的立体图。用箭头40和箭头42表示图像传感器芯片16和图像传感器芯片18之间的接合。箭头40表示图3中所接合的接合焊盘C1、D1、A0-A9以及B0-B9，其中接合焊盘用于传输由图像传感器芯片16中的像素阵列44A和图像传感器芯片18中的像素阵列44B产生的电信号。一些箭头40从图像传感器芯片16指向图像传感器芯片18，表示信号从图像传感器芯片16传输至图像传感器芯片18。一些其他箭头40从图像传感器芯片18指向图像传感器芯片16，表示信号从图像传感器芯片18传输至图像传感器芯片16。箭头42被示出从图像传感器芯片16指向图像传感器芯片18，表示图像传感器芯片16中处理的信号通过图像传感器芯片18输出至输入/输出(I/O)焊盘31。图像传感器芯片18中处理的信号也通过I/O焊盘31输出。
图像传感器芯片16包括图像传感器阵列(也称为像素阵列)44A，其包括被配置成接收光并将光转换为电信号的光电二极管50A(图3)。图像传感器芯片16还包括行驱动器46A，其每次选择像素阵列44A中的一行进行处理。图像传感器芯片16还包括列读出电路48A，其对像素阵列44A中选定的行的多列图像传感器(像素)的信号进行处理。在一些实施例中，行驱动器46A划分为奇数行驱动器和偶数行驱动器，它们均表示为46A。奇数行驱动器46A选择并处理奇数行，而偶数行驱动器46A选择并处理偶数行。在可选实施例中，没有对行驱动器46A进行划分，并且单个行驱动器46A既处理奇数行又处理偶数行。
类似地，图像传感器芯片18包括图像传感器阵列44B，其包括被配置成接收光并将光转换为电信号的光电二极管50B(图3)。图像传感器芯片18还包括行驱动器46B，其每次选择像素阵列44B中的一行进行处理。图像传感器芯片18还包括列读出电路48B，其对由行驱动器46B选定的行的多列像素的信号进行处理。在一些实施例中，行驱动器46B被划分为奇数行驱动器和偶数行驱动器，它们都表示为46B。奇数行驱动器46B处理奇数行，而偶数行驱动器46B处理偶数行。在可选实施例中，没有对行驱动器46B进行划分。
在一些实施例中，列读出电路48A和48B中的一个是偶数列读出电路，而列读出电路48A和48B中的另一个是奇数列读出电路。在一些示例性实施例中，如图2所示，电路48A是奇数列读出电路，而电路48B是偶数列读出电路。在可选实施例中，电路48A和48B可以分别是偶数列读出电路和奇数列读出电路。为了便于讨论，在下面所讨论的实例中，电路48A和48B分别被称为奇数列读出电路和偶数列读出电路。诸如48A的奇数列读出电路被配置成处理奇数列中的像素信号。诸如48B的偶数列读出电路被配置成处理偶数列中的像素信号。因此，结合奇数列读出电路48A和偶数列读出电路48B可处理来自选定行的所有列的信号。来自像素阵列44A的信号被传送至奇数列读出电路48A和偶数列读出电路48B，而来自像素阵列44B的信号也被传送至奇数列读出电路48A和偶数列读出电路48B。因此，尽管奇数列读出电路48A和偶数列读出电路48B物理上位于不同的图像传感器芯片16和图像传感器芯片18上，但它们被图像传感器芯片16和图像传感器芯片18共用。可在单独的时隙内通过奇数列读出电路48A和偶数列读出电路48B实现对来自像素阵列44A的信号的处理和来自像素阵列44B的信号的处理。
图3示出了部分图像传感器芯片16和18的截面图。可以是光电二极管的图像传感器50A及其连接的处理器件(诸如传输门、源极跟随器、复位晶体管和浮置扩散区，它们均未示出)与对应的微透镜53A和滤色片55A形成像素单元。像素单元是像素阵列44A的一部分。尽管示出了一个像素单元，但是图像传感器芯片16包括多个形成阵列44A的像素单元。类似地，图像传感器50B和其连接的处理器件(诸如传输门、源极跟随器、复位晶体管和浮置扩散区)与对应的微透镜53B以及滤色片55B形成像素单元。该像素单元是像素阵列44B的一部分。接合焊盘A0-A9、B0-B9、C1和D1可形成在对应的芯片16和18的载体49A和49B上。载体49A和49B可以是玻璃载体、其中不包括有源器件(诸如晶体管)或无源器件(诸如电容和电阻)的半导体载体等。用一个接合焊盘来表示接合焊盘A0-A9，并且用一个接合焊盘来表示接合焊盘B0-B9。在实际的芯片上，在A0-A9和B0-B9(如图6所示)中，单个示出的接合焊盘A0-A9以及单个示出的接合焊盘B0-B9中的每一个都表示多个接合焊盘。
像素阵列44A电连接至接合焊盘C1。像素阵列44B电连接至接合焊盘D1，其中接合焊盘D1接合并电连接至接合焊盘C1。尽管示出了一个接合焊盘C1和一个接合焊盘D1，但是可具有多个接合焊盘C1和多个接合焊盘D1。通过图2中的箭头40示出接合焊盘C1和D1的接合。通过接合焊盘C1和D1，像素阵列44A的偶数列像素中的信号可被传输到偶数列读出电路48B(图2)，并在其中对其进行处理。像素阵列44B的奇数列像素中的信号可被传输到奇数列读出电路48A，并在其中对其进行处理。
图像传感器芯片16中的电路还可将信号传输至接合焊盘A0-A9，接合焊盘A0-A9接合至图像传感器芯片18中的接合焊盘B0-B9中的对应焊盘。因此，信号可通过接合焊盘A0-A9和B0-B9并通过衬底通孔57输出至I/O焊盘31。
如图3所示，接合焊盘A0-A9可连接至诸如对应图像传感器芯片16中的列读出电路48A的电路。因此，接合焊盘A0-A9被称为电路连接接合焊盘。接合焊盘B0-B9不直接接收来自同一图像传感器芯片18中的电路的信号，但是被用作图像传感器芯片16的信号路径来输出信号。因此，接合焊盘B0-B9被称为空接合焊盘或通孔接合焊盘。
图4示出了通过晶圆-晶圆接合形成DSI图像传感器芯片14。晶圆100和200被示出并且彼此完全相同。可使用相同或不同的工艺步骤、相同的光刻掩模和/或相同或不同的工艺条件来形成晶圆100和晶圆200。因此，对晶圆100的描述也适用于晶圆200，反之亦然。为了形成DSI图像传感器芯片14，晶圆200可放置在晶圆100的一边，并且可定位在与晶圆100相同的方向。然后，晶圆200翻转到晶圆100上并与其面对面，其中点202与点102重叠并且点204与点104重叠。然后，执行晶圆-晶圆接合，以将晶圆200接合至晶圆100，其中晶圆200的接合焊盘被接合至晶圆100。在接合之后，接合的晶圆100和200被切割成多个DSI图像传感器芯片14。
返回参照图2和图3，DSI图像传感器芯片14中的顶部图像传感器芯片16和底部图像传感器芯片18可具有不同的结构。返回参照图4，顶部图像传感器芯片16和底部图像传感器芯片18均形成在晶圆100中(并且在晶圆200中)。在一些实施例中，晶圆100中约一半的图像传感器芯片是顶部图像传感器芯片16并且彼此相同。晶圆100中约一半的图像传感器芯片是底部图像传感器芯片18并且彼此相同。在晶圆100中的每一行和/或每一列的芯片中，顶部图像传感器芯片16和底部图像传感器芯片18都以交替排列的方式配置，虽然还可使用不同的排列方式。
在一些实施例中，晶圆100中的接合焊盘(诸如A0-A9、B0-B9、C1以及D1)与晶圆200中的接合焊盘对称，这意味着当晶圆200翻转到晶圆100上并与其对齐时，晶圆200中的接合焊盘与晶圆100中的接合焊盘对齐，因此能够彼此接合。例如，晶圆100中的接合焊盘A1’与晶圆200中的接合焊盘B1’对齐，其中箭头52A表示晶圆200翻转到晶圆100上并且接合焊盘A1’与B1’对齐并接合。晶圆100中的接合焊盘A2’与晶圆200中的接合焊盘B2’对齐，其中箭头52B表示晶圆200翻转到晶圆100上并且接合焊盘A2’与B2’对齐并接合。在一些示例性实施例中，基本上晶圆100中的每个接合焊盘都与晶圆200中的一个接合焊盘对称，反之亦然。
当晶圆200翻转到晶圆100上并与其接合时，晶圆100中的每一个顶部图像传感器芯片16都与晶圆200中的一个底部图像传感器芯片18对齐并与其接合，以形成DSI图像传感器芯片，其中芯片16中的接合焊盘与芯片18中的接合焊盘对齐并与其接合。类似地，晶圆100中的每一个底部图像传感器芯片18都与晶圆200中的一个顶部图像传感器芯片16对齐并与其接合，以形成另一个DSI图像传感器芯片14。
图5示出了部分接合的晶圆100和晶圆200的截面图。如图5所示，多个DSI图像传感器芯片14具有两种相反的设置。在第一种设置中，图像传感器芯片16位于图像传感器芯片18上方。在第二种设置中，图像传感器芯片16位于图像传感器芯片18下方。然而，具有不同设置的DSI图像传感器芯片14可具有相同的结构。
应该认识到，在晶圆100和晶圆200的制造中，可以以中间掩模规模而不是芯片规模来曝光用于形成晶圆100中的器件、部件和图案的光刻胶(未示出)的相关曝光。尽管没有示出更多的中间掩模，但是晶圆100包括示例性的中间掩模R1-R4，并且晶圆200包括示例性的中间掩模R1’-R4’。中间掩模覆盖多个芯片。在曝光期间，光刻胶被涂覆在对应的晶圆100和晶圆200上，然后逐中间掩模地进行曝光。也就是说，一个中间掩模被曝光后，然后曝光设备(诸如步进机)移至下一个中间掩模，并且使用相同的光刻掩模来曝光光刻胶。为了确保芯片16和芯片18中对应的接合焊盘可彼此准确接合以及芯片16可准确地接合到芯片18，中间掩模也是对称的，并且晶圆100中的中间掩模R1、R2、R3和R4分别与晶圆200中的中间掩模R1’、R2’、R3’和R4’对称。这意味着当晶圆200翻转到晶圆100上时，中间掩模R1’、R2’、R3’和R4’分别与R1、R2、R3和R4对齐。
图6示出了图像传感器芯片16和18中的接合焊盘的示例性配置。返回参照图3，为了确保顶部图像传感器芯片16中的信号通过底部图像传感器芯片18输出至I/O焊盘31而没有与底部图像传感器芯片18内产生的信号冲突，输出信号至/IO焊盘31的接合焊盘需要接合至底部图像传感器芯片18中的空接合焊盘。参照图6，根据示例性实施例，在芯片16和芯片18的每个芯片中示出多个接合焊盘A0-A9以及B0-B9。以字母“A”开头的接合焊盘表示接收在同一芯片内产生的信号的接合焊盘，并且以字母“B”开头的接合焊盘表示不接收在同一芯片内产生的信号的空接合焊盘。当芯片18翻转到芯片16上方并与其接合时，如箭头52所示，电路连接接合焊盘A0-A9中的每一个都接合至对应的空接合焊盘B0-B9。在一些实施例中，通过底部图像传感器芯片18中的I/O焊盘31(图3)输出所得到的DSI图像传感器芯片14中的信号，但是不通过顶部图像传感器芯片16中的任何输出焊盘。因此，所有的空接合焊盘都位于底部图像传感器芯片18中。在可选实施例中，如图6所示，芯片16和18都具有空接合焊盘B0-B9。因此，可通过芯片16和18中的I/O焊盘31(未示出)输出所得到的DSI图像传感器芯片14中的信号。
图7示出了DSI图像传感器芯片14的框图，其包括彼此接合的图像传感器芯片16和18。在一些实施例中，状态机&控制器54位于芯片16和18的一个中。状态机&控制器54控制在特定的时隙内芯片16和芯片18中的哪一个可以从其像素阵列中读取数据。假设在一个时隙内，确定芯片16应该执行数据读出，则状态机&控制器54控制芯片16中的行驱动器46A来从像素阵列44A中选择一行读出数据。同时，状态机&控制器54可控制驱动器46B不选择任何行来读取数据。所选择的行包括奇数列和偶数列。从奇数列读出的数据被传送至奇数列读出电路48A以进行处理。同时，从偶数列读出的数据被传送至偶数列读出电路48B以进行处理。因此，从像素阵列44A读出的数据被分到不同芯片上的列读出电路进行处理。输出数据格式化器60A处理来自奇数列读出电路48A的数据。例如，输出数据格式化器60A可调节数字增益、偏移、红-绿-蓝(RGB)平衡等。输出数据格式化器60B接收并处理来自偶数列读出电路48B的数据。然后，由输出数据格式化器60A产生的奇数列数据通过图6所示的空焊盘B0-B9输出到芯片18中的I/O焊盘31。由输出数据格式化器60B产生的偶数列数据也可传送到芯片18中的I/O焊盘31。
类似地，在另一个时隙内，状态机&控制器54控制芯片18中的行驱动器46B从像素阵列44B中选择一行来读出数据。同时，状态机&控制器54控制行驱动器46A不选择任何行来读取数据。然后，从像素阵列44B中选定行读出的列数据被分为奇数列数据和偶数列数据，并且同时被奇数列读出电路48A和偶数列读出电路48B处理，然后输出到I/O焊盘31。
在实施例中，芯片16和18共用芯片16和18中的每一个列读出电路。因此，由于芯片16和18中的每一个芯片中的列读出电路或者处理偶数列数据或者处理奇数列数据但是不是两者都处理而被削减一半的事实，可以减小芯片16和芯片18的尺寸。
图8示出了根据可选实施例的DSI图像传感器芯片14的框图。在这些实施例中，图7中的状态机&控制器54被分为状态机&控制器54A和状态机&控制器54B，它们分别设置在芯片16和18中。此外，芯片16和18中的每一个都可具有它们自己的I/O焊盘31。因此，减少了芯片的交叉操作。而且，可以看出，芯片16和18都具有完整的图像传感器芯片功能，因此芯片16和18均可用作单面照明芯片，而不必包括在DSI图像传感器芯片中。
返回参照图1，可以看出，由距离S1和距离S2以及图像传感器芯片16和18的厚度部分确定系统10的最小厚度。距离S1和距离S2分别是从DSI图像传感器芯片14到焦距透镜20和22的距离。然而，PCB12的厚度并不影响系统10的最小厚度，因为它包括在距离S2内。系统10的最小厚度小于采用接合在PCB的相对面上的两个图像传感器的传统系统的最小厚度。传统系统的最小厚度和系统10的最小厚度之间的差值可以与PCB12的厚度相等。此外，DSI图像传感器芯片14的覆盖区S4(其是DSI图像传感器芯片14和对应接合引线30的尺寸)小于使用两个独立的图像传感器的传统系统的封装尺寸的覆盖区。
在实施例中，使用相同的晶圆设计来制造虽然具有不同结构的堆叠图像传感器芯片16和18。因此，仅需要一套光刻掩模来形成具有不同结构的堆叠芯片/晶圆。因此降低了设计和制造的成本。
根据实施例，一种DSI图像传感器芯片包括被配置成感测来自第一方向的光的第一图像传感器芯片以及与第一图像传感器芯片对齐并与其接合的第二图像传感器芯片。第二图像传感器芯片被配置成感测来自与第一方向相反的第二方向的光。
根据其他实施例，一种晶圆包括：第一芯片，具有第一结构并且包括在第一晶圆的第一面上的第一接合焊盘；以及第二芯片，具有与第一结构不同的第二结构。第二芯片包括在第一晶圆的第一面上的第二接合焊盘。对第一晶圆进行配置，使得当第二芯片翻转到第一芯片上时，第二接合焊盘与对应的一个第一接合焊盘对齐。
根据另一其他实施例，一种方法包括将第一晶圆接合至与第一晶圆相同的第二晶圆。第一晶圆和第二晶圆均包括彼此相同的多个第一芯片以及彼此相同但与多个第一芯片不同的多个第二芯片。第一晶圆中的多个第一芯片中的每一个都接合至第二晶圆中的多个第二芯片中的一个。第一晶圆中的多个第二芯片中的每一个都接合至第二晶圆中的多个第一芯片中的一个。
尽管详细描述本发明的实施例及它们的优点，但是应该理解，可以进行各种改变、替换和变更而不背离所附权利要求限定的实施例的精神和范围。而且，本申请的范围不旨在限于说明书中所描述的工艺、机器装置、制造、和物质组成、工具、方法和步骤的具体实施例。本领域技术人员很容易理解，根据本发明可使用与本文所描述的对应实施例执行基本相同功能或实现基本相同效果的目前现有的或即将开发的工艺、机器装置、制造、物质组成、工具、方法或步骤。因此，所附权利要求旨在包括这种工艺、机器装置、制造、物质组成、工具、方法或步骤的范围内。此外，每个权利要求都构成一个独立的实施例，并且各种权利要求和实施例的组合均在本发明的范围内。

Claims (10)

1.一种器件，包括：
双面照明(DSI)图像传感器芯片，包括：
第一图像传感器芯片，被配置成感测来自第一方向的光；以及
第二图像传感器芯片，与所述第一图像传感器芯片对齐并与其接合，所述第二图像传感器芯片被配置成感测来自与所述第一方向相反的第二方向的光。
2.根据权利要求1所述的器件，还包括：
第一列读出电路，位于所述第一图像传感器芯片中；以及
第二列读出电路，位于所述第二图像传感器芯片中，所述第一列读出电路和所述第二列读出电路被配置成同时处理所述第一图像传感器芯片中的像素阵列的同一行。
3.根据权利要求2所述的器件，其中，所述第一列读出电路和所述第二列读出电路中的第一个被配置成处理从行的奇数列读出的数据，而所述第一列读出电路和所述第二列读出电路中的第二个被配置成处理从该行的偶数列读出的数据。
4.根据权利要求2所述的器件，其中，所述第一列读出电路和所述第二列读出电路被配置成同时处理所述第二图像传感器芯片中的像素阵列的同一行。
5.根据权利要求1所述的器件，还包括：
印刷电路板，所述DSI图像传感器芯片接合至所述印刷电路板；以及
透明窗，位于所述印刷电路板中，所述透明窗与所述DSI图像传感器芯片对齐，以使光通过所述透明窗并被所述DSI图像传感器芯片接收。
6.根据权利要求1所述的器件，其中，所述第一图像传感器芯片和所述第二图像传感器芯片中的一个包括状态机&控制器，所述状态机&控制器被配置成控制所述第一图像传感器芯片和所述第二图像传感器芯片中被选定的一个从对应的像素阵列中读取数据。
7.根据权利要求1所述的器件，其中：
所述第一图像传感器芯片包括第一载体，第一接合焊盘形成在所述第一载体的表面上；以及
所述第二图像传感器芯片包括第二载体，第二接合焊盘形成在所述第二载体的表面上，并且所述第一接合焊盘接合至所述第二接合焊盘。
8.一种集成电路部件，包括：
第一晶圆，包括：
第一芯片，具有第一结构并且包括位于所述第一晶圆的第一面的第一接合焊盘；以及
第二芯片，具有与第一结构不同的第二结构，所述第二芯片包括位于所述第一晶圆的第一面的第二接合焊盘，并且配置所述第一晶圆以使当所述第二芯片翻转到所述第一芯片上时，所述第二接合焊盘与所述第一接合焊盘中的对应焊盘对齐。
9.根据权利要求8所述的集成电路部件，其中，所述第一芯片和所述第二芯片是图像传感器芯片，并且所述第一芯片和所述第二芯片均包括位于所述第一晶圆的第二面的微透镜。
10.一种方法，包括：
将第一晶圆接合至与所述第一晶圆相同的第二晶圆，所述第一晶圆和所述第二晶圆均包括：
彼此相同的多个第一芯片；以及
彼此相同但是与所述多个第一芯片不同的多个第二芯片，所述第一晶圆中的多个第一芯片中的每一个都与所述第二晶圆中的多个第二芯片中的一个接合，并且所述第一晶圆中的多个第二芯片中的每一个都与所述第二晶圆中的多个第一芯片中的一个接合。
CN201310060236.XA 2012-11-21 2013-02-26 双面照明图像传感器芯片及其形成方法 Active CN103839951B (zh)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US13/683,819 2012-11-21
US13/683,819 US9202963B2 (en) 2012-11-21 2012-11-21 Dual-side illumination image sensor chips and methods for forming the same

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN103839951A true CN103839951A (zh) 2014-06-04
CN103839951B CN103839951B (zh) 2016-10-05

Family

ID=50727027

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201310060236.XA Active CN103839951B (zh) 2012-11-21 2013-02-26 双面照明图像传感器芯片及其形成方法

Country Status (2)

Country Link
US (2) US9202963B2 (zh)
CN (1) CN103839951B (zh)

Cited By (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105140251A (zh) * 2015-07-03 2015-12-09 豪威科技(上海)有限公司 一种背照式图像传感器晶圆、芯片及其制造方法
CN105609513A (zh) * 2015-10-29 2016-05-25 上海集成电路研发中心有限公司 双面cmos图像传感器芯片及其制造方法
CN106161885A (zh) * 2015-04-08 2016-11-23 鸿富锦精密工业（深圳）有限公司 摄像头模组
CN106910757A (zh) * 2015-10-29 2017-06-30 三星电子株式会社 层叠型半导体器件
CN106960835A (zh) * 2016-01-12 2017-07-18 台湾积体电路制造股份有限公司 具有堆叠半导体管芯的半导体器件结构
CN107978614A (zh) * 2017-12-22 2018-05-01 德淮半导体有限公司 一种图像传感器及其制备方法
CN109346491A (zh) * 2018-10-10 2019-02-15 德淮半导体有限公司 半导体装置及其制造方法
WO2019041257A1 (zh) * 2017-08-31 2019-03-07 深圳市大疆创新科技有限公司 信号处理芯片、图像处理系统和距离测量系统
CN111524981A (zh) * 2020-04-15 2020-08-11 甬矽电子(宁波)股份有限公司 芯片封装结构及芯片封装方法
US11675076B2 (en) 2017-08-31 2023-06-13 SZ DJI Technology Co., Ltd. Solid state light detection and ranging (LIDAR) system and system and method for improving solid state light detection and ranging (LIDAR) resolution

Families Citing this family (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9202547B2 (en) * 2013-03-15 2015-12-01 Intel Corporation Managing disturbance induced errors
US9711555B2 (en) * 2013-09-27 2017-07-18 Taiwan Semiconductor Manufacturing Company, Ltd. Dual facing BSI image sensors with wafer level stacking
US9490282B2 (en) * 2015-03-19 2016-11-08 Omnivision Technologies, Inc. Photosensitive capacitor pixel for image sensor
TWI692859B (zh) * 2015-05-15 2020-05-01 日商新力股份有限公司 固體攝像裝置及其製造方法、以及電子機器
KR20170036415A (ko) * 2015-09-24 2017-04-03 삼성전자주식회사 양면 이미지 센서
JP6722287B2 (ja) 2015-12-09 2020-07-15 タイタン メディカル インコーポレイテッドＴｉｔａｎ Ｍｅｄｉｃａｌ Ｉｎｃ． 立体撮像センサ装置及び立体撮像に用いる画像センサ対を製作するための方法
WO2019188026A1 (ja) * 2018-03-30 2019-10-03 ソニーセミコンダクタソリューションズ株式会社 固体撮像装置、固体撮像装置の製造方法、及び固体撮像装置を搭載した電子機器
US11532524B2 (en) 2020-07-27 2022-12-20 Taiwan Semiconductor Manufacturing Co., Ltd. Integrated circuit test method and structure thereof
US11538778B2 (en) * 2020-12-18 2022-12-27 Advanced Semiconductor Engineering, Inc. Semiconductor package including alignment material and method for manufacturing semiconductor package

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20050046740A1 (en) * 2003-08-29 2005-03-03 Davis Raymond A.. Apparatus including a dual camera module and method of using the same
CN101552226A (zh) * 2008-04-02 2009-10-07 菱生精密工业股份有限公司 堆栈式芯片封装方法
US20100047567A1 (en) * 2008-07-21 2010-02-25 Commissariat A L'energie Atomique Multi-component device integrated into a matrix
WO2011149451A1 (en) * 2010-05-24 2011-12-01 Omnivision Technologies, Inc. Dual-sided image sensor

Family Cites Families (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5952725A (en) * 1996-02-20 1999-09-14 Micron Technology, Inc. Stacked semiconductor devices
US7053254B2 (en) 2003-11-07 2006-05-30 Chevron U.S.A, Inc. Process for improving the lubricating properties of base oils using a Fischer-Tropsch derived bottoms
US7539412B2 (en) * 2006-05-17 2009-05-26 Terrasem Co. Ltd. Camera module with first and second image sensor chips, holders and lens
KR100809718B1 (ko) * 2007-01-15 2008-03-06 삼성전자주식회사 이종 칩들을 갖는 적층형 반도체 칩 패키지 및 그 제조방법
KR100945800B1 (ko) * 2008-12-09 2010-03-05 김영혜 이종 접합 웨이퍼 제조방법
JP5482025B2 (ja) 2009-08-28 2014-04-23 ソニー株式会社 固体撮像装置とその製造方法、及び電子機器
WO2011043025A1 (ja) * 2009-10-07 2011-04-14 パナソニック株式会社 固体撮像素子および撮像装置
JP5232189B2 (ja) * 2010-03-11 2013-07-10 株式会社東芝 固体撮像装置
US9265186B2 (en) * 2011-11-10 2016-02-16 Delaware Capital Formation, Inc. Camera system for aligning components of a PCB

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20050046740A1 (en) * 2003-08-29 2005-03-03 Davis Raymond A.. Apparatus including a dual camera module and method of using the same
CN101552226A (zh) * 2008-04-02 2009-10-07 菱生精密工业股份有限公司 堆栈式芯片封装方法
US20100047567A1 (en) * 2008-07-21 2010-02-25 Commissariat A L'energie Atomique Multi-component device integrated into a matrix
WO2011149451A1 (en) * 2010-05-24 2011-12-01 Omnivision Technologies, Inc. Dual-sided image sensor

Cited By (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106161885A (zh) * 2015-04-08 2016-11-23 鸿富锦精密工业（深圳）有限公司 摄像头模组
CN105140251A (zh) * 2015-07-03 2015-12-09 豪威科技(上海)有限公司 一种背照式图像传感器晶圆、芯片及其制造方法
CN105609513A (zh) * 2015-10-29 2016-05-25 上海集成电路研发中心有限公司 双面cmos图像传感器芯片及其制造方法
CN106910757A (zh) * 2015-10-29 2017-06-30 三星电子株式会社 层叠型半导体器件
CN106910757B (zh) * 2015-10-29 2020-10-23 三星电子株式会社 层叠型半导体器件
CN106960835A (zh) * 2016-01-12 2017-07-18 台湾积体电路制造股份有限公司 具有堆叠半导体管芯的半导体器件结构
CN106960835B (zh) * 2016-01-12 2019-12-27 台湾积体电路制造股份有限公司 具有堆叠半导体管芯的半导体器件结构
WO2019041257A1 (zh) * 2017-08-31 2019-03-07 深圳市大疆创新科技有限公司 信号处理芯片、图像处理系统和距离测量系统
US11675076B2 (en) 2017-08-31 2023-06-13 SZ DJI Technology Co., Ltd. Solid state light detection and ranging (LIDAR) system and system and method for improving solid state light detection and ranging (LIDAR) resolution
CN107978614A (zh) * 2017-12-22 2018-05-01 德淮半导体有限公司 一种图像传感器及其制备方法
CN109346491A (zh) * 2018-10-10 2019-02-15 德淮半导体有限公司 半导体装置及其制造方法
CN111524981A (zh) * 2020-04-15 2020-08-11 甬矽电子(宁波)股份有限公司 芯片封装结构及芯片封装方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN103839951B (zh) 2016-10-05
US9978796B2 (en) 2018-05-22
US9202963B2 (en) 2015-12-01
US20160086996A1 (en) 2016-03-24
US20140138521A1 (en) 2014-05-22

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN103839951A (zh) 双面照明图像传感器芯片及其形成方法
CN103681703B (zh) 3d堆叠背照式图像传感器及其制造方法
CN101978499B (zh) 具有共享扩散区域的堆叠式图像传感器
US20140138520A1 (en) Dual-Side Illumination Image Sensor Chips and Methods for Forming the Same
CN106791504B (zh) 堆叠芯片成像系统
CN101926171A (zh) 具有芯片上的多个像素阵列的照相机系统
US20120274811A1 (en) Imaging devices having arrays of image sensors and precision offset lenses
US20140267286A1 (en) Systems and Methods for Providing an Array Projector
CN103636000A (zh) 具有使公差被最优化的互连的图像传感器
CN107197142A (zh) 固体摄像装置以及电子相机
CN105633056A (zh) 电子装置和半导体器件的制造方法
CN106409852A (zh) 图像传感器和包括其的系统
US20220165765A1 (en) Image sensor and image sensing system
JPWO2018062303A1 (ja) 撮像素子および電子カメラ
US10529763B2 (en) Imaging pixels with microlenses
US20100164044A1 (en) Image sensor and manufacturing method thereof
US10481196B2 (en) Image sensor with test region
KR102505432B1 (ko) 이미지 센서 모듈 및 듀얼 카메라 모듈
US20220344389A1 (en) Image sensor
JP2021082940A (ja) 撮像素子および撮像装置
US20230353896A1 (en) Expanded image sensor pixel array
WO2022050134A1 (ja) 固体撮像装置及び電子機器
JP2022183072A (ja) イメージセンサおよびイメージ信号処理方法
KR20220006178A (ko) 3차원 이미지 센서
KR20240081893A (ko) 이미지 센싱 장치 및 이미지 신호 처리 방법

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C14 Grant of patent or utility model
GR01 Patent grant