CN105140251A - 一种背照式图像传感器晶圆、芯片及其制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种背照式图像传感器晶圆、芯片及其制造方法，所述背照式图像传感器晶圆包括一片载体晶圆以及两片器件晶圆，所述两片器件晶圆分别位于所述载体晶圆的正面和背面。所述背照式图像传感器芯片由所述背照式图像传感器晶圆切割、封装得到。通过两片器件晶圆进行感光，所述背照式图像传感器晶圆和芯片便可双面感光。

Description

一种背照式图像传感器晶圆、芯片及其制造方法

技术领域

本发明涉及集成电路制造技术领域，特别涉及一种背照式图像传感器晶圆、芯片及其制造方法。

背景技术

图像传感器芯片是摄像设备的核心部件，其通过将光信号转换成电信号来实现图像拍摄功能。图像传感器芯片由图像传感器晶圆制得，一块图像传感器晶圆能够得到成百上千个图像传感器芯片。

目前，所有的图像传感器芯片只能单面感光，包括最新的堆栈式图像传感器芯片以及一般的背照式、前照式图像传感器芯片。因此，为了达到双面拍摄或者双面监控的目的，只能采用两颗图像传感器芯片，例如手机的后置摄像头和前置摄像头。采用两颗图像传感器芯片不仅增加了产品成本；同时也增大了产品的体积，与现在产品小型化的主流趋势相违背。

因此，如何解决这一问题成了本领域技术人员亟待解决的难题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种背照式图像传感器晶圆、芯片及其制造方法，以解决现有的图像传感器芯片只能单面感光的问题。

为解决上述技术问题，本发明提供一种背照式图像传感器晶圆，所述背照式图像传感器晶圆包括：一片载体晶圆以及两片器件晶圆，所述两片器件晶圆分别位于所述载体晶圆的正面和背面。

可选的，在所述的背照式图像传感器晶圆中，所述器件晶圆包括像素区和逻辑区。

可选的，在所述的背照式图像传感器晶圆中，所述两片器件晶圆的厚度均为2μm～20μm；所述载体晶圆的厚度为700μm～800μm。

可选的，在所述的背照式图像传感器晶圆中，所述两片器件晶圆的像素相同或者不相同。

可选的，在所述的背照式图像传感器晶圆中，所述两片器件晶圆中的一片或者两片通过氧化硅层与所述载体晶圆粘合。

可选的，在所述的背照式图像传感器晶圆中，所述载体晶圆包括载体金属连接线，所述两片器件晶圆均包括器件金属连接线，所述器件金属连接线均位于逻辑区，所述器件金属连接线均与所述载体金属连接线连接。

可选的，在所述的背照式图像传感器晶圆中，所述两片器件晶圆均还包括：器件基底，位于所述器件基底上的器件介质层，位于所述器件介质层中的器件金属布线层、转换器件、传输栅以及逻辑栅。

本发明还提供一种背照式图像传感器芯片，所述背照式图像传感器芯片由上述背照式图像传感器晶圆制得。

本发明还提供一种背照式图像传感器晶圆的制造方法，所述背照式图像传感器晶圆的制造方法包括：

在一载体晶圆的一表面粘合一器件晶圆；

在所述载体晶圆的另一表面粘合另一器件晶圆。

可选的，在所述的背照式图像传感器晶圆的制造方法中，在一载体晶圆的一表面粘合一器件晶圆之后，在所述载体晶圆的另一表面粘合另一器件晶圆之前，还包括：

对所述载体晶圆执行减薄、深硅穿孔以及金属连接线填充工艺。

可选的，在所述的背照式图像传感器晶圆的制造方法中，在对所述载体晶圆执行减薄、深硅穿孔以及金属连接线填充工艺之后，在所述载体晶圆的另一表面粘合另一器件晶圆之前，还包括：

在第一片器件晶圆表面以及所述载体晶圆的另一表面分别形成一氧化硅层。

可选的，在所述的背照式图像传感器晶圆的制造方法中，在所述载体晶圆的另一表面粘合另一器件晶圆之后，还包括：

对第二片器件晶圆执行减薄、深硅穿孔以及金属连接线填充工艺。

可选的，在所述的背照式图像传感器晶圆的制造方法中，在对第二片器件晶圆执行减薄、深硅穿孔以及金属连接线填充工艺之后，还包括：

去除所述第一片器件晶圆表面的氧化硅层。

本发明还提供一种背照式图像传感器芯片的制造方法，所述背照式图像传感器芯片的制造方法包括：在执行了上述背照式图像传感器晶圆的制造方法得到背照式图像传感器晶圆之后，对所述背照式图像传感器晶圆执行切割工艺。

在本发明提供的背照式图像传感器晶圆、芯片及其制造方法中，所述背照式图像传感器晶圆包括了两片器件晶圆，由此便可进行双面感光，从而实现了图像传感器芯片双面感光。

附图说明

图1是本发明实施例的背照式图像传感器晶圆的制造方法的流程示意图；

图2～图7是本发明实施例的背照式图像传感器晶圆的制造过程中所形成的器件结构示意图。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本发明提出的背照式图像传感器晶圆、芯片及其制造方法作进一步详细说明。根据下面说明和权利要求书，本发明的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。

请参考图1至图6，其中，图1为本发明实施例的背照式图像传感器晶圆的制造方法的流程示意图；图2～图7为本发明实施例的背照式图像传感器晶圆的制造过程中所形成的器件结构示意图。

首先，请参考图1，在本申请实施例中，所述背照式图像传感器晶圆的制造方法具体包括：

步骤S10：在一载体晶圆的一表面粘合一器件晶圆；

步骤S20：对所述载体晶圆执行减薄、深硅穿孔以及金属连接线填充工艺；

步骤S30：在第一片器件晶圆表面以及所述载体晶圆的另一表面分别形成一氧化硅层；

步骤S40：在所述载体晶圆的另一表面粘合另一器件晶圆；

步骤S50：对第二片器件晶圆执行减薄、深硅穿孔以及金属连接线填充工艺；

步骤S60：去除所述第一片器件晶圆表面的氧化硅层。

进一步的，请参考图2至图7，下面将结合背照式图像传感器晶圆的制造过程中所形成的器件结构示意图做具体描述。

如图2所示，首先，在载体晶圆10的一表面上粘合器件晶圆20，在此为第一片器件晶圆20。在本申请实施例中，所述第一片器件晶圆20的厚度为2μm～20μm。

其中，所述第一片器件晶圆20包括像素区20a以及逻辑区20b，为了与后续第二片器件晶圆的像素区以及逻辑区相区别，所述第一片器件晶圆20中的器件结构均冠以第一，即在此所述第一片器件晶圆20包括第一像素区20a以及第一逻辑区20b。进一步的，所述第一片器件晶圆20包括：第一器件基底200，位于所述第一器件基底200上的第一器件介质层210，位于所述第一器件介质层210中的第一器件金属布线层220、第一转换器件230、第一传输栅240、第一逻辑栅250以及第一器件金属连接线260。在本申请实施例中，所述第一转换器件230以及第一传输栅240均位于第一像素区20a，所述第一逻辑栅250以及第一器件金属连接线260均位于第一逻辑区20b，所述第一器件金属布线层220部分位于第一像素区20a、部分位于第一逻辑区20b中。

在本申请实施例中，所述载体晶圆10与第一器件晶圆20之间通过第一氧化硅层30予以粘合。

接着，如图3所示，对所述载体晶圆10执行减薄、深硅穿孔以及金属连接线填充工艺。在本申请实施例中，通过减薄工艺后，所述载体晶圆10的厚度为700μm～800μm。通过深硅穿孔以及金属连接线填充工艺后，便形成了载体金属连接线100。所述载体金属连接线100与所述第一器件金属连接线260相连。

如图4所示，在本申请实施例中，接着在第一片器件晶圆20表面以及所述载体晶圆10的另一表面分别形成一氧化硅层，即在所述第一片器件晶圆20表面形成第二氧化硅层40，在所述载体晶圆10的另一表面形成第三氧化硅层50。通过所述第二氧化硅层40，能够保护所述第一片器件晶圆20硅表面不受后续工艺的损伤；通过第三氧化硅层50，便于所述载体晶圆10与后续的第二片器件晶圆粘合。具体的，所述第二氧化硅层40和第三氧化硅层50均可通过CVD(化学气相沉积)工艺形成，其厚度优选为10nm～100nm。

接着，如图5所示，在所述载体晶圆10的另一表面粘合另一器件晶圆60，即第二片器件晶圆60。在此，所述第二片器件晶圆60通过第三氧化硅层50与所述载体晶圆10粘合。

具体的，所述第二片器件晶圆60包括第二像素区60a以及第二逻辑区60b。进一步的，所述第二片器件晶圆60包括：第二器件基底600，位于所述第二器件基底600上的第二器件介质层610，位于所述第二器件介质层610中的第二器件金属布线层620、第二转换器件630、第二传输栅640以及第二逻辑栅650。在本申请实施例中，所述第二转换器件630以及第二传输栅640均位于第二像素区60a，所述第二逻辑栅650位于第二逻辑区60b，所述第二器件金属布线层620部分位于第二像素区60a、部分位于第二逻辑区60b中。

在本申请实施例中，所述第二逻辑区60b既能够对第二像素区60a感光后产生的光电子信号进行运算，又能够对第二像素区60a和第一像素区20a感光后信号进行叠加运算。同样的，所述第一逻辑区20b既能够对第一像素区20a感光后产生的光电子信号进行运算，又能够对第二像素区60a和第一像素区20a感光后信号进行叠加运算。

其中，所述第二片器件晶圆60的像素与所述第一片器件晶圆20的像素可以相同，也可以不相同。具体的，所述第二片器件晶圆60的像素与所述第一片器件晶圆20的像素相同包括总的像素数量以及每个像素的大小等均相同；而所述第二片器件晶圆60的像素与所述第一片器件晶圆20的像素不相同包括总的像素数量或者每个像素的大小等各参数中的一个或者多个不相同。

通过将所述第二片器件晶圆60的像素与所述第一片器件晶圆20的像素设计成相同或者不相同，可以满足所形成的背照式图像传感器晶圆1(也即背照式图像传感器芯片)的不同功能。例如，可采用第一片器件晶圆20和第二片器件晶圆60同时感光、同时运算以及图像输出用于安防；也可以采用第一片器件晶圆20和第二片器件晶圆60分别感光、运算以及图像输出用于手机。

其中，所述第二片器件晶圆60与所述第一片器件晶圆20的像素数量和像素大小可根据实际需求来定。优选的，所述第二片器件晶圆60与所述第一片器件晶圆20的面积相同，并且前后位置一致，从而可以直接满足后续芯片切割、封装的要求。

进一步的，当所述第二片器件晶圆60的像素与所述第一片器件晶圆20的像素相同时，所述第二片器件晶圆60与所述第一片器件晶圆20可采用相同的制造工艺制成。即在制造器件晶圆时，直接批量制造多片相同的器件晶圆，由此可以降低制造成本。当然，当所述第二片器件晶圆60的像素与所述第一片器件晶圆20的像素相同或者不相同时，所述第二片器件晶圆60与所述第一片器件晶圆20均可采用不相同的制造工艺制成，以得到符合设计需要的第二片器件晶圆60与所述第一片器件晶圆20。

接着，如图6所示，对第二片器件晶圆60执行减薄、深硅穿孔以及金属连接线填充工艺。在此，通过减薄工艺后，所述第二片器件晶圆60的厚度为2μm～20μm。通过深硅穿孔以及金属连接线填充工艺后，形成第二器件金属连接线660，所述第二器件金属连接线660位于第二逻辑区60b，所述第二器件金属连接线660与所述载体金属连接线100连接。

接着，如图7所示，在本申请实施例中，还将执行去除所述第一片器件晶圆20表面的第二氧化硅层40的工艺。

通过上述工艺步骤，便可得到背照式图像传感器晶圆1，所述背照式图像传感器晶圆1包括：一片载体晶圆10以及两片器件晶圆(即第一片器件晶圆20以及第二片器件晶圆60)，所述两片器件晶圆分别位于所述载体晶圆10的正面和背面。

进一步的，所述两片器件晶圆均包括像素区和逻辑区。所述两片器件晶圆的厚度均为2μm～20μm；所述载体晶圆10的厚度为700μm～800μm。所述载体晶圆10包括载体金属连接线100，所述两片器件晶圆均包括器件金属连接线，所述器件金属连接线均位于逻辑区，所述器件金属连接线均与所述载体金属连接线100连接。

在本申请实施例中，可进一步对所得到的背照式图像传感器晶圆1进行切割、封装的工艺，从而得到背照式图像传感器芯片。在此，所述背照式图像传感器晶圆包括了两片器件晶圆，由此便可进行双面感光，同样的，所述背照式图像传感器芯片也能实现双面感光。

上述描述仅是对本发明较佳实施例的描述，并非对本发明范围的任何限定，本发明领域的普通技术人员根据上述揭示内容做的任何变更、修饰，均属于权利要求书的保护范围。

Claims (14)

1.一种背照式图像传感器晶圆，其特征在于，包括：一片载体晶圆以及两片器件晶圆，所述两片器件晶圆分别位于所述载体晶圆的正面和背面。

2.根据权利要求1所述的背照式图像传感器晶圆，其特征在于，所述器件晶圆包括像素区和逻辑区。

3.根据权利要求2所述的背照式图像传感器晶圆，其特征在于，所述两片器件晶圆的厚度均为2μm～20μm；所述载体晶圆的厚度为700μm～800μm。

4.根据权利要求2所述的背照式图像传感器晶圆，其特征在于，所述两片器件晶圆的像素相同或者不相同。

5.根据权利要求2所述的背照式图像传感器晶圆，其特征在于，所述两片器件晶圆中的一片或者两片通过氧化硅层与所述载体晶圆粘合。

6.根据权利要求2所述的背照式图像传感器晶圆，其特征在于，所述载体晶圆包括载体金属连接线，所述两片器件晶圆均包括器件金属连接线，所述器件金属连接线均位于逻辑区，所述器件金属连接线均与所述载体金属连接线连接。

7.根据权利要求6所述的背照式图像传感器晶圆，其特征在于，所述两片器件晶圆均还包括：器件基底，位于所述器件基底上的器件介质层，位于所述器件介质层中的器件金属布线层、转换器件、传输栅以及逻辑栅。

8.一种背照式图像传感器芯片，其特征在于，所述背照式图像传感器芯片由根据权利要求1～7中任一项所述的背照式图像传感器晶圆制得。

9.一种背照式图像传感器晶圆的制造方法，其特征在于，包括：

在一载体晶圆的一表面粘合一器件晶圆；

在所述载体晶圆的另一表面粘合另一器件晶圆。

10.如权利要求9所述的背照式图像传感器晶圆的制造方法，其特征在于，在一载体晶圆的一表面粘合一器件晶圆之后，在所述载体晶圆的另一表面粘合另一器件晶圆之前，还包括：

对所述载体晶圆执行减薄、深硅穿孔以及金属连接线填充工艺。

11.如权利要求10所述的背照式图像传感器晶圆的制造方法，其特征在于，在对所述载体晶圆执行减薄、深硅穿孔以及金属连接线填充工艺之后，在所述载体晶圆的另一表面粘合另一器件晶圆之前，还包括：

在第一片器件晶圆表面以及所述载体晶圆的另一表面分别形成一氧化硅层。

12.如权利要求11所述的背照式图像传感器晶圆的制造方法，其特征在于，在所述载体晶圆的另一表面粘合另一器件晶圆之后，还包括：

对第二片器件晶圆执行减薄、深硅穿孔以及金属连接线填充工艺。

13.如权利要求12所述的背照式图像传感器晶圆的制造方法，其特征在于，在对第二片器件晶圆执行减薄、深硅穿孔以及金属连接线填充工艺之后，还包括：

去除所述第一片器件晶圆表面的氧化硅层。

14.一种背照式图像传感器芯片的制造方法，其特征在于，包括：在执行了如权利要求9～13中任一项所述的背照式图像传感器晶圆的制造方法得到背照式图像传感器晶圆之后，对所述背照式图像传感器晶圆执行切割工艺。