CN209389037U - 电子器件 - Google Patents
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Abstract
一种电子器件包括半导体晶片衬底，具有正面和背面并且包括通过贯穿通道彼此分离的半导体部分；电子电路，位于所述半导体部分处并且包括电子电路和光电二极管；包括连接到所述电子电路的电连接网络的电介质层，所述电介质层位于所述半导体晶片衬底的正面处并且在所述贯穿通道之上经过；位于所述贯穿通道内的导电填料，所述导电填料从所述正面朝向所述半导体晶片衬底的背面延伸并且连接到所述电连接网络；以及被配置为提供所述导电填料的金属材料到所述半导体晶片衬底的半导体部分中的反扩散的电介质层，所述电介质层包括位于所述半导体部分的侧面与所述导电填料之间的内部电介质层和连接到所述内部电介质层的背面电介质层。
Description
技术领域
各种实施例涉及电子器件领域，并且具体地涉及图像传感器。
背景技术
目前，这种器件是通过在衬底晶片的正面上制造包括电连接网络的电子电路和电介质层并且随后从衬底晶片的背面开始在衬底晶片中形成沟槽来获得的，这些沟槽然后被金属填充。
实用新型内容
本公开的实施例的目的在于提供一种具有改进的性能的电子器件。
在一个方面，提供了一种电子器件，其包括：半导体晶片衬底，具有正面和背面并且包括通过贯穿通道彼此分离的半导体部分；电子电路，位于所述半导体部分处并且包括电子电路和光电二极管；包括连接到所述电子电路的电连接网络的电介质层，所述电介质层位于所述半导体晶片衬底的正面处并且在所述贯穿通道之上经过；位于所述贯穿通道内的导电填料，所述导电填料从所述正面朝向所述半导体晶片衬底的背面延伸并且连接到所述电连接网络；以及被配置为提供所述导电填料的金属材料到所述半导体晶片衬底的半导体部分中的反扩散的电介质层，所述电介质层包括位于所述半导体部分的侧面与所述导电填料之间的内部电介质层和连接到所述内部电介质层的背面电介质层。
在一些实施例中，所述背面电介质层覆盖所述半导体晶片衬底的所述半导体部分的背面。
在一些实施例中，所述背面电介质层延伸到所述贯穿通道中。
在一些实施例中，所述器件进一步包括在所述背面层中的局部背腔和在所述局部背腔中的局部附加金属层。
在一些实施例中，被包含在所述局部背腔内的所述局部附加金属层附接到所述导电填料。
在一些实施例中，被包含在所述局部背腔内的所述局部附加金属层具有与所述贯穿通道对准的部分，并且通过所述贯穿通道的背面部分中的局部附加绝缘层与所述导电填料分离。
在一些实施例中，所述导电填料包括正面多晶硅层和背面金属层。
在一些实施例中，所述导电填料包括由钨制成的背面部分。
在一些实施例中，所述导电填料包括由掺杂多晶硅制成的正面部分。
在一些实施例中，所述导电填料包括由选自包括氧化硅和掺杂多晶硅的组的材料制成的背面部分。
在一些实施例中，所述电介质层具有氧化硅。
根据本公开的实施例的电子器件具有改进的性能。
附图说明
现在将通过附图所示的非限制性示例来描述电子器件、图像传感器和制造模式，在附图中：
图1示出了沿着图2中的I-I的电子器件的横截面；
图2示出了沿着图1中的II-II的图1中的电子器件的平面截面；
图3至图9示出了根据制造步骤的图1中的电子器件的横截面；
图10示出了另一电子器件的横截面；
图11和图12示出了根据制造步骤的图10中的电子器件的横截面；
图13示出了另一电子器件的横截面；
图14至图16示出了根据制造步骤的图13中的电子器件的横截面；
图17示出了另一电子器件的横截面；以及
图18至图20示出了根据制造步骤的图17中的电子器件的横截面。
具体实施方式
根据图1和图2所示的一个实施例，电子器件1(例如，图像传感器)包括厚度减小(减薄)的衬底半导体晶片2，其中晶片例如由硅制成，并且一般而言，其具有正面3和背面4。
衬底晶片2包括通过主贯穿通道6彼此分离的多个半导体部分5，主贯穿通道6从一个面到另一面穿过衬底晶片2并且彼此交叉地在纵向和横向方向上延伸。部分5彼此之间的距离相等，使得部分5具有正方形、矩形、六边形或更复杂的马赛克形式的布置。
部分5的位于主贯穿通道6内的侧面7和部分5的位于背面4的背面8分别被连接在一起的内部电介质反扩散层9和背面电介质反扩散层10覆盖。内部层9分别围绕部分5。辅贯穿通道11分别在部分5的内部层9之间穿过衬底晶片2，并且彼此交叉地在纵向和横向方向上延伸。内部电介质层9和背面电介质层10例如由氧化硅制成。
辅贯穿通道11填充有填料12，填料12由至少一种导电材料制成。导电填料12以彼此交叉的纵向和横向杆的形式延伸。
内部电介质层9的正面13和导电填料12的正面14与位于衬底晶片2的正面3的部分5的正面15共面。导电填料12的背面16与背面电介质层10的背面17共面。
有利地，导电填料12包括形成导电正面插塞的例如由掺杂多晶硅制成的正面部分12a和由例如钨等金属制成的背面部分12b。然而，背面部分12b可以是铜或另一种金属。
局部地，在衬底晶片2的正面3上，电子器件1包括位于和形成在仅部分5的正面15上和正面15中的电子集成电路18，这些电子电路18包括晶体管和光电二极管。电子电路18不在包括主贯穿通道6的局部纵向和横向区域上延伸。
在衬底晶片2的整个正面3上，电子器件1包括电介质材料的正面层19，正面层19包括电连接网络20，电连接网络20包括选择性地连接在一起的若干金属层。
网络20选择性地连接到电子电路18并且连接到导电填料12，更具体地连接到正面部分12a的正面。在正面层19的正外表面21上，正面凸耳22设置有用于与器件1进行外部电连接的视图。
刚刚描述的电子器件1形成图像传感器，该图像传感器被设计为感测到达其背面的光，其包括相关的电子电路18以及在主贯穿通道6中限定的垂直MOS电容器，以形成意图定义矩阵数字图像的像素。
借助于上文中描述的电子器件1的布置，获得内部界面的钝化和像素之间的相互隔离。
此外，导电填料12的背面部分12b和衬底晶片2的部分5不在同时具有暴露的表面或区域，使得形成导电填料12的背面部分12b的金属(例如，钨)由于存在内部电介质层9和形成扩散阻挡层的背面电介质层10而不会污染形成衬底晶片2的部分5的半导体材料(例如，硅)。此外，背面部分12b形成对光线的屏蔽。
电子器件1可以以下面的方式制造。
如图3所示，提供器件1A，其包括由硅制成的体衬底晶片2A，其比要获得的衬底晶片2厚得多，衬底晶片2A具有要获得的衬底晶片2的正面3。
从其正面3开始并且使用针对正面部分的正面基准，在衬底晶片2A中形成彼此交叉的主纵向和横向盲沟槽6A，其放置在要获得的主贯穿通道6的位置处并且比要获得的部分5的厚度更深。
在主沟槽6A内，形成内部电介质层9A，其覆盖主沟槽6A的侧面和基部，以形成辅纵向和横向盲沟槽11A，其深度大于要获得的部分5的厚度。在辅沟槽11A内，从基部开始并且直到正面3，形成由临时材料(例如，硅的氮化物)制成的部分12B和由掺杂的多晶硅制成的部分12a。根据另一示例，部件12B可以由锗制成。
制造电子电路18和包括电连接网络20的正面层19。
这如图4所示进行，器件1A在支撑板23上安装在一位置中，使得正面层19的正外表面21通过永久接合固定到面24上。
然后，从器件1A开始，进行硅衬底晶片2A的减薄，以从其背面部分和内部电介质层9A的基部去除厚度，直到到达由氮化硅制成的部件12B的背面16，以形成衬底晶片2的厚部分5和电介质层9。该操作通过化学机械抛光来进行。
然后，如图5所示，继续减薄衬底晶片1A直到获得与衬底晶片2的厚度相对应的厚度。由此形成要获得的器件1的衬底晶片2的减薄部分5和主贯穿通道6。该操作通过硅的选择性化学蚀刻来进行。
然后，如图6所示，在所获得的衬底晶片2的部分5的背面8上以及在电介质层9的剩余部分的背端和由氮化硅制成的部分12B的背端上，通过沉积形成背面电介质层10A，这些层附接到电介质层9A的其余部分的背端。
然后，如图7所示，氧化硅的背面电介质层10A的背面部分被去除直到部分12B的背面16。该操作通过化学机械抛光来进行。由此形成氧化硅的背面电介质层10和内部电介质层9以及要获得的器件1的辅贯穿通道11。
然后，如图8所示，由于选择形成背面部分12B的临时材料以便相对于层9和10的材料选择性地可去除，通过对氮化硅的选择性化学蚀刻等去除由氮化硅12B制成的临时背面部分，直到由构成对蚀刻的阻挡的掺杂多晶硅制成的正面部分12a。
然后，如图9所示，进行钨的背面沉积12C，其填充由氮化硅留下的孔并且在所获得的背面电介质层10的背面17上形成层。
然后，为了获得图1的电子器件1，去除钨层12C的背面部分，直到获得的背面电介质层10的背面17。该操作通过化学机械抛光来进行。由此获得导电填料12的背面部分12b，其确定背面16。
接合是确定的，并且由此接合的由支撑板23构成的增强件将用作减薄步骤、然后切割、组装和封装所需要的机械支撑。
根据图10所示的另一实施例，电子器件101(图像传感器)与电子器件1的不同之处在于以下方面。
背面电介质层10不存在，衬底硅晶片2的部分5的背面被暴露。
内部电介质层9在衬底硅晶片2的部分5的背面8的平面中具有背面102。
导电填料12的钨背面部分12b具有背面103，背面103相对于衬底晶片2的部分5的背面8朝向正面凹陷。
在背面103后面的辅贯穿通道11的背面空间填充有例如氧化硅的背面电介质反扩散层104，其与内部电介质层9相遇并且具有位于衬底硅晶片2的部分5的背面8的平面中的背面105。背面电介质反扩散层104在导电填料12的钨背面部分12b的后面在辅贯穿通道11内形成背面插塞。
以与参考图1和图2描述的电子器件1类似的方式，电子器件101提供内部接口的钝化和像素之间的相互隔离。另外，导电填料12的背面部分12b和衬底晶片2的部分5不在同时具有暴露的表面或区域，使得形成导电填料12的背面部分12b的钨由于存在内部电介质层9和形成扩散阻挡的背面电介质层10而不会污染形成衬底晶片2的部分5的硅。
电子器件101可以以下面的方式制造。
如图11所示，在制造电子器件1之后，去除背面电介质层10。然后，在辅贯穿通道11内，去除钨背面部分12b的背面厚度，直到要获得的背面103，使得能够获得挖空的背面空间106。这个操作通过钨的选择性化学蚀刻来进行。
然后，如图12所示，沉积填充背面空间106的电介质互补背面层104A，以覆盖在衬底晶片2的背面8和内部电介质层9的背面102之上的整个背面。
然后，为了获得图10的电子器件101，去除电介质互补背面层104A，直到衬底晶片2的部分的背面8的平面，同时留下完整的背面电介质层104。该操作通过化学机械抛光来进行。
根据一个变型实施例，在辅贯穿通道的背面部分形成背面插塞的背面电介质层104可以是掺杂的多晶硅。
根据图13中所示的另一实施例，诸如图像传感器等电子器件201与电子器件1的不同之处在于以下方面。
背面电介质层10具有局部背腔202，背腔202填充有钨的背面附加层203。
局部背腔202以及因此背面附加层203可以具有不同的布置。
根据所示的示例，局部背腔202在衬底晶片2的部分8后面延伸，例如在与这些部分5的大部分相对应的区域上。由于局部腔体202与辅贯穿通道11分离，钨的背面附加层203与导电填料12的钨背面部分12b分离，使得背面附加层203和背面部分12b电隔离。
根据另一示例(未示出)，局部背腔202可以延伸到一些辅贯穿通道11，使得钨的背面附加层203在一侧或任一侧与导电填料12的钨背面部分12b相遇，使得背面附加层203和背面部分12b电连接。然后，背面局部附加层203可以电连接到电子器件的其他部分。
形成在局部背腔202内的背面局部附加层203构成局部光学掩模。该光学掩模是必要的，以便保护某些有源区域(例如，像素的存储区域，例如单发像素)免受任何不期望的照射。
电子器件201可以以下面的方式制造。
如图14所示，例如从如前所述获得的图7所示的器件开始，通过蚀刻背面电介质层10形成局部背腔202。
然后，如图15所示，以与参考图8描述的操作等效的方式去除由氮化硅12B制成的临时背面部分。
然后，如图16所示，进行钨的回填沉积12C，其以相当于参考图9描述的操作的方式填充由辅贯穿通道11和局部背腔202中的氮化硅留下的孔并且在背面电介质层10的背面17形成层。
然后，为了获得图13的电子器件201，以相当于参考图9描述的操作的方式通过化学机械抛光去除钨层12C的背面部分，直到背面电介质层10的背面17，这次保留辅贯穿通道11中的背面部分12b和背腔202中的完整局部背面层203。可以以等同的方式获得前述等效电子器件(未示出)，其中背面附加层203和背面部分12b相遇并且因此电连接。
根据图17中所示的另一实施例，电子器件301基于图1和图2中的电子器件1，以下面的方式进行修改。
背面电介质层10具有局部背腔302，局部背腔302填充有背面附加钨层303，使得这些背面局部附加层303具有在后面延伸并且与辅贯穿通道11对准的部分。与前面提到的等同的方式，这些背面附加层303形成背面光学掩模。
此外，钨层12b具有局部背面304，局部背面304位于距背面局部附加钨层303一定距离处。
例如氧化硅的电介质局部层305填充背面局部附加层303与局部背面304之间的间隙，以在导电填料12的背面部分12a后面在辅贯穿通道11的局部背面部分306中形成局部插塞。
因此，导电填料12和形成背面光学掩模的背面局部附加钨层303电隔离。
电子器件301可以以下面的方式制造。
如图18所示，从图1的电子器件1开始，导电填料12的钨部分12b的局部减薄通过化学蚀刻来进行，使得能够获得凹陷的背面304。
然后，如图19所示，沉积背面氧化硅层，其填充辅贯穿通道11的背面部分中留下的空间，并且进行化学机械抛光，以便留下在辅贯穿通道11的背面部分中的完整的氧化硅的电介质局部层305A。
然后，如图20所示，通过在背面电介质层10中蚀刻来形成局部背腔302，并且通过向下化学蚀刻直到局部背腔302的底部来去除氧化硅的电介质局部层305A的背面部分，以便获得电介质背面部分305。
然后，为了获得图17的电子器件301，沉积背面钨层，填充背面局部腔体302，并且进行化学机械抛光，以便在背面局部腔体302中获得背面附加层303。
根据其他实施例，电子器件可以包括先前描述的电子器件的布置的组合。
Claims (11)
1.一种电子器件，其特征在于，包括：
半导体晶片衬底，具有正面和背面并且包括通过贯穿通道彼此分离的半导体部分；
电子电路，位于所述半导体部分处并且包括电子电路和光电二极管；
包括连接到所述电子电路的电连接网络的电介质层，所述电介质层位于所述半导体晶片衬底的正面处并且在所述贯穿通道之上经过；
位于所述贯穿通道内的导电填料，所述导电填料从所述正面朝向所述半导体晶片衬底的背面延伸并且连接到所述电连接网络；以及
被配置为提供所述导电填料的金属材料到所述半导体晶片衬底的半导体部分中的反扩散的电介质层，所述电介质层包括位于所述半导体部分的侧面与所述导电填料之间的内部电介质层和连接到所述内部电介质层的背面电介质层。
2.根据权利要求1所述的器件，其特征在于，所述背面电介质层覆盖所述半导体晶片衬底的所述半导体部分的背面。
3.根据权利要求1所述的器件，其特征在于，所述背面电介质层延伸到所述贯穿通道中。
4.根据权利要求1所述的器件，其特征在于，进一步包括在所述背面层中的局部背腔和在所述局部背腔中的局部附加金属层。
5.根据权利要求4所述的器件，其特征在于，被包含在所述局部背腔内的所述局部附加金属层附接到所述导电填料。
6.根据权利要求4所述的器件，其特征在于，被包含在所述局部背腔内的所述局部附加金属层具有与所述贯穿通道对准的部分，并且通过所述贯穿通道的背面部分中的局部附加绝缘层与所述导电填料分离。
7.根据权利要求1所述的器件，其特征在于，所述导电填料包括正面多晶硅层和背面金属层。
8.根据权利要求1所述的器件，其特征在于，所述导电填料包括由钨制成的背面部分。
9.根据权利要求1所述的器件，其特征在于，所述导电填料包括由掺杂多晶硅制成的正面部分。
10.根据权利要求1所述的器件，其特征在于，所述导电填料包括由选自包括氧化硅和掺杂多晶硅的组的材料制成的背面部分。
11.根据权利要求1所述的器件，其特征在于，所述电介质层具有氧化硅。
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