TW201438213A - 具有基板雜訊隔離之影像感測器 - Google Patents
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Abstract
一種程序包含在一基板中形成一背側照明式(BSI)影像感測器，該影像感測器包含：一像素陣列，其形成於該基板之一前表面中或附近；及一或多個電路區塊，其形成於該基板中在該像素陣列附近，每一電路區塊包含至少一個支援電路。在該基板之該前表面上形成一互連層，該互連層包含其內嵌入跡線及導通體之一介電質，其中該等跡線及導通體將該像素陣列電耦合至該一或多個支援電路中之至少一者。環繞該一或多個電路區塊中之至少一者形成一隔離溝渠，以將該像素陣列及其他電路區塊與由被該隔離溝渠環繞之該電路區塊內之該至少一個支援電路產生之雜訊隔離。本發明揭示及主張其他實施例。
Description
所闡述實施例一般而言係關於影像感測器，且特定而言(但非排他性地)係關於一種具有基板雜訊隔離之影像感測器。
影像感測器廣泛地用於數位靜態相機、蜂巢式電話、保全攝影機、醫療、汽車及其他應用中。使用互補金屬氧化物半導體(「CMOS」)技術在矽基板上製造低成本影像感測器。
大多數CMOS影像感測器包含用以擷取影像之像素之一個二維陣列。該像素陣列通常連同各種支援電路一起形成於一基板中及/或一基板上。如其名稱所暗示，該等支援電路支援像素陣列擷取影像之操作。在諸多情形中，其中形成像素陣列及支援電路之基板係一半導體。某些類型之支援電路可產生充足位準之雜訊以使得該雜訊可透過半導體基板電發射且不利地影響較具雜訊敏感性之組件(諸如像素陣列)之操作。
100‧‧‧互補金屬氧化物半導體影像感測器/影像感測器
105‧‧‧像素陣列
110‧‧‧讀出電路
115‧‧‧功能邏輯
120‧‧‧控制電路
200‧‧‧背側照明式影像感測器/影像感測器
202‧‧‧基板
203‧‧‧前表面
204‧‧‧像素陣列
205‧‧‧背側
206‧‧‧功率管理電路區塊/區塊/電路區塊/功率管理區塊
208‧‧‧控制電路區塊
210‧‧‧讀出電路區塊
212‧‧‧信號調節區塊
214‧‧‧其他電路區塊
216‧‧‧隔離溝渠
218‧‧‧隔離溝渠
220‧‧‧互連層
222‧‧‧導電跡線/跡線
224‧‧‧導通體
226‧‧‧額外層
228‧‧‧額外層
230‧‧‧接合墊
232‧‧‧經蝕刻孔/接合墊孔
234‧‧‧接合導線/導線
300‧‧‧影像感測器
302‧‧‧介電質
400‧‧‧影像感測器
402‧‧‧隔離溝渠
B-B‧‧‧剖面線
C1-Cx‧‧‧行
P1-Pn‧‧‧像素
R1-Ry‧‧‧列
參考以下各圖闡述本發明之非限制性及非窮盡性實施例，其中在所有各視圖中相似參考編號係指相似部件，除非另有規定。
圖1係一互補金屬氧化物半導體(CMOS)影像感測器之一實施例之一示意圖。
圖2A係一影像感測器之一實施例之一平面圖。
圖2B係圖2A之影像感測器實施例之實質上沿著剖面線B-B截取之一剖面圖。
圖3係一影像感測器之另一實施例之一剖面圖。
圖4係一影像感測器之又一實施例之一平面圖。
闡述用於具有基板雜訊隔離之一影像感測器之一設備、系統及方法之實施例。闡述特定細節以提供對實施例之一透徹理解，但熟習此項技術者將認識到，可在無所闡述細節中之一或多者之情形下或藉助其他方法、組件、材料等實踐本發明。在某些例項中，未詳細展示或闡述眾所周知之結構、材料或操作，但儘管如此其仍涵蓋在本發明之範疇內。
在本說明書通篇中對「一項實施例」或「一實施例」之提及意指結合該實施例所闡述之一特定特徵、結構或特性包含於至少一項所闡述之實施例中。因此，片語「在一項實施例中」或「在一實施例中」之出現未必全部係指相同實施例。此外，特定特徵、結構或特性可在一或多個實施例中以任何適合方式組合。
圖1圖解說明一CMOS影像感測器100之一實施例，其包含一像素陣列105、讀出電路110、耦合至讀出電路之功能邏輯115及耦合至像素陣列之控制電路120。影像感測器100之其他實施例可包含額外電路，諸如功率管理電路及信號處理電路。像素陣列105係具有X個像素行及Y個像素列之一個二維(「2D」)成像感測器或像素(例如，像素P1、P2...、Pn)陣列且可實施為一前側照明式像素陣列或一背側照明式影像像素陣列。在一項實施例中，像素陣列中之每一像素係一互補金屬氧化物半導體(「CMOS」)成像像素。如所圖解說明，每一像素配置至一列(例如，列R1至Ry)及一行(例如，行C1至Cx)中以獲取一人、地點或物件之影像資料，接著可使用該影像資料再現該人、地點
或物件之一2D影像。在一項實施例中，像素陣列105可透過使用耦合至該像素陣列之一彩色濾光器陣列(「CFA」)來給每一像素指派色彩。CFA藉由將一單獨原色之一濾光器放置於每一像素上來給該像素指派彼色彩；因此，舉例而言，若一像素耦合至一藍色濾光器，則通常將其稱為一「藍色像素」，若一像素耦合至一綠色濾光器，則將其稱為一「綠色像素」，或若一像素耦合至一紅色濾光器，則將其稱為一「紅色像素」。在光子通過一特定原色之一濾光器而到達像素時，僅彼原色之波長通過，且所有其他波長被吸收。
在像素陣列105中之每一像素已獲取其影像資料或影像電荷之後，該影像資料由讀出電路110讀出且轉移至功能邏輯115以用於儲存、額外處理等。讀出電路110可包含放大電路、類比轉數位(「ADC」)轉換電路或其他，但在其他實施例中，此電路之某些可包含於單獨信號處理電路中。功能邏輯115可僅儲存該影像資料或甚至藉由應用後影像效應(例如，修剪、旋轉、移除紅眼、調整亮度、調整對比度或其他)來操縱該影像資料。
控制電路120耦合至像素陣列105以控制像素陣列105之操作特性。舉例而言，控制電路120可產生用於控制影像獲取之一快門信號。
圖2A至圖2B共同圖解說明一背側照明式(BSI)影像感測器200之一實施例。圖2A係圖解說明用於影像感測器200之元件之一配置之一平面圖。BSI影像感測器200包含形成於一基板202中或一基板202上之各種元件。基板202通常係一半導體，諸如一經摻雜或未摻雜磊晶矽層。一像素陣列204形成於基板202中及/或基板202上；像素陣列204之某些組件可形成於該基板之塊體中，而其他組件可形成於基板之前表面203上(參見圖2B)。像素陣列204可係諸如結合圖1所闡述之像素陣列105之一像素陣列。
形成於基板202中或基板202上之電路區塊圍繞像素陣列204之周邊定位。每一電路區塊可包含經設計以執行支援像素陣列204之操作之功能之一或多個電路。在所圖解說明之實施例中，圍繞像素陣列204之周邊之電路區塊包含一功率管理電路區塊206，其可包含一DCDC轉換電路及/或其他功率管理電路。該等電路區塊亦包含執行結合圖1所闡述之控制功能之一控制電路區塊208、亦執行結合圖1所闡述之功能之一讀出電路區塊210、一信號調節區塊212及可執行其他功能之一其他電路區塊214。影像感測器200之其他實施例可包含更小或更大數目個電路區塊，及/或可具有相對於像素陣列不同於所展示而定位之電路區塊位置。此外，該等電路區塊自身可包含不同於所闡述分組之電路分組。
一隔離溝渠216環繞區塊206而形成於基板202中。類似地，一隔離溝渠218環繞像素陣列204而形成於基板202中。隔離溝渠216完全環繞像素陣列204，而隔離溝渠218完全環繞功率管理電路區塊206。在所圖解說明之實施例中，像素陣列204及功率管理電路區塊206被環繞，此隔離像素陣列204及電路區塊206以免透過基板202接收或發射電雜訊。在其他實施例中，可用隔離溝渠環繞更小或更大數目個組件。
隔離溝渠216及218佔據基板中之空間一亦即，其佔據基板「面積(real estate)」。由溝渠佔據之面積將不可用於其他元件，因此期望在最小化開溝渠之同時達成所要之雜訊隔離。一般而言，最具雜訊敏感性之元件或產生最多雜訊之電路或兩者係將由隔離溝渠環繞之候選者。若存在很少雜訊敏感電路及諸多雜訊輸出超過一選定雜訊臨限值(在一項實施例中，為被隔離之雜訊敏感元件之雜訊敏感度之至少10倍，但在其他實施例中更低或更高)之雜訊產生電路，則環繞雜訊敏感組件而非雜訊產生電路可係更高效的。另一選擇係，若雜訊產生電
路係很少的而雜訊敏感組件係諸多的，則環繞雜訊產生組件可導致對基板面積之一更高效使用。
圖2B圖解說明影像感測器200之沿著圖2A中之剖面線B-B截取之一剖面。展示像素陣列204、功率管理區塊206及其他電路區塊214形成於基板202中及/或基板202上。一互連層220形成於基板202之前表面203上，且一或多個額外層226及228可視情況形成於基板202之背側205上。
互連層220包含電耦合至像素陣列204及形成於基板202中之電路區塊中之電路元件且在其之間載運信號之導電跡線222及導通體224。舉例而言，跡線222及導通體224亦可經由接合墊230及接合導線234將信號載運至在影像感測器200外側之元件及自該等元件載運信號。在互連層220內，跡線222及導通體224嵌入於一介電質材料中。在所圖解說明之實施例中，該介電質材料係單片的，此意指其係其內嵌入跡線及導通體之一單個非中斷介電質片。然而，在其他實施例中，在互連層220中所使用之介電質可由相同或不同介電質材料之數個層製成。接合墊230可電耦合至一跡線及/或導通體且藉由穿過經蝕刻孔232插入以與接合墊230形成一電接觸之導線234電耦合至某一外部元件。
一或多個額外層226及228視情況形成於基板之背側205上以執行可需要或期望之額外功能。可用於額外層226及228之事物之實例係抗反射塗層、防刮擦塗層、微透鏡陣列、彩色濾光器陣列等等。
隔離溝渠216及218延伸穿過基板202之整個厚度且(若存在)穿過額外層226及228。該等溝渠穿過基板202一直延伸至互連層220之介電質，以使得其上形成特定元件之基板完全與基板之其他部分隔離。在一項實施例中，可藉由以光微影方式圖案化且接著蝕刻基板202之背側及(若存在)該等額外層來形成隔離溝渠216及218。在一項實施例
中，可在穿過基板202之背側形成接合墊孔232之同時及/或使用所使用之相同程序來形成隔離溝渠216及218。
圖3圖解說明一影像感測器300之另一實施例之一剖面。在某些實施例中，可有必要填充隔離溝渠以維持總成之結構完整性，舉例而言，藉由防止影像感測器之較薄部分中(例如，在隔離溝渠中)之撓曲及破裂或藉由防止被環繞電路區塊自總成中脫落。影像感測器300在大多數方面類似於影像感測器200。影像感測器300與影像感測器200之間的主要差異係影像感測器300用一介電質302填充隔離溝渠216及218以提供對該影像感測器之結構加強。介電質302可係提供必要電隔離同時亦提供所要或所需結構強度之任何種類之電絕緣材料。
圖4圖解說明一影像感測器400之另一實施例之一平面圖。影像感測器400在大多數方面類似於影像感測器200。主要差異係在影像感測器400中，一隔離溝渠402一次環繞一個以上電路區塊。一次環繞一個以上電路區塊在存在一個以上要環繞之電路區塊之情形下可係有用的，此乃因與圍繞每一元件形成一個別隔離溝渠相比，其可節省基板面積。環繞多個電路區塊亦可提供較大結構完整性，此乃因蝕刻掉較少之基板來形成隔離溝渠。
包含摘要中所闡述內容之本發明之所圖解說明實施例之以上說明並非意欲係窮盡性的或將本發明限制於所揭示之精確形式。儘管出於說明性目的而在本文中闡述本發明之特定實施例及實例，但如熟習此項技術者將認識到，可在本發明之範疇內做出各種等效修改。可根據上文詳細說明對本發明做出此等修改。
以下申請專利範圍中所使用之術語不應理解為將本發明限制於說明書及申請專利範圍中所揭示之特定實施例。而是，本發明之範疇將完全由以下申請專利範圍來判定，該申請專利範圍將根據所建立之申請專利範圍解釋原則來加以理解。
200‧‧‧背側照明式影像感測器/影像感測器
202‧‧‧基板
203‧‧‧前表面
204‧‧‧像素陣列
205‧‧‧背側
206‧‧‧功率管理電路區塊/區塊/電路區塊/功率管理區塊
214‧‧‧其他電路區塊
216‧‧‧隔離溝渠
218‧‧‧隔離溝渠
220‧‧‧互連層
222‧‧‧導電跡線/跡線
224‧‧‧導通體
226‧‧‧額外層
228‧‧‧額外層
230‧‧‧接合墊
232‧‧‧經蝕刻孔/接合墊孔
234‧‧‧接合導線/導線
Claims (22)
- 一種程序，其包括：在一基板中形成一背側照明式(BSI)影像感測器，該影像感測器包含：一像素陣列，其形成於該基板之一前表面中或附近，及一或多個電路區塊，其形成於該基板中在該像素陣列附近，每一電路區塊包含至少一個支援電路；在該基板之該前表面上形成一互連層，該互連層包括其內嵌入跡線及導通體之一介電質，其中該等跡線及導通體將該像素陣列電耦合至該一或多個支援電路中之至少一者；環繞該一或多個電路區塊中之至少一者形成一隔離溝渠，以將該像素陣列及其他電路區塊與由被該隔離溝渠環繞之該電路區塊內之該至少一個支援電路產生之雜訊隔離。
- 如請求項1之程序，其中該被環繞電路區塊包含雜訊超過一選定雜訊臨限值之至少一個支援電路。
- 如請求項2之程序，其中該選定雜訊臨限值係該像素陣列之雜訊敏感度之至少10倍。
- 如請求項1之程序，其中形成該隔離溝渠包括：在該基板之背側上以光微影方式圖案化該隔離溝渠；及蝕刻該隔離溝渠。
- 如請求項4之程序，其中蝕刻該隔離溝渠包括：蝕刻穿過該基板之整個厚度。
- 如請求項1之程序，其進一步包括用一介電質填充該隔離溝渠。
- 如請求項1之程序，其進一步包括在該基板之該背側上形成一或多個額外層。
- 如請求項7之程序，其中該隔離溝渠延伸穿過該一或多個額外層且穿過該基板之該整個厚度。
- 如請求項7之程序，其中該一或多個額外層中之至少一者係一抗反射塗層。
- 如請求項1之程序，其進一步包括將一載體晶圓接合至該互連層。
- 如請求項1之程序，其中該經隔離電路區塊包含一功率管理電路或一DCDC轉換電路。
- 如請求項1之程序，其中在於該基板中形成接合墊孔之同時且使用所使用之相同程序來形成該隔離溝渠。
- 一種背側照明式(BSI)影像感測器，其包括：一像素陣列，其形成於一基板之一前表面中；一或多個電路區塊，其形成於該基板中在該像素陣列附近，每一電路區塊包含至少一個支援電路；一互連層，其形成於該基板之該前表面上，該等互連層包含其內嵌入跡線及導通體之一介電質，其中該像素陣列藉由該等跡線及導通體電耦合至該一或多個支援電路中之至少一者；及一隔離溝渠，其形成於該基板中且完全環繞該等電路區塊中之至少一者，以將該像素陣列與由該被環繞電路區塊內之該一或多個支援電路產生之雜訊隔離。
- 如請求項13之影像感測器，其中該被環繞電路區塊包含雜訊超過一選定雜訊臨限值之至少一個支援電路。
- 如請求項14之影像感測器，其中該選定雜訊臨限值係該像素陣列之雜訊敏感度之至少10倍。
- 如請求項13之影像感測器，其中該隔離溝渠之深度等於該基板之厚度。
- 如請求項13之影像感測器，其中該隔離溝渠填充有一介電質。
- 如請求項13之影像感測器，其進一步包括形成於該基板之背側上之一或多個額外層。
- 如請求項18之影像感測器，其中該隔離溝渠延伸穿過該一或多個額外層且穿過該基板之該整個厚度。
- 如請求項18之影像感測器，其中該一或多個額外層中之至少一者係一抗反射塗層。
- 如請求項13之影像感測器，其進一步包括接合至金屬層之一載體晶圓。
- 如請求項13之影像感測器，其中該經隔離電路區塊包含一功率管理電路或一DCDC轉換電路。
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