TW201547012A - 背照式彩色影像感測器及其製造方法 - Google Patents

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Abstract

一種方法，用於製造一背照式彩色影像感測器，此方法包括(a)修改一影像感測器晶片的前側，此影像感測器晶片具有日像素陣列，以產生電性連接到像素陣列，其中電性連接從前側往深度方向延伸進入影像感測器晶片內，和(b)修改影像感測器晶片的背側以暴露電性連接。

Description

背照式彩色影像感測器及其製造方法
用於增進數位相機性能的需求正在不斷增加。消費者希望捕捉具有高解析度和高敏感度的照片和視頻。改進的空間解析度是可通過減少個別的影像感測器像素的尺寸來實現，使得更大數量的像素可以被安置在相同的影像感測器面積。然而，像素尺寸的減小通常會降低由每個像素收集的光，從而導致光敏感度的降低。在光線不足的情況下，例如夜間攝影，和在拍攝具有快速移動物體的動態場景，如體育賽事的場景，下降的感光度對相機性能產生負面影響。在一般現有的數位單眼相機實現解決這個問題的一種方法，是提供具有顯著更大面積的一影像感測器。這允許插入更大數目的像素而不降低單個像素的面積。不幸的是，這樣的感測器是與更高的成本有關，包括對於影像感測器本身和為了適當的映像一場景到放大的感測器的成像物鏡，這就排除了在許多應用中的使用。
背照式影像感測器提供一替代的解決方案。在傳統的前照式影像感測器中，入射到像素上的光在到達感光元件之前必須穿過電性連接的層。這是與光的損失相關。從入射的光的角度來看，背照式影像感測器是定向的，使得電性連接的層設置於感光元件的下方。因此，入射光可在沒有受到電性連接的影響下到達感光元件，這會導致更大的光收集效率，並且因此，提高了敏感度。
彩色圖像擷取是藉由在影像感測器像素陣列的頂部配置一濾光片所提供。不同的像素是有不同的色彩塗層，其中每一類型的色彩塗層發送一種特定的顏色。例如，在一個拜耳型的彩色影像感測器，彩色濾光片包括三種不同類型的顏色塗料(R、G、B)，分別配置為紅、綠、藍色光的傳輸。提供色彩資料的彩色像素是可通過組合一個有紅色塗層的像素、兩個有綠色塗層的像 素、一個有藍色塗層的像素在一起而形成。
在一實施例中，一種方法，用於製造一背照式彩色影像感測器，此方法包括(a)修改影像感測器晶片的前側，而影像感測器晶片具有數個像素陣列，以產生數個電性連接到這些像素陣列，其中電性連接從前側沿深度方向延伸進入影像感測器晶片內，和(b)修改影像感測器晶片的背側，以暴露這些電性連接。
100‧‧‧背照式(BSI)像素
110‧‧‧背側
120‧‧‧前側
130‧‧‧光電二極體層
131‧‧‧光電二極體
140‧‧‧像素陣列電路層
141‧‧‧金屬互連
145‧‧‧載體基板
150‧‧‧彩色濾光片
160‧‧‧光照
170‧‧‧光接收錐體
180‧‧‧假想的前側光接收錐體
200‧‧‧背照式彩色影像感測器
210‧‧‧像素陣列
211‧‧‧光電二極體
212‧‧‧金屬互連層
220‧‧‧周圍區域
222‧‧‧金屬互連層
230‧‧‧電性連接
231‧‧‧電性連接襯墊
240‧‧‧光電二極體層
245‧‧‧電絕緣材料
250‧‧‧電路層
260‧‧‧電絕緣層
270‧‧‧載體基板
280‧‧‧光學層
290‧‧‧背側
300‧‧‧影像感測器晶片
310‧‧‧特寫
330‧‧‧切割道
400‧‧‧方法
410,420,422,424,426,430,432,440‧‧‧步驟
501‧‧‧影像感測器
502‧‧‧影像感測器
510‧‧‧電絕緣襯墊
520,520'‧‧‧電絕緣襯墊
530‧‧‧電絕緣層
535‧‧‧載體晶片
540,540'‧‧‧光電二極體層
550,550',550"‧‧‧前側
560‧‧‧背側
560'‧‧‧平坦背側表面
560",560'''‧‧‧背側表面
600‧‧‧方法
610,612,620,630,640,642,650,660‧‧‧步驟
701‧‧‧影像感測器
702‧‧‧影像感測器
710,710'‧‧‧凹槽
800‧‧‧圖
810‧‧‧影像感測器晶片
820‧‧‧影像感測器
830‧‧‧局部區域
840‧‧‧旋轉軸
850‧‧‧旋轉方向
860‧‧‧箭頭標示方向
900‧‧‧方法
910,912,914,920,930,932‧‧‧步驟
1001‧‧‧影像感測器
1002‧‧‧影像感測器
1003‧‧‧影像感測器
1004‧‧‧影像感測器
1010,1010'‧‧‧光學層
1020‧‧‧彩色濾光片
1100‧‧‧背照式彩色影像感測器
1110‧‧‧電性連接襯墊
1200‧‧‧方法
1210,1220,1230,1232,1240,1242, 1244,1250‧‧‧步驟
1301‧‧‧影像感測器
1302‧‧‧影像感測器
1303‧‧‧影像感測器
1304,1305‧‧‧影像感測器
1310,1310',1310"‧‧‧光學層
1320,1320'‧‧‧導電材料
1330‧‧‧彩色濾光片
1360,1360',1360"‧‧‧背側
1360'''‧‧‧平坦背側表面
1360''''‧‧‧背側
1400‧‧‧背照式彩色影像感測器
1410‧‧‧電性連接襯墊
圖1根據一實施例說明一背照式影像感測器的像素。
圖2A和2B根據一實施例，分別在俯視圖和側剖視圖說明一背照式彩色影像感測器。
圖3根據一實施例說明一影像感測器晶片，而影像感測器晶片包括數個背照式彩色影像感測器。
圖4根據一實施例說明用於製造包括數個背照式彩色影像感測器的影像感測器晶片之方法，其中此方法選擇性地包括製造數個背照式彩色影像感測器。
圖5根據一實施例說明圖4方法的特定步驟。
圖6根據一實施例說明用於修改影像感測器晶片的前側之方法，以執行圖4方法的一部分。
圖7根據一實施例說明圖4方法的特定步驟。
圖8根據一實施例為一圖解說明用於施加一彩色濾光片到一影像感測器晶片的方法，其可在圖4的方法中被使用。
圖9根據一實施例說明用於修改影像感測器晶片的背側之方法，以執行圖4方法的一部分。其中一彩色濾光片是在暴露電性連接之前被施加到影像感測器晶片的背側。
圖10根據一實施例說明圖9方法的步驟。
圖11根據一實施例說明使用圖4、6、9的方法製造的背照式影像感測器的像素。
圖12根據一實施例說明一方法用於修改影像感測器晶片的背側，以執行圖4方法的一部分。其中一彩色濾光片是在暴露電性連接之後被施加到影像感測器 晶片的背側。
圖13根據一實施例說明圖12方法的步驟。
圖14根據一實施例說明使用圖4、6、12的方法製造的背照式影像感測器的像素。
圖1說明一示範性背照式(BSI)像素100，其描述在一背照式彩色影像感測器內的個別像素。背照式像素100具有一背側110和一前側120。背照式像素100包括位於一光電二極體層130的一光電二極體131、位於像素陣列電路層140的金屬互連141，和一彩色濾光片150。在一背照式彩色影像感測器中，光電二極體層130、像素陣列電路層140和彩色濾光片150跨越一背照式像素100的陣列的延伸。金屬互連141為電子電路的一部分，用以讀出由光電二極體100的陣列所產生的電子信號。為了清楚地說明，在圖1中不是所有的金屬互連141都有標記。不脫離本發明的範圍，背照式像素100可以包括比圖1所示更少或更多的金屬互連141，和/或不同佈置的金屬互連141。背照式像素100包括一彩色濾光片150，用於選擇入射在背側110上光照(illumination)160之一期望光譜的部分，例如紅色，綠色，或藍色光。選擇性的，背照式像素100還包括在圖1中未示出的一附加層，位於光電二極體層130和彩色濾光片150之間，用於改變光照160。此可選層可以包括不透明元件，用於防止入射到一背照式像素100的光照160不會到達相鄰背照式像素100的一光電二極體131，和/或包括一抗反射塗層。像素陣列電路層140可被結合到一載體基板145。
光電二極體層130是位於背側110和像素陣列電路層140之間，以使得入射在背照式像素100上之光照160可不需要穿過像素陣列電路層140到達光電二極體131。因此，背照式像素100具有不受金屬互連141影響的一光接收錐體170。一個假想的前側光接受錐體180說明了光接受錐體，用於使相應前照式影像傳感器接收從前側120通過的光照。由於金屬互連141的存在，假想的前側光接受錐體180是顯著小於光接受錐體170。因此，背照式像素100是比相應之假想的前照式像素更有感光性。
與背照式彩色影像感測器相關的一個挑戰為獲得接取(gain access)到金屬互連141，如像素陣列電路層140是不容易從背側110靠近。通常情況下，背照式影像感測器的製造包括：通過蝕刻從背側110進入像素陣列電路 層140內的深溝槽，以獲得接取到像素陣列電路層140。根據一種傳統的方法，深溝槽是在彩色濾光片150引入之前進行蝕刻。然而，此深溝槽影響施加彩色濾光片150的製程，並導致彩色濾光片150的不均勻厚度。這反過來又導致使用此感測器擷取之彩色圖像會產生條紋。根據另一種傳統的方法，彩色濾光片150在蝕刻深溝槽之前施加，然後當蝕刻深溝槽時予以遮蔽。通常，此深溝槽必須蝕刻深入到矽，這對彩色濾光片150的遮蔽強加挑戰性的條件。
本文所揭露的是能夠克服這些挑戰的方法。在本發明揭露的方法中，在像素陣列電路層140與載體基板145結合之前，具有電性連接到金屬互連141的溝槽是從前側120形成。此溝槽延伸通過像素陣列電路層140和進到光電二極體層130內。在隨後的步驟中，背側110是被修改，使用那些與傳統方法關聯相較較少侵入性的製程，以獲得接取到此溝槽的電性連接。本文公開的方法進一步考慮到施加彩色濾光片150到一個平坦的表面，而不是一個具有深溝槽的表面。
圖2A和2B說明了一個示範性的背照式彩色影像感測器200。圖2A顯示背照式彩色影像感測器200中的上視平面圖。圖2B顯示背照式彩色影像感測器200的橫截面側視圖，其中此橫截面是沿著在圖2A中線2B-2B剖取的部分。圖2A和2B最好一起觀看。圖2A和2B未按比例繪製。背照式彩色影像感測器200包括一像素陣列210的數個背照式像素(例如圖1的背照式像素100)，位在像素陣列210旁邊的一周圍區域220，以及數個電性連接襯墊231。為了清楚地說明，在圖2A中不是所有的電性連接襯墊231都被標記。電性連接襯墊231提供電性連接到與像素陣列210相關聯的電路。電性連接襯墊231是可用來，例如，讀出由像素陣列210的像素的光電二極體(如光電二極體131)所產生的信號，和/或施加電壓到光電二極體。
背照式彩色影像感測器200可以包括比圖2A中所示更少或更多的電性連接襯墊231而不脫離本發明的範圍。同樣地，背照式彩色影像感測器200可以包括比圖2A中所示更多的周邊區域220，而不脫離本發明的範圍。此外，像素陣列210、周邊區域220，和電性連接襯墊231是可布置不同於圖2A中所示，而不脫離本發明的範圍。
如圖2B所示，背照式彩色影像感測器200具有一背側290。背照式彩色影像感測器200包括一光電二極體層240，其包括複數個光電二極體211， 每個光電二極體211對應到像素陣列210的一個不同的像素。光電二極體層240是被佈置在電路層250上，其包括位於像素陣列210的金屬互連層212和位於周圍區域220的金屬互連層222。金屬互連層212為圖1之金屬互連141的一實施例。在一實施例中，金屬互連層212包括三層的金屬互連，而金屬互連層222包括四層的金屬互連。然而，金屬互連層212、222可包括其它數量層數的金屬互連，而不脫離本發明的範圍。金屬互連層222的至少一部分是與金屬互連層212通信地耦合。光電二極體層240和電路層250是分別為圖1之光電二極體層130和像素陣列電路層140的實施例。在一實施例中，光電二極體層240為具有嵌入的光電二極體211的矽層。在一實施例中，電路層250為具有嵌入的金屬互連層212、222的一氧化矽層。
每個電性連接襯墊231的至少一部分是由製造一電性連接230中形成，而電性連接230是從電路層250的一前側面向表面(front-facing surface)到從背側290可到達的一位置。電性連接230是在背照式彩色影像感測器200的前側的製程中形成。電性連接230可為具有一厚度，例如，介於0.5微米和1.5微米之間的一層鋁銅合金。電性連接230接觸金屬互連層222中的最前面的層。在一實施例中，介於光電二極體層240和電路層250之間的界面包括，鄰接於電性連接230的區域，電絕緣材料245的一淺層區域，例如氧化矽。電絕緣材料245可位在光電二極體層240中(如圖2B所示)、位在電路層250中，或位在其組合中，而不脫離本發明的範圍。電絕緣材料245減少在光電二極體層240和電路層250之間而相鄰電性連接230的區域中短路的風險。在一些實施例中，為了清楚說明而未在圖2B中顯示，電性連接230是電絕緣於光電二極體層240和電路層250。這樣的電絕緣性是可例如由包括一絕緣襯墊提供，而絕緣襯墊是在電性連接230與光電二極體層240之界面，以及與電路層250的之界面。
一電絕緣層260，例如氧化矽，是設置在電路層250和電性連接230上。一光學層280是被佈置在光電二極體層240上。光學層280包括一彩色濾光片，用於提供彩色影像擷取能力。選擇性的，光學層280包括用於修改入射在背側290上的光照之一附加元件和/或一抗反射塗層，而諸如不透明元件的附加元件是用於避免使射到一個像素的光照到達相鄰像素的光電二極體。光學層280可具有與圖2B所示不同的範圍，例如，覆蓋光電二極體層240的更大部分，而不脫離本發明的範圍。在一實施例中，電絕緣層260被結合到載體基板270。載體基板 270可用於在製造過程中提供結構穩定性和堅固性，且可顯著的比圖2B表示更厚。
圖3說明一個使用本文所公開的方法製造之示範性的影像感測器晶片300。影像感測器晶片300包括複數個背照式彩色影像感測器200(圖2A和2B)。影像感測器晶片300的特寫310表示了一組4個的背照式彩色影像感測器200。背照式彩色影像感測器200之間為切割道330。當背照式彩色影像感測器200從影像感測器晶片300獨立單片化，影像感測器晶片300是沿著切割道300切斷。切割道300可以包括電性連接襯墊331，用於在製造過程中測試背照式彩色影像感測器200。電性連接襯墊331是可使用如電性連接襯墊231相同的方法，或本領域中已知的其他方法形成。
圖4說明一個用來製造背照式彩色影像感測器的示範性方法400，例如背照式彩色影像感測器200(圖2A和2B)，或一背照式彩色影像感測器的晶片，例如影像感測器晶片300(圖3)。圖5圖解表示了方法400中某些步驟的範例。圖4和圖5最好在一起觀看。
在步驟410中，方法400接收一影像感測器晶片。例如，方法400接收具有複數個影像感測器501(圖5)的影像感測器晶片。在本公開內容中，術語“影像感測器”可以是指一個完成的影像感測器或在製造他們過程中的狀態。圖5示出一個影像感測器501的側面剖視圖，其中此橫截面是沿圖2A中的2B-2B線截取的。影像感測器501包括電路層250(圖2B)、一個光電二極體層540和一個電絕緣襯墊(electrically insulating liner)510。影像感測器501具有前側550和背側560。光電二極體層540為一個光電二極體層240(圖2B)的實施例，且包括複數個光電二極體211(圖2B)。選擇性的，光電二極體層540包括電絕緣材料245(圖2B)。電絕緣襯墊510具有一開口，以暴露一部分的金屬互連層222(圖2B)。電絕緣襯墊510例如為氧化矽、氮化矽或其組合，或者為包括氧化矽和/或氮化矽的材料。電絕緣襯墊510可具有一厚度在50奈米至500奈米之間的範圍。
在一步驟420中，影像感測器晶片的前側是被修飾以產生電性連接到像素陣列，其中此電性連接從深度方向延伸進入影像感測器晶片的內部。例如，一影像感測器晶片包括多個具有前側550的影像感測器501，並從每個影像感測器501修改前側550以產生具有前側550'和電性連接230(圖2和5)的影像感測器502。在一實施例中，步驟420包括一步驟422，其中此電性連接是被產生 延伸到至少超過像素陣列之光電二極體位置的深度。例如，由影像感測器502中所示，電性連接230從深度方向延伸進到影像感測器502的內部，而至超過光電二極體211位置的一深度。在一實施例中，步驟420包括一步驟424，其中此電性連接為電絕緣。例如，影像感測器501的前側550被修改以包括電絕緣襯墊520，如圖示於影像感測器502。電絕緣襯墊520將一個或多個電性連接230絕緣於電路層250和光電二極體層540。電絕緣層520包括一部分的電絕緣層510。電絕緣襯墊520例如為氧化矽、氮化矽，或其組合，或者為包括氧化矽和/或氮化矽的材料。電絕緣襯墊520可具有一厚度在50奈米至500奈米之間的範圍。在一實施例中，步驟420包括一步驟426，其中電絕緣層是形成在影像感測器晶片的前側。此電絕緣層具有一平坦的前側面向表面，其被結合到載體晶片。例如，由影像感測器502所示，一電絕緣層530是被沉積在影像感測器晶片的前側以覆蓋前側，而前側包括電性連接230，以及影像感測器晶片上所有的影像感測器502的電絕緣襯墊520的暴露部分。隨後，影像感測器晶片是結合到一載體晶圓535，如影像感測器502所示，其是被結合到載體晶圓535的一部分。電絕緣層530例如包括氧化矽。電絕緣層530和載體晶圓535為電絕緣層260(圖2B)和載體基板270(圖2B)的實施例。
在一步驟430中，影像感測器晶片的背側被修改，以暴露在步驟420中形成的電性連接，從而自背側獲得接取到此電性連接。步驟430包括一步驟432，其中一彩色濾光片被施加到此影像感測器晶片的背側。例如，此影像感測器晶片的背側是被修改以暴露穿過影像感測器502的背側560的電性連接器230，並施加一個彩色濾光片到背側560。這導致生產影像感測器晶片300的一實施例。
選擇性的，方法400包括一步驟440，其中，背照式影像感測器是從影像感測器晶片單片化。例如，影像感測器晶片300(圖3)，沿著切割道330(圖3)切割以單片化背照式影像感測器200(圖2和3)。
圖6說明一示範性方法600用於修改影像感測器晶片的前側以產生可以由影像感測器晶片的背側進入的電性連接。方法600為方法400(圖4)的步驟420的一實施例。圖7圖解表示，與圖5一起，方法600的某些步驟的例子。圖5、圖6和圖7最好在一起觀看。在步驟610中，凹槽是自此影像感測器晶片的前側蝕刻到影像感測器晶片的內部。在一實施例中，步驟610包括一步驟612， 其中此凹槽是被蝕刻到超過影像感測器晶片的像素陣列之光電二極體位置的一深度。例如，凹槽是是蝕刻至影像感測器501(圖5)的前側550以產生影像感測器701(圖7)。影像感測器701具有一前側550"，其包括至少一個凹槽710。凹槽710延伸通過電路層250(圖2和圖5)進到光電二極體層540(圖5)，超過光電二極體211的位置(圖2和5)。在一實施例中，凹槽710延伸介於2微米到4微米之間而進到光電二極體層540。在一實施例中，凹槽710的底部(也就是凹槽710接近影像感測器701的背側560的部分)為平面的。
在一步驟620中，一電絕緣襯墊是沉積在凹槽以形成內襯凹槽(lined recesses)。在一實施例中，凹槽的所有表面部分均為襯裡(lined)。在另一實施例中，只有在隨後的步驟630中形成的電性連接相關聯之凹槽的表面部分是有襯裡。例如，電絕緣襯墊是沉積在每個凹槽710內，連同電絕緣襯墊510(圖5)的部分，以形成影像感測器702(圖7)的電絕緣的襯墊520(圖5)。儘管影像感測器501(圖5)被說明為包括電絕緣襯墊510，電絕緣襯墊510是可從影像感測器510省略，取而代之在步驟620中產生，而不脫離本發明的範圍。
在一步驟630中，電性連接是沉積在影像感測器晶片的前側，以使得每個電性連接連結在步驟620中形成之內襯凹槽底部的一部分到一像素陣列的電性互連。例如，電性連接230是沉積在電絕緣襯墊520(圖5)上，如為影像感測器702所示，以使得每個電性連接230接觸金屬互連層222和接近背側560的凹槽710的部分。這使得影像感測器702具有一前側表面550'''和凹槽710'。在一實施例中，複數個電性連接是被沉積在一個單一的凹槽。例如，凹槽710為一延長的溝槽，具有在影像感測器晶片平面上的一較長尺寸，而複數個電性連接230是沿凹槽710的較長尺寸沉積在凹槽710內相應的複數的位置。在另一個實施例中，電性連接是被沉積使得沒有凹槽包含一個以上的電性連接。例如，每一個電性連接230是被沉積在不同的凹槽710。
在一步驟640中，一電絕緣層是被沉積在影像感測器晶片前側。電絕緣層填入在步驟610到630形成的凹槽。當這些電性連接在隨後方法400(圖4)的步驟430中從背側露出時，此電絕緣層提供了在步驟630中形成之電性連接的結構支撐。在一個例子中，電絕緣層530(圖5)沉積在影像感測器晶片的前側，而影像感測器晶片包括數個影像感測器702(圖7)並具有前側550'''。如用於影像感測器502(圖5)所示，電絕緣層530填充凹槽710'。選擇性的，步驟640 包括一步驟642，其中此電絕緣層是被沉積，使得其覆蓋影像感測器晶片的前側。這是由電絕緣層530(圖5)覆蓋影像感測器502(圖5)的整個前側所示。
在一可選的步驟650中，相關的方法600實施例包括選擇性的的步驟642，此電絕緣層被均勻地薄化，以提供一平坦前側表面，如由電絕緣層530(圖5)所示。化學-機械拋光的方法是可以用於均勻地薄化此電絕緣層。在隨後可選的步驟660中，平坦前側表面被結合到一載體晶片。例如一個包括多個影像感測器502(圖5)的影像感測器晶片，沒有載體晶片535(圖5)，被結合到載體晶片535。
圖8為一圖解800說明一彩色濾光片到一影像感測器晶片810的應用，而影像感測器晶片810包括數個影像感測器820。一般濾光片形成工藝通常包括(a)施加光阻劑到影像感測器晶片810，(b)藉由曝光這些部分，而顯影施加光阻劑的部分，以形成相應的彩色濾光片的部分和(c)除去未顯影光阻劑。在形成Bayer型濾光片的情況下，重複步驟(a)，(b)和(c)以用於三種不同顏色類型的光阻劑，其中每個顏色類型是針對影像感測器晶片810的部分被顯影，而此部分對應到影像感測器820的不同像素。圖解800從而示出一示範性的方法，用於執行至少一部分的方法400(圖4)的步驟432。為了說明清楚，只有一個影像感測器820是被標記在圖8。圖8示出影像感測器晶片810和影像感測器820在俯視平面圖。光阻劑被施加到影像感測器晶片810的局部區域830。支撐結構是繞旋轉軸線840以一方向850旋轉。旋轉軸線840基本上垂直於影像感測器晶片810的平面和影像感測器820的背側表面。在本實施例中，局部區域830和旋轉軸線840是在影像感測器晶片810的中心上。當影像感測器晶片810圍繞旋轉軸線840自旋，光阻劑從局部區域840由箭頭860標示沿徑向向外的方向分散(只有一個箭頭標記在圖8中)。這導致影像感測器820的背側表面，以及影像感測器晶片810的其他暴露部分的塗佈。如果深凹槽出現在感測器晶圓810的表面上，而光阻劑被施加至表面上，這些凹槽可扭曲由箭頭860所示光阻劑的向外徑向。例如，如果此凹槽是延長的溝槽，光阻劑可優先選擇沿著這些溝槽行進。徑向向外流動的畸變可能反過來導致不均勻的塗層厚度，從而降低彩色濾光片性能。因此，優選的是施加濾色片到一個平面上。
圖9說明一用於修改影像感測器晶片背側的一個示範性方法900，其中，一彩色濾光片是在暴露電性連接之前被施加，而電性連接是形成於 影像感測器晶片的前側加工過程中。方法900是方法400(圖4)的步驟430之一實施例。圖10通過範例以圖解的說明方法900的步驟。圖9和10最好在一起觀看。
在一步驟910中，至少影像感測器晶片中的一部分被平坦化，以提供此影像感測器晶片的平坦背側表面。在一實施例中，此影像感測器晶片的整個背側表面製成平的。在另一實施例中，在沒有被影像感測器佔據的區域中而靠近晶圓的周圍之背側表面的部分可能會偏離平坦性。圖10的影像感測器1001為圖5的影像感測器502的一實施例，並且至少從背側560(圖5)到介於光電二極體層540和電路層250之間的界面是完全相等於影像感測器502。影像感測器1001是如影像感測器502顯示在同樣的視圖。然而，為了清楚的說明，僅影像感測器1001從背側560到光電二極體層540和電路層250之間的界面的部分是顯示於圖10。影像感測器1001是可等同於影像感測器502(圖5)。在步驟910的一實例，包括數個影像感測器1001的一影像感測器晶片的背側是被處理以提供一平坦背側表面。這導致一影像感測器晶片的生成，而影像感測器晶片包括複數個具有一平坦背側表面560'的影像感測器1002。因此，影像感測器晶片的各影像感測器1001是被修改以形成影像感測器1002。
在一個實施例中，步驟910包括一步驟912，其中此影像感測器晶片的背側被均勻地薄化以提供一平坦表面。化學-機械拋光的方法是可被用來均勻的薄化影像感測器晶片的背側。例如，包括數個影像感測器1001的一影像感測器晶片是被均勻地薄化直到電絕緣襯墊520(圖5)露出。因此，對於每個影像感測器1001，光電二極體層540是均勻地薄化，以產生一個影像感測器1002。影像感測器1002具有平坦背側表面560'和一光電二極體層540'，而光電二極體層540'比影像感測器1001的光電二極體層540更薄。
選擇性的，步驟910還包括一步驟914，其中一光學層是形成在影像感測器晶片的背側。此光學層可以包括用於修改入射光之元件，例如，用來防止或減少個別像素陣列的相鄰像素之間的串擾。在包括步驟914的步驟910的實施例中，此光學層提供平坦背側表面。步驟914是由包含於影像感測器1002中的一個光學層1010所說明。製造光學層1010包括(a)在平坦背側表面560'上沉積元件以修改入射光，使得光學層1010提供平坦背側表面1010。例如，抗反射塗層可被沉積在此影像感測器晶片的背側，接著沉積封裝在電絕緣材料中的金屬網格。金屬網格的作用是減少或防止射到某個像素的光照不會到達相鄰像素 的光電二極體。電絕緣材料可為或包括氧化矽。最後，電絕緣材料被均勻地薄化，例如，使用化學-機械拋光的方法，以提供平坦背側表面560'。
在一步驟920中，一彩色濾光片是被施加到在步驟910中形成的平坦背側表面。在一實施例中，使用在圖8中所示的方法，步驟920包括三個或更多個，連續的步驟施加不同的彩色濾光片塗層到此影像感測器晶片的平坦背側表面。例如，綠色、紅色和藍色的彩色濾光片塗層依次施加以形成拜爾型彩色濾光片。在一個例子中，步驟920導致在影像感測器晶片的每一個影像感測器1002的平坦背側表面560'上形成一彩色濾光片1020。因此，至少在一影像感測器晶片的一些影像感測器1002是被修改以產生各自的影像感測器1003。每個影像感測器1003具有一背側表面560"，其包括彩色濾光片1020。
在一步驟930中，在步驟420的方法400(圖4)形成的電性連接是被暴露。例如，如影像感測器1004所示，每一個影像感測器1003的背側560"是被修改以獲得接取至電性連接230。影像感測器1004具有背側表面560'''。在一個實施例中，步驟930包括一步驟932，其中影像感測器晶片的背側表面的一部分被蝕刻，以暴露電性連接。例如，對於每一個影像感測器1003，背側表面560"的部分被蝕刻到電性連接230的深度，以產生影像感測器1004。這包括蝕刻通過可選的光學層1010和電絕緣襯套520到與電性連接230重合的一位置，從而形成電絕緣層520'和光學層1010'。儘管圖10表示影像感測器1004具有全部暴露的電性連接231的底部，然而影像感測器1004可具有僅一部分暴露的電性連接231的底部，而不脫離本發明的範圍偏離。在步驟932的蝕刻處理不涉及蝕刻矽的深層。因此，相較於傳統方法中電接取是通過蝕刻數微米到矽層而達到，彩色濾光片的遮罩(例如彩色濾光片1020)所需的要求較低。
圖11說明由方法400(圖4)形成的一示範性的背照式彩色影像感測器1100，方法400包括步驟440，以及分別根據方法600(圖6)和方法900(圖9)實施的步驟420和步驟430。背照式彩色影像感測器1100為一個背照式彩色影像感測器200(圖2)的實施例。背照式彩色影像感測器1100是沿著圖2A的2B-2B線側視橫截面所圖示。背照式彩色影像感測器1100是由(a)介於背側表面560'''與光電二極體層540'及電路層250的界面之間的影像感測器1004(圖10)的部分，如圖10所討論的結合影像感測器1001，和(b)介於前側550'與光電二極體層540及電路層250的界面之間的影像感測器502(圖5)的部分所組成。電性連接230 的暴露部分形成一電性連接襯墊1110，使得背照式彩色影像感測器1100可包括複數個電性連接襯墊1110。
圖12說明用於修改影像感測器晶片的背側的一個示例性方法1200，其中一彩色濾光片是在暴露電性連接之後施加，而電性連接是在此影像感測器晶片的前側加工過程中形成。方法1200為方法400(圖4)的步驟430之一實施例。通過實例，圖13圖例的說明方法1200的步驟。圖12和圖13最好一起觀看。
在一可選的步驟1210中，方法1200執行方法900(圖9)的步驟的912。例如，包括多個影像感測器1001(圖10)的一影像感測器晶片是被均勻地薄化，直到電絕緣襯墊520(圖5和圖10)被暴露。這是由具有背側1360的影像感測器1301(圖13)說明。圖13以相當於圖10之影像感測器1001的視角說明影像感測器1301。在一隨後可選的步驟1220中，方法1200執行方法900(圖9)的步驟914。步驟1220是由包含在影像感測器1301中的一個可選的光學層131說明。光學層1310是類似於光學層1010(圖10)，但可以是例如具有不同於光學層1010的厚度。
在一步驟1230中，影像感測器晶片的背側是被修改以暴露在方法400的步驟420形成的電性連接(圖4)。例如，包括複數個影像感測器1301的一影像感測器晶片是被修改，以從至少每個影像感測器1301的一些，產生一影像感測器1302。影像感測器1302具有背側1360'、光學層1310'，和電絕緣襯套520'，其提供接取至電性連接230。在一個實施例中，步驟1230包括一步驟1232，其中方法1200執行方法900的步驟932，如結合圖9和圖10所討論。
在一步驟1240中，一影像感測器的平坦背側表面是被設置。在一個實施例中，此影像感測器晶片的整個背側表面是被製成平坦的。在另一個實施例中，在靠近晶圓周圍區域的背側表面的一部分(非由影像感測器所佔用)可能偏離平坦性。在一個例子中，包括複數個影像感測器1302的一影像感測器晶片的背側是被修改成具有平坦背側表面。在一實施例中，步驟1240包括步驟1242和步驟1244。在步驟1242中，接取到電性連接的背側區域是填充一導電材料。例如，對於影像感測器晶片的每一個影像感測器1302，在電性連接230上的區域填充有導電材料1320，以形成影像感測器1303。影像感測器1303具有背側1360"，其包括位於電性連接230的暴露部分上的導電材料1320。導電材料1320 可以是鋁銅合金。而圖13示出導電材料1320僅部分地填充電性連接1320上的接取區域，導電材料1320可以完全填充此接取區域，以及甚至延伸超出光學層1310的背側面向(backside-facing)表面。在步驟1244中，此影像感測器晶片的背側是均勻地薄化，使用例如化學-機械拋光的方法，來形成影像感測器晶片的一平坦背側表面。例如，包括複數個影像感測器1303的一影像感測器晶片是被均勻地薄化，以形成此影像感測器晶片的一平坦背側表面。其結果是，每個影像感測器1303的背側1360"被均勻地薄化以產生一個影像感測器1304。影像感測器1304具有平坦背側表面1360'''，其包括光學層1310"和導電材料1320'。光學層1310"為光學層1310'的薄化版本。導電材料1320'可是相同於導電材料1320'或薄化的版本。
在一步驟1250中，方法1200執行方法900的步驟920。例如，方法1200施加彩色濾光片1330到每個影像感測器1304的背側表面1360'''，以形成影像感測器1305。每個影像感測器1305具有背側1360''''，其包括彩色濾光片1330。
圖14示出由方法400(圖4)形成的一個示範性的背照式彩色影像感測器1400，方法400包括步驟440，以及分別根據方法600(圖6)和方法1200(圖12)實施的步驟420和步驟430。背照式彩色影像感測器1400為一個背照式彩色影像感測器200(圖2)的實施例。背照式彩色影像感測器1400是沿著圖2A的2B-2B線側視橫截面所圖示。背照式彩色影像感測器1100是由(a)介於背側表面1360''''與光電二極體層540'及電路層250的界面之間的影像感測器1305(圖13)的部分，和(b)介於前側550'與光電二極體層540及電路層250的界面之間的影像感測器502(圖5)的部分所組成。導電材料1320'的暴露部分形成電性連接襯墊1110，使得背照式彩色影像感測器1400可包括複數個電性連接襯墊1410。
特點組合
如上所述的特點，以及那些下面所主張的是可以各種方式組合，而不脫離本發明的範圍偏離。例如，應當理解，本文所描述的一個背照式彩色影像感測器的形狀，或製造此彩色影像感測器的方法，可與本文所描述的另一背照式彩色影像感測器或製造此彩色影像感測器的方法結合或互換特性。下面的例子說明上述實施例的可能的，非限制性的組合。應當清楚，可以對在此所述的方法和設備做許多其他的變化和修改而不脫離本發明的精神和範圍：
(A)的一種方法，用於製造背照式彩色影像感測器，此方法可 包括(i)修改一影像感測器晶片的前側，而影像感測器晶片包括像素陣列，以產生數個電性連接到像素陣列，其中這些電性連接從前側往深度方向延伸進入影像感測器晶片內，並且(ii)修改影像感測器晶片的背側以暴露電性連接。
(B)在表示為(A)的方法中，修改背側的步驟可包括(i)平坦化影像感測器晶片的背側，以提供一平坦背側表面，(ii)施加一個彩色濾光片到平坦背側表面，和(iii)暴露這些電性連接。
(C)在標示為(B)的方法中，暴露的步驟可在平坦化的步驟之前執行。
(D)在標示為(B)的方法中，暴露的步驟可在施加的步驟之後執行。
(E)在標示為(A)到(D)的方法中，修改前側的步驟可以包括：形成凹槽和電性連接，其中每一個電性連接連結凹槽的底部到一個像素陣列的電路。
(F)在標示為(A)到(E)的方法中，修改前側的步驟可包括：蝕刻凹槽。
(G)在標示為(F)的方法中，修改前側可進一步包括沉積電性連接。每一個電性連接連結凹槽的一底部到一個像素陣列的電性互連。
(H)在標示為(G)的方法中，修改前側的步驟還可包括：沉積電絕緣材料，此電絕緣材料填充此凹槽。
(I)在標示為(F)的方法中，修改前側的步驟可進一步包括：通過在凹槽內部沉積電絕緣襯墊以形成內襯凹槽。
(J)在標示為(I)的方法中，修改前側的步驟可進一步包括：沉積電性連接，每一個電性連接連結內襯凹槽的一底部到一個像素陣列的電性互連。
(K)在標示為(J)的方法中，修改前側的步驟還可包括：沉積電絕緣材料，電絕緣材料填充到內襯凹槽。
(L)在標示為(F)到(K)的方法中，蝕刻凹槽的步驟可包括：蝕刻凹槽到至少超出像素陣列之光電二極體位置的深度。
(M)在標示為(I)和(K)的方法中，可進一步包括：均勻地薄化此電絕緣材料，並結合電絕緣材料到載體晶片。
(N)在標示為(A)到(M)的方法中，暴露複數個電性連接的步驟可包括：蝕刻背側的部分以獲得接取到這些電性連接。
(O)在標示為(N)的方法中，蝕刻的步驟可包括：蝕刻介電層的部分，以獲得接取到這些電性連接。
(P)在標示為(D)的方法中，修改前側的步驟可包括：在一電絕緣襯墊上設置此電性連接。
(Q)在標示為(P)的方法中，平坦化的步驟可包括(i)均勻地薄化背側到電絕緣襯墊的深度，和(ii)在背側上製造電絕緣層，其中電絕緣層提供了平坦背側表面。
(R)在標示為(Q)的方法中，平坦化的步驟可以進一步包括：產生元件以用於修改入射光，其中此元件可至少部分地被電絕緣層封裝。
(S)在標示為(Q)和(R)的方法中，平坦化的步驟可以包括：沉積一氧化物層，此氧化物層具有用於改變入射光的元件，以及均勻地薄化此氧化物層以提供平坦背側表面。
(T)在標示為(D)的方法中，修改前側的步驟可以包括：在電絕緣襯墊上設置一電性連接。
(U)在標示為(T)的方法中，在暴露的步驟之前，修改背側的步驟可進一步包括：(i)均勻地薄化背側到電絕緣襯墊的深度，和(ii)在背側製造電絕緣層。
(V)在標示為(U)的方法中，暴露的步驟可以包括：蝕刻電絕緣層的部分，以獲得接取到複數個電性連接。
(W)在標示為(V)的方法中，平坦化的步驟可以包括：用導電材料填充電絕緣層的部分和均勻地薄化背側，以提供平坦背側表面。
(X)一背照式彩色影像感測器可包括：(i)複數個電性連接襯墊，位於影像感測器的背側上，(ii)相應的複數個電性連接，將這些電性連接襯墊連結到影像感測器的像素陣列電路的前側面向(front-facing)部分，和(iii)一彩色濾光片，配置在影像感測器的背側上。
(Y)在標示(X)的一背照式彩色影像感測器中，每一個電性連接，對所有遠離這些電性連接襯墊以及不是接觸像素陣列電路的部分，是可由電絕緣材料包圍。
(Z)標示為(X)和(Y)的背照式彩色影像感測器可包括：一像素陣列層，其具有光電二極體子層以及電性互連的一電路子層，光電二極體子層具有一光電二極體陣列，而電路子層用於光電二極體子層；其中，每個電性連接可位於像素陣列子層的前側面向凹槽中，並位於電路子層的前側面向部分。
(AA)在標示為(Z)的背照式彩色影像感測器中，此前側面向凹槽可跨越像素陣列層的整個深度。
(AB)在標示為(Z)和(AA)的背照式彩色影像感測器中，可以包括：一前側層，覆蓋像素陣列層之前側面向表面，並跨越介於背側的背側面向表面與像素陣列層之間的缺口。
(AC)在標示為(AB)的背照式彩色影像感測器中，在不與這些電性連接襯墊重合的所有區域，前側層可以具有均勻的厚度。
(AD)在標示為(X)到(AD)的背照式彩色影像感測器中，影像感測器的背側的表面可為平坦的。
可在上述的系統和方法中做改變而不脫離本發明的範圍。因此，應當注意的是，包含在上述描述並示出在附圖中的事項應當被解釋為說明性的而不是限制性的。下文的主張是用來覆蓋本文中所描述的一般的和具體的特徵，以及本發明的方法和裝置的所有範圍的陳述，其中，因為語言的關係，可說在陳述之間有落差。
211‧‧‧光電二極體
212‧‧‧金屬互連層
222‧‧‧金屬互連層
230‧‧‧電性連接
245‧‧‧電絕緣材料
250'‧‧‧電路層
520'‧‧‧電絕緣襯墊
530‧‧‧電絕緣層
535‧‧‧載體晶片
540"‧‧‧光電二極體層
550'‧‧‧前側
1310"‧‧‧光學層
1320'‧‧‧導電材料
1330‧‧‧彩色濾光片
1360''''‧‧‧背側
1400‧‧‧背照式彩色影像感測器
1410‧‧‧電性連接襯墊

Claims (13)

  1. 一種方法，用於製造一背照式彩色影像感測器，該方法包括：修改一影像感測器晶片的一前側，而該影像感測器晶片包括多個像素陣列，以產生多個電性連接到該些像素陣列，該些電性連接從該前側往深度方向延伸進入該影像感測器晶片內；以及修改該影像感測器晶片的一背側以暴露該些電性連接。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之方法，修改該背側的步驟包括：暴露該些電性連接；在暴露的步驟之後，平坦化該影像感測器晶片的該背側以提供一平坦背側表面；以及在平坦化的步驟之後，施加一彩色濾光片到該平坦背側表面。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之方法，修改該背側的步驟包括：平坦化該影像感測器晶片的該背側以提供一平坦背側表面；在平坦化的步驟之後，施加一彩色濾光片到該平坦背側表面；以及在施加的步驟之後，暴露該些電性連接。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之方法，修改該前側的步驟包括：形成多個凹槽和該些電性連接，各該電性連接連結該些凹槽的底部至該些像素陣列中之一個之電路。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之方法，修改該前側的步驟包括：蝕刻出多個凹槽；藉由在該些凹槽內沉積一電絕緣襯墊以形成多個內襯凹槽；沉積該電性連接，各該電性連接連結該些內襯凹槽中之一個之底部的一部分至該像素陣列中之一個之電性互連；以及 沉積一電絕緣材料，該電絕緣材料填充該些內襯凹槽。
  6. 如申請專利範圍第5項所述之方法，蝕刻出該些凹槽的步驟包括：蝕刻該些凹槽至少至超出該些像素陣列之光電二極體位置的深度。
  7. 如申請專利範圍第6項所述之方法，更包括：均勻地薄化該電絕緣材料；以及結合該電絕緣材料至一載體晶片。
  8. 如申請專利範圍第1項所述之方法，暴露該些電性連接的步驟包括：蝕刻該背側的部分以獲得接取至該些電性連接。
  9. 如申請專利範圍第8項所述之方法，刻蝕的步驟包括：蝕刻一電介質層的部分以獲得接取至該些電性連接。
  10. 如申請專利範圍第2項所述之方法，在修改該前側的步驟中，該些電性連接被佈置在一電絕緣襯墊上；以及平坦化該背側的步驟包括：(a)均勻地薄化該背側至該電絕緣襯墊的深度，以及(b)在該背側上製造一電絕緣層，該電絕緣層提供了該平坦背側表面。
  11. 如申請專利範圍第10項所述之方法，平坦化之步驟更包括：製造多個元件以用於修改入射光，該些元件至少部分地被該電絕緣層封裝。
  12. 如申請專利範圍第10項所述之方法，平坦化的步驟包括：沉積一氧化物層，該氧化物層具有多個元件以用於修改入射光；以及均勻地薄化該氧化物層以提供該平坦背側表面。
  13. 如申請專利範圍第3項所述之方法，其中：修改該前側之步驟包括：佈置該些電性連接於一電絕緣襯墊上；在暴露的步驟之前，修改該背側之步驟更包括：(a)均勻地薄化該背側至該電絕緣襯墊的深度，以及(b)產生一電絕緣層於該背側上；暴露的步驟包括：蝕刻該電絕緣層的部分以獲得接取至該些電性連接；以及 平坦化的步驟包括：以導電材料填充該電絕緣層的部分和均勻地薄化該背側以提供該平坦背側表面。
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