TW201705459A - 影像感測結構及其形成方法 - Google Patents

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Abstract

本揭露提供一種影像感測結構及其形成方法。此影像感測結構包括第一基板，其包括第一輻射感測區及第一內連線結構形成於第一基板的前側之上。此影像感測結構亦包括第二基板，其包括第二輻射感測區以及第二內連線結構形成於第二基板的前側之上。此外，第一內連線結構接合至第二內連線結構。

Description

影像感測結構及其形成方法
本揭露係有關於一種半導體，且特別有關於一種影像感測結構及其形成方法。
半導體裝置使用於各種電子應用中，舉例而言，諸如個人電腦、手機、數位相機以及其他電子設備。半導體裝置的製造通常是藉由在半導體基板上依序沉積絕緣層或介電層材料、導電層材料以及半導體層材料，接著使用微影製程圖案化所形成的各種材料層，藉以在此半導體基板之上形成電路零件及組件。
雖然現有的半導體生產製程已普遍足以達成預期的目標，然而，就裝置尺寸持續微縮的目的而言，仍無法完全滿足所有需求。
本揭露之一實施例係提供一種影像感測結構，包括：第一基板包括第一輻射感測區；第一內連線結構形成於第一基板的前側之上；第二基板包括第二輻射感測區；以及第二內連線結構形成於第二基板的前側之上，且第一內連線結構接合至第二內連線結構。
本揭露之另一實施例係提供一種影像感測結構， 包括：第一輻射感測區位於第一基板的前側；第一內連線結構，形成於第一基板的前側之上；第二輻射感測區位於第二基板的前側；第二內連線結構，形成於第二基板的前側之上；以及彩色濾光層，形成於第二基板的背側之上；且第一內連線結構接合至第二內連線結構。
本揭露之又一實施例係提供一種影像感測結構的 形成方法，包括：形成第一輻射感測區於第一基板的前側中；形成第一內連線結構於第一基板的前側上；形成第二輻射感測區於第二基板的前側中；形成第二內連線結構於第二基板的前側上；以及接合第一內連線結構至第二內連線結構。
100a、100b‧‧‧影像感測器
102‧‧‧第一基板
103‧‧‧前側
104‧‧‧背側
105‧‧‧第一畫素陣列
106‧‧‧第一輻射感測區
108‧‧‧第一內連線結構
110‧‧‧第一介電層
112‧‧‧第一導電特徵
114‧‧‧第一導電墊
116‧‧‧抗反射層
118‧‧‧鈍化保護層
120‧‧‧彩色濾光層
120R、120G、120B‧‧‧彩色濾光片
122‧‧‧微透鏡層
122R、122G、122B‧‧‧微透鏡
124‧‧‧入射輻射
126、128‧‧‧溝槽
130‧‧‧穿氧化物導通孔
202‧‧‧第二基板
202’‧‧‧薄化的第二基板
203‧‧‧前側
204、204’‧‧‧背側
205‧‧‧第二畫素陣列
206R、206G、206B‧‧‧第二輻射感測區
208‧‧‧第二內連線結構
210‧‧‧第二介電層
212‧‧‧第二導電特徵
214‧‧‧第二導電墊
以下將配合所附圖式詳述本揭露之實施例。應注意的是，依據在業界的標準做法，各種特徵並未按照比例繪製且僅用以說明例示。事實上，可能任意地放大或縮小元件的尺寸，以清楚地表現出本揭露的特徵。
第1A-1G圖繪示依據本揭露之一些實施例之形成一影像感測器之各個製程階段的剖面示意圖。
第2A-2C圖繪示依據本揭露之一些實施例之形成一影像感測器之各個製程階段的剖面示意圖。
以下公開許多不同的實施方法或是例子來實行本揭露之不同特徵，以下描述具體的元件及其排列的實施例以闡述本揭露。當然這些實施例僅用以例示，且不該以此限定本揭 露的範圍。例如，在說明書中提到第一特徵形成於第二特徵之上，其包括第一特徵與第二特徵是直接接觸的實施例，另外也包括於第一特徵與第二特徵之間另外有其他特徵的實施例，亦即，第一特徵與第二特徵並非直接接觸。此外，在不同實施例中可能使用重複的標號或標示，這些重複僅為了簡單清楚地敘述本揭露，不代表所討論的不同實施例及/或結構之間有特定的關係。
此外，其中可能用到與空間相關用詞，例如“在... 下方”、“下方”、“較低的”、“上方”、“較高的”及類似的用詞，這些空間相關用詞係為了便於描述圖示中一個(些)元件或特徵與另一個(些)元件或特徵之間的關係，這些空間相關用詞包括使用中或操作中的裝置之不同方位，以及圖式中所描述的方位。裝置可能被轉向不同方位(旋轉90度或其他方位)，則其中使用的空間相關形容詞也可相同地照著解釋。
本揭露描述關於積體電路結構及其形成方法的一些實施例。在一些實施例中，積體電路結構包括影像感測器。第1A-1G圖繪示依據本揭露之一些實施例之形成影像感測器100a之各個製程階段的剖面示意圖。
然而，應注意的是，為了更清楚地理解本揭露的概念，第1A-1G圖所繪示的影像感測器100a已經過簡化。因此，在一些實施例中，可添加一些額外的特徵於影像感測器100a，且一些元件可被取代或省略。舉例而言，影像感測器100a可包括各種被動與主動微電子元件，例如，電阻、電容、電感、二極體、金屬氧化物半導體場效電晶體(MOSFET)、互補式金屬 氧化物半導體電晶體(CMOS transistors)、高壓電晶體、高頻電晶體活其他合適的元件。此外，應注意的是，不同的實施例可能具有不同的優點，且沒有特定的優點是對於任何實施例都是必需的。
根據一些實施例，如第1A圖所繪示，提供第一基 板102。在一些實施例中，第一基板102是包括矽的半導體基板。另外，第一基板102亦可包括其他元素半導體材料，例如，鍺及/或鑽石；化合物半導體，包括碳化矽(silicon carbide)、砷化鎵(gallium arsenide)、磷化鎵(gallium phosphide)、磷化銦(indium phosphide)、砷化銦(indium arsenide)及/或銻化銦(indium antimonide)；合金半導體，包括矽鍺(SiGe)、磷砷化鎵(GaAsP)、砷化鋁銦(AlInAs)、砷化鋁鎵(AlGaAs)、砷化鎵銦(GaInAs)、磷化鎵銦(GaInP)及/或磷砷化鎵銦(GaInAsP)。依據影像感測器100a的設計需求，第一基板102可以是p型或n型基板。第一基板102可包括隔離特徵(未繪示)，以分隔畫素(下文將討論)及/或形成於第一基板102上的其他元件，其中隔離特徵可包括，例如，淺溝隔離結構(STI)及/或矽的局部氧化(local oxidation of silicon,LOCOS)特徵。在一些實施例中，第一基板102具有第一厚度範圍為約200μm至約400μm。如第1A圖所示，第一基板102具有前側103與背側104。
根據一些實施例，第一畫素陣列105形成於第一基 板102的前側103中。「畫素」一詞表示的是一種單元構件(unit cell)，其包括用以將電磁輻射轉換成電信號的特徵(例如，包括光偵測器及各種半導體結構之電路)。因此，第一畫素陣列 105可包括使其能夠偵測入射輻射強度的各種特徵與電路。
在一些實施例中，第一畫素陣列105包括對應到特 定波長範圍的第一輻射感測區106。在一些實施例中，第一輻射感測區106對應到近紅外線(near infrared)。亦即，第一輻射感測區106可偵測近紅外線的強度(亮度)。第一輻射感測區106可以是具有p型或n型摻質的摻雜區，其形成於第一基板102的前側103。可藉由合適的製程形成第一輻射感測區106，包括離子佈植製程、擴散製程或其他合適的製程。
在一些實施例中，第一輻射感測區106具有厚度範 圍為約5μm至約30μm。如前所述，第一輻射感測區106可用於感測(偵測)近紅外線，因此，即使第一輻射感測區106各自具有較大的尺寸，其同樣能達到所需的解析度。
根據一些實施例，如第1B圖所繪示，在形成第一 畫素陣列105之後，第一內連線結構108形成於第一基板102的前側103之上。在一些實施例中，第一內連線結構108之厚度範圍為約1μm至約5μm。
第一內連線結構108包括第一介電層110及形成於 第一介電層110中的第一導電特徵112。可設計並配置第一導電特徵112，以使輻射穿過第一內連線結構108，到達位於第一基板102中的第一輻射感測區106(此部分在下文中將詳細敘述)。
在一些實施例中，第一介電層110包括層間介電層 (ILD)及/或金屬層間介電層(IMD)。在一些實施例中，第一介電層110包括由多種介電材料所形成之多層結構，例如氧化矽、氮化矽、氮氧化矽、磷矽玻璃(phosphosilicate glass,PSG)、 硼磷矽玻璃(borophosphosilicate glass,BPSG)或其他合適的低介電常數介電材料。可藉由合適的製程形成第一介電層110，包括化學氣相沉積法(chemical vapor deposition,CVD)、物理氣相沉積法(physical vapor deposition,PVD)、原子層沉積法(atomic layer deposition,ALD)、旋轉塗佈法(spin-on coating)或其他合適的製程。
第一導電特徵112用於連接影像感測器100a之各 種特徵或結構。舉例而言，第一導電特徵112可用以連接形成於第一基板102之上的各種元件。第一導電特徵112可以是垂直內連線(例如，導通孔與接觸插塞)及/或水平內連線(例如，導線)。在一些實施例中，第一導電特徵112由導電材料所形成，例如鋁、鋁合金、銅、銅合金、鈦、氮化鈦、鎢、多晶矽或金屬矽化物。
需注意的是，繪示於第1B圖中的導電特徵112僅是 用於舉例說明，以利於更佳地了解本揭露的概念，並非用以限定本揭露的範圍。亦即，導電特徵112在其他不同實施例中可以其他不同方式排列。
在一些實施例中，第一內連線結構108更包括形成 於第一介電層110中的第一導電墊114，第一導電墊114位於第一內連線結構108之上表面。第一導電墊114可由導電材料所形成，例如鋁、鋁合金、銅、銅合金、鈦、氮化鈦或類似之材料。 第一導電墊114也可以其他方式排列，只要入射輻射穿過第一內連線結構108時，不會被第一導電墊114阻擋即可。
根據一些實施例，如第1C圖所繪示，提供第二基 板202。在一些實施例中，第二基板202是包括矽之半導體基板。另外，第二基板202亦可包括其他元素半導體材料，例如，鍺及/或鑽石；化合物半導體，包括碳化矽(silicon carbide)、砷化鎵(gallium arsenide)、磷化鎵(gallium phosphide)、磷化銦(indium phosphide)、砷化銦(indium arsenide)及/或銻化銦(indium antimonide)：合金半導體，包括矽鍺(SiGe)、磷砷化鎵(GaAsP)、砷化鋁銦(AlInAs)、砷化鋁鎵(AlGaAs)、砷化鎵銦(GaInAs)、磷化鎵銦(GaInP)及/或磷砷化鎵銦(GaInAsP)。依據影像感測器100a的設計需求，第二基板202可以是p型或n型基板。第二基板202可包括隔離特徵(未繪示)，以分隔畫素(下文將討論)及/或形成於第二基板202上的其他元件，其中隔離特徵可包括，例如，淺溝隔離結構(STI)及/或矽的局部氧化(local oxidation of silicon,LOCOS)特徵。在一些實施例中，第二基板202是裝置晶圓(device wafer)。如第1C圖所示，第二基板202具有前側203與背側204。
根據一些實施例，第二畫素陣列205形成於第二基 板102的前側203中。第二畫素陣列205可包括使其能夠偵測入射輻射強度的各種特徵與電路。
在一些實施例中，第二畫素陣列206包括各自對應 到特定波長範圍的第二輻射感測區206R、206G及206B。在一些實施例中，第二輻射感測區206R、206G及206B與第一輻射感測區106用於感測(偵測)各種不同波長之輻射。在一些實施例中，第二輻射感測區206R、206G及206B各自對應到紅色輻射、綠色輻射與藍色輻射。亦即，第二輻射感測區206R、206G及 206B可以偵測其各自對應波長的可見光輻射之強度(亮度)。第二輻射感測區206R、206G及206B可以是具有p型或n型摻質的摻雜區，其形成於第二基板202的前側203。如前所述，第二輻射感測區206R、206G及206B用於偵測可見光輻射，且第一輻射感測區106用於偵測近紅外線輻射。因此，根據一些實施例，在第二輻射感測區206R、206G及206B之摻質與在第一輻射感測區106之摻質是不同的。可藉由合適的製程形成第二輻射感測區206R、206G及206B，包括離子佈植製程、擴散製程或其他合適的製程。
在一些實施例中，第二輻射感測區(亦即，206R、 206G及206B)具有厚度範圍為約2μm至約3μm。根據一些實施例，由於第二輻射感測區206R、206G及206B是用以偵測可見光輻射，而第一輻射感測區106是用以偵測近紅外線輻射，因此每一個第二輻射感測區之厚度小於每一個第一輻射感測區106之厚度。
第二輻射感測區206R、206G及206B的寬度可以實 質上相同。在一些實施例中，第二輻射感測區(亦即，206R、206G及206B)具有第二寬度範圍為約2μm至約4μm。如前所述，第二輻射感測區206R、206G及206B是用以感測(偵測)可見光輻射，因此，每一個第二輻射感測區206R、206G及206B具有相對較小的尺寸，以達到所需的解析度。據此，根據一些實施例，第二輻射感測區(亦即，206R、206G及206B)之第二寬度小於第一輻射感測區106之第一寬度。在一些實施例中，一個第一輻射感測區之寬度比上一個第二輻射感測區之寬度之比 率為約1：1至約4：1。
根據一些實施例，如第1D圖所繪示，在形成第二 畫素陣列205之後，第二內連線結構208形成於第二基板202的前側203之上。第二內連線結構208包括第二介電層210及形成於第二介電層210中的第二導電特徵212。可設計並配置第二導電特徵212，以使輻射穿過第二內連線結構208，到達位於第一基板102中的第一輻射感測區106(此部分在下文中將詳細敘述)。
在一些實施例中，第二介電層210包括層間介電層 (ILD)及/或金屬層間介電層(IMD)。在一些實施例中，第二介電層210包括由多種介電材料所形成之多層結構，例如氧化矽、氮化矽、氮氧化矽、磷矽玻璃(phosphosilicate glass,PSG)、硼磷矽玻璃(borophosphosilicate glass,BPSG)或其他合適的低介電常數介電材料。可藉由合適的製程形成第二介電層210，包括化學氣相沉積法(chemical vapor deposition,CVD)、物理氣相沉積法(physical vapor deposition,PVD)、原子層沉積法(atomic layer deposition,ALD)、旋轉塗佈法(spin-on coating)或其他合適的製程。在一些實施例中，第二內連線結構208之厚度範圍為約1μm至約5μm。
第二導電特徵212用於連接影像感測器100a之各 種特徵或結構。舉例而言，第二導電特徵212可用以連接形成於第二基板202之上的各種元件。第二導電特徵212可以是垂直內連線(例如，導通孔與接觸插塞)及/或水平內連線(例如，導線)。在一些實施例中，第二導電特徵212由導電材料所形成， 例如鋁、鋁合金、銅、銅合金、鈦、氮化鈦、鎢、多晶矽或金屬矽化物。
需注意的是，繪示於第1D圖中的導電特徵212僅是 用於舉例說明，以利於更佳地了解本揭露的概念，並非用以限定本揭露的範圍。亦即，第二導電特徵212在其他不同實施例中可以其他不同方式排列。
在一些實施例中，第二內連線結構208更包括形成 於第二介電層210中的第二導電墊214，第二導電墊214位於第二內連線結構208之上表面。第二導電墊214可由導電材料所形成，例如鋁、鋁合金、銅、銅合金、鈦、氮化鈦或類似之材料。 第二導電墊214也可以其他方式排列，只要入射輻射穿過第二內連線結構208時，不會被第二導電墊214阻擋即可。
接著，根據一些實施例，如第1E圖所繪示，將第 二內連線結構208接合至第一內連線結構108。在一些實施例中，藉由混合接合法(hybrid bonding)接合第一內連線結構108與第二內連線結構208。在一些實施例中，在接合第一內連線結構108與第二內連線結構208之前，將第一導電墊114對準於第二導電墊214，以使第一導電墊114能夠接合至第二導電墊214，且第一介電層110能夠接合至第二介電層210。在一些實施例中，利用光學感測法(optical sensing method)對準第一導電墊114與第二導電墊214。
進行對準之後，第二內連線結構208設置於第一內 連線結構108之上。在一些實施例中，實施退火製程以接合第一內連線結構108與第二內連線結構208。更具體而言，實施回 焊製程(reflowing process)回焊第一導電墊114與第二導電墊214，以使其彼此接合。同樣地，在退火製程期間，第一介電層110與第二介電層210也彼此接合。
如第1E圖所示，混合接合法(hybrid bonding)牽涉 到兩種類型的接合，包括金屬對金屬之接合(metal-to-metal bonding)與非金屬對非金屬之接合(non-metal-to-non-metal bonding)。更具體而言，第一導電墊114與第二導電墊214藉由金屬對金屬之接合而接合，第一介電層110與第二介電層210藉由非金屬對非金屬之接合而接合。
如前所述，根據一些實施例，如第1E圖所繪示， 可設計並配置第一導電特徵112、第一導電墊114、第二導電特徵212及第二導電墊214，使這些結構不會阻擋入射輻射，藉以使入射輻射能夠穿過第一內連線結構108與第二內連線結構208。在一些實施例中，第一內連線結構108與第二內連線結構208之厚度總和範圍為約5μm至約20μm。
根據一些實施例，如第1E圖所示，在第一內連線 結構108與第二內連線結構208接合之後，第一畫素陣列105與第二畫素陣列205重疊，且第一輻射感測區106與第二輻射感測區206R、206G及206B重疊。此外，第一內連線結構108以及第二基板202位於第二內連線結構208之相對兩側，且第二內連線結構208與第一基板102位於第一內連線結構108之相對兩側。
根據一些實施例，如第1F圖所繪示，在第一內連 線結構108接合至第二內連線結構208之後，薄化第二基板202之背側204，以暴露第二輻射感測區206R、206G及206B。因此， 形成具有背側204’之薄化的第二基板202’。在一些實施例中，藉由化學機械研磨製程研磨第二基板202。
在一些實施例中，薄化的第二基板202’具有第二厚 度，此第二厚度小於第一基板102之第一厚度。在一些實施例中，薄化的第二基板202’之第二厚度範圍為約2μm至約3μm。
接著，根據一些實施例，如第1G圖所繪示，形成 抗反射層116於薄化的第二基板202’之背側204’上，以覆蓋暴露的第二輻射感測區206R、206G及206B。在一些實施例中，抗反射層116由氮碳化矽(silicon carbide nitride)、氧化矽(silicon oxide)或類似之材料所形成。
根據一些實施例，如第1G圖所繪示，在形成抗反 射層116之後，形成鈍化保護層(passivation layer)118於抗反射層116之上。在一些實施例中，鈍化保護層118由氮化矽或氮氧化矽所形成。
根據一些實施例，如第1G圖所繪示，在形成鈍化 保護層118之後，形成彩色濾光層120於鈍化保護層118之上，且設置微透鏡層122於彩色濾光層120之上。彩色濾光層120可包括多於一種的彩色濾光片。在一些實施例中，彩色濾光層120包括彩色濾光片120R、120G及120B。在一些實施例中，每一個彩色濾光片120R、120G及120B對準於其相對應之第二輻射感測區206R、206G及206B。此外，紅外線輻射，例如近紅外線輻射並不會被彩色濾光片120R、120G及120B所過濾。
在一些實施例中，彩色濾光片120R、120G及120B 由含有染料(dye-based)或含有色素(pigment-based)的高分子所 形成，以過濾特定頻率波段。在一些實施例中，彩色濾光片120R、120G及120B由樹脂或其他具有彩色色素的有機材料所形成。
在一些實施例中，微透鏡層122設置於彩色濾光層 120之上，且其包括微透鏡122R、122G及122B。如第1G圖所示，每一個微透鏡122R、122G及122B對準於其所對應之彩色濾光片120R、120G及120B，因此對準於所對應之第二輻射感測區206R、206G及206B。然而，須注意的是，在各種不同的應用中，微透鏡122R、122G及122B可排列於各種不同的位置。此外，依照微透鏡122R、122G及122B之材料及/或微透鏡122R、122G及122B與二輻射感測區206R、206G及206B之間的距離，微透鏡122R、122G及122B可具有各種不同形狀與尺寸。
如第1G圖所示，影像感測器100a類似於背照式 (back side illuminated,BSI)影像感測器與前照式(front side illuminated,FSI)影像感測器之組合。更具體而言，以此方式將第二內連線結構208接合至第一內連線結構108，因而使薄化後的第二基板202’的前側203面對第一基板102的前側103。此外，彩色濾光層120與微透鏡層122形成於薄化後的第二基板202’之背側204’之上。亦即，彩色濾光層120與微透鏡層122形成於第一基板102的前側103上。再者，第一輻射感測區106設置為用以感測近紅外線輻射，以及第二輻射感測區206R、206G及206B設置為用以感測可見光輻射(可見光)。
根據一些實施例，如第1G圖所繪示，在一些實施 例中，影像感測器100a設計為用以接收從薄化後的第二基板 202’之背側204’進入的入射輻射124(例如，輻射)。首先，微透鏡層122將入射輻射124導向彩色濾光層120。
接著，入射輻射124穿過彩色濾光層120，到達位 於第二畫素陣列205之第二輻射感測區206R、206G及206B。第二輻射感測區206R、206G及206B偵測並分析波長在可見光波長範圍內的入射輻射124。之後，入射輻射124進一步穿過第二內連線結構208與第一內連線結構108，到達位於第一畫素陣列105之第一輻射感測區106。第一輻射感測區106偵測並分析之波長在近紅外線波長範圍內的入射輻射124。須注意的是，由於並未形成紅外線過濾層，因此近紅外線將不會被過濾，且能夠被位於第一基板102中的第一輻射感測區106所偵測。在一些實施例中，結合並且分析來自於第一輻射感測區106與第二輻射感測區206R、206G及206B之訊號，以避免因第二輻射感測區206R、206G及206B感測到紅外線而造成誤算。
須注意的是，繪示於第1A-1G圖中的第一輻射感測 區106與第二輻射感測區206R、206G及206B之數量僅是舉例說明。舉例而言，每一個第一輻射感測區可能與九個第二輻射感測區重疊。在一些其他實施例中，每一個第一輻射感測區可能與六個第二輻射感測區重疊。
第2A-2C圖繪示依據本揭露之一些實施例之形成 影像感測器100b之各個製程階段的剖面示意圖。影像感測器100b類似於影像感測器100a，差別在於第一內連線結構與第二內連線結構是藉由穿氧化物導通孔(through oxide via)所連接。由於用以形成影像感測器100b的一些材料與方法相似於先 前所述之用以形成影像感測器100a的材料與方法，在此將不再重複。
根據一些實施例，類似於第1A-1F圖所繪示，第一 畫素陣列105形成於第一基板102的前側103之中。第一畫素陣列105包括對應於特定波長之第一輻射感測區106，例如近紅外線之波長範圍。根據一些實施例，在形成第一畫素陣列105之後，形成第一內連線結構108於第一基板102的前側103之上。 第一內連線結構108包括第一介電層110與形成於第一介電層110中的第一導電特徵112。可設置第一導電特徵112，以使輻射穿過第一內連線結構108並到達第一輻射感測區106，而不會受到第一導電特徵112所阻擋。
根據一些實施例，類似地，第二畫素陣列205形成 於類似第二基板202之第二基板的前側。第二畫素陣列205包括第二輻射感測區206R、206G及206B，且第二輻射感測區206R、206G及206B各自對應到特定的波長範圍。在一些實施例中，第二輻射感測區206R、206G及206B分別對應到紅色輻射、綠色輻射與藍色輻射。根據一些實施例，在形成第二畫素陣列205之後，形成第二內連線結構208於第二基板的前側之上。第二內連線結構208包括第二介電層210與形成於第二介電層210中的第二導電特徵212。
接著，根據一些實施例，第二內連線結構208接合 至第一內連線結構108。在一些實施例中，藉由熱壓(heat pressing)法接合第一內連線結構108與第二內連線結構208。在一些實施例中，藉由黏合層接合第一內連線結構108予第二內 連線結構208。
根據一些實施例，如第2A圖所繪示，在第一內連 線結構108接合至第二內連線結構208之後，薄化第二基板之背側，以暴露第二輻射感測區206R、206G及206B。因此，形成具有背側204’及前側203之薄化的第二基板202’。在一些實施例中，藉由化學機械研磨製程研磨第二基板202。如第2A圖所示，第二輻射感測區206R、206G及206B自薄化後的第二基板202’的背側204暴露。
接著，根據一些實施例，如第2A圖所繪示，形成 溝槽126於薄化後的第二基板202’之中。如第2A圖所示，溝槽126所形成之位置並未與第二畫素陣列205重疊。根據一些實施例，如第2A圖所繪示，在溝槽126形成之後，順應性地形成抗反射層116於薄化後的第二基板202’之背側204’上，以覆蓋暴露的第二輻射感測區206R、206G及206B。此外，抗反射層116也形成於溝槽126之側壁與底表面之上，且抗反射層11可視為在後續製程中形成之穿氧化物導通孔(through oxide via)的絕緣層。
根據一些實施例，如第2B圖所繪示，在形成抗反 射層116之後，形成穿過第二內連線結構208的溝槽128，且溝槽128延伸至一部份的第一內連線結構108之中。接著，根據一些實施例，如第2C圖所繪示，形成穿氧化物導通孔(through oxide via,TOV)130於溝槽126及溝槽128之中。
如第2C圖所繪示，穿氧化物導通孔130可直接接觸 一個或多個第二導電特徵212及第一導電特徵112，且因此可電 性連接第一內連線結構108與第二內連線結構208。
之後，根據一些實施例，如第2C圖所繪示，形成 鈍化保護層118於抗反射層116之上，並且形成彩色濾光層120及微透鏡層122。彩色濾光層120包括彩色濾光片120R、120G及120B。在一些實施例中，每一個彩色濾光片120R、120G及120B對準於相對應之第二輻射感測區206R、206G及206B。在一些實施例中，設置於彩色濾光層120之上的微透鏡層122包括微透鏡122R、122G及122B。如第1G圖所示，每一個微透鏡122R、122G及122B對準於其所對應之彩色濾光片120R、120G及120B，因此對準於所對應之二輻射感測區206R、206G及206B。根據一些實施例，如第2C圖所繪示，類似於影像感測器100a，影像感測器100b設計為用以接收用以接受從薄化後的第二基板202’之背側204’進入的入射輻射124。首先，微透鏡層122將入射輻射124導向彩色濾光層120。之後，入射輻射124穿過彩色濾光層120，到達第二輻射感測區206R、206G及206B。第二輻射感測區206R、206G及206B偵測並分析波長在可見光波長範圍內的入射輻射124。此外，入射輻射124進一步穿過第二內連線結構208與第一內連線結構108，到達第一輻射感測區106。第一輻射感測區106偵測並分析波長在近紅外線波長範圍內的入射輻射124。
如前所述，影像感測器100a與100b類似於背照式 影像感測器與前照式影像感測器之組合。更具體而言，藉由接合第一內連線結構108與第二內連線結構208而接合第一基板102與第二基板202。此外，薄化第二基板202之背側204，並且 形成彩色濾光層120與微透鏡層122於薄化後的第二基板202’的背側204之上。
再者，第一導電特徵112與第二導電特徵212設置 為使入射輻射能夠穿過第一內連線結構108與第二內連線結構208。因此，輻射能夠穿過微透鏡層122、彩色濾光層120、第二輻射感測區206R、206G及206B、第二內連線結構208、第一內連線結構108，並且到達位於第一基板102中的第一輻射感測區106。
第一輻射感測區106形成於第一基板102中，以偵 測近紅外線輻射，以及第二輻射感測區206R、206G及206B形成於第二基板202中，以偵測可見光輻射。亦即，用以感測可見光輻射與近紅外線輻射的輻射感測區設置在不同的基板上。因此，第一輻射感測區106以及第二輻射感測區206R、206G及206B可分別設計與形成，而不會影響彼此的形成。
如果用於感測可見光輻射與近紅外線輻射之感測 區形成於相同基板中，例如背照式感測器之基板，此背照式感測器之基板類似於薄化後的第二基板202’，由於偵測紅外線輻射需要較大的基板厚度，因此其偵測近紅外線輻射的量子效率不佳。再者，如果感測可見光輻射與近紅外線輻射之感測區形成於相同基板中，用於感測紅外線輻射的感測區需要相對較大的尺寸，而用於感測可見光輻射的感測區也需要較大的尺寸。 然而，如果偵測可見光輻射的感測區太大，解析度可能會太低。
因此，在一些實施例中，第一輻射感測區106及第 二輻射感測區206R、206G及206B分別形成於第一基板102及第 二基板202之上。此外，第一輻射感測區106之尺寸大於第二輻射感測區206R、206G及206B之尺寸。因此，能提升影像感測器100a、100b之解析度。
再者，由於第一輻射感測區106與第二輻射感測區 206R、206G及206B分別形成於不同基板中，可視需要調整第一輻射感測區106以及第二輻射感測區206R、206G及206B之厚度。舉例而言，第一輻射感測區106之厚度大於第二輻射感測區206R、206G及206B之厚度。因此，能夠改善量子效率。由於量子效率的改善，訊雜比(signal-to-noise ratio)也得以改善，且僅需要較低的功率。
此外，雖然第一輻射感測區106以及第二輻射感測 區206R、206G及206B形成於不同的基板上，但是兩者結合成為同一個結構。亦即，用以偵測近紅外線輻射的第一輻射感測區106與用以偵測可見光輻射的第二輻射感測區206R、206G及206B形成於相同的封裝體中。因此，相較於將偵測近紅外線輻射與可見光輻射的感測區分別設置於不同的兩個封裝體中，上述之影像感測器100a、100b可具有較小的尺寸，且其形成方式較不複雜。因此，降低了影像感測器100a、100b之製作成本。
本揭露提供影像感測結構與其製造方法之實施例。上述影像感測結構包括第一輻射感測區形成於第一基板中，以及第二輻射感測區形成於第二基板中。第一內連線結構形成於第一基板之上，第二內連線結構形成於第二基板之中。第一內連線結構接合至第二內連線結構。此外，入射輻射從第二基板進入影像感測器，且到達第一輻射感測區以及第二輻射 感測區。第一輻射感測區及第二輻射感測區用以感測不同波長的輻射。由於第一輻射感測區及第二輻射感測區並未形成於同一基板中，因此可以分別調整其尺寸與厚度，且因此可提升影像感測器之解析度。
在一些實施例中，提供一種影像感測結構。上述 影像感測結構包括第一基板，第一基板包括第一輻射感測區以及第一內連線結構形成於第一基板的前側之上。上述影像感測結構亦包括第二基板，第二基板包括第二輻射感測區以及第二內連線結構形成於第二基板的前側之上。此外，第一內連線結構接合至第二內連線結構。
在一些實施例中，提供一種影像感測結構。上述 影像感測結構包括第一基板，第一基板包括第一輻射感測區位於第一基板的前側，以及第一內連線結構形成於第一基板的前側之上。上述影像感測結構亦包括第二基板，第二基板包括第二輻射感測區位於第二基板的前側，以及第二內連線結構形成於第二基板的前側之上。上述影像感測結構亦包括彩色濾光層，形成於第二基板的背側之上。此外，第一內連線結構接合至第二內連線結構。
在一些實施例中，提供一種形成影像感測結構的 方法。上述形成影像感測結構的方法包括形成第一輻射感測區於第一基板的前側中，且形成第一內連線結構於第一基板的前側上。上述形成影像感測結構的方法亦包括形成第二輻射感測區於第二基板的前側中，且形成第二內連線結構於第二基板的前側上。上述形成影像感測結構的方法亦包括接合第一內連線 結構至第二內連線結構。
前述內文概述了許多實施例的特徵，使本技術領 域中具有通常知識者可以從各個方面更佳地了解本揭露。本技術領域中具有通常知識者應可理解，且可輕易地以本揭露為基礎來設計或修飾其他製程及結構，並以此達到相同的目的及/或達到與本揭露介紹的實施例相同的優點。本技術領域中具有通常知識者也應了解這些相等的結構並未背離本揭露的發明精神與範圍。在不背離本揭露的發明精神與範圍之前提下，可對本揭露進行各種改變、置換或修改。
雖然本揭露已以數個較佳實施例揭露如上，然其並非用以限定本揭露，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本揭露之精神和範圍內，當可作任意之更動與潤飾，因此本揭露之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。
100a‧‧‧影像感測器
102‧‧‧第一基板
103‧‧‧前側
104‧‧‧背側
105‧‧‧第一畫素陣列
106‧‧‧第一輻射感測區
108‧‧‧第一內連線結構
110‧‧‧第一介電層
112‧‧‧第一導電特徵
114‧‧‧第一導電墊
116‧‧‧抗反射層
118‧‧‧鈍化保護層
120‧‧‧彩色濾光層
120R、120G、120B‧‧‧彩色濾光片
122‧‧‧微透鏡層
122R、122G、122B‧‧‧微透鏡
124‧‧‧入射輻射
202’‧‧‧薄化的第二基板
203‧‧‧前側
204’‧‧‧背側
205‧‧‧第二畫素陣列
206R、206G、206B‧‧‧第二輻射感測區
208‧‧‧第二內連線結構
210‧‧‧第二介電層
212‧‧‧第二導電特徵
214‧‧‧第二導電墊

Claims (10)

  1. 一種影像感測結構，包括：一第一基板，包括一第一輻射感測區；一第一內連線結構，形成於該第一基板的一前側之上；一第二基板包括一第二輻射感測區；以及一第二內連線結構，形成於該第二基板的一前側之上；其中該第一內連線結構接合至該第二內連線結構。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之影像感測結構，更包括：一彩色濾光層，形成於該第二基板的一背側之上；以及一微透鏡層，形成於該彩色濾光層之上。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之影像感測結構，其中該第二內連線結構包括第二導電特徵，且該等第二導電特徵被設計成使來自於該第二基板之入射輻射能夠穿過該第二內連線結構。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之影像感測結構，其中該第一輻射感測區具有一第一寬度，以及第二輻射感測區具有小於該第一寬度的一第二寬度，且其中該第一基板具有一第一厚度，該第二基板具有小於該第一厚度的一第二厚度。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之影像感測結構，其中該第一輻射感測區用以感測近紅外線輻射，且該第二輻射感測區用以感測可見光輻射。
  6. 一種影像感測結構，包括：一第一基板，包括一第一輻射感測區位於該第一基板的一前側； 一第一內連線結構，形成於該第一基板的該前側之上；一第二基板，包括一第二輻射感測區位於該第二基板的一前側；一第二內連線結構，形成於該第二基板的該前側之上；以及一彩色濾光層，形成於該二基板的一背側之上；其中該第一內連線結構接合至該第二內連線結構。
  7. 如申請專利範圍第6項所述之影像感測結構，其中該第一輻射感測區與該第二輻射感測區重疊，且其中該第一輻射感測區用以感測來自於該第二基板的該背側之輻射。
  8. 一種影像感測結構的形成方法，包括：形成一第一輻射感測區於一第一基板的一前側中；形成一第一內連線結構於該第一基板的該前側上；形成一第二輻射感測區於一第二基板的一前側中；形成一第二內連線結構於該第二基板的該前側上；以及接合該第一內連線結構至該第二內連線結構。
  9. 如申請專利範圍第8項所述之影像感測結構的形成方法，更包括：在第一內連線結構接合至該第二內連線結構之後，研磨該第二基板的一背側。
  10. 如申請專利範圍第8項所述之影像感測結構的形成方法，其中接合該第一內連線結構至該第二內連線結構包括：接合位於該第一內連線結構中的一第一導電墊與位於該第二內連線結構中的一第二導電墊。
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