TWI584453B - 曲面影像感測器系統及其製造方法 - Google Patents

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Description

曲面影像感測器系統及其製造方法
本發明係有關於影像感測器，特定而言係有關於曲面影像感測器系統及其製造方法。
數位影像的品質係受到影像感測器之缺點、成像物鏡之缺陷、或二者所限制。通常，由成像物鏡在影像感測器上所形成的影像會遭受與理想影像形成之偏差。例如，成像物鏡可形成具有顯著模糊或變形的影像。影像感測器會在影像上施加電性雜訊。此外，影像感測器具有光學限制，其可損害由成像物鏡在該處所形成之影像的實際偵測。例如，影像感測器的各像素具有受限的接收角，也就是說，各像素僅能在影像感測器上之某範圍的入射角內偵測出光。由於此理由之緣故，位於周邊之像素會以比位於中央之像素更少效率收集來自成像物鏡的光，而導致影像的漸暈(vignetting)。
就某種程度而言，高性能的數位相機典型地使用被設計要自我補償光學像差之複雜的透鏡系統。在某些情況中，透鏡系統係設計要以橫跨像素陣列相對一致的入射角傳遞光至影像感測器，以便降低由於各像素之有限接收角所導致的影像假影。高性能的透鏡系統需要高精確的製造及/或附加的透鏡元件，且因此，生產係相對昂貴的。然而，即使高階昂貴的透鏡系統仍無法消除所有顯著的影像假影，或選擇性地，仍具有諸如受限的視野之受限的性能範圍。
在一實施例中，用以製造一或多個曲面影像感測器系統之方法包含接合透光基板至具有至少一光敏像素陣列的影像感測器晶圓，以形成複合晶圓，該複合晶圓具有在透光基板與該至少一光敏像素陣列的每一者間之個別的氣密封接腔穴。此接合步驟係在相對於大氣壓力之升高壓力的環境中執行。上述方法進一步包含薄化複合晶圓的影像感測器晶圓，以引起影像感測器晶圓之形變，而自該至少一像素陣列的每一者形成個別的凹狀曲面像素陣列。
在一實施例中，曲面影像感測器系統包含影像感測器基板，其具有凹狀光接收表面及沿著該凹狀光接收表面設置的光敏像素陣列。曲面影像感測器系統亦包含透光基板及氣密封接腔穴，透光基板係藉由接合層而被接合至影像感測器基板，氣密封接腔穴係在像素陣列的光學上游，且至少被凹狀光接收表面、透光基板、及接合層定界限。
100‧‧‧曲面影像感測器系統
110‧‧‧曲面影像感測器
112‧‧‧光敏(曲面)像素陣列
114‧‧‧光接收表面
115,515‧‧‧氣密封接腔穴
116‧‧‧光敏像素
120,430‧‧‧接合層
130,410‧‧‧透光基板
140‧‧‧成像物鏡
150‧‧‧相機模組
160‧‧‧相機裝置
170‧‧‧場景
180‧‧‧電子影像
190‧‧‧使用設想情況
210(1),210(2),210(3),220(1),220(2),222(1),222(2)‧‧‧光線
230‧‧‧線
242‧‧‧第一透鏡表面
244‧‧‧最後透鏡表面
246‧‧‧孔徑欄
248‧‧‧光軸
250,252‧‧‧圓錐形
260‧‧‧角
262‧‧‧入射角
300,400,500,600,800‧‧‧方法
310,...,360,610,...,670‧‧‧步驟
420‧‧‧CMOS影像感測器晶圓
422‧‧‧(CMOS)像素陣列
424,540‧‧‧表面
440‧‧‧複合晶圓
490‧‧‧具有升高壓力的環境
510,520,710,720,730,740,750,760,810,860‧‧‧圖形
522,526‧‧‧厚度
524‧‧‧尺寸
528‧‧‧最大偏向
530‧‧‧電性接點
712‧‧‧溝渠
722‧‧‧隔離層
724‧‧‧加強基板
732‧‧‧頂部表面
742‧‧‧重分佈層
752‧‧‧鈍化層
754‧‧‧開口
762‧‧‧外部電性接點
820‧‧‧背面照光式影像感測器晶圓
822‧‧‧背面照光式CMOS影像感測器
824‧‧‧氧化物層
826‧‧‧載體晶圓
832‧‧‧電性連接
圖1係依據一實施例描繪實施於示範性使用設想情況中的曲面影像感測器系統。
圖2A、2B及2C係依據一實施例描繪與相機模組中的曲面影像感測器系統的使用相關聯之圖1曲面影像感測器系統的光學性質。
圖3係依據一實施例描繪用以製造曲面影像感測器系統及選擇性地，相關聯之相機模組的方法。
圖4係依據一實施例描繪用以執行圖3的方法之一部分以產生複合晶圓的方法。
圖5係依據一實施例描繪用以根據圖4的複合晶圓而執行圖3的方法之一部分以彎曲光接收表面的方法。
圖6係依據一實施例描繪用以根據如圖5的方法所修正之圖4的複合晶圓而執行圖3的方法之一部分的方法。
圖7係依據一實施例概要地顯示圖6的方法的步驟。
圖8係依據一實施例概要地描繪用以製造具有背面照光CMOS影像感測器之曲面影像感測器系統的方法。
圖1描繪實施於一示範性使用設想情況190中的一示範性曲面影像感測器系統100。在使用設想情況190中，曲面影像感測器系統100係與成像物鏡140耦接，而形成相機模組150。相機模組150係實施於相機裝置160中。成像物鏡140可由單一透鏡所構成，或係具有例如，多重透鏡、一或多個濾光器、及/或一或多個孔徑的複合系統。曲面影像感測器系統100係配置成用以降低或消除某些假影，該等假影會限制使用習知平面影像感測器可達到的性能。該等假影可包含在相關聯的像素陣列內之場曲率及/或位置相依的偵側性質。藉由該等益處，相機模組150可達成優於以習知平面影像感測器為基礎的相機模 組之性能的性能。替代性地，或與其組合地，當與基於習知平面影像感測器的相機模組相較時，相機模組150可對成像物鏡具有寬鬆的要求，而藉以降低製造成本。
圖1以橫剖面側視圖描繪曲面影像感測器系統100。曲面影像感測器系統100包含曲面影像感測器110，其具有凹狀曲面的光接收表面114及沿著光接收表面114而設置的光敏像素陣列112。因此，光敏像素陣列112係被彎曲。光敏像素陣列112包含光敏像素116的陣列。為圖解之清晰起見，並非所有的光敏像素116均被標記在圖1中。在光敏像素陣列112中之光敏像素116的數目可與圖1中所指示者不同。例如，光敏像素陣列112可包含數百個、數千個、數百萬個、或數千萬個光敏像素116。曲面影像感測器系統100進一步包含透光基板130，及接合透光基板130至曲面影像感測器110的接合層120。接合層120係例如，具有黏著劑的間隔物。在此，“透光”元件意指能至少部分地透射光敏像素陣列112的靈敏度範圍內之波長的光之元件。光接收表面114、透光基板130、及接合層120在曲面影像感測器系統100之內及在光敏像素陣列112之上形成氣密封接腔穴115。在氣密封接腔穴115內之壓力係相對於大氣壓力而被升高。氣密封接腔穴115係在光敏像素陣列112的光學上游。
在使用設想情況190中，成像物鏡140在光敏像素陣列112上形成場景170的影像。光敏像素陣列112偵測出由成像物鏡140所形成的影像，且選擇性地，與相機裝置160的其他處理功能協力而產生場景170的電子影像180。因為光敏像素陣列112係被彎曲，所以電子影像180係較少受到存在於使用諸如，習知影像感測器中所使用的平面像素陣列所擷取之影像中的若干假影的影響。
在一實施例中，曲面影像感測器110係為互補型金屬氧化物半導體(CMOS)影像感測器。例如，曲面影像感測器110係正面照光式CMOS影像感測器，其中對像素116的電性連接係設置在光接收表面114與像素116的光敏元件之間。製造正面照光式CMOS影像感測器係比背面照光式CMOS影像感測器更簡單且更便宜。惟，電性連接的干擾位置會使正面照光式CMOS影像感測器特別容易產生具有漸暈的影像。因此，正面照光式CMOS影像感測器可格外受益於依據曲面影像感測器系統100的彎曲組態而被建構。
圖2A、2B及2C描繪出與圖1中所示的相機模組150中之曲面 影像感測器系統100的使用相關聯之曲面影像感測器系統100的某些示範性光學性質。圖2A、2B及2C係一起觀看最佳。
圖2A概要地指示成像物鏡140的性質，其可應用至一般的成像物鏡。成像物鏡140具有光軸248。成像物鏡140包含最接近場景170(場景170並未被顯示於圖2A中)的第一透鏡表面242，及最接近曲面影像感測器系統100的最後透鏡表面244。成像物鏡140亦具有孔徑欄246。孔徑欄246可被設置在透鏡表面242與244之間，比透鏡表面242更靠近場景170，或比透鏡表面244更靠近曲面影像感測器系統100。
在一實施例中，光敏像素陣列112係圍繞著光軸248集中。在一實施例中，光軸248與光接收表面114相交於光敏像素陣列112與透光基板130之間與光軸248平行的尺度中之最大距離所表徵的位置處或附近，以致使光線210(1)與光接收表面114之相關聯部分間的角度260係90度或接近90度。
圖2A進一步指示光線210(1)、210(2)、及210(3)，其自場景170中之目標點，穿過孔徑欄246的中心，且朝向光敏像素陣列112而傳播。光線210(2)及210(3)係主要射線，亦即，光線210(2)及210(3)源自場景170中之遠離光軸248的個別目標點。光線210(1)相當於場景170中位於光軸248上之目標點的主要射線。在此，與成像物鏡140相關聯的主要射線角係視為包含光線210(1)。光線210(1)係與光軸248平行，且在光敏像素陣列112的中心處或附近衝撞在光敏像素陣列112上。主要光線210(2)及210(3)在光敏像素陣列112的個別周邊位置處衝撞在光敏像素陣列112上。圖2A亦指示光線220(1)及220(2)。光線220(1)及220(2)源自與主要光線210(2)相同的目標點，在孔徑欄246的兩個相反極端邊緣處穿過孔徑欄246，以及朝向光敏像素陣列112。光線220(1)及220(2)在與主要光線210(2)相同的位置處衝撞在光敏像素陣列112上。光線220(1)及220(2)指出與主要光線210(2)之最大角偏差，其關聯於與主要光線210(2)相同的目標點。因此，光線220(1)及220(2)界定來自成像物鏡140之在與主要光線210(2)相同的位置處所入射在光敏像素陣列112上之射線的集束。
圖2B係當如圖2A中所示的該等光線衝撞在光接收表面114上時主要光線210(2)與光線220(1)及220(2)的特寫。為圖解之清晰起見，光敏像素陣列112並未顯示在圖2B中。在圖2B中所示的實施例中，光接收表面114係予以成形以使電子影像180中的場曲率降低、最小化、或消除。通常，場曲率 起因於具有非平面影像平面的成像物鏡，亦即，成像物鏡使場景成像至本領域中所熟知為珀茲伐(Petzval)面之曲面影像平面上。於此實施例中，在光敏像素陣列112處之光接收表面114係予以成形為至少近似成像物鏡140的珀茲伐(Petzval)面。用於對照，線230指出成像物鏡140位在光軸248上的焦點處之對應平面像素陣列的位置。明顯地，光線220(1)、220(2)及210(2)在不同的位置處衝撞在線230上，其將在使用成像物鏡140及習知平面影像感測器所擷取的電子影像中導致模糊。然而，在光敏像素陣列112處之光接收表面114被予以成形以至少降低此模糊。
於圖2B中所示之實施例的一實例中，在光敏像素陣列112處之光接收表面114係與成像物鏡140的珀茲伐面一致。在此實例中，曲面影像感測器系統100消除由相機模組150所擷取之電子影像180中的場曲率。在另一實例中，於光敏像素陣列112處之光接收表面114係在距離光軸248的距離中，與成像物鏡140的珀茲伐面一致到至少第二階。在此實例中，曲面影像感測器系統100大部分地消除由相機模組150所擷取之電子影像180中的場曲率。在又一實例中，於光敏像素陣列112處之光接收表面114係與成像物鏡140的珀茲伐面很接近。在此實例中，當與使用成像物鏡140及習知平面影像感測器所擷取之影像中的場曲率相較時，曲面影像感測器系統100大大地降低由相機模組150所擷取之電子影像180中的場曲率。在進一步的實例中，於光敏像素陣列112處之光接收表面114係以與成像物鏡140的珀茲伐面相同的方向彎曲。在此實例中，當與使用成像物鏡140及習知平面影像感測器所擷取之影像中的場曲率相較時，曲面影像感測器系統100降低了由相機模組150所擷取之電子影像180中的場曲率。
圖2C係與圖2B相同的特寫。惟，圖2C顯示與光敏像素陣列112的像素116之集光效率相關聯的性質。通常，影像感測器像素僅能偵測出在距離垂直入射之一受限範圍的角度內入射的光線。例如，接收角可為相對於垂直入射±20度。光敏像素陣列112的各像素116能偵測在圓錐形250(粗實線)內入射的光。在一實例中，曲面影像感測器系統100及成像物鏡140係配置成使得圓錐形250包含與光線210(1)相關聯之集束內的所有光線。此集束係由光線222(1)及222(2)所界定，其源自與光線210(1)相同的目標點，但與光線220(1)及220(2)相似地，在孔徑欄246的極端邊緣處通過孔徑欄246。
主要光線210(2)係相對於光線210(1)而傾斜。然而，光接收表面114的曲率至少部分地補償此傾斜。圖2C顯示一實施例，其中到光接收表面114上之主要光線210(2)的入射角262係大體上90度，以在由光線220(1)及220(2)所界定的集束內促成光的最佳收集。例如，與偵測主要光線210(2)之像素116相關聯的圓錐形250包含由光線220(1)及220(2)所界定的集束。
用於對照，圓錐形252指出位於主要光線210(2)衝撞在光接收表面114上之處的習知平面影像感測器之像素的接收角。圓錐形252並不包含由光線220(1)及220(2)所界定的全部集束，且因此，習知平面影像感測器已在相對於中心位置(諸如用於光線210(1)之偵測的位置)的周邊位置(諸如用於主要光線210(2)之偵測的位置)處，縮減了集光效率。此導致使用習知平面影像感測器所擷取之影像的漸暈。
在一實施例中，光接收表面114係予以成形用於與入射在光敏像素陣列112上的所有主要光線垂直，以消除或至少有效地降低漸暈。在另一實施例中，當與使用習知平面影像感測器所經歷的該等偏差相較時，光接收表面114係予以成形用以降低垂直入射至光敏像素陣列112上之主要光線的偏差。當與基於習知平面影像感測器之系統相較時，此實施例降低了漸暈。
圖3描繪用以製造曲面影像感測器系統100(圖1)，且選擇性地，相機模組150之一示範性方法300。方法300使用壓力差以形成凹狀曲面光接收表面114。在一實施例中，方法300係以晶圓級執行，以用於製造複數個曲面影像感測器系統100，例如，每晶圓有數百或數千個曲面影像感測器系統100。在下文，方法300係就晶圓級生產的情況討論。然而，方法300可應用至僅包含單一光敏像素陣列112的晶圓，以供僅單一曲面影像感測器系統100的生產之用，而不會背離本發明的範疇。
步驟310係在相對於大氣壓力之升高壓力的環境中執行。在升高壓力處，透光基板被接合至影像感測器晶圓。影像感測器晶圓包含複數個光敏像素陣列112，其在方法中之此處大體上係平面的。透光基板係接合至影像感測器晶圓的光接收表面，亦即，與光敏像素陣列112之光接收表面相關聯的影像感測器晶圓之側。在方法中之此處，各個光敏像素陣列112的各光接收表面係凹狀曲面光接收表面114之大體上平面前驅物。步驟310包含在透光基板與影像感測器晶圓間施加接合層120於各光敏像素陣列112之周圍，以形成用於各 光敏像素陣列112的氣密封接腔穴115。因為步驟310係在升高壓力處執行，所以氣密封接腔穴115具有升高壓力。步驟310促使複合晶圓的生產，上述複合晶圓包含透光基板及影像感測器晶圓二者。
在一實施例中，影像感測器晶圓係CMOS影像感測器晶圓，以及光敏像素陣列112係諸如，正面照光式CMOS像素陣列的CMOS像素陣列。
在此，“大氣壓力”意指在製造之地方的周遭壓力。在大部分情況下，此壓力係地球大氣的壓力，或至少與其相似，且亦係與曲面影像感測器系統100將被使用之環境的壓力相似。惟，該“大氣壓力”可與地球大氣的壓力不同，而不會背離本發明之範疇。例如，針對諸如，清潔的其他理由，曲面影像感測器系統100可在高於或低於地球大氣壓力之“大氣壓力”下操作的環境中被製造。在一實例中，曲面影像感測器系統100係意欲在諸如，真空室之非典型環境中操作。在此實例中，可將“大氣壓力”選擇成與真空室的該者相似。
在步驟320中，於步驟310中所形成的複合晶圓被轉移至大氣壓力。當放置於大氣壓力的環境之中時，在氣密封接腔穴115內的壓力相對於複合晶圓外面的壓力係被提升。
在步驟330中，影像感測器晶圓被薄化以允許在各光敏像素陣列112處之光接收表面的形變。步驟330藉由自背對透光基板之影像感測器晶圓的外表面去除材料，而薄化影像感測器晶圓。步驟330可包含研磨影像感測器。光接收表面的形變係由各氣密封接腔穴115內之升高壓力，與複合晶圓外面之大氣壓力間的壓力差所驅動。當步驟330薄化影像感測器晶圓時，影像感測器晶圓變成可漸增地形變，致使該壓力差凹狀地彎曲與各光敏像素陣列112相關聯之個別的光接收表面。此導致現階段具有個別複數個曲面像素陣列112之複數個凹狀曲面光接收表面114的形成。
在一實施例中，透光基板之可形變係比薄化的影像感測器晶圓更顯著地少，致使該壓力差保持透光基板大體上不被修正。例如，該透光基板係為玻璃基板，而其上選擇性地具有一或多個光學塗層，以及該影像感測器晶圓係為矽或以矽為基礎。透光基板可不同於玻璃基板，而不會背離本發明之範疇。在一如此的實例中，透光基板係由塑膠及/或另一透光物質所構成，且具有足以使該透光基板比薄化的影像感測器晶圓更顯著地剛硬之厚度。
為了要生產具有預先指定曲率的光接收表面114，方法300以相應的參數選擇執行步驟310及330。預先指定曲率係例如，可導致相機模組150之有益性質的曲率，如參照圖1、2A、2B、及2C所討論。如果有影像感測器晶圓的某些材料性質，相關之參數包含(a)步驟310的升高壓力，(b)步驟330中的薄化後之影像感測器晶圓的厚度，以及(c)各氣密封接腔穴115的尺寸。
選擇性地，步驟330包含平坦化影像感測器晶圓之外表面的步驟332。在一實例中，步驟330在與影像感測器晶圓之形變的時序表特徵相似或更長的時序表上，均勻地研磨影像感測器晶圓。在此實例中，該研磨程序本質地平坦化該外表面。
在圖3中並未顯示出之一替代性實施例中，步驟310、320、及330係被重新安排以順序310、330(無步驟332)、及320執行，致使步驟330亦在升高壓力處執行。在此實施例中，影像感測器係在升高壓力處薄化，且當隨後轉移複合晶圓至大氣壓力時，用以凹狀彎曲光接收表面的形變會發生。在此實施例中，步驟332可在步驟320之後被附加，用以平坦化該外表面。
在步驟340中，方法300修正複合晶圓以產生用於曲面像素陣列112之每一者的電性介面。步驟340可使用本領域中已知的方法。
在選擇性步驟345中，方法300加強複合晶圓，例如，藉由接合一加強基板至影像感測器晶圓。此加強可用作維持光接收表面114的曲率，而不管曲面影像感測器系統100被實施之環境中的壓力。例如，該加強可確保的是，在海平面處及在較高海拔處，該曲面影像感測器系統100的性能係相同的。
在步驟350中，複合晶圓係經切割以產生複數個曲面影像感測器系統100。步驟350可使用鋸片、雷射切割、或在本領域中已知之其他方法/工具切割複合晶圓。
在選擇性步驟360中，複數個曲面影像感測器系統100的一或多者中的每一者係耦接至個別成像物鏡140，以產生個別相機模組150。
步驟310、320、及330，以及選擇性地，步驟332可形成用以形成複合晶圓，亦即，步驟330的最終產物之獨立方法的基礎，而不會背離本發明之範疇。該獨立方法可由用以處理複合晶圓以產生複數個曲面影像感測器系統100之替代方法所跟隨，諸如在本領域中已知之方法。
圖4描繪用以執行方法300(圖3)之步驟310以產生複合晶圓440 的一示範性方法400。方法400發生在具有升高壓力的環境490中。例如，方法400發生在加壓室中。圖5描繪用以基於方法400中所形成的複合晶圓440執行方法300(圖3)之步驟330的一示範性方法500。方法500發生在大氣壓力下。圖4及5係一起觀看最佳。
方法400施加一接合層430至具有複數個CMOS像素陣列422的CMOS影像感測器晶圓420。各CMOS像素陣列422係為平面形式之光敏像素陣列112(圖1)的一實施例。接合層430係在各像素陣列422的周圍而被施加在影像感測器晶圓420的表面424上。接合層430係例如，具有黏著劑的間隔物。表面424係影像感測器晶圓420的光接收表面，亦即，與像素陣列422之光接收表面相關聯的表面。雖然圖4顯示各像素陣列422為由接合層430的矩形部分所圍繞，但在像素陣列422的每一者或某些者周圍之接合層430的形狀可與矩形不同，例如，橢圓形，而不會背離本發明之範疇。
在影像感測器晶圓420上沉積接合層430之後，方法400在接合層430上設置透光基板410。接著，方法400硬化接合層430的黏著劑，以完成具有氣密封接腔穴在各像素陣列422上面之複合晶圓440的形成。在方法400的一實例中，接合層430包含間隔物及環氧樹脂，以及方法400模板印刷第一環氧樹脂層至表面424上，設置間隔物於第一環氧樹脂層上，模板印刷第二環氧樹脂層於間隔物上，設置透光基板410於第二環氧樹脂層上，及使用紫外光及/或熱硬化兩個環氧樹脂層。
圖5之圖形510以橫剖面側視圖顯示與一像素陣列422相關聯之複合晶圓440的一部分。由方法500所執行的處理係參照圖形510所示之複合晶圓的該部分，而在下文討論。然而，應瞭解者為，方法500以晶圓級施加圖5所示之處理至全部的複合晶圓440，或至少至與複數個像素陣列422相關聯之複合晶圓440的一部分。
圖形510中所示之複合晶圓440的部分包含具有一像素陣列422之影像感測器晶圓420的部分，圍繞像素陣列422之接合層430的部分，以及被接合至接合層430的此部分上之透光基板410的部分。在像素陣列422上面係在方法400中所形成的氣密封接腔穴515。氣密封接腔穴515係藉由光接收表面424、接合層430、及透光基板410而定界限。氣密封接腔穴515具有與透光基板410平行的特徵尺寸524。尺寸524係例如，直徑、矩形之邊長、或橢圓形 之長軸或短軸。對像素陣列422之電性接點530係在影像感測器晶圓420與接合層430間的介面處，設置於光接收表面424上。接合層430具有厚度526，其係例如，在20至100微米的範圍中。在一實施例中，厚度526係大約45微米，以及接合層430包含具有大約40微米之厚度的間隔物。
方法500薄化影像感測器晶圓420的表面540，如圖形520中所示。表面540背對透光基板410。方法500自表面540連續去除材料且平坦化表面540。當影像感測器晶圓420變成更可形變時，在氣密封接腔穴515與周遭大氣壓力間的壓力差會凹狀地彎曲光接收表面424。當影像感測器晶圓420已被薄化至導致光接收表面424之預先指定曲率的厚度時，方法500則停止。
在方法400及500的一實施例中，方法400中之具有升高壓力的環境490的升高壓力與厚度522及尺寸524協力，以產生預先指定曲率。
光接收表面424的曲率可至少部分地由圖形520中之光接收表面424自圖形510中之光接收表面424的最初平面狀態之最大偏向528所特徵化。在一實施例中，偏向528係在1至50微米的範圍中，以及尺寸524係在1.5至10毫米的範圍中。惟，偏向528及/或尺寸524可與該等值不同，而不會背離本發明之範疇。
理論模型考慮到遭受壓力差之矽膜片的形變。雖理想化，但此模型提供達成在像素陣列422之光接收表面424的預先指定曲率所需之方法400及500的近似參數值。為此模型之目的，光接收表面424的曲率係由偏向528所代表。
依據此模型，偏向528係由Y=3(1-υ 2)P(D/2)4/(16ET 3)所給定，其中υ係用於矽<100>的蒲松比(Poisson’s ratio)，其中<100>係指示晶體取向的米勒指數(Miller index)，E係用於矽的楊氏模數，P係橫跨影像感測器晶圓的壓力差，D係尺寸524，以及T係厚度522。該模型假定的是，尺寸524指示直徑。表1顯示用於偏向528(Y)的示範性數值，用於P、D、及T的給定示範性數值，且假定υ=0.25以及E=1.9 x 10-11帕(Pascal)。
如表1中所看到，偏向528的不同大小可由壓力差、尺寸524、及厚度522之適當選擇所達成。表1亦顯示的是，通常與較大尺寸524相關聯之較大光敏像素陣列112，比通常與較小尺寸524相關聯之較小光敏像素陣列112，需要更小的壓力差，以達到一定大小的偏向528。對於預先指定曲率及給定的尺寸524，方法300提出壓力差與厚度522之間的權衡。在一實例中，為了要在曲面影像感測器系統100之此實施例的使用期期間減少氣密封接腔穴515之任何潛在壓力損失的衝擊，相對低的壓力差係較佳的。
圖6描繪用以基於如方法500(圖5)中所修正的複合晶圓440(圖4)，而執行方法300(圖3)之步驟340及345的一示範性方法600。對方法600之輸入係以由圖5的圖形520所表示之形式的複合晶圓440。方法600處理複合晶圓440的表面540。圖7係概要性顯示方法600之示範性步驟的一系列的圖形710、720、730、740、750、及760。圖6及7係一起觀看最佳。
在步驟610中，方法600蝕刻溝渠712(請參閱圖形710)至影像感測器晶圓420之內，以暴露出電性接點530。步驟610可使用光阻圖案化，以適當地定位溝渠712於電性接點530及接合層430之上。
在步驟620中，方法600在影像感測器晶圓420上沉積隔離層722(請參閱圖形720)，其包含在溝渠712之內。
在步驟630中，方法600在隔離層722上沉積一加強基板724(請參閱圖形720)。加強基板724可為玻璃基板。在步驟630的一實例中，加強基板724係厚度在50微米與200微米間的範圍中諸如，大約100微米的玻璃基板。加強基板724可使用在本領域中已知之方法而被接合至隔離層722。
在步驟640中，溝渠712被重開啟以取回對電性接點530的接達(請參閱圖形730)。步驟640可使用諸如，刀開槽、雷射鑽孔、及/或蝕刻等在本領域中已知的方法。步驟640包含自加強基板724及隔離層722，且選擇性地，亦自接合層430及電性接點530之一者或二者去除材料。
在步驟650中，方法600在影像感測器晶圓420上沉積重分佈層 742(請參閱圖形740)。重分佈層742在影像感測器晶圓420的頂部表面732與電性接點530之間形成電性連接。重分佈層742包含金屬。在一實例中，重分佈層742係使用電鍍、或在本領域中已知之其他方法而被沉積至影像感測器晶圓420上的鋁銅(AlCu)、銅(Cu)、或另一金屬。在另一實例中，重分佈層742係無電電鍍之鎳/金(Ni/Au)。
在步驟660中，方法600沉積鈍化層752(請參閱圖形750)，例如，使用本領域中已知之方法。鈍化層752係電絕緣物。鈍化層752可為防焊遮罩或另一有機材料。鈍化層具有開口754，其暴露出重分佈層742。
在步驟670中，方法600在開口754中沉積外部電性接點762(請參閱圖形760)。步驟670可使用本領域中已知之方法。在一實例中，外部電性接點762係藉由印刷、植球、或在本領域中已知之其他方法而被沉積的球柵陣列。此球柵陣列可由無鉛材料或另一焊錫材料所構成。
現請再參照圖3，在一實施例中，方法300施加步驟350至複合晶圓，其藉由完成方法600而產生且藉由圖形760而描繪。在此實施例中，步驟350產生圖形760中所示的曲面影像感測器系統。此曲面影像感測器系統係正面照光式CMOS影像感測器，其係為曲面影像感測器系統100(圖1)的一實施例。
應瞭解者為，在圖4、5、及7中所示的實施例可不按比例而繪製，且實際的實施例可具有與圖4、5、及7中所示之該等者不同的尺寸及形狀。例如，加強基板724可以比隔離層722更顯著地厚。
加強基板724可為諸如，具有用於各像素陣列422之影像處理及驅動電路的CMOS邏輯晶圓之積體電路基板，而不會背離本發明之範疇。在一實作中，此CMOS邏輯晶圓具有背對隔離層722的電性連接墊。在此實作中，步驟650沉積重分佈層742，以連接電性接點530至CMOS邏輯晶圓之電性連接墊的至少若干者，以及步驟660及670協力以在CMOS邏輯晶圓的電性連接墊上安置外部電性接點762。在另一相似的實作中，此CMOS邏輯晶圓具有面向隔離層722的電性連接墊。在此實作中，步驟640暴露出這些電性連接墊，以及步驟650沉積重分佈層742，以連接電性接點530至CMOS邏輯晶圓之該等經暴露的電性連接墊。
而且，方法600可在複合晶圓440中形成貫穿矽通孔，以產生至 少一些電性連接，而不會背離本發明之範疇。
圖8概要地描繪用以製造曲面影像感測器系統100(圖1)之一實施例的一示範性方法800，該曲面影像感測器系統100實施曲面影像感測器110為背面照光式CMOS影像感測器。方法800係為方法300(圖3)之一實施例。方法800係與參照圖4、5、6、及7所討論之方法300的實施例相似，除了係基於背面照光式影像感測器之外。下文係有關方法800與基於方法400、500、及600之實施例間的差異。
當與方法400相較時，方法800以背面照光式影像感測器晶圓820(請參閱圖形810，其係被修正以描繪方法800的等效階段之圖形510的版本)取代影像感測器晶圓420。背面照光式影像感測器晶圓820包含(a)載體晶圓826，(b)至少一背面照光式CMOS影像感測器822，及(c)一或多個氧化物層824，其接合各背面照光式CMOS影像感測器822至載體晶圓826。各背面照光式CMOS影像感測器822依據背面照光式之組態而實施光接收表面424及像素陣列422。各背面照光式CMOS影像感測器822進一步包含電性接點530及電性連接832。電性連接832連接電性接點530至鄰近影像感測器822之正面，亦即，背對像素陣列422的影像感測器822之側的像素電路(未被顯示於圖8中)。
載體晶圓826，或如參照圖7所討論之加強基板724可包含用於各背面照光式CMOS影像感測器822的影像處理及驅動電路，而不會背離本發明之範疇。
方法800處理如參照圖5、6、及7所討論之圖形810的複合晶圓，以產生具有至少一背面照光式影像感測器的複合晶圓(請參閱圖形860，其係被修正以描繪方法800的等效階段之圖形760的版本)。
現請再參照圖3，在一實施例中，方法300施加步驟350至複合晶圓，其藉由方法800而產生且被描繪於圖形860中。在此實施例中，步驟350產生圖形860中所示的曲面影像感測器系統。此曲面影像感測器系統係為背面照光式CMOS影像感測器，其係為曲面影像感測器系統100(圖1)的一實施例。
特徵之組合
上文所敘述之特徵以及下文所請求保護之申請專利範圍可以以各種方式結合，而不會背離本發明之範疇。例如，應理解者為，在本文所敘述之一曲面影像感測器系統，或其製造方法的一些觀點可與在本文所敘述之另一 曲面影像感測器系統，或其製造方法的一些特徵結合或交換。以下實例描繪上述實施例之可能的、非限制性的組合。應呈明顯者為，本領域中具通常知識者可對本文之方法及裝置做出許多其它的改變及修正，而不會背離本發明的精神及範疇：
(A1)用以製造一或多個曲面影像感測器系統之方法可包含(a)在相對於大氣壓力之升高壓力處，接合透光基板至具有至少一光敏像素陣列的影像感測器晶圓，以形成複合晶圓，上述複合晶圓具有在透光基板與至少一光敏像素陣列的每一者間之個別氣密封接腔穴，以及(b)薄化上述複合晶圓的影像感測器晶圓，以引起影像感測器晶圓之形變，而自至少一像素陣列的每一者形成個別凹狀曲面像素陣列。
(A2)在如(A1)所示之方法中，上述薄化的步驟可包含，對於上述至少一像素陣列的每一者，使上述像素陣列之光接收表面變形以凹狀彎曲上述光接收表面。
(A3)在如(A1)及(A2)所示之方法的每一者中，上述薄化的步驟可包含，對於上述至少一像素陣列的每一者，當上述複合晶圓係在大氣壓力時，薄化上述影像感測器晶圓至一厚度，其與(a)上述個別氣密封接腔穴中之升高壓力及(b)上述個別氣密封接腔穴之尺寸協力，而以預先指定曲率凹狀彎曲像素陣列之上述光接收表面。
(A4)在如(A3)所示之方法中，對於各凹狀曲面像素陣列，當與平面像素陣列相較時，上述預先指定曲率可跨越上述凹狀曲面像素陣列而改善入射在上述凹狀曲面像素陣列上之光的主要射線角之均勻度。
(A5)在如(A3)及(A4)所示之方法的每一者中，對於各凹狀曲面像素陣列，當與使用平面像素陣列所擷取之影像相較時，上述預先指定曲率可降低使用上述凹狀曲面像素陣列所擷取之影像中的場曲率。
(A6)如(A1)至(A5)所示之方法的每一者可包含在大氣壓力處執行薄化的步驟。
(A7)在如(A1)至(A6)所示之方法的每一者中，上述接合的步驟可包含(a)在影像感測器晶圓上及在上述至少一像素陣列的每一者周圍，沉積具有黏著劑之接合層，(b)在接合層上設置透光基板，以及(c)硬化黏著劑以形成氣密封接腔穴。
(A8)在如(A1)至(A7)所示之方法的每一者中，上述薄化的步驟可包含薄化影像感測器晶圓的第一表面，上述第一表面背對透光基板。
(A9)在如(A8)所示之方法中，上述薄化的步驟可包含薄化第一表面至一厚度，其允許在氣密封接腔穴中之升高壓力，以凹狀彎曲上述個別像素陣列。
(A10)如(A8)及(A9)所示之方法的每一者可包含在大氣壓力處執行上述薄化的步驟，其中薄化第一表面的步驟包含平坦化上述第一表面。
(A11)如(A8)至(A10)所示之方法的每一者可進一步包含修正第一表面以對各凹狀曲面像素陣列產生電性介面。
(A12)在如(A11)所示之方法中，上述薄化的步驟可包含平坦化第一表面以形成第一平面表面；以及上述修正的步驟可包含處理上述第一平面表面以產生電性介面。
(A13)在如(A12)所示之方法中，上述處理的步驟可包含自上述第一平面表面蝕刻貫穿影像感測器晶圓以暴露出電性連接，該等電性連接係位於面向透光基板之影像感測器晶圓的表面處。
(A14)在如(A1)至(A13)所示之方法的每一者中，上述至少一像素陣列可為複數個像素陣列。
(A15)如(A14)所示之方法可進一步包含切割複合晶圓以產生複數個曲面影像感測器系統，各包含凹狀曲面像素陣列。
(A16)在如(A1)至(A13)所示之方法的每一者中，上述至少一像素陣列可恰好為一像素陣列。
(A17)在如(A1)至(A16)所示之方法的每一者中，上述光敏像素陣列可係背面照光的。
(A18)在如(A1)至(A16)所示之方法的每一者中，上述光敏像素陣列可係正面照光的。
(B1)曲面影像感測器系統可包含(a)影像感測器基板，具有凹狀光接收表面及沿著上述凹狀光接收表面而設置的光敏像素陣列，(b)透光基板，係藉由接合層而被接合至影像感測器基板，以及(c)氣密封接腔穴，在像素陣列之光學上游，且至少被凹狀光接收表面、透光基板、及接合層定界限。
(B2)在如(B1)所示之曲面影像感測器系統中，上述氣密封接腔 穴可具有相對於大氣壓力之升高壓力。
(B3)如(B1)及(B2)所示之曲面影像感測器系統的每一者可進一步包含加強基板，用以維持凹狀光接收表面。
(B4)在如(B3)所示之曲面影像感測器系統中，上述加強基板可為互補型金屬氧化物半導體積體電路，其係電性耦接至光敏像素陣列。
(B5)在如(B1)至(B4)所示之曲面影像感測器系統的每一者中，背對光接收表面之影像感測器基板的表面可為平面的。
(B6)在如(B1)至(B5)所示之曲面影像感測器系統的每一者中，上述光敏像素陣列可為正面照光的。
(B7)如(B6)所示之曲面影像感測器系統可包含電路，用於與光敏像素陣列通訊，其中上述電路係部分位於影像感測器基板與接合層之間的介面處。
(B8)在如(B1)至(B4)所示之曲面影像感測器系統的每一者中，上述光敏像素陣列可被實施於背面照光式影像感測器中。
(B9)如(B8)所示之曲面影像感測器系統可進一步包含電路，用於與像素陣列通訊，其中上述電路係部分位於上述背面照光式影像感測器與接合層之間的介面處。
(B10)如(B8)及(B9)所示之曲面影像感測器系統的每一者可進一步包含加強基板，用於背面照光式影像感測器。
(B11)在如(B10)所示之曲面影像感測器系統中，上述加強基板可為CMOS積體電路，其係電性耦接至上述背面照光式影像感測器。
(B12)如(B1)至(B11)所示之曲面影像感測器系統的每一者可進一步包含成像物鏡，用以在像素陣列上形成影像。
(B13)在如(B12)所示之曲面影像感測器系統中，在像素陣列之各像素處的光接收表面可與被接收自成像物鏡之光的對應主要射線角大體上垂直。
(B14)在如(B12)及(B13)所示之曲面影像感測器系統的每一者中，在像素陣列處的光接收表面可與成像物鏡之珀茲伐(Petzval)面大體上一致。
(B15)如(B1)至(B14)所示之曲面影像感測器系統的每一者可使用如(A1)至(A18)所示之方法的一或多者而製造。
在不背離本發明之範疇之下，可對上述系統及方法做出若干改變。因此，應注意者為，在上述說明中所包含或在圖式中所顯示之事物應被解讀成描繪性，而非限制性的觀念。下文申請專利範圍係意欲涵蓋本文所敘述之一般及特定的特徵，以及本方法及系統的範疇之所有敘述，上述本方法及系統的範疇之所有敘述在文義上可說是落在其間。
100‧‧‧曲面影像感測器系統
110‧‧‧曲面影像感測器
112‧‧‧像素陣列
114‧‧‧光接收表面
115‧‧‧氣密封接腔穴
116‧‧‧光敏像素
120‧‧‧接合層
130‧‧‧透光基板
140‧‧‧成像物鏡
150‧‧‧相機模組
160‧‧‧相機裝置
170‧‧‧場景
180‧‧‧電子影像
190‧‧‧使用設想情況

Claims (17)

  1. 一種用以製造一或多個曲面影像感測器系統之方法，包含：在相對於大氣壓力之升高壓力下，接合一透光基板至具有至少一光敏像素陣列的一影像感測器晶圓，以形成一複合晶圓，該複合晶圓具有在該透光基板與該至少一光敏像素陣列的每一者之間的一個別的氣密封接腔穴；以及薄化該複合晶圓的該影像感測器晶圓，以引起該影像感測器晶圓之形變，而自該至少一光敏像素陣列的每一者形成一個別的凹狀曲面像素陣列。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中該薄化的步驟包含，對於該至少一光敏像素陣列的每一者，使該光敏像素陣列之光接收表面變形以凹狀彎曲該光接收表面。
  3. 如申請專利範圍第2項所述之方法，其中該薄化的步驟包含，對於該至少一光敏像素陣列的每一者，當該複合晶圓係在大氣壓力下時，薄化該影像感測器晶圓至一厚度，該厚度與(a)該個別的氣密封接腔穴中之升高壓力及(b)該個別的氣密封接腔穴之尺寸協力，而以一預先指定曲率凹狀彎曲該光接收表面。
  4. 如申請專利範圍第3項所述之方法，其中對於各凹狀曲面像素陣列，當與一平面像素陣列相較時，該預先指定曲率跨越該凹狀曲面像素陣列而改善入射在該凹狀曲面像素陣列上之光的主要射線角之均勻度。
  5. 如申請專利範圍第3項所述之方法，其中對於各凹狀曲面像素陣列，當與使用一平面像素陣列所擷取之一影像相較時，該預先指定曲率降低使用該凹狀曲面像素陣列所擷取之一影像中的場曲率。
  6. 如申請專利範圍第1項所述之方法，包含在該大氣壓力下執行該薄化的步驟。
  7. 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中該接合的步驟包含： 在該影像感測器晶圓上及在該至少一光敏像素陣列的每一者周圍，沉積具有一黏著劑之一接合層；在該接合層上設置該透光基板；以及硬化該黏著劑以形成該氣密封接腔穴。
  8. 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中該薄化的步驟包含薄化該影像感測器晶圓的一第一表面，該第一表面背對該透光基板。
  9. 如申請專利範圍第8項所述之方法，其中該薄化的步驟包含薄化該第一表面至一厚度，該厚度允許在該氣密封接腔穴中之升高壓力凹狀彎曲該個別的像素陣列。
  10. 如申請專利範圍第9項所述之方法，包含在該大氣壓力下執行該薄化的步驟，該薄化該第一表面的步驟包含平坦化該第一表面。
  11. 如申請專利範圍第8項所述之方法，更包含修正該第一表面以對各凹狀曲面像素陣列產生一電性介面。
  12. 如申請專利範圍第11項所述之方法，該薄化的步驟包含平坦化該第一表面以形成一第一平面表面；以及該修正的步驟包含處理該第一平面表面以產生該電性介面。
  13. 如申請專利範圍第12項所述之方法，其中該處理的步驟包含自該第一平面表面蝕刻貫穿該影像感測器晶圓以暴露出多個電性連接，該等電性連接係位於面向該透光基板之該影像感測器晶圓的表面處。
  14. 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中該至少一光敏像素陣列係為複數個像素陣列，該方法更包含：切割該複合晶圓以產生複數個曲面影像感測器系統，各個曲面影像感測器系統包含一凹狀曲面像素陣列。
  15. 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中該至少一光敏像素陣列恰好為一像 素陣列。
  16. 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中該光敏像素陣列係背面照光的。
  17. 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中該光敏像素陣列係正面照光的。
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