堆叠式图像传感器、像素管芯及其制造方法技术

本公开涉及堆叠式图像传感器、像素管芯及其制造方法。一实施例提供了堆叠式图像传感器，包括：逻辑衬底及其上方的第一金属连线层；第一金属连线层上的第一电介质层；第一电介质层上的第二金属连线层，具有第一金属件和第二金属件；第二金属连线层上的像素衬底，具有像素区域和外围区域；焊盘开口，穿通像素衬底而到达第一金属件，使第一金属件的一部分暴露于外部以作为焊盘；以及穿通硅通孔，穿通像素衬底和第一金属件的另一部分而到达第一金属互连层的一个金属件，穿通硅通孔中填充有接触件，其使第一金属件电连接到该一个金属件，第一金属件位于外围区域对应区域，第二金属件位于像素区域对应区域且在平面图中覆盖所有像素单元。

【技术实现步骤摘要】
堆叠式图像传感器、像素管芯及其制造方法
本公开涉及半导体领域，具体来说，涉及图像传感器领域。
技术介绍
目前，在许多图像传感器(特别是背照式CMOS图像传感器(CIS))的情况下，需要在晶圆级别将两片晶圆面对面键合在一起。例如，将一片逻辑晶圆(logicwafer)(包含逻辑管芯(die))和一片像素晶圆(pixelwafer)(包含像素管芯)键合在一起，键合界面一般为电介质层与电介质层(例如TEOS与TEOS,TEOS与氮化硅等)。在完成整个晶圆级的制造工艺之后，将堆叠的晶圆切片(singulate)成为单个堆叠式图像传感器(包含键合在一起的逻辑管芯和像素管芯)。和常规背照式图像传感器相比，堆叠式图像传感器将信号处理电路转移到逻辑管芯中，增加了像素管芯中的像素区域的总面积，其中，上下两个管芯的电路通过穿通硅通孔(ThroughSiliconVia，简称为“TSV”)结构连接起来。但是，目前存在对于该堆叠式图像传感器进行进一步优化的需求。
技术实现思路
本公开的一个目的是提供一种新型的堆叠式图像传感器、像素管芯及其相应的制造方法。根据本公开的第一方面，提供了一种堆叠式图像传感器，其包括：逻辑衬底，在所述逻辑衬底中形成有用作信号处理电路的晶体管部件；位于逻辑衬底上的第一金属连线层，具有一个或更多个金属件；位于第一金属连线层上的第一电介质层；位于第一电介质层上的第二金属连线层，具有第一金属件和第二金属件；位于第二金属连线层上的像素衬底，具有形成像素单元的像素区域和外围区域；焊盘开口，穿通所述像素衬底而到达第一金属件，使得第一金属件的一部分暴露于外部以作为焊盘部分；以及穿通硅通孔，穿通所述像素衬底和第一金属件的另一部分而到达第一金属互连层中的一个金属件，其中所述穿通硅通孔中填充形成有接触件，所述接触件接触第一金属件和所述一个金属件，从而使得第一金属件电连接到所述一个金属件；其中第二金属连线层中的第一金属件位于与像素衬底的外围区域对应的区域中，并且第二金属件位于与像素区域对应的区域中并在与像素衬底的主平面平行的平面图中覆盖所有像素单元。根据本公开的第二方面，提供了一种像素管芯，其包括：像素衬底，具有形成像素单元的像素区域和外围区域；位于像素衬底上的最外侧金属连线层，具有第一金属件和第二金属件，其中第一金属件位于与外围区域对应的区域中，并且第一金属件的一部分能用作所述像素管芯的焊盘部分而另一部分能用作穿通硅通孔的着陆部分，第二金属件位于与像素区域对应的区域中并在与像素衬底的主平面平行的平面图中覆盖所有像素单元；以及位于最外侧金属连线层上的键合用电介质层。根据本公开的第三方面，提供了一种制造像素管芯的方法，其包括：提供像素衬底，所述像素衬底具有形成像素单元的像素区域和外围区域；在像素衬底上形成最外侧金属连线层，所述最外侧金属连线层具有第一金属件和第二金属件，其中第一金属件位于与外围区域对应的区域中，并且第一金属件的一部分能用作所述像素管芯的焊盘部分而另一部分能用作穿通硅通孔的着陆部分，而第二金属件位于与像素区域对应的区域中，并且在与像素衬底的主平面平行的平面图中覆盖所有像素单元；以及在最外侧金属连线层上形成键合用电介质层。根据本公开的第四方面，提供了一种制造堆叠式图像传感器的方法，其包括：提供逻辑管芯，所述逻辑管芯包括逻辑衬底、位于逻辑衬底上的第一金属连线层、以及位于顶部的键合用电介质层，其中所述第一金属连线层具有一个或更多个金属件，并且在所述逻辑衬底中形成有用作信号处理电路的晶体管部件；利用根据第三方面所述的方法来制造像素管芯；将所述逻辑管芯的键合用电介质层与所述像素管芯的键合用电介质层键合在一起；从所述像素管芯的与键合表面相对的背面对所述像素衬底进行减薄处理；从减薄后的像素管芯的背面进行第一刻蚀处理，从而形成穿通所述像素衬底和第一金属件的一部分而到达第一金属互连层中的一个金属件的穿通硅通孔；在所述穿通硅通孔中填充导电材料来形成接触件，所述接触件接触第一金属件和第一金属连线层中的所述一个金属件，从而使得第一金属件电连接到所述一个金属件；以及从减薄后的像素管芯的背面进行第二刻蚀处理，从而形成穿通所述像素衬底而到达第一金属件的另一部分的焊盘开口，使得第一金属件的所述另一部分暴露于外部以作为焊盘部分。通过以下参照附图对本专利技术的示例性实施例的详细描述，本专利技术的其它特征及其优点将会变得更为清楚。附图说明构成说明书的一部分的附图描述了本公开的实施例，并且连同说明书一起用于解释本公开的原理。参照附图，根据下面的详细描述，可以更加清楚地理解本公开，其中：图1A示出了根据本公开示例性实施例的堆叠式图像传感器的截面示意图，图1B示出了根据本公开示例性实施例的堆叠式图像传感器的平面示意图，图1C示出了根据本公开示例性实施例的第二金属连线层的平面布置图。图2示出了根据本公开另一示例性实施例的堆叠式图像传感器的截面示意图。图3-4分别示出了根据本公开示例性实施例的像素管芯的制造方法以及堆叠式图像传感器的制造方法的流程图。图5A-5G分别示出了在根据本公开一个示例性实施例来制造堆叠式图像传感器的一个方法示例的各个步骤处的装置截面示意图。注意，在以下说明的实施方式中，有时在不同的附图之间共同使用同一附图标记来表示相同部分或具有相同功能的部分，而省略其重复说明。在本说明书中，使用相似的标号和字母表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。为了便于理解，在附图等中所示的各结构的位置、尺寸及范围等有时不表示实际的位置、尺寸及范围等。因此，所公开的专利技术并不限于附图等所公开的位置、尺寸及范围等。具体实施方式下面将参照附图来详细描述本公开的各种示例性实施例。应注意到：除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本公开的范围。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本公开及其应用或使用的任何限制。也就是说，本文中的半导体装置及其制造方法是以示例性的方式示出，来说明本公开中的结构和方法的不同实施例。然而，本领域技术人员将会理解，它们仅仅说明可以用来实施的本专利技术的示例性方式，而不是穷尽的方式。此外，附图不必按比例绘制，一些特征可能被放大以示出具体组件的细节。对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。在这里示出和讨论的所有示例中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。在本公开中，对“一个实施例”、“一些实施例”的提及意味着结合该实施例描述的特征、结构或特性包含在本公开的至少一个实施例、至少一些实施例中。因此，短语“在一个实施例中”、“在一些实施例中”在本公开的各处的出现未必是指同一个或同一些实施例。此外，在一个或多个实施例中，可以任何合适的组合和/或子组合来组合特征、结构或特性。在本文中，术语“像素管芯”意指其中形成有像素单元的管芯(die)，术语“逻辑管芯”意指其中形成有用于像素单元的信号处理电路的管芯。下面将结合附图来详细阐述本专利技术的技术。图1A示出了根据本公开示例性实施例的堆叠式图像传感器本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种堆叠式图像传感器，其特征在于，包括：逻辑衬底，在所述逻辑衬底中形成有用作信号处理电路的晶体管部件；位于逻辑衬底上的第一金属连线层，具有一个或更多个金属件；位于第一金属连线层上的第一电介质层；位于第一电介质层上的第二金属连线层，具有第一金属件和第二金属件；位于第二金属连线层上的像素衬底，具有形成像素单元的像素区域和外围区域；焊盘开口，穿通所述像素衬底而到达第一金属件，使得第一金属件的一部分暴露于外部以作为焊盘部分；以及穿通硅通孔，穿通所述像素衬底和第一金属件的另一部分而到达第一金属互连层中的一个金属件，其中所述穿通硅通孔中填充形成有接触件，所述接触件接触第一金属件和所述一个金属件，从而使得第一金属件电连接到所述一个金属件；其中第二金属连线层中的第一金属件位于与像素衬底的外围区域对应的区域中，并且第二金属件位于与像素区域对应的区域中并在与像素衬底的主平面平行的平面图中覆盖所有像素单元。

【技术特征摘要】
1.一种堆叠式图像传感器，其特征在于，包括：逻辑衬底，在所述逻辑衬底中形成有用作信号处理电路的晶体管部件；位于逻辑衬底上的第一金属连线层，具有一个或更多个金属件；位于第一金属连线层上的第一电介质层；位于第一电介质层上的第二金属连线层，具有第一金属件和第二金属件；位于第二金属连线层上的像素衬底，具有形成像素单元的像素区域和外围区域；焊盘开口，穿通所述像素衬底而到达第一金属件，使得第一金属件的一部分暴露于外部以作为焊盘部分；以及穿通硅通孔，穿通所述像素衬底和第一金属件的另一部分而到达第一金属互连层中的一个金属件，其中所述穿通硅通孔中填充形成有接触件，所述接触件接触第一金属件和所述一个金属件，从而使得第一金属件电连接到所述一个金属件；其中第二金属连线层中的第一金属件位于与像素衬底的外围区域对应的区域中，并且第二金属件位于与像素区域对应的区域中并在与像素衬底的主平面平行的平面图中覆盖所有像素单元。2.根据权利要求1所述的堆叠式图像传感器，其特征在于，所述第一电介质层包括两个键合在一起的电介质层。3.根据权利要求1所述的堆叠式图像传感器，其特征在于，所述第一金属连线层包括铜，所述第二金属连线层包括铝。4.根据权利要求1所述的堆叠式图像传感器，其特征在于，所述穿通硅通孔包括穿通所述像素衬底而到达所述第一金属件的第一通孔、以及穿通第一金属件的所述另一部分而到达第一金属互连层中的所述一个金属件的...

【专利技术属性】
技术研发人员：穆钰平，陈世杰，金子贵昭，黄晓橹，
申请(专利权)人：德淮半导体有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏,32