制作多晶片图像传感器的方法技术

本申请案涉及一种制作多晶片图像传感器的方法。一种制作图像传感器的方法包含：在半导体衬底的成像区中形成像素阵列；及在形成所述像素阵列之后在所述半导体衬底的外围区中形成沟槽。所述外围区在所述成像区的周界上。用绝缘材料填充所述沟槽。在用绝缘材料填充所述沟槽之后形成互连层。将第一晶片接合到第二晶片。所述第一晶片包含所述互连层及所述半导体衬底。薄化所述半导体衬底的背侧以暴露所述绝缘材料。穿过所述绝缘材料形成通孔腔。所述通孔腔向下延伸到所述第二晶片的第二互连层。用导电材料填充所述通孔腔以形成通孔。所述绝缘材料将所述导电材料与所述半导体衬底绝缘。

【技术实现步骤摘要】
制作多晶片图像传感器的方法
本专利技术大体来说涉及制作图像传感器，且特定来说但非排他地，涉及背侧照明式图像传感器。
技术介绍
对图像传感器的需求已随着消费产品及商用产品两者将图像传感器用于增加的装置范围而增加。买家期望图像传感器具有较快性能及较高质量成像能力。为生产满足这些需求的图像传感器，已开发出多晶片图像传感器。将图像传感器的一个晶片连接到另一晶片的常规过程包含在硅中形成沟槽/腔，用绝缘体给所述沟槽/腔加衬，及用铜填充所述经加衬沟槽。然而，在硅中形成沟槽需要减小过程容限且限制设计规则的图案化。另外，用绝缘体给沟槽加衬会用减小可用于电连接的导电材料的区域的材料填充沟槽。这增加晶片之间的每一电连接所需的占用面积的量且还可增加载运某些电信号所需的通孔的数目。因此，将期望一种制作增加晶片之间的连接性密度且减少繁重的过程步骤的多晶片图像传感器的方法。
技术实现思路
本专利技术的一方面涉及一种制作图像系统的方法，所述方法包括：在半导体衬底的成像区中形成像素阵列；在形成所述像素阵列之后在所述半导体衬底的外围区中形成沟槽，其中所述外围区在所述成像区的周界上；用绝缘材料填充所述沟槽；在用所述绝缘材料填充所述沟槽之后，形成横跨所述成像区及所述外围区的互连层，其中第一晶片包含所述互连层及所述半导体衬底；将所述第一晶片接合到第二晶片；薄化所述半导体衬底的背侧以暴露所述绝缘材料；形成穿过所述绝缘材料的通孔腔，其中所述通孔腔向下延伸到所述第二晶片的第二互连层；及用导电材料填充所述通孔腔以形成通孔，其中所述绝缘材料将所述导电材料与所述半导体衬底电绝缘。在本专利技术的另一方面中，一种制作图像系统的方法包括：形成第一晶片，所述第一晶片包含第一半导体衬底及第一互连层，其中像素阵列形成于所述第一半导体衬底的成像区中，且第一绝缘填充沟槽形成于所述第一半导体衬底的外围电路区中；形成第二晶片，所述第二晶片包含第二半导体衬底及第二互连层，其中第二绝缘填充沟槽形成于第二半导体衬底中；将所述第一晶片接合到所述第二晶片，其中所述第一及第二互连层定位于第一及第二半导体层之间；将第三晶片的第三互连层接合到所述第二晶片；形成穿过所述第一及第二互连层且穿过所述第一及第二绝缘填充沟槽的至少一个深通孔腔，其中所述至少一个深通孔腔延伸到所述第三互连层内的导体；及用导电材料填充所述至少一个深通孔腔以形成深通孔。附图说明参考所附各图描述本专利技术的非限制性及非穷尽性实施例，其中除非另有规定，否则遍及各个视图的相似参考编号指代相似部件。图1A到1K图解说明根据本专利技术的实施例通过在第一晶片与第二晶片之间形成一或多个通孔来制作多晶片图像传感器的过程。图2展示根据本专利技术的实施例的图像传感器的平面图，其包含在图像传感器的成像区的周界上的外围区。图3A到3G图解说明根据本专利技术的实施例制作具有三个或三个以上晶片的图像传感器的过程。图4是图解说明根据本专利技术的实施例的成像传感器的功能框图。具体实施方式本文中描述多晶片图像传感器及制作多晶片图像传感器的方法的实施例。在以下说明中，陈述众多特定细节以提供对实施例的透彻理解。然而，相关
的技术人员将认识到，本文中所描述的技术可在不具有特定细节中的一或多者的情况下或借助其它方法、组件、材料等来实践。在其它实例中，未详细展示或描述众所周知的结构、材料或操作以避免使某些方面模糊。遍及本说明书所提及的“一个实施例”或“一实施例”意指结合所述实施例所描述的特定特征、结构或特性包含于本专利技术的至少一个实施例中。因此，遍及本说明书的各处出现的短语“在一个实施例中”或“在一实施例中”未必全部指代同一实施例。此外，在一或多个实施例中，可以任何适合方式组合所述特定特征、结构或特性。图1A到1K图解说明根据本专利技术的实施例通过在第一晶片与第二晶片之间形成一或多个通孔来制作多晶片图像传感器的过程。图1A展示晶片结构100，其中在半导体衬底120的成像区105中形成像素阵列139。在一个实施例中，半导体衬底120包含硅。在所图解说明实施例中，像素阵列包含光电二极管(“PD”)及经耦合以将由所述光电二极管产生的图像电荷转移到浮动扩散区(未图解说明)中的转移栅极(“TX”)。像素阵列中的每一像素可具有用于将图像电荷从浮动扩散部转移到读出列以在适当时间读出的额外晶体管。光电二极管可掺杂为与半导体衬底120(例如，P掺杂)相反(例如，N掺杂)，如本
中已知。在图1B中，在外围区107上方且在成像区105上方形成层130。层130可为用以电绝缘转移栅极TX的绝缘体。在一个实施例中，层130为二氧化硅。图2展示根据本专利技术的实施例的图像传感器的平面图，其包含在图像传感器的成像区105的周界上的外围区107。在所图解说明实施例中，外围区107完全环绕成像区105，但在不同实施例中，外围区107可不完全环绕成像区105。出于本专利技术的目的，外围区107包含在成像区105的像素阵列的外侧上的区，如图2中所看到。外围区107不包含安置于成像区105中的像素阵列(例如，像素阵列139)中的像素之间的像素间区。安置于成像区105中的像素阵列可布置成若干行及若干列。在图2中，像素阵列接收传播到页面中的图像光。在图1C中，在外围区107中形成沟槽135。可通过蚀刻穿过层130及半导体衬底120的蚀刻过程形成沟槽135。在一个实施例中，蚀刻剂为氟化硫化物的等离子体，且半导体衬底120为硅。沟槽135具有沟槽深度137。沟槽135具有比安置于成像区105中的像素阵列139的光电二极管深的沟槽深度137。在一个实施例中，沟槽深度137为2μm到3μm。在图1D中，用绝缘材料141填充沟槽135。绝缘材料141可包含类似于浅沟槽隔离(“STI”)中所使用的氧化物的氧化物。可旋涂绝缘材料141。绝缘材料141可为氧化硅且在化学气相沉积(“CVD”)过程中安置。绝缘材料141应经选择以具有类似于半导体衬底120的温度膨胀系数。图1E展示在平面化之后的绝缘材料141。可采用化学-机械-抛光(“CMP”)过程来平面化绝缘材料141。当在图1D中用绝缘材料141填充沟槽135时，过量绝缘材料141可留在晶片结构100上且在图1E中在绝缘材料141的平面化期间被移除。层130的一部分也可在绝缘材料141的平面化期间被移除，但层130的一部分必须留在转移栅极上方，如所展示。在图1F中，形成互连层150。互连层150横跨成像区105及外围区107。互连层150包含金属互连层153及用以绝缘金属互连层153的互连电介质151。在所图解说明的实施例中，存在三个金属互连层。然而，在其它实施例中，可存在较多或较少数目的金属互连层。在所图解说明的实施例中，在层130上形成互连层150。晶片101包含半导体衬底120及互连层150。在图1G中，将第一晶片101接合到第二晶片102。第二晶片102包含半导体衬底170及互连层180。半导体衬底170可具有与半导体衬底120相同的性质。第二晶片102可包含用于处理来自像素阵列139的图像数据的处理电路(例如，读出电路410、功能逻辑415及控制电路420，如下文图4中所论述)。所述处理电路安置于半导体衬底170中。在所图解说明实施例中，将互连层150接合到互连层180，使得互连层150本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种制作图像系统的方法，所述方法包括：在半导体衬底的成像区中形成像素阵列；在形成所述像素阵列之后在所述半导体衬底的外围区中形成沟槽，其中所述外围区在所述成像区的周界上；用绝缘材料填充所述沟槽；在用所述绝缘材料填充所述沟槽之后，形成横跨所述成像区及所述外围区的互连层，其中第一晶片包含所述互连层及所述半导体衬底，且其中在形成所述互连层之前平面化所述绝缘材料；将所述第一晶片接合到第二晶片；薄化所述半导体衬底的背侧以暴露所述绝缘材料；形成穿过所述绝缘材料的通孔腔，其中所述通孔腔向下延伸到所述第二晶片的第二互连层；及用导电材料填充所述通孔腔以形成通孔，其中所述绝缘材料将所述导电材料与所述半导体衬底电绝缘。

【技术特征摘要】
2014.10.15 US 14/515,3071.一种制作图像系统的方法，所述方法包括：在半导体衬底的成像区中形成像素阵列；在形成所述像素阵列之后在所述半导体衬底的外围区中形成沟槽，其中所述外围区在所述成像区的周界上；用绝缘材料填充所述沟槽；在用所述绝缘材料填充所述沟槽之后，形成横跨所述成像区及所述外围区的互连层，其中第一晶片包含所述互连层及所述半导体衬底，且其中在形成所述互连层之前平面化所述绝缘材料；将所述第一晶片接合到第二晶片；薄化所述半导体衬底的背侧以暴露所述绝缘材料；形成穿过所述绝缘材料的通孔腔，其中所述通孔腔向下延伸到所述第二晶片的第二互连层；及用导电材料填充所述通孔腔以形成通孔，其中所述绝缘材料将所述导电材料与所述半导体衬底电绝缘。2.根据权利要求1所述的方法，其中所述绝缘材料包含氧化物。3.根据权利要求1所述的方法，其进一步包括：在所述半导体衬底的所述背侧上形成抗反射绝缘层，其中在薄化所述半导体衬底的所述背侧之后且在形成所述通孔腔之前，形成所述抗反射绝缘层。4.根据权利要求1所述的方法，其中所述沟槽的沟槽深度比所述像素阵列的光电二极管深。5.根据权利要求1所述的方法，其进一步包括：在所述外围区及所述像素阵列中的像素的转移栅极上方形成绝缘层，其中在形成所述沟槽之前形成所述绝缘层。6.根据权利要求5所述的方法，其中所述沟槽延伸穿过所述绝缘层。7.根据权利要求1所述的方法，其中将所述第一晶片的所述互连层与所述第二晶片的所述第二互连层接合在一起。8.根据权利要求1所述的方法，其中所述第二晶片包含第二半导体衬底，所述第二半导体衬底包含用以处理来自所述像素阵列的图像数据的处理电路。9.根据权利要求1所述的方法，其中形成通孔沟槽包含蚀刻穿过所述绝缘材料及所述互连层的电介质。10.一种制作图像系统的方法...

【专利技术属性】
技术研发人员：钱胤，戴森·H·戴，李瑾，陆震伟，霍华德·E·罗兹，
申请(专利权)人：豪威科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：美国,US