一種背照式圖像傳感器晶圓、芯片及其制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及集成電路制造技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種背照式圖像傳感器晶圓、芯片及其制造方法。
【背景技術(shù)】
[0002]圖像傳感器芯片是攝像設(shè)備的核心部件，其通過將光信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)來實(shí)現(xiàn)圖像拍攝功能。圖像傳感器芯片由圖像傳感器晶圓制得，一塊圖像傳感器晶圓能夠得到成百上千個(gè)圖像傳感器芯片。
[0003]目前，主流的圖像傳感器芯片采用紅、綠、藍(lán)濾光片，在各自的像素里分別對(duì)紅、綠、藍(lán)光進(jìn)行光電反應(yīng)和信號(hào)采集，然后進(jìn)行信號(hào)運(yùn)算和處理，將其合成彩色的圖像。但是在暗光條件下，傳統(tǒng)圖像傳感器的性能會(huì)大大降低。
[0004]為了增強(qiáng)背照式圖像傳感器芯片的感光性能，市場(chǎng)上主流生產(chǎn)廠家一般采用增大像素面積、增加像素區(qū)阱容、以及采用紅、綠、藍(lán)、白濾光片。然而這些方案在強(qiáng)光條件下比較有效，但是在暗光條件下起不到很好的作用。
[0005]因此，如何使得圖像傳感器芯片在暗光條件下具有較好的感光性能成了本領(lǐng)域技術(shù)人員亟待解決的難題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的在于提供一種背照式圖像傳感器晶圓、芯片及其制造方法，以解決現(xiàn)有的圖像傳感器芯片在暗光條件下，圖像采集性能較差的問題。
[0007]為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種背照式圖像傳感器晶圓，所述背照式圖像傳感器晶圓包括:
[0008]載體晶圓；
[0009]第一器件晶圓，所述第一器件晶圓設(shè)置于所述載體晶圓上方，且用于采集近紅外光;
[0010]第二器件晶圓，所述第二器件晶圓設(shè)置于所述第一器件晶圓上方，且用于采集可見光。
[0011]可選的，在所述的背照式圖像傳感器晶圓中，所述第一器件晶圓包括第一器件晶圓基底和第一器件晶圓介質(zhì)層；
[0012]所述第二器件晶圓包括第二器件晶圓基底和第二器件晶圓介質(zhì)層；
[0013]其中，所述第一器件晶圓介質(zhì)層與所述載體晶圓通過第一粘合層進(jìn)行貼合；所述第二器件晶圓介質(zhì)層與所述第一器件晶圓基底通過第二粘合層進(jìn)行貼合。
[0014]可選的，在所述的背照式圖像傳感器晶圓中，所述第一器件晶圓中的芯片單元包括第一像素區(qū)和第一邏輯區(qū)，其中，所述第一像素區(qū)的第一器件晶圓介質(zhì)層中形成有第一傳輸柵、第一金屬布線及第一轉(zhuǎn)換器件；所述第一邏輯區(qū)的第一器件晶圓介質(zhì)層中形成有第一邏輯柵及第一金屬連接；
[0015]所述第二器件晶圓中的芯片單元包括第二像素區(qū)和第二邏輯區(qū)，其中，所述第二像素區(qū)的第二器件晶圓介質(zhì)層中形成有第二傳輸柵、第二金屬布線及第二轉(zhuǎn)換器件；所述第二邏輯區(qū)的第二器件晶圓介質(zhì)層中形成有第二邏輯柵及第二金屬連接。
[0016]可選的，在所述的背照式圖像傳感器晶圓中，所述第一器件晶圓基底的厚度為5 μ m?20 μ m，所述第二器件晶圓基底的厚度為2 μ m?5 μ m。
[0017]可選的，在所述的背照式圖像傳感器晶圓中，所述第二金屬連接與所述第一金屬連接相連。
[0018]本發(fā)明還提供一種背照式圖像傳感器芯片，所述背照式圖像傳感器芯片由上述背照式圖像傳感器晶圓制得。
[0019]本發(fā)明還提供一種背照式圖像傳感器晶圓的制造方法，所述背照式圖像傳感器晶圓的制造方法包括:
[0020]提供載體晶圓；
[0021]在所述載體晶圓上方形成第一器件晶圓，所述第一器件晶圓用于采集近紅外光；
[0022]在所述第一器件晶圓上方形成第二器件晶圓，所述第二器件晶圓用于采集可見光。
[0023]可選的，在所述的背照式圖像傳感器晶圓的制造方法中，所述第一器件晶圓包括第一器件晶圓基底和第一器件晶圓介質(zhì)層；所述第二器件晶圓包括第二器件晶圓基底和第二器件晶圓介質(zhì)層；
[0024]在所述載體晶圓的表面形成第一粘合層，所述第一器件晶圓介質(zhì)層與所述載體晶圓通過第一粘合層進(jìn)行貼合；
[0025]在所述第一器件晶圓基底的表面形成第二粘合層，所述第二器件晶圓介質(zhì)層與所述第一器件晶圓基底通過第二粘合層進(jìn)行貼合。
[0026]可選的，在所述的背照式圖像傳感器晶圓的制造方法中，所述第一器件晶圓基底的厚度為5 μ m?20 μ m，所述第二器件晶圓基底的厚度為2 μ m?5 μ m。
[0027]可選的，在所述的背照式圖像傳感器晶圓的制造方法中，對(duì)所述第二器件晶圓基底執(zhí)行晶背減薄、深硅穿孔、金屬沉積、以及金屬連接線填充工藝，使所述第一器件晶圓中的第一金屬連接與所述第二器件晶圓中的第二金屬連接相連。
[0028]本發(fā)明還提供一種背照式圖像傳感器芯片的制造方法，所述背照式圖像傳感器芯片的制造方法包括:在執(zhí)行了上述背照式圖像傳感器晶圓的制造方法得到背照式圖像傳感器晶圓之后，對(duì)所述背照式圖像傳感器晶圓執(zhí)行切割工藝，得到背照式圖像傳感器芯片。
[0029]在本發(fā)明提供的背照式圖像傳感器晶圓、芯片及其制造方法中，所述背照式圖像傳感器晶圓包括第一器件晶圓和第二器件晶圓，所述第一器件晶圓用以采集近紅外光，所述第二器件晶圓用以采集可見光，由此即使在暗光條件下，也能獲得較佳的圖像采集性能。
【附圖說明】
[0030]圖1是硅材料吸收系數(shù)曲線圖；
[0031]圖2是本發(fā)明實(shí)施例的背照式圖像傳感器晶圓的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0032]圖3是本發(fā)明實(shí)施例的背照式圖像傳感器晶圓采集可見光和波長(zhǎng)在700nm?900nm的近紅外光的示意圖；
[0033]圖4是本發(fā)明實(shí)施例的背照式圖像傳感器晶圓的制造過程中所形成的器件結(jié)構(gòu)圖；
[0034]圖5是本發(fā)明實(shí)施例的第二器件晶圓原件結(jié)構(gòu)示意圖；
[0035]圖6是本發(fā)明實(shí)施例的背照式圖像傳感器晶圓的制造過程中所形成的器件結(jié)構(gòu)圖；
[0036]圖7是本發(fā)明實(shí)施例的背照式圖像傳感器晶圓的制造過程中所形成的器件結(jié)構(gòu)圖。
【具體實(shí)施方式】
[0037]以下結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明提出的背照式圖像傳感器晶圓、芯片及其制造方法作進(jìn)一步詳細(xì)說明。根據(jù)下面說明和權(quán)利要求書，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)和特征將更清楚。需說明的是，附圖均采用非常簡(jiǎn)化的形式且均使用非精準(zhǔn)的比例，僅用以方便、明晰地輔助說明本發(fā)明實(shí)施例的目的。
[0038]本發(fā)明的核心思想在于，高于絕對(duì)零度(-273.15°C )的物質(zhì)都可以產(chǎn)生紅外線(也稱熱射線)，因此在對(duì)紅、綠、藍(lán)光進(jìn)行采集外，還對(duì)目標(biāo)產(chǎn)生的近紅外光進(jìn)行采集。近紅外光是介于可見區(qū)和中紅外區(qū)間的電磁波，不同文獻(xiàn)中對(duì)其波長(zhǎng)范圍的劃分不盡相同，美國(guó)試驗(yàn)和材料協(xié)會(huì)(ASTM)規(guī)定為700nm至2500nm。近紅外光常被化分為短波近紅外和長(zhǎng)波近紅外，其波段范圍分別為700nm?llOOnm和llOOnm?2500nm。由于中、遠(yuǎn)紅外光能量低，對(duì)于圖像傳感器來說需要窄禁帶的基底材料，并且在封裝上需要真空而且采用超低溫。傳統(tǒng)的硅基圖像傳感器芯片不能對(duì)此類紅外光進(jìn)行采集。因此，本申請(qǐng)只對(duì)在700nm?900nm的近紅外進(jìn)行采集。而這對(duì)于普通民用的需求來說已經(jīng)足夠。
[0039]具體的，對(duì)于硅基材料產(chǎn)生光電反應(yīng)的截止波長(zhǎng)的計(jì)算:
[0040]室溫下娃的禁帶寬度為1.12eV，根據(jù)光子能量公式E = hv = he/ λ，能在娃基材料產(chǎn)生光電反應(yīng)的截止波長(zhǎng)
[0041]λ = hc/E = 6.626*10-34*3*108/1.12*1.6*10-19 = 1.l*10_6m = llOOnm
[0042]進(jìn)一步的，對(duì)于可應(yīng)用于近紅外的硅基底厚度的計(jì)算:
[0043]900nm光波的能量:
[0044]E = hv = he/ λ = 6.626*10-34*3*108/0.9*10-6 = 2.2*10-19 = 1.38eV
[0045]800nm光波的能量:
[0046]E = hv = he/ λ = 6.626*10-34*3*108/0.8*10-6 = 2.48*10-19 = 1.55eV
[0047]700nm光波的能量:
[0048]E = hv = he/ λ = 6.626*10-34*3*108/0.7*10-6 = 2.84*10-19 = 1.77eV
[0049]相應(yīng)的，可參考圖1，其為硅材料吸收系數(shù)曲線圖。如圖1所示，900nm波長(zhǎng)的光波在硅中的吸收系數(shù)為500/cm，800nm波長(zhǎng)的光波在硅中的吸收系數(shù)為1100/cm，700nm波長(zhǎng)的光波在硅中的吸收系數(shù)為2900/cm。由于900nm波長(zhǎng)的光波在硅中的吸收系數(shù)最低，因此只要得出900nm波長(zhǎng)的光波所需的硅厚度，即可實(shí)現(xiàn)對(duì)于700nm?900nm的近紅外光的吸收/米集。
[0050]對(duì)于一般的圖像傳感器芯片的硅基底厚度，由于紅光穿透深度深，約有30?70%未被吸收。所以對(duì)于近紅外，我們?nèi)】烧９ぷ鞯墓韬穸葘?duì)應(yīng)的臨界吸收率Ρ00/Ρ0為50%。那么，根據(jù)吸收系數(shù)公式P(x) = P0*exp (- β χ)可計(jì)算所需的娃基底厚度，β為吸收系數(shù)，χ為光波在材料中的深度，P(x)為該深度的光強(qiáng)度，P0為初始光強(qiáng)度。得到900nm波長(zhǎng)的光波需要的硅基底厚度理論值為14 μ m0實(shí)際吸收系數(shù)受離子注入、載流子復(fù)合等多種因素影響。因此實(shí)際所需娃基底厚度〈14 μm。
[0051]具體的，請(qǐng)參考圖2，其為本發(fā)明實(shí)施例的背照式圖像傳感器晶圓的結(jié)構(gòu)示意圖。如圖2所示，所述背照式圖像傳感器晶圓1包括:載體晶圓10 ;第一器件晶圓12，所述第一器件晶圓12設(shè)置于所述載體晶圓10上方(也即載體晶圓10的背面)，且用于采集近紅外光(主要的，用于采集波長(zhǎng)在700nm?900nm的近紅外光)；第二器件晶圓14，所述第二器件晶圓14設(shè)置于所述第一器件晶圓12上方，且用于采集可見光。
[0052]在本申請(qǐng)實(shí)施例中，所述第二器件晶圓14的作用是對(duì)可見光做圖像采集，其工作原理與傳統(tǒng)的背照式圖像傳感器一致。所述第一器件晶圓12的作用是對(duì)近紅外光做圖像采集，從而便可在暗光下，實(shí)現(xiàn)較佳的圖像采集功能。
[0053]進(jìn)一步的，所述第一器件晶圓12包括第一器件晶圓基底121和第一器件晶圓介質(zhì)層120 ;所述第二器件晶圓14包括第二器件晶圓基底141和第二器件晶圓介質(zhì)層140。優(yōu)選的，所述第一器件晶圓基底121的厚度為5 μ m?20 μ m，所述第二器件晶圓基底141的厚度為2 μπ??5 μπ?。由此能夠利于所述第一器件晶圓基底121對(duì)于近紅外光的吸收，所述第二器件晶圓基底141對(duì)于可見光的吸收。
[0054]請(qǐng)繼續(xù)參考圖2，在本申請(qǐng)實(shí)施例中，所述背照式圖像傳感器晶圓1還包括:第一粘合層11及第二粘合層13，所述第一粘合層11位于所述載體晶圓10和第一器件晶圓12之間，所述第二粘合層13位于所述第一器件晶圓12和第二器件晶圓14之間。即在本申請(qǐng)實(shí)