成像電路的制作方法
【專利說明】成像電路
[0001]本申請(qǐng)要求2014年5月5日提交的美國專利申請(qǐng)N0.14/270，236的優(yōu)先權(quán)，通過引用將其全部內(nèi)容并入在此。
技術(shù)領(lǐng)域
[0002]本實(shí)用新型一般涉及成像系統(tǒng)，以及更具體地，涉及具有堆疊的集成電路片芯(die)的成像系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0003]諸如蜂窩電話、照相機(jī)和計(jì)算機(jī)的現(xiàn)代電子裝置通常使用數(shù)字圖像傳感器。成像系統(tǒng)(即，圖像傳感器)通常包括圖像感測像素的二維陣列。每個(gè)像素典型地包括諸如光電二極管的光敏元件，其接收入射光子(光)并將光子轉(zhuǎn)換為電信號(hào)。成像系統(tǒng)包含具有圖像傳感器集成電路和光電二極管的陣列的圖像傳感器片芯。圖像傳感器片芯安裝在數(shù)字信號(hào)處理器(DSP)片芯上。
[0004]在常規(guī)成像系統(tǒng)中，包括多個(gè)圖像傳感器片芯的第一晶片安裝在包括多個(gè)DSP片芯的第二晶片上。隨后可以沿著劃片線區(qū)域切割第一和第二晶片以將堆疊的晶片切片成單獨(dú)的堆疊的片芯。典型地，劃片線區(qū)域沒有任何硅襯底材料。由于當(dāng)在劃片線區(qū)域中去除硅襯底的至少一部分時(shí)圖像傳感器片芯的上表面傾向于是不均勻的，所以當(dāng)形成用于圖像傳感器片芯的濾色器陣列結(jié)構(gòu)時(shí)，在劃片線區(qū)域中缺乏硅襯底材料可能存在挑戰(zhàn)。
[0005]在這種設(shè)置中，至少一些氧化物材料被配置在劃片線區(qū)域中。在切片操作期間，在劃片線區(qū)域中的氧化物材料和鄰近的硅襯底材料之間的界面也可能傾向于損壞和破裂。
[0006]因此，期望提供具有改善的劃片線區(qū)域的成像系統(tǒng)。
【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0007]如上所述的，在現(xiàn)有技術(shù)中，當(dāng)形成用于圖像傳感器片芯的濾色器陣列結(jié)構(gòu)時(shí)，在劃片線區(qū)域中缺乏硅襯底材料可能存在挑戰(zhàn)。在這種設(shè)置中，至少一些氧化物材料被配置在劃片線區(qū)域中。在切片操作期間，在劃片線區(qū)域中的氧化物材料和鄰近的硅襯底材料之間的界面也可能傾向于損壞和破裂。因此，期望提供具有改善的劃片線區(qū)域的成像系統(tǒng)。
[0008]根據(jù)本公開的一個(gè)實(shí)施例，提供了成像電路，其包括:信號(hào)處理器片芯；以及堆疊在所述信號(hào)處理器片芯上的圖像傳感器片芯，其中所述圖像傳感器片芯包括:襯底層，在所述襯底層中形成的深溝槽隔離結(jié)構(gòu)，以及通過所述深溝槽隔離結(jié)構(gòu)形成的穿過氧化物的通孔，并且所述穿過氧化物的通孔至少部分地延伸到所述信號(hào)處理器片芯中。
[0009]根據(jù)另一實(shí)施例，襯底層和深溝槽隔離結(jié)構(gòu)具有相同的厚度。
[0010]根據(jù)另一實(shí)施例，圖像傳感器片芯包括耦接到所述穿過氧化物的通孔的接合墊結(jié)構(gòu)。
[0011]根據(jù)另一實(shí)施例，圖像傳感器片芯包括在襯底層的第一表面上形成的防反射涂層(ARC)材料，以及在襯底層的第二表面上形成的互連路由層。
[0012]根據(jù)另一實(shí)施例，所述深溝槽隔離結(jié)構(gòu)延伸到圖像傳感器片芯的劃片線區(qū)域中。根據(jù)另一實(shí)施例，使用半導(dǎo)體材料形成所述襯底層，以及使用電介質(zhì)材料形成所述深溝槽隔離結(jié)構(gòu)。
[0013]根據(jù)本公開的實(shí)施例，提供具有改善的劃片線區(qū)域的成像電路和成像系統(tǒng)。
【附圖說明】
[0014]圖1是根據(jù)本實(shí)用新型實(shí)施例的可以包括具有圖像傳感器的照相機(jī)模塊的示例性成像系統(tǒng)的圖。
[0015]圖2是示出根據(jù)本實(shí)用新型實(shí)施例的堆疊在第二晶片(包括多個(gè)信號(hào)處理片芯)之上的包括多個(gè)背面照明(BSI)圖像傳感器片芯的第一晶片的圖。
[0016]圖3是根據(jù)本實(shí)用新型實(shí)施例的具有濾色器陣列外殼結(jié)構(gòu)和具有圍繞劃片線區(qū)域的金屬溝槽結(jié)構(gòu)的示例性成像系統(tǒng)的截面?zhèn)纫晥D。
[0017]圖4是根據(jù)本實(shí)用新型實(shí)施例的沒有濾色器陣列外殼結(jié)構(gòu)但具有圍繞劃片線區(qū)域的金屬溝槽結(jié)構(gòu)的示例性成像系統(tǒng)的截面?zhèn)纫晥D。
[0018]圖5是根據(jù)本實(shí)用新型實(shí)施例的具有在劃片線區(qū)域處形成的深溝槽隔離結(jié)構(gòu)的示例性成像系統(tǒng)的截面?zhèn)纫晥D。
[0019]圖6是根據(jù)本實(shí)用新型實(shí)施例的至少采用圖1-5的一些實(shí)施例的系統(tǒng)的框圖。
【具體實(shí)施方式】
[0020]電子裝置，諸如，數(shù)字照相機(jī)、計(jì)算機(jī)、蜂窩電話和其它電子裝置，包括收集進(jìn)入的圖像光以捕獲圖像的圖像傳感器。所述圖像傳感器可以包括成像像素的陣列。圖像傳感器中的像素可以包括將進(jìn)入的圖像光轉(zhuǎn)換為圖像信號(hào)的諸如光電二極管的光敏元件。圖像傳感器可以具有任意數(shù)目的像素(例如，數(shù)百或數(shù)千或更多)。典型的圖像傳感器可以例如具有幾十萬或數(shù)百萬像素(例如，兆像素)。圖像傳感器可以包括控制電路，諸如用于操作成像像素的電路，和用于讀出對(duì)應(yīng)于由光敏元件產(chǎn)生的電荷的圖像信號(hào)的讀出電路。
[0021]圖1是使用圖像傳感器捕獲圖像的示例性的電子裝置的圖。圖1的電子裝置10可以是便攜式電子裝置，諸如照相機(jī)、蜂窩電話、攝像機(jī)、或捕獲數(shù)字圖像數(shù)據(jù)的其它成像裝置。照相機(jī)模塊12可以被用來將進(jìn)入的光轉(zhuǎn)換為數(shù)字圖像數(shù)據(jù)。照相機(jī)模塊12可以包括一個(gè)或多個(gè)透鏡14和一個(gè)或多個(gè)對(duì)應(yīng)的圖像傳感器16。在圖像捕獲操作期間，可以使用透鏡14將來自場景的光聚焦到圖像傳感器16上。圖像傳感器16可以將對(duì)應(yīng)的數(shù)字圖像數(shù)據(jù)提供到處理電路18。圖像傳感器16可以例如是背面照明(BSI)圖像傳感器。如果需要，照相機(jī)模塊12可以設(shè)置有透鏡14的陣列和對(duì)應(yīng)的圖像傳感器16的陣列。圖像傳感器16可以包括圖像傳感器像素的陣列(諸如，圖像傳感器像素15的陣列)和對(duì)應(yīng)的濾色器元件的陣列。
[0022]處理電路18可以包括一個(gè)或多個(gè)集成電路(例如，圖像處理電路、微處理器、諸如隨機(jī)存取存儲(chǔ)器和非易失性存儲(chǔ)器的存儲(chǔ)裝置等等)，以及可以使用與照相機(jī)模塊12分離的組件和/或形成照相機(jī)模塊12的一部分的組件(例如，形成包括圖像傳感器16的集成電路的一部分的電路，或形成與圖像傳感器16關(guān)聯(lián)的模塊12內(nèi)的集成電路的一部分的電路)來實(shí)現(xiàn)所述處理電路18?？梢允褂锰幚黼娐?8處理和存儲(chǔ)已經(jīng)由照相機(jī)模塊12捕獲的圖像數(shù)據(jù)。如果需要，可以使用耦接到處理電路18的有線的和/或無線的通信路徑將處理的圖像數(shù)據(jù)提供到外部設(shè)備(例如，計(jì)算機(jī)或其它裝置)。
[0023]圖2示出包括堆疊在第二晶片98之上的第一晶片96的成像系統(tǒng)100。第一晶片96可以包括多個(gè)圖像傳感器片芯102 (例如，圖像傳感器片芯102-1、102-2，等等)，而第二晶片98可以包括多個(gè)信號(hào)處理器片芯104 (例如，數(shù)字信號(hào)處理器片芯104-1、104-2，等等)。圖像傳感器片芯102可以是背面照明(BSI))圖像傳感器(作為示例)。每個(gè)圖像傳感器片芯102可以包括可操作來產(chǎn)生圖像數(shù)據(jù)(即，靜態(tài)或視頻數(shù)據(jù))的圖像傳感器像素的陣列。隨后可以將由圖像傳感器片芯102產(chǎn)生的圖像數(shù)據(jù)饋送給對(duì)應(yīng)的信號(hào)處理片芯104以用于進(jìn)一步處理(例如，饋送給在其上堆疊該圖像傳感器片芯的信號(hào)處理器片芯)。片芯104有時(shí)也可以是指數(shù)字信號(hào)處理器(DSP)。圖2的示例僅是示例性的。如果需要，圖像傳感器片芯102可以是正面照明(FSI)圖像傳感器片芯。
[0024]在鄰近的片芯之間的區(qū)域(應(yīng)該在這里切割第一和第二晶片以將晶片切片為單獨(dú)的組件)有時(shí)被稱為劃片線區(qū)域90。在晶片切片操作期間，可以采用機(jī)械鋸、激光或其它合適的切片機(jī)制來將堆疊的晶片96和98切割為單獨(dú)的堆疊的片芯(如由箭頭92所指示的)。
[0025]在常規(guī)成像系統(tǒng)中，劃片線區(qū)域沒有任何硅襯底材料。由于當(dāng)硅襯底的至少一部分被從劃片線區(qū)域去除時(shí)圖像傳感器片芯的上表面傾向于是非平面的，所以當(dāng)在圖像傳感器片芯之上形成濾色器元件時(shí)，劃片線區(qū)域中缺乏硅襯底材料可能存在挑戰(zhàn)。典型地，將至少一些氧化物材料設(shè)置在劃片線區(qū)域中。在切片操作期間，劃片線區(qū)域中的氧化物材料和鄰近的硅襯底材料之間的界面還可能傾向于損壞和破裂。
[0026]根據(jù)本實(shí)用新型一個(gè)實(shí)施例，提供了具有改善的劃片線(SL)特征的圖像傳感器片芯。圖3是堆疊在信號(hào)處理晶片98上的圖像傳感器晶片96的截面?zhèn)纫晥D。由箭頭103標(biāo)記晶片96和98彼此接觸的界面?？梢匝刂T如區(qū)域90的劃片線(或者也可被稱為“劃片道”)區(qū)域，切割堆疊的晶片96和98以將晶片分離為單獨(dú)的堆疊的片芯102和104。
[0027]如圖3所示，晶片96可以包括:襯底110，其具有正表面和背表面；以及形成在襯底110的正表面上的若干互連布線層112。層112可以包括交替的金屬布線層以及通孔層(例如，在電介質(zhì)材料中形成的布線結(jié)構(gòu))，并且有時(shí)可以共同地稱為電介質(zhì)堆疊或重分配層。
[0028]諸如光電二極管116的光敏元件可以形成在襯底110的正表面處。在圖像傳感器片芯102的“有源”部分中形成的光電二極管116可以接收進(jìn)入的光，并將進(jìn)入的光轉(zhuǎn)換為對(duì)應(yīng)的像素信號(hào)?？梢栽诠怆姸O管116的每個(gè)鄰近的對(duì)之間的襯底110的正表面中形成諸如STI結(jié)構(gòu)118