通过晶圆级堆叠的双面BSI图像传感器制造技术

一种器件包括两个BSI图像传感器元件和第三元件。第三元件使用元件级堆叠方法接合在两个BSI图像传感器元件之间。每个BSI图像传感器元件都包括衬底和设置在衬底的第一侧面上方的金属叠层。BSI图像传感器元件的衬底包括光电二极管区，光电二极管区用于响应于入射到衬底的第二侧面上的辐射累积图像电荷。第三元件也包括衬底和设置在衬底的第一侧面上方的金属叠层。两个BSI图像传感器元件和第三元件的金属叠层电耦合。本发明专利技术还提供了具有晶圆级堆叠的双面BSI图像传感器。

【技术实现步骤摘要】
通过晶圆级堆叠的双面BSI图像传感器
本专利技术一般地涉及半导体
，更具体地，涉及半导体器件及其制造方法。
技术介绍
当前的趋势是，移动电子设备提供图像拍摄能力。诸如便携式电话的一些移动电子设备可以通过前面和背面设备拍摄图像。存在用于这样的双面相机能力的很多解决方案。解决方案通常使用设备的相对面上的两个图像传感器。图像传感器是用于探测和测量由传感器器件所接收的诸如光的辐射的集成电路(IC)。前照式(FSI)图像传感器通常具有设置在衬底的前面上的像素电路和金属叠层，其中，感光或光电二极管(“PD”)区域位于该衬底的前面上。为了在PD区域中形成图像，辐射通过金属叠层。另一方面，背照式(BSI)图像传感器通常形成在薄衬底上，从而允许辐射穿过衬底到达PD区域。BSI图像传感器提供优于FSI图像传感的很多优点，诸如，更短的光程、更高的量子效率(QE)、更高的图像分辨率、更小的管芯尺寸等。
技术实现思路
为了解决现有技术中所存在的缺陷，根据本专利技术的一方面，提供了一种器件，包括：第一BSI图像传感器，其中，所述第一BSI图像传感器包括第一衬底和设置在所述第一衬底的第一侧面上方的第一金属叠层，所述第一衬底包括光电二极管区，所述光电二极管区用于响应于入射到所述第一衬底的第二侧面上的辐射累积图像电荷，所述第一金属叠层可操作地耦合至所述第一衬底，用于从所述第一衬底接收图像数据，并且所述第一金属叠层包括位于所述第一金属叠层的第一侧面处的第一材料层；第二BSI图像传感器，其中，所述第二BSI图像传感器包括第二衬底和设置在所述第二衬底的第一侧面上方的第二金属叠层，所述第二衬底包括光电二极管区，所述光电二极管区用于响应于入射到所述第二衬底的第二侧面上的辐射累积图像电荷，所述第二金属叠层可操作地耦合至所述第二衬底，用于从所述第二衬底接收图像数据，并且所述第二金属叠层包括位于所述第二金属叠层的第一侧面处的第二材料层；以及第三元件，其中，所述第三元件包括第三衬底和设置在所述第三衬底的第一侧面上方的第三金属叠层，所述第三衬底包括有源区，并且所述第三金属叠层包括位于所述第三金属叠层的第一侧面处的第三材料层；其中：所述第一金属叠层的所述第一侧面接合至所述第三金属叠层的所述第一侧面，并且所述第一金属叠层电耦合至所述第三金属叠层；以及所述第二金属叠层的所述第一侧面接合至所述第三衬底的第二侧面，并且所述第二金属叠层电耦合至所述第三金属叠层。在该器件中，所述第一金属叠层包括所述第一材料层中的第一多个导电焊盘；所述第三金属叠层包括所述第三材料层中的第三多个导电焊盘；以及所述第一多个导电焊盘电耦合至所述第三多个导电焊盘。在该器件中，所述第一多个导电焊盘和所述第三多个导电焊盘使用铜；所述第一材料层包括以下材料之一：硅、氧化硅以及氮氧化硅；以及所述第三材料层包括以下材料之一：硅、氧化硅以及氮氧化硅。在该器件中，所述第一金属叠层电耦合至形成在所述第一衬底的所述第二侧面上方的导电部件，并且所述导电部件使用通孔电耦合至所述第三金属叠层。在该器件中，所述第三衬底包括位于所述第三衬底的所述第二侧面处的钝化层；所述钝化层包括电耦合至所述第三金属叠层的第四多个导电焊盘；所述第二金属叠层包括所述第二材料层中的第二多个导电焊盘；以及所述第二金属叠层接合至所述钝化层，并且所述第二多个导电焊盘电耦合至所述第四多个导电焊盘。在该器件中，所述第二多个导电焊盘和所述第四多个导电焊盘使用铜；所述第二材料层包括以下材料之一：硅、氧化硅以及氮氧化硅；以及所述钝化层包括以下材料之一：硅、氧化硅以及氮氧化硅。在该器件中，所述第二金属叠层电耦合至形成在所述第二衬底的所述第二侧面上方的导电部件，并且所述导电部件使用通孔电耦合至所述第三金属叠层。在该器件中，所述第二材料层包括以下材料之一：硅、氧化硅、氮化硅以及氮氧化硅；以及所述第三衬底的所述第二侧面包括以下材料之一：硅、氧化硅、氮化硅以及氮氧化硅。所述第一衬底、所述第二衬底、和所述第三衬底是硅衬底。根据本专利技术的另一方面，提供了一种用于制造双面BSI图像传感器组件的方法，包括：接收第一BSI图像传感器元件、第二BSI图像传感器元件以及第三元件，其中：所述第一BSI图像传感器元件包括第一衬底和形成在所述第一衬底的第一侧面上方的第一金属叠层，所述第一衬底包括用于感测入射到所述第一衬底的第二侧面上的辐射的光电二极管区，并且所述第一金属叠层的第一侧面包括第一多个导电部件；所述第二BSI图像传感器元件包括第二衬底和形成在所述第二衬底的第一侧面上方的第二金属叠层，所述第二衬底包括用于感测入射到所述第二衬底的第二侧面上的辐射的光电二极管区，并且所述第二金属叠层的第一侧面包括第二多个导电部件；以及所述第三元件包括第三衬底和形成在所述第三衬底的第一侧面上方的第三金属叠层，并且所述第三金属叠层的第一侧面包括第三多个导电部件；使用第一混合接合工艺，将所述第一金属叠层的所述第一侧面接合至所述第三金属叠层的所述第一侧面；从所述第一衬底的所述第二侧面使所述第一衬底减薄至第一厚度；在所述第三衬底的第二侧面上方形成钝化层，其中，所述钝化层的第一侧面包括电耦合至所述第三金属叠层的第四多个导电部件；使用第二混合接合工艺，将所述第二金属叠层的所述第一侧面接合至所述钝化层的所述第一侧面；以及从所述第二衬底的所述第二侧面使所述第二衬底减薄至第二厚度。该方法进一步包括：在所述第二衬底的所述第二侧面上方形成第五多个导电部件，其中，所述第五多个导电部件电耦合至所述第二金属叠层。在该方法中，所述第一混合接合工艺和所述第二混合接合工艺包括直接接合工艺和退火工艺；所述直接接合工艺使用第一温度；所述退火工艺包括第一阶段和第二阶段；所述第一阶段使用高于所述第一温度的第二温度；以及所述第二阶段使用高于所述第二温度的第三温度。在该方法中，减薄所述第一衬底和所述第二衬底包括：机械研磨工艺和化学减薄工艺。在该方法中，所述第一衬底、所述第二衬底和所述第三衬底包括硅。该方法进一步包括：在将所述第一金属叠层的所述第一侧面接合至所述第三金属叠层的所述第一侧面之前，在所述第三金属叠层的所述第一侧面上方形成再分布层，用于延伸所述第三多个导电部件的表面区域。根据本专利技术的又一方面，提供了一种用于制造具有双面BSI图像传感器的集成相机模块的方法，包括：接收第一BSI图像传感器元件、第二BSI图像传感器元件以及第三元件，其中，所述第一BSI图像传感器元件包括第一衬底和形成在所述第一衬底的第一侧面上方的第一金属叠层，并且所述第一衬底包括用于感测入射到所述第一衬底的第二侧面上的辐射的光电二极管区；所述第二BSI图像传感器元件包括第二衬底和形成在所述第二衬底的第一侧面上方的第二金属叠层，并且所述第二衬底包括用于感测入射到所述第二衬底的第二侧面上的辐射的光电二极管区；以及所述第三元件包括第三衬底和形成在所述第三衬底的第一侧面上方的第三金属叠层；将所述第一金属叠层的第一侧面接合至所述第三金属叠层的第一侧面；从所述第一衬底的所述第二侧面使所述第一衬底减薄至第一厚度；使用第一熔融接合工艺，将所述第二金属叠层的第一侧面接合至第三衬底层的第二侧面；从所述第二衬底的所述第二侧面使所述第二衬底减薄至第二厚度；以及在所述第二衬底的所述第二侧面上方形本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种器件，包括：第一BSI图像传感器，其中，所述第一BSI图像传感器包括第一衬底和设置在所述第一衬底的第一侧面上方的第一金属叠层，所述第一衬底包括光电二极管区，所述光电二极管区用于响应于入射到所述第一衬底的第二侧面上的辐射累积图像电荷，所述第一金属叠层可操作地耦合至所述第一衬底，用于从所述第一衬底接收图像数据，并且所述第一金属叠层包括位于所述第一金属叠层的第一侧面处的第一材料层；第二BSI图像传感器，其中，所述第二BSI图像传感器包括第二衬底和设置在所述第二衬底的第一侧面上方的第二金属叠层，所述第二衬底包括光电二极管区，所述光电二极管区用于响应于入射到所述第二衬底的第二侧面上的辐射累积图像电荷，所述第二金属叠层可操作地耦合至所述第二衬底，用于从所述第二衬底接收图像数据，并且所述第二金属叠层包括位于所述第二金属叠层的第一侧面处的第二材料层；以及第三元件，其中，所述第三元件包括第三衬底和设置在所述第三衬底的第一侧面上方的第三金属叠层，所述第三衬底包括有源区，并且所述第三金属叠层包括位于所述第三金属叠层的第一侧面处的第三材料层；其中：所述第一金属叠层的所述第一侧面接合至所述第三金属叠层的所述第一侧面，并且所述第一金属叠层电耦合至所述第三金属叠层；以及所述第二金属叠层的所述第一侧面接合至所述第三衬底的第二侧面，并且所述第二金属叠层电耦合至所述第三金属叠层。...

【技术特征摘要】
2013.09.27 US 14/039,6401.一种双面BSI图像传感器组件，包括：第一BSI图像传感器，其中，所述第一BSI图像传感器包括第一衬底和设置在所述第一衬底的第一侧面上方的第一金属叠层，所述第一衬底包括光电二极管区，所述光电二极管区用于响应于入射到所述第一衬底的第二侧面上的辐射累积图像电荷，所述第一金属叠层可操作地耦合至所述第一衬底，用于从所述第一衬底接收图像数据，并且所述第一金属叠层包括位于所述第一金属叠层的第一侧面处的第一材料层；第二BSI图像传感器，其中，所述第二BSI图像传感器包括第二衬底和设置在所述第二衬底的第一侧面上方的第二金属叠层，所述第二衬底包括光电二极管区，所述光电二极管区用于响应于入射到所述第二衬底的第二侧面上的辐射累积图像电荷，所述第二金属叠层可操作地耦合至所述第二衬底，用于从所述第二衬底接收图像数据，并且所述第二金属叠层包括位于所述第二金属叠层的第一侧面处的第二材料层；以及第三元件，其中，所述第三元件包括第三衬底和设置在所述第三衬底的第一侧面上方的第三金属叠层，所述第三衬底包括有源区，并且所述第三金属叠层包括位于所述第三金属叠层的第一侧面处的第三材料层；其中：所述第一金属叠层的所述第一侧面接合至所述第三金属叠层的所述第一侧面，并且所述第一金属叠层电耦合至所述第三金属叠层；以及所述第二金属叠层的所述第一侧面接合至所述第三衬底的第二侧面，并且所述第二金属叠层电耦合至所述第三金属叠层。2.根据权利要求1所述的组件，其中：所述第一金属叠层包括所述第一材料层中的第一多个导电焊盘；所述第三金属叠层包括所述第三材料层中的第三多个导电焊盘；以及所述第一多个导电焊盘电耦合至所述第三多个导电焊盘。3.根据权利要求2所述的组件，其中：所述第一多个导电焊盘和所述第三多个导电焊盘使用铜；所述第一材料层包括以下材料之一：硅、氧化硅以及氮氧化硅；以及所述第三材料层包括以下材料之一：硅、氧化硅以及氮氧化硅。4.根据权利要求1所述的组件，其中，所述第一金属叠层电耦合至形成在所述第一衬底的所述第二侧面上方的导电部件，并且所述导电部件使用通孔电耦合至所述第三金属叠层。5.根据权利要求1所述的组件，其中：所述第三衬底包括位于所述第三衬底的所述第二侧面处的钝化层；所述钝化层包括电耦合至所述第三金属叠层的第四多个导电焊盘；所述第二金属叠层包括所述第二材料层中的第二多个导电焊盘；以及所述第二金属叠层接合至所述钝化层，并且所述第二多个导电焊盘电耦合至所述第四多个导电焊盘。6.根据权利要求5所述的组件，其中：所述第二多个导电焊盘和所述第四多个导电焊盘使用铜；所述第二材料层包括以下材料之一：硅、氧化硅以及氮氧化硅；以及所述钝化层包括以下材料之一：硅、氧化硅以及氮氧化硅。7.根据权利要求1所述的组件，其中，所述第二金属叠层电耦合至形成在所述第二衬底的所述第二侧面上方的导电部件，并且所述导电部件使用通孔电耦合至所述第三金属叠层。8.根据权利要求7所述的组件，其中：所述第二材料层包括以下材料之一：硅、氧化硅、氮化硅以及氮氧化硅；以及所述第三衬底的所述第二侧面包括以下材料之一：硅、氧化硅、氮化硅以及氮氧化硅。9.根据权利要求1所述的组件，其中，所述第一衬底、所述第二衬底、和所述第三衬底是硅衬底。10.一种用于制造双面BSI图像传感器组件的方法，包括：接收第一BSI图像传感器元件、第二BSI图像传感器元件以及第三元件，其中：所述第一BSI图像传感器元件包括第一衬底和形成在所述第一衬底的第一侧面上方的第一金属叠层，所述第一衬底包括用于感测入射到所述第一衬底的第二侧面上的辐射的光电二极管区，并且所述第一金属叠层的第一侧面包括第一多个导电部件；所述第二BSI图像传感器元件包括第二衬底...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘丙寅，杜友伦，蔡嘉雄，陈晓萌，曾炳南，
申请(专利权)人：台湾积体电路制造股份有限公司，
类型：发明
国别省市：中国台湾;71