[發(fā)明專利]低成本、高集成度之背照式圖像傳感器封裝

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201210169718.4
• 申請(qǐng)日: 2012-05-28
• 公開（公告）號(hào): CN102751299A
• 公開（公告）日: 2012-10-24
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 楊丹;徐逸杰;丘樹堅(jiān);羅珮璁
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 香港應(yīng)用科技研究院有限公司
• 主分類號(hào): H01L27/146
• 分類號(hào): H01L27/146
• 代理公司: 深圳新創(chuàng)友知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 44223
• 代理人: 江耀純

【技術(shù)領(lǐng)域】

本發(fā)明涉及半導(dǎo)體基圖像傳感器，特別涉及背面發(fā)光式半導(dǎo)體基圖像傳感器。

【背景技術(shù)】

半導(dǎo)體基圖像傳感器，如互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體（CMOS）圖像傳感器，通常都用作將可視圖像轉(zhuǎn)變?yōu)橄鄳?yīng)電信號(hào)的變換器。半導(dǎo)體基圖像傳感器一般包括光感應(yīng)元件和信號(hào)處理電子器件，一旦捕獲到一個(gè)圖像，信號(hào)處理電子器件就處理從光感應(yīng)元件產(chǎn)生的電子信號(hào)，其中光感應(yīng)元件和信號(hào)處理電子器件都制作和集成在一個(gè)半導(dǎo)體襯底上。在一個(gè)典型的實(shí)施中，光感應(yīng)元件是光電二極管，信號(hào)處理電子器件是由CMOS晶體管來實(shí)現(xiàn)。有很多種此類型的實(shí)施，請(qǐng)參考Gamal?A.E.和Eltoukhy?H.(2005)的“CMOS?image?sensors,”IEEE?Circuits&Device?Magazine,pp.6-20,May/June?2005,以及Bigas?M.、Cabrua?E.、Forest,J.和Salvi,J.(2006)的“Review?of?CMOS?image?sensors,”Microelectronics?Journal,pp.433-451,2006,以及Ohta?J.(2007)的Smart?CMOS?Image?Sensors?and?Applications,CRC?Press,2007。所有這些都通過引用而結(jié)合入本申請(qǐng)。

半導(dǎo)體襯底有一前側(cè)面和一背側(cè)面。前側(cè)面上通常生長(zhǎng)有高質(zhì)量的外延層，在其上再制作電子元件如晶體管和二極管。一般來說，也是在前側(cè)面上制作光感應(yīng)元件和信號(hào)處理電子元件的。在這些光感應(yīng)元件和信號(hào)處理電子元件上，通常還有一層或多層金屬化層或金屬線，它們由絕緣介質(zhì)層隔開。

在圖像傳感器的半導(dǎo)體襯底的前側(cè)接收?qǐng)D像，是前照式（frontside-illuminated(FSI)）圖像傳感器。在這種圖像傳感器中，圖像是需要經(jīng)過金屬化層的，因此有些光能量會(huì)被其中的金屬線反射，而導(dǎo)致光感應(yīng)元件捕獲光子的機(jī)會(huì)減少，從而減低傳感器的靈敏度。這個(gè)缺點(diǎn)可以通過使用背照式（backside-illuminated(BSI)）圖像傳感器而避免。在BSI圖像傳感器中，半導(dǎo)體襯底的背側(cè)面經(jīng)過專門處理，去除了背側(cè)面上的大量半導(dǎo)體材料，使得光感應(yīng)元件可以緊靠處理后的背側(cè)面。當(dāng)圖像光到達(dá)背側(cè)面時(shí)，僅需要穿透少量半導(dǎo)體材料，然后達(dá)到光感應(yīng)元件，因此減少了圖像的衰減。在現(xiàn)有技術(shù)里，為傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)的BSI圖像傳感器去除大量半導(dǎo)體材料，可以通過一種機(jī)械研磨過程或一種化學(xué)機(jī)械平面化（CMP）過程而完成。這兩種過程都需要精密機(jī)械工具去進(jìn)行精密機(jī)械加工步驟，所以成本高昂。

因此需要有一種新的BSI圖像傳感器，其不需要機(jī)械研磨過程或CMP過程去制作。

【發(fā)明內(nèi)容】

本發(fā)明的第一方面是BSI圖像傳感器，其包括一半導(dǎo)體襯底、在半導(dǎo)體襯底內(nèi)的多個(gè)光感應(yīng)元件、和一形成在半導(dǎo)體襯底內(nèi)的空腔。光感應(yīng)元件以平面方式排列，因此形成一平面排列的光感應(yīng)元件陣列以接收來自半導(dǎo)體襯底之外的圖像光。空腔有一基面在光感應(yīng)元件之上。空腔的出現(xiàn)允許圖像經(jīng)過空腔基面而到達(dá)光感應(yīng)元件，使得來自半導(dǎo)體襯底之外的圖像光行進(jìn)的距離要小于沒有空腔的情況。

優(yōu)選地，空腔是通過蝕刻半導(dǎo)體襯底而形成的。空腔的側(cè)壁可以是斜的或豎直的。

優(yōu)選地，圖像傳感器還包括多個(gè)微光學(xué)器件在空腔基面上，其中每個(gè)微光學(xué)器件用于光學(xué)地處理一部分圖像光，并將這部分圖像光在光學(xué)處理后傳導(dǎo)到一個(gè)光感應(yīng)元件上。最好每個(gè)微光學(xué)器件都包括微透鏡和顏色濾鏡。

優(yōu)選地，圖像傳感器還包括抗反射膜在空腔上。

半導(dǎo)體襯底有第一襯底表面和第二襯底表面，其中第一襯底表面在第二襯底表面的反面。空腔形成在半導(dǎo)體襯底內(nèi)，從第一襯底表面延伸到空腔基面。

可選地，圖像傳感器包括一個(gè)或多個(gè)從空腔基面延伸到第二襯底表面的第一通孔、和在第一襯底表面和第二襯底表面之間的一個(gè)或多個(gè)第一電路徑，其中每個(gè)第一電路徑都經(jīng)過一個(gè)第一通孔。因此允許第二襯底表面上的一個(gè)或多個(gè)第一器件和可與第一襯底表面連接的一個(gè)或多個(gè)第二器件之間的電子信號(hào)通信。

可選地，圖像傳感器包括一個(gè)或多個(gè)從第一襯底表面延伸到第二襯底表面的第二通孔、和在第二襯底表面和第一襯底表面之間的一個(gè)或多個(gè)第二電路徑，其中每個(gè)第二電路徑都經(jīng)過一個(gè)第二通孔。因此允許第二襯底表面上的一個(gè)或多個(gè)第三器件和可與第一襯底表面連接的一個(gè)或多個(gè)第四器件之間的電子信號(hào)通信。可選地，至少一個(gè)第二通孔的橫截面是相同的或不是相同的。