[發明專利]圖像傳感器裝置及其制造方法

無效

• 申請號: 201210175361.0
• 申請日: 2012-05-31
• 公開（公告）號: CN103325798A
• 公開（公告）日: 2013-09-25
• 發明（設計）人: V.奧加涅相
• 申請（專利權）人: 奧普蒂茲公司
• 主分類號: H01L27/146
• 分類號: H01L27/146
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司 72001
• 代理人: 馬麗娜;劉春元

技術領域

本發明涉及CMOS圖像傳感器，更具體地說，涉及一種背面受光圖像傳感器和封裝結構。

背景技術

半導體器件的趨勢是被封裝在更小的封裝中的更小的集成電路（IC）器件（也稱為芯片）（所述封裝在提供片外信令連通的同時保護芯片）。一個實例是圖像傳感器，其是包括將入射光轉換成電信號（其以良好的空間分辨率來精確地反映入射光的強度和顏色信息）的光電探測器的IC器件。圖像傳感器可以是正面受光的（FSI）或者是背面受光的（BSI）。

常規正面受光（FSI）圖像傳感器具有形成在硅芯片的表面處的光電探測器，被成像的光入射在該表面處。光電探測器的支持電路形成在光電探測器上方，在此孔口（即光導管）允許光穿過電路層到達光電探測器。濾色器和微透鏡被布置在保護光電探測器的表面上方。FSI圖像傳感器的缺點在于電路層限制了每個像素的入射光必須傳播經過的孔口的尺寸。隨著像素尺寸由于針對較多數目的像素和較小芯片尺寸的要求而縮小，像素面積與整個傳感器面積的比率減小。這降低了傳感器的量子效率（QE）。

常規背面受光（BSI）圖像傳感器類似于FSI圖像傳感器，除了光電探測器接收經過芯片的后表面的光以外（即光進入芯片的后表面，并且傳播經過硅襯底直到它到達光電探測器為止）。濾色器和微透鏡安裝在芯片的后表面。利用這種結構，入射光避開了電路層。然而，BSI圖像傳感器的缺點包括由硅襯底中的擴散引起的像素串擾（即不存在形成帶孔開口的電路或其它結構來分離每個像素的傳播光－藍光尤其對于這種擴散現象敏感）和由于較短的光路而對較厚的微透鏡的需要。

BSI圖像傳感器的另一顯著問題是，由于被硅吸收（即衰減）的光的量基于波長而變化，因此經過硅襯底的不同顏色的光的量子效率變化。這意味著利用均勻厚度的硅襯底，光電探測器的紅色、綠色和藍色頭部的吸收量不是相同的。為了均衡衰減，不同顏色將不得不經過不同厚度的硅。在下面的表中為三個不同顏色的光提供了用于均衡衰減的硅的吸收系數和硅的厚度比：

從上面，作為例子，對藍色1?μm的硅厚度、對綠色1.65?μm的硅厚度以及對紅色5.70?μm的硅厚度將產生所有三個顏色波長的均勻吸收。吸收的另一度量是“吸收深度”，其是襯底的厚度，在該厚度大約64%?(1-1/e)的初始強度被吸收，并且大約36%?(1/e)通過。該表表明對于藍色0.625?μm的硅厚度、對于綠色1.03?μm的硅厚度以及對于紅色3.56?μm的硅厚度將產生大約64%的均勻吸收，36%的光使其經過硅。

存在對改善的BSI圖像傳感器結構的需要以使經過硅襯底的入射光的吸收對于多個波長是基本均勻的。還存在對改善的封裝和BSI圖像傳感器芯片的封裝技術的需要，其能夠提供節省成本且可靠的低剖面晶片級封裝解決方案（即提供必要的機械支撐和電連接性），這意味著封裝解決方案將需要能夠集成前端和后端工藝。

發明內容

前述問題和需要通過一種改善的圖像傳感器裝置來解決，該圖像傳感器裝置包括具有前和后相對表面的襯底、形成在前表面處的多個光電探測器、形成在前表面處的電耦合到光電探測器的多個接觸焊盤、均形成在后表面之中和光電探測器之一的上方的多個腔體、布置在腔體中的吸收補償材料，其中該吸收補償材料具有不同于襯底的那些的光吸收特性，以及均布置在光電探測器之一的上方的多個濾色器。該多個光電探測器被配置用于響應于通過濾色器的光入射而產生電信號。

在本發明的另一個方面中，一種形成圖像傳感器裝置的方法包括提供具有前和后相對表面的襯底、在前表面處形成多個光電探測器、在前表面處形成電耦合到光電探測器的多個接觸焊盤、在后表面中形成多個腔體，其中每個腔體被布置在光電探測器之一的上方、在每個腔體中形成吸收補償材料，其中吸收補償材料具有不同于襯底的那些的光吸收特性，以及將多個濾色器附著到襯底，其中每個濾色器被布置在光電探測器之一的上方。該多個光電探測器被配置用于響應于通過濾色器的光入射而產生電信號。

本發明的其它目的和特征將通過閱覽說明書、權利要求書和附圖而變得明顯。

附圖說明

圖1A-1G是依次示出形成封裝的圖像傳感器的各步驟的截面側視圖。

圖2A-2E是依次示出形成封裝的圖像傳感器的替換實施例的各步驟的截面側視圖。

圖3A-3D是依次示出形成封裝的圖像傳感器的第二替換實施例的各步驟的截面側視圖。