本發(fā)明實(shí)施例涉及半導(dǎo)體領(lǐng)域，更具體地涉及圖像傳感器及其制造方法。

背景技術(shù)：

半導(dǎo)體器件用于各種電子應(yīng)用中，諸如個人計(jì)算機(jī)、手機(jī)、數(shù)碼相機(jī)和其他電子設(shè)備。通常通過在半導(dǎo)體襯底上方依次沉積絕緣或介電層、導(dǎo)電層和半導(dǎo)體材料層以及使用光刻圖案化各個材料層以在材料層上形成電路組件和元件來制造半導(dǎo)體器件。

然而，雖然現(xiàn)有的半導(dǎo)體制造工藝對于它們的預(yù)期目的通常已經(jīng)足夠，但是隨著器件繼續(xù)按比例縮小，它們不是在所有方面都完全令人滿意。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的實(shí)施例提供了一種圖像傳感器結(jié)構(gòu)，包括：第一襯底，包括第一輻射感測區(qū)域；第一互連結(jié)構(gòu)，形成在所述第一襯底的前側(cè)上方；第二襯底，包括第二輻射感測區(qū)域；以及第二互連結(jié)構(gòu)，形成在所述第二襯底的前側(cè)上方，其中，所述第一互連結(jié)構(gòu)與所述第二互連結(jié)構(gòu)接合。

本發(fā)明的實(shí)施例還提供了一種圖像傳感器結(jié)構(gòu)，包括：第一襯底，包括位于所述第一襯底的前側(cè)處的第一輻射感測區(qū)域；第一互連結(jié)構(gòu)，形成在所述第一襯底的前側(cè)上方；第二襯底，包括位于所述第二襯底的前側(cè)處的第二輻射感測區(qū)域；第二互連結(jié)構(gòu)，形成在所述第二襯底的前側(cè)上方；以及濾色器層，形成在所述第二襯底的背側(cè)上方，其中，所述第一互連結(jié)構(gòu)接合至所述第二互連結(jié)構(gòu)。

本發(fā)明的實(shí)施例還提供了一種用于制造圖像傳感器結(jié)構(gòu)的方法，包括：在第一襯底的前側(cè)中形成第一輻射感測區(qū)域；在所述第一襯底的前側(cè)上方形成第一互連結(jié)構(gòu)；在第二襯底的前側(cè)中形成第二輻射感測區(qū)域；在所述第二襯底的前側(cè)上方形成第二互連結(jié)構(gòu)；以及將所述第一互連結(jié)構(gòu)接合至所述第二互連結(jié)構(gòu)。

附圖說明

當(dāng)結(jié)合附圖進(jìn)行閱讀時，根據(jù)下面詳細(xì)的描述可以更好地理解本發(fā)明的各個方面。應(yīng)該強(qiáng)調(diào)的是，根據(jù)工業(yè)中的標(biāo)準(zhǔn)實(shí)踐，各種部件沒有被按比例繪制。實(shí)際上，為了清楚的討論，各種部件的尺寸可以被任意增加或減少。

圖1A至圖1G是根據(jù)一些實(shí)施例的形成圖像傳感器的各個階段的截面示圖。

圖2A至圖2C是根據(jù)一些實(shí)施例的形成圖像傳感器的各個階段的截面示圖。

具體實(shí)施方式

以下公開內(nèi)容提供了許多不同實(shí)施例或?qū)嵗?，用于?shí)現(xiàn)本發(fā)明的不同部件。以下將描述組件和布置的特定實(shí)例以簡化本發(fā)明。當(dāng)然，這些僅是實(shí)例并且不意欲限制本發(fā)明。例如，在以下描述中，在第二部件上方或上形成第一部件可以包括第一部件和第二部件直接接觸的實(shí)施例，也可以包括形成在第一部件和第二部件之間的附加部件使得第一部件和第二部件不直接接觸的實(shí)施例。另外，本發(fā)明可以在多個實(shí)例中重復(fù)參考標(biāo)號和/或字符。這種重復(fù)是為了簡化和清楚的目的，并且其本身不指示所討論的各個實(shí)施例和/或配置之間的關(guān)系。

此外，為了便于描述，本文中可以使用諸如“在…下方”、“在…下面”、“下部”、“在…上面”、“上部”等空間關(guān)系術(shù)語以描述如圖所示的一個元件或部件與另一元件或部件的關(guān)系。除圖中所示的方位之外，空間關(guān)系術(shù)語意欲包括使用或操作過程中的器件的不同的方位。裝置可以以其它方式定位(旋轉(zhuǎn)90度或在其他方位)，并且在本文中使用的空間關(guān)系描述符可同樣地作相應(yīng)地解釋。

提供了集成電路(IC)結(jié)構(gòu)及其形成方法的實(shí)施例。在一些實(shí)施例中，IC結(jié)構(gòu)包括圖像傳感器。圖1A至圖1G是根據(jù)一些實(shí)施例的形成圖像傳感器100a的各個階段的截面示圖。

然而，應(yīng)該注意，為了簡潔的目的，簡化了圖1A至圖1G所示的圖像傳感器100a，從而可以更好地理解本發(fā)明的構(gòu)思。因此，在一些其他的實(shí)施例中，將附加的部件添加至圖像傳感器100a，并且替換或消除一些元件。例如，圖像傳感器100a可以包括各種無源和有源微電子器件，諸如電阻器、電容器、電感器、二極管、金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管(MOSFET)、互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體(CMOS)晶體管、高壓晶體管、高頻晶體管、或其他適用的組件。另外，應(yīng)該注意，不同的實(shí)施例可以具有與本文描述的實(shí)施例不同的優(yōu)勢，并且沒有必要要求任何實(shí)施例都具有特殊的優(yōu)勢。

如圖1A所示，根據(jù)一些實(shí)施例，接收第一襯底102。在一些實(shí)施例中，第一襯底102是包括硅的半導(dǎo)體襯底?？蛇x地或附加地，第一襯底102包括：另一元素半導(dǎo)體，諸如鍺和/或金剛石；化合物半導(dǎo)體，包括碳化硅、砷化鎵、磷化鎵、磷化銦、砷化銦和/或銻化銦；合金半導(dǎo)體，包括SiGe、GaAsP、AlInAs、AlGaAs、GaInAs、GaInP和/或GaInAsP。取決于圖像傳感器100a的設(shè)計(jì)要求，第一襯底102可以是p型或n型襯底。第一襯底102還可以包括隔離部件(未示出)，諸如淺溝槽隔離(STI)部件和/或硅的局部氧化(LOCOS)部件，以使形成在第一襯底102上的像素(將在下文討論)和/或其他的器件分離。在一些實(shí)施例中，第一襯底102是器件晶圓。在一些實(shí)施例中，第一襯底102具有在從大約200μm至大約400μm的范圍內(nèi)的第一厚度。如圖1A所示，第一襯底102具有前側(cè)103和背側(cè)104。

根據(jù)一些實(shí)施例，第一像素陣列105形成在第一襯底102的前側(cè)103中。術(shù)語“像素”是指包含用于將電磁輻射轉(zhuǎn)換為電信號的部件(例如，包括光電檢測器和各種半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的電路)的單位單元。因此，第一像素陣列105可以包括允許其檢測入射輻射的強(qiáng)度的各種部件和電路。

在一些實(shí)施例中，第一像素陣列105包括與特定波長范圍對應(yīng)的第一輻射感測區(qū)域106。在一些實(shí)施例中，第一輻射感測區(qū)域106對應(yīng)于近紅外線的波長范圍。即，第一輻射感測區(qū)域106可以檢測近紅外線輻射的強(qiáng)度(亮度)。第一輻射感測區(qū)域106可以是形成在第一襯底102的前側(cè)103中的具有n型和/或p型摻雜劑的摻雜區(qū)域?？梢酝ㄟ^離子注入工藝、擴(kuò)散工藝或其他適用的工藝形成第一輻射感測區(qū)域106。

在一些實(shí)施例中，第一輻射感測區(qū)域106具有的厚度在從大約5μm至大約30μm的范圍內(nèi)。如先前所述，第一輻射感測區(qū)域106可以配置為感測(檢測)近紅外線輻射，并且因此，即使每一個第一輻射感測區(qū)域106都具有相對較大的尺寸，其仍可以實(shí)現(xiàn)期望的分辨率。

如圖1B所示，根據(jù)一些實(shí)施例，在形成第一像素陣列105之后，第一互連結(jié)構(gòu)108形成在第一襯底102的前側(cè)103上方。在一些實(shí)施例中，第一互連結(jié)構(gòu)108具有在從大約1μm至大約5μm的范圍內(nèi)的厚度。

第一互連結(jié)構(gòu)108包括第一介電層110和形成在第一介電層110中的第一導(dǎo)電部件112。設(shè)計(jì)并且布置第一導(dǎo)電部件112以使得穿過第一互連結(jié)構(gòu)108的輻射到達(dá)第一襯底102中的第一輻射感測區(qū)域106(之后將描述具體細(xì)節(jié))。

在一些實(shí)施例中，第一介電層110包括層間(或?qū)娱g)介電(ILD)層和/或金屬間介電(IMD)層。在一些實(shí)施例中，第一介電層110包括由多種介電材料制成的多層，諸如氧化硅、氮化硅、氮氧化硅、磷硅酸鹽玻璃(PSG)、硼磷硅酸鹽玻璃(BPSG)或其他適用的低k介電材料?？梢酝ㄟ^化學(xué)汽相沉積(CVD)、物理汽相沉積(PVD)、原子層沉積(ALD)、旋涂或其他適用的工藝形成第一介電層110。

第一導(dǎo)電部件112可以配置為連接圖像傳感器100a的各種部件或結(jié)構(gòu)。例如，第一導(dǎo)電部件112可以用于互連形成在第一襯底102上的各種器件。第一導(dǎo)電部件112可以是諸如通孔和接觸件的垂直互連件和/或諸如導(dǎo)電線的水平互連件。在一些實(shí)施例中，第一導(dǎo)電部件112由導(dǎo)電材料制成，諸如鋁、鋁合金、銅、銅合金、鈦、氮化鈦、鎢、多晶硅或金屬硅化物。

應(yīng)該注意，圖1B所示的導(dǎo)電部件112僅是為了更好地理解本發(fā)明的構(gòu)思的實(shí)例，并且不旨在限制本發(fā)明的范圍。即，在各個實(shí)施例中，可以以各種方式布置導(dǎo)電部件112。

在一些實(shí)施例中，第一互連結(jié)構(gòu)108還包括在第一互連結(jié)構(gòu)108的頂面處形成在第一介電層110中的第一導(dǎo)電襯墊114。第一導(dǎo)電襯墊114由導(dǎo)電材料制成，諸如鋁、鋁合金、銅、銅合金、鈦、氮化鈦等。還可以以如下方式布置第一導(dǎo)電襯墊114：當(dāng)入射輻射穿過第一互連結(jié)構(gòu)108時，入射輻射不會被第一導(dǎo)電襯墊114阻擋。

如圖1C所示，根據(jù)一些實(shí)施例，接收第二襯底202。在一些實(shí)施例中，第二襯底202是包括硅的半導(dǎo)體襯底?？蛇x地或附加地，第二襯底202包括：另一元素半導(dǎo)體，諸如鍺和/或金剛石；化合物半導(dǎo)體，包括碳化硅、砷化鎵、磷化鎵、磷化銦、砷化銦和/或銻化銦；合金半導(dǎo)體，包括SiGe、GaAsP、AlInAs、AlGaAs、GaInAs、GaInP和/或GaInAsP。取決于圖像傳感器100a的設(shè)計(jì)要求，第二襯底202可以是p型或n型襯底。第二襯底202還可以包括隔離部件(未示出)，諸如淺溝槽隔離(STI)部件和/或硅的局部氧化(LOCOS)部件，以使形成在第二襯底202上的像素(將在下文討論)和/或其他的器件分離。在一些實(shí)施例中，第二襯底202是器件晶圓。如圖1C所示，第二襯底202具有前側(cè)203和背側(cè)204。

根據(jù)一些實(shí)施例，第二像素陣列205形成在第二襯底202的前側(cè)203中。第二像素陣列205可以包括允許其檢測入射輻射的強(qiáng)度的各種部件和電路。

在一些實(shí)施例中，第二像素陣列205包括每一個都與特定波長范圍對應(yīng)的第二輻射感測區(qū)域206R、206G和206B。在一些實(shí)施例中，第二輻射感測區(qū)域206R、206G和206B以及第一輻射感測區(qū)域106被配置為感測(檢測)不同波長的輻射。在一些實(shí)施例中，第二輻射感測區(qū)域206R、206G和206B分別與紅輻射、綠輻射和藍(lán)輻射的波長范圍對應(yīng)。即，第二輻射感測區(qū)域206R、206G和206B可以檢測可見輻射的各自的波長范圍的強(qiáng)度(亮度)。第二輻射感測區(qū)域206R、206G和206B可以是形成在第二襯底202的前側(cè)203中的具有n型和/或p型摻雜劑的摻雜區(qū)域。如先前所述，第二光感測區(qū)域206R、206G和206B配置為檢測可見輻射，并且第一光感測區(qū)域106配置為檢測近IR輻射。因此，根據(jù)一些實(shí)施例，第二光感測區(qū)域206R、206G和206B與第一光感測區(qū)域106中的摻雜劑不同?？梢酝ㄟ^離子注入工藝、擴(kuò)散工藝或其他適用的工藝形成第二輻射感測區(qū)域206R、206G和206B。

在一些實(shí)施例中，第二輻射感測區(qū)域(如，206R、206G和206B)的厚度在從大約2μm至大約3μm的范圍內(nèi)。根據(jù)一些實(shí)施例，由于第二光感測區(qū)域206R、206G和206B配置為檢測可見輻射，并且第一光感測區(qū)域106配置為檢測近IR輻射，所以每一個第二輻射感測區(qū)域的厚度都小于每一個第一輻射感測區(qū)域106的厚度。

第二輻射感測區(qū)域206R、206G和206B的寬度可以基本相等。在一些實(shí)施例中，第二輻射感測區(qū)域(如，206R、206G和206B)具有在從大約2μm至大約4μm的范圍內(nèi)的第二寬度。如先前所述，第二輻射感測區(qū)域206R、206G和206B可以配置為感測(檢測)可見輻射，并且因此每一個第二輻射感測區(qū)域206R、206G和206B都可以具有相對較小的尺寸以實(shí)現(xiàn)期望的分辨率。因此，根據(jù)一些實(shí)施例，第二輻射感測區(qū)域(如，206R、206G和206B)的第二寬度小于第一輻射感測區(qū)域106的第一寬度。在一些實(shí)施例中，一個第一輻射感測區(qū)域的寬度與一個第二輻射感測區(qū)域的寬度的比率在從大約1:1至大約1:4的范圍內(nèi)。

如圖1D所示，根據(jù)一些實(shí)施例，在形成第二像素陣列205之后，第二互連結(jié)構(gòu)208形成在第二襯底202的前側(cè)203上方。第二互連結(jié)構(gòu)208包括第二介電層210和形成在第二介電層210中的第二導(dǎo)電部件212。設(shè)計(jì)并且布置第二導(dǎo)電部件212以使得從第二襯底202的背側(cè)204進(jìn)入并且穿過第二互連結(jié)構(gòu)208的輻射到達(dá)第一襯底102中的第一輻射感測區(qū)域106(之后將描述具體細(xì)節(jié))。

在一些實(shí)施例中，第二介電層210包括層間(或?qū)蛹夐g)介電(ILD)層和/或金屬間介電(IMD)層。在一些實(shí)施例中，第二介電層210包括由多種介電材料制成的多層，諸如氧化硅、氮化硅、氮氧化硅、磷硅酸鹽玻璃(PSG)、硼磷硅酸鹽玻璃(BPSG)或其他適用的低k介電材料?？梢酝ㄟ^化學(xué)汽相沉積(CVD)、物理汽相沉積(PVD)、原子層沉積(ALD)、旋涂或其他適用的工藝形成第二介電層210。在一些實(shí)施例中，第二互連結(jié)構(gòu)208具有在從大約1μm至大約5μm的范圍內(nèi)的厚度。

第二導(dǎo)電部件212可以配置為連接圖像傳感器100a的各種部件或結(jié)構(gòu)。例如，第二導(dǎo)電部件212用于互連形成在第二襯底202上的各種器件。第二導(dǎo)電部件212可以是諸如通孔和/或接觸件的垂直互連件和/或諸如導(dǎo)電線的水平互連件。在一些實(shí)施例中，第二導(dǎo)電部件212由導(dǎo)電材料制成，諸如鋁、鋁合金、銅、銅合金、鈦、氮化鈦、鎢、多晶硅或金屬硅化物。

應(yīng)該注意，圖1B所示的導(dǎo)電部件112僅是為了更好地理解本發(fā)明的構(gòu)思的實(shí)例，并且不旨在限制本發(fā)明的范圍。即，在各個實(shí)施例中，可以以各種方式布置第二導(dǎo)電部件212。

在一些實(shí)施例中，第二互連結(jié)構(gòu)208還包括在第二互連結(jié)構(gòu)208的頂面處形成在第二介電層210中的第二導(dǎo)電襯墊214。第二導(dǎo)電襯墊214由導(dǎo)電材料制成，諸如鋁、鋁合金、銅、銅合金、鈦、氮化鈦等。還可以以如下方式布置第二導(dǎo)電襯墊214：當(dāng)入射輻射穿過第二互連結(jié)構(gòu)208時，入射輻射不會被第二導(dǎo)電襯墊214阻擋。

接下來，如圖1E所示，根據(jù)一些實(shí)施例，將第二互連結(jié)構(gòu)208接合至第一互連結(jié)構(gòu)108。在一些實(shí)施例中，通過混合接合將第一互連結(jié)構(gòu)108與第二互連結(jié)構(gòu)208接合。在一些實(shí)施例中，在第一互連結(jié)構(gòu)108與第二互連結(jié)構(gòu)208接合之前，對準(zhǔn)第一導(dǎo)電襯墊114與第二導(dǎo)電襯墊214，從而使得第一導(dǎo)電襯墊114可以接合至第二導(dǎo)電襯墊214并且第一介電層110可以接合至第二介電層210。在一些實(shí)施例中，通過使用光學(xué)感測方法來實(shí)現(xiàn)第一導(dǎo)電襯墊114與第二導(dǎo)電襯墊214的對準(zhǔn)。

在執(zhí)行對準(zhǔn)之后，第二互連結(jié)構(gòu)208設(shè)置在第一互連結(jié)構(gòu)108上。在一些實(shí)施例中，執(zhí)行退火工藝以將第一互連結(jié)構(gòu)108與第二互連結(jié)構(gòu)208接合。更具體地，執(zhí)行回流工藝，從而回流第一導(dǎo)電襯墊114和第二導(dǎo)電襯墊214以彼此接合。類似地，第一介電層110和第二介電層210還在退火工藝期間彼此接合。

如圖1E所示，混合接合涉及至少兩種類型的接合，包括金屬-金屬接合和非金屬-非金屬接合。更具體地，第一導(dǎo)電襯墊114與第二導(dǎo)電襯墊214通過金屬-金屬接合進(jìn)行接合，并且第一介電層110與第二介電層210通過非金屬-非金屬接合進(jìn)行接合。

如先前所述，如圖1E所示，根據(jù)一些實(shí)施例，第一導(dǎo)電部件112、第一導(dǎo)電襯墊114、第二導(dǎo)電結(jié)構(gòu)212以及第二導(dǎo)電襯墊214以入射輻射不會被其阻擋的方式進(jìn)行設(shè)計(jì)和布置，從而使得入射輻射可以穿過第一互連結(jié)構(gòu)108和第二互連結(jié)構(gòu)208。在一些實(shí)施例中，第一互連結(jié)構(gòu)108的厚度與第二互連結(jié)構(gòu)208的厚度之和在從大約5μm至大約20μm的范圍內(nèi)。

如圖1E所示，根據(jù)一些實(shí)施例，在將第一互連結(jié)構(gòu)108與第二互連結(jié)構(gòu)208接合之后，第一像素陣列105與第二像素陣列205相對(overlap)，并且第一輻射感測區(qū)域106與第二輻射感測區(qū)域206R、206G和206B相對。另外，第一互連結(jié)構(gòu)108和減薄的第二襯底202'處于第二互連結(jié)構(gòu)208的相對側(cè)，并且第二互連結(jié)構(gòu)208與第一襯底102處于第一互連結(jié)構(gòu)108的相對側(cè)。

如圖1F所示，根據(jù)一些實(shí)施例，第一互連結(jié)構(gòu)108與第二互連結(jié)構(gòu)208接合之后，減薄第二襯底202的背側(cè)204至暴露第二輻射感測區(qū)域206R、206G和206B。因此，形成具有背側(cè)204'的減薄的第二襯底202'。如圖1F所示，第二輻射感測區(qū)域206R、206G和206B從第二襯底202'的背側(cè)204'暴露。在一些實(shí)施例中，通過化學(xué)機(jī)械拋光(CMP)工藝來拋光第二襯底202。

在一些實(shí)施例中，減薄的第二襯底202'具有比第一襯底102的第一厚度更小的第二厚度。在一些實(shí)施例中，減薄的第二襯底202'的第二厚度在從大約2μm至大約3μm的范圍內(nèi)。

接下來，如圖1G所示，根據(jù)一些實(shí)施例，抗反射層116形成在減薄的第二襯底202'的背側(cè)104'上方以覆蓋暴露的第二輻射感測區(qū)域206R、206G和206B。在一些實(shí)施例中，抗反射層116由碳氮化硅、氧化硅等制成。

如圖1G所示，根據(jù)一些實(shí)施例，在形成抗反射層116之后，鈍化層118形成在抗反射層116上方。在一些實(shí)施例中，鈍化層118由氮化硅或氮氧化硅制成。

如圖1G所示，根據(jù)一些實(shí)施例，在形成鈍化層112之后，濾色器層120形成在鈍化層118上方，并且微透鏡層122設(shè)置在濾色器層120上方。濾色器層120可以包括多個濾色器。在一些實(shí)施例中，濾色器層120包括濾色器120R、120G和120B。在一些實(shí)施例中，每一個濾色器120R、120G和120B都與其各自對應(yīng)的第二輻射感測區(qū)域206R、206G和206B對準(zhǔn)。另外，諸如近紅外線輻射的紅外線未被濾色器120R、120G和120B濾除。

在一些實(shí)施例中，濾色器120R、120G和120B由用于濾除特定頻率帶的染料型(或顏料型)聚合物制成。在一些實(shí)施例中，濾色器120R、120G和120B由樹脂或具有彩色色素的其他有機(jī)基質(zhì)材料制成。

在一些實(shí)施例中，設(shè)置在濾色器層120上的微透鏡層122包括微透鏡122R、122G和122B。如圖1G所示，每一個微透鏡122R、122G和122B都與對應(yīng)的濾色器120R、120G和120B中的一個對準(zhǔn)，并且因此與對應(yīng)的第二輻射感測區(qū)域206R、206G和206B中的一個對準(zhǔn)。然而，應(yīng)該注意，在各種應(yīng)用中，可以將微透鏡122R、122G和122B布置在各種位置中。另外，取決于微透鏡122R、122G和122B的材料和/或微透鏡122R、122G和122B與第二輻射感測區(qū)域206R、206G和206B之間的距離，微透鏡122R、122G和122B可以具有各種形狀和尺寸。

如圖1G所示，圖像傳感器100a可以與背照式(BSI)圖像傳感器和前照式(FSI)圖像傳感器的結(jié)構(gòu)的組合類似。更具體地，以減薄的第二襯底202'的前側(cè)203面向第一襯底102的前側(cè)103的方式將第二互連結(jié)構(gòu)208接合至第一互連結(jié)構(gòu)108。另外，濾色器層120和微透鏡層122形成在減薄的第二襯底202'的背側(cè)204'上方。即，濾色器層120和微透鏡層122形成在第一襯底102的前側(cè)103上方。此外，第一輻射感測區(qū)域106配置為感測近紅外線輻射，并且第二輻射感測區(qū)域206R、206G和206B配置為感測可見輻射(光)。

在一些實(shí)施例中，如圖1G所示，根據(jù)一些實(shí)施例，設(shè)計(jì)圖像傳感器100a以接收從減薄的第二襯底202'的背側(cè)204'進(jìn)入的入射輻射124(如，輻射)。首先，微透鏡層122將入射輻射124引導(dǎo)至濾色器層120。

接下來，入射輻射124穿過濾色器層120至第二像素陣列205中的第二輻射感測區(qū)域206R、206G和206B。第二輻射感測區(qū)域206R、206G和206B檢測并且分析可見光波長的入射輻射124。之后，入射輻射124還穿過第二互連結(jié)構(gòu)208和第一互連結(jié)構(gòu)108以到達(dá)第一像素陣列105中的第一輻射感測區(qū)域106。第一輻射感測區(qū)域106檢測并且分析近紅外線波長的入射輻射124。應(yīng)該注意，由于沒有形成紅外線濾光鏡層，所以近紅外線將不會被濾除，并且可以被第一襯底102中的第一輻射感測區(qū)域106檢測。在一些實(shí)施例中，組合并且分析從第一輻射感測區(qū)域106以及從第二輻射感測區(qū)域206R、206G和206B引導(dǎo)的信號以避免由于第二輻射感測區(qū)域206R、206G和206B的紅外線輻射感測而引起的誤計(jì)算。

應(yīng)該注意，圖1A至圖1G所示的第一輻射感測區(qū)域106以及第二輻射感測區(qū)域206R、206G和206B的數(shù)量僅是實(shí)例。例如，每一個第一輻射感測區(qū)域都可以與九個第二輻射感測區(qū)域相對。在一些其他的實(shí)例中，每一個第一輻射感測區(qū)域都可以與六個第二輻射感測區(qū)域相對。

圖2A至圖2C是根據(jù)一些實(shí)施例的形成圖像傳感器100B的各個階段的截面示圖。圖像傳感器100B類似于圖像傳感器100a，但是圖像傳感器100b的第一互連結(jié)構(gòu)與第二互連結(jié)構(gòu)通過氧化物貫通孔連接。用于形成圖像傳感器100b的一些材料和方法可以與先前所描述的用于形成圖像傳感器100a的材料和方法類似，并且本文不在重復(fù)。

與圖1A至圖1F所示類似，根據(jù)一些實(shí)施例，第一像素陣列105形成在第一襯底102的前側(cè)103中。第一像素陣列105包括與特定波長范圍對應(yīng)的第一輻射感測區(qū)域106，諸如近紅外線的波長范圍。根據(jù)一些實(shí)施例，在形成第一像素陣列105之后，第一互連結(jié)構(gòu)108形成在第一襯底102的前側(cè)103上方。第一互連結(jié)構(gòu)108包括第一介電層110和形成在第一介電層110中的第一導(dǎo)電部件112。以如下方式布置第一導(dǎo)電部件112：輻射可以穿過第一互連結(jié)構(gòu)108以到達(dá)第一輻射感測區(qū)域106而不被第一導(dǎo)電部件112阻擋。

類似地，根據(jù)一些實(shí)施例，第二像素陣列205形成在第二襯底(與第二襯底202類似)的前側(cè)中。第二像素陣列205包括每一個都與特定波長范圍對應(yīng)的第二輻射感測區(qū)域206R、206G和206B。在一些實(shí)施例中，第二輻射感測區(qū)域206R、206G和206B分別與紅輻射、綠輻射和藍(lán)輻射的波長范圍對應(yīng)。根據(jù)一些實(shí)施例，在形成第二像素陣列205之后，第二互連結(jié)構(gòu)208形成在第二襯底的前側(cè)上方。第二互連結(jié)構(gòu)208包括第二介電層210和形成在第二介電層210中的第二導(dǎo)電部件212。

接下來，根據(jù)一些實(shí)施例，將第二互連結(jié)構(gòu)208接合至第一互連結(jié)構(gòu)108。在一些實(shí)施例中，通過熱處理將第一互連結(jié)構(gòu)108與第二互連結(jié)構(gòu)208接合。在一些實(shí)施例中，通過粘合層將第一互連結(jié)構(gòu)108與第二互連結(jié)構(gòu)208接合。

如圖2A所示，根據(jù)一些實(shí)施例，第一互連結(jié)構(gòu)108接合至第二互連結(jié)構(gòu)208之后，減薄第二襯底的背側(cè)至暴露第二輻射感測區(qū)域206R、206G和206B。因此，形成具有背側(cè)204'和前側(cè)203的減薄的第二襯底202'。如圖2A所示，第二輻射感測區(qū)域206R、206G和206B從第二襯底202'的背側(cè)204'暴露。

接下來，如圖2A所示，根據(jù)一些實(shí)施例，溝槽126形成在減薄的襯底202'中。如圖2A所示，溝槽126形成在未與第二像素陣列205相對的位置中。如圖2A所示，根據(jù)一些實(shí)施例，在形成溝槽126之后，抗反射層116共形形成在減薄的第二襯底202'的背側(cè)104'上方以覆蓋暴露的第二輻射感測區(qū)域206R、206G和206B。另外，抗反射層116還形成在溝槽126的側(cè)壁和底面上并且可以被視為用于隨后的工藝中形成的氧化物貫通孔的絕緣層。

如圖2B所示，根據(jù)一些實(shí)施例，在形成抗反射層116之后，穿過第二互連結(jié)構(gòu)208形成溝槽128并且延伸進(jìn)第一互連結(jié)構(gòu)108的一部分中。接下來，如圖2C所示，根據(jù)一些實(shí)施例，氧化物貫通孔(TOV)130形成在溝槽126和溝槽128中。

如圖2C所示，氧化物貫通孔130可以與一個或多個第二導(dǎo)電部件212和第一導(dǎo)電部件112直接接觸，并且因此，第一互連結(jié)構(gòu)108和第二互連結(jié)構(gòu)208可以電連接。

之后，如圖2C所示，根據(jù)一些實(shí)施例，鈍化層118形成在抗反射層116上方，并且形成濾色器層120和微透鏡層122。濾色器層120包括濾色器120R、120G和120B。在一些實(shí)施例中，每一個濾色器120R、120G和120B都與其各自對應(yīng)的第二輻射感測區(qū)域206R、206G和206B對準(zhǔn)。在一些實(shí)施例中，設(shè)置在濾色器層120上的微透鏡層122包括微透鏡122R、122G和122B。如圖1G所示，每一個微透鏡122R、122G和122B都與對應(yīng)的濾色器120R、120G和120B中的一個對準(zhǔn)，并且因此與對應(yīng)的第二輻射感測區(qū)域206R、206G和206B中的一個對準(zhǔn)。如圖2C所示，根據(jù)一些實(shí)施例，類似于圖像傳感器100a，圖像傳感器100b可以設(shè)計(jì)為接收從減薄的第二襯底202'的背側(cè)204'進(jìn)入的入射輻射124。首先，微透鏡層122將入射輻射124引導(dǎo)至濾色器層120。接下來，入射輻射124穿過濾色器層114至第二輻射感測區(qū)域206R、206G和206B。第二輻射感測區(qū)域206R、206G和206B檢測并且分析可見光波長的入射輻射124。另外，入射輻射124還穿過第二互連結(jié)構(gòu)208和第一互連結(jié)構(gòu)108以到達(dá)第一輻射感測區(qū)域106。第一輻射感測區(qū)域106檢測并且分析近紅外線波長的入射輻射124。

如先前所述，圖像傳感器100a和100b可以與背照式(BSI)圖像傳感器和前照式(FSI)圖像傳感器的結(jié)構(gòu)的組合類似。更具體地，第一襯底102和第二襯底202通過第一互連結(jié)構(gòu)108和第二互連結(jié)構(gòu)208接合。另外，減薄第二襯底202的背側(cè)204，并且濾色器層120和微透鏡層122形成在減薄的第二襯底202'的背側(cè)204'上方。

此外，布置第一導(dǎo)電部件112和第二導(dǎo)電部件212以使得入射輻射穿過第一互連結(jié)構(gòu)108和第二互連結(jié)構(gòu)208。因此，輻射可以穿過微透鏡層122、濾色器層120、第二輻射感測區(qū)域206R、206G和206B、第二互連結(jié)構(gòu)208以及第一互連結(jié)構(gòu)108并且到達(dá)第一襯底102中的第一輻射感測區(qū)域106。

第一輻射感測區(qū)域106形成在第一襯底102中以檢測近紅外線輻射，并且第二輻射感測區(qū)域206R、206G和206B形成在第二襯底202中以感測可見輻射。即，用于感測可見輻射和近紅外線輻射的輻射感測區(qū)域位于不同的襯底處。因此，在不損壞彼此的形成的情況下，可以分別設(shè)計(jì)并且形成第一輻射感測區(qū)域106以及第二輻射感測區(qū)域206R、206G和206B。

另外，如果用于感測可見輻射和近紅外線輻射的輻射感測區(qū)域形成在相同的襯底中，諸如BSI圖像傳感器中的襯底(類似于減薄的第二襯底202')，那么由于近紅外線輻射的檢測需要更大的襯底厚度，所以用于檢測近紅外線輻射的量子效率較差。此外，需要用于檢測近紅外線輻射的感測區(qū)域相對較大，并且如果他們形成在相同的襯底中，那么用于檢測可見輻射的感測區(qū)域也可以具有相對較大的尺寸。然而，如果用于檢測可見輻射的感測區(qū)域太大，那么其分辨率太低。

因此，在一些實(shí)施例中，第一輻射感測區(qū)域106以及第二輻射感測區(qū)域206R、206G和206B分別形成在第一襯底102和第二襯底202上。另外，一個第一輻射感測區(qū)域106的尺寸大于一個第二輻射感測區(qū)域206R、206G或206B的尺寸。因此，可以提高圖像傳感器100a和100b的分辨率。

此外，由于第一輻射感測區(qū)域106以及第二輻射感測區(qū)域206R、206G和206B形成在不同的襯底中，所以可以根據(jù)需要調(diào)整第一輻射感測區(qū)域106以及第二輻射感測區(qū)域206R、206G和206B的厚度。例如，一個第一輻射感測區(qū)域106的厚度比一個第二輻射感測區(qū)域206R、206G或206B的厚度厚。因此，可以提高量子效率。由于提高了量子效率，所以還可以提高信噪比率，并且可以要求更低的功率。

另外，盡管第一輻射感測區(qū)域106以及第二輻射感測區(qū)域206R、206G和206B形成在不同的襯底上，但是將它們組合為單個結(jié)構(gòu)。即，配置為檢測近紅外線輻射的第一輻射感測區(qū)域106和配置為檢測可見輻射的第二輻射感測區(qū)域206R、206G和206B形成在相同的封裝件中。因此，與分別在兩個分離的封裝件中形成用于檢測近紅外線和可見輻射的輻射感測區(qū)域相比，先前所描述的圖像傳感器100a和100b可以更小并且他們的形成不復(fù)雜。因此，降低了制造圖像傳感器100a和100b的成本。

提供了圖像傳感器結(jié)構(gòu)及其制造方法的實(shí)施例。圖像傳感器結(jié)構(gòu)包括形成在第一襯底中的第一輻射感測區(qū)域和形成在第二襯底中的第二輻射感測區(qū)域。第一互連結(jié)構(gòu)形成在第一襯底上方，并且第二互連結(jié)構(gòu)形成在第二結(jié)構(gòu)中。將第一互連結(jié)構(gòu)接合至第二互連結(jié)構(gòu)。另外，入射輻射從第二襯底進(jìn)入圖像傳感器并且到達(dá)第一輻射感測區(qū)域和第二輻射感測區(qū)域。第一輻射感測區(qū)域和第二輻射感測區(qū)域配置為感測不同波長的輻射。由于他們未形成在相同的襯底中，所以可以分別調(diào)整它們的尺寸和厚度，并且因此可以提高圖像傳感器的分辨率。

在一些實(shí)施例中，提供了一種圖像傳感器結(jié)構(gòu)。圖像傳感器結(jié)構(gòu)包括：第一襯底，包括第一輻射感測區(qū)域和形成在第一襯底的前側(cè)上方的第一互連結(jié)構(gòu)。圖像傳感器結(jié)構(gòu)還包括：第二襯底，包括第二輻射感測區(qū)域和形成在第二襯底的前側(cè)上方的第二互連結(jié)構(gòu)。另外，將第一互連結(jié)構(gòu)與第二互連結(jié)構(gòu)接合。

在一些實(shí)施例中，提供了一種圖像傳感器結(jié)構(gòu)。圖像傳感器結(jié)構(gòu)包括：第一襯底，包括第一襯底的前側(cè)處的第一輻射感測區(qū)域和形成在第一襯底的前側(cè)上方的第一互連結(jié)構(gòu)。圖像傳感器結(jié)構(gòu)還包括：第二襯底，包括第二襯底的前側(cè)處的第二輻射感測區(qū)域和形成在第二襯底的前側(cè)上方的第二互連結(jié)構(gòu)。圖像傳感器結(jié)構(gòu)還包括形成在第二襯底的背側(cè)上方的濾色器層。另外，將第一互連結(jié)構(gòu)接合至第二互連結(jié)構(gòu)。

在一些實(shí)施例中，提供了一種用于制造圖像傳感器結(jié)構(gòu)的方法。用于制造圖像傳感器結(jié)構(gòu)的方法包括：在第一襯底的前側(cè)中形成第一輻射感測區(qū)域，并且在第一襯底的前側(cè)上方形成第一互連結(jié)構(gòu)。用于制造圖像傳感器結(jié)構(gòu)的方法還包括：在第二襯底的前側(cè)中形成第二輻射感測區(qū)域，并且在第二襯底的前側(cè)上方形成第二互連結(jié)構(gòu)。用于制造圖像傳感器結(jié)構(gòu)的方法還包括：將第一互連結(jié)構(gòu)接合至第二互連結(jié)構(gòu)。

本發(fā)明的實(shí)施例提供了一種圖像傳感器結(jié)構(gòu)，包括：第一襯底，包括第一輻射感測區(qū)域；第一互連結(jié)構(gòu)，形成在所述第一襯底的前側(cè)上方；第二襯底，包括第二輻射感測區(qū)域；以及第二互連結(jié)構(gòu)，形成在所述第二襯底的前側(cè)上方，其中，所述第一互連結(jié)構(gòu)與所述第二互連結(jié)構(gòu)接合。

根據(jù)本發(fā)明的一個實(shí)施例，圖像傳感器結(jié)構(gòu)還包括：濾色器層，形成在所述第二襯底的背側(cè)上方。

根據(jù)本發(fā)明的一個實(shí)施例，其中，所述第二互連結(jié)構(gòu)包括第二導(dǎo)電部件，所述第二導(dǎo)電部件被設(shè)計(jì)為使從所述第二襯底進(jìn)入的輻射穿過所述第二互連結(jié)構(gòu)。

根據(jù)本發(fā)明的一個實(shí)施例，其中，所述第一輻射感測區(qū)域具有第一寬度，并且所述第二輻射感測區(qū)域具有比所述第一寬度小的第二寬度。

根據(jù)本發(fā)明的一個實(shí)施例，其中，所述第一襯底具有第一厚度，并且所述第二襯底具有比所述第一厚度小的第二厚度。

根據(jù)本發(fā)明的一個實(shí)施例，其中，所述第一輻射感測區(qū)域配置為感測近紅外線輻射，并且所述第二輻射感測區(qū)域配置為感測可見輻射。

本發(fā)明的實(shí)施例還提供了一種圖像傳感器結(jié)構(gòu)，包括：第一襯底，包括位于所述第一襯底的前側(cè)處的第一輻射感測區(qū)域；第一互連結(jié)構(gòu)，形成在所述第一襯底的前側(cè)上方；第二襯底，包括位于所述第二襯底的前側(cè)處的第二輻射感測區(qū)域；第二互連結(jié)構(gòu)，形成在所述第二襯底的前側(cè)上方；以及濾色器層，形成在所述第二襯底的背側(cè)上方，其中，所述第一互連結(jié)構(gòu)接合至所述第二互連結(jié)構(gòu)。

根據(jù)本發(fā)明的一個實(shí)施例，其中，所述第二互連結(jié)構(gòu)包括第二導(dǎo)電部件，并且所述第二導(dǎo)電部件被布置為使從所述第二襯底的背側(cè)入射的輻射穿過所述第二互連結(jié)構(gòu)。

根據(jù)本發(fā)明的一個實(shí)施例，圖像傳感器結(jié)構(gòu)還包括：微透鏡層，形成在所述濾色器層上方。

根據(jù)本發(fā)明的一個實(shí)施例，其中，所述第一輻射感測區(qū)域與所述第二輻射感測區(qū)域相對。

根據(jù)本發(fā)明的一個實(shí)施例，其中，所述第一輻射感測區(qū)域配置為感測近紅外線輻射，并且所述第二輻射感測區(qū)域配置為感測可見輻射。

根據(jù)本發(fā)明的一個實(shí)施例，其中，所述第一輻射感測區(qū)域配置為感測從所述第二襯底的背側(cè)進(jìn)入的輻射。

本發(fā)明的實(shí)施例還提供了一種用于制造圖像傳感器結(jié)構(gòu)的方法，包括：在第一襯底的前側(cè)中形成第一輻射感測區(qū)域；在所述第一襯底的前側(cè)上方形成第一互連結(jié)構(gòu)；在第二襯底的前側(cè)中形成第二輻射感測區(qū)域；在所述第二襯底的前側(cè)上方形成第二互連結(jié)構(gòu)；以及將所述第一互連結(jié)構(gòu)接合至所述第二互連結(jié)構(gòu)。

根據(jù)本發(fā)明的一個實(shí)施例，方法還包括：在將所述第一互連結(jié)構(gòu)與所述第二互連結(jié)構(gòu)接合之后，拋光所述第二襯底的背側(cè)。

根據(jù)本發(fā)明的一個實(shí)施例，方法還包括：在所述第二襯底的背側(cè)上方形成濾色器層。

根據(jù)本發(fā)明的一個實(shí)施例，其中，所述第一襯底中的第一輻射感測區(qū)域與所述第二襯底中的第二輻射感測區(qū)域相對。

根據(jù)本發(fā)明的一個實(shí)施例，其中，將所述第一互連結(jié)構(gòu)與所述第二互連結(jié)構(gòu)接合包括：將所述第一互連結(jié)構(gòu)中的第一導(dǎo)電襯墊與所述第二互連結(jié)構(gòu)中的第二導(dǎo)電襯墊接合。

根據(jù)本發(fā)明的一個實(shí)施例，其中，通過執(zhí)行回流工藝將所述第一導(dǎo)電襯墊與所述第二導(dǎo)電襯墊接合。

根據(jù)本發(fā)明的一個實(shí)施例，其中，所述第一輻射感測區(qū)域配置為感測近紅外線輻射，并且所述第二輻射感測區(qū)域配置為感測可見輻射。

根據(jù)本發(fā)明的一個實(shí)施例，其中，所述第一襯底具有第一厚度，并且所述第二襯底具有比所述第一厚度小的第二厚度。

上面論述了若干實(shí)施例的部件，使得本領(lǐng)域普通技術(shù)人員可以更好地理解本發(fā)明的各個方面。本領(lǐng)域普通技術(shù)人員應(yīng)該理解，可以很容易地使用本發(fā)明作為基礎(chǔ)來設(shè)計(jì)或更改其他用于達(dá)到與這里所介紹實(shí)施例相同的目的和/或?qū)崿F(xiàn)相同優(yōu)點(diǎn)的處理和結(jié)構(gòu)。本領(lǐng)域普通技術(shù)人員也應(yīng)該意識到，這種等效構(gòu)造并不背離本發(fā)明的精神和范圍，并且在不背離本發(fā)明的精神和范圍的情況下，可以進(jìn)行多種變化、替換以及改變。