具有氧化物穿孔连接的成像系统的制作方法
【专利说明】具有氧化物穿孔连接的成像系统
[0001]本申请要求2014年2月27日提交的美国专利申请N0.14/191，965的优先权。
技术领域
[0002]本申请一般地涉及成像系统，并且更具体地，涉及在第一和第二集成电路管芯中具有氧化物穿孔的成像系统。
【背景技术】
[0003]现代电子设备诸如蜂窝电话、照相机和计算机通常使用数字图像传感器。成像系统(即，图像传感器)通常包括图像感测像素的二维阵列。每一个像素一般包括光传感器，诸如接收入射光子(光)并且将光子转换为电信号的光电二极管。成像系统包含具有图像传感器集成电路和光电二极管阵列的图像传感器管芯。图像传感器管芯被附接到具有数字信号处理集成电路的数字信号处理管芯。
[0004]图像传感器管芯上的焊盘可以使用通孔耦连到图像传感器集成电路和数字信号处理集成电路。然而，用于形成集成电路内的金属路由选择通路之间的通孔连接的时间、空间、效率和成本的量是有限的。在常规的成像系统中，形成将图像传感器管芯连接到焊盘的硅穿孔，并且形成从焊盘到数字信号处理管芯的连接会限制用于形成这些连接的时间、空间、效率和成本的量。
[0005]因此希望提供形成成像系统中的通孔连接的改进方法。
【附图说明】
[0006]图1是根据本发明的实施例，可以包括具有图像传感器的照相机模块的说明性成像系统的图。
[0007]图2是根据本发明的实施例，具有氧化物穿孔的图像传感器封装的截面侧视图。
[0008]图3是根据本发明的实施例，形成具有氧化物穿孔的说明性成像系统可能涉及的说明性步骤的流程图。
[0009]图4A和4B是根据本发明的实施例，具有氧化物穿孔的图像传感器封装的截面侧视图。
[0010]图5A和5B是根据本发明的实施例，具有氧化物穿孔的焊盘的俯视图。
[0011]图6是根据本发明的实施例，采用图2-5的实施例的系统的框图。
【具体实施方式】
[0012]电子设备(诸如数字照相机、计算机、蜂窝电话以及其它电子设备)包括收集进入的图像光以便捕捉图像的图像传感器。图像传感器可以包括图像像素的阵列。图像传感器内的像素可以包括光电元件，诸如将进入的图像光转换为图像信号的光电二极管。图像传感器可以具有任意数目的像素(例如，数百或者数千或更多)。典型的图像传感器可以，例如，具有几十万或几百万像素(例如，兆像素)。图像传感器可以包括控制电路，诸如用于操作图像像素的电路和用于读出对应于光电元件所产生的电荷的图像信号的读出电路。
[0013]图1是使用图像传感器捕捉图像的说明性电子设备的图。图1的电子设备10可以是便携电子设备，诸如照相机、蜂窝电话、摄像机或者捕捉数字图像数据的其它成像设备。照相机模块12可被用于将进入光转换为数字图像数据。照相机模块12可以包括一个或多个镜头14和一个或多个对应图像传感器16。在图像捕捉操作过程中，来自场景的光被以镜头14聚焦在图像传感器16上。图像传感器16给处理电路18提供对应的数字图像数据。图像传感器16可以，例如，是后部照明图像传感器。如果希望，照相机模块12可以提供有镜头14的阵列和对应的图像传感器16的阵列。图像传感器16可以包括图像传感器像素的阵列，诸如图像传感器像素15的阵列和对应的滤色器元件的阵列。
[0014]处理电路18可以包括一个或多个集成电路(例如，图像处理电路，微处理器，存储设备，诸如随机存取存储器和非易失存储器等等)并且可以被使用与照相机模块12分离和/或形成照相机模块12的一部分的组件实现(例如，形成包括图像传感器16的集成电路或者与图像传感器16相关联的模块12内的集成电路的一部分的电路)。由照相机模块12捕捉的图像数据可被使用处理电路18处理和存储。如果希望，处理后的图像数据可以被使用耦连到处理电路18的有线和/或无线通信路径提供到外部设备(例如，计算机或者其它设备)。
[0015]图2是图像传感器封装(诸如图像传感器封装20)的截面侧视图。图像传感器封装20可以具有图像传感器集成电路管芯，诸如图像传感器集成电路管芯22 (也被称为图像传感器管芯22)和数字信号处理(DSP)集成电路管芯24 (也被称为DSP管芯24)。图像传感器管芯22可以包含用于硅衬底(诸如硅衬底26)内的图像传感器像素15的阵列的集成电路(例如见图1)。硅衬底26可以具有隔离图像传感器管芯内相邻晶体管之间的电流流动的浅沟槽隔离(STI)结构，诸如STI结构28。STI结构28可以由氧化物材料形成。
[0016]可以在硅衬底26上沉积缓冲层诸如缓冲层30。缓冲层30可以由缓冲材料(诸如氧化物)的多个层形成。图像传感器管芯22可以具有互连层，诸如互连层32。DSP管芯24也可以具有互连层，诸如互连层34。图像传感器管芯22可以被接合或者附接到DSP管芯24，从而互连层32和34彼此面对。互连层32可以形成图像传感器管芯22的正面，并且互连层32可以形成DSP管芯24的正面。图像传感器封装20可以形成后部照明成像系统的一部分，其中从图像传感器管芯22的后部方向接收光(例如，从具有缓冲层30的一侧)。图2中的布置仅仅是示例性的；图像传感器封装20还可以形成前部照明系统的一部分。图像传感器管芯22和DSP管芯24可以被以任意适合的方法附接，以便形成成像系统。
[0017]互连层32可以具有金属互连(例如，金属路由选择通路)，诸如金属互连36。互连层34可以具有金属互连，诸如金属互连38。互连层32和34可以由多个材料层形成，并且包含多个金属互连层。可以在硅衬底26上的钝化层上形成焊盘，诸如焊盘40。焊盘40可以由铝形成。硅衬底26的表面上可能有多于一个焊盘(诸如焊盘40)。焊盘40可以具有具有四边的矩形或者正方形形状的表面。焊盘40可以具有小于常规硅穿孔配置中所使用的焊盘的面积。例如，焊盘40可以具有70-110微米范围内的长度和70-110微米范围内的宽度，或者用于焊盘的任意其它适合的尺寸。
[0018]可以在图像传感器管芯22和数字信号处理管芯24内形成通孔(诸如氧化物穿孔42)，以便将焊盘40电连接到管芯内的集成电路(例如，图像传感器集成电路和DSP集成电路)。氧化物穿孔42可以由诸如铜的导电材料和任意其它适合的导电材料形成。氧化物穿孔42可被以通孔衬垫(诸如通孔衬垫44)围绕，并且可以穿过STI结构28。通孔衬垫44可由钽或者任意其它适合的导电材料形成。通孔衬垫44可以由钝化层(诸如钝化层45)围绕。钝化层45可以由氧化物材料形成。氧化物穿孔42可以具有连接到焊盘40的一端和延伸通过图像传感器管芯22进入DSP管芯24的另一端。氧化物穿孔42可以将焊盘40连接到金属互连36和38，同时将金属互连36和38彼此连接。
[0019]以这种方式，焊盘连接和管芯间连接(例如第一和第二管芯内的金属互连(诸如金属互连36和38)之间的连接)可以使用单个结构和处理形成(例如氧化物穿孔)，而不是用于焊盘连接和管芯间连接的分别处理和结构。使用氧化物穿孔42而不是常规硅穿孔方法的焊盘40和第一和第二管芯内的电路之间的电连接会导致减小焊盘40的焊盘面积和在处理过程中使用的掩模层的数目，这改进了制造图像传感器封装的空间和成本的量。会希望形成焊盘连接和管芯间连接的单个蚀刻处理，因为其改进了工艺集成(例如，减少了开发周期时间)、最小化构形(例如，改进到达图像传感器内的光电二极管的光的产生量)、并且降低了处理的成本。
[0020]图3是形成具有氧化物穿孔的说明性成像系统(诸如图2所示的图像传感器封装)可能涉及的说明性步骤的流程图。
[0021]在步骤46，第一管芯(诸如图像传感器管芯22)和第二管芯(诸如DSP管芯24)可被彼此附接，并且图像传感器管芯22可以研磨或者抛光到希望的厚度。图像传感器管芯22可被接合或者附接到DSP管芯24，从而使得它们前侧的互连层(诸如互连层32和互连层34)彼此相对。图像传感器管芯22可以包括硅衬底，诸如硅衬底26，其具有用于硅衬底26内的光电二极管阵列的图像传感器集成电路。硅衬底诸如硅衬底26可被研磨并且变薄到所希望的厚度，对于后部照亮图像传感器，该厚度的范围可以为从2到3微米。
[0022]在步骤48，可以在第一管芯(诸如图像传感器管芯22)上沉积缓冲层(诸如缓冲层30)。该缓冲层可由氧化物材料形成，并且可由多个材料层形成。