一种背照式图像传感器晶圆、芯片及其制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及集成电路制造技术领域，特别涉及一种背照式图像传感器晶圆、芯片及其制造方法。
【背景技术】
[0002]图像传感器芯片是摄像设备的核心部件，其通过将光信号转换成电信号来实现图像拍摄功能。图像传感器芯片由图像传感器晶圆制得，一块图像传感器晶圆能够得到成百上千个图像传感器芯片。
[0003]目前，主流的图像传感器芯片采用红、绿、蓝滤光片，在各自的像素里分别对红、绿、蓝光进行光电反应和信号采集，然后进行信号运算和处理，将其合成彩色的图像。但是在暗光条件下，传统图像传感器的性能会大大降低。
[0004]为了增强背照式图像传感器芯片的感光性能，市场上主流生产厂家一般采用增大像素面积、增加像素区阱容、以及采用红、绿、蓝、白滤光片。然而这些方案在强光条件下比较有效，但是在暗光条件下起不到很好的作用。
[0005]因此，如何使得图像传感器芯片在暗光条件下具有较好的感光性能成了本领域技术人员亟待解决的难题。
【发明内容】
[0006]本发明的目的在于提供一种背照式图像传感器晶圆、芯片及其制造方法，以解决现有的图像传感器芯片在暗光条件下，图像采集性能较差的问题。
[0007]为解决上述技术问题，本发明提供一种背照式图像传感器晶圆，所述背照式图像传感器晶圆包括:
[0008]载体晶圆；
[0009]第一器件晶圆，所述第一器件晶圆设置于所述载体晶圆上方，且用于采集近红外光;
[0010]第二器件晶圆，所述第二器件晶圆设置于所述第一器件晶圆上方，且用于采集可见光。
[0011]可选的，在所述的背照式图像传感器晶圆中，所述第一器件晶圆包括第一器件晶圆基底和第一器件晶圆介质层；
[0012]所述第二器件晶圆包括第二器件晶圆基底和第二器件晶圆介质层；
[0013]其中，所述第一器件晶圆介质层与所述载体晶圆通过第一粘合层进行贴合；所述第二器件晶圆介质层与所述第一器件晶圆基底通过第二粘合层进行贴合。
[0014]可选的，在所述的背照式图像传感器晶圆中，所述第一器件晶圆中的芯片单元包括第一像素区和第一逻辑区，其中，所述第一像素区的第一器件晶圆介质层中形成有第一传输栅、第一金属布线及第一转换器件；所述第一逻辑区的第一器件晶圆介质层中形成有第一逻辑栅及第一金属连接；
[0015]所述第二器件晶圆中的芯片单元包括第二像素区和第二逻辑区，其中，所述第二像素区的第二器件晶圆介质层中形成有第二传输栅、第二金属布线及第二转换器件；所述第二逻辑区的第二器件晶圆介质层中形成有第二逻辑栅及第二金属连接。
[0016]可选的，在所述的背照式图像传感器晶圆中，所述第一器件晶圆基底的厚度为5 μ m?20 μ m，所述第二器件晶圆基底的厚度为2 μ m?5 μ m。
[0017]可选的，在所述的背照式图像传感器晶圆中，所述第二金属连接与所述第一金属连接相连。
[0018]本发明还提供一种背照式图像传感器芯片，所述背照式图像传感器芯片由上述背照式图像传感器晶圆制得。
[0019]本发明还提供一种背照式图像传感器晶圆的制造方法，所述背照式图像传感器晶圆的制造方法包括:
[0020]提供载体晶圆；
[0021]在所述载体晶圆上方形成第一器件晶圆，所述第一器件晶圆用于采集近红外光；
[0022]在所述第一器件晶圆上方形成第二器件晶圆，所述第二器件晶圆用于采集可见光。
[0023]可选的，在所述的背照式图像传感器晶圆的制造方法中，所述第一器件晶圆包括第一器件晶圆基底和第一器件晶圆介质层；所述第二器件晶圆包括第二器件晶圆基底和第二器件晶圆介质层；
[0024]在所述载体晶圆的表面形成第一粘合层，所述第一器件晶圆介质层与所述载体晶圆通过第一粘合层进行贴合；
[0025]在所述第一器件晶圆基底的表面形成第二粘合层，所述第二器件晶圆介质层与所述第一器件晶圆基底通过第二粘合层进行贴合。
[0026]可选的，在所述的背照式图像传感器晶圆的制造方法中，所述第一器件晶圆基底的厚度为5 μ m?20 μ m，所述第二器件晶圆基底的厚度为2 μ m?5 μ m。
[0027]可选的，在所述的背照式图像传感器晶圆的制造方法中，对所述第二器件晶圆基底执行晶背减薄、深硅穿孔、金属沉积、以及金属连接线填充工艺，使所述第一器件晶圆中的第一金属连接与所述第二器件晶圆中的第二金属连接相连。
[0028]本发明还提供一种背照式图像传感器芯片的制造方法，所述背照式图像传感器芯片的制造方法包括:在执行了上述背照式图像传感器晶圆的制造方法得到背照式图像传感器晶圆之后，对所述背照式图像传感器晶圆执行切割工艺，得到背照式图像传感器芯片。
[0029]在本发明提供的背照式图像传感器晶圆、芯片及其制造方法中，所述背照式图像传感器晶圆包括第一器件晶圆和第二器件晶圆，所述第一器件晶圆用以采集近红外光，所述第二器件晶圆用以采集可见光，由此即使在暗光条件下，也能获得较佳的图像采集性能。
【附图说明】
[0030]图1是硅材料吸收系数曲线图；
[0031]图2是本发明实施例的背照式图像传感器晶圆的结构示意图；
[0032]图3是本发明实施例的背照式图像传感器晶圆采集可见光和波长在700nm?900nm的近红外光的示意图；
[0033]图4是本发明实施例的背照式图像传感器晶圆的制造过程中所形成的器件结构图；
[0034]图5是本发明实施例的第二器件晶圆原件结构示意图；
[0035]图6是本发明实施例的背照式图像传感器晶圆的制造过程中所形成的器件结构图；
[0036]图7是本发明实施例的背照式图像传感器晶圆的制造过程中所形成的器件结构图。
【具体实施方式】
[0037]以下结合附图和具体实施例对本发明提出的背照式图像传感器晶圆、芯片及其制造方法作进一步详细说明。根据下面说明和权利要求书，本发明的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。
[0038]本发明的核心思想在于，高于绝对零度(-273.15°C )的物质都可以产生红外线(也称热射线)，因此在对红、绿、蓝光进行采集外，还对目标产生的近红外光进行采集。近红外光是介于可见区和中红外区间的电磁波，不同文献中对其波长范围的划分不尽相同，美国试验和材料协会(ASTM)规定为700nm至2500nm。近红外光常被化分为短波近红外和长波近红外，其波段范围分别为700nm?llOOnm和llOOnm?2500nm。由于中、远红外光能量低，对于图像传感器来说需要窄禁带的基底材料，并且在封装上需要真空而且采用超低温。传统的硅基图像传感器芯片不能对此类红外光进行采集。因此，本申请只对在700nm?900nm的近红外进行采集。而这对于普通民用的需求来说已经足够。
[0039]具体的，对于硅基材料产生光电反应的截止波长的计算:
[0040]室温下娃的禁带宽度为1.12eV，根据光子能量公式E = hv = he/ λ，能在娃基材料产生光电反应的截止波长
[0041]λ = hc/E = 6.626*10-34*3*108/1.12*1.6*10-19 = 1.l*10_6m = llOOnm
[0042]进一步的，对于可应用于近红外的硅基底厚度的计算:
[0043]900nm光波的能量:
[0044]E = hv = he/ λ = 6.626*10-34*3*108/0.9*10-6 = 2.2*10-19 = 1.38eV
[0045]800nm光波的能量:
[0046]E = hv = he/ λ = 6.626*10-34*3*108/0.8*10-6 = 2.48*10-19 = 1.55eV
[0047]700nm光波的能量:
[0048]E = hv = he/ λ = 6.626*10-34*3*108/0.7*10-6 = 2.84*10-19 = 1.77eV
[0049]相应的，可参考图1，其为硅材料吸收系数曲线图。如图1所示，900nm波长的光波在硅中的吸收系数为500/cm，800nm波长的光波在硅中的吸收系数为1100/cm，700nm波长的光波在硅中的吸收系数为2900/cm。由于900nm波长的光波在硅中的吸收系数最低，因此只要得出900nm波长的光波所需的硅厚度，即可实现对于700nm?900nm的近红外光的吸收/米集。
[0050]对于一般的图像传感器芯片的硅基底厚度，由于红光穿透深度深，约有30?70%未被吸收。所以对于近红外，我们取可正常工作的硅厚度对应的临界吸收率Ρ00/Ρ0为50%。那么，根据吸收系数公式P(x) = P0*exp (- β χ)可计算所需的娃基底厚度，β为吸收系数，χ为光波在材料中的深度，P(x)为该深度的光强度，P0为初始光强度。得到900nm波长的光波需要的硅基底厚度理论值为14 μ m0实际吸收系数受离子注入、载流子复合等多种因素影响。因此实际所需娃基底厚度〈14 μm。
[0051]具体的，请参考图2，其为本发明实施例的背照式图像传感器晶圆的结构示意图。如图2所示，所述背照式图像传感器晶圆1包括:载体晶圆10 ;第一器件晶圆12，所述第一器件晶圆12设置于所述载体晶圆10上方(也即载体晶圆10的背面)，且用于采集近红外光(主要的，用于采集波长在700nm?900nm的近红外光)；第二器件晶圆14，所述第二器件晶圆14设置于所述第一器件晶圆12上方，且用于采集可见光。
[0052]在本申请实施例中，所述第二器件晶圆14的作用是对可见光做图像采集，其工作原理与传统的背照式图像传感器一致。所述第一器件晶圆12的作用是对近红外光做图像采集，从而便可在暗光下，实现较佳的图像采集功能。
[0053]进一步的，所述第一器件晶圆12包括第一器件晶圆基底121和第一器件晶圆介质层120 ;所述第二器件晶圆14包括第二器件晶圆基底141和第二器件晶圆介质层140。优选的，所述第一器件晶圆基底121的厚度为5 μ m?20 μ m，所述第二器件晶圆基底141的厚度为2 μπ??5 μπ?。由此能够利于所述第一器件晶圆基底121对于近红外光的吸收，所述第二器件晶圆基底141对于可见光的吸收。
[0054]请继续参考图2，在本申请实施例中，所述背照式图像传感器晶圆1还包括:第一粘合层11及第二粘合层13，所述第一粘合层11位于所述载体晶圆10和第一器件晶圆12之间，所述第二粘合层13位于所述第一器件晶圆12和第二器件晶圆14之间。即在本申请实