曲面影像传感器系统及其制造方法

曲面影像传感器系统及其制造方法
【专利摘要】用以制造一个或多个曲面影像传感器系统之方法包含(a)在相对于大气压力之升高压力处，接合透光基板至具有至少一个光敏像素数组的影像传感器晶圆，以形成复合晶圆，该复合晶圆具有在透光基板与各像素数组间之个别气密封接腔穴，以及(b)薄化该复合晶圆的影像传感器晶圆，以诱导影像传感器晶圆之形变，而自各像素数组形成凹状曲面像素数组。曲面影像传感器系统包含(a)影像传感器基板，具有凹状光接收表面及沿着该凹状光接收表面而被设置的像素数组，(b)透光基板，系藉由接合层而被接合至影像传感器基板，以及(c)气密封接腔穴，至少被凹状光接收表面、透光基板、及接合层定界限。
【专利说明】
曲面影像传感器系统及其制造方法
技术领域
[0001 ]本发明设及曲面影像传感器系统及曲面影像传感器的制造方法。
【背景技术】
[0002] 数字影像的质量系受到影像传感器之缺点、成像物镜之缺陷、或二者所限制。通 常，由成像物镜在影像传感器上所形成的影像会遭受来自理想影像形成之偏差。例如，成像 物镜可形成具有显著模糊或崎变的影像。影像传感器会在影像上施加电性噪声。此外，影像 传感器具有光学限制，其可损害由成像物镜在该处所形成之影像的实际侦测。例如，影像传 感器的各像素具有受限的接收角，也就是说，各像素仅能在影像传感器上之入射角的某范 围内侦测出光。由于此理由之缘故，周边定位之像素会W比中央定位之像素更少效率收集 来自成像物镜的光，而导致影像的光损。
[0003] 就某种程度而言，高性能的数字相机典型地使用被设计要自行补偿光学像差之复 杂的透镜系统。在某些情况中，透镜系统系设计要W横跨像素数组相对均一的入射角传递 光至影像传感器，W便降低由于各像素之有限接收角所导致的影像假影。高性能的透镜系 统需要高精确的制造及/或附加的透镜组件，且因此，生产系相对昂贵的。而且，甚至高阶昂 贵的透镜系统仍无法消除所有显著的影像假影，或选择性地，仍具有诸如受限的视野之受 限的性能范围。

【发明内容】

[0004] 在实施例中，用W制造一个或多个曲面影像传感器系统之方法包含接合透光基板 至具有至少一个光敏像素数组的影像传感器晶圆，W形成复合晶圆，该复合晶圆具有在透 光基板与该至少一个光敏像素数组的各者间之个别气密封接腔穴。此接合步骤系在相对于 大气压力之升高压力的环境中执行。该方法进一步包含薄化复合晶圆的影像传感器晶圆， W诱导影像传感器晶圆之形变，而自该至少一个像素数组的各者形成个别凹状曲面像素数 组。
[0005] 在实施例中，曲面影像传感器系统包含影像传感器基板，其具有凹状光接收表面 及沿着该凹状光接收表面而被设置的像素数组。曲面影像传感器系统亦包含透光基板及气 密封接腔穴，透光基板系藉由接合层而被接合至影像传感器基板，W及气密封接腔穴系至 少被凹状光接收表面、透光基板、及接合层定界限。
【附图说明】
[0006] 图1描绘依据实施例之实施于代表性使用设想情况中的曲面影像传感器系统。
[0007] 图2A，2B，及2C描绘依据实施例之与相机模块中的曲面影像传感器系统使用相关 联之图1曲面影像传感器系统的光学性质。
[000引图3描绘依据实施例之用W制造曲面影像传感器系统及选择性地，相关联之相机 模块的方法。
[0009] 图4描绘依据实施例之用w执行图3方法之一部分w产生复合晶圆的方法。
[0010] 图5描绘依据实施例之用W根据图4复合晶圆而执行图3方法之一部分W弯曲光接 收表面的方法。
[0011] 图6描绘依据实施例之用W根据如图5的方法所修正之图4复合晶圆而执行图3方 法之一部分的方法。
[0012] 图7概要地显示依据实施例之图6方法的步骤。
[001引图8概要地描绘依据实施例之用W制造具有背面受照CMOS影像传感器之曲面影像 传感器系统的方法。
【具体实施方式】
[0014] 图1描绘实施于一代表性使用设想情况190中的一代表性曲面影像传感器系统 100。在设想情况190中，曲面影像传感器系统100系与成像物镜140禪接，而形成相机模块 150。相机模块150系实施于相机装置160中。成像物镜140可由单一透镜所构成，或系具有例 如，多重透镜、一个或多个滤光器、及/或一个或多个孔径的复合系统。曲面影像传感器系统 100系组构W降低或消除某些假影，该等假影会限制使用习知平面影像传感器可达到的性 能。该等假影可包含在相关联的像素数组内之场曲率及/或位置相依的侦侧性质。藉由该等 益处，相机模块150可达成优于根据习知平面影像传感器的相机模块之性能的性能。替代 地，或与其组合地，当与根据习知平面影像传感器的相机模块相较时，相机模块150可对成 像物镜具有宽松的需求，而藉W降低制造成本。
[0015] 图横剖面侧视图描绘曲面影像传感器系统100。曲面影像传感器系统100包含 曲面影像传感器110,其具有凹状曲面光接收表面114及沿着光接收表面114而被设置的光 敏像素数组112。因此，像素数组112被弯曲。像素数组112包含光敏像素116的数组。为图解 之明晰起见，并非所有的光敏像素116均被标记在图1中。在像素数组112中之光敏像素116 的数目可与图1中所指示者不同。例如，像素数组112可包含数百个、数千个、数百万个、或数 千万个光敏像素116。曲面影像传感器系统100进一步包含透光基板130,及接合透光基板 130至曲面影像传感器110的接合层120。接合层120系例如，具有黏着剂的间隔物。在此，"透 光"组件意指能至少部分地透射像素数组112的灵敏度范围内之波长的光之组件。光接收表 面114、透光基板130、及接合层120在曲面影像传感器系统100之内及在像素数组112之上形 成气密封接腔穴115。在气密封接腔穴115内之压力系相对于大气压力而被升高。气密封接 腔穴115系在像素数组112的光学上游。
[0016] 在设想情况190中，成像物镜140在像素数组112上形成场景170的影像。像素数组 112侦测出由成像物镜140锁形成的影像，且选择性地，与相机装置160的其它处理功能协力 而产生场景170的电子影像180。因为像素数组112被弯曲，所W电子影像180系较少受到存 在于使用诸如，在习知影像传感器中所使用的平面像素数组所俘获之影像中的若干假影所 影响。
[0017]在实施例中，曲面影像传感器110系互补型金氧半(CMOS)影像传感器。例如，曲面 影像传感器110系正面受照CMOS影像传感器，其中对像素116的电性连接系设置在光接收表 面114与像素116的光敏组件之间。制造正面受照CMOS影像传感器系比背面受照CMOS影像传 感器更简单且更便宜。惟，电性连接的干扰位置会使正面受照CMOS影像传感器特别容易产 生具有光损的影像。因此，正面受照CMOS影像传感器可格外受益于依据曲面影像传感器110 的弯曲组态而被建构。
[0018] 图2A，2B，及2C描绘出与图1中所示的相机模块150中之曲面影像传感器系统100的 使用相关联之曲面影像传感器系统100的某些代表性光学性质。图2A，2B，及2C系最佳地一 起观看。
[0019] 图2A概要地指示成像物镜140的性质，其可应用至一般的成像物镜。成像物镜140 具有光轴248。成像物镜140包含最接近场景170(场景170并未被显示于图2A中）的第一透镜 表面242,及最接近曲面影像传感器系统100的最后透镜表面244。成像物镜140亦具有孔径 阔246。孔径阔246可被设置在透镜表面242与244之间，比透镜表面242更靠近场景170,或比 透镜表面244更靠近曲面影像传感器系统100。
[0020] 在实施例中，像素数组112系围绕着光轴248为中屯、。在实施例中，光轴248与光接 收表面114相交于像素数组112与透光基板130间之与光轴248平行的尺寸中之最大距离所 表征的位置处或附近，W致使光线210(1)与光接收表面114之相关联部分间的角度系90度 或接近90度。
[0021] 图2A进一步指示光线210(1)、210(2)、及210(3)，其自场景170中之目标点，穿过孔 径阔246的中屯、，且朝向像素数组112而传播。光线210(2)及210(3)系主要射线，亦即，光线 210(2)及210(3)源自场景170中之远离光轴248的个别目标点。光线210(1)相当于场景170 中之位于光轴248上之目标点的主要射线。在此，与成像物镜140相关联的主要射线角系视 为包含光线210(1)。光线210(1)系与光轴248平行，且在像素数组112的中屯、处或附近冲撞 在像素数组112上。主要光线210(2)及210(3)在像素数组112的个别周边位置处冲撞在像素 数组112上。图2A亦指示光线220(1)及220(2)。光线220(1)及220(2)源自与主要光线210(2) 相同的目标点，在孔径阔246的两个相反极端边缘处穿过孔径阔246, W及朝向像素数组 112。光线220(1)及220(2)在与主要光线210(2)相同的位置处冲撞在像素数组112上。光线 220(1)及220(2)指出来自与主要光线210(2)相同的目标点相关联之最大角偏差。因此，光 线220(1)及220(2)界定来自成像物镜140之在与主要光线210(2)相同的位置处所入射在像 素数组112上之射线的集束。
[0022] 图2B系当如图2A中所示的该等光线冲撞在光接收表面114上时之主要光线210(2) 与光线220(1)及220(2)的特写。为图解之明晰起见，像素数组112并未被显示在图2B中。在 图2B中所示的实施例中，光接收表面114系成形W使电子影像180中的场曲率降低、最小化、 或消除。通常，场曲率起因于具有非平面影像平面的成像物镜，亦即，成像物镜使场景成像 至本项技艺中所熟知为巧兹伐(Petzval)面之曲面影像平面上。于此实施例中，在像素数组 112处之光接收表面114系至少近似成像物镜140的巧兹伐(Petzval)面而被成形。对照地， 线230指出成像物镜140之位在光轴248上的焦点处之对应平面像素数组的位置。明显地，光 线220(1 )、220(2)、及210(2)在不同的位置处冲撞在线230上，其将在使用成像物镜140及习 知平面影像传感器所俘获的电子影像中导致模糊。然而，在像素数组112处之光接收表面 114被成形W至少降低此模糊。
[0023] 于图2B中所示之实施例的一实例中，在像素数组112处之光接收表面114系与成像 物镜140的巧兹伐面一致。在此实例中，曲面影像传感器系统100消除由相机模块150所俘获 之电子影像180中的场曲率。在另一实例中，于像素数组112处之光接收表面114系在距离光 轴248的距离中，与成像物镜140的巧兹伐面一致到至少第二阶。在此实例中，曲面影像传感 器系统100大部分地消除由相机模块150所俘获之电子影像180中的场曲率。在又一实例中， 于像素数组112处之光接收表面114系与成像物镜140的巧兹伐面很接近。在此实例中，当与 使用成像物镜140及习知平面影像传感器所俘获之影像中的场曲率相较时，曲面影像传感 器系统100大大地降低由相机模块150所俘获之电子影像180中的场曲率。在进一步的实例 中，于像素数组112处之光接收表面114系W与成像物镜140的巧兹伐面相同的方向弯曲。在 此实例中，当与使用成像物镜140及习知平面影像传感器所俘获之影像中的场曲率相较时， 曲面影像传感器系统100降低了由相机模块150所俘获之电子影像180中的场曲率。
[0024] 图2C系与图2B相同的特写。惟，图2C显示与像素数组112的像素116之集光效率相 关联的性质。通常，影像传感器像素仅能在离开垂直入射之受限范围的角度内侦测出光线 入射。例如，接收角可系相对于垂直入射±20度。像素数组112的各像素116能侦测圆锥形 250(粗实线）内的光入射。在一实例中，曲面影像传感器系统100及成像物镜140系组构使得 圆锥形250包含与光线210(1)相关联之集束内的所有光线。此集束系由光线222(1)及222 (2)所界定，其源自与光线210(1)相同的目标点，但与光线220(1)及220(2)相似地，在孔径 阔246的两个相反极端边缘处通过孔径阔246。
[0025] 主要光线210(2)系相对于光线210(1)而倾斜。然而，光接收表面114的曲率至少部 分地补偿此倾斜。图2C显示实施例，其中到光接收表面114上之主要光线210(2)的入射角 262系实质地90度，而在由光线220(1)及220(2)所界定的集束内促成光的最佳收集。例如， 与侦测主要光线210(2)之像素116相关联的圆锥形250包含由光线220(1)及220(2)所界定 的集束。
[0026] 对照地，圆锥形252指出其中主要光线210 (2)冲撞在光接收表面114上所定位之习 知平面影像传感器之像素的接收角。圆锥形252并不包含由光线220(1)及220(2)所界定的 全部集束，且因此，习知平面影像传感器已在相对于中屯、位置(诸如用于光线210(1)之侦测 的位置)的周边位置(诸如用于主要光线210(2)之侦测的位置)处，缩减了集光效率。此导致 使用习知平面影像传感器所俘获之影像的光损。
[0027] 在一实施例中，光接收表面114系成形用于与入射在像素数组112上的所有主要光 线垂直，W消除或至少有效地降低光损。在另一实施例中，当与使用习知平面影像传感器所 经历的该等偏差相较时，光接收表面114系成形用W降低垂直入射至像素数组112上之主要 光线的偏差。当与根据习知平面影像传感器之系统相较时，此实施例降低了光损。
[0028] 图3描绘用W制造曲面影像传感器系统100(图1)，且选择性地，相机模块150之一 代表性方法300。方法300使用压力差W形成凹状曲面光接收表面114。在一实施例中，方法 300系在用于复数个曲面影像传感器系统100之制造的晶圆位准执行，例如，每晶圆成百或 成千个曲面影像传感器系统100。在下文，方法300系就晶圆位准生产的情况讨论。然而，方 法300可应用至仅包含单一像素数组112的晶圆，W供仅单一曲面影像传感器系统100的生 产之用，而不会背离关于此点的范畴。
[0029] 步骤310系在相对于大气压力之升高压力的环境中执行。在升高压力处，透光基板 被接合至影像传感器晶圆。影像传感器晶圆包含复数个像素数组112,其系在方法中之此处 实质地平面的。透光基板系接合至影像传感器晶圆的光接收表面，亦即，与像素数组112之 光接收表面相关联的影像传感器晶圆之侧。在方法中之此处，个别像素数组112的各光接收 表面系凹状曲面光接收表面114之实质平面先驱物。步骤310包含在透光基板与影像传感器 晶圆间施加接合层于各像素数组112之周围，W形成用于各像素数组112的气密封接腔穴 115。因为步骤310系在升高压力处执行，所W气密封接腔穴115具有升高压力。步骤310导致 复合晶圆的生产，该复合晶圆包含透光基板及影像传感器晶圆二者。
[0030] 在实施例中，影像传感器晶圆系CMOS影像传感器晶圆，W及像素数组112系诸如， 正面受照CMOS像素数组的CMOS像素数组。
[0031] 在此，"大气压力"意指在制造之地方的周遭压力。在大部分情况下，此压力系地球 氛围的压力，或至少与其相似，且亦系与其中曲面影像传感器系统100将被使用之环境的压 力相似。惟，该"大气压力"可与地球氛围的压力不同，而不会背离关于此点之范畴。例如，针 对诸如，清洁的理由，曲面影像传感器系统100可在高于或低于地球大气压力之"大气压力" 所操作的环境中被制造。在一实例中，曲面影像传感器系统100系打算在诸如，真空室之非 典型环境中用于操作。在此实例中，可将"大气压力"选择成与真空室的该者相似。
[0032] 在步骤320中，于步骤310中所形成的复合晶圆被转移至大气压力。当放置于大气 压力的环境之中时，在气密封接腔穴115内的压力系相对于复合晶圆外面的压力而被提升。
[0033] 在步骤330中，影像传感器晶圆被薄化W允许各像素数组112之光接收表面的形 变。步骤330藉由自背对透光基板之影像传感器晶圆的外表面去除材料，而薄化该影像传感 器晶圆。步骤330可包含研磨影像传感器。光接收表面的形变系由各气密封接腔穴115内之 升高压力，与复合晶圆外面之大气压力间的压力差所驱动。当步骤330薄化影像传感器晶圆 时，影像传感器晶圆变成可渐增地形变，W致使该压力差凹状地弯曲与各像素数组112相关 联之个别的光接收表面。此导致现阶段之具有个别复数个曲面像素数组112之复数个凹状 曲面光接收表面114的形成。
[0034] 在实施例中，透光基板之可形变系比薄化的影像传感器晶圆更有效地少，W致使 该压力差保持透光基板实质地不被修正。例如，该透光基板系玻璃基板，而选择性地具有一 个或多个光学涂层，W及该影像传感器晶圆系娃或娃基。透光基板可不同于玻璃基板，而不 会背离关于此点之范畴。在一该实例中，透光基板系由塑料及/或另一透光物质所构成，且 具有足W使该透光基板比薄化的影像传感器晶圆更有效地刚硬之厚度。
[0035] 为了要生产具有预定曲率的光接收表面114,方法300W根据参数的选择执行步骤 310及330。预定曲率系例如，可导致相机模块150之有益性质的曲率，如参照图1、2A、2B、及 2C所讨论地。鉴于影像传感器晶圆的某些材料性质，相关之参数包含(a)步骤310的升高压 力，（b)步骤330中的薄化后之影像传感器晶圆的厚度，W及(C)各气密封接腔穴115的尺寸。
[0036] 选择性地，步骤330包含平坦化影像传感器晶圆之外表面的步骤332。在一实例中， 步骤330在与影像传感器晶圆之形变的时间刻度特征相似或更长的时间刻度上，均匀地研 磨影像传感器晶圆。在此实例中，该研磨处理本质地平坦化该外表面。
[0037] 在图3中并未被显示出之替代性实施例中，步骤310、320、及330系W顺序310、330 (无步骤332)、及320重安排而执行，W致使步骤330亦在升高压力处被执行。在此实施例中， 影像传感器系在升高压力处薄化，且当随后转移复合晶圆至大气压力时，用W凹状弯曲光 接收表面的形变发生。在此实施例中，步骤332可在步骤320之后被添加，用W平坦化该外表 面。
[0038] 在步骤340中，方法300修正复合晶圆W产生用于曲面像素数组112之各者的电性 界面。步骤340可使用本项技艺中所已知的方法。
[0039] 在选择性步骤345中，方法300加强复合晶圆，例如，藉由接合加强基板至影像传感 器晶圆。此加强可用作维持光接收表面114的曲率，而不管其中曲面影像传感器系统100被 实施之环境中的压力。例如，该加强可确保的是，在海平面处及在较高海拔处，该曲面影像 传感器系统100的性能系相同的。
[0040] 在步骤350中，复合晶圆系晶粒切割W产生复数个曲面影像传感器系统100。步骤 350可使用银片、雷射切割、或在本项技艺中所已知之其它方法/工具，而晶粒切割复合晶 圆。
[0041] 在选择性步骤360中，一个或多个复数个曲面影像传感器系统100的各者系禪接至 个别成像物镜140，而产生个别相机模块150。
[0042] 步骤310、320、及330, W及选择性地，步骤332可形成用W形成复合晶圆，亦即，步 骤330的成品之独立方法的基础，而不会背离关于此点之范畴。该独立方法可由用W处理复 合晶圆W产生复数个曲面影像传感器系统100之诸如，在本项技艺中所已知之方法的替代 方法所跟随。
[0043] 图4描绘用W执行方法300(图3)之步骤310W产生复合晶圆440的一代表性方法 400。方法400发生在具有升高压力的环境中。例如，方法400发生在加压室中。图5描绘用W 根据方法400中所形成的复合晶圆440,而执行方法300(图3)之步骤330的一代表性方法 500。方法500发生在具有大气压力中。图4及5系最佳地一起观看。
[0044] 方法400施加接合层430至具有复数个CMOS像素数组422的CMOS影像传感器晶圆 420。各CMOS像素数组422系在平面形式中之像素数组112(图1)的实施例。接合层430系在各 像素数组422的周围而被施加在影像传感器晶圆420的表面424上。接合层430系例如，具有 黏着剂的间隔物。表面424系影像传感器晶圆420的光接收表面，亦即，与像素数组422之光 接收表面相关联的表面。虽然图4显示各像素数组422为藉由接合层430的矩形成形部分而 予W围绕，但在像素数组422的各者或某些者周围之接合层430的形状可与矩形不同，例如， 楠圆形，而不会背离关于此点之范畴。
[0045] 在影像传感器晶圆420上沉积接合层430之后，方法400在接合层430上设置透光基 板410。接着，方法400硬化接合层430的黏着剂，W完成具有气密封接腔穴在各像素数组422 上面之复合晶圆440的形成。在方法400的一实例中，接合层430包含间隔物及环氧，W及方 法400模板印刷第一环氧层至表面424上，设置间隔物于第一环氧层上，模板印刷第二环氧 层于间隔物上，设置透光基板410于第二环氧层上，及使用紫外光及/或热硬化环氧层二者。
[0046] 图5之图形510W横剖面侧视图显示具有像素数组422之复合晶圆440的一部分。由 方法500所执行的处理系参照图形510所示之复合晶圆的该部分，而在下文讨论。然而，应了 解的是，方法500W晶圆位准施加图5所示之处理至复合晶圆440的全部，或至少至与复数个 像素数组422相关联之复合晶圆440的部分。
[0047] 图形510中所示之复合晶圆440的部分包含具有一像素数组422之影像传感器晶圆 420的部分，围绕像素数组422之接合层430的部分，W及被接合至接合层430的此部分上之 透光基板410的部分。在像素数组422上面系在方法400中所形成的气密封接腔穴515。气密 封接腔穴515系藉由光接收表面424、接合层430、及透光基板410而定界限。气密封接腔穴 515具有与透光基板410平行的特征尺寸524。尺寸524系例如，直径、矩形之边长、或楠圆形 之长轴或短轴。对像素数组422之电性接点系在影像传感器晶圆420与接合层430间的接口 处，设置于光接收表面424上。接合层430具有厚度526，其系例如，在20至100微米的范围中。 在一实施例中，厚度526系大约45微米，W及接合层430包含具有大约40微米之厚度的间隔 物。
[004引方法500薄化影像传感器晶圆420的表面540,如图形520中所示。表面540背对透光 基板410。方法500自表面540连续去除材料且平坦化表面540。当影像传感器晶圆420变成更 可形变时，在气密封接腔穴515与周遭大气压力间的压力差凹状地弯曲光接收表面424。当 影像传感器晶圆420已被薄化至导致光接收表面424之预定曲率的厚度时，方法500停止。
[0049] 在方法400及500的一实施例中，于方法400中之环境490的升高压力与厚度522及 尺寸524协力，而产生预定曲率。
[0050] 光接收表面424的曲率可至少部分地由图形520中之光接收表面424自图形510中 之光接收表面424的最初平面状态之最大偏向528所特征化。在一实施例中，偏向528系在1 至50微米的范围中，W及尺寸524系在1.5至10毫米的范围中。惟，偏向528及/或尺寸524可 与该等值不同，而不会背离关于此点之范畴。
[0051] 理论上的模型考虑到遭受压力差之娃膜片的形变。虽理想化，但此模型提供用W 达成在像素数组之光接收表面424的曲率所需之方法400及500的近似参数值。为此模型之 目的，光接收表面424的曲率系由偏向528所代表。
[0052] 依据此模型，偏向528系由
[0化3] Y = 3(1-v2)P(D/2)4/(16ET3)所给定，其中 V 系用于娃 <100〉的泊松比（Poisson's ratio)，其中<100〉系指示晶体取向的米勒指数(Miller index)，E系用于娃的杨氏模数，P 系横跨影像传感器晶圆的压力差，D系尺寸524, W及T系厚度522。该模型假定的是，尺寸524 指示直径。表1显示用于偏向528(Υ)的代表值，用于P、D、及T的给定代表值，且假定v = 0.25 W 及 E = 1.9x 1〇-11 帕（Pascal)。
[0化4]
[0055] 如表1中所看到，偏向528的不同大小可由压力差、尺寸524、及厚度522之适当选择 所达成。表1亦显示的是，通常与较大尺寸524相关联之较大像素数组112,比通常与较小尺 寸524相关联之较小像素数组112,需要更小的压力差，W达到一定大小的偏向528。对于预 定曲率及给定的尺寸524,方法300提出压力差与厚度522之间的交换。在一实例中，为了要 在曲面影像传感器系统100之此实施例的使用期期间减少气密封接腔穴515之潜在压力差 损失的冲击，相对低的压力差系较佳的。
[0056] 图6描绘用W根据如方法500(图5)中所修正的复合晶圆440(图4)，而执行方法300 (图3)之步骤340及345的一代表性方法600。对方法600之输入系W由图5的图形520所指示 之形式的复合晶圆440。方法600处理复合晶圆440的表面540。图7系概要显示方法600之代 表性步骤的图形710、720、730、740、750、及760的系列。图6及7系最佳地一起观看。
[0057]在步骤610中，方法600蚀刻沟渠712(请参阅图形710)至影像传感器晶圆420之内， W暴露出电性接点530。步骤610可使用光阻图案化，W适合地定位沟渠712于电性接点530 及接合层430之__t。
[005引在步骤620中，方法600在影像传感器晶圆420上沉积隔离层722(请参阅图形720)， 包含在沟渠712之内。
[0059] 在步骤630中，方法600在隔离层722上沉积加强基板724(请参阅图形720)。加强基 板724可系玻璃基板。在步骤630的一实例中，加强基板724系厚度在50微米与200微米间的 范围中之诸如，大约100微米的玻璃基板。加强基板724可使用在本项技艺中所已知之方法 而被接合至隔罔层722。
[0060] 在步骤640中，沟渠712被重开启W取回对电性接点530的接达(请参阅图形730)。 步骤640可使用诸如，刀开槽、雷射钻孔、及/或蚀刻之在本项技艺中所已知的方法。步骤640 包含自加强基板724及隔离层722，且选择性地，亦自接合层430及电性接点530之一或二者 去除材料。
[0061] 在步骤650中，方法600在影像传感器晶圆420上沉积重分配层742(请参阅图形 740)。重分配层742在影像传感器晶圆420的顶部表面732与电性接点530之间形成电性连 接。重分配层742包含金属。在一实例中，重分配层742系使用电锻、或在本项技艺中所已知 之其它方法而被沉积至影像传感器晶圆420上的AlCu、Cu、或另一金属。在另一实例中，重分 配层742系非电解电锻之Ni/Au。
[0062] 在步骤660中，方法600沉积纯化层752(请参阅图形750)，例如，使用本项技艺中所 已知之方法。纯化层752系电绝缘物。纯化层752可系焊料屏蔽或另一有机材料。纯化层具有 开口 754，其暴露出重分配层742。
[0063] 在步骤670中，方法600在开口 754中沉积外部电性接点762 (请参阅图形760)。步骤 670可使用本项技艺中所已知之方法。在一实例中，外部电性接点762系藉由印刷、植球、或 在本项技艺中所已知之其它方法而被沉积的球栅数组。
[0064] 现请再翻阅图3,在实施例中，方法300施加步骤350至藉由完成方法600而产生且 藉由图形760而描绘之复合晶圆。在此实施例中，步骤350产生图形760中所示的曲面影像传 感器系统。此曲面影像传感器系统系正面受照CMOS影像传感器，其系曲面影像传感器系统 100(图1)的实施例。
[0065] 应了解的是，在图4、5、及7中所示的实施例可不按比例而绘制，且实际的实施例可 具有与图4、5、及7中所示之该等者不同的尺寸及形状。例如，加强基板724可W比隔离层722 更大大地厚。
[0066] 加强基板724可系诸如，具有用于各像素数组422之影像处理及驱动器电路的CMOS 逻辑晶圆之集成电路基板，而不会背离关于此点之范畴。在一实施中，此CMOS逻辑晶圆具有 背对隔离层722的电性连接接垫。在此实施中，步骤650沉积重分配层742, W连接电性接点 530至CMOS逻辑晶圆之电性连接接垫的至少若干者，W及步骤660及670协力W在CMOS逻辑 晶圆的电性连接接垫上安置外部电性接点762。在另一相似的实施中，此CMOS逻辑晶圆具有 面向隔离层722的电性连接接垫。在此实施中，步骤640暴露出该等电性连接接垫，W及步骤 650沉积重分配层742, W连接电性接点530至CMOS逻辑晶圆之该等暴露的电性连接接垫。
[0067] 而且，方法600可在复合晶圆440中形成贯穿娃通孔，W产生至少一些电性连接，而 不会背离关于此点之范畴。
[0068] 图8概要地描绘用W制造曲面影像传感器系统100(图1)之实施例的一代表性方法 800,该曲面影像传感器系统100实施曲面影像传感器110为背面受照CMOS影像传感器。方法 800系方法300 (图3)之实施例。方法800系与参照图4、5、6、及7所讨论之方法300 (图3)的实 施例相似，除了系根据背面受照CMOS影像传感器之外。下文系有关方法800与根据方法400、 500、及600之实施例间的差异。
[0069] 当与方法400相较时，方法800W背面受照CMOS影像传感器晶圆820(请参阅图形 810,其系被修正W描绘方法800的等效阶段之图形510的版本)取代影像传感器晶圆420。背 面受照影像传感器晶圆820包含(a)载体晶圆826,（b)至少一个背面受照CMOS影像传感器 822,（C)一个或多个氧化物层824,其接合各背面受照CMOS影像传感器822至载体晶圆826。 各背面受照CMOS影像传感器822依据背面受照之组态而实施光接收表面424及像素数组 422。各背面受照CMOS影像传感器822进一步包含电性接点530及电性连接832。电性连接832 连接电性接点530至邻接影像传感器822之正面，亦即，背对像素数组422的影像传感器822 之侧的像素电路(未被显示于图8中）。
[0070] 载体晶圆826,或如参照图7所讨论之加强基板724可包含用于各背面受照CMOS影 像传感器822的影像处理及驱动器电路，而不会背离关于此点之范畴。
[0071] 方法800处理如参照图5、6、及7所讨论之图形810的复合晶圆，W产生具有至少一 个背面受照影像传感器的复合晶圆（请参阅图形860,其系被修正W描绘方法800的等效阶 段之图形760的版本）。
[0072] 现请再翻阅图3,在实施例中，方法300施加步骤350至藉由方法800而产生且被描 绘于图形860中之复合晶圆。在此实施例中，步骤350产生图形860中所示的曲面影像传感器 系统。此曲面影像传感器系统系背面受照CMOS影像传感器，其系曲面影像传感器系统100 (图1)的实施例。
[0073] 特性之组合
[0074] 上文所叙述之特性W及下文所主张专利范围之该等者可种种方式结合，而不 会背离关于此之范畴。例如，应理解的是，在本文所叙述之一曲面影像传感器系统，或其制 造方法的观点可与在本文所叙述之另一曲面影像传感器系统，或其制造方法的特性结合或 交换。W下实例描绘上述实施例之可能的，非限制的组合。应呈明显的是，许多其它的改变 及修正可对本文之方法及装置予W做成，而不会背离此发明的精神及范畴：
[0075] (A1)用W制造一个或多个曲面影像传感器系统之方法可包含(a)在相对于大气压 力之升高压力处，接合透光基板至具有至少一个光敏像素数组的影像传感器晶圆，W形成 复合晶圆，该复合晶圆具有在透光基板与该至少一个光敏像素数组的各者间之个别气密封 接腔穴，W及(b)薄化该复合晶圆的影像传感器晶圆，W诱导影像传感器晶圆之形变，而自 该至少一个像素数组的各者形成个别凹状曲面像素数组。
[0076] (A2)在如(A1)所示之方法中，该薄化的步骤包含，对于该至少一个像素数组的各 者，使该像素数组之光接收表面变形W凹状弯曲该光接收表面。
[0077] (A3)在如(Al)及(A2)所示之方法的各者中，该薄化的步骤包含，对于该至少一个 像素数组的各者，当该复合晶圆系在大气压力时，薄化该影像传感器晶圆至一厚度，其与 (a)该个别气密封接腔穴中之升高压力及(b)该个别气密封接腔穴之尺寸协力，而W预定曲 率凹状弯曲该光接收表面。
[0078] (A4)在如(A3)所示之方法中，对于各凹状曲面像素数组，当与平面像素数组相较 时，该预定曲率跨越该凹状曲面像素数组而产生所入射在该凹状曲面像素数组上之光的主 要射线角之增进的均匀度。
[0079] (A5)在如(A3)及(A4)所示之方法的各者中，对于各凹状曲面像素数组，当与使用 平面像素数组所俘获之影像相较时，该预定曲率在使用该凹状曲面像素数组所俘获之影像 中，产生降低的场曲率。
[0080] (A6)如(A1)至(A5)所示之方法的各者可包含在大气压力处执行薄化的步骤。
[0081] (A7)在如(A1)至(A6)所示之方法的各者中，该接合的步骤包含(a)在影像传感器 晶圆上及在该至少一个像素数组的各者周围，沉积具有黏着剂之接合层，（b)在接合层上设 置透光基板，W及(C)硬化黏着剂W形成气密封接腔穴。
[0082] (A8)在如(A1)至(A7)所示之方法的各者中，该薄化的步骤包含薄化影像传感器晶 圆的第一表面，该第一表面背对透光基板。
[0083] (A9)在如(A8)所示之方法中，该薄化的步骤包含薄化第一表面至一厚度，其允许 在气密封接腔穴中之升高压力，W凹状弯曲该个别像素数组。
[0084] (A10)如(A8)至(A9)所示之方法的各者可包含在大气压力处执行该薄化的步骤， 薄化第一表面的步骤包含平坦化该第一表面。
[0085] (All)如(A8)至(A10)所示之方法的各者可进一步包含修正第一表面W对各凹状 曲面像素数组产生电性接口。
[0086] (A12)在如(All)所示之方法中，该薄化的步骤可包含平坦化第一表面W形成平面 第一表面;W及该修正的步骤包含处理该平面第一表面W产生电性接口。
[0087] (A13)在如(A12)所示之方法中，该处理的步骤可包含自该平面第一表面蚀刻贯穿 影像传感器晶圆W暴露出电性连接，该等电性连接系位于面向透光基板之影像传感器晶圆 的表面处。
[0088] (A14)在如(A1)至(A13)所示之方法的各者中，该至少一个像素数组系复数个像素 数组。
[0089] (A15)如(A14)所示之方法可进一步包含晶粒切割复合晶圆W产生复数个曲面影 像传感器系统，各包含凹状曲面像素数组。
[0090] (A16)在如(A1)至(A13)所示之方法的各者中，该至少一个像素数组可系恰好一像 素数组。
[0091] (A17)在如(A1)至(A16)所示之方法的各者中，该光敏像素数组可系背面受照的。
[0092] (A18)在如(A1)至(A16)所示之方法的各者中，该光敏像素数组可系正面受照的。
[0093] (B1)曲面影像传感器系统可包含(a)影像传感器基板，具有凹状光接收表面及沿 着该凹状光接收表面而被设置的光敏像素数组，（b)透光基板，系藉由接合层而被接合至影 像传感器基板，W及(C)气密封接腔穴，在像素数组之光学上游，且至少被凹状光接收表面、 透光基板、及接合层定界限。
[0094] (B2)在如(Bl)所示之曲面影像传感器系统中，该气密封接腔穴具有相对于大气压 力之升高压力。
[00M] (B3)如(B1)及(B2)所示之曲面影像传感器系统的各者可进一步包含加强基板，用 W维持凹状光接收表面。
[0096] (B4)在如(B3)所示之曲面影像传感器系统中，该加强基板系互补型金氧半集成电 路，其系电性禪接至光敏像素数组。
[0097] (B5)在如(B1)至(B4)所示之曲面影像传感器系统的各者中，背对光接收表面之影 像传感器基板的表面可系平面的。
[0098] (B6)在如(B1)至(B5)所示之曲面影像传感器系统的各者中，该光敏像素数组可系 正面受照的。
[0099] (B7)如(B6)所示之曲面影像传感器系统可包含电路，用于与光敏像素数组通讯， 其中该电路系部分位于影像传感器基板与接合层之间的接口处。
[0100] (B8)在如(B1)至(B4)所示之曲面影像传感器系统的各者中，该光敏像素数组可被 实施于背面受照影像传感器中
[0101] (B9)如（B8)所示之曲面影像传感器系统可进一步包含电路，用于与像素数组通 讯，其中该电路系部分位于该背面受照影像传感器与接合层之间的接口处。
[0102] (B10)如(B8)及(B9)所示之曲面影像传感器系统的各者可进一步包含加强基板， 用于背面受照影像传感器。
[0103] (B11)在如(B10)所示之曲面影像传感器系统中，该加强基板可系CMOS集成电路， 其系电性禪接至该背面受照影像传感器。
[0104] (B12)如(B1)至(B11)所示之曲面影像传感器系统的各者可进一步包含成像物镜， 用W在像素数组上形成影像。
[0105] (B13)在如(B12)所示之曲面影像传感器系统中，在像素数组之各像素处的光接收 表面可与被接收自成像物镜之光的对应主要射线角实质垂直。
[0106] (B14)在如(B12)及(B13)所示之曲面影像传感器系统的各者中，在像素数组处的 光接收表面可与成像物镜之巧兹伐(Petzval)面实质一致。
[0107] (B15)如(B1)至(B14)所示之曲面影像传感器系统的各者可使用如(A1)至(A18)所 示之方法的一或多者而制造。
[0108] 改变可在上述系统及方法中予W做成，而不会背离关于此之范畴。因此，应注意的 是，在上述说明中所包含或在附图中所显示之事物应被解读成描绘性，且不在限制的观念 中。下文申请专利范围系打算要涵盖本文所叙述之一般及特定的特性，W及有关措词之本 方法及系统的范畴之所有声明可说是落在其间。
【主权项】
1. 一种用以制造一个或多个曲面影像传感器系统的方法，其包含： 在相对于大气压力的升高压力处，接合透光基板至具有至少光敏像素数组的影像传感 器晶圆，以形成复合晶圆，所述复合晶圆具有在所述透光基板与所述至少一个光敏像素数 组的各者之间的一个别气密封接腔穴；以及 薄化所述复合晶圆的所述影像传感器晶圆，以诱导所述影像传感器晶圆的形变，而自 所述至少一个像素数组的各者形成一个别凹状曲面像素数组。2. 如权利要求1所述的方法，所述薄化的步骤包含，对于所述至少一个像素数组的各 者，使所述像素数组的光接收表面变形以凹状弯曲所述光接收表面。3. 如权利要求2所述的方法，所述薄化的步骤包含，对于所述至少一个像素数组的各 者，当所述复合晶圆系在大气压力时，薄化所述影像传感器晶圆至厚度，其与(a)所述个别 气密封接腔穴中的升高压力及(b)所述个别气密封接腔穴的尺寸协力，而以预定曲率凹状 弯曲所述光接收表面。4. 如权利要求3所述的方法，对于各凹状曲面像素数组，当与平面像素数组相较时，所 述预定曲率跨越所述凹状曲面像素数组而产生所入射在所述凹状曲面像素数组上的光的 主要射线角的增进的均匀度。5. 如权利要求3所述的方法，对于各凹状曲面像素数组，当与使用平面像素数组所俘获 的影像相较时，所述预定曲率在使用所述凹状曲面像素数组所俘获的影像中，产生降低的 场曲率。6. 如权利要求1所述的方法，其包含在所述大气压力处执行所述薄化的步骤。7. 如权利要求1所述的方法，所述接合的步骤包含： 在所述影像传感器晶圆上及在所述至少一个像素数组的各者周围，沉积具有黏着剂的 接合层； 在所述接合层上设置所述透光基板；以及 硬化所述黏着剂以形成所述气密封接腔穴。8. 如权利要求1所述的方法，所述薄化的步骤包含薄化所述影像传感器晶圆的第一表 面，所述第一表面背对所述透光基板。9. 如权利要求8所述的方法，所述薄化的步骤包含薄化所述第一表面的厚度，其允许在 所述气密封接腔穴中的升高压力，以凹状弯曲所述个别像素数组。10. 如权利要求9所述的方法，其包含在所述大气压力处执行所述薄化的步骤，所述薄 化所述第一表面的步骤包含平坦化所述第一表面。11. 如权利要求8所述的方法，进一步包含修正所述第一表面以对各凹状曲面像素数组 产生电性接口。12. 如权利要求11所述的方法， 所述薄化的步骤包含平坦化所述第一表面以形成平面第一表面；以及 所述修正的步骤包含处理所述平面第一表面以产生所述电性接口。13. 如权利要求12所述的方法，所述处理的步骤包含自所述平面第一表面蚀刻贯穿所 述影像传感器晶圆以暴露出电性连接，所述等电性连接系位于面向所述透光基板的所述影 像传感器晶圆的表面处。14. 如权利要求1所述的方法，所述至少一个像素数组系复数个像素数组，所述方法进 一步包含： 晶粒切割所述复合晶圆以产生复数个曲面影像传感器系统，各包含凹状曲面像素数 组。15. 如权利要求1所述的方法，所述至少一个像素数组系恰好像素数组。16. 如权利要求1所述的方法，所述光敏像素数组系背面受照的。17. 如权利要求1所述的方法，所述光敏像素数组系正面受照的。18. -种曲面影像传感器系统，其包含： 影像传感器基板，具有凹状光接收表面及光敏像素数组，所述光敏像素数组系沿着所 述凹状光接收表面而被设置； 透光基板，系藉由接合层而被接合至所述影像传感器基板；以及 气密封接腔穴，在所述像素数组的光学上游，且至少被所述凹状光接收表面、所述透光 基板、及所述接合层定界限。19. 如权利要求18所述的曲面影像传感器系统，所述气密封接腔穴具有相对于大气压 力的升高压力。20. 如权利要求18所述的曲面影像传感器系统，进一步包含加强基板，用以维持所述凹 状光接收表面。21. 如权利要求20所述的曲面影像传感器系统，所述加强基板系互补型金氧半集成电 路，其系电性耦接至所述光敏像素数组。22. 如权利要求18所述的曲面影像传感器系统，背对所述光接收表面的所述影像传感 器基板的表面系平面的。23. 如权利要求18所述的曲面影像传感器系统，所述光敏像素数组系正面受照的，且包 含电路，用于与所述像素数组通讯，所述电路系部分位于所述影像传感器基板与所述接合 层之间的接口处。24. 如权利要求18所述的曲面影像传感器系统， 所述光敏像素数组系实施于背面受照影像传感器中；以及 所述曲面影像传感器系统进一步包含电路，用于与所述像素数组通讯，所述电路系部 分位于所述背面受照影像传感器与所述接合层之间的接口处。25. 如权利要求24所述的曲面影像传感器系统，其进一步包含加强基板，用于所述背面 受照影像传感器。26. 如权利要求25所述的曲面影像传感器系统，所述加强基板系互补型金氧半集成电 路，其系电性耦接至所述背面受照影像传感器。27. 如权利要求18所述的曲面影像传感器系统， 进一步包含成像物镜，用以在所述像素数组上形成影像；以及 在所述像素数组的各像素处的所述光接收表面系与被接收自所述成像物镜的光的对 应主要射线角实质垂直。28. 如权利要求18所述的曲面影像传感器系统， 进一步包含成像物镜，用以在所述像素数组上形成影像；以及 在所述像素数组处的所述光接收表面系与所述成像物镜的珀兹伐(Petzval)面实质一 致。
【文档编号】H01L27/146GK105870141SQ201610086038
【公开日】2016年8月17日
【申请日】2016年2月15日
【发明人】林蔚峰, 黄吉志
【申请人】全视技术有限公司