專利名稱：改進的量子效率背照式cmos圖像傳感器與封裝及其制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及CMOS圖像傳感器，且特別是涉及背照式圖像傳感器及封裝構(gòu)造。
背景技術(shù)：
半導體器件的趨勢是較小的集成電路(IC)器件(也稱為芯片)，封裝在較小的封裝(其在提供離片信令連接性的同時保護芯片)內(nèi)。一個實例是圖像傳感器，它們是包括使得入射光變換為電信號的光檢測器(其以良好的空間分辨率精確地反映出了入射光的強度和顏色信息)的IC器件。圖像傳感器可以是前照式(FSI)或背照式(BSI)。常規(guī)前照式(FSI)圖像傳感器具有硅芯片的表面處(在此處被成像的光是入射的)所形成的光檢測器。在光檢測器上方形成了用于光檢測器的支持電路，其中孔口(即光導管)允許光穿過電路層而到達光檢測器。濾色器和微透鏡布置在包含著光檢測器的表面上方。利用FSI圖像傳感器的缺點在于，電路層限制了對于每個像素的入射光必須行進通過的孔口的尺寸。當像素大小由于對更高的像素數(shù)目和更小的芯片大小的需要而收縮時，像素面積與總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(guī)的背照式(BSI)圖像傳感器類似于FSI圖像傳感器，除了光檢測器接收通過芯片的背表面的光(即，光進入芯片的背表面，并且行進通過硅基片直至其到達光檢測器)。濾色器和微透鏡安裝到芯片的背表面。利用這種構(gòu)造，入射光避開了電路層。然而，利用BSI圖像傳感器的缺點包括了由硅基片中的擴散所導致的像素串擾(即，不存在形成帶孔開口的電路或其它結(jié)構(gòu)以針對每個像素對傳播的光進行分離-藍光特別易受擴散現(xiàn)象影響)和由于較短的光程而對較厚的微透鏡的需求。利用BSI圖像傳感器的另 一個顯著問題在于，穿過硅基片的不同顏色光的量子效率改變，這是因為由硅吸收(即，衰減)的光的量是基于波長而改變的。這意味著，利用一致厚度的硅基片，前往光檢測器的紅、綠和藍的吸收量不一樣。為了均衡衰減，不同顏色將必須穿過硅的不同厚度。在下表中提供了針對三種不同顏色光而言的硅的吸收系數(shù)、以及用于均衡衰減的硅的厚度比。
權(quán)利要求
1.一種圖像傳感器器件，包括: 基片，具有前和背相對表面； 形成于前表面處的多個光檢測器； 形成于前表面處的多個接觸焊盤，其電耦合至光檢測器； 形成于背表面內(nèi)的并且具有底表面的空腔； 多個第二空腔，各自形成到底表面內(nèi)并且在光檢測器之一上方； 布置于第二空腔中的吸收補償材料，其中吸收補償材料具有不同于基片的光吸收特征的光吸收特征； 多個濾色器，各自布置于空腔中、或者在第二空腔之一中，并且布置于光檢測器之一上方； 其中所述多個光檢測器構(gòu)造成用以響應于通過濾色器入射的光而產(chǎn)生電子信號。
2.權(quán)利要求1所述的圖像傳感器器件，其中第二空腔中的吸收補償材料的深度改變以針對所述多個光檢測器中的不同光檢測器而提供改變的量的光吸收。
3.權(quán)利要求2所述的圖像傳感器器件，其中第二空腔的深度改變。
4.權(quán)利要求2所述 的圖像傳感器器件，其中: 所述多個濾色器包括第一濾色器、第二濾色器和第三濾色器； 所述第二空腔布置于第一濾色器和第二濾色器下方； 所述第一濾色器下方的吸收補償材料的深度大于所述第二濾色器下方的吸收補償材料的深度。
5.權(quán)利要求4所述的圖像傳感器器件，其中沒有第二空腔布置于第三濾色器下方。
6.權(quán)利要求5所述的圖像傳感器器件，其中第一顏色為紅色，第二顏色為綠色且第三顏色為藍色。
7.權(quán)利要求2所述的圖像傳感器器件，其中: 所述多個濾色器包括紅色濾色器、綠色濾色器和藍色濾色器； 所述第二空腔布置于紅色濾色器和綠色濾色器下方； 所述紅色濾色器下方的吸收補償材料的深度大于所述綠色濾色器下方的吸收補償材料的深度。
8.權(quán)利要求7所述的圖像傳感器器件，其中沒有第二空腔布置于所述藍色濾色器下方。
9.權(quán)利要求1所述的圖像傳感器器件，還包括: 多個微透鏡，各自布置于空腔中、或者在第二空腔之一中，并且在光檢測器之一上方。
10.權(quán)利要求1所述的圖像傳感器器件，還包括: 形成于前表面處的電路，用于將光檢測器電耦合至所述接觸焊盤。
11.權(quán)利要求1所述的圖像傳感器器件，還包括: 布置于空腔上方的、并且安裝到所述基片的第二基片，其中基片對于至少一個光波長范圍而言是光學透明的。
12.權(quán)利要求11所述的圖像傳感器器件，還包括: 安裝至第二基片的透鏡組件，其中透鏡組件包括至少一個透鏡，用于將光聚焦通過濾色器并到光檢測器上。
13.權(quán)利要求1所述的圖像傳感器器件，還包括: 多個孔，各自從背表面延伸到接觸焊盤之一； 裝卸器，附接到前表面； 主板，其附接至裝卸器，其中主板包括多個接觸焊盤；以及 多個導線，各自從基片的接觸焊盤之一延伸通過孔之一、并且到達主板的接觸焊盤之O
14.權(quán)利要求1所述的圖像傳感器器件，還包括: 多個孔，各自從背表面延伸到接觸焊盤之一； 多個導電跡線，其各自從所述接觸焊盤之一，沿著所述孔之一的側(cè)壁，并且在所述基片的背表面上方延伸；以及 主板，布置于背表面上方并且具有多個接觸焊盤，其中基片的每個接觸焊盤電連接至主板的接觸焊盤之一 。
15.權(quán)利要求14所述的圖像傳感器器件，其中主板包括布置于空腔上方的孔口。
16.權(quán)利要求1所述的圖像傳感器器件，還包括: 裝卸器，具有在其第一和第二表面之間延伸的過孔，其中第一表面附接至前表面，從而使得每個孔與接觸焊盤之一對齊； 每個孔在其其中具有導電材料，所述導電材料從一個接觸焊盤延伸通過所述孔到達第二表面。
17.權(quán)利要求16所述的圖像傳感器器件，還包括: 多個SMT互連件，其各自附接到并且電連接著第二表面處的孔之一的導電材料。
18.一種形成圖像傳感器器件的方法，包括: 提供具有如和背相對表面的基片； 在前表面處形成多個光檢測器； 在前表面處形成多個接觸焊盤，其電耦合至光檢測器； 在背表面內(nèi)形成空腔，其中所述空腔具有底表面； 在底表面內(nèi)形成多個第二空腔，其中每個第二空腔布置于光檢測器之一上方； 在每個第二空腔中形成吸收補償材料，其中所述吸收補償材料具有不同于基片的光吸收特征的光吸收特征； 將多個濾色器附接到基片，其中每個濾色器布置于空腔中、或者第二空腔之一中，并且布置于光檢測器之一上方； 其中所述多個光檢測器構(gòu)造成用以響應于通過濾色器入射的光而產(chǎn)生電子信號。
19.權(quán)利要求18所述的方法，其中第二空腔中的吸收補償材料的深度改變以針對所述多個光檢測器中的不同光檢測器而提供改變的量的光吸收。
20.權(quán)利要求19所述的方法，其中第二空腔的深度改變。
21.權(quán)利要求19所述的方法，其中: 所述多個濾色器包括第一濾色器、第二濾色器和第三濾色器； 所述第二空腔布置于第一濾色器和第二濾色器下方； 所述第一濾色器下方的吸收補償材料的深度大于所述第二濾色器下方的吸收補償材料的深度。
22.權(quán)利要求21所述的方法，其中沒有第二空腔布置于第三濾色器下方。
23.權(quán)利要求22所述的方法,其中第一顏色為紅色,第二顏色為綠色且第三顏色為藍色。
24.權(quán)利要求19所述的方法，其中: 所述多個濾色器包括紅色濾色器、綠色濾色器和藍色濾色器； 所述第二空腔布置于紅色濾色器和綠色濾色器下方； 所述紅色濾色器下方的吸收補償材料的深度大于所述綠色濾色器下方的吸收補償材料的深度。
25.權(quán)利要求24所述的方法，其中沒有第二空腔布置于所述藍色濾色器下方。
26.權(quán)利要求18所述的方法，還包括: 將多個微透鏡附接至濾色器。
27.權(quán)利要求18所述的方法，還包括: 在前表面處形成電路，用于將光檢測器電耦合至所述接觸焊盤。
28.權(quán)利要求18所述的方法，還包括: 將第二基片安裝到所 述基片，其中第二基片布置于空腔上方，并且其中基片對于至少一個光波長范圍而言是光學透明的。
29.權(quán)利要求28所述的方法，還包括: 將透鏡組件安裝至第二基片，其中透鏡組件包括至少一個透鏡，用于將光聚焦通過濾色器并到光檢測器上。
30.權(quán)利要求18所述的方法，還包括: 形成多個孔，各自從背表面延伸到接觸焊盤之一； 將裝卸器附接到前表面； 將主板附接至裝卸器，其中主板包括多個接觸焊盤；以及 連接多個導線，從而使得每個導線從基片的接觸焊盤之一延伸通過孔之一、并且到達主板的接觸焊盤之一。
31.權(quán)利要求18所述的方法，還包括: 形成多個孔，各自從背表面延伸到接觸焊盤之一； 形成多個導電跡線，其各自從所述接觸焊盤之一，沿著所述孔之一的側(cè)壁，并且在所述基片的背表面上方延伸；以及 將主板附接至基片，從而使得主板布置于背表面上方，其中主板包括多個接觸焊盤，并且其中基片的每個接觸焊盤電連接至主板的接觸焊盤之一。
32.權(quán)利要求31所述的方法，其中主板包括布置于空腔上方的孔口。
33.權(quán)利要求18所述的方法，還包括: 將裝卸器的第一表面附接到基片的前表面，其中裝卸器包括從第一表面延伸至第二表面的通孔，并且其中每個孔與接觸焊盤之一對齊； 在每個孔中形成導電材料，所述導電材料從一個接觸焊盤延伸通過所述孔到達第二表面。
34.權(quán)利要求33所述的方法，還包括: 形成多個SMT互連件，其各自附接到并且電連接著第二表面處的孔之一的導電材料。
全文摘要
本發(fā)明涉及改進的量子效率背照式CMOS圖像傳感器與封裝及其制作方法。圖像傳感器器件(以及制造其的方法)包括具有前和背相對表面的基片、形成于前表面處的多個光檢測器、以及形成于前表面處的多個接觸焊盤，所述多個接觸焊盤電耦合至光檢測器?？涨恍纬捎诒潮砻鎯?nèi)。多個第二空腔形成于空腔的底表面內(nèi)，從而使得每個第二空腔布置于光檢測器之一上方。具有不同于基片的光吸收特征的光吸收特征的吸收補償材料布置于第二空腔中。多個濾色器各自布置于空腔中、或者在第二空腔之一中，并且在光檢測器之一上方；所述多個光檢測器構(gòu)造成用以響應于通過濾色器入射的光而產(chǎn)生電子信號。
文檔編號H01L27/146GK103199098SQ20121002975
公開日2013年7月10日 申請日期2012年2月10日 優(yōu)先權(quán)日2012年1月4日
發(fā)明者V.奧加涅相 申請人:奧普蒂茲公司