專(zhuān)利名稱：雙向相機(jī)組合件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明大體上涉及圖像傳感器，且特定來(lái)說(shuō)(但不排他地)涉及包括后向相機(jī)及前向相機(jī)的相機(jī)模塊。
背景技術(shù)：
具有圖像捕捉能力的移動(dòng)電子裝置(例如，蜂窩式電話)正變得日益流行。一些移動(dòng)裝置能夠從兩個(gè)方向捕捉圖像數(shù)據(jù)(例如，從所述裝置的“前”側(cè)及“后”側(cè))。一些裝置通過(guò)手動(dòng)移動(dòng)包括在所述裝置中的圖像捕捉系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)這個(gè)能力-例如，旋轉(zhuǎn)圖像捕捉系統(tǒng)以從所選擇的一側(cè)捕捉圖像數(shù)據(jù)；然而，此方案需要使用機(jī)械構(gòu)件(例如，鉸鏈)，其增加移動(dòng)電子裝置的復(fù)雜性及成本。其它裝置包括相對(duì)側(cè)上的兩個(gè)相機(jī)模塊。這些方案的當(dāng)前實(shí)施方案顯著增加裝置的尺寸，從而使得這些方案不盡如人意
發(fā)明內(nèi)容


參考以下圖式描述本發(fā)明的非限制性且非詳盡實(shí)施例，圖式中相同參考數(shù)字在所有各種視圖中指代相同部件，除非另有說(shuō)明。圖1說(shuō)明根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的FSI互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體(“CMOS”)成像像素。

圖2為根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的BSI成像像素的混合橫截面/電路說(shuō)明。圖3為根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的雙向相機(jī)組合件的橫截面圖。圖4為說(shuō)明根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例用于制造雙向相機(jī)組合件的工藝的流程圖。圖5A到圖為根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例形成雙向相機(jī)組合件的圖像晶片的框圖。圖6A到圖6D說(shuō)明根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例用于封裝雙向相機(jī)組合件的處理操作。圖7為根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的雙向相機(jī)組合件的橫截面圖。
具體實(shí)施例方式本文描述用于利用及產(chǎn)生雙向相機(jī)組合件的設(shè)備、系統(tǒng)及方法的實(shí)施例。在以下描述中，闡述許多特定細(xì)節(jié)以提供對(duì)實(shí)施例的透徹理解。然而，相關(guān)領(lǐng)域的技術(shù)人員將認(rèn)識(shí)到，本文中描述的技術(shù)可在沒(méi)有特定細(xì)節(jié)、組件、材料等中的一者或一者以上的情況下實(shí)踐。在其它實(shí)例中，未詳細(xì)展示或描述眾所周知的結(jié)構(gòu)、材料或操作以避免混淆某些方面。本說(shuō)明書(shū)中對(duì)“一個(gè)實(shí)施例”或“一實(shí)施例”的參考表示結(jié)合所述實(shí)施例描述的特定特征、結(jié)構(gòu)或特性包括在本發(fā)明的至少一個(gè)實(shí)施例中。因此，短語(yǔ)“在一個(gè)實(shí)施例中”或“在一實(shí)施例中”在本說(shuō)明書(shū)中各種地方的出現(xiàn)不必都指代同一個(gè)實(shí)施例。此外，可在一個(gè)或一個(gè)以上實(shí)施例中以任何合適的方式組合特定特征、結(jié)構(gòu)或特性。方向性術(shù)語(yǔ)(例如，頂部、底部、上及下)參考正被描述的圖式的定向而使用，但不應(yīng)被理解為對(duì)實(shí)施例的定向的任何種類(lèi)的限制。圖1說(shuō)明根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的FSI互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體(“CMOS”)成像像素。成像像素100的前側(cè)是襯底105的其上安置像素電路且其上形成用于再分布信號(hào)的金屬堆疊110的一側(cè)。金屬層(例如，金屬層Ml及M2)以此方式圖案化以形成光學(xué)通道，通過(guò)所述光學(xué)通道，成像像素100的前側(cè)上的入射光可到達(dá)光敏或光電二極管(“ro”)區(qū)域115。所述前側(cè)可進(jìn)一步包括用于實(shí)施顏色傳感器的濾色器層及用于將光聚焦到ro區(qū)域115上的微透鏡。在此實(shí)施例中，成像像素100包括安置在像素電路區(qū)域125內(nèi)鄰近于H)區(qū)域115處的像素電路。此像素電路提供用于成像像素100的常規(guī)操作的多種功能性。舉例來(lái)說(shuō)，像素電路區(qū)域125可包括電路以開(kāi)始在ro區(qū)域115內(nèi)獲取圖像電荷、將在ro區(qū)域115內(nèi)積累的圖像電荷復(fù)位到準(zhǔn)備好的成像像素100以用于下一個(gè)圖像，或?qū)⒂沙上裣袼?00獲取的圖像數(shù)據(jù)傳送出。如所說(shuō)明，在此前側(cè)照明配置的實(shí)例中，像素電路區(qū)域125緊密鄰近于PD區(qū)域115而定位。圖2為根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的BSI成像像素的混合橫截面/電路說(shuō)明。在所說(shuō)明的實(shí)施例中，BSI成像像素200包括襯底205、濾色器210、微透鏡215、H)區(qū)域220、互連擴(kuò)散區(qū)域225、像素電路區(qū)域230、像素電路層235及金屬堆疊240。所說(shuō)明的像素電路區(qū)域230的實(shí)施例包括安置在擴(kuò)散阱245上的4T像素(可替代其它像素設(shè)計(jì))以及其它電路231 (例如，增益電路、ADC電路、伽馬控制電路、曝光控制電路等)。在此實(shí)施例中，浮動(dòng)擴(kuò)散250安置在擴(kuò)散阱245內(nèi)且耦合在轉(zhuǎn)移晶體管Tl與SF晶體管T3的柵極之間。所說(shuō)明的金屬堆疊240的實(shí)施例包括由金屬間電介質(zhì)層241及243分開(kāi)的兩個(gè)金屬層Ml及M2。雖 然圖2僅說(shuō)明兩層金屬堆疊，但金屬堆疊240可包括更多或更少的層以用于在成像像素200的前側(cè)上路由信號(hào)。在一個(gè)實(shí)施例中，鈍化層或釘扎層270安置在互連擴(kuò)散區(qū)域225上。最后，淺溝槽隔離(“STI”)使BSI成像像素200與鄰近像素(未說(shuō)明)隔離。如所說(shuō)明，成像像素200對(duì)入射在半導(dǎo)體裸片背側(cè)上的光280是光敏的。通過(guò)使用背側(cè)照明傳感器，像素電路區(qū)域230可與光電二極管區(qū)域220呈重疊配置而定位。換句話說(shuō)，像素電路可在不阻礙光280到達(dá)光電二極管區(qū)域220的情況下鄰近于互連擴(kuò)散區(qū)域225且在光電二極管區(qū)域220與裸片前側(cè)之間而放置。與如圖1的FSI成像像素中說(shuō)明的并排配置不同，通過(guò)與光電二極管區(qū)域220呈重疊配置而放置像素電路，光電二極管區(qū)域220不再與像素電路競(jìng)爭(zhēng)寶貴的裸片占地面積(real estate) 0事實(shí)上，可擴(kuò)大像素電路區(qū)域230以容納額外組件或較大組件而不減損圖像傳感器的填充因數(shù)。BSI成像像素200在不降低像素的敏感度的情況下進(jìn)一步使得能夠緊鄰于其相應(yīng)光電二極管區(qū)域220放置其它電路231 (例如，增益控制或ADC電路)。通過(guò)緊鄰于每一 PD區(qū)域220而插入增益控制及ADC電路，可歸因于H)區(qū)域220與額外像素內(nèi)電路之間的較短的電互連而減少電路噪聲及改進(jìn)噪聲抗擾度。此外，所說(shuō)明的實(shí)施例的背側(cè)照明配置提供更大的靈活性以在金屬堆疊240內(nèi)在成像像素200的前側(cè)上路由信號(hào)，而不干擾光280。在一個(gè)實(shí)施例中，快門(mén)信號(hào)在金屬堆疊240內(nèi)被路由到BSI成像陣列的像素(包括像素200)。在一個(gè)實(shí)施例中，BSI像素陣列內(nèi)的鄰近像素的H)區(qū)域220上的像素電路區(qū)域230可經(jīng)分組以產(chǎn)生共有裸片占地面積。此共有裸片占地面積除基本3T、4T、5T等像素電路之外還可支持共享電路(或像素間電路)?；蛘?，一些像素可與需要用于較大或更先進(jìn)的像素內(nèi)電路的額外像素電路空間的鄰近像素共享其ro區(qū)域上的其未使用的裸片占地面積。因此，在一些實(shí)施例中，其它電路231可重疊兩個(gè)或兩個(gè)以上ro區(qū)域220且甚至可由一個(gè)或一個(gè)以上像素共享。在一個(gè)實(shí)施例中，襯底205以P型摻雜劑摻雜。在此情形下，襯底205及其上生長(zhǎng)的外延層可被稱為P襯底。在P型襯底實(shí)施例中，擴(kuò)散阱245為P+阱植入，而光電二極管區(qū)域220、互連擴(kuò)散區(qū)域225及浮動(dòng)擴(kuò)散250經(jīng)N型摻雜。浮動(dòng)擴(kuò)散250以與擴(kuò)散阱245相反的導(dǎo)電性類(lèi)型摻雜劑摻雜以在擴(kuò)散阱245內(nèi)產(chǎn)生p-n結(jié)，從而在電方面隔離浮動(dòng)擴(kuò)散250。在襯底205及其上的外延層是N型的實(shí)施例中，擴(kuò)散阱245也經(jīng)N型摻雜，而光電二極管區(qū)域220、互連擴(kuò)散區(qū)域225及浮動(dòng)擴(kuò)散250具有相反的P型導(dǎo)電性。圖3為根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的雙向相機(jī)組合件的橫截面圖。在此實(shí)施例中，雙向相機(jī)組合件300包括第一成像系統(tǒng)310及第二成像系統(tǒng)350。第一成像系統(tǒng)310包括FSI成像像素陣列。所述陣列中的每一像素由襯底311及金屬堆疊312形成。舉例來(lái)說(shuō)，F(xiàn)SI陣列中的每一像素可具有 形成在襯底311中的H)區(qū)域，其接收通過(guò)金屬堆疊312的光(類(lèi)似于圖1中展示的FSI成像像素100)。此外，F(xiàn)SI陣列中的每一像素可利用對(duì)應(yīng)的濾色器314及微透鏡315。第一成像系統(tǒng)310進(jìn)一步包括粘合膠316及安置在所述微透鏡上的蓋玻片317。第二成像系統(tǒng)350包括BSI成像像素305的陣列。所述陣列中的每一像素由襯底351及金屬堆疊352形成。舉例來(lái)說(shuō)，BSI陣列中的每一像素可具有形成在襯底351中且安置在金屬堆疊352與背側(cè)p+層353之間的H)區(qū)域(類(lèi)似于圖2中展示的BSI成像像素)。此外，每一像素可利用對(duì)應(yīng)的濾色器354及微透鏡355。第二成像系統(tǒng)350進(jìn)一步包括粘合膠356及安置在所述微透鏡上的蓋玻片357。在此實(shí)施例中，第一成像系統(tǒng)310的底側(cè)經(jīng)由接合層320接合到第二成像系統(tǒng)350的頂側(cè)。因此，入射到雙向相機(jī)組合件300的相對(duì)側(cè)的電磁輻射入射到圖像傳感器陣列中的一者的光敏區(qū)域。此外，如上文描述，與并排配置的FSI成像像素對(duì)照，BSI成像像素可包括與其光電二極管區(qū)域呈重疊配置而放置的像素電路；因此，可擴(kuò)大BSI成像像素的像素電路區(qū)域以適應(yīng)額外組件或較大組件而不減損圖像傳感器的填充因數(shù)。因此，在一些實(shí)施例中，與FSI成像系統(tǒng)310相比，BSI成像系統(tǒng)350能夠捕捉具有更高圖像分辨率的圖像數(shù)據(jù)?？墒褂眯酒?jí)封裝(“CSP”)或穿硅通孔(“TSV”)工藝來(lái)實(shí)現(xiàn)用于BSI圖像傳感器350的再分布層(“RDL”)，以使得第二成像系統(tǒng)350的金屬堆疊352對(duì)于金屬墊360為可到達(dá)的。在一個(gè)實(shí)施例中，金屬墊360通過(guò)濺鍍、準(zhǔn)直濺鍍、低壓濺鍍、反應(yīng)性濺鍍、電鍍、化學(xué)氣相沉積或蒸發(fā)或此項(xiàng)技術(shù)中已知的任何在功能上等效的工藝而沉積到半導(dǎo)體襯底312的前側(cè)上。金屬墊360為襯底380提供到由成像系統(tǒng)310及350捕捉的成像數(shù)據(jù)的入口。在此實(shí)施例中，TSV 361及362由金屬堆疊312及襯底311而形成，以操作性地將金屬層352耦合到金屬墊360。在此實(shí)施例中，不在蓋玻片317正下方的區(qū)域中的金屬堆疊312及襯底311可用于TSV工藝中，因?yàn)橛蒄SI像素陣列311占據(jù)的襯底及金屬堆疊區(qū)域在蓋玻片317下方的區(qū)域中被發(fā)現(xiàn)。
圖4為說(shuō)明根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例用于制造雙向相機(jī)組合件的工藝的流程圖。如本文中說(shuō)明的流程圖提供各種工藝動(dòng)作的序列的實(shí)例。雖然以特定序列或次序展示，但除非另有說(shuō)明，否則可修改所述動(dòng)作的次序。因此，所說(shuō)明的實(shí)施方案應(yīng)被理解為僅為實(shí)例，且可以不同的次序執(zhí)行所說(shuō)明的工藝，且一些動(dòng)作可并行地執(zhí)行。此外，在本發(fā)明的各種實(shí)施例中可省略一個(gè)或一個(gè)以上動(dòng)作；因此，在每個(gè)實(shí)施方案中并不需要所有的動(dòng)作。其它工藝流程是可能的。圖5A到圖為根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例形成雙向相機(jī)組合件的圖像晶片的框圖，且將在圖4中展示的工藝流程的背景下觀察。在工藝框405中，F(xiàn)SI圖像傳感器的制造可包含常規(guī)技術(shù)一直到后道工序(“BE0L”)組件(包括擴(kuò)散植入物、硅化物、像素晶體管電路及金屬堆疊)的制造。圖5A為經(jīng)制造的FSI圖像傳感器晶片505的說(shuō)明。區(qū)域510包含F(xiàn)SI圖像傳感器區(qū)域520a-b及未使用的區(qū)域530a-b。圖像傳感器中的無(wú)源半導(dǎo)體元件及有源半導(dǎo)體元件(例如像素陣列中發(fā)現(xiàn)的CMOS晶體管、讀出電路及其它電路)在襯底區(qū)域520a中制造。金屬堆疊520b在襯底520a上制造。在此實(shí)施例中，沒(méi)有半導(dǎo)體元件在襯底區(qū)域520b中形成。未使用區(qū)域530a-b可包括電介質(zhì)層。鈍化層540形成在金屬堆疊520b上，其中鈍化開(kāi)口 545經(jīng)形成以暴露頂部金屬互連層上的金屬墊。在其它實(shí)施例中，省略鈍化層540。所說(shuō)明的金屬堆疊520b的實(shí)施例包括由金屬間電介質(zhì)層分開(kāi)的兩個(gè)金屬互連層。雖然圖5A說(shuō)明兩層金屬堆疊，但金屬堆疊520b可包括更多或更少的金屬互連層以用于在襯底520a的頂側(cè)上路由信號(hào)。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，金屬互連層包含金屬，例如，鋁、銅或其它合金。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，金屬互連層通過(guò)濺鍍、準(zhǔn)直濺鍍、低壓濺鍍、反應(yīng)性濺鍍、電鍍、化學(xué)氣相沉積或蒸發(fā)而形成。在圖4的工藝框410中，BSI圖像傳感器裸片的制造可包含常規(guī)技術(shù)一直到BEOL組件(包括擴(kuò)散植入物、硅化物、像素晶體管電路及金屬堆疊)的制造。

圖5B為經(jīng)制造的BSI圖像晶片555的說(shuō)明。在此實(shí)施例中，圖5A中的區(qū)域510 (其包含F(xiàn)SI圖像傳感器裸片520及未使用區(qū)域530)相對(duì)來(lái)說(shuō)與BSI圖像傳感器裸片560的尺寸相同，所以，當(dāng)FSI圖像傳感器晶片505與BSI圖像傳感器晶片555接合在一起時(shí)，F(xiàn)SI圖像傳感器裸片520的物理中心與BSI圖像傳感器560的物理中心對(duì)準(zhǔn)。圖像傳感器的無(wú)源半導(dǎo)體元件及有源半導(dǎo)體元件(例如像素陣列中發(fā)現(xiàn)的CMOS晶體管、讀出電路及其它電路)在襯底570中制造。金屬堆疊580形成在襯底570的頂部上。在所說(shuō)明的實(shí)施例中，金屬堆疊580包括由金屬間電介質(zhì)層分開(kāi)的兩個(gè)金屬互連層。鈍化590形成在金屬堆疊580上。在其它實(shí)施例中，省略鈍化590。在本實(shí)施例中，F(xiàn)SI圖像傳感器裸片520及BSI圖像傳感器裸片560的無(wú)源元件及有源元件分別形成在襯底520及襯底570中。在本發(fā)明的其它實(shí)施例中，F(xiàn)SI圖像傳感器裸片510及BSI圖像傳感器裸片560的半導(dǎo)體元件可形成在外延層中。在本發(fā)明的另外其它實(shí)施例中，F(xiàn)SI圖像傳感器裸片510及BSI圖像傳感器裸片560的半導(dǎo)體元件可形成在外延層中，其中襯底層形成在所述外延層下方。在圖4的工藝框415中，使用接合氧化物將FSI圖像傳感器晶片的底側(cè)接合到BSI圖像傳感器晶片的頂側(cè)。因此，如圖5C中所展示，使用接合氧化物595將FSI圖像傳感器晶片505的底側(cè)接合到BSI圖像傳感器晶片555的頂側(cè)。BSI圖像傳感器裸片560的尺寸與FSI圖像傳感器裸片520及未使用區(qū)域530的尺寸近似相同。FSI圖像傳感器裸片520及未使用區(qū)域530經(jīng)定位以使得，在兩個(gè)晶片接合在一起后，F(xiàn)SI圖像傳感器裸片520的物理中心與BSI圖像傳感器裸片560的物理中心對(duì)準(zhǔn)。在一個(gè)實(shí)施例中，在此處理階段，F(xiàn)SI圖像傳感器晶片505及BSI圖像傳感器晶片555各自具有相同的厚度(例如，約400 μ m)。在工藝框420中，通過(guò)已知方法(例如化學(xué)機(jī)械平坦化)使BSI晶片的背側(cè)薄化。襯底570的背側(cè)的薄化在圖中展示。在此實(shí)施例中，F(xiàn)SI圖像傳感器晶片505充當(dāng)用于BSI圖像傳感器晶片555的處置晶片，因此，不需要單獨(dú)的處置晶片(處置晶片用作用于在將部分制成的成像像素陣列的背側(cè)薄化時(shí)固持所述部分制成的成像像素陣列的把手)。因此，BSI圖像傳感器晶片555將具有小于FSI圖像晶片的厚度的厚度。在工藝框425中，執(zhí)行背側(cè)P+層的離子植入及抗反射性涂層的退火及沉積。如圖5D中展示，襯底570的背側(cè)p+層為P型層；在本發(fā)明的其它實(shí)施例中，所述背側(cè)層可為η型層或可被省略。在工藝框430中，通過(guò)形成用于兩個(gè)圖像傳感器裸片的濾色器及微透鏡、在每一圖像傳感器裸片上形成保護(hù)性封裝及對(duì)經(jīng)接合的FSI及BSI圖像傳感器晶片進(jìn)行裸片鋸開(kāi)而完成雙向相機(jī)組合件的制造。在本發(fā)明的一些實(shí)施例中，兩個(gè)圖像傳感器經(jīng)受抗反射性涂層的沉積。在本發(fā)明的其它實(shí)施例中，可省略所述抗反射性涂層。在本發(fā)明的其它實(shí)施例中，可省略所述抗反射性涂層?？蓪⒈Ｗo(hù)性帶放置在FSI圖像傳感器晶片505的頂側(cè)上以保護(hù)頂部金屬互連層。圖6Α到圖6D說(shuō)明根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例用于封裝雙向相機(jī)組合件的處理操作。圖6Α為說(shuō)明包括接合到BSI圖像傳感器晶片620的FSI圖像傳感器晶片610的雙向圖像傳感器600的橫截面圖。濾色器650形成在FSI圖像傳感器晶片610中的每一 FSI圖像傳感器像素上。微透鏡655形成在濾色器650 上。濾色器630形成在BSI圖像傳感器晶片620中的每一 BSI圖像傳感器像素上。微透鏡635形成在濾色器630上。圖6Α說(shuō)明BSI圖像晶片620比FSI圖像晶片610擁有更多的“像素即，與FSI圖像晶片610相比，BSI圖像晶片620可以更高的分辨率捕捉圖像數(shù)據(jù)。在一個(gè)實(shí)施例中，不包括濾色器650及微透鏡655的FSI圖像傳感器晶片的厚度約為200 μ m,且不包括濾色器630及微透鏡635的BSI圖像傳感器晶片620的厚度約為2 μ m。在BSI圖像晶片620上形成濾色器630及微透鏡635之后，安裝粘合間隔物640及蓋玻片645以保護(hù)所述微透鏡，同時(shí)形成濾色器650及微透鏡655。圖6B為說(shuō)明具有經(jīng)安裝以保護(hù)FSI圖像晶片610的微透鏡655的蓋玻片的雙向圖像傳感器晶片600的橫截面圖。在此實(shí)施例中，粘合間隔物660及蓋玻片665安裝在微透鏡655上。如上陳述，與BSI圖像晶片620相比，F(xiàn)SI圖像晶片610包括更少的像素(且因此，包括更少的濾色器及微透鏡)。因此，在此實(shí)施例中，蓋玻片665經(jīng)形成以暴露未被FSI圖像傳感器裸片使用的FSI晶片610的頂部金屬的區(qū)域。如下文描述，在再分布層(“RDL”)的形成期間利用此區(qū)域。圖6C為說(shuō)明經(jīng)制造以將BSI圖像傳感器裸片的金屬層670耦合到金屬墊675的RDL及TSV連接的形成之后的雙向圖像傳感器晶片600的橫截面圖。在此實(shí)施例中，TSV工藝用于形成TSV 671，其提供到BSI圖像晶片620的金屬層670的入口。在本發(fā)明的其它實(shí)施例中，CSP工藝可用于操作性地將金屬層670耦合到金屬墊675。在金屬墊675形成之前或之后，可使用已知方法對(duì)雙向圖像傳感器晶片600進(jìn)行裸片鋸開(kāi)。圖6D為說(shuō)明將金屬墊675耦合到襯底(例如，印刷電路板(“PCB”) 690)的焊接球680的橫截面圖。因此，可將PCB 690操作性地耦合到FSI圖像傳感器及BSI圖像傳感器兩者的金屬層，以控制每一成像系統(tǒng)及接收所捕捉的圖像數(shù)據(jù)。圖7為說(shuō)明根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的雙向相機(jī)組合件的橫截面圖。在此實(shí)施例中，雙向相機(jī)組合件700包括兩個(gè)封裝裸片、FSI圖像傳感器710及BSI圖像傳感器720。相比于雙向相機(jī)組合件600 (其描述為在晶片級(jí)上形成，其中FSI圖像傳感器晶片在制造期間接合到BSI圖像傳感器晶片)，雙向相機(jī)組合件700包含操作性地耦合到PCB襯底的兩個(gè)經(jīng)封裝裸片。FSI圖像傳感器710的光敏區(qū)域形成在襯底730的前側(cè)711的下方。在本發(fā)明的一些實(shí)施例中，襯底730包含外延層。金屬堆疊735形成在襯底730的前側(cè)711上。金屬堆疊735包括由電介質(zhì)層分開(kāi)的一個(gè)或一個(gè)以上金屬互連層。濾色器740形成在金屬堆疊735上且微透鏡745形成在濾色器740上。RDL 780 (下文論述)形成在襯底730的背側(cè)712 上。BSI圖像傳感器720的光敏區(qū)域形成在襯底750的前側(cè)721的下方。在本發(fā)明的一些實(shí)施例中，襯底750包含外延層。金屬堆疊755形成在襯底750的前側(cè)721上。金屬堆疊755包含由電介質(zhì)層分開(kāi)的一個(gè)或一個(gè)以上金屬互連層。處置襯底760在BSI圖像傳感器720在硅晶片上被裸片鋸開(kāi)之前接合到襯底750。處置襯底用作用于在將部分制成的成像像素的背側(cè)薄化時(shí)固持所述部分制成的成像像素的把手。處置襯底760可由在制造期間接合到BSI圖像傳感器720的由多個(gè)處置襯底(或者在本文中稱為處置晶片)組成的硅晶片形成。形成濾色器770 且微透鏡775形成在濾色器770上。RDL 785形成在BSI圖像傳感器720的前側(cè)上。焊接 球790形成在RDL 780的背側(cè)上及RDL 785的前側(cè)上，且可被焊接到例如PCB 795等襯底。在此實(shí)施例中，雙向相機(jī)組合件700的厚度大于圖6D中的雙向相機(jī)組合件600的厚度，因?yàn)殡p向相機(jī)組合件700使用用于BSI圖像傳感器720的單獨(dú)處置襯底，而不是將FSI圖像傳感器用作BSI圖像傳感器的處置襯底(如上文描述)。對(duì)本發(fā)明的所說(shuō)明的實(shí)施例的以上描述(包括摘要中描述的內(nèi)容)不希望是詳盡的或?qū)⒈景l(fā)明限于所揭示的精確形式。如相關(guān)領(lǐng)域的技術(shù)人員將認(rèn)識(shí)到，雖然出于說(shuō)明性目的而在本文中描述本發(fā)明的特定實(shí)施例及用于本發(fā)明的實(shí)例，但在本發(fā)明的范圍內(nèi)各種修改是可能的?？设b于以上詳細(xì)描述對(duì)本發(fā)明做出這些修改。所附權(quán)利要求書(shū)中使用的術(shù)語(yǔ)不應(yīng)被理解為將本發(fā)明限于說(shuō)明書(shū)中揭示的特定實(shí)施例。事實(shí)上，本發(fā)明的范圍應(yīng)完全由所附權(quán)利要求書(shū)確定，應(yīng)根據(jù)所建立的權(quán)利要求解釋的原則來(lái)理解所附權(quán)利要求書(shū)。
權(quán)利要求
1.一種設(shè)備，其包含 第一成像系統(tǒng)，其包括安置在第一半導(dǎo)體裸片內(nèi)的前側(cè)照明FSI成像像素陣列，其中每一 FSI成像像素包括用于響應(yīng)于所述FSI陣列的前側(cè)上的入射光而積累圖像電荷的光電二極管區(qū)域； 第一金屬堆疊，其安置在所述第一半導(dǎo)體裸片的第一側(cè)上且包括耦合到所述第一成像系統(tǒng)的FSI讀出電路，以從所述FSI成像像素中的每一者讀出圖像數(shù)據(jù)； 第二成像系統(tǒng)，其包括安置在第二半導(dǎo)體裸片內(nèi)的背側(cè)照明BSI成像像素陣列，其中每一BSI成像像素包括用于響應(yīng)于所述BSI陣列的背側(cè)上的入射光而積累圖像電荷的光電二極管區(qū)域； 第二金屬堆疊，其安置在所述第二半導(dǎo)體裸片上且包括耦合到所述第二成像系統(tǒng)的BSI讀出電路，以從所述BSI成像像素中的每一者讀出圖像數(shù)據(jù)；及 接合層，其用于將所述第二金屬堆疊接合到所述第一半導(dǎo)體裸片的第二側(cè)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中BSI成像像素的數(shù)目大于FSI成像像素的數(shù)目。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中所述第一成像系統(tǒng)的中心與所述第二成像系統(tǒng)的中心相對(duì)對(duì)準(zhǔn)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中所述第二成像系統(tǒng)包含小于所述第一成像系統(tǒng)的厚度。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中所述第一及第二金屬堆疊操作性地耦合到襯底，以從所述FSI讀出電路及所述BSI讀出電路接收所述圖像數(shù)據(jù)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中用于從所述FSI讀出電路及所述BSI讀出電路接收所述圖像數(shù)據(jù)的所述襯底包含印刷電路板PCB。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的設(shè)備，其中所述第一半導(dǎo)體裸片包含硅半導(dǎo)體材料且包括穿硅通孔TSV中的至少一者，以將所述第二金屬堆疊的所述BSI讀出電路操作性地耦合到所述 PCB。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中所述接合層包含氧化物接合層。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中對(duì)于每一FSI成像像素，所述FSI陣列包括 微透鏡，其在所述光電二極管區(qū)域下方安置在所述第一半導(dǎo)體裸片的前側(cè)上，且經(jīng)光學(xué)對(duì)準(zhǔn)以將從所述前側(cè)接收的光聚焦到所述光電二極管區(qū)域上；及 濾色器，其安置在所述微透鏡與所述光電二極管區(qū)域之間以過(guò)濾從所述前側(cè)接收的光;且 其中對(duì)于每一 BSI成像像素，所述BSI陣列包括 微透鏡，其在所述光電二極管區(qū)域下方安置在所述第二半導(dǎo)體裸片的背側(cè)上，且經(jīng)光學(xué)對(duì)準(zhǔn)以將從所述背側(cè)接收的光聚焦到所述光電二極管區(qū)域上；及 濾色器，其安置在所述微透鏡與所述光電二極管區(qū)域之間以過(guò)濾從所述背側(cè)接收的光。
10.一種成像系統(tǒng)，其包含 前側(cè)照明FSI成像像素陣列，其中每一 FSI成像像素包括用于響應(yīng)于所述FSI陣列的前側(cè)上的入射光而積累圖像電荷的光電二極管區(qū)域； FSI讀出電路，其安置在所述FSI陣列上以從所述FSI成像像素中的每一者讀出圖像數(shù)據(jù)； 背側(cè)照明BSI成像像素陣列，其中每一 BSI成像像素包括用于響應(yīng)于所述BSI陣列的背側(cè)上的入射光而積累圖像電荷的光電二極管區(qū)域，其中所述BSI陣列的中心與所述FSI陣列的中心相對(duì)對(duì)準(zhǔn)； BSI讀出電路，其安置在所述BSI陣列上以從所述BSI成像像素中的每一者讀出圖像數(shù)據(jù)；及 襯底，其操作性地耦合到所述FSI讀出電路及所述BSI讀出電路以從所述FSI陣列及所述BSI陣列接收?qǐng)D像數(shù)據(jù)。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的成像系統(tǒng),其中所述襯底包含印刷電路板PCB。
12.根據(jù)權(quán)利要求10所述的成像系統(tǒng)，其中所述BSI陣列包括在半導(dǎo)體裸片中，所述BSI讀出電路包括在安置在所述半導(dǎo)體裸片上的金屬堆疊中，且所述成像系統(tǒng)進(jìn)一步包含安置在所述金屬堆疊上的處置襯底。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的成像系統(tǒng)，其中所述BSI陣列包含小于所述FSI陣列的厚度。
14.根據(jù)權(quán)利要求10所述的成像系統(tǒng)，其中BSI成像像素的數(shù)目大于FSI成像像素的數(shù)目。
15.根據(jù)權(quán)利要求10所述的成像系統(tǒng)，其中所述FSI陣列的寬度與所述BSI陣列的寬度相對(duì)相等。
16.一種制造雙側(cè)相機(jī)組合件的方法，所述方法包含 制造安置在第一半導(dǎo)體裸片內(nèi)的前側(cè)照明FSI成像像素陣列，其中每一 FSI成像像素包括用于響應(yīng)于所述FSI陣列的前側(cè)上的入射光而積累圖像電荷的光電二極管區(qū)域；制造安置在第二半導(dǎo)體裸片內(nèi)的背側(cè)照明BSI成像像素陣列，其中每一 BSI成像像素包括用于響應(yīng)于所述BSI陣列的背側(cè)上的入射光而積累圖像電荷的光電二極管區(qū)域； 將處置晶片接合到所述BSI陣列的前側(cè)； 在所述BSI陣列的所述背側(cè)使所述第二半導(dǎo)體裸片薄化，使得所述第二半導(dǎo)體裸片的厚度小于所述第一半導(dǎo)體裸片的厚度；及 組合所述第一及第二半導(dǎo)體裸片以形成所述雙側(cè)相機(jī)組合件。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的方法，其中所述處置晶片包含所述第一半導(dǎo)體裸片，且組合所述第一及第二半導(dǎo)體裸片包含將安置在所述第二半導(dǎo)體裸片上的金屬堆疊接合到所述第一半導(dǎo)體裸片，其中所述金屬堆疊包括BSI讀出電路以從所述BSI成像像素中的每一者讀出圖像數(shù)據(jù)。
18.根據(jù)權(quán)利要求16所述的方法，其進(jìn)一步包含 形成安置在所述第一半導(dǎo)體裸片上且包括FSI讀出電路以從所述FSI成像像素中的每一者讀出圖像數(shù)據(jù)的第一金屬堆疊，及安置在所述第一金屬堆疊上以提供到所述FSI讀出電路的入口的第一再分布層RDL ;及 形成安置在所述第二半導(dǎo)體裸片上且包括BSI讀出電路以從所述BSI成像像素中的每一者讀出圖像數(shù)據(jù)的第二金屬堆疊，及安置在所述第二金屬堆疊上以提供到所述FSI讀出電路的入口的第二 RDL ； 其中組合所述第一及第二半導(dǎo)體裸片以形成所述雙側(cè)相機(jī)組合件包含將所述第一及第二 RDL操作性地耦合到所述雙側(cè)相機(jī)組合件的襯底。
19.根據(jù)權(quán)利要求16所述的方法，其中所述雙側(cè)相機(jī)組合件的所述襯底包含印刷電路板 PCB。
20.根據(jù)權(quán)利要求16所述的方法，其進(jìn)一步包含 對(duì)于每一 FSI成像像素，形成在所述光電二極管區(qū)域下方安置在所述第一半導(dǎo)體裸片的前側(cè)上且經(jīng)光學(xué)對(duì)準(zhǔn)以將從所述前側(cè)接收的光聚焦到所述光電二極管區(qū)域上的微透鏡，及安置在所述微透鏡與所述光電二極管區(qū)域之間以過(guò)濾從所述前側(cè)接收的所述光的濾色器；及 對(duì)于每一 BSI成像像素，形成在所述光電二極管區(qū)域下方安置在所述第二半導(dǎo)體裸片的背側(cè)上且經(jīng)光學(xué)對(duì)準(zhǔn)以將從所述背側(cè)接收的光聚焦到所述光電二極管區(qū)域上的微透鏡，及安置在所述微透鏡與所述光電二極管區(qū)域之間以過(guò)濾從所述背側(cè)接收的所述光的濾色器。
全文摘要
本發(fā)明的實(shí)施例涉及一種雙向相機(jī)組合件，其包括操作性地耦合在一起(例如，接合、堆疊在共用襯底上)的后向相機(jī)及前向相機(jī)。在本發(fā)明的一些實(shí)施例中，具有前側(cè)照明FSI成像像素陣列的系統(tǒng)接合到具有背側(cè)照明BSI成像像素陣列的系統(tǒng)，從而產(chǎn)生具有最小尺寸(例如，相比于現(xiàn)有技術(shù)方案具有減小的厚度)的相機(jī)組合件。當(dāng)BSI圖像傳感器晶片被薄化時(shí)，F(xiàn)SI圖像傳感器晶片可用作用于所述BSI圖像傳感器晶片的處置晶片，從而減小整個(gè)相機(jī)模塊的厚度。根據(jù)本發(fā)明的其它實(shí)施例，兩個(gè)封裝裸片、一個(gè)BSI圖像傳感器、另一個(gè)FSI圖像傳感器堆疊在例如印刷電路板等共用襯底上，且經(jīng)由再分布層操作性地耦合在一起。
文檔編號(hào)H04N5/335GK103066081SQ20121032541
公開(kāi)日2013年4月24日 申請(qǐng)日期2012年9月5日 優(yōu)先權(quán)日2011年9月16日
發(fā)明者陳剛, 阿希什·沙阿, 毛杜立, 戴幸志, 霍華德·E·羅茲 申請(qǐng)人:全視科技有限公司