CN111370435B - 一种图像传感器及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种图像传感器及其制造方法，根据本发明的图像传感器，其利用重掺杂区进行电信号的间接引出，防止了对焊盘的损坏；所述轻掺杂区和重掺杂区形成反向PN结，以减小寄生电容，防止漏电和电流的聚集；并且在形成由于重掺杂区和轻掺杂区采用原位掺杂方式，会导致该区域的应力过大，不利于布线层的连接可靠性，引出在掺杂接触区上的布线层上设置应力缓冲层，以防止应力损毁布线层。
Description
技术领域
本发明涉及半导体芯片封装测试制造领域，具体涉及一种图像传感器及其制造方法。
背景技术
图像传感器是摄像模组的核心部件，CMOS 图像传感器与电荷耦合器件是当前两种主流图像传感器。其中，电荷耦合器件集成在单晶硅材料上，像素信号逐行逐列依此移动并在边缘出口位置依此放大，CMOS图像传感器集成在金属氧化物半导体材料上，每个像素点均带有信号放大器，像素信号可以直接扫描导出。CMOS具有低成本、设计简单、尺寸小、功耗低等优势。随着技术成熟进步，CCD已经逐渐被CMOS 图像传感器取代。
现有的CMOS图像传感器，一般是先对其衬底进行有源面的盖玻璃封装，然后进行背面钻孔和布线。具体可以参见图8，盖玻璃4通过具有粘合性的间隔件3粘合于半导体衬底1上，所述半导体衬底1上具有有源区2（或感测器）和多个焊盘6，为了引出电极，需要在半导体衬底1的背面形成通孔5，所述通孔5露出所述多个焊盘6，然后形成绝缘层7和布线层8，布线层8将焊盘6的信号引出至背面，布线层8被塑封层9密封且通过凸块10最终引出。该种封装方法，通孔5需要蚀刻或者钻刻到焊盘6的位置，会对焊盘6造成损伤，严重的甚至会使焊盘6脱落，其不利于电连接的可靠性。此外，在有源区2与布线层8之间（A位置）由于存在电势差，会在该两者之间存在寄生电容，其对电连接也是不利的，可能会有漏电风险。
发明内容
基于解决上述问题，本发明提供了一种图像传感器，其包括：半导体衬底、间隔件和盖玻璃；
所述盖玻璃通过所述间隔件黏附于所述半导体衬底的上表面上；
所述半导体衬底的上表面上设置有感测区和多个焊盘，所述焊盘围绕在所述感测区周围；且在所述半导体衬底的下表面设置有多个盲孔；所述多个盲孔与所述多个焊盘对应，所述多个盲孔的底部未露出所述多个焊盘，且所述底部与所述多个焊盘之间留有间隔区，所述间隔区具有第一厚度；所述半导体衬底还包括掺杂第一半导体类型的轻掺杂区以及掺杂第二半导体类型的重掺杂区，所述轻掺杂区和重掺杂区从所述盲孔的底部开始经由所述盲孔的侧壁延伸至所述下表面，且所述轻掺杂区具有第一深度，所述重掺杂区具有第二深度，其中，所述第一深度大于所述第二深度，所述第一深度和第二深度均大于所述第一厚度；
在所述下表面形成有树脂密封层，所述树脂密封层填充所述多个盲孔且覆盖所述下表面，所述树脂密封层在所述下表面具有露出部分所述重掺杂区的开口，多个凸块形成于所述开口中的金属层上。
其中，所述金属层与所述重掺杂区之间形成有金属硅化物层。
其中，还包括应力缓冲层，其覆盖所述重掺杂区，且所述应力缓冲层被所述树脂密封层覆盖。
其中，所述应力缓冲层为拉应力的氮化硅或氮氧化硅。
其中，所述第一半导体类型为Al，所述第二半导体类型为P，所述轻掺杂区与所述重掺杂区构成反向PN结。
本发明还提供了一种图像传感器的制造方法，其包括：
（1）提供具有多个感测区和多个焊盘的半导体衬底，并将盖玻璃通过间隔件黏合到所述半导体衬底的上表面；
（2）在所述半导体衬底的下表面形成多个盲孔，所述多个盲孔与所述多个焊盘对应，且所述多个盲孔与所述多个焊盘之间留有间隔区，所述间隔区具有第一厚度；
（3）对所述下表面进行第一半导体类型掺杂以在所述多个盲孔的底部和侧壁以及所述下表面形成轻掺杂区，所述轻掺杂区具有第一深度；
（4）对所述下表面进行第二半导体类型掺杂以在所述多个盲孔的底部和侧壁以及所述下表面形成重掺杂区，所述重掺杂区具有第二深度；其中，所述第一深度大于所述第二深度，所述第一深度和第二深度均大于所述第一厚度；
（5）在所述下表面形成树脂密封层，所述树脂密封层填充所述多个盲孔且覆盖所述下表面，所述树脂密封层在所述下表面具有露出部分所述重掺杂区的开口，在所述开口中沉积金属层，并将多个凸块形成于所述金属层上。
其中，在步骤（5）中，沉积金属层之后还包括退火工艺，以在所述金属层与所述重掺杂区之间形成金属硅化物层。
其中，在步骤（4）与步骤（5）之间，还包括形成应力缓冲层，其覆盖所述重掺杂区。
其中，所述应力缓冲层为拉应力的氮化硅或氮氧化硅。
其中，所述第一半导体类型为Al，所述第二半导体类型为P，所述轻掺杂区与所述重掺杂区构成反向PN结。
根据本发明的图像传感器，其利用重掺杂区进行电信号的间接引出，防止了对焊盘的损坏；所述轻掺杂区和重掺杂区形成反向PN结，以减小寄生电容，防止漏电和电流的聚集；并且在形成由于重掺杂区和轻掺杂区采用原位掺杂方式，会导致该区域的应力过大，不利于布线层的连接可靠性，引出在掺杂接触区上的布线层上设置应力缓冲层，以防止应力损毁布线层。
附图说明
图1为本发明的图像传感器的剖视图；
图2-7为本发明的图像传感器制造方法的示意图；
图8为现有的图像传感器的剖视图。
具体实施方式
参见图1，该本发明包括半导体衬底20、间隔件23和盖玻璃24。所述半导体衬底20为传统的硅材料，其由半导体晶圆切割而得到，其包括相对的上表面和下表面，在所述上表面上的多个焊盘22和感测区21，所述焊盘22电接所述感测区21，且所述焊盘22围绕在所述感测区21周围。
所述盖玻璃24通过所述间隔件23黏附于所述半导体衬底20的上表面上；其中，所述盖玻璃24可以是具有滤光层的玻璃板，其尺寸与半导体衬底20的尺寸相当，且具有较薄的厚度。所述间隔件23可以是光固化树脂或者热固化树脂，其固化之间具有粘性，可以将所述盖玻璃24与所述半导体衬底20很好的粘附起来。
在所述半导体衬底20的下表面设置有多个盲孔25，所述多个盲孔25与所述多个焊盘22一一对应，且所述多个盲孔25与所述多个焊盘22之间留有间隔区，所述间隔区具有第一厚度；所述半导体衬底20还包括掺杂第一半导体类型的轻掺杂区26以及掺杂第二半导体类型的重掺杂区27，所述轻掺杂区26和重掺杂区27从所述盲孔25的底部开始经由所述盲孔25的侧壁延伸至所述下表面，且所述轻掺杂区26具有第一深度，所述重掺杂区27具有第二深度，其中，所述第一深度大于所述第二深度，所述第一深度和第二深度均大于所述第一厚度。所述重掺杂区的掺杂元素为磷，该重掺杂区的浓度大于1E19cm-3。所述轻掺杂区的掺杂元素为铝，该轻掺杂区的浓度小于1E17cm-3。
所述轻掺杂区26采用原位掺杂，其完全覆盖住所述下表面以及所述盲孔25，且使得所述焊盘22的至少一部分嵌入在所述轻掺杂区26中。所述重掺杂区27实质上作为布线层使用，与焊盘22电接触，引出至所述下表面。
在所述下表面和所述多个盲孔25的底面和侧壁上设置有应力缓冲层28，该应力缓冲层28为绝缘材料，其优选为拉应力的氮化硅或者氮氧化硅，且通过CVD或者PE-CVD等沉积方法形成。
在所述下表面形成有树脂密封层30，所述树脂密封层30填充所述多个盲孔25且覆盖所述下表面，所述树脂密封层30在所述下表面具有露出部分所述重掺杂区27的开口，多个凸块31形成于所述开口中的金属层29上。所述金属层29为铜、铝或者镍，其可以与所述重掺杂区27之间形成金属硅化物。
该图像传感器的重掺杂区28与轻掺杂区27之间形成反向PN结，可以抑制寄生电容，防止漏电和电流的聚集。
为了得到上述图像传感器，本发明还提供了一种图像传感器的制造方法，其包括：
（1）提供具有多个感测区和多个焊盘的半导体衬底，并将盖玻璃通过间隔件黏合到所述半导体衬底的上表面；
（2）在所述半导体衬底的下表面形成多个盲孔，所述多个盲孔与所述多个焊盘对应，且所述多个盲孔与所述多个焊盘之间留有间隔区，所述间隔区具有第一厚度；
（3）对所述下表面进行第一半导体类型掺杂以在所述多个盲孔的底部和侧壁以及所述下表面形成轻掺杂区，所述轻掺杂区具有第一深度；
（4）对所述下表面进行第二半导体类型掺杂以在所述多个盲孔的底部和侧壁以及所述下表面形成重掺杂区，所述重掺杂区具有第二深度；其中，所述第一深度大于所述第二深度，所述第一深度和第二深度均大于所述第一厚度；
（5）在所述下表面形成树脂密封层，所述树脂密封层填充所述多个盲孔且覆盖所述下表面，所述树脂密封层在所述下表面具有露出部分所述重掺杂区的开口，在所述开口中沉积金属层，并将多个凸块形成于所述金属层上。
其中，在步骤（5）中，沉积金属层之后还包括退火工艺，以在所述金属层与所述重掺杂区之间形成金属硅化物层。
其中，在步骤（4）与步骤（5）之间，还包括形成应力缓冲层，其覆盖所述重掺杂区。
其中，所述应力缓冲层为拉应力的氮化硅或氮氧化硅。
其中，所述第一半导体类型为Al，所述第二半导体类型为P，所述轻掺杂区与所述重掺杂区构成反向PN结。
具体的，参见图2-7，其包括以下步骤：
参见图2，提供具有多个感测区21和多个焊盘22的半导体衬底20，并将盖玻璃24通过间隔件23黏合到所述半导体衬底20的上表面；其中所述半导体衬底20可以是硅晶圆，在粘合所述盖玻璃24之后可以通过化学机械抛光技术对所述半导体衬底20的下表面进行减薄，以实现薄型化。
参见图3，在所述半导体衬底20的下表面形成多个盲孔25，所述多个盲孔25与所述多个焊盘22对应，且所述多个盲孔25与所述多个焊盘22之间留有间隔区。所述间隔区具有第一厚度d，其中d介于200-300nm。形成所述多个盲孔25通过激光钻孔或者干法刻蚀实现。
接着参见图4，对间隔区进行第一半导体类型的原位离子掺杂以在所述多个盲孔25的侧壁和底面以及所述下表面形成轻掺杂区26，所述轻掺杂区26具有第一深度。该掺杂会使掺杂区的晶格结构变化，例如晶格扩大，进而使得该轻掺杂区26具有较大的应力，其是不利于电连接的。且在等离子掺杂时，会对硅衬底的表面位置产生缺陷。
然后参见图5，对所述下表面进行第二半导体类型的原位离子掺杂以在所述多个盲孔25的底部和侧壁以及所述下表面形成重掺杂区27，所述重掺杂区27具有第二深度；其中，所述第一深度大于所述第二深度，所述第一深度和第二深度均大于所述第一厚度d。
参见图6，在所述下表面和所述多个盲孔25的底面和侧壁上设置应力缓冲层28，该应力缓冲层28为绝缘材料，其优选为拉应力的氮化硅或者氮氧化硅，且通过CVD或者PE-CVD等沉积方法形成。然后进行图案化以形成开口，并在开口中填充形成金属层29，所述金属层29为铜、铝或者镍，其通过后退火与所述重掺杂区27之间形成金属硅化物。
参见图7， 在所述下表面形成树脂密封层30，所述树脂密封层30填充所述多个盲孔25且覆盖所述下表面，所述树脂密封层30在所述下表面具有开口，该开口露出所述金属层29，然后将多个凸块34形成于所述开口中。
最后，沿着图7的切割线C进行单体化切割以形成图1所示的图像传感器。
根据本发明的图像传感器，其利用重掺杂区进行电信号的间接引出，防止了对焊盘的损坏；所述轻掺杂区和重掺杂区形成反向PN结，以减小寄生电容，防止漏电和电流的聚集；并且在形成由于重掺杂区和轻掺杂区采用原位掺杂方式，会导致该区域的应力过大，不利于布线层的连接可靠性，引出在掺杂接触区上的布线层上设置应力缓冲层，以防止应力损毁布线层。
最后应说明的是：显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之中。
Claims (10)
1.一种图像传感器，其包括：半导体衬底、间隔件和盖玻璃；
所述盖玻璃通过所述间隔件黏附于所述半导体衬底的上表面上；
所述半导体衬底的上表面上设置有感测区和多个焊盘，所述焊盘围绕在所述感测区周围；且在所述半导体衬底的下表面设置有多个盲孔；所述多个盲孔与所述多个焊盘对应，所述多个盲孔的底部未露出所述多个焊盘，且所述底部与所述多个焊盘之间留有间隔区，所述间隔区具有第一厚度；所述半导体衬底还包括掺杂第一半导体类型的轻掺杂区以及掺杂第二半导体类型的重掺杂区，所述轻掺杂区和重掺杂区从所述盲孔的底部开始经由所述盲孔的侧壁延伸至所述下表面，且所述轻掺杂区具有第一深度，所述重掺杂区具有第二深度，其中，所述第一深度大于所述第二深度，所述第一深度和第二深度均大于所述第一厚度，所述重掺杂区直接接触所述多个焊盘；
在所述下表面形成有树脂密封层，所述树脂密封层填充所述多个盲孔且覆盖所述下表面，所述树脂密封层在所述下表面具有露出部分所述重掺杂区的开口，多个凸块形成于所述开口中的金属层上。
2.根据权利要求1所述的图像传感器，其特征在于：所述金属层与所述重掺杂区之间形成有金属硅化物层。
3.根据权利要求1所述的图像传感器，其特征在于：还包括应力缓冲层，其覆盖所述重掺杂区，且所述应力缓冲层被所述树脂密封层覆盖。
4.根据权利要求3所述的图像传感器，其特征在于：所述应力缓冲层为拉应力的氮化硅或氮氧化硅。
5.根据权利要求1所述的图像传感器，其特征在于：所述第一半导体类型为Al，所述第二半导体类型为P，所述轻掺杂区与所述重掺杂区构成反向PN结。
6.一种图像传感器的制造方法，其包括：
（1）提供具有多个感测区和多个焊盘的半导体衬底，并将盖玻璃通过间隔件黏合到所述半导体衬底的上表面；
（2）在所述半导体衬底的下表面形成多个盲孔，所述多个盲孔与所述多个焊盘对应，且所述多个盲孔与所述多个焊盘之间留有间隔区，所述间隔区具有第一厚度；
（3）对所述下表面进行第一半导体类型掺杂以在所述多个盲孔的底部和侧壁以及所述下表面形成轻掺杂区，所述轻掺杂区具有第一深度；
（4）对所述下表面进行第二半导体类型掺杂以在所述多个盲孔的底部和侧壁以及所述下表面形成重掺杂区，所述重掺杂区具有第二深度；其中，所述第一深度大于所述第二深度，所述第一深度和第二深度均大于所述第一厚度，所述重掺杂区直接接触所述多个焊盘；
（5）在所述下表面形成树脂密封层，所述树脂密封层填充所述多个盲孔且覆盖所述下表面，所述树脂密封层在所述下表面具有露出部分所述重掺杂区的开口，在所述开口中沉积金属层，并将多个凸块形成于所述金属层上。
7.根据权利要求6所述的图像传感器的制造方法，其特征在于：在步骤（5）中，沉积金属层之后还包括退火工艺，以在所述金属层与所述重掺杂区之间形成金属硅化物层。
8.根据权利要求6所述的图像传感器的制造方法，其特征在于：在步骤（4）与步骤（5）之间，还包括形成应力缓冲层，其覆盖所述重掺杂区。
9.根据权利要求8所述的图像传感器的制造方法，其特征在于：所述应力缓冲层为拉应力的氮化硅或氮氧化硅。
10.根据权利要求6所述的图像传感器的制造方法，其特征在于：所述第一半导体类型为Al，所述第二半导体类型为P，所述轻掺杂区与所述重掺杂区构成反向PN结。
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