專利名稱：圖像傳感器的、具有三維結(jié)構(gòu)的單位像素及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及圖像傳感器的單位像素，更具體地，涉及圖像傳感器的、具有三維結(jié)構(gòu) 的單位像素及其制造方法，該單位像素包括晶體管和光電二極管。
背景技術(shù)：
參照第10-0782463號(hào)題為“圖像傳感器的、具有三維結(jié)構(gòu)的分離式單位像素及其 制造方法”的韓國(guó)專利，為了增加作為光電二極管所占面積與像素尺寸之間比率的填充因 子，形成有光電二極管的晶片和形成有其他電路元件的晶片被分別制造并且通過(guò)導(dǎo)電焊盤 相互結(jié)合。作為用于結(jié)合晶片的對(duì)準(zhǔn)(排列)方法，使用紅外(IR)輻射、蝕刻和激光打孔。圖1示出了當(dāng)引入TSV(硅通孔)工藝作為對(duì)準(zhǔn)晶片的通用方法時(shí)晶片的橫截面 的照片。在TSV工藝中，硅通孔被狹窄地限定并且穿過(guò)硅，以電連接頂部晶片和底部晶片 并且限定面向上的電極。硅通孔還可用作對(duì)準(zhǔn)的坐標(biāo)原點(diǎn)。如圖所示，在半導(dǎo)體制造過(guò)程中，進(jìn)行設(shè)計(jì)使得硅通孔具有高深寬比，即，直徑 2. 5 ii m，高55 ii m。在TSV工藝中，難以引入蝕刻和填充，而且對(duì)不同的芯片或晶片，在對(duì)準(zhǔn) 晶片過(guò)程中均勻性和重復(fù)性有可能會(huì)惡化。而且，在傳統(tǒng)工藝中所使用的作為結(jié)合晶片的對(duì)準(zhǔn)(排列)方法的超級(jí)穿孔(接 觸)方法和紅外輻射方法中，所產(chǎn)生的問(wèn)題是需要加工，并且對(duì)準(zhǔn)的精度可能會(huì)降低。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明旨在努力解決這些發(fā)生在相關(guān)領(lǐng)域中的問(wèn)題，本發(fā)明的一個(gè)目標(biāo)是 提供圖像傳感器的、具有三維結(jié)構(gòu)的單位像素及其制造方法，該單位像素可允許在制造圖 像傳感器過(guò)程中，相對(duì)于側(cè)向移動(dòng)和旋轉(zhuǎn)能夠容易且精確地實(shí)現(xiàn)芯片對(duì)準(zhǔn)，而且排除對(duì)用 于對(duì)準(zhǔn)的單獨(dú)設(shè)備的需求。為了實(shí)現(xiàn)上述目標(biāo)，根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，提供了圖像傳感器的、具有三維結(jié)構(gòu) 的單位像素，該單位像素包括層疊的第一芯片和第二芯片，第一芯片和第二芯片中的一個(gè) 具有光電二極管，第一芯片和第二芯片中的另一個(gè)具有用于接收來(lái)自光電二極管的信息和 輸出所接收的信息的電路。該單位像素包括第一芯片，包括第一焊盤，第一焊盤突出地置 于第一芯片的上表面以限定凹凸結(jié)構(gòu)；第二芯片，包括第二焊盤，第二焊盤凹陷地置于第二 芯片的上表面以限定與第一芯片的凹凸結(jié)構(gòu)對(duì)應(yīng)的凹凸結(jié)構(gòu)，其中，第一芯片和第二芯片 通過(guò)第一焊盤和第二焊盤的結(jié)合而相互配合。為了實(shí)現(xiàn)上述目標(biāo)，根據(jù)本發(fā)明的另外一個(gè)方面，提供了一種制造圖像傳感器的、 具有三維結(jié)構(gòu)的單位像素的方法，該單位像素包括層疊的第一芯片和第二芯片，第一芯片 和第二芯片中的一個(gè)具有光電二極管，第一芯片和第二芯片中的另一個(gè)具有用于接收來(lái)自 光電二極管的信息和輸出所接收的信息的電路。所述方法包括以下步驟(a)制備第一芯 片和第二芯片，第一芯片包括第一焊盤，第一焊盤突出地置于第一芯片的上表面以限定凹凸結(jié)構(gòu)，第二芯片包括第二焊盤，第二焊盤凹陷地置于第二芯片的上表面以限定與第一芯 片的凹凸結(jié)構(gòu)對(duì)應(yīng)的凹凸結(jié)構(gòu)；(b)使第一芯片的第一焊盤和第二芯片的第二焊盤相互面 對(duì)；(c)對(duì)準(zhǔn)第一芯片和第二芯片，使得第一芯片的第一焊盤和第二芯片的第二焊盤相互 配合；以及(d)結(jié)合相互配合的第一芯片的第一焊盤和第二芯片的第二焊盤。


在結(jié)合附圖閱讀如下的詳細(xì)描述之后，上述目標(biāo)以及本發(fā)明的其他特征和優(yōu)點(diǎn)將 變得更加顯而易見(jiàn)，其中圖1顯示了當(dāng)引入TSV(硅通孔)工藝時(shí)晶片的橫截面的照片；圖2a至圖2c是圖示了根據(jù)本發(fā)明的與圖像傳感器對(duì)準(zhǔn)相關(guān)的主要工藝的橫截面 視圖；圖3是圖示了根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式的圖像傳感器的、具有三維結(jié)構(gòu)的單位 像素的橫截面視圖；圖4A)至4C)是示出了第一焊盤和第二焊盤的示例性截面形狀的橫截面視圖；圖5是示出了根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施方式制造圖像傳感器的、具有三維結(jié)構(gòu)的單 位像素的方法的流程圖；以及圖6a和6b是描述了根據(jù)本發(fā)明的圖像傳感器的、具有三維結(jié)構(gòu)的單位像素的多 個(gè)焊盤和虛設(shè)焊盤的示例性布置的視圖。
具體實(shí)施例方式下面將詳細(xì)參考本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方式，其實(shí)施例在附圖中進(jìn)行了說(shuō)明。附 圖和說(shuō)明書盡可能使用相同的標(biāo)號(hào)來(lái)表示相同或類似的部件。圖2a至圖2c是圖示了與層疊有根據(jù)本發(fā)明的圖像傳感器的、具有三維結(jié)構(gòu)的單 位像素的晶片的對(duì)準(zhǔn)相關(guān)的主要工藝的橫截面視圖。首先，參考圖2a，電極焊盤17和電極焊盤21分別形成于第一晶片100和第二晶片 200 上。第一晶片100形成有多個(gè)第一焊盤17，第一焊盤17從第一晶片100的上表面突出 以限定凹凸結(jié)構(gòu)。第二晶片200形成有多個(gè)第二焊盤21，第二焊盤21從第二晶片200的上 表面下陷以限定與第一晶片100的凹凸結(jié)構(gòu)對(duì)應(yīng)的凹凸結(jié)構(gòu)。第一晶片100的凹凸結(jié)構(gòu)和第二晶片200的凹凸結(jié)構(gòu)可以通過(guò)CMP(化學(xué)機(jī)械拋 光)工藝或單獨(dú)的掩膜和蝕刻工藝實(shí)現(xiàn)。第二焊盤21形成于通過(guò)蝕刻第二晶片200的鈍化層所限定的凹槽中。鈍化層的 階梯部分可形成為高達(dá)0. 01到5 i! m。如果階梯部分小于0. 01 i! m，則使用焊盤的階梯部分 進(jìn)行對(duì)準(zhǔn)可能會(huì)很困難。其次，參照?qǐng)D2b，第一晶片100被置于第二晶片200的上方，使得第一焊盤17和第 二焊盤21相互面對(duì)。再者，參照?qǐng)D2c，第一晶片100或第二晶片200向側(cè)面移動(dòng)直到第一晶片100的第 一焊盤17和第二晶片200的第二焊盤21相配合。如果兩個(gè)晶片100和200相互配合，那 么第一焊盤17和第二焊盤21在各個(gè)方向相互對(duì)齊。第一焊盤17的導(dǎo)體和第二焊盤21的導(dǎo)體通過(guò)應(yīng)用熱能而相互結(jié)合。在本發(fā)明中，與組裝LEGO玩具的情況類似，在第一晶片100的邊緣和第二晶片200 的邊緣大致相互對(duì)準(zhǔn)的情況下，通過(guò)向側(cè)面移動(dòng)第一晶片100和第二晶片200，第一晶片 100和第二晶片200可以如陽(yáng)鋸齒和陰鋸齒般相互對(duì)齊。因此，即使不使用單獨(dú)的標(biāo)記或圖 樣，第一晶片100和第二晶片200能夠僅通過(guò)第一焊盤17的階梯部分和第二焊盤21的階 梯部分相互對(duì)準(zhǔn)。圖3是圖示了根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式的圖像傳感器的、具有三維結(jié)構(gòu)的單位 像素的橫截面視圖。該單位像素由第一芯片10和第二芯片20分開組成。如圖2a所示的第一晶片100具有多個(gè)第一芯片10，第二晶片200有多個(gè)第二芯片 20。這樣，通過(guò)結(jié)合第一晶片100和第二晶片200，可以制造多個(gè)圖像傳感器。詳細(xì)的配置描述如下，第一芯片10包括第一焊盤17，用于連接第二芯片20的信 號(hào)；濾色器12 ；光電二極管14 ；傳輸晶體管16 ；以及浮動(dòng)擴(kuò)散區(qū)域15，用作靜電以將一定量 的電荷轉(zhuǎn)換為電壓。第二芯片20包括第二焊盤21，用于接收第一芯片10的信號(hào)；復(fù)位晶體管22，用 于初始化光電二極管14 ；電壓源23 ；源極跟隨晶體管24，用于將作為浮動(dòng)節(jié)點(diǎn)的浮動(dòng)擴(kuò)散 區(qū)域15的電壓狀態(tài)傳遞至外部；選擇晶體管25，用于控制是否將圖像傳感器的信息連接到 外部讀出電路；以及圖像傳感器的最終輸出電極26。圖4的A)至4C)是示出了第一焊盤和第二焊盤的示例性截面形狀的橫截面視圖。在圖4A)中，第一焊盤17具有突起，該突起通過(guò)預(yù)定的間隙分隔開并具有矩形截 面形狀以限定凹凸結(jié)構(gòu)，第二焊盤21具有凹陷，該凹陷與第一焊盤17相配合以限定與第一 焊盤17的凹凸結(jié)構(gòu)對(duì)應(yīng)的凹凸結(jié)構(gòu)。在圖4B)和4C)中，第一焊盤17具有突起，該突起具有三角形和半圓形截面形狀 以限定凹凸結(jié)構(gòu)，第二焊盤21具有凹陷，該凹陷具有與三角形和半圓形突起對(duì)應(yīng)的截面形 狀以限定構(gòu)成與第一焊盤17的凹凸結(jié)構(gòu)對(duì)應(yīng)的凹凸結(jié)構(gòu)。第一焊盤17和第二焊盤21可通過(guò)簡(jiǎn)單的矩形截面形狀(如圖2a至圖2c所示)、 或修改的截面形狀(如圖3、圖4A至圖4C所示)實(shí)現(xiàn)。圖5是圖示了根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施方式的制造圖像傳感器的、具有三維結(jié)構(gòu) 的單位像素的方法的流程圖。第一步，制備第一芯片(S511)，該第一芯片具有第一焊盤，第一焊盤突出地形成于 第一芯片的上表面以限定凹凸結(jié)構(gòu)。在制備第一芯片的同時(shí)制備第二芯片(S512)，該第二芯片具有第二焊盤，第二焊 盤在第二芯片的上表面下陷以限定與第一焊盤的凹凸結(jié)構(gòu)對(duì)應(yīng)的凹凸結(jié)構(gòu)。第一芯片10和第二芯片20中的每一個(gè)的凹凸結(jié)構(gòu)可以通過(guò)單獨(dú)的掩膜和蝕刻工 藝或CMP工藝來(lái)實(shí)現(xiàn)。第二步，放置第一芯片和第二芯片，使得第一芯片的焊盤和第二芯片的焊盤相互 面對(duì)(S520)。第三步，對(duì)準(zhǔn)第一芯片和第二芯片，使得第一芯片的焊盤和第二芯片的焊盤沿著 其凹凸結(jié)構(gòu)相互配合(S530)。為了對(duì)準(zhǔn)第一芯片和第二芯片，包括紅外輻射、蝕刻和激光打孔的常規(guī)對(duì)準(zhǔn)方法
6中的任何一個(gè)都能和本發(fā)明使用焊盤的對(duì)準(zhǔn)方法結(jié)合使用，在激光打孔中晶片是通過(guò)限定 硅通孔穿過(guò)晶片預(yù)定部分進(jìn)行上下光學(xué)對(duì)準(zhǔn)。第四步，對(duì)準(zhǔn)的第一和第二芯片的導(dǎo)電焊盤相互結(jié)合(S540)。例如，通過(guò)應(yīng)用熱能使第一焊盤和第二焊盤相互結(jié)合。第五步，為了使第一芯片背面變薄，減小晶片(或芯片)的背面厚度(S550)。第六步，在第一芯片上形成濾色器(S560)。第七步，在濾色器上形成微透鏡(S570)。圖6a至圖6b圖示了根據(jù)本發(fā)明的圖像傳感器的、具有三維結(jié)構(gòu)的單位像素的多 個(gè)焊盤和虛設(shè)焊盤的示例性布置的視圖。圖6a至圖6b圖示了焊盤31和虛設(shè)焊盤32，焊盤31實(shí)際連接第一芯片的信號(hào)和 第二芯片的信號(hào)，虛設(shè)焊盤32用于測(cè)試目的或用于結(jié)合第一芯片和第二芯片。在本發(fā)明中，為了對(duì)準(zhǔn)第一芯片和第二芯片，除了焊盤31之外，虛設(shè)焊盤32可用 作對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記。如圖所示，在本發(fā)明中，通過(guò)將虛設(shè)焊盤32形成為特定的形狀，例如星形或多 邊形，使得除非采用被設(shè)計(jì)為與相應(yīng)的虛設(shè)焊盤連接的虛設(shè)焊盤，否則芯片不能相互配合， 與常規(guī)技術(shù)相比，對(duì)準(zhǔn)精度得到了提高。由此，當(dāng)虛設(shè)焊盤被形成為具有特定的形狀時(shí)，可 以減少基于晶片或芯片的側(cè)向移動(dòng)或旋轉(zhuǎn)而未對(duì)準(zhǔn)的可能性。具有特定形狀的虛設(shè)焊盤還可形成于劃道上，以用于對(duì)準(zhǔn)目的。根據(jù)本發(fā)明制造三維圖像傳感器的分離式單位像素的方法不限于CMOS工藝，還 可用于其他半導(dǎo)體制造工藝。如上所述，很明顯，本發(fā)明提供的優(yōu)點(diǎn)在于，由于芯片的導(dǎo)電焊盤被對(duì)準(zhǔn)，使得第 一芯片的導(dǎo)電焊盤可以與第二芯片的特定形狀的導(dǎo)電焊盤相符合，因此可以容易且精確地 實(shí)現(xiàn)對(duì)準(zhǔn)，并排除了對(duì)用于對(duì)準(zhǔn)的單獨(dú)測(cè)試圖樣或?qū)?zhǔn)標(biāo)記或用于識(shí)別對(duì)準(zhǔn)的單獨(dú)裝置的 需求，從而降低了制造成本。盡管為了說(shuō)明的目的描述了本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方式，但是本領(lǐng)域的技術(shù)人員 可理解在不脫離所附權(quán)利要求所公開的本發(fā)明的范圍和精神的前提下可進(jìn)行各種改進(jìn)、添 加或替換。
權(quán)利要求
一種圖像傳感器的、具有三維結(jié)構(gòu)的單位像素，包括層疊的第一芯片和第二芯片，所述第一芯片和所述第二芯片中的一個(gè)具有光電二極管，所述第一芯片和所述第二芯片中的另一個(gè)具有用于接收來(lái)自所述光電二極管的信息和輸出所接收的信息的電路，所述單位像素包括所述第一芯片，包括第一焊盤，所述第一焊盤突出地置于所述第一芯片的上表面以限定出凹凸結(jié)構(gòu)；以及所述第二芯片，包括第二焊盤，所述第二焊盤凹陷地置于所述第二芯片的上表面以限定出與所述第一芯片的所述凹凸結(jié)構(gòu)對(duì)應(yīng)的凹凸結(jié)構(gòu)，其中，所述第一芯片和所述第二芯片通過(guò)所述第一焊盤和所述第二焊盤的結(jié)合而相互配合。
2.如權(quán)利要求1所述的圖像傳感器的、具有三維結(jié)構(gòu)的單位像素，其中，所述第二焊盤 形成于鈍化層上，所述鈍化層形成有所述第二焊盤的區(qū)域和所述鈍化層未形成有所述第二 焊盤的區(qū)域限定出階梯部分，所述階梯部分的尺寸為0. 01到5i!m。
3.如權(quán)利要求1所述的圖像傳感器的、具有三維結(jié)構(gòu)的單位像素，其中，所述第一焊盤 的截面形狀包括所述凹凸結(jié)構(gòu)、半圓形和三角形中的任一種。
4.如權(quán)利要求1所述的圖像傳感器的、具有三維結(jié)構(gòu)的單位像素，其中，所述第一焊盤 和所述第二焊盤中的每一個(gè)由多個(gè)焊盤組成。
5.如權(quán)利要求4所述的圖像傳感器的、具有三維結(jié)構(gòu)的單位像素，其中，所述第一焊盤 和所述第二焊盤中的每一個(gè)包括至少一個(gè)虛設(shè)焊盤。
6.如權(quán)利要求5所述的圖像傳感器的、具有三維結(jié)構(gòu)的單位像素，其中，所述虛設(shè)焊盤 形成于劃道上。
7.如權(quán)利要求1或5所述的圖像傳感器的、具有三維結(jié)構(gòu)的單位像素，其中，所述第一 焊盤的表面的形狀是多邊形、圓形和星形中的任一種。
8.如權(quán)利要求1所述的圖像傳感器的、具有三維結(jié)構(gòu)的單位像素，其中，所述第一芯片 包括光電二極管、傳輸晶體管、濾色器、以及用作靜電以將一定量的電荷轉(zhuǎn)換為電壓的浮 動(dòng)擴(kuò)散區(qū)域。
9.如權(quán)利要求8所述的圖像傳感器的、具有三維結(jié)構(gòu)的單位像素，其中，所述第二芯片 包括復(fù)位晶體管，用于初始化所述光電二極管；電壓源；源極跟隨晶體管，用于將所述浮 動(dòng)擴(kuò)散區(qū)域的電壓狀態(tài)傳遞至外部；選擇晶體管，用于控制是否將所述圖像傳感器的信息 連接到外部的讀出電路；以及所述圖像傳感器的最終輸出電極。
10.一種制造圖像傳感器的、具有三維結(jié)構(gòu)的單位像素的方法，所述單位像素包括層疊 的第一芯片和第二芯片，所述第一芯片和所述第二芯片中的一個(gè)具有光電二極管，所述第 一芯片和所述第二芯片中的另一個(gè)具有用于接收來(lái)自所述光電二極管的信息和輸出所接 收的信息的電路，所述方法包含如下步驟(a)制備所述第一芯片和第二芯片，所述第一芯片包括第一焊盤，所述第一焊盤突出地 置于所述第一芯片的上表面以限定出凹凸結(jié)構(gòu)，所述第二芯片包括第二焊盤，所述第二焊 盤凹陷地置于所述第二芯片的上表面以限定出與所述第一芯片的所述凹凸結(jié)構(gòu)對(duì)應(yīng)的凹 凸結(jié)構(gòu)；(b)使所述第一芯片的所述第一焊盤和所述第二芯片的所述第二焊盤相互面對(duì)；(c)對(duì)準(zhǔn)所述第一芯片和所述第二芯片，使得所述第一芯片的所述第一焊盤和所述第 二芯片的所述第二焊盤相互配合；以及(d)結(jié)合相互配合的所述第一芯片的所述第一焊盤和所述第二芯片的所述第二焊盤。
11.如權(quán)利要求10所述的方法，其中，步驟(d)包括如下步驟(e)通過(guò)應(yīng)用熱能連接所述第一焊盤和所述第二焊盤。
12.如權(quán)利要求10所述的方法，其中，步驟(c)包括如下步驟(f)通過(guò)紅外輻射、蝕刻和激光打孔中的任一種方法來(lái)對(duì)準(zhǔn)所述第一芯片和所述第二芯片。
全文摘要
一種圖像傳感器的、具有三維結(jié)構(gòu)的單位像素包括層疊的第一芯片和第二芯片，第一芯片和第二芯片中的一個(gè)具有光電二極管，第一芯片和第二芯片中的另一個(gè)具有用于接收來(lái)自光電二極管的信息和輸出所接收的信息的電路。第一芯片包括第一焊盤，第一焊盤突出地置于第一芯片的上表面以限定凹凸結(jié)構(gòu)，第二芯片包括第二焊盤，第二焊盤凹陷地置于第二芯片的上表面以限定與第一芯片的凹凸結(jié)構(gòu)對(duì)應(yīng)的凹凸結(jié)構(gòu)。第一芯片和第二芯片通過(guò)第一焊盤和第二焊盤的結(jié)合而相互配合。
文檔編號(hào)H01L21/50GK101859761SQ20101014603
公開日2010年10月13日 申請(qǐng)日期2010年4月9日 優(yōu)先權(quán)日2009年4月10日
發(fā)明者安熙均 申請(qǐng)人:(株)賽麗康