[发明专利]集成电路系统、图像传感器系统及其制作方法

说明书

技术领域

本发明一般来说涉及半导体处理，且特定来说(但非排他性地)涉及堆叠式集成电路系统的半导体处理。

背景技术

半导体芯片或裸片(例如图像传感器芯片)连同相同裸片的数百个且在一些情况中数千个副本一起制作于单个半导体晶片上。可借助裸片锯(例如，金刚锯)来完成将半导体晶片分离成个别裸片。沿着非功能性半导体材料区域做出分离每一裸片的称为划线的切口。然而，使用金刚锯会对半导体晶片引入机械应力且可能导致裸片边缘处的破裂并危及集成电路的完整性及可靠性。一种用于使裸片较不易于受到裸片锯的机械应力的结构是密封环。在半导体衬底的一个或一个以上电介质层的外边缘区中或所述外边缘区上形成裸片密封环以保护集成电路免受污染物(例如，钠)的影响且使裸片较不易于受到由裸片锯导致的机械应力。

随着集成电路技术继续进步，不断地努力增加性能及密度、改进形状因子及减少成本。堆叠式三维集成电路的实施方案一直为设计者有时用来实现这些益处的一种方法。其中三维集成电路为适合考虑的一些实例包含将存储器堆叠于图像传感器或处理器芯片的顶部上，将存储器堆叠于处理器芯片的顶部上，将处理器芯片堆叠于图像传感器的顶部上，堆叠用不同制作工艺制作的芯片，堆叠其单独成品率可高于一个大的集成电路芯片的两个小的集成电路芯片或堆叠芯片以减少集成电路系统占用面积。

然而，在从堆叠式三维集成电路中分离裸片时由裸片锯导致的机械应力仍为待解决的因素。此外，存在在堆叠式晶片之间的接合界面处形成的额外弱点。

发明内容

在一个方面中，一种集成电路系统包括：第一装置晶片，其具有多个第一裸片，每一第一裸片包含：第一装置，其形成于所述第一装置晶片的第一半导体层中；第一金属堆叠，其安置于所述第一半导体层上，其中所述第一金属堆叠包含至少一个第一金属层及至少一个第一电介质层；及第一密封环，其包含于所述第一金属堆叠中且形成于所述第一裸片的边缘区中；以及第二装置晶片，其具有多个第二裸片，每一第二裸片包含：第二装置，其形成于所述第二装置晶片的第二半导体层中；第二金属堆叠，其安置于所述第二半导体层上，其中所述第二金属堆叠包含至少一个第二金属层及至少一个第二电介质层，且其中所述第二装置晶片的前侧在所述第一电介质层与所述第二电介质层之间的接合界面处接合到所述第一装置晶片的前侧；及第二密封环，其包含于所述第二金属堆叠中且形成于所述第二裸片的边缘区中，其中所述第二密封环包含具备形成于第一开口中的金属的第一导电路径，所述第一导电路径从所述第二装置晶片的背侧、穿过所述第二装置晶片且穿过所述接合界面延伸到所述第一密封环。

在另一方面中，一种成像传感器系统包括：第一装置晶片，其具有多个第一裸片，每一第一裸片包含：第一装置，其形成于所述第一装置晶片的第一半导体层中；第一金属堆叠，其安置于所述第一半导体层上，其中所述第一金属堆叠包含至少一个第一金属层及至少一个第一电介质层；及第一密封环，其包含于所述第一金属堆叠中且形成于所述第一裸片的边缘区中；以及第二装置晶片，其具有多个第二裸片，每一第二裸片包含：第二装置，其形成于所述第二装置晶片的第二半导体层中，其中所述第一装置及所述第二装置中的一者包含互补金属氧化物半导体(CMOS)成像阵列；第二金属堆叠，其安置于所述第二半导体层上，其中所述第二金属堆叠包含至少一个第二金属层及至少一个第二电介质层，且其中所述第二装置晶片的前侧在所述第一电介质层与所述第二电介质层之间的接合界面处接合到所述第一装置晶片的前侧；及第二密封环，其包含于所述第二金属堆叠中且形成于所述第二裸片的边缘区中，其中所述第二密封环包含具备形成于第一开口中的金属的第一导电路径，所述第一导电路径从所述第二装置晶片的背侧、穿过所述第二装置晶片且穿过所述接合界面延伸到所述第一密封环。