[实用新型]图像传感器和图像传感器集成电路

说明书

相关申请的交叉引用

本申请要求由Aaron Belsher、Richard Mauritzson、Swarnal Borthakur和Ulrich Boettiger发明的、提交于2015年11月17日的名称为“Image Sensors with Improved Surface Planarity”(具有改进表面平整度的图像传感器)的美国临时申请No.62/256328的优先权，该申请以引用方式并入本文，并且据此要求该申请的共同主题的优先权。

技术领域

本实用新型整体涉及图像传感器，更具体地讲，涉及具有改进表面平整度的背照式图像传感器。

背景技术

现代电子设备(诸如移动电话、相机和计算机)通常使用数字图像传感器。成像器(即，图像传感器)包括二维图像传感像素阵列。每个像素包括用于接收入射光子(入射光)并把光子转变为电荷的光传感器，诸如光电二极管。常规图像像素阵列包括前照式图像像素或背照式图像像素。图像像素是通过使用互补金属氧化物半导体(CMOS)技术或电荷耦合器件(CCD)技术在半导体衬底上制造而成。

在常规背照式图像像素中，往往在像素区外围处的衬底表面上方形成接合垫，这增加了表面形貌。高表面形貌会负面地影响设备成品率，在滤色器阵列(CFA)和微透镜的后续处理过程中造成窗口分框(window framing)(即图像传感器边缘处非线性)、条纹缺陷和阴影缺陷。例如，在晶圆上滤色器阵列元件和微透镜的常规制造中，光阻旋涂操作有时可得到光阻覆盖过薄或过厚的晶圆区(通常被称为“条纹”)。表面特征(诸如接合垫、沟槽和凹槽阵列)的高水平深度偏差会导致这种条纹。表面形貌的偏差阻止光阻在晶圆表面上均匀铺展(例如，在晶圆表面上突出或在晶圆表面中形成凹陷的特征阻碍光阻的流动)。这类条纹导致设备质量不理想地降低，并因此降低了设备成品率。

一些常规背照式图像传感器具有接合垫，所述接合垫部分地凹入衬底中，其中每个接合垫的顶表面在衬底的顶表面上方延伸。此类接合垫通过衬底顶表面上的金属层连接至硅通孔，其中该硅通孔结构与接合垫相邻。由于这些图像传感器接合垫在衬底表面上方延伸，故它们会促成如上所述的不期望的表面形貌。其他常规图像传感器具有凹入到衬底中的接合垫，使得每个接合垫的顶表面都在衬底的顶表面下方。由于每个接合垫的顶表面不延伸到衬底的顶表面且由此在图像传感器的表面中形成下陷，故这些图像传感器接合垫也会促成如上所述的不期望的表面形貌。

有时在相邻裸片之间的切割线区域中形成用于光刻工艺的对准结构。在常规背照式图像传感器中，必须在切割线衬底中形成开口，以使得对准结构从背面可见。这种方法进一步促成高形貌。

因此，期望提供在形成接合垫和对准结构的区域中具有改进表面平整度的图像传感器。

实用新型内容

本实用新型解决的一个技术问题是改进形成接合垫和对准结构的区域中的表面平整度。

根据本实用新型的一个方面，提供一种图像传感器，包括：具有半导体层的衬底；所述半导体层中的光敏元件阵列，其中所述光敏元件阵列被所述衬底的外围区至少部分地包围；以及所述衬底的所述外围区中的接合垫，其中所述接合垫凹入到所述衬底中，并且其中所述接合垫的顶表面与所述衬底的顶表面实质上平齐。

在一个实施例中，所述接合垫的所述顶表面位于所述衬底的所述顶表面的0.5μm内。

在一个实施例中，所述图像传感器还包括：所述半导体层下方的介电层；以及所述接合垫下方的所述介电层中的输入/输出电路，其中所述接合垫电连接至所述输入/输出电路。

在一个实施例中，所述图像传感器还包括：插置在所述接合垫和所述半导体层之间的介电衬里。

在一个实施例中，所述介电衬里包括氧化物。

在一个实施例中，所述图像传感器还包括：所述输入/输出电路上方的所述半导体层中的介电窗口，其中所述接合垫凹入到所述介电窗口中。

在一个实施例中，所述介电窗口包括氧化物。

在一个实施例中，所述图像传感器还包括：所述衬底的所述外围区中的对准结构，所述对准结构包括：所述半导体层中的透明氧化物窗口；以及所述透明窗口下方的至少一个对准标记。