[发明专利]双面CMOS图像传感器芯片及其制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及图像传感器领域，特别涉及一种双面CMOS图像传感器芯片及其制造方法。

背景技术

图像传感器是组成数字摄像头的重要组成部分。根据元件的不同，可分为CCD(Charge CoupledDevice，电荷耦合元件)和CMOS(ComplementaryMetal-OxideSemiconductor，金 属氧化物半导体元件)两大类。CMOS传感器获得广泛应用的一个前提是其所拥有的较高灵 敏度、较短曝光时间和日渐缩小的像素尺寸。

CMOS图像传感器可分为前感光式(FSI，FrontSideIllumination)，即前照技术和背部感 光式(BSI，BackSideIllumination)，即背照技术两种。前照技术的主要特点是在硅片正面按 顺序制作感光二极管、金属互连层以及彩色滤镜。其优点是：工艺简单，与CMOS工艺完全 兼容；成本较低；彩色滤镜填充材料折射率可调；有利于提高入射光的透射率，减少串扰等。 背照技术的主要特点是首先在硅片正面按顺序制作感光二极管、金属互连层，然后对硅片背 面进行减薄(通常需要减薄至20um以下)，并通过硅通孔技术(TSV，Through-Silicon-Via) 将感光二极管进行互连引出。

通常来说，以智能手机应用为例，一个图像传感器对应一款镜头，两者组成一个传感器 模组应用在智能手机中。目前的智能手机通常具有前置摄像头和后置摄像头，前置摄像头用 于自拍，通常分辨率较低，像素较大，可以采用FSI结构。后置摄像头用于拍摄景物，通常 分辨率较高，通常采用BSI结构。两款不同的摄像头需要两款镜头及相应的图像传感器，由 于传感器模组较大，因此智能手机为了实现较薄的机身，两款不同传感器模组通常错位设计。 这不仅耗费了面积，也增加了成本开销。

发明内容

为克服现有技术中的缺陷，本发明提供一种双面CMOS图像传感器芯片，包括：半导体 衬底，其具有正面和与所述正面相对的背面；正面感光层，形成于所述半导体衬底的正面， 其包括从所述背面向正面方向依次设置的用于将光信号转换为电信号的多个正面感光二极管 和用于将电信号输出的正面金属层；以及背面感光层，形成于所述半导体衬底的背面，其包 括从所述正面向背面方向依次设置的用于将电信号输出的背面金属层和用于将光信号转换为 电信号的多个背面感光二极管。

可选的，所述背面感光层通过背照技术形成，所述正面感光层在所述背面感光层形成后 通过前照技术形成。

可选的，所述正面感光层还包括正面滤镜层和正面微透镜层，所述背面感光层还包括背 面滤镜层和背面微透镜层。

本发明还提供了一种双面CMOS图像传感器芯片的制造方法，包括：

在半导体衬底的背面形成背面感光层，所述背面感光层包括从正面向背面方向依次设置 的用于将电信号输出的背面金属层和用于将光信号转换为电信号的多个背面感光二极管；以 及

在所述半导体衬底的正面形成正面感光层，所述正面感光层包括从所述背面向正面方向 依次设置的用于将光信号转换为电信号的多个正面感光二极管和用于将电信号输出的正面金 属层。

可选的，通过背照技术形成所述背面感光层，在所述背面感光层形成后通过前照技术形 成所述正面感光层。

可选的，通过背照技术形成所述背面感光层的步骤包括：

提供SOI衬底，所述SOI衬底包括薄体硅衬底，厚体硅衬底以及二氧化硅层；

在所述薄体硅衬底上依次形成多个所述背面感光二极管及第一金属键合层；

沿所述二氧化硅层将所述厚体硅衬底剥离；

提供体硅衬底，所述体硅衬底包括背面感光二极管对应区；

在所述体硅衬底上的背面感光二极管对应区依次形成背面MOS晶体管区、所述背面金 属层，并在所述背面金属层的顶层金属互连层上方形成第二金属键合层；以及

对所述薄体硅衬底与所述体硅衬底进行金属键合，金属键合后的所述薄体硅衬底与所述 体硅衬底构成所述半导体衬底。

可选的，对所述薄体硅衬底与所述体硅衬底进行金属键合的步骤包括：

将所述薄体硅衬底翻转；

将所述薄体硅衬底与所述体硅衬底对准；

通过金属键合工艺对所述薄体硅衬底与所述体硅衬底进行金属键合。