索尼图像传感器三层堆叠技术揭秘

索尼的此项专利，可以充分地利用焊盘孔下层的区域，与传统的三层堆叠结构的固体摄像元件相比，能够增大基板的利用效率。此外，在第二半导体基板或第三半导体基板内，置有构成测量端子的金属元件，并且第一半导体基板是在执行预定测量之后才被堆叠的，因此可以极大地降低测量时间。
 
提到摄像，想必大家都会想到全球相机销量最高的品牌之一——索尼，当然索尼相机的不断发展肯定少不了其图像传感器技术的革新。
 
近年来，固体摄像装置（比如CMOS图像传感器等）已经广泛用于数码相机、数码摄影机等。虽然三层堆叠结构是当前较为前沿的图像传感器的结构，但它也存在一些问题。比如在使深的焊盘开口的过程中会出现抗蚀剂增厚，以及在干式蚀刻之后会使抗蚀剂固化等弊端。而且，在第二层或其以下层中的焊盘开口区域中，不能设置布线或电路元件，否则会产生许多死区。另外，针对现有结构，执行测量作业时，也会导致缺陷率增大以及测量时间增加等问题。
 
为此，索尼申请了一项名为“固体摄像装置、固体摄像装置制造方法和电子设备”的发明专利（申请号：201580019325 .7），申请人为索尼公司。

图1 三层堆叠结构的固体摄像元件中的连接构造图

图1是此发明提出的三层堆叠结构的固体摄像元件连接构造图，从图中可以看到，固体摄像元件500由第一层基板501、第二层基板502和第三层基板503彼此堆叠而得到的三层堆叠结构构成。其中，在三层结构之间依次设有传感器电路、逻辑电路以及存储器电路。
 
在第一层基板501中，布线层512和平坦化膜513分别堆叠在硅基板511的表面侧和背面侧上。而且焊盘孔515从背面侧穿过第一层基板501并在布线层512中的形成铝焊盘514。
 
接下来是第二层基板502，布线层522堆叠在硅基板521的背面侧上，同时布线层523堆叠在硅基板521的表面侧上。在第二层基板502中，布线层522和523分别形成具有背面侧的铝焊盘524以及表面侧的铝焊盘525。由于该层基板位于三层堆叠结构之间，所以其接触部526可以用来连接第一层基板501和第三层基板503。除此之外，第二层基板502中还有背面侧的铝焊盘524、表面侧的铝焊盘525、以及接触部527，这些接触部可以连接用于构成第二层基板502中的逻辑电路的晶体管。
 
最后就是第三层基板503，其构造使得布线层532堆叠在硅基板531的表面侧上，布线层533堆叠在布线层532上。除此之外，布线层533形成了铝焊盘534，布线层532中还包含连接第三层基板503中的存储器电路的连接导体535。
 
从整体来看，第一、二层基板和第二、三层基板间分别通过接合表面291以及292贴合，从而构成固体摄像元件500。
 
索尼的此项专利，可以充分地利用焊盘孔下层的区域，在与传统的三层堆叠结构的固体摄像元件相比时，能够增大基板的利用效率。此外，在第二半导体基板或第三半导体基板内，置有构成测量端子的金属元件，并且第一半导体基板是在执行预定测量之后才被堆叠的，因此可以极大地降低测量时间。
 
在智能手机能够使用的CMOS体积上，索尼三层堆叠结构已经将画质提升到了结构、体积限制下能够达到的极致，那么后续索尼在图像传感器上还会有哪些大动作呢？让我们拭目以待。