【专利解密】切实帮助患者减轻痛苦 豪威集团发明高像素小型化内窥镜探测头

【嘉勤点评】豪威集团发明的图像传感器晶圆、芯片及其制作方案，该方案中，载体晶圆和器件晶圆前后键合设置在内窥镜探测头，不仅减小了内窥镜探测头的截面积，且在同样截面积的情况下也可以增加图像传感器像素，从而满足了将内窥镜做小的市场需求。

集微网消息，内窥镜微创医疗是微创医疗技术中出现时间最早、发展最为成熟的技术之一。内窥镜微创手术具有创伤小、手术时间短、术后康复快等特点，因此备受医患双方的青睐。

随着内窥镜微创技术的普及和内窥镜加工工艺的提高，内窥镜应用已涉及普外科、耳鼻喉科、骨科、泌尿外科、妇科、儿科等几乎所有科室，成为医用不可或缺的手术设备，也是全球医疗器械产业中增长最快的产品之一。

传统的内窥镜系统常常包含体积庞大的摄像系统、显示系统等，而且连接线繁琐杂乱。而便携式的体积小巧的内窥镜则可以大大方便医务人员对患者的某些腔内疾病病情的观察及记录，提供在对病人创伤最小的情况下进行手术的手段，已在医学界取得了普遍公认。新型内窥镜可经过人体天然孔道，或者经手术做的小切口进入体内。

如上图，为现有方案中一种常见的内窥镜探测头的布局，内窥镜探测头10主要由光源11和图像传感器12组成，两者并列放置。利用光源发光照亮目标物体，再由图像传感器采集图像。

但是，这种布局使得内窥镜探测头的截面积过大，内窥镜系统体积增加，使受术者接收手术时承受更大的痛苦。虽然减少像素、缩小像素面积或者缩小光源面积的方法可以减小内窥镜探测头截面积，但是会影响成像质量。

针对该问题，豪威集团在2019年7月25日申请了一项名为“图像传感器晶圆、芯片及其制作方法”的发明专利（申请号：201910677389.6），申请人为豪威科技（上海）有限公司。

根据该专利目前公开的相关资料，让我们一起来看看这项技术方案吧。

如上图，为该专利中发明的内窥镜探测头的布局示意图，从上图中可以看到，该方案将设置有LED发光器件的载体晶圆100，键合在图像传感器的器件晶圆200背后，使得LED发出的光透过前面的器件晶圆，照亮目标物体20，并由器件晶圆进行图像采集。

该方案中的图像传感器芯片减小了内窥镜探测头的截面积，且在同样的截面积可以增加图像传感器像素，以满足将内窥镜做小的市场需求。

如上图，为上述图像传感器晶圆制作方法的流程示意图，首先，在载体基底上依次设置LED发光器件和第一介质层，以形成载体晶圆。其次，在器件基底上依次设置第二介质层和遮光金属层，从而形成器件晶圆。其中，器件晶圆包括像素区及围绕像素区设置的逻辑区。

接着，在遮光金属层上设置键合氧化层，并通过键合氧化层实现对载体晶圆与器件晶圆的键合。最后，在逻辑区设置贯穿器件基底和第二介质层的光通道，并在光通道内填充透光性材料，从而完成图像传感器晶圆的制作。

如上图，为上述制作方法中对应的载体基底101的结构示意图。首先，在载体基底上形成LED发光器件102，然后在载体基底上形成第一介质层，介质层覆盖LED发光器件。由载体基底、发光二极管及第一介质层共同构成载体晶圆。具体操作包括在载体基底上沉积二氧化硅，使其覆盖载体基底上LED发光器件，然后通过化学机械研磨（CMP）工艺进行平台化处理。

在后续的工艺流程中，如上图，在逻辑区200b形成贯穿器件基底201和第二介质层202的光通道204，并在光通道内填充透光性材料205。

首先，在形成光通道之前，对器件晶圆进行背面减薄工艺，例如可以通过刻蚀或机械研磨的方式对器件晶圆进行背面减薄处理。然后，在减薄后的器件晶圆背面的逻辑区确定位置处打孔形成光通道。光通道贯穿器件基底和第二介质层，打孔的方式可以通过深硅刻蚀工艺进行。

接着，在光通道内填充透光性材料，透光新材料可以选用二氧化硅，例如采用化学气相沉积(CVD)的方法在光通道中沉积二氧化硅。最后，在填充透光材料的光通道上方进行平坦化处理，例如通过化学机械研磨进行平坦化处理。最终形成如上图所示，光通道位于像素区的两侧、单侧或四周，光通道也可以由若干光通道单元组合而成。载体晶圆上的LED发光器件发出的光通过载体晶圆逻辑区的光通道，入射到目标物体。

以上就是豪威集团发明的图像传感器晶圆、芯片及其制作方案，该方案中，载体晶圆和器件晶圆前后键合设置在内窥镜探测头，不仅减小了内窥镜探测头的截面积，且在同样截面积的情况下也可以增加图像传感器像素，从而满足了将内窥镜做小的市场需求。

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（校对/赵月）