[发明专利]用于图像传感器的3D结构分离式单位像素及其制造方法

权利要求书

1.一种图像传感器的分离式单位像素，包括：

光电二极管，其包含与半导体材料相反类型的掺杂；

浮动扩散区域，其传输包含在所述光电二极管内的光电荷；

传输晶体管，其传输在所述光电二极管内产生的所述光电荷，并被连接至外电路；以及

衬垫，其分别将所述浮动扩散区域的结点和所述传输晶体管连接至所述外电路。

2.一种包含多个晶体管的、用于图像传感器的、具有3D结构的分离式单位像素，包括：

第一晶片，其包括光电二极管、传输晶体管、起到将电荷转换为电压的静电作用的浮动扩散区域的结点、以及分别将所述浮动扩散区域和所述传输晶体管连接至外电路的衬垫；

第二晶片，其包括组成像素的其余电路元件(即，复位晶体管、源极跟随晶体管和阻断开关晶体管)、读出电路、垂直/水平解码器、影响传感器工作和图像质量的相关双采样(CDS)电路、模拟电路、模拟数字转换器(ADC)、数字电路、以及连接每个所述像素的衬垫；以及

连接装置，其连接所述第一晶片的所述衬垫和所述第二晶片的所述衬垫。

3.如权利要求2所述的分离式单位像素，其中所述第一晶片包括：

半导体材料，其包含用于形成光电二极管的特定掺杂；

第一透射缓冲层，其被插入滤色器和所述半导体材料之间，以促进结构的形成并提高透光性；

光电二极管，其包含与所述半导体材料相反类型的掺杂；

浮动扩散区域，所述光电二极管14内的光电荷被传输至所述浮动扩散区域；

传输晶体管，其将在所述光电二极管内产生的所述光电荷传输至所述浮动扩散区域；以及

衬垫，其将所述浮动扩散的结点连接至外电路。

4.如权利要求3所述的分离式单位像素，其中所述第一晶片进一步包括：

滤色器，其使每个所述像素呈现出确定的颜色；

微透镜，其将光线聚集在所述光电二极管上；以及

第二透射缓冲层，其被插入所述微透镜和所述滤色器之间，以促进结构的形成并提高透光性。

5.如权利要求2所述的分离式单位像素，其中所述第二晶片包括：

像素阵列部分，在所述像素阵列部分内，除所述光电二极管和所述传输晶体管以外的像素元件被规则地排列；以及

外电路部分，其不包括所述像素阵列区域，并具有图像传感器结构。

6.如权利要求5所述的分离式单位像素，其中所述外电路部分包括用于提取图像传感器信号的电路、CDS电路、用于处理普通的模拟信号的电路、数字控制电路、以及图像信号处理数字电路。

7.一种包含多个晶体管的、用于图像传感器的、具有3D结构的分离式单位像素的制造方法，所述方法包括：

(a)构造第一晶片，其包括光电二极管、传输晶体管、以及起到将电荷转换为电压的静电作用的浮动扩散区域；

(b)构造第二晶片，其包括组成像素的其余电路元件(即，复位晶体管、源极跟随晶体管和阻断开关晶体管)、读出电路、垂直/水平解码器、影响传感器工作和图像质量的CDS电路、模拟电路、ADC、以及数字电路；

(c)将所述第一晶片和所述第二晶片上下排列以用于像素阵列排列；

(d)将单位像素的衬垫贴附在上下排列的所述第一晶片和所述第二晶片上；

(e)进行表面处理，以减小所述第一晶片的背面的厚度，从而减小所述第一晶片的厚度；并且

(f)在所述第一晶片上形成滤色器。

8.如权利要求7所述的方法，进一步包括：

(g)在所述滤色器上形成微透镜，以聚集光线。

9.如权利要求7或8所述的方法，其中所述步骤(c)利用了红外线(IR)穿透方法、蚀刻方法或激光打孔方法。

10.如权利要求9所述的方法，其中，在所述IR穿透方法中，所述晶片为