[发明专利]堆叠式图像传感器及其形成方法

权利要求书

1.一种堆叠式图像传感器的形成方法，其特征在于，采用多片晶圆堆叠形成图像传感器，其中包括如下步骤：

A.在第一晶圆上形成像素单元的感光二极管，并形成组成对应完整像素单元的部分晶体管；

B.将第一晶圆与第二晶圆完成晶圆级键合；

C.减薄第二晶圆；

D.在与第一晶圆像素单元位置相对应的第二晶圆上，形成组成对应完整像素单元的剩余晶体管，其与第一晶圆对应像素单元的感光二极管、部分晶体管构成完整像素单元；

第二晶圆形成的剩余晶体管中，至少一个晶体管采用绝缘层上的鳍形晶体管结构，提高晶体管的性能。

2.根据权利要求1所述的堆叠式图像传感器的形成方法，其特征在于，

在两片晶圆之间各像素单元内实现电学连接的通孔是于第二晶圆减薄之后刻蚀形成的。

3.根据权利要求1所述的堆叠式图像传感器的形成方法，其特征在于，

在晶圆级键合前，于第二晶圆上形成用于材质填充的结构，并填充材质；在晶圆级键合后，减薄第二晶圆过程中，通过所述填充材质做为阻挡层，提高减薄的均匀度。

4.根据权利要求1所述的堆叠式图像传感器的形成方法，其特征在于，

在减薄第二晶圆后，第二晶圆刻蚀工艺的至少一层光刻对准于第一晶圆的光学特征图像；以达到提高两片晶圆对准精度的目的。

5.根据权利要求1所述的堆叠式图像传感器的形成方法，其特征在于，

在第一晶圆形成转移晶体管多晶硅栅极后，再做一层多晶硅结构，以改善上下两层晶圆键合后的连通性。

6.根据权利要求3所述的堆叠式图像传感器的形成方法，其特征在于，

在第二晶圆的鳍形晶体管有源区形成过程中，第一次刻蚀形成鳍形晶体管的沟道区结构；第二次刻蚀出源极、漏极结构；通过两次刻蚀提高沟道区图形的完美性。

7.根据权利要求6所述的堆叠式图像传感器的形成方法，其特征在于，

在所述有源区形成后，采用湿法方式去除所述填充材质；所述填充材质为氧化硅，氮化硅或氮氧化硅。

8.根据权利要求1所述的堆叠式图像传感器的形成方法，其特征在于，

在第二晶圆的多晶硅沉积之前，鳍形晶体管的沟道区结构的顶部绝缘层的厚度高于侧壁绝缘层的厚度30％以上，以减少在多晶硅栅极刻蚀时鳍形晶体管的沟道区结构顶部硅材质的损伤。

9.根据权利要求5所述的堆叠式图像传感器的形成方法，其特征在于，

在第一晶圆的第二层多晶硅与像素单元的衬底连接是通过多晶硅埋层接触孔实现的。

10.根据权利要求5所述的堆叠式图像传感器的形成方法，其特征在于，

在第一晶圆的第二层多晶硅与像素单元的转移晶体管的多晶硅栅极连接是通过多晶硅埋层接触孔实现的。

11.一种堆叠式图像传感器，其特征在于，包括：

第一晶圆，其中，第一晶圆包括：隔离像素单元的隔离沟槽结构，在隔离沟槽结构中填充多晶硅进行隔离；

第一晶圆还包括：衬底结构、感光二极管、浮置扩散区、转移晶体管，以及位于转移晶体管多晶硅栅极上的第二层多晶硅结构，通过所述第二层多晶硅结构与衬底连接，与浮置扩散区连接，与转移晶体管多晶硅栅极连接；

所述堆叠式图像传感器还包括：

第二晶圆，所述第二晶圆包括：源跟随晶体管、复位晶体管、选择晶体管，这些晶体管为绝缘层上的鳍形晶体管结构，这些晶体管与第一晶圆对应像素单元的感光二极管、转移晶体管构成完整像素单元。

12.根据权利要求11所述的堆叠式图像传感器，其特征在于，所述源跟随晶体管为多叉指结构。

13.根据权利要求11所述的堆叠式图像传感器，其特征在于，所述第二晶圆于感光区域之外，模拟电路模块、数字电路模块的至少部分晶体管为绝缘层上的鳍形晶体管结构。