[发明专利]堆叠式图像传感器及其形成方法

说明书

本发明提供一种堆叠式图像传感器及其形成方法，采用多片晶圆堆叠形成图像传感器，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。本发明的堆叠式图像传感器及其形成方法，感光二极管和部分晶体管形成于第一晶圆上，其他晶体管形成于第二晶圆上，共同构成完整的像素单元，工艺选择性更加多样化，改善感光二极管的结构性能，提高信号传输速度，优化图像传感器整体性能。

技术领域

本发明涉及一种堆叠式图像传感器及其形成方法。

背景技术

目前，图像传感器已经广泛应用于静态数码相机、照相手机、数码摄像机、医疗用摄像装置（例如胃镜）、车用摄像装置等各类电子产品中。

传统的图像传感器制造过程中，一般在单一晶圆上形成完整像素单元的全部结构，例如感光二极管、转移晶体管、复位晶体管、源跟随晶体管、行选择晶体管等，由于各结构之间的彼此影响，制造过程中的工艺选择性受到限制，例如，很多高温工艺无法采用，感光二极管的结构性能无法保证，另外由于各晶体管设置于同一晶圆上，信号传输速度受到了限制，从而影响图像传感器的整体性能。

发明内容

本发明的目的在于提供一种堆叠式图像传感器及其形成方法，工艺选择性更加灵活，改善感光二极管的结构性能，提高信号传输速度，优化图像传感器的整体性能。

为了解决上述技术问题，本发明提供一种堆叠式图像传感器的形成方法，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。

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。

在晶圆级键合前，于第二晶圆上形成一定结构，并于结构中填充材质；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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。