[发明专利]图像传感器的像素结构及其形成方法

说明书

一种图像传感器的像素结构及其形成方法，其中，结构包括：第一晶圆，所述第一晶圆具有相对的感光面和非感光面，所述第一晶圆包括若干感光区，每个感光区内具有1个感光器件；与第一晶圆键合的第二晶圆，所述第二晶圆具有相对的功能面和非功能面，所述非感光面朝向所述功能面，所述第二晶圆包括若干逻辑区，每个感光区与1个逻辑区对应，每个逻辑区的电路包括1个传输晶体管、以及与所述传输晶体管连接的浮置扩散区；位于每个对应的感光区和逻辑区内的第一硅通孔结构，所述感光面暴露出所述第一硅通孔结构表面，所述对应的感光区的感光器件、以及逻辑区的传输晶体管通过所述第一硅通孔结构电互连。从而，提高了图像传感器的性能。

技术领域

本发明涉及半导体制造技术领域，尤其涉及一种图像传感器的像素结构及其形成方法。

背景技术

图像传感器分为互补金属氧化物(CMOS)图像传感器和电荷耦合器件(CCD)图像传感器，通常用于将光学信号转化为相应的电信号。相比CCD图像传感器，CMOS图像传感器具有工艺简单、易与其他器件集成、体积小、重量轻、功耗小、成本低等优点。目前CMOS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。

根据曝光方式的不同，CMOS图像传感器可以分为逐行曝光的CMOS图像传感器和全局曝光的CMOS图像传感器。逐行曝光(Rolling Shutter)的CMOS图像传感器，由于各行曝光时间起始点不同，这种曝光方式存在运动图像的倾斜，扭曲等缺点；而全局曝光的CMOS图像传感器一帧图像里的所有像素，在某时刻同时开始曝光，在另一时刻同时结束曝光，这种全局曝光的方式可以消除逐行曝光的缺陷，并实现高帧率的图像输出。

在全局曝光的方式中，像素阵列产生的信号需要逐行读取。所以像素单元中具有浮置扩散区、以及与浮置扩散区连接的存储节点单元，从而，通过所述浮置扩散区以及存储节点单元暂存信号，使得在读取时每行的信号可以逐行分时读出到后端电路。

然而，全局曝光的图像传感器的像素结构中，用于感光的感光单元和暂存信号的浮置扩散区、以及与浮置扩散区连接的存储节点单元在同一衬底上，该衬底既用来感光也用来存放存储节点信号。当所述感光单元、浮置扩散区、以及存储节点单元位于同一个衬底时，所述浮置扩散区和存储节点单元极容易受到所述感光单元或外界光线的影响，从而产生寄生光感效应，这个不良效应会导致存储节点单元漏电，使得逐行读取时，后读取的像素信号失真，进而影响图像传感器的性能。

发明内容

本发明解决的技术问题是提供一种图像传感器的像素结构及其形成方法，以提高图像传感器的性能。

为解决上述技术问题，本发明的技术方案提供一种图像传感器的像素结构，包括：第一晶圆，所述第一晶圆具有相对的感光面和非感光面，所述第一晶圆包括若干感光区，每个感光区内具有1个感光器件；与第一晶圆键合的第二晶圆，所述第二晶圆具有相对的功能面和非功能面，所述非感光面朝向所述功能面，所述第二晶圆包括若干逻辑区，每个感光区与1个逻辑区对应，每个逻辑区的电路包括1个传输晶体管、以及与所述传输晶体管连接的浮置扩散区；位于每个对应的感光区和逻辑区内的第一硅通孔结构，所述感光面暴露出所述第一硅通孔结构表面，所述对应的感光区的感光器件、以及逻辑区的传输晶体管通过所述第一硅通孔结构电互连。

可选的，每个感光区内还具有与所述感光器件电互连的第一导电结构，每个逻辑区内还具有与所述传输晶体管电互连的第二导电结构，每个第一硅通孔结构分别与对应的感光区的第一导电结构、以及逻辑区的第二导电结构电互连。

可选的，所述第一硅通孔结构的材料包括金属材料或是多晶硅。

可选的，还包括：位于每个逻辑区内且与所述逻辑区的电路电互连的第二硅通孔结构，并且所述非功能面暴露出所述第二硅通孔结构表面。

可选的，所述第二硅通孔结构的材料包括金属材料或是多晶硅。