[发明专利]一种低噪声高灵敏度全局像素单元结构及其形成方法

摘要

本发明公开了一种低噪声高灵敏度全局像素单元结构及其形成方法，通过在堆叠的第一芯片和第二芯片后道介质层中形成垂直电容结构，以取代原有位于第一芯片硅衬底中的MOS电容，可以大幅增加电容的有效面积，从而增加全局曝光像素单元的存储电容值，并有效降低读出噪声；同时，通过在电容上、下极板上方使用不透光的电容下极板引出作为遮光结构，可避免穿透硅衬底和后道介质层的入射光线对电容存储信号造成影响；此外，由于无需再在第一芯片的硅衬底中形成MOS电容结构，因而光电二极管的感光区域可以增加至原来MOS电容占据的位置，从而提高了像素单元的灵敏度。

主权项

1.一种低噪声高灵敏度全局像素单元结构，其特征在于，包括在竖直方向上下排布的第一芯片和第二芯片；/n所述第一芯片设置于第一硅衬底上，其包括：/n所述第一硅衬底正面从上往下依次设置的各像素单元的光电二极管、位于第一硅衬底正面表面的第一后道介质层、位于第一后道介质层下方的第一顶层介质层、位于第一顶层介质层下方的第一粘合层；/n设于第一后道介质层中的第一后道金属互连层、第一通孔，设于第一顶层介质层和第一粘合层中的第一金属键合点，第一金属键合点通过第一通孔连接第一后道金属互连层，所述第一金属键合点的底部表面与第一粘合层的底部表面平齐；/n垂直设于每个光电二极管下方第一后道介质层、第一顶层介质层和第一粘合层中的一组交替排列的电容下极板、电容上极板，各电容下极板的上端共同连接设于第一后道介质层中的电容下极板引出，各电容下极板、电容上极板的下端表面与第一粘合层的底部表面平齐；/n所述第一硅衬底背面设置的金属隔离结构，所述金属隔离结构位于各像素单元之间，并在各光电二极管上方形成开口；/n所述第二芯片设置于第二硅衬底上，其包括：/n所述第二硅衬底正面从下往上依次设置的各像素单元的信号控制、读出和处理电路、位于第二硅衬底正面表面的第二后道介质层、位于第二后道介质层上方的第二顶层介质层、位于第二顶层介质层上方的第二粘合层；/n设于第二后道介质层中的第二后道金属互连层、第二通孔，设于第二顶层介质层和第二粘合层中的第二金属键合点，第二金属键合点通过第二通孔连接第二后道金属互连层，所述第二金属键合点的顶部表面与第二粘合层的顶部表面平齐；/n垂直设于第二顶层介质层、第二粘合层中并与每个电容下极板一一对应的第一顶层金属和与每个电容上极板一一对应的第二顶层金属，每个第二顶层金属的下端分别通过一个第三通孔共同连接设于第二后道介质层中的电容上极板引出，各第一顶层金属、第二顶层金属的上端表面与第二粘合层的顶部表面平齐；/n所述第一金属键合点的底部表面与第二金属键合点的顶部表面相连接，所述电容下极板的下端表面与第一顶层金属的上端表面相连接，所述电容上极板的下端表面与第二顶层金属的上端表面相连接；所述第一粘合层的底部表面与第二粘合层的顶部表面相连接。/n