CN108281446A - 图像传感器及形成图像传感器的方法 - Google Patents
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Abstract
本公开涉及一种图像传感器，包括：半导体衬底，所述半导体衬底中形成有各像素单元的光电二极管和浮置扩散区；第一晶体管层，所述第一晶体管层位于所述半导体衬底之上，所述第一晶体管层中形成有第一晶体管的栅极，所述第一晶体管的栅极用于控制将所述光电二极管中的电荷传输到所述浮置扩散区中；以及第二晶体管层，所述第二晶体管层位于所述第一晶体管层之上，所述第二晶体管层中形成有第二晶体管，其中，所述第一晶体管层与所述第二晶体管层为不同的层。本公开还涉及一种形成图像传感器的方法。本公开能够提高光电二极管的填充率。
Description
技术领域
本公开涉及半导体技术领域，具体来说，涉及一种图像传感器及形成图像传感器的方法。
背景技术
现有技术中，在图像传感器的每个像素单元，半导体衬底中不仅要形成光电二极管，还要形成一些晶体管的源极区和漏极区，这影响了光电二极管的填充率。
因此，存在对新技术的需求。
发明内容
本公开的一个目的是提供一种新型的图像传感器及形成图像传感器的方法。
根据本公开的第一方面，提供了一种图像传感器，包括：半导体衬底，所述半导体衬底中形成有各像素单元的光电二极管和浮置扩散区；第一晶体管层，所述第一晶体管层位于所述半导体衬底之上，所述第一晶体管层中形成有第一晶体管的栅极，所述第一晶体管的栅极用于控制将所述光电二极管中的电荷传输到所述浮置扩散区中；以及第二晶体管层，所述第二晶体管层位于所述第一晶体管层之上，所述第二晶体管层中形成有第二晶体管，其中，所述第一晶体管层与所述第二晶体管层为不同的层。
根据本公开的第二方面，提供了一种形成图像传感器的方法，包括：在所述半导体衬底之上形成第一晶体管层，其中，所述半导体衬底中形成有各像素单元的光电二极管和浮置扩散区，所述第一晶体管层中形成有第一晶体管的栅极，所述第一晶体管的栅极用于控制将所述光电二极管中的电荷传输到所述浮置扩散区中；以及在所述第一晶体管层之上形成第二晶体管层，其中，所述第二晶体管层中形成有第二晶体管。
通过以下参照附图对本公开的示例性实施例的详细描述，本公开的其它特征及其优点将会变得清楚。
附图说明
构成说明书的一部分的附图描述了本公开的实施例，并且连同说明书一起用于解释本公开的原理。
参照附图，根据下面的详细描述，可以更加清楚地理解本公开，其中：
图1是示意性地示出现有技术中的4T(4-Transistor)型CMOS图像传感器的像素单元的工作模型的示意图。
图2是示意性地示出根据本公开的一个实施例的图像传感器的结构的示意图。
图3是示意性地示出根据本公开的一个实施例的图像传感器的结构的示意图。
图4是示意性地示出根据本公开的一个实施例的图像传感器的结构的示意图。
图5是示意性地示出根据本公开的一个实施例的形成图像传感器的方法的流程的示意图。
图6是示意性地示出根据本公开的一个实施例的形成图像传感器的方法的流程的示意图。
图7是示意性地示出根据本公开的一个实施例的形成图像传感器的方法的流程的示意图。
注意，在以下说明的实施方式中，有时在不同的附图之间共同使用同一附图标记来表示相同部分或具有相同功能的部分，而省略其重复说明。在本说明书中，使用相似的标号和字母表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。
为了便于理解，在附图等中所示的各结构的位置、尺寸及范围等有时不表示实际的位置、尺寸及范围等。因此，所公开的发明并不限于附图等所公开的位置、尺寸及范围等。
具体实施方式
现在将参照附图来详细描述本公开的各种示例性实施例。应注意到：除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本公开的范围。
以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本公开及其应用或使用的任何限制。
对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。
在这里示出和讨论的所有示例中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。
在本公开中，对“一个实施例”、“一些实施例”的提及意味着结合该实施例描述的特征、结构或特性包含在本公开的至少一个实施例、至少一些实施例中。因此，短语“在一个实施例中”、“在一些实施例中”在本公开的各处的出现未必是指同一个或同一些实施例。此外，在一个或多个实施例中，可以任何合适的组合和/或子组合来组合特征、结构或特性。
图1所示为通常的4T型CMOS图像传感器的一个像素单元的工作模型的示意图。在4T型CMOS图像传感器的一个像素单元中，包括光电二极管PD和四个晶体管：传输晶体管Tx、复位晶体管Rx、源极跟随晶体管Sx和行选择晶体管Rs。其中，传输晶体管Tx的源极区和漏极区分别是由形成在半导体衬底中的光电二极管PD区和浮置扩散区FD形成。源极跟随晶体管Sx工作在线性区，其栅极耦接到浮置扩散区FD，用于将浮置扩散区FD的电荷转换为电压并进行放大。源极跟随晶体管Sx的源极区和漏极区中的一个耦接到电源VDD，另一个耦接到行选择晶体管Rs。行选择晶体管Rs的源极区和漏极区中的一个耦接到源极跟随晶体管Sx，另一个耦接到像素单元的电压输出端，例如图示的列总线OUTPUT，从而将经源极跟随晶体管Sx转换和放大之后的电压进行输出。此外，复位晶体管Rx用于释放光电二极管PD区和浮置扩散区FD中的残余电荷。
需要注意的是，以上描述中所说的以及图1中所示出的光电二极管PD区，是指形成在半导体衬底中的、与衬底的导电类型不同的区域(例如，图2、3中所示的11)。
其中，复位晶体管Rx、源极跟随晶体管Sx和行选择晶体管Rs为用于电荷转换、放大、以及最终输出的电路中的晶体管，因此，在下文中，将这些晶体管、以及具有与之类似的功能的晶体管统称为像素单元输出电路OC中的晶体管。
本申请的发明人在研究了现有技术之后发现，在上述在4T型CMOS图像传感器的一个像素单元中，半导体衬底中除了形成光电二极管PD区和浮置扩散区FD之外，还形成了像素单元输出电路OC中的晶体管的源极区、漏极区、沟道区、以及用于该晶体管的隔离区等，因此，在这种结构中，形成在半导体衬底中的像素单元输出电路OC中的晶体管的那些区域使得半导体衬底中用于感光的面积减小，即减小了光电二极管的面积。
虽然本公开中仅以4T型CMOS图像传感器为例描述了像素单元中用于电荷输出的基本结构，例如光电二极管PD区、浮置扩散区FD、和像素单元输出电路OC等，但本领域技术人员可以理解，具有其他结构、或者其他类型的图像传感器也可能具有上述技术问题，因此也同样适用本公开的技术方案。
根据本公开的第一方面，提供了一种图像传感器。
在一些实施例中，如图2、3所示，本公开的图像传感器包括半导体衬底SUB、位于半导体衬底SUB之上的第一晶体管层L1、以及位于第一晶体管层L1之上的第二晶体管层L2。其中，第二晶体管层L2与第一晶体管层L1为不同的层。
半导体衬底SUB中形成有各像素单元的光电二极管和浮置扩散区12。其中，光电二极管是由在第一导电类型的半导体衬底SUB中形成第二导电类型的区域11而形成的。半导体衬底SUB为第一导电类型的，形成光电二极管的区域11和浮置扩散区12均为第二导电类型的。其中，可以是第一导电类型为P型、第二导电类型为N型，也可以是第一导电类型为N型、第二导电类型为P型。
第一晶体管层L1中形成有第一晶体管的栅极，该第一晶体管的栅极用于控制将光电二极管中的电荷传输到浮置扩散区12中。如图2、3所示，在一些例子中，第一晶体管的栅极可以包括栅极绝缘区21、栅电极22、以及栅极隔离区23。第一晶体管可以是图1中所示的现有技术中的传输晶体管Tx，第一晶体管的源极区和漏极区分别是由形成在半导体衬底SUB中的浮置扩散区12以及用于形成光电二极管的区域11构成的。第一晶体管的栅电极22之上还形成有用于耦接外部电压的导电接触件24。当第一晶体管导通时，光电二极管中收集的电荷可以流入浮置扩散区12中。
第二晶体管层L2中形成有第二晶体管。第二晶体管的结构可以与现有的晶体管的结构相同，故附图中并未标记出第二晶体管的所有部分。此外，虽然附图中示出的第二晶体管层L2中形成有2个第二晶体管，但本领域技术人员可以理解，第二晶体管层L2中形成的第二晶体管的个数还可以更多或更少。
根据上述描述，本公开的图像传感器的一个像素单元中的晶体管被分别布置在两个不同的层中，相比于现有技术中将一个像素单元中的所有晶体管都布置在与光电二极管相同的层中的技术方案，本公开的图像传感器能够减少在光电二极管所在的层中晶体管所占的面积，从而提高光电二极管的填充率。
在一些实施例中，第二晶体管层L2中形成的第二晶体管为像素单元输出电路中的一个或多个晶体管。像素单元输出电路为用于将该像素单元的浮置扩散区12中的电荷输出的电路。像素单元输出电路的一个例子可以是图1中附图标记OC所标记的电路。在具有其他结构、或者其他类型的图像传感器中，像素单元输出电路也可以包括具有其他功能的晶体管、或者可以包括其他个数的晶体管。如上所述，在这些实施例中，虽然附图中示出的第二晶体管层L2中形成的像素单元输出电路中的晶体管的个数为2个，但本领域技术人员可以理解，第二晶体管层L2中形成的像素单元输出电路中的晶体管的个数还可以更多或更少。
第二晶体管耦接到浮置扩散区12，从而将浮置扩散区12中的电荷输出。在一个例子里，第二晶体管层L2中仅包括像素单元输出电路中的用于将电压进行输出的输出晶体管，例如现有技术中的行选择晶体管Rs，而而像素单元中的其他晶体管，例如转换晶体管(例如现有技术中的源极跟随晶体管Sx)、复位晶体管(例如现有技术中的复位晶体管Rx)和第一晶体管(例如现有技术中的传输晶体管Tx)等，均位于半导体衬底SUB和第一晶体管层L1中。在这种情况下，输出晶体管的源极区和漏极区中的一个耦接到(例如可以通过导电接触件和金属互连层L3中的金属51来耦接到)转换晶体管的位于半导体衬底SUB中的源极区和漏极区中的一个，另一个耦接到(例如可以通过导电接触件和金属互连层L3中的金属51来耦接到)像素单元的电压输出端，从而将经转换晶体管转换和放大之后的电压进行输出。
在一个例子里，第二晶体管层L2中包括像素单元输出电路中的输出晶体管(例如现有技术中的行选择晶体管Rs)和转换晶体管(例如现有技术中的源极跟随晶体管Sx)，而像素单元中的其他晶体管，例如复位晶体管(例如现有技术中的复位晶体管Rx)和第一晶体管(例如现有技术中的传输晶体管Tx)等，均位于半导体衬底SUB和第一晶体管层L1中。在这种情况下，如图2、3所示，转换晶体管的栅极G1耦接到(例如可以通过导电接触件和金属互连层L3中的金属51来耦接到)浮置扩散区12，如图中虚线60所示，用于将浮置扩散区12的电荷转换为电压并进行放大。转换晶体管的源极区和漏极区中的一个耦接到(例如可以通过导电接触件和金属互连层L3中的金属51来耦接到)外部电源，另一个耦接到(例如可以通过导电接触件和金属互连层L3中的金属51来耦接到)输出晶体管的源极区和漏极区中的一个，如图中虚线70所示，输出晶体管的另一个耦接到该像素单元的电压输出端、其栅极G2连接到外部电压，从而将经转换晶体管转换和放大之后的电压进行输出。
在一个例子里，第二晶体管层L2中包括像素单元输出电路中的输出晶体管(例如现有技术中的行选择晶体管Rs)、转换晶体管(例如现有技术中的源极跟随晶体管Sx)和复位晶体管(例如现有技术中的复位晶体管Rx)，像素单元中的其他晶体管位于半导体衬底SUB和第一晶体管层L1中。本领域技术人员根据以上描述可以得到在该例子中的各晶体管的连接结构和工作过程，此处不再赘述。
在一些实施例中，如图2所示，第二晶体管层L2位于第一晶体管层L1之上，金属互连层L3位于第二晶体管层L2之上。第二晶体管层L2包括半导体材料层L2-1和位于半导体材料层L2-1之上的栅极层L2-2。其中，半导体材料层L2-1中形成有第二晶体管的源极区和漏极区，栅极层L2-2中形成有第二晶体管的栅极G1、G2以及用于各第二晶体管的各导电接触件。用于各第二晶体管的各导电接触件、以及用于第一晶体管的栅极的导电接触件24和用于浮置扩散区12的导电接触件25，可以通过耦接到位于上方的金属互连层L3中的金属，来实现以上描述中的各个耦接。例如，一个第二晶体管的栅极G1通过耦接到形成于其上的导电接触件和金属互连层L3中的金属来耦接到导电接触件25，从而耦接到浮置扩散区12，即实现图中虚线60所示的耦接路径。例如，一个第二晶体管的源极区和漏极区中的一个通过耦接到导电接触件和金属互连层L3中的金属来耦接到另一个第二晶体管的源极区和漏极区中的一个，即实现图中虚线70所示的耦接路径。
在一些实施例中，如图3所示，金属互连层L3位于第一晶体管层L1之上，第二晶体管层L2位于金属互连层L3之上，即金属互连层L3位于第一晶体管层L1和第二晶体管层L2之间。第二晶体管层L2包括半导体材料层L2-1和位于半导体材料层L2-1之上的栅极层L2-2。其中，半导体材料层L2-1中形成有第二晶体管的源极区和漏极区，栅极层L2-2中形成有第二晶体管的栅极G1、G2以及用于各第二晶体管的各导电接触件。与图2中所示的实施例不同的是，用于各第二晶体管的各导电接触件、以及用于第一晶体管的栅极的导电接触件24和用于浮置扩散区12的导电接触件25，还需要形成额外的导电连线才能耦接到位于下方的金属互连层L3中的金属，从而实现以上描述中的各个耦接，例如，图中虚线60、70所示的耦接路径。
形成额外的导电连线的一个例子可以参考图4，其中的导电连线41为用于实现耦接路径60的导电连线，导电连线42为用于实现耦接路径70的导电连线。需要说明的是，图4中仅示意性地示出了两个导电连线41、42，其他需要实现耦接的结构同样也需要类型的导电连线。导电连线为用导电材料(例如金属、掺杂的多晶半导体材料等)形成的连线。图4中示出的第二晶体管层L2还包括电介质材料层L2-3，导电连线可以形成在电介质材料层L2-3中。本领域技术人员可以理解，电介质材料层L2-3与栅极层L2-2可以实际上是一个层，也可以是两个不同的层。电介质材料层L2-3的材料与栅极层L2-2中填充的材料可以相同也可以不同。
在一些实施例中，第二晶体管层L2包括的半导体材料层L2-1由单晶或多晶半导体材料(例如单晶或多晶的硅、锗或锗硅等)形成。在另一些实施例中，第二晶体管层L2包括的半导体材料层L2-1由非晶半导体材料(也称无定形半导体材料，例如非晶的硅(α-硅)、锗或锗硅等)形成。在一些实施例中，第二晶体管层L2包括的栅极层L2-2中形成的第二晶体管的栅极中的栅电极由单晶或多晶半导体材料(例如单晶或多晶的硅、锗或锗硅等)形成。在另一些实施例中，第二晶体管层L2包括的栅极层L2-2中形成的第二晶体管的栅极中的栅电极由非晶半导体材料(也称无定形半导体材料，例如非晶的硅(α-硅)、锗或锗硅等)形成。由非晶半导体材料形成的晶体管，其需要的热处理的温度较低，例如通常不高于400℃，因此可以避免对已经形成的图像传感器的结构的不良影响。例如，在图2所示的实施例中，对第二晶体管层L2中形成的第二晶体管进行热处理，如果热处理的的温度较低，则不会对已经形成的半导体衬底SUB中和第一晶体管层L1中的期间和其他结构造成不良影响。例如，在图3所示的实施例中，对第二晶体管层L2中形成的第二晶体管进行热处理，如果热处理的的温度较低，则除了可以避免对上述结构的不良影响外，还不会对已经形成的金属互连层L3中的金属和其他结构造成不良影响。
根据本公开的第二方面，提供了一种形成图像传感器的方法。
在一些实施例中，如图5所示，本公开的形成图像传感器的方法包括如下步骤：
步骤S1-1：在半导体衬底SUB之上形成第一晶体管层L1。其中，半导体衬底SUB中形成有各像素单元的光电二极管(由在第一导电类型的半导体衬底SUB中形成第二导电类型的区域11而形成)和浮置扩散区12。第一晶体管层L1中形成有第一晶体管的栅极(包括栅极绝缘区21、栅电极22、以及栅极隔离区23)，第一晶体管的栅极用于控制将光电二极管中的电荷传输到浮置扩散区12中。
步骤S1-2：在第一晶体管层L1之上形成第二晶体管层L2，第二晶体管层L2中形成有第二晶体管。形成第二晶体管层L2的方法与现有技术中形成晶体管的方法类似。例如，在第一晶体管层L1之上形成半导体材料层L2-1(例如通过沉积处理)，在半导体材料层L2-1之上形成第二晶体管的栅极，以及在半导体材料层L2-1中形成第二晶体管的源极区和漏极区。其中，半导体材料层L2-1和/或第二晶体管的栅极中的栅电极由单晶、多晶、或非晶半导体材料形成。
在一些实施例中，本公开的形成图像传感器的方法适于形成图2所示的图像传感器。如图6所示，这些实施例中的方法包括如下步骤：
步骤S2-1：在半导体衬底SUB之上形成第一晶体管层L1。其中，半导体衬底SUB中形成有各像素单元的光电二极管(由在第一导电类型的半导体衬底SUB中形成第二导电类型的区域11而形成)和浮置扩散区12。第一晶体管层L1中形成有第一晶体管的栅极(包括栅极绝缘区21、栅电极22、以及栅极隔离区23)，第一晶体管的栅极用于控制将光电二极管中的电荷传输到浮置扩散区12中。
步骤S2-2：在第一晶体管层L1之上形成第二晶体管层L2。其中，第二晶体管层L2中形成有第二晶体管。
步骤S2-3：在第二晶体管层L2中形成用于实现第二晶体管与其他元件耦接的导电接触件；以及在第二晶体管层L2和第一晶体管层L1中形成用于实现第一晶体管与其他元件耦接的导电接触件(例如导电接触件24、25)。
步骤S2-4：在第二晶体管层L2之上形成金属互连层L3。金属互连层L3中的金属51和步骤S2-3中形成的各导电接触件一起可以实现该像素单元中的各个耦接路径，例如将第二晶体管耦接到浮置扩散区12的路径60、以及将第二晶体管之间互相耦接的路径70。
在一些实施例中，本公开的形成图像传感器的方法适于形成图3和4所示的图像传感器。如图7所示，这些实施例中的方法包括如下步骤：
步骤S3-1：在半导体衬底SUB之上形成第一晶体管层L1。其中，半导体衬底SUB中形成有各像素单元的光电二极管(由在第一导电类型的半导体衬底SUB中形成第二导电类型的区域11而形成)和浮置扩散区12。第一晶体管层L1中形成有第一晶体管的栅极(包括栅极绝缘区21、栅电极22、以及栅极隔离区23)，第一晶体管的栅极用于控制将光电二极管中的电荷传输到浮置扩散区12中。
步骤S3-2：在第一晶体管层L1中形成用于实现第一晶体管与其他元件耦接的导电接触件(例如导电接触件24、25)。
步骤S3-3：在第一晶体管层L1之上形成金属互连层L3。
步骤S3-4：在金属互连层L3之上形成第二晶体管层L2。其中，第二晶体管层L2中形成有第二晶体管。形成第二晶体管层L2的方法与现有技术中形成晶体管的方法类似。例如，在金属互连层L3之上形成半导体材料层L2-1(例如通过沉积处理)，在半导体材料层L2-1之上形成第二晶体管的栅极，以及在半导体材料层L2-1中形成第二晶体管的源极区和漏极区。其中，半导体材料层L2-1和/或第二晶体管的栅极中的栅电极由单晶、多晶、或非晶半导体材料形成。
步骤S3-5：在第二晶体管层L2中形成用于实现第二晶体管与其他元件耦接的导电接触件和导电连线(例如导电连线41、42)。形成导电连线的方法与现有技术中形成导电连线(例如铜连线、铝连线等)的方法类似，本公开不做赘述。从而通过金属互连层L3中的金属、步骤S3-2和S3-4中形成的各导电接触件、以及步骤S3-4中形成的导电连线一起可以实现该像素单元中的各个耦接路径，例如将第二晶体管耦接到浮置扩散区12的路径60、以及将第二晶体管之间互相耦接的路径70。
虽然本公开的附图中仅以截面图的形式示意性地示出了像素区的图像传感器的结构，本领域技术人员基于本公开记载的内容能够得到本公开所涉及的图像传感器整体的结构和形成方法。
在说明书及权利要求中的词语“A或B”包括“A和B”以及“A或B”，而不是排他地仅包括“A”或者仅包括“B”，除非另有特别说明。
在说明书及权利要求中的词语“前”、“后”、“顶”、“底”、“之上”、“之下”等，如果存在的话，用于描述性的目的而并不一定用于描述不变的相对位置。应当理解，这样使用的词语在适当的情况下是可互换的，使得在此所描述的本公开的实施例，例如，能够在与在此所示出的或另外描述的那些取向不同的其他取向上操作。
如在此所使用的，词语“示例性的”意指“用作示例、实例或说明”，而不是作为将被精确复制的“模型”。在此示例性描述的任意实现方式并不一定要被解释为比其它实现方式优选的或有利的。而且，本公开不受在上述技术领域、背景技术、发明内容或具体实施方式中所给出的任何所表述的或所暗示的理论所限定。
如在此所使用的，词语“基本上”意指包含由设计或制造的缺陷、器件或元件的容差、环境影响和/或其它因素所致的任意微小的变化。词语“基本上”还允许由寄生效应、噪音以及可能存在于实际的实现方式中的其它实际考虑因素所致的与完美的或理想的情形之间的差异。
上述描述可以指示被“连接”、“耦合”或“耦接”在一起的元件或节点或特征。如在此所使用的，除非另外明确说明，“连接”意指一个元件/节点/特征与另一种元件/节点/特征在电学上、机械上、逻辑上或以其它方式直接地连接(或者直接通信)。类似地，除非另外明确说明，“耦合”或“耦接”意指一个元件/节点/特征可以与另一元件/节点/特征以直接的或间接的方式在机械上、电学上、逻辑上或以其它方式连结以允许相互作用，即使这两个特征可能并没有直接连接也是如此。也就是说，“耦合”或“耦接”意图包含元件或其它特征的直接连结和间接连结，包括利用一个或多个中间元件的连接。
另外，仅仅为了参考的目的，还可以在下面描述中使用某种术语，并且因而并非意图限定。例如，除非上下文明确指出，否则涉及结构或元件的词语“第一”、“第二”和其它此类数字词语并没有暗示顺序或次序。
还应理解，“包括/包含”一词在本文中使用时，说明存在所指出的特征、整体、步骤、操作、单元和/或组件，但是并不排除存在或增加一个或多个其它特征、整体、步骤、操作、单元和/或组件以及/或者它们的组合。
在本公开中，术语“提供”从广义上用于涵盖获得对象的所有方式，因此“提供某对象”包括但不限于“购买”、“制备/制造”、“布置/设置”、“安装/装配”、和/或“订购”对象等。
本领域技术人员应当意识到，在上述操作之间的边界仅仅是说明性的。多个操作可以结合成单个操作，单个操作可以分布于附加的操作中，并且操作可以在时间上至少部分重叠地执行。而且，另选的实施例可以包括特定操作的多个实例，并且在其他各种实施例中可以改变操作顺序。但是，其它的修改、变化和替换同样是可能的。因此，本说明书和附图应当被看作是说明性的，而非限制性的。
另外，本公开的实施方式还可以包括以下示例：
1.一种图像传感器，其特征在于，包括：
半导体衬底，所述半导体衬底中形成有各像素单元的光电二极管和浮置扩散区；
第一晶体管层，所述第一晶体管层位于所述半导体衬底之上，所述第一晶体管层中形成有第一晶体管的栅极，所述第一晶体管的栅极用于控制将所述光电二极管中的电荷传输到所述浮置扩散区中；以及
第二晶体管层，所述第二晶体管层位于所述第一晶体管层之上，所述第二晶体管层中形成有第二晶体管，
其中，所述第一晶体管层与所述第二晶体管层为不同的层。
2.根据1所述的图像传感器，其特征在于，所述第二晶体管为像素单元输出电路中的一个或多个晶体管，所述像素单元输出电路为用于将所述像素单元的所述浮置扩散区中的电荷输出的电路。
3.根据2所述的图像传感器，其特征在于，所述第二晶体管耦接到所述浮置扩散区，从而将所述浮置扩散区中的电荷输出。
4.根据1所述的图像传感器，其特征在于，还包括：
金属互连层，所述金属互连层位于所述第一晶体管层和所述第二晶体管层之间。
5.根据4所述的图像传感器，其特征在于，所述第二晶体管通过所述金属互连层耦接到所述浮置扩散区，从而将所述浮置扩散区中的电荷输出。
6.根据1所述的图像传感器，其特征在于，所述第二晶体管层包括：
半导体材料层，所述半导体材料层中形成有所述第二晶体管的源极区和漏极区，所述半导体材料层之上形成有所述第二晶体管的栅极，
其中，所述半导体材料层和/或所述第二晶体管的栅极中的栅电极由非晶半导体材料形成。
7.一种形成图像传感器的方法，其特征在于，包括：
在所述半导体衬底之上形成第一晶体管层，其中，所述半导体衬底中形成有各像素单元的光电二极管和浮置扩散区，所述第一晶体管层中形成有第一晶体管的栅极，所述第一晶体管的栅极用于控制将所述光电二极管中的电荷传输到所述浮置扩散区中；以及
在所述第一晶体管层之上形成第二晶体管层，其中，所述第二晶体管层中形成有第二晶体管。
8.根据7所述的方法，其特征在于，所述第二晶体管为像素单元输出电路中的一个或多个晶体管，所述像素单元输出电路为用于将所述像素单元的所述浮置扩散区中的电荷输出的电路。
9.根据7所述的方法，其特征在于，还包括：
在形成所述第二晶体管层之后，将所述第二晶体管耦接到所述浮置扩散区。
10.根据7所述的方法，其特征在于，在所述第一晶体管层之上形成第二晶体管层包括：
在所述第一晶体管层之上形成金属互连层；以及
在所述金属互连层之上形成所述第二晶体管层。
11.根据10所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
在形成所述第二晶体管层之后，通过所述金属互连层将所述第二晶体管耦接到所述浮置扩散区。
12.根据7所述的方法，其特征在于，形成所述第二晶体管层包括：
形成半导体材料层；以及
在所述半导体材料层之上形成所述第二晶体管的栅极，
其中，所述半导体材料层中形成有所述第二晶体管的源极区和漏极区，所述半导体材料层和/或所述第二晶体管的栅极中的栅电极由非晶半导体材料形成。
虽然已经通过示例对本公开的一些特定实施例进行了详细说明，但是本领域的技术人员应该理解，以上示例仅是为了进行说明，而不是为了限制本公开的范围。在此公开的各实施例可以任意组合，而不脱离本公开的精神和范围。本领域的技术人员还应理解，可以对实施例进行多种修改而不脱离本公开的范围和精神。本公开的范围由所附权利要求来限定。
Claims (10)
1.一种图像传感器，其特征在于，包括：
半导体衬底，所述半导体衬底中形成有各像素单元的光电二极管和浮置扩散区；
第一晶体管层，所述第一晶体管层位于所述半导体衬底之上，所述第一晶体管层中形成有第一晶体管的栅极，所述第一晶体管的栅极用于控制将所述光电二极管中的电荷传输到所述浮置扩散区中；以及
第二晶体管层，所述第二晶体管层位于所述第一晶体管层之上，所述第二晶体管层中形成有第二晶体管，
其中，所述第一晶体管层与所述第二晶体管层为不同的层。
2.根据权利要求1所述的图像传感器，其特征在于，所述第二晶体管为像素单元输出电路中的一个或多个晶体管，所述像素单元输出电路为用于将所述像素单元的所述浮置扩散区中的电荷输出的电路。
3.根据权利要求2所述的图像传感器，其特征在于，所述第二晶体管耦接到所述浮置扩散区，从而将所述浮置扩散区中的电荷输出。
4.根据权利要求1所述的图像传感器，其特征在于，还包括：
金属互连层，所述金属互连层位于所述第一晶体管层和所述第二晶体管层之间。
5.根据权利要求4所述的图像传感器，其特征在于，所述第二晶体管通过所述金属互连层耦接到所述浮置扩散区，从而将所述浮置扩散区中的电荷输出。
6.根据权利要求1所述的图像传感器，其特征在于，所述第二晶体管层包括：
半导体材料层，所述半导体材料层中形成有所述第二晶体管的源极区和漏极区，所述半导体材料层之上形成有所述第二晶体管的栅极，
其中，所述半导体材料层和/或所述第二晶体管的栅极中的栅电极由非晶半导体材料形成。
7.一种形成图像传感器的方法，其特征在于，包括：
在所述半导体衬底之上形成第一晶体管层，其中，所述半导体衬底中形成有各像素单元的光电二极管和浮置扩散区，所述第一晶体管层中形成有第一晶体管的栅极，所述第一晶体管的栅极用于控制将所述光电二极管中的电荷传输到所述浮置扩散区中；以及
在所述第一晶体管层之上形成第二晶体管层，其中，所述第二晶体管层中形成有第二晶体管。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述第二晶体管为像素单元输出电路中的一个或多个晶体管，所述像素单元输出电路为用于将所述像素单元的所述浮置扩散区中的电荷输出的电路。
9.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，还包括：
在形成所述第二晶体管层之后，将所述第二晶体管耦接到所述浮置扩散区。
10.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，在所述第一晶体管层之上形成第二晶体管层包括：
在所述第一晶体管层之上形成金属互连层；以及
在所述金属互连层之上形成所述第二晶体管层。
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Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN110729318A (zh) * | 2019-09-30 | 2020-01-24 | 芯盟科技有限公司 | 图像传感器及其制备方法 |
| CN113491011A (zh) * | 2020-07-31 | 2021-10-08 | 深圳市大疆创新科技有限公司 | 图像传感器及其制作方法、搭载图像传感器的成像装置 |
Citations (3)
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| CN102110700A (zh) * | 2009-12-25 | 2011-06-29 | 索尼公司 | 半导体器件、半导体器件制造方法及电子装置 |
| US20160141325A1 (en) * | 2013-03-12 | 2016-05-19 | Taiwan Semiconductor Manufacturing Company, Ltd. | Method and Apparatus for Low Resistance Image Sensor Contact |
| CN105977204A (zh) * | 2016-06-27 | 2016-09-28 | 上海集成电路研发中心有限公司 | 3d全局像素单元及其制备方法 |
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2018
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