CN110233159A - 堆叠图像传感器及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种堆叠图像传感器及其制备方法，堆叠图像传感器包括：光电二极管晶圆，光电二极管晶圆内形成有光电二极管；逻辑晶圆，键合于光电二极管晶圆上，逻辑晶圆内形成有图像传感器电路结构；硅通孔互连结构，位于光电二极管晶圆及所述逻辑晶圆内，且将光电二极管与图像传感器电路结构电连接。本发明的堆叠图像传感器通过将光电二极管与图像传感器电路结构分别形成于不同的晶圆中，可以增大光电二极管的受光面积，同时可以避免光电二极管产生的电子对图像传感器电路结构的信号产生干扰，还可以避免对堆叠图像传感器的满阱容量造成影响，避免串扰及图像滞后。
Description
技术领域
本发明属于微电子技术领域，特别是涉及一种堆叠图像传感器及其制备方法。
背景技术
随着人们对高质量影像的不断追求，堆叠图像传感器被开发出来。然而，现有的堆叠图像传感器中(譬如，传统的4T-APS电路中)，光电二极管(PD)与图像传感器的电路结构(譬如，浮动扩散结构(FD)等)位于同一个晶圆中，光照时所述光电二极管产生的电子有可能会流到图像传感器的电路结构中，对图像传感器的电路结构的信号产生干扰；同时，光电二极管与图像传感器的电路结构位于同一个晶圆中，形成光电二极管的复杂的掺杂工艺会使得还会影响图像传感器的满阱容量(FWC)，引起串扰(Crosstalk)及图像滞后(ImageLag)等问题。
发明内容
鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种堆叠图像传感器及其制备方法，用于解决现有技术中的堆叠图像传感器中光电二极管与电路结构位于同一晶圆中而导致的光电二极管产生的电子会对图像传感器的电路结构的信号产生干扰的问题及会影响图像传感器的满阱容量、引起串扰及图像滞后的问题。
为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种堆叠图像传感器，所述堆叠图像传感器包括：
光电二极管晶圆，所述光电二极管晶圆内形成有光电二极管；
逻辑晶圆，键合于所述光电二极管晶圆上，所述逻辑晶圆内形成有图像传感器电路结构；
硅通孔互连结构，位于所述光电二极管晶圆及所述逻辑晶圆内，且将所述光电二极管与所述图像传感器电路结构电连接。
可选地，所述光电二极管晶圆包括：
第一掺杂类型的衬底；
第二掺杂类型的第一注入层，位于所述第一掺杂类型的衬底内，所述第二掺杂类型的第一注入层与所述第一掺杂类型的衬底构成所述光电二极管。
可选地，所述光电二极管晶圆还包括：
第二掺杂类型的第二注入层，位于所述第一掺杂类型的衬底内，且位于所述第二掺杂类型的第一注入层表面；所述硅通孔互连结构位于所述第二掺杂类型的第二注入层远离所述第二掺杂类型的第一注入层的一侧，且与所述第二掺杂类型的第二注入层相连接；
第一掺杂类型的注入层，位于所述第一掺杂类型的衬底内，且位于所述第二掺杂类型的第一注入层远离所述第二掺杂类型的第二注入层的表面。
可选地，所述硅通孔互连结构包括：
第一硅通孔互连结构，位于所述逻辑晶圆内，一端与所述图像传感器电路结构电连接，另一端延伸至所述逻辑晶圆远离所述图像传感器电路结构的表面；
第二硅通孔互连结构，位于所述光电二极管晶圆内，一端与所述第二掺杂类型的第二注入层电连接，另一端延伸至所述光电二极管晶圆远离所述第一掺杂类型的注入层的表面；
所述逻辑晶圆键合于所述光电二极管晶圆上之后，所述第一硅通孔互连结构与所述第二硅通孔互连结构接触连接以形成所述硅通孔互连结构。
可选地，所述图像传感器电路结构包括若干个浮动扩散结构，若干个所述浮动扩散结构间隔排布。
可选地，所述图像传感器电路结构还包括：
像素单元输入端，位于相邻两所述浮动扩散结构之间；
行选输入端，位于相邻两所述浮动扩散结构之间，且所述行选输入端与所述像素单元输入端分别位于不同的相邻两所述浮动扩散结构之间；
行选晶体管，包括控制端、第一端及第二端；所述行选晶体管的控制端与选通电压相连接，所述行选晶体管的第一端与列输出线相连接；
源跟随器晶体管，包括控制端、第一端及第二端；所述源跟随器晶体管的控制端与位于所述像素单元输入端及所述行选输入端之间的所述浮动扩散结构相连接，所述源跟随器晶体管的第一端与所述行选晶体管的第二端相连接，所述源跟随器晶体管的第二端与位于所述行选输入端远离所述像素单元输入端一侧的所述浮动扩散结构及电源电压相连接。
本发明还提供一种堆叠图像传感器的制备方法，所述堆叠图像传感器的制备方法包括如下步骤：
提供逻辑晶圆，所述逻辑晶圆包括相对的第一表面及第二表面；自所述逻辑晶圆的第一表面于所述逻辑晶圆内形成图像传感器电路结构；
自所述逻辑晶圆的第二表面于所述逻辑晶圆内形成第一硅通孔，所述第一硅通孔暴露出所述图像传感器电路结构；于所述第一硅通孔内填充导电材料以形成第一硅通孔互连结构；
提供光电二极管晶圆，所述光电二极管晶圆包括第一掺杂类型的衬底，所述第一掺杂类型的衬底包括相对的第一表面及第二表面；
自所述第一掺杂类型的衬底的第一表面进行第二掺杂类型离子注入，以于所述第一掺杂类型的衬底内形成第二掺杂类型的第一注入层；所述第二掺杂类型的第一注入层与所述第一掺杂类型的衬底构成所述光电二极管；
于所述第一掺杂类型的衬底内形成第二掺杂类型的第二注入层，所述第二掺杂类型的第二注入层位于所述第二掺杂类型的第一注入层远离所述光电二极管晶圆的第一表面的表面；
自所述第一掺杂类型的衬底的第二表面形成第二硅通孔，所述第二硅通孔暴露出所述第二掺杂类型的第二注入层；于所述第二硅通孔内填充导电材料以形成第二硅通孔互连结构；
将所述逻辑晶圆与所述光电二极管晶圆键合在一起，所述逻辑晶圆的第二表面及所述光电二极管晶圆的第二表面为键合面，键合后，所述第一硅通孔互连结构与所述第二硅通孔互连结构接触连接以形成所述硅通孔互连结构。
可选地，形成所述第二掺杂类型的第二注入层之后且形成所述第二硅通孔之前还包括如下步骤：自所述第一掺杂类型的衬底的第一表面进行第一掺杂类型离子注入，以使得部分所述第二掺杂类型的第一注入层反型而形成第一掺杂类型的注入层，所述第一掺杂类型的注入层位于所述第二掺杂类型的第一注入层远离所述第二掺杂类型的第二注入层的表面。
可选地，形成所述图像传感器电路结构且形成所述第一硅通孔之前还包括如下步骤：自所述逻辑晶圆的第二表面对所述逻辑晶圆进行减薄处理；形成所述第一掺杂类型的注入层之后且形成所述第二硅通孔之前还包括如下步骤：自所述光电二极管晶圆的第二表面对所述光电二极管晶圆进行减薄处理。
如上所述，本发明的堆叠图像传感器及其制备方法具有以下有益效果：
本发明的堆叠图像传感器通过将光电二极管与图像传感器电路结构分别形成于不同的晶圆中，可以增大光电二极管的受光面积，同时可以避免光电二极管产生的电子对图像传感器电路结构的信号产生干扰，还可以避免对堆叠图像传感器的满阱容量造成影响，避免串扰及图像滞后；
本发明的堆叠图像传感器中位于不同晶圆的光电二极管与图像传感器电路结构经由硅通孔互连结构电连接，光电二极管产生的电子可以经由硅通孔互连结构从光电二极管晶圆转移至逻辑晶圆，从而确保图像传感器的性能。
附图说明
图1显示为本发明实施例一中提供的堆叠图像传感器的制备方法的流程图。
图2至图12显示为本发明实施例一中提供的堆叠图像传感器的制备方法中各步骤所得结构的截面结构示意图；其中，图12显示为本发明实施例二中提供的堆叠图像传感器的截面结构示意图。
元件标号说明
1 光电二极管晶圆
11 第一掺杂类型的衬底
12 第二掺杂类型的第一注入层
13 第二掺杂类型的第二注入层
14 第一掺杂类型的注入层
2 逻辑晶圆
21 晶圆图像传感器电路结构
211 浮动扩散结构
212 像素单元输入端
213 行选输入端
214 行选晶体管
215 源跟随器晶体管
216 列输出线
3 硅通孔互连结构
31 第一硅通孔互连结构
32 第二硅通孔互连结构
具体实施方式
以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效。
请参阅图1至图12。须知，本说明书所附图式所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。同时，本说明书中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”及“一”等的用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本发明可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本发明可实施的范畴。
实施例一
请参阅图1，本发明提供一种堆叠图像传感器的制备方法，所述堆叠图像传感器的制备方法包括如下步骤：
1)提供逻辑晶圆，所述逻辑晶圆包括相对的第一表面及第二表面；自所述逻辑晶圆的第一表面于所述逻辑晶圆内形成图像传感器电路结构；
2)自所述逻辑晶圆的第二表面于所述逻辑晶圆内形成第一硅通孔，所述第一硅通孔暴露出所述图像传感器电路结构；于所述第一硅通孔内填充导电材料以形成第一硅通孔互连结构；
3)提供光电二极管晶圆，所述光电二极管晶圆包括第一掺杂类型的衬底，所述第一掺杂类型的衬底包括相对的第一表面及第二表面；
4)自所述第一掺杂类型的衬底的第一表面进行第二掺杂类型离子注入，以于所述第一掺杂类型的衬底内形成第二掺杂类型的第一注入层；所述第二掺杂类型的第一注入层与所述第一掺杂类型的衬底构成所述光电二极管；
5)于所述第一掺杂类型的衬底内形成第二掺杂类型的第二注入层，所述第二掺杂类型的第二注入层位于所述第二掺杂类型的第一注入层远离所述光电二极管晶圆的第一表面的表面；
6)自所述第一掺杂类型的衬底的第二表面形成第二硅通孔，所述第二硅通孔暴露出所述第二掺杂类型的第二注入层；于所述第二硅通孔内填充导电材料以形成第二硅通孔互连结构；
7)将所述逻辑晶圆与所述光电二极管晶圆键合在一起，所述逻辑晶圆的第二表面及所述光电二极管晶圆的第二表面为键合面，键合后，所述第一硅通孔互连结构与所述第二硅通孔互连结构接触连接以形成所述硅通孔互连结构。
在步骤1)中，请参阅图1中的S1步骤及图2至图3，提供逻辑晶圆2，所述逻辑晶圆2包括相对的第一表面及第二表面；自所述逻辑晶圆2的第一表面于所述逻辑晶圆2内形成图像传感器电路结构21。
作为示例，所述逻辑晶圆2可以包括但不仅限于硅晶圆、氮化镓晶圆或蓝宝石晶圆等等。
作为示例，所述图像传感器电路结构21可以包括若干个浮动扩散结构(FD)211，若干个所述浮动扩散结构211间隔排布。具体的，可以通过在所述逻辑晶圆2内进行离子注入以形成所述浮动扩散结构211。
作为示例，所述图像传感器电路结构21还可以包括：像素单元输入端(TG)212，所述像素单元输入端212位于相邻两所述浮动扩散结构211之间；行选输入端(RS)213，所述行选输入端213位于相邻两所述浮动扩散结构211之间，且所述行选输入端213与所述像素单元输入端212分别位于不同的相邻两所述浮动扩散结构211之间；行选晶体管(SEL)214，所述行选晶体管214包括控制端、第一端及第二端；所述行选晶体管214的控制端与选通电压相连接，所述行选晶体管214的第一端与列输出线216相连接；源跟随器晶体管(SF)215，所述源跟随器晶体管215包括控制端、第一端及第二端；所述源跟随器晶体管215的控制端与位于所述像素单元输入端212及所述行选输入端213之间的所述浮动扩散结构211相连接，所述源跟随器晶体管215的第一端与所述行选晶体管214的第二端相连接，所述源跟随器晶体管215的第二端与位于所述行选输入端213远离所述像素单元输入端212一侧的所述浮动扩散结构211及电源电压VDD相连接。
具体的，所述像素单元输入端212、所述行选输入端213、所述行选晶体管214及所述源跟随器晶体管215的具体结构及其制备方法为本领域技术人员所知晓，此处不再累述。
作为示例，步骤1)之后还包括自所述逻辑晶圆2的第二表面对所述逻辑晶圆2进行减薄处理的步骤，如图4所示。具体的，可以采用但不仅限于化学机械研磨工艺对所述逻辑晶圆2进行减薄处理。
在步骤2)中，请参阅图1中的S2步骤及图5，自所述逻辑晶圆2的第二表面于所述逻辑晶圆2内形成第一硅通孔(未标示出)，所述第一硅通孔暴露出所述图像传感器电路结构21；于所述第一硅通孔内填充导电材料以形成第一硅通孔互连结构31。
作为示例，可以采用光刻刻蚀工艺于所述逻辑晶圆2内形成所述第一硅通孔。
作为示例，可以采用物理气相沉积工艺、化学气相沉积工艺或原子层沉积工艺等于所述第一硅通孔内填充所述导电材料。所述导电材料可以包括铜、铝、金、银、钛、锡及镍等等中的至少一种。形成的所述第一硅通孔互连结构31与所述图像传感器电路结构21电连接，具体的，所述第一硅通孔互连结构31可以与所述浮动扩散结构211电连接。
在步骤3)中，请参阅图1中的S3步骤及图6，提供光电二极管晶圆1，所述光电二极管晶圆1包括第一掺杂类型的衬底11，所述第一掺杂类型的衬底11包括相对的第一表面及第二表面。
作为示例，所述第一掺杂类型的衬底11可以包括但不仅限于硅衬底、氮化镓衬底或蓝宝石衬底等等。
在步骤4)中，请参阅图1中的S4步骤及图7，自所述第一掺杂类型的衬底11的第一表面进行第二掺杂类型离子注入，以于所述第一掺杂类型的衬底内形成第二掺杂类型的第一注入层12；所述第二掺杂类型的第一注入层12与所述第一掺杂类型的衬底11构成所述光电二极管。
作为示例，所述第一掺杂类型可以包括P型，此时，所述第二掺杂类型为N型；当然，在其他示例中，所述第一掺杂类型也可以为N型，此时，所述第二掺杂类型为P型。
在步骤5)中，请参阅图1中的S5步骤及图8，于所述第一掺杂类型的衬底11内形成第二掺杂类型的第二注入层13，所述第二掺杂类型的第二注入层13位于所述第二掺杂类型的第一注入层12远离所述光电二极管晶圆1的第一表面的表面。
作为示例，所述第二掺杂类型的第二注入层13内掺杂离子的掺杂浓度可以大于所述第二掺杂类型的第一注入层12内掺杂离子的掺杂浓度。于所述第二掺杂类型的第一注入层12远离所述光电二极管晶圆1的第一表面的表面形成所述第二掺杂类型的第二注入层13，由于后续所述第二掺杂类型的第二注入层13经由硅通孔互连结构与所述逻辑晶圆2中的所述图像传感器电路结构21电连接，更有利于所述光电二极管产生的电子从所述光电二极管晶圆1导出转移至所述逻辑晶圆2内。
作为示例，步骤5)之后还包括如下步骤：自所述第一掺杂类型的衬底11的第一表面进行第一掺杂类型离子注入，以使得部分所述第二掺杂类型的第一注入层12反型而形成第一掺杂类型的注入层14，所述第一掺杂类型的注入层14位于所述第二掺杂类型的第一注入层12远离所述第二掺杂类型的第二注入层13的表面。通过在所述第二掺杂类型的第一注入层12远离所述第二掺杂类型的第二注入层13的表面形成所述第一掺杂类型的注入层14，可以有效防止暗电流的产生。
作为示例，如图10所示，形成所述第一掺杂类型的注入层14之后还包括如下步骤：自所述光电二极管晶圆1的第二表面对所述光电二极管晶圆1进行减薄处理。具体的，可以采用但不仅限于化学机械研磨工艺对所述光电二极管晶圆1进行减薄处理。减薄处理后，所述光电二极管晶圆1的厚度大于所述第一掺杂类型的注入层14、所述第二掺杂类型的第一注入层12及所述第二掺杂类型的第二注入层13的厚度之和。
在步骤6)中，请参阅图1中的S6步骤及图11，自所述第一掺杂类型的衬底11的第二表面形成第二硅通孔(未标示出)，所述第二硅通孔暴露出所述第二掺杂类型的第二注入层13；于所述第二硅通孔内填充导电材料以形成第二硅通孔互连结构32。
作为示例，可以采用光刻刻蚀工艺于所述第一掺杂类型的衬底11内形成所述第二硅通孔。
作为示例，可以采用物理气相沉积工艺、化学气相沉积工艺或原子层沉积工艺等于所述第二硅通孔内填充所述导电材料。所述导电材料可以包括铜、铝、金、银、钛、锡及镍等等中的至少一种。形成的所述第二硅通孔互连结构32与所述第二掺杂类型的第二注入层13电连接。
在步骤7)中，请参阅图1中的S7步骤及图12，将所述逻辑晶圆2与所述光电二极管晶圆1键合在一起，所述逻辑晶圆2的第二表面及所述光电二极管晶圆1的第二表面为键合面，键合后，所述第一硅通孔互连结构31与所述第二硅通孔互连结构32接触连接以形成所述硅通孔互连结构3。
作为示例，可以采用现有的任意一种键合工艺将所述逻辑晶圆2与所述光电二极管晶圆1键合在一起，此处不再累述。
本发明所述的堆叠图像传感器的制备方法制备的堆叠图像传感器通过将所述光电二极管与所述图像传感器电路结构21分别形成于不同的晶圆中，可以增大所述光电二极管的受光面积，同时可以避免所述光电二极管产生的电子对所述图像传感器电路结构21的信号产生干扰，还可以避免对所述堆叠图像传感器的满阱容量造成影响，避免串扰及图像滞后；本发明所述的堆叠图像传感器的制备方法制备的堆叠图像传感器中位于不同晶圆的所述光电二极管与所述图像传感器电路结构21经由所述硅通孔互连结构3电连接，所述光电二极管产生的电子可以经由所述硅通孔互连结构3从所述光电二极管晶圆1转移至所述逻辑晶圆2，从而确保图像传感器的性能。
实施例二
请继续参阅图12，本发明还提供一种堆叠图像传感器，所述堆叠图像传感器包括：光电二极管晶圆1，所述光电二极管晶圆1内形成有光电二极管；逻辑晶圆2，所述逻辑晶圆2键合于所述光电二极管晶圆1上，所述逻辑晶圆2内形成有图像传感器电路结构21；硅通孔互连结构3，所述硅通孔互连结构3位于所述光电二极管晶圆1及所述逻辑晶圆2内，且将所述光电二极管与所述图像传感器电路结构21电连接。
作为示例，所述光电二极管晶圆1包括：第一掺杂类型的衬底11；第二掺杂类型的第一注入层12，所述第二掺杂类型的第一注入层12位于所述第一掺杂类型的衬底11内，所述第二掺杂类型的第一注入层12与所述第一掺杂类型的衬底11构成所述光电二极管。
作为示例，所述光电二极管晶圆1还包括：第二掺杂类型的第二注入层13，所述第二掺杂类型的第二注入层13位于所述第一掺杂类型的衬底11内，且位于所述第二掺杂类型的第一注入层12表面；所述硅通孔互连结构3位于所述第二掺杂类型的第二注入层13远离所述第二掺杂类型的第一注入层12的一侧，且与所述第二掺杂类型的第二注入层13相连接；第一掺杂类型的注入层14，所述第一掺杂类型的注入层14位于所述第一掺杂类型的衬底11内，且位于所述第二掺杂类型的第一注入层12远离所述第二掺杂类型的第二注入层13的表面。所述第二掺杂类型的第二注入层13更有利于所述光电二极管产生的电子从所述光电二极管晶圆1导出转移至所述逻辑晶圆2内，所述第一掺杂类型的注入层14可以有效防止暗电流的产生。
作为示例，所述第一掺杂类型可以包括P型，此时，所述第二掺杂类型为N型；当然，在其他示例中，所述第一掺杂类型也可以为N型，此时，所述第二掺杂类型为P型。
作为示例，所述第一掺杂类型的衬底11可以包括但不仅限于硅衬底、氮化镓衬底或蓝宝石衬底等等。
作为示例，所述逻辑晶圆2可以包括但不仅限于硅晶圆、氮化镓晶圆或蓝宝石晶圆等等。
作为示例，所述图像传感器电路结构21可以包括若干个浮动扩散结构(FD)211，若干个所述浮动扩散结构211间隔排布。具体的，可以通过在所述逻辑晶圆2内进行离子注入以形成所述浮动扩散结构211。
作为示例，所述图像传感器电路结构21还可以包括：像素单元输入端(TG)212，所述像素单元输入端212位于相邻两所述浮动扩散结构211之间；行选输入端(RS)213，所述行选输入端213位于相邻两所述浮动扩散结构211之间，且所述行选输入端213与所述像素单元输入端212分别位于不同的相邻两所述浮动扩散结构211之间；行选晶体管(SEL)214，所述行选晶体管214包括控制端、第一端及第二端；所述行选晶体管214的控制端与选通电压相连接，所述行选晶体管214的第一端与列输出线216相连接；源跟随器晶体管(SF)215，所述源跟随器晶体管215包括控制端、第一端及第二端；所述源跟随器晶体管215的控制端与位于所述像素单元输入端212及所述行选输入端213之间的所述浮动扩散结构211相连接，所述源跟随器晶体管215的第一端与所述行选晶体管214的第二端相连接，所述源跟随器晶体管215的第二端与位于所述行选输入端213远离所述像素单元输入端212一侧的所述浮动扩散结构211及电源电压VDD相连接。
具体的，所述像素单元输入端212、所述行选输入端213、所述行选晶体管214及所述源跟随器晶体管215的具体结构为本领域技术人员所知晓，此处不再累述。
作为示例，所述硅通孔互连结构3包括：第一硅通孔互连结构31，所述第一硅通孔互连结构31位于所述逻辑晶圆2内，所述第一硅通孔互连结构31一端与所述图像传感器电路结构21电连接，另一端延伸至所述逻辑晶圆2远离所述图像传感器电路结构21的表面；第二硅通孔互连结构32，所述第二硅通孔互连结构32位于所述光电二极管晶圆1内，所述第二硅通孔互连结构32一端与所述第二掺杂类型的第二注入层13电连接，另一端延伸至所述光电二极管晶圆1远离所述第一掺杂类型的注入层14的表面；所述逻辑晶圆2键合于所述光电二极管晶圆1上之后，所述第一硅通孔互连结构31与所述第二硅通孔互连结构32接触连接以形成所述硅通孔互连结构3。
作为示例，所述硅通孔互连结构3的材料可以铜、铝、金、银、钛、锡及镍等等中的至少一种。
本发明所述的堆叠图像传感器通过将所述光电二极管与所述图像传感器电路结构21分别形成于不同的晶圆中，可以增大所述光电二极管的受光面积，同时可以避免所述光电二极管产生的电子对所述图像传感器电路结构21的信号产生干扰，还可以避免对所述堆叠图像传感器的满阱容量造成影响，避免串扰及图像滞后；本发明所述的堆叠图像传感器中位于不同晶圆的所述光电二极管与所述图像传感器电路结构21经由所述硅通孔互连结构3电连接，所述光电二极管产生的电子可以经由所述硅通孔互连结构3从所述光电二极管晶圆1转移至所述逻辑晶圆2，从而确保图像传感器的性能。
综上所述，本发明提供一种堆叠图像传感器及其制备方法，所述堆叠图像传感器包括：光电二极管晶圆，所述光电二极管晶圆内形成有光电二极管；逻辑晶圆，键合于所述光电二极管晶圆上，所述逻辑晶圆内形成有图像传感器电路结构；硅通孔互连结构，位于所述光电二极管晶圆及所述逻辑晶圆内，且将所述光电二极管与所述图像传感器电路结构电连接。本发明的堆叠图像传感器通过将光电二极管与图像传感器电路结构分别形成于不同的晶圆中，可以增大光电二极管的受光面积，同时可以避免光电二极管产生的电子对图像传感器电路结构的信号产生干扰，还可以避免对堆叠图像传感器的满阱容量造成影响，避免串扰及图像滞后；本发明的堆叠图像传感器中位于不同晶圆的光电二极管与图像传感器电路结构经由硅通孔互连结构电连接，光电二极管产生的电子可以经由硅通孔互连结构从光电二极管晶圆转移至逻辑晶圆，从而确保图像传感器的性能。
上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。
Claims (9)
1.一种堆叠图像传感器，其特征在于，包括：
光电二极管晶圆，所述光电二极管晶圆内形成有光电二极管；
逻辑晶圆，键合于所述光电二极管晶圆上，所述逻辑晶圆内形成有图像传感器电路结构；
硅通孔互连结构，位于所述光电二极管晶圆及所述逻辑晶圆内，且将所述光电二极管与所述图像传感器电路结构电连接。
2.根据权利要求1所述的堆叠图像传感器，其特征在于，所述光电二极管晶圆包括：
第一掺杂类型的衬底；
第二掺杂类型的第一注入层，位于所述第一掺杂类型的衬底内，所述第二掺杂类型的第一注入层与所述第一掺杂类型的衬底构成所述光电二极管。
3.根据权利要求2所述的堆叠图像传感器，其特征在于，所述光电二极管晶圆还包括：
第二掺杂类型的第二注入层，位于所述第一掺杂类型的衬底内，且位于所述第二掺杂类型的第一注入层表面；所述硅通孔互连结构位于所述第二掺杂类型的第二注入层远离所述第二掺杂类型的第一注入层的一侧，且与所述第二掺杂类型的第二注入层相连接；
第一掺杂类型的注入层，位于所述第一掺杂类型的衬底内，且位于所述第二掺杂类型的第一注入层远离所述第二掺杂类型的第二注入层的表面。
4.根据权利要求3所述的堆叠图像传感器，其特征在于，所述硅通孔互连结构包括：
第一硅通孔互连结构，位于所述逻辑晶圆内，一端与所述图像传感器电路结构电连接，另一端延伸至所述逻辑晶圆远离所述图像传感器电路结构的表面；
第二硅通孔互连结构，位于所述光电二极管晶圆内，一端与所述第二掺杂类型的第二注入层电连接，另一端延伸至所述光电二极管晶圆远离所述第一掺杂类型的注入层的表面；
所述逻辑晶圆键合于所述光电二极管晶圆上之后，所述第一硅通孔互连结构与所述第二硅通孔互连结构接触连接以形成所述硅通孔互连结构。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的堆叠图像传感器，其特征在于，所述图像传感器电路结构包括若干个浮动扩散结构，若干个所述浮动扩散结构间隔排布。
6.根据权利要求5所述的堆叠图像传感器，其特征在于，所述图像传感器电路结构还包括：
像素单元输入端，位于相邻两所述浮动扩散结构之间；
行选输入端，位于相邻两所述浮动扩散结构之间，且所述行选输入端与所述像素单元输入端分别位于不同的相邻两所述浮动扩散结构之间；
行选晶体管，包括控制端、第一端及第二端；所述行选晶体管的控制端与选通电压相连接，所述行选晶体管的第一端与列输出线相连接；
源跟随器晶体管，包括控制端、第一端及第二端；所述源跟随器晶体管的控制端与位于所述像素单元输入端及所述行选输入端之间的所述浮动扩散结构相连接，所述源跟随器晶体管的第一端与所述行选晶体管的第二端相连接，所述源跟随器晶体管的第二端与位于所述行选输入端远离所述像素单元输入端一侧的所述浮动扩散结构及电源电压相连接。
7.一种堆叠图像传感器的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
提供逻辑晶圆，所述逻辑晶圆包括相对的第一表面及第二表面；自所述逻辑晶圆的第一表面于所述逻辑晶圆内形成图像传感器电路结构；
自所述逻辑晶圆的第二表面于所述逻辑晶圆内形成第一硅通孔，所述第一硅通孔暴露出所述图像传感器电路结构；于所述第一硅通孔内填充导电材料以形成第一硅通孔互连结构；
提供光电二极管晶圆，所述光电二极管晶圆包括第一掺杂类型的衬底，所述第一掺杂类型的衬底包括相对的第一表面及第二表面；
自所述第一掺杂类型的衬底的第一表面进行第二掺杂类型离子注入，以于所述第一掺杂类型的衬底内形成第二掺杂类型的第一注入层；所述第二掺杂类型的第一注入层与所述第一掺杂类型的衬底构成所述光电二极管；
于所述第一掺杂类型的衬底内形成第二掺杂类型的第二注入层，所述第二掺杂类型的第二注入层位于所述第二掺杂类型的第一注入层远离所述光电二极管晶圆的第一表面的表面；
自所述第一掺杂类型的衬底的第二表面形成第二硅通孔，所述第二硅通孔暴露出所述第二掺杂类型的第二注入层；于所述第二硅通孔内填充导电材料以形成第二硅通孔互连结构；
将所述逻辑晶圆与所述光电二极管晶圆键合在一起，所述逻辑晶圆的第二表面及所述光电二极管晶圆的第二表面为键合面，键合后，所述第一硅通孔互连结构与所述第二硅通孔互连结构接触连接以形成所述硅通孔互连结构。
8.根据权利要求7所述的堆叠图像传感器的制备方法，其特征在于，形成所述第二掺杂类型的第二注入层之后且形成所述第二硅通孔之前还包括如下步骤：自所述第一掺杂类型的衬底的第一表面进行第一掺杂类型离子注入，以使得部分所述第二掺杂类型的第一注入层反型而形成第一掺杂类型的注入层，所述第一掺杂类型的注入层位于所述第二掺杂类型的第一注入层远离所述第二掺杂类型的第二注入层的表面。
9.根据权利要求8所述的堆叠图像传感器的制备方法，其特征在于，形成所述图像传感器电路结构且形成所述第一硅通孔之前还包括如下步骤：自所述逻辑晶圆的第二表面对所述逻辑晶圆进行减薄处理；形成所述第一掺杂类型的注入层之后且形成所述第二硅通孔之前还包括如下步骤：自所述光电二极管晶圆的第二表面对所述光电二极管晶圆进行减薄处理。
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|---|---|---|---|---|
| CN112786626A (zh) * | 2019-11-04 | 2021-05-11 | 爱思开海力士有限公司 | 图像感测装置及其形成方法 |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102629616A (zh) * | 2011-02-08 | 2012-08-08 | 索尼公司 | 固态成像装置、其制造方法及电子设备 |
| CN106165099A (zh) * | 2014-04-18 | 2016-11-23 | 索尼公司 | 固体摄像装置、固体摄像装置制造方法和电子设备 |
| CN206301795U (zh) * | 2016-02-08 | 2017-07-04 | 半导体元件工业有限责任公司 | 成像像素阵列和处理器系统 |
| CN108198831A (zh) * | 2018-01-30 | 2018-06-22 | 德淮半导体有限公司 | 晶片堆叠结构及其制造方法以及图像传感装置 |
| CN109817651A (zh) * | 2019-02-13 | 2019-05-28 | 德淮半导体有限公司 | 图像传感器的形成方法、半导体结构 |
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Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102629616A (zh) * | 2011-02-08 | 2012-08-08 | 索尼公司 | 固态成像装置、其制造方法及电子设备 |
| CN106165099A (zh) * | 2014-04-18 | 2016-11-23 | 索尼公司 | 固体摄像装置、固体摄像装置制造方法和电子设备 |
| CN206301795U (zh) * | 2016-02-08 | 2017-07-04 | 半导体元件工业有限责任公司 | 成像像素阵列和处理器系统 |
| CN108198831A (zh) * | 2018-01-30 | 2018-06-22 | 德淮半导体有限公司 | 晶片堆叠结构及其制造方法以及图像传感装置 |
| CN109817651A (zh) * | 2019-02-13 | 2019-05-28 | 德淮半导体有限公司 | 图像传感器的形成方法、半导体结构 |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN112786626A (zh) * | 2019-11-04 | 2021-05-11 | 爱思开海力士有限公司 | 图像感测装置及其形成方法 |
| US11749704B2 (en) | 2019-11-04 | 2023-09-05 | SK Hynix Inc. | Method for forming photoelectric conversion element of image sensing device |
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