CN114284306A - 深度兼图像传感器器件及制作方法、深度兼图像传感器芯片 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种深度兼图像传感器器件及制作方法、深度兼图像传感器芯片。深度兼图像传感器器件包括：第一晶圆，其用于平面成像；第二晶圆，其用于深度成像；逻辑晶圆；所述第一晶圆获得的所述平面成像的信息和所述第二晶圆获得的所述深度成像的信息均由所述逻辑晶圆运算处理；所述第一晶圆与所述第二晶圆键合，且所述第二晶圆与所述逻辑晶圆键合。本发明将检测平面图像信息的第一芯片和检测深度信息的第二芯片集成在一个单颗器件中(形成一体式结构)，提高了集成度，能够通过单颗器件同时探测图像信息和深度信息，降低器件面积和用该器件制成的摄像头模组的体积。
Description
技术领域
本发明属于集成电路制造技术领域，具体涉及一种深度兼图像传感器器件及制作方法、深度兼图像传感器芯片。
背景技术
近年来，在AR/VR以及自动驾驶、无人机、机器人等人工智能领域，对深度视觉的需求十分突出。目前的深度视觉产品主要是深度摄像头。深度摄像头除了需要获取平面(二维)图像以外，还需要获得拍摄对象的深度信息，也就是三维的位置和尺寸信息，使得整个计算系统获得环境和对象的三维立体数据。
当前深度摄像头通常至少需要一个摄像头获取平面(二维)图像，另一个摄像头获取深度信息，亦即两个以上单独的摄像头获取的平面(二维)图像信息和深度信息相结合来做深度计算，随着电子产品尺寸的不断缩小，深度摄像头占用电子产品的面积比例不断增大，影响电子产品尺寸的进一步减小。
发明内容
本发明的目的在于提供一种深度兼图像传感器器件及制作方法、深度兼图像传感器芯片，能够通过单颗器件同时探测图像信息和深度信息，降低器件面积和用该器件制成的摄像头模组的体积。
本发明提供一种深度兼图像传感器器件，包括：
第一晶圆，其用于平面成像；
第二晶圆，其用于深度成像；
逻辑晶圆；
所述第一晶圆获得的所述平面成像的信息和所述第二晶圆获得的所述深度成像的信息均由所述逻辑晶圆运算处理；
所述第一晶圆与所述第二晶圆键合，且所述第二晶圆与所述逻辑晶圆键合。
进一步的，所述第一晶圆远离所述第二晶圆的一侧设置有第一滤光器，所述第一晶圆与所述第二晶圆之间设置有第二滤光器。
进一步的，所述第一滤光器仅允许可见光单色光和近红外光通过，所述第二滤光器仅允许所述近红外光通过。
进一步的，所述第一晶圆远离所述第二晶圆的一侧不设置滤光器；或者所述第一晶圆远离所述第二晶圆的一侧设置第三滤光器，且所述第三滤光器不对可见光进行滤色处理，所述第一晶圆检测获得灰度图像信息。
进一步的，所述第一晶圆与所述第二晶圆之间不设置滤光器。
进一步的，所述第一晶圆包括第一衬底，所述第一衬底中形成有多个像素单元，每个所述像素单元包括至少一个光电二极管。
进一步的，所述第二晶圆包括第二衬底，所述第二衬底中形成有多个SPAD单元。
进一步的，每个SPAD单元包括至少一个单光子雪崩电路结构，所述单光子雪崩电路结构包括形成于所述第二衬底中的P掺杂层、N掺杂层以及界定于所述P掺杂层和所述N掺杂层之间的雪崩区。
进一步的，所述逻辑晶圆包括逻辑电路，所述逻辑电路包括：淬灭电路、复位电路、信号探测电路、读出电路、控制电路以及存储器中的至少一种。
进一步的，所述第一晶圆远离所述第二晶圆的一侧形成有透镜。
进一步的，所述第一晶圆为背照式图像传感器晶圆，所述第二晶圆为TOF传感器晶圆。
进一步的，还包括：第一互连结构和第二互连结构；
所述第一晶圆和所述第二晶圆通过所述第一互连层电连接；所述第一互连结构包括第一绝缘层、第一通孔和第一互连层；所述第一绝缘层设置在所述第二晶圆和所述第二滤光器之间，所述第一通孔贯穿所述第二滤光器和所述第一绝缘层，所述第一互连层填充所述第一通孔；
所述第二晶圆和所述逻辑晶圆通过所述第二互连层电连接；所述第二互连结构包括第二绝缘层、第二通孔和第二互连层；所述第二绝缘层位于所述第二晶圆和所述逻辑晶圆之间，所述第二通孔贯穿所述第二绝缘层，所述第二互连层填充所述第二通孔。
本发明还提供一种深度兼图像传感器器件的制作方法，包括：
提供第一晶圆，其用于平面成像；提供第二晶圆，其用于深度成像；提供逻辑晶圆，所述逻辑晶圆运算处理所述所述第一晶圆获得的所述平面成像的信息和所述第二晶圆获得的所述深度成像的信息；将所述第一晶圆与所述第二晶圆键合，以及所述第二晶圆与所述逻辑晶圆键合。
进一步的，所述制作方法具体包括：
提供第一晶圆，所述第一晶圆包括第一衬底，所述第一衬底上形成有多个像素单元，每个像素单元包括至少一个光电二极管；将所述第一衬底的一侧表面粘附在载片上后翻转；
提供第二晶圆，所述第二晶圆包括第二衬底，所述第二衬底中形成有多个SPAD单元；将所述第二晶圆与所述第一晶圆键合；
提供逻辑晶圆，所述逻辑晶圆包括第三衬底，所述第三衬底上形成有逻辑电路；将所述逻辑晶圆与所述第二晶圆键合。
进一步的，提供所述第二晶圆之前还包括：
在所述第一晶圆远离所述载片的一侧依次形成第二滤光器和第一绝缘层；形成贯穿所述第一绝缘层和所述第二滤光器的第一通孔，并在所述第一通孔中填充第一互连层；所述第一晶圆与所述第二晶圆通过所述第一互连层电连接；所述第二晶圆的第二衬底与所述第一绝缘层键合。
进一步的，提供逻辑晶圆之前还包括：
在所述第二晶圆远离所述第一晶圆的一侧形成第二绝缘层，形成贯穿所述第二绝缘层的第二通孔，在第二通孔中填充第二互连层；所述逻辑晶圆与所述第二晶圆通过所述第二互连层电连接。
进一步的，将所述第一晶圆与所述第二晶圆键合，以及所述第二晶圆与所述逻辑晶圆键合具体包括：在所述逻辑晶圆上依次键合所述第二晶圆和所述第一晶圆。
本发明还提供一种深度兼图像传感器芯片，包括：
依次键合的第一芯片、第二芯片和逻辑芯片；所述第一芯片用于平面成像，所述第二芯片用于深度成像；
所述第一芯片获得的所述平面成像的信息和所述第二芯片获得的所述深度成像的信息均由所述逻辑芯片运算处理。
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
本发明提供一种深度兼图像传感器器件及制作方法、深度兼图像传感器芯片。深度兼图像传感器器件包括：第一晶圆，其用于平面成像；第二晶圆，其用于深度成像；逻辑晶圆；所述第一晶圆获得的所述平面成像的信息和所述第二晶圆获得的所述深度成像的信息均由所述逻辑晶圆运算处理；所述第一晶圆与所述第二晶圆键合，且所述第二晶圆与所述逻辑晶圆键合。本发明将检测平面图像信息的第一芯片和检测深度信息的第二芯片集成在一个单颗器件中(形成一体式结构)，提高了集成度，能够通过单颗器件同时探测图像信息和深度信息，降低器件面积和用该器件制成的摄像头模组的体积。
附图说明
图1a为本发明实施例的深度兼图像传感器器件示意图。
图1b为本发明实施例的深度兼图像传感器器件中SPAD单元示意图。
图2为本发明实施例的深度兼图像传感器器件制作方法中提供第一晶圆后的示意图；
图3为本发明实施例的深度兼图像传感器器件制作方法中键合第二晶圆后的示意图；
图4为本发明实施例的深度兼图像传感器器件制作方法中键合逻辑晶圆后的示意图；
图5为本发明实施例的深度兼图像传感器器件制作方法中形成透镜后的示意图。
其中，附图标记如下：
10-第一晶圆；11-第一衬底；12-第一介质层；13-第一金属层；14-像素单元；20-第二晶圆；21-第二衬底；22-第二介质层；23-第二金属层；24-SPAD单元；24a-单光子雪崩电路结构；30-逻辑晶圆；31-第三衬底；32-第三介质层；33-第三金属层；41-第一滤光器；42-第二滤光器；43-第一互连层；44-绝缘层；45-第二互连层；51-透镜；60-光；61a-红色光；61b-绿色光；61c-蓝色光；62-近红外光；70-载片。
具体实施方式
为了引用和清楚起见，下文中使用的技术名词的说明、简写或缩写总结如下：
SPAD：单光子雪崩二极管。
本发明实施例提供了一种深度兼图像传感器器件及其制作方法。以下结合附图和具体实施例对本发明进一步详细说明。根据下面说明，本发明的优点和特征将更清楚。需要说明的是，附图均采用非常简化的形式且使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。
本发明实施例提供了一种深度兼图像传感器器件，包括：
第一晶圆，其用于平面成像；
第二晶圆，其用于深度成像；
逻辑晶圆；
所述第一晶圆获得的所述平面成像的信息和所述第二晶圆获得的所述深度成像的信息均由所述逻辑晶圆运算处理；
所述第一晶圆与所述第二晶圆键合，且所述第二晶圆与所述逻辑晶圆键合。
具体的，第一晶圆、所述第二晶圆和所述逻辑晶圆均可包括硅、砷化镓或其它半导体材料。所述第一晶圆和所述第二晶圆均与所述逻辑晶圆耦合。
如图1a所示，图1a为本实施例的深度兼图像传感器器件示意图。图1a可理解为键合(堆叠)的第一晶圆、第二晶圆和逻辑晶圆所有制作工艺完成后划片后的单个深度兼图像传感器器件(或芯片)示意图。
第一晶圆10例如为图像传感器晶圆，用于二维平面成像，例如前照式图像传感器晶圆(FSI)和背照式图像传感器晶圆(BSI)，优选为BSI。示例性的，以背照式图像传感器晶圆(BSI)为例进行说明。第一晶圆10具有多个像素芯片。所述第一晶圆10包括第一衬底11，第一衬底11包括相对的第一衬底背面11a和第一衬底正面11b。第一衬底正面11b朝下，入射光60从第一衬底背面11a进入第一晶圆11。第一衬底11可以为硅、锗、锗硅、砷化镓衬底或者绝缘体上硅衬底。本领域技术人员可以根据需要选择衬底类型。第一衬底11中可形成有多个像素单元14，每个像素单元14例如包括至少一个光电二极管(PD，Photo Diode)。第一晶圆10中，相邻的像素单元14之间可通过深沟槽隔离(DTI)和/或浅沟槽隔离(STI)进行隔离。第一衬底正面11b还可形成有第一介质层12和嵌设在第一介质层12中的第一金属层13。光电二极管(PD)接收光信号并将其转化为电信号，该电信号通过第一金属层13最终传输到逻辑晶圆30，由所述逻辑晶圆中的逻辑芯片运算处理。
第二晶圆20例如为深度传感器晶圆，深度传感器主要依赖于三种技术，分别是相机阵列，TOF(Time of Flight，飞行时间)技术，以及基于结构光的深度探测技术，其中，TOF分为DToF(direct)和IToF(indirect)两种。示例性的，以TOF为例进行说明，深度成像信息可采用DToF(Direct Time of Flight，直接飞行时间)方法测得，DToF距离传感器(深度传感器为距离传感器的一种应用)可应用在AR、VR、解锁、背景虚化等场合。DToF距离传感器是基于SPAD的雪崩触发进行测距。SPAD测距的原理：光发射器例如以周期性脉冲形式发出近红外光，当遇到待测(目标)物体时，近红外光被待测物体反射并衰减成光子量级触发SPAD。在一个脉冲周期内，SPAD会被反射回来的光脉冲雪崩触发，触发时间换算为距离即为被测物体位置。第二晶圆20可为SPAD(单光子雪崩二极管)晶圆或APD(雪崩光电二极管)晶圆。
示例性的，第二晶圆20以SPAD晶圆为例进行说明。第二晶圆20，其用于深度成像，其具有多个SPAD芯片。第二晶圆20包括第二衬底21，第二衬底21可以为硅、锗、锗硅、砷化镓衬底或者绝缘体上硅衬底。第二衬底21中可形成有多个SPAD单元24。如图1b所示，每个SPAD单元24内包括一个或若干个单光子雪崩电路结构24a。示例性的，单光子雪崩电路结构24a可包括：形成于第二衬底21中的P掺杂层、N掺杂层以及界定于所述P掺杂层和所述N掺杂层之间的雪崩区B，相邻的单光子雪崩电路结构24a之间可通过深沟槽隔离(DTI)和/或浅沟槽隔离(STI)隔离。同一个SPAD单元24内的单光子雪崩电路结构24a可共用第二衬底21中的一深N阱区或深P阱区，还可共用对应的逻辑晶圆30的逻辑电路，结构紧凑，晶圆面积可大幅缩小，提高集成度，并且相邻单光子雪崩电路结构24a之间间距缩小，从而实现高分辨率距离(例如深度)传感器图像结构，从而得到具有高分辨率的深度传感器。第二衬底21中多个SPAD单元24可为直线状或者矩阵状排列，根据具体需求可制备不同形式，适用于不同场合，但其并不局限于以上两种排列形状。同一个SPAD单元24内的单光子雪崩电路结构24a可为2个、3个或更多组成的直线状，也可以为2*3、2*4、3*3、3*4或更多组成的矩阵阵列的形状。
第二衬底21远离第一晶圆10的一侧还形成有第二介质层22和嵌设在第二介质层22中的第二金属层23。SPAD单元24雪崩触发的电信号通过第二金属层23最终传输到逻辑晶圆30，由所述逻辑芯片运算处理。
本实施例的逻辑晶圆30，其具有多个逻辑芯片。逻辑晶圆30包括第三衬底31、位于第三衬底31上的第三介质层32和嵌设在第三介质层32中的第三金属层33。第三衬底31上形成有逻辑电路。逻辑电路可经耦合以运算处理第一晶圆检测的图像信息和所述第二晶圆检测的深度信息。逻辑电路可包括：淬灭电路、复位电路、信号探测电路、读出电路、控制电路或图像传感器的其它功能电路以及大面积的静态随机存储器(SRAM)中的至少一种。淬灭电路包括：多个淬火元件，所述淬火元件中的每一者经耦合以通过降低偏置电压而淬火相应SPAD芯片的雪崩。光子第一衬底背面11a进入SPAD单元24，光子有一定概率被SPAD单元24的耗尽区吸收并产生电子-空穴对，该电子-空穴对在耗尽区强电场作用下能通过倍增效应迅速产生大量载流子，在雪崩区B触发雪崩击穿。通过碰撞离化效应发生雪崩现象，产生很大大电流，所述淬灭电路与所述SPAD单元24耦合，淬灭电路对大电流抑制，并将单光子雪崩电路结构24a进行复位。
在一实施例中，如图1a所示，可在第一晶圆10上设置有第一滤光器41，所述第一晶圆10与所述第二晶圆20之间设置有第二滤光器42。所述第一滤光器41配置为仅允许可见光单色光和近红外光(NIR)通过，所述第二滤光器42配置为仅允许所述近红外光通过。可见光单色光可包括RGB(红Red，绿Green，蓝Blue)中的任意一种单色光，也可包括CMYK(青Cyan，洋红Magenta，黄色Yellow，黑色Black)中的任意一种单色光。示例性的，第一滤光器41包括分别位于三个像素单元14的上方的红色滤光单元、绿色滤光单元和蓝色滤光单元，每种滤色单元只允许特定颜色的入射光通过；对应的，红色光61a进入第一个像素单元14；绿色光61b进入第二个像素单元14，蓝色光61c进入第三个像素单元14，基于RGB三色获得待测物体的平面(2D)图像。第二滤光器42仅允许近红外光62通过进入第二晶圆。可见单色光(例如61a、61b或61c)被第一晶圆的光电二极管(PD)吸收用于图片平面成像，近红外光62穿透第一晶圆和第二滤光器42，被SPAD芯片吸收用于深度成像。
所述第一滤光器41配置为仅允许可见光单色光和近红外光通过。第一滤光器41为多光谱滤光器。第一滤光器41包括色彩滤光单元和近红外光(NIR)滤光单元。色彩滤光单元，用于使范围为400nm至700nm的可见光波段中的光分量通过。色彩滤光单元例如包括：红色滤光单元、绿色滤光单元和蓝色滤光单元。近红外光(NIR)滤光单元，用于使不可见光波段中大于700nm但小于或等于1100nm的NIR区域的光分量通过。示例性的，第一滤光器41中，可将红色滤光单元、第一个近红外光滤光单元、绿色滤光单元、第二个近红外光滤光单元、蓝色滤光单元和第三个近红外光滤光单元依次设置在第一晶圆的光电二极管(PD)上方。第二滤光器42配置为仅允许所述近红外光通过，包括近红外光(NIR)滤光单元，用于使不可见光波段中大于700nm但小于或等于1100nm的NIR区域的光分量通过。
在一示例中，可见光单色光和近红外光可同时通过第一滤光器41，例如可见光和近红外光均来源于外部光发射器，光发射器向待测物体同时发射可见光和近红外光，被待测物体反射后，可见光和近红外光的反射光线进入深度兼图像传感器器件(可见光经第一滤光器滤光后获得相应的可见光单色光)进行平面图像和深度测试。在另一示例中，可见光和近红外光相互独立，可见光单色光和近红外光在不同时段通过第一滤光器41，例如近红外光是由外部光发射器发出，而可见光来自另一光源(例如太阳或灯)。逻辑晶圆30通过逻辑电路来控制光电二极管(PD)和SPAD芯片在对应的不同时段采集成像信号，第一晶圆的光电二极管(PD)获得的平面成像信息和第二晶圆的深度信息传递给逻辑晶圆30，并整合成待测物体的三维成像信息。
在另一实施例中，所述第一晶圆10上不设置滤光器；或者第一晶圆10上设置第三滤光器，且所述第三滤光器不对可见光进行滤色处理，第一晶圆检测获得灰度图像信息。相应的，第一晶圆10和第二晶圆20之间不设置滤光器，第一晶圆的灰度图像信息和第二晶圆的深度信息一起构成待测物体的黑白三维成像信息。
深度兼图像传感器器件，还包括：第一互连结构和第二互连结构。所述第一互连结构设置于所述第一晶圆和所述第二晶圆之间，所述第一互连结构包括第一绝缘层(未示出)、第一绝缘层可设置在第二衬底21和第二滤光器42之间，贯穿第二滤光器42和第一绝缘层的第一通孔和填充所述第一通孔的第一互连层43；所述第一晶圆10和所述第二晶圆20通过所述第一互连结构电连接。所述第二互连结构设置于所述所述第二晶圆20和所述逻辑晶圆30之间，所述第二互连结构包括第二绝缘层44、贯穿所述第二绝缘层44的第二通孔和填充所述第二通孔的第二互连层45；所述第二晶圆20和所述逻辑晶圆30通过所述第二互连结构电连接。
关于第一晶圆10和逻辑晶圆30的电连接，在一示例中，可通过第一晶圆10的金属层与第二晶圆20的金属层电连接，结合第二晶圆20的金属层和逻辑晶圆30的金属层电连接，逐层传递(间接)连接的方式实现第一晶圆10和逻辑晶圆30的电连接；在另一示例中，可形成贯穿第二晶圆20的硅通孔(TSV)并在硅通孔中填充互连层，第一晶圆10和逻辑晶圆30通过硅通孔中的互连层直接电连接。
在第一衬底11上方，还可形成若干透镜51，透镜51经配置以将光60引导(聚焦)到第一晶圆，透镜51起聚光作用。示例性的，透镜51设置在第一晶圆10远离所述第二晶圆20的一侧。透镜51设置在一个或者若干(≥2)个像素单元14的上方，即可以单独一个像素单元14设置一个透镜51；也可以多个，例如2*2个像素单元共用一个透镜。示例性的，每一透镜经安置以穿过第一滤光器41将光子引导到光电二极管(PD)。第一晶圆例如包括图像二维阵列。在一个实施例中，每一图像布置到行及列中以获取人、地方或对象的图像数据，接着可使用所述图像数据再现所述人、地方或对象的平面(二维)图像。
在本实施例中，第一晶圆10的上表面同时设有第一滤光器41和透镜51。在另一实施例中，第一晶圆10的上表面可单独设置第一滤光器41或透镜51中的任一种，无需两者均同时设有。在本实施例中的第一滤光器41和透镜51可提高PDE(Photo DetectionEfficiency，即光子探测效率)，减少干扰。
本实施例将检测平面图像信息的第一晶圆和检测深度信息的第二晶圆集成在一个单颗器件中(形成一体式结构)，提高了集成度，能够通过单颗器件同时探测图像信息和深度信息，降低器件面积和用该器件制成的摄像头模组的体积。
本实施例还提供一种深度兼图像传感器器件的制作方法，包括：
步骤S1、提供第一晶圆，其用于平面成像；提供第二晶圆，其用于深度成像；提供逻辑晶圆，所述逻辑晶圆运算处理所述所述第一晶圆获得的所述平面成像的信息和所述第二晶圆获得的所述深度成像的信息；
步骤S2、将所述第一晶圆与所述第二晶圆键合，以及所述第二晶圆与所述逻辑晶圆键合。
下面结合图2至图5介绍一示例中的深度兼图像传感器器件的制作方法的各步骤。在该示例中，步骤S2为在第一晶圆10上依次键合第二晶圆20和逻辑晶圆30。
具体的，如图2所示，提供第一晶圆10，其具有多个像素芯片。所述第一晶圆10包括第一衬底11，第一衬底11上可形成有多个像素单元，每个像素单元例如包括至少一个光电二极管(PD，Photo Diode)。第一衬底11的一侧还可形成有第一介质层12和嵌设在第一介质层12中的第一金属层13。将第一衬底11远离第一介质层12的一侧表面粘附在载片70上后进行翻转。
如图3所示，在第一晶圆10远离载片70的一侧依次形成第二滤光器42和第一绝缘层(未示出)，接着形成贯穿第二滤光器42和第一绝缘层的第一通孔，并在第一通孔中填充第一互连层43，第一互连层43例如为铜，可通过电镀方法形成。第一互连层43还可为钨或铝。
接着，提供第二晶圆，其具有多个SPAD芯片；第二晶圆20包括第二衬底21，第二衬底21中可形成有多个SPAD单元24。第二衬底21远离第一晶圆10的一侧还形成有第二介质层22和嵌设在第二介质层22中的第二金属层23。将第二晶圆20与第一晶圆10键合，具体的，第二晶圆20的第二衬底21与第一绝缘层键合。
如图4所示，在第二介质层22远离第二衬底21的一侧形成第二绝缘层44，接着形成贯穿所述第二绝缘层44的第二通孔，在第二通孔中填充第二互连层45，第二互连层45的材质可为铜、钨或铝中的至少一种。
接着，提供逻辑晶圆30，其具有多个逻辑芯片。逻辑晶圆30包括第三衬底31、位于第三衬底31上的第三介质层32和嵌设在第三介质层32中的第三金属层33。第三衬底31上形成有逻辑电路。将逻辑晶圆30与第二晶圆20键合，具体的，逻辑晶圆30的第三介质层32与第二绝缘层44键合。
接着，如图4和图5所示，去掉载片70，将深度兼图像传感器器件翻转，制作位于第一晶圆10上方的第一滤光器41。可以先在第一滤光器41上方形成透镜51，再划片形成单个的芯片。也可以先将深度兼图像传感器器件划片后形成单个的芯片，对应在每个芯片上再安装透镜51。
在另一示例中，步骤S2为在逻辑晶圆30上依次键合第二晶圆20和第一晶圆10。
本实施例还提供一种深度兼图像传感器芯片，包括：
依次键合的第一芯片、第二芯片和逻辑芯片；所述第一芯片用于平面成像，所述第二芯片用于深度成像；
所述第一芯片获得的所述平面成像的信息和所述第二芯片获得的所述深度成像的信息均由所述逻辑芯片运算处理。
具体的，所述像素芯片和所述SPAD芯片均与所述逻辑芯片耦合。
上述介绍的键合(堆叠)的第一晶圆、第二晶圆和逻辑晶圆所有制作工艺完成后划片后的单个深度兼图像传感器器件即为深度兼图像传感器芯片。图1a可理解为单个深度兼图像传感器芯片示意图。示例性的，在深度兼图像传感器芯片中，像素芯片、SPAD芯片和逻辑芯片此三种芯片的面积相同。
综上所述，本发明提供一种深度兼图像传感器器件及制作方法、深度兼图像传感器芯片。深度兼图像传感器器件包括：第一晶圆，其用于平面成像；第二晶圆，其用于深度成像；逻辑晶圆；所述第一晶圆获得的所述平面成像的信息和所述第二晶圆获得的所述深度成像的信息均由所述逻辑晶圆运算处理；所述第一晶圆与所述第二晶圆键合，且所述第二晶圆与所述逻辑晶圆键合。本发明将检测平面图像信息的第一芯片和检测深度信息的第二芯片集成在一个单颗器件中(形成一体式结构)，提高了集成度，能够通过单颗器件同时探测图像信息和深度信息，降低器件面积和用该器件制成的摄像头模组的体积。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的方法而言，由于与实施例公开的器件相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。
上述描述仅是对本发明较佳实施例的描述，并非对本发明权利范围的任何限定，任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，都可以利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出可能的变动和修改，因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化及修饰，均属于本发明技术方案的保护范围。
Claims (18)
1.一种深度兼图像传感器器件，其特征在于，包括：
第一晶圆，其用于平面成像；
第二晶圆，其用于深度成像；
逻辑晶圆；
所述第一晶圆获得的所述平面成像的信息和所述第二晶圆获得的所述深度成像的信息均由所述逻辑晶圆运算处理；
所述第一晶圆与所述第二晶圆键合，且所述第二晶圆与所述逻辑晶圆键合。
2.如权利要求1所述的深度兼图像传感器器件，其特征在于，所述第一晶圆远离所述第二晶圆的一侧设置有第一滤光器，所述第一晶圆与所述第二晶圆之间设置有第二滤光器。
3.如权利要求2所述的深度兼图像传感器器件，其特征在于，所述第一滤光器仅允许可见光单色光和近红外光通过，所述第二滤光器仅允许所述近红外光通过。
4.如权利要求1所述的深度兼图像传感器器件，其特征在于，所述第一晶圆远离所述第二晶圆的一侧不设置滤光器；或者所述第一晶圆远离所述第二晶圆的一侧设置第三滤光器，且所述第三滤光器不对可见光进行滤色处理，所述第一晶圆检测获得灰度图像信息。
5.如权利要求4所述的深度兼图像传感器器件，其特征在于，所述第一晶圆与所述第二晶圆之间不设置滤光器。
6.如权利要求1至5任意一项所述的深度兼图像传感器器件，其特征在于，所述第一晶圆包括第一衬底，所述第一衬底中形成有多个像素单元，每个所述像素单元包括至少一个光电二极管。
7.如权利要求1至5任意一项所述的深度兼图像传感器器件，其特征在于，所述第二晶圆包括第二衬底，所述第二衬底中形成有多个SPAD单元。
8.如权利要求7所述的深度兼图像传感器器件，其特征在于，每个SPAD单元包括至少一个单光子雪崩电路结构，所述单光子雪崩电路结构包括形成于所述第二衬底中的P掺杂层、N掺杂层以及界定于所述P掺杂层和所述N掺杂层之间的雪崩区。
9.如权利要求1至5任意一项所述的深度兼图像传感器器件，其特征在于，所述逻辑晶圆包括逻辑电路，所述逻辑电路包括：淬灭电路、复位电路、信号探测电路、读出电路、控制电路以及存储器中的至少一种。
10.如权利要求1至5任意一项所述的深度兼图像传感器器件，其特征在于，所述第一晶圆远离所述第二晶圆的一侧形成有透镜。
11.如权利要求1至5任意一项所述的深度兼图像传感器器件，其特征在于，所述第一晶圆为背照式图像传感器晶圆，所述第二晶圆为TOF传感器晶圆。
12.如权利要求2所述的深度兼图像传感器器件，其特征在于，还包括：第一互连结构和第二互连结构；
所述第一晶圆和所述第二晶圆通过所述第一互连层电连接；所述第一互连结构包括第一绝缘层、第一通孔和第一互连层；所述第一绝缘层设置在所述第二晶圆和所述第二滤光器之间，所述第一通孔贯穿所述第二滤光器和所述第一绝缘层，所述第一互连层填充所述第一通孔；
所述第二晶圆和所述逻辑晶圆通过所述第二互连层电连接；所述第二互连结构包括第二绝缘层、第二通孔和第二互连层；所述第二绝缘层位于所述第二晶圆和所述逻辑晶圆之间，所述第二通孔贯穿所述第二绝缘层，所述第二互连层填充所述第二通孔。
13.一种深度兼图像传感器器件的制作方法，其特征在于，包括：
提供第一晶圆，其用于平面成像；提供第二晶圆，其用于深度成像；提供逻辑晶圆，所述逻辑晶圆运算处理所述所述第一晶圆获得的所述平面成像的信息和所述第二晶圆获得的所述深度成像的信息；将所述第一晶圆与所述第二晶圆键合，以及所述第二晶圆与所述逻辑晶圆键合。
14.如权利要求13所述的深度兼图像传感器器件的制作方法，其特征在于，所述制作方法具体包括：
提供第一晶圆，所述第一晶圆包括第一衬底，所述第一衬底上形成有多个像素单元，每个像素单元包括至少一个光电二极管；将所述第一衬底的一侧表面粘附在载片上后翻转；
提供第二晶圆，所述第二晶圆包括第二衬底，所述第二衬底中形成有多个SPAD单元；将所述第二晶圆与所述第一晶圆键合；
提供逻辑晶圆，所述逻辑晶圆包括第三衬底，所述第三衬底上形成有逻辑电路；将所述逻辑晶圆与所述第二晶圆键合。
15.如权利要求14所述的深度兼图像传感器器件的制作方法，其特征在于，提供所述第二晶圆之前还包括：
在所述第一晶圆远离所述载片的一侧依次形成第二滤光器和第一绝缘层；形成贯穿所述第一绝缘层和所述第二滤光器的第一通孔，并在所述第一通孔中填充第一互连层；所述第一晶圆与所述第二晶圆通过所述第一互连层电连接；所述第二晶圆的第二衬底与所述第一绝缘层键合。
16.如权利要求14所述的深度兼图像传感器器件的制作方法，其特征在于，提供逻辑晶圆之前还包括：
在所述第二晶圆远离所述第一晶圆的一侧形成第二绝缘层，形成贯穿所述第二绝缘层的第二通孔，在第二通孔中填充第二互连层；所述逻辑晶圆与所述第二晶圆通过所述第二互连层电连接。
17.如权利要求13所述的深度兼图像传感器器件的制作方法，其特征在于，将所述第一晶圆与所述第二晶圆键合，以及所述第二晶圆与所述逻辑晶圆键合具体包括：
在所述逻辑晶圆上依次键合所述第二晶圆和所述第一晶圆。
18.一种深度兼图像传感器芯片，其特征在于，包括：
依次键合的第一芯片、第二芯片和逻辑芯片；所述第一芯片用于平面成像，所述第二芯片用于深度成像；
所述第一芯片获得的所述平面成像的信息和所述第二芯片获得的所述深度成像的信息均由所述逻辑芯片运算处理。
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