CN117577649A - 互补式金属氧化物半导体影像传感器 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种具有三维单晶堆叠架构的氧化物半导体场效晶体管与铁电存储电容器的互补式金属氧化物半导体影像传感器，其包含一基底，其上具有互补式金属氧化物半导体元件，一后段互连层位于该基底上且其中具有后段互连结构，一像素电路层位于该后段互连层上，该像素电路层中具有氧化物半导体场效晶体管以及铁电存储电容器，以及一光电转换层位于该像素电路层上，该光电转换层中具有光电二极管，其中该些互补式金属氧化物半导体元件、该些氧化物半导体场效晶体管、该些铁电存储电容器以及该些光电二极管通过该后段互连层彼此电连接。

Description

互补式金属氧化物半导体影像传感器
技术领域
本发明涉及一种互补式金属氧化物半导体影像传感器(CMOS image sensor,CIS)有关，更具体言之，其涉及一种具有三维单晶堆叠架构的氧化物半导体场效晶体管(OSFET)与铁电存储电容器(FEMIM)的CMOS影像传感器。
背景技术
使用半导体元件的各类电子设备对现代人而言是不可或缺的装置。其中，用来感光或是具有摄像功能的电子设备普遍都会涉及到固态影像传感器，其中的互补式金属氧化物半导体影像传感器(CMOS image sensor,CIS，后续统称为CMOS影像传感器)现今已被广泛地应用在多种领域，诸如数字相机、移动电话或是电子监视器等。CMOS影像传感器一般会包含排成阵列型态的图像元件或像素，每个像素会具有晶体管、电容以及光电二极管等部件，其中光电二极管暴露在光环境下会诱发电能，其所产生的电子与落在像素单元上的光量呈一定比例。这些电子在像素中会被转换成电压信号的形式并再进一步转换为数字信号。
随着近年来人工智能(AI)的兴起，许多科技领域都正在通过人工智能、机器学习与深度学习来驱动各种创新技术的实现，正是因为人工智能系统与人工智能演算法使机器(如电脑)具有数据处理能力、推理以及深度学习的能力，这些人工智能系统与模型经常被高密度地训练来执行特定的工作，例如神经语言处理、影像(图像)识别、计划和决策等诸如此类的工作。为此，智能联网(AIoT)的概念开始蔚为流行，通过发展成熟的物联网技术使得数字装置之间产生紧密的连结，搭配人工智能对所接收到的外部数据或数据进行学习并做出预测性分析或决策判断，以此实现自动化、远端操控、串联其他装置等功能，其未来在交通、医疗、制造业等产业领域以至日常生活中都能带来更多创新与方便的应用。
作为一种信息接收装置，CMOS影像传感器在智能联网应用中扮演了要角。传统的电子监视器需要把所接收到的影像文件通过网络传送到云端进行分析处理，其传输的数据量动辄以GB(十亿字节)计，网络流量与能耗是其瓶颈所在。对此，业界提出了AI CIS(人工智能CMOS影像传感器)的设计，其通过设置在CMOS影像传感器端的边缘AI装置来代替云端AI处理影像数据。如此，处理后所需上传的数据仅为Byte(字节)级到KB(千字节)级的文字文件，整体流程的能耗更可达到传统云端AI做法的千分之一，一次解决传感器耗电与网络瓶颈问题。
然而，现今AI CIS技术仍有许多缺点有待改进。例如，一个AI CIS装置会需要具备整合的CMOS影像传感器、存储器、像素电路以及逻辑电路等部件。目前业界的做法是通过3D封装与晶片级接合等方式将这些位于不同层级部件整合在一起，这样的做法需要进行多次的晶片接合，故需要进行额外的穿硅孔(through silicon via,TSV)制作工艺以及晶片对准步骤，其制作工艺繁复，容易有可靠度问题发生。此外，将多个芯片层叠键合在一起会使得装置整体的厚度过大，不利于现今电子装置微缩化的诉求。再者，现有做法通常使用一般传统的动态随机存取存储器(DRAM)来作为AI CIS的存储单元，其数据必须在运算单元与存储器之间进行反复的传输与刷新，不仅限制了整体效率与计算时间，亦无法满足实际即时应用的情境，更会造成大量的能耗。
发明内容
有鉴于上述目前现有技术的缺失，本发明于此提出了一种新颖的CMOS影像传感器，其特点在于采用三维单晶堆叠(3D monolithic)的方式，在半导体后段制作工艺之后以氧化物半导体场效晶体管(OSFET)与铁电存储电容器(FEMIM)构成铁电存储器(FeRAM)直接制作在CMOS影像传感器的后段金属层上，其不需进行现有的晶片接合动作与穿硅孔的制作，且更适合AI CIS(人工智能CMOS影像传感器)以及存储器内运算(In-MemoryComputing)等高阶应用。
本发明的目的公开在于一种具有三维单晶堆叠架构的氧化物半导体场效晶体管与铁电存储电容器的互补式金属氧化物半导体影像传感器，其包含一基底，其上具有互补式金属氧化物半导体元件，一后段互连层位于该基底上且其中具有后段互连结构，一像素电路层位于该后段互连层上，该像素电路层中具有氧化物半导体场效晶体管以及铁电存储电容器，以及一光电转换层位于该像素电路层上，其中该光电转换层中具有光电二极管，其中该些互补式金属氧化物半导体元件、该些氧化物半导体场效晶体管、该些铁电存储电容器以及该些光电二极管通过该后段互连层彼此电连接。
本发明的这类目的与其他目的在阅者读过下文中以多种图示与绘图来描述的优选实施例的细节说明后应可变得更为明了显见。
附图说明
图1为本发明优选实施例中一三维单晶堆叠架构的CMOS影像传感器的截面示意图。
需注意本说明书中的所有图示都为图例性质，为了清楚与方便图示说明之故，图示中的各部件在尺寸与比例上可能会被夸大或缩小地呈现，一般而言，图中相同的参考符号会用来标示修改后或不同实施例中对应或类似的元件特征。
符号说明
100 硅元件层
101 基底
103 浅沟槽隔离结构
105 金属氧化物半导体场效晶体管
107 接触件
109 导孔件
200 后段互连层
300 像素电路层
301 氧化物半导体场效晶体管
303 铁电存储电容器
305 金属互连结构
307 上电极
309 下电极
311 电容介电层
400 光电转换层
401 光电二极管
403 像素间阻挡部位
405 彩色滤光层
407 微透镜
D1,D2 漏极
G1,G2 栅极
IMD 金属间介电层
M1～Mn 金属层
S1,S2 源极
具体实施方式
现在下文将详细说明本发明的示例性实施例，其会参照附图示出所描述的特征以便阅者理解并实现技术效果。阅者将可理解文中的描述仅通过例示的方式来进行，而非意欲要限制本案。本案的各种实施例和实施例中彼此不冲突的各种特征可以以各种方式来加以组合或重新设置。在不脱离本发明的精神与范畴的情况下，对本案的修改、等同物或改进对于本领域技术人员来说是可以理解的，并且旨在包含在本案的范围内。
阅者应能容易理解，本案中的「在…上」、「在…之上」和「在…上方」的含义应当以广义的方式来解读，以使得「在…上」不仅表示「直接在」某物「上」而且还包括在某物「上」且其间有居间特征或层的含义，并且「在…之上」或「在…上方」不仅表示「在」某物「之上」或「上方」的含义，而且还可以包括其「在」某物「之上」或「上方」且其间没有居间特征或层(即，直接在某物上)的含义。此外，诸如「在…之下」、「在…下方」、「下部」、「在…之上」、「上部」等空间相关术语在本文中为了描述方便可以用于描述一个元件或特征与另一个或多个元件或特征的关系，如在附图中示出的。
如本文中使用的，术语「基底」是指向其上增加后续材料的材料。可以对基底自身进行图案化。增加在基底的顶部上的材料可以被图案化或可以保持不被图案化。此外，基底可以包括广泛的半导体材料，例如硅、锗、砷化镓、磷化铟等。或者，基底可以由诸如玻璃、塑胶或蓝宝石晶片的非导电材料制成。
如本文中使用的，术语「层」是指包括具有厚度的区域的材料部分。层可以在下方或上方结构的整体之上延伸，或者可以具有小于下方或上方结构范围的范围。此外，层可以是厚度小于连续结构的厚度的均质或非均质连续结构的区域。例如，层可以位于在连续结构的顶表面和底表面之间或在顶表面和底表面处的任何水平面对之间。层可以水准、竖直和/或沿倾斜表面延伸。基底可以是层，其中可以包括一个或多个层，和/或可以在其上、其上方和/或其下方具有一个或多个层。层可以包括多个层。例如，互连层可以包括一个或多个导体和接触层(其中形成触点、互连线和/或通孔)和一个或多个介电层。
阅者通常可以至少部分地从上下文中的用法理解术语。例如，至少部分地取决于上下文，本文所使用的术语「一或多个」可以用于以单数意义描述任何特征、结构或特性，或者可以用于以复数意义描述特征、结构或特性的组合。类似地，至少部分地取决于上下文，诸如「一」、「一个」、「该」或「所述」之类的术语同样可以被理解为传达单数用法或者传达复数用法。另外，术语「基于」可以被理解为不一定旨在传达排他性的因素集合，而是可以允许存在不一定明确地描述的额外因素，这同样至少部分地取决于上下文。
阅者更能了解到，当「包含」与/或「含有」等词用于本说明书时，其明定了所陈述特征、区域、整体、步骤、操作、要素以及/或部件的存在，但并不排除一或多个其他的特征、区域、整体、步骤、操作、要素、部件以及/或其组合的存在或添加的可能性。
本发明的目的在于提出一种三维单晶堆叠(3D monolithic)架构的互补式金属氧化物半导体影像传感器(CMOS image sensor,CIS，后文中统称为CMOS影像传感器)，其结构中同时包含了金属氧化物半导体场效晶体管(Metal-Oxide-Semiconductor Field-EffectTransistor,MOSFET)与氧化物半导体场效晶体管(Oxide-Semiconductor Field-EffectTransistor OSFET)分别位于CMOS影像传感器的像素电路与逻辑电路中，以及包含了一高电容的铁电金属-绝缘层-金属存储电容器(FEMIM)来作为存储器结构的存储结点，并以三维单晶堆叠的架构整合在同一基底上与半导体制作工艺中。
首先请参照图1，其为根据本发明优选实施例中一三维单晶堆叠的CMOS影像传感器的截面示意图，通过此截面图可以了解本发明CMOS影像传感器在垂直基底的方向上的结构组成。如图所示，本发明的CMOS影像传感器大体上由一硅元件层100、一后段(back endof line,BEOL)互连层200、一像素电路层以及一光电转换层400所构成。其中，硅元件层100包含一基底101，其作为整个存储器结构的设置基础。基底101可以是任何具有承载功能的部件，例如一半导体基底，包括含硅基板、覆硅绝缘体基板(silicon on insulator,SOI)、蓝宝石基板等，但并不以此为限。基底101中形成有氧化硅材质的浅沟槽隔离结构103来界定并隔离基底101上的各个主动(有源)区域。基底101的主动区域上形成有金属氧化物半导体场效晶体管(MOSFET)105，如互补式金属氧化物半导体(CMOS)元件，可作为CMOS影像传感器的逻辑或周边电路。例如，在本发明实施例中，金属氧化物半导体场效晶体管105可直接在模拟数字转换(ADC)电路中作为一读取晶体管来得知上方存储器的模拟存储态。基本上，每个金属氧化物半导体场效晶体管105都会对应上方的一个存储器单元以及一个像素单元。金属氧化物半导体场效晶体管105具有栅极G1、源极S1、漏极D1等结构，其中源极S1与漏极D1为基底101的掺杂区，其通过接触件107与上方后段互连层200中的第一金属层M1电连接。栅极G1位于源极S1与漏极D1之间，其材质可为多晶硅或金属，可控制源极S1与漏极D1之间的沟道开关，并也通过接触件107与上方的第一金属层M1电连接。
复参照图1。后段互连层200形成在硅元件层100的上方，其包含了多个金属间介电层IMD、位于金属间介电层IMD中的后段金属层M1～Mn以及导孔件109，该些后段金属层M1～Mn通过导孔件109来彼此电连接，两者构成了后段互连结构。后段金属层M1～Mn与导孔件109可通过双镶嵌制作工艺形成在金属间介电层IMD中，其中后段金属层M1～Mn的材料可为铜(Cu)或铝(Al)，导孔件109的材料可为铜(Cu)、铝(Al)、钛(Ti)、钨(W)或钽(Ta)等，金属间介电层IMD的材料可为以氧化硅材质为主的磷硅玻璃(phospho-silicate glass,PSG)、硼磷硅玻璃(boro-phospho-silicate glass,BPSG)或是低介电常数材料等。
复参照图1。在本发明实施例中，后段互连层200上设有一像素电路层300。像素电路层300中具有氧化物半导体场效晶体管(OSFET)301以及铁电存储电容器(FEMIM)303，其可分别作为CMOS传感器的像素电路中的写入晶体管与存储单元，且位置较佳在垂直基底的方向上与下方的金属氧化物半导体场效晶体管105部分重叠。
在本发明实施例中，氧化物半导体场效晶体管301同样具有栅极G2、源极S2、漏极D2等结构，其中栅极G2本身可为一条字线(word line)，或是可通过导孔件与一字线相接。源极S2与漏极D2则分别位于栅极G2的两侧并连接到下方后段互连层200中的后段金属层Mn。或者，在其他实施例中，源极S2与漏极D2本身即可为后段金属层Mn的一部分，或是其可通过导孔件连接到其他的后段金属层，如一位线(bit line)等。氧化物半导体场效晶体管301的栅极G2的材料可为一导电层，如铜(Cu)、铝(Al)、钼(Mo)、铬(Cr)、钛(Ti)、钨(W)、钽(Ta)等金属层。或者，其材料可为上述金属元素的氮化物如氮化钛、氮化钼、氮化钨等。又或者，其材料可为导电性的金属氧化物，如氧化铟(In2O3)、氧化锡(SnO2)、氧化锌(ZnO)、氧化铟-氧化锡(In2O3-SnO2)、氧化铟-氧化锌(In2O3-ZnO)等。在本发明实施例中，氧化物半导体场效晶体管301具有由氧化物半导体材料所构成的沟道层302，如氧化镓(GaOx)、氧化镓锌(Ga2ZnxOy)或是氧化铟镓锌(indium gallium zinc oxide,IGZO)等材料，特别是具有高载流子迁移率与低漏电流的C轴取向结晶氧化铟镓锌(CAAC-IGZO)。沟道层302与栅极G2之间具有一栅极阻绝层304，其材质可为氧化硅、氮化硅、氮氧化硅等，或是高k材料如氧化铪。在本发明实施例中，以氧化物半导体场效晶体管301来作为写入晶体管，特别是使用氧化铟镓锌材料作为沟道层的情况下，其优异的线性度以及超低的漏电流(<1nA/cell)非常适合用于存储器内运算(in-memory computing)应用中来作为写入晶体管，以控制模拟存储器的多阶存储态。有别于传统使用掺杂硅作为半导体沟道，金属氧化物的低温制作工艺(<400℃)特性也让它得以在三维单晶堆叠架构下制作在无法进行高温热积存制作工艺的半导体后段制作工艺层级中，无需如现有技术般使用异质接合技术来对其进行3D晶片级封装整合。
另一方面，在本发明实施例中，铁电存储电容器303为一铁电金属-绝缘层-金属存储电容器(FEMIM)，其包含一上电极307、一下电极309以及一电容介电层311夹设在该上电极307与下电极309之间。在本发明实施例中，下电极309可以通过导孔件电连接到下方的后段金属层Mn，上电极307可以是像素电路层300中的顶金属层的一部分。上电极307与一下电极309的材料可为金属，如铜(Cu)、铝(Al)、钼(Mo)、铬(Cr)、钛(Ti)、钨(W)、钽(Ta)等，或者，其材料可为上述金属元素的氮化物，如氮化钛、氮化钼、氮化钨等。电容介电层311的材料可为铁电材料构成的单层或多层结构，诸如锆钛酸铅(lead zirconate titanate,PZT)、氧化铪锆(hafnium zirconium oxide,HZO)、钛酸钡(barium titanate,BaTiO3)、钛酸铅(leadtitanate,PbTiO3)、以及掺杂氮、硅、铝、钇、锶等元素的二氧化铪(HfO2)等，其中以氧化铪锆(hafnium zirconium oxide,HZO)尤佳，可提供存储器内运算应用中所需的极高电容值与模拟存储器所需的多阶存储态。
需特别注意的是，在本发明实施例中，像素电路层300中的氧化物半导体场效晶体管301与铁电存储电容器303是作为三维单晶堆叠架构的一部分，直接在半导体后段制作工艺(BEOL)中形成在后段互连层200上，其可视为是后段互连层200中的一部分。如图所示，像素电路层300同样是以金属间介电层IMD为介质，同样形成有金属互连结构305来连接其中的氧化物半导体场效晶体管301与铁电存储电容器303等元件以及与对外电路或装置连接。
在现有三维架构的CMOS传感器的做法中，特别是使用动态随机存取存储器(DRAM)为存储单元的CMOS传感器，其存储器、像素电路以及逻辑电路等部位都是先在不同的基底上各别制作完成后，再通过3D晶片级封装制作工艺将该些部位接合。3D封装制作工艺会使用穿硅孔(TSV)及/或硅中介层(interposer)等部件来达成不同异质基底与功能电路之间的连接。尽管这样的现有做法能制作出三维架构的CMOS传感器，大幅减少了布局面积，但是其缺点在于多个异质基底堆叠整合在一起会使得传感器装置的整体厚度过大，不利于现今电子装置微缩化与行动应用的诉求。再者，穿硅孔的制作成本甚高，且其输入/输出(I/O)信号密度远远不及一般的后段互连结构，同样不利于提升传感器的像素密度。此外，3D封装制作工艺需要在层跟层之间或面跟面之间进行精确地对位，以确保各个接点能够准确地连接，这在元件或像素密度逐渐提升的情况下变得越来越不易实行。
故此，相较于上述3D封装制作工艺的固有缺点，本发明的做法是将CMOS传感器所需的像素电路与存储器直接制作在后段互连层之上或之中，不需要制作穿硅孔与对位步骤，可大幅减少制作成本与步骤，也可大幅提升元件密度。此外，由于所有部件都是在单个基底上制作出来的，所制作出的传感器装置的整体厚度可大幅缩减。此外，将整个铁电存储电容器以金属-绝缘层-金属电容器的型态设置在后段互连层最上方的自由空间中，相较于现有技术中将存储结点设置在基底表面的设计，本发明的铁电金属-绝缘层-金属存储电容器在设计上具有较高的自由度，可以很容易地设计成具有多个U形或倒U形截面轮廓的态样，以此来增加单位布局面积下的电容面积，大幅提升电容值与存储密度。
在本发明优选实施例中，金属氧化物半导体场效晶体管105是在CMOS前段制作工艺(FEOL)中设置在基底101表面上，氧化物半导体场效晶体管301则是在CMOS后段制作工艺(BEOL)中设置在后段互连层200之中或之上，而铁电存储电容器303则是设置在后段互连层200的最上方，且三者较佳会互相重叠。这样的架构与顺序的优点在于可以相容于CMOS制作工艺并能对其整体的热积存(thermal budget)有更好的控制，并且达到三维单晶堆叠架构所要的增加元件集成度与存储密度、降低功率耗损、整合多功能电路以及节省制作成本的功效。
复参照图1。像素电路层300上设有一光电转换层400，其中具有多个光电二极管401为像素间阻挡部位403所分隔。在本发明实施例中，光电转换层400可直接形成在像素电路层300上作为三维单晶堆叠架构的一部分。光电二极管401的材料可为N型半导体层/P型半导体层，如PN结或是PIN结构，其暴露在光环境下会诱发电能，所产生的电子与落在像素单元上的光量呈一定比例。这些电子在像素中会被转换成电压信号的形式并再进一步转换为模拟信号或数字信号。光电二极管401上还可形成有微柱体或是抗反射层等结构来大幅增进入光量与光电二极管的量子效率。像素间阻挡部位403可为深沟槽隔离结构，其材料可为氧化硅、氮化硅或是金属氧化物等介电质。像素间阻挡部位403可界定出影像传感器的各个像素单元并作为像素单元之间的阻隔墙结构来避免入射该像素的光子以及电子进入周围像素中而导致混色或噪声。
复参照图1。光电转换层400上还可依序设置彩色滤光层405与微透镜407等结构。对于各个像素而言，其彩色滤光层405的颜色可能不同，例如红、绿、蓝等三种不同的颜色，或是补色的青、洋红、黄、绿(CMYG)等颜色，其可通过旋涂方式将含有颜料或染料等色素的感光树脂涂布在基底上而形成。彩色滤光层405内的像素之间可能还形成有金属材质的遮光膜(未示出)。每个微透镜407都会对应CMOS影像传感器的一个像素单元，其可以如苯乙烯、丙烯酸、硅氧烷等树脂为主的材料来形成。微透镜407可将入射光聚焦在所对应的像素上并进入其对应的光电二极管401。
在实际的运作中，以2T1C架构的AI CIS(人工智能CMOS影像传感器)为例，从微透镜407端入射的影像光在经过彩色滤光层405时会被彩色滤光层405过滤而产生不同原色的原色光，各原色光以不同的强弱比例混合即可呈现出所接收到的彩色影像。过滤后的原色光在经过其对应的光电二极管401时会因为光电效应而产生光电流(即光信号转换成电子信号)，不同的原色光强度即可产生不同的大小的光电流。所产生的光电流会经由金属互连结构305连接到氧化物半导体场效晶体管301的源极S2。氧化物半导体场效晶体管301的栅极G2可控制沟道的开关来决定是否将所接受到的光信号写入到铁电存储电容器303中。要写入的光信号在栅极开启沟道的状态下会从氧化物半导体场效晶体管301的漏极D2经由金属互连结构连接到铁电存储电容器303的下电极309，所通入的光电流会在铁电存储电容器303的浮置结点处产生写入电压而使其处于其中一模拟存储态，于此完成写入运作。在本发明实施例中，由于氧化物半导体场效晶体管301先天具有极低的关闭漏电流(<1A/cell)，其可以良好地维持浮置结点处的电压，适用于以细微的电压差异来区分的模拟多阶存储态。
在读取运作中，氧化物半导体场效晶体管301的栅极G2会关闭沟道，而铁电存储电容器303的上电极307则会通入一电压使得浮置结点的电压改变。与此同时，作为读取晶体管的金属氧化物半导体场效晶体管105的源极S1会通入一输出电压，其产生一输出电流经由开启的金属氧化物半导体场效晶体管105沟道流经漏极D1至接地端。在此读取运作中，输出电流的大小会受到金属氧化物半导体场效晶体管105的栅极G1的开启程度的影响，亦即受到浮置结点处的浮置电压值的影响。如此，在输入电压固定不变的情形下，原本所写入的写入电压即可决定并控制输出电流的值，也因此，读取输出电流的值即可得知浮置结点的模拟存储态，达成模拟数字转换(ADC)以及读取运作，进而得知所对应像素的光信息。
在本发明实施例中，由于氧化物半导体场效晶体管301良好的线性度与超低漏电流特性，其在前述的写入运作中作为写入晶体管时可以完美地将浮置结点处的浮置电压控制在所写入的光信号所对应的浮置电压值，故非常适合应用在多阶态的AI存储器内运算中，例如针对AI CMOS影像传感器所接收到的影像信号进行边缘AI运算、分析与处理。例如，先将所接收到的光信号经由数字模拟转换器(DAC)转换成对应的模拟信号，加上氧化物半导体场效晶体管301所施加的写入电压给予权重来加以控制，以此在AI存储器中直接进行内运算。运算后的模拟信号结果再经由模拟数字转换器(ADC)转换回对应的数字信号来输出，如此完成存储器内模拟多阶态的存储与运算。
需注意以上2T1C架构的AI CMOS影像传感器仅为本发明的一种实施例态样，实作中AI CMOS影像传感器可因应需求与应用设计不同的读取与写入架构。本发明的精神在于其中使用了氧化物半导体场效晶体管(OSFET)与铁电存储电容器(FEMIM)来实现相关功能，其所牵涉搭配的相关组合都应含括在本发明的范畴中。
综合前述实施例说明，本发明提出的CMOS影像传感器，其采用三维单晶堆叠(3Dmonolithic)的方式在单晶上制作出AI CMOS影像传感器所有的部件，无需如现有技术般使用异质接合等方式来对其进行整合，可大幅降低成品的厚度以及制作工艺步骤与复杂度。此外也不需要芯片对位与制作穿硅孔等步骤，可提升产品的可靠度并提升大幅提升输入/输出(I/O)信号密度。另一方面，本发明采用氧化物半导体场效晶体管(OSFET)与铁电存储电容器(FEMIM)作为AI CMOS影像传感器的像素阵列电路部位与存储器部位，其薄膜与低温制作工艺属性让其得以在半导体后段制作工艺之中或之后直接使用CMOS相容制作工艺制作在CMOS影像传感器的后段金属层上，完美地整合到固有的CMOS影像传感器电路架构中。铁电存储电容器的高电容积与可模拟存储特性让其得以适用于AI CMOS影像传感器所需的AI近存储器运算或内运算等高阶应用，可大幅减少因影像数据在运算单元与存储器之间反复的传输与刷新而产生的大量能耗，是为本发明的特征与优点所在。
以上所述仅为本发明的优选实施例，凡依本发明权利要求所做的均等变化与修饰，都应属本发明的涵盖范围。

Claims (4)

1.一种具有三维单晶堆叠架构的氧化物半导体场效晶体管与铁电存储电容器的互补式金属氧化物半导体影像传感器，包含：
基底，其上具有互补式金属氧化物半导体场效晶体管；
后段互连层，位于该基底上且其中具有后段互连结构；
像素电路层，位于该后段互连层上，其中该像素电路层中具有氧化物半导体场效晶体管以及铁电存储电容器；以及
光电转换层，位于该像素电路层上，其中该光电转换层中具有光电二极管；
其中该些互补式金属氧化物半导体场效晶体管、该些氧化物半导体场效晶体管、该些铁电存储电容器以及该些光电二极管通过该后段互连层彼此电连接。
2.如权利要求1所述的具有三维单晶堆叠架构的氧化物半导体场效晶体管与铁电存储电容器的互补式金属氧化物半导体影像传感器，其中该氧化物半导体场效晶体管作为写入晶体管控制影像信号的写入，该铁电存储电容器用以存储影像信号，该互补式金属氧化物半导体场效晶体管作为一读取晶体管读取存储在该铁电存储电容器中的影像信号。
3.如权利要求1所述的具有三维单晶堆叠架构的氧化物半导体场效晶体管与铁电存储电容器的互补式金属氧化物半导体影像传感器，其中该互补式金属氧化物半导体影像传感器为人工智能互补式金属氧化物半导体影像传感器，该些氧化物半导体场效晶体管作为像素晶体管阵列而该些铁电存储电容器用于存储器内运算，该些互补式金属氧化物半导体场效晶体管作为模拟数字转换逻辑电路中的晶体管。
4.如权利要求1所述的具有三维单晶堆叠架构的氧化物半导体场效晶体管与铁电存储电容器的互补式金属氧化物半导体影像传感器，还包含彩色滤光层以及微透镜位于该光电转换层之上。
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