CMOS图像传感器及其形成方法技术

一种CMOS图像传感器及其形成方法，其中所述CMOS图像传感器CMOS图像传感器由底层信号处理层、中间电容层、图像传感器层构成堆叠的结构，由于信号处理电路和电容制作在不同于图像传感单元所在的衬底上，因而第三衬底上图像传感单元的感光区面积可以做得更大，在保证CMOS图像传感器集成度较高的同时，提高了填充因子的大小；并且中间电容层中的电容的第一电极材料层呈倒“V”型或“U”型，使得单位面积内的第一电极材料层的面积增大，提高了形成的电容的电容值的大小，有利于减小CMOS图像传感器工作时产生的热噪音；并且第一到第四金属互连结构还用于阻挡外部的光线向下传输而产生影响，影响电容和信号处理电路的性能。

CMOS image sensor and method for forming the same

A CMOS image sensor and its forming method, wherein the CMOS image sensor and CMOS image sensor by the structure of the underlying signal processing layer, middle layer, capacitor layer stacked image sensor, the signal processing circuit and a capacitor in the substrate is different from the image sensing unit in the sensitive area, so the image sensing unit third the substrate can be made larger, the CMOS image sensor with high degree of integration at the same time, improve the filling factor of the size; and the first electrode layer capacitance capacitor intermediate layer in the inverted \V\ or \U\ type, the increase of the first layer of electrode material per unit area of the area, improve the capacitance of the capacitance formed the value of the size of a CMOS image sensor to reduce the thermal noise generated at work; and the first to the fourth metal interconnection structure with The transmission of the light that blocks the outside is affected, affecting the performance of the capacitor and signal processing circuitry.

【技术实现步骤摘要】
CMOS图像传感器及其形成方法
本专利技术涉及图像传感领域，特别涉及一种堆叠结构的CMOS图像传感器及其形成方法。
技术介绍
随着电气技术和电子技术的快速发展，越来越多应用图像传感器技术的现代移动电子产品，如智能手机、数码相机、笔记本电脑等得到飞速发展及普及。目前，人们在手机等电子产品上的消费比例越来越高，对产品的质量和个人体验要求越来越苛刻。现在电子产品都具备照相和摄像功能，像素由原先的几十万，发展到500、500万甚至更高。图像传感器作为电子产品成像的主要部件，对其成像品质的要求也越来越高。图像传感器是指将光信号转换为电信号的装置。图像传感器包括电荷耦合器件(ChargeCoupledDevice，简称CCD)和互补金属氧化物半导体(ComplementaryMetal-Oxide-SemiconductorTransistor，简称CMOS)图像传感器芯片。CMOS图像传感器和传统的CCD传感器相比具有的低功耗，低成本和与CMOS工艺兼容等特点，因此得到越来越广泛的应用。现在CMOS图像传感器不仅用于消费电子领域，例如数码相机，手机摄像头和摄像机中，而且在汽车电子，监控，生物技术和医学等领域也得到了广泛的应用。但是现有CMOS图像传感器的性能仍有待提高。
技术实现思路
本专利技术解决的问题是怎样提高CMOS图像传感器的性能，减小噪音。为解决上述问题，本专利技术提供一种CMOS图像传感器的形成方法，包括：提供第一衬底，在所述第一衬底上形成第一介质层；在所述第一介质层上形成若干分立的第一极板；形成覆盖所述第一极板和第一介质层的第二介质层；刻蚀所述第二介质层，在所述第二介质层中形成若干刻蚀槽，每个刻蚀槽暴露出相应的第一极板的表面；在所述刻蚀槽的侧壁和底部表面形成第一电极材料层；在所述第一电极材料层表面和第二介质层表面形成电介质材料层；在刻蚀槽内的电介质材料层表面形成填充剩余刻蚀槽的第二电极材料层；在所述电介质材料层上形成若干分立的第二极板，每个第二极板与相应的第二电极材料层电连接；形成覆盖所述第二极板和电介质材料层的第三介质层，所述第三介质层中形成有若干第一金属互连结构，每个第一金属互连结构与相应的第二极板电连接；提供第二衬底，所述第二衬底上形成有若干分立的信号处理电路；形成覆盖所述第二衬底的第四介质层，所述第四介质层中形成有若干分立的第二金属互连结构，每个第二金属互连结构与相应的信号处理电路电连接；将第三介质层与第四介质层键合，第三介质层中的第一金属互连结构和第四介质层中的第二金属互连结构键合，第一金属互连结构与第二金属互连结构电连接；键合后，去除第一衬底，在第一介质层中形成第三金属互连结构，所述第三金属互连结构与第二极板电连接；提供第三衬底，所述第三衬底上形成有若干分立的图像传感单元；在所述第三衬底上形成第五介质层，所述第五介质层中形成有若干分立的第四金属互连结构，所述第四金属互连结构与图像传感单元电连接；将第一介质层和第五介质层键合，第一介质层中的第三金属互连结构与第五介质层中的第四金属互连结构键合，第三金属互连结构与第四金属互连结构电连接。可选的，每个刻蚀槽包括至少一个子凹槽。可选的，每个刻蚀槽中子凹槽的数量≥2个时，相邻子凹槽是相互分立的，每个子凹槽的底部暴露出同一第二极板的表面。可选的，刻蚀槽的每个子凹槽中形成一个第一子电极材料层及位于电介质材料层上对应的第二子电极材料层，若干第一子电极材料层构成第一电极材料层，若干第二子电极材料层构成第二电极材料层。所述键合工艺包括融合键合和金属键合，在进行键合时先进行融合键合，再进行金属键合，金属键合的温度为350～450摄氏度。可选的，所述第二电极材料层和第一电极材料层的为掺杂的多晶硅。可选的，所述第一电极材料层的厚度为200～1000埃，所述第一电极材料层中杂质离子的浓度为1E17atom/cm3～1E21atom/cm3。可选的，所述电介质材料层的材料为氧化硅、氮化硅、氮氧化硅或高K介质材料的一种或几种。可选的，所述电介质材料层的厚度为10～500埃。可选的，第一金属互连结构、第二金属互连结构、第三金属互连结构、第四金属互连结构为双大马士革或者单大马士革互连结构。可选的，每个第四金属互连结构与一个图像传感单元电连接。可选的，每个第四金属互连结构与至少两个图像传感单元电连接。可选的，所述图像传感器为背照式图像传感器。本专利技术提供了一种CMOS图像传感器，包括：底层信号处理层，所述底层信号处理层包括：第二衬底，所述第二衬底上形成有若干分立的信号处理电路；位于所述第二衬底上的第四介质层，所述第四介质层中形成有若干分立的第二金属互连结构，每个第二金属互连结构与相应的信号处理电路电连接；位于底层信号处理层上的中间电容层，所述中间电容层包括：介质层；位于介质层中的若干电容，每个电容从上到下包括：第一极板、与第一极板电连接的倒“V”型或“U”型的第一电极材料层、与第一电极材料层相对的第二电极材料层、位于第一电极材料层和第二电极材料层之间的电介质材料层；位于介质层中与第一极板电连接的第三金属互连结构，第三金属互连结构位于第一极板上方；位于介质层与第二极板电连接的第一金属互连结构，第一金属互连结构位于第二极板下方，且所述第一金属互连结构与第二金属互连结构键合连接；位于中间电容层上的图像传感器层，所述图像传感器层包括第三衬底，所述第三衬底正面上形成有若干分立的图像传感单元；位于第三衬底正面上的第五介质层，所述第五介质层中形成有若干分立的第四金属互连结构，所述第四金属互连结构的一端与图像传感单元电连接，第四金属互连结构的另一端与第三金属互连结构键合连接。可选的，每个倒“V”型或“U”型的第一电极材料层包括至少一个倒“V”型或“U”型的第一子电极材料层。可选的，每个倒“V”型或“U”型的第一电极材料层中倒“V”型或“U”的第一子电极材料层数量≥2个时，若干“V”型或“U”型的第一子电极材料层的型底端通过第一极板电连接，相邻倒“V”型或“U”型的第一子电极材料层的的开口端是相互分立的，每个倒“V”型或“U”型第一子电极材料层与介质层中一个第二子电极材料层对应，相邻第二子电极材料层之间是相互分立的，每个第二子电极材料层位于相应的第一子电极材料层的“V”型或“U”型口内，第一子电极材料层和第二子电极材料层之间通过电介质材料层隔离，若干第二子电极材料层构成第二电极材料层，若干第二子电极材料层一端通过一个第二极板电连接。可选的，所述第二极板和第一极板的材料为掺杂多晶硅或金属。可选的，所述第二电极材料层和第一电极材料层的为掺杂的多晶硅。可选的，所述第一电极材料层的厚度为200～1000埃，所述第一电极材料层中杂质离子的浓度为1E17atom/cm3～1E21atom/cm3。与现有技术相比，本专利技术的技术方案具有以下优点：本专利技术的CMOS图像传感器的形成方法，底层信号处理层(包括信号处理电路)、中间电容层(包括电容)、图像传感器层(包括图像传感单元)通过独立的工艺形成，然后通过键合工艺将底层信号处理层、中间电容层、图像传感器层键合形成堆叠的结构，实现图像传感器层与中间电容层电连接以及中间电容层与信号处理层的电连接，由于制作过程中，信号处理电路和电容制作在不同于图像传感单元本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种CMOS图像传感器的形成方法，其特征在于，包括：提供第一衬底，在所述第一衬底上形成第一介质层；在所述第一介质层上形成若干分立的第一极板；形成覆盖所述第一极板和第一介质层的第二介质层；刻蚀所述第二介质层，在所述第二介质层中形成若干刻蚀槽，每个刻蚀槽暴露出相应的第一极板的表面；在所述刻蚀槽的侧壁和底部表面形成第一电极材料层；在所述第一电极材料层表面和第二介质层表面形成电介质材料层；在刻蚀槽内的电介质材料层表面形成填充剩余刻蚀槽的第二电极材料层；在所述电介质材料层上形成若干分立的第二极板，每个第二极板与相应的第二电极材料层电连接；形成覆盖所述第二极板和电介质材料层的第三介质层，所述第三介质层中形成有若干第一金属互连结构，每个第一金属互连结构与相应的第二极板电连接；提供第二衬底，所述第二衬底上形成有若干分立的信号处理电路；形成覆盖所述第二衬底的第四介质层，所述第四介质层中形成有若干分立的第二金属互连结构，每个第二金属互连结构与相应的信号处理电路电连接；将第三介质层与第四介质层键合，第三介质层中的第一金属互连结构和第四介质层中的第二金属互连结构键合，第一金属互连结构与第二金属互连结构电连接；键合后，去除第一衬底，在第一介质层中形成第三金属互连结构，所述第三金属互连结构与第二极板电连接；提供第三衬底，所述第三衬底上形成有若干分立的图像传感单元；在所述第三衬底上形成第五介质层，所述第五介质层中形成有若干分立的第四金属互连结构，所述第四金属互连结构与图像传感单元电连接；将第一介质层和第五介质层键合，第一介质层中的第三金属互连结构与第五介质层中的第四金属互连结构键合，第三金属互连结构与第四金属互连结构电连接。...

【技术特征摘要】
1.一种CMOS图像传感器的形成方法，其特征在于，包括：提供第一衬底，在所述第一衬底上形成第一介质层；在所述第一介质层上形成若干分立的第一极板；形成覆盖所述第一极板和第一介质层的第二介质层；刻蚀所述第二介质层，在所述第二介质层中形成若干刻蚀槽，每个刻蚀槽暴露出相应的第一极板的表面；在所述刻蚀槽的侧壁和底部表面形成第一电极材料层；在所述第一电极材料层表面和第二介质层表面形成电介质材料层；在刻蚀槽内的电介质材料层表面形成填充剩余刻蚀槽的第二电极材料层；在所述电介质材料层上形成若干分立的第二极板，每个第二极板与相应的第二电极材料层电连接；形成覆盖所述第二极板和电介质材料层的第三介质层，所述第三介质层中形成有若干第一金属互连结构，每个第一金属互连结构与相应的第二极板电连接；提供第二衬底，所述第二衬底上形成有若干分立的信号处理电路；形成覆盖所述第二衬底的第四介质层，所述第四介质层中形成有若干分立的第二金属互连结构，每个第二金属互连结构与相应的信号处理电路电连接；将第三介质层与第四介质层键合，第三介质层中的第一金属互连结构和第四介质层中的第二金属互连结构键合，第一金属互连结构与第二金属互连结构电连接；键合后，去除第一衬底，在第一介质层中形成第三金属互连结构，所述第三金属互连结构与第二极板电连接；提供第三衬底，所述第三衬底上形成有若干分立的图像传感单元；在所述第三衬底上形成第五介质层，所述第五介质层中形成有若干分立的第四金属互连结构，所述第四金属互连结构与图像传感单元电连接；将第一介质层和第五介质层键合，第一介质层中的第三金属互连结构与第五介质层中的第四金属互连结构键合，第三金属互连结构与第四金属互连结构电连接。2.如权利要求1所述的CMOS图像传感器的形成方法，其特征在于，每个刻蚀槽包括至少一个子凹槽。3.如权利要求2所述的CMOS图像传感器的形成方法，其特征在于，每个刻蚀槽中子凹槽的数量≥2个时，相邻子凹槽是相互分立的，每个子凹槽的底部暴露出同一第二极板的表面。4.如权利要求3所述的CMOS图像传感器的形成方法，其特征在于，刻蚀槽的每个子凹槽中形成一个第一子电极材料层及位于电介质材料层上对应的第二子电极材料层，若干第一子电极材料层构成第一电极材料层，若干第二子电极材料层构成第二电极材料层。5.如权利要求1所述的CMOS图像传感器的形成方法，其特征在于，所述键合工艺包括融合键合和金属键合，在进行键合时先进行融合键合，再进行金属键合，金属键合的温度为350～450摄氏度。6.如权利要求1所述的CMOS图像传感器的形成方法，其特征在于，所述第二电极材料层和第一电极材料层的为掺杂的多晶硅。7.如权利要求6所述的CMOS图像传感器的形成方法，其特征在于，所述第一电极材料层的厚度为200～1000埃，所述第一电极材料层中杂质离子的浓度为1E17atom/cm3～1E21atom/cm3。8.如权利要求1所述的CMOS图像传感器的形成方法，其特征在于，所述电介质材料层的材料为氧化硅、氮化硅、氮氧化硅或高K介质材料的一种或几种。9.如权利要求1所述的CMOS图像传感器的形成方法，其特征在于，所述电介质材料层的厚度为10～500埃。10.如权利要求1所述的CMOS图像...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄河，克里夫·德劳利，高关且，包德君，
申请(专利权)人：中芯国际集成电路制造上海有限公司，中芯国际集成电路制造北京有限公司，
类型：发明
国别省市：上海,31