CMOS图像传感器及其制造方法技术

本公开涉及CMOS图像传感器及其制造方法。本公开提供了CMOS图像传感器，包括：逻辑晶圆，所述逻辑晶圆的第一表面内设置有至少一个第一浮空节点；以及像素晶圆，所述像素晶圆的第二表面内设置有至少一个第二浮空节点和至少一个光电二极管，其中，所述逻辑晶圆的第一表面与所述像素晶圆的第二表面通过中间层键合在一起，并且所述至少一个第一浮空节点中的各个第一浮空节点与所述至少一个第二浮空节点中的相应的第二浮空节点通过所述中间层串联连接。

CMOS Image Sensor and Its Manufacturing Method

【技术实现步骤摘要】
CMOS图像传感器及其制造方法
本公开涉及半导体领域，具体而言，涉及CMOS图像传感器及其制造方法。
技术介绍
图像传感器是将光信号转换为电信号的半导体器件，主要包括电荷耦合器件(ChargeCoupledDevice,CCD)图像传感器和互补金属氧化物半导体(ComplementaryMetalOxideSemiconductor,CMOS)图像传感器。近年来，CMOS图像传感器凭借低成本、高效率、传输速度高等优势逐渐取代CCD图像传感器成为主流。CMOS图像传感器包括前照式CMOS图像传感器与背照式CMOS图像传感器。背照式CMOS图像传感器由于具有功耗小，量子效率高等优势，目前被广泛应用在手机、摄像机等设备上。背照式CMOS图像传感器优势在于改变了元件内部的结构，即将感光层的元件调转方向，让光能从背面直射进去，避免了前照式CMOS传感器结构中光线会受到微透镜和光电二极管之间的金属电路和晶体管的影响，从而显著提高光的效能，改善了低光照条件下的拍摄效果。传统的背照式CMOS图像传感器通常采用4T电路结构，但是4T电路结构通常都集成在同一片晶圆上的像素区域，这可能会影响感光区域的面积，进而影响成像效果。随着人们对具有高像素的图像传感器的需求，存在提高背照式CMOS图像传感器的感光区域的面积以及改进背照式CMOS图像传感器的成像效果的需要。
技术实现思路
本公开的目的之一是提供一种新颖的CMOS图像传感器及其制造方法。根据本公开的第一方面，提供了一种CMOS图像传感器，其特征在于，包括：逻辑晶圆，所述逻辑晶圆的第一表面内设置有至少一个第一浮空节点；以及像素晶圆，所述像素晶圆的第二表面内设置有至少一个第二浮空节点和至少一个光电二极管，其中，所述逻辑晶圆的第一表面与所述像素晶圆的第二表面通过中间层键合在一起，并且所述至少一个第一浮空节点中的各个第一浮空节点与所述至少一个第二浮空节点中的相应的第二浮空节点通过所述中间层串联连接。根据本公开的第二方面，提供了一种用于制造CMOS图像传感器的方法，其特征在于，所述方法包括：提供逻辑晶圆，在所述逻辑晶圆的第一表面内设置至少一个第一浮空节点；提供像素晶圆，在所述像素晶圆的第二表面内设置至少一个第二浮空节点和至少一个光电二极管；以及通过中间层将所述逻辑晶圆的第一表面与所述像素晶圆的第二表面键合在一起，并且通过所述中间层将所述至少一个第一浮空节点中的各个第一浮空节点与所述至少一个第二浮空节点中的相应的第二浮空节点串联连接。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例示了传统CMOS图像传感器的4T像素结构的电路示意图。图2例示了根据本公开的一些示例性实施例的CMOS图像传感器的4T像素结构的电路示意图。图3例示了根据本公开的一些示例性实施例的CMOS图像传感器的剖面图。图4例示了根据本公开的一些示例性实施例的CMOS图像传感器的光电二极管阵列的布局的俯视图。图5例示了根据本公开的一些示例性实施例的CMOS图像传感器的RGB布局的俯视图。图6例示了根据本公开的一些示例性实施例的CMOS图像传感器的整体布局的俯视图。图7例示了根据本公开的一些示例性实施例的用于制造CMOS图像传感器的方法的流程图。图8A至8D例示了根据本公开的一些示例性实施例的制造CMOS图像传感器的过程的剖面图。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，所公开的专利技术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CMOS图像传感器中通常设置有多个像素，像素的质量和性能对于CMOS图像传感器的成像效果有很大影响。近年来，4T像素结构以较小的功耗和优越的性能成为当前主流的像素结构。图1例示了传统CMOS图像传感器的4T像素结构的电路示意图。参照图1，4T像素结构包括：光电二极管PD、传送开关TG、浮空节点FD、复位晶体管RST、源极跟随器SF，以及选择晶体管SEL。下面将参考图1描述传统4T像素结构的图像感测原理。首先，使得复位晶体管RST导通，使用电源电压VDD重置浮空节点FD。然后断开复位晶体管RST，使传送开关TG导通，经由光电二极管PD进行光电转换产生的电荷(电子或空穴)会转移并累积到浮空节点FD中，从而引起源极跟随器SF的偏置电压发生变化，进而影响选择晶体管SEL的信号输出，从而实现了从光信号到电信号的转变。然而，本申请的专利技术人发现，在上述CMOS图像传感器中，4T结构往往都集成在同一片晶圆上的像素区域中，这会限制感光二极管PD的感光区域的面积，影响成像效果的提高。为了满足人们对于图像传感器的像素越来越高的要求，申请人提出了改进的CMOS图像传感器及其制造方法。具体地，通过将4T结构布置在两片晶圆上并对其进行改进，提高了光电二极管PD的感光区域的面积，降低了工艺难度，改善了成像质量，另外还实现了电压的两级调节。下面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。在图中，为了便于说明，放大或缩小了层和区域的厚度，所示大小并不代表实际尺寸。尽管这些图并不能完全准确地反映出器件的实际尺寸，但是它们还是完整地反映了区域和组成结构之间的相互位置，特别是组成结构之间的上下和相邻关系。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。也就是说，本文中的方法是以示例性的方式示出，来说明本公开中的结构和方法的不同实施例。然而，本领域技术人员将会理解，它们仅仅说明可以用来实施的本专利技术的示例性方式，而不是穷尽的方式。此外，附图不必按比例绘制，一些特征可能被放大以示出具体组件的细节。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。为了更全面、清楚地理解本专利技术，下面将结合附图来阐述根据本公开的新颖的技术。图2例示了根据本公开的一些示例性实施例的CMOS图像传感器的4T像素结构的电路示意图。如图2所示，CMOS图像传感器包括两片晶圆，即一片逻辑晶圆和一片像素晶圆。逻辑晶圆上设置有第一浮空节点FD1、复位晶体管RST、源极跟随器SF、选择晶体管SEL以及逻辑电路。像素晶圆上设置有第二浮空节点FD2、光电二极管PD以及传送开关TG。在该示例性实施例中，逻辑晶圆上的第一浮空节点FD1和像素晶圆上的第二浮空节点FD2串联连接。通过在逻辑晶圆和像素晶圆上各设置一个浮空节本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种CMOS图像传感器，其特征在于，包括：逻辑晶圆，所述逻辑晶圆的第一表面内设置有至少一个第一浮空节点；以及像素晶圆，所述像素晶圆的第二表面内设置有至少一个第二浮空节点和至少一个光电二极管，其中，所述逻辑晶圆的第一表面与所述像素晶圆的第二表面通过中间层键合在一起，并且所述至少一个第一浮空节点中的各个第一浮空节点与所述至少一个第二浮空节点中的相应的第二浮空节点通过所述中间层串联连接。

【技术特征摘要】
1.一种CMOS图像传感器，其特征在于，包括：逻辑晶圆，所述逻辑晶圆的第一表面内设置有至少一个第一浮空节点；以及像素晶圆，所述像素晶圆的第二表面内设置有至少一个第二浮空节点和至少一个光电二极管，其中，所述逻辑晶圆的第一表面与所述像素晶圆的第二表面通过中间层键合在一起，并且所述至少一个第一浮空节点中的各个第一浮空节点与所述至少一个第二浮空节点中的相应的第二浮空节点通过所述中间层串联连接。2.根据权利要求1所述的CMOS图像传感器，其特征在于，包括：光电二极管阵列，包括至少四个相邻的光电二极管，其中，在俯视的视角下，每个第二浮空节点位于所述光电二极管阵列中的相邻的四个光电二极管的对角连线的中心交点处，并且相邻的四个光电二极管共用其对角连线的中心交点处的第二浮空节点。3.根据权利要求1所述的CMOS图像传感器，其特征在于，还包括：设置在所述逻辑晶圆的第一表面上的至少一个源极跟随器、至少一个选择晶体管和至少一个复位晶体管；以及设置在所述像素晶圆的第二表面上的至少一个传送开关。4.根据权利要求3所述的CMOS图像传感器，其特征在于，所述中间层包括：第一金属互连层，所述第一金属互连层设置在逻辑晶圆的第一表面上，所述第一金属互连层将第一浮空节点连接到源极跟随器和复位晶体管，并且将源极跟随器连接到选择晶体管；第二金属互连层，所述第二金属互连层设置在像素晶圆的第二表面上，所述第二金属互连层将光电二极管连接到传送开关，并且将传送开关连接到第二浮空节点。5.根据权利要求4所述的CMOS图像传感器，其特征在于，所述中间层还包括：键合材料层，所述键合材料层位于所述第一金属互连层和所述第二金属互连层中间，并且将所述第一金属...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘西域，孟宪宇，吴宗祐，林宗贤，
申请(专利权)人：德淮半导体有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏,32