3D堆叠式CMOS图像传感器及其制备方法技术

本发明专利技术提供一种3D堆叠式CMOS图像传感器及其制备方法，3D堆叠式CMOS图像传感器包括：逻辑晶圆；像素晶圆，键合于逻辑晶圆上；隔热材料层，位于逻辑晶圆与像素晶圆之间，且覆盖像素晶圆的表面；隔热材料层用于阻止逻辑晶圆产生的热量向像素晶圆传递。本发明专利技术通过在像素晶圆与逻辑晶圆之间增设隔热材料层，可以阻止逻辑晶圆产生的热量向像素晶圆传递，减小像素晶圆上的暗电流，从而减小3D堆叠式CMOS图像传感器的噪音，提高3D堆叠式CMOS图像传感器的性能。

3D stacked CMOS image sensor and its preparation method

【技术实现步骤摘要】
3D堆叠式CMOS图像传感器及其制备方法
本专利技术属于微电子
，特别是涉及一种3D堆叠式CMOS图像传感器及其制备方法。
技术介绍
随着人们对高质量影像的不断追求，3D堆叠式CMOS图像传感器被开发出来；3D堆叠式CMOS图像传感器铜层包括逻辑晶圆和键合在逻辑晶圆上的像素晶圆。相较于传统的CMOS图像传感器(包括前照式CMOS图像传感器或背照式CMOS图像传感器)，3D堆叠式CMOS图像传感器具有更小的芯片结构以及更快的处理速度等优点。然而，现有的3D堆叠式CMOS图像传感器是将像素晶圆直接键合于所述逻辑晶圆上，所述逻辑芯片工作时产生的热量会传递至所述像素晶圆，在所述像素晶圆上产生暗电流(即在所述像素晶圆上产生白像素)，使得所述3D堆叠式CMOS图像传感器产生噪音，在所述3D堆叠式CMOS图像传感器的屏幕上产生斑点，影响所述3D堆叠式CMOS图像传感器的性能。
技术实现思路
鉴于以上所述现有技术的缺点，本专利技术的目的在于提供一种3D堆叠式CMOS图像传感器及其制备方法，用于解决现有技术中的3D堆叠式CMOS图像传感器是将像素晶圆直接键合于逻辑晶圆上而存在的逻辑芯片工作时产生的热量会传递至像素晶圆，在所述像素晶圆上产生暗电流，使得3D堆叠式CMOS图像传感器产生噪音，在3D堆叠式CMOS图像传感器的屏幕上产生斑点，影响3D堆叠式CMOS图像传感器的性能的问题。为实现上述目的及其他相关目的，本专利技术提供一种3D堆叠式CMOS图像传感器，所述3D堆叠式CMOS图像传感器包括：逻辑晶圆；像素晶圆，键合于所述逻辑晶圆上；隔热材料层，位于所述逻辑晶圆与所述像素晶圆之间，且覆盖所述像素晶圆的表面；所述隔热材料层用于阻止所述逻辑晶圆产生的热量向所述像素晶圆传递。可选地，所述3D堆叠式CMOS图像传感器还包括散热材料层，所述散热材料层位于所述隔热材料层与所述逻辑晶圆之间。可选地，所述散热材料层覆盖所述隔热材料层的部分表面；所述3D堆叠式CMOS图像传感器还包括键合介质层，所述键合介质层位于所述逻辑晶圆与所述隔热材料层及所述散热材料层之间。可选地，所述隔热材料层包括低k材料层，所述散热材料层包括金属层；所述3D堆叠式CMOS图像传感器还包括金属黏附层，所述金属黏附层位于所述散热材料层与所述隔热材料层之间。可选地，所述逻辑晶圆包括第一衬底、第一介质层及第一金属线层；所述第一介质层位于所述第一衬底的表面，所述第一金属线层位于所述第一介质层内；所述像素晶圆键合于所述第一介质层上，所述像素晶圆包括第二衬底、第二介质层及第二金属线层；所述第二介质层位于所述第二衬底的表面，且位于所述第二衬底与所述第一介质层之间；所述第二金属线层位于所述第二介质层内；所述隔热材料层及所述散热材料层均位于所述第一介质层与所述第二介质层之间。可选地，所述3D堆叠式CMOS图像传感器还包括硅通孔互连结构，所述硅通孔互连结构贯穿所述像素晶圆、所述第二金属线层及所述隔热材料层直至所述第一金属线层，以将所述第一金属线层及所述第二金属线层电连接；所述硅通孔互连结构与所述散热材料层之间具有间隙。可选地，所述3D堆叠式CMOS图像传感器还包括焊垫，所述焊垫位于所述第二介质层远离所述隔热材料层的一侧，且与所述第二金属线层电连接。可选地，所述像素晶圆内形成有光电二极管。可选地，所述逻辑晶圆包括有源区器件区域及无源器件区域；所述有源区器件区域内形成有有源器件，所述有源器件与所述第一金属线层电连接；所述无源器件区域内形成有无源器件；所述散热材料层至少覆盖所述有源区器件区域及所述无源器件区域。本专利技术还提供一种3D堆叠式CMOS图像传感器的制备方法，所述3D堆叠式CMOS图像传感器的制备方法包括如下步骤：提供像素晶圆；于所述像素晶圆的表面形成隔热材料层，所述隔热材料层覆盖所述像素晶圆的表面；提供逻辑晶圆；将形成有所述隔热材料层的所述像素晶圆键合于所述逻辑晶圆上；键合后，所述隔热材料层位于所述像素晶圆与所述逻辑晶圆之间。可选地，于所述像素晶圆的表面形成所述隔热材料层之后且提供所述逻辑晶圆之前还包括如下步骤：于所述隔热材料层远离所述像素晶圆的表面形成散热材料层；所述像素晶圆键合于所述逻辑晶圆上之后，所述隔热材料层及所述散热材料层均位于所述像素晶圆与所述逻辑晶圆之间。可选地，所述散热材料层覆盖所述隔热材料层的部分表面；将形成有所述隔热材料层及所述散热材料层的所述像素晶圆键合于所述逻辑晶圆上之前还包括于所述散热材料层的表面及裸露的所述隔热材料层的表面形成键合介质层的步骤，所述像素晶圆经由所述键合介质层键合于所述逻辑晶圆上。可选地，所述隔热材料层包括低k材料层，所述散热材料层包括金属层；于所述隔热材料层远离所述像素晶圆的表面形成所述散热材料层之前还包括于所述隔热材料层远离所述像素晶圆的表面形成金属黏附层的步骤，所述散热材料层形成于所述金属黏附层远离所述隔热材料层的表面。可选地，所述逻辑晶圆包括第一衬底、第一介质层及第一金属线层；所述第一介质层位于所述第一衬底的表面，所述第一金属线层位于所述第一介质层内；所述像素晶圆键合于所述第一介质层上，所述像素晶圆包括第二衬底、第二介质层及第二金属线层；所述第二介质层位于所述第二衬底的表面，且位于所述第二衬底与所述第一介质层之间；所述第二金属线层位于所述第二介质层内；所述隔热材料层及所述散热材料层均位于所述第一介质层与所述第二介质层之间。可选地，将形成有所述隔热材料层及所述散热材料层的所述像素晶圆键合于所述逻辑晶圆上之后还包括如下步骤：形成硅通孔，所述硅通孔贯穿所述像素晶圆、所述第二金属线层及所述隔热材料层，并暴露出所述第一金属线层；所述硅通孔与所述散热材料层之间具有间隙；于所述硅通孔内形成硅通孔互连结构。可选地，形成所述硅通孔互连结构之后还包括如下步骤：于所述像素晶圆远离所述逻辑晶圆的表面形成开口，所述开口暴露出所述第二金属线层；于所述开口内形成焊垫。如上所述，本专利技术的3D堆叠式CMOS图像传感器及其制备方法具有以下有益效果：本专利技术通过在像素晶圆与逻辑晶圆之间增设隔热材料层，可以阻止逻辑晶圆产生的热量向像素晶圆传递，减小像素晶圆上的暗电流，从而减小3D堆叠式CMOS图像传感器的噪音，提高3D堆叠式CMOS图像传感器的性能；本专利技术通过在隔热材料层与逻辑晶圆之间增设散热材料层，逻辑晶圆产生的热量可以沿散热材料层快速散发至3D堆叠式CMOS图像传感器的外部，避免热量在3D堆叠式CMOS图像传感器内的累计，提高3D堆叠式CMOS图像传感器的性能及寿命。附图说明图1显示为本专利技术实施例一中提供的3D堆叠式CMOS图像传感器的制备方法的流程图。图2至图11显示为本专利技术实施例一中提供的3D堆叠式CMOS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11显示为本专利技术实施例二中提供的3D堆叠式CMOS图像传感器的截面结构示意图。元件标号说明1像素晶圆11第二衬底12第二介质层13第二金属线层14光电二极管2逻辑晶圆21第一衬底22第一介质层23第一金属线层24有源区器件区域25无源器件区域26有源器件27无源器件3隔热材料层4散热材料层5键合介质层6硅通孔7硅通孔互连结构8开口9焊垫具体实施方式以下由特定的具体实施例说明本专利技术的实施方式，熟悉此技本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种3D堆叠式CMOS图像传感器，其特征在于，包括：逻辑晶圆；像素晶圆，键合于所述逻辑晶圆上；隔热材料层，位于所述逻辑晶圆与所述像素晶圆之间，且覆盖所述像素晶圆的表面；所述隔热材料层用于阻止所述逻辑晶圆产生的热量向所述像素晶圆传递。

【技术特征摘要】
1.一种3D堆叠式CMOS图像传感器，其特征在于，包括：逻辑晶圆；像素晶圆，键合于所述逻辑晶圆上；隔热材料层，位于所述逻辑晶圆与所述像素晶圆之间，且覆盖所述像素晶圆的表面；所述隔热材料层用于阻止所述逻辑晶圆产生的热量向所述像素晶圆传递。2.根据权利要求1所述的3D堆叠式CMOS图像传感器，其特征在于，所述3D堆叠式CMOS图像传感器还包括散热材料层，所述散热材料层位于所述隔热材料层与所述逻辑晶圆之间。3.根据权利要求2所述的3D堆叠式CMOS图像传感器，其特征在于，所述散热材料层覆盖所述隔热材料层的部分表面；所述3D堆叠式CMOS图像传感器还包括键合介质层，所述键合介质层位于所述逻辑晶圆与所述隔热材料层及所述散热材料层之间。4.根据权利要求2所述的3D堆叠式CMOS图像传感器，其特征在于，所述隔热材料层包括低k材料层，所述散热材料层包括金属层；所述3D堆叠式CMOS图像传感器还包括金属黏附层，所述金属黏附层位于所述散热材料层与所述隔热材料层之间。5.根据权利要求2所述的3D堆叠式CMOS图像传感器，其特征在于，所述逻辑晶圆包括第一衬底、第一介质层及第一金属线层；所述第一介质层位于所述第一衬底的表面，所述第一金属线层位于所述第一介质层内；所述像素晶圆键合于所述第一介质层上，所述像素晶圆包括第二衬底、第二介质层及第二金属线层；所述第二介质层位于所述第二衬底的表面，且位于所述第二衬底与所述第一介质层之间；所述第二金属线层位于所述第二介质层内；所述隔热材料层及所述散热材料层均位于所述第一介质层与所述第二介质层之间。6.根据权利要求5所述的3D堆叠式CMOS图像传感器，其特征在于，所述3D堆叠式CMOS图像传感器还包括硅通孔互连结构，所述硅通孔互连结构贯穿所述像素晶圆、所述第二金属线层及所述隔热材料层直至所述第一金属线层，以将所述第一金属线层及所述第二金属线层电连接；所述硅通孔互连结构与所述散热材料层之间具有间隙。7.根据权利要求6所述的3D堆叠式CMOS图像传感器，其特征在于，所述3D堆叠式CMOS图像传感器还包括焊垫，所述焊垫位于所述第二介质层远离所述隔热材料层的一侧，且与所述第二金属线层电连接。8.根据权利要求1所述的3D堆叠式CMOS图像传感器，其特征在于，所述像素晶圆内形成有光电二极管。9.根据权利要求2至8中任一项所述的3D堆叠式CMOS图像传感器，其特征在于，所述逻辑晶圆包括有源区器件区域及无源器件区域；所述有源区器件区域内形成有有源器件，所述有源器件与所述第一金属线层电连接；所述无源器件区域内形成有无源器件；所述散热材料层至少覆盖所述有源区器件区域及所述无源器件区域。10.一种3D堆叠式CMOS图像传感器的制备...

【专利技术属性】
技术研发人员：林宗德，杨龙康，黄仁德，
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