图像传感器的像素结构及其形成方法技术

一种图像传感器的像素结构及其形成方法，包括：形成第一晶圆，所述第一晶圆内包括感光单元与第一导电结构，所述感光单元与所述第一导电结构电连接；形成第二晶圆，所述第二晶圆内包括存储节点单元与第二导电结构，所述存储节点单元与所述第二导电结构电连接；键合所述第一晶圆与所述第二晶圆，使所述第一导电结构与所述第二导电结构电连接。在本发明专利技术的技术方案中，通过将所述感光单元与所述存储节点单元分别设置于所述第一晶圆与所述第二晶圆中，彼此之间相互隔离，避免所述感光单元以及所述外界光线对所述存储节点单元的影响，减小寄生光感效应的产生，进而提升最终形成的图像传感器的性能。

Pixel structure of image sensor and its forming method

【技术实现步骤摘要】
图像传感器的像素结构及其形成方法
本专利技术涉及半导体制造
，尤其涉及一种图像传感器的像素结构及其形成方法。
技术介绍
图像传感器分为互补金属氧化物(CMOS)图像传感器和电荷耦合器件(CCD)图像传感器，通常用于将光学信号转化为相应的电信号。CCD图像传感器的优点是对图像敏感度较高，噪声小，但是CCD图像传感器与其他器件的集成比较困难，而且CCD图像传感器的功耗较高。相比之下，CMOS图像传感器具有工艺简单、易与其他器件集成、体积小、重量轻、功耗小、成本低等优点。目前CMOS图像传感器已经广泛应用于静态数码相机、照相手机、数码摄像机、医疗用摄像装置(例如胃镜)、车用摄像装置等。根据曝光方式的不同，CMOS图像传感器可以分为逐行曝光的CMOS图像传感器和全局曝光的CMOS图像传感器。逐行曝光(RollingShutter)的CMOS图像传感器，由于各行曝光时间起始点不同，这种曝光方式存在运动图像的倾斜，扭曲等缺点；而全局曝光的CMOS图像传感器一帧图像里的所有像素，在某时刻同时开始曝光，在另一时刻同时结束曝光，这种全局曝光的方式可以消除逐行曝光的缺陷，并实现高帧率的图像输出。然而，现有技术的图像传感器的性能还有待提高。
技术实现思路
本专利技术解决的技术问题是提供一种图像传感器的像素结构及其形成方法，能够有效提升图像传感器的性能。为解决上述问题，本专利技术提供一种图像传感器的像素结构形成的方法，包括：形成第一晶圆，所述第一晶圆内包括感光单元与第一导电结构，所述感光单元与所述第一导电结构电连接；形成第二晶圆，所述第二晶圆内包括存储节点单元与第二导电结构，所述存储节点单元与所述第二导电结构电连接；键合所述第一晶圆与所述第二晶圆，使所述第一导电结构与所述第二导电结构电连接。可选的，所述第一晶圆包括第一衬底以及位于所述第一衬底上的第一绝缘层，所述第一晶圆具有相对立的第一面与第二面，所述第一面为所述第一绝缘层的顶部表面，所述第二面为所述第一衬底的底部表面。可选的，所述第二晶圆包括第二衬底以及位于所述第二衬底上的第二绝缘层，所述第二晶圆具有相对立的第三面与第四面，所述第三面为所述第二绝缘层的顶部表面，所述第四面为所述第二衬底的底部表面。可选的，键合所述第一晶圆与所述第二晶圆的方法包括：将所述第一晶圆的第二面朝向所述第二晶圆的第三面进行加压贴合；在对所述第一晶圆与所述第二晶圆加压贴合之后，对所述第一晶圆与所述第二晶圆进行第一退火处理。可选的，所述第一导电结构包括第一金属层与导电插塞，所述第一金属层位于所述第一绝缘层内，所述感光单元与所述第一金属层电连接；所述导电插塞包括相对立的第一端与第二端，所述第一端位于所述第一绝缘层内，且所述第一端与所述第一金属层电连接，所述第二端位于所述第一衬底内，且所述第二端上形成有第一凸点。可选的，所述第二导电结构包括第二金属层，所述第二金属层位于所述第二绝缘层内，所述存储节点单元与所述第二金属层电连接，所述第二晶圆的第三面暴露出所述第二金属层表面，所述第二金属层表面形成有第二凸点；将所述第二凸点与所述第一凸点进行键合。可选的，所述第一凸点的材料包括InAg、InCu、InSn、InNi、InSnCu、InAu或InSnAu；所述第二凸点的材料包括InAg、InCu、InSn、InNi、InSnCu、InAu或InSnAu。可选的，所述第一退火处理的参数包括：退火温度范围为120℃～350℃，退火时间为10min～60min。可选的，所述导电插塞形成的方法包括：在所述第一衬底与所述第一绝缘层内形成填充孔，所述填充孔包括相对立的第一端口与第二端口，所述第一端口位于所述第一绝缘层内，且所述第一端口与所述第一金属层接触，所述第二端口位于所述第一衬底内，且所述第二面暴露出所述第二端口；在所述填充孔内填充满金属材料形成所述导电插塞。可选的，所述导电插塞的材料包括铜、钛、铝或钨。可选的，键合所述第一晶圆与所述第二晶圆的方法还包括：将所述第一晶圆的第一面朝向所述第二晶圆的第三面进行加压贴合；在对所述第一晶圆与所述第二晶圆加压贴合之后，对所述第一晶圆与所述第二晶圆进行第二退火处理。可选的，所述第一导电结构包括第一金属层，所述第一金属层位于所述第一绝缘层内，所述感光单元与所述第一金属层电连接，所述第一晶圆的第一面暴露出所述第一金属层表面。可选的，所述第二导电结构包括第二金属层，所述第二金属层位于所述第二绝缘层内，所述存储节点单元与所述第二金属层电连接，所述第二晶圆的第三面暴露出所述第二金属层表面；将所述第二金属层与所述第一金属层进行键合。可选的，所述第一金属层的材料包括铜；所述第二金属层的材料包括铜。可选的，所述第二退火处理的工艺参数包括：退火温度范围为150℃～400℃，退火时间为10min～90min。可选的，在键合所述第一晶圆与所述第二晶圆之前，还包括：对所述第一衬底进行减薄处理。可选的，其特征在于，减薄后的所述第一衬底的厚度为2μm～20μm。可选的，所述感光单元包括光电二极管。可选的，所述存储节点单元包括第一电容器和第二电容器，所述第一电容用于储存光电信号，所述第二电容用于储存复位信号。相应的，本专利技术还提供了一种由上述方法所形成的图像传感器的像素结构，包括：第一晶圆，所述第一晶圆内具有感光单元与第一导电结构，所述感光单元与所述第一导电结构电连接；第二晶圆，所述第二晶圆内具有存储节点单元与第二导电结构，所述存储节点单元与所述第二导电结构电连接，所述第一导电结构与所述第二导电结构电连接。与现有技术相比，本专利技术的技术方案具有以下优点：本专利技术的技术方案中，通过提供第一晶圆，所述第一晶圆内具有感光单元与第一导电结构，所述感光单元与所述第一导电结构电连接，提供第二晶圆，所述第二晶圆内具有存储节点单元与第二导电结构，所述存储节点单元与所述第二导电结构电连接，然后再通过将所述第一导电结构与所述第二导电结构进行电连接，形成整体的像素结构，在该像素结构中，所述感光单元与所述存储节点单元分别位于不同的晶圆衬底中，彼此之间相互隔离，避免所述感光单元以及所述外界光线对所述存储节点单元的影响，减小寄生光感效应的产生，进而提升最终形成的图像传感器的性能。进一步，在本专利技术的技术方案中，通过采用所述第一凸点与第二凸点键合实现所述感光单元与所述存储节点单元的电连接，该种方式制作工艺简单，制作成本较低。进一步，在本专利技术的技术方案中，通过采用第一金属层与所述第二金属层直接键合实现所述感光单元与所述存储节点单元的电连接，该种方式电连接的接触面积较大，接触电阻较小，电连接后的电学性能更佳。进一步，在本专利技术的技术方案中，通过对所述第一衬底进行减薄处理，能够使光能更好的照射感光单元，使光子更充分的转换为电子和空穴；另外经过减薄后的第一衬底与第二衬底有利于改善散热，同时减小了所述第一晶圆与第二晶圆的外形大小和尺寸，有利于封装要求。附图说明图1本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种图像传感器的像素结构形成的方法，其特征在于，包括：/n形成第一晶圆，所述第一晶圆内包括感光单元与第一导电结构，所述感光单元与所述第一导电结构电连接；/n形成第二晶圆，所述第二晶圆内包括存储节点单元与第二导电结构，所述存储节点单元与所述第二导电结构电连接；/n键合所述第一晶圆与所述第二晶圆，使所述第一导电结构与所述第二导电结构电连接。/n

【技术特征摘要】
1.一种图像传感器的像素结构形成的方法，其特征在于，包括：
形成第一晶圆，所述第一晶圆内包括感光单元与第一导电结构，所述感光单元与所述第一导电结构电连接；
形成第二晶圆，所述第二晶圆内包括存储节点单元与第二导电结构，所述存储节点单元与所述第二导电结构电连接；
键合所述第一晶圆与所述第二晶圆，使所述第一导电结构与所述第二导电结构电连接。


2.如权利要求1所述图形传感器的像素结构形成的方法，其特征在于，所述第一晶圆包括第一衬底以及位于所述第一衬底上的第一绝缘层，所述第一晶圆具有相对立的第一面与第二面，所述第一面为所述第一绝缘层的顶部表面，所述第二面为所述第一衬底的底部表面。


3.如权利要求2所述图形传感器的像素结构形成的方法，其特征在于，所述第二晶圆包括第二衬底以及位于所述第二衬底上的第二绝缘层，所述第二晶圆具有相对立的第三面与第四面，所述第三面为所述第二绝缘层的顶部表面，所述第四面为所述第二衬底的底部表面。


4.如权利要求3所述图形传感器的像素结构形成的方法，其特征在于，键合所述第一晶圆与所述第二晶圆的方法包括：将所述第一晶圆的第二面朝向所述第二晶圆的第三面进行加压贴合；在对所述第一晶圆与所述第二晶圆加压贴合之后，对所述第一晶圆与所述第二晶圆进行第一退火处理。


5.如权利要求4所述图形传感器的像素结构形成的方法，其特征在于，所述第一导电结构包括第一金属层与导电插塞，所述第一金属层位于所述第一绝缘层内，所述感光单元与所述第一金属层电连接；所述导电插塞包括相对立的第一端与第二端，所述第一端位于所述第一绝缘层内，且所述第一端与所述第一金属层电连接，所述第二端位于所述第一衬底内，且所述第二端上形成有第一凸点。


6.如权利要求5所述图形传感器的像素结构形成的方法，其特征在于，所述第二导电结构包括第二金属层，所述第二金属层位于所述第二绝缘层内，所述存储节点单元与所述第二金属层电连接，所述第二晶圆的第三面暴露出所述第二金属层表面，所述第二金属层表面形成有第二凸点；将所述第二凸点与所述第一凸点进行键合。


7.如权利要求6所述图形传感器的像素结构形成的方法，其特征在于，所述第一凸点的材料包括InAg、InCu、InSn、InNi、InSnCu、InAu或InSnAu；所述第二凸点的材料包括InAg、InCu、InSn、InNi、InSnCu、InAu或InSnAu。


8.如权利要求4所述图形传感器的像素结构形成的方法，其特征在于，所述第一退火处理的参数包括：退火温度范围为120℃～350℃，退火时间为10min～60min。


9.如权利要求5所述图形传感器的像素结构形成的方法，其特征在于，所述导电插塞形成的方法包括：在所述第一衬底与所述第一绝缘层内形成填充孔，...

【专利技术属性】
技术研发人员：王林，黄金德，胡万景，汪立，罗文哲，
申请(专利权)人：昆山锐芯微电子有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32