提供了一种具有三维集成结构的互补金属氧化物半导体（ＣＭＯＳ）器件及其制造方法。一种图像传感器包括：第一基板结构，在该结构中形成光检测器件；第二基板结构，在该结构中形成外围电路，其中所述第一基板和第二基板通过形成于所述第一基板和第二基板上的多个接合垫而接合，且所述第一基板的背面被翻转；以及微透镜，形成于所述第一基板的背面的顶部上。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及图像传感器；并且更具体地，涉及具有三维集成结构的互补金属氧化物半导体(CMOS)器件及其制造方法。
技术介绍
图像传感器是将光学图像转换成电信号的半导体器件。在图像传感器中，电荷耦合器件(CCD)是电荷载流子存储于其中并由于各个金属-氧化物-硅(MOS)电容器彼此紧密设置而转移到电容器的器件。同时，互补金属-氧化物-硅(CMOS)图像传感器使用CMOS技术，该技术利用控制电路和信号处理电路作为外围电路。CMOS图像传感器采用使MOS晶体管与像素数一样多的开关方法并使用MOS晶体管，并且因此CMOS图像传感器顺序检测输出。图1是块图，示出常规CMOS图像传感器的芯片布局。参考图1，像素阵列单元10位于中心。行驱动器15和列驱动器14分别位于像素阵列单元10的行和列的方向上。互相关数据采样(CDS)单元13位于像素阵列单元10和列驱动器14之间。模数转换器(ADC)11和可编程增益放大器(PGA)12位于像素阵列单元10的行方向上与行驱动器15相对的部分中。同样，数字控制块16位于不仅行驱动器15的侧部而且还有像素阵列单元10的上部。多个垫(pad)17沿芯片外侧设置，且垫17的每个连接到每个块。在图1所示的结构中，如果像素阵列单元10被视为光检测区域，除像素阵列单元10之外的剩余区被视为周边区。由于图1所示的芯片构造，每芯片面积的像素阵列单元10的面积限制为约40％。此外，减小像素尺寸以获得高质量并且相应地光检测器件所收到的光的量减少。减少的光量增加了由噪声增加导致的图像损失，由此使图像降级。图2是简要示出常规单元像素的截面视图。参考图2，场氧化物层FOX局部形成于通过堆叠高掺杂的P++-型区和P-型外延层而形成的基板SUB中，且包括转移晶体管(未示出)的多个晶体管(TR)形成于基板SUB上。例如，形成了光电二极管PD，所述光电二极管包括通过向与转移栅的一侧对准的基板SUB的下部中执行深离子注入而形成的N-型区(未示出)和位于与基板(SUB)接触的区中的P-型区(未示出)。尽管未示出，高掺杂的N+-型浮动扩散区通过在与转移栅的另一侧对准的基板SUB的下部中的离子注入而形成。形成金属线之前的预金属(pre-metal)电介质层(未示出)、第一金属线M1、第二金属线M2以及金属间电介质层IMD形成于所得到的结构的整个表面上。第一金属线M1和第二金属线M2形成为起到将电源线或信号线与单元像素和逻辑电路相连接的作用。此外，第一金属线M1和第二金属线M2起到另一作用，即作为防止光进入除光电二极管PD之外的区的屏蔽。此外，尽管在此第二金属线M2显示为最后的金属线，可以有包括多于两个金属线的其它情况。保护下部结构的钝化层PL形成于第二金属线M2上。第一涂覆层OCL1形成于钝化层PL上，以减小沿第二金属线M2所产生的高度差。在此，钝化层PL典型地具有氮化物层和氧化物层的双结构。根据每个单元像素来体现红、绿及蓝色的滤色器形成于第一涂覆层OCL1上。使用红、绿和蓝的典型基色；然而，也可使用黄、品红和青色的互补色。用于确保形成微透镜期间的工艺裕度的第二涂覆层OCL2形成于滤色器阵列CFA上。微透镜ML形成于第二涂覆层OCL2上且钝化形成于微透镜ML上以防止微透镜ML上的刮擦或损坏。但是，微透镜ML上的钝化未示出。如图2所述，由于在一个像素内检测光的部分不占用这个像素的整个空间，光检测区占用的部分相对于图像传感器的芯片面积得到更多的减小。
技术实现思路
因此，本专利技术的一个目的是提供一种能够最大化图像传感器芯片内的光检测区的图像传感器及其制造方法。根据本专利技术的一个方面，提供有图像传感器，包括第一基板，光检测器件形成于该基板中；第二基板，外围电路形成于该基板中，其中第一基板和第二基板通过形成于第一基板和第二基板二者上的多个接合垫而接合，且第一基板的背面被翻转；以及微透镜，形成于第一基板的背面的顶部上。根据本专利技术的另一方面，提供有一种用于制造图像传感器的方法，包括在第一基板内形成第一绝缘层；在所述第一绝缘层上形成外延层；在所述外延层内形成光电二极管；在相邻于所述光电二极管的外延层中形成转移晶体管；在所述转移晶体管的上部上形成多个第一接合垫；在第二基板上形成多个晶体管；形成扩展到所述第二基板内的多个连接单元；形成连接到所述连接单元的多个第二接合垫；将所述第二基板和所述第一基板接合到一起，以使所述第一接合垫和所述第二接合垫彼此面对；将输入/输出垫形成为连接到所述第二基板的背面中的所述连接单元；去除所述第一基板的背面以暴露所述第一基板背面中的第一绝缘层；以及在所述第一绝缘层上形成微透镜。附图说明本专利技术的以上和其它目的及特征相对于接合附图所给出的优选实施例的以下描述而将变得更好理解，其中 图1是块图，示出常规互补金属氧化物半导体(CMOS)图像传感器的芯片布局；图2是简单示出常规单元像素的截面视图；图3是截面视图，示出根据本专利技术的具体实施例的图像传感器的单元像素；以及图4A至4D是截面视图，示出根据本专利技术的具体实施例的CMOS图像传感器的制造工艺。具体实施例方式在下文中，将参考附图提供对本专利技术的优选实施例的详细描述。图3是截面视图，示出根据本专利技术的具体实施例的图像传感器的单元像素。该CMOS图像传感器包括以绝缘体上硅(SOI)结构所实施的第三绝缘层101；提供在第三绝缘层101上的滤色器阵列(CFA)112；提供在滤色器阵列112上的涂覆层113；形成于涂覆层113上的微透镜(ML)114；形成于微透镜114上的透镜钝化层115；光电二极管PD，以两个不同导电区103和104形成于第三绝缘层101之下；杂质区105，与作为光电二极管的下部即源区的导电区104接触，及杂质区106，被设置与杂质区105间隔开；以及栅电极107，使用杂质区105和106作为源/漏。栅电极107以及杂质区105和106形成转移晶体管Tx。光电二极管PD以及杂质区105和106位于外延层102上。在转移晶体管Tx的下部中形成了第二绝缘层108，而电连接到杂质区106的连接单元109通过穿透第二绝缘层108而形成。第一绝缘层110形成于第二绝缘层108和连接单元109之下。连接到连接单元109的多个金属线111A至111C通过穿透第一绝缘层110而形成。自第一绝缘层110至微透镜114的区表示光检测区，且该光检测区位于几乎整个芯片中。同时，操作光检测器件的外围电路通过另一第二基板200而集成，且该外围电路通过面对光检测器件的金属线111A至111C的多个金属线206A至206C而连接到所述光检测器件。外围电路包括形成于基板200上的多个栅电极；多个源/漏区202，位于基板200的下部中以与栅电极201对准；形成于栅电极201上的第一绝缘层203；以及多个第一连接单元204A，通过穿透第一绝缘层203而连接到源/漏区202。第一连接单元204A连接到金属线206A至206C，且金属线206A至206C由第二绝缘层205包围。通过穿透第一绝缘层203及第二绝缘层200的第二连接单元204B，金属线206C和垫207位于相对方向上。垫207由钝化层208包围。光检测器件和外围电路分别形成于两个分离的基板中。随后，其中形成光检测器件的基板被翻转以使相本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种图像传感器，包括：第一基板结构，在该结构中形成光检测器件；第二基板结构，在该结构中形成外围电路，其中所述第一基板和所述第二基板通过形成于所述第一基板和所述第二基板二者上的多个接合垫而接合，且当接合所述第一基板和所述第二基 板时所述第一基板的背面被翻转；以及微透镜，形成于所述第一基板的背面的顶部上。
【技术特征摘要】
KR 2004-12-30 10-2004-01159721.一种图像传感器，包括第一基板结构，在该结构中形成光检测器件；第二基板结构，在该结构中形成外围电路，其中所述第一基板和所述第二基板通过形成于所述第一基板和所述第二基板二者上的多个接合垫而接合，且当接合所述第一基板和所述第二基板时所述第一基板的背面被翻转；以及微透镜，形成于所述第一基板的背面的顶部上。2.权利要求1的图像传感器，其中所述第一基板结构包括绝缘层，具有绝缘体上硅(SOI)结构；滤色器阵列，插入所述绝缘层和所述微透镜之间；光电二极管，位于所述绝缘层之下；以及转移晶体管，形成于所述光电二极管和所述接合垫之间。3.权利要求1的图像传感器，其中所述第二基板结构包括多个晶体管，位于所述第二基板和所述接合垫之间；多个连接单元，通过穿透所述第二基板而连接到所述接合垫；以及输入/输出垫，位于所述第二基板的背面，且电连接到所述连接单元之一。4.权利要求2的图像传感器，其中所述绝缘层利用基于氧化物的层以范围从约0.3μm至约10μm的厚度形成。5.权利要求1的图像传感器，其中所述接合垫以铜(Cu)形成。6.权利要求3的图像传感器，其中每个所述连接单元的半径范围从约1μm至约5μm，且每个所述连接单元的长度范围从约5μm至约50μm。7.一种用于制造图像传感器的方法，包括在第一基板内形成第一绝缘层；在所述第一绝缘层上形成外延层；在所述外延层内形成光电二极管；在相邻于所述光电二极管的外延层中形成转移晶体管；在所述转移晶体管上形成多个第一接合垫；在第二基板上形成多个晶体管；形成扩展到所述第二基板内的多个连接单元；形成连接到所述连接单...
【专利技术属性】
技术研发人员：朴祥均，
申请(专利权)人：科洛司科技有限公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]
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