图像传感器及其形成方法技术

本公开的各种实施例针对图像传感器。图像传感器包括接合到第二芯片的第一芯片。第一芯片包括半导体衬底。第一芯片包括第一晶体管单元和第二晶体管单元。第二晶体管单元与第一晶体管单元横向间隔开。第一衬底贯通孔(TSV)垂直延伸穿过半导体衬底。第一晶体管单元电耦接到第一TSV。第二TSV垂直延伸穿过第一半导体衬底。第二晶体管单元电耦接到第二TSV。第二芯片包括电耦接到第一TSV和第二TSV的第一读出电路。第一读出电路横向设置在第一TSV和第二TSV之间。第一读出电路被配置为从第一晶体管单元接收第一信号。本申请的实施例还涉及形成图像传感器的方法。传感器的方法。传感器的方法。

【技术实现步骤摘要】
图像传感器及其形成方法


[0001]本申请的实施例涉及图像传感器及其形成方法。

技术介绍

[0002]许多现代电子设备(例如，智能手机、数码相机、生物医学成像设备、汽车成像设备等)包括图像传感器。图像传感器包括一个或多个光电检测器(例如，光电二极管、光晶体管、光敏电阻器等)，其被配置为吸收入射辐射并输出对应于入射辐射的电信号。一些类型的图像传感器包括电荷耦合器件(CCD)图像传感器和互补金属氧化物半导体(CMOS)图像传感器。与CCD图像传感器相比，CMOS图像传感器由于功耗低、体积小、数据处理速度快、直接输出数据和制造成本低而备受青睐。一些类型的CMOS图像传感器包括前侧照明(FSI)图像传感器和背侧照明(BSI)图像传感器。

技术实现思路

[0003]根据本申请的实施例的一个方面，提供了一种图像传感器，图像传感器包括第一芯片。第一芯片包括：第一半导体衬底，其中第一半导体衬底具有第一侧和第二侧，并且其中第一半导体衬底的第二侧与第一半导体衬底的第一侧相对；第一晶体管单元和第二晶体管单元，设置在晶体管单元阵列中，其中第一晶体管单元包括沿着第一半导体衬底的第一侧设置的第一多个晶体管，其中第一晶体管单元被配置为操作第一光电检测器单元，其中第二晶体管单元包括沿着第一半导体衬底的第一侧设置的第二多个晶体管，其中第二晶体管单元被配置为操作第二光电检测器单元，并且其中二晶体管单元与第一晶体管单元横向间隔开；第一衬底贯通孔，垂直延伸穿过第一半导体衬底，其中第一晶体管单元电耦接到第一衬底贯通孔，其中第一晶体管单元被配置为向第一衬底贯通孔提供第一信号，第一信号对应于在第一光电检测器单元的光电检测器中累积的电荷的数量；和第二衬底贯通孔，垂直延伸穿过第一半导体衬底，其中第二晶体管单元电耦接到第二衬底贯通孔，其中第二晶体管单元被配置为向第二衬底贯通孔提供第二信号，第二信号对应于在第二光检测器单元的光电检测器中累积的电荷的数量。图像传感器还包括第二芯片。第二芯片包括：第二半导体衬底，其中第二芯片接合到第一芯片；第一层间介电结构，垂直地设置在第二半导体衬底和第一半导体衬底之间，并且其中第一半导体衬底的第一侧垂直地设置在第一半导体衬底的第二侧和第二半导体衬底之间；和第一读出电路，电耦接到第一衬底贯通孔并且电耦接到第二衬底贯通孔，其中第一读出电路至少部分地横向设置在第一衬底贯通孔和二衬底贯通孔之间。
[0004]根据本申请的实施例的另一个方面，提供了一种图像传感器，图像传感器包括：第一芯片。第一芯片包括设置在晶体管单元阵列的行和列内的多个晶体管单元，其中多个晶体管单元分别包括被配置为操作光电检测器单元的多个二极管。图像传感器还包括第二芯片。第二芯片包括多个读出电路。图像传感器还包括多个衬底贯通孔，延伸穿过第一芯片。其中多个衬底贯通孔包括：第一组多个衬底贯通孔，布置在晶体管单元阵列的第一行内，并
且被配置为将第一行内的多个晶体管单元的第一组电耦接到多个读出电路中的一个或多个第一读出电路；和第二组多个衬底贯通孔，布置在晶体管单元阵列的第二行内，并且被配置为将第二行内的多个晶体管单元的第二组电耦接到多个读出电路中的一个或多个第二读出电路。
[0005]根据本申请的实施例的又一个方面，提供了一种用于形成图像传感器的方法，方法包括：形成第一芯片。其中形成第一芯片包括：接收工件。其中工件包括：第一晶体管单元，设置在第一半导体衬底上；第二晶体管单元，设置在第一半导体衬底上，其中第二晶体管单元与第一晶体管元件横向间隔开；第一层间介电结构，沿着第一半导体衬底的第一侧设置；导电线，设置在第一层间介电结构中，其中第一晶体管单元和第二晶体管单元均电耦接到导电线。方法还包括：在第一半导体衬底和第一层间介电结构中形成开口，其中开口暴露导电线的横向设置在第一晶体管单元和第二晶体管单元之间的部分；以及在开口中形成衬底贯通孔，其中衬底贯通孔形成为电耦接到导电线；将第二芯片接合到第一芯片。其中：第二芯片包括第二半导体衬底和第二层间介电结构；第二芯片包括读出电路，读出电路包括放大器电路；第二芯片包括电耦接到放大器电路的第一接合焊盘；第二芯片接合到第一芯片，使得第一半导体衬底垂直地位于第二层间介电结构和第一层间介电结构之间；并且第二芯片接合到第一芯片，使得衬底贯通孔电耦接到第一接合焊盘。
附图说明
[0006]当结合附图进行阅读时，从以下详细描述可最佳理解本专利技术的各个方面。应该强调，根据工业中的标准实践，各个部件未按比例绘制并且仅用于说明的目的。实际上，为了清楚的讨论，各个部件的尺寸可以任意地增大或减小。
[0007]图1A
‑
图1B示出了高速读出图像传感器的一些实施例的各种视图。
[0008]图2示出了高速读出图像传感器的一些实施例的布局图。
[0009]图3示出了高速读出图像传感器的一些实施例的截面图。
[0010]图4示出了高速读出图像传感器的一些实施例的布局图。
[0011]图5示出了高速读出图像传感器的一些其他实施例的布局图。
[0012]图6示出了高速读出图像传感器的一些实施例的第三芯片的一些实施例的示意图。
[0013]图7示出了高速读出图像传感器的一些其他实施例的布局图。
[0014]图8示出了图7的高速读出图像传感器的一些实施例的第三芯片的一些实施例的示意图。
[0015]图9示出了高速读出图像传感器的一些其他实施例的布局图。
[0016]图10A
‑
图10B至图14A
‑
图14B示出了用于形成高速读出图像传感器的方法的一些实施例的一系列不同视图。
[0017]图15示出了用于形成高速读出图像传感器的方法的一些实施例的流程图。
具体实施方式
[0018]以下公开内容提供了许多用于实现本专利技术的不同特征不同的实施例或实例。下面描述了组件和布置的具体实施例或实例以简化本专利技术。当然，这些仅是实例而不旨在限制。
例如，在以下描述中，在第二部件上方或者上形成第一部件可以包括第一部件和第二部件直接接触形成的实施例，并且也可以包括在第一部件和第二部件之间可以形成额外的部件，从而使得第一部件和第二部件可以不直接接触的实施例。此外，本专利技术可以在各个示例中重复参考数字和/或字母。该重复是为了简单和清楚的目的，并且其本身不指示讨论的各个实施例和/或配置之间的关系。
[0019]此外，为了便于描述，本文中可以使用诸如“在
…
下方”、“在
…
下面”、“下部”、“在
…
上面”、“上部”等的间隔关系术语，以描述如图中所示的一个元件或部件与另一元件或部件的关系。除了图中所示的方位外，间隔关系术语旨在包括器件在使用或操作工艺中的不同方位。装置可以以其它方式定位(旋转90度或在其它方位)，并且在本文中使用的间隔关系描述符可以同样地作相应地解释。
[0020]许多便携式电子设备(例如，照相机、蜂窝电话等)包括用于捕获图像的图像传感器。这种图像传感器的一个示本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种图像传感器，包括：第一芯片，所述第一芯片包括：第一半导体衬底，其中所述第一半导体衬底具有第一侧和第二侧，并且其中所述第一半导体衬底的所述第二侧与所述第一半导体衬底的所述第一侧相对；第一晶体管单元和第二晶体管单元，设置在晶体管单元阵列中，其中所述第一晶体管单元包括沿着所述第一半导体衬底的所述第一侧设置的第一多个晶体管，其中所述第一晶体管单元被配置为对第一光电检测器单元进行操作，其中所述第二晶体管单元包括沿着所述第一半导体衬底的所述第一侧设置的第二多个晶体管，其中所述第二晶体管单元被配置为对第二光电检测器单元进行操作，并且其中所述二晶体管单元与所述第一晶体管单元横向间隔开；第一衬底贯通孔，垂直延伸穿过所述第一半导体衬底，其中所述第一晶体管单元电耦接到所述第一衬底贯通孔，其中所述第一晶体管单元被配置为向所述第一衬底贯通孔提供第一信号，所述第一信号对应于在所述第一光电检测器单元的光电检测器中累积的电荷的数量；和第二衬底贯通孔，垂直延伸穿过所述第一半导体衬底，其中所述第二晶体管单元电耦接到所述第二衬底贯通孔，其中所述第二晶体管单元被配置为向所述第二衬底贯通孔提供第二信号，所述第二信号对应于在所述第二光检测器单元的光电检测器中累积的电荷的数量；第二芯片，所述第二芯片包括：第二半导体衬底，其中所述第二芯片接合到所述第一芯片；第一层间介电结构，垂直地设置在所述第二半导体衬底和所述第一半导体衬底之间，并且其中所述第一半导体衬底的所述第一侧垂直地设置在所述第一半导体衬底的所述第二侧和所述第二半导体衬底之间；和第一读出电路，电耦接到所述第一衬底贯通孔并且电耦接到所述第二衬底贯通孔，其中所述第一读出电路至少部分地横向设置在所述第一衬底贯通孔和所述二衬底贯通孔之间。2.根据权利要求1所述的图像传感器，其中，所述第一读出电路包括位于所述第二芯片内的第一部分以及位于接合到所述第二芯片的第三芯片内的第二部分。3.根据权利要求1所述的图像传感器，其中，所述第一读出电路包括放大器电路，所述放大器电路包括设置在所述第二半导体衬底上的一个或多个第一读出器件。4.根据权利要求3所述的图像传感器，其中，所述一个或多个第一读出器件横向设置在所述第一衬底贯通孔和所述第二衬底贯通孔之间。5.根据权利要求1所述的图像传感器，其中：所述第一晶体管单元包括第一选择晶体管；所述第一选择晶体管的源极/漏极区电耦接到所述第一衬底贯通孔；所述第二晶体管单元包括第二选择晶体管；并且所述第二选择晶体管的源极/漏极区电耦接到所述第二衬底贯通孔。6.根据权利要求1所述的图像传感器，其中：所述第一衬底贯通孔与所述第一晶体管单元和所述第二晶体管单元横向间隔开至少
0.1微米；并且所述第二衬底贯通孔与所述第一...

【专利技术属性】
技术研发人员：锺积贤，王子睿，叶尚府，许慈轩，王铨中，杨敦年，
申请(专利权)人：台湾积体电路制造股份有限公司，
类型：发明
国别省市：