具有垂直沟道区的CMOS图像传感器及形成方法技术

本发明专利技术涉及一种具有垂直沟道区的CMOS图像传感器及一种CMOS图像传感器的形成方法。所述CMOS图像传感器中，光电二极管、传输晶体管以及浮置扩散区与像素电路中的另一些晶体管分别形成于两个键合单元中并垂向叠加，有助于减小像素的面积，提高集成度，所述光电二极管在相应键合单元中的设置空间充裕，像素的填充因子接近100％，可以兼顾动态范围以及尺寸微缩，从而提升CMOS图像传感器的性能。从而提升CMOS图像传感器的性能。从而提升CMOS图像传感器的性能。

【技术实现步骤摘要】
具有垂直沟道区的CMOS图像传感器及形成方法


[0001]本专利技术涉及图像传感器领域，尤其涉及一种具有垂直沟道区的CMOS图像传感器及一种CMOS图像传感器的形成方法。

技术介绍

[0002]CMOS图像传感器凭借其噪声小、集成度高、成本低等特点，被广泛应用在各种成像领域。目前常用的CMOS图像传感器采用如图1所示的4T
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APS(四晶体管有源像素传感器)结构的像素电路，该结构中的各电子元器件(如光电二极管、浮置扩散区(Floating Diffusion，FD)、传输晶体管(TX)、重置晶体管(RST)、源极跟随晶体管(SF)以及行选择晶体管(SEL))通常通过半导体工艺在衬底表面的二维平面内排布，在保证普通场景下高分辨率、高清晰度的同时又能够保证暗光场景下的图像质量，近几年得到了广泛应用，尤其是目前移动设备摄像头中的图像传感器普遍采用这种结构。
[0003]近几年，在一些移动设备上，例如手机、平板等，受限于其体积的限制，可安放图像传感器模组的空间有限，使得图像传感器需在较小的衬底面积内设置较大数量的像素。像素数量本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种具有垂直沟道区的CMOS图像传感器，其特征在于，包括相互键合的第一键合单元和第二键合单元；其中，所述第一键合单元包括第一衬底、形成于所述第一衬底上的传输晶体管栅极以及第一互连结构，所述第一衬底包括衬底主体和位于所述衬底主体一侧的鳍片，所述衬底主体中形成有二极管掺杂区，所述二极管掺杂区与所述衬底主体构成用于生成感光电荷的光电二极管，所述传输晶体管栅极位于所述鳍片侧面，与所述传输晶体管栅极相对的部分所述鳍片构成垂直沟道区，所述垂直沟道区与所述二极管掺杂区连接，所述鳍片上部与所述垂直沟道区连接且构成用于存储所述感光电荷的浮置扩散区，所述第一互连结构分别连接所述传输晶体管栅极和所述浮置扩散区；所述第二键合单元包括基于第二衬底形成的多个晶体管以及与多个所述晶体管连接的第二互连结构，并且，通过所述第一键合单元和所述第二键合单元键合，所述第一互连结构和所述第二互连结构连接。2.如权利要求1所述的CMOS图像传感器，其特征在于，所述传输晶体管栅极环绕所述鳍片。3.如权利要求1所述的CMOS图像传感器，其特征在于，所述传输晶体管栅极的顶表面低于所述鳍片的顶表面且高于所述浮置扩散区的底表面。4.如权利要求1所述的CMOS图像传感器，其特征在于，所述第一键合单元还包括形成于所述第一衬底上的横向溢出电容，所述横向溢出电容的一个电极与所述浮置扩散区连接，另一个电极与所述第一互连结构连接。5.如权利要求1所述的CMOS图像传感器，其特征在于，所述CMOS图像传感器中的像素采用4T
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APS像素电路，所述第二键合单元包括基于所述第二衬底形成的重置晶体管、源跟随晶体管以及行选择晶体管。6.一种CMOS图像传感器的形成方法，其特征在于，包括：形成第一键合晶圆，所述第一键合晶圆包括第一衬底、形成于所述第一衬底上的传输晶体管栅极以及第一互连结构，所述第一衬底包括衬底主体和位于所述衬底主体一侧的鳍片，所述衬底主体中形成有二极管掺杂区，所述二极管掺杂区与所述衬底主体构成用于生成感光电荷的光电二极管，所述传输晶体管栅极位于所述鳍片侧面，与所述传输晶体管栅极相对的部分所述鳍片构成垂直沟道区，所述垂直沟道区与所述二极管掺杂区连接，所述鳍片上部与所述垂直沟道区连接且构成用于存储所述感光电荷的浮置扩散区，所述第一互连结构分别连接所述传输晶体管栅极和所述浮置扩散区；形成第二键合晶圆，所述第二键合晶圆包括基于第二衬底形成的多个晶体管以及与多个所述晶体管连接的第二互连结构；以及键合所述第一键合晶圆和所述第二键合晶圆，其中，通过所述第一键合晶圆和所述第二键合晶圆键合，所述第一互连结构和所述第二互连结构连接。7.如权利要求6所述的形成方法，其特征在于，所述第一衬底具有第一掺杂类型；形成所述第一键合晶圆包括：对所述第一衬底内部进行第二掺杂类型的离子注入，以形成二极管掺杂区和位于所述二极管掺杂区上方且连接所述二极管掺杂区的沟道掺杂区；刻蚀所述第一衬底以形成衬底主体和位于所述衬底主体一侧的所述鳍片，保留在所述
鳍片中的所述沟道掺杂区为所述垂直沟道区；在所述鳍片侧面形成栅氧化层；在所述栅氧化层侧面形成传输晶体管栅极，所述传输晶体管栅极的顶表面低于所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：胡华，罗清威，
申请(专利权)人：武汉新芯集成电路制造有限公司，
类型：发明
国别省市：