【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及半导体制造技术，特别涉及一种双层堆叠cmos图像传感器。
技术介绍
1、通常cmos图像传感器(cis)的一个有源像素单元包含位于外延层中的光电二极管(photo diode，pd)和多个像素晶体管(pixel transistors)，以4t结构cmos图像传感器为例，如图1所示，四个像素晶体管具体分别为传输门晶体管(transfer gate，tg)、源极跟随管(source follow，sf)、复位管(reset，rst)和行选择管(row select，rs)。其中，4t结构cmos图像传感器的基本工作原理是这样的：光电二极管pd作用是实现光电转换，传输门晶体管tx可以理解为用于控制电子从光电二极管传输到浮置扩散区的开关，浮动扩散区(floating diffusion，fd)可以理解为一个电容用于存储光电转换产生的电子，源极跟随管sf为用于控制浮置扩散区的电子传输到信号线的开关，复位管rst用于重置电路中的电压信号，行选择管rs用于控制像素单元信号输出的开关，通过这个开关我们可以控制哪个像素单元信号先输出，哪个后输出。光照前，打开复位管和传输门晶体管，将光电二极管区域的原有的电子释放；在光照时，关闭所有晶体管，在光电二极管空间电荷区产生电荷；读取时，打开传输门晶体管，将存储在光电二极管区的电荷传输到浮动扩散区fd，传输后，传输门晶体管关闭，并等待下一次光照的进入。在浮动扩散区fd的电荷信号随后用于调整源极跟随管，将电荷转变为电压，并通过行选择管将电流输出到模数转换电路中。
2、当前主流堆叠式
技术实现思路
1、本专利技术要解决的技术问题是提供一种双层堆叠cmos图像传感器，能大幅增加图像传感器的满阱电容，增加动态范围，使暗电流以及图像噪声得到大幅下降，能同时提升暗线噪声和满阱电容，使cmos图像传感器在夜间和其他昏暗场景下较少产生图像噪点。
2、为解决上述技术问题，本专利技术提供的双层堆叠cmos图像传感器，为4t结构cmos图像传感器，其像素单元的光电二极管pd、传输门晶体管tg及第一浮动扩散区形成在第一基片sb1；
3、光电二极管pd位于第一基片sb1竖向底部；
4、传输门晶体管tg及第一浮动扩散区位于光电二极管pd竖向顶侧；
5、第一浮动扩散区位于传输门晶体管tg横向周侧；
6、其像素单元的源极跟随管sf、复位晶体管rst、行选择管rs及第二浮动扩散区形成在第二基片sb2；
7、第一基片sb1、第二基片sb2分别封装；
8、第二基片sb2堆叠在第一基片sb1顶侧，第一浮动扩散区同第二浮动扩散区通过穿透硅通孔接在一起构成像素单元的浮动扩散区fd。
9、较佳的，第二基片sb2底侧同第一基片sb1顶侧键合在一起。
10、较佳的，第一浮动扩散区同第二浮动扩散区在竖向投影有重叠区域。
11、较佳的，所述源极跟随管sf、复位晶体管rst及行选择管rs横向布置形成在所述第二基片sb2。
12、较佳的，第二浮动扩散区位于源极跟随管sf及复位晶体管rst横向周侧。
13、较佳的，像素单元的源极跟随管sf的面积大于复位晶体管rst、行选择管rs面积的2倍。
14、较佳的，像素单元的源极跟随管sf的面积为复位晶体管rst、行选择管rs面积的5～20倍。
15、较佳的，图像传感器的信号处理逻辑电路形成在第二基片sb2。
16、本专利技术的双层堆叠cmos图像传感器，将像素单元的光电二极管pd及传输门晶体管tg沿竖向依次形成在第一基片sb1，像素单元的其他像素晶体管(pixel transistors)形成在第二基片sb2，第一基片sb1、第二基片sb2分别独立封装，第二基片sb2堆叠在第一基片sb1顶侧上面而不是并排。该双层堆叠cmos图像传感器，由于光电二极管pd与像素单元的传输门晶体管tg之外的其他像素晶体管分别位于2个独立的基板上，光电二极管pd区域面积可以大幅提高，从而能大幅增加图像传感器的满阱电容(能增加约一倍)，增加动态范围。同时，由于像素单元的传输门晶体管tg之外的其他像素晶体管形成在第二基片sb2上，光电二极管pd区域只需加强与传输门晶体管tg以及同其他像素单元之间的隔离，可以扩大p型阱隔离宽度来改善隔离效果，使暗电流以及图像噪声得到大幅下降。所以，该双层堆叠cmos图像传感器能同时提升暗线噪声和满阱电容，从而可以使cmos图像传感器在夜间和其他昏暗场景下较少产生图像噪点。而且，由于源极跟随管sf所在基片不形成传输门晶体管tg及光电二极管pd，可以增大源极跟随管sf的尺寸，通过增加源极跟随管sf尺寸能够提高图像传感器暗光下的光信号处理能力，改善源极跟随管sf的放大性能，使图像传感器的整体饱和信号量相比于传统图像传感器大幅增加(能增加一倍)，从而能扩大动态范围以及降低暗电流，改善图像噪声。
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1.一种双层堆叠CMOS图像传感器，为4T结构CMOS图像传感器，其特征在于，其像素单元的光电二极管(PD)、传输门晶体管(TG)及第一浮动扩散区形成在第一基片(SB1)；
2.根据权利要求1所述的双层堆叠CMOS图像传感器，其特征在于，
3.根据权利要求1所述的双层堆叠CMOS图像传感器，其特征在于，
4.根据权利要求1所述的双层堆叠CMOS图像传感器，其特征在于，
5.根据权利要求1所述的双层堆叠CMOS图像传感器，其特征在于，
6.根据权利要求1所述的双层堆叠CMOS图像传感器，其特征在于，
7.根据权利要求1所述的双层堆叠CMOS图像传感器，其特征在于，
8.根据权利要求1所述的双层堆叠CMOS图像传感器，其特征在于，
【技术特征摘要】
1.一种双层堆叠cmos图像传感器，为4t结构cmos图像传感器，其特征在于，其像素单元的光电二极管(pd)、传输门晶体管(tg)及第一浮动扩散区形成在第一基片(sb1)；
2.根据权利要求1所述的双层堆叠cmos图像传感器，其特征在于，
3.根据权利要求1所述的双层堆叠cmos图像传感器，其特征在于，
4.根据权利要求1...
【专利技术属性】
技术研发人员：方兴，秋沉沉，钱俊，孙昌，魏峥颖，
申请(专利权)人：上海华力微电子有限公司，
类型：发明
国别省市：
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