CMOS圖像傳感器及其形成方法技術

一種CMOS圖像傳感器及其形成方法，其中所述CMOS圖像傳感器CMOS圖像傳感器由底層信號處理層、中間電容層、圖像傳感器層構成堆疊的結構，由于信號處理電路和電容制作在不同于圖像傳感單元所在的襯底上，因而第三襯底上圖像傳感單元的感光區(qū)面積可以做得更大，在保證CMOS圖像傳感器集成度較高的同時，提高了填充因子的大小；并且中間電容層中的電容的第一電極材料層呈倒“V”型或“U”型，使得單位面積內的第一電極材料層的面積增大，提高了形成的電容的電容值的大小，有利于減小CMOS圖像傳感器工作時產生的熱噪音；并且第一到第四金屬互連結構還用于阻擋外部的光線向下傳輸而產生影響，影響電容和信號處理電路的性能。

CMOS image sensor and method for forming the same

A CMOS image sensor and its forming method, wherein the CMOS image sensor and CMOS image sensor by the structure of the underlying signal processing layer, middle layer, capacitor layer stacked image sensor, the signal processing circuit and a capacitor in the substrate is different from the image sensing unit in the sensitive area, so the image sensing unit third the substrate can be made larger, the CMOS image sensor with high degree of integration at the same time, improve the filling factor of the size; and the first electrode layer capacitance capacitor intermediate layer in the inverted \V\ or \U\ type, the increase of the first layer of electrode material per unit area of the area, improve the capacitance of the capacitance formed the value of the size of a CMOS image sensor to reduce the thermal noise generated at work; and the first to the fourth metal interconnection structure with The transmission of the light that blocks the outside is affected, affecting the performance of the capacitor and signal processing circuitry.

【技術實現(xiàn)步驟摘要】
CMOS圖像傳感器及其形成方法
本專利技術涉及圖像傳感領域，特別涉及一種堆疊結構的CMOS圖像傳感器及其形成方法。
技術介紹
隨著電氣技術和電子技術的快速發(fā)展，越來越多應用圖像傳感器技術的現(xiàn)代移動電子產品，如智能手機、數(shù)碼相機、筆記本電腦等得到飛速發(fā)展及普及。目前，人們在手機等電子產品上的消費比例越來越高，對產品的質量和個人體驗要求越來越苛刻。現(xiàn)在電子產品都具備照相和攝像功能，像素由原先的幾十萬，發(fā)展到500、500萬甚至更高。圖像傳感器作為電子產品成像的主要部件，對其成像品質的要求也越來越高。圖像傳感器是指將光信號轉換為電信號的裝置。圖像傳感器包括電荷耦合器件(ChargeCoupledDevice，簡稱CCD)和互補金屬氧化物半導體(ComplementaryMetal-Oxide-SemiconductorTransistor，簡稱CMOS)圖像傳感器芯片。CMOS圖像傳感器和傳統(tǒng)的CCD傳感器相比具有的低功耗，低成本和與CMOS工藝兼容等特點，因此得到越來越廣泛的應用。現(xiàn)在CMOS圖像傳感器不僅用于消費電子領域，例如數(shù)碼相機，手機攝像頭和攝像機中，而且在汽車電子，監(jiān)控，生物技術和醫(yī)學等領域也得到了廣泛的應用。但是現(xiàn)有CMOS圖像傳感器的性能仍有待提高。
技術實現(xiàn)思路
本專利技術解決的問題是怎樣提高CMOS圖像傳感器的性能，減小噪音。為解決上述問題，本專利技術提供一種CMOS圖像傳感器的形成方法，包括：提供第一襯底，在所述第一襯底上形成第一介質層；在所述第一介質層上形成若干分立的第一極板；形成覆蓋所述第一極板和第一介質層的第二介質層；刻蝕所述第二介質層，在所述第二介質層中形成若干刻蝕槽，每個刻蝕槽暴露出相應的第一極板的表面；在所述刻蝕槽的側壁和底部表面形成第一電極材料層；在所述第一電極材料層表面和第二介質層表面形成電介質材料層；在刻蝕槽內的電介質材料層表面形成填充剩余刻蝕槽的第二電極材料層；在所述電介質材料層上形成若干分立的第二極板，每個第二極板與相應的第二電極材料層電連接；形成覆蓋所述第二極板和電介質材料層的第三介質層，所述第三介質層中形成有若干第一金屬互連結構，每個第一金屬互連結構與相應的第二極板電連接；提供第二襯底，所述第二襯底上形成有若干分立的信號處理電路；形成覆蓋所述第二襯底的第四介質層，所述第四介質層中形成有若干分立的第二金屬互連結構，每個第二金屬互連結構與相應的信號處理電路電連接；將第三介質層與第四介質層鍵合，第三介質層中的第一金屬互連結構和第四介質層中的第二金屬互連結構鍵合，第一金屬互連結構與第二金屬互連結構電連接；鍵合后，去除第一襯底，在第一介質層中形成第三金屬互連結構，所述第三金屬互連結構與第二極板電連接；提供第三襯底，所述第三襯底上形成有若干分立的圖像傳感單元；在所述第三襯底上形成第五介質層，所述第五介質層中形成有若干分立的第四金屬互連結構，所述第四金屬互連結構與圖像傳感單元電連接；將第一介質層和第五介質層鍵合，第一介質層中的第三金屬互連結構與第五介質層中的第四金屬互連結構鍵合，第三金屬互連結構與第四金屬互連結構電連接。可選的，每個刻蝕槽包括至少一個子凹槽。可選的，每個刻蝕槽中子凹槽的數(shù)量≥2個時，相鄰子凹槽是相互分立的，每個子凹槽的底部暴露出同一第二極板的表面。可選的，刻蝕槽的每個子凹槽中形成一個第一子電極材料層及位于電介質材料層上對應的第二子電極材料層，若干第一子電極材料層構成第一電極材料層，若干第二子電極材料層構成第二電極材料層。所述鍵合工藝包括融合鍵合和金屬鍵合，在進行鍵合時先進行融合鍵合，再進行金屬鍵合，金屬鍵合的溫度為350～450攝氏度。可選的，所述第二電極材料層和第一電極材料層的為摻雜的多晶硅。可選的，所述第一電極材料層的厚度為200～1000埃，所述第一電極材料層中雜質離子的濃度為1E17atom/cm3～1E21atom/cm3。可選的，所述電介質材料層的材料為氧化硅、氮化硅、氮氧化硅或高K介質材料的一種或幾種。可選的，所述電介質材料層的厚度為10～500埃。可選的，第一金屬互連結構、第二金屬互連結構、第三金屬互連結構、第四金屬互連結構為雙大馬士革或者單大馬士革互連結構。可選的，每個第四金屬互連結構與一個圖像傳感單元電連接。可選的，每個第四金屬互連結構與至少兩個圖像傳感單元電連接。可選的，所述圖像傳感器為背照式圖像傳感器。本專利技術提供了一種CMOS圖像傳感器，包括：底層信號處理層，所述底層信號處理層包括：第二襯底，所述第二襯底上形成有若干分立的信號處理電路；位于所述第二襯底上的第四介質層，所述第四介質層中形成有若干分立的第二金屬互連結構，每個第二金屬互連結構與相應的信號處理電路電連接；位于底層信號處理層上的中間電容層，所述中間電容層包括：介質層；位于介質層中的若干電容，每個電容從上到下包括：第一極板、與第一極板電連接的倒“V”型或“U”型的第一電極材料層、與第一電極材料層相對的第二電極材料層、位于第一電極材料層和第二電極材料層之間的電介質材料層；位于介質層中與第一極板電連接的第三金屬互連結構，第三金屬互連結構位于第一極板上方；位于介質層與第二極板電連接的第一金屬互連結構，第一金屬互連結構位于第二極板下方，且所述第一金屬互連結構與第二金屬互連結構鍵合連接；位于中間電容層上的圖像傳感器層，所述圖像傳感器層包括第三襯底，所述第三襯底正面上形成有若干分立的圖像傳感單元；位于第三襯底正面上的第五介質層，所述第五介質層中形成有若干分立的第四金屬互連結構，所述第四金屬互連結構的一端與圖像傳感單元電連接，第四金屬互連結構的另一端與第三金屬互連結構鍵合連接。可選的，每個倒“V”型或“U”型的第一電極材料層包括至少一個倒“V”型或“U”型的第一子電極材料層。可選的，每個倒“V”型或“U”型的第一電極材料層中倒“V”型或“U”的第一子電極材料層數(shù)量≥2個時，若干“V”型或“U”型的第一子電極材料層的型底端通過第一極板電連接，相鄰倒“V”型或“U”型的第一子電極材料層的的開口端是相互分立的，每個倒“V”型或“U”型第一子電極材料層與介質層中一個第二子電極材料層對應，相鄰第二子電極材料層之間是相互分立的，每個第二子電極材料層位于相應的第一子電極材料層的“V”型或“U”型口內，第一子電極材料層和第二子電極材料層之間通過電介質材料層隔離，若干第二子電極材料層構成第二電極材料層，若干第二子電極材料層一端通過一個第二極板電連接。可選的，所述第二極板和第一極板的材料為摻雜多晶硅或金屬。可選的，所述第二電極材料層和第一電極材料層的為摻雜的多晶硅。可選的，所述第一電極材料層的厚度為200～1000埃，所述第一電極材料層中雜質離子的濃度為1E17atom/cm3～1E21atom/cm3。與現(xiàn)有技術相比，本專利技術的技術方案具有以下優(yōu)點：本專利技術的CMOS圖像傳感器的形成方法，底層信號處理層(包括信號處理電路)、中間電容層(包括電容)、圖像傳感器層(包括圖像傳感單元)通過獨立的工藝形成，然后通過鍵合工藝將底層信號處理層、中間電容層、圖像傳感器層鍵合形成堆疊的結構，實現(xiàn)圖像傳感器層與中間電容層電連接以及中間電容層與信號處理層的電連接，由于制作過程中，信號處理電路和電容制作在不同于圖像傳感單元本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種CMOS圖像傳感器的形成方法，其特征在于，包括：提供第一襯底，在所述第一襯底上形成第一介質層；在所述第一介質層上形成若干分立的第一極板；形成覆蓋所述第一極板和第一介質層的第二介質層；刻蝕所述第二介質層，在所述第二介質層中形成若干刻蝕槽，每個刻蝕槽暴露出相應的第一極板的表面；在所述刻蝕槽的側壁和底部表面形成第一電極材料層；在所述第一電極材料層表面和第二介質層表面形成電介質材料層；在刻蝕槽內的電介質材料層表面形成填充剩余刻蝕槽的第二電極材料層；在所述電介質材料層上形成若干分立的第二極板，每個第二極板與相應的第二電極材料層電連接；形成覆蓋所述第二極板和電介質材料層的第三介質層，所述第三介質層中形成有若干第一金屬互連結構，每個第一金屬互連結構與相應的第二極板電連接；提供第二襯底，所述第二襯底上形成有若干分立的信號處理電路；形成覆蓋所述第二襯底的第四介質層，所述第四介質層中形成有若干分立的第二金屬互連結構，每個第二金屬互連結構與相應的信號處理電路電連接；將第三介質層與第四介質層鍵合，第三介質層中的第一金屬互連結構和第四介質層中的第二金屬互連結構鍵合，第一金屬互連結構與第二金屬互連結構電連接；鍵合后，去除第一襯底，在第一介質層中形成第三金屬互連結構，所述第三金屬互連結構與第二極板電連接；提供第三襯底，所述第三襯底上形成有若干分立的圖像傳感單元；在所述第三襯底上形成第五介質層，所述第五介質層中形成有若干分立的第四金屬互連結構，所述第四金屬互連結構與圖像傳感單元電連接；將第一介質層和第五介質層鍵合，第一介質層中的第三金屬互連結構與第五介質層中的第四金屬互連結構鍵合，第三金屬互連結構與第四金屬互連結構電連接。...

【技術特征摘要】
1.一種CMOS圖像傳感器的形成方法，其特征在于，包括：提供第一襯底，在所述第一襯底上形成第一介質層；在所述第一介質層上形成若干分立的第一極板；形成覆蓋所述第一極板和第一介質層的第二介質層；刻蝕所述第二介質層，在所述第二介質層中形成若干刻蝕槽，每個刻蝕槽暴露出相應的第一極板的表面；在所述刻蝕槽的側壁和底部表面形成第一電極材料層；在所述第一電極材料層表面和第二介質層表面形成電介質材料層；在刻蝕槽內的電介質材料層表面形成填充剩余刻蝕槽的第二電極材料層；在所述電介質材料層上形成若干分立的第二極板，每個第二極板與相應的第二電極材料層電連接；形成覆蓋所述第二極板和電介質材料層的第三介質層，所述第三介質層中形成有若干第一金屬互連結構，每個第一金屬互連結構與相應的第二極板電連接；提供第二襯底，所述第二襯底上形成有若干分立的信號處理電路；形成覆蓋所述第二襯底的第四介質層，所述第四介質層中形成有若干分立的第二金屬互連結構，每個第二金屬互連結構與相應的信號處理電路電連接；將第三介質層與第四介質層鍵合，第三介質層中的第一金屬互連結構和第四介質層中的第二金屬互連結構鍵合，第一金屬互連結構與第二金屬互連結構電連接；鍵合后，去除第一襯底，在第一介質層中形成第三金屬互連結構，所述第三金屬互連結構與第二極板電連接；提供第三襯底，所述第三襯底上形成有若干分立的圖像傳感單元；在所述第三襯底上形成第五介質層，所述第五介質層中形成有若干分立的第四金屬互連結構，所述第四金屬互連結構與圖像傳感單元電連接；將第一介質層和第五介質層鍵合，第一介質層中的第三金屬互連結構與第五介質層中的第四金屬互連結構鍵合，第三金屬互連結構與第四金屬互連結構電連接。2.如權利要求1所述的CMOS圖像傳感器的形成方法，其特征在于，每個刻蝕槽包括至少一個子凹槽。3.如權利要求2所述的CMOS圖像傳感器的形成方法，其特征在于，每個刻蝕槽中子凹槽的數(shù)量≥2個時，相鄰子凹槽是相互分立的，每個子凹槽的底部暴露出同一第二極板的表面。4.如權利要求3所述的CMOS圖像傳感器的形成方法，其特征在于，刻蝕槽的每個子凹槽中形成一個第一子電極材料層及位于電介質材料層上對應的第二子電極材料層，若干第一子電極材料層構成第一電極材料層，若干第二子電極材料層構成第二電極材料層。5.如權利要求1所述的CMOS圖像傳感器的形成方法，其特征在于，所述鍵合工藝包括融合鍵合和金屬鍵合，在進行鍵合時先進行融合鍵合，再進行金屬鍵合，金屬鍵合的溫度為350～450攝氏度。6.如權利要求1所述的CMOS圖像傳感器的形成方法，其特征在于，所述第二電極材料層和第一電極材料層的為摻雜的多晶硅。7.如權利要求6所述的CMOS圖像傳感器的形成方法，其特征在于，所述第一電極材料層的厚度為200～1000埃，所述第一電極材料層中雜質離子的濃度為1E17atom/cm3～1E21atom/cm3。8.如權利要求1所述的CMOS圖像傳感器的形成方法，其特征在于，所述電介質材料層的材料為氧化硅、氮化硅、氮氧化硅或高K介質材料的一種或幾種。9.如權利要求1所述的CMOS圖像傳感器的形成方法，其特征在于，所述電介質材料層的厚度為10～500埃。10.如權利要求1所述的CMOS圖像...

【專利技術屬性】
技術研發(fā)人員：黃河，克里夫·德勞利，高關且，包德君，
申請(專利權)人：中芯國際集成電路制造上海有限公司，中芯國際集成電路制造北京有限公司，
類型：發(fā)明
國別省市：上海,31