[发明专利]用于背照式图像传感器的装置和方法

说明书

技术领域

本发明一般地涉及半导体技术领域，更具体地来说，涉及用于背照式图像传感器的装置和方法。

背景技术

随着技术演进，由于CMOS图像传感器中固有的一些优势，互补金属氧化物半导体(CMOS)图像传感器比传统的电荷耦合元件(CDD)更受欢迎。尤其是，CMOS图像传感器可以具有较高的图像捕获率、较低的工作电压、较低的功耗和较高的抗扰度。另外，可以在与逻辑和存储器件相同的高容量晶圆生产线上制造CMOS图像传感器。结果，CMOS图像芯片可以包括图像传感器和所有必需的逻辑器件(例如，放大器，A/D转换器等)。

CMOS图像传感器为像素化的金属氧化物半导体。CMOS图像传感器通常包括感光图像元件(像素)的阵列，感光图像元件中的每个都可以包括晶体管(开关二极管和复位晶体管)、电容器以及感光元件(例如，光电二极管)。CMOS图像传感器使用感光CMOS电路以将光子转换成电子。感光CMOS电路通常包括形成在硅衬底中的光电二极管。当光电二极管暴露在光下时，在光电二极管中感应电荷。当来自主体场景(subject scene)光入射到像素上时，每个像素可以产生与落在像素上的光量成比例的电子。而且，电子被转换成像素中的电压信号并且进一步通过A/D转换器转换成数字信号。许多外围电路可接收数字信号并且对这些数字信号进行处理以显示主体场景的图像。

CMOS图像传感器可以包括诸如形成在衬底顶部上的介电层和互连金属层的多个附加层，其中，互连层用于连接光电二极管和外围电路。具有CMOS图像传感器的附加层的侧面通常称为前面，而具有衬底的侧面称为背面。根据光路的区别，CMOS图像传感器可以进一步分成两个主类，即，前照式(FSI)图像传感器和背照式(BSI)图像传感器。

在前照式(FSI)图像传感器中，来自主体场景的光入射到CMOS图像传感器的前面上，穿过介电层和互连层，并且最终落在光电二极管上。光路径中的附加层(例如，不透明和反射金属层)可以限制通过光电二极管吸收的光量以降低量子效率。相反，没有来自BSI图像传感器中的附加层(例如，金属层)的障碍。光入射在CMOS图像传感器的背面上。结果，光可以通过直接路径到达光电二极管。这种直接路径有助于提高转换成电子的光子数量。

发明内容

为了解决现有技术中所存在的缺陷，根据本发明的一方面，提供了一种方法，包括：提供第一晶圆，所述第一晶圆包括光有源区和连接至所述光有源区的图像传感器的第一晶体管；在所述第一晶圆的第一面上形成第一接合焊盘；提供第二晶圆，所述第二晶圆包括所述图像传感器的逻辑电路以及位于所述第二晶圆的第一面上的第二接合焊盘；将所述第一晶圆堆叠在所述第二晶圆上；以及接合所述第一晶圆和所述第二晶圆，其中：位于所述第一晶圆的第一面上的所述第一接合焊盘电连接至位于所述第二晶圆的第一面上的所述第二接合焊盘；并且所述图像传感器的所述第一晶体管电连接至所述图像传感器的所述逻辑电路。

该方法进一步包括：在所述第一晶圆的第二面上形成输入/输出部件，其中，所述输入/输出部件连接至所述图像传感器的所述逻辑电路。

在该方法中，所述输入/输出部件包括铝铜焊盘。

该方法进一步包括：在接合所述第一晶圆和所述第二晶圆的步骤之后，将所述第一晶圆的第二面减薄至第一厚度。

在该方法中，所述第一厚度在大约2um至大约3um的范围内。

该方法进一步包括：在所述第一晶圆的第二面上形成p+层；以及对所述p+层施加退火工艺。

该方法进一步包括：在所述第一晶圆中形成第二晶体管，其中：所述第一晶体管为所述图像传感器的转移晶体管；所述第二晶体管为复位晶体管；并且所述图像传感器的所述第一晶体管、所述图像传感器的所述第二晶体管、形成在所述第一晶圆中的源极跟随器、形成在所述第一晶圆中的选择晶体管以及所述光有源区形成4晶体管背照式图像传感器。

该方法进一步包括：在具有第一导电性的衬底上生长外延层；在所述外延层中注入具有第二导电性的离子以形成第一光有源区；在所述外延层中注入具有所述第一导电性的离子以形成第二光有源区；以及减薄所述衬底的背面直到暴露所述外延层。