[发明专利]基于背电极连接的CMOS图像传感器及其制备方法

说明书

本发明公开一种新型的背电极连接的CMOS图像传感器及其制备方法，利用背电极将光电探测器和信号处理器垂直连接，取代传统的基于TSV技术的3D堆叠，不需要单独为信号处理器提供额外的水平区域，从而实现高密度的3D堆叠结构，使得每个像素点拥有独立的信号处理器，同时实现高空间分辨率和帧速率。

技术领域

本发明涉及半导体技术领域，具体涉及一种基于背电极连接的CMOS图像传感器及其制备方法。

背景技术

为满足日益增长的高实境视频系统的需求，图像传感器的分辨率和帧率不断改进。常规的互补金属氧化物半导体（CMOS）图像传感器在同一平面上同时具备光电探测器和信号处理器，采用列并行信号处理，其中每列的多个像素操作时共享信号处理器，不利于帧速率的提高。像素并行信号处理使得每个像素拥有独立的信号处理器，平面型CMOS图像传感器将帧速率提高。

依托于像素并行处理，平面型CMOS图像传感器可以实现10,000帧/秒的信号处理帧速率，但由于平面中的每个像素都需要许多晶体管用于信号处理器，导致空间分辨率受限，不超过352×288像素。

TSV技术制备的传感器并非每个像素都拥有处理器，而是多个像素共享同一个处理器，这种工作模式与列并行处理类似，无法实现像素并行信号处理。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提供一种基于背电极连接的CMOS图像传感器。

本发明提供的基于背电极连接的CMOS图像传感器，包括：用于光电探测的第一层MOSFET，用于信号处理的第二层MOSFET，所述第一层MOSFET的源极区域背面形成有接触孔结构的背面电极，所述第二层MOSFET的源极区域形成有正面电极，所述第一层MOSFET的源极区域的背面电极与所述第二层MOSFET源极区域的正面电极相互连接，实现垂直堆叠。

本发明的基于背电极连接的CMOS图像传感器中，优选为，所述第一层MOSFET和所述第二层MOSFET为全耗尽绝缘体上硅MOSFET。

本发明的基于背电极连接的CMOS图像传感器中，优选为，所述背面电极的接触孔直径为50μm ~80μm。

本发明还公开一种基于背电极连接的CMOS图像传感器制备方法，包括以下步骤：

在衬底上制备用于光电探测的第一层MOSFET；

在所述第一层MOSFET的源极区域背面形成接触孔结构的背面电极；

在另一衬底上制备用于信号处理的第二层MOSFET；

在所述第二层MOSFET的源极区域形成正面电极；

将所述第一层MOSFET的源极区域的背面电极与所述第二层MOSFET源极区域的正面电极相互连接，实现垂直堆叠。

本发明的基于背电极连接的CMOS图像传感器制备方法，优选为，所述衬底为绝缘体上硅。

本发明的基于背电极连接的CMOS图像传感器制备方法，优选为，在衬底上制备第一层MOSFET的步骤，具体流程包括：

形成晶体管子步骤；

将绝缘体上硅衬底的顶层硅层减薄至第一预设厚度；

对所述顶层硅层进行刻蚀形成晶体管的台面区域；

通过热氧化形成栅极氧化层；

化学气相沉积沉积多晶硅，并图案化形成栅极；

离子注入形成n型源极和漏极；以及

沉积SiO₂作为钝化层，形成n型FDSOI晶体管；

形成背面电极和正面电极子步骤；