[发明专利]一种堆叠式图像传感器像素结构与制备方法

权利要求书

1.一种堆叠式图像传感器像素结构，其特征在于，包括：

一第一硅片，其包括：

位于上层的第一感光二极管阵列及控制晶体管；

位于下层的金属互连层；

一第二硅片，其包括：

第二感光二极管阵列；

所述第二硅片与第一硅片上下堆叠并相键合；其中，

所述第一硅片由一第一SOI硅片剥离其SiO₂层及下层厚体硅衬底后剩余的上层薄体硅衬底所形成；所述第二硅片由一第二SOI硅片剥离其SiO₂层及下层厚体硅衬底后剩余的上层薄体硅衬底所形成；

所述第一感光二极管阵列中各第一感光二极管的上表面露出于第一硅片的上表面并与其相平齐，所述第二感光二极管阵列中各第二感光二极管的上表面和下表面分别露出于第二硅片的上表面和下表面并与其相平齐，每一第一感光二极管的上表面与一对应的第二感光二极管的下表面对准并相键合，所述第一硅片上各第一感光二极管以外的上表面与对应的第二硅片上各第二感光二极管以外的下表面对准并相键合；其中，所述第一感光二极管、第二感光二极管键合形成第三感光二极管，所述第三感光二极管的结深大于近红外感光时所需的感光深度。

2.根据权利要求1所述的堆叠式图像传感器像素结构，其特征在于，所述第一感光二极管、第二感光二极管的宽度为1～9微米。

3.根据权利要求1所述的堆叠式图像传感器像素结构，其特征在于，围绕每个第一感光二极管设有第一隔离层，所述第一隔离层的上表面与第一感光二极管的上表面相平齐，围绕每个第二感光二极管设有第二隔离层，所述第二隔离层的上下表面分别与第二感光二极管的上下表面相平齐，所述第一隔离层的上表面与对应的第二隔离层的下表面对准并相键合。

4.根据权利要求1所述的堆叠式图像传感器像素结构，其特征在于，所述金属互连层为一至多层。

5.根据权利要求1所述的堆叠式图像传感器像素结构，其特征在于，还包括硅通孔，所述硅通孔穿设于相堆叠的所述第二硅片和第一硅片中，所述硅通孔的上端连接位于所述第二硅片上表面上的PAD层，所述硅通孔的下端连接位于所述第一硅片上层的控制晶体管。

6.根据权利要求1所述的堆叠式图像传感器像素结构，其特征在于，还包括第三硅片，所述第一硅片的下表面与第三硅片的上表面上下堆叠并相键合。

7.一种堆叠式图像传感器像素结构制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

提供一标准的第一SOI硅片，在所述第一SOI硅片正面的上层薄体硅衬底的正面上制作第一感光二极管阵列，在所述第一感光二极管阵列中各第一感光二极管的周围制作第一隔离层，和制作控制晶体管，以及在所述第一感光二极管阵列和控制晶体管正面上方制作金属互连层；

将所述第一SOI硅片翻转，并将所述第一SOI硅片的上层薄体硅衬底的正面与一第三硅片的正面对准进行键合；

从背面对所述第一SOI硅片沿着其SiO₂层进行剥离，将其SiO₂层及以上的下层厚体硅衬底去除干净，使第一感光二极管和第一隔离层的底部完全露出；其中，由剩余的所述第一SOI硅片的上层薄体硅衬底形成一第一硅片；

提供一标准的第二SOI硅片，在所述第二SOI硅片正面的上层薄体硅衬底的正面上制作第二感光二极管阵列，在所述第二感光二极管阵列中各第二感光二极管的周围制作第二隔离层；

将所述第二SOI硅片翻转，并将所述第二SOI硅片的正面与所述第一硅片的背面对准进行键合；

从背面对所述第二SOI硅片沿着其SiO₂层进行剥离，将其SiO₂层及以上的下层厚体硅衬底去除干净，使第二感光二极管和第二隔离层的底部完全露出；其中，由剩余的所述第二SOI硅片的上层薄体硅衬底形成一第二硅片；

在所述第二硅片和第一硅片中制作硅通孔并填充，使所述硅通孔的下端连接位于所述第一硅片上的控制晶体管，上端露出于第二硅片的背面；

在所述第二硅片的背面上制作PAD层，使PAD层与硅通孔的上端相连。