[發明專利]具有堆疊結構的CMOS圖像傳感器芯片及其形成方法

在審

• 申請號: 201210576637.6
• 申請日: 2012-12-26
• 公開（公告）號: CN103579263A
• 公開（公告）日: 2014-02-12
• 發明（設計）人: 萬孟勛;陳思瑩;楊敦年;劉人誠
• 申請（專利權）人: 臺灣積體電路制造股份有限公司
• 主分類號: H01L27/146
• 分類號: H01L27/146
• 代理公司: 北京德恒律治知識產權代理有限公司 11409
• 代理人: 章社杲;孫征

相關申請的交叉參考

本申請涉及以下共同轉讓的美國專利申請：于2012年xx月xx日提交的名稱為“xxxx”的序列號為xx/xxx,xxx的申請(代理人卷號TSM12-0273)；于2012年6月1日提交的名稱為“Image?Sensors?with?High?Fill-Factor”的序列號為13/486,724的申請；以及于2012年4月27日提交的名稱為“Apparatus?for?Vertical?Integrated?Backside?Illuminated?Image?sensors”的序列號為13/458,812的申請，其全部內容結合于此作為參考。

背景技術

本發明一般地涉及半導體技術領域，更具體地來說，涉及一種半導體器件及其形成方法。

背景技術

由于其更高的捕獲光子效率，背照式(BSI)圖像傳感器芯片正在取代前照式傳感器芯片。在形成BSI圖像傳感器芯片的過程中，在晶圓的硅襯底上形成圖像傳感器(如光電二極管)和邏輯電路，隨后在硅芯片的正面上形成互連結構。然后，減薄晶圓，并且在硅襯底的背面上形成諸如濾色器和微透鏡的背面結構。

BSI圖像傳感器芯片中的圖像傳感器響應光子的激發生成電信號。電信號的大小(諸如電流)取決于通過相應的圖像傳感器所接收的入射光的強度。為了增加圖像傳感器的量子效率，圖像傳感器優選地占用更高比例的由像素單元使用的芯片面積，像素單元包括圖像傳感器。由于除了圖像傳感器以外，像素單元還包括附加的器件，例如，包括傳輸門晶體管、復位晶體管、源極跟隨器和行選擇器，所以限制了量子效率的改善。

發明內容

為了解決現有技術中所存在的缺陷，根據本發明的一方面，提供了一種器件，包括：圖像傳感器芯片，其中包括圖像傳感器；讀出芯片，位于所述圖像傳感器下方并與所述圖像傳感器接合，其中，在所述讀出芯片中包括從基本上由復位晶體管、源極跟隨器、行選擇器以及它們的組合所組成的組中選擇的邏輯器件，并且所述邏輯器件和所述圖像傳感器相互電耦合且是同一像素單元的一部分；以及外圍電路芯片，位于所述讀出芯片下方并與所述讀出芯片接合，其中，所述外圍電路芯片包括邏輯電路。

在該器件中，所述圖像傳感器芯片進一步包括：互連結構；通孔，與所述互連結構中的金屬線電耦合；以及電連接件，位于所述圖像傳感器芯片的表面，其中，所述電連接件位于所述通孔上方并與所述通孔電耦合。

在該器件中，所述圖像傳感器芯片包括與所述電連接件平齊的半導體襯底。

在該器件中，所述圖像傳感器芯片包括半導體襯底，并且所述互連結構包括：第一部分，與所述半導體襯底重疊；以及第二部分，不與所述半導體襯底重疊，其中，所述電連接件與所述互連結構的所述第二部分重疊。

在該器件中，在所述圖像傳感器芯片中進一步包括傳輸門晶體管，其中，所述傳輸門晶體管與所述圖像傳感器電耦合，并且所述傳輸門晶體管是所述同一像素單元的一部分。

在該器件中，除像素單元中的傳輸門晶體管以外，所述圖像傳感器芯片基本上沒有額外的晶體管。

在該器件中，在所述圖像傳感器芯片中進一步包括浮置擴散電容器，其中，所述浮置擴散電容器與所述圖像傳感器電耦合，并且所述浮置擴散電容器是所述同一像素單元的部分。

在該器件中，所述讀出芯片包括所述復位晶體管、所述源極跟隨器以及所述行選擇器。

在該器件中，所述外圍電路芯片中的所述邏輯電路進一步包括位于所述讀出芯片中的圖像信號處理(ISP)電路，其中，所述ISP電路包括從基本上由模數轉換器(ADC)、相關雙采樣(CDS)電路、行譯碼器以及它們的組合所組成的組中選擇的電路。

根據本發明的另一方面，提供了一種器件，包括：圖像傳感器芯片，所述圖像傳感器芯片包括：傳感器陣列，包括多個圖像傳感器；多個傳輸門晶體管，所述多個傳輸門晶體管中的每一個都與所述多個圖像傳感器中的一個電耦合；和電連接件，位于所述圖像傳感器芯片的頂面；讀出芯片，位于所述圖像傳感器芯片的下方并與所述圖像傳感器芯片接合，其中，所述讀出芯片包括：多個復位晶體管；多個源極跟隨器；和多個行選擇器，與所述多個圖像傳感器和所述多個傳輸門晶體管電耦合以形成包括多個像素單元的像素單元陣列；以及外圍電路芯片，位于所述讀出芯片的下方并與所述讀出芯片接合，其中，所述外圍電路芯片包括從基本上由模數轉換器(ADC)、相關雙采樣(CDS)電路、行譯碼器以及它們的組合所組成的組中選擇的電路。