[发明专利]芯片、其制备方法、及包括其的图像传感器

说明书

技术领域

本申请涉及半导体集成电路制作技术领域，具体而言，涉及一种芯片、其制作方法及包括其的图像传感器。

背景技术

图像传感器是能够感受光学图像信息并将其转换成可输出信号的传感器。图像传感器可依据其采用的原理而区分为电荷耦合装置图像传感器(亦即俗称CCD图像传感器)以及CMOS图像传感器，其中CMOS图像传感器基于互补型金属氧化物半导体(CMOS)技术而制造。由于CMOS图像传感器是采用传统的CMOS电路工艺制作，因此可将图像传感器以及其所需要的外围电路加以整合，从而使得CMOS图像传感器具有更广的应用前景。

按照接收光线的位置的不同，CMOS图像传感器可以分为前照式的CMOS图像传感器和背照式的CMOS图像传感器。前照式的CMOS图像传感器中的感光二极管位于电路晶体管后方，使得进光量受到遮挡，进而导致量子转换效率降低。背照式的CMOS影像传感器与前照式的CMOS图像传感器相比，最大的优化之处就是将元件内部的结构改变了，即将感光层的元件入射光路调转方向，让光线首先从背部进入光电二极管，避免了在前照式的CMOS图像传感器结构中，光线会受到微透镜和光电二极管之间的结构和厚度的影响，提高了光线接收的效能。

现有前照式的CMOS图像传感器和背照式的CMOS影像传感器中的光电二极管和电路晶体管集成在同一个芯片上，且每个光电二极管与1～5个电路晶体管组成像素单元以作为基本的成像单元。然而，电路晶体管会阻碍光电二极管的光吸收，使得光电二极管的光接收的效能降低，进而导致量子转换效率降低。

发明内容

本申请旨在提供一种芯片、其制作方法及包括其的图像传感器，以提高图像传感器的光电性能。

为了实现上述目的，根据本申请的一个方面，提供了一种芯片，该芯片包括：第一芯片，设置有光电二极管及与光电二极管相连接的第一互连金属结构；第二芯片，设置有晶体管及与晶体管相连接的第二互连金属结构；第一芯片和第二芯片通过第一互连金属结构和第二互连金属结构连接。

进一步地，上述芯片中，第一芯片包括具有对称设置的第一表面和第二表面的第一衬底，光电二极管的感光面形成在第一表面上第一互连金属结构与光电二极管相连，并延伸至第一芯片的第二表面。

进一步地，上述芯片中，第二芯片包括相连设置的第二衬底和第一介质层，晶体管设置在第二衬底中，第二互连金属结构设置在互连层中。

进一步地，上述芯片中，芯片还包括设置于第一芯片与第二芯片之间的连接层，连接层包括与第一互连金属结构连接的第一金属垫，以及分别与第一金属垫和第二互连金属结构连接的第二金属垫。

进一步地，上述芯片中，第一芯片包括：第一衬底；多个光电二极管，设置在第一衬底中；多个第一隔离沟槽，设置在第一衬底中，且每个第一隔离沟槽对应地设置于相邻两个光电二极管之间；第二芯片包括：第二衬底；多个单元区，设置于第二衬底中，每个单元区设置有1～5个晶体管；多个第二隔离沟槽，设置于第二衬底中，且每个第二隔离沟槽对应地设置于相邻两个单元区之间；互连层，设置于第二衬底上，互连层包括第一介质层和设置于第一介质层中与单元区对应设置的互连金属组，各互连金属组包括至少一个第二互连金属结构；第一芯片中的光电二极管与第二芯片中的单元区组成像素单元阵列。

本申请还提供了一种芯片的制作方法，该制作方法包括：制作具有光电二极管和第一互连金属结构的第一芯片，以及具有晶体管和第二互连金属结构的第二芯片，第一芯片中第一互连金属结构与光电二极管相连，第二芯片中第二互连金属结构与晶体管相连接；将第一芯片和第二芯片通过第一互连金属结构和第二互连金属结构进行键合连接。

进一步地，上述芯片的制作方法中，制作第一芯片的步骤包括：提供第一衬底，第一衬底包括相对设置的第一表面和第二表面；由第一衬底的第一表面向下掺杂，形成感光表面裸露的光电二极管；在第一衬底中形成与光电二极管连接且延伸至第一衬底第二表面的第一互连金属结构。

进一步地，上述芯片的制作方法中，在第一衬底中形成第一互连金属结构的步骤包括：在形成有光电二极管的第一衬底的第一表面上设置可牺牲基板；将第一衬底的第二表面朝上设置，并在欲形成第一互连金属结构的位置，沿第二表面向第一衬底内部进行刻蚀，形成与光电二极管相通的沟槽；以及在沟槽中填充金属材料形成第一互连金属结构。

进一步地，上述芯片的制作方法中，第一衬底与可牺牲基板通过粘合工艺连接。