[发明专利]图像传感器及形成图像传感器的方法

说明书

本公开的各种实施例涉及一种图像传感器。所述图像传感器包括第一半导体衬底，第一半导体衬底具有光探测器及浮动扩散节点。转移栅极设置在第一半导体衬底之上，其中转移栅极至少部分地设置在光探测器的相对侧之间。第二半导体衬底与第一半导体衬底垂直地间隔开，其中第二半导体衬底包括第一表面及与第一表面相对的第二表面。读出晶体管设置在第二半导体衬底上，其中第二表面设置在转移栅极与读出晶体管的栅极之间。第一导电触点电耦合到转移栅极且从转移栅极垂直地延伸穿过所述第一表面与所述第二表面二者。

相关申请的参考

本申请主张在2019年2月15日提出申请的美国临时申请第62/806,455号的权益，所述美国临时申请的内容全文并入本文供参考。

技术领域

本公开涉及一种图像传感器，更具体地说，涉及一种具有堆叠式半导体衬底的低噪声图像传感器

背景技术

许多当今的电子装置(例如，数字照相机、光学成像装置等)包括图像传感器(image sensor)。图像传感器将光学图像(optical image)转换为可被表示成数字图像(digital image)的数字数据。图像传感器包括像素传感器(pixel sensor)的阵列，像素传感器是用于将光学图像转换成数字数据的单位装置。一些类型的像素传感器包括电荷耦合装置(charge-coupled device，CCD)图像传感器及互补金属氧化物半导体(complementarymetal-oxide-semiconductor，CMOS)图像传感器。相比于CCD像素传感器，CMOS像素传感器因功耗低、尺寸小、数据处理快、数据直接输出及制造成本低而受到青睐。

发明内容

在一些实施例中，本申请提供一种图像传感器。所述图像传感器包括第一半导体衬底，第一半导体衬底包括光探测器及浮动扩散节点。转移栅极设置在第一半导体衬底之上，其中转移栅极至少部分地设置在光探测器的相对侧之间。第二半导体衬底与第一半导体衬底垂直地间隔开，其中第二半导体衬底包括第一表面及与第一表面相对的第二表面。读出晶体管设置在第二半导体衬底上，其中第二表面设置在转移栅极与读出晶体管的栅极之间。第一导电触点电耦合到转移栅极且从转移栅极垂直地延伸穿过第一表面与第二表面二者。

在一些实施例中，本申请提供一种图像传感器。所述图像传感器包括多个光探测器，所述多个光探测器设置在第一半导体衬底中，其中所述多个光探测器设置在阵列中。第一隔离结构设置在第一半导体衬底中，其中第一隔离结构侧向地环绕所述多个光探测器中的每一者。第二半导体衬底与第一半导体衬底及第一隔离结构垂直地间隔开，其中第二半导体衬底包括第一表面及与第一表面相对的第二表面。多个浮动扩散节点设置在第一半导体衬底中，其中所述多个浮动扩散节点分别设置在第二半导体衬底与所述多个光探测器之间。多个第一导电触点分别电耦合到所述多个浮动扩散节点，其中所述多个第一导电触点分别在第二半导体衬底与所述多个浮动扩散节点之间垂直地延伸。第一读出晶体管设置在第二半导体衬底上且至少部分地设置在所述多个第一导电触点之间，其中第二表面设置在第一半导体衬底与第一读出晶体管的第一栅极之间。

在一些实施例中，本申请提供一种形成图像传感器的方法。所述方法包括在第一半导体衬底中形成光探测器。在第一半导体衬底之上形成转移栅极。在第一半导体衬底中形成浮动扩散节点。在第一半导体衬底及转移栅极之上形成第一层间介电(ILD)结构。将设置在第二半导体衬底上的接合层接合到第一ILD结构。在第二半导体衬底上及第一半导体衬底之上形成读出晶体管。在第二半导体衬底及读出晶体管之上形成第二ILD结构。将集成芯片(IC)接合到接合在一起的第一半导体衬底与第二半导体衬底，其中IC包括图像处理装置，且其中第一ILD结构及第二ILD结构二者位于转移栅极与图像处理装置之间。

附图说明

结合附图阅读以下详细说明，会最好地理解本公开的方面。注意，根据本行业中的标准惯例，各种特征并非按比例绘制。事实上，为论述清晰起见，可任意增大或减小各种特征的尺寸。