图像传感器制造技术

本实用新型专利技术涉及一种图像传感器。该图像传感器包括第一衬底；第一光电二极管，其中所述第一光电二极管形成在所述第一衬底中；第二光电二极管，其中所述第二光电二极管形成在所述第一衬底中；第二衬底；导电互连层，所述导电互连层将所述第一衬底耦接到所述第二衬底，其中所述第一光电二极管和所述第二光电二极管同时耦接到所述导电互连层；以及第三光电二极管，其中所述第三光电二极管形成在所述第二衬底中，并且其中所述第三光电二极管形成在所述第一光电二极管下面。本实用新型专利技术用于图像传感器领域。本实用新型专利技术的技术效果是提供一种改进的图像传感器。

【技术实现步骤摘要】
图像传感器
本技术整体涉及成像系统，并且更具体地，涉及具有高动态范围的成像系统。
技术介绍
现代电子设备(诸如移动电话、相机和计算机)通常使用数字图像传感器。图像传感器(有时称为成像器)可由二维图像感测像素阵列形成。每个像素包括接收入射光子(光)并将光子转变为电信号的光敏元件。有时，图像传感器被设计为使用联合图像专家组(JPEG)格式将图像提供给电子设备。一些常规图像传感器或许能够在高动态范围(HDR)模式下工作。通常在图像传感器中通过为交替的像素行分配不同的积聚时间来实现HDR操作。然而，常规图像传感器有时可能会低于期望的分辨率、低于期望的灵敏度，具有高摩尔纹伪影、高噪声水平、低像素光圈效率和低量子效率。因此，希望能够提供在图像传感器中改善的高动态范围操作。
技术实现思路
本技术的一个目的是提供一种改进的图像传感器。本技术提供一种图像传感器，所述图像传感器包括第一衬底，第一光电二极管，其中所述第一光电二极管形成在所述第一衬底中；第二光电二极管，其中所述第二光电二极管形成在所述第一衬底中；第二衬底；导电互连层，所述导电互连层将所述第一衬底耦接到所述第二衬底，其中所述第一光电二极管和所述第二光电二极管同时耦接到所述导电互连层；以及第三光电二极管，其中所述第三光电二极管形成在所述第二衬底中，并且其中所述第三光电二极管形成在所述第一光电二极管下面。优选地，所述图像传感器还包括所述第一衬底中的耦接在所述第一光电二极管和所述导电互连层之间的第一晶体管；以及所述第一衬底中的耦接在所述第二光电二极管和所述导电互连层之间的第二晶体管。优选地，所述图像传感器还包括所述第二衬底中的在所述第二光电二极管下面形成的信号感测电路。优选地，其中所述信号感测电路包括源极跟随器晶体管。优选地，其中所述信号感测电路包括具有电容反馈的反相增益放大器。优选地，其中所述反相增益放大器具有耦接到所述导电互连层的输入节点。本技术在另一个实施例中，提供一种图像传感器，所述图像传感器包括第一衬底；第一多个光电二极管，其中所述第一多个光电二极管形成在所述第一衬底中；在所述第一多个光电二极管上方形成的第一多个滤色器元件，其中所述第一多个滤色器元件是宽带滤色器元件；第二多个光电二极管，其中所述第二多个光电二极管形成在所述第一衬底中，并且其中所述第一多个光电二极管和所述第二多个光电二极管以棋盘图案布置；在所述第二多个光电二极管上方形成的第二多个滤色器元件；第二衬底；以及第三多个光电二极管，其中所述第三多个光电二极管形成在所述第二衬底中，并且其中所述第三多个光电二极管中的每个光电二极管在所述第一多个光电二极管中的光电二极管下面形成。优选地，所述图像传感器还包括在所述第二衬底中形成的多个电路块，其中每个电路块形成在所述第二多个光电二极管中的光电二极管下面，并且其中每个电路块被配置为从所述第一多个光电二极管中的一个光电二极管、所述第二多个光电二极管中的一个光电二极管和所述第三多个光电二极管中的一个光电二极管读出电荷水平。在本技术的另一个实施例中，提供一种图像传感器，所述图像传感器具有至少第一芯片和第二芯片，其中所述图像传感器包括以重复图案布置的多个1×2像素组，每个像素组包括：所述第一芯片中的第一光电二极管；在所述第一光电二极管上方形成的宽带滤色器；所述第一芯片中的第二光电二极管；在所述第二光电二极管上方形成的蓝色滤色器；所述第二芯片中的第三光电二极管，其中所述第三光电二极管在所述第一光电二极管下面形成；以及所述第二芯片中的信号传感器电路，其中所述信号传感器电路形成在所述第二光电二极管下面。优选地，其中所述宽带滤色器是选自由黄色滤色器和透明滤色器所组成的组的滤色器。本技术的技术效果是提供一种改进了的图像传感器。附图说明图1是根据本技术实施方案的具有图像传感器的示例性电子设备的示意图。图2是根据本技术实施方案的具有多个芯片以及上部芯片和中部芯片之间的混合接合的示例性图像传感器的透视图。图3是根据本技术实施方案的1×2图案的示例性成像像素组的简化电路图，该成像像素组具有在上部芯片上形成的光电二极管和在中间芯片上形成的光电二极管和读出电路。图4是图3的示例性成像像素的俯视图，其示出了根据本技术实施方案的电荷溢流JFET晶体管的位置、用于感测低光级生成信号的电荷转移栅极、用于感测高光级生成信号的晶体管开关以及电荷存储电容器的位置。图5是图3和图4的示例性成像像素的横截面侧视图，其示出了根据本技术实施方案的混合接合布置、蓝光感测光电二极管下的共享电路的位置、形成溢流电荷存储电容器的金属板，以及多层介电干扰滤色器。图6是图3至图5的示例性成像像素的俯视图，其示出了根据本技术实施方案的像素的棋盘像素布置。具体实施方式以下涉及可包括在电子设备中的固态图像传感器阵列。具体地，电子设备可包括从衬底背侧照明并在卷帘快门(RS)扫描模式下操作的高动态范围(HDR)互补金属氧化物半导体(CMOS)图像传感器阵列。图像传感器可包括堆叠的芯片以改善图像传感器的性能。例如，通过将光电二极管堆叠在彼此之上，可增加传感器灵敏度，可减少摩尔纹效应，并且可改善图像传感器的整体性能。为了改善图像传感器的性能，图像传感器可包括电荷感测和电荷存储方案，在该方案中，由低入射光级生成的电荷被转移到像素中反相反馈放大器的电荷感测节点上，并且由高入射光级生成的电荷溢出内置在像素中的某个势垒，被存储在电容器上，并且所产生的电压由源极跟随器感测。为了实现这一概念，图像传感器可包括两个或更多个芯片(例如，上部芯片、中部芯片和下部芯片)。这种类型的图像传感器可形成具有高量子效率、低暗电流、低噪声、高动态范围、低摩尔纹效应和小像素尺寸的传感器。以下实施方案示出了可使用在像素电容器上实现的电荷溢流积聚和存储来在卷帘快门(RS)扫描模式下操作的HDR传感器设计。可将电荷溢流结构添加到像素光电二极管，以允许收集和存储在像素光电二极管中生成的电荷。低光级照明的电荷可被转移到浮动扩散(FD)节点上，在浮动扩散(FD)节点上，电荷通过像素中信号反相反馈放大器放大之后，利用低噪声相关双采样(CDS)kTC复位噪声抑制技术被感测和读出。高光级照明溢流电荷可被积聚和存储在像素电容器上，其中两个电容器位于顶部芯片上并且一个电容器位于中部芯片上。可使用中部芯片上的源极跟随器(SF)电路来感测来自电容器的信号。像素(其中两个为背照式)因此具有大的光圈效率、大的量子效率和低的低噪声暗电流。所得到的具有卷帘快门扫描操作模式的传感器阵列具有高分辨率、低摩尔纹伪影和HDR性能，这些性能在超过100dB的大范围照明水平中均能够保持。图1示出了具有数字相机模块和图像传感器的电子设备。电子设备10可以是数字照相机、计算机、移动电话、医疗设备或其他电子设备。相机模块12(有时称为成像设备)可包括图像传感器14和一个或多个透镜28。在操作期间，透镜28(有时称为光学器件28)将光聚焦到图像传感器14上。图像传感器14包括将光转换成模拟信号的光敏元件(如，像素)，所述模拟信号随后被转换成数字数据。图像传感器可具有任何数量(如，数百、数千、数百万或更多)的像素。典型的图像传感器可(例如)具有数百万的像素(如，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种图像传感器，包括：第一衬底；第一光电二极管，其中所述第一光电二极管形成在所述第一衬底中；第二光电二极管，其中所述第二光电二极管形成在所述第一衬底中；第二衬底；导电互连层，所述导电互连层将所述第一衬底耦接到所述第二衬底，其中所述第一光电二极管和所述第二光电二极管都耦接到所述导电互连层；以及第三光电二极管，其中所述第三光电二极管形成在所述第二衬底中，并且其中所述第三光电二极管形成在所述第一光电二极管下面。

【技术特征摘要】
2016.09.19 US 15/269,5251.一种图像传感器，包括：第一衬底；第一光电二极管，其中所述第一光电二极管形成在所述第一衬底中；第二光电二极管，其中所述第二光电二极管形成在所述第一衬底中；第二衬底；导电互连层，所述导电互连层将所述第一衬底耦接到所述第二衬底，其中所述第一光电二极管和所述第二光电二极管都耦接到所述导电互连层；以及第三光电二极管，其中所述第三光电二极管形成在所述第二衬底中，并且其中所述第三光电二极管形成在所述第一光电二极管下面。2.根据权利要求1所述的图像传感器，还包括：所述第一衬底中的耦接在所述第一光电二极管和所述导电互连层之间的第一晶体管；以及所述第一衬底中的耦接在所述第二光电二极管和所述导电互连层之间的第二晶体管。3.根据权利要求2所述的图像传感器，还包括：所述第二衬底中的在所述第二光电二极管下面形成的信号感测电路。4.根据权利要求3所述的图像传感器，其中所述信号感测电路包括源极跟随器晶体管。5.根据权利要求4所述的图像传感器，其中所述信号感测电路包括具有电容反馈的反相增益放大器。6.根据权利要求5所述的图像传感器，其中所述反相增益放大器具有耦接到所述导电互连层的输入节点。7.一种图像传感器，包括：第一衬底；第一多个光电二极管，其中所述第一多个光电二极管形成在所述第一衬底中；在所述第一多个光电二极管上方形成的第一多个滤色器元件，其中所述第一多个滤色器元件...

【专利技术属性】
技术研发人员：J·希内塞克，V·克洛伯夫，
申请(专利权)人：半导体元件工业有限责任公司，
类型：新型
国别省市：美国,US