垂直堆叠的图像传感器制造技术

本发明专利技术涉及垂直堆叠的图像传感器。更具体而言，本申请公开了一种具有光电二极管芯片和晶体管阵列芯片的垂直堆叠图像传感器。光电二极管芯片包括至少一个光电二极管和从光电二极管芯片的顶表面垂直延伸的传输门。该图像传感器进一步包括堆叠于光电二极管芯片的顶部的晶体管阵列芯片。该晶体管阵列芯片包括控制电路和存储节点。该图像传感器进一步包括垂直堆叠于晶体管阵列芯片上的逻辑芯片。传输门从至少一个光电二极管向晶体管阵列芯片传送数据，并且逻辑芯片选择性地激活垂直传输门、复位门、源极跟随器门和行选择门。

【技术实现步骤摘要】
垂直堆叠的图像传感器本申请是申请日为2014年1月15日、专利技术名称为“垂直堆叠的图像传感器”的中国专利申请201480011066.9的分案申请。相关申请的交叉引用本专利合作条约专利申请要求于2013年1月31日提交的并且名称为“VerticallyStackedImageSensor”的美国非临时专利申请13/756,459的优先权，该专利申请的内容全文以引用方式并入本文。
本专利技术整体涉及电子设备，并且更具体地涉及电子设备的图像传感器。
技术介绍
相机和其他图像记录设备通常使用一个或多个图像传感器，诸如电荷耦合器件(CCD)传感器或互补金属-氧化物-半导体(CMOS)图像传感器。典型的CMOS图像传感器可包括二维像素阵列，其中每个像素可包括诸如光电二极管的光检测器以及激活每个像素的一个或多个晶体管。可在卷帘式快门配置或全局式快门配置中实现图像传感器。在卷帘式快门中，图像传感器内的每个像素逐行捕获光，然后逐行向处理器读出所捕获的光。在这种配置中，在第一像素行从场景捕获光时以及在最后像素行从场景捕获光时之间可能有时间延迟。因此，如果在第一像素行和最后像素行之间在场景中存在移动，则移动可能被捕获为模糊的线或其他运动伪影。在全局式快门中，每个像素都在同一时间捕获光(即，具有相同的积分周期)，然后像素将光传输到存储部件，直到可由处理器读出像素。在全局式快门配置中，捕获并在图像中再现的运动比卷帘式快门更好，因为每个像素恰好在同一时间捕获光。然而，在这种配置中，图像传感器通常必须包括用于每个像素的存储空间，这可能需要减小分辨率或增加图像传感器的尺寸。例如，图像传感器的分辨率通常取决于像素的数量，像素数量越高，图像传感器的分辨率就越高。然而，随着分辨率增大，图像传感器裸片的尺寸通常也增大。对于全局式快门配置的图像传感器而言，尤其存在尺寸增大现象，其中每个像素包括光捕获元件(例如光电二极管)和存储部件。因此，结合了全局式快门实施的图像快门通常比相同尺寸的卷帘式快门图像传感器具有更低的分辨率。此外，很多图像传感器可能会牺牲分辨率的提升而具有更小的尺寸。例如，很多便携式电子设备诸如手机、平板电脑等可能包括相机，但相机的图像传感器可能被设计成尽可能小。因此，便携式设备的很多相机可能具有分辨率降低的图像传感器，使得它们可尽可能小。
技术实现思路
本公开的实例可以是一种电子设备的图像传感器。该图像传感器包括在光电二极管芯片和晶体管阵列芯片之间分裂的像素阵列。光电二极管芯片包括用于接收光的至少一个光电二极管或光门在一些实施例中，传输门从光电二极管芯片的顶表面垂直延伸。图像传感器进一步包括与光电二极管芯片进行通信的晶体管阵列芯片。晶体管阵列芯片包括与至少一个光电二极管进行通信的浮置扩散节点、与至少一个光电二极管进行通信的复位门、与浮置扩散节点进行通信的源极跟随器门，以及与源极跟随器门和浮置扩散节点进行通信的行选择门。图像传感器进一步包括可操作地连接到晶体管阵列芯片并与其进行通信的逻辑芯片。传输门从至少一个光电二极管向晶体管阵列芯片传送数据，并且逻辑芯片选择性地激活垂直传输门、复位门、源极跟随器门和行选择门。本公开的其他实例可以是移动电子设备。该移动电子设备包括处理器、与处理器进行通信的显示屏、与处理器和显示屏进行通信的存储器部件，以及与处理器进行通信的至少一个相机。至少一个相机包括镜头以及与镜头进行光通信的至少一个图像传感器，图像传感器包括三芯片垂直叠层，该三芯片垂直叠层包括控制电路芯片、光电二极管芯片和逻辑芯片。本公开的其他实例包括图像传感器，该图像传感器包括垂直传输门和/或水平传输门。在这些实施例中，图像传感器可包括一个或多个共享像素，对于像素架构内的一个或多个门具有不同掺杂并且在整个积分过程中电荷传输有变化。附图说明图1A是包括一个或多个相的电子设备的前透视图。图1B是图1A的电子设备的后透视图。图2是图1A的电子设备的简化框图。图3是沿图1A中的线3-3截取的图1A的电子设备的横截面视图。图4A是针对电子设备的相机的图像传感器架构的简化图。图4B是示出了单个像素的图4A的像素架构的放大视图。图5是图4A的像素的简化示意图。图6是示出了垂直传输门的图5的像素的示意图。图7是示出了在光电二极管芯片和晶体管阵列芯片之间延伸的垂直传输门的图6的示意图的框图。图8是示出了包括光电二极管芯片、晶体管阵列芯片和逻辑芯片的芯片叠层的图像传感器的简化框图。图9A是示出了图像传感器，尤其是光电二极管芯片和晶体管阵列芯片之间的传输门的简化结构的框图。图9B是示出了具有四个像素的像素单元的简化结构的框图，该框图示出了光电二极管芯片和晶体管阵列芯片之间的传输门。图10是沿图9A中的线10-10截取的传输门的横截面视图。图11是包括光电二极管芯片上的存储门的光电二极管芯片和晶体管阵列芯片上的像素的简化图。图12A是具有共享控制电路的像素单元的简化示意图。图12B是包括图12A的共享架构的图像传感器的简化横截面。图12C是用于包括共享浮置扩散节点的四个像素的单色模式图像传感器的像素共享架构的简化示意图。图12D是用于实现全局式快门单色模式图像传感器的像素共享架构的简化示意图。图12E是示出了操作双模式图像传感器的方法的流程图。图13是包括多个控制通路的共享像素架构的另一实例的简化示意图。图14是具有共享架构的图像传感器的简化示意图，该共享架构包括具有可调节转化增益的浮置扩散节点。图15A是具有共享控制电路和全局式快门配置的像素单元的简化示意图。图15B是全局式快门共享架构配置的简化示意图。图15C示出了包括用于每个像素的存储节点和可调节转化增益的共享像素架构的另一个实例。图16A是包括有效全局式快门配置的四像素单元的简化示意图。图16B是针对图16A的示意图的时序图。图17A是包括二像素混合配置的图像传感器的简化示意图。图17B是四像素混合配置和象限像素混合配置的简化示意图。图18是示出了包括三芯片叠层阵列的图像传感器的简化图。图19A是示出了初始被连接在一起之后的晶体管阵列芯片和光电二极管芯片的简化框图。图19B是晶体管阵列芯片减薄之后的晶体管阵列芯片和光电二极管芯片的简化框图。图19C是可操作地连接到逻辑芯片的晶体管阵列芯片和光电二极管芯片的简化框图。图19D是光电二极管芯片被减薄之后可操作地连接在一起的晶体管阵列芯片、逻辑芯片和光电二极管芯片的简化框图。图20是示出了用于图像传感器的制造过程的第一实例的流程图。图21A是示出了可操作地连接在一起之后的晶体管阵列芯片和逻辑芯片的简化框图。图21B是示出了可操作地连接在一起的逻辑芯片和晶体管阵列芯片以及晶体管阵列芯片被减薄的简化框图。图21C是示出了可操作地连接到光电二极管芯片的逻辑芯片和晶体管阵列芯片的简化框图。图21D是示出了可操作地连接在一起的逻辑芯片、晶体管阵列芯片和光电二极管芯片以及光电二极管芯片被减薄的简化框图。图21E是包括光电二极管芯片、晶体管阵列芯片和逻辑芯片的图像传感器叠层的简化框图。图22是示出了用于图像传感器的制造过程的第二实例的流程图。图23A是示出了包括四芯片叠层的图像传感器的简化框图。图23B是示出了包括四芯片叠层的图像传感器的另一实例的简化框图。图24A是包括本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种图像传感器，包括：光电二极管芯片，所述光电二极管芯片包括：被分组为像素单元的多个像素，像素单元包括两个或更多个像素，每个像素包括：用于接收光的光电二极管；和第一传输门，所述第一传输门可操作地连接在所述光电二极管和由所述两个或更多个像素共享的传输通道之间；和晶体管阵列芯片，所述晶体管阵列芯片垂直堆叠在所述光电二极管芯片上，所述晶体管阵列芯片包括：与所述像素单元通信的多个通信路径，每个通信路径包括：第二传输门，所述第二传输门可操作地连接在共享传输通道和存储节点之间；和存储传输门，所述存储传输门可操作地连接到所述存储节点；其中所述共享传输通道从所述光电二极管芯片垂直延伸到所述晶体管阵列芯片，并且将来自所述像素单元中的至少一个光电二极管的电荷传输到相应的通信路径。

【技术特征摘要】
2013.01.31 US 13/756,4591.一种图像传感器，包括：光电二极管芯片，所述光电二极管芯片包括：被分组为像素单元的多个像素，像素单元包括两个或更多个像素，每个像素包括：用于接收光的光电二极管；和第一传输门，所述第一传输门可操作地连接在所述光电二极管和由所述两个或更多个像素共享的传输通道之间；和晶体管阵列芯片，所述晶体管阵列芯片垂直堆叠在所述光电二极管芯片上，所述晶体管阵列芯片包括：与所述像素单元通信的多个通信路径，每个通信路径包括：第二传输门，所述第二传输门可操作地连接在共享传输通道和存储节点之间；和存储传输门，所述存储传输门可操作地连接到所述存储节点；其中所述共享传输通道从所述光电二极管芯片垂直延伸到所述晶体管阵列芯片，并且将来自所述像素单元中的至少一个光电二极管的电荷传输到相应的通信路径。2.根据权利要求1所述的图像传感器，还包括可操作地连接到所述像素单元中的每个光电二极管的抗晕光门。3.根据权利要求1所述的图像传感器，还包括可操作地连接到所述共享传输通道的...

【专利技术属性】
技术研发人员：范晓峰，
申请(专利权)人：苹果公司，
类型：发明
国别省市：美国,US