图像传感器制造技术

本实用新型专利技术公开了图像传感器，可包括第一管芯，所述第一管芯包括图像传感器阵列和第一多个互连件，其中所述图像传感器阵列包括多个光电二极管和多个转移门。所述图像传感器阵列也可包括第二管芯，所述第二管芯包括第二多个互连件和多个电容器，每个电容器选自由深沟槽电容器、金属‑绝缘体‑金属(MIM)电容器、多晶硅‑绝缘体‑多晶硅(PIP)电容器和3D堆叠式电容器构成的组。所述第一管芯可通过所述第一多个互连件且通过所述第二多个互连件耦接到所述第二管芯。所述第一管芯的所述多个光电二极管中的至多八个光电二极管可与所述多个电容器中的至多四个电容器电耦接。

image sensor

The utility model discloses an image sensor, which may include a first tube core, which comprises an image sensor array and a first plurality of interconnecting components, wherein the image sensor array comprises a plurality of photodiodes and a plurality of transfer gates. The image sensor array may also include a second core, which comprises a second plurality of interconnects and a plurality of capacitors, each of which is composed of a free deep groove capacitor, a metal insulator metal (MIM) capacitor, a polycrystalline silicon insulator polycrystalline silicon (PIP) capacitor and a 3D stacked capacitor. The first core can be coupled to the second core through the first plurality of interconnects and the second plurality of interconnects. Up to eight photodiodes in the plurality of photodiodes of the first tube core can be electrically coupled with up to four capacitors in the plurality of capacitors.

【技术实现步骤摘要】
图像传感器
本申请各方面整体涉及图像传感器。更具体的实施方式涉及包含电容器的堆叠式图像传感器。
技术介绍
图像传感器通过响应于入射电磁辐射传送信号来传达与图像有关的信息。图像传感器用于多种设备中，包括智能电话、数码相机、夜视设备、医疗成像器和许多其他设备。基于具体的入射电磁辐射，不同的图像传感器需要不同的动态范围容量。
技术实现思路
图像传感器的实施方式可包括第一管芯，该第一管芯包括图像传感器阵列和第一多个互连件，该图像传感器阵列包括多个光电二极管和多个转移门。该图像传感器阵列也可包括第二管芯，该第二管芯包括第二多个互连件和多个电容器，每个电容器选自由深沟槽电容器、金属-绝缘体-金属(MIM)电容器、多晶硅-绝缘体-多晶硅(PIP)电容器和3D堆叠式电容器构成的组。第一管芯可通过第一多个互连件且通过第二多个互连件耦接到第二管芯。第一管芯的多个光电二极管中的至多八个光电二极管可与多个电容器中的至多四个电容器电耦接。图像传感器的实施方式可包括以下各项中的一者、全部或任何一者：第一管芯的每个光电二极管可电耦接到多个电容器中的仅一个电容器。每个电容器可具有至少100fF的总电容。每个电容器可具有至少25fF/μm2的密度。图像传感器的实施方式可包括光电二极管管芯，该光电二极管管芯包括具有多个光电二极管和多个转移门的图像传感器阵列。该图像传感器也可包括具有第一侧和第二侧的像素设备管芯以及接合到像素设备层的第二侧的数字信号处理器(DSP)管芯，第一侧接合到像素阵列管芯，像素设备管芯包括选自由深沟槽电容器、MIM电容器、PIP电容器和3D堆叠式电容器构成的组中的多个电容器。硅通孔(TSV)可将像素设备管芯与DSP管芯电耦接。第一管芯的多个光电二极管中的至多八个光电二极管可与多个电容器中的至多四个电容器电耦接。图像传感器的实施方式可包括以下各项中的一者、全部或任何一者：第一管芯的每个光电二极管可电耦接到多个电容器中的仅一个电容器。每个电容器可具有至少100fF的总电容。多个电容器可以是深沟槽电容器，并且每个光电二极管可电耦接到用于信号值的第一深沟槽电容器和用于参考值的第二深沟槽电容器。多个电容器可以是深沟槽电容器，并且像素设备管芯还可包括接触每个深沟槽电容器的终端的基部氧化物层。多个电容器可以是深沟槽电容器，并且TSV的至少一部分可比每个深沟槽电容器宽。每个电容器可具有至少25fF/μm2的密度。光电二极管管芯可混合接合到像素设备管芯并且像素设备管芯可熔合接合到DSP管芯。光电二极管管芯可混合接合到像素设备管芯并且像素设备管芯可混合接合到DSP管芯。图像传感器的实施方式可包括光电二极管管芯，光电二极管管芯包括具有多个光电二极管和多个转移门的图像传感器阵列。该图像传感器也可包括具有第一侧和第二侧的像素设备管芯以及接合到像素设备层的第二侧的数字信号处理器(DSP)管芯，第一侧接合到像素阵列管芯，像素设备管芯具有多个深沟槽电容器。硅通孔(TSV)可将像素设备管芯与DSP管芯电耦接。光电二极管管芯的多个光电二极管中的至多八个光电二极管可与至多四个深沟槽电容器电耦接。图像传感器的实施方式可包括以下各项中的一者、全部或任何一者：像素设备管芯还可包括接触每个深沟槽电容器的终端的基部氧化物层。TSV的至少一部分可比每个深沟槽电容器宽。每个电容器可具有至少25fF/μm2的密度。TSV可以是多晶硅填充的TSV。TSV可从像素设备管芯到DSP管芯变窄。TSV可从像素设备管芯到DSP管芯变宽。对于本领域的普通技术人员而言，通过具体实施方式以及附图并通过权利要求书，上述以及其他方面、特征和优点将会显而易见。附图说明将在下文中结合附图来描述各实施方式，其中类似标号表示类似元件，并且：图1为两个管芯堆叠式图像传感器的正面横剖视图；图2为利用单个电容器增加动态范围的像素布局的电路图；图3为利用电容器存储采样信号的像素布局的电路图；图4为具有两个电容器的像素布局的电路图；图5为堆叠式图像传感器的一个像素中的沟槽电容器布局的示意图；图6为在堆叠式图像传感器内的深沟槽电容器的正面横剖视图；图7为MIM电容器的示意图；图8为MOS电容器上的PIP的正面横剖视图；图9为三个管芯堆叠式图像传感器的正面剖视面图；图10为具有基部氧化物层的三个管芯堆叠式图像传感器的正面横剖视图；图11示出了用于形成图9和图10的图像传感器的工艺流程；图12为具有偏移硅通孔(TSV)的三个管芯堆叠式图像传感器的正面横剖视图；图13示出了用于形成图12的图像传感器的工艺流程；并且图14为具有多晶硅填充的TSV的三个管芯堆叠式图像传感器的正面横剖视图。具体实施方式本公开、其各方面以及实施方式并不限于本文所公开的具体部件、组装工序或方法元素。符合预期图像传感器的本领域已知的许多另外的部件、组装工序和/或方法元素将显而易见地能与本公开的特定实施方式一起使用。因此，例如，尽管本技术公开了特定实施方式，但是此类实施方式和实施部件可包括符合预期操作和方法的本领域已知的用于此类图像传感器以及实施部件和方法的任何形状、尺寸、样式、类型、型号、版本、量度、浓度、材料、数量、方法元素、步骤等。参考图1，其示出了两个管芯堆叠式图像传感器的正面横剖视图。在各种实施方式中，图像传感器可以是互补金属氧化物半导体(CMOS)图像传感器。图像传感器包括第一管芯2。第一管芯包括图像传感器阵列4。图像传感器阵列4可包括多个光电二极管6。光电二极管的尺寸可有所不同。多个浅沟槽隔离特征部8分离并隔离在多个光电二极管6内的光电二极管。在各种实施方式中，光电二极管可被硅层12部分包围并且被二氧化硅(SiO2)层14部分包围。图像传感器阵列4也可包括耦接到多个光电二极管6和多个相关联像素设备的多个转移门10。在各种实施方式中，第一管芯也包括第一管芯的暴露表面上的抗反射涂层16。第一管芯包括第一多个竖直管芯至管芯互连件18。第一多个互连件耦接到多个转移门10。第一多个互连件18可包括(通过非限制性示例)铜、金、银、铝、锡、它们的任何组合或者任何其他导电材料。第一多个着陆垫互连件20耦接到在多个第一互连件内的每个互连件。在各种实施方式中，第一多个互连件帽可以是铝，而在其他实施方式中，第一多个帽可以是任何其他导电材料。图像传感器包括耦接到第一管芯2的第二管芯22。第二管芯包括第二多个竖直管芯至管芯互连件24。第二多个互连件可包括(通过非限制性示例)铜、金、银、铝、锡、它们的任何组合或者任何其他导电材料。第二多个互连件24可耦接到第一多个互连件18。第二多个着陆垫互连件26可耦接到在多个第二互连件内的每个互连件。在各种实施方式中，第二多个帽可以是铝，而在其他实施方式中，第二多个帽可以是任何其他导电材料，诸如铜。在各种实施方式中，第二管芯包括多个电容器28。在各种实施方式中，多个光电二极管中的每个光电二极管电耦接到仅一个电容器，而在其他实施方式中，每个光电二极管电耦接到仅两个电容器。然而，在另外实施方式中，每个光电二极管电耦接到两个以上的电容器。在各种实施方式中，多个电容器28中的每个电容器可用作浮动扩散区，用作存储节点或用作这两者。在各种实施方式中，多个电容器中的每个电容器可具有保持、采样和溢出功能。在各种实施方式中本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种图像传感器，其特征在于，包括：第一管芯，所述第一管芯包括图像传感器阵列和多个第一互连件，所述图像传感器阵列包括多个光电二极管和多个转移门；以及第二管芯，所述第二管芯包括多个第二互连件和多个电容器，每个电容器选自由深沟槽电容器、金属‑绝缘体‑金属电容器、多晶硅‑绝缘体‑多晶硅电容器和3D堆叠式电容器构成的组；其中所述第一管芯通过所述多个第一互连件且通过所述多个第二互连件耦接到所述第二管芯；其中每个电容器包括至少100fF的总电容；并且其中所述第一管芯的所述多个光电二极管中的至多八个光电二极管与所述多个电容器中的至多四个电容器电耦接。

【技术特征摘要】
2017.08.01 US 15/665,6771.一种图像传感器，其特征在于，包括：第一管芯，所述第一管芯包括图像传感器阵列和多个第一互连件，所述图像传感器阵列包括多个光电二极管和多个转移门；以及第二管芯，所述第二管芯包括多个第二互连件和多个电容器，每个电容器选自由深沟槽电容器、金属-绝缘体-金属电容器、多晶硅-绝缘体-多晶硅电容器和3D堆叠式电容器构成的组；其中所述第一管芯通过所述多个第一互连件且通过所述多个第二互连件耦接到所述第二管芯；其中每个电容器包括至少100fF的总电容；并且其中所述第一管芯的所述多个光电二极管中的至多八个光电二极管与所述多个电容器中的至多四个电容器电耦接。2.根据权利要求1所述的图像传感器，其中，所述第一管芯的每个光电二极管电耦接到所述多个电容器中的仅一个电容器。3.根据权利要求1所述的图像传感器，其中，每个电容器具有至少25fF/μm2的密度。4.一种图像传感器，其特征在于，包括：光电二极管管芯，所述光电二极管管芯包括图像传感器阵列，所述图像传感器阵列包括多个光电二极管和多个转移门；像素设备管芯，所述像素设备管芯包括第一侧和第二侧，所述第一侧接合到所述光电二极管管芯，所述像素设备管芯包括从由深沟槽电容器、金属-绝缘体-金属电容器、多晶硅-绝缘体-多晶硅电容器和3D堆叠式电容器构成的组选择中的多个电容器；以及数字信号处理器管芯，所述数字信号处理器管芯接合到所述像素设备管芯的所述第二侧；其中硅通孔将所述像素设备管芯...

【专利技术属性】
技术研发人员：杰弗里·P·甘比诺，安赫尔·罗德里格斯，大卫·T·普赖斯，杰弗里·艾伦·尼尔斯，肯尼思·安德鲁·贝茨，R·莫里兹森，
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