【技术实现步骤摘要】
堆叠芯片SPAD图像传感器
此申请案涉及图像传感器,更明确地说涉及单光子雪崩二极管图像传感器。
技术介绍
图像传感器已变得普遍存在。其广泛地用于数码静态相机、蜂窝式电话、安全摄像机以及医疗、汽车及其它应用中。用于制造图像传感器的技术一直持续快速地发展。举例来说,对较高分辨率及较低电力消耗的需求已促进了这些图像传感器的进一步小型化及集成。可在图像传感器中或在光检测器中使用的一种类型的光电检测器是单光子雪崩二极管(SPAD)。SPAD(还称为盖革(Geiger)模式雪崩光电二极管(G-APD))是能够检测低强度信号(例如,与单个光子一样低)的固态光电检测器。SPAD成像传感器是由制作于硅衬底上的SPAD区域的阵列组成的半导体光敏装置。所述SPAD区域在由光子撞击时产生输出脉冲。所述SPAD区域具有高于崩溃电压而反向偏置的p-n结,使得单个光生载流子可触发致使光子检测单元的输出处的电流迅速地达到其最终值的雪崩倍增过程。此雪崩电流继续直到使用淬火元件通过减小偏置电压来淬火雪崩过程为止。由图像传感器接收的光子信号的强度是通过计数这些输出脉冲在一时间窗内的数目而获得。因此,成像传感器的读出电路中可包含一或多个计数器。然而,常规SPAD成像传感器具有有限填充因子,这是因为计数器占据了半导体衬底上的宝贵空间。此外,在传统CMOS工艺中形成SPAD导致在SPAD性能与晶体管性能之间不得不做出不期望折衷。
技术实现思路
本申请案揭示一种成像传感器系统,其包括:第一晶片的第一半导体层;单光子雪崩二极管(SPAD)成像阵列,其形成于所述第一半导体层中,其中所述SPAD成像阵列包含N数 ...
【技术保护点】
一种成像传感器系统,其包括:第一晶片的第一半导体层;单光子雪崩二极管SPAD成像阵列,其形成于所述第一半导体层中,其中所述SPAD成像阵列包含N数目个像素,每一像素包含形成于所述第一半导体层的前侧中的SPAD区域,且其中每一SPAD区域经配置以接收来自所述第一半导体层的背侧的光子;第一互连层,其安置于所述第一半导体层的所述前侧上;第二晶片的第二半导体层;第二互连层,其安置于所述第二半导体层上,其中所述第一晶片在所述第一互连层与所述第二互连层之间的接合界面处接合到所述第二晶片;及多个数字计数器,其形成于所述第二半导体层中且借助于所述第一互连层及所述第二互连层电耦合到所述SPAD成像阵列,其中所述多个数字计数器包含至少N数目个数字计数器,其中所述N数目个数字计数器中的每一者经配置以对由相应SPAD区域产生的输出脉冲进行计数。
【技术特征摘要】
2013.10.28 US 14/065,2751.一种成像传感器系统,其包括:第一晶片的第一半导体层;单光子雪崩二极管SPAD成像阵列,其形成于所述第一半导体层中,其中所述SPAD成像阵列包含N数目个像素,每一像素包含形成于所述第一半导体层的前侧中的SPAD区域,且其中每一SPAD区域经配置以接收来自所述第一半导体层的背侧的光子;滤色器层,其安置于所述第一半导体层的所述背侧上;第一互连层,其安置于所述第一半导体层的所述前侧上;第二晶片的第二半导体层;第二互连层,其安置于所述第二半导体层上,其中所述第一晶片在所述第一互连层与所述第二互连层之间的接合界面处接合到所述第二晶片;及多个数字计数器,其形成于所述第二半导体层中且借助于所述第一互连层及所述第二互连层电耦合到所述SPAD成像阵列,其中所述多个数字计数器包含至少N数目个数字计数器,其中所述N数目个数字计数器中的每一者经配置以对由相应SPAD区域产生的输出脉冲进行计数。2.根据权利要求1所述的成像传感器系统,其中所述第一互连层包括至少N数目个通孔,其中所述N数目个通孔中的每一者耦合到所述SPAD成像阵列的相应像素以在所述接合界面处将所述输出脉冲传送到所述第二互连层。3.根据权利要求2所述的成像传感器系统,其中所述通孔是微穿硅通孔μTSV。4.根据权利要求1所述的成像传感器系统,其进一步包括至少N数目个淬火元件,其中所述淬火元件中的每一者经耦合以通过降低偏置电压而淬火相应SPAD区域的雪崩。5.根据权利要求4所述的成像传感器系统,其中每一淬火元件是包括形成于所述第一半导体层中的电阻器的无源淬火元件。6.根据权利要求4所述的成像传感器系统,其中每一淬火元件是包括形成于所述第二半导体层中的电阻器的无源淬火元件。7.根据权利要求4所述的成像传感器系统,其中每一淬火元件是形成于所述第二半导体层中的有源淬火元件。8.根据权利要求1所述的成像传感器系统,其进一步包括形成于所述第二半导体层中且经耦合以存储所述多个数字计数器的输出的随机存取存储器。9.根据权利要求1所述的成像传感器系统,其中所述第一互连层包含第一氧化物,所述第二互连层包含第二氧化物,且其中所述接合界面包含所述第一氧化物与所述第二氧化物之间的界面。10.根据权利要求1所述的成像传感器系统,其进一步包括至少N数目个微透镜,其中每一微透镜经安置以穿过所述滤色器层将入射光子引导到相应SPAD区域。11.根据权利要求1所述的成像传感器系统,其进一步包括控制电路,所述控制电路经耦合以同时启用所述N数目个数字计数器中的每一者以便在图像获取期间实施全局快门操作。12.根据权利要求1所述的成像传感器系统,其进一步包括接合到所述第二晶片的第三晶片的第三半导体层,其中所述第三半导体包含经耦合以存储由所述N数目个数字计数器产生的图像数据的随机...
【专利技术属性】
技术研发人员:艾瑞克·A·G·韦伯斯特,代铁军,
申请(专利权)人:全视科技有限公司,
类型:发明
国别省市:美国;US
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