一种堆叠式图像传感器制造技术

本发明专利技术提供了一种堆叠式图像传感器，通过堆叠技术将由上硅片和下硅片组成，其中上硅片为感光传感器阵列，下硅片为读出电路与输出接口，上下硅片通过绑定线相连接。堆叠式图像传感器的下硅片为读出电路与输出接口。整个堆叠式图像传感器的读出电路和输出接口电路包括数模转换器、模数转换器、放大器、行列控制器、数字算法、高速数据接口、带隙基准等都包含在下硅片中。通过采用堆叠式图像传感器，将高读出电路与高速输出电路转移至堆叠式传感器下硅片中，从而有效减小了上硅片中的非像素阵列区的面积。通过堆叠式图像传感器可以提高单一硅片感光填充率，实现了传感器芯片的低噪声与低功耗，大幅提高了感光传感器像素阵列的填充系数。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及半导体
，具体涉及一种堆叠式图像传感器。
技术介绍
图像传感器是组成数字摄像头的重要组成部分。根据元件的不同，可分为CCD (Charge Coupled Device，电荷親合元件)和 CMOS (Complementary Metal-OxideSemiconductor，金属氧化物半导体元件)两大类。CMOS传感器获得广泛应用的一个前提是其所拥有的较高灵敏度、较短曝光时间和日渐缩小的像素尺寸。传统的CMOS图像传感器采用的前感光式(FSI，Front Side Illuminat1n)技术，即前照技术。前照技术的主要特点是在硅片正面按顺序制作感光二极管、金属互联以及光管孔(Light Pipe)，其优点是:工艺简单，与CMOS工艺完全兼容；成本较低；Light pipe填充材料折射率可调；有利于提尚入射光的透射率，减少串扰等。随着像素尺寸的变小，提高填充因子所来越困难，目前另一种技术是从传统的前感光式变为背部感光式(BSI，BackSide Illuminat1n)，即背照技术。背照技术的主要特点是首先在娃片正面按顺序制作感光二极管、金属互联，然后对硅片背面进行减薄(通常需要减薄至20um以下)，并通过对于背部感光式CMOS传感器最重要的硅通孔技术(TSV，Through-Silicon-Via)将感光二极管进行互联引出。硅通孔技术是通过在芯片和芯片之间、晶圆和晶圆之间制作垂直导通，实现芯片之间互连的最新技术。由于互联电路置于背部，前部全部留给光电二极管，这样就实现了尽可能大的填充因子。硅通孔技术的优点是照射到感光二极管的入射光不受金属互连影响，灵敏度较高，填充因子较高。传统的CMOS图像传感器采用的前感光式(FSI，Front Side Illuminat1n)技术，即前照技术。前照技术的主要特点是在硅片正面按顺序制作感光二极管、金属互联以及光管孔(Light Pipe)，如图1所示。其优点是:工艺简单，与CMOS工艺完全兼容；成本较低；Light pipe填充材料折射率可调；有利于提尚入射光的透射率，减少串扰等。如照技术是一种与CMOS标准工艺兼容的技术，广泛应用于各种(尤其是大像素)CMOS图像传感器芯片的制作。然而，由于光线首先需要经过上层的金属互联才能照射到下方的感光二极管，因此前照技术的填充因子和灵敏度通常较低。为了实现更高的集成度，现在一个新的技术应运而生，即堆叠式图像传感器，通常的堆叠式图像传感器有上下两部分组成，上部分为BSI硅片，下部分为传统硅片，由于上部分用于感光，所以，下部分的硅片将会集成更多的电路模块，也就是下部分的硅片的集成度相对于传统硅片的集成度大大提高；因此，如何对下部分硅片的电路模块进行合理架构，使得下部分硅片的电路有效快速运行，是十分重要的。
技术实现思路
为了克服以上问题，本专利技术提供了一种堆叠式图像传感器，采用了相互堆叠的上硅片和下硅片，通过对下硅片的电路模块进行合理架构，提高下硅片的电路模块的运行速度。为了达到上述目的，本专利技术提供了一种堆叠式图像传感器，包括相互堆叠的上硅片和下硅片；所述上硅片具有感光传感器像素阵列和位于所述上硅片边缘的上引出极区；所述感光传感器像素阵列用于探测图像信号；所述下硅片具有读出电路和输出接口电路、用于提供电源的电压/电流相关的辅助模块以及锁相环路，在所述下硅片边缘具有下引出极区；所述下硅片的所述读出电路和输出接口电路包括:列采样/保持器、行选择器、增益采样器、数模转换器、模数转换器、移位寄存器、图像传感器处理器、高速数据接口、行/列控制器、像素模式切换器、增益放大器、数模选择器、时序发生器、系统逻辑控制器、控制寄存器组以及与控制寄存器组相连接的I2C接口 ;所述上引出极区和所述下引出极区通过绑定线相连接；其中，所述系统逻辑控制器用于控制所述读出电路和输出接口电路的开启；所述系统逻辑控制器与所述时序发生器、所述列采样/保持器、所述模数转换器、所述行/列控制器、所述像素模式切换器、所述增益放大器、以及所述数模选择器分别相连接，用于控制它们的启闭；所述时序发生器与所述列采样/保持器、所述模数转换器、所述行/列控制器、所述像素模式切换器、所述增益放大器、以及所述数模选择器分别相连接，用于设置所述列采样/保持器、所述模数选择器、所述行/列控制器、所述像素模式切换器、以及所述增益放大器的发生顺序；所述行/列控制器与所述行选择器、所述列采样/保持器相连，所述行/列控制器控制所述列采样/保持器选择待读取的一列像素，所述行选择器选择所述一列像素中的一个行像素；所述增益采样器具有多个且与所述感光传感器像素阵列中的列一一对应连接，用于采集所述待读取的一列像素中的一个行像素的数字数据并发送给数模转换器；所述数模转换器与所述增益采样器相连接，所述数模转换器将所述增益采样器发送来的数字数据转换为模型数据并且发送给所述增益采样器，所述增益采样器将所述数模转换器发送来的模型数据发送给模数转换器；所述模数转换器具有多个且与所述增益采样器一一对应连接，用于将所述增益采样器发送来的模型数据进行模数转换得到数字数据，并且发送数字数据给所述图像传感器处理器；所述图像传感器处理器与所述模数转换器相连接，将多个所述模数转换器发送来的所述数字数据进行处理，并且将处理后的数据通过所述高速数据接口传输出去；所述移位寄存器与所述感光传感器像素阵列相连接，当所述感光传感器像素阵列中的一列读取完之后移动一位；所述像素模式切换器与所述感光传感器像素阵列相连，用于改变所述感光传感器像素阵列的曝光模式；所述增益放大器与所述增益采样器相连，用于设置所述增益采样器的增益值；所述数模选择器与所述图像传感器处理器相连，用于选择所述图像传感器处理器将数据输出的方式。优选地，所述高速数据接口为双通道并行数据接口。优选地，所述双通道中的每个通道为12位并行数据输出。优选地，所述高速数据接口为六通道串行数据接口。优选地，所述六通道包括:四个高速数据传输接口通道，一个高速数据时钟接口通道，以及一个高速数据控制接口通道。优选地，所述感应传感器像素阵列的有效像素为1800 X 2000的8T全局像素阵列。优选地，在所述上硅片中，所述有效像素的四周为像素功能区，所述上接触块位于所述像素功能区，所述像素功能区还包括:暗像素与伪像素区和精简读出电路区。优选地，所述堆叠式图像传感器为CMOS图像传感器。本专利技术的堆叠式图像传感器，通过堆叠技术将由上硅片和下硅片组成，其中上硅片为感光传感器阵列，下娃片为读出电路与输出接口，上下娃片通过绑定线相连接。上娃片的感光传感器阵列以前照FSI工艺实现，并制作完成彩色滤光镜和微透镜。为实现上下硅片互联，上硅片中的上引出极区，位于上硅片的四周。堆叠式图像传感器的下硅片为读出电路与输出接口。整个堆叠式图像传感器的读出电路和输出接口电路包括数模转换器、模数转当前第1页1 2 3 本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种堆叠式图像传感器，其特征在于：包括相互堆叠的上硅片和下硅片；所述上硅片具有感光传感器像素阵列和位于所述上硅片边缘的上引出极区；所述感光传感器像素阵列用于探测图像信号；所述下硅片具有读出电路和输出接口电路、用于提供电源的电压/电流相关的辅助模块以及锁相环路，在所述下硅片边缘具有下引出极区；所述下硅片的所述读出电路和输出接口电路包括：列采样/保持器、行选择器、增益采样器、数模转换器、模数转换器、移位寄存器、图像传感器处理器、高速数据接口、行/列控制器、像素模式切换器、增益放大器、数模选择器、时序发生器、系统逻辑控制器、控制寄存器组以及与控制寄存器组相连接的I2C接口；所述上引出极区和所述下引出极区通过绑定线相连接；其中，所述系统逻辑控制器用于控制所述读出电路和输出接口电路的开启；所述系统逻辑控制器与所述时序发生器、所述列采样/保持器、所述模数转换器、所述行/列控制器、所述像素模式切换器、所述增益放大器、以及所述数模选择器分别相连接，用于控制它们的启闭；所述时序发生器与所述列采样/保持器、所述模数转换器、所述行/列控制器、所述像素模式切换器、所述增益放大器、以及所述数模选择器分别相连接，用于设置所述列采样/保持器、所述模数选择器、所述行/列控制器、所述像素模式切换器、以及所述增益放大器的发生顺序；所述行/列控制器与所述行选择器、所述列采样/保持器相连，所述行/列控制器控制所述列采样/保持器选择待读取的一列像素，所述行选择器选择所述一列像素中的一个行像素；所述增益采样器具有多个且与所述感光传感器像素阵列中的列一一对应连接，用于采集所选择的所述待读取的一列像素中的一个行像素的数字数据并发送给数模转换器；所述数模转换器与所述增益采样器相连接，所述数模转换器将所述增益采样器发送来的数字数据转换为模型数据并且发送给所述增益采样器，所述增益采样器将所述数模转换器发送来的模型数据发送给模数转换器；所述模数转换器具有多个且与所述增益采样器一一对应连接，用于将所述增益采样器发送来的模型数据进行模数转换得到数字数据，并且发送数字数据给所述图像传感器处理器；所述图像传感器处理器与所述模数转换器相连接，将多个所述模数转换器发送来的所述数字数据进行处理，并且将处理后的数据通过所述高速数据接口传输出去；所述移位寄存器与所述感光传感器像素阵列相连接，当所述感光传感器像素阵列中的一列读取完之后移动一位；所述像素模式切换器与所述感光传感器像素阵列相连，用于改变所述感光传感器像素阵列的曝光模式；所述增益放大器与所述增益采样器相连，用于设置所述增益采样器的增益值；所述数模选择器与所述图像传感器处理器相连，用于选择所述图像传感器处理器将数据输出的方式。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：李琛，任铮，雷冬梅，张远，皮常明，温建新，
申请(专利权)人：上海集成电路研发中心有限公司，成都微光集电科技有限公司，
类型：发明
国别省市：上海;31