具有增强的电荷容量和动态范围的固态图像传感器制造技术

某些方面涉及成像系统和用于制造成像系统和图像传感器的方法。成像系统包括像素阵列，像素阵列包括多个像素，所述像素被配置成在暴露于光时生成电荷并且设置在第一层上。成像系统还包括多个像素电路，所述像素电路用于读取在与其耦合的像素中积分的光，所述多个像素电路中的每个包括在所述多个像素的子集之间共享的一个或多个晶体管，所述一个或多个晶体管设置在与所述第一层不同的第二层上。成像系统还包括被配置成将多个像素中的每个像素耦合到多个像素电路的多个浮置扩散节点。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】具有增强的电荷容量和动态范围的固态图像传感器
本文公开的系统和方法涉及光传感器，并且更具体而言，涉及亚微米像素和垂直集成的像素传感器。
技术介绍
数字相机和数字成像的趋势是朝向更小的像素，以向上驱动兆像素计数或实现更小的传感器面积。同时，期望改善速度、灵敏度和像素数量。然而，像素尺寸减小和数量增大可能不会支持速度和灵敏度的期望增大。更小尺寸的像素可能会遇到很多挑战。例如，与更大像素相比时，更小的像素可以具有更低的感测速度或降低的分辨率和色彩保真度，并可以具有有限的动态范围。尤其是在移动传感器中，缩小像素尺寸和传感器面积的趋势试图通过高级处理来维持性能。亚微米像素探测器阵列的减小的满阱容量、减小的量子效率和减小的感光度具有大大降低的图像传感器的信噪比(SNR)和动态范围。此外，减小的像素尺寸的更高串扰导致图像质量问题，例如，不良的调制传递函数(MTF)和色彩保真度。在数字成像中，互补金属氧化物半导体(CMOS)传感器的动态范围有时可能不足以准确表示室外场景。在移动装置中(例如移动电话上的相机中)可能使用的更紧凑传感器中，尤其可能是这种情况。例如，移动装置相机中使用的典型传感器可能具有大本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种成像系统，包括：多个像素，其被配置成将光转换成电荷；一个或多个放大晶体管，其被配置成转换来自多个像素的电荷；一个或多个选择晶体管，其被配置成选择所述多个像素中的要被读出的行或列；一个或多个重置晶体管，其被配置成重置所述多个像素中的至少一个；像素阵列，其包括被布置成一个或多个共享像素架构的所述多个像素，所述阵列被布置成多个行和列，并且所述阵列还包括多个传输门晶体管，其中，所述多个传输门晶体管中的每个对应于所述多个像素之一；第一硅层，所述多个像素设置在所述第一硅层上；以及第二硅层，所述一个或多个放大晶体管、所述一个或多个选择晶体管和所述一个或多个重置晶体管中的至少一个设置在所述第二硅层上。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.12.05 US 14/561,8451.一种成像系统，包括：多个像素，其被配置成将光转换成电荷；一个或多个放大晶体管，其被配置成转换来自多个像素的电荷；一个或多个选择晶体管，其被配置成选择所述多个像素中的要被读出的行或列；一个或多个重置晶体管，其被配置成重置所述多个像素中的至少一个；像素阵列，其包括被布置成一个或多个共享像素架构的所述多个像素，所述阵列被布置成多个行和列，并且所述阵列还包括多个传输门晶体管，其中，所述多个传输门晶体管中的每个对应于所述多个像素之一；第一硅层，所述多个像素设置在所述第一硅层上；以及第二硅层，所述一个或多个放大晶体管、所述一个或多个选择晶体管和所述一个或多个重置晶体管中的至少一个设置在所述第二硅层上。2.根据权利要求1所述的成像系统，还包括至少一个浮置扩散节点，所述至少一个浮置扩散节点设置在所述第一硅层上并且电耦合至设置在所述第二硅层上的所述一个或多个放大晶体管。3.根据权利要求1所述的成像系统，其中，设置在所述第一硅层上的所述浮置扩散节点经由细间距混合接合电耦合至设置在所述第二硅层上的所述一个或多个放大晶体管。4.根据权利要求1所述的成像系统，其中，设置在所述第一硅层上的所述浮置扩散节点经由熔合接合电耦合至设置在所述第二硅层上的所述一个或多个放大晶体管。5.根据权利要求1所述的成像系统，其中，形成所述像素阵列的所述一个或多个共享像素架构以交错方式被布置，并且所述一个或多个共享像素架构包括由所述多个像素中的像素的子集共享的所述一个或多个放大晶体管、所述一个或多个选择晶体管以及所述一个或多个重置晶体管。6.根据权利要求1所述的成像系统，其中，所述多个像素电路中的每个像素电路在所述多个像素中的至少两个像素之间被共享。7.根据权利要求6所述的成像系统，其中，所述多个像素电路中的每个像素电路还包括：连接在所述重置晶体管与所述至少两个像素中的每个像素的定时电路之间的浮置扩散节点，所述重置晶体管被配置成将一个或多个所述浮置扩散节点、与所述多个像素中的每个像素相关联的一个或多个存储电容器、以及所述多个像素中的每个像素重置到在多次电荷转储之前的预定电荷水平。8.根据权利要求1所述的成像系统，其中，所述一个或多个共享像素架构中的每个共享像素架构包括：与光电二极管串联连接的存储电容器，所述存储电容器具有电容以存储表示来自所连接的光电二极管的多次电荷转储的累积电荷，所述多次电荷转储中的每次包括表示在所连接的光电二极管中积分的光的电荷，以及定时电路，其与所述存储电容器通信并被配置成控制电荷从所述存储电容器向浮置扩散节点的流动。9.根据权利要求8所述的成像系统，其中，所述定时电路与所述存储电容器、所述多个传输门之一以及所连接的光电二极管串联连接。10.根据权利要求8所述的成像系统，其中，所述多个像素电路中的每个像素电路还包括：源极跟随器放大器，其被配置成从所述存储电容器接收累积电荷；以及行选择晶体管，其被配置成激活所述多个像素中的选定行的所述源极跟随器放大器。11.根据权利要求1所述的成像系统，其中，所述多个像素中的每个像素包括用于对光进行积分的光电二极管和连接到所述光电二极管的至少一个传输门。12.一种成像系统，包括：多个像素，其中，所述像素被配置成在暴露于光时生成电荷；多个像素电路，每个像素电路包括存储电容器、重置晶体管、行选择晶体管或放大电阻器中的至少一个；多个共享像素架构，其包括所述多个像素中的一个或多个像素以及所述多个像素电路中的像素电路；包括所述多个共享像素架构的像素阵列，所述像素阵列被布置成多个行和列；第一硅层；以及放置在所述第一硅层上方的第二硅层。13.根据权利要求12所述的成像系统，其中，所述放大晶体管被配置成转换来自一个或多个像素的电荷。14.根据权利要求12所述的成像系统，其中，所述像素阵列中的所述多个像素被布置成Bayer颜色像素布置。15.根据权利要求12所述的成像系统，其中，所述像素架构设置在所述第一硅层上，并且其中，所述像素电路设...

【专利技术属性】
技术研发人员：BC·赫塞，S·R·戈马，
申请(专利权)人：高通股份有限公司，
类型：发明
国别省市：美国,US