混合键合的图像传感器的反馈电容器和读取方法技术

混合键合的图像传感器具有光电二极管裸片，光电二极管裸片具有多个宏单元；每个宏单元具有至少一个光电二极管和耦接区域。耦接区域耦接至其馈入放大器的输入和反馈电容器的支撑电路裸片的宏单元单位的耦接区域。反馈电容器还耦接至放大器的输出，且放大器在输入和输出之间进行反相。方法包括：复位光电二极管裸片的光电二极管；将来自光电二极管的信号通过键合点耦接至支撑电路以耦接至反馈电容器和放大器的输入，反馈电容器还耦接至放大器的反相输出；以及使用放大器放大信号，其中反馈电容器的电容确定放大器的增益。

Feedback capacitor and reading method of hybrid bonding image sensor

The hybrid bonding image sensor has a photodiode bare piece, and a photodiode bare piece has a plurality of macro units; each macro unit has at least one photodiode and coupling region. The coupling region is coupled to the coupling region of the macro unit of the bare chip of the supporting circuit of the input amplifier and the feedback capacitor fed by the coupling region. The feedback capacitor is also coupled to the output of the amplifier, and the amplifier is inverting between input and output. Methods include: a photodiode with a reset photodiode bare piece; a signal from a photodiode to a support circuit coupled to the input of a feedback capacitor and amplifier through a bonding point. The feedback capacitor is coupled to the reverse phase output of the amplifier, and a magnifying signal is used to feed back the capacitor. The capacitance determines the gain of the amplifier.

【技术实现步骤摘要】
混合键合的图像传感器的反馈电容器和读取方法
本专利技术涉及图像传感器
，尤其涉及混合键合的图像传感器的反馈电容器和读取方法。
技术介绍
CMOS矩形阵列光电传感器阵列通常用作照相机中的图像传感器。这些阵列具有NxM(当N和M都大于1且通常不相等)个基于光电二极管的光电传感器的阵列，每个基于光电二极管的光电传感器具有至少一个选择晶体管，选择晶体管具有耦接至选择线的栅极。这些阵列通常具有布置为向光电二极管施加电荷的预充电晶体管，以及布置为在一个或多个位线上从光电二极管读取后曝光电荷的一个或多个感测晶体管；这些阵列通常还具有用于驱动选择线的解码器驱动器和由位线馈入的增益放大器，且在一些实施例中可以包含其他电路。传统地，在位线上读取光电传感器阵列的光电二极管，有时通过单位增益源极跟随器。位线反过来在增益放大器上被多路复用。增益放大器通常具有由围绕放大器的提供反馈的两个电阻或两个电容器的比控制的增益。
技术实现思路
在实施例中，具有图像传感器阵列的混合键合的设备具有光电二极管裸片，光电二极管裸片具有多个宏单元，其中每个宏单元具有至少一个光电二极管和耦接区域。耦接区域耦接至具有宏单元单位的支撑电路裸片，宏单元单位具有耦接至放大器的输入和反馈电容器的第一极板的键合耦接区域，反馈电容器的第一极板耦接至放大器的输入。反馈电容器的第二极板耦接至放大器的输出，且放大器在输入和其输出之间进行反相。在另一实施例中，放大来自光电二极管裸片的光电二极管的信号的方法包括：复位光电二极管裸片的光电二极管；将来自光电二极管的信号耦接至键合耦接区域，键合耦接区域耦接至支撑电路裸片的键合耦接区域；将信号通过支撑电路的键合耦接区域耦接至反馈电容器的第一极板和放大器的输入，其中，反馈电容器的第二极板耦接至放大器的反相输出；以及使用放大器放大信号，其中反馈电容器的电容确定放大器的增益。附图说明图1是示出光电二极管裸片宏单元、裸片间键合、放大电路和列多路复用器的混合键合的图像传感器阵列中的宏单元的示意图。图2是实施例中放大电路的实施例的示意图。图3是示出可配置电容增益控制电容器的示意图。图4是示出具有分布式差分放大器以及支撑电路裸片的每个宏单元单位中的部分的实施例的示意图。图5是具有分布式差分放大器以及支撑电路裸片的每个宏单元单位中的部分的可选实施例的示意图。具体实施方式典型的CMOS图像传感器具有全部在相同整体集成电路基板上制造的复位和选择晶体管、解码器驱动器、缓冲器、增益放大器和光电二极管。对于晶体管以及关联的互相连接(例如选择和位线)，这必须需要在每个光电二极管附近保留一些有源区域。随着照相机变得更小，为适应薄的设备(例如手机)，以及市场需求更大的像素数量，对于每个光电二极管允许越来越小的表面面积。由于信号电平取决于由每个光电二极管接收的光子，最大化专用于光电二极管的图像传感器面积的比例以保持灵敏性是期望的。硅是最常用于CMOS电子电路的半导体材料。尽管其他半导体材料给出特定波长处改进的灵敏性，但是由那些材料设计并制造解码器、感测放大器和其他电路可能是困难的。例如，由砷化镓(GaAs)、磷化铟镓(GaInP)、铟砷化镓(InGaAs)和锗(Ge)制造的光电二极管可以响应比硅光电二极管通常响应的光的那些波长更长的波长。响应于长波长、红外光的图像传感器可以在军事和安全系统中有用，而使用硅光电二极管的那些通常用于手机和可见光照相机中。我们已经确定在图像传感器阵列内将增益放大阶段从在列多路复用器之后重定位至位线，或重定位至列内的行群组；为此文档的目的，具有增益放大的列，或具有增益放大的列内的行群组是超级单元。图像传感器由两个单独制造的集成电路裸片键合在一起构成，以形成具有两个有源层的结构：由硅或由根据图像传感器计划使用的波长选择的其他半导体材料(例如锗、砷化镓、铟砷化镓、氮化镓、碲化汞或磷化铟)制造的光电二极管层，和以整体硅CMOS工艺制造的支撑电路层。支撑电路层包括放大器、多路复用器、和类似的电路，和在一些实施例中的模数转换以及数字图像处理电路。像素级键合结构通常包含具有与为光电二极管裸片和支撑电路裸片之间的电连接提供的每个键合触点(bondcontact)相关联的小数量(例如2个、4个、8个或16个)光电二极管的光电二极管裸片。集成电路通常具有前侧，晶元的表面，其中已经进行植入以产生区域例如晶体管源极和漏极，生长的栅极氧化物，在其上沉积用于栅极的多晶硅，且在其上沉积至少一级金属互联。集成电路可以具有与前侧相对的背侧。背侧照明(BSI)光电二极管裸片是薄的并用于使入射光穿透电路裸片的背侧以到达裸片的光电二极管。前侧照明(FSI)光电二极管裸片用于使光穿过电路裸片的前侧到达光电二极管。在本系统的特定实施例中，使用BSI光电二极管裸片，且BSI光电二极管裸片与支撑电路裸片键合。具有在与具有支撑电路的裸片不同的裸片上的光电二极管的像素级键合结构不仅许可使用光电二极管裸片面积的更大百分比用于光电二极管，还许可对于光电二极管优化光电二极管裸片的处理和材料，同时对于支持CMOS电路优化支撑电路裸片的处理。在可选实施例中，通过在第一集成电路裸片中形成的集成电路上方沉积第二半导体层形成相似多层结构，第一集成电路裸片具有支撑电路，且在第二半导体层中形成光电二极管。在另一实施例中，在具有小组光电二极管的每个宏单元之间从有源层或其中制造光电二极管的集成电路裸片(光电二极管裸片)的互连至支撑电路的集成电路裸片(支撑电路裸片)互连形成电连接。光电二极管裸片宏单元通常具有1个、2个、4个或8个光电二极管。为此文档的目的，像素级键合的图像传感器具有用于具有2个、4个、8个或16个光电二极管的每个宏单元的一个或多个键合。在特定实施例中，每像素键合图像传感器具有用于具有4个光电二极管的每个宏单元的键合。此外，在特定实施例中，光电二极管裸片是背侧照明裸片，其中裸片具有其中制造光电二极管且其上形成互连的上表面，和与上表面相对的背侧。图1，感测在实施例中，4光电二极管宏单元200具有光电二极管宏单元202，光电二极管宏单元202具有四个光电二极管204、206、208和210。可选实施例具有每个宏单元2个、4个、8个或16个光电二极管。每个光电二极管204、206、208和210分别通过传输晶体管212、214、216和218耦接至宏单元数据线220，转移晶体管212、214、216和218分别由转移线TX1、TX2、TX3和TX4控制。宏单元数据线220由键合触点222从光电二极管裸片耦接至支撑电路，在支撑电路裸片中，宏单元数据线220耦接至由复位线226控制的宏单元复位设备224；操作中，转移晶体管212-218的一个或多个转移晶体管由光电二极管转移线TX1-4使能，复位设备224由复位线226激活以在复位阶段期间将黑电平电压施加至光电二极管204-210的光电二极管；在复位阶段完成后，复位和光电二极管转移使能线被驱动为低，以使转移晶体管212-218失效，且光电二极管204-210被曝光持续曝光时间以积累光电流，从而降低光电二极管上的电压——降低的电压形成图像。在特定实施例中，所有四个转移晶体管被同时使能以复位所有四个光电二极管204-210。在可选实施例中，转移晶体管本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种混合键合的图像传感器，包括：光电二极管裸片，所述光电二极管裸片包括多个宏单元，其中每个宏单元包括至少一个光电二极管和触点；支撑电路裸片，所述支撑电路裸片包括至少一个宏单元单位，每个宏单元单位包括电耦接至所述光电二极管裸片的宏单元的所述触点的至少一个触点，所述支撑电路裸片的所述宏单元单位的耦接点耦接至放大器的输入，反馈电容器的第一极板耦接至所述放大器的所述输入，其中，所述反馈电容器的第二极板耦接至所述放大器的输出，其中，所述放大器在所述输入和所述输出之间进行反相。

【技术特征摘要】
2017.02.01 US 15/421,9111.一种混合键合的图像传感器，包括：光电二极管裸片，所述光电二极管裸片包括多个宏单元，其中每个宏单元包括至少一个光电二极管和触点；支撑电路裸片，所述支撑电路裸片包括至少一个宏单元单位，每个宏单元单位包括电耦接至所述光电二极管裸片的宏单元的所述触点的至少一个触点，所述支撑电路裸片的所述宏单元单位的耦接点耦接至放大器的输入，反馈电容器的第一极板耦接至所述放大器的所述输入，其中，所述反馈电容器的第二极板耦接至所述放大器的输出，其中，所述放大器在所述输入和所述输出之间进行反相。2.如权利要求1所述的混合键合的图像传感器，其中，所述放大器是共源放大器。3.如权利要求2所述的混合键合的图像传感器，其中，每个光电二极管裸片宏单元有2个、4个、8个或16个光电二极管。4.如权利要求2所述的混合键合的图像传感器，其中，所述反馈电容器具有可配置电容。5.如权利要求1所述的混合键合的图像传感器，其中，所述放大器是差分放大器。6.如权利要求5所述的混合键合的图像传感器，其中，每个光电二极管裸片宏单元有2个、4个、8个或16个光...

【专利技术属性】
技术研发人员：王睿，海老原弘知，杨征，汤俊明，蔡肇芳，代铁军，
申请(专利权)人：豪威科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：美国,US