成像像素制造技术

本实用新型专利技术公开了一种成像像素(100)，所述成像像素可设置有上衬底层(30)、下衬底层(32)、所述上衬底层中的浮动扩散区(52)、以及所述上衬底层中耦接到所述浮动扩散区的光电二极管(36)。所述成像像素还可包括所述下衬底层中的源极跟随器晶体管(62)以及所述上衬底层与所述下衬底层之间的互连层(34)。所述互连层可将所述浮动扩散区直接耦接到所述源极跟随器晶体管。所述成像像素可包括所述上衬底层中的重置晶体管(54)。所述成像像素可包括所述下衬底层中的金属层(58)、所述上衬底层中的转移晶体管(50)、以及将所述转移晶体管耦接到所述金属层的互连层(34‑2)。

Imaging Pixel

【技术实现步骤摘要】
成像像素本申请是2018年2月11日递交的申请号为201690001087.7，技术名称为“成像像素以及图像传感器”的分案申请。本申请要求于2015年8月26日提交的美国专利申请14/836,599的权益，该专利申请据此全文以引用的方式并入本文。
本专利技术整体涉及成像系统，更具体地讲，涉及成像像素以及图像传感器。
技术介绍
现代电子设备(诸如移动电话、相机和计算机)通常使用数字图像传感器。成像传感器(有时称为成像器)可由二维图像感测像素阵列形成。每个像素包括光敏层，所述光敏层接收入射光子(光)并将光子转变为电信号。有时，图像传感器被设计为使用联合图像专家组(JPEG)格式将图像提供给电子设备。像素可为前照式或背照式的。在背照式像素中，可在光敏层下方形成处理电路，使得处理电路不妨碍入射光到达光敏层。然而，某些背照式像素可具有低转换增益，转换增益可被定义为光电二极管所聚积的每单位电荷的电压变化。具有低转换增益的像素可具有过量像素读出噪声和较差像素性能。因此希望能够为图像传感器提供改善的背照式像素。
技术实现思路
根据一个方面，提供一种成像像素，包括：上衬底层；下衬底层；所述上衬底层中的浮动扩散区；所述上衬底层中的光电二极管，所述光电二极管耦接到所述浮动扩散区；所述下衬底层中的源极跟随器晶体管；以及所述上衬底层与所述下衬底层之间的互连层，其中所述互连层将所述浮动扩散区直接耦接到所述源极跟随器晶体管。根据一个方面，提供一种成像像素，包括：第一晶圆；第二晶圆；所述第一晶圆中的浮动扩散区；所述第一晶圆中的光电二极管，所述光电二极管耦接到所述浮动扩散区；以及所述第一晶圆中的重置晶体管，所述重置晶体管耦接到偏置电压输送线路。根据一个方面，提供一种图像传感器，包括：上衬底；下衬底；所述上衬底中的第一光电二极管，所述第一光电二极管耦接到第一浮动扩散区；所述上衬底中的第二光电二极管，所述第二光电二极管耦接到第二浮动扩散区；以及耦接到偏置电压输送线路的重置晶体管，其中所述重置晶体管耦接到所述第一浮动扩散区和所述第二浮动扩散区。附图说明图1是根据本专利技术实施方案的具有图像传感器的示例性电子设备的示意图。图2是根据本专利技术实施方案的具有互连层的示例性像素的横截面侧视图。图3是根据本专利技术实施方案的图2的示例性像素的示意图。图4是根据本专利技术实施方案的共享重置晶体管的像素的示例性组的横截面顶视图。图5是根据本专利技术实施方案的图4的像素的示例性组的示意图。图6是根据本专利技术实施方案的共享重置晶体管和浮动扩散区的像素的示例性组的横截面顶视图。图7是根据本专利技术实施方案的图6的像素的示例性组的示意图。图8是根据本专利技术实施方案的示例性像素的示意图，该像素具有互连层以将转移晶体管耦接到下衬底层中的金属层。具体实施方式本专利技术的实施方案涉及像素具有互连层的图像传感器。图1中示出了具有数字相机模块的电子设备。电子设备10可以是数字照相机、计算机、移动电话、医疗设备或其他电子设备。相机模块12(有时称为成像设备)可包括图像传感器14和一个或多个透镜28。在操作期间，透镜28(有时称为光学器件28)将光聚焦到图像传感器14上。图像传感器14包括将光转换成数字数据的光敏元件(如，像素)。图像传感器可具有任何数量(如，数百、数千、数百万或更多)的像素。典型的图像传感器可(例如)具有数百万的像素(如，百万像素)。例如，图像传感器14可包括偏置电路(如，源极跟随器负载电路)、采样保持电路、相关双采样(CDS)电路、放大器电路、模拟-数字(ADC)转换器电路、数据输出电路、存储器(如，缓冲电路)、寻址电路等。可将来自图像传感器14的静态图像数据和视频图像数据经由路径26提供给图像处理和数据格式化电路16。图像处理和数据格式化电路16可用于执行图像处理功能，诸如自动聚焦功能、深度感测、数据格式化、调节白平衡和曝光、实现视频图像稳定、脸部检测等。图像处理和数据格式化电路16也可用于根据需要压缩原始相机图像文件(例如，压缩成联合图像专家组或JPEG格式)。在典型布置(有时称为片上系统(SOC)布置)中，相机传感器14以及图像处理和数据格式化电路16在共用集成电路上实现。使用单个集成电路来实现相机传感器14以及图像处理和数据格式化电路16可有助于降低成本。不过，这仅为示例性的。如果需要，相机传感器14以及图像处理和数据格式化电路16可使用单独的集成电路来实现。相机模块12可通过路径18将采集的图像数据传送到主机子系统20(例如，图像处理和数据格式化电路16可将图像数据传送到子系统20)。电子设备10通常向用户提供许多高级功能。例如，在计算机或高级移动电话中，可为用户提供运行用户应用程序的能力。为实现这些功能，电子设备10的主机子系统20可包括存储和处理电路24以及输入-输出设备22，诸如小键盘、输入-输出端口、操纵杆和显示器。存储和处理电路24可包括易失性和非易失性的存储器(例如，随机存取存储器、闪存存储器、硬盘驱动器、固态驱动器等)。存储和处理电路24还可包括微处理器、微控制器、数字信号处理器、专用集成电路或其他处理电路。图2中示出了图像传感器14的示例性图像像素。像素100可包括两个衬底层。衬底层可为晶圆，这些晶圆为半导体材料层诸如硅层。上衬底层30可连接到下衬底层32。上衬底层30和下衬底层32可为单晶硅或任何其他所需材料。互连层可用于将上衬底层30连接到下衬底层32。互连层34可由导电材料诸如金属形成。在某些实施方案中，互连层可包括焊料。互连层还可为硅通孔(TSV)。像素100可包括上衬底层30中的光敏层36。光敏层可以是由n型掺杂硅形成的光电二极管。光敏层可被隔离层38围绕。隔离层38可由p型掺杂硅形成。在某些实施方案中，光电二极管可由p型掺杂硅形成，而隔离层可由n型掺杂硅形成。在又一个实施方案中，隔离层38可采用深沟槽隔离(DTI)或者深沟槽隔离和掺杂硅的组合来形成。隔离层38可防止电荷泄漏到相邻的光敏层。光敏层36可被钝化层40、滤色器层42、平面化层44以及微透镜46覆盖。钝化层40和平面化层44可由介电材料形成。滤色器层42可为更大的滤色器阵列的一部分。例如，图像传感器14中的每个像素可具有单独的滤色器层，该滤色器层属于滤色器阵列的一部分。图像传感器14可包括拜耳滤色器阵列，其中阵列中的垂直和水平相邻的滤色器为不同颜色。拜耳滤色器阵列包括红色、绿色和蓝色滤色器。可在光敏层36上方形成单个红色、绿色、蓝色、青色、洋红色、黄色、近红外、红外或透明滤色器。在某些实施方案中，在光敏层36上方形成的滤色器可具有色光通过的区域以及透明区域(即，可见光谱光通过的区域)。可在图像传感器14中的每个像素上方形成微透镜。每个微透镜可将光引导向相应的光敏层。光敏层36可包括钉扎层48。钉扎层48可邻近转移晶体管50(TX)、浮动扩散区52(FD)、重置晶体管54(RST)和偏置电压输送线路56(Vaa)。导电层58可定位在上衬底层和下衬底层两者中(为了简化附图，并未明确标记每一个金属层)。导电层可由金属形成。导电层58可包括电连接到像素100中的其他导电层、互连层34或其他部件的多个通孔和迹线。下衬底32可包括偏置电压输送线路60(Vaa)、源极跟随器晶体管62(SF)本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种成像像素(100)，其特征在于，所述成像像素包括：上衬底层(30)；下衬底层(32)；所述上衬底层(30)中的浮动扩散区(52)；所述上衬底层(30)中的光电二极管(36)，所述光电二极管(36)耦接到所述浮动扩散区(52)；所述下衬底层(32)中的源极跟随器晶体管(62)；所述上衬底层(30)与所述下衬底层(32)之间的互连层(34)，其中所述互连层(34)将所述浮动扩散区(52)耦接到所述源极跟随器晶体管(62)而无需通过介于中间的附加浮动扩散区；以及附加晶体管，用于提供双转换增益模式，其中在所述附加晶体管断开时将所述成像像素置于高转换增益模式，在所述附加晶体管接通时将所述成像像素置于低转换增益模式。

【技术特征摘要】
2015.08.26 US 14/836,5991.一种成像像素(100)，其特征在于，所述成像像素包括：上衬底层(30)；下衬底层(32)；所述上衬底层(30)中的浮动扩散区(52)；所述上衬底层(30)中的光电二极管(36)，所述光电二极管(36)耦接到所述浮动扩散区(52)；所述下衬底层(32)中的源极跟随器晶体管(62)；所述上衬底层(30)与所述下衬底层(32)之间的互连层(34)，其中所述互连层(34)将所述浮动扩散区(52)耦接到所述源极跟随器晶体管(62)而无需通过介于中间的附加浮动扩散区；以及附加晶体管，用于提供双转换增益模式，其中在所述附加晶体管断开时将所述成像像素置于高转换增益模式，在所述附加晶体管接通时将所述成像像素置于低转换增益模式。2.根据权利要求1所述的成像像素，其中，所述成像像素还包括：所述上衬底层(30)中的重置晶体管(54)。3.根据权利要求2所述的成像像素，其中，所述成像像素还包括：所述上衬底层(30)中的转移晶体管(50)。4.根据权利要求3所述的成像像素，其中，所述成像像素还包括：所述下衬底层(32)中的行选择晶体管(64)。5.根据权利要求4所述的成像像素，其中，所述成像像素还包括：第一金属层，所述第一金属层将所述互连层(34)连接到所述浮动扩散区(52)；以及第二金属层，所述第二金属层将所述互连层(34)连接到所述源极跟随器晶体管(62)。6.根据权利要求5所述的成像像素，其中，所述第一金属层、所述互连层和所述第二金属层将所述浮动扩散区电耦接到所述源极跟随器晶体管。7.根据权利要求1所述的成像像素，其中，所述成像像素还包括：重置晶体管(54)，其中所述互连层(34)不直接耦接到所述重置晶体管(54)。8.根据权利要求7所述的成像像素，其中所述重置晶体管(54)在所述上衬底层(30)中形成。9.根据权利要求8所述的成像像素，其中，所述成像像素还包括：所述上衬底层中的偏置电压输送线路，其中所述重置晶体管耦接在所述偏置电压输送线路与所述浮动扩散区之间。10.根据权利要求1所述的成像像素，其中所述互连层(34)仅耦接到所述源极跟随器晶体管(62)和所述浮动扩散区(52)。11.根据权利要求1所述的成像像素，其中，所述成像像素还包括：所述上衬底层(30)中的转移晶体管(50)；所述下衬底层中的金属层以及附加互连层(34-2)，...

【专利技术属性】
技术研发人员：S·威利卡奥，C·西尔斯比，
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