图像传感器、制备图像传感器的方法和像素电路技术

一种图像传感器(200)、制备图像传感器(200)的方法和像素电路。该图像传感器(200)包括：多个像素单元(210)；其中，每个像素单元(210)的电路设置于多片晶圆上(221,222)，每个像素单元(210)的电路在所述多片晶圆(221,222)之间电连接。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】图像传感器、制备图像传感器的方法和像素电路版权申明本专利文件披露的内容包含受版权保护的材料。该版权为版权所有人所有。版权所有人不反对任何人复制专利与商标局的官方记录和档案中所存在的该专利文件或者该专利披露。
本申请涉及图像传感器领域，并且更具体地，涉及一种图像传感器、制备图像传感器的方法和像素电路。
技术介绍
互补金属氧化物半导体图像传感器(CMOSImageSensor，CIS)广泛用于消费电子，安防监控，工业自动化，人工智能，物联网等领域，用于图像数据信息的采集和整理，为后续处理和应用提供信息源。CIS按曝光及对应的读出方式可以分为卷帘式快门图像传感器(rollingshutterCIS，RS-CIS)和全局快门图像传感器(globalshutterCIS，GS-CIS)。在CIS的设计中，电压主导的GS-CIS是一种主流的方案。然而目前的GS-CIS结构复杂，一方面单位像素的面积较大，另一方面大量的晶体管/电容占据了较多的像素面积，影响了填充因子(fillfactor)，感光效率以及满井电子数，从而影响了图像传感器的性能。因此，如何提高图像传感器的性能，成为一个亟待解决的技术问题。
技术实现思路
本申请实施例提供了一种图像传感器、制备图像传感器的方法和像素电路，能够提高图像传感器的性能。第一方面，提供了一种图像传感器，包括：多个像素单元；其中，每个像素单元的电路设置于多片晶圆上，每个像素单元的电路在所述多片晶圆之间电连接。第二方面，提供了一种制备图像传感器的方法，包括：在第一晶圆上制备图像传感器的多个像素单元中每个像素单元的第一电路；在第二晶圆上制备每个像素单元的第二电路；在所述第一晶圆和所述第二晶圆之间电连接所述第一电路和所述第二电路。第三方面，提供了一种图像传感器的像素电路，包括：光电二极管、传输管，复位管，第一源跟随器，偏置管、第一开关管、第二开关管、第三开关管、第四开关管、信号电容、参考电容、第二源跟随器和行选通管；其中，所述第一源跟随器的栅极通过所述传输管连接到所述光电二极管，并通过所述复位管连接到电源；所述第一源跟随器的源极连接到所述偏置管的漏极；所述偏置管的漏极通过所述第一开关管连接到所述参考电容，并通过所述第三开关管连接到所述信号电容；所述第二源跟随器的栅极通过所述第二开关管连接到所述参考电容，并通过所述第四开关管连接到所述信号电容；所述第二源跟随器的源极连接到所述行选通管。本申请实施例的技术方案，将像素单元的电路设置于多片晶圆上，并通过多片晶圆之间的电连接实现像素电路连接，一方面可以使得像素的面积减小，另一方面，可以使得光电二极管占据较大比例的像素面积，提高填充因子，感光效率以及满井电子数，从而能够提高图像传感器的性能。附图说明图1是本申请一个实施例的图像传感器的像素电路的示意图。图2是本申请实施例的图像传感器的示意图。图3是本申请另一个实施例的图像传感器的像素电路的示意图。图4是图3中的像素电路的时序图。图5-8是本申请实施例的图像传感器的像素电路的设置示意图。图9是本申请实施例的制备图像传感器的方法的示意性流程图。图10-13是本申请实施例的图像传感器的制备过程的示意图。具体实施方式下面将结合附图，对本申请实施例中的技术方案进行描述。应理解，本文中的具体的例子只是为了帮助本领域技术人员更好地理解本申请实施例，而非限制本申请实施例的范围。还应理解，在本申请的各种实施例中，各过程的序号的大小并不意味着执行顺序的先后，各过程的执行顺序应以其功能和内在逻辑确定，而不应对本申请实施例的实施过程构成任何限定。还应理解，本说明书中描述的各种实施方式，既可以单独实施，也可以组合实施，本申请实施例对此并不限定。本申请实施例的技术方案可以应用于各种图像传感器，例如全局快门图像传感器，但本申请实施例对此并不限定。图1示出了一种全局快门图像传感器的像素电路100的示意图。如图1所示，该像素电路100包括八个晶体管，一个用于感光的光电二极管以及两个电容。由于包括较多的器件，像素的面积较大，而且大量的晶体管/电容占据了较多的像素面积，影响了填充因子，感光效率以及满井电子数，从而影响了图像传感器的性能。鉴于此，本申请实施例提供了一种改进的图像传感器设计方案，以提高图像传感器的性能。图2示出了本申请实施例的图像传感器200的示意图。如图2所示，图像传感器200包括多个像素单元210(图2中示出了两个)，其中，每个像素单元210的电路设置于多片晶圆(图2中示出了两片晶圆，即第一晶圆221和第二晶圆222)上，每个像素单元210的电路在所述多片晶圆之间电连接。在本申请实施例中，将像素单元210的电路设置于多片晶圆上，再通过多片晶圆之间的电连接实现完整的像素电路。通过这样的设置方式，使得像素的面积减小，而且，可以使得光电二极管占据较大比例的像素面积，从而可以提高图像传感器的性能。可选地，所述电连接可以为金属间键合连接。例如，如图2所示，在第一晶圆221和第二晶圆222之间利用键合电极231和232进行金属间键合，实现像素单元210的电路在第一晶圆221和第二晶圆222之间的电连接。应理解，所述电连接也可以为其他电连接方式，只要能够实现晶圆之间的电连接即可，本申请实施例对此并不限定。所述多片晶圆可以堆叠设置，即多片晶圆竖直堆叠，如图2所示的堆叠方式。可选地，如图2所示，在两片晶圆的设计中，每个像素单元210的电路包括第一电路和第二电路，所述第一电路设置于所述第一晶圆221上，所述第二电路设置于所述第二晶圆222上，所述第一电路和所述第二电路在所述第一晶圆221和所述第二晶圆222之间电连接。可选地，如图2所示，所述第一电路包括光电二极管211。第一电路中除了光电二极管211外，可以设置较少的其他器件，以便光电二极管占据较大比例的像素面积。在本申请实施例中，对于像素单元210，可以采用各种像素电路，本申请实施例对此并不限定。下面以两片晶圆的设计为例，具体描述像素单元210的电路的设置方式，但不应理解为对本申请实施例的限定。图3示出了本申请一个实施例的图像传感器的像素电路300的示意图。该像素电路300可以为图2中的像素单元210的电路。如图3所示，该像素电路300可以包括：光电二极管301、传输管302，复位管303，第一源跟随器304，偏置管305、第一开关管306、第二开关管307、第三开关管308、第四开关管309、信号电容310、参考电容311、第二源跟随器312和行选通管313。传输管302，复位管303，第一源跟随器304，偏置管305、第一开关管306、第二开关管307、第三开关管308、第四开关管309、第二源跟随器312和行选通管313可以采用N型半导体传输管(nMOStransistor)。所述第一源跟随器304的栅极通过所述传输管连302本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种图像传感器，其特征在于，包括：/n多个像素单元；/n其中，每个像素单元的电路设置于多片晶圆上，每个像素单元的电路在所述多片晶圆之间电连接。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】一种图像传感器，其特征在于，包括：
多个像素单元；
其中，每个像素单元的电路设置于多片晶圆上，每个像素单元的电路在所述多片晶圆之间电连接。


根据权利要求1所述的图像传感器，其特征在于，所述多片晶圆堆叠设置。


根据权利要求1或2所述的图像传感器，其特征在于，所述多片晶圆包括第一晶圆和第二晶圆，每个像素单元的电路包括第一电路和第二电路，所述第一电路设置于所述第一晶圆上，所述第二电路设置于所述第二晶圆上，所述第一电路和所述第二电路在所述第一晶圆和所述第二晶圆之间电连接。


根据权利要求3所述的图像传感器，其特征在于，所述第一电路包括光电二极管。


根据权利要求3或4所述的图像传感器，其特征在于，所述第一电路包括光电二极管、传输管，复位管和第一源跟随器；
所述第二电路包括偏置管、第一开关管、第二开关管、第三开关管、第四开关管、信号电容、参考电容、第二源跟随器和行选通管。


根据权利要求5所述的图像传感器，其特征在于，所述第一源跟随器的栅极通过所述传输管连接到所述光电二极管，并通过所述复位管连接到电源；
所述第一源跟随器的源极与所述偏置管的漏极在所述第一晶圆和所述第二晶圆之间电连接；
所述偏置管的漏极通过所述第一开关管连接到所述参考电容，并通过所述第三开关管连接到所述信号电容；
所述第二源跟随器的栅极通过所述第二开关管连接到所述参考电容，并通过所述第四开关管连接到所述信号电容；
所述第二源跟随器的源极连接到所述行选通管。


根据权利要求3或4所述的图像传感器，其特征在于，所述第一电路包括光电二极管、传输管，复位管、第一源跟随器和偏置管；
所述第二电路包括第一开关管、第二开关管、第三开关管、第四开关管、信号电容、参考电容、第二源跟随器和行选通管。


根据权利要求7所述的图像传感器，其特征在于，所述第一源跟随器的栅极通过所述传输管连接到所述光电二极管，并通过所述复位管连接到电源；
所述第一源跟随器的源极连接到所述偏置管的漏极；
所述偏置管的漏极通过所述第一开关管连接到所述参考电容，并通过所述第三开关管连接到所述信号电容，其中，所述偏置管的漏极与所述第一开关管和/或所述第三开关管在所述第一晶圆和所述第二晶圆之间电连接；
所述第二源跟随器的栅极通过所述第二开关管连接到所述参考电容，并通过所述第四开关管连接到所述信号电容；
所述第二源跟随器的源极连接到所述行选通管。


根据权利要求3或4所述的图像传感器，其特征在于，所述第一电路包括光电二极管、传输管，复位管和第一源跟随器；
所述第二电路包括偏置管、第一开关管、第二开关管、第一电容、第二电容、第二源跟随器和行选通管。


根据权利要求9所述的图像传感器，其特征在于，所述第一源跟随器的栅极通过所述传输管连接到所述光电二极管，并通过所述复位管连接到电源；
所述第一源跟随器的源极与所述偏置管的漏极在所述第一晶圆和所述第二晶圆之间电连接；
所述偏置管的漏极通过所述第一开关管连接到所述第一电容，并通过所述第一开关管和所述第二开关管连接到所述第二电容和所述第二源跟随器的栅极；
所述第二源跟随器的源极连接到所述行选通管。


根据权利要求3或4所述的图像传感器，其特征在于，所述第一电路包括光电二极管、传输管，复位管、第一源跟随器和偏置管；
所述第二电路包括第一开关管、第二开关管、第一电容、第二电容、第二源跟随器和行选通管。


根据权利要求11所述的图像传感器，其特征在于，所述第一源跟随器的栅极通过所述传输管连接到所述光电二极管，并通过所述复位管连接到电源；
所述第一源跟随器的源极连接到所述偏置管的漏极；
所述偏置管的漏极通过所述第一开关管连接到所述第一电容，并通过所述第一开关管和所述第二开关管连接到所述第二电容和所述第二源跟随器的栅极，其中，所述偏置管的漏极与所述第一开关管在所述第一晶圆和所述第二晶圆之间电连接；
所述第二源跟随器的源极连接到所述行选通管。


根据权利要求1至12中任一项所述的图像传感器，其特征在于，所述电连接包括金属间键合连接。


一种制备图像传感器的方法，其特征在于，包括：
在第一晶圆上制备图像传感器的多个像素单元中每个像素单元的第一电路；
在第二晶圆上制备每个像素单元的第二电路；
在所述第一晶圆和所述第二晶圆之间电连接所述第一电路和所述第二电路。


根据权利要求14所述的方法，其特征在于，所述第一电路包括光电二极管。


根据权利要求14或15所述的方法，其特征在于，所述第一电路包括光电二极管、传输管，复位管和第一源跟随器；
所述第二电路包括偏置管、第一开关管、第二开关管、第三开关管、第四开关管、信号电容、参考电容、第二源跟随器和行选通管。


根据权利要求16所述的方法，其特征在于，所述第一源跟随器的栅极通过所述传输管连接到所述光电二极管，并通过所述复位管连接到电源；
所述偏置管的漏极通过所述第一开关管连接到所述参考电容，并通过所述第三开关管连接到所述信号电容；
所述第二源跟随器的栅极通过所述第二开关管连接到所述参考电容，并通过所述第四开关管连接到所述信号电容；
所述第二源跟随器的源极连接到所述行选通管；
其中，所述在所述第一晶圆和所述第二晶圆之间电连接所述第一电路和所述第二电路，包...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐泽，
申请(专利权)人：深圳市大疆创新科技有限公司，
类型：发明
国别省市：广东;44