图像传感器制造技术

本公开提供了一种图像传感器，该图像传感器包括第一层，该第一层包括呈像素阵列的像素、以及配置为控制像素阵列的第一逻辑电路。每个像素包括配置为响应光而产生电荷的至少一个光电二极管和配置为产生与所述电荷对应的像素信号的像素电路。第二层包括连接到像素阵列和第一逻辑电路的第二逻辑电路，并且在第一层上。第三层包括电连接到像素和第一逻辑电路中的至少一个的存储元件、以及在其中包括该存储元件的绝缘层。绝缘层的下表面附接到第一层的上部，并且绝缘层的上表面附接到第二层的下部。

【技术实现步骤摘要】
图像传感器
本专利技术构思涉及图像传感器和制造该图像传感器的方法。
技术介绍
图像传感器是基于半导体的装置，其可以接收光并从其产生电信号。图像传感器可以包括具有多个像素的像素阵列、用于驱动像素阵列并产生图像的逻辑电路等。所述多个像素可以包括响应光而产生电荷的光电二极管、以及使用由光电二极管产生的电荷来输出像素信号的像素电路。为了改善图像传感器的性能，正在对其中添加各种元件的图像传感器进行研究。
技术实现思路
本专利技术构思的一方面是提供一种图像传感器，在该图像传感器中像素阵列、逻辑电路和存储器件形成在彼此堆叠的单独的层中，在该图像传感器中从设置于堆叠中间的层中去除了半导体基板，并且该图像传感器能够简化制造工艺并实现全局快门操作和高动态范围(HDR)功能。根据本专利技术构思的一方面，一种图像传感器包括第一层，该第一层包括布置成像素阵列的像素和配置为控制像素阵列的第一逻辑电路。每个像素包括配置为响应光而产生电荷的至少一个光电二极管和配置为产生与所述电荷对应的像素信号的像素电路。该图像传感器还包括：第二层，包括电连接到像素阵列和第一逻辑电路的第二逻辑电路，其中第二层在第一层上；第三层，包括存储元件和在其中包括存储元件的绝缘层，存储元件电连接到像素和第一逻辑电路中的至少一个。绝缘层的下表面附接到第一层的上部，并且绝缘层的上表面附接到第二层的下部。根据本专利技术构思的一方面，一种图像传感器包括：在第一半导体基板中的包括像素的像素阵列，每个像素包括配置为响应光而产生电荷的光电二极管、以及配置为基于所述电荷产生像素电压的像素电路；在第一半导体基板上的包括第一元件的第一逻辑电路，其中第一逻辑电路配置为控制像素，并在第一半导体基板上的第一绝缘层中或被该第一绝缘层覆盖；在不同于第一半导体基板的第二半导体基板中的包括第二元件的第二逻辑电路，其中第二逻辑电路配置为驱动像素阵列和第一逻辑电路，并在第二半导体基板上的第二绝缘层中或被该第二绝缘层覆盖；以及电容器，在第一绝缘层与第二绝缘层之间，其中电容器在不同于第一绝缘层和第二绝缘层的第三绝缘层中，并连接到像素阵列和第一逻辑电路中的至少一个。根据本专利技术构思的一方面，一种图像传感器包括：第一层，包括第一半导体基板、在第一半导体基板的第一区域中的像素阵列、以及在第一区域周围的第二区域中并配置为驱动像素阵列的第一逻辑电路；第二层，在垂直于第一半导体基板的上表面的方向上堆叠在第一层上，第二层包括第二半导体基板和在第二半导体基板上的第二逻辑电路；第三层，在第一层与第二层之间，并包括存储元件；以及逻辑通路，延伸穿过第三层并将第一逻辑电路连接到第二逻辑电路，其中逻辑通路不延伸穿过半导体材料。根据本专利技术构思的一方面，一种制造图像传感器的方法包括：形成第一层，第一层包括第一半导体基板、像素阵列和在第一半导体基板上的第一逻辑电路、以及在像素阵列和第一逻辑电路上的第一绝缘层；形成第二层，第二层包括不同于第一半导体基板的第二半导体基板、在第二半导体基板上并且不同于第一逻辑电路的第二逻辑电路、以及在第二逻辑电路上的第二绝缘层；形成第三层，第三层包括不同于第一半导体基板和第二半导体基板的第三半导体基板、在第三半导体基板上的存储元件、以及在存储元件上的第三绝缘层；将第一层附接到第三层，使得第三绝缘层的第一表面面对第一绝缘层；去除第三半导体基板以暴露第三绝缘层的第二表面；以及将第三层附接到第二层，使得第三绝缘层的第二表面面对第二绝缘层。附图说明本公开的以上及其它方面、特征和其它优点将由以下结合附图进行的详细描述被更清楚地理解，附图中：图1至图3是示出根据本公开的示例实施方式的图像传感器的示意图；图4是示出根据本公开的一示例实施方式的图像传感器的示意性框图；图5是示出根据本公开的一示例实施方式的图像传感器的像素电路的示意性电路图；图6是示出根据本公开的一示例实施方式的图像传感器的操作的图；图7和图8是示出根据本公开的一示例性实施方式的图像传感器的像素电路的示意性电路图；图9和图10是分别示出根据比较例的图像传感器和根据本公开的一示例性实施方式的图像传感器的图；图11至图15是示出根据本公开的一示例实施方式的图像传感器的垂直结构的图；图16和图17是示出根据本公开的一示例实施方式的包括在图像传感器中的存储元件的图；图18是示出根据本公开的一示例实施方式的制造图像传感器的方法的流程图；图19是示出根据本公开的一示例实施方式的制造图像传感器的方法的图；图20至图27是示出根据本公开的一示例实施方式的制造图像传感器的方法的图；以及图28是示出根据本公开的一示例实施方式的包括图像传感器的电子装置的示意性框图。具体实施方式在下文中，将参照附图详细描述本公开的示例实施方式。在附图中，相同的附图标记用于相同的构成元件，并且对相同构成元件的重复描述将被省略。图1至图3是示出根据本公开的示例实施方式的图像传感器的示意图。首先，参照图1，根据本公开的一示例实施方式的图像传感器1包括第一层10、第二层20和第三层30。第一至第三层10、20和30可以在垂直方向上堆叠。例如，第三层30可以设置在第一层10与第二层20之间。术语第一、第二、第三等在此仅用于将一个元件或层与另一个元件或层区分开。例如，第一层10可以包括像素阵列11和第一逻辑电路12。像素阵列11包括多个像素，所述像素连接到在第一方向上延伸的行线和在与第一方向交叉的第二方向上延伸的列线并且可以以矩阵形式排列。每个像素可以包括响应光而产生电荷的至少一个光电二极管、以及使用由光电二极管产生的电荷来产生像素电压的像素电路。第一逻辑电路12可以包括用于驱动像素阵列11的电路。在一示例，第一逻辑电路12可以包括驱动行线的行驱动器、通过列线从像素获取像素电压的读出电路、控制行驱动器和读出电路的控制逻辑等。在一实施方式中，像素阵列11设置在第一层10的第一区域中，而第一逻辑电路12设置在第一区域周围的第二区域中。第二层20可以包括第二逻辑电路21。第二逻辑电路21可以包括用于驱动像素阵列11和第一逻辑电路12的电路。在一示例中，第二逻辑电路21可以包括电源电路、输入/输出接口、图像信号处理器等。第三层30可以包括存储元件阵列31。存储元件阵列31可以包括存储元件，并且存储元件可以被实现为金属-绝缘体-金属(MIM)电容器、电荷陷阱元件、磁隧道结(MTJ)元件和锗(Ge)-锑(Sb)-碲(Te)(GST)元件中的至少一种。存储元件可以连接到形成在第一层10中的像素和/或第一逻辑电路12。此外，存储元件可以连接到形成在第二层20中的第二逻辑电路21。接下来，参照图2，根据本公开的一示例实施方式的图像传感器1A可以包括在垂直方向上堆叠的第一层10A、第二层20A和第三层30。在图2所示的示例实施方式中，第一层10A可以包括像素阵列11A，并且第一逻辑电路21A和第二逻辑电路22A的全部可以设置在第二层20A本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种图像传感器，包括：/n第一层，包括呈像素阵列的像素、以及配置为控制所述像素阵列的第一逻辑电路，每个所述像素包括：/n至少一个光电二极管，配置为响应光而产生电荷；以及/n像素电路，配置为产生与所述电荷对应的像素信号；/n第二层，包括电连接到所述像素阵列和所述第一逻辑电路的第二逻辑电路，其中所述第二层在所述第一层上；以及/n第三层，包括电连接到所述像素和所述第一逻辑电路中的至少一个的存储元件，并且进一步包括绝缘层，所述绝缘层在其中包括所述存储元件，/n其中所述绝缘层的下表面附接到所述第一层的上部，并且所述绝缘层的上表面附接到所述第二层的下部。/n

【技术特征摘要】
20191106 KR 10-2019-01412071.一种图像传感器，包括：
第一层，包括呈像素阵列的像素、以及配置为控制所述像素阵列的第一逻辑电路，每个所述像素包括：
至少一个光电二极管，配置为响应光而产生电荷；以及
像素电路，配置为产生与所述电荷对应的像素信号；
第二层，包括电连接到所述像素阵列和所述第一逻辑电路的第二逻辑电路，其中所述第二层在所述第一层上；以及
第三层，包括电连接到所述像素和所述第一逻辑电路中的至少一个的存储元件，并且进一步包括绝缘层，所述绝缘层在其中包括所述存储元件，
其中所述绝缘层的下表面附接到所述第一层的上部，并且所述绝缘层的上表面附接到所述第二层的下部。


2.根据权利要求1所述的图像传感器，其中所述第一层包括第一半导体基板，所述第二层包括第二半导体基板，所述第三层没有半导体基板。


3.根据权利要求1所述的图像传感器，其中每个所述像素的所述像素电路连接到所述存储元件中的至少一个，并且
所述像素分别连接到所述存储元件之中的不同的存储元件。


4.根据权利要求3所述的图像传感器，其中所述像素配置为被同时激活以产生所述电荷，并且所述存储元件配置为由所述像素信号编程。


5.根据权利要求4所述的图像传感器，其中所述存储元件配置为将所述像素信号依次输出到所述第一逻辑电路。


6.根据权利要求4所述的图像传感器，其中每个所述像素的所述像素电路包括开关元件，所述开关元件连接在所述存储元件中的所述至少一个与所述至少一个光电二极管之间。


7.根据权利要求1所述的图像传感器，其中所述存储元件配置为存储第一图像数据，所述第一逻辑电路配置为通过控制所述像素在第一时间期间是激活的来产生所述第一图像数据，以及
所述第一逻辑电路配置为使用所述第一图像数据和第二图像数据来产生结果图像，所述第二图像数据通过控制所述像素在不同于所述第一时间的第二时间期间是激活的来获取。


8.根据权利要求1所述的图像传感器，其中所述存储元件包括金属-绝缘体-金属电容器、电荷陷阱元件、磁隧道结元件和锗(Ge)-锑(Sb)-碲(Te)元件中的至少一种。


9.根据权利要求1所述的图像传感器，其中所述像素和所述存储元件通过在所述第一层与所述第三层之间的边界处的铜到铜接合而连接。


10.根据权利要求1所述的图像传感器，其中所述绝缘层的所述上表面通过在所述第二层与所述第三层之间的粘合层附接到所述第二层的所述下部。


11.根据权利要求1所述的图像传感器，其中所述第二层的第二区域对应于所述第一层的第一区域，所述第二逻辑电路设置在所述第二层的所述第二区域中，所述像素阵列设置在所述第一层的所述第一区域中，以及
所述第二逻辑电路电连接到所述像素和所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：权杜原，白寅圭，
申请(专利权)人：三星电子株式会社，
类型：发明
国别省市：韩国;KR