数字像素传感器的改进设计制造技术

提供了一种数字成像设备。该数字成像设备包括具有形成于第二基片上的支持电路，和形成于第一基片上的光传感器的光传感器阵列，所述第二基片由，例如ＣＭＯＳ工艺技术产生。独立于第二基片，单独处理第一基片，从而可优化形成于第一基片上的光传感器，而且还可优化形成于第二基片上的电路。随后使第一基片和第二基片电接触，从而来自于第一基片上的光传感器的信号可由第二基片上的支持电路接收。（*该技术在2021年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及图像传感器系统，更具体地说，涉及数字像素传感器的改进设计。数字摄影术是过去几年中出现的最令人激动的技术之一。借助适当的硬件和软件(以及稍许知识)，任何人都可把数字摄影术的原理用于工作。例如，数字相机处于数字摄影术应用的刃口地位。近年来的产品推广，技术进步及价格降低，以及电子邮件和环球网的出现，已使数字相机成为最热门的新型消费电子产品。但是，数字相机的工作方式不同于传统的胶片相机。事实上，数字相机的工作方式更接近于计算机扫描仪，复印机或传真机。绝大多数数字相机使用图像传感器或光敏器件，例如电荷耦合器件(CCD)或互补型金属氧化物半导体(CMOS)感知景象。光敏器件对景象反射的光线起反应，并可把反应强度转变为电子电荷信号，电荷信号可进一步被数字化。通过使光透过红色，绿色和蓝色滤光器，可关于每个独立的色谱，对反应进行度量。当借助软件组合并取值这些读数时，相机可确定图像各部分的具体颜色。由于图像实际上是数字数据的集合，因此图像可容易地下载到计算机中，并进行巧妙的处理，以便获得更美的效果。但是，数字相机不具有常规摄影术能够获得的分辨率。而传统的基于胶片的技术，只受化学胶片的粒度的限制，其分辨率一般为几千万像素，普通消费者能够接受的有市场前景的绝大多数数字相机中使用的图像传感器的分辨率稍大于1百万像素。此外，数字图像传感器的动态范围通常不如基于胶片的常规摄影术那样宽。对于CMOS图像传感器来说，更是如此，一般说来，CMOS图像传感器的动态范围小于CCD的动态范围。附图说明图1表示了Fowler等的美国专利No.5461425中描述的数字图像传感器10的方框图。如图所示，图像传感器核心12具有一个二维像素阵列15，每个像素具有一个和专用A/D转换器耦接的光检测元件(光检测器或光传感器)，A/D转换器输出代表光检测元件的模拟输出的位流。换句话说，Fowler的图像传感器直接输出数字图像数据。考虑到传统的CMOS图像传感器，这种结构不仅使后续的支持电路变得非常简单，而且还具有许多优点。这些优点包括可更好地控制图像传感器的工作，并且图像质量更好。但是，在每个光检测元件中加入专用A/D转换器，会引入一些实际问题，这些实际问题会限制这种图像传感器的使用。问题之一是图像传感器核心12的尺寸不可避免地要大于不具有专用A/D转换器情况下，图像传感器核心的尺寸。如果要求图像传感器具有位于其上的几百万个光检测器，则会存在大量的专用A/D转换器，这些专用A/D转换器会占用图像传感器核心中相当大量的空间。较大的图像传感器核心通常意味着成本较高，生产率较低。于是，需要直接产生数字图像数据的数字图像传感器的新的设计。此外，当需要光检测器变小，以便在尺寸有限的图像传感器中安放专用A/D转换器时，会降低光传感器的灵敏性。在常规的处理下，像素的光敏部分的效率和灵敏性随着CMOS器件尺寸的减小而降低。另外，随着功能元件尺寸的进一步减小，光传感器会遭受逐渐增大的泄漏电流，于是噪声越来越大。灵敏性的降低导致像素器件的动态范围相应减小，从而导致在像素处需要其它支持电路进行补偿。像素处支持电路数量的增大抵消了在芯片方面，较小的器件尺寸的益处。于是，需要具有高效率和高灵敏性的CMOS光传感器，同时仍然能够在支持电路方面保持较小的器件尺寸的组件。根据本专利技术，在第一基片上形成成像传感器的光传感器，在第二基片上形成光传感器的支持电路。随后使第一基片和第二基片电耦接，这样第一基片上的每个光传感器与第二基片上的支持电路电耦接。在一个实施例中，第一基片和第二基片通过凸块电耦接。换句话说，在第二基片的上表面上形成导电材料(例如铟)凸块，凸块与支持电路电耦接。在第一基片中适当地形成通路和类似的导电凸块，从而当使第一基片和第二基片对准时，第一基片上的光传感器与第二基片上的凸块电耦接。在大多数实施例中，第一基片被布置成与第二基片接触，并被粘结就位。在一些实施例中，可利用相同的处理技术(例如CMOS)生产第一和第二基片，而在其它一些实施例中，可利用不同的处理技术生产第一和第二基片。在一个实施例中，成像设备包括像素阵列。每个像素包括一个光传感器和该光传感器的像素支持电路。根据本专利技术，光传感器形成于第一基片上，并借助通路和隆起技术，与第二基片上的像素支持电路电耦接。在另一实施例中，也可在第一基片上形成复用电路，从而多个光传感器可利用第二基片中的相同凸块，使第一基片上光传感器与第二基片上的像素支持电路之间的信号耦接。本专利技术的不同实施例可来带一个或多个下述优点和益处。首先，采用本专利技术的图像传感器的尺寸不会因采用大量的像素级支持电路而显著增大，于是，可保持图像传感器的灵敏度。其次，由于图像传感器的尺寸几乎不变，因此可保持生产这种图像传感器时，半导体晶片的产率。从而，可控制这种图像传感器的成本，并且可实现这种图像传感器的普及。以下将参考附图，详细描述这些以及其它实施例。下文还将论述本专利技术实施例的其它目的、益处和优点。图1(现有技术)表示了Fowler等的美国专利No.5461425中描述的图像传感器。图2A表示了根据本专利技术的CMOS图像传感器或光敏器件的方框图。图2B表示了根据本专利技术的数字像素传感器电路的例证方框图。图3表示了根据本专利技术的数字图像传感器的方框图。图4A-4D表示了根据本专利技术的数字图像传感器的相应方框图。图5A-5C表示了根据本专利技术的数字图像传感器的相应方框图。图2A表示了其中实践本专利技术的光传感器阵列(图像传感器)100。光传感器阵列100可在任何图像捕获器件(例如，数字相机)中用于固定或视频图像捕获。利用CMOS技术，一般至少部分构成于基片上的光传感器阵列100包含布置成阵列的若干像素150-i，j。在图2A中，单个像素150-i，j被布置在行102-i和列104-j中，行102-i是行102-1～102-N之一，列104-j是列104-1～104-M之一。对于彩色检测来说，每个像素150-i，j可包括一个滤光器(例如，红色滤光器，蓝色滤光器或绿色滤光器)。随后，像素150-i，j被布置在有选择性透射滤光器的镶嵌面中，从而不同组的像素150-i，j检测不同颜色的光线。例如，第一组像素150-i，j106可检测红光，第二组像素150-i，j 108可检测绿光，第三组像素150-i，j 110可检测蓝光。光传感器阵列100的分辨率由行数和列数确定。图2A中，光传感器阵列100的分辨率为N×M，在许多应用中，该分辨率可以为，例如1000像素×1000像素。光传感器阵列100中的每个像素150-i，j包括一个当暴露在光线下时，产生电信号的光传感器。图2B表示了单个像素150的例子，该像素可以是光传感器阵列100中的任意一个像素150-i，j。于是，像素150是像素组106，108或110之一的一个组件。图2B中，像素150表示光传感器阵列100(图2A)中像素150-i，j之一的电路的一个实施例。像素150包括光传感器120和像素支持电路138，光传感器120可以是光电二极管。光传感器120可被表示为电流源122和电容器124并联。光传感器120与晶体管128的源极和漏极串联耦接，光传感器120和晶体管128的组合体耦接在电源Vcc和地之间。晶体管12本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种数字图像传感器，其特征在于所述数字图像传感器包括：具有光传感器阵列的第一基片，当使光传感器阵列暴露于景象之下时，每个光传感器产生一个模拟电荷信号；与所述第一基片耦接，并且包括像素支持电路阵列的第二基片，每个像素支持电路接收并把模 拟电荷信号转换为数字电荷信号。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨晓东，
申请(专利权)人：匹克希姆公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]