CN101523602A - 具有两个晶片的有源像素传感器 - Google Patents

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Abstract

垂直集成的有源像素传感器包括连接到配套电路晶片的传感器晶片。晶片间连接器或者连接器导线将信号在该传感器晶片和该配套电路晶片之间传送。通过使用可移除的界面层将该传感器晶片附着于操作晶片来制造该有源像素传感器。一旦该传感器晶片被附着于该操作晶片，将该传感器晶片背面减薄到给定的厚度。然后该配套电路晶片附着于该传感器晶片，并且该操作晶片从该传感器晶片分开。

Description

具有两个晶片的有源像素传感器
技术领域
本发明一般涉及有源像素传感器领域，并且更具体地涉及具有两个分开的半导体晶片的有源像素传感器，该两个分开的半导体晶片的每个包括电路的一部分。
背景技术
CMOS图像传感器(CIS)遭受到要求尺寸极度按比例缩小的亚微米互补金属氧化物半导体(CMOS)工艺实现能够与电荷耦合器件(CCD)的像素尺寸竞争的小像素的问题的困扰。通常，当CMOS工艺缩小到更小的尺度时，工艺整合和结构的细节要改变并且像素性能会恶化。这方面的例子有浅沟槽隔离，和重掺杂的倒退型阱(retrograde well)。对于建立深亚微米CMOS器件这两个都是必须的，但是这两个对于像素的暗电流具有不利影响。因此，要做很多工作来将光电探测器和像素重新集成和重新优化进每个新的深亚微米CMOS技术节点中。
然而，设计者要对亚微米CMOS器件的设计和制造做出权衡。设计者或者能够通过不转移到缩小比例的CMOS工艺来保持像素图像的质量，这导致对于较小的像素的较低的填充因子，或者转移到更小的设计规则工艺以实现小的像素，但这导致需要重新集成和重新设计光电探测器以获得可接受的图像质量。
这些问题的一个解决方案是将光电探测器与CMOS电路分开建立。例如，该图像传感器能够建立在不同的晶片上，并且使用三维集成或者晶片级互连技术将该不同的晶片接合在一起。美国专利US6,927,432使用两个半导体晶片制造了一种有源像素传感器。一个晶片-施主(donor)晶片包括光电探测器，而另一个晶片-寄主(host)晶片包括用于该光电探测器的像素内(in-pixel)信号操作和读出的互连层和电路。像素互连把施主晶片上的每个光电探测器直接连接到寄主晶片上的相应的节点或电路。
虽然该方法将光电探测器和电路的处理分开，但是由于与光电探测器直接接触或者连接该方法降低了光电探测器的性能。这样的性能降低的特定例子包括，但不限于，由于接触腐蚀工艺所造成损坏而导致的增大的暗电流、在光电探测器中的增多的金属杂质(其会导致点缺陷)、和由于被连接到高掺杂的欧姆接触区而导致的高的暗电流。
发明内容
一种有源像素传感器包括两个半导体晶片，连接到配套电路晶片的传感器晶片。该传感器晶片能够被实施为正面照明的传感器晶片或背面照明的传感器晶片。在根据本发明的一个实施例中，该传感器晶片包括像素区阵列，每一个像素区包括光电探测器、传输门和电荷-电压转换机构。该传感器晶片还能够包括提供一个或多个导电互连的互连层。
该配套电路晶片包括互连层和CMOS器件层。该CMOS器件层包括用于该有源像素传感器的配套电路。在该CMOS器件层中使用的部件和电路的类型取决于该有源像素传感器的用途或者使用。该配套电路可包含在该配套电路晶片上的每一个像素区中，并且仅仅由该传感器晶片上的相应的像素区使用。可替换地，两个或更多像素区能够共享该传感器晶片上的一些或者所有配套电路。晶片间连接器将该传感器晶片上的每一个像素区中的电荷-电压转换机构连接到该配套电路晶片上的相应的节点或电路。该晶片间连接器将电荷从该电荷-电压转换机构转移到该配套电路晶片。
在根据本发明的另一个实施例中，该传感器晶片上的每一个像素区包括光电探测器、读出电路和导电互连(伴随的导线和接触)。该读出电路的一个例子是传输门、电荷-电压转换机构和连接到该电荷-电压转换机构的一个或多个晶体管。根据本发明的其它实施例能够使用不同的像素结构实施传感器晶片。
该配套电路晶片包括导电互连和由该有源像素传感器使用的额外的模拟数字电路。形成在该配套电路晶片上的附加电路的例子包括，但不限于，定时信号发生器、例如传输门驱动器的控制电路、解码器、输出电路、和电源。晶片间连接器导线将该配套电路晶片上的一些配套电路的输出，比如例如，定时和偏置电路的输出，连接到该传感器晶片上的输入。晶片间连接器导线还将该传感器晶片的输出连接到该配套电路晶片上的一些配套电路的输入，诸如，例如读出电路的输入。
一种用于制造具有传感器晶片和配套电路晶片的有源像素传感器的方法包括使用可移除的界面层将该传感器晶片附着于操作晶片。该可移除的界面层包括，但不限于，有机或者聚合物界面层。当执行滤色器阵列和微透镜处理之后的背面减薄过程时，在微透镜、滤色器阵列和传感器晶片上施加类似于在芯片尺度封装中使用的保护层的保护层。然后，使用有机或者聚合物的界面层将该操作晶片附着于该保护层的顶部。
一旦该传感器晶片被附着于该操作晶片，将该传感器晶片背面减薄到给定的厚度。然后该配套电路晶片附着于该传感器晶片。一旦该配套电路晶片被附着于该传感器晶片，将该操作晶片从该传感器晶片分开。能够使用溶解该有机或者聚合物界面层的化学处理来将该操作晶片从该传感器晶片分开。
通过下面对优选实施例和所附权利要求的详细描述并参考附图，将更清楚地理解本发明的这些及其他方面、目的、特征和优势。
本发明兼具高图像质量和高填充因子的优势。传感器晶片的制造工艺可以被优化来改善光电探测器的性能，而配套电路晶片的制造工艺可以被优化来改善CMOS工艺和电路性能。该传感器晶片能够与多个配套电路晶片设计或者技术共同使用，从而提供改进的设计灵活性和优化以及降低的成本。该传感器晶片和该配套电路晶片之间的连接能够通过该传感器晶片上的电荷-电压转换机构、电压域接触和该配套电路晶片上的节点实现，从而避免光电探测器的性能退化。
附图说明
图1是根据本发明的实施例中的包括在具有两个半导体晶片的图像传感器中的传感器晶片的俯视图。
图2是沿着根据本发明的实施例中的图1的线A′-A′的剖视图；
图3是能够在根据本发明的实施例中的具有两个半导体晶片的图像传感器中实施的有源像素的示意图。
图4是沿着根据本发明的实施例中的图1的线B′-B′的剖视图；
图5是能够在根据本发明的实施例中的具有两个半导体晶片的图像传感器中实施的共享放大器结构的示意图。
图6是能够在根据本发明的实施例中的具有两个半导体晶片的图像传感器中实施的另一像素结构的示意图。
图7是在根据本发明的实施例中的具有两个半导体晶片的第二图像传感器的剖视图；
图8是在根据本发明的实施例中的具有两个半导体晶片的第三图像传感器的透视图。
图9是说明在根据本发明的实施例中制造具有两个半导体晶片的图像传感器的第一种方法的流程图。
图10是能够结合图9所示的方法使用的第一制造系统的框图；
图11是说明在根据本发明的实施例中制造具有两个半导体晶片的图像传感器的第二种方法的流程图。
图12是能够结合图11所示的方法使用的第二制造系统的框图；以及
图13是在根据本发明的实施例中能够使用具有两个半导体晶片的图像传感器的成像系统的框图。
具体实施方式
在整个说明书和权利要求书中，以下术语采用与此处明确关联的含义，除非文中另有明确的表述。“一”、“一个”和“该”的含义包括多于一个参考，“在...中”的含义包括“在...中”和“在...上”。术语“连接”意思是在被连接的项目之间直接电连接，或者通过一个或多个无源或者有源中间器件间接连接。术语“电路”意思是连接在一起以提供所期望的功能的有源或无源的单个部件或者多个部件。术语“信号”意思是电流、电压、或者数据信号中的至少一个。参考附图，在整个视图中相同的标记表示相同的部分。
现在参考图1，示出的是根据本发明的实施例中的具有两个半导体晶片的图像传感器的俯视图。图像传感器100实施为有源像素传感器，比如例如互补金属氧化物半导体(CMOS)图像传感器。有源像素传感器具有多个像素，每个像素在像素单元内包括一个或多个有源电部件，比如晶体管。
图像传感器100包括以行和列的阵列形式布置的像素区102。图像传感器阵列100能够具有任意数目的像素区，比如例如，960行乘1280列的像素区。周边晶片间连接器104沿根据本发明的实施例中的图像传感器100的一个周边边缘形成。虽然晶片间连接器104仅仅在图像传感器100的一个周边边缘上示出，但是根据本发明的其它实施例能够包括在图像传感器100的两个或更多周边边缘上的周边晶片间连接器104。
图2是在根据本发明的实施例中沿图1的线A′-A′的剖视图。图像传感器100包括传感器晶片202和配套电路晶片204。图像传感器100被实施为前面照明的有源像素传感器。在根据本发明的实施例中，传感器晶片202被实施为背面减薄的CIS晶片，该CIS晶片具有n型晶片层206和p型外延层208。
图像传感器100包括在传感器晶片202和配套电路晶片204上的像素区210、212、214。在传感器晶片202上的每个像素区210、212、214包括光电探测器216、传输门218、电荷-电压转换机构220和用于隔离光电探测器216和电荷-电压转换机构220的隔离区222。在根据本发明的实施例中，光电探测器216被实施为钉扎光电二极管，电荷-电压转换机构220被实施为浮动扩散。在根据本发明的其它实施例中，光电探测器216和电荷-电压转换机构220能够被不同地实施。
在根据本发明的实施例中，配套电路晶片204包括互连层224和CMOS器件层226。互连层224形成有电介质材料并且在图2中用四个金属层228、230、232、234示出。在根据本发明的其它实施例中，互连层224能够包括任意数目的金属层。在根据本发明的实施例中，晶片间连接器235由金属层228、230、232、234的组合形成。为便于说明问题起见，在图2中每个晶片间连接器235被示为连续区。
CMOS器件层226包括配套电路236、238、240，分别用于像素区210、212、214。配套电路236、238、240能够专属于每一个像素区210、212、214或者一些或者所有配套电路236、238、240能够被两个或更多像素区210、212、214共享。在CMOS器件层226中使用的部件和电路的类型取决于图像传感器100的用途或者使用。仅举例来说，在根据本发明的实施例中，CMOS器件层226包括用于每一个像素区210、212、214的源跟随器晶体管、复位晶体管、行选择晶体管、和电源电压。在根据本发明的其它实施例中，CMOS器件层226包括额外的或者不同的模拟数字电路。这样的模拟数字电路的例子包括，但不限于，行和列解码器和驱动器、按列(per column)抽样保持电路、模拟信号处理链、数字图像处理块、存储器、定时及控制电路、输入/输出(I/O)、和结合垫。
晶片间连接器242将传感器晶片202上的每个电荷-电压转换机构220经由晶片间连接器235电连接到配套电路晶片204上的相应的节点或电路。晶片间连接器242通过隔离244与传感器晶片202中的其它区电隔离。隔离244被实施为任何非导电材料，比如例如，二氧化硅。
滤色器246、248、250形成在传感器晶片202的上方，并被用来滤波由每个光电探测器216接收的入射光的带宽。仅举例来说，滤色器246被配置成使得在红光光谱处或接近红光光谱处传播的光被光电探测器216接收。滤色器248被配置成使得在绿光光谱处或接近绿光光谱处传播的光被光电探测器216接收。滤色器250仅仅允许在蓝光光谱处或接近蓝光光谱处传播的光被光电探测器216接收。滤色器246、248、250组合构成滤色器阵列。微透镜252形成在滤色器246、248、250上方，并被用来将光导向光电探测器216。
现在参考图3，示出的是在根据本发明的实施例中能够实施在具有两个半导体晶片的图像传感器中的有源像素的示意图。有源像素300包括光电探测器(PD)216、传输门(TG)218、电荷-电压转换机构220、复位门晶体管(RG)302、电位VDD304、源跟随器放大晶体管(SF)306、和行选择晶体管(RSEL)308，RSEL308的漏连接到SF306的源，RSEL308的源连接到输出310。RG302和SF306的漏保持在电位VDD304。RG302的源和SF306的栅连接到电荷-电压转换机构220
虚线312包围光电探测器216、传输门218、和电荷-电压转换机构220以勾画出包括在传感器晶片202上的部件。在根据本发明的实施例中，未被虚线312包围的复位门晶体管302、电位VDD304、源跟随器放大晶体管306、行选择晶体管308和输出310代表形成在配套电路晶片204上的部件。用晶片间连接器242和晶片间连接器235(图2)构成的晶片间连接器314将传感器晶片202上的电荷-电压转换机构220电连接到配套电路晶片204上的节点316。
图4是在根据本发明的实施例中沿图1中的线B′-B′的剖视图。周边晶片间连接器104将配套电路晶片204上的传输门驱动器402的输出电连接到传输门互连404。传输门互连404在传感器晶片202上分别连接到像素区410,412中的传输门406,408。该传输门驱动器402的输出提供电信号给传输门406,408。
现在参考图5，示出了能够在根据本发明的实施例中的具有两个半导体晶片的图像传感器中实施的共享放大器结构的示意图。利用该结构的图像传感器包括具有像素区的传感器晶片，该像素区包括光电探测器(PD1)500、传输门(TG1)502、电荷-电压转换机构(n+)504、光电探测器(PD2)506、传输门(TG2)508和电荷-电压转换机构(n+)510。光电探测器(PD1)500、传输门(TG1)502和电荷-电压转换机构(n+)504与像素区512相关联，同时光电探测器(PD2)506、传输门(TG2)508和电荷-电压转换机构(n+)510与像素区514相关联。虽然在图5中仅仅示出两个像素区512、514，但在根据本发明的实施例中图像传感器包括多个像素区。
在根据本发明的实施例中，使用一个晶片间连接器(即235、242)将在传感器晶片上的两个电荷-电压转换机构504、510电连接到配套电路晶片上的节点516。节点516连接到源跟随器放大晶体管(SF)518的栅和复位门晶体管(RG)520的源。RG520和SF518的漏被维持在电压电位VDD522。SF518的源被连接到行选择晶体管(RSEL)524的漏并且RSEL524的源被连接到输出(Vout)526。
图6是能够实施在根据本发明的实施例中的具有两个半导体晶片的图像传感器中的另一像素结构的示意图。利用该结构的图像传感器包括具有像素区600、602、604的传感器晶片。虽然在图6中仅仅示出三个像素区600、602、604，在根据本发明的实施例中图像传感器包括多个像素区。像素区600、602、604的每一个包括光电探测器606、传输门608、和电荷-电压转换机构610。光电探测器606、传输门608、和电荷-电压转换机构610被包括在传感器晶片上。
在根据本发明的实施例中，在配套电路晶片上的每一个像素区包括源跟随器晶体管(SF)、复位门晶体管(RG)、和行选择晶体管(RSEL)。晶片间连接器612、614、616将在传感器晶片上的每个电荷-电压转换机构610连接到配套电路晶片上的相应的源跟随器晶体管的栅。bin选择晶体管(BSEL)618、620也被包括在配套电路晶片上并且有选择地经由另外的晶片间连接器将相邻像素区的电荷-电压转换机构610连接在一起。
现在参考图7，示出了在根据本发明的实施例中具有两个半导体晶片的第二图像传感器的剖视图。图像传感器700包括传感器晶片702和配套电路晶片704。图像传感器700被实施为背面照明的有源像素传感器。在根据本发明的实施例中，传感器晶片702被实施为具有p型外延层706和互连层722的背面减薄的晶片。互连层722包括传输门导线。
图像传感器700包括在传感器晶片702和配套电路晶片704上的像素区708、710、712。在传感器晶片702上的每个像素区708、710、712包括光电探测器714、传输门716、电荷-电压转换机构718和用于隔离光电探测器714和电荷-电压转换机构718的隔离区720。在根据本发明的实施例中光电探测器714被实施为钉扎光电二极管712，电荷-电压转换机构718被实施为浮动扩散。在根据本发明的其它实施例中，光电探测器714和电荷-电压转换机构718能够被不同地实施。
在根据本发明的实施例中配套电路晶片704包括互连层724和CMOS器件层726。互联层724用电介质材料形成并且以四个金属层728、730、732、734示出。在根据本发明的其它实施例中，互连层724能够包括任意数目的金属层。
CMOS器件层726包括配套电路736、738、740，分别用于像素区708、710、712。配套电路736、738、740能够专属于每一个像素区708、710、712或者配套电路736、738、740的一些或者所有能够被两个或更多像素区708、710、712共享。在CMOS器件层726中使用的部件和电路的类型取决于图像传感器700的用途或者使用。仅举例来说，在根据本发明的实施例中CMOS器件层726包括用于每一个像素区708、710、712的跟随器晶体管、复位晶体管、行选择晶体管和电源电压。在根据本发明的其它实施例中，CMOS器件层726能够包括另外的或者不同的模拟数字电路。这样的模拟数字电路的例子包括但不限于行和列解码器和驱动器、按列抽样保持电路、模拟信号处理链、数字图像处理块、存储器，定时及控制电路、输入/输出(I/O)和结合垫。
晶片间连接器742由提供于互连层722、724中的金属层形成，并且使用晶片到晶片接触744将传感器晶片702上的每个电荷-电压转换机构718与配套电路晶片704上的相应的节点或电路电连接。在根据本发明的实施例中，晶片到晶片接触744也由提供于互连层722、724中的金属层形成。在根据本发明的另一个实施例中，晶片到晶片接触744由特定按照圆片级层叠和结合技术沉积或者形成的另外的金属层形成。
输入/输出(I/O)连接器746和用于传输门驱动器748的输出也被包括在配套电路晶片704上。结合垫750通过晶片间连接器752连接到I/O连接器746。在根据本发明的其它实施例中，结合垫750被形成在图像传感器700的表面754上，并且晶片间连接器752被形成通过配套电路晶片704以将结合垫750连接到I/O连接器746。
图8是在根据本发明的实施例中的具有两个半导体晶片的第三图像传感器的透视图。图像传感器800可以是背面照明的图像传感器或者正面照明的图像传感器。图像传感器800包括传感器晶片802和配套电路晶片804。像素阵列806包括在传感器晶片802上。在根据本发明的实施例中，像素阵列806中的每一个像素区包括光电探测器、传输门、电荷-电压转换机构和用于光电探测器和电荷-电压转换机构的隔离区(未示出)。在根据本发明的实施例中，该传输门、电荷-电压转换机构，和至少一个晶体管构成读出电路。根据本发明的其它实施例能够使用替换的像素结构不同地实施该读出电路。
每一个像素区也能够包括其它像素晶体管和导电互连，每个互连包括导电接触和导电信号线(未示出)。图4中的接触405是导电接触的一个例子，并且图4中的传输门互连404是导电信号线的一个例子。
配套电路晶片804包括由有源像素传感器和导电接触使用的另外的模拟数字电路(未示出)。形成在配套电路晶片804上的附加电路的例子包括，但不限于，定时信号发生器，例如传输门驱动器的控制电路、解码器、输出电路、和电源。使用晶片间连接器导线808在像素阵列806的周边边缘制成从传感器晶片802到配套电路晶片804的电连接。一些晶片间连接器导线808将输入信号从配套电路晶片804传送到传感器晶片802。例如：控制与定时信号被传送到像素阵列806中的像素区。作为另一例子，使用一个或多个信号导线808将配套电路晶片804上的传输门驱动器的输出连接到传感器晶片802上的相应传输门互连导线。
其它晶片间连接器导线808将输出信号从传感器晶片802传送到配套电路晶片804。在根据本发明的实施例中使用一个或多个晶片间连接器导线808将传感器晶片802上的列输出线连接到配套电路晶片804上的列电路的对应输入(未示出)。虽然图8示出的晶片到晶片互连位于该器件的周边，但是根据本发明的其它实施例能够将这些互连分布在每个器件的整个区域。
使用已知的互连技术，能够以管芯级或者晶片级进行在传感器晶片802和配套电路晶片804之间的电连接。这样的技术的例子包括，但不限于，管芯到管芯的引线接合，传感器晶片802的芯片尺度封装，其中分布的背面凸块连接到配套电路晶片804上的顶侧垫，和贯穿晶片的通路技术。图4中晶片间连接器104是贯穿晶片的通路技术的一个例子。
在根据本发明的实施例中，传感器晶片802上的像素晶体管是单一类型的像素晶体管，例如NMOS或者PMOS晶体管。此外，传感器晶片802典型地包括仅仅一个或两个导电互连层，而配套电路晶片804包括多个导电互连层。这简化了传感器晶片802的制造工艺并允许该工艺和配套电路晶片804的制造工艺分开被优化。
现在参考图9，示出了说明在根据本发明的实施例中制造具有两个半导体晶片的图像传感器的第一种方法的流程图。操作晶片在背面减薄传感器晶片之前被附着于该传感器晶片。使用一个或多个界面层将操作晶片和传感器晶片连接，如框900所示。仅举例来说，聚合物或者有机界面材料被用来将操作晶片附着于传感器晶片。一旦传感器晶片连接到操作晶片，将该传感器晶片背面减薄到给定的厚度(框902)。在根据本发明的实施例中，将该传感器晶片背面减薄到约三微米或者更小的厚度。
然后配套电路晶片附着于传感器晶片，如框904所示。在根据本发明的实施例中，配套电路晶片被结合到该传感器晶片。然后通过化学处理溶解该有机或聚合物层将该操作晶片从传感器晶片分离(框906)。最后，在该传感器晶片上形成滤色器阵列和微透镜，如框908所示。
图10是结合图9所示的方法使用的第一制造系统的框图。图10示出在图9的框900被执行后的系统。操作晶片1000借助一个或多个界面层1004附着于传感器晶片1002。随后将传感器晶片1002背面减薄到给定的厚度，如图9中的框902所示。
现在参考图11，示出了说明在根据本发明的实施例中制造具有两个半导体晶片的图像传感器的第二种方法的流程图。开始，在传感器晶片上形成滤色器阵列和微透镜，如框1100所示。然后在微透镜、滤色器阵列和传感器晶片上形成类似于在芯片尺度封装中使用的那种类型的保护层的保护层(框1102)。然后，在框1104，使用一个或多个有机或者聚合物的界面层将操作晶片附着于保护层的顶部。
一旦该操作晶片附着于该保护层，将该传感器晶片背面减薄到给定的厚度(框1106)。然后该配套电路晶片附着于该传感器晶片，如框1108所示，最后，通过化学处理溶解该有机或聚合物层将该操作晶片从传感器晶片分开(框1110)。
图12是结合图11所示的方法使用的第二制造系统的框图。图12示出图11的框1100、1102和1104被执行后的系统。在传感器晶片1202上形成滤色器阵列和微透镜1200。在滤色器阵列和微透镜1200及传感器晶片1202上形成保护层1204。一个或多个界面层1206被用于将操作晶片1208附加于保护层1204。随后将传感器晶片1202背面减薄到给定的厚度，如图11的框1106所示。
参考图13，示出了在根据本发明的实施例中能够使用具有两个半导体晶片的图像传感器的成像系统的框图。成像系统1300包括数码相机电话1302和计算装置1304。数码相机电话1302是能够使用具有两个半导体晶片的图像传感器的图像捕捉装置的例子。其它类型的图像捕捉装置可以结合本发明使用，比如例如，数字式静物照相机和数字视频摄像录像相机。
在根据本发明的实施例中，数码相机电话1302是便携式、手持的、用电池作电源的装置。数码相机电话1302生成存储在存储器1306中的数字图像，该存储器1306例如是内部的闪速EPROM存储器或者可移除的存储卡。其它类型的数字图像存储介质，例如磁性的硬盘、磁带、或者光盘，也能够可替换地用来实施存储器1306。
数码相机电话1302使用透镜1308来将来自场景(未示出)的光聚焦到有源像素传感器1312的图像传感器阵列1310上。在根据本发明的实施例中，图像传感器阵列1310使用拜耳滤色器图案提供彩色图像信息。图像传感器阵列1310由定时信号发生器1314控制，定时信号发生器1314还控制闪光灯1316以便当环境照明较暗时对该场景照明。
从图像传感器阵列1310输出的模拟输出信号被放大并由模数(A/D)转换器电路转换为数字数据。该数字数据存储在缓冲存储器1320中并且随后由数字处理器1322处理。数字处理器1322由存储在固件存储器1324中的固件控制，该固件存储器1324能够是闪速EPROM存储器。数字处理器1322包括实时时钟1326，实时时钟1326保持日期与时间，即使当数码相机电话1302和数字处理器1322处于低功率状态的时候也是如此。该被处理的数字图像文件存储在存储器1306中。存储器1306还能够存储其它类型的数据，比如例如，音乐文件(例如MP3文件)、铃声、电话号码、日历、和待办事项列表。
在根据本发明的一个实施例中，数码相机电话1302捕捉静止图像。数字处理器1322执行颜色插值然后是颜色和音调校正，以便生成渲染的sRGB图像数据。该渲染的sRGB图像数据然后被压缩并作为图像文件存储在存储器1306中。仅举例来说，该图像数据能够按照JPEG格式压缩，其使用已知的“Exif”图像格式。该格式包括Exif应用段，其使用各种TIFF标签存储特殊影像元数据。能够使用分开的TIFF标签，例如来存储该照片被捕捉的日期与时间、该透镜的光圈数及其它相机设置，并且存储图像字幕。
在根据本发明的实施例中，数字处理器1322生成不同的图像大小，这是由用户选择的。一个这样的大小是低分辨率的“索引图像(thumbnail)”大小的图像。生成索引图像大小的图像在共同受让的Kuchta等人的美国专利US5,164,831，题目为“Electronic Still CameraProviding Multi-Format Storage Of Full And Reduced ResolutionImages”中有所描述。该索引图像存储在RAM存储器1328中并提供给显示器1330，该显示器1330例如能够是有源矩阵LCD或者有机发光二极管(OLED)。生成索引图像大小的图像允许在彩色显示器1330上评审该被捕捉的图像。
在根据本发明的另一个实施例中，数码相机电话1302还生成并存储视频剪辑。通过将图像传感器阵列1310的多个像素加和在一起(例如将在图像传感器阵列1310中的每个4列x4行区域内的相同颜色的像素加和)以产生较低分辨率的视频图像帧来生成视频剪辑。从图像传感器阵列1310中以规则的间隔读出该视频图像帧，例如使用每秒15帧的读出速率。
音频编解码器1332连接到数字处理器1320并接收来自麦克风(Mic)1334的音频信号。音频编解码器1332还将音频信号提供给扬声器1336。这些部件被用于电话交谈和记录并播放音轨，以及视频序列或者静止图像。
在根据本发明的实施例中，扬声器1336还被用于通知用户有打进来的电话。使用存储在固件存储器1324中的标准铃声，或者通过使用从移动电话网络1338下载并存储在存储器1306中的定制铃声，可以实现上述情况。另外，振动装置(未示出)能够被用于提供无声的(例如非听觉的)通知-有打进来的电话。
数字处理器1322连接到无线调制解调器1340，该无线调制解调器1340使数码相机电话1302能够经射频(RF)信道1342发送与接收信息。无线调制解调器1340使用例如3GSM网络的另一RF链路(未示出)与移动电话网络1338通信。移动电话网络1338与照片服务供应商1344通信，该照片服务供应商1344存储从数码相机电话1302上传的数字图像。包括计算装置1304在内的其它装置经由因特网1346访问这些图像。在根据本发明的实施例中，移动电话网络1338还连接到标准电话网络(未示出)以便提供普通电话服务。
图形用户界面(未示出)显示在显示器1330上并且由用户控制1348控制。在根据本发明的实施例中，用户控制1348包括用来拨电话号码的专用按钮(例如电话键盘)，用来设置模式(例如“电话”模式、“日历”模式、“照相”模式)的控制，包括四种方式控制(上，下，左，又)的操纵杆控制器和按钮中心的“OK”或者“选择”开关。
对接(dock)1350对数码相机电话1302中的电池(未示出)再充电。对接1350将数码相机电话1302经对接接口1352连接到计算装置1304。在根据本发明的实施例中，对接接口1352被实施为导线接口，例如USB接口。可替换地，在根据本发明的其它实施例中，对接接口1352被实施为无线接口，例如蓝牙或者IEEE802.11b无线接口。对接接口1352用来将图像从存储器1306下载到计算装置1304。对接接口1352还被用于将日历信息从计算装置1304传送到数码相机电话1302中的存储器1306中。
部件列表
100 图像传感器
102 像素区
104 周边晶片间连接器
202 传感器晶片
204 配套电路晶片
206 晶片层
208 外延层
210 像素区
212 像素区
214 像素区
216 光电探测器
218 传输门
220 电荷-电压转换机构
222 隔离区
224 互连层
226 CMOS器件层
228 金属层
230 金属层
232 金属层
234 金属层
235 晶片间连接器
236 配套电路
238 配套电路
240 配套电路
242 晶片间连接器
244 隔离
246 滤色器
248 滤色器
250 滤色器
252 微透镜
300 有源像素
302 复位门晶体管
304 电位VDD
306 源跟随器放大晶体管
308 行选择晶体管
310 输出
312 虚线
314 晶片间连接器
316 节点
402 传输门驱动器的输出
404 传输门互连
405 传输门接触
406 传输门
408 传输门
410 像素区
412 像素区
500 光电探测器
502 传输门
504 电荷-电压转换机构
506 光电探测器
508 传输门
510 电荷-电压转换机构
512 像素区
514 像素区
516 节点
518 源跟随器放大晶体管
520 复位门晶体管
522 电位VDD
524 行选择晶体管
526 输出
600 像素区
602 像素区
604 像素区
606 光电探测器
608 传输门
610 电荷-电压转换机构
612 晶片间连接器
614 晶片间连接器
616 晶片间连接器
618 bin选择晶体管
620 bin选择晶体管
700 图像传感器
702 传感器晶片
704 配套电路晶片
706 外延层
708 像素区
710 像素区
712 像素区
714 光电探测器
716 传输门
718 电荷-电压转换机构
720 隔离区
722 互连层
724 互连层
726 CMOS器件层
728 金属层
730 金属层
732 金属层
734 金属层
736 配套电路
738 配套电路
740 配套电路
742 晶片间连接器
744 晶片-晶片接触
746 输入/输出连接器
748   传输门驱动器的输出
750   结合垫
752   晶片间连接器
754   表面
800   图像传感器
802   传感器晶片
804   配套电路晶片
806   像素阵列
808   晶片间连接器导线
1000  处理晶片
1002  传感器晶片
1004  界面层
1200  微透镜和滤色器阵列
1202  传感器晶片
1204  保护层
1206  界面层
1208  处理晶片
1300  成像系统
1302  相机电话
1304  计算装置
1306  存储器
1308  透镜
1310  图像传感器阵列
1312  有源像素传感器
1314  定时信号发生器
1316  闪光灯
1318  模数转换器
1320  缓冲存储器
1322  数字处理器
1324  固件存储器
1326  时钟
1328  RAM存储器
1330   显示器
1332   音频编解码器
1334   麦克风
1336   扬声器
1338   移动电话网络
1340   无线调制解调器
1342   射频信道
1344   照片服务供应商
1346   互联网
1348   用户控制
1350   对接
1352   对接接口

Claims (19)

1.一种有源像素传感器，包括：
(a)传感器晶片，包括：
像素区的第一阵列，每一个像素区包括：
用于响应入射光而收集电荷的光电探测器；
用于传送来自该光电探测器的电荷的传输门；和
用于经由传输门接收来自该光电探测器的电荷的电荷-电压转换机构；
(b)连接到该传感器晶片的配套电路晶片，该配套电路晶片包括：
具有用于第一阵列中的每一个像素区的配套电路的像素区的第二阵列，其中第二阵列中的每一个像素区与第一阵列中的一个或多个像素区相关联；以及
(c)在该传感器晶片上的每个电荷-电压转换机构和该配套电路晶片上的相应的像素区中的电节点之间的晶片间连接器，该晶片间连接器用于将电荷从该电荷-电压转换机构传送到该配套电路晶片。
2.根据权利要求1所述的有源像素传感器，其中该电荷-电压转换机构包括浮动扩散。
3.根据权利要求1所述的有源像素传感器，其中该配套电路晶片包括互连层和互补金属氧化物半导体器件层。
4.根据权利要求3所述的有源像素传感器，其中该互补金属氧化物半导体器件层包括用于第一阵列中的一个或多个像素区的配套电路。
5.根据权利要求4所述的有源像素传感器，其中该配套电路包括至少一个晶体管。
6.根据权利要求1所述的有源像素传感器，其中该有源像素传感器是按照图像捕捉装置布置的。
7.根据权利要求1所述的有源像素传感器，其中该传感器晶片包括背面照明的传感器晶片。
8.根据权利要求1所述的有源像素传感器，其中该传感器晶片包括前面照明的传感器晶片。
9.一种有源像素传感器，包括：
(a)传感器晶片，包括：
有源像素区的阵列，每个有源像素区具有：
用于响应光而收集电荷的光电探测器；
用于从该光电探测器读取电荷的读出电路；和
连接到该读出电路的第一多个互连；
(b)连接到该传感器晶片的配套电路晶片，其中该配套电路晶片包括：
用于该有源像素区的阵列的配套电路；和
第二多个互连；以及
(c)用于将一个或多个信号在该传感器晶片和该配套电路晶片之间传送的多个晶片间连接器导线，其中每个晶片间连接器导线被连接在该传感器晶片上的第一互连和该配套电路晶片上的对应互连之间。
10.根据权利要求9所述的有源像素传感器，其中该传感器晶片包括背面照明的传感器晶片。
11.根据权利要求9所述的有源像素传感器，其中该传感器晶片包括前面照明的传感器晶片。
12.根据权利要求9所述的有源像素传感器，其中该有源像素传感器是按照图像捕捉装置布置的。
13.一种用于制造包括传感器晶片和配套电路晶片的有源像素传感器的方法，该方法包括：
使用可移除的界面层将该传感器晶片附着于操作晶片；
将该传感器晶片背面减薄到给定的厚度；
将该配套电路晶片附着于该传感器晶片；以及
将该操作晶片从该传感器晶片分开。
14.根据权利要求13所述的方法，其中所述界面层包括有机界面层。
15.根据权利要求13所述的方法，其中所述界面层包括聚合物界面层。
16.根据权利要求13所述的方法，进一步包括在该传感器晶片的表面上形成滤色器阵列和多个微透镜。
17.根据权利要求16所述的方法，进一步包括在将该传感器晶片附着于该操作晶片之前，在该多个微透镜、该滤色器阵列和该传感器晶片的表面上施加保护层。
18.根据权利要求17所述的方法，其中使用可移除的界面层将该传感器晶片附着于该操作晶片包括使用可移除的界面层将该保护层附着于该操作晶片。
19.根据权利要求13所述的方法，其中将该操作晶片从该传感器晶片分开包括溶解该界面层。
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