CN109429020A - 用于制造图像传感器的方法和系统 - Google Patents

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Abstract

一种制造包括第一半导体芯片和第二半导体芯片的图像传感器的方法，包括：接收分别与第一半导体芯片和第二半导体芯片相关联的制造数据；处理制造数据以确定由多个像素中的每个像素生成的像素信号传输到的像素信号传输线的电容和电阻，其中所述电容和电阻对应于与多个像素中的每个像素相关联的位置信息；以及在第一半导体芯片电连接到第二半导体芯片之前，基于所确定的电容和电阻确定图像传感器的预测的特性。基于确定图像传感器的预测的特性至少满足一个或多个目标值的特定集合，第一半导体芯片可以电连接到第二半导体芯片以形成图像传感器。

Description

用于制造图像传感器的方法和系统
相关申请的交叉引用
本申请要求于2017年8月21日向韩国知识产权局提交的韩国专利申请第10-2017-0105509号的权益，其全部内容通过引用并入本文。
技术领域
本发明构思涉及图像传感器，并且更具体地涉及制造图像传感器的方法和被配置为制造图像传感器的计算系统。
背景技术
图像传感器是被配置为将光学图像转换成电信号的半导体器件。图像传感器可以包括进一步包括以二维(2D)矩阵形状布置的多个像素的像素阵列。多个像素中的每个像素可以基于在像素处接收(“入射在像素上”)的光的光能输出(“生成”)图像信号。多个像素中的每个像素可以对与通过光电二极管入射(例如，在像素的光电二极管处接收)的光的量相对应的光电荷进行积分(integrate)，并且基于积分的光电荷输出(“生成”)作为模拟信号的像素信号。
发明内容
本发明构思提供了制造图像传感器的方法和被配置为制造图像传感器的计算系统，该图像传感器包括包含多个像素的半导体芯片以及包含信号处理电路的半导体芯片。
根据一些示例实施例，一种制造图像传感器的方法，所述图像传感器可以包括第一半导体芯片和第二半导体芯片，所述第一半导体芯片可以包括多个像素，并且所述第二半导体芯片可以包括信号处理电路，所述方法可以包括：接收与第一半导体芯片的设计相关联的第一制造数据；接收与第二半导体芯片的设计相关联的第二制造数据；处理第一制造数据和第二制造数据，以确定由多个像素中的每个像素生成的像素信号被传输到的像素信号传输线的预测的电容和预测的电阻，预测的电容和预测的电阻对应于与多个像素中的每个像素相关联的位置信息；基于预测的电容和预测的电阻来确定图像传感器的预测的特性；以及基于确定由第一半导体芯片和第二半导体芯片的电连接导致的图像传感器的预测的特性至少满足一个或多个目标值的特定集合，电连接第一半导体芯片和第二半导体芯片以形成图像传感器。
根据一些示例实施例，一种制造图像传感器的方法，其中所述图像传感器可以包括第一半导体芯片和第二半导体芯片，所述第一半导体芯片可以包括多个像素，并且所述第二半导体芯片包可以括信号处理电路，所述方法可以包括：接收与第一半导体芯片的设计相关联的第一制造数据；接收与第二半导体芯片的设计相关联的第二制造数据；处理第一制造数据和第二制造数据，以确定由多个像素中的每个像素生成的像素信号被传输到的像素信号传输线的预测的电容和预测的电阻；基于预测的电容和预测的电阻来确定图像传感器的预测的特性；以及基于图像传感器的预测的特性将第一半导体芯片选择性地安装在第二半导体芯片上。
根据一些示例实施例，一种被配置为制造图像传感器的计算系统，其中所述图像传感器可以包括第一半导体芯片和第二半导体芯片，所述计算系统可以包括：存储器，被配置为存储指令程序；以及处理器。所述处理器可以被配置为执行指令程序以：接收与第一半导体芯片和第二半导体芯片的每个半导体芯片的设计相关联的制造数据，所述第一半导体芯片包括多个像素，所述第二半导体芯片包括信号处理电路，处理所述制造数据以确定由多个像素中的每个像素生成的像素信号被传输到的像素信号传输线的预测的电容和预测的电阻，所述预测的电容和预测的电阻对应于与多个像素中的每个像素相关联的位置信息，基于预测的电容和预测的电阻确定图像传感器的预测的特性；以及基于确定由第一半导体芯片和第二半导体芯片的电连接导致的图像传感器的预测的特性至少满足一个或多个目标值的特定集合，电连接第一半导体芯片和第二半导体芯片。
附图说明
从以下结合附图进行的详细描述，将更清楚地理解本发明构思的示例实施例，在附图中：
图1是根据一些示例实施例的图像传感器的框图；
图2是示出根据一些示例实施例的当光未入射到图像传感器时的主信号的波形的曲线图；
图3示出了根据一些示例实施例的两个晶片的堆叠结构；
图4是根据一些示例实施例的图像传感器的电路图；
图5是根据一些示例实施例的预测图像传感器的特性的操作的流程图；
图6是根据一些示例实施例的被配置为预测图像传感器的特性的计算系统的框图；
图7示出了根据一些示例实施例的存储在图6的存储器中的程序的示例；
图8是根据一些示例实施例的预测图像传感器的特性的操作的流程图；
图9是根据一些示例实施例的连接到图像传感器的像素的多个子路径的电路图；
图10是根据一些示例实施例的制造图像传感器的方法的流程图；以及
图11是根据一些示例实施例的包括图像传感器的系统的框图。
具体实施方式
图1是根据一些示例实施例的图像传感器10的框图。
参考图1，图像传感器10可以包括像素阵列100和信号处理块200。像素阵列100可以包括多个像素PX。信号处理块200可以电连接到像素阵列100，并且可以被配置为将来自行驱动器220的行信号RS1至RSi提供(“传输”)到像素阵列100(例如，将行信号经由分离的各自的行信号传输线传输到像素阵列100中的多个像素PX的每个像素，如图1所示)或者从像素阵列100接收像素信号P1至Pj。信号处理块200可以包括一系列信号处理电路，所述一系列信号处理电路被配置为接收功率信号或控制信号，并响应于所接收的功率信号或控制信号执行操作。可以是电路实例的信号处理块200可以是预定义的功能块，并且被称为包括模数转换器(ADC)的数字块或知识产权(IP)块。
像素阵列100可以包括以i×j的矩阵布置的多个像素PX。再次说明，多个像素PX可以包括“i”个像素乘以“j”个像素的二维矩阵。这里，i和j中的每个可以是自然数。像素PX中的每个可以连接在行线和列线之间，并输出对应于入射光的像素信号。在一些示例实施例中，像素PX中的每个可以具有包括有机光电转换单元或无机光电转换单元的多层结构。在一些示例实施例中，像素PX中的每个可以具有通过仅堆叠有机光电转换单元形成的多层结构。
信号处理块200可以包括读出电路210、行驱动器220、定时发生器230、斜坡信号生成器240、缓冲器250和控制寄存器块260。读出电路210可以包括相关双采样(CDS)电路212。读出电路210可以从像素阵列100接收像素信号P1至Pj并生成数字信号Dout。
CDS电路212可以从包括在像素阵列100中的多个列线接收像素信号P1至Pj，并且可以对接收的像素信号P1至Pj中的每个执行CDS操作。具体地，CDS电路212可以对与像素信号对应的噪声电平和信号电平进行双重采样，并且输出与噪声电平和信号电平之间的差相对应的差电平。
读出电路210还可以包括比较器块和模数转换(ADC)块。比较器块可将由CDS电路212输出的相关双采样(CDS)像素信号中的每个与由斜坡信号生成器240输出的斜坡信号进行比较，并输出比较信号。ADC块可以响应于时钟信号对比较信号进行计数，将由比较器块输出的多个比较信号中的每个转换成数字数据，并且将多个数字数据输出到缓冲器250。
即使光没有入射到包括在像素阵列100中的多个像素PX，由于与行信号RS1至RSi的耦合，多个像素PX也可以输出与由光入射到的多个像素PX输出的像素信号类似的像素信号P1至Pj。读出电路210可以输出包括噪声的数字信号Dout。因此，读出电路210可以考虑到像素信号P1至Pj被建立(settle)的建立时间来执行读出操作。读出电路210的读出操作速度和图像传感器10的读出操作速度可以根据建立时间而变化。根据一些示例实施例的图像传感器10可以预先预测建立时间并减少制造图像传感器10所用的时间。
行驱动器220可以经由定时发生器230的控制来驱动像素阵列100的多个行线中的至少一个。具体地，行驱动器220可以将行信号RS1至RSi提供给像素阵列100的各个行线。在此，行信号可以包括用于控制包括在单位像素中的多个晶体管的多个控制信号。
定时发生器230可以生成用于控制图像传感器10的操作定时的控制信号。具体地，定时发生器230可以经由控制寄存器块260的控制来控制行驱动器220和读出电路210的操作。
斜坡信号生成器240可以经由定时发生器230的控制来生成斜坡信号。通过使用电流型数模转换器(DAC)或电压至电流(VI)转换器，斜坡信号生成器240可以允许斜坡信号的电压电平随着电流随时间的变化而改变。斜坡信号可以被生成为具有单斜率的电压，提供给读出电路210并且与由像素阵列100输出的像素信号进行比较。
控制寄存器块260可以控制定时发生器230、斜坡信号生成器240和缓冲器250的操作。缓冲器250可以以帧为单位存储由读出电路210输出的数字数据。因此，缓冲器250可以被称为帧存储器或缓冲存储器。缓冲器250可以将以帧为单位存储的数字数据Dout输出到数字信号处理器(DSP)。
在一些实施例中，图像传感器10可以进一步包括图像信号处理器(ISP)。ISP可以对存储在缓冲器250中的原始数据执行信号处理操作并输出图像数据。
例如，ISP可以包括多个信号处理块，多个信号处理块被配置为对原始数据执行信号处理操作，诸如色彩插值、色彩校正、自动白平衡、伽马校正、色彩饱和度校正、格式校正、坏像素校正、色调校正(hue correction)、自动曝光、自动对焦和相位检测自动对焦(PDAF)。
图2是示出根据一些示例实施例的、当光未入射到包括以上参考图1所示和描述的图像传感器10的图像传感器时的主信号的波形的曲线图。
参考图1和图2，即使光没有入射到包括在像素阵列100中的多个像素PX，施加到CDS电路212的像素信号PIX_OUT的大小也可能由于与行信号RS1至RSi(例如，转移(transfer)信号TG)的耦合而改变。
作为用于重建提供给CDS电路212的像素信号PIX_OUT所用的时间(“经过时间的时段”)的建立时间可以根据像素PX而变化。建立时间可以指在转移信号TG的电平改变的时间点与像素信号PIX_OUT重建的时间点之间的持续时间。因此，建立时间可以根据像素信号PIX_OUT被传输到的像素信号传输线的电容和电阻而变化。而且，建立时间可以根据从行驱动器220向像素PX传输转移信号TG的转移信号传输线的电容和电阻而变化。在一些示例实施例中，建立时间可以根据像素阵列100中的像素PX的位置而变化。像素信号传输线可以是从多个像素的输出端子延伸到信号处理电路的输入端子的导线。
读出电路210的比较器块可以比较由CDS电路212输出的CDS像素信号中的每个与由斜坡信号生成器240输出的斜坡信号VRAMP，并输出比较信号。
如果读出电路210的比较器块在不考虑用于高速操作的建立时间的情况下开始比较操作，则可能发生各个像素信号之间的偏差，由此导致图像传感器的基座性能和噪声(例如，随机噪声和固定模式噪声)特性的劣化。具体地，当包括像素阵列的半导体芯片和包括信号处理块的半导体芯片被分开制造并且堆叠时，被配置为连接具有不同建立时间的半导体芯片的硅通孔(TSV)可能导致图像传感器易受由于电阻-电容(RC)延迟、变化和干扰而引起的特性劣化的影响。再次说明，第一半导体芯片可以通过硅通孔(TSV)电连接到第二半导体芯片。
因此，在一些示例实施例的图像传感器10中，可以计算建立时间，并且定时生成器230可以控制斜坡信号生成器240，以基于计算出的建立时间经由控制寄存器块260的控制生成斜坡信号VRAMP，以便使由于RC延迟、变化和干扰引起的特性劣化最小化。当建立时间较短时，图像传感器10的操作速度可能变得更高，因此图像传感器10的性能可能提高。
根据一些示例实施例的制造图像传感器10的方法可以包括：在第一半导体芯片和第二半导体芯片彼此堆叠和结合(bond)之前，基于包括多个像素PX的第一半导体芯片和包括信号处理块200的第二半导体芯片中的每个(“相关联”)的制造数据，计算建立时间。因此，可以预先预测读出电路210的固定模式噪声或读出速度。如果图像传感器10的预测特性不满足(“至少满足”)一个或多个目标值的集合，则可以改变第一半导体芯片或第二半导体芯片的制造数据，并且可以基于由第一半导体芯片和第二半导体芯片的电连接导致的图像传感器10的预测特性是否至少满足一个或多个目标值的集合的确定，选择性地实现第一半导体芯片和第二半导体芯片的制造和/或电连接以形成图像传感器10。因此，根据一些示例实施例的制造图像传感器10的方法可以减少制造图像传感器10所用的时间和/或可以导致制造具有改进的性能的图像传感器10。在一些示例实施例中，图像传感器10的特性可以包括与图像传感器10相关联的噪声特性、图像传感器10的驱动速度、图像传感器10的功耗以及图像传感器10对入射光的灵敏度中的一个或多个特性。在一些示例实施例中，半导体芯片的制造数据是半导体芯片的设计的制造数据。例如，如本文所述，第一半导体芯片的制造数据可以是第一半导体芯片的设计的制造数据，并且第二半导体芯片的制造数据可以是第二半导体芯片的设计的制造数据。在一些示例实施例中，可以基于图像传感器的预测特性来改变与TSV对应的第一制造数据和第二制造数据。
图3是示出根据一些示例实施例的两个晶片(wafer)WP1和WP2的堆叠结构的图。图4是根据一些示例实施例的图像传感器10的电路图。
参考图3，多个第一半导体芯片CH1可以二维地布置在第一晶片WP1的一个表面上。第一半导体芯片CH1的每个半导体芯片可以包括可以对应于像素阵列(例如，图1中的100)的有源像素传感器APS。同时，多个第二半导体芯片CH2可以二维地布置在第二晶片WP2的一个表面上。第二半导体芯片CH2的每个半导体芯片LB可以对应于信号处理块(例如，图1中的200)。
布置有第一半导体芯片CH1的第一晶片WP1和布置有第二半导体芯片CH2的第二晶片WP2可以彼此堆叠和结合。因此，可以形成堆叠晶片结构以至少部分地形成图像传感器。具体地，第一晶片WP1和第二晶片WP2可以基于使用粘合膜而彼此结合。粘合剂膜可以包括绝缘粘合剂材料，例如环氧树脂或硅树脂(silicone resin)。如上所述，根据一些示例实施例，第一半导体芯片CH1中的每个半导体芯片可以包括像素阵列，并且第二半导体芯片CH2中的每个半导体芯片可以包括信号处理块。因此，可以通过使用两个晶片WP1和WP2形成像素阵列和信号处理块。
参考图3和图4，图像传感器10可以包括第一半导体芯片CH1和第二半导体芯片CH2。第一半导体芯片CH1可以包括布置有多个像素PX的像素阵列区域PXA和将电连接到第二半导体芯片CH2的第一焊盘PAD1。第二半导体芯片CH2可以包括信号处理块200和将电连接到第一半导体芯片CH1的第二焊盘PAD2。在这种情况下，信号处理块200可以对应于图1的信号处理块200。行驱动器(例如，图1中的220)被包括在作为较低芯片的第二半导体芯片CH2中，本发明构思不限于此，并且行驱动器可以被包括在作为较高芯片的第一半导体芯片CH1中。
第一半导体芯片CH1可以堆叠在第二半导体芯片CH2上。第一半导体芯片CH1可以通过互连构件CON结合到第二半导体芯片CH2，并且第一半导体芯片CH1和第二半导体芯片CH2可以构成图像传感器10。互连构件CON可以包括导电材料。例如，互连构件CON可以是硅通孔(TSV)。
为了制造(“形成”)图像传感器10，作为第一半导体芯片CH1的布局(layout)的第一布局和作为第二半导体芯片CH2的布局的第二布局可以通过计算设备生成。具体地，图像传感器10的制造可以包括分别提供(“生成”)像素阵列区域PXA的布局(“设计”)和信号处理块200的布局，而不提供(“生成”)图像传感器10的整个布局，分别基于第一布局和第二布局来制造第一半导体芯片CH1和第二半导体芯片CH2，并且电连接第一半导体芯片CH1和第二半导体芯片CH2以至少部分地形成图像传感器10。
根据一些示例实施例的制造图像传感器的方法可以包括：堆叠并结合第一晶片WP1和第二晶片WP2，即，第一半导体芯片CH1和第二半导体芯片CH2，并且基于处理第一半导体芯片CH1和第二半导体芯片CH2的每个半导体芯片的制造数据，在堆叠和结合之前预测图像传感器10的特性。例如，该方法可以包括在第一半导体芯片CH1电连接到第二半导体芯片CH2之前，处理第一半导体芯片CH1的第一制造数据和第二半导体芯片CH2的第二制造数据。制造数据不仅可以包括布局，还可以包括电路配置、指示对应于布局的处理操作的信息、以及布局中包括的器件的特性模型。“布局”、“电路配置”、“布置”、其一些组合等中的至少一些可以至少部分地在本文中统称为可用于制造(“形成”)半导体芯片的“设计”。
如果图像传感器10的预测特性不满足图像传感器10的一个或多个特性的目标值(“至少满足一个或多个目标值的集合”)，则第一半导体芯片CH1或第二半导体芯片CH2的制造数据可以被改变，并且可以基于改变的制造数据选择性地重新制造第一晶片WP1和第二晶片WP2。因此，当与第一半导体芯片CH1和第二半导体芯片CH2彼此堆叠并结合之后测量图像传感器的特性并重新制造第一晶片WP1和第二晶片WP2的方法相比，根据一些示例实施例的制造图像传感器的方法可以减少制造图像传感器10所用的时间和/或可以导致制造具有改进的性能的图像传感器10。
图5是根据一些示例实施例的预测图像传感器的特性的操作的流程图。根据一些示例实施例的制造图像传感器的方法可以包括预测图像传感器的特性。
参考图4和图5，可以接收包括多个像素的第一半导体芯片CH1的第一制造数据和包括信号处理块200的第二半导体芯片CH2的第二制造数据(S110)。第一制造数据和第二制造数据不仅可以包括第一半导体芯片CH1和第二半导体芯片CH2的相应布局，还可以包括电路配置、对应于布局的处理操作的信息以及包括在布局中的器件的特性模型。因此，第一半导体芯片CH1的第一制造数据可以是与第一半导体芯片CH1的设计相关联的第一制造数据，并且第二半导体芯片CH2的第二制造数据可以是与第二半导体芯片CH2的设计相关联的第二制造数据。
第一制造数据可以包括关于像素阵列区域PXA和第一焊盘PAD1的布置的信息，所述像素阵列区域PXA包括以i×j的矩阵布置的多个像素，所述第一焊盘PAD1将电连接至第二半导体芯片CH2。而且，第一制造数据可以包括关于像素阵列区域PXA的多个像素PX中包括的器件中的每个的布置的信息。例如，包括在第一制造数据中的第一布局可以包括栅极线和形成光电二极管和多个晶体管的有源区的布置。包括在第二制造数据中的第二布局可以指示包括多个晶体管的信号处理块200的布置。
可以从第一制造数据和第二制造数据提取电容和电阻(S120)。如本文所提到的，电容和电阻可以被称为预测电容和预测电阻，其可以与第一半导体芯片CH1的设计和/或第二半导体芯片CH2的设计相关联。在一些示例实施例中，电容和电阻可以是像素信号传输线的电容和电阻，通过该像素信号传输线将由多个像素PX生成的像素信号(例如，图1的P1至Pj)传输到读出电路(例如，图1中的210)，使得信号处理电路包括读出电路，所述读出电路被配置为从多个像素PX中的每个像素接收单独的像素信号，并且读出电路还被配置为生成数字信号。由于传输到读出电路的像素信号的建立时间根据像素信号传输线的电容和电阻而变化，所以可以基于像素信号的建立时间来控制读出电路的读出操作。像素信号传输线的电容和电阻可以根据像素的位置信息而变化。因此，与像素的位置信息相对应的像素信号传输线的电容和电阻可以由公式表达。例如，当多个像素PX以i×j的矩阵布置在像素阵列中时，根据值i和j而变化的像素信号传输线的电容和电阻可以由公式表达(再次说明，电容和电阻各自根据“i”和“j”的值而变化，并且值i和j可以代入公式中以获得像素信号传输线的电容和电阻)。下面将参考图8描述提取电容和电阻的方法。
可以基于像素传输线的所提取的(“预测的“)电容和(”预测的“)电阻，预测图像传感器的特性(例如，可以确定基于第一半导体芯片CH1和第二半导体芯片CH2的电连接要形成的图像传感器的预测特性)(S130)。例如，可以基于像素信号传输线的所提取的电容和电阻来预测像素信号的建立时间。再次说明，在一些示例性实施例中，确定预测的特性包括计算像素信号的建立时间。因此，可以预测图像传感器的读出电路读出像素信号的速度。在一些示例实施例中，像素信号的建立时间或者图像传感器的读出电路读出像素信号的速度可以通过以下步骤来获得(“确定”)：对应于像素PX中的每个，获得像素信号的建立时间或者读出电路读出像素信号的速度，并且计算像素信号的平均建立时间或读出电路读出像素信号的平均速度，其可以应用于所有的像素PX。
可以另外考虑转移信号传输线的电容和电阻、以及CDS电路212的内部线路的电容和电阻来预测像素信号的建立时间，通过所述转移信号传输线，转移信号从行驱动器传输到多个像素PX中的每个。
图6是根据一些示例实施例的被配置为预测图像传感器的特性的计算系统500的框图。
参考图6，被配置为预测图像传感器的特性的计算系统(以下称为“特性预测系统”)500可以包括处理器510、存储器530、输入/输出(I/O)设备550、存储设备570和总线590。特性预测系统500可以执行预测图像传感器的特性的操作，其可以包括图4的操作S110至S130。在一些示例实施例中，虽然特性预测系统500可以被提供为被配置为预测图像传感器的特性的专用设备，但特性预测系统500可以是被配置为驱动各种模拟工具或设计工具的计算机。
处理器510可以被配置为执行用于执行用于预测图像传感器的特性的各种操作中的至少一个的命令。再次说明，存储器530可以存储指令程序，并且处理器510可以执行指令程序以执行用于预测图像传感器的特性的各种操作中的至少一个(包括图5、图8和图10中所示的操作中的一个或多个)。处理器510可以通过总线590与存储器530、I/O设备550和存储设备570通信。处理器510可以驱动在存储器530中加载的阻容(RC)提取器531和特性计算器532，并且执行用于预测图像传感器的特性的操作。
存储器530可以存储RC提取器531和特性计算器532。RC提取器531和特性计算器532可以从存储设备570加载到存储器530中。存储器530可以是易失性存储器，诸如静态随机存取存储器(SRAM)或动态RAM(DRAM)，或非易失性存储器，诸如相变RAM(PRAM)、磁RAM(MRAM)、电阻RAM(ReRAM)、铁电RAM(FRAM)或NOR闪存。
RC提取器531可以是例如包括用于在图5的操作S120中提取电容和电阻的多个命令的程序。特性计算器532可以是例如包括用于在图5的操作S130中预测图像传感器的特性的多个命令的程序。
I/O设备550可以控制来自用户接口设备的用户输入和输出。例如，I/O设备550可以包括诸如键盘、鼠标和触摸板的输入设备，并且接收定义集成电路(IC)的输入数据。例如，I/O设备550可以包括诸如显示器和扬声器的输出设备，并且显示图像传感器的特性的预测结果。在一些示例实施例中，I/O设备550可以控制一个或多个制造设备，包括被配置为电连接第一和第二半导体芯片的一个或多个设备，使得计算系统500可以被配置为实现图像传感器的制造的至少一部分，包括第一和第二半导体芯片的电连接。
存储设备570可以存储与RC提取器531和特性计算器532相关的各种数据。在一些示例实施例中，存储设备570可以存储第一半导体芯片(例如，图3中的CH1)的第一布局和第二半导体芯片(例如，图3中的CH2)的第二布局。存储设备570可以包括存储卡(例如，多媒体卡(MMC)、嵌入式MMC(eMMC)、安全数字(SD)或微型SD)、固态驱动器(SSD)和/或硬盘驱动器(HDD)。
图7示出了根据一些示例实施例存储在图6的存储器530中的程序的示例。
参考图6和图7，存储在存储器530中的程序可以包括多个过程PRC(在本文中也被称为多个指令程序)。在这里，PRC可以指执行特定任务的一系列命令。过程PRC可以被称为函数、例程、子例程或子程序。根据一些示例实施例，过程PRC可以包括RC提取器531和特性计算器532。在本文中，当图6的处理器510通过执行过程PRC执行操作时，也可以推断过程PRC执行操作。
第一制造数据D10和第二制造数据D20可以被存储在存储设备570中。第一制造数据D10可以包括包含多个像素的第一半导体芯片(“与其关联的设计”)的布置信息。第二制造数据D20可以包括包含信号处理电路的第二半导体芯片(“与其关联的设计”)的布置信息，所述信号处理电路被配置为向多个像素提供控制信号或处理由多个像素输出的像素信号。虽然图7示出了将第一制造数据D10和第二制造数据D20存储在一个存储设备570中的示例，但是本发明构思不限于此，并且第一制造数据D10和第二制造数据D20可以存储在不同存储设备中。
RC提取器531可以从第一制造数据D10和第二制造数据D20，提取由多个像素生成的像素信号通过其传输到读出电路的像素信号传输线的(“预测的”)电容和(“预测的”)电阻。在一些示例实施例中，可以将与像素的位置信息对应的像素信号传输线的电容和电阻的公式存储在存储设备570中。例如，当多个像素PX以i×j的矩阵布置在像素阵列中时，根据值i和j而变化的像素信号传输线的电容和电阻可以由公式表达，并且该公式可以存储在存储设备570中。RC提取器531可以将值i和j代入公式中以获得像素信号传输线的电容和电阻。
像素信号传输线可以被划分成多个子路径，可以提取多个子像素中的每个的电容和电阻，并且可以提取像素信号传输线的总电容和总电阻。多个像素PX的位置信息可以分别不同，并且像素信号传输线的电容和电阻可以根据多个像素PX中的每个的位置而变化。下面将参考图9描述在像素信号传输线被划分成多个子路径之后提取像素信号传输线的电容和电阻的方法。再次说明，确定预测电容和预测电阻可以包括将路径划分为多个子路径，并且确定多个子路径中的每个子路径的子电容和子电阻，所述路径被配置为将由多个像素中的每个像素生成的单独的像素信号传输至读出电路。
特性计算器532可以基于由RC提取器531提取的像素信号传输线的电容和电阻来计算和预测图像传感器的特性D100。在一些示例实施例中，由于像素信号的建立时间根据像素信号传输线的电容和电阻而变化，因此特性计算器532可以计算像素信号的预测建立时间，并且计算图像传感器可以满足主要图像特性并且有效地操作的最大速度。
图8是根据一些示例实施例的预测图像传感器的特性的操作(图5的操作S130)的流程图。
参考图4和图8，通过其将像素信号从多个像素中的每个传输到读出电路210的像素信号传输线可以被划分为多个子路径(S122)。通过其将像素信号从多个像素中的每个传输到读出电路210的像素信号传输线可以以各种方式划分为多个子路径。下面将参考图9描述根据一些示例实施例的将像素信号传输线划分为多个子路径的方法。
由于各个像素的位置信息不同，因此多个子路径可以根据多个像素中的每个的位置而变化。可以计算多个子路径中的每个的子电容和子电阻(例如，多个子路径中的每个子路径的预测子电容和预测子电阻)，其对应于多个像素中的每个的位置信息(S124)。例如，当多个像素以i×j的矩阵布置时，多个子路径中的每个的子电容和子电阻可以由以值i和j作为参数的数值公式给出。RC提取器(例如，图6中的531)可以将值i和j代入数值公式，并且计算分别对应于多个像素的多个子路径中的每个的子电容和子电阻。
在子电容之后，计算多个子路径中的每个的子电阻，可以通过组合多个子电容提取像素信号传输线的电容，并且可以通过合成多个子电阻提取像素信号传输线的电阻(S126)。再次说明，在一些示例实施例中，可以确定由多个像素的每个像素生成的像素信号被传输到的像素信号传输线的预测电容和预测电阻，其中预测电容和预测电阻对应于与多个像素中的每个像素相关联的位置信息。在一些示例实施例中，确定预测电容和预测电阻包括将像素信号传输线划分为多个子路径，确定多个子路径中的每个子路径的子电容和子电阻，以及组合多个子路径中的各个子电容以确定预测电容，并组合多个子路径的各个子电阻以确定预测电阻。
图9是根据一些示例实施例的连接到图像传感器的像素PX的多个子路径的电路图。电路图可以是图像传感器的一个或多个电路的设计。
参考图4和图9，像素PX可以包括光电二极管PD、转移晶体管TX、重置晶体管RX、驱动晶体管DX和选择晶体管SX。根据一些示例实施例的像素PX可以对应于图1的像素PX。
像素PX可以从外部，例如行驱动器(参考图1中的220)接收行信号，其中行驱动器可以被配置为将行信号传输到多个像素PX中的每个像素。行信号可以经由行信号传输线来接收。行信号可以包括施加到重置晶体管RX的栅极的重置信号RG、施加到转移晶体管TX的栅极的转移信号TG、以及施加到选择晶体管SX的栅极的选择信号SEL。而且，像素PX可以根据感测的光的强度生成像素信号VOUT，并将生成的像素信号VOUT输出到外部。确定图像传感器的预测特性可以包括基于行信号传输线的电阻和电容来确定图像传感器的预测特性，其中行信号传输线被配置为将行信号(例如，RS1至RSi)从行驱动器220传输到多个像素PX的像素。
光电二极管PD可以接收光并且生成光电荷并且被称为光检测器。这里，光电二极管PD可以包括光栅、钉扎光电二极管(PPD)及其组合中的至少一个。转移晶体管TX可以将由光电二极管PD生成的光电荷转移到浮置扩散区域FD。而且，重置晶体管RX可以周期性地重置存储在浮置扩散区域FD中的电荷。驱动晶体管DX可以用作源极跟随器缓冲放大器，并缓冲对应于在浮置扩散区域FD中充电的电荷SF的信号。选择晶体管SX可以执行切换和寻址操作以选择像素PX。
图9示出了包括一个光电二极管PD和四个MOS晶体管TX、RX、DX和SX的4T型像素PX，但是本发明构思不限于此。本发明构思的示例实施例可以应用于包括光电二极管PD和至少三个晶体管的所有电路，所述至少三个晶体管包括驱动晶体管DX和选择晶体管SX。
在一些示例实施例中，通过其将像素信号PIX_OUT从像素PX传输到读出电路210的CDS电路212(例如，从输出像素信号VOUT的点到像素信号PIX_OUT被施加到CDS电路212的点)的像素信号传输线可被划分为多个子路径SP1至SP4。
例如，在像素阵列区域PXA中由像素PX输出的像素信号VOUT传输到的像素信号传输线可以构成第一子路径SP1。第一子路径SP1可以构成包括第一电阻器R1和第一电容器C1的等效电路。像素信号传输线从像素阵列区域PXA到第一焊盘PAD1的一部分可以构成第二子路径SP2，像素信号传输线从第一焊盘PAD1到第二焊盘PAD2的一部分可以构成第三子路径SP3，并且像素信号传输线从第二焊盘PAD2到CDS电路212的一部分可以构成第四子路径SP4。在这种情况下，第三子路径SP3可以由被配置为电连接第一半导体芯片CH1和第二半导体芯片CH2的互连构件(例如，TSV)提供。
第二子路径SP2可以构成包括第二电阻器R2和第二电容器C2的等效电路，并且第三子路径SP3可以构成包括第三电阻器R3和第三电容器C3的等效电路。第四子路径SP4可以构成包括第四电阻器R4和第四电容器C4的等效电路。
第一电阻器R1至第四电阻器R4的电阻以及第一电容器C1至第四电容器C4的电容可以根据像素阵列区域PXA中像素PX布置的位置而变化。例如，当像素PX以i×j的矩阵布置时，第一电阻器R1至第四电阻器R4的电阻以及第一电容器C1至第四电容器C4的电容可以根据值i或值j而变化。图7的RC提取器531可以提取第一电阻器R1至第四电阻器R4的电阻以及第一电容器C1至第四电容器C4的电容，并且基于第一电阻器R1至第四电阻器R4的所提取的电阻以及第一电容器C1至第四电容器C4的所提取的电容，提取与像素PX的位置信息相对应的像素信号传输线的总电阻和电容。
图9示出了通过其将像素信号VOUT从像素PX传输到读出电路210的CDS电路212的像素信号传输线被划分为四个子路径的情况，但是本发明构思不限于此。考虑到像素信号传输线的结构特性，像素信号传输线可以被划分为多个子路径。
通过其将转移信号TG从行驱动器(例如，图1中的220)传输到包括多个像素的像素阵列区域PXA的转移信号传输线TGP可以构成包括电阻器RT和电容器CT的等效电路。通过转移信号传输线TGP传输到像素PX的转移信号VIN可以具有与行驱动器输出的转移信号TG不同的波形。因此，转移信号传输线TGP的电阻器RT和电容器CT也可以影响施加到CDS电路212的像素信号PIX_OUT的建立时间。而且，包括在像素PX中的信号传输线可以构成包括电阻器和电容器的等效电路，并且形成在CDS电路212中的线路可以构成包括电阻器和电容器的等效电路。相应地，图6的RC提取器531可以提取在转移信号传输线TGP、像素PX中包括的信号传输线以及在CDS电路212中形成的线路中的每个中的等效电阻器的电阻和等效电容器的电容。再次说明，在一些示例实施例中，确定图像传感器的预测特性包括：基于CDS电路212的等效电阻和等效电容来确定图像传感器的预测特性。
图10是根据一些示例实施例的制造图像传感器的方法的流程图。可以在图5的操作S130之后执行图10的方法。
参考图10，可以生成第一半导体芯片的制造数据(S210)，并且可以生成第二半导体芯片的制造数据(S220)。制造数据可以包括半导体芯片的布局、电路配置、对应于布局的处理操作的信息以及布局中包括的器件的特性模型。如上所述，第一半导体芯片的制造数据可以是与第一半导体芯片的设计相关联的制造数据，并且第二半导体芯片的制造数据可以是与第二半导体芯片的设计相关联的制造数据。
第一半导体芯片可以包括多个像素，并且第二半导体芯片可以包括被配置为处理由多个像素生成的像素信号的信号处理电路。可以生成第一半导体芯片和第二半导体芯片的制造数据，以优化第一和第二半导体芯片中的每个的特性。然而，即使第一半导体芯片和第二半导体芯片的制造数据优化了第一半导体芯片和第二半导体芯片中的每个的特性，也不能推断出第一半导体芯片电连接到第二半导体芯片的图像传感器的特性被优化。
可以基于第一半导体芯片和第二半导体芯片的制造数据来预测图像传感器的特性(例如，可以确定图像传感器的预测特性)(S230)。可以参考图5和图8的流程图来执行预测图像传感器的特性的方法。例如，可以基于第一半导体芯片和第二半导体芯片的制造数据提取(例如，预测)由多个像素中的每个生成的像素信号所传输到的像素信号传输线的总电容和电阻，并且可以基于所提取的电容和电阻来预测图像传感器的主要图像特性。图像传感器的预测的主要图像特性可以包括建立时间、最大操作速度、灵敏度、干扰和噪声(例如，随机模式噪声或固定模式噪声)。再次说明，确定图像传感器的预测的特性可以包括：基于像素信号之间的变化、干扰、灵敏度和噪声中的至少一个来计算图像传感器的预测的特性。
可以将图像传感器的预测的特性与图像传感器的目标特性(例如，一个或多个目标值的特定集合)进行比较。如果图像传感器的预测的特性不满足目标值(例如，至少满足图像传感器的所述特性的一个或多个目标值的特定集合)，则可以执行优化包括第一半导体芯片和第二半导体芯片的图像传感器的特性的操作(S240)。也就是说，可以通过改变第一制造数据和第二制造数据中的至少一个来优化图像传感器的特性。再次说明，在一些示例实施例中，操作S240可以包括基于图像传感器的预测的特性改变第一制造数据以生成改变的第一制造数据和/或基于图像传感器的预测的特性改变第二制造数据以生成改变的第二制造数据。例如，在操作S240中，可以改变第一半导体芯片的布局，可以改变第一半导体芯片的电路配置，可以改变第二半导体芯片的布局，或者可以改变第二半导体芯片的电路配置。在另一示例中，可以改变与制造第一半导体芯片或第二半导体芯片有关的处理操作，或者可以改变包括在第一半导体芯片或第二半导体芯片中的器件的特性。基于确定图像传感器的预测的特性不满足一个或多个目标值的特定集合，可以选择性地执行这样的操作S240而不是操作S250-S270。
在一些示例性实施例中，如果像素信号的建立时间长于目标值，则可以改变第一制造数据以减小像素信号传输到的像素信号传输线的总电阻或总电容。例如，可以通过改变图9中所示的第一子路径SP1至第三子路径SP3中的至少一个的布局来改变像素信号传输线的总电阻或总电容。然而，本发明构思不限于此。例如，可以改变从行驱动器向像素阵列传输转移信号TG的转移信号传输线的布局，或者可以改变包括在像素PX中的器件的特性。
在一些示例实施例中，可以改变第二制造数据以减小像素信号传输到的像素信号传输线的总电阻或总电容。例如，可以通过改变图9所示的第三子路径SP3和第四子路径SP4中的至少一个的布局来改变像素信号传输线的总电阻或总电容。然而，本发明构思不限于此，并且可以改变CDS电路212的布局。
在第一制造数据和第二制造数据中的至少一个改变之后，可以基于重新改变的制造数据再次预测图像的特性。再次说明，在一些示例实施例中，执行操作S240至少一次之后执行的操作S210和S220包括基于改变的第一制造数据(在S240改变)和/或改变的第二制造数据(在S240改变)确定图像传感器的更新的预测的特性。如果图像传感器的重新预测的特性未达到目标值，则可以再次改变第一制造数据和第二制造数据中的至少一个(例如，S240)。相反，如果图像传感器的预测的特性达到目标值，(例如，做出由第一半导体芯片和第二半导体芯片的电连接导致的图像传感器的预测的特性至少满足一个或多个目标值的特定集合的确定)，则可以基于第一制造数据来制造第一半导体芯片(S250)，可以基于第二制造数据来制造第二半导体芯片(S260)，并且制造的第一半导体芯片可以电连接到制造的第二半导体芯片(S270)，从而制造(“形成”)图像传感器。在这种情况下，第一半导体芯片可以安装在第二半导体芯片上。再次说明，在一些示例实施例中，电连接第一半导体芯片和第二半导体芯片包括在第二半导体芯片上安装第一半导体芯片。操作S250-S270而不是操作S240的执行可以被称为“选择性地”执行操作S250-S270中的一个或多个(例如，基于确定由第一半导体芯片和第二半导体芯片的电连接导致的图像传感器的预测的特性至少满足一个或多个目标值的特定集合，选择性地电连接第一半导体芯片和第二半导体芯片以形成图像传感器)。将第一半导体芯片安装在第二半导体芯片上可以包括：基于确定图像传感器的预测的特性是否至少满足一个或多个目标值，将第一半导体芯片选择性地安装在第二半导体芯片上。
在比较示例中，在第一半导体芯片和第二半导体芯片被制造、堆叠并且彼此结合之后，可以测量图像传感器的特性。当所测量的特性没有达到目标值(例如，至少满足一个或多个目标值的特定集合)时，可以改变第一制造数据和第二制造数据。当与比较示例比较时，根据一些示例实施例的制造图像传感器的方法可以包括：当未制造第一半导体芯片和第二半导体芯片时，基于第一制造数据和第二制造数据来预测图像传感器的特性。因此，可以减少制造图像传感器所用的时间。
图11是根据一些示例实施例的包括图像传感器的系统1000的框图。
参考图11，系统1000可以是可以成像数据的计算系统、相机系统、扫描仪、车辆导航、视频电话、安全系统或运动检测系统中的任何一个。
如图11所示，系统1000可以包括中央处理单元(CPU)(或处理器)1100、非易失性存储器1200、图像传感器1300、I/O设备1400和随机存取存储器(RAM)1500。CPU 1100可以通过总线1600与非易失性存储器1200、图像传感器1300、I/O设备1400和RAM 1500进行通信。图像传感器1300可以由单独的半导体芯片体现或者与CPU 1100组合以形成单个半导体芯片。图像传感器1300可以根据以上参考图1至图10描述的一些示例实施例来体现。
CPU 1100可以控制系统1000并通过总线1600与其他组件交换数据。例如，根据一些示例实施例，CPU 1100可以接收由图像传感器1300生成的数据。非易失性存储器1200可以是被配置为即使电力供应中断也保持存储的数据的存储器。例如，非易失性存储器1200可以存储由图像传感器1300生成的数据或通过处理生成的数据获得的数据。RAM 1500可以用作CPU 1100的数据存储器并且是易失性存储器设备。I/O设备1400可以接收来自系统1000的用户的命令或者向用户输出图像和/或语音。
尽管已经参考本发明构思的实施例具体示出和描述了本发明构思，但是将理解的是，在不脱离所附权利要求的精神和范围的情况下，可以在其中进行形式和细节上的各种改变。

Claims (20)

1.一种制造图像传感器的方法，所述图像传感器包括第一半导体芯片和第二半导体芯片，所述第一半导体芯片包括多个像素，所述第二半导体芯片包括信号处理电路，所述方法包括：
接收与第一半导体芯片的设计相关联的第一制造数据；
接收与第二半导体芯片的设计相关联的第二制造数据；
处理第一制造数据和第二制造数据，以确定由多个像素中的每个像素生成的像素信号被传输到的像素信号传输线的预测的电容和预测的电阻，所述预测的电容和预测的电阻对应于与多个像素中的每个像素相关联的位置信息；
基于预测的电容和预测的电阻来确定图像传感器的预测的特性；以及
基于确定由第一半导体芯片和第二半导体芯片的电连接导致的图像传感器的预测的特性至少满足一个或多个目标值的特定集合，电连接第一半导体芯片和第二半导体芯片以形成图像传感器。
2.如权利要求1所述的方法，其中，
多个像素包括“i”个像素乘以“j”个像素的二维矩阵，以及
预测的电容和预测的电阻各自根据“i”和“j”的值而变化。
3.如权利要求1所述的方法，其中，所述确定预测的特性包括计算像素信号的建立时间。
4.如权利要求1所述的方法，还包括：
基于图像传感器的预测的特性改变第一制造数据以生成改变的第一制造数据。
5.如权利要求1所述的方法，还包括：
基于图像传感器的预测的特性改变第二制造数据以生成改变的第二制造数据。
6.如权利要求1所述的方法，其中，
信号处理电路包括读出电路，所述读出电路被配置为从多个像素中的每个像素接收单独的像素信号，所述读出电路还被配置为生成数字信号，以及
确定预测的电容和预测的电阻包括：将路径划分为多个子路径，并确定多个子路径中的每个子路径的子电容和子电阻，所述路径被配置为将由多个像素的每个像素生成的单独的像素信号传输到读出电路。
7.如权利要求1所述的方法，其中，
第一半导体芯片还包括行驱动器，所述行驱动器被配置为将行信号传输到多个像素中的每个像素，
确定图像传感器的预测的特性包括基于行信号传输线的电阻和电容来确定图像传感器的预测的特性，所述行信号传输线被配置为将来自行驱动器的行信号传输到多个像素中的每个像素。
8.如权利要求1所述的方法，其中，
信号处理电路包括相关双采样(CDS)电路，
确定图像传感器的预测的特性包括基于CDS电路的等效电阻和等效电容确定图像传感器的预测的特性。
9.一种制造图像传感器的方法，所述图像传感器包括第一半导体芯片和第二半导体芯片，所述第一半导体芯片包括多个像素，所述第二半导体芯片包括信号处理电路，所述方法包括：
接收与第一半导体芯片的设计相关联的第一制造数据；
接收与第二半导体芯片的设计相关联的第二制造数据；
处理第一制造数据和第二制造数据，以确定由多个像素中的每个像素生成的像素信号被传输到的像素信号传输线的预测的电容和预测的电阻；
基于预测的电容和预测的电阻来确定图像传感器的预测的特性；以及
基于图像传感器的预测的特性将第一半导体芯片选择性地安装在第二半导体芯片上。
10.如权利要求9所述的方法，其中，确定图像传感器的预测的特性包括：基于像素信号之间的变化、干扰、灵敏度和噪声中的至少一个来计算图像传感器的预测的特性。
11.如权利要求9所述的方法，其中，确定预测的电容和所述预测的电阻包括：
将像素信号传输线划分为多个子路径；
确定多个子路径中的每个子路径的子电容和子电阻；以及
组合多个子路径的各个子电容以确定预测的电容，并组合多个子路径的各个子电阻以确定预测的电阻。
12.如权利要求9所述的方法，其中，像素信号传输线是从多个像素的输出端子延伸到信号处理电路的输入端子的导线。
13.如权利要求9所述的方法，其中，将第一半导体芯片选择性地安装在第二半导体芯片上包括：基于图像传感器的预测的特性是否至少满足一个或多个目标值的确定，将所述第一半导体芯片选择性地安装在第二半导体芯片上。
14.如权利要求9所述的方法，其中，第一半导体芯片通过硅通孔(TSV)电连接到第二半导体芯片。
15.如权利要求14所述的方法，还包括：
基于图像传感器的预测的特性改变与TSV对应的第一制造数据和第二制造数据。
16.一种被配置为制造图像传感器的计算系统，所述图像传感器包括第一半导体芯片和第二半导体芯片，所述计算系统包括：
存储器，被配置为存储指令程序；以及
处理器，被配置为执行指令程序以：
接收与第一半导体芯片和第二半导体芯片的每个半导体芯片的设计相关联的制造数据，所述第一半导体芯片包括多个像素，所述第二半导体芯片包括信号处理电路，
处理制造数据以确定由多个像素中的每个像素生成的像素信号被传输到的像素信号传输线的预测的电容和预测的电阻，所述预测的电容和预测的电阻对应于与多个像素中的每个像素相关联的位置信息，以及
基于预测的电容和预测的电阻确定图像传感器的预测的特性。
17.如权利要求16所述的计算系统，其中，所述处理器还被配置为执行所述指令程序，以
将像素信号传输线划分为多个子路径；以及
确定多个子路径中的每个子路径的子电容和子电阻；
组合多个子路径的各个子电容以确定预测的电容；以及
组合多个子路径的各个子电阻以确定预测的电阻。
18.如权利要求16所述的计算系统，其中，
信号处理电路包括读出电路，所述读出电路被配置为从多个像素中的每个像素接收单独的像素信号，所述读出电路还被配置为生成数字信号，以及
处理器还被配置为执行指令程序以基于预测的电容和预测的电阻来计算读出电路的读出速度。
19.如权利要求16所述的计算系统，其中，所述处理器还被配置为执行所述指令程序，以基于预测的电容和预测的电阻来计算像素信号的建立时间。
20.如权利要求16所述的计算系统，其中，
多个像素包括“i”个像素乘以“j”个像素的二维矩阵，并且
预测的电容和预测的电阻各自根据“i”和“j”的值而变化。
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