TWI442555B - 具有二晶圓之主動式像素感測器 - Google Patents
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Description
本發明一般係關於主動式像素感測器之領域，且更特定言之係關於具有兩個分離半導體晶圓之主動式像素感測器，每一晶圓包括該電路之一部分。
CMOS影像感測器(CIS)遭受需要深度按比例調整的次微米互補金屬氧化物半導體(Complementary Metal Oxide Semiconductor；CMOS)程序實現可與電荷耦合裝置(Charge Coupled Device CCD)像素大小競爭的較小像素之問題。一般而言，隨著該等CMOS程序按比例調整至更小尺寸，該程序整合與結構之細節改變，並且該像素效能劣化。此點之兩項範例係淺溝渠隔離與重摻雜後退型井。兩者都有必要建造深次微米CMOS裝置，但兩者都對針對像素之暗電流具有負面影響。因此，必須進行大量工作以重新整合與重新最佳化該光偵測器與像素至每一新的深次微米CMOS技術節點中。
然而，設計者面對相對於次微米CMOS裝置之設計與製造的取捨。設計者可藉由不移至更多按比例調整的CMOS程序來保持像素影像品質，其導致針對更小像素之一更低填充因數，或可移至一更小設計規則程序以實現較小像素，其導致對重新整合與重新設計該光偵測器以獲得可接受影像品質的需要。
對此等問題之一解決方式係與該等CMOS電路分離地建造該光偵測器。例如，可將該影像感測器建造於不同晶圓上，並使用三維整合或晶圓層級互連技術來將該等晶圓接合在一起。美國專利6,927,432使用兩個半導體晶圓來製造一主動式像素感測器。一晶圓(施體晶圓)包括該等光偵測器，而另一晶圓(主體晶圓)包括用於該等光偵測器之像素內信號操作與讀出之一互連層與電路。像素互連將該施體晶圓上之每一光偵測器直接連接至該主體晶圓上之一各別節點或電路。
雖然此方法分離該光偵測器與電路之處理，但由於與該光偵測器之直接接觸或連接，其劣化光偵測器效能。此類效能劣化之特定範例包括但不限於由於來自該接觸蝕刻程序的損壞所致之增加的暗電流、導致點缺陷的光偵測器中之增加的金屬污染及由於連接至一高度摻雜歐姆接觸區域所致之較高暗電流。
圖1係依據先前技術的可實施於兩個半導體晶圓上之另一像素架構的示意圖。此像素架構係在2007年10月4日申請的共同讓渡美國專利申請案11/867,199中予以揭示。像素100包括光偵測器102、傳送閘極104、電荷轉電壓轉換機構106(SW)、106(CW)、重設電晶體108、電位VDD
110、源極隨耦器放大器電晶體112及列選擇電晶體114。列選擇電晶體114之汲極係連接至源極隨耦器112之源極而列選擇電晶體114之源極係連接至輸出Vout
116。重設閘極108與源極隨耦器112之汲極係保持於電位VDD
110。重設閘極108之源極與源極隨耦器112之閘極係連接至電荷轉電壓轉換機構106(CW)。
虛線118圍繞光偵測器102、傳送閘極104及電荷轉電壓轉換機構106(SW)來描繪包括於一晶圓(一感測器晶圓)上之組件。不藉由虛線118圍繞的電荷轉電壓轉換機構106(CW)、重設閘極電晶體108、電位VDD
110、源極隨耦器放大器電晶體112、列選擇電晶體114、輸出116代表形成於一第二晶圓(一電路晶圓)上之組件。晶圓間連接120將該感測器晶圓上之電荷轉電壓轉換機構106(SW)電連接至該電路晶圓上之電荷轉電壓轉換機構106(CW)。
具有具備圖1所示之架構的像素之影像感測器需要在每一晶圓上之一電荷轉電壓轉換機構。因為該感測器晶圓與該電路晶圓兩者都必須係儘可能乾淨地處理，故此需求增加製造此類影像感測器的成本。此外，晶圓間連接120作為針對電荷轉電壓轉換機構106(SW)、106(CW)、重設電晶體108及源極隨耦器放大器電晶體112之一共同節點的使用增加該連接中的電容。
一種影像感測器包括兩個半導體晶圓，一感測器晶圓係連接至一支援電路晶圓。該感測器晶圓包括像素區域之一陣列，每一像素區域包括一光偵測器、一傳送機構、一電荷轉電壓轉換機構及一重設機構。該支援電路晶圓包括一互連層與一CMOS裝置層。該CMOS裝置層包括針對一或多個像素區域之支援電路。用於該CMOS裝置層中的組件與電路之類型取決於該影像感測器之目的或使用。可將該支援電路包括於該支援電路晶圓上的對應像素區域，該支援電路晶圓上之每一區域係藉由該感測器晶圓上之一單一各別像素區域所使用。替代地，該感測器晶圓上的兩個或兩個以上之像素區域可共用該支援晶圓上的一些或全部支援電路。晶圓間連接器將該感測器晶圓上之每一電荷轉電壓轉換機構直接連接到至該支援電路晶圓上之一放大器之一各別閘極。
參考附圖且觀察以下較佳具體實施例與隨附申請專利範圍之詳細說明，將更清楚地瞭解並明白本發明之此等及其他態樣、目的、特徵及優點。
本發明包括具有高影像品質與高填充因數兩者的優點。該感測器晶圓可與多個支援電路晶圓設計或技術一起使用，藉此提供改良的設計靈活性與最佳化連同減低的成本。可透過該感測器晶圓上之每一電荷轉電壓轉換機構與至該支援電路晶圓上之一放大器之一各別閘極之間的直接連接來實現該感測器晶圓與該支援電路晶圓之間的連接，藉此減低電容與亮點缺陷。來自該電路晶圓之亮點缺陷由於該唯閘極連接而係消除。熟習此項技術者將認識到，隨著電晶體大小係按比例調整至更小尺寸，錯位及其他缺陷更難以控制與消除。因此，不進行至該電路晶圓之一直接連接消除來自針對當前設計之電路晶圓上的重設連接之亮點缺陷，並允許設計者更容易地按比例調整該電路晶圓上之電晶體而不增加該感測器晶圓上的像素缺陷之數目。
在以下實施方式中，參考形成其一部分的附圖，且其中藉由說明顯示其中可實施本發明之一範例性具體實施例。在此方面，諸如「頂部」、「底部」、「前面」、「後面」、「引導」、「尾隨」等之方向術語係參考所說明圖式之方位來使用。因為本發明之具體實施例之組件可以若干不同方位來定位，故方向術語係用於說明目的而絕非限制之方式。
在整個說明書與申請專利範圍中，以下術語採取本文中明確關聯的意義，除非上下文另有清楚指示。「一」、「一個」及「該」之意義包括複數個參考，「在…中」之意義包括「在…中」與「在…上」。術語「連接」意指所連接項目之間之一直接電連接或透過一或多個被動式或主動式中間裝置之一間接連接。術語「電路」意指一單一組件或多個組件(主動式或被動式)，組件係連接在一起以提供一所需功能。術語「信號」意指至少一電流、電壓或資料信號。
現參考圖2，顯示在依據本發明之一具體實施例中的具有兩個半導體晶圓之一影像感測器的俯視圖。影像感測器200包括配置成列204與行206以形成一陣列之像素區域202。該陣列可具有任何數目之像素區域，例如1280行乘960列之像素區域。影像感測器200係實施為一主動式像素感測器，例如圖2所示之具體實施例中的互補金屬氧化物半導體(CMOS)影像感測器。一主動式像素感測器具有各在像素單元內包括一或多個主動式電組件(例如電晶體)的像素。
圖3係在依據本發明之一具體實施例中的圖2所示之影像感測器200中可實施之一像素架構的示意圖。像素300包括光偵測器302、傳送機構304、電荷轉電壓轉換機構306、重設機構308、供應電壓VDD
310、放大器312及列選擇電晶體314。在依據本發明之一具體實施例中，傳送機構304與重設機構308係實施為電晶體，放大器312係實施為一源極隨耦器電晶體，而電荷轉電壓轉換機構306係實施為一浮動擴散。
在圖3所示之具體實施例中，列選擇電晶體314之汲極係連接至源極隨耦器電晶體312之源極而列選擇電晶體314之源極係連接至輸出316。重設電晶體308與源極隨耦器電晶體312之汲極係保持於供應電壓VDD
310。重設電晶體308之源極與源極隨耦器電晶體312之閘極係直接連接至電荷轉電壓轉換機構306。
虛線318圍繞光偵測器302、傳送機構304、電荷轉電壓轉換機構306及重設機構308以描繪包括於一感測器晶圓上之組件。在依據本發明之一具體實施例中，不藉由虛線318圍繞的放大器312、列選擇電晶體314及輸出316代表形成於一支援電路晶圓上的組件。晶圓間連接器320將該感測器晶圓上之電荷轉電壓轉換機構306直接連接至該支援電路晶圓上之源極隨耦器電晶體312的閘極。
現參考圖4，顯示說明依據本發明之一具體實施例中的圖3之像素架構的沿圖2中之線A-A'的斷面圖。影像感測器400包括感測器晶圓402與支援電路晶圓404。感測器晶圓402包括像素區域406，每一像素區域406包括光偵測器302、傳送機構304、電荷轉電壓轉換機構306及重設機構308。在依據本發明之一具體實施例中，每一重設機構308包括重設閘極408與重設汲極410。
在依據本發明之一具體實施例中，支援電路晶圓404包括互連層412與CMOS裝置層414。在依據本發明之一具體實施例中，互連層412係以一介電材料形成並包括晶圓間連接器320，晶圓間連接器320各係自金屬層之一結合所形成。晶圓間連接器320將感測器晶圓402上之每一電荷轉電壓轉換機構306直接連接至支援電路晶圓404上之源極隨耦器電晶體312的閘極416。
CMOS裝置層414包括針對像素區域406之支援電路。該支援電路可專用於每一像素區域406，或一些或全部支援電路可為兩個或兩個以上之像素區域406所共用。用於CMOS裝置層414中的組件與電路之類型取決於該影像感測器400之目的或用途。僅舉例來說，在依據本發明之一具體實施例中，CMOS裝置層414針對每一像素區域406包括一源極隨耦器電晶體312、一列選擇電晶體(未顯示)及一供應電壓VDD
310。每一源極隨耦器電晶體312包括閘極416與汲極418。在依據本發明之其他具體實施例中，CMOS裝置層414包括額外或不同的類比與數位電路。此類類比與數位電路之範例包括但不限於列與行解碼器與驅動器、每行取樣與固持電路、類比信號處理鏈、數位影像處理區塊、記憶體、時序與控制電路、輸入/輸出(I/O)及接合墊。
彩色濾光片420、422係形成於感測器晶圓402之上並係用以濾光藉由每一光偵測器302接收的入射光之頻寬。僅經由舉例，彩色濾光片420經組態以使得於或接近紅色光譜傳播的光係藉由其下部光偵測器302接收，而彩色濾光片422經組態以使得於或接近綠色光譜傳播的光係藉由其下部光偵測器302接收。微透鏡424係形成於彩色濾光片420、422之上並係用以將光導向光偵測器302。
圖5係依據本發明之一具體實施例中的可採用具有兩個半導體晶圓之一影像感測器的一成像系統之方塊圖。成像系統500包括數位相機電話502與計算裝置504。數位相機電話502係可採用具有兩個半導體晶圓之一影像感測器的一影像擷取裝置之範例。其他類型之影像擷取裝置可與本發明一起使用，例如數位靜態相機與數位攝錄像機。
在依據本發明之一具體實施例中，數位相機電話502係一攜帶式手持式電池操作裝置。數位相機電話502產生數位影像，數位影像係儲存於記憶體506中，該記憶體可以係(例如)一內部快閃EPROM(erasable programmable read only memory；可抹除可程式化唯讀記憶體)記憶體或一可卸除式記憶體卡。替代地，可使用諸如磁性硬碟機、磁帶或光碟的其他類型之數位影像儲存媒體來用以實施記憶體506。
數位相機電話502使用透鏡508來將來自一場景(未顯示)之光聚焦至主動式像素感測器512之影像感測器陣列510上。在依據本發明之一具體實施例中，影像感測器陣列510使用該拜耳(Bayer)彩色濾光片圖案來提供彩色影像資訊。影像感測器陣列510係藉由時序產生器514來控制，時序產生器514亦控制閃光燈516以便當環境照明較低時照明該場景。
自該影像感測器陣列510輸出之類比輸出信號係放大並藉由類比至數位(A/D)轉換器電路518轉換至數位資料。該等數位資料係儲存於緩衝記憶體520中並隨後藉由數位處理器522來處理。數位處理器522係藉由儲存於韌體記憶體524中的韌體來控制，記憶體524可以係快閃EPROM記憶體。數位處理器522包括即時時脈526，該時脈甚至在數位相機電話502與數位處理器522處於一低電力狀態時仍保持日期與時間。該等經處理數位影像檔案係儲存於記憶體506中。記憶體506亦可儲存其他類型之資料，例如音樂檔案(例如，MP3檔案)、鈴聲、電話號碼、日曆及工作清單。
在依據本發明之一具體實施例中，數位相機電話502擷取靜止影像。數位處理器522實行色彩內插，隨後係色彩與色調校正，以便產生呈現的sRGB影像資料。該等呈現的sRGB影像資料接著係作為一影像檔案來壓縮並儲存於記憶體506中。僅經由舉例，可依照JPEG(joint photographic experts group；靜態影像壓縮標準)格式來壓縮該等影像資料，影像資料使用已知的「Exif」影像格式。此格式包括一Exif應用片段，其使用各種TIFF(tagged-image file format；帶標影像檔案格式)標籤來儲存特定影像元資料。可使用分離的TIFF標籤來(例如)儲存擷取圖像的日期與時間、透鏡焦距比及其他相機設定並儲存影像標題。
在依據本發明之一具體實施例中，數位處理器522產生藉由使用者選自的不同影像大小。一此類大小係低解析度「微型縮圖」大小影像。產生微型縮圖大小影像係在Kuchta等人的標題為「提供完全與減低解析度影像之多格式儲存的電子靜態相機(Electronic Still Camera Providing Multi-Format Storage Of Full And Reduced Resolution Images)」的共同讓渡美國專利第5,164,831號中予以說明。該微型縮圖影像係儲存於RAM(random access memory；隨機存取記憶體)記憶體528中並係供應至顯示器530，顯示器530可以係(例如)一主動式矩陣LCD(liquid crystal display；液晶顯示器)或有機發光二極體(OLED)。產生微型縮圖大小影像允許該等擷取的影像係在彩色顯示器530上快速檢視。
在依據本發明之另一具體實施例中，數位相機電話502亦產生並儲存視訊剪輯。藉由將影像感測器陣列510之多個像素加總在一起(例如，加總該影像感測器陣列510之每一4行×4列區域內的相同色彩之像素)以建立一更低解析度視訊影像圖框來產生一視訊剪輯。例如，使用每秒15圖框讀出速率來以規則間隔自影像感測器陣列510讀取該等視訊影像圖框。
音訊編碼解碼器532係連接至數位處理器520並接收來自麥克風(Mic)534之一音訊信號。音訊編碼解碼器532亦提供一音訊信號至揚聲器536。此等組件係用於電話交談並用以連同一視訊序列或靜止影像一起記錄與播放一音軌兩者。
在依據本發明之一具體實施例中，揚聲器536亦係用以通知使用者一傳入的電話呼叫。此可使用儲存於韌體記憶體524中之一標準鈴聲或藉由使用自行動電話網路538下載並儲存於記憶體506中之一訂製鈴聲來完成。此外，可使用一振動裝置(未顯示)來提供一傳入電話呼叫之一無聲(例如，非聲訊)通知。
數位處理器522係連接至無線數據機540，其致使數位相機電話502能夠經由射頻(RF)頻道542來發送與接收資訊。無線數據機540使用諸如一3GSM(Global System for Mobile Communications；全球行動通信系統)網路之另一RF鏈路(未顯示)來與行動電話網路538通信。行動電話網路538與相片服務提供商544通信，其相片服務提供商544儲存自數位相機電話502上傳的數位影像。其他裝置(包括計算裝置504)經由網際網路546存取此等影像。在依據本發明之一具體實施例中，行動電話網路538亦連接至一標準電話網路(未顯示)以便提供正常電話服務。
一圖形使用者介面(未顯示)係顯示於顯示器530上並係藉由使用者控制548來控制。在依據本發明之具體實施例中，使用者控制548包括：專用按鈕(例如，一電話數字鍵盤)，其用以撥打一電話號碼；一控制，其用以設定模式(例如，「電話」模式、「日曆」模式、「相機」模式)；一操縱桿控制器，其包括四方向控制(上、下、左、右)；以及一按鈕中心「OK」或「選擇」開關。
銜接550重新充電數位相機電話502中的電池(未顯示)。銜接550經由銜接介面552將數位相機電話502連接至計算裝置504。在依據本發明之一具體實施例中，銜接介面552係實施為有線介面，例如一USB(universal serial bus；通用序列匯流排)介面。
替代地，在依據本發明之其他具體實施例中，銜接介面552係實施為一無線介面，例如一藍芽或一IEEE 802.11b無線介面。銜接介面552係用以將影像自記憶體506下載至計算裝置504。銜接介面552亦係用以將日曆資訊自計算裝置504傳送至數位相機電話502中的記憶體506。
100‧‧‧像素
102‧‧‧光偵測器
104‧‧‧傳送閘極
106CW‧‧‧電路晶圓上之電荷轉電壓轉換機構
106SW‧‧‧感測器晶圓上之電荷轉電壓轉換機構
108‧‧‧重設電晶體
110‧‧‧電位VDD
112‧‧‧放大器
114‧‧‧列選擇電晶體
116‧‧‧輸出
118‧‧‧虛線
120‧‧‧晶圓間連接
200‧‧‧影像感測器
202‧‧‧像素區域
204‧‧‧列
206‧‧‧行
300‧‧‧像素
302‧‧‧光偵測器
304‧‧‧傳送機構
306‧‧‧電荷轉電壓轉換機構
308‧‧‧重設機構
310‧‧‧供應電壓VDD
312．．．放大器
314．．．列選擇電晶體
316．．．輸出
318．．．虛線
320．．．晶圓間連接器
400．．．影像感測器
402．．．感測器晶圓
404．．．支援電路晶圓
406．．．像素區域
408．．．重設電晶體之閘極
410．．．重設電晶體之汲極
412．．．互連層
414．．．CMOS裝置層
416．．．放大器之閘極
418．．．放大器之汲極
420．．．彩色濾光片
422．．．彩色濾光片
424．．．微透鏡
500．．．成像系統
502．．．相機電話
504．．．計算裝置
506．．．記憶體
508．．．透鏡
510．．．影像感測器陣列
512．．．主動式像素感測器
514．．．時序產生器
516．．．閃光燈
518．．．類比至數位轉換器
520．．．緩衝記憶體
522．．．數位處理器
524．．．韌體記憶體
526．．．時脈
528．．．RAM記憶體
530．．．顯示器
532．．．音訊編碼解碼器
534．．．麥克風
536．．．揚聲器
538．．．行動電話網路
540．．．無線數據機
542．．．RF頻道
544．．．相片服務提供商
546．．．網際網路
548．．．使用者控制
550．．．銜接
552．．．銜接介面
圖1係依據先前技術的實施於兩個半導體晶圓上之一像素架構的示意圖；圖2係依據本發明之一具體實施例中的具有兩個半導體晶圓之一影像感測器的俯視圖；圖3係依據本發明之一具體實施例中的圖2所示之影像感測器200中可實施之一像素架構的示意圖；圖4係說明依據本發明之一具體實施例中的圖3之像素架構的沿圖2中之線A-A'的斷面圖；及圖5係依據本發明之一具體實施例中的可採用具有兩個半導體晶圓之一影像感測器的一成像系統之方塊圖。
302．．．光偵測器
304．．．傳送機構
306．．．電荷轉電壓轉換機構
308．．．重設機構
310．．．供應電壓VDD
312．．．放大器
320．．．晶圓間連接器
400．．．影像感測器
402．．．感測器晶圓
404．．．支援電路晶圓
406．．．像素區域
408．．．重設電晶體之閘極
410．．．重設電晶體之汲極
412．．．互連層
414．．．CMOS裝置層
416．．．放大器之閘極
418．．．放大器之汲極
420．．．彩色濾光片
422．．．彩色濾光片
424．．．微透鏡
Claims (10)
- 一種影像感測器，其包含：(a)一感測器晶圓，其包含：一第一像素區域陣列，每一像素區域包括：一光偵測器，其用於回應入射光而收集電荷；一電荷轉電壓轉換機構；一傳送機構，其用於將電荷自該光偵測器傳送至電荷轉電壓機構；以及一重設機構，其用於放電該電荷轉電壓轉換機構；(b)一支援電路晶圓，其係連接至該感測器晶圓並包括：一第二像素區域陣列，其具有用於該第一像素區域陣列中之每一像素區域的支援電路，其中該第二像素區域陣列中之每一像素區域係與該第一像素區域陣列中的一或多個像素區域相關聯，並且該支援電路包括一放大器；以及(c)一晶圓間連接器，其係在該感測器晶圓上之每一電荷轉電壓轉換機構與該支援電路晶圓上之一各別像素區域中的該放大器之一閘極之間以用於將電荷自該電荷轉電壓轉換機構傳送至該放大器。
- 如請求項1之影像感測器，其中該電荷轉電壓轉換機構包括一浮動擴散。
- 如請求項1之影像感測器，其中該支援電路晶圓包括一互連層與一互補金屬氧化物半導體裝置層。
- 如請求項3之影像感測器，其中該互補金屬氧化物半導體裝置層包括具有用於該第一像素區域陣列中之每一像素區域的支援電路之該第二像素區域陣列。
- 如請求項1之影像感測器，其中該重設機構包括一重設電晶體之一重設汲極。
- 一種影像擷取裝置，其包含：一影像感測器，其包括：(a)一感測器晶圓，其包含：一第一像素區域陣列，每一像素區域包括：一光感測器，其用於回應入射光而收集電荷；一電荷轉電壓轉換機構；一傳送機構，其用於將電荷自該光偵測器傳送至該電荷轉電壓機構；以及一重設機構，其用於放電該電荷轉電壓轉換機構；(b)一支援電路晶圓，其係連接至該感測器晶圓並包括：一第二像素區域陣列，其具有用於該第一像素區域陣列中之每一像素區域的支援電路，其中該第二像素區域陣列中之每一像素區域係與該第一像素區域陣列中的一或多個像素區域相關聯，並且該支援電路包括一放大器；以及(c)一晶圓間連接器，其係在該感測器晶圓上之每 一電荷轉電壓轉換機構與該支援電路晶圓上之一各別像素區域中的該放大器之一閘極之間，以用於將電荷自該電荷轉電壓轉換機構傳送至該放大器。
- 如請求項6之影像擷取裝置，其中該電荷轉電壓轉換機構包括一浮動擴散。
- 如請求項6之影像擷取裝置，其中該支援電路晶圓包括一互連層與一互補金屬氧化物半導體裝置層。
- 如請求項8之影像擷取裝置，其中該互補金屬氧化物半導體裝置層包括具有用於該第一像素區域陣列中之每一像素區域的支援電路之該第二像素區域陣列。
- 如請求項6之影像擷取裝置，其中該重設機構包括一重設電晶體之一重設汲極。
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| US8969779B2 (en) * | 2011-02-11 | 2015-03-03 | Nokia Corporation | Photodetecting structure with photon sensing graphene layer(s) and vertically integrated graphene field effect transistor |
| US8637800B2 (en) * | 2011-04-19 | 2014-01-28 | Altasens, Inc. | Image sensor with hybrid heterostructure |
| DE102011101835A1 (de) * | 2011-05-16 | 2012-11-22 | Arnold & Richter Cine Technik Gmbh & Co. Betriebs Kg | Bildsensor |
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| US8686342B2 (en) * | 2012-04-09 | 2014-04-01 | Omnivision Technologies, Inc. | Double-sided image sensor formed on a single semiconductor wafer die |
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| KR100782463B1 (ko) * | 2005-04-13 | 2007-12-05 | (주)실리콘화일 | 3차원 구조를 갖는 이미지 센서의 분리형 단위화소 및 그제조방법 |
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