專利名稱：具有多個感測層的圖像傳感器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明大體來說涉及圖像傳感器的領(lǐng)域，且更特定來說涉及堆疊式圖像傳感器構(gòu)造。
背景技術(shù)：
典型的互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體(CM0Q圖像傳感器具有圖像感測部分，所述圖像 感測部分包含光電二極管，其用于響應(yīng)于入射光而收集電荷；及傳送柵極，其用于將電荷 從所述光電二極管傳送到例如浮動擴(kuò)散部的電荷/電壓轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)。通常，在與圖像傳感器 的控制電路相同的材料層內(nèi)制作所述感測部分且借助與所述控制電路類似的工藝來制作 所述感測部分。在努力增加圖像傳感器中所提供的像素的數(shù)目的過程中，像素大小一直在 減小。然而，隨著像素大小的縮減，光電檢測器的經(jīng)照明區(qū)域通常也減少，從而又減小所 捕獲的信號電平且使性能降級。因此，存在對經(jīng)改進(jìn)的圖像傳感器結(jié)構(gòu)的需要。
發(fā)明內(nèi)容
一種圖像傳感器包含具有第一像素陣列的第一傳感器層。所述第一陣列的每一像 素具有用于響應(yīng)于入射光而收集電荷的光電檢測器、電荷/電壓轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)及用于將電荷從 所述光電檢測器選擇性地傳送到所述電荷/電壓機(jī)構(gòu)的傳送柵極。所述第一傳感器層具有 用以收集具有第一預(yù)選波長范圍的光的厚度。第二傳感器層位于所述第一傳感器層上方且 具有第二像素陣列。每一像素包含用于響應(yīng)于入射光而收集電荷的光電檢測器、電荷/電 壓轉(zhuǎn)換件及用于將電荷從所述光電檢測器選擇性地傳送到所述電荷/電壓機(jī)構(gòu)的傳送柵 極。所述第二傳感器層具有用以收集具有第二預(yù)選波長范圍的光的厚度。電路層位于所述 第一傳感器層下面且具有用于所述第一及第二傳感器層的所述像素的支持電路，且層間連 接器位于所述第一及第二層的所述像素與所述支持電路之間。本發(fā)明具有提供一種經(jīng)改進(jìn)的圖像傳感器結(jié)構(gòu)的優(yōu)點。
參考以下圖式來更好地理解本發(fā)明的實施例。圖式的元件未必相對于彼此成比 例。相似的參考編號標(biāo)示對應(yīng)的類似部件。圖1是圖解說明數(shù)碼相機(jī)的實施例的方面的框圖。圖2是概念性地圖解說明圖像傳感器的實施例的框圖。圖3是圖解說明像素的各部分的框圖。圖4A及圖4B圖解說明像素核心配置的實施例的實例。圖5是圖解說明圖像傳感器的實施例的截面圖。圖6是圖解說明圖像傳感器的另一實施例的截面圖。
圖7及圖8圖解說明濾色器陣列的實例。圖9是圖解說明圖像傳感器的另一實施例的截面圖。圖10是圖解說明圖像傳感器的另一實施例的截面圖。圖11概念性地圖解說明對圖像傳感器的實施例中的像素進(jìn)行裝箱的實例。圖12是圖解說明圖像傳感器的另一實施例的截面圖。圖13是圖解說明圖像傳感器的另一實施例的截面圖。圖14是概念性地圖解說明圖像傳感器的另一實施例的框圖。
具體實施例方式在以下詳細(xì)說明中，將參考形成本文一部分的附圖，且附圖中以圖解說明方式顯 示其中可實施本發(fā)明的具體實施例。在這點上，參考所描述的圖的定向，使用例如“頂部”、 “底部”、“前部”、“背部”、“前面”、“后面”等方向性術(shù)語。由于可以若干不同定向來定位本發(fā) 明的實施例的組件，因此方向性術(shù)語的使用是出于圖解說明目的而決非限制性目的。應(yīng)理 解，在不背離本發(fā)明范圍的情況下，可利用其它實施例并可作出結(jié)構(gòu)或邏輯改變。因此，不 應(yīng)將以下詳細(xì)說明視為具有限制意義，且本發(fā)明的范圍由所附權(quán)利要求書界定?，F(xiàn)在轉(zhuǎn)到圖1，其圖解說明顯示為體現(xiàn)本發(fā)明的方面的數(shù)碼相機(jī)的圖像捕獲裝置 的框圖。雖然圖解說明及描述數(shù)碼相機(jī)，但本發(fā)明明顯地適用于其它類型的圖像捕獲裝置。 在所揭示的相機(jī)中，來自被攝體場景的光10輸入到成像級11，其中所述光由鏡頭12聚焦以 在圖像傳感器20上形成圖像。圖像傳感器20將所述入射光轉(zhuǎn)換成每一圖素(像素)的電 信號。在一些實施例中，圖像傳感器20是有源像素傳感器(APQ類型(APS裝置通常由于 以互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體工藝來制作其的能力而稱為CMOS傳感器)。到達(dá)傳感器20的光量由可變光闌塊14調(diào)節(jié)，所述可變光闌塊改變光圈與中性密 度(ND)濾波器塊13，所述中性密度(ND)濾波器塊包含間置于光學(xué)路徑中的一個或一個以 上ND濾波器。還調(diào)節(jié)整體光級的是快門塊18開啟的時間。曝光控制器塊40對由亮度傳 感器塊16計量的場景中可用的光量做出響應(yīng)且控制所有這三個調(diào)節(jié)功能。所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員將熟悉特定相機(jī)配置的此描述，且此所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員將 明了存在許多變化形式及額外特征。舉例來說，添加自動聚焦系統(tǒng)，或者鏡頭是可拆卸的及 可更換的。將理解，本發(fā)明適用于各種類型的數(shù)碼相機(jī)，其中類似功能性由替代組件提供。 舉例來說，所述數(shù)碼相機(jī)是相對簡單的對準(zhǔn)后拍攝數(shù)碼相機(jī)，其中快門18是相對簡單的可 移動葉片式快門或類似快門而非較復(fù)雜的焦平面布置。還可在例如移動電話及汽車車輛的 非相機(jī)裝置中所包含的成像組件上實踐本發(fā)明的方面。來自圖像傳感器20的模擬信號由模擬信號處理器22處理并施加到模/數(shù)(A/D) 轉(zhuǎn)換器對。定時產(chǎn)生器26產(chǎn)生用以選擇行及像素的各種計時信號并使模擬信號處理器22 與A/D轉(zhuǎn)換器M的操作同步。圖像傳感器級觀包含圖像傳感器20、模擬信號處理器22、 A/D轉(zhuǎn)換器M及定時產(chǎn)生器26。圖像傳感器級觀的組件可以是單獨制作的集成電路或者 其可制作為單個集成電路，如對于CMOS圖像傳感器通常所做的那樣。來自A/D轉(zhuǎn)換器M 的所得數(shù)字像素值串流存儲于與數(shù)字信號處理器(DSP) 36相關(guān)聯(lián)的存儲器32中。除了系統(tǒng)控制器50及曝光控制器40以外，數(shù)字信號處理器36也是所圖解說明實 施例中的三個處理器或控制器中的一者。雖然相機(jī)功能控制在多個控制器及處理器中的此劃分是典型的，但這些控制器或處理器以各種方式組合，而此并不影響相機(jī)的功能操作及 本發(fā)明的應(yīng)用。這些控制器或處理器可包括一個或一個以上數(shù)字信號處理器裝置、微控制 器、可編程邏輯裝置或其它數(shù)字邏輯電路。雖然已描述此類控制器或處理器的組合，但應(yīng)明 了可指定一個控制器或處理器來執(zhí)行所有所需功能。所有這些變化形式可執(zhí)行相同功能且 歸屬于本發(fā)明的范圍內(nèi)，且術(shù)語“處理級”將視需要用于囊括一個階段內(nèi)的所有此功能性， 舉例來說，如在圖1中的處理級38中。在所圖解說明的實施例中，DSP 36根據(jù)永久性地存儲于程序存儲器M中且在圖 像捕獲期間復(fù)制到存儲器32以供執(zhí)行的軟件程序來操縱其存儲器32中的數(shù)字圖像數(shù)據(jù)。 DSP 36執(zhí)行實踐圖像處理所必需的軟件。存儲器32包含任一類型的隨機(jī)存取存儲器，例如 SDRAM。包括用于地址及數(shù)據(jù)信號的路徑的總線30將DSP 36連接到其相關(guān)存儲器32、A/D 轉(zhuǎn)換器M及其它相關(guān)裝置。系統(tǒng)控制器50基于存儲于程序存儲器M中的軟件程序而控制相機(jī)的整體操作， 所述程序存儲器可包含快閃EEPROM或其它非易失性存儲器。此存儲器還可用于存儲圖像 傳感器校準(zhǔn)數(shù)據(jù)、用戶設(shè)定選擇及在關(guān)斷相機(jī)時必須保存的其它數(shù)據(jù)。系統(tǒng)控制器50通過 以下方式來控制圖像捕獲的順序引導(dǎo)曝光控制器40來操作如先前所描述的鏡頭12、ND濾 波器13、可變光闌14及快門18，引導(dǎo)定時產(chǎn)生器沈來操作圖像傳感器20及相關(guān)聯(lián)元件且 引導(dǎo)DSP 36來處理所捕獲的圖像數(shù)據(jù)。在捕獲并處理圖像之后，經(jīng)由接口 57將存儲于存 儲器32中的最終圖像文件傳送到主機(jī)計算機(jī)、將其存儲于可裝卸存儲器卡64或其它存儲 裝置上且在圖像顯示器88上為用戶顯示?？偩€52包含用于地址、數(shù)據(jù)及控制信號的路徑且將系統(tǒng)控制器50連接到DSP 36、 程序存儲器M、系統(tǒng)存儲器56、主機(jī)接口 57、存儲器卡接口 60及其它相關(guān)裝置。主機(jī)接口 57提供到個人計算機(jī)(PC)或其它主機(jī)計算機(jī)的高速連接以用于傳送供顯示、存儲、操縱或 打印的圖像數(shù)據(jù)。此接口是IEEE1394或USB2.0串行接口或任一其它適合數(shù)字接口。存儲 器卡64通常是插入到插口 62中且經(jīng)由存儲器卡接口 60連接到系統(tǒng)控制器50的緊湊型快 閃(CF)卡。所利用的其它類型的存儲裝置包含(舉例來說)PC卡、多媒體卡(MMC)或安全 數(shù)字(SD)卡。將經(jīng)處理圖像復(fù)制到系統(tǒng)存儲器56中的顯示器緩沖器且經(jīng)由視頻編碼器80連續(xù) 地讀出所述圖像以產(chǎn)生視頻信號。此信號從相機(jī)直接輸出以供在外部監(jiān)視器上顯示或由顯 示器控制器82處理且在圖像顯示器88上呈現(xiàn)。此顯示器通常是有源矩陣彩色液晶顯示器 (LCD)，但也使用其它類型的顯示器。包含取景器顯示器70、曝光顯示器72、狀態(tài)顯示器76及圖像顯示器88以及用戶 輸入74的所有或任一組合的用戶接口由在曝光控制器40及系統(tǒng)控制器50上執(zhí)行的軟件 程序的組合控制。用戶輸入74通常包含按鈕、搖桿式開關(guān)、操縱桿、旋轉(zhuǎn)撥盤或觸摸屏的某 一組合。曝光控制器40操作光計量、曝光模式、自動聚焦及其它曝光功能。系統(tǒng)控制器50 管理在所述顯示器中的一者或一者以上上(例如，在圖像顯示器88上)呈現(xiàn)的圖形用戶接 口(GUI)。所述GUI通常包含用于進(jìn)行各種選項選擇的菜單及用于檢驗所捕獲的圖像的查 看模式。曝光控制器40接受選擇曝光模式、鏡頭光圈、曝光時間(快門速度)及曝光指數(shù) 或ISO速度額定值的用戶輸入并針對后續(xù)捕獲相應(yīng)地引導(dǎo)所述鏡頭及快門。采用亮度傳感器16來測量場景的亮度并為用戶提供在手動設(shè)定ISO速度額定值、光圈及快門速度時參 考的曝光計功能。在此情況下，在用戶改變一個或一個以上設(shè)定時，在取景器顯示器70上 呈現(xiàn)的光度計指示器告知用戶圖像將被曝光過度或曝光不足到何種程度。在自動曝光模式 中，用戶改變一個設(shè)定且曝光控制器40自動更改另一設(shè)定以維持正確的曝光。舉例來說， 對于給定ISO速度額定值，當(dāng)用戶減小鏡頭光圈時，曝光控制器40自動增加曝光時間以維 持相同的整體曝光。圖1中所顯示的圖像傳感器20通常包含制作于硅襯底上的二維光敏像素陣列，其 提供將每一像素處的傳入光轉(zhuǎn)換成所測量的電信號的方式。參考圖2，其概念性地圖解說明 圖像傳感器20的實施例的各部分。在圖2中，圖像傳感器20是互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體(CM0Q圖像傳感器，其包含 具有第一像素陣列111的第一傳感器層101。第二傳感器層102位于第一傳感器層101上 方，其具有第二像素陣列112。電路層120位于第一傳感器層101下面，其具有用于第一及 第二傳感器層101、102的像素陣列111、112的支持電路122。第一及第二層101、102的像 素111、112與支持電路122之間的層間連接器130提供相應(yīng)層之間的電連接。第一傳感器 層101具有用以收集具有第一預(yù)選波長范圍的光的厚度Tl且第二傳感器層具有用以收集 具有第二預(yù)選波長范圍的光的厚度T2。普通的硅晶片、絕緣體上硅(SOI)晶片或藍(lán)寶石上 硅(SOS)晶片均為制造傳感器層101、102的適合材料。圖3是概念性地圖解說明像素陣列111、112的像素110的各部分的框圖。像素 110包含例如光電二極管140的光電檢測器及例如傳送柵極142的傳送機(jī)構(gòu)。光電檢測器 140響應(yīng)于入射光而收集電荷且傳送柵極142用于將電荷從光電檢測器140傳送到電荷/ 電壓機(jī)構(gòu)，例如浮動擴(kuò)散部感測節(jié)點144，其接收來自光電檢測器140的電荷并將所述電荷 轉(zhuǎn)換成電壓信號。如上文所提及，像素110通常配置成若干行及若干列的陣列。行選擇晶 體管耦合到列總線且從像素110讀出電荷是通過啟用適當(dāng)?shù)男羞x擇晶體管以選擇陣列的 所要行來實現(xiàn)的，且信息是從選定行的列讀出的。在一些實施例中，第一及第二像素陣列111、112的像素110組織成像素核心150。 圖4A及圖4B圖解說明一些像素核心配置的實例。在圖4A中，四個光電二極管140經(jīng)由相 應(yīng)傳送柵極142共享共用浮動擴(kuò)散部144，且在圖4B中，兩個光電二極管140共享共用浮動 擴(kuò)散部144。在圖4A及圖4B中所圖解說明的實施例中，層間連接器130耦合到像素核心 150的浮動擴(kuò)散部144。圖5是顯示具有兩個傳感器層101、102及電路層120的圖像傳感器的實施例的其 它方面的橫截面圖。傳感器層101、102及電路層120中的每一者包含硅部分152及一個或 一個以上金屬層154。電路層120的支持電路122包含對應(yīng)于每一像素核心150且通過層 間連接器130耦合到對應(yīng)像素核心的浮動擴(kuò)散部144。圖5中所圖解說明的結(jié)構(gòu)具有額外 金屬層154(對應(yīng)于傳送柵極142的金屬層)且晶片互連130是通過浮動擴(kuò)散部144實現(xiàn) 的。此允許將像素裝箱到相同的浮動擴(kuò)散部144上。除了別的以外，支持電路122還包含每一像素核心150的復(fù)位柵極124、電壓供應(yīng) 源VDD以及源極隨耦器輸入及輸出126、128。在圖5中所圖解說明的實施例中，層間連接器 130電連接感測層T2、感測層Tl上的相應(yīng)浮動擴(kuò)散部節(jié)點144與電路晶片以形成收集浮動 擴(kuò)散部144。
一般來說，減小硅部分152的厚度可導(dǎo)致光學(xué)干涉，此又可使量子效率降級。為減 輕此效應(yīng)且改進(jìn)量子效率，在一些實施例中，在所述感測層中的每一者的兩個側(cè)上及在電 路層的頂部上使用抗反射涂層。此類抗反射涂層是已知的且用于(例如)單層結(jié)構(gòu)，例如 ONO堆疊(氧化硅-氮化硅-氧化硅)或氧化鉿-氧化鎂堆疊。也可使用其它適合抗反射 涂層?？稍趯⒏袦y層與電路層接合在一起之前使用任一典型沉積技術(shù)來沉積這些抗反射涂 層。圖6圖解說明其中通過經(jīng)由行與列電路132將像素111連接到電路層120的行與 列互連件來實施層間連接130的另一實施例。包含額外的兩個金屬層IM且晶片互連130 是通過置于成像器區(qū)域的外圍處的行與列互連件來實現(xiàn)的。因此，傳感器層上的每一輸出 信號及定時線借助互連件130電耦合到電路層120上的列或行電路132。在所圖解說明的 實施例中，標(biāo)準(zhǔn)CMOS數(shù)字及模擬電路位于傳感器層101、102及/或電路晶片120上的圖像 區(qū)域外部。在圖5及圖6中所圖解說明的實施例中，濾色器陣列(CFA) 160位于頂部傳感器層 102上方。硅部分152或第一及第二傳感器層101、102具有不同的厚度T1、T2使得每一層 收集在預(yù)定波長范圍內(nèi)的光。舉例來說，傳感器層的厚度可以是約0.5μπι以主要收集藍(lán)色 光、可以是約1. 3 μ m以主要收集綠色光及/或可以是約3. 0 μ m以主要收集紅色光。通過 使用經(jīng)設(shè)定以收集兩種預(yù)定色彩的第一及第二厚度Tl、T2，消除了對CFA 160的一些層的 需要。更具體來說，圖5及圖6中所圖解說明的具有擁有層厚度Tl、T2的兩個傳感器層 101、102的實施例消除了對CFA 160的層中的兩者的需要。圖7及圖8圖解說明兩個互補(bǔ) CFA 160的實例，其中Y代表黃色，M代表洋紅色且P代表全色。在所圖解說明的實施例中， 頂部傳感器層102的硅厚度T2為約2 μ m。圖9及圖10中所圖解說明的實施例各自包含額外傳感器層103。在圖9中，層間 連接130連接浮動擴(kuò)散部144，且在圖10中，層間連接130是使用行與列電路132進(jìn)行的。 在圖9及圖10中，第三傳感器層的硅厚度T3為約0. 5 μ m使得其主要收集藍(lán)色光，第二傳 感器層102的硅厚度T2為約1. 3 μ m使得其主要收集綠色光，且第一傳感器層的硅厚度Tl 為約3 μ m使得其主要收集紅色光。此傳感器不需要波長選擇性濾波器來檢測色彩，已知此 會減小量子效率。此結(jié)構(gòu)還允許將像素裝箱到共用浮動擴(kuò)散部上的多種方式。取決于每一像素核心 150內(nèi)的光電二極管140的數(shù)目，可將三個或三個以上光電二極管140連接到相同電互連 件130。此允許對像素110進(jìn)行裝箱的多種方式。舉例來說，如圖11中所圖解說明，用于 光電二極管Bi、Gl及Rl的傳送柵極142可經(jīng)啟動以將電荷傳送到共用浮動擴(kuò)散部142上 且產(chǎn)生經(jīng)裝箱的全色信號。類似地，在單色彩層上，用于像素核心150中的每一光電二極管 110的傳送柵極142可經(jīng)啟動以對所有色彩信號進(jìn)行裝箱并以較低空間分辨率產(chǎn)生較高靈 敏度輸出。舉例來說，對所有四個紅色像素R1+R2+R3+R4進(jìn)行裝箱起到單個大(高靈敏度) 紅色像素的作用。還存在犧牲一個色彩平面中的色彩響應(yīng)的空間分辨率但不犧牲其它色彩 平面中的色彩響應(yīng)的空間分辨率的選項。舉例來說，可將四個紅色像素裝箱在一起，但將個 別光電二極管數(shù)據(jù)保存在綠色通道中。另一選項將為將所有光電二極管(例如使用圖11 中的所有12個光電二極管(四個藍(lán)色像素Bl到B4、四個綠色像素Gl到G4及四個紅色像素Rl到R4))裝箱到共享的浮動擴(kuò)散部144上。此將產(chǎn)生針對堆疊式核心的高靈敏度、低 空間分辨率全色信號。在此情況下，色彩分離將通過保存附近核心中的色彩分離來實現(xiàn)。圖12圖解說明包含兩個傳感器層101、102及電路層120的另一實施例，所述電路 層也含有感測元件。此結(jié)構(gòu)與圖9及圖10中所圖解說明的實施例相比需要一個更小的晶 片同時仍提供三個傳感器層。因此，除了支持電路以外，電路層120還包含像素110。電路 層120及兩個傳感器層101、102的硅厚度Tl、T2、T3使得每一層收集具有預(yù)定波長范圍的 光。在圖12中，層間連接130是通過行與列電路132進(jìn)行的，但在類似實施例中，所述連接 是通過浮動擴(kuò)散部144進(jìn)行的。圖13圖解說明具有一個傳感器層101及電路層120的實施例，所述電路層也包含 感測元件。圖113中所圖解說明的實施例具有通過浮動擴(kuò)散部144進(jìn)行的層間連接130， 但所述連接可替代地通過行與列電路進(jìn)行，如在本文中的其它實施例中所揭示。傳感器層 101及電路層120各自具有收集具有預(yù)定波長范圍的光的硅厚度Tl、Τ2。與圖5及圖6中 所圖解說明的實施例一樣，提供例如圖7及8中所圖解說明的互補(bǔ)CFA160以用于對第三色 彩進(jìn)行濾波。圖14概念性地圖解說明三個以上感測層101-Ν的另一實施例，其中每一層具有用 于收集具有對應(yīng)波長范圍的光的預(yù)定厚度。此結(jié)構(gòu)允許靈敏度擴(kuò)展超出可見光譜。頂部三 個層將負(fù)責(zé)捕獲可見頻率范圍中的光(舉例來說，如圖9及圖10中所圖解說明的實施例中 所描述)，同時額外層N可用于捕獲紅外光。盡管已特別參考本發(fā)明某些優(yōu)選實施例詳細(xì)描述了本發(fā)明，但將理解，可在本發(fā) 明的精神及范圍內(nèi)實現(xiàn)各種變化及修改形式。部件列表
10光
11成像級
12鏡頭
13ND濾波器塊
14可變光闌塊
16亮度傳感器塊
18快門塊
20圖像傳感器
22模擬信號處理器
M模/數(shù)(A/D)轉(zhuǎn)換器
26定時產(chǎn)生器
28圖像傳感器級
30總線
32存儲器
36數(shù)字信號處理器(DSP)
38處理級
40曝光控制器
50系統(tǒng)控制器
52總線
54程序存儲器
56系統(tǒng)存儲器
57主機(jī)接口
60存儲器卡接口
62插口
64存儲器卡
70取景器顯示器
72曝光顯示器
74用戶輸入
76狀態(tài)顯示器
80視頻編碼器
82顯示器控制器
88圖像顯示器
101第一傳感器層
102第二傳感器層
103第三傳感器層
110像素
111第一像素陣列
112第二像素陣列
120電路層
122支持電路
124復(fù)位柵極
126源極隨耦器輸入
128源極隨耦器輸出
130層間連接器
132行與列電路
140光電二極管
142傳送柵極
144浮動擴(kuò)散部
150像素核心
152硅層
154金屬層
160濾色器陣列(CFA)
Tl第一厚度
T2第二厚度
T3第三厚度
Vdd電壓供應(yīng)源
說明書7/7頁
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權(quán)利要求
1.一種圖像傳感器，其包括第一傳感器層，其具有第一像素陣列，每一像素包含用于響應(yīng)于入射光而收集電荷的 光電檢測器、電荷/電壓轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)及用于將電荷從所述光電檢測器選擇性地傳送到所述電 荷/電壓機(jī)構(gòu)的傳送柵極，所述第一傳感器層具有用以收集具有第一預(yù)選波長范圍的光的厚度；第二傳感器層，其位于所述第一傳感器層上方，所述第二傳感器層具有第二像素陣列， 每一像素包含用于響應(yīng)于入射光而收集電荷的光電檢測器、電荷/電壓轉(zhuǎn)換件及用于將電 荷從所述光電檢測器選擇性地傳送到所述電荷/電壓機(jī)構(gòu)的傳送柵極，所述第二傳感器層 具有用以收集具有第二預(yù)選波長范圍的光的厚度；電路層，其位于所述第一傳感器層下面，所述電路層具有用于所述第一及第二傳感器 層的所述像素的支持電路；及層間連接器，其位于所述第一及第二層的所述像素與所述支持電路之間。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的圖像傳感器，其中所述電路層包含耦合到所述第一及第二傳 感器層的所述電荷/電壓機(jī)構(gòu)的電荷/電壓轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的圖像傳感器，其中所述電路層進(jìn)一步包含像素陣列，每一像 素包含用于響應(yīng)于入射光而收集電荷的光電檢測器、電荷/電壓轉(zhuǎn)換件及用于將電荷從所 述光電檢測器選擇性地傳送到所述電荷/電壓機(jī)構(gòu)的傳送柵極。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的圖像傳感器，其中多個光電二極管連接到共用電荷/電壓機(jī)構(gòu)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的圖像傳感器，其中所述電路層包含電荷/電壓機(jī)構(gòu)，且其中層 間連接連接于所述第一及第二傳感器層與所述電路層的電荷/電壓機(jī)構(gòu)之間。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的圖像傳感器，其進(jìn)一步包括提供所述層間連接的行與列選擇 電路。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的圖像傳感器，其進(jìn)一步包括位于所述第二傳感器層上方的濾 色器陣列濾波器。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的圖像傳感器，其進(jìn)一步包括位于所述第二傳感器層上方的第 三傳感器層，所述第三傳感器層具有第三像素陣列，每一像素包含用于響應(yīng)于入射光而收 集電荷的光電檢測器、電荷/電壓轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)及用于將電荷從所述光電檢測器選擇性地傳送 到所述電荷/電壓機(jī)構(gòu)的傳送柵極，所述第三傳感器層具有用以收集具有第三預(yù)選波長范 圍的光的厚度。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的圖像傳感器，其進(jìn)一步包括位于所述第三傳感器層上方的第 四傳感器層，所述第三傳感器層具有用以收集具有第四預(yù)選波長范圍的光的厚度，其中所 述第一、第二、第三或第四預(yù)選波長范圍中的至少一者在可見頻率范圍之外。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的圖像傳感器，其中所述第一傳感器層與所述電路層組合成 具有所述第一像素陣列及所述支持電路的單個層。
11.一種圖像傳感器，其包括第一傳感器層，其具有第一像素陣列，每一像素包含用于響應(yīng)于入射光而收集電荷的 光電檢測器、電荷/電壓轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)及用于將電荷從所述光電檢測器選擇性地傳送到所述電 荷/電壓機(jī)構(gòu)的傳送柵極，所述第一傳感器層具有用以收集具有第一預(yù)選波長范圍的光的厚度；電路層，其位于所述第一傳感器層下面，所述電路層具有第二像素陣列，每一像素包含 用于響應(yīng)于入射光而收集電荷的光電檢測器、電荷/電壓轉(zhuǎn)換件及用于將電荷從所述光電 檢測器選擇性地傳送到所述電荷/電壓機(jī)構(gòu)的傳送柵極、用于所述第一及第二像素陣列的 支持電路；且其中所述電路層具有用以收集具有第二預(yù)選波長范圍的光的厚度； 層間連接器，其位于所述第一及第二層的所述像素與所述支持電路之間； 濾色器陣列，其位于所述第一傳感器層上方。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的圖像傳感器，其中層間連接連接于所述第一傳感器層與所 述電路層的所述電荷/電壓機(jī)構(gòu)之間。
13.根據(jù)權(quán)利要求11所述的圖像傳感器，其進(jìn)一步包括提供所述層間連接的行與列選 擇電路。
14.一種對圖像傳感器的像素進(jìn)行裝箱的方法，其包括 提供位于第一層中的第一像素核心；提供位于所述第一層上面的第二層中的第二像素核心； 將第一電荷從所述第一像素核心的像素傳送到第一電荷/電壓機(jī)構(gòu)； 將第二電荷從所述第二像素核心的像素傳送到第二電荷/電壓機(jī)構(gòu)；及 將所述第一及第二電荷傳送到共用電荷/電壓機(jī)構(gòu)。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，其進(jìn)一步包括 提供位于所述第二層上面的第三層中的第三像素核心；將第三電荷從所述第三像素核心的像素傳送到第三電荷/電壓機(jī)構(gòu)；及 將所述第一、第二及第三電荷傳送到所述共用電荷/電壓機(jī)構(gòu)。
16.根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，其中傳送所述第一電荷包含將多個電荷從多個像素 傳送到所述第一電荷/電壓機(jī)構(gòu)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種圖像傳感器，其包含具有第一像素陣列的第一傳感器層(101)及具有第二像素陣列的第二傳感器(102)層。所述第一及第二陣列的每一像素具有用于響應(yīng)于入射光而收集電荷的光電檢測器(140)、電荷/電壓轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)(144)及用于將電荷從所述光電檢測器選擇性地傳送到所述電荷/電壓機(jī)構(gòu)的傳送柵極(142)。所述第一及第二傳感器層各自具有用以分別收集具有第一及第二預(yù)選波長范圍的光的厚度。電路層(120)位于所述第一傳感器層下面且具有用于所述第一及第二傳感器層的所述像素的支持電路(122)，且層間連接器(130)位于所述第一及第二層的所述像素與所述支持電路之間。
文檔編號H01L27/146GK102089882SQ200980127273
公開日2011年6月8日 申請日期2009年7月13日 優(yōu)先權(quán)日2008年8月1日
發(fā)明者克里斯蒂安·亞歷山德魯·蒂瓦魯斯, 約瑟夫·R·蘇馬, 約翰·P·麥卡滕 申請人:柯達(dá)公司