專利名稱：具有多個感測層的圖像傳感器及其操作與制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明大體來說涉及圖像傳感器領(lǐng)域，且更明確地說，涉及具有多個感測層的圖像傳感器。
背景技術(shù)：
典型的圖像傳感器具有圖像感測部分，其包含用于響應(yīng)于入射光而收集電荷的光敏區(qū)域。通常，這些圖像傳感器包含經(jīng)常布置成行與列的規(guī)則圖案的若干個光敏感像素。每一像素包含光電傳感器(例如，光電二極管)，其產(chǎn)生對應(yīng)于在圖像聚焦于所述陣列上時照射到所述像素上的光的強度的信號。一種類型的圖像傳感器為互補金屬氧化物半導(dǎo)體(CMOS)圖像傳感器，其中圖像感測部分包含光電二極管，其用于收集電荷；及傳送柵極，其用于將所述電荷從所述光電二極管傳送到電荷/電壓轉(zhuǎn)換機構(gòu)(例如，浮動擴散部)。通常，將所述圖像傳感器的感測部分及控制電路制作于單個材料層內(nèi)。在努力增加提供于圖像傳感器中的像素的數(shù)目的過程中，像素大小一直在減小。 向較小 像素發(fā)展的優(yōu)點在于其增加固定光學格式的圖像的分辨率。具體來說，較小像素具有較佳調(diào)制傳送函數(shù)(MTF)，且因此可鑒別圖像中的細微細節(jié)，例如，細條紋襯衫上的線。然而，隨著使用CMOS工藝制成的像素按比例縮小為較小尺寸，使用這些像素的成像器的數(shù)個性能性質(zhì)可降級。明確地說，光學敏感度(OS)快速降級。這是因為量子效率 (QE)隨光圈大小減小而降級且像素區(qū)域也縮減兩者。由于OS取決于QE與像素區(qū)域的乘積，因此OS受此兩者的負面影響。因此，需要改進的圖像傳感器結(jié)構(gòu)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明揭示圖像傳感器的實施例，其中所述圖像傳感器包含第一傳感器層，其具有第一像素陣列；及第二傳感器層，其具有第二像素陣列。所述像素中的每一者均具有光學中心。在根據(jù)本發(fā)明的一個實施例中，所述光學中心為像素的中心。所述第一傳感器層堆疊于所述第二傳感器層上方以使得所述第一像素陣列的所述光學中心從所述第二陣列的所述光學中心偏移以形成預(yù)定圖案。本發(fā)明具有提供一種改進的圖像傳感器結(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。相同的參考編號指示對應(yīng)的類似部件。圖1為圖解說明數(shù)碼相機的實施例的方面的框圖。圖2為圖解說明圖像傳感器的非共享像素的部分的示意圖。圖3為圖解說明圖像傳感器的4方共享像素的實施例的部分的示意圖。
圖4概念性地圖解說明具有兩個感測層的圖像傳感器的實施例。圖5為概念性地圖解說明具有兩個感測層的圖像傳感器的實施例的方面的側(cè)視圖。圖6為圖解說明具有沿χ方向的較小像素間距(與y方向相比)的第一傳感器層的實施例的部分的俯視圖。圖7為圖解說明具有沿χ方向的較大像素間距(與y方向相比)的第二傳感器層的實施例的部分的俯視圖。圖8為圖6及7中所圖解說明的第一及第二傳感器層的像素的光學中心的對準位置的俯視圖。圖9概念性地圖解說明用于拜耳(Bayer)濾色器陣列中的濾色器的圖案。圖10圖解說明圖5及6中分別圖解說明的第一及第二傳感器層的疊加，及用于此疊加的濾色器陣列的實施例。圖Ila為第一傳感器層的像素的光學中心的對準位置的俯視圖，其中對于每一列光學中心是交錯的。圖lib為第二傳感器層的像素的光學中心的對準位置的俯視圖，其中對于每一行光學中心是交錯的。

圖Ilc為圖Ila與lib的疊加的俯視圖，其圖解說明第一及第二傳感器層的光學中心形成正方形陣列。圖12a為第一傳感器的像素的光學中心的對準位置的俯視圖。圖12b為第二傳感器層的像素的光學中心的對準位置的俯視圖。圖12c為圖12a與12b的疊加的俯視圖，其圖解說明第一及第二傳感器層的光學中心形成密堆積2D陣列。圖13圖解說明傳感器層之間的可能未對準。圖14為包含對準結(jié)構(gòu)的傳感器層的俯視圖。
具體實施例方式在以下具體實施方式
中，將參考形成本發(fā)明一部分的附圖，且附圖中以圖解說明方式展示其中可實踐本發(fā)明的特定實施例。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。由于可以若干個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)明的范圍的情況下，可利用其它實施例并可做出結(jié)構(gòu)或邏輯改變。因此，不應(yīng)將以下詳細描述視為具有限制意義，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，其圖解說明展示為體現(xiàn)本發(fā)明的方面的數(shù)碼相機的圖像捕獲裝置的框圖。雖然圖解說明及描述數(shù)碼相機，但本發(fā)明明顯可適用于其它類型的圖像捕獲裝置。 在所揭示的相機中，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)換成每一像元(像素)的電信號。在一些實施例中，圖像傳感器20為有源像素傳感器(APS)類型(APS裝置通常由于能夠以互補金屬氧化物半導(dǎo)體工藝來制作其而稱為CMOS傳感器)。
到達傳感器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路徑中的一個或一個以上ND濾波器。此外，調(diào)節(jié)整體光級的為快門塊18開啟的時間。曝光控制器塊40響應(yīng)于如由亮度傳感器塊16計量的場景中可用的光量且控制所有這三個調(diào)節(jié)功能。所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員將熟悉對特定相機配置的此描述，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)，或鏡頭是可拆卸且可更換的。將理解，本發(fā)明適用于各種類型的數(shù)碼相機，其中類似功能性由替代組件提供。舉例來說，所述數(shù)碼相機是相對簡單的對準后拍攝數(shù)碼相機，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24。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24的操作同步。圖像傳感器級28包含圖像傳感器20、模擬信號處理器22、 A/D轉(zhuǎn)換器24及定時產(chǎn)生器26。圖像傳感器級28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24 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。雖然相機功能控制在多個控制器及處理器中的此劃分是典型的，但在不影響相機的功能操作及本發(fā)明的應(yīng)用的情況下，這些控制器或處理器以各種方式組合。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”將視需要用于將所有此功能性囊括于一個短語內(nèi)，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54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24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54中的軟件程序而控制相機的整體操作， 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數(shù)據(jù)、用戶設(shè)定選擇及在關(guān)斷相機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序列引導(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26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計算機、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。總線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54、系統(tǒng)存儲器56、主機接口 57、存儲器卡接口 60及其它相關(guān)裝置。主機接口57提供到個人計算機(PC)或其它主機計算機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)。此接口為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通常為插入到插口 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)處理的圖像復(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)。此顯示器通常為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(舉例來說，在圖像顯示器88上)呈現(xiàn)的圖形用戶接口(GUI)。所述GUI通常包含用于做出各種選項選擇的菜單及用于檢驗所捕獲圖像的查看模式。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中所展示的圖像傳感器20包含制作于襯底上的光敏感像素陣列，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。當所述傳感器曝露于光時，產(chǎn)生自由電子且將其捕獲于每一像素處的電子結(jié)構(gòu)內(nèi)。術(shù)語“晶片”及“襯底”應(yīng)理解為包含絕緣體上硅(SOI)或藍寶石上硅(SOS)技術(shù)、經(jīng)摻雜及未經(jīng)摻雜的半導(dǎo)體、由基底半導(dǎo)體基礎(chǔ)支撐的外延硅層以及其它半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)。此外，當在以下描述中提及“晶片”或“襯底”時，先前工藝步驟可已用于在基底半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)或基礎(chǔ)中或者其上面形成區(qū)或接面。另外，所述半導(dǎo)體未必是基于硅的，而可是基于硅-鍺、鍺或砷化鎵的。圖2為圖解說明圖像傳感器20的非共享像素100的實施例的部分的示意圖。像素100包含光電檢測器(例如，光電二極管130)及傳送機構(gòu)(例如，傳送柵極132)。光電檢測器130響應(yīng)于入射光而收集電荷且傳送柵極132用于將電荷從光電檢測器130傳送到電荷/電壓機構(gòu)(例如，浮動擴散部感測節(jié)點134)，其接收來自光電檢測器130的電荷并將所述電荷轉(zhuǎn)換成電壓信號。復(fù)位柵極晶體管136及源極跟隨器放大器晶體管138使其漏極耦合到電壓源VDD。行選擇晶體管140使其漏極連接到源極跟隨器晶體管138的源極且使其源極連接到輸出線142。復(fù)位柵極136的源極及源極跟隨器138的柵極連接到浮動擴散部 134。
圖3為圖解說明使用圖像傳感器20的4方共享像素結(jié)構(gòu)的實施例的部分的示意圖。對于4方共享結(jié)構(gòu)，收集于4個光電二極管中的光致電荷由4個傳送柵極132中的一者控制而進入到單個浮動擴散部134中。4個光電二極管130、傳送柵極132、浮動擴散部134 以及讀出晶體管136、138及140統(tǒng)稱為像素核心。在其它實施例中，使用其它核心配置，例如，非共享、2方共享、4方共享或N方共享配置。本文中所揭示的一些實施例針對兩個感測層中的每一者使用4方共享架構(gòu)。 在圖4中，圖像傳感器20包含多個傳感器層，其中每一傳感器層具有像素陣列。舉例來說，圖4中所圖解說明的實施例包含第一傳感器層101及第二傳感器層102與由虛線指示的第三或額外層103。每一層具有對應(yīng)的像素陣列111、112、113。第一傳感器層111具有有效厚度Tl以收集具有第一預(yù)選定波長范圍的光且所述第二傳感器層具有有效厚度T2以收集具有第二預(yù)選定波長范圍的光。在具有額外感測層的實施例中，例如，層103等具有對應(yīng)的有效厚度以收集額外的預(yù)選定范圍的波長。規(guī)則的硅晶片、絕緣體上硅(SOI)晶片或藍寶石上硅(SOS)晶片都是用于制造傳感器層101、102等的適合材料。用于定址及讀出像素陣列的支持電路通常是在像素陣列 111、112外部的感測層上。在另一配置中，所述支持電路是制作于額外襯底上、附接在最下部感測層下面且經(jīng)由電互連件電連接到所述感測層。圖5為展示具有兩個傳感器層101及102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中的每一者包含分別具有“有效厚度” Tl及T2的半導(dǎo)電部分144。如果頂部層101的半導(dǎo)電部分144為硅，那么Tl通常介于0. 4um與2. 5um之間。 此厚度范圍經(jīng)設(shè)定以從藍色及綠色可見帶吸收同樣多的光，同時允許顯著量的紅色光(> 25% )傳遞到第二傳感器層102。“有效厚度” T2通常大于Tl、通常介于2. 5um到IOum之間且經(jīng)設(shè)計以吸收紅色光。T2的底部邊緣通常稱為收集深度146。在采用額外感測層的一些實施例中，每一額外層具有其它有效厚度以吸收對應(yīng)范圍的波長。在讀出之后，即刻通過向傳送柵極132施加脈沖來將收集于光電二極管130中的光電荷移動到浮動擴散部134。源極跟隨器晶體管138的柵極處所產(chǎn)生的電壓信號經(jīng)由列線傳送到支持電路。濾色器陣列(CFA) 120位于第一傳感器層101上方，且微鏡頭122形成于CFA 120上方，在一些實施例中，CFA 120與微鏡頭122之間具有間隔層124。對于所展示的橫截面，與第二感測層102相比，第一感測層101的像素間距為所述第二感測層的一半。圖6及圖7為分別圖解說明第一傳感器層101及第二傳感器層102的部分的俯視圖。參考圖6，第一陣列111具有沿第一方向(y或水平)152的第一空間間距150及沿第二 (χ或垂直)方向156的第二空間間距154。在所圖解說明的實施例中，第一方向152大體上垂直于第二方向156。在本發(fā)明中，術(shù)語間距(pitch)通常是指一個像素上的點與鄰近像素上的對應(yīng)點之間的距離。在第一陣列111中，第一空間間距150大于第二空間間距154。圖7圖解說明第二陣列112，其中像素100的沿第二方向156的第二空間間距154 大于沿第一方向152的第一空間間距150。圖8圖解說明第一層101的光電二極管130中的一些光電二極管的光學中心160 與第二層102的光電二極管130的光學中心162的疊加。深黑色正方形166標記用于色彩重構(gòu)的有效2x 2像素核心。雖然光學中心160、162并非在2x 2塊166內(nèi)的子正方形的中心處，但重復(fù)單元的周期與相同尺寸的2x 2拜耳核心的周期相同。
每一圖像具有沿不同方向的較佳調(diào)制傳送函數(shù)(MTF)性能。最終圖像具有高于單獨圖像中的每一者的MTF。每一圖像的有效像素區(qū)域大于借助單個感測層以等效MTF性能產(chǎn)生的圖像的有效像素區(qū)域。因此，光學敏感度(OS)也較大。在例如圖5中所圖解說明的實施例的一些實施例中，圖像傳感器20為背照式傳感器，其中朝向硅層114的背側(cè)表面投射所曝露光。像素100位于襯底的相對側(cè)上，所述襯底足夠薄以使得朝向襯底的背側(cè)投射的光可到達像素100。為使由第二感測層102中的光電二極管130收集的光最大，用于第一感測層及第二感測層兩者的金屬布線116的布局應(yīng)使第二感測層102的光電二極管130上面的光圈 (非金屬區(qū)域)最大。實際上，與非共享設(shè)計相比，N方共享設(shè)計的光圈較大，因為需要較少金屬線以讀出光電二極管信號。為產(chǎn)生彩色圖像，圖像傳感器中的像素陣列通常具有置于其上方的濾色器的圖案。圖9圖解說明通常用于單個感測層的成像器的紅色、綠色及藍色濾色器的圖案。此特定圖案通常稱作以其發(fā)明者布賴斯拜耳(Bryce Bayer)之名命名的拜耳濾色器陣列(CFA)， 如第3，971，065號美國專利中所揭示，所述美國專利以引用方式并入本文中。因此，每一像素具有特定色彩光響應(yīng)，在此情況下，所述色彩光響應(yīng)為對紅色、綠色或藍色光的主要敏感度。圖10圖解說明具有兩個感測層(例如，圖5中所圖解說明的實施例)的成像器的 CFA圖案的實施例的實例。與拜耳圖案不同，需要黃色及洋紅色濾波器以從頂部像素陣列 111的藍色(洋紅色)及綠色(黃色)光譜帶分離光，同時允許紅色光傳遞到將主要對紅色光敏感的第二像素陣列112。由于所述兩個感測層，因此用于彩色圖像重構(gòu)的像素核心166 小于拜耳色彩核心。另外，所述光學敏感度比拜耳色彩核心的光學敏感度高得多。圖11圖解說明其中光學中心的疊加形成正方形晶格的實施例。圖Ila為第一傳感器層101的像素的光學中心的對準位置的俯視圖，其中對于每一列，光學中心是交錯的。 圖lib為第二傳感器層102的俯視圖，其中每一行是交錯的。圖Ilc圖解說明正方形晶格的疊加及形成。此外，深黑色正方形166標記用于色彩重構(gòu)的有效2x 2像素核心。類似地，圖12圖解說明其中光學中心的疊加形成密堆積晶格的實施例。圖12a為第一傳感器層的像素的光學中心的對準位置的俯視圖，其中光學中心形成矩形格柵。圖12b 展示第二傳感器層的相同矩形格柵。圖12c圖解說明以偏移疊加兩個格柵給出密堆積晶格。此外，深黑色正方形166標記用于色彩重構(gòu)的有效2x 2像素核心。制作例如圖5到圖8中所圖解說明的圖像傳感器20的多層結(jié)構(gòu)的問題是晶片到晶片接合級期間的未對準。圖13圖解說明第一層101與第二層102之間的此可能未對準 170的實例。如果未對準是已知的，那么可容易地校正圖像中的未對準。因此，一些實施例包含在傳感器層中的一者(舉例來說，第一層101)上的游標或另一對準標記。圖14圖解說明此對準結(jié)構(gòu)的實例。第一傳感器層101包含穿過金屬層116中的一者的開口 172。這些對準結(jié)構(gòu)通常置于圖像傳感器20的拐角中的一者或一者以上中。在制作之后，通過用均勻光照明所述圖像傳感器來測量未對準。借助第二層102的第二像素陣列112的一部分來使穿過第一傳感器層101中的開口 170進來的光成像。根據(jù)對準結(jié)構(gòu)對圖像的分析提供可用于校準圖像傳感器的偏移及旋轉(zhuǎn)未對準信息。盡管已特別參考本發(fā)明的某些優(yōu)選實施例詳細描述了本發(fā)明，但應(yīng)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24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100像素101第一感測層102第二感測層111第一像素陣列112第二像素陣列
114襯底116金屬層120濾色器陣列(CFA)122微鏡頭124間隔層130光電二極管132傳送柵極134浮動擴散部

136復(fù)位柵極晶體管138源極跟隨器晶體管140行選擇晶體管142輸出線144半導(dǎo)體層146光電二極管電荷收集深度150第一空間間距152第一方向154第二空間間距156第二方向160光電二極管光學中心162光電二極管光學中心164像素核心166用于彩色圖像重構(gòu)的像素核心170未對準172對準開口Vdd電壓源
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；第二傳感器層，其具有第二像素陣列；所述像素中的每一者具有光學中心；且其中所述第一傳感器層堆疊于所述第二傳感器層上方，以使得所述第一像素陣列的所述光學中心從所述第二陣列的所述光學中心偏移以形成預(yù)定圖案。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的圖像傳感器，其中所述第一像素陣列具有沿第一方向的第一空間間距及沿第二方向的第二空間間距，其中所述第一空間間距大于所述第二空間間距；且所述第二像素陣列具有沿所述第一方向的第一空間間距及沿所述第二方向的第二空間間距，其中所述第二空間間距大于所述第一空間間距。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的圖像傳感器，其中每一像素包含光電檢測器，其用于響應(yīng)于入射光而收集電荷；電荷/電壓轉(zhuǎn)換機構(gòu)；及傳送柵極，其用于將電荷從所述光電檢測器選擇性地傳送到所述電荷/電壓機構(gòu)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的圖像傳感器，其進一步包括用于測量所述第一傳感器層與第二傳感器層之間的偏移及旋轉(zhuǎn)未對準的對準結(jié)構(gòu)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的圖像傳感器，其中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，且其中多個光電檢測器連接到共用電荷/電壓機構(gòu)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的圖像傳感器，其進一步包括位于所述第一傳感器層上方的濾色器陣列。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的圖像傳感器，其中所述圖像傳感器為背照式傳感器。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的圖像傳感器，其進一步包括具有第三像素陣列的第三傳感器層，其中所述第三像素陣列的所述光學中心從所述第一及第二陣列的所述光學中心偏移。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的圖像傳感器，其進一步包括具有第三像素陣列的第三傳感器層，所述第三陣列具有沿第三方向的第三空間間距。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的圖像傳感器，其中所述第一及第二傳感器層各自分別具有第一及第二有效厚度以分別收集具有第一及第二預(yù)選定波長范圍的光。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的圖像傳感器，其中所述第一及第二像素陣列經(jīng)布置以使得所述預(yù)定圖案為正方形晶格。
12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的圖像傳感器，其中所述第一及第二像素陣列經(jīng)布置以使得所述預(yù)定圖案為密堆積晶格。
13.一種圖像感測方法，其包括提供具有第一像素陣列的第一傳感器層；提供具有第二像素陣列的第二傳感器層；其中所述像素中的每一者具有光學中心，且其中將所述第一傳感器層堆疊于所述第二傳感器層上方，以使得所述第一像素陣列的所述光學中心從所述第二陣列的所述光學中心偏移以形成預(yù)定圖案；分別通過所述第一及第二傳感器層捕獲第一及第二圖像；及將所述第一及第二圖像組合成最終圖像。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，其中所述第一陣列具有沿第一方向的第一空間間距及沿第二方向的第二空間間距，其中所述第一空間間距大于所述第二空間間距；所述第二陣列具有沿所述第一方向的第一空間間距及沿所述第二方向的第二空間間距，其中所述第二空間間距大于所述第一空間間距。
15.根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，其進一步包括提供用于測量所述第一傳感器層與第二傳感器層之間的偏移及旋轉(zhuǎn)未對準的對準結(jié)構(gòu)。
16.根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，其進一步包括提供具有第三像素陣列的第三傳感器層。
17.—種制造圖像傳感器的方法，其包括 在第一傳感器層上形成第一像素陣列； 在第二傳感器層上形成第二像素陣列；及將所述第一傳感器層堆疊于所述第二傳感器層上方，以使得所述第一像素陣列的光學中心從所述第二陣列的光學中心偏移以形成預(yù)定圖案。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的方法，其進一步包括在所述第一傳感器層上方形成濾色器陣列。
19.根據(jù)權(quán)利要求17所述的方法，其進一步包括形成具有第三像素陣列的第三傳感器層；及堆疊所述第一、第二及第三傳感器層，以使得所述第三像素陣列的所述光學中心從所述第一及第二陣列的所述光學中心偏移。
20.根據(jù)權(quán)利要求17所述的方法，其中所述第一像素陣列具有沿第一方向的第一空間間距及沿第二方向的第二空間間距，其中所述第一空間間距大于所述第二空間間距；且所述第二像素陣列具有沿所述第一方向的第一空間間距及沿所述第二方向的第二空間間距，其中所述第二空間間距大于所述第一空間間距。
21.根據(jù)權(quán)利要求17所述的方法，其進一步包括 在所述第一傳感器層中形成開口 ；通過所述第二傳感器層捕獲由穿過所述第一傳感器層中的所述開口進來的光所形成的圖像；及使用所述所捕獲圖像來測量所述第一傳感器層與所述第二傳感器層之間的未對準。
22.根據(jù)權(quán)利要求17所述的方法，其中布置所述第一及第二像素陣列以使得所述預(yù)定圖案為正方形晶格。
23.根據(jù)權(quán)利要求17所述的方法，其中布置所述第一及第二像素陣列以使得所述預(yù)定圖案為密堆積晶格。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種圖像傳感器(20)，所述圖像傳感器(20)包含第一傳感器層(101)，其具有第一像素陣列；及第二傳感器層(102)，其具有第二像素陣列。所述像素中的每一者具有光學中心。所述第一傳感器層堆疊于所述第二傳感器層上方，以使得所述第一像素陣列的所述光學中心從所述第二陣列的所述光學中心偏移以形成預(yù)定圖案。
文檔編號H01L27/146GK102177585SQ200980140232
公開日2011年9月7日 申請日期2009年10月5日 優(yōu)先權(quán)日2008年10月16日
發(fā)明者克里斯蒂安·亞歷山德魯·蒂瓦魯斯, 約瑟夫·蘇馬, 約翰·P·麥卡滕 申請人:全視科技有限公司