[發明專利]具有共享擴散區域的堆疊式圖像傳感器

有效

• 申請號: 200980109452.0
• 申請日: 2009-02-12
• 公開（公告）號: CN101978499A
• 公開（公告）日: 2011-02-16
• 發明（設計）人: T·J·安德森;J·P·麥卡滕;J·R·蘇馬;C·A·蒂瓦魯斯;J·T·坎普頓
• 申請（專利權）人: 伊斯曼柯達公司
• 主分類號: H01L27/146
• 分類號: H01L27/146
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司 72001
• 代理人: 劉金鳳;李家麟

技術領域

本發明總體上涉及用于數字照相機及其它圖像捕獲裝置內的電子圖像傳感器，且更具體地涉及包括以堆疊方式布置的傳感器晶片及電路晶片的圖像傳感器。

背景技術

典型的電子圖像傳感器包括布置成二維陣列的多個光敏圖像元件(“像素”)。這樣的圖像傳感器可被配置為通過在像素上形成濾色器陣列(CFA)來產生彩色圖像。一種常用類型的CFA圖案是在題為“ColorImaging?Array”的美國專利第3,971,065號中公開的拜耳(Bayer)圖案，在此通過引用將該專利并入。拜耳CFA圖案為每一像素提供對可見光譜的三個指定部分之一表現出突出靈敏度的色彩光響應。三個指定部分可以是例如紅色、綠色及藍色或者青色、品紅色及黃色。通常給定CFA圖案特征是用作圖案的基本構造塊的、連續像素的子陣列形式的最小重復單元。最小重復單元的多個復本被并置在一起從而形成完整的圖案。

使用具有拜耳CFA圖案的圖像傳感器捕獲的圖像在每一像素處僅具有一個色彩值。所以，為了產生全色彩圖像，從附近像素的色彩值內插位于每一像素處的遺失色彩值。許多此類內插技術在本領域中是熟知的。例如，參見題為“Adaptive?Color?Plane?Interpolation?in?Single?SensorColor?Electronic?Camera”的美國專利第5,652,621號，在此通過引用將該專利并入。

熟知的是，將給定圖像傳感器形成為所謂的堆疊式圖像傳感器。在此類型的典型布置中，像素陣列的光電二極管或其它光敏元件形成于第一半導體晶粒(die)或層內，同時用于處理來自光敏元件的信號的相關聯電路形成于位于第一半導體晶粒或層之下的第二半導體晶粒或層內。這些第一及第二半導體晶粒或層是本文中更一般地分別稱為傳感器晶片及電路晶片的東西的示例。

傳統堆疊式圖像傳感器中出現的問題是關于其中將傳感器晶片內的光敏元件與電路晶片內的相關聯電路互連的方式。典型的傳統方法一般提倡以每像素為基礎形成此類互連，即針對每一像素提供單獨的晶片間互連。清楚的是，此方法可顯著增加堆疊式圖像傳感器的成本及復雜性。其對傳感器性能也可能具有不利影響。

因此，存在對于克服傳統實踐的上述缺點的改進的堆疊式圖像傳感器的需要。

發明內容

本發明的說明性實施例提供堆疊式圖像傳感器，在該堆疊式圖像傳感器中共享擴散區域被布置于通常將包括光敏元件的指定陣列位置內。本發明的技術一般涉及從這些指定陣列位置舍棄光敏元件，并且代替地利用所述位置促進被陣列的相鄰位置處的多個光敏元件共享的擴散區域的形成。

根據本發明的一方面，一種圖像傳感器包括傳感器晶片及下面的電路晶片。傳感器晶片包括多個光電二極管或其它光敏元件，所述多個光電二極管或其它光敏元件布置于二維位置陣列的相應位置內，其中陣列位置的子集不包括光敏元件，而是包括擴散區域，這些擴散區域的每一個被所述光敏元件中的兩個或兩個以上所共享。擴散區域可以是例如浮動擴散區域。利用耦合至不包括光敏元件的相應陣列位置處的相應共享擴散區域的多個晶片間互連將傳感器晶片與電路晶片互連。

二維陣列可包括多個位置的重復群組，且給定的此類群組包括多個位置，所述多個位置包括布置于不包括光敏元件的中心舍棄像素位置周圍的光敏元件。所述共享擴散區域中的給定擴散區域被布置于給定群組的中心位置處并且被布置于該中心位置周圍的位置的至少子集內的光敏元件共享。共享所述共享擴散區域中的給定共享擴散區域的光敏元件中的每一個可以經由傳感器晶片的對應傳輸柵極耦合至該共享擴散區域。

在說明性實施例之一中，位置陣列包括位置的列及行的矩形陣列。例如，給定群組可包括四個位置，所述四個位置包括光敏元件并且被布置于不包括光敏元件而是包括所述共享擴散區域之一的單一中心舍棄像素位置周圍。包括光敏元件的四個位置處的光敏元件可以是根據圖像傳感器的CFA圖案的全色元件，或者可包括CFA圖案的兩個不同色彩的相同色彩對。作為另一示例，給定群組可包括六個位置，所述六個位置包括光敏元件并且被布置于不包括光敏元件而是包括所述共享擴散區域之一的單一中心舍棄像素位置周圍。

本發明的其它實施例不需要包括矩形陣列，而是可包括其它形狀的陣列，諸如六邊形陣列。例如，在六邊形陣列的情形下上面提到的給定群組也可以包括六個位置，所述六個位置包括光敏元件并且被布置于不包括光敏元件而是包括所述共享擴散區域之一的單一中心舍棄像素位置周圍。然而，在此情形中，包括光敏元件的六個位置中的兩個相鄰位置處的光敏元件是相同色彩元件，而六個位置中剩余的位置是全色元件。