[發明專利]具有高占空因數的圖像傳感器

有效

• 申請號: 201210514992.0
• 申請日: 2012-12-04
• 公開（公告）號: CN103456750A
• 公開（公告）日: 2013-12-18
• 發明（設計）人: 陳思瑩;萬孟勛;王子睿;楊敦年;劉人誠
• 申請（專利權）人: 臺灣積體電路制造股份有限公司
• 主分類號: H01L27/146
• 分類號: H01L27/146;H04N5/378
• 代理公司: 北京德恒律治知識產權代理有限公司 11409
• 代理人: 章社杲;孫征

技術領域

本發明涉及半導體領域，更具體地，本發明涉及一種具有高占空因數的圖像傳感器。

背景技術

由于較高的電子捕捉效率，背照式(BSI)圖像傳感器芯片代替了正照式(FSI)圖像傳感器芯片。在形成BSI圖像傳感器芯片的過程中，圖像傳感器(諸如，光電二極管)和邏輯電路形成在晶圓的硅襯底上，然后在硅芯片的正面上形成了互連結構。隨后減薄晶圓，并且在硅襯底的背面上形成背面結構，諸如，濾色器和微透鏡。

BSI圖像傳感器芯片中的圖像傳感器響應于光子的刺激而生成電信號。電信號(諸如，電流)的幅度取決于相應的圖像傳感器所接收到的入射光的強度。為了提高圖像傳感器的量子效率，圖像傳感器優選地占用了大部分包括有圖像傳感器的像素單元所使用的芯片區域。由于除了圖像傳感器以外，像素單元還包括有附加器件，包括例如，傳輸門晶體管、復位晶體管、源極跟隨器和行選擇器，所以限制了量子效率的改善。

發明內容

為了解決現有技術中所存在的問題，根據本發明的一個方面，提供了一種器件，包括：第一芯片，所述第一芯片中包含有圖像傳感器；以及第二芯片，與所述第一芯片相接合，其中，所述第二芯片包含有從基本由復位晶體管、選擇器、行選擇器及它們的組合所構成的組中選擇的邏輯器件，并且所述邏輯器件和所述圖像傳感器相互電連接并且是相同像素單元的部分。

在所述器件中，所述第一芯片中還包含有傳輸門晶體管，其中，所述傳輸門晶體管與所述圖像傳感器電連接，并且所述傳輸門晶體管是所述相同像素單元的部分。

在所述器件中，所述第一芯片中還包含有浮置擴散電容器，其中，所述浮置擴散電容器與所述傳輸門晶體管的源極/漏極電連接，并且所述浮置擴散電容器是所述相同像素單元的部分。

在所述器件中，所述第二芯片包含有復位晶體管、選擇器以及行選擇器。

在所述器件中，還包括：第一半導體襯底，位于所述第一芯片中；第一互連結構，位于所述第一芯片中，其中，所述第一互連結構包含有位于所述第一半導體襯底的正面上的多個金屬層；第一金屬焊盤，位于所述第一芯片的表面上并且通過所述第一互連結構與所述相同像素單元電連接；第二半導體襯底，位于所述第二芯片中；第二互連結構，位于所述第二芯片中，其中，所述第二互連結構包含有位于所述第二半導體襯底的正面上的多個金屬層；以及第二金屬焊盤，位于所述第二芯片的表面上并且通過所述第二互連結構與所述邏輯器件電連接，其中，所述第一金屬焊盤和所述第二金屬焊盤相互接合。

在所述器件中，所述相同像素單元與位于所述第一芯片的表面上的兩個金屬焊盤電連接，其中，所述邏輯器件與位于所述第一芯片的表面上的兩個附加金屬焊盤電連接，并且所述兩個金屬焊盤中的每一個均與所述兩個附加金屬焊盤中的一個相接合。

在所述器件中，還包括：位于所述第二芯片中的圖像信號處理(ISP)電路，其中，所述ISP電路包含有從基本上由模數轉換器(ADC)、相關雙取樣(CDS)電路、行解碼器及它們的組合所構成的組中選擇的電路。

在所述器件中，在所述第一芯片中基本沒有ISP電路。

在所述器件中，還包括：通孔；接合焊盤，位于所述第一芯片的表面上并且與所述通孔電連接；以及第一金屬焊盤，位于所述第一芯片的表面上并且與位于所述第二芯片的表面上的第二金屬焊盤相接合，其中，所述接合焊盤通過所述第一金屬焊盤和所述通孔與所述第二金屬焊盤電連接。

在所述器件中，所述第一芯片是背照式圖像傳感器芯片。

根據本發明的另一方面，提供了一種器件，包括：第一芯片，包括：傳感器陣列，包含有多個圖像傳感器；多個傳輸門晶體管，其中，所述多個傳輸門晶體管中的每一個均與所述多個圖像傳感器中的一個電連接；和第一多個金屬焊盤，位于所述第一芯片的正面上，其中，所述第一多個金屬焊盤與所述多個圖像傳感器以及所述多個傳輸門晶體管電連接；以及第二芯片，與所述第一芯片相接合，其中，所述第二芯片包括：多個復位晶體管、多個源極跟隨器以及與所述多個圖像傳感器和所述多個傳輸門晶體管相連接以形成包括多個像素單元的像素單元陣列的多個行選擇器；和第二多個金屬焊盤，位于所述第二芯片的正面上，其中，所述第二多個金屬焊盤與所述多個復位晶體管、所述多個源極跟隨器和所述多個行選擇器電連接，并且所述第二多個金屬焊盤中的每一個均與所述第一多個金屬焊盤中的一個相接合。