[發明專利]像素單元及成像系統

有效

• 申請號: 201410822566.2
• 申請日: 2014-12-25
• 公開（公告）號: CN105321967A
• 公開（公告）日: 2016-02-10
• 發明（設計）人: 代鐵軍;王睿;戴森·H·戴;真鍋宗平
• 申請（專利權）人: 全視科技有限公司
• 主分類號: H01L27/146
• 分類號: H01L27/146
• 代理公司: 北京律盟知識產權代理有限責任公司 11287
• 代理人: 齊楊

技術領域

本發明涉及圖像傳感器。特定來說，本發明的實施例涉及堆疊圖像傳感器。

背景技術

圖像捕獲裝置包含圖像傳感器及成像透鏡。成像透鏡將光聚焦到圖像傳感器上以形成圖像，且圖像傳感器將光轉換成電信號。將電信號從圖像捕獲裝置輸出到主機電子系統的其它組件。舉例來說，所述電子系統可為移動裝置、計算機、數碼相機、醫療裝置等等。

需要不斷減小圖像傳感器的大小并提高圖像傳感器的性能。影響圖像傳感器像素單元的性能的因素包含圖像電荷轉移效率、圖像滯后及讀出像素噪聲。用于減少圖像滯后的已知方法包含升高浮動擴散區電壓。然而，升高浮動擴散區電壓所帶來的一個缺點為可能需要到像素單元的額外升壓線，這因此需要像素單元的額外金屬線且因此增加像素單元的大小。用于減少圖像滯后的另一已知方法為增大像素單元的轉移晶體管的電壓擺幅以便使浮動擴散區電壓升高。然而，此方法的缺點為增大轉移晶體管的電壓擺幅需要像素單元的額外電路，這增大像素大小、成本及復雜性。

發明內容

在一個方面中，本發明提供一種像素單元，其包括：光電二極管，其安置在第一半導體芯片內以響應于入射在所述光電二極管上的光而積累圖像電荷；轉移晶體管，其安置在所述第一半導體芯片內且耦合到所述光電二極管以從所述光電二極管轉移所述圖像電荷；偏置電壓產生電路，其安置在第二半導體芯片內以用于產生偏置電壓，其中所述偏置電壓產生電路耦合到所述第一半導體芯片以使用所述偏置電壓來偏置所述光電二極管，其中所述偏置電壓相對于所述第二半導體芯片的接地電壓是負的；以及浮動擴散區，其安置在所述第二半導體芯片內，其中所述轉移晶體管經耦合以將所述圖像電荷從所述第一半導體芯片上的所述光電二極管轉移到所述第二半導體芯片上的所述浮動擴散區。

在另一方面中，本發明提供一種成像系統，其包括：像素陣列，其包含多個像素單元，其中所述像素單元中的每一者包含：光電二極管，其安置在第一半導體芯片內以響應于入射在所述光電二極管上的光而積累圖像電荷；轉移晶體管，其安置在所述第一半導體芯片內且耦合到所述光電二極管以從所述光電二極管轉移所述圖像電荷；偏置電壓產生電路，其安置在第二半導體芯片內以用于產生偏置電壓，其中所述偏置電壓產生電路耦合到所述第一半導體芯片以使用所述偏置電壓來偏置所述光電二極管，其中所述偏置電壓相對于所述第二半導體芯片的接地電壓是負的；以及浮動擴散區，其安置在所述第二半導體芯片內，其中所述轉移晶體管經耦合以將所述圖像電荷從所述第一半導體芯片上的所述光電二極管轉移到所述第二半導體芯片上的所述浮動擴散區；控制電路，其耦合到所述像素陣列以控制所述像素陣列的操作；以及讀出電路，其耦合到所述像素陣列以從所述多個像素讀出經放大圖像數據。

附圖說明

參考以下圖式描述本發明的非限制性及非詳盡實施例，其中除非另有指示，否則相同參考數字在各種視圖中指代相同部件。

圖1A展示根據本發明的教示的像素單元的一個實例示意圖。

圖1B展示在根據本發明的教示的像素單元中利用的實例第一及第二半導體芯片的部分的橫截面說明。

圖1C展示說明在根據本發明的教示的像素單元中累積圖像電荷且隨后轉移圖像電荷的圖示。

圖2展示根據本發明的教示的像素單元的另一實例示意圖。

圖3展示根據本發明的教示的像素單元的又另一實例示意圖。

圖4展示根據本發明的教示的像素單元的又另一實例示意圖。

圖5展示根據本發明的教示的包含陣列像素單元的成像系統的經堆疊第一及第二半導體芯片。

圖6為說明根據本發明的教示的包含像素單元陣列的成像系統的框圖。

對應的參考字符貫穿圖式的若干視圖指示對應組件。所屬領域的技術人員將了解，圖中的元件是出于簡化及清楚目的而說明且不一定是按比例繪制。舉例來說，圖中的元件中的一些元件的尺寸可能相對于其它元件被夸大以幫助改善對本發明的各種實施例的理解。并且，通常未描繪在有商業可行性的實施例中有用或有必要的常見而容易理解的元件，以促進更容易地查看本發明的這些各種實施例。

具體實施方式

本文中揭示用于實施具有單獨偏置芯片的堆疊圖像傳感器中的實例像素單元的方法和設備。在以下描述中，陳述許多具體細節以提供對實施例的透徹理解。然而，所屬領域的技術人員將認識到，本文中描述的技術可在沒有所述具體細節中的一或多者的情況下實踐或以其它方法、組件或材料等等實踐。在其它情況中，未詳細展示或描述眾所周知的結構、材料或操作以避免模糊某些方面。