[發明專利]具有堆疊的成像晶圓和數字晶圓的圖像傳感器

有效

• 申請號: 201710280132.8
• 申請日: 2017-04-25
• 公開（公告）號: CN107919370B
• 公開（公告）日: 2021-12-31
• 發明（設計）人: J·M·雷諾
• 申請（專利權）人: 意法半導體（RD）有限公司
• 主分類號: H01L27/146
• 分類號: H01L27/146
• 代理公司: 北京市金杜律師事務所 11256
• 代理人: 王茂華

本文公開了具有堆疊的成像晶圓和數字晶圓的圖像傳感器。一種電子設備包括第一集成電路裸片，其具有形成于其中的光電二極管和用于這些光電二極管的讀出電路，該讀出電路包括暴露于第一集成電路裸片的表面上的輸出焊盤。第二集成電路裸片具有形成于其中的用于這些光電二極管的存儲電容器結構以及用于對存儲于這些存儲電容器結構中的數據執行圖像處理的數字電路，這些存儲電容器結構包括暴露于第二集成電路裸片的表面上的輸入焊盤。第一集成電路裸片和第二集成電路裸片采取面對面安排，從而使得第一集成電路裸片的這些輸出焊盤面向第二集成電路裸片的這些輸入焊盤。互連將第一集成電路裸片的這些輸出焊盤耦合至第二集成電路裸片的這些輸入焊盤。

技術領域

本文中的公開涉及圖像傳感器和該圖像傳感器的布局，該布局減小給定像素大小的區域。

背景技術

數碼攝影已經取代了傳統的基于膠片的攝影作為拍攝和存儲圖像的常規方式。最初地局限于單一用途的相機設備，結合到蜂窩電話中的數碼相機隨著時間推移而變得越來越流行，并且目前，個人為了非商業目的而捕獲的大多數數字圖像是使用結合在蜂窩電話內的數碼相機來捕獲的。因此，對蜂窩電話所捕獲的數字圖像具有更高質量的期望隨著對能夠充當數碼相機的那些蜂窩電話的期望增長而增長。

多年來，在蜂窩電話的數碼相機系統內使用的圖像傳感器在分辨率(即，像素計數)上得到了增大，結合了圖像傳感器的頂尖蜂窩電話具有多于160萬像素(MP)，并且在一種情況下，超過40MP。

分辨率的這種增大部分地通過縮小單個像素的大小來實現。這進而導致每個像素具有減小的電荷存儲容量，這意味著每個像素捕獲更少的光。因為最大信噪比是電荷存儲容量的平方根的函數，所以這些更小的像素最終導致更差的信噪比。

因此，更大數量的更小像素的趨勢開始顛倒，并且當前趨勢為朝向更小數量的更大像素。因為期望用于蜂窩電話的圖像傳感器小且緊湊，因此挑戰是設計具有更大像素的傳感器，還要將傳感器大小保持盡可能緊湊。

由于這種挑戰，由于卷簾葉片式快門像素傳統地占據更小的區域，所以通常采用卷簾葉片式操作類型像素而不是全局快門操作像素。然而，如將解釋的，卷簾葉片式快門像素相比于全局快門像素具有缺點。

在卷簾葉片式快門中，逐行地處理像素陣列，針對快門的每次移動，一行被積分而另一行被讀出。快門在陣列上移動，從而使得像素曝光相同的時間量，但不是同時曝光。當拍攝如風扇、直升機槳葉或螺旋槳等快速移動物體的圖像時，卷簾葉片式快門可能不能很好地工作。

利用全局快門，陣列中的像素同時解除復位并開始同時積分。因此，不存在卷簾葉片式快門的缺點。在特定周期之后，像素然后被同時讀出到可以位于像素內部的臨時存儲設備中。然后，此臨時存儲設備被逐行掃描，其中，信號被放大或者被轉換成數字值。

因為像素同時積分，所以每個像素具有至少一個專用存儲電容器。在設計這些存儲電容器時涉及的各種挑戰導致消耗不期望量的表面區域。為了使全局快門在大小上比卷簾葉片式快門更有競爭力，期望新的設計。

發明內容

提供本發明概述以便引入在以下詳細描述中進一步描述的一系列概念。本概述不旨在標識所要求保護的主題的關鍵特征或必要特征，也不旨在用作在限定所要求保護的主題的范圍的輔助。

本文中所公開的一種電子設備包括第一集成電路裸片，該第一集成電路裸片具有形成于其中的光電二極管和用于這些光電二極管的讀出電路，該讀出電路包括暴露于該第一集成電路裸片的表面上的輸出焊盤。第二集成電路裸片具有形成于其中的用于這些光電二極管的存儲電容器結構以及用于對存儲于這些存儲電容器結構中的數據執行圖像處理的數字電路，這些存儲電容器結構包括暴露于該第二集成電路裸片的表面上的輸入焊盤。該第一集成電路裸片和該第二集成電路裸片采取面對面安排，從而使得該第一集成電路裸片的這些輸出焊盤面向該第二集成電路裸片的這些輸入焊盤。互連將該第一集成電路裸片的這些輸出焊盤耦合至該第二集成電路裸片的這些輸入焊盤。