[發明專利]具有像素級互連部的堆疊式光電傳感器組件

在審

• 申請號: 201880052917.2
• 申請日: 2018-08-07
• 公開（公告）號: CN111033745A
• 公開（公告）日: 2020-04-17
• 發明（設計）人: 劉新橋
• 申請（專利權）人: 臉譜科技有限責任公司
• 主分類號: H01L27/146
• 分類號: H01L27/146;H01L31/10
• 代理公司: 北京安信方達知識產權代理有限公司 11262
• 代理人: 張瑞;楊明釗

實施例涉及堆疊式光電傳感器組件，其中兩個襯底垂直地堆疊。這兩個襯底由像素級互連部進行連接以將信號從第一襯底處的光電二極管提供到第二襯底上的電路。第二襯底上的電路執行按常規在第一襯底上執行的操作。通過堆疊第一襯底和第二襯底，可以使光電傳感器組件變得更加緊湊，同時增加或至少保持光電傳感器組件的光電二極管填充因子。

背景

本公開總體上涉及光傳感器，且更具體地涉及用于機器視覺的背面照明光傳感器。

光傳感器是將光轉換成電信號的電子探測器。在攝影術中，快門是允許光在一段所確定的時間期間通過的設備，將光傳感器暴露于光，以便捕獲場景的圖像。滾動快門(rolling shutter)是圖像捕獲的方法，其中通過在水平或垂直方向上快速掃描整個場景來捕獲靜止圖片或視頻的每一幀。也就是說，每個像素不是同時被捕獲；來自不同行的像素在不同時間被捕獲。滾動快門主要用在手機傳感器中。相反，機器視覺使用全局快門(global shutter)，其中每個像素同時被捕獲。

大多數光傳感器使用背面照明。背照式傳感器是一種類型的數字光傳感器，其使用成像元件的特定布置來增加所捕獲的光量，改善了弱光性能。傳統的前照式數字照相機與人眼類似地被構造，鏡頭在前面以及光電探測器在背面。傳感器的該定向將數字照相機傳感器的有源矩陣(單獨圖片元素的矩陣)置于它的前表面上并簡化制造。然而，矩陣及其布線反射一些光，減少了可用來被捕獲的信號。背照式傳感器包含相同的元件，但通過在制造期間翻轉硅晶片且然后使它的反面變薄來將布線布置在光電陰極層后面，使得光可以射到光電陰極層而不穿過布線層，從而提高輸入光子被捕獲的機會。

然而，存在與傳統的背照式傳感器相關的問題。存儲裝置暴露于光，其引起較高的泄漏。此外，光電二極管填充因子(fill factor)或像素的光敏面積與總像素面積之比很低。大填充因子是理想的，因為更多的像素區域用于光收集，這同時提高了信噪比(SNR)和動態范圍。圖像傳感器的動態范圍可度量傳感器可以準確捕獲的照明范圍有多寬。圖像傳感器的動態范圍越寬，在弱光條件下可以顯示的細節就越多，且因此成像系統就變得更通用。圖像傳感器的SNR度量在信號與它的相關噪聲之間的比。具有低SNR的圖像傳感器將具有在所捕獲的圖像中出現的大量噪聲。具有高SNR的圖像傳感器可以在弱光條件下被使用。由于與現有背照式傳感器相關的問題，改進的光電組件是合乎需要的。

概述

實施例涉及具有堆疊式襯底和連接在堆疊式襯底中的電路的像素級互連部(pixel level interconnect)的光電傳感器的像素。像素可以包括：第一襯底的一部分、第二襯底的一部分以及像素級互連部，第二襯底的該部分具有用于處理來自第一襯底的信號的電路。第一襯底的該部分包括用于檢測光的光電二極管和與光電二極管相關聯以存儲來自光電二極管的光電荷的擴散阱。存儲在擴散阱中的電荷的數量取決于入射在光電二極管上的光的持續時間和強度。像素級互連部將第一襯底的第二擴散阱連接到第二襯底的電路以將信號從第二擴散阱傳送到電路。

在涉及光電傳感器的像素、方法、存儲介質、系統和計算機程序產品的所附權利要求中具體公開了根據本發明的實施例，其中在一個權利要求類別(例如像素)中提到的任何特征也可以在另一個權利要求類別(例如方法)中被要求保護。在所附權利要求中的從屬性或往回引用僅為了形式原因而被選擇。然而，也可以要求保護由對任何前面的權利要求的有意往回引用(特別是多項引用)而產生的任何主題，使得權利要求及其特征的任何組合被公開并可被要求保護，而不考慮在所附權利要求中選擇的從屬性。可以被要求保護的主題不僅包括如在所附權利要求中闡述的特征的組合，而且還包括在權利要求中的特征的任何其他組合，其中，在權利要求中提到的每個特征可以與在權利要求中的任何其他特征或其他特征的組合相結合。此外，本文描述或描繪的實施例和特征中的任一個可以在單獨的權利要求中和/或以與本文描述或描繪的任何實施例或特征的任何組合或以與所附權利要求的任何特征的任何組合被要求保護。