芯片堆叠的图像传感器的制作方法

专利名称：芯片堆叠的图像传感器的制作方法
技术领域：
本发明涉及图像传感器，更具体地，涉及通过将图像传感器单元 实施在两个芯片中并将这两个芯片相互结合而得到的芯片堆叠的图像 传感器。
背景技术：
图l示出了通过将两个均包括三个晶体管的第一类图像传感器单
元相互结合而得到的3T-2S图像传感器单元。
参照图l, 3T-2S图像传感器单元100通过将两个均包括三个晶体管 的第一类图像传感器单元110和120相互结合而得到。3T-2S图像传感器 单元100包括两个光电二极管PD0和PD1;两个电荷传输晶体管MIOI 和M102，分别连接至光电二极管PD0和PD1;公用复位晶体管M103; 以及公用转换晶体管M104。 3T-2S图像传感器单元100将两个传统的单 元相互结合并将晶体管的总数减少了两个。
在本文中，因为一旦当分别施加至电荷传输晶体管M101和M102 的栅极的两个电荷传输控制信号TxO和Txl被使能时，施加至公用复位 晶体管M103的栅极的复位信号Rx01便被使能，因此复位信号RxOl通 过采用"01 (零和一)"来表示。 一旦当两个电荷传输控制信号TxO和 Txl被使能时，选择信号Sx便被使能。
图2示出了通过将两个均包括三个晶体管的第二类图像传感器单 元相互结合而得到的3T-2S图像传感器单元。
参照图2， 3T-2S图像传感器单元200通过将两个均包括三个晶体管 的第二类图像传感器单元210和220相互结合而得到。3T-2S图像传感器 单元200包括两个光电二极管PD0和PD1;两个电荷传输晶体管M201 和M202,分别连接至光电二极管PD0和PD1;公用复位晶体管M203; 以及公用转换晶体管M204。
9在图1中，公用复位晶体管M10 3的 一 个端子和公用转换晶体管的 一个端子共同连接至选择信号Sx。与图1不同，在图2中，公用复位晶 体管M203的一个端子连接至选4奪信号Sx,而公用转换晶体管M204的 一个端子连接至电压源Vdd。
图3示出了通过将两个均包括四个晶体管的图像传感器单元相互 结合而得到的4T-2S图像传感器单元。
参照图3 ， 4T-2S图像传感器单元300通过将两个均包括四个晶体管 的图像传感器单元310和320相互结合而得到。4T-2S图像传感器单元 300包括两个光电二极管PD0和PD1;电荷传输晶体管M301和M302， 分别连接至光电二极管PD0和PD1;公用复位晶体管MC2;公用转换晶 体管MC3;以及公用选择晶体管MC4。
在本文中，因为一旦当分别施加至电荷传输晶体管M301和M302 的栅极的两个电荷传输控制信号Txl和Tx2被使能时，施加至公用复位 晶体管MC2的栅极的复位信号Rx 12便被使能，因此复位信号Rx 12通过 采用'12，来表示。类似地，施加至公用选择晶体管MC4的栅极的选择 信号Sx通过采用'12，来表示。
如上所述，可以通过将两个均包括三个晶体管的图像传感器单元 相互结合来使晶体管的数量减少两个。可以通过将两个均包括四个晶 体管的图像传感器单元相互结合来使晶体管的数量减少三个
一般来说，当图像传感器的像素尺寸减少时，光电二极管面积也 减少。因为光电二极管面积与可利用电荷数量的关系紧密，因此如果 光电二极管尺寸减少，则可利用电荷数量也减少。光电二极管的可利 用电荷数量是用于确定图像传感器的动态范围的特征因子。可利用电 荷数量的减少对传感器的图像质量具有直接影响。
如图l-3所示，尽管通过采用公用复位晶体管M103、 M203和MC2， 公用转换晶体管M104、 M204和MC3，以及公用选^奪晶体管MC4，减 少了用于图像传感器单元的晶体管的数量，但是用于传输信号Tx、复 位信号Rx以及选择信号Sx传输通过的金属线所占据的面积在布置中 是较大的。金属线减少了用于使光电二极管能够接收图像信号的面积， 从而导致了光电二极管尺寸减少的缺点。
发明内容
技术问题
本发明提供了 一种能够最大程度地利用光电二极管面积的芯片堆 叠的图像传感器。
技术方案
根据本发明的一方面，提供了一种包括第一和第二半导体芯片的 芯片堆叠的图像传感器。
第一半导体芯片包括多个图像信号传感单元和多个图像电荷传输 焊盘，所述多个图像信号传感单元用于生成与由至少四个光电二极管 感测的图像信号相对应的图像电荷并且通过至少两个公用端子输出所 生成的图像电荷。第二半导体芯片包括多个图像信号转换单元和多个 图像电荷接收焊盘，所述多个图像信号转换单元用于将所述图像信号 转换为电信号。其中，由所述图像信号传感单元生成的所述图像电荷 通过所述多个图像电荷传输焊盘和所述多个图像电荷接收焊盘传输至 对应的图像信号转换单元。


图1示出了通过将两个均包括三个晶体管的第 一类图像传感器单
元相互结合而得到的3T-2S图像传感器单元；
图2示出了通过将两个均包括三个晶体管的第二类图像传感器单 元相互结合而得到的3T-2S图像传感器单元；
图3示出了通过将两个均包括四个晶体管的图像传感器单元相互 结合而得到的4T-2S图像传感器单元；
图4示出了根据本发明的第一实施方式的芯片堆叠的图像传感
器；
图5示出了根据本发明的第二实施方式的芯片堆叠的图像传感
器；
图6示出了根据本发明的第三实施方式的芯片堆叠的图像传感20 器；
图7示出了根据本发明的第四实施方式的芯片堆叠的图像传感
器；
图8示出了根据本发明的第五实施方式的芯片堆叠的图像传感
器；
图9示出了根据本发明的第六实施方式的芯片堆叠的图像传感
器；
图10为示出了根据本发明的实施方式的芯片堆叠的图像传感器 的剖视图；以及
图11为示出了采用根据本发明的实施方式的芯片堆叠的图像传 感器的图像传感装置的剖视图。
具体实施例方式
下面，将通过参照附图描述本发明的示例性实施方式来详细地描 述本发明。
本发明涉及通过以下步骤得到的芯片堆叠的图像传感器，包括 将图像传感器单元分为两个单元，图像信号传感单元和图像信号转换 单元，图像信号传感单元包括电荷传输晶体管和光电二极管，图像信 号转换单元通过两个或三个晶体管构造，并且包括复位晶体管、转换 晶体管和选择晶体管；将该两个单元实施在不同的芯片中；以及将芯 片相互物理地结合。由于除了光电二极管和电荷传输单元之外的其它 组件都未置于图像信号传感单元中，因此可使光电二极管面积最大化。 因此，可以使光电二极管的可利用电荷数量最大化。
在本文中，图像信号传感单元对应于通过将两个光电二极管PDO 和PD1与电荷传输晶体管M101、 M102、 M201、 M202、 M301和M302 相互结合而得到的单元。图像信号转换单元对应于通过将公用复位晶 体管M103、 M203和MC2，公用转换晶体管M104、 M204和MC3，以及 公用选择晶体管MC4相互结合而得到的单元。在本发明中，因为四个 光电二极管被定义为一个处理单元，因此下文将描述的图像信号传感 单元包括四个光电二极管，并且图像信号转换单元也处理从四个光电二极管传输的图像电荷。
图4示出了根据本发明的第一实施方式的芯片堆叠的图像传感器。
参照图4,芯片堆叠的图像传感器400分开地实施在两个半导体芯 片WA1和WA2中。芯片堆叠的图像传感器400包括实施在第 一半导体芯 片WA1中的图像信号传感单元以及实施在第二半导体芯片WA2中的图 像信号转换单元。虽然为了方便描述，在图4中示出了一个图像信号传 感单元和一个图像信号转换单元，但是多个图4所示的图像信号传感单 元二维地设置在第一半导体芯片WA1中，并且多个图4所示的图像信号 转换单元二维地设置在第二半导体芯片WA2中。
实施在第一半导体芯片WA1中的图像信号传感单元包括四个光 电二极管，B(O,O)、 R(l,l)、 G(1,0)和G(2,1);四个电荷传输晶体管M1、 M2、 M6和M7;以及两个图像电荷传输焊盘Pl-l和Pl-2.
四个光电二极管以下述方式设置。第二光电二极管(l,l)布置在第 一光电二极管(O,O)的对角线方向。第三光电二极管(1,0)布置在第二光 电二极管(l，l)的左侧。第四光电二极管(2，1)布置在第二光电二极管(1,1) 之上。
四个电荷传输晶体管连接至四个光电二极管。第一电荷传输晶体 管Ml包括连接至第 一光电二极管(O，O)的端子以及施加了第 一 电荷传 输信号TxO的栅极。第二电荷传输晶体管M2包括连接至第二光电二极 管(l,l)的端子以及施加了第二电荷传输信号Txl的栅极。第三电荷传输 晶体管M6包括连接至第三光电二极管(1,0)的端子以及施加了第二电 荷传输信号Txl的栅极。第四电荷传输晶体管M7包括连接至第四光电 二极管(2，1)的端子以及施加了第三电荷传输信号Tx2的栅极。
两个电荷传输晶体管共同地连接至图像电荷传输焊盘。第 一 电荷 传输晶体管M1的另一端子和第二电荷传输晶体管M2的另一端子共同 地连接至第一图像电荷传输焊盘P1-1。第三电荷传输晶体管M6的另一 端子和第四电荷传输晶体管M7的另 一端子共同地连接至第二图像电 荷传输焊盘Pl-2。
实施在第二半导体芯片WA2中的图像信号转换单元包括两个公用
13复位晶体管M3和M8以及两个公用转换晶体管M4和M9。
第一公用复位晶体管M3包括连接至选择信号Sx的端子；连接至 第 一 图像电荷接收焊盘P2-1的另 一端子；以及施加了第 一复位信号 Rx01的栅极。第 一公用转换晶体管M4包括连接至选择信号Sx的端子； 用于输出第 一转换电压OUT 1的另 一端子；以及连接至第 一 图像电荷接 收焊盘P2-1的栅极。第二公用复位晶体管M8包括连接至选择信号Sx 的端子；连接至第二图像电荷接收焊盘P2-2的另一端子；以及施加了 第二复位信号Rxl2的栅极。第二公用转换晶体管M9包括连接至选择 信号Sx的端子；用于输出第二转换电压OUT2的另一端子；以及连接至 第二图像电荷接收焊盘P2-2的栅极。
在下文中，将对图4中示出的图像信号传感单元和图像信号转换单 元的操作进行描述。
在实施在第一半导体芯片WA1中的图像信号传感单元中，由四个 光电二极管感测的图像信号被划分并传输至两个图像电荷传输焊盘 Pl-l和Pl-2。由第一和第二光电二极管B(O,O)和R(l,l)感测的图像信号 被传输至第一图像电荷传输焊盘P1-1。由第三和第四光电二极管G(l,O) 和G(2,1)感测的图像信号传输至第二图像电荷传输焊盘Pl-2。
当第 一 电荷传输信号Tx0被使能时，由第 一光电二极管B(0,0)生成 的图像电荷通过第一电荷传输晶体管M1传输至第一图像电荷传输焊 盘P1-1。当第二电荷传输信号Txl被使能时，由第二光电二极管R(l，l) 生成的图像电荷通过第二电荷传输晶体管M2传输至第一图像电荷传 输焊盘P1-1。并且，由第三光电二极管G(1,0)生成的图像电荷通过第三 电荷传输晶体管M6传输至第二图像电荷传输焊盘Pl-2。当第三电荷传 输信号Tx2被使能时，由第四光电二极管G(2,1)生成的图像电荷通过第 四电荷传输晶体管M7传输至第二图像电荷传输焊盘Pl-2。如未在图4 中示出的那样，由第五光电二极管B(2,0)生成的图像电荷通过相应的 电荷传输晶体管传输至相应的图像电荷传输焊盘。
第 一 图像电荷传输焊盘P1 -1电连接至第 一 图像电荷接收焊盘 P2-l。第二图像电荷传输焊盘Pl-2电连接至第二图像电荷接收焊盘 P2-2。
14传输至第一图像电荷传输焊盘P1-1和第一图像电荷接收焊盘P2-1
的图像电荷由第 一 公用转换晶体管M4转换为相应的电压并输出至第 一输出端子OUTl。传输至第二图像电荷传输焊盘Pl-2和第二图像电荷 接收焊盘P2-2的图像电荷由第二公用转换晶体管M9转换为相应的电 压并输出至第二输出端子OUT2。
因为在根据第一实施方式的芯片堆叠的图像传感器中，只有光电 二极管和电荷传输晶体管实施在单个芯片中，因此由光电二极管感测 图像信号的面积变大。因此，使光电二极管的可利用电荷数量最大化。 此外，如果由四个光电二极管生成的图像电荷单独地输出至两个图像 电荷传输焊盘，则具有以下优点。
也就是说，与通过蓝和红滤波器入射到光电二极管上的图像信号 相对应的图像电荷输出至第一图像电荷传输焊盘P1-1。与通过绿滤波 器入射到光电二极管上的图像信号相对应的图像电荷输出至第二图像 电荷传输焊盘Pl-2。因此，与传统的信号处理方法相比，可以快速而 准确地处理图像电荷。也就是说，过去，因为与通过三个滤波器R、 G 和B入射的图像信号共同地输出到两个输出端子OUT 1和OUT2,因此 必须进行用于将图像电荷相互区分的处理。然而，根据第一实施方式 的芯片堆叠的图像传感器无需进行该处理。因此，可以减少信号处理 时间。
在以上描述中，与通过蓝和红滤波器入射到光电二极管上的图像 信号相对应的图像电荷输出至第一图像电荷传输焊盘P1-1，与通过绿 滤波器入射到光电二极管上的图像信号相对应的图像电荷输出至第二 图像电荷传输焊盘Pl-2。然而，与通过蓝和红滤波器入射到光电二极 管上的图像信号相对应的图像电荷可以输出至第二图像电荷传输焊盘 Pl-2，与通过绿滤波器入射到光电二极管上的图像信号相对应的图像 电荷可以输出至第一图像电荷传输焊盘P1-1。该关系是基于当选择四 个光电二极管作为处理单元时在二维设置的光电二极管中选取的二极 管而确定的。
图5示出了根据本发明的第二实施方式的芯片堆叠的图像传感器。参照图5和图4，虽然在图4中两个公用转换晶体管M4和M9均有一 个端子连接至选择信号Sx,但是在图5中两个公用转换晶体管M4和M9 的相应端子均连接至电压源Vdd。因为除了上述区别之外，芯片堆叠 的图像传感器500几乎与芯片堆叠的图像传感器400相同，因此将省略 对根据第二实施方式的描述。
图6示出了根据本发明的第三实施方式的芯片堆叠的图像传感器。
参照图6，虽然芯片堆叠的图像传感器600的四个光电二极管通过 与分别在图4和图5中示出的芯片堆叠的图像传感器400和500相同的方 式设置，但是组成芯片堆叠的图像传感器600的图像电荷转换单元的晶 体管的数量比芯片堆叠的图像传感器400或500的多两个(M5和M10)。 因此，在下文中，将仅对实施在第二半导体芯片WA2中的图像电荷转 换单元进行描述。
实施在第二半导体芯片WA2中的图像电荷转换单元包括两个公用 复位晶体管M3和M8、两个公用转换晶体管M4和M9以及两个选择晶体 管M5和M10。
第一公用复位晶体管M3包括连接至电压源Vdd的端子；连接至 第 一 图像电荷接收焊盘P2-1的另 一端子；以及施加了第 一复位信号 Rx01的栅极。第一公用转换晶体管M4包括连接至电压源Vdd的端子； 以及连接至第 一 图像电荷接收焊盘P2-1的栅极。第 一公用选择晶体管 M5包括连接至第一公用转换晶体管M4的另一端子的端子；用于输 出第 一转换电压OUTl的另 一端子；以及施加了第 一选择信号Sx01的栅 极。
第二公用复位晶体管M8包括连接至电压源Vdd的端子；连接至 第二图像电荷接收焊盘P2-2的另 一端子；以及施加了第二复位信号 Rxl2的栅极。第二公用转换晶体管M9包括连接至电压源Vdd的端子； 以及连接至第二图像电荷接收焊盘P2-2的栅极。第二公用选择晶体管 M10包括连接至第二公用转换晶体管M9的另一端子的端子；用于输 出第二转换电压OUT2的另 一端子；以及施加了第二选择信号Sx 12的栅 极。因为参照图4的描述识别了图像电荷转换单元的操作，因此将省略 对图像电荷转换单元的操作的描述。
除了在图4至6中示出的所设置的光电二极管之外，还可以将如下 文所述所设置的光电二极管考虑为基本单位。
图7示出了根据本发明的第四实施方式的芯片堆叠的图像传感器。
参照图7,除了与实施在第 一半导体芯片WA1中的光电二极管的配 置不同之外，芯片堆叠的图像传感器700在电荷传输晶体管M1、 M2、 M6和M7以及实施在第二半导体芯片WA2中的图像电荷转换单元的配 置上与图4中示出的芯片堆叠的图像传感器400相同。因此，在下文中， 将描述四个光电二极管的配置。
第二光电二极管(1,1)布置在第一光电二极管(0,0)的对角线方向。 第三光电二极管(1，2)布置在第二光电二极管(1,1)的侧面。第四光电二 极管(2，1)布置在第二光电二极管(1,1)之上。
第一图像电荷传输焊盘P1-1输出由第一和第二光电二极管(0,0)和 (l,l)生成的图像电荷。第二图像电荷传输焊盘Pl-2输出由第三和第四 光电二极管(1,2)和(2,1)生成的图像电荷。
也就是说，由第一光电二极管(O，O)生成的图像电荷通过第一电荷 传输晶体管M1传输至第一图像电荷传输焊盘P1-1。由第二光电二极管 (1,1)生成的图像电荷通过第二电荷传输晶体管M2传输至第一图像电 荷传输焊盘P1-1。由第三光电二极管(1,2)生成的图像电荷通过第三电 荷传输晶体管M6传输至第二图像电荷传输焊盘Pl-2。由第四光电二极 管(2,1)生成的图像电荷通过第四电荷传输晶体管M7传输至第二图像 电荷传输焊盘Pl-2。
第一和第二光电二极管(0,0)和(1，1)分别感测通过蓝和红滤波器入 射的图像信号。第三和第四光电二极管(1,2)和(2,1)感测通过绿滤波器 入射的图像信号。如上所述，因为与图像信号对应的图像电荷分别输 出至不同的图像电荷传输焊盘，因此与传统程序相比，处理图像电荷 的后续程序快速且简单。
因为其余部分与图4中示出的芯片堆叠的图像传感器400相同，因
17此将省略对其余部分的描述。
图8示出了根据本发明的第五实施方式的芯片堆叠的图像传感器。
参照图8 ，芯片堆叠的图像传感器800在实施在第 一 半导体芯片WA1中的四个光电二^l管和四个电荷传输晶体管上和图7中示出的芯片堆叠的图像传感器700相同。芯片堆叠的图像传感器800在实施在第二半导体芯片WA2中的图像电荷转换单元上和图5中示出的芯片堆叠的图像传感器500相同。因此，将省略对芯片堆叠的图像传感器800的详纟田描述。
图9示出了根据本发明的第六实施方式的芯片堆叠的图像传感器。
参照图9,芯片堆叠的图像传感器900在实施在第一半导体芯片WA1中的四个光电二极管和四个电荷传输晶体管和图7中示出的芯片堆叠的图像传感器700相同。芯片堆叠的图像传感器900中的实施在第二半导体芯片WA2中的图^f象电荷转换单元和图6中示出的芯片堆叠的图像传感器600相同。因此，将省略对芯片堆叠的图像传感器卯O的详纟田描述。
图10为示出了根据本发明的实施方式的芯片堆叠的图像传感器的剖浮见图。
参照图10,芯片堆叠的图像传感器1000包括第 一 半导体芯片WA1和第二半导体芯片WA2,光电二极管PD(B(O，O)和第一电荷传输晶体管Ml实施在第一半导体芯片WA1中，公用复位晶体管M3和公用转换晶体管M4实施在第二半导体芯片WA2中。图像电荷分别通过安装在半导体芯片WA1和WA2中的相应焊盘PAD 1和PAD2传输和接收。
在第 一半导体芯片WA1中，光电二极管PD(B(O,O))和第 一 电荷传输晶体管M1实施在衬底p-村底中。晶片的厚度通过磨削晶片的下侧而减少以改进其电特性。参照图IO,磨削表面为第一半导体芯片WA1的上部。光电二极管PD(B(0,0))生成了与入射到第一半导体芯片WA1的磨削部分的图像信号相对应的图像电荷。所生成的图像电荷由第一电荷传输晶体管M1、通过形成在衬底上的第一金属线线l而传输至图像电荷
18传输焊盘PAD1。此时，基于施加至第一电荷传输晶体管M1的栅极的第 一 电荷传输信号Tx来确定由光电二极管PD(B(0,0))生成的图像电荷
是否被传输。
在第二半导体芯片WA 2中，公用复位晶体管M 3和公用转换晶体管M4实施在衬底上。与第一半导体芯片WA1相同，在第二半导体芯片WA2的工艺完成后对衬底的下侧进行磨削。参照图IO，磨削表面为第二半导体芯片WA2的下部。通过图像电荷传输焊盘PAD1、图像电荷接收焊盘PAD2以及第二金属线线2，由公用转换晶体管M4接收的图像电荷转换为相应的电压并通过第三金属线线3输出。
在本文中，第二和第三金属线线2和线3用来将两条金属线区分。这并非表示第二和第三金属线位于不同的层中。根据半导体实施图像传感器的程序，第二和第三金属线线2和线3可以实施在相同或不同的层中。
参照图10 ，根据本发明的实施方式的芯片堆叠的图像传感器通过以下方式得到，即，倒转第一半导体芯片WA1并将倒转后的第一半导体芯片WA1和第二半导体芯片WA2叠加以使得对应的焊盘PAD1和PAD2电连接。
感器的图像传感装置的剖视图。
参照图11 ，图像传感装置1100通过在芯片堆叠的图像传感器WA1+WA2上依次堆叠第一緩沖层、颜色滤波器、第二緩沖层以及微透镜而实现。因为图11中示出的图像传感装置110 0的操作是公知的，因此省略对图像传感装置1100的操作的描述。然而，参照图ll容易理解的是可以将根据该实施方式的芯片堆叠的图像传感器直接应用至传统的装置。
尽管结合本发明的示例性实施方案对本发明进行了详细地说明和描述，但本领域技术人员可以理解，在不脱离权利要求所限定的本发明的精神和范围的情况下，可对本发明进行各种形式上和细节上的变化。工业应用性
如上所述，在根据本发明的实施方式的芯片堆叠的图像传感器中，可以使光电二极管的可利用电荷数量最大化，这是因为通过仅将光电二极管以及用于传输由光电二极管生成的图像电荷的电荷传输晶体管实施在半导体芯片中、以及通过采用与半导体芯片对应的另一半导体芯片来转换图像电荷，可以使用于接收入射在图像传感器上的图像信号的光电二极管面积最大化。
权利要求
1.芯片堆叠的图像传感器，包括第一半导体芯片，其包括多个图像信号传感单元和多个图像电荷传输焊盘，所述多个图像信号传感单元用于生成与由至少四个光电二极管感测的图像信号相对应的图像电荷并且通过至少两个公用端子输出所生成的图像电荷；以及第二半导体芯片，其包括多个图像信号转换单元和多个图像电荷接收焊盘，所述多个图像信号转换单元用于将所述图像信号转换为电信号，其中，由所述图像信号传感单元生成的所述图像电荷通过所述多个图像电荷传输焊盘和所述多个图像电荷接收焊盘传输至对应的图像信号转换单元。
2. 如权利要求1所述的芯片堆叠的图像传感器，其中， 所述多个图像电荷传输焊盘和所述多个图像电荷接收焊盘一对一相对应地i殳置，以及所述第一和第二半导体芯片相互结合。
3. 如权利要求2所述的芯片堆叠的图像传感器，其中，每个所述 图像信号传感单元均包括第一光电二极管(0,0);第二光电二极管(l，l)，其布置在所述第一光电二极管(0，0)的对角 线方向上；第三光电二极管(l,O)，其布置在所述第二光电二极管(l,l)的侧面上；第四光电二极管(2,1)，其布置在所述第二光电二极管(1,0)之上； 第一电荷传输晶体管Ml,其包括连接至所述第一光电二极管(O,O) 的端子以及施加了第一电荷传输信号Tx0的栅极；第二电荷传输晶体管M2,其包括连接至所述第二光电二极管(1,1)的端子以及施加了第二电荷传输信号Txl的栅极；第三电荷传输晶体管M6,其包括连接至所述第三光电二极管(1，0) 的端子以及施加了所述第二电荷传输信号Txl的栅极；第四电荷传输晶体管M7，其包括连接至所述第四光电二极管(2，1) 的端子以及施加了第三电荷传输信号Tx2的栅极；第一图像电荷传输焊盘Pl-l，所述第一电荷传输晶体管Ml的另 一端子和所述第二电荷传输晶体管M2的另一端子共同地连接至所述 第一图像电荷传输焊盘P1-1;以及第二图像电荷传输焊盘Pl-2，所述第三电荷传输晶体管M6的另 一端子和所述第四电荷传输晶体管M7的另一端子共同地连接至所述 第二图像电荷传输焊盘Pl-2。 -
4. 如权利要求3所述的芯片堆叠的图像传感器，其中，每个所述 图像信号转换单元均包括第一图像电荷接收焊盘P2-l; 第二图像电荷接收焊盘P2-2;第一公用复位晶体管M3,其包括连接至选择信号的端子、连接 至所述第一图像电荷接收焊盘P2-1的另一端子、以及施加了第一复位 信号RxOl的4册才及；第一公用转换晶体管M4，其包括连接至所述选择信号Sx的端子、 用于输出第一转换电压0UT1的另一端子、以及连接至所述第一图像 电荷接收焊盘P2-l的栅才及；第二公用复位晶体管M8，其包括连接至所述选择信号Sx的端子、 连接至所述第二图像电荷接收焊盘P2-2的另 一端子、以及施加了第二 复位信号Rxl2的4册极；以及第二公用转换晶体管M9,其包括连接至所述选择信号Sx的端子、 用于输出第二转换电压OUT2的另一端子、以及连接至所述第二图像 电荷接收焊盘P2-2的栅极。
5. 如权利要求4所述的芯片堆叠的图像传感器，其中，当所述第一和第二半导体芯片相互结合时，所述第一图像电荷传输焊盘的位置 与所述第一图像电荷接收焊盘的位置匹配，并且所述第二图像电荷传 输焊盘的位置与所述第二图像电荷接收焊盘的位置匹配。
6. 如权利要求4所述的芯片堆叠的图像传感器，其中， 所述第一公用转换晶体管M4包括连接至电压源Vdd的端子、用于输出所述第一转换电压OUT1的另一端子、以及连接至所述第一图 1象电荷接收焊盘P2-l的才册极，以及所述第二公用转换晶体管M9包括连接至所述电压源Vdd的端子、 用于输出所述第二转换电压OUT2的另一端子、以及连接至所述第二 图像电荷接收焊盘P2-2的栅极。
7. 如权利要求3所述的芯片堆叠的图像传感器，其中，每个所述 图像信号转换单元均包括第一图像电荷接收焊盘P2-l; 第二图像电荷接收焊盘P2-2;第一公用复位晶体管M3，其包括连接至电压源Vdd的端子、连 接至所述第一图像电荷接收焊盘P2-l的另一端子、以及施加了第一复 位信号Rx01的栅极；第一公用转换晶体管M4，其包括连接至所述电压源Vdd的端子 以及连接至所述第一图像电荷接收焊盘P2-l的栅极；第一公用选择晶体管M5，其包括连接至所述第一公用转换晶体 管M4的另一端子的端子、用于输出第一转换电压的另一端子、以及 施加了第一选择信号Sx01的栅极；第二公用复位晶体管M8,其包括连接至所述电压源Vdd的端子、 连接至所述第二图像电荷接收焊盘P2-2的另一端子、以及施加了第二 复位信号Rxl2的栅极；第二公用转换晶体管M9,其包括连接至所述电压源Vdd的端子、 以及连接至所述第二图像电荷接收焊盘P2-2的栅极；以及第二公用选择晶体管M10,其包括连接至所述第二公用转换晶体管M9的另一端子的端子、用于输出第二转换电压的另一端子、以及 施加了第二选择信号Sxl2的栅极。
8. 如权利要求3所述的芯片堆叠的图像传感器，其中， 当所述第一和第二光电二极管(0,0)和(1,1)响应于通过第一滤波器入射的图像信号而操作时，所述第三和第四光电二极管(1，0)和(2,1)分 别响应于通过第二和第三滤波器入射的图像信号而操作，当所述第三和第四光电二极管(1,0)和(2，1)响应于通过所述第一滤 波器入射的图像信号而操作时，所述第一和第二光电二极管(O，O)和(l，l) 分别响应于通过所述第二和第三滤波器入射的图像信号而操作。
9. 如权利要求8所述的芯片堆叠的图像传感器，其中，所述第一 滤波器为绿滤波器，而所述第二和第三滤波器中的每个为红或蓝滤波 器。
10. 如权利要求2所述的芯片堆叠的图像传感器，其中，每个所 述图像信号传感单元均包括第一光电二极管(O,O);第二光电二极管(l,l),其布置在所述第一光电二极管的对角线方 向上；第三光电二极管(1,2)，其布置在所述第二光电二极管的侧面上； 第四光电二极管(2,1)，其布置在所述第二光电二极管之上； 第一电荷传输晶体管Ml,其包括连接至所述第一光电二极管(O，O)的端子以及施加了第一电荷传输信号TxO的栅极；第二电荷传输晶体管M2,其包括连接至所述第二光电二极管(1,1)的端子以及施加了第二电荷传输信号Txl的栅极；第三电荷传输晶体管M6，其包括连接至所述第三光电二极管(1，2)的端子以及施加了所述第二电荷传输信号Txl的栅极；第四电荷传输晶体管M7,其包括连接至所述第四光电二极管(2,1)的端子以及施加了第三电荷传输信号Tx2的栅极；第一图像电荷传输焊盘Pl-l,所述第一电荷传输晶体管Ml的另一端子和所述第二电荷传输晶体管M2的另一端子共同地连接至所述 第一图像电荷传输焊盘Pl-l;以及第二图像电荷传输焊盘Pl-2，所述第三电荷传输晶体管M6的另 一端子和所述第四电荷传输晶体管M7的另一端子共同地连接至所述 第二图像电荷传输焊盘Pl-2。
11. 如权利要求IO所述的芯片堆叠的图像传感器，其中，每个所 述图像电荷转换单元均包括第一图像电荷接收焊盘P2-l; 第二图像电荷接收焊盘P2-2;第一公用复位晶体管M3，其包括连接至选择信号Sx的端子、连 接至所述第一图像电荷接收焊盘P2-l的另一端子、以及施加了第一复 位信号Rx01的栅极；第一公用转换晶体管M4，其包括连接至所述选择信号Sx的端子、 用于输出第 一转换电压的另 一端子、以及连接至所述第 一图像电荷接 收焊盘P2-l的栅极；第二公用复位晶体管M7，其包括连接至所述选择信号Sx的端子、 连接至所述第二图像电荷接收焊盘P2-2的另 一 端子、以及施加了第二 复位信号Rx 12的栅极；以及第二公用转换晶体管M8,其包括连接至所述选择信号Sx的端子、 用于输出第二转换电压的另 一端子、以及连接至所述第二图像电荷接 收焊盘P2-2的栅极。
12. 如权利要求11所述的芯片堆叠的图像传感器，其中， 所述第一公用转换晶体管M4包括连接至电压源Vdd的端子、用于输出所述第一转换电压的另一端子、以及连接至所述第一图像电荷 接收焊盘P2-1的栅极，以及所述第二公用转换晶体管M8包括连接至所述电压源Vdd的端子、 用于输出所述第二转换电压的另 一端子、以及连接至所述第二图像电荷接收焊盘P2-2的栅极。
13. 如权利要求11所述的芯片堆叠的图像传感器，其中，每个所 述图像信号转换单元均包括第一图像电荷接收焊盘P2-l; 第二图像电荷接收焊盘P2-2;第一^^用复位晶体管M3，其包括连才妻至电压源Vdd的端子、连 接至所述第一图像电荷接收焊盘P2-l的另一端子、以及施加了第一复 位信号Rx01的栅极；第一公用转换晶体管M4，其包括连接至所述电压源Vdd的端子 以及连接至所述第一图像电荷接收焊盘P2-l的栅极；第一公用选择晶体管M5，其包括连接至所述第一公用转换晶体 管M4的另一端子的端子、用于输出第一转换电压的另一端子、以及 施加了第一选择信号Sx01的栅极；第二公用复位晶体管M8，其包括连接至所述电压源Vdd的端子、 连接至所述第二图像电荷接收焊盘P2-2的另一端子、以及施加了第二 复位信号Rxl2的栅极；第二公用转换晶体管M9，其包括连接至所述电压源Vdd的端子、 以及连接至所述第二图像电荷接收焊盘P2-2的栅极；以及第二公用选择晶体管M10,其包括连接至所述第二公用转换晶体 管M9的另一端子的端子、用于输出第二转换电压的另一端子、以及 施加了第二选择信号Sxl2的栅极。
14. 如权利要求IO所述的芯片堆叠的图像传感器，其中， 当所述第一和第二光电二极管(0,0)和(1,1)响应于通过第一滤波器入射的图像信号而操作时，所述第三和第四光电二极管(1,2)和(2,1)分 别响应于通过第二和第三滤波器入射的图像信号而操作，当所述第三和第四光电二极管(1,2)和(2,1)响应于通过所述第一滤 波器入射的图像信号而操作时，所述第一和第二光电二极管(O,O)和(l,l) 分别响应于通过所述第二和第三滤波器入射的图像信号而操作。
15.如权利要求14所述的芯片堆叠的图像传感器，其中，所述第 一滤波器为绿滤波器，而所述第二和第三滤波器中的每个为红或蓝滤 波器。
全文摘要
提供了通过将图像传感器单元实施在两个芯片中并将这两个芯片相互结合而得到的芯片堆叠的图像传感器。芯片堆叠的图像传感器包括第一和第二半导体芯片。第一半导体芯片包括多个图像信号传感单元和多个图像电荷传输焊盘，所述多个图像信号传感单元用于生成与由至少四个光电二极管感测的图像信号相对应的图像电荷并且通过至少两个公用端子输出所生成的图像电荷。第二半导体芯片包括多个图像信号转换单元和多个图像电荷接收焊盘，所述多个图像信号转换单元用于将该图像信号转换为电信号。其中，由图像信号传感单元生成的图像电荷通过多个图像电荷传输焊盘和多个图像电荷接收焊盘传输至对应的图像信号转换单元。
文档编号H04N5/3745GK101637020SQ200880008682
公开日2010年1月27日 申请日期2008年3月21日 优先权日2007年3月26日
发明者李道永 申请人:(株)赛丽康