专利名称：数字像素传感器的改进设计的制作方法
技术领域：
本发明涉及图像传感器系统，更具体地说，涉及数字像素传感器的改进设计。
数字摄影术是过去几年中出现的最令人激动的技术之一。借助适当的硬件和软件(以及稍许知识)，任何人都可把数字摄影术的原理用于工作。例如，数字相机处于数字摄影术应用的刃口地位。近年来的产品推广，技术进步及价格降低，以及电子邮件和环球网的出现，已使数字相机成为最热门的新型消费电子产品。
但是，数字相机的工作方式不同于传统的胶片相机。事实上，数字相机的工作方式更接近于计算机扫描仪，复印机或传真机。绝大多数数字相机使用图像传感器或光敏器件，例如电荷耦合器件(CCD)或互补型金属氧化物半导体(CMOS)感知景象。光敏器件对景象反射的光线起反应，并可把反应强度转变为电子电荷信号，电荷信号可进一步被数字化。通过使光透过红色，绿色和蓝色滤光器，可关于每个独立的色谱，对反应进行度量。当借助软件组合并取值这些读数时，相机可确定图像各部分的具体颜色。由于图像实际上是数字数据的集合，因此图像可容易地下载到计算机中，并进行巧妙的处理，以便获得更美的效果。
但是，数字相机不具有常规摄影术能够获得的分辨率。而传统的基于胶片的技术，只受化学胶片的粒度的限制，其分辨率一般为几千万像素，普通消费者能够接受的有市场前景的绝大多数数字相机中使用的图像传感器的分辨率稍大于1百万像素。
此外，数字图像传感器的动态范围通常不如基于胶片的常规摄影术那样宽。对于CMOS图像传感器来说，更是如此，一般说来，CMOS图像传感器的动态范围小于CCD的动态范围。
图1表示了Fowler等的美国专利No.5461425中描述的数字图像传感器10的方框图。如图所示，图像传感器核心12具有一个二维像素阵列15，每个像素具有一个和专用A/D转换器耦接的光检测元件(光检测器或光传感器)，A/D转换器输出代表光检测元件的模拟输出的位流。换句话说，Fowler的图像传感器直接输出数字图像数据。考虑到传统的CMOS图像传感器，这种结构不仅使后续的支持电路变得非常简单，而且还具有许多优点。这些优点包括可更好地控制图像传感器的工作，并且图像质量更好。但是，在每个光检测元件中加入专用A/D转换器，会引入一些实际问题，这些实际问题会限制这种图像传感器的使用。问题之一是图像传感器核心12的尺寸不可避免地要大于不具有专用A/D转换器情况下，图像传感器核心的尺寸。如果要求图像传感器具有位于其上的几百万个光检测器，则会存在大量的专用A/D转换器，这些专用A/D转换器会占用图像传感器核心中相当大量的空间。较大的图像传感器核心通常意味着成本较高，生产率较低。于是，需要直接产生数字图像数据的数字图像传感器的新的设计。此外，当需要光检测器变小，以便在尺寸有限的图像传感器中安放专用A/D转换器时，会降低光传感器的灵敏性。在常规的处理下，像素的光敏部分的效率和灵敏性随着CMOS器件尺寸的减小而降低。另外，随着功能元件尺寸的进一步减小，光传感器会遭受逐渐增大的泄漏电流，于是噪声越来越大。灵敏性的降低导致像素器件的动态范围相应减小，从而导致在像素处需要其它支持电路进行补偿。像素处支持电路数量的增大抵消了在芯片方面，较小的器件尺寸的益处。于是，需要具有高效率和高灵敏性的CMOS光传感器，同时仍然能够在支持电路方面保持较小的器件尺寸的组件。
根据本发明，在第一基片上形成成像传感器的光传感器，在第二基片上形成光传感器的支持电路。随后使第一基片和第二基片电耦接，这样第一基片上的每个光传感器与第二基片上的支持电路电耦接。在一个实施例中，第一基片和第二基片通过凸块电耦接。换句话说，在第二基片的上表面上形成导电材料(例如铟)凸块，凸块与支持电路电耦接。在第一基片中适当地形成通路和类似的导电凸块，从而当使第一基片和第二基片对准时，第一基片上的光传感器与第二基片上的凸块电耦接。在大多数实施例中，第一基片被布置成与第二基片接触，并被粘结就位。在一些实施例中，可利用相同的处理技术(例如CMOS)生产第一和第二基片，而在其它一些实施例中，可利用不同的处理技术生产第一和第二基片。
在一个实施例中，成像设备包括像素阵列。每个像素包括一个光传感器和该光传感器的像素支持电路。根据本发明，光传感器形成于第一基片上，并借助通路和隆起技术，与第二基片上的像素支持电路电耦接。在另一实施例中，也可在第一基片上形成复用电路，从而多个光传感器可利用第二基片中的相同凸块，使第一基片上光传感器与第二基片上的像素支持电路之间的信号耦接。
本发明的不同实施例可来带一个或多个下述优点和益处。首先，采用本发明的图像传感器的尺寸不会因采用大量的像素级支持电路而显著增大，于是，可保持图像传感器的灵敏度。其次，由于图像传感器的尺寸几乎不变，因此可保持生产这种图像传感器时，半导体晶片的产率。从而，可控制这种图像传感器的成本，并且可实现这种图像传感器的普及。
以下将参考附图，详细描述这些以及其它实施例。下文还将论述本发明实施例的其它目的、益处和优点。
图1(现有技术)表示了Fowler等的美国专利No.5461425中描述的图像传感器。
图2A表示了根据本发明的CMOS图像传感器或光敏器件的方框图。
图2B表示了根据本发明的数字像素传感器电路的例证方框图。
图3表示了根据本发明的数字图像传感器的方框图。
图4A-4D表示了根据本发明的数字图像传感器的相应方框图。
图5A-5C表示了根据本发明的数字图像传感器的相应方框图。
图2A表示了其中实践本发明的光传感器阵列(图像传感器)100。光传感器阵列100可在任何图像捕获器件(例如，数字相机)中用于固定或视频图像捕获。利用CMOS技术，一般至少部分构成于基片上的光传感器阵列100包含布置成阵列的若干像素150-i，j。在图2A中，单个像素150-i，j被布置在行102-i和列104-j中，行102-i是行102-1～102-N之一，列104-j是列104-1～104-M之一。对于彩色检测来说，每个像素150-i，j可包括一个滤光器(例如，红色滤光器，蓝色滤光器或绿色滤光器)。随后，像素150-i，j被布置在有选择性透射滤光器的镶嵌面中，从而不同组的像素150-i，j检测不同颜色的光线。例如，第一组像素150-i，j106可检测红光，第二组像素150-i，j 108可检测绿光，第三组像素150-i，j 110可检测蓝光。光传感器阵列100的分辨率由行数和列数确定。图2A中，光传感器阵列100的分辨率为N×M，在许多应用中，该分辨率可以为，例如1000像素×1000像素。
光传感器阵列100中的每个像素150-i，j包括一个当暴露在光线下时，产生电信号的光传感器。图2B表示了单个像素150的例子，该像素可以是光传感器阵列100中的任意一个像素150-i，j。于是，像素150是像素组106，108或110之一的一个组件。
图2B中，像素150表示光传感器阵列100(图2A)中像素150-i，j之一的电路的一个实施例。像素150包括光传感器120和像素支持电路138，光传感器120可以是光电二极管。光传感器120可被表示为电流源122和电容器124并联。光传感器120与晶体管128的源极和漏极串联耦接，光传感器120和晶体管128的组合体耦接在电源Vcc和地之间。晶体管128的栅极130被耦接，以便接收复位信号。当发给栅极130的复位信号被设定为高电平，则打开晶体管128，电容器124被充电到Vcc减去晶体管128的门限电压VTh的电压。在复位信号设定为高电平的时间长到足以完成对电容器124的充电之后，把复位信号设定为低电平，以便关闭晶体管128。电容器124随后通过电流源122放电。
电流源122以一定的速率使电容器124放电，放电速率取决于入射光传感器120的光子的数目。通过滤光器136过滤的来自光126的光子，入射到光传感器120。从而，电容器124两端的电压取决于入射光传感器120的光子的总数。电压输出信号Vout(它是电容器124两端的电压)表示在关闭晶体管128的时间和入射到光传感器120上的光线126被截断的时间之间，累积的光强度。
电路132被耦接，以便接收来自于电容器124的电压输出信号电压输出信号Vout。电路132增强电压输出信号Vout，以便产生像素电荷信号(pixel charge signal)。像素电荷信号是适于耦接下述模/数转换电路的增强电压输出信号。应注意在某些实施例中，电路132不是必需的。根据具体的实现，电路132的使用可提高像素150的灵敏性。
诸如图2B中表示的像素150之类的图像传感器的操作涉及光集中过程，以及其后的读出过程。使这两个过程中的每个过程持续可控的时间间隔。首先，通过打开晶体管128，对电容器124充电。随后在如上所述的光集中过程中，在设定的一段时间，即曝光时间内，使光线126入射到光传感器120上。其间进行光集中过程的时间间隔被称为曝光控制，可借助电子快门实现所述曝光控制，曝光控制可控制有多少电荷被光传感器120扩散。在光集中过程之后，像素150开始读出过程，在读出过程中，借助读出电路，每个光检测器中的像素电荷信号被读出到数据总线或视频总线上。在集中过程之后，像素电荷信号由电路132测量，并由A/D转换器134进行数字化，以便产生表示像素150的曝光量的数字化像素电荷信号。A/D转换器134可具有任意的精度(例如，8，10或16二进制位)。
A/D转换器134被耦接，以便接收来自于电路132的像素电荷信号(即，模拟信号)，并且当受到CLK信号的触发时，对该模拟信号进行数字化处理，产生数字化像素电荷信号。和常规实现的位于像素150外的电路相反，在像素150内对像素电荷信号进行数字化处理的优点在于可以比相应模拟信号高得多的速度，从光传感器阵列100中的每个像素150-i，j读出数字化像素电荷信号。在美国专利No.5461425中详细讨论了像素级数字化处理，该专利作为参考整体包含于此。
图3表示了根据本发明的图像传感器300的功能图。图像传感器300包括传感器阵列302，传感器器阵列302具有类似于图2A和2B中描述的N×M像素阵列。传感器放大器和锁存电路304被耦合到传感器阵列302中，以便于从传感器阵列302中读出数字信号。门限存储器306，时标存储器308和数字存储器310与传感器阵列302耦合。由于传感器阵列302是N×M像素阵列，每个像素输出具有k比特的数字化像素电荷信号，因此门限存储器306为N×M比特，时标存储器308的大小为N×M×m比特，这里m是时间分辨率。在一个实施例中，传感器阵列302的分辨率为1000×1000像素，每个像素输出为10比特(即，N＝M＝1000，k＝10)。于是，门限存储器306为1兆位，具有两位时间分辨率的时标存储器308为2兆位，数字存储器310至少为1.2兆位。这种存储器配置的结果是，传感器阵列302中的每个像素可被门限存储器306和时标存储器308单独标记，并被存储在数字存储器310中。
因此，借助上面略述的，并且在图3中图解说明的结构，每个像素曝光于图像的曝光时间可不同，以便补偿图像的明亮和暗色部分。另外，与每个像素相关的曝光时间有多长的信息以及该像素的累积强度被存储在时标存储器308和数字存储器310中。在David Yang等的美国专利申请，No.09/567786，“Multiple Sampling via aTime-Indexed Method to Achieve Wide Dynamic Ranges”(申请日，2000年5月9日)中提供了图像传感器300的进一步描述，该专利申请的发明人之一是本发明的发明人，该专利申请作为参考整体包含于此。
如图2A-2B及图3的结构中所示，图像传感器302包括一个二维像素阵列，每个像素具有一个光检测器和具有A/D转换器的支持电路。根据一个实施例，每个像素单元包括可如同美国专利No.5461425中描述的那样实现的，或者按照图2B的电路138实现的相同电路。
和电路138的各种不同实现无关，每个像素必须提供一定的空间，以便容纳电路138。实践中，为了容纳电路138，要么扩大图像传感器的尺寸，要么缩小光检测器的尺寸。在任何一种情况下，要么产率被降低，要么光检测器尺寸被降低。随着光传感器的尺寸变得越来越小，光传感器的效率和灵敏性被降低，这是不利的。虽然借助辅助滤波和放大，可在电路132中，补偿一些灵敏性损失，但是仍然非常希望在继续包括具有更小特征尺寸的支持电路的同时，保持光传感器的灵敏性。
图4A表示了根据本发明的数字图像传感器450中的单个像素400的一个实施例的横截面。像素400包括形成于基片401上的像素支持电路和形成于另一基片402上的光传感器407。基片401和基片402可以是相同的半导体材料，也可以是不同的半导体材料，不过基片401最好由CMOS工艺形成。基片401和基片402通过连接点405和406电耦接。借助本领域中众所周知的方法，在基片401上形成连接点405和406，例如铟凸块。根据具体的实现，凸块材料可包括焊锡，铜，银或金。通过在基片402中形成深的通路，可形成从光传感器407到凸块405和406的电连接。
如果借助铟凸块技术形成连接点405和406，则根据具体的工艺方法，在基片402的背面，以及在基片401的顶面上，连接点405和406的位置处沉积铟。应注意所述的基片的背面或顶面是相对于图4A而言，并不意味着用于产生基片的晶片的任意特定侧面。借助常规的金属化技术，可形成与铟的电连接。随后可把基片401放置在基片402上方，并按压使之就位，在沉积的铟之间形成冷井，并形成连接点405和406。
根据一个实施例，光传感器407包括形成于基片402中的光检测区412。通常，基片402包括p型区，光检测区412被掺杂(例如借助离子注入)，从而在p型区中形成n+区。
如图4B中基片401的方框图所示，像素支持电路包括电路408，类似于图2B的电路132，电路408处理在连接点405接收的信号。电路132输出的模拟像素电荷信号被输入A/D转换电路409。A/D转换电路409可包括A/D转换器或者响应时钟信号CLK，使模拟像素电荷信号变成数字信号电荷信号的其它电路。在David Yang等的待审批的美国专利申请，No.09/274202，“Methods for SimultaneousAnalog-to-digital Conversion and Multiplication”(申请日，1999年3月22日)中公开了一种可使模拟像素电荷信号转换为数字信号电荷信号的转换电路，该专利申请的发明人之一是本发明的发明人，该专利申请作为参考整体包含于此。
图4C表示了光传感器407。图4C中的光传感器407被模拟为光敏电流源410与电容器411并联。光传感器407与基片401上的连接点405和406电连接。或者，可省略连接点406，并形成基片402的接地连接。具有位于基片402上的一个单独的接地接地连接，使光传感器407使像素400所需的连接点数目减少一半，即，现在，每个像素只需要一个连接点405，而不是两个连接点。
在一些实施例中，还可在基片401和402之间形成绝缘层403，以便保护和分隔基片401和402。另外，还可在光传感器407的光收集区412放置一个滤光器404，以便光传感器407对特定颜色的光线(例如，红光，绿光或蓝光)敏感。
图4D表示了数字成像设备450的光传感器阵列451。光传感器阵列451包括像素的N×M阵列，N×M像素阵列中的每个像素类似于图4A中所示的像素400。基片402包括一个N×M光传感器阵列，N×M光传感器阵列中的每个光传感器类似于图4A和4C中表示的光传感器407。在图4D中，使一个独立的接地点与基片402耦接，从而，对于N×M像素阵列中的每个像素来说，只需要基片401上的一个连接点405即可提供电连通性。N×M光传感器阵列中的每个光传感器与接地点452耦接，从而不需要连接点406(图4A)。
基片401包括如图4B中所示的像素支持电路，像素支持电路与每个连接点405耦接。根据另一实施例，基片401包括控制和读出电路，以及如图2和3所述的存储器。由于独立于基片402制造基片401，因此可使用不同的处理技术制造基片401和基片402。可利用最先进的CMOS技术，处理基片401，以及在基片401上形成的各种电路。随后，可对基片402进行处理，以便产生具有最佳灵敏性和噪声特性的光传感器。
此外，由于在基片402上几乎不包含支持电路，因此基片402的差不多整个表面都可供光传感器使用。这便于在保持CMOS技术在信号处理方面的优点的同时，可获得更高分辨率的光传感器阵列。
图5A表示了数字成像设备500。成像设备500包括像素支持电路501，光传感器502，行解码电路507，控制器506，滤波器504和存储器505。本领域的技术人员将认识到这些功能部分中的至少一部分可位于基片503的外部。如同已结合图2和3说明的那样，行解码器507与像素支持电路501耦接，以便控制从光传感器502中每个光传感器的数字像素电荷信号的读出。数字像素电荷信号数据流由滤波器504接收，并保存在存储器505中。存储器505还可包括如同参考图3说明的门限存储器和时标存储器。控制器506控制行解码器507，存储器505和光传感器502，从而响应在端口509接收的控制信号，通过端口508，从数字成像设备500读出数据。
光传感器502形成于基片511上，而像素支持电路501，滤波器/灵敏放大器504，存储器505，控制器506和行解码器507可形成于基片503上。随后放置基片511，并使之与基片503接触，从而光传感器502与像素支持电路501电耦接，控制信号和接地可输入光传感器502。在一些实施例中，控制信号可通过端口510被输入光传感器502。基片511可以是足以支持图像传感器500提供的分辨率的任意大小。另外，可在基片503上形成任意类型的支持电路。换句话说，基片503并不局限于像素支持电路501。
如同已说明的那样，光传感器502和像素支持电路之间的导电性可由形成于基片503表面上的导电凸块512的阵列提供。导电凸块512对准基片511下表面上的导电点513的类似阵列。导电点513与光传感器502中的单个光传感器电连接。导电凸块512与像素支持电路501中的单个电路电连接。
可使用使光传感器502与像素支持电路501电耦接的任意方法。一种方法包括基片511中充填导体的深的通路，每个通路与光传感器502中的一个光传感器电连接，实现与基片503上的金属化线路的电接触。随后可将基片511用环氧树脂粘合到(epoxied)基片503。
还可利用铟隆起(bumping)技术。如果导电凸块512和基片511下表面上的对应导电点513是铟凸块，则可使基片511和基片503冷焊就位。冷焊工艺包括在基片503上方对准基片511，从而使导电点513和凸块512对准，并在环境温度下，在基片511和基片503之间加压。在压力下，铟易于焊在一起，从而如果导电点513和凸块512都是铟，则同时挤压基片511和基片503将使这两块基片焊接就位。接地输入点514可类似地焊接在基片503上的接地端口515上。类似地，控制输入点可焊接在基片503的控制端口516上。另外，在不干扰导电点513和凸块512的情况下，可在基片511和513之间有选择地涂覆绝缘环氧树脂，以便帮助把基片511和基片503固定就位。
光传感器502和基片511可和图4A-4D中描述的光传感器407和基片402一样。另外，像素支持电路501和基片503可和图4A-4D中描述的基片401的像素支持电路一样。但是，在一些实施例中，一个以上的光传感器可使用基片511和基片503之间的一个电耦合(即，导电点513和相对凸块512其中的一对)。
借助铟隆起技术，凸块512的间距可稍大于光传感器502的间距；例如，凸块512的间距可约为20微米。但是，光传感器502的单个光传感器的密度是有限的。在光传感器的大小不能小于0.20微米的例子中，可使用如下所述的复用方法。作为参考图4A-4D描述的利用凸块512之一的单个光传感器的替换方案，多个光传感器可使用单个凸块512。图5B和5C表示了多个光传感器使用凸块512中的每个凸块的实施例。
图5B表示了基片511上的光传感器502的方框图，这里多个独立的光传感器共享电连接513之一。光传感器512是具有独立的光传感器502-1，1～502-N，M的N×M光传感器阵列(即，具有N行，M列光传感器的光传感器阵列)。光传感器502-1，1～502-N，M分组成束(cluster)520-1，1～520-Q，P中，束520-1，1～520-Q，P中的每束都具有Z+1个光传感器。可在光传感器502的任意分组中形成束。在大多数实施例中，束520中的每束包括相同数目的光传感器502。例如，在图5B中，束520-1，1包括光传感器520-1，1，光传感器520-1，2，光传感器520-2，1和光传感器520-2，2。束520-1，1也可包括其它光传感器。
在大多数实施例中，在每束中具有Z+1个光传感器的情况下，形成Q×P的束阵列，Q＝N/sqrt(Z+1)，P＝M/sqrt(Z+1)，其中sqrt()是平方根运算符。一种特别便利的分组是Z＝3，从而每组四个光传感器可具有如图2A中所示的对红色、绿色和蓝色敏感的光传感器。
束520之一，如520-1，1中的每个光传感器通过复用器，例如复用器521-1，1～521-Q，P被耦接，以便共用连接点513，例如，513-1，1～513-Q，P中的单个连接点。每个复用器包括Z+1个单个晶体管，每个晶体管被耦接，以便接收来自于光传感器束520之一的输出。图5B中，束520-1，1～520-Q，P均分别包括复用器521-1，1～521-Q，P。复用器521-1，1～521-Q，P均包括晶体管522-1，1～522-Q，P，523-1，1～523-Q，P，524-1，1～524-Q，P和525-1，1～525-Q，P。晶体管522-1，1～522-Q，P均由控制信号S0打开，晶体管523-1，1～523-Q，P由控制信号S1打开，晶体管524-1，1～524-Q，P由控制信号S2打开，晶体管525-1，1～525-Q，P由控制信号S3打开。控制信号S0～Sz分别在连接点510-0～510-Z输入。于是，控制信号S0～Sz均打开整个一组晶体管，所述一组晶体管再使一组光传感器与连接点513-1，1～513-Q，P耦接。例如，S0打开一组晶体管522。当该组晶体管522被打开时，与晶体管522耦接的一组光传感器与连接点513耦接。例如，当晶体管522-1，1被信号S0打开时，则光传感器502-1，1与连接点513-1，1耦接。
图5C表示了用于安放图5B中所示的基片511上的光传感器502的基片503的方框图。像素支持电路501包括像素电路的P×Q阵列。凸块连接点512-1，1～512-Q，P通过晶体管530-1，1～530-Q，P分别与Vcc耦接。晶体管530-1，1～530-Q，P均被耦接，以便接收复位信号，如前所述。凸块连接点512-1，1～512-Q，P也分别与电路531-1，1～531-Q，P耦接。电路531-1，1～531-Q，P均包括滤波器，放大器和用于把在512-1，1～512-Q，P接收的信号转换为数字像素电荷信号的模/数转换器。响应来自于行解码器507的行信号，数字像素电荷信号耦接到线路532-1～532-P。滤波器504接收来自于线路532-1～532-P的数字像素电荷信号，并把相应的数字化图像保存在存储器505中。
信号S0～Sz通过凸块516-1～516-Z被传递给基片511。基片511通过凸块515接地。
操作上，通过把信号S0～Sz均设置为高电平，并把复位信号设定为高电平(即等于或接近于Vcc)，可对光传感器502-1，1～502-N，M中的每个光传感器充电。一旦光传感器502-1，1～502-N，M均被充电，则把信号S0～Sz及复位信号设定为低电平。随后可使含有光传感器502的基片511暴露给图像，这里图像的一部分在设定的一段时间内照射到光传感器502-1，1～502-N，M中的每个光传感器上。在该曝光时间内，光传感器502-1，1～502-N，M中的每个光传感器累积接收的光线数量。在一些实施例中，光传感器502-1，1～502-N，M均包括一个有色滤光器，从而，在每个光传感器，只累积特定波长的光线。在一些实施例中，如同参考图3说明的那样，可使每束光传感器累积在预定的一段时间内来自图像的接收光线。
一旦完成累积步骤，则开始读出过程。相对于每组光传感器，完成读出。通过把控制信号S0～Sz之一设定为高电平，使光传感器束520-1，1～520-Q，P中每束光传感器中的相应光传感器分别连接连接点513-1，1～513-Q，P，选择一组光传感器。一旦完成一组光传感器的读出过程，控制器506可把控制信号S0～Sz中的另一信号设定为高电平，直到所有的光传感器均被读出为止。
上面的描述和附图只是举例说明本发明，并不是对本发明的限制。本领域中的技术人员将认识到在本发明公开范围内的各种变化，虽然这里没有对这些变化进行具体说明，但均在本发明的保护范围内。因此，本发明的范围只由所附权利要求限定。
权利要求
1.一种数字图像传感器，其特征在于所述数字图像传感器包括具有光传感器阵列的第一基片，当使光传感器阵列暴露于景象之下时，每个光传感器产生一个模拟电荷信号；与所述第一基片耦接，并且包括像素支持电路阵列的第二基片，每个像素支持电路接收并把模拟电荷信号转换为数字电荷信号。
2.按照权利要求1所述的图像传感器，其特征在于利用铟凸块，耦接所述第一基片和所述第二基片。
3.按照权利要求2所述的图像传感器，其特征在于第一基片包括一复用器阵列，每个复用器与光传感器阵列中的一组光传感器耦接，以致来自于该组光传感器中各个光传感器的模拟电荷信号被耦合到像素支持电路之一中。
4.按照权利要求3所述的图像传感器，其特征在于该组光传感器包括具有第一颜色滤光器的第一光传感器，具有第二颜色滤光器的第二光传感器，具有第三颜色滤光器的第三光传感器，以及具有第一颜色滤光器，第二颜色滤光器和第三颜色滤光器之一的第四光传感器。
5.按照权利要求4所述的图像传感器，其特征在于所述第一颜色滤光器是红色滤器，所述第二颜色滤光器是绿色滤光器，所述第三颜色滤光器是蓝色滤光器。
6.按照权利要求4所述的图像传感器，其特征在于所述第一颜色滤光器，第二颜色滤光器和第三颜色滤光器被制造成传感相同的光谱。
7.按照权利要求2所述的图像传感器，其特征在于所述第二基片还包括与像素支持电路阵列耦接的数字数据存储器，从而来自于各个光传感器的数字电荷信号可直接保存在数字数据存储器中。
8.一种数字图像传感器，其特征在于所述数字图像传感器包括包括光传感器的第一基片，当使光传感器阵列暴露于景象之下时，每个光传感器产生一个模拟电荷信号；通过一导电凸块阵列与所述第一基片联系的第二基片，所述导电凸块阵列把第一基片与第二基片粘结就位，所述第二基片包括像素支持电路阵列，每个像素支持电路通过导电凸块的相应凸块，接收来自于光传感器之一的模拟电荷信号；和其中每个像素支持电路包括一个模/数转换电路，并且把模拟电荷信号转换为数字电荷信号。
9.按照权利要求8所述的图像传感器，其特征在于所述模/数转换电路是具有预定数据精度的模/数转换器。
10.按照权利要求8所述的图像传感器，其特征在于所述第一基片是利用第一CMOS工艺方法制造的。
11.按照权利要求10所述的图像传感器，其特征在于所述第二基片是利用第二CMOS工艺方法制造的。
12.按照权利要求10所述的图像传感器，其特征在于所述各个导电凸块是利用铟沉积，在所述第一基片和第二基片任一中形成的。
13.按照权利要求8所述的图像传感器，其特征在于所述是导电凸块利用选择铟，铜，焊料，银和金的一种材料形成的。
14.按照权利要求8所述的图像传感器，其特征在于所述第二基片还包括与像素支持电路耦接的数字数据存储器，从而来自于各个像素支持电路的数字电荷信号可直接保存在数字数据存储器中。
15.一种数字图像传感器的设计方法，该方法包括在第一基片上形成光传感器阵列；在第二基片上形成包括像素电路阵列的像素支持电路，每个像素电路包括一个模/数转换器；使第一基片和第二基片耦接，从而来自光传感器阵列中各个光传感器的信号可被像素电路之一接收。
16.按照权利要求15所述的方法，其中第一基片与第二基片的耦接包括铟凸块。
17.按照权利要求15所述的方法，其中使第一基片与第二基片耦接包括形成选自铟，铜，焊料，银和金的材料的凸块。
18.按照权利要求15所述的方法，还包括在第一基片上形成复用电路，每个复用电路与光传感器阵列中的一组光传感器耦合。
19.以数字方式接收来自于景象的图像的方法，所述方法包括在形成于第一基片上的光传感器阵列接收光线，光传感器阵列中的各个光传感器响应所述光线，产生电荷信号；在形成于第二基片上的支持电路，接收来自于光传感器阵列中各个光传感器的电荷信号，支持电路响应来自于光传感器的电荷信号，产生数字信号。
20.按照权利要求19所述的方法，还包括复用来自于光传感器阵列中各个光传感器的电荷信号，以便响应控制信号，每个支持电路接收来自于一组光传感器中的一个光传感器的电荷信号。
全文摘要
提供了一种数字成像设备。该数字成像设备包括具有形成于第二基片上的支持电路,和形成于第一基片上的光传感器的光传感器阵列,所述第二基片由,例如CMOS工艺技术产生。独立于第二基片,单独处理第一基片,从而可优化形成于第一基片上的光传感器,而且还可优化形成于第二基片上的电路。随后使第一基片和第二基片电接触,从而来自于第一基片上的光传感器的信号可由第二基片上的支持电路接收。
文档编号H01L31/02GK1336754SQ01129500
公开日2002年2月20日 申请日期2001年6月21日 优先权日2000年6月22日
发明者杨晓东 申请人:匹克希姆公司