本发明涉及图像传感器。特定来说，本发明的实施例涉及堆叠式图像传感器。
背景技术：
图像传感器已经变得无处不在。它们广泛用于数码相机、蜂窝电话、安全摄像机中，还广泛用于医学、汽车及其它应用中。用以制造图像传感器的技术，且特定来说，用以制造互补金属氧化物半导体(cmos)图像传感器的技术持续快速进步。举例来说，针对更高分辨率及更低电力消耗的要求已经促进这些图像传感器的进一步微型化及集成。
在常规堆叠式图像传感器中，像素的光电二极管通常在第一裸片上，且像素支持电路在第二裸片上，第二裸片与包含光电二极管的第一裸片被堆叠在一起。互连线被提供于第一裸片与第二裸片之间以便在第一裸片上的光电二极管与第二裸片上的对应像素支持电路之间提供电连接。
常规堆叠式图像传感器存在的挑战中的一个挑战是在堆叠式图像传感器的第一裸片与第二裸片之间的相邻互连线之间存在非所要电容耦合，所述互连线将光电二极管连接到像素支持电路。相邻互连线之间的电容耦合可在从光电二极管读出图像数据时在相邻互连线之间引起干扰或导致其它非所要结果。
技术实现要素：
本发明的一方面涉及一种图像传感器，其包括：像素阵列，其包含被布置到第一半导体裸片中的像素单元的多个行及多个列中的多个像素单元；多个像素支持电路，其被布置于第二半导体裸片中，其中所述第一与第二半导体裸片被堆叠在一起且耦合在一起；多个互连线，其耦合于所述第一与第二半导体裸片之间，其中所述多个像素单元中的每一者通过所述多个互连线中的对应一者耦合到所述多个像素支持电路中的对应一者；及多个屏蔽凸块，其经安置成接近于所述像素单元的拐角且经安置于所述第一与第二半导体裸片之间，使得所述多个屏蔽凸块中的每一者安置于沿着所述像素阵列的对角线的相邻互连线之间。
在本发明的另一方面中，一种成像系统包括：传感器晶片，其包含第一半导体层，其中所述传感器晶片包含像素阵列，所述像素阵列包含被布置到第一半导体层中的像素单元的多个行及多个列中的多个像素单元；逻辑晶片，其包含第二半导体层，其中所述逻辑晶片包含被布置于第二半导体层中的多个像素支持电路，其中所述传感器晶片与所述逻辑晶片被堆叠在一起且耦合在一起；多个互连线，其耦合于所述像素阵列与所述多个像素支持电路之间，其中所述传感器晶片中的所述多个像素单元中的每一者通过所述多个互连线中的对应一者耦合到所述逻辑晶片中的所述多个像素支持电路中的对应一者；及多个屏蔽凸块，其经安置成接近所述像素单元的拐角且经安置于所述传感器晶片与逻辑晶片之间，使得所述多个屏蔽凸块中的每一者安置于沿着所述像素阵列的对角线的相邻互连线之间。
附图说明
参考以下图式描述本发明的非限制性且非穷举实施例，其中相似的元件符号指代贯穿多个视图的相似部件，除非另有说明。
图1是根据本发明的教示的堆叠式成像系统的一个实例的分解图，堆叠式成像系统包含提供堆叠式图像传感器的堆叠式半导体装置晶片，堆叠式图像传感器具有沿着图像传感器的对角线的互连件之间的屏蔽凸块。
图2是说明根据本发明的教示的成像系统的框图，所述成像系统被实施为包含具有布置于第一半导体裸片中的共享像素单元的像素阵列的堆叠式图像传感器，所述共享像素单元通过互连件耦合到第二半导体裸片中的像素支持电路，其中在沿着像素阵列的对角线的互连件之间具有屏蔽凸块。
图3展示根据本发明的教示的沿着堆叠式图像传感器的像素阵列中的一行像素的一个实例示意图，其中在沿着像素阵列的行的相邻互连线之间存在耦合电容。
图4是说明根据本发明的教示的实例像素阵列的框图，所述像素阵列具有安置于像素群组的拐角中的屏蔽凸块使得在沿着像素阵列的对角线同时读出的像素群组的互连线之间存在屏蔽凸块。
图5是根据本发明的教示的实例堆叠式成像系统的横截面图，所述堆叠式成像系统具有包含安置于像素群组的拐角中的屏蔽凸块的堆叠式第一及第二半导体裸片，使得在沿着像素阵列的对角线同时读出的像素群组的互连线之间存在屏蔽凸块。
对应的参考字符指示贯穿诸图中若干视图的对应组件。技术人员应了解，为了简单且清楚的目的说明图中的元件，且并不一定按比例绘制元件。举例来说，图中一些元件的尺寸可相对于其它元件而被夸大以帮助改善对本发明的多种实施例的理解。并且，为了更方便地了解本发明的这些多种实施例，通常不描绘在商业可行的实施例中有用或必要的常见但好理解的元件。
具体实施方式
在以下描述中，陈述众多特定细节以便提供对实施例的详尽理解。然而，相关领域的技术人员应认识到，无需运用特定细节中的一或多者或运用其它方法、组件、材料等等而实践本文中描述的技术。在其它例子中，未详细展示或描述众所周知的结构、材料或操作以避免使某些方面模糊。
贯穿本说明书对“一个实施例”或“实施例”的参考意味着与实施例相结合而描述的特定特征、结构或特性包含于本发明的至少一个实施例中。因此，贯穿此说明书在多个地方出现短语“在一个实施例中”或“在实施例中”并不一定都指代相同的实施例。此外，在一或多个实施例中特定的特征、结构或特性可以任何合适方式组合。
贯穿本说明书，使用所属领域的若干术语。这些术语具有其所来自的领域中的普通意义，除非本文具体定义或其使用情境另外明确指出。举例来说，术语“或”用于包含意义(例如，如在“及/或”中)，除非上下文另外明确指示。应注意，元件名称及符号可贯穿本档案互换地使用(例如，si对硅)；然而，两者具有相同意义。
如将展示，根据本发明的教示的堆叠式图像传感器的实例包含布置于第一半导体裸片中的二维像素阵列，其通过互连线耦合到安置于第二半导体裸片中的像素支持电路，所述第二半导体裸片与第一半导体裸片被堆叠在一起。在各种实例中，像素可以群组布置，例如共享像素单元。例如，像素被布置到群组中使得存在安置于共享像素单元的群组的拐角中的互连层中的屏蔽凸块。在各种实例中，屏蔽凸块可为虚设互连线、电力供应线、接地线或类似物。因而，在共享像素单元到像素支持电路的互连线之间存在屏蔽凸块，所述共享像素单元根据本发明的教示沿着像素阵列的对角线被同时读出。
例如，如将在根据本发明的教示的读出方案的一个实例中揭示，一次读出像素阵列的两行共享像素单元中的每隔一个共享像素单元使得沿着像素阵列的对角线同时读出共享像素单元。因为沿着像素阵列的对角线同时读出共享像素单元，所以在沿着像素阵列的对角线读出的相邻共享像素单元之间存在屏蔽凸块。根据本发明的教示，使用由像素群组的拐角中的屏蔽凸块提供的屏蔽，可在从像素阵列读出像素数据时避免由沿着一行像素阵列的相邻互连线之间的电容耦合引起的非所要效应。
为了说明，图1是根据本发明的教示的实例堆叠式成像系统100的堆叠式半导体裸片102及104的一个实例的分解图。在各种实例中，半导体裸片102及104是可包含硅、砷化镓或其它合适半导体材料的堆叠式装置晶片。在所说明的实例中，半导体裸片102是包含具有多个像素单元110a、110b、110c等等的像素阵列106的传感器裸片，且半导体裸片104是逻辑裸片，其包含对应像素支持电路以支持根据本发明的教示的像素阵列106中的像素单元的操作。在一个实例中，像素单元110a、110b及110c可为共享像素单元。如所展示，包含像素阵列106的半导体裸片102与半导体裸片104被堆叠在一起且耦合到半导体裸片104。
如下文将更详细论述，像素阵列106的多个共享像素单元110a、110b、110c等等通过互连线(如例如图2中将展示)耦合到像素支持电路108，所述互连线耦合于半导体裸片102与半导体裸片104之间。如将展示，像素阵列106的像素单元110a、110b、110c等等被布置到群组中，使得存在安置于共享像素单元110a、110b、110c等等的群组的拐角中互连层中的屏蔽凸块(如例如图2中将展示)，使得在沿着像素阵列106的对角线的共享像素单元110a、110b、110c等等到像素支持电路108的互连线之间存在屏蔽凸块。在各种实例中，一次读出像素阵列106的两行的每隔一个共享像素单元，使得仅沿着像素阵列的对角线同时读出共享像素单元。因为仅沿着像素阵列106的对角线同时读出共享像素单元，所以在沿着像素阵列的对角线读出的相邻共享像素单元之间存在屏蔽凸块。根据本发明的教示，使用由像素群组的拐角中的屏蔽凸块提供的屏蔽，可在从像素阵列读出像素数据时避免由沿着像素阵列的相同行的相邻互连线之间的电容耦合引起的非所要效应。
为了说明，图2是说明根据本发明的教示的堆叠式成像系统200的框图。应注意，图2的堆叠式成像系统200可为图1中展示的堆叠式成像系统100的实例，且因此，应了解，下文引用的经类似命名及编号的元件如上文描述那样耦合及起作用。例如，在一个实例中，堆叠式成像系统200包含第一半导体裸片(标记为传感器裸片202)，其与第二半导体裸片(经标记逻辑裸片204)被堆叠在一起且耦合到第二半导体裸片。在一个实例中，传感器裸片202包含被布置到共享像素210的群组中的像素阵列206，且逻辑裸片204包含经耦合以通过互连件218从共享像素210的群组读出图像数据的读出电路212。在所描绘的实例中，逻辑裸片204还包含耦合到读出电路212的功能电路214及耦合到像素阵列206的控制电路216。
如图2中所说明的实例中展示，像素阵列206是图像传感器的共享像素210的群组的二维(2d)像素阵列。例如，在图2中所说明的实例中，每一共享像素210是2x2共享像素。在实例中，每一共享像素210包含共享耦合到互连件218的浮动扩散区的多个光电二极管(例如，四个光电二极管p1/p2/p3/p4)。在所描绘的实例中，输出位线经耦合以由逻辑裸片204中的读出电路通过每一互连件218读出。如所说明，根据本发明的教示，像素阵列206中的每一共享像素210的每一光电二极管(例如，p1/p2/p3/p4)被布置到行(例如，行r1到ry)及列(例如，列c1到cx)中以获取人、位置或物体等等的图像的图像数据，接着，可使用所述图像数据来呈现所述人、位置或物体等等的2d图像。
如所描绘的实例中所展示，堆叠式成像系统200还包含安置于像素群组210的拐角中的多个屏蔽凸块220。在各种实例中，屏蔽凸块可为虚设互连线、电力供应线、接地线或类似物。因而，在仅沿着根据本发明的教示的像素阵列206的对角线同时读出的共享像素210的互连线218之间存在屏蔽凸块220。换种方式来说，一次读出像素阵列206的两行的每隔一个共享像素单元210使得仅沿着像素阵列206的对角线同时读出共享像素单元210。因为沿着像素阵列206的对角线同时读出共享像素单元210，所以在沿着像素阵列206的对角线读出的相邻共享像素单元210之间存在屏蔽凸块220。根据本发明的教示，使用由像素群组210的拐角中的屏蔽凸块220提供的屏蔽，可在从像素阵列206读出像素数据时避免由沿着像素阵列206的相同行的相邻互连线之间的电容耦合引起的非所要效应。
因此，像素数据通过互连件218被从像素阵列206中的每一共享像素210的光电二极管(例如，p1/p2/p3/p4)读出到读出电路212，且接着，将所述像素数据转移到功能电路214。在各种实例中，读出电路212可包含放大电路、模/数(adc)转换电路或类似物。功能电路214可包含数字电路，且可简单存储所述图像数据或甚至运用图像信号处理技术操纵所述图像数据来应用图像后效果(举例来说，剪裁、旋转、消除红眼、调整亮度、调整对比度或其它)。
如上所述，控制电路216耦合到像素阵列206以控制像素阵列206的操作特性。举例来说，控制电路216可产生控制信号，例如转移栅极控制信号，以及举例来说，复位信号、选择信号、快门信号及耦合到像素阵列206以控制图像获取的其它控制信号。在一个实例中，快门信号为全局快门信号，其用于同时启用像素阵列206内的所有像素单元以在单采集窗期间同时捕获其相应的图像数据。在另一个实例中，所述快门信号为滚动快门信号，使得在连续采集窗期间循序地启用像素的每一行、列或群组。
图3展示沿着堆叠式成像系统300的像素阵列中的一行共享像素单元的一个实例示意图，其说明在沿着相同行的相邻互连线之间存在耦合电容。应注意，图3的堆叠式成像系统300可为图1中展示的堆叠式成像系统100的实例，及/或图2的堆叠式成像系统200，且因此，应了解，下文引用的经类似命名及编号的元件如上文描述那样耦合及起作用。例如，如说明中展示，堆叠式成像系统300包含第一半导体裸片302，第一半导体裸片302与第二半导体裸片304被堆叠在一起且耦合到第二半导体裸片304。在所描绘的实例中，沿着第一半导体裸片302中的相同行包含第一共享像素单元310a及第二共享像素单元310b，且在第二半导体裸片304中包含像素支持电路346a及像素支持电路346b。第一共享像素单元310a通过互连线318a耦合到像素支持电路346a，且第二共享像素单元310b通过互连线318b耦合到像素支持电路346b。
如所描绘的实例中展示，将第一共享像素310a说明为包含四个光电二极管322a、324a、326a及328a，其分别通过转移晶体管330a、332a、334a及336a耦合到浮动扩散区fd338a。在操作中，将入射光引导到光电二极管322a、324a、326a及328a中以光生图像电荷。分别响应于转移控制信号tx1a、tx2a、tx3a及tx4a，通过转移晶体管330a、332a、334a及336a将光电二极管322a、324a、326a及328a中光生的图像电荷转移到浮动扩散区fd338a。在实例中，被转移到浮动扩散区fd338a的图像电荷通过互连线318a从第一半导体裸片302到第二半导体裸片304耦合到像素支持电路346a。特定来说，如所描绘的实例中展示，互连线318a耦合到源极跟随器耦合放大器晶体管340a的栅极端子，源极跟随器耦合放大器晶体管340a经耦合以放大从互连线318a接收到的图像数据。在实例中，源极跟随器耦合放大器晶体管340a的漏极端子耦合到供应器电压vdd，且源极端子耦合到行选择晶体管342a。由源极跟随器耦合放大器晶体管340a放大的图像数据响应于行选择控制信号rsa通过行选择晶体管342a耦合到输出位线344a。在一个实例中，输出位线344a经耦合以通过读出电路(例如(举例来说)图2的读出电路212)读出。
类似地，如所描绘的图3的实例中进一步展示，将第二共享像素310b说明为包含四个光电二极管322b、324b、326b及328b，其分别通过转移晶体管330b、332b、334b及336b耦合到浮动扩散区fd338b。在操作中，也将入射光引导到光电二极管322b、324b、326b及328b中以光生图像电荷。分别响应于转移控制信号tx1b、tx2b、tx3b及tx4b，通过转移晶体管330b、332b、334b及336b将光电二极管322b、324b、326b及328a中光生的图像电荷转移到浮动扩散区fd338b。在实例中，被转移到浮动扩散区fd338b的图像电荷通过互连线318b从第一半导体裸片302到第二半导体裸片304耦合到像素支持电路346b。特定来说，如所描绘的实例中展示，互连线318b耦合到源极跟随器耦合放大器晶体管340b的栅极端子，源极跟随器耦合放大器晶体管340b经耦合以放大从互连线318b接收到的图像数据。在实例中，源极跟随器耦合放大器晶体管340b的漏极端子耦合到供应电压vdd，且源极端子耦合到行选择晶体管342b。由源极跟随器耦合放大器晶体管340b放大的图像电荷响应于行选择控制信号rsb通过行选择晶体管342b耦合到输出位线344b。在一个实例中，输出位线344b经耦合以通过读出电路(例如(举例来说)图2的读出电路212)读出。
如上所述，应了解，第一共享像素310a及第二共享像素310b在像素阵列的相同行(例如(举例来说)图2的像素阵列206的行r1)中。因而，耦合到共享像素310a的互连线318a与沿着相同行耦合到共享像素310b的互连线318b相邻。此外，在互连线318a与相邻互连线318b之间不存在屏蔽凸块。因为在互连线318a与互连线318b之间不存在屏蔽凸块，所以代替地，在互连线318a与互连线318b之间存在非所要耦合电容320，其在从第一共享像素单元310a及第二共享像素单元310b读出图像数据时引起非所要干扰。
图4是说明根据本发明的教示的实例像素阵列406的框图，像素阵列406具有安置于像素群组的拐角中的屏蔽凸块，使得在仅沿着像素阵列的对角线同时读出的像素群组的互连线之间存在屏蔽凸块。应注意，图4的像素阵列406可为图1中展示的像素阵列106及/或图2的像素阵列206的实例，等等，且因此应了解，下文引用的经类似命名及编号的元件如上文描述那样耦合及起作用。特定来说，图4中描绘的实例展示像素阵列406包含以棋盘图案交替地被布置到多个行及多个列中的多个像素单元410a及410b，如所展示。在一个实例中，像素单元是包含例如四个光电二极管的共享像素，其类似于例如图3中描述的实例。在实例中，根据本发明的教示，像素阵列406包含于第一半导体裸片中，第一半导体裸片与包含通过互连件耦合到像素阵列406的像素支持电路的半导体裸片被堆叠在一起且耦合到所述半导体裸片。
如所描绘的实例中展示，像素阵列406还包含多个屏蔽凸块420，其经安置成接近像素单元410a及410b的拐角。在各种实例中，所述屏蔽凸块可为虚设互连线、电力供应线、接地线或类似物。因而，多个屏蔽凸块410中的每一者经安置于沿着根据本发明的教示的像素阵列406的对角线耦合到像素单元410a及410b的相邻互连线之间。为了说明，从左上角通过像素单元410a朝向右下角的对角线由虚线a-a'标记。类似地，从左下角通过像素单元410b朝向右上角的对角线由虚线b-b'标记。因此，多个屏蔽凸块420中的每一者经安置于相邻互连线之间，所述互连线沿着根据本发明的教示的像素阵列406的对角线a-a'或b-b'耦合到共享像素单元410a及410b。
在操作中，屏蔽凸块420适于屏蔽沿着根据本发明的教示的像素阵列406的对角线a-a'及b-b'耦合到像素单元410a及410b的相邻互连线之间的耦合电容。因此，在一个实例中，在像素阵列406的读出期间，一次读出像素阵列406的两行中的每隔一个像素单元410a及接着剩余每隔一个像素单元410b使得存在安置于来自那时被读出的像素阵列406的两行的像素单元的互连线之间的屏蔽凸块420。
举例来说，在第一读出期间，同时读出像素阵列406的两行的每隔一个像素单元410a(例如，沿着对角线a-a')。因此，在每一相邻像素单元410a的互连线之间存在经读出以消除或基本上减小沿着根据本发明的教示的对角线a-a'的两个相邻互连线之间的耦合电容的屏蔽凸块420。
因此，在下一读出期间，同时读出像素阵列406的两行的每隔一个像素单元410b(例如，沿着对角线b-b')。因此，在每一相邻像素单元410b的互连线之间存在经读出以消除或基本上减小沿着根据本发明的教示的对角线b-b'的两个相邻互连线之间的耦合电容的屏蔽凸块420。
图5是根据本发明的教示的实例堆叠式成像系统500的横截面图，堆叠式成像系统500具有堆叠式第一及第二半导体裸片，所述裸片包含安置于像素群组的拐角中的屏蔽凸块，使得在仅沿着像素阵列的对角线同时读出的像素的互连线之间存在屏蔽凸块。应注意，图5的堆叠式成像系统500可为图1中展示的堆叠式成像系统及/或图2的堆叠式成像系统的实例，等等，且因此应了解，下文引用的经类似命名及编号的元件如上文描述那样耦合及起作用。
特定来说，图5中描绘的实例展示堆叠式成像系统500，其包含第一半导体裸片(其被标记为传感器裸片502)，第一半导体裸片与第二半导体裸片(其被标记为逻辑裸片504)被堆叠在一起且耦合到第二半导体裸片。图5中描绘的实例还说明传感器裸片502与逻辑裸片504之间的互连件518，互连件518将传感器裸片502中包含的像素单元耦合到逻辑裸片504中的对应像素支持电路，如上文所描述。在实例中，应了解，成像系统500的横截面图是沿着如上文图4中所说明的像素阵列406的对角线a-a'或b-b'中的一者。因而，还存在安置于沿着根据本发明的教示的堆叠式成像系统500的像素阵列的对角线a-a'及/或b-b'中的每一者的相邻互连线518之间的屏蔽凸块520。因而，当一次读出堆叠式成像系统500中包含的像素阵列的两行中的每隔一个像素单元时，存在安置于根据本发明的教示的对应互连线518之间的屏蔽凸块520。根据本发明的教示，使用安置于相邻互连线518之间的屏蔽凸块518，在堆叠式图像传感器500的读出期间，消除了耦合电容以减小非所要干扰、串扰及类似物。
本发明的所说明实施例的上文描述，包含摘要说明书中所描述的内容，不希望为详尽的或不应将本发明限制于所揭示的精确形式。虽然为了说明的目的本文描述了本发明的特定实施例及实例，但相关领域的技术人员将认识到，多种修改在本发明的范围内是可能的。
可鉴于上文详细描述，对本发明进行这些修改。不应将所附权利要求书中所使用的术语解释为将本发明限制于说明书中所揭示的特定实施例。而是，本发明的范围将完全由所附权利要求书确定，所述权利要求书应根据权利要求解释的公认原则来解释。