本发明大体上涉及半导体制造，且特定来说但非排他性地涉及晶片结合。
背景技术：
图像传感器已变得无处不在。它们广泛用于数字静态相机，蜂窝电话、安全摄像机，以及医疗、汽车及其它应用中。用于制造图像传感器的技术持续以迅猛的速度进展。举例来说，对更高分辨率及更低功耗的需求已促进这些装置的进一步微型化及集成化。
典型的图像传感器如下操作。来自外部场景的图像光入射在图像传感器上。图像传感器包含多个光敏元件，使得每一光敏元件吸收入射图像光的一部分。包含在图像传感器中的光敏元件(例如光电二极管)在吸收图像光时各自产生图像电荷。所产生的图像电荷的量与图像光的强度成比例。所产生的图像电荷可用于产生表示外部场景的图像。
随着图像传感器中的像素变得越小，图像传感器中的像素变得越接近。因此，可能需要将图像传感器中的个别像素(及相关联电路)电隔离以防止可能使图像质量降级的电串扰。
技术实现要素：
本申请案的一个方面涉及一种图像传感器。在一个实施例中，所述图像传感器包括：光电二极管，其安置在具有前侧及与所述前侧相对的背侧的第一半导体材料中，其中所述光电二极管经定位以通过所述第一半导体材料的所述背侧吸收图像光；第一浮动扩散部，其安置为靠近所述光电二极管，并经耦合以响应于施加到安置在所述光电二极管与所述第一浮动扩散部之间的转移栅极的转移信号而从所述光电二极管接收图像电荷；第二半导体材料，其包含第二浮动扩散部，所述第二半导体材料安置为靠近所述第一半导体材料的所述前侧；及电介质材料，其安置在所述第一半导体材料与所述第二半导体材料之间，所述电介质材料包含：第一结合通孔，其从所述第一浮动扩散部延伸到所述第二浮动扩散部；第二结合通孔，其横向靠近所述第一结合通孔地安置；及第三结合通孔，其横向靠近所述第一结合通孔地安置，其中所述第一结合通孔安置在所述第二结合通孔与所述第三结合通孔之间，使得所述第二结合通孔及所述第三结合通孔至少部分环绕所述第一结合通孔。
本申请案的另一方面涉及一种图像传感器系统。在一个实施例中，所述系统包括：多个图像传感器像素，其中所述图像传感器系统中的个别像素包含以下中的至少一个：光电二极管，其安置在第一半导体材料中，其中所述光电二极管电耦合到转移栅极，其中响应于施加到所述转移栅极的转移信号，来自所述光电二极管的电荷被转移到安置在所述第一半导体材料中的第一浮动扩散部；第一结合通孔，其从所述第一浮动扩散部延伸到安置在第二半导体材料中的第二浮动扩散部；电介质材料，其安置在所述第一半导体材料与所述第二半导体材料之间；第二结合通孔，其靠近所述电介质材料中的所述第一结合通孔地安置；及控制电路及包含第一位线触点及第二位线触点的读出电路，其中所述第二结合通孔电耦合到所述第一位线触点。
附图说明
参考以下图式描述本发明的非限制性及非穷尽实例，其中相似参考数字贯穿各种视图指相似部分，除非另有规定。
图1a是根据本发明的教示的实例晶片结合图像传感器的横截面图。
图1b是根据本发明的教示的图1a中晶片结合图像传感器的电路图。
图2是说明根据本发明的教示的可包含图1a到1b的图像传感器的成像系统的一个实例的框图。
对应参考字符贯穿附图的若干视图指示对应组件。所属领域的技术人员应了解，图式中的元件出于简单及清楚的目的而说明，且未必是按比例绘制。举例来说，图式中一些元件的尺寸相对于其它元件可被夸大以帮助改善对本发明的各种实施例的理解。此外，为了促进对本发明的这些各种实施例的较不受阻碍的观察，通常不描绘在商业上可行的实施例中有用的或必需的常见但众所周知的元件。
具体实施方式
本文中描述一种用于通过像素级结合件中的结合通孔形成的反馈电容器的设备及方法的实例。在以下描述中，陈述众多特定细节以提供对所述实例的透彻理解。然而，所属领域的技术人员将认识到，可在不具有一或多个特定细节的情况下或配合其它方法、组件、材料等等实践本文中所描述的技术。在其它情况下，未展示或详细地描述众所周知的结构、材料或操作以避免混淆某些方面。
贯穿本说明书的对“一个实例”或“一个实施例”的参考意指结合实例所描述的特定特征、结构或特性包含于本发明的至少一个实例中。因此，在贯穿本说明书的各种地方的短语“在一个实例中”或“在一个实施例中”的出现未必皆是指同一实例。此外，特定特征、结构或特性可以任何合适方式于一或多个实例中组合。
图1a是实例晶片结合图像传感器100a的横截面图。晶片结合图像传感器100a包含第一半导体材料101(具有前侧161及背侧163)、光电二极管103、转移栅极105、第一浮动扩散部107、层间电介质109/113(统称为“电介质材料”)、结合界面111、第二半导体材料151、第二浮动扩散部171、第一位线触点141、第二位线触点143、第一结合通孔191、第二结合通孔193及第三结合通孔195。第一结合通孔191、第二结合通孔193及第三结合通孔195包含金属层123/127/133、触点121、子通孔125、再分配层通孔129及再分配层131。取决于所需的处理步骤，结构可都为金属、半导体或类似物。此外，所述领域的一般技术人员将了解，在其它实例中，任何结合通孔中可存在多于或少于三个金属层(例如2、4、5、6个金属层等等)。
如所展示，光电二极管103安置在第一半导体材料101中，第一半导体材料101具有前侧161及与前侧161相对的背侧163。光电二极管103经定位以通过第一半导体材料101的背侧163吸收图像光。第一浮动扩散部107安置为靠近光电二极管103，并经耦合以响应于施加到转移栅极105的转移信号而从光电二极管103接收图像电荷。转移栅极105安置在光电二极管103与第一浮动扩散部107之间。第二半导体材料151包含第二浮动扩散部171，且第二半导体材料151安置为靠近第一半导体材料101的前侧161。电介质材料(例如，层间电介质109/111)安置在第一半导体材料101与第二半导体材料151之间，并且包含第一结合通孔191(其从第一浮动扩散部107延伸到第二浮动扩散部171)。第二结合通孔193横向靠近第一结合通孔191地安置，且第三结合通孔195横向靠近第一结合通孔191地安置。如所展示，第一结合通孔191安置在第二结合通孔193与第三结合通孔195之间。
在所描绘的实例中，第二结合通孔193及第三结合通孔195是通过第一结合通孔191与第二结合通孔193以及第一结合通孔191与第三结合通孔195形成的电容器中的电容板。换句话说，第一结合通孔191电容耦合到第二结合通孔193及第三结合通孔195。在所描绘的实例中，第二半导体材料151包含第一位线触点141及第二位线触点143；第二浮动扩散部171横向安置在第二半导体材料151中的第一位线触点141与第二位线触点143之间。第二结合通孔193及第三结合通孔195分别电耦合到第一位线触点141及第二位线触点143。所属领域的技术人员将了解，第一位线触点141及第二位线触点143可位于同一位线上(即，到同一位线的两个触点)。
在所说明的实例中，第一半导体材料101及第二半导体材料151可在电介质材料中的结合界面111处晶片结合在一起。第二结合通孔193及第三结合通孔195经安置以不接触第一半导体材料101。换句话说，第二结合通孔193及第三结合通孔195安置在电介质材料的最接近第二半导体材料151的一半(例如，层间电介质113)上。在一些实施例中，层间电介质109/113可包含氧化硅、氮化硅或类似物；然而，在其它实施例中，其可包含高k材料或其它材料。
在所说明的实例中，第一结合通孔191包含多个金属层(m1123、m2127、m3133)，且最靠近结合界面111安置的金属层m3133的横截面面积(从图像传感器100a的顶部/背侧163表面观察)大于靠近第一半导体材料101或第二半导体材料153中的至少一个安置的金属层m1123的横截面面积。在一个实施例中，金属层可包含彼此相同或不同的金属，例如钨、铜或类似物。如所展示，多个金属层可通过第一多个子通孔125电耦合在一起，以在第一浮动扩散部107及第二浮动扩散部171之间产生连续的电连接(例如，在第一结合通孔191中)。同样在所描绘的实例中，第一浮动扩散部107及第二浮动扩散部171相对于垂直于第一半导体材料101及第二半导体材料151的表面竖直对准。
如所说明，第一结合通孔191可包含(从第一半导体材料101到第二半导体材料151)触点121、金属层123、子通孔125、金属层127、再分配层通孔129、再分配层131、再分配层通孔129、金属层133、子通孔125、金属层127、子通孔125、金属层123及最后触点121。结合界面111可划分再分配层131。第二结合通孔及第三结合通孔包含(在从第一半导体材料101到第二半导体材料151的方向上)金属层133、子通孔125、金属层127、子通孔125、金属层123以及最后触点121。这些全部可具有相同或不同材料组成。
图1b是图1a中的晶片结合图像传感器100a的电路图。如所展示，第一结合通孔191用于形成反馈电容器(cfb)的一个板。壁形成有金属及通孔(例如，第二结合通孔193及第三结合通孔195)，以充当反馈电容器的另一个板并且环绕第二浮动扩散部分171。此环绕金属壁有助于保护第二浮动扩散部171不与其它浮动扩散部(安置在图像传感器阵列中，但未在图1a及1b中描绘)耦合。
反馈电容器(cfb)于第二半导体材料151中安置在第一结合通孔191、第二结合通孔193及第三结合通孔195之间(参见图1a)。第二结合通孔193、第三结合通孔195与第一结合通孔191之间的距离(以及电介质材料的组成)确定cfb的值。此结构允许反馈电容器及浮动扩散部的总体电容(即，cfb及cfd)减小，这导致相较于其它方法更少的噪声。
此外，在所描绘的实例中，第一浮动扩散部分107或第二浮动扩散部171耦合到复位晶体管(nrst)的第一端子，且复位晶体管的第二端子耦合到位线(bit)。响应于施加到复位晶体管的栅极端子的复位信号，复位晶体管从第一浮动扩散部107或第二浮动扩散部171中的至少一个去除电荷。放大器耦合在第一浮动扩散部与位线(bit)之间。
图2是说明可包含图1a到1b的图像传感器的成像系统200的一个实例的框图。成像系统200包含像素阵列205、控制电路221、读出电路211及功能逻辑215。在一个实例中，像素阵列205是光电二极管或图像传感器像素(例如，像素p1、p2……、pn)的二维(2d)阵列。如所说明，光电二极管布置成行(例如，行r1到ry)及列(例如，列c1到cx)以获取人员、场所、对象等等的图像数据，所述图像数据可随后用于呈现人员、场所、对象等等的2d图像。然而，光电二极管不必被布置成行及列，并且可以采取其它配置。
在一个实例中，在像素阵列205中的每一图像传感器光电二极管/像素已获取其图像数据或图像电荷之后，图像数据由读出电路211读出，且接着被转移到功能逻辑215。在各种实例中，读出电路211可包含放大电路、模/数(adc)转换电路或其它电路。所属领域的技术人员将了解，来自图1a的第一位线触点141或第二位线触点143可包含在成像系统200的读出电路中。功能逻辑215可简单地存储图像数据或甚至通过应用后图像效果(例如，裁剪、旋转、移除红眼、调整亮度、调整对比度或以其它方式)操纵图像数据。在一个实例中，读出电路211可沿读出列线一次读出一行图像数据(已说明)或可使用各种其它技术例如串行读出或同时完全并行读出全部像素读出图像数据(未说明)。
在一个实例中，控制电路221耦合到像素阵列205以控制像素阵列205中的多个光电二极管的操作。举例来说，控制电路221可产生用于控制图像获取的快门信号。在所描绘的实例中，所述快门信号是全局快门信号从而同时使得像素阵列205内的所有像素能够在单个获取窗口期间同时捕获其相应图像数据。在另一实例中，使图像获取与照明效果(例如闪光)同步。
在一个实例中，成像系统200可包含在数字照相机、手机、膝上型计算机、汽车或类似物中。另外，成像系统200可耦合到其它硬件块，例如处理器(通用或其它)、存储器元件、输出(usb端口、无线发射器、hdmi端口等等)、照明/闪光、电输入(键盘、触摸显示器、跟踪板、鼠标、麦克风等等)及/或显示器。其它硬件块可将指令传送到成像系统200，从成像系统200提取图像数据，或操纵由成像系统200供应的图像数据。
不希望本发明的所说明的实例的以上描述(包含[摘要]中所描述的内容)为穷尽性或将本发明限于所揭示的精准形式。尽管本文中出于说明性目的描述本发明的特定实例，但所属领域的技术人员将认识到，在本发明的范围内各种修改是可能的。
依据以上详细描述可对本发明做出这些修改。以下权利要求书中使用的术语不应解释为将本发明限于本说明书中所揭示的特定实例。确切来说，本发明的范围全部由以下权利要求书确定，以下权利要求书应根据权利要求解释的既定原则来解释。