[go: up one dir, main page]

CN102124566B - 用于3维合成像素的高增益读取电路 - Google Patents

用于3维合成像素的高增益读取电路 Download PDF

Info

Publication number
CN102124566B
CN102124566B CN2009801316988A CN200980131698A CN102124566B CN 102124566 B CN102124566 B CN 102124566B CN 2009801316988 A CN2009801316988 A CN 2009801316988A CN 200980131698 A CN200980131698 A CN 200980131698A CN 102124566 B CN102124566 B CN 102124566B
Authority
CN
China
Prior art keywords
amplifier
diffusion
wafer
floating
output
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN2009801316988A
Other languages
English (en)
Other versions
CN102124566A (zh
Inventor
约翰·P·麦卡滕
约瑟夫·R·苏马
托德·安德森
克里斯蒂安·亚历山德鲁·蒂瓦鲁斯
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Omnivision Technologies Inc
Original Assignee
Eastman Kodak Co
Omnivision Technologies Inc
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Eastman Kodak Co, Omnivision Technologies Inc filed Critical Eastman Kodak Co
Publication of CN102124566A publication Critical patent/CN102124566A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN102124566B publication Critical patent/CN102124566B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10F—INORGANIC SEMICONDUCTOR DEVICES SENSITIVE TO INFRARED RADIATION, LIGHT, ELECTROMAGNETIC RADIATION OF SHORTER WAVELENGTH OR CORPUSCULAR RADIATION
    • H10F39/00—Integrated devices, or assemblies of multiple devices, comprising at least one element covered by group H10F30/00, e.g. radiation detectors comprising photodiode arrays
    • H10F39/80—Constructional details of image sensors
    • H10F39/811—Interconnections
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10F—INORGANIC SEMICONDUCTOR DEVICES SENSITIVE TO INFRARED RADIATION, LIGHT, ELECTROMAGNETIC RADIATION OF SHORTER WAVELENGTH OR CORPUSCULAR RADIATION
    • H10F39/00—Integrated devices, or assemblies of multiple devices, comprising at least one element covered by group H10F30/00, e.g. radiation detectors comprising photodiode arrays
    • H10F39/011—Manufacture or treatment of image sensors covered by group H10F39/12
    • H10F39/026—Wafer-level processing
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10F—INORGANIC SEMICONDUCTOR DEVICES SENSITIVE TO INFRARED RADIATION, LIGHT, ELECTROMAGNETIC RADIATION OF SHORTER WAVELENGTH OR CORPUSCULAR RADIATION
    • H10F39/00—Integrated devices, or assemblies of multiple devices, comprising at least one element covered by group H10F30/00, e.g. radiation detectors comprising photodiode arrays
    • H10F39/80—Constructional details of image sensors
    • H10F39/809—Constructional details of image sensors of hybrid image sensors
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10F—INORGANIC SEMICONDUCTOR DEVICES SENSITIVE TO INFRARED RADIATION, LIGHT, ELECTROMAGNETIC RADIATION OF SHORTER WAVELENGTH OR CORPUSCULAR RADIATION
    • H10F39/00—Integrated devices, or assemblies of multiple devices, comprising at least one element covered by group H10F30/00, e.g. radiation detectors comprising photodiode arrays
    • H10F39/80—Constructional details of image sensors
    • H10F39/813—Electronic components shared by multiple pixels, e.g. one amplifier shared by two pixels
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00—Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/80—Methods for connecting semiconductor or other solid state bodies using means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected
    • H01L2224/80001—Methods for connecting semiconductor or other solid state bodies using means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected by connecting a bonding area directly to another bonding area, i.e. connectorless bonding, e.g. bumpless bonding
    • H01L2224/808—Bonding techniques
    • H01L2224/80894—Direct bonding, i.e. joining surfaces by means of intermolecular attracting interactions at their interfaces, e.g. covalent bonds, van der Waals forces
    • H01L2224/80895—Direct bonding, i.e. joining surfaces by means of intermolecular attracting interactions at their interfaces, e.g. covalent bonds, van der Waals forces between electrically conductive surfaces, e.g. copper-copper direct bonding, surface activated bonding
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00—Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/80—Methods for connecting semiconductor or other solid state bodies using means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected
    • H01L2224/80001—Methods for connecting semiconductor or other solid state bodies using means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected by connecting a bonding area directly to another bonding area, i.e. connectorless bonding, e.g. bumpless bonding
    • H01L2224/808—Bonding techniques
    • H01L2224/80894—Direct bonding, i.e. joining surfaces by means of intermolecular attracting interactions at their interfaces, e.g. covalent bonds, van der Waals forces
    • H01L2224/80896—Direct bonding, i.e. joining surfaces by means of intermolecular attracting interactions at their interfaces, e.g. covalent bonds, van der Waals forces between electrically insulating surfaces, e.g. oxide or nitride layers
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10F—INORGANIC SEMICONDUCTOR DEVICES SENSITIVE TO INFRARED RADIATION, LIGHT, ELECTROMAGNETIC RADIATION OF SHORTER WAVELENGTH OR CORPUSCULAR RADIATION
    • H10F39/00—Integrated devices, or assemblies of multiple devices, comprising at least one element covered by group H10F30/00, e.g. radiation detectors comprising photodiode arrays
    • H10F39/80—Constructional details of image sensors
    • H10F39/803—Pixels having integrated switching, control, storage or amplification elements

Landscapes

  • Solid State Image Pick-Up Elements (AREA)
  • Transforming Light Signals Into Electric Signals (AREA)

Abstract

一种图像传感器包括(a)第一晶片，所述第一晶片具有(i)感光区、(ii)电荷电压转换区；(b)第二晶片，所述第二晶片具有(i)从所述电荷电压转换区接收信号的第一放大器；(c)将所述电荷电压转换区连接到所述放大器的输入端的电互连；(d)至少部分地包围所述电互连的至少一部分的被电偏压的屏蔽。

Description

用于3维合成像素的高增益读取电路
本发明涉及在两个或更多晶片上用有源部件制造的CMOS(互补金属氧化物半导体)图像感测设备，更具体而言，涉及减少这些类型的成像感测设备的信号噪声的量。
背景技术
通常，随着使用CMOS工艺制造的像素的尺寸被调整至较小的尺寸，这些较小像素的某些性能特性变差。具体而言，光电二极管的容量减小。这缩小了图像传感器的动态范围。
可以通过从如图1中所示的非共享式像素设计转变至图2所示的类似于4共享像素设计的共享式像素设计来重新获得部分光电二极管容量。图1的非共享式设计包括收集响应于光照的电荷的光电二极管1和用于将电荷从光电二极管1转移至浮置扩散(floating diffusion)3的转移栅极2。源极跟随器放大器5感测电荷，并且作为响应，源极跟随器放大器5经由输出端9将其输出信号传递至输出线8上。复位晶体管4使浮置扩散3复位至预定信号电平，并且行选择晶体管7被选择性地激活以便将源极跟随器放大器5的输出传递至输出线8。
参考图2，示出了共享式像素设计，其具有与非共享式像素设计相同的部件，只不过复位晶体管4、源极跟随器放大器5和行选择晶体管7被多个光电二极管11、12、13和14共享，所述光电二极管11、12、13和14的电荷分别由转移栅极15、16、17和18进行转移。这减少了每个像素的晶体管的数目，从而允许有较大的光电二极管面积并因此有大光电二极管容量。
共享式像素方法的一个缺点是浮置扩散19、20、21和22在电容上的增加。因为浮置扩散节点被用电线并联地连接在一起，所以核(kernel)中的每个像素都增加电容。如本文中所定义的，“核”被定义为共享同一浮置扩散的像素的集合。增大浮置扩散的电容会减小给至源极跟随器放大器5的电压电荷转换比。增大浮置扩散的电容会增大电子读取噪声。增大电子读取噪声会缩小动态范围。然而，对于大多数应用而言，通过向共享式像素体系结构转变来增加光电二极管的面积的有益效果超过负面影响。
可以使用反馈来有效地减小浮置扩散的电容。如图3a中所示，示出了如图2中一样的共享式设计，只不过互连浮置扩散的浮置扩散线31在物理上在如图3b中所示的屏蔽线30之上。屏蔽线30被电连接到源极跟随器(SF)放大器5的输出端9。在未示出的另一配置中，与前述不同，屏蔽线被连接到行选择晶体管7的Vout 8。由于输出端9的信号以近于1的增益跟随浮置扩散19、20、21、22上的电压，所以屏蔽上的电压跟随浮置扩散上的电压。通过用被以Vout加偏压的屏蔽来屏蔽浮置扩散线31，减小了浮置扩散的互连的寄生电容，从而导致电压电荷转换比增大。
近来，有过通过在两个晶片之间堆叠具有电互连的两个或更多硅晶片来实现像素的3维集成的一阵风潮。在图4中图示该技术的一个实施例。该实施例与图2相同，不同的是光电二极管23a、23b、24a和24b及转移栅极25a、25b、26a和26b位于传感器晶片40上，并且其余晶体管被从传感器晶片(SW)40移至像素下面的电路晶片(CW)41上。光电二极管23a、23b、24a和24b被包含在由两个电介质层43和54界定的有源层(硅)42中。将晶体管移至CW 41上的有源层(硅)67会增大光电二极管(PD)的面积，从而增大PD的容量并因此增大动态范围。然而，该方法的消极方面之一是由于两个晶片之间的电互连55和电互连线52而存在较多的寄生浮置扩散电容。
图4中示出的3维方法的另一缺点是在浮置扩散线之间存在较多的交叉电容，这导致更多的电串扰。
因此，需要一种克服上述缺点的像素设计。
发明内容
本发明意在克服上文所述的问题中的一个或多个。简而言之，用金属屏蔽包围将传感器晶片上的浮置扩散与电路晶片上的晶体管互连的金属线。该金属屏蔽被连接到增益大于零的放大器。此放大器的输出跟随浮置扩散节点上的电压。这会减小浮置扩散电容。这种屏蔽还减少相邻浮置扩散之间的几乎所有不想要的电耦合，从而使电串扰最小化。
附图说明
通过参考以下结合附图进行的对本发明的详细说明，本发明的上述及其它目的、特征和优点将变得更加显而易见，在附图中：
图1示出现有技术的非共享式像素的电路图；
图2示出现有技术的4共享像素的电路图；
图3a示出现有技术的具有反馈以减小浮置扩散电容的4共享像素的电路图；
图3b是沿A-A的图3a的横截面图；
图4示出现有技术的使用具有电互连的晶片与晶片的堆叠制造的像素的横截面图；
图5示出本发明的第一实施例。导电屏蔽包围将两个晶片电互连的导线。由源极跟随器晶体管的输出端来驱动该屏蔽以减小浮置扩散电容；
图6是对应于图6的单个核的电路图；
图7示出本发明的第二实施例。用电压增益大于一的放大器来驱动屏蔽以进一步减小浮置扩散电容；
图8示出对应于图8的单个核的电路图；
图9示出使用电荷泵的屏蔽的电压放大的一个示例；
图10是用于对图11的电荷泵电路图中的开关晶体管进行时钟控制的时序的一个示例；以及
图11是用于举例说明普通消费者惯用的本发明的典型商用实施例的数字式照相机的图示。
具体实施方式
如图5和图6中所示，示出本发明的图像传感器39。图像传感器39包括传感器晶片40和电路晶片41。应注意的是为了图示的简单起见，图6仅示出两个感光区，优选地为光电二极管35和36以及一个转移栅极44和45。图5图示另一组这些部件以举例说明像素阵列在结构和功能两方面的重复性。传感器晶片40包括四个感光区35、36、37和38，优选地为光电二极管，每个光电二极管响应于入射光而收集电荷。传感器晶片40还包括分别与每个光电二极管35、36、37和38相关联的转移栅极44、45、46和47。转移栅极44和45选择性地并分别地使电荷从光电二极管35和36转移至电荷电压转换区49，其优选地为浮置扩散49。在针对光电二极管的性能最优化的过程中构建传感器晶片40。在传感器晶片40上形成的核仅包含对一个浮置扩散节点49进行馈电的光电二极管35和36、位于光电二极管35和36与所述一个浮置扩散节点49之间的转移栅极44和45、以及将光电二极管和浮置扩散与其它光电二极管37和38隔开的隔离物51(图5)。单个金属化层53提供与转移栅极44、45、46和47的连接。必要时，在传感器晶片40上可包括两个或更多金属层用于转移栅极的连接。
被减薄的传感器晶片40经由连接器56电连接到电路晶片41。连接传感器晶片40与电路晶片41之间的浮置扩散49、65的电互连68被金属屏蔽100包围。金属屏蔽100由每个金属层57至64中的金属段、以及电路晶片41上的金属层70至76之间的电互连组成。金属屏蔽100经由电连接器101电连接到源极跟随器放大器105的输出端109，从而减小浮置扩散的有效电容。金属屏蔽100的另一好处是其减少将浮置扩散49、65互连的电互连68的相邻导线之间的电容耦合，从而减少电串扰。
电路晶片41包括另一电荷电压转换区，优选地为浮置扩散65，其与浮置扩散49组合起来共同地将被传递至浮置扩散49的电荷转换成电压。电路晶片41上的源极跟随器放大器105放大在输出线108上输出的电压。电路晶片41还包括将浮置扩散65上的电压复位至预定电平的复位栅极104。电路晶片41还包括用于选择性地允许将源极跟随器105的输出端109与输出线108接通的行选择晶体管107。
对于上述实施例，核由两个光电二极管组成。然而，传感器晶片40上的核可以由仅仅一个光电二极管、或者两个或更多光电二极管组成。
大多数四晶体管(4T-像素)式设计使用类似于图1至图3中示出的的源极跟随器放大器来驱动列电路的大电容。然而，源极跟随器电路的电压放大系数小于一。图7和图8图示对施加于包围晶片与晶片的电互连68的金属屏蔽100的电压进行放大的第二实施例。这减小了浮置扩散49和65的有效电容。应注意的是该实施例与图7相同，只不过在金属屏蔽100与源极跟随器放大器105的输出端109之间附接电压放大器120。更具体而言，电压放大器120的输入端连接到源极跟随器放大器105的输出端109。或者，电压放大器120的输入端连接到行选择晶体管107的输出端(参见虚线)。到放大器120的输入电压需要与浮置扩散49和65上的电荷成正比。对于图8的电路图而言，浮置扩散49和65的有效电容是Cg+Cs*(1-Av)。其中，Cg是浮置节点49、65与地之间的总电容，Cs 110是电互连68与屏蔽100之间的电容。应注意，如果Av过大，则有效电容为负，且电路变得不稳定。
图9图示第三实施例。该实施例与图8相同，只不过电荷泵111、140、141、142、143(该电荷泵由部件111、140、141、142、143组成)代替了放大器120。电荷泵111、140、141、142、143与使用运算放大器的其它电路相比很小。这提供大于1的增益，并且不要求运算放大器。在图10中示出用于开关晶体管phi_1 141、phi_2 142和phi_3 143的时序。当电荷被转移至浮置扩散49和65时，phi_1 141和phi_3 143导通，而phi_2142截止。假设源极跟随器晶体管的增益是1，则来自源极跟随器放大器105的初始输出电压是QFD/CFD，其中，QFD是浮置扩散节点上的电荷，而CFD是不包括到屏蔽的电容的有效浮置扩散电容。接下来，使用电荷泵来增大屏蔽上的电压。首先使phi_1 141截止，然后使phi_3 143截止，然后使phi_2 142导通。来自源极跟随器的输出电压现在是(1+CSH*CS/((CSH+CS)*CFD))*QFD/CFD，其中，CSH 111是浮置扩散与屏蔽之间的寄生电容，而CSG是140。图10中，SHR和SHS表示采样-保持-复位和采样-保持-采样。
图11是可以与本发明的图像传感器39一起使用的成像系统的框图。成像系统1200包括数字照相电话1202和计算设备1204。数字照相电话1202是可以使用结合了本发明的图像传感器的图像拍摄设备的一个示例。也能够和本发明一起使用其它类型的图像拍摄设备，比如数字照相机和数字摄像机。
在根据本发明的一个实施例中，数字照相电话1202是便携的、手持的、电池供电的设备。数字照相电话1202产生存储在存储器1206中的数字图像，存储器1206可以是例如内部闪速EPROM(可擦可编程只读存储器)存储器或可卸载存储卡。或者可以使用比如磁性硬盘、磁带、或光盘等其它类型的数字图像存储介质来实现存储器1206。
数字照相电话1202使用透镜1201来使来自景物(未示出)的光聚焦到有源像素传感器1212的图像传感器39上。在根据本发明的一个实施例中，图像传感器39提供使用Bayer(拜耳)滤色器图案的彩色图像信息。图像传感器39由时序发生器1214来控制，时序发生器1214还控制闪光灯1216以便在环境照明低时对景物进行照明。
从图像传感器39输出的模拟输出信号被放大并被模数(A/D)转换器电路1218转换成数字数据。该数字数据被存储在缓冲存储器1220中，并随后由数字处理器1222进行处理。数字处理器1222由存储在固件存储器1224中的固件来控制，固件存储器1224可以是闪速EPROM存储器。数字处理器1222包括实时时钟1226，即使在数字照相电话1202和数字处理器1222处于低功率状态时实时时钟1226也保留日期和时间。处理后的数字图像文件被存储在存储器1206中。存储器1206还可以存储其它类型的数据，比如音乐文件(例如MP3(动态影像专家压缩标准音频层面3)文件)、铃声、电话号码、日历和待办事项列表等。
在根据本发明的一个实施例中，数字照相电话1202拍摄静止图像。数字处理器1222执行色彩内插，然后执行色彩及色调修正，以便产生渲染后的sRGB(标准红绿蓝)图像数据。然后，渲染后的sRGB图像数据被压缩并作为图像文件存储在存储器1206中。仅作为示例，例如可以按照JPEG(联合图像专家小组)格式来压缩图像数据，JPEG格式使用已知的“Exif”(“可交换图像文件”)图象格式。该格式包括存储使用各种TIFF(标签图像文件格式)标签的特定的图像元数据的Exif应用片段。单独的TIFF标签可被用来例如存储拍摄图片的日期和时间、透镜f值(f/number)及其它照相机设置，以及存储图像说明。
在根据本发明的一个实施例中，数字处理器1222产生由用户选择的不同的图像尺寸。一种这样的尺寸是低分辨率的“缩略图”尺寸图像。在共同受让的授予Kuchta等人的题为“Electronic Still Camera ProvidingMulti-Format Storage Of Full And Reduced Resolution Images”的美国专利号5164831中描述了生成缩略图尺寸的图像。该缩略图像被存储在RAM(随机存取存储器)存储器1228中并提供给彩色显示器1230，彩色显示器1230可例如是有源矩阵LCD(液晶显示器)或有机发光二极管(OLED)。生成缩略图尺寸的图像允许在彩色显示器1230上快速地查看所拍摄的图像。
在根据本发明的另一实施例中，数字照相电话1202还产生并存储视频剪辑。通过将图像传感器39的多个像素加在一起(例如将图像传感器39的每个4列×4行的区域内的同一颜色的像素相加)以创建低分辨率的视频图像帧来产生该视频剪辑。例如使用每秒15帧的读出速率来定期从图像传感器阵列1210读取视频图像帧。
音频编解码器1232被连接到数字处理器1222，并从麦克风(Mic)1234接收音频信号。音频编解码器1232还提供音频信号给扬声器1236。这些部件被用于电话交谈，和用于记录及重放伴随视频序列或静止图像的音轨。
在根据本发明的一个实施例中，扬声器1236还被用来告知用户打入的电话呼叫。这可以使用存储在固件存储器1224中的标准铃声或通过使用从移动电话网络1238下载并存储在存储器1206中的自定义铃声来完成。另外，可以使用振动设备(未示出)来提供对打入的电话呼叫的无声(例如听不见的)通知。
数字处理器1222被连接到无线调制解调器1240，这使得数字照相电话1202能够经由射频(RF)信道1242来发送和接收信息。无线调制解调器1240使用比如是3GSM(第三代全球移动通讯系统)网络的另一RF链路(未示出)来与移动电话网络1238进行通信。移动电话网络1238与存储从数字照相电话1202上传的数字图像的照片服务提供者1244进行通信。包括计算设备1204的其它设备经由互联网1246来访问这些图像。在根据本发明的一个实施例中，移动电话网络1238还连接到标准电话网络(未示出)，以便提供正常的电话服务。
图形用户界面(未示出)被显示在显示器1230上，并由用户控制机制1248来控制。在根据本发明的实施例中，用户控制机制1248包括拨电话号码的专用按钮(例如电话键盘)、设置模式(例如“电话”模式、“日历”模式、“照相机”模式)的控制机制、包括4向控制(上、下、左、右)和按钮中心“OK”的操纵杆控制器、或者“选择”开关。
底座(dock)1250对数字照相电话1202中的电池(未示出)进行充电。充电底座1250经由充电底座接口1252将数字照相电话1202连接到计算设备1204。在根据本发明的一个实施例中，充电底座接口1252被实现为有线接口，比如USB(通用串行总线)接口。或者，在根据本发明的其它实施例中，充电底座接口1252被实现为无线接口，比如蓝牙或IEEE 802.11b无线接口。充电底座接口1252被用来将图像从存储器1206下载到计算设备1204。充电底座接口1252还被用来将日历信息从计算设备1204传输到数字照相电话1202中的存储器1206。
已参考优选实施例描述了本发明。已描述了三个其它实施例。然而，应理解，在不偏离本发明的范围的情况下，本领域的普通技术人员可以实现变更和修改。
部件列表
1  光电二极管
2  转移栅极
3  浮置扩散
4  复位晶体管
5  源极跟随器放大器
7  行选择晶体管
8  输出线
9  输出端
11-14  光电二极管
15-18  转移栅极
19-22  浮置扩散
23a、23b、24a、24b  光电二极管
25a、25b、26a、26b  转移栅极
30  屏蔽线
31  扩散线
35-38  光电二极管/感光区
39  图像传感器
40  传感器晶片
41  电路晶片
42  有源层
43  电介质层
44-47  转移栅极
49  电荷电压转换区/浮置扩散
51  隔离物
52  电互连线
53  金属化
54  电介质层
55  电互连
56  连接器
57-64  金属层
65  浮置扩散/浮置节点
67  有源层
68  电互连
70-76  金属层
100    金属屏蔽
101    电连接器
104    复位栅极
105    源极跟随器放大器
107    行选择晶体管
108    输出线
109    源极跟随器放大器的输出端
110    电荷
111、140-143    电荷泵
120    电压放大器
1200   成像系统
1201   透镜
1202   数字照相电话
1204   计算设备
1206   存储器
1210   图像传感器阵列
1212   有源像素传感器
1214   时序发生器
1216   闪光灯
1218  A/D转换器电路
1220  缓冲存储器
1222  数字处理器
1224  固件存储器
1226  时钟
1228  RAM存储器
1230  彩色显示器
1232  音频编解码器
1234  麦克风
1236  扬声器
1238  移动电话网络
1240  无线调制解调器
1242  RF信道
1244  照片服务提供者
1246  互联网
1248  用户控制机制
1250  充电底座
1252  充电底座接口

Claims (10)

1.一种图像传感器，包括：
(a)第一晶片，所述第一晶片包括：
(i)感光区；
(ii)电荷电压转换区；
(b)第二晶片，所述第二晶片包括：
(i)第一放大器，其从所述电荷电压转换区接收信号；
(c)电互连，其将所述电荷电压转换区连接到所述放大器的输入端；
(d)被电偏压的屏蔽，其至少部分地包围所述电互连的至少一部分。
2.如权利要求1所述的图像传感器，其中，所述屏蔽上的电偏压是来自所述第一放大器的输出。
3.如权利要求2所述的图像传感器，还包括第二放大器，其中，所述第二放大器的输入是所述第一放大器的输出，且所述第二放大器的输出给所述屏蔽加偏压。
4.如权利要求3所述的图像传感器，其中，所述第二放大器是增益大于1的放大器。
5.如权利要求3所述的图像传感器，其中，所述第二放大器是电荷泵电路。
6.一种成像设备，包括：
图像传感器，所述图像传感器包括：
(a)第一晶片，所述第一晶片包括：
(i)感光区；
(ii)电荷电压转换区；
(b)第二晶片，所述第二晶片包括：
(i)第一放大器，其从所述电荷电压转换区接收信号；
(c)电互连，其将所述电荷电压转换区连接到所述放大器的输入端；
(d)被电偏压的屏蔽，其至少部分地包围所述电互连的至少一部分。
7.如权利要求6所述的成像设备，其中，所述屏蔽上的电偏压是来自所述第一放大器的输出。
8.如权利要求7所述的成像设备，还包括第二放大器，其中，所述第二放大器的输入是所述第一放大器的输出，且所述第二放大器的输出给所述屏蔽加偏压。
9.如权利要求8所述的成像设备，其中，所述第二放大器是增益大于1的放大器。
10.如权利要求8所述的成像设备，其中，所述第二放大器是电荷泵电路。
CN2009801316988A 2008-09-09 2009-09-04 用于3维合成像素的高增益读取电路 Active CN102124566B (zh)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US12/206,919 2008-09-09
US12/206,919 US7965329B2 (en) 2008-09-09 2008-09-09 High gain read circuit for 3D integrated pixel
PCT/US2009/004989 WO2010030329A1 (en) 2008-09-09 2009-09-04 High gain read circuit for 3d integrated pixel

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN102124566A CN102124566A (zh) 2011-07-13
CN102124566B true CN102124566B (zh) 2013-05-29

Family

ID=41347849

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN2009801316988A Active CN102124566B (zh) 2008-09-09 2009-09-04 用于3维合成像素的高增益读取电路

Country Status (7)

Country Link
US (1) US7965329B2 (zh)
EP (1) EP2324506B1 (zh)
JP (1) JP5507563B2 (zh)
KR (1) KR101568350B1 (zh)
CN (1) CN102124566B (zh)
TW (1) TWI507033B (zh)
WO (1) WO2010030329A1 (zh)

Families Citing this family (62)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP2154879A1 (en) * 2008-08-13 2010-02-17 Thomson Licensing CMOS image sensor with selectable hard-wired binning
US20100149379A1 (en) * 2008-12-16 2010-06-17 Summa Joseph R Image sensor with three-dimensional interconnect and ccd
US8913166B2 (en) * 2009-01-21 2014-12-16 Canon Kabushiki Kaisha Solid-state imaging apparatus
JP4835710B2 (ja) * 2009-03-17 2011-12-14 ソニー株式会社 固体撮像装置、固体撮像装置の製造方法、固体撮像装置の駆動方法、及び電子機器
JP5489570B2 (ja) * 2009-07-27 2014-05-14 キヤノン株式会社 光電変換装置及び撮像システム
JP5489705B2 (ja) * 2009-12-26 2014-05-14 キヤノン株式会社 固体撮像装置および撮像システム
US20110156197A1 (en) * 2009-12-31 2011-06-30 Tivarus Cristian A Interwafer interconnects for stacked CMOS image sensors
US9426390B2 (en) * 2010-03-04 2016-08-23 BAE Systems Imaging Solutions Inc. CMOS imaging array with improved noise characteristics
DE112011100842T5 (de) 2010-03-08 2013-01-17 Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. Halbleiterbauelement und Verfahren zu dessen Herstellung
JP5751766B2 (ja) * 2010-07-07 2015-07-22 キヤノン株式会社 固体撮像装置および撮像システム
JP5500007B2 (ja) * 2010-09-03 2014-05-21 ソニー株式会社 固体撮像素子およびカメラシステム
JP5570377B2 (ja) * 2010-09-30 2014-08-13 キヤノン株式会社 固体撮像装置
JP5716347B2 (ja) * 2010-10-21 2015-05-13 ソニー株式会社 固体撮像装置及び電子機器
DE102011101835A1 (de) * 2011-05-16 2012-11-22 Arnold & Richter Cine Technik Gmbh & Co. Betriebs Kg Bildsensor
FR2975529B1 (fr) 2011-05-20 2013-09-27 Soc Fr Detecteurs Infrarouges Sofradir Circuit de detection a faible flux et faible bruit
US8461660B2 (en) * 2011-09-30 2013-06-11 Omnivision Technologies, Inc. CMOS image sensor with reset shield line
US9190434B2 (en) * 2011-09-30 2015-11-17 Omnivision Technologies, Inc. CMOS image sensor with reset shield line
CN104041010B (zh) * 2011-12-27 2017-12-15 索尼半导体解决方案公司 成像元件、成像装置、电子装置和成像方法
US8957358B2 (en) 2012-04-27 2015-02-17 Taiwan Semiconductor Manufacturing Company, Ltd. CMOS image sensor chips with stacked scheme and methods for forming the same
US9153565B2 (en) 2012-06-01 2015-10-06 Taiwan Semiconductor Manufacturing Company, Ltd. Image sensors with a high fill-factor
US10090349B2 (en) * 2012-08-09 2018-10-02 Taiwan Semiconductor Manufacturing Company, Ltd. CMOS image sensor chips with stacked scheme and methods for forming the same
US8629524B2 (en) 2012-04-27 2014-01-14 Taiwan Semiconductor Manufacturing Company, Ltd. Apparatus for vertically integrated backside illuminated image sensors
US8766387B2 (en) * 2012-05-18 2014-07-01 Taiwan Semiconductor Manufacturing Company, Ltd. Vertically integrated image sensor chips and methods for forming the same
WO2014002367A1 (ja) * 2012-06-25 2014-01-03 パナソニック株式会社 固体撮像装置
WO2014002366A1 (ja) * 2012-06-27 2014-01-03 パナソニック株式会社 固体撮像装置
US8933544B2 (en) 2012-07-12 2015-01-13 Omnivision Technologies, Inc. Integrated circuit stack with integrated electromagnetic interference shielding
JP2014022561A (ja) * 2012-07-18 2014-02-03 Sony Corp 固体撮像装置、及び、電子機器
KR101933994B1 (ko) 2012-10-16 2018-12-31 삼성전자주식회사 깊이 영상과 컬러 영상을 획득하는 픽셀 구조를 가진 이미지 센서
CN104051487B (zh) * 2013-03-15 2017-04-12 台湾积体电路制造股份有限公司 成像传感器结构和方法
US9356061B2 (en) 2013-08-05 2016-05-31 Apple Inc. Image sensor with buried light shield and vertical gate
US20150091114A1 (en) * 2013-10-01 2015-04-02 Forza Silicon Corporation Elemental Stacked Image Sensor
US9654714B2 (en) * 2013-11-01 2017-05-16 Silicon Optronics, Inc. Shared pixel with fixed conversion gain
US20150123173A1 (en) * 2013-11-01 2015-05-07 Silicon Optronics, Inc. 3d stacked image sensor with pmos components
US20150122971A1 (en) * 2013-11-01 2015-05-07 Silicon Optronics, Inc. 3d stacked image sensor
JP2016042650A (ja) * 2014-08-18 2016-03-31 ソニー株式会社 半導体光検出装置、放射線計数装置、および、半導体光検出装置の制御方法
WO2016034983A1 (en) * 2014-09-02 2016-03-10 Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. Imaging device and electronic device
US9774801B2 (en) 2014-12-05 2017-09-26 Qualcomm Incorporated Solid state image sensor with enhanced charge capacity and dynamic range
US9560296B2 (en) 2014-12-05 2017-01-31 Qualcomm Incorporated Pixel readout architecture for full well capacity extension
KR102261268B1 (ko) 2014-12-29 2021-06-09 삼성전자주식회사 이미지 센서
CN104795418B (zh) * 2015-04-24 2018-09-18 上海珏芯光电科技有限公司 感光成像装置及其制造方法
US10014333B2 (en) * 2015-08-26 2018-07-03 Semiconductor Components Industries, Llc Back-side illuminated pixels with interconnect layers
US10566375B2 (en) * 2016-01-29 2020-02-18 Semiconductor Components Industries, Llc Stacked-die image sensors with shielding
JP2017168812A (ja) * 2016-03-10 2017-09-21 パナソニックＩｐマネジメント株式会社 撮像装置
US10269854B2 (en) * 2016-04-26 2019-04-23 Taiwan Semiconductor Manufacturing Co., Ltd. Rerouting method and a structure for stacked image sensors
US10062722B2 (en) * 2016-10-04 2018-08-28 Omnivision Technologies, Inc. Stacked image sensor with shield bumps between interconnects
US10855941B2 (en) 2016-12-09 2020-12-01 Sony Semiconductor Solutions Corporation Solid-state imaging element and electronic device
JP7055603B2 (ja) * 2017-04-11 2022-04-18 ソニーセミコンダクタソリューションズ株式会社 固体撮像装置、及び、電子機器
JP6949557B2 (ja) * 2017-05-25 2021-10-13 キヤノン株式会社 撮像装置、撮像システム、移動体
JP7452962B2 (ja) * 2018-11-16 2024-03-19 ソニーセミコンダクタソリューションズ株式会社 撮像装置
US11079282B2 (en) * 2018-11-28 2021-08-03 Semiconductor Components Industries, Llc Flexible interconnect sensing devices and related methods
JP2021005654A (ja) 2019-06-26 2021-01-14 ソニーセミコンダクタソリューションズ株式会社 撮像装置及び電子機器
TWI861140B (zh) * 2019-06-26 2024-11-11 日商索尼半導體解決方案公司 攝像裝置
US11438486B2 (en) 2019-08-26 2022-09-06 Qualcomm Incorporated 3D active depth sensing with laser pulse train bursts and a gated sensor
EP4068361A4 (en) * 2019-11-29 2022-12-28 Sony Semiconductor Solutions Corporation IMAGING DEVICE AND ELECTRONIC INSTRUMENT
DE102020111562A1 (de) * 2020-04-28 2021-10-28 Arnold & Richter Cine Technik Gmbh & Co. Betriebs Kg Bildsensor
CN112310135B (zh) * 2020-10-19 2024-02-06 锐芯微电子股份有限公司 传感器结构和传感器结构的形成方法
CN114690156B (zh) * 2020-12-31 2022-12-20 武汉市聚芯微电子有限责任公司 一种飞行时间传感单元、传感器及其解调方法
DE102021128022B3 (de) 2021-10-27 2023-02-02 Arnold & Richter Cine Technik Gmbh & Co. Betriebs Kg Bildsensor
JP2024171089A (ja) * 2023-05-29 2024-12-11 キヤノン株式会社 光電変換装置、光電変換システム、および移動体
US20240402006A1 (en) * 2023-06-02 2024-12-05 International Business Machines Corporation Flexible ultraviolet sensor
WO2025047397A1 (ja) * 2023-09-01 2025-03-06 ソニーセミコンダクタソリューションズ株式会社 光検出装置および電子機器
WO2025126676A1 (ja) * 2023-12-14 2025-06-19 ソニーセミコンダクタソリューションズ株式会社 固体撮像装置及び電子機器

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2004038810A2 (en) * 2002-10-25 2004-05-06 Goldpower Limited Circuit substrate and method

Family Cites Families (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5164831A (en) 1990-03-15 1992-11-17 Eastman Kodak Company Electronic still camera providing multi-format storage of full and reduced resolution images
GB2319394B (en) 1996-12-27 1998-10-28 Simage Oy Bump-bonded semiconductor imaging device
US6642081B1 (en) * 2002-04-11 2003-11-04 Robert Patti Interlocking conductor method for bonding wafers to produce stacked integrated circuits
KR100782463B1 (ko) 2005-04-13 2007-12-05 (주)실리콘화일 3차원 구조를 갖는 이미지 센서의 분리형 단위화소 및 그제조방법
FR2888989B1 (fr) * 2005-07-21 2008-06-06 St Microelectronics Sa Capteur d'images
JP2007184341A (ja) * 2006-01-05 2007-07-19 Yamaha Corp 半導体装置及び回路基板
JP4566929B2 (ja) * 2006-03-03 2010-10-20 富士通株式会社 撮像装置
KR100770690B1 (ko) * 2006-03-15 2007-10-29 삼성전기주식회사 카메라모듈 패키지
JP2008042825A (ja) * 2006-08-10 2008-02-21 Matsushita Electric Ind Co Ltd 固体撮像素子
US8049256B2 (en) * 2006-10-05 2011-11-01 Omnivision Technologies, Inc. Active pixel sensor having a sensor wafer connected to a support circuit wafer
KR100860466B1 (ko) * 2006-12-27 2008-09-25 동부일렉트로닉스 주식회사 씨모스 이미지센서 및 그 제조방법
JP2008171871A (ja) * 2007-01-09 2008-07-24 Hitachi Displays Ltd 高感度光センサ素子及びそれを用いた光センサ装置

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2004038810A2 (en) * 2002-10-25 2004-05-06 Goldpower Limited Circuit substrate and method

Also Published As

Publication number Publication date
JP5507563B2 (ja) 2014-05-28
TW201015991A (en) 2010-04-16
KR101568350B1 (ko) 2015-11-12
US7965329B2 (en) 2011-06-21
KR20110050670A (ko) 2011-05-16
EP2324506A1 (en) 2011-05-25
CN102124566A (zh) 2011-07-13
JP2012502469A (ja) 2012-01-26
US20100060764A1 (en) 2010-03-11
TWI507033B (zh) 2015-11-01
EP2324506B1 (en) 2013-05-08
WO2010030329A1 (en) 2010-03-18

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN102124566B (zh) 用于3维合成像素的高增益读取电路
CN101960596B (zh) 具有两个晶片的有源像素传感器
US8049256B2 (en) Active pixel sensor having a sensor wafer connected to a support circuit wafer
US9231011B2 (en) Stacked-chip imaging systems
KR102146231B1 (ko) 고체 촬상 소자 및 촬상 장치
US20120002092A1 (en) Low noise active pixel sensor
CN102017155B (zh) 从(ccd)移位寄存器排出剩余电荷
JP7160129B2 (ja) 撮像素子および撮像装置
WO2023105965A1 (ja) 固体撮像素子、及び撮像装置

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
ASS Succession or assignment of patent right

Owner name: OMNIVISION TECHNOLOGIES, INC.

Free format text: FORMER OWNER: EASTMAN KODAK COMPANY (US) 343 STATE STREET, ROCHESTER, NEW YORK

Effective date: 20111114

C41 Transfer of patent application or patent right or utility model
TA01 Transfer of patent application right

Effective date of registration: 20111114

Address after: California, USA

Applicant after: Omnivision Technologies, Inc.

Address before: American New York

Applicant before: Eastman Kodak Co.

C14 Grant of patent or utility model
GR01 Patent grant
CP01 Change in the name or title of a patent holder
CP01 Change in the name or title of a patent holder

Address after: California, USA

Patentee after: OmniVision Technologies, Inc.

Address before: California, USA

Patentee before: Omnivision Technologies, Inc.