具有三維結(jié)構(gòu)的圖像傳感器的分離式單位像素的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及圖像傳感器的分離式單位像素，更加具體地，涉及圖像傳感器的分離式單位像素，其將比供應(yīng)至形成于第二晶片上的元件的接地電壓更低的電壓施加至形成于第一晶片上的光電二極管的正區(qū)域，從而使得電荷傳輸效率最大化。
【背景技術(shù)】
[0002]安裝在每個(gè)像素中的圖像傳感器電路基本上包括光電二極管、傳輸晶體管、源極跟隨器晶體管、選擇晶體管以及復(fù)位晶體管。所述傳輸晶體管將通過光電二極管產(chǎn)生的電荷傳輸至浮動擴(kuò)散區(qū)，所述源極跟隨器晶體管產(chǎn)生與傳輸?shù)碾姾上鄳?yīng)的轉(zhuǎn)換電壓，所述選擇晶體管輸出所述轉(zhuǎn)換電壓，以及所述復(fù)位晶體管重置所述浮動擴(kuò)散區(qū)。
[0003]為了在預(yù)定區(qū)域中實(shí)現(xiàn)更多像素，分配給單位像素的區(qū)域不可避免地減少。然而，如上所述，單位像素需包括在其上形成的多個(gè)晶體管和光電二極管。因此，分配給用于接收光的光電二極管的區(qū)域受到多個(gè)晶體管占用的區(qū)域的限制。為了克服該缺點(diǎn)，下列方法被提出:用于傳輸通過光電二極管產(chǎn)生的電荷的傳輸晶體管和光電二極管形成在一個(gè)晶片上，以及其它晶體管形成在另一晶片上。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]技術(shù)問題
[0005]不同實(shí)施例用于指示具有3D結(jié)構(gòu)的圖像傳感器的分離式單位像素，其能夠使得通過光電二極管產(chǎn)生的電荷傳輸至浮動擴(kuò)散區(qū)的效率最大化。
[0006]技術(shù)方案
[0007]在一實(shí)施例中，提供了一種圖像傳感器的分離式單位像素，其產(chǎn)生與入射光相應(yīng)的轉(zhuǎn)換電壓。所述分離式單位像素包括:第一晶片，其包括配置為產(chǎn)生與入射光相應(yīng)的電荷的光電二極管、第一焊盤、以及配置為響應(yīng)于傳輸控制信號而將通過所述光電二極管產(chǎn)生的電荷傳輸至所述第一焊盤的傳輸晶體管；以及第二晶片，其包括第二焊盤、配置為產(chǎn)生與傳輸至所述第二焊盤的電荷相應(yīng)的轉(zhuǎn)換電壓的源極跟隨器晶體管、以及配置為響應(yīng)于復(fù)位控制信號而共同復(fù)位所述第二焊盤以及所述源極跟隨器晶體管的柵極的復(fù)位晶體管。所述光電二極管具有1接地電壓施加至其的正區(qū)域，所述N_接地電壓具有比所述第二晶片中使用的接地電壓更低的電壓水平。
[0008]在一實(shí)施例中，提供了一種圖像傳感器的分離式單位像素，其產(chǎn)生與入射光相應(yīng)的轉(zhuǎn)換電壓。所述分離式單位像素包括:第一晶片，其包括配置為產(chǎn)生與入射光相應(yīng)的電荷的光電二極管、第一焊盤、配置為響應(yīng)于傳輸控制信號而將通過所述光電二極管產(chǎn)生的所述電荷傳輸至所述第一焊盤的傳輸晶體管、以及配置為響應(yīng)于復(fù)位控制信號而復(fù)位所述第一焊盤和所述傳輸晶體管的共同電極的復(fù)位晶體管；以及第二晶片，其包括第二焊盤以及配置為產(chǎn)生與傳輸至所述第二焊盤的電荷相應(yīng)的轉(zhuǎn)換電壓的源極跟隨器晶體管。所述光電二極管具有N_接地電壓施加至其的正區(qū)域，所述【接地電壓具有比所述第二晶片中使用的接地電壓更低的電壓水平。
[0009]在一實(shí)施例中，提供了一種圖像傳感器的分離式單位像素，其產(chǎn)生與入射光相應(yīng)的轉(zhuǎn)換電壓。所述分離式單位像素包括:第一晶片，其包括第一焊盤、配置為產(chǎn)生與入射光相應(yīng)的電荷的第一光電二極管、配置為響應(yīng)于第一傳輸控制信號而將通過所述第一光電二極管產(chǎn)生的電荷傳輸至所述第一焊盤的第一傳輸晶體管、配置為產(chǎn)生與入射光相應(yīng)的電荷的第二光電二極管、以及配置為響應(yīng)于第二傳輸控制信號而將通過所述第二光電二極管產(chǎn)生的電荷傳輸至所述第一焊盤的第二傳輸晶體管；第二晶片，其包括第二焊盤、配置為產(chǎn)生與傳輸至所述第二焊盤的電荷相應(yīng)的轉(zhuǎn)換電壓的源極跟隨器晶體管、以及配置為響應(yīng)于復(fù)位控制信號而對所述第二焊盤以及所述源極跟隨器晶體管的柵極共同復(fù)位的復(fù)位晶體管。第一光電二極管和第二光電二極管中的每個(gè)都可以具有N_接地電壓施加至其的正區(qū)域，所述N_接地電壓具有比所述第二晶片中使用的接地電壓更低的電壓水平。
[0010]有益技術(shù)效果
[0011]根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的具有3D結(jié)構(gòu)的圖像傳感器的分離式單位像素可有效地將通過光電二極管產(chǎn)生的電荷傳輸至浮動擴(kuò)散區(qū)，并且使得供應(yīng)至復(fù)位晶體管的電壓源的水平多樣化，從而有效地復(fù)位浮動擴(kuò)散區(qū)。
【附圖說明】
[0012]圖1說明了根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的具有3D結(jié)構(gòu)的圖像傳感器的分離式單位像素。
[0013]圖2說明了根據(jù)本發(fā)明第二實(shí)施例的具有3D結(jié)構(gòu)的圖像傳感器的分離式單位像素。
[0014]圖3說明了根據(jù)本發(fā)明第三實(shí)施例的具有3D結(jié)構(gòu)的圖像傳感器的分離式單位像素。
[0015]圖4說明了根據(jù)本發(fā)明第四實(shí)施例的具有3D結(jié)構(gòu)的圖像傳感器的分離式單位像素。
[0016]圖5說明了根據(jù)本發(fā)明第五實(shí)施例的具有3D結(jié)構(gòu)的圖像傳感器的分離式單位像素。
[0017]圖6說明了根據(jù)本發(fā)明第六實(shí)施例的具有3D結(jié)構(gòu)的圖像傳感器的分離式單位像素。
具體實(shí)施例
[0018]在下文中，將會參照附圖對本發(fā)明的實(shí)施例進(jìn)行更加詳細(xì)的描述。在本發(fā)明以及本發(fā)明的不同附圖和實(shí)施例中，同樣的附圖標(biāo)記對應(yīng)相同的部件。
[0019]圖1說明了根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的具有三維(3D)結(jié)構(gòu)的圖像傳感器的分離式單位像素。
[0020]參照圖1，形成根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的具有3D結(jié)構(gòu)的圖像傳感器的分離式單位像素100的多個(gè)部件可被劃分并形成在兩個(gè)晶片110和120上。
[0021]第一晶片110可包括光電二極管ro以及在其上集成的傳輸晶體管M1，以及第二晶片120可包括復(fù)位晶體管M2以及在其上集成的源極跟隨器晶體管M3。
[0022]光電二極管ro可具有N_接地電壓N_GND施加至其的正區(qū)域，N_接地電壓N_GND具有比在第二晶片120中使用的接地電壓GND更低的電壓水平。所述傳輸晶體管Ml可具有與所述光電二極管H)的負(fù)區(qū)域相耦合的一個(gè)電極、與第一焊盤Pl相耦合的其它電極、以及配置為接收傳輸控制信號Tx的柵極。
[0023]復(fù)位晶體管M2可具有與供電電壓VDD以及具有與所述供電電壓VDD不同電壓水平的第二供電電壓VDD_A2—相耦合的一個(gè)電極、與第二焊盤P2以及源極跟隨器晶體管M3的柵極共同耦合的其它電極、以及配置為接收復(fù)位控制信號Re的柵極。所述源極跟隨器晶體管M3可具有與供電電壓VDD相耦合的一個(gè)電極以及與第二焊盤P2相耦合的柵極。
[0024]浮動擴(kuò)散區(qū)可包括所述復(fù)位晶體管M2以及所述傳輸晶體管Ml的擴(kuò)散區(qū)域以及所述源極跟隨器晶體管M3的柵極區(qū)域。在本實(shí)施例中，第一焊盤Pl和第二焊盤P2可被包含在所述浮動擴(kuò)散區(qū)中。
[0025]按照慣例，光電二極管H)的正極通常使用在第二晶片120中使用的接地電壓GND。然而，在本實(shí)施例中，光電二極管ro的正極可使用具有比在第二晶片120中使用的接地電壓GND更低電壓水平的N_接地電壓N_GND，從而增加了光電二極管H)的正區(qū)域與負(fù)區(qū)域之間的電壓差。通過光電二極管ro產(chǎn)生的電荷可根據(jù)光電二極管ro上入射的光的強(qiáng)度而被確定。由于光電二極管ro的兩個(gè)區(qū)域之間的電壓差增加，通過光電二極管產(chǎn)生的電荷可被有效地傳輸至浮動擴(kuò)散區(qū)。
[0026]進(jìn)一步地，應(yīng)用至復(fù)位晶體管R2的一個(gè)電極的復(fù)位電壓實(shí)際上本身能夠用作供電電壓VDD，但是具有與供電電壓VDD不同電壓水平的第二供電電壓VDD_A可被選擇地使用。由于通過調(diào)整第二供電電壓VDD_A的電壓水平，能夠控制浮動擴(kuò)散區(qū)的復(fù)位電壓水平，將通過光電二極管H)產(chǎn)生的電荷傳輸至浮動擴(kuò)散區(qū)的傳輸效率能夠被改善。該配置將會以同樣的方式應(yīng)用至隨后的實(shí)施例。
[0027]圖2說明了根據(jù)本發(fā)明第二實(shí)施例的具有3D結(jié)構(gòu)的圖像傳感器的分離式單位像素。
[0028]參照圖2，與圖1的第一實(shí)施例的配置100相比，根據(jù)本發(fā)明第二實(shí)施例的圖像傳感器的分離式單位像素可額外地包括形成在第二晶片220上的選擇晶體管M4。選擇晶體管M4響應(yīng)選擇控制信號Sx，可將與其一個(gè)電極相耦合的源極跟隨器晶體管M3的轉(zhuǎn)換電壓P_out切換至其另一電極。
[0029]圖3說明了根據(jù)本發(fā)明第三實(shí)施例的具有3D結(jié)構(gòu)的圖像傳感器的分離式單位像素。
[0030]參照圖3，形成根據(jù)本發(fā)明第三實(shí)施例的具有3D結(jié)構(gòu)的圖像傳感器的分離式單位像素300的多個(gè)部件可被劃分并形成在兩個(gè)晶片310和320上。
[0031]第一晶片310可包括光電二極管PD、傳輸晶體管M1、以及在其上集成的復(fù)位晶體管M2，并且第二晶片120可包括集成在其中的源極跟隨器晶體管M3。
[0032]光電二極管ro可具有N_節(jié)點(diǎn)電壓N_GND施加至其的正區(qū)域，N_接地電壓N_GND具有比在第二晶片320中使用的接地電壓GND更低的電壓水平。所述傳輸晶體管Ml可具有與所述光電二極管ro的負(fù)區(qū)域相連接的一個(gè)電極、與第一焊盤Pi相連接的另一電極、以及配置為接收傳輸控制信號Tx的柵極。復(fù)位晶體管M2可具有與供電電壓VDD以及具有與所述供電電壓VDD不同電壓水平的第二供電電壓VDD_A2—相耦合的一個(gè)電極、與第一焊盤Pl和傳輸晶體管Ml的共同電極相耦合的另一電極，以及配置為接收復(fù)位控制信號Re的柵極。
[0033]源極跟隨器晶體管M3可具有與供電電壓VDD相耦合的一個(gè)電極、配置為輸出轉(zhuǎn)換電壓P_out的另一電極、以及與第二焊盤P2相連的柵極。
[0034]在圖3中所示的第三實(shí)施例中，復(fù)位晶體管M2可集成在第一晶片310、410上，而在第一實(shí)施例100或者第二實(shí)施例200中，復(fù)位晶體管M2集成在第二晶片120或者220上。
[0035]圖4明了根據(jù)本發(fā)明第四實(shí)施例的具有3D結(jié)構(gòu)的圖像傳感器