[发明专利]底部芯片上具有光敏电路元件的堆叠芯片图像传感器

权利要求书

1.一种成像传感器系统，其包括：

第一晶片的第一半导体层；

互补金属氧化物半导体CMOS成像阵列，其形成于所述第一半导体层中，其中所述CMOS成像阵列包含N数目个像素，每一像素包含形成于所述第一半导体层的前侧中的光电二极管区，且其中所述光电二极管区经配置以接收来自所述第一半导体层的背侧的光；

第一金属堆叠，其安置在所述第一半导体层的所述前侧上；

第二晶片的第二半导体层；

第二金属堆叠，其安置在所述第二半导体层上，其中所述第一晶片在所述第一金属堆叠与所述第二金属堆叠之间的结合界面处结合到所述第二晶片；以及

存储装置，其形成于所述第二半导体层中且借助于所述第一和所述第二金属堆叠电耦合到所述CMOS成像阵列，其中所述存储装置包含至少N数目个存储单元，其中所述N数目个存储单元中的每一者经配置以存储表示由相应光电二极管区累积的图像电荷的信号，且其中所述N数目个存储单元中的每一者包含光敏电路元件。

2.根据权利要求1所述的成像传感器系统，其中所述光敏电路元件安置在所述第二半导体层中，在所述第一半导体层的所述背侧与所述光敏电路元件之间无光屏蔽件。

3.根据权利要求1所述的成像传感器系统，其中所述CMOS成像阵列的每一像素进一步包括形成于所述第一半导体层中的浮动扩散区，其中所述浮动扩散区选择性地耦合到相应光电二极管以用于将所述累积的图像电荷转换成电压信号。

4.根据权利要求3所述的成像传感器系统，其中每一光敏电路元件包括存储晶体管以存储表示所述图像电荷的所述信号。

5.根据权利要求3所述的成像传感器系统，其中每一光敏电路元件包括钉扎光电二极管以存储表示所述图像电荷的所述信号。

6.根据权利要求3所述的成像传感器系统，其中所述N数目个存储单元中的每一者包含存储电容器以存储表示所述图像电荷的所述信号，且其中每一光敏电路元件包括控制晶体管，所述控制晶体管耦合到相应存储电容器以控制所述所存储信号从所述存储电容器中的向外转移。

7.根据权利要求3所述的成像传感器系统，其中所述存储装置为存储单元的随机存取存储网络，其经配置以允许同时存储表示由每一光电二极管区累积的图像电荷的信号且允许随机存取每一所存储信号。

8.根据权利要求7所述的成像传感器系统，其中所述随机存取存储网络耦合到所述CMOS成像阵列的每一浮动扩散区，使得所述随机存取存储网络的每一存储单元经耦合以接收及存储从相应光电二极管区读出的所述图像电荷。

9.根据权利要求7所述的成像传感器系统，其中所述N数目个像素配置成列和行，所述CMOS成像阵列进一步包括多个列读出线以用于读出表示由同一列的光电二极管区累积的图像电荷的信号，其中所述随机存取存储网络耦合到所述多个列读出线中的每一者以接收及存储所述信号。

10.根据权利要求1所述的成像传感器系统，其中：

所述第一金属堆叠包含至少一第一金属层和至少一第一电介质层，

所述第二金属堆叠包含至少一第二金属层和至少一第二电介质层，且

所述结合界面包含所述第一电介质层与所述第二电介质层之间的界面。

11.一种集成电路系统，其包括：

第一晶片，其具有多个第一晶粒，每一第一晶粒包含：

互补金属氧化物半导体CMOS成像阵列，其形成于第一半导体层中，其中所述CMOS成像阵列包含N数目个像素，每一像素包含形成于所述第一半导体层的前侧中的光电二极管区，且其中所述光电二极管区经配置以接收来自所述第一半导体层的背侧的光；

第一金属堆叠，其安置在所述第一半导体层的所述前侧上；以及

第二晶片，其具有多个第二晶粒，每一第二晶粒包含：

第二金属堆叠，其安置在第二半导体层上，其中所述第一晶片在所述第一金属堆叠与所述第二金属堆叠之间的结合界面处结合到所述第二晶片；以及

存储装置，其形成于所述第二半导体层中且借助于所述第一和所述第二金属堆叠电耦合到所述CMOS成像阵列，其中所述存储装置包含至少N数目个存储单元，其中所述N数目个存储单元中的每一者经配置以存储表示由相应光电二极管区累积的图像电荷的信号，且其中所述N数目个存储单元中的每一者包含光敏电路元件。