[发明专利]一种堆叠式图像传感器

说明书

本发明提供了一种堆叠式图像传感器，通过堆叠技术将由上硅片和下硅片组成，其中上硅片为感光传感器阵列，下硅片为读出电路与输出接口，上下硅片通过绑定线相连接。堆叠式图像传感器的下硅片为读出电路与输出接口。整个堆叠式图像传感器的读出电路和输出接口电路包括数模转换器、模数转换器、放大器、行列控制器、数字算法、高速数据接口、带隙基准等都包含在下硅片中。通过采用堆叠式图像传感器，将高读出电路与高速输出电路转移至堆叠式传感器下硅片中，从而有效减小了上硅片中的非像素阵列区的面积。通过堆叠式图像传感器可以提高单一硅片感光填充率，实现了传感器芯片的低噪声与低功耗，大幅提高了感光传感器像素阵列的填充系数。

技术领域

本发明涉及半导体技术领域，具体涉及一种堆叠式图像传感器。

背景技术

图像传感器是组成数字摄像头的重要组成部分。根据元件的不同，可分为CCD(Charge Coupled Device，电荷耦合元件)和CMOS(Complementary Metal-OxideSemiconductor，金属氧化物半导体元件)两大类。CMOS传感器获得广泛应用的一个前提是其所拥有的较高灵敏度、较短曝光时间和日渐缩小的像素尺寸。

传统的CMOS图像传感器采用的前感光式(FSI，Front Side Illumination)技术，即前照技术。前照技术的主要特点是在硅片正面按顺序制作感光二极管、金属互联以及光管孔(Light Pipe)，其优点是：工艺简单，与CMOS工艺完全兼容；成本较低；Light pipe填充材料折射率可调；有利于提高入射光的透射率，减少串扰等。随着像素尺寸的变小，提高填充因子所来越困难，目前另一种技术是从传统的前感光式变为背部感光式(BSI，Back SideIllumination)，即背照技术。背照技术的主要特点是首先在硅片正面按顺序制作感光二极管、金属互联，然后对硅片背面进行减薄(通常需要减薄至20um以下)，并通过对于背部感光式CMOS传感器最重要的硅通孔技术(TSV，Through-Silicon-Via)将感光二极管进行互联引出。硅通孔技术是通过在芯片和芯片之间、晶圆和晶圆之间制作垂直导通，实现芯片之间互连的最新技术。由于互联电路置于背部，前部全部留给光电二极管，这样就实现了尽可能大的填充因子。硅通孔技术的优点是照射到感光二极管的入射光不受金属互连影响，灵敏度较高，填充因子较高。

传统的CMOS图像传感器采用的前感光式(FSI，Front Side Illumination)技术，即前照技术。前照技术的主要特点是在硅片正面按顺序制作感光二极管、金属互联以及光管孔(Light Pipe)，如图1所示。其优点是：工艺简单，与CMOS工艺完全兼容；成本较低；Light pipe填充材料折射率可调；有利于提高入射光的透射率，减少串扰等。前照技术是一种与CMOS标准工艺兼容的技术，广泛应用于各种(尤其是大像素)CMOS图像传感器芯片的制作。然而，由于光线首先需要经过上层的金属互联才能照射到下方的感光二极管，因此前照技术的填充因子和灵敏度通常较低。

为了实现更高的集成度，现在一个新的技术应运而生，即堆叠式图像传感器，通常的堆叠式图像传感器有上下两部分组成，上部分为BSI硅片，下部分为传统硅片，由于上部分用于感光，所以，下部分的硅片将会集成更多的电路模块，也就是下部分的硅片的集成度相对于传统硅片的集成度大大提高；因此，如何对下部分硅片的电路模块进行合理架构，使得下部分硅片的电路有效快速运行，是十分重要的。

发明内容

为了克服以上问题，本发明提供了一种堆叠式图像传感器，采用了相互堆叠的上硅片和下硅片，通过对下硅片的电路模块进行合理架构，提高下硅片的电路模块的运行速度。

为了达到上述目的，本发明提供了一种堆叠式图像传感器，包括相互堆叠的上硅片和下硅片；

所述上硅片具有感光传感器像素阵列和位于所述上硅片边缘的上引出极区；所述感光传感器像素阵列用于探测图像信号；