[实用新型]堆叠芯片图像传感器和固态堆叠芯片图像传感器

说明书

本实用新型涉及堆叠芯片图像传感器和固态堆叠芯片图像传感器。本技术的各种实施方案可包括能够同时积聚电子和空穴的图像传感器。根据一个示例性实施方案，该图像传感器包括具有像素电路阵列的背照式混合键合堆叠芯片图像传感器，并且每个像素电路都包括在深沟槽隔离区中沿垂直方向取向的电荷存储电容器。该电子和空穴两者使用全局快门操作来积聚(收集)，并且该电荷存储电容器用于存储由该空穴生成的信号。

技术领域

本实用新型涉及堆叠芯片图像传感器和固态堆叠芯片图像传感器。

背景技术

电子设备，诸如移动电话、相机和计算机，通常使用图像传感器通过感测光来捕获图像。典型的成像器传感器包括像素的焦平面阵列，并且每个像素包括用于在衬底的一部分中聚积光生电荷的光电传感器，诸如光电门、光电导体或光电二极管。当光子投射在光电传感器上时，生成电子-空穴对。常规图像传感器将在像素内积聚(收集)的电子转换成电压，而空穴通常被丢弃到衬底中。

在完成积聚周期之后，收集到的电子电荷被转换成电压，该电压被提供给图像传感器的输出端子。在CMOS图像传感器中，电荷到电压的转换直接在像素本身中完成，并且模拟像素电压通过各种像素寻址和扫描方案被转移到输出端子。模拟信号还可在到达芯片输出之前在芯片上被转换成数字等同物。

像素利用缓冲放大器，通常为源极跟随器(SF)晶体管，以驱动通过合适的寻址晶体管连接到像素的感测线。在电荷到电压的转换完成并且所得信号从像素被转移出去之后，像素被复位以便准备聚积新的电荷。在利用浮动扩散(FD)节点作为电荷检测节点的像素中，复位通过导通复位晶体管来实现，该复位晶体管将FD节点导电地连接到电压参考，该电压参考通常为像素SF漏极节点。此步骤删除收集到的电荷；然而，这生成kTC复位噪声。该kTC复位噪声通常通过相关双采样(CDS)信号处理技术从信号移除，以便实现所需的低噪声性能。

利用CDS概念的典型CMOS图像传感器通常在像素中需要三个晶体管(3T)或四个晶体管(4T)，其中一个用作电荷转移晶体管。然而，难以使其适应高动态范围(HDR)操作，其中必须将大量电荷存储在像素中。解决该问题的常规方法包括：向一组像素中的一些传感器行或像素分配较短的积聚时间；使用对数电荷到电压转换特性；以及将电荷存储电容器并入像素中。然而，这些常规方法并不理想，因为一者或多者可导致牺牲低光度分辨率，较短的积聚时间可导致错过一些短脉冲持续时间光源的检测；对数电荷到电压转换可导致更高的信号噪声；并且/或者由于具有占据像素中较大面积的元件，因此增加了芯片的整体尺寸。

实用新型内容

本实用新型涉及堆叠芯片图像传感器和固态堆叠芯片图像传感器。

本实用新型解决的技术问题是：传统的高动态范围图像传感器可能具有高的信号噪声、漏检短的脉冲光源、具有不良的低光度分辨率并且在芯片上占据了大的面积。

本技术的各种实施方案可包括能够同时积聚电子和空穴的图像传感器。根据一个示例性实施方案，图像传感器包括背照式混合键合堆叠芯片图像传感器，该图像传感器包括像素电路阵列，并且每个像素电路都包括在深沟槽隔离区中沿垂直方向取向的电荷存储电容器。电子和空穴两者都使用全局快门操作来积聚(收集)，并且电荷存储电容器用于存储由空穴生成的信号。

根据一个方面，堆叠芯片图像传感器包括：像素阵列，其中每个像素形成在第一芯片和第二芯片上并包括：光电探测器，该光电探测器被配置成同时生成电子电荷和空穴电荷；电荷转移设备，该电荷转移设备包括：源极端子，该源极端子连接到光电探测器的阴极；漏极端子，该漏极端子连接到供电电压；以及栅极端子，该栅极端子被配置成接收第一信号；电容器，该电容器被配置成检测空穴电荷并且包括：第一电极，该第一电极连接到光电探测器的阳极；以及第二电极，该第二电极连接到地电位；浮体节点，该浮体节点设置在光电探测器和电容器之间；以及读出电路，该读出电路连接到电容器。

在上述堆叠芯片图像传感器的一个实施方案中，电荷转移设备控制电子电荷从光电探测器到电荷转移设备的漏极端子的转移。