[发明专利]具有共享扩散区域的堆叠式图像传感器

说明书

技术领域

本发明总体上涉及用于数字照相机及其它图像捕获装置内的电子图像传感器，且更具体地涉及包括以堆叠方式布置的传感器晶片及电路晶片的图像传感器。

背景技术

典型的电子图像传感器包括布置成二维阵列的多个光敏图像元件(“像素”)。这样的图像传感器可被配置为通过在像素上形成滤色器阵列(CFA)来产生彩色图像。一种常用类型的CFA图案是在题为“ColorImaging Array”的美国专利第3,971,065号中公开的拜耳(Bayer)图案，在此通过引用将该专利并入。拜耳CFA图案为每一像素提供对可见光谱的三个指定部分之一表现出突出灵敏度的色彩光响应。三个指定部分可以是例如红色、绿色及蓝色或者青色、品红色及黄色。通常给定CFA图案特征是用作图案的基本构造块的、连续像素的子阵列形式的最小重复单元。最小重复单元的多个复本被并置在一起从而形成完整的图案。

使用具有拜耳CFA图案的图像传感器捕获的图像在每一像素处仅具有一个色彩值。所以，为了产生全色彩图像，从附近像素的色彩值内插位于每一像素处的遗失色彩值。许多此类内插技术在本领域中是熟知的。例如，参见题为“Adaptive Color Plane Interpolation in Single SensorColor Electronic Camera”的美国专利第5,652,621号，在此通过引用将该专利并入。

熟知的是，将给定图像传感器形成为所谓的堆叠式图像传感器。在此类型的典型布置中，像素阵列的光电二极管或其它光敏元件形成于第一半导体晶粒(die)或层内，同时用于处理来自光敏元件的信号的相关联电路形成于位于第一半导体晶粒或层之下的第二半导体晶粒或层内。这些第一及第二半导体晶粒或层是本文中更一般地分别称为传感器晶片及电路晶片的东西的示例。

传统堆叠式图像传感器中出现的问题是关于其中将传感器晶片内的光敏元件与电路晶片内的相关联电路互连的方式。典型的传统方法一般提倡以每像素为基础形成此类互连，即针对每一像素提供单独的晶片间互连。清楚的是，此方法可显著增加堆叠式图像传感器的成本及复杂性。其对传感器性能也可能具有不利影响。

因此，存在对于克服传统实践的上述缺点的改进的堆叠式图像传感器的需要。

发明内容

本发明的说明性实施例提供堆叠式图像传感器，在该堆叠式图像传感器中共享扩散区域被布置于通常将包括光敏元件的指定阵列位置内。本发明的技术一般涉及从这些指定阵列位置舍弃光敏元件，并且代替地利用所述位置促进被阵列的相邻位置处的多个光敏元件共享的扩散区域的形成。

根据本发明的一方面，一种图像传感器包括传感器晶片及下面的电路晶片。传感器晶片包括多个光电二极管或其它光敏元件，所述多个光电二极管或其它光敏元件布置于二维位置阵列的相应位置内，其中阵列位置的子集不包括光敏元件，而是包括扩散区域，这些扩散区域的每一个被所述光敏元件中的两个或两个以上所共享。扩散区域可以是例如浮动扩散区域。利用耦合至不包括光敏元件的相应阵列位置处的相应共享扩散区域的多个晶片间互连将传感器晶片与电路晶片互连。

二维阵列可包括多个位置的重复群组，且给定的此类群组包括多个位置，所述多个位置包括布置于不包括光敏元件的中心舍弃像素位置周围的光敏元件。所述共享扩散区域中的给定扩散区域被布置于给定群组的中心位置处并且被布置于该中心位置周围的位置的至少子集内的光敏元件共享。共享所述共享扩散区域中的给定共享扩散区域的光敏元件中的每一个可以经由传感器晶片的对应传输栅极耦合至该共享扩散区域。

在说明性实施例之一中，位置阵列包括位置的列及行的矩形阵列。例如，给定群组可包括四个位置，所述四个位置包括光敏元件并且被布置于不包括光敏元件而是包括所述共享扩散区域之一的单一中心舍弃像素位置周围。包括光敏元件的四个位置处的光敏元件可以是根据图像传感器的CFA图案的全色元件，或者可包括CFA图案的两个不同色彩的相同色彩对。作为另一示例，给定群组可包括六个位置，所述六个位置包括光敏元件并且被布置于不包括光敏元件而是包括所述共享扩散区域之一的单一中心舍弃像素位置周围。

本发明的其它实施例不需要包括矩形阵列，而是可包括其它形状的阵列，诸如六边形阵列。例如，在六边形阵列的情形下上面提到的给定群组也可以包括六个位置，所述六个位置包括光敏元件并且被布置于不包括光敏元件而是包括所述共享扩散区域之一的单一中心舍弃像素位置周围。然而，在此情形中，包括光敏元件的六个位置中的两个相邻位置处的光敏元件是相同色彩元件，而六个位置中剩余的位置是全色元件。