[发明专利]层叠式CMOS图像传感器

说明书

技术领域

本发明涉及一种CMOS图像传感器，特别是涉及一种层叠式CMOS图像传感器，属于半导体技术领域。

背景技术

众所周知，图像传感器是一种能将光学图像转换成电信号的半导体器件。图像传感器大体上可以分为电荷耦合元件(CCD)和互补金属氧化物半导体(CMOS)图像传感器。

CMOS图像传感器一般由感光元件和CMOS信号处理电路构成。目前常见的CMOS图像传感器是有源像素型图像传感器(APS)，根据其包括的晶体管的数目主要划分为包括复位晶体管(Reset Transistor，RST)、源跟随晶体管(Source Follower Transistor，SF)和行选择晶体管(Row Select，RS)的三管图像传感器(3T型)和包括复位晶体管(RST)、源跟随晶体管(SF)、行选择晶体管(RS)和转移晶体管(Transfer Transistor，TX)的四管图像传感器(4T型)两大类。

一方面，现有的CMOS图像传感器检测可见光时，通常先使用红、绿、蓝三种颜色的滤光片阻挡其他光线通过，再通过图像传感器(通常为光电二极管或者CCD)检测相应颜色的光。这种被广泛用于检测自然光的带有红、绿、蓝三种颜色滤光片的图像传感器至少存在以下缺点：首先，由于一个像素点是由三个或更多个图像传感器组成，造成图像传感器面积较大，因而不可避免的会导致图像质量变差；其次，滤光片本身的性能会随着温度的变化和时间的推移而改变，进而影响成像的质量；最后，由于要使用滤光片，因此导致成本的增加。尽管目前的棱镜分光3CCD技术可以解决上述问题，但其带来的成本的增加也是相当巨大的。

另一方面，现有的CMOS图像传感器对于紫外光、可见光、红外光的检测通常都是分别进行的，并没有一种可以同时检测几种不同波段光的图像传感器。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种层叠式CMOS图像传感器，用于解决现有技术中检测自然光的图像传感器使用滤光片引起的图像传感器面积较大和滤光片本身的性能变化导致图像质量变差、以及增加图像传感器成本的问题，还用于解决现有技术中需要使用不同的图像传感器来实现紫外光、可见光、红外光检测的问题。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种层叠式CMOS图像传感器，至少包括：

衬底层，至少包括位于其中的列总线、放大器、用以提供恒定电流的电流源单元、及用以图像处理的图像处理单元，其中，所述图像处理单元至少包括时钟和控制电路，行、列、层解码电路，采样保持电路，模数转换器，图像处理器；所述放大器和电流源单元均与列总线相连；

感光叠层，层叠覆盖所述衬底层表面，用以同时吸收不同波段的光，至少包括层叠覆盖在所述衬底层上的用于吸收各该不同波段光的多个感光层，且各该感光层中至少包括一个开关元件以及与其相连接的一个感光元件；

像素读出单元，位于衬底层中或位于所述感光叠层中的至少一个感光层中，至少包括连接所述感光层的复位晶体管、连接所述复位晶体管及感光层的源跟随晶体管，以及连接所述源跟随晶体管的行选择晶体管。

可选地，所述感光叠层至少包括层叠覆盖在所述衬底层上的用于吸收第一波段光的第一感光层、及层叠在所述第一感光层上的用于吸收第二波段光的第二感光层。

可选地，所述感光叠层还包括层叠在所述第二感光层上的用于吸收第三波段光的第三感光层。

可选地，所述第一感光层中通过对锗进行掺杂形成用以吸收红外光的锗材料感光元件，所述第二感光层中通过对硅进行掺杂形成用以吸收可见光的硅材料感光元件，所述第三感光层中通过对碳化硅进行掺杂形成用以吸收紫外光的碳化硅材料感光元件。

可选地，各该感光层的材料为禁带宽度与所需吸收的光子能量相匹配半导体材料，分别选自碳化硅、硅、锗、或锗硅，或分别选自经掺杂的碳化硅、硅、锗、或锗硅。

可选地，所述感光叠层中的各该感光层为同种半导体材料。

可选地，所述的衬底层与感光叠层之间具有绝缘层、或/及所述感光叠层中各感光层之间具有绝缘层。

可选地，所述感光叠层中的感光层为由多个感光子层组成的复合感光层。

可选地，各该感光子层之间具有绝缘层。

可选地，所述感光叠层的各该感光元件为PN结光电二极管、针扎式光电二极管、或光电门中的至少一种。