[发明专利]具有像素级互连部的堆叠式光电传感器组件

说明书

实施例涉及堆叠式光电传感器组件，其中两个衬底垂直地堆叠。这两个衬底由像素级互连部进行连接以将信号从第一衬底处的光电二极管提供到第二衬底上的电路。第二衬底上的电路执行按常规在第一衬底上执行的操作。通过堆叠第一衬底和第二衬底，可以使光电传感器组件变得更加紧凑，同时增加或至少保持光电传感器组件的光电二极管填充因子。

背景

本公开总体上涉及光传感器，且更具体地涉及用于机器视觉的背面照明光传感器。

光传感器是将光转换成电信号的电子探测器。在摄影术中，快门是允许光在一段所确定的时间期间通过的设备，将光传感器暴露于光，以便捕获场景的图像。滚动快门(rolling shutter)是图像捕获的方法，其中通过在水平或垂直方向上快速扫描整个场景来捕获静止图片或视频的每一帧。也就是说，每个像素不是同时被捕获；来自不同行的像素在不同时间被捕获。滚动快门主要用在手机传感器中。相反，机器视觉使用全局快门(global shutter)，其中每个像素同时被捕获。

大多数光传感器使用背面照明。背照式传感器是一种类型的数字光传感器，其使用成像元件的特定布置来增加所捕获的光量，改善了弱光性能。传统的前照式数字照相机与人眼类似地被构造，镜头在前面以及光电探测器在背面。传感器的该定向将数字照相机传感器的有源矩阵(单独图片元素的矩阵)置于它的前表面上并简化制造。然而，矩阵及其布线反射一些光，减少了可用来被捕获的信号。背照式传感器包含相同的元件，但通过在制造期间翻转硅晶片且然后使它的反面变薄来将布线布置在光电阴极层后面，使得光可以射到光电阴极层而不穿过布线层，从而提高输入光子被捕获的机会。

然而，存在与传统的背照式传感器相关的问题。存储装置暴露于光，其引起较高的泄漏。此外，光电二极管填充因子(fill factor)或像素的光敏面积与总像素面积之比很低。大填充因子是理想的，因为更多的像素区域用于光收集，这同时提高了信噪比(SNR)和动态范围。图像传感器的动态范围可度量传感器可以准确捕获的照明范围有多宽。图像传感器的动态范围越宽，在弱光条件下可以显示的细节就越多，且因此成像系统就变得更通用。图像传感器的SNR度量在信号与它的相关噪声之间的比。具有低SNR的图像传感器将具有在所捕获的图像中出现的大量噪声。具有高SNR的图像传感器可以在弱光条件下被使用。由于与现有背照式传感器相关的问题，改进的光电组件是合乎需要的。

概述

实施例涉及具有堆叠式衬底和连接在堆叠式衬底中的电路的像素级互连部(pixel level interconnect)的光电传感器的像素。像素可以包括：第一衬底的一部分、第二衬底的一部分以及像素级互连部，第二衬底的该部分具有用于处理来自第一衬底的信号的电路。第一衬底的该部分包括用于检测光的光电二极管和与光电二极管相关联以存储来自光电二极管的光电荷的扩散阱。存储在扩散阱中的电荷的数量取决于入射在光电二极管上的光的持续时间和强度。像素级互连部将第一衬底的第二扩散阱连接到第二衬底的电路以将信号从第二扩散阱传送到电路。

在涉及光电传感器的像素、方法、存储介质、系统和计算机程序产品的所附权利要求中具体公开了根据本发明的实施例，其中在一个权利要求类别(例如像素)中提到的任何特征也可以在另一个权利要求类别(例如方法)中被要求保护。在所附权利要求中的从属性或往回引用仅为了形式原因而被选择。然而，也可以要求保护由对任何前面的权利要求的有意往回引用(特别是多项引用)而产生的任何主题，使得权利要求及其特征的任何组合被公开并可被要求保护，而不考虑在所附权利要求中选择的从属性。可以被要求保护的主题不仅包括如在所附权利要求中阐述的特征的组合，而且还包括在权利要求中的特征的任何其他组合，其中，在权利要求中提到的每个特征可以与在权利要求中的任何其他特征或其他特征的组合相结合。此外，本文描述或描绘的实施例和特征中的任一个可以在单独的权利要求中和/或以与本文描述或描绘的任何实施例或特征的任何组合或以与所附权利要求的任何特征的任何组合被要求保护。