(57)【要約】  実施形態は、２つの基板が垂直に積層される積層フォトセンサアセンブリに関する。２つの基板は、第１の基板におけるフォトダイオードから第２の基板上の回路に信号を提供するために、画素レベルにある相互接続部により接続される。第２の基板上の回路は、第１の基板上で従来実施されていた動作を実施する。第１の基板および第２の基板を積層することによって、フォトセンサアセンブリは、フォトセンサアセンブリのフォトダイオードフィルファクタを増加または少なくとも保持しつつ、よりコンパクトに作製され得る。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の基板の一部分であって、
光を検出するためのフォトダイオード、および
前記フォトダイオードからの電荷を格納するために前記フォトダイオードと関連付けられた拡散ウェルであって、前記拡散ウェルに格納される電荷の量が、前記フォトダイオードに入射する前記光の持続時間および強度に依存する、拡散ウェルを備える、第１の基板の一部分と、
前記第１の基板からの信号を処理するための回路を有する第２の基板の一部分と、
前記信号を前記拡散ウェルから前記回路へ伝達するために、前記第１の基板の第２のウェルを前記第２の基板の前記回路に接続する画素レベル相互接続部と
を備える、フォトセンサの画素。
【請求項２】
前記第１の基板が、
前記画素の非露光時間の間オンにされる第１のトランジスタと、
前記フォトダイオードに格納された光電荷を前記ウェルに転送するためにオンにされる第２のトランジスタと
をさらに備える、請求項１に記載のフォトセンサの画素。
【請求項３】
前記第１の基板が、Ｐドープ型であり、前記拡散ウェルおよび他方の拡散ウェルが、Ｎドープ型である、請求項１に記載のフォトセンサの画素。
【請求項４】
前記第１の基板が、前記第２の基板に面する前記フォトダイオードおよび前記拡散ウェルで形成された前面を有する、請求項１に記載のフォトセンサの画素。
【請求項５】
前記第２の基板が、前記回路で形成された前面と、前記第２の基板の反対側にある後面とを有し、前記前面が前記第１の基板に面する、請求項１に記載のフォトセンサの画素。
【請求項６】
前記信号が、前記フォトダイオードから前記拡散ウェルに転送される電荷の量に依存する電圧信号である、請求項１に記載のフォトセンサの画素。
【請求項７】
前記処理が、サンプリングおよびアナログ−デジタル変換のうちの少なくとも１つを含む、請求項１に記載のフォトセンサの画素。
【請求項８】
フォトセンサを動作させるための方法であって、
第１の基板内のフォトダイオードによって光を検出することと、
前記第１の基板内の拡散ウェルによって前記フォトダイオードからの電荷を格納することであって、前記電荷が、前記フォトダイオードに入射する光の持続時間および強度に依存する、電荷を格納することと、
前記拡散ウェルに格納された前記電荷を表す、前記第１の基板内の信号を生成することと、
前記第１の基板の前記拡散ウェルを第２の基板の回路に接続する画素レベル相互接続部によって、前記信号を前記第１の基板から前記第２の基板に送信することと、
前記第２の基板内の前記回路によって前記信号を処理することと
を含む方法。
【請求項９】
前記画素の非露光時間の間、第１のトランジスタをオンにすることと、
前記第１のトランジスタをオンにすることに応答して、別の拡散ウェルからの電荷を前記フォトダイオードに転送することと、
前記フォトダイオードに格納された電荷を前記拡散ウェルに転送するために第２のトランジスタをオンにすることと
をさらに含む、請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
前記第１の基板が、Ｐドープ型であり、前記拡散ウェルおよび他方の拡散ウェルが、Ｎドープ型である、請求項８に記載の方法。
【請求項１１】
前記第１の基板が、前記第２の基板に面する前記フォトダイオードおよび前記拡散ウェルで形成された前面を有する、請求項８に記載の方法。
【請求項１２】
前記第２の基板が、前記回路で形成された前面と、前記第２の基板の反対側にある後面とを有し、前記前面が前記第１の基板に面する、請求項８に記載の方法。
【請求項１３】
前記信号が、前記フォトダイオードから前記拡散ウェルに転送される電荷の量に依存する電圧信号である、請求項８に記載の方法。
【請求項１４】
前記処理が、サンプリングおよびアナログ−デジタル変換のうちの少なくとも１つを含む、請求項８に記載の方法。
【請求項１５】
第１の基板の一部分であって、
光を検出するためのフォトダイオード、および
前記フォトダイオードからの電荷を格納するために前記フォトダイオードと関連付けられた拡散ウェルであって、前記拡散ウェルに格納される電荷の量が、前記フォトダイオードに入射する前記光の持続時間および強度に依存する、拡散ウェルを備える、第１の基板の一部分と、
前記第１の基板からの信号を処理するための回路を有する第２の基板の一部分と、
前記信号を前記拡散ウェルから前記回路へ伝達するために、前記第１の基板の第２のウェルを前記第２の基板の前記回路に接続する画素レベル相互接続部と
を備える、フォトセンサの画素。
【請求項１６】
前記第１の基板が、
前記画素の非露光時間の間オンにされる第１のトランジスタと、
前記フォトダイオードに格納された光電荷をウェルに転送するためにオンにされる第２のトランジスタと
をさらに備える、請求項１５に記載のフォトセンサの画素。
【請求項１７】
前記第１の基板が、Ｐドープ型であり、前記拡散ウェルおよび他方の拡散ウェルが、Ｎドープ型である、請求項１５または１６に記載のフォトセンサの画素。
【請求項１８】
前記第１の基板が、前記第２の基板に面する前記フォトダイオードおよび前記拡散ウェルで形成された前面を有する、請求項１５から１７のいずれか一項に記載のフォトセンサの画素。
【請求項１９】
前記第２の基板が、前記回路で形成された前面と、前記第２の基板の反対側にある後面とを有し、前記前面が前記第１の基板に面する、請求項１５から１８のいずれか一項に記載のフォトセンサの画素。
【請求項２０】
前記信号が、前記フォトダイオードから前記拡散ウェルに転送される電荷の量に依存する電圧信号である、請求項１５から１９のいずれか一項に記載のフォトセンサの画素。
【請求項２１】
前記処理が、サンプリングおよびアナログ−デジタル変換のうちの少なくとも１つを含む、請求項１５から２０のいずれか一項に記載のフォトセンサの画素。
【請求項２２】
フォトセンサを動作させるための方法であって、
第１の基板内のフォトダイオードによって光を検出することと、
前記第１の基板内の拡散ウェルによって前記フォトダイオードからの電荷を格納することであって、前記電荷が、前記フォトダイオードに入射する光の持続時間および強度に依存する、電荷を格納することと、
前記拡散ウェルに格納された前記電荷を表す、前記第１の基板内の信号を生成することと、
前記第１の基板の前記拡散ウェルを第２の基板の回路に接続する画素レベル相互接続部によって、前記信号を前記第１の基板から前記第２の基板に送信することと、
前記第２の基板内の前記回路によって前記信号を処理することと
を含む方法。
【請求項２３】
前記画素の非露光時間の間、第１のトランジスタをオンにすることと、
前記第１のトランジスタをオンにすることに応答して、別の拡散ウェルからの電荷を前記フォトダイオードに転送することと、
前記フォトダイオードに格納された電荷を前記拡散ウェルに転送するために第２のトランジスタをオンにすることと、
をさらに含む、請求項２２に記載の方法。
【請求項２４】
前記第１の基板が、Ｐドープ型であり、前記拡散ウェルおよび他方の拡散ウェルが、Ｎドープ型である、請求項２２または２３に記載の方法。
【請求項２５】
前記第１の基板が、前記第２の基板に面する前記フォトダイオードおよび前記拡散ウェルで形成された前面を有する、請求項２２から２４のいずれか一項に記載の方法。
【請求項２６】
前記第２の基板が、前記回路で形成された前面と、前記第２の基板の反対側にある後面とを有し、前記前面が前記第１の基板に面する、請求項２２から２５のいずれか一項に記載の方法。
【請求項２７】
前記信号が、前記フォトダイオードから前記拡散ウェルに転送される電荷の量に依存する電圧信号である、請求項２２から２６のいずれか一項に記載の方法。
【請求項２８】
前記処理が、サンプリングおよびアナログ−デジタル変換のうちの少なくとも１つを含む、請求項２２から２７のいずれか一項に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、概して、光センサに関し、より詳細には、マシンビジョン用の背面照射光センサに関する。
【背景技術】
【０００２】
光センサは、光を電子信号へと変換する電子検出器である。写真術において、シャッターは、あるシーンの画像を取り込むために、光を決められた時間期間にわたって通過させて、光センサを光に露出するデバイスである。ローリングシャッターは、静止画または動画の各フレームが、シーンを水平または垂直方向に素早くスキャンすることにより取り込まれる画像取込の方法である。すなわち、すべての画素は同時に取り込まれず、異なる列からの画素は、異なる時間に取り込まれる。ローリングシャッターは、主に、携帯電話センサに使用される。対照的に、マシンビジョンは、すべての画素が同時に取り込まれるグローバルシャッターを使用する。
【０００３】
大半の光センサは、背面照射を使用する。背面照射型センサは、取り込まれる光の量を増加させるために特定の配列の撮像素子を使用して、微光での性能を向上させるデジタル光センサの一種である。従来の前面照射型のデジタルカメラは、前面にレンズおよび背面に受光器を用いて、人間の目に類似して構築される。センサのこのような配向は、デジタルカメラセンサのアクティブマトリクス、個々の画像素子のマトリクスを、センサの前面に置き、製造を簡略化する。しかしながら、マトリクスおよびセンサの配線が、光の一部を反射して、取り込むことができる信号を減少させる。背面照射型センサは、同じ素子を含むが、製造中にシリコンウェハを裏返し、次いで光が配線層を通過せずにフォトカソード層に当たることができるようにシリコンウェハの裏面を薄くすることによって、配線をフォトカソード層の裏に配置し、それにより入力光子が取り込まれる機会を向上させる。
【０００４】
しかしながら、従来の背面照射型センサと関連付けられた問題が存在する。ストレージが光に露出され、これがより高い漏れを引き起こす。また、フォトダイオードフィルファクタ、または全画素領域に対する画素の感光領域の比が低い。大きいフィルファクタは、より一層の画素領域が、信号対雑音比（ＳＮＲ）およびダイナミックレンジを同時に向上させるフォトコレクションに使用されることから理想的である。画像センサのダイナミックレンジは、センサがどのくらいの広さの照明の範囲を正確に取り込むことができるかを測定する。画像センサのダイナミックレンジが広いほど、より多くの細部を微光条件下で示すことができ、したがって、撮像システムはより多目的になる。画像センサのＳＮＲは、信号と信号の関連した雑音との比を測定する。低いＳＮＲを有する画像センサは、取込画像内に出現する雑音の量が多くなる。高いＳＮＲを有する画像センサは、微光条件で使用され得る。既存の背面照射型センサと関連した問題に起因して、改善されたフォトアセンブリが望ましいであろう。
【発明の概要】
【０００５】
実施形態は、積層基板および積層基板内の回路を接続する画素レベル相互接続部を有するフォトセンサの画素に関する。画素は、第１の基板の一部分、第１の基板からの信号を処理するための回路を有する第２の基板の一部分、および画素レベル相互接続部を含み得る。第１の基板の一部分は、光を検出するためのフォトダイオード、およびフォトダイオードからの光電荷を格納するためにフォトダイオードと関連付けられた拡散ウェルを含む。拡散ウェルに格納される電荷の量は、フォトダイオードに入射する光の持続時間および強度に依存する。画素レベル相互接続部は、第２の拡散ウェルからの信号を回路に伝達するために、第１の基板の第２の拡散ウェルを第２の基板の回路に接続する。
【０００６】
本発明による実施形態は、フォトセンサの画素、方法、記憶媒体、システム、およびコンピュータプログラム製品を対象とした添付の特許請求の範囲内に特に開示され、１つの請求項カテゴリ内で記載される任意の特徴、例えば、画素は、別の請求項カテゴリ、例えば、方法においても同様に特許請求され得る。添付の特許請求の範囲における従属または参照は、単に形式上の理由のために選択される。しかしながら、任意の前の請求項への意図的な参照から生じる任意の主題（特に複数従属）もまた、特許請求され得、その結果として、請求項の任意の組合せ、および請求項の特徴が開示され、添付の特許請求の範囲において選択される従属に関わらず特許請求され得る。特許請求され得る主題は、添付の特許請求の範囲に明記される特徴の組合せだけでなく、特許請求の範囲内の特徴の任意の他の組合せも含み、特許請求の範囲に記載される各特徴は、特許請求の範囲内の任意の他の特徴または他の特徴の組合せと組み合わされ得る。さらに、本明細書に説明または描写される実施形態および特徴のいずれかは、別個の請求項内で、および／または、本明細書に説明もしくは描写される任意の実施形態もしくは特徴との、または添付の特許請求の範囲の特徴のいずれかとの任意の組合せで、特許請求され得る。
【０００７】
本発明による実施形態において、フォトセンサの画素は、光を検出するためのフォトダイオード、および、フォトダイオードからの電荷を格納するためにフォトダイオードと関連付けられた拡散ウェルであって、拡散ウェルに格納される電荷の量が、フォトダイオードに入射する光の持続時間および強度に依存する、拡散ウェルを備える、第１の基板の一部分と、第１の基板からの信号を処理するための回路を有する第２の基板の一部分と、信号を拡散ウェルから回路へ伝達するために、第１の基板の第２のウェルを第２の基板の回路に接続する画素レベル相互接続部と、を備える。
【０００８】
第１の基板は、画素の非露光時間の間オンにされる第１のトランジスタと、フォトダイオードに格納された光電荷をウェルに転送するためにオンにされる第２のトランジスタとをさらに備え得る。
【０００９】
第１の基板は、Ｐドープ型であり得、拡散ウェルおよび他方の拡散ウェルは、Ｎドープ型であり得る。
【００１０】
第１の基板は、第２の基板に面するフォトダイオードおよび拡散ウェルで形成された前面を有し得る。
【００１１】
第２の基板は、回路で形成された前面と、第２の基板の反対側にある後面とを有し、前面が第１の基板に面する。
【００１２】
信号は、フォトダイオードから拡散ウェルに転送される電荷の量に依存する電圧信号であり得る。
【００１３】
処理は、サンプリングおよびアナログ−デジタル変換のうちの少なくとも１つを含み得る。
【００１４】
本発明によるさらなる実施形態において、フォトセンサを動作させるための方法は、第１の基板内のフォトダイオードによって光を検出することと、第１の基板内の拡散ウェルによってフォトダイオードからの電荷を格納することであって、電荷が、フォトダイオードに入射する光の持続時間および強度に依存する、電荷を格納することと、拡散ウェルに格納された電荷を表す、第１の基板内の信号を生成することと、第１の基板の拡散ウェルを第２の基板の回路に接続する画素レベル相互接続部によって、第１の基板から第２の基板に信号を送信することと、第２の基板内の回路によって信号を処理することとを含む。
【００１５】
本方法は、画素の非露光時間の間、第１のトランジスタをオンにすることと、第１のトランジスタをオンにすることに応答して、別の拡散ウェルからの電荷をフォトダイオードに転送することと、フォトダイオードに格納された電荷を拡散ウェルに転送するために第２のトランジスタをオンにすることとをさらに含み得る。
【００１６】
第１の基板は、Ｐドープ型であり得、拡散ウェルおよび他方の拡散ウェルは、Ｎドープ型であり得る。
【００１７】
第１の基板は、第２の基板に面するフォトダイオードおよび拡散ウェルで形成された前面を有し得る。
【００１８】
第２の基板は、回路で形成された前面と、第２の基板の反対側にある後面とを有し、前面が第１の基板に面する。
【００１９】
信号は、フォトダイオードから拡散ウェルに転送される電荷の量に依存する電圧信号であり得る。
【００２０】
処理は、サンプリングおよびアナログ−デジタル変換のうちの少なくとも１つを含み得る。
【００２１】
本発明のさらなる実施形態において、１つまたは複数のコンピュータ可読非一時的記憶媒体は、実行されると、本発明、または上に記載される実施形態のいずれかによるシステム内で実施するように動作可能であるソフトウェアを具現化する。
【００２２】
本発明のさらなる実施形態において、コンピュータ実行方法は、本発明、または上に記載される実施形態のいずれかによるシステムを使用する。
【００２３】
本発明のさらなる実施形態において、好ましくはコンピュータ可読非一時的記憶媒体を備えるコンピュータプログラム製品が、本発明、または上に記載される実施形態のいずれかによるシステムにおいて使用される。
【００２４】
実行されると、上記発明によるシステム内で実施するように動作可能であるソフトウェアを具現化する１つまたは複数のコンピュータ可読非一時的記憶媒体。
【００２５】
上記発明によるシステムが使用されるコンピュータ実行方法。
【００２６】
上記発明による記憶媒体が使用されるコンピュータ実行方法。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】１つの実施形態による、電子デバイスを例証する高レベルブロック図である。
【図２】１つの実施形態による、センサアーキテクチャを例証する図である。
【図３】１つの実施形態による、積層フォトアセンブリを例証する断面図である。
【図４】積層フォトセンサアセンブリのプロセスフローを例証する図である。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
図は、例証の目的だけのために様々な実施形態を描写する。当業者は、本明細書に例証される構造および方法の代替的な実施形態が、本明細書に説明される原則から逸脱することなく用いられ得ることを、以下の説明から容易に認識するものとする。
【００２９】
これより、例が添付の図面に例証される好ましい実施形態について詳細に言及する。可能な場合はいつも、同じ参照番号が、図面全体を通して、同じまたは同様の部分を指すために使用される。
【００３０】
実施形態は、２つの基板が垂直に積層される積層フォトセンサアセンブリに関する。２つの基板は、第１の基板におけるフォトダイオードから第２の基板上の回路に信号を提供するために、画素レベルにある相互接続部により接続される。第２の基板上の回路は、第１の基板上で従来実施されていた動作を実施する。第１の基板および第２の基板を積層することによって、フォトセンサアセンブリは、フォトセンサアセンブリのフォトダイオードフィルファクタを増加または少なくとも保持しつつ、よりコンパクトに作製され得る。
例示的なシステムアーキテクチャ
【００３１】
図１は、１つの実施形態による、電子デバイスを例証する高レベルブロック図である。１つの実施形態において、電子デバイス１００は、数ある中でも、通信可能に結合されるプロセッサ１０２およびフォトセンサ１０４を含む。電子デバイス１００は、メモリおよび様々な他のセンサなど、図１に例証されない他の構成要素を含み得る。
【００３２】
プロセッサ１０２は、データソース上で動作を実施する電子回路である。データソースは、センサデータ１０８を提供するフォトセンサ１０４を含み得る。プロセッサ１０２は、フォトセンサ１０４に送信される動作命令１０６を生成する。プロセッサ１０２によって実施される処理は、電圧アナログ信号または電流アナログ信号をデジタル信号へと変換する、センサデータ１０８のアナログ−デジタル変換を含み得る。
【００３３】
フォトセンサ１０４は、光強度を測定し光変換を実施する回路である。光強度を測定することは、フォトダイオードにより光を検出することに関与し得、光変換は、フォトダイオードにより光を電圧または電流信号へと変換することに関与し得る。
【００３４】
図２は、１つの実施形態による、フォトセンサ１０４を例証する概略図である。フォトセンサ１０４は、数ある構成要素の中でも、デジタルブロック２０２、グローバルカウンタ２０３、列ドライバおよびグローバル信号ドライバモジュール２０４、Ｍｏｂｉｌｅ  Ｉｎｄｕｓｔｒｙ  Ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ  Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ（ＭＩＰＩ）２０５、カウンタバッファ２０６、デジタル画素アレイ２０７、センス増幅器２０８、ラインメモリ２０９、電力調整器２１０、ランプ発生およびバッファモジュール２１１、ならびにセンス増幅バイアスモジュール２１２を含む。
【００３５】
デジタルブロック２０２は、フォトセンサ１０４の動作と関連付けられたデジタル信号を処理する回路である。１つまたは複数の実施形態において、デジタルブロック２０２の少なくとも部分は、デジタル画素アレイ２０７とは別個の回路である代わりに、デジタル画素アレイ２０７の部分として提供され得る。
【００３６】
グローバルカウンタ２０３は、カスケードフリップフロップで構成されるデジタル順序論理回路であり、フォトセンサ１０４の様々な構成要素にカウンタ信号を提供する。
【００３７】
列ドライバおよびグローバル信号ドライバモジュール２０４は、スキャンラインを介して画素の列に信号を提供する回路である（図示せず）。画素の各列に提供される信号は、画像信号の感知および／または画素の各列における動作の再設定を示す。
【００３８】
ＭＩＰＩ２０５は、フォトセンサ１０４からプロセッサ１０２へセンサデータ１０８を伝送するためのシリアルインターフェースである。ＭＰＩインターフェースは、典型的には、単一のクロックレーンおよびシリアルデータを伝達する２つのデータレーン（図示せず）を有する。これら３つのレーンは、ワイヤ対上で信号を伝達し、信号は、多くの場合、差分である。
【００３９】
カウンタバッファ２０６は、グローバルカウンタ２０３からカウンタ信号を受信し、デジタル画素アレイ２０７内の画素の行に信号を送信して、感知および再設定動作を連係させる回路である。
【００４０】
デジタル画素アレイ２０７は、複数の画素を含む。１つの実施形態において、デジタル画素アレイは、列および行によってアドレス指定可能な２次元で配置される。各画素は、光を感知し、入力光の強度に対応する信号を出力するように構成される。各画素は、図３を参照して以下に説明されるような構成要素を含み得る。
【００４１】
センス増幅器２０８は、デジタル画素アレイ２０７からデジタル信号を読み出すために使用される読み出し回路内の素子である。センス増幅器２０８は、デジタル画素アレイ２０７内の画素によって取り込まれた光の強度を表すビット線からの低電力信号を感知する。センス増幅器２０８は、アナログ−デジタル変換器（ＡＤＣ）を利用することによってデジタル出力信号を生成し得る。１つまたは複数の実施形態において、センス増幅器２０８の少なくとも部分は、デジタル画素アレイ２０７内に含まれ得る。
【００４２】
ラインメモリ２０９は、センス増幅器２０８によって感知され、デジタル値をセンサデータ１０８としてＭＩＰＩ２０５を介してプロセッサ１０２に送信する前にデジタルブロック２０２によって処理されるような、デジタル画素アレイ２０７において検出された光強度の感知されたデジタル値を一時的に格納する。
【００４３】
電力調整器２１０は、フォトセンサ１０４の構成要素に送達される電力の質を改善する回路である。電力調整器２１０は、フォトセンサ１０４の構成要素を正しく機能させる定電圧を維持し、送達することができる。１つの実施形態において、電力調整器２１０は、正弦ＡＣ波形を平らにするＡＣ電力調整器である。代替的な実施形態において、電力調整器２１０は、電力線調整器であり、これは、電力を取り入れて、これを電力線調整器に接続された構成要素の要件に基づいて修正する。
【００４４】
ランプ発生器およびバッファモジュール２１１は、ランプ発生器およびバッファを備える。ランプ発生器は、ランプ発生器の電圧を特定の値まで増加させる関数発生器である。ランプ発生器は、負荷を変更するときの振動を回避するために使用され得る。バッファは、ランプ発生器が負荷によって影響を受けることを防ぐために、１つの回路から別の回路への電気インピーダンス変換を提供する。
【００４５】
センス増幅バイアスモジュール２１２は、センス増幅器２０８にバイアス電圧信号を提供する。バイアス電圧信号は、一定ＤＣ電圧など、センス増幅器２０８の正しい動作条件を確立する目的のための、予め定められた電圧である。
例示的な積層フォトセンサアセンブリ
【００４６】
図３は、１つの実施形態による、積層フォトセンサアセンブリ３００を例証する断面図である。１つの実施形態において、積層フォトアセンブリは、第２の基板３４０に結合された第１の基板３１０を含む。第１の基板３１０は、裏返される背面照射３０２センサであり得、この背面照射３０２センサは、数ある構成要素の中でも、第１のｎ＋拡散ウェル３１２、フォトダイオード３１４、トランジスタＡＢ３１３、トランジスタＴＸ３１６、および第２のｎ＋拡散ウェル３２０を含む。
【００４７】
トランジスタＡＢ３１１およびトランジスタＴＸ３１６の各々は、活性層、活性層に結合されたドレイン電極、トランジスタＡＢおよびトランジスタＴＸ両方のソースとしての機能を果たすフォトダイオード３１４、活性層の上の絶縁層、ならびにゲート電極（図示せず）を含む。トランジスタＡＢ３１１およびトランジスタＴＸ３１６のゲートにおける電圧レベルを制御することによって、トランジスタＡＢ３１１およびトランジスタＴＸ３１６は、オンまたはオフにされ得る。これらのトランジスタのゲートは、デジタル画素アレイ２０７の外部の回路から信号を受信する。
【００４８】
第１のｎ＋拡散ウェル３１２は、第１の基板３１０内に形成されたＮドープ型インプラント領域である。第１のｎ＋拡散ウェル３１２は、トランジスタＡＢ３１３が非露光時間の間オンにされるとき、フォトダイオード３１４から転送される光電子を受信する。これは、従来のフィルムカメラでの閉じたシャッターモードに相当する。フォトダイオード３１４からｎ＋拡散ウェル３１２への光電子の転送は、非露光時間が信号の生成されない期間であるため、フォトダイオード３１４に蓄積される光電子がないことを確実にする。ｎ＋拡散ウェル３１２は、典型的には、正の電圧源、例えば、ＶＤＤに接続されるため、光電子が流出される。フィルムカメラではシャッターの開いたモードに相当する露光時間の間、トランジスタＡＢ３１３およびトランジスタＴＸ３１６の両方がオフにされ、光電子は、最初は、フォトダイオード３１４の内側に格納される。露出の終了時、トランジスタＴＸ３１６がオンにされる。その結果、フォトダイオード３１４内に格納された電荷は、第２のｎ＋拡散ウェル３２０へ転送される。
【００４９】
フォトダイオード３１４は、光を電流へと変換する半導体デバイスである。電流は、光子がフォトダイオード３１４に吸収されるときに発生する。フォトダイオード３１４は、ｐ−ｎ接合またはＰＩＮ構造であり得る。背面照明３０２を通る光の強度が高いとき、フォトダイオード３１４に蓄積される電荷の量は高い。同様に、背面照明３０２を通る光の強度が低いとき、フォトダイオード３１４に蓄積される電荷の量は低い。
【００５０】
相互接続部３５０は、ｎ＋拡散ウェル３２０から第２の基板３４０内の回路３４２までは画素レベル直接相互接続部であり得る。１つの実施形態において、相互接続部３５０は、フォトダイオード３１４からｎ＋拡散ウェル３２０に転送される電荷の量を反映する電圧信号を伝送する。代替的な実施形態において、相互接続部３５０は、フォトダイオード３１４からｎ＋拡散ウェル３２０に転送される電荷の量を反映する電流信号を伝送する。相互接続部３５０は、サンプリングおよびアナログ−デジタル変換などのさらなる処理のために、電圧信号を回路３４２に伝達する。依然として他の実施形態において、積層フォトセンサアセンブリ３００は、同様に第２の基板３４０の回路３４２から第１の基板３１０に信号を伝送する追加の相互接続部を含み得る。例えば、トランジスタＡＢ３１３およびトランジスタＴＸ３１６を制御するための信号は、これらの追加の相互接続部を介して回路３４２から伝送され得る。
【００５１】
実施形態は、従来のフォトセンサ内の第１の基板３１０上に提供される様々な回路構成要素を第２の基板３４０へと移動させ、画素レベル相互接続部３５０を介して第２の基板３４０の回路を第１の基板３１０内の構成要素に接続する。第２の基板３４０へ移動される様々な回路構成要素は、数ある中でも、スイッチ、増幅器、および電流源を含み得る。このやり方では、第１の基板３１０内の構成要素によって占有される面積が、有益に低減され、フィルファクタを増加させることができる。
積層フォトセンサアセンブリにおける例示的な動作プロセス
【００５２】
図４は、積層フォトセンサアセンブリのプロセスフローを例証する図である。まず、電荷が、非露光期間、またはシャッターの閉じた期間の間、第１の基板３１０内でフォトダイオード３１４から第１のｎ＋拡散ウェル３１２へ転送される４２０。具体的には、トランジスタＡＢ３１３が、第１のｎ＋拡散ウェル３１２とフォトダイオード３１４との間に電流路を提供するためにオンにされる。次に、露光時間の間、シャッターは開けられ、電荷は、フォトダイオード３１４に蓄積される。
【００５３】
露光時間が終了した後、フォトダイオード３１４に蓄積された電荷は、第２のｎ＋拡散３２０へ転送される４２５。具体的には、トランジスタＡＢ３１３がオフにされ、トランジスタＴＸ３１６が、オンにされて、フォトダイオード３１４内の電荷を第２のｎ＋拡散ウェル３２０へ転送するために電流路を提供する。
【００５４】
第２のｎ＋ウェル３２０に転送される電荷に基づいて、信号が第１の基板３１０において生成される４３０。信号は、電圧信号または電流信号であり得る。
【００５５】
次いで、信号は、画素レベル相互接続部３５０を介して第１の基板３１０から第１の基板３１０の上に積層された第２の基板３４０に伝送される４３５。
【００５６】
第２の基板３４０内の回路３４２は、相互接続部３５０を介して伝送された信号を受信する４４０。回路３４２は、プロセッサ１０２へ送信するために、受信した信号を処理する４４５。
【００５７】
実施形態の先述の説明は、例示の目的のために提示されており、徹底的であること、または特許権を開示される正確な形態に限定することは意図されない。当業者は、上の開示の視点から多くの変更および変形が可能であることを理解することができる。
【００５８】
本明細書で使用される言語は、主に読みやすさおよび指示のために選択されており、これは、特許権を画定またはその範囲を定めるために選択されていない場合がある。したがって、特許権の範囲は、この詳細な説明によってではなく、本明細書に基づく出願において作成される任意の請求項によって限定される。したがって、実施形態の開示は、以下の特許請求の範囲において特定される特許権の範囲を例証するものであり、これを限定する意図はない。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【国際調査報告】
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