二維(“2D”)陣列。在一個實施例中，每一像素包含單光子雪崩二極管(SPAD)。如所圖解說明，每一像素布置到行(例如，行Rl到Ry)及列(例如，列Cl到Cx)中以獲取人、地方或?qū)ο蟮膱D像數(shù)據(jù)，接著可使用所述圖像數(shù)據(jù)再現(xiàn)所述人、地方或?qū)ο蟮?D圖像。
[0040]SPAD區(qū)域所產(chǎn)生的輸出脈沖由高速讀出電路610讀出且傳送到功能邏輯615。讀出電路610針對SPAD區(qū)域中的每一者包含至少一個數(shù)字計數(shù)器且還可包含放大電路及/或淬火電路。功能邏輯615可僅將圖像數(shù)據(jù)存儲于存儲器中或甚至通過應(yīng)用圖像后效應(yīng)(例如，修剪、旋轉(zhuǎn)、移除紅眼、調(diào)整亮度、調(diào)整對比度或其它)來操縱所述圖像數(shù)據(jù)?？刂齐娐?20耦合到成像陣列605及/或讀出電路610以控制成像陣列605的操作特性。舉例來說，控制電路620可在一時間窗內(nèi)同時啟用包含于高速讀出電路610中的數(shù)字計數(shù)器中的每一者以便實施全局快門操作。因此，本文中所論述的SPAD堆疊芯片圖像傳感器的實施例提供既高速又低光敏性的成像，此通常無法借助常規(guī)傳感器架構(gòu)而實現(xiàn)。
[0041]包含摘要中所描述內(nèi)容的本發(fā)明的所圖解說明實施例的以上說明并非打算為窮盡性的或?qū)⒈景l(fā)明限制于所揭示的確切形式。雖然出于說明性目的而在本文中描述本發(fā)明的特定實施例及實例，但如所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員將認(rèn)識到，可在本發(fā)明的范圍內(nèi)做出各種修改。
[0042]可根據(jù)以上詳細(xì)說明對本發(fā)明做出這些修改。所附權(quán)利要求書中所使用的術(shù)語不應(yīng)理解為將本發(fā)明限制于說明書中所揭示的特定實施例。而是，本發(fā)明的范圍將完全由所附權(quán)利要求書來確定，所附權(quán)利要求書將根據(jù)權(quán)利要求解釋的既定原則來加以理解。
【主權(quán)項】
1.一種成像傳感器系統(tǒng),其包括: 第一晶片的第一半導(dǎo)體層； 單光子雪崩二極管SPAD成像陣列，其形成于所述第一半導(dǎo)體層中，其中所述SPAD成像陣列包含N數(shù)目個像素，每一像素包含形成于所述第一半導(dǎo)體層的前側(cè)中的SPAD區(qū)域，且其中每一 SPAD區(qū)域經(jīng)配置以接收來自所述第一半導(dǎo)體層的背側(cè)的光子； 第一互連層，其安置于所述第一半導(dǎo)體層的所述前側(cè)上； 第二晶片的第二半導(dǎo)體層； 第二互連層，其安置于所述第二半導(dǎo)體層上，其中所述第一晶片在所述第一互連層與所述第二互連層之間的接合界面處接合到所述第二晶片；及 多個數(shù)字計數(shù)器，其形成于所述第二半導(dǎo)體層中且借助于所述第一互連層及所述第二互連層電耦合到所述SPAD成像陣列，其中所述多個數(shù)字計數(shù)器包含至少N數(shù)目個數(shù)字計數(shù)器，其中所述N數(shù)目個數(shù)字計數(shù)器中的每一者經(jīng)配置以對由相應(yīng)SPAD區(qū)域產(chǎn)生的輸出脈沖進(jìn)行計數(shù)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的成像傳感器系統(tǒng)，其中所述第一互連層包括至少N數(shù)目個通孔，其中所述N數(shù)目個通孔中的每一者耦合到所述SPAD成像陣列的相應(yīng)像素以在所述接合界面處將所述輸出脈沖傳送到所述第二互連層。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的成像傳感器系統(tǒng)，其中所述通孔是微穿硅通孔yTSV。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的成像傳感器系統(tǒng)，其進(jìn)一步包括至少N數(shù)目個淬火元件，其中所述淬火元件中的每一者經(jīng)耦合以通過降低偏置電壓而淬火相應(yīng)SPAD區(qū)域的雪崩。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的成像傳感器系統(tǒng)，其中每一淬火元件是包括形成于所述第一半導(dǎo)體層中的電阻器的無源淬火元件。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的成像傳感器系統(tǒng)，其中每一淬火元件是包括形成于所述第二半導(dǎo)體層中的電阻器的無源淬火元件。
7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的成像傳感器系統(tǒng)，其中每一淬火元件是形成于所述第二半導(dǎo)體層中的有源淬火元件。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的成像傳感器系統(tǒng)，其進(jìn)一步包括形成于所述第二半導(dǎo)體層中且經(jīng)耦合以存儲所述多個數(shù)字計數(shù)器的輸出的隨機(jī)存取存儲器。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的成像傳感器系統(tǒng)，其中所述第一互連層包含第一氧化物，所述第二互連層包含第二氧化物，且其中所述接合界面包含所述第一氧化物與所述第二氧化物之間的界面。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的成像傳感器系統(tǒng)，其進(jìn)一步包括安置于所述第一半導(dǎo)體層的所述背側(cè)上的濾色器層。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的成像傳感器系統(tǒng)，其進(jìn)一步包括至少N數(shù)目個微透鏡，其中每一微透鏡經(jīng)安置以穿過所述濾色器層將入射光子引導(dǎo)到相應(yīng)SPAD區(qū)域。
12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的成像傳感器系統(tǒng)，其進(jìn)一步包括控制電路，所述控制電路經(jīng)耦合以同時啟用所述N數(shù)目個數(shù)字計數(shù)器中的每一者以便在圖像獲取期間實施全局快門操作。
13.根據(jù)權(quán)利要求1所述的成像傳感器系統(tǒng)，其進(jìn)一步包括接合到所述第二晶片的第三晶片的第三半導(dǎo)體層，其中所述第三半導(dǎo)體包含經(jīng)耦合以存儲由所述N數(shù)目個數(shù)字計數(shù)器產(chǎn)生的圖像數(shù)據(jù)的隨機(jī)存取存儲器RAM。
14.一種集成電路系統(tǒng)，其包括: 第一晶片，其具有多個第一裸片，每一第一裸片包含: 單光子雪崩光電二極管SPAD成像陣列，其形成于第一半導(dǎo)體層中，其中所述SPAD成像陣列包含N數(shù)目個像素，每一像素包含形成于所述第一半導(dǎo)體層的前側(cè)中的SPAD區(qū)域，且其中每一 SPAD區(qū)域經(jīng)配置以接收來自所述第一半導(dǎo)體層的背側(cè)的光子 '及 第一互連層，其安置于所述第一半導(dǎo)體層的所述前側(cè)上；及 第二晶片，其具有多個第二裸片，每一第二裸片包含: 第二互連層，其安置于第二半導(dǎo)體層上，其中所述第一晶片在所述第一互連層與所述第二互連層之間的接合界面處接合到所述第二晶片；及 多個數(shù)字計數(shù)器，其形成于所述第二半導(dǎo)體層中且借助于所述第一互連層及所述第二互連層電耦合到所述SPAD成像陣列，其中所述多個數(shù)字計數(shù)器包含至少N數(shù)目個數(shù)字計數(shù)器，其中所述N數(shù)目個數(shù)字計數(shù)器中的每一者經(jīng)配置以對由相應(yīng)SPAD區(qū)域產(chǎn)生的輸出脈沖進(jìn)行計數(shù)。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的集成電路系統(tǒng)，其中所述第一互連層包括至少N數(shù)目個通孔，其中所述N數(shù)目個通孔中的每一者耦合到所述SPAD成像陣列的相應(yīng)像素以在所述接合界面處將所述輸出脈沖傳送到所述第二互連層。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的集成電路系統(tǒng)，其中所述通孔是微穿硅通孔yTSV。
17.根據(jù)權(quán)利要求14所述的集成電路系統(tǒng)，其進(jìn)一步包括至少N數(shù)目個淬火元件，其中所述淬火元件中的每一者經(jīng)耦合以通過降低偏置電壓而淬火相應(yīng)SPAD區(qū)域的雪崩。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的集成電路系統(tǒng)，其中每一淬火元件是包括形成于所述第一半導(dǎo)體層中的電阻器的無源淬火元件。
19.根據(jù)權(quán)利要求17所述的集成電路系統(tǒng)，其中每一淬火元件是包括形成于所述第二半導(dǎo)體層中的電阻器的無源淬火元件。
20.根據(jù)權(quán)利要求17所述的集成電路系統(tǒng)，其中每一淬火元件是形成于所述第二半導(dǎo)體層中的有源淬火元件。
21.根據(jù)權(quán)利要求14所述的集成電路系統(tǒng)，其進(jìn)一步包括形成于所述第二半導(dǎo)體層中且經(jīng)耦合以存儲所述多個數(shù)字計數(shù)器的輸出的隨機(jī)存取存儲器。
22.根據(jù)權(quán)利要求14所述的集成電路系統(tǒng)，其中所述第一互連層包含第一氧化物，所述第二互連層包含第二氧化物，且其中所述接合界面包含所述第一氧化物與所述第二氧化物之間的界面。
23.根據(jù)權(quán)利要求14所述的集成電路系統(tǒng)，其進(jìn)一步包括安置于所述第一半導(dǎo)體層的所述背側(cè)上的濾色器層。
24.根據(jù)權(quán)利要求23所述的集成電路系統(tǒng)，其進(jìn)一步包括至少N數(shù)目個微透鏡，其中每一微透鏡經(jīng)安置以穿過所述濾色器層將入射光子引導(dǎo)到相應(yīng)SPAD區(qū)域。
25.根據(jù)權(quán)利要求14所述的集成電路系統(tǒng)，其進(jìn)一步包括控制電路，所述控制電路經(jīng)耦合以同時啟用所述N數(shù)目個數(shù)字計數(shù)器中的每一者以在圖像獲取期間實施全局快門操作。
26.根據(jù)權(quán)利要求14所述的集成電路系統(tǒng)，其進(jìn)一步包括接合到所述第二晶片的第三晶片的第三半導(dǎo)體層，其中所述第三半導(dǎo)體包含經(jīng)耦合以存儲由所述N數(shù)目個數(shù)字計數(shù)器產(chǎn)生的圖像數(shù)據(jù)的隨機(jī)存取存儲器RAM。
【專利摘要】本申請案涉及一種堆疊芯片SPAD圖像傳感器。實例成像傳感器系統(tǒng)包含形成于第一晶片的第一半導(dǎo)體層中的單光子雪崩二極管SPAD成像陣列。所述SPAD成像陣列包含N數(shù)目個像素，每一像素包含形成于所述第一半導(dǎo)體層的前側(cè)中的SPAD區(qū)域。所述第一晶片在所述第一晶片的第一互連層與第二晶片的第二互連層之間的接合界面處接合到所述第二晶片。N數(shù)目個數(shù)字計數(shù)器形成于所述第二晶片的第二半導(dǎo)體層中。所述數(shù)字計數(shù)器中的每一者經(jīng)配置以對由相應(yīng)SPAD區(qū)域產(chǎn)生的輸出脈沖進(jìn)行計數(shù)。
【IPC分類】H01L27-146
【公開號】CN104576667
【申請?zhí)枴緾N201410252328
【發(fā)明人】艾瑞克·A·G·韋伯斯特, 代鐵軍
【申請人】全視科技有限公司
【公開日】2015年4月29日
【申請日】2014年6月9日
【公告號】US20150115131