具有两半导体层的画素、包含此画素的影像感测器以及包含此影像感测器的影像处理系统;PIXEL HAVING TWO SEMICONDUCTOR LAYERS, IMAGE SENSOR INCLUDING THE PIXEL, AND IMAGE PROCESSING SYSTEM INCLUDING THE IMAGE SENSOR

摘要

一种具有包括两图案化半导体层之画素的影像感测器。上端图案化半导体层包含具有实质上100%充填因子之画素的光电元件。下端图案化半导体层包含用于侦测、重置、放大与传送从光电元件中接收之信号电荷的电晶体。上端与下端图案化半导体层是藉由层间绝缘层来彼此分隔，层间绝缘层包括金属内连线，其用以在形成于图案化半导体层的装置之间以及从外部装置中传导信号。

主权项

1.一种影像感测器，其包括：第一图案化半导体层；第二图案化半导体层；层间绝缘层，插入在所述第一图案化半导体层与所述第二图案化半导体层之间；光电元件，其形成在所述第二图案化半导体层中；以及至少一个电晶体，其形成在所述第一图案化半导体层中。 ;2.如申请专利范围第1项所述之影像感测器，其中形成在所述第一图案化半导体层的所述至少一个电晶体是电性连接至所述光电元件并且感测在所述光电元件中所产生的信号电荷。 ;3.如申请专利范围第1项所述之影像感测器，其中所述光电元件是光电二极体，其包括形成在所述第二图案化半导体层的N型区以及形成在所述第二图案化半导体层的P型区。 ;4.如申请专利范围第3项所述之影像感测器，其中所述P型区是围绕所述N型区。 ;5.如申请专利范围第1项所述之影像感测器，更包括：第一与第二电荷收集区，其是分别形成在所述第二与第一图案化半导体层中并且彼此电性连接以接受在所述光电元件中所产生的电信电荷，其中所述至少一个电晶体是电性连接至所述第一与第二电荷收集区。 ;6.如申请专利范围第5项所述之影像感测器，其中电性连接至所述第一与第二电荷收集区的所述至少一个电晶体包括：第一电晶体，其用以感测所述第一与第二电荷收集区的信号电荷；以及第二电晶体，其用以重置所述第一与第二电荷收集区的信号电荷；其中所述第一与第二电晶体是透过共用汲极来彼此电性连接，其中所述第一电晶体的闸极是电性连接至所述第一与第二电荷收集区，并且其中所述第一电荷收集区作为所述第二电晶体的源极。 ;7.如申请专利范围第6项所述之影像感测器，更包括：转移闸极，其形成在所述第二图案化半导体层中以用于从所述光电元件中转移所述信号电荷至所述第二电荷收集区。 ;8.如申请专利范围第5项所述之影像感测器，更包括：转移闸极，其形成在所述第二图案化半导体层中以用于从所述光电元件中转移所述信号电荷至所述第一与第二电荷收集区。 ;9.如申请专利范围第1项所述之影像感测器，其中所述光电元件是二极体，其包括形成在所述第二图案化半导体层中的N型区以及形成在所述第二图案化半导体层中的P型区并且所述P型区是围绕所述N型区。 ;10.如申请专利范围第9项所述之影像感测器，其中所述第二电荷收集区是形成与所述N型区分隔的所述P型区中。 ;11.如申请专利范围第1项所述之影像感测器，更包括彩色滤光片，其直接地形成在所述第二图案化半导体层上。 ;12.一种影像感测器，其包括：第一图案化半导体层；第二图案化半导体层；层间绝缘层，插入在所述第一图案化半导体层与所述第二图案化半导体层之间；光电元件，其形成在所述第二图案化半导体层中；以及转移闸极，其形成在所述第二图案化半导体层中，以用于从所述光电元件中转移信号电荷至在所述第一图案化半导体层中的第二电荷收集区。 ;13.如申请专利范围第12项所述之影像感测器，其中所述光电元件是二极体，其包括形成在所述第二图案化半导体层中的N型区以及形成在所述第二图案化半导体层中的P型区而所述P型区是围绕所述N型区，其中第一电荷收集区更形成在所述第二图案化半导体层中，所述第二图案化半导体层是与所述N型区分隔，所述第一电荷收集区是电性连接至所述第二电荷收集区。 ;14.如申请专利范围第12项所述之影像感测器，更包括：第一电荷收集区，其是形成在所述第二图案化半导体层中并且电性连接至所述第二电荷收集区；源极随耦闸极，其形成在所述第一图案化半导体层中并且电性连接至所述第一与第二电荷收集区；第一源极与汲极区，其形成在所述源极随耦闸极之两侧的所述第一图案化半导体层中；以及重置闸极，其形成在所述第一汲极区与所述第一电荷收集区之间的所述第一图案化半导体层中。 ;15.如申请专利范围第14项所述之影像感测器，其中所述层间绝缘层包括第一与第二层间绝缘层；其中所述第一电荷收集区电性连接至所述第二电荷收集区是藉由：第一接触插塞，其穿透所述第一层间绝缘层并且电性连接至所述第二电荷收集区；局部导电图案，其形成在所述第一层间绝缘层上并且电性连接至所述第一接触插塞；以及第二接触插塞，其穿透所述第二层间绝缘层并且将所述第一电荷收集区与所述局部导电图案电性连接。 ;16.如申请专利范围第15项所述之影像感测器，其中所述局部导电图案是电性连接至第三导电插塞，其穿透所述第一层间绝缘层并且电性连接至所述源极随耦闸极。 ;17.如申请专利范围第14项所述之影像感测器，其中所述层间绝缘层包括金属内连线，其用以施予偏压至所述转移与重置闸极。 ;18.如申请专利范围第14项所述之影像感测器，更包括：第二汲极，其形成在所述第一图案化半导体层中；以及选择闸极，其形成在所述第二汲极区与所述第一源极区之间的所述第一图案化半导体层中。 ;19.如申请专利范围第18项所述之影像感测器，其中所述层间绝缘层包括金属内连线，其用以施予偏压至所述选择闸极。 ;20.如申请专利范围第12项所述之影像感测器，更包括彩色滤光片，其直接地形成在所述第二图案化半导体层上。 ;21.一种影像感测器，其包括：画素，其包括：一第一图案化半导体层；一第二图案化半导体层；光电元件，其形成在所述第二图案化半导体层中；以及至少一个电晶体，其形成在所述第一图案化半导体层中并且电性连接至所述光电元件，所述第一图案化半导体层是电性绝缘所述第二图案化半导体层。 ;22.一种影像处理系统，其包括：处理器；以及影像感测器，其运作地连接至所述处理器，其中所述影像感测器包括多个画素，其中每个画素包括：一第一图案化半导体层；一第二图案化半导体层；光电元件，其形成在所述第二图案化半导体层中；以及至少一个电晶体，其形成在所述第一图案化半导体层中并且电性连接至所述光电元件，所述第一图案化半导体层是与所述第二图案化半导体层分隔。 ;23.如申请专利范围第22项所述之影像处理系统，其中所述光电元件是二极体，其包括形成在所述第二图案化半导体层中的N型区以及形成在所述第二图案化半导体层中的P型区而所述P型区是围绕所述N型区。;图1是传统影像感测器的部分画素阵列的平面图。;图2是沿着图1的线I－I’绘示画素的剖面图。;图3是根据本发明实施例绘示在影像感测器中画素的透视图。;图4是图3的影像感测器的部分画素阵列的平面图。;图5是沿着图4的线II－II’绘示画素的剖面图。;图6是包括图3、4与5的画素的影像感测器的方块图。;图7是具有图6所示影像感测器的系统的方块图。