特表 2024-511212 イメージセンサ装置、イメージセンサデバイス、およびイメージセンサ装置を動作させるための方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公表特許公報(A)

(11)【公表番号】

(43)【公表日】2024-03-12

(54)【発明の名称】イメージセンサ装置、イメージセンサデバイス、およびイメージセンサ装置を動作させるための方法

(51)【国際特許分類】

   H04N 25/70 20230101AFI20240305BHJP

   H01L 27/146 20060101ALI20240305BHJP

【ＦＩ】

H04N25/70

H01L27/146 F

H01L27/146 D

【審査請求】有

【予備審査請求】未請求

(21)【出願番号】P 2023559709

(86)(22)【出願日】2022-03-02

(85)【翻訳文提出日】2023-09-26

(86)【国際出願番号】 EP2022055271

(87)【国際公開番号】W WO2022200007

(87)【国際公開日】2022-09-29

(31)【優先権主張番号】102021107730.3

(32)【優先日】2021-03-26

(33)【優先権主張国・地域又は機関】DE

(81)【指定国・地域】

(71)【出願人】

【識別番号】523367130

【氏名又は名称】エーエムエス・センサーズ・ベルギー・ベーフェーベーアー

(74)【代理人】

【識別番号】100108453

【弁理士】

【氏名又は名称】村山 靖彦

(74)【代理人】

【識別番号】100110364

【弁理士】

【氏名又は名称】実広 信哉

(74)【代理人】

【識別番号】100133400

【弁理士】

【氏名又は名称】阿部 達彦

(72)【発明者】

【氏名】アディ・シャコニ

(72)【発明者】

【氏名】コーネリウ－ミハイ・トベスク

【テーマコード（参考）】

4M118

5C024

【Ｆターム（参考）】

4M118AA01

4M118AB01

4M118BA19

4M118CA04

4M118CA22

4M118DD04

4M118GA02

4M118GC20

4M118GD04

4M118HA24

4M118HA25

4M118HA31

4M118HA33

5C024AX01

5C024AX06

5C024GX03

(57)【要約】

イメージセンサ装置（１）は、第１のグループのピクセル（３）を含む第１のセンサ層（２）であって、第１のグループの各ピクセル（３）が、第１の波長範囲の電磁放射を検知するように構成されたフォトダイオード（１４、１５、１６、１７）を含む、第１のセンサ層（２）を備える。イメージセンサ装置（１）は、第２のグループのピクセル（５）を含む第２のセンサ層（４）であって、第２のグループの各ピクセル（５）が、第２の波長範囲の電磁放射を検知するように構成されたフォトダイオード（１３）を含む、第２のセンサ層（４）をさらに備える。イメージセンサ装置（１）は、第１および第２のグループのピクセル（３、５）から電気信号を読み出すように構成された読み出し回路（７）を含む、読み出し層（６）をさらに備える。第２のセンサ層（４）は、第１のセンサ層（２）と読み出し層（６）との間に配置される。第２の波長範囲は、第１のセンサ層（２）によって検知可能な波長範囲の外側である。

【特許請求の範囲】

【請求項1】

第１のグループのピクセル（３）を含む第１のセンサ層（２）であって、前記第１のグループの各ピクセル（３）が、第１の波長範囲の電磁放射を検知するように構成されたフォトダイオード（１４、１５、１６、１７）を含む、第１のセンサ層（２）と、
第２のグループのピクセル（５）を含む第２のセンサ層（４）であって、前記第２のグループの各ピクセル（５）が、第２の波長範囲の電磁放射を検知するように構成されたフォトダイオード（１３）を含む、第２のセンサ層（４）と、
前記第１のグループのピクセル（３）および前記第２のグループのピクセル（５）から電気信号を読み出すように構成された読み出し回路（７）を含む読み出し層（６）であって、前記第２のセンサ層（４）が、前記第１のセンサ層（２）と前記読み出し層（６）との間に配置され、前記第２の波長範囲が、前記第１のセンサ層（２）によって検知可能な波長範囲の外側である、読み出し層（６）と、
前記第１のセンサ層（２）と検知対象の電磁放射源との間に配置されるデュアルバンドフィルタ（１１）であって、前記第１の波長範囲の少なくとも一部および前記第２の波長範囲の少なくとも一部とは別の電磁放射を遮蔽するように構成されているデュアルバンドフィルタ（１１）と、を備えるイメージセンサ装置（１）。

【請求項2】

前記第１の波長範囲が可視光を含み、前記第２の波長範囲が短波長赤外放射（ＳＷＩＲ）を含む、請求項１に記載のイメージセンサ装置（１）。

【請求項3】

前記第１のセンサ層（２）がハイブリッド接合によって前記第２のセンサ層（４）に取り付けられていることによって、前記第１のグループのピクセル（３）と前記第２のグループのピクセル（５）との間に電気相互接続（９）が形成されている、請求項１または２に記載のイメージセンサ装置（１）。

【請求項4】

前記第２のセンサ層（４）がハイブリッド接合によって前記読み出し層（６）に取り付けられていることによって、前記第２のグループのピクセル（５）と前記読み出し回路（７）との間に電気相互接続（９）が形成されている、請求項１から３のいずれか一項に記載のイメージセンサ装置（１）。

【請求項5】

前記第２のセンサ層（４）を貫通し、前記第１のセンサ層（２）中の前記第１のグループのピクセル（３）を前記読み出し層（６）中の前記読み出し回路（７）に電気的に接続する少なくとも１つの基板貫通ビア（１２）をさらに備える請求項１から４のいずれか一項に記載のイメージセンサ装置（１）。

【請求項6】

前記第１のセンサ層（２）および／または前記読み出し層（６）が半導体材料特にシリコンを含む、請求項１から５のいずれか一項に記載のイメージセンサ装置（１）。

【請求項7】

前記第２のセンサ層（４）が、ゲルマニウム、ヒ化インジウムガリウム、および量子ドット層のうちの１つ、または前記第２の波長範囲の電磁放射に対するスペクトル応答に好適なバンドギャップを有する任意の他の材料を含む、請求項１から６のいずれか一項に記載のイメージセンサ装置（１）。

【請求項8】

前記第１のグループのピクセル（３）および前記第２のグループのピクセル（５）が、前記読み出し回路（７）によってローリングシャッタモードで読み出されるように構成されている、請求項１から７のいずれか一項に記載のイメージセンサ装置（１）。

【請求項9】

前記第１のグループのピクセル（３）が、前記読み出し回路（７）によってローリングシャッタモードで読み出されるように構成され、前記第２のグループのピクセル（５）が、前記読み出し回路（７）によって転送ユニット（３０）を介してグローバルシャッタモードで読み出されるように構成されている、請求項１から６のいずれか一項に記載のイメージセンサ装置（１）。

【請求項10】

前記第１のセンサ層（２）が制御回路（２４）をさらに含み、前記制御回路（２４）が、前記第１のグループの各ピクセル（３）に対する電気信号を制御するように構成されている、請求項１から９のいずれか一項に記載のイメージセンサ装置（１）。

【請求項11】

前記第１のグループのピクセル（３）の配線が、前記第１のセンサ層（２）の主表面（２’）に配置され、前記主表面（２’）が、前記第２のセンサ層（４）を向き、前記第１のセンサ層（２）の放射入口面とは反対を向いている、請求項１から１０のいずれか一項に記載のイメージセンサ装置（１）。

【請求項12】

前記第２のグループのピクセル（５）の配線が、前記第２のセンサ層（４）の主表面（４’）に配置され、前記主表面（４’）が、前記第１のセンサ層（２）を向いている、請求項１から１１のいずれか一項に記載のイメージセンサ装置（１）。

【請求項13】

前記第２のグループのピクセル（５）の配線が、前記第２のセンサ層（４）の主表面（４’）に配置され、前記主表面（４’）が、前記読み出し層（６）を向いている、請求項１から１１のいずれか一項に記載のイメージセンサ装置（１）。

【請求項14】

請求項１から１３のいずれか一項に記載のイメージセンサ装置（１）と、前記第２のグループのピクセル（５）と同期される光源（４４）とを備えるイメージセンサデバイス（４３）。

【請求項15】

イメージセンサ装置（１）を動作させるための方法であって、
デュアルバンドフィルタ（１１）によって、第１の波長範囲の少なくとも一部および第２の波長範囲の少なくとも一部とは別の電磁放射を遮蔽するステップと、
第１のセンサ層（２）の第１のグループのピクセル（３）を、前記デュアルバンドフィルタ（１１）を透過した電磁放射に曝すステップであって、前記第１のグループの各ピクセル（３）が、前記第１の波長範囲の電磁放射を検知するように構成されたフォトダイオード（１４、１５、１６、１７）を含む、ステップと、
前記デュアルバンドフィルタ（１１）を透過した前記電磁放射の少なくとも一部を前記第１のセンサ層（２）を通して、第２のセンサ層（４）に透過させるステップであって、該電磁放射の一部が、前記第１のセンサ層（２）によって検知可能な波長範囲の外側の前記第２の波長範囲に相当する、ステップと、
前記第２のセンサ層（４）の第２のグループのピクセル（５）を該電磁放射の一部に曝すステップであって、前記第２のグループの各ピクセル（５）が、前記第２の波長範囲の電磁放射を検知するように構成されたフォトダイオード（１３）を含む、ステップと、
前記フォトダイオード（１３、１４、１５、１６、１７）によって電磁放射を電気信号に変換するステップと、
前記第１のグループのピクセル（３）および前記第２のグループのピクセル（５）の前記電気信号を、読み出し回路（７）を含む読み出し層（６）に転送するステップと、を含む方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、イメージセンサ装置、イメージセンサデバイス、およびイメージセンサ装置を動作させるための方法に関する。イメージセンサ装置は、２つの波長範囲の電磁放射を検知するように構成される。

【背景技術】

【0002】

ＣＭＯＳイメージセンサは、カメラモジュールおよびスマートフォン、タブレットコンピュータ、ラップトップ用など、広範な用途で使用される。撮影などのこれらの用途の一部は、可視光ドメインでの感応性に依拠するが、３Ｄイメージングおよび認証などの他の用途は、イメージセンサが赤外（ＩＲ）ドメインで感応的であることを必要とする。例えば、赤外ドメインは、暗い環境で、または少なくとも明るさが限られた状況で使用される。赤外ドメインはまた、通常のＲＧＢイメージを強化するために使用することもできる。赤外放射は、可視波長ドメインが見ることのできないぼやけなどの一定の条件を「透視」することができるため、赤外ドメインは「テクスチャ」を与える。

【0003】

最新のデバイスにおける空間的な制約のため、可視および赤外ドメインの両方で感応性のあるイメージセンサデバイスを提供することが望ましい。この目的のため、イメージセンサ装置は、可視スペクトルの特定部分に感応性のあるピクセルと、赤外スペクトルの特定部分に感応性のあるピクセルとを含む。この接続には、シリコンベースのフォトダイオードが一般的な選択であるが、それは、このようなダイオードは、１９０ｎｍから１１００ｎｍの間に渡る広い波長範囲で感応的であり、したがって可視および近赤外（ＮＩＲ）ドメインの両方において電磁スペクトルをカバーするからである。

【0004】

可視光情報を受け取るためのピクセルは、イメージシーンの十分な空間分解能を得るために、典型的には二次元配列または行列にしたがって、センサ層に配置される。さらに、各ピクセルは、サブピクセルを含む場合があり、各サブピクセルは、特定の色、例えば、赤、緑、および青（ＲＧＢ）の光を検知するように構成される。典型的には、サブピクセルは、特定のパターンで、例えばいわゆるベイヤー（Ｂａｙｅｒ）パターンにしたがって配置される。

【0005】

可視光およびＩＲ光の両方に感応性のあるイメージセンサを実現するための従来型の一手法は、同一の（シリコン）基板にＮＩＲ光用の追加的なピクセルを配置することである。そのようなイメージセンサ内でＮＩＲ光情報を受け取るための追加的なピクセルを実装することは、典型的には、サブピクセルのうちの１つ、例えば、緑色光を検知するための１サブピクセルを犠牲にすることによって達成される。しかしながら、これにはいくつかの欠点が伴い、可視ドメインにおける特にイメージ認知の低下および／または空間分解能の損失を招く。

【0006】

別の手法が、Ｔａｋｅｍｏｔｏらによって示唆される（Ｔａｋｅｍｏｔｏら、「Ｍｕｌｔｉｂａｎｄ Ｉｍａｇｉｎｇ ＣＭＯＳ Ｉｍａｇｅ Ｓｅｎｓｏｒ ｗｉｔｈ Ｍｕｌｔｉ－Ｓｔｏｒｉｅｄ Ｐｈｏｔｏｄｉｏｄｅ Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ」参照）。Ｔａｋｅｍｏｔｏらは、可視ＲＧＢ光およびＮＩＲ光を同時にキャプチャするための２つのフォトダイオードアレイを含む、多層階フォトダイオード構造を伴うマルチバンドのイメージングＣＭＯＳイメージセンサを開示している。上部シリコン基板は、可視ＲＧＢ光用のピクセルアレイを有し、下部シリコン基板は、上部基板を通過するＮＩＲ光用のピクセルアレイを有する。２つの基板は、それぞれ配線層を含み、これらは互いに向かい合って接合される。

【0007】

一つの大きな課題は、ＮＩＲピクセルは可視光ピクセルの下にあるため、可視光ピクセルがＮＩＲ光にも曝されることである。このことは、色の再構築に影響し、その結果、デジタルイメージにおいて、色は振幅オフセットに等価なＮＩＲ寄与を受ける。別の欠点は、上側の第１の基板と２つの基板間にある配線層に起因して、第１の基板を通過する光が、遮蔽または散乱効果によって大きく減衰されることである。このことは、ＮＩＲ光に対する量子効率（ＱＥ）が低下することにつながる。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0008】

したがって、達成すべき目的は、上述の欠点を克服するイメージセンサ装置を提供することである。特に、イメージセンサ装置は、少なくとも２つの波長範囲において光を感知することが可能であり、イメージ認知および量子効率の改善をもたらす。

【課題を解決するための手段】

【0009】

この目的は、独立請求項の主題により実現される。さらなる発展および実施形態は、従属請求項において説明する。

【0010】

改善されるイメージセンサ装置は、２つの波長範囲を使用するという考えに基づいており、第１のセンサ層は、これらの波長範囲のうち一方のみにスペクトル応答的であり、第２のセンサ層は、もう一方の波長範囲にスペクトル応答的である。例えば、第１の波長範囲は、可視光を含む。第２の波長範囲は、（ＮＩＲ光の代わりに）短波長赤外（ＳＷＩＲ）光を含むことができる。ＳＷＩＲは、１．４μｍから３．０μｍまでの波長を含むが、ＮＩＲは、７８０ｎｍから１．４μｍまでの波長を含む。専用のＳＷＩＲセンサは、可視光センサの下に配置することができる。ＮＩＲ光とは対照的に、ＳＷＩＲ光は可視光センサのフォトダイオードに影響しない。すなわち、可視光センサは、ＳＷＩＲ光に感応的ではない。一般的な読み出し回路は、第２のセンサ層の下に配置し、適当な方法で両方のセンサ層のピクセルに接続することができる。

【0011】

ここでは、また以降では、ピクセルという用語は、受光素子を指し、ピクセルは、他のピクセルと共に二次元配列として配置することができる。ピクセルはまた、ピクセルへの、およびピクセルからの信号を制御するための回路を含むことがある。ピクセルはまた、特定の波長範囲の光を検知するための個別の波長フィルタを含んでもよい。可視光ピクセルとは、可視波長範囲の光、特に赤、緑、および／または青の波長範囲の光を感知することができるピクセルを指す。ＩＲ／ＳＷＩＲピクセルとは、赤外ドメイン、特に短波長の赤外ドメインの光を感知することができるピクセルを指す。光という用語は、一般には、ＩＲ放射、ＳＷＩＲ、および可視光を含む、電磁放射を指すことがある。したがって、緑、青、赤、およびＳＷＩＲ光とは、個別の波長範囲にある光を指す。

【0012】

ある実施形態では、イメージセンサ装置は、第１のグループのピクセルを含む第１のセンサ層を備え、第１のグループの各ピクセルは、第１の波長範囲の電磁放射を検知するように構成されたフォトダイオードを含む。イメージセンサ装置は、第２のグループのピクセルを含む第２のセンサ層をさらに備え、第２のグループの各ピクセルは、第２の波長範囲の電磁放射を検知するように構成されたフォトダイオードを含む。イメージセンサ装置は、第１および第２のグループのピクセルから電気信号を読み出すように構成された読み出し回路を含む、読み出し層をさらに備える。第２のセンサ層は、第１のセンサ層と読み出し層との間に配置される。第２の波長範囲は、第１のセンサ層によって検知可能な波長範囲の外側である。

【0013】

第１のセンサ層は、主延在面を有する。第１のセンサ層は、主表面および後表面を含む。ある実施形態では、第１のグループのピクセルの配線は、第１のセンサ層の主表面に配置することができる。第１のグループのピクセルは、二次元配列またはピクセル行列として配置することができる。第１のグループのピクセルは、横方向に互いに隣り合って配置することができ、横方向は、第１のセンサ層の主延在面に対して平行に延びる。第１のセンサ層は、例えば少なくとも１００万個の第１のグループのピクセルを含む。少なくともいくつかの実施形態では、第１の波長範囲は、可視光を含む。第１のグループのピクセルは、可視波長範囲の電磁放射を検知するように構成することができる。

【0014】

代替的に、または追加的に、第１の波長範囲は、ＮＩＲ光を含む。第１のグループのピクセルは、ＮＩＲ波長範囲の電磁放射を検知するように構成することができる。これは、第１のセンサ層が、可視光を検知するためのピクセル、およびＮＩＲ光を検知するためのさらなるピクセルを含むことを意味することが可能である。これは、第１のセンサ層が、可視およびＮＩＲスペクトルの両方の光を検知することができるピクセルを含むことをさらに意味することが可能である。

【0015】

ある実施形態では、第１のグループの各ピクセルは、同一波長範囲の光を検知する。しかしながら、別の実施形態では、第１のグループのピクセルは、ピクセルの異なるサブセットを含み、各サブセットは、第１の波長範囲内の特定の波長範囲を検知するように構成される。少なくともいくつかの実施形態によると、ピクセルの第１のサブセットは赤（Ｒ）の波長範囲の光を検知し、ピクセルの第２のサブセットは緑（Ｇ）の波長範囲の光を検知し、第３のサブセットは青（Ｂ）の波長範囲の光を検知する。このように、ＲＧＢピクセル層を形成することができる。異なるサブセットのピクセルは、特定のパターン、例えばベイヤーパターン（ＲＧＧＢ）にしたがって配置することができる。第１のグループのピクセルのフォトダイオードは、電磁放射を電気信号に変換するように、それぞれ構成される。ピクセルの各フォトダイオードは、それ自身の浮遊拡散ノードおよび／または制御回路の自身の部品を有することができる。

【0016】

各ピクセルは、異なる波長範囲の光を検知するためのいくつかのサブピクセルを含むことも、可能である。各サブピクセルは、対応するフォトダイオードを含むことができる。一実施形態において、各ピクセルは、ベイヤーパターン（ＲＧＧＢ）で配置された４つのサブピクセルを含む。個別のフォトダイオードを有するサブピクセルは、共通の浮遊拡散ノードおよび／または制御回路の共通の部品を共有することができる。

【0017】

ある実施形態では、第１のセンサ層の後表面は、入射電磁放射に向いている。したがって、このような実施形態では、後表面はまた、放射入口面とも呼ばれる。ピクセルの配線が主表面に配置され、センサ層がその後表面から照射される構成は、後方照射（ＢＳＩ）構成と呼ばれることがある。故に、第１のセンサ層は、ＢＳＩ構成であることができる。しかしながら、配線が配置された主表面が照射されることも同様に可能である。このような構成は、前面照射（ＦＳＩ）構成と呼ばれる。

【0018】

第２のセンサ層もまた、主延在面を有する。第２のセンサ層の主面は、第１のセンサ層の主面に平行であることができる。第２のセンサ層もまた、主表面および後表面を含む。垂直方向において、第２のセンサ層は、第１のセンサ層の下に配置される。垂直方向とは、第１および第２のセンサ層の主延在面に対して垂直に延びる方向を指す。これは、第１のセンサ層が、第２のセンサ層と入射電磁放射との間に配置されることを意味することができる。第２のセンサ層の主表面は、第１のセンサ層に向くように、または読み出し層に向くように、配置することができる。

【0019】

ある実施形態では、第２のグループのピクセルの配線は、第２のセンサ層の主表面に配置することができる。第２のグループのピクセルは、二次元配列またはピクセル行列として配置することができる。第２のグループのピクセルは、横方向に互いに隣り合って配置することができる。第２のセンサ層は、例えば少なくとも１００万個の第２のグループのピクセルを含む。しかしながら、第２のセンサ層は、１００万個よりも少ない第２のグループのピクセル、または第１のセンサ層中の第１のグループのピクセルよりも少ない第２のグループのピクセルを含んでもよい。

【0020】

第２のグループのピクセルは、第２の波長範囲内の同一範囲の電磁放射を検知するように、それぞれ構成することができる。しかしながら、第２のグループのピクセルは、第２の波長範囲内の異なる範囲を検知するように構成することも、可能である。第２のグループのピクセルのフォトダイオードは、第２の波長範囲の電磁放射を電気信号に変換するように、それぞれ構成される。

【0021】

第２の波長範囲は、第１のセンサ層によって検知可能な波長範囲の外側である。これは、第１のセンサ層が、第１の波長範囲において排他的なスペクトル応答性を含むことを意味することができる。第１のセンサ層は、第２の波長範囲において感応性がなくてもよい。これは、第１のセンサ層が、第２の波長範囲においてスペクトル応答性を含まないことを意味することができる。第２の波長範囲の電磁放射は、妨げられることなく第１のセンサ層を通過する。これは、第１のセンサ層が、第２の波長範囲の電磁放射には大き過ぎるバンドギャップを示すセンサ材料を含むことができるからである。材料のバンドギャップを越えて電子を励起するのに十分なエネルギーを持つ光子のみが、有意な光電流を生み出す。第２の波長範囲内の光子エネルギーは、第１のセンサ層によって感知されるには小さ過ぎる場合がある。これは、第２の波長範囲の最小波長が、第１のセンサ層によって検知可能な最大波長よりも大きいことを意味することができる。

【0022】

少なくともいくつかの実施形態によると、第２の波長範囲は、短波長赤外放射を含む。第２のグループのピクセルは、ＳＷＩＲ範囲の電磁放射を検知するように構成することができる。

【0023】

ある実施形態では、第１のセンサ層中の第１のグループのピクセルの数は、第２のセンサ層中の第２のグループのピクセルの数と一致する。これは、第２のグループの各ピクセルが、第１のグループの１つのピクセルに割り振られることを意味することができる。このような実施形態では、２つの対応するアレイの空間分解能は等しい。

【0024】

しかしながら、第１のグループのピクセルの数が第２のグループのピクセルの数を超えることも、またはその逆もまた可能である。例として、第２のグループの各ピクセル（例えば、ＳＷＩＲピクセル）は、第１のグループの４つのピクセルまたはサブピクセル（例えば、可視光ピクセル）に、それぞれ割り振ることができる。例えば、各ＳＷＩＲピクセルは、ベイヤーパターン（ＲＧＧＢ）の４つのピクセル／サブピクセルに割り振られる。これは、この例ではＳＷＩＲピクセルのピクセル面積が、可視光ピクセルの１つのピクセル面積の４倍大きいことを意味することができる。大きいピクセル面積を用いると、１ピクセル当たり検知することができる光が多くなるため、ピクセルはより感応的になる。

【0025】

同様に、第１のグループの１つのピクセルが、第２のグループの２つ以上のピクセルに割り振られることが可能である。第１のグループのピクセルの数が、第２のグループのピクセルの数に相関しないことがさらに可能であり、それによって異なるグループのピクセル間に割り振りが存在しない。

【0026】

読み出し層もまた、主延在面を有する。読み出し層の主面は、第１のセンサ層の主面に、および第２のセンサ層の主面に、それぞれ平行であることができる。垂直方向において、読み出し層は、第２のセンサ層の下に配置される。これは、第２のセンサ層が、第１のセンサ層と読み出し層との間に配置されることを意味する。読み出し層は、第１のセンサ層に、および第２のセンサ層に、電気的に接続される。電気接続は、任意の適当な手段により確立され得る。

【0027】

読み出し回路の配線は、読み出し層の主表面に配置される。読み出し層は、その主表面が第２のセンサ層に向くように配置することができる。読み出し回路は、第１および第２のグループのピクセルのフォトダイオードによって提供される電気信号を読み出すように構成することができる。読み出し回路は、フォトダイオードの電気信号を与えることができる入力を含むことができる。読み出し回路は、ピクセルを動作させるようにさらに構成することができる。

【0028】

イメージセンサ装置は、２つの別個の波長範囲の光を検知することができ、このことは費用対効果の観点から有益である。例えば、イメージセンサ装置は、可視光およびＳＷＩＲを同時に検知することができる。他のマルチスペクトルセンサ（例えば、ＲＧＢ＋ＮＩＲ）と比較すると、イメージ品質とのトレードオフが存在しない。第２のグループのピクセルは第１のアレイに統合されておらず、第１のアレイ下の別個の第２のアレイ中にあるため、第１のグループのピクセルを第１のアレイから除去する必要はない。これは、第１のアレイおよび第２のアレイの両方の空間分解能を高くできることを意味している。第１のセンサ層中の第１のグループのピクセル（例えば、シリコンベースの可視光ピクセル）の量子効率（ＱＥ）は、第２の波長範囲（例えば、ＳＷＩＲドメイン）では０％である。これは、ＳＷＩＲ光が可視範囲において色シフトに寄与しないことを意味する。有利なことに、ＳＷＩＲ成分を可視スペクトルからフィルタリングする色補正は必要がない。高いイメージ認知を維持することが可能である。

【0029】

ある実施形態では、イメージセンサ装置は、第１のグループのピクセルを含む第１のセンサ層を備え、第１のグループの各ピクセルは、可視波長範囲の電磁放射を検知するように構成されたフォトダイオードを含む。イメージセンサ装置は、第２のグループのピクセルを含む第２のセンサ層をさらに備え、第２のグループの各ピクセルは、短波長赤外範囲の電磁放射を検知するように構成されたフォトダイオードを含む。イメージセンサ装置は、第１および第２のグループのピクセルから電気信号を読み出すように構成された読み出し回路を含む、読み出し層をさらに備える。第２のセンサ層は、第１のセンサ層と読み出し層との間に配置される。

【0030】

イメージセンサ装置の一実施形態では、第１のセンサ層は、第２のセンサ層に取り付けられる。本開示の一態様によると、第１のセンサ層は、電気接点によって第２のセンサ層に取り付けられる。電気接点は、第１のセンサ層と第２のセンサ層との間に形成することができる。故に、第１のグループのピクセルは、第２のグループのピクセルに電気的に接続することができる。これは、第１のグループの個々のピクセルの配線が、電気接点によって、第２のグループの個々のピクセルの配線に電気的に接続されることを意味することができる。電気接点は、金属バンプを含むことができる。例えば、電気接点は、ハイブリッド接合によって形成される。

【0031】

イメージセンサ装置の一実施形態では、第１のセンサ層は、ハイブリッド接合によって第２のセンサ層に取り付けられる。電気相互接続は、第１のグループのピクセルと第２のグループのピクセルとの間に形成される。

【0032】

ハイブリッド接合とは、２つの層間に恒久的な接合が確立され、誘電接合を埋め込まれた金属と組み合わせて電気相互接続を形成する、任意の接合技法を指す。例えば、ハイブリッド接合は、接着剤を用いて確立することができる。接着剤には金属バンプが埋め込まれ、第１のセンサ層を第２のセンサ層に電気的に接続することができる。

【0033】

別の例として、誘電接合は、第１のセンサ層と第２のセンサ層のそれぞれが、互いに向かい合う個々の酸化物層を含む、酸化物界面によって確立され得る。２つの酸化物層を互いに接合することは、直接接合、または融合接合プロセスの途中で行われてもよい。個々の酸化物層と並行して、銅製パッドを加工することができる。この事例では、電気的接触は、アニーリング中に金属拡散接合を介して実現され得る。

【0034】

通常、第１のセンサ層および第２のセンサ層は、フォトダイオードおよび場合によっては何らかの回路が配置される基板を含む。酸化物層は、基板の上部に配置されてもよく、配線は酸化物層に埋め込まれ、フォトダイオードと回路を電気的に接続する。第１のセンサ層および第２のセンサ層は、直接接合プロセスのために個々の酸化物層が互いを向くように配置されてもよい。酸化物層中の配線は、第１のグループのピクセルを第２のグループのピクセルに電気的に接続するために利用することができる。

【0035】

恒久的な接合を用いて、第１のセンサ層と第２のセンサ層は、互いと位置合わせすることができる。動く部品は存在しない。第１のグループのピクセルと第２のグループのピクセルとの電気相互接続は、ピクセルが共通の読み出し経路を共有できるようにするために使用され得る。読み出し経路は、カラムバスであることができる。電気信号は、順次読み出し回路に伝送することができる。この構成は、特に、両方のグループのピクセルがローリングシャッタモードで動作する場合に関係がある。この事例では、読み出し回路は消費する空間が少ない。

【0036】

イメージセンサ装置の一実施形態では、第２のセンサ層は、読み出し層に取り付けられる。本開示の一態様によると、第２のセンサ層は電気接点によって読み出し層に取り付けられる。電気接点は、第２のセンサ層と読み出し層との間に形成することができる。故に、第２のグループのピクセルは、読み出し回路に電気的に接続することができる。これは、第２のグループの個々のピクセルの配線が、電気接点によって、読み出し回路の配線に電気的に接続されることを意味することができる。電気接点は、金属バンプを含むことができる。例えば、電気接点は、ハイブリッド接合によって形成される。

【0037】

イメージセンサ装置の一実施形態では、第２のセンサ層は、ハイブリッド接合によって読み出し層に取り付けられ、それによって第２のグループのピクセルと読み出し回路との間に電気相互接続が形成される。

【0038】

上述のように、ハイブリッド接合とは、２つの層間に恒久的な接合が確立され、誘電接合を埋め込まれた金属と組み合わせて電気相互接続を形成する、任意の接合技法を指す。上述の例もまた、この実施形態に当てはまる。

【0039】

通常、読み出し層もまた、読み出し回路が配置された基板を含む。酸化物層は、基板の上部に配置されてもよく、配線は酸化物層に埋め込まれて、読み出し回路の異なる部分を電気的に接続する。第２のセンサ層および読み出し層は、直接接合プロセスのために個々の酸化物層が互いを向くように配置されてもよい。酸化物層中の配線は、第２のグループのピクセルを読み出し層の部分に電気的に接続するために利用することができる。

【0040】

恒久的な接合を用いて、第２のセンサ層を、読み出し層に位置合わせすることができる。動く部品は存在しない。第２のグループのピクセルと読み出し回路との電気相互接続により、第１のグループのピクセル用の読み出し経路とは別の別個の読み出し経路が可能となる。この構成は、特に、第１のグループのピクセルがローリングシャッタモードで動作し、第２のグループのピクセルがグローバルシャッタモードで動作する場合に関係がある。この事例では、グローバルシャッタは、第２のグループのピクセルのために使用され得、グローバルシャッタモードでは照明時間が短いため、低電力消費につながる。

【0041】

第２のグループのピクセルが別個の読み出し経路を介して読み出し回路に接続されれば、第１のグループのピクセルへの電気相互接続は、もはや必要ない。これは、第１のグループのピクセルと第２のグループのピクセルとの間で、少なくとも一部の金属層／金属バンプが必要ないことを意味する。金属層は、電磁放射を遮蔽、散乱、および／または反射する。したがって、これらの実施形態は、入射光の大部分が金属層によって影響されることなく第２のセンサ層に到達するため、高い量子効率を有する。

【0042】

ある実施形態では、イメージセンサ装置は、少なくとも１つの基板貫通ビア（ＴＳＶ）をさらに含む。少なくとも１つの基板貫通ビアは、第２のセンサ層を貫通し、第１のセンサ層中の第１のグループのピクセルを読み出し層中の読み出し回路に電気的に接続する。

【0043】

ＴＳＶは、第２のセンサ層を完全に貫通する。これは、ＴＳＶが、第２のセンサ層の主表面から後表面に達することを意味する。ＴＳＶは、貫通孔によって第２のセンサ層中に形成することができる。加えて、ＴＳＶは、第１のセンサ層も完全に貫通することができる。故に、貫通孔はまた、第１のセンサ層にも存在し得る。この事例では、ＴＳＶは、第１のセンサ層の放射入口面から、第２のセンサ層の後表面に達する。後者の手法は、製造エンジニアリングの観点から有益な場合がある。

【0044】

ＴＳＶは、第１のセンサ層の配線を読み出し層の配線に電気的に接続する金属被覆を含むことができる。ＴＳＶは、金属被覆を第２のセンサ層から、また任意選択で第１のセンサ層から隔離する隔離層をさらに含む場合がある。この目的のために、隔離層は、貫通孔の側壁に配置される。金属被覆は、隔離層に配置されて、第２のセンサ層および／または第１のセンサ層の主表面および後表面に接触エリアを形成することができる。残りの貫通孔は、充填材料で埋めてもよい。あるいは、金属被覆が、完全に残りの貫通孔を埋めてもよい。

【0045】

ＴＳＶは、第１のグループのピクセルの電気信号を読み出すための読み出し経路を設ける。いくつかの実施形態では、第２のグループのピクセルからの電気信号もまた、ＴＳＶを介して読み出される。電気信号は、ＴＳＶを介して順次、つまり１つずつ読み出すことができる。そのため、ＴＳＶは、ローリングシャッタモードでピクセルを動作させるための読み出し経路を特徴付ける。ＴＳＶは、１つのピクセルのみに電気的に接続することができる。ＴＳＶは、２つ以上のピクセルに電気的に接続することも可能である。イメージセンサ装置は、複数のＴＳＶを含むことができ、各ＴＳＶは、１つまたは複数のピクセルに電気的に接続される。例えば、各ＴＳＶは、ピクセルのアレイのうちの１行のピクセルに電気的に接続される。ＴＳＶにより、ワイヤ接合の必要がなく、イメージセンサ装置のフロア空間を小さくすることができる。その上、第１のセンサ層および第２のセンサ層は、１つの共通の読み出し層を共有することができる。

【0046】

ある実施形態では、イメージセンサ装置は、第１のセンサ層と検知対象の電磁放射源との間に配置された、デュアルバンドフィルタをさらに含む。デュアルバンドフィルタは、第１の波長範囲の少なくとも一部および第２の波長範囲の少なくとも一部とは別の電磁放射を遮蔽するように構成される。

【0047】

垂直方向において、デュアルバンドフィルタは、第１のセンサ層に、または第１のセンサ層の上に配置され、それによって、第１のセンサ層はデュアルバンドフィルタと第２のセンサ層との間に配置される。例えば、デュアルバンドフィルタは、有機材料を含む。デュアルバンドフィルタはまた、誘電性の干渉フィルタであり得る。デュアルバンドフィルタは、第１のセンサ層に直接取り付けられてもよいし、第１のセンサ層から所定の距離に配置されてもよい。

【0048】

デュアルバンドフィルタは、入射する電磁放射のスペクトルの特定の部分に対する感応性を調節するために用意される。デュアルバンドフィルタは、第１の波長範囲の少なくとも一部に対して、および第２の波長範囲の少なくとも一部に対して透過性である。ここでは、また以降では、「透過性」または「半透過性」は、少なくとも８０％または少なくとも９０％の透明性を指す。これは、デュアルバンドフィルタが第１および第２の波長範囲の電磁放射を、第１のセンサ層および第２のセンサ層に向けて透過させることを意味する。デュアルバンドフィルタは、他の波長の電磁放射を遮蔽する。第１の波長範囲と第２の波長範囲とは、別の波長範囲によって互いに別個であることができる。例えば、デュアルバンドフィルタは、可視光に対して、特に赤、緑、および青の波長範囲に対して透過性である。その上、デュアルバンドフィルタは、短波長赤外範囲の少なくとも一部に対して透過性であってもよい。例えば、デュアルバンドフィルタは、およそ１．４μｍ、１．５μｍ、および／または１．６μｍの帯域で透過性である。ＳＷＩＲ光用のデュアルバンドフィルタのウインドウは、小さくてもよい。例えば、ＳＷＩＲドメインにおけるデュアルバンドフィルタの帯域幅は、±５ｎｍ、±１０ｎｍ、または±５０ｎｍである。これとは対照的に、デュアルバンドフィルタは、ＮＩＲドメイン、すなわち７８０ｎｍから１．４μｍまでの波長に対しては不透明であってもよい。

【0049】

第１のセンサ層がシリコンをベースにしている場合、フォトダイオードはＮＩＲ光に対して感応的である。デジタルイメージの色再構築を劣化させるＮＩＲ光の寄与は、デュアルバンドフィルタによって著しく低下する。専用のＮＩＲフィルタは、必要ない。その上、すべての他の望ましくない波長を、スペクトルから除去することができる。一方で、シリコンで実装されるＲＧＢピクセル（可視光ピクセル）のＱＥは、ＳＷＩＲ光に対して０％である。したがって、可視スペクトルにおいて開きがあり、またＳＷＩＲスペクトルにおいて小さな開きのあるデュアルバンドフィルタは、ＲＧＢピクセルの性能にマイナスの影響を及ぼさない。

【0050】

ある実施形態では、デュアルバンドフィルタの代わりに、イメージセンサ装置は、第１のセンサ層と検知対象の電磁放射源との間に配置された、バンドストップフィルタを含むことができる。バンドストップフィルタは、第１の波長範囲と第２の波長範囲との間の電磁放射を遮蔽するように構成することができる。これは、バンドストップフィルタが、第１の波長範囲の端部から第２の波長範囲までの電磁放射の部分を除去するように構成されることを意味することができる。バンドストップフィルタは、これらの中間の波長では不透明であることができる。そのため、望ましくない波長を、検知対象の光学スペクトルから除去することができる。第１の波長範囲は可視範囲であることができ、第２の波長範囲はＳＷＩＲ範囲であることができる。この事例では、ＮＩＲ光がスペクトルから除去される。

【0051】

ある実施形態では、イメージセンサ装置は、第１のセンサ層と検知対象の電磁放射源との間に配置された、レンズまたはレンズのアレイをさらに含む。レンズまたはレンズのアレイは、入射光を第１のセンサ層および第２のセンサ層に向けて導くように構成される。レンズまたはレンズのアレイは、第１のセンサ層と第２のセンサ層との間の金属層（例えば、ピクセル配線またはハイブリッド接合界面で構成される金属層）の開口を通って光を導くために使用することができる。レンズは、マイクロレンズであることができ、レンズのアレイは、マイクロレンズのアレイであることができる。

【0052】

ある実施形態では、第１のセンサ層は、半導体材料、特にシリコンを含む。ある実施形態では、読み出し層は、半導体材料、特にシリコンを含む。

【0053】

半導体材料は、多くの利用可能な方法があるため理想的に加工することができる。上述のように、シリコンベースのフォトダイオードが一般的な選択であるが、これらのダイオードは、１９０ｎｍから１１００ｎｍの間の広い波長範囲に渡って感応性があるため、可視ドメインにおける電磁スペクトルの関連部分をカバーする。加えて、シリコンの広いバンドギャップのために、シリコンベースのフォトダイオードは、ゲルマニウムベースのフォトダイオードなど他のフォトダイオードと比較して、優れたノイズパフォーマンスを示す。シリコンの電気的性質および光学的性質は、フォトダイオードの実現に適しているだけではなく、回路部品にも適している。

【0054】

ある実施形態では、第２のセンサ層は、ゲルマニウム、ヒ化インジウムガリウム、および量子ドット層のうちの１つ、または第２の波長範囲の電磁放射に対するスペクトル応答に好適なバンドギャップを有する任意の他の材料を含む。

【0055】

シリコンフォトダイオードは、ＳＷＩＲ光には感応的ではない。そのため、ＳＷＩＲ光を検知するためのセンサは、他の材料を含む必要がある。ガリウムをベースとするフォトダイオードは、４００ｎｍから１７００ｎｍまでの波長範囲をカバーするが、ヒ化インジウムガリウムをベースとするフォトダイオードは、８００ｎｍから２６００ｎｍまでの波長範囲をカバーする。したがって、このようなフォトダイオードは、ＳＷＩＲ波長範囲の少なくとも一部をカバーする。量子ドット層をベースとするフォトダイオードは、所望の波長範囲を検知できるように設計することができる。一般に、好適なバンドギャップを有し、使用される他の材料と親和性のある、任意の材料を使用することができる。回路の主要部分は読み出し層に位置するため、第２のセンサ層は、フォトダイオードのみを含めばよく、したがって良好な電気的挙動のために設計する必要はない。

【0056】

ある実施形態では、第１のグループのピクセルおよび第２のグループのピクセルは、読み出し回路によってローリングシャッタモードで読み出されるように構成される。

【0057】

イメージは、感光性領域で光を電子信号に変換することによって取得される。光の強度および露光時間または積算時間の両方が、生成される信号の量に影響する。ＣＭＯＳイメージセンサでは、ローリングシャッタとグローバルシャッタという、２種類の電子シャッタモードがある。ローリングシャッタモードでは、ピクセル行は、リセット信号に制御されて順次露光され、例えば上の行で開始し、下の行に進む。照射の間、ピクセルは、順次露光されて、１行ずつ読み出され、それによって、読み出しプロセスは反復的に、ローリングパターンで行われる。

【0058】

これは、第１および第２のグループの両方のピクセルが、すべての読み出しプロセスの間、照射されることを意味する。ローリングシャッタモードによって、イメージセンサの高分解能が可能となる。したがって、イメージセンサ装置の精度も高まる。その上、ローリングシャッタモードのために構成される読み出し回路は、グローバルシャッタモードのために構成される読み出し回路と比較して、あまり空間を必要としない。

【0059】

ある実施形態では、第１のグループのピクセルは、読み出し回路によってローリングシャッタモードで読み出されるように構成される。第２のグループのピクセルは、読み出し回路によって転送ユニットを介してグローバルシャッタモードで読み出されるように構成される。

【0060】

転送ユニットは、読み出し回路の一部として理解することができる。転送ユニットは、読み出し層において読み出し回路の隣に配置することができる。転送ユニットおよび読み出し回路は、同一の基板内に統合することができる。例えば、転送ユニットは、垂直方向において第２のグループのピクセルのアレイの下に配置することができる。読み出し回路は、読み出し層の周囲に配置することができる。例えば、読み出し回路は、アナログ－デジタル変換器、出力インターフェースなどを含む。転送ユニットは、光誘導電荷キャリアを貯めるための蓄積キャパシタを含むことができる。転送ユニットは、転送ユニットへの、および転送ユニットからの電気信号を制御するためのスイッチおよび／またはトランジスタをさらに含んでもよい。

【0061】

グローバルシャッタモードでは、ピクセル行列のピクセルすべてを、同一時間露光する。電磁放射を用いた照射の後、ピクセルは１つずつ読み出される。必要とされる照射時間は、ローリングシャッタモードに必要とされる照射時間よりも、かなり短い。照射時間が短いことにより、少ない電力消費につなげることができる。その上、イメージセンサ装置がユーザによって操作される電子デバイスで構成され、専用の光源から赤外光が生ずる場合、赤外放射による照射、特にＳＷＩＲ放射による照射は、ユーザの目を傷めないように十分短く保たれるべきである。

【0062】

ある実施形態では、第１のセンサ層は制御回路をさらに含み、制御回路は、第１のグループの各ピクセルへ／からの電気信号を制御するように構成される。

【0063】

これは、第１のセンサ層が、フォトダイオードとは別に、回路部分も含むことを意味する。特に、第１のセンサ層中の各ピクセルは、個々のピクセルへの、および個々のピクセルからの電気信号を制御するためのトランジスタを含むことができる。

【0064】

いくつかの実施形態によると、各ピクセルは、選択信号を受け取るように構成された選択トランジスタを含み、それによって、読み出し時に個々の行のピクセルをアドレス指定することができる。

【0065】

いくつかの実施形態によると、各ピクセルは、転送信号を受け取るように構成された少なくとも１つの転送トランジスタを含み、それによって、フォトダイオードによって生成された電荷キャリアは個々のピクセルの浮遊拡散ノードに転送される。

【0066】

いくつかの実施形態によると、各ピクセルは、リセット信号を受け取るように構成されたリセットトランジスタを含み、それによって、浮遊拡散ノードはピクセル供給電圧にリセットされ、また余分な電荷キャリアは除去される。

【0067】

いくつかの実施形態によると、各ピクセルは、浮遊拡散ノードにおいて光誘導電荷キャリアを増幅するために、ソースフォロワを含む。

【0068】

いくつかの実施形態によると、ピクセルは、さらなる転送トランジスタを含むことができる。さらなる転送トランジスタは、さらなる転送信号を受け取るように構成されてもよく、それによって、第１のグループの個々のピクセルに電気的に接続された第２のグループのピクセルによって生成された電荷キャリアは浮遊拡散ノードに転送される。

【0069】

制御回路によって、各ピクセルまたは各サブピクセルはそれぞれ、個別に制御することができる。これは、各ピクセル／サブピクセルが、読み出し回路によって読み出されるように制御可能であることを意味することができる。制御回路は、ピクセル内に組み込むことができるように小さくすることができる。そのため、ピクセルピッチを小さく保つことができ、感光性領域が、各ピクセルの主要部分をカバーする。

【0070】

ある実施形態では、第１のグループのピクセルの配線は、第１のセンサ層の主表面に配置され、主表面は、第２のセンサ層を向き、第１のセンサ層の放射入口面とは反対を向いている。

【0071】

これは、第１のセンサ層の後表面が、入射電磁放射を向いていることを意味することができる。故に、イメージセンサ装置は、ＢＳＩ構成をとることができる。上述のように、第１のセンサ層の主表面には、配線が埋め込まれる酸化物層を配置することができる。ＢＳＩ構成により、配線は感光性ピクセルの下に配置され、それによって、入射光は配線によって遮蔽または散乱されず、妨げられることなくフォトダイオードを有するピクセルに到達することができる。故に、イメージセンサ装置は高いＱＥを有する。

【0072】

ある実施形態では、第２のグループのピクセルの配線は、第２のセンサ層の主表面に配置され、主表面は、第１のセンサ層を向いている。

【0073】

これは、第１のセンサ層および第２のセンサ層が、互いに向かい合って、すなわち主表面－主表面で、（ハイブリッド接合によって）取り付けることができることを意味することができる。上述のように、第１のセンサ層および第２のセンサ層は、フォトダイオードが配置される基板を含むことができる。配線は、それぞれの基板の上部に配置される酸化物層に埋め込まれる。第１のセンサ層および第２のセンサ層は、個々の酸化物層が直接接合プロセスのために互いを向くように配置され得る。酸化物層中の配線は、第１のグループのピクセルを第２のグループのピクセルに電気的に接続するために利用することができる。この構成は、両方のグループのピクセルがローリングシャッタモードで動作させられ、それによってピクセルが同一読み出し経路を共有することができる場合に有利である。この事例では、読み出し回路は消費する空間が少ない。

【0074】

ある実施形態では、第２のグループのピクセルの配線は、第２のセンサ層の主表面に配置され、主表面は、読み出し層を向いている。

【0075】

これは、第２のセンサ層および読み出し層が、互いに向かい合って、すなわち主表面－主表面で、（ハイブリッド接合によって）取り付けることができることを意味することができる。上述のように、第２のセンサ層および読み出し層は、フォトダイオードが、またはそれぞれ読み出し回路が配置される基板を含むことができる。配線は、それぞれの基板の上部に配置される酸化物層に埋め込まれる。読み出し層および第２のセンサ層は、個々の酸化物層が直接接合プロセスのために互いを向くように配置され得る。酸化物層中の配線は、第２のグループのピクセルを読み出し層の部分と電気的に接続するために利用することができる。

【0076】

この構成は、第２のグループのピクセルがグローバルシャッタモードで動作させられ、それによって第２のグループのピクセルが別個の読み出し経路を必要とする場合に有利である。この事例では、第２のグループのピクセルの照射時間を短く保つことができる。その上、第１と第２のセンサ層との間にハイブリッド接合界面を必要としない。このことにより、界面における配線および金属層に起因する、入射光への遮蔽および／または散乱の影響が少なくなる。

【0077】

さらには、イメージセンサ装置を備えるイメージセンサデバイスが提供される。これは、イメージセンサ装置に関して開示されるすべての特徴がまた、イメージセンサデバイスに関しても開示され、適用可能であり、またその逆もあることを意味する。

【0078】

イメージセンサデバイスの少なくとも１つの実施形態によると、イメージセンサデバイスは、第２のグループのピクセルと同期される光源をさらに備える。これは、第２のグループのピクセルが動作させられて電磁放射を検知するときに、光源が電磁放射を発するように構成されることを意味することができる。例えば、光源は、短波長赤外範囲で光を発するＳＷＩＲ光源である。例えば、ＳＷＩＲ光源は、およそ１４００ｎｍ、１５００ｎｍ、または１６００ｎｍの狭い帯域で光を発する。例えば、発せられる光の帯域幅は、±５ｎｍ、±１０ｎｍ、または±５０ｎｍである。光源によって発せられる波長は、デュアルバンドフィルタの透過性と一致していてもよい。光源は、物体を照射することができ、物体では発せられた光線の一部が反射される。反射した光線は、第２のセンサ層によって検知することができる。

【0079】

ある実施形態では、イメージセンサは、光源および第２のグループのピクセルを同時に制御するように構成された制御ユニットをさらに含むことができる。この方法では、光源と第２のグループのピクセルの動作は、同期される。光源の動作を第２のグループのピクセルと同期することによって、照射の持続時間を最小化することが可能である。故に、光源の電力消費が低減される。

【0080】

そのようなイメージセンサは、スマートフォン、タブレットコンピュータ、ラップトップ、またはカメラモジュールなどの電子デバイスにおいて、便利に利用することができる。例えば、カメラモジュールは、写真および／または動画キャプチャ用に可視ドメインにおいて、ならびに３Ｄイメージングおよび／または認証目的で赤外ドメインにおいて動作するように構成される。その上、赤外感応性を有するイメージセンサは、動画フィードが必要とされる暗い環境で使用することができる。このような用途は、携帯電話の顔認証によるロック解除から、運転手監視システムに至る。両方とも、ＳＷＩＲスペクトルにおける照射装置を配備することができ、それによって、電話ユーザ／運転手は、自身を照射する光によって目が眩むことがない。

【0081】

さらには、イメージセンサ装置を動作させるための方法が提供される。イメージセンサ装置は、好ましくは本明細書において説明されるイメージセンサ装置を動作させるための方法のために採用され得る。これは、イメージセンサ装置およびイメージセンサデバイスに関して開示されるすべての特徴がまた、イメージセンサ装置を動作させるための方法に関しても開示され、またその逆もあることを意味する。

【0082】

イメージセンサ装置を動作させるための方法の少なくとも１つの実施形態によると、方法は、第１のセンサ層の第１のグループのピクセルを、電磁放射に曝すことを含み、第１のグループの各ピクセルは、第１の波長範囲の電磁放射を検知するように構成されたフォトダイオードを含む。

【0083】

方法は、電磁放射の少なくとも一部を、第１のセンサ層を通して、第２のセンサ層に透過させることをさらに含む。電磁放射のこの部分は、第１のセンサ層によって検知可能な波長範囲の外側である、第２の波長範囲に相当する。例えば、電磁放射の透過される部分は、ＳＷＩＲドメインの光を、少なくとも含む。ＳＷＩＲ光の透過は、第１のセンサ層のセンサ材料と相互作用しないか、またはほとんど相互作用しないＳＷＩＲ光によって実現可能である。

【0084】

方法は、第２のセンサ層の第２のグループのピクセルを電磁放射の部分に曝すことをさらに含み、第２のグループの各ピクセルは、第２の波長範囲の電磁放射を検知するように構成されたフォトダイオードを含む。

【0085】

第２の波長範囲の電磁放射は、光源によって与えることができる。光源は、第２のグループのピクセルの動作と同期することができる。これは、例えば、フォトダイオードが動作して電磁放射を検知している間のみ、光源が動作させられ、光を発することを意味する。光源から発せられる光は、物体によって反射され、第１のセンサ層によって透過され、第２のセンサ層によって受け取られる。光源は、ＳＷＩＲ光源であることができる。

【0086】

方法は、フォトダイオードによって電磁放射を電気信号に変換することをさらに含む。フォトダイオードのそれぞれは、動作中、電磁放射を電気信号に変換する。

【0087】

方法は、第１および第２のグループのピクセルの電気信号を、読み出し回路を含む読み出し層に転送することをさらに含む。ピクセルの電気信号は、次々に読み出し回路に転送することができる。第１のグループのピクセルの電気信号は、第２のグループのピクセルの電気信号と同一の読み出し経路を介して、読み出し回路に転送することができる。代替的に、第１のグループのピクセルの電気信号は、第２のグループのピクセルの電気信号に使用される読み出し経路とは異なる別個の読み出し経路を介して、読み出し回路に転送することができる。読み出し経路は、基板貫通ビアおよび／またはハイブリッド接合界面を用いて設けることができる。

【0088】

方法のさらなる実施形態は、当業者にとっては上述のイメージセンサ装置の実施形態から、明らかとなろう。

【0089】

図面の以下の説明は、改善されたイメージセンサ装置およびそれを動作させる方法の態様を、さらに図示および説明することができる。機能的に同一であるか、または同一の効果を有するイメージセンサ装置の部品および部分は、同一の符号によって表される。同一の、または実質的に同一の部品および部分は、最初に出現する図面に関してのみ説明することがある。それらの記述は、後続の図面では必ずしも繰り返されない。

【図面の簡単な説明】

【0090】

【図1】イメージセンサ装置の例示の実施形態の図である。

【図2】イメージセンサ装置の別の例示の実施形態の図である。

【図3】イメージセンサ装置の一実施形態による、概略図である。

【図4】イメージセンサ装置の一実施形態による、別の概略図である。

【図5】イメージセンサ装置を含むイメージセンサデバイスの概略図である。

【発明を実施するための形態】

【0091】

図１は、イメージセンサ装置１の例示の実施形態を示す。イメージセンサ装置１は、第１のグループのピクセル３を含む第１のセンサ層２を含み、第１のグループの各ピクセル３は、第１の波長範囲の電磁放射（イメージセンサデバイスの上の矢印で示される）を検知するように構成されたフォトダイオード（図示せず）を含む。イメージセンサ装置１は、第２のグループのピクセル５を含む第２のセンサ層４をさらに含み、第２のグループの各ピクセル５は、第２の波長範囲の電磁放射を検知するように構成されたフォトダイオード（図示せず）を含む。イメージセンサ装置１は、第１および第２のグループのピクセル３、５から電気信号を読み出すように構成された読み出し回路７を含む、読み出し層６をさらに含む。第２のセンサ層４は、第１のセンサ層２と読み出し層６との間に配置される。第２の波長範囲は、第１のセンサ層２によって検知可能な波長範囲の外側である。

【0092】

第１のセンサ層２、第２のセンサ層４、および読み出し層６は、それぞれ主延在面を有する。図１に示すように、主延在面は、互いに平行であることができる。主延在面は、横方向ｘ、ｙに延在することができる。主延在面に対して垂直に延びる方向を指す垂直方向ｚにおいて、第１のセンサ層２、第２のセンサ層４、および読み出し層６は、互いの上部に配置されて積層体を形成する。第２のセンサ層４は、読み出し層６の上部に配置される。第１のセンサ層２は、第２のセンサ層４の上部に配置される。第１のセンサ層２は、第２のセンサ層４と入射電磁放射との間に配置される。

【0093】

第１のセンサ層２は、主表面２’および後表面２”を含む。第１のグループのピクセルの配線（図示せず）は、第１のセンサ層２の主表面２’に配置することができる。図１に示される実施形態では、第１のセンサ層２は、その後表面２”が電磁放射源を向くように配置される。第１のセンサ層２の主表面２’は、第２のセンサ層４を向く。しかしながら、他の実施形態（図示せず）では、第１のセンサ層２は、他のやり方で配置されてもよい。

【0094】

第２のセンサ層４は、主表面４’および後表面４”を含む。第２のグループのピクセル５の配線は、第２のセンサ層４の主表面４’に配置することができる。図１に示される実施形態では、第２のセンサ層４は、その後表面４”が読み出し層６を向くように配置される。第２のセンサ層４の主表面４’は、第１のセンサ層２を向く。しかしながら、（例えば、図２で示される）他の実施形態では、第２のセンサ層４は、他のやり方で配置されてもよい。

【0095】

読み出し層６は、主表面６’および後表面６”を含む。読み出し回路７の配線は、読み出し層６の主表面６’に配置され得る。図１に示される実施形態では、読み出し層６は、その主表面６’が第２のセンサ層４を向くように配置される。

【0096】

図１は、ハイブリッド接合界面８をさらに示す。ハイブリッド接合界面８を用いて、第１のセンサ層２は、第２のセンサ層４に取り付けられる。例えば、ハイブリッド接合は、接着剤を用いて確立することができる。別の例では、接合は、酸化物層界面との、直接接合、または融合接合プロセスの途中で行うことができる。

【0097】

ハイブリッド接合界面８は、電気相互接続９を含み、それによって、第１のグループのピクセル３と第２のグループのピクセル５を、互いに電気的に接続することができる。例えば、電気相互接続９は、接着剤に埋め込まれた金属バンプ（例えば、はんだバンプ）である。電気相互接続９はまた、個々の誘電性の接合層、例えば酸化物層と平行に加工された金属パッドであってもよい。この事例では、電気的接触は、アニーリング中に金属拡散接合を介して実現され得る。

【0098】

接合界面の実装は、提案した例に限定されない。一般に、２つの層間に恒久的な接合が確立され、誘電接合を埋め込まれた金属と組み合わせて電気相互接続９を形成する、任意の接合技法を使用することができる。

【0099】

図１は、光学素子１０をさらに示す。光学素子１０は、デュアルバンドフィルタ１１を含むことができる。デュアルバンドフィルタ１１は、第１のセンサ層と検知対象の入射電磁放射との間に配置される。これは、垂直方向ｚにおいて、デュアルバンドフィルタ１１が、第１のセンサ層２に、または第１のセンサ層２の上に配置され、それによって、第１のセンサ層２がデュアルバンドフィルタ１１と第２のセンサ層４との間に配置されることを意味する。デュアルバンドフィルタ１１は、第１のセンサ層２に直接取り付けられてもよいし、図１に示すように、第１のセンサ層２から所定の距離に配置されてもよい。デュアルバンドフィルタ１１は、第１の波長範囲の少なくとも一部（例えば、可視光）および第２の波長範囲の少なくとも一部（例えば、ＳＷＩＲ光）とは別の電磁放射を遮蔽するように構成される。

【0100】

代わりに、または加えて、光学素子１０は、レンズまたはレンズのアレイを含む。レンズまたはレンズのアレイは、入射光を第１のセンサ層２および第２のセンサ層４に向けて導くように構成される。レンズまたはレンズのアレイは、第１のセンサ層２と第２のセンサ層４との間の金属層（例えば、ピクセル配線またはハイブリッド接合界面８で構成される構成される金属層）の開口を通って光を導くために使用することができる。レンズは、マイクロレンズであることができ、レンズのアレイは、マイクロレンズのアレイであることができる。

【0101】

図１は、２つの基板貫通ビア１２（ＴＳＶ）をさらに示す。ＴＳＶ１２は、第２のセンサ層４を貫通し、第１のセンサ層２中の第１のグループのピクセル３を読み出し層６中の読み出し回路７に電気的に接続する。各ＴＳＶ１２は、第２のセンサ層を完全に貫通する。これは、ＴＳＶ１２が、第２のセンサ層４の主表面４’から後表面４”に達することを意味する。

【0102】

加えて、ＴＳＶ１２は、破線で示すように、第１のセンサ層２も完全に貫通することができる。この事例では、ＴＳＶ１２は、第１のセンサ層の後表面２”から、第２のセンサ層４の後表面４”に達する。

【0103】

ＴＳＶ１２は、第１のグループのピクセル３の電気信号を読み出すための読み出し経路を設ける。いくつかの実施形態では、第２のグループのピクセル５からの電気信号もまた、ＴＳＶ１２を介して読み出される。各ＴＳＶ１２は、１つのピクセル３のみに電気的に接続することができる。各ＴＳＶ１２は、２つ以上のピクセル３に電気的に接続することも可能である。図１は、例として２つのＴＳＶ１２を単に示している。しかしながら、イメージセンサ装置１は、複数のＴＳＶを含むことができ、各ＴＳＶ１２は、１つまたは複数のピクセル３に電気的に接続される。

【0104】

図２では、イメージセンサ装置１の別の実施形態を示す。図２による実施形態は、第１のセンサ層２と第２のセンサ層４との間にハイブリッド接合界面８がないという点で、図１の実施形態と異なる。代わりに、ハイブリッド接合界面８は第２のセンサ層４と読み出し層６との間にある。特に、第２のセンサ層４の主表面４’は、ハイブリッド接合によって読み出し層６の主表面６’に取り付けられる。

【0105】

ハイブリッド接合界面８は、電気相互接続９を含み、それによって、第２のグループのピクセル５を、読み出し層６の部分に電気的に接続することができる。既に説明したように、電気相互接続９は、接着剤に埋め込まれた金属バンプ（例えば、はんだバンプ）であることができる。電気相互接続９はまた、個々の誘電性の接合層、例えば酸化物層と平行に加工された金属パッドであってもよい。この事例では、電気的接触は、アニーリング中に金属拡散接合を介して実現され得る。

【0106】

電気相互接続９によって、ＴＳＶ１２を介する第１のグループのピクセル３用の読み出し経路に加えて、第２のグループのピクセル５用に別個の読み出し経路が設けられる。

【0107】

図３では、図１による実施形態の詳細が概略的に示される。ハイブリッド接合界面８を含め、第１のセンサ層２および第２のセンサ層４のみが示される。読み出し層６は、図示のために省略される。図３では、第２のグループのピクセル５（例えば、ＳＷＩＲピクセル）が、第１のグループのピクセル３（例えば、可視光ピクセルまたはＲＧＢピクセル）にどのように電気的に接続されるかを示す。さらなるピクセル３、５は、同一または類似の方法で電気的に接続することができる。

【0108】

以下では、第２のグループのピクセルはＳＷＩＲピクセル３と称するが、これらのピクセルは異なる波長範囲を検知してもよい。これに対応して、第１のグループのピクセル３は可視光ピクセル５と称される。しかしながら、イメージセンサ装置１は、可視光とＳＷＩＲ光の検知に限定されないことに留意されたい。

【0109】

図３では、第２のセンサ層４は、第２のグループの１つのピクセル５、例えば１つのＳＷＩＲピクセル５を含む。ＳＷＩＲピクセル５は、フォトダイオード１３を含む。例えば、フォトダイオード１３は、ピン留めフォトダイオード１３である。ＳＷＩＲピクセル５に含まれるフォトダイオード１３を除き、第２のセンサ層４は、トランジスタなどの回路部分を含まなくてもよい。

【0110】

フォトダイオード１３は、電磁放射を検知し、それを電気信号に変換するように構成される。そのアノード側では、フォトダイオード１３は、ある電位、例えば接地電位に電気的に接続される。そのカソード側では、フォトダイオード１３は、第１のグループのピクセル３に、ハイブリッド接合界面８の電気相互接続９を介して電気的に接続される。

【0111】

図３の実施形態の第１のセンサ層２中の可視光ピクセル３は、個々のフォトダイオード１４～１７を有する、４つのサブピクセル１８～２１を含む。しかしながら、他のピクセルアーキテクチャも可能である。例えば、可視光ピクセル３は、１つのみのフォトダイオードを含んでもよいし、さらに多くのフォトダイオードを含んでもよい。フォトダイオードのそれぞれは、同一の波長範囲の光、または異なる波長範囲の光を検知するように構成することができる。このように、図３に示される構成は、単に例示の実施形態として理解されるべきである。

【0112】

図３の可視光ピクセル３は、赤の波長範囲の電磁放射を検知して変換するように構成されたフォトダイオード１４を含む第１のサブピクセル１８を含むことができる。可視光ピクセル３は、緑の波長範囲の電磁放射を検知して変換するように構成された個々のフォトダイオード１５、１６を含む第２および第３のサブピクセル１９、２０をさらに含むことができる。また、可視光ピクセル３は、青の波長範囲の電磁放射を検知して変換するように構成されたフォトダイオード１７を含む第４のサブピクセル２１をさらに含むことができる。やはり、ピクセルはＲＧＢに限定されず、他の波長範囲も可能である。

【0113】

フォトダイオード１４～１７のそれぞれは、それらのアノード側において、ある電位、例えば接地電位に電気的に接続される。サブピクセル１８～２１は、共通の浮遊拡散ノード２２を共有することができる。それらのカソード側では、フォトダイオード１４～１７は、個々の転送信号ＴＸによって制御される個々の転送トランジスタ２３を介して、浮遊拡散ノード２２に電気的に接続される。

【0114】

図３によるピクセルアーキテクチャでは、転送トランジスタ２３は、制御回路２４に含まれる。制御回路２４は、リセット信号ＲＳＴをそのゲートで受け取るように構成されたリセットトランジスタ２５をさらに含み、それによって、浮遊拡散ノード２２はピクセル供給電圧ＶＤＤにリセットされ、また余分な電荷キャリアは除去される。

【0115】

制御回路２４は、浮遊拡散ノード２２において光誘導電荷キャリアを増幅するために、ソースフォロワ２６をさらに含む。

【0116】

制御回路２４は、選択信号をそのゲートで受け取るように構成された選択トランジスタ２７をさらに含み、それによって、読み出し時にピクセル３をアドレス指定することができる。選択トランジスタ２７は、一方の側ではソースフォロワ２６に接続され、もう一方の（図１に示すように、ＴＳＶ１２を含む）側では読み出し経路２８に接続される。

【0117】

図３による実施形態では、制御回路２４は、さらなる転送トランジスタ２９をさらに含む。さらなる転送トランジスタ２９は、さらなる転送信号ＴＸ’を受け取るように構成されてもよく、それによって、個々の可視光ピクセル３に電気的に接続されたＳＷＩＲピクセル５によって生成された電荷キャリアは、浮遊拡散ノード２２に転送される。このように、ＳＷＩＲピクセル５および可視光ピクセル３は、共通の読み出し経路２８と同様に、共通の浮遊拡散ノード２２を共有する。

【0118】

図４では、図２による実施形態の詳細が概略的に示される。図４では、ＳＷＩＲピクセル５のアレイのうちの１行のいくつかのＳＷＩＲピクセル５が示される。それに対応して、可視光ピクセル３のアレイのうちの１行のいくつかの可視ピクセル３が示される。すべての行は、省略記号で示される。

【0119】

図４による実施形態では、ＳＷＩＲピクセル５は、ハイブリッド接合界面８を介して可視光ピクセル３に電気的に接続されていない。そのため、ＳＷＩＲピクセル５は、可視光ピクセル３と共通の読み出し経路を共有していない。代わりに、可視光ピクセル３は、読み出し回路７によって別個の読み出し経路２８を介して読み出され、一方でＳＷＩＲピクセル５は、読み出し回路７によって転送ユニット３０を介して読み出される。このように、第２のセンサ層４と読み出し層６との間には、ハイブリッド接合界面８による電気相互接続９が存在する。

【0120】

移送ユニット３０は、読み出し層６において読み出し回路７の隣に配置することができる。図４の例では、転送ユニット３０は、ＳＷＩＲピクセル５のアレイの下に配置される。読み出し回路７は、読み出し層６の周囲に配置される。転送ユニット３０は、ＳＷＩＲピクセル５がグローバルシャッタモードで読み出すことができるように構成することができる。転送ユニット３０は、光誘導電荷キャリアを貯めるための蓄積キャパシタを含むことができる。転送ユニット３０は、転送ユニット３０への、および転送３０ユニットからの電気信号を制御するためのスイッチおよび／またはトランジスタをさらに含んでもよい。

【0121】

図４では、ＳＷＩＲピクセル５ごとの、一例の転送ユニットアーキテクチャが示される。しかしながら、実施形態は示される転送ユニットアーキテクチャに限定されず、他のアーキテクチャが同様に可能である。各ＳＷＩＲピクセル５は、１つの個別の転送ユニット３０に割り振られる。転送ユニット３０同士は、読み出し回路７に接続される読み出し経路２８’を介して接続される。

【0122】

ＳＷＩＲピクセル５のフォトダイオード１３は、転送信号ＴＸ’によって制御される任意選択の転送トランジスタ３２を介して、読み出し層６中の浮遊拡散ノード３１に電気的に接続される。転送トランジスタ３２もまた、省略することができる。転送ユニット３０は、リセット信号ＲＳＴ’を受け取るように構成されたリセットトランジスタ３３をさらに含み、それによって、浮遊拡散ノード３１はピクセル供給電圧ＶＤＤにリセットされ、また余分な電荷キャリアは除去される。浮遊拡散キャパシタンス３４は、浮遊拡散ノード３１において電荷キャリアを貯める。転送ユニット３０は、浮遊拡散ノード３１において光誘導電荷キャリアを増幅するために、第１のソースフォロワ３５をさらに含む。

【0123】

プリチャージトランジスタ３６は、第１のソースフォロワ３５用の電流源負荷として作用する。さらに、サンプルキャパシタ（ｓａｍｐｌｅ ｃａｐａｃｉｔｏｒ）３７、３８をプリチャージするためにも使用される。スイッチ３９、４０は、第１のサンプルキャパシタ３７、および第２のサンプルキャパシタ３８と共に、サンプリングを実施し、ＳＷＩＲピクセル５の機能性をホールドする。第２のソースフォロワ４１は、読み出し経路２８’へのサンプル信号をバッファする。また、行選択トランジスタ４２は、選択信号ＳＥＬ’をそのゲートで受け取るように構成され、それによって、読み出し時にピクセル５をアドレス指定することができる。

【0124】

図４に示すように、この実施形態における可視光ピクセル３のアーキテクチャは、図３の実施形態におけるアーキテクチャと同一か、それよりも小さくすることができる。図示される行の可視光ピクセル３同士は、読み出し経路２８を介して電気的に接続される。読み出し経路２８は、ＴＳＶ１２を介して読み出し回路７に電気的に接続される。この構成では、可視光ピクセル３は、ローリングシャッタモードで動作させることができ、一方でＳＷＩＲピクセル５はグローバルシャッタモードで動作させることができる。

【0125】

図５は、上で考察したようなイメージセンサ装置１を含むイメージセンサデバイス４３の例示の実施形態の概略図を示す。イメージセンサ装置１の第１のグループのピクセル３および第２のグループのピクセル５は、図５に示されるように、個々の二次元配列として配置することができる。イメージセンサデバイス４３は、第２のグループのピクセル５と同期される光源４４をさらに含む。例えば、光源は、ＳＷＩＲ範囲の光を発する。イメージセンサデバイス４３は、光源４４および第２のグループのピクセル５を制御するように構成された制御ユニット４５をさらに含む。

【0126】

本明細書において開示されるイメージセンサ装置１およびイメージセンサ装置１を動作させる方法の実施形態は、その思想の新規な態様を読者に習熟させる目的で説明されている。好ましい実施形態を示し、説明してきたが、請求項の範囲を必要以上に逸脱することなく、開示される概念の多くの変更、修正、均等物、および置換が、当業者によって成され得る。

【0127】

本開示は、開示される実施形態に、および本明細書において特に示し上述したことに、限定されないことを了解されたい。むしろ、別個の従属請求項で、または明細書で述べられる特徴は、有利に組み合わせることができる。さらに、本開示の範囲は、当業者にとって明らかであり、かつ添付の特許請求の範囲に含まれる、変形形態および修正形態を含む。

【0128】

「を含む」という用語は、特許請求の範囲または明細書において使用される限り、対応する特徴または手順の他の要素またはステップを排除するものでない。「１つの」という用語が、特徴と併せて使用される事例では、これらの用語は、複数のそのような特徴を排除するものではない。その上、請求項における任意の符号は、その範囲を限定するものとして解釈されてはならない。

【0129】

本特許出願は、ドイツ特許出願１０２０２１１０７７３０．３の優先権を主張するものであり、その開示内容は、参照により本明細書に組み込まれる。

【符号の説明】

【0130】

１ イメージセンサ装置
２ 第１のセンサ層
２’ 第１のセンサ層の主表面
２” 第１のセンサ層の後表面
３ 第１のグループのピクセル
４ 第２のセンサ層
４’ 第２のセンサ層の主表面
４” 第２のセンサ層の後表面
５ 第２のグループのピクセル
６ 読み出し層
６’ 読み出し層の主表面
６” 読み出し層の後表面
７ 読み出し回路
８ 接合界面
９ 電気相互接続
１０ 光学素子
１１ デュアルバンドフィルタ
１２ 基板貫通ビア
１３～１７ フォトダイオード
１８～２１ サブピクセル
２２ 浮遊拡散ノード
２３ 転送トランジスタ
２４ 制御回路
２５ リセットトランジスタ
２６ ソースフォロワ
２７ 選択トランジスタ
２８、２８’ 読み出し経路
２９ さらなる転送トランジスタ
３０ 転送ユニット
３１ 浮遊拡散ノード
３２ 転送トランジスタ
３３ リセットトランジスタ
３４ 浮遊拡散キャパシタンス
３５ 第１のソースフォロワ
３６ プリチャージトランジスタ
３７ 第１のキャパシタ
３８ 第２のキャパシタ
３９ 第１のスイッチ
４０ 第２のスイッチ
４１ 第２のソースフォロワ
４２ 選択トランジスタ
４３ イメージセンサデバイス
４４ 光源
４５ 制御ユニット
ＲＳＴ、ＲＳＴ’ リセット信号
ＳＥＬ、ＳＥＬ’ 選択信号
ＴＸ、ＴＸ’ 転送信号
ＶＤＤ 供給電圧
ｘ、ｙ 横方向
ｚ 垂直方向

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【手続補正書】

【提出日】2023-09-26

【手続補正1】

【補正対象書類名】特許請求の範囲

【補正対象項目名】全文

【補正方法】変更

【補正の内容】

【特許請求の範囲】

【請求項1】

第１のグループのピクセル（３）を含む第１のセンサ層（２）であって、前記第１のグループの各ピクセル（３）が、第１の波長範囲の電磁放射を検知するように構成されたフォトダイオード（１４、１５、１６、１７）を含む、第１のセンサ層（２）と、
第２のグループのピクセル（５）を含む第２のセンサ層（４）であって、前記第２のグループの各ピクセル（５）が、第２の波長範囲の電磁放射を検知するように構成されたフォトダイオード（１３）を含む、第２のセンサ層（４）と、
前記第１のグループのピクセル（３）および前記第２のグループのピクセル（５）から電気信号を読み出すように構成された読み出し回路（７）を含む読み出し層（６）であって、前記第２のセンサ層（４）が、前記第１のセンサ層（２）と前記読み出し層（６）との間に配置され、前記第２の波長範囲が、前記第１のセンサ層（２）によって検知可能な波長範囲の外側である、読み出し層（６）と、
前記第１のセンサ層（２）と検知対象の電磁放射源との間に配置されるデュアルバンドフィルタ（１１）であって、前記第１の波長範囲の少なくとも一部および前記第２の波長範囲の少なくとも一部とは別の電磁放射を遮蔽するように構成されているデュアルバンドフィルタ（１１）と、を備え、
前記第１のセンサ層（２）がハイブリッド接合によって前記第２のセンサ層（４）に取り付けられていることによって、前記第１のグループのピクセル（３）と前記第２のグループのピクセル（５）との間に電気相互接続（９）が形成されている、イメージセンサ装置（１）。

【請求項2】

前記第１の波長範囲が可視光を含み、前記第２の波長範囲が短波長赤外放射（ＳＷＩＲ）を含む、請求項１に記載のイメージセンサ装置（１）。

【請求項3】

前記第１のグループのピクセル（３）と前記第２のグループのピクセル（５）が、共通の浮遊拡散ノード（２２）及び共通の読み出し経路（２８）を共有する、請求項１に記載のイメージセンサ装置（１）。

【請求項4】

前記第２のセンサ層（４）がハイブリッド接合によって前記読み出し層（６）に取り付けられていることによって、前記第２のグループの前記ピクセル（５）と前記読み出し回路（７）との間に電気相互接続（９）が形成されている、請求項１に記載のイメージセンサ装置（１）。

【請求項5】

前記第２のセンサ層（４）を貫通し、前記第１のセンサ層（２）中の前記第１のグループの前記ピクセル（３）を前記読み出し層（６）中の前記読み出し回路（７）に電気的に接続する少なくとも１つの基板貫通ビア（１２）をさらに備える請求項１に記載のイメージセンサ装置（１）。

【請求項6】

前記第１のセンサ層（２）および／または前記読み出し層（６）が半導体材料特にシリコンを含む、請求項１に記載のイメージセンサ装置（１）。

【請求項7】

前記第２のセンサ層（４）が、ゲルマニウム、ヒ化インジウムガリウム、および量子ドット層のうちの１つ、または前記第２の波長範囲の電磁放射に対するスペクトル応答に好適なバンドギャップを有する任意の他の材料を含む、請求項１に記載のイメージセンサ装置（１）。

【請求項8】

前記第１のグループのピクセル（３）および前記第２のグループのピクセル（５）が、前記読み出し回路（７）によってローリングシャッタモードで読み出されるように構成されている、請求項１に記載のイメージセンサ装置（１）。

【請求項9】

前記第１のグループのピクセル（３）が、前記読み出し回路（７）によってローリングシャッタモードで読み出されるように構成され、前記第２のグループのピクセル（５）が、前記読み出し回路（７）によって転送ユニット（３０）を介してグローバルシャッタモードで読み出されるように構成されている、請求項１に記載のイメージセンサ装置（１）。

【請求項10】

前記第１のセンサ層（２）が制御回路（２４）をさらに含み、前記制御回路（２４）が、前記第１のグループの各ピクセル（３）に対する電気信号を制御するように構成されている、請求項１に記載のイメージセンサ装置（１）。

【請求項11】

前記第１のグループのピクセル（３）の配線が、前記第１のセンサ層（２）の主表面（２’）に配置され、前記主表面（２’）が、前記第２のセンサ層（４）を向き、前記第１のセンサ層（２）の放射入口面とは反対を向いている、請求項１に記載のイメージセンサ装置（１）。

【請求項12】

前記第２のグループのピクセル（５）の配線が、前記第２のセンサ層（４）の主表面（４’）に配置され、前記主表面（４’）が、前記第１のセンサ層（２）を向いている、請求項１に記載のイメージセンサ装置（１）。

【請求項13】

前記第２のグループのピクセル（５）の配線が、前記第２のセンサ層（４）の主表面（４’）に配置され、前記主表面（４’）が、前記読み出し層（６）を向いている、請求項１に記載のイメージセンサ装置（１）。

【請求項14】

請求項１に記載のイメージセンサ装置（１）と、前記第２のグループの前記ピクセル（５）と同期される光源（４４）とを備えるイメージセンサデバイス（４３）。

【請求項15】

イメージセンサ装置（１）を動作させるための方法であって、
デュアルバンドフィルタ（１１）によって、第１の波長範囲の少なくとも一部および第２の波長範囲の少なくとも一部とは別の電磁放射を遮蔽するステップと、
第１のセンサ層（２）の第１のグループのピクセル（３）を、前記デュアルバンドフィルタ（１１）を透過した電磁放射に曝すステップであって、前記第１のグループの各ピクセル（３）が、前記第１の波長範囲の電磁放射を検知するように構成されたフォトダイオード（１４、１５、１６、１７）を含む、ステップと、
前記デュアルバンドフィルタ（１１）を透過した前記電磁放射の少なくとも一部を前記第１のセンサ層（２）を通して、第２のセンサ層（４）に透過させるステップであって、該電磁放射の一部が、前記第１のセンサ層（２）によって検知可能な波長範囲の外側の前記第２の波長範囲に相当する、ステップと、
前記第２のセンサ層（４）の第２のグループのピクセル（５）を該電磁放射の一部に曝すステップであって、前記第２のグループの各ピクセル（５）が、前記第２の波長範囲の電磁放射を検知するように構成されたフォトダイオード（１３）を含む、ステップと、
前記フォトダイオード（１３、１４、１５、１６、１７）によって電磁放射を電気信号に変換するステップと、
前記第１のグループのピクセル（３）および前記第２のグループのピクセル（５）の前記電気信号を、読み出し回路（７）を含む読み出し層（６）に転送するステップと、を含み、
前記第１のセンサ層（２）がハイブリッド接合によって前記第２のセンサ層（４）に取り付けられていることによって、前記第１のグループのピクセル（３）と前記第２のグループのピクセル（５）との間に電気相互接続（９）が形成される、方法。

【国際調査報告】