【技术实现步骤摘要】
本申请涉及图像采集设备领域，并且更具体地，涉及适于采集场景的2d可见光图像和深度图像的图像采集设备。
技术介绍
1、已经提出了能够采集深度信息的图像采集设备。例如，飞行时间(tof)探测器用于向场景发射光信号，然后检测场景中物体反射回来的光信号。通过计算光信号的飞行时间，能够估计采集设备与场景中物体之间的距离。作为另一示例，有基于“结构光”原理的传感器。这些传感器向场景中的物体投射图案(诸如条纹或网格)，并捕捉该图案因物体的凹凸而变形的至少一个图像。对一个或多个图像的处理提供了对采集设备和场景中的物体之间的距离的估计。
2、在一些应用中，期望能够同时采集同一场景的可见光2d图像和深度图像。
3、虽然实现该目的的一种解决方案是使用单独的图像传感器来捕捉2d图像和深度图像，但是这种解决方案不是最优的，因为这些传感器具有对场景具有不同的视角，导致对应图像的像素之间的未对准。此外，使用两个传感器增加了设备的大小和成本。
4、另一种解决方案是将2d图像像素和深度像素集成在同一探测器阵列中。然而，一个困难是深度像素通常具有比2d图像像素大得多的尺寸和/或比2d图像像素高得多的电源电压，使得这种集成复杂。
5、申请人先前提交的专利申请ep 3503192和us2021/0305206各自描述了一种用于采集场景的2d图像和深度图像的设备，该设备包括第一和第二叠加传感器，第一传感器包括多个2d像素和多个透射窗，并且第二传感器包括分别与第一传感器的透射窗相对布置的多个深度像素。
6、期望具
技术实现思路
1、为此，一个实施例提供了一种用于采集2d图像和深度图像的设备，包括：-第一传感器，其形成在具有正面和背面的第一半导体基板中和其上，第一传感器包括：多个2d图像像素、位于第一基板的正面侧并且在电连接轨道和/或端子被形成在其中的互连堆叠，以及位于与2d图像像素成直线的互连堆叠中的材料不同于基板的材料的区域；以及
2、-第二传感器，在第一基板的正面侧上邻接第一传感器，该第二传感器形成在第二半导体基板中和其上并且包括位于与第一传感器的区域相对的多个深度像素，其中，每个区域包括：从互连堆叠的面向第一基板的第一面延伸到互连堆叠中的第一部分，以及从互连堆叠的面向第二基板的第二面、从互连堆叠的与第一基板相对的第二面延伸到第一部分的第二部分，第一部分在俯视图中具有比第二部分更小的表面积，区域的材料在第二传感器的工作波长范围内的光学指数大于或等于基板材料的光学指数。
3、根据一个实施例，区域的材料还具有小于或等于10-3的吸收系数。
4、在一个实施例中，区域的材料具有大于或等于3.5的光学指数。
5、根据一个实施例，区域的材料是非晶硅。
6、在一个实施例中，电连接轨道和/或端子穿透每个区域的第一部分。
7、在一个实施例中，每个区域围绕其整个外围和在其整个高度上方由折射率低于该区域中的材料的折射率的介电材料来横向界定。
8、在一个实施例中，该区域在基本上等于互连堆叠的厚度的厚度上方延伸，并且和互连堆叠的与第一半导体基板相对的面齐平。
9、在一个实施例中，第一传感器是色彩图像传感器，其中每个2d图像像素都包括优先透射红光、绿光或蓝光的滤色器。
10、在一个实施例中，区域仅被定位为与包括滤色器的2d图像像素成直线，滤色器优先透射蓝光。
11、根据一个实施例，区域被定位为与传感器的每个2d图像像素成直线。
12、在一个实施例中，被定位为区域正上方的像素以四个相邻像素的群组被分组在一起。
13、在一个实施例中，对于每组的四个相邻像素，该区域对于所有四个像素是公共的。
14、根据一个实施例，该设备还包括，在第一传感器的每个区域和第二传感器的对应深度像素之间，交替具有不同折射率的介电层，从而形成抗反射堆叠以用于光线在所述深度像素的方向上穿越所述区域。
15、在一个实施例中，第二传感器在第二半导体基板的背侧包括互连堆叠，在其中电连接轨道和/或端子被形成。
16、在一个实施例中，第二传感器的每个深度像素包括spad光电二极管。
17、根据一个实施例，第二传感器的每个深度像素包括耦合到单个检测区的多个存储区，并且测量由设备的光源所发射的调幅的光信号与由像素的光电检测区在从要采集图像的场景反射之后接收的光信号之间的相移。
18、在一个实施例中，第一和第二半导体基板由单晶硅制成。
19、一个实施例提供了一种制造2d图像和深度图像采集设备的方法，该方法包括以下连续步骤：
20、a)在第一半导体基板中和其上形成具有正面和背面的第一传感器，第一传感器包括：多个2d图像像素、位于第一基板的正面侧并且电连接轨道和/或端子被形成在其中的互连堆叠、以及与位于2d图像像素成直线的互连堆叠中的材料不同于基板材料的区域；以及
21、b)在第二半导体基板中和其上形成第二传感器，第二传感器包括位于与第一传感器的区域相对的多个深度像素；以及
22、c)在第一基板的正面侧上将第二传感器结合到第一传感器，
23、其中，每个区域包括从互连堆叠的面向第一基板的第一面延伸到互连堆叠中的第一部分，以及从互连堆叠的面向第二基板的第二面、从互连堆叠的与第一基板相对的第二面延伸到第一部分的第二部分，第一部分在俯视图中具有比第二部分更小的表面积，区域的材料在第二传感器的工作波长范围内的光学指数大于或等于基板材料的光学指数。
24、根据一个实施例，该方法包括以下连续步骤：
25、形成互连堆叠的第一部分；
26、形成区域的第一部分；
27、形成互连堆叠的第二部分；以及
28、形成该区域的第二部分。
29、在一个实施例中，区域的第一部分和第二部分是在互连堆叠完成之后形成的。
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1.一种用于采集2D图像和深度图像的设备，包括：
2.根据权利要求1所述的设备，其中，所述区域(50)的材料还具有小于或等于10-3的吸收系数。
3.根据权利要求1或2所述的设备，其中，所述区域(50)的材料具有大于或等于3.5的光学指数。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的设备，其中，所述区域(50)的材料为非晶硅。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的设备，其中，所述电连接轨道和/或端子(111)穿透每个区域(50)的第一部分(50a)内部。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的设备，其中，每个区域(50)在其整个外围和高度上方由折射率低于所述区域(50)的材料的折射率的介电材料来横向界定。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的设备，其中，所述区域(50)在基本上等于所述互连堆叠(110)的厚度的厚度上方延伸，并且和所述互连堆叠(110)的与所述第一半导体基板(100)相对的面齐平。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的设备，其中，所述第一传感器(C1)是色彩图像传感器，每个2D图像像素(P
9.根据权利要求8所述的设备，其中，所述区域(50)仅被定位为与所述2D图像像素(P1′)成直线，所述2D图像像素(P1′)包括优先透射蓝光的滤色器(118)。
10.根据权利要求8所述的设备，其中，所述区域(50)被定位为与所述传感器的每个2D图像像素(P1,P1′)成直线。
11.根据权利要求8或9所述的设备，其中被定位为与所述区域(50)成直线的像素(P1′)以四个相邻像素(P1′)的群组进行分组。
12.根据权利要求11所述的设备，其中，对于每组的四个相邻像素(P1′)，所述区域(50)对于所有四个像素(P1′)是公共的。
13.根据权利要求1至12中任一项所述的设备，还包括在所述第一传感器(C1)的每个区域(50)和所述第二传感器(C2)的对应深度像素(P2)之间，交替具有不同折射率的介电层(128、126a、126b、132)，从而形成抗反射堆叠以用于光线在所述深度像素(P2)的方向上穿过所述区域(50)。
14.根据权利要求1至13中任一项所述的设备，其中，所述第二传感器(C2)在面向所述第二半导体基板(130)的背部的一侧上包括互连堆叠(140)，在所述互连堆叠中电连接轨道和/或端子(141)被形成。
15.根据权利要求1至14中任一项所述的设备，其中，所述第二传感器(C2)的每个深度像素(P2)包括SPAD型光电二极管(133)。
16.根据权利要求1至15中任一项所述的设备，其中，所述第二传感器(C2)的每个深度像素(P2)包括耦合到同一检测区的多个存储区，并且能够测量由所述设备的光源所发射的调幅光信号与由所述像素的光电检测区在要采集图像的场景上反射之后所接收的光信号之间的相移。
17.根据权利要求1至16中任一项所述的设备，其中，所述第一半导体基板和第二半导体基板(100、130)由单晶硅制成。
18.一种制造用于采集2D图像和深度图像的设备的方法，所述方法包括以下连续步骤：
19.根据权利要求18所述的方法，包括以下连续步骤：
20.根据权利要求19所述的方法，其中，所述区域(50)的所述第一部分和所述第二部分(50a,50b)是在完成所述互连堆叠(110)之后形成的。
...【技术特征摘要】
1.一种用于采集2d图像和深度图像的设备，包括：
2.根据权利要求1所述的设备，其中，所述区域(50)的材料还具有小于或等于10-3的吸收系数。
3.根据权利要求1或2所述的设备，其中，所述区域(50)的材料具有大于或等于3.5的光学指数。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的设备，其中，所述区域(50)的材料为非晶硅。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的设备，其中，所述电连接轨道和/或端子(111)穿透每个区域(50)的第一部分(50a)内部。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的设备，其中，每个区域(50)在其整个外围和高度上方由折射率低于所述区域(50)的材料的折射率的介电材料来横向界定。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的设备，其中，所述区域(50)在基本上等于所述互连堆叠(110)的厚度的厚度上方延伸，并且和所述互连堆叠(110)的与所述第一半导体基板(100)相对的面齐平。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的设备，其中，所述第一传感器(c1)是色彩图像传感器，每个2d图像像素(p1,p1′)包括优先透射红光、绿光或蓝光的滤色器(118)。
9.根据权利要求8所述的设备，其中，所述区域(50)仅被定位为与所述2d图像像素(p1′)成直线，所述2d图像像素(p1′)包括优先透射蓝光的滤色器(118)。
10.根据权利要求8所述的设备，其中，所述区域(50)被定位为与所述传感器的每个2d图像像素(p1,p1′)成直线。
11.根据权利要求8或9所述的设备，其中被定位为与所述区域(50)成直线的像素(p1′)以四个相邻像素(p1′)的群组进行分组。
【专利技术属性】
技术研发人员：弗朗索瓦·德诺维尔，克莱曼斯·雅明，
申请(专利权)人：原子能与替代能源委员会，
类型：发明
国别省市：
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