CN117637784A - 图像传感器 - Google Patents

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Abstract

一种图像传感器包括：第一芯片，其包括具有多个像素的第一衬底和第一布线结构，多个像素中的每一个包括隔离的第一光电二极管和第二光电二极管；第二芯片，其包括第二布线结构和第二衬底；以及第三芯片，其包括第三布线结构和具有逻辑装置的第三衬底，其中，多个像素中的每一个包括第一光电二极管上的第一浮置扩散节点、第二光电二极管上的第二浮置扩散节点、第二光电二极管上的第一浮置扩散节点与第二浮置扩散节点之间的第三浮置扩散节点、和第二衬底上的第一开关晶体管，其中，第一开关晶体管通过第一布线结构和第二布线结构连接至第一浮置扩散节点，并且通过第一布线结构和第二布线结构连接至第三浮置扩散节点。

Description

图像传感器
相关申请的交叉引用
本申请要求于2022年8月31日在韩国知识产权局提交的韩国专利申请No.10-2022-0109885的优先权的权益，该申请的公开以引用方式全文并入本文中。
技术领域
本公开的示例性实施例涉及一种图像传感器。
背景技术
图像传感器可捕获对象的二维图像或三维图像。图像传感器可利用响应于从对象反射的光的强度起作用的光电转换元件来生成对象的图像。随着互补金属氧化物半导体(CMOS)技术的近期发展，利用CMOS的CMOS图像传感器得到广泛使用。近来，为增大图像传感器的动态范围，开发了在像素中增加电容器的技术。
发明内容
本公开的示例性实施例提供了一种可解决由引入电容器在处理中导致的问题并且可提高可靠性的图像传感器。
根据本公开的示例性实施例，一种图像传感器包括：第一半导体芯片，其包括具有其中布置有多个像素的像素阵列的第一半导体衬底和设置在第一半导体衬底上的第一布线结构，多个像素中的每一个包括彼此隔离的第一光电二极管和第二光电二极管；第二半导体芯片，其包括设置在第一布线结构上并且具有电容器的第二布线结构以及设置在第二布线结构上的第二半导体衬底；以及第三半导体芯片，其包括设置在第二半导体芯片上的第三布线结构和设置在第三布线结构上并且其上形成有逻辑装置的第三半导体衬底，其中，多个像素中的每一个包括在第一光电二极管上的存储由第一光电二极管生成的电荷的第一浮置扩散节点、在第二光电二极管上的存储由第二光电二极管生成的电荷的第二浮置扩散节点、在第二光电二极管上的设置在第一浮置扩散节点与第二浮置扩散节点之间的第三浮置扩散节点、以及形成在第二半导体衬底的下表面上的第一开关晶体管，并且其中，第一开关晶体管具有通过第一布线结构和第二布线结构的第一路径连接至第一浮置扩散节点的第一端和通过第一布线结构和第二布线结构的第二路径连接至第三浮置扩散节点的第二端。
根据本公开的另一示例性实施例，一种图像传感器包括：像素阵列芯片，其包括具有其中布置有多个像素的像素阵列的第一半导体衬底和设置在第一半导体衬底上的第一布线结构，多个像素中的每一个包括彼此隔离的第一光电二极管和第二光电二极管；存储器芯片，其包括设置在第一布线结构上并且具有电容器的第二布线结构和设置在第二布线结构上的第二半导体衬底；以及逻辑芯片，其具有设置在存储器芯片上的第三布线结构和设置在第三布线结构上并且其上形成有逻辑装置的第三半导体衬底，其中，多个像素中的每一个包括：在第一光电二极管上的第一浮置扩散节点，其被配置为存储由第一光电二极管生成的电荷；在第二光电二极管上的第二浮置扩散节点，其被配置为存储由第二光电二极管生成的电荷；第一开关晶体管，其形成在第二半导体衬底的下表面上并且具有通过第一布线结构和第二布线结构的第一路径连接至第一浮置扩散节点的第一端；第二开关晶体管，其形成在第二半导体衬底的下表面上并且具有通过第一布线结构和第二布线结构的第二路径连接至第二浮置扩散节点的第一端；以及第三浮置扩散节点，其形成在第二半导体衬底的下表面上并且连接在第一开关晶体管的第二端与第二开关晶体管的第二端之间。
根据本公开的另一示例性实施例，一种图像传感器包括：第一半导体芯片，其包括具有其中布置有多个像素的像素阵列的第一半导体衬底和设置在第一半导体衬底上的第一布线结构，多个像素中的每一个包括彼此隔离的第一光电二极管和第二光电二极管；以及第二半导体芯片，其包括设置在第一布线结构上并且具有电容器的第二布线结构和设置在第二布线结构上的第二半导体衬底，其中，第一布线结构包括设置在第一布线结构的最上面部分上的第一接合绝缘层和第一接合绝缘层中的第一金属焊盘，第二布线结构包括设置在第二布线结构的最下面部分中并且接触第一接合绝缘层的第二接合绝缘层以及第二接合绝缘层中的连接至第一金属焊盘的第二金属焊盘，并且第一金属焊盘与第二金属焊盘之间的连接为第一布线结构和第二布线结构提供电路径，其中，多个像素中的每一个包括：第一光电二极管上的第一浮置扩散节点，其被配置为存储由第一光电二极管生成的电荷；第二光电二极管上的第二浮置扩散节点，其被配置为存储由第二光电二极管生成的电荷；第三浮置扩散节点，其在第二光电二极管上设置在第一浮置扩散节点与第二浮置扩散节点之间；以及第一开关晶体管，其形成在第二半导体衬底的下表面上，并且其中，第一开关晶体管具有通过第一布线结构和第二布线结构的第一路径连接至第一浮置扩散节点的第一端和通过第一布线结构和第二布线结构的第二路径连接至第三浮置扩散节点的第二端。
附图说明
从下面结合附图的详细描述，将更清楚地理解本公开的以上和其它方面、特征和优点，在附图中：
图1是示出根据本公开的示例性实施例的图像传感器的框图；
图2是示出根据本公开的示例性实施例的图像传感器中可用的像素的示例的电路图；
图3是示出根据本公开的示例性实施例的作为图像传感器中可用的像素的示例的分离光电二极管结构的平面图；
图4是示出根据本公开的示例性实施例的图像传感器的分解透视图；
图5是示出图4所示的图像传感器、示出像素区和外围电路区的剖视图；
图6是示出图4所示的图像传感器的电容器部分的放大图；以及
图7和图8是示出根据本公开的示例性实施例的图像传感器的剖视图。
具体实施方式
下文中，下面将参照附图描述本公开的实施例。
图1是示出根据示例性实施例的图像传感器的框图。
参照图1，根据示例性实施例的图像传感器10可包括像素阵列11、行驱动器12、读出电路13、斜坡信号发生器14、时序控制器15和信号处理单元19。读出电路13可包括模数转换电路13a(下文中称作ADC电路)和数据总线13b。
像素阵列11可包括按照多行和多列布置的多个像素PX以及连接至多个像素PX的多条行线RL和多条列线CL。多条行线RL中的每一条可在行方向上延伸，并且可连接至设置在同一行中的像素PX。例如，如图2所示，多条行线RL中的每一条可将由行驱动器12输出的控制信号发送至像素电路的每个晶体管。
多个像素PX中的每一个可包括至少一个光电转换元件(或者称作感光元件)。光电转换元件可感测光，并且可将感测的光转换为光电荷。例如，光电转换元件可以是诸如无机光电二极管或有机光电二极管的感光元件。
用于聚光的微透镜可设置在多个像素PX中的每一个上方或者设置在包括邻近的像素PX的像素组中的每一个上方。多个像素PX中的每一个可感测通过微透镜接收的光中的特定光谱区中的光。例如，像素阵列11可包括用于将红色光谱区中的光转换为电信号的红色像素、用于将绿色光谱区中的光转换为电信号的绿色像素、和用于将蓝色光谱区中的光转换为电信号的蓝色像素。用于透射特定光谱区的光的滤色器可设置在多个像素PX中的每一个上，但是其示例性实施例不限于此。像素阵列11可包括将除红、绿和蓝以外的光谱区中的光转换为电信号的像素。
在示例性实施例中，多个像素PX可具有多层结构。多层像素PX可包括将不同的光谱区中的光转换为电信号的多个堆叠的光电转换元件，并且可由多个光电转换元件生成对应于不同颜色的电信号。也就是说，可通过一个像素PX输出对应于多个颜色的电信号。
用于透射特定光谱区中的光的滤色器阵列可设置在多个像素PX上方。可根据设置在多个像素PX中的每一个上的滤色器来确定可被对应像素感测的颜色，但是其示例性实施例不限于此。在其它示例性实施例中，特定光电转换元件可根据施加至光电转换元件的电信号的电平将特定波长带中的光转换为电信号。
示例性实施例中采用的像素PX可具有分离光电二极管结构，其包括被配置为暴露于来自光源的一个或多个光突发(burst)的至少两个光电二极管。这里，两个或更多个光电二极管可彼此独立地暴露或为空白。例如，像素PX可包括具有小光接收面积的小光电二极管SPD(还称作“第一光电二极管”)和具有比小光电二极管SPD的光接收面积大的光接收面积的大光电二极管LPD(还称作“第二光电二极管”)(见图2和图3)。在示例性实施例中，大光电二极管LPD可负责低亮度的像素信号，大光电二极管LPD可在最低亮度范围内在高转换增益HCG模式下操作，并且可在普通低亮度范围内在低转换增益LCG模式下操作。小光电二极管SPD可通过延长曝光时间在高亮度范围内操作。在最高亮度范围内，可利用具有高容量的电容器(或存储器)存储大量信号，同时降低灵敏度以保持长曝光时间。
光电二极管可按照单次曝光方法或者多次曝光方法操作。多次曝光方法可在动态范围或SNR特性方面具有优势，但是由于不同曝光时间的图像的合成，可能造成运动伪影或者LED闪烁问题。
在示例性实施例中，像素PX可使用利用分离光电二极管结构的单次曝光方法，或者可对于一些亮度范围额外混合和使用多次曝光方法。
例如，像素PX可使用在用于读出对应于最低亮度的像素信号的第一时段中利用大光电二极管LPD读出像素信号并且在用于读出对应于高于第一范围的亮度的亮度的像素信号的第二时段中利用小光电二极管SPD读出像素信号的单次曝光方法。此外，像素PX可通过应用利用大光电二极管LPD或小光电二极管SPD执行额外曝光的多次曝光方法确保动态范围，以读出对应于高于第二范围的亮度的亮度水平的像素信号。
多条列线CL中的每一条可在列方向上延伸，并且可连接至设置在同一列的像素PX。多条列线CL中的每一个可将像素PX的重置信号和感测信号以像素阵列11的行为单位发送至读出电路13。
时序控制器15可控制行驱动器12、读出电路13和斜坡信号发生器14的时序。时序控制器15可针对行驱动器12、读出电路13和斜坡信号发生器14中的每一个提供表示操作时序的时序信号。
行驱动器12可在时序控制器15的控制下生成用于驱动像素阵列11的控制信号，并且可通过多条行线RL将控制信号提供至像素阵列11的多个像素PX中的每一个。行驱动器12可控制像素阵列11的多个像素PX，以同时感测入射光或以行为单位感测入射光。另外，行驱动器12可以行为单位选择多个像素PX中的像素PX，并且可控制选择的像素PX(例如，一行中的像素PX)，以通过多条列线CL输出重置信号和感测信号。
行驱动器12可将用于输出像素信号的控制信号发送至像素阵列11。在读出时段期间，像素PX可生成控制像素PX以在用于大光电二极管LPD的高转换增益模式和低转换增益模式和用于小光电二极管SPD的高转换增益模式和低转换增益模式下连续操作的控制信号。
斜坡信号发生器14可生成以预定斜率增大或减小的斜坡信号RAMP，并且可将斜坡信号RAMP提供至读出电路13的ADC电路13a。读出电路13可从多个像素PX中的由行驱动器12选择的行的像素PX读出重置信号和感测信号。读出电路13可基于来自斜坡信号发生器14的斜坡信号RAMP将通过多条列线CL从像素阵列11接收的重置信号和感测信号转换为数字数据，从而生成和输出对应于多个像素PX的像素值。
ADC电路13a可包括对应于多条列线CL的多个ADC，并且多个ADC中的每一个可分别将通过对应列线CL接收的重置信号和感测信号与斜坡信号RAMP进行比较，并且可基于比较结果生成像素值。
可通过数据总线13b输出由ADC电路13a生成的多个像素值，作为图像数据IDT。例如，图像数据IDT可被提供至图像传感器10的内部或外部的图像信号处理单元19。
数据总线13b可临时存储由ADC电路13a输出的像素值并且输出像素值。数据总线13b可包括多个列存储器和列解码器。可在列解码器的控制下输出存储在多个列存储器中的多个像素值，作为图像数据IDT。
ADC电路13a可包括多个CDS电路(未示出)和多个计数器电路(未示出)。ADC电路13a可将从像素阵列11输入的像素信号(例如，像素电压)转换为作为数字信号的像素值。通过多条列线CL中的每一条接收的每个像素信号可被CDS电路和计数器电路转换为作为数字信号的像素值。
CDS电路可将通过列线CL接收的像素信号与斜坡信号RAMP进行比较，并且可输出比较结果。当斜坡信号RAMP的电平等于像素信号的电平时，CDS电路可输出从第一电平(例如，逻辑高)转变为第二电平(例如，逻辑低)的比较信号。可根据像素信号的电平确定比较信号的电平转变的时间点。CDS电路可根据相关双采样(CDS)方法对从像素PX提供的像素信号进行采样并保持，可对特定噪声的电平(例如，重置信号)和根据图像信号(感测信号)的电平进行双采样，并且可基于对应于它们之间的差的电平生成比较信号。在示例性实施例中，CDS电路可包括一个或多个比较器。例如，比较器可实施为运算跨导放大器(OTA)(或差分放大器)。ADC电路13a可包括多个增量(delta)重置采样(DRS)电路(未示出)。DRS电路可对通过由增量重置采样(DRS)方法读出像素信号并且读出重置信号而提供的像素信号进行采样。
在根据示例性实施例的像素阵列11中，像素PX可具有双重转换增益。双重转换增益可包括低转换增益和高转换增益。这里，转换增益可指积累在浮置扩散节点(图2中的FD1、FD2和FD3)中的电荷转换为电压的比率。由光电转换装置生成的电荷可转移至浮置扩散节点并且积累于其中，并且积累在浮置扩散节点中的电荷可根据转换增益被转换为电压。
例如，在像素阵列11的多个像素PX中随着大光电二极管LPD在HCG模式(LPD-H模式)下操作生成的第一图像数据中，可清楚表示第一区(最暗的区)，并且在像素阵列11的多个像素PX中随着大光电二极管LPD在LCG模式(LPD-L模式)下操作生成的第二图像数据中，可清楚表示第二区(比第一区亮的区)。在像素阵列11的多个像素PX中随着小光电二极管SPD在HCG模式(SPD-H模式)下操作生成的第三图像数据中，可清楚表示第三区(比第二区更亮但比稍后描述的第四区更暗的区)，并且在像素阵列11的多个像素PX中随着小光电二极管(SPD)在LCG模式(SPD-L模式)下操作生成的第四图像数据中，可清楚表示第四区(最亮的区)。
在示例性实施例中，在对应于像素阵列11被扫描的一帧内的多个像素PX中的每一个的读出周期中的LPD-H模式、LPD-S模式、SPD-H模式和SPD-L模式可连续工作，因此，可在单个帧周期中生成第一图像数据至第四图像数据。可通过合并第一图像数据至第四图像数据生成其中清楚地实现亮的区(高亮度区)和暗的区(低亮度区)的具有高动态范围的一次拍摄图像。
在示例性实施例中，图像传感器10还可包括当在读出周期期间像素PX的转换模式改变(例如，从LCG模式改变为HCG模式或者从HCG模式改变为LCG模式)时用于增大或减小偏置电流的偏置电流控制器，并且多个偏置电流控制器可连接至多条列线CL中的每一条。当像素PX的转换模式改变时，偏置电流可改变，并且偏置电流的量可根据像素PX是在LCG模式还是在HCG模式下操作而增大或减小。例如，当像素PX在HCG模式下操作时，偏置电流的量可小于当像素PX在LCG模式下操作时的偏置电流的量。
信号处理单元19可对图像数据执行降噪处理、增益调整、波形整形处理、插值处理、白平衡处理、伽玛处理、边缘增强处理和像素合并(binning)。在示例性实施例中，像素阵列11在一帧周期中在用于大光电二极管LPD的高转换增益LPD-H模式、用于大光电二极管LPD的低转换增益LPD-L模式、用于小光电二极管SPD的高转换增益SPD-H模式和用于小光电二极管SPD的低转换增益SPD-L模式下操作，从而信号处理单元19可从数据总线13b接收根据LPD-H模式的第一图像数据，根据LPD-L模式的第二图像数据、根据SPD-H模式的第三图像数据和根据SPD-L模式的第四图像数据，并且可通过将第一图像数据至第四图像数据合并生成高动态范围的图像。
图2是示出根据示例性实施例的图像传感器中可用的像素的示例的电路图。
像素PX可包括多个光电二极管，例如，具有大光接收面积的大光电二极管LPD和具有小光接收面积的小光电二极管SPD。像素PX可包括多个晶体管，例如，用于小光电二极管SPD的第一转移晶体管TG1、用于大光电二极管LPD的第二转移晶体管TG2、重置晶体管RG、源极跟随器晶体管SF(还称作“驱动晶体管”)、选择晶体管SX、第一开关晶体管SW1、第二开关晶体管SW2(还称作“转换增益控制晶体管”)和电容器Cp。
在示例性实施例中，施加至电容器Cp的电容器电压和施加至重置晶体管RG的一端的重置电压中的每一个可被供应为与像素电压VPIX相同，但在其它示例性实施例中，电容器电压和重置电压中的每一个可与像素电压VPIX分离地被供应至电路。
例如寄生电容器的电容器可通过第一浮置扩散节点至第三浮置扩散节点FD1、FD2和FD3形成。电容器Cp可以是具有固定或可变电容的无源元件。在示例性实施例中，电容器Cp可以是在DRAM(见图4和图6)中采用的空穴结构电容器。
光电二极管可将从外部入射的光转换为电信号。光电二极管可根据检测到的光的强度生成电荷。由光电二极管生成的电荷的量可根据图像俘获环境(低亮度或高亮度)而变化。例如，在高光环境下在光电二极管中生成的电荷的量可到达光电二极管的满阱容量(FWC)，但在低光环境下却非如此，电荷的量可能达不到满阱容量。光电二极管可根据它们的相对光接收面积分为大光电二极管LPD和小光电二极管SPD。
第一转移晶体管TG1的一端可连接至小光电二极管SPD，另一端可连接至第一浮置扩散节点FD1，从而在小光电二极管SPD中积累的电荷可存储在第一浮置扩散节点FD1中。第一开关晶体管SW1的一端可连接至第一浮置扩散节点FD1，并且第一开关晶体管SW1的另一端可连接至第三浮置扩散节点FD3。第一开关晶体管SW1可在使用小光电二极管SPD时导通，并且第一开关晶体管SW1可在使用大光电二极管LPD时截止。电容器Cp可连接至第一浮置扩散节点FD1并且可增大第一浮置扩散节点FD1的电容。由于小光电二极管SPD具有小电荷容量，电荷可在曝光时间期间从小光电二极管SPD溢流至第一浮置扩散节点FD1。电容器Cp可存储溢流的电荷。电容器Cp的另一端可连接至作为电容器电压提供的像素电压VPIX。
第二转移晶体管TG2的一端可连接至大光电二极管LPD，另一端可连接至第二浮置扩散节点FD2，从而在大光电二极管LPD中积累的电荷可存储在第二浮置扩散节点FD2中。重置晶体管RG的一端可连接至作为重置电压提供的像素电压VPIX，重置晶体管RG的另一端可连接至第三浮置扩散节点FD3，从而可在施加重置控制信号RS时重置像素PX。第二开关晶体管SW2的一端可连接至第三浮置扩散节点FD3并且第二开关晶体管SW2的另一端可连接至第二浮置扩散节点FD2，从而可在大光电二极管LPD工作的同时调整转换增益。
第一转移晶体管TG1、第二转移晶体管TG2、重置晶体管RG、源极跟随器晶体管SF、选择晶体管SX、第一开关晶体管SW1和第二开关晶体管SW2可响应于从行驱动器12提供的控制信号(例如，第一转移控制信号STS和第二转移控制信号LTS、重置控制信号RS、选择控制信号SEL、第一开关信号SWS和第二开关信号SWL(还称作“增益控制信号”))工作。
重置晶体管RG可响应于施加至栅极端的重置控制信号RS而导通，并且可基于重置电压(示例性实施例中的像素电压VPIX)重置第一浮置扩散节点至第三浮置扩散节点FD1、FD2和FD3。在这种情况下，随着第一开关晶体管SW1基于在栅极端中接收的第一开关信号SWS一起导通，重置电压可施加至第一浮置扩散节点FD1，并且第一浮置扩散节点FD1可重置。
第一转移晶体管TG1可响应于施加至栅极端的第一转移控制信号STS而导通，并且可将由小光电二极管SPD生成的电荷转移至第一浮置扩散节点FD1。转移的电荷可积累在第一浮置扩散节点FD1中。换句话说，电荷可积累在形成在第一浮置扩散节点FD1中的电容器中。
第二转移晶体管TG2可响应于施加至栅极端的第二转移控制信号LTS而导通，并且可将由大光电二极管LPD生成的电荷转移至第二浮置扩散节点FD2。电荷可积累在形成在第二浮置扩散节点FD2中的电容器中。在这种情况下，当第二开关晶体管SW2导通时，电荷可积累在形成在第三浮置扩散节点FD3中的电容器中。换句话说，当第二开关晶体管SW2导通时，形成在第三浮置扩散节点FD3中的电容器和形成在第二浮置扩散节点FD2中的电容器可并联，并且电容的水平可增大。
源极跟随器晶体管SF可基于通过连接至列线的电流源生成的偏置电流作为源极跟随器工作，并且可通过选择晶体管SX输出对应于浮置扩散节点的电压的电压(像素信号)。
选择晶体管SX可选择像素PX。选择晶体管SX可响应于施加至栅极端的选择的控制信号SEL而导通，并且可将由源极跟随器晶体管SF输出的电压(或电流)输出至列线。
当大光电二极管LPD工作时，第二开关晶体管SW2可基于由栅极端接收的第二开关信号SWL而导通或截止，并且当开关晶体管SW2截止时的转换增益可高于当第二开关晶体管SW2导通时的转换增益。当第二开关晶体管SW2截止时，该状态可称作LPD-H模式，当第二开关晶体管SW2导通时，该状态可称作LPD-L模式。
这样，由于像素PX可利用具有双重转换增益的光电二极管SPD和LPD感测低光和高光，因此图像传感器10的动态范围可扩大。
图3是示出根据示例性实施例的作为图像传感器中可用的像素的示例的分离光电二极管结构的平面图。
参照图3，根据示例性实施例的像素阵列11可包括在平面上按照多行和多列布置的多个(例如，四个)像素PX。该四个像素PX可呈包括一个蓝色像素B、一个红色像素R和两个绿色像素G的拜耳图像布置方式，但是其示例性实施例不限于此。多个像素PX中的每一个可包括光电转换单元和像素电路单元(见图2中的PX_C)。光电转换单元可与像素电路单元竖直地重叠，并且可包括具有分离光电二极管结构的光电转换元件。
如图3所示，每个像素PX的光电转换元件可包括大光电二极管LPD和小光电二极管SPD。在每个像素PX中，大光电二极管LPD可具有相对大的区，小光电二极管SPD可具有相对小的区。由于大光电二极管LPD具有大光接收面积，大光电二极管LPD可比小光电二极管SPD更快饱和。因此，如上所述，大光电二极管LPD可用于低亮度区中，而小光电二极管SPD可用于高亮度区中。
如上所述，在分离光电二极管结构中，可通过将电容器(例如，DRAM)连接至小光电二极管来扩张动态范围。为防止由电容器电极导致的像素污染，根据示例性实施例的图像传感器可形成在第二半导体芯片(例如，存储器芯片)上而不直接形成在具有像素阵列的第一半导体芯片上，并且可接合至第一半导体芯片，从而避免在形成电极的过程期间污染像素。另外，像素电路中包括的一部分元件可形成在存储器芯片的衬底上。在示例性实施例中，可通过在第二半导体衬底上实施第一开关晶体管SW1来解决由于像素隔离结构(诸如示例性实施例中的分离光电二极管结构中的FDTI)导致的开关装置中出现的溢流问题。
下文中，将描述根据另一示例性实施例的图像传感器的各种示例(图5、图7和图8)。
图4是示出根据示例性实施例的图像传感器的分解透视图。图5是示出图4所示的图像传感器、示出像素区和外围电路区的剖视图。在图5中，沿着I-I’的剖面可以是图3中的一个主要区，沿着I I-I I’的剖面可以是图4所示的外围电路区。
参照图4，根据示例性实施例的图像传感器500可包括可堆叠在彼此上的第一半导体芯片100、第二半导体芯片200和第三半导体芯片300。第一半导体芯片100、第二半导体芯片200和第三半导体芯片300可包括主要区100A、200A和300A和包围主要区100A、200A和300A的外围区100B、200B和300B。
例如，第一半导体芯片100的主要区100A可包括其中布置有光电转换元件SPD和LPD和像素电路PX_C的像素阵列区(见图1中的“11”)，并且第二半导体芯片200的主要区200A可包括具有电容器的存储器区。另外，第三半导体芯片300的主要区300A可包括逻辑电路区，其包括行驱动器、读出电路、斜坡信号发生器和时序控制器(见图1中的“12”至“15”)。在第一半导体芯片100、第二半导体芯片200和第三半导体芯片300的外围区100B、200B和300B中，可设置连接至主要区100A、200A和300A的电路的外围电路。
图像传感器500可包括穿过外围区100B、200B和300B使得外围电路可彼此连接的穿通件410和420。在示例性实施例中，穿通件410和420可包括将第一半导体芯片100电连接和机械连接至第二半导体芯片200的第一穿通件410和将第一半导体芯片至第三半导体芯片100、200和300彼此连接的第二穿通件420。
在示例性实施例中，第一半导体芯片100和第二半导体芯片200可通过用穿通件410和420将金属焊盘125P和225P接合在一起而彼此电连接。稍后将描述接合金属焊盘125P和225P的详细说明。
参照图5以及图4，第一半导体芯片至第三半导体芯片100、200和300可分别包括第一半导体衬底至第三半导体衬底110、210和310和第一布线结构至第三布线结构120、220和320。
具体地，第一半导体芯片100可包括具有其中布置有多个像素PX的像素阵列(图1中的11)的第一半导体衬底110以及设置在第一半导体衬底110上的第一布线结构120。第一半导体芯片100还可被称作像素阵列芯片。
第一半导体衬底110可以是硅衬底或诸如硅锗的半导体衬底。这里，第一半导体衬底110的上表面可被称作前侧，并且第一半导体衬底110的下表面可被称作后侧。
第一半导体衬底110可包括光电转换装置SPD和LPD以及像素隔离结构180。示例性实施例中采用的光电转换元件可具有分离光电二极管结构，其包括具有小光接收面积的第一光电二极管SPD和具有大光接收面积的第二光电二极管LPD。第一半导体衬底110的下表面可以是光通过其入射的光接收表面。
像素隔离结构180可设置在按照矩阵形式布置的多个像素PX中的每一个之间，并且可限定多个像素PX。在示例性实施例中，在像素隔离结构180中，第一光电二极管SPD和第二光电二极管LPD可在物理上彼此隔离和彼此电隔离。像素隔离结构180可具有从半导体衬底110的上表面至下表面穿过半导体衬底110的FDTI结构。用于像素隔离结构180的深沟槽可形成在半导体衬底110中，并且像素隔离结构180可包括共形地形成在沟槽的内表面上的绝缘层181以及填充绝缘层181上的沟槽的导电层185。例如，绝缘层181可包括氧化硅、氮化硅、氧氮化硅、氧化铪、氧化铝或氧化钽。导电层185可包括掺杂的多晶硅、金属、金属硅化物、金属氮化物或含金属层中的至少一种。
图2中描述的像素电路PX_C中包括的第一半导体装置150可设置在第一半导体衬底110的上表面上。器件隔离图案ISO可形成在第一半导体衬底101中，并且可限定其中要形成第一半导体装置150的有源区。例如，通过在通过图案化第一半导体衬底110形成的浅沟槽中填充绝缘材料可形成器件隔离图案ISO。
第一半导体装置150可包括像素电路PX_C中包括的一部分元件，并且可包括具有栅电极152、栅极绝缘膜151和源极/漏极区155a和155b的晶体管。
第一半导体装置150可包括晶体管，诸如上面参照图2描述的第一转移晶体管TG1和第二转移晶体管TG2、第二开关晶体管SW2、重置晶体管RG、源极跟随器晶体管SF和选择晶体管SX。晶体管可包括设置在第一半导体衬底110的上表面上的栅电极152、栅电极152和第一半导体衬底110之间的栅极绝缘膜151、以及设置在栅电极152的两端上的源极/漏极区155a和155b。源极/漏极区155a和155b可在栅电极152的两侧上形成在第一半导体衬底110中。可通过在第一半导体衬底110中掺入杂质形成源极/漏极区155a和155b。
第一转移晶体管TG1和第二转移晶体管TG2的栅电极152的至少一部分可在竖直方向上延伸，并且可埋置在第一半导体衬底110中。第一浮置扩散节点FD1可形成在第一光电二极管SPD上，以连接至第一转移晶体管TG1的一端，并且第二浮置扩散节点FD2可形成在第二光电二极管LPD上。当第一转移晶体管TG1导通时，由第一光电二极管SPD生成的电荷可存储在第一浮置扩散节点FD1中。相似地，当第二转移晶体管TG2导通时，由第二光电二极管LPD生成的电荷可存储在第二浮置扩散节点FD2中。
在示例性实施例中，像素电路PX_C中包括的元件中的第一开关晶体管SW1可形成在第二半导体衬底210的下表面上而非第一半导体衬底110的上表面上。
在示例性实施例中，连接在第一浮置扩散节点FD1和第三浮置扩散节点FD3之间的第一开关晶体管SW1可形成在第二半导体衬底210的下表面上。为了将第一开关晶体管SW1分别连接至第一半导体衬底的上表面上的第一浮置扩散节点FD1和第三浮置扩散节点FD3，可使用第一布线结构120和第二布线结构220的布线层125和225。
具体地，第一开关晶体管SW1的第一端(即，源极区255a)可通过第一布线结构120和第二布线结构220的第一路径P1连接至第一浮置扩散节点FD1，并且第一开关晶体管SW1的第二端(即，漏极区225b)可通过第一布线结构120和第二布线结构220的第二路径P2连接至第三浮置扩散节点FD3。与本文所述的示例性实施例相反，在现有技术中，由于第一开关晶体管形成在由像素隔离结构180划分的第二光电二极管LPD上并且连接至其一端上的第一浮置扩散节点FD1，可靠性可由于第一开关晶体管SW1中的溢流而降低。然而，如示例性实施例中，溢流问题可通过将第一开关晶体管SW1设置在第二半导体衬底210的下表面上来解决。
设置在第一半导体衬底110的上表面上的第一布线结构120可包括第一绝缘层121和设置在第一绝缘层121中的第一布线层125。第一布线层125可连接至第一半导体装置150，并且可形成像素电路(图2中的PX_C)。第一布线层125可包括在第一绝缘层121内设置在多个水平处的多条布线122和连接至多条布线122的布线穿通件123。例如，第一布线层125可包括铜或者铜合金。
第二半导体芯片200可包括设置在第一布线结构120上并且具有电容器280的第二布线结构220和设置在第二布线结构220上的第二半导体衬底210。第二半导体芯片200还可被称作“存储器芯片”，诸如DRAM芯片。
第二半导体芯片200可设置在第一半导体芯片100上。第一半导体芯片100和第二半导体芯片200可接合，使得第一布线结构120和第二布线结构220可彼此相对。
第一布线结构120可包括设置在第一布线结构120上的第一接合绝缘层121B和第一接合绝缘层121B中的连接至第一布线层125的第一金属焊盘125P。相似地，第二布线结构220可包括设置在第二布线结构220的最下面部分中的第二接合绝缘层221B和第二接合绝缘层221B中的第二金属焊盘225P。第一金属焊盘125P可具有与第一接合绝缘层121B的上表面基本共面的上表面，并且第二金属焊盘225P可具有与第二接合绝缘层221B的上表面基本共面的上表面。
第一金属焊盘125P和第二金属焊盘225P可直接接合，并且可形成金属-金属接合，并且第一接合绝缘层121B和第二接合绝缘层221B可彼此直接接合，并且可形成电介质-电介质接合。这种接合也可被称作混合接合。
第一布线层125和第二布线层225可通过第一金属焊盘125P和第二金属焊盘225P之间的接合彼此电连接。第一金属焊盘125P和第二金属焊盘225P之间的接合可将外围区100B和200B电连接，并且还可连接主要区100A和200B中的第一半导体芯片100和第二半导体芯片200。
直接接合的第一金属焊盘125P和第二金属焊盘252P可通过高温退火工艺通过铜的相互扩散来接合。第一金属焊盘125P和第二金属焊盘225P中包括的金属不限于铜，而是可包括可类似地彼此接合的其它金属材料(例如，Au)。这些焊盘之间的接合可提供具有强接合的电连接。第一接合绝缘层121B和第二接合绝缘层221B可包括相同电介质材料，例如，氧化硅。在示例性实施例中，第一接合绝缘层121B和第二接合绝缘层221B可包括不同于第一绝缘层121和第二绝缘层221的绝缘材料的绝缘材料，或者还可包括不同材料的绝缘膜。例如，这些其它材料可包括诸如SiCN、SiON或SiCO等的其它绝缘膜。
与第一布线结构120相似，第二布线结构220可包括第二绝缘层221和设置在第二绝缘层221中的第二布线层225。第二布线层225可包括多条布线222和布线穿通件223。
第二布线层225可与和第一半导体装置150连接的第一布线层125一起被包括在像素电路(图2中的PX_C)中。具体地，第一布线层125可通过第一金属焊盘125P和第二金属焊盘225P的接合连接至第二布线层225，并且可形成连接至第一光电二极管SPD和第二光电二极管LPD的像素电路。
第二半导体芯片200可在第二布线结构220中包括具有圆柱形的电容器280。图6是示出图5中的电容器布置的放大图。
参照图6，电容器280可包括第一电极282和第二电极286以及设置在它们之间的电介质层285。第一电极282和第二电极286可分别包括第一焊盘电极282P和第一电极层282E以及第二焊盘电极286P和第二电极层286E。
连接至第一焊盘电极282P的多个电容器孔CH可形成在第二绝缘层221中，并且多个第一电极层282E可按照圆柱形分别形成在多个电容器孔CH中。电介质层285可共形地覆盖多个第一电极层282E中的每一个的上表面和侧壁，并且第二电极层286E可覆盖电介质层285。第二焊盘电极286P可按照平板状设置在第二电极层286E的上表面上。
在示例性实施例中，第一电极层282E可直接连接至第一浮置扩散节点FD1。参照图5，在第二布线结构220中，第一电极层282E可通过第二布线层225(见虚线)直接连接至第一浮置扩散节点FD1。在其它示例性实施例中，第一电极层282E和第一浮置扩散节点FD1可通过额外的第三开关晶体管(未示出)连接。
例如，第一电极层282E和第二电极层286E可包括诸如钴、钛、镍、钨和钼的高熔点金属膜和/或诸如氮化钛(TiN)、钛硅氮化物(TiSiN)、钛铝氮化物(TiAlN)、氮化钽(TaN)、钽硅氮化物(TaSiN)、钽铝氮化物(TaAlN)和氮化钨(WN)的金属氮化物膜及其组合，但是其示例性实施例不限于此。第一电极层282E和第二电极层286E中的至少一个可包括与第一布线结构120的第一布线层125不同的金属材料。在其它示例性实施例中，第一电极层282E和第二电极层286E中的至少一个可包括钨，并且第一布线层125可包括铜。
例如，电介质层285可包括诸如HfO2、ZrO2、Al2O3、La2O3、Ta2O3和TiO2的金属氧化物、诸如SrTiO3(STO)、(Ba,Sr)TiO3(BST)、BaTiO3、PZT和PLZT的钙钛矿结构的电介质材料及其任何组合，但是其示例性实施例不限于此。电介质层285可以是单层或多层。例如，第二焊盘电极286P可包括诸如掺杂多晶硅和硅锗的半导体材料和/或诸如钨、铜、铝、钛和钽的金属及其任何组合中的至少一种，但是其示例性实施例不限于此。在其它示例性实施例中，第二焊盘电极286P可包括与第二电极层286E不同的材料。
电容器280的第一电极282可连接至第一浮置扩散节点FD1(见虚线连接)，并且电容器280的第二电极286可连接至电源，从而施加电容器电压。在示例性实施例中，可通过像素电压VPIX(见图2)提供电容器电压。电容器280的连接可通过第一布线层125和第二布线层225实施。
形成在由器件隔离图案ISO限定的有源区中的第二半导体装置250可形成在第二半导体衬底210的下表面上。如上所述，第二半导体装置250可包括在像素电路(图2中的PX_C)中包括的元件中的至少一个元件。
如图5所示，第一开关晶体管SW1可形成在第二半导体衬底210的下表面上。另外，第一开关晶体管SW1的第一端(也就是说，源极区255a)可通过第一布线结构120和第二布线结构220的第一路径P1连接至第一浮置扩散节点FD1，并且第一开关晶体管SW1的第二端(也就是说，漏极区225b)可通过第一布线结构120和第二布线结构220的第二路径P2连接至第三浮置扩散节点FD3。可通过将第一布线层125的第一路径P1a通过金属接合连接至第二布线层225的第一路径P1b来配置第一路径P1。第二路径P2可与第一路径P1隔离，并且第一布线层125的第二路径P2a和第二布线层225的第二路径P2b可通过不同金属接合连接。
这样，在示例性实施例中，像素电路PX_C中包括的一部分元件可形成在第二半导体衬底210的下表面上，并且第一布线结构120和第二布线结构220的布线层可通过路径P1和P2连接至形成在第一半导体衬底110的上表面上的像素电路PX_C的其它元件。
第三半导体芯片300可包括设置在第二半导体衬底210上的第三布线结构320和设置在第三布线结构320上并且其上实施有逻辑装置350的第三半导体衬底310。第三半导体芯片300还可称作逻辑芯片。
与第一布线结构110和第二布线结构220相似，第三布线结构320可包括第三绝缘层321和设置在第三绝缘层321中的第三布线层325。第三布线层325可包括多条布线322和布线穿通件323。
第三半导体装置350可形成在由器件隔离图案ISO限定的有源区中的第三半导体衬底310的下表面上。第三半导体装置350可被包括在诸如行驱动器12、读出电路13、斜坡信号发生器14和时序控制器15的逻辑电路中。
在示例性实施例中，第三半导体芯片300可通过第二穿通件420电连接至第一半导体芯片100和第二半导体芯片200，并且类似于半导体芯片100和200的连接，第二半导体芯片200与第三半导体芯片300之间的连接可通过与类似于第二半导体芯片200与第三半导体芯片300之间的连接的金属焊盘的接合来实施，而不是通过第二穿通件420或者与第二穿通件420并联。
根据示例性实施例的图像传感器500可设置在第一半导体衬底的下表面上，并且可包括具有防反射膜的绝缘材料层160、设置在绝缘材料层160上的滤色器CF、以及微透镜ML1和ML2。滤色器CF可设置在分别通过绝缘网格结构170限定的多个像素区中。微透镜ML1和ML2可设置在光电转换元件上，并且可被配置为聚焦从外部入射的光，并且可允许光入射至光电转换元件中。滤色器CF可选择性地传输特定波长带的光学信号并且可介于微透镜ML1和ML2与光电转换元件SPD和LPD之间。
在根据示例性实施例的图像传感器500中，诸如DRAM的电容元件可形成在第二半导体芯片200上，而不是直接在具有像素阵列的第一半导体芯片100上形成电容元件，并且电容元件可与第一半导体芯片100接合，从而避免在形成电容元件的电极的过程期间污染像素。另外，通过在第二半导体衬底200的下表面上形成像素电路的第一开关晶体管SW1，在分离光电二极管(分离PD)中，可解决由诸如前侧深沟槽隔离(FDTI)的像素隔离结构180导致的结构性溢流问题。
根据示例性实施例的图像传感器500可安装在具有图像或光感测功能的电子装置中。例如，图像传感器500可以是相机、智能手机、可佩戴装置、物联网(IoT)装置、家用电器、平板电脑(PC)、个人数字助理(PDA)、便携式多媒体播放器(PMP)、导航、无人机、高级驾驶员辅助系统(ADAS)等。另外，图像传感器500可作为部件安装在电子装置上，诸如车辆、家具、制造设施、门和各种测量装置。
与前述示例性实施例不同，除像素电路的第一开关晶体管SW1以外的元件可形成在第二半导体衬底200的下表面上。图7和图8是示出根据所述示例性实施例的图像传感器的侧剖视图。
参照图7，除了第二开关晶体管SW2和第三浮置扩散节点FD3可设置在第二半导体衬底210的下表面上的配置之外，根据示例性实施例的图像传感器500A可与图1至图6所示的图像传感器500相似地配置。另外，除非另有说明，否则可参照图1至图6所示的图像传感器500的相同或类似的组件的描述理解示例性实施例的组件。
在示例性实施例中，在每个像素中，第一转移晶体管TG1可连接在第一光电二极管SPD和第一浮置扩散节点FD1之间，第一浮置扩散节点FD1可设置在第一光电二极管SPD上，并且可在第一转移晶体管TG1导通时存储由第一光电二极管SPD生成的电荷。类似地，第二转移晶体管TG2可连接在第二光电二极管LPD和第二浮置扩散节点FD2之间，第二浮置扩散节点FD2可设置在第二光电二极管LPD上，并且可在第二转移晶体管TG2导通时存储由第二光电二极管LPD生成的电荷。
与前述示例性实施例相似，第一开关晶体管SW1可形成在第二半导体衬底210的下表面上，并且可具有通过第一布线结构120和第二布线结构220的第一路径P1连接至第一浮置扩散节点FD1的第一端。
在另一示例性实施例中，第二开关晶体管SW2可形成在第二半导体衬底210的下表面上。第二开关晶体管SW2可具有通过第一布线结构120和第二布线结构220的第二路径P2’连接至第二浮置扩散节点FD2的第一端。第二路径P2’可为与第一路径P1分离的路径，并且可由第一布线层125的第二路径P2a’和第二布线层225的第二路径P2b’提供。
另外，第三浮置扩散节点FD3可形成在第二半导体衬底210的下表面上，并且可设置在第一开关晶体管SW1的第二端和第二开关晶体管SW2的第二端之间。
在示例性实施例中，连接至第三浮置扩散节点FD3的重置晶体管RG可形成在第一半导体衬底110的上表面上。在这种情况下，重置晶体管RG的第一端可通过第一布线结构120和第二布线结构220的第三路径P3’连接至第三浮置扩散节点FD3，并且第二端可连接至电源，以施加重置电压。第三路径P3’可以是与第一路径P1和第二路径P2’分离的路径，并且可通过第一布线层125的第三路径P3a’和第二布线层225的第三路径P3b’被提供。在示例性实施例中，重置电压可为像素电压VPIX(见图2)。
与其它示例性实施例不同，重置晶体管RG可形成在第二半导体衬底210的下表面上。在这种情况下，不用通过第一布线层125和第二布线层225的第三路径P3’，形成在第二半导体衬底210的下表面上的重置晶体管RG的一端可被配置为连接至第三浮置扩散节点FD3。
参照图8，除了像素电路的除第一转移晶体管TG1和第二转移晶体管TG2以及第一浮置扩散节点FD1和第二浮置扩散节点FD2之外的元件形成在第二半导体衬底210的下表面上的配置之外，根据示例性实施例的图像传感器500B可与图1至图6所示的图像传感器500相似地配置。另外，除非另有说明，否则可参照图1至图6所示的图像传感器500的相同或类似的组件的描述理解示例性实施例的组件。
与前述示例性实施例(图7)不同，重置晶体管RG(未示出)可形成在第二半导体衬底210的下表面上并且可连接至第三浮置扩散节点FD3。在这种情况下，可不提供用于第三路径的布线。另外，源极跟随器晶体管SF和选择晶体管SX可形成在第二半导体衬底210上。
除第一转移晶体管TG1和第二转移晶体管TG2以及分别与其连接的第一浮置扩散节点FD1和第二浮置扩散节点FD2之外，像素电路的其它元件可形成在用作存储器芯片200的第二半导体衬底210的下表面上。
根据前述示例性实施例，在图像传感器中，替代在具有像素阵列的第一半导体芯片上直接形成诸如DRAM的电容元件，电容元件可形成在分离的第二半导体芯片(例如，存储器芯片)上并且可接合至第一半导体芯片，可避免在形成电容元件的电极的处理中污染像素。另外，通过在存储器芯片的衬底上形成像素电路的元件的一部分(例如，第一开关晶体管)，可解决开关装置中由于分离光电二极管(分离PD)结构中的诸如前侧深沟槽隔离(FDTI)的像素隔离结构生成的电荷的溢流问题。
尽管上面已经说明和描述了示例性实施例，但本领域技术人员将清楚，在不偏离所附权利要求所定义的本公开的精神和范围的情况下，可以进行许多修改和变化。

Claims (20)

1.一种图像传感器，包括：
第一半导体芯片，其包括具有其中布置有多个像素的像素阵列的第一半导体衬底和设置在所述第一半导体衬底上的第一布线结构，所述多个像素中的每一个包括彼此隔离的第一光电二极管和第二光电二极管；
第二半导体芯片，其包括设置在所述第一布线结构上并且具有电容器的第二布线结构以及设置在所述第二布线结构上的第二半导体衬底；以及
第三半导体芯片，其包括设置在所述第二半导体芯片上的第三布线结构和设置在所述第三布线结构上并且其上形成有逻辑装置的第三半导体衬底，
其中，所述多个像素中的每一个包括存储由所述第一光电二极管生成的电荷的第一浮置扩散节点、存储由所述第二光电二极管生成的电荷的第二浮置扩散节点、在所述第二光电二极管上设置在所述第一浮置扩散节点与所述第二浮置扩散节点之间的第三浮置扩散节点、以及形成在所述第二半导体衬底的下表面上的第一开关晶体管，并且
其中，所述第一开关晶体管具有通过所述第一布线结构和所述第二布线结构的第一路径连接至所述第一浮置扩散节点的第一端和通过所述第一布线结构和所述第二布线结构的第二路径连接至所述第三浮置扩散节点的第二端。
2.根据权利要求1所述的图像传感器，其中，所述第二光电二极管的面积大于所述第一光电二极管的面积。
3.根据权利要求2所述的图像传感器，
其中，所述多个像素中的每一个还包括形成在所述第一半导体衬底的上表面上的第二开关晶体管，并且
其中，所述第二开关晶体管具有连接至所述第二浮置扩散节点的第一端和连接至所述第三浮置扩散节点的第二端。
4.根据权利要求1所述的图像传感器，
其中，所述多个像素中的每一个包括：
连接在所述第一光电二极管与所述第一浮置扩散节点之间的第一转移晶体管；以及
连接在所述第二光电二极管与所述第二浮置扩散节点之间的第二转移晶体管。
5.根据权利要求4所述的图像传感器，
其中，所述多个像素中的每一个还包括：
重置晶体管，其具有连接至所述第三浮置扩散节点的第一端和被施加重置电压的第二端；
源极跟随器晶体管，其具有连接至所述第二浮置扩散节点的栅极和被施加像素电压的一端；
选择晶体管，其连接至所述源极跟随器晶体管的另一端并且基于选择控制信号输出像素信号。
6.根据权利要求5所述的图像传感器，其中，所述重置晶体管、所述源极跟随器晶体管和所述选择晶体管中的至少一个形成在所述第二半导体衬底的下表面上。
7.根据权利要求5所述的图像传感器，其中，所述电容器包括连接至所述第一浮置扩散节点的第一电极和被施加电容器电压的第二电极。
8.根据权利要求7所述的图像传感器，其中，通过所述像素电压提供所述电容器电压。
9.根据权利要求1所述的图像传感器，
其中，所述电容器包括第一电极、第二电极和介于所述第一电极和所述第二电极之间的电介质膜，并且
其中，所述第一电极和所述第二电极中的至少一个包括与所述第一布线结构的第一布线层的材料不同的金属材料。
10.根据权利要求9所述的图像传感器，其中，所述第一电极和所述第二电极中的至少一个包括钨，并且所述第一布线层包括铜。
11.根据权利要求9所述的图像传感器，其中，所述电容器具有圆柱体结构。
12.根据权利要求1所述的图像传感器，
其中，所述第一布线结构包括设置在所述第一布线结构的最上面部分上的第一接合绝缘层和所述第一接合绝缘层中的第一金属焊盘，并且
其中，所述第二布线结构包括设置在所述第二布线结构的最下面部分中并且接触所述第一接合绝缘层的第二接合绝缘层以及设置在所述第二接合绝缘层中并且接触所述第一金属焊盘的第二金属焊盘。
13.根据权利要求1所述的图像传感器，
其中，所述第一半导体芯片包括其中布置有所述多个像素的像素区和包围所述像素区的外围电路区，并且
其中，所述图像传感器还包括从所述第一半导体芯片的外围电路区穿过所述第二半导体芯片并且电连接至所述第三半导体芯片的穿通电极。
14.一种图像传感器，包括：
像素阵列芯片，其包括具有其中布置有多个像素的像素阵列的第一半导体衬底和设置在所述第一半导体衬底上的第一布线结构，所述多个像素中的每一个包括彼此隔离的第一光电二极管和第二光电二极管；
存储器芯片，其包括设置在所述第一布线结构上并且具有电容器的第二布线结构和设置在所述第二布线结构上的第二半导体衬底；以及
逻辑芯片，其具有设置在所述存储器芯片上的第三布线结构和设置在所述第三布线结构上并且具有形成在其上的逻辑装置的第三半导体衬底，
其中，所述多个像素中的每一个包括：
第一浮置扩散节点，其被配置为存储由所述第一光电二极管生成的电荷；
第二浮置扩散节点，其被配置为存储由所述第二光电二极管生成的电荷；
第一开关晶体管，其形成在所述第二半导体衬底的下表面上并且具有通过所述第一布线结构和所述第二布线结构的第一路径连接至所述第一浮置扩散节点的第一端；
第二开关晶体管，其形成在所述第二半导体衬底的下表面上并且具有通过所述第一布线结构和所述第二布线结构的第二路径连接至所述第二浮置扩散节点的第一端；以及
第三浮置扩散节点，其形成在所述第二半导体衬底的下表面上并且连接在所述第一开关晶体管的第二端与所述第二开关晶体管的第二端之间。
15.根据权利要求14所述的图像传感器，其中，所述多个像素中的每一个还包括重置晶体管，所述重置晶体管形成在所述第一半导体衬底的上表面上，并且具有通过所述第一布线结构和所述第二布线结构的第三路径连接至所述第三浮置扩散节点的第一端和被施加重置电压的第二端。
16.根据权利要求14所述的图像传感器，其中，所述多个像素中的每一个还包括重置晶体管，所述重置晶体管形成在所述第二半导体衬底的下表面上，并且具有连接至所述第三浮置扩散节点的第一端和被施加重置电压的第二端。
17.根据权利要求14所述的图像传感器，其中，所述多个像素中的每一个还包括：
第一转移晶体管，其连接在所述第一光电二极管与所述第一浮置扩散节点之间；
第二转移晶体管，其连接在所述第二光电二极管与所述第二浮置扩散节点之间；
源极跟随器晶体管，其具有连接至所述第二浮置扩散节点的栅极和被施加像素电压的一端；以及
选择晶体管，其连接至所述源极跟随器晶体管的另一端并且基于选择控制信号输出像素信号。
18.根据权利要求17所述的图像传感器，其中，所述源极跟随器晶体管和所述选择晶体管形成在所述第二半导体衬底上。
19.根据权利要求14所述的图像传感器，
其中，所述电容器包括第一电极、第二电极和介于所述第一电极和所述第二电极之间的电介质膜，并且
其中，所述第一电极和所述第二电极中的至少一个包括与所述第一布线结构的第一布线层的材料不同的金属材料。
20.一种图像传感器，包括：
第一半导体芯片，其包括具有其中布置有多个像素的像素阵列的第一半导体衬底和设置在所述第一半导体衬底上的第一布线结构，所述多个像素中的每一个包括彼此隔离的第一光电二极管和第二光电二极管；以及
第二半导体芯片，其包括设置在所述第一布线结构上并且具有电容器的第二布线结构和设置在所述第二布线结构上的第二半导体衬底，
其中，所述第一布线结构包括设置在所述第一布线结构的最上面部分上的第一接合绝缘层和所述第一接合绝缘层中的第一金属焊盘，所述第二布线结构包括设置在所述第二布线结构的最下面部分中并且接触所述第一接合绝缘层的第二接合绝缘层以及所述第二接合绝缘层中的连接至所述第一金属焊盘的第二金属焊盘，并且所述第一金属焊盘与所述第二金属焊盘之间的连接为所述第一布线结构和所述第二布线结构提供电路径，
其中，所述多个像素中的每一个包括：
第一浮置扩散节点，其被配置为存储由所述第一光电二极管生成的电荷；
第二浮置扩散节点，其被配置为存储由所述第二光电二极管生成的电荷；
第三浮置扩散节点，其在所述第二光电二极管上设置在所述第一浮置扩散节点与所述第二浮置扩散节点之间；以及
第一开关晶体管，其形成在所述第二半导体衬底的下表面上，并且
其中，所述第一开关晶体管具有通过所述第一布线结构和所述第二布线结构的第一路径连接至所述第一浮置扩散节点的第一端和通过所述第一布线结构和所述第二布线结构的第二路径连接至所述第三浮置扩散节点的第二端。
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