CN207367977U - 图像传感器 - Google Patents

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Abstract

本实用新型涉及一种图像传感器。该图像传感器包括第一衬底；第一光电二极管，其中所述第一光电二极管形成在所述第一衬底中；第二光电二极管，其中所述第二光电二极管形成在所述第一衬底中；第二衬底；导电互连层，所述导电互连层将所述第一衬底耦接到所述第二衬底，其中所述第一光电二极管和所述第二光电二极管同时耦接到所述导电互连层；以及第三光电二极管，其中所述第三光电二极管形成在所述第二衬底中，并且其中所述第三光电二极管形成在所述第一光电二极管下面。本实用新型用于图像传感器领域。本实用新型的技术效果是提供一种改进的图像传感器。

Description

图像传感器
技术领域
本实用新型整体涉及成像系统，并且更具体地，涉及具有高动态范围的成像系统。
背景技术
现代电子设备(诸如移动电话、相机和计算机)通常使用数字图像传感器。图像传感器(有时称为成像器)可由二维图像感测像素阵列形成。每个像素包括接收入射光子(光)并将光子转变为电信号的光敏元件。有时，图像传感器被设计为使用联合图像专家组(JPEG)格式将图像提供给电子设备。
一些常规图像传感器或许能够在高动态范围(HDR)模式下工作。通常在图像传感器中通过为交替的像素行分配不同的积聚时间来实现HDR操作。然而，常规图像传感器有时可能会低于期望的分辨率、低于期望的灵敏度，具有高摩尔纹伪影、高噪声水平、低像素光圈效率和低量子效率。
因此，希望能够提供在图像传感器中改善的高动态范围操作。
实用新型内容
本实用新型的一个目的是提供一种改进的图像传感器。
本实用新型提供一种图像传感器，所述图像传感器包括第一衬底，第一光电二极管，其中所述第一光电二极管形成在所述第一衬底中；第二光电二极管，其中所述第二光电二极管形成在所述第一衬底中；第二衬底；导电互连层，所述导电互连层将所述第一衬底耦接到所述第二衬底，其中所述第一光电二极管和所述第二光电二极管同时耦接到所述导电互连层；以及第三光电二极管，其中所述第三光电二极管形成在所述第二衬底中，并且其中所述第三光电二极管形成在所述第一光电二极管下面。
优选地，所述图像传感器还包括所述第一衬底中的耦接在所述第一光电二极管和所述导电互连层之间的第一晶体管；以及所述第一衬底中的耦接在所述第二光电二极管和所述导电互连层之间的第二晶体管。
优选地，所述图像传感器还包括所述第二衬底中的在所述第二光电二极管下面形成的信号感测电路。
优选地，其中所述信号感测电路包括源极跟随器晶体管。
优选地，其中所述信号感测电路包括具有电容反馈的反相增益放大器。
优选地，其中所述反相增益放大器具有耦接到所述导电互连层的输入节点。
本实用新型在另一个实施例中，提供一种图像传感器，所述图像传感器包括第一衬底；第一多个光电二极管，其中所述第一多个光电二极管形成在所述第一衬底中；在所述第一多个光电二极管上方形成的第一多个滤色器元件，其中所述第一多个滤色器元件是宽带滤色器元件；第二多个光电二极管，其中所述第二多个光电二极管形成在所述第一衬底中，并且其中所述第一多个光电二极管和所述第二多个光电二极管以棋盘图案布置；在所述第二多个光电二极管上方形成的第二多个滤色器元件；第二衬底；以及第三多个光电二极管，其中所述第三多个光电二极管形成在所述第二衬底中，并且其中所述第三多个光电二极管中的每个光电二极管在所述第一多个光电二极管中的光电二极管下面形成。
优选地，所述图像传感器还包括在所述第二衬底中形成的多个电路块，其中每个电路块形成在所述第二多个光电二极管中的光电二极管下面，并且其中每个电路块被配置为从所述第一多个光电二极管中的一个光电二极管、所述第二多个光电二极管中的一个光电二极管和所述第三多个光电二极管中的一个光电二极管读出电荷水平。
在本实用新型的另一个实施例中，提供一种图像传感器，所述图像传感器具有至少第一芯片和第二芯片，其中所述图像传感器包括以重复图案布置的多个1×2像素组，每个像素组包括：所述第一芯片中的第一光电二极管；在所述第一光电二极管上方形成的宽带滤色器；所述第一芯片中的第二光电二极管；在所述第二光电二极管上方形成的蓝色滤色器；所述第二芯片中的第三光电二极管，其中所述第三光电二极管在所述第一光电二极管下面形成；以及所述第二芯片中的信号传感器电路，其中所述信号传感器电路形成在所述第二光电二极管下面。
优选地，其中所述宽带滤色器是选自由黄色滤色器和透明滤色器所组成的组的滤色器。
本实用新型的技术效果是提供一种改进了的图像传感器。
附图说明
图1是根据本实用新型实施方案的具有图像传感器的示例性电子设备的示意图。
图2是根据本实用新型实施方案的具有多个芯片以及上部芯片和中部芯片之间的混合接合的示例性图像传感器的透视图。
图3是根据本实用新型实施方案的1×2图案的示例性成像像素组的简化电路图，该成像像素组具有在上部芯片上形成的光电二极管和在中间芯片上形成的光电二极管和读出电路。
图4是图3的示例性成像像素的俯视图，其示出了根据本实用新型实施方案的电荷溢流JFET晶体管的位置、用于感测低光级生成信号的电荷转移栅极、用于感测高光级生成信号的晶体管开关以及电荷存储电容器的位置。
图5是图3和图4的示例性成像像素的横截面侧视图，其示出了根据本实用新型实施方案的混合接合布置、蓝光感测光电二极管下的共享电路的位置、形成溢流电荷存储电容器的金属板，以及多层介电干扰滤色器。
图6是图3至图5的示例性成像像素的俯视图，其示出了根据本实用新型实施方案的像素的棋盘像素布置。
具体实施方式
以下涉及可包括在电子设备中的固态图像传感器阵列。具体地，电子设备可包括从衬底背侧照明并在卷帘快门(RS)扫描模式下操作的高动态范围(HDR)互补金属氧化物半导体(CMOS)图像传感器阵列。图像传感器可包括堆叠的芯片以改善图像传感器的性能。例如，通过将光电二极管堆叠在彼此之上，可增加传感器灵敏度，可减少摩尔纹效应，并且可改善图像传感器的整体性能。
为了改善图像传感器的性能，图像传感器可包括电荷感测和电荷存储方案，在该方案中，由低入射光级生成的电荷被转移到像素中反相反馈放大器的电荷感测节点上，并且由高入射光级生成的电荷溢出内置在像素中的某个势垒，被存储在电容器上，并且所产生的电压由源极跟随器感测。为了实现这一概念，图像传感器可包括两个或更多个芯片(例如，上部芯片、中部芯片和下部芯片)。这种类型的图像传感器可形成具有高量子效率、低暗电流、低噪声、高动态范围、低摩尔纹效应和小像素尺寸的传感器。
以下实施方案示出了可使用在像素电容器上实现的电荷溢流积聚和存储来在卷帘快门(RS)扫描模式下操作的HDR传感器设计。可将电荷溢流结构添加到像素光电二极管，以允许收集和存储在像素光电二极管中生成的电荷。低光级照明的电荷可被转移到浮动扩散(FD)节点上，在浮动扩散(FD)节点上，电荷通过像素中信号反相反馈放大器放大之后，利用低噪声相关双采样(CDS)kTC复位噪声抑制技术被感测和读出。高光级照明溢流电荷可被积聚和存储在像素电容器上，其中两个电容器位于顶部芯片上并且一个电容器位于中部芯片上。可使用中部芯片上的源极跟随器(SF)电路来感测来自电容器的信号。像素(其中两个为背照式)因此具有大的光圈效率、大的量子效率和低的低噪声暗电流。所得到的具有卷帘快门扫描操作模式的传感器阵列具有高分辨率、低摩尔纹伪影和HDR性能，这些性能在超过100dB的大范围照明水平中均能够保持。
图1示出了具有数字相机模块和图像传感器的电子设备。电子设备10可以是数字照相机、计算机、移动电话、医疗设备或其他电子设备。相机模块12(有时称为成像设备)可包括图像传感器14和一个或多个透镜28。在操作期间，透镜28(有时称为光学器件28)将光聚焦到图像传感器14上。图像传感器14包括将光转换成模拟信号的光敏元件(如，像素)，所述模拟信号随后被转换成数字数据。图像传感器可具有任何数量(如，数百、数千、数百万或更多)的像素。典型的图像传感器可(例如)具有数百万的像素(如，数兆像素)。例如，图像传感器14可包括偏置电路信号缓冲电路(如，源极跟随器和负载电路)、采样和保持电路、相关双采样(CDS)电路、放大器电路、模拟到数字(ADC)转换器电路、数据输出电路、存储器(如，数据缓冲电路)、寻址电路等。
可将来自图像传感器14的静态图像数据和视频图像数据经由路径26提供给图像处理和数据格式化电路16。图像处理和数据格式化电路16可用于执行图像处理功能，诸如自动聚焦功能、深度感测、数据格式化、调节白平衡和曝光、实现视频图像稳定、脸部检测等。
图像处理和数据格式化电路16也可用于根据需要压缩原始相机图像文件(例如，压缩成联合图像专家组格式或简称JPEG格式)。在典型布置(有时称为片上系统(SOC))中，相机传感器14以及图像处理和数据格式化电路16在共用集成电路芯片上实现。使用单个集成电路芯片来实施相机传感器14以及图像处理和数据格式化电路16能够有助于降低成本。不过，这仅为示例性的。如果需要，可使用单独的集成电路芯片来实现相机传感器14以及图像处理和数据格式化电路16。
相机模块12可通过路径18将采集的图像数据传送到主机子系统20(例如，图像处理和数据格式化电路16可将图像数据传送到子系统20)。电子设备10通常向用户提供许多高级功能。例如，在计算机或高级移动电话中，可为用户提供运行用户应用程序的能力。为实现这些功能，电子设备10的主机子系统20可包括存储和处理电路24以及输入-输出设备22，诸如小键盘、输入-输出端口、操纵杆和显示器。存储和处理电路24可包括易失性和非易失性的存储器(例如，随机存取存储器、闪存存储器、硬盘驱动器、固态驱动器等)。存储和处理电路24还可包括微处理器、微控制器、数字信号处理器、专用集成电路或其他处理电路。
图2示出了图1中的示例性图像传感器诸如图像传感器14。图像传感器14可通过以下方式来感测光：将碰撞光子转换成积聚(收集)到传感器像素中的电子或空穴。在完成积聚周期之后，收集到的电荷可被转换成电压，该电压可被提供给传感器的输出端子。在CMOS图像传感器中，电荷到电压的转换直接在像素本身中完成，并且模拟像素电压通过各种像素寻址和扫描方案被转移到输出端子。模拟信号还可在到达芯片输出之前在芯片上被转换成数字等同物。像素可包括缓冲放大器诸如源极跟随器(SF)，其驱动通过合适的寻址晶体管连接到像素的感测线。在电荷到电压的转换完成并且所得信号从像素转移出去之后，像素可被复位以便准备聚积新的电荷。一些像素可使用浮动扩散(FD)作为电荷检测节点。在这些像素中，复位可通过导通复位晶体管来实现，该复位晶体管将FD节点导电地连接到参考电压。在一些实施方案中，FD节点的参考电压也可以是像素SF漏极节点。这一步骤从浮动扩散移除收集到的电荷。但是，这也会生成kTC复位噪声。这种kTC复位噪声可使用相关双采样(CDS)信号处理从信号移除，以便降低传感器中的噪声。利用相关双采样的CMOS图像传感器可在像素中使用三个晶体管(3T)或四个晶体管(4T)，其中一个用作电荷转移(TX)晶体管。
图像传感器14可用一个或多个衬底层形成。衬底层可以是半导体材料层，诸如硅层。衬底层可使用金属互连件连接。图2中示出了一个示例，其中衬底42,44和46用于形成图像传感器14。衬底42,44和46有时可称为芯片。上部芯片42可包含像素阵列32中的钉扎光电二极管。上部芯片42还可包括电荷转移晶体栅极。为了确保上部芯片42中有充足的空间用于光电二极管，可在中部芯片44和下部芯片46中为像素形成多个像素电路。然而，中部芯片44还可包括用于像素阵列的光电二极管。
中部芯片44可利用每个像素处的互连层或用于像素组(例如，两个像素、三个像素、多于三个的像素等)的互联件接合到上部芯片42。将上部芯片42中的每个像素接合到中部芯片44中对应的像素电路上(例如，浮动扩散接合到浮动扩散)可称为混合接合。中部芯片44和下部芯片46不可采用混合接合来耦接。只有每个芯片的外围电接触垫36才可接合在一起(例如，芯片到芯片连接38)。图像传感器14中的每个芯片可包括相关电路。上部芯片可包括钉扎光电二极管和电荷转移晶体管栅极。中部芯片可包括另外的光电二极管和像素电路(例如，浮动扩散节点、源极跟随器晶体管、复位晶体管等)。底部芯片可包括时钟生成电路、像素寻址电路、信号处理电路(诸如CDS电路)、模拟数字转换器电路、数字图像处理电路和系统接口电路中的一个或多个。
图像传感器14可包括用于存储高光级生成电荷的电容器，以便在中部芯片44或下部芯片46上实现高动态范围(HDR)性能。另外，代替在上部芯片42中包括图像传感器14的所有光电二极管，一些光电二极管可包括在上部芯片42中，而其他光电二极管可包括在中部芯片44中。例如，被设计为感测红光或近红外光的光电二极管可被移动到中部芯片44上，中部芯片利用拜耳滤色器将典型的2×2颜色感测像素阵列转换成1×2颜色感测像素阵列。这样可形成具有较少摩尔纹伪影的更紧凑的像素布置。因此，可以在图像传感器中使用具有较高光敏度的较大像素，而不会增加传感器尺寸或减小传感器上的像素数量。这对于感测低光级信号是有利的。
图3中示出了图像传感器的示例性成像像素的简化电路图。图3示出了位于上部芯片42上的像素电路。上部芯片42可包括钉扎光电二极管202(PD1和PD2)。上部芯片42还可包括低光级生成信号电荷转移晶体管203和高光级生成信号电荷溢流晶体管205。低光级生成信号电荷转移晶体管203可被配置为将电荷从相应的光电二极管202转移到放大器输入节点213。高光级生成信号电荷溢流晶体管205可将电荷转移到电荷积聚电容器206(Cof1和Cof2)。高光级信号电荷溢流晶体管205可以是结栅场效应(JFET)晶体管，其中各种离子注入被置于其栅极下方以建立电荷溢流势垒。当光电二极管聚积超过电荷溢流势垒的电荷时，来自光电二极管的电荷将通过晶体管205被转移到溢流电荷积聚电容器。还可包括高光级生成信号开关晶体管204以将电荷从电容器206(有时称为存储电容器)转移到中部芯片44，以便用源极跟随器晶体管214进行感测。
到上部芯片42的控制信号可通过行线225,226,227和228(分别为TX20、TX2、TX1和TX-10)分布。从上部芯片42转移到底部芯片的信号的电连接是通过凸块触点212进行的。凸块触点212有时可被称为芯片到芯片互连层。互连层212可由导电材料诸如金属(例如铜)形成。在某些实施方案中，互连层可包括焊料。互连层还可为直通硅通孔(TSV)。来自上部芯片中的像素的信号输出经由晶体管203和204进一步连接到放大器输入节点213。为了简单起见，图3中未示出到上部芯片42的接地触点和接地偏置。上部芯片42中的像素可具有任何期望的滤色器。例如，一些像素可具有蓝色滤色器，而其他像素可具有宽带滤色器。宽带滤色器的示例包括黄色滤色器(例如，透过红光和绿光的黄色滤色器材料)和透明滤色器(例如，透过红光、蓝光和绿光的透明材料)。一般来讲，宽带滤色器元件可透过两种或更多种颜色的光。在图3中，蓝色像素252被标记为“B”，而黄色像素254被标记为“Ye”。蓝色像素252可具有蓝光感测光电二极管PD2，而黄色像素254可具有黄光感测光电二极管PD1。蓝色像素和黄色像素还可在其各自的滤色器上包括微透镜，并且蓝色像素和黄色像素可为背照式。
在图3中，光电二极管202是n型埋设二极管，并且电荷转移晶体管203和电荷溢流晶体管204都是n沟道晶体管。然而，该示例仅为示例性的。也可以将上部芯片42设计成收集光生空穴，并且将相应的晶体管设计成p沟道类型。这在一些应用中可能是有利的，因为用于收集空穴的光电二极管可具有比用于收集电子的光电二极管更高的电荷存储容量。
如图3所示，中部芯片44也可包括光电二极管。中部芯片44中的光电二极管207可以是用于红光、近红外光或任何其他期望类型的光的光电二极管。在图3中，光电二极管207被用于收集红色像素256(被标记为“R”)的红光。红光检测像素可为前照式，并且包括光电二极管207、电荷转移晶体管208、溢流JFET晶体管210、高光级生成信号开关晶体管209和电荷溢流积聚电容器211。类似于上部芯片42中所示的蓝色像素和黄色像素，红色像素的电荷转移晶体管208可将电荷从光电二极管207转移到放大器输入节点213。超过JFET晶体管210的溢流电荷势垒的电荷可被转移到电容器211(Cof3)。晶体管209可用于感测电容器211上的待被源极跟随器214感测的电压。为了简单起见，图3中未示出接地触点和接地偏置连接。到该像素的控制信号通过行线235和236(分别为TX3和TX30)分布。来自该像素的信号输出经由晶体管208和209连接到放大器输入节点213。
信号处理电路可位于中部芯片44上。信号处理电路可被置于蓝光检测像素252下的大致像素尺寸(或更小)的块中，并且可包括源极跟随器晶体管214(SF)。源极跟随器晶体管214可具有连接到放大器输入节点213的栅极，该放大器输入节点可连接到芯片到芯片连接凸块212。源极跟随器晶体管信号输出可由行寻址晶体管215寻址，而输入节点213可由复位晶体管216复位。到这些晶体管的控制信号通过行线229和231(分别为Rx2和Sx2)分布。晶体管漏极偏置电压(Vdd)可通过列偏置线230提供给电路。行寻址晶体管215可将其输出连接到由恒定电流源223偏置的信号列线221。来自高光级生成信号的像素输出(Vout2)出现在列线221上，并且可由位于中部芯片44的外围处或下部芯片46上的列CDS电路处理。
蓝光检测像素252下的电路块还可包含低光级信号处理电路。该电路可包括用作反相放大器的晶体管217。晶体管217可以是p沟道晶体管。增益控制反馈电容器220(Cf)可连接在输入节点213和晶体管217的漏极之间。该电路还可包括复位晶体管219。来自该放大器的输出信号可由行寻址晶体管218连接到信号列线222，并且列感测线可由电流源224偏置。来自低光级生成信号的输出(VOUT1)(出现在该列线上)也可由位于中部芯片44的外围处的CDS电路或位于下部芯片46上的CDS电路处理。到该电路的控制信号可通过行线232和233(分别为Sx1和Rx1)分布。该电路还可能需要预充电阶跃脉冲，该预充电阶跃脉冲通过电容器237(CP)和预充电行线234(Pch1)提供给该电路。
从所描述的电路图可轻松地理解这些电路的操作。为了感测低光级信号，晶体管203和208可在电荷积聚周期之后依次导通和截止。该信号可通过
由晶体管217形成的反馈放大器感测并放大，该反馈放大器由电流源224偏置并由晶体管219复位，以实现CDS信号处理方案。使用具有增益的负反馈放大器的优点之一是放大器增益主要取决于反馈电容(Cf)220的值，并且凸块芯片到芯片连接的寄生电容的降级效应较小且可以忽略。这对于保持传感器像素到像素光感测均匀性是非常重要的。对于高光级生成信号，在晶体管204和209依次导通和截止时被激活，这并没有问题，因为溢流电荷电容器206和211基本上支配凸块连接的寄生电容，因而可使用源极跟随器电荷检测方案。然而，CDS信号处理方案也用于这些信号，目的是消除像素到像素晶体管阈值变化，从而保持高传感器信号检测均匀性。
为了更清楚，图4中示出了图3的上部芯片42中的像素的俯视图。图4示出了光电二极管区域301和像素隔离区域302。可使用任何期望的技术(例如，注入p+型掺杂注入物、浅沟槽隔离(STI)等)来形成像素隔离区域302。溢流JFET晶体管栅极是其漏极为区域307的区域303。电荷转移晶体管栅极(即，图3中晶体管203的栅极)是由n+型掺杂多晶硅层形成的区域304，并且FD区域是通过金属布线(在本图中仅示意性地示出)连接到凸块焊盘的区域306。电荷溢流信号开关晶体管栅极(即，图3中晶体管204的栅极)是同样为n+型掺杂多晶硅的区域305。溢流电荷存储电容器是连接到区域307的区域308。凸块触点金属焊盘(即，图3中的互连件212)是区域309。溢流电荷电容器和凸块焊盘均被置于蓝光感测光电二极管下方，并且还可用作可能穿透该光电二极管的任何残留蓝光的反射器。该金属还能屏蔽置于该像素下方的电路块中的电路，避免残留光造成可能不期望的穿透。为了使图简化，图中省略了像素的金属布线的细节，仅示出了简单的示意性线连接。另外，图中还省略了到多晶硅栅极和接地的触点通孔。
图5是图3和图4所示的像素的横截面侧视图。图5示出了背照式上部芯片42，该上部芯片在其背表面上包括p+型掺杂层401，该掺杂层上沉积有外延本体区域402。芯片背侧表面还可被氧化物或其他类型的介电层诸如二氧化铪403覆盖。层401和403都可用于使界面生成暗电流达到最小。滤色器404可沉积在这些层上。图5示出了黄色滤色器和蓝色滤色器。然而，这些示例仅为示例性的，可使用任何期望颜色的滤色器。如果需要，还可将微透镜放置于这些滤色器的顶部上。像素可通过p+型掺杂像素隔离注入物406和p+型掺杂的底部P+(BTP)层407彼此隔离，该底部P+(BTP)层能防止光生电荷从光电二极管逸出到传感器中的其他n+型掺杂区域。钉扎光电二极管可由顶部级芯片上的区域408(n-型掺杂)和409(p+型掺杂)以及由中部级芯片上的区域417(n-型掺杂)和418(p+型掺杂)形成。晶体管栅极可通过氧化物介电层410和419与衬底隔离。
中部芯片44可包括p+型掺杂衬底415和外延本体区域416。光子可通过形成多层介电层411的各个金属布线隔离层进入中部芯片光电二极管。介电层411还可用作将绿光反射回上部芯片42并将红光传递到中部芯片44的二向色滤色器。一般来讲，二向色滤色器可选择性地透过特定颜色的光，同时反射其他颜色的光。因此，二向色滤色器411可透过待被像素256感测的类型的光(即，红光或近红外光)并反射其他类型的光。这能确保像素256仅感测具有目的波长的光，并且提高像素254的效率。
可将电路放置于蓝光检测光电二极管下的块420中。电路块420可包括图3所示的源极跟随器晶体管、图3所示的反相放大器以及任何其他期望的电路。电容器421被示为集成在中部芯片44的介电层中。上部芯片电容器是结构412。芯片到芯片凸块连接212和凸块焊盘是区域413和414。
尽管在图5的示例中未示出，但是可以将电路块设计成稍微小于像素尺寸，以允许一些边缘的芯片到芯片未对准公差。
图6是图3至图5所示的示例性类型的像素组的俯视图。图6示出了具有蓝色滤色器502和黄色滤色器501的像素的布置。这种布置提供了简单的颜色信号插值和处理，并且提供了具有最小噪声和最小不期望的摩尔纹伪影的最佳颜色恢复。如前所述，可使用具有其他期望颜色的滤色器。
在各种实施方案中，高动态范围卷帘快门像素可集成在具有上部芯片、中部芯片和下部芯片的堆叠CMOS图像传感器阵列中。图像传感器阵列可从衬底背侧照明，并且可将红光或近红外光检测光电二极管放置于上部芯片的光电二极管下方的中部芯片上。上部芯片和中部芯片可通过将绿光反射回上部芯片中的光电二极管并将红光或近红外光传递到中部芯片中的光电二极管的二向色多级介电质彼此分离。
根据一个实施方案，图像传感器可包括第一衬底、在第一衬底中形成的第一光电二极管、在第一衬底中形成的第二光电二极管、第二衬底、将第一衬底耦接到第二衬底的导电互连层，以及第三光电二极管。第一光电二极管和第二光电二极管都可耦接到导电互连层，第三光电二极管可在第二衬底中形成，并且第三光电二极管可在第一光电二极管下面形成。
根据另一个实施方案，图像传感器还可包括第一衬底中的耦接在第一光电二极管和导电互连层之间的第一晶体管以及第一衬底中的耦接在第二光电二极管和导电互连层之间的第二晶体管。
根据另一个实施方案，图像传感器还可包括第二衬底中的在第二光电二极管下面形成的信号感测电路。
根据另一个实施方案，信号感测电路可包括源极跟随器晶体管。
根据另一个实施方案，信号感测电路可包括具有电容反馈的反相增益放大器。
根据另一个实施方案，反相增益放大器可具有耦接到导电互连层的输入节点。
根据另一个实施方案，图像传感器还可包括第一衬底中的第一电荷溢流晶体管和第一衬底中的第二电荷溢流晶体管。第一电荷溢流晶体管可耦接在第一光电二极管和第一电荷溢流电容器之间。第二电荷溢流晶体管可耦接在第二光电二极管和第二电荷溢流电容器之间。
根据另一个实施方案，第一电荷溢流电容器和第二电荷溢流电容器可在第二光电二极管下面形成，并且用作反射器以将入射光反射到第二光电二极管。
根据另一个实施方案，第一电荷溢流晶体管和第二电荷溢流晶体管可以是具有预定电压势垒的结栅场效应晶体管。
根据另一个实施方案，图像传感器还可包括第一衬底中的耦接在第一电荷溢流电容器和导电互连层之间的第三晶体管以及第一衬底中的耦接在第二电荷溢流电容器和导电互连层之间的第四晶体管。
根据另一个实施方案，图像传感器还可包括第二衬底中的耦接在第三光电二极管和反相增益放大器的输入节点之间的第五晶体管。
根据另一个实施方案，图像传感器还可包括第二衬底中的第三电荷溢流晶体管以及第二衬底中的耦接在第三电荷溢流电容器和源极跟随器晶体管之间的第六晶体管。第三电荷溢流晶体管可耦接在第三光电二极管和第三电荷溢流电容器之间。
根据另一个实施方案，图像传感器还可包括在第一光电二极管上方形成的第一颜色的宽带滤色器以及在第二光电二极管上方形成的第二颜色的滤色器。第一颜色可能与第二颜色不同。
根据另一个实施方案，图像传感器还可包括第一光电二极管和第三光电二极管之间的二向色滤色器，该二向色滤色器被配置为仅将第三颜色的光传递到第三光电二极管。第三颜色可能与第一颜色和第二颜色不同。
根据另一个实施方案，第一颜色可以是黄色，第二颜色可以是蓝色，并且第三颜色可以是红色。
根据另一个实施方案，第一颜色可以是透明的，并且第三颜色可选自红色和近红外。
根据一个实施方案，图像传感器可包括第一衬底、在第一衬底中形成的第一多个光电二极管、在第一多个光电二极管上方形成的第一多个滤色器元件、第二多个光电二极管、在第二多个光电二极管上方形成的第二多个滤色器元件、第二衬底，以及第三多个光电二极管。第一多个滤色器元件可以是宽带滤色器元件，第二多个光电二极管可在第一衬底中形成，第一多个光电二极管和第二多个光电二极管可以棋盘图案布置，第三多个光电二极管可在第二衬底中形成，并且第三多个光电二极管中的每个光电二极管可在第一多个光电二极管中的光电二极管下面形成。
根据另一个实施方案，图像传感器还可包括在第二衬底中形成的多个电路块。每个电路块可在第二多个光电二极管中的光电二极管下面形成，并且每个电路块可被配置为从第一多个光电二极管中的一个光电二极管、第二多个光电二极管中的一个光电二极管和第三多个光电二极管中的一个光电二极管读出电量。
根据一个实施方案，图像传感器可包括至少第一芯片和第二芯片。图像传感器可包括以重复图案布置的多个1×2像素组。每个像素组可包括第一芯片中的第一光电二极管、在第一光电二极管上方形成的宽带滤色器、第一芯片中的第二光电二极管、在第二光电二极管上方形成的蓝色滤色器、第二芯片中的在第一光电二极管下面形成的第三光电二极管，以及第二芯片中的在第二光电二极管下面形成的信号传感器电路。
根据另一个实施方案，宽带滤色器可以是选自黄色滤色器和透明滤色器的滤色器。
前述内容仅是对本实用新型原理的示例性说明，因此本领域技术人员可以在不脱离本实用新型的实质和范围的前提下进行多种修改。

Claims (10)

1.一种图像传感器，包括：
第一衬底；
第一光电二极管，其中所述第一光电二极管形成在所述第一衬底中；
第二光电二极管，其中所述第二光电二极管形成在所述第一衬底中；
第二衬底；
导电互连层，所述导电互连层将所述第一衬底耦接到所述第二衬底，其中所述第一光电二极管和所述第二光电二极管都耦接到所述导电互连层；以及
第三光电二极管，其中所述第三光电二极管形成在所述第二衬底中，并且其中所述第三光电二极管形成在所述第一光电二极管下面。
2.根据权利要求1所述的图像传感器，还包括：
所述第一衬底中的耦接在所述第一光电二极管和所述导电互连层之间的第一晶体管；以及
所述第一衬底中的耦接在所述第二光电二极管和所述导电互连层之间的第二晶体管。
3.根据权利要求2所述的图像传感器，还包括：
所述第二衬底中的在所述第二光电二极管下面形成的信号感测电路。
4.根据权利要求3所述的图像传感器，其中所述信号感测电路包括源极跟随器晶体管。
5.根据权利要求4所述的图像传感器，其中所述信号感测电路包括具有电容反馈的反相增益放大器。
6.根据权利要求5所述的图像传感器，其中所述反相增益放大器具有耦接到所述导电互连层的输入节点。
7.一种图像传感器，包括：
第一衬底；
第一多个光电二极管，其中所述第一多个光电二极管形成在所述第一衬底中；
在所述第一多个光电二极管上方形成的第一多个滤色器元件，其中所述第一多个滤色器元件是宽带滤色器元件；
第二多个光电二极管，其中所述第二多个光电二极管形成在所述第一衬底中，并且其中所述第一多个光电二极管和所述第二多个光电二极管以棋盘图案布置；
在所述第二多个光电二极管上方形成的第二多个滤色器元件；
第二衬底；以及
第三多个光电二极管，其中所述第三多个光电二极管形成在所述第二衬底中，并且其中所述第三多个光电二极管中的每个光电二极管在所述第一多个光电二极管中的光电二极管下面形成。
8.根据权利要求7所述的图像传感器，还包括：
在所述第二衬底中形成的多个电路块，其中每个电路块形成在所述第二多个光电二极管中的光电二极管下面，并且其中每个电路块被配置为从所述第一多个光电二极管中的一个光电二极管、所述第二多个光电二极管中的一个光电二极管和所述第三多个光电二极管中的一个光电二极管读出电荷水平。
9.一种图像传感器，所述图像传感器具有至少第一芯片和第二芯片，其中所述图像传感器包括以重复图案布置的多个1×2像素组，每个像素组包括：
所述第一芯片中的第一光电二极管；
在所述第一光电二极管上方形成的宽带滤色器；
所述第一芯片中的第二光电二极管；
在所述第二光电二极管上方形成的蓝色滤色器；
所述第二芯片中的第三光电二极管，其中所述第三光电二极管在所述第一光电二极管下面形成；以及
所述第二芯片中的信号传感器电路，其中所述信号传感器电路形成在所述第二光电二极管下面。
10.根据权利要求9所述的图像传感器，其中所述宽带滤色器是选自由黄色滤色器和透明滤色器所组成的组的滤色器。
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