本實(shí)用新型整體涉及成像系統(tǒng)，并且更具體地講涉及具有濾色器陣列的成像系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

現(xiàn)代電子設(shè)備(諸如移動(dòng)電話(huà)、相機(jī)和計(jì)算機(jī))通常使用數(shù)字圖像傳感器。成像傳感器(有時(shí)稱(chēng)為成像器)可由二維圖像感測(cè)像素陣列形成。每個(gè)像素包括光敏層，所述光敏層接收入射光子(光)并將光子轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)。有時(shí)，圖像傳感器被設(shè)計(jì)為使用聯(lián)合圖像專(zhuān)家組(JPEG)格式將圖像提供給電子設(shè)備。

一些常規(guī)像素可不具有高動(dòng)態(tài)范圍，高動(dòng)態(tài)范圍是能夠被圖像傳感器準(zhǔn)確檢測(cè)的光范圍的度量。此外，一些常規(guī)像素可對(duì)長(zhǎng)波長(zhǎng)光具有低靈敏度。

因此希望能夠?yàn)閳D像傳感器提供改善的像素。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本實(shí)用新型要解決的一個(gè)技術(shù)問(wèn)題是提供改進(jìn)的成像像素和圖像傳感器。

根據(jù)本實(shí)用新型的一個(gè)方面，提供了一種成像像素，所述成像像素包括：上襯底層；下襯底層；所述上襯底層中的第一光電二極管；所述下襯底層中的第二光電二極管；以及在所述上襯底層上方形成的濾色器層，其中所述濾色器層具有開(kāi)口，所述開(kāi)口允許光穿過(guò)所述上襯底層抵達(dá)所述第二光電二極管。

在一個(gè)實(shí)施例中，所述濾色器層中的所述開(kāi)口由介電材料填充。

在一個(gè)實(shí)施例中，所述濾色器層具有第一顏色，其中所述濾色器層中的所述開(kāi)口由具有第二顏色的濾色器元件填充，并且其中所述第一顏色和所述第二顏色不同。

在一個(gè)實(shí)施例中，所述濾色器元件是透明濾色器元件。

在一個(gè)實(shí)施例中，所述上襯底層包括硅層和介電層，其中所述第一光電二極管形成于所述硅層中，并且其中金屬互連布線通路形成于所述介電層中。

在一個(gè)實(shí)施例中，所述濾色器層中的所述開(kāi)口由所述介電層填充。

在一個(gè)實(shí)施例中，硅層具有附加開(kāi)口，所述附加開(kāi)口與所述濾色器層中的所述開(kāi)口重疊。

在一個(gè)實(shí)施例中，所述濾色器層中的所述開(kāi)口由具有不同顏色的多個(gè)濾色器填充。

在一個(gè)實(shí)施例中，所述濾色器層中的所述開(kāi)口由濾色器元件和所述介電層填充。

在一個(gè)實(shí)施例中，所述下襯底層包括附加硅層和附加介電層，其中所述第二光電二極管形成于所述附加硅層中，并且其中附加金屬互連布線通路形成于所述附加介電層中。

在一個(gè)實(shí)施例中，所述成像像素還包括：互連層，所述互連層將所述金屬互連布線通路耦接到所述附加互連布線通路。

在一個(gè)實(shí)施例中，所述成像像素還包括：在所述濾色器層中的所述開(kāi)口上方形成的微透鏡，其中所述微透鏡與所述第二光電二極管重疊。

在一個(gè)實(shí)施例中，所述成像像素，還包括：在所述第一光電二極管上方形成的附加微透鏡。

根據(jù)本實(shí)用新型的另一方面，提供了一種成像像素，所述成像像素包括：具有第一光敏層的第一晶圓；具有第二光敏層的第二晶圓；以及與所述第一光敏層重疊的濾色器層，其中所述濾色器層包括窗口，所述窗口與所述第二光敏層重疊而不與所述第一光敏層重疊。

在一個(gè)實(shí)施例中，所述窗口包括介電材料。

在一個(gè)實(shí)施例中，所述濾色器層具有第一顏色，其中所述窗口包括具有第二顏色的濾色器元件，并且其中所述第一顏色和所述第二顏色不同。

在一個(gè)實(shí)施例中，所述第一晶圓和所述第二晶圓由金屬互連層耦接在一起。

在一個(gè)實(shí)施例中，所述成像像素還包括：在所述第一光敏層上方形成的第一微透鏡；在所述第二光敏層上方形成的第二微透鏡，其中所述第二微透鏡被所述第一微透鏡完全包圍；以及在所述第一光敏層和所述第二光敏層上方形成的第三微透鏡。

根據(jù)本實(shí)用新型的又一方面，提供了一種圖像傳感器，所述圖像傳感器包括：定位在第一平面中的第一多個(gè)光電二極管；具有多個(gè)濾色器元件的濾色器陣列，其中所述多個(gè)濾色器元件中的每個(gè)濾色器元件都與所述第一多個(gè)光電二極管的相應(yīng)光電二極管重疊；以及定位在不同于所述第一平面的第二平面中的第二光電二極管，其中所述濾色器陣列包括窗口，所述窗口與所述第二光電二極管重疊，以允許光到達(dá)所述第二光電二極管。

在一個(gè)實(shí)施例中，所述第一多個(gè)光電二極管被定位成與所述濾色器陣列距離第一距離，其中所述第二光電二極管被定位成與所述濾色器陣列距離第二距離，并且其中所述第二距離大于所述第一距離。

在一個(gè)實(shí)施例中，所述窗口形成于所述多個(gè)濾色器元件的單個(gè)濾色器元件中。

在一個(gè)實(shí)施例中，所述窗口形成于所述多個(gè)濾色器元件的至少兩個(gè)濾色器元件之間。

本實(shí)用新型的一個(gè)有益技術(shù)效果是提供了改進(jìn)的成像像素和圖像傳感器。

附圖說(shuō)明

圖1是根據(jù)本實(shí)用新型實(shí)施方案的具有圖像傳感器的示例性電子設(shè)備的示意圖。

圖2是根據(jù)本實(shí)用新型實(shí)施方案的具有濾色器窗口和互連層的示例性像素的橫截面?zhèn)纫晥D。

圖3是根據(jù)本實(shí)用新型實(shí)施方案的示例性像素的橫截面?zhèn)纫晥D，該像素具有以附加材料為襯里的濾色器窗口。

圖4A是根據(jù)本實(shí)用新型實(shí)施方案的沿圖2的線54截取的像素的橫截面頂視圖，該像素具有環(huán)形光敏層。

圖4B是根據(jù)本實(shí)用新型實(shí)施方案的沿圖2的線56截取的像素的橫截面頂視圖，該像素具有環(huán)形光敏層。

圖4C是根據(jù)本實(shí)用新型實(shí)施方案的沿圖2的線58截取的像素的橫截面頂視圖，該像素具有環(huán)形光敏層。

圖5A是根據(jù)本實(shí)用新型實(shí)施方案的沿圖2的線54截取的像素的橫截面頂視圖，該像素具有分體光敏層。

圖5B是根據(jù)本實(shí)用新型實(shí)施方案的沿圖2的線56截取的像素的橫截面頂視圖，該像素具有分體光敏層。

圖5C是根據(jù)本實(shí)用新型實(shí)施方案的沿圖2的線58截取的像素的橫截面頂視圖，該像素具有分體光敏層。

圖6A-圖6E是根據(jù)本實(shí)用新型實(shí)施方案的示例性微透鏡布置的橫截面?zhèn)纫晥D，該微透鏡布置用于具有濾色器窗口的像素。

圖7是根據(jù)本實(shí)用新型實(shí)施方案的具有濾色器窗口的示例性圖像傳感器的頂視圖。

圖8是根據(jù)本實(shí)用新型實(shí)施方案的具有濾色器窗口的示例性圖像傳感器的頂視圖，所述濾色器窗口定位在陣列中每個(gè)像素之間。

圖9是根據(jù)本實(shí)用新型實(shí)施方案的具有濾色器窗口的示例性圖像傳感器的頂視圖，所述濾色器窗口定位在藍(lán)色像素和綠色像素的拐角處。

圖10是根據(jù)本實(shí)用新型實(shí)施方案的具有濾色器窗口的示例性圖像傳感器的頂視圖，所述濾色器窗口定位在清晰像素的拐角處。

具體實(shí)施方式

相關(guān)申請(qǐng)的交叉引用

本申請(qǐng)要求由Christopher Silsby發(fā)明的、提交于2015年11月9日的名稱(chēng)為“Image Sensors with Color Filter Windows”(具有濾色器窗口的圖像傳感器)的美國(guó)臨時(shí)申請(qǐng)No.62/252789的優(yōu)先權(quán)，該申請(qǐng)以引用方式并入本文，并且據(jù)此要求該申請(qǐng)的共同主題的優(yōu)先權(quán)。

本實(shí)用新型的實(shí)施方案涉及像素具有濾色器窗口的圖像傳感器。圖1中示出了具有數(shù)字相機(jī)模塊的電子設(shè)備。電子設(shè)備10可以是數(shù)字照相機(jī)、計(jì)算機(jī)、移動(dòng)電話(huà)、醫(yī)療設(shè)備或其他電子設(shè)備。相機(jī)模塊12(有時(shí)稱(chēng)為成像設(shè)備)可包括圖像傳感器14和一個(gè)或多個(gè)透鏡28。在操作期間，透鏡28(有時(shí)稱(chēng)為光學(xué)器件28)將光聚焦到圖像傳感器14上。圖像傳感器14包括將光轉(zhuǎn)換成數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的光敏元件(如，像素)。圖像傳感器可具有任何數(shù)量(如，數(shù)百、數(shù)千、數(shù)百萬(wàn)或更多)的像素。典型的圖像傳感器可(例如)具有數(shù)百萬(wàn)的像素(如，百萬(wàn)像素)。例如，圖像傳感器14可包括偏置電路(如，源極跟隨器負(fù)載電路)、采樣保持電路、相關(guān)雙采樣(CDS)電路、放大器電路、模擬-數(shù)字(ADC)轉(zhuǎn)換器電路、數(shù)據(jù)輸出電路、存儲(chǔ)器(如，緩沖電路)、尋址電路等。

可將來(lái)自圖像傳感器14的靜態(tài)圖像數(shù)據(jù)和視頻圖像數(shù)據(jù)經(jīng)由路徑26提供給圖像處理和數(shù)據(jù)格式化電路16。圖像處理和數(shù)據(jù)格式化電路16可用于執(zhí)行圖像處理功能，諸如自動(dòng)聚焦功能、深度感測(cè)、數(shù)據(jù)格式化、調(diào)節(jié)白平衡和曝光、實(shí)現(xiàn)視頻圖像穩(wěn)定、臉部檢測(cè)等。

圖像處理和數(shù)據(jù)格式化電路16也可用于根據(jù)需要壓縮原始相機(jī)圖像文件(例如，壓縮成聯(lián)合圖像專(zhuān)家組格式或簡(jiǎn)稱(chēng)JPEG格式)。在典型布置(有時(shí)稱(chēng)為片上系統(tǒng)(SOC)布置)中，相機(jī)傳感器14以及圖像處理和數(shù)據(jù)格式化電路16在共用集成電路上實(shí)現(xiàn)。使用單個(gè)集成電路來(lái)實(shí)現(xiàn)相機(jī)傳感器14以及圖像處理和數(shù)據(jù)格式化電路16可有助于降低成本。不過(guò)，這僅為示例性的。如果需要，相機(jī)傳感器14以及圖像處理和數(shù)據(jù)格式化電路16可使用單獨(dú)的集成電路來(lái)實(shí)現(xiàn)。

相機(jī)模塊12可通過(guò)路徑18將采集的圖像數(shù)據(jù)傳送到主機(jī)子系統(tǒng)20(例如，圖像處理和數(shù)據(jù)格式化電路16可將圖像數(shù)據(jù)傳送到子系統(tǒng)20)。電子設(shè)備10通常向用戶(hù)提供許多高級(jí)功能。例如，在計(jì)算機(jī)或高級(jí)移動(dòng)電話(huà)中，可為用戶(hù)提供運(yùn)行用戶(hù)應(yīng)用程序的能力。為實(shí)現(xiàn)這些功能，電子設(shè)備10的主機(jī)子系統(tǒng)20可包括存儲(chǔ)和處理電路24以及輸入-輸出設(shè)備22，諸如小鍵盤(pán)、輸入-輸出端口、操縱桿和顯示器。存儲(chǔ)和處理電路24可包括易失性和非易失性的存儲(chǔ)器(例如，隨機(jī)存取存儲(chǔ)器、閃存存儲(chǔ)器、硬盤(pán)驅(qū)動(dòng)器、固態(tài)驅(qū)動(dòng)器等)。存儲(chǔ)和處理電路24還可包括微處理器、微控制器、數(shù)字信號(hào)處理器、專(zhuān)用集成電路或其他處理電路。

圖2示出了圖像傳感器(諸如圖1中的圖像傳感器14)的示例性像素30。像素30可包括兩個(gè)襯底層。襯底層可為晶圓，包括半導(dǎo)體材料層諸如硅層。上襯底層31可連接到下襯底層32。上襯底層31和下襯底層32可包括晶體硅或任何其他所需材料。上襯底層31和下襯底層32還可包括具有金屬互連布線通路的介電疊堆。例如，上襯底31可包括硅層31-1、介電疊堆31-2和金屬互連布線通路34。類(lèi)似地，下襯底32可包括硅層32-1、介電疊堆32-2和金屬互連布線通路34(為使附圖簡(jiǎn)潔，并非所有金屬互連布線通路都做了明確標(biāo)記)。金屬互連布線通路34可用來(lái)形成用于像素30的像素電路(例如，轉(zhuǎn)移晶體管、重置晶體管、源極跟隨器晶體管等)。金屬互連布線通路34也可用于形成結(jié)合圖1提及的任何像素電路(例如，偏置電路、采樣保持電路、相關(guān)雙采樣電路、放大器電路、模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換器電路、數(shù)據(jù)輸出電路、緩沖電路、尋址電路等)。

互連層可用于將上襯底層31連接至下襯底層32。互連層36可由導(dǎo)電材料諸如金屬形成。在某些實(shí)施方案中，互連層可包括焊料?；ミB層還可為直通硅通孔(TSV)。該互連層可用于連接像素30內(nèi)的任何所需組件。

像素30有時(shí)可包括轉(zhuǎn)移晶體管，所述轉(zhuǎn)移晶體管將電荷轉(zhuǎn)移到浮動(dòng)擴(kuò)散區(qū)。浮動(dòng)擴(kuò)散區(qū)可耦接到源極跟隨器晶體管。源極跟隨器晶體管可耦接到像素讀出電路。重置晶體管也可耦接到像素30內(nèi)的浮動(dòng)擴(kuò)散區(qū)或光敏區(qū)?；ミB層36可耦接在源極跟隨器晶體管和像素讀出電路之間、浮動(dòng)擴(kuò)散區(qū)和源極跟隨器晶體管之間或者浮動(dòng)擴(kuò)散區(qū)和轉(zhuǎn)移晶體管之間。此外，互連層可耦接在重置晶體管和浮動(dòng)擴(kuò)散區(qū)之間或者重置晶體管和光敏區(qū)之間。一個(gè)或多個(gè)互連層可用于耦接上襯底30與下襯底32中的電路。一般來(lái)講，互連層可用于連接像素30中的任何電路。

像素30可包括上襯底層31的硅層31-1中的光敏層38。光敏層38可以是由n型摻雜硅形成的光電二極管。光敏層可被隔離層40圍繞。隔離層40和硅層31-1可由p型摻雜硅形成。在某些實(shí)施方案中，光電二極管可由p型摻雜硅形成，而隔離層和硅層31-1可由n型摻雜硅形成。在另一個(gè)實(shí)施方案中，隔離層40可采用深溝槽隔離(DTI)或者深溝槽隔離和摻雜硅的組合來(lái)形成。隔離層40可防止電荷泄漏到相鄰的光敏層。

像素30可包括濾色器層42以及微透鏡46-1、46-2和46-3中的一者或多者。像素30還可包括由介電或有機(jī)材料形成的鈍化層和平面化層(為簡(jiǎn)潔起見(jiàn)而未示出)。鈍化層和平面化層可在濾色器層42鄰近處形成。濾色器層42可為更大的濾色器陣列的一部分。例如，圖像傳感器14中的每個(gè)像素可具有單獨(dú)的濾色器層，該濾色器層屬于濾色器陣列的一部分。圖像傳感器14可包括拜耳濾色器陣列，其中陣列中的垂直和水平相鄰的濾色器為不同顏色。拜耳濾色器陣列包括紅色、綠色和藍(lán)色濾色器。單個(gè)紅色、綠色、藍(lán)色、青色、洋紅色、黃色、近紅外線、紅外線或透明濾色器可在光敏層38上方形成。在某些實(shí)施方案中，在光敏層38上方形成的濾色器可具有色光通過(guò)的區(qū)域以及透明區(qū)域(即，可見(jiàn)光譜光通過(guò)的區(qū)域)。

在某些實(shí)施方案中，像素30可包括附加光敏層，諸如光敏層50。光敏層可形成于下襯底32的硅層32-1中。光敏層50可以是由n型摻雜硅形成的光電二極管，而硅層32-1可由p型摻雜硅形成。在某些實(shí)施方案中，光電二極管可由p型摻雜硅形成，而硅層32-1可由n型摻雜硅形成。雖然圖2中未示出，但光敏層50可任選地被隔離層諸如隔離層40包圍。

光敏層38可定位在第一平面(例如，平行于濾色器層42的平面)中。光敏層50可定位在第二平面中，所述第二平面平行于并且更深于第一平面。相比于光敏層38，光敏層50可在更大的深度處形成。

濾色器層42可具有窗口，諸如窗口48(有時(shí)稱(chēng)為濾色器窗口48)。窗口48可以是濾色器層42中的開(kāi)口，其允許光(例如，光線52)通到光敏層50。濾色器窗口48可由周?chē)鸀V色器層42中的開(kāi)口形成。該開(kāi)口可用來(lái)自介電疊堆31-2的介電材料填充。在其他實(shí)施方案中，窗口可包括濾色器元件。該窗口可包括濾色器元件，所述濾色器元件具有與濾色器層42的顏色不同的顏色。例如，濾色器層42可具有綠色，而窗口48可具有紅色或透明色。此例純粹為示例性的。窗口48可包括寬帶濾色器，諸如近紅外線、紅外線或透明濾色器。

如果需要，抗反射涂層或?yàn)V色器也可包括在硅層31-1的邊緣上(例如，插置在硅層31-1和介電層31-2之間)。圖3示出了材料43形成于硅層31-1邊緣上的這類(lèi)實(shí)施方案。材料43可以是濾色器或抗反射涂層。圖3示出了沿硅層31-1的整個(gè)邊緣定位的濾色器43。然而，該例子僅為例示性的。如果需要，濾色器43可僅定位在濾色器層42鄰近處。一般來(lái)講，濾色器43可定位在一些或全部濾色器層42以及一些或全部硅層31-1的鄰近處。類(lèi)似地，附加濾色器元件可填充窗口48，并定位在一些或全部材料43的鄰近處。濾色器43可具有與濾色器層42的顏色相匹配的顏色，或者濾色器43可為與濾色器層42不同的顏色。圖3還示出了一個(gè)實(shí)施方案，其中單個(gè)微透鏡46-3覆蓋光敏層38和光敏層58。

介電材料31-2和32-2可充當(dāng)光導(dǎo)，將光導(dǎo)向光敏層50。只有介電材料可被插置在窗口48與硅層32-1的頂表面之間，如圖2所示。

可在圖像傳感器14中的每個(gè)像素上方形成一個(gè)或多個(gè)微透鏡。每個(gè)微透鏡可將光引導(dǎo)向一個(gè)或多個(gè)光敏層。圖2示出了在光敏層50上方形成的第一微透鏡46-1、在光敏層38上方形成的第二微透鏡46-2以及在光敏層38和光敏層50兩者上方形成的第三微透鏡46-3。任選地，可包括微透鏡46-3而沒(méi)有微透鏡46-1和46-2。微透鏡46-1和46-3可以是圓形微透鏡，而微透鏡46-2可以是環(huán)形微透鏡。微透鏡46-1可與光敏層50重疊而不與光敏層38重疊。類(lèi)似地，微透鏡46-2可與光敏層38重疊而不與光敏層50重疊。

通過(guò)光敏層50和附隨窗口48可改善像素30的操作。例如，光敏層50可有助于高動(dòng)態(tài)范圍應(yīng)用。動(dòng)態(tài)范圍是能夠被圖像傳感器準(zhǔn)確檢測(cè)的光范圍的度量。為產(chǎn)生高動(dòng)態(tài)范圍圖像，圖像傳感器應(yīng)最佳地對(duì)低光條件和高光條件均敏感。由于光敏層50形成在下襯底32中，光敏層50可不容易飽和，并且可對(duì)高光水平敏感。為產(chǎn)生具有像素30的高動(dòng)態(tài)范圍(HDR)圖像，可單獨(dú)地讀出并處理來(lái)自光敏層38和光敏層50的信號(hào)，以形成HDR圖像。

光敏層50定位的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是，光敏層50可對(duì)較長(zhǎng)波長(zhǎng)的光敏感。較長(zhǎng)波長(zhǎng)的光在被轉(zhuǎn)換成可測(cè)量的電荷之前通常會(huì)更深地穿透到圖像傳感器中。因此，光敏層50可對(duì)較長(zhǎng)波長(zhǎng)的光(例如，紅光、紅外光、近紅外光等)具有增強(qiáng)的靈敏度。在某些實(shí)施方案中，可單獨(dú)地從像素30讀出來(lái)自光敏層38和光敏層50的信號(hào)。然而，在其他實(shí)施方案中，來(lái)自光敏層38和光敏層50的信號(hào)可被組合并作為一個(gè)累積信號(hào)讀出。

在某些實(shí)施方案中，僅可使用一個(gè)晶圓，而不是圖2中所示的堆疊式晶圓。在這些實(shí)施方案中，光敏層38和光敏層50均可形成在單個(gè)晶圓中。在某些應(yīng)用中，這種布置可能是有利的。然而，在一些情況下，可能是有利的是光敏層38和光敏層50在分開(kāi)的晶圓中。通過(guò)將光敏層38和光敏層50分開(kāi)(如，圖2)，光敏層50可不易受來(lái)自光敏層38的光暈串?dāng)_(blooming cross-talk)影響，允許光敏層50更厚、更深，且允許晶圓元件32-1更厚并對(duì)較長(zhǎng)波長(zhǎng)更敏感。此外，使用堆疊式晶圓可使光敏層38的尺寸比只使用一個(gè)晶圓時(shí)更大。

如果需要，可為像素30提供用于實(shí)現(xiàn)雙轉(zhuǎn)換增益模式的晶體管。轉(zhuǎn)換增益可被定義為光電二極管累積每單位電荷的電壓變化。可能希望能夠控制像素30的轉(zhuǎn)換增益。像素30可按高轉(zhuǎn)換增益模式以及按低轉(zhuǎn)換增益模式操作。如果雙轉(zhuǎn)換增益晶體管被禁用，則像素30將被置于高轉(zhuǎn)換增益模式。如果雙轉(zhuǎn)換增益晶體管被啟用，則像素30將被置于低轉(zhuǎn)換增益模式。雙轉(zhuǎn)換增益晶體管可耦接到電容器(例如，圖2中的電容元件44)。當(dāng)雙轉(zhuǎn)換增益晶體管接通時(shí)，電容器可被切換成用于向像素內(nèi)電荷存儲(chǔ)區(qū)(例如，浮動(dòng)擴(kuò)散區(qū))提供附加電容。這導(dǎo)致像素30的轉(zhuǎn)換增益較低。當(dāng)雙轉(zhuǎn)換增益晶體管斷開(kāi)時(shí)，電容器的附加負(fù)載被移除，并且像素恢復(fù)到相對(duì)較高的像素轉(zhuǎn)換增益配置。

有許多可能的布置允許窗口48將光敏層50曝光。在一個(gè)實(shí)施方案中，例如，窗口48可以是濾色器層42中的開(kāi)口，其被濾色器層42完全包圍。類(lèi)似地，光敏層38可具有環(huán)形形狀，允許光穿過(guò)開(kāi)口抵達(dá)感光層。這類(lèi)布置在圖4A、圖4B和圖4C中示出。

圖4A是沿圖2的線54截取的像素30的橫截面頂視圖。如圖4A所示，窗口48可以是濾色器層42中的圓形開(kāi)口。具有圓形形狀的窗口48的例子純粹為示例性的，窗口48可以是任何所需的形狀(例如，正方形、矩形、橢圓形等)。窗口48可用介電材料(例如，介電質(zhì)31-2)、濾色器元件或任何其他所需的材料填充。在某些實(shí)施方案中，與濾色器42的顏色相匹配的濾色器材料可定位在硅層31-1的邊緣上。包括層31-1邊緣上的濾色器可改善光敏層50和光敏層38之間的色彩串?dāng)_。

圖4B是沿圖2的線56截取的像素30的橫截面頂視圖。如圖4B所示，硅層31-1可具有被隔離層40包圍的光敏層38。光敏層38可具有圓形形狀。然而，此例純粹為示例性的，光敏層38可以是任何所需的形狀(例如，正方形、矩形、橢圓形等)。光敏層38和硅層31-1可具有開(kāi)口，以允許穿過(guò)窗口48的光抵達(dá)光敏層50。開(kāi)口可以是任何所需的形狀(例如，圓形、正方形、矩形、橢圓形等)。光敏層38有時(shí)可被稱(chēng)為環(huán)形光敏層，硅層31-1也可被描述為環(huán)形的。開(kāi)口可用介電材料填充(例如，介電質(zhì)31-2)。

圖4C是沿圖2的線58截取的像素30的橫截面頂視圖。如圖所示，可在硅層32-1中形成光敏層50。光敏層50可以是任何所需的形狀(例如，圓形、正方形、矩形、橢圓形等)。

在其他實(shí)施方案中，窗口48可不完全被濾色器層42包圍。例如，窗口48可將濾色器層42劃分成一個(gè)或多個(gè)部分。這類(lèi)布置在圖5A、5B和5C中示出。

圖5A是沿圖2的線54截取的像素30的橫截面頂視圖。如圖5A所示，窗口48可以是矩形開(kāi)口，其將濾色器層42劃分成兩半(42-1和42-2)。具有矩形形狀的窗口48的例子純粹為示例性的，窗口48可以是任何所需的形狀。窗口48可用介電材料(例如，介電質(zhì)31-2)、濾色器元件或任何其他所需的材料填充。

圖5B是沿圖2的線56截取的像素30的橫截面頂視圖。如圖5B所示，硅層31-1可具有被隔離層40包圍的光敏層38。硅層31-1和光敏層38可被與窗口48重疊的開(kāi)口劃分成兩半。光敏層38有時(shí)可被稱(chēng)為分體光敏層。開(kāi)口可以是任何所需的形狀(例如，圓形、正方形、矩形、橢圓形等)。開(kāi)口可用介電材料填充(例如，介電質(zhì)31-2)。

圖5C是沿圖2的線58截取的像素30的橫截面頂視圖。如圖所示，可在硅層32-1中形成光敏層50。光敏層50可以是任何所需的形狀(例如，圓形、正方形、矩形、橢圓形等)。

圖2的光敏層38和光敏層50被一個(gè)或多個(gè)微透鏡覆蓋。圖2中像素30的微透鏡布置的示例性例子在圖6A-圖6E中示出。如圖6A所示，單個(gè)微透鏡46-3可用于覆蓋光敏層50(窗口48之下)和光敏層38(濾色器層42之下)兩者。如圖6B中所示，微透鏡46-1可用于覆蓋光敏層50，而微透鏡46-2可用于覆蓋光敏層38。微透鏡46-2可以是具有開(kāi)口的環(huán)形微透鏡，使得微透鏡46-1被微透鏡46-2完全包圍(例如，在諸如圖4A-圖4C所示的那些實(shí)施方案中)。在其他實(shí)施方案中，微透鏡46-2可包括兩個(gè)微透鏡，其中每個(gè)透鏡覆蓋光敏層38的相應(yīng)一半(例如，在諸如圖5A-圖5C所示的那些實(shí)施方案中)。圖6C示出了僅在窗口48上方形成的微透鏡可省略。微透鏡46-2可覆蓋光敏層38。此外，微透鏡46-3可覆蓋光敏層38和光敏層50兩者。圖6D示出了僅在濾色器層42上方形成的微透鏡可省略。微透鏡46-1可覆蓋光敏層50。此外，微透鏡46-3可覆蓋光敏層38和光敏層50兩者。如前面圖6A所示，微透鏡46-3可專(zhuān)門(mén)用于覆蓋光敏層38和光敏層50。圖6E示出了微透鏡46-1可覆蓋光敏層50，微透鏡46-2可覆蓋光敏層38，而微透鏡46-3可覆蓋光敏層38和光敏層50兩者。一般來(lái)講，微透鏡的任何組合都可用于將光聚焦于光敏層38和光敏層50上。

在上述例子中，描述了濾色器窗口形成在單個(gè)像素的中心部分的濾色器層中的實(shí)施方案。然而，這些例子純粹為示例性的。如圖7所示，濾色器窗口可在圖像傳感器內(nèi)任何所需位置處形成。例如，可在兩個(gè)像素之間形成窗口48-1。在這些實(shí)施方案中，像素30-1和像素30-2的硅層之間也可有開(kāi)口，以允許光穿過(guò)窗口48-1抵達(dá)附加光敏層。在其他實(shí)施方案中，可在單個(gè)像素30-3的外圍形成窗口，諸如窗口48-2。這將消除在像素30-3的光敏層中有開(kāi)口的需要。此外，窗口諸如窗口48-3可定位在四個(gè)像素之間。這可確保對(duì)像素30-4、30-5、30-6和30-7結(jié)構(gòu)的干擾最小。一般來(lái)講，可在圖像傳感器14內(nèi)的任何位置提供窗口，以允許光到達(dá)光敏層，諸如光敏層50。圖7示出了具有拜耳濾色器陣列的圖像傳感器，其中拜耳濾色器陣列具有紅色(R)、綠色(G)和藍(lán)色(B)濾色器元件。然而，這個(gè)例子僅為示例性的，可使用任何所需的濾色器陣列。

圖8示出了具有濾色器陣列的示例性圖像傳感器，所述濾色器陣列形成有藍(lán)色(B)和綠色(G)濾色器元件。在每個(gè)濾色器元件之間可為濾色器窗口48。濾色器窗口48可以是紅色濾色器，其允許下襯底中的光敏層收集紅光。濾色器窗口48還可包括塞填像素30的硅層的材料(如圖3中所示)。例如，藍(lán)色濾色器可用藍(lán)色濾色器元件塞填像素硅層相鄰窗口48的邊緣，而綠色濾色器可用綠色濾色器元件塞填像素硅層相鄰窗口48的邊緣。插置在藍(lán)色濾色器元件和綠色濾色器元件之間的具有紅色濾色器材料的濾色器窗口的例子僅為示例性的，任何顏色組合都可用于形成圖像傳感器。

在另一個(gè)實(shí)施方案中，可在陣列中像素的拐角處形成濾色器窗口，如圖9所示。如圖所示，可在像素陣列中每個(gè)像素的拐角處形成濾色器窗口48。該陣列可具有藍(lán)色(B)和綠色(G)濾色器元件。濾色器窗口48可包括紅色濾色器元件，其允許下襯底中的光敏層收集紅光。濾色器元件可填充窗口48至任何所需深度。如果需要，濾色器窗口48可包含其他顏色或介電材料的濾色器元件。此外，藍(lán)色像素和綠色像素的拐角中的濾色器窗口48的例子僅為示例性的。如圖10所示，可在透明像素(C)的拐角中形成濾色器窗口。一般來(lái)講，任何顏色的像素都可包含任何所需位置處的濾色器窗口48。

在本實(shí)用新型的各種實(shí)施方案中，成像像素可包括上襯底層、下襯底層、上襯底層中的第一光電二極管、下襯底層中的第二光電二極管以及在上襯底層上方形成的濾色器層。濾色器層可具有開(kāi)口，該開(kāi)口允許光穿過(guò)上襯底層抵達(dá)第二光電二極管。濾色器層中的開(kāi)口可用介電材料填充。濾色器層可具有第一顏色，濾色器層中的開(kāi)口可用具有第二顏色的濾色器元件填充，第一顏色和第二顏色可不同。濾色器元件可以是透明濾色器元件，或透明和非透明濾色器的組合。

上襯底層可包括硅層和介電層。在硅層中可形成第一光電二極管，而在介電層中可形成金屬互連布線通路。濾色器層中的開(kāi)口可用介電層填充。硅層可具有附加開(kāi)口，其與濾色器層中的開(kāi)口重疊。下襯底層可包括附加硅層和附加介電層。在附加硅層中可形成第二光電二極管，而在附加介電層中可形成附加金屬互連布線通路。成像像素還可包括互連層，該互連層將金屬互連布線通路耦接到附加互連布線通路。成像像素還可包括在濾色器層中開(kāi)口上方形成的微透鏡。微透鏡可與第二光電二極管重疊。成像像素還可包括在第一光電二極管上方形成的附加微透鏡。

在各種實(shí)施方案中，成像像素可包括具有第一光敏層的第一晶圓、具有第二光敏層的第二晶圓以及與第一光敏層重疊的濾色器層。濾色器層可包括窗口，該窗口與第二光敏層重疊而不與第一光敏層重疊。該窗口可包括介電材料。濾色器層可具有第一顏色，窗口可包括具有第二顏色的濾色器元件，第一顏色和第二顏色可不同。第一晶圓和第二晶圓可通過(guò)金屬互連層耦接在一起。成像像素還可包括在第一感光層上方形成的第一微透鏡、在第二感光層上方形成的第二微透鏡以及在第一感光層和第二感光層上方形成的第三微透鏡。第二微透鏡可被第一微透鏡完全包圍。

在各種實(shí)施方案中，圖像傳感器可包括定位在第一平面中的第一多個(gè)光電二極管、具有多個(gè)濾色器元件的濾色器陣列以及定位在不同于第一平面的第二平面中的第二光電二極管。所述多個(gè)濾色器元件中的每個(gè)濾色器元件都可與第一多個(gè)光電二極管中的相應(yīng)光電二極管重疊，所述濾色器陣列可包括與第二光電二極管重疊以允許光到達(dá)第二光電二極管的窗口。第一多個(gè)光電二極管可距離濾色器陣列成第一距離定位，第二光電二極管可距離濾色器陣列成第二距離定位，第二距離可大于第一距離。可在多個(gè)濾色器元件的單個(gè)濾色器元件中形成窗口?；蛘?，可在多個(gè)濾色器元件的至少兩個(gè)濾色器元件之間形成窗口。

前述內(nèi)容僅是對(duì)本實(shí)用新型原理的示例性說(shuō)明，因此本領(lǐng)域技術(shù)人員可以在不脫離本實(shí)用新型的精神和范圍的前提下進(jìn)行多種修改。