图像传感器及其制造方法技术

本公开涉及一种图像传感器及其制造方法。根据本公开的一个示例性实施例的图像传感器包括：像素阵列，该像素阵列至少包括一对像素单元，其中一对像素单元中的每一个像素单元都包括：成像感光元件，被配置为将入射的光中的一部分转换成用于图像信号的电荷；以及相位检测感光元件，位于成像感光元件的与光入射一侧相反的一侧，并且具有光电荷产生部，其中光电荷产生部仅与成像感光元件的一部分在平面图中重叠，并且光电荷产生部将穿透成像感光元件进入的光转换成用于相位检测信号的电荷；其中，一对像素单元中的光电荷产生部分别与成像感光元件的不同部分在平面图中重叠，并且通过一对像素单元获得的一对相位检测信号被用于进行对焦检测。

【技术实现步骤摘要】
图像传感器及其制造方法
本公开涉及图像传感器领域。
技术介绍
相位检测自动对焦(PDAF)是一种目前流行的自动对焦方法。通常，在感光元件上要预留出一些成对的专门用于PDAF的像素(简称为PDAF像素)。一对像素分别遮蔽左右两边，然后通过对比这对像素检测的相位差来判断出当前镜头位置的离焦程度，从而得到镜头应该移动的方向和距离，实现自动聚焦的效果。然而，PDAF像素占用了用于形成图像信号的像素的位置，导致图像信号损失，而PDAF像素太少则会影响对焦的效果。PDAF像素越多，对焦越快，但是图像信号损失会越严重。因此，存在对于一种PDAF对焦的新技术的需求。
技术实现思路
本公开的一个目的是提供一种新型的图像传感器结构及相应的制造方法。根据本公开的第一方面，提供了一种图像传感器，其包括：像素阵列，所述像素阵列至少包括一对像素单元，其中所述一对像素单元中的每一个像素单元都包括：成像感光元件，被配置为将入射的光中的一部分转换成用于图像信号的电荷；以及相位检测感光元件，位于所述成像感光元件的与光入射一侧相反的一侧，并且具有光电荷产生部，其中所述光电荷产生部仅与所述成像感光元件的一部分在平面图中重叠，并且所述光电荷产生部将穿透所述成像感光元件进入的光转换成用于相位检测信号的电荷；其中，所述一对像素单元中的光电荷产生部分别与成像感光元件的不同部分在平面图中重叠，并且通过所述一对像素单元获得的一对相位检测信号被用于进行对焦检测。根据本公开的另一个方面，提供了一种用于制造图像传感器的方法，其包括：形成像素阵列，所述像素阵列至少包括一对像素单元，其中形成所述像素阵列包括：在由第一无机半导体材料构成的衬底中形成第一光电二极管和第二光电二极管，分别作为所述一对像素单元中的成像感光元件，以将入射的光中的一部分转换成用于图像信号的电荷；和在所述衬底的与光入射一侧相反一侧的主表面上，形成分别用于所述一对像素单元的相位检测感光元件，所述相位检测感光元件具有光电荷产生部，其中，在每个像素单元中，光电荷产生部仅与成像感光元件的一部分在平面图中重叠，并且光电荷产生部将穿透所述成像感光元件进入的光转换成用于相位检测信号的电荷；其中，所述一对像素单元中的光电荷产生部分别与成像感光元件的不同部分在平面图中重叠，并且通过所述一对像素单元获得的一对相位检测信号被用于进行对焦检测。过以下参照附图对本公开的示例性实施例的详细描述，本公开的其它特征及其优点将会变得更为清楚。附图说明构成说明书的一部分的附图描述了本公开的实施例，并且连同说明书一起用于解释本公开的原理。参照附图，根据下面的详细描述，可以更加清楚地理解本公开，其中：图1A示出了根据本公开的一个示例性实施例的图像传感器的截面图，图1B示出了对应于图1A中示出的图像传感器的平面图。图1C示出了根据本公开的一个示例性实施例的图像传感器的截面图，图1D示出了对应于图1C中示出的图像传感器的平面图。图2A示出了根据本公开的一个示例的图像传感器的截面图。图2B示出了根据本公开的另一个示例的图像传感器的截面图。图3示出了根据本公开示例性实施例的图像传感器的制造方法的流程图。图4A至图4E分别示出了在根据本公开示例性实施例的图像传感器的制造方法的各个步骤处的装置截面示意图。注意，在以下说明的实施方式中，有时在不同的附图之间共同使用同一附图标记来表示相同部分或具有相同功能的部分，而省略其重复说明。在一些情况中，使用相似的标号和字母表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。为了便于理解，在附图等中所示的各结构的位置、尺寸及范围等有时不表示实际的位置、尺寸及范围等。因此，本公开并不限于附图等所公开的位置、尺寸及范围等。具体实施方式下面将参照附图来详细描述本公开的各种示例性实施例。应注意到：除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本公开的范围。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本公开及其应用或使用的任何限制。也就是说，本文中的结构及方法是以示例性的方式示出，来说明本公开中的结构和方法的不同实施例。然而，本领域技术人员将会理解，它们仅仅说明可以用来实施的本公开的示例性方式，而不是穷尽的方式。此外，附图不必按比例绘制，一些特征可能被放大以示出具体组件的细节。对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。在这里示出和讨论的所有示例中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。在本文中，衬底的“主表面”意指该衬底(例如，硅晶圆)的与厚度方向垂直的两个主要表面。衬底的“正面”指的是其上形成晶体管和金属互连层的那个主表面，而衬底的“背面”为与正面相反的那个主表面。“平面图”是指图像传感器的俯视图，示出了该图像传感器的各部件投影在与衬底主平面平行的平面视图中的图形。“水平方向”是指在图像传感器的截面图中与衬底的主表面平行的方向。本文中提及的“读取电路”指的是各像素单元中包含的读取电路，其根据外部控制信号来读取从感光元件得到并转移出来的电荷的量并输出相应的信号。本专利技术并不限于特定的读取电路结构，而是可以根据需要采用本领域中已知的各种读取电路。经过深入研究，本申请的专利技术人提出了一种新型的图像传感器结构，其在感光区域的正常像素(即，用于形成图像信号的像素)中，在位于成像感光元件的与光入射一侧相反的一侧设置了相位检测感光元件，利用穿透成像感光元件的光来进行相位检测，从而提高了光的利用率。另外，由于可以利用正常像素进行相位检测而无需在感光区域设置专门的PDAF像素，减小了图像信号的损失，而且可以增加相位检测感光元件的数量，从而提高相位检测的灵敏度。下面结合图1A到图1D以背照式CMOS图像传感器为例来详细描述根据本专利技术的图像传感器的结构。本领域技术人员均能理解，本专利技术并不限于图中所示结构，而是能够根据其工作原理改编适用于其它图像传感器结构。例如本专利技术也可以应用于前照式图像传感器。图1A示出了根据本公开一个示例性实施例的图像传感器的截面图，并且图1B是示出了图1A中示出的图像传感器的平面图。应注意，实际的图像传感器可能还存在之前/后续制造的其它部件，而为了避免模糊本公开的要点，附图没有示出且本文也不去讨论其它部件。图1A中示出了图像传感器的像素阵列中的一对像素单元100A和100B。应注意，由于像素单元100A和100B具有类似的结构，下文以图像传感器的像素单元100A为主进行说明，而会省略对像素单元100B的相同结构的说明。如图1A所示，像素单元100A包括形成在衬底103中的成像感光元件102A，以将入射的光中的一部分转换成用于图像信号的电荷。尽管图中未明确示出，但是均能理解，图中示出的结构是衬底背面朝上的，而且光是从上方入射。在一些实施方式中，成像感光元件102A可以是由无机半导体材料形成的光电二极管(PD)。例如，衬底103可以为简单的半导体晶圆，例如硅晶圆，而成像感光元件102A是通过对P型的衬底103进行掺杂形成N型区来形成的，即，掺杂形成的N型区为成像感光元件10本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种图像传感器，其特征在于，包括：像素阵列，所述像素阵列至少包括一对像素单元，其中所述一对像素单元中的每一个像素单元都包括：成像感光元件，被配置为将入射的光中的一部分转换成用于图像信号的电荷；以及相位检测感光元件，位于所述成像感光元件的与光入射一侧相反的一侧，并且具有光电荷产生部，其中所述光电荷产生部仅与所述成像感光元件的一部分在平面图中重叠，并且所述光电荷产生部将穿透所述成像感光元件进入的光转换成用于相位检测信号的电荷；其中，所述一对像素单元中的光电荷产生部分别与成像感光元件的不同部分在平面图中重叠，并且通过所述一对像素单元获得的一对相位检测信号被用于进行对焦检测。

【技术特征摘要】
1.一种图像传感器，其特征在于，包括：像素阵列，所述像素阵列至少包括一对像素单元，其中所述一对像素单元中的每一个像素单元都包括：成像感光元件，被配置为将入射的光中的一部分转换成用于图像信号的电荷；以及相位检测感光元件，位于所述成像感光元件的与光入射一侧相反的一侧，并且具有光电荷产生部，其中所述光电荷产生部仅与所述成像感光元件的一部分在平面图中重叠，并且所述光电荷产生部将穿透所述成像感光元件进入的光转换成用于相位检测信号的电荷；其中，所述一对像素单元中的光电荷产生部分别与成像感光元件的不同部分在平面图中重叠，并且通过所述一对像素单元获得的一对相位检测信号被用于进行对焦检测。2.根据权利要求1所述的图像传感器，其特征在于，所述一对像素单元中的每一个像素单元还包括微透镜和滤色器，所述微透镜和所述滤色器位于光入射到所述成像感光元件之前的光路上。3.根据权利要求2所述的图像传感器，其特征在于，所述滤色器为红色滤色器。4.根据权利要求1所述的图像传感器，其特征在于，所述成像感光元件包括由第一无机半导体材料形成的光电二极管...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴罚，陈世杰，黄晓橹，
申请(专利权)人：德淮半导体有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏,32