CN108807442A - 图像距离传感器及其制备方法、倒车图像测距装置 - Google Patents

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Abstract

本发明实施例提供一种图像距离传感器及其制备方法、倒车图像测距装置。图像距离传感器包括半导体衬底上，以及在所述半导体衬底上通过同一次制备过程形成的图像传感单元和距离传感单元。本发明通过在半导体衬底上通过同一次制备过程同时制备获取图像的图像传感单元和获取距离的距离传感单元，使图像传感功能和距离传感功能有机地集成在一个传感器中，有效克服了现有组合方案集成度低、体积大、成本高等缺陷，最大限度地提高了集成度，减小了产品体积，降低了生产成本。

Description

图像距离传感器及其制备方法、倒车图像测距装置
技术领域
本发明涉及显示技术领域，具体涉及一种图像距离传感器及其制备方法、倒车图像测距装置。
背景技术
汽车已成为现代人非常重要的代步工具，提升行车安全性是非常重要的问题。车辆前向行驶时，驾驶者可以清楚地看到行人、车辆或目标物，但在驾驶者想要路边停车、倒车入库或是向后行驶时，须通过后视镜、倒车雷达或倒车图像装置的辅助了解车后情况。
由于后视镜的结构特点，驾驶者在使用后视镜观看车辆后方场景时，可能发生无法观察到的死角，会增加车辆碰撞到目标物或行人的危险性。倒车雷达通常是采用超声波传感器，依靠回音探测距离。倒车雷达开始工作时，由传感器发射超声波信号，一旦车后方出现障碍物，超声波被障碍物反射，传感器会接收到反射波信号，通过控制器对反射波信号进行处理，来判断障碍物与车尾的距离。虽然倒车雷达能够准确测量障碍物与车尾的距离，但仅能通过声响的频率提醒驾驶者车尾距离障碍物的远近程度，驾驶者无法看到障碍物的形状和位置。倒车图像装置通常是在车尾安装摄像装置，驾驶者通过车内的显示器可清晰显示车后的障碍物。虽然倒车图像装置能够直观地显示障碍物的形状和位置，但驾驶者无法了解障碍物与车尾的真实距离，使得驾驶者需要一直盯着显示器。
目前，现有技术提出了具有倒车雷达和倒车图像功能的技术方案，倒车雷达直接测量车尾与障碍物的距离并提示驾驶者，驾驶者收到提示后观察倒车图像装置的显示器，准确掌握车辆后方场景信息。但该技术方案中，倒车雷达是独立的器件，倒车图像装置也是独立的器件，实际上是采用两个分离器件分别实现两功能的组合结构，存在集成度低、体积大、成本高等缺陷。
发明内容
本发明实施例所要解决的技术问题是，提供一种图像距离传感器及其制备方法、倒车图像测距装置，以克服现有组合方案集成度低、体积大、成本高等缺陷。
为了解决上述技术问题，本发明实施例提供了一种图像距离传感器，包括半导体衬底上，以及在所述半导体衬底上通过同一次制备过程形成的图像传感单元和距离传感单元。
可选地，所述图像传感单元包括形成在半导体衬底上的像素电路和感光单元，所述像素电路包括：
形成在半导体衬底内的第一阱区和第二阱区，所述第一阱区内形成有第一掺杂区，所述第二阱区内形成有第二掺杂区；所述第一阱区与第二阱区的半导体类型不同；
形成在所述第一阱区和第二阱区上的第一栅极和第二栅极；
覆盖所述第一栅极和第二栅极的第一绝缘层；
形成在所述第一绝缘层上的第一源电极、第一漏电极、第二源电极和第二漏电极，所述第一源电极和第一漏电极通过过孔与所述第一掺杂区连接，第二源电极和第二漏电极通过过孔与所述第二掺杂区连接，所述第一漏电极与第二源电极连接，所述第二漏电极与所述感光单元的第一电极连接。
可选地，所述感光单元包括：
形成在半导体衬底内的第三阱区，所述第三阱区内形成有第三掺杂区，所述第三掺杂区与第三阱区的半导体类型不同；
形成在所述第三掺杂区上的第一电极，所述第一电极与所述像素电路的第二漏电极连接。
可选地，所述距离传感单元包括：
形成在半导体衬底内的谐振腔；
覆盖所述谐振腔的第一绝缘层；
形成在所述第一绝缘层上的压电层；
覆盖所述压电层的第二绝缘层；
形成在所述第二绝缘层上的第一驱动电极和第二驱动电极，所述第一驱动电极和第二驱动电极分别通过过孔与所述压电层连接。
可选地，还包括形成在所述第二绝缘层上的第一引出线、第二引出线和第三引出线，所述第一引出线通过过孔与像素电路的第一源电极连接，所述第二引出线通过过孔与像素电路的第一漏电极和第二源电极连接，所述第三引出线通过过孔与像素电路的第二漏电极和感光单元的第一电极连接。
可选地，还包括滤光层，所述滤光层包括以阵列方式排列的多个滤光单元，所述滤光单元用于透射一种颜色的光线。
可选地，还包括聚光层，所述聚光层包括以阵列方式排列的多个透镜单元，所述透镜单元用于将入射光汇聚到所述图像传感单元中的感光单元。
本发明实施例还提供了一种倒车图像测距装置，包括前述的图像距离传感器。
为了解决上述技术问题，本发明实施例还提供了一种图像距离传感器的制备方法，包括：
在半导体衬底上通过同一次制备过程形成图像传感单元和距离传感单元。
可选地，在半导体衬底上通过同一次制备过程形成图像传感单元和距离传感单元，包括：
在半导体衬底形成图像传感单元的像素电路和感光单元，以及距离传感单元的谐振腔；
在所述谐振腔上形成超声波传感单元。
可选地，在半导体衬底形成像素电路、感光单元和距离传感单元的谐振腔，包括：
在半导体衬底内形成第一阱区、第二阱区和第三阱区；所述第一阱区和第二阱区的半导体类型不同，所述第三阱区与第一阱区或第二阱区的半导体类型相同；
在所述半导体衬底的第一阱区和第二阱区上形成第一栅极和第二栅极；
在所述第一阱区、第二阱区和第三阱区内分别形成第一掺杂区、第二掺杂区和第三掺杂区；所述第一掺杂区与第一阱区的半导体类型相同，所述第二掺杂区与第二阱区的半导体类型相同，所述第三掺杂区与第三阱区的半导体类型不同，形成光电二极管的PN结；
在半导体衬底内形成谐振腔；
形成第一绝缘层后，在所述第一绝缘层上形成第一源电极、第一漏电极、第二源电极、第二漏电极和第一电极，所述第一源电极和第一漏电极通过过孔与所述第一掺杂区连接，所述第二源电极和第二漏电极通过过孔与所述第二掺杂区连接，所述第一电极通过过孔与所述第三掺杂区连接，所述第一漏电极与第二源电极连接，所述第二漏电极与第一电极连接。
可选地，在所述谐振腔上形成超声波传感单元，包括：
形成覆盖像素电路、感光单元和距离传感单元的谐振腔的第二绝缘层；
在所述第二绝缘层上形成压电层；
形成覆盖所述压电层的第三绝缘层；
在所述第三绝缘层上形成第一驱动电极和第二驱动电极，所述第一驱动电极和第二驱动电极分别通过过孔与所述压电层连接。
可选地，在所述第三绝缘层上形成第一驱动电极和第二驱动电极时，还同时形成第一引出线、第二引出线和第三引出线，所述第一引出线通过过孔与像素电路的第一源电极连接，所述第二引出线通过过孔与像素电路的第一漏电极和第二源电极连接，所述第三引出线通过过孔与像素电路的第二漏电极和感光单元的第一电极连接。
可选地，还包括：
形成滤光层；所述滤光层包括以阵列方式排列的多个滤光单元，所述滤光单元用于透射一种颜色的光线。
可选地，还包括：
形成聚光层；所述聚光层包括以阵列方式排列的多个透镜单元，所述透镜单元用于将入射光汇聚到所述图像传感单元中的感光单元。
本发明实施例提供了一种图像距离传感器及其制备方法、倒车图像测距装置，通过在半导体衬底上通过同一次制备过程同时制备图像传感单元和距离传感单元，使图像传感功能和距离传感功能有机地集成在一个传感器中，有效克服了现有组合方案集成度低、体积大、成本高等缺陷。
当然，实施本发明的任一产品或方法并不一定需要同时达到以上所述的所有优点。本发明的其它特征和优点将在随后的说明书实施例中阐述，并且，部分地从说明书实施例中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明实施例的目的和其他优点可通过在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
附图说明
附图用来提供对本发明技术方案的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本申请的实施例一起用于解释本发明的技术方案，并不构成对本发明技术方案的限制。附图中各部件的形状和大小不反映真实比例，目的只是示意说明本发明内容。
图1为本发明实施例图像距离传感器的结构示意图；
图2为本发明实施例形成阱区图案后的示意图；
图3为本发明实施例形成CMOS栅极图案后的示意图；
图4为本发明实施例形成掺杂区和光电二极管图案后的示意图；
图5为本发明实施例形成谐振腔图案后的示意图；
图6为本发明实施例形成第一绝缘层图案后的示意图；
图7为本发明实施例形成CMOS源漏电极图案后的示意图；
图8为本发明实施例形成压电层图案后的示意图；
图9为本发明实施例形成第二绝缘层图案后的示意图；
图10为本发明实施例形成引出线和驱动电极图案后的示意图；
图11为本发明实施例形成滤光层图案后的示意图；
图12为本发明实施例形成聚光层图案后的示意图；
图13为本发明实施例倒车图像测距装置的结构示意图。
附图标记说明:
10—半导体衬底； 11—第一绝缘层； 12—第二绝缘层；
13—第三绝缘层； 14—滤光层； 15—聚光层；
20—第一P阱区； 21—第一栅极； 22—第一掺杂区；
23—第一源电极； 24—第一漏电极； 25—第一引出线；
30—N阱区。 31—第二栅极； 32—第二掺杂区；
33—第二源电极； 34—第二漏电极； 35—第二引出线；
40—第二P阱区； 41—第三掺杂区； 42—光电二极管；
43—第一电极； 51—谐振腔； 52—压电层；
53—第一驱动电极； 54—第二驱动电极； 100—像素单元；
200—图像传感单元； 300—距离传感单元。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互任意组合。
图1为本发明实施例图像距离传感器的结构示意图。如图1所示，本发明实施例图像距离传感器的主体结构包括阵列排布的多个像素单元100，多个像素单元100内设置有用于获取图像的图像传感单元200和用于获取距离的距离传感单元300，图像传感单元200和距离传感单元300形成在半导体衬底上，且通过同一次制备过程同时制备。
在一个实施例中，每个像素单元100包括并列设置的图像传感单元200和距离传感单元300，图像传感单元200设置在像素单元100的一侧，距离传感单元300设置在像素单元100的另一侧，在半导体衬底上形成图像传感单元200和距离传感单元300交替排布的整体布局。
图1仅示意出像素单元包括并列设置的图像传感单元和距离传感单元的结构，本发明实施例像素单元也可以采用上下设置，如距离传感单元在上，图像传感单元在下，或者相反。在其它实施例中，可以采用一个像素单元100设置图像传感单元200、与之相邻的另一个像素单元100设置距离传感单元300的结构，同样在半导体衬底上形成图像传感单元200和距离传感单元300交替排布的整体布局。此外，本发明实施例图像传感单元和距离传感单元的排布方式还可以是，多个邻近的像素单元100均设置图像传感单元200，形成图像区，一个像素单元100均设置距离传感单元300，形成测距区，图像区和测距区交替排布。或者，多个邻近的像素单元100均设置距离传感单元300，形成测距区，一个像素单元100均设置图像传感单元200，形成图像区，图像区和测距区交替排布。其中，邻近的像素单元可以是同一行内相邻的像素单元，也可以是同一列内相邻的像素单元。本发明实施例中，图像传感单元和距离传感单元交替排布可以最大限度地扩大探测范围。实际实施时，对于一个像素单元同时设置图像传感单元和距离传感单元结构，可以根据图像和测距需求设置两个传感单元的占用面积，例如，图像传感单元占3/4像素区域，测距传感单元仅占1/4像素区域等。
其中，用于获取图像的图像传感单元200包括相互连接的用于感测可见光的感光单元和用于处理光生电荷数据的像素电路。像素电路为互补金属氧化物半导体元件(Complementary Metal-Oxide Semiconductor，CMOS)电路，包括P型沟道金属氧化物半导体(Positive Channel Metal Oxide Semiconductor，PMOS)晶体管和N型沟道金属氧化物半导体(Negative Channel Metal Oxide Semiconductor，NMOS)晶体管。感光单元用于感测可见光并进行光电信号转换，包括PN结型光电二极管(Photo Diode，PD)，光电二极管的重掺杂第二半导体类型区位于重掺杂第一半导体类型区的顶部。具体地，当第一半导体类型为P型、第二半导体类型为N型时，PN结型光电二极管的重掺杂N型区(N+区)位于重掺杂P型区(P+区)的顶部；当第一半导体类型为N型、第二半导体类型为P型时，PN结型光电二极管的重掺杂P型区(P+区)位于重掺杂N型区(N+区)的顶部。
其中，距离传感单元300包括产生和接收超声波信号的超声波传感单元和用于谐振的谐振腔。超声波传感单元包括压电层以及分别与压电层连接的第一驱动电极和第二驱动电极。压电层采用有机压电材料，包括聚偏氟乙烯材料(PVDF)。
其中，像素电路包括：形成在半导体衬底内的第一阱区和第二阱区，第一阱区内形成有第一掺杂区，第二阱区内形成有第二掺杂区；第一阱区与第二阱区的半导体类型不同；形成在第一阱区和第二阱区上的第一栅极和第二栅极；覆盖第一栅极和第二栅极的第一绝缘层；形成在第一绝缘层上的第一源电极、第一漏电极、第二源电极和第二漏电极，第一源电极和第一漏电极通过过孔与第一掺杂区连接，第二源电极和第二漏电极通过过孔与第二掺杂区连接，第一漏电极与第二源电极连接，第二漏电极与感光单元的第一电极连接。
其中，感光单元包括：形成在半导体衬底内的第三阱区，第三阱区与第一阱区和第二阱区中其中一个的半导体类型相同，第三阱区内形成有第三掺杂区，第三掺杂区与第三阱区的半导体类型不同；形成在第三掺杂区上的第一电极，第一电极与像素电路的第二漏电极连接。
其中，距离传感单元包括：形成在半导体衬底内的谐振腔；覆盖所述谐振腔的第一绝缘层；形成在所述第一绝缘层上的压电层；覆盖所述压电层的第二绝缘层；形成在所述第二绝缘层上的第一驱动电极和第二驱动电极，所述第一驱动电极和第二驱动电极分别通过过孔与所述压电层连接。压电层、第一驱动电极和第二驱动电极组成超声波传感单元。
其中，还包括形成在所述第二绝缘层上的第一引出线、第二引出线和第三引出线，所述第一引出线通过过孔与像素电路的第一源电极连接，所述第二引出线通过过孔与像素电路的第一漏电极和第二源电极连接，所述第三引出线通过过孔与像素电路的第二漏电极和感光单元的第一电极连接。
其中，还包括滤光层，所述滤光层包括以阵列方式排列的多个滤光单元，所述滤光单元用于透射一种颜色的光线。
其中，还包括聚光层，所述聚光层包括以阵列方式排列的多个透镜单元，所述透镜单元用于将入射光汇聚到所述感光单元。
本发明实施例所提供的图像距离传感器，通过在半导体衬底上通过同一次制备过程同时制备获取图像的图像传感单元和获取距离的距离传感单元，图像传感单元和距离传感单元设置在同一个像素单元内或分设在不同的像素单元内，使图像传感功能和距离传感功能有机地集成在一个传感器中，有效克服了现有组合方案集成度低、体积大、成本高等缺陷，最大限度地提高了集成度，减小了产品体积，降低了生产成本。
图2～图12为本发明实施例制备图像距离传感器的示意图。下面通过图2～图10所示的图像距离传感器的制备过程详细说明本发明实施例的技术方案。其中，本实施例中所说的“构图工艺”包括沉积膜层、涂覆光刻胶、掩模曝光、显影、刻蚀、剥离光刻胶等处理，是现有成熟的制备工艺。沉积可采用溅射、蒸镀、化学气相沉积等已知工艺，涂覆可采用已知的涂覆工艺，刻蚀可采用已知的方法，在此不做具体的限定。以下制备过程中，以第一半导体类型为P型和第二半导体类型为N型为例进行说明，但制备过程同样适用于第一半导体类型为N型和第二半导体类型为P型的方案。
1、在半导体衬底10上形成阱区图案。形成阱区图案包括：利用离子注入工艺在半导体衬底10上形成第一P阱区20、N阱区30和第二P阱区40图案，如图2所示。其中，第一P阱和第二P阱图案可以通过在半导体衬底10的预定区域内进行P型离子的注入而得到，N阱可以通过在半导体衬底10的预定区域内进行N型离子的注入而得到。
本发明实施例中，半导体衬底可以是硅衬底、锗衬底、硅锗衬底中的一种，也可以是绝缘体上硅(Silicon On Insulator，SOI)衬底、绝缘体上锗(Germanium On Insulator，GOI)衬底、绝缘体上硅锗(Silicon Germanium On Insulator，SGOI)衬底中的一种，且不限于此。
实际实施时，半导体衬底也可以采用透明基板上形成半导体层、透明基板上形成缓冲层和半导体层等结构，透明基板可以采用玻璃基板、石英基板、有机树脂基板等，缓冲层可以为氮化硅层、氧化硅层、氮氧化硅层或其复合层。
2、形成CMOS栅极图案。形成CMOS栅极图案包括：在形成前述图案的基础上，沉积多晶硅层后先进行掺杂处理，然后通过构图工艺形成第一栅极21和第二栅极31图案，如图3所示。其中，第一栅极21作为PMOS晶体管的多晶硅栅极，位于第一P阱区20，第二栅极31作为NMOS晶体管的多晶硅栅极，位于N阱区30。通过构图工艺形成第一栅极和第二栅极图案可以包括：在多晶硅层上涂覆一层光刻胶，对光刻胶进行曝光并显影，在第一栅极和第二栅极所在位置形成未曝光区域，保留光刻胶，在其它区域形成完全曝光区域，光刻胶被去除，通过刻蚀工艺刻蚀掉完全曝光区域的多晶硅层，剥离剩余的光刻胶，形成第一栅极和第二栅极图案。
实际实施时，沉积多晶硅层也可以采用其它方式实现。例如，可以先沉积非晶硅层，对非晶硅层进行脱氢和准分子激光退火等工艺处理，将非晶硅转化为多晶硅，形成多晶硅层。此外，第一栅极和第二栅极也可以采用金属材料制备。
3、形成掺杂区和光电二极管图案。形成掺杂区和光电二极管包括：在形成前述图案的基础上，涂覆一层光刻胶，对光刻胶进行曝光并显影，通过离子注入方式进行掺杂处理，在第一P阱区20内形成第一掺杂区22，在N阱区30内形成第二掺杂区32，在第二P阱区40内形成第三掺杂区41，如图4所示。其中，第一掺杂区22为P型离子掺杂，位于第一栅极21的两侧，作为PMOS晶体管的源区和漏区，使得第一P阱区20位于第一栅极21下方的区域作为PMOS晶体管的沟道。第二掺杂区32为N型离子掺杂，位于第二栅极31的两侧，作为NMOS晶体管的源区和漏区，使得N阱区30位于第二栅极31下方的区域作为NMOS晶体管的沟道。第三掺杂区41为N型离子掺杂，位于第二P阱区40的部分区域内，使得第二P阱区40与其上形成的N型半导体构成光电二极管的PN结，形成光电二极管42，其它区域为受光面，接收可见光，由此产生载流子通过PN结的空间电荷区产生光电流，实现可见光检测。
其中，第一掺杂区、第二掺杂区和第三掺杂区可以通过在预定区域内分别进行N型离子或者P型离子的注入而得到，注入离子的深度可以相同或不同，离子掺杂浓度可以相同或不同，在此不做具体限定。利用离子注入技术形成阱区和掺杂区的工艺是本领域技术人员熟知的，在此不再赘述。
4、形成谐振腔图案。形成谐振腔图案包括：在形成前述图案的基础上，涂覆一层光刻胶，对光刻胶进行曝光并显影，在谐振腔图案所在位置形成完全曝光区域，光刻胶被去除，在其它区域形成未曝光区域，保留光刻胶，通过刻蚀工艺刻蚀掉完全曝光区域部分厚度的半导体衬底，剥离剩余的光刻胶，在半导体衬底10内形成谐振腔51图案，如图5所示。本发明实施例中，刻蚀可以采用感应耦合等离子体刻蚀(Inductively Couple Plasma Etch，ICP)方式，利用ICP刻蚀方式各向异性、高刻蚀速率、对不同材料的刻蚀有较高的选择比、工艺可控性强等特点，实现谐振腔的刻蚀。
5、形成第一绝缘层图案。形成第一绝缘层图案包括：在形成前述图案的基础上，沉积第一绝缘层11，通过构图工艺在第一绝缘层11形成多个过孔图案，如图6所示。其中，多个过孔分别位于第一P阱区20的第一掺杂区22、N阱区30的第二掺杂区32、第二P阱区40的第三掺杂区41。第一绝缘层可以为氮化硅层、氧化硅层、氮氧化硅层或其复合层。
6、形成CMOS源漏电极图案。形成CMOS源漏电极图案包括：在形成前述图案的基础上，沉积第一金属层，通过对第一金属层的构图工艺，在第一绝缘层11上分别形成第一源电极23、第一漏电极24、第二源电极33、第二漏电极34和光电二极管42的第一电极43图案。第一源电极23和第一漏电极24分别作为PMOS晶体管的源电极和漏电极，第二源电极33和第二漏电极34分别作为NMOS晶体管的源电极和漏电极。其中，PMOS晶体管的源电极23和PMOS晶体管的漏电极24分别通过第一绝缘层11上的过孔与第一P阱区20的第一掺杂区22连接，NMOS晶体管的源电极33和NMOS晶体管的漏电极34分别通过第一绝缘层11上的过孔与N阱区30的第二掺杂区32连接，光电二极管42的第一电极43通过第一绝缘层11上的过孔与第二P阱区40的第三掺杂区41连接，且PMOS晶体管的漏电极24与NMOS晶体管的源电极33连接，NMOS晶体管的漏电极34与光电二极管42的第一电极43连接，如图7所示。
经过前述流程，形成了相互连接的CMOS电路和光电二极管，CMOS电路包括相互连接的PMOS晶体管和NMOS晶体管，PMOS晶体管作为PMOS读出电路，NMOS晶体管作为NMOS读出电路。其中，PMOS晶体管包括第一栅极21、源电极23、漏电极24和沟道，NMOS晶体管包括第二栅极31、源电极33、漏电极34和沟道。CMOS电路中要么NMOS晶体管导通，要么PMOS晶体管导通，要么两者都截止，因此功耗很低。
本发明实施例中，感光单元采用PN结构的光电二极管，具有线性好、低噪声、成本低、寿命长、工作电压低等优点。PN结构的光电二极管的工作原理是，普通二极管在反向电压作用时处于截止状态，只能流过微弱的反向电流，光电二极管在设计和制作时尽量使PN结的面积相对较大，以便接收入射光。光电二极管是在反向电压作用下工作的，没有光照时，反向电流极其微弱，叫暗电流；有光照时，反向电流迅速增大到几十微安，称为光电流。光的强度越大，反向电流也越大。光的变化引起光电二极管电流变化，这就可以把光信号转换成电信号，成为光电传感器件。实际实施时，也可以在光电二极管的PN结中间掺入一层浓度很低的半导体，形成PIN结构的光电二极管。实际实施时，对于PN结构的光电二极管，P半导体和N型半导体既可以采用本实施例的叠设结构，也可以采用同层结构。此外，为了减少干扰，半导体衬底上还可以设置不透光图案，使光电二极管在半导体衬底上的正投影位于不透光图案在半导体衬底上的正投影内。
本发明实施例中，光电二极管的N型半导体中所掺杂的N型离子与NMOS晶体管的N型半导体中掺杂的N型离子相同，并通过一次掺杂工艺进行掺杂，光电二极管的第一电极与PMOS晶体管的源电极和漏电极、NMOS晶体管的的源电极和漏电极通过同一次构图工艺形成，从而简化了制备工艺。对于其它类型的晶体管，其制作过程与上述制作过程相似，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以作出若干改进和扩展，这些改进和扩展也应视为本发明的方案。
7、形成压电层图案。形成压电层图案包括：在形成前述图案的基础上，沉积压电材料层，通过对压电材料层的构图工艺，在第一绝缘层11上谐振腔51图案相对应位置形成压电层52图案，如图8所示。压电层可以采用有机压电材料，如聚偏氟乙烯材料(PVDF)，也可以采用压电陶瓷材料，如铌镁酸铝，还可以采用锆钛酸铅压电陶瓷复合晶体(PZT)材料或者氮化铝等。
8、形成第二绝缘层图案。形成第二绝缘层图案包括：在形成前述图案的基础上，沉积第二绝缘层12，通过构图工艺在第二绝缘层12形成多个过孔图案，如图9所示。其中，多个过孔分别位于PMOS晶体管的源电极23、NMOS晶体管的源电极33、光电二极管42的第一电极以及压电层52的两端。第二绝缘层可以为氮化硅层、氧化硅层、氧化铝层、氮氧化硅层或其复合层。
9、形成引出线和驱动电极图案。形成引出线和驱动电极图案包括：在形成前述图案的基础上，沉积沉积第二金属层，通过对第二金属层的构图工艺，在第二绝缘层12上分别形成第一引出线25、第二引出线35、第三引出线44、第一驱动电极53和第二驱动电极54图案，如图10所示。其中，第一引出线25通过第二绝缘层12上的过孔与PMOS晶体管的源电极23连接，第二引出线35通过第二绝缘层12上的过孔与PMOS晶体管的漏电极24和NMOS晶体管的源电极33连接，第三引出线44通过第二绝缘层12上的过孔与NMOS晶体管的漏电极34和光电二极管42的第一电极43连接，第一驱动电极53和第二驱动电极54分别通过第二绝缘层12上的过孔与压电层52的两端连接。
经过前述流程，形成了用于获得距离参数的距离传感单元，距离传感单元包括形成在半导体衬底内的谐振腔51和超声波发生检测单元，超声波发生检测单元包括压电层52、第一驱动电极53和第二驱动电极54，第一驱动电极53和第二驱动电极54分别与压电层52连接，谐振腔51与压电层52之间的第一绝缘层11作为阻挡层。
本发明实施例的距离传感单元也称之为超声换能器，用于产生超声波信号，及接收从障碍物反射回来的超声波信号并转换为电信号。谐振腔的体积结构由设计决定，在设计完成后，其谐振频率就已经固定，当超声波发生检测单元产生的超声波频率与谐振腔的频率相同时，谐振腔内产生谐振，超声波经过谐振腔后增大超声波的振幅使振幅最大化。在超声波产生阶段，信号处理电路提供脉冲电信号通过驱动线发送给超声波发生检测单元的第一驱动电极和第二驱动电极，使超声波发生检测单元的压电层发生逆压电效应，高频机械形变产生超声波，超声波并向谐振腔传播，由于超声波的频率和谐振腔的固有频率相同，使得经过谐振腔的超声波发生谐振作用，超声波振幅增大后向外出射。在超声波接收阶段，由于超声波遇到障碍物反射，反射回来的超声波是具有一定声压的信号，压电层发生形变，压电层被平面内振荡激发生成电压信号，检测信号线将电压信号发送给外部信号处理电路。信号处理电路通过计算超声波发出的时间与接收时间之间的时间差，即可获得障碍物的距离参数。关于超声换能器对超声反射波信号的接收和转换原理为本领域技术人员所熟知，这里不再赘述。
10、形成滤光层图案。形成滤光层图案包括：在形成前述图案的基础上，先沉积第三绝缘层13，然后依次涂覆红绿蓝彩色光阻，通过构图工艺形成包括多个滤光单元的滤光层14，如图11所示。本发明实施例中，多个滤光单元以阵列方式排列，滤光单元主要用于透射一种颜色的光线，过滤掉其它颜色的光线，使得每个像素单元只对一种颜色的光线产生响应，提高光电二极管的感光性能。例如，对于红绿蓝三种光线，每个滤光单元只允许红绿蓝三种光线中的一种光线通过。第三绝缘层可以为氮化硅层、氧化硅层、氮氧化硅层或其复合层。
11、形成聚光层图案。形成聚光层图案包括：在形成前述图案的基础上，涂覆透明薄膜，通过构图工艺形成包括多个透镜单元的聚光层15，如图12所示。多个透镜单元以阵列方式排列，每个透镜单元包括一个或多个微透镜结构，位置和尺寸与光电二极管42的位置和尺寸相对应，用于将入射光汇聚到感光单元。本发明实施例中，透镜单元主要用来对入射光的聚焦，将更多的入射光收集到光电二极管的表面，增加入射到光电二极管的光强，提高光电二极管的感光性能，提高像素单元的敏感性。
虽然前面以先在半导体衬底上形成阱区图案的方式说明了本发明实施例的技术方案，但本发明实施例图像距离传感器的结构和制备方法不限于上述内容。实际上，现有CMOS电路的结构形式和制备方式、现有超声换能器的结构形式和制备方式均适用于本发明实施例，这里不再赘述。
通过前述说明可以看出，本发明实施例所提供的图像距离传感器，通过在半导体衬底上通过同一次制备过程同时制备获取图像的图像传感单元和获取距离的距离传感单元，使图像传感功能和距离传感功能有机地集成在一个传感器中，有效克服了现有组合方案集成度低、体积大、成本高等缺陷。由于图像传感单元和距离传感单元可以设置在同一个像素单元内或分设在不同的像素单元内，因此最大限度地提高了集成度，真正实现了一体结构，减小了产品体积。由于光电二极管的掺杂处理与PMOS晶体管和NMOS晶体管的掺杂处理是通过同一次掺杂工艺进行处理，光电二极管的第一电极与PMOS晶体管的源电极和漏电极、NMOS晶体管的的源电极和漏电极通过同一次构图工艺形成，超声波传感单元和第一驱动电极和第二驱动电极与像素电路的引出线通过同一次构图工艺形成，因此有效降低了生产成本。此外，通过设置滤光层和聚光层，提高光电二极管的感光性能，提高了像素单元的敏感性。
基于本发明实施例的技术构思，本发明实施例还提供了一种图像距离传感器的制备方法。图像距离传感器的制备方法包括：
在半导体衬底上通过同一次制备过程形成图像传感单元和距离传感单元。
其中，在半导体衬底上通过同一次制备过程形成图像传感单元和距离传感单元，包括：
S1、在半导体衬底形成图像传感单元的像素电路和感光单元，以及距离传感单元的谐振腔；
S2、在所述谐振腔上形成超声波传感单元。
其中，步骤S1包括：
S11、在半导体衬底内形成第一阱区、第二阱区和第三阱区；所述第一阱区和第二阱区的半导体类型不同，所述第三阱区与第一阱区或第二阱区的半导体类型相同；
S12、在所述半导体衬底的第一阱区和第二阱区上形成第一栅极和第二栅极；
S13、在所述第一阱区、第二阱区和第三阱区内分别形成第一掺杂区、第二掺杂区和第三掺杂区；所述第一掺杂区与第一阱区的半导体类型相同，所述第二掺杂区与第二阱区的半导体类型相同，所述第三掺杂区与第三阱区的半导体类型不同，形成光电二极管的PN结；
S14、在半导体衬底内形成谐振腔；
S15、形成第一绝缘层后，在所述第一绝缘层上形成第一源电极、第一漏电极、第二源电极、第二漏电极和第一电极，所述第一源电极和第一漏电极通过过孔与所述第一掺杂区连接，所述第二源电极和第二漏电极通过过孔与所述第二掺杂区连接，所述第一电极通过过孔与所述第三掺杂区连接，所述第一漏电极与第二源电极连接，所述第二漏电极与第一电极连接。
其中，步骤S2包括：
S21、形成覆盖像素电路、感光单元和距离传感单元的谐振腔的第二绝缘层；
S22、在所述第二绝缘层上形成压电层；
S23、形成覆盖所述压电层的第三绝缘层；
S24、在所述第三绝缘层上形成第一驱动电极和第二驱动电极，所述第一驱动电极和第二驱动电极通过过孔与所述压电层连接。
其中，在所述第三绝缘层上形成第一驱动电极和第二驱动电极时，还同时形成第一引出线、第二引出线和第三引出线，所述第一引出线通过过孔与像素电路的第一源电极连接，所述第二引出线通过过孔与像素电路的第一漏电极和第二源电极连接，所述第三引出线通过过孔与像素电路的第二漏电极和感光单元的第一电极连接。
其中，还包括形成滤光层；所述滤光层包括以阵列方式排列的多个滤光单元，所述滤光单元用于透射一种颜色的光线。
其中，还包括形成聚光层；所述聚光层包括以阵列方式排列的多个透镜单元，所述透镜单元用于将入射光汇聚到感光单元。
本发明实施例图像距离传感器的制备方法的具体内容，已在前述图像距离传感器制备过程详细介绍，这里不再赘述。
本发明实施例还提供了一种倒车图像测距装置，倒车图像测距装置包括前述实施例任意一种图像距离传感器。图像距离传感器包括阵列排布的多个像素单元，多个像素单元内设置有用于获取图像的图像传感单元和用于获取距离的距离传感单元。当每个像素单元包括图像传感单元和距离传感单元时，由于图像传感单元设置在像素单元的一侧，距离传感单元设置在像素单元的另一侧，因此形成图像传感单元和距离传感单元交替排布的整体布局。当一个像素单元设置图像传感单元、与之相邻的另一个像素单元设置距离传感单元时，同样在半导体衬底上形成图像传感单元和距离传感单元交替排布的整体布局。
图像传感单元和距离传感单元交替排布的整体布局，可以通过在像素单元之间设置多条独立的驱动线，结合分别的外部处理电路即可实现图像传感单元和距离传感单元的控制，实现倒车雷达测距与倒车图像显示功能的高度集成。图13为本发明实施例倒车图像测距装置的结构示意图。如图13所示，外部处理电路包括垂直存取电路、水平存取电路、接收电路、读出电路、探头探测电路以及数字处理电路等，外部处理电路的布局以及具体电路的电路结构可以采用本领域的公知设计，这里不再赘述。
在本发明实施例的描述中，需要理解的是，术语“中部”、“上”、“下”、“前”、“后”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
在本发明实施例的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
虽然本发明所揭露的实施方式如上，但所述的内容仅为便于理解本发明而采用的实施方式，并非用以限定本发明。任何本发明所属领域内的技术人员，在不脱离本发明所揭露的精神和范围的前提下，可以在实施的形式及细节上进行任何的修改与变化，但本发明的专利保护范围，仍须以所附的权利要求书所界定的范围为准。

Claims (15)

1.一种图像距离传感器，其特征在于，包括半导体衬底上，以及在所述半导体衬底上通过同一次制备过程形成的图像传感单元和距离传感单元。
2.根据权利要求1所述的图像距离传感器，其特征在于，所述图像传感单元包括形成在半导体衬底上的像素电路和感光单元，所述像素电路包括：
形成在半导体衬底内的第一阱区和第二阱区，所述第一阱区内形成有第一掺杂区，所述第二阱区内形成有第二掺杂区；所述第一阱区与第二阱区的半导体类型不同；
形成在所述第一阱区和第二阱区上的第一栅极和第二栅极；
覆盖所述第一栅极和第二栅极的第一绝缘层；
形成在所述第一绝缘层上的第一源电极、第一漏电极、第二源电极和第二漏电极，所述第一源电极和第一漏电极通过过孔与所述第一掺杂区连接，第二源电极和第二漏电极通过过孔与所述第二掺杂区连接，所述第一漏电极与第二源电极连接，所述第二漏电极与所述感光单元的第一电极连接。
3.根据权利要求2所述的图像距离传感器，其特征在于，所述感光单元包括：
形成在半导体衬底内的第三阱区，所述第三阱区内形成有第三掺杂区，所述第三掺杂区与第三阱区的半导体类型不同；
形成在所述第三掺杂区上的第一电极，所述第一电极与所述像素电路的第二漏电极连接。
4.根据权利要求1所述的图像距离传感器，其特征在于，所述距离传感单元包括：
形成在半导体衬底内的谐振腔；
覆盖所述谐振腔的第一绝缘层；
形成在所述第一绝缘层上的压电层；
覆盖所述压电层的第二绝缘层；
形成在所述第二绝缘层上的第一驱动电极和第二驱动电极，所述第一驱动电极和第二驱动电极分别通过过孔与所述压电层连接。
5.根据权利要求4所述的图像距离传感器，其特征在于，还包括形成在所述第二绝缘层上的第一引出线、第二引出线和第三引出线，所述第一引出线通过过孔与像素电路的第一源电极连接，所述第二引出线通过过孔与像素电路的第一漏电极和第二源电极连接，所述第三引出线通过过孔与像素电路的第二漏电极和感光单元的第一电极连接。
6.根据权利要求1～5任一所述的图像距离传感器，其特征在于，还包括滤光层，所述滤光层包括以阵列方式排列的多个滤光单元，所述滤光单元用于透射一种颜色的光线。
7.根据权利要求1～5任一所述的图像距离传感器，其特征在于，还包括聚光层，所述聚光层包括以阵列方式排列的多个透镜单元，所述透镜单元用于将入射光汇聚到所述图像传感单元中的感光单元。
8.一种倒车图像测距装置，其特征在于，包括如权利要求1～7任一所述的图像距离传感器。
9.一种图像距离传感器的制备方法，其特征在于，包括：
在半导体衬底上通过同一次制备过程形成图像传感单元和距离传感单元。
10.根据权利要求9所述的制备方法，其特征在于，在半导体衬底上通过同一次制备过程形成图像传感单元和距离传感单元，包括：
在半导体衬底形成图像传感单元的像素电路和感光单元，以及距离传感单元的谐振腔；
在所述谐振腔上形成超声波传感单元。
11.根据权利要求10所述的制备方法，其特征在于，在半导体衬底形成图像传感单元的像素电路和感光单元，以及距离传感单元的谐振腔，包括：
在半导体衬底内形成第一阱区、第二阱区和第三阱区；所述第一阱区和第二阱区的半导体类型不同，所述第三阱区与第一阱区或第二阱区的半导体类型相同；
在所述半导体衬底的第一阱区和第二阱区上形成第一栅极和第二栅极；
在所述第一阱区、第二阱区和第三阱区内分别形成第一掺杂区、第二掺杂区和第三掺杂区；所述第一掺杂区与第一阱区的半导体类型相同，所述第二掺杂区与第二阱区的半导体类型相同，所述第三掺杂区与第三阱区的半导体类型不同，形成光电二极管的PN结；
在半导体衬底内形成谐振腔；
形成第一绝缘层后，在所述第一绝缘层上形成第一源电极、第一漏电极、第二源电极、第二漏电极和第一电极，所述第一源电极和第一漏电极通过过孔与所述第一掺杂区连接，所述第二源电极和第二漏电极通过过孔与所述第二掺杂区连接，所述第一电极通过过孔与所述第三掺杂区连接，所述第一漏电极与第二源电极连接，所述第二漏电极与第一电极连接。
12.根据权利要求10所述的制备方法，其特征在于，在所述谐振腔上形成超声波传感单元，包括：
形成覆盖像素电路、感光单元和距离传感单元的谐振腔的第二绝缘层；
在所述第二绝缘层上形成压电层；
形成覆盖所述压电层的第三绝缘层；
在所述第三绝缘层上形成第一驱动电极和第二驱动电极，所述第一驱动电极和第二驱动电极分别通过过孔与所述压电层连接。
13.根据权利要求12所述的制备方法，其特征在于，在所述第三绝缘层上形成第一驱动电极和第二驱动电极时，还同时形成第一引出线、第二引出线和第三引出线，所述第一引出线通过过孔与像素电路的第一源电极连接，所述第二引出线通过过孔与像素电路的第一漏电极和第二源电极连接，所述第三引出线通过过孔与像素电路的第二漏电极和感光单元的第一电极连接。
14.根据权利要求9～13任一所述的制备方法，其特征在于，还包括：
形成滤光层；所述滤光层包括以阵列方式排列的多个滤光单元，所述滤光单元用于透射一种颜色的光线。
15.根据权利要求9～13任一所述的制备方法，其特征在于，还包括：
形成聚光层；所述聚光层包括以阵列方式排列的多个透镜单元，所述透镜单元用于将入射光汇聚到所述图像传感单元中的感光单元。
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