CN109167941B - 图像传感器及其制造方法 - Google Patents

Abstract

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。

Description

图像传感器及其制造方法

技术领域

本公开涉及图像传感器领域。

背景技术

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。

发明内容

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。本发明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，本申请的发明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发明的图像传感器的结构。本领域技术人员均能理解，本发明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。例如本发明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102A的N区，与N区接触的P型衬底部分作为成像感光元件102A的P区。但是本发明并不限制图中所示的成像感光元件102A的结构。例如，在一些实施方式中，成像感光元件102A可以为钉扎PD(pinned PD)，即，成像感光元件102A还可以包括在N区上形成的P型钉扎层。另外，虽然图中出于简洁的目的把衬底103画成了一个简单的块衬底，但是显然本发明不限于此。衬底103可以由适合于图像传感器的任何半导体材料(诸如Si、SiC等)制成。在一些实施方式中，衬底103也可以为绝缘体上硅(SOI)等各种复合衬底。衬底103的掺杂类型等掺杂情况也不受限制。本领域技术人员均理解衬底103不受到任何限制，而是可以根据实际应用进行选择。衬底103之中和之下还可以形成有其它的半导体器件构件，例如，在早期/后续处理步骤中形成的其它构件等。而且本发明并不限制图像传感器的类型，例如前照式(FSI)和背照式(BSI)都能适用。

如图1A所示，像素单元100A还包括相位检测感光元件105A。相位检测感光元件105A位于成像感光元件102A的与光入射一侧(即图1A中所示的上方)相反的一侧(即图1A中所示的下方)。应注意，虽然图1A中示出相位检测感光元件105A的在水平方向上的长度小于成像感光元件102A在水平方向上的长度的示例，但是相位检测感光元件105A在水平方向上的长度可以是任意长度。在一些实施方式中，例如，相位检测感光元件的水平方向上的长度可以大于或等于成像感光元件在水平方向上的长度，如下文中将参考图1C、1D、2A和2B进行说明的。

在一些实施方式中，如下文中将结合图2A和2B详细描述的，上述的相位检测感光元件105A、105B可以为有机光电转换元件，其包括上电极、有机光电转换膜和下电极。

在另一些实施方式中，上述的相位检测感光元件105A、105B可以为无机半导体材料形成的光电二极管。例如，该无机半导体材料可以为能将入射光(特别是红光)转换为电信号的材料。在一些示例中，为了提高相位检测灵敏度，该相位检测感光元件的无机半导体材料可以为光电转换效率比衬底材料高的半导体材料，例如，在衬底材料为Si的情况下，相位检测感光元件的无机半导体材料可以为Ge或SiGe等。

图1A中示出的相位检测感光元件105A具有光电荷产生部，其仅与成像感光元件102A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102A进入的光转换成用于相位检测信号的电荷。

在图1A的示例中，在相位检测感光元件105A为有机光电转换元件的情况下，光电荷产生部为上下电极所夹持的那部分有机光电转换膜，其将入射光转换成电荷并在上下电极加电形成的电场下转移输出该电荷，从而形成相位检测信号。在相位检测感光元件105A为无机半导体材料形成的光电二极管的情况下，光电荷产生部即为该无机光电二极管。请注意，在本文中，用语“光电荷产生部”意指能接收到光并且能把入射的光转换成电荷并输出的部分。也就是说，相位检测感光元件的不能接收到光或者产生的电荷不能输出的那部分不应被视为光电荷产生部。

类似地，像素单元100B也包括位于成像感光元件102B的与光入射一侧相反的一侧处的相位检测感光元件105B。应注意，像素单元100B与像素单元100A的结构的不同之处在于，相位检测感光元件105B的光电荷产生部与成像感光元件102B在平面图中重叠的部分不同于前述像素单元100A中的重叠部分。下面，将参考平面图1B示意性描述像素单元100A中相位检测感光元件105A的光电荷产生部与感光元件102A的重叠部分，以及像素单元100B中相位检测感光元件105B的光电荷产生部与感光元件102B的重叠部分。

参考图1B描述图1A中示出的图像传感器中各个部件在平面图上的位置关系。从平面图1B上看，相位检测感光元件105A具有与成像感光元件102A的左边部分重叠的部分(即，图1B中左侧用虚线标出的部分)。因此，穿透成像感光元件102A左边部分的光将进入相位检测感光元件105A的光电荷产生部，并产生用于相位检测信号的电荷。类似地，像素单元100B的相位检测感光元件105B与成像感光元件102B的右边部分重叠(即，图1B中右侧用虚线标出的部分)。因此，穿透成像感光元件102B右边部分的光将进入相位检测感光元件105B的光电荷产生部，并产生用于另一个相位检测信号的电荷。然后，通过一对像素单元100A和100B所获得的一对相位检测信号来进行对焦检测。具体而言，利用该对相位检测信号可以确定对焦状态，从而判断出镜头应该移动的方向和距离。

由于相位信息是通过利用从成像感光元件透过的剩余光线所得到的，因此提高了光的利用率。另外，由于可以利用正常像素单元进行相位检测而无需在感光区域设置专门的PDAF像素，因此可以大量增加相位检测感光元件的数量以提高对焦的效率，并避免由于设置专门的PDAF像素而造成的信号损失。因此，可以提高相位检测的灵敏度而不损失图像信号。

本领域技术人员均能理解，虽然本申请的附图中示出了相邻的成对的“左”和“右”两个像素来进行对焦检测，但是本发明不限于此，既不限制两个像素必须相邻，也不限制两个像素的光电荷产生部与成像感光元件的重叠位置关系，在实践中本领域技术人员可以根据需要设置该对像素。左像素和右像素可以相邻，也可以不相邻。典型地，一对“左”和“右”像素中的光电荷产生部分别与成像感光元件的左边部分和右边部分在平面图中重叠，并且通过计算成对的像素所获得的相位信息来进行对焦。但是本申请不限于此，而可以是一对像素单元中的光电荷产生部分别与成像感光元件的任何不同部分在平面图中重叠，只要能有效地体现相位信息差异即可。另外，虽然附图中示出了具有基本上对称的结构的一对像素单元，但是本领域技术人员均能理解，一对像素单元的结构也可以是不对称的结构，只要两个像素的光电荷产生部产生的相位检测信号能有效地体现相位信息差异即可。

另外，返回图1A，如图1A所示，图像传感器还可以包括从衬底背面形成的位于像素单元100A边缘的深沟槽隔离部104A，用于在各个像素单元之间实现隔离。本领域技术人员将理解，在像素单元中还存在晶体管等其他元件。为了避免模糊本发明的主题，这里省略了这些元件的描述。

图1C示出了根据本公开另一个示例性实施例的图像传感器的结构，并且图1D是示出了图1C中示出的图像传感器的平面图。图1C中示出了图像传感器的像素阵列中的一对像素单元110A和110B。应注意，像素单元110A和110B中的衬底113、成像感光元件112A和112B以及深沟槽隔离部114A和114B与图1A中的像素单元中的对应部件类似，因此为了简洁起见而省略对这些部件的重复描述。本实施例与前面图1A和1B所示结构的不同之处主要在于相位检测感光元件115A和115B的结构。

如图1C中所示，像素单元110A和110B中的相位检测感光元件115A和115B分别具有遮光层117A和117B。

遮光层117A和117B可以分别形成在相位检测感光元件115A和115B的顶部，以用于阻挡穿透成像感光元件112A和112B的光进入其下方的感光部。相位检测感光元件的未被遮挡的部分即为其光电荷产生部。换句话说，遮光层117A和117B阻挡入射到相位检测感光元件115A和115B的除光电荷产生部之外的部分的光。

具体地，如图1C所示，在相位检测感光元件115A的右侧上方形成遮光层117A，而相位检测感光元件115A的左侧部分(即，其上没有形成遮光层的部分)是光电荷产生部116A(如图中虚线所示)。换而言之，穿透成像感光元件112A入射到相位检测感光元件115A的右侧的光被遮光层117A阻挡，而入射到光电荷产生部116A的光则不会被阻挡，因此，光电荷产生部116A产生用于相位检测信号的电荷。类似地，像素单元110B的相位检测感光元件115B具有在其左侧上方形成的遮光层117B，而相位检测感光元件115B的右侧部分(即，其上没有形成遮光层的部分)是光电荷产生部116B。因此，穿透成像感光元件112B入射到相位检测感光元件115B的左侧的光被遮光层117B阻挡，而入射到光电荷产生部116B的光则不会被阻挡，因此，光电荷产生部116B产生用于另一相位检测信号的电荷。然后，通过像素单元110A和110B所获得的一对相位检测信号来进行对焦检测。

下面将参考图1D描述图1C中示出的图像传感器中各部件在平面图上的位置关系。在平面图1D中，在像素单元110A中，相位检测感光元件115A的被遮光层117A遮挡的部分由点划线框示出，与相位检测感光元件115A重叠的成像感光元件112A的整体由虚线框示出。由此看出，穿透成像感光元件112A右侧部分的光将被遮光层117A阻挡，而左侧部分的光则可以进入相位检测感光元件115A的光电荷产生部(图1D中未标明)，并产生用于相位检测信号的电荷。类似地，穿透成像感光元件112B左侧部分的光将被遮光层117B阻挡，而右侧部分的光则可以进入相位检测感光元件115B的光电荷产生部，并产生用于另一个相位检测信号的电荷。然后，通过像素单元110A和110B所获得的一对相位检测信号来进行对焦检测。在一些情况下，利用遮光层来阻挡光可以减少像素的左右部分之间的光线串扰，进一步提高相位检测的灵敏度。

下面将参考图2A更详细和完整地说明根据本公开的一个示例性实施例的图像传感器的结构和工作原理。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。该图像传感器包含一对像素单元200A和200B。为了简洁起见，将省略对与图1A到图1D中相同的部件的重复描述。

图2A中示出的一对像素单元200A和200B分别包括微透镜206A和206B以及滤色器204A和204B。以像素单元200A为例，如图2A所示，在衬底103的背面上方形成有滤色器204A，在滤色器204A上方形成有微透镜206A。光从微透镜206A上方进入像素。因此，微透镜206A和滤色器204A均位于光入射到成像感光元件102A之前的光路上。像素单元200B具有与像素单元200A类似的结构。

在一些实施方式中，滤色器204A和204B可以为红色滤色器。本领域技术人员应当理解，在像素单元中，滤色器通常可以是红色、绿色或蓝色滤色器。当滤色器为红色滤色器时，穿透成像感光元件102A和102B的光为红光。与绿光和蓝光相比，由于红光的波长较长，从而使得红光穿透成像感光元件的穿透率大于绿光和蓝光。因此，将滤色器设置为红色滤色器可以使得穿透成像感光元件到达相位检测感光元件的剩余光线的光强更强，从而提高相位检测信号的准确性并提高对焦的效率。

图2A还示出了像素单元200A和200B中分别包括的相位检测感光元件205A和205B的具体结构。以像素单元200A中的相位检测感光元件205A为例，相位检测感光元件205A可以为有机光电转换元件，其包括上电极201、下电极203A以及位于上电极201与下电极203A之间的有机光电转换膜202。如图2A所示，上电极201比下电极203A更靠近成像感光元件102A，并且上电极201对于穿透成像感光元件102A的光是透明的。因此，穿透成像元件102A进入相位检测感光元件205A的光可以穿过透明的上电极201进入有机光电转换膜202，有机光电转换膜202由此执行光电转换并产生用于相位检测的电荷。相位检测感光元件205B也具有类似的结构。

如图2A所示，图像传感器的像素阵列中的一对像素单元200A和200B共用上电极和有机光电转换膜，即图中所示的一体形成的上电极201和有机光电转换膜202。在一些实施方式中，像素阵列中的所有像素单元都可以共用一层上电极和有机光电转换膜。另外，在一些可替代实施方式中，一对像素单元200A和200B或者所有像素单元也可以共用下电极而不是上电极。利用这样的共用上、下电极和/或有机光电转换膜的结构，在制作过程中无需针对各个单元对上、下电极或有机光电转换膜进行图案化处理，因此简化了制作过程。

在一些实施方式中，有机光电转换膜202可以包含具有共轭高分子化合物和富勒烯衍生物的活性层。

在一些实施方式中，尽管图中未示出，但是相位检测感光元件205A还可以包括电子注入层、空穴注入层、空穴输送层、电子阻挡层、提高蒸镀阳极时的平坦性的层、在用涂布法制作阳极的情况下保护活性层不受溶剂侵蚀的层、和/或抑制活性层劣化的层等各种已知的功能层。

另外，如图2A所示，相位检测感光元件205A还可以包括位于成像感光元件102A与上电极201之间的遮光层207A。如上文参考图1C所述的，遮光层207A可以被配置为阻挡入射到相位检测感光元件205A的除光电荷产生部208A(即，图中左侧虚线标出的部分)之外的部分的光。如图2A所示的，遮光层207A位于相位检测感光元件205A的右上方。类似地，相位检测感光元件205B可以包括位于成像感光元件102B与上电极201之间的遮光层207B。如图2A所示的，遮光层207B位于相位检测感光元件205B的左上方，并阻挡入射到相位检测感光元件205B的除光电荷产生部208B(即，图中右侧虚线标出的部分)之外的部分的光。

根据如图2A所示的像素单元200A的结构，光从微透镜206A上方进入像素。然后，光经过滤色器204A进入成像感光元件102A。穿透成像感光元件102A的光一部分被遮光层207A阻挡，未被阻挡的一部分光进入相位检测感光元件205A的光电荷产生部208A并产生用于相位检测信号的电荷。类似地，像素单元200B的光电荷产生部208B产生用于另一个相位检测信号的电荷。然后，通过像素单元200A和200B所获得的一对相位检测信号来进行对焦检测。

图2A中示出了像素单元200A和200B共用上电极的示例，下面将参考图2B描述根据本申请实施例的像素单元210A和210B共用下电极的示例，而且图2B的结构不包括遮光层。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，其中该图像传感器包括两个像素单元210A和210B。如图2B所示，下电极213为像素单元210A和210B共用的下电极，并且有机光电转换膜212为像素单元210A和210B共用的有机光电转换膜。

在一些实施方式中，光电荷产生部的区域可以由下电极或上电极限定。如图2B所示，以像素单元210A为例，其光电荷产生部218A的区域(由图2B中左侧虚线示出)由上电极211A所限定，即仅为上电极211A覆盖的区域。如前所述，“光电荷产生部”意指能接收到光并且能把入射的光转换成电荷并输出的部分。由于图2B所示的相位检测感光元件为有机光电转换元件，其只有施加了电场的部分所产生的光电荷才能输出，因此仅上下电极夹持的部分被视为光电荷产生部。由于在图2B中下电极213覆盖整个像素区域，因此，光电荷产生部的区域由上电极211A限定。

另外，如图2B所示，下电极213覆盖成像感光元件112A和112B的整个区域并且能反射穿透成像感光元件112A和112B的光。例如，下电极213可以由反光的金属制成。由于穿透成像感光元件112A和112B的全部光均被反射，因此不会有光影响下电极下方的部件。另外，由于光电荷产生部的区域由上电极所限定，因此无需在像素单元的相位检测成像元件中额外设置遮光层，简化了像素单元的结构，从而使得制作更加简便。

另外，在一些实施方式中，同一个像素单元中的相位检测感光元件与成像感光元件可以共用浮置扩散区以及后续的读取电路(图中未示出)。而在另一些实施方式，同一个像素单元中的相位检测感光元件与成像感光元件可以仅共用读取电路。

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300的流程图。该图像传感器包括像素阵列，其至少包括一对像素单元(第一像素单元和第二像素单元)，该制造方法300包括形成像素阵列的步骤，其包括下述的步骤301和302。

如图3所示，在步骤301处，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。

在步骤302处，在该衬底的与光入射一侧相反一侧的主表面上形成分别用于一对像素单元的相位检测感光元件，该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。另外，该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。

如前所述，本领域技术人员将理解，在步骤301和302之前和之后，还会存在其他步骤，用于制造图像传感器的其他元件，这里省略了对这样的步骤的描述，以免模糊本发明的主旨。

另外，本领域技术人员将理解，图3中示出的步骤301和302的顺序仅仅是示例，而非用于限制本发明。步骤301和302的执行顺序并不受限制，而是可以根据实际情况决定。例如，可以先形成相位检测感光元件再形成成像感光元件。此外，步骤301和302也可以穿插执行，例如先执行形成相位检测感光元件的一部分步骤再形成成像感光元件，然后执行形成相位检测感光元件的剩余步骤。另外，步骤301和302中的部分操作也可能同时执行或与其它操作同时执行。

下面将以图4A至图4E为例来详细描述根据本公开一个示例性实施的图像传感器的制造方法的一个具体示例。本示例特别适用于背照式CMOS图像传感器。请注意，这个示例并不意图构成对本发明的限制。

图4A至图4E分别示出了在该方法示例的各个步骤处的装置截面示意图。将具体地针对图2B所示的一对像素的结构来描述该制造方法。请注意，下面描述的步骤都是从衬底的正面进行的，因此，与前面的衬底背面朝上的各个结构图相比，下面的图4A至图4E中的结构进行了上下翻转，从而使得衬底正面朝上。

在图4A处，例如，可以通过离子注入等常规操作在例如P型单晶硅衬底中形成N型区，从而形成第一光电二极管和第二光电二极管，分别作为像素单元210A和210B中的成像感光元件112A和112B。请注意，图中两个像素单元210A和210B之间的实线只是用于区别开这两个像素单元，并不意味着已经形成了隔离结构。

在图4B处，在衬底的正面(光从衬底的背面入射)上形成层间电介质层401。例如，可以通过在衬底的正面上沉积氧化物等电介质材料来形成层间电介质层401。

在图4C处，可以对层间电介质层401进行刻蚀，以形成凹槽402A和402B。可以通过各种常规手段来刻蚀形成该凹槽。

在图4D处，可以分别在凹槽402A和402B中形成相位检测感光元件的上电极211A和211B。具体地，通过沉积操作在凹槽402A和402B中填充导电材料，然后进行平坦化处理以去除凹槽外的导电材料。上电极211A和211B对于入射的光是透明的，例如可以由ITO构成。请注意，根据上电极的材料特性等，可以选择其他方式来制作上电极，而不限于图4C和4D所示的操作。

在图4E处，可以在平坦化后的层间电介质层401和上电极211A和211B之上依次形成有机光电转换膜212和下电极213。如上参考图2B所述的，在一些实施方式中，像素阵列中的所有像素单元共用有机光电转换膜212和下电极213，下电极213覆盖成像感光元件112A和112B的整个区域并且能反射穿透成像感光元件112A和112B的光。

在一些实施方式中，可以通过在室温处进行涂布然后在100到200℃的温度处退火的方式来制作有机光电转换膜212。

另外，为了简洁起见，省略了图2B中示出的滤色器和微透镜的制作。本领域技术人员应理解，可以通过各种常规手段来制作滤色器和微透镜。本领域技术人员将理解，除了如图示出的工艺和结构之外，本公开还包括形成图像传感器必需的其它任何工艺和结构。

本领域技术人员均理解，可以利用与上面图4A-4E所示出的方法同样的方法，通过仅仅做出一些适应性的修改，例如将图4D的制作上电极的步骤中改为制作遮光层的步骤并新加入制作上电极的步骤，来制造图2A所示的像素单元200A和200B。

在说明书及权利要求中的词语“前”、“后”、“顶”、“底”、“之上”、“之下”等，如果存在的话，用于描述性的目的而并不一定用于描述不变的相对位置。应当理解，这样使用的词语在适当的情况下是可互换的，使得在此所描述的本公开的实施例，例如，能够在与在此所示出的或另外描述的那些取向不同的其他取向上操作。

如在此所使用的，词语“示例性的”意指“用作示例、实例或说明”，而不是作为将被精确复制的“模型”。在此示例性描述的任意实现方式并不一定要被解释为比其它实现方式优选的或有利的。而且，本公开不受在上述技术领域、背景技术、发明内容或具体实施方式中所给出的任何所表述的或所暗示的理论所限定。

如在此所使用的，词语“基本上”意指包含由设计或制造的缺陷、器件或元件的容差、环境影响和/或其它因素所致的任意微小的变化。词语“基本上”还允许由寄生效应、噪声以及可能存在于实际的实现方式中的其它实际考虑因素所致的与完美的或理想的情形之间的差异。

另外，前面的描述可能提及了被“连接”或“耦接”在一起的元件或节点或特征。如在此所使用的，除非另外明确说明，“连接”意指一个元件/节点/特征与另一种元件/节点/特征在电学上、机械上、逻辑上或以其它方式直接地连接(或者直接通信)。类似地，除非另外明确说明，“耦接”意指一个元件/节点/特征可以与另一元件/节点/特征以直接的或间接的方式在机械上、电学上、逻辑上或以其它方式连结以允许相互作用，即使这两个特征可能并没有直接连接也是如此。也就是说，“耦接”意图包含元件或其它特征的直接连结和间接连结，包括利用一个或多个中间元件的连接。

另外，仅仅为了参考的目的，还可以在本文中使用“第一”、“第二”等类似术语，并且因而并非意图限定。例如，除非上下文明确指出，否则涉及结构或元件的词语“第一”、“第二”和其它此类数字词语并没有暗示顺序或次序。

还应理解，“包括/包含”一词在本文中使用时，说明存在所指出的特征、整体、步骤、操作、单元和/或组件，但是并不排除存在或增加一个或多个其它特征、整体、步骤、操作、单元和/或组件以及/或者它们的组合。

在本公开中，术语“提供”从广义上用于涵盖获得对象的所有方式，因此“提供某对象”包括但不限于“购买”、“制备/制造”、“布置/设置”、“安装/装配”、和/或“订购”对象等。

本领域技术人员应当意识到，在上述操作之间的边界仅仅是说明性的。多个操作可以结合成单个操作，单个操作可以分布于附加的操作中，并且操作可以在时间上至少部分重叠地执行。而且，另选的实施例可以包括特定操作的多个实例，并且在其他各种实施例中可以改变操作顺序。但是，其它的修改、变化和替换同样是可能的。因此，本说明书和附图应当被看作是说明性的，而非限制性的。

另外，本公开的实施方式还可以包括以下示例：

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。

5、根据1所述的图像传感器，其特征在于，所述相位检测感光元件包括上电极、下电极以及位于所述上电极与所述下电极之间的有机光电转换膜，其中所述上电极比所述下电极更靠近所述成像感光元件，并且所述上电极对于穿透所述成像感光元件的光是透明的。

6、根据5所述的图像传感器，其特征在于，所述相位检测感光元件还包括位于所述成像感光元件与所述上电极之间的遮光层，所述遮光层被配置为阻挡入射到所述相位检测感光元件的除所述光电荷产生部之外的部分的光。

7、根据6所述的图像传感器，其特征在于，所述像素阵列中的至少所述一对像素单元共用有机光电转换膜。

8、根据7所述的图像传感器，其特征在于，所述像素阵列中的至少所述一对像素单元还共用上电极或下电极。

9、根据5所述的图像传感器，其特征在于，所述光电荷产生部的区域由所述下电极或所述上电极限定。

10、根据5所述的图像传感器，其特征在于，所述光电荷产生部的区域由所述上电极限定，所述下电极覆盖所述成像感光元件的整个区域并且能反射穿透所述成像感光元件的光。

11、根据5所述的图像传感器，其特征在于，所述有机光电转换膜包含具有共轭高分子化合物和富勒烯衍生物的活性层。

12、根据1所述的图像传感器，其特征在于，同一个像素单元中的所述相位检测感光元件与所述成像感光元件共用浮置扩散区以及后续的读取电路。

13、根据1所述的图像传感器，其特征在于，同一个像素单元中的所述相位检测感光元件与所述成像感光元件仅共用读取电路。

14、根据4所述的图像传感器，其特征在于，所述相位检测感光元件包括由第二无机半导体材料形成的光电二极管，第二无机半导体材料的光电转换效率比第一无机半导体材料的光电转换效率高。

15、根据14所述的图像传感器，其特征在于，所述第一无机半导体材料为Si，所述第二无机半导体材料为Ge或SiGe。

16、一种用于制造图像传感器的方法，其特征在于，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。

17、根据16所述的方法，其特征在于，还包括：在所述一对像素单元的每个像素单元中，在所述衬底的光入射一侧的主表面上形成微透镜和滤色器，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。

18、根据17所述的方法，其特征在于，所述滤色器为红色滤色器。

19、根据16所述的方法，其特征在于，所述相位检测感光元件包括上电极、下电极以及位于所述上电极与所述下电极之间的有机光电转换膜，其中所述上电极比所述下电极更靠近所述成像感光元件，并且所述上电极对于穿透所述成像感光元件的光是透明的。

20、根据19所述的方法，其特征在于，所述相位检测感光元件还包括位于所述成像感光元件与所述上电极之间的遮光层，所述遮光层被配置为阻挡入射到所述相位检测感光元件的除所述光电荷产生部之外的部分的光。

21、根据20所述的方法，其特征在于，所述像素阵列中的至少所述一对像素单元共用有机光电转换膜。

22、根据21所述的方法，其特征在于，所述像素阵列中的至少所述一对像素单元还共用上电极或下电极。

23、根据19所述的方法，其特征在于，所述光电荷产生部的区域由所述下电极或所述上电极限定。

24、根据19所述的方法，其特征在于，所述光电荷产生部的区域由所述上电极限定，所述下电极覆盖所述成像感光元件的整个区域并且能反射穿透所述成像感光元件的光。

25、根据19所述的方法，其特征在于，所述有机光电转换膜包含具有共轭高分子化合物和富勒烯衍生物的活性层。

26、根据16所述的方法，其特征在于，所述相位检测感光元件包括由第二无机半导体材料形成的光电二极管，第二无机半导体材料的光电转换效率比第一无机半导体材料的光电转换效率高。

27、根据26所述的方法，其特征在于，所述第一无机半导体材料为Si，所述第二无机半导体材料为Ge或SiGe。

28、根据16所述的方法，其特征在于，形成相位检测感光元件的步骤包括：

在所述衬底的与光入射一侧相反一侧的主表面上，形成层间电介质层；

对所述层间电介质层进行刻蚀以形成凹槽；以及

在所述凹槽中形成所述相位检测感光元件的全部或至少一个部件。

29、根据28所述的方法，其特征在于，所述相位检测感光元件包括上电极、下电极以及位于所述上电极与所述下电极之间的有机光电转换膜，

其中所述上电极比所述下电极更靠近所述衬底，所述上电极对于穿透所述成像感光元件的光是透明的，所述一对像素单元共用有机光电转换膜和下电极，所述下电极覆盖所述成像感光元件的整个区域并且能反射穿透所述成像感光元件的光，以及

在所述凹槽中形成所述相位检测感光元件的全部或至少一个部件的步骤包括：在所述凹槽中填充导电材料以形成上电极，然后进行平坦化处理以去除凹槽外的导电材料，在平坦化后的层间电介质层和上电极之上依次形成有机光电转换膜和下电极。

30、根据29所述的方法，其特征在于，所述有机光电转换膜是通过在室温处进行涂布然后在100到200℃的温度处退火的方式来制作。

虽然已经通过示例对本公开的一些特定实施例进行了详细说明，但是本领域的技术人员应该理解，以上示例仅是为了进行说明，而不是为了限制本公开的范围。在此公开的各实施例可以任意组合，而不脱离本公开的精神和范围。本领域的技术人员还应理解，可以对实施例进行多种修改而不脱离本公开的范围和精神。本公开的范围由所附权利要求来限定。

Claims (24)

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，以及

其中，所述相位检测感光元件包括上电极、下电极以及位于所述上电极与所述下电极之间的有机光电转换膜，其中所述上电极比所述下电极更靠近所述成像感光元件，并且所述上电极对于穿透所述成像感光元件的光是透明的。

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。

5.根据权利要求1所述的图像传感器，其特征在于，所述相位检测感光元件还包括位于所述成像感光元件与所述上电极之间的遮光层，所述遮光层被配置为阻挡入射到所述相位检测感光元件的除所述光电荷产生部之外的部分的光。

6.根据权利要求5所述的图像传感器，其特征在于，所述像素阵列中的至少所述一对像素单元共用有机光电转换膜。

7.根据权利要求6所述的图像传感器，其特征在于，所述像素阵列中的至少所述一对像素单元还共用上电极或下电极。

8.根据权利要求1所述的图像传感器，其特征在于，所述光电荷产生部的区域由所述下电极或所述上电极限定。

9.根据权利要求1所述的图像传感器，其特征在于，所述光电荷产生部的区域由所述上电极限定，所述下电极覆盖所述成像感光元件的整个区域并且能反射穿透所述成像感光元件的光。

10.根据权利要求1所述的图像传感器，其特征在于，所述有机光电转换膜包含具有共轭高分子化合物和富勒烯衍生物的活性层。

11.根据权利要求1所述的图像传感器，其特征在于，同一个像素单元中的所述相位检测感光元件与所述成像感光元件共用浮置扩散区以及后续的读取电路。

12.根据权利要求1所述的图像传感器，其特征在于，同一个像素单元中的所述相位检测感光元件与所述成像感光元件仅共用读取电路。

13.一种用于制造图像传感器的方法，其特征在于，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，以及

其中，所述相位检测感光元件包括上电极、下电极以及位于所述上电极与所述下电极之间的有机光电转换膜，其中所述上电极比所述下电极更靠近所述成像感光元件，并且所述上电极对于穿透所述成像感光元件的光是透明的。

14.根据权利要求13所述的方法，其特征在于，还包括：在所述一对像素单元的每个像素单元中，在所述衬底的光入射一侧的主表面上形成微透镜和滤色器，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。

15.根据权利要求14所述的方法，其特征在于，所述滤色器为红色滤色器。

16.根据权利要求13所述的方法，其特征在于，所述相位检测感光元件还包括位于所述成像感光元件与所述上电极之间的遮光层，所述遮光层被配置为阻挡入射到所述相位检测感光元件的除所述光电荷产生部之外的部分的光。

17.根据权利要求16所述的方法，其特征在于，所述像素阵列中的至少所述一对像素单元共用有机光电转换膜。

18.根据权利要求17所述的方法，其特征在于，所述像素阵列中的至少所述一对像素单元还共用上电极或下电极。

19.根据权利要求13所述的方法，其特征在于，所述光电荷产生部的区域由所述下电极或所述上电极限定。

20.根据权利要求13所述的方法，其特征在于，所述光电荷产生部的区域由所述上电极限定，所述下电极覆盖所述成像感光元件的整个区域并且能反射穿透所述成像感光元件的光。

21.根据权利要求13所述的方法，其特征在于，所述有机光电转换膜包含具有共轭高分子化合物和富勒烯衍生物的活性层。

22.根据权利要求13所述的方法，其特征在于，形成相位检测感光元件的步骤包括：

在所述衬底的与光入射一侧相反一侧的主表面上，形成层间电介质层；

对所述层间电介质层进行刻蚀以形成凹槽；以及

在所述凹槽中形成所述相位检测感光元件的全部或至少一个部件。

23.根据权利要求22所述的方法，其特征在于，

其中，所述一对像素单元共用有机光电转换膜和下电极，所述下电极覆盖所述成像感光元件的整个区域并且能反射穿透所述成像感光元件的光，以及

在所述凹槽中形成所述相位检测感光元件的全部或至少一个部件的步骤包括：在所述凹槽中填充导电材料以形成上电极，然后进行平坦化处理以去除凹槽外的导电材料，在平坦化后的层间电介质层和上电极之上依次形成有机光电转换膜和下电极。

24.根据权利要求23所述的方法，其特征在于，所述有机光电转换膜是通过在室温处进行涂布然后在100到200℃的温度处退火的方式来制作。

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