CN109449174A - 相位对焦图像传感器及其形成方法 - Google Patents
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Abstract
一种相位对焦图像传感器及其形成方法，方法包括：半导体衬底，所述半导体衬底包括相位对焦区，所述半导体衬底具有相对的第一面和第二面；位于半导体衬底的相位对焦区内的第一感光结构，所述第一感光结构包括相对的第一表面和第二表面，所述第一感光结构包括吸收层，所述吸收层用于吸收近红外光，所述第一感光结构第一表面暴露出所述吸收层；位于半导体衬底的相位对焦区第二面表面的第一滤光层，所述第一滤光层通过自然光。所述相位对焦图像传感器的性能得到提高。
Description
技术领域
本发明涉及半导体制造领域，尤其涉及一种相位对焦图像传感器及其形成方法。
背景技术
图像传感器是一种将光信号转化为电信号的半导体器件。目前，CMOS相位对焦图像传感器已经广泛应用于静态数码相机、数码摄像机、医疗用摄像装置和车用摄像装置等。
目前手机拍摄采用的对焦方式主要是反差对焦(contrast detection autofocus)和相位对焦(phase detect auto focus，简称PDAF)。反差对焦的原理是根据焦点处画面的对比度变化，寻找对比度最大时的镜头位置，也就是准确对焦的位置。相位对焦的原理是在感光元件上预留出一些像素点，专门用来进行相位检测，通过像素之间的距离及其变化等来决定对焦的偏移值从而实现准确对焦。反差对焦比较精确，但对焦速度太慢。相比反差对焦，相位对焦不需要镜头的反复移动，对焦行程短了很多，速度快。
然而，相位对焦由于需要利用像素点进行相位检测，故此相位对焦对光线强度的要求比较高，在暗光、弱光环境下对焦速度和精度不高，从而导致相位对焦图像传感器的性能不佳。
发明内容
本发明解决的技术问题是提供一种相位对焦图像传感器及其形成方法，以提高相位对焦图像传感器的性能。
为解决上述技术问题，本发明提供一种相位对焦图像传感器，包括：半导体衬底，所述半导体衬底包括相位对焦区，所述半导体衬底具有相对的第一面和第二面；位于半导体衬底的相位对焦区内的第一感光结构，所述第一感光结构包括相对的第一表面和第二表面，所述半导体衬底第一面暴露出第一感光结构第二表面，所述第一感光结构包括吸收层，所述吸收层用于吸收近红外光，所述第一感光结构第一表面暴露出所述吸收层，；位于半导体衬底的相位对焦区第二面表面的第一滤光层，所述第一滤光层通过自然光。
可选的，所述第一感光结构还包括：第一感光层，所述第一感光结构第二表面暴露出第一感光层，所述第一感光层包括相对的第三面和第四面，所述第一感光层第三面到半导体衬底第一面的距离小于第一感光层第四面到半导体衬底第一面的距离；所述吸收层位于所述第一感光层的第四面表面。
可选的，所述半导体衬底第二面暴露出吸收层。
可选的，所述吸收层的厚度为100埃～200埃。
可选的，所述吸收层的材料包括窄带隙材料或者聚苯胺，所述窄带隙材料包括：GeSi、GaAs、PbS、PbSe、PbTe、GaSb或InN。
可选的，所述第一滤光层的材料为透镜材料。
可选的，所述第一感光结构为所述吸收层，所述吸收层内具有掺杂离子。
可选的，所述吸收层的材料包括窄带隙材料，所述窄带隙材料包括：GeSi、GaAs、PbS、PbSe、PbTe、GaSb或InN。
可选的，还包括：所述半导体衬底还包括图像捕获区；位于所述半导体衬底的图像捕获区内的第二感光层，所述半导体衬底第一面暴露出第二感光层；位于所述半导体衬底图像捕获区第二面表面的第二滤光层，所述第二滤光层通过单色光。
可选的，还包括：位于所述第一滤光层表面的第一微透镜层；位于所述第二滤光层表面的第二微透镜层。
可选的，所述相位对焦区包括第一区和第二区，第一区和第二区相邻；所述第一感光结构位于半导体衬底第一区和半导体衬底第二区内，位于所述半导体衬底第一区和半导体衬底第二区第二面表面的第一滤光层；所述第一微透镜层包括第一透镜、第二透镜和第三透镜，所述第一透镜位于第一区的第一滤光层表面，所述第二透镜位于第二区的第一滤光层表面，所述第三透镜覆盖第一透镜和第二透镜表面。
相应的，本发明还提供一种上述任意一种相位对焦图像传感器的形成方法，包括：提供半导体衬底，所述半导体衬底包括相位对焦区，所述半导体衬底具有相对的第一面和第二面；在所述半导体衬底的相位对焦区内形成第一感光结构，所述第一感光结构包括相对的第一表面和第二表面，所述第一感光结构包括吸收层，所述吸收层用于吸收近红外光，所述第一感光结构第一表面暴露出吸收层；在所述半导体衬底的相位对焦区第二面表面形成第一滤光层，所述第一滤光层通过自然光。
可选的，所述第一感光结构还包括：第一感光层，所述第一感光结构第二表面暴露出第一感光层，所述第一感光层包括相对的第三面和第四面，所述第一感光层第三面到半导体衬底第一面的距离小于第一感光层第四面到半导体衬底第一面的距离；所述吸收层位于所述第一感光层的第四面表面。
可选的，所述半导体衬底第二面暴露出吸收层；所述第一感光结构的形成方法包括：在所述半导体衬底的相位对焦区内形成初始第一感光层，所述半导体衬底第一面暴露出初始第一感光层；自半导体衬底第二面刻蚀所述半导体衬底的相位对焦区或初始第一感光层中的一者或两者，在所述半导体衬底的相位对焦区内形成第一凹槽和第一感光层，所述第一感光层包括第三面和第四面，所述第一凹槽暴露出第一感光层第四面，所述第一凹槽顶部表面与半导体衬底第二面表齐平；所述吸收层的形成方法包括：形成第一凹槽后，在所述第一凹槽和半导体衬底第二面表面形成初始吸收层，所述初始吸收层填充满所述第一凹槽；平坦化所述初始吸收层，直至暴露出半导体衬底第二面表面，在所述第一凹槽内形成吸收层。
可选的，所述第一感光结构仅包括吸收层，所述吸收层内具有掺杂离子。
可选的，所述第一感光结构的形成方法包括：自半导体衬底第一面刻蚀所述半导体衬底的相位对焦区，形成第二凹槽；在所述第二凹槽内形成初始第一感光层；自半导体衬底第一面，对所述相位对焦区的初始第一感光层进行第一离子注入，以在相位对焦区内形成吸收层，所述第一离子注入的深度大于等于初始第一感光层的厚度。
可选的，所述第一感光结构的形成方法包括：自半导体衬底第一面刻蚀所述半导体衬底的相位对焦区，形成第二凹槽；在所述第二凹槽内形成初始第一感光层；自半导体衬底第一面，对所述相位对焦区的初始第一感光层进行第二离子注入，在相位对焦区内形成第一感光层和吸收层，所述第二离子注入的深度小于初始第一感光层的厚度。
可选的，所述初始第一感光层的材料包括窄带隙材料，所述窄带隙材料包括：GeSi，GaAs、PbS、PbSe、PbTe、GaSb或InN。
与现有技术相比，本发明的技术方案具有以下有益效果：
本发明技术方案提供的相位对焦图像传感器中，第一感光结构包括吸收层，所述吸收层用于吸收红外光，增加第一感光结构的进光量，提高第一感光结构的量子转换效率，使得第一感光结构的电子增加，电荷聚集时间较短，逻辑运算器件速度快，提高了相位对焦区在暗光下的对焦速度。同时，第一感光结构的电子增加，所产生的电流较大，逻辑电路运算发生误差的概率降低，则相位对焦的精度得到提高，提高了相位对焦图像传感器的性能。
进一步，所述吸收层的材料为窄带隙材料，所述窄带隙材料能吸收红外光，在所述相位对焦区内形成红外吸收区。所述红外吸收区能吸收红外光，增加了第一感光结构的进光量，提高了第一感光结构的量子转换效率，使得第一感光结构的电子增加，提高了相位对焦区在暗光下的对焦速度和精度，提高了相位对焦图像传感器的性能。
附图说明
图1是一种相位对焦图像传感器的结构示意图；
图2至图7是本发明一实施例中相位对焦图像传感器形成过程的结构示意图；
图8至图15是本发明又一实施例中相位对焦图像传感器形成过程的结构示意图。
具体实施方式
正如背景技术所述，现有技术的相位对焦图像传感器的性能较差。
参考图1，图1是一种相位对焦图像传感器的结构示意图，所述相位对焦图像传感器包括多个图像捕获单元A和多个相位对焦单元B，所述图形捕获单元A和相位对焦单元包括：半导体衬底，所述半导体衬底具有相对的第一面和第二面；位于半导体衬底100内的感光结构120和隔离结构110，所述隔离结构110位于相邻的感光结构120之间的半导体衬底100内；位于半导体衬底100第一面表面的互连结构130；位于互连结构130表面的载板140；位于半导体衬底100第二面表面的受光结构，所述受光结构包括栅格层160、滤光层和透镜层；所述相位对焦图像传感器还包括深沟槽隔离层150，所述深沟槽隔离层150位于相邻的感光结构120之间的半导体衬底100内。
图1中示出了所述图像传感器的四个像素单元，包括第一像素单元111、第二像素单元112、第三像素单元113和第四像素单元114。
所述第一像素单元111和所述第二像素单元112为两个图像捕获单元A，所述第一像素单元111为R(Red)像素单元，所述第二像素单元112为B(Blue)像素单元；位于第一像素单元111内的滤光层为R滤色层171；位于第二像素单元112内的滤光层为B滤色层172；位于第一像素单元111和第二像素单元112内的透镜层为第一透镜层180。
所述第三像素单元113和所述第四像素单元114构成一个相位对焦单元B，所述第三像素单元113和第四像素单元114为G(Green)像素单元，位于第三像素单元113和第四像素单元114内的滤光层为B滤色层173；位于B滤色层173表面的透镜层为第二透镜层191；覆盖第三像素单元113和第四像素单元114内的第二透镜层191的第三透镜层192，所述第二透镜层191和第三透镜层192构成相位对焦单元的透镜层190。
上述实施例中，相位对焦单元B的第三像素单元113和第四像素单元114为G(Green)像素单元，仅允许绿光通过，经过第三像素单元113和第四像素单元114后，只有绿光能够被第三像素单元113和第四像素单元114内的感光结构吸收，转换成电信号。然而，通过第三像素单元113和第四像素单元114内滤光层的光有限，仅有绿光能被转换成电信号。
然而，由于仅单色光通过所述第三像素单元113和第四像素单元114，则通过第三像素单元113和第四像素单元114内滤光层的光有限，仅有绿光能被转换成电信号，所产生的电子数较少，所产生的电流较小，电荷集聚时间长，逻辑运算器件速度变慢，则对焦所需要的时间较长。所产生的电子数较少，所产生的电流较小，逻辑电路运算发生误差，则精度较低，从而导致相位对焦图像传感器性能较差。
单色光有转换效率低的问题，一种解决方式是将所述第三像素单元113和第四像素单元114的滤光层改进为白光滤色层，白光进入到第三像素单元113和第四像素单元114内的感光结构并吸收，产生的电子数较多，从而减少了对焦所需的时间，提高了相位对焦的精度，然而，即使采用白光滤光层，仍然有部分光能损失。
本发明提供一种相位对焦图像传感器的形成方法，提供半导体衬底，所述半导体衬底包括相位对焦区；在所述半导体衬底的相位对焦区内形成第一感光结构，所述第一感光结构内包括吸收层，所述吸收层用于吸收近红外光；在所述半导体衬底的相位对焦区表面形成第一滤光层，所述第一滤光层通过自然光，使得所述吸收层能吸收近红外光，增加了第一感光结构的进光量，提高了第一感光结构的量子转换效率，使得第一感光结构的电子增加，提高了相位对焦区在暗光下的对焦速度和精度，所述相位对焦图像传感器的性能得到提升。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更为明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施例做详细的说明。
图2至图7是本发明一实施例中相位对焦图像传感器形成过程的结构示意图。
请参考图2，提供半导体衬底200。
所述半导体衬底200相位对焦区I，所述半导体衬底200具有相对的第一面和第二面。
本实施例中，所述相位对焦区I包括第一区和第二区，第一区和第二区相邻。所述第一区用于形成第一相位对焦像素子单元，所述第二区用于形成第二相位对焦像素子单元，一个所述第一相位对焦像素子单元和一个所述第二相位对焦像素子单元构成一个相位对焦像素单元。
本实施例中，所述半导体衬底还包括图像捕获区II。
所述图像捕获区II包括多个像素单元，多个像素单元形成像素阵列。
本实施例中，所述图像捕获区II包括第三区和第四区，所述第三区和第四区相邻，所述第三区用于形成第一图像捕获像素单元，第四区用于形成第二图像捕获像素单元。
图2中示出了所述相位对焦图像传感器的位于相位对焦区I的一个相位对焦像素单元和位于图像捕获区II的两个相邻的图像捕获像素单元。
在所述半导体衬底200相位对焦区I内形成初始第一感光层231，所述半导体衬底200第一面暴露出初始第一感光层231。
所述初始第一感光层231为后续形成第一感光层提供材料层。
在所述半导体衬底200的图像捕获区II内形成第二感光层232。
所述初始第一感光层231和第二感光层232用于实现光电转换。
本实施例中，所述初始第一感光层231和第二感光层232为光电二极管。
形成初始第一感光层231和第二感光结构232之前，还包括：在相邻感光层之间形成隔离结构220，所述隔离结构220用于隔离相邻感光单元。
在所述半导体衬底200内形成深沟槽隔离结构260，所述深沟槽隔离结构260位于相邻感光层之间，所述半导体衬底200第二面202暴露出深沟槽隔离结构260。
所述深沟槽隔离结构260用于防止相邻像素单元之间的光串扰。
所述半导体衬底200用于为感光结构的形成提供工艺基础。
本实施例中，所述半导体衬底200的材料为单晶硅。所述半导体衬底200还可以是多晶硅或非晶硅。所述半导体衬底200的材料还可以为锗、锗化硅、砷化镓等半导体材料。
本实施例中，所述相位对焦图像传感器为背照式图像传感器，还包括：在所述半导体衬底200第一面201表面形成互连结构240；提供载板250，将载板250与互连结构240键合。
所述互联结构240用于将感光结构230的信息进行处理和传输。
所述互连结构240包括插塞和多层金属导线层，所述金属导线层的材料为铜。
在所述半导体衬底200相位对焦区I内形成第一感光结构，所述第一感光结构包括相对的第一表面和第二表面，所述第一感光结构包括吸收层，所述吸收层用于吸收近红外光，所述第一感光结构第一表面暴露出吸收层。
所述第一感光结构还包括：第一感光层，所述第一感光结构第二表面暴露出第一感光层，所述第一感光层包括相对的第三面和第四面，所述第一感光层第三面到半导体衬底200第一面的距离小于第一感光层第四面到半导体衬底200第一面的距离；所述吸收层位于所述第一感光层的第四面表面。
本实施例中，所述半导体衬底200第二面暴露出吸收层。
所述第一感光结构的形成方法包括：自半导体衬底第二面刻蚀所述半导体衬底200的相位对焦区I或初始第一感光层231中的一者或两者，在所述半导体衬底200的相位对焦区I内形成第一凹槽和第一感光层，所述第一凹槽暴露出第一感光层第四面；在所述第一凹槽内形成吸收层。所述吸收层的形成方法请参考图3至图5。
参考图3，在所述半导体衬底220第二面表面形成第一掩膜层201。
所述第一掩膜层201为保护半导体衬底。
所述第一掩膜层201的材料包括：氧化硅、氮化硅、氮硼化硅、氮碳氧化硅或氮氧化硅。
形成所述第一掩膜层201的工艺为沉积工艺，如化学气相沉积工艺、物理气相沉积工艺或原子层沉积工艺。
其他实施例中，不形成第一掩膜层。
参考图4，形成第一掩膜层201后，刻蚀所述第一掩膜层201、以及半导体衬底200或初始第一感光层231中的一者或两者，在所述半导体衬底200相位对焦区I内形成第一凹槽202和第一感光层233。
所述第一感光层233包括第三面和第四面，所述第一凹槽202暴露出第一感光层233第四面，所述第一凹槽202顶部表面与半导体衬底200第二面表齐平。
形成所述第一凹槽202和第一感光层233的方法包括：在所述半导体衬底200第二面表面形成第一图形层(未图示)，所述第一图形层暴露出部分第一掩膜层表面；以所述第一图形层为掩膜，刻蚀所述第一掩膜层201、以及半导体衬底200或初始第一感光层231中的一者或两者，在所述半导体衬底的相位对焦区内形成第一凹槽202和第一感光层233。
所述第一图形层的材料包括光刻胶。
刻蚀所述第一掩膜层201、以及半导体衬底200或初始第一感光层231中的一者或两者的工艺包括：各向异性的干法刻蚀工艺或者各向异性的湿法刻蚀工艺。
本实施例中，刻蚀所述第一掩膜层201、以及半导体衬底200或初始第一感光层231中的一者或两者的工艺为干法刻蚀工艺。所述干法刻蚀工艺为等离子刻蚀工艺，等离子体刻蚀工艺采用等离子体轰击刻蚀，精准度较高，缺陷较少。
本实施例中，形成第一凹槽202后，还包括：去除所述第一图形层。
去除所述第一图形层的工艺包括灰化工艺。
在一实施例中，不形成第一掩膜层，形成所述第一凹槽和第一感光层的方法包括：形成初始第一感光层后，在所述半导体衬底第二面表面第一图形层，所述第一图形层暴露出部分半导体衬底表面；以所述第一图形层为掩膜，刻蚀所述半导体衬底的相位对焦区或初始第一感光层中的一者或两者，在所述半导体衬底的相位对焦区内形成第一凹槽和第一感光层，所述第一感光层包括第三面和第四面，所述第一凹槽暴露出第一感光层第四面表面。
参考图5，在所述第一凹槽202内形成吸收层203。
所述吸收层203用于吸收特定波长的光线，增加第一感光结构的进光量。
所述吸收层203的形成方法包括：在所述第一凹槽202和半导体衬底200第二面表面形成初始吸收层(未图示)，所述初始吸收层填充满所述第一凹槽202；平坦化所述初始吸收层，直至暴露出半导体衬底200第二面表面，在所述第一凹槽202内形成所述吸收层203。
本实施例中，还形成有第一掩膜层。所述吸收层203的形成方法包括：在所述第一凹槽202和第一掩膜层201表面形成初始吸收层(未图示)，所述初始吸收层填充满所述第一凹槽202；平坦化所述初始吸收层和第一掩膜层201，直至暴露出半导体衬底200第二面表面，在所述第一凹槽202内形成吸收层。
所述吸收层203的厚度为100埃～200埃。
选择所述厚度范围的吸光层203的意义在于：若所述吸光层203的厚度大于200埃，所述吸光层203厚度过厚，通过吸收层203的透光量减少，到达第一感光层的光量减少，改善暗场效果有限；若所述吸光层230的厚度小于100埃，则所述吸光层203对入射光吸收量过少，到达第一感光层的光量减少，改善暗场效果有限，从而使获得的图像质量较差。
所述吸收层203的材料包括：窄带隙材料或者聚苯胺，所述窄带隙材料包括：GeSi、GaAs、PbS、PbSe、PbTe、GaSb或InN。
本实施例中，所述吸收层203的材料为GeSi。
所述吸收层203的材料为GeSi，所述GeSi材料能吸收近红外光，在所述半导体衬底200相位对焦区I内形成近红外吸收区。所述近红外吸收区能吸收近红外光，增加了第一感光结构的进光量，提高了第一感光结构的量子转换效率，使得第一感光结构的电子增加，提高了相位对焦区在暗光下的对焦速度和精度。
所述吸收层203位于第一感光层233第四面表面。
所述第一感光层233和吸收层203构成第一感光结构。
所述第一感光结构位于半导体衬底200的相位对焦区I的第一区和第二区内。
参考图6，形成吸收层203后，在所述半导体衬底200相位对焦区I第二面表面形成第一滤光层281，所述第一滤光层281通过自然光。
本实施例中，还包括：在所述半导体衬底200的图像捕获区II第二面表面形成第二滤光层，所述第二滤光层通过单色光。
本实施例中，所述图像捕获区II包括第三区和第四区，所述第三区的第二滤光层为第一子滤光层282，所述第四区的第二滤光层为第二子滤光层283。
所述第一子滤光层282所通过的单色光与第二子滤光层283所通过的单色光波长可以相同，也可以不同。
所述第一子滤光层282或第二子滤光层283的材料包括掺杂有色素的有机材料。所述掺杂有色素的有机材料，可以根据掺杂色素的不同，选择可以通过的有色光。
自然光为多个颜色光的集合而成的白光，自然光经过第一子滤光层282或第二子滤光层283后，仅部分特定波长的有色光可以通过，从而产生特定的有色光。
所述图像捕获区II为有色像素区。
所述第一滤光层281的材料为透明材料。
所述第一滤光层281的材料为透明材料，能够通过自然光和其他光线。所述第一感光结构包括吸收层，所述吸收层能吸收近红外光，增加第一感光结构的进光量，提高第一感光结构的量子转换效率，使得第一感光结构的电子增加，提高了相位对焦区在暗光下的对焦速度和精度。
所述第一滤光层281的材料为无色的有机材料。
本实施例中，形成第一滤光层281和第二滤光层之前，还包括：在所述半导体衬底200第二面形成栅格层270，所述栅格层270位于第一透滤光层281和第二滤光层之间，所述栅格层270顶部与第一滤光层281和第二滤光层顶部表面齐平。
本实施例中，在形成栅格层270之前，还包括：在半导体衬底200第二面形成介电增透层204，所述介电增透层204用于增加光线的透过率。
其他实施例中，不形成介电增透层。
本实施例中，还包括：在所述介电增透层204表面形成抗反射涂层205，所述抗反射涂层205用于减少光线的反射。
其他实施例中，不形成抗反射涂层。
参考图7，在所述相位对焦区I的第一滤光层281表面形成第一微透镜层291。
所述第一微透镜层291用于改变光路，使得光线沿特定的光路进入第一滤光层281和第一感光结构。
所述第一微透镜层291包括第一透镜2911、第二透镜2912和第三透镜2913，所述第一透镜2911位于第一区的第一滤光层281表面，所述第二透镜2912位于第二区的第一滤光层281表面，所述第三透镜2913覆盖第一透镜2911和第二透镜2912表面。
本实施例中，还包括：在所述图像捕获区II的第二滤光层表面形成第二微透镜层292。所述第二微透镜层292位于第三区的第一子滤光层282和第四区的第二子滤光层283表面。
所述第二微透镜层292用于改变光路，使得光线沿特定的光路进入第二滤光层和第二感光结构232。
本发明还提供一种采用上述方法形成的相位对焦图像传感器，请参考图7，包括：半导体衬底200，所述半导体衬底200包括相位对焦区I，所述半导体衬底200具有相对的第一面和第二面；位于半导体衬底200相位对焦区I内的第一感光结构，所述第一感光结构包括相对的第一表面和第二表面，所述第一感光结构包括吸收层203，所述吸收层203用于吸收近红外光，所述第一感光结构第一表面暴露出吸收层203；位于半导体衬底200相位对焦区I第二面表面的第一滤光层281，所述第一滤光层281通过自然光。
所述半导体衬底200还包括图像捕获区II；还包括：在所述半导体衬底200的图像捕获区II内形成第二感光层232，所述半导体衬底200第一面暴露出第二感光层232；在所述半导体衬底200图像捕获区II第二面表面形成第二滤光层，所述第二滤光层通过单色光。
所述相位对焦图像传感器，还包括：位于所述第一滤光层281表面的第一微透镜层291；位于所述第二滤光层表面的第二微透镜层292。
本实施例中，所述第一感光结构还包括：第一感光层233，所述第一感光结构第二表面暴露出第一感光层233，所述第一感光层233包括相对的第三面和第四面，所述第一感光层233第三面到半导体衬底200第一面的距离小于第一感光层233第四面到半导体衬底200第一面的距离，所述吸收层203位于所述第一感光层233的第四面表面。
所述半导体衬底200第二面暴露出所述吸收层203。
所述半导体衬底200参照前述实施例的内容，不再详述。
所述第一滤光层281和第二滤光层的材料、结构和位置参考前述实施例的内容，不再详述。
所述第一微透镜层291和第二微透镜层292的结构和位置参考前述实施例的内容，不再详述。
所述第一滤光层281为透明材料，能够通过自然光和其他光线。所述第一感光结构包括吸收层，所述吸收层能吸收红外光，增加第一感光结构的进光量，提高第一感光结构的量子转换效率，使得第一感光结构的电子增加，提高了相位对焦区在暗光下的对焦速度和精度。
所述吸收层203的材料为GeSi，所述GeSi材料能吸收近红外光，在所述相位对焦区内形成近红外吸收区。所述近红外吸收区能吸收近红外光，增加了第一感光结构的进光量，提高了第一感光结构的量子转换效率，使得第一感光结构的电子增加，提高了相位对焦区在暗光下的对焦速度和精度。
本发明技术方案还提供另一实施例，图8至图15是所述实施例的图像传感器形成过程的结构示意图。本实施例和前述实施例的区别在于，所述第一感光结构的形成方式不同。
参考图8，提供半导体衬底300。
所述半导体衬底300相位对焦区I，所述半导体衬底300具有相对的第一面301和第二面302。
本实施例中，所述相位对焦区I包括第一区和第二区，第一区和第二区相邻。所述第一区用于形成第一相位对焦像素子单元，所述第二区用于形成第二相位对焦像素子单元，一个所述第一相位对焦像素子单元和一个所述第二相位对焦像素子单元构成一个相位对焦像素单元。
本实施例中，所述半导体衬底300还包括图像捕获区II。
所述图像捕获区II包括多个像素单元，多个像素单元形成像素阵列。
本实施例中，所述图像捕获区II包括第三区和第四区，所述第三区和第四区相邻，所述第三区用于形成第一图像捕获像素单元，第四区用于形成第二图像捕获像素单元。
图8中示出了所述相位对焦图像传感器的位于相位对焦区I的一个相位对焦像素单元和位于图像捕获区II的两个相邻的图像捕获像素单元。
在相邻感光层之间形成隔离结构320，所述隔离结构320用于隔离相邻感光单元。
所述半导体衬底300用于为所述感光结构的形成提供工艺基础。
本实施例中，所述半导体衬底300的材料为单晶硅。所述半导体衬底300还可以是多晶硅或非晶硅。所述半导体衬底300的材料还可以为锗、锗化硅、砷化镓等半导体材料。
参考图9，自半导体衬底300第一面301刻蚀所述半导体衬底300的相位对焦区I，在所述半导体衬底300相位对焦区I内形成第二凹槽310。
所述第二凹槽310为后续形成第一感光结构提供空间。
形成所述第二凹槽310的方法包括：在所述半导体衬底300第一面301表面第二图形层(未图示)，所述第二图形层暴露出部分半导体衬底300表面；以所述第二图形层为掩膜，刻蚀所述半导体衬底300的相位对焦区I，在所述半导体衬底300的相位对焦区I内形成第二凹槽310。
参考图10，在所述第二凹槽310内形成初始第一感光层311。
所述初始第一感光层311顶部表面和半导体衬底300第一面301齐平。
所述初始第一感光层311为后续形成第一感光结构提供材料。
所述初始第一感光层311的形成方法包括：在所述第二凹槽310和半导体衬底300第一面301表面形成初始第一感光膜(未图示)，所述初始第一感光膜填充满所述第二凹槽312；平坦化所述初始第一感光膜，直至暴露出半导体衬底300第一面301表面，在所述第二凹槽310内形成所述初始第一感光层311。
所述初始第一感光层的材料包括：窄带隙材料，所述窄带隙材料包括：GeSi、GaAs、PbS、PbSe、PbTe、GaSb或InN。
参考图11，形成初始第一感光层311后，自半导体衬底300第一面301，对所述相位对焦区的初始第一感光层311进行第一离子注入，形成第一感光结构。
对所述相位对焦区的初始第一感光层311进行第一离子注入，使得所述初始第一感光层311内具有掺杂离子，形成为第一感光结构，所述第一感光结构用于实现光电转换。
本实施例中，所述第一感光结构仅包括吸收层330，且所述吸收层330内具有掺杂离子。
本实施例中，所述第一离子注入的深度大于等于初始第一感光层311的厚度，即所述初始第一感光层311全部用于实现光电转换。且所述初始第一感光层311的材料为GeSi，所述GeSi材料能吸收近红外光，在所述半导体衬底300的相位对焦区I内形成近红外吸收区。所述近红外吸收区能吸收近红外光，增加了第一感光结构的进光量，提高了第一感光结构的量子转换效率，使得第一感光结构的电子增加，提高了相位对焦区在暗光下的对焦速度和精度。
本实施例中，还包括：在所述半导体衬底300的图像捕获区II内形成第二感光层332。
所述第二感光层232的形成方法包括：自半导体衬底300第一面301，对所述半导体衬底300的图像捕获区II进行离子掺杂，形成第二感光层332。
本实施例中，形成第一感光结构过程中，形成所述第二感光层332。
即对所述相位对焦区的初始第一感光层311进行第一离子注入过程中，也对所述半导体衬底300的图像捕获区II进行第一离子注入，形成第二感光层332。
在另一实施例中，所述第一感光结构的形成方法包括：在所述第二凹槽310内沉积形成吸收层330，沉积形成吸收层330过程中还包括对所述吸收层330进行离子掺杂。
在另一实施例中，参考图12，形成初始第一感光层311后，自半导体衬底300第一面301，对所述相位对焦区的初始第一感光层311进行第二离子注入，形成第一感光结构。
所述第一感光结构包括相对的第一表面和第二表面，所述第一感光结构包括吸收层330，所述吸收层330用于吸收近红外光，所述第一感光结构第一表面暴露出吸收层330。
所述第一感光结构还包括第一感光层331，所述第一感光结构第二表面暴露出第一感光层331，所述第一感光层331包括相对的第三面和第四面，所述第一感光层331第三面到半导体衬底300第一面的距离小于第一感光层331第四面到半导体衬底300第一面的距离，所述吸收层330位于所述第一感光层331的第四面表面。
本实施例中，所述第二离子注入的深度小于初始第一感光层311的厚度，使得部分初始第一感光层311形成为第一感光层331，未被第二离子注入的初始第一感光层311形成为吸收层330。
所述第一感光层331用于实现光电转换，所述吸收层330用于吸收近红外光线。
所述初始第一感光层311的材料为GeSi，则所述吸收层330的材料为GeSi。所述GeSi材料能吸收近红外光，在所述半导体衬底300的相位对焦区I内形成近红外吸收区。所述近红外吸收区能吸收近红外光，增加了第一感光结构的进光量，提高了第一感光结构的量子转换效率，使得第一感光结构的电子增加，提高了相位对焦区在暗光下的对焦速度和精度。
参考图13，图13为图11基础上的示意图，所述半导体衬底300第一面301表面形成互连结构340。
所述互联结构340用于将感光结构的信息进行处理和传输。
所述互连结构340包括插塞和多层金属导线层，所述金属导线层的材料为铜。
本实施例中，还包括：提供载板350，将载板350与互连结构340键合；键合载板350和互连结构340后，在所述半导体衬底200内形成深沟槽隔离结构250，所述深沟槽隔离结构250位于相邻感光层之间，所述半导体衬底200第二面202暴露出深沟槽隔离结构250。
所述深沟槽隔离结构250用于防止相邻像素单元之间的光串扰。
参考图14，图14为图13基础上的示意图，在所述半导体衬底300相位对焦区I第二面302表面形成第一滤光层381，所述第一滤光层381通过自然光。
本实施例中，还包括：在所述半导体衬底300图像捕获区II第二面302表面形成第二滤光层，所述第二滤光层通过单色光。
本实施例中，所述图像捕获区II包括第三区和第四区，所述第三区的第二滤光层为第一子滤光层382，所述第四区的第二滤光层为第二子滤光层383。
所述第一子滤光层382所通过的单色光与第二子滤光层383所通过的单色光波长可以相同，也可以不同。
所述第一子滤光层382或第二子滤光层383的材料包括掺杂有色素的有机材料。所述掺杂有色素的有机材料，可以根据掺杂色素的不同，选择可以通过的有色光。
自然光为多个颜色光的集合而成的白光，自然光经过第一子滤光层382或第二子滤光层383后，仅部分特定波长的有色光可以通过，从而产生特定的有色光。
所述图像捕获区II为有色像素区。
所述第一滤光层381的材料为透明材料。
所述第一滤光层381的材料为透明材料，能够通过自然光和其他光线。所述第一感光结构包括吸收层330，所述吸收层330能吸收特定波长的光线，增加第一感光结构的进光量，提高第一感光结构的量子转换效率，使得第一感光结构的电子增加，提高了相位对焦区在暗光下的对焦速度和精度。
本实施例中，所述第一滤光层381的材料为无色的有机材料。
本实施例中，形成第一滤光层381和第二滤光层之前，还包括：在所述半导体衬底300第二面302形成栅格层370，所述栅格层370位于第一透滤光层381和第二滤光层之间，所述栅格层370顶部与第一滤光层381和第二滤光层顶部表面齐平。
本实施例中，在形成栅格层370之前，还包括：在半导体衬底300第二面302形成介电增透层304，所述介电增透层304用于增加光线的透过率。
其他实施例中，不形成介电增透层。
本实施例中，还包括：在所述介电增透层304表面形成抗反射涂层305，所述抗反射涂层305用于减少光线的反射。
其他实施例中，不形成抗反射涂层。
形成第一滤光层381后，还包括：在所述第一滤光层381表面形成第一微透镜层391。
所述第一微透镜层391用于改变光路，使得光线沿特定的光路进入第一滤光层281和第一感光结构。
所述第一微透镜层391包括第一透镜3911、第二透镜3912和第三透镜3913，所述第一透镜3911位于第一区的第一滤光层381表面，所述第二透镜3912位于第二区的第一滤光层381表面，所述第三透镜3913覆盖第一透镜3911和第二透镜3912表面。
本实施例中，还包括：在所述图像捕获区II的第二滤光层表面形成第二微透镜层392。所述第二微透镜层392位于第三区的第一子滤光层382和第四区的第二子滤光层383表面。
所述第二微透镜层392用于改变光路，使得光线沿特定的光路进入第二滤光层和第二感光结构332。
本发明还提供一种采用上述方法形成的相位对焦图像传感器，请参考图14，包括：半导体衬底300，所述半导体衬底300包括相位对焦区I，所述半导体衬底300具有相对的第一面301和第二面302；位于半导体衬底300相位对焦区I内的第一感光结构，所述第一感光结构包括相对的第一表面和第二表面，所述第一感光结构包括吸收层330，所述吸收层330用于吸收近红外光，所述第一感光结构第一表面暴露出吸收层330；位于半导体衬底300相位对焦区I第二面302表面的第一滤光层381，所述第一滤光层381通过自然光。
所述半导体衬底300还包括图像捕获区II；还包括：在所述半导体衬底300图像捕获区II内形成第二感光层332，所述半导体衬底300第一面301暴露出第二感光层332；在所述半导体衬底300图像捕获区II第二面302表面形成第二滤光层，所述第二滤光层通过单色光。
所述相位对焦图像传感器，还包括：位于所述第一滤光层381表面的第一微透镜层391；位于所述第二滤光层表面的第二微透镜层392。
本实施例中，所述第一感光结构仅包括吸收层330，且所述吸收层330内具有掺杂离子。
所述半导体衬底300参照前述实施例的内容，不再详述。
所述第一滤光层381和第二滤光层的材料、结构和位置参考前述实施例的内容，不再详述。
所述第一微透镜层391和第二微透镜层392的结构和位置参考前述实施例的内容，不再详述。
在一实施例中，参考图15，图15为图12基础上的示意图，所述第一感光结构还包括第一感光层331，所述第一感光结构第二表面暴露出第一感光层331，所述第一感光层331包括第三面和第四面，所述第一感光层331第三面到半导体衬底300第一面的距离小于第一感光层331第四面到半导体衬底300第一面的距离，所述吸收层330位于第一感光层331的第四面表面。
所述第一滤光层381的材料为透明材料。
所述第一滤光层381的材料为透明材料，能够通过自然光和其他光线。所述第一感光结构包括吸收层330，所述吸收层330能吸收近红外光线，增加第一感光结构的进光量，提高第一感光结构的量子转换效率，使得第一感光结构的电子增加，提高了相位对焦区在暗光下的对焦速度和精度。
所述吸收层330的材料为GeSi，所述GeSi材料能吸收近红外光，在所述相位对焦区内形成近红外吸收区。所述近红外吸收区能吸收近红外光，增加了第一感光结构的进光量，提高了第一感光结构的量子转换效率，使得第一感光结构的电子增加，提高了相位对焦区在暗光下的对焦速度和精度。
虽然本发明披露如上，但本发明并非限定于此。任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，均可作各种更动与修改，因此本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。
Claims (18)
1.一种相位对焦图像传感器，其特征在于，包括：
半导体衬底，所述半导体衬底包括相位对焦区，所述半导体衬底具有相对的第一面和第二面；
位于半导体衬底的相位对焦区内的第一感光结构，所述第一感光结构包括相对的第一表面和第二表面，所述第一感光结构包括吸收层，所述吸收层用于吸收近红外光，所述第一感光结构第一表面暴露出所述吸收层；
位于半导体衬底的相位对焦区第二面表面的第一滤光层，所述第一滤光层通过自然光。
2.根据权利要求1所述的相位对焦图像传感器，其特征在于，所述第一感光结构还包括：第一感光层，所述第一感光结构第二表面暴露出第一感光层，所述第一感光层包括相对的第三面和第四面，所述第一感光层第三面到半导体衬底第一面的距离小于第一感光层第四面到半导体衬底第一面的距离；所述吸收层位于所述第一感光层的第四面表面。
3.根据权利要求1或2所述的相位对焦图像传感器，其特征在于，所述半导体衬底第二面暴露出吸收层。
4.根据权利要求3所述的相位对焦图像传感器，其特征在于，所述吸收层的厚度为100埃～200埃。
5.根据权利要求3所述的相位对焦图像传感器，其特征在于，所述吸收层的材料包括窄带隙材料或者聚苯胺，所述窄带隙材料包括：GeSi、GaAs、PbS、PbSe、PbTe、GaSb或InN。
6.根据权利要求1所述的相位对焦图像传感器，其特征在于，所述第一滤光层的材料为透明材料。
7.根据权利要求1所述的相位对焦图像传感器，其特征在于，所述第一感光结构仅包括吸收层，所述吸收层内具有掺杂离子。
8.根据权利要求7所述的相位对焦图像传感器，其特征在于，所述吸收层的材料包括窄带隙材料，所述窄带隙材料包括：GeSi、GaAs、PbS、PbSe、PbTe、GaSb或InN。
9.根据权利要求1所述的相位对焦图像传感器，其特征在于，还包括：所述半导体衬底还包括图像捕获区；位于所述半导体衬底的图像捕获区内的第二感光层，所述半导体衬底第一面暴露出第二感光层；位于所述图像捕获区半导体衬底第二面表面的第二滤光层，所述第二滤光层通过单色光。
10.根据权利要求9所述的相位对焦图像传感器，其特征在于，还包括：位于所述第一滤光层表面的第一微透镜层；位于所述第二滤光层表面的第二微透镜层。
11.根据权利要求10所述的相位对焦图像传感器，其特征在于，所述相位对焦区包括第一区和第二区，第一区和第二区相邻；所述第一感光结构位于半导体衬底的第一区和半导体衬底第二区内，位于所述半导体衬底第一区和半导体衬底第二区的第二面表面的第一滤光层；所述第一微透镜层包括第一透镜、第二透镜和第三透镜，所述第一透镜位于第一区的第一滤光层表面，所述第二透镜位于第二区的第一滤光层表面，所述第三透镜覆盖第一透镜和第二透镜表面。
12.一种如权利要求1至11任一项所述的相位对焦图像传感器的形成方法，其特征在于，包括：
提供半导体衬底，所述半导体衬底包括相位对焦区，所述半导体衬底具有相对的第一面和第二面；
在所述半导体衬底的相位对焦区内形成第一感光结构，所述第一感光结构包括相对的第一表面和第二表面，所述第一感光结构包括吸收层，所述吸收层用于吸收近红外光，所述第一感光结构第一表面暴露出吸收层；
在所述半导体衬底的相位对焦区第二面表面形成第一滤光层，所述第一滤光层通过自然光。
13.根据权利要求12所述的相位对焦图像传感器的形成方法，其特征在于，所述第一感光结构还包括：第一感光层，所述第一感光结构第二表面暴露出第一感光层，所述第一感光层包括相对的第三面和第四面，所述第一感光层第三面到半导体衬底第一面的距离小于第一感光层第四面到半导体衬底第一面的距离；所述吸收层位于所述第一感光层的第四面表面。
14.根据权利要求13所述的相位对焦图像传感器的形成方法，其特征在于，所述半导体衬底第二面暴露出吸收层；所述第一感光结构的形成方法包括：在所述半导体衬底的相位对焦区内形成初始第一感光层，所述半导体衬底第一面暴露出初始第一感光层；形成初始第一感光层后，自半导体衬底第二面刻蚀所述半导体衬底的相位对焦区或初始第一感光层中的一者或两者，在所述半导体衬底的相位对焦区内形成第一凹槽和第一感光层，所述第一凹槽暴露出第一感光层第四面；所述吸收层的形成方法包括：形成第一凹槽后，在所述第一凹槽和半导体衬底第二面表面形成初始吸收层，所述初始吸收层填充满所述第一凹槽；平坦化所述初始吸收层，直至暴露出半导体衬底第二面表面，在所述第一凹槽内形成吸收层。
15.根据权利要求12所述的相位对焦图像传感器的形成方法，其特征在于，所述第一感光结构仅包括吸收层，所述吸收层内具有掺杂离子。
16.根据权利要求15所述的相位对焦图像传感器的形成方法，其特征在于，所述第一感光结构的形成方法包括：自半导体衬底第一面刻蚀所述半导体衬底的相位对焦区，形成第二凹槽；在所述第二凹槽内形成初始第一感光层；自半导体衬底第一面，对所述相位对焦区的初始第一感光层进行第一离子注入，以在相位对焦区内形成吸收层，所述第一离子注入的深度大于等于初始第一感光层的厚度。
17.根据权利要求12所述的相位对焦图像传感器的形成方法，其特征在于，所述第一感光结构的形成方法包括：自半导体衬底第一面刻蚀所述半导体衬底的相位对焦区，形成第二凹槽；在所述第二凹槽内形成初始第一感光层；自半导体衬底第一面，对所述相位对焦区的初始第一感光层进行第二离子注入，在相位对焦区内形成第一感光层和吸收层，所述第二离子注入的深度小于初始第一感光层的厚度。
18.根据权利要求16或17所述的相位对焦图像传感器的形成方法，其特征在于，所述初始第一感光层的材料包括窄带隙材料，所述窄带隙材料包括：GeSi，GaAs、PbS、PbSe、PbTe、GaSb或InN。
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