CN110365919B - 包括具有衬里层的相位差检测像素的图像传感器 - Google Patents

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Abstract

包括具有衬里层的相位差检测像素的图像传感器。一种图像传感器可包括：抗反射层，其形成在基板上方；栅格图案和引导图案，其设置在所述抗反射层上方；滤色器，其位于所述栅格图案之间；相位差检测过滤器，其被构造为包括位于所述栅格图案中的一个与所述引导图案之间的部分；以及衬里层，其被形成为包括位于所述栅格图案中的一个与所述相位差检测过滤器之间的部分。衬里层的折射率低于所述相位差检测过滤器的折射率。

Description

包括具有衬里层的相位差检测像素的图像传感器
技术领域
本专利文档中所公开的技术和实现方式涉及一种图像传感器，并且更具体地涉及一种包括具有衬里层的相位差检测像素的图像传感器。
背景技术
随着信息通信产业的最新发展和电子设备的数字化，具有改进性能的图像传感器已经被用于诸如数码相机、便携式摄像机、移动电话、PCS(个人通信系统)、游戏机、安全摄像机和医疗微型相机之类的各种领域。通常，图像传感器具有像素区域和外围电路区域，像素区域包括响应于入射光而生成光电子的光电二极管，外围电路区域处理与所生成的光电子相对应的信号。像素区域包括多个单位像素，而外围电路区域包括多个晶体管。单位像素包括图像像素和相位差检测像素。相位差检测像素包括左相位差检测像素和右相位差检测像素。
发明内容
各种实施方式涉及一种提高了相位差检测像素的相位差检测灵敏度和光接收效率的图像传感器。
各种实施方式涉及一种能够减少串扰现象和漫反射现象的图像传感器。
在一实施方式中，一种图像传感器可包括：基板；图像光电传感器，所述图像光电传感器形成在所述基板中以接收入射光并产生表示所接收的入射光的用于形成图像的部分的图像信号；相位差检测光电传感器，所述相位差检测光电传感器形成在所述基板中以接收所述入射光的一部分以将所接收的光转换为表示所述图像的相位的相位差检测信号；抗反射层，所述抗反射层形成在所述基板上方以减少由所述图像光电传感器和所述相位差检测光电传感器接收的所述入射光的光学反射；栅格图案和引导图案，所述栅格图案和所述引导图案形成在所述抗反射层上方；滤色器，所述滤色器形成在所述抗反射层和所述图像光电传感器上方，以使所述入射光中选定颜色的光透射，以到达用于产生所述图像信号的图像光电传感器；相位差检测过滤器，所述相位差检测过滤器形成在所述抗反射层和所述相位差检测光电传感器上方，以使所述入射光中的选定颜色的光透射，以到达用于产生所述相位差检测信号的相位差检测光电传感器；以及衬里层，所述衬里层由折射率低于所述相位差检测过滤器的折射率的透明层形成，并且被设置为透射由所述相位差检测过滤器过滤的光。所述衬里层可被构造为包括位于所述滤色器与所述相位差检测过滤器之间的部分。
在一实施方式中，一种图像传感器可包括：抗反射层，所述抗反射层形成在基板上方；栅格图案和引导图案，所述栅格图案和所述引导图案被设置在所述抗反射层上方；滤色器，所述滤色器在所述栅格图案之间；相位差检测过滤器，所述相位差检测过滤器被构造为包括在所述栅格图案中的一个栅格图案与所述引导图案之间的部分；以及衬里层，所述衬里层被形成为包括在所述栅格图案中的一个栅格图案与所述相位差检测过滤器之间的部分。所述衬里层的折射率可低于所述相位差检测过滤器的折射率。
在一实施方式中，一种图像传感器可包括：基板，所述基板包括图像光电二极管和相位差检测光电二极管，所述图像光电二极管接收入射光并产生表示所接收的入射光的用于形成图像的部分的图像信号，所述相位差检测光电二极管接收所述入射光的一部分以将所接收的光转换成表示所述图像的相位的相位差检测信号；抗反射层，所述抗反射层被设置在所述基板上方；滤色器，所述滤色器被设置在所述抗反射层上方并且与所述图像光电二极管交叠，以对入射到所述图像光电二极管的光进行过滤；相位差检测过滤器，所述相位差检测过滤器被设置在所述抗反射层上方并且与所述相位差检测光电二极管交叠，以对入射到所述相位差检测光电二极管的光进行过滤；以及衬里层，所述衬里层被形成为与所述相位差检测过滤器接触，以包括在所述滤色器与所述相位差检测过滤器之间的部分。所述衬里层的折射率可低于所述相位差检测过滤器的折射率和所述滤色器的折射率。
附图说明
图1是示意性地例示根据所公开的技术的一实施方式的图像传感器的示例的表示的框图。
图2是例示根据所公开的技术的一实施方式的图像传感器的像素阵列的示例的表示的示意性布局图。
图3A和图3B是例示根据所公开的技术的一实施方式的图像传感器的相位差检测像素块的相位差检测像素的示例的表示的示意性布局图。
图4A至图4D和图5A至图5D是沿着图3A的线I-I'截取的左相位差检测像素块的示例的纵向截面图。
图6是示意性地例示相位差检测像素中的根据光的入射角而改变的光路的示例的图。
图7A至图7D、图8至图10和图11A至图11D是为帮助说明根据所公开的技术的实施方式的用于制造图像传感器的方法的纵向截面图的示例的表示。
图12是示意性地例示包括根据所公开的技术的一实施方式的图像传感器的电子设备的示例的表示的图。
具体实施方式
图像传感器阵列可以被设计为包括成像像素和相位差检测像素，其中成像像素被设计和操作为用于捕获入射光以将对象或场景表示为彩色图像，而相位差检测像素被设计和操作为用于捕获不同相位差检测像素处的入射光以检测所捕获的图像或场景的相位。这种相位信息可用于提高成像质量或操作，包括例如实现自动聚焦以及表示所捕获的图像或场景的三维表示。在相位差检测像素的一些实现方式中，可将两个不同的相位差检测像素进行配对，以获得可经处理以测量检测到的图像的距离差异或相位的信号。
所公开的技术可被实现为向图像传感器提供相位差检测过滤器上的衬里层(lining layer)。
所公开的技术提供其折射率比滤色器的折射率和/或相位差检测过滤器的折射率低的衬里层。由于衬里层满足折射率的这种特性，可在衬里层与相位差检测过滤器之间的界面处发生入射光的全反射。因此，可以增加相位差检测光电二极管中接收的光的量并防止串扰现象的影响。
将参照通过例示所示出和描述的截面图和/或平面图来描述所公开的技术的实施方式。在附图中，为了清楚说明，可能夸大了层和区域的厚度。因此，可根据制造技术和/或容许误差来修改所示的视图。因此，所公开的技术的实施方式不限于附图中所示的特定形状，而是可包括根据制造工艺创建的其它形状。例如，成角度的区域可具有弯曲形状或一定曲率。因此，附图中示出的区域本质上是示意性的，并且它们的形状不旨在示出元件的精确形状，并且不旨在限制所公开的技术的范围。
在整个说明书中，相似的附图标记表示相同的元件。因此，尽管在对应附图中没有提及或描述相同或相似的附图标记，但是可参照其它附图来描述附图标记。此外，尽管元件未由附图标记表示，但是可参照其它附图来描述元件。
图1是示意性地例示基于所公开的技术的一实施方式的图像传感器800的示例的图。参照图1，图像传感器800可包括像素阵列810、相关双采样器(CDS)820、模数转换器(ADC)830、缓冲器840、行驱动器850、定时发生器860、控制寄存器870和斜坡信号发生器880。
像素阵列810可包括以矩阵结构布置成行和列的多个像素块815。每个像素块815可包括成像像素的块，每个成像像素可包括将光转换成电荷、电压信号或电流信号的至少一个光敏元件(即，光电传感器)，并且这种光敏元件可由光电二极管、光电晶体管、光栅或能够将光转换成像素信号(例如，电荷、电压或电流)的其它光敏电路来实现。像素块815可将光学图像信息变换为电图像信号，并且通过对应的列线将图像信号发送到相关双采样器820。每个像素块815可电连接到一条行线和一条列线。
相关双采样器820可保持从像素阵列810内的像素块815的像素接收到的电图像信号并且对其进行采样。例如，相关双采样器820可根据由定时发生器860提供的时钟信号对基准电压电平和从像素块815接收的电图像信号的电压电平进行采样，并且将与这两个电压电平之间的差对应的模拟信号发送到模数转换器830。
模数转换器830可将接收到的模拟信号转换为数字信号并将数字信号传输到缓冲器840。缓冲器840可存储或锁存从模数转换器830接收到的数字信号，并且将数字信号顺序输出到外部图像信号处理器。缓冲器840可包括用于临时存储或锁存数字信号的存储器以及用于将数字信号放大的感测放大器。
行驱动器850可根据从定时发生器860发送的定时信号来驱动像素阵列810中的像素块815的像素。例如，行驱动器850可生成选择信号以选择行线中的一条和/或生成驱动信号以驱动行线中的一条。
定时发生器860可生成定时信号，以控制相关双采样器820、模数转换器830、行驱动器850和斜坡信号发生器880。
控制寄存器870可生成控制信号，以控制缓冲器840、定时发生器860和斜坡信号发生器880。
斜坡信号发生器880可根据定时发生器860生成斜坡信号来控制电图像信号从模数转换器830输出到缓冲器840。
每个成像像素也可包括用于存储光生电荷的电荷储存区域，该电荷储存区域可被构造为例如在下面的示例中公开的浮置扩散区域。可在每个成像像素中包括附加电路，例如，用于将光生电荷从光电传感器传输到储存区域的传输晶体管以及在读出之后用于使电荷储存区域中的电荷复位的复位电路。
图2是例示根据所公开的技术的一实施方式的图像传感器的像素阵列的示例的表示的示意性布局图。参照图2，根据所公开的技术的实施方式的图像传感器的像素阵列可包括执行用于捕获图像的光学检测的多个图像像素块100以及检测所捕获的图像的相位的相位差检测像素。通过将相位差检测像素添加到像素阵列810来实现相位差检测。从相位差检测像素输出的信号用于检测由不同的相位差检测像素生成的信号之间的相位差。相位差检测像素包括以矩阵形式布置的左相位差检测像素块200L和右相位差检测像素块200R。
图像像素块100中的每一个可包括以矩阵形式布置成行和列的图像像素R、G1、G2和B。可在像素阵列810中的图像像素上布置不同滤色器的阵列，使得特定颜色的光被输入到每个像素。例如，图像像素块100中的每一个可包括用于捕获每个图像像素块100中的颜色信息的三个不同的滤色器。布置滤色器的颜色的一种示例方式是公知的具有重复的拜尔(Bayer)滤色器单元图案的拜尔滤色器图案，其中每个单元图案具有2个绿色滤色器像素、1个蓝色滤色器像素和1个红色滤色器像素。在图2中所示的示例中，基于拜尔图案在每个图像像素块100内提供红色像素R、第一绿色像素G1和第二绿色像素G2以及蓝色像素B。在成像像素的顶部，滤色器被设置为覆盖光敏像素，以在不同像素位置处将入射光过滤成不同的颜色以捕获所感测的图像中的颜色信息。图像像素块100中的每一个的红色像素R、第一绿色像素G1和第二绿色像素G2以及蓝色像素B可接收各个对应颜色的光并生成与这些颜色对应的光电子。
在该示例中，左相位差检测像素块200L和右相位差检测像素块200R位于距图像像素块100的不同位置处。左相位差检测像素块200L可包括红色像素R、第一绿色像素G1和第二绿色像素G2以及左相位差检测像素LP，并且右相位差检测像素块200R可包括红色像素R、第一绿色像素G1和第二绿色像素G2以及右相位差检测像素RP。左相位差检测像素LP和右相位差检测像素RP中的每一个可根据光的入射角来分析关于光的相位差的信息，并且可激活自动聚焦功能。
虽然在本实施方式中例示了左相位差检测像素LP和右相位差检测像素RP替换图像像素块100的蓝色像素B，但是其它实现方式也是可以的。例如，要注意的是，在本公开的其它实施方式中，左相位差检测像素LP和右相位差检测像素RP中的每一个可替换蓝色像素B之外的红色像素R、第一绿色像素G1和第二绿色像素G2中的一个。
图3A和图3B是例示根据所公开的技术的一实施方式的图像传感器的相位差检测像素块200L和200R的相位差检测像素LP和RP的示例的表示的示意性布局图。参照图3A和图3B，根据所公开的技术的实施方式的图像传感器的左相位差检测像素块200L可包括左相位差检测像素LP，并且右相位差检测像素块200R可包括右相位差检测像素RP。左相位差检测像素LP可包括位于左相位差检测像素LP的左侧上的开口O和位于左相位差检测像素LP的右侧上的引导图案G。右相位差检测像素RP可包括位于右相位差检测像素RP的左侧上的引导图案G和位于右相位差检测像素RP的右侧上的开口O。可修改开口O和引导图案G的位置。例如，在所公开的技术的另一实施方式中，右相位差检测像素RP可包括位于右相位差检测像素RP的左侧上的开口O和位于右相位差检测像素RP的右侧上的引导图案G，并且左相位差检测像素LP可包括位于左相位差检测像素LP的左侧上的引导图案G和位于左相位差检测像素LP的右侧上的开口O。
图4A至图4D是沿着图3A的线I-I'截取的左相位差检测像素块200L的纵向截面图。右相位差检测像素块200R具有与左相位差检测像素块200L对称的形式。因此，如图4A至图4D中所示的相位差检测像素块200A至200D的结构将被相应地应用于左相位差检测像素块200L和右相位差检测像素块200R。
参照图4A，根据所公开的技术的一实施方式的图像传感器的相位差检测像素块200A可包括基板10中的诸如光电二极管21和22之类的光电检测器或光敏元件、在基板10上形成在入射光的路径中以减少光反射并提高光电检测器或光敏元件(即，光电传感器)处的光收集效率的抗反射层30、栅格图案40、引导图案41、滤色器50、相位差检测过滤器55、衬里层60、涂覆层70和微透镜80。
基板10可包括单晶硅层，光电二极管21和22可以是N掺杂区域或者包括N掺杂区域，该N掺杂区域包括掺杂在基板10中的N型离子。光电二极管21和22可包括图像光电二极管21和相位差检测光电二极管22。图像光电二极管21可接收通过滤色器50透射的光并生成具有图像信息的光电子。相位差检测光电二极管22可生成具有关于通过相位差检测过滤器55透射的光的入射角的信息的光电子。在相位差检测光电二极管22中生成的光电子的量可根据通过相位差检测过滤器55透射的光的入射角而变化。基板10可包含掺杂的N型离子，并且光电二极管21和22之间的空间可包含掺杂的P型离子。
抗反射层30可包括以单层或多层层叠的平坦化的介电层。例如，抗反射层30可包括硅氮化物(SiN)层、硅氧化物(SiO2)层、硅氮氧化物(SiON)层、含碳的硅氧化物(SiCO)层、含碳的硅氮化物(SiCN)层、氧化铝(Al2O3)层、氧化铪(HfO2)层或氧化钽(Ta2O5)层中的至少一种或者其组合。
当从顶部观察时，栅格图案40可按照网格形式形成。栅格图案40可设置在滤色器50中的一个滤色器的下部与相位差检测过滤器55的下部之间并且将滤色器50的下部与相位差检测过滤器55的下部分开。例如，滤色器50和相位差检测过滤器55可被填充到由栅格图案40形成的空间中。栅格图案40可与光电二极管21和22之间的空间垂直对齐。栅格图案40可包含不透明材料，例如，诸如钨(W)之类的金属。
引导图案41可包括栅格部42和引导部43。栅格部42可具有与栅格图案40相同的形式。在一些实现方式中，栅格部42可以是栅格图案40的一部分。引导部43可从栅格部42延伸并且被设置成覆盖相位差检测光电二极管22的至少一部分。因此，引导部43可提供遮挡区域(blind region)，该遮挡区域通过覆盖相位差检测光电二极管22而部分地遮挡相位差检测光电二极管22。栅格部42和引导部43可在物理上和材料上进行集成。例如，引导图案41可包含与栅格图案40相同的材料。栅格部42和引导部43之间的虚拟边界由虚线表示。虚拟边界可与相位差检测光电二极管22的边缘对齐。在一些实现方式中，栅格部42可设置在相位差检测光电二极管22与图像光电二极管21之间的区域上方。
滤色器50可形成在栅格图案40之间。滤色器50可具有与图像光电二极管21垂直交叠并且对齐的部分。此外，滤色器50可具有与图像光电二极管21之间的空间垂直交叠并且部分地对齐的部分。滤色器50中的每一个可包括含有或包含红色颜料、绿色颜料或蓝色颜料中的一种的热固性树脂。例如，滤色器50可包含诸如聚苯乙烯基树脂、聚酰亚胺基树脂、聚硅氧烷基树脂、丙烯酸基树脂、环氧基树脂或其共聚物树脂之类的聚合材料或者硅氧化物基或硅氮化物基的无机材料。
相位差检测过滤器55的至少一部分可被衬里层60包围，并且形成在栅格图案40与引导图案41之间以及相邻的滤色器50之间。相位差检测过滤器55可与相位差检测光电二极管22垂直交叠。在一些实现方式中，相位差检测过滤器55可与相位差检测光电二极管22对齐。相位差检测过滤器55可包括白色过滤器、绿色过滤器或具有高透光率的透明有机或无机材料。例如，相位差检测过滤器55可包括不含颜料的热固性材料或含有绿色颜料的热固性材料。例如，相位差检测过滤器55可包含诸如聚苯乙烯基树脂、聚酰亚胺基树脂、聚硅氧烷基树脂、丙烯酸基树脂、环氧基树脂或其共聚物树脂之类的聚合材料或者硅氧化物基或硅氮化物基的无机材料。
衬里层60可被设置为包围相位差检测过滤器55的除了相位差检测过滤器55的顶表面之外的部分。衬里层60可具有与相位差检测过滤器55的形状对应的形状。例如，在如图4A所示的具体实现方式中，相位差检测过滤器55具有上部和下部，并且上部的宽度大于下部的宽度。衬里层60可形成在抗反射层30的暴露表面、栅格图案40和引导图案41的暴露侧壁和顶表面以及滤色器50的侧壁上。在一些实现方式中，衬里层60可从抗反射层30、栅格图案40和引导图案41的部分共形地延伸。例如，衬里层60可设置在抗反射层30的顶表面与相位差检测过滤器55的下部的底表面之间、栅格图案40的侧壁与相位差检测过滤器55的下部的侧壁之间以及栅格图案40的顶表面与相位差检测过滤器55的上部的底表面之间、滤色器50的侧壁与相位差检测过滤器55的上部的侧壁之间、引导图案41的引导部43的侧壁与相位差检测过滤器55的下部的侧壁之间以及引导图案41的引导部43的顶表面与相位差检测过滤器55的上部的底表面之间。换句话说，衬里层60可以以碗的形式覆盖相位差检测过滤器55的底表面和侧表面。衬里层60可包含诸如聚苯乙烯基树脂、聚酰亚胺基树脂、聚硅氧烷基树脂、丙烯酸基树脂、环氧基树脂或其共聚物树脂之类的聚合材料或者硅氧化物基或硅氮化物基的无机材料。
滤色器50、相位差检测过滤器55和衬里层60的顶表面可以是共面的。滤色器50和相位差检测过滤器55可具有基本相同或相似的折射率。衬里层60的折射率可低于滤色器50和相位差检测过滤器55的折射率。由于衬里层60的折射率低于相位差检测过滤器55的折射率，所以在衬里层60与相位差检测过滤器55之间的界面处可发生入射光的全反射。
涂覆层70可包含诸如聚酰亚胺基树脂、聚苯乙烯基树脂、丙烯酸基树脂或环氧基树脂或者其组合物之类的聚合有机材料或者诸如硅氧化物之类的无机材料。
微透镜80可被布置成与滤色器50和相位差检测过滤器55垂直对齐。例如，微透镜80可布置在图像光电二极管21和相位差检测光电二极管22上方。微透镜80可具有半球形表面。微透镜80可包含诸如聚酰亚胺基树脂、聚苯乙烯基树脂、丙烯酸基树脂或环氧基树脂或其组合物之类的聚合有机材料或者诸如硅氧化物之类的无机材料。例如，微透镜80可包含与涂覆层70相同的材料。
参照图4B，当与图4A所示的相位差检测像素块200A相比时，根据所公开的技术的一实施方式的图像传感器的相位差检测像素块200B可包括在开口O的底表面周围凹陷的抗反射层30。例如，抗反射层30可被部分地去除并且在开口O的底部处凹陷。当抗反射层30被部分地去除并凹陷时，通过相位差检测过滤器55透射的光入射到相位差检测光电二极管22上的透光率可增加。因此，当相位差检测光电二极管22的光接收量和光接收效率增加时，相位差检测光电二极管22的相位差检测灵敏度可变得优异。
参照图4C，当与图4B所示的相位差检测像素块200B比较时，根据所公开的技术的一实施方式的图像传感器的相位差检测像素块200C可包括在开口O的底部周围被完全去除的抗反射层30。因此，基板10的表面和衬里层60可彼此直接接触，而在基板10和衬里层60之间不具有抗反射层30。当相位差检测光电二极管22上方的抗反射层30被完全或部分去除时，入射在相位差检测光电二极管22上的光的透射率可进一步提高。
参照图4D，当与图4A至图4C所示的相位差检测像素块200A至200C相比较时，根据所公开的技术的一实施方式的图像传感器的相位差检测像素块200D可包括这样的衬里层60，该衬里层60沿相位差检测过滤器55的侧壁共形地形成并且未形成在相位差检测过滤器55的底表面上。参照图4D，衬里层60可设置在栅格图案40和引导图案41的侧壁和顶表面上以及滤色器50的侧壁上。衬里层60可不形成在抗反射层30的在开口O的底部处或开口O的底部周围的表面上。由于衬里层60不形成在开口O的底部处或底部周围，因此入射在相位差检测光电二极管22上的光的透射率可进一步提高。
图5A至图5D是沿着图3A中的线I-I'截取的左相位差检测像素块200L的纵向截面图的其它示例。如在图4A至图4D中一样，相位差检测像素块200E至200H的结构将相应地应用于左相位差检测像素块200L和右相位差检测像素块200R。参照图5A至图5D，除了图4A至图4D中所示的对应的相位差检测像素块200A至200D之外，根据所公开的技术的各种实施方式的图像传感器的相位差检测像素块200E至200H还可包括内部透镜85。内部透镜85可填充在栅格图案40与引导图案41的引导部43之间的空间中。因此，内部透镜85可填充在开口O中。内部透镜85可具有从引导图案41的引导部43的顶表面向上凸出地突起的半球形上表面。内部透镜85的折射率可高于相位差检测过滤器55的折射率。例如，内部透镜85可包括与微透镜80的材料相同的材料。在图5D中，内部透镜85的底表面可以与抗反射层30直接接触。
图6是示意性地例示相位差检测像素LP和RP中的光行进路径根据光的入射角而改变的图。
当第一光L1行进通过相位差检测过滤器55时，第一光L1到达相位差检测过滤器55与衬里层60之间的界面并且被全反射。经反射的第一光L1可入射在相位差检测光电二极管22上(参见实线箭头)。在没有形成衬里层60的情况下，由于第一光L1的一部分可前进到相邻的滤色器50(参见虚线箭头)，因此到达相位差检测过滤器55与光电二极管22之间的界面的光的量减少。由于相位差检测光电二极管22的光接收量减少，因此会增加串扰现象的影响。
第二光L2入射到与第一光L1不同的位置或路径。例如，第二光L2入射在栅格图案40的侧壁上和开口O中的衬里层60上。第二光L2可在相位差检测过滤器55与衬里层60之间的界面处被全反射，并且经反射的第二光L2可入射在相位差检测光电二极管22上(参见实线箭头)。在栅格图案40的侧壁上没有形成衬里层60的情况下，由于第二光L2的一部分可直接入射到栅格图案40上并被栅格图案40吸收，因此到达相位差检测光电二极管22的光的量可减少。因此，如果在栅格图案40上没有形成衬里层60，则会发生光的损耗。
第三光L3入射到与第一光L1和第二光L2不同的位置或路径。例如，第三光L3入射在引导图案41的引导部43的顶表面上，并且被引导图案41的引导部43的顶表面反射。利用引导图案41的引导部43的顶表面上的衬里层60，第三光L3可被引导图案41的引导部43的顶表面上的衬里层60部分地吸收，并且因此，可减少反射光的量。所反射的光可引起漫反射，和/或可被反射回来以引起炫光(flare)现象。因此，衬里层60可缓解图像传感器的炫光现象。
另外，在如图5A至图5D所示的存在内部透镜85的情况下，光路可通过内部透镜85进一步朝向相位差检测光电二极管22集中。
通过衬里层60，可增加入射在相位差检测光电二极管22上的光的量，因此，相位差检测光电二极管22的相位差检测灵敏度可变得优异。由于衬里层60抑制光被引导到相邻的滤色器50，因此可减少串扰现象。因为衬里层60减少了反射光的量，所以可减少和减轻由漫反射等引起的负面效应。
图7A至图7D是为帮助说明根据所公开的技术的一实施方式的用于制造图像传感器的方法的纵向截面图的示例的表示。
参照图7A，根据所公开的技术的实施方式的用于制造图像传感器的方法可包括：在基板10中形成光电二极管21和22；在基板10上形成抗反射层30；在抗反射层30上形成栅格图案40和引导图案41；以及形成滤色器50。
形成光电二极管21和22的步骤可包括在基板10中注入诸如磷(P)、砷(As)或硼(B)之类的杂质离子。
形成抗反射层30的步骤可包括通过执行沉积工艺在基板10上形成作为单层或多层的硅氮化物(SiN)层、硅氧化物(SiO2)层、硅氮氧化物(SiON)层、含氢和/或碳的硅氧化物(SiOH和/或SiOC)层或介电材料或其组合。在另一实施方式中，形成抗反射层30的步骤可包括在光电二极管21和22之间的空间中形成沟槽并在沟槽中填充抗反射材料。
形成栅格图案40和引导图案41的步骤可包括：通过执行沉积工艺在抗反射层30上形成栅格材料层，然后执行光刻工艺和蚀刻工艺。引导图案41可包括作为栅格图案40的一部分的栅格部42和从栅格部42延伸的引导部43。在一些实现方式中，栅格部42可具有与栅格图案40相同的形式。栅格部42与引导部43之间的边界由虚线表示。栅格材料层可包含诸如钨(W)之类的金属或不透明材料。
形成滤色器50的步骤可包括：在由栅格图案40和引导图案41形成的空间中填充滤色器材料，并烘焙滤色器材料。滤色器材料可包含红色颜料、绿色颜料或蓝色颜料中的一种以及热固性聚合有机材料。
可形成由栅格图案40和引导图案41的引导部43限定的开口O。开口O可使抗反射层30的顶表面部分地暴露。
参照图7B，该方法还可包括通过执行沉积工艺、涂覆工艺和/或烘焙工艺在整个表面上共形地形成衬里材料层60a。衬里材料层60a可共形地形成在滤色器50的暴露的顶表面和侧表面上、栅格图案40和引导图案41的暴露的顶表面和侧表面上以及抗反射层30的暴露的顶表面上。衬里材料层60a可包含诸如聚苯乙烯基树脂、聚酰亚胺基树脂、聚硅氧烷基树脂、丙烯酸基树脂或环氧基树脂或者其共聚物树脂之类的聚合材料或者硅氧化物基或硅氮化物基的无机材料。
参照图7C，该方法还可以包括通过执行沉积工艺、涂覆工艺和/或烘焙工艺在衬里材料层60a上形成相位差检测过滤器材料层55a。相位差检测过滤器材料层55a可包含诸如聚苯乙烯基树脂、聚酰亚胺基树脂、聚硅氧烷基树脂、丙烯酸基树脂或环氧基树脂或者其共聚物树脂之类的聚合材料或者硅氧化物基或硅氮化物基的无机材料。
参照图7D，该方法还可包括：通过执行诸如回蚀或CMP(化学机械抛光)之类的平坦化工艺来使滤色器50、相位差检测过滤器材料层55a和衬里材料层60a的顶表面平坦。滤色器50、相位差检测过滤器55和衬里层60的顶表面可以是共面的。此后，该方法还可包括：通过参照图4A执行涂覆工艺和烘焙工艺，在共面的滤色器50、相位差检测过滤器55和衬里层60上形成涂覆层70和微透镜80。形成涂覆层70和微透镜80的步骤可包括：执行沉积工艺、涂覆工艺、回流工艺和/或烘焙工艺。涂覆层70和微透镜80可包含诸如聚苯乙烯基树脂、聚酰亚胺基树脂、聚硅氧烷基树脂、丙烯酸基树脂或环氧基树脂或者其共聚物树脂之类的聚合材料或者硅氧化物基或硅氮化物基的无机材料。
图8至图10是为帮助说明根据所公开的技术的实施方式的用于制造图像传感器的方法的纵向截面图的示例的表示。
参照图8，根据所公开的技术的一实施方式的用于制造图像传感器的方法可包括：通过执行以上参照图7A描述的过程，在基板10中形成光电二极管21和22，在基板10上形成抗反射层30，在抗反射层30上形成栅格图案40和引导图案41并且形成滤色器50，并且通过附加执行回蚀工艺来部分地去除在开口O中暴露的抗反射层30并使所暴露的抗反射层30凹陷。此后，该方法还可包括：通过执行以上参照图7B至图7D描述的过程来形成衬里层60和相位差检测过滤器55，并且通过参照图4B形成涂覆层70和微透镜80。
参照图9，根据所公开的技术的一实施方式的用于制造图像传感器的方法可包括：通过执行以上参照图7A描述的过程，在基板10中形成光电二极管21和22，在基板10上形成抗反射层30，在抗反射层30上形成栅格图案40和引导图案41并且形成滤色器50，并且通过附加执行回蚀工艺来去除在开口O中暴露的抗反射层30，从而使基板10的顶表面暴露。此后，该方法还可包括：通过执行以上参照图7B至图7D描述的过程来形成衬里层60和相位差检测过滤器55，并且通过参照图4B形成涂覆层70和微透镜80。
参照图10，根据所公开的技术的一实施方式的用于制造图像传感器的方法可包括：通过执行以上参照图7A和图8描述的过程，在基板10中形成光电二极管21和22，在基板10上形成抗反射层30，在抗反射层30上形成栅格图案40和引导图案41并且形成滤色器50，通过附加执行回蚀工艺来部分地去除在开口O中暴露的抗反射层30并使所暴露的抗反射层30凹陷，在凹陷的抗反射层30的表面上、在栅格图案40和引导图案41的侧表面和顶表面上以及滤色器50的侧表面和顶表面上共形地形成衬里材料层60a，形成使开口O的底部暴露的掩模图案M，并且通过执行蚀刻工艺来去除开口O的底部处的衬里材料层60a。在该过程中，暴露于开口O的底部的抗反射层30可被部分去除并凹陷。此后，可去除掩模图案M。
然后，该方法还可包括：通过执行以上参照图7B至图7D描述的过程来形成衬里层60和相位差检测过滤器55，并且通过参照图4D形成涂覆层70和微透镜80。
图11A至图11D是为了帮助说明根据所公开的技术的实施方式的用于制造图像传感器的方法的纵向截面图的示例的表示。
参照图11A，根据本公开的一实施方式的用于制造图像传感器的方法可包括：在执行以上参照图7A和图7B所描述的过程之后，通过执行沉积工艺、涂覆工艺、挤压工艺、回流工艺和/或烘焙工艺，在衬里材料层60a上形成填充开口O的内部透镜85。内部透镜85可包含诸如聚苯乙烯基树脂、聚酰亚胺基树脂、聚硅氧烷基树脂、丙烯酸基树脂或环氧基树脂或者其共聚物树脂之类的聚合材料或者硅氧化物基或硅氮化物基的无机材料。然后，该方法可包括：执行以上参照图7C和图7D描述的过程，并且通过参照图5A形成涂覆层70和微透镜80。
参照图11B，根据所公开的技术的一实施方式的用于制造图像传感器的方法可包括：在执行以上参照图7A和图8所描述的过程之后，在衬里材料层60a上形成填充开口O的内部透镜85。
参照图11C，根据所公开的技术的一实施方式的用于制造图像传感器的方法可包括：在执行以上参照图7A和图9所描述的过程之后，在衬里材料层60a上形成填充开口O的内部透镜85。
参照图11D，根据所公开的技术的一实施方式的用于制造图像传感器的方法可包括：在执行以上参照图7A、图8和图10所描述的过程之后，在衬里材料层60a上形成填充开口O的内部透镜85。
图12是示意性地例示包括基于所公开的技术的一实施方式的图像传感器的电子设备的示例的表示的图。
参照图12，包括基于所公开的技术的实施方式的图像传感器的电子设备可以是能够拍摄静止图像或运动照片的相机。电子设备900可包括光学系统(或光学透镜)910、快门单元911、图像传感器800、用于控制/驱动图像传感器800和快门单元911的驱动单元913以及信号处理单元912。
光学系统910将图像光(入射光)从物体引导至图像传感器800的像素阵列(参见图1的附图标记810)。光学系统910可由多个光学透镜构造。快门单元911控制图像传感器800的光照射时段和光遮蔽时段。驱动单元913控制图像传感器800的传输操作和快门单元911的快门操作。信号处理单元912对于从图像传感器800输出的信号执行各种信号处理。信号处理后的图像信号Dout可被存储在诸如存储器之类的存储介质中或者被输出到监视器等。
虽然本专利文档包含许多细节，但这些细节不应被解释为对任何实现方式或可要求保护的范围的限制，而是作为对所公开的技术的具体实施方式所特有的特征的描述。在本专利文档中在单独实施方式的背景下描述的某些特征也可在单个实施方式中组合实现。相反，在单个实施方式的背景下描述的各种特征也可在多个实施方式中单独地或以任何合适的子组合来实现。此外，尽管特征可在上面被描述为以特定组合起作用并且甚至最初如此声明，但是在一些情况下,来自所要求保护的组合的一个或更多个特征可从组合中排除，并且所要求保护的组合可针对子组合或子组合的变型。
类似地，尽管在附图中以特定顺序描绘了操作，但是这不应该被理解为要求以所示的特定顺序或按顺序执行这些操作，或者执行所有示出的操作，以实现所描述的结果。此外，在本专利文档中描述的实施方式中的各种系统组件的分离不应被理解为在所有实施方式中都需要这种分离。仅描述了一些实现方式和示例。可基于本专利文档中描述和说明的内容来进行其它实现、增强和变型。
相关申请的交叉引用
本专利文档要求于2018年3月26日提交的韩国专利申请No.10-2018-0034371的优先权，该韩国专利申请的全部内容通过引用并入本文中。

Claims (21)

1.一种图像传感器，该图像传感器包括：
基板；
图像光电传感器，所述图像光电传感器形成在所述基板中以接收入射光并产生表示所接收的所述入射光的用于形成图像的部分的图像信号；
相位差检测光电传感器，所述相位差检测光电传感器形成在所述基板中以接收所述入射光的一部分以将所接收的光转换为表示所述图像的相位的相位差检测信号；
抗反射层，所述抗反射层形成在所述基板上方以减少由所述图像光电传感器和所述相位差检测光电传感器接收的所述入射光的光学反射；
栅格图案和引导图案，所述栅格图案和所述引导图案形成在所述抗反射层上方；
滤色器，所述滤色器形成在所述抗反射层和所述图像光电传感器上方，以使所述入射光中的选定颜色的光透射以到达用于产生所述图像信号的所述图像光电传感器；
相位差检测过滤器，所述相位差检测过滤器形成在所述抗反射层和所述相位差检测光电传感器上方，以使所述入射光中的选定颜色的光透射以到达用于产生所述相位差检测信号的所述相位差检测光电传感器；
衬里层，所述衬里层由折射率低于所述相位差检测过滤器的折射率的透明层形成并且被设置为使由所述相位差检测过滤器过滤的光透射，所述衬里层被构造为包括位于所述滤色器与所述相位差检测过滤器之间的部分；以及
内部透镜，所述内部透镜位于所述栅格图案与所述引导图案的引导部之间，以将光引导至所述相位差检测光电传感器中。
2.根据权利要求1所述的图像传感器，
其中，所述衬里层包括设置在所述栅格图案与所述相位差检测过滤器之间的部分以及设置在所述引导图案与所述相位差检测过滤器之间的部分。
3.根据权利要求2所述的图像传感器，
其中，所述衬里层包括形成在所述抗反射层与所述相位差检测过滤器之间的部分。
4.根据权利要求1所述的图像传感器，
其中，所述引导图案包括设置在所述图像光电传感器与所述相位差检测光电传感器之间的空间上方的栅格部以及部分地覆盖所述相位差检测光电传感器的引导部。
5.根据权利要求1所述的图像传感器，
其中，所述衬里层具有比所述滤色器的折射率低的折射率。
6.根据权利要求1所述的图像传感器，
其中，所述抗反射层的与所述衬里层接触的顶表面是凹陷的。
7.根据权利要求1所述的图像传感器，
其中，所述衬里层包围所述相位差检测过滤器的侧表面。
8.根据权利要求7所述的图像传感器，
其中，所述衬里层包围所述相位差检测过滤器的侧表面和底表面。
9.根据权利要求1所述的图像传感器，
其中，所述滤色器、所述相位差检测过滤器和所述衬里层的顶表面是共面的。
10.一种图像传感器，该图像传感器包括：
抗反射层，所述抗反射层形成在基板上方；
多个栅格图案和引导图案，所述多个栅格图案和所述引导图案被设置在所述抗反射层上方；
滤色器，所述滤色器在所述多个栅格图案之间；
相位差检测过滤器，所述相位差检测过滤器被构造为包括在所述多个栅格图案中的一个栅格图案与所述引导图案之间的部分；以及
衬里层，所述衬里层被形成为包括在所述多个栅格图案中的一个栅格图案与所述相位差检测过滤器之间的部分；以及
内部透镜，所述内部透镜位于所述多个栅格图案和所述引导图案之间，以将光引导至相位差检测光电传感器中，
其中，所述衬里层具有比所述相位差检测过滤器的折射率低的折射率。
11.根据权利要求10所述的图像传感器，
其中，所述衬里层包括形成在所述滤色器与所述相位差检测过滤器之间的部分。
12.根据权利要求10所述的图像传感器，
其中，所述衬里层包括形成在所述引导图案与所述相位差检测过滤器之间的部分。
13.根据权利要求10所述的图像传感器，
其中，所述衬里层包括形成在所述抗反射层与所述相位差检测过滤器之间的部分。
14.根据权利要求10所述的图像传感器，该图像传感器还包括：
涂覆层和微透镜，所述涂覆层和微透镜形成在所述滤色器、所述相位差检测过滤器和所述衬里层的顶表面上方，
其中，所述滤色器、所述相位差检测过滤器和所述衬里层的顶表面是共面的。
15.根据权利要求10所述的图像传感器，
其中，所述衬里层包含聚合有机材料。
16.一种图像传感器，该图像传感器包括：
基板，所述基板包括图像光电二极管和相位差检测光电二极管，所述图像光电二极管接收入射光并产生表示所接收的所述入射光的用于形成图像的部分的图像信号，所述相位差检测光电二极管接收所述入射光的一部分以将所接收的光转换成表示所述图像的相位的相位差检测信号；
抗反射层，所述抗反射层被设置在所述基板上方；
滤色器，所述滤色器被设置在所述抗反射层上方并且与所述图像光电二极管交叠，以对入射到所述图像光电二极管的光进行过滤；
相位差检测过滤器，所述相位差检测过滤器被设置在所述抗反射层上方并且与所述相位差检测光电二极管交叠，以对入射到所述相位差检测光电二极管的光进行过滤；
衬里层，所述衬里层被形成为与所述相位差检测过滤器接触以包括位于所述滤色器与所述相位差检测过滤器之间的部分；
栅格图案，所述栅格图案被设置在所述滤色器与所述相位差检测过滤器之间以及所述抗反射层上方；以及
内部透镜，所述内部透镜位于所述栅格图案与引导图案的引导部之间，以将光引导至所述相位差检测光电二极管中，
其中，所述衬里层具有比所述相位差检测过滤器的折射率和所述滤色器的折射率低的折射率。
17.根据权利要求16所述的图像传感器，其中，所述衬里层包括在所述栅格图案与所述相位差检测过滤器之间的部分。
18.根据权利要求16所述的图像传感器，该图像传感器还包括：
引导图案，所述引导图案被设置在所述抗反射层上方以及所述滤色器与所述相位差检测过滤器之间，
其中，所述引导图案包括栅格部和引导部，所述引导部从所述栅格部延伸并覆盖所述相位差检测光电二极管的一部分，并且
其中，所述衬里层包括在所述引导图案与所述相位差检测过滤器之间的部分。
19.根据权利要求16所述的图像传感器，
其中，所述衬里层包括在所述抗反射层与所述相位差检测过滤器之间的部分。
20.一种图像传感器，该图像传感器包括：
抗反射层，所述抗反射层形成在基板上方；
多个栅格图案和引导图案，所述多个栅格图案和所述引导图案被设置在所述抗反射层上方；
滤色器，所述滤色器在所述多个栅格图案之间；
相位差检测过滤器，所述相位差检测过滤器被构造为包括在所述多个栅格图案中的一个栅格图案与所述引导图案之间的部分；以及
衬里层，所述衬里层被形成为包括在所述多个栅格图案中的一个栅格图案与所述相位差检测过滤器之间的部分，
其中，所述衬里层具有比所述相位差检测过滤器的折射率低的折射率，并且
其中，所述抗反射层的与所述衬里层接触的顶表面是凹陷的。
21.根据权利要求20所述的图像传感器，
其中，所述衬里层的凹陷部分与所述基板的表面接触，而在基板与所述衬里层之间没有所述抗反射层。
CN201811478824.4A 2018-03-26 2018-12-05 包括具有衬里层的相位差检测像素的图像传感器 Active CN110365919B (zh)

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