CN113823652B - 带有pdaf功能的cmos图像传感器 - Google Patents
带有pdaf功能的cmos图像传感器 Download PDFInfo
- Publication number
- CN113823652B CN113823652B CN202111094166.0A CN202111094166A CN113823652B CN 113823652 B CN113823652 B CN 113823652B CN 202111094166 A CN202111094166 A CN 202111094166A CN 113823652 B CN113823652 B CN 113823652B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- pdaf
- photodiodes
- photodiode
- color filter
- image sensor
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims abstract description 43
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims abstract description 19
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims abstract description 19
- 238000000034 method Methods 0.000 claims abstract description 17
- 239000003086 colorant Substances 0.000 claims abstract description 8
- 238000005468 ion implantation Methods 0.000 claims description 24
- 238000002955 isolation Methods 0.000 claims description 21
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 7
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 6
- 239000012212 insulator Substances 0.000 description 6
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 229910052732 germanium Inorganic materials 0.000 description 4
- GNPVGFCGXDBREM-UHFFFAOYSA-N germanium atom Chemical compound [Ge] GNPVGFCGXDBREM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 4
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 4
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 4
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 3
- 238000003384 imaging method Methods 0.000 description 3
- 239000000463 material Substances 0.000 description 3
- JBRZTFJDHDCESZ-UHFFFAOYSA-N AsGa Chemical compound [As]#[Ga] JBRZTFJDHDCESZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- GYHNNYVSQQEPJS-UHFFFAOYSA-N Gallium Chemical compound [Ga] GYHNNYVSQQEPJS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910001218 Gallium arsenide Inorganic materials 0.000 description 2
- 230000002238 attenuated effect Effects 0.000 description 2
- 238000005137 deposition process Methods 0.000 description 2
- 230000009977 dual effect Effects 0.000 description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- 229910052733 gallium Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000002513 implantation Methods 0.000 description 2
- 229910052738 indium Inorganic materials 0.000 description 2
- APFVFJFRJDLVQX-UHFFFAOYSA-N indium atom Chemical compound [In] APFVFJFRJDLVQX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 2
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 2
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 2
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 2
- HBMJWWWQQXIZIP-UHFFFAOYSA-N silicon carbide Chemical compound [Si+]#[C-] HBMJWWWQQXIZIP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910010271 silicon carbide Inorganic materials 0.000 description 2
- -1 and the like Substances 0.000 description 1
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 1
- 238000001914 filtration Methods 0.000 description 1
- 239000011368 organic material Substances 0.000 description 1
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 description 1
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
- H01L27/14—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
- H01L27/144—Devices controlled by radiation
- H01L27/146—Imager structures
- H01L27/14601—Structural or functional details thereof
- H01L27/1462—Coatings
- H01L27/14621—Colour filter arrangements
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
- H01L27/14—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
- H01L27/144—Devices controlled by radiation
- H01L27/146—Imager structures
- H01L27/14601—Structural or functional details thereof
- H01L27/14603—Special geometry or disposition of pixel-elements, address-lines or gate-electrodes
- H01L27/14605—Structural or functional details relating to the position of the pixel elements, e.g. smaller pixel elements in the center of the imager compared to pixel elements at the periphery
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
- H01L27/14—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
- H01L27/144—Devices controlled by radiation
- H01L27/146—Imager structures
- H01L27/14601—Structural or functional details thereof
- H01L27/14618—Containers
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
- H01L27/14—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
- H01L27/144—Devices controlled by radiation
- H01L27/146—Imager structures
- H01L27/14601—Structural or functional details thereof
- H01L27/14625—Optical elements or arrangements associated with the device
- H01L27/14627—Microlenses
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
- H01L27/14—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
- H01L27/144—Devices controlled by radiation
- H01L27/146—Imager structures
- H01L27/14601—Structural or functional details thereof
- H01L27/1463—Pixel isolation structures
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
- H01L27/14—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
- H01L27/144—Devices controlled by radiation
- H01L27/146—Imager structures
- H01L27/14601—Structural or functional details thereof
- H01L27/14634—Assemblies, i.e. Hybrid structures
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Computer Hardware Design (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Solid State Image Pick-Up Elements (AREA)
Abstract
本发明提供一种带有PDAF功能的CMOS图像传感器，包括：PDAF像素；其由上至下依次包括微透镜、介质导光层及衬底层；介质导光层中设置有金属栅格，将进入介质导光层中的光分成左右两部分，衬底层中由上至下依次设置有PDAF光电二极管及信号采集光电二极管。通过金属栅格将入射光一分为二，同时在衬底层中设置处于不同深度的光电二极管，基于不同深度的光电二极管可吸收不同颜色的光信号，可使分隔为左右两部分的入射光分别被采集，从而同时实现对焦信号与拍摄信号的采集，将自动对焦过程中损失的信号有效收集；另外，由于不需要将一个PDAF光电二极管一分为二实现聚焦，从而不存在井口变小，缓解满井容量急剧衰减、动态范围严重衰减的问题。
Description
技术领域
本发明涉及半导体制造技术领域，特别是涉及一种带有PDAF功能的CMOS图像传感器。
背景技术
随着智能手机的日益普及，人们对移动智能终端的图像拍摄效果也提出了越来越高的要求，在一些动态场景中，能够实现快速对焦，并且清晰地抓拍下一些转瞬即逝的影像，成为越来越多人的需求。同时，应对多变场景，对于高动态范围，高感光度的要求也越来越高。
目前比较先进的对焦技术是相位检测自动对焦(PDAF)技术，可以实现更加快速的对焦。目前，PDAF主要有三种模式：第一种为如图1所示的shield PD模式，图中的屏蔽结构32(即黑色部分)屏蔽掉PDAF像素30一半的感光区域，只获得一半信号，其需要另外的PDAF像素屏蔽掉另一半信号，从而得到完整的相位差信息，该模式shield PD越多，对焦越快，但信号损失越严重，暗光下对焦困难；第二种为如图2所示的super PD模式，即将相邻的PD33共有一个微透镜31得到相位差信息，一般在绿色(G)PDAF像素30上处理，同样的，二合一的PD33越多，对焦越快，但信号损失越严重；第三种为如图3所示的dual PD模式，即将同一个PDAF像素30底部的感光区域PD33(即光电二极管)一分为二，在同一个PDAF像素30内即可完成相位信息捕获，dual PD也叫2PD、全像素双核对焦，这种像素覆盖率100％，所以对焦体验最佳，但由于将光电二极管一分为二，井口变小，FWC(满井容量)急剧衰减，dynamic range衰减严重，拍照非常容易过曝。
发明内容
鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种带有PDAF功能的CMOS图像传感器，用于解决现有技术中的CMOS图像传感器自动对焦过程信号损失较大或满井容量较小、动态范围衰减严重等的问题。
为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种带有PDAF功能的CMOS图像传感器，所述图像传感器包括：PDAF像素；
所述PDAF像素由上至下依次包括微透镜、介质导光层及衬底层；其中，所述介质导光层中设置有金属栅格，将进入所述介质导光层中的光分成左右两部分，所述衬底层中由上至下依次设置有PDAF光电二极管及信号采集光电二极管；入射光通过所述微透镜准直聚焦后进入所述介质导光层被分成左右两部分入射光，然后进入所述衬底层内的所述PDAF光电二极管实现对焦信号采集，剩余部分的入射光进入所述信号采集光电二极管实现拍摄信号采集。
可选地，所述介质导光层设置为由所述金属栅格隔开的第一颜色滤光镜及第二颜色滤光镜，且所述第一颜色滤光镜及所述第二颜色滤光镜为不同颜色的滤光镜；所述图像传感器至少包括一对所述PDAF像素，且一对所述PDAF像素中所述第一颜色滤光镜及所述第二颜色滤光镜位置相反。
进一步地，所述PDAF光电二极管及所述信号采集光电二极管为有机光电二极管或通过离子注入工艺形成的光电二极管。
进一步地，所述PDAF光电二极管及所述信号采集光电二极管为通过离子注入工艺形成的光电二极管，且所述PDAF光电二极管及所述信号采集光电二极管之间形成有隔离结构。
进一步地，采用离子注入的隔离方式或SOI结构形成所述隔离结构。
可选地，所述第一颜色滤光镜及所述第二颜色滤光镜为红-蓝滤光镜或红-绿滤光镜或蓝-绿滤光镜。
可选地，所述PDAF光电二极管包括沿左右方向设置的两个子PDAF光电二极管，所述PDAF光电二极管下方依次设置有至少一个所述信号采集光电二极管，所述图像传感器至少包括一个所述PDAF像素。
进一步地，所述子PDAF光电二极管及所述信号采集光电二极管为通过离子注入工艺形成的光电二极管。
可选地，两所述子PDAF光电二极管之间、所述PDAF光电二极管与所述信号采集光电二极管之间及相邻两所述信号采集光电二极管之间设置有隔离结构。
进一步地，采用离子注入的隔离方式或SOI结构形成所述隔离结构。
如上所述，本发明的带有PDAF功能的CMOS图像传感器，设置有PDAF像素，通过金属栅格将入射光一分为左右两部分，同时在衬底层中设置处于不同深度的PDAF光电二极管及信号采集光电二极管，基于不同深度的光电二极管可吸收不同颜色的光信号，较浅深度的光电二极管吸收短波长的光信号，较深深度的光电二极管吸收长波长的光信号，可使分隔为左右两部分的入射光分别被PDAF光电二极管及信号采集光电二极管采集，从而同时实现对焦信号与拍摄信号的采集，将自动对焦过程中损失的信号有效收集，在保证自动聚焦功能的前提下提高图像传感器的成像质量；另外，由于不需要将一个PDAF光电二极管一分为二实现聚焦，从而不存在井口变小，缓解满井容量急剧衰减、动态范围严重衰减的问题。
附图说明
图1至图3显示为现有技术中的PDAF像素的结构示意图。
图4、图5显示为本发明实施例一的带有PDAF功能的CMOS图像传感器中PDAF像素的结构示意图。
图6显示为本发明实施例一的带有PDAF功能的CMOS图像传感器中像素阵列的排布示意图。
图7、图8显示为本发明实施例二的带有PDAF功能的CMOS图像传感器中PDAF像素的结构示意图。
图9显示为本发明实施例三的带有PDAF功能的CMOS图像传感器中PDAF像素的结构示意图。
元件标号说明
10 像素阵列
11 PDAF像素
12 微透镜
13 介质导光层
130 透明介质
14 金属栅格
15 第一颜色滤光镜
16 第二颜色滤光镜
17 衬底层
170 基底
18 PDAF光电二极管
180 子PDAF光电二极管
19 信号采集光电二极管
20 隔离结构
21 深沟槽隔离结构
22 信号采集像素
30 PDAF像素
31 微透镜
32 屏蔽结构
33 PD
具体实施方式
以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。
如在详述本发明实施例时，为便于说明，表示器件结构的剖面图会不依一般比例作局部放大，而且所述示意图只是示例，其在此不应限制本发明保护的范围。此外，在实际制作中应包含长度、宽度及深度的三维空间尺寸。
为了方便描述，此处可能使用诸如“之下”、“下方”、“低于”、“下面”、“上方”、“上”等的空间关系词语来描述附图中所示的一个元件或特征与其他元件或特征的关系。将理解到，这些空间关系词语意图包含使用中或操作中的器件的、除了附图中描绘的方向之外的其他方向。此外，当一层被称为在两层“之间”时，它可以是所述两层之间仅有的层，或者也可以存在一个或多个介于其间的层。本文使用的“介于……之间”表示包括两端点值。
在本申请的上下文中，所描述的第一特征在第二特征“之上”的结构可以包括第一和第二特征形成为直接接触的实施例，也可以包括另外的特征形成在第一和第二特征之间的实施例，这样第一和第二特征可能不是直接接触。
请参阅图4至图9。需要说明的是，本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，遂图示中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可根据实际需要进行改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。
一般地，带有PDAF功能的CMOS图像传感器包括像素阵列，该像素阵列包括图形传感像素和相位检测像素，图像传感像素配置为拍摄信号，包括形状、颜色等等，相位检测像素配置为检测用于进行聚焦操作的图像位置。相位检测像素使CMOS图像传感器具有自动聚焦功能，如背景技术中所述，其带来的缺点是信号损失较大或满阱容量较小、动态范围衰减严重。
基于此，本发明提供一种带有PDAF功能的CMOS图像传感器，所述图像传感器包括：PDAF像素；
所述PDAF像素由上至下依次包括微透镜、介质导光层及衬底层；其中，所述介质导光层中设置有金属栅格，将进入所述介质导光层中的光分成左右两部分，所述衬底层中由上至下依次设置有PDAF光电二极管及信号采集光电二极管；入射光通过所述微透镜准直聚焦后进入所述介质导光层被分成左右两部分入射光，然后进入所述衬底层内的所述PDAF光电二极管实现对焦信号采集，剩余部分的入射光进入所述信号采集光电二极管实现拍摄信号采集。
本发明的带有PDAF功能的CMOS图像传感器，设置所述PDAF像素，通过金属栅格将入射光一分为左右两部分，同时在衬底层中设置处于不同深度的PDAF光电二极管及信号采集光电二极管，基于不同深度的光电二极管吸收不同颜色的光信号，较浅深度的光电二极管吸收短波长的光信号，较深深度的光电二极管吸收长波长的光信号，可使分隔为左右两部分的入射光分别被PDAF光电二极管及信号采集光电二极管采集，从而同时实现对焦信号与拍摄信号的采集，将自动对焦过程中损失的信号有效收集，在保证自动聚焦功能的前提下提高图像传感器的成像质量；另外，由于不需要将一个PDAF光电二极管一分为二实现聚焦，从而不存在井口变小，缓解满井容量急剧衰减、动态范围严重衰减的问题。
下面结合具体实施例进一步对本发明的带有PDAF功能的CMOS图像传感器进行说明，实施例一
如图4至图6所示，本实施例提供一种带有PDAF功能的CMOS图像传感器，所述图像传感器包括PDAF像素11，所述PDAF像素11由上至下依次包括微透镜12、介质导光层13及衬底层17；
所述介质导光层13设置为由金属栅格13隔开的第一颜色滤光镜15及第二颜色滤光镜16，且所述第一颜色滤光镜15及所述第二颜色滤光镜16为不同颜色的滤光镜，从而使通过微透镜12准直聚焦的入射光进入所述介质导光层13后，在所述金属栅格13的隔离下分为左右两部分入射光，且进入至不同颜色滤光镜的入射光在滤光镜的过滤下只能允许相应颜色的光进入所述衬底层17，例如当所述第一颜色滤光镜15为红色滤光镜时只能允许红色的光进入所述衬底层17，当所述第二滤光镜16为蓝色滤光镜时只能允许蓝色的光进入所述衬底层17；
所述衬底层17中由上至下依次设置有PDAF光电二极管18及信号采集光电二极管19；
如图6所示，所述图像传感器至少包括一对所述PDAF像素11，且一对所述PDAF像素11中所述第一颜色滤光镜15及所述第二颜色滤光镜16位置相反。例如图6示出的4×4像素阵列10中，具有两对所述PDAF像素11，其中，每对所述PDAF像素11中所述第一颜色滤光镜15及所述第二颜色滤光镜16位置相反(如图4及图5所示)，从而使每对所述PDAF像素11中的PDAF光电二极管18接收的辐射具有相位差，据此确定图像传感器的聚焦情况。
如图4及图5所示，入射光通过所述微透镜12准直聚焦后进入所述介质导光层13，介质导光层13中的金属栅格14将入射光分隔为左右两部分，该左右两部分的入射光分别经所述第一颜色滤光镜15及所述第二颜色滤光镜16的滤光后进入所述衬底层17中的光电二极管中，图4及图5中设定经所述第一颜色滤光镜15滤光后的光波长大于经所述第二颜色滤光镜16滤光后的光波长，所以经所述第一颜色滤光镜15滤光后的光将被所述信号采集光电二极管19采集，经所述第二颜色滤光镜16滤光后的光将被所述PDAF光电二极管18采集，由于每对PDAF像素11中所述第一颜色滤光镜15及所述第二颜色滤光镜16位置相反，从而每对所述PDAF像素11中的PDAF光电二极管18接收的辐射具有相位差，据此可确定图像传感器的聚焦情况。
这里需要说明的，图像传感器中像素阵列的大小根据实际需要进行设置，图6的4×4像素阵列10仅是为了便于理解提供的一种示意图，不能用于限制本实施例的范围。另外，像素阵列中，PDAF像素的对数设计同样根据实际需要进行设置，只要是成对出现即可，在此不做限制，例如图6中示意出了两对所述PDAF像素11。
作为示例，所述第一颜色滤光镜15及所述第二颜色滤光镜16可以选择现有常见的滤光镜，只要两者为不同颜色的滤光镜，例如可以为红-蓝滤光镜或红-绿滤光镜或蓝-绿滤光镜。作为一较佳示例，所述第一颜色滤光镜15及所述第二颜色滤光镜16选择为红-蓝滤光镜，由于两者之间的波长相差较大，不同光电二极管之间信号采集影响较小，即所述第一颜色滤光镜15可以为红色滤光镜，所述第二颜色滤光镜16可以为蓝色滤光镜(如图4及图5所示)，或者所述第二颜色滤光镜16可以为红色滤光镜，所述第一颜色滤光镜15可以为蓝色滤光镜。
如图4及图5所示，所述PDAF光电二极管18及所述信号采集光电二极管19为通过离子注入工艺形成的光电二极管。该离子注入工艺为现有常规的制备光电二极管的过程，在具体实施中一般包括：提供轻掺杂的半导体衬底，所述半导体衬底可以为硅衬底，或者锗、锗化硅、碳化硅、砷化镓、镓化铟，还可以为绝缘体表面的硅衬底、绝缘体表面的锗衬底或者是生长有外延层的衬底等适当的应用于图像传感器的材料；然后通过向所述半导体衬底进行离子注入形成光电二极管，通过控制离子注入的能量和浓度，能够控制离子注入的深度和注入范围，从而控制形成的所述PDAF光电二极管18及所述信号采集光电二极管19的深度和厚度。较佳地，所述PDAF光电二极管18及所述信号采集光电二极管19之间形成有隔离结构20，一般可采用离子注入的隔离方式或SOI结构形成该隔离结构20，以降低两者之间的串扰。相邻两像素之间还可设置深沟槽隔离21，以防止相邻两像素之间的串扰。
这里需要说明的是，所述第一颜色滤光镜15及所述第二颜色滤光镜16的大小可以根据需要进行选择，即两个可以大小相同(如图4及图5所示)，也可以大小不同。
实施例二
如图6至图8所示，本实施例提供一种带有PDAF功能的CMOS图像传感器，本实施例的图像传感器的结构及原理与实施例一的结构及原理基本相同，不同在于，所述PDAF光电二极管18及所述信号采集光电二极管19为有机光电二极管。
该有机光电二极管采用现有常规的沉积工艺形成，在具体实施例中一般包括：提供基底170；然后采用现有常规的沉积工艺于所述基底170上依次形成所述信号采集光电二极管19及所述PDAF光电二极管18，从而形成所述衬底层17。有机光电二极管的材料采用现有常规的适于图像传感器的有机材料。
实施例三
如图9所示，本实施例提供一种带有PDAF功能的CMOS图像传感器，所述图像传感器包括PDAF像素11，所述PDAF像素11由上至下依次包括微透镜12、介质导光层13及衬底层17；
所述介质导光层13设置为金属栅格13隔开的左右两部分，较佳地，隔开为均等的左右两部分，其中填充透明介质130，从而使通过微透镜12准直聚焦的入射光进入所述介质导光层13后，在所述金属栅格13的隔离下分为左右两部分入射光；
所述衬底层17中由上至下依次设置有PDAF光电二极管18及信号采集光电二极管19，其中，所述PDAF光电二极管18包括沿左右方向设置的两个子PDAF光电二极管180，两个子PDAF光电二极管180分别与其上部的两个透明介质130一一对应，所述PDAF光电二极管18下方依次设置有至少一个所述信号采集光电二极管19，例如图9中设置有两个所述信号采集光电二极管19，所述图像传感器至少包括一个所述PDAF像素11。
如图9所示，入射光通过所述微透镜12准直聚焦后进入所述介质导光层13，介质导光层13中的金属栅格14将入射光分隔为左右两部分，该左右两部分的入射光分别经两个所述透明介质130进入所述衬底层17中的两个所述子PDAF光电二极管180，两个所述子PDAF光电二极管180接收到具有相位差的信号，即可确定图像传感器的聚焦情况，然后剩余部分的入射光进入两个所述子PDAF光电二极管180下方的所述信号采集光电二极管19中被采集。
这里需要说明的，图像传感器中像素阵列的大小根据实际需要进行设置，另外，像素阵列中，所述PDAF像素11的个数同样根据实际需要进行设置，在此不作限制。
如图9所示，所述子PDAF光电二极管180及所述信号采集光电二极管19为通过离子注入工艺形成的光电二极管。该离子注入工艺为现有常规的制备光电二极管的过程，在具体实施中一般包括：提供轻掺杂的半导体衬底，所述半导体衬底可以为硅衬底，或者锗、锗化硅、碳化硅、砷化镓、镓化铟，还可以为绝缘体表面的硅衬底、绝缘体表面的锗衬底或者是生长有外延层的衬底等适当的应用于图像传感器的材料；然后通过向所述半导体衬底进行离子注入形成光电二极管，通过控制离子注入的能量和浓度，能够控制离子注入的深度和注入范围，从而控制形成的所述子PDAF光电二极管180及所述信号采集光电二极管19的深度和厚度。较佳地，两所述子PDAF光电二极管之间180、所述PDAF光电二极管18与所述信号采集光电二极管之间19及相邻两所述信号采集光电二极管19之间设置有隔离结构20，一般可采用离子注入的隔离方式或SOI结构形成该隔离结构20，以降低两者之间的串扰。相邻两像素之间还可设置深沟槽隔离21，以防止相邻两像素之间的串扰。
综上所述，本发明提供一种带有PDAF功能的CMOS图像传感器，设置有PDAF像素，通过金属栅格将入射光一分为左右两部分，同时在衬底层中设置处于不同深度的PDAF光电二极管及信号采集光电二极管，基于不同深度的光电二极管可吸收不同颜色的光信号，较浅深度的光电二极管吸收短波长的光信号，较深深度的光电二极管吸收长波长的光信号，可使分隔为左右两部分的入射光分别被PDAF光电二极管及信号采集光电二极管采集，从而同时实现对焦信号与拍摄信号的采集，将自动对焦过程中损失的信号有效收集，在保证自动聚焦功能的前提下提高图像传感器的成像质量；另外，由于不需要将一个PDAF光电二极管一分为二实现聚焦，从而不存在井口变小，缓解满井容量急剧衰减、动态范围严重衰减的问题。所以，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。
上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。
Claims (8)
1.一种带有PDAF功能的CMOS图像传感器，其特征在于，所述图像传感器包括：PDAF像素；
所述PDAF像素由上至下依次包括微透镜、介质导光层及衬底层；其中，所述介质导光层中设置有金属栅格，将进入所述介质导光层中的光分成左右两部分，所述衬底层中由上至下依次设置有PDAF光电二极管及信号采集光电二极管；入射光通过所述微透镜准直聚焦后进入所述介质导光层被分成左右两部分入射光，然后进入所述衬底层内的所述PDAF光电二极管实现对焦信号采集，剩余部分的入射光进入所述信号采集光电二极管实现拍摄信号采集；其中，
所述介质导光层设置为由所述金属栅格隔开的第一颜色滤光镜及第二颜色滤光镜，且所述第一颜色滤光镜及所述第二颜色滤光镜为不同颜色的滤光镜；所述图像传感器至少包括一对所述PDAF像素，且一对所述PDAF像素中所述第一颜色滤光镜及所述第二颜色滤光镜位置相反；
或，所述介质导光层为透明介质，所述PDAF光电二极管包括沿左右方向设置的两个子PDAF光电二极管，两个所述子PDAF光电二极管分别与其上部的两个所述透明介质一一对应，所述PDAF光电二极管下方依次设置有至少一个所述信号采集光电二极管，所述图像传感器至少包括一个所述PDAF像素。
2.根据权利要求1所述的带有PDAF功能的CMOS图像传感器，其特征在于：所述介质导光层设置为由所述金属栅格隔开的所述第一颜色滤光镜及所述第二颜色滤光镜，且所述第一颜色滤光镜及所述第二颜色滤光镜为不同颜色的滤光镜；所述图像传感器至少包括一对所述PDAF像素，且一对所述PDAF像素中所述第一颜色滤光镜及所述第二颜色滤光镜位置相反，所述PDAF光电二极管及所述信号采集光电二极管为有机光电二极管或通过离子注入工艺形成的光电二极管。
3.根据权利要求2所述的带有PDAF功能的CMOS图像传感器，其特征在于：所述PDAF光电二极管及所述信号采集光电二极管为通过离子注入工艺形成的光电二极管，且所述PDAF光电二极管及所述信号采集光电二极管之间形成有隔离结构。
4.根据权利要求3所述的带有PDAF功能的CMOS图像传感器，其特征在于：采用离子注入的隔离方式或SOI结构形成所述隔离结构。
5.根据权利要求1所述的带有PDAF功能的CMOS图像传感器，其特征在于：所述介质导光层设置为由所述金属栅格隔开的所述第一颜色滤光镜及所述第二颜色滤光镜，且所述第一颜色滤光镜及所述第二颜色滤光镜为不同颜色的滤光镜；所述图像传感器至少包括一对所述PDAF像素，且一对所述PDAF像素中所述第一颜色滤光镜及所述第二颜色滤光镜位置相反，所述第一颜色滤光镜及所述第二颜色滤光镜为红-蓝滤光镜或红-绿滤光镜或蓝-绿滤光镜。
6.根据权利要求1所述的带有PDAF功能的CMOS图像传感器，其特征在于：所述介质导光层为所述透明介质，所述PDAF光电二极管包括沿左右方向设置的两个子PDAF光电二极管，两个所述子PDAF光电二极管分别与其上部的两个所述透明介质一一对应，所述PDAF光电二极管下方依次设置有至少一个所述信号采集光电二极管，所述图像传感器至少包括一个所述PDAF像素，所述子PDAF光电二极管及所述信号采集光电二极管为通过离子注入工艺形成的光电二极管。
7.根据权利要求6所述的带有PDAF功能的CMOS图像传感器，其特征在于：两所述子PDAF光电二极管之间、所述PDAF光电二极管与所述信号采集光电二极管之间及相邻两所述信号采集光电二极管之间设置有隔离结构。
8.根据权利要求7所述的带有PDAF功能的CMOS图像传感器，其特征在于：采用离子注入的隔离方式或SOI结构形成所述隔离结构。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202111094166.0A CN113823652B (zh) | 2021-09-17 | 2021-09-17 | 带有pdaf功能的cmos图像传感器 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202111094166.0A CN113823652B (zh) | 2021-09-17 | 2021-09-17 | 带有pdaf功能的cmos图像传感器 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN113823652A CN113823652A (zh) | 2021-12-21 |
| CN113823652B true CN113823652B (zh) | 2023-09-01 |
Family
ID=78914769
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202111094166.0A Active CN113823652B (zh) | 2021-09-17 | 2021-09-17 | 带有pdaf功能的cmos图像传感器 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN113823652B (zh) |
Citations (13)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2012003009A (ja) * | 2010-06-16 | 2012-01-05 | Fujifilm Corp | 固体撮像素子及びその製造方法並びに撮影装置 |
| CN105393356A (zh) * | 2013-07-25 | 2016-03-09 | 索尼公司 | 固体图像传感器、固体图像传感器制造方法和电子设备 |
| CN205211754U (zh) * | 2015-02-04 | 2016-05-04 | 半导体元件工业有限责任公司 | 图像传感器 |
| CN106549025A (zh) * | 2015-09-16 | 2017-03-29 | 台湾积体电路制造股份有限公司 | 用于复合网格结构的相位检测自动对焦（phaf）像素的微透镜 |
| KR20180040308A (ko) * | 2016-10-12 | 2018-04-20 | 삼성전자주식회사 | 이미지 센서 |
| CN108493204A (zh) * | 2018-03-14 | 2018-09-04 | 德淮半导体有限公司 | 图像传感器及其形成方法、成像系统 |
| CN109167941A (zh) * | 2018-11-09 | 2019-01-08 | 德淮半导体有限公司 | 图像传感器及其制造方法 |
| CN109302565A (zh) * | 2018-11-12 | 2019-02-01 | 德淮半导体有限公司 | 图像传感器及其制造方法 |
| CN109922270A (zh) * | 2019-04-17 | 2019-06-21 | 德淮半导体有限公司 | 相位对焦图像传感器芯片 |
| CN109950268A (zh) * | 2019-03-27 | 2019-06-28 | 德淮半导体有限公司 | Pdaf图像传感器及其形成方法 |
| CN110087065A (zh) * | 2019-04-30 | 2019-08-02 | 德淮半导体有限公司 | 半导体装置及其制造方法 |
| CN110349987A (zh) * | 2019-07-15 | 2019-10-18 | 德淮半导体有限公司 | 相位检测自动对焦像素元件及其形成方法，图像传感器及其形成方法 |
| CN112071871A (zh) * | 2019-06-11 | 2020-12-11 | 三星电子株式会社 | 图像传感器 |
Family Cites Families (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR102128467B1 (ko) * | 2014-01-09 | 2020-07-09 | 삼성전자주식회사 | 이미지 센서 및 이미지 센서를 포함하는 영상 촬영 장치 |
| KR102570048B1 (ko) * | 2018-03-20 | 2023-08-22 | 에스케이하이닉스 주식회사 | 이미지 센서 |
| US11367743B2 (en) * | 2019-10-28 | 2022-06-21 | Omnivision Technologies, Inc. | Image sensor with shared microlens between multiple subpixels |
| US11244979B2 (en) * | 2019-12-19 | 2022-02-08 | Omnivision Technologies, Inc. | Deep trench isolation (DTI) structure for CMOS image sensor |
-
2021
- 2021-09-17 CN CN202111094166.0A patent/CN113823652B/zh active Active
Patent Citations (13)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2012003009A (ja) * | 2010-06-16 | 2012-01-05 | Fujifilm Corp | 固体撮像素子及びその製造方法並びに撮影装置 |
| CN105393356A (zh) * | 2013-07-25 | 2016-03-09 | 索尼公司 | 固体图像传感器、固体图像传感器制造方法和电子设备 |
| CN205211754U (zh) * | 2015-02-04 | 2016-05-04 | 半导体元件工业有限责任公司 | 图像传感器 |
| CN106549025A (zh) * | 2015-09-16 | 2017-03-29 | 台湾积体电路制造股份有限公司 | 用于复合网格结构的相位检测自动对焦（phaf）像素的微透镜 |
| KR20180040308A (ko) * | 2016-10-12 | 2018-04-20 | 삼성전자주식회사 | 이미지 센서 |
| CN108493204A (zh) * | 2018-03-14 | 2018-09-04 | 德淮半导体有限公司 | 图像传感器及其形成方法、成像系统 |
| CN109167941A (zh) * | 2018-11-09 | 2019-01-08 | 德淮半导体有限公司 | 图像传感器及其制造方法 |
| CN109302565A (zh) * | 2018-11-12 | 2019-02-01 | 德淮半导体有限公司 | 图像传感器及其制造方法 |
| CN109950268A (zh) * | 2019-03-27 | 2019-06-28 | 德淮半导体有限公司 | Pdaf图像传感器及其形成方法 |
| CN109922270A (zh) * | 2019-04-17 | 2019-06-21 | 德淮半导体有限公司 | 相位对焦图像传感器芯片 |
| CN110087065A (zh) * | 2019-04-30 | 2019-08-02 | 德淮半导体有限公司 | 半导体装置及其制造方法 |
| CN112071871A (zh) * | 2019-06-11 | 2020-12-11 | 三星电子株式会社 | 图像传感器 |
| CN110349987A (zh) * | 2019-07-15 | 2019-10-18 | 德淮半导体有限公司 | 相位检测自动对焦像素元件及其形成方法，图像传感器及其形成方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN113823652A (zh) | 2021-12-21 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| KR102218563B1 (ko) | Cmos 이미지 센서용 다중 딥 트렌치 격리(mdti) 구조체 | |
| EP2244296B1 (en) | Multilayer image sensor pixel structure for reducing crosstalk | |
| CN103545335B (zh) | 固态成像装置及其制造方法以及电子设备 | |
| CN103579267B (zh) | 含有具有三角形截面的金属栅格的图像传感器 | |
| US8513762B2 (en) | Backside illuminated imaging sensor with vertical pixel sensor | |
| US8581174B2 (en) | Image sensor with prismatic de-multiplexing | |
| WO2010042275A1 (en) | Image sensor with low crosstalk and high red sensitivity | |
| JP2017028241A (ja) | イメージセンサ | |
| US11323608B2 (en) | Image sensors with phase detection auto-focus pixels | |
| US20120153418A1 (en) | Solid-state imaging device and manufacturing method thereof | |
| US10880467B2 (en) | Image sensors with phase detection auto-focus pixels | |
| JP2014086462A (ja) | 固体撮像素子、撮像装置および固体撮像素子の製造方法 | |
| CN115380381A (zh) | 固态摄像元件 | |
| CN110087065A (zh) | 半导体装置及其制造方法 | |
| KR102571005B1 (ko) | 광 굴절 패턴들을 가진 이미지 센서 | |
| JP2013207053A (ja) | 固体撮像素子、電子機器 | |
| CN109273471A (zh) | 图像传感器及其制造方法 | |
| CN114078894B (zh) | 用于cmos图像传感器的单元深沟槽隔离金字塔结构 | |
| CN113823652B (zh) | 带有pdaf功能的cmos图像传感器 | |
| US20230369364A1 (en) | Optical blocking structures for black level correction pixels in an image sensor | |
| US8680454B2 (en) | Backside-illuminated (BSI) pixel including light guide | |
| CN109904178A (zh) | 影像感测装置 | |
| CN108336103B (zh) | 图像传感器及其形成方法 | |
| KR100239412B1 (ko) | 고체 촬상 소자 및 그의 제조 방법 | |
| CN109887938A (zh) | 图像传感器及其形成方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |