图像传感器及其制备方法、电子设备与流程

本发明属于图像传感领域，特别是涉及一种多方向双核相位对焦的图像传感器及其制备方法。

背景技术：

1、图像传感器是利用光电器件的光电转换功能将感光面上的光像转换为与光像成相应比例关系的电信号。根据元件的不同，可以分为ccd(电荷耦合元件)和cmos(金属氧化物半导体元件)两大类。随着cmos图像传感器(cis)设计及制造工艺的不断发展，cmos图像传感器逐渐取代ccd图像传感器已经成为主流。

2、在采用基于cmos图像传感器的设备进行拍摄时，首先需要进行像素对焦。相比较于反差对焦和激光对焦等技术，双核相位对焦技术具有对焦速度快，对焦范围广等优点，双核相位对焦技术被广泛应用到各种拍摄产品，例如，数码单眼相机与移动电话相机。然而，现有双核相位对焦方案仅能实现左右两个像素的相位信息获取，导致像素在画面纵向信息较多时，相位对焦效果一般。

3、应该注意，上面对技术背景的介绍只是为了方便对本技术的技术方案进行清楚、完整的说明，并方便本领域技术人员的理解而阐述的。不能仅仅因为这些方案在本技术的背景技术部分进行了阐述而认为上述技术方案为本领域技术人员所公知。

技术实现思路

1、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图像传感器及其制备方法，用于解决现有技术中双核相位对焦技术相位对焦效果不足的问题。

2、为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种图像传感器，所述图像传感器包括像素阵列，所述像素阵列包括若干呈阵列排布的像素单元，所述像素单元包括至少两个像素，其中，所述至少两个像素包括：至少一个第一像素，所述第一像素包括第一光电转换元件，且所述第一光电转换元件包括沿第一方向分割的两个子光电转换元件；至少一个第二像素，所述第二像素包括第二光电转换元件，且所述第二光电转换元件包括沿与所述第一方向不同的第二方向分割的两个子光电转换元件；其中，每一所述像素包括相邻设置的电荷生成收集区及信号读出电路区，且分割的两个所述子光电转换元件具有独立的传输晶体管及共用的浮动扩散区，以构成所述电荷生成收集区，所述信号读出电路区连接至所述浮动扩散区以实现信号读出。

3、可选地，所述信号读出电路区包括源跟随晶体管及像素选择晶体管，其中，所述浮动扩散区设置于两个所述子光电转换元件之间，所述源跟随晶体管设置于所述信号读出电路区靠近所述浮动扩散区的一侧，且所述源跟随晶体管和所述像素选择晶体管的排布方向与两个所述子光电转换元件的排布方向一致。

4、可选地，所述第一像素的信号读出电路区还包括沿所述第一方向分割的两个子读出电路区，所述第二像素的信号读出电路区还包括沿所述第二方向分割的两个子读出电路区，其中，每一所述像素的所述信号读出电路区还包括增益控制晶体管和复位晶体管，分别设置于不同的所述子读出电路区中，且所述源跟随晶体管和所述像素选择晶体管分别设置于不同的所述子读出电路区中。

5、可选地，所述增益控制晶体管和所述复位晶体管与两个所述子光电转换元件的排布方向一致，所述复位晶体管与所述源跟随晶体管位于同一子读出电路区，所述增益控制晶体管与所述像素选择晶体管位于同一子读出电路区。

6、可选地，每一所述像素还包括至少一个衬底接触，设置于所述电荷生成收集区，且当存在至少两个所述衬底接触时，分布在垂直于所述子光电转换元件的分割线方向上的各所述像素的光电转换元件的两侧。

7、可选地，所述源跟随晶体管的栅极延伸至相邻的所述子读出电路区，且在垂直于所述子光电转换元件的分割线方向上，所述源跟随晶体管的栅极的投影与所述浮动扩散区中心的投影具有交叠。

8、可选地，所述第一方向与对应的所述像素的中轴线平行、垂直或倾斜交叉，所述第二方向与对应的所述像素的中轴线平行、垂直或倾斜交叉，且所述第一方向与所述第二方向垂直或倾斜交叉。

9、可选地，所述第一方向穿过对应的所述像素的中心，所述第二方向穿过相应的所述像素的中心。

10、可选地，所述第一方向与对应的所述像素的中轴线的倾斜交叉的角度小于或等于45°，所述第二方向与对应的所述像素的中轴线的倾斜交叉角度小于或等于45°。

11、可选地，所述至少两个像素还包括第三像素，所述第三像素包括第三光电转换元件，且所述第三光电转换元件包括沿第三方向分割的两个子光电转换元件，或/及，所述至少两个像素还包括第四像素，所述第四像素包括第四光电转换元件，且所述第四光电转换元件包括沿第四方向分割的两个子光电转换元件。

12、可选地，所述第三方向与相应的所述像素的中轴线平行、垂直或倾斜交叉，所述第四方向与相应的所述像素的中轴线平行、垂直或倾斜交叉；或/及，所述第三方向穿过相应的所述像素的中心，所述第四方向穿过相应的所述像素的中心；或/及，所述第三方向与相应的所述像素的中轴线的倾斜交叉的角度小于或等于45°，所述第四方向与相应的所述像素的中轴线的倾斜交叉角度小于或等于45°。

13、可选地，任意相邻的两个所述像素的光电转换元件均呈非相向排布；或/及，任意所述像素的所述电荷生成收集区同时对应相邻所述像素的所述电荷生成收集区及所述信号读出电路区。

14、可选地，所述至少两个像素包括两个所述第一像素及两个所述第二像素，以构成呈拜耳阵列排布的所述像素单元，其中，两个所述第一像素分别为红绿像素和蓝绿像素，两个所述第二像素分别为红色像素和蓝色像素。

15、可选地，分割的两个所述子光电转换元件之间包括自衬底的第一面朝向第二面延伸至所述衬底内部的正面隔离结构和自所述衬底的第二面朝向第一面延伸至所述衬底内部的分光隔离结构。

16、可选地，所述分光隔离结构的底部所在的平面与所述子光电转换元件的光电转换区的底部所在的平面之间具有间距。

17、可选地，所述传输晶体管包括：第一导流结构，自衬底的第一面朝向第二面延伸至所述衬底内部；第二导流结构，设置于所述衬底的所述第一面上，所述第二导流结构与所述第一导流结构连接且延伸至所述浮动扩散区；电隔离层，设置于所述第一导流结构与所述衬底及所述第二导流结构与所述衬底间。

18、可选地，所述浮动扩散区及对应的所述子光电转换元件设置于所述第一导流结构同侧；或/及，所述浮动扩散区及所述第一导流结构设置于对应的所述子光电转换元件边缘任意两点连线中最长的一条连线上；或/及，所述第一导流结构位于对应的所述子光电转换元件的中心。

19、可选地，所述第一导流结构包括自上而下设置的n个导流控制区，n为大于等于2的正整数，其中，相邻两个所述导流控制区中，上部导流控制区的纵截面形状的最小宽度大于下部导流控制区的纵截面形状的最大宽度。

20、可选地，所述像素还包括竖直导流辅助层，设置于所述子光电转换元件与对应的所述第一导流结构之间，其中，所述导流辅助层的电势自所述衬底的所述第二面朝所述第一面的方向变大；或/及，所述图像传感器还包括横向导流辅助层，设置于所述子光电转换元件与对应的所述第二导流结构之间，其中，所述横向导流辅助层的电势自所述第一导流结构朝所述浮动扩散区的方向变大。

21、可选地，所述竖直导流辅助层包括自所述衬底的所述第二面朝所述第一面的方向排布的多个离子掺杂区，且各所述离子掺杂区的掺杂浓度自所述衬底的所述第二面朝所述第一面的方向依次变小；或/及，所述横向导流辅助层包括自所述第一导流结构朝所述浮动扩散区的方向排布的多个离子掺杂区，且多个所述离子掺杂区的掺杂浓度自所述第一导流结构朝所述浮动扩散区的方向依次变小。

22、可选地，所述像素还包括隔离区，所述隔离区自所述衬底的第一面朝第二面延伸至所述衬底内部，并设置于各光电转换元件的外围，其中，所述第一导流结构和/或竖直导流辅助层设置于所述隔离区内。

23、本发明还提供一种电子设备，所述电子设备包括如上任意一项方案所述的图像传感器。

24、本发明还提供一种如上任意一项方案所述的图像传感器的制备方法，包括步骤：提供衬底，所述衬底具有相对的第一面和第二面；自所述第一面在所述衬底中制备光电转换区，以形成对应的光电转换元件；自所述第一面制备各晶体管元件，以得到所述电荷生成收集区及信号读出电路区；自所述第二面制备分光隔离结构，以分割各所述光电转换元件形成各所述像素。

25、可选地，所述制备方法还包括步骤：形成所述光电转换区之前，形成自所述第一面朝第二面延伸至衬底内部的所述隔离区。

26、如上所述，本发明的图像传感器及其制备方法，具有以下有益效果：

27、本发明的图像传感器包含至少一个第一像素，该第一像素包括第一光电转换元件，且所述第一光电转换元件包括沿第一方向分割的两个子光电转换元件以及至少一个第二像素，该第二像素包括第二光电转换元件，且所述第二光电转换元件包括沿与所述第一方向不同的第二方向分割的两个子光电转换元件，即本发明包含左右双核像素和上下双核像素，可同时获取横向相位信息及纵向相位信息，从而实现全向双核相位对焦。

28、本发明的两个被分割像素分别设置独立的传输晶体管及共用的浮动扩散区，源跟随晶体管的栅极靠近共用的浮动扩散区设置，可有效缩短信号采集路径，降低信号损耗，同时可有效节约图像传感器的面积；进一步地，本发明的源跟随晶体管和所述像素选择晶体管的排布方向与两个子光电转换元件的排布方向一致，各器件在满足间距需求的同时，具有较为紧凑的布图，可进一步节约图像传感器的面积。

29、本发明增益控制晶体管和复位晶体管与两个所述子光电转换元件的排布方向一致，所述复位晶体管与所述源跟随晶体管位于同一子读出电路区，所述增益控制晶体管与所述像素选择晶体管位于同一子读出电路区，实现了基于dcg的双增益技术及器件间距需求的同时，节约了图像传感器的面积，基于增益控制晶体管与源跟随晶体管的布置可以进一步减小噪音。

30、本发明两个被分割像素的分光方向可以进一步进行倾斜调节，可以有效的实现分光及隔离，可满足不同的相位信息需求，从而大大拓展本发明的应用范围。