相位对焦图像传感器芯片的制作方法

本发明涉及图像传感器的对焦领域，具体涉及一种相位对焦图像传感器芯片。

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。目前实现相位检测自动对焦，主要是利用不同子像素收集到的信号信息里的相位信息。具体的，相位信息通过算法被提取出来，随着物体与焦平面的位置的变化，相位信息也会产生变化，对于设计好的结构所提取出的离焦到合焦的相位信息，可以拟合出一条曲线，当实际场景去检测离焦物体的位置的时候，可以很快的计算出移动多少可以到达合焦的位置，进而实现快速对焦。

目前在cmos传感器上实现相位检测自动对焦时，在弱光下，相位检测自动对焦功能会变得很慢或是失效。在强光下，又容易出现过曝，影响最终的成像。在使用集成了众多具有相位检测自动对焦功能的cmos传感器的芯片时，也可以发现这种芯片在弱光下容易发生相位检测自动对焦功能变慢或是失效的情况。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种相位对焦图像传感器芯片，能够增加相位检测自动对焦的敏感度。

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种相位对焦图像传感器芯片，包括：由多个像素单元构成的像素单元阵列，设置到相位对焦传感器芯片表面，且所述像素单元为具有相位检测自动对焦功能的像素单元，包括：由多个子像素构成的子像素阵列；所述子像素包括：成像感光元件；滤光片，覆盖设置于所述成像感光元件的上表面；至少两个子像素的滤光片为黄色滤光片；至少两个像素单元中设置黄色滤光片的子像素的排布位置不同。

可选的，还包括：第二微透镜，覆盖设置于所述像素单元的上表面；所述子像素还包括：第一微透镜，覆盖设置于所述滤光片的上表面。

可选的，所述子像素还包括：遮光片，设置于所述滤光片与成像感光元件之间，尺寸为所述滤光片的尺寸的一半；一个像素单元中至少有两个子像素设置有所述遮光片。

可选的，各个子像素的滤光片之间设置有背面滤光片隔离结构。

可选的，所述滤光片和成像感光元件之间设置有介电层，用于增加光线的透过率。

可选的，各个子像素的成像感光元件之间设置有深沟槽隔离结构。

可选的，所述像素单元包括四个子像素，且所述子像素阵列为2×2阵列。

可选的，所述子像素阵列中，设置黄色滤光片的子像素的个数为两个。

可选的，所述像素单元包括：第一类像素单元，其2×2的子像素阵列的第一排第一列以及第一排第二列设置的是具有黄色滤光片的子像素；第二类像素单元，其2×2的子像素阵列的第一排第二列以及第二排第二列设置的是具有黄色滤光片的子像素；第三类像素单元，其2×2的子像素阵列的第一排第一列以及第二排第二列设置的是具有黄色滤光片的子像素。

可选的，所述相位对焦图像传感器芯片表面包括三个区域中的至少两种，所述三个区域为：第一区域，设置有第一类像素单元；第二区域，设置有第二类像素单元；第三区域，设置有第三类像素单元。

可选的，所述相位对焦图像传感器芯片表面包括三个区域，三个区域互不相交，且所述第一区域为设置在所述相位对焦图像传感器芯片的中间位置的矩形区域，左右侧边与所述相位对焦图像传感器芯片的左右侧边重合，上侧边与所述相位对焦图像传感器芯片的上侧边至少有第一预设距离，下侧边与所述相位对焦图像传感器芯片的下侧边至少有第一预设距离；所述第二区域为设置在所述相位对焦图像传感器芯片的上下两侧的矩形区域，且所述第二区域的左侧边与所述相位对焦图像传感器芯片的左侧边至少有第二预设距离，右侧边与所述相位对焦图像传感器芯片的右侧边至少有第二预设距离；所述第三区域为设置在所述相位对焦图像传感器芯片的四个对角处的矩形区域。

可选的，所述子像素阵列中，设置黄色滤光片的子像素的个数为四个，且设置有黄色滤光片的子像素设置于2×2的子像素阵列的第一排第一列、第二列以及第二排第一列、第二列。

本发明的相位对焦图像传感器芯片，由于在像素单元中设置了采用黄色滤光片的子像素，能够保证光强较弱的时候也具有较大的进光量，使能够有更多的光进入到所述成像感光元件，保证相位对焦功能实现的速度和效果。且由于在所述相位对焦图像传感器芯片上，至少有两个像素单元中设置有黄色滤光片的子像素的排布位置不同，因此所述相位对焦图像传感器芯片能够根据进光情况排布不同的像素单元，以更好的适应于来自于不同方向的入射光线，获得更大的进光光强，获取更好的相位对焦效果，在保证了相位对焦速度的同时，也能防止因为进光量少而导致相位对焦失败。

附图说明

图1为本发明的一种具体实施方式中相位对焦图像传感器芯片的局部剖切示意图。

图2为黄色滤光片和绿色滤光片对不同波长的光线的透光率的示意图。

图3为本发明的一种具体实施方式中像素单元的俯视示意图。

图4为本发明的一种相位对焦图像传感器芯片的像素单元分布示意图。

图5为本发明的一种具体实施方式中相位对焦图像传感器芯片的局部剖切示意图。

图6为本发明的一种具体实施方式中像素单元的俯视示意图。

图7为本发明的一种具体实施方式中像素单元的俯视示意图。

图8为本发明的一种具体实施方式中像素单元的俯视示意图。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施方式对本发明提出的一种相位对焦图像传感器芯片作进一步详细说明。

研究发现，相位对焦图像传感器的相位检测自动对焦功能在弱光下变慢或失效的原因是在于现有技术中采用了绿色滤光片。由于采用绿色滤光片，大大削弱了经由所述绿色滤光片进入至该绿色滤光片所对应的感光元件的光的进光量，因此会造成光强不够，从而导致相位对焦图像传感器的相位检测自动对焦功能的速度变慢或失效。而相位对焦图像传感器的相位检测自动对焦功能在强光下发生过曝的原因则在于现有技术中采用了透明滤光片。由于采用透明滤光片，没有对经由所述透明滤光片进入至该透明滤光片所对应的感光元件的光进行削弱，导致最终进光量过大，因此产生过曝。

研究还发现，现有技术中的相位对焦图像传感器芯片之所以容易在弱光条件下发生相位检测自动对焦功能的速度变慢甚至失效，是因为现有技术中相位对焦图像传感器在所述相位对焦图像传感器芯片上的排布单一化。这里的单一化指的是，在一片相位对焦图像传感器芯片上，所有相位对焦图像传感器的像素单元中实现相位检测自动对焦功能的子像素在像素单元中的排布情况完全一致。这样，对实现相位检测自动对焦功能的子像素而言，不管进光的角度如何，也只能用一个固定的角度去受光，非常影响受光效率，容易在弱光条件下发生相位检测自动对焦功能的速度变慢甚至失效。

请参阅图1至图4，其中图1为本发明的一种具体实施方式中相位对焦图像传感器芯片的局部剖切示意图，图2为采用黄色滤光片和绿色滤光片时，针对不同波长的光线的透光率的示意图，图3为本发明的一种具体实施方式中像素单元的俯视示意图，图4为本发明的一种相位对焦图像传感器芯片的像素单元分布示意图。

在该具体实施方式中，提供了一种相位对焦图像传感器芯片，包括：由多个像素单元301构成的像素单元阵列，设置到相位对焦传感器芯片表面，且所述像素单元301为具有相位检测自动对焦功能的像素单元301，包括：由多个子像素100构成的子像素阵列；所述子像素100包括：成像感光元件101，用于进行光电转换；滤光片102，覆盖设置于所述成像感光元件101的上表面，用于使特定颜色的光通过所述滤光片102至所述成像感光元件101；至少两个子像素100的滤光片102为黄色滤光片1021；至少两个像素单元301中设置黄色滤光片1021的子像素100的排布位置不同。

请参阅图2，由于在像素单元301中设置了采用黄色滤光片1021的子像素100，而黄色滤光片1021对不同波长的光线的透光率所对应的曲线的积分面积，即该黄色滤光片的qe量子效率，是绿色滤光片对不同波长的光线的透光率所对应的曲线的积分面积，即绿色滤光片的qe量子效率的两倍，因此采用黄色滤光片1021能够增加该子像素100的进光量，保证即使在光强较弱的时候也具有较大的进光量，使更多的光能够进入到所述成像感光元件101，保证相位对焦功能实现的速度和效果。

进一步的，由于在所述相位对焦图像传感器芯片上，至少有两个像素单元301中设置有黄色滤光片1021的子像素100的排布位置不同，因此也使得所述相位对焦图像传感器芯片能够更好的适应于来自于不同方向的入射光线，获得更大的进光光强，从而够获取更好的相位对焦效果，在保证了相位对焦速度的同时，也能防止因为进光量少而导致相位对焦失败。

在一种具体实施方式中，所述滤光片102为有机材料。实际上，可根据需要选择所述滤光片102的材料为有机塑料或有机玻璃。

在一种具体实施方式中，所述相位对焦图像传感器芯片还包括第二微透镜104，覆盖设置于所述像素单元301的上表面，用于改变入射至所述像素单元301的光线的光路；所述子像素100还包括：第一微透镜103，覆盖设置于所述滤光片的上表面，用于改变入射至所述滤光片102的光线的光路。

在一种具体实施方式中，所述第一微透镜103用于聚光，使光线汇聚到各个子像素100，进入各个子像素100的滤光片102和成像感光元件101。所述第二微透镜104用于分光，将入射至所述第二微透镜104的光线分散到各个子像素，从而实现所述相位对焦图像传感器的相位对焦功能。具体的，一个第二微透镜104对应至由多个子像素100构成的子像素阵列，将经由第二微透镜104进入的光线分散至子像素阵列中的不同的子像素100。各个子像素100的第一微透镜103将入射至各个子像素100的光线聚焦，使大部分入射至子像素100的光线都可以被各个子像素100的滤光片102和成像感光元件101获取到。由于各个子像素100获取到的光线的相位不同，因而可以通过比对不同子像素100获取到的光线的不同相位，来实现相位对焦图像传感器芯片的相位对焦。

经过所述第一微透镜103的聚焦后，入射至所述成像感光元件101的光线更强，因此加强了在弱光下相位对焦图像传感器芯片的相位检测自动对焦速度，以及相位检测自动对焦质量。

请参阅图5，为本发明的一种具体实施方式中相位对焦图像传感器芯片的局部剖切示意图。在该具体实施方式中，所述子像素100还包括遮光片107，设置于所述滤光片102与所述成像感光元件101之间，尺寸为所述滤光片102的尺寸的一半；一个像素单元301中至少有两个子像素100设置有所述遮光片107。

通过设置所述遮光片107阻挡自所述滤光片102入射的光线的一半，使入射到设置有遮光片107的子像素100的光线具有相位差，从而实现所述像素单元301的相位检测自动对焦功能。

在一种具体实施方式中，所述遮光片107为不透光金属片。实际上也可根据需要设置所述遮光片107的具体材质。

请参阅图6，为本发明的一种具体实施方式中像素单元的俯视示意图。

在该具体实施方式中，所述像素单元301包括四个子像素100，呈2×2的排布方式。第一排第一列的子像素100，以及第二排第二列的子像素100的成像感光元件与滤光片之间均设置有所述遮光片107，且所述遮光片107贴近所述滤光片102的边缘设置，遮挡住自滤光片102入射的光线的一半。

在一种具体实施方式中，所述成像感光元件101设置在一半导体衬底内，所述滤光片102设置于所述半导体衬底的上表面，光自所述半导体衬底的上表面的上方入射至所述相位对焦图像传感器芯片。在一种具体实施方式中，所述半导体衬底即为所述相位对焦图像传感器芯片的半导体衬底。

在一种具体实施方式中，所述半导体衬底的材料为单晶硅。实际上，所述半导体衬底的材料还可为多晶硅或非晶硅，以及锗、锗化硅、砷化镓等半导体材料。

在一种具体实施方式中，各个子像素100的滤光片102之间设置有背面滤光片隔离结构108，用于将各个子像素100的滤光片102隔离开，防止发生光串扰。在设置背面滤光片隔离结构108后，相邻子像素100之间不会发生光串扰，影响根据不同的子像素100收到的光的相位差进行相位对焦的结果。

在一种具体实施方式中，所述滤光片102和成像感光元件101之间设置有介电层105，用于增加光线的透过率。在一种具体实施方式中，所述介电层105表面还图富有抗反射涂层，以减少光线的反射。在设置有遮光片107的子像素100中，介电层105绕开所述遮光片107设置，或者设置有相应的凹槽，用于放置所述遮光片107，使具有遮光片107的子像素100与其他不具有遮光片107的子像素100能保持一样的水平高度，而不会凸起于其他不具有遮光片107的子像素100。

在一种具体实施方式中，各个子像素100的成像感光元件101之间设置有深沟槽隔离结构106，用于将各个子像素100的成像感光元件101隔开，防止发生光串扰。具体的，所述深沟槽隔离结构106设置于所述半导体衬底的沟槽内，包括覆盖于沟槽内部和底部的绝缘层，以及填充在覆盖了绝缘层厚的沟槽的填充层。在该具体实施方式中，所述深沟槽隔离结构106能够通过改变深沟槽隔离结构106中填充层的电位，进而阻止电荷隧穿进入填充层，以及避免深沟槽隔离结构106底部的等离子损伤而残留的电荷形成的导电通道，从而改善了隔离的成像感光元件101之间出现的漏电流的情况。

在该具体实施方式中，所述像素单元301包括四个子像素100，且所述子像素阵列为2×2阵列。在其他的具体实施方式中，所述像素单元301也可以是三个子像素100。实际上，可根据需要设置所述像素单元301中子像素100的个数。像素单元301中子像素100的个数对应于同一点的不同色彩通道最多能够被感知到几个。

在该具体实施方式中，在所述子像素阵列为2×2阵列时，设置黄色滤光片1021的子像素100的个数为两个。另外两个子像素100则设置蓝色滤光片或红色滤光片。

在该具体实施方式中，所述像素单元301包括：第一类像素单元，其2×2的子像素阵列的第一排第一列以及第一排第二列设置的是具有黄色滤光片1021的子像素100(请参阅图8，为本发明的一种具体实施方式中像素单元301的俯视示意图)；第二类像素单元，其2×2的子像素阵列的第一排第二列以及第二排第二列设置的是具有黄色滤光片1021的子像素100(请参阅图7，为本发明的一种具体实施方式中像素单元301的俯视示意图)；第三类像素单元，其2×2的子像素阵列的第一排第一列以及第二排第二列设置的是具有黄色滤光片1021的子像素100(请参阅图3)。所述子像素阵列中，设置有黄色滤光片1021的子像素100设置到的位置不同，该子像素阵列所对应的像素单元301的最佳的受光方向也不同。

在该具体实施方式中，所述第一类像素单元中，具有黄色滤光片1021的子像素100横向排列于像素单元301中；所述第二类像素单元中，具有黄色滤光片1021的子像素100纵向排列于像素单元301中；所述第三类像素单元中，具有黄色滤光片1021的子像素100对角排列于像素单元301中。

在一种具体实施方式中，所述相位对焦图像传感器芯片表面包括三个区域中的至少两种，所述三个区域为：第一区域401，设置有第一类像素单元；第二区域402，设置有第二类像素单元；第三区域403，设置有第三类像素单元。在所述相位对焦图像传感器芯片表面设置不同的区域，以设置不同类的像素单元301，使得可以根据进光特点来排布所述相位对焦图像传感器芯片表面的像素单元301，使得所述相位对焦图像传感器芯片表面的像素单元301以最佳的受光方向受光。

在一种具体实施方式中，所述相位对焦图像传感器芯片表面包括三个区域，三个区域互不相交。

在一种具体实施方式中，所述相位对焦图像传感器芯片表面还设置有一个第三透镜，第三透镜并未在图中画出。所述第三透镜将所有像素单元301笼罩其中，用于调整入射至所述相位对焦图像传感器芯片的光线，使入射至各个像素单元的光线是从所述相位对焦图像传感器芯片的正中位置发出的。

在该具体实施方式中，所述第一区域401为设置在所述相位对焦图像传感器芯片的中间位置的矩形区域，左右侧边与所述相位对焦图像传感器芯片的左右侧边重合，上侧边与所述相位对焦图像传感器芯片的上侧边至少有第一预设距离，下侧边与所述相位对焦图像传感器芯片的下侧边至少有第一预设距离。

由于在第一区域401内设置的是第一类像素单元，其2×2的子像素阵列的第一排第一列以及第一排第二列设置的是具有黄色滤光片1021的子像素100，因此对实现相位检测自动对焦功能的两个带有黄色滤光片1021的子像素100而言，最佳的受光角度是横向的，即左右方向的。因此将第一区域401设置在这个位置上，可以使光源发散向所述相位对焦图像传感器芯片的左右方向的光线能够被更好的接收到，从而有更大的进光量、更好的相位检测自动对焦效果，以及具有更快的相位检测自动对焦速度。

在一种具体实施方式中，所述第一预设距离为所述相位对焦图像传感器芯片的上下侧边距离的五分之一。实际上，所述第一预设距离是有最适宜的范围的，具体为：从相位对焦图像传感器芯片的上下侧边距离的六分之一，到相位对焦图像传感器芯片上下侧边距离的四分之一。在这个范围内，该第一区域401501内的像素单位阵列能够获取更大的进光量。

在该具体实施方式中，所述第二区域402为设置在所述相位对焦图像传感器芯片的上下两侧的矩形区域，且所述第二区域402的左侧边与所述相位对焦图像传感器芯片的左侧边至少有第二预设距离，右侧边与所述相位对焦图像传感器芯片的右侧边至少有第二预设距离。具体的，所述第二区域402与所述第一区域401相邻且相接，且具有与所述相位对焦图像传感器芯片的上下侧边重合的侧边。

由于第二区域402内设置的是第二类像素单元，其2×2的子像素阵列的第一排第二列以及第二排第二列设置的是具有黄色滤光片1021的子像素100，因此对实现相位检测自动对焦功能的两个带有黄色滤光片1021的子像素100而言，最佳的受光角度是竖向的，即上下方向的。因此，将第二区域402设置在这个位置上，可以使光源发散向所述相位对焦图像传感器芯片的上下方向的光线能够被更好的接收到，从而使所述相位对焦图像传感器芯片有更大的进光量、更好的相位检测自动对焦效果，以及具有更快的相位检测自动对焦速度。

在一种具体实施方式中，所述第二预设距离为所述相位对焦图像传感器芯片的左右侧边距离的六分之一。实际上，所述第二预设距离是有最适宜的范围的，具体为：从相位对焦图像传感器芯片的左右侧边距离的八分之一，到相位对焦图像传感器芯片的左右侧边距离的五分之一。在这个范围内，该第二区域402内的像素单位阵列能够获取更大的进光量。

在该具体实施方式中，所述第三区域403为设置在所述相位对焦图像传感器芯片的四个对角处的矩形区域。具体的，所述第三区域403与所述第一区域401、第二区域402相邻且相接，与所述第一区域401、第二区域402一起，将所述相位对焦图像传感器芯片表面填满。

由于第三区域403内设置的是第三类像素单元，其2×2的子像素阵列的第一排第一列以及第二排第二列设置的是具有黄色滤光片1021的子像素100，因此对实现相位检测自动对焦功能的两个带有黄色滤光片1021的子像素100而言，最佳的受光角度是45°角方向上的，即与所述相位对焦图像传感器芯片的左右方向呈45度夹角方向。由于光线自所述相位对焦图像传感器芯片中央向所述相位对焦图像传感器芯片的四个对角以近似45°的方向出射，因此，将第三区域403设置在这个位置上，可以使光源发散向所述相位对焦图像传感器芯片的四个对角的光线能够被更好的接收到，从而使所述相位对焦图像传感器芯片有更大的进光量、更好的相位检测自动对焦效果，以及具有更快的相位检测自动对焦速度。

实际上，可也根据实际光源的位置来设置所述相位对焦图像传感器芯片上不同种类的像素单元301的排布方式，以适应于具体的光线入射特点。在一些其他的具体实施方式中，也可仅在所述相位对焦图像传感器芯片上设置两个区域，以放置两种同类的像素单元301，这样可以降低生产加工的难度。

在一种具体实施方式中，所述子像素阵列中，设置黄色滤光片1021的子像素100的个数为四个。这种情况下，只能将像素单元阵列中的数个像素单元301设置成具有黄色滤光片1021的像素单元301，以免只能采集入射的光线中的黄光。在该具体实施方式中，所述子像素阵列中，设置有黄色滤光片1021的子像素100设置于：2×2的子像素阵列的第一排第一列、第二列以及第二排第一列、第二列。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。