[发明专利]图像传感器及其制造方法

说明书

本公开涉及一种图像传感器及其制造方法。公开一种用于高清晰度HD图像传感器的像素阵列。所述像素阵列包含数个分裂像素单元，每一分裂像素单元包含第一光电二极管及比所述第一光电二极管对入射光更敏感的第二光电二极管。所述第一光电二极管可用于感测明亮或高强度光条件，而所述第二光电二极管可用于感测低到中强度光条件。在所述所公开像素阵列中，通过在每一分裂像素单元的所述第一光电二极管上方施加光衰减层来降低一或多个光电二极管的敏感度。根据本公开的方法，可在形成金属光学隔离栅格结构之前形成所述光衰减层。这可能导致更好地控制所述光衰减层的厚度及均匀性。

技术领域

本公开大体上涉及图像传感器，且特定来说但不排他地，涉及采用具有减少的LED闪烁的分裂像素设计的图像传感器，例如高动态范围(HDR)图像传感器。

背景技术

CMOS图像传感器(CIS)已经无处不在。它们被广泛用于数字静态相机、蜂窝电话、监控摄像机以及医疗、汽车及其它应用中。典型的图像传感器响应于从外部场景反射的图像光入射在所述图像传感器上而操作。所述图像传感器包含具有光敏元件(例如，光电二极管)的像素阵列，所述光敏元件吸收入射图像光的一部分且在吸收所述图像光后生成图像电荷。可将所述像素中的每一者的图像电荷测量为每一光敏元件的输出电压，所述输出电压随入射图像光而变动。换句话说，经生成图像电荷的量与图像光的强度成比例，所述图像电荷用于产生表示外部场景的数字图像(即，图像数据)。

典型的图像传感器如下那样操作。来自外部场景的图像光入射在所述图像传感器上。所述图像传感器包含多个光敏元件使得每一光敏元件吸收入射图像光的一部分。包含在所述图像传感器中的光敏元件，例如光电二极管，在吸收图像光后各自生成图像电荷。经生成图像电荷的量与图像光的强度成比例。经生成图像电荷可用于产生表示外部场景的图像。

尤其是随着对更高分辨率及更低功率消耗的需求不断地在持续，用于图像传感器的集成电路(IC)技术不断地得到改进。此类改进通常涉及缩小装置的几何尺寸以实现更低制造成本、更高装置集成密度、更高速度及更好性能。

但是，随着图像传感器的小型化的进展，图像传感器架构内的缺陷变得更加显而易见且可能降低图像的图像质量。例如，图像传感器的某些区内的过多电流泄漏可能引起高暗电流、传感器噪声、白色像素缺陷等。这些缺陷可能使来自图像传感器的图像质量显著地劣化，这可能导致降低的良率及更高的生产成本。

高动态范围(HDR)图像传感器可能提出其它挑战。例如，一些HDR图像传感器布局不是空间高效的且难以小型化为更小节距以实现更高分辨率。另外，由于许多这些HDR 图像传感器的非对称布局，减小像素的大小及节距以实现高分辨率图像传感器会导致串扰或其它不良副作用，例如随着节距减小而可能在这些图像传感器中出现的对角光斑。此外，许多HDR图像传感器需要具有非常大的全阱容量(FWC)的结构以适应大动态范围。然而，较大FWC要求引起滞后、白色像素(WP)、暗电流(DC)及其它不必要的问题。

发明内容

一方面，本公开涉及一种分裂像素单元，其包括：半导体衬底，其具有光接收表面；第一光电二极管，其经安置在半导体衬底中且响应于入射光而光生图像电荷；第二光电二极管，其邻近所述第一光电二极管安置在所述半导体衬底中，所述第二光电二极管响应于入射光而光生图像电荷，其中所述第二光电二极管比所述第一光电二极管对入射光更敏感；第一及第二光学隔离栅格区段，其经安置在所述半导体衬底的所述光接收表面上，包围所述第一光电二极管的曝光区域，所述第一及第二光学隔离栅格区段具有面向所述入射光的顶表面，以及内及外侧壁；光衰减层，其邻近所述第一及第二光学隔离栅格区段的所述内侧壁安置且与所述第一光电二极管光学对准；及势垒膜，其直接安置在所述第一及第二光学隔离栅格区段的所述内或外侧壁上。