圖像像素、圖像傳感器和圖像處理系統(tǒng)的制作方法
【專利說明】圖像像素、圖像傳感器和圖像處理系統(tǒng)
[0001]相關申請的交叉引用
[0002]本申請要求2014年8月5日向韓國知識產權局提交的第10-2014-0100230號韓國專利申請的權益,其公開通過引用并入整體本文。
技術領域
[0003]本發(fā)明構思的示例性實施例涉及圖像像素、包括圖像像素的圖像傳感器和包括圖像傳感器的圖像處理系統(tǒng),而且更具體地,涉及能夠通過防止或減少光電二極管之間的串擾來增加顯示的圖像的質量的圖像像素、包括圖像像素的圖像傳感器和包括圖像傳感器的圖像處理系統(tǒng)。
【背景技術】
[0004]互補金屬氧化物半導體(CMOS)圖像傳感器是使用互補金屬氧化物半導體的固態(tài)傳感設備。與電荷耦合器件(CCD)圖像傳感器相比,CMOS圖像傳感器具有更低的制造成本。此外,與具有高電壓模擬電路的CCD圖像傳感器相比,CMOS圖像傳感器具有更小的尺寸并且因此消耗更少的電力。此外,CMOS圖像傳感器的性能最近已經得到改善。結果,CMOS圖像傳感器經常用于各種電子設備,包括便攜式設備,諸如例如,智能電話和數碼相機。
[0005]包括在CMOS圖像傳感器中的像素陣列可以包括每個像素中的光電轉換元件。光電轉換元件生成基于入射光的量而變化的電信號。CMOS圖像傳感器處理電信號以合成圖像。隨著近來高清晰度圖像的普及,包括在CMOS圖像傳感器中的像素變得小得多。當像素變得更小時,入射光可能無法被正確檢測,或者噪聲可能由于高度集成元件之間的干擾而發(fā)生。
【發(fā)明內容】
[0006]根據本發(fā)明構思的示例性實施例,圖像像素包括在半導體襯底中形成的多個光電二極管。每個光電二極管被配置為累積透過微鏡頭在每個光電二極管處接收到的光的強度相對應的多個光電荷。圖像像素還包括多個溝槽,其被配置為將光電二極管彼此電隔離。
[0007]在示例性實施例中,圖像像素還包括在半導體襯底的第一表面上形成的布線層。微鏡頭被布置在與第一表面相對的半導體襯底的第二表面上,而且光電二極管被布置在布線層和微鏡頭之間。對由光電二極管生成的多個像素信號執(zhí)行操作,以獲得與自動對焦操作有關的信息。
[0008]在示例性實施例中,溝槽包括使用深溝槽隔離(DTI)過程形成的DTI溝槽。DTI溝槽被配置為將所述多個光電二極管當中的相鄰光電二極管彼此電隔離。
[0009]在示例性實施例中,DTI溝槽沿著半導體襯底的整個垂直長度來形成。
[0010]在示例性實施例中,DTI溝槽沿著半導體襯底的垂直長度的一部分來形成。垂直長度的一部分小于整個垂直長度。
[0011]在示例性實施例中,DTI溝槽使用后溝槽過程來形成。
[0012]在示例性實施例中,DTI溝槽使用前溝槽過程來形成。
[0013]在示例性實施例中,溝槽包括使用深溝槽隔離(DTI)過程形成的DTI溝槽。DTI溝槽被配置為將在圖像像素中形成的多個光電二極管與在相鄰圖像像素中形成的光電二極管彼此電隔咼。
[0014]在示例性實施例中,DTI溝槽沿著半導體襯底的整個垂直長度來形成。
[0015]在示例性實施例中,DTI溝槽沿著半導體襯底的垂直長度的一部分來形成。垂直長度的一部分小于整個垂直長度。
[0016]在示例性實施例中,DTI溝槽使用后溝槽過程來形成。
[0017]在示例性實施例中,DTI溝槽使用前溝槽過程來形成。
[0018]根據本發(fā)明構思的示例性實施例,圖像像素包括在半導體襯底中形成的多個光電二極管。每個光電二極管被配置為累積透過微鏡頭在每個光電二極管處接收到的光的強度相對應的多個光電荷。光電二極管通過多個溝槽彼此電隔離。使用光電荷生成多個像素信號。
[0019]在示例性實施例中,圖像傳感器還包括在半導體襯底的第一表面上形成的布線層。微鏡頭被布置在與第一表面相對的半導體襯底的第二表面上,而且光電二極管被布置在布線層和微鏡頭之間。對由光電二極管生成的像素信號執(zhí)行操作,以獲得與自動對焦操作有關的信息。
[0020]在示例性實施例中,溝槽包括使用深溝槽隔離(DTI)過程形成的DTI溝槽。DTI溝槽被配置為將所述多個光電二極管當中的相鄰光電二極管彼此電隔離。
[0021]在示例性實施例中,DTI溝槽沿著半導體襯底的整個垂直長度來形成,或者DTI溝槽沿著小于整個垂直長度的半導體襯底的垂直長度的一部分來形成。
[0022]在示例性實施例中,DTI溝槽使用后溝槽過程和前溝槽過程之一來形成。
[0023]在示例性實施例中,溝槽包括使用深溝槽隔離(DTI)過程形成的DTI溝槽。DTI溝槽被配置為將在圖像像素中形成的多個光電二極管與在相鄰圖像像素中形成的光電二極管彼此電隔咼。
[0024]在示例性實施例中,DTI溝槽沿著半導體襯底的整個垂直長度來形成,或者DTI溝槽沿著小于整個垂直長度的半導體襯底的垂直長度的一部分來形成。
[0025]在示例性實施例中,DTI溝槽使用后溝槽過程和前溝槽過程之一來形成。
[0026]根據本發(fā)明構思的示例性實施例,圖像傳感器包括:像素陣列,包括多個圖像像素;讀出塊,被配置為將每個圖像像素的像素信號轉換為數字像素信號并且放大數字像素信號;以及控制塊,被配置為控制像素陣列和讀出塊。圖像像素包括在半導體襯底中形成的多個光電二極管。每個光電二極管被配置為累積透過微鏡頭在每個光電二極管處接收到的光的強度相對應的多個光電荷。圖像像素還包括多個溝槽,被配置為將光電二極管彼此電隔離。
[0027]在示例性實施例中,圖像傳感器還包括在半導體襯底的第一表面上形成的布線層。微鏡頭被布置在與第一表面相對的半導體襯底的第二表面上,而且光電二極管被布置在布線層和微鏡頭之間。對由光電二極管生成的多個像素信號執(zhí)行操作,以獲得與自動對焦操作有關的信息。
[0028]在示例性實施例中,溝槽包括第一深溝槽隔離(DTI)溝槽,其使用DTI過程形成并且被配置為將所述多個光電二極管當中的相鄰光電二極管彼此電隔離;以及第二 DTI溝槽,其使用DTI過程形成并且被配置為將在圖像像素中形成的多個光電二極管與在相鄰圖像像素中形成的光電二極管彼此電隔離。
[0029]在示例性實施例中,第一 DTI溝槽和第二 DTI溝槽中的每一個沿著半導體襯底的整個垂直長度,或者沿著小于整個垂直長度的半導體襯底的垂直長度的一部分來形成。
[0030]在示例性實施例中,第一 DTI溝槽和第二 DTI溝槽中的每一個使用后溝槽過程和前溝槽過程之一來形成。
[0031]根據本發(fā)明構思的示例性實施例,圖像處理系統(tǒng)包括圖像傳感器和圖像處理器。圖像傳感器包括:像素陣列,包括多個圖像像素;讀出塊,被配置為將每個圖像像素的像素信號轉換為數字像素信號并且放大數字像素信號;以及控制塊,被配置為控制像素陣列和讀出塊。圖像處理器被配置為從數字像素信號提取與自動對焦有關的信息。每個圖像像素包括多個光電二極管,每個光電二極管被配置為累積透過微鏡頭在每個光電二極管處接收到的光的強度相對應的多個光電荷,而且每個圖像像素還包括多個溝槽,被配置為將光電二極管彼此電隔咼。
[0032]根據本發(fā)明構思的示例性實施例,圖像像素包括在半導體襯底中形成的多個光電二極管,第一溝槽和第二溝槽。每個光電二極管被配置為累積透過微鏡頭在每個光電二極管處接收到的光的強度相對應的多個光電荷。第一溝槽被配置為將所述多個光電二極管當中的相鄰光電二極管彼此電隔離。第二溝槽被配置為將在圖像像素中形成的多個光電二極管與在相鄰圖像像素中形成的光電二極管電隔離。
[0033]在示例性實施例中,第一溝槽沿垂直方向從半導體襯底的最上表面延伸到半導體襯底的最下表面、第一溝槽沿垂直方向從最上表面延伸并且沒有完全延伸到最下表面、或者第一溝槽沿垂直方向從最下表面延伸并且沒有完全延伸到最上表面。
[0034]在示例性實施例中,第二溝槽沿垂直方向從半導體襯底的最上表面延伸到半導體襯底的最下表面、第二溝槽沿垂直方向從最上表面延伸并且沒有完全延伸到最下表面、或者第二溝槽沿垂直方向從最下表面延伸并且沒有完全延伸到最上表面。
[0035]在示例性實施例中,第一溝槽和第二溝槽中的每一個是使用深溝槽隔離(DTI)溝槽形成的DTI溝槽。
【附圖說明】
[0036]通過參照附圖詳細描述本發(fā)明構思的示例性實施例,本發(fā)明構思的以上和其他特征將變得更加明顯,在附圖中:
[0037]圖1是根據本發(fā)明構思的示例性實施例的包括圖像傳感器的圖像處理系統(tǒng)的框圖。
[0038]圖2是根據本發(fā)明構思的示例性實施例的、圖1所示的像素陣列的例子的圖。
[0039]圖3是根據本發(fā)明構思的示例性實施例的、圖1所示的像素陣列的例子的圖。
[0040]圖4是根據本發(fā)明構思的示例性實施例的、圖1所示的像素陣列的例子的圖。
[0041 ]圖5是根據本發(fā)明構思的示例性實施例的在圖2和圖3中示出的像素的例子的圖。
[0042]圖6是根據本發(fā)明構思的示例性實施例的在圖4中示出的像素的例子的圖。
[0043]圖7至圖21是根據本發(fā)明構思的示例性實施例的在圖2至圖4中所示的第一像素的截面圖。
[0044]圖22是根據本發(fā)明構思的比較示例中的第一像素的截面的圖。
[0045]圖23是包括根據本發(fā)明構思的示例性實施例的圖像傳感器的電子系統(tǒng)的框圖。
[0046]圖24是包括根據本發(fā)明構思的示例性實施例的圖1中所示的圖像傳感器的電子系統(tǒng)的框圖。
【具體實施方式】
[0047]下面將參考附圖更全面地描述本發(fā)明構思的示例性實施例。在附圖中,為了清晰,層和區(qū)域的大小和相對大小可以被夸大。相似的參考標記始終表示相似的元件
[0048]將理解的是,當一個元件或層被稱為“連接”或“耦接”到另一元件或層時,它可以直接連接或耦接到其他元件或層,或者也可以存在居間的元件或層。
[0049]將理解的是,雖然這里使用術語第一、第二等描述各種元件,但是這些元件將不由這些術語限制。這些術語用于將一個元件與其它元件區(qū)分開。例如,第一信號可以被稱為第二信號,而且類似地,第二信號可以被稱為第一信號而不偏離本公開的教導。
[0050]如這里使用的,單數形式“一個”、“一”和“該”也意圖包括復數形式,除非上下文明確地給出相反指示。
[0051]如這里使用的,當元件或層被描述為彼此相鄰時,元件或層可以直接彼此相鄰或者可以存在居間的元件或層。此外,當兩個或更多個元件或值被描述為基本上相同或彼此相等時,將理解的是,這些元件或值彼此相同、彼此難以區(qū)分、或彼此能夠區(qū)分但是在功能上彼此相同,如本領域普通技術人員所理解的。
[0052]圖1是根據本發(fā)明構思的示例性實施例的包括圖像傳感器100的圖像處理系統(tǒng)10的框圖。圖像處理系統(tǒng)10可以包括圖像傳感器100、數字信號處理器(DSP)200、顯示單元300和鏡頭500。圖像傳感器100可以包括鏡頭500、像素陣列110、控制單元150和讀出塊190。
[0053]像素陣列110可以包括多個像素(例如,