具有改進的相位檢測像素的BSICMOS圖像傳感器的制作方法

本公開涉及圖像傳感器技術領域，尤其涉及一種具有改進的相位檢測像素的BSI CMOS圖像傳感器。

背景技術：

背照式(BSI)互補金屬氧化物半導體(CMOS)圖像傳感器上的相位檢測像素(PDP)對改進照相機中的聚焦是有用的。成對的像素被掩蓋，使得其僅檢測來自物鏡的一個或另一個邊緣的光。成對的互補PDP布置于傳感器上，以允許照相機確定在當前位置是如何異相接收光的，由此確定將圖像聚焦于傳感器上所需的透鏡聚焦調整。

當形成還包括埋藏式濾色鏡陣列(BCFA)的復合格柵(金屬上的氧化物)層的金屬格柵時，對于每個PDP，傳統的具有PDP的BSI COMS圖像傳感器的制造形成PDP掩膜。因此，PDP掩膜還被布置于復合格柵內。

相比于帶有BCFA制造的BSI CMOS圖像傳感器，使用復合格柵制造的BSI CMOS圖像傳感器可以獲得更高的量子效率(QE)；然而，由于PDP掩膜上的附加的氧化物，相位檢測能力退化。

技術實現要素：

在一個實施例中，背照式(BSI)互補金屬氧化物半導體(CMOS)圖像傳感器具有包括相位檢測像素(PDP)、由埋藏式濾色鏡陣列和復合金屬/氧化物格柵形成的復合格柵、和對應PDP的光電二極管植入的像素陣列。PDP掩膜被與鄰近PDP的深槽隔離(DTI)結構同時地制造，并被布置為掩蓋光電二極管植入的至少部分，使得PDP掩膜由與DTI結構相同的材料制造，并被布置于復合格柵和光電二極管植入之間。

在另一個實施例中，方法制造具有包括相位檢測像素(PDP)的像素陣列的類型的背照式(BSI)互補金屬氧化物半導體(CMOS)圖像傳感器。用于PDP的PDP掩膜被與鄰近PDP的深槽隔離(DTI)結構連同地制造，并由相同的連續材料形成。PDP掩膜被完全地布置于(a)具有埋藏式濾色鏡陣列和復合金屬/氧化物格柵的復合格柵和(b)對應PDP的光電二極管植入之間。

在另一個實施例中，方法改進背照式(BSI)互補金屬氧化物半導體(CMOS)圖像傳感器中的相位檢測像素(PDP)的相位檢測能力。PDP的PDP掩膜被與BSI CMOS圖像傳感器的深槽隔離結構同時地、使用相同的材料制造，使得PDP掩膜被布置于BSI CMOS圖像傳感器的復合格柵和光電二極管植入之間。PDP掩膜的布置提高PDP的量子效率(QE)和靈敏度。

附圖說明

圖1示出具有相位檢測像素(PDP)的背照式(BSI)互補金屬氧化物半導體(CMOS)圖像傳感器的像素圖案。

圖2是示出圖1的PDP的示例性操作以檢測來自物鏡的不同側面的光的示意圖。

圖3是示出現有技術的PDP的示例性結構的現有技術的BSI CMOS圖像傳感器的部分的剖面。

圖4示出一個實施例中將PDP掩膜與埋藏式鎢(W)DTI結構結合以改進像素量子效率和PDP靈敏度的一個示例性BSI CMOS圖像傳感器。

圖5示出將PDP掩膜與埋藏式鎢(W)DTI結構結合使得PDP掩膜被布置于圖像傳感器的大體平坦的介電層內的一個示例性BSI CMOS圖像傳感器。

圖6示出具有由氧化物、綠色濾光鏡和形成由氧化物覆蓋的PDP掩膜的金屬格柵形成的復合格柵的第一PDP結構。

圖7示出具有由氧化物、綠色濾光鏡和形成PDP掩膜的金屬格柵形成的復合格柵的第二PDP結構，其中綠色濾光鏡延伸至PDP掩膜上。

圖8是示出使用400nm-650nm的白光，來自圖6和7的PDP結構的每個的模擬的相位檢測結果的曲線圖。

具體實施方式

圖1示出具有多個像素102(每個具有濾色鏡和透鏡)的背照式(BSI)互補金屬氧化物半導體(CMOS)圖像傳感器100的像素模式，其中，兩個像素分別被配置有右相位檢測像素(PDP)掩膜104和左PDP掩膜10 6以操作為PDP 108和110。圖2是示出圖1的PDP 108的示例性操作以檢測來自物鏡202的第一側面204的光和PDP 110的示例性操作以檢測來自物鏡202的第二側面206的光的示意圖。相位檢測像素108、110可以被用于照相機內以通過對于正在被捕捉的目標的焦點檢測相位的差異，提高自動聚焦。照相機調整焦點以對準來自PDP 108和110的檢測的相位。

圖3是示出現有技術的PDP 302的結構的現有技術的BSI CMOS圖像傳感器300的部分的剖面。BSI CMOS圖像傳感器300由包括埋藏式濾色鏡陣列(BCFA)(示出為紅色濾光鏡306、綠色濾光鏡308和藍色濾光鏡310)的復合格柵303形成，BCFA與金屬格柵314和PDP掩膜304和氧化物(或鑭系元素(LN))格柵312相結合。BSI CMOS圖像傳感器300還被示為具有N型光電二極管植入316(1)-(3)、深槽隔離(DTI)結構318(1)-(4)、淺槽隔離(STI)結構320(1)-(4)、多晶硅柵324(1)-(4)、介電層319、P+層322(1)-(3)以及金屬1層326。現有技術中，DTI結構318典型地由氧化物和/或無摻雜的多晶硅材料制造。

紅色濾光鏡306和藍色濾光鏡310是尺寸相似的。然而，由于PDP掩膜304，綠色濾光鏡更小。這引進問題，由光線305示出，其中氧化物或LN格柵312干擾以特定的角度進入的光，并與綠色濾光鏡308的邊緣形成反射界面。以特定的其它角度進入的光還可以穿過濾光鏡的減小的厚度，減小顏色靈敏度。進一步地，由于PDP 302的綠色濾光鏡308小于BSI CMOS圖像傳感器300的其它綠色濾光鏡，復合格柵303的制造是復雜的。

圖4示出將PDP掩膜404與埋藏式鎢(W)DTI結構418(2)相結合以改進像素量子效率(QE)和PDP靈敏度的一個示例性BSI CMOS圖像傳感器400。BSI CMOS圖像傳感器400相似于圖3的BSI CMOS圖像傳感器300，并由包括埋藏式濾色鏡陣列(BCFA)(示為紅色濾光鏡406、綠色濾光鏡408和藍色濾光鏡410)的復合格柵403形成，BCFA與金屬格柵414和氧化物(或LN)格柵412相結合。BSI CMOS圖像傳感器400還被示出具有N型光電二極管植入416(1)-(3)、深槽隔離(DTI)結構418(1)-(4)、淺槽隔離(STI)結構420(1)-(4)、多晶硅柵424(1)-(4)、介電層419、P+層422(1)-(3)和金屬1層426。

在BSI CMOS圖像傳感器400中，由于PDP掩膜404沒有被包括在復合格柵403內，且因此對于像素的光進入區域，不干擾與復合格柵部件的側面邊緣交互的光，從而像素量子效率(QE)和PDP靈敏度被提高。由于濾色鏡406、408和410是相同的尺寸，比較于圖3的BSI CMOS圖像傳感器300，BCFA的制造更簡單。

如圖4中所示，在BSI CMOS圖像傳感器400的制造期間，PDP掩膜404與DTI結構418同時地形成，使得DTI結構418(2)和PDP掩膜404是連續的。DTI 408且因此PDP 404可以由鎢(W)或其它材料形成。現有技術中，在金屬格柵314的制造期間發生PDP掩膜304的制造。

圖5示出相似于圖4的BSI CMOS圖像傳感器400的將PDP掩膜504與埋藏式鎢(W)DTI結構518(2)相結合使得PDP掩膜504被布置于大體平坦的介電層519內的一個示例性BSI CMOS圖像傳感器500。BSI CMOS圖像傳感器500相似于圖4的BSI CMOS圖像傳感器400，并由包括埋藏式濾色鏡陣列(BCFA)(示為紅色濾光鏡506、綠色濾光鏡508和藍色濾光鏡510)的復合格柵503形成，BCFA與金屬格柵514和氧化物(或LN)格柵512相結合。BSI CMOS圖像傳感器500還被示出為具有N型光電二極管植入516(1)-(3)、深槽隔離(DTI)結構518(1)-(4)、淺槽隔離(STI)結構520(1)-(4)、多晶硅柵524(1)-(4)、介電層519、P+層522(1)-(3)和金屬1層526。

如圖5中所示，在BSI CMOS圖像傳感器500的制造期間，PDP掩膜504與DTI結構518同時地形成，使得DTI結構518(2)和PDP掩膜504是連續的。DTI 508且因此PDP 504可以由鎢(W)或其它材料形成。

在BSI CMOS圖像傳感器500中，由于PDP掩膜504完全形成于介電層519內，介電層519和N型光電二極管植入516之間的邊界550是大體上平坦的，且介電層519和復合格柵503之間的邊界552也是大體上平坦的，從而相比于圖4的BSI CMOS圖像傳感器400，像素量子效率(QE)和PDP靈敏度進一步被提高。

正如BSI CMOS圖像傳感器400，相比于圖3的現有技術的BSI CMOS圖像傳感器300的，因為PDP掩膜504從復合格柵503移除，且因此對于像素的光進入區域，不干擾與復合格柵部件的側面邊緣交互的光，因此BSI CMOS圖像傳感器500的像素量子效率(QE)和PDP靈敏度被提高。進一步地，由于所有的濾色鏡506、508和510是相同的尺寸，因此相比于現有技術的BSI CMOS圖像傳感器300的制造，BSI CMOS圖像傳感器500的制造被簡化。

圖6示出具有由氧化物612、綠色濾光器608和形成被氧化物612覆蓋的PDP掩膜604的金屬格柵614形成的復合格柵的第一PDP結構600。此復合格柵在透鏡601和光電二極管616之間。復合格柵的制造要求氧化物層和金屬格柵層被刻蝕有一個掩膜。因此，如圖6的結構600中所示，氧化物612被形成于PDP掩膜604上。第一PDP結構600相似于圖3的現有技術的PDP 302，其中，相比于BSI CMOS圖像傳感器300的其它濾光鏡，綠色濾光鏡604在尺寸被減小。圖7示出具有由氧化物712、綠色濾光鏡708和形成PDP掩膜704的金屬格柵形成的復合格柵的第二PDP結構700，其中綠色濾光鏡708在PDP掩膜704上延伸光電二極管716的全寬，且在PDP掩膜704上沒有形成氧化物層。

圖8是示出使用400nm-650nm的白光，分別來自圖6和7的PDP結構的每個的模擬的相位檢測結果的曲線圖800。

曲線圖800上，線802表示對于具有PDP掩膜的BCFA的響應水平。如曲線圖800中所示，對于線802的最大/中心的比為：

0.575/0.427＝1.34

其中，PD信號/正常G＝0.31

其中，PD信號表示具有PDP掩膜的像素的信號水平，且正常G表示沒有PDP掩膜且具有綠色濾光鏡的像素的信號水平。

曲線圖800上，線804表示對于圖6的結構600(PDP掩膜上有復合物)的響應水平。如曲線圖800中所示，對于線804的最大/中心的比為0.628/0.547＝1.14，其中，PD信號/正常G＝0.38。

曲線圖800上，線806表示對于圖7的結構700(PDP掩膜上無復合物)的響應水平。如曲線圖800中所示，對于線806的最大/中心的比為0.61/0.44＝1.38，其中，PD信號/正常G＝0.31。

如所示，通過將PDP掩膜504與W填滿的DTI結構518(2)相結合使得復合格柵503(具有金屬格柵514和氧化物格柵512和BCFA)不被PDP掩膜中斷，相比于圖3的現有技術的PDP 302，PDP 502具有更高的QE和靈敏度。

如圖8的曲線圖800中所示，比較“PDP掩膜上有復合物”線804和BCFA線802，示出結構600的相位檢測能力是弱的。通過移除金屬上的氧化物，如圖7的結構700中所示(其中濾光鏡708延伸至掩膜704上)，結構700的相位檢測能力被提高回至1.36，如當“PDP掩膜上無復合物”線806與BCFA線802相比較時所示出。

通過形成具有DTI 518的PDP掩膜504，由于復合格柵503被形成為具有單個掩膜，BSI CMOS圖像傳感器500的制造被簡化，且相比于BSI CMOS圖像傳感器300的PDP 302(圖3)，PDP 502的QE被提高。

在不脫離其范圍的情況下，可以對上述系統和方法做出改變。因此，應該注意的是，在上述描述中包含的或在附圖中示出的方式，應該被理解為說明性的且不具有限制意義。所附權利要求旨在覆蓋在此描述的所有通用和特定特征，以及本方法和本系統的范圍的在語言上的所有聲明應被認為落入其間。