本公開涉及圖像傳感器技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種具有改進(jìn)的相位檢測(cè)像素的BSI CMOS圖像傳感器。

背景技術(shù)：

背照式(BSI)互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體(CMOS)圖像傳感器上的相位檢測(cè)像素(PDP)對(duì)改進(jìn)照相機(jī)中的聚焦是有用的。成對(duì)的像素被掩蓋，使得其僅檢測(cè)來自物鏡的一個(gè)或另一個(gè)邊緣的光。成對(duì)的互補(bǔ)PDP布置于傳感器上，以允許照相機(jī)確定在當(dāng)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(diào)整。

當(dāng)形成還包括埋藏式濾色鏡陣列(BCFA)的復(fù)合格柵(金屬上的氧化物)層的金屬格柵時(shí)，對(duì)于每個(gè)PDP，傳統(tǒng)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(fù)合格柵內(nèi)。

相比于帶有BCFA制造的BSI CMOS圖像傳感器，使用復(fù)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(cè)能力退化。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

在一個(gè)實(shí)施例中，背照式(BSI)互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體(CMOS)圖像傳感器具有包括相位檢測(cè)像素(PDP)、由埋藏式濾色鏡陣列和復(fù)合金屬/氧化物格柵形成的復(fù)合格柵、和對(duì)應(yīng)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(jié)構(gòu)同時(shí)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(jié)構(gòu)相同的材料制造，并被布置于復(fù)合格柵和光電二極管植入之間。

在另一個(gè)實(shí)施例中，方法制造具有包括相位檢測(cè)像素(PDP)的像素陣列的類型的背照式(BSI)互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)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(jié)構(gòu)連同地制造，并由相同的連續(xù)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(fù)合金屬/氧化物格柵的復(fù)合格柵和(b)對(duì)應(yīng)PDP的光電二極管植入之間。

在另一個(gè)實(shí)施例中，方法改進(jìn)背照式(BSI)互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體(CMOS)圖像傳感器中的相位檢測(cè)像素(PDP)的相位檢測(cè)能力。PDP的PDP掩膜被與BSI CMOS圖像傳感器的深槽隔離結(jié)構(gòu)同時(shí)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(fù)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(cè)像素(PDP)的背照式(BSI)互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)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(cè)來自物鏡的不同側(cè)面的光的示意圖。

圖3是示出現(xiàn)有技術(shù)的PDP的示例性結(jié)構(gòu)的現(xiàn)有技術(shù)的BSI CMOS圖像傳感器的部分的剖面。

圖4示出一個(gè)實(shí)施例中將PDP掩膜與埋藏式鎢(W)DTI結(jié)構(gòu)結(jié)合以改進(jìn)像素量子效率和PDP靈敏度的一個(gè)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(jié)構(gòu)結(jié)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(nèi)的一個(gè)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(fù)合格柵的第一PDP結(jié)構(gòu)。

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(fù)合格柵的第二PDP結(jié)構(gòu)，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(jié)構(gòu)的每個(gè)的模擬的相位檢測(cè)結(jié)果的曲線圖。

具體實(shí)施方式

圖1示出具有多個(gè)像素102(每個(gè)具有濾色鏡和透鏡)的背照式(BSI)互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體(CMOS)圖像傳感器100的像素模式，其中，兩個(gè)像素分別被配置有右相位檢測(cè)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(cè)來自物鏡202的第一側(cè)面204的光和PDP 110的示例性操作以檢測(cè)來自物鏡202的第二側(cè)面206的光的示意圖。相位檢測(cè)像素108、110可以被用于照相機(jī)內(nèi)以通過對(duì)于正在被捕捉的目標(biāo)的焦點(diǎn)檢測(cè)相位的差異，提高自動(dòng)聚焦。照相機(jī)調(diào)整焦點(diǎn)以對(duì)準(zhǔn)來自PDP 108和110的檢測(cè)的相位。

圖3是示出現(xiàn)有技術(shù)的PDP 302的結(jié)構(gòu)的現(xiàn)有技術(shù)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(lán)色濾光鏡310)的復(fù)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(jié)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(jié)構(gòu)318(1)-(4)、淺槽隔離(STI)結(jié)構(gòu)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?，F(xiàn)有技術(shù)中，DTI結(jié)構(gòu)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(lán)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(jìn)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(jìn)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(jìn)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(jìn)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(fù)合格柵303的制造是復(fù)雜的。

圖4示出將PDP掩膜404與埋藏式鎢(W)DTI結(jié)構(gòu)418(2)相結(jié)合以改進(jìn)像素量子效率(QE)和PDP靈敏度的一個(gè)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(lán)色濾光鏡410)的復(fù)合格柵403形成，BCFA與金屬格柵414和氧化物(或LN)格柵412相結(jié)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(jié)構(gòu)418(1)-(4)、淺槽隔離(STI)結(jié)構(gòu)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(fù)合格柵403內(nèi)，且因此對(duì)于像素的光進(jìn)入?yún)^(qū)域，不干擾與復(fù)合格柵部件的側(cè)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(jiǎn)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(jié)構(gòu)418同時(shí)地形成，使得DTI結(jié)構(gòu)418(2)和PDP掩膜404是連續(xù)的。DTI 408且因此PDP 404可以由鎢(W)或其它材料形成?，F(xiàn)有技術(shù)中，在金屬格柵314的制造期間發(fā)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(jié)構(gòu)518(2)相結(jié)合使得PDP掩膜504被布置于大體平坦的介電層519內(nèi)的一個(gè)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(lán)色濾光鏡510)的復(fù)合格柵503形成，BCFA與金屬格柵514和氧化物(或LN)格柵512相結(jié)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(jié)構(gòu)518(1)-(4)、淺槽隔離(STI)結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)518同時(shí)地形成，使得DTI結(jié)構(gòu)518(2)和PDP掩膜504是連續(xù)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(nèi)，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(fù)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(jìn)一步被提高。

正如BSI CMOS圖像傳感器400，相比于圖3的現(xiàn)有技術(shù)的BSI CMOS圖像傳感器300的，因?yàn)镻DP掩膜504從復(fù)合格柵503移除，且因此對(duì)于像素的光進(jìn)入?yún)^(qū)域，不干擾與復(fù)合格柵部件的側(cè)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(jìn)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(xiàn)有技術(shù)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(jiǎn)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(fù)合格柵的第一PDP結(jié)構(gòu)600。此復(fù)合格柵在透鏡601和光電二極管616之間。復(fù)合格柵的制造要求氧化物層和金屬格柵層被刻蝕有一個(gè)掩膜。因此，如圖6的結(jié)構(gòu)600中所示，氧化物612被形成于PDP掩膜604上。第一PDP結(jié)構(gòu)600相似于圖3的現(xiàn)有技術(shù)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(fù)合格柵的第二PDP結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)的每個(gè)的模擬的相位檢測(cè)結(jié)果的曲線圖800。

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

0.575/0.427＝1.34

其中，PD信號(hào)/正常G＝0.31

其中，PD信號(hào)表示具有PDP掩膜的像素的信號(hào)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(hào)水平。

曲線圖800上，線804表示對(duì)于圖6的結(jié)構(gòu)600(PDP掩膜上有復(fù)合物)的響應(yīng)水平。如曲線圖800中所示，對(duì)于線804的最大/中心的比為0.628/0.547＝1.14，其中，PD信號(hào)/正常G＝0.38。

曲線圖800上，線806表示對(duì)于圖7的結(jié)構(gòu)700(PDP掩膜上無復(fù)合物)的響應(yīng)水平。如曲線圖800中所示，對(duì)于線806的最大/中心的比為0.61/0.44＝1.38，其中，PD信號(hào)/正常G＝0.31。

如所示，通過將PDP掩膜504與W填滿的DTI結(jié)構(gòu)518(2)相結(jié)合使得復(fù)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(xiàn)有技術(shù)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(fù)合物”線804和BCFA線802，示出結(jié)構(gòu)600的相位檢測(cè)能力是弱的。通過移除金屬上的氧化物，如圖7的結(jié)構(gòu)700中所示(其中濾光鏡708延伸至掩膜704上)，結(jié)構(gòu)700的相位檢測(cè)能力被提高回至1.36，如當(dāng)“PDP掩膜上無復(fù)合物”線806與BCFA線802相比較時(shí)所示出。

通過形成具有DTI 518的PDP掩膜504，由于復(fù)合格柵503被形成為具有單個(gè)掩膜，BSI CMOS圖像傳感器500的制造被簡(jiǎn)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(duì)上述系統(tǒng)和方法做出改變。因此，應(yīng)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(yīng)該被理解為說明性的且不具有限制意義。所附權(quán)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(tǒng)的范圍的在語言上的所有聲明應(yīng)被認(rèn)為落入其間。