CN109786405A - 图像传感器及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

图像传感器及其制造方法。一种图像传感器包括：像素阵列，在该像素阵列中布置有多个像素，其中，所述多个像素中的至少一个包括：基板，该基板包括具有光接收区域和光遮挡区域的光电转换元件；以及第一含铪层，该第一含铪层被形成为与和所述光遮挡区域对应的基板接触。

Description

图像传感器及其制造方法
技术领域
本公开的各种实施方式总体上涉及半导体器件制造技术，并且更具体地，涉及一种具有适于检测相位差的相位差检测像素的图像传感器及其制造方法。
背景技术
大多数成像装置(诸如数码相机和摄像机)可以具有自动聚焦***。自动聚焦***可以通过独立于光学***测量与物体的距离的主动方法或者对正进入光学***的图像执行被动分析的被动方法来实现。被动方法可以包括相位检测方案和对比度检测方案，相位检测方案将入射光划分为成对的图像并且比较它们的相位，对比度检测方案通过透镜来测量传感器场内的对比度。
除了图像传感器之外，相位差自动聚焦***还具有用于检测相位差的传感器。自动聚焦通过基于相位差检测传感器的输出调节透镜来实现。相位差自动聚焦检测方案可以需要反射镜。例如，在用于数码单反(DSLR)相机的自动聚焦方案中，除了引导入射光以便获得图像的主反射镜之外，另外包括用于将入射光引导至相位差检测传感器中的辅反射镜。基于相位差的自动聚焦的优点在于，能够实现快速高性能的自动聚焦。然而，由于需要专用于基于相位差的自动聚焦的附加传感器和附加光学***，因此基于相位差的自动聚焦是一种高成本***。
相比之下，对比度检测方案自动聚焦***依赖于从图像传感器提取的高频数据。这种自动聚焦方法被称为对比度自动聚焦。由于对比度自动聚焦不需要基于相位差的自动聚焦所需的信号处理电路和附加传感器，因此对比度自动聚焦能够以相对低的成本来实现。然而，对比度自动聚焦操作较慢，并且精度不及基于相位差的自动聚焦。
发明内容
本公开的实施方式涉及一种相位差检测像素及其制造方法，该相位差检测像素增强或改进了图像传感器的遮光性质和电绝缘性质。
根据本发明的一个实施方式，一种图像传感器可以包括：像素阵列，在该像素阵列中布置有多个像素，其中，所述多个像素中的至少一个可以包括：基板，该基板包括具有光接收区域和光遮挡区域的光电转换元件；以及第一含铪层，该第一含铪层被形成为与和所述光遮挡区域对应的基板接触。
所述图像传感器还可以包括第二含铪层，该第二含铪层被形成在与所述光接收区域对应的基板上方。所述第一含铪层的侧壁和所述第二含铪层的侧壁彼此接触。所述第一含铪层和所述第二含铪层可以分别包括含有铪和氧(O)的铪氧化物。所述第一含铪层中含有的铪(Hf)和氧(O)在化学计量上是不稳定，并且所述第二含铪层中含有的铪(Hf)和氧(O)在化学计量上是稳定的。所述第一含铪层包含铪硅化物，并且所述第二含铪层包含铪硅酸盐。所述第二含铪层的含氧率可以大于所述第一含铪层的含氧率。所述第一含铪层可以处于电浮置状态。
根据本发明的一个实施方式，一种图像传感器可以包括：像素阵列，在该像素阵列中布置有多个像素，其中，所述多个像素中的至少一个可以包括：基板，该基板包括具有光接收区域和光遮挡区域的光电转换元件；光遮挡层，该光遮挡层被形成为与和所述光遮挡区域对应的基板接触，并且包含金属硅化物；以及光透明层，该光透明层被形成在与所述光接收区域对应的基板上方，并且包含金属硅酸盐。
所述光遮挡层和所述光透明层可以包含相同的金属。所述金属硅化物包含铪硅(HfSi)，并且所述金属硅酸盐包括铪硅氧化物(HfSiO)。所述光遮挡层的侧壁和所述光透明层的侧壁彼此接触。
根据本发明的一个实施方式，一种图像传感器可以包括：像素阵列，在该像素阵列中布置有多个像素，其中，所述多个像素中的至少一个包括：基板，该基板包括具有光接收区域和光遮挡区域的光电转换元件；光遮挡层，该光遮挡层被形成为与和所述光遮挡区域对应的基板接触；以及光透明层，该光透明层被形成在与所述光接收区域对应的基板上方，所述光遮挡层包含第一金属氧化物，所述光透明层包含第二金属氧化物，所述第二金属氧化物的氧含量与所述第一金属氧化物的氧含量不同。
所述第二金属氧化物的氧含量可以大于所述第一金属氧化物的氧含量。所述第一金属氧化物和所述第二金属氧化物包含铪(Hf)。所述第一金属氧化物中包含的铪(Hf)和氧(O)在化学计量上是不稳定的，并且所述第二金属氧化物中包含的铪(Hf)和氧(O)在化学计量上是稳定的。所述第一金属氧化物包含HfOx(其中，x等于或小于1)，并且所述第二金属氧化物包含HfO2。所述第一金属氧化物的侧壁和所述第二金属氧化物的侧壁彼此接触。
根据本发明的一个实施方式，一种制造图像传感器的方法可以包括以下步骤：在基板中形成包括光接收区域和光遮挡区域的光电转换元件；以及形成光遮挡层和光透明层，所述光遮挡层与和所述光遮挡区对应的基板接触，所述光透明层形成在与所述光接收区域对应的基板上方。所述光遮挡层包括第一含铪层，所述光透明层可以包括第二含铪层。
所述光遮挡层的侧壁和所述光透明层的侧壁彼此接触。形成所述光遮挡层和所述光透明层的步骤可以包括：在与所述光接收区域对应的基板上形成硅氧化物图案；在与所述光遮挡区域对应的基板上方以及在所述硅氧化物图案上方形成铪层；以及执行热处理，以在与所述光接收区域对应的基板上方形成铪硅酸盐并且在与所述光遮挡区域对应的基板上形成铪硅化物。形成所述光遮挡层和所述光透明层的步骤可以包括：在与所述光接收区域对应的基板上形成所述硅氧化物图案；在与所述光遮挡区域对应的基板上以及在所述硅氧化物图案上形成铪层；以及通过引起热力学反应，形成第一铪氧化物层和氧含量比所述第一铪氧化物层大的第二铪氧化物层。
对于本发明所属领域的普通技术人员而言，根据下面结合附图进行的描述，本发明的这些特征和优点以及其它特征和优点将变得清楚。
附图说明
图1例示了使用相位差检测***进行的相位差检测。
图2A和图2B是例示图1中示出的相位差的曲线图。
图3例示了根据一个实施方式的相位差检测像素。
图4A、图4B、图4C、图4D、图4E和图4F是例示根据实施方式的制造图像传感器的方法的截面图。
图5是根据图3中示出的相位差检测像素的比较例的相位差检测像素的截面图。
具体实施方式
以下，参照附图来更详细地描述本公开的各种实施方式。然而，如本领域技术人员依照本公开将清楚的，本公开的元件和特征可以与所描述和例示的实施方式中所示的不同地配置或布置。因此，本公开不限于本文中阐述的实施方式。相反，提供所描述的实施方式以使得本公开是彻底和完整的，并且将把本发明充分地传达给本发明所属领域技术人员。此外，对“实施方式”的参考不一定仅意味着一个实施方式，并且对“实施方式”的不同参考不一定是同一实施方式。在整个本公开中，相同的附图标记在本发明的各个附图和实施方式中表示相同的部分。
应该理解，虽然在本文中可以使用术语“第一”、“第二”、“第三”等来标识各种元件，但是这些元件不受这些术语限制。这些术语被用于将一个元件与另一元件区分开。因此，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，以下描述的第一元件也可被称为第二元件或第三元件。
附图不一定按比例绘制，并且在某些情形下，可以夸大比例，以便清楚地例示实施方式的各种特征。
还应该理解，当元件被称为“连接到”或“联接到”另一元件时，该元件可以直接在另一元件上，连接到或联接到另一元件，或者可存在一个或更多个中间元件。另外，还应该理解，当元件被称为“在”两个元件“之间”时，该元件可以是这两个元件之间的唯一元件，或者还可存在一个或更多个中间元件。
本文中使用的术语是出于描述特定实施方式的目的，而不旨在限制本发明。如本文中使用的，除非上下文另外清楚指示，否则单数形式旨在包括复数形式，反之亦然。还应该理解，当在本说明书中使用术语“包括”及其变型时，指明所述元件的存在，而不排除存在或添加一个或更多个其它元件。如本文中使用的，术语“和/或”包括一个或更多个关联所列项目的任何组合和所有组合。
除非另有定义，否则鉴于本公开，本文中使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)具有与本发明所属领域的普通技术人员中的一个通常理解的含义相同的含义。还将理解，除非本文中如此明确定义，否则术语(诸如在通用字典中定义的术语)应被解释为具有与它们在本公开的上下文和相关技术中的含义一致的含义，并且不应以理想化或过于正式的含义来解释。
在下面的描述中，阐述了众多具体细节，以便提供对本发明的透彻理解。本发明可以在没有这些具体细节中的一些或全部的情况下进行实践。在其它情形下，没有详细描述公知的工艺结构和/或进程以免不必要地使本发明不清楚。
还要注意，在某些情形下，除非另外具体指示，否则如对相关领域技术人员而言将清楚的是，与一个实施方式结合描述的特征或元件可被单独使用或者与另一实施方式的其它特征或元件组合使用。
将参照附图来详细地描述本发明的各种实施方式。
在描述根据实施方式的图像传感器之前，参照图1至图2B来描述检测相位差检测像素中的相位差的原理。
图1例示了根据本发明的一个实施方式的使用相位差检测***进行的相位差检测。图2A和图2B是用于描述根据图1的相位差的曲线图。
参照图1，相位差检测自动聚焦***包括第一相位差检测像素PR和第二相位差检测像素PL、微透镜阵列MLA和成像透镜IL。
第一像素PR和第二像素PL需要通过使用相位差检测像素来检测相位差。穿过成像透镜IL的入射光穿过微透镜阵列MLA。入射光被引导至具有光电转换元件的第一像素PR和第二像素PL中。
在成像透镜IL的光瞳P1、P2当中，来自设置在成像透镜IL的光轴上方的光瞳P1的入射光被引导至第二像素PL中，而来自设置在成像透镜IL的光轴下方的光瞳P2的入射光被引导至第一像素PR中。
第一像素PR和第二像素PL中的光电转换元件接收通过光瞳P1、P2进入的入射光，该入射光从光瞳P1、P2经由微透镜阵列ML逆向投射。这被称为“光瞳分割”。
图2A和图2B中示出了包含光瞳分割的第一像素PR和第二像素PL的连续输出。
在图2A和图2B的曲线图中，横轴表示第一像素PR和第二像素PL的位置，而纵轴表示第一像素PR和第二像素PL的输出值。
比较第一像素PR和第二像素PL的输出，可以看出，输出是相同的但是被移位，该移位与相位差对应。
这是由于来自成像透镜IL的偏心形成的光瞳P1、P2的光的图像形成位置彼此不同而导致的。
如图2A中例示的，当来自偏心形成的光瞳P1、P2的光的焦点彼此不一致时，第一像素PR和第二像素PL表现出输出相位差。如图2B中例示的，当来自偏心形成的光瞳P1、P2的光的焦点彼此一致时，可在相同位置处形成图像。
另外，可以根据焦点差异来确定焦点方向。“前聚焦”表示物体处于前焦点状态。在进行前聚焦时，第一像素PR的输出的相位相比于聚焦相位中的相位进一步向左移位，而第二像素PL的输出的相位相比于聚焦相位中的相位进一步向右移位。
相反，“后聚焦”表示物体处于后聚焦状态。
在进行后聚焦时，第一像素PR的输出的相位相比于聚焦相位中的相位进一步向右移位，而第二像素PL的输出的相位相比于聚焦相位中的相位进一步向左移位。第一像素PR的相位与第二像素PL的相位之间的移位量可以被转换成焦点之间的偏差量。
实施方式提供一种图像传感器，该图像传感器能够在没有相位差检测传感器和光学***的情况下执行基于相位差的自动聚焦。为了实现这一点，除了获取图像的图像像素之外，实施方式还具有能够检测相位差的多个相位差检测像素。在实施方式中，呈二维排列的像素可以被划分为图像像素和相位差检测像素。在另一个示例中，可以仅存在相位差检测像素，所述相位差检测像素也用作图像感测像素。
图3例示了根据一个实施方式的相位差检测像素。图像传感器包括像素阵列，在像素阵列中，多个像素按具有行和列的矩阵方式布置。多个像素中的至少一个包括从顶部起依次形成的微透镜700、滤色器600、基板200和绝缘层100。
将这种结构应用于光遮挡区域A和光接收区域B。在光接收区域B中，可以在滤色器600和基板200之间形成光透明层300。在光遮挡区域A中，可以在滤色器600和基板200之间形成光遮挡层400。作为示例而非限制，图3示出了包括在单个像素中的光遮挡区域A和光接收区域B。在另一个示例中，一对光遮挡区域A和光接收区域B可以布置在相邻的像素中。另外，光遮挡区域A和光接收区域B可以布置在像素阵列中的至少一行或至少一列中。在另一个示例中，包括光遮挡区域A和光接收区域B的相位检测像素以像素阵列的预定位置关系(例如，对角线位置、对称位置或等距位置)来布置。
在绝缘层100中形成含有金属材料的布线(未示出)。在另一个实施方式中，布线可以不形成在光遮挡区域A的绝缘层100中。绝缘层100可以包括硅氧化物层、硅氮化物层、硅氮氧化物层或其组合。除了布线之外，还可以在绝缘层100中形成MOSFET(金属氧化物半导体场效应晶体管)，例如，传输晶体管、复位晶体管、源跟随晶体管、选择晶体管和偏置晶体管。MOSFET通过布线彼此电联接。
可以在绝缘层100下方附加形成支承层(未示出)。支承层支承并保护绝缘层100。支承层防止形成在绝缘层100的上面或内部的布线受到外部环境的影响。支承层可以包括硅氧化物层、硅氮化物层、硅氮氧化物层或其组合。在另一个实施方式中，支承层可以包含单晶硅。
基板200可以包括具有光接收区域B和光遮挡区域A的光电转换元件210。基板200可以包括半导体基板。半导体基板可以处于单晶状态。在另一个示例中，半导体基板可以包括含有硅的材料。也就是说，基板200可以包括有含单晶硅的材料。
光电转换元件210可以包括多个垂直交叠的光电转换单元。光电转换单元中的每一个可以是包括N型杂质区和P型杂质区的光电二极管。光电转换元件210可以包括光电晶体管、光电门、钉扎光电二极管(pinned photodiode)等。
本发明的实施方式的光电转换元件210可以包括光接收区域B和光遮挡区域A。
光遮挡层400可以包括第一含铪层，第一含铪层被形成为与和光遮挡区域A对应的基板200接触。
另外，光遮挡层400可以阻止从外部通过滤色器600进入的入射光被传输到基板200。光遮挡层400包含金属(例如，铪(Hf))，但是不导电，因此具有电浮置状态。
形成在与光接收区域B对应的基板200上方的光透明层300用作抗反射层，这是因为光透明层300将来自滤色器600的入射光传输到基板200。
光透明层300和光遮挡层400可以在像素的光轴(例如，中心轴)处彼此相邻地形成。光透明层300和光遮挡层400可以占据光电转换元件210的顶部约50:50。另外，光透明层300和光遮挡层400可以形成在相同水平处。光透明层300的一个侧壁和光遮挡层400的一个侧壁可被形成为彼此接触。
根据本发明的第一实施方式的光遮挡层400可以包含金属硅化物，并且可以具体地包含铪硅(HfSi)。根据本公开的第一实施方式的光透明层300可以包含金属硅酸盐。光透明层300可以具体地包含铪硅氧化物(HfSiO)。铪硅氧化物(HfSiO)和铪硅(HfSi)中包含的铪(Hf)和氧(O)以化学计量方式键合。也就是说，铪硅氧化物(HfSiO)中包含的铪(Hf)和氧(O)的元素成分比例可以用整数表示。
根据本公开的第二实施方式的光遮挡层400可以包括第一金属氧化物层。例如，第一金属氧化物层可以具体地包含铪氧化物(HfOx，x等于或小于1)。根据本公开的第二实施方式的光透明层300可以包括氧含量比第一金属氧化物层的氧含量大的第二金属氧化物层。光透明层300可以具体地包含铪氧化物(HfO2)。
铪氧化物(HfOx，x等于或小于1)中包含的铪(Hf)和氧(O)以非化学计量方式键合。铪氧化物(HfOx，x等于或小于1)中包含的铪(Hf)和氧(O)的元素成分比例可以不用整数表示。
铪氧化物(HfO2)中包含的铪(Hf)和氧(O)以化学计量方式键合。
滤色器600仅传输穿过微透镜700的光中的可见光线。滤色器600包括仅传输红色光线的红色滤色器R、仅传输绿色光线的绿色滤色器G和仅传输蓝色光线的蓝色滤色器B中的一个。在另一个实施方式中，滤色器600可以包括青色滤色器、黄色滤色器和品红色滤色器。
微透镜700会聚来自外部的入射光并且将会聚的光传输到滤色器600。
如上所述，由于光透明层300和光遮挡层400被形成为铪氧化物层(具有不同的氧比率)，因此光透明层300和光遮挡层400可以具有相同的结构。即使光透明层300和光遮挡层400具有相同的结构，但是光透明层300具有高透射率特性，而光遮挡层400具有低透射率特性。因此，能够增强或改进图像传感器的光学特性。
另外，本公开的光透明层300和光遮挡层400都使用含铪层同时形成。因此，简化了图像传感器的制造工序，并且能够降低制造成本。
光透明层300和光遮挡层400被形成为与基板200接触，并且滤色器600和基板200之间的距离H1是短的，这是因为距离H1取决于光透明层300和光遮挡层400的厚度。因此，能够改进光感测灵敏度和串扰特性，并且能够增强相位差检测特性。
由于与光遮挡层400形成在相同水平处的光透明层300用作抗反射层，因此不需要与光遮挡层400呈堆叠结构的附加抗反射层。
由于滤色器600和基板200之间的距离H1与光透明层300或光遮挡层400的厚度一样短，因此能够改进光感测灵敏度、串扰特性和相位差检测特性。
滤色器600和基板200之间的距离H1取决于光透明层300或光遮挡层400的厚度。
因此，能够改进相位差检测像素的光感测灵敏度和串扰特性，并且能够改进相位差检测特性。
图4A至图4F是例示根据实施方式的制造图像传感器的方法的截面图。可以通过已知制造方法来形成图3中示出的相位差检测像素的绝缘层100、滤色器600和微透镜700。因此，将省略其描述。
参照图4A，制备其中形成有具有光接收区域B和光遮挡区域A的光电转换元件22的硅基板21。硅基板21被划分成光接收区域B和光遮挡区域A。硅基板21对应于图3中示出的基板210。可以在硅基板21下方形成支承层(未示出)。可以在硅基板21和支承层之间另外形成其中形成有布线(未示出)的绝缘层(参见图3的100)。另选地，可以在硅基板21上方形成其中形成有布线的绝缘层(参见图3的100)。
参照图4B，硅氧化物层80被形成为覆盖硅基板21的整个上表面，也就是说，形成在光接收区域B和光遮挡区域A上。
为了在硅基板21上形成硅氧化物层80，可以使用化学气相沉积，例如，电感耦合化学气相沉积。在电感耦合化学气相沉积中，通过产生高密度等离子体，甚至在低温下也会发生气相热分解。由于使用远程等离子体使产生等离子体的区域与硅基板21分离，因此能够降低等离子体对层生长区域的离子损害。为了沉积硅氧化物层80，可以使用SiH4、N2O和/或稀释后的He气作为反应气体。
参照图4C，去除图4B的硅氧化物层80的形成在光遮挡区域A上方的局部部分。为了去除硅氧化物层80的形成在光遮挡区域A上方的一部分，首先，在硅氧化物层80上形成光致抗蚀剂层(未示出)，并且通过曝光和显影工序去除光致抗蚀剂层的形成在光遮挡区域A上方的一部分，以形成光接收区域B上的光致抗蚀剂图案。然后，使用形成在光接收区域B上方的光致抗蚀剂图案作为掩模来去除硅氧化物层80的形成在光遮挡区域A上方的一部分。最后，去除剩余在光接收区域B上的光致抗蚀剂图案，以形成硅氧化物图案80A。
参照图4D，在与光遮挡区域A对应的硅基板21上方以及与光接收区域B对应的硅氧化物图案80A上形成铪层90。为了在硅基板21上形成铪层90，将硅基板21放置在溅射室(未示出)中。铪材料通过溅射沉积在硅基板21上。
详细地，在将硅基板21放置在溅射室中的同时，使溅射室保持在真空状态下，并且将诸如氩(Ar)这样的溅射气体引入溅射室中。然后，溅射气体的粒子被电离成等离子体状态，并且电离后的粒子撞击包含铪的靶。从靶射出铪原子。所发射的铪原子扩散到硅基板21中并且沉积在硅基板21上。结果，在硅基板21上方形成铪层90。由于位于靶背面上的磁体的N极和S极之间形成的磁场，导致粒子的电离概率增加。
参照图4E和图4F，对其上形成有铪层90和硅氧化物图案80A的硅基板21执行热处理，以使铪层90与硅氧化物图案80A彼此反应。
为了形成根据本公开的第一实施方式的光透明层30(图3中的300)和光遮挡层40(图3中的300)，可将其上形成有铪层90和硅氧化物图案80A的硅基板21安装在热处理室中，并且在预定温度(例如，300℃至450℃)下执行退火达30分钟至150分钟。然后，通过上述热力学反应来形成铪氧化物层30、40。
在光遮挡区域A中，由于硅氧化物图案80A被去除，因此硅基板21中的硅(Si)和铪层90中的铪(Hf)彼此发生热力学反应，以形成包含金属硅化物的光遮挡层40。
在光接收区域B中，可以通过使硅氧化物图案80A中的SiO2与铪层90中的铪(Hf)的热力学反应来形成包含金属硅酸盐的光透明层30。
具体地，光遮挡层40可以包含铪硅(HfSi)，并且光透明层30可以包含铪硅氧化物(HfSiO)。铪硅氧化物(HfSiO)含有增强透射率特性的氧，因此它具有透射率特性，但是因为铪硅(HfSi)不含氧，所以遮光特性良好。
作为用于形成第一铪氧化物层30和第二铪氧化物层40的第二实施方式，将包括铪层90和硅氧化物图案80A的硅基板21放置在室温下预定时间。然后，在铪层90和硅氧化物图案80A之间发生以下的化学反应，以形成光透明层30。
硅基板21、铪层90和硅氧化物图案80A可以引起以下化学反应。
2SiO2+Hf→HfO2+2SiO↑，SiO2+HfO2→HfSiO4，Hf+HfSiO4→2HfO2+Si
在光遮挡区域A上，由于硅氧化物层80被去除，因此光遮挡层40可包括在硅基板21中的Si和铪层90中的铪(Hf)在氧氛围下发生热力学反应的同时铪层90中的铪(Hf)和氧(O2)反应而形成的第一含铪层(HfOx，x等于或小于1)。
在光接收区域B上，光透明层30可以包括在硅氧化物图案80A中的SiO2和铪层90中的铪在氧氛围下发生热力学反应的同时由于硅氧化物图案80A中的SiO2被消耗而使氧(O2)与铪层90中的铪(Hf)反应而形成的第二含铪层(HfO2)。
第一含铪层(HfOx，x等于或小于1)包括以非化学计量方式键合的铪(Hf)和氧(O)。第二含铪层(HfO2)中包含的铪-氧是化学计量化合物。
第二含铪层(HfO2)具有比第一含铪层(HfOx，x等于或小于1)高的氧含量。第一含铪层HfOx具有比第二含铪层(HfO2)低的氧含量，因此遮光特性更好。
在形成光透明层30和光遮挡层40之后，去除剩余在硅基板21上的硅材料和铪材料。为了去除硅材料和铪材料，可以使用将硅基板21浸没在硅蚀刻溶液或铪蚀刻溶液中达预定时间的方法、利用指定化学制品清洁硅基板21以去除剩余在硅基板21上的硅材料和铪材料的方法等。
如上所述，由于具有低透射率特性的光遮挡层(HfSi或HfOx，x等于或小于1)形成在光遮挡区域A的上部上方，因此入射光不能穿过光遮挡区域A的光遮挡层40。
另外，虽然光透明层30和光遮挡层40二者都包括含铪层，但是光透明层30具有高透射率特性，而光遮挡层40可以具有低透射率特性。因此，能够增强图像传感器的光感测特性。
另外，由于本发明的光透明层30和光遮挡层40使用含铪层在同一工序中同时形成(氧比例彼此不同)，因此流线化、减少或简化了图像传感器的制造工序，并且能够降低制造成本。
另外，由于本发明的光透明层30和光遮挡层40形成在基板21上方并且滤色器和基板之间的距离(参见图3中的H1)与光透明层30或光遮挡层40的厚度一样短，因此能够改进光感测灵敏度和串扰特性，并且能够增强相位差检测特性。
由于光透明层30与光遮挡层40形成在相同水平处，因此光透明层30还充当抗反射层。不另外需要与光遮挡层40呈叠堆结构的抗反射层。
结果，滤色器和基板之间的距离H1与光透明层30或光遮挡层40的厚度一样短，使得能够改进光感测灵敏度和串扰特性。另外，能够改进相位差检测特性。
图5是根据图3中示出的相位差检测像素的比较例的相位差检测像素的截面图。
参照图5，根据比较例的相位差检测像素包括从顶部起依次形成的微透镜8、滤色器7、平整层6、光遮挡层5、抗反射层4、基板2和绝缘层1。
微透镜8会聚来自外部的入射光并且可以将光传输到滤色器7。微透镜8可以被形成为使得微透镜和相邻延迟检测像素的端部彼此接触。微透镜8可以被形成为使得其端部部分彼此分隔开预定距离，以确保遮光特性。
滤色器7仅允许可见光穿过微透镜8。滤色器7包括用于仅使可见光线当中的红光穿过的红色滤色器、仅使可见光线当中的绿光穿过的绿色滤色器和仅使可见光线当中的蓝光穿过的蓝色滤色器中的一个。
在去除由于形成在相位差检测像素上方的预定结构(例如，光遮挡层)而导致的台阶的同时，平整层6可以用作入射光的抗反射层。平整层6可以是从由氧化物层、氮化物层和氧化物/氮化物层组成的组中选择的任何一个单层或者其中叠堆有两个或更多个层的多层。平整层6引导通过微透镜8以预定角度进入滤色器7的入射光。平整层6可以包括氧化物层、氮化物层或其组合层。
光遮挡层5可以阻挡从外部通过滤色器7的入射光被传输到基板2中的光电转换元件3。光遮挡层5可以包括用于遮挡光的金属层(例如，钨)。根据比较例的光遮挡层5不能被形成为与基板2接触，这是因为光遮挡层5是通过延伸网格图案(未示出)形成的。由于光遮挡层5包括诸如钨这样的具有导电性的金属层，因此光遮挡层5不能被形成为与基板2接触。
抗反射层4防止通过滤色器7的入射光被反射到外部并且将光传输到基板2中的光电转换元件3。为此，抗反射层4可以包括用于透射光的含铪层(例如，HfO2)。
来自物体的入射光通过微透镜8入射到光电转换元件3上，并且响应于入射光而在光电转换元件3中产生的电荷可以是像素信息。
然而，在具有相位差检测像素的图像传感器中，可以单独执行用于形成抗反射层4的含铪层形成工序和用于形成光遮挡层5的金属层形成工序。但是，缺点在于单价升高。
另外，由于光遮挡层5被形成为不与基板2接触，因此图像传感器的光学特性劣化。
由于滤色器7和基板2彼此分离开厚度H2，因此包括在基板2中的光电转换元件3的光感测灵敏度和串扰特性会劣化。厚度H2是包括光遮挡层5、抗反射涂层4和平整层6的叠堆层的总厚度，平整层6用于去除光遮挡层5的台阶。
然而，虽然本发明的光透明层和光遮挡层都包括含铪层(不同的氧比例)，但是光透明层具有高透射率特性，而光遮挡层具有可以低的透射率特性。因此，能够简化图像传感器的制造工序，并且能够降低制造成本，同时改进图像传感器的光感测特性。
另外，本发明的光透明层和光遮挡层具有相同的厚度。由于与光遮挡层形成在相同水平处的光透明层还充当抗反射层，因此不另外需要具有层叠结构的光遮挡层和抗反射层。
滤色器和基板之间的距离H1与光透明层或光遮挡层的厚度一样短，使得能够改进光感测灵敏度、串扰特性和相位差检测特性。
基于以上提到的问题的解决方案，本公开可以提供一种示例性图像传感器及其制造方法，其用于增强具有相位差检测自动聚焦***(自动聚焦***)的图像传感器的光会聚效率和光遮挡效率。
另外，本发明可以提出一种示例性图像传感器及其制造方法，其在同一工序中同时形成光遮挡层和光透明层，由此简化制造工序并且降低制造成本。
另外，本公开可以提供一种示例性图像传感器及其制造方法，其通过将光透明层和光遮挡层形成为与基板接触而非层叠结构来减小滤色器和光电转换元件之间的距离。因此，能够改进光感测灵敏度、串扰特性和相位差检测特性。因此，能够降低缺陷率，并且能够提高可靠性。
虽然已经针对特定实施方式描述了本公开，但是本领域技术人员依据本公开应该清楚的是，在不脱离所附权利要求书限定的本发明的精神和范围的情况下，可以进行各种改变和修改。
相关申请的交叉引用
本申请要求于2017年11月13日提交的韩国专利申请No.10-2017-0150570的优先权，该韩国专利申请的全部内容以引用方式并入本文中。

Claims (21)

1.一种图像传感器，该图像传感器包括：
像素阵列，该像素阵列包括多个像素，
其中，所述多个像素中的至少一个包括：
基板，该基板包括具有光接收区域和光遮挡区域的光电转换元件；以及
第一含铪层，该第一含铪层被形成为与和所述光遮挡区域对应的基板接触。
2.根据权利要求1所述的图像传感器，该图像传感器还包括：
第二含铪层，该第二含铪层被形成在与所述光接收区域对应的基板上方。
3.根据权利要求2所述的图像传感器，其中，所述第一含铪层的侧壁和所述第二含铪层的侧壁彼此接触。
4.根据权利要求2所述的图像传感器，其中，所述第一含铪层和所述第二含铪层分别包括含有铪和氧的铪氧化物，
其中，所述第一含铪层中含有的铪Hf和氧O以非化学计量方式键合，并且所述第二含铪层中含有的铪Hf和氧O以化学计量方式键合。
5.根据权利要求2所述的图像传感器，其中，所述第一含铪层包含铪硅化物，并且所述第二含铪层包含铪硅酸盐。
6.根据权利要求2所述的图像传感器，其中，所述第二含铪层的含氧率大于所述第一含铪层的含氧率。
7.根据权利要求1所述的图像传感器，其中，所述第一含铪层处于电浮置状态。
8.一种图像传感器，该图像传感器包括：
像素阵列，该像素阵列包括多个像素，
其中，所述多个像素中的至少一个包括：
基板，该基板包括具有光接收区域和光遮挡区域的光电转换元件；
光遮挡层，该光遮挡层被形成为与和所述光遮挡区域对应的基板接触，并且包含金属硅化物；以及
光透明层，该光透明层被形成在与所述光接收区域对应的基板上方，并且包含金属硅酸盐。
9.根据权利要求8所述的图像传感器，其中，所述光遮挡层和所述光透明层包含相同的金属。
10.根据权利要求8所述的图像传感器，其中，所述金属硅化物包含铪硅HfSi，并且所述金属硅酸盐包含铪硅氧化物HfSiO。
11.根据权利要求8所述的图像传感器，其中，所述光遮挡层的侧壁和所述光透明层的侧壁彼此接触。
12.一种图像传感器，该图像传感器包括：
像素阵列，该像素阵列包括多个像素，
其中，所述多个像素中的至少一个包括：
基板，该基板包括具有光接收区域和光遮挡区域的光电转换元件；
光遮挡层，该光遮挡层被形成为与和所述光遮挡区域对应的基板接触；以及
光透明层，该光透明层被形成在与所述光接收区域对应的基板上方，
其中，所述光遮挡层包含第一金属氧化物，
其中，所述光透明层包含第二金属氧化物，所述第二金属氧化物的氧含量与所述第一金属氧化物的氧含量不同。
13.根据权利要求12所述的图像传感器，其中，所述第二金属氧化物的氧含量大于所述第一金属氧化物的氧含量。
14.根据权利要求12所述的图像传感器，其中，所述第一金属氧化物和所述第二金属氧化物都包含铪Hf。
15.根据权利要求13所述的图像传感器，其中，所述第一金属氧化物中包含的铪和氧以非化学计量方式键合，并且所述第二金属氧化物中包含的铪和氧以化学计量方式键合。
16.根据权利要求15所述的图像传感器，其中，所述第一金属氧化物包含HfOx，其中，x等于或小于1，并且所述第二金属氧化物包含HfO2。
17.根据权利要求12所述的图像传感器，其中，所述第一金属氧化物的侧壁和所述第二金属氧化物的侧壁彼此接触。
18.一种制造图像传感器的方法，该方法包括以下步骤：
在基板中形成包括光接收区域和光遮挡区域的光电转换元件；以及
形成光遮挡层和光透明层，所述光遮挡层与和所述光遮挡区对应的基板接触，所述光透明层形成在与所述光接收区域对应的基板上方，
其中，所述光遮挡层包括第一含铪层，其中，所述光透明层包括第二含铪层。
19.根据权利要求18所述的方法，其中，所述光遮挡层的侧壁和所述光透明层的侧壁彼此接触。
20.根据权利要求19所述的方法，其中，形成所述光遮挡层和所述光透明层的步骤包括：
在与所述光接收区域对应的基板上形成硅氧化物图案；在与所述光遮挡区域对应的基板上方以及在所述硅氧化物图案上方形成铪层；以及
执行热处理，以在与所述光接收区域对应的基板上方形成铪硅酸盐并且在与所述光遮挡区域对应的基板上形成铪硅化物。
21.根据权利要求19所述的方法，其中，形成所述光遮挡层和所述光透明层的步骤包括：
在与所述光接收区域对应的基板上形成硅氧化物图案；
在与所述光遮挡区域对应的基板上以及在所述硅氧化物图案上形成铪层；以及
通过引起热力学反应，形成第一铪氧化物层和氧含量比所述第一铪氧化物层大的第二铪氧化物层。
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