有機(jī)圖像傳感器及其形成方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及圖像傳感器領(lǐng)域，特別涉及一種有機(jī)圖像傳感器及其形成方法。
【背景技術(shù)】
[0002]圖像傳感器已被廣泛應(yīng)用于照相機(jī)、醫(yī)療器械、便攜式電話、汽車及其他場(chǎng)合?，F(xiàn)有比較常見的圖像傳感器為硅基CMOS (互補(bǔ)型金屬氧化硅半導(dǎo)體)圖像傳感器(CIS)。硅基圖像傳感器的每個(gè)像素一般包含一個(gè)感光兀件例如光電二極管以及一個(gè)或多個(gè)用于從感光元件中讀出信號(hào)的晶體管。但是隨著技術(shù)的不斷革新、社會(huì)的不斷進(jìn)步以及傳感器性能的不斷提高，現(xiàn)有的硅基CMOS傳感器以無(wú)法滿足現(xiàn)有的應(yīng)用需要，為此，業(yè)界提出了一種新型的傳感器一有機(jī)圖像傳感器(organic photoconductive image sensor)。
[0003]有機(jī)圖像傳感器是通過(guò)有機(jī)光電轉(zhuǎn)化層實(shí)現(xiàn)對(duì)光的感應(yīng)，有機(jī)圖像傳感器相對(duì)于傳統(tǒng)的硅基CMOS圖像傳感器，具有以下優(yōu)點(diǎn):
[0004]1.有機(jī)圖像傳感器的信號(hào)飽和值與傳統(tǒng)傳感器相比提升了四倍。加上新開發(fā)的降噪電路，這種新型傳感器實(shí)現(xiàn)了業(yè)內(nèi)最聞的動(dòng)態(tài)范圍，達(dá)到88dB。
[0005]2.傳統(tǒng)傳感器的結(jié)構(gòu)和設(shè)計(jì)限制了對(duì)入射光的吸收，而有機(jī)圖像傳感器可以吸收所有到達(dá)傳感器的光線，這使得它的感光性比傳統(tǒng)傳感器有1.2倍的提升，即使在弱光下也能獲得干凈的畫面。
[0006]3.硅基CMOS圖像傳感器中的硅光電二極管最小厚度也有3微米，這限制了其入射光角度只有30-40度。而有機(jī)圖像傳感器的光電轉(zhuǎn)換層(有機(jī)感光層)的厚度可以很薄(僅為0.5微米)，更小的厚度，使得硅基CMOS圖像傳感器可以將入射光角度擴(kuò)大到60度，更加有效地利用入射光線，獲得可靠的色彩還原，消除顏色污染問(wèn)題。這一提升也使得鏡頭設(shè)計(jì)可以更加靈活，并有利于相機(jī)機(jī)身進(jìn)一步縮小體積。
[0007]但是現(xiàn)有技術(shù)的有機(jī)圖像傳感器的性能仍有待進(jìn)一步提聞。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]本發(fā)明解決的問(wèn)題是怎樣提高有機(jī)圖形傳感器的性能。
[0009]為解決上述問(wèn)題，本發(fā)明提供一種有機(jī)圖像傳感器的形成方法，包括:提供半導(dǎo)體襯底，所述半導(dǎo)體襯底包括第一表面和與第一表面相對(duì)的第二表面，所述半導(dǎo)體襯底的第一表面上形成有像素電路，所述半導(dǎo)體襯底的第二表面上形成有矩陣排布的若干像素下電極，像素下電極通過(guò)位于半導(dǎo)體襯底中的通孔互連結(jié)構(gòu)與像素電路相連；在所述半導(dǎo)體襯底的第二表面上形成若干分立的有機(jī)光電轉(zhuǎn)化層，每個(gè)有機(jī)光電轉(zhuǎn)化層覆蓋相應(yīng)的像素下電極，相鄰有機(jī)光電轉(zhuǎn)化層之間以及相鄰像素下電極之間具有隔離層；在所述有機(jī)光電轉(zhuǎn)化層上形成具有孔縫的上電極。
[0010]可選的，所述像素下電極、有機(jī)光電轉(zhuǎn)化層和隔離層的形成過(guò)程為:在半導(dǎo)體襯底的第二表面上形成下電極金屬層；在下電極金屬層上形成犧牲層；刻蝕所述犧牲層和下電極金屬層，形成暴露半導(dǎo)體襯底的第二表面的若干開口，相鄰開口之間剩余的下電極金屬層為像素下電極；在所述開口中填充滿隔離材料，形成隔離層；去除所述犧牲層，形成凹槽；在凹槽中填充有機(jī)光電轉(zhuǎn)化材料，形成有機(jī)光電轉(zhuǎn)化層。
[0011 ] 可選的，所述犧牲層的材料與隔離層的材料不相同。
[0012]可選的，所述犧牲層的材料為無(wú)形性硅、多晶硅、無(wú)定形碳或硅鍺。
[0013]可選的，所述隔離層的材料為不透明的材料。
[0014]可選的，所述不透明材料為SixOy (X > y)、氮化硅或氮氧化硅。
[0015]可選的，所述上電極中的孔縫包括網(wǎng)孔或狹縫。
[0016]可選的，每個(gè)有機(jī)光電轉(zhuǎn)化層上的上電極中孔縫呈規(guī)則分布。
[0017]可選的，所述孔縫的寬度為80?120納米，相鄰孔縫之間的上電極的寬度為20?30納米。
[0018]可選的，所述上電極的材料為透明的導(dǎo)電材料。
[0019]可選的，所述透明的導(dǎo)電材料為氧化銦錫或氧化銦鋅。
[0020]可選的，采用納米壓印技術(shù)形成具有孔縫的上電極
[0021]可選的，還包括:在半導(dǎo)體襯底的第一表面上形成介質(zhì)層，所述介質(zhì)層覆蓋像素電路，介質(zhì)層中形成有與像素電路連接的互連結(jié)構(gòu)；在介質(zhì)層上形成金屬凸塊，金屬凸塊與互連結(jié)構(gòu)相連；在金屬凸塊上形成焊料層。
[0022]可選的，還包括:形成覆蓋所述上電極的保護(hù)層；在保護(hù)層上形成濾光膜；在濾光膜上形成微透鏡。
[0023]本發(fā)明還提供了一種有機(jī)圖像傳感器，包括:半導(dǎo)體襯底，所述半導(dǎo)體襯底包括第一表面和與第一表面相對(duì)的第二表面，所述半導(dǎo)體襯底的第一表面上形成有像素電路，所述半導(dǎo)體襯底的第二表面上形成有矩陣排布的若干像素下電極，像素下電極通過(guò)位于半導(dǎo)體襯底中的通孔互連結(jié)構(gòu)與像素電路相連；位于所述半導(dǎo)體襯底的第二表面上的若干分立的有機(jī)光電轉(zhuǎn)化層，每個(gè)有機(jī)光電轉(zhuǎn)化層覆蓋相應(yīng)的像素下電極，相鄰有機(jī)光電轉(zhuǎn)化層之間以及相鄰像素下電極之間具有隔離層；位于所述有機(jī)光電轉(zhuǎn)化層上的具有孔縫的上電極。
[0024]可選的，所述隔離層的材料為不透明的材料。
[0025]可選的，所述不透明材料為SixOy (X > y)、氮化硅或氮氧化硅。
[0026]可選的，所述上電極中的孔縫包括網(wǎng)孔或狹縫，每個(gè)有機(jī)光電轉(zhuǎn)化層上的上電極中孔縫呈規(guī)則分布。
[0027]可選的，所述孔縫的寬度為80?120納米，相鄰孔縫之間的上電極的寬度為20?30納米。
[0028]可選的，還包括:覆蓋所述上電極的保護(hù)層；位于保護(hù)層上的濾光膜；位于濾光膜上的微透鏡。
[0029]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的技術(shù)方案具有以下優(yōu)點(diǎn):
[0030]本發(fā)明的有機(jī)圖像傳感器的形成方法，在半導(dǎo)體襯底的第二表面上形成矩陣排布的若干像素下電極后；在像素電極上形成若干分立的有機(jī)光電轉(zhuǎn)化層，每個(gè)有機(jī)光電轉(zhuǎn)化層覆蓋相應(yīng)的像素下電極，相鄰有機(jī)光電轉(zhuǎn)化層之間以及相鄰像素下電極之間具有隔離層。通過(guò)形成隔離層，使得每個(gè)有機(jī)光電轉(zhuǎn)換層與相應(yīng)的像素電極對(duì)應(yīng)，從而實(shí)現(xiàn)了不同像素單元對(duì)應(yīng)的有機(jī)光電轉(zhuǎn)換層之間的隔離，防止了光線感應(yīng)時(shí)，不同像素單元之間的干擾。另外，所述上電極中具有孔縫，提高了外部光線的透過(guò)效率，提高了有機(jī)圖像傳感器的檢測(cè)靈敏度和性能。
[0031]進(jìn)一步，所述隔離層可以為不透明的材料，述隔離層不僅能夠電學(xué)隔離相鄰有機(jī)光電轉(zhuǎn)換層，防止不同像素單元的有機(jī)光電轉(zhuǎn)換層在產(chǎn)生感應(yīng)電荷時(shí)相互干擾，另外，當(dāng)外界光線以一定的傾斜角度入射時(shí)，所述隔離層還可以防止光線在從某一個(gè)像素單元的光電轉(zhuǎn)換層入射到相鄰的像素單元的光電轉(zhuǎn)換層入射中，防止了暗電流的產(chǎn)生。
[0032]進(jìn)一步，通過(guò)形成犧牲層，刻蝕所述犧牲層和下電極金屬層，形成暴露半導(dǎo)體襯底的第二表面的若干開口，相鄰開口之間剩余的下電極金屬層為像素下電極；在所述開口中填充滿隔離材料，形成隔離層；去除所述犧牲層，形成凹槽；在凹槽中填充有機(jī)光電轉(zhuǎn)化材料，形成有機(jī)光電轉(zhuǎn)化層。所述有機(jī)光電轉(zhuǎn)換層在隔離層之后形成，防止隔離層在后形成時(shí)，高溫、刻蝕離子等對(duì)有機(jī)光電轉(zhuǎn)換層的損傷。
[0033]進(jìn)一步，采用納米壓印的方式形成孔縫的上電極，防止采用其他