有機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、醫(yī)療器械、便攜式電話、汽車及其他場合?，F(xiàn)有比較常見的圖像傳感器為硅基CMOS (互補型金屬氧化硅半導(dǎo)體)圖像傳感器(CIS)。硅基圖像傳感器的每個像素一般包含一個感光兀件例如光電二極管以及一個或多個用于從感光元件中讀出信號的晶體管。但是隨著技術(shù)的不斷革新、社會的不斷進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圖像傳感器(organic photoconductive image sensor)。
[0003]有機圖像傳感器是通過有機光電轉(zhuǎn)化層實現(xiàn)對光的感應(yīng)，有機圖像傳感器相對于傳統(tǒng)的硅基CMOS圖像傳感器，具有以下優(yōu)點:
[0004]1.有機圖像傳感器的信號飽和值與傳統(tǒng)傳感器相比提升了四倍。加上新開發(fā)的降噪電路，這種新型傳感器實現(xiàn)了業(yè)內(nèi)最聞的動態(tài)范圍，達到88dB。
[0005]2.傳統(tǒng)傳感器的結(jié)構(gòu)和設(shè)計限制了對入射光的吸收，而有機圖像傳感器可以吸收所有到達傳感器的光線，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。而有機圖像傳感器的光電轉(zhuǎn)換層(有機感光層)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，消除顏色污染問題。這一提升也使得鏡頭設(shè)計可以更加靈活，并有利于相機機身進一步縮小體積。
[0007]但是現(xiàn)有技術(shù)的有機圖像傳感器的性能仍有待進一步提聞。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]本發(fā)明解決的問題是怎樣提高有機圖形傳感器的性能。
[0009]為解決上述問題，本發(fā)明提供了一種有機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光電轉(zhuǎn)化層，每個有機光電轉(zhuǎn)化層覆蓋相應(yīng)的像素下電極，相鄰有機光電轉(zhuǎn)化層之間以及相鄰像素下電極之間具有隔離層；在所述有機光電轉(zhuǎn)化層上形成上電極。
[0010]可選的，所述像素下電極、有機光電轉(zhuǎn)化層和隔離層的形成過程為: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；在凹槽中填充有機光電轉(zhuǎn)化材料，形成有機光電轉(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定形硅、多晶硅、無定形碳或硅鍺。
[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，所述下電極的材料為TiN、TaN、W、Al、Cu、T1、Ta或Co。
[0016]可選的，所述上電極的材料為透明的導(dǎo)電材料。
[0017]可選的，所述透明的導(dǎo)電材料為氧化銦錫或氧化銦鋅。
[0018]可選的，在形成像素電極之前，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)層覆蓋所述像素電路，所述介質(zhì)層中形成有與像素電路連接的互連結(jié)構(gòu)。
[0019]可選的，在形成上電極之后，還包括: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。
[0020]可選的，還包括:在所述上電極上形成保護層；在保護層上形成濾光膜；在濾光膜上形成微透鏡。
[0021]本發(fā)明還提供了一種有機圖像傳感器，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光電轉(zhuǎn)化層，每個有機光電轉(zhuǎn)化層覆蓋相應(yīng)的像素下電極，相鄰有機光電轉(zhuǎn)化層之間以及相鄰像素下電極之間具有隔離層；位于所述有機光電轉(zhuǎn)化層上的上電極。
[0022]可選的，所述隔離層的材料為不透明的材料。
[0023]可選的，所述不透明材料為SixOy (X > y)、氮化硅或氮氧化硅。
[0024]可選的，所述上電極的材料為透明的導(dǎo)電材料。
[0025]可選的，所述透明的導(dǎo)電材料為氧化銦錫或氧化銦鋅。
[0026]可選的，還包括:位于半導(dǎo)體襯底的第一表面上的介質(zhì)層，所述介質(zhì)層覆蓋所述像素電路，介質(zhì)層中形成有與像素電路連接的互連結(jié)構(gòu)；位于介質(zhì)層上的金屬凸塊，金屬凸塊與互連結(jié)構(gòu)相連；位于金屬凸塊上的焊料層。
[0027]可選的，還包括:覆蓋所述上電極的保護層；位于保護層上的濾光膜；位于濾光膜上的微透鏡。
[0028]可選的，所述保護層的材料為氧化硅。
[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:
[0030]本發(fā)明的有機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光電轉(zhuǎn)化層，每個有機光電轉(zhuǎn)化層覆蓋相應(yīng)的像素下電極，相鄰有機光電轉(zhuǎn)化層之間以及相鄰像素下電極之間具有隔離層。通過形成隔離層，使得每個有機光電轉(zhuǎn)換層與相應(yīng)的像素電極對應(yīng)，從而實現(xiàn)了不同像素單元對應(yīng)的有機光電轉(zhuǎn)換層之間的隔離，防止了光線感應(yīng)時，不同像素單元之間的干擾。
[0031]進一步，所述隔離層可以為不透明的材料，所述隔離層不僅能夠電學(xué)隔離相鄰有機光電轉(zhuǎn)換層，防止不同像素單元的有機光電轉(zhuǎn)換層在產(chǎn)生感應(yīng)電荷時相互干擾，另外，當(dāng)外界光線以一定的傾斜角度入射時，所述隔離層還可以防止光線在從某一個像素單元的光電轉(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]進一步，通過形成犧牲層，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；在凹槽中填充有機光電轉(zhuǎn)化材料，形成有機光電轉(zhuǎn)化層。所述有機光電轉(zhuǎn)換層在隔離層之后形成，防止隔離層在后形成時，高溫、刻蝕離子等對有機光電轉(zhuǎn)換層的損傷。
[0033]本發(fā)明的有機圖形傳感器相鄰有機光電轉(zhuǎn)換層之間具有隔離層，防止相鄰像素單元之間的干擾和暗電流的產(chǎn)生。
【附圖說明】
[0034]圖1?圖10為本發(fā)明實施例有機圖形傳感器形成過程的結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實施方式】
[0035]經(jīng)研究，現(xiàn)有的有機圖像傳感器的結(jié)構(gòu)包括:基底，位于基底上的若干分立的像素下電極；位于像素下電極上的有機光電轉(zhuǎn)換層；位于有機光電轉(zhuǎn)換層上的上電極。當(dāng)外界光線從上電極上方入射時,有機光電轉(zhuǎn)化層感應(yīng)光線產(chǎn)生電荷,通過上電極和對應(yīng)的像素下電極接收感應(yīng)產(chǎn)生的電荷。但是由于現(xiàn)有的有機光電轉(zhuǎn)換層為整層結(jié)構(gòu)，在進行光線的感應(yīng)時，相鄰像素單元之間容易產(chǎn)生干擾，并且當(dāng)外界光線以一定的傾斜角度入射時，某一個像素單元上方的入射光線也會照射到相鄰的像素單元對應(yīng)的有機光電轉(zhuǎn)換層中，從而在相鄰的像素單元中形成暗電流。
[0036]為此，本發(fā)明提供了一種有機圖像傳感器及其形成方法，本發(fā)明的有機圖形傳感器的形成方法，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光電轉(zhuǎn)化層，每個有機光電轉(zhuǎn)化層覆蓋相應(yīng)的像素下電極，相鄰有機光電轉(zhuǎn)化層之間以及相鄰像素下電極之間具有隔離層。通過形成隔離層，使得每個有機光電轉(zhuǎn)換層與相應(yīng)的像素電極對應(yīng)，從而實