CN105428384A - 一种图形传感器及其制造方法 - Google Patents
一种图形传感器及其制造方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN105428384A CN105428384A CN201510999415.9A CN201510999415A CN105428384A CN 105428384 A CN105428384 A CN 105428384A CN 201510999415 A CN201510999415 A CN 201510999415A CN 105428384 A CN105428384 A CN 105428384A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- image sensor
- contact electrode
- hole
- semiconductor substrate
- interlayer dielectric
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims abstract description 36
- 239000010410 layer Substances 0.000 claims abstract description 82
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims abstract description 46
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 claims abstract description 42
- 239000011229 interlayer Substances 0.000 claims abstract description 37
- 238000002161 passivation Methods 0.000 claims abstract description 30
- 239000010408 film Substances 0.000 claims description 43
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims description 43
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims description 43
- 230000005693 optoelectronics Effects 0.000 claims description 43
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical group O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 36
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 33
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 32
- PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N Alumina Chemical compound [O-2].[O-2].[O-2].[Al+3].[Al+3] PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 27
- 239000003990 capacitor Substances 0.000 claims description 15
- 239000000377 silicon dioxide Substances 0.000 claims description 15
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 claims description 14
- 238000000576 coating method Methods 0.000 claims description 14
- 239000003086 colorant Substances 0.000 claims description 14
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 12
- ATJFFYVFTNAWJD-UHFFFAOYSA-N Tin Chemical class [Sn] ATJFFYVFTNAWJD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 12
- NRTOMJZYCJJWKI-UHFFFAOYSA-N Titanium nitride Chemical compound [Ti]#N NRTOMJZYCJJWKI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 12
- MCMNRKCIXSYSNV-UHFFFAOYSA-N Zirconium dioxide Chemical compound O=[Zr]=O MCMNRKCIXSYSNV-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 12
- 239000004411 aluminium Substances 0.000 claims description 12
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 claims description 12
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 12
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 claims description 12
- 239000010949 copper Substances 0.000 claims description 12
- MRELNEQAGSRDBK-UHFFFAOYSA-N lanthanum(3+);oxygen(2-) Chemical compound [O-2].[O-2].[O-2].[La+3].[La+3] MRELNEQAGSRDBK-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 12
- MZLGASXMSKOWSE-UHFFFAOYSA-N tantalum nitride Chemical compound [Ta]#N MZLGASXMSKOWSE-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 12
- WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N tungsten Chemical compound [W] WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 12
- 229910052721 tungsten Inorganic materials 0.000 claims description 12
- 239000010937 tungsten Substances 0.000 claims description 12
- 239000010409 thin film Substances 0.000 claims description 10
- 235000012239 silicon dioxide Nutrition 0.000 claims description 9
- ZCYVEMRRCGMTRW-UHFFFAOYSA-N 7553-56-2 Chemical compound [I] ZCYVEMRRCGMTRW-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- WKBOTKDWSSQWDR-UHFFFAOYSA-N Bromine atom Chemical compound [Br] WKBOTKDWSSQWDR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- ZAMOUSCENKQFHK-UHFFFAOYSA-N Chlorine atom Chemical compound [Cl] ZAMOUSCENKQFHK-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- FYYHWMGAXLPEAU-UHFFFAOYSA-N Magnesium Chemical compound [Mg] FYYHWMGAXLPEAU-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N Titanium Chemical compound [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- GDTBXPJZTBHREO-UHFFFAOYSA-N bromine Substances BrBr GDTBXPJZTBHREO-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- 229910052794 bromium Inorganic materials 0.000 claims description 6
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 claims description 6
- 229910052801 chlorine Inorganic materials 0.000 claims description 6
- 239000000460 chlorine Substances 0.000 claims description 6
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 claims description 6
- 230000008021 deposition Effects 0.000 claims description 6
- QUSNBJAOOMFDIB-UHFFFAOYSA-O ethylaminium Chemical compound CC[NH3+] QUSNBJAOOMFDIB-UHFFFAOYSA-O 0.000 claims description 6
- 229910052732 germanium Inorganic materials 0.000 claims description 6
- GNPVGFCGXDBREM-UHFFFAOYSA-N germanium atom Chemical compound [Ge] GNPVGFCGXDBREM-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N gold Chemical group [Au] PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- 229910052737 gold Inorganic materials 0.000 claims description 6
- 239000010931 gold Substances 0.000 claims description 6
- 229910000449 hafnium oxide Inorganic materials 0.000 claims description 6
- WIHZLLGSGQNAGK-UHFFFAOYSA-N hafnium(4+);oxygen(2-) Chemical compound [O-2].[O-2].[Hf+4] WIHZLLGSGQNAGK-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- MRNHPUHPBOKKQT-UHFFFAOYSA-N indium;tin;hydrate Chemical compound O.[In].[Sn] MRNHPUHPBOKKQT-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- 239000011630 iodine Substances 0.000 claims description 6
- 229910052740 iodine Inorganic materials 0.000 claims description 6
- 229910052749 magnesium Inorganic materials 0.000 claims description 6
- 239000011777 magnesium Substances 0.000 claims description 6
- 229910052814 silicon oxide Inorganic materials 0.000 claims description 6
- 229910052715 tantalum Inorganic materials 0.000 claims description 6
- GUVRBAGPIYLISA-UHFFFAOYSA-N tantalum atom Chemical compound [Ta] GUVRBAGPIYLISA-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- 239000010936 titanium Substances 0.000 claims description 6
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 claims description 6
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- 238000005530 etching Methods 0.000 claims description 3
- 238000001259 photo etching Methods 0.000 claims description 3
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 abstract description 10
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract description 9
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 abstract description 9
- 239000010703 silicon Substances 0.000 abstract description 9
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 abstract description 7
- 238000001914 filtration Methods 0.000 abstract 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 6
- 239000004642 Polyimide Substances 0.000 description 3
- 229910052581 Si3N4 Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 3
- 229920001721 polyimide Polymers 0.000 description 3
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 description 3
- HQVNEWCFYHHQES-UHFFFAOYSA-N silicon nitride Chemical compound N12[Si]34N5[Si]62N3[Si]51N64 HQVNEWCFYHHQES-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 2
- 238000005498 polishing Methods 0.000 description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 2
- 238000009825 accumulation Methods 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 230000015556 catabolic process Effects 0.000 description 1
- 238000006731 degradation reaction Methods 0.000 description 1
- 238000005286 illumination Methods 0.000 description 1
- 230000031700 light absorption Effects 0.000 description 1
- 239000012528 membrane Substances 0.000 description 1
- 229910044991 metal oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000004706 metal oxides Chemical class 0.000 description 1
- 238000002156 mixing Methods 0.000 description 1
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 238000004806 packaging method and process Methods 0.000 description 1
- 230000008054 signal transmission Effects 0.000 description 1
- 238000004088 simulation Methods 0.000 description 1
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 1
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
- H01L27/14—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
- H01L27/144—Devices controlled by radiation
- H01L27/146—Imager structures
- H01L27/14601—Structural or functional details thereof
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
- H01L27/14—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
- H01L27/144—Devices controlled by radiation
- H01L27/146—Imager structures
- H01L27/14665—Imagers using a photoconductor layer
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
- H01L27/14—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
- H01L27/144—Devices controlled by radiation
- H01L27/146—Imager structures
- H01L27/14683—Processes or apparatus peculiar to the manufacture or treatment of these devices or parts thereof
Abstract
本发明属于半导体集成电路制造工艺技术领域，公开了一种图形传感器及其制造方法，其包括半导体衬底、层间介质层、接触电极、钙钛矿光电薄膜、钝化层以及三基色滤光膜。本发明通过钙钛矿光电薄膜的引入，使光电转换单元与其它功能单元分离，将传统CMOS图像传感器的二维平面结构优化成三维的叠层结构。本发明提出的基于钙钛矿光电薄膜的图形传感器可具有100％的填充系数，同时大大减小了芯片尺寸，此外，芯片在制作过程中不需要再兼顾硅光电二极管极低噪声的工艺要求，可降低工艺要求并显著降低成本。
Description
技术领域
本发明属于半导体集成电路制造工艺技术领域，涉及一种图形传感器及其制造方法。
背景技术
图像传感器是组成数字摄像头的重要组成部分。根据元件的不同，可分为CCD(ChargeCoupledDevice，电荷耦合元件)和CMOS(ComplementaryMetal-OxideSemiconductor，金属氧化物半导体元件)两大类。
CMOS图像传感器重要的性能指标之一的像素灵敏度主要由填充因子(感光面积与整个像素面积之比)与量子效率(由轰击屏幕的光子所生成的电子的数量)的乘积来决定。在CMOS图像传感器中，为了实现堪与CCD转换器相媲美的噪声指标和灵敏度水平，CMOS图像传感器中应用了有源像素。同时，CMOS图像传感器采用CMOS集成电路工艺制程，可将像素阵列光敏结构和其他CMOS模拟、数字电路集成到同一块芯片上，高度集成不但减少整机芯片数量，降低整机功耗和封装成本，而且芯片内部直接信号连接还有利于信号传输的质量和速度，从而提高图像转换的质量。由于CMOS图像传感器拥有的较高灵敏度、较短曝光时间和日渐缩小的像素尺寸，因此，CMOS图像传感器是目前市场上的主流技术。
但是，近年来，随着固态图像传感器像素尺寸越来越小，其光吸收面积也随之减小，由于有源读出电路的存在，硅光电二极管的填充系数持续降低，器件信噪比恶化。另外，由于金属互联线的影响，只有部分入射光能进入到光电二极管区域，进一步降低了图像传感器的性能。
同时，CMOS图像传感器是一种模数混合的SoC芯片，由于芯片中不同功能单元有不同的技术要求，如光电二极管要求极低的噪声，读出模拟电路需要较大的扫描电压，而数字电路则要求很快的运算速度，很难在同一技术平台上满足不同功能单元的所有要求。只能将不同单元电路的性能做一些取舍，在降低器件性能的同时也增加了芯片的成本。
因此，本领域技术人员亟需提供一种图形传感器及其制造方法，提高填充系数，缩小芯片尺寸，降低工艺要求，同时与现有CMOS工艺兼容，提高图形传感器的性能。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种图形传感器及其制造方法，提高填充系数，缩小芯片尺寸，降低工艺要求，同时与现有CMOS工艺兼容，提高图形传感器的性能。
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种图形传感器，所述图形传感器包括：
半导体衬底，所述半导体衬底上具有悬浮电容和晶体管；
层间介质层，所述层间介质层设于所述半导体衬底的上表面，且所述层间介质层内具有多层互连线和填充有金属的通孔；
接触电极，在水平方向上呈阵列式分布在所述层间介质层上，且相邻的接触电极之间具有预设宽度的间隔；
钙钛矿光电薄膜，覆盖在所述接触电极上，以形成图像传感器的光敏区；
钝化层，覆盖在所述钙钛矿光电薄膜上，以隔绝空气和水；
三基色滤光膜，设置于所述钝化层的上表面。
优选的，所述半导体衬底集成有读出电路单元、模拟信号放大单元、模数转换单元、数字处理单元以及控制单元。
本发明还提供一种制造上述图形传感器的方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤S01，提供一半导体衬底，并采用CMOS前道制作工艺在所述半导体衬底上形成悬浮电容和晶体管；
步骤S02，在所述半导体衬底上沉积层间介质层，并制作多层互连线和通孔；
步骤S03，在所述通孔内填充金属，并去除通孔外多余金属；
步骤S04，沉积接触电极，并对所述接触电极图形化，以使所述接触电极呈水平阵列式分布；
步骤S05，在所述接触电极上沉积钙钛矿光电薄膜，并采用光刻和刻蚀工艺去除非感光区域的钙钛矿光电薄膜；
步骤S06，在所述钙钛矿光电薄膜上沉积钝化层，并在所述钝化层上形成三基色滤光膜。
优选的，步骤S02中，所述层间介质层的材料为二氧化硅、掺氟氧化硅、掺碳氧化硅、氧化铝、氧化铪、氧化锆或氧化镧。
优选的，步骤S03中，所述金属的材料为钨、铝、钛、氮化钛、钽、氮化钽或铜。
优选的，步骤S04中，所述接触电极的材料为高功函数的金、钨、铜、氧化铟锡、氟化氧化锡、氮化钛，或低功函数的铝、镁、氮化钽以及为了调节特定功函数而包含全部或部分上述元素的化合物。
优选的，步骤S05中，所述钙钛矿光电薄膜的结构形式为AMX3；其中，A基团包括甲基铵、乙基铵、甲脒及其预设比例的混合基团，M基团包括铅、锡、锗及其预设比例的混合基团，X基团包括氯、溴、碘及其预设比例的混合基团。
优选的，步骤S06中，所述钝化层的材料为二氧化硅、氧化铝、氮化硅、磷硅玻璃或聚酰亚胺。
本发明还提供一种图形传感器，所述图形传感器包括：
半导体衬底，所述半导体衬底上具有悬浮电容和晶体管；
层间介质层，所述层间介质层设于所述半导体衬底的上表面，且所述层间介质层内具有多层互连线和填充有金属的第一通孔；
接触电极，在垂直方向上呈阵列式分布在所述层间介质层上，且相邻的接触电极之间具有预设宽度的间隔；
钙钛矿光电薄膜，覆盖在所述接触电极上，以形成图像传感器的光敏区；
介质薄膜层，沉积于所述钙钛矿光电薄膜的两侧，所述介质薄膜层中具有第二通孔；
顶电极，所述顶电极为透光材料且通过填充有金属的第二通孔与所述半导体衬底上最上层的金属连接；
钝化层，覆盖在所述顶电极上，以隔绝空气和水；
三基色滤光膜，设置于所述钝化层的上表面。
本发明还提供一种制造上述图形传感器的方法，包括以下步骤：
步骤S01，提供一半导体衬底，并采用CMOS前道制作工艺在所述半导体衬底上形成悬浮电容和晶体管；
步骤S02，在所述半导体衬底上沉积层间介质层，并制作多层互连线和第一通孔；
步骤S03，在所述第一通孔内填充金属，并去除第一通孔外多余金属；
步骤S04，沉积接触电极，并对所述接触电极图形化，以使所述接触电极呈垂直阵列式分布；接着沉积介质薄膜层，并形成第二通孔；
步骤S05，在所述接触电极上沉积钙钛矿光电薄膜，并去除所述介质薄膜层上的钙钛矿光电薄膜；接着在所述第二通孔内填充金属，并去除第二通孔外多余金属；
步骤S06，沉积顶电极以及钝化层，并在所述钝化层上形成三基色滤光膜。
优选的，步骤S02中，所述层间介质层的材料为二氧化硅、掺氟氧化硅、掺碳氧化硅、氧化铝、氧化铪、氧化锆或氧化镧；步骤S03中，所述金属的材料为钨、铝、钛、氮化钛、钽、氮化钽或铜。
优选的，步骤S04中，所述接触电极的材料为高功函数的金、钨、铜、氧化铟锡、氟化氧化锡、氮化钛，或低功函数的铝、镁、氮化钽以及为了调节特定功函数而包含全部或部分上述元素的化合物。
优选的，步骤S05中，所述钙钛矿光电薄膜的结构形式为AMX3；其中，A基团包括甲基铵、乙基铵、甲脒及其预设比例的混合基团，M基团包括铅、锡、锗及其预设比例的混合基团，X基团包括氯、溴、碘及其预设比例的混合基团。
本发明提供了一种图形传感器及其制造方法，通过引入钙钛矿光电薄膜作为光敏层，并优化接触电极的材料和结构，从而形成新型的光感应器件，用以替代常规CMOS图像传感器中的硅光电二极管；由于钙钛矿光电薄膜的成膜温度低，可以在CMOS读出和信号处理电路制作完成之后生长在芯片的表面，光线可直接照射到光感应器件上而不受硅制程后道互联金属线的影响，因此基于钙钛矿光电薄膜的图形传感器可具有100％的填充系数；同时，由于钙钛矿光感应器件替换了传统CMOS图像传感器中占用面积最大的光电二极管阵列，因此大大减小了整个芯片尺寸；此外，芯片在制作过程中不需要再兼顾硅光电二极管极低噪声的工艺要求，可降低工艺要求并显著降低成本。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明提出的实施例一中图形传感器的结构示意图；
图2为本发明提出的实施例一中图形传感器的接触电极的结构示意图；
图3为本发明提出的实施例一中图形传感器的制造方法的流程示意图；
图4为本发明提出的实施例二中图形传感器的结构示意图；
图5为本发明提出实施例二中图形传感器的接触电极的结构示意图；
图6为本发明提出的实施例二中图形传感器的制造方法的流程示意图；
图7a-图7c为本发明提出的图形传感器的3T读出电路的结构示意图；
图8为本发明提出的图形传感器的4T读出电路的结构示意图；
图9为本发明提出的图形传感器的5T读出电路的结构示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明的实施方式作进一步地详细描述。本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。
上述及其它技术特征和有益效果，将结合实施例及附图对本发明提出的图形传感器及其制造方法进行详细说明。
实施例一
如图1所示，本发明提供了一种图形传感器，其包括半导体衬底101、层间介质层104、互连线103、通孔105、接触电极201、钙钛矿光电薄膜203、钝化层204以及三基色滤光膜301，其中，半导体衬底101上具有悬浮电容和晶体管102，层间介质层104设于半导体衬底101的上表面，且层间介质层104内具有多层互连线103和填充有金属的通孔105，请参阅图2，接触电极201在水平方向上呈阵列式分布在层间介质层104上，且相邻的接触电极之间具有预设宽度的间隔，钙钛矿光电薄膜203覆盖在接触电极201上，以形成图像传感器的光敏区，钝化层204覆盖在钙钛矿光电薄膜203上以隔绝空气和水，三基色滤光膜301设置于钝化层204的上表面。
本实施例中的半导体衬底101集成有读出电路单元、模拟信号放大单元、模数转换单元、数字处理单元以及控制单元。
本发明所公开的图形传感器可以通过许多方法制作，以下所述的是本法明所提出的制造如图3所示一个实施例的工艺流程。如图3所示，本发明实施例提供一种制造图形传感器的方法，包括以下步骤：
步骤S01，提供一半导体衬底101，并采用CMOS前道制作工艺在半导体衬底101上形成悬浮电容和晶体管102。
具体的，本步骤中，半导体衬底101采用标准CMOS工艺制作，集成有读出电路单元、模拟信号放大单元、模数转换单元、数字处理单元以及控制单元。
步骤S02，在半导体衬底101上沉积层间介质层104，并制作多层互连线103和通孔105。
具体的，本步骤中，层间介质层104的材料包括但不限于二氧化硅、掺氟氧化硅、掺碳氧化硅、氧化铝、氧化铪、氧化锆或氧化镧。
步骤S03，在通孔105内填充金属，并去除通孔105外多余金属。
具体的，本步骤中，金属的材料包括但不限于钨、铝、钛、氮化钛、钽、氮化钽或铜；优选采用化学机械抛光工艺去除通孔105外多余金属。
步骤S04，沉积接触电极201，并对接触电极201图形化，以使接触电极201呈水平阵列式分布。
具体的，本步骤中，接触电极201与通孔金属接触并图形化形成阵列，接触电极201的材料包括但不限于高功函数的金、钨、铜、氧化铟锡、氟化氧化锡、氮化钛，或低功函数的铝、镁、氮化钽以及为了调节特定功函数而包含全部或部分上述元素的化合物。
本步骤中的接触电极201为平面型，平面型的接触电极201为两个电极在水平方向彼此隔离，两个接触电极可以是相同材料或功函数相近的材料，也可以是功函数相差很多的材料。
步骤S05，在接触电极201上沉积钙钛矿光电薄膜203，并采用光刻和刻蚀工艺去除非感光区域的钙钛矿光电薄膜。
具体的，本步骤中，钙钛矿光电薄膜203的结构形式优选为AMX3；其中，A基团包括但不限于甲基铵、乙基铵、甲脒及其预设比例的混合基团，M基团包括但不限于铅、锡、锗及其预设比例的混合基团，X基团包括但不限于氯、溴、碘及其预设比例的混合基团。
步骤S06，在钙钛矿光电薄膜203上沉积钝化层204，并在钝化层204上形成三基色滤光膜301。
具体的，本步骤中，钝化层204的材料包括但不限于二氧化硅、氧化铝、氮化硅、磷硅玻璃或聚酰亚胺。
实施例二
如图4所示，本发明提供了一种图形传感器，其包括半导体衬底101、层间介质层104、多层互连线103、第一通孔105、接触电极201、钙钛矿光电薄膜203、介质薄膜层205、顶电极202、钝化层204以及三基色滤光膜301；其中，半导体衬底101上具有悬浮电容和晶体管102，层间介质层104设于半导体衬底101的上表面，且层间介质层104内具有多层互连线103和填充有金属的第一通孔105，请参阅图5，接触电极201在垂直方向上呈阵列式分布在层间介质层上，且相邻的接触电极201之间具有预设宽度的间隔；钙钛矿光电薄膜203覆盖在接触电极201上，以形成图像传感器的光敏区，介质薄膜层205沉积于钙钛矿光电薄膜203的两侧，介质薄膜层205中具有第二通孔206，顶电极202为透光材料且通过填充有金属的第二通孔206与半导体衬底上最上层的金属连接，钝化层204覆盖在顶电极202上，以隔绝空气和水，三基色滤光膜301设置于钝化层204的上表面。
本实施例中的半导体衬底101集成有读出电路单元、模拟信号放大单元、模数转换单元、数字处理单元以及控制单元。
本发明所公开的图形传感器可以通过许多方法制作，以下所述的是本法明所提出的制造如图6所示一个实施例的工艺流程。如图6所示，本发明实施例提供一种制造图形传感器的方法，包括以下步骤：
步骤S01，提供一半导体衬底101，并采用CMOS前道制作工艺在半导体衬底101上形成悬浮电容和晶体管102。
具体的，本步骤中，半导体衬底101采用标准CMOS工艺制作，集成有读出电路单元、模拟信号放大单元、模数转换单元、数字处理单元以及控制单元。
步骤S02，在半导体衬底101上沉积层间介质层104，并制作多层互连线103和第一通孔105。
具体的，本步骤中，层间介质层104的材料包括但不限于二氧化硅、掺氟氧化硅、掺碳氧化硅、氧化铝、氧化铪、氧化锆或氧化镧。
步骤S03，在第一通孔105内填充金属，并去除第一通孔105外多余金属。
具体的，本步骤中，金属的材料包括但不限于钨、铝、钛、氮化钛、钽、氮化钽或铜；优选采用化学机械抛光工艺去除第一通孔105外多余金属。
步骤S04，沉积接触电极201，并对接触电极201图形化，以使接触电极201呈垂直阵列式分布；接着沉积介质薄膜层205，并形成第二通孔206。
具体的，本步骤中，接触电极201与通孔金属接触并图形化形成阵列，接触电极201的材料包括但不限于高功函数的金、钨、铜、氧化铟锡、氟化氧化锡、氮化钛，或低功函数的铝、镁、氮化钽以及为了调节特定功函数而包含全部或部分上述元素的化合物。
本步骤中的接触电极201为垂直型，垂直型的接触电极201为两个电极在垂直方向彼此隔离且顶电极202需为透光材料，两个接触电极201可以是相同材料或功函数相近的材料，也可以是功函数相差很多的材料。
步骤S05，在接触电极201上沉积钙钛矿光电薄膜203，并去除介质薄膜层205上的钙钛矿光电薄膜203；接着在第二通孔206内填充金属，并去除第二通孔206外多余金属。
具体的，本步骤中，钙钛矿光电薄膜203的结构形式优选为AMX3；其中，A基团包括但不限于甲基铵、乙基铵、甲脒及其预设比例的混合基团，M基团包括但不限于铅、锡、锗及其预设比例的混合基团，X基团包括但不限于氯、溴、碘及其预设比例的混合基团。
步骤S06，沉积顶电极202以及钝化层204，并在钝化层204上形成三基色滤光膜301。
具体的，本步骤中，钝化层204的材料包括但不限于二氧化硅、氧化铝、氮化硅、磷硅玻璃或聚酰亚胺。
如图7a所示，基于钙钛矿光电薄膜的图像传感器由3个晶体管组成，分别为重置晶体管T1、源随器T2和选择晶体管T3。工作时，T1首先开启，将传感器偏置到重置电压上；之后T1关闭，传感器上的充电电荷将随不同的光照强度以不同的电流强度减少；经过源随器T2，将传感器上的电压变化转换为输出电压变化；之后，T3打开，将输出电压信号转移到总线上，完成曝光操作。受图形面积和薄膜结构等限制，单传感器积累的充电电荷可能不能充分反映光强的变化，如图7b和7c所示，基于钙钛矿光电薄膜的图像传感器并联或串联一个电容以增大可探测的积累电荷的数量，该电容可制作在硅衬底上形成悬浮电容或制作在后道互联线中形成MIM电容。
如图7a-7c所示的3T读出电路不能完成全局曝光操作，需在此基础上增加一传输门T4，如图8所示，在曝光时，可同时重置每个传感器的电压；经过一段时间之后，同时开启传输门T4，将电荷同时转移到悬浮电容上；之后再顺次读取每个传感器的数据。此外，还可以增加直接重置晶体管T5以直接重置传感器，如图9所示，重置电压此时可在一定范围内进行选择。
综上所述，本发明提供了一种图形传感器及其制造方法，通过引入钙钛矿光电薄膜作为光敏层，并优化接触电极的材料和结构，从而形成新型的光感应器件，用以替代常规CMOS图像传感器中的硅光电二极管；由于钙钛矿光电薄膜的成膜温度低，可以在CMOS读出和信号处理电路制作完成之后生长在芯片的表面，光线可直接照射到光感应器件上而不受硅制程后道互联金属线的影响，因此基于钙钛矿光电薄膜的图形传感器可具有100％的填充系数；同时，由于钙钛矿光感应器件替换了传统CMOS图像传感器中占用面积最大的光电二极管阵列，因此大大减小了整个芯片尺寸；此外，芯片在制作过程中不需要再兼顾硅光电二极管极低噪声的工艺要求，可降低工艺要求并显著降低成本。
上述说明示出并描述了本发明的若干优选实施例，但如前所述，应当理解本发明并非局限于本文所披露的形式，不应看作是对其他实施例的排除，而可用于各种其他组合、修改和环境，并能够在本文所述发明构想范围内，通过上述教导或相关领域的技术或知识进行改动。而本领域人员所进行的改动和变化不脱离本发明的精神和范围，则都应在本发明所附权利要求的保护范围内。
Claims (10)
1.一种图形传感器，其特征在于，所述图形传感器包括：
半导体衬底，所述半导体衬底上具有悬浮电容和晶体管；
层间介质层，所述层间介质层设于所述半导体衬底的上表面，且所述层间介质层内具有多层互连线和填充有金属的通孔；
接触电极，在水平方向上呈阵列式分布在所述层间介质层上，且相邻的接触电极之间具有预设宽度的间隔；
钙钛矿光电薄膜，覆盖在所述接触电极上，以形成图像传感器的光敏区；
钝化层，覆盖在所述钙钛矿光电薄膜上，以隔绝空气和水；
三基色滤光膜，设置于所述钝化层的上表面。
2.一种制造如权利要求1所述的图形传感器的方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤S01，提供一半导体衬底，并采用CMOS前道制作工艺在所述半导体衬底上形成悬浮电容和晶体管；
步骤S02，在所述半导体衬底上沉积层间介质层，并制作多层互连线和通孔；
步骤S03，在所述通孔内填充金属，并去除通孔外多余金属；
步骤S04，沉积接触电极，并对所述接触电极图形化，以使所述接触电极呈水平阵列式分布；
步骤S05，在所述接触电极上沉积钙钛矿光电薄膜，并采用光刻和刻蚀工艺去除非感光区域的钙钛矿光电薄膜；
步骤S06，在所述钙钛矿光电薄膜上沉积钝化层，并在所述钝化层上形成三基色滤光膜。
3.根据权利要求2所述的图形传感器的制造方法，其特征在于，步骤S02中，所述层间介质层的材料为二氧化硅、掺氟氧化硅、掺碳氧化硅、氧化铝、氧化铪、氧化锆或氧化镧；步骤S03中，所述金属的材料为钨、铝、钛、氮化钛、钽、氮化钽或铜。
4.根据权利要求2所述的图形传感器的制造方法，其特征在于，步骤S04中，所述接触电极的材料为高功函数的金、钨、铜、氧化铟锡、氟化氧化锡、氮化钛，或低功函数的铝、镁、氮化钽以及为了调节特定功函数而包含全部或部分上述元素的化合物。
5.根据权利要求2所述的图形传感器的制造方法，其特征在于，步骤S05中，所述钙钛矿光电薄膜的结构形式为AMX3；其中，A基团包括甲基铵、乙基铵、甲脒及其预设比例的混合基团，M基团包括铅、锡、锗及其预设比例的混合基团，X基团包括氯、溴、碘及其预设比例的混合基团。
6.一种图形传感器，其特征在于，所述图形传感器包括：
半导体衬底，所述半导体衬底上具有悬浮电容和晶体管；
层间介质层，所述层间介质层设于所述半导体衬底的上表面，且所述层间介质层内具有多层互连线和填充有金属的第一通孔；
接触电极，在垂直方向上呈阵列式分布在所述层间介质层上，且相邻的接触电极之间具有预设宽度的间隔；
钙钛矿光电薄膜，覆盖在所述接触电极上，以形成图像传感器的光敏区；
介质薄膜层，沉积于所述钙钛矿光电薄膜的两侧，所述介质薄膜层中具有第二通孔；
顶电极，所述顶电极为透光材料且通过填充有金属的第二通孔与所述半导体衬底上最上层的金属连接；
钝化层，覆盖在所述顶电极上，以隔绝空气和水；
三基色滤光膜，设置于所述钝化层的上表面。
7.一种制造如权利要求6所述的图形传感器的方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤S01，提供一半导体衬底，并采用CMOS前道制作工艺在所述半导体衬底上形成悬浮电容和晶体管；
步骤S02，在所述半导体衬底上沉积层间介质层，并制作多层互连线和第一通孔；
步骤S03，在所述第一通孔内填充金属，并去除第一通孔外多余金属；
步骤S04，沉积接触电极，并对所述接触电极图形化，以使所述接触电极呈垂直阵列式分布；接着沉积介质薄膜层，并形成第二通孔；
步骤S05，在所述接触电极上沉积钙钛矿光电薄膜，并去除所述介质薄膜层上的钙钛矿光电薄膜；接着在所述第二通孔内填充金属，并去除第二通孔外多余金属；
步骤S06，沉积顶电极以及钝化层，并在所述钝化层上形成三基色滤光膜。
8.根据权利要求7所述的图形传感器的制造方法，其特征在于，步骤S02中，所述层间介质层的材料为二氧化硅、掺氟氧化硅、掺碳氧化硅、氧化铝、氧化铪、氧化锆或氧化镧；步骤S03中，所述金属的材料为钨、铝、钛、氮化钛、钽、氮化钽或铜。
9.根据权利要求7所述的图形传感器的制造方法，其特征在于，步骤S04中，所述接触电极的材料为高功函数的金、钨、铜、氧化铟锡、氟化氧化锡、氮化钛，或低功函数的铝、镁、氮化钽以及为了调节特定功函数而包含全部或部分上述元素的化合物。
10.根据权利要求7所述的图形传感器的制造方法，其特征在于，步骤S05中，所述钙钛矿光电薄膜的结构形式为AMX3；其中，A基团包括甲基铵、乙基铵、甲脒及其预设比例的混合基团，M基团包括铅、锡、锗及其预设比例的混合基团，X基团包括氯、溴、碘及其预设比例的混合基团。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201510999415.9A CN105428384B (zh) | 2015-12-28 | 2015-12-28 | 一种图形传感器及其制造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201510999415.9A CN105428384B (zh) | 2015-12-28 | 2015-12-28 | 一种图形传感器及其制造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN105428384A true CN105428384A (zh) | 2016-03-23 |
| CN105428384B CN105428384B (zh) | 2018-08-10 |
Family
ID=55506463
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201510999415.9A Active CN105428384B (zh) | 2015-12-28 | 2015-12-28 | 一种图形传感器及其制造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN105428384B (zh) |
Cited By (12)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN105914216A (zh) * | 2016-05-05 | 2016-08-31 | 上海集成电路研发中心有限公司 | 一种图像传感器结构及其制作方法 |
| CN106206634A (zh) * | 2016-07-27 | 2016-12-07 | 上海集成电路研发中心有限公司 | 一种图像传感器结构及其制作方法 |
| CN107634079A (zh) * | 2017-09-19 | 2018-01-26 | 中山大学 | 光电传感器及其制造方法 |
| WO2018039962A1 (en) | 2016-08-31 | 2018-03-08 | Boe Technology Group Co., Ltd. | Radiation detector and fabricating method thereof |
| CN109461745A (zh) * | 2017-09-06 | 2019-03-12 | 财团法人工业技术研究院 | 图像感测器及其制造方法 |
| WO2019106516A1 (en) * | 2017-11-30 | 2019-06-06 | International Business Machines Corporation | Vertically integrated multispectral imaging sensor with graphene as electrode and diffusion barrier |
| CN110010635A (zh) * | 2019-04-12 | 2019-07-12 | 上海集成电路研发中心有限公司 | 图像传感器及其制作方法 |
| US10418392B2 (en) | 2015-12-29 | 2019-09-17 | Industrial Technology Research Institute | Image sensor and manufacturing method thereof |
| CN113097237A (zh) * | 2020-01-09 | 2021-07-09 | 张志峰 | 一种基于钙钛矿的图像传感器芯片及其制备方法 |
| CN115028196A (zh) * | 2022-07-28 | 2022-09-09 | 广州粤芯半导体技术有限公司 | 钙钛矿量子点、纳米片、半导体传感器的制备方法 |
| US11594568B2 (en) | 2018-01-10 | 2023-02-28 | Sony Corporation | Image sensor and electronic device |
| WO2023137831A1 (zh) * | 2022-01-21 | 2023-07-27 | 长鑫存储技术有限公司 | 一种半导体器件及其制备方法 |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6080987A (en) * | 1997-10-28 | 2000-06-27 | Raytheon Company | Infrared-sensitive conductive-polymer coating |
| US20020074624A1 (en) * | 2000-02-10 | 2002-06-20 | Motorola, Inc. | Semiconductor structure, semiconductor device, communicating device, integrated circuit, and process for fabricating the same |
| US20080099681A1 (en) * | 2004-02-17 | 2008-05-01 | Yasuhiro Shimada | Infrared Detector and Process for Fabricating the Same |
| CN101546777A (zh) * | 2009-05-08 | 2009-09-30 | 北京思比科微电子技术有限公司 | Soi cmos图像传感器结构及其制作方法 |
-
2015
- 2015-12-28 CN CN201510999415.9A patent/CN105428384B/zh active Active
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6080987A (en) * | 1997-10-28 | 2000-06-27 | Raytheon Company | Infrared-sensitive conductive-polymer coating |
| US20020074624A1 (en) * | 2000-02-10 | 2002-06-20 | Motorola, Inc. | Semiconductor structure, semiconductor device, communicating device, integrated circuit, and process for fabricating the same |
| US20080099681A1 (en) * | 2004-02-17 | 2008-05-01 | Yasuhiro Shimada | Infrared Detector and Process for Fabricating the Same |
| CN101546777A (zh) * | 2009-05-08 | 2009-09-30 | 北京思比科微电子技术有限公司 | Soi cmos图像传感器结构及其制作方法 |
Cited By (20)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US10418392B2 (en) | 2015-12-29 | 2019-09-17 | Industrial Technology Research Institute | Image sensor and manufacturing method thereof |
| CN105914216B (zh) * | 2016-05-05 | 2019-01-18 | 上海集成电路研发中心有限公司 | 一种图像传感器结构及其制作方法 |
| CN105914216A (zh) * | 2016-05-05 | 2016-08-31 | 上海集成电路研发中心有限公司 | 一种图像传感器结构及其制作方法 |
| CN106206634A (zh) * | 2016-07-27 | 2016-12-07 | 上海集成电路研发中心有限公司 | 一种图像传感器结构及其制作方法 |
| EP3507621A4 (en) * | 2016-08-31 | 2020-04-08 | Boe Technology Group Co. Ltd. | RADIATION DETECTOR AND MANUFACTURING METHOD THEREOF |
| WO2018039962A1 (en) | 2016-08-31 | 2018-03-08 | Boe Technology Group Co., Ltd. | Radiation detector and fabricating method thereof |
| CN109461745A (zh) * | 2017-09-06 | 2019-03-12 | 财团法人工业技术研究院 | 图像感测器及其制造方法 |
| US10483326B2 (en) | 2017-09-06 | 2019-11-19 | Industrial Technology Research Institute | Image sensor and manufacturing method thereof |
| CN107634079A (zh) * | 2017-09-19 | 2018-01-26 | 中山大学 | 光电传感器及其制造方法 |
| GB2581114B (en) * | 2017-11-30 | 2021-01-27 | Ibm | Vertically integrated multispectral imaging sensor with graphene as electrode and diffusion barrier |
| WO2019106516A1 (en) * | 2017-11-30 | 2019-06-06 | International Business Machines Corporation | Vertically integrated multispectral imaging sensor with graphene as electrode and diffusion barrier |
| CN111328429A (zh) * | 2017-11-30 | 2020-06-23 | 国际商业机器公司 | 具有石墨烯作为电极和扩散阻挡层的垂直集成多光谱成像传感器 |
| GB2581114A (en) * | 2017-11-30 | 2020-08-05 | Ibm | Vertically integrated multispectral imaging sensor with graphene as electrode and diffusion barrier |
| CN111328429B (zh) * | 2017-11-30 | 2023-04-07 | 国际商业机器公司 | 具有石墨烯作为电极和扩散阻挡层的垂直集成多光谱成像传感器 |
| US11594568B2 (en) | 2018-01-10 | 2023-02-28 | Sony Corporation | Image sensor and electronic device |
| CN110010635A (zh) * | 2019-04-12 | 2019-07-12 | 上海集成电路研发中心有限公司 | 图像传感器及其制作方法 |
| CN113097237A (zh) * | 2020-01-09 | 2021-07-09 | 张志峰 | 一种基于钙钛矿的图像传感器芯片及其制备方法 |
| CN113097237B (zh) * | 2020-01-09 | 2023-08-29 | 张志峰 | 一种基于钙钛矿的图像传感器芯片及其制备方法 |
| WO2023137831A1 (zh) * | 2022-01-21 | 2023-07-27 | 长鑫存储技术有限公司 | 一种半导体器件及其制备方法 |
| CN115028196A (zh) * | 2022-07-28 | 2022-09-09 | 广州粤芯半导体技术有限公司 | 钙钛矿量子点、纳米片、半导体传感器的制备方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN105428384B (zh) | 2018-08-10 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN105428384A (zh) | 一种图形传感器及其制造方法 | |
| CN101853871B (zh) | 固态成像装置及其制造方法以及电子设备 | |
| CN102856335B (zh) | 固态成像元件及其制造方法、电子装置及其制造方法 | |
| CN101964352B (zh) | 固体摄像器件、其制造方法和电子装置 | |
| CN101888489B (zh) | 固体摄像器件、其制造方法以及电子装置 | |
| CN101335284B (zh) | 固态成像器件及摄像模块 | |
| KR101388712B1 (ko) | 후면 조사 이미지 센서 칩에서의 그리드 및 이의 형성 방법 | |
| CN104106137B (zh) | 具有双重检测功能的基板堆放图像传感器 | |
| CN104919592A (zh) | 固体摄像器件及其制造方法和电子装置 | |
| CN109564928B (zh) | 固态摄像元件、固态摄像元件用光瞳校正方法、摄像装置和信息处理装置 | |
| CN106461829A (zh) | 光滤波器、固态成像装置和电子设备 | |
| CN108010927A (zh) | 光电转换装置和图像拾取系统 | |
| CN212343888U (zh) | 一种图像传感器和电子设备 | |
| CN104934453A (zh) | 固体摄像装置 | |
| Fontaine | Recent innovations in CMOS image sensors | |
| CN111129053B (zh) | 一种cmos图像传感器像素单元结构和形成方法 | |
| CN202134536U (zh) | 一种图像传感器 | |
| CN105453268A (zh) | 固态成像装置和电子设备 | |
| CN103066084A (zh) | 一种cmos图像传感器及其制造方法 | |
| CN104576662A (zh) | 一种高量子转换效率的堆叠式cmos传感器及其制备方法 | |
| CN101740507A (zh) | 图像传感器及其制造方法 | |
| CN103022068B (zh) | 一种cmos图像传感器及其制造方法 | |
| CN105914216B (zh) | 一种图像传感器结构及其制作方法 | |
| CN106206634A (zh) | 一种图像传感器结构及其制作方法 | |
| CN101064326A (zh) | 图像感测元件及其制造方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |