CN109728127A - 光电二极管及其形成方法、图像传感器、指纹成像模组 - Google Patents

Abstract

一种光电二极管及其形成方法、图像传感器、指纹成像模组，光电二极管的形成方法包括：提供衬底；在所述衬底上形成多个支撑件，所述多个支撑件分布于所述衬底表面；在所述衬底和所述多个支撑件上形成感光层。通过所述多个支撑件的形成，以形成具有凹凸表面的感光层，从而降低所述感光层表面反射的损耗，增大所述感光层吸收光线的面积，在不增大开口尺寸的前提下，达到提高所形成光电二极管的光采集能力，改善图像质量的目的。

Description

光电二极管及其形成方法、图像传感器、指纹成像模组

技术领域

本发明涉及指纹成像领域，特别涉及一种光电二极管及其形成方法、图像传感器、指纹成像模组。

背景技术

指纹识别是在采集人体指纹图像之后，将指纹图像与指纹识别系统里已有指纹信息进行比对，以实现身份识别。由于使用的方便性，以及人体指纹的唯一性，指纹识别技术已经大量应用于各个领域，比如：公安局、海关等安检领域，楼宇的门禁系统，以及个人电脑和手机等消费品领域等等。

指纹识别所采用的指纹成像技术中，一种是通过光学方法采集人体指纹图像：通过光源产生入射光；入射光投射至手指表层，经手指反射形成带有指纹信息的反射光；由图像传感器接收所述反射光，获得指纹图像。

但是现有指纹成像模组所采用图像传感器的采光面积较小，影响了所获得指纹图像的质量。

发明内容

本发明解决的问题是提供一种光电二极管及其形成方法、图像传感器、指纹成像模组，以增大采光面积、改善图像质量。

为解决上述问题，本发明提供一种光电二极管的形成方法，包括：

提供衬底；在所述衬底上形成多个支撑件，所述多个支撑件分布于所述衬底表面；在所述衬底和所述多个支撑件上形成感光层。

可选的，所述支撑件的宽度大于或等于1μm。

可选的，所述支撑件的间距大于或等于1μm。

可选的，所述支撑件具有朝向所述感光层凸起的支撑面，所述支撑面为曲面。

可选的，所述支撑件具有朝向所述衬底的第一面、与所述第一面相对的第二面以及连接所述第一面和第二面的第三面。

可选的，平行所述衬底表面的平面内，所述支撑件呈长条状；垂直所述支撑件延伸方向的平面，所述支撑件的截面形状为方形、梯形或三角形。

可选的，所述支撑件的高度小于或等于所述感光层厚度的2倍。

可选的，所述感光层的厚度小于或等于1.1μm；所述支撑件的高度小于2.2μm。

可选的，形成保形覆盖于所述衬底和所述多个支撑件上的所述感光层。。

可选的，形成所述多个支撑件的步骤包括：在所述衬底上形成凸起材料层；通过掩膜刻蚀的方式去除部分所述凸起材料层以形成所述支撑件。

可选的，形成所述多个支撑件之后，形成所述感光层之前，还包括：形成底电极，所述底电极位于所述衬底和所述多个支撑件上；在所述底电极上形成所述感光层。

可选的，所述底电极的厚度小于或等于所述支撑件高度的1/2。

可选的，通过原子层沉积的方式形成所述底电极。

可选的，形成所述感光层之后，还包括：在所述感光层上形成顶电极和位于所述顶电极上的偏压导电层；在所述偏压导电层上形成保护层。

可选的，所述感光层的材料为掺杂的非晶硅。

可选的，所述光电二极管为非晶硅PIN光电二极管。

相应的，还提供一种光电二极管，包括：

衬底；多个支撑件，所述多个支撑件分布于所述衬底表面；感光层，所述感光层位于所述衬底和所述多个支撑件上。

可选的，所述支撑件的宽度大于或等于1μm。

可选的，所述支撑件的间距大于或等于1μm。

可选的，所述支撑件具有朝向所述感光层凸起的支撑面，所述支撑面为曲面。

可选的，所述支撑件具有朝向所述衬底的第一面、与所述第一面相对的第二面以及连接所述第一面和第二面的第三面。

可选的，平行所述衬底表面的平面内，所述支撑件呈长条状；垂直所述支撑件延伸方向的平面，所述支撑件的截面形状为方形、梯形或三角形。

可选的，所述支撑件的高度小于或等于所述感光层厚度的2倍。

可选的，所述感光层的厚度小于或等于1.1μm；所述支撑件的高度小于2.2μm。

可选的，所述感光层保形覆盖于所述衬底和所述多个支撑件上。。

可选的，还包括：底电极，所述底电极位于所述支撑件与所述感光层之间。

可选的，所述底电极的厚度小于或等于所述支撑件高度的1/2。

可选的，还包括：顶电极，所述顶电极位于所述感光层上；偏压导电层，所述偏压导电层位于所述顶电极上；保护层，所述保护层覆盖所述偏压导电层。

可选的，所述感光层的材料为掺杂的非晶硅。

可选的，所述光电二极管为非晶硅PIN光电二极管。

一种图像传感器，其特征在于，包括：一个或多个像素单元，所述像素单元包括本发明的光电二极管。

以及，一种指纹成像模组，包括：光源；感测面，所述光源所产生的光线在所述感测面上形成携带有指纹信息的感测光；图像传感器，采集所述感测光以获得指纹图像，所述图像传感器为本发明的图像传感器。

与现有技术相比，本发明的技术方案具有以下优点：

形成所述感光层之前，在所述衬底上形成多个支撑件；所述感光层位于所述支撑件和所述衬底上。由于所述支撑件的数量为多个，分布于所述衬底上，所述支撑件和所述衬底的表面为后续膜层的形成提供工艺表面；所述支撑件凸起于所述衬底表面，因此后续膜层的形成表面为具有凹凸的表面，即所述感光层形成于凹凸的表面上；在凹凸的表面上形成所述感光层，能够形成具有凹凸表面的感光层，从而能够有效降低所述感光层表面反射的损耗；还能够增大所述感光层的表面积，能够增大所述感光层吸收光线的面积；反射损耗的减少、感光层吸收光线面积的增大，都能够在不增大开口尺寸的前提下，达到提高所形成光电二极管的光采集能力，改善图像质量的目的。

本发明可选方案中，所述感光层保形覆盖于所述衬底和所述多个支撑件上，能够形成表面凹凸可控的感光层；而且能够有效降低形成凹凸表面的感光层的难度，从而有利于增大所述感光层的表面积并降低表面反射损耗，有利于在不增大开口尺寸的前提下，达到提高所形成光电二极管的光采集能力，改善图像质量的目的。

本发明可选方案中，所述支撑件朝向所述感光层的表面为支撑面，所述支撑面为朝向所述感光层凸起的曲面。将所述支撑面设置为曲面的做法，能够避免在所述支撑件内形成棱边，能够降低对所述支撑件高度的限制，从而有利于增大所述感光层凹凸表面的落差，有利于降低所述感光层表面反射的损耗、增大所述感光层吸收光线的面积，从而在不增大开口尺寸的前提下，达到提高所形成光电二极管的光采集能力，改善图像质量的目的；还能够避免在所述支撑件中形成尖角结构，从而能够有效减小尖端放电现象出现的几率，有利于提高所形成光电二极管的性能，有利于改善所获得图像的质量。

本发明可选方案中，所述支撑件具有朝向所述衬底的第一面、与所述第一面相对的第二面以及连接所述第一面和第二面的第三面，也就是说，所述支撑件为具有棱边的结构；所述支撑件的高度小于或等于所述感光层厚度的2倍。控制所形成支撑件的高度，能够有效降低后续膜层的形成工艺难度，能够有效减少所述感光层内缺陷的产生，有利于提高所形成感光层的质量，有利于高质量图像的获得。

本发明可选方案中，通过原子层沉积的方式在所述支撑件上形成底电极；之后，在所述底电极上形成感光层。原子层沉积工艺所形成膜层具有更好的阶梯覆盖性，因此通过原子层沉积的方式形成所述底电极，能够使所形成底电极保形覆盖于所述衬底和所述支撑件上，使所形成底电极的表面具有较大的凹凸落差，能够有效的增大后续所形成感光层凹凸表面的落差，从而增大所形成感光层凹凸表面的落差，减少所述感光层的表面反射损耗和吸光面积，在不增大开口尺寸的前提下，达到提高所形成光电二极管的光采集能力，改善图像质量的目的。

附图说明

图1是一种指纹成像模组所采用图像传感器内光电二极管的剖面结构示意图；

图2至图5是本发明光电二极管形成方法一实施例各个步骤所对应的剖面结构示意图；

图6至图8是本发明光电二极管形成方法另一实施例中各个步骤所对应的剖面结构示意图；

图9是本发明图像传感器一实施例的俯视结构示意图；

图10是本发明指纹成像模组一实施例的剖面结构示意图。

具体实施方式

由背景技术可知，现有技术中光学指纹成像模组所采用图像传感器的采光面积不足，造成了获得指纹图像质量不佳的问题。

指纹成像模组所采用的图像传感器，通常包括像素阵列，所述像素阵列包括多个呈阵列排布的像素单元，所述像素单元包括光电二极管，所述光电二极管用于采集携带有指纹信息的光线，以获得指纹图像。

参考图1，示出了一种指纹成像模组所采用图像传感器内光电二极管的剖面结构示意图。

所述光电二极管包括：衬底11；第一介质层(图中未标示)，所述第一介质层位于所述衬底11上；底电极13，所述底电极13位于所述第一介质层上；感光层14，所述感光层14位于所述底电极13上，且与所述底电极13电连接；顶电极15，所述顶电极15覆盖所述感光层14，且与所述感光层14电连接；偏压导电层16，所述偏压导电层16与所述顶电极15电连接；保护层17，所述保护层17覆盖所述偏压导电层16。

其中，所述感光层14用于采集携带有指纹信息的光线，从而获得指纹图像。通常情况下，所述感光层14的材料为非晶硅。非晶硅对光的吸收依赖于非晶硅材料的面积和厚度。所以所述光电二极管的开口尺寸D影响了所述感光层14吸收光线的面积。

另一方面，由于指纹谷和脊之间的间距较小，为了获得足够的分辨率，指纹成像模组所采用图像传感器的单个像素单元的尺寸较小，因此所述光电二极管的开口尺寸d相对较小，从而影响了所述感光层13吸收光线的面积，影响了所述图像传感器的采光面积，造成了指纹图像质量的退化。

为解决所述技术问题，本发明提供一种光电二极管以及形成方法，通过所述多个支撑件的形成，以形成具有凹凸表面的感光层，从而降低所述感光层表面反射的损耗，增大所述感光层吸收光线的面积，在不增大开口尺寸的前提下，达到提高所形成光电二极管的光采集能力，改善图像质量的目的。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更为明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施例做详细的说明。

参考图2至图5，示出了本发明光电二极管形成方法一实施例各个步骤所对应的剖面结构示意图。

参考图2，提供衬底110。

所述衬底110用于为制造工艺提供操作平面，也用于为所形成的光电二极管提供机械支撑。

本实施例中，所形成的光电二极管为非晶硅PIN光电二极管，因此所述衬底110的材料为玻璃，所以具有所述发光二极管的图像传感器能够透射光线。而且将所述衬底110的材料设置为玻璃，还能够提高所形成光电二极管的电隔离性能，降低相邻光电二极管之间的干扰。

需要说明的是，本实施例中，所述衬底110的材料为玻璃。但是这种做法仅为一示例，本发明其他实施例中，所述衬底的材料也可以为硅、锗等其他适宜于作为衬底且易于集成的材料。

此外，本实施例中，所述衬底110的表面还具有界面层(图中未标示)，从而为后续工艺以及膜层的形成提供良好的工艺表面。

继续参考图2，在所述衬底110上形成多个支撑件120，所述多个支撑件120分布于所述衬底110表面。

所述支撑件120的数量为多个，且凸起于所述衬底110表面，与所述衬底110一起为后续感光层的形成提供工艺表面。

所述支撑件120凸起于所述衬底110表面，因此所述支撑件120和所述衬底110为后续感光层的形成提供的工艺表面为凹凸表面；使感光层形成于凹凸表面上，能够形成具有凹凸表面的感光层，从而能够有效降低所述感光层表面反射的损耗；还能够增大所述感光层的表面积，能够增大所述感光层吸收光线的面积；反射损耗的减少、感光层吸收光线面积的增大，都能够在不增大开口尺寸的前提下，达到提高所形成光电二极管的光采集能力，改善图像质量的目的。

本实施例中，所述支撑件120的材料为介质材料或者金属；具体的，所述支撑件120的材料可以为氧化硅、氮化硅等介质材料，以降低所述支撑件120对所形成光电二极管性能的影响；所述支撑件120的材料还可以为Mo等金属材料，使所述支撑件120与后续所形成的底电极一起实现所述光电二极管所形成电信号的输出。

将所述支撑件120的材料设置为介质材料或者金属的做法，能够有效提高所述支撑件120的稳定性，从而降低所述支撑件120在后续工艺中出现塌缩等缺陷的可能，也可以提高所述支撑件120对后续膜层的支撑能力，从而有利于保证所形成感光层凹凸表面的稳定性，有利于在不增大开口尺寸的前提下，达到提高所形成光电二极管的光采集能力，改善图像质量的目的。

所以，形成所述多个支撑件120的步骤包括：在所述衬底110上形成凸起材料层；通过掩膜刻蚀的方式去除部分所述凸起材料层以形成所述支撑件120。

结合参考图3，图2是图3所示实施例中方框129内结构的放大结构示意图。

由于本实施例中，所述支撑件120的材料为介质材料或者金属材料等硬质材料，且所述支撑件120通过掩膜刻蚀的方式形成，所以所述支撑件120具有朝向所述衬底110的第一面121、与所述第一面121相对的第二面122以及连接所述第一面121和第二面122的第三面123，也就是说，所述支撑件120的形状具有棱边。

具体的，本实施例中，平行所述衬底110表面的平面内，所述支撑件120呈长条状；垂直所述支撑件120延伸方向的平面，所述支撑件120的截面形状为梯形。本发明其他实施例中，垂直所述支撑件120延伸方向的平面，所述支撑件120的截面形状还可以为方形或三角形。

所以所述支撑件120的所述第一面121、所述第二面122以及所述第三面123均为平面，所述支撑件120的棱边为直线棱边。但是本发明其他实施例中，所述第一面、所述第二面以及所述第三面也可以为曲面，所以所述支撑件的棱边也可以为曲线。

本实施例中，由于所述支撑件120的形状具有棱边，因此所述支撑件120的高度H小于或等于所述感光层厚度的2倍。控制所形成支撑件120的高度，能够有效降低后续膜层的形成工艺难度，能够有效保证后续膜层的连续性，有效减少后续感光层内缺陷的产生，有利于提高所形成感光层的质量，有利于高质量图像的获得。

具体的，本实施例中，所述感光层的厚度小于或等于1.1μm，所以所述支撑件120的高度H小于或等于2.2μm。所述支撑件120的高度H不宜太高。如果所述支撑件120的高度H太高，则后续所形成的膜层在所述支撑件120棱边的对应位置处容易出现断裂，从而影响膜层连续性，影响膜层的电学性能，造成所形成光电二极管制造良率和器件性能的退化。

此外，所述支撑件120的宽度W大于或等于1μm，所述支撑件120的间距G大于或等于1μm。合理设置所述支撑件120的宽度W和所述支撑件120的间距G，能够有效降低所述支撑件120的形成工艺难度，有利于保证所形成光电二极管的制造良率和器件性能。

需要说明的是，本实施例中，在形成所述多个支撑件120之后，如图4所示，形成底电极130，所述底电极130位于所述衬底110和所述多个支撑件120上130。

所述底电极130作为所形成光电二极管的阴极电极，实现所形成光电二极管与外部信号读出电路的电连接，以实现信号输出。

所述底电极130保形覆盖于所述衬底110和所述多个支撑件120上，也就是说，所述底电极130在所述衬底110和所述支撑件120表面上的厚度处处相等或者相当，因此所述底电极130背向所述支撑件120和所述衬底110的表面为具有凹凸的表面，从而能够后续形成表面凹凸的感光层提供工艺基础，进而在不增大开口尺寸的前提下，达到提高所形成光电二极管的光采集能力，改善图像质量的目的。

本实施例中，所述底电极130的材料为金属；具体的，所述底电极130可以采用铜、铝或金等适宜于实现导电的金属材料。

本实施例通过原子层沉积的方式形成所述底电极130。原子层沉积工艺所形成膜层具有更好的阶梯覆盖性，因此通过原子层沉积的方式形成所述底电极130，能够使所形成底电极130保形覆盖于所述衬底110和所述支撑件上，使所形成底电极130的表面具有较大凹凸落差，能够有效的增大后续所形成感光层表面的凹凸落差，从而增大所形成感光层表面的凹凸落差，减少所述感光层的表面反射损耗和吸光面积，在不增大开口尺寸的前提下，达到提高所形成光电二极管的光采集能力，改善图像质量的目的。

本实施例中，所述底电极130的厚度小于或等于所述支撑件120厚度的1/2。所述底电极130的厚度不宜太大。由于随着所述底电极130厚度的增大，所述底电极130表面的凹凸落差会随之减小，即所述底电极130背向所述衬底110的表面形状会趋于平坦，从而不利于为后续感光层的形成提供理想的表面，不利于形成具有凹凸表面的感光层，可能会影响所述感光层表面反射损耗和吸光面积增大的改善，不利于所形成光电二极管采光能力的提高。具体的，所述支撑件120的高度H小于或等于2.2μm，所以所述底电极130的厚度不超过1.1μm，以保证后续所形成感光层的表面具有较大的凹凸落差。

另一方面，所述底电极130的厚度大于所述底电极130的厚度不宜过小。由于成膜工艺的限制，成膜的均匀性，所形成膜层的厚度会上下浮动，因此如果所述底电极130的厚度太小，则可能会影响所形成底电极130膜层的连续性，从而影响所形成底电极130的导电性能，影响所形成光电二极管与外部电路的连接，造成所形成光电二极管的制造良率和器件性能。

参考图4，在所述衬底110和所述多个支撑件120上形成感光层140。

所述感光层140用于吸收光线，并进行光电转换，从而输出与光线强度相关的电信号。

由于所述多个支撑件120凸起于所述衬底110上，所以所述感光层120形成于凹凸的表面上；在凹凸的表面上形成所述感光层120，能够形成具有凹凸表面(如图4中圈141内结构所示)的感光层140，从而能够有效降低所述感光层140表面反射的损耗；还能够增大所述感光层140的表面积，能够增大所述感光层140吸收光线的面积；反射损耗的减少、感光层140吸收光线面积的增大，都能够在不增大开口尺寸的前提下，达到提高所形成光电二极管的光采集能力，改善图像质量的目的。

需要说明的是，由于所述感光层140是由于生长表面为凹凸表面，而具有凹凸的表面的，因此所述感光层140表面的凹凸与其生长表面的凹凸相近或者相同，也就是说，所述感光层140的凹凸表面的凹凸形状具有一定的规律性。

本实施例中，形成保形覆盖于所述衬底110和所述支撑件120的所述感光层140，即所述感光层140在所述衬底110和所述支撑件120上各个位置的厚度相等或者相当，因此所述感光层140表面的凹凸形状与所述衬底110和所述支撑件120表面凹凸的形成相近，从而能够形成表面凹凸可控的感光层140；能够有效降低形成凹凸表面感光层140的难度，从而有利于增大所述感光层140的表面积并降低表面反射损耗，有利于在不增大开口尺寸的前提下，达到提高所形成光电二极管的光采集能力，改善图像质量的目的。

本实施例中，所述感光层140上还形成有所述底电极130，所述底电极130保形覆盖于所述衬底110和所述支撑件120上，因此所述底电极130背向所述支撑件120和所述衬底110的表面为凹凸表面，所以所述感光层140保形覆盖于具有凹凸表面的底电极130上，因此所述感光层140背向所述衬底110表面的形状与所述感光层140背向所述支撑件120和所述衬底110表面的形状相近，即形成具有凹凸表面的感光层140，从而能够增大所述感光层140的表面积，能够降低所述感光层140表面反射的损耗，进而能够在不增大开口尺寸的前提下，达到提高所形成光电二极管的光采集能力，改善图像质量的目的。

本实施例中，所述感光层140为非晶材料，具体的，所述感光层140的材料为掺杂的非晶硅。采用非晶硅材料进行光电转换，能够实现光电转换效率和制造成本控制的兼顾，从而能够有效改善所形成图像传感器的性能。

具体的，本实施例中，所形成的光电二极管为非晶硅PIN光电二极管，所以所述感光层140包括依次位于所述底电极130上的第一掺杂层、本征层和第二掺杂层。所述第一掺杂层和所述第二掺杂层的材料均为掺杂的非晶硅材料，所述本征层的材料为非晶硅材料。

本实施例中，所述感光层140的厚度小于或等于1.1μm。所述感光层140的采光能与所述感光层140的厚度相关。所述感光层140的厚度根据所形成光电二极管的设计需要设定，但是所述感光层140的厚度也不宜太大。所述感光层140厚度的进一步增大，不仅不会增大所吸收光线的能量，反而可能会引起材料浪费、工艺难度增大的问题。

形成所述支撑件120的步骤中，控制了所述支撑件120的高度，有效降低了所述感光层140和所述底电极130出现缺陷的几率，提高了所述感光层140和所述底电极130的膜层连续性，保证了所述感光层140和所述底电极130的电学性能，保证了所述发光二极管的制造良率和器件性能。

参考图5和图6，形成所述感光层140之后，还包括：在所述感光层140上形成顶电极150和位于所述顶电极150上的偏压导电层160；在所述偏压导电层160上形成保护层(图中未标示)。

所述顶电极150作为所形成光电二极管的阳极电极；所述偏压导电层160与外部偏压电路相连；所述顶电极150和所述偏压导电层160实现电连接，从而实现所述感光层140的偏置。

需要说明的是，形成所述顶电极150之后，形成所述偏压导电层160之前，所述形成方法还包括：在所述感光层140所露出的衬底110上形成介质层(图中未标示)。

所述介质层用于实现相邻半导体结构之间的电绝缘。本实施例中，所述偏压导电层160和所述顶电极150之间通过过孔技术相连，以实现所述偏压导电层160和所述顶电极150之间的电连接。

具体的，所述顶电极150的厚度大于或等于所述偏压导电层160的厚度大于或等于由于成膜工艺的限制，成膜的均匀性，所形成膜层的厚度会上下浮动，因此如果所述顶电极150和所述偏压导电层160的厚度太小，则可能会影响膜层的连续性，从而影响所述顶电极150和所述偏压导电层160的导电性能，影响所形成光电二极管与外部偏压电路的连接，造成所形成光电二极管的制造良率和器件性能。

参考图6至图8，示出了本发明光电二极管形成方法另一实施例中各个步骤所对应的剖面结构示意图。

本实施例与前述实施例相同之处，本发明在此不再赘述。本实施例与前述实施例的不同之处在于，如图6和图7所示，本实施例中，所述支撑件120具有朝向所述感光层240凸起的支撑面221，所述支撑面221为曲面。

如图6和图7所示，其中图7是图6中方框229内结构的放大结构示意图。所述支撑件120具有朝向所述感光层240凸起的支撑面221，所述支撑面221为曲面，也就是说，所述支撑件220背向所述衬底210的表面为处处可导的连续曲面，即所述支撑件220为不具有棱边的结构。

将所述支撑面221设置为曲面的做法，能够避免在所述支撑件220内形成棱边，能够降低对所述支撑件220高度H1的限制，从而有利于增大感光层240凹凸表面的落差，即能够增大垂直所述衬底110表面方向上，所述感光层240表面最高点和最低的之间的距离，有利于降低感光层240表面反射的损耗、增大感光层240吸收光线的面积，从而在不增大开口尺寸的前提下，达到提高所形成光电二极管的光采集能力，改善图像质量的目的；还能够避免在所述支撑件220中形成尖角结构，从而能够有效减小尖端放电现象出现的几率，有利于提高所形成光电二极管的性能，有利于改善所获得图像的质量。

参考图8，形成所述支撑件220之后，在所述支撑件220上依次形成所述底电极230、所述感光层240、所述顶电极250、所述偏压导电层260和保护层(图中未标示)。

由于所述支撑件220的支撑面221为曲面，所以所述支撑件220的高度H1(如图7所示)限制较小，所述支撑件220的高度H1相对较大；因此所述感光层240形成于能够具有较大落差的凹凸表面上，所述感光层240的凹凸表面也具有较大落差，所以能够有效降低所述感光层240表面反射的损耗、能够增大所述感光层240的表面积，能够在不增大开口尺寸的前提下，达到提高所形成光电二极管的光采集能力，改善图像质量的目的。

相应的，本发明还提供一种光电二极管。参考图5，示出了本发明光电二极管一实施例的剖面结构示意图。

所述光电二极管包括：衬底110；多个支撑件120，所述多个支撑件120分布于所述衬底110表面；感光层140，所述感光层140位于所述衬底110和所述多个支撑件120上。

所述支撑件120的数量为多个，分布于所述衬底110上，所述支撑件120和所述衬底110的表面为所述感光层140的形成提供工艺表面；所述支撑件120凸起于所述衬底110表面，因此所述感光层140位于凹凸表面上；使所述感光层140位于凹凸表面上，能够使所述感光层140背向所述衬底110的表面为凹凸表面，从而降低所述感光层140表面反射的损耗，还能够增大所述感光层140的表面积，能够增大所述感光层140吸收光线的面积；反射损耗的减少、感光层140吸收光线面积的增大，都能够在不增大开口尺寸的前提下，达到提高所述光电二极管的光采集能力，改善图像质量的目的。

所述衬底110用于为制造工艺提供操作平面，也用于为所述的光电二极管提供机械支撑。

本实施例中，所述光电二极管为非晶硅PIN光电二极管，因此所述衬底110的材料为玻璃，所以具有所述发光二极管的图像传感器能够透射光线。而且将所述衬底110的材料设置为玻璃，还能够提高所述光电二极管的电隔离性能，降低相邻光电二极管之间的干扰。

需要说明的是，本实施例中，所述衬底110的材料为玻璃。但是这种做法仅为一示例，本发明其他实施例中，所述衬底的材料也可以为硅、锗等其他适宜于作为衬底且易于集成的材料。

此外，本实施例中，所述衬底110的表面还具有界面层(图中未标示)，从而为所述支撑件120以及感光层140等后续膜层提供良好的生长表面，以提高制造良率、改善器件性能。

所述支撑件120凸起于所述衬底110表面，因此所述支撑件120和所述衬底110的表面为所述感光层140的生长表面，所以所述感光层140具有凹凸表面，从而能够有效降低所述感光层140表面反射的损耗；还能够增大所述感光层140的表面积，能够增大所述感光层140吸收光线的面积；反射损耗的减少、感光层140吸收光线面积的增大，都能够在不增大开口尺寸的前提下，达到提高所形成光电二极管的光采集能力，改善图像质量的目的。

本实施例中，所述支撑件120的材料为介质材料或者金属；具体的，所述支撑件120的材料可以为氧化硅、氮化硅等介质材料，以降低所述支撑件120对所述光电二极管性能的影响；所述支撑件120的材料还可以为Mo等金属材料，从而用于实现所述光电二极管电信号的输出。

将所述支撑件120的材料设置为介质材料或者金属的做法，能够有效提高所述支撑件120的稳定性，从而降低所述支撑件120在后续工艺中出现塌缩等缺陷的可能，也可以提高所述支撑件120的支撑能力，从而有利于保证所述感光层140凹凸表面的稳定性，有利于在不增大开口尺寸的前提下，达到提高所述光电二极管的光采集能力，改善图像质量的目的。

结合参考图2和图3，其中图2是图5所示实施例中所述衬底和所述支撑件的局部结构示意图，图3是图2所示实施例中方框129内结构的放大结构示意图。

由于本实施例中，所述支撑件120的材料为介质材料或者金属材料等硬质材料，所以所述支撑件120具有朝向所述衬底110的第一面121、与所述第一面121相对的第二面122以及连接所述第一面121和第二面122的第三面123，也就是说，所述支撑件120的形状具有棱边。

具体的，本实施例中，平行所述衬底110表面的平面内，所述支撑件120呈长条状；垂直所述支撑件120延伸方向的平面，所述支撑件120的截面形状为梯形。本发明其他实施例中，垂直所述支撑件120延伸方向的平面，所述支撑件120的截面形状还可以为方形或三角形。

所以所述支撑件120的所述第一面121、所述第二面122以及所述第三面123均为平面，所述支撑件120的棱边为直线棱边。但是本发明其他实施例中，所述第一面、所述第二面以及所述第三面也可以为曲面，所以所述支撑件的棱边也可以为曲线。

本实施例中，由于所述支撑件120的形状具有棱边，因此所述支撑件120的高度H小于或等于所述感光层厚度的2倍。控制所述支撑件120的高度，能够有效降低所述感光层140以及后续膜层的形成工艺难度，能够有效保证后续膜层的连续性，有效减少后续感光层内缺陷的产生，有利于提高所述感光层140的质量，有利于高质量图像的获得。

具体的，本实施例中，所述感光层的厚度小于或等于1.1μm，所以所述支撑件120的高度H小于或等于2.2μm。所述支撑件120的高度H不宜太高。如果所述支撑件120的高度H太高，则所述感光层140以及后续膜层在所述支撑件120棱边的对应位置处容易出现断裂，从而影响膜层连续性，影响膜层的电学性能，造成所述光电二极管制造良率和器件性能的退化。

此外，所述支撑件120的宽度W大于或等于1μm，所述支撑件120的间距G大于或等于1μm。合理设置所述支撑件120的宽度W和所述支撑件120的间距G，能够有效降低所述支撑件120的形成工艺难度，有利于保证所述光电二极管的制造良率和器件性能。

本实施例中，所述光电二极管还包括：底电极130，所述底电极130位于所述支撑件120与所述感光层140之间。

所述底电极130作为所述光电二极管的阴极电极，实现所述光电二极管与外部信号读出电路的电连接，以实现信号输出。

所述底电极130保形覆盖于所述衬底110和所述多个支撑件120上，也就是说，所述底电极130在所述衬底110和所述支撑件120表面上的厚度处处相等或者相当，因此所述底电极130背向所述支撑件120和所述衬底110的表面为具有凹凸的表面，从而能够为所述感光层140的形成提供具有凹凸的工艺表面，进而在不增大开口尺寸的前提下，达到提高所述光电二极管的光采集能力，改善图像质量的目的。

本实施例中，所述底电极130的材料为金属；具体的，所述底电极130可以采用铜、铝或金等适宜于实现导电的金属材料。

本实施例中，所述底电极130的厚度小于或等于所述支撑件120厚度的1/2。所述底电极130的厚度不宜太大。由于随着所述底电极130厚度的增大，所述底电极130表面的凹凸落差会随之减小，即所述底电极130背向所述衬底110的表面形状会趋于平坦，从而不利于为后续感光层的形成提供理想的表面，不利于形成具有凹凸表面的感光层，可能会影响所述感光层表面反射损耗和吸光面积增大的改善，不利于所形成光电二极管采光能力的提高。具体的，所述支撑件120的高度H小于或等于2.2μm，所以所述底电极130的厚度不超过1.1μm，以保证后续所形成感光层的表面具有较大的凹凸落差。

另一方面，所述底电极130的厚度大于所述底电极130的厚度不宜过小。由于成膜工艺的限制，成膜均匀性、膜层厚度都会会上下浮动，因此如果所述底电极130的厚度太小，则可能会影响所述底电极130膜层的连续性，从而影响所述底电极130的导电性能，影响所述光电二极管与外部电路的连接，造成所述光电二极管的制造良率和器件性能。

所述感光层140用于吸收光线，并进行光电转换，从而输出与光线强度相关的电信号。

由于所述多个支撑件120凸起于所述衬底110上，因此所述感光层140背向所述衬底110的表面为凹凸的表面(如图4中圈141内结构所示)；与平坦表面的感光层相比，具有凹凸表面的感光层140表面反射的损耗更少，表面积更大，即所述感光层140吸收光线的面积更大；反射损耗的减少、感光层140吸收光线面积的增大，都能够在不增大开口尺寸的前提下，达到提高所形成光电二极管的光采集能力，改善图像质量的目的。

需要说明的是，由于所述感光层140是由于生长表面为凹凸表面，而具有凹凸的表面的，因此所述感光层140表面的凹凸与其生长表面的凹凸相近或者相同，也就是说，所述感光层140的凹凸表面的凹凸形状具有一定的规律性。

本实施例中，所述感光层140保形覆盖于所述衬底110和所述支撑件120上，即所述感光层140在所述衬底110和所述支撑件120上各个位置的厚度相等或者相当，因此所述感光层140表面的凹凸形状与所述衬底110和所述支撑件120表面凹凸的形成相近，所以所述感光层140的凹凸表面为可控的，能够有效降低形成凹凸表面感光层140的难度，从而有利于增大所述感光层140的表面积并降低表面反射损耗，有利于在不增大开口尺寸的前提下，达到提高所形成光电二极管的光采集能力，改善图像质量的目的。

本实施例中，所述感光层140和所述支撑件120之间还具有所述底电极130，所述底电极130保形覆盖于所述支撑件120和所述衬底110上，因此所述底电极130背向所述支撑件120和所述衬底110的表面为凹凸表面，所以所述感光层140保形覆盖于具有凹凸表面的底电极130上，因此所述感光层140背向所述衬底110表面的形状与所述感光层140背向所述支撑件120和所述衬底110表面的形状相近，即所述感光层140背向所述衬底110的表面也为凹凸表面，能够在不增大开口尺寸的前提下，达到提高所述光电二极管的光采集能力，改善图像质量的目的。

本实施例中，所述感光层140为非晶材料，具体的，所述感光层140的材料为掺杂的非晶硅。采用非晶硅材料进行光电转换，能够实现光电转换效率和制造成本控制的兼顾，从而能够有效改善所述图像传感器的性能。

具体的，本实施例中，所述的光电二极管为非晶硅PIN光电二极管，所以所述感光层140包括依次位于所述底电极130上的第一掺杂层、本征层和第二掺杂层。所述第一掺杂层和所述第二掺杂层的材料均为掺杂的非晶硅材料，所述本征层的材料为非晶硅材料。

本实施例中，所述感光层140的厚度小于或等于1.1μm。所述感光层140的采光能与所述感光层140的厚度相关。所述感光层140的厚度根据所述光电二极管的设计需要设定，但是所述感光层140的厚度也不宜太大。所述感光层140厚度的进一步增大，不仅不会增大所吸收光线的能量，反而可能会引起材料浪费、工艺难度增大的问题。

由于所述支撑件120的高度得以限制，因此所述感光层140和所述底电极130出现缺陷的几率得以控制，所述感光层140和所述底电极130具有较好的膜层连续性，从而保证了所述感光层140和所述底电极130的电学性能，保证了所述发光二极管的制造良率和器件性能。

此外，本实施例中，所述光电二极管还包括：顶电极150，所述顶电极150位于所述感光层140上；偏压导电层160，所述偏压导电层160位于所述顶电极150上；保护层(图中未标示)，所述保护层覆盖所述偏压导电层160。

所述顶电极150作为所述光电二极管的阳极电极；所述偏压导电层160与外部偏压电路相连；所述顶电极150和所述偏压导电层160实现电连接，从而实现所述感光层140的偏置。

需要说明的是，所述光电二极管还包括：介质层(图中未标示)，所述介质层位于所述感光层140所露出的衬底110上。

所述介质层用于实现相邻半导体结构之间的电绝缘。本实施例中，所述偏压导电层160和所述顶电极150之间通过过孔技术相连，以实现所述偏压导电层160和所述顶电极150之间的电连接。

所述顶电极150的厚度大于或等于所述偏压导电层160的厚度大于或等于由于成膜工艺电限制，成膜的均匀性，所形成膜层的厚度会上下浮动，因此如果所述顶电极150和所述偏压导电层160的厚度太小，则可能会影响膜层的连续性，从而影响所述顶电极150和所述偏压导电层160的导电性能，影响所述光电二极管与外部偏压电路的连接，造成所述光电二极管的制造良率和器件性能。

参考图8，示出了本发明光电二极管另一实施例的剖面结构示意图。

本实施例与前述实施例相同之处，本发明在此不再赘述。本实施例与前述实施例的不同之处在于，本实施例中，所述支撑件120具有朝向所述感光层240凸起的支撑面221，所述支撑面221为曲面。

如图6和图7所示，其中图6是图8中所述衬底210和所述支撑件220的局部结构示意图，图7是图6中方框229内结构的放大结构示意图。

所述支撑件120具有朝向所述感光层240凸起的支撑面221，所述支撑面221为曲面，也就是说，所述支撑件220背向所述衬底210的表面为处处可导的连续曲面，即所述支撑件220为不具有棱边的结构。

所述支撑面221设置为曲面的做法，能够避免在所述支撑件220内形成棱边，能够降低对所述支撑件220高度H1的限制，所述支撑件220的高度H1相对较大；较大的所述支撑件220高度，能够使所述底电极230以及所述感光层240均具有较大凹凸表面的落差，即能够增大垂直所述衬底110表面方向上，所述感光层240表面最高点和最低的之间的距离，所以能够有效降低所述感光层240表面反射的损耗、增大所述感光层240的表面积，有利于在不增大开口尺寸的前提下，提高所形成光电二极管的光采集能力和图像质量。

此外，本发明还提供一种图像传感器，参考图9，示出本发明图像传感器一实施例的俯视结构示意图。

如图9所示，所述图像传感器300包括一个或多个像素单元301，所述像素单元301包括本发明的光电二极管。

所述像素单元301用于采集光线，并将所采集光线的光信号转换为电信号。具体的，本实施例中，所述图像传感器300具有多个所述像素单元301，所述多个像素单元301呈阵列排布，以构成像素阵列(图中未标示)。

所述像素单元301包括本发明的光电二极管，所述光电二极管的具体技术方案，参考前述光电二极管的实施例，本发明在此不再赘述。

由于所述光电二极管内，所述感光层位于所述衬底和所述支撑件上，因此所述感光层具有凹凸的表面；具有凹凸表面的感光层，反射损耗较小、表面积较大，所以与光电二极管具有平坦表面感光层的像素单元相比，即使不增大开口尺寸，本实施例中，单个像素单元的采光面积更大，反射损耗更小，所述像素单元的采光能力更强，所述像素单元所采集光信号的强度更大；单个像素采光能力的提高，能够有效提高所述像素阵列的光采集能力，有利于提高所述图像传感器的性能，有利于提高所述图像传感器所获得图像的质量。

另外，本发明还提供一种指纹成像模组。参考图10，示出了本发明指纹成像模组一实施例的剖面结构示意图。

如图10所示，所述指纹成像模组400包括：光源401；感测面402，所述光源401所产生的光线在所述感测面402上形成携带有指纹信息的感测光；图像传感器403，采集所述感测光以获得指纹图像，所述图像传感器403为本发明的图像传感器。

所述光源401用于产生光线；所述感测面402用于接受触摸；所述光源401所产生的光线在所述感测面402上发生反射或者折射，从而形成携带有指纹信息的感测光；所述感测光被所述图像传感器403采集以获得所述指纹图像。

所述图像传感器403为本发明的图像传感器，因此所述图像传感器的具体技术方案参考前述图像传感器的具体实施例，本发明在此不再赘述。

由于所述图像传感器403中单个像素单元的采光面积更大、反射损耗更小，采光能力更强，因此所述像素阵列的光采集能力较强，所述图像传感器的性能较好；所述图像传感器较高的性能，能够有效提高所述指纹成像模组的灵敏度和所采集指纹图像的清晰度，从而能有效改善所述指纹成像模组的性能。

虽然本发明披露如上，但本发明并非限定于此。任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，均可作各种更动与修改，因此本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。

Claims (32)

1.一种光电二极管的形成方法，其特征在于，包括：

提供衬底；

在所述衬底上形成多个支撑件，所述多个支撑件分布于所述衬底表面；

在所述衬底和所述多个支撑件上形成感光层。

2.如权利要求1所述的形成方法，其特征在于，所述支撑件的宽度大于或等于1μm。

3.如权利要求1所述的形成方法，其特征在于，所述支撑件的间距大于或等于1μm。

4.如权利要求1所述的形成方法，其特征在于，所述支撑件具有朝向所述感光层凸起的支撑面，所述支撑面为曲面。

5.如权利要求1所述的形成方法，其特征在于，所述支撑件具有朝向所述衬底的第一面、与所述第一面相对的第二面以及连接所述第一面和第二面的第三面。

6.如权利要求5所述的形成方法，其特征在于，平行所述衬底表面的平面内，所述支撑件呈长条状；

垂直所述支撑件延伸方向的平面，所述支撑件的截面形状为方形、梯形或三角形。

7.如权利要求5所述的形成方法，其特征在于，所述支撑件的高度小于或等于所述感光层厚度的2倍。

8.如权利要求1或7所述的形成方法，其特征在于，所述感光层的厚度小于或等于1.1μm；所述支撑件的高度小于2.2μm。

9.如权利要求1所述的形成方法，其特征在于，形成保形覆盖于所述衬底和所述多个支撑件上的所述感光层。

10.如权利要求1所述的形成方法，其特征在于，形成所述多个支撑件的步骤包括：

在所述衬底上形成凸起材料层；

通过掩膜刻蚀的方式去除部分所述凸起材料层以形成所述支撑件。

11.如权利要求1所述的形成方法，其特征在于，形成所述多个支撑件之后，形成所述感光层之前，还包括：

形成底电极，所述底电极位于所述衬底和所述多个支撑件上；

在所述底电极上形成所述感光层。

12.如权利要求1所述的形成方法，其特征在于，所述底电极的厚度小于或等于所述支撑件高度的1/2。

13.如权利要求1所述的形成方法，其特征在于，通过原子层沉积的方式形成所述底电极。

14.如权利要求1所述的形成方法，其特征在于，形成所述感光层之后，还包括：

在所述感光层上形成顶电极和位于所述顶电极上的偏压导电层；

在所述偏压导电层上形成保护层。

15.如权利要求1所述的形成方法，其特征在于，所述感光层的材料为掺杂的非晶硅。

16.如权利要求1或15所述的形成方法，其特征在于，所述光电二极管为非晶硅PIN光电二极管。

17.一种光电二极管，其特征在于，包括：

衬底；

多个支撑件，所述多个支撑件分布于所述衬底表面；

感光层，所述感光层位于所述衬底和所述多个支撑件上。

18.如权利要求17所述的光电二极管，其特征在于，所述支撑件的宽度大于或等于1μm。

19.如权利要求17所述的光电二极管，其特征在于，所述支撑件的间距大于或等于1μm。

20.如权利要求17所述的光电二极管，其特征在于，所述支撑件具有朝向所述感光层凸起的支撑面，所述支撑面为曲面。

21.如权利要求17所述的光电二极管，其特征在于，所述支撑件具有朝向所述衬底的第一面、与所述第一面相对的第二面以及连接所述第一面和第二面的第三面。

22.如权利要求21所述的光电二极管，其特征在于，平行所述衬底表面的平面内，所述支撑件呈长条状；

垂直所述支撑件延伸方向的平面，所述支撑件的截面形状为方形、梯形或三角形。

23.如权利要求21所述的光电二极管，其特征在于，所述支撑件的高度小于或等于所述感光层厚度的2倍。

24.如权利要求17或23所述的光电二极管，其特征在于，所述感光层的厚度小于或等于1.1μm；所述支撑件的高度小于2.2μm。

25.如权利要求17所述的光电二极管，其特征在于，所述感光层保形覆盖于所述衬底和所述多个支撑件上。

26.如权利要求17所述的光电二极管，其特征在于，还包括：底电极，所述底电极位于所述支撑件与所述感光层之间。

27.如权利要求26所述的光电二极管，其特征在于，所述底电极的厚度小于或等于所述支撑件高度的1/2。

28.如权利要求17所述的光电二极管，其特征在于，还包括：

顶电极，所述顶电极位于所述感光层上；

偏压导电层，所述偏压导电层位于所述顶电极上；

保护层，所述保护层覆盖所述偏压导电层。

29.如权利要求17所述的光电二极管，其特征在于，所述感光层的材料为掺杂的非晶硅。

30.如权利要求17或29所述的光电二极管，其特征在于，所述光电二极管为非晶硅PIN光电二极管。

31.一种图像传感器，其特征在于，包括：

一个或多个像素单元，所述像素单元包括如权利要求17至权利要求30任意一项权利要求所述的光电二极管。

32.一种指纹成像模组，其特征在于，包括：

光源；

感测面，所述光源所产生的光线在所述感测面上形成携带有指纹信息的感测光；

图像传感器，用于采集所述感测光以获得指纹图像，所述图像传感器如权利要求31所述。