CN112885865A - 一种cmos图像传感器及其制作方法 - Google Patents

一种cmos图像传感器及其制作方法 Download PDF

Info

Publication number
CN112885865A
CN112885865A CN202110379347.1A CN202110379347A CN112885865A CN 112885865 A CN112885865 A CN 112885865A CN 202110379347 A CN202110379347 A CN 202110379347A CN 112885865 A CN112885865 A CN 112885865A
Authority
CN
China
Prior art keywords
photosensitive
layer
light
image sensor
cmos image
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
Application number
CN202110379347.1A
Other languages
English (en)
Other versions
CN112885865B (zh
Inventor
胡欢
朱克宝
陈世平
陈鹏堃
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
United Microelectronics Center Co Ltd
Original Assignee
United Microelectronics Center Co Ltd
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by United Microelectronics Center Co Ltd filed Critical United Microelectronics Center Co Ltd
Priority to CN202110379347.1A priority Critical patent/CN112885865B/zh
Publication of CN112885865A publication Critical patent/CN112885865A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN112885865B publication Critical patent/CN112885865B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/14Devices 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
    • H01L27/144Devices controlled by radiation
    • H01L27/146Imager structures
    • H01L27/14601Structural or functional details thereof
    • H01L27/14609Pixel-elements with integrated switching, control, storage or amplification elements
    • H01L27/1461Pixel-elements with integrated switching, control, storage or amplification elements characterised by the photosensitive area
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/14Devices 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
    • H01L27/144Devices controlled by radiation
    • H01L27/146Imager structures
    • H01L27/14601Structural or functional details thereof
    • H01L27/1463Pixel isolation structures
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/14Devices 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
    • H01L27/144Devices controlled by radiation
    • H01L27/146Imager structures
    • H01L27/14643Photodiode arrays; MOS imagers
    • H01L27/14645Colour imagers
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/14Devices 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
    • H01L27/144Devices controlled by radiation
    • H01L27/146Imager structures
    • H01L27/14683Processes or apparatus peculiar to the manufacture or treatment of these devices or parts thereof

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Solid State Image Pick-Up Elements (AREA)

Abstract

本发明提供一种CMOS图像传感器及其制作方法,该方法包括以下步骤:提供基质层;形成感光单元于基质层中,感光单元包括在水平方向上依次排列的透明电极层、感光层及金属电极层。本发明中,感光单元可以作为像素结构中的感光部件以替代光电二极管,由于感光层的感光表面纵向设置,因此可以极大提高像素密度,且由于不需要额外的滤光板,像素尺寸易于进一步做小。感光单元也可以作为像素结构之间的隔离结构,一光电二极管四周的感光层可以吸收该光电二极管射向临近光电二极管的光线,并转化为光电信号,因此,入射光线的能量利用率较高,像素的满阱容量也较高,且光学串扰可以得到有效抑制,并且由于入射光线的能量利用率较高,像素尺寸可以做得更小。

Description

一种CMOS图像传感器及其制作方法
技术领域
本发明属于光学技术领域,涉及一种CMOS图像传感器及其制作方法。
背景技术
传统的基于拜尔滤色镜(Bayer filters)的彩色CMOS图像传感器(CIS),其色彩不同的感光单元顶部具有不同的滤光板,其感光单元为光电二极管。随着人们对成像分辨率要求的不断提高,CIS中感光二极管的面积越做越小。然而感光二极管的感光灵敏度以及满阱容量随着其面积越小而变差,因此像素(pixel)尺寸的缩小受到了限制;同时感光单元顶部的滤光板也进一步限制了像素尺寸的缩小。
因此,如何在保证感光性能的同时进一步减小像素尺寸,成为本领域技术人员亟待解决的一个重要技术问题。
发明内容
鉴于以上所述现有技术的缺点,本发明的目的在于提供一种CMOS图像传感器及其制作方法,用于解决传统光电二极管尺寸难以进一步缩小的问题。
为实现上述目的及其他相关目的,本发明提供一种CMOS图像传感器的制作方法,包括以下步骤:
提供一基质层;
形成感光单元于所述基质层中,所述感光单元包括在水平方向上依次排列的透明电极层、感光层及金属电极层。
可选地,形成所述感光单元于所述基质层中包括以下步骤:
形成通孔于所述基质层中;
形成所述感光层于所述通孔中,所述感光层覆盖所述通孔的侧壁;
形成所述透明电极层于所述通孔中,所述透明电极层覆盖所述感光层的侧壁;
形成光疏介质层于所述通孔中,所述光疏介质层覆盖所述透明电极层的侧壁;
去除所述感光层四周的所述基质层;
形成所述金属电极层于所述感光层的四周。
可选地,形成多个所述感光单元于所述基质层中,相邻两个所述感光单元的所述金属电极层相连。
可选地,形成多个所述感光单元于所述基质层中,多个所述感光单元包括多个第一感光单元、多个第二感光单元及多个第三感光单元,所述第一感光单元包括第一感光层,所述第二感光单元包括第二感光层,所述第三感光单元包括第三感光层,所述第一感光层用于感应红光,所述第二感光层用于感应绿光,所述第三感光层用于感应蓝光。
可选地,多个所述第一感光单元、多个所述第二感光单元及多个所述第三感光单元呈拜耳阵列排布或蜂窝阵列排布。
可选地,还包括形成读出电路的步骤,所述读出电路与所述感光单元电连接以读出所述感光单元产生的光电信号。
可选地,还包括形成微结构及光线反射层的步骤,所述微结构位于所述感光单元的上表面以散射光线,所述光线反射层位于所述感光单元的下表面。
可选地,形成所述感光单元于所述基质层中包括以下步骤:
形成隔离槽于所述基质层中;
形成隔离层于所述隔离槽中,所述隔离层覆盖所述隔离槽的侧壁;
形成所述透明电极层于所述隔离槽中,所述透明电极层覆盖所述隔离层的侧壁;
形成所述感光层于所述隔离槽中,所述感光层覆盖所述透明电极层的侧壁;
形成所述金属电极层于所述隔离槽中,所述金属电极层覆盖所述感光层的侧壁。
可选地,所述基质层中设有在水平方向上间隔排列的多个光电二极管,所述隔离槽位于相邻所述光电二极管之间。
可选地,多个所述光电二极管包括第一光电二极管、第二光电二极管及第三光电二极管,所述第一光电二极管用于感应红光,所述第二光电二极管用于感应绿光,所述第三光电二极管用于感应蓝光,所述感光层用于感应可见光范围内的光线。
可选地,还包括形成读出电路的步骤,所述读出电路与所述感光单元电连接以读出所述感光单元产生的光电信号。
可选地,还包括形成滤光片及微透镜的步骤,所述滤光片位于所述光电二极管与所述微透镜之间。
可选地,所述感光层包括有机感光材料。
可选地,所述有机感光材料包括富勒烯衍生物。
可选地,所述感光层的厚度范围是50-100nm。
本发明还提供一种CMOS图像传感器,包括:
基质层;
感光单元,位于所述基质层中,所述感光单元包括在水平方向上依次排列的透明电极层、感光层及金属电极层。
可选地,所述感光单元包括光疏介质层,所述透明电极层环绕于所述光疏介质层四周,所述感光层环绕于所述透明电极层四周,所述金属电极层环绕所述感光层四周。
可选地,所述CMOS图像传感器包括多个所述感光单元,相邻两个所述感光单元的所述金属电极层相连。
可选地,所述CMOS图像传感器包括多个所述感光单元,多个所述感光单元包括多个第一感光单元、多个第二感光单元及多个第三感光单元,所述第一感光单元包括第一感光层,所述第二感光单元包括第二感光层,所述第三感光单元包括第三感光层,所述第一感光层用于感应红光,所述第二感光层用于感应绿光,所述第三感光层用于感应蓝光。
可选地,多个所述第一感光单元、多个所述第二感光单元及多个所述第三感光单元呈拜耳阵列排布或蜂窝阵列排布。
可选地,所述CMOS图像传感器还包括读出电路,所述读出电路与所述感光单元电连接以读出所述感光单元产生的光电信号。
可选地,所述CMOS图像传感器还包括微结构及光线反射层,所述微结构位于所述感光单元的上表面以散射光线,所述光线反射层位于所述感光单元的下表面。
可选地,所述基质层中设有在水平方向上间隔排列的多个光电二极管,不同所述光电二极管分别被不同的所述感光单元所环绕,其中,所述透明电极层环绕于所述光电二极管四周,所述感光层环绕于所述透明电极层四周,所述金属电极层环绕于所述感光层四周,相邻两个所述感光单元的所述金属电极层相连。
可选地,所述CMOS图像传感器还包括设于所述光电二极管与所述感光单元之间的隔离层。
可选地,多个所述光电二极管包括第一光电二极管、第二光电二极管及第三光电二极管,所述第一光电二极管用于感应红光,所述第二光电二极管用于感应绿光,所述第三光电二极管用于感应蓝光,所述感光层用于感应可见光范围内的光线。
可选地,所述CMOS图像传感器还包括读出电路,所述读出电路与所述感光单元电连接以读出所述感光单元产生的光电信号。
可选地,所述CMOS图像传感器还包括滤光片及微透镜,所述滤光片位于所述光电二极管与所述微透镜之间。
可选地,所述感光层包括有机感光材料。
可选地,所述有机感光材料包括富勒烯衍生物。
可选地,所述感光层的厚度范围是50-100nm。
如上所述,本发明的CMOS图像传感器及其制作方法中,感光单元包括在水平方向上依次排列的透明电极层、感光层及金属电极层,其中所述感光单元可以作为像素结构中的感光部件,用以替代传统的光电二极管,由于感光层的感光表面纵向设置,因此可以极大提高像素密度,且由于不需要额外的滤光板,像素的尺寸易于进一步做小。本发明中,所述感光单元也可以作为像素结构之间的隔离结构,一光电二极管四周的感光层可以吸收该光电二极管射向临近光电二极管的光线,并转化为光电信号,因此,入射光线的能量利用率较高,像素的满阱容量也较高,且光学串扰可以得到有效抑制,并且由于入射光线的能量利用率较高,像素的尺寸可以做得更小,使得CMOS图像传感器的像素密度得到提高。
附图说明
图1显示为本发明的CMOS图像传感器的制作方法的工艺流程图。
图2显示为本发明的CMOS图像传感器的制作方法制作读出电路的示意图。
图3显示为本发明的CMOS图像传感器的制作方法形成基质层于读出电路上的示意图。
图4显示为本发明的CMOS图像传感器的制作方法形成通孔于基质层中的示意图。
图5显示为本发明的CMOS图像传感器的制作方法形成感光层于通孔中的示意图。
图6显示为本发明的CMOS图像传感器的制作方法形成透明电极层于通孔中的示意图。
图7显示为本发明的CMOS图像传感器的制作方法形成光疏介质层于所述通孔中的示意图。
图8显示为本发明的CMOS图像传感器的制作方法去除感光层四周的基质层的示意图。
图9显示为本发明的CMOS图像传感器的制作方法形成金属电极层于感光层的四周的示意图。
图10显示为多个第一感光单元、多个第二感光单元及多个第三感光单元呈拜耳阵列排布的示意图。
图11显示为多个第一感光单元、多个第二感光单元及多个第三感光单元呈蜂窝阵列排布的示意图。
图12显示为本发明的CMOS图像传感器的制作方法形成顶层介质层以覆盖多个感光单元的顶面的示意图。
图13显示为本发明的CMOS图像传感器的制作方法提供一基质层的示意图。
图14显示为本发明的CMOS图像传感器的制作方法形成隔离槽于基质层中,并形成隔离层于隔离槽中的示意图。
图15显示为本发明的CMOS图像传感器的制作方法形成透明电极层于隔离槽中的示意图。
图16显示为本发明的CMOS图像传感器的制作方法形成感光层于隔离槽中的示意图。
图17显示为本发明的CMOS图像传感器的制作方法形成金属电极层于隔离槽中的示意图。
图18显示为本发明的CMOS图像传感器的制作方法形成读出电路有源区的示意图。
图19显示为本发明的CMOS图像传感器的制作方法形成互连层的示意图。
图20显示为本发明的CMOS图像传感器的制作方法形成滤光片的示意图。
图21显示为本发明的CMOS图像传感器的制作方法形成微透镜的示意图。
元件标号说明
S1~S2 步骤
101 基质层
102 衬底层
103 读出电路有源区
104 层间介质层
105 金属互连线
106a 第一通孔
106b 第二通孔
106c 第三通孔
107a 第一感光层
107b 第二感光层
107c 第三感光层
108 透明电极层
109 光疏介质层
110 金属电极层
111 顶层介质层
201 基质层
202a 第一光电二极管
202b 第二光电二极管
202c 第三光电二极管
204 隔离层
205 透明电极层
206 感光层
207 金属电极层
208 读出电路有源区
209 介质层
210 金属互连线
211a 红色滤光片
211b 蓝色滤光片
211c 绿色滤光片
212 微透镜
具体实施方式
以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式,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。
请参阅图1至图21。需要说明的是,本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想,遂图式中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制,其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变,且其组件布局型态也可能更为复杂。
实施例一
本实施例中提供一种CMOS图像传感器的制作方法,请参阅图1,显示为该方法的工艺流程图,包括以下步骤:
S1:提供一基质层;
S2:形成感光单元于所述基质层中,所述感光单元包括在水平方向上依次排列的透明电极层、感光层及金属电极层。
首先请参阅图2及图3,执行所述步骤S1:提供一基质层101。
作为示例,先制作读出电路,再形成所述基质层101于所述读出电路上。本实施例中,所述读出电路包括衬底层102、位于所述衬底层102中的读出电路有源区103及位于所述衬底层102上的互连层,所述互连层包括层间介质层104及金属互连线105。
作为示例,所述衬底层102可采用硅衬底、锗衬底、绝缘体上硅衬底、III-V族化合物衬底或其它合适的半导体衬底,其可以是P型掺杂或N型掺杂。所述读出电路有源区103可通过离子注入或其它合适的工艺形成于所述衬底层102中。所述层间介质层104包括但不限于氧化硅、氮化硅等绝缘材料,所述金属互连线105包括但不限于Cu、W等导电金属。可通过溅射、电镀、刻蚀等合适的工艺形成所述金属互连线105,且所述互连层可包括一层或多层所述金属互连线105。
作为示例,淀积光疏介质层于所述互连层上以作为所述基质层101。
再请参阅图4至图9,执行所述步骤S2:形成感光单元于所述基质层101中,所述感光单元包括在水平方向上依次排列的透明电极层108、感光层及金属电极层110。
具体的,如图4所示,采用光刻、刻蚀等图形化工艺形成通孔于所述基质层101中。本实施例中,形成多个通孔于所述基质层101中,一所述通孔对应一感光单元。
作为示例,多个所述通孔包括间隔排列的第一通孔106a、第二通孔106b及第三通孔106c,分别对应第一感光单元、第二感光单元与第三感光单元。
如图5所示,形成所述感光层于所述通孔中,所述感光层覆盖所述通孔的侧壁。本实施例中,于所述第一通孔106a的侧壁形成第一感光层107a,于所述第二通孔106b的侧壁形成第二感光层107b,于所述第三通孔106c中形成第三感光层107c。
作为示例,所述感光层可包括有机感光材料,例如富勒烯衍生物或其它合适的可感光有机物。本实施例中,所述感光层优选包括富勒烯衍生物,其是一种在小尺寸下也能有效感光的有机材料,通过改变其连接的官能团,该材料能选择性的吸收不同波长的光线,并产生光电流。本实施例中,所述第一感光层107a、所述第二感光层107b及所述第三感光层107c的分子结构的官能团不同,进而可以实现对不同波长的光线进行感光。
作为示例,所述第一感光层107a用于感应红光,所述第二感光层107b用于感应绿光,所述第三感光层107c用于感应蓝光。
作为示例,所述富勒烯衍生物的一种分子结构如下所示,其中,Cy代表环状碳水化合物,X代表枝状烷基,R1、R2、R3、R4、R5、R6、R7、R8分别代表氢原子、卤素原子、羟基、烷氧基、硝基、氰基、氨基、叠氮基、脒基、肼基、腙基、羰基、氨基甲酰基、硫醇基、酯基、羧基或其盐、磺酸基或其盐、磷酸基或其盐、甲硅烷基、C1-C20烷基、C2-C20烯基、C2-C20炔基、C6-C30芳基、C7-C30芳烷基、C1-C30烷氧基、C1-C20杂烷基、C3-C20杂芳基、C3-C20杂芳烷基、C3-C30环烷基、C3-C15环烯基、C6-C15环炔基、C3-C30杂环烷基中的一种或其中至少两种的组合。当然,在其它实施例中,所述富勒烯衍生物的分子结构也可以是其它形式,只要能实现有效感光即可,此处不应过分限制本发明的保护范围。
Figure BDA0003012310090000081
作为示例,可将包含富勒烯衍生物的溶液涂覆于所述通孔的侧壁并干燥得到所述感光层。
作为示例,所述感光层的厚度范围是50-100nm。
如图6所示,采用磁控溅射法或其它合适的方法形成所述透明电极层108于所述通孔中,所述透明电极层108覆盖所述感光层的侧壁。所述透明电极层108的材质包括但不限于氧化铟锡(ITO)、掺铝氧化锌(AZO)、掺硼氧化锌(BZO)、掺氟二氧化锡(FTO)或其它合适的透明电极材料。
如图7所示,采用化学气相沉积法、物理气相沉积方或其它合适的方法形成光疏介质层109于所述通孔中,所述光疏介质层109覆盖所述透明电极层108的侧壁。本实施例中,所述光疏介质层109填充满所述通孔剩余的空间。
如图8所示,采用干法刻蚀、湿法刻蚀或其它合适的方案去除所述感光层四周的所述基质层101。
如图9所示,采用溅射、电镀或其它合适的工艺形成所述金属电极层110于所述感光层的四周。
作为示例,相邻两个所述感光单元的所述金属电极层110相连。
至此,形成多个感光单元于所述基质层101中,本实施例中,多个所述感光单元包括多个所述第一感光单元、多个所述第二感光单元及多个所述第三感光单元,其可按照预设规则排列,例如图10所示的拜耳阵列排布、图11所示的蜂窝阵列排布或其它合适的排列方式。
如图12所示,可进一步形成顶层介质层111以覆盖多个感光单元的顶面,所述顶层介质层111包括但不限于二氧化硅、氮化硅等绝缘材料。
本实施例的CMOS图像传感器的制作方法中,在读出电路表面制作了周期性排列的多个像素结构,像素结构由光疏介质层-透明电极层-感光层-金属电极层组成,像素结构的感光面纵向设置,其中,入射光线进入所述光疏介质层之后,易发生折射进入所述透明电极层,从而进入所述感光层并产生光电信号,然后被所述读出电路读出。值得注意的是,为了促进入射光线在所述光疏介质层中发生折射进入所述感光层,在所述感光单元的上表面可以增加能散射光线的微结构,在所述感光单元的下表面可以增加光线反射层。
本实施例的CMOS图像传感器的制作方法具有其优越性和可行性:(1)可以先完成读出电路制作,后通过一系列淀积刻蚀的过程制作感光单元;(2)在感光层平铺的方式中,像素尺寸不能做到极小,否则感光性能会降低,而本发明由于感光表面纵向设置,因此像素密度可以做到极高;(3)不需要额外的滤光板的制作,像素的尺寸易于进一步做小;(4)加入的光疏介质可有效的让入射光线发生折射进入感光层,从而提高入射光线的利用率。
实施例二
本实施例中提供一种CMOS图像传感器的制作方法,其执行与实施例一基本相同的步骤,不同之处在于,实施例一中感光单元作为像素结构的组成部分,而本实施例中,感光单元作为像素结构之间隔离结构的组成部分。
首先请参阅图13,执行所述步骤S1:提供一基质层201。
作为示例,所述基质层201可选用硅衬底、锗衬底、绝缘体上硅衬底、III-V族化合物衬底或其它合适的半导体衬底,其可以是P型掺杂或N型掺杂。
作为示例,所述基质层201中设有在水平方向上间隔排列的多个光电二极管。本实施例中,多个所述光电二极管包括第一光电二极管202a、第二光电二极管202b及第三光电二极管202c,所述第一光电二极管202a用于感应红光,所述第二光电二极管202b用于感应绿光,所述第三光电二极管202c用于感应蓝光。
再请参阅图14至图17,执行步骤S2:形成感光单元于所述基质层201中,所述感光单元包括在水平方向上依次排列的透明电极层205、感光层206及金属电极层207。
具体的,如图14所示,采用光刻、刻蚀等图形化工艺形成隔离槽203于所述基质层201中,并形成隔离层204于所述隔离槽203中,所述隔离层204覆盖所述隔离槽203的侧壁。本实施例中,所述隔离槽203位于相邻所述光电二极管之间,所述隔离层204还覆盖所述隔离槽203的底面。所述隔离层204包括但不限于氧化硅、氮化硅等绝缘材料。
如图15所示,采用磁控溅射法或其它合适的方法形成所述透明电极层205于所述隔离槽203中,所述透明电极层205覆盖所述隔离层204的侧壁。所述透明电极层205的材质包括但不限于氧化铟锡(ITO)、掺铝氧化锌(AZO)、掺硼氧化锌(BZO)、掺氟二氧化锡(FTO)或其它合适的透明电极材料。
如图16所示,形成所述感光层206于所述隔离槽203中,所述感光层206覆盖所述透明电极层205的侧壁。
作为示例,所述感光层206可包括有机感光材料,例如富勒烯衍生物或其它合适的可感光有机物。本实施例中,所述感光层206优选包括富勒烯衍生物,其是一种在小尺寸下也能有效感光的有机材料,通过改变其连接的官能团,该材料能选择性的吸收不同波长的光线,并产生光电流。本实施例中,所述感光层206用于感应可见光范围内的光线。
作为示例,可将包含富勒烯衍生物的溶液涂覆于所述透明电极层205的侧壁并干燥得到所述感光层203。
作为示例,所述感光层206的厚度范围是50-100nm。
如图17所示,采用溅射、电镀或其它合适的工艺形成所述金属电极层207于所述隔离槽203中,所述金属电极层207覆盖所述感光层206的侧壁。本实施例中,所述金属电极层207填充满所述隔离槽203剩余的空间。
至此,形成感光单元于所述基质层201中,所述感光单元201包括在水平方向上依次排列的透明电极层205、感光层206及金属电极层207。
请参阅图18及图19,可进一步形成读出电路,所述读出电路与所述感光单元电连接以读出所述感光单元产生的光电信号。本实施例中,所述读出电路包括位于所述基质层201中的读出电路有源区208及位于所述基质层201上的互连层,所述互连层包括介质层209及金属互连线210。
作为示例,如图18所示,所述读出电路有源区208可通过离子注入或其它合适的工艺形成于所述基质层201中。如图19所示,所述介质层209包括但不限于氧化硅、氮化硅等绝缘材料,所述金属互连线210包括但不限于Cu、W等导电金属。可通过溅射、电镀、刻蚀等合适的工艺形成所述金属互连线210,且所述互连层可包括一层或多层所述金属互连线210。
请参阅图20,可进一步形成滤光片于所述基质层201下方,所述滤光片可以是红色滤光片211a、蓝色滤光片211b或绿色滤光片211c。
请参阅图21,可进一步形成微透镜212于所述滤光片下方,其中,入射光线经过所述微透镜212及所述滤光片进入所述基质层201中,并被所述光电二极管接收。
本实施例的CMOS图像传感器的制作方法中,在光电二极管之间加入了隔离结构,隔离结构由隔离层-透明电极层-感光层-金属电极层-感光层-隔离层组成,可以有效的消除光电二极管之间的光学串扰。对于特定感光的光电二极管,与其最近的两层感光层可对可见光范围内的光线进行感光。以对红色感光的光电二极管为例,具有一定角度的红色的光线一方面被该光电二极管吸收,并产生光电信号;若是该光线未被光电二极管完全吸收,则会进入邻近的感光层中,并产生光电信号,通过透明电极层输出。
本实施例的CMOS图像传感器的制作方法具有其优越性和可行性:(1)可以先完成光电二极管的制作,后制作隔离层-透明电极层-感光层-金属电极层-感光层-隔离层的多层结构;(2)由于光电二极管两侧的感光层可以吸收射向邻近光电二极管的光线,因此CMOS图像传感器的光学串扰可以得到有效抑制;(3)光电二极管两侧的感光层可以吸收射向邻近光电二极管的光线,并转化为光电信号,因此入射光线的能量利用率较高,像素的满阱容量也较高;(4)光学串扰可以得到有效抑制,且入射光线的能量利用率较高,因此像素的尺寸可以做到更低,CMOS图像传感器的像素密度可以得到提高。
实施例三
本实施例中提供一种CMOS图像传感器,请参阅图12,显示为该CMOS图像传感器的结构示意图,包括基质层(未图示)及感光单元,所述感光单元位于所述基质层中,所述感光单元包括在水平方向上依次排列的透明电极层108、感光层及金属电极层110。
作为示例,所述感光单元包括光疏介质层109,所述透明电极层108环绕于所述光疏介质层109四周,所述感光层环绕于所述透明电极层108四周,所述金属电极层110环绕所述感光层四周。
作为示例,所述CMOS图像传感器包括多个所述感光单元,相邻两个所述感光单元的所述金属电极层110相连。
作为示例,所述CMOS图像传感器包括多个所述感光单元,多个所述感光单元包括多个第一感光单元、多个第二感光单元及多个第三感光单元,所述第一感光单元包括第一感光层107a,所述第二感光单元包括第二感光层107b,所述第三感光单元包括第三感光层107c,所述第一感光层107a用于感应红光,所述第二感光层107b用于感应绿光,所述第三感光层107c用于感应蓝光。
作为示例,多个所述第一感光单元、多个所述第二感光单元及多个所述第三感光单元呈拜耳阵列排布或蜂窝阵列排布。
作为示例,所述CMOS图像传感器还包括读出电路,所述读出电路与所述感光单元电连接以读出所述感光单元产生的光电信号。本实施例中,所述读出电路包括衬底层102、位于所述衬底层102中的读出电路有源区103及位于所述衬底层102上的互连层,所述互连层包括层间介质层104及金属互连线105。
作为示例,所述CMOS图像传感器还包括微结构及光线反射层(未图示),所述微结构位于所述感光单元的上表面以散射光线,所述光线反射层位于所述感光单元的下表面。
作为示例,所述感光层可包括有机感光材料,例如富勒烯衍生物或其它合适的可感光有机物。本实施例中,所述感光层优选包括富勒烯衍生物,其是一种在小尺寸下也能有效感光的有机材料,通过改变其连接的官能团,该材料能选择性的吸收不同波长的光线,并产生光电流。本实施例中,所述第一感光层107a、所述第二感光层107b及所述第三感光层107c的分子结构的官能团不同,进而可以实现对不同波长的光线进行感光。
作为示例,所述感光层的厚度范围是50-100nm。
本实施例的CMOS图像传感器中,感光单元包括在水平方向上依次排列的透明电极层、感光层及金属电极层,其中所述感光单元作为像素结构中的感光部件,用以替代传统的光电二极管,由于感光层的感光表面纵向设置,因此可以极大提高像素密度,且由于不需要额外的滤光板,像素的尺寸易于进一步做小。
实施例四
本实施例中提供一种CMOS图像传感器,请参阅图21,显示为该CMOS图像传感器的结构示意图,包括基质层201及感光单元,所述感光单元位于所述基质层201中,所述感光单元包括在水平方向上依次排列的透明电极层205、感光层206及金属电极层207。
作为示例,所述基质层201中设有在水平方向上间隔排列的多个光电二极管,不同所述光电二极管分别被不同的所述感光单元所环绕,其中,所述透明电极层205环绕于所述光电二极管四周,所述感光层206环绕于所述透明电极层205四周,所述金属电极层207环绕于所述感光层206四周,相邻两个所述感光单元的所述金属电极层207相连。
作为示例,所述CMOS图像传感器还包括设于所述光电二极管与所述感光单元之间的隔离层204。
作为示例,多个所述光电二极管包括第一光电二极管202a、第二光电二极管202b及第三光电二极管202c,所述第一光电二极管202a用于感应红光,所述第二光电二极管202b用于感应绿光,所述第三光电二极管202c用于感应蓝光,所述感光层206用于感应可见光范围内的光线。
作为示例,所述CMOS图像传感器还包括读出电路,所述读出电路与所述感光单元电连接以读出所述感光单元产生的光电信号。本实施例中,所述读出电路包括位于所述基质层201中的读出电路有源区208及位于所述基质层201上的互连层,所述互连层包括介质层209及金属互连线210。
作为示例,所述CMOS图像传感器还包括滤光片及微透镜212,所述滤光片位于所述光电二极管与所述微透镜212之间。本实施例中,所述滤光片可以是红色滤光片211a、蓝色滤光片211b或绿色滤光片211c。
作为示例,所述感光层206可包括有机感光材料,例如富勒烯衍生物或其它合适的可感光有机物。本实施例中,所述感光层206优选包括富勒烯衍生物,其是一种在小尺寸下也能有效感光的有机材料,通过改变其连接的官能团,该材料能选择性的吸收不同波长的光线,并产生光电流。本实施例中,通过调节富勒烯衍生物中官能团的成分,可使所述感光层206对可见光范围内的光线进行感光。
作为示例,所述感光层206的厚度范围是50-100nm。
本实施例的CMOS图像传感器中,感光单元包括在水平方向上依次排列的透明电极层、感光层及金属电极层,其中所述感光单元作为像素结构之间的隔离结构,一光电二极管四周的感光层可以吸收该光电二极管射向临近光电二极管的光线,并转化为光电信号,因此,入射光线的能量利用率较高,像素的满阱容量也较高,且光学串扰可以得到有效抑制,并且由于入射光线的能量利用率较高,像素的尺寸可以做得更小,使得CMOS图像传感器的像素密度得到提高。
综上所述,本发明的CMOS图像传感器及其制作方法中,感光单元包括在水平方向上依次排列的透明电极层、感光层及金属电极层,其中所述感光单元可以作为像素结构中的感光部件,用以替代传统的光电二极管,由于感光层的感光表面纵向设置,因此可以极大提高像素密度,且由于不需要额外的滤光板,像素的尺寸易于进一步做小。本发明中,所述感光单元也可以作为像素结构之间的隔离结构,一光电二极管四周的感光层可以吸收该光电二极管射向临近光电二极管的光线,并转化为光电信号,因此,入射光线的能量利用率较高,像素的满阱容量也较高,且光学串扰可以得到有效抑制,并且由于入射光线的能量利用率较高,像素的尺寸可以做得更小,使得CMOS图像传感器的像素密度得到提高。所以,本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。
上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效,而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下,对上述实施例进行修饰或改变。因此,举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变,仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims (30)

1.一种CMOS图像传感器的制作方法,其特征在于,包括以下步骤:
提供一基质层;
形成感光单元于所述基质层中,所述感光单元包括在水平方向上依次排列的透明电极层、感光层及金属电极层。
2.根据权利要求1所述的CMOS图像传感器的制作方法,其特征在于,形成所述感光单元于所述基质层中包括以下步骤:
形成通孔于所述基质层中;
形成所述感光层于所述通孔中,所述感光层覆盖所述通孔的侧壁;
形成所述透明电极层于所述通孔中,所述透明电极层覆盖所述感光层的侧壁;
形成光疏介质层于所述通孔中,所述光疏介质层覆盖所述透明电极层的侧壁;
去除所述感光层四周的所述基质层;
形成所述金属电极层于所述感光层的四周。
3.根据权利要求2所述的CMOS图像传感器的制作方法,其特征在于:形成多个所述感光单元于所述基质层中,相邻两个所述感光单元的所述金属电极层相连。
4.根据权利要求2所述的CMOS图像传感器的制作方法,其特征在于:形成多个所述感光单元于所述基质层中,多个所述感光单元包括多个第一感光单元、多个第二感光单元及多个第三感光单元,所述第一感光单元包括第一感光层,所述第二感光单元包括第二感光层,所述第三感光单元包括第三感光层,所述第一感光层用于感应红光,所述第二感光层用于感应绿光,所述第三感光层用于感应蓝光。
5.根据权利要求4所述的CMOS图像传感器的制作方法,其特征在于:多个所述第一感光单元、多个所述第二感光单元及多个所述第三感光单元呈拜耳阵列排布或蜂窝阵列排布。
6.根据权利要求2所述的CMOS图像传感器的制作方法,其特征在于:还包括形成读出电路的步骤,所述读出电路与所述感光单元电连接以读出所述感光单元产生的光电信号。
7.根据权利要求2所述的CMOS图像传感器的制作方法,其特征在于:还包括形成微结构及光线反射层的步骤,所述微结构位于所述感光单元的上表面以散射光线,所述光线反射层位于所述感光单元的下表面。
8.根据权利要求1所述的CMOS图像传感器的制作方法,其特征在于,形成所述感光单元于所述基质层中包括以下步骤:
形成隔离槽于所述基质层中;
形成隔离层于所述隔离槽中,所述隔离层覆盖所述隔离槽的侧壁;
形成所述透明电极层于所述隔离槽中,所述透明电极层覆盖所述隔离层的侧壁;
形成所述感光层于所述隔离槽中,所述感光层覆盖所述透明电极层的侧壁;
形成所述金属电极层于所述隔离槽中,所述金属电极层覆盖所述感光层的侧壁。
9.根据权利要求8所述的CMOS图像传感器的制作方法,其特征在于:所述基质层中设有在水平方向上间隔排列的多个光电二极管,所述隔离槽位于相邻所述光电二极管之间。
10.根据权利要求9所述的CMOS图像传感器的制作方法,其特征在于:多个所述光电二极管包括第一光电二极管、第二光电二极管及第三光电二极管,所述第一光电二极管用于感应红光,所述第二光电二极管用于感应绿光,所述第三光电二极管用于感应蓝光,所述感光层用于感应可见光范围内的光线。
11.根据权利要求8所述的CMOS图像传感器的制作方法,其特征在于:还包括形成读出电路的步骤,所述读出电路与所述感光单元电连接以读出所述感光单元产生的光电信号。
12.根据权利要求8所述的CMOS图像传感器的制作方法,其特征在于:还包括形成滤光片及微透镜的步骤,所述滤光片位于所述光电二极管与所述微透镜之间。
13.根据权利要求1所述的CMOS图像传感器的制作方法,其特征在于:所述感光层包括有机感光材料。
14.根据权利要求13所述的CMOS图像传感器的制作方法,其特征在于:所述有机感光材料包括富勒烯衍生物。
15.根据权利要求1所述的CMOS图像传感器的制作方法,其特征在于:所述感光层的厚度范围是50-100nm。
16.一种CMOS图像传感器,其特征在于,包括:
基质层;
感光单元,位于所述基质层中,所述感光单元包括在水平方向上依次排列的透明电极层、感光层及金属电极层。
17.根据权利要求16所述的CMOS图像传感器,其特征在于:所述感光单元包括光疏介质层,所述透明电极层环绕于所述光疏介质层四周,所述感光层环绕于所述透明电极层四周,所述金属电极层环绕所述感光层四周。
18.根据权利要求17所述的CMOS图像传感器,其特征在于:所述CMOS图像传感器包括多个所述感光单元,相邻两个所述感光单元的所述金属电极层相连。
19.根据权利要求17所述的CMOS图像传感器,其特征在于:所述CMOS图像传感器包括多个所述感光单元,多个所述感光单元包括多个第一感光单元、多个第二感光单元及多个第三感光单元,所述第一感光单元包括第一感光层,所述第二感光单元包括第二感光层,所述第三感光单元包括第三感光层,所述第一感光层用于感应红光,所述第二感光层用于感应绿光,所述第三感光层用于感应蓝光。
20.根据权利要求19所述的CMOS图像传感器,其特征在于:多个所述第一感光单元、多个所述第二感光单元及多个所述第三感光单元呈拜耳阵列排布或蜂窝阵列排布。
21.根据权利要求17所述的CMOS图像传感器,其特征在于:所述CMOS图像传感器还包括读出电路,所述读出电路与所述感光单元电连接以读出所述感光单元产生的光电信号。
22.根据权利要求17所述的CMOS图像传感器,其特征在于:所述CMOS图像传感器还包括微结构及光线反射层,所述微结构位于所述感光单元的上表面以散射光线,所述光线反射层位于所述感光单元的下表面。
23.根据权利要求16所述的CMOS图像传感器,其特征在于:所述基质层中设有在水平方向上间隔排列的多个光电二极管,不同所述光电二极管分别被不同的所述感光单元所环绕,其中,所述透明电极层环绕于所述光电二极管四周,所述感光层环绕于所述透明电极层四周,所述金属电极层环绕于所述感光层四周,相邻两个所述感光单元的所述金属电极层相连。
24.根据权利要求23所述的CMOS图像传感器,其特征在于:所述CMOS图像传感器还包括设于所述光电二极管与所述感光单元之间的隔离层。
25.根据权利要求23所述的CMOS图像传感器,其特征在于:多个所述光电二极管包括第一光电二极管、第二光电二极管及第三光电二极管,所述第一光电二极管用于感应红光,所述第二光电二极管用于感应绿光,所述第三光电二极管用于感应蓝光,所述感光层用于感应可见光范围内的光线。
26.根据权利要求23所述的CMOS图像传感器,其特征在于:所述CMOS图像传感器还包括读出电路,所述读出电路与所述感光单元电连接以读出所述感光单元产生的光电信号。
27.根据权利要求23所述的CMOS图像传感器,其特征在于:所述CMOS图像传感器还包括滤光片及微透镜,所述滤光片位于所述光电二极管与所述微透镜之间。
28.根据权利要求16所述的CMOS图像传感器,其特征在于:所述感光层包括有机感光材料。
29.根据权利要求28所述的CMOS图像传感器,其特征在于:所述有机感光材料包括富勒烯衍生物。
30.根据权利要求16所述的CMOS图像传感器,其特征在于:所述感光层的厚度范围是50-100nm。
CN202110379347.1A 2021-04-08 2021-04-08 一种cmos图像传感器及其制作方法 Active CN112885865B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202110379347.1A CN112885865B (zh) 2021-04-08 2021-04-08 一种cmos图像传感器及其制作方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202110379347.1A CN112885865B (zh) 2021-04-08 2021-04-08 一种cmos图像传感器及其制作方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN112885865A true CN112885865A (zh) 2021-06-01
CN112885865B CN112885865B (zh) 2022-06-21

Family

ID=76040626

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202110379347.1A Active CN112885865B (zh) 2021-04-08 2021-04-08 一种cmos图像传感器及其制作方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN112885865B (zh)

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006066535A (ja) * 2004-08-25 2006-03-09 Fuji Photo Film Co Ltd 光電変換素子及び撮像素子
US20160086985A1 (en) * 2014-09-22 2016-03-24 Samsung Electronics Co., Ltd. Pixel for cmos image sensor and image sensor including the same
CN107017312A (zh) * 2015-09-17 2017-08-04 三星电子株式会社 光电器件和包括该光电器件的电子装置
US20180366519A1 (en) * 2015-12-28 2018-12-20 Sony Corporation Photoelectric conversion device and imaging unit

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006066535A (ja) * 2004-08-25 2006-03-09 Fuji Photo Film Co Ltd 光電変換素子及び撮像素子
US20160086985A1 (en) * 2014-09-22 2016-03-24 Samsung Electronics Co., Ltd. Pixel for cmos image sensor and image sensor including the same
CN107017312A (zh) * 2015-09-17 2017-08-04 三星电子株式会社 光电器件和包括该光电器件的电子装置
US20180366519A1 (en) * 2015-12-28 2018-12-20 Sony Corporation Photoelectric conversion device and imaging unit

Also Published As

Publication number Publication date
CN112885865B (zh) 2022-06-21

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US20220123041A1 (en) Solid-state imaging device, method of manufacturing the same, and electronic apparatus
US11843015B2 (en) Image sensors
JP6108172B2 (ja) 固体撮像素子およびその製造方法、並びに電子機器
JP5172819B2 (ja) 固体撮像装置
TWI387101B (zh) 固態攝影裝置及其製造方法
US10608031B2 (en) Image sensor
US9130180B2 (en) Image sensor with organic photoelectric layer
US20050179063A1 (en) Image sensor with vertically integrated thin-film photodiode
KR102427639B1 (ko) 이미지 센싱 소자
US9000492B2 (en) Back-illuminated solid-state image pickup device
JP2015082566A (ja) 固体撮像装置、その製造方法及びカメラ
KR20080032978A (ko) 자외선 수광용 포토 다이오드 및 이를 포함하는 이미지센서
KR20130088705A (ko) 개선된 반사성의 이미지 센서용 광학 그리드를 위한 방법 및 장치
CN112331684B (zh) 图像传感器及其形成方法
JP5535261B2 (ja) 固体撮像装置
KR100829378B1 (ko) 이미지 센서 및 이의 제조 방법
CN112885865B (zh) 一种cmos图像传感器及其制作方法
CN113380837A (zh) 具有表面微柱体结构的固态影像传感器暨其制作方法
US20150185380A1 (en) Color Filter Arrays, And Image Sensors And Display Devices Including Color Filter Arrays
KR20130056485A (ko) 이미지 센서
CN113078265B (zh) 一种cmos图像传感器及其制作方法
US7129982B1 (en) Color image sensor with integrated binary optical elements
CN218101263U (zh) 图像传感器及电子设备
KR20240048352A (ko) 이미지 센서
Sung et al. High-sensitivity NIR Sensing with Stacked Photodiode Architecture

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant