CN114402452A - 图像传感器 - Google Patents

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CN114402452A
CN114402452A CN202080065150.4A CN202080065150A CN114402452A CN 114402452 A CN114402452 A CN 114402452A CN 202080065150 A CN202080065150 A CN 202080065150A CN 114402452 A CN114402452 A CN 114402452A
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China
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opening
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electronic circuit
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CN202080065150.4A
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艾米琳·莎偌可
本杰明·布蒂农
廷达拉·韦尔杜奇
埃洛迪·德斯图塞
杰里米·路易斯
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Ai Seleju
Original Assignee
Ai Seleju
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Abstract

本公开涉及一种制造光电元件的方法，该光电元件包括具有能够捕获辐射的有机光电二极管的光学传感器。该光学传感器覆盖具有MOS晶体管(102)的电子电路(101)。该方法包括：在光学传感器上，在该光学传感器的与光电元件相反的侧面上形成对辐射透明的第一层(201)，该第一层在与该光学传感器相反的侧面上具有平面表面；以及在该表面上形成第二层(301)，该第二层是不透氧气和水的。

Description

图像传感器
本专利申请案要求法国专利申请FR19/08017的优先权权益，该申请以引用方式并入本文。
技术领域
本公开一般涉及基于光学传感器的光电组件，该光学传感器包括集成在MOS晶体管的基材上的有机光电二极管。
背景技术
已知在透明屏幕下集成光学传感器的许多技术，例如，用于将指纹传感器集成在手机中或者用于将光学传感器集成在手机屏幕中以用于面部辨识。
某些传感器经集成于包括MOS晶体管的基材上，从而形成光电二极管的控制电子元件。
发明内容
一个实施例解决了已知光电元件的全部或一些缺点。
一实施例提供了一种制造光电元件的方法，该光电元件包括具有能够捕获辐射的有机光电二极管的光学传感器，该光学传感器覆盖具有MOS晶体管的电子电路，该方法包括以下连续步骤：
a)在光学传感器上，在该光学传感器的与电子电路相反的侧面上形成对所述辐射透明的第一层，该第一层在与光学传感器相反的侧面上具有平面表面；以及
b)在该表面上形成第二层，该第二层是不透氧气和不透水的。
根据一个实施例，电子电路在其表面处包括至少一个电传导垫片，该方法进一步包括以下步骤：
c)在第一层中形成至少一个第一开口以暴露所述垫片。
根据一个实施例，第一开口的形成通过反应离子蚀刻来达成。
根据一个实施例，第一开口的形成通过激光消融来达成。
根据一个实施例，第一开口的形成通过纳米压印微影技术来达成。
根据一个实施例，第一层由对电磁辐射感光的材料制成，并且该第一开口的形成包括将第一层暴露于所述电磁辐射的步骤。
根据一个实施例，步骤b)在步骤c)之前，在步骤b)与步骤c)之间该方法包括在第二层中形成第二开口的步骤，在步骤c)处形成的第一开口与第二开口对齐。
根据一个实施例，该方法进一步包括以下步骤：
形成面向所述电传导垫片的抗蚀剂块，述块包括顶部和侧面；
进行步骤c)，其中第二层特别地覆盖所述块的顶部并且不完全覆盖该侧面；以及
移除所述块。
根据一个实施例，步骤c)在步骤b)之前，第二层进一步覆盖第一开口的侧壁。
根据一个实施例，第一层由选自包括以下的材料制成：聚苯乙烯、聚环氧化合物、聚丙烯酸酯、有机树脂，特别是抗蚀剂，氮化硅和二氧化硅。
根据一个实施例，通过以下方式沉积第一层：
液体沉积；
阴极溅射；
物理气相沉积；
薄膜沉积；或者
等离子增强化学气相沉积。
根据一个实施例，第一层具有在100nm至15μm、优选地500nm至5μm、更优选地1μm至3μm的范围内的平均厚度。
根据一个实施例，第二层由选自包括以下的材料制成：氧化铝、氮化硅和二氧化硅。
根据一个实施例，第二层具有在2nm至300nm的范围内的平均厚度。
根据一个实施例，该方法进一步包括以下步骤：
形成第三抗反射和/或红外滤光层；以及
形成微透镜阵列。
一个实施例还提供了一种光电元件，该光电元件包括：
电子电路，该电子电路具有MOS晶体管；
光学传感器，该光学传感器具有能够捕获辐射的有机光电二极管，该光学传感器覆盖电子电路；
第一层，该第一层在该光学传感器的与该电子电路相反的侧面上覆盖该光学传感器，该第一层对辐射透明并且在与光学传感器相反的侧面上具有平面表面；以及
第二平面表面，该第二平面表面位于该第一层上。
附图说明
在以说明而非限制的方式给出的特定实施例的以下描述中，将详细描述前述特征和优点以及其他特征和优点，在附图中：
图1是在制造在具有MOS晶体管的集成电路上包括有机光电二极管的光电元件的方法的一个实施例的步骤处获得的结构的局部简化剖视图；
图2示出了该方法的另一个步骤；
图3示出了该方法的另一个步骤；
图4示出了该方法的另一个步骤；
图5示出了该方法的另一个步骤；
图6示出了该方法的另一个步骤；
图7示出了该方法的另一个步骤；
图8示出了该方法的另一个步骤；
图9示出了该方法的另一个步骤；
图10示出了该方法的另一个步骤；
图11示出了该方法的另一个步骤；
图12示出了该方法的另一个步骤；
图13示出了该方法的另一个步骤；
图14是在制造在具有MOS晶体管的集成电路上包括有机光电二极管的光电元件的方法的另一个实施例的步骤处获得的结构的局部简化剖视图；
图15示出了该方法的另一个步骤；
图16示出了该方法的另一个步骤；
图17示出了该方法的另一个步骤；
图18示出了该方法的另一个步骤；
图19是在制造在具有MOS晶体管的集成电路上包括有机光电二极管的光电元件的方法的另一个实施例的步骤处获得的结构的局部简化剖视图；
图20示出了该方法的另一个步骤；
图21示出了该方法的另一个步骤；
图22示出了该方法的另一个步骤；
图23是在制造在具有MOS晶体管的集成电路上包括有机光电二极管的光电元件的方法的另一个实施例的步骤处获得的结构的局部简化剖视图；
图24示出了该方法的另一个步骤；
图25示出了该方法的另一个步骤；
图26示出了该方法的另一个步骤；
图27是包括光电元件的系统的一个实施例的局部简化横剖视图；以及
图28是包括光电元件的系统的另一个实施例的局部简化横剖视图。
具体实施方式
在各个附图中，相同的特征已经用相同的元件符号表示。特别地，各个实施例中共有的结构和/或功能特征可以具有相同的元件符号并且可以设置相同的结构、尺寸和材料特性。为了清楚起见，已经示出和详细描述了对于理解本文所描述的实施例有用的步骤和元件。特别地，并未详细描述形成有机光电二极管和基础MOS晶体管的步骤。
此外，这里认为术语“绝缘”和“传导”分别意指“电绝缘”和“电传导”。表述“光电二极管的有效区域”表示光电二极管的其中感兴趣的辐射的大部分由光电二极管捕获的区域。表述“感兴趣的辐射”表示期望由包括光电二极管的光学传感器捕获的辐射。作为示例，感兴趣的辐射可以包括可见光谱和近红外线，即，在400nm至1,100nm的范围内的波长。层对辐射的透射率对应于从该层出来的辐射强度对进入该层的辐射强度的比率，入辐射的射线垂直于该层。在以下描述中，当辐射穿过层或膜的透射率小于10％时，该层或膜被称为对辐射不透明。在以下描述中，当辐射穿过层或膜的透射率大于10％时，该层或膜被称为对辐射透明。在以下描述中，当膜或层在40℃下对氧气的渗透率小于1.10-1cm3/(m2*day)时，该膜或层被认为是不透氧的。对氧气的渗透率可以根据名称为“使用库仑传感器测量氧气穿过塑料膜和薄板的透过速率的标准试验方法”的ASTM D3985方法来测量。在以下描述中，当膜或层在40℃下对水的渗透率小于1.10-1g/(m2*day)时，该膜或层被认为是不透水的。对水的渗透率可以根据名称为“使用调制红外传感器测量水蒸气穿过塑料膜和薄板的透过速率的标准试验方法”的ASTM F1249方法来测量。
在以下公开中，除非另外指明，否则当引用绝对方位限定词(诸如术语“前部”、“后部”、“顶部”、“底部”、“左侧”、“右侧”等)或相对方位限定词(诸如术语“上方”、“下方”、“较高”、“较低”等)或方向限定词(诸如“水平”、“垂直”等)时，参照附图所示的取向。除非另外指明，否则表述“约”、“近似”、“基本上”和“大约”表明在10％以内，并且优选地在5％以内。
图1至图13是在制造包括具有有机光电二极管及MOS晶体管的传感器的光电元件的方法的一个实施例的连续步骤处获得的结构的局部简化剖视图。
图1是包括MOS晶体管102的阵列的集成电路101的一个示例的局部简化剖视图，在附图中以矩形示意性地示出六个MOS晶体管102。根据一个实施例，集成电路101通过微电子学中的常规技术来形成。导电垫片形成在集成电路101的表面处。在导电垫片中，可以辨别出以下垫片：形成在集成电路101的区域105中的垫片106，并且该垫片106将用作有机光电二极管的下部电极；形成在区域105外部(例如，在电路101的周边处)的垫片108，该垫片108将用于偏置光电二极管的上部电极；在附图中示出的单个垫片108；以及垫片109，该垫片109将用于偏置集成电路101；在附图中示出的单个垫片109。
通常，集成电路101可以包括半导体基材，该半导体基材例如由单晶硅制成，在其内部和顶部上形成有绝缘栅场效晶体管(也称为MOS晶体管，例如，N型MOS晶体管和P型MOS晶体管)；以及覆盖基材和晶体管102的绝缘层堆叠，导电迹线和贯孔形成在堆叠中以电耦接晶体管102和垫片106、108、109。集成电路101可以具有在100μm至775μm、优选地200μm至400μm的范围内的厚度。
图2显示了在于有机界面层110的每个垫片106上形成之后获得的结构。所使用的形成方法可以进一步致使在垫片108及109上形成有机层110。界面层110可由碳酸铯(CsCO3)、金属氧化物(特别是氧化锌(ZnO))或这些化合物中的至少两种的混合物制成。界面层110可以包括自组单分子层或聚合物，例如，(聚乙亚胺、乙氧基化聚乙亚胺、聚[(9,9-双(3’-(N，N-二甲胺基)丙基)-2,7-茀)-alt-2,7-(9,9-二辛基茀)]。界面层110的厚度优选地在0.1nm至1μm的范围内。界面层110可以以特权方式接枝在垫片106(并且可能地108和109)上，这直接提供了图2所示的结构。作为一种变体，界面层110可以沉积在图1所示的结构之上，然后在垫片106、108、109外部进行蚀刻以提供图2所示的结构。根据另一个未示出的变体，界面层110可以沉积在图1所示的整个结构之上，该层具有非常低的横向导电率，使得不必将它从垫片106外部移除。
图3现实了在于图2所示的整个结构之上形成有机层111(称为有效层)之后获得的并在操作中光电二极管的有效区域将形成在那里的结构。有效层111可包括小分子、低聚物或聚合物。这些可以是有机材料或无机材料。有效层111可包括例如呈纳米级堆叠层或密切混合物的形式的双极半导体材料或N型半导体材料和P型半导体材料的混合物，以形成本体异质接面。有效层111的厚度可以在50nm至2μm的范围内，例如，大约300nm。
能够形成有效层40的P型半导体聚合物的示例是聚(3-己基噻吩)(P3HT)、聚[N-9’-十七烷基-2,7-咔唑-alt-5,5-(4,7-二-2-噻吩基-2’，1’，3’-苯并噻二唑)](PCDTBT)、聚[(4,8-双-(2-乙基己氧基)-苯并[1,2-b；4,5-b’]二噻吩)-2,6-二基-alt-(4-(2-乙基己基)-噻吩并[3,4-b]噻吩)-2,6-二基](PBDTTT-C)、聚[2-甲氧基-5-(2-乙基己氧基)-1,4-亚苯基-亚乙烯基](MEH-PPV)、或聚[2,6-(4,4-双-(2-乙基己基)-4H-环戊[2,1-b；3,4-b’]二噻吩)-alt-4,7(2,1,3-苯并噻二唑)](PCPDTBT)。
能够形成有效层112的N型半导体材料的示例是富勒烯，特别是C60，[6,6]-苯基-C61-丁酸甲酯([60]PCBM)、[6,6]-苯基-C71-丁酸甲酯([70]PCBM)、二酰亚胺、氧化锌(ZnO)或使得能够形成量子点的纳米结晶。
图4显示了在于有效区域111上沉积抗感光层112并通过光刻技术在感光层112中形成开口113以暴露垫片108和109上方的有机层111之后获得的结构，图4中示出单个开口113。
图5显示了在于有机层111中蚀刻与感光层112的开口113对齐的开口114并蚀刻层106以暴露垫片108和109之后获得的结构。
图6显示了在移除感光层112之后并在整个结构之上沉积电极层115之后获得的结构。特别地，电极层115与垫片108接触。
电极层115对由有效层111捕获的光辐射至少部分透明。电极层115可以由透明导电材料制成，例如，由透明导电氧化物或TCO、纳米碳管、石墨烯、导电聚合物、金属或这些化合物中的至少两种的混合物或合金制成。导电层115可以具有单层结构或多层结构。
能够形成电极层115的TCO的示例是铟锡氧化物(ITO)、氧化锌铝(AZO)和镓氧化锌(GZO)。能够形成导电层114的导电聚合物的示例是聚苯胺(称为PAni)和被认为是PEDOT:PSS的聚合物，该聚合物系聚(3,4)-乙撑二氧噻吩和聚(苯乙烯磺酸钠)的混合物。能够形成电极层115的金属的示例是银(Ag)、铝(Al)、金(Au)、铜(Cu)、镍(Ni)、钽(Ti)和铬(Cr)。能够形成电极层115的多层结构的示例是AZO/Ag/AZO型的多层AZO和银结构。优选地，电极层115由PEDOT:PSS制成。
氧化层115的厚度可以在10nm至5μm的范围内，例如，大约30nm。在电极层115是金属的情况下，电极层115的厚度小于或等于20nm，优选地小于或等于10nm。
图7显示了在于电极层115上沉积抗感光层116并通过光刻技术在感光层116中形成开口117以暴露垫片109上方的电极层115之后获得的结构，图7中示出单个开口117。
图8显示了在于电极层115中蚀刻与感光层116的开口117对齐的开口118以暴露垫片109之后获得的结构。
图9显示了在移除感光层116之后获得的结构。有机层110、111、115的堆叠103包括上表面104。该结构在区域105中包括形成光学传感器的有机光电二极管107的阵列，每个光电二极管107由有机层111、115的面向电极106中的一个的部分界定。在图9的示例中，示出了六个有机光电二极管107。在实践中，此阵列经定位成与晶体管102的阵列垂直对齐，晶体管102的阵列在操作中可用于控制和读出光电二极管107。在本实施例中，层110被示出为在光电二极管107的位准处是不连续的，而有机层111和115被示出为在光电二极管107的位准处是连续的。作为变体，界面层110在光电二极管107的位准处可以是连续的。作为变体，有机层111和115在光电二极管107之位准处可以系不连续的。较佳地，至少有效层111及电极层115在光电二极管107的位准处至少是连续的。这使得能够避免蚀刻堆叠103的层以界定光电二极管107的步骤。堆叠的厚度可以在300nm至1μm、优选地300nm至500nm的范围内。
根据一个实施例，形成有机光电二极管107的堆叠103的层可以根据所谓的积层制程形成，例如，通过例如通过喷墨印刷、摄影制版法、丝网法、柔版印刷、喷涂或滴涂将包括形成每个层的材料的流体或黏性组成物直接印刷在所要位置处。形成有机层的方法可以对应于所谓的相减法，其中将形成层的材料全部沉积在结构之上，然后例如通过光刻法或激光消融移除未使用部分。根据所考虑的材料，在整个结构之上的沉积可以例如通过液体沉积、通过阴极溅射或通过蒸发来执行。可以特别地使用诸如旋转涂布、喷涂、摄影制版法、狭缝模具涂布、刮刀涂布、柔版印刷或丝网法的方法。
电子电路101可以具有包括凸起区域的上表面。这导致在堆叠所具有的层跟随电子电路101的形状的堆叠103中形成位准差，并且因此导致在堆叠103的上表面104上形成凸起区域。因此，上表面104不是平面。
在制造基于包括有机光电二极管的光学传感器的光电元件的常用方法中，需要用保护层(也称为封装层)覆盖有机层的堆叠103。封装层基本上不透水和空气中的氧气以保护堆叠103的有机层。封装层可由无机材料制成，例如，氧化铝(Al2O3)、氧化硅(SiO2)或氮化硅(Si3N4)。封装层可以具有在以下范围内变化的厚度：从几纳米(例如2nm，特别是当封装层通过原子层沉积(atomic layer deposition，ALD)形成时)至近似200nm的厚度(例如，当封装层通过物理气相沉积(physical vapor deposition，PVD)或通过等离子增强化学气相沉积(plasma-enhanced chemical vapor deposition，PECVD)形成时)或甚至高达大约10μm的厚度(特别是当封装层包括有机层及无机层的堆叠时，其中无机层可以由先前关于封装层提及的材料制成，并且有机层可以由环氧树脂制成、丙烯酸酯树脂、聚对二甲苯或橡胶)。
表面104上凸起区域的存在使得难以形成均匀的沉积以形成封装层。则可能无法本地获得封装层的所要密封特性。此外，制造封装层的方法可能与堆叠103层的有机性质不兼容。作为示例，在堆叠103的顶部处的电极层115可以由是亲水材料的PEDOT:PSS制成，并且通过ALD形成Al2O3封装层可以使用水蒸气作为前驱物。因此，在形成封装层时将存在PEDOT:PSS与水蒸气的相互作用。这将致使在堆叠103中出现机械应力，该机械应力可能导致堆叠103与电子电路101局部分离。
图10显示了在于图9所示的结构上形成对感兴趣的辐射透明的中间层201(也称为缓冲层)之后获得的结构。根据一个实施例，缓冲层201是自平面化的，即，仅在重力作用下形成基本上平面的上表面202。根据一个实施例，通过在第9图所示的结构上沉积液体材料来获得缓冲层201，使得在重力作用下自动获得基本上平面的上层202。然后可以通过对液体材料进行干燥和/或通过对液体材料进行聚合作用来获得缓冲层201。优选地，所沉积的液体材料量使得所获得的缓冲层201覆盖堆叠103的表面104上所存在的所有凸起区域。
根据一个实施例，缓冲层201是介电层、有机层或无机层。有机材料的示例是聚苯乙烯、聚环氧化物、聚丙烯酸酯或有机树脂，特别是抗蚀剂。特别地，所沉积的材料的黏性和厚度经调整以获得封装层的平面化。无机材料的示例是Si3N4和SiO2。在缓冲层201由Si3N4和SiO2制成的情况下，其沉积例如通过阴极溅射、通过PVD或通过PECVD来执行。
根据另一个实施例，在封装层形成方法不能够使得自动获得基本上平面的表面202的情况下，该方法可以包括使缓冲层201平面化的步骤。根据一个实施例，平面化步骤可以通过化学机械抛光(chemical-mechanical polishing，CMP)来执行。
缓冲层201的平均厚度在100nm至15μm、优选地500nm至5μm、优选地1μm至3μm的范围内。
图11显示了在于缓冲层201的表面202上形成封装层301的步骤之后获得的结构。根据一个实施例，封装层301是不透水和氧气的。优选地，缓冲层201还为堆叠103的有机层提供针对水或氧气的保护。在基本上平面的表面202上形成的封装层301，这使得能够以基本上恒定的厚度形成封装层301，这使得能够确保封装层301的特性(特别是密封性)是基本上均匀的。此外，有利地选择形成缓冲层201的材料以与用于形成封装层301所实施的方法兼容。
封装层301例如是：
例如通过ALD获得的氧化铝(Al2O3)层；
例如通过PVD或通过PECVD获得的Si3N4或SiO2层；或者
不透水和氧气的聚合物层，例如，聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚萘二甲酸乙二酯(PEN)或环烯烃共聚物(COP)。
根据一个实施例，封装层301具有在2nm至300nm，优选地2nm至200nm，更优选地2nm至150nm的范围内的厚度。
图12显示了在于封装层301上沉积抗蚀剂层401并通过光刻技术在抗蚀剂层401中形成开口402以在垫片109的位准处暴露封装层301之后获得的结构，图12中示出单个开口402。
图13显示了在通过使用抗蚀剂层401作为蚀刻掩码在封装层301中蚀刻开口403以暴露垫片109之后获得的结构，开口403通过使用封装层301作为蚀刻掩码跨缓冲层201的整个厚度与缓冲层201中的开口404对齐，开口404与开口402对齐。开口403可以通过湿蚀刻形成。开口404可以通过反应离子蚀刻(reactive ion etching，RIE)来形成。RIE可以利用氧气和六氟化硫的气体混合物(O2+SF6)、氧气和甲烷的混合物(O2+CH4)或纯氧气(O2)来执行。根据另一个实施例，开口403通过对封装层301进行激光消融来获得。在此情况下，可以省去感光层401。根据一个实施例，开口404通过对缓冲层201进行激光消融来获得。
根据一个实施例，沿着垂直于表面202的方向看，开口402、403、404具有基本上大于垫片109的表面区域的表面区域。例如，沿着垂直于表面202的方向看，开口402、403、404具有大约100μm*100μm的尺寸，而垫片109具有大约70μm*70μm的尺寸。
即使开口404的侧壁未用封装层301覆盖，但也会从缓冲层201的不透水和氧气的特性中受益。此外，垫片109和开口404可以被定位为距光电二极管阵列107足够远，以便降低堆叠103的有机层由于水和/或氧气在光电二极管107的位准处的劣化。
开口404可以填充有金属材料，以使得能够将光电元件连接到外部元件。
图14至图18是在制造包括具有有机光电二极管和MOS晶体管的传感器的光电电路的方法的另一个实施例的连续步骤处获得的结构的局部简化剖视图。
图14显示了在实施先前关于图2至图10所描述的步骤之后，以及在于缓冲层201上沉积抗蚀剂层501并通过光刻技术在感光层501中形成开口502以在垫片109的位准处暴露缓冲层201之后获得的结构，第14图中示出单个开口502。感光层501可以具有与先前描述的感光层401相同的成分和相同的厚度。
图15显示了在通过使用感光层501作为蚀刻掩码在缓冲层201中蚀刻开口503以暴露垫片109之后获得的结构，开口503与开口502对齐。开口503可以通过RIE形成。RIE可以利用氧气和六氟化硫的混合物(O2+SF6)、氧气和甲烷的混合物(O2+CH4)或纯氧气(O2)来执行。根据一个实施例，开口503通过对缓冲层201进行激光消融来获得。
根据一个实施例，沿着垂直于表面202的方向看，开口503具有基本上大于垫片109的表面区域的表面区域。作为示例，沿着垂直于表面202的方向看，开口503具有大约100μm*100μm的尺寸，而垫片109具有大约70μm*70μm的尺寸。
图16显示了在移除感光层501的步骤之后以及在于每个垫片109上形成牺牲块504的步骤之后获得的结构。每个牺牲块504优选地由抗蚀剂制成。牺牲块504可以通过光刻步骤形成。根据一个实施例，如图16所示，每个牺牲块504可以具有自牺牲块搁置在其上的垫片109起扩张的形状或所谓的帽形轮廓，即，具有尺寸比与垫片109接触的基部大的顶部。根据一个示例，这种形状可以特别地通过在光刻步骤期间提供例如通过将树脂层浸渍到芳香族溶剂(诸如氯苯)中来使用于形成块504的感光层的表面硬化的步骤。根据另一个示例，这种形状可以在树脂层发展步骤期间获得，树脂经选择以具有沿着垂直于树脂层的方向变化的发展速率，树脂层对在其自由上表面的侧面上的发展更具抵抗性。根据一个实施例，块504的基部尺寸比垫片109的尺寸大以确保块504覆盖整个垫片109。
图17显示了在于图16所示的结构上沉积封装层505的步骤之后获得的结构。封装层505具有与图16所示的结构相同的厚度和相同的成分。封装层505具有与先前描述的封装层301相同的厚度和相同的成分，并且可以通过与先前针对封装层301所描述的方法相同的方法形成。封装层505在缓冲层201上、在开口503的侧壁和底部上并且在每个牺牲块504的上表面上延伸。形成封装层505的方法优选地是定向沉积方法，使得由于块504的扩张形状(该块在顶部处比在基部处宽)，未在块504的侧壁的至少部分上沉积封装层505。然而，即使利用已知为保形的沉积方法(例如ALD)，也可以不在块504的侧壁的至少部分上沉积封装层，特别是当块504的帽形轮廓经标记并且封装层的厚度非常小(例如小于25nm)时。
图18显示了在移除牺牲块505的步骤之后获得的结构。根据一个实施例，这通过将图17所示的结构浸渍到含有溶解牺牲块505的溶剂的浴池中来执行。
形成光电元件的方法的本实施例具有开口503的侧壁覆盖有封装层505的优点。因此增强有机光电二极管107针对水和氧气的保护。
开口503可以填充有金属材料，以使得能够将光电元件连接到外部元件。
图19至图22是在制造包括具有有机光电二极管和MOS晶体管的传感器的光电电路的方法的另一个实施例的连续步骤处获得的结构的局部简化剖视图。
图19显示了在实施先前关于图2至图10所描述的步骤之后获得的结构。第19图进一步示出包括微米级凸起图案602的冲头601，第19图中示出单个图案602，图案602基本上具有互补于缓冲层201中所要形成的开口。
图20显示了在纳米压印微影技术(nanoimprint lithography，NIL)之后获得的结构，该纳米压印微影技术包括抵靠缓冲层201施加冲头601使得图案602穿透到缓冲层201中。根据一个实施例，在压力下执行抵靠缓冲层201施加冲头601。根据一个实施例，在高于形成缓冲层201的材料的玻化转变温度的温度下执行抵靠缓冲层201施加冲头601。
图21显示了在移除冲头601之后获得的结构。基本上具有所要开口的形状的凹槽603存在于缓冲层201中。缓冲层201的不要的残留物604可以特别地存在于垫片109和光电电路101的其余部分上。
图22显示了出在进行定向蚀刻(例如，等离子蚀刻)以移除残留物604的步骤之后获得的结构。因此获得暴露垫片109的所要开口605。
本方法以以下步骤继续进行：在整个结构之上并且特别地在开口605中和在垫片109上沉积封装层(未示出)，并例如通过蚀刻或通过在垫片109上形成牺牲树脂块或通过在整个结构之上沉积封装层，并借由移除牺牲块来移除封装层的部分以暴露垫片109，例如如先前关于图16至图18所描述的。
本实施例使得能够通过光刻步骤在缓冲层201中形成开口605，而不使用界定有开口的掩码。这可能是有利的，特别是当缓冲层201是厚的时，因为沉积在缓冲层201上用于用作掩码的抗蚀剂层大体应当具有大于缓冲层201的厚度的厚度。
图23至图26是在制造包括具有有机光电二极管和MOS晶体管的传感器的光电电路的方法的另一个实施例的连续步骤处获得的结构的局部简化剖视图。
图23显示了在实施先前关于图2至图10所描述的步骤以及在于缓冲层201上形成基本上面向每个垫片109的牺牲块701的步骤之后获得的结构。每个牺牲块701优选地由抗蚀剂制成。牺牲块701可以通过光刻步骤形成。根据一个实施例，如第23图所示，每个牺牲块701可以具有随着到感光层201的距离增加而扩张的形状或所谓的帽形轮廓，如先前针对块504所描述的。
图24显示了在于图23所示的结构上沉积封装层702的步骤之后获得的结构。根据一个实施例，封装层702具有与先前描述的封装层301相同的厚度和相同的成分并且可以通过与先前针对封装层301所描述的那些方法相同的方法形成。封装层702在缓冲层201上并且在每个牺牲块701的上表面上延伸。形成封装层702的方法是定向沉积方法，使得由于块701的扩张形状(该块在其顶部处比在其底部处宽)，未在块701的侧壁的至少一部分之上沉积封装层702。
图25显示了在移除牺牲块701的步骤之后获得的结构。根据一个实施例，这通过将图24所示的结构浸渍到含有溶解牺牲块701的溶剂的浴池中来达成。作为变体，牺牲块701可以通过等向性RIE步骤来移除。因此，开口703在先前由牺牲块701占据的位置处经界定于封装层702中，第25图中示出单个开口703。
图26显示了在通过使用封装层201作为蚀刻掩码在缓冲层201中蚀刻开口704以暴露垫片109之后获得的结构，开口704与开口703对齐。开口704可以通过RIE形成。RIE可以通过氧气和六氟化硫的混合物(O2+SF6)、氧气和甲烷的混合物(O2+CH4)或纯氧气(O2)来执行。
即使开口704的侧壁未用封装层702覆盖，但也会从缓冲层201的不透水和氧气的特性中受益。此外，垫片109和开口704可以被定位为距光电二极管阵列107足够远，以便降低堆叠103的有机层由于水和/或氧气在光电二极管107的位准处的劣化。
图27是包括根据先前描述的制造方法实施例中的一个制造的光电元件801的系统800的一个实施例的局部简化横剖视图。
在图27中自下而上，系统800在光电元件801上进一步包括：
平面的透明层802；
微透镜阵列803；
具有低折射率的层804，可能省去层804；以及
抗反射和/或红外滤光涂层805。
配置在光电元件801上的层802可以具有与先前描述的缓冲层201相同的成分并且可以通过相同的方法形成。层802可以具有在100nm至15μm、优选地1μm至3μm的范围内的厚度。
微透镜阵列803可以沉积在层802上，使得每个微透镜803面向光电二极管(未示出)。微透镜803具有在0.4μm至10μm、优选地0.4μm至2μm之范围内的厚度，以及在0.9μm至15μm、优选地0.9μm至3μm的范围内的直径。微透镜803可以由聚(甲基)丙烯酸甲酯(PMMA)、PET、PEN、COP、聚二甲基硅氧烷(PDMS)/聚硅氧或环氧树脂制成。微透镜803有利地使得能够增加朝向光电二极管107入射的辐射射线的收集。
层804沉积在微透镜阵列803上。层804例如由包括二氧化硅(SiO2)、丙烯酸聚合物和作为黏合剂的环氧树脂的材料制成。层804可以具有在0.4μm至10μm、优选地0.4μm至3μm的范围内的厚度。
根据一个实施例，涂层805通过优选地在层804上或直接在微透镜阵列803上沉积氮氧化硅(SiOxNy)来形成。涂层805具有在50nm至1μm、优选地100nm至250nm的范围内的厚度。
图28是包括根据先前描述的制造方法实施例中的一个制造的光电元件801的系统900的另一个实施例的局部简化横剖视图。
系统900包括先前描述的系统800的全部元件，不同之处在于不存在层804并且涂层805插置在光电元件801与透明层802之间。
图27或图28的实施例优选地在透明层201和封装层501、505或702的总厚度大于或不大于每个光电二极管之间的间隔(例如，大约1μm至10μm、优选地1μm至3μm，例如近似1.1μm)时实施。这使得能够将辐射朝向每个光电二极管聚焦并且因此避免相邻光电二极管的寄生激发。
已经描述了各种实施例和变体。本领域技术人员将理解，可组合这些实施例的某些特征，并且本领域技术人员将容易想到其他变体。
最后，基于上文所提供的功能指示，本文所描述的实施例及变体的实际实施在本领域技术人员的能力范围内。特别地，在先前关于图10至图13以及图14与图15所描述的实施例的步骤中，在封装层201中蚀刻开口404或503实现了在封装层201上沉积抗蚀剂层401、501，并且通过光刻步骤在抗蚀剂层401、501中形成开口402、502。根据另一个实施例，在封装层201由对辐射感光的材料制成的情况下，可以通过包括将感光封装层的各部分暴露于辐射的光刻步骤直接在封装层中形成开口404、503。

Claims (16)

1.一种制造光电元件的方法，所述光电元件包括具有能够捕获辐射的有机光电二极管(107)的光学传感器，所述光学传感器覆盖具有MOS晶体管(102)的电子电路(101)，所述方法包括以下连续步骤：
a)在所述光学传感器上，在所述光学传感器的与所述电子电路相反的侧面上形成对所述辐射透明的第一层(201)，所述第一层在与所述光学传感器相反的侧面上具有平面表面(202)；以及
b)在所述表面上形成第二层(301；505；702)，所述第二层是不透氧气和水的，其中所述电子电路(101)在其表面处包括至少一个电传导垫片(109)，所述方法进一步包括以下步骤：
c)在所述第一层(201)中形成至少第一开口(404；503；605；704)以暴露所述垫片。
2.根据权利要求1所述的方法，进一步包括以下步骤：
d)在所述第二层(201)中形成至少面向所述垫片的第二开口(404；503；605；704)。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其中，所述第一开口(404；503；704)的所述形成通过反应离子蚀刻来达成。
4.根据权利要求1或2所述的方法，其中，所述第一开口(404；503；704)的所述形成通过激光消融来达成。
5.根据权利要求1或2所述的方法，其中，所述第一开口(605)的所述形成通过纳米压印微影技术来达成。
6.根据权利要求1或2所述的方法，其中，所述第一层(201)由对电磁辐射感光的材料制成，并且其中，所述第一开口的所述形成包括将所述第一层暴露于所述电磁辐射的步骤。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的方法，其中，步骤b)在步骤c)之前，在步骤b)与步骤c)之间，所述方法包括在所述第二层(301；702)中形成第二开口(403；703)的步骤，在步骤c)处形成的所述第一开口与所述第二开口对齐。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的方法，进一步包括以下步骤：
形成面向所述电传导垫片(109)的抗蚀剂块(504；701)，所述块包括顶部和侧面；
进行步骤c)，其中所述第二层(505；702)特别地覆盖所述块的所述顶部并且不完全覆盖所述侧面；以及
移除所述块。
9.根据权利要求8所述的方法，其中，步骤c)在步骤b)之前，所述第二层(505)进一步覆盖所述第一开口(503；605；704)的侧壁。
10.根据权利要求1至9中任一项所述的方法，其中所述第一层(201)由选自包括聚苯乙烯、聚环氧化合物、聚丙烯酸酯、有机树脂，特别是抗蚀剂，氮化硅(Si3N4)及二氧化硅(SiO2)的组的材料制成。
11.根据权利要求1至10中任一项所述的方法，其中，通过以下方式沉积所述第一层(201)：
液体沉积；
阴极溅射；
物理气相沉积；
薄膜沉积；或者
等离子增强化学气相沉积。
12.根据权利要求1至10中任一项所述的方法，其中，所述第一层(201)具有在100nm至15μm、优选地500nm至5μm、优选地1μm至3μm的范围内的平均厚度。
13.根据权利要求1至12中任一项所述的方法，其中，所述第二层(301；505；702)由选自包括氧化铝(Al2O3)、氮化硅(Si3N4)及二氧化硅(SiO2)的组的材料制成。
14.根据权利要求1至13中任一项所述的方法，其中，所述第二层(301；505；702)具有在2nm至300nm的范围内的平均厚度。
15.根据权利要求1至14中任一项所述的方法，进一步包括以下步骤：
形成第三抗反射和/或红外滤光层(805)；以及
形成微透镜阵列(803)。
16.一种光电元件，包括：
电子电路(101)，所述电子电路(101)具有MOS晶体管；
光学传感器，所述光学传感器包括能够捕获辐射的有机光电二极管，所述光学传感器覆盖所述电子电路(101)；
第一层(201)，所述第一层(201)在所述光学传感器的与所述电子电路相反的侧面上覆盖所述光学传感器，所述第一层对所述辐射透明并且在与所述光学传感器相反的侧面上具有平面表面(202)；以及
第二平面层(301；505；702)，所述第二平面层(301；505；702)位于所述第一层上。
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