背照式cmos影像傳感器及其制造方法
【專利摘要】本發(fā)明揭示了一種背照式CMOS影像傳感器及其制造方法。所述背照式CMOS影像傳感器包括二極管陣列，其中，所述二極管陣列包括成陣列狀排布的無機光電二極管及圍繞所述無機光電二極管的有機光電二極管。本發(fā)明中，在無機光電二極管的上方周圍形成了有機光電二極管，通過有機光電二極管和無機二極管的混合，充分的利用像素陣列的面積，提高了量子轉換效率。
【專利說明】背照式CMOS影像傳感器及其制造方法

【技術領域】
[0001] 本發(fā)明涉及影像傳感器【技術領域】，特別涉及一種背照式CMOS影像傳感器及其制 造方法。

【背景技術】
[0002] 影像傳感器是在光電技術基礎上發(fā)展起來的，所謂影像傳感器，就是能夠感受光 學圖像信息并將其轉換成可用輸出信號的傳感器。影像傳感器可以提高人眼的視覺范圍， 使人們看到肉眼無法看到的微觀世界和宏觀世界，看到人們暫時無法到達處發(fā)生的事情， 看到超出肉眼視覺范圍的各種物理、化學變化過程，生命、生理、病變的發(fā)生發(fā)展過程，等 等?？梢娪跋駛鞲衅髟谌藗兊奈幕?、體育、生產、生活和科學研究中起到非常重要的作用?？?以說，現代人類活動已經無法離開影像傳感器了。
[0003] 影像傳感器可依據其采用的原理而區(qū)分為電荷耦合裝置（Charge-Coup 1 ed Device)影像傳感器（亦即俗稱CCD影像傳感器）以及CMOS (Complementary Metal Oxide Semiconductor)影像傳感器，其中CMOS影像傳感器即基于互補型金屬氧化物半導體 (CMOS)技術而制造。由于CMOS影像傳感器是采用傳統(tǒng)的CMOS電路工藝制作，因此可將影 像傳感器以及其所需要的外圍電路加以整合，從而使得CMOS影像傳感器具有更廣的應用 前景。
[0004] 如圖la所示，其為現有技術的背照式CMOS影像傳感器的剖面示意圖。包括：半導 體基底101，所述半導體基底101中形成有無機光電二極管（LED，未圖示），形成于所述半 導體基底101 -表面的金屬連線層102,形成于所述半導體基底101另一表面的濾光片103 及微透鏡104。通過入射光順次經過微透鏡104、濾光片103到達無機光電二極管。
[0005] 如圖lb所示，其為現有技術的背照式CMOS影像傳感器的一個像素的俯視圖，在一 個像素（pixel)中，包括四個無機光電二極管201，而無機光電二極管201的周圍區(qū)域202 則不被用做使用區(qū)域。隨著小型化需求的愈發(fā)強烈，可吸收光的面積所占比例下降，這制約 著器件的量子轉換效率（Quantum Efficiency, QE)。


【發(fā)明內容】

[0006] 本發(fā)明的目的在于，提供一種背照式CMOS影像傳感器及其制造方法，以提高背照 式CMOS影像傳感器的使用面積，提高量子轉換效率。
[0007] 為解決上述技術問題，本發(fā)明提供一種背照式CMOS影像傳感器，包括二極管陣 列，其中，所述二極管陣列包括成陣列狀排布的無機光電二極管及圍繞所述無機光電二極 管的有機光電二極管。
[0008] 可選的，對于所述的背照式CMOS影像傳感器，所述無機光電二極管和有機光電二 極管分別占所述二極管陣列的比例為大于等于65%和小于等于35%。
[0009] 可選的，對于所述的背照式CMOS影像傳感器，所述有機光電二極管為紅色、綠色 或藍色中的一種，所述無機光電二極管為紅色、綠色或藍色中不同于有機光電二極管的另 外兩種顏色。
[0010] 相應的，本發(fā)明提供一種背照式CMOS影像傳感器的制造方法，包括：
[0011] 提供前端結構，所述前端結構形成有無機光電二極管；
[0012] 在所述前端結構中形成信號線；
[0013] 在所述前端結構上形成下電極、有機光電轉換層及上電極；所述下電極和上電極 分別與一個信號線接通，所述有機光電轉換層位于所述下電極和上電極之間。
[0014] 可選的，對于所述的背照式CMOS影像傳感器的制造方法，所述前端結構包括：
[0015] 半導體基底，所述半導體基底具有正面與背面，所述無機光電二極管形成于所述 半導體基底中；
[0016] 所述半導體基底的正面形成有金屬連線層。
[0017] 可選的，對于所述的背照式CMOS影像傳感器的制造方法，所述半導體基底的背面 經過減薄處理，達到2. 3μηι?3. Ομπι的預定厚度。
[0018] 可選的，對于所述的背照式CMOS影像傳感器的制造方法，在所述前端結構中形成 信號線包括：
[0019] 刻蝕所述半導體基底形成通孔；
[0020] 在所述通孔中填充金屬導體以形成所述信號線。
[0021] 可選的，對于所述的背照式CMOS影像傳感器的制造方法，所述金屬導體為鋁或 鎢。
[0022] 可選的，對于所述的背照式CMOS影像傳感器的制造方法，在刻蝕所述半導體基底 形成通孔之前，還包括：在所述半導體基底背面沉積一層氧化層；在形成通孔時，所述氧化 層被貫穿。
[0023] 可選的，對于所述的背照式CMOS影像傳感器的制造方法，在所述前端結構上形成 下電極、有機光電轉換層及上電極的步驟包括：
[0024] 在所述氧化層上沉積第一電極層，所述第一電極層與所述信號線相連接；
[0025] 刻蝕所述第一電極層，使得所述第一電極層在兩個信號線之間斷開，形成第一部 分及下電極；
[0026] 在所述下電極上、兩個信號線之間形成有機光電轉換層；
[0027] 沉積第二電極層，所述第二電極層覆蓋所述有機光電轉換層，所述第二電極層的 一端連接所述第一部分，形成上電極。
[0028] 可選的，對于所述的背照式CMOS影像傳感器的制造方法，在形成第一部分及下電 極之后，在所述下電極上、兩個信號線之間形成有機光電轉換層之前，還包括：
[0029] 在斷開處及下電極上分別形成隔離氧化物層。
[0030] 可選的，對于所述的背照式CMOS影像傳感器的制造方法，所述有機光電轉換層位 于所述隔離氧化物層之間，并覆蓋于所述隔離氧化物層上。
[0031] 可選的，對于所述的背照式CMOS影像傳感器的制造方法，所述第一電極層和第二 電極層的材料為TiN或ΙΤ0。
[0032] 可選的，對于所述的背照式CMOS影像傳感器的制造方法，所述有機光電轉換層的 材料為基于部花青或若丹紅的顏料，基于酞菁的顏料及基于香豆素的顏料中的一種。
[0033] 可選的，對于所述的背照式CMOS影像傳感器的制造方法，在形成上電極之后，還 包括：
[0034] 形成覆蓋層，及
[0035] 在所述覆蓋層上形成微透鏡。
[0036] 與現有技術相比，本發(fā)明提供的背照式CMOS影像傳感器及其制造方法中，在無機 光電二極管的上方周圍形成了有機光電二極管，通過有機光電二極管和無機二極管的混 合，充分的利用像素陣列的面積，明顯的提高了量子轉換效率。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0037] 圖la為現有技術中背照式CMOS影像傳感器的剖面示意圖；
[0038] 圖lb為現有技術的背照式CMOS影像傳感器的一個像素的俯視圖；
[0039] 圖2為本發(fā)明中背照式CMOS影像傳感器的一個像素的俯視圖；
[0040] 圖3為為本發(fā)明一實施例中的背照式CMOS影像傳感器的制造方法的流程圖；
[0041] 圖4?圖13為本發(fā)明一實施例中的背照式CMOS影像傳感器制造過程中的剖面示 意圖。

【具體實施方式】
[0042] 下面將結合示意圖對本發(fā)明的背照式CMOS影像傳感器及其制造方法進行更詳細 的描述，其中表示了本發(fā)明的優(yōu)選實施例，應該理解本領域技術人員可以修改在此描述的 本發(fā)明，而仍然實現本發(fā)明的有利效果。因此，下列描述應當被理解為對于本領域技術人員 的廣泛知道，而并不作為對本發(fā)明的限制。
[0043] 為了清楚，不描述實際實施例的全部特征。在下列描述中，不詳細描述公知的功能 和結構，因為它們會使本發(fā)明由于不必要的細節(jié)而混亂。應當認為在任何實際實施例的開 發(fā)中，必須做出大量實施細節(jié)以實現開發(fā)者的特定目標，例如按照有關系統(tǒng)或有關商業(yè)的 限制，由一個實施例改變?yōu)榱硪粋€實施例。另外，應當認為這種開發(fā)工作可能是復雜和耗費 時間的，但是對于本領域技術人員來說僅僅是常規(guī)工作。
[0044] 在下列段落中參照附圖以舉例方式更具體地描述本發(fā)明。根據下面說明和權利要 求書，本發(fā)明的優(yōu)點和特征將更清楚。需說明的是，附圖均采用非常簡化的形式且均使用非 精準的比例，僅用以方便、明晰地輔助說明本發(fā)明實施例的目的。
[0045] 發(fā)明人經過長期的研究發(fā)現，目前，背照式CMOS影響傳感器的量子轉換效率已經 成為瓶頸。在反復研究現有結構后，發(fā)明人認為在一個像素中的無機光電二極管周圍還是 存在著一些區(qū)域，但是無機光電二極管對此區(qū)域卻無能為力。而有機光電二極管則可以通 過在半導體基底的背面進行加工制造，使之占據這些區(qū)域，從而大大的提高了有效光照面 積（即使用面積），從而使得量子轉換效率提高。
[0046] 以下列舉所述背照式CMOS影像傳感器及其制造方法的較優(yōu)實施例，以清楚說明 本發(fā)明的內容，應當明確的是，本發(fā)明的內容并不限制于以下實施例，其他通過本領域普通 技術人員的常規(guī)技術手段的改進亦在本發(fā)明的思想范圍之內。
[0047] 請參考圖2?圖13,本發(fā)明提供一種背照式CMOS影像傳感器及其制造方法，其中， 圖2為本發(fā)明中背照式CMOS影像傳感器的一個像素的俯視圖；圖3為本發(fā)明一實施例中 的背照式CMOS影像傳感器的制造方法的流程圖；圖4?13為本發(fā)明一實施例中的背照式 CMOS影像傳感器制造過程中的剖面示意圖。
[0048] 如圖2中，在所述背照式CMOS影像傳感器的俯視圖中可見，在一個像素中，包括有 四個無機光電二極管1，圍繞在所述無機光電二極管1周圍的是有機光電二極管3。所述背 照式CMOS影像傳感器是具有多個像素，因此構成二極管陣列，具體為所述二極管陣列包括 成陣列狀排布的無機光電二極管1及圍繞所述無機光電二極管1的有機光電二極管3。
[0049] 較佳的，所述無機光電二極管1和有機光電二極管3分別占所述二極管陣列的 比例為大于等于65%和小于等于35%，例如無機光電二極管1可以占所述二極管陣列的 65 %，70 %，72 %等。所述有機光電二極管3為紅色、綠色或藍色中的一種，所述無機光電二 極管1則為紅色、綠色或藍色中不同于有機光電二極管的另外兩種顏色，具體的，這一設計 可以實現在每個像素中，這樣確保在每個像素中都存在紅綠藍三色，從而獲得較佳的光線。
[0050] 所述有機光電二極管3的信號可以引入至半導體基底正面的邏輯電路中并讀出。
[0051 ] 下面結合圖3?圖13,對所述背照式CMOS影像傳感器在制造過程中的結構進行剖 視說明。
[0052] 所述背照式CMOS影像傳感器的制造方法，包括：
[0053] 步驟S101 :提供前端結構，所述前端結構形成有無機光電二極管。具體的，請結合 圖4,所述前端結構包括：半導體基底11，所述半導體基底具有正面與背面。所述半導體基 底11可以是未摻雜的單晶硅、摻雜有雜質的單晶硅、絕緣體上硅（S0I)等。作為示例，在本 實施例中，半導體基底11選用單晶硅材料構成，所述半導體基底11中形成有無機光電二極 管（未圖示），以及相應的隔離結構。所述半導體基底的正面形成有金屬連線層10,目前現 有工藝中形成金屬連線層10已經成熟，可選擇適當的工藝完成。
[0054] 所述半導體基底的背面經過減薄處理，例如可以是化學機械研磨，從而達到預定 厚度。這一厚度可以根據實際生產需要，針對不同的產品來加以改變，較佳的，所述預定厚 度可以是2. 3 μ m?3. 0 μ m。
[0055] 然后進行步驟S102 :在所述前端結構中形成信號線。如圖5所示，在所述半導體 基底11的背面上沉積一層氧化層12,所述氧化層12的材料例如可以是氧化硅。
[0056] 接著，請結合圖6,刻蝕所述氧化層12、半導體基底11形成通孔13,優(yōu)選的，采用干 法刻蝕工藝完成。
[0057] 接著，在所述通孔中填充金屬導體以形成所述信號線14,如圖7所示。較佳的，所 述金屬導體為鋁或鎢。
[0058] 上述形成通孔13及填充金屬導體的工藝過程在目前已經有著較為成熟的工藝， 在此不作贅述。
[0059] 接下來進行步驟S103 :在所述前端結構上形成下電極、有機光電轉換層及上電 極；所述下電極和上電極分別與一個信號線接通，所述有機光電轉換層位于所述下電極和 上電極之間。
[0060] 具體的，如圖8所示，先在所述氧化層12上沉積第一電極層15,所述第一電極層與 所述信號線14相連接；所述第一電極層15的材料為TiN或ΙΤ0。
[0061] 然后，刻蝕所述第一電極層15,使得所述第一電極層15在兩個信號線14之間斷 開，形成第一部分及下電極。請參看圖9,所述第一電極層15中形成有開口 16,其中開口 16 左側為第一部分，右側圍下電極。
[0062] 接著如圖10所示，在斷開處及下電極上分別形成隔離氧化物層17。所述隔離氧化 物層的材料可以與所述氧化層12的材料相同。
[0063] 然后沉積形成有機光電轉換層18,請參看圖11，所述有機光電轉換層18位于所述 隔離氧化物層17上及隔離氧化物層17之間的下電極上。所述有機光電轉換層18用于發(fā) 出紅色、藍色或者綠色中的一種。優(yōu)選的，所述有機光電轉換層18的材料為基于部花青或 若丹紅的顏料，用于發(fā)出綠光，相應的，無機光電二極管則發(fā)光為紅色和藍色；所述有機光 電轉換層18的材料為基于酞菁的顏料，用于發(fā)出紅光，相應的，無機光電二極管則發(fā)光為 綠色和藍色；以及所述有機光電轉換層18的材料為基于香豆素的顏料，用于發(fā)出藍光，相 應的，無機光電二極管則發(fā)光為紅色和綠色。
[0064] 然后，如圖12所示，沉積第二電極層19,所述第二電極層19覆蓋所述有機光電轉 換層18,所述第二電極層19的一端連接所述第一部分，形成上電極。較佳的，所述第二電極 層的材料為TiN或ΙΤ0。
[0065] 在形成上電極之后，還包括：形成覆蓋層20,所述覆蓋層20覆蓋所述上電極，所述 覆蓋層20可以是氧化層。之后，在所述覆蓋層20上形成微透鏡21。至此，便可形成如圖2 中所示的結構。
[0066] 與現有技術相比，本發(fā)明提供的背照式CMOS影像傳感器及其制造方法中，在無機 光電二極管的上方周圍形成了有機光電二極管，通過有機光電二極管和無機二極管的混 合，充分的利用像素陣列的面積，明顯的提高了量子轉換效率。
[〇〇67] 顯然，本領域的技術人員可以對本發(fā)明進行各種改動和變型而不脫離本發(fā)明的精 神和范圍。這樣，倘若本發(fā)明的這些修改和變型屬于本發(fā)明權利要求及其等同技術的范圍 之內，則本發(fā)明也意圖包含這些改動和變型在內。
【權利要求】
1. 一種背照式CMOS影像傳感器，包括二極管陣列，其中，所述二極管陣列包括成陣列 狀排布的無機光電二極管及圍繞所述無機光電二極管的有機光電二極管。
2. 如權利要求1所述的背照式CMOS影像傳感器，其特征在于，所述無機光電二極管和 有機光電二極管分別占所述二極管陣列的比例為大于等于65%和小于等于35%。
3. 如權利要求1所述的背照式CMOS影像傳感器，其特征在于，所述有機光電二極管為 紅色、綠色或藍色中的一種，所述無機光電二極管為紅色、綠色或藍色中不同于有機光電二 極管的另外兩種顏色。
4. 一種背照式CMOS影像傳感器的制造方法，包括： 提供前端結構，所述前端結構形成有無機光電二極管； 在所述前端結構中形成信號線； 在所述前端結構上形成下電極、有機光電轉換層及上電極；所述下電極和上電極分別 與一個信號線接通，所述有機光電轉換層位于所述下電極和上電極之間。
5. 如權利要求4所述的背照式CMOS影像傳感器的制造方法，其特征在于，所述前端結 構包括： 半導體基底，所述半導體基底具有正面與背面，所述無機光電二極管形成于所述半導 體基底中； 所述半導體基底的正面形成有金屬連線層。
6. 如權利要求5所述的背照式CMOS影像傳感器的制造方法，其特征在于，所述半導體 基底的背面經過減薄處理，達到2. 3μηι?3. Ομπι的預定厚度。
7. 如權利要求5所述的背照式CMOS影像傳感器的制造方法，其特征在于，在所述前端 結構中形成信號線包括： 刻蝕所述半導體基底形成通孔； 在所述通孔中填充金屬導體以形成所述信號線。
8. 如權利要求7所述的背照式CMOS影像傳感器的制造方法，其特征在于，所述金屬導 體為錯或鶴。
9. 如權利要求7所述的背照式CMOS影像傳感器的制造方法，其特征在于，在刻蝕所述 半導體基底形成通孔之前，還包括：在所述半導體基底背面沉積一層氧化層；在形成通孔 時，所述氧化層被貫穿。
10. 如權利要求9所述的背照式CMOS影像傳感器的制造方法，其特征在于，在所述前端 結構上形成下電極、有機光電轉換層及上電極的步驟包括： 在所述氧化層上沉積第一電極層，所述第一電極層與所述信號線相連接； 刻蝕所述第一電極層，使得所述第一電極層在兩個信號線之間斷開，形成第一部分及 下電極； 在所述下電極上、兩個信號線之間形成有機光電轉換層； 沉積第二電極層，所述第二電極層覆蓋所述有機光電轉換層，所述第二電極層的一端 連接所述第一部分，形成上電極。
11. 如權利要求10所述的背照式CMOS影像傳感器的制造方法，其特征在于，在形成 第一部分及下電極之后，在所述下電極上、兩個信號線之間形成有機光電轉換層之前，還包 括： 在斷開處及下電極上分別形成隔離氧化物層。
12. 如權利要求11所述的背照式CMOS影像傳感器的制造方法，其特征在于，所述有機 光電轉換層位于所述隔離氧化物層之間，并覆蓋于所述隔離氧化物層上。
13. 如權利要求10所述的背照式CMOS影像傳感器的制造方法，其特征在于，所述第一 電極層和第二電極層的材料為TiN或IT0。
14. 如權利要求10所述的背照式CMOS影像傳感器的制造方法，其特征在于，所述有機 光電轉換層的材料為基于部花青或若丹紅的顏料，基于酞菁的顏料及基于香豆素的顏料中 的一種。
15. 如權利要求10所述的背照式CMOS影像傳感器的制造方法，其特征在于，在形成上 電極之后，還包括： 形成覆蓋層，及 在所述覆蓋層上形成微透鏡。
【文檔編號】H01L27/146GK104064575SQ201410317670
【公開日】2014年9月24日 申請日期:2014年7月4日 優(yōu)先權日:2014年7月4日
【發(fā)明者】葉果, 林峰 申請人:豪威科技(上海)有限公司