本發(fā)明涉及圖像傳感器技術領域，具體涉及一種采用量子點薄膜進行光電轉換的圖像傳感器及制備方法。

背景技術：

圖像傳感器是指將光信號轉換為電信號的裝置。目前廣泛應用的主要有CCD圖像傳感器和CMOS圖像傳感器。

量子點(quantum dot)是準零維的納米晶體，由少量的原子構成，形態(tài)上一般為球形或類球形，是由半導體材料(通常由II B～ⅥB或IIIB～VB元素組成)制成的、穩(wěn)定直徑在2～20nm的納米粒子。它能在特定的波長下發(fā)光，采用量子點技術的屏幕在生產(chǎn)時更容易校準，擁有更準確的色彩表現(xiàn)，并且在色彩飽和度方面擁有明顯的優(yōu)勢。因此，將量子點應用于傳感器中所制備的量子薄膜傳感器有著更輕薄的體積，更強的光線敏感度，更大的動態(tài)范圍、和優(yōu)化的成像穩(wěn)定。

由于傳統(tǒng)的傳感器通過令像素變得更小來提高分辨率，這意味著每個像素對光線的敏感度更低，從而降低了圖像質量，而相比之下，量子點薄膜是涂在凸鏡下面的，更接近鏡頭的特性使其能更充分地捕捉光線，從而能夠有效改善鏡頭性能。這種新技術打造的傳感器能夠收集傳統(tǒng)傳感器芯片兩倍的光線，并以兩倍的效率將其轉變?yōu)殡娦盘?，同時其生產(chǎn)成本很低。使用量子點薄膜后，一方面可以降低攝像頭的厚度和體積，另一方面可以大大提高圖像傳感器低光拍攝性能和圖像的動態(tài)范圍等。

技術實現(xiàn)要素：

為了克服以上問題，本發(fā)明旨在提供一種采用量子點薄膜進行光電轉換的圖像傳感器及制備方法，從而提高圖像傳感器的性能。

為了達到上述目的，一種采用量子點薄膜進行光電轉換的圖像傳感器，其包括：

襯底，在襯底表面設置有底部隔離層；

位于底部隔離層上的N層隔離層；每層隔離層中設置有相應層的金屬通孔，相鄰的上層金屬通孔和下層金屬通孔一一對應且相連接；其中，N為整數(shù)且N≥2；

金屬電極，位于最頂層金屬通孔頂部；

量子點薄膜，位于金屬電極和暴露的最頂層隔離層表面。

優(yōu)選地，相鄰的上層隔離層與下層隔離層之間還設置有氮化硅隔離層。

優(yōu)選地，第N層隔離層表面上還設置有頂部隔離結構，頂部隔離結構位于第N層隔離層上的相鄰像素的交界處。

優(yōu)選地，所述頂部隔離結構底部與所述第N層隔離層表面之間、以及所述頂部隔離結構的頂部還設置有氮化硅保護層。

優(yōu)選地，所述圖像傳感器還包括位于襯底邊緣的最頂層金屬通孔上的焊盤結構；所述焊盤結構包括底部隔離開口結構和填充在底部隔離開口結構中的金屬鋁；所述金屬鋁的頂部高于所述底部隔離開口結構的頂部；所述焊盤結構底部與所述第N層隔離層表面之間、所述底部隔離開口結構的頂部和金屬鋁的頂部還設置有氮化硅保護層，并且，在金屬鋁的頂部的氮化硅保護層設置有開口，用于暴露出部分金屬鋁的頂部。

為了達到上述目的，本發(fā)明還提供了一種圖像傳感器的制備方法，包括以下步驟：

步驟01：提供一襯底；并且，在襯底表面形成底部隔離層；

步驟02：在底部隔離層表面形成一層隔離層；

步驟03：在該層隔離層中刻蝕出一層通孔，并且在該層通孔中填充金屬，從而得到該層的金屬通孔；

步驟04：在完成步驟03的襯底上再形成一層隔離層；

步驟05，重復步驟03～04，直至形成N層隔離層，且在每層隔離層中形成有相應層的金屬通孔，相鄰的上層金屬通孔和下層金屬通孔一一對應且相連接；其中，N為整數(shù)且N≥2；

步驟06：在第N層隔離層表面和第N層金屬通孔上形成頂部隔離層；

步驟07：刻蝕頂部隔離層，以暴露出位于第N隔離層表面和第N層金屬通孔頂部，并且保留位于第N層隔離層上的相鄰像素的交界處的頂部隔離層，從而形成頂部隔離結構；

步驟08：在暴露出的第N層金屬通孔頂部形成金屬電極；

步驟09：在金屬電極和暴露的第N層隔離層表面形成量子點薄膜。

優(yōu)選地，在所述步驟03中，在形成該層金屬通孔之后，還包括：在該層隔離層表面和該層金屬通孔頂部形成一層氮化硅隔離層。

優(yōu)選地，在所述步驟06中，在形成頂部隔離層之前，還包括：在所述第N層隔離層表面和所述第N層金屬通孔頂部形成一層氮化硅保護層。

優(yōu)選地，所述步驟06之后且在所述步驟07之前還包括：在頂部隔離層中且在所述襯底邊緣區(qū)域的第N層金屬通孔上制備出焊盤結構。

優(yōu)選地，制備出焊盤結構的過程具體包括：

首先，刻蝕在襯底邊緣區(qū)域的第N層金屬通孔上方的頂部隔離層，以在襯底邊緣區(qū)域的第N層金屬通孔上方的頂部隔離層中形成溝槽，從而形成焊盤隔離開口結構；其中，溝槽底部暴露出襯底邊緣區(qū)域的第N層金屬通孔頂部；

然后，在頂部隔離層表面和溝槽中沉積金屬鋁，并且，刻蝕金屬鋁，只保留溝槽中和溝槽上方的金屬鋁；其中，金屬鋁的頂部高出頂部隔離層表面。

優(yōu)選地，在制備出焊盤結構之后，還包括：在頂部隔離層表面以及暴露的金屬鋁表面和側壁形成氮化硅保護層；

在步驟08之后，且在步驟09之前，還包括：在所述金屬鋁的頂部的氮化硅保護層中刻蝕出開口，以暴露出部分金屬鋁的頂部。

本發(fā)明的量子薄膜傳感器具有有更強的光線敏感度，更大的動態(tài)范圍和更優(yōu)化的成像穩(wěn)定性，此外，本發(fā)明通過采用量子點薄膜進行光線的吸收和轉換，確保在小尺寸的像素的設計中，也可以獲得高質量的輸出圖像。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的一個較佳實施例的圖像傳感器的結構示意圖

圖2為本發(fā)明的一個較佳實施例的圖像傳感器的制備方法的流程示意圖

圖3～17為本發(fā)明的一個較佳實施例的圖像傳感器的制備方法的各個制備步驟示意圖

具體實施方式

為使本發(fā)明的內容更加清楚易懂，以下結合說明書附圖，對本發(fā)明的內容作進一步說明。當然本發(fā)明并不局限于該具體實施例，本領域內的技術人員所熟知的一般替換也涵蓋在本發(fā)明的保護范圍內。

以下結合附圖1-17和具體實施例對本發(fā)明作進一步詳細說明。需說明的是，附圖均采用非常簡化的形式、使用非精準的比例，且僅用以方便、清晰地達到輔助說明本實施例的目的。

請參閱圖1，本實施例的采用量子點薄膜進行光電轉換的圖像傳感器，以具有兩層隔離層和兩層金屬通孔為例來說明，但這不用于限制本發(fā)明的N層隔離層和N層金屬通孔的范圍。本實施例的圖像傳感器包括：

一襯底1，在襯底1表面設置有底部隔離層2；具體的，這里的襯底1可以但不限于為N型或P型雙面拋光硅片。底部隔離層2的材料可以為二氧化硅，底部隔離層2的二氧化硅的生長可以但不限于采用高溫氧化工藝，反應溫度可以但不限于為900～1050℃，底部隔離層2的二氧化硅的厚度可以但不限于為0.5～1微米。

第一隔離層3，位于底部隔離層2上；具體的，第一隔離層3的材料可以但不限于為二氧化硅，可以但不限于采用化學氣相沉積工藝，第一隔離層3的厚度可以但不限于為0.3～0.5微米。第一隔離層的材料還可以是硼玻璃、磷玻璃、硼磷玻璃或黑金剛(black diamond)。

位于第一隔離層3上的第二隔離層7；具體的，本實施例中，在第一隔離層3與第二隔離層7之間還設置有氮化硅隔離層6；第二隔離層7也可以的材料也可以為二氧化硅，第二隔離層7和氮化硅隔離層6的生長均可以但不限于采用化學氣相沉積法來生長；第二隔離層7的厚度可以為0.3～0.5微米，氮化硅隔離層6的厚度可以為0.03～0.06微米，較佳的氮化硅隔離層6的厚度可以為0.05微米。

第一層金屬通孔，設置于第一隔離層3中；具體的，第一層金屬通孔的高度可以為0.8～1微米。第一層金屬通孔包括沉積于第一層通孔側壁和底部的第一層金屬籽晶層4和第一層填充金屬5。

第二層金屬通孔，設置于第二隔離層7中；第一層金屬通孔與第二層金屬通孔一一對應且相連接；具體的，第二層金屬通孔的高度可以為0.8～1微米。第二層金屬通孔包括沉積于第二層通孔側壁和底部的第二層金屬籽晶層和第二層填充金屬8。

金屬電極14，位于第二層金屬通孔頂部，并且與第二層金屬通孔頂部相接觸；金屬電極14的材料可以但不限于為金屬氮化鈦。

量子點薄膜15，位于金屬電極14和暴露的第二隔離層7表面；量子點薄膜15可以為紅外感應量子點薄膜，通過選擇不同的量子點來獲得對不同光線的探測。

本實施例中，在第二隔離層7表面上還設置有頂部隔離結構13，頂部隔離結構13位于第二隔離層7上的相鄰像素的交界處，用于隔離相鄰像素，避免相鄰像素之間的串擾。這里，為了避免刻蝕工藝對焊盤結構的損傷，在頂部隔離結構13底部與第二隔離層7表面之間設置有氮化硅保護層，以及頂部隔離結構13的頂部還設置有氮化硅保護層。較佳的，氮化硅保護層的厚度均可以為0.5～1微米。

位于襯底1邊緣的第二層金屬通孔上的焊盤結構。具體的，焊盤結構包括底部隔離開口結構10和填充在焊盤隔離開口結構10中的金屬鋁11；金屬鋁11的頂部高于焊盤隔離開口結構10的頂部；焊盤結構底部與第二隔離層7表面之間、焊盤隔離開口結構10的頂部和金屬鋁11的頂部還可以設置有氮化硅保護層12，該氮化硅保護層12、頂部隔離結構13底部與第二隔離層7表面之間的氮化硅保護層、以及頂部隔離結構13的頂部的氮化硅保護層的厚度可以相同，且氮化硅保護層12與頂部隔離結構13的頂部的氮化硅保護層可以采用同一成膜工藝同時制備。

并且，在金屬鋁11的頂部的氮化硅保護層12設置有開口，用于暴露出部分金屬鋁11的頂部，以便后續(xù)電性測試和封裝。

需要說明的是，本實施例以具有兩層隔離層3、7和兩層金屬通孔為例來說明，然在本發(fā)明的其它實施例的三層或以上金屬隔離層和三層或以上金屬通孔的堆疊結構以及每層金屬通孔的關系，與本實施例的兩層隔離層和兩層金屬通孔的堆疊結構以及每層金屬通孔的關系相同。

接下來，請查閱圖2，本實施例的上述具有兩層隔離層和兩層金屬通孔的圖像傳感器的制備方法包括以下步驟：

步驟01：請參閱圖3，提供一襯底1；并且，在襯底1表面形成底部隔離層2；

具體的，底部隔離層2的材料可以為二氧化硅，底部隔離層2的二氧化硅的生長可以但不限于采用高溫氧化工藝，反應溫度可以但不限于為900～1050℃，底部隔離層2的二氧化硅的厚度可以但不限于為0.5～1微米。

步驟02：請參閱圖4，在底部隔離層2表面形成第一層隔離層3；

具體的，在底部隔離層2表面形成第一層隔離層3；第一隔離層3的材料可以但不限于為二氧化硅，可以但不限于采用化學氣相沉積工藝，第一隔離層3的厚度可以但不限于為0.3～0.5微米。

步驟03：請參閱圖5，在第一層隔離層3中刻蝕出第一層通孔，并且在第一層通孔中填充金屬，從而得到第一層金屬通孔；

具體的，第一層金屬通孔中的填充金屬15可以為銅，可以采用光刻和各向異性干法刻蝕工藝，在第一層隔離層3中刻蝕出第一層通孔，然后，去除光刻膠，接著，采用物理氣相沉積工藝在第一層通孔中生長銅籽晶層4，再采用ECP方法在第一層通孔內的銅籽晶層4表面生長銅金屬5，直至銅金屬5填充滿第一層通孔，并且采用化學機械研磨工藝平坦化第一層通孔內的銅金屬5頂部，直至銅金屬5頂部與第一層隔離層3表面齊平。

這里，在形成該第一層金屬通孔之后，還包括：請參閱圖6，在該第一層隔離層3表面和該第一層金屬通孔頂部形成一層氮化硅隔離層6；氮化硅隔離層6的生長可以但不限于采用化學氣相沉積法來生長；氮化硅隔離層6的厚度可以為0.03～0.06微米，較佳的氮化硅隔離層6的厚度可以為0.05微米。

步驟04：在完成步驟03的襯底上再形成一層隔離層；

步驟05：重復步驟03～04，直至形成N層隔離層，且在每層金屬隔離層中形成有相應層的金屬通孔，相鄰的上層金屬通孔和下層金屬通孔一一對應且相連接；其中，N為整數(shù)且N≥2；

具體的，這里的N為2；首先，請參閱圖7，在氮化硅隔離層6表面沉積第二層隔離層7，第二隔離層7也可以的材料也可以為二氧化硅，第二隔離層7的生長均可以但不限于采用化學氣相沉積法來生長；第二隔離層7的厚度可以為0.3～0.5微米。

然后，請參閱圖8，在第二層隔離層7中刻蝕出第二層通孔，并且在第二層通孔中填充金屬8，從而得到第二層金屬通孔；具體的，第二層填充金屬8可以為銅，可以采用光刻和各向異性干法刻蝕工藝，在第二層隔離層7中刻蝕出第二層通孔，然后，去除光刻膠，接著，采用物理氣相沉積工藝在第二層通孔中生長銅籽晶層，再采用ECP方法在第二層通孔內的銅籽晶層表面生長銅金屬8，直至銅金屬8填充滿第二層通孔，并且采用化學機械研磨工藝平坦化第二層通孔內的銅金屬頂部，直至銅金屬頂部與第二層隔離層7表面齊平。需要說明的是，對于本發(fā)明的其它實施例中的三層或以上隔離層以及三層或以上金屬通孔，可以參照本實施例的步驟03和04的過程來制備，這里不再贅述。

步驟06：在第N層隔離層表面和第N層金屬通孔頂部形成頂部隔離層；具體的，包括：

首先，在形成頂部隔離層之前，首先，請參閱圖9，為了避免后續(xù)刻蝕工藝對所制備的焊盤結構以及頂部隔離結構的損傷，在第二層隔離層7表面和第二層金屬通孔頂部形成一層氮化硅保護層9；較佳的，氮化硅保護層9的厚度可以為0.5～1微米。

然后，請參閱圖10～11，在第二層隔離層7表面和第二層金屬通孔上形成頂部隔離層10'，并且圖案化頂部隔離層10'，在頂部隔離層10'中且在襯底1邊緣區(qū)域的第二層金屬通孔上制備出焊盤結構；

這里，焊盤結構的制備過程具體包括：

步驟A，請參閱圖10，在第二層隔離層7表面和第二層金屬通孔頂部形成頂部隔離層10'，并且，可以但不限于采用光刻和等離子體各向異性干法刻蝕工藝來刻蝕在襯底1邊緣區(qū)域的第二層金屬通孔上方的頂部隔離層10'，以在襯底1邊緣區(qū)域的第二層金屬通孔上方的頂部隔離層10'中形成溝槽；其中，溝槽底部暴露出襯底邊緣區(qū)域的第二層金屬通孔頂部；

步驟B，請參閱圖11，在頂部隔離層10'表面和溝槽中沉積金屬鋁11，并且，刻蝕金屬鋁11，只保留溝槽中和溝槽上方的金屬鋁11；其中，金屬鋁11的頂部高出頂部隔離層10'表面；

在制備焊盤結構之后，還包括：請參閱圖12，在頂部隔離層10'表面以及暴露的金屬鋁11表面和側壁形成氮化硅保護層12。

步驟07：刻蝕頂部隔離層，以暴露出位于第N隔離層表面和第N層金屬通孔頂部；

具體的，請參閱圖13，可以但不限于采用光刻和等離子體各向異性刻蝕工藝來刻蝕非焊盤結構區(qū)域的頂部隔離層10'，同時保留位于第二層隔離層7上的相鄰像素的交界處的頂部隔離層10'，從而在焊盤結構區(qū)域中形成焊盤隔離開口10，在相鄰像素的交界處的第二層隔離層7上形成頂部隔離結構13。這里，頂部隔離結構13以及焊盤結構的焊盤隔離開口10均可以用于相鄰的像素之間的隔離，防止像素之間的串擾。

步驟08：在暴露出的第N層金屬通孔頂部形成金屬電極；

具體的，請參閱圖14，可以但不限于采用物理氣相沉積工藝在暴露的第二層金屬通孔頂部、第二層隔離層7、焊盤結構表面通過濺射形成金屬電極14，并且，請參閱圖15，可以但不限于通過光刻和各向異性干法刻蝕工藝刻蝕去除第二隔離層7和焊盤結構表面的金屬電極14，從而形成僅位于第二層金屬通孔頂部的金屬電極14；金屬電極14的材料可以為氮化鈦。

在形成金屬電極14之后，還包括：請參閱圖16，可以但不限于采用光刻和各向異性干法刻蝕工藝在金屬鋁11的頂部的氮化硅保護層12中刻蝕出開口，以暴露出部分金屬鋁11的頂部，以便于后續(xù)典型測試和封裝。最后，還要去除光刻工藝中所采用的光刻膠殘留。

步驟09：在金屬電極和暴露的第N層隔離層表面形成量子點薄膜。

具體的，請參閱圖17，可以但不限于采用旋涂法在金屬電極14和暴露的第二層隔離層7表面形成量子點薄膜15。

需要說明的是，本發(fā)明其它實施例中的三層或以上隔離層和三層或以上金屬通孔的圖像傳感器的制備，可以采用本實施例的上述步驟01～09所描述的方法，區(qū)別在于，對于三層或以上隔離層和三層或以上金屬通孔可以通過重復步驟03～04來完成，這里不再贅述。

雖然本發(fā)明已以較佳實施例揭示如上，然實施例僅為了便于說明而舉例而已，并非用以限定本發(fā)明，本領域的技術人員在不脫離本發(fā)明精神和范圍的前提下可作若干的更動與潤飾，本發(fā)明所主張的保護范圍應以權利要求書為準。