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(jī)光電二極管及圍繞所述無機(jī)光電二極管的有機(jī)光電二極管。本發(fā)明中，在無機(jī)光電二極管的上方周圍形成了有機(jī)光電二極管，通過有機(jī)光電二極管和無機(jī)二極管的混合，充分的利用像素陣列的面積，提高了量子轉(zhuǎn)換效率。
【專利說明】背照式CMOS影像傳感器及其制造方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及影像傳感器【技術(shù)領(lǐng)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(shù)】
[0002] 影像傳感器是在光電技術(shù)基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，所謂影像傳感器，就是能夠感受光 學(xué)圖像信息并將其轉(zhuǎn)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(dá)處發(fā)生的事情， 看到超出肉眼視覺范圍的各種物理、化學(xué)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(chǎn)、生活和科學(xué)研究中起到非常重要的作用?？?以說，現(xiàn)代人類活動已經(jīng)無法離開影像傳感器了。
[0003] 影像傳感器可依據(jù)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(bǔ)型金屬氧化物半導(dǎo)體 (CMOS)技術(shù)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(yīng)用 前景。
[0004] 如圖la所示，其為現(xiàn)有技術(shù)的背照式CMOS影像傳感器的剖面示意圖。包括：半導(dǎo) 體基底101，所述半導(dǎo)體基底101中形成有無機(jī)光電二極管（LED，未圖示），形成于所述半 導(dǎo)體基底101 -表面的金屬連線層102,形成于所述半導(dǎo)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(jīng)過微透鏡104、濾光片103到達(dá)無機(jī)光電二極管。
[0005] 如圖lb所示，其為現(xiàn)有技術(shù)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(jī)光電二極管201，而無機(jī)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(qiáng)烈，可吸收光的面積所占比例下降，這制約 著器件的量子轉(zhuǎn)換效率（Quantum Efficiency, QE)。


【發(fā)明內(nèi)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(zhuǎn)換效率。
[0007] 為解決上述技術(shù)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(jī)光電二極管及圍繞所述無機(jī)光電二極 管的有機(jī)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(jī)光電二極管和有機(jī)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(jī)光電二極管為紅色、綠色 或藍(lán)色中的一種，所述無機(jī)光電二極管為紅色、綠色或藍(lán)色中不同于有機(jī)光電二極管的另 外兩種顏色。
[0010] 相應(yīng)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(jié)構(gòu)，所述前端結(jié)構(gòu)形成有無機(jī)光電二極管；
[0012] 在所述前端結(jié)構(gòu)中形成信號線；
[0013] 在所述前端結(jié)構(gòu)上形成下電極、有機(jī)光電轉(zhuǎn)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(jī)光電轉(zhuǎn)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(jié)構(gòu)包括：
[0015] 半導(dǎo)體基底，所述半導(dǎo)體基底具有正面與背面，所述無機(jī)光電二極管形成于所述 半導(dǎo)體基底中；
[0016] 所述半導(dǎo)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(dǎo)體基底的背面 經(jīng)過減薄處理，達(dá)到2. 3μηι?3. Ομπι的預(yù)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(jié)構(gòu)中形成 信號線包括：
[0019] 刻蝕所述半導(dǎo)體基底形成通孔；
[0020] 在所述通孔中填充金屬導(dǎo)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(dǎo)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(dǎo)體基底 形成通孔之前，還包括：在所述半導(dǎo)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(jié)構(gòu)上形成 下電極、有機(jī)光電轉(zhuǎn)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(jī)光電轉(zhuǎn)換層；
[0027] 沉積第二電極層，所述第二電極層覆蓋所述有機(jī)光電轉(zhuǎn)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(jī)光電轉(zhuǎn)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(jī)光電轉(zhuǎn)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(jī)光電轉(zhuǎn)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(xiàn)有技術(shù)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(jī) 光電二極管的上方周圍形成了有機(jī)光電二極管，通過有機(jī)光電二極管和無機(jī)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(zhuǎn)換效率。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0037] 圖la為現(xiàn)有技術(shù)中背照式CMOS影像傳感器的剖面示意圖；
[0038] 圖lb為現(xiàn)有技術(shù)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(shí)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(shí)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(shí)施方式】
[0042] 下面將結(jié)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(jìn)行更詳細(xì) 的描述，其中表示了本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，應(yīng)該理解本領(lǐng)域技術(shù)人員可以修改在此描述的 本發(fā)明，而仍然實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的有利效果。因此，下列描述應(yīng)當(dāng)被理解為對于本領(lǐng)域技術(shù)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(shí)際實(shí)施例的全部特征。在下列描述中，不詳細(xì)描述公知的功能 和結(jié)構(gòu)，因?yàn)樗鼈儠贡景l(fā)明由于不必要的細(xì)節(jié)而混亂。應(yīng)當(dāng)認(rèn)為在任何實(shí)際實(shí)施例的開 發(fā)中，必須做出大量實(shí)施細(xì)節(jié)以實(shí)現(xiàn)開發(fā)者的特定目標(biāo)，例如按照有關(guān)系統(tǒng)或有關(guān)商業(yè)的 限制，由一個實(shí)施例改變?yōu)榱硪粋€實(shí)施例。另外，應(yīng)當(dāng)認(rèn)為這種開發(fā)工作可能是復(fù)雜和耗費(fèi) 時間的，但是對于本領(lǐng)域技術(shù)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(jù)下面說明和權(quán)利要 求書，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)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(zhǔn)的比例，僅用以方便、明晰地輔助說明本發(fā)明實(shí)施例的目的。
[0045] 發(fā)明人經(jīng)過長期的研究發(fā)現(xiàn)，目前，背照式CMOS影響傳感器的量子轉(zhuǎn)換效率已經(jīng) 成為瓶頸。在反復(fù)研究現(xiàn)有結(jié)構(gòu)后，發(fā)明人認(rèn)為在一個像素中的無機(jī)光電二極管周圍還是 存在著一些區(qū)域，但是無機(jī)光電二極管對此區(qū)域卻無能為力。而有機(jī)光電二極管則可以通 過在半導(dǎo)體基底的背面進(jìn)行加工制造，使之占據(jù)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(zhuǎn)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(shí)施例，以清楚說明 本發(fā)明的內(nèi)容，應(yīng)當(dāng)明確的是，本發(fā)明的內(nèi)容并不限制于以下實(shí)施例，其他通過本領(lǐng)域普通 技術(shù)人員的常規(guī)技術(shù)手段的改進(jìn)亦在本發(fā)明的思想范圍之內(nèi)。
[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(shí)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(shí)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(jī)光電二極管1，圍繞在所述無機(jī)光電二極管1周圍的是有機(jī)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(gòu)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(jī)光電二極管1及圍繞所述無機(jī)光電二極管1的有機(jī)光電二極管3。
[0049] 較佳的，所述無機(jī)光電二極管1和有機(jī)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(jī)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(jī)光電二極管3為紅色、綠色或藍(lán)色中的一種，所述無機(jī)光電二 極管1則為紅色、綠色或藍(lán)色中不同于有機(jī)光電二極管的另外兩種顏色，具體的，這一設(shè)計 可以實(shí)現(xiàn)在每個像素中，這樣確保在每個像素中都存在紅綠藍(lán)三色，從而獲得較佳的光線。
[0050] 所述有機(jī)光電二極管3的信號可以引入至半導(dǎo)體基底正面的邏輯電路中并讀出。
[0051 ] 下面結(jié)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(jié)構(gòu)進(jìn)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(jié)構(gòu)，所述前端結(jié)構(gòu)形成有無機(jī)光電二極管。具體的，請結(jié)合 圖4,所述前端結(jié)構(gòu)包括：半導(dǎo)體基底11，所述半導(dǎo)體基底具有正面與背面。所述半導(dǎo)體基 底11可以是未摻雜的單晶硅、摻雜有雜質(zhì)的單晶硅、絕緣體上硅（S0I)等。作為示例，在本 實(shí)施例中，半導(dǎo)體基底11選用單晶硅材料構(gòu)成，所述半導(dǎo)體基底11中形成有無機(jī)光電二極 管（未圖示），以及相應(yīng)的隔離結(jié)構(gòu)。所述半導(dǎo)體基底的正面形成有金屬連線層10,目前現(xiàn) 有工藝中形成金屬連線層10已經(jīng)成熟，可選擇適當(dāng)?shù)墓に囃瓿伞?br> [0054] 所述半導(dǎo)體基底的背面經(jīng)過減薄處理，例如可以是化學(xué)機(jī)械研磨，從而達(dá)到預(yù)定 厚度。這一厚度可以根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)需要，針對不同的產(chǎn)品來加以改變，較佳的，所述預(yù)定厚 度可以是2. 3 μ m?3. 0 μ m。
[0055] 然后進(jìn)行步驟S102 :在所述前端結(jié)構(gòu)中形成信號線。如圖5所示，在所述半導(dǎo)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(jié)合圖6,刻蝕所述氧化層12、半導(dǎo)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(dǎo)體以形成所述信號線14,如圖7所示。較佳的，所 述金屬導(dǎo)體為鋁或鎢。
[0058] 上述形成通孔13及填充金屬導(dǎo)體的工藝過程在目前已經(jīng)有著較為成熟的工藝， 在此不作贅述。
[0059] 接下來進(jìn)行步驟S103 :在所述前端結(jié)構(gòu)上形成下電極、有機(jī)光電轉(zhuǎn)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(jī)光電轉(zhuǎn)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(cè)為第一部分，右側(cè)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(jī)光電轉(zhuǎn)換層18,請參看圖11，所述有機(jī)光電轉(zhuǎn)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(jī)光電轉(zhuǎn)換層18用于發(fā) 出紅色、藍(lán)色或者綠色中的一種。優(yōu)選的，所述有機(jī)光電轉(zhuǎn)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(yīng)的，無機(jī)光電二極管則發(fā)光為紅色和藍(lán)色；所述有機(jī)光 電轉(zhuǎn)換層18的材料為基于酞菁的顏料，用于發(fā)出紅光，相應(yīng)的，無機(jī)光電二極管則發(fā)光為 綠色和藍(lán)色；以及所述有機(jī)光電轉(zhuǎn)換層18的材料為基于香豆素的顏料，用于發(fā)出藍(lán)光，相 應(yīng)的，無機(jī)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(jī)光電轉(zhuǎn) 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(jié)構(gòu)。
[0066] 與現(xiàn)有技術(shù)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(jī) 光電二極管的上方周圍形成了有機(jī)光電二極管，通過有機(jī)光電二極管和無機(jī)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(zhuǎn)換效率。
[〇〇67] 顯然，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以對本發(fā)明進(jìn)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(quán)利要求及其等同技術(shù)的范圍 之內(nèi)，則本發(fā)明也意圖包含這些改動和變型在內(nèi)。
【權(quán)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(jī)光電二極管及圍繞所述無機(jī)光電二極管的有機(jī)光電二極管。
2. 如權(quán)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(jī)光電二極管和 有機(jī)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(quán)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(jī)光電二極管為 紅色、綠色或藍(lán)色中的一種，所述無機(jī)光電二極管為紅色、綠色或藍(lán)色中不同于有機(jī)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(jié)構(gòu)，所述前端結(jié)構(gòu)形成有無機(jī)光電二極管； 在所述前端結(jié)構(gòu)中形成信號線； 在所述前端結(jié)構(gòu)上形成下電極、有機(jī)光電轉(zhuǎn)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(jī)光電轉(zhuǎn)換層位于所述下電極和上電極之間。
5. 如權(quán)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(jié) 構(gòu)包括： 半導(dǎo)體基底，所述半導(dǎo)體基底具有正面與背面，所述無機(jī)光電二極管形成于所述半導(dǎo) 體基底中； 所述半導(dǎo)體基底的正面形成有金屬連線層。
6. 如權(quán)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(dǎo)體 基底的背面經(jīng)過減薄處理，達(dá)到2. 3μηι?3. Ομπι的預(yù)定厚度。
7. 如權(quán)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(jié)構(gòu)中形成信號線包括： 刻蝕所述半導(dǎo)體基底形成通孔； 在所述通孔中填充金屬導(dǎo)體以形成所述信號線。
8. 如權(quán)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(dǎo) 體為錯或鶴。
9. 如權(quán)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(dǎo)體基底形成通孔之前，還包括：在所述半導(dǎo)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(quán)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(jié)構(gòu)上形成下電極、有機(jī)光電轉(zhuǎn)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(jī)光電轉(zhuǎn)換層； 沉積第二電極層，所述第二電極層覆蓋所述有機(jī)光電轉(zhuǎn)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(quán)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(jī)光電轉(zhuǎn)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(quán)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(jī) 光電轉(zhuǎn)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(quán)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(quán)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(jī) 光電轉(zhuǎn)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(quán)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(quán)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