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      一種圖形傳感器及其制造方法

      文檔序號:9669228閱讀:323來源:國知局
      一種圖形傳感器及其制造方法
      【技術(shù)領(lǐng)域】
      [0001]本發(fā)明屬于半導(dǎo)體集成電路制造工藝技術(shù)領(lǐng)域,涉及一種圖形傳感器及其制造方法。
      【背景技術(shù)】
      [0002]圖像傳感器是組成數(shù)字攝像頭的重要組成部分。根據(jù)元件的不同,可分為 CCD(Charge Coupled Device,電荷親合元件)和 CMOS(ComplementaryMetal-OxideSemiconductor,金屬氧化物半導(dǎo)體元件)兩大類。
      [0003]CMOS圖像傳感器重要的性能指標之一的像素靈敏度主要由填充因子(感光面積與整個像素面積之比)與量子效率(由轟擊屏幕的光子所生成的電子的數(shù)量)的乘積來決定。在CMOS圖像傳感器中,為了實現(xiàn)堪與CCD轉(zhuǎn)換器相媲美的噪聲指標和靈敏度水平,CMOS圖像傳感器中應(yīng)用了有源像素。同時,CMOS圖像傳感器采用CMOS集成電路工藝制程,可將像素陣列光敏結(jié)構(gòu)和其他CMOS模擬、數(shù)字電路集成到同一塊芯片上,高度集成不但減少整機芯片數(shù)量,降低整機功耗和封裝成本,而且芯片內(nèi)部直接信號連接還有利于信號傳輸?shù)馁|(zhì)量和速度,從而提高圖像轉(zhuǎn)換的質(zhì)量。由于CMOS圖像傳感器擁有的較高靈敏度、較短曝光時間和日漸縮小的像素尺寸,因此,CMOS圖像傳感器是目前市場上的主流技術(shù)。
      [0004]但是,近年來,隨著固態(tài)圖像傳感器像素尺寸越來越小,其光吸收面積也隨之減小,由于有源讀出電路的存在,硅光電二極管的填充系數(shù)持續(xù)降低,器件信噪比惡化。另外,由于金屬互聯(lián)線的影響,只有部分入射光能進入到光電二極管區(qū)域,進一步降低了圖像傳感器的性能。
      [0005]同時,CMOS圖像傳感器是一種模數(shù)混合的SoC芯片,由于芯片中不同功能單元有不同的技術(shù)要求,如光電二極管要求極低的噪聲,讀出模擬電路需要較大的掃描電壓,而數(shù)字電路則要求很快的運算速度,很難在同一技術(shù)平臺上滿足不同功能單元的所有要求。只能將不同單元電路的性能做一些取舍,在降低器件性能的同時也增加了芯片的成本。
      [0006]因此,本領(lǐng)域技術(shù)人員亟需提供一種圖形傳感器及其制造方法,提高填充系數(shù),縮小芯片尺寸,降低工藝要求,同時與現(xiàn)有CMOS工藝兼容,提高圖形傳感器的性能。

      【發(fā)明內(nèi)容】

      [0007]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種圖形傳感器及其制造方法,提高填充系數(shù),縮小芯片尺寸,降低工藝要求,同時與現(xiàn)有CMOS工藝兼容,提高圖形傳感器的性能。
      [0008]為了解決上述技術(shù)問題,本發(fā)明提供了一種圖形傳感器,所述圖形傳感器包括:
      [0009]半導(dǎo)體襯底,所述半導(dǎo)體襯底上具有懸浮電容和晶體管;
      [0010]層間介質(zhì)層,所述層間介質(zhì)層設(shè)于所述半導(dǎo)體襯底的上表面,且所述層間介質(zhì)層內(nèi)具有多層互連線和填充有金屬的通孔;
      [0011]接觸電極,在水平方向上呈陣列式分布在所述層間介質(zhì)層上,且相鄰的接觸電極之間具有預(yù)設(shè)寬度的間隔;
      [0012]鈣鈦礦光電薄膜,覆蓋在所述接觸電極上,以形成圖像傳感器的光敏區(qū);
      [0013]鈍化層,覆蓋在所述鈣鈦礦光電薄膜上,以隔絕空氣和水;
      [0014]三基色濾光膜,設(shè)置于所述鈍化層的上表面。
      [0015]優(yōu)選的,所述半導(dǎo)體襯底集成有讀出電路單元、模擬信號放大單元、模數(shù)轉(zhuǎn)換單元、數(shù)字處理單元以及控制單元。
      [0016]本發(fā)明還提供一種制造上述圖形傳感器的方法,其特征在于,包括以下步驟:
      [0017]步驟S01,提供一半導(dǎo)體襯底,并采用CMOS前道制作工藝在所述半導(dǎo)體襯底上形成懸浮電容和晶體管;
      [0018]步驟S02,在所述半導(dǎo)體襯底上沉積層間介質(zhì)層,并制作多層互連線和通孔;
      [0019]步驟S03,在所述通孔內(nèi)填充金屬,并去除通孔外多余金屬;
      [0020]步驟S04,沉積接觸電極,并對所述接觸電極圖形化,以使所述接觸電極呈水平陣列式分布;
      [0021]步驟S05,在所述接觸電極上沉積鈣鈦礦光電薄膜,并采用光刻和刻蝕工藝去除非感光區(qū)域的鈣鈦礦光電薄膜;
      [0022]步驟S06,在所述鈣鈦礦光電薄膜上沉積鈍化層,并在所述鈍化層上形成三基色濾光膜。
      [0023]優(yōu)選的,步驟S02中,所述層間介質(zhì)層的材料為二氧化硅、摻氟氧化硅、摻碳氧化娃、氧化鋁、氧化給、氧化錯或氧化鑭。
      [0024]優(yōu)選的,步驟S03中,所述金屬的材料為鎢、鋁、鈦、氮化鈦、鉭、氮化鉭或銅。
      [0025]優(yōu)選的,步驟S04中,所述接觸電極的材料為高功函數(shù)的金、鎢、銅、氧化銦錫、氟化氧化錫、氮化鈦,或低功函數(shù)的鋁、鎂、氮化鉭以及為了調(diào)節(jié)特定功函數(shù)而包含全部或部分上述元素的化合物。
      [0026]優(yōu)選的,步驟S05中,所述鈣鈦礦光電薄膜的結(jié)構(gòu)形式為AMX3;其中,A基團包括甲基銨、乙基銨、甲脒及其預(yù)設(shè)比例的混合基團,Μ基團包括鉛、錫、鍺及其預(yù)設(shè)比例的混合基團,X基團包括氯、溴、碘及其預(yù)設(shè)比例的混合基團。
      [0027]優(yōu)選的,步驟S06中,所述鈍化層的材料為二氧化硅、氧化鋁、氮化硅、磷硅玻璃或聚酰亞胺。
      [0028]本發(fā)明還提供一種圖形傳感器,所述圖形傳感器包括:
      [0029]半導(dǎo)體襯底,所述半導(dǎo)體襯底上具有懸浮電容和晶體管;
      [0030]層間介質(zhì)層,所述層間介質(zhì)層設(shè)于所述半導(dǎo)體襯底的上表面,且所述層間介質(zhì)層內(nèi)具有多層互連線和填充有金屬的第一通孔;
      [0031]接觸電極,在垂直方向上呈陣列式分布在所述層間介質(zhì)層上,且相鄰的接觸電極之間具有預(yù)設(shè)寬度的間隔;
      [0032]鈣鈦礦光電薄膜,覆蓋在所述接觸電極上,以形成圖像傳感器的光敏區(qū);
      [0033]介質(zhì)薄膜層,沉積于所述鈣鈦礦光電薄膜的兩側(cè),所述介質(zhì)薄膜層中具有第二通孔;
      [0034]頂電極,所述頂電極為透光材料且通過填充有金屬的第二通孔與所述半導(dǎo)體襯底上最上層的金屬連接;
      [0035]鈍化層,覆蓋在所述頂電極上,以隔絕空氣和水;
      [0036]三基色濾光膜,設(shè)置于所述鈍化層的上表面。
      [0037]本發(fā)明還提供一種制造上述圖形傳感器的方法,包括以下步驟:
      [0038]步驟S01,提供一半導(dǎo)體襯底,并采用CMOS前道制作工藝在所述半導(dǎo)體襯底上形成懸浮電容和晶體管;
      [0039]步驟S02,在所述半導(dǎo)體襯底上沉積層間介質(zhì)層,并制作多層互連線和第一通孔;
      [0040]步驟S03,在所述第一通孔內(nèi)填充金屬,并去除第一通孔外多余金屬;
      [0041]步驟S04,沉積接觸電極,并對所述接觸電極圖形化,以使所述接觸電極呈垂直陣列式分布;接著沉積介質(zhì)薄膜層,并形成第二通孔;
      [0042]步驟S05,在所述接觸電極上沉積鈣鈦礦光電薄膜,并去除所述介質(zhì)薄膜層上的鈣鈦礦光電薄膜;接著在所述第二通孔內(nèi)填充金屬,并去除第二通孔外多余金屬;
      [0043]步驟S06,沉積頂電極以及鈍化層,并在所述鈍化層上形成三基色濾光膜。
      [0044]優(yōu)選的,步驟S02中,所述層間介質(zhì)層的材料為二氧化硅、摻氟氧化硅、摻碳氧化娃、氧化鋁、氧化給、氧化錯或氧化鑭;步驟S03中,所述金屬的材料為媽、鋁、鈦、氮化鈦、鉭、氮化鉭或銅。
      [0045]優(yōu)選的,步驟S04中,所述接觸電極的材料為高功函數(shù)的金、鎢、銅、氧化銦錫、氟化氧化錫、氮化鈦,或低功函數(shù)的鋁、鎂、氮化鉭以及為了調(diào)節(jié)特定功函數(shù)而包含全部或部分上述元素的化合物。
      [0046]優(yōu)選的,步驟S05中,所述鈣鈦礦光電薄膜的結(jié)構(gòu)形式為AMX3;其中,A基團包括甲基銨、乙基銨、甲脒及其預(yù)設(shè)比例的混合基團,Μ基團包括鉛、錫、鍺及其預(yù)設(shè)比例的混合基團,X基團包括氯、溴、碘及其預(yù)設(shè)比例的混合基團。
      [0047]本發(fā)明提供了一種圖形傳感器及其制造方法,通過引入鈣鈦礦光電薄膜作為光敏層,并優(yōu)化接觸電極的材料和結(jié)構(gòu),從而形成新型的光感應(yīng)器件,用以替代常規(guī)CMOS圖像傳感器中的硅光電二極管;由于鈣鈦礦光電薄膜的成膜溫度低,可以在CMOS讀出和信號處理電路制作完成之后生長在芯片的表面,光線可直接照射到光感應(yīng)器件上而不受硅制程后道互聯(lián)金屬線的影響,因此基于鈣鈦礦光電薄膜的圖形傳感器可具有100%的填充系數(shù);同時,由于鈣鈦礦光感應(yīng)器件替換了傳統(tǒng)CMOS圖像傳感器中占用面積最大的光電二極管陣列,因此大大減小了整個芯片尺寸;此外,芯片在制作過程中不需要再兼顧硅光電二極管極低噪聲的工藝要求,可降低工藝要求并顯著降低成本。
      【附圖
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