[发明专利]有机图像传感器及其形成方法

说明书

技术领域

本发明涉及图像传感器领域，特别涉及一种有机图像传感器及其形成方法。

背景技术

图像传感器已被广泛应用于照相机、医疗器械、便携式电话、汽车及其他场合。现有比较常见的图像传感器为硅基CMOS（互补型金属氧化硅半导体）图像传感器（CIS）。硅基图像传感器的每个像素一般包含一个感光元件例如光电二极管以及一个或多个用于从感光元件中读出信号的晶体管。但是随着技术的不断革新、社会的不断进步以及传感器性能的不断提高，现有的硅基CMOS传感器以无法满足现有的应用需要，为此，业界提出了一种新型的传感器--有机图像传感器（organic photoconductive image sensor）。

有机图像传感器是通过有机光电转化层实现对光的感应，有机图像传感器相对于传统的硅基CMOS图像传感器，具有以下优点：

1.有机图像传感器的信号饱和值与传统传感器相比提升了四倍。加上新开发的降噪电路，这种新型传感器实现了业内最高的动态范围，达到88dB。

2.传统传感器的结构和设计限制了对入射光的吸收，而有机图像传感器可以吸收所有到达传感器的光线，这使得它的感光性比传统传感器有1.2倍的提升，即使在弱光下也能获得干净的画面。

3.硅基CMOS图像传感器中的硅光电二极管最小厚度也有3微米，这限制了其入射光角度只有30-40度。而有机图像传感器的光电转换层（有机感光层）的厚度可以很薄（仅为0.5微米），更小的厚度，使得硅基CMOS图像传感器可以将入射光角度扩大到60度，更加有效地利用入射光线，获得可靠的色彩还原，消除颜色污染问题。这一提升也使得镜头设计可以更加灵活，并有利于相机机身进一步缩小体积。

但是现有技术的有机图像传感器的性能仍有待进一步提高。

发明内容

本发明解决的问题是怎样提高有机图形传感器的性能。

为解决上述问题，本发明提供了一种有机图像传感器的形成方法，包括：提供半导体衬底，所述半导体衬底包括第一表面和与第一表面相对的第二表面，所述半导体衬底的第一表面上形成有像素电路，所述半导体衬底的第二表面上形成有矩阵排布的若干像素下电极，像素下电极通过位于半导体衬底中的通孔互连结构与像素电路相连；在所述半导体衬底的第二表面上形成若干分立的有机光电转化层，每个有机光电转化层覆盖相应的像素下电极，相邻有机光电转化层之间以及相邻像素下电极之间具有隔离层；在所述有机光电转化层上形成上电极。

可选的，所述像素下电极、有机光电转化层和隔离层的形成过程为：在半导体衬底的第二表面上形成下电极金属层；在下电极金属层上形成牺牲层；刻蚀所述牺牲层和下电极金属层，形成暴露半导体衬底的第二表面的若干开口，相邻开口之间剩余的下电极金属层为像素下电极；在所述开口中填充满隔离材料，形成隔离层；去除所述牺牲层，形成凹槽；在凹槽中填充有机光电转化材料，形成有机光电转化层。

可选的，所述牺牲层的材料与隔离层的材料不相同。

可选的，所述牺牲层的材料为无定形硅、多晶硅、无定形碳或硅锗。

可选的，所述隔离层的材料为不透明的材料。

可选的，所述不透明材料为Si_xO_y（x＞y）、氮化硅或氮氧化硅。

可选的，所述下电极的材料为TiN、TaN、W、Al、Cu、Ti、Ta或Co。

可选的，所述上电极的材料为透明的导电材料。

可选的，所述透明的导电材料为氧化铟锡或氧化铟锌。

可选的，在形成像素电极之前，还包括：在半导体衬底的第一表面上形成介质层，所述介质层覆盖所述像素电路，所述介质层中形成有与像素电路连接的互连结构。

可选的，在形成上电极之后，还包括：在介质层上形成金属凸块，金属凸块与互连结构相连；在金属凸块上形成焊料层。

可选的，还包括：在所述上电极上形成保护层；在保护层上形成滤光膜；在滤光膜上形成微透镜。

本发明还提供了一种有机图像传感器，包括：半导体衬底，所述半导体衬底包括第一表面和与第一表面相对的第二表面，所述半导体衬底的第一表面上形成有像素电路，所述半导体衬底的第二表面上形成有矩阵排布的若干像素下电极，像素下电极通过位于半导体衬底中的通孔互连结构与像素电路相连；位于所述半导体衬底的第二表面上的若干分立的有机光电转化层，每个有机光电转化层覆盖相应的像素下电极，相邻有机光电转化层之间以及相邻像素下电极之间具有隔离层；位于所述有机光电转化层上的上电极。

可选的，所述隔离层的材料为不透明的材料。