[发明专利]一种堆叠式彩色图像传感器及其单片集成方法

说明书

本发明涉及一种堆叠式彩色图像传感器及其单片集成方法，所述堆叠式彩色图像传感器包括：衬底和位于衬底上的像素阵列，像素阵列由多层像素结构堆叠而成，相邻像素结构之间设置有透光绝缘层；像素结构包括读出电路阵列、感光层和电极层，感光层位于读出电路阵列和电极层之间；透光绝缘层、读出电路阵列和电极层均采用二维层状材料制成。本发明能够缩小感光层之间的距离，从而降低堆叠式彩色图像传感器的像素尺寸、提高其分辨率，而且，还可以提升感光层间堆叠界面的质量、降低界面态，从而减少暗电流的产生。

技术领域

本发明涉及图像传感器领域，尤其涉及一种堆叠式彩色图像传感器及其单片集成方法。

背景技术

图像传感器是一种将光学图像转换成电子信号的设备，它被广泛地应用在数码相机和其他电子光学设备中，其中，半导体彩色图像传感器一直朝着高集成度和低成本的方向发展，具有巨大的市场需求。目前应用最广泛的半导体彩色图像传感器包括彩色滤片阵列(CFA-Color Filter Array)图像传感器、薄膜技术(TFA-Thin film on ASIC)图像传感器和Foveon X3技术下的无滤片彩色CMOS图像传感器(FCS-Filterless Color Sensor)。

彩色滤片阵列图像传感器和薄膜技术图像传感器是将拜尔滤色镜（Bayerfilters）加装在感光单元上。与传统的基于拜尔滤色镜的彩色图像传感器相比，堆叠式彩色图像传感器无需用于分色的棱镜或者滤色镜，且可以在相同像素数量下提供更高的分辨率。高质量的堆叠式彩色图像传感器具有多层传感器，要求每层传感器对RGB光不同波段有较高的吸收选择性，以保证良好的光谱特性。

多层传感器中感光层之间的距离影响图像传感器的像素尺寸和分辨率，缩小感光层之间的距离可以降低堆叠式彩色图像传感器的像素尺寸，从而提高其分辨率。而提升感光层间堆叠界面的质量、降低界面态，可以进一步减少堆叠式彩色图像传感器的暗电流。如何缩小感光层之间的距离和提升感光层间堆叠界面的质量，成为本领域的两大技术难题。

发明内容

为了解决上述部分或全部技术问题，本发明的目的在于：提供一种堆叠式彩色图像传感器及其单片集成方法，能够缩小感光层之间的距离，从而降低堆叠式彩色图像传感器的像素尺寸、提高其分辨率，而且，还可以提升感光层间堆叠界面的质量、降低界面态，从而减少暗电流的产生。

为达到上述全部或部分目的，本发明提供如下技术方案：

一种堆叠式彩色图像传感器，包括：

衬底和位于所述衬底上的像素阵列，所述像素阵列由多层像素结构堆叠而成，相邻所述像素结构之间设置有透光绝缘层；

所述像素结构包括读出电路阵列、感光层和电极层，所述感光层位于所述读出电路阵列和所述电极层之间；

所述透光绝缘层、读出电路阵列和电极层均采用二维层状材料制成。

本发明采用二维层状材料制成的透光绝缘层、读出电路阵列和电极层作为像素阵列中感光层与感光层之间的堆叠材料。二维层状材料本身具有原子级厚度，获得了超薄属性，因此，可以在很大程度上减小透光绝缘层、读出电路阵列和电极层的厚度，从而缩小像素阵列中感光层与感光层之间的距离，降低堆叠式彩色图像传感器的像素尺寸，提高其分辨率。而且，二维层状材料表面无悬挂键，不存在陷阱态，二维层状材料的堆叠界面不受陷阱态对光电子陷阱的影响。陷阱态容易造成暗电流以及电子不完全转移的问题，因此，使用二维层状材料作为像素阵列中感光层与感光层之间的堆叠材料，可以提升感光层间堆叠界面的质量、降低界面态，从而减少暗电流的产生。而现有技术中通常使用ITO、SU8光刻胶、Si₃N₄和SiO₂等材料作为感光层与感光层之间的堆叠材料，无法缩小感光层之间的距离，也无法改善暗电流的问题。