图像传感单元及其形成方法技术

一种图像传感单元及其形成方法，所述图像传感单元的形成方法包括：提供基底，所述基底内形成有金属插塞，所述金属插塞的表面与基底表面齐平；形成覆盖所述基底表面和金属插塞表面的介质层；在所述介质层表面形成具有开口的掩膜层，所述开口位于金属插塞表面正上方；沿所述开口，刻蚀所述介质层，形成凹槽，所述凹槽底部暴露出金属插塞的顶部表面；去除所述掩膜层；在所述凹槽内壁表面形成像素电极层；在所述像素电极层表面形成填充满所述凹槽并覆盖所述介质层的有机光电转换层。上述方法可以提高图像传感单元的性能。

【技术实现步骤摘要】
图像传感单元及其形成方法
本专利技术涉及半导体
，特别涉及一种图像传感单元及其形成方法。
技术介绍
图像传感器，或称感光元件，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。早期的图像传感器采用模拟信号，如摄像管（videocameratube）。如今，传统的图像传感器主要分为感光耦合元件（charge-coupleddevice,CCD）和互补式金属氧化物半导体有源像素传感器（CMOSActivepixelsensor）两种。上述图像传感器主要通过硅光电二极管接受光信号并将光信号转换成电信号。传统图像传感器的体积较大，并且灵敏度和受光范围都有待进一步的提高。有机图像传感器是一种新型的图像传感器，现有的有机图像传感器采用有机光电转换层取代传统的硅光电二极管作为光电转换单元。有机光电转换层接收光信号后产生电子，通过位于有机光电转换层下方的像素电极与图像传感器下层的电路进行电学连接，将电信号转换成图像输出。有机图像传感器不但具有更小的体积，而且提高了光线的入射角，有利于提高图像传感器的感光性能。并且与传统的图像传感器相比，有机图像传感器的工艺流程更加简单，可以降低生产成本。现有的有机图像传感器的性能还有待进一步的提高。
技术实现思路
本专利技术解决的问题是提供一种图像传感单元及其形成方法，提高图像传感单元的性能。为解决上述问题，本专利技术提供一种图像传感单元的形成方法，包括：提供基底，所述基底内形成有金属插塞，所述金属插塞的表面与基底表面齐平；形成覆盖所述基底表面和金属插塞表面的介质层；在所述介质层表面形成具有开口的掩膜层，所述开口位于金属插塞表面正上方；沿所述开口，刻蚀所述介质层，形成凹槽，所述凹槽底部暴露出金属插塞的顶部表面；去除所述掩膜层；在所述凹槽内壁表面形成像素电极层；在所述像素电极层表面形成填充满所述凹槽并覆盖所述介质层的有机光电转换层。可选的，所述开口的宽度等于或大于所述金属插塞顶部表面的宽度。可选的，所述掩膜层的材料为光刻胶。可选的，采用各向同性刻蚀工艺刻蚀所述介质层。可选的，所述各向同性刻蚀工艺为湿法刻蚀工艺。可选的，所述各向同性刻蚀工艺为干法刻蚀工艺。可选的，所述凹槽的顶部宽度大于凹槽的底部宽度。可选的，所述凹槽的截面形状为侧壁倾斜的倒梯形。可选的，所述凹槽的侧壁呈圆弧状。可选的，形成所述像素电极层的方法包括：在所述介质层表面和凹槽内壁表面形成像素电极材料层；以所述介质层为停止层，对所述像素电极材料层进行平坦化，去除位于所述介质层表面的部分像素电极材料层，形成位于所述凹槽内壁表面的像素电极层。可选的，所述像素电极层的厚度为10nm～300nm。可选的，所述像素电极层的材料为TiN、Ti、TaN或Ta。可选的，所述介质层的材料至少包括SiO2、SiN、SiON、SiOC、SiONC中的一种。为解决上述问题，本专利技术的技术方案还提供一种图像传感单元，包括：基底，所述基底内具有金属插塞，所述金属插塞的表面与基底表面齐平；覆盖所述基底表面和金属插塞表面的介质层；位于所述介质层内的凹槽，所述凹槽底部暴露出金属插塞的顶部表面；位于所述凹槽内壁表面的像素电极层；位于在所述像素电极层表面，填充满所述凹槽并覆盖所述介质层的有机光电转换层。可选的，所述凹槽的顶部宽度等于或大于金属插塞顶部表面的宽度。可选的，所述凹槽的顶部宽度大于凹槽的底部宽度。可选的，所述凹槽的截面形状为侧壁倾斜的倒梯形。可选的，所述凹槽的侧壁呈圆弧状。可选的，所述像素电极层的厚度为10nm～300nm。可选的，所述像素电极层的材料为TiN、Ti、TaN或Ta。与现有技术相比，本专利技术的技术方案具有以下优点：本专利技术的技术方案，在介质层中形成暴露出基底内金属插塞表面的凹槽，在所述凹槽内壁表面形成像素电极层，然后再所述像素电极层表面形成填充满凹槽的有机光电转换层。所述像素电极层包括位于凹槽底部表面的部分和位于凹槽侧壁表面的部分。与现有的平面的像素电极层相比，在占用相同水平面积的情况下，可以提高像素电极层实际的表面积，提高所述像素电极层与后续在像素电极层表面形成的有机光电转换层之间的接触面积，从而提高有机光电转换层中的电子向像素电极中传输的效率，从而提高图像传感单元的性能。进一步的，所述凹槽的顶部宽度大于底部宽度，有利于接受入射光。由于部分像素电极层位于凹槽的侧壁表面，部分入射光透过有机光电转换层在像素电极层的一侧表面被反射后，会再次遇到另一侧的像素电极层的表面，再次被反射，继续在有机光电转换层内传播，直到从有机光线转换层中射出。与现有技术相比，可以提高入射光在有机光电转换层内的传播距离，提高入射光对光电转换层内载流子的激发效率，在同样光照强度的情况下产生更多的电子载流子，使得所述图像传感单元对光强的敏感度提高，从而提高本实施例中图像传感单元的性能。附图说明图1至图11是本专利技术的实施例的图像传感单元的形成过程的结构示意图。具体实施方式如
技术介绍
中所述，现有技术中形成的有机图像传感器的性能还有待进一步提高。研究发现，影响有机图像传感器的性能的一个主要因素是有机光电转换层与像素电极之间的接触面积，提高所述有机光电转换层与像素电极之间的接触面积可以提高像素电极对于有机光电转换层中的电荷的收集能力。在不增大像素电极体积的情况下，提高像素电极与有机光电转换层的接触面积，是提高有机图像传感器性能的有效方法。另一个重要因素是光线在光电转换层内的传播路径的长短，提高入射光在光电转换层内的传播路径，可以是入射光在光电转换层内激发出更多的电子，提高有机光电转换层会光线的敏感度。本专利技术的实施例，提供一种图像传感单元，所述图像传感单元的像素电极层形成在介质层中的凹槽内壁表面，可以提高像素电极层与有机光电转换层的接触面积并且可以对入射光进行多次的反射，从而提高图像传感单元的性能。为使本专利技术的上述目的、特征和优点能够更为明显易懂，下面结合附图对本专利技术的具体实施例做详细的说明。请参考图1，提供基底100，所述基底100内形成所有金属插塞101，所述金属插塞101表面与基底100表面齐平。所述基底100的材料为介质材料，可以是SiO2、SiN、SiON、SiOC、SiONC中的一种或几种。所述基底100作为层间介质层，形成于其他介质层或半导体衬底表面。所述基底内还可以形成有其他金属互连结构，所述基底下方还形成有晶体管等器件。所述金属插塞101的材料为W或Cu，所述金属插塞101用于连接后续在其表面形成的像素电极。所述金属插塞101下端可以与其他金属互连结构或器件连接。请参考图2，在所述基底100表面形成介质层200，所述介质层200覆盖基底100和金属插塞101的表面。所述介质层200可以采用化学气相沉积工艺形成，所述介质层200的材料至少包括SiO2、SiN、SiON、SiOC、SiONC中的一种。所述介质层200作为基底100与后续在介质层200表面形成的有机光电转换层之间的隔离结构。所述介质层200的厚度为20nm～2000nm。本实施例中，所述介质层200的材料为氧化硅，采用化学气相沉积工艺形成所述介质层200。请参考图3，在所述介质层200表面形成具有开口301的掩膜层300。所述开口201位于金属插塞正上方，并且所述开口201的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种图像传感单元的形成方法，其特征在于，包括：提供基底，所述基底内形成有金属插塞，所述金属插塞的表面与基底表面齐平；形成覆盖所述基底表面和金属插塞表面的介质层；在所述介质层表面形成具有开口的掩膜层，所述开口位于金属插塞表面正上方；沿所述开口，刻蚀所述介质层，形成凹槽，所述凹槽底部暴露出金属插塞的顶部表面；去除所述掩膜层；在所述凹槽内壁表面形成像素电极层；在所述像素电极层表面形成填充满所述凹槽并覆盖所述介质层的有机光电转换层。

【技术特征摘要】
1.一种图像传感单元的形成方法，其特征在于，包括：提供基底，所述基底内形成有金属插塞，所述金属插塞的表面与基底表面齐平；形成覆盖所述基底表面和金属插塞表面的介质层；在所述介质层表面形成具有开口的掩膜层，所述开口位于金属插塞表面正上方；沿所述开口，刻蚀所述介质层，形成凹槽，所述凹槽底部暴露出金属插塞的顶部表面；去除所述掩膜层；在所述凹槽内壁表面形成像素电极层；在所述像素电极层表面形成填充满所述凹槽并覆盖所述介质层的有机光电转换层。2.根据权利要求1所述的图像传感单元的形成方法，其特征在于，所述开口的宽度等于或大于所述金属插塞顶部表面的宽度。3.根据权利要求1所述的图像传感单元的形成方法，其特征在于，所述掩膜层的材料为光刻胶。4.根据权利要求1所述的图像传感单元的形成方法，其特征在于，采用各向同性刻蚀工艺刻蚀所述介质层。5.根据权利要求4所述的图像传感单元的形成方法，其特征在于，所述各向同性刻蚀工艺为湿法刻蚀工艺。6.根据权利要求4所述的图像传感单元的形成方法，其特征在于，所述各向同性刻蚀工艺为干法刻蚀工艺。...

【专利技术属性】
技术研发人员：三重野文健，
申请(专利权)人：中芯国际集成电路制造上海有限公司，
类型：发明
国别省市：上海;31