一种图形传感器及其制造方法技术

本发明专利技术属于半导体集成电路制造工艺技术领域，公开了一种图形传感器及其制造方法，其包括半导体衬底、层间介质层、接触电极、钙钛矿光电薄膜、钝化层以及三基色滤光膜。本发明专利技术通过钙钛矿光电薄膜的引入，使光电转换单元与其它功能单元分离，将传统CMOS图像传感器的二维平面结构优化成三维的叠层结构。本发明专利技术提出的基于钙钛矿光电薄膜的图形传感器可具有100％的填充系数，同时大大减小了芯片尺寸，此外，芯片在制作过程中不需要再兼顾硅光电二极管极低噪声的工艺要求，可降低工艺要求并显著降低成本。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于半导体集成电路制造工艺
，涉及。
技术介绍
图像传感器是组成数字摄像头的重要组成部分。根据元件的不同，可分为 CCD(Charge Coupled Device，电荷親合元件)和 CMOS(ComplementaryMetal-OxideSemiconductor，金属氧化物半导体元件)两大类。CMOS图像传感器重要的性能指标之一的像素灵敏度主要由填充因子(感光面积与整个像素面积之比)与量子效率(由轰击屏幕的光子所生成的电子的数量)的乘积来决定。在CMOS图像传感器中，为了实现堪与CCD转换器相媲美的噪声指标和灵敏度水平，CMOS图像传感器中应用了有源像素。同时，CMOS图像传感器采用CMOS集成电路工艺制程，可将像素阵列光敏结构和其他CMOS模拟、数字电路集成到同一块芯片上，高度集成不但减少整机芯片数量，降低整机功耗和封装成本，而且芯片内部直接信号连接还有利于信号传输的质量和速度，从而提高图像转换的质量。由于CMOS图像传感器拥有的较高灵敏度、较短曝光时间和日渐缩小的像素尺寸，因此，CMOS图像传感器是目前市场上的主流技术。但是，近年来，随着固态图像传感器像素尺寸越来越小，其光吸收面积也随之减小，由于有源读出电路的存在，硅光电二极管的填充系数持续降低，器件信噪比恶化。另外，由于金属互联线的影响，只有部分入射光能进入到光电二极管区域，进一步降低了图像传感器的性能。同时，CMOS图像传感器是一种模数混合的SoC芯片，由于芯片中不同功能单元有不同的技术要求，如光电二极管要求极低的噪声，读出模拟电路需要较大的扫描电压，而数字电路则要求很快的运算速度，很难在同一技术平台上满足不同功能单元的所有要求。只能将不同单元电路的性能做一些取舍，在降低器件性能的同时也增加了芯片的成本。因此，本领域技术人员亟需提供，提高填充系数，缩小芯片尺寸，降低工艺要求，同时与现有CMOS工艺兼容，提高图形传感器的性能。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是提供，提高填充系数，缩小芯片尺寸，降低工艺要求，同时与现有CMOS工艺兼容，提高图形传感器的性能。为了解决上述技术问题，本专利技术提供了一种图形传感器，所述图形传感器包括:半导体衬底，所述半导体衬底上具有悬浮电容和晶体管；层间介质层，所述层间介质层设于所述半导体衬底的上表面，且所述层间介质层内具有多层互连线和填充有金属的通孔；接触电极，在水平方向上呈阵列式分布在所述层间介质层上，且相邻的接触电极之间具有预设宽度的间隔；钙钛矿光电薄膜，覆盖在所述接触电极上，以形成图像传感器的光敏区；钝化层，覆盖在所述钙钛矿光电薄膜上，以隔绝空气和水；三基色滤光膜，设置于所述钝化层的上表面。优选的，所述半导体衬底集成有读出电路单元、模拟信号放大单元、模数转换单元、数字处理单元以及控制单元。本专利技术还提供一种制造上述图形传感器的方法，其特征在于，包括以下步骤:步骤S01，提供一半导体衬底，并采用CMOS前道制作工艺在所述半导体衬底上形成悬浮电容和晶体管；步骤S02，在所述半导体衬底上沉积层间介质层，并制作多层互连线和通孔；步骤S03，在所述通孔内填充金属，并去除通孔外多余金属；步骤S04，沉积接触电极，并对所述接触电极图形化，以使所述接触电极呈水平阵列式分布；步骤S05，在所述接触电极上沉积钙钛矿光电薄膜，并采用光刻和刻蚀工艺去除非感光区域的钙钛矿光电薄膜；步骤S06，在所述钙钛矿光电薄膜上沉积钝化层，并在所述钝化层上形成三基色滤光膜。优选的，步骤S02中，所述层间介质层的材料为二氧化硅、掺氟氧化硅、掺碳氧化娃、氧化铝、氧化給、氧化错或氧化镧。优选的，步骤S03中，所述金属的材料为钨、铝、钛、氮化钛、钽、氮化钽或铜。优选的，步骤S04中，所述接触电极的材料为高功函数的金、钨、铜、氧化铟锡、氟化氧化锡、氮化钛，或低功函数的铝、镁、氮化钽以及为了调节特定功函数而包含全部或部分上述元素的化合物。优选的，步骤S05中，所述钙钛矿光电薄膜的结构形式为AMX3;其中，A基团包括甲基铵、乙基铵、甲脒及其预设比例的混合基团，Μ基团包括铅、锡、锗及其预设比例的混合基团，X基团包括氯、溴、碘及其预设比例的混合基团。优选的，步骤S06中，所述钝化层的材料为二氧化硅、氧化铝、氮化硅、磷硅玻璃或聚酰亚胺。本专利技术还提供一种图形传感器，所述图形传感器包括:半导体衬底，所述半导体衬底上具有悬浮电容和晶体管；层间介质层，所述层间介质层设于所述半导体衬底的上表面，且所述层间介质层内具有多层互连线和填充有金属的第一通孔；接触电极，在垂直方向上呈阵列式分布在所述层间介质层上，且相邻的接触电极之间具有预设宽度的间隔；钙钛矿光电薄膜，覆盖在所述接触电极上，以形成图像传感器的光敏区；介质薄膜层，沉积于所述钙钛矿光电薄膜的两侧，所述介质薄膜层中具有第二通孔；顶电极，所述顶电极为透光材料且通过填充有金属的第二通孔与所述半导体衬底上最上层的金属连接；钝化层，覆盖在所述顶电极上，以隔绝空气和水；三基色滤光膜，设置于所述钝化层的上表面。本专利技术还提供一种制造上述图形传感器的方法，包括以下步骤:步骤S01，提供一半导体衬底，并采用CMOS前道制作工艺在所述半导体衬底上形成悬浮电容和晶体管；步骤S02，在所述半导体衬底上沉积层间介质层，并制作多层互连线和第一通孔；步骤S03，在所述第一通孔内填充金属，并去除第一通孔外多余金属；步骤S04，沉积接触电极，并对所述接触电极图形化，以使所述接触电极呈垂直阵列式分布；接着沉积介质薄膜层，并形成第二通孔；步骤S05，在所述接触电极上沉积钙钛矿光电薄膜，并去除所述介质薄膜层上的钙钛矿光电薄膜；接着在所述第二通孔内填充金属，并去除第二通孔外多余金属；步骤S06，沉积顶电极以及钝化层，并在所述钝化层上形成三基色滤光膜。优选的，步骤S02中，所述层间介质层的材料为二氧化硅、掺氟氧化硅、掺碳氧化娃、氧化铝、氧化給、氧化错或氧化镧；步骤S03中，所述金属的材料为妈、铝、钛、氮化钛、钽、氮化钽或铜。优选的，步骤S04中，所述接触电极的材料为高功函数的金、钨、铜、氧化铟锡、氟化氧化锡、氮化钛，或低功函数的铝、镁、氮化钽以及为了调节特定功函数而包含全部或部分上述元素的化合物。优选的，步骤S05中，所述钙钛矿光电薄膜的结构形式为AMX3;其中，A基团包括甲基铵、乙基铵、甲脒及其预设比例的混合基团，Μ基团包括铅、锡、锗及其预设比例的混合基团，X基团包括氯、溴、碘及其预设比例的混合基团。本专利技术提供了，通过引入钙钛矿光电薄膜作为光敏层，并优化接触电极的材料和结构，从而形成新型的光感应器件，用以替代常规CMOS图像传感器中的硅光电二极管；由于钙钛矿光电薄膜的成膜温度低，可以在CMOS读出和信号处理电路制作完成之后生长在芯片的表面，光线可直接照射到光感应器件上而不受硅制程后道互联金属线的影响，因此基于钙钛矿光电薄膜的图形传感器可具有100%的填充系数；同时，由于钙钛矿光感应器件替换了传统CMOS图像传感器中占用面积最大的光电二极管阵列，因此大大减小了整个芯片尺寸；此外，芯片在制作过程中不需要再兼顾硅光电二极管极低噪声的工艺要求，可降低工艺要求并显著降低成本。【附图当前第1页1 2 3 本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种图形传感器，其特征在于，所述图形传感器包括：半导体衬底，所述半导体衬底上具有悬浮电容和晶体管；层间介质层，所述层间介质层设于所述半导体衬底的上表面，且所述层间介质层内具有多层互连线和填充有金属的通孔；接触电极，在水平方向上呈阵列式分布在所述层间介质层上，且相邻的接触电极之间具有预设宽度的间隔；钙钛矿光电薄膜，覆盖在所述接触电极上，以形成图像传感器的光敏区；钝化层，覆盖在所述钙钛矿光电薄膜上，以隔绝空气和水；三基色滤光膜，设置于所述钝化层的上表面。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：耿阳，胡少坚，陈寿面，
申请(专利权)人：上海集成电路研发中心有限公司，
类型：发明
国别省市：上海;31