采用量子点薄膜的图像传感器及制备方法与流程

本发明涉及图像传感器技术领域，具体涉及一种采用量子点薄膜的图像传感器及制备方法。

背景技术：

图像传感器是指将光信号转换为电信号的装置。目前广泛应用的主要有ccd图像传感器和cmos图像传感器。

量子点(quantumdot)是准零维的纳米晶体，由少量的原子构成，形态上一般为球形或类球形，是由半导体材料(通常由iib～ⅵb或iiib～vb元素组成)制成的、稳定直径在2～20nm的纳米粒子。它能在特定的波长下发光，采用量子点技术的屏幕在生产时更容易校准，拥有更准确的色彩表现，并且在色彩饱和度方面拥有明显的优势。因此，将量子点应用于传感器中所制备的量子薄膜传感器有着更轻薄的体积，更强的光线敏感度，更大的动态范围、和优化的成像稳定。

由于传统的传感器通过令像素变得更小来提高分辨率，这意味着每个像素对光线的敏感度更低，从而降低了图像质量，而相比之下，量子点薄膜是涂在凸镜下面的，更接近镜头的特性使其能更充分地捕捉光线，从而能够有效改善镜头性能。这种新技术打造的传感器能够收集传统传感器芯片两倍的光线，并以两倍的效率将其转变为电信号，同时其生产成本很低。使用量子点薄膜后，一方面可以降低摄像头的厚度和体积，另一方面可以大大提高图像传感器低光拍摄性能和图像的动态范围等。

技术实现要素：

为了克服以上问题，本发明旨在提供一种采用量子点薄膜进行光电转换的图像传感器及制备方法，从而提高图像传感器的性能。

为了达到上述目的，本发明提供了一种图像传感器，其特征在于，包括：

衬底，在衬底表面设置有底部隔离层；

位于底部隔离层上的n层隔离层，其中，每层隔离层中设置有金属互连线和位于金属互连线上的金属接触孔；每层隔离层中，金属互连线与其下方的隔离层相接触，每个金属接触孔的底部与相应层的金属互连线的顶部一一对应且相接触；金属接触孔的顶部与相应层的隔离层的顶部齐平；相邻上层隔离层的金属互连线底部与下层隔离层的金属接触孔顶部相接触；n为整数且n≥1；

位于第n层隔离层上的第n+1层隔离层，第n+1层隔离层中贯穿设置有第n+1层金属互连线；第n+1层金属互连线底部与第n层金属接触孔顶部一一对应且相接触；

在第n+1层金属互连线顶部设置有金属电极；

在金属电极表面和暴露的第n+1层隔离层表面覆盖有量子点薄膜。

优选地，所述第n+1层隔离层的相邻像素分界处还设置有像素间隔离结构。

优选地，所述金属互连线的高度为0.4～0.5微米，所述金属接触孔的高度为0.4～0.5微米，n层隔离层中，其中一层隔离层的厚度为0.5～1微米。

优选地，所述n+1层隔离层中，每个隔离层之间还设置有氮化硅层。

优选地，所述第n+1层隔离层的高度为0.5～0.6微米。

优选地，在量子点薄膜周围的第n+1层金属互连线上还设置有焊盘结构；所述焊盘结构和所述第n+1层隔离层是一体的。

为了达到上述目的，本发明提供了一种图像传感器的制备方法，其包括：

步骤01：提供一衬底；并且，在衬底表面形成底部隔离层；

步骤02：在底部隔离层上形成第一层金属铝，并且，图案化第一层金属铝，从而形成第一层金属互连线；

步骤03：在第一层金属互连线和暴露的底部隔离层上形成第一层隔离层；第一层隔离层的顶部高出所述第一层金属互连线的顶部；

步骤04：在对应于第一层金属互连线上的第一层隔离层中刻蚀出第一层接触孔；

步骤05：在第一层接触孔中填充金属钨，从而形成第一层金属接触孔；

步骤06：在第一层金属接触孔顶部和第一层隔离层表面形成第二层金属铝，并且再重复循环步骤02至步骤05k次，直至形成n层隔离层以及相应层的金属互连线和金属接触孔；其中，k为整数且k≥0；n为整数且n≥1；且k+1＝n；

步骤07：在第n层隔离层和第n层金属接触孔上形成第n+1层金属铝，并且，图案化第n+1层金属铝，从而形成第n+1层金属互连线；

步骤08：在第n+1层金属互连线和第n层隔离层表面覆盖一层第n+1层隔离层，并且，平坦化第n+1层隔离层顶部；

步骤09：在第n+1层金属互连线顶部形成金属电极；

步骤10：在金属电极表面和暴露的第n+1层隔离层表面覆盖一层量子点薄膜；平坦化后的第n+1层隔离层顶部仍高于第n+1层金属互连线顶部。

优选地，所述步骤07中，在形成第n+1层金属互连线之后，在第n+1层金属互连线和暴露的第n层隔离层表面覆盖一层氮化硅层。

优选地，所述步骤08之后且在步骤09之前，包括：在第n+1层隔离层中定义焊盘结构区域和非焊盘结构区域；并且，对应于焊盘结构区域的第n+1层金属互连线上的第n+1层隔离层中刻蚀出焊盘结构；在刻蚀所述焊盘结构的同时，保留对应于相邻像素分界处的第二层隔离层，从而形成像素间隔离结构；

步骤10具体包括：在非焊盘结构区域的金属电极表面和暴露的第n+1层隔离层表面覆盖一层量子点薄膜。

优选地，所述步骤03中，设置所述第一层隔离层的顶部高出所述第一层金属互连线的顶部的高度等于所述第一接触孔的高度；

所述步骤08中，设置平坦化后的第n+1层隔离层顶部高出第n+1层金属互连线顶部的高度等于所述焊盘结构的高度。

本发明的量子薄膜传感器具有有更强的光线敏感度，更大的动态范围和更优化的成像稳定性，此外，本发明通过采用量子点薄膜进行光线的吸收和转换，确保在小尺寸的像素的设计中，也可以获得高质量的输出图像。

附图说明

图1为本发明的一个较佳实施例的图像传感器的结构示意图

图2为本发明的一个较佳实施例的图像传感器的制备方法的流程示意图

图3～15为本发明的一个较佳实施例的图像传感器的制备方法的各个制备步骤示意图

具体实施方式

为使本发明的内容更加清楚易懂，以下结合说明书附图，对本发明的内容作进一步说明。当然本发明并不局限于该具体实施例，本领域内的技术人员所熟知的一般替换也涵盖在本发明的保护范围内。

本发明的图像传感器包括：衬底，在衬底表面设置有底部隔离层；位于底部隔离层上的n层隔离层，其中，每层隔离层中设置有金属互连线和位于金属互连线上的金属接触孔；每层隔离层中，金属互连线与其下方的隔离层相接触，每个金属接触孔的底部与相应层的金属互连线的顶部一一对应且相接触；金属接触孔的顶部与相应层的隔离层的顶部齐平；相邻上层隔离层的金属互连线底部与下层隔离层的金属接触孔顶部相接触；n为整数且n≥1；位于第n层隔离层上的第n+1层隔离层，第n+1层隔离层中贯穿设置有第n+1层金属互连线；第n+1层金属互连线底部与第n层金属接触孔顶部一一对应且相接触；在第n+1层金属互连线顶部设置有金属电极；在金属电极表面和暴露的第n+1层隔离层表面覆盖有量子点薄膜；以及，在n+1层隔离层边缘区域的第n+1层金属互连线上设置有焊盘开口。

以下结合附图1～15和具体实施例对本发明作进一步详细说明。需说明的是，附图均采用非常简化的形式、使用非精准的比例，且仅用以方便、清晰地达到辅助说明本实施例的目的。

请参阅图1，本实施例的采用量子点薄膜进行光电转换的图像传感器，以具有两层隔离层为例来说明，但这不用于限制本发明的n+1层隔离层的范围，其中n为整数且n≥1。本实施例中，采用的金属互连线为铝互连线，采用的金属接触孔为钨接触孔。

一衬底1，在衬底1表面设置有底部隔离层2；具体的，这里的衬底1可以但不限于为n型或p型双面抛光硅片。底部隔离层2的材料可以为氧化硅，底部隔离层2的氧化硅的生长可以但不限于采用热生长方式，也可以通过化学气相沉积方法生长，底部隔离层2的氧化硅的厚度可以但不限于为0.5～1微米。

位于底部隔离层2上的第一层隔离层4，其中，第一层隔离层4中设置有第一层铝互连线3和位于第一层铝互连线3上的第一层钨接触孔，第一钨接触孔由位于第一钨接触孔中的缓冲层5和钨金属6；第一层隔离层4中，铝互连线3的底部与底部隔离层2相接触，每个第一层钨接触孔的底部与相应的第一层铝互连线3的顶部一一对应且相接触；第一层钨接触孔的顶部与第一层隔离层4的顶部齐平；较佳的，第一层铝互连线3的高度为0.4～0.5微米，第一层钨接触孔的高度为0.4～0.5微米，第一层隔离层4的厚度为0.5～1微米；需要说明的是，本发明的其它具有n层隔离层中，其中一层隔离层的厚度为0.5～1微米。这里，缓冲层5由钛层和氮化钛层复合而成，这里的钛层的厚度为0.02～0.04微米，氮化钛层的厚度为0.02～0.04微米。

位于第一层隔离层4上的第二层隔离层8'，第二层隔离层8'中贯穿设置有第二层铝互连线7；第二层铝互连线7底部与第一层钨接触孔顶部一一对应且相接触；这里的第二层隔离层8'位于非焊盘区域的高度可以为0.5～0.6微米。

在第一层隔离层4表面和第二层铝互连线7表现还设置有氮化硅层(未示出)，用于隔离第一层钨接触孔和第二层铝互连线7。

在第二层铝互连线7顶部设置有金属电极9；

在非焊盘区域的金属电极9表面和暴露的第二层隔离层8'表面覆盖有量子点薄膜10；

在量子点薄膜10周围的第二层铝互连线上设置有焊盘结构8，焊盘结构8区域中设置有焊盘开口。这里，焊盘结构8和第二层隔离层8'是一体的。本实施例中，衬底1上的像素有多个，在第二层隔离层8'的相邻像素分界处还设置有隔离结构11。隔离结构11、焊盘结构8和第二层隔离层8'均可以是一体制备而成的。

需要说明的是，本实施例中以具有两层隔离层的图像传感器为例进行描述，然在本发明的其它实施例中，还具有三层或以上隔离层的图像传感器结构，对于三层或以上隔离层以及相应层的铝互连线和钨接触孔的描述可以参考该实施例的两层的隔离层及其相应的铝互连线和钨接触孔的描述，这里不再赘述。

接下来详细描述本实施例的上述图像传感器的制备方法，请参阅图2，包括：

步骤01：请参阅图3，提供一衬底1；并且，在衬底1表面形成底部隔离层2；

具体的，这里的衬底1可以但不限于为n型或p型双面抛光硅片。底部隔离层2的材料可以为氧化硅，底部隔离层2的氧化硅的生长可以但不限于采用热生长方式，也可以通过化学气相沉积方法生长，底部隔离层2的氧化硅的厚度可以但不限于为0.5～1微米。

步骤02：请参阅图4，在底部隔离层2上形成第一层金属铝，并且，图案化第一层金属铝，从而形成第一层铝互连线3；

具体的，可以但不限于采用物理气相沉积方法来沉积第一层金属铝。然后，可以但不限于采用光刻和各向异性干法刻蚀工艺来刻蚀第一层金属铝，并去除残留光刻胶后，形成第一层铝互连线3。

步骤03：请参阅图5，在第一层铝互连线3和暴露的底部隔离层2上形成第一层隔离层4；具体的，可以但不限于采用化学气相沉积法来沉积第一层隔离层4，第一层隔离层4的材料可以为二氧化硅，第一层隔离层4的厚度可以为0.5～1微米，并且，采用化学机械抛光工艺来平坦化第一层隔离层4顶部。这里，第一层隔离层4的顶部高出第一层铝互连线的顶部；设置第一层隔离层4的顶部高出第一层铝互连线3的顶部的高度等于后续形成的第一接触孔的高度。

步骤04：请参阅图6，在对应于第一层铝互连线3上的第一层隔离层4中刻蚀出第一层接触孔；

具体的，可以但不限于采用光刻和各向异性干法刻蚀工艺来刻蚀第一层隔离层4，从而在第一层隔离层4中且对应于每根第一层铝互连线3上刻蚀出第一层接触孔。

步骤05：请参阅图7～8，在第一层接触孔中填充金属钨6，从而形成第一层钨接触孔；

具体的，首先，请参阅图7，可以但不限于采用物理气相沉积工艺在第一层接触孔的底部和侧壁以及第一层隔离层4表面沉积缓冲层5，然后，请参阅图8，可以但不限于采用化学气相沉积方法在缓冲,5上沉积金属钨6，金属钨6填充满第一层接触孔；最后，可以但不限于采用化学机械抛光工艺研磨掉第一层隔离层4表面的缓冲层5和金属钨6，从而形成第一层钨接触孔。

步骤06：在第一层钨接触孔顶部和第一层隔离层表面形成第二层金属铝，并且再重复循环步骤02至步骤05k次，直至形成n层隔离层以及相应层的铝互连线和钨接触孔；其中，k为整数且k≥0；n为整数且n≥1；且k+1＝n；

具体的，由于本实施例的上述图像传感器中只具有两层隔离层，因此，这里的k为0，n为1，也就是无需再循环重复步骤02～05了。

步骤07：在第n层隔离层和第n层钨接触孔上形成第n+1层金属铝，并且，图案化第n+1层金属铝，从而形成第n+1层铝互连线；

具体的，请参阅图9，可以但不限于采用物理气相沉积法在第一层钨接触孔顶部和第一层隔离层4表面沉积第二层金属铝7'。这里，第二层金属铝7'的高度略高于第一层金属铝4的高度。然后，请参阅图10，可以但不限于采用光刻和各向异性干法刻蚀工艺来刻蚀第二层金属铝7'，并去除残留光刻胶后，形成第二层铝互连线7。

本实施例中，在形成第二层铝互连线7之后，可以但不限于采用化学气相沉积方法在第二层铝互连线7表面和第一层隔离层4暴露的表面还覆盖一层氮化硅层(未示出)。氮化硅层的厚度可以为0.05～0.1微米。

步骤08：在第n+1层铝互连线和第n层隔离层表面覆盖一层第n+1层隔离层，并且，平坦化第n+1层隔离层顶部；

具体的，请参阅图11，可以但不限于采用化学气相沉积方法在氮化硅层表面沉积第二层隔离层8'，第二层隔离层8'的材料可以为二氧化硅，第二层隔离层8'的厚度可以为0.8～1微米。

这里，平坦化后的第二层隔离层8'顶部高于第二层铝互连线7顶部，用于设置平坦化后的第二层隔离层8'顶部高出第二层铝互连线7顶部的高度等于焊盘结构的高度。

在步骤08之后，且在步骤09之前，还包括：在第n+1层隔离层中定义焊盘结构区域和非焊盘结构区域；并且，对应于焊盘结构区域的第n+1层金属互连线上的第n+1层隔离层中刻蚀出焊盘结构；

具体的，请参阅图12，在定义的焊接结构区域中，第二层铝互连线7上的第二层隔离层8'中可以但不限于采用光刻和各向异性干法刻蚀工艺来刻蚀出焊盘结构8的开口，在刻蚀焊盘结构8的开口的同时，保留对应于相邻像素分界处的第二层隔离层8'，从而形成像素间隔离结构11。

步骤09：在第n+1层铝互连线顶部形成金属电极；

具体的，这里在非焊盘结构区域的第二层铝互连线顶部形成金属电极；请参阅图13，在第二层铝互连线7顶部、第二层隔离层8'表面、焊盘结构8的表面和侧壁、以及隔离结构11暴露的表面和侧壁上形成金属电极9，金属电极9的材料可以是氮化钛。可以但不限于采用物理气相沉积方法来沉积金属电极9，金属电极9的厚度可以为0.05～0.2微米，较佳的为0.1微米。然后，请参阅图14，可以但不限于采用光刻和各向异性干法刻蚀工艺来刻蚀去除第二层铝互连线7顶部之外的金属电极9，保留第二层铝互连线7顶部的金属电极9，也即是保留非焊盘结构区域的电极，并且去除光刻胶残留。

步骤10：在金属电极表面和暴露的第n+1层隔离层表面覆盖一层量子点薄膜。

具体的，请参阅图15，在非焊盘结构区域的金属电极表面和暴露的第n+1层隔离层表面覆盖一层量子点薄膜；可以但不限于采用旋涂法金属电极9表面和暴露的第二层隔离层8'表面覆盖一层量子点薄膜10。

需要说明的是，本实施例中以制备两层隔离层的方法进行描述，然在本发明的其它实施例中，针对三层或以上隔离层的图像传感器中，可以采用重复循环步骤02至步骤05的方法来制备，这里不再赘述。

虽然本发明已以较佳实施例揭示如上，然实施例仅为了便于说明而举例而已，并非用以限定本发明，本领域的技术人员在不脱离本发明精神和范围的前提下可作若干的更动与润饰，本发明所主张的保护范围应以权利要求书为准。