[发明专利]硅基与量子点全集成的图像传感器及制备方法

摘要

本发明的硅基与量子点全集成的图像传感器及制备方法，通过将硅基像素单元和量子点像素单元集成在同一硅衬底上，硅基图像传感器可以实现对可见光的成像和检测；通过选择合适的量子点材料和尺寸，可以形成红外高灵敏度的量子点薄膜，实现对红外信号的成像和检测，同时在硅基上形成器件的基础上实现对量子点薄膜产生的光电信号进行控制和读出。量子点薄膜像素单元和与硅基像素单元可实现读出电路的复用，节约了芯片面积，降低了电路设计的难度，并且本发明的制备方法与CMOS图像传感器工艺相兼容，有利于将可见光与红外图像传感器的单芯片制造，实现了可见光与红外探测技术相结合的宽光谱检测与成像技术，简化了产品的复杂程度，降低产品成本。

主权项

1.一种硅基与量子点全集成的图像传感器，其特征在于，在同一硅衬底上包括硅基像素单元、以及与所述硅基像素单元水平排列的量子点像素单元；所述硅衬底表面从下向上依次具有栅氧层和层间介质，其中，所述硅基像素单元包括：位于所述硅衬底中且在所述栅氧层下方的光电二极管、位于所述栅氧层且在所述光电二极管上方一侧的第一传输管栅极，位于所述栅氧层下方的所述硅衬底中且在所述第一传输管栅极下方与所述光电二极管相对的一侧的第一悬浮漏极，位于所述层间介质层中且在所述光电二极管和所述第一悬浮栅极外围上方的用于防止光学串扰的不相互连接的金属互连线；所述量子点像素单元包括：位于所述硅衬底中且在所述栅氧层下方的N型源漏区、第二悬浮漏极、位于所述第二悬浮漏极靠近所述硅衬底边缘一侧的接地端，位于所述栅氧层上且在所述N型源漏区和所述第二悬浮漏极之间上方的第二传输管栅极，位于所述层间介质层中且在所述栅氧层上依次具有底部接触孔层、金属层和通孔层相间设置的多层相连接的金属互连，在所述金属互连具有第一顶层金属和第二顶层金属，所述第一顶层金属和所述第二顶层金属上分别具有顶层通孔和填充有对红外敏感的量子点薄膜的顶层凹槽，透明导电薄膜覆盖于所述顶层通孔、所述量子点薄膜及二者之间的介质层上；其中，所述顶层通孔与所述N型源漏区正上方的所述金属互连相连接，具有所述量子点薄膜的顶层凹槽与所述接地端上方的所述金属互连相连接，所述底部接触孔层具有与所述顶层通孔下方相对应的第一一接触孔和与填充有量子点薄膜的顶层凹槽下方相对应的第一二接触孔，所述第一一接触孔穿过所述栅氧层与所述第一一接触孔下方的所述N型源漏区相接触，所述第一二接触孔穿过所述栅氧层与所述第一二接触孔下方的所述接地端相接触；所述透明导电薄膜通过其下方的所述顶层通孔、所述多层相连接的金属互连和所述第一一接触孔与所述N型源漏区相连接，所述量子点薄膜下方的所述第二顶层金属通过所述第二顶层金属下方的所述多层相连接的金属互连和所述第一二接触孔层与所述接地端相连接，从而使所述量子点薄膜产生的电信号通过所述第二传输管栅极传输到所述第二悬浮漏极，实现电荷信号向电压信号的转换。