光传感器结构及其制造方法与流程

1.本发明指一种光传感器结构及制造方法，尤指一种设有感光元件的光传感器结构及其制造方法。


背景技术：

2.近接传感器(proximity sensor，ps)及环境光传感器(ambient light sensor)等光传感器广泛应用于移动电话等携带式行动装置或其它消费性电子装置内。近接传感器可用来侦测使用者的脸部或其他物体与电子装置之间的距离；环境光传感器可应用于电子产品中以感测环境光的强度。如图1所示，近接传感器和环境光传感器都需使用感光元件91，而且近接传感器一般还需要使用发光元件92(例如红外线发射器或雷射光发射器)。
3.请参照图2所示，其为图1中感光元件91一区域a的局部放大示意图。感光元件91一般设置于一半导体基板93上，用来接收光讯号，并且透过后级电路对所接收的光讯号的强度或成分进行判断，以完成上述近接传感器和环境光传感器的功能。随着当前的电子装置逐渐朝向高屏占比甚至全面屏发展的趋势，距离传感器被迫采用屏下式设计设置于显示屏幕的下方，因此对于光传感器的尺寸限制越趋严格。在此情况下，光传感器制造商不得不尝试缩减光传感器的整体厚度，例如磨薄供感光元件91设置的基板93，来制作后度更薄的光传感器。
4.然而，当光传感器厚度变薄时，部分射向感光元件91的光讯号会因为基板93的厚度较薄而直接穿出光传感器，如此会减少感光元件91的有效感光区域而导致光学感度降低。基于上述缺失，实有必要提供一种光传感器的结构与制程来达到整体微型化的目的，同时又保有光传感器的光学感度，以更符合实际应用的需求。


技术实现要素：

5.本发明的主要目的的一即在于提供一种光传感器结构及其制造方法，尤指一种在半导体基板上设置一反射层，以在射向感光元件感光区域的光讯号穿过感光元件和基板时，将其反射而回到该感光元件的光传感器结构及其制造方法。藉此本发明可在缩减光传感器的整体厚度的同时，仍可确保光传感器的光学感度。
6.本发明揭露一种光传感器结构，包括一基板，其两侧分别具有一第一表面及一第二表面；一感光元件，设置于该第一表面，该感光元件具有一感光区域；及一反射层，设置于该第二表面且覆盖该第二表面和该感光元件的感光区域对位的部分。
7.本发明另揭露一种光传感器结构制造方法，包含于一基板的一第一表面上设置一感光元件；对该基板与该第一表面相对的一第二表面进行晶圆背面研磨；及经由晶背金属化在该第二表面镀膜形成一反射层，并使该反射层覆盖该第二表面和该感光元件的一感光区域对位的部分。
8.本发明还揭露另一种光传感器结构制造方法，包含于一基板的一第一表面上设置一感光元件；在一背板镀膜形成一反射层；及将该背板贴合固定于该基板与该第一表面相
对的一第二表面，并使该反射层覆盖该第二表面和该感光元件的一感光区域对位的部分。
附图说明
图1为现有光传感器结构的剖视示意图。图2为现有光传感器结构感光元件的局部剖视示意图。图3为本发明第一实施例光传感器结构制的局部剖视示意图。图4为本发明第一实施例光传感器结构制造方法的流程图。图5为本发明第二实施例光传感器结构及其制造方法选用镀膜材料的特性对照图。图6到图8为本发明第三实施例光传感器结构的封装流程示意图。图9为本发明第三实施例光传感器结构制造方法的流程图。【图号对照说明】1
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基板1a
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第一表面1b
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第二表面11
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反射层2
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感光元件3
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反射构造31
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反射层32
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背板m1
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第一镀膜材料m2
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第二镀膜材料r1
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第一波长范围r2
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第二波长范围91
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感光元件92
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发光元件93
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基板a
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区域
具体实施方式
9.为了使本发明的结构特征及所达成的功效有更进一步的了解与认识，特用较佳的实施例及配合详细的说明，说明如下：
10.请参照图3所示，为本发明第一实施例的光传感器结构，包含一基板1和一感光元件2。该基板1为一半导体基板(例如硅晶圆)，该感光元件2可以被整合于一特定应用集成电路(application specific integrated circuit，asic)中，以使光传感器结构同时包含该感光元件2和运算电路(例如近接传感器及/或环境光传感器的运算电路)。该基板1两侧分别具有一第一表面1a及一第二表面1b。该感光元件2设置于该第一表面1a。该感光元件2可以为光电二极管(photodiode)，故可透过在该第一表面1a上制作pn接面或pin型二极管来形成该感光元件2。
11.该基板1的第二表面1b设有一反射层11。在本实施例中，该反射层11可以覆盖该基板1的整个第二表面1b。然而，在本发明其他实施例中，该反射层11也可以仅覆盖该基板1的局部第二表面1b，例如只覆盖该第二表面1b和该感光元件2对位的部分。更详言的，该感光元件2为光电二极管时，包含上述pn接面或pin型二极管所构成的感光区域，以及周边的讯号处理电路及连接垫等构造，该反射层11较佳为至少覆盖该第二表面1b和该感光元件2的感光区域对位的部分。
12.该反射层11由具有良好反射率的材料制成，举例而言可为铝(al)、铜(cu)、钛(ti)、钨(w)、金(au)、银(ag)、pt(铂)、钽(ta)、镍(ni)、钒(v)、硅(si)等单一材料及其氧化物，或者是该些材料的合金产物，又或者是多层上述材料的组合。
13.该反射层11可以通过镀膜方式形成于该第二表面1b，其中，较佳采用晶背金属镀膜制程(backside grinding&backside metallization,bgbm)制程于该第二表面1b镀膜形成该反射层11。详言的，由于该基板1的第二表面1b一般为光滑的晶圆背面，会使镀膜不容易和该基板1形成稳固接合。据此，透过晶背金属镀膜制程的晶圆背面研磨制程，可有效在该第二表面1b形成适合镀膜附着的表面，再经由晶背金属化来在该第二表面1b镀膜形成该反射层11，如此可确保所形成的反射层11的质量与良率。
14.如图3所示，本发明第一实施例的光传感器结构藉由额外在该基板1的第二表面1b设置反射层11，当射向感光元件2的光讯号穿过感光元件2和基板1，可以受到该反射层11反射而回到该感光元件2，以供感光元件2进行光讯号回收及二次光讯号感测。藉此，本发明第一实施例的光传感器结构即使磨薄供感光元件2设置的基板1，来缩减光传感器的整体厚度，也不会面临现有技术中光讯号流失的问题，故可有效确保光传感器的光学感度。
15.本发明第一实施例光传感器结构的制造方式可归纳为一制造方法，如图4所示，包含但不限于以下步骤。
16.于一基板的一第一表面设置一感光元件。
17.对该基板与该第一表面相对的一第二表面进行晶圆背面研磨。
18.经由晶背金属化在该第二表面镀膜形成一反射层。
19.请参照图5所示，本发明第二实施例的光传感器结构及其制造方法可以进一步挑选该反射层11的镀膜材料。举例而言，当该光传感器结构用作近接传感器时，光传感器结构另设有一发光元件，此发光元件与该感光元件2的相对位置关系如图1的现有技术所示，恕不另行赘述。近接传感器的工作原理是透过发光元件产生发射光(例如红外光)，而感光元件2用来接收发射光受待测物体反射的反射光，让近接传感器的运算电路可根据发射光和反射光的讯号强度来进行距离估算。该发光元件一般会发出波长在一第一波长范围r1：850～1000nm(例如：940nm)的红外光，且在特定应用中可以发出波长在一第二波长范围r2：1150～1450nm(例如：1300nm)的红外光。
20.该反射层11的镀膜材料可以选用一第一镀膜材料m1，该第一镀膜材料m1对于波长在850～1450nm的光讯号皆具有良好的反射率(例如高于70％的反射率，且较佳高于90％的反射率)。因此，无论该发光元件发出的发射光波长为何，该反射层11均能有效反射穿过感光元件2和基板1的光讯号，以确保光传感器的光学感度。
21.又或者，该反射层11的镀膜材料可以选用一第二镀膜材料m2，该第二镀膜材料m2对于波长在该第一波长范围r1：850～1000nm的光讯号具有良好的反射率，然而对于波长在
1050nm～1100nm的光讯号具有较差的反射率(例如低于70％的反射率，且较佳是低于50％的反射率)。如此，若该发光元件发出波长为940nm的发射光，该反射层11不但能有效反射穿过感光元件2和基板1的光讯号，还可同时滤除波长在1050nm～1100nm的干扰噪声(此范围内的光讯号并非由发射光所致)。据此，不仅能确保光传感器的光学感度，还可同步提升光传感器的讯号噪声比(signal-to-noise ratio,snr)。
22.如前所述，该反射层11可由合金产物或者是多层材料的组合而成，因此，在本实施例中，所选用的第二镀膜材料m2不但对于波长在该第一波长范围r1：850～1000nm的光讯号具有良好的反射率，对于在该第二波长范围r2：1150～1450nm的光讯号也具有良好的反射率。藉此，无论该发光元件发出的发射光波长为940nm还是1300nm，本实施例藉由选用该第二镀膜材料m2，都能使光传感器具有良好的光学感度及讯号噪声，因此具有优异的产品兼容性。惟，在成本及制程复杂度的考虑下，也可以选用只在第一波长范围r1具有良好反射率或只在第二波长范围r1具有良好反射率的镀膜材料，端视使用者需求而定。
23.图6到图8为本发明第三实施例光传感器结构的制作流程示意图。如图6所示，将一反射层31镀膜形成于一背板32上，以形成反射构造3。与前述实施例类似，该反射层31可为铝(al)、铜(cu)、钛(ti)、钨(w)、金(au)、银(ag)、pt(铂)、钽(ta)、镍(ni)、钒(v)、硅(si)等单一材料及其氧化物，或者是该些材料的合金产物，又或者是多层上述材料的组合。
24.接着如图7所示，经由贴合制程将包含该背板32固定于该基板1的第二表面1b，如此同样可以克服光滑的晶圆背面不容易直接镀膜的问题。虽然在本实施例中是举例将背板32镀有反射层31的一面贴合于该第二表面1b，然而在本发明其他实施例中，亦可将该背板32未镀有反射层31的另一面贴合于该第二表面1b，同样能够利用该反射层31反射穿过感光元件2和基板1的光讯号。惟，在本发明其他实施例中，该背板32的两面可以分别镀有反射层，本发明并不以此为限。
25.本发明第三实施例光传感器结构藉由额外在该基板1的第二表面1b设置包含反射层31及背板32的反射构造3，当射向感光元件2的光讯号穿过感光元件2和基板1，同样会受到该反射层31反射而回到该感光元件2，故同样可有效确保光传感器的光学感度。此外，透过将在该背板32镀膜形成该反射层31，再将该背板32贴合固定再该基板1的第二表面1b，可以有效简化制程难度，
26.本发明第三实施例光传感器结构的制造方式可归纳为一制造方法，如图9所示，包含但不限于以下步骤。
27.于一基板的一第一表面设置一感光元件。
28.在一背板镀膜形成一反射层。
29.将该背板贴合固定于该基板与该第一表面相对的一第二表面。
30.综上所述，本发明光传感器结构及其制造方法实施例通过在半导体基板上设置一反射层，以在射向感光元件感光区域的光讯号穿过感光元件和基板时，将其反射而回到该感光元件。藉此，本发明实施例的光传感器结构即使磨薄供感光元件设置的基板，来缩减光传感器的整体厚度仍可有效确保光传感器的光学感度。
31.此外，在本发明部分实施例中，该反射层可以选用在一发光元件的发光波长范围内具有良好反射率的镀膜材料制成。藉此，该反射层还可同时滤除波长与该发光元件的发光波长不同的干扰噪声。据此，不仅能确保光传感器的光学感度，还可同步提升光传感器的
讯号噪声比。
32.上文仅为本发明的较佳实施例而已，并非用来限定本发明实施的范围，凡依本发明权利要求范围所述的形状、构造、特征及精神所为的均等变化与修饰，均应包括于本发明的权利要求范围内。