光电传感器及其形成方法、以及电子设备与流程

本发明实施例涉及半导体制造领域，尤其涉及一种光电传感器及其形成方法、以及电子设备。

背景技术：

1、光电传感器是将光信号转换为电信号的一种器件。其工作原理基于光电效应，光电效应是指光照射在某些物质上时，物质的电子吸收光子的能量而发生了相应的电效应现象。

2、例如，目前广泛应用在数码相机和其他电子光学设备中的ccd(charge coupleddevice，电荷耦合器件)图像传感器和cmos图像传感器，均是利用光电转换功能将光学图像转换为电信号后输出数字图像。tof(time of flight，飞行时间)距离传感器，例如：dtof(direct time of flight，直接飞行时间)传感器，记录光脉冲被发射和被探测的时间，将时间差转换成距离信息。该技术可以被用于自动驾驶、扫地机器人、vr(virtual reality，虚拟现实)/ar(augmented reality，增强现实)建模等各种测距场景中。

技术实现思路

1、本发明实施例解决的问题是提供一种光电传感器及其形成方法、以及电子设备，提升工艺制造兼容性的同时，提升光电传感器的性能。

2、为解决上述问题，本发明实施例提供一种光电传感器，包括：像素基底，包括相对的第一表面和第二表面，所述像素基底包括相邻的感光区和引线区，所述感光区包括阵列排布的像素单元和位于所述像素单元之间的隔离结构；第一介质层，位于所述第二表面上；互连结构，位于所述引线区的第一介质层内；至少一层光调制层，位于所述像素基底的第一表面上，所述光调制层包括第二介质层、以及位于所述第二介质层中的光栅结构，所述光栅结构位于所述像素单元的上方，所述光栅结构的顶面被所述第二介质层暴露，所述第二介质层的折射率与所述光栅结构的折射率不同；开口，位于所述引线区中，且贯穿所述互连结构上方的光调制层、像素基底和第一介质层，所述开口露出所述互连结构；焊垫层，位于所述开口底部，所述焊垫层与所述引线区的互连结构相连；钝化层，位于所述焊垫层的侧壁和部分顶部、以及所述开口的侧壁和底面，所述钝化层暴露出所述焊垫层的部分顶部以及所述光调制层。

3、相应的，本发明实施例还提供一种光电传感器的形成方法，包括：提供像素基底，包括相对的第一表面和第二表面，所述像素基底包括相邻的感光区和引线区，所述感光区包括阵列排布的像素单元和位于所述像素单元之间的隔离结构，所述第二表面上形成有第一介质层，所述引线区的第一介质层中形成有互连结构；在所述像素基底的第一表面上形成至少一层光调制层，所述光调制层包括第二介质层、以及位于所述第二介质层中的光栅结构，所述光栅结构位于所述像素单元的上方，所述光栅结构的顶面被所述第二介质层暴露，所述第二介质层的折射率与所述光栅结构的折射率不同；在所述引线区中形成贯穿的互连结构上方的光调制层、像素基底和第一介质层的开口，所述开口露出所述互连结构；在所述开口的底部形成焊垫层，所述焊垫层与所述引线区的互连结构相连。

4、相应的，本发明实施例还提供一种电子设备，包括：本发明实施例提供的光电传感器。

5、与现有技术相比，本发明实施例的技术方案具有以下优点：

6、本发明实施例提供的光电传感器中，像素基底的第一表面上具有光调制层，所述光调制层包括第二介质层、以及位于所述第二介质层中的光栅结构，且所述光栅结构位于所述像素单元的上方，光调制层作为滤光部件，能够实现传统光电传感器中的彩色滤光片相同的作用，因此，通过在光电传感器中设置光调制层，以代替传统光电传感器中的彩色滤光片，使得能够利用半导体制造工艺形成滤光部件，从而提升滤光部件的制备工艺的工艺制造兼容性(例如，能够在半导体制造代工厂中完成光电传感器的大部分制造流程)；同时，开口贯穿所述互连结构上方的光调制层、像素基底和第一介质层，也就是说，开口是在形成光调制层之后形成的，因此，在形成光调制层时，第一表面上方的表面平坦度较高，相应可以减薄在形成光调制层之前形成的平坦化层的厚度，或者省去该平坦化层，从而有利于降低工艺稳定性的控制难度(例如，降低平坦化工艺的难度)，而且还有利于减小光调制层至像素基底的垂直距离，从而提升形成光调制层时的对准精度、相应增大形成光调制层的工艺窗口，而且，垂直距离的减小，还有利于提升光调制层对像素单元的光调制效果、以及量子效率(qe)，进而提升光电传感器的性能。

7、本发明实施例提供的光电传感器的形成方法中，在像素基底的第一表面上形成光调制层，所述光调制层包括第二介质层、以及位于第二介质层中的光栅结构，所述光栅结构位于像素单元的上方，并在所述引线区中形成贯穿的互连结构上方的光调制层、像素基底和第一介质层的开口，以暴露互连结构；其中，光调制层作为滤光部件，能够实现传统光电传感器中的彩色滤光片相同的作用，因此，通过形成光调制层，以代替传统光电传感器中的彩色滤光片，从而提升滤光部件的制备工艺的工艺制造兼容性(例如，能够在半导体制造代工厂中完成光电传感器的大部分制造流程)；同时，在形成光调制层之后形成所述开口，因此，在形成光调制层时，第一表面上方的表面平坦度较高，相应可以减薄在形成光调制层之前形成的平坦化层的厚度，或者省去该平坦化层，从而有利于降低工艺稳定性的控制难度(例如，降低平坦化工艺的难度)，而且还有利于减小光调制层至像素基底的垂直距离，从而提升形成光调制层时的对准精度、相应增大形成光调制层的工艺窗口，而且，垂直距离的减小，还有利于提升光调制层对像素单元的光调制效果、以及量子效率，进而提升光电传感器的性能。

技术特征：

1.一种光电传感器，其特征在于，包括：

2.如权利要求1所述的光电传感器，其特征在于，所述光调制层的层数为多层，且沿所述像素基底的表面法线方向依次堆叠，相邻层的所述光调制层中的光栅结构在所述第一表面上的投影部分重叠。

3.如权利要求1或2所述的光电传感器，其特征在于，所述光调制层的层数为多层；所述光电传感器还包括：过渡层，位于相邻两层的所述光调制层之间；所述开口还贯穿所述过渡层。

4.如权利要求3所述的光电传感器，其特征在于，所述过渡层的材料包括氧化硅。

5.如权利要求1所述的光电传感器，其特征在于，所述光电传感器还包括：金属网格，位于所述感光区的光调制层顶部，且所述金属网格位于所述隔离结构的上方；

6.如权利要求1所述的光电传感器，其特征在于，所述光调制层位于所述感光区和引线区的第一表面上；

7.如权利要求1所述的光电传感器，其特征在于，所述光栅结构的形状包括条形或柱形。

8.如权利要求1所述的光电传感器，其特征在于，所述第二介质层的折射率大于所述光栅齿的折射率。

9.如权利要求1或8所述的光电传感器，其特征在于，所述第二介质层的材料包含氮化硅、氮氧化硅和碳氮化硅中的一种或多种；所述光栅结构的包括氧化硅。

10.如权利要求1所述的光电传感器，其特征在于，所述光电传感器还包括：隔离层，位于所述像素基底的第一表面上、且与所述第一表面相接触。

11.如权利要求10所述的光电传感器，其特征在于，所述光电传感器还包括：逻辑基底，键合于所述像素基底的第二表面的介质层上；

12.如权利要求1所述的光电传感器，其特征在于，所述第一表面为像素基底的背面，所述第二表面为像素基底的正面。

13.一种光电传感器的形成方法，其特征在于，包括：

14.如权利要求13所述的光电传感器的形成方法，其特征在于，进行多次光栅形成处理，以形成沿所述像素基底的表面法线方向依次堆叠的多层光调制层，且相邻层的所述光调制层中的光栅结构在所述第一表面上的投影部分重叠。

15.如权利要求13或14所述的光电传感器的形成方法，其特征在于，进行多次光栅形成处理，以形成沿所述像素基底的表面法线方向依次堆叠的多层光调制层；所述形成方法还包括在相邻两次光栅形成处理之间进行的过渡处理，所述过渡处理包括：形成覆盖当前层的所述光调制层的过渡层；

16.如权利要求15所述的光电传感器的形成方法，其特征在于，所述光栅形成处理的步骤包括：在所述像素基底的第一表面上方形成第二介质层；

17.如权利要求15所述的光电传感器的形成方法，其特征在于，所述过渡处理还包括：对所述过渡层进行平坦化处理。

18.如权利要求13所述的光电传感器的形成方法，其特征在于，在所述像素基底的第一表面上形成光调制层后，在形成所述开口之前，还包括：在所述感光区的光调制层顶部形成金属网格，所述金属网格位于所述隔离结构的上方；

19.如权利要求18所述的光电传感器的形成方法，其特征在于，形成覆盖所述金属网格和第一表面的第三介质层后，在所述第三介质层的顶部形成所述光调制层之前，还包括：平坦化所述第三介质层。

20.如权利要求13所述的光电传感器的形成方法，其特征在于，在形成所述焊垫层之后，还包括：在所述焊垫层的顶面和侧壁上、所述开口的侧壁和底面上、以及所述光调制层上形成钝化层；

21.如权利要求20所述的光电传感器的形成方法，其特征在于，在形成所述焊垫层之后，在形成所述钝化层之前，还包括：去除除所述感光区之外的剩余位置的光调制层；

22.如权利要求13所述的光电传感器的形成方法，其特征在于，所述提供像素基底的步骤中，所述像素基底的第一表面上还形成有隔离层。

23.如权利要求22所述的光电传感器的形成方法，其特征在于，在提供像素基底的步骤中，所述像素基底的第二表面的第一介质层上还键合有逻辑基底；

24.一种电子设备，其特征在于，包括：如权利要求1至12任一项所述的光电传感器。

技术总结
一种光电传感器及其形成方法、以及电子设备，光电传感器包括：像素基底，包括第一表面和第二表面，像素基底包括感光区和引线区，感光区包括像素单元，第二表面上形成有第一介质层，引线区的第一介质层中形成有互连结构；至少一层光调制层，位于像素基底的第一表面，包括第二介质层和位于第二介质层中的光栅结构，光栅结构位于像素单元的上方；开口，位于引线区中且贯穿互连结构上方的光调制层、像素基底和第一介质层；焊垫层，位于开口底部且与互连结构相连；钝化层，位于焊垫层的侧壁和部分顶部、以及开口的侧壁和底面，钝化层暴露出焊垫层的部分顶部以及光调制层。本发明通过光调制层提升滤光部件的制备工艺的工艺制造兼容性以及电传感器的性能。

技术研发人员：苏悦阳,郑凯,汪涵,陈献宇,贺晓东
受保护的技术使用者：北方集成电路技术创新中心（北京）有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15