本发明涉及半导体,尤其涉及一种光电传感器及其形成方法、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。光电传感器都具有一定面积的像素(pixel)区,用来接收光学信号,像素区的光学透过率越高,器件的光学灵敏度性能越好。
2、背照式(backside illumination,bsi)工艺中通常使用深沟槽(deep trenchisolation,dti)结构实现相邻光电二极管器件之间的光学隔离和电学隔离,但是由于dti刻蚀形成的网格型拓扑的深槽在节点处容易发生形状畸变,其实际图形尺寸小于版图设计尺寸。这造成金属栅格通孔(backside metal grid via,bv1)有接触到硅的风险。为了降低工艺风险,现有技术通常选择在版图绘制时,在dti网格节点处断开bv1,以便避开工艺不稳定区域。这就导致在dti网格节点附近,相邻器件之间在背面金属栅格(backside metalgrid,bmg)下方的介质层中仍然存在潜在的光学通路,可能造成临近器件之间的光学串扰。
技术实现思路
1、本发明解决的技术问题是提供一种光电传感器及其形成方法、电子设备,降低光电传感器中相邻光电二极管器件之间的光学串扰以及电学串扰,提高了光电传感器的性能。
2、为解决上述技术问题,一方面,本发明提供了一种光电传感器,包括:
3、衬底,所述衬底中设置有至少两个光电二极管;
4、位于相邻的光电二极管之间的分界面上的隔离沟槽;所述隔离沟槽用于隔离相邻的光电二极管;
5、位于所述衬底上的多晶硅材料层;
6、位于所述多晶硅材料层上的背面金属栅格;
7、所述多晶硅材料层上具有与所述背面金属栅格对应的微环滤波器结构。
8、可选的,所述微环滤波器结构位于所述多晶硅材料层的目标区域中;所述目标区域与所述衬底中相邻的光电二极管之间的间隔区域相对应,所述目标区域在所述衬底上的投影至少覆盖部分所述隔离沟槽。
9、可选的,所述微环滤波器结构包括直线波导结构以及环形波导结构,所述目标区域包括第一区域以及第二区域,所述第一区域在所述衬底上的投影覆盖部分所述隔离沟槽,所述第二区域与所述第一区域的距离在预设距离范围内;所述第一区域中刻蚀有所述直线波导结构,所述第二区域中刻蚀有所述环形波导结构。
10、可选的,所述目标区域中刻蚀有至少一个所述微环滤波器结构,所述目标区域与所述衬底中四个相邻的光电二极管之间的间隔区域相对应,所述四个相邻的光电二极管位于四个不同的方向上。
11、可选的,所述目标区域中刻蚀有四个所述微环滤波器结构,所述四个所述微环滤波器结构各自对应的直线波导结构形成十字形结构,所述十字形结构形成四个区域,所述四个微环滤波器结构各自对应的环形波导结构位于所述四个区域中的至少一个区域中。
12、可选的,所述四个微环滤波器结构各自对应的环形波导结构位于所述四个区域中。
13、可选的,所述多晶硅材料层包括多个所述目标区域,任意两个相邻的目标区域中位于同一方向上的直线波导结构形成连续的直线。
14、可选的,多个所述目标区域各自对应的直线波导结构形成线型结构,所述线型结构在所述衬底上的投影覆盖所述隔离沟槽。
15、可选的,所述微环滤波器结构中所述直线波导结构的宽度为800-2000纳米,所述微环滤波器结构中所述环形波导结构的宽度为800-2000纳米。
16、可选的,所述直线波导结构的宽度等于所述环形波导结构的宽度。
17、可选的,所述直线波导结构与所述环形波导结构的距离为200-2000纳米。
18、可选的,所述微环滤波器结构的刻蚀深度小于或等于所述多晶硅材料层的厚度。
19、可选的,所述多晶硅材料层的厚度与所述直线波导结构的宽度的差值绝对值在预设数值范围内。
20、可选的,所述多晶硅材料为氮化硅或掺杂氮化硅的材料。
21、可选的,所述光电传感器还包括:
22、位于所述多晶硅材料层中所述微环滤波器结构周围的介质层,所述介质层中填充介质的折射率小于所述多晶硅材料层中多晶硅材料的折射率。
23、可选的,所述填充介质包括氧化硅、氮化硅中的至少一种。
24、可选的,所述光电传感器还包括:
25、位于所述隔离沟槽中非网格节点区域的金属栅格通孔,所述网格节点区域为所述隔离沟槽形成的网格结构中交点对应的区域;所述金属栅格通孔用于连接所述背面金属栅格与所述隔离沟槽中金属层。
26、另一方面,本发明还提供一种光电传感器的形成方法,所述方法包括:
27、提供衬底,在所述衬底中形成至少两个光电二极管;
28、在相邻的光电二极管之间的分界面上形成隔离沟槽;所述隔离沟槽用于隔离相邻的光电二极管;
29、在所述衬底上形成多晶硅材料层;
30、在所述多晶硅材料层上形成背面金属栅格;所述多晶硅材料层上具有与所述背面金属栅格对应的微环滤波器结构。
31、进一步地,所述方法还包括:
32、在所述多晶硅材料层的目标区域中形成所述微环滤波器结构;所述目标区域与所述衬底中相邻的光电二极管之间的间隔区域相对应,所述目标区域在所述衬底上的投影至少覆盖部分所述隔离沟槽。
33、进一步地,所述微环滤波器结构包括直线波导结构以及环形波导结构,所述目标区域包括第一区域以及第二区域,所述第一区域在所述衬底上的投影覆盖部分所述隔离沟槽,所述第二区域与所述第一区域的距离在预设距离范围内;所述在所述多晶硅材料层的目标区域中形成微环滤波器结构,包括:
34、在所述多晶硅材料层的所述第一区域中刻蚀所述直线波导结构;
35、在所述多晶硅材料层的所述第二区域中刻蚀所述环形波导结构。
36、进一步地,所述在所述多晶硅材料层的目标区域中形成微环滤波器结构,包括:
37、在所述多晶硅材料层的目标区域中形成至少一个所述微环滤波器结构;
38、所述目标区域与所述衬底中四个相邻的光电二极管之间的间隔区域相对应,所述四个相邻的光电二极管位于四个不同的方向上。
39、进一步地,所述在所述多晶硅材料层的目标区域中形成微环滤波器结构,包括:
40、在所述多晶硅材料层的所述目标区域中刻蚀四个微环滤波器结构各自对应的直线波导结构;所述四个微环滤波器结构各自对应的直线波导结构形成十字形结构,所述十字形结构形成四个区域;
41、在所述四个区域中的至少一个区域中刻蚀所述四个微环滤波器结构各自对应的环形波导结构。
42、进一步地,所述在所述四个区域中的区域中刻蚀所述四个微环滤波器结构各自对应的环形波导结构,包括:
43、在所述四个区域中的每个区域中刻蚀一个微环滤波器结构对应的环形波导结构,形成所述四个微环滤波器结构各自对应的环形波导结构。
44、进一步地,所述在所述多晶硅材料层的目标区域中形成微环滤波器结构之前,所述方法还包括:
45、在所述多晶硅材料层上形成多个所述目标区域;
46、所述在所述多晶硅材料层的目标区域中形成微环滤波器结构,包括:
47、在所述多晶硅材料层上形成图案化的掩膜层,所述掩膜层内定义有所述微环滤波器结构的尺寸;
48、以所述图案化的掩膜层为掩膜,刻蚀所述多晶硅材料层中各个目标区域,形成所述微环滤波器结构;其中,任意两个相邻的目标区域中位于同一方向上的直线波导结构形成连续的直线。
49、进一步地,所述多个目标区域各自对应的直线波导结构形成线型结构,所述线型结构在所述衬底上的投影覆盖所述隔离沟槽。
50、进一步地,所述微环滤波器结构中所述直线波导结构的宽度为800-2000纳米,所述微环滤波器结构中所述环形波导结构的宽度为800-2000纳米。
51、进一步地,所述直线波导结构的宽度等于所述环形波导结构的宽度。
52、进一步地,所述直线波导结构与所述环形波导结构的距离为200-2000纳米。
53、进一步地,所述微环滤波器结构的刻蚀深度小于或等于所述多晶硅材料层的厚度。
54、进一步地,所述多晶硅材料层的厚度与所述直线波导结构的宽度的差值绝对值在预设数值范围内。
55、进一步地,所述多晶硅材料为氮化硅或掺杂氮化硅的材料。
56、进一步地,所述在所述多晶硅材料层的目标区域中形成微环滤波器结构之后,所述方法还包括:
57、在所述多晶硅材料层中所述微环滤波器结构周围形成介质层,所述介质层中填充介质的折射率小于所述多晶硅材料层中多晶硅材料的折射率。
58、另一方面,本发明还提供一种电子设备,所述设备包括如上所述的光电传感器。
59、与现有技术相比,本发明的技术方案具有如下有益效果:
60、本发明的光电传感器,包括:衬底,衬底中设置有至少两个光电二极管;位于相邻的光电二极管之间的分界面上的隔离沟槽;位于衬底上的多晶硅材料层;位于多晶硅材料层上的背面金属栅格;所述多晶硅材料层上具有与所述背面金属栅格对应的微环滤波器结构。本发明中新加入多晶硅材料层对光电二极管器件进行表面钝化保护,防止空气中的氧气和水蒸气使器件性能退化;多晶硅材料层上的微环滤波器结构可以降低相邻的光电二极管之间的光学串扰以及电学串扰。