CN117374088A - 光电传感器及其形成方法、以及电子设备 - Google Patents
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Abstract
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。
Description
技术领域
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
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。
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。
发明内容
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。
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。
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。
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。
与现有技术相比，本发明实施例的技术方案具有以下优点：
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。
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。
附图说明
图1是一种光电传感器的结构示意图；
图2是另一种光电传感器的结构示意图；
图3是本发明光电传感器一实施例的结构示意图；
图4是本发明光电传感器另一实施例的结构示意图；
图5至图13是本发明光电传感器的形成方法一实施例中各步骤对应的结构示意图；
图14至图17是本发明光电传感器的形成方法一实施例中各步骤对应的结构示意图。
具体实施方式
目前，目前光电传感器的性能有待提高。现结合一种光电传感器分析光电传感器的性能有待提高的原因。
图1是一种光电传感器的结构示意图。参考图1，所述光电传感器包括前置层20、位于所述前置层20上方的滤光部件18、以及位于所述滤光部件18上方的微透镜19。
具体地，所述前置层20包括：像素基底10，包括相对的第一表面11和第二表面12，像素基底10包括引线区(图未示)和感光区10P，感光区10P包括阵列排布的像素单元(未标示)，像素单元之间的像素基底10内形成有隔离结构13；第一介质层14，位于所述第二表面12上，所述第一介质层14内形成有互连结构15；金属网格17，位于所述第一表面11上，且位于所述隔离结构13的顶部；第二介质层16，覆盖所述金属网格17和第一表面11。相应的，所述滤光部件18位于所述第二介质层16的顶部。
在形成光电传感器过程中，通常在半导体制造代工厂中完成前置层20的制备后，需要其他工厂完成滤光部件18和微透镜19的制备，滤光部件18的制备工艺难以与半导体工艺相兼容。
为了解决上述问题，提出了另一种光电传感器。
图2是另一种光电传感器的结构示意图。参考图2，所述光电传感器包括前置层40、以及位于所述前置层40上方的微透镜39。
具体地，所述前置层40包括：像素基底30，包括相对的第一表面31和第二表面32，像素基底30包括引线区30N和感光区30P，感光区30P包括阵列排布的像素单元(未标示)，像素单元之间的像素基底30内形成有隔离结构33；第一介质层34，位于所述第二表面32上，所述引线区30N的第一介质层34内形成有互连结构35；金属网格37，位于所述第一表面31上，且位于所述隔离结构33的顶部；第二介质层36，覆盖所述金属网格37和第一表面31；开口(未标示)，位于所述引线区30N中，且贯穿所述互连结构35上方的第二介质层36、像素基底30和第一介质层34，所述开口露出所述互连结构35；焊垫层51，位于所述开口底部，所述焊垫层51与所述引线区30N的互连结构35相连；钝化层52，位于所述焊垫层51的顶面和侧壁上、所述开口的侧壁和底面上、以及所述第二介质层36上；平坦化层55，填充于形成有所述钝化层52的开口中，并覆盖所述开口外侧的钝化层52顶部；光调制层38，位于所述平坦化层55上，所述光调制层38包括第三介质层53、以及位于所述第三介质层53中的光栅结构54，所述光栅结构54位于所述像素单元的上方；通孔60，位于所述引线区30N中，且贯穿所述互连结构35上方的光调制层38、平坦化层55和钝化层52，所述通孔60暴露所述焊垫层51的部分顶面。
相应的，所述滤光部件18位于所述光调制层38的顶部。
光调制层38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，而且，光调制层38采用半导体工艺形成，从而能够在制备前置层40的过程中，形成光调制层38，以便将滤光部件的形成工艺在半导体制造代工厂中完成。
其中，为了形成光调制层38，相应需要形成平坦化层55，以填充开口的空间，从而为光调制层38的形成提供平坦面。
但是，平坦化层55通常采用先后进行的介电材料填充工艺以及平坦化工艺形成，而开口贯穿互连结构35上方的第二介质层36、像素基底30和第一介质层34，开口的深度较大，从而导致晶圆顶部的高低差异较大，进而导致在形成平坦化层55的过程中，对平坦化工艺要求较高，且工艺稳定性的控制难度较大。
此外，为了确保所述平坦化层55具有较高的顶面平坦度，位于所述开口外侧的平坦化层55厚度通常较大，这相应导致光调制层38至像素基底30的垂直距离较大，从而导致光调制层38对像素单元的光调制效果变差，且还可能导致量子效率降低，进而导致光电传感器的性能下降。
为了解决技术问题，本发明实施例提供一种光电传感器，在所述光电传感器中，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，进而提升光电传感器的性能。
为使本发明实施例的上述目的、特征和优点能够更为明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施例做详细的说明。
参考图3，图3示出了本发明光电传感器一实施例的结构示意图。
所述光电传感器包括：像素基底600，包括相对的第一表面620和第二表面610，所述像素基底包括相邻的感光区600P和引线区600N，所述感光区600P包括阵列排布的像素单元(未标示)和位于所述像素单元区之间的隔离结构630，所述第二表面610上形成有第一介质层640，所述引线区600N的第一介质层640中形成有互连结构650；至少一层光调制层670，位于所述像素基底600的第一表面620上，所述光调制层670包括第二介质层671、以及位于所述第二介质层671中的光栅结构672，所述光栅结构672位于所述像素单元的上方，所述光栅结构672的顶面被所述第二介质层671暴露，所述第二介质层671的折射率与所述光栅结构672的折射率不同；开口700，位于所述引线区600N中，且贯穿所述互连结构650上方的光调制层670、像素基底600和第一介质层640，所述开口700露出所述互连结构650；焊垫层710，位于所述开口700底部，所述焊垫层710与所述引线区600N的互连结构650相连；钝化层720，位于所述焊垫层710的侧壁和部分顶部、以及所述开口700的侧壁和底面，所述钝化层720暴露出所述焊垫层710的部分顶部以及所述光调制层670。
本实施例中，光电传感器为CMOS图像传感器。在其他实施例中，光电传感器还可以为其他类型的光电传感器，例如，TOF(Time of Flight，飞行时间)传感器或CCD(ChargeCoupled Device，电荷耦合器件)图像传感器。
所述像素基底600用于为光电传感器的形成提供操作平台。
本实施例中，像素基底600包括衬底(图未示)。具体地，衬底的材料可以包括硅、锗、锗化硅、碳化硅、砷化镓和镓化铟中的一种或多种。作为一种示例，衬底为硅衬底。在其他实施例中，衬底还可以为绝缘体上的硅衬底或者绝缘体上的锗衬底等其他类型的衬底。
本实施例中，所述光电传感器为背照式(Backside Illumination，BSI)的光电传感器，因此，所述第一表面620为像素基底600的背面，所述第二表面610为像素基底600的正面。具体地，像素基底600的第一表面620为受光面。
像素基底600包括感光区600P，感光区600P用于接收光学信号，并将光学信号转化为电信号。本实施例中，感光区600P包括阵列排布的像素单元(图未示)，像素单元用于接收光学信号，以便将光学信号转化为电信号。引线区600N用于实现布线，从而实现像素单元或像素基底600中其他器件结构与外部电路之间的电连接。
隔离结构630位于相邻像素单元之间的像素基底600中，用于降低相邻像素单元之间的光学串扰和电学串扰。隔离结构630贯穿相邻像素单元的像素基底600，从而实现相邻像素单元的像素基底600之间的电隔离，以便通过焊垫层710和互连结构650对像素基底600通电时，有利于防止相邻像素单元的像素基底600中产生漏电。
本实施例中，隔离结构630为深沟槽隔离(Deep Trench Isolation，DTI)结构。具体地，根据光电传感器的类型和性能需求，隔离结构630的材料包括介电材料和金属材料中的一种或两种。其中，金属材料包括包括钨、铝、钛、氮化钛、氮化钽、铜中的一种或者多种，介电材料包括氮化硅、氧化硅、氧化铝、氧化钛、氧化铪、氧化锆、氧化镁、氧化钙、氧化钇、氧化钽、氧化锶、氧化镧和氧化钡中的任意一种或多种。
第一介质层640用于实现互连结构650之间的隔离。第一介质层640的材料包括氧化硅、氮化硅、氮氧化硅、低k介质材料(低k介质材料指相对介电常数大于等于2.6、小于等于3.9的介质材料)和超低k介质材料(超低k介质材料指相对介电常数小于2.6的介质材料)中的一种或多种。
互连结构650用于实现像素单元之间的电连接，还用于实现像素单元与外部电路或其他互连结构之间的电连接。具体地，互连结构650的层数为一层或多层。作为一种示例，在互连结构650的层数为多层的情况下，最靠近第二表面610的一层互连结构650与焊垫层710相连。
需要说明的是，图3中示出了互连结构650位于引线区600N中的情况。在实际的光电传感器中，互连结构650还位于感光区600P中，引线区600N中的互连结构650与感光区600P中的互连结构650之间电连接。
通过互连结构650，实现像素单元与焊垫层710之间的电连接，从而实现像素单元与外部电路之间的电连接。本实施例中，所述互连结构650的材料为金属，例如：铜、铝、钨、钴、镍、钛、钽、氮化钛和氮化钽中的一种或多种。
本实施例中，光电传感器还包括：逻辑基底750，键合于像素基底600的第二表面610的第一介质层640上。逻辑基底750作为逻辑晶圆(Logic Wafer)，用于对像素基底600提供的电信号进行分析处理。
具体地，逻辑基底750内形成有逻辑器件，逻辑器件用于对像素基底600提供的电信号进行分析处理。通过将像素区(即感光区600P)和逻辑区分别设置在不同的基底上，并且将像素基底600与逻辑基底750键合在一起，有利于增大像素面积，还有利于缩短光线抵达光电元件的路径、减少了光线的散射，使光线更为聚焦，进而提升了光电传感器在弱光环境中的感光能力，降低了系统噪声和串扰。此外，在所述第一表面620一侧进行工艺制程时，所述逻辑基底750还能够起到支撑的作用。作为一种示例，逻辑基底750与第一介质层640之间通过混合键合(Hybrid bonding)的方式相键合。
传统的光电传感器通常采用彩色滤光片作为滤光部件，本实施例中，通过设置光调制层670，并使得光栅结构672位于像素单元的上方，从而使得光调制层670能够作为滤光部件，进而代替彩色滤光片。其中，通过在光电传感器中设置光调制层670，将光调制层670嵌入至光电传感器的制造工艺中，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)。而且，所述光调制层670包括第二介质层671、以及位于第二介质层671中的光栅结构672，第二介质层671的折射率与光栅结构672的折射率不同，通过光调制层670中的光栅结构672，能够将可见光按照不同波长细分为数十乃至数百张不同波段的谱线，从而能够通过恢复算法实现更生动的成像，并且对物体进行更精细的光学成像分析，从而满足更多领域的需求(例如，可用于航天、食品安全、医疗卫生等领域)。
本实施例中，光栅结构672的顶面被第二介质层671暴露，以确保在光调制层670中获得光栅。
光栅结构672的形状可以为条形或者柱形。本实施例中，光栅结构672的形状为柱形。具体地，根据需求，光栅结构672构成圆柱状光栅阵列。其中，通过设置光栅结构672的尺寸(例如，线宽或相邻光栅结构672的间隔距离)以及光栅结构672的材料折射率，从而实现其光学调制功能，进行光谱成像。
第二介质层671的折射率与光栅结构672的折射率不同。光调制层670为利用两种材料折射率之差作为分光的基本结构，所述光调制层670包括光栅结构672和第二介质层671，从而利用光栅结构672和第二介质层671的折射率之差，将不同像素的入光分解到对应不同波长去，进而实现高光谱成像功能。
本实施例中，第二介质层671的折射率大于光栅结构672的折射率。
在所述光电器件的形成过程中，在第二介质层671中形成调光开口后，再在调光开口中填充光栅结构672，采用先形成调光开口的方式，有利于提高调光开口的形貌质量和尺寸精度，从而提高光栅结构的形貌质量和尺寸精度。其中，折射率更低的材料的填充性能更高，为此，光栅结构672采用折射率更低的材料。
作为一种示例，所述第二介质层671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672的包括氧化硅。其中，在集成电路制造中，氮化硅、氮氧化硅和碳氮化硅均为常用的高折射率材料，氧化硅为低折射率材料。
需要说明的是，在另一些实施例中，根据需求，第二介质层也可以选用其他高折射率材料，光栅结构也可以选用其他低折射率材料。在其他实施例中，也可以为：第二介质层的折射率小于光栅结构的折射率。
本实施例中，所述光调制层670的层数为多层，且沿所述像素基底600的表面法线方向依次堆叠，相邻层的所述光调制层670中的光栅结构772在所述第一表面620上的投影部分重叠，各层光调制层670对光有不同的吸收和转化，从而有利于增大光调制层670对波长的细分程度，使得不同层的光调制层670的分光具有配合增加光调制多样性的目的，进而提高光调制层670的光谱分辨能力。
需要说明的是，作为一种示例，所述光调制层670仅位于感光区600P的第一表面620上。除感光区600P之外的剩余位置上未设有光调制层670，从而避免除感光区600P之外的剩余位置上的光调制层670对后续制程产生影响。在其他实施例中，所述光调制层也可以位于所述感光区和引线区的第一表面上。
本实施例中，所述光电传感器还包括：过渡层680，位于相邻两层光调制层670之间。在形成光调制层670的过程中，通常通过刻蚀像素单元上方的第二介质层，形成贯穿当前层的第二介质层的多个调光开口后，填充调光开口以形成光栅结构；在形成第一层光调制层670后，在形成剩余层光调制层670的过程中，由于相邻层的光调制层670中的光栅结构772在第一表面620上的投影部分重叠，因此，过渡层680能够对前一层光调制层670中的第二介质层671起到保护作用，降低前一层光调制层670的第二介质层671受到刻蚀损伤的概率，从而降低光调制层670的性能下降的概率。
此外，第二介质层671为高折射率材料，与低折射率材料相比，高折射率材料的应力通常较大，因此，所述过渡层680还能起到减少应力的作用。
为此，本实施例中，所述过渡层680的材料包括氧化硅。氧化硅的应力较小，从而有利于确保其减小应力的作用。而且，所述过渡层680与光栅结构672的材料相同，因此，在形成剩余层光调制层670的过程中，即使形成调光开口的刻蚀制程对过渡层680造成损耗，后续填充所述调光开口以形成光栅结构的过程中，光栅结构的材料能够与过渡层680相接触，从而能够对过渡层680表面进行填充修复，进而减小过渡层680受损所带来的影响。
本实施例中，所述光电传感器还包括：隔离层660，位于所述像素基底600的第一表面620上、且与所述第一表面620相接触。
通过隔离层660，从而在第一表面620上方进行相关工艺制程时，对像素基底600的第一表面620起到保护的作用，而且，还有利于降低像素单元受到光学串扰和电学串扰的概率。此外，所述隔离层660还能够作为平坦化层，从而为光调制层670的形成提供平坦面。
本实施例中，所述隔离层660的材料包括氧化硅、氮化硅、氮氧化硅、低k介质材料和超低k介质材料中的一种或多种。
相应的，本实施例中，所述光调制层670位于所述隔离层660上。
本实施例中，所述第一介质层640上键合有逻辑基底750，因此，所述光电传感器还包括：通孔互连结构(图未示)，贯穿所述隔离层620、像素基底600和第一介质层640，所述通孔互连结构电连接所述逻辑基底750。
通过所述通孔互连结构，将逻辑基底750的电性引至第一表面620，以便实现逻辑基底750与外部其他电路的电连接。
相应的，本实施例中，在所述光电传感器的形成过程中，在形成通孔互连结构之后，形成光调制层670。其中，形成通孔互连结构的制程通常包括形成通孔的制程、以及在通孔中填充导电材料的制程，且在通孔中填充导电材料的制程通常包括对导电材料进行平坦化的步骤，因此，这也能为光调制层670的形成提供平坦面。
本实施例中，所述通孔互连结构的材料为铜，从而提高所述通孔互连结构的导电性能、降低形成所述通孔互连结构的工艺难度。在其他实施例中，所述通孔互连结构的材料还可以为其他可适用的导电材料，例如：钨。
具体地，所述通孔互连结构为硅通孔(Through-Silicon Via，TSV)结构。
所述开口700位于引线区600N中，且贯穿互连结构650上方的光调制层670、像素基底600和第一介质层640，从而为形成焊垫层710提供空间位置，而且开口700露出互连结构650，以便实现焊垫层710与互连结构650的电连接。
具体地，所述开口700包括第一开口和第二开口，所述第一开口贯穿所述互连结构650上方的光调制层670和像素基底600，所述第二开口贯穿所述第一开口底部的第一介质层640，所述第二开口的开口尺寸小于所述第一开口的开口尺寸，且所述第二开口的顶部与所述第一开口的底部相连通。
需要说明的是，开口700贯穿互连结构650上方的光调制层670、像素基底600和第一介质层640，因此，在所述光电传感器的制备过程中，开口700是在形成光调制层670之后形成的，相应的，在形成光调制层670时，第一表面620上方的表面平坦度较高，相应可以减薄在形成光调制层670之前形成的平坦化层的厚度，或者省去额外的平坦化层，从而有利于降低对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670至像素基底600的垂直距离，从而提升形成光调制层670时的对准精度、相应增大形成光调制层670的工艺窗口，而且，垂直距离的减小，还有利于提升光调制层670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。
需要说明的是，所述像素基底600的第一表面620上形成有隔离层660，所述隔离层660能够作为平坦化层，从而为光调制层670的形成提供平坦面。
其中，开口700是在形成光调制层670之后形成的，在形成隔离层660之前，第一表面820上方的表面平坦度较高，因此，隔离层660无需过大的厚度，从而有利于降低对隔离层660的形成工艺的工艺稳定性的控制难度(例如，当形成隔离层660的制程包括平坦化工艺时，则有利于降低平坦化工艺的难度)。而且，由于所述隔离层660的厚度不会过大，还有利于减小光调制层670至像素基底600的垂直距离。
具体到本实施例中，所述开口700贯穿所述互连结构650上方的光调制层670、过渡层680、隔离层660、像素基底600和第一介质层640。
焊垫层710与互连结构650相连，用于实现互连结构650与外部电路或其他互连结构之间的电连接。具体地，焊垫层710位于开口700内，且焊垫层710的顶面低于第一表面620。
焊垫层710的材料为导电材料。本实施例中，焊垫层710的材料包括铝、钛、金和掺锡氧化铟中的一种或多种。作为一实施例，焊垫层710的材料为铝。铝的导电性能好，且铝为易于被刻蚀的材料，从而易于通过图形化的方式形成焊垫层710。
钝化层720用于对焊垫层710起到保护的作用。而且，所述钝化层720暴露出所述焊垫层710的部分顶部，从而定义焊垫层710中需被暴露的区域，以便能够实现焊垫层710与外部电路之间的电连接，例如：便于进行封装和测试的工艺。此外，所述钝化层720暴露出所述光调制层670，从而防止所述钝化层720对所述光调制层670的性能产生影响。
本实施例中，钝化层720的材料为绝缘材料，钝化层720的材料包括氧化硅、氮氧化硅和氮化硅中的一种或多种。作为一实施例，钝化层720的材料为氧化硅。
需要说明的是，所述光调制层670仅位于感光区600P的第一表面620，因此，所述钝化层720还位于除感光区600P之外的剩余位置的第一表面620上方。通过使所述钝化层720还位于除感光区600P之外的剩余位置的第一表面620上方，从而通过钝化层720对除感光区600P之外的剩余位置起到保护作用。
相应的，本实施例中，钝化层720保形覆盖于所述焊垫层710露出的开口700底部和侧壁、所述焊垫层710的侧壁和部分顶面、以及开口700外侧的引线区600N的第一表面620上。
本实施例中，所述光电传感器还包括：金属网格690，位于所述感光区600P的光调制层670的顶部，且所述金属网格690位于所述隔离结构630的上方。
金属网格690为网格状结构，金属网格690与隔离结构630的位置和形状相对应，金属网格690所围成的区域与每个像素单元相对应，从而防止相邻的像素单元之间产生光学串扰。
本实施例中，金属网格690的材料为金属材料，金属网格690的材料包括铝和钨中的一种或两种。作为一种示例，金属网格690的材料为铝。铝为易于被刻蚀的材料，从而便于进行形成金属网格690的图形化工艺，且铝的导电性能好，有利于提高金属网格690的电连接性能，此外，铝为不透光的材料，从而保障了金属网格690降低相邻像素单元之间的光学串扰的作用。
图4是本发明光电传感器另一实施例的结构示意图。
本实施例与前述实施例的相同之处，在此不再赘述。本实施例与前述实施例的不同之处在于：光调制层与金属网格的相对位置关系不同。
本实施例中，所述光电传感器还包括位于所述光调制层870和像素基底800之间的金属网格890以及第三介质层900，其中，所述金属网格890位于所述感光区800P的第一表面820上，且所述金属网格890位于所述隔离结构830的上方，所述第三介质层900覆盖所述金属网格890和第一表面820；所述光调制层870位于所述第三介质层900的顶部。
本实施例中，所述第三介质层900覆盖金属网格890和第一表面820，第三介质层900能够对金属网格890和第一表面820起到保护作用，从而降低光调制层870的形成工艺对金属网格890和第一表面820造成损伤的概率。而且，第三介质层900还用于作为平坦化层，从而为光调制层870的形成提供平坦面。
需要说明的是，开口950是在形成光调制层870之后形成的，在形成金属网格890之前，第一表面820上方的表面平坦度较高，且金属网格890的高度通常不会过大，因此，第三介质层900无需过大的厚度，从而有利于降低对第三介质层900的形成工艺的工艺稳定性的控制难度(例如，当形成第三介质层900的制程包括平坦化工艺时，则有利于降低平坦化工艺的难度)。而且，由于所述第三介质层900的厚度不会过大，还有利于减小光调制层870至像素基底800的垂直距离，从而提升形成光调制层870时的对准精度、相应增大形成光调制层870的工艺窗口，而且，垂直距离的减小，还有利于提升光调制层870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。
所述第三介质层900的材料包括氧化硅、氮化硅、氮氧化硅、低k介质材料和超低k介质材料中的一种或多种。本实施例中，所述第三介质层900的材料为氧化硅。
还需要说明的是，本实施例中，为了减少工艺步骤，在形成光调制层870后，保留除所述感光区800P之外的剩余位置的光调制层870，因此，所述光调制层870位于所述感光区800P和引线区800N的第一表面820上。
相应的，本实施例中，钝化层920保形覆盖于所述焊垫层910露出的开口950底部和侧壁、所述焊垫层910的侧壁和部分顶面。
可以理解的是，在其他实施例中，所述光调制层也可以仅位于所述感光区的第一表面上。
相应的，本发明还提供一种光电传感器的形成方法。图5至图12是本发明光电传感器的形成方法一实施例中各步骤对应的结构示意图。
参考图5，提供像素基底100，包括相对的第一表面120和第二表面110，所述像素基底100包括相邻的感光区100P和引线区100N，所述感光区100P包括阵列排布的像素单元(未标示)和位于所述像素单元区之间的隔离结构130，所述第二表面110上形成有第一介质层140，所述引线区100N的第一介质层140中形成有互连结构150。
所述像素基底100用于为光电传感器的形成提供操作平台。
本实施例中，光电传感器为CMOS图像传感器。在其他实施例中，光电传感器还可以为其他类型的光电传感器，例如，TOF传感器或CCD图像传感器。
本实施例中，像素基底100包括衬底(图未示)。具体地，衬底的材料可以包括硅、锗、锗化硅、碳化硅、砷化镓和镓化铟中的一种或多种。作为一种示例，衬底为硅衬底。在其他实施例中，衬底还可以为绝缘体上的硅衬底或者绝缘体上的锗衬底等其他类型的衬底。
本实施例中，所述光电传感器为背照式(Backside Illumination，BSI)的光电传感器，因此，所述第一表面120为像素基底100的背面，所述第二表面110为像素基底100的正面。具体地，像素基底100的第一表面120为受光面。
像素基底100包括感光区100P，感光区100P用于接收光学信号，并将光学信号转化为电信号。本实施例中，感光区100P包括阵列排布的像素单元，像素单元用于接收光学信号，以便将光学信号转化为电信号。
引线区100N用于实现布线，从而实现像素单元或像素基底100中其他器件结构与外部电路之间的电连接。
隔离结构130位于相邻像素单元区之间的像素基底100中，用于降低相邻像素单元之间的光学串扰和电学串扰。隔离结构130贯穿相邻像素单元的像素基底100，从而实现相邻像素单元的像素基底100之间的电隔离，进而有利于在器件工作时，防止相邻像素单元的像素基底100中产生漏电。
本实施例中，隔离结构130为深沟槽隔离结构。具体地，隔离结构130包括介电材料和金属材料中的一种或两种。其中，金属材料包括钨、铝、钛、氮化钛、氮化钽、铜中的一种或者多种，介电材料包括氮化硅、氧化硅、氧化铝、氧化钛、氧化铪、氧化锆、氧化镁、氧化钙、氧化钇、氧化钽、氧化锶、氧化镧和氧化钡中的任意一种或多种。
第一介质层140用于实现互连结构150之间的隔离。第一介质层140的材料包括氧化硅、氮化硅、氮氧化硅、低k介质材料和超低k介质材料中的一种或多种。
互连结构150用于实现像素单元之间的电连接，还用于实现像素单元与外部电路或其他互连结构之间的电连接。具体地，互连结构150的层数为一层或多层。作为一种示例，在互连结构150的层数为多层的情况下，最靠近第二表面110的一层互连结构150用于与后续形成的焊垫层相连。
需要说明的是，图5中示出了互连结构150位于引线区100N中的情况。在实际的工艺过程中，互连结构150还位于感光区100P中，引线区100N中的互连结构150与感光区100P中的互连结构650之间电连接。
通过互连结构150，实现像素单元与焊垫层之间的电连接，从而实现像素单元与外部电路之间的电连接。本实施例中，所述互连结构150的材料为金属，例如：铜、铝、钨、钴、镍、钛、钽、氮化钛和氮化钽中的一种或多种。
需要说明的是，本实施例中，位于所述第二表面110的第一介质层140上还键合有逻辑基底250。逻辑基底250作为逻辑晶圆，用于对像素基底100提供的电信号进行分析处理。具体地，逻辑基底250内形成有逻辑器件，逻辑器件用于对像素基底100提供的电信号进行分析处理。
通过将像素区(即感光区100P)和逻辑区分别设置在不同的基底上，并且将像素基底100与逻辑基底250键合在一起，有利于增大像素面积，还有利于缩短光线抵达光电元件的路径、减少了光线的散射，使光线更为聚焦，进而提升了光电传感器在弱光环境中的感光能力，降低了系统噪声和串扰。
此外，在所述第一表面120一侧进行工艺制程时，所述逻辑基底250还能够起到支撑的作用。
作为一实施例，通过混合键合(Hybrid bonding)的方式，实现逻辑基底250与第一介质层140之间的键合。在一个具体实施例中，提供键合有逻辑基底250的像素基底100的步骤包括：提供像素基底100；提供逻辑基底250；实现第一介质层140与逻辑基底100之间的键合；在键合之后，对像素基底100的第一表面120进行减薄处理；在进行减薄处理之后，在相邻像素单元之间的像素基底100内形成隔离结构130。
其中，所述隔离结构130通过先在相邻像素单元之间的像素基底100内形成隔离沟槽(图未示)，再填充所述隔离沟槽、并对填充的材料进行平坦化处理(例如，化学机械研磨处理)的方式形成，本实施例中在此不再赘述。
还需要说明的是，本实施例中，所述像素基底100的第一表面120上还形成有隔离层160。具体地，在形成所述隔离结构130之后形成所述隔离层160。
通过隔离层160，从而在第一表面120上方进行相关工艺制程时，对像素基底100的第一表面120起到保护的作用，而且，还有利于降低像素单元受到光学串扰和电学串扰的概率。此外，所述隔离层160还能够作为平坦化层，从而为后续制程提供平坦面。
本实施例中，所述隔离层160的材料包括氧化硅、氮化硅、氮氧化硅、低k介质材料和超低k介质材料中的一种或多种。
作为一种示例，采用沉积工艺，形成所述隔离层160。具体地，该沉积工艺可以为化学气相沉积工艺。
本实施例中，为了为后续制程提供平坦面，所述形成方法还可以包括：对所述隔离层160进行平坦化处理(例如，化学机械研磨处理)。
需要说明的是，在形成隔离层160之前，第一表面120上方的表面平坦度较高，因此，隔离层160无需过大的厚度，从而有利于降低对隔离层160的形成工艺的工艺稳定性的控制难度(例如，有利于降低平坦化工艺的难度)，相应也易于提高隔离层160的顶面平坦度。
本实施例中，所述形成方法还包括：形成贯穿所述隔离层160、像素基底100和第一介质层140的通孔互连结构(图未示)，所述通孔互连结构电连接所述逻辑基底250。
通过所述通孔互连结构，将逻辑基底250的电性引至第一表面120，以便实现逻辑基底250与外部其他电路的电连接。
本实施例中，通过硅通孔(Through-Silicon Via，TSV)工艺形成所述通孔互连结构。具体地，形成所述通孔互连结构的步骤包括：形成贯穿所述隔离层160、像素基底100和第一介质层140的通孔，所述通孔露出所述逻辑基底250中待互连的互连结构(例如为顶层金属互连结构)；在所述通孔中填充导电材料；对所述导电材料进行平坦化处理(例如，化学机械研磨工艺)，保留位于所述通孔中的导电材料作为通孔互连结构。
通过对所述导电材料进行平坦化处理的步骤，这也能为后续形成制程提供平坦面。
本实施例中，所述通孔互连结构的材料为铜，从而提高所述通孔互连结构的导电性能、降低形成所述通孔互连结构的工艺难度。在其他实施例中，所述通孔互连结构的材料还可以为其他可适用的导电材料，例如：钨。
在其他实施例中，也可以在第一介质层上键合其他类型的基底，例如为承载基底，从而在所述第一表面一侧进行工艺制程的过程中，起到支撑的作用。
相应的，当键合仅具有支撑作用的承载基底时，则省去形成该通孔互连结构的制程。
参考图6至图9，在所述像素基底100的第一表面120上形成至少一层光调制层170，所述光调制层170包括第二介质层171、以及位于所述第二介质层171中的光栅结构172，所述光栅结构172位于所述像素单元的上方，所述光栅结构172的顶面被所述第二介质层171暴露，所述第一介质层171的折射率与所述光栅结构172的折射率不同。
具体到本实施例中，在所述隔离层160上形成所述光调制层170。
传统的光电传感器通常采用彩色滤光片作为滤光部件，本实施例中，通过形成光调制层170，并使得光栅结构172位于像素单元的上方，从而使得光调制层170能够作为滤光部件，进而代替彩色滤光片。其中，通过在光电传感器中形成光调制层170，将光调制层170嵌入至光电传感器的制造工艺中，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)。
而且，光调制层170包括第二介质层171、以及位于第二介质层171中的光栅结构172，第二介质层171的折射率与光栅结构172的折射率不同，通过光调制层170中的光栅结构172，能够将可见光按照不同波长细分为数十乃至数百张不同波段的谱线，从而能够通过恢复算法实现更生动的成像，并且对物体进行更精细的光学成像分析，从而满足更多领域的需求(例如，可用于航天、食品安全、医疗卫生等领域)。
此外，本实施例中在形成贯穿的互连结构150上方的像素基底100和第一介质层140的开口之前，形成光调制层170，相应的，在形成光调制层170时，第一表面120上方的表面平坦度较高，相应可以减薄在形成光调制层170之前形成的平坦化层的厚度，或者省去额外的平坦化层，从而有利于降低对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170至像素基底100的垂直距离，从而提升形成光调制层170时的对准精度、相应增大形成光调制层170的工艺窗口，而且，垂直距离的减小，还有利于提升光调制层170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。
需要说明的是，所述像素基底100的第一表面120上形成有隔离层160，所述隔离层160能够作为平坦化层，从而为光调制层170的形成提供平坦面。
本实施例中，光栅结构172的顶面被第二介质层171暴露，以确保在光调制层170中获得光栅。
光栅结构172的形状可以为条形或者柱形。本实施例中，光栅结构172的形状为柱形。具体地，根据需求，光栅结构172构成圆孔状光栅阵列。其中，通过设置光栅结构172的尺寸(例如，线宽或相邻光栅结构172的间隔距离)以及光栅结构172的材料折射率，从而实现其光学调制功能，进行光谱成像。
第二介质层171的折射率与光栅结构172的折射率不同。光调制层170为利用两种材料折射率之差作为分光的基本结构，所述光调制层170包括光栅结构172和第二介质层171，从而利用光栅结构172和第二介质层171的折射率之差，将不同像素的入光分解到对应不同波长，进而实现高光谱成像功能。
本实施例中，第二介质层171的折射率大于光栅结构172的折射率。在形成光调制层170的过程中，在第二介质层171中形成调光开口后，再在调光开口中填充光栅结构172，采用先形成调光开口的方式，有利于提高调光开口的形貌质量和尺寸精度，从而提高光栅结构172的形貌质量和尺寸精度。其中，折射率更低的材料的填充性能更高，为此，光栅结构172采用折射率更低的材料。
作为一种示例，所述第二介质层171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172的包括氧化硅。其中，在集成电路制造中，氮化硅、氮氧化硅和碳氮化硅均为常用的高折射率材料，氧化硅为低折射率材料。
需要说明的是，在另一些实施例中，根据需求，第二介质层也可以选用其他高折射率材料，光栅结构也可以选用其他低折射率材料。在其他实施例中，也可以为：第二介质层的折射率小于光栅结构的折射率。
本实施例中，进行多次光栅形成处理，以形成沿所述像素基底100的表面法线方向依次堆叠的多层光调制层170，且相邻层的所述光调制层170中的光栅结构172在所述第一表面120上的投影部分重叠。
通过多次光栅形成处理，以形成多层光调制层170，而且相邻层的所述光调制层170中的光栅结构172在所述第一表面120上的投影部分重叠，各层光调制层170对光有不同的吸收和转化，从而有利于增大光调制层170对波长的细分程度，使得不同层的光调制层170的分光具有配合增加光调制多样性的目的，进而提高光调制层170的光谱分辨能力。
本实施例中，所述光栅形成处理的步骤包括：如图6所示，在所述像素基底100的第一表面120上方形成第二介质层171；如图7所示，图形化所述第二介质层171，在所述像素单元上方形成贯穿当前层的所述第二介质层171的多个调光开口173；如图8所示，在所述调光开口173中填充光栅结构172。
相应的，本实施例中，调光开口173为孔洞。在其他实施例中，调光开口也可以为条形沟槽。
本实施例中，在所述调光开口173中填充光栅结构172的步骤包括：在所述调光开口173中填充光栅材料层(图未示)，所述光栅材料层还覆盖当前层的所述第二介质层171；对所述光栅材料层进行平坦化处理，去除高于所述第二介质层171顶部的光栅材料层，保留剩余位于所述调光开口173中的光栅材料层作为光栅结构172。
具体地，对所述光栅材料层进行平坦化处理为化学机械研磨工艺。
相应的，通过重复进行多次光栅形成处理，从而形成多层堆叠的光调制层170。
如图9所示，本实施例中，以所述光调制层170的层数为两层为例进行说明。在其他实施例中，所述光调制层的层数还可以大于两层，例如，三层或四层。
本实施例中，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170的过渡层180。
在光栅形成处理的过程中，通常通过刻蚀像素单元上方的第二介质层171，形成贯穿当前层的第二介质层171的多个调光开口173后，由于相邻层的光调制层170中的光栅结构172在第一表面120上的投影部分重叠，因此，过渡层180能够对前一层光调制层170中的第二介质层171起到保护作用，降低前一层光调制层170的第二介质层171受到刻蚀损伤的概率，从而降低光调制层170的性能下降的概率。
此外，第二介质层171为高折射率材料，与低折射率材料相比，高折射率材料的应力通常较大，因此，所述过渡层180还能起到减少应力的作用。
为此，本实施例中，所述过渡层180的材料包括氧化硅。氧化硅的应力较小，从而有利于确保其减小应力的作用。
而且，所述过渡层180与光栅结构172的材料相同，因此，在形成剩余层光调制层170的过程中，即使形成调光开口173的刻蚀制程对过渡层180造成损耗，后续填充所述调光开口173以形成光栅结构172的过程中，光栅结构172的材料能够与过渡层180相接触，从而能够对过渡层180表面进行填充修复，进而减小过渡层180受损所带来的影响。
需要说明的是，所述过渡处理还包括：对所述过渡层180进行平坦化处理。
通过对所述过渡层180进行平坦化处理，从而提高所述过渡层180的顶面平坦度，进而为后续的光栅形成处理提供平坦面。
具体地，所述平坦化处理的工艺为化学机械研磨工艺，以实现全局平坦化。
在其他实施例中，在光栅形成处理中，也可以先形成凸立的光栅结构，再在光栅结构四周形成环绕覆盖光栅结构侧壁的第二介质层。
参考图10，在所述像素基底100的第一表面120上形成光调制层170后，所述形成方法还包括：在所述感光区100P的光调制层170顶部形成金属网格190，所述金属网格190位于所述隔离结构130的上方。
金属网格190为网格状结构，金属网格190与隔离结构130的位置和形状相对应，金属网格190所围成的区域与每个像素单元相对应，从而防止相邻的像素单元之间产生光学串扰。
本实施例中，在形成贯穿的互连结构150上方的光调制层170、像素基底100和第一介质层140的开口之前，形成金属网格190，光调制层170能够为金属网格190的形成提供平坦面，从而降低形成金属网格190的难度，并减小对金属网格190的形成制程的影响。
相应的，本实施例中，将形成光调制层170的制程嵌入至形成金属网格190之前，从而提高光电传感器的滤光部件的工艺兼容性，而且，减小对现有制程的影响。
本实施例中，金属网格190的材料为金属材料，金属网格190的材料包括铝和钨中的一种或两种。作为一种示例，金属网格190的材料为铝。铝为易于被刻蚀的材料，从而便于进行形成金属网格190的图形化工艺，且铝的导电性能好，有利于提高金属网格190的电连接性能，此外，铝为不透光的材料，从而保障了金属网格190降低相邻像素单元之间的光学串扰的作用。
本实施例中，形成金属网格190的步骤包括：形成覆盖光调制层170的金属材料层；图形化所述金属材料层，形成图形化的金属网格190。
作为一种示例，采用物理气相沉积(Physical Vapor Deposition，PVD)工艺，形成所述金属材料层。作为一种示例，采用刻蚀工艺，图形化金属材料层。具体地，所述刻蚀工艺为各向异性的干法刻蚀工艺。
参考图11，在所述引线区100N中形成贯穿的互连结构150上方的光调制层170、像素基底100和第一介质层140的开口200，所述开口200露出互连结构150。
所述开口200为后续形成焊垫层提供空间位置，而且开口200露出互连结构150，以便实现焊垫层与互连结构150的电连接。
具体地，形成开口200的步骤包括：形成贯穿所述互连结构610上方的光调制层170和像素基底100的第一开口202，所述第一开口202底部露出第一介质层140；形成位于第一开口202底部的第一介质层140内的第二开口201，所述第二开口201的开口尺寸小于所述第一开口202的开口尺寸，且所述第二开口201的顶部与所述第一开口202的底部相连通，所述第一开口202和第二开口201构成所述开口200。
本实施例中，采用各向异性的干法刻蚀工艺进行刻蚀，以分别形成第一开口202和第二开口201。通过采用干法刻蚀工艺，以提高刻蚀剖面控制性。
可以理解的是，在形成开口200的过程中，由于所述第二开口201的开口尺寸小于所述第一开口202的开口尺寸，因此通过采用不同的光罩，以分别形成第一开口202和第二开口201。
需要说明的是，由于相邻层光调制层170之间还形成有过渡层180，且第一表面120上还形成有隔离层160，因此，在形成所述开口200的步骤中，所述开口200还贯穿所述过渡层180和隔离层160。
具体地，在形成第一开口202的步骤中，所述第一开口202还贯穿所述过渡层180和隔离层160。
参考图12，在所述开口200的底部形成焊垫层210，所述焊垫层210与所述引线区100N的互连结构150相连。
焊垫层210与互连结构150相连，用于实现互连结构150与外部电路或其他互连结构之间的电连接。具体地，焊垫层210位于开口200内，且焊垫层210的顶面低于第一表面120。
本实施例中，焊垫层210位于开口200内，焊垫层210的顶面低于第一表面120。
本实施例中，形成焊垫层210的步骤包括：在开口200的底部和侧壁上形成焊垫材料层(图未示)，所述焊垫材料层还覆盖所述开口200外侧的光调制层170和金属网格190；去除位于所述开口200外侧的光调制层170和金属网格190上的焊垫材料层、以及位于开口200底部的部分焊垫材料层，剩余位于开口200底部且与互连结构150相接触的焊垫材料层用于作为焊垫层210。
焊垫层210的材料为导电材料。本实施例中，焊垫层210的材料包括铝、钛、金和掺锡氧化铟中的一种或多种。作为一实施例，焊垫层210的材料为铝。铝的导电性能好，且铝为易于被刻蚀的材料，从而易于通过图形化的方式形成焊垫层210。
参考图13，在形成焊垫层210之后，所述形成方法还包括：去除除所述感光区100P之外的剩余位置的光调制层170。
通过去除除所述感光区100P之外的剩余位置的光调制层170，从而避免除感光区100P之外的剩余位置上的光调制层170对后续制程产生影响，进而减小光调制层170的形成对光电传感器的制备工艺的影响。
具体地，形成覆盖所述感光区100P的掩膜层(图未示)，所述掩膜层还填充于所述开口200中；以所述掩膜层为掩膜，去除被暴露的光调制层170；在去除被暴露的光调制层170后，去除所述掩膜层。
作为一种示例，采用干法刻蚀工艺，去除被暴露的光调制层170。例如，干法刻蚀工艺可以为反应离子刻蚀(Reactive IonEtching，RIE)工艺。
需要说明的是，本实施例在形成焊垫层210之后，再去除除所述感光区100P之外的剩余位置的光调制层170，因此，在形成焊垫层210时，所述开口200外侧的顶面高度一致性较高，从而降低了形成焊垫层210的工艺难度。
还需要说明的是，在其他实施例中，也可以保留位于引线区的光调制层。
继续参考图13，在形成焊垫层210之后，所述形成方法还包括：在所述焊垫层210的顶面和侧壁上、所述开口200的侧壁和底面上、以及所述光调制层170上形成钝化层220；去除位于所述焊垫层210部分顶面上的所述钝化层220、以及位于所述光调制层170上方的所述钝化层220，暴露出所述焊垫层210的部分顶面以及所述光调制层170。
本实施例中，在去除除所述感光区100P之外的剩余位置的光调制层170之后，形成钝化层220。
钝化层220用于对焊垫层210起到保护的作用。而且，所述钝化层220暴露出所述焊垫层210的部分顶部，从而定义焊垫层210中需被暴露的区域，以便能够实现焊垫层201与外部电路之间的电连接，例如：便于进行封装和测试的工艺。此外，所述钝化层220暴露出所述光调制层170，从而防止所述钝化层220对所述光调制层170的性能产生影响。
本实施例中，钝化层220的材料为绝缘材料，钝化层220的材料包括氧化硅、氮氧化硅和氮化硅中的一种或多种。作为一种示例，钝化层220的材料为氧化硅。
本实施例中，采用沉积工艺形成钝化层220。相应的，在形成所述钝化层220的步骤中，所述钝化层220还覆盖位于所述开口200外侧的第一表面120。
作为一种示例，所述沉积工艺可以为化学气相沉积工艺，化学气相沉积工艺具有较强的覆盖能力，且工艺成本低、工艺兼容性高。
本实施例中，采用刻蚀工艺(例如，各向异性的干法刻蚀工艺)，去除位于所述焊垫层210部分顶面上的所述钝化层220、以及位于所述光调制层170上方的所述钝化层220。其中，在同一步骤中，去除位于所述焊垫层210部分顶面上的所述钝化层220、以及位于所述光调制层170上方的所述钝化层220，从而避免光罩的新增。
需要说明的是，本实施例中，由于是在形成金属网格190之后，形成钝化层220，相应地，钝化层220无需填充所述开口200，从而节省形成所述钝化层220所需要的材料。
具体地，钝化层220保形覆盖在所述焊垫层210的顶面和侧壁上、所述开口200的侧壁和底面上、以及所述光调制层170上。
相应的，去除位于所述焊垫层210部分顶面上的钝化层220、以及位于所述光调制层170上方的钝化层220的过程中，由于钝化层220的厚度不会过大，因此，还有利于降低刻蚀钝化层220以暴露出焊垫层210的工艺难度。
还需要说明的是，去除位于所述焊垫层210部分顶面上的所述钝化层220、以及位于所述光调制层170上方的所述钝化层220的步骤中，剩余钝化层220还位于除所述感光区100P之外的剩余位置的第一表面120上方，从而通过钝化层220对除感光区100P之外的剩余位置起到保护作用。
图14至图17是本发明光电传感器的形成方法一实施例中各步骤对应的结构示意图。
本实施例与前述实施例的相同之处，在此不再赘述。本实施例与前述实施例的不同之处在于：光调制层与金属网格的形成顺序不同。
参考图14，在提供像素基底300后，在所述像素基底300的第一表面320上方形成光调制层之前，还包括：在所述感光区300P的第一表面320上形成金属网格390，所述金属网格390位于所述隔离结构330的上方；形成覆盖所述金属网格390和第一表面320的第三介质层400。
对所述所述金属网格390的具体描述，请参考前述实施例的内容，在此不再赘述。
本实施例中，所述第三介质层400覆盖金属网格390和第一表面320，第三介质层400能够对金属网格390和第一表面320起到保护作用，从而降低后续光调制层的形成工艺对金属网格390和第一表面320造成损伤的概率。而且，第三介质层400还用于作为平坦化层，从而为光调制层的形成提供平坦面。
需要说明的是，后续在形成光调制层之后再形成开口，在形成金属网格390之前，第一表面320上方的表面平坦度较高，且金属网格390的高度通常不会过大，因此，所述第三介质层400无需过大的厚度，从而有利于降低对第三介质层400的形成工艺的工艺稳定性的控制难度(例如，当需要对第三介质层400进行平坦化工艺时，则有利于降低平坦化工艺的难度)。而且，由于所述第三介质层400的厚度不会过大，还有利于减小光调制层至像素基底300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。
所述第三介质层400的材料包括氧化硅、氮化硅、氮氧化硅、低k介质材料和超低k介质材料中的一种或多种。本实施例中，所述第三介质层400的材料为氧化硅。
本实施例中，采用沉积工艺形成第三介质层400。作为一种示例，所述沉积工艺可以为化学气相沉积工艺，化学气相沉积工艺具有较强的覆盖能力，且工艺成本低、工艺兼容性高。
需要说明的是，形成覆盖所述金属网格390和第一表面320的第三介质层400后，在所述第三介质层400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400。
通过平坦化所述第三介质层400，以提高所述第三介质层400的顶面平坦度，从而为后续形成光调制层提供平坦面。
参考图15，在所述第三介质层400的顶部形成光调制层370。
对所述所述光调制层370的具体描述，请参考前述实施例的内容，在此不再赘述。
参考图16，在所述引线区300N中形成贯穿的互连结构350上方的光调制层370、像素基底300和第一介质层340的开口500，所述开口500露出互连结构350。
具体到本实施例中，所述开口500贯穿互连结构350上方的光调制层370、过渡层380、第三介质层400、隔离层360、像素基底300和第一介质层340。
对所述开口500的具体描述，请参考前述实施例的内容，在此不再赘述。
参考图17，在所述开口500的底部形成焊垫层510，所述焊垫层510与所述引线区300N的互连结构350相连。
对所述焊垫层510的具体描述，请参考前述实施例的内容，在此不再赘述。
需要说明的是，为了减少工艺步骤，从而降低工艺成本(例如，可以避免新增一张光罩)，本实施例中，在形成焊垫层510后，保留除所述感光区300P之外的剩余位置的光调制层370，因此，所述光调制层370位于感光区300P和引线区300N的第一表面320上方。
继续参考图17，在形成所述焊垫层510之后，还包括：在所述焊垫层510的顶面和侧壁上、所述开口500的侧壁和底面上、以及所述光调制层370上形成钝化层520；去除位于所述焊垫层510部分顶面上的所述钝化层520、以及位于所述光调制层370上方的所述钝化层520，暴露出所述焊垫层510的部分顶面以及所述光调制层370。
对所述钝化层520的具体描述，请参考前述实施例的内容，在此不再赘述。
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。
本实施例的电子设备，可以是手机、平板电脑、笔记本电脑、导航仪、照相机、摄像机、扫地机器人、虚拟现实设备、增强现实设备等具有光电传感功能的任何电子产品或设备，也可为任何包括前述的光电传感器的中间产品。
由前述记载可知，本实施例提供的光电传感器的性能较佳，因此，通过使用本发明实施例提供的光电传感器，相应有利于提高电子设备的性能，提升用户的使用感受度。
虽然本发明披露如上，但本发明并非限定于此。任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，均可作各种更动与修改，因此本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。
Claims (24)
1.一种光电传感器，其特征在于，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。
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；
或者，
所述光电传感器还包括位于所述光调制层和像素基底之间的金属网格以及第三介质层，其中，所述金属网格位于所述感光区的第一表面上，且所述金属网格位于所述隔离结构的上方，所述第三介质层覆盖所述金属网格和第一表面；所述光调制层位于所述第三介质层的顶部。
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；
或者，
所述光调制层仅位于所述感光区的第一表面上，所述钝化层还位于除所述感光区之外的剩余位置的第一表面上方。
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；
通孔互连结构，贯穿所述隔离层、像素基底和第一介质层，所述通孔互连结构电连接所述逻辑基底。
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：
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。
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；
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的步骤中，所述开口还贯穿所述过渡层。
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；
图形化所述第二介质层，在所述像素单元上方形成贯穿当前层的所述第二介质层的多个调光开口；
在所述调光开口中填充光栅结构。
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；
或者，
在所述像素基底的第一表面上形成光调制层之前，还包括：在所述感光区的第一表面上形成金属网格，所述金属网格位于所述隔离结构的上方；形成覆盖所述金属网格和第一表面的第三介质层；
在所述像素基底的第一表面上形成光调制层包括：在所述第三介质层的顶部形成所述光调制层。
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；
去除位于所述焊垫层部分顶面上的所述钝化层、以及位于所述光调制层上方的所述钝化层，暴露出所述焊垫层的部分顶面以及所述光调制层。
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；
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的步骤中，所述钝化层还覆盖位于所述开口外侧的第一表面；
去除位于所述焊垫层部分顶面上的所述钝化层、以及位于所述光调制层上方的所述钝化层的步骤中，剩余钝化层还位于除所述感光区之外的剩余位置的第一表面上方。
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；
在所述像素基底的第一表面上形成光调制层之前，还包括：形成贯穿所述隔离层、像素基底和第一介质层的通孔互连结构，所述通孔互连结构电连接所述逻辑基底。
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。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202210768297.0A CN117374088A (zh) | 2022-07-01 | 2022-07-01 | 光电传感器及其形成方法、以及电子设备 |
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