一种传感器结构及其形成方法与流程

本发明涉及半导体封装技术领域，特别是涉及一种传感器结构及其形成方法。

背景技术：

图像传感器，或称感光元件，是一种将光学图像转换成电子信号的设备，它被广泛地应用在数码相机和其他电子光学设备中。早期的图像传感器采用模拟信号，如摄像管(videocameratube)。随着数码技术、半导体制造技术以及网络的迅速发展，市场和业界都面临着跨越各平台的视讯、影音、通讯大整合时代的到来，勾划着未来人类的日常生活的美景。以其在日常生活中的应用，无疑要属数码相机产品，其发展速度可以用日新月异来形容。数码相机的市场以惊人的速度在增长，因此，其关键零部件——图像传感器产品就成为当前以及未来业界关注的对象，吸引着众多厂商投入。以产品类别区分，图像传感器产品主要分为ccd、cmos以及cis传感器三种。

然而，随着器件集成度的提高，如何提高图像传感器的性能引起了人们的广泛关注。

技术实现要素：

本发明的目的是克服上述现有技术的不足，提供一种传感器结构及其形成方法。

为实现上述目的，本发明提出的一种传感器结构的形成方法，包括以下步骤：

(1)提供一衬底，在所述衬底内具有多个像素区，相邻所述像素区之间具有隔离区，所述衬底具有相对的第一表面和第二表面，在每个所述像素区内均形成一个感光区域，所述感光区域从所述衬底的所述第一表面露出。

(2)接着从所述衬底的所述第二表面对所述衬底进行减薄处理。

(3)接着在所述衬底的所述第二表面上形成第一减反射层。

(4)接着在所述衬底的所述第二表面上形成光刻胶层，接着在所述光刻胶层中形成凹槽；接着在所述凹槽中形成栅格结构，然后去除所述光刻胶层。

(5)接着在每个所述栅格结构围绕形成的沟槽中设置第一个金属网，然后在所述沟槽中形成第一个滤光层，接着交替形成金属网和滤光层，直至形成第n个金属网以及第n个滤光层，其中，n为不小于3的自然数，其中，每个所述滤光层的厚度与所述每个所述金属网的厚度的比值为5-10，所述金属网的孔隙率大于等于80％。

(6)接着在所述第n个滤光层上形成第二减反射层。

(7)接着在所述第二反射层上形成透镜层。

作为优选，所述衬底的材料为单晶硅、多晶硅、非晶硅、锗、锗化硅、砷化镓、碲化镉中的一种，所述感光区域为光电二极管或感光mos管。

作为优选，通过cmp工艺对所述衬底进行减薄处理。

作为优选，通过pecvd法形成所述第一减反射层，所述第一减反射层的材料为氧化硅、氮化硅、氮氧化硅中的一种或多种。

作为优选，所述栅格结构为单层结构或多层复合结构，所述栅格结构的材料包括金属材料和/或无机非金属材料。

作为优选，在所述步骤(5)中，金属网的材质为铜或银，所述金属网的制备工艺为：在所述衬底的所述第二表面上旋涂含有金属钠米线的悬浮液，并通过热处理工艺以形成所述金属网。

作为优选，通过pecvd法形成所述第二减反射层，所述第二减反射层的材料为氧化硅、氮化硅、氮氧化硅中的一种或多种。

本发明还提出一种传感器结构，其采用上述方法制备形成的。

本发明与现有技术相比具有下列优点：

在本发明的传感器结构的制备过程中，通过在每个所述栅格结构围绕形成的沟槽中设置第一个金属网，然后在所述沟槽中形成第一个滤光层，接着交替形成金属网和滤光层，直至形成第n个金属网以及第n个滤光层，其中，n为不小于3的自然数，其中，每个所述滤光层的厚度与所述每个所述金属网的厚度的比值为5-10，所述金属网的孔隙率大于等于80％，每个滤光层中均具有金属纳米网结构，上述金属纳米网结构可以固定滤光层，且该金属网具有足够的空隙率，可以确保光源的透射通道，且在滤光层的上下表面均设置有减反射层，有效降低的光损耗，上述方法形成的滤光单元，可以有效抑制滤光单元在使用过程中发生形变，进而可以确保传感器结构在不同环境中均可以正常使用，即使在高温环境下使用，滤光层也不会发生明显的热膨胀效应，有效提高了的图像传感器结构的耐候性和耐用性。

附图说明

图1-图7为本发明实施例中传感器结构形成过程的结构示意图。

具体实施方式

本发明提出的一种传感器结构的形成方法，包括以下步骤：

(1)提供一衬底，在所述衬底内具有多个像素区，相邻所述像素区之间具有隔离区，所述衬底具有相对的第一表面和第二表面，在每个所述像素区内均形成一个感光区域，所述感光区域从所述衬底的所述第一表面露出。

(2)接着从所述衬底的所述第二表面对所述衬底进行减薄处理。

(3)接着在所述衬底的所述第二表面上形成第一减反射层。

(4)接着在所述衬底的所述第二表面上形成光刻胶层，接着在所述光刻胶层中形成凹槽；接着在所述凹槽中形成栅格结构，然后去除所述光刻胶层。

(5)接着在每个所述栅格结构围绕形成的沟槽中设置第一个金属网，然后在所述沟槽中形成第一个滤光层，接着交替形成金属网和滤光层，直至形成第n个金属网以及第n个滤光层，其中，n为不小于3的自然数，其中，每个所述滤光层的厚度与所述每个所述金属网的厚度的比值为5-10，所述金属网的孔隙率大于等于80％。

(6)接着在所述第n个滤光层上形成第二减反射层。

(7)接着在所述第二反射层上形成透镜层。

进一步的，所述衬底的材料为单晶硅、多晶硅、非晶硅、锗、锗化硅、砷化镓、碲化镉中的一种，所述感光区域为光电二极管或感光mos管。

进一步的，通过cmp工艺对所述衬底进行减薄处理。

进一步的，通过pecvd法形成所述第一减反射层，所述第一减反射层的材料为氧化硅、氮化硅、氮氧化硅中的一种或多种。

进一步的，所述栅格结构为单层结构或多层复合结构，所述栅格结构的材料包括金属材料和/或无机非金属材料。

进一步的，在所述步骤(5)中，金属网的材质为铜或银，所述金属网的制备工艺为：在所述衬底的所述第二表面上旋涂含有金属钠米线的悬浮液，并通过热处理工艺以形成所述金属网。

进一步的，通过pecvd法形成所述第二减反射层，所述第二减反射层的材料为氧化硅、氮化硅、氮氧化硅中的一种或多种。

下面结合图1-图7的传感器结构形成过程的结构示意图进行详细的说明。

请参考图1，提供一衬底10，在所述衬底10内具有多个像素区11，相邻所述像素区11之间具有隔离区12，所述衬底10具有相对的第一表面和第二表面，在每个所述像素区11内均形成一个感光区域，所述感光区域从所述衬底10的所述第一表面露出。所述感光区域为光敏元件，具体为可检测光的光电二极管或感光mos管，所述像素区域还包括转移晶体硅、重置晶体硅、选择晶体硅以及存储晶体管等元件，所述感光区域用于吸收光线，并对所吸收的光线进行光电转换，多个所述像素区11构成了像素阵列。所述隔离区12为浅沟槽隔离结构或深沟槽隔离结构，其用于防止相邻像素区11之间的光学串扰。

所述衬底10的材料为单晶硅、多晶硅、非晶硅、锗、锗化硅、砷化镓、碲化镉中的一种，多个光敏元件或晶体管形成在所述衬底中，所述衬底10的材料还可以是绝缘体上硅衬底、石英衬底、陶瓷衬底、玻璃衬底，进而多个光敏元件或晶体管形成在所述衬底10上的功能层中(未图示)。

请参考图2，接着从所述衬底10的所述第二表面对所述衬底10进行减薄处理，在具体实施例中，通过cmp工艺对所述衬底10进行减薄处理，使得减薄后的衬底的厚度为30-60微米，通过减薄工艺使得所述传感器结构更加轻薄化、小型化。且在对所述衬底10进行减薄处理前，在所述衬底10的第一表面上形成电路布线层，所述电路布线层与所述像素区11电连接，所述电路布线层包括电介质层以及位于所述电介质层中的金属互连结构。

请参考图3，接着在所述衬底10的所述第二表面上形成第一减反射层20，通过pecvd法形成所述第一减反射层20，所述第一减反射层20的材料为氧化硅、氮化硅、氮氧化硅中的一种或多种，所述第一减反射层20用于减少或消除反射光，进而增加透光量，消除杂散光，进而提高像素结构的灵敏度，在具体的实施例中，所述第一减反射层包括氧化硅层、氮化硅层以及氧化硅层叠层结构或者氮化硅层、氧化硅层以及氮化硅层叠层结构或者氮化硅层、氧化硅层以及氮氧化硅层叠层结构，通过优化各层的厚度以及折射率，使得其具有优异的减反射性能。

请参考图4，接着在所述衬底10的所述第二表面上形成光刻胶层30，接着在所述光刻胶层30中形成凹槽31；接着在所述凹槽31中形成栅格结构40，然后去除所述光刻胶层。在具体的实施例中，首先在所述半导体衬底10的第二表面上旋涂形成光刻胶层30，然后通过包括显影工艺以形成凹槽31，接着在所述凹槽31中形成栅格结构40，所述栅格结构40为单层金属结构时，所述栅格结构40具体可以为铜、铝、钨、铜铝合金、钨铜合金等，通过利用掩膜进行热蒸镀或磁控溅射法形成金属层，然后回刻蚀光刻胶层30表面的金属材料，进而形成栅格结构40。所述栅格结构可以为多层复合结构，具体可以包括金属层、粘附层以及氧化层，所述金属层包括铜、铝、钨、铜铝合金、钨铜合金等，所述粘附层的材料包括氮化硅、氮氧化硅等材料，所述氧化层的材料包括氧化硅。

请参考图5，接着在每个所述栅格结构40围绕形成的沟槽中设置第一个金属网51，然后在所述沟槽中形成第一个滤光层52，接着交替形成金属网51和滤光层52，直至形成第n个金属网51以及第n个滤光层52，其中，n为不小于3的自然数，其中，每个所述滤光层的厚度与所述每个所述金属网的厚度的比值为5-10，所述金属网的孔隙率大于等于80％，所述金属网51和所述滤光层52组成滤光单元，在具体的实施例中，金属网的材质为铜或银，所述金属网的制备工艺为：在所述衬底的所述第二表面上旋涂含有金属钠米线的悬浮液，并通过热处理工艺以形成所述金属网，其中，所述金属纳米线具体可以是铜纳米线或银纳米线，所述金属纳米线的直径为30-90纳米，将不同量的金属纳米线置于乙醇或丙酮或氯苯中形成悬浮液，配置的浓度为5-20mg/ml，在具体的实施例中，接着在所述衬底10上旋涂含有浓度为10mg/ml的银纳米线的乙醇悬浮液，旋涂的速度为2000-5000转/分钟，具体转速为3000转/分钟、3500转/分钟、4000转/分钟或4500转/分钟，旋涂的时间为1-2分钟，然后在80-100℃下热处理5-10分钟，以形成第一个金属网51，所述第一金属网的孔隙率为90％，接着旋涂滤光层的光刻胶材料，旋涂的转速为4000-6000转/分钟，通过曝光显影工艺以形成第一个滤光层52，所述第一滤光层52的厚度与所述第一金属网的厚度的比值为5-10，所述第一滤光层的厚度为150-300纳米，接着依次形成第二金属网、第二滤光层、第三金属网、第三滤光层…直至第n金属网以及第n滤光层，其中n可以为4、5、6、7…10。

请参考图6，接着在所述第n个滤光层上形成第二减反射层60,通过pecvd法形成所述第二减反射层60，所述第二减反射层60的材料为氧化硅、氮化硅、氮氧化硅中的一种或多种，所述第二减反射层60用于减少或消除反射光，进而增加透光量，消除杂散光，进而提高像素结构的灵敏度，在具体的实施例中，所述第二减反射层包括氧化硅层、氮化硅层以及氧化硅层叠层结构或者氮化硅层、氧化硅层以及氮化硅层叠层结构或者氮化硅层、氧化硅层以及氮氧化硅层叠层结构，通过优化各层的厚度以及折射率，使得其具有优异的减反射性能。

请参考图7，接着在所述第二反射层上形成透镜层70，具体为：旋涂光刻胶，其厚度大于等于1微米，对应每个滤光单元的上方形成相应的光刻胶方块，每个光刻胶方块平面尺寸为相应滤光单元平面尺寸的66％～85％，所述光刻方块的中心位置分别正对各滤光单元的中心位置，进一步，通过刻蚀工艺形成透镜形状。

本发明还提出一种传感器结构，其采用上述方法制备形成的。

在本发明的传感器结构的制备过程中，通过在每个所述栅格结构围绕形成的沟槽中设置第一个金属网，然后在所述沟槽中形成第一个滤光层，接着交替形成金属网和滤光层，直至形成第n个金属网以及第n个滤光层，其中，n为不小于3的自然数，其中，每个所述滤光层的厚度与所述每个所述金属网的厚度的比值为5-10，所述金属网的孔隙率大于等于80％，每个滤光层中均具有金属纳米网结构，上述金属纳米网结构可以固定滤光层，且该金属网具有足够的空隙率，可以确保光源的透射通道，且在滤光层的上下表面均设置有减反射层，有效降低的光损耗，上述方法形成的滤光单元，可以有效抑制滤光单元在使用过程中发生形变，进而可以确保传感器结构在不同环境中均可以正常使用，即使在高温环境下使用，滤光层也不会发生明显的热膨胀效应，有效提高了的图像传感器结构的耐候性和耐用性。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。