本發(fā)明屬集成電路技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種多光譜圖像傳感器及其制作方法。

背景技術(shù)：

光譜分析是科學(xué)工作中應(yīng)用最廣泛的方法之一，被用來解決物理學(xué)、化學(xué)、生物學(xué)、地質(zhì)學(xué)、地球物理學(xué)、醫(yī)學(xué)和其它學(xué)科中的基礎(chǔ)問題和應(yīng)用問題。這些問題包含于各個(gè)領(lǐng)域中，從而全面的保證了整個(gè)科學(xué)的進(jìn)步，也進(jìn)一步影響著人們的生產(chǎn)生活。

光譜檢測(cè)是一種在科研和生產(chǎn)中廣泛采用的技術(shù)。隨著科研和生產(chǎn)技術(shù)的發(fā)展和進(jìn)步，光譜檢測(cè)技術(shù)也面臨著諸多的需求和挑戰(zhàn)。

如圖1所示，當(dāng)前很多的光譜檢測(cè)，是將光源置于一個(gè)密閉的裝置內(nèi)，攝像機(jī)2和聚光裝置3通過一支架1安裝在濾光片切換裝置4的觀察窗的上方，獲取濾光片中樣品的灰度圖像，并且通過濾光片切換裝置4切換不同光譜的濾光片，從而檢測(cè)樣品。

可見，現(xiàn)有的光譜檢測(cè)手段粗糙，局限性大。其需要通過不停的切換濾光片來實(shí)現(xiàn)不同波長的光譜檢測(cè)，效率低下；并且，受限于濾光片切換裝置的體積，一般只有20個(gè)以內(nèi)的濾光片可切換，制約了光譜檢測(cè)范圍。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明在于提供一種多光譜圖像傳感器及其制作方法，用以改善光譜檢測(cè)機(jī)制，提高檢測(cè)效率。

為解決上述問題，本發(fā)明提供一種多光譜圖像傳感器，包括：

前端結(jié)構(gòu)，用于進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換和處理；

設(shè)置于所述前端結(jié)構(gòu)上的像素層；

其中，所述像素層具有N個(gè)像素單元，N≥4，所述像素單元排列成多個(gè)陣列，每個(gè)陣列中各個(gè)像素單元的感光波長不同。

可選的，對(duì)于所述的多光譜圖像傳感器，所述像素單元排列成多個(gè)重復(fù)的陣列。

可選的，對(duì)于所述的多光譜圖像傳感器，在每個(gè)陣列中像素單元的感光波長依次增加。

可選的，對(duì)于所述的多光譜圖像傳感器，在每個(gè)陣列的像素單元的感光半波長寬度為λ_i/2-20nm～λ_i/2+20nm，其中λ_i為第i像素單元的設(shè)定感光波長，1≤i≤N。

可選的，對(duì)于所述的多光譜圖像傳感器，所述前端結(jié)構(gòu)具有金屬連線，每個(gè)像素單元皆設(shè)置在相鄰金屬連線之間。

可選的，對(duì)于所述的多光譜圖像傳感器，還包括：設(shè)置于所述像素層上的微透鏡層。

可選的，對(duì)于所述的多光譜圖像傳感器，還包括：設(shè)置于所述前端結(jié)構(gòu)邊緣的焊盤區(qū)。

本發(fā)明還提供一種多光譜圖像傳感器的制作方法，包括：

提供前端結(jié)構(gòu)，所述前端結(jié)構(gòu)用于進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換和處理；

在所述前端結(jié)構(gòu)上形成像素層；

其中，所述像素層具有N個(gè)像素單元，N≥4，所述像素單元排列成多個(gè)陣列，每個(gè)陣列中各個(gè)像素單元的感光波長不同。

可選的，對(duì)于所述的多光譜圖像傳感器的制作方法，在所述前端結(jié)構(gòu)上形成像素層的步驟包括：

在前端結(jié)構(gòu)上涂覆第一材料層，覆蓋前端結(jié)構(gòu)上的金屬連線；

在第一材料層上涂覆第一感光材料層，并通過光刻形成第一像素單元；

在第一材料層上涂覆第K感光材料層，并通過光刻形成第K像素單元；

在第一材料層上涂覆第N感光材料層，并通過光刻形成第N像素單元；其中，每個(gè)像素單元與其相鄰的像素單元不同，第一感光材料層至第N感光材料層的感光波長不同，1＜K＜N。

可選的，對(duì)于所述的多光譜圖像傳感器的制作方法，第一像素單元至第N像素單元依次排布成陣列。

可選的，對(duì)于所述的多光譜圖像傳感器的制作方法，第一感光材料層至第N感光材料層的感光半波長寬度為λ_i/2-20nm～λ_i/2+20nm，其中λ_i為第i感光材料層的設(shè)定感光波長，1≤i≤N。

可選的，對(duì)于所述的多光譜圖像傳感器的制作方法，將每個(gè)像素單元皆形成在相鄰金屬連線之間。

可選的，對(duì)于所述的多光譜圖像傳感器的制作方法，在所述前端結(jié)構(gòu)上形成像素層之后，還包括：

形成第二材料層覆蓋所述像素層和第一材料層；

在第二材料層位于像素層上的區(qū)域上形成透鏡材料層；

經(jīng)過光刻工藝使得所述透鏡材料層形成微透鏡層；

形成第三材料層覆蓋所述微透鏡層和第二材料層；

經(jīng)過光刻、刻蝕工藝暴露出所述前端結(jié)構(gòu)的邊緣部分區(qū)域，形成焊盤區(qū)。

去除所述第三材料層。

本發(fā)明提供的多光譜圖像傳感器及其制作方法，與現(xiàn)有技術(shù)相比有著如下優(yōu)勢(shì)：

1)可擴(kuò)展性強(qiáng)

采用本發(fā)明的多光譜圖像傳感器及其制作方法，不受限于濾光片切換裝置，可以依據(jù)需求布置多種不同波長的感光材料，從而實(shí)現(xiàn)幾十上百甚至更多種光譜的檢測(cè)。

2)快速高效

采用本發(fā)明的多光譜圖像傳感器及其制作方法，在設(shè)計(jì)上可以做到兼容幾十上百甚至更多種的光譜，并且可以做到不需要通過切換濾光片，實(shí)現(xiàn)同時(shí)檢測(cè)多種光譜。在流水線檢測(cè)操作上，可以跟上流水線的速度，大大提升實(shí)際應(yīng)用效率。

3)體積小，成本低

本發(fā)明的光譜檢測(cè)裝置，可以不需要濾光片切換裝置，從而減小整體光譜檢測(cè)裝置的體積，降低成本。

4)應(yīng)用廣泛

本發(fā)明的多光譜圖像傳感器及其制作方法，在設(shè)計(jì)上可以做到兼容幾十上百甚至更多種的光譜，可以應(yīng)用在多種場(chǎng)合。并且在某些場(chǎng)合，如較小的密閉空間，濾光片切換裝置都很難放下，而本發(fā)明的光譜檢測(cè)裝置由于有著體積小的特點(diǎn)，能夠勝任這樣的場(chǎng)合。

附圖說明

圖1為現(xiàn)有技術(shù)中一種光譜檢測(cè)裝置的示意圖；

圖2為本發(fā)明實(shí)施例提供的多光譜圖像傳感器的示意圖；

圖3為本發(fā)明實(shí)施例提供的多光譜圖像傳感器的俯視示意圖；

圖4為本發(fā)明實(shí)施例提供的多光譜圖像傳感器一個(gè)陣列的示意圖；

圖5為本發(fā)明實(shí)施例中提供前端結(jié)構(gòu)的示意圖；

圖6為本發(fā)明實(shí)施例中形成第一材料層的示意圖；

圖7-圖8為本發(fā)明實(shí)施例中形成第一像素單元的示意圖；

圖9為本發(fā)明實(shí)施例中形成第K像素單元的示意圖；

圖10為本發(fā)明實(shí)施例中形成第K像素單元的俯視示意圖；

圖11為本發(fā)明實(shí)施例中形成第二材料層和透鏡材料層的示意圖；

圖12為本發(fā)明實(shí)施例中形成微透鏡層的示意圖；

圖13為本發(fā)明實(shí)施例中形成焊盤區(qū)的示意圖。

具體實(shí)施方式

以下結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明提供的多光譜圖像傳感器及其制作方法作進(jìn)一步詳細(xì)說明。根據(jù)下面說明和權(quán)利要求書，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)和特征將更清楚。需說明的是，附圖均采用非常簡(jiǎn)化的形式，僅用以方便、明晰地輔助說明本發(fā)明實(shí)施例的目的。

請(qǐng)參考圖2，其為本發(fā)明實(shí)施例提供的多光譜圖像傳感器的示意圖。如圖2所示，所述多光譜圖像傳感器包括：

前端結(jié)構(gòu)10，用于進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換和處理；

設(shè)置于所述前端結(jié)構(gòu)10上的像素層20；

其中，所述像素層20具有N個(gè)像素單元13，所述像素單元13排列成多個(gè)陣列，每個(gè)陣列中各個(gè)像素單元13的感光波長不同。

在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，所述前端結(jié)構(gòu)10例如可以包括基底，其中設(shè)置有傳感器層，用于進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換；傳感器層中設(shè)置有感光元件(光電轉(zhuǎn)換組件)，用于將入射光經(jīng)光子轉(zhuǎn)換為電子形成電信號(hào)。在基底上還可以形成有金屬連線11，用于將所述傳感器層經(jīng)光電轉(zhuǎn)換的電信號(hào)傳輸?shù)酵鈬娐愤M(jìn)行處理。在所述前端結(jié)構(gòu)10的邊緣還可以設(shè)置有焊盤區(qū)，以用作后續(xù)封裝打線。所述前端結(jié)構(gòu)10可以依據(jù)現(xiàn)有技術(shù)來選擇，本發(fā)明對(duì)此不進(jìn)行具體描述。

進(jìn)一步的，在所述像素層20上還包括微透鏡層151，以實(shí)現(xiàn)聚光，所述微透鏡層151也可以采用現(xiàn)有結(jié)構(gòu)。

請(qǐng)結(jié)合圖2和圖3，所述像素單元13排列成多個(gè)重復(fù)的陣列21，每個(gè)陣列21中各個(gè)像素單元13的感光波長不同。所述前端結(jié)構(gòu)10具有金屬連線11，每個(gè)像素單元13皆設(shè)置在相鄰金屬連線11之間，從而有利于透光。

例如，圖4示出了一種陣列21，所述陣列21為3*3陣列(即3行3列)。該陣列21中的9個(gè)像素單元13分別具有不同波長的感光材料。記這9個(gè)像素單元分別為131、132、133、134、135、136、137、138、139，每個(gè)像素單元13對(duì)應(yīng)的感光波長為λ1、λ2、λ3、λ4、λ5、λ6、λ7、λ8、λ9，由此可以同時(shí)采集9種不同光譜的灰度圖像，通過后期的算法處理(例如采用處理器對(duì)芯片的像素進(jìn)行提取等)，可以同時(shí)檢測(cè)9種不同光譜。為了便于生產(chǎn)和后期處理，在每個(gè)陣列21中像素單元13的感光波長依次增加。較佳的，在每個(gè)陣列21的各個(gè)像素單元13的感光半波長寬度為λ_i/2-20nm～λ_i/2+20nm，其中λ_i為第i像素單元的設(shè)定感光波長，1≤i≤N。在本發(fā)明中，依據(jù)形成像素單元13的感光材料的不同，可以有著任意范圍的設(shè)定感光波長，例如，可以是10nm-2000nm，當(dāng)然，依據(jù)實(shí)際需求也可以是其他范圍，例如大于2000nm等。舉例而言，上述9個(gè)像素單元13的感光波長可以分別是450nm、500nm、550nm、600nm、660nm、730nm、800nm、850nm、950nm。

請(qǐng)繼續(xù)參考圖3，以分辨率為1080P的多光譜圖像傳感器中實(shí)現(xiàn)九種光譜檢測(cè)，即基于分辨率為1920*1080的多光譜圖像傳感器，像素層20包括多個(gè)重復(fù)的陣列21，例如可以是如圖4所顯示的3*3陣列，則每行具有640個(gè)陣列，共360行。這些陣列21可以通過特定的加工方式分別填入不同波長的感光材料來完成(具體見下文制作方法部分)。

上文以3*3陣列為例進(jìn)行了說明，可以理解的是，陣列還可以有著其他形式。例如是4*4陣列等，也可以是長方形的陣列。并且，還可以是包括多個(gè)平行排布的像素層20，由此實(shí)現(xiàn)尺寸的擴(kuò)大，并且可以是每個(gè)像素層20中的感光波長范圍不一致，從而獲得幾十上百甚至更多種類光譜的檢測(cè)。

借助于上述多光譜圖像傳感器，本發(fā)明可以獲得一種光譜檢測(cè)裝置。本領(lǐng)域技術(shù)人員在本發(fā)明提供的多光譜圖像傳感器的基礎(chǔ)上，能夠直接獲得所述光譜檢測(cè)裝置。

本發(fā)明還提供一種多光譜圖像傳感器的制作方法，包括：

步驟S1：提供前端結(jié)構(gòu)，所述前端結(jié)構(gòu)用于進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換和處理；

步驟S2：在所述前端結(jié)構(gòu)上形成像素層；

其中，所述像素層具有N個(gè)像素單元，N≥4，所述像素單元排列成多個(gè)陣列，每個(gè)陣列中各個(gè)像素單元的感光波長不同。

對(duì)于步驟S1，如圖5所示，所述前端結(jié)構(gòu)10例如可以包括基底制備過程，其中設(shè)置有傳感器層，用于進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換；傳感器層中設(shè)置有感光元件(光電轉(zhuǎn)換組件)，用于將入射光經(jīng)光子轉(zhuǎn)換為電子形成電信號(hào)。在基底上還可以形成有金屬連線11，用于將所述傳感器層經(jīng)光電轉(zhuǎn)換的電信號(hào)傳輸?shù)酵鈬娐愤M(jìn)行處理。在所述前端結(jié)構(gòu)10的邊緣還可以設(shè)置有焊盤區(qū)，以用作后續(xù)封裝打線。所述前端結(jié)構(gòu)可以依據(jù)現(xiàn)有技術(shù)來制備，本發(fā)明對(duì)此不進(jìn)行具體描述。

對(duì)于步驟S2，請(qǐng)參考圖6-圖9，以圖4中A-A’所在的多個(gè)像素單元的形式為例進(jìn)行說明。可以包括：

首先，進(jìn)行步驟S21，如圖6所示：在前端結(jié)構(gòu)10上涂覆第一材料層12，覆蓋前端結(jié)構(gòu)10上的金屬連線11；所述第一材料層12可以為有機(jī)材料層，例如樹脂等。所述第一材料層12可以經(jīng)由旋涂設(shè)備形成，并進(jìn)行烘烤以固定。

然后，進(jìn)行步驟S22，在第一材料層12上涂覆第一感光材料層13，并通過光刻形成第一像素單元131；如圖7所示，采用旋涂設(shè)備形成第一感光材料層13，所述第一感光材料層13具有第一感光波長，所述感光材料層13覆蓋在整個(gè)前端結(jié)構(gòu)10上，多余部分可以經(jīng)過顯影進(jìn)行去除。在本發(fā)明實(shí)施例中，像素單元形成在中間部分的金屬連線11上方，即如圖中兩側(cè)進(jìn)行填充的金屬連線11上并未進(jìn)行像素單元的形成。如圖8所示，經(jīng)過顯影和烘烤形成第一像素單元131。本步驟中使得第一像素單元131形成在相鄰金屬連線11之間的透光區(qū)域111處上方，從而實(shí)現(xiàn)光的透過。

接著，進(jìn)行步驟S23，在第一材料層12上涂覆第K感光材料層，并通過光刻形成第K像素單元，1＜K＜N；例如圖9所示，可以是包括第二像素單元132、第三像素單元133的形成，其過程與步驟S22中基本一致，本領(lǐng)域技術(shù)人員在上文和附圖7-9的基礎(chǔ)上，能夠清楚的知曉第二像素單元132、第三像素單元133是如何形成。由圖9可見，第一像素單元131、第二像素單元132及第三像素單元133依次排布，從而形成如圖4中所示的排布關(guān)系。進(jìn)一步的，例如對(duì)于圖4所示具有9個(gè)像素單元，可參考圖10所示的俯視圖，繼續(xù)完成第四像素單元134以及其與像素單元135～138(未在圖10中示出)的制備。所述第K感光材料層具有第K感光波長，簡(jiǎn)單來說，就是每種感光材料層的感光波長不同。

接著，進(jìn)行步驟S23，在第一材料層上涂覆第N感光材料層，并通過光刻形成第N像素單元；本步驟中，以圖4所示為例，可知N＝9，同樣的，第九像素單元的形成與之前其他像素單元的形成一致，可參考上文的描述。同樣的，第N感光材料層的感光波長也不同于之前任意一種感光材料的感光波長。

進(jìn)一步的，結(jié)合圖4和圖10可知，每個(gè)像素單元與其相鄰的像素單元不同。在一個(gè)實(shí)施例中，第一像素單元131至第N像素單元(例如第九像素單元139)依次排布成陣列，即每個(gè)陣列都是包括相同數(shù)量的像素單元。依據(jù)不同的需求，也可以使得一些陣列有著其他數(shù)量的像素單元。例如，每個(gè)陣列可以是3*3陣列，也可以是其他大小的陣列?？梢岳斫獾氖?，這些陣列也可以有著區(qū)別，例如包括3*3陣列和6*3的陣列等。在如圖4實(shí)施例中，這些陣列均勻排布，一方面便于加工，另一方面便于進(jìn)行光譜檢測(cè)。

在步驟S2中，第一感光材料層至第N感光材料層的感光半波長寬度為λ_i/2-20nm～λ_i/2+20nm，其中λ_i為第i感光材料層的設(shè)定感光波長，1≤i≤N。第一感光材料層至第N感光材料層的感光波長依次增加，采用這樣的感光材料有助于生產(chǎn)和后期處理。舉例而言，λ_i的范圍可以是10nm-2000nm，例如，對(duì)于有著9個(gè)像素單元的3*3陣列，制備每個(gè)像素單元的感光材料的感光波長可以分別是450nm、500nm、550nm、600nm、660nm、730nm、800nm、850nm、950nm。當(dāng)然，對(duì)于感光波長大于2000nm或者小于10nm的感光材料，也是可以選擇的。

然后，請(qǐng)參考圖11，還包括：

形成第二材料層14覆蓋所述像素層20和第一材料層12；所述第二材料層14可以是有機(jī)材質(zhì)，例如樹脂等。

在第二材料層14位于像素層20上的區(qū)域上形成透鏡材料層151。

如圖12所示，經(jīng)過光刻工藝使得所述透鏡材料層形成微透鏡層15；具體的，可以是包括曝光、顯影、熱回流和烘烤等過程來完成?？梢圆捎矛F(xiàn)有工藝執(zhí)行。

形成第三材料層(未圖示)覆蓋所述微透鏡層15和第二材料層14。所述第三材料層可以是有機(jī)材質(zhì)，例如樹脂等。

如圖13所示，經(jīng)過光刻、刻蝕工藝暴露出所述前端結(jié)構(gòu)10的邊緣部分區(qū)域，形成焊盤區(qū)，具體的，是形成開口16，暴露出前端結(jié)構(gòu)中原有的通孔，以便于封裝打線。

之后，去除所述第三材料層，例如采用刻蝕來完成，并進(jìn)行清洗。即可獲得本發(fā)明上文中所述的多光譜圖像傳感器。

綜上所述，本發(fā)明提供的多光譜圖像傳感器及其制作方法，與現(xiàn)有技術(shù)相比有著如下優(yōu)勢(shì)：

1)可擴(kuò)展性強(qiáng)

采用本發(fā)明的多光譜圖像傳感器及其制作方法，不受限于濾光片切換裝置，可以依據(jù)需求布置多種不同波長的感光材料，從而實(shí)現(xiàn)幾十上百甚至更多種光譜的檢測(cè)。

2)快速高效

采用本發(fā)明的多光譜圖像傳感器及其制作方法，在設(shè)計(jì)上可以做到兼容幾十上百甚至更多種的光譜，并且可以做到不需要通過切換濾光片，實(shí)現(xiàn)同時(shí)檢測(cè)多種光譜。在流水線檢測(cè)操作上，可以跟上流水線的速度，大大提升實(shí)際應(yīng)用效率。

3)體積小，成本低

本發(fā)明的光譜檢測(cè)裝置，可以不需要濾光片切換裝置，從而減小整體光譜檢測(cè)裝置的體積，降低成本。

4)應(yīng)用廣泛

本發(fā)明的多光譜圖像傳感器及其制作方法，在設(shè)計(jì)上可以做到兼容幾十上百甚至更多種的光譜，可以應(yīng)用在多種場(chǎng)合。并且在某些場(chǎng)合，如較小的密閉空間，濾光片切換裝置都很難放下，而本發(fā)明的光譜檢測(cè)裝置由于有著體積小的特點(diǎn)，能夠勝任這樣的場(chǎng)合。

顯然，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以對(duì)發(fā)明進(jìn)行各種改動(dòng)和變型而不脫離本發(fā)明的精神和范圍。這樣，倘若本發(fā)明的這些修改和變型屬于本發(fā)明權(quán)利要求及其等同技術(shù)的范圍之內(nèi)，則本發(fā)明也意圖包括這些改動(dòng)和變型在內(nèi)。