光學(xué)傳感器及其制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明關(guān)于光學(xué)傳感器及其制造方法。
【背景技術(shù)】
[0002]光學(xué)傳感器廣泛適用于不同的應(yīng)用與產(chǎn)品中，例如攝像機(jī)、掃描器、復(fù)印機(jī)等。在不同技術(shù)領(lǐng)域中因應(yīng)不同目的而設(shè)計所使用的光學(xué)傳感器。
[0003]為了改良光學(xué)傳感器的效能與縮小尺寸，使用不同的光學(xué)傳感器的設(shè)計。評估效能的方式之一是測量光學(xué)傳感器的量子效率。量子效率是光傳感器產(chǎn)生的電荷載體數(shù)目與入射于光傳感器的光子數(shù)目的比例。其為光學(xué)傳感器對于光的電子敏感性的測量。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的一些實(shí)施例提供一種光學(xué)傳感器，其包括半導(dǎo)體基板；光感測區(qū)，其在該半導(dǎo)體基板上；導(dǎo)波區(qū)，其用于從波入射部將光引導(dǎo)經(jīng)過導(dǎo)波部以及至樣品置放部，以及該導(dǎo)波部包括第一介電層，其包括第一折射率；以及第二介電層，其包括第二折射率，其中該第二折射率小于該第一折射率；以及第一互連部，其位于該導(dǎo)波部中，用于從該光感測區(qū)傳送電子信號至外部電路，其中該樣品置放部在該光感測區(qū)上方。
[0005]根據(jù)本發(fā)明的一實(shí)施方式，所述的光學(xué)傳感器進(jìn)一步包括位于該導(dǎo)波區(qū)上方的第二互連部。
[0006]根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施方式，其中該第二互連部電連接至該光感測區(qū)。
[0007]根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施方式，其中該第一互連部包括位于該第二介電層中的傳導(dǎo)層。
[0008]根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施方式，其中該傳導(dǎo)層位于該導(dǎo)波區(qū)的底部。
[0009]根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施方式，其中該傳導(dǎo)層包括孔。
[0010]根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施方式，其中該樣品置放部包括底部，其接近該第一介電層與該第二介電層之間的界面。
[0011]根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施方式，所述的光學(xué)傳感器進(jìn)一步包括反射結(jié)構(gòu)，其對準(zhǔn)該波入射部的邊界。
[0012]根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施方式，其中該第一互連部包括在該第一介電層中的通路結(jié)構(gòu)。
[0013]根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施方式，所述的光學(xué)傳感器進(jìn)一步包括介電柱，其在該波入射部的頂部。
[0014]本發(fā)明的一些實(shí)施例提供一種半導(dǎo)體裝置，其包括半導(dǎo)體基板；介電層，其在該半導(dǎo)體基板上方；反射結(jié)構(gòu)，其在該介電層中；導(dǎo)波區(qū)，其用于從波入射部將光引導(dǎo)經(jīng)過導(dǎo)波部以及至樣品置放部，以及該導(dǎo)波部包括該介電層與該反射結(jié)構(gòu)；以及光感測區(qū)，其在該半導(dǎo)體基板上方，以及該導(dǎo)波區(qū)位于該光感測區(qū)上方。
[0015]根據(jù)本發(fā)明的一實(shí)施方式，其中該光感測區(qū)包括多接合光二極管。
[0016]根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施方式，所述的半導(dǎo)體裝置進(jìn)一步包括互連區(qū)，其在該導(dǎo)波區(qū)下方，以及該互連區(qū)位于該光感測區(qū)上方。
[0017]根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施方式，其中該介電層中的該反射結(jié)構(gòu)未電連接至該光感測區(qū)。
[0018]根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施方式，所述的半導(dǎo)體裝置進(jìn)一步包括濾光層，其位于該互連區(qū)與該導(dǎo)波區(qū)之間。
[0019]根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施方式，其中該波入射部包括光柵。
[0020]根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施方式，其中該介電層包括核心層與包覆層。
[0021]根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施方式，其中在該核心層與該包覆層之間的界面處，該核心層的總面積與該包覆層中的該反射結(jié)構(gòu)的總面積的比例大于約10。
[0022]根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施方式，其中該介電層包括具有至少兩個不同折射率的多層。
[0023]根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施方式，其中部分的該介電層環(huán)繞該樣品置放部。
【附圖說明】
[0024]由以下詳細(xì)說明與附隨附圖得以最佳了解本發(fā)明的各方面。注意，根據(jù)產(chǎn)業(yè)的標(biāo)準(zhǔn)實(shí)施方式，各種特征并非依比例繪示。實(shí)際上，為了清楚討論，可任意增大或縮小各種特征的尺寸。
[0025]圖1是根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施例說明導(dǎo)波區(qū)的俯視圖。
[0026]圖2是根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施例說明波入射部的俯視圖。
[0027]圖3與圖4是根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施例說明波入射部的剖面圖。
[0028]圖5是根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施例說明波入射部的俯視圖。
[0029]圖6與圖7是根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施例說明波入射部的剖面圖。
[0030]圖8至13是根據(jù)一些實(shí)施例說明導(dǎo)波區(qū)的剖面圖。
[0031]圖14至16是根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施例說明半導(dǎo)體裝置的剖面圖。
[0032]圖17至44根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施例說明用于制造半導(dǎo)體裝置的方法的操作剖面圖。
[0033]【符號說明】
[0034]200導(dǎo)波區(qū)
[0035]10光學(xué)傳感器基體
[0036]11孔
[0037]20波入射部
[0038]21光柵結(jié)構(gòu)
[0039]22連接點(diǎn)
[0040]23樣品置放部
[0041]8、81、82、83光
[0042]231樣品
[0043]210界面
[0044]25、25’通路結(jié)構(gòu)
[0045]26開口槽
[0046]27、28、28，介電層
[0047]29、29’傳導(dǎo)層
[0048]30濾光層
[0049]S23表面
[0050]S25界面
[0051]S27界面
[0052]S29表面
[0053]251開口槽
[0054]278導(dǎo)波部
[0055]259多層結(jié)構(gòu)
[0056]281介電柱
[0057]73互連區(qū)
[0058]55光感測區(qū)
[0059]51外延區(qū)
[0060]50半導(dǎo)體基板
[0061]552、553、554、555、557區(qū)
[0062]551、559、558、533重?fù)诫s區(qū)
[0063]71接點(diǎn)
[0064]72金屬線
[0065]59晶體管
[0066]S51表面
[0067]52隔離區(qū)
[0068]58柵極結(jié)構(gòu)
[0069]53源極結(jié)構(gòu)
[0070]54漏極結(jié)構(gòu)
[0071]56柵極介電
[0072]57柵極電極
[0073]53源極區(qū)
[0074]54漏極區(qū)
[0075]75層間介電(ILD)層
[0076]70介電層
[0077]731互連區(qū)
[0078]283鈍化層
[0079]31阻抗
[0080]561柵極介電層
[0081]571柵極電極層
[0082]257通路結(jié)構(gòu)
[0083]291傳導(dǎo)層
[0084]211開口槽
[0085]213凹處
【具體實(shí)施方式】
[0086]以下公開內(nèi)容提供許多不同的實(shí)施例或范例，用于實(shí)施本申請的不同特征。元件與配置的特定范例的描述如下，以簡化本申請的公開內(nèi)容。當(dāng)然，這些僅為范例，并非用于限制本申請。例如，以下描述在第二特征上或上方形成第一特征可包含形成直接接觸的第一與第二特征的實(shí)施例，亦可包含在該第一與第二特征之間形成其他特征的實(shí)施例，因而該第一與第二特征并非直接接觸。此外，本申請可在不同范例中重復(fù)元件符號與/或字母。此重復(fù)為了簡化與清楚的目的，而非支配不同實(shí)施例與/或所討論架構(gòu)之間的關(guān)系。
[0087]再者，本申請可使用空間對應(yīng)語詞，例如「之下」、「低于」、「較低」、「高于」、「較高」等類似語詞的簡單說明，以描述附圖中一元件或特征與另一元件或特征的關(guān)系?？臻g對應(yīng)語詞用以包括除了附圖中描述的位向之外，裝置于使用或操作中的不同位向。裝置或可被定位(旋轉(zhuǎn)90度或是其他位向)，并且可相應(yīng)解釋本申請使用的空間對應(yīng)描述。
[0088]圖1是根據(jù)一些實(shí)施例說明導(dǎo)波區(qū)200的俯視圖。導(dǎo)波區(qū)200包含多層。導(dǎo)波區(qū)200包含波入射部20與光學(xué)傳感器基體10。波可以是像光8的光波。波入射部20包含光柵結(jié)構(gòu)21與連接點(diǎn)22。在一些實(shí)施例中，波入射部20可為梯形。光學(xué)傳感器基體10包含孔11與樣品置放部23。本文所指的孔為在樣品置放部23下方的透明路徑，使得從樣品發(fā)射的光可穿過其中。
[0089]在一些實(shí)施例中，波入射部20用于接收光8。在一些實(shí)施例中，光柵結(jié)構(gòu)21包含用將光8導(dǎo)引至光學(xué)傳感器基體10的光柵，該光例如激光。光8自波入射部20擴(kuò)展至光學(xué)傳感器基體10。光8從光柵結(jié)構(gòu)21傳播至光學(xué)傳感器基體10的各個樣品置放部23。光8照在樣品置放部23中的樣品231上。樣品231發(fā)出特定波長的光至孔11。樣品置放部23亦用于握持需要分析的樣本231。
[0090]在一些實(shí)施例中，介電層或金屬層環(huán)繞樣品置放部23。介電層對于來自激光源的光8是透明的。介電層對于樣品231發(fā)射的光是透明的。特定波長的光8可穿透光柵結(jié)構(gòu)21的介電層。光柵結(jié)構(gòu)21由光學(xué)透明材料所組成，例如介電材料。光柵結(jié)構(gòu)21包含具有特定折射率的材料。特定折射率可依光8的不同的預(yù)定光學(xué)特性而變化。連接點(diǎn)22由傳導(dǎo)材料所組成，例如鋁、銅、氮化鈦、鎢、鈦、鉭、氮化鉭、硅化鎳、硅化鈷、TaC、TaSiN、TaCN、TiAl、TiAlN、其他合適的材料與/或其組合。在一些實(shí)施例中，連接點(diǎn)22為一接觸墊，其提供連接電信號至其他半導(dǎo)體組件，例如電子裝置。
[0091]在一些實(shí)施例中，波入射部20的最頂層由反射層組成，例如金屬。在一些其他的實(shí)施例中，波入射部20的最頂層由透明層組成，例如介電層。樣品置放部23透明層中的開口槽。在一些實(shí)施例中，孔11在反射層。反射層在透明層下方。反射層在樣品置放部23之下。
[0092]波入射部20包含光柵結(jié)構(gòu)21，其接近于梯形的較短側(cè)。光柵結(jié)構(gòu)21的光柵接近波入射部20的中心線而呈對稱圖案。在一些實(shí)施例中，光柵的每一行列的間隔均勻。光柵結(jié)構(gòu)21的光柵的行列與界面210平行。中心線垂直于界面210。剖面線AA’將波入射部20與光學(xué)傳感器基體10平均切割。
[0093]波入射部20包含接近界面210的連接點(diǎn)22。在一些實(shí)施例中，連接點(diǎn)22位于光柵結(jié)構(gòu)21與光學(xué)傳感器基體1