光學(xué)傳感器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本公開涉及光學(xué)傳感技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及光學(xué)傳感器。
【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，例如攝影機、掃描器、復(fù)印機等。在不同技術(shù)領(lǐng)域中所使用的光學(xué)傳感器設(shè)計為因應(yīng)不同目的。不同形式的改良應(yīng)用于合適的技術(shù)領(lǐng)域中。
[0003]為了改良光學(xué)傳感器的效能與尺寸縮小，使用不同的光學(xué)傳感器的設(shè)計。評估效能的方式之一為量測光學(xué)傳感器的量子效率。量子效率為撞擊光學(xué)元件的光子百分比，其產(chǎn)生電荷載體。其為光學(xué)傳感器對于光的電子敏感性的量測。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本公開的一些實施例提供一種光學(xué)傳感器，其包括半導(dǎo)體塊，其包括前側(cè)與背側(cè)；導(dǎo)波區(qū)，其位于該半導(dǎo)體塊的該背側(cè)上方，其包括核心層，該導(dǎo)波區(qū)用于引導(dǎo)入射光；以及光感測區(qū)域，其位于該半導(dǎo)體塊中，其包括多接合光二極管，該光感測區(qū)域用于感測發(fā)射光。
[0005]本公開的一些實施例提供一種光學(xué)傳感器，其包括半導(dǎo)體塊，其包括前側(cè)與背側(cè)；導(dǎo)波區(qū)，其包括核心層，該導(dǎo)波區(qū)用于引導(dǎo)入射光；光感測區(qū)域，該光感測區(qū)域用于感測發(fā)射光；以及互連區(qū)，其位于該前側(cè)上方，該互連區(qū)用于耦合該光感測區(qū)域，其中該互連區(qū)位于該光感測區(qū)域與該導(dǎo)波區(qū)之間。通過本發(fā)明提供的光學(xué)傳感器，通過在生物樣品與互連之間放置光二極管，從影像傳感器的電子元件分離光學(xué)元件。金屬互連將來自樣品的光開通，因而降低光的損失，并且可達到高量子效率。隨著光感測區(qū)域越接近樣品，光感測區(qū)域暴露至更高強度的待測光。
【附圖說明】
[0006]由以下詳細(xì)說明與附隨附圖得以最佳了解本公開的各方面。注意，根據(jù)產(chǎn)業(yè)的標(biāo)準(zhǔn)實施方式，各種特征并非依比例繪示。實際上，為了清楚討論，可任意增大或縮小各種特征的尺寸。
[0007]圖1至4為根據(jù)本公開的一些實施例說明光學(xué)傳感器的剖面圖。
[0008]圖5至29為根據(jù)本公開的一些實施例說明制造光學(xué)傳感器的方法的操作的剖面圖。
[0009]圖30至31為根據(jù)本公開的一些實施例說明光學(xué)傳感器的剖面圖。
[0010]圖32為根據(jù)本公開的一些實施例說明光學(xué)傳感器的剖面圖。
[0011]附圖標(biāo)記說明:
[0012]8 光
[0013]20入射部
[0014]21光柵結(jié)構(gòu)
[0015]23樣品放置部
[0016]25通路結(jié)構(gòu)
[0017]27介電層、核心層
[0018]28介電層
[0019]28上包覆層
[0020]30濾光層
[0021]31阻層
[0022]33離子植入操作
[0023]51磊晶區(qū)
[0024]52隔離區(qū)
[0025]53源極區(qū)域
[0026]54漏極區(qū)域
[0027]55光感測區(qū)域
[0028]56柵極介電
[0029]57柵極電極
[0030]58柵極結(jié)構(gòu)
[0031]59晶體管
[0032]70介電層
[0033]71第一層通路、接點
[0034]72互連
[0035]73互連區(qū)
[0036]75層間介電(ILD)層
[0037]81光
[0038]82光
[0039]83光
[0040]88反射光
[0041]100光學(xué)傳感器
[0042]105光學(xué)傳感器
[0043]200導(dǎo)波區(qū)
[0044]231樣品
[0045]278導(dǎo)波部
[0046]281覆蓋層
[0047]282介電層、下包覆層
[0048]511半導(dǎo)體塊
[0049]551、559、558 接點插塞
[0050]551、558、559 重?fù)诫s區(qū)域
[0051]552淺槽區(qū)
[0052]553區(qū)域
[0053]554中間槽區(qū)
[0054]555區(qū)域
[0055]557深槽區(qū)
[0056]561柵極介電層
[0057]570摻雜區(qū)
[0058]571柵極電極層
[0059]578高摻雜區(qū)
[0060]579高摻雜區(qū)
[0061]800前側(cè)光學(xué)傳感器
[0062]SI前側(cè)
[0063]S2背側(cè)
[0064]S23側(cè)壁
[0065]S27上表面
[0066]S45、S235、S534、S523 界面
[0067]S55頂部表面
[0068]S57頂部表面
[0069]SlOO 暴露部
[0070]S105 暴露部
【具體實施方式】
[0071]以下公開內(nèi)容提供許多不同的實施例或范例，用于實施本申請案的不同特征。元件與配置的特定范例的描述如下，以簡化本申請案的公開內(nèi)容。當(dāng)然，這些僅為范例，并非用于限制本申請案。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施例，亦可包含在該第一與第二特征的間形成其他特征的實施例，因而該第一與第二特征并非直接接觸。此外，本申請案可在不同范例中重復(fù)元件符號和/或字母。此重復(fù)為了簡化與清楚的目的，而非支配不同實施例和/或所討論架構(gòu)之間的關(guān)系O
[0072]再者，本申請案可使用空間對應(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)解釋本申請案使用的空間對應(yīng)描述?？衫斫猱?dāng)一特征形成于另一特征或基板上方時，可有其他特征存在于其間。再者，本申請案可使用空間對應(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。空間對應(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)解釋本申請案使用的空間對應(yīng)描述。
[0073]關(guān)于例如前側(cè)照射光學(xué)生物傳感器的前側(cè)照射影像傳感器，從生物樣品發(fā)射的光移動穿過傳導(dǎo)材料，例如金屬互連，以及環(huán)繞該互連的介電材料，以到達設(shè)計用于感測所發(fā)射的光的光感測區(qū)域。金屬互連可阻擋或散射部分的光，并且不可避免地削減光的強度，因而呈現(xiàn)低靈敏度。
[0074]通過在生物樣品與互連之間放置光二極管，從影像傳感器的電子元件分離光學(xué)元件。金屬互連將來自樣品的光開通，因而降低光的損失，并且可達到高量子效率。隨著光感測區(qū)域越接近樣品，光感測區(qū)域暴露至更高強度的待測光。
[0075]圖1說明光學(xué)傳感器100，其包含互連區(qū)73、導(dǎo)波區(qū)200以及光感測區(qū)域55。在一些實施例中，導(dǎo)波區(qū)200在互連區(qū)73和/或光感測區(qū)域55上方。光感測區(qū)域55在導(dǎo)波區(qū)200與互連區(qū)73之間。光感測區(qū)域55在導(dǎo)波區(qū)200下方并且在互連區(qū)73上方。半導(dǎo)體塊511包含在磊晶區(qū)51中的磊晶層。光感測區(qū)域55在磊晶區(qū)51中。半導(dǎo)體塊511包含前側(cè)SI與背側(cè)S2。在一些實施例中，導(dǎo)波區(qū)200在半導(dǎo)體塊511的背側(cè)S2上方?；ミB區(qū)73接近或接觸前側(cè)SI。
[0076]參閱圖1，光8入射在入射部20的光柵結(jié)構(gòu)21上。在一些實施例中，介電層28包含在光柵結(jié)構(gòu)21上方的凹處，因而介電層27中的光柵結(jié)構(gòu)21暴露，以及光8直接入射在介電層27上。在一些實施例中，光8的波長范圍為約450納米至約550納米。光8從入射部20移動，并且在導(dǎo)波部278中傳播。光8幾乎都局限在介電層27中。光8可為在導(dǎo)波區(qū)200中移動的雷射光。光8可為在介電層27中傳播的入射光。在一些實施例中，介電層27為導(dǎo)波區(qū)200的核心層27。導(dǎo)波區(qū)200導(dǎo)引光8從光源(未繪示)穿過導(dǎo)波區(qū)200的核心層27。光8到達導(dǎo)波區(qū)200的樣品放置部23，并且照射在樣品231上。由于光8局限在導(dǎo)波區(qū)200的核心層27中，因而光8本身可不與位于樣品放置部23中的樣品231反應(yīng)。在一些實施例中，光8的表面消逝波(evanescent wave)親合核心層27上方的樣品231。響應(yīng)光8的消散波，樣品231發(fā)出某波長的光，例如螢光。例如，發(fā)射的螢光的波長可為樣品231中的材料特征。例如，在一些實施例中，樣品231發(fā)出不同波長的螢光，例如光81、光82與光83。光81、82與83穿過靠近導(dǎo)波區(qū)200底部的濾光層30?；蛘撸瑥臉悠?31發(fā)出的波長可穿透濾光層30。在一些實施例中，光81、82與83移動穿過濾光層30至磊晶區(qū)51ο
[0077]在一些實施例中，濾光層30可為阻擋預(yù)定波長范圍的濾波器。在一些實施例中，濾光層30設(shè)計用于過濾小于或大于光81、82與83的波長的光8的波長，因而光81、82與83系可穿透濾光層30，而光8無法穿透。光81、82與83穿過磊晶區(qū)51并且進入光感測區(qū)域55。
[0078]光感測區(qū)域55感測光，例如來自導(dǎo)波區(qū)200的發(fā)射光。在光感測區(qū)域55中，發(fā)射光，例如光81、82與83系分別在不同區(qū)域552、554與557被吸收。具體而言，光81、82與83分別被吸收于區(qū)域552與區(qū)域553之間、區(qū)域554與區(qū)域555之間以及區(qū)域557與磊晶區(qū)51之間的接合處。在一些實施例中，區(qū)域557是指深槽區(qū)557。在一些實施例中，區(qū)域554是指中間槽區(qū)554，以及區(qū)域552是指淺槽區(qū)552。對于不同波長的光，每一區(qū)域552、554、557的量子效率不同。例如，對于光81，接近區(qū)域557的量子效率大于對于另一光長的量子效率，該另一波長例如光82或83的波長。大部分的光81在區(qū)域557附近被吸收。在一些實施例中，光81、82、83的波長已分別增加順序從最短至最長。在一些實施例中，光81可自約450nm至約550nm，光82可自約550nm至約650nm，以及光83可自約650nm至約800nm。
[0079]通過區(qū)域552、554或557中吸收的光81轉(zhuǎn)換為區(qū)域557中的電荷載體。在一些實施例中，電荷載體可為正或負(fù)。電荷載體流至接點插塞551、559或558，因而將關(guān)于樣品231特性的信息轉(zhuǎn)移至互連區(qū)73中的電路，用于進一步處理和/或輸出。
[0080]分別經(jīng)由各區(qū)域552、554與557中的重?fù)诫s區(qū)域551、558、559，將電荷載體轉(zhuǎn)移至第一層通路71。在一些實施例中，第一層通路也可作為接點。例如，從區(qū)域552將電荷載體轉(zhuǎn)移至區(qū)域552內(nèi)的重?fù)诫s區(qū)域551。在一些實施例中，重?fù)诫s區(qū)域551與區(qū)域552包含相同型式的摻質(zhì)，例如P型或是N型摻質(zhì)。
[0081]在一些實施例中，區(qū)域552、554或557系經(jīng)由重?fù)诫s區(qū)域551、558或559，而耦合至另一半導(dǎo)體裝置，例如晶體管59。在一些實施例中，重?fù)诫s區(qū)域55