1、558或559經(jīng)由接點(diǎn)71或互連72而耦合至另一半導(dǎo)體裝置，例如晶體管59。從晶體管59將數(shù)據(jù)信息轉(zhuǎn)移至互連區(qū)73中的電路?；ミB區(qū)73耦合接近前側(cè)SI的光感測區(qū)域55中的多接合光二極管。多接合光二極管以與前側(cè)SI接觸的多重接合而接近前側(cè)SI。在一些實(shí)施例中，多個(gè)晶體管59耦合至多個(gè)光感測區(qū)域55，因而轉(zhuǎn)移在多個(gè)樣品放置部23中關(guān)于樣品231的數(shù)據(jù)信息。晶體管59的邊界在前側(cè)SI。在一些實(shí)施例中，在光學(xué)傳感器100中的其他晶體管結(jié)構(gòu)類似于晶體管59。
[0082]晶體管59耦合至光感測區(qū)域55中的光感測元件，以轉(zhuǎn)移影像數(shù)據(jù)至電路，用于進(jìn)一步處理和/或輸出。在一些實(shí)施例中，光感測元件包含光感測二極管。在一些實(shí)施例中，光感測二極管包含區(qū)域557與555。
[0083]在一些實(shí)施例中，介電層28為上包覆層，其包含例如Si02的材料。在一些實(shí)施例中，介電層27為核心層27，其包含例如Ta2O5或S1N的材料。在一些實(shí)施例中，互連72或通路結(jié)構(gòu)25可由例如鋁、銅、氮化鈦、鎢、鈦、鉭、氮化鉭、硅化鎳、硅化鈷、TaC、TaSiN、TaCN、TiAl、TiAIN、其他合適的傳導(dǎo)材料和/或其組合的材料組成。
[0084]在一些實(shí)施例中，以覆蓋層取代介電層28 ο在一些實(shí)施例中，覆蓋層包含金屬或金屬氧化物。該金屬包含鋁，以及該金屬氧化物包含二氧化鋁。在一些實(shí)施例中，玻璃層位于覆蓋層與核心層27之間。位于核心層27上方的覆蓋層包含納米槽(nanowell)作為樣品放置部23。
[0085]光感測區(qū)域55為多接合光二極管，用于偵測不同波長的光。在一些實(shí)施例中，半導(dǎo)體塊511包含在磊晶區(qū)51中的第一導(dǎo)體型摻質(zhì)，例如P型摻質(zhì)。區(qū)域557包含第二導(dǎo)體型摻質(zhì)，例如N型摻質(zhì)。區(qū)域555包含第一傳導(dǎo)型摻質(zhì)。在一些實(shí)施例中，半導(dǎo)體層，例如區(qū)域555，為槽區(qū)。區(qū)域554包含第二傳導(dǎo)型摻質(zhì)。區(qū)域553包含第一傳導(dǎo)型摻質(zhì)。在一些實(shí)施例中，區(qū)域553為槽區(qū)。區(qū)域552包含第二傳導(dǎo)型摻質(zhì)?？梢涝O(shè)計(jì)參數(shù)，變化每一半導(dǎo)體層的傳導(dǎo)型。重?fù)诫s區(qū)551、558或559包含第二傳導(dǎo)型摻質(zhì)。在一些實(shí)施例中，重?fù)诫s區(qū)551、559或558的摻雜濃度約10E18至10E21原子/cm3。重?fù)诫s區(qū)551、558或559較接近前側(cè)SI而非背側(cè)S2。在一些實(shí)施例中，重?fù)诫s區(qū)551、558或559系與前側(cè)SI接觸。
[0086]區(qū)域552、553、554、555或557包含摻雜區(qū)570的薄層。摻雜區(qū)570系與前側(cè)SI接觸。在一些實(shí)施例中，摻雜區(qū)570比重?fù)诫s區(qū)551、558或559更薄。在一些實(shí)施例中，摻雜區(qū)570的摻雜濃度約10E18至10E20原子/cm3。在一些實(shí)施例中，相較于光感測區(qū)域55中的其他區(qū)域，摻雜區(qū)570包含較高摻雜濃度。摻雜區(qū)570可避免載體擴(kuò)散至外部環(huán)境，例如至互連區(qū)73。通過隔離接近前側(cè)SI的表面缺陷，摻雜區(qū)570降低暗電流。
[0087]在一些實(shí)施例中，在磊晶區(qū)51以及區(qū)域552、553、554、555或557中的一些部分中的摻雜濃度約10E15至10E18原子/cm3。在一些實(shí)施例中，第一傳導(dǎo)型摻質(zhì)系P型摻雜，例如硼。磊晶區(qū)51為輕摻雜的磊晶，因而磊晶區(qū)51中的第一傳導(dǎo)型摻質(zhì)的摻雜濃度小于半導(dǎo)體塊511的其他部分中的預(yù)定摻雜濃度。在一些實(shí)施例中，磊晶區(qū)51由SiGe組成作為P型摻雜的摻雜濃度。在一些實(shí)施例中，磊晶區(qū)51由SiC組成作為N型摻雜的摻雜濃度。在一些實(shí)施例中，磊晶區(qū)51包含SiGe或SiC的濃度分布。
[0088]區(qū)域557、554或552包含預(yù)定摻雜濃度的第二傳導(dǎo)型摻質(zhì)，例如磷。在一些實(shí)施例中，該預(yù)定摻雜濃度系實(shí)質(zhì)相同。在一些實(shí)施例中，該預(yù)定摻雜濃度實(shí)質(zhì)大于磊晶區(qū)51中的第一傳導(dǎo)型摻質(zhì)的摻雜濃度。
[0089]區(qū)域555或553包含一些預(yù)定摻雜濃度的第一傳導(dǎo)型摻質(zhì)，例如硼。在一些實(shí)施例中，該預(yù)定摻雜濃度實(shí)質(zhì)相同。區(qū)域555或553中的第一傳導(dǎo)型摻質(zhì)的摻雜濃度實(shí)質(zhì)大于區(qū)域557、554或552中的第二傳導(dǎo)型摻質(zhì)的預(yù)定摻雜濃度。
[0090]在一些實(shí)施例中，相較于區(qū)域557、554或552的另一部分，接近前側(cè)SI的區(qū)域557,554或552的部分分別包含較高的摻雜濃度。換言之，區(qū)域557、554或552可包含每一區(qū)域內(nèi)的摻質(zhì)的濃度梯度。較接近重?fù)诫s區(qū)559、558或551的區(qū)域557、554或552的部分作為區(qū)域557、554或552的終端，用于外部連接。在一些實(shí)施例中，重?fù)诫s區(qū)559、558或551包含材料，例如金屬或其他傳導(dǎo)材料。
[0091]磊晶區(qū)51包含接近前側(cè)SI的隔離區(qū)52。在一些實(shí)施例中，隔離區(qū)52為淺溝槽隔離(STI)特征或是硅的區(qū)域氧化作用(LOCOS)特征。隔離區(qū)52將磊晶區(qū)51中或半導(dǎo)體塊511中的不同元件或區(qū)域定義且彼此隔離。例如，隔離區(qū)52將相鄰的光感測區(qū)域55彼此隔離、隔離光感測區(qū)域55與晶體管59、或是將電路的一些元件彼此隔離等。在一些實(shí)施例中，隔離區(qū)52由介電材料制成。
[0092]晶體管59位于磊晶區(qū)51的前側(cè)SI。晶體管59包含柵極結(jié)構(gòu)58、源極區(qū)域53以及漏極區(qū)域54。柵極結(jié)構(gòu)58包含柵極介電56與柵極電極57。
[0093]柵極介電56包含高k介電層或其組合。柵極介電56由任何合適的介電材料所制成，例如氧化鉿(HfO)或是氧化硅鉿(HfS1)。
[0094]晶體管59的柵極結(jié)構(gòu)58、源極區(qū)域53以及漏極區(qū)域54系耦合至多個(gè)第一層通路或是后續(xù)所稱的“接點(diǎn)”71。接點(diǎn)71出過介電層70，因而接點(diǎn)71連接?xùn)艠O結(jié)構(gòu)58、源極區(qū)域53或漏極區(qū)域54的一些部分。接點(diǎn)71接觸源極區(qū)域53、漏極區(qū)域54或光感測區(qū)域55下方的前側(cè)SI的部分。在一些實(shí)施例中，接點(diǎn)71與介電層70在層間介電(ILD)層75中。ILD層75系在晶體管59與光感測區(qū)域55下方。晶體管59接近光感測區(qū)域55?；ミB區(qū)73包含晶體管59、ILD層75、介電層70以及互連72。為求簡化說明，在本公開中，將通路結(jié)構(gòu)與金屬線概括為互連?；ミB區(qū)73在前側(cè)SI下方。
[0095]圖2說明光學(xué)傳感器100中的各種參數(shù)。在導(dǎo)波區(qū)200中，樣品放置部23在背側(cè)S2上方一預(yù)定距離。在一些實(shí)施例中，該預(yù)定距離為厚度TH27與TH28的總和。介電層28的厚度為TH28。介電層27的厚度為TH27。在一些實(shí)施例中，厚度TH27約150納米加上約5至10個(gè)百分比。在一些實(shí)施例中，濾光層20位于背側(cè)S2與核心層27之間。濾光層30的厚度為TH30。在一些實(shí)施例中，厚度TH30約2微米。在一些實(shí)施例中，濾光層30包含一些介電層的多重堆疊，設(shè)計(jì)用以過濾光8的不同波長，因而防止光8進(jìn)入磊晶區(qū)51中。在一些實(shí)施例中，介電層的堆疊包含Si02/Ta205交錯(cuò)配置。
[0096]樣品放置部23為納米槽，其寬度為W23。樣品放置部23的高度實(shí)質(zhì)等于介電層28的厚度TH28。在一些實(shí)施例中，厚度TH28可為約330納米加上或減去約10個(gè)百分比。在一些實(shí)施例中，厚度TH28與厚度TH27之間的比例約為2。
[0097]ILD層75為接觸磊晶區(qū)51的前側(cè)SI。界面S45位于磊晶區(qū)51與光感測區(qū)域55之間。樣品231在光感測區(qū)域55的頂部表面上方附近，相距約一預(yù)定高度H235。該預(yù)定高度H235約為厚度TH27、厚度TH30與高度H551的總和。高度H551為從背側(cè)S2至光感測區(qū)域55的界面S45。
[0098]光感測區(qū)域55位于半導(dǎo)體塊511的背側(cè)S2與前側(cè)SI之間。光感測區(qū)域55包含多接合光二極管。多接合光二極管包含半導(dǎo)體層，例如區(qū)域552、553、554、555與557。
[0099]光感測區(qū)域55包含高度H55與寬度W557。高度H55為從前側(cè)SI至磊晶區(qū)51與區(qū)域557之間的界面S45。寬度W557為區(qū)域557的寬度。在一些實(shí)施例中，高度H551約
0.2微米至約0.5微米。
[0100]高度H55UH557與H555的總和為背側(cè)S2至區(qū)域555與區(qū)域554之間接合處的距離。在一些實(shí)施例中，該總和為約0.5微米至約1.5微米。不同波長的光81、82或83在光感測區(qū)域55中具有不同的穿透深度。例如，關(guān)于約500納米的光長，穿透深度約0.9至I微米。高度H551、H557、H555、H554與H553的總和為從背側(cè)S2至區(qū)域553至區(qū)域552之間的接合處的距離。在一些實(shí)施例中，該總和為約2.5微米至約3微米。高度H55與高度H551的總和約為半導(dǎo)體塊511的高度。在一些實(shí)施例中，半導(dǎo)體塊511的高度為約2.5微米至約5微米。
[0101]在一些實(shí)施例中，區(qū)域557、555或554包含垂直部與水平部。水平部實(shí)質(zhì)平行于前側(cè)SI。前側(cè)SI為介電層70與磊晶區(qū)51之間的界面。
[0102]磊晶區(qū)51與區(qū)域557之間的界面為p-η接合。一些水平界面為區(qū)域557與區(qū)域555的水平部之間、區(qū)域555與區(qū)域554的水平部之間、區(qū)域554與區(qū)域553的水平部之間、以及區(qū)域553與區(qū)域552的水平部之間的p-n接合。一些垂直界面為接近區(qū)域557與區(qū)域555的垂直部之間、區(qū)域555與區(qū)域554的垂直部之間、區(qū)域554與區(qū)域553的垂直部之間、以及區(qū)域553與區(qū)域552的垂直部之間的晶體管59的p-η接合。光感測區(qū)域55為多接合光二極管結(jié)構(gòu)，可感測在不同界面的不同波長的光。不同波長的光在光感測區(qū)域55中具有不同的穿透深度。多接合光二極管基于硅的光吸收性質(zhì)而包含多重波長偵測。例如，區(qū)域553所環(huán)繞的區(qū)域552為第一光二極管；區(qū)域555與區(qū)域553所環(huán)繞的區(qū)域554為第二光二極管；以及磊晶區(qū)51所環(huán)繞的區(qū)域557為第三光二極管。
[0103]光感測區(qū)域55為多接合光二極管結(jié)構(gòu)，其包含自樣品放置部23的不同深度的區(qū)域552、553、554、555與557，并且用于感測不同波長的光。位于距離樣品放置部23較遠(yuǎn)的光二極管，例如第三光二極管，偵測到較多具有較長波較長的光。位于距離樣品放置部23較近的光二極管，例如第一光二極管，偵測到較多波長較短的光。
[0104]在一些實(shí)施例中，每一區(qū)域552、553、554、555或557的結(jié)構(gòu)具有共同軸，其平行于高度H55的量測或是垂直于前側(cè)SI。在一些實(shí)施例中，高摻質(zhì)濃度的高摻雜區(qū)579，如圖17所示，其環(huán)繞光感測區(qū)域55中的光二極管的周圍，因而防止外部電路的噪聲影像以及其他相鄰光二極管的串音干擾(cross-talk)。高摻雜區(qū)579降低光二極管的一些內(nèi)部暗電流。
[0105]圖3類似于圖1，差別在于在核心層27下方增加介電層282。
[0106]核心層27下方的介電層282包含厚度TH282。介電層282為核心層27下方的較低的包覆層。在一些實(shí)施例中，厚度TH282實(shí)質(zhì)大于厚度TH27或TH28，因而介電層282可提供支撐以握持介電層27。在一些實(shí)施例中，從樣品放置部23至背側(cè)S2的距離約為厚度TH27、TH28與TH30的總和?？偤图s3微米。在一些實(shí)施例中，取代在導(dǎo)波區(qū)200與光感測區(qū)域55之間放置互連區(qū)73 (