CN104517977A - 光感测器 - Google Patents

光感测器 Download PDF

Info

Publication number
CN104517977A
CN104517977A CN201310478590.4A CN201310478590A CN104517977A CN 104517977 A CN104517977 A CN 104517977A CN 201310478590 A CN201310478590 A CN 201310478590A CN 104517977 A CN104517977 A CN 104517977A
Authority
CN
China
Prior art keywords
optical sensors
band optical
pixel
band
opening
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN201310478590.4A
Other languages
English (en)
Other versions
CN104517977B (zh
Inventor
张锦维
王瀚伦
洪荣凯
苏韦企
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Lijing Jicheng Electronic Manufacturing Co Ltd
Original Assignee
Maxchip Electronics Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Maxchip Electronics Corp filed Critical Maxchip Electronics Corp
Publication of CN104517977A publication Critical patent/CN104517977A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN104517977B publication Critical patent/CN104517977B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/14—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
    • H01L27/144—Devices controlled by radiation
    • H01L27/146—Imager structures
    • H01L27/14601—Structural or functional details thereof
    • H01L27/1463—Pixel isolation structures
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/14—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
    • H01L27/144—Devices controlled by radiation
    • H01L27/1443—Devices controlled by radiation with at least one potential jump or surface barrier
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/14—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
    • H01L27/144—Devices controlled by radiation
    • H01L27/146—Imager structures
    • H01L27/14601—Structural or functional details thereof
    • H01L27/1462—Coatings
    • H01L27/14621—Colour filter arrangements
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/14—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
    • H01L27/144—Devices controlled by radiation
    • H01L27/146—Imager structures
    • H01L27/14601—Structural or functional details thereof
    • H01L27/14625—Optical elements or arrangements associated with the device
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/14—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
    • H01L27/144—Devices controlled by radiation
    • H01L27/146—Imager structures
    • H01L27/14643—Photodiode arrays; MOS imagers
    • H01L27/14645—Colour imagers
    • H01L27/14647—Multicolour imagers having a stacked pixel-element structure, e.g. npn, npnpn or MQW elements
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/14—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
    • H01L27/144—Devices controlled by radiation
    • H01L27/146—Imager structures
    • H01L27/14643—Photodiode arrays; MOS imagers
    • H01L27/14649—Infrared imagers
    • H01L27/14652—Multispectral infrared imagers, having a stacked pixel-element structure, e.g. npn, npnpn or MQW structures

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
  • Solid State Image Pick-Up Elements (AREA)
  • Light Receiving Elements (AREA)

Abstract

本发明公开一种光感测器，其包括：基底、介电层、多个像素、多个间隙壁以及多个金属内连线。介电层位于基底上。像素位于介电层中。间隙壁位于相邻像素之间的开口的侧壁。金属内连线位于开口中，覆盖间隙壁，并分别电连接所对应的像素。

Description

光感测器
技术领域
本发明涉及一种感测器及其制造方法，且特别是涉及一种光感测器及其制造方法。
背景技术
近几年来感测元件在多数的工业应用及自动化控制用途上一直是扮演着重要的角色。常见的感测元件包括温度感测器、湿度感测器、压力感测器、磁感测器、照度感测器、距离感测器以及光感测器等等。而其中光感测器因液晶面板与各式移动装置（如移动电话、个人数字助理（PDA）、全球定位系统（GPS）、笔记型电脑（Notebook）、小笔电（Netbook）等）的日益普及而开始被广泛使用于上述各式各样消费性产品上。
光感测器一般皆具有排列成矩阵的像素。随着像素密度增加，像素间距离减少，相邻的两像素的下电极之间的距离缩短，在下电极有压差时，像素间容易有漏电流。若增加相邻的下电极的间距，则像素中间区的电场太弱，产生的光电子不易至下电极，而有延迟(lag)现象。此外，光线也容易从像素之间入射，而导致像素之间的串影(crosstalk)现象。
发明内容
本发明的目的在于提供一种光感测器，可以避免漏电的问题，而且可使下电极的电场均匀，而没有延迟现象。
本发明的再一目的在于提供一种光感测器，可以避免互像素间的串影现象。
本发明的又一目的在于提供一种多波段光感测器，其整合于同颗芯片上。
本发明的另一目的在于提供一种多波段光感测器，在可见光波段具有相当高的量子效率，适于多波段光感测波段的要求。
本发明的还一目的在于提供一种多波段光感测器的制造方法，其制作工艺简单。
为达上述目的，本发明提出一种光感测器，包括：基底、介电层、多个像素、多个间隙壁以及多金属内连线。介电层位于基底上。像素位于介电层中。间隙壁位于相邻像素之间的开口的侧壁。金属内连线位于开口中，覆盖间隙壁，并分别电连接所对应的像素。
本发明还提出一种介电层位于基底上。第一波段光感测器位于介电层上，其中相邻的两个第一波段光感测器之间具有第一开口。第一间隙壁，位于第一开口的侧壁。第一金属内连线位于第一开口中，并分别电连接所对应的第一波段光感测器。第二波段光感测器位于介电层中，相邻的两个第二波段光感测器之间具有第二开口，其中第一波段光感测器与第二波段光感测器分别包括：下电极、氢化非晶硅层以及透明上电极。氢化非晶硅层覆盖下电极。透明上电极覆盖于氢化非晶硅层上。第二间隙壁位于第二开口的侧壁上。第二金属内连线位于第二开口中，并分别电连接所对应的第二波段光感测器。第三波段光感测器位于基底中，其中至少一部分的第二波段光感测器介于第三波段光感测器以及第一波段光感测器之间且与其二者重叠。保护层位于第一波段光感测器上。
本发明提供一种光感测器，其像素的侧壁被间隙壁覆盖，相邻的像素的下电极可以被隔开，而不会有漏电的问题，而且下电极的面积可以制作得较大，使电场均匀，而没有延迟现象。
本发明提供一种光感测器，可以避免像素间的串影现象。
本发明的多波段光感测器，其可以感测多个波段的光源。
本发明的多波段光感测器，其整合于同颗芯片上。
本发明的多波段光感测器，在可见光波段具有相当高的量子效率，适于多波段光感测的要求。
本发明的多波段光感测器的制造方法，其制作工艺简单。
本发明的多波段光感测器的制造方法，可以节省布局的面积，且可以省去滤光片制作工艺的预算，降低材料与制作工艺成本。
为让本发明的上述特征和优点能更明显易懂，下文特举实施例，并配合所附附图作详细说明如下。
附图说明
图1是依照本发明实施例所绘示的一种光感测器的剖面示意图；
图2A是依照本发明实施例所绘示的一种多波段光感测器的部分上视图；
图2B绘示图2A的多波段光感测器在切线I-I的部分剖面示意图；
图3-5绘示三种不同波段的光感测器所感测的量子效率(QE)频谱。
符号说明
10、100：基底
102:接触窗
11、111：金属氧化物半导体元件
12：阱区
13、113：隔离结构
14：第三波段光感测器
15、16、16a、16b、115、116：介电层
18、118：金属内连线
22a、22b、122：金属层
24a、24b、124：焊垫
26：多波段光感测结构
28a、28b、128：下电极
30a、30b、130：氢化非晶硅层（堆叠结构）
32a、32b、132：透明上电极
36、136：保护层
37a、37b、137：顶盖层
38a：第一间隙壁
38b：第二间隙壁
138：间隙壁
40a、40b、140：介层窗
42a、42b、142：介层窗
46：第一波段光感测器
47：第一开口
57：第二开口
48：第一金属内连线
58：第二金属内连线
49、59、149：金属层
50、60、150：介层窗
56：第二波段光感测器
46a、56a：部分
46b、56b：另一部分
70、170：滤光片
146：像素
147：开口
148：金属内连线
110：源极区
210、220、230：曲线
I-I：切线
具体实施方式
图1是依照本发明实施例所绘示的一种光感测器的剖面示意图。
请参照图1，提供基底100。基底100的材质例如是具有掺杂的半导体，如具有P型掺质的硅基底，或是N型掺杂的硅基底，抑或是无掺杂（undoped）硅基底。在基底100中形成隔离结构113，隔离结构113可减少杂讯干扰。隔离结构113例如是浅沟槽隔离结构。接着，在基底100上形成金属氧化物半导体元件111，金属氧化物半导体元件111例如是N型通道场效晶体管（NMOS）、P型通道场效晶体管（PMOS）或是互补式场效晶体管（CMOS）。
接着，在基底100上形成介电层115、116以及金属内连线118。介电层115、116的材质例如是氧化硅、硼磷硅玻璃（BPSG）、磷硅玻璃（PSG）、无掺杂硅玻璃（USG）、氟掺杂硅玻璃（FSG）、旋涂式玻璃（SOG）或是介电常数低于4的低介电常数材料。介电层115、116的形成方法可以是化学气相沉积法或是旋涂法。
金属内连线118与金属氧化物半导体元件111的源极区110电连接。金属内连线118包括接触窗102、金属层122、介层窗140。在图1中，金属内连线118的金属层122与金属氧化物半导体元件111之间仅绘示是出接触窗102。然而，本发明并不以此为限。金属层122可以是顶金属层，也可以是金属内连线中的任何一层金属层，且金属层122与接触窗102之间还可包含多层金属层以及多个介层窗。
金属内连线118的形成方法可以在介电层115中形成接触窗102。接着，在介电层115上形成金属层122。在一实施例中，在形成金属内连线118的金属层122时，同时形成焊垫124。在另一实施例中，焊垫124的高度可与金属层122的高度相异（未绘示）。之后，在基底100上形成介电层116。介电层116的材质例如是氧化硅、BPSG、PSG、USG、FSG、SOG或是介电常数低于4的低介电常数材料。介电层116的形成方法可以是化学气相沉积法或是旋涂法。其后，在介电层116中形介层窗140、142。
之后，于介电层116上形成多个像素(或称光感测器)146。像素146可以是红光像素、绿光像素或蓝光像素。像素146可以是由下而上分别包括下电极128、氢化非晶硅层130以及透明上电极132。下电极128分别与金属内连线118的介层窗140电连接。氢化非晶硅层130分别位于下电极128与透明上电极132之间，且氢化非晶硅层130分别覆盖下电极128的表面，并延伸覆盖下电极128的侧壁。在一实施例中，氢化非晶硅层130为堆叠结构。各堆叠结构例如是PIN结构。具体地说，各堆叠结构分别包括第一导电型的氢化非晶硅层、本征氢化非晶硅层以及第二导电型的氢化非晶硅层。第一导电型的氢化非晶硅层为N型，N型掺质例如是磷或是砷。第二导电型的氢化非晶硅层为P型，P型掺质例如是硼。
本发明实施例还在像素146的透明上电极132上覆盖顶盖层137，并且在相邻的两个像素146之间的开口147侧壁上形成间隙壁138。间隙壁138可以选择性更延伸至开口147的底部。
在一实施例中，像素146、顶盖层137以及间隙壁138的形成步骤如下。于介电层116上形成下电极128，使下电极128与介层窗140电连接。下电极128的材质包括金属，例如是氮化钛（TiN）、钨（W）、铬（Cr）或铝（Al），形成的方法例如是以物理气相沉积法（PVD）或是化学气相沉积法（CVD）沉积下电极材料层之后，再以光刻、蚀刻制作工艺进行图案化。当下电极128为金属时，其厚度非常薄，例如是50埃至500埃，以使得光线可以穿透。
之后，于下电极128上形成氢化非晶硅层130、透明上电极132以及顶盖层137。氢化非晶硅层130、透明上电极132以及顶盖层137的形成方法例如是形成氢化非晶硅材料层、透明上电极材料层以及顶盖材料层之后，再进行光刻与蚀刻制作工艺，以图案化之。
在一实施例中，用来形成氢化非晶硅层130的氢化非晶硅材料层为堆叠结构。堆叠结构包括第一导电型的氢化非晶硅层、本征氢化非晶硅层以及第二导电型的氢化非晶硅层。氢化非晶硅层的沉积方法可以采用等离子体增强型化学气相沉积法，以B2H6/H2和PH3/H2做为反应掺杂气体，在沉积的过程中改变掺杂的型态或浓度以及沉积制作工艺的参数，以形成之。更具体地说，第二导电型的氢化非晶硅层为P型，厚度例如是50埃至500埃，P型掺质的浓度例如是1×1019至1×1022原子/立方厘米（atoms/cm3），P型掺质例如是硼；本征氢化非晶硅层的厚度例如是500埃至5000埃；第一导电型的氢化非晶硅层为N型，厚度例如是50埃至500埃，N型掺质的浓度例如是1×1019至1×1022原子/立方厘米，N型掺质例如是磷或是砷。
用来形成透明上电极132的透明上电极材料层的材料包括透明导电氧化物，例如是铟锡氧化物，沉积的方法例如是溅镀法。透明上电极132的厚度例如是500至5000埃。用来形成顶盖层137的顶盖材料层可以是绝缘材料，例如是氧化硅或氮氧化硅，形成的方法例如是化学气相沉积法，厚度例如是500至5000埃。
其后，在像素146的侧壁形成间隙壁138。间隙壁138可以是绝缘材料例如是氧化硅、氮氧化硅或氮化硅。间隙壁138的形成方法可以在形成间隙壁材料层之后，进行非等向性蚀刻制作工艺，以在像素146的侧壁(或开口147的侧壁)形成间隙壁138。在一实施例中，间隙壁138不仅位于像素146的侧壁，而且还延伸至开口147的底部，其形成方法可以在形成间隙壁材料层之后，利用光刻与蚀刻的方式来形成之。
之后，形成金属内连线148，以电连接相邻两个像素46的透明上电极132。更具体地说，金属内连线148包括金属层149与介层窗150。金属层149位于开口147中的间隙壁138之间，并延伸覆盖顶盖层137的一部分。介层窗150穿过顶盖层137，电连接金属层149与所对应的相邻的透明上电极132。金属内连线148的形成方法可以在顶盖层137中形成介层窗150，其后，再形成金属层149。介层窗150的材料可以是金属，例如是钨、铝或是铜。介层窗150的形成方法例如是先在顶盖层137中形成介层窗开口。接着，再于介层窗开口中填入金属。金属层149包括金属材料层，如Al、TiN、W。之后，再进行光刻与蚀刻制作工艺，以进行金属材料层的图案化制作工艺。通过介层窗142以及介层窗150，像素46的透明上电极132可以与焊垫124连接。
之后，于基底100上形成保护层136，以覆盖像素46以及金属层149。保护层136的材质例如是聚亚酰胺（polyimide，PI）。之后，于保护层136上形成滤光片170。滤光片170例如是红外线滤光片。红外线滤光片可滤除红外线波段的光线，允许红外线波段以外的波长通过，例如是允许短于特定波长的波长通过，其中所述特定波长的范围例如是760nm至1000nm。
其后续的制作工艺包括切割基底、封装等，于此不再赘述。
请参照图1，在本发明实施例中，像素146可以是由下而上包括下电极128、氢化非晶硅层130以及透明上电极132。下电极128通过金属内连线118的介层窗140与金属氧化物半导体元件111的源极区110电连接。氢化非晶硅层130位于下电极128与透明上电极132之间。氢化非晶硅层130覆盖下电极128的表面，并延伸覆盖下电极128的侧壁。在一实施例中，氢化非晶硅层130为堆叠结构。各堆叠结构分别由下而上包括第一导电型的氢化非晶硅层、本征氢化非晶硅层以及第二导电型的氢化非晶硅层。第二导电型的氢化非晶硅层为P型；第一导电型的氢化非晶硅层为N型。透明上电极132覆盖于氢化非晶硅层130上。
再者，在本发明实施例中，像素146的透明上电极132被顶盖层137覆盖，且像素146的侧壁被间隙壁138覆盖。金属内连线148位于相邻的像素146之间的开口147之中。金属内连线148与像素146的侧壁通过间隙壁138电性隔绝。但金属内连线148的介层窗150穿过顶盖层137，与透明上电极132电连接。由于相邻的像素146的下电极128可以被间隙壁138隔开，而不会有漏电的问题，而且下电极128的面积可以制作得较大，使电场均匀，因而可以避免延迟现象的发生。
此外，金属内连线149设置在相邻的两个像素146之间并且填满开口147，可以使得光线不易入射像素146以外的区域，因此，可以避免串影。
图2A是依照本发明实施例所绘示的一种多波段光感测器的部分上视图。图2B绘示图2A的多波段光感测器的在切线I-I的部分剖面示意图。
请参照图2A与2B，提供基底10。基底10的材质例如是具有掺杂的半导体，如具有P型掺质的硅基底，或是N型掺杂的硅基底，抑或是无掺杂（undoped）硅基底。在基底10中形成隔离结构13，隔离结构13可减少杂讯干扰。隔离结构13例如是浅沟槽隔离结构。接着，在基底10中形成多波段光感测结构26的第三波段光感测器14，例如是红光感测结构。红光感测结构例如是接面二极管，形成接面二极管的方法包括于基底10中形成阱区12，阱区12与基底10接触且其导电型态与基底10的导电型态不同。在一实施例中，基底10为P型掺杂的硅基底10；阱区12为N型掺杂区。阱区12的形成方法例如是在基底10上形成掩模层，然后，进行离子注入制作工艺，将掺质注入于基底10之中，以形成阱区12，之后，再将掩模层移除。离子注入制作工艺注入的P型掺质例如是硼；N型掺质例如是磷或是砷。在一实施例中，除了形成第三波段光感测器14之外，还在基底10上形成金属氧化物半导体元件11，例如是NMOS、PMOS或是CMOS。介电层15的材质例如是氧化硅、BPSG、PSG、USG、FSG、SOG或是介电常数低于4的低介电常数材料。介电层15的形成方法可以是化学气相沉积法或是旋涂法。
接着，请参照图2A与2B，在基底10上的介电层15中以及介电层15上形成金属内连线18。金属内连线18包括金属层22a、22b。在一实施例中，在形成金属内连线18的金属层22a、22b时，同时形成焊垫24a、24b。在另一实施例中，焊垫24a、24b的高度可与金属层22a、22b的高度相异（未绘示）。
之后，请参照图2A与2B，在基底10上形成介电层16a。介电层16a的材质例如是氧化硅、BPSG、PSG、USG、FSG、SOG或是介电常数低于4的低介电常数材料。介电层16a的形成方法可以是化学气相沉积法或是旋涂法。
其后，请参照图2A与2B，于介电层16a上形成介电层16b以及多波段光感测结构26的第一波段光感测器46以及第二波段光感测器56。第一波段光感测器46与第二波段光感测器56位于第三波段光感测器14的上方。第二波段光感测器56位于第一波段光感测器46与第三波段光感测器14之间。在一实施例中，第一波段光感测器46、第二波段光感测器56以及第三波段光感测器14可感测可见光频谱，波长400nm至750nm，其中第一波段光感测器46包括蓝光感测器，可以感测的频谱的波峰范围，例如是波长450nm至480nm；第二波段光感测器56包括绿光感测器，可以感测的频谱的波峰范围，例如是波长490nm至550nm；第三波段光感测器66包括红光感测器，可以感测的频谱的波峰范围，例如是波长600nm至700nm。
请参照图2A与2B，第一波段光感测器46位于第二波段光感测器56上方的介电层16b上，完全覆盖第二波段光感测器56与第三波段光感测器14。第一波段光感测器46的一部分46a与下方的第二波段光感测器56重叠，第一波段光感测器46的另一部分46b则未与第二波段光感测器56重叠，而沿着第一方向（例如是x方向）延伸至第二波段光感测器56之外。第一波段光感测器46的所述另一部分46b通过介层窗40a电连接金属内连线18的金属层22a。
请参照图2A与2B，第二波段光感测器56位于介电层16a的上方，且被介电层16b覆盖。第二波段光感测器56位于第一波段光感测器46与第三波段光感测器14之间且至少一部分的第二波段光感测器56与第一波段光感测器46以及第三波段光感测器14重叠。第二波段光感测器56的面积小于第一波段光感测器46的面积，且大于第三波段光感测器14面积，而将第三波段光感测器14完全覆盖。第二波段光感测器56的一部分56a与下方的第三波段光感测器14重叠，第二波段光感测器56的另一部分56b未与第三波段光感测器14重叠，而沿着第一方向（例如是x方向）延伸。第二波段光感测器56通过介层窗40b电连接金属内连线18的金属层22b。
请参照图2B，第一波段光感测器46与第二波段光感测器56可以是由下而上分别包括下电极28a、28b氢化非晶硅层30a、30b以及透明上电极32a、32b。下电极28a、28b分别与金属内连线18的介层窗40a、40b电连接。氢化非晶硅层30a、30b分别位于下电极28a、28b与透明上电极32a、32b之间，氢化非晶硅层30a、30b分别覆盖下电极28a、28b的表面，并延伸覆盖下电极28a、28b的侧壁。在一实施例中，氢化非晶硅层30a、30b为堆叠结构。各堆叠结构分别包括第一导电型的氢化非晶硅层、本征氢化非晶硅层以及第二导电型的氢化非晶硅层。透明上电极32a、32b分别覆盖于氢化非晶硅层30a、30b上。
在本发明实施例中，在第一波段光感测器46的透明上电极32a上覆盖顶盖层37a。相邻的两个第一波段光感测器46之间的第一开口47侧壁被第一间隙壁38a覆盖。第一间隙壁38a可以选择性更延伸至第一开口47的底部。
第一金属内连线48位于第一开口47中，电连接所对应的相邻的两个第一波段光感测器46。更具体地说，第一金属内连线48包括金属层49与介层窗50。金属层49位于第一开口47中的第一间隙壁38a之间，并延伸至第一波段光感测器46的透明上电极32a上的顶盖层37a的一部分。介层窗50穿过所述顶盖层37a，电连接金属层49与所对应的相邻的透明上电极32a。
同样地，在第二波段光感测器56的透明上电极32b上覆盖顶盖层37b。相邻的两个第一波段光感测器56之间的第二开口57侧壁被第二间隙壁38b覆盖。第二间隙壁38b可以选择性更延伸至第二开口57的底部。
第二金属内连线58位于第二开口57中，电连接所对应的相邻的两个第二波段光感测器56。更具体地说，第二金属内连线58包括金属层59与介层窗60。金属层59位于第二开口57中的第二间隙壁38b之间，并延伸至透明上电极32b上的顶盖层37b的一部分。介层窗60穿过所述顶盖层37b，电连接金属层59与所对应的相邻的透明上电极32b。
请参照图2B，在一实施例中，形成多波段光感测结构26的步骤说明如下：先于介电层16a上形成下电极28b，使下电极28b与介层窗40b电连接。下电极28b的材质包括金属，例如是TiN、W、Cr或Al，形成的方法例如是以PVD或是CVD沉积下电极材料层，之后，再以光刻、蚀刻制作工艺进行图案化。当下电极28b为金属时，其厚度非常薄，例如是50埃至500埃，以使得绿光可以穿透。
之后，请参照图2B，于下电极28b上形成氢化非晶硅层30b、透明上电极32b以及顶盖层37b。氢化非晶硅层30b、透明上电极32b以及顶盖层37b的形成方法例如是形成氢化非晶硅材料层、透明上电极材料层以及顶盖材料层之后，再进行光刻与蚀刻制作工艺，以图案化之。
在一实施例中，用来形成氢化非晶硅层30b的氢化非晶硅材料层为堆叠结构。各堆叠结构由下而上包括第一导电型的氢化非晶硅层、本征氢化非晶硅层以及第二导电型的氢化非晶硅层。氢化非晶硅层30b的沉积方法可以采用等离子体增强型化学气相沉积法，以B2H6/H2和PH3/H2做为反应掺杂气体，在沉积的过程中改变掺杂的型态或浓度以及沉积制作工艺的参数，以形成之。氢化非晶硅层30b的图案化方法例如是光刻与蚀刻制作工艺。
在一实施例中，第二波段光感测器56为绿光感测器，其氢化非晶硅层30b的堆叠结构具有PIN结构。更具体地说，第二导电型的氢化非晶硅层为P型，厚度例如是50埃至500埃，P型掺质的浓度例如是1×1019至1×1022原子/立方厘米（atoms/cm3），P型掺质例如是硼；本征氢化非晶硅层的厚度例如是500埃至5000埃；第一导电型的氢化非晶硅层为N型，厚度例如是50埃至500埃，N型掺质的浓度例如是1×1019至1×1022原子/立方厘米，N型掺质例如是磷或是砷。
用来形成透明上电极32b的透明上电极材料层的材质包括透明导电氧化物，例如是铟锡氧化物，沉积的方法例如是溅镀法。透明上电极32b的厚度例如是500至5000埃。用来形成顶盖层37b的顶盖材料层可以是绝缘材料，例如是氧化硅或氮氧化硅，形成的方法例如是化学气相沉积法，厚度例如是500至5000埃。
其后，在第二波段光感测器56的侧壁形成第二间隙壁38b。第二间隙壁38b可以是绝缘材料例如是氧化硅、氮氧化硅或氮化硅，其形成方法可以在形成第二间隙壁材料层之后，进行非等向性蚀刻制作工艺，以在第二波段光感测器56的侧壁形成第二间隙壁38b。若第二间隙壁38b不仅位于第二波段光感测器56的侧壁，而且还延伸至第二开口57的底部，其形成方法可以在形成第二间隙壁材料层之后，利用光刻与蚀刻的方式来形成之。
之后，在顶盖层37b中形成介层窗60，其后，再形成金属层59。介层窗60的材料可以是金属，例如是钨、铝或是铜。介层窗60的形成方法例如是先在顶盖层37b中形成介层窗开口，在于介层窗开口中填入金属。金属层59包括金属材料层，如Al、TiN、W。之后，再进行光刻与蚀刻制作工艺，以进行金属材料层的图案化制作工艺。通过介层窗42b以及介层窗60，第二波段光感测器56的透明上电极32b可以与焊垫24b连接。
其后，请参照图2B，在第二波段光感测器56上形成介电层16b。介电层16b与介电层16a组成介电层16。介电层16b的材料可与介电层16a相同或相异。介电层16b的材质例如是氧化硅、BPSG、PSG、USG、FSG、SOG或是介电常数低于4的低介电常数材料。介电层16b的形成方法可以是化学气相沉积法或是旋涂法。
然后，请参照图2B，在介电层16b上形成第一波段光感测器46的下电极28a、氢化非晶硅层30a、透明上电极32a以及顶盖层37a、第一间隙壁38a、第一金属内连线48的介层窗50与金属层49。通过介层窗42a以及介层窗50，第一波段光感测器46的透明上电极32a可以与焊垫24a连接。下电极28a、透明上电极32a、顶盖层37a、第一间隙壁38a、介层窗50与金属层49形成的方法如同下电极28b、透明上电极32b、顶盖层37b、第二间隙壁38b、介层窗60与金属层59的形成方法，于此不再赘述。氢化非晶硅层30a的沉积方法也与上述氢化非晶硅层30b相似，于此不再赘述。
其后，请参照图2B，于基底10上形成保护层36，覆盖多波段光感测结构26。保护层36的材质例如是聚亚酰胺。之后，于保护层36上形成滤光片70。滤光片70覆盖第一波段光感测器46。滤光片70例如是红外线滤光片。红外线滤光片可滤除红外线波段的光线，允许红外线波段以外的特定波长通过，例如是允许短于特定波长的波长通过，其中所述特定波长的范围例如是760nm至1000nm。
其后续的制作工艺包括切割基底、封装等，于此不再赘述。切割与封装之后，即可形成多波段光感测器，其将多波段光感测器整合于同颗芯片的同一区域上，用以感测多波段的光源。
请参照图2B，在以上的实施例中，将多波段光感测结构26设置在金属内连线18的金属层22a、22b之上，然而，在实际应用时，并不以此为限，若制作工艺条件许可，也可以设置在金属内连线18的任意两层金属层之间。
请参照图2A与2B，本发明实施例的多波段光感测器包括基底10以及多波段光感测结构26。多波段光感测结构26包括第一波段光感测器46、第二波段光感测器56以及第三波段光感测器14。第三波段光感测器14位于多波段光感测结构26下方的基底10中，用以感测红光。第一波段光感测器46与第二波段光感测器56位于第三波段光感测器14的上方，用以感测并过滤两个波段的光线，例如是蓝光与绿光。
更具体地说，第三波段光感测器14例如是接面二极管，其是由基底10以及基底10中的阱区12所构成，用以感测红光。第二波段光感测器56位于第一波段光感测器46与第三波段光感测器14之间。第一波段光感测器46与第二波段光感测器56可以是由下而上分别包括下电极28a、28b、氢化非晶硅层30a、30b与透明上电极32a、32b。氢化非晶硅层30a、30b位于下电极28a、28b上并且覆盖下电极28a、28b的表面与侧壁，透明上电极32a、32b覆盖于氢化非晶硅层30a、30b上。在一实施例中，氢化非晶硅层30a、30b为堆叠结构。堆叠结构包括：位于下电极28a、28b上的第一导电型的氢化非晶硅层、位于第一导电型的氢化非晶硅层上的本征氢化非晶硅层、以及位于本征氢化非晶硅层上的第二导电型的氢化非晶硅层，其中第一导电型为N型；第二导电型为P型。在一实施例中，下电极28a、28b通过介层窗40a、40b与介电层16中的金属内连线18电连接。
第一波段光感测器46与第二波段光感测器56的透明上电极32a、32b分别被顶盖层37a、37b覆盖。第一波段光感测器46与第二波段光感测器56的侧壁分别被第一间隙壁38a与第二间隙壁38b覆盖。第一金属内连线48的介层窗50以及第二金属内连线58的介层窗60分别穿过顶盖层37a、37b，而与透明上电极32a、32b电连接。
在一实施例中，当光线通过滤光片70时，红外线波段的光线被滤除。当光线向下行进，第一波段的光线（例如是蓝光）可以被第一波段光感测器46感测并过滤。当光线继续行进，通过第二波段的光线（例如是绿光）可以被第二波段光感测器56感测。当经过两次过滤的光线继续行进到达第三波段光感测器14时，第三波段的光线（例如是红光）的光线则可以被第三波段光感测器14感测。换言之，在本发明中，基底10的单一区可以感测第一波段的光线（例如是蓝光）、第二波段的光线（例如是绿光）以及第三波段的光线（例如红光）。因此，可以节省芯片的面积。
再者，由于第一波段光感测器46/第二波段感测器56的侧壁分别被第一间隙壁38a/第二间隙壁38b覆盖，因此，相邻的第一波段光感测器46/第二波段感测器56的下电极28a/28b可以被隔开，而不会有漏电的问题，而且下电极28a/28b的面积可以制作得较大，使电场均匀，因而可以避免发生延迟现象。此外，第一金属内连线48/第二金属内连线58设置在相邻的两个第一波段光感测器46/第二波段光感测器56之间的第一开口47/第二开口57之中，可以使得光线不易入射第一波段光感测器46/第二波段光感测器56以外的区域，因此，可以避免串影。
图3-5绘示三种不同波段的光感测器所感测的量子效率（QE）频谱。
第一波段光感测器46所感测的第一波段的光线（例如是蓝光）的QE频谱如图3曲线210所示。第二波段光感测器56所感测的第二波段的光线（例如是绿光）的QE频谱如图4曲线220所示。第三波段光感测器14所感测的第三波段的光线（例如是红光）的QE频谱如图5曲线230所示。
综上所述，本发明像素的侧壁被间隙壁覆盖，相邻的像素的下电极可以被隔开，而不会有漏电的问题，而且下电极的面积可以制作得较大，使电场均匀，因而可以避免发生延迟现象。再者，金属内连线设置在相邻的两个像素开口之中，可以使得光线不易入射像素以外的区域，因此，可以避免串影。此外，本发明可整合多波段光感测器于同颗芯片，可以节省布局的面积。多波段光感测器可以感测多波段光如蓝光、绿光以及红光。此外，本发明使用氢化非晶硅做为多波段光感测结构，其在可见光波段具有相当高的量子效率，非常适于多波段光感测波段的要求。此外，本发明实施例的多波段光感测器可以与半导体制作工艺整合。
虽然已结合以上实施例公开了本发明，然而其并非用以限定本发明，任何所属技术领域中熟悉此技术者，在不脱离本发明的精神和范围内，可作些许的更动与润饰，故本发明的保护范围应以附上的权利要求所界定的为准。

Claims (20)

1.一种光感测器，包括：
基底；
介电层，位于所述基底上；
多数个像素，位于所述介电层中，其中相邻的两个所述像素之间具有一开口；
多数个间隙壁，位于所述像素之间的所述开口的侧壁；以及
多数个第一金属内连线，位于所述开口中，覆盖所述间隙壁，并分别电连接所对应的所述像素。
2.如权利要求1所述的光感测器，其中所述像素分别包括：
下电极；
氢化非晶硅层，覆盖所述下电极；以及
透明上电极，覆盖于所述二极管上。
3.如权利要求2所述的光感测器，其中所述第一金属内连线分别与所对应的所述像素的所述透明上电极电连接。
4.如权利要求2所述的光感测器，其中所述像素的所述氢化非晶硅层覆盖所述下电极的表面，并延伸覆盖所述下电极的侧壁。
5.如权利要求2所述的光感测器，还包括多数个顶盖层，分别覆盖所对应的所述像素的所述透明上电极。
6.如权利要求5所述的光感测器，其中所述第一金属内连线分别包括：
金属层，位于所述开口中的所述间隙壁之间，并延伸至所述像素的所述顶盖层的一部分；以及
介层窗，穿过所述顶盖层，电连接所述金属层与所对应的所述透明上电极。
7.如权利要求1所述的光感测器，其中所述间隙壁更延伸覆盖所述开口的底部、位于所述第一金属内连线下方。
8.如权利要求1所述的光感测器，还包括一彩色滤光片，位于所述介电层上。
9.如权利要求1所述的光感测器，还包括多数个第二金属内连线，分别电连接所对应的所述像素的所述下电极与所述基底上所对应的一晶体管的一源极区。
10.如权利要求1所述的光感测器，其中所述像素包括蓝光像素、绿光像素或红光像素。
11.一种多波段光感测器，包括：
基底；
介电层，位于所述基底上；
多数个第一波段光感测器，位于所述介电层上，其中相邻的两个第一波段光感测器之间具有第一开口；
多数个第一间隙壁，位于所述第一开口的侧壁；
多数个第一金属内连线，位于所述第一开口中，并分别电连接所对应的所述第一波段光感测器；
多数个第二波段光感测器，位于所述介电层中，相邻的两个第二波段光感测器之间具有第二开口，其中该第一波段光感测器与该第二波段光感测器分别包括：
下电极；
氢化非晶硅层，覆盖该下电极；以及
透明上电极，覆盖于该氢化非晶硅层上；
多数个第二间隙壁，位于所述第二开口的侧壁；
多数个第二金属内连线，位于所述第二开口中，并分别电连接所对应的所述第二波段光感测器；
多数个第三波段光感测器，位于所述基底中，其中至少一部分的所述第二波段光感测器介于所述第三波段光感测器以及所述第一波段光感测器之间且与其二者重叠；以及
保护层，位于所述第一波段光感测器上。
12.如权利要求11所述的多波段光感测器，其中所述第一金属内连线分别与所对应的所述第一波段光感测器的所述透明上电极电连接；所述第二金属内连线分别与所对应的所述第二波段光感测器的所述透明上电极电连接。
13.如权利要求11所述的多波段光感测器，其中所述第一波段光感测器与所述第二波段光感测器的所述氢化非晶硅层分别覆盖所述下电极的表面，并延伸覆盖所述下电极的侧壁。
14.如权利要求11所述的多波段光感测器，还包括多数个顶盖层，分别覆盖所对应的所述第一波段光感测器与所述第二波段光感测器的所述透明上电极。
15.如权利要求14所述的多波段光感测器，其中所述第一金属内连线分别包括：
金属层，位于所述第一开口中的所述第一间隙壁之间，并延伸至所述第一波段光感测器的所述顶盖层的一部分；以及
介层窗，穿过所述顶盖层，电连接所述金属层与所对应的所述透明上电极。
16.如权利要求14所述的多波段光感测器，其中所述第二金属内连线分别包括：
金属层，位于所述第二开口中的所述第二间隙壁之间，并延伸至所述第二波段光感测器的所述顶盖层的一部分；以及
介层窗，穿过所述顶盖层，电连接所述金属层与所对应的所述透明上电极。
17.如权利要求11所述的多波段光感测器，还包括：
多数个第三金属内连线分别与所对应的所述第一波段光感测器的所述下电极电连接；以及
多数个第四金属内连线分别与所对应的所述第二波段光感测器的所述下电极电连接。
18.如权利要求11所述的多波段光感测器，其中所述第一波段光感测器为蓝光感测器；所述第二波段光感测器为绿光感测器；所述第三波段光感测器为红光感测器。
19.如权利要求11所述的多波段光感测器，还包括一红外线滤光片，位于所述保护层上，覆盖所述第一波段光感测器上。
20.如权利要求11所述的多波段光感测器，其中该第三波段光感测器为一接面二极管，包含该基底以及形成于该基底中的一阱区，其中该基底与该阱区具有不同的导电型态。
CN201310478590.4A 2013-09-27 2013-10-14 光感测器 Active CN104517977B (zh)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
TW102135023A TWI505455B (zh) 2013-09-27 2013-09-27 光感測器
TW102135023 2013-09-27

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN104517977A true CN104517977A (zh) 2015-04-15
CN104517977B CN104517977B (zh) 2017-12-08

Family

ID=52739282

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201310478590.4A Active CN104517977B (zh) 2013-09-27 2013-10-14 光感测器

Country Status (3)

Country Link
US (1) US9142583B2 (zh)
CN (1) CN104517977B (zh)
TW (1) TWI505455B (zh)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2021233278A1 (zh) * 2020-05-19 2021-11-25 上海集成电路研发中心有限公司 一种混合成像探测器结构

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20170373107A1 (en) * 2015-01-29 2017-12-28 Sony Semiconductor Solutions Corporation Solid-state image sensing device and electronic device
JP6711573B2 (ja) 2015-08-10 2020-06-17 ソニーセミコンダクタソリューションズ株式会社 固体撮像素子
KR102619669B1 (ko) * 2016-12-30 2023-12-29 삼성전자주식회사 이미지 센서
JP2021197469A (ja) * 2020-06-16 2021-12-27 キヤノン株式会社 半導体装置

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20110108728A1 (en) * 2009-11-12 2011-05-12 Maxchip Electronics Corp. Ambit light sensor with function of ir sensing
JP5141247B2 (ja) * 2007-12-28 2013-02-13 富士通株式会社 イメージセンサ及びその製造方法

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5578837A (en) * 1995-01-03 1996-11-26 Xerox Corporation Integrating hyperacuity sensors and arrays thereof
CN1181569C (zh) * 1998-02-02 2004-12-22 杜邦显示器股份有限公司 有机半导体图像传感器
US6459450B2 (en) * 1998-06-24 2002-10-01 Intel Corporation Infrared filterless pixel structure
KR100881860B1 (ko) * 2007-01-17 2009-02-06 제일모직주식회사 컬러필터용 감광성 수지 조성물 및 이를 이용한 이미지센서컬러필터

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP5141247B2 (ja) * 2007-12-28 2013-02-13 富士通株式会社 イメージセンサ及びその製造方法
US20110108728A1 (en) * 2009-11-12 2011-05-12 Maxchip Electronics Corp. Ambit light sensor with function of ir sensing

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2021233278A1 (zh) * 2020-05-19 2021-11-25 上海集成电路研发中心有限公司 一种混合成像探测器结构

Also Published As

Publication number Publication date
TWI505455B (zh) 2015-10-21
TW201513326A (zh) 2015-04-01
US9142583B2 (en) 2015-09-22
CN104517977B (zh) 2017-12-08
US20150091123A1 (en) 2015-04-02

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US9842878B2 (en) Semiconductor device and a manufacturing method thereof
US9871070B2 (en) Voltage biased metal shielding and deep trench isolation for backside illuminated (BSI) image sensors
CN104517977A (zh) 光感测器
CN110854147B (zh) 一种探测基板及其制作方法
CN103325801A (zh) 固体拍摄装置以及照相机
US11239259B2 (en) Substrate, manufacturing method thereof and transparent display device
US10615188B2 (en) Array substrate and manufacturing method thereof
KR20190054366A (ko) 이미지 센싱 소자
US20210066225A1 (en) Bond pad structure with reduced step height and increased electrical isolation
US8133754B2 (en) Image sensor and method for manufacturing the same
US8558177B2 (en) Ambit light sensor with function of IR sensing
US20200160026A1 (en) Image sensor and associated handheld device
CN112242407B (zh) 阵列基板及其制备方法
CN104425644A (zh) 结合红外线感测功能的多波段光感测器及其制造方法
US20220045117A1 (en) Band-pass filter for stacked sensor
CN102087141A (zh) 结合红外线感测的环境光源传感器及其制造方法
US11641000B2 (en) Image sensor and manufacturing method thereof
JP2005109047A (ja) 光半導体集積回路装置及びその製造方法
TWI517370B (zh) 結合紅外線感測功能之多波段光感測器及其製造方法
US20230225139A1 (en) Image sensor and manufacturing method thereof
CN111430407B (zh) 显示面板、显示面板制备方法及显示设备
CN105679783A (zh) 图像传感器及其形成方法
KR100824625B1 (ko) 씨모스 이미지 센서 및 그 제조 방법
CN106601759A (zh) 一种半导体器件及其制造方法和电子装置
KR101324084B1 (ko) 이미지 센서 및 그 제조 방법

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant
CP01 Change in the name or title of a patent holder
CP01 Change in the name or title of a patent holder

Address after: Hsinchu Science Park, Taiwan, China

Patentee after: Lijing Jicheng Electronic Manufacturing Co., Ltd.

Address before: Hsinchu Science Park, Taiwan, China

Patentee before: Maxchip Electronics Corp.