CN105810701A - 具有导光特征的光学传感器 - Google Patents

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Abstract

本发明提供具有导光特征的光学传感器。光学传感器包含具有一电路区与一光学感测区的一半导体层、位于该光学感测区上方的一样品置放部、位于该样品置放部与该光学感测区之间的一导光结构、以及位于该电路区上方的一电互连结构。该电互连结构与该导光结构以整合方式形成，以及该导光结构将自样品置放部发出的光导引至光学感测区。

Description

具有导光特征的光学传感器
技术领域
本公开涉及具有导光特征的光学传感器。
背景技术
光学传感器广泛用于各种影像应用与产品，例如相机、扫描器、复印机、以及类似物。用于不同技术领域中的光学传感器设计为不同目的。
为了增进光学传感器的效能且缩小尺寸，使用不同设计的光学传感器。评估效能的方法之一是测量光学传感器的量子效率。量子效率是撞击光学传感器产生电荷载体的光子百分比。这是测量光学传感器对于光的电敏感性。
上文的「现有技术」说明仅提供背景技术，并未承认上文的「现有技术」说明揭示本公开的标的，不构成本公开的现有技术，且上文的「现有技术」的任何说明均不应作为本案的任一部分。
发明内容
本公开的一方面是提供具有导光特征的光学传感器。
根据本公开的此方面，光学传感器包括半导体层，其包括电路区与光学感测区、在光学感测区上方的样品置放部、在样品置放部与光学感测区之间的导光结构、以及在电路区上方的电互连结构，其中电互连结构与导光结构以整合方式形成，以及导光结构将来自样品置放部的发射光导引至光学感测区。
在一些实施例中，电互连结构包括至少一电接点于该电路区上方，以及该导光结构包括至少一第一导光部于该光学感测区上方。
在一些实施例中，半导体层具有水平上表面，并且至少一电接点与至少一第一导光部实质延伸于相同的水平平面，其平行于水平上表面并且位于水平上表面上方。
在一些实施例中，导光结构包括多个呈环形配置的第一导光部。
在一些实施例中，至少一第一导光部是环形导光部。
在一些实施例中，电互连结构包括于至少一电接点上方的至少一电通道，以及导光结构包括于至少一第一导光部上方的至少一第二导光部。
在一些实施例中，半导体层具有水平上表面，并且至少一电通道与至少一第二导光部实质延伸于相同的水平平面，其平行于水平上表面并且位于水平上表面上方。
在一些实施例中，导光结构包括多个呈环形配置的第二导光部。
在一些实施例中，至少一第二导光部是环形通道。
在一些实施例中，导光结构自半导体层的水平上表面延伸。
在一些实施例中，导光结构包括位于半导体层上方的第一层中的内导光条，以及位于半导体层上方的第二层中的外导光条。
在一些实施例中，该导光结构接近该样品置放部的上方区的宽度大于接近该感光区的底部区的宽度。
在一些实施例中，该导光结构接近该感光区的底部区的宽度大于接近该样品置放部的该上方区的宽度。
根据本公开的另一方面，光学传感器包括半导体层，其包括电路区与光学感测区、在光学感测区上方的样品置放部、在电路区上方的至少一电接点、以及至少一第一导光部，其将来自样品置放部的发射光导引至光学感测区，其中半导体层具有水平上表面，第一导光部在样品置放部与光学感测区之间，以及该至少一电接点与至少一第一导光部实质延伸于相同的水平面，其平行于该水平上表面并且在该水平上表面上方。
在一些实施例中，该至少一电接点与该至少一第一导光部以整合方式形成。
根据本公开的另一方面，光传感器包括具有光学感测区的半导体层、位于光学感测区上方的样引握持部、以及导光结构，其将来自样品置放部的发射光导引至光学感测区，其中导光结构包括从半导体层的水平上表面延伸的至少一导光间隙壁，以及导光结构于接近样品置放部具有逐渐变细的顶端。
在一些实施例中，导光结构包括多个呈环形配置的导光间隙壁。
在一些实施例中，导光结构包括环形的导光间隙壁。
在一些实施例中，光学传感器包括位于光学感测区上方的多个介电层，其中至少一导光间隙壁延伸穿过多个介电层。
在一些实施例中，导光结构具有相对于半导体层而倾斜的侧壁，并且半导体层的水平上表面与该侧壁之间的夹角为约60度至89.5度。
将导光结构设计为防止光散射。由于导光结构的设计，可将来自样品置放部的发射光更有效率地导引至光学感测区中的感光区。再者，导光结构的制造符合后段工艺(back-end-of-line，BEOL)金属化技术，并且于与电互连结构与感光区的多接合光二极管相同的晶粒中以相同的工艺所制造而得。此外，通过相同的工艺，在相同的晶粒中，而非在两个分隔的装置中，整合电互连结构与感光区的多接合光二极管。因此，可大幅缩小光学传感器的尺寸。
前述内容已相当广泛地概述本公开的特征与技术优点，因而可更理解以下本公开的详细说明。以下叙述本公开的其他特征与优点，其形成本公开的权利要求的标的。本领域技术人员应理解所公开的概念与特定实施例可作为基础而修饰或设计其他结构或工艺以完成本公开的相同目的。本领域技术人员亦应理解此君等建构并不脱离权利要求所主张的本公开的精神与范围。
附图说明
由以下详细说明与附随图式得以最佳了解本申请案揭示内容的各方面。注意，根据产业的标准实施方式，各种特征并非依比例绘示。实际上，为了清楚讨论，可任意增大或缩小各种特征的尺寸。
图1A是根据本公开的一些实施例说明光学传感器的剖面图。
图1B是根据本公开的一些实施例说明光学传感器的剖面图。
图1C是根据本公开的一些实施例说明光学传感器的剖面图。
图2是根据本公开的一些实施例说明导光结构的俯视图。
图3是根据本公开的一些实施例说明导光结构的俯视图。
图4是根据本公开的一些实施例说明导光结构的俯视图。
图5至图10是根据本公开的一些实施例说明制备光学传感器的剖面图。
图11A是根据本公开的一些实施例说明光学传感器的剖面图。
图11B是根据本公开的一些实施例说明光学传感器的剖面图。
图11C是根据本公开的一些实施例说明光学传感器的剖面图。
图12至图17是根据本公开的一些实施例说明制备光学传感器的剖面图。
图18A是根据本公开的一些实施例说明光学传感器的剖面图。
图18B是根据本公开的一些实施例说明光学传感器的剖面图。
图19至图23是根据本公开的一些实施例说明制备光学传感器的剖面图。
其中，附图标记说明如下：
100光学传感器
101介电层
102介电层
103介电层
104介电层
105介电层
106介电层
111半导体层
111A电路区
111B光学感测区
23样品置放部
130导光结构
8光
55感光区
231样品
140电互连结构
141电接点
112水平上表面
131第一导光部
101介电层
142电通道
143电金属层
132第二导光部
133第三导光部
100’光学传感器
130’导光结构
100”光学传感器
130”导光结构
130A导光结构
131A第一导光部
132A环形第二导光部
130B导光结构
131B第一导光部
132B第二导光部
130C导光结构
131C内导光条
132C外导光条
81光
149电子装置
200光学传感器
230导光结构
201介电层
202介电层
203介电层
204介电层
205介电层
242电通道
243电金属层
232第二导光部
233第三导光部
240电互连结构
200’光学传感器
230’导光结构
200”光学传感器
230”导光结构
2021A孔
2021B孔
123导光层
300光学传感器
330导光结构
332顶端
331导光间隙壁
300’光学传感器
331侧壁
301孔
302金属层
105介电层
147金属层
147A开口
303介电层
304介电层
具体实施方式
本公开的以下说明与附随图式并入且构成本案说明书的一部分，说明本公开的实施例，然而，本公开并不以实施例为限。此外，可适当整合以下实施例用于完成另一实施例。
「一实施例」、「实施例」、「例示实施例」、「其他实施例」、「另一实施例」等是指所述的本公开的实施例可包含特定特征、结构、或特性，但并非每一实施例必须包含该特征、结构、或特性。再者，重复使用「在实施例中」一词并非必须指相同的实施例，当然亦可为相同的实施例。
本公开涉及具有导光特征的光学传感器。为了使本公开可被完全理解，以下说明内容提供详细的步骤与结构。显然，本公开的实施并不限制本领域技术人员已知的特定细节。此外，已知的结构与步骤不再详述，因而不会非必要地限制本公开。本公开的较佳实施例详述如下。然而，除了详细说明之外，本公开亦可广泛实施于其他实施例中。本公开的范围不受限于详细说明，而是由权利要求定义。
图1A是根据本公开的一些实施例说明光学传感器100的剖面图。在一些实施例中，光学传感器100包括半导体层111，其具有电路区111A与光学感测区111B、在光学感测区111B上方的样品置放部、在样品置放部23与光学感测区111B之间的导光结构130、以及在电路区111A上方的电互连结构140。在一些实施例中，导光结构130将来自样品置放部23的发射光导引至光学感测区111B。
在一些实施例中，半导体层111是硅基板，其包含在光学感测区111B中的感光区55，用于侦测不同波长的光，以及样品置放部23用于握持分析的样品231。在一些实施例中，样品置放部23位于导光结构130上方的导波结构120中，以及感光区55是多接合光二极管，其位于导光结构130下方的外延区中。在一些实施例中，半导体层111中的感光区55以及导波结构120中的样品置放部23公开于美国专利申请案第14/695,675中，其全部内容并入本文中作为参考。
当具有约450纳米至约500纳米的波长的光8照射在样品置放部23中的样品231上时，样品231发出光81，例如荧光，以及导光结构130将发出的光81导引至感光区55。例如，发出的荧光的波长可为样品231的材料特性。例如，在一些实施例中，样品231发出具有不同波长的荧光。在一些实施例中，感光区55经由导体而电连接至电互连结构140，因而将感光区55中产生的电荷载体转移至电互连结构140中的电路，用于进一步信号处理与/或输出至信号处理电子器件，例如DSP或微处理器。
在一些实施例中，电互连结构140与导光结构130以整合方式形成。在一些实施例中，通过实质相同的工艺形成电互连结构140与导光结构130的对应元件，其具有实质相同的物理与化学性质。
在一些实施例中，电互连结构140包括位于电路区111A上方的至少一电接点141，以及导光结构130包括位于光学感测区111B上方的至少一第一导光部131。在一些实施例中，通过相同工艺与相同材料，同时实质形成第一导光部131与电接点141，以及第一导光部131与电互连接点141具有实质相同的物理与化学性质。
在一些实施例中，半导体层111具有水平上表面112，以及电接点141与第一导光部131实质延伸于相同的水平平面中，其与水平上表面112平行并且位于水平上表面112上方。在一些实施例中，光学传感器100具有位于水平上表面112上方的介电层101，以及电接点141与第一导光部131位于介电层101中。在一些实施例中，电接点141与第一导光部131的底端实质齐平，电接点141与第一导光部131的上端实质齐平；因此，可经由相同的工艺，形成电接点141与第一导光部131。
在一些实施例中，电互连结构140包括位于电接点141上方的至少一电通道142，以及导光结构130包括位于第一导光部131上方的至少一第二导光部132。在一些实施例中，通过实质相同的工艺与相同的材料，同时形成第二导光部132与电通道142，并且第二导光部132与电通道142具有实质相同的物理与化学性质。
在一些实施例中，电互连结构140具有位于电通道142与电接点141之间的电金属层143；同样地，导光结构130具有位于第二导光部132与第一导光部131之间的第三导光部133。在一些实施例中，通过实质相同的工艺与相同的材料，可同时形成第三导光部133与电金属层143，并且第三导光部133与电金属层143具有实质相同的物理与化学性质。
在一些实施例中，电通道142与第二导光部132实质延伸于相同的水平平面中，其平行于水平上表面112并且于水平上表面112上方。在一些实施例中，光学传感器100具有位于水平上表面112上方的介电层102，以及电通道142与第二导光部132位于介电层102中。在一些实施例中，电金属层143与第三导光部133的底端实质齐平，电通道142与第二导光部132的上端实质齐平；因此，可经由相同的工艺形成电接点141与第一导光部131。
在一些实施例中，光学传感器100具有于介电层101上方的多个介电层102-104，各介电层具有至少一电通道142与至少一第二导光部132实质延伸于相同的水平平面。在一些实施例中，可任选在一些介电层中实施第二导光部132，而非在所有介电层中实施。在一些实施例中，导光结构130垂直延伸，或是相对于半导体层111的水平上表面112倾斜的方式延伸。在一些实施例中，上介电层104中的第二导光部132之间的水平距离大于下介电层102中的第二导光部之间的水平距离；换言之，沿着自样品置放部23至感光区55的光前进方向，水平距离缩小。
图1B是根据一些实施例说明光学传感器100’的剖面图。图1B所示的光学传感器100’与图1A所示的光学传感器100实质相同，差别在于导光结构的设计。在图1A中，上方区(接近样品置放部23)的导光结构130的宽度大于底部区(接近感光区55)的导光结构130的宽度；相对地，在图1B中，底部区(接近感光区55)的导光结构130’的宽度大于上方区(接近样品置放部23)的导光结构130’的宽度。
图1C是根据本公开的一些实施例说明光学传感器100”的剖面图。图1C所示的光学传感器100”与图1A所示的光学传感器100实质相同，差别在于导光结构的设计。在图1A中，上方区(接近样品置放部23)的导光结构130的宽度大于底部区(接近感光区55)的导光结构的宽度；相对地，在图1C中，底部区(接近感光区55)的导光结构130”的宽度与上方区(接近样品置放部23)的导光结构的宽度实质相同。换言之，导光结构130”的内部侧壁实质垂直于水平上表面112。
图2是根据本公开的一些实施例说明导光结构130A的俯视图。在一些实施例中，导光结构130A包括环形第一导光部131A与环形第二导光部132A。在一些实施例中，环形第一导光部131A可任选位于环形第二导光部132A的内部或外部，以及可在导光结构130A中任意配置更多的第二导光部。在一些实施例中，环形第一导光部131A的外圆周可任选地重迭环形第二导光部132A的内圆周，其中环形第一导光部131A位于环形第二导光部132A的内部，或反之亦然。
图3是根据本公开的一些实施例说明导光结构130B的俯视图。在一些实施例中，导光结构130B包括多个呈环形配置的第一导光部131B，以及多个呈环形配置的第二导光部132B。在一些实施例中，多个第一导光部131B可任选地位于多个第二导光部132B的内部或外部，并且可在导光结构130B中任选地配置更多第二导光部。在一些实施例中，第一导光部131B的外圆周可任选地重迭第二导光部132B的内圆周，其中第一导光部131B位于第二导光部132B的内部，或反之亦然。
图4是根据本公开的一些实施例说明导光结构130C的俯视图。在一些实施例中，导光结构130C包括内导光条131C作为半导体层111上方的介电层101中的第一导光部，以及外导光条132C作为半导体层111上方的介电层102中的第二导光部。在一些实施例中，导光条131C可任选地位于导光条132C的内部或外部，并且可在导光结构130C中任选配置更多导光条。在一些实施例中，内导光条的外周界可任选地重迭外导光条的内周界。在一些实施例中，各导光条131C可进一步侧向分割为几块；同样地，各导光条132C可进一步侧向分割为几块。在一些实施例中，导光条131C可任选地连接以形成整合的矩形导光环，以及导光条132C可任选地连接以形成整合的矩形导光环。
由于导光结构130防止光散射的设计目的，来自样品置放部23发射的光81可被更有效率地导引至光学感测区111B中的感光区55。再者，导光结构130、电互连结构140以及感光区55的多接合二极管的制造是依照后段工艺(BEOL)金属化技术，并且可在相同晶粒中通过相同的工艺制造而得。此外，通过同一工艺，在相同晶粒中整合导光结构130、电互连结构140与感光区的多接合光二极管，而非在两个分隔的装置中。因此，可大幅缩小光学传感器100的尺寸。
图5至图10是根据本公开的一些实施例说明制备光学传感器的剖面图。在一些实施例中，图5至图10所公开的工艺是依照铝后段工艺(BEOL)金属化技术。
参阅图5，在一些实施例中，在半导体层111中形成感光区55，在电路区111A上方形成电子装置149，例如晶体管，而后在半导体层111上通过沉积与平坦化工艺形成层间介电层101。接着，进行微影、蚀刻、沉积、以及平坦化工艺，在电路区111A上方形成电接点141以及在光学感测区111B上方形成第一导光部131。在一些实施例中，电接点141与第一导光部131包含钨(W)。
参阅图6，进行微影与蚀刻工艺，在电接点141上方形成电金属层143以及在第一导光部131上方形成第三导光部133。在一些实施例中，电金属层143与第三导光部133包含铝(Al)。
参阅图7，通过沉积与平坦化工艺，在层间介电层101上形成金属间介电层102。在一些实施例中，金属间介电层102包含HDP沉积工艺形成的下部102A以及PECVD工艺形成的上层102B。
参阅图8，进行微影、蚀刻、沉积与平坦化工艺，在电接点141上方形成在电通道142以及在第一导光部131上方形成第二导光部132。在一些实施例中，电通道142与第二导光部132包含钨(W)。
参阅图9，重复图6、图7与图8所公开的工艺，形成多个金属间介电层103、104、105，其具有第二导光部132、电通道142、第三导光部133以及电金属层143。接着，通过包含沉积、微影与蚀刻工艺的工艺，形成具有开口147A的金属层147，其中开口147A可为矩形开口。金属层147作为光遮蔽层，其中开口147A暴露感光区55用于接收来自样品置放部23的光，同时金属层147覆盖其他区域。此外，金属层147可作为接点垫，用于通过打线接合而形成电连接至外部的印刷电路板(PCB)。在一些实施例中，金属层147的厚度大于下方金属层的厚度，以及金属层147的厚度较佳大于4,000埃。
而后，进行介电沉积与平坦化工艺，以形成介电层106于金属层147上，并且填充开口147A。在一些实施例中，介电沉积是PECVD工艺，以及平坦化是氧化物CMP工艺。在一些实施例中，介电沉积包含旋涂玻璃(SOG)、SOG硬化、SOG回蚀、以及PECVD工艺。在一些实施例中，介电层106包含氧化硅或氮化硅，氮化硅较佳用于吸收波长为488纳米的背景光。
参阅图10，进行沉积工艺，在金属间介电层105上方形成滤波层119。而后，进行沉积工艺，以于滤波层119上方形成下包覆层121与核心层123；接着，对于感光区55上方的具有样品置放部23的上包覆层125进行沉积、微影以及蚀刻工艺。在一些实施例中，核心层123的折射率大于包覆层121与125的折射率。
在一些实施例中，样品231所发出的波长可穿透滤波层119，来自样品置放部23发出的光81穿过滤波层119朝向感光区55移动。下包覆层121、核心层123以及上包覆层125形成导波结构120。在一些实施例中，下包覆层121与上包覆层125包含氧化物，例如SiO2。在一些实施例中，核心层123包含介电质，例如Ta2O5或是SiON。
总而言之，图5至图10所示的实施例的特征在于以整合方式形成导光结构(第一导光部、第二导光部、第三导光部)与电互连结构(电接点、电通道、电金属层)，亦即实质通过相同的工艺与相同的材料，同时形成导光结构与电互连结构，导光结构与电互连结构的对应元件具有实质相同的物理与化学性质。此外，整合方式形成导光结构与电互连结构不仅降低制造成本，亦简化工艺。
图11A是根据本公开的一些实施例说明光学传感器200的剖面图。在一些实施例中，光学传感器200包括具有电路区111A与光学感测区111B的半导体层111、在光学感测区111B上方的样品置放部23、在电路区111A上方包含至少一电接点141的电互连结构240、以及在样品置放部23与光学感测区111A之间包含至少一第一导光部131的导光结构230。
在一些实施例中，电互连结构240与导光结构230以整合方式形成。在一些实施例中，通过实质相同工艺形成电互连结构240的元件与导光结构230的元件，其具有实质相同的物理与化学性质。
在一些实施例中，通过实质相同工艺与相同材料，同时形成第一导光部131与电接点141，并且第一导光部131与电互连接点141具有实质相同的物理与化学性质。在一些实施例中，半导体层111具有水平上表面112，至少一电接点141与至少一第一导光部131实质延伸于相同水平平面，其平行于水平上表面112并且于水平上表面112上方，以及导光结构230将从样品置放部23发射的光81导引至光学感测区111A。
在一些实施例中，光学传感器200包括层间介电层101与多个金属间介电层202、203、204、205，其中层间介电层101具有电接点141与第一导光部131，而金属间介电层202-205具有于电路区111A上方的至少一电通道242与至少一电金属层243，以及于光学感测区111B上方的至少一第二导光部232与至少一第三导光部233。在一些实施例中，导光结构230可使用图2所示的环形布局、图3所示的块状布局、或是图4所示的条状布局。
在一些实施例中，通过相同工艺与相同材料，实质同时形成第三导光部233与电金属层243，并且第三导光部233与电金属层243具有实质相同的物理与化学性质。在一些实施例中，电金属层243与第三导光部233实质延伸于相同水平平面，其与水平上表面112平行并且于水平上表面112上方。电金属层243与第三导光部233的上端实质齐平，电金属层243与第三导光部233的底端实质齐平，其可经由相同的工艺形成。
在一些实施例中，通过实质相同的工艺与相同的材料，同时形成第二导光部232与电通道242，并且第二导光部232与电通道242具有实质相同的物理与化学性质。在一些实施例中，电通道242与第二导光部232实质延伸于相同水平平面，其平行于水平上表面112并且于水平上表面112上方。电通道242与第二导光部232的上端实质齐平，电通道242与第二导光部232的底端实质齐平，其可经由相同的工艺形成。
在一些实施例中，可在一些介电层中，而非在全部的介电层中，任选实施第二导光部232。在一些实施例中，上介电层205中的第二导光部232之间的水平距离大于下介电层203中的第二导光部之间的水平距离；换言之，沿着自样品置放部23至光学感测区111B中的感光区55的光前进方向，水平距离缩小。在一些实施例中，导光结构230垂直延伸，或是自半导体层111的水平上表面112倾斜的方式延伸。
在一些实施例中，感光区55经由导体而电连接至电互连结构240，因而将感光区55中所产生的电荷载体转移至电互连结构240中的电路，用于进一步信号处理与/或输出至信好处理电子器件，例如DSP或微处理器。
图11B是根据本公开的一些实施例说明光学传感器200’的剖面图。图11B所示的光学传感器200’与图11A所示的光学传感器200实质相同，差别在于导光结构的设计。在图11A中，上方区(接近样品置放部23)的导光结构230的宽度大于底部区(接近感光区55)的导光结构的宽度；相对地，在图11B中，底部区(接近感光区55)的导光结构230’的宽度大于上方区(接近样品置放部23)的导光结构的宽度。
图11C是根据本公开的一些实施例说明光学传感器200”的剖面图。图11C所示的光学传感器与图11A所示的光学传感器200实质相同，差别在于导光结构的设计。在图11A中，上方区(接近样品置放部23)的导光结构230的宽度大于底部区(接近感光区55)的导光结构的宽度；相对地，在图11C中，底部区(接近感光区55)的导光结构230”的宽度与上方区(接近样品置放部23)的导光结构的宽度实质相同。换言之，导光结构230”的内部侧壁实质垂直于水平上表面112。
由于导光结构230防止光散射的设计目的，来自样品置放部23发射的光81可被更有效率地导引至光学感测区111B中的感光区55。再者，导光结构230、电互连结构240以及感光区55的多接合二极管的制造是依照后段工艺(BEOL)金属化技术，并且可在相同晶粒中通过相同的工艺制造而得。此外，通过同一工艺，在相同晶粒中整合导光结构230、电互连结构240与感光区的多接合光二极管，而非在两个分隔的装置中。因此，可大幅缩小光学传感器200的尺寸。
图12至图17是根据本公开的一些实施例说明制备光学传感器的剖面图。在一些实施例中，图12至图17所公开的工艺是依照铜后段工艺(BEOL)金属化技术。
参阅图12，在一些实施例中，在半导体层111中形成感光区55，在电路区111A上方形成电子装置149，例如晶体管，而后在半导体层111上通过沉积与平坦化工艺形成层间介电层101。接着，进行微影、蚀刻、沉积、以及平坦化工艺，在电路区111A上方形成电接点141以及在光学感测区111B上方形成第一导光部131。
参阅图13，进行微影与蚀刻工艺，形成金属间介电层202，其具有孔2021A与孔2021B，其暴露电路区111A上方的第一导光部131与光学感测区111B上方的电接点141。
参阅图14，进行沉积与平坦化工艺，以于电接点141上方的孔2021A中形成至少一电金属层243，以及于第一导光部131上方的孔2021B中形成至少一第三导光部233。在一些实施例中，电金属层243与第三导光部233包含铜(Cu)。
参阅图15，进行沉积、微影与蚀刻工艺，以于金属间介电层202上方形成金属间介电层203。接着，进行沉积与平坦化工艺，以于电接点141上方形成电通道242，并且于第一导光部131上方形成第二导光部232。在一些实施例中，电金属层243与第三导光部233包含铜(Cu)。
参阅图16，重复图15所公开的工艺，以形成多个金属间介电层204-205、多个第二导光部232于光学感测区111B上方、以及多个电通道242于电路区111A上方。接着，通过包含沉积、微影与蚀刻的工艺，形成具有开口147A的金属层147，其中开口147A可为矩形开口。金属层147作为光遮蔽层，其中开口147A暴露感光区55，用于接收来自样品置放部23的光，同时，金属层147覆盖其他区。此外，金属层147可作为接点垫，用于通过打线接合而形成电连接至外部的印刷电路板(PCB)。在一些实施例中，金属层147的厚度大于下方金属层的厚度，以及金属层147的厚度较佳大于4,000埃。
而后，进行介电沉积与平坦化工艺，以形成介电层106于金属层147上，并且填充开口147A。在一些实施例中，介电沉积是PECVD工艺，平坦化是氧化物CMO工艺。在一些实施例中，介电沉积包含旋涂玻璃(SOG)、SOG硬化、SOG回蚀、以及PECVD工艺。在一些实施例中，介电层106包含氧化硅或是氮化硅，氮化硅较佳用于吸收波长为488纳米的背景光。
参阅图17，进行沉积工艺以于金属间介电层205上方形成滤波层229。接着，进行沉积工艺，以于滤波层119上方形成下包覆层121与核心层123；接着，进行沉积、微影与蚀刻工艺，以于感光区55上方形成具有样品置放部23的上包覆层125。
在一些实施例中，样品231发出的波长穿透滤波层119，以及样品置放部23发出的光穿过滤波层119而朝向感光区55移动。下包覆层121、核心层123以及上包覆层125形成导波结构120。在一些实施例中，下包覆层121与上包覆层125包含氧化物，例如SiO2。在一些实施例中，核心层123包含介电质，例如Ta2O5或是SiON。
总而言之，图12至图17所示的实施例的特征在于采用整合方式形成导光结构(第一导光部、第二导光部、第三导光部)与电互连结构(电接点、电通道、电金属层)，亦即通过实质相同工艺与相同材料，同时形成导光结构与电互连结构，导光结构与电互连结构的对应元件具有实质相同的物理与化学性质。此外，采用整合方式形成导光结构与电互连结构不仅降低制造成本，亦简化工艺。
图18A是根据本公开的一些实施例说明光学传感器300的剖面图。在一些实施例中，光学传感器300包括具有光学感测区111B的半导体层111、于光学感测区111B上方的样品置放部23、以及导光结构330用于将自样品置放部23发出的光81导引至光学感测区111B。导光结构330包括至少一导光间隙壁331，并且自半导体层111的水平上表面112延伸，以及导光结构330于接近样品置放部23具有逐渐变细的(tapering)顶端332。
在一些实施例中，光学传感器100具有多个介电层101-105于光学感测区111B上方，导光间隙壁331自半导体层111的水平上表面112穿过多个介电层101-105的壁。在一些实施例中，导光间隙壁331可任选地垂直延伸或是从水平上表面112经过多个介电层101-105倾斜的方式延伸。在一些实施例中，导光结构330可使用图2所示的环形布局、图3所示的块状布局、或是图4所示的条状布局。
图18B是根据本公开的一些实施例说明光学传感器300’的剖面图。图18B所示的光学传感器300’与图18A所示的光学传感器300实质相同，差别在于导光结构的设计。在图18B中，导光结构330’的侧壁331相对于半导体层111而倾斜，其中半导体层111与导光结构330’的侧壁331的夹角(θ)为约60度至约89.5度。
由于导光结构330具有平滑内部侧壁以防止光散射的设计目的，可更有效地将自样品置放部23的发射光81导引至光学感测区111B中的感光区55。再者，导光结构330的制造是依照后段工艺(BEOL)金属化技术，并且可在与电互连结构140与感光区55的多接合光二极管相同的晶粒中，以相同的工艺制造而得。此外，通过相同的工艺，在相同晶粒中，整合导光结构130、电互连结构140以及感光区55的多接合光二极管，而非在两个分隔的装置中。因此，可大幅缩小光学传感器300的尺寸。
图19至图23是根据本公开的一些实施例说明制备光学传感器的剖面图。在一些实施例中，图19至图23所公开的工艺是依照铝后段工艺(BEOL)金属化技术与铜后段工艺(BEOL)金属化技术。
参阅图19，在一些实施例中，在半导体层111中形成感光区55，以及在电路区111A上方形成电子装置149，例如晶体管。接着，进行微影、蚀刻、沉积与平坦化工艺，以于半导体层111的电路区111A上方形成具有电接点141、电金属层143与电通道142的电互连结构140。
参阅图20，进行微影与蚀刻工艺，以于光学感测区111B中的感光区55上方形成孔301。接着，进行金属沉积工艺，以形成金属层302于孔301的侧壁与介电层105的上表面上。
参阅图21，进行金属回蚀工艺，以移除部分的金属层302，形成金属间隔物于孔301的侧壁上。接着，进行介电沉积与平坦化工艺，以形成填充孔301的介电层303。在一些实施例中，介电层303包含介电质，例如氧化硅或氮化硅，较佳为氮化硅，用于吸收波长为488纳米的背景光。而后，通过包含沉积、微影与蚀刻工艺的工艺，形成具有开口147A的金属层147，其中开口147A可为矩形开口。金属层147作为光遮蔽层，其中开口147暴露感光区55用于接收来自样品置放部23的光，同时金属层147覆盖其他区域。此外，金属层147可作为接点垫，用于通过打线接合而形成电连接至外部的印刷电路板(PCB)。在一些实施例中，金属层147的厚度大于下方金属层的厚度，金属层147的厚度较佳大于4,000埃。
参阅图22，进行介电沉积与平坦化工艺，以于金属层147上形成介电层304，并且开口147A。在一些实施例中，介电沉积是PECVD工艺，以及平坦化是氧化物CMP工艺。在一些实施例中，介电沉积包含旋涂玻璃(SOG)、SOG硬化、SOG回蚀、以及PECVD工艺。在一些实施例中，介电层304包含介电质，例如氧化硅或氮化硅，氧化硅较佳用于吸收波长为488纳米的背景光。
参阅图23，进行沉积工艺，以于金属间介电层105上方形成滤波层119。接着，进行沉积工艺，以于滤波层119上方形成下包覆层121与核心层123；接着，进行沉积、微影与蚀刻工艺，以于感光区55上方形成具有样品置放部23的上包覆层125。
在一些实施例中，样品231发出的波长可穿透滤波层119，以及自样品置放部23发出的光81穿过滤波层119朝向感光区55移动。下包覆层121、核心层123以及上包覆层125形成导波结构120。在一些实施例中，下包覆层121与上包覆层125包含氧化物，例如SiO2。在一些实施例中，核心层123包含介电质，例如Ta2O5或是SiON。
本公开的一些实施例提供光学传感器。光学传感器包含一半导体层，其包括一电路区与一光学感测区；一样品置放部，其位于该光学感测区上方；一导光结构，其位于该样品置放部与该光学感测区之间；以及一电互连结构，其位于该电路区上方；其中该电互连结构与该导光结构以整合方式形成，以及该导光结构将自该样品置放部发出的光导引至该光学感测区。
本公开的一些实施例提供光学传感器。光学传感器包含一半导体层，其包括一电路区与一光学感测区；一样品置放部，其位于该光学感测区上方；至少一电接点，其位于该电路区上方；以及至少一第一导光部，其将自该样品置放部发出的光导引至该光学感测区；其中该半导体层具有一水平上表面，该至少一第一导光部位于该样品置放部与该光学感测区之间，以及该至少一电接点与该至少一第一导光部实质延伸于相同的一水平平面，其与该水平上表面平行并且位于该水平上表面上方。
本公开的一些实施例提供光学传感器。光学传感器包含一半导体层，其包括一光学感测区；一样品置放部，其位于该光学感测区上方；以及一导光结构，其将自该样品置放部发出的光导引至该光学感测区；其中该导光结构包括至少一导光间隙壁，其自该半导体层的一水平上表面延伸，以及该导光结构接近该样品置放部具有逐渐变细的一顶端。
导光结构设计用于防止光散射。由于导光结构的设计，可更有效率地将来自样品置放部发出的光导引至光学感测区中的感光区。再者，导光结构的制造是依照后段工艺(BEOL)金属化技术，并且可在与电互连结构及感光区的多接合光二极管相同的晶粒中，以相同工艺制造而得。此外，通过相同的工艺，在相同晶粒中，整合导光结构、电互连结构以及感光区的多接合光二极管，而非在两个分隔的装置中。因此，可大幅缩小光学传感器的尺寸。
虽然已详述本公开及其优点，然而应理解可进行各种变化、取代与替代而不脱离权利要求所定义的本公开的精神与范围。例如，可用不同的方法实施上述的许多工艺，并且以其他工艺或其组合替代上述的许多工艺。
再者，本申请案的范围并不受限于说明书中所述的工艺、机械、制造、物质组成物、手段、方法与步骤的特定实施例。本领域技术人员可自本公开的揭示内容理解可根据本公开而使用与本文所述的对应实施例具有相同功能或是达到实质相同结果的现存或是未来发展的工艺、机械、制造、物质组成物、手段、方法、或步骤。据此，此等工艺、机械、制造、物质组成物、手段、方法、或步骤包含于本申请案的权利要求内。

Claims (20)

1.一种光学传感器，其包括：
一半导体层，其包括一电路区与一光学感测区；
一样品置放部，其位于该光学感测区上方；
一导光结构，其位于该样品置放部与该光学感测区之间；以及
一电互连结构，其位于该电路区上方；
其中该电互连结构与该导光结构以整合方式形成，以及该导光结构将自该样品置放部发出的光导引至该光学感测区。
2.如权利要求1所述的光学传感器，其中该电互连结构包括至少一电接点于该电路区上方，以及该导光结构包括至少一第一导光部于该光学感测区上方。
3.如权利要求2所述的光学传感器，其中该半导体层具有一水平上表面，以及该至少一电接点与该至少一第一导光部实质延伸于相同的一水平平面，其与该水平上表面平行并且位于该水平上表面上方。
4.如权利要求2所述的光学传感器，其中该导光结构包括多个呈环形配置的第一导光部。
5.如权利要求2所述的光学传感器，其中该至少一第一导光部是一环形导光部。
6.如权利要求2所述的光学传感器，其中该电互连结构包括至少一电通道于该至少一电接点上方，以及该导光结构包括至少一第二导光部于该至少一第一导光部上方。
7.如权利要求6所述的光学传感器，其中该半导体层具有一水平上表面，以及该至少一电通道与该至少一第二导光部实质延伸于相同的一水平平面，其与该水平上表面平行并且于该水平上表面上方。
8.如权利要求6所述的光学传感器，其中该导光结构包括多个呈环形配置的第二导光部。
9.如权利要求6所述的光学传感器，其中该至少一第二导光部是一环形通道。
10.如权利要求1所述的光学传感器，其中该导光结构自该半导体层的一水平上表面延伸。
11.如权利要求1所述的光学传感器，其中该导光结构包括该半导体层上方的一第一层中的一内导光条，以及该半导体层上方的一第二层中的一外导光条。
12.如权利要求1所述的光学传感器，其中该导光结构接近该样品置放部的一上方区的宽度大于接近该感光区的一底部区的宽度。
13.如权利要求1所述的光学传感器，其中该导光结构接近该感光区的一底部区的宽度大于接近该样品置放部的一上方区中的宽度。
14.一种光学传感器，其包括：
一半导体层，其包括一电路区与一光学感测区；
一样品置放部，其位于该光学感测区上方；
至少一电接点，其位于该电路区上方；以及
至少一第一导光部，其将自该样品置放部发出的光导引至该光学感测区；
其中该半导体层具有一水平上表面，该至少一第一导光部位于该样品置放部与该光学感测区之间，以及该至少一电接点与该至少一第一导光部实质延伸于相同的一水平平面，其与该水平上表面平行并且位于该水平上表面上方。
15.如权利要求14所述的光学传感器，其中该至少一电接点与该至少一第一导光部以整合方式形成。
16.一种光学传感器，其包括：
一半导体层，其包括一光学感测区；
一样品置放部，其位于该光学感测区上方；以及
一导光结构，其将自该样品置放部发出的光导引至该光学感测区；
其中该导光结构包括至少一导光间隙壁，其自该半导体层的一水平上表面延伸，以及该导光结构接近该样品置放部具有逐渐变细的一顶端。
17.如权利要求16所述的光学传感器，其中该导光结构包括多个呈环形配置的导光间隙壁。
18.如权利要求16所述的光学传感器，其中该导光结构包括一环形导光间隙壁。
19.如权利要求16所述的光学传感器，包括多个介电层于该光学感测区上方，其中该至少一导光间隙壁延伸穿过该多个介电层。
20.如权利要求16所述的光学传感器，其中该导光结构具有相对于该半导体层倾斜的侧壁，并且该半导体层的该水平上表面与该侧壁之间的夹角为60度至89.5度。
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