CN114122168A - 用于光学感测的器件及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明的实施例公开了用于光学感测的器件及其制造方法。在一个实施例中，用于光学感测的器件包括衬底、光电探测器和反射器。光电探测器设置在衬底中。反射器设置在衬底中并且与光电探测器间隔开，其中，反射器具有相对于光电探测器倾斜的反射表面，该反射表面将传输至反射表面上的光反射到光电探测器。

Description

用于光学感测的器件及其制造方法
技术领域
本发明的实施例涉及用于光学感测的器件及其制造方法。
背景技术
光栅经常用于使光能够被引导至光电探测器。然而，光栅占据较大的面积，并且光栅的间隔会影响传输波段。
发明内容
本发明的实施例提供了一种用于光学感测的器件，包括：衬底；光电探测器，设置在所述衬底中；以及反射器，设置在所述衬底中并且与所述光电探测器间隔开，其中，所述反射器具有相对于所述光电探测器倾斜的反射表面，所述反射表面将传输至所述反射表面上的光反射到所述光电探测器。
本发明的另一实施例提供了一种用于光学感测的器件，包括：衬底，包括沟槽，所述沟槽具有第一侧面和与所述第一侧面相对的第二侧面；光电探测器，设置在所述衬底中并且邻近所述第二侧面，其中，所述第一侧面、所述第二侧面和所述光电探测器的布置方向垂直于所述光电探测器的厚度方向；以及反射器，设置在所述沟槽的所述第一侧面上并且暴露所述沟槽的所述第二侧面的部分。
本发明的又一实施例提供了一种用于光学感测的器件的制造方法，包括：在衬底中形成光电探测器；在所述衬底中形成沟槽，其中，所述沟槽与所述光电探测器间隔开，所述沟槽具有第一侧面和位于所述第一侧面和所述光电探测器之间的第二侧面，并且所述第一侧面相对于所述光电探测器倾斜；以及在所述沟槽的所述第一侧面上形成反射器。
附图说明
当结合附图进行阅读时，从以下详细描述可最佳理解本发明的各方面。应该注意，根据工业中的标准实践，各个部件未按比例绘制。实际上，为了清楚的讨论，各个部件的尺寸可以任意地增大或减小。
图1示出了根据本发明的一些实施例的用于光学感测的示例性器件的局部顶视图。
图2示出了沿着图1中的线A-A’的用于光学感测的器件的截面图。
图3A至图3D示出了根据本发明的一些实施例的用于光学感测的器件的制造方法的局部截面图。
图4示出了根据本发明的一些实施例的用于光学感测的另一示例性器件的局部顶视图。
图5A至图5H示出了根据本发明的一些实施例的用于光学感测的器件的另一制造方法的局部截面图。
具体实施方式
以下公开提供了许多用于实现所提供主题的不同特征的不同的实施例或实例。下面描述了组件和布置的具体实例以简化本发明。当然，这些仅是实例而不旨在限制。例如，在以下描述中，在第二部件上方或者上形成第一部件可以包括第一部件和第二部件直接接触形成的实施例，并且也可以包括在第一部件和第二部件之间可以形成附加部件，从而使得第一部件和第二部件可以不直接接触的实施例。此外，将理解的是，当元件被称为“连接至”或“耦合至”另一元件时，它可以直接连接至或耦合至另一元件，或者可以存在一个或多个中间元件。另外，本发明可以在各个示例中重复参考数字和/字母。该重复是为了简单和清楚的目的，并且其本身不指示讨论的各个实施例和/或配置之间的关系。
此外，为了便于描述，本文中可以使用诸如“在…下方”、“在…下面”、“下部”、“在…之上”、“上部”等的空间相对术语，以描述如图中所示的一个元件或部件与另一元件或部件的关系。除了图中所示的方位外，空间相对术语旨在包括器件在使用或操作工艺中的不同方位。装置可以以其它方式定位(旋转90度或在其它方位)，并且在本文中使用的空间相对描述符可以同样地作相应地解释。
图1示出了根据本发明的一些实施例的用于光学感测的示例性器件1的局部顶视图。图2示出了沿着图1中的线A-A’的用于光学感测的器件1的截面图。为简单起见，在图2中示出了层或元件的部分，但是在图1中省略了该层或元件的部分。应该注意，用于光学感测的器件1仅是示例，并且不旨在限制本发明。因此，应该理解，可以在图1和图2的用于光学感测的器件1中提供附加的层或元件或将附加的层或元件耦合至图1和图2的用于光学感测的器件1，并且本文可以仅简要地描述一些其他层或元件。
参考图1和图2，根据本发明的一些实施例，用于光学感测的器件1包括衬底10、光电探测器11和反射器12。
衬底10可以是半导体衬底。在一些实施例中，衬底10的材料包括硅(Si)或硅锗(SiGe)。然而，其他合适的材料在本发明的预期范围内。
光电探测器11设置在衬底10中。在一些实施例中，光电探测器11是光电二极管，并且通过将n型或p型注入物引入衬底10中以形成n型区域或p型区域而在衬底10中形成光电探测器11。然而，其他合适类型的光电探测器在本发明的预期范围内。
在一些实施例中，可以在衬底10中提供附加的层或元件。例如，用于光学感测的器件1还可以包括设置在衬底10中的隔离元件13，但不限于此。在一些实施例中，如图1所示，隔离元件13围绕光电探测器11和反射器12。在一些实施例中，隔离元件13的材料包括氧化物、金属或空气。然而，其他合适的材料在本发明的预期范围内。在一些实施例中，通过光刻和蚀刻工艺在衬底10中形成隔离元件13。然而，其他合适的制造方法在本发明的预期范围内。
反射器12设置在衬底10中并且与光电探测器11间隔开，其中反射器12具有相对于光电探测器11倾斜的反射表面SR，该反射表面SR将传输至其上的光L(传输至反射表面SR的光L)反射至光电探测器11。换句话说，反射表面SR是将光L从外部朝着光电探测器11反射的反射器12的表面。反射器12的材料可以包括金属、合金或它们的组合。在一些实施例中，反射器12在小于800nm的波长处的光谱反射率大于或等于0.4，并且反射器12在大于或等于800nm的波长处的光谱反射率大于或等于0.6。例如，反射器12的材料包括铝(Al)、铝铜(AlCu)、银(Ag)、钨(W)或钴(Co)。然而，其他合适的材料在本发明的预期范围内。
在一些实施例中，衬底10包括与光电探测器11间隔开的沟槽T以设置反射器12。在一些实施例中，沟槽为V形(如图2所示)或U形(如图4所示)。然而，其他形状在本发明的预期范围内。
沟槽T具有第一侧面SD1和与第一侧面SD1相对的第二侧面SD2。在一些实施例中，光电探测器11邻近第二侧面SD2，并且第二侧面SD2位于第一侧面SD1和光电探测器11之间。具体地，更靠近光电探测器11的沟槽T的半侧(或半侧壁)是沟槽T的第二侧面SD2，并且沟槽T的另一半侧(或另一半侧壁)是沟槽T的第一侧面SD1。这样，第一侧面SD1、第二侧面SD2和光电探测器11的布置方向(例如，方向D1)垂直于光电探测器11的厚度方向(例如，方向D3)。
在一些实施例中，反射器12设置在沟槽T的第一侧面SD1上，并且反射表面SR面对第二侧面SD2。由于反射器12暴露出沟槽T的第二侧面SD2的至少部分，因此由反射表面SR反射的光L’可以穿过沟槽T的部分第二侧面SD2，然后由光电探测器11接收。换句话说，反射器12的至少部分配置在由反射表面SR反射的光L’的传输路径的外侧。因此，由反射表面SR反射的光L’的至少部分可以传输至光电探测器11而不会被反射器12阻挡。在一些实施例中，反射器12还可以设置在第二侧面SD2的部分(例如，底部)上并暴露出沟槽T的第二侧面SD2的另一部分(例如顶部)。可以根据设计要求(例如，光L’在光电探测器11处的入射角、入射范围或入射位置)控制设置在第二侧面SD2上的反射器12的长度。在一些可选实施例中，反射器12设置在沟槽T的第一侧面SD1上，而不设置在沟槽T的第二侧面SD2上。
在一些实施例中，沟槽T的第一侧面SD1和第二侧面SD2均包括倾斜表面。在一些实施例中，第二侧面SD2的倾斜方向不同于第一侧面SD1的倾斜方向。在一些实施例中，第二侧面SD2的倾斜角不同于或等于第一侧面SD1的倾斜角。在一些实施例中，反射表面SR的倾斜角θ等于或近似于第一侧面SD1的倾斜角。在一些实施例中，反射表面SR的倾斜角θ满足：
Figure BDA0002954521780000051
其中，TH是衬底10中的反射器12的厚度，并且D是光电探测器11与反射器12之间的距离。例如，厚度TH是指衬底10中的反射器12沿着方向D3的最小深度，并且距离D是指沿着方向D1的光电探测器11和反射器12之间的最小距离。
在一些实施例中，反射器12靠近光电探测器11。例如，光电探测器11与反射器12之间的距离D满足：
D≤W1
其中，W1是沿着光电探测器11和反射器12的布置方向(例如，方向D1)的光电探测器的宽度。
在一些实施例中，反射表面SR的面积AR满足：
Figure BDA0002954521780000052
其中，W2是沿着与光电探测器11的厚度方向(例如，方向D3)与光电探测器11和反射器12的布置方向(例如，方向D1)垂直的方向D2的光电探测器11的宽度，并且W3是沿着光电探测器11的厚度方向(例如，方向D3)的光电探测器11的宽度。
在一些实施例中，用于光学感测的器件1还包括第一介电层14、第二介电层15和第三介电层16。然而，用于光学感测的器件1中的任何数量的介电层都在本发明的预期范围内。
第一介电层14设置在衬底10上并且覆盖光电探测器11和隔离元件13。在一些实施例中，第一介电层14的材料包括氧化物、氮氧化硅、氮化硅或上述至少两种的组合。换句话说，第一介电层14可以是单层或多层。
第一介电层14包括连接至沟槽T的贯通孔H。在一些实施例中，反射器12沿着贯通孔H的部分侧壁(例如，侧壁SW1)延伸至第一介电层14上。如图2所示，反射器12可以覆盖贯通孔H的侧壁SW1，而不覆盖贯通孔H的侧壁SW2。
第二介电层15设置在反射器12和第一介电层14上。此外，第二介电层15可以填充在沟槽T和贯通孔H中。在一些实施例中，第二介电层15的材料包括氧化物、氮氧化硅、氮化硅或上述至少两种的组合。换句话说，第二介电层15可以是单层或多层。此外，第二介电层15的材料可以与第一介电层14的材料相同或不同。在一些实施例中，第二介电层15的材料包括聚光材料，诸如氮氧化硅、氮化硅或其他合适的材料，使得光L可以会聚在反射器12的反射表面SR上。
第三介电层16设置在第二介电层15上。在一些实施例中，第三介电层16的材料包括氧化物、氮氧化硅、氮化硅或上述至少两种的组合。换句话说，第三介电层16可以是单层或多层。此外，第三介电层16的材料可以与第一介电层14和/或第二介电层15的材料相同或不同。在一些可选实施例中，可以省略第三介电层16。
在用于光学感测的器件1中，尽管未示出，但是可以包括多个光电探测器11和多个反射器12。多个光电探测器11和多个反射器12可以布置成阵列。例如，一个光电探测器11和一个反射器12可以形成感测单元，并且由多个光电探测器11和多个反射器12形成的多个感测单元可以布置成阵列。应该注意，任何数量的光电探测器11和任何数量的反射器12可以形成感测单元。
尽管未示出，但是根据需要，用于光学感测的器件1还可以包括其他元件或层。例如，用于光学感测的器件1还可以包括设置在第三介电层16上的准直器以使光L准直。准直器可以包括微透镜阵列，但不限于此。任何类型的光准直元件都在本发明的预期范围内。微透镜阵列可以包括与多个感测单元对应布置的多个微透镜。
在一些实施例中，尽管未示出，但是用于光学感测的器件1还可以包括设置在第三介电层16和准直器之间的滤色器层。滤色器层可以包括与多个感测单元对应布置的多个滤色器结构。
在一些实施例中，尽管未示出，但是用于光学感测的器件1还可以包括用于信号传输的多个布线层。在一些实施例中，多个布线层堆叠在第三介电层16和滤色器层之间。在一些可选实施例中，多个布线层堆叠在多个感测单元的背面上。这样，多个光电探测器11和多个反射器12位于多个布线层和滤色器层之间。可以在用于光学感测的器件1中提供附加层或元件，并且在本发明的实施例中将不再重复。
在用于光学感测的器件1中，可以通过反射器12将用于光学感测的器件1外部的光L引导至光电探测器11；因此，不需要光栅。反射器12易于通过成熟的CMOS图像传感器(CIS)工艺来加工。而且，反射器12比光栅占据更小的面积。此外，反射器12可以反射各种波段的光。因此，可以减小用于光学感测的器件1的尺寸或体积，并且用于光学感测的器件1可以没有波长限制或更广泛的应用，诸如各种类型的监测器、面或指纹识别器件，但不限于此。另外，用于光学感测的器件1可以在有或没有光纤(未示出)的情况下使用。在反射器12的帮助下，光纤的放置角度不太受限制。光纤的放置角度是指光纤的轴线与方向D3之间的角度。可以修改光纤的放置角度以改善由光电探测器11接收的光L’的量。
图3A至图3D示出了根据本发明的一些实施例的用于光学感测的器件1A的制造方法的局部截面图。参考图3A，光电探测器11形成在衬底10中，在衬底10中形成光电探测器11的方法可以参考上面的内容，因此这里将不再重复。在一些实施例中，如图3A所示，隔离元件13也形成在衬底10中，在衬底10中形成隔离元件13的方法可以参考上述内容，因此在此不再重复。光电探测器11可以在隔离元件13之前形成。可选地，隔离元件13可以在光电探测器11之前形成。
在一些实施例中，如图3A所示，在衬底10上形成第一介电层14。然后，对第一介电层14和衬底10执行图案化工艺以在衬底10中形成沟槽T，以及在第一介电层14中形成贯通孔H。在通过图案化工艺去除衬底10的大面积的情况下，由于衬底10的晶格方向，在衬底10中形成V形沟槽T。
图案化工艺可以包括通过光刻工艺在第一介电层14上形成图案化的光刻胶层PRl；以及通过蚀刻工艺去除由图案化的光刻胶层PR1暴露的第一介电层14和位于去除的第一介电层14下方的衬底10的部分。换句话说，在V形沟槽T的实施例中，沟槽T和贯通孔H可以通过一个蚀刻步骤形成。然而，多个蚀刻步骤在本发明的预期范围内。
参考图3B，去除图案化的光刻胶层PR1。此外，形成覆盖沟槽T、贯通孔H的侧壁(包括侧壁SW1和侧壁SW2)和第一介电层14的反射层30。反射层30的材料可以指上述反射器12的材料，因此在此不再重复。
此外，形成覆盖反射层30的介电层32。介电层32的材料可以指上述第二介电层15的材料，因此在此不再重复。
参考图3C，图案化介电层32和反射层30以形成反射器12。图案化工艺可以包括通过光刻工艺在介电层32上形成图案化的光刻胶层PR2；以及通过蚀刻工艺去除由图案化的光刻胶层PR2暴露的介电层32和位于去除的介电层32下方的反射层30的部分。
参考图3D，形成覆盖由反射器12暴露的衬底10和第一介电层14的另一介电层34。另一介电层34的材料可以指上述第二介电层15的材料，因此在此不再重复。在一些实施例中，介电层32和另一介电层34的材料相同。然而，介电层32和另一介电层34的材料可以不同。
然后，通过研磨工艺(例如，化学机械平坦化工艺，但不限于此)减薄介电层32和另一介电层34，以形成第二介电层15。
在一些可选实施例中，还可以在第二介电层15上形成其他层或元件(例如，图2中的第三介电层16，或上述层或元件)。
图4示出了根据本发明的一些实施例的用于光学感测的另一示例性器件1B的局部顶视图。参考图4，用于光学感测的器件1B与图2中的用于光学感测的器件1之间的主要区别在于衬底10中的沟槽TB是U形的。U形沟槽TB的第一侧面SD1和第二侧面SD2均包括相对于光电探测器11倾斜的弯曲表面。反射表面SR的倾斜角θ是方向D1与从第一侧面SD1上的反射器12的最高点到最低点的线之间的锐角。
图5A至图5H示出了根据本发明的一些实施例的用于光学感测的器件1C的另一种制造方法的局部截面图。具体地，图5A至图5H示出了制造U形沟槽TB的方法。为了简单起见，图5H中的用于光学感测的器件1C未示出图4中的光电探测器11和隔离元件13。然而，应该理解，可以在图5H的用于光学感测的器件1C中提供附加层或元件或将附加层或元件耦合至图5H的用于光学感测的器件1C，并且这里可以仅简要地描述一些其他层或元件。
参考图5A和图5B，对第一介电层14执行图案化工艺以在第一介电层14上形成开口O1。图案化工艺可以包括通过光刻工艺在第一介电层14上形成图案化的光刻胶层PR3；以及通过蚀刻工艺去除由图案化的光刻胶层PR3暴露的第一介电层14的部分。
参考图5C和图5D，修整图案化的光刻胶层PR3以暴露较大面积的第一介电层14。然后，执行另一蚀刻工艺以在第一介电层14上形成另一开口O2。开口O2比开口O1更宽和更深。此外，开口O2例如是具有宽的顶部和窄的底部的T形开口。
参考图5E，然后重复图5C和图5D的步骤以形成从第一介电层14的顶部延伸至衬底10中的开口O3。开口O3比开口O2更宽和更深。此外，开口O3例如是具有宽的顶部和窄的底部的阶梯状开口。然后，去除图案化的光刻胶层PR3。
参考图5F，执行圆化蚀刻工艺以在衬底10中形成U形沟槽TB以及在第一介电层14中形成贯通孔H。换句话说，在U形沟槽TB的实施例中，通过多个蚀刻步骤形成沟槽TB和贯通孔H。
参考图5G和图5H，然后执行图3B至图3D中描述的步骤以形成反射器12和第二介电层15。具体地，形成覆盖沟槽TB、贯通孔H的侧壁(包括侧壁SW1和侧壁SW2)和第一介电层14的反射层30。反射层30的材料可以指上述反射器12的材料，因此在此不再重复。
在形成反射层30之后，形成覆盖反射层30的介电层32。介电层32的材料可以指上述第二介电层15的材料，因此在此不再重复。然后，图案化介电层32和反射层30以形成反射器12。图案化工艺可以包括通过光刻工艺在介电层32上形成图案化的光刻胶层(未示出)；以及通过蚀刻工艺去除由图案化的光刻胶层暴露的介电层32和位于去除的介电层32下方的反射层30的部分。
在形成反射器12之后，形成覆盖由反射器12暴露的衬底10和第一介电层14的另一介电层34。另一介电层34的材料可以指上述第二介电层15的材料，因此在此不再重复。在一些实施例中，介电层32和另一介电层34的材料相同。然而，介电层32和另一介电层34的材料可以不同。
然后，通过研磨工艺(例如，化学机械平坦化工艺，但不限于此)减薄介电层32和另一介电层34，以形成第二介电层15。
在一些可选实施例中，还可以在第二介电层15上形成其他层或元件(例如，图2中的第三介电层16，或上述层或元件)。
基于以上讨论，可以看出，本发明提供了各种优点。然而，应该理解，在本文中不必讨论所有优点，并且其他实施例可以提供不同的优点，并且没有特定的优点是所有实施例都需要的。
根据本发明的一些实施例，用于光学感测的器件包括衬底、光电探测器和反射器。光电探测器设置在衬底中。反射器设置在衬底中并且与光电探测器间隔开，其中，反射器具有相对于光电探测器倾斜的反射表面，该反射表面将传输至反射表面上的光反射到光电探测器。
在上述用于光学感测的器件中，其中，所述衬底是半导体衬底，所述光电探测器是光电二极管，并且所述用于光学感测的器件还包括隔离元件，所述隔离元件设置在所述衬底中并且围绕所述光电探测器和所述反射器。
在上述用于光学感测的器件中，其中，所述衬底包括与所述光电探测器间隔开的沟槽，所述沟槽具有第一侧面和位于所述第一侧面与所述光电探测器之间的第二侧面，所述反射器设置在所述第一侧面上，并且所述反射表面面向所述第二侧面。
在上述用于光学感测的器件中，其中，所述衬底包括与所述光电探测器间隔开的沟槽，所述沟槽具有第一侧面和位于所述第一侧面与所述光电探测器之间的第二侧面，所述反射器设置在所述第一侧面上，并且所述反射表面面向所述第二侧面，所述沟槽是V形或U形的。
在上述用于光学感测的器件中，其中，所述衬底包括与所述光电探测器间隔开的沟槽，所述沟槽具有第一侧面和位于所述第一侧面与所述光电探测器之间的第二侧面，所述反射器设置在所述第一侧面上，并且所述反射表面面向所述第二侧面，还包括：第一介电层，设置在所述衬底上并且包括连接至所述沟槽的贯通孔，其中，所述反射器沿着所述贯通孔的部分侧壁延伸至所述第一介电层上；以及第二介电层，设置在所述反射器和所述第一介电层上。
在上述用于光学感测的器件中，其中，所述反射器在小于800nm的波长处的光谱反射率大于或等于0.4，并且所述反射器在大于或等于800nm的波长处的光谱反射率大于或等于0.6。
在上述用于光学感测的器件中，其中，所述反射表面的倾斜角θ满足：
Figure BDA0002954521780000111
其中，TH是所述衬底中的所述反射器的厚度，并且D是所述光电探测器与所述反射器之间的距离。
在上述用于光学感测的器件中，其中，所述光电探测器与所述反射器之间的距离D满足：
D≤W1
其中，W1是沿着所述光电探测器和所述反射器的布置方向的所述光电探测器的宽度。
在上述用于光学感测的器件中，其中，所述反射表面的面积AR满足：
Figure BDA0002954521780000112
其中，W2是沿着与所述光电探测器的厚度方向与所述光电探测器和所述反射器的布置方向垂直的方向的所述光电探测器的宽度，并且W3是沿着所述光电探测器的厚度方向的所述光电探测器的宽度。
根据本发明的一些实施例，用于光学感测的器件包括衬底、光电探测器和反射器。衬底包括具有第一侧面和与第一侧面相对的第二侧面的沟槽。光电探测器设置在衬底中并且邻近第二侧面，其中第一侧面、第二侧面和光电探测器的布置方向垂直于光电探测器的厚度方向。反射器设置在沟槽的第一侧面上并且暴露沟槽的第二侧面的部分。
在上述用于光学感测的器件中，其中，所述反射器在小于800nm的波长处的光谱反射率大于或等于0.4，并且所述反射器在等于或大于800nm的波长处的光谱反射率大于或等于0.6。
在上述用于光学感测的器件中，其中，所述沟槽是V形或U形的，并且所述反射表面的倾斜角θ满足：
Figure BDA0002954521780000121
其中，TH是所述衬底中的所述反射器的厚度，并且D是所述光电探测器与所述反射器之间的距离。
根据本发明的一些实施例，用于光学感测的器件的制造方法包括以下步骤。在衬底中形成光电探测器。在衬底中形成沟槽，其中沟槽与光电探测器间隔开，沟槽具有第一侧面和位于第一侧面和光电探测器之间的第二侧面，并且第一侧面相对于光电探测器倾斜。在沟槽的第一侧面上形成反射器。
在上述用于光学感测的器件的制造方法中，其中，所述第二侧面的倾斜方向与所述第一侧面的倾斜方向不同。
在上述用于光学感测的器件的制造方法中，其中，所述衬底是半导体衬底，所述光电探测器是光电二极管，并且所述用于光学感测的器件的制造方法还包括：在形成所述沟槽之前，在所述衬底中形成隔离元件。
在上述用于光学感测的器件的制造方法中，还包括：在形成所述沟槽之前，在所述衬底上形成第一介电层；在形成所述反射器之前，在所述第一介电层中形成连接至所述沟槽的贯通孔；以及在所述反射器和所述第一介电层上形成第二介电层。
在上述用于光学感测的器件的制造方法中，还包括：在形成所述沟槽之前，在所述衬底上形成第一介电层；在形成所述反射器之前，在所述第一介电层中形成连接至所述沟槽的贯通孔；以及在所述反射器和所述第一介电层上形成第二介电层，其中，形成所述反射器和所述第二介电层包括：形成反射层，所述反射层覆盖所述沟槽、所述贯通孔的侧壁和所述第一介电层；形成覆盖所述反射层的介电层；图案化所述介电层和所述反射层以形成所述反射器；形成另一介电层，所述另一介电层覆盖由所述反射器暴露的所述衬底和所述第一介电层；以及减薄所述介电层和所述另一介电层以形成所述第二介电层。
在上述用于光学感测的器件的制造方法中，还包括：在形成所述沟槽之前，在所述衬底上形成第一介电层；在形成所述反射器之前，在所述第一介电层中形成连接至所述沟槽的贯通孔；以及在所述反射器和所述第一介电层上形成第二介电层，其中，形成所述反射器和所述第二介电层包括：形成反射层，所述反射层覆盖所述沟槽、所述贯通孔的侧壁和所述第一介电层；形成覆盖所述反射层的介电层；图案化所述介电层和所述反射层以形成所述反射器；形成另一介电层，所述另一介电层覆盖由所述反射器暴露的所述衬底和所述第一介电层；以及减薄所述介电层和所述另一介电层以形成所述第二介电层，其中，所述介电层与所述另一介电层的材料相同。
在上述用于光学感测的器件的制造方法中，还包括：在形成所述沟槽之前，在所述衬底上形成第一介电层；在形成所述反射器之前，在所述第一介电层中形成连接至所述沟槽的贯通孔；以及在所述反射器和所述第一介电层上形成第二介电层，其中，所述沟槽是V形沟槽，并且通过一个蚀刻步骤形成所述沟槽和所述贯通孔。
在上述用于光学感测的器件的制造方法中，还包括：在形成所述沟槽之前，在所述衬底上形成第一介电层；在形成所述反射器之前，在所述第一介电层中形成连接至所述沟槽的贯通孔；以及在所述反射器和所述第一介电层上形成第二介电层，其中，所述沟槽是U形沟槽，并且通过多个蚀刻步骤形成所述沟槽和所述贯通孔。
前面概述了若干实施例的特征，使得本领域人员可以更好地理解本发明的方面。本领域人员应该理解，它们可以容易地使用本发明作为基础来设计或修改用于实施与本文所介绍实施例相同的目的和/或实现相同优势的其它工艺和结构。本领域技术人员也应该意识到，这种等同配置不背离本发明的精神和范围，并且在不背离本发明的精神和范围的情况下，本文中它们可以做出多种变化、替换以及改变。

Claims (10)

1.一种用于光学感测的器件，包括：
衬底；
光电探测器，设置在所述衬底中；以及
反射器，设置在所述衬底中并且与所述光电探测器间隔开，其中，所述反射器具有相对于所述光电探测器倾斜的反射表面，所述反射表面将传输至所述反射表面上的光反射到所述光电探测器。
2.根据权利要求1所述的用于光学感测的器件，其中，
所述衬底是半导体衬底，
所述光电探测器是光电二极管，并且
所述用于光学感测的器件还包括隔离元件，所述隔离元件设置在所述衬底中并且围绕所述光电探测器和所述反射器。
3.根据权利要求1所述的用于光学感测的器件，其中，所述衬底包括与所述光电探测器间隔开的沟槽，
所述沟槽具有第一侧面和位于所述第一侧面与所述光电探测器之间的第二侧面，
所述反射器设置在所述第一侧面上，并且
所述反射表面面向所述第二侧面。
4.根据权利要求3所述的用于光学感测的器件，其中，所述沟槽是V形或U形的。
5.根据权利要求3所述的用于光学感测的器件，还包括：
第一介电层，设置在所述衬底上并且包括连接至所述沟槽的贯通孔，其中，所述反射器沿着所述贯通孔的部分侧壁延伸至所述第一介电层上；以及
第二介电层，设置在所述反射器和所述第一介电层上。
6.根据权利要求1所述的用于光学感测的器件，其中，所述反射器在小于800nm的波长处的光谱反射率大于或等于0.4，并且所述反射器在大于或等于800nm的波长处的光谱反射率大于或等于0.6。
7.根据权利要求1所述的用于光学感测的器件，其中，所述反射表面的倾斜角θ满足：
Figure FDA0002954521770000021
其中，TH是所述衬底中的所述反射器的厚度，并且D是所述光电探测器与所述反射器之间的距离。
8.根据权利要求1所述的用于光学感测的器件，其中，所述光电探测器与所述反射器之间的距离D满足：
D≤W1
其中，W1是沿着所述光电探测器和所述反射器的布置方向的所述光电探测器的宽度。
9.一种用于光学感测的器件，包括：
衬底，包括沟槽，所述沟槽具有第一侧面和与所述第一侧面相对的第二侧面；
光电探测器，设置在所述衬底中并且邻近所述第二侧面，其中，所述第一侧面、所述第二侧面和所述光电探测器的布置方向垂直于所述光电探测器的厚度方向；以及
反射器，设置在所述沟槽的所述第一侧面上并且暴露所述沟槽的所述第二侧面的部分。
10.一种用于光学感测的器件的制造方法，包括：
在衬底中形成光电探测器；
在所述衬底中形成沟槽，其中，所述沟槽与所述光电探测器间隔开，所述沟槽具有第一侧面和位于所述第一侧面和所述光电探测器之间的第二侧面，并且所述第一侧面相对于所述光电探测器倾斜；以及
在所述沟槽的所述第一侧面上形成反射器。
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Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20060081890A1 (en) * 2004-10-18 2006-04-20 Samsung Electronics Co.; Ltd CMOS image sensor and method of manufacturing the same
US20170236854A1 (en) * 2016-02-12 2017-08-17 Taiwan Semiconductor Manufacturing Co., Ltd. Backside illuminated (bsi) image sensor with a reflector

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100631187B1 (ko) 2004-10-19 2006-10-04 전자부품연구원 마이크로 반사경이 결합된 적외선 감지 소자의 패키지 및그의 패키징 방법
KR100778870B1 (ko) 2006-09-08 2007-11-22 동부일렉트로닉스 주식회사 반사 방식의 씨모스 이미지 센서 및 그의 제조 방법
KR100949257B1 (ko) 2007-12-26 2010-03-25 주식회사 동부하이텍 이미지센서의 제조방법
KR101016497B1 (ko) * 2008-09-30 2011-02-24 주식회사 동부하이텍 이미지 센서 및 이미지 센서의 제조 방법
KR20100075060A (ko) 2008-12-24 2010-07-02 주식회사 동부하이텍 이미지 센서 및 이미지 센서의 제조 방법
US10790326B2 (en) 2018-09-26 2020-09-29 Taiwan Semiconductor Manufacturing Company, Ltd. Pixel device on deep trench isolation (DTI) structure for image sensor

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20060081890A1 (en) * 2004-10-18 2006-04-20 Samsung Electronics Co.; Ltd CMOS image sensor and method of manufacturing the same
US20170236854A1 (en) * 2016-02-12 2017-08-17 Taiwan Semiconductor Manufacturing Co., Ltd. Backside illuminated (bsi) image sensor with a reflector

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