TW201511240A - 結合紅外線感測功能之多波段光感測器及其製造方法 - Google Patents

Abstract

一種結合紅外線感測功能之多波段光感測器，包括：基底、紅外線感測結構、介電層以及多波段光感測結構。基底包括第一區與第二區。紅外線感測結構位於所述基底中，用以感測紅外線。介電層位於所述紅外線感測結構上。多波段光感測結構包括第一波段光感測器、第二波段光感測器以及第三波段光感測器。第二波段光感測器與第一波段光感測器重疊且由下而上配置於所述第一區上的所述紅外線感測結構上方。第三波段光感測器，位於所述第二區的所述介電層中。

Description

結合紅外線感測功能之多波段光感測器及其製造方法

本發明是有關於一種感測器及其製造方法，且特別是有關於一種結合紅外線感測功能之多波段光感測器及其製造方法。

近幾年來感測元件在多數的工業應用及自動化控制用途上一直是扮演著重要的角色。常見的感測元件包括溫度感測器、濕度感測器、壓力感測器、磁感測器、照度感測器、距離感測器等等。而其中環境光源感測器因液晶面板與各式行動裝置(如行動電話、個人數位助理(PDA)、全球定位系統(GPS)、筆記型電腦(Notebook)、小筆電(Netbook)等)的日益普及而開始被廣泛使用於上述各式各樣消費性產品上。環境光源感測器可以感應周遭光源，以自動調整螢幕亮度，達到省電效果。然而，這類裝置僅能感測單一波段的光源，且量子效率(QE)有待提升。

本發明提供一種結合紅外線感測功能之多波段光感測器，其可以感測多個波段之光源。

本發明提供一種結合紅外線感測功能之多波段光感測器，其係整合於同顆晶片上。

本發明提供一種結合紅外線感測功能之多波段光感測器，在可見光波段具有相當高的量子效率，適於多波段光感測之要求。

本發明提供一種結合紅外線感測功能之多波段光感測器的製造方法，其製程簡單。

本發明提供一種結合紅外線感測功能之多波段光感測器的製造方法，可以節省佈局的面積，且可以省去濾光片製程之預算及時間，降低材料與製程成本。

本發明提出一種結合紅外線感測功能之多波段光感測器，包括：基底、紅外線感測結構、介電層以及多波段光感測結構。基底包括第一區與第二區。紅外線感測結構位於所述基底中，用以感測紅外線。介電層位於所述基底上，覆蓋所述紅外線感測結構。多波段光感測結構位於所述基底上方，包括第一波段光感測器、第二波段光感測器以及第三波段光感測器。第一波段光感測器位於所述第一區的所述介電層上，與所述紅外線感測結構對應。第二波段光感測器位於所述第一區的所述介電層中。所述第二波段光感測器的第一部分與所述紅外線感測結構以及所述第一波段光感測器重疊。第三波段光感測器，位於所述第二區的所述 介電層中。

本發明提出一種結合紅外線感測功能之多波段光感測器的製造方法，包括：在基底的第一區中形成一紅外線感測結構，用以感測紅外線。在所述基底上形成介電層。形成多波段光感測結構，包括：於所述基底的所述第一區的所述介電層上形成一第一波段光感測器；以及於所述基底的所述第一區的所述介電層中形成一第二波段光感測器以及於所述基底的所述第二區的所述介電層中形成第三波段光感測器。其中所述第二波段光感測器的一第一部分與所述紅外線感測結構以及所述第一波段光感測器重疊。

本發明之結合紅外線感測功能之多波段光感測器，其可以感測多個波段之光源。

本發明之結合紅外線感測功能之多波段光感測器，其係整合於同顆晶片上。

本發明之結合紅外線感測功能之多波段光感測器，在可見光波段具有相當高的量子效率，適於多波段光感測之要求。

本發明之結合紅外線感測功能之多波段光感測器的製造方法，其製程簡單。

本發明之結合紅外線感測功能之多波段光感測器的製造方法，可以節省佈局的面積，且可以省去濾光片製程之預算及時間，降低材料與製程成本。

為讓本發明之上述特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉 實施例，並配合所附圖式作詳細說明如下。

10‧‧‧基底

12‧‧‧井區

13‧‧‧隔離結構

14‧‧‧紅外線感測結構

15、16、16a、16b‧‧‧介電層

18‧‧‧金屬內連線

22a、22b、22c‧‧‧最上層金屬層

24a、24b、24c‧‧‧銲墊

26‧‧‧多波段光感測結構

28a、28b、28c‧‧‧下電極

30a、30b、30c‧‧‧氫化非晶矽層(堆疊結構)

31a、31b、31c‧‧‧第一導電型氫化非晶矽層

32a、32b、32c‧‧‧透明上電極

33a、33b、33c‧‧‧本徵氫化非晶

矽層

34a、34b、34c‧‧‧光遮蔽層

35a、35b、35c‧‧‧第二導電型氫化非晶矽層

36‧‧‧保護層

40a、40b、40c‧‧‧介層窗

42a、42b、42c‧‧‧介層窗

46‧‧‧第一波段光感測器

56‧‧‧第二波段光感測器

66‧‧‧第三波段光感測器

46a、56a‧‧‧部分

46b、56b‧‧‧另一部分

100‧‧‧第一區

200‧‧‧第二區

110、120、130‧‧‧曲線

I-I、II-II‧‧‧切線

圖1A是依照本發明實施例所繪示之一種結合紅外線感測功能之多波段光感測器的部分上視圖。

圖1B繪示圖1A之紅外線感測之多波段光感測器在切線I-I的部分剖面示意圖。

圖1C繪示圖1A之紅外線感測之多波段光感測器在切線II-II的部分剖面示意圖。

圖2繪示三種不同波段之光感測器所感測的QE頻譜。

圖3-5繪示三種經過電路計算的QE頻譜。

圖1A是依照本發明實施例所繪示之一種結合紅外線感測功能之多波段光感測器的部分上視圖。圖1B繪示圖1A之紅外線感測之多波段光感測器的在切線I-I的部分剖面示意圖。圖1C繪示圖1A之紅外線感測之多波段光感測器在切線II-II的部分剖面示意圖。

請參照圖1A-1C，提供基底10。基底10之材質例如是具有摻雜的半導體，如具有P型摻質的矽基底，或是N型摻雜的矽基底，抑或是無摻雜(undoped)矽基底。基底10包括相鄰的第一區100與第二區200。在基底10中形成隔離結構13，隔離結構13可減少雜訊干擾。隔離結構13例如是淺溝渠隔離結構。接著， 在基底10的第一區100形成紅外線感測結構14。紅外線感測結構14例如是接面二極體，形成接面二極體的方法包括於基底10中形成一井區12，井區12與基底10接觸且其導電型態與基底10之導電型態不同。在一實施例中，基底10為P型摻雜的矽基底10；井區12為N型摻雜區。井區12的形成方法例如是在基底10上形成罩幕層，然後，進行離子植入製程，將摻質植入於基底10之中，以形成井區12，之後，再將罩幕層移除。離子植入製程植入的P型摻質例如是硼；N型摻質例如是磷或是砷。在一實施例中，除了形成紅外線感測結構14之外，還在基底10上形成金氧半導體元件，例如是N型通道場效電晶體(NMOS)、P型通道場效電晶體(PMOS)或是互補式場效電晶體(CMOS)，為簡略起見，這些元件未繪示出來，而被介電層15覆蓋。介電層15之材質例如是氧化矽、硼磷矽玻璃(BPSG)、磷矽玻璃(PSG)、無摻雜矽玻璃(USG)、氟摻雜矽玻璃(FSG)、旋塗式玻璃(SOG)或是介電常數低於4的低介電常數材料。介電層15的形成方法可以是化學氣相沈積法或是旋塗法。

接著，請參照圖1B-1C，在基底10上的介電層15中以及介電層15上形成金屬內連線18。金屬內連線18包括最上層金屬層22a、22b、22c。在一實施例中，在形成金屬內連線18的最上層金屬層22a、22b、22c時，同時形成銲墊24a、24b、24c。在另一實施例中，銲墊24a、24b、24c的高度可與最上層金屬層22a、22b、22c的高度相異(未繪示)。

之後，請參照圖1B-1C，在基底10上形成介電層16a。介電層16a之材質例如是氧化矽、硼磷矽玻璃(BPSG)、磷矽玻 璃(PSG)、無摻雜矽玻璃(USG)、氟摻雜矽玻璃(FSG)、旋塗式玻璃(SOG)或是介電常數低於4的低介電常數材料。介電層16a的形成方法可以是化學氣相沈積法或是旋塗法。

其後，請參照圖1B-1C，於介電層16a上形成介電層16b以及多波段光感測結構26。多波段光感測結構26包括第一波段光感測器46、第二波段光感測器56以及第三波段光感測器66。第一波段光感測器46、第二波段光感測器56位於基底10的第一區100上。第二波段光感測器56位於第一波段光感測器46與紅外線感測結構14之間。第三波段光感測器66位於基底10的第二區200上，在第二波段光感測器56的一側。在一實施例中，三個波段光感測器46、56、66皆可感測可見光頻譜，波長400nm至750nm，其中第一波段光感測器46包括高綠光感測器，可以感測的頻譜的波峰範圍，例如是波長490nm至550nm；第二波段光感測器56包括紅光感測器，可以感測的頻譜的波峰範圍，例如是波長600至700nm；第三波段光感測器66包括高藍光感測器，可以感測的頻譜的波峰範圍，例如是波長450nm至480nm。

請參照圖1A-1B，第一波段光感測器46位於第二波段光感測器56上方的介電層16b上，完全覆蓋紅外線感測結構14。第一波段光感測器46的一部分46a與下方的第二波段光感測器56重疊，第一波段光感測器46的另一部分46b則未與第二波段光感測器56重疊，而沿著第二方向(例如是y方向)延伸至第二波段光感測器56之外。第一波段光感測器46的所述另一部分46b藉由介層窗40a電性連接金屬內連線18的最上層金屬層22a。

請參照圖1A-1B，第二波段光感測器56位於第一波段光 感測器46與紅外線感測結構14之間，位於介電層16a的上方，且被介電層16b覆蓋。第二波段光感測器56的面積大於紅外線感測結構14面積，而將紅外線感測結構14完全覆蓋。第二波段光感測器56的一部分56a與上方的第一波段光感測器46重疊，第二波段光感測器56的另一部分56b未與第一波段光感測器46重疊，而沿著第一方向(例如是x方向)延伸至第一波段光感測器46之外。第二波段光感測器56藉由介層窗40b電性連接金屬內連線18的最上層金屬層22b。

請參照圖1A-1C，第三波段光感測器66，在基底10的第二區200上，位於介電層16a的上方且被介電層16b覆蓋。在一實施例中，第三波段光感測器66與第二波段光感測器56可實質上在同一高度(level)，而彼此相鄰(如圖1B所示)。在另一實施例中，第三波段光感測器66與第二波段光感測器56也可以在不同高度(未繪示)。第三波段光感測器66藉由介層窗40c電性連接金屬內連線18的最上層金屬層22c。

請參照圖1B，第一波段光感測器46、第二波段光感測器56以及第三波段光感測器66可以是由下而上分別包括下電極28a、28b、28c、氫化非晶矽層30a、30b、30c以及透明上電極32a、32b、32c。下電極28a、28b、28c分別與金屬內連線18的介層窗40a、40b以及40c電性連接。氫化非晶矽層30a、30b、30c分別位於下電極28a、28b、28c與透明上電極32a、32b、32c之間。在一實施例中，氫化非晶矽層30a、30b、30c為堆疊結構。各堆疊結構分別包括第一導電型之氫化非晶矽層31a、31b、31c、本徵氫化非晶矽層33a、33b、33c以及第二導電型之氫化非晶矽層35a、 35b、35c。上述透明上電極32a、32b、32c分別覆蓋於氫化非晶矽層30a、30b、30c上。

請參照圖1B，在一實施例中，形成多波段光感測結構26的步驟說明如下：先於介電層16a上形成下電極28b、28c，使下電極28b、28c與介層窗40a、40c電性連接。下電極28b、28c之材質包括金屬，例如是氮化鈦(TiN)、鎢(W)、鉻(Cr)或鋁(Al)，形成的方法例如是以物理氣相沈積法(PVD)或是化學氣相沈積法(CVD)沉積下電極材料層之後，再以微影、蝕刻製程進行圖案化。當下電極28b、28c為金屬時，其厚度非常薄，例如是50埃至500埃，以使得紅外線可以穿透。

之後，請參照圖1B，於下電極28b、28c上形成氫化非晶矽層30b、30c。在一實施例中，氫化非晶矽層30b、30c為堆疊結構。各堆疊結構包括第一導電型之氫化非晶矽層31b、31c、本徵氫化非晶矽層33b、33c以及第二導電型之氫化非晶矽層35b、35c。氫化非晶矽層30b、30c的沉積方法可以採用電漿增強型化學氣相沈積法，以B₂H₆/H₂和PH₃/H₂做為反應摻雜氣體，在沈積的過程中改變摻雜的型態或濃度以及沉積製程的參數，以形成之。氫化非晶矽層30b、30c圖案化方法例如是微影與蝕刻製程。

在一實施例中，第二波段光感測器56為紅光感測器，其氫化非晶矽層30b之堆疊結構具有PIN結構。更具體地說，第二導電型之氫化非晶矽層35b為P型，厚度例如是50埃至500埃，P型摻質的濃度例如是1×10¹⁹至1×10²²原子/立方公分(atoms/cm³)，P型摻質例如是硼；本徵氫化非晶矽層33b的厚度例如是500埃至5000埃；第一導電型之氫化非晶矽層31b為N 型，厚度例如是50埃至500埃，N型摻質的濃度例如是1×10¹⁹至1×10²²原子/立方公分，N型摻質例如是磷或是砷。

第三波段光感測器66為高藍光感測器，其氫化非晶矽層30c之堆疊結構亦具有PIN結構。更具體地說，第二導電型之氫化非晶矽層35c為P型，厚度例如是50埃至500埃，P型摻質的濃度例如是1×10¹⁹至1×10²²原子/立方公分(atoms/cm³)，P型摻質例如是硼；本徵氫化非晶矽層33c的厚度例如是500埃至5000埃；第一導電型之氫化非晶矽層31c為N型，厚度例如是50埃至500埃，N型摻質的濃度例如是1×10¹⁹至1×10²²原子/立方公分，N型摻質例如是磷或是砷。

其後，請參照圖1B，於氫化非晶矽層30b、30c上分別形成透明上電極32b、32c。透明上電極32b、32c的材質包括透明導電氧化物，例如是銦錫氧化物，沉積的方法例如是濺鍍法。透明上電極32b、32c的厚度例如是500至5000埃。

上述氫化非晶矽層(堆疊結構)30a、30b以及透明上電極32b、32c的形成方法例如是沉積堆疊結構材料層以及透明上電極材料層之後，再進行微影與蝕刻製程，以圖案化之。當第二波段光感測器56與第三波段光感測器66在相同高度時，可以先形成第二波段光感測器56，再形成第三波段光感測器66。或者，也可以先形成第三波段光感測器66，再形成第二波段光感測器56。

其後，請參照圖1B，在第二波段光感測器56與第三波段光感測器66上形成介電層16b。介電層16b與介電層16a組成介電層16。介電層16b的材料可與介電層16a相同或相異。介電層16b之材質例如是氧化矽、硼磷矽玻璃(BPSG)、磷矽玻璃 (PSG)、無摻雜矽玻璃(USG)、氟摻雜矽玻璃(FSG)、旋塗式玻璃(SOG)或是介電常數低於4的低介電常數材料。介電層16b的形成方法可以是化學氣相沈積法或是旋塗法。

然後，請參照圖1C，在介電層16b上形成第一波段光感測器46的下電極28a、氫化非晶矽層30a以及透明上電極32a。其中下電極28a以及透明上電極32a形成的方法如上所述於此不再贅述。氫化非晶矽層30a的沉積方法與上述氫化非晶矽層30b、30c相似，但略有不同。在一實施例中，第一波段光感測器46為高綠光感測器，其氫化非晶矽層30a之堆疊結構具有PIN結構。即，第二導電型之氫化非晶矽層35a為P型，厚度例如是50埃至500埃，P型摻質的濃度例如是1×10¹⁹至1×10²²原子/立方公分(atoms/cm³)，P型摻質例如是硼；本徵氫化非晶矽層33a的厚度例如是500埃至5000埃；第一導電型之氫化非晶矽層31a為N型，厚度例如是50埃至500埃，N型摻質的濃度例如是1×10¹⁹至1×10²²原子/立方公分，N型摻質例如是磷或是砷。

之後，請參照圖1B，形成光遮蔽層34a、34b、34c。光遮蔽層34a、34b、34c之材質包括金屬，如鋁(Al)、氮化鈦(TiN)、鎢(W)或黑彩色濾光片(black color filter)。光遮蔽層34a覆蓋第一波段光感測器46的側壁及其上表面的周圍，透過介層窗42a與銲墊24a電性連接，使得來自第一波段光感測器46側壁的漏電流得以被引導至銲墊24a。光遮蔽層34b覆蓋在未與第一波段光感測器46重疊的第二波段光感測器56上方的介電層16b上，並延伸至介電層16b中與第二波段光感測器56的表面接觸，再透過介 層窗42b與銲墊24b電性連接。光遮蔽層34c覆蓋第三波段光感測器66邊緣上方的介電層16b上，並延伸至介電層16b中與第三波段光感測器66的表面接觸，再透過介層窗42c與銲墊24c電性連接。

其後，請參照圖1B，於基底10上形成保護層36，覆蓋多波段光感測結構26。保護層36之材質例如是聚亞醯胺(polyimide)。

其後續的製程包括切割基底、封裝等，於此不再贅述。切割與封裝之後，即可形成結合紅外線感測功能之多波段光感測器，其將紅外線感測器與多波段光感測器整合於同顆晶片上，用以感測多波段之光源。

請參照圖1B，在以上的實施例中，將多波段光感測結構26設置在金屬內連線18的最上層金屬層22a、22b、22c之上，然而，在實際應用時，並不以此為限，若製程條件許可，亦可以設置在金屬內連線18的任意兩層金屬層之間。

請參照圖1A與1B，本發明實施例之結合紅外線感測功能之多波段光感測器包括基底10、紅外線感測結構14、多波段光感測結構26。多波段光感測結構26包括第一波段光感測器46、第二波段光感測器56以及第三波段光感測器66。紅外線感測結構14與多波段光感測結構26的第一波段光感測器46、第二波段光感測器56位於基底10的第一區100。多波段光感測結構26的第三波段光感測器66位於基底10的第二區200。紅外線感測結構 14，位於多波段光感測結構26下方的基底10中，用以感測紅外線。多波段光感測結構26，位於基底10上方，用以感測並過濾三個波段的光線。

更具體地說，紅外線感測結構14例如是接面二極體，其是由基底10以及基底10中的井區12所構成，用以感測紅外線。

第二波段光感測器56位於第一波段光感測器46與紅外線感測結構14之間。第三波段光感測器66在第二波段光感測器56的一側。

第一波段光感測器46、第二波段光感測器56以及第三波段光感測器66可以是由下而上分別包括下電極28a、28b、28c、氫化非晶矽層30a、30b、30c與透明上電極32a、32b、32c。氫化非晶矽層30a、30b、30c，位於下電極28a、28b、28c上。透明上電極32a、32b、32c，覆蓋於氫化非晶矽層30a、30b、30c上。在一實施例中，氫化非晶矽層30a、30b、30c為堆疊結構。堆疊結構包括：位於下電極28a、28b、28c上的第一導電型之氫化非晶矽層31a、31b、31c、位於第一導電型之氫化非晶矽層31a、31b、31c上的本徵氫化非晶矽層33a、33b、33c以及位於本徵氫化非晶矽層33a、33b、33c上的第二導電型之氫化非晶矽層35a、35b、35c，其中第一導電型為N型；第二導電型為P型。在一實施例中，下電極28a、28b、28c透過介層窗40a、40b、40c與介電層16中的金屬內連線18電性連接。多波段光感測結構26的第一波段光感測器46、第二波段光感測器56以及第三波段光感測器66被光 遮蔽層34a、34b、34c所覆蓋，並透過介層窗42a、42b、42c與銲墊24a、24b、24c連接，以使得來自第一波段光感測器46、第二波段光感測器56以及第三波段光感測器66的漏電流得以被引導至銲墊24a、24b、24c。

當光線通過基底10的第一區100上的第一波段光感測器46時，光線被過濾，且第一波段的光線(例如是高綠光)可以被第一波段光感測器46感測。當被過濾的光線繼續行進，通過介電層16b，到達第二波段光感測器56時，光線再次被過濾，且第二波段的光線(例如是紅光)可以被第二波段光感測器56感測。當經過兩次過濾的光線繼續行進到達紅外線感測結構14時，紅外線波段的光線則可以被紅外線感測結構14感測。當光線通過基底10的第二區200上的第三波段光感測器66時，光線被過濾，且第三波段的光線(例如是高藍光)可以被第三波段光感測器66感測。

換言之，基底10的第一區100可以感測第一波段的光線(例如是高綠光)、第二波段的光線(例如是紅光)以及紅外線波段的光線。基底10的第二區200可以感測第三波段的光線(例如是高藍光)。亦即基底10的第一區100可以感測三種波段光線，而第二區可以感測單一波段光線之功效。

圖2繪示三種不同波段之光感測器所感測的量子效率(QE)頻譜。

請參照圖2，第一波段光感測器46所感測的第一波段的光線(例如是高綠光)的QE頻譜如曲線110所示，第二波段光感 測器56所感測的第二波段的光線(例如是紅光)的QE頻譜如曲線120所示，第三波段光感測器66所感測的第三波段的光線(例如是高藍光)的QE頻譜如曲線130所示。

圖3-5繪示三種經過電路計算的QE頻譜。

請參照圖3-5，第一波段光感測器46、第二波段光感測器56以及第三波段光感測器66所得到的第一波段的光線(例如是高綠光)的原始感測QE頻譜、第二波段的光線(例如是紅光)的原始感測QE頻譜以及第三波段的光線(例如是高藍光)的原始感測QE頻譜經過電路的計算，可以得到藍光輸出的QE頻譜(如圖3所示)、綠光輸出的QE頻譜(如圖4所示)以及紅光輸出的QE頻譜(如圖5所示)。

更具體地說，圖3的藍光輸出的QE頻譜可以將圖2中第三波段的光線(例如是高藍光)的原始感測的QE頻譜(曲線130)乘以一定值A後減去圖2中第一波段的光線(例如是高綠光)的原始感測的QE頻譜(曲線110)而得。其計算式如式一所示：

【式一】藍光輸出的QE頻譜=(高藍光原始感測的QE頻譜)×A-(高綠光原始感測的QE頻譜)

其中A為一定值，可以使得所得到的藍光的QE頻譜曲線為正值。

同樣地，圖4的綠光輸出的QE頻譜可以將圖2中第一波段的光線(例如是高綠光)的原始感測的QE頻譜(曲線110)減去圖2中第三波段的光線(例如是高藍光)的原始感測的QE頻譜 (曲線130)乘以一定值B而得。其計算式如式二所示：

【式二】綠光輸出的QE頻譜=(高綠光原始感測的QE頻譜)-(高藍光原始感測的QE頻譜)×B

其中B為一定值，可以使得所得到的綠光輸出的QE頻譜曲線為正值。

圖5的紅光輸出的QE頻譜可以將圖2中第二波段的光線 (例如是紅光)的原始感測QE頻譜(曲線120)乘以一定值C而得。其計算式如式三所示：【式三】紅光輸出的QE頻譜=紅光原始感測的QE頻譜×C

其中C為一定值，可以使得所得到的紅光的原始感測QE頻譜曲線為正值。

此外，本發明實施例之結合紅外線感測功能之多波段光感測器可以經由電路計算，第一波段光感測器46、第二波段光感測器56以及第三波段光感測器66可以在固定的光強度下，在固定的可見光波長範圍得到固定的電流。舉例說明如下：例如欲將綠光、藍光以及紅光的光電流調整為一致時，可在固定強度的白光照射下，得到每一個波段光感測器的固定電流=[(高藍光的電流-高藍光的暗電流)×A]-[(高綠光的電流-高綠光的暗電流)] =(高綠光的電流-高綠光的暗電流)-[(高藍光的電流-高藍光的暗電流)×B]=[(紅光的電流-紅光的暗電流)×C]

其中A、B、C需滿足同時符合上式一、式二以及式三之QE頻譜算式及光電流的計算條件。然而，本發明不以上述為限，在實際應用時，三種光源(綠光、藍光、紅光)的光電流可視不同需求與配置而調整，以因應各式電路設計的要求。

綜上所述，本發明整合多波段光感測器與紅外線感測器功能於同顆晶片。感測器中的多波段光感測結構26可以感測多波段光如高綠光、高藍光以及紅光。此外，感測器中的多波段光感測結構還可做為下方紅外線感測器的可見光的濾光片，因此，不需額外再形成紅外線感測器的濾光片，故，其製程簡單，可以節省佈局的面積，且可以省去濾光片製程之預算及時間，因此，其材料與製程成本低。再者，本發明提供一種結合紅外線感測功能之多波段光感測器，其使用氫化非晶矽做為多波段光感測結構，其在可見光波段具有相當高的量子效率，非常適於多波段光感測波段之要求。此外，本發明實施例之結合紅外線感測功能之多波段光感測器可以與半導體製程整合。

雖然本發明已以實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作些許之更動與潤飾，故本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。

10‧‧‧基底

12‧‧‧井區

13‧‧‧隔離結構

14‧‧‧紅外線感測結構

15、16、16a、16b‧‧‧介電層

18‧‧‧金屬內連線

22b、22c‧‧‧最上層金屬層

24a、24b、24c‧‧‧銲墊

26‧‧‧多波段光感測結構

28a、28b、28c‧‧‧下電極

30a、30b、30c‧‧‧氫化非晶矽層(堆疊結構)

31a、31b、31c‧‧‧第一導電型氫化非晶矽層

32a、32b、32c‧‧‧透明上電極

33a、33b、33c‧‧‧本徵氫化非晶矽層

34a、34b、34c‧‧‧光遮蔽層

35a、35b、35c‧‧‧第二導電型氫化非晶矽層

36‧‧‧保護層

40a、40b、40c‧‧‧介層窗

42a、42b、42c‧‧‧介層窗

46‧‧‧第一波段光感測器

56‧‧‧第二波段光感測器

66‧‧‧第三波段光感測器

100‧‧‧第一區

200‧‧‧第二區

Claims (21)

1. 一種結合紅外線感測功能之多波段光感測器，包括：一基底，包括第一區與第二區；一紅外線感測結構，位於該基底中，用以感測紅外線；一介電層，位於該基底上，覆蓋該紅外線感測結構；以及一多波段光感測結構，位於該基底上方，包括：一第一波段光感測器，位於該第一區的該介電層上，與該紅外線感測結構對應；一第二波段光感測器，位於該第一區的該介電層中，該第二波段光感測器的第一部分與該紅外線感測結構以及該第一波段光感測器重疊；以及一第三波段光感測器，位於該第二區的該介電層中。
2. 如申請專利範圍第1項所述之結合紅外線感測功能之多波段光感測器，其中該第一波段光感測器包括一高綠光感測器；該第二波段光感測器包括一紅光感測器；該第三波段光感測器包括一高藍光感測器。
3. 如申請專利範圍第1項所述之結合紅外線感測功能之多波段光感測器，其中該第一波段光感測器、該第二波段光感測器以及第三波段光感測器分別包括：一下電極；一氫化非晶矽層，覆蓋該下電極；以及一透明上電極，覆蓋於該氫化非晶矽層上。
4. 如申請專利範圍第3項所述之結合紅外線感測功能之多波段光感測器，其中各該氫化非晶矽層為一堆疊結構，包括： 一第一導電型之氫化非晶矽層，位於該下電極上；一本徵氫化非晶矽層，位於該第一導電型之氫化非晶矽層上；以及一第二導電型之氫化非晶矽層，位於該本徵氫化非晶矽層上，其中該第一導電型為N型；該第二導電型為P型。
5. 如申請專利範圍第1項所述之結合紅外線感測功能之多波段光感測器，其中該第二波段光感測器與該第三波段光感測器在同一高度(level)。
6. 如申請專利範圍第1項所述之結合紅外線感測功能之多波段光感測器，其中該第二波段光感測器與該第三波段光感測器在不同高度。
7. 如申請專利範圍第3項所述之結合紅外線感測功能之多波段光感測器，其中該透明上電極之材質包括透明導電氧化物，該下電極之材質包括金屬。
8. 如申請專利範圍第1項所述之結合紅外線感測功能之多波段光感測器，其中該第二波段光感測器與該第三波段光感測器位於多數個金屬內連線的多數個最頂層金屬層之上，且各該下電極與對應的各該金屬內連線電性連接。
9. 如申請專利範圍第8項所述之結合紅外線感測功能之多波段光感測器，其中該第一波段光感測器完全覆蓋該紅外線感測結構，該第一波段光感測器的一第二部分未與該第二波段光感測器重疊，且該第二部分透過一介層窗與該些最頂層金屬層其中之一電性連接。
10. 如申請專利範圍第1項所述之結合紅外線感測功能之多 波段光感測器，更包括多數個光遮蔽層覆蓋於該第一波段光感測器、該第二波段光感測器以及第三波段光感測器之上表面的周圍，且各該光遮蔽層分別與一銲墊電性連接。
11. 如申請專利範圍第10項所述之結合紅外線感測功能之多波段光感測器，其中該第二波段光感測器的高度高於該銲墊之高度。
12. 如申請專利範圍第1項所述之結合紅外線感測功能之多波段光感測器，其中該紅外線感測結構包括位於該基底中的一井區，該井區與該基底接觸且其導電型態與該基底之導電型態不同，該井區與該基底構成一接面二極體。
13. 一種結合紅外線感測功能之多波段光感測器的製造方法，包括：在一基底的一第一區中形成一紅外線感測結構，用以感測紅外線；在該基底上形成一介電層；以及形成一多波段光感測結構，包括：於該基底的該第一區的該介電層上形成一第一波段光感測器；以及於該基底的該第一區的該介電層中形成一第二波段光感測器以及於該基底的一第二區的該介電層中形成一第三波段光感測器，其中該第二波段光感測器的一第一部分與該紅外線感測結構以及該第一波段光感測器重疊。
14. 如申請專利範圍第13項所述之結合紅外線感測功能之多波段光感測器的製造方法，其中該第一波段光感測器包括一高 綠光感測器；該第二波段光感測器包括一紅光感測器；該第三波段光感測器包括一高藍光感測器。
15. 如申請專利範圍第13項所述之結合紅外線感測功能之多波段光感測器的製造方法，其中該第一波段光感測器、該第二波段光感測器以及第三波段光感測器的形成方法分別包括：形成一下電極；形成一氫化非晶矽層，覆蓋該下電極；以及於該氫化非晶矽層上形成一透明上電極。
16. 如申請專利範圍第15項所述之結合紅外線感測功能之多波段光感測器的製造方法，其中各該氫化非晶矽層為一堆疊結構，該堆疊結構的形成方法包括：於該下電極上形成一第一導電型之氫化非晶矽層；於該第一導電型之氫化非晶矽層上形成一本徵氫化非晶矽層；以及於該本徵氫化非晶矽層上形成一第二導電型之氫化非晶矽層，其中該第一導電型為N型；該第二導電型為P型。
17. 如申請專利範圍第15項所述之結合紅外線感測功能之多波段光感測器的製造方法，其中該透明上電極之材質包括透明導電氧化物，該下電極之材質包括金屬。
18. 如申請專利範圍第13項所述之結合紅外線感測功能之多波段光感測器的製造方法，更包括於該介電層中形成多數個介層窗與多數個金屬內連線，該些下電極分別藉由所對應的該些介層窗與各該金屬內連線電性連接。
19. 如申請專利範圍第18項所述之結合紅外線感測功能之 多波段光感測器的製造方法，其中該第一波段光感測器的一第二部分未與該第二波段光感測器重疊，且該第二部分透過該些介層窗其中之一與一最頂層金屬層電性連接。
20. 如申請專利範圍第13項所述之結合紅外線感測功能之多波段光感測器的製造方法，更包括於該第一波段光感測器、該第二波段光感測器以及第三波段光感測器的上方及其周圍分別形成一光遮蔽層，各該光遮蔽層與一銲墊連接。
21. 如申請專利範圍第13項所述之結合紅外線感測功能之多波段光感測器的製造方法，其中形成該紅外線感測結構的方法包括於該基底中形成一井區，該井區與該基底接觸且其導電型態與該基底之導電型態不同，該井區與該基底構成一接面二極體。