TW541707B - Optical sensor and inspection method thereof - Google Patents

Description

541707 Α7 Β7 ^、發明説明（1) 〔發明背景〕 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 由半導體光接收元件所構成之光學感測器已經廣泛應 用於一光碟機之光拾取元件、相機之自動對焦光接收元件 、一傳真機、一影像掃描器之原始讀取單元、一數位相機 、一攝影機等等，於該半導體光接收元件中，一 Μ〇S電 晶體被整合並能容易地將一光接收元件整合爲一維或二維 矩陣。本發明關係於光學感測器，其中一 Μ 0 S電晶體及 一半導體光接收元件被整合在一起，並被廣泛地用於這些 商品中。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 一由半導體光接收元件所構成之光學感測器係大致可 依據在光接收單元中，由光輻射所產生之電荷被送至輸出 放大器之方法，而被分爲兩類型，即一 C C D類型及一 C Μ〇S類型。於C C D類型之光學感測器中，產生於光 接收單元中之電荷之傳送損失很小，及於傳輸間之雜訊很 低，因此，具有高品質影像，並可以取得高S Ν比之影像 ，使得光學感測器被大量使用，特別是用於家用影視中。 然而，C C D類型光學感測器需要多數具有相較於I C及 LSI爲高之電壓的電源，因此，其同時也具有較大之電 功率消耗。再者，因爲其製造方法與構成例如I C及 L S I之積體電路的C Μ〇S製程方法不同，所以，很難 將例如影像處理之其他功能整合入C C D類型之光學感測 器中。另一方面，因爲CM〇S類型之光學感測器藉由一 構成I C及L S I之Μ 0 S電晶體加以操作，所以，有可 能與I C及L S I有相同之低電壓操作及低電功率消耗， 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Α4規格（210X297公釐） -4 - 541707 Α7 Β7 五、發明説明（2) (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 及其製造方法也與I C及L S I之製造方法相同。因此， 一具有高效能之處理功能電路可以容易地被整合入 C Μ〇S類型之光學感測器中。 一半導體的Ρ Ν接面係用以作爲不管是c C D類型或 C Μ〇S類型之光學感測器之光接收單元。此理由是入射 於光接收單元上之光在光接收單元內產生電荷，及此電荷 被累積於Ρ Ν接面上。當產生於此光接收單元外之電荷到 達光接收單元之Ρ Ν接面時，造成了雜訊。因此，用以屏 蔽光之金屬膜通常包圍住光接收單元的圓周。藉由使上述 光接收單元作爲一像素及安排多數像素呈一維或二維，此 一光學感測器作動爲用於輸入一影像的光學感測器。當有 多數像素安排呈一維或二維之光學感測器時，當每一像素 具有不同靈敏度時，輸入影像的影像品質降低。因此，重 要的是，最小化於像素間之靈敏度變化。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 半導體構成之光學感測器的優點是其有可能提供一光 學感測器，其係便宜並具有高品質，因爲大量之光學感測 器可以製造於一半導體晶圓上。該半導體光學感測器係被 製造並每一半導體晶圓被檢測，及只有通過檢測的光學感 測器被切割成每一光學感測器並被使用。一般，一用以執 行半導體晶圓切割的劃線具有一結構，其中具有與半導體 基板相同極性之雜質被擴散及一薄膜並未被放置於半導體 基板上。其理由爲，爲了最小化劃線的寬度及最大化切割 的產出量，一與半導體基板不同之材料並未被放置於劃線 上，該劃線係爲切割執行的一部份。 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Α4規格（210Χ297公釐） -5- 541707 A7 B7 五、發明説明（3) (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 然而，當以照射光至每一半導體晶圓以檢測光學感測 器的輸出時，於如第4圖所示之光學感測器的傳統劃線結 構中，由於到達劃線的光，部份產生於劃線中之電荷移動 於半導體基板上，到達光學感測器的像素並累積於構成像 素的P N接面中。此電荷並非由於光入射於光學感測器像 素上所造成之電荷，因此，變成雜訊成份，當安排有多數 像素的光學感測器爲一維或二維時，於像素間造成靈敏度 的變化。 再者，當於劃線中具有一對準標示及於部份劃線中具 有一金屬膜時，電荷並非只產生於金屬膜存在於劃線的部 份，因爲光並未照射於其上。因此，當金屬膜存在於劃線 的部份時，到達像素之產生於劃線中之電荷的或然率很低 ，相較於其他像素，只有於被安排於金屬膜的周邊中之像 素，因此，只有被安排於金屬膜週邊中之像素具有低靈敏 度。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 上述問題基本上表示當以將每一半導體晶圓照射光來 檢測光學感測器的輸出時，光學感測器的檢測並未被正確 地執行。 當光學感測器的像素的大小很大及產生於劃線中之電 荷量及到達像素的電荷相較於由於光入射於像素上所產生 之電荷很小時，上述問題並不太嚴重。然而，當於具有高 度像素積集度之光學感測器時，像素的尺寸很小，因此， 於由於入射至像素上之光所產生之電荷數量與產生於劃線 中之電荷及到達像素之電荷數量差變小。因此，上述問題 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） -6 - 541707 A7 B7 五、發明説明（4) 變嚴重。 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 有可能使劃線及像素間之距離變大，以不會使產生於 劃線中之電荷到達像素。然而，這造成了於光學感測器之 佈局的嚴格限制，光學感測器之尺寸變小等，這最後造成 較高的成本。 再者，當使用用於傳真機之一維排列之像素的光學感 測器時，影像掃描器等之原始讀取單元，原始讀取單元係 藉由安排多數光學感測器加以建構。因此，於像素爲一維 排列之光學感測器的兩端中之像素係儘可能地安排靠近劃 線。更明確地說，上述操作主要係爲傳真機及具有高解析 度的彭像掃描被所需。因此，於解決方法中有一*問題，其 中於劃線及像素間之距離係被作小，以不會允許產生於劃 線中之電荷到達諸像素。 本發明的目的係解決上述問題並提供一光學感測器， 其中，一與半導體基板不同之材料並未被放置於劃線中， 使得由於光入射於劃線上所產生之電荷不被允許到達像素 ，而於劃線及像素間之距離不會變大。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 〔發明槪要〕 本發明爲一由一半導體光接收元件構成之光學感測器 ，其特徵在於具有與一半導體基板不同極性之雜質係被擴 散於一區域中，該區域係被提供於光學感測器的劃線中。 藉由使該區域的電位爲浮動，由於光入射於劃線上所產生 的電荷可以有效地被累積於由該區域所構成之P N接面中 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X 297公釐） 541707 A7 B7 五、發明説明（5) (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) ，該區域中之雜質具有與半導體基材不同極性的雜質，於 該區域中具有與半導體基板之極性不同極性的雜質係被擴 散及該半導體基板。因此，由於光入射於劃線上所產生之 電荷並不會到達構成光學感測器之P N接面像素。 於具有與半導體基板不同極性之雜質擴散於其中之區 域可以於形成一井時同時形成，該雜質係形成於光學感測 器的劃線中者，及該井中擴散有與半導體基板不同極性之 雜質，該井係被整合於光學感測器中。因此，即使其中擴 散有與半導體基材極性不同的雜質的區域被形成在劃線中 時，光學感測器之製造步驟數量並未增加。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 再者，於傳統技藝中之劃線表面中，藉由形成具有與 半導體基材相同極性之擴散區，有可能完成與半導體基板 具有相同極性的擴散區及一金屬膜間之接觸，即在劃線及 光學感測器間之邊界中完成接觸。於此時，可以採用一結 構，其中用以累積產生於劃線中之電荷的P N接面及被擴 散以具有與半導體基板不同極性的雜質中之區域的深度係 被作成大於具有相同於半導體基板的極性的擴散區域的深 度。於此時，用以累積產生於劃線中之電荷的P N接面及 被擴散以具有與半導體基板不同極性的雜質中之區域的寬 度係較佳位於金屬內，該金屬係不與與半導體基板相同極 性之擴散區域接觸。 依據本發明之光學感測器，光學感測器之像素並未爲 產生於劃線中之電荷所影響。因此，於光學感測器形成於 -半導體晶圓的狀態下，光學感測器的感測器靈敏度的檢 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X 297公釐） -8 - 541707 A7 B7 五、發明説明（6) (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 視步驟中，在以將光照射至光學感測器的檢視光學感測器 輸出時，有可能完成一檢測，其中係不爲產生於像素外之 區域中的電荷所影響，使得光學感測器的靈敏度及於像素 間之靈敏度變化可以更正確地取得。 〔圖式之簡要說明〕 第1圖爲一剖面圖，顯示本發明之光學感測器的劃線 〇 第2圖爲本發明之光學感測器的俯視圖。 第3圖爲本發明之光學感測器的操作說明圖。 第4圖爲一傳統光學感測器的目標圖。 第5圖爲一傳統光學感測器的劃線的剖面圖。 第6圖爲本發明之光學感測器的輸出圖。 第7圖爲傳統光學感測器的輸出圖。 主要元件對照表 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 1 劃 線 2 矽 基 板 3 場 氧 化 物 膜 4 層 間 膜 5 金 屬 膜 6 保 護 膜 7 擴 散 1 〇 浮 動 擴 散 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） -9- 541707 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 B7 五、發明説明（7) 〔詳細說明〕 第1圖爲本發明一實施例的光學感測器的劃線部份的 剖面圖。再者，第2圖爲一圖表顯示具有與半導體基板不 同極性之擴散區及於本發明之光學感測器中之像素的位置 ，該擴散係形成於劃線部份。於此實施例中，一 P型（ 1 0 0 )矽基板2係被使用。當執行一形成p Μ〇S電晶 體之Ν型井區時，於一劃線1中，一 ν型擴散層係同時形 成爲一浮置區域1 0，該Ρ Μ〇S電晶體係被整合入該光 學感測器中。一具有深度5 m m之Ρ Ν接面係藉由注入1 X 1 0 1 3每平方公分之磷離子然後擴散於1 1 〇 〇 t加以形 成。隨後，第1圖之劃線結構係形成經一 C Μ〇S之一般 製造步驟。於此時，一擴散區7係藉由淮入硼離子加以形 成，用以形成Ρ Μ〇S之源極及汲極。再者，一場氧化物 膜3係爲6 0 0 〇埃之熱氧化物膜，及一層間膜4係由一 由C V D法加以形成之氧化物膜及一 β p S G膜之兩層所 構成，該B P S G膜中係摻雜有硼及磷，每一層分別具有 3 〇 〇 0埃及5 0 0 0埃的膜厚度。一金屬膜係由鋁膜構 成，其中包含有很少量之矽及銅，並有9 0 0 0埃的膜厚 度。一保護膜6係爲以C V D法所形成之氮化矽膜並有 9 5 0 〇埃的膜厚度。於擴散區7及金屬膜5間之接觸係 $ $於劃線1的一端。此接觸係被形成以包圍光學感測器 之外週邊2 m m的寬度。此金屬膜持續進行至包圍光學感 '測^的像素的週邊的金屬膜；因此，於劃線及被照射以光 本紙張尺度適用巾關家縣（CNS ) A4規格（21〇Χ297公楚） (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) _裝_ -5-T» -10- 541707 A7 B7 五、發明説明（8) --------裝— (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 之像素間並沒有一區域。如於第3圖所示，由於光照射至 劃線上所產生之電荷被累積於空乏層中，該層係被形成於 由浮動擴散區1 0及半導體基板2所構成之p n接面部份 中 〇 相反於此，如於第5圖所示之傳統光學感測器中，由 於照射光至劃線中所產生之電荷在某些機率下會進入光學 感測器中，並且，部份之電荷會到達如於第4圖所示之像 素中。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 ，以將光照射至一晶圓狀態加以執行，對光學感測器 之第一至第一百九十二位元之每一像素的輸出的檢測結果 係被加以比較，於該光學感測器中，諸像素係被呈一維排 列並具有1 9 2位元之像素數及6 2 · 5 m m之像素間距 。第6及7圖分別顯示本發明之光學感測器之結果及傳統 光學感測器之結果。於傳統光學感測器中，可以看出於諸 像素間之輸出變化很大及於光學感測器兩端附近之像素的 輸出相較於接近中心部份之像素的輸出係很大。相反地， 於本發明之光學感測器中，於像素間之輸出變化很小及於 光學感測器之兩端的像素輸出係相同於中心部份之像素的 輸出。因此，可以了解到由於光照射劃線所產生之電荷係 被累積於浮置擴散區1 0中並不會到達諸像素。 於本發明之光學感測器中，光學感測器之像素並未爲 產生於劃線中之電荷所影響。 因此，有可能提供一光學感測器，其中，與半導體基 板不同之材料並未放置於劃線上，於劃線與像素間之距離 本纸張尺度適用中國國家標隼（CNS ) A4規格（210X297公釐） -11 - 541707 A7 B7 五、發明説明（i 並未增加，並且，由於光入射於劃線上所產生之電荷並未 到達諸像素。 再者，當光學感測器之輸出係藉由照射光至光學感測 器加以檢測時，在晶圓上形成有光學感測器之光學感測器 的感測器靈敏度的檢測步驟中，光學感測器之靈敏度及於 像素間之靈敏度變化可以更正確地加以取得，而不會爲產 生於像素以外之區域中之電荷所影響。 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210 X 297公釐） -12-

Claims (1)

1. 541707 Α8 Β8 C8 D8 々、申讀專利範圍 1 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 1 . 一種光學感測器，包含一半導體光接收元件，其 特徵在於該光學感測器之一劃線具有一區域，該區域擴散 有一與半導體基板不同極性之雜質。 2 . —種光學感測器，包含一半導體光接收元件並具 有一區域，該區域係擴散有與半導體基板不同極性之雜質 於該光學感測器之劃線中，其特徵在於該擴散有雜質之區 域的電位係被作成爲浮動。 3 . —種光學感測器，包含一半導體光接收元件並具 有一區域，該區域係擴散有與半導體基板不同極性之雜質 於該光學感測器之劃線中，其特徵在於該擴散有雜質之區 域係於當Μ〇S電晶體的井形成的同時加以形成，該 Μ〇S電晶體係被整合入該光學感測器者，及在於該井， 其中擴散有與半導體基板不同極性之雜質。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 4 . 一種光學感測器，包含一半導體光接收元件，其 中該光學感測器之劃線具有一區域，該區域擴散有與半導 體基材極性不同的雜質及該擴散區域具有與半導體基材相 同之極性，以及，於與半導體基板具有相同極性的擴散區 及一金屬膜間之接觸係被作在該劃線及光學感測器間之邊 界部份中，該光學感測器之特徵在於：該具有與半導體基 材不同極性雜質區域的深度係深於具有與半導體基板相同 極性之擴散區。 5 . —種光學感測器，包含一半導體光接收元件，其 中該光學感測器之劃線具有一區域，該區域擴散有與半導 體基材極性不同的雜質及該擴散區域具有與半導體基材相 -13- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Α4規格（210Χ297公釐） 541707 A8 B8 C8 D8 ~、申請專利範圍 2 同之極性，以及，於與半導體基板具有相同極性的擴散區 及一金屬膜間之接觸係被作在該劃線及光學感測器間之邊 界部份中；及該具有與半導體基材不同極性雜質區域的深 度係深於具有與半導體基板相同極性之擴散區域，該光學 感測器之特徵在於具有與半導體基板不同極性之雜質的區 域係位於該與具有與半導體基板相同極性的擴散區域接觸 的金屬內。 6 · —種光學感測器的檢測方法，該光學感測器包含 一半導體光接收元件並具有一區域，其中擴散有與半導體 基材極性不同的雜質於該光學感測器的劃線中，其特徵在 於：在檢測呈半導體晶圓狀態之光學感測器的感測器靈敏 度的步驟中，該光學感測器的輸出係藉由將光照射至光學 感測器加以檢測，於半導體晶圓上形成有光學感測器。 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 裝· 、11 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 本紙張尺度適用中國國家標參（CNS ) A4規格（210X297公釐） -14 -