TWI505455B - 光感測器 - Google Patents

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Description

光感測器
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、距離感測器以及光感測器等等。而其中光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。
光感測器一般皆具有排列成矩陣的畫素。隨著畫素密度增加，畫素間距離減少，相鄰的兩畫素的下電極之間的距離縮短，在下電極有壓差時，畫素間容易有漏電流。若增加相鄰的下電極的間距，則畫素中間區的電場太弱，產生的光電子不易至下電極，而有延遲(lag)現象。此外，光線也容易從畫素之間入射，而導致 畫素之間的串影(crosstalk)現象。
本發明提供一種光感測器，可以避免漏電的問題，而且可使下電極的電場均勻，而沒有延遲現象。
本發明提供一種光感測器，可以避免互畫素間的串影現象。
本發明提供一種多波段光感測器，其係整合於同顆晶片上。
本發明提供一種多波段光感測器，在可見光波段具有相當高的量子效率，適於多波段光感測波段之要求。
本發明提供一種多波段光感測器的製造方法，其製程簡單。
本發明提出一種光感測器，包括：基底、介電層、多個畫素、多個間隙壁以及多金屬內連線。介電層位於基底上。畫素位於介電層中。間隙壁位於相鄰畫素之間的開口的側壁。金屬內連線位於開口中，覆蓋間隙壁，並分別電性連接所對應之畫素。
本發明提出一種介電層位於基底上。第一波段光感測器位於介電層上，其中相鄰的兩個第一波段光感測器之間具有第一開口。第一間隙壁，位於第一開口的側壁。第一金屬內連線位於第一開口中，並分別電性連接所對應之第一波段光感測器。第二波段光感測器位於介電層中，相鄰的兩個第二波段光感測器之間 具有第二開口，其中第一波段光感測器與第二波段光感測器分別包括：下電極、氫化非晶矽層以及透明上電極。氫化非晶矽層覆蓋下電極。透明上電極覆蓋於氫化非晶矽層上。第二間隙壁位於第二開口的側壁上。第二金屬內連線位於第二開口中，並分別電性連接所對應之第二波段光感測器。第三波段光感測器位於基底中，其中至少一部分之第二波段光感測器介於第三波段光感測器以及第一波段光感測器之間且與其二者重疊。保護層位於第一波段光感測器上。
本發明提供一種光感測器，其畫素的側壁被間隙壁覆蓋，相鄰的畫素的下電極可以被隔開，而不會有漏電的問題，而且下電極的面積可以製作得較大，使電場均勻，而沒有延遲現象。
本發明提供一種光感測器，可以避免畫素間的串影現象。
本發明之多波段光感測器，其可以感測多個波段之光源。
本發明之多波段光感測器，其係整合於同顆晶片上。
本發明之多波段光感測器，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。
本發明之多波段光感測器的製造方法，其製程簡單。
本發明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，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、100‧‧‧基底
32a、32b、132‧‧‧透明上電極
102‧‧‧接觸窗
36、136‧‧‧保護層
11、111‧‧‧金氧半導體元件
37a、37b、137‧‧‧頂蓋層
12‧‧‧井區
38a‧‧‧第一間隙壁
13、113‧‧‧隔離結構
38b‧‧‧第二間隙壁
14‧‧‧第三波段光感測器
138‧‧‧間隙壁
15、16、16a、16b、115、116‧‧‧介電層
40a、40b、140‧‧‧介層窗
42a、42b、142‧‧‧介層窗
18、118‧‧‧金屬內連線
46‧‧‧第一波段光感測器
22a、22b、122‧‧‧金屬層
47‧‧‧第一開口
24a、24b、124‧‧‧銲墊
57‧‧‧第二開口
26‧‧‧多波段光感測結構
48‧‧‧第一金屬內連線
28a、28b、128‧‧‧下電極
58‧‧‧第二金屬內連線
30a、30b、130‧‧‧氫化非晶矽層(堆疊結構)
49、59、149‧‧‧金屬層
50、60、150‧‧‧介層窗
56‧‧‧第二波段光感測器
147‧‧‧開口
46a、56a‧‧‧部分
148‧‧‧金屬內連線
46b、56b‧‧‧另一部分
110‧‧‧源極區
70、170‧‧‧濾光片
210、220、230‧‧‧曲線
146‧‧‧畫素
I-I‧‧‧切線
圖1是依照本發明實施例所繪示之一種光感測器的剖面示意圖。
圖2A是依照本發明實施例所繪示之一種多波段光感測器的部分上視圖。
圖2B繪示圖2A之多波段光感測器在切線I-I的部分剖面示意圖。
圖3-5繪示三種不同波段之光感測器所感測的量子效率(QE)頻譜。
圖1是依照本發明實施例所繪示之一種光感測器的剖面示意圖。
請參照圖1，提供基底100。基底100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。在基底100中形成隔離結構113，隔離結構113可減少雜訊干擾。隔離結構113例如是淺溝渠隔離結構。接著，在基底100上形成金氧半導體元件111，金氧半導體元件111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)。
接著，在基底100上形成介電層115、116以及金屬內連線118。介電層115、116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115、116的形成方法可以是化學氣相沈積法或是旋塗法。
金屬內連線118與金氧半導體元件111的源極區110電性連接。金屬內連線118包括接觸窗102、金屬層122、介層窗140。在圖1中，金屬內連線118的金屬層122與金氧半導體元件111之間僅繪示是出接觸窗102。然而，本發明並不以此為限。金屬層122可以是頂金屬層，也可以是金屬內連線中的任何一層金屬層，且金屬層122與接觸窗102之間還可包含多層金屬層以及多個介層窗。
金屬內連線118的形成方法可以在介電層115中形成接觸窗102。接著，在介電層115上形成金屬層122。在一實施例中，在形成金屬內連線118的金屬層122時，同時形成銲墊124。在另一實施例中，銲墊124的高度可與金屬層122的高度相異(未繪示)。之後，在基底100上形成介電層116。介電層116之材質例如是氧化矽、BPSG、PSG、USG、FSG、SOG或是介電常數低於4的低介電常數材料。介電層116的形成方法可以是化學氣相沈積法或是旋塗法。其後，在介電層116中形介層窗140、142。
之後，於介電層116上形成多個畫素(或稱光感測器)146。畫素146可以是紅光畫素、綠光畫素或藍光畫素。畫素146可以是由下而上分別包括下電極128、氫化非晶矽層130以及透明上電極132。下電極128分別與金屬內連線118的介層窗140電性連接。氫化非晶矽層130分別位於下電極128與透明上電極132之間，且氫化非晶矽層130分別覆蓋下電極128的表面，並延伸覆蓋下電極128的側壁。在一實施例中，氫化非晶矽層130為 堆疊結構。各堆疊結構例如是PIN結構。具體地說，各堆疊結構分別包括第一導電型之氫化非晶矽層、本徵氫化非晶矽層以及第二導電型之氫化非晶矽層。第一導電型之氫化非晶矽層為N型，N型摻質例如是磷或是砷。第二導電型之氫化非晶矽層為P型，P型摻質例如是硼。
本發明實施例還在畫素146的透明上電極132上覆蓋頂蓋層137，並且在相鄰的兩個畫素146之間的開口147側壁上形成間隙壁138。間隙壁138可以選擇性更延伸至開口147的底部。
在一實施例中，畫素146、頂蓋層137以及間隙壁138的形成步驟如下。於介電層116上形成下電極128，使下電極128與介層窗140電性連接。下電極128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128為金屬時，其厚度非常薄，例如是50埃至500埃，以使得光線可以穿透。
之後，於下電極128上形成氫化非晶矽層130、透明上電極132以及頂蓋層137。氫化非晶矽層130、透明上電極132以及頂蓋層137的形成方法例如是形成氫化非晶矽材料層、透明上電極材料層以及頂蓋材料層之後，再進行微影與蝕刻製程，以圖案化之。
在一實施例中，用來形成氫化非晶矽層130的氫化非晶矽材料層為堆疊結構。堆疊結構包括第一導電型之氫化非晶矽層、本徵氫化非晶矽層以及第二導電型之氫化非晶矽層。氫化非 晶矽層的沉積方法可以採用電漿增強型化學氣相沈積法，以B2 H6 /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。更具體地說，第二導電型之氫化非晶矽層為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；本徵氫化非晶矽層的厚度例如是500埃至5000埃；第一導電型之氫化非晶矽層為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。
用來形成透明上電極132的透明上電極材料層的材料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132的厚度例如是500至5000埃。用來形成頂蓋層137的頂蓋材料層可以是絕緣材料，例如是氧化矽或氮氧化矽，形成的方法例如是化學氣相沉積法，厚度例如是500至5000埃。
其後，在畫素146的側壁形成間隙壁138。間隙壁138可以是絕緣材料例如是氧化矽、氮氧化矽或氮化矽。間隙壁138的形成方法可以在形成間隙壁材料層之後，進行非等向性蝕刻製程，以在畫素146的側壁(或開口147的側壁)形成間隙壁138。在一實施例中，間隙壁138不僅位於畫素146的側壁，而且還延伸至開口147的底部，其形成方法可以在形成間隙壁材料層之後，利用微影與蝕刻的方式來形成之。
之後，形成金屬內連線148，以電性連接相鄰兩個畫素46之透明上電極132。更具體地說，金屬內連線148包括金屬層149與介層窗150。金屬層149位於開口147中的間隙壁138之間， 並延伸覆蓋頂蓋層137的一部分。介層窗150穿過頂蓋層137，電性連接金屬層149與所對應的相鄰的透明上電極132。金屬內連線148的形成方法可以在頂蓋層137中形成介層窗150，其後，再形成金屬層149。介層窗150的材料可以是金屬，例如是鎢、鋁或是銅。介層窗150的形成方法例如是先在頂蓋層137中形成介層窗開口。接著，再於介層窗開口中填入金屬。金屬層149包括金屬材料層，如Al、TiN、W。之後，再進行微影與蝕刻製程，以進行金屬材料層的圖案化製程。透過介層窗142以及介層窗150，畫素46的透明上電極132可以與銲墊124連接。
之後，於基底100上形成保護層136，以覆蓋畫素46以及金屬層149。保護層136之材質例如是聚亞醯胺(polyimide，PI)。之後，於保護層136上形成濾光片170。濾光片170例如是紅外線濾光片。紅外線濾光片可濾除紅外線波段的光線，允許紅外線波段以外之波長通過，例如是允許短於特定波長之波長通過，其中所述特定波長之範圍例如是760nm至1000nm。
其後續的製程包括切割基底、封裝等，於此不再贅述。
請參照圖1，在本發明實施例中，畫素146可以是由下而上包括下電極128、氫化非晶矽層130以及透明上電極132。下電極128透過金屬內連線118的介層窗140與金氧半導體元件111的源極區110電性連接。氫化非晶矽層130位於下電極128與透明上電極132之間。氫化非晶矽層130覆蓋下電極128的表面，並延伸覆蓋下電極128的側壁。在一實施例中，氫化非晶矽層130為堆疊結構。各堆疊結構分別由下而上包括第一導電型之氫化非晶矽層、本徵氫化非晶矽層以及第二導電型之氫化非晶矽層。第 二導電型之氫化非晶矽層為P型；第一導電型之氫化非晶矽層為N型。透明上電極132覆蓋於氫化非晶矽層130上。
再者，在本發明實施例中，畫素146的透明上電極132被頂蓋層137覆蓋，且畫素146的側壁被間隙壁138覆蓋。金屬內連線148位於相鄰的畫素146之間的開口147之中。金屬內連線148與畫素146的側壁藉由間隙壁138電性隔絕。但金屬內連線148的介層窗150穿過頂蓋層137，與透明上電極132電性連接。由於相鄰的畫素146的下電極128可以被間隙壁138隔開，而不會有漏電的問題，而且下電極128的面積可以製作得較大，使電場均勻，因而可以避免延遲現象的發生。
此外，金屬內連線149設置在相鄰的兩個畫素146之間並且填滿開口147，可以使得光線不易入射畫素146以外的區域，因此，可以避免串影。
圖2A是依照本發明實施例所繪示之一種多波段光感測器的部分上視圖。圖2B繪示圖2A之多波段光感測器的在切線I-I的部分剖面示意圖。
請參照圖2A與2B，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。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中形成多波段光感測結構26的第三波段光感測器14，例如是紅光感測結構。紅光感測結構例如是接面二極體，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，除了形成第三波段光感測器14之外，還在基底10上形成金氧半導體元件11，例如是NMOS、PMOS或是CMOS。介電層15之材質例如是氧化矽、BPSG、PSG、USG、FSG、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2A與2B，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包括金屬層22a、22b。在一實施例中，在形成金屬內連線18的金屬層22a、22b時，同時形成銲墊24a、24b。在另一實施例中，銲墊24a、24b的高度可與金屬層22a、22b的高度相異(未繪示)。
之後，請參照圖2A與2B，在基底10上形成介電層16a。介電層16a之材質例如是氧化矽、BPSG、PSG、USG、FSG、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2A與2B，於介電層16a上形成介電層16b以及多波段光感測結構26的第一波段光感測器46以及第二波段光感測器56。第一波段光感測器46與第二波段光感測器56位於第三波段光感測器14的上方。第二波段光感測器56位於第一波段光感測器46與第三波段光感測器14之間。在一實施例中， 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14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；第二波段光感測器56包括綠光感測器，可以感測的頻譜的波峰範圍，例如是波長490nm至550nm；第三波段光感測器66包括紅光感測器，可以感測的頻譜的波峰範圍，例如是波長600nm至700nm。
請參照圖2A與2B，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，完全覆蓋第二波段光感測器56與第三波段光感測器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，而沿著第一方向(例如是x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的金屬層22a。
請參照圖2A與2B，第二波段光感測器56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位於第一波段光感測器46與第三波段光感測器14之間且至少一部分的第二波段光感測器56與第一波段光感測器46以及第三波段光感測器14重疊。第二波段光感測器56的面積小於第一波段光感測器46的面積，且大於第三波段光感測器14面積，而將第三波段光感測器14完全覆蓋。第二波段光感測器56的一部分56a與下方的第三波段光感測器14重疊，第二波段光感測器56的另一部分56b未與第三波段光感測器14重疊，而沿著第一方向(例如是x方向) 延伸。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的金屬層22b。
請參照圖2B，第一波段光感測器46與第二波段光感測器56可以是由下而上分別包括下電極28a、28b氫化非晶矽層30a、30b以及透明上電極32a、32b。下電極28a、28b分別與金屬內連線18的介層窗40a、40b電性連接。氫化非晶矽層30a、30b分別位於下電極28a、28b與透明上電極32a、32b之間，氫化非晶矽層30a、30b分別覆蓋下電極28a、28b的表面，並延伸覆蓋下電極28a、28b的側壁。在一實施例中，氫化非晶矽層30a、30b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、本徵氫化非晶矽層以及第二導電型之氫化非晶矽層。透明上電極32a、32b分別覆蓋於氫化非晶矽層30a、30b上。
在本發明實施例中，在第一波段光感測器46的透明上電極32a上覆蓋頂蓋層37a。相鄰的兩個第一波段光感測器46之間的第一開口47側壁被第一間隙壁38a覆蓋。第一間隙壁38a可以選擇性更延伸至第一開口47的底部。
第一金屬內連線48位於第一開口47中，電性連接所對應之相鄰的兩個第一波段光感測器46。更具體地說，第一金屬內連線48包括金屬層49與介層窗50。金屬層49位於第一開口47中的第一間隙壁38a之間，並延伸至第一波段光感測器46的透明上電極32a上的頂蓋層37a的一部分。介層窗50穿過所述頂蓋層37a，電性連接金屬層49與所對應的相鄰的透明上電極32a。
同樣地，在第二波段光感測器56的透明上電極32b上覆蓋頂蓋層37b。相鄰的兩個第一波段光感測器56之間的第二開口 57側壁被第二間隙壁38b覆蓋。第二間隙壁38b可以選擇性更延伸至第二開口57的底部。
第二金屬內連線58位於第二開口57中，電性連接所對應之相鄰的兩個第二波段光感測器56。更具體地說，第二金屬內連線58包括金屬層59與介層窗60。金屬層59位於第二開口57中的第二間隙壁38b之間，並延伸至透明上電極32b上的頂蓋層37b的一部分。介層窗60穿過所述頂蓋層37b，電性連接金屬層59與所對應的相鄰的透明上電極32b。
請參照圖2B，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，使下電極28b與介層窗40b電性連接。下電極28b之材質包括金屬，例如是TiN、W、Cr或Al，形成的方法例如是以PVD或是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為金屬時，其厚度非常薄，例如是50埃至500埃，以使得綠光可以穿透。
之後，請參照圖2B，於下電極28b上形成氫化非晶矽層30b、透明上電極32b以及頂蓋層37b。氫化非晶矽層30b、透明上電極32b以及頂蓋層37b的形成方法例如是形成氫化非晶矽材料層、透明上電極材料層以及頂蓋材料層之後，再進行微影與蝕刻製程，以圖案化之。
在一實施例中，用來形成氫化非晶矽層30b的氫化非晶矽材料層為堆疊結構。各堆疊結構由下而上包括第一導電型之氫化非晶矽層、本徵氫化非晶矽層以及第二導電型之氫化非晶矽層。氫化非晶矽層30b的沉積方法可以採用電漿增強型化學氣相 沈積法，以B2 H6 /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的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為綠光感測器，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；本徵氫化非晶矽層的厚度例如是500埃至5000埃；第一導電型之氫化非晶矽層為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。
用來形成透明上電極32b的透明上電極材料層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的厚度例如是500至5000埃。用來形成頂蓋層37b的頂蓋材料層可以是絕緣材料，例如是氧化矽或氮氧化矽，形成的方法例如是化學氣相沉積法，厚度例如是500至5000埃。
其後，在第二波段光感測器56的側壁形成第二間隙壁38b。第二間隙壁38b可以是絕緣材料例如是氧化矽、氮氧化矽或氮化矽，其形成方法可以在形成第二間隙壁材料層之後，進行非等向性蝕刻製程，以在第二波段光感測器56的側壁形成第二間隙壁38b。若第二間隙壁38b不僅位於第二波段光感測器56的側壁，而且還延伸至第二開口57的底部，其形成方法可以在形成第二間隙壁材料層之後，利用微影與蝕刻的方式來形成之。
之後，在頂蓋層37b中形成介層窗60，其後，再形成金 屬層59。介層窗60的材料可以是金屬，例如是鎢、鋁或是銅。介層窗60的形成方法例如是先在頂蓋層37b中形成介層窗開口，在於介層窗開口中填入金屬。金屬層59包括金屬材料層，如Al、TiN、W。之後，再進行微影與蝕刻製程，以進行金屬材料層的圖案化製程。透過介層窗42b以及介層窗60，第二波段光感測器56的透明上電極32b可以與銲墊24b連接。
其後，請參照圖2B，在第二波段光感測器56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、BPSG、PSG、USG、FSG、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2B，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、透明上電極32a以及頂蓋層37a、第一間隙壁38a、第一金屬內連線48的介層窗50與金屬層49。透過介層窗42a以及介層窗50，第一波段光感測器46的透明上電極32a可以與銲墊24a連接。下電極28a、透明上電極32a、頂蓋層37a、第一間隙壁38a、介層窗50與金屬層49形成的方法如同下電極28b、透明上電極32b、頂蓋層37b、第二間隙壁38b、介層窗60與金屬層59之形成方法，於此不再贅述。氫化非晶矽層30a的沉積方法也與上述氫化非晶矽層30b相似，於此不再贅述。
其後，請參照圖2B，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。之後， 於保護層36上形成濾光片70。濾光片70覆蓋第一波段光感測器46。濾光片70例如是紅外線濾光片。紅外線濾光片可濾除紅外線波段的光線，允許紅外線波段以外之特定波長通過，例如是允許短於特定波長之波長通過，其中所述特定波長之範圍例如是760nm至1000nm。
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，即可形成多波段光感測器，其將多波段光感測器整合於同顆晶片的同一區域上，用以感測多波段之光源。
請參照圖2B，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的金屬層22a、22b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2A與2B，本發明實施例之多波段光感測器包括基底10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14。第三波段光感測器14位於多波段光感測結構26下方的基底10中，用以感測紅光。第一波段光感測器46與第二波段光感測器56位於第三波段光感測器14的上方，用以感測並過濾兩個波段的光線，例如是藍光與綠光。
更具體地說，第三波段光感測器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，用以感測紅光。第二波段光感測器56位於第一波段光感測器46與第三波段光感測器14之間。第一波段光感測器46與第二波段光感測器56可以是由下而上分別包括下電極28a、28b、氫化非晶矽層30a、30b與 透明上電極32a、32b。氫化非晶矽層30a、30b係位於下電極28a、28b上並且覆蓋下電極28a、28b的表面與側壁，透明上電極32a、32b係覆蓋於氫化非晶矽層30a、30b上。在一實施例中，氫化非晶矽層30a、30b為堆疊結構。堆疊結構包括：位於下電極28a、28b上的第一導電型之氫化非晶矽層、位於第一導電型之氫化非晶矽層上的本徵氫化非晶矽層、以及位於本徵氫化非晶矽層上的第二導電型之氫化非晶矽層，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透過介層窗40a、40b與介電層16中的金屬內連線18電性連接。
第一波段光感測器46與第二波段光感測器56的透明上電極32a、32b分別被頂蓋層37a、37b覆蓋。第一波段光感測器46與第二波段光感測器56的側壁分別被第一間隙壁38a與第二間隙壁38b覆蓋。第一金屬內連線48的介層窗50以及第二金屬內連線58的介層窗60分別穿過頂蓋層37a、37b，而與透明上電極32a、32b電性連接。
在一實施例中，當光線通過濾光片70時，紅外線波段的光線被濾除。當光線向下行進，第一波段的光線(例如是藍光)可以被第一波段光感測器46感測並過濾。當光線繼續行進，通過第二波段的光線(例如是綠光)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第三波段光感測器14時，第三波段的光線(例如是紅光)的光線則可以被第三波段光感測器14感測。換言之，在本發明中，基底10的單一區可以感測第一波段的光線(例如是藍光)、第二波段的光線(例如是綠光)以及第三波段的光線(例如紅光)。因此，可以節省晶片的面積。
再者，由於第一波段光感測器46/第二波段感測器56的側壁分別被第一間隙壁38a/第二間隙壁38b覆蓋，因此，相鄰的第一波段光感測器46/第二波段感測器56的下電極28a/28b可以被隔開，而不會有漏電的問題，而且下電極28a/28b的面積可以製作得較大，使電場均勻，因而可以避免發生延遲現象。此外，第一金屬內連線48/第二金屬內連線58設置在相鄰的兩個第一波段光感測器46/第二波段光感測器56之間的第一開口47/第二開口57之中，可以使得光線不易入射第一波段光感測器46/第二波段光感測器56以外的區域，因此，可以避免串影。
圖3-5繪示三種不同波段之光感測器所感測的量子效率(QE)頻譜。
第一波段光感測器46所感測的第一波段的光線(例如是藍光)的QE頻譜如圖3曲線210所示。第二波段光感測器56所感測的第二波段的光線(例如是綠光)的QE頻譜如圖4曲線220所示。第三波段光感測器14所感測的第三波段的光線(例如是紅光)的QE頻譜如圖5曲線230所示。
綜上所述，本發明畫素的側壁被間隙壁覆蓋，相鄰的畫素的下電極可以被隔開，而不會有漏電的問題，而且下電極的面積可以製作得較大，使電場均勻，因而可以避免發生延遲現象。再者，金屬內連線設置在相鄰的兩個畫素開口之中，可以使得光線不易入射畫素以外的區域，因此，可以避免串影。此外，本發明可整合多波段光感測器於同顆晶片，可以節省佈局的面積。多波段光感測器可以感測多波段光如藍光、綠光以及紅光。此外，本發明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。
100‧‧‧基底
102‧‧‧接觸窗
110‧‧‧源極區
111‧‧‧金氧半導體元件
113‧‧‧隔離結構
115、116‧‧‧介電層
118‧‧‧金屬內連線
122‧‧‧金屬層
124‧‧‧銲墊
128‧‧‧下電極
130‧‧‧氫化非晶矽層
132‧‧‧透明上電極
136‧‧‧保護層
137‧‧‧頂蓋層
138‧‧‧間隙壁
140‧‧‧介層窗
142‧‧‧介層窗
146‧‧‧畫素
147‧‧‧開口
148‧‧‧金屬內連線
149‧‧‧金屬層
150‧‧‧介層窗
170‧‧‧濾光片

Claims (20)

  1. 一種光感測器，包括：一基底；一介電層，位於所述基底上；多數個畫素，位於所述介電層中，其中相鄰的兩個所述畫素之間具有一開口；多數個間隙壁，位於所述畫素之間的所述開口的側壁，其中所述間隙壁與所述開口的垂直側壁表面以及所述開口的底部表面共形；以及多數個第一金屬內連線，填滿所述開口，覆蓋所述間隙壁，並分別電性連接所對應之所述畫素。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之光感測器，其中所述畫素分別包括：一下電極；一氫化非晶矽層，覆蓋所述下電極；以及一透明上電極，覆蓋於所述氫化非晶矽層上。
  3. 如申請專利範圍第2項所述之光感測器，其中所述第一金屬內連線分別與所對應之所述畫素的所述透明上電極電性連接。
  4. 如申請專利範圍第2項所述之光感測器，其中所述畫素的所述氫化非晶矽層覆蓋所述下電極的表面，並延伸覆蓋所述下電極的側壁。
  5. 如申請專利範圍第2項所述之光感測器，更包括多數個頂蓋層，分別覆蓋所對應之所述畫素的所述透明上電極。
  6. 如申請專利範圍第5項所述之光感測器，其中所述第一金 屬內連線分別包括：一金屬層，位於所述開口中的所述間隙壁之間，並延伸至所述畫素的所述頂蓋層的一部分；以及一介層窗，穿過所述頂蓋層，電性連接所述金屬層與所對應的所述透明上電極。
  7. 如申請專利範圍第1項所述之光感測器，其中所述間隙壁更延伸覆蓋所述開口的底部、位於所述第一金屬內連線下方。
  8. 如申請專利範圍第1項所述之光感測器，更包括一彩色濾光片，位於所述介電層上。
  9. 如申請專利範圍第1項所述之光感測器，更包括多數個第二金屬內連線，分別電性連接所對應之所述畫素的一下電極與所述基底上所對應的一電晶體的一源極區。
  10. 如申請專利範圍第1項所述之光感測器，其中所述畫素包括藍光畫素、綠光畫素或紅光畫素。
  11. 一種多波段光感測器，包括：一基底；一介電層，位於所述基底上；多數個第一波段光感測器，位於所述介電層上，其中相鄰的兩個第一波段光感測器之間具有第一開口；多數個第一間隙壁，位於所述第一開口的側壁，其中所述第一間隙壁與所述第一開口的垂直側壁表面以及所述第一開口的底部表面共形；多數個第一金屬內連線，填滿所述第一開口，並分別電性連接所對應之所述第一波段光感測器； 多數個第二波段光感測器，位於所述介電層中，相鄰的兩個第二波段光感測器之間具有第二開口，其中該第一波段光感測器與該第二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；多數個第二間隙壁，位於所述第二開口的側壁；多數個第二金屬內連線，填滿所述第二開口，並分別電性連接所對應之所述第二波段光感測器；多數個第三波段光感測器，位於所述基底中，其中至少一部分之所述第二波段光感測器介於所述第三波段光感測器以及所述第一波段光感測器之間且與其二者重疊，其中未與所述第二波段光感測器重疊之所述第一波段光感測器的一部分與一第一金屬層電性連接，且未與所述第三波段光感測器重疊之所述第二波段光感測器的另一部分與一第二金屬層電性連接；以及一保護層，位於所述第一波段光感測器上。
  12. 如申請專利範圍第11項所述之多波段光感測器，其中所述第一金屬內連線分別與所對應之所述第一波段光感測器的所述透明上電極電性連接；所述第二金屬內連線分別與所對應之所述第二波段光感測器的所述透明上電極電性連接。
  13. 如申請專利範圍第11項所述之多波段光感測器，其中所述第一波段光感測器與所述第二波段光感測器的所述氫化非晶矽層分別覆蓋所述下電極的表面，並延伸覆蓋所述下電極的側壁。
  14. 如申請專利範圍第11項所述之多波段光感測器，更包括多 數個頂蓋層，分別覆蓋所對應之所述第一波段光感測器與所述第二波段光感測器的所述透明上電極。
  15. 如申請專利範圍第14項所述之多波段光感測器，其中所述第一金屬內連線分別包括：一金屬層，位於所述第一開口中的所述第一間隙壁之間，並延伸至所述第一波段光感測器的所述頂蓋層的一部分；以及一介層窗，穿過所述頂蓋層，電性連接所述金屬層與所對應的所述透明上電極。
  16. 如申請專利範圍第14項所述之多波段光感測器，其中所述第二金屬內連線分別包括：一金屬層，位於所述第二開口中的所述第二間隙壁之間，並延伸至所述第二波段光感測器的所述頂蓋層的一部分；以及一介層窗，穿過所述頂蓋層，電性連接所述金屬層與所對應的所述透明上電極。
  17. 如申請專利範圍第11項所述之多波段光感測器，更包括：一部分之未與所對應之所述第二波段光感測器重疊之所述第一波段光感測器中的所述下電極藉由一第一介層窗與所述第一金屬層電性連接；以及一部分之未與所對應之所述第三波段光感測器重疊之所述第二波段光感測器中的所述下電極藉由一第二介層窗與所述第二金屬層電性連接。
  18. 如申請專利範圍第11項所述之多波段光感測器，其中所述第一波段光感測器為藍光感測器；所述第二波段光感測器為綠光感測器；所述第三波段光感測器為紅光感測器。
  19. 如申請專利範圍第11項所述之多波段光感測器，更包括一紅外線濾光片，位於所述保護層上，覆蓋所述第一波段光感測器上。
  20. 如申請專利範圍第11項所述之多波段光感測器，其中該第三波段光感測器係為一接面二極體，包含該基底以及形成於該基底中的一井區，其中該基底與該井區具有不同的導電型態。
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