TWI593093B - 半導體元件及其製造方法 - Google Patents

半導體元件及其製造方法 Download PDF

Info

Publication number
TWI593093B
TWI593093B TW104143063A TW104143063A TWI593093B TW I593093 B TWI593093 B TW I593093B TW 104143063 A TW104143063 A TW 104143063A TW 104143063 A TW104143063 A TW 104143063A TW I593093 B TWI593093 B TW I593093B
Authority
TW
Taiwan
Prior art keywords
material layer
layer
refractive index
trench
semiconductor device
Prior art date
Application number
TW104143063A
Other languages
English (en)
Other versions
TW201724482A (zh
Inventor
李世平
陳昱安
黃綉雯
張娟華
Original Assignee
力晶科技股份有限公司
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 力晶科技股份有限公司 filed Critical 力晶科技股份有限公司
Priority to TW104143063A priority Critical patent/TWI593093B/zh
Priority to CN201610008248.1A priority patent/CN106910754B/zh
Publication of TW201724482A publication Critical patent/TW201724482A/zh
Application granted granted Critical
Publication of TWI593093B publication Critical patent/TWI593093B/zh

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/14—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
    • H01L27/144—Devices controlled by radiation
    • H01L27/146—Imager structures
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/14—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
    • H01L27/144—Devices controlled by radiation
    • H01L27/146—Imager structures
    • H01L27/14601—Structural or functional details thereof
    • H01L27/14625—Optical elements or arrangements associated with the device
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/14—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
    • H01L27/144—Devices controlled by radiation
    • H01L27/146—Imager structures
    • H01L27/14643—Photodiode arrays; MOS imagers
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/14—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
    • H01L27/144—Devices controlled by radiation
    • H01L27/146—Imager structures
    • H01L27/14683—Processes or apparatus peculiar to the manufacture or treatment of these devices or parts thereof

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Solid State Image Pick-Up Elements (AREA)

Description

半導體元件及其製造方法
本發明是有關於一種積體電路及其製造方法，且特別是有關於一種具有漸變折射率之光導管結構的半導體元件及其製造方法。
影像感測器（image sensor）是一種將光學影像轉換成電子訊號的設備，它被廣泛地應用在數位相機和其他電子光學設備中。早期的影像傳感器採用類比訊號，如攝像管（video camera tube）。如今，影像感測器主要分為電荷耦合（charge-coupled device，CCD）型和互補式金屬氧化半導體（CMOS）型兩種。
CMOS型影像感測器是應用CMOS製造技術，使光學影像轉換為電信號的元件。相較於CCD型影像感測器，CMOS感測器可將信號處理電路製作成單一晶片，其不僅可使產品體積縮小，且亦可相容於CMOS技術。因此，CMOS感測器具有節省製造成本以及降低電力損耗的優點。
一般而言，會在感光元件上形成光導管結構，以增加CMOS型影像感測器的光敏感性。然而，光線行經光導管結構時，容易因為入射角度過大，而使得光線散射（light scattering）至光導管結構以外的區域。此情形會造成干擾（cross-talk）現象，使得CMOS型影像感測器所接收到的雜訊增加，進而降低影像解析度。
本發明提供一種具有漸變折射率之光導管結構的半導體元件及其製造方法，其可避免干擾現象，以減少雜訊並提升影像解析度。
本發明提供一種半導體元件，包括：基底、感測器、介電層以及光導管結構。感測器位於基底中。介電層位於基底上。光導管結構填入介電層中的溝渠中。光導管結構對應於感測器。光導管結構具有漸變折射率。漸變折射率從光導管結構的中心往外圍區域漸減。
在本發明的一實施例中，所述光導管結構包括至少兩層材料層。所述至少兩層材料層包括第一材料層以及第二材料層。第一材料層至少位於所述溝渠的側壁上。第二材料層位於所述第一材料層之間。所述第二材料層的折射率大於所述第一材料層的折射率。
在本發明的一實施例中，所述第一材料層延伸覆蓋至所述溝渠的底面，使得所述第一材料層形成連續結構。
在本發明的一實施例中，所述第一材料層沿著溝渠的側壁與底面以形成杯狀結構。所述杯狀結構之杯底具有曲率。所述曲率自光導管結構的頂面向底面突出。
在本發明的一實施例中，所述半導體元件，更包括第三材料層以及第四材料層。第三材料層位於第一材料層的側壁。第四材料層位於第三材料層的側壁且覆蓋第一材料層的部分表面，使得第四材料層圍繞第二材料層。
在本發明的一實施例中，所述第四材料層的折射率大於所述第三材料層的折射率。
在本發明的一實施例中，所述漸變折射率具有平滑曲線。
在本發明的一實施例中，所述半導體元件更包括鈍化層，其至少位於光導管結構與介電層之間。
在本發明的一實施例中，所述鈍化層更延伸至光導管結構與基底之間、介電層與基底之間以及介電層的頂面。
在本發明的一實施例中，所述鈍化層的折射率大於或等於所述光導管結構的漸變折射率。
本發明提供一種半導體元件的製造方法，其步驟如下。形成感測器於基底中。形成介電層於所述基底上。形成光導管結構於所述介電層中。所述光導管結構對應於所述感測器。所述光導管結構具有漸變折射率。所述漸變折射率從所述光導管結構的中心往外圍區域漸減。
在本發明的一實施例中，所述光導管結構的形成步驟如下。形成溝渠於所述介電層中。共形形成（Conformal forming）第一材料層於所述溝渠與所述介電層上。移除部分所述第一材料層，以暴露所述溝渠的底面與所述介電層的頂面。形成第二材料層於所述溝渠中，使得所述第二材料層位於所述第一材料層之間。所述第二材料層的折射率大於所述第一材料層的折射率。
在本發明的一實施例中，所述所述光導管結構的形成步驟如下。形成溝渠於所述介電層中。共形形成第一材料層於所述溝渠與所述介電層上。形成第二材料層於所述第一材料層上。移除部分所述第一材料層與所述第二材料層，以暴露所述介電層的頂面。所述第二材料層的折射率大於所述第一材料層的折射率。
在本發明的一實施例中，所述第一材料層延伸覆蓋至所述溝渠的底面，使得所述第一材料層形成連續結構。
在本發明的一實施例中，所述第一材料層沿著所述溝渠的側壁與底面以形成杯狀結構。所述杯狀結構之杯底具有曲率。所述曲率自所述光導管結構的頂面向底面突出。
在本發明的一實施例中，所述所述光導管結構的形成步驟如下。形成溝渠於所述介電層中。共形形成第一材料層於所述溝渠與所述介電層上。共形形成第三材料層於所述第一材料層上。移除部分所述第三材料層，以暴露所述第一材料層的表面，使得第三材料層覆蓋所述第一材料層的側壁。共形形成第四材料層於所述溝渠與所述介電層上。形成第二材料層於所述第四材料層上。移除部分所述第一材料層、所述第四材料層與所述第二材料層，以暴露所述介電層的頂面。
在本發明的一實施例中，所述第二材料層的折射率大於所述第四材料層的折射率；所述第四材料層的折射率大於所述第三材料層的折射率；所述第三材料層的折射率大於所述第一材料層的折射率。
在本發明的一實施例中，在形成所述第一材料層之前，更包括形成鈍化層。所述鈍化層至少位於所述光導管結構與所述介電層之間。
在本發明的一實施例中，所述鈍化層更延伸至光導管結構與基底之間、介電層與基底之間以及介電層的頂面。
在本發明的一實施例中，所述鈍化層的折射率大於或等於所述光導管結構的所述漸變折射率。
基於上述，本發明藉由具有漸變折射率的光導管結構，其使得光線隨著從光導管結構的中心往外圍區域漸減的漸變折射率改變其入射角度，使得光線從光導管結構的外圍區域往中心靠近，藉此降低光程差或色散的現象。另外，由於光線從較高折射率的鈍化層抵達到較低折射率的介電層時，其容易產生全反射現象，使得光線反射回光導管結構中。因此，本發明之半導體元件不易產生散射，進而降低干擾現象並減少雜訊，以提升影像解析度。
此外，本發明之材料層亦可沿著溝渠的側壁與底面以形成杯狀結構。所述具有曲率的杯狀結構可將從基底上方進入的光線聚焦至感測器，以進一步減少散射，並降低干擾現象。
為讓本發明的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。
參照本實施例之圖式以更全面地闡述本發明。然而，本發明亦可以各種不同的形式體現，而不應限於本文中所述之實施例。圖式中的層與區域的厚度會為了清楚起見而放大。相同或相似之參考號碼表示相同或相似之元件，以下段落將不再一一贅述。
圖1是依照本發明之第一實施例的一種半導體元件的剖面示意圖。圖2A是圖1之部分放大剖面示意圖。圖2B是圖2A之折射率分布圖。
請參照圖1，本發明之第一實施例的半導體元件10包括基底100、感測器102、介電層104以及光導管結構108。在一實施例中，半導體元件10還包括鈍化層101，但本發明不以此為限。在其他實施例中，半導體元件10可不包括鈍化層101。
基底100例如為半導體基底、半導體化合物基底或是絕緣層上有半導體基底（Semiconductor Over Insulator，SOI）。半導體例如是IVA族的原子，例如矽或鍺。半導體化合物例如是IVA族的原子所形成之半導體化合物，例如是碳化矽或是矽化鍺，或是IIIA族原子與VA族原子所形成之半導體化合物，例如是砷化鎵。
感測器102位於基底100中。在一實施例中，感測器102可例如是感光二極體（photodiode）、電晶體（MOSFET）或其組合。
介電層104位於基底100上。介電層104的材料可例如是氧化矽、硼磷矽玻璃（BPSG）、低介電常數材料（low-k material）或其組合，其形成方法可例如是化學氣相沈積法或旋轉塗佈法。
鈍化層101可至少覆蓋介電層104中的溝渠106的側壁。另一方面來看，鈍化層101可至少位於光導管結構108與介電層104之間。在一實施例中，鈍化層101還可延伸至光導管結構108與基底100（或感測器102）之間、介電層104與基底100之間以及介電層104的頂面。在一實施例中，鈍化層101的材料可例如是氮化矽、氮氧化矽或其組合。
請參照圖1、圖2A以及圖2B，光導管結構108填入介電層104中的溝渠106中。光導管結構108的位置對應於感測器102的位置。在一實施例中，光導管結構108的材料可例如是SiN、SiON、SiO 2、TiO 2、有機矽氧化物、聚合物（Polymer）或其組合。
值得注意的是，從圖1之光導管結構108的部分110放大示意圖（即圖2A）中可觀察到，光導管結構108具有漸變折射率。漸變折射率從光導管結構108的中心往外圍區域漸減。詳細地說，如圖2A與圖2B所示，從光導管結構108的中心（橫軸標示為0）往外圍區域方向（橫軸標示為+D/-D）延伸，光導管結構108的漸變折射率呈平滑曲線並遞減。當光線從基底100上方經由光導管結構108射入感測器102時，光線在具有漸變折射率的光導管結構108中的行進路徑（如圖2A的虛線）會變得趨近平滑。換言之，光線會隨著從光導管結構108的中心往外圍區域漸減的漸變折射率改變其入射角度，使得光線從光導管結構108的外圍區域往中心靠近，藉此降低光程差或色散（dispersion）的現象。在一實施例中，鈍化層101的折射率大於或等於光導管結構108的漸變折射率，而光導管結構108的漸變折射率又大於介電層104的折射率。由於光線從較高折射率的鈍化層101抵達到較低折射率的介電層104時，其容易產生全反射現象，使得光線反射回光導管結構108中。因此，本實施例之半導體元件10不易產生散射，進而降低干擾現象。
上述光導管結構108可例如是一層結構、兩層結構或多層結構。以下將詳細說明不同實施例之光導管結構及其製造方法。
圖3是依照本發明之第二實施例的一種半導體元件的製造流程圖。圖4A至4E是依照本發明之第二實施例的一種半導體元件之製造流程的剖面示意圖。
請參照圖3與圖4A，首先，進行步驟S100，形成感測器102於基底100中。接著，進行步驟S102，形成介電層104於基底100上。基底100、感測器102以及介電層104的材料與形成方法已於上述段落說明過，於此便不再贅述。
進行步驟S104，形成溝渠106於介電層104中。溝渠106的形成方法可例如是利用微影與蝕刻製程，移除部分介電層104，以暴露出基底100的表面（亦即感測器102的表面）。在一實施例中，移除部分介電層104的方法可例如是乾式蝕刻法。乾式蝕刻法可例如是反應性離子蝕刻法（RIE）。
在一實施例中，在形成介電層104之前，可先形成第一鈍化材料層（未繪示）於介電層104與基底100之間。接著，在形成溝渠106之後，亦可形成第二鈍化材料層覆蓋溝渠106與介電層104的表面。因此，如圖4A所示，鈍化層101可位於光導管結構108與介電層104之間，還可延伸至光導管結構108與基底100（或感測器102）之間、介電層104與基底100之間以及介電層104的頂面。但本發明不以此為限，在其他實施例中，亦可不形成鈍化層101。
之後，請參照圖3與圖4B，進行步驟S106，共形形成第一材料層210於溝渠106與介電層104上。在一實施例中，第一材料層210的材料可例如是SiN、SiON、SiO 2、TiO 2、有機矽氧化物、聚合物或其組合。第一材料層210的形成方法可例如是電漿加強式化學氣相沈積法（PECVD）、化學氣相沈積法（CVD）、旋塗法（spin-on）、擴散法（diffusion）、原子層沈積法（ALD）或其組合。
接著，請參照圖3與圖4C，進行步驟S108，移除部分第一材料層210，以暴露溝渠106的底面（或鈍化層101的表面）與介電層104的頂面。因此，第一材料層210a僅覆蓋溝渠106的側壁。在一實施例中，移除部分第一材料層210的方法可例如是乾式蝕刻法。乾式蝕刻法可例如是反應性離子蝕刻法。
然後，請參照圖3與圖4D，進行步驟S110，共形形成第三材料層212於溝渠106與介電層104上。第三材料層212覆蓋第一材料層210a的側壁、鈍化層101的表面與介電層104的頂面。在一實施例中，第三材料層212的材料可例如是SiN、SiON、SiO 2、TiO 2、有機矽氧化物、聚合物或其組合。第三材料層212的形成方法可例如是電漿加強式化學氣相沈積法、化學氣相沈積法、旋塗法、擴散法、原子層沈積法或其組合。
之後，請參照圖3與圖4E，重複上述步驟，以於溝渠106中形成多層結構（由光導管結構208的中心往外圍區域數來為4層結構）的光導管結構208。詳細地說，進行步驟S112，移除部分第三材料層212，以暴露溝渠106的底面與介電層104的頂面。進行步驟S114，共形形成第四材料層214於溝渠106與介電層104上。進行步驟S116，移除部分第四材料層214，以暴露溝渠106的底面與介電層104的頂面。進行步驟S118，形成第二材料層216於溝渠106中，使得第二材料層216位於第一材料層210a（或第四材料層214）之間。
在一實施例中，第三材料層212a、第四材料層214以及第二材料層216的材料與形成方法與第一材料層210a的材料與形成方法相似，於此便不再贅述。
值得注意的是，光導管結構208具有漸變折射率。漸變折射率從光導管結構208的中心往外圍區域漸減。也就是說，第二材料層216的折射率大於第四材料層214的折射率；第四材料層214的折射率大於第三材料層212a的折射率；第三材料層212a的折射率大於第一材料層210a的折射率。因此，在第二實施例之半導體元件20中，光線會隨著從光導管結構208的中心往外圍區域漸減的漸變折射率改變其入射角度，使得光線從光導管結構208的外圍區域往中心靠近，藉此降低光程差或色散的現象。
此外，在一實施例中，鈍化層101的折射率大於或等於第一材料層210a、第三材料層212a、第四材料層214以及第二材料層216其中之一者的折射率，而光導管結構208的漸變折射率又大於介電層104的折射率。因此，本實施例之半導體元件20不易產生散射，進而降低干擾現象。
圖5是依照本發明之第三實施例的一種半導體元件的製造流程圖。圖6是依照本發明之第三實施例的一種半導體元件的剖面示意圖。
請參照圖6，基本上，本發明之第三實施例的半導體元件30與第二實施例之半導體元件20相似，上述兩者差異之處在於：半導體元件30的光導管結構308中的第一材料層310延伸覆蓋至溝渠106的底面。第三材料層312共形覆蓋第一材料層310的表面；第四材料層314共形覆蓋第三材料層312的表面。第二材料層316位於第一材料層310（或第四材料層314）之間。因此，第一材料層310、第三材料層312以及第四材料層314分別形成連續結構。以第一材料層310為例，其沿著溝渠106的側壁與底面以形成杯狀結構（亦或圓柱狀結構）。所述杯狀結構之杯底具有曲率。所述曲率自光導管結構308的頂面向底面突出。當光線從基底100上方經由光導管結構308射入感測器102時，所述曲率可將光線更聚焦至感測器102，以進一步減少散射，並降低干擾現象。相似地，第三材料層312、第四材料層314以及第二材料層316亦可形成杯狀結構，並分別具有曲率，以聚焦光線。
在一實施例中，第二材料層316的折射率大於第四材料層314的折射率；第四材料層314的折射率大於第三材料層312的折射率；第三材料層312的折射率大於第一材料層310的折射率。因此，在第三實施例之半導體元件30中，光線會隨著從光導管結構308的中心往外圍區域漸減的漸變折射率改變其入射角度，使得光線從光導管結構308的外圍區域往中心靠近，藉此降低光程差或色散的現象。
此外，在一實施例中，鈍化層101的折射率大於或等於第一材料層310、第三材料層312、第四材料層314以及第二材料層316其中之一者的折射率，而光導管結構308的漸變折射率又大於介電層104的折射率。因此，本實施例之半導體元件30不易產生散射，進而降低干擾現象。
以下針對第三實施例的半導體元件30的製造方法來說明之。
請同時參照圖5與圖6，基本上，第三實施例的半導體元件30的形成步驟S200、S202、S204、S206分別與第二實施例之半導體元件20的形成步驟S100、S102、S104、S106相似。步驟S100、S102、S104、S106已說明於上述段落，於此便不再贅述。
請同時參照圖5與圖6，在共形形成第一材料層310於溝渠106與介電層104上之後，進行步驟S208，共形形成第三材料層312於第一材料層310上。接著，進行步驟S210、S212，共形形成第四材料層314於第三材料層312上；形成第二材料層316於第四材料314上。在一實施例中，第一材料層310、第三材料層312、第四材料層314以及第二材料層316的材料與形成方法與上述第一材料層210、第三材料層212、第四材料層214以及第二材料層216相似，於此便不再贅述。
之後，進行步驟S214，移除部分第一材料層310、第三材料層312、第四材料層314以及第二材料層316，以暴露介電層104的頂面。
圖7是依照本發明之第四實施例的一種半導體元件的製造流程圖。圖8是依照本發明之第四實施例的一種半導體元件的剖面示意圖。
請參照圖8，基本上，本發明之第四實施例的半導體元件40與第三實施例的半導體元件30相似，上述兩者差異之處在於：第三材料層412僅覆蓋第一材料層410的側壁，而未延伸覆蓋至溝渠106的底面上的第一材料層410的表面。因此，後續形成的第四材料層414不僅位於第三材料層412的側壁上，還覆蓋第一材料層410的部分表面。
在一實施例中，第二材料層416的折射率大於第四材料層414的折射率；第四材料層414的折射率大於第三材料層412的折射率；第三材料層412的折射率大於第一材料層410的折射率。因此，在第四實施例之半導體元件40中，光線會隨著從光導管結構408的中心往外圍區域漸減的漸變折射率改變其入射角度，使得光線從光導管結構408的外圍區域往中心靠近，藉此降低光程差或色散的現象。
此外，在一實施例中，鈍化層101的折射率大於或等於第一材料層410、第三材料層412、第四材料層414以及第二材料層416其中之一者的折射率，而光導管結構408的漸變折射率又大於介電層104的折射率。因此，本實施例之半導體元件40不易產生散射，進而降低干擾現象。
以下針對第四實施例的半導體元件40的製造方法來說明之。
請同時參照圖7與圖8，基本上，第四實施例的半導體元件40的形成步驟S300、S302、S304、S306、S308分別與第三實施例之半導體元件30的形成步驟S200、S202、S204、S206、S208相似。步驟S200、S202、S204、S206、S208已說明於上述段落，於此便不再贅述。
請同時參照圖7與圖8，共形形成第三材料層412於第一材料層410上之後，進行步驟S310，移除部分第三材料層412，以暴露第一材料層410的表面，其使得第三材料層412僅覆蓋第一材料層410的側壁。
接著，進行步驟S312、S314，共形形成第四材料層414於溝渠106與介電層104上，之後，形成第二材料層416於第四材料414上。在一實施例中，第一材料層410、第三材料層412、第四材料層414以及第二材料層416的材料與形成方法與上述第一材料層310、第三材料層312、第四材料層314以及第二材料層316相似，於此便不再贅述。
之後，進行步驟S316，移除部分第一材料層410、第四材料層414以及第二材料層416，以暴露介電層104的頂面。
值得一提的是，由上述圖3、圖4E以及圖5~8中可知，本發明可藉由不同材料層的配置與製造方法，以形成不同的光導管結構。雖然在本文中僅繪示圖4E、圖6以及圖8的三種不同材料層所配置的光導管結構，但本發明不以此為限。在其他實施例中，材料層可例如是多層結構，其可經由連續結構或非連續結構的組合，以形成不同的光導管結構。
綜上所述，本發明藉由具有漸變折射率的光導管結構，其使得光線隨著從光導管結構的中心往外圍區域漸減的漸變折射率改變其入射角度，使得光線從光導管結構的外圍區域往中心靠近，藉此降低光程差或色散的現象。另外，由於光線從較高折射率的鈍化層抵達到較低折射率的介電層時，其容易產生全反射現象，使得光線反射回光導管結構中。因此，本發明之半導體元件不易產生散射，進而降低干擾現象並減少雜訊，以提升影像解析度。
此外，本發明之材料層亦可沿著溝渠的側壁與底面以形成杯狀結構。所述具有曲率的杯狀結構可將從基底上方進入的光線聚焦至感測器，以進一步減少散射，並降低干擾現象。
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，在不脫離本發明的精神和範圍內，當可作些許的更動與潤飾，故本發明的保護範圍當視後附的申請專利範圍所界定者為準。
10、20、30、40：半導體元件 100：基底 101：鈍化層 102：感測器 104：介電層 106：溝渠 108、208、308、408：光導管結構 110：部分 210、210a、310、410：第一材料層 212、212a、312、412：第三材料層 214、314、414：第四材料層 216、316、416：第二材料層 D：距離 S100、S102、S104、S106、S108、S110、S112、S114、S116、S118、S200、S202、S204、S206、S208、S210、S212、S214、S300、S302、S304、S306、S308、S310、S312、S314、S316：步驟
圖1是依照本發明之第一實施例的一種半導體元件的剖面示意圖。 圖2A是圖1之部分放大剖面示意圖。 圖2B是圖2A之折射率分布圖。 圖3是依照本發明之第二實施例的一種半導體元件的製造流程圖。 圖4A至4E是依照本發明之第二實施例的一種半導體元件之製造流程的剖面示意圖。 圖5是依照本發明之第三實施例的一種半導體元件的製造流程圖。 圖6是依照本發明之第三實施例的一種半導體元件的剖面示意圖。 圖7是依照本發明之第四實施例的一種半導體元件的製造流程圖。 圖8是依照本發明之第四實施例的一種半導體元件的剖面示意圖。
10：半導體元件 100：基底 101：鈍化層 102：感測器 104：介電層 106：溝渠 108：光導管結構 110：部分

Claims (16)

  1. 一種半導體元件，包括：感測器，位於基底中；介電層，位於所述基底上；光導管結構，填入所述介電層中的溝渠中，所述光導管結構對應於所述感測器，其中所述光導管結構具有漸變折射率，所述漸變折射率從所述光導管結構的中心往外圍區域漸減；以及鈍化層，至少位於所述光導管結構與所述介電層之間，其中所述鈍化層的折射率大於或等於所述光導管結構的所述漸變折射率。
  2. 如申請專利範圍第1項所述的半導體元件，其中所述光導管結構包括至少兩層材料層，所述至少兩層材料層包括：第一材料層，至少位於所述溝渠的側壁上；以及第二材料層，位於所述第一材料層之間，其中所述第二材料層的折射率大於所述第一材料層的折射率。
  3. 如申請專利範圍第2項所述的半導體元件，其中所述第一材料層延伸覆蓋至所述溝渠的底面，使得所述第一材料層形成連續結構。
  4. 如申請專利範圍第2或3項所述的半導體元件，其中所述第一材料層沿著所述溝渠的所述側壁與所述底面以形成杯狀結構，所述杯狀結構之杯底具有曲率，所述曲率自所述光導管結構的頂面向底面突出。
  5. 如申請專利範圍第4項所述的半導體元件，更包括：第三材料層，位於所述第一材料層的側壁；以及第四材料層，位於所述第三材料層的側壁且覆蓋所述第一材料層的部分表面，使得所述第四材料層圍繞所述第二材料層。
  6. 如申請專利範圍第5項所述的半導體元件，其中所述第四材料層的折射率大於所述第三材料層的折射率。
  7. 如申請專利範圍第1項所述的半導體元件，其中所述漸變折射率具有平滑曲線。
  8. 如申請專利範圍第1項所述的半導體元件，其中所述鈍化層更延伸至所述光導管結構與所述基底之間、所述介電層與所述基底之間以及所述介電層的頂面。
  9. 一種半導體元件的製造方法，包括：形成感測器於基底中；形成介電層於所述基底上；形成光導管結構於所述介電層中，所述光導管結構對應於所述感測器，其中所述光導管結構具有漸變折射率，所述漸變折射率從所述光導管結構的中心往外圍區域漸減；以及形成鈍化層，所述鈍化層至少位於所述光導管結構與所述介電層之間，其中所述鈍化層的折射率大於或等於所述光導管結構的所述漸變折射率。
  10. 如申請專利範圍第9項所述的半導體元件的製造方法，其中所述光導管結構的形成步驟包括： 形成溝渠於所述介電層中；共形形成第一材料層於所述溝渠與所述介電層上；移除部分所述第一材料層，以暴露所述溝渠的底面與所述介電層的頂面；以及形成第二材料層於所述溝渠中，使得所述第二材料層位於所述第一材料層之間，其中所述第二材料層的折射率大於所述第一材料層的折射率。
  11. 如申請專利範圍第9項所述的半導體元件的製造方法，其中所述光導管結構的形成步驟包括：形成溝渠於所述介電層中；共形形成第一材料層於所述溝渠與所述介電層上；形成第二材料層於所述第一材料層上；移除部分所述第一材料層與所述第二材料層，以暴露所述介電層的頂面，其中所述第二材料層的折射率大於所述第一材料層的折射率。
  12. 如申請專利範圍第11項所述的半導體元件的製造方法，其中所述第一材料層延伸覆蓋至所述溝渠的底面，使得所述第一材料層形成連續結構。
  13. 如申請專利範圍第11項所述的半導體元件的製造方法，其中所述第一材料層沿著所述溝渠的側壁與底面以形成杯狀結構，所述杯狀結構之杯底具有曲率，所述曲率自所述光導管結構的頂面向底面突出。
  14. 如申請專利範圍第9項所述的半導體元件的製造方法，其中所述光導管結構的形成步驟包括：形成溝渠於所述介電層中；共形形成第一材料層於所述溝渠與所述介電層上；共形形成第三材料層於所述第一材料層上；移除部分所述第三材料層，以暴露所述第一材料層的表面，使得第三材料層覆蓋所述第一材料層的側壁；共形形成第四材料層於所述溝渠與所述介電層上；形成第二材料層於所述第四材料層上；移除部分所述第一材料層、所述第四材料層與所述第二材料層，以暴露所述介電層的所述頂面。
  15. 如申請專利範圍第14項所述的半導體元件的製造方法，其中所述第二材料層的折射率大於所述第四材料層的折射率，所述第四材料層的折射率大於所述第三材料層的折射率，所述第三材料層的折射率大於所述第一材料層的折射率。
  16. 如申請專利範圍第9項所述的半導體元件的製造方法，其中所述鈍化層更延伸至所述光導管結構與所述基底之間、所述介電層與所述基底之間以及所述介電層的頂面。
TW104143063A 2015-12-22 2015-12-22 半導體元件及其製造方法 TWI593093B (zh)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
TW104143063A TWI593093B (zh) 2015-12-22 2015-12-22 半導體元件及其製造方法
CN201610008248.1A CN106910754B (zh) 2015-12-22 2016-01-06 半导体元件及其制造方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
TW104143063A TWI593093B (zh) 2015-12-22 2015-12-22 半導體元件及其製造方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
TW201724482A TW201724482A (zh) 2017-07-01
TWI593093B true TWI593093B (zh) 2017-07-21

Family

ID=59206392

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
TW104143063A TWI593093B (zh) 2015-12-22 2015-12-22 半導體元件及其製造方法

Country Status (2)

Country Link
CN (1) CN106910754B (zh)
TW (1) TWI593093B (zh)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109494244B (zh) * 2018-12-13 2020-10-13 武汉华星光电半导体显示技术有限公司 带有光场相机的有机发光二极管显示面板

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN100495715C (zh) * 2006-08-25 2009-06-03 联华电子股份有限公司 图像感测装置及其制作方法
JP2008166677A (ja) * 2006-12-08 2008-07-17 Sony Corp 固体撮像装置とその製造方法並びにカメラ
JP2010283145A (ja) * 2009-06-04 2010-12-16 Sony Corp 固体撮像素子及びその製造方法、電子機器
JP6121263B2 (ja) * 2013-06-26 2017-04-26 ルネサスエレクトロニクス株式会社 半導体集積回路装置

Also Published As

Publication number Publication date
CN106910754B (zh) 2020-01-03
CN106910754A (zh) 2017-06-30
TW201724482A (zh) 2017-07-01

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US8237237B2 (en) Solid-state imaging device, method for manufacturing solid-state imaging device, and electronic apparatus
US7524690B2 (en) Image sensor with a waveguide tube and a related fabrication method
TWI682554B (zh) 半導體影像感測裝置及其形成方法
JP6105538B2 (ja) ソリッドステート撮像装置とその製造方法
US8110787B1 (en) Image sensor with a reflective waveguide
US8981275B2 (en) Solid-state image pickup device with an optical waveguide, method for manufacturing solid-state image pickup device, and camera
US8866251B2 (en) Solid-state imaging element having optical waveguide with insulating layer
JP6815448B2 (ja) 固体撮像装置
JP5637693B2 (ja) 光電変換装置、及び撮像システム
JP2004221532A (ja) 固体撮像素子およびその製造方法
TW200810100A (en) Image sensor and the method for manufacturing the same
US20150295002A1 (en) Pixel structure of cmos image sensor and manufacturing method thereof
CN106531753A (zh) 图像拾取装置和图像拾取装置的制造方法
CN102779826A (zh) 背照式cmos影像传感器
TWI749651B (zh) 影像感測器、積體晶片、形成影像感測器的方法
JP3959734B2 (ja) 固体撮像素子およびその製造方法
CN102881700A (zh) 一种cmos图像传感器及其制造方法
JP6425427B2 (ja) 光電変換装置およびその製造方法、撮像システム
TWI593093B (zh) 半導體元件及其製造方法
CN103022068B (zh) 一种cmos图像传感器及其制造方法
JP2014154834A (ja) 固体撮像素子
WO2014101097A1 (zh) Cmos影像传感器像元结构及其制造方法
US20090108390A1 (en) Image Sensor and Method for Manufacturing Thereof
US20170176671A1 (en) Light pipe structure of image sensing device and fabricating method thereof
JP7194918B2 (ja) 固体撮像素子