TWI747277B - 感測器裝置及其製造方法 - Google Patents

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Abstract

本發明實施例提供一種感測器裝置。感測器裝置包括至少一感測器單元。感測器單元包括至少一感測器元件、中間層、鈍化層、微透鏡結構、開口與第一反射層。中間層設置於感測器元件上。鈍化層設置於中間層上。微透鏡結構設置於鈍化層上。開口設置於微透鏡結構中。第一反射層設置於微透鏡結構上。此外，第一反射層從開口延伸至鈍化層。

Description

感測器裝置及其製造方法
本發明實施例是關於一種感測器裝置及其製造方法，特別是關於可改善生物感測之集光效率的一種光學感測器裝置。
互補式金屬氧化物半導體（CMOS）影像感測器廣泛用於電子裝置中，包括數位相機、醫學成像設備、分光計（spectrometer）或雷達裝置等。互補式金屬氧化物半導體影像感測器通常包括積體電路與光電二極體（photodiode），因此可捕獲光線並將其轉換成電訊號。
近來，互補式金屬氧化物半導體影像感測器也用於生物或化學分析。在這些分析中，生物或生化樣品可置於光電二極體上，並利用光學結構引導生物或生化樣品所散發的光線收集至光電二極體中。利用光電二極體偵測樣品的螢光（fluorescence）或化學冷光（chemiluminescence），而判斷螢光與化學冷光的光譜分布與強度。光譜與強度可用以識別生物或生化樣品的交互作用或特性。
雖然現有的互補式金屬氧化物半導體影像感測器普遍符合它們的需求，但並不是在所有方面皆令人滿意。例如，光電二極體對生物反應的散發光之集光效率較低（例如，低於50%），因為往光電二極體反方向散發的光線可能不會被偵測到。因此，互補式金屬氧化物半導體影像感測器有一些問題仍需被解決。
根據本發明的一些實施例，提供一種感測器裝置。感測器裝置包括至少一感測器單元。感測器單元包括：至少一感測器元件、中間層、鈍化層、微透鏡結構、開口以及第一反射層。中間層設置於至少一感測器元件上。鈍化層設置於中間層上。微透鏡結構設置鈍化層上。開口設置於微透鏡結構中。 第一反射層設置於微透鏡結構上。此外，第一反射層從開口延伸至鈍化層。
根據本發明的一些實施例，提供一種感測器裝置的製造方法。感測器裝置的製造方法包括以下步驟：提供基板，其包括至少一感測器元件；於至少一感測器元件上形成中間層；於中間層上形成鈍化層；於鈍化層上形成微透鏡結構；於微透鏡結構上順應地形成第一反射層；以及移除第一反射層的一部份與微透鏡結構的一部份，並於微透鏡結構中形成開口。此外，第一反射層從開口延伸至鈍化層。
以下實施例中參照所附圖式提供詳細敘述。
以下詳述本發明實施例的感測器裝置及其製造方法。為了說明的目的，以下詳細敘述中闡述許多特定細節與實施例以完整理解本發明實施例。以下詳細敘述中所述的特定元件與配置是用以清楚描述本發明實施例。然而，此述的實施例顯然僅是作為範例，本發明實施例的概念並非以此為限。
此外，為了清楚描述本發明實施例，不同實施例的圖式可使用類似及∕或相對應的數字，以表示類似及∕或相對應的元件。然而，並不表示不同的實施例之間有任何關連。應能理解的是，此例示性實施例的敘述可配合圖式一併理解，本發明實施例之圖式亦被視為本發明實施例說明之一部分。圖式並未以實際裝置及元件之比例繪示。此外，結構及裝置係以示意之方式繪示以簡化圖式。
此外，當述及第一材料層位於第二材料層上或之上以及第一材料層設置於第二材料層上或之上時，包括第一材料層與第二材料層直接接觸之情形。或者，亦可能間隔有一或更多其它材料層之情形，在此情形中，第一材料層與第二材料層之間可能不直接接觸。
此外，此說明書中使用了相對性的用語。例如，「較低」、「底部」、「較高」或「頂部」，以描述一個元件對於另一元件的相對位置。應能理解的是，如果將裝置翻轉使其上下顛倒，則所敘述在「較低」側的元件將會成為在「較高」側的元件。
應能理解的是，雖然在此可使用用語「第一」、「第二」、「第三」等來敘述各種元件、組件、區域、層、及/或部分，這些元件、組件、區域、層、及/或部分不應被這些用語限定。這些用語僅是用來區別不同的元件、組件、區域、層、及/或部分。因此，以下討論的第一元件、組件、區域、層、及/或部分可在不偏離本發明實施例之教示下被稱為第二元件、組件、區域、層、及/或部分。
「約」與「大抵」之用語通常表示在一給定值或範圍的10%之內，較佳是5%之內，或3%之內，或2%之內，或1%之內，且更佳是0.5%之內。在此給定的數量為大約的數量，亦即在沒有特定說明「約」或「大抵」的情況下，仍可隱含「約」或「大抵」之含義。
除非另外定義，在此使用的全部用語(包括技術及科學用語)具有與本發明所屬技術領域中具有通常知識者所通常理解的相同涵義。應能理解的是，這些用語，例如在通常使用的字典中定義的用語，應被解讀成具有與相關技術及本發明的背景或上下文一致的意思，而不應以一理想化或過度正式的方式解讀，除非在本發明實施例有特別定義。
根據本發明的一些實施例，感測器裝置可包括反射層，其設置於微透鏡（micro-lens）結構上方。反射層可反射往光電二極體反方向散發的光線，因此，可增加光電二極體對散發光的集光效率。以上所提及往光電二極體反方向的散發光也可包括多重反射光，例如，散發光先被第二反射層反射，接著再被第一反射層反射，最終朝向光電二極體。因此，可改善感測器裝置的靈敏度與性能。
第1圖是根據本發明的一些實施例所繪示之感測器裝置10A的剖面圖。應能理解的是，為了清楚的目的，第1圖中可省略感測器裝置10A的一些組件，例如電路層。此外，應能理解的是，根據本發明的一些實施例，可增加額外的部件至感測器裝置10A。
根據本發明的一些實施例，感測器裝置10A可不限於特定用途。根據一些實施例，感測器裝置10A可用於生物或生化分析。例如，感測器裝置10A可用以測量或分析樣品SA散發的螢光或化學冷光。在一些實施例中，樣品SA可包括生物分子、化學分子或前述之組合，但並非以此為限。在一些實施例中，生物分子可包括去氧核醣核酸（deoxyribonucleic acid, DNA）、核醣核酸（ribonucleic acid, RNA）、蛋白質或前述之組合。根據一些實施例，可分析樣品SA以判斷基因序列、DNA-DNA雜交（hybridization）、單核苷酸多型性（single nucleotide polymorphism, SNP）、蛋白質的交互作用、胜肽（peptide）的交互作用、抗原-抗體的交互作用、監測葡萄糖及監測膽固醇等。
參照第1圖，感測器裝置10A可包括至少一感測器單元100U。在一些實施例中，感測器裝置10A可包括複數個感測器單元100U，且可配置感測器單元100U使其彼此相鄰。在一些實施例中，可配置感測器單元100U以形成感測器陣列。
根據一些實施例，感測器單元100U可包括至少一感測器元件102。在一些實施例中，感測器單元100U可包括複數個感測器元件102。在一些實施例中，可將感測器元件102配置成長方形陣列或六角形陣列，但並非以此為限。在一些實施例中，感測器元件102可為光電二極體，或可將量測的光線轉換成電流的其他合適的光感測組件。具體而言，根據一些實施例，感測器元件102可包括金屬氧化物半導體電晶體（未繪示）的源極與汲極，可將電流轉移至另一組件，例如另一金屬氧化物半導體電晶體。另一組件可包括重置電晶體（reset transistor）、電流源極隨耦器（current source follower）或列選擇器（row selector），以將電流轉變為數位訊號，但並非以此為限。
此外，根據一些實施例，可於基板（未繪示）中配置感測器元件102。在一些實施例中，基板更可包括電路層（未繪示）設置於其中。在一些實施例中，感測器元件102（例如，光電二極體）可電性連接至電路層，以將數位訊號轉移至外部連接。例如，電路層可電性連接至外部訊號處理器。在一些實施例中，基板的材料可包括矽、矽上覆III-V族半導體（III-V group on silicon）、矽上覆石墨烯（graphene-on-silicon）、絕緣體上覆矽（silicon-on-insulator）或前述之組合，但並非以此為限。此外，電路層可由任何合適的導電材料所形成。
根據一些實施例，感測器元件102可包括前照式（front side illumination, FSI）互補金屬氧化物半導體、背照式（back side illumination, BSI）互補金屬氧化物半導體或前述之組合。具體而言，在感測器元件102為前照式互補金屬氧化物半導體的實施例中，電路層可設置於感測器元件102之上。在感測器元件102為背照式互補金屬氧化物半導體的實施例中，電路層可設置於感測器元件102之下。
根據一些實施例，感測器元件102的尺寸可介於約0.1μm至約100μm間，或約0.5μm至約20μm間。更具體而言，在一些實施例中，感測器元件102於剖面的寬度W1 可介於約0.1μm至約100μm間，或約0.5μm至約20μm間。
參照第1圖，根據一些實施例，感測器單元100U可包括中間層104，其設置於感測器元件102上。在一些實施例中，中間層104可包括濾層（filter）、鈍化（passivation）材料或前述之組合。具體而言，根據一些實施例，中間層104可包括一或多個單一（uniform，連續）濾層、像素化（pixelated）濾層、拒斥（rejection）濾層或前述之組合。像素化濾層可指的是對應不同感測器元件102設置之分離的彩色濾層。在一些實施例中，每個感測器元件102可指的是一個像素，但並非以此為限。在一些實施例中，一或多個像素可對應至一個感測器元件102。
在一些實施例中，單一（連續）濾層、像素化濾層或拒斥濾層可為單層濾層或多層濾層。在一些實施例中，濾層更可包括吸收濾層、干涉（interference）濾層、電漿子超表面（plasmonic metasurface）結構、介電（dielectric）超表面結構或前述之組合。例如，在一些實施例中，像素化濾層可包括吸收濾層∕吸收濾層、干涉濾層∕干涉濾層、干涉濾層∕吸收濾層、電漿子超表面結構∕介電超表面結構之組合或任何其他合適之組合。在一些實施中，可一同使用像素化濾層與拒斥濾層。拒斥薄膜可排除特定波長範圍的光線而使其無法通過。
此外，單一濾層或像素化濾層可使特定波長範圍的光線通過。在一些實施例中，上述濾層的材料可包括色素基（pigment-based）聚合物、色素基染劑、染劑基（dye-based）聚合物、樹酯或其他有機材料，或是前述之組合，但並非以此為限。在一些實施例中，濾層可根據需求，由紅色濾層、綠色濾層、藍色濾層、青色（cyan）濾層、洋紅色（magenta）濾層、黃色濾層或紅外線（infrared, IR）通過式濾層所形成，但本發明並非以此為限。在一些實施例中，對應至不同感測器元件102的像素化濾層可為單一顏色或不同顏色的濾層。
如以上所述，根據一些實施例，中間層104可包括鈍化材料。在一些實施例中，鈍化材料可包括金屬氧化物、金屬氮化物、氧化矽、氮化矽或前述之組合，但並非以此為限。在一些實施例中，金屬氧化物、金屬氮化物、氧化矽或氮化矽可包括氧化矽（例如，SiO2 ）、氧化鈦（例如，TiO2 ）、氧化鉭（例如，Ta­2 O5 ）、氧化鋁（例如，Al­2 O3 ）、氧化鈮（例如，Nb2 O5 ）、氮化矽（例如，Si3 N4 ）、氮化鈦、氮化鉭或前述之組合，但並非以此為限。根據一些實施例，鈍化材料可為透明的或半透明的。
如第1圖中所示，感測器單元100U可包括鈍化層106，其設置於中間層104上。中間層104可設置於感測器元件102與鈍化層106之間。鈍化層106可保護中間層104與感測器元件102不脫落（delamination）、不受侵蝕（corrosion）或不受損傷。具體而言，鈍化層106可防止樣品SA的溶液接觸中間層104或感測器元件102。此外，可使用自組裝單層膜（self-assembly monolayer, SAM）、功能性（functional）聚合物或水凝膠（hydrogel）塗佈或處理鈍化層106，以固定樣品SA。
在一些實施例中，鈍化層106的材料可包括金屬氧化物、金屬氮化物、氧化矽、氮化矽或前述之組合，但並非以此為限。在一些實施例中，金屬氧化物、金屬氮化物、氧化矽或氮化矽可包括氧化矽（例如，SiO2 ）、氧化鈦（例如，TiO2 ）、氧化鉭（例如，Ta­2 O5 ）、氧化鋁（例如，Al­2 O3 ）、氧化鈮（例如，Nb2 O5 ）、氮化矽（例如，Si3 N4 ）、氮化鈦、氮化鉭或前述之組合，但並非以此為限。根據一些實施例，鈍化層106可為透明的或半透明的。
此外，如第1圖中所示，感測器單元100U可包括微透鏡結構108，其設置於鈍化層106上。根據一些實施例，微透鏡結構108可接觸鈍化層106。具體而言，微透鏡結構108的底表面108bs可接觸鈍化層106。微透鏡結構108可設置於感測器元件102之上，以引導光線至感測器元件102。此外，在一些實施例中，微透鏡結構108接觸鈍化層106的底表面108bs可具有圓形、橢圓形、三角形、長方形、六角形或前述之組合的形狀（忽略開口108p）。
根據一些實施例，微透鏡結構108於剖面圖中可具有半圓形、半橢圓形、三角形、長方形的形狀或可反射光線至感測器元件102的其他形狀（忽略開口108p）。在一些實施例中，微透鏡結構108可產生平行光線或具有對應至一個感測器元件102的單一焦點（如第1圖中所示）、對應至兩個感測器元件102的兩個焦點（如第2圖中所示）或對應至三或四個感測器元件102的複數個焦點。
在一些實施例中，微透鏡結構108的材料可包括氧化矽（例如，SiO2 ）、聚甲基丙烯酸甲酯（polymethylmethacrylate, PMMA）、環狀烯烴聚合物（cycloolefin polymer, COP）、聚碳酸酯（polycarbonate, PC）、其他合適的材料或前述之組合，但並非以此為限。在一些實施例中，微透鏡結構108材料的折射率可為1.33或接近1.33（n值=1.33），因為大多數的樣品SA是在液態溶液中反應，而水的折射率為1.33。根據一些實施例，微透鏡結構108可為透明的或半透明的。在一些實施例中，微透鏡結構108的材料可包括光阻，其可作為功能表面塗層（例如，自組裝單層膜）的犧牲層（sacrificial layer），且功能表面塗層可僅位於開口108p的底部。在此配置中，於功能表面塗佈之後以及生物偵測步驟之前，更可移除犧牲層。因此，可維持光線L與反射光RL的路徑且反應空間可較大。此外，第一反射層110之中的材料可為均質的（homogeneous，例如，皆為液態溶液或空氣）。
再者，如第1圖中所示，感測器單元100U可包括開口108p，其設置於微透鏡結構108中。在一些實施例中，開口108p可從微透鏡結構108的頂部部分108t延伸至微透鏡結構108的底部部分108b，並露出鈍化層106的一部分。
在一些實施例中，每個感測器單元100U中的開口108p可具有一致的尺寸，且可被配置成具有規則性的陣列。陣列的開口108p可組織成直線（rectilinear）圖案，通常成行與成列，但根據一些實施例，也可使用其他具有規則性的圖案。此外，根據一些實施例，開口108p於上視視角中可具有圓形的、橢圓形的、長方形的、六角形的或其他合適的任何形狀。
在一些實施例中，開口108p可包括反應區RR，而反應區RR可位於開口108p的底部。在一些實施例中，反應區RR可對應至至少一感測器元件102。例如，根據一些實施例，反應區RR可對應至一個、兩個、三個或四個感測器元件102。如第1圖中所示，每個反應區RR可對應至一個感測器元件102。此外，可將樣品SA置於反應區RR中。開口108p的反應區RR可容納樣品SA。
如以上所述，根據一些實施例，樣品SA可包括生物分子。在一些實施例中，生物分子可結合螢光染劑、化學冷光染劑或生物冷光染劑。可使用從激發光源（未繪示）產生的激發光照射螢光染劑。激發光可相當於任何合適形態或強度的光線。例如，激發光可包括可見光、紅外線或紫外線，但並非以此為限。
當以特定波長的激發光照射螢光染劑時，生物分子可吸收光線並接著散發不同波長的光線。例如，根據一些實施例，生物分子可吸收具有第一波長的激發光，但散發具有第二波長的光線，且第一波長小於第二波長。在中間層104包括如干涉濾層的濾層之實施例中，可過濾掉具有第一波長的激發光且具有第二波長的散發光可通過濾層，以改善感測器元件102的測量準確度。
另一方面，在使用生物冷光或化學冷光的實施例中，感測器元件102不需要激發光源來偵測散發光。取而代之的是，生物分子可散發光線，因為生物分子與生物冷光或化學冷光染劑之間可發生化學或酵素反應，藉由打斷或形成化學鍵而散發光線。
再者，參照第1圖，感測器單元100U可包括第一反射層110，其設置於微透鏡結構108上。第一反射層110可從開口108p延伸至鈍化層106。在一些實施例中，第一反射層110可從微透鏡結構108的頂部部分108t延伸至微透鏡結構108的底部部分108b。具體而言，根據一些實施例，第一反射層110可從開口108p的側壁108s延伸至鈍化層106的頂表面106t。此外，在一些實施例中，第一反射層110可順應地形成於微透鏡結構108上，因此，可具有彎曲的形狀或其他合適的形狀。微透鏡結構108的形狀與輪廓將於下文詳細描述。
在一些實施例中，第一反射層110的材料對於激發光波長可具有高穿透（transmission）的光譜選擇特性，而對於散發光波長可具有高反射的光譜選擇特性，或對於激發光與散發光波長皆具有高反射特性。具體而言，在一些實施例中，第一反射層110的材料可包括銀（Ag）、鋁（Al）、金（Au）、銅（Cu）、鈮（Nb）、鎳（Ni）、鈦（Ti）、鎢（W）、銀合金、鋁合金、金合金、銅合金、鈮合金、鎳合金、鈦合金、鎢合金或前述之組合，但並非以此為限。
詳細而論，第一反射層110可將往感測器元件102反方向散發的光線L（例如，如第1圖中所示於Z方向散發的光線）反射回感測器元件102。具體而言，被第一反射層110反射的反射光RL可被引導至感測器元件102，因而可增加感測器元件102的散發光集光效率。因此，可改善感測器裝置10A的靈敏度與性能。
此外，如第1圖中所示，根據一些實施例，感測器單元100U更可包括平坦化層112，其設置於第一反射層110上。在一些實施例中，平坦化層112可覆蓋第一反射層110的頂表面，並於微透鏡結構108之上提供平坦的頂表面112t，且平坦化層112並未設置於開口108p中。
在一些實施例中，平坦化層112的材料可包括氧化矽（SiO2 ）、非晶矽（amorphous silicon, a-Si）、聚合物或前述之組合，但並非以此為限。例如，聚合物可包括苯並環丁烯（benzocyclobutene, BCB）、聚醯亞胺（polyimide, PI）、聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）、環狀烯烴聚合物（COP）、聚碳酸酯（PC）、其他合適的材料或前述之組合，但並非以此為限。根據一些實施例，平坦化層112可為透明的或半透明的。
此外，根據一些實施例，感測器裝置10A可耦接至流通槽（flow cell，未繪示）。流通槽可將樣品SA提供至感測器單元100U的反應區RR。在一些實施例中，流通槽可包括一或多個流道，流道與開口108p的反應區RR間有流體流通。
根據一些實施例，感測器裝置10A更可耦接至生物檢驗（bioassay）系統。生物檢驗系統可根據預設程序將試劑傳送至感測器單元100U的反應區RR，並進行成像。在一些實施例中，生物檢驗系統可引導溶液使其沿著反應區RR流動。具體而言，根據一些實施例，溶液可包括具有相同或不同螢光標記的四種型態的核苷酸。生物檢驗系統可利用具有預設波長範圍的激發光源照射反應區RR。激發的螢光標記可提供散發訊號，而散發訊號可被感測器元件102所偵測。
接著，參照第2圖，第2圖是根據本發明的一些其他的實施例所繪示之感測器裝置10B的剖面圖。應能理解的是，以上與以下提供的敘述之內文中相同或相似的組件或元件可利用相同或相似的元件符號表示。這些組件或元件的材料、製造方法與功能與上述的相同或相似，因而於此將不再重複。
第2圖中所示的實施例中的感測器裝置10B與第1圖中所示的實施例的感測器裝置10A相似。他們之間的差異在於感測器裝置10B的感測器單元100U對應至兩個或四個感測器元件102。此外，在此實施例中，反應區RR可對應至兩個或四個感測器元件102。在此實施例中，開口108p可設置於兩個或四個感測器元件102的介面正上方。換言之，反應區RR可與兩個或四個感測器元件102重疊。在此實施例中，微透鏡結構108於剖面圖中可具有半圓、半橢圓或可反射光線至感測器元件102的其他形狀（忽略開口108p）。
如以上所述，在一些實施例中，中間層104可包括像素化濾層，且對應至不同感測器元件102的像素化濾層可為單一顏色或不同顏色的濾層。在此實施例中，一個感測器單元100U可包括多個像素化濾層，例如兩個或四個濾層。在一些實施例中，相鄰的感測器元件102可對應至不同顏色的像素化濾層，且濾層透射光譜可為短通（shortpass）、帶通（bandpass）、長通（longpass）或多帶通。
例如，在一個感測器單元100U包括兩個像素化濾層的實施例中，其中一個像素化濾層為紅色濾層，而另一個像素化濾層為藍色濾層，但本發明並非以此為限。在這樣的實施例中，反應區RR可與紅色濾層及藍色濾層兩者重疊，使得從樣品SA散發的光線可進入紅色濾層與藍色濾層兩者，且使得通過不同顏色濾層（具有不同波長範圍）的散發光可被偵測到。
例如，在一個感測器單元100U包括四個像素化濾層的其他實施例中，其中一個像素化濾層為紅色濾層、其中一個像素化濾層為藍色濾層、其中一個像素化濾層為綠色濾層，且另一個像素化濾層為黃色濾層，但本發明並非以此為限。在這樣的實施例中，反應區RR可與紅色濾層、綠色濾層、藍色濾層及黃色濾層重疊，使得從樣品SA散發的光線可進入紅色濾層、綠色濾層、藍色濾層與黃色濾層，且使得通過不同顏色濾層（具有不同波長範圍）的散發光可被偵測到。
如以上所述，根據一些實施例，樣品SA可包括四種型態的核苷酸，其具有對應至不同波長的不同標記。例如，在感測器裝置用於DNA定序的實施例中，可判斷DNA股（strand）的核苷酸鹼基（base）之特定序列。在這樣的實施例中，可利用不同螢光、化學冷光或生物冷光標記（例如，以四種不同顏色標記）來標記不同的核苷酸鹼基（例如，腺嘌呤（adenine, A）、鳥嘌呤（guanine, G）、胞嘧啶（cytosine, C）或胸腺嘧啶（thymine, T））。此外，在這樣的實施例中，可使用包括四種像素化濾層的感測器單元100U，其具有四種不同顏色的濾層（可對應至四種核苷酸鹼基）。
接著，參照第3A圖，第3A圖是根據本發明的一些實施例所繪示之感測器裝置10A的上視圖。第3A圖中所示的線段A-A’可對應至如第1圖中所示的剖面圖。應能理解的是，為了清楚的目的，可省略一些組件（例如，平坦化層112）。
如第3A圖中所示，根據一些實施例，開口108p可位於微透鏡結構108與第一反射層110之中。反應區RR可由開口108p所定義。在一些實施例中，第一反射層110可為連續的結構。在一些實施例中，第一反射層110於上視圖中可實質上具有圓形的形狀。此外，如第3A圖中所示，根據一些實施例，一個反應區RR可對應至一個感測器元件102（也可稱為一個像素）。
參照第3B圖，第3B圖是根據本發明的一些實施例所繪示之感測器裝置10B的上視圖。第3B圖中所示的線段A-A’可對應至如第2圖中所示的剖面圖。應能理解的是，為了清楚的目的，可省略一些組件（例如，平坦化層112）。
如第3B圖中所示，根據一些實施例，開口108p可位於微透鏡結構108與第一反射層110之中。反應區RR可由開口108p所定義。在一些實施例中，第一反射層110可為連續的結構。在一些實施例中，第一反射層110於上視圖中可實質上具有橢圓形的形狀。此外，如第3B圖中所示，根據一些實施例，一個反應區RR可對應至兩個感測器元件102（也可稱為兩個像素）。換言之，開口108p可與兩個感測器元件102重疊。
接著，參照第3C圖，第3C圖是根據本發明的一些其他的實施例所繪示之感測器裝置10B的上視圖。第3C圖中所示的線段A-A’可對應至如第2圖中所示的剖面圖。應能理解的是，為了清楚的目的，可省略一些組件（例如，平坦化層112）。
如第3C圖中所示，根據一些實施例，開口108p可位於微透鏡結構108與第一反射層110之中。反應區RR可由開口108p所定義。在一些實施例中，第一反射層110可為連續的結構。在一些實施例中，第一反射層110於上視圖中可實質上具有圓形的形狀。此外，如第3C圖中所示，根據一些實施例，一個反應區RR可對應至四個感測器元件102（也可稱為四個像素）。換言之，開口108p可與四個感測器元件102重疊。
此外，在一些實施例中，開口108p可位於第一反射層110的中心。在一些其他的實施例中，為了對應感測器元件102的位置安排或結構中光徑的設計，開口108p可不位於第一反射層110的中心。
接著，參照第4圖，第4圖是根據本發明的一些其他的實施例所繪示之感測器裝置10C的剖面圖。第4圖中所示的實施例中的感測器裝置10C與第1圖中所示的實施例中的感測器裝置10A相似。根據一些實施例，他們之間的差異在於感測器裝置10C更可包括表面改質（surface modification）層114，其設置於平坦化層112上。此外，如第4圖中所示，根據一些實施例，中間層104可為多層結構。
具體而言，在一些實施例中，表面改質層114可設置於平坦化層112的頂表面112t上。在一些實施例中，表面改質層114可包括矽烷（silane）塗層、硫醇（thiol）塗層或前述之組合，但並非以此為限。在一些實施例中，矽烷塗層的材料可包括金屬氧化物、氧化矽（SiO2 ）、氮化矽（Si3 N4 ）或前述之組合，但並非以此為限。在一些實施例中，硫醇塗層的材料可包括金，但並非以此為限。在一些其他的實施例中，可利用任何合適的改質製程處理表面改質層114，使其擁有所欲的表面特性。
在一些實施例中，表面改質層114也可設置於開口108p中。在一些實施例中，可改質鈍化層106使其能夠捕集生物樣品SA（例如，以氨基矽烷（amino-silane）改質），以及可改質表面改質層114使其無法捕集生物樣品SA（例如，以羥基硫醇（OH-thiol）改質）。換言之，鈍化層106與表面改質層114可具有不同的改質特徵。然而，在表面改質層114設置於開口108p中（或鈍化層106與表面改質層114具有相同或相似的改質特徵）的實施例中，生物樣品SA可依其重量、尺寸或電荷等特性來固定於反應區RR中。此外，表面改質層114可具有厚度T。在一些實施例中，表面改質層114的厚度T可介於約1nm至約500nm之間，或約5nm至約100nm之間。
如第4圖中所示，在一些實施例中，中間層104可包括第一層104A與設置於第一層104A上的第二層104B。在一些實施例中，第一層104A可包括像素化濾層，且第二層104B可包括拒斥濾層或干涉濾層。在一些實施例中，拒斥濾層可包括雷射拒斥濾層。
接著，參照第5圖，第5圖是根據本發明的一些其他的實施例所繪示之感測器裝置10D的剖面圖。第5圖中所示的實施例中的感測器裝置10D與第4圖中所示的實施例的感測器裝置10C相似。他們之間的差異在於感測器裝置10D中的中間層104更可包括金屬層116。
根據一些實施例，金屬層116可包括金屬線、金屬屏蔽或前述之組合。在一些實施例中，金屬層116可設置於中間層104中。更具體而言，金屬層116可接觸中間層104中的濾層或鈍化材料。在一些實施例中，金屬層116可位於鄰近的感測器元件102間的介面。在一些實施例中，於中間層104中，金屬層116可圍繞濾層以減少鄰近的感測器元件102的串擾（crosstalk）。
在一些實施例中，金屬層116的材料可包括銀（Ag）、鋁（Al）、金（Au）、銅（Cu）、鈮（Nb）、鎳（Ni）、鈦（Ti）、鎢（W）、銀合金、鋁合金、金合金、銅合金、鈮合金、鎳合金、鈦合金、鎢合金或前述之組合，但並非以此為限。
接著，參照第6A與6B圖，第6A與6B圖是根據本發明的一些實施例所繪示之感測器單元100U的剖面圖。如第6A圖中所示，根據一些實施例，微透鏡結構108於剖面圖中可具有三角形的形狀（忽略開口108p）。在一些實施例中，第一反射層110可順應地形成於微透鏡結構108上，因而於剖面圖中可具有直線形狀。具有如此配置的第一反射層110可反射光線至感測器元件102。
同樣地，在此些實施例中，第一反射層110可從開口108p延伸至鈍化層106。第一反射層110可從微透鏡結構108的頂部部分108t延伸至微透鏡結構108的底部部分108b。具體而言，根據一些實施例，第一反射層110可從開口108p的側壁108s延伸至鈍化層106的頂表面106t。
參照第6B圖，根據一些實施例，微透鏡結構108於剖面圖中可具有長方形的形狀（忽略開口108p）。在一些實施例中，第一反射層110可順應地形成於微透鏡結構108上，因而於剖面圖中可具有彎曲形狀。具有如此配置的第一反射層110可反射光線至感測器元件102。
接著，參照第7圖，第7圖是根據本發明的一些其他的實施例所繪示之感測器裝置10E的剖面圖。第7圖中所示的實施例中的感測器裝置10E與第1圖中所示的實施例的感測器裝置10A相似。他們之間的差異在於感測器裝置10E中感測器單元100U更可包括第二反射層210。
如第7圖中所示，根據一些實施例，第二反射層210可設置於中間層104與微透鏡結構108之間。在一些實施例中，如第7圖中所示，第二反射層210可設置於中間層104的頂表面104t上。在一些其他的實施例中，第二反射層210可設置於鈍化層106的頂表面106t與中間層104的頂表面104t間的任何位置。
在一些實施例中，開口108p可與第二反射層210重疊。第二反射層210可具有寬度W2 且開口108p可具有寬度W3 。在一些實施例中，第二反射層210的寬度W2 大於或等於開口108p的寬度W3 。
在一些實施例中，第二反射層210的材料對於激發光波長可具有高反射的光譜選擇特性，對於散發光波長可具有高穿透的光譜選擇特性，或對於激發光與散發光波長皆具有高反射特性。具體而言，在一些實施例中，第二反射層210的材料可包括銀（Ag）、鋁（Al）、金（Au）、銅（Cu）、鈮（Nb）、鎳（Ni）、鈦（Ti）、鎢（W）、銀合金、鋁合金、金合金、銅合金、鈮合金、鎳合金、鈦合金、鎢合金或前述之組合，但並非以此為限。
根據一些實施例，第二反射層210可減少激發光EL對感測器元件102的干涉。具體而言，第二反射層210可藉由反射激發光EL為第二激發光EL’，而阻擋一部分的激發光EL進入第二反射層210，其中第二激發光EL’穿過第一反射層110的開口區域。在此實施例中，與第二反射層210撞擊的激發光EL可產生具有隨機方向（相對感測器元件102的法線方向由小至大的入射角度）的散射光EL’’，其波長與激發光EL相同。在一些實施例中，第二反射層210搭配第一反射層110裝置，可將激發光之散射光EL’’重新導向為相對感測器元件102的法線方向（例如，第7圖中所示的Z方向）具有小角度的激發光EL’’’，再次反射至感測器元件102。此外，在中間層104包括干涉濾層的實施例中，相對於感測器元件102的法線方向具有小角度的激發光EL可被有效地過濾掉。
再者，根據一些實施例，具有第二反射層210的配置，由於激發光過濾效率高，位於中間層104中，所需的濾層厚度可較薄（亦即，可減少反應區RR與感測器元件102間的距離），使感測器裝置10E整體的厚度可得以減少。
接著，參照第8A至8C圖，第8A至8C圖是根據本發明的一些實施例所繪示之感測器單元100U的剖面圖。如第8A至8C圖中所示，根據一些實施例，第二反射層210可具有彎曲的形狀。更具體而言，第二反射層210彎曲的形狀可包括凹口（recess），且凹口的開口可面向開口108p。
如第8A圖中所示，在一些實施例中，第二反射層210於剖面圖中可具有「凹口」或「包括兩個底角的凹口」之輪廓。如第8B圖中所示，在一些實施例中，第二反射層210於剖面圖中可具有V型形狀。如第8C圖中所示，在一些實施例中，第二反射層210於剖面圖中可具有U型形狀。
根據一些實施例，第二反射層210的彎曲形狀可增加激發光EL’ 的反射而遠離感測器元件102。此外，反射的激發光EL’可穿過第一反射層110所定義的開口108p。
接著，參照第9圖，第9圖是根據本發明的一些其他的實施例所繪示之感測器裝置10F的剖面圖。第9圖中所示的實施例中的感測器裝置10F與第7圖中所示的實施例的感測器裝置10E相似。他們之間的差異在於感測器裝置10F更可包括波導（waveguide）結構310，其設置於第二反射層210之上。
根據一些實施例，波導結構310可增加反應區RR中激發光EL的強度且可定位激發光EL於反應區RR中，因此，可減少所使用的激發光源之能量，且可減少激發光EL’’’至感測器元件102的強度。此外，根據一些實施例，波導結構310可改善感測器元件102接收到的訊號品質。
如第9圖中所示，根據一些實施例，波導結構310可設置鄰近於鈍化層106的頂表面106t。在一些實施例中，開口108p可與波導結構310重疊。此外，根據一些實施例，波導結構310可位於開口108p之下並接觸開口108p。在一些其他的實施例中，波導結構310可位於鈍化層106中且不接觸開口108p。
更具體而言，在一些實施例中，波導結構310與第二反射層210相距距離D1 。在一些實施例中，距離D1 可介於約0.1μm至約5μm間，或約0.1μm至約1μm間，或約0.2μm至約0.4μm間。應能理解的是，若距離D1 過大，可能無法減少鈍化層106的厚度。另一方面，若距離D1 過小，波導結構310可能會太接近第二反射層210，而可能會減少波導結構310的導光效果（light-guiding effect）。
在一些實施例中，波導結構310可具有寬度W4 。在一些實施例中，波導結構310的寬度W4 可大於或等於開口108p的寬度W3 。在一些實施例中，波導結構310的寬度W4 可小於或等於第二反射層210的寬度W2 。
在一些實施例中，波導結構310的材料可包括在波長範圍介於400nm至750nm間具有大於1.5的折射率（n值）之材料。換言之，根據一些實施例，波導結構310可由在可見光範圍內具有高折射率的材料所形成。具體而言，在一些實施例中，波導結構310的材料可包括氧化鈮（Nb2 O5 ）、氧化鉭（Ta­2 O5 ）、氧化鈦（TiO2 ）、氮化矽（Si3 N4 ）、氧化鋁（Al­2 O3 ）、高折射率聚合物或前述之組合，但並非以此為限。
接著，參照第10圖，第10圖是根據本發明的一些其他的實施例所繪示之感測器裝置10G的剖面圖。第10圖中所示的實施例中的感測器裝置10G與第9圖中所示的實施例的感測器裝置10F相似。他們之間的差異在於感測器裝置10G中第二反射層210被圖案化並包括孔洞（aperture）210p。
如第10圖中所示，根據一些實施例，可圖案化第二反射層210且孔洞210p可設置於第二反射層210之中。此外，在一些實施例中，孔洞210p可與微透鏡結構108與第一反射層110重疊。在一些實施例中，反射光RL可透過孔洞210p進入感測器元件102。
根據一些實施例，位於第二反射層210之中的孔洞210p可減少進入鄰近的感測器元件102的反射光RL量，因而可減少串擾的問題。
接著，參照第11圖，第11圖是根據本發明的一些其他的實施例所繪示之感測器裝置10H的剖面圖。第11圖中所示的實施例中的感測器裝置10H與第10圖中所示的實施例的感測器裝置10G相似。他們之間的差異在於感測器裝置10H中的感測器單元100U可包括多於一個感測器元件102，例如兩個或四個感測器元件102。
如第11圖中所示，根據一些實施例，在一個感測器單元100U中，第二反射層210可在多於一個感測器元件102之上延伸，且孔洞210p可位於多於一個感測器元件102之上。
參照第12A至12J圖，第12A至12J圖是根據本發明的一些實施例所繪示之感測器單元100U的上視圖。應能理解的是，圖式中僅繪示感測器元件102、第二反射層210與孔洞210p以清楚地說明此些組件的配置。
第12A至12J圖是根據本發明的一些實施例所繪示之第二反射層210的各種態樣，但本發明並非以此為限。如第12A與12B圖中所示，在一些實施例中，第二反射層210可經圖案化以包括位於其中的孔洞210p。根據一些實施例，孔洞210p可圍繞圖案化的第二反射層210的一部分。在一些實施例中，孔洞210p可具有圓環的、長方形環的形狀或任何其他合適的形狀，但並非以此為限。在一個感測器單元100U包括一個感測器元件102的實施例中，孔洞210p可對應至一個感測器元件102。
如第12C至12F圖中所示，在一些實施例中，第二反射層210可經圖案化以包括位於其中的孔洞210p。根據一些實施例，孔洞210p可圍繞圖案化的第二反射層210的一部分。在一些實施例中，孔洞210p可具有圓形的、長方形的、圓環的、長方形環的形狀或任何其他合適的形狀，但並非以此為限。在一個感測器單元100U包括兩個感測器元件102的實施例中，孔洞210p可對應至一或兩個感測器元件102。
如第12C與12D圖中所示，根據一些實施例，孔洞210p可個別設置於兩個感測器元件102之上。如第12E與12F圖中所示，根據一些實施例，孔洞210p可為位於兩個感測器元件102之上的連續結構。
如第12G至12J圖所示，在一些實施例中，第二反射層102可經圖案化以包括位於其中的孔洞210p。根據一些實施例，孔洞210p可圍繞圖案化的第二反射層210的一部分。在一些實施例中，孔洞210p可具有圓形的、長方形的、圓環的、長方形環的形狀或任何其他合適的形狀，但並非以此為限。在一個感測器單元100U包括四個感測器元件102的實施例中，孔洞210p可對應至一、二、三或四個感測器元件102。
如第12G與12H圖所示，根據一些實施例，孔洞210p可個別設置於四個感測器元件102之上。如第12I與12J圖所示，根據一些實施例，孔洞210p可為位於四個感測器元件102之上的連續結構。
接著，參照第13A至13H圖，第13A至13H圖是根據本發明的一些實施例所繪示之製造感測器裝置10A的過程中各個階段的剖面圖。應能理解的是，可在製造感測器裝置的步驟之前、期間以及∕或之後提供額外的操作步驟。根據一些實施例，可取代或刪除下述的一些操作步驟。
首先，參照第13A圖，提供基板101。基板101可包括至少一感測器元件102設置於其中。換言之，根據一些實施例，可於基板101中配置感測器元件102。在一些實施例中，基板101可為半導體材料所形成的晶圓。在一些實施例中，基板101的材料可包括矽、矽上覆III-V族半導體、矽上覆石墨烯、絕緣體上覆矽或前述之組合，但並非以此為限。
接著，參照第13B圖，根據一些實施例，中間層104可形成於基板101與感測器元件102上。之後，根據一些實施例，鈍化層106可形成於中間層104上。
在一些實施例中，可利用化學氣相沉積（chemical vapor deposition, CVD) 製程、物理氣相沉積（physical vapor deposition, PVD) 製程、旋轉塗佈（spin coating）製程、印刷（printing）製程、任何其他合適的方法或前述之組合形成中間層104與鈍化層106。例如，化學氣相沉積製程可包括低壓化學氣相沉積（low-pressure CVD, LPCVD）製程、低溫化學氣相沉積（low-temperature CVD, LTCVD）製程、快速熱化學氣相沉積（rapid thermal CVD, RTCVD）製程、電漿增強化學氣相沉積（plasma enhanced CVD, PECVD）製程或原子層沉積（atomic layer deposition, ALD）製程，但並非以此為限。例如，物理氣相沉積製程可包括濺射（sputtering）製程、蒸鍍（evaporation）製程、或脈衝雷射沉積（pulsed laser deposition, PLD）製程，但並非以此為限。
此外，根據一些實施例，鈍化層106形成於中間層104上之後，微透鏡結構108可形成於鈍化層106上。具體而言，根據一些實施例，形成微透鏡結構108的材料層可形成於鈍化層106上，且可利用一或多個光微影製程與蝕刻製程圖案化材料層（例如，如第13C與13D圖中所示）。
參照第13C圖，根據一些實施例，可於形成微透鏡結構108的材料層上形成光阻PR。在一些實施例中，可圖案化光阻PR以定義稍後形成的微透鏡結構108之輪廓。
在一些實施例中，可利用旋轉塗佈製程、印刷製程、任何其他適當的方法或前述之組合形成光阻PR。此外，可使用一或多個光微影製程與蝕刻製程圖案化光阻PR。在一些實施例中，光微影製程可包括軟烘烤（soft baking）、硬烘烤（hard baking）、遮罩對準（mask aligning）、曝光（exposure）、曝光後烘烤、顯影（developing）光阻、潤洗（rinsing）、乾燥（drying）或其他合適的製程。在一些實施例中，蝕刻製程可包括乾式蝕刻製程、濕式蝕刻製程或前述之組合。例如，乾式蝕刻製程可包括反應離子蝕刻（reactive ion etch, RIE）製程或電漿蝕刻製程等。
在一些實施例中，可利用回流（reflow）製程直接形成微透鏡結構108。在一些實施例中，微透鏡結構108的材料可包括光阻，其可作為功能表面塗層（例如，自組裝單層膜）的犧牲層，且功能表面塗層可僅位於開口108p的底部。在此配置中，第一反射層110之中的材料可為均質的。
接著，參照第13D圖，根據一些實施例，可對光阻PR進行回流製程以定義微透鏡結構108的輪廓。在一些實施例中，可於反應腔（reaction chamber）或具有合適溫度的加熱板（hotplate）中進行回流製程。在一些實施例中，進行回流製程之後，可回蝕刻形成微透鏡結構108的材料層以將光阻PR的輪廓轉移至材料層，而可形成具有所欲輪廓的微透鏡結構108。
接著，參照第13E圖，根據一些實施例，第一反射層110可順應地形成於微透鏡結構108上。在一些實施例中，第一反射層110可部份地或完全地覆蓋微透鏡結構108。
在一些實施例中，可利用化學氣相沉積製程、物理氣相沉積製程、旋轉塗佈製程、印刷製程、任何其他適當的方法或前述之組合形成第一反射層110。
接著，參照第13F圖，根據一些實施例，形成第一反射層110之後，平坦化層112可形成於第一反射層110上。平坦化層112可於第一反射層110與微透鏡結構108之上提供平坦的頂表面112t。
更具體而言，在一些實施例中，平坦化層112的材料可順應地形成於第一反射層110上，且可對材料進行平坦化製程以形成具有平坦的頂表面112t的平坦化層112。
在一些實施例中，可利用化學氣相沉積製程、物理氣相沉積製程、旋轉塗佈製程、印刷製程、任何其他適當的方法或前述之組合形成平坦化層112。在一些實施例中，平坦化製程可包括化學機械研磨（chemical mechanic polishing, CMP）製程、機械研磨製程、磨削（grinding）製程、蝕刻製程或前述之組合。
此外，根據一些實施例，於第一反射層110上形成平坦化層112之後，表面改質層114（未繪示）可形成於平坦化層112上。
接著，參照第13G圖，根據一些實施例，光阻PR可形成於平坦化層112上。具體而言，可圖案化光阻PR以定義稍後形成的開口108p之位置。
在一些實施例中，可利用化學氣相沉積製程、旋轉塗佈製程、印刷製程、任何其他適當的方法或前述之組合形成光阻PR。此外，可使用一或多個光微影製程與蝕刻製程圖案化光阻PR。
接著，參照第13H圖，根據一些實施例，移除第一反射層110的一部分以及微透鏡結構108的一部分，以於微透鏡結構108中形成開口108p。開口108p可露出鈍化層106的頂表面106t之一部分。如第13H圖中所示，在一些實施例中，第一反射層110可從開口108p延伸至鈍化層106。
在一些實施例中，可使用一或多個光微影製程與蝕刻製程，以部分地移除第一反射層110與微透鏡結構108。在一些實施例中，光微影製程可包括光阻塗佈（例如，旋轉塗佈）、軟烘烤、硬烘烤、遮罩對準、曝光、曝光後烘烤、顯影光阻、潤洗、乾燥或其他合適的製程。在一些實施例中，蝕刻製程可包括乾式蝕刻製程、濕式蝕刻製程或前述之組合。
接著，參照第14A至14H圖，第14A至14H圖是根據本發明的一些實施例所繪示之製造感測器裝置10E的過程中各個階段的剖面圖。第14A至14H圖中所示的實施例中的製程與第13A至13H圖中所示的實施例的製程相似。他們之間的差異在於第14A至14H圖中所示的感測器裝置10E的形成方法更包括在形成鈍化層106之前，於中間層104上形成第二反射層210。
具體而言，根據一些實施例，感測器裝置10E的形成方法可包括以下步驟。參照第14A圖，提供基板101，且基板101可包括至少一感測器元件102設置於其中。參照第14B圖，中間層104形成於基板101與感測器元件102上。此外，第二反射層210形成於中間層104上。具體而言，在一些實施例中，第二反射層210可形成於中間層104的頂表面104t上。然而，在一些其他的實施例中，第二反射層210可形成於鈍化層106的頂表面106t與中間層104的頂表面104t間的任何位置。
在一些實施例中，可利用化學氣相沉積製程、物理氣相沉積製程、旋轉塗佈製程、印刷製程、任何其他適當的方法或前述之組合形成第二反射層210。在一些實施例中，可利用一或多個光微影製程與蝕刻製程圖案化第二反射層210。
此外，參照第14C圖，於中間層104上形成第二反射層210之後，形成微透鏡結構108的材料層形成於鈍化層106上。接著，參照第14D圖，於形成微透鏡結構108的材料層上形成圖案化的光阻PR。參照第14E圖，對光阻PR進行回流製程以定義微透鏡結構108的輪廓。參照第14F圖，第一反射層110順應地形成於微透鏡結構108上。參照第14G圖，形成第一反射層110之後，平坦化層112形成於第一反射層110上，且圖案化的光阻形成於平坦化層112上。接著，參照第14H圖，移除第一反射層110的一部分與微透鏡結構108的一部分，以於微透鏡結構108中形成開口108p。
接著，參照第15A至15H圖，第15A至15H圖是根據本發明的一些實施例所繪示之製造感測器裝置10F的過程中各個階段的剖面圖。第15A至15H圖中所示的實施例中的製程與第14A至14H圖中所示的實施例的製程相似。他們之間的差異在於第15A至15H圖中所示的感測器裝置10F的形成方法更包括形成微透鏡結構108之前，於鈍化層106上形成波導結構310或於鈍化層106中埋置波導結構310。
具體而言，根據一些實施例，感測器裝置10F的形成方法可包括以下步驟。參照第15A圖，提供基板101，且基板101可包括至少一感測器元件102設置於其中。參照第15B圖，中間層104形成於基板101與感測器元件102上。此外，第二反射層210形成於中間層104上，且鈍化層106形成於第二反射層210上。
鈍化層106形成於第二反射層210上之後，波導結構310可形成於鈍化層106上。在一些實施例中，可利用化學氣相沉積製程、物理氣相沉積製程、旋轉塗佈製程、印刷製程、任何其他適當的方法或前述之組合形成波導結構310。
參照第15C圖，根據一些實施例，形成波導結構310之後，可視需要地形成鈍化層106以覆蓋波導結構310，且接著可移除鈍化層106的一部分以露出波導結構310的頂表面，且接著形成微透鏡結構108的材料層形成於波導結構310與鈍化層106上。在一些其他的實施例中，形成波導結構310之後，形成微透鏡結構108的材料層可直接形成於波導結構310與鈍化層106上。
接著，參照第15D圖，於形成微透鏡結構108的材料層上形成圖案化的光阻PR。參照第15E圖，對光阻PR進行回流製程以定義微透鏡結構108的輪廓。參照第15F圖，第一反射層110順應地形成於微透鏡結構108上。參照第15G圖，形成第一反射層110之後，平坦化層112形成於第一反射層110上，且圖案化的光阻PR形成於平坦化層112上。接著，參照第15H圖，移除第一反射層110的一部分與微透鏡結構108的一部分，以於微透鏡結構108中形成開口108p。此外，根據一些實施例，開口108p可露出波導結構310。
接著，參照第16A至16H圖，第16A至16H圖是根據本發明的一些實施例所繪示之製造感測器裝置10G的過程中各個階段的剖面圖。第16A至16H圖中所示的實施例中的製程與第15A至15H圖中所示的實施例的製程相似。他們之間的差異在於第16A至16H圖中所示的感測器裝置10G的形成方法更包括圖案化第二反射層210，以於第二反射層210中形成孔洞210p。
具體而言，根據一些實施例，感測器裝置10G的形成方法可包括以下步驟。參照第16A圖，提供基板101，且基板101可包括至少一感測器元件102設置於其中。參照第16B圖，中間層104形成於基板101與感測器元件102上。此外，第二反射層210形成於中間層104上，且鈍化層106形成於第二反射層210上。
具體而言，形成鈍化層106之前，可圖案化第二反射層210以於第二反射層210之中形成孔洞210p。在一些實施例中，可利用一或多個光微影製程與蝕刻製程圖案化第二反射層210。
此外，鈍化層106形成於第二反射層210上之後，波導結構310可形成於鈍化層106上。接著，參照第16C圖，形成微透鏡結構108的材料層可形成於波導結構310與鈍化層106上。
接著，參照第16D圖，於形成微透鏡結構108的材料層上形成圖案化的光阻PR。參照第16E圖，對光阻PR進行回流製程以定義微透鏡結構108的輪廓。參照第16F圖，第一反射層110順應地形成於微透鏡結構108上。參照第16G圖，形成第一反射層110之後，平坦化層112形成於第一反射層110上，且圖案化的光阻PR形成於平坦化層112上。接著，參照第16H圖，移除第一反射層110的一部分與微透鏡結構108的一部分，以於微透鏡結構108中形成開口108p。
總結以上，根據本發明的一些實施例，感測器裝置可包括反射層，其設置於微透鏡結構上方。反射層可反射往光電二極體反方向散發的光線，因此可增加光電二極體的散發光集光效率。因此，可改善感測器裝置的靈敏度與性能。
雖然已詳述本發明的一些實施例及其優點，應能理解的是，在不背離如本發明之保護範圍所定義的發明之精神與範圍下，可作各種更動、取代與潤飾。例如，本發明所屬技術領域中具有通常知識者應能輕易理解在不背離本發明的範圍內可改變此述的許多部件、功能、製程與材料。再者，本申請的範圍並不侷限於說明書中所述之製程、機器、製造、物質組成、方法與步驟的特定實施例。本發明所屬技術領域中具有通常知識者可從本發明輕易理解，現行或未來所發展出的製程、機器、製造、物質組成、方法或步驟，只要可以與此述的對應實施例實現大抵相同功能或達成大抵相同結果者皆可根據本發明實施例使用。因此，本發明之保護範圍包括上述製程、機器、製造、物質組成、方法或步驟。
10A, 10B, 10C, 10D, 10E, 10F, 10G, 10H:感測器裝置 100U:感測器單元 101:基板 102:感測器元件 104:中間層 104A:第一層 104B:第二層 106:鈍化層 104t, 106t, 108t, 112t:頂表面 108:微透鏡結構 108b:底部部分 108bs:底表面 108p:開口 108s:側壁 110:第一反射層 112:平坦化層 114:表面改質層 116:金屬層 210:第二反射層 210p:孔洞 310:波導結構 A-A’:線段 D1 :距離 EL, EL’, EL’’, EL’’’:激發光 L:光線 PR:光阻 RL:反射光 RR:反應區 SA:樣品 T:厚度 W1 , W2 , W3 , W4 :寬度
搭配所附圖式閱讀後續的詳細敘述與範例將能更全面地理解本發明實施例，其中： 第1圖是根據本發明的一些實施例所繪示之感測器裝置的剖面圖； 第2圖是根據本發明的一些實施例所繪示之感測器裝置的剖面圖； 第3A至3C圖是根據本發明的一些實施例所繪示之感測器裝置的上視圖； 第4圖是根據本發明的一些實施例所繪示之感測器裝置的剖面圖； 第5圖是根據本發明的一些實施例所繪示之感測器裝置的剖面圖； 第6A至6B圖是根據本發明的一些實施例所繪示之感測器單元的剖面圖； 第7圖是根據本發明的一些實施例所繪示之感測器裝置的剖面圖； 第8A至8C圖是根據本發明的一些實施例所繪示之感測器單元的剖面圖； 第9圖是根據本發明的一些實施例所繪示之感測器裝置的剖面圖； 第10圖是根據本發明的一些實施例所繪示之感測器裝置的剖面圖； 第11圖是根據本發明的一些實施例所繪示之感測器裝置的剖面圖； 第12A至12J圖是根據本發明的一些實施例所繪示之感測器單元的上視圖； 第13A至13H圖是根據本發明的一些實施例所繪示之感測器裝置在製造過程中各個階段的剖面圖； 第14A至14H圖是根據本發明的一些實施例所繪示之感測器裝置在製造過程中各個階段的剖面圖； 第15A至15H圖是根據本發明的一些實施例所繪示之感測器裝置在製造過程中各個階段的剖面圖；以及 第16A至16H圖是根據本發明的一些實施例所繪示之感測器裝置在製造過程中各個階段的剖面圖。
10A:感測器裝置
100U:感測器單元
102:感測器元件
104:中間層
106:鈍化層
106t,108t,112t:頂表面
108:微透鏡結構
108b:底部部分
108bs:底表面
108p:開口
108s:側壁
110:第一反射層
112:平坦化層
L:光線
RL:反射光
RR:反應區
SA:樣品
W1 :寬度

Claims (13)

  1. 一種感測器裝置，包括：至少一感測器單元，其包括：至少一感測器元件；一中間層，設置於該至少一感測器元件上；一鈍化(passivation)層，設置於該中間層上；一微透鏡(micro-lens)結構，設置於該鈍化層上，其中該微透鏡結構直接接觸該鈍化層；一開口，設置於該微透鏡結構中；以及一第一反射層，設置於該微透鏡結構上，其中該第一反射層從該開口延伸至該鈍化層。
  2. 如請求項1所述之感測器裝置，其中該第一反射層從該開口的一側壁延伸至該鈍化層的一頂表面，且該第一反射層的材料對散發光具有高反射之特性。
  3. 如請求項1所述之感測器裝置，其中該微透鏡結構於剖面中具有一半圓、半橢圓、三角形、長方形或使該微透鏡結構反射光線朝向該至少一感測器元件之其他形狀。
  4. 如請求項1所述之感測器裝置，其中該微透鏡結構產生一平行光線或具有對應至一個感測器元件的一單一焦點、對應至兩個感測器元件的兩個焦點，或對應至三或四個感測器元件的複數個焦點。
  5. 如請求項1所述之感測器裝置，其中該至少一感測器單元更包括一第二反射層，其設置於該中間層與該微透鏡結構之間，其中該開口與該第二反射層重疊，且其中該第二反射層的材料 對激發光具有高反射之特性。
  6. 如請求項5所述之感測器裝置，其中該至少一感測器單元更包括一波導結構(waveguide structure)，其設置於該第二反射層之上，且其中該開口與該波導結構重疊。
  7. 如請求項1所述之感測器裝置，其中該中間層包括一濾層、一鈍化材料、一金屬層或前述之組合。
  8. 如請求項7所述之感測器裝置，其中該濾層被該金屬層所環繞，且其中該濾層包括一單一(uniform)濾層、一像素化(pixelated)濾層、一斥拒(rejection)濾層或前述之組合。
  9. 如請求項1所述之感測器裝置，其中該開口包括一反應區，且該反應區對應至該至少一感測器元件，且其中該反應區對應至一、二、三或四個感測器元件。
  10. 一種感測器裝置的製造方法，包括：提供一基板，其包括至少一感測器元件；於該至少一感測器元件上形成一中間層；於該中間層上形成一鈍化層；於該鈍化層上形成一微透鏡結構；於該微透鏡結構上順應地形成一第一反射層；以及移除該第一反射層的一部份與該微透鏡結構的一部份，並於該微透鏡結構中形成一開口，其中該第一反射層從該開口延伸至該鈍化層，且其中在形成該開口的步驟之後，該微透鏡結構直接接觸該鈍化層。
  11. 如請求項10所述之感測器裝置的製造方法，更包括在形成該鈍化層的步驟前，於該中間層上形成一第二反射層，以及 於該第一反射層上形成一平坦化(planarization)層。
  12. 如請求項11所述之感測器裝置的製造方法，更包括在形成該微透鏡結構的步驟前，於該鈍化層上形成一波導結構。
  13. 如請求項12所述之感測器裝置的製程方法，更包括圖案化該第二反射層以形成一孔洞(aperture)。
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