影像感测元件的光管结构及其制造方法与流程

本发明涉及一种影像感测元件及其制造方法，且特别是涉及一种影像感测元件的光管结构及其制造方法。

背景技术：

利用半导体制作工艺制作的影像感测元件可用来感测投射至半导体基底的光线，例如互补式金属氧化物半导体(complementary metal oxide semiconductor，CMOS)等。上述影像感测元件利用感测单元阵列来接收光能量并转换为数字数据。

目前发展出一种在光感测区上方设置光管结构来提升感光度(light sensitivity)的方法。然而，如何捕捉与聚集更大量的入射光，以进一步地提高影像感测元件的感光度为目前业界积极发展的目标。

技术实现要素：

本发明提供一种影像感测元件的光管结构，其可捕捉与聚集更大量的入射光。

本发明提供一种影像感测元件的光管结构的制造方法，其所制作出的光管结构可有效地提高影像感测元件的感光度。

本发明提出一种影像感测元件的光管结构，包括基底、介电层及光管材料层。在基底中具有光感测区。介电层设置于基底上。在介电层中具有光管，且光管位于光感测区上方。光管材料层设置于光管中，且具有凹陷曲面。

依照本发明的一实施例所述，在影像感测元件的光管结构中，凹陷曲面的曲率半径例如是636nm～791nm。

依照本发明的一实施例所述，在影像感测元件的光管结构中，光管材料层的折射率例如是1.7～1.9。

依照本发明的一实施例所述，在影像感测元件的光管结构中，光管材料层的折射率例如是大于前一个光传播介质的折射率。

依照本发明的一实施例所述，在影像感测元件的光管结构中，还包括保护层。保护层共形地设置于介电层上，且部分保护层位于光管材料层与介电层之间。

本发明提出一种影像感测元件的光管结构的制造方法，包括下列步骤。提供基底。在基底中形成有光感测区。在基底上形成介电层。移除光感测区上的部分介电层，而在介电层中形成光管。在光管中形成光管材料层，其中光管材料层具有凹陷曲面。

依照本发明的一实施例所述，在影像感测元件的光管结构的制造方法中，光管材料层的形成方法包括下列步骤。在介电层上形成填满光管材料。使用绒毛研磨垫(fluff polishing pad)对光管材料进行化学机械研磨制作工艺，以移除光管以外的光管材料。

依照本发明的一实施例所述，在影像感测元件的光管结构的制造方法中，化学机械研磨制作工艺所使用的研浆例如是CeO₂、SiO₂或其组合。

依照本发明的一实施例所述，在影像感测元件的光管结构的制造方法中，化学机械研磨制作工艺的研磨压力例如是2.2psi～3.2psi。

依照本发明的一实施例所述，在影像感测元件的光管结构的制造方法中，还包括在形成光管之后且在形成光管材料层之前，共形地在介电层上形成保护层。

基于上述，在本发明所提出的感测元件的光管结构及其制造方法中，由于光管材料层具有凹陷曲面，因此可将入射光重定向(redirecting)，以捕捉与聚集更大量的入射光直接进入光感测区，进而可有效地提高影像感测元件的感光度。

为让本发明的上述特征和优点能更明显易懂，下文特举实施例，并配合所附的附图作详细说明如下。

附图说明

图1A至图1C为本发明一实施例的感测元件的光管结构的制作流程剖视图。

符号说明

100：基底

102：光感测区

104：隔离区

106：介电层

108：内连线结构

108a：第一层金属层

108b：第二层金属层

108c：第三层金属层

110：挡光金属层

112：光管

114：保护层

116：光管材料

116a：光管材料层

200：绒毛研磨垫

S：凹陷曲面

具体实施方式

图1A至图1C为本发明一实施例的感测元件的光管结构的制作流程剖视图。在此实施例中，影像感测元件例如是互补式金属氧化物半导体影像感测器。

请参照图1A，提供基底100。基底100例如是硅基底。在基底100中形成有光感测区102。光感测区102例如是光二极管。此外，在基底100中也可形成有多个隔离区104，光感测区102位于隔离区104之间。隔离区104例如是浅沟槽隔离结构。

在基底100上形成介电层106。介电层的折射率例如是1.4～1.5。介电层106的材料例如是二氧化硅、四乙氧基硅烷(TEOS)或掺杂硼及磷氧化硅四乙氧基硅烷(BPTEOS)。在图1A中，虽然介电层106是以绘示为单层来进行说明，但介电层106实际上可为多层结构。介电层106的形成方法例如是化学气相沉积法。

此外，介电层106中形成有内连线结构108与挡光金属层110。内连线结构108可用于电连接至半导体元件或外部电源。在此实施例中，内连线结构108是以包括第一层金属层108a、第二层金属层108b与第三层金属层108c为例来进行说明，然而本发明并不以此为限，所属技术领域具有通常知识者 可依照实际的产品设计需求来决定内连线结构108的金属层层数。内连线结构108的材料例如是铜、铝或钨。内连线结构108的形成方法例如是金属镶嵌法或组合使用沉积制作工艺、光刻制作工艺与蚀刻制作工艺而形成。

挡光金属层110位于内连线结构108上方。挡光金属层110可用以防止预定进入特定感测单元的入射光打到另一个感测单元，以抑制光干扰的情况产生。挡光金属层110的材料例如是铜、铝或钨。挡光金属层110的形成方法例如是金属镶嵌法或组合使用沉积制作工艺、光刻制作工艺与蚀刻制作工艺而形成。

移除光感测区102上的部分介电层106，而在介电层106中形成光管112。部分介电层106的移除方法例如是组合使用光刻制作工艺与蚀刻制作工艺来进行。

此外，可共形地在介电层106上形成保护层114。保护层114可用以防止水气进入到元件中，进而提高元件的可靠度。保护层114的材料例如是氮化硅。保护层114的形成方法例如是化学气相沉积法。

请参照图1B，在介电层106上形成填满光管112的光管材料116。光管材料116例如是聚硅氧烷(polysiloxane)。光管材料116的形成方法例如是旋转涂布法。

请参照图1C，使用绒毛研磨垫200对光管材料116进行化学机械研磨制作工艺，以移除光管112以外的光管材料116，而在光管112中形成光管材料层116a，其中光管材料层116a具有凹陷曲面S。由于凹陷曲面S可将入射光重定向，以捕捉与聚集更大量的入射光至光感测区102，因此可有效地提高影像感测元件的感光度。凹陷曲面S的曲率半径例如是636nm～791nm。光管材料层116a的折射率例如是1.7～1.9。此外，化学机械研磨制作工艺所使用的研浆例如是CeO₂、SiO₂或其组合，其中使用上述研浆有利于凹陷曲面S的形成。化学机械研磨制作工艺的研磨压力例如是2.2psi～3.2psi。

光管材料层116a的折射率例如是大于前一个光传播介质的折射率，藉此可依据司乃耳定律(Snell's law)将入射光进行折射，而能够进一步地捕捉与聚集更大量的入射光至光感测区102，而有助于进一步地提高光感光度。此外，光管材料层116a的折射率例如是大于介电层106的折射率，在司乃耳定律(Snell's law)的条件下，氧化物层106可使得照射到光管112侧壁的入射光产生全反射，而有助于进一步地提高光感光度。

基于上述实施例可知，在通过上述光管结构的制造方法所制作的光管结构中，由于光管材料层116a具有凹陷曲面S，因此可将入射光重定向，以捕捉与聚集更大量的入射光直接进入光感测区102，因此可降低在光管112侧壁上的光折射与光反射的次数以及光能量的损耗，进而可有效地提高影像感测元件的感光度。

以下，通过图1C来说明本实施例的影像感测元件的光管结构。光管结构包括基底100、介电层106及光管材料层116a。在基底100中具有光感测区102。在基底100中还可具有隔离区104。介电层106设置于基底100上。在介电层106中具有光管112，且光管112位于光感测区102上方。在介电层106中还可具有内连线结构108与位于内连线结构108上方的挡光金属层110。在此实施例中，内连线结构108是以包括第一层金属层108a、第二层金属层108b与第三层金属层108c为例来进行说明。光管材料层116a设置于光管112中，且具有凹陷曲面S。光管结构还可包括保护层114。保护层114共形地设置于介电层106上，且部分保护层114位于光管材料层116a与介电层106之间。此外，关于光管结构中的各构件的材料、特性与功效已于前文中进行详尽地说明，故于此不再赘述。

综上所述，在上述实施例所提出的感测元件的光管结构及其制造方法中，由于光管材料层具有凹陷曲面，因此可将入射光重定向，以捕捉与聚集更大量的入射光直接进入光感测区，进而可有效地提高影像感测元件的感光度。

虽然结合以上实施例公开了本发明，然而其并非用以限定本发明，任何所属技术领域中具有通常知识者，在不脱离本发明的精神和范围内，可作些许的更动与润饰，故本发明的保护范围应当以附上的权利要求所界定的为准。