光学传感器的制造方法
【技术领域】
[0001]本公开涉及光学传感技术领域，尤其涉及光学传感器。
【背景技术】
[0002]光学传感器广泛适用于不同的应用与产品中，例如摄影机、扫描器、复印机等。在不同技术领域中所使用的光学传感器设计为因应不同目的。不同形式的改良应用于合适的技术领域中。
[0003]为了改良光学传感器的效能与尺寸缩小，使用不同的光学传感器的设计。评估效能的方式之一为量测光学传感器的量子效率。量子效率为撞击光学元件的光子百分比，其产生电荷载体。其为光学传感器对于光的电子敏感性的量测。
【发明内容】
[0004]本公开的一些实施例提供一种光学传感器，其包括半导体块，其包括前侧与背侧；导波区，其位于该半导体块的该背侧上方，其包括核心层，该导波区用于引导入射光；以及光感测区域，其位于该半导体块中，其包括多接合光二极管，该光感测区域用于感测发射光。
[0005]本公开的一些实施例提供一种光学传感器，其包括半导体块，其包括前侧与背侧；导波区，其包括核心层，该导波区用于引导入射光；光感测区域，该光感测区域用于感测发射光；以及互连区，其位于该前侧上方，该互连区用于耦合该光感测区域，其中该互连区位于该光感测区域与该导波区之间。通过本发明提供的光学传感器，通过在生物样品与互连之间放置光二极管，从影像传感器的电子元件分离光学元件。金属互连将来自样品的光开通，因而降低光的损失，并且可达到高量子效率。随着光感测区域越接近样品，光感测区域暴露至更高强度的待测光。
【附图说明】
[0006]由以下详细说明与附随附图得以最佳了解本公开的各方面。注意，根据产业的标准实施方式，各种特征并非依比例绘示。实际上，为了清楚讨论，可任意增大或缩小各种特征的尺寸。
[0007]图1至4为根据本公开的一些实施例说明光学传感器的剖面图。
[0008]图5至29为根据本公开的一些实施例说明制造光学传感器的方法的操作的剖面图。
[0009]图30至31为根据本公开的一些实施例说明光学传感器的剖面图。
[0010]图32为根据本公开的一些实施例说明光学传感器的剖面图。
[0011]附图标记说明:
[0012]8 光
[0013]20入射部
[0014]21光栅结构
[0015]23样品放置部
[0016]25通路结构
[0017]27介电层、核心层
[0018]28介电层
[0019]28上包覆层
[0020]30滤光层
[0021]31阻层
[0022]33离子植入操作
[0023]51磊晶区
[0024]52隔离区
[0025]53源极区域
[0026]54漏极区域
[0027]55光感测区域
[0028]56栅极介电
[0029]57栅极电极
[0030]58栅极结构
[0031]59晶体管
[0032]70介电层
[0033]71第一层通路、接点
[0034]72互连
[0035]73互连区
[0036]75层间介电(ILD)层
[0037]81光
[0038]82光
[0039]83光
[0040]88反射光
[0041]100光学传感器
[0042]105光学传感器
[0043]200导波区
[0044]231样品
[0045]278导波部
[0046]281覆盖层
[0047]282介电层、下包覆层
[0048]511半导体块
[0049]551、559、558 接点插塞
[0050]551、558、559 重掺杂区域
[0051]552浅槽区
[0052]553区域
[0053]554中间槽区
[0054]555区域
[0055]557深槽区
[0056]561栅极介电层
[0057]570掺杂区
[0058]571栅极电极层
[0059]578高掺杂区
[0060]579高掺杂区
[0061]800前侧光学传感器
[0062]SI前侧
[0063]S2背侧
[0064]S23侧壁
[0065]S27上表面
[0066]S45、S235、S534、S523 界面
[0067]S55顶部表面
[0068]S57顶部表面
[0069]SlOO 暴露部
[0070]S105 暴露部
【具体实施方式】
[0071]以下公开内容提供许多不同的实施例或范例，用于实施本申请案的不同特征。元件与配置的特定范例的描述如下，以简化本申请案的公开内容。当然，这些仅为范例，并非用于限制本申请案。例如，以下描述在第二特征上或上方形成第一特征可包含形成直接接触的第一与第二特征的实施例，亦可包含在该第一与第二特征的间形成其他特征的实施例，因而该第一与第二特征并非直接接触。此外，本申请案可在不同范例中重复元件符号和/或字母。此重复为了简化与清楚的目的，而非支配不同实施例和/或所讨论架构之间的关系O
[0072]再者，本申请案可使用空间对应语词，例如“之下”、“低于”、“较低”、“高于”、“较高”等类似语词的简单说明，以描述附图中一元件或特征与另一元件或特征的关系。空间对应语词用以包括除了附图中描述的位向之外，装置于使用或操作中的不同位向。装置或可被定位(旋转90度或是其他位向)，并且可相应解释本申请案使用的空间对应描述。可理解当一特征形成于另一特征或基板上方时，可有其他特征存在于其间。再者，本申请案可使用空间对应语词，例如“之下”、“低于”、“较低”、“高于”、“较高”等类似语词的简单说明，以描述附图中一元件或特征与另一元件或特征的关系。空间对应语词用以包括除了附图中描述的位向之外，装置于使用或操作中的不同位向。装置或可被定位(旋转90度或是其他位向)，并且可相应解释本申请案使用的空间对应描述。
[0073]关于例如前侧照射光学生物传感器的前侧照射影像传感器，从生物样品发射的光移动穿过传导材料，例如金属互连，以及环绕该互连的介电材料，以到达设计用于感测所发射的光的光感测区域。金属互连可阻挡或散射部分的光，并且不可避免地削减光的强度，因而呈现低灵敏度。
[0074]通过在生物样品与互连之间放置光二极管，从影像传感器的电子元件分离光学元件。金属互连将来自样品的光开通，因而降低光的损失，并且可达到高量子效率。随着光感测区域越接近样品，光感测区域暴露至更高强度的待测光。
[0075]图1说明光学传感器100，其包含互连区73、导波区200以及光感测区域55。在一些实施例中，导波区200在互连区73和/或光感测区域55上方。光感测区域55在导波区200与互连区73之间。光感测区域55在导波区200下方并且在互连区73上方。半导体块511包含在磊晶区51中的磊晶层。光感测区域55在磊晶区51中。半导体块511包含前侧SI与背侧S2。在一些实施例中，导波区200在半导体块511的背侧S2上方。互连区73接近或接触前侧SI。
[0076]参阅图1，光8入射在入射部20的光栅结构21上。在一些实施例中，介电层28包含在光栅结构21上方的凹处，因而介电层27中的光栅结构21暴露，以及光8直接入射在介电层27上。在一些实施例中，光8的波长范围为约450纳米至约550纳米。光8从入射部20移动，并且在导波部278中传播。光8几乎都局限在介电层27中。光8可为在导波区200中移动的雷射光。光8可为在介电层27中传播的入射光。在一些实施例中，介电层27为导波区200的核心层27。导波区200导引光8从光源(未绘示)穿过导波区200的核心层27。光8到达导波区200的样品放置部23，并且照射在样品231上。由于光8局限在导波区200的核心层27中，因而光8本身可不与位于样品放置部23中的样品231反应。在一些实施例中，光8的表面消逝波(evanescent wave)親合核心层27上方的样品231。响应光8的消散波，样品231发出某波长的光，例如萤光。例如，发射的萤光的波长可为样品231中的材料特征。例如，在一些实施例中，样品231发出不同波长的萤光，例如光81、光82与光83。光81、82与83穿过靠近导波区200底部的滤光层30。或者，从样品231发出的波长可穿透滤光层30。在一些实施例中，光81、82与83移动穿过滤光层30至磊晶区51ο
[0077]在一些实施例中，滤光层30可为阻挡预定波长范围的滤波器。在一些实施例中，滤光层30设计用于过滤小于或大于光81、82与83的波长的光8的波长，因而光81、82与83系可穿透滤光层30，而光8无法穿透。光81、82与83穿过磊晶区51并且进入光感测区域55。
[0078]光感测区域55感测光，例如来自导波区200的发射光。在光感测区域55中，发射光，例如光81、82与83系分别在不同区域552、554与557被吸收。具体而言，光81、82与83分别被吸收于区域552与区域553之间、区域554与区域555之间以及区域557与磊晶区51之间的接合处。在一些实施例中，区域557是指深槽区557。在一些实施例中，区域554是指中间槽区554，以及区域552是指浅槽区552。对于不同波长的光，每一区域552、554、557的量子效率不同。例如，对于光81，接近区域557的量子效率大于对于另一光长的量子效率，该另一波长例如光82或83的波长。大部分的光81在区域557附近被吸收。在一些实施例中，光81、82、83的波长已分别增加顺序从最短至最长。在一些实施例中，光81可自约450nm至约550nm，光82可自约550nm至约650nm，以及光83可自约650nm至约800nm。
[0079]通过区域552、554或557中吸收的光81转换为区域557中的电荷载体。在一些实施例中，电荷载体可为正或负。电荷载体流至接点插塞551、559或558，因而将关于样品231特性的信息转移至互连区73中的电路，用于进一步处理和/或输出。
[0080]分别经由各区域552、554与557中的重掺杂区域551、558、559，将电荷载体转移至第一层通路71。在一些实施例中，第一层通路也可作为接点。例如，从区域552将电荷载体转移至区域552内的重掺杂区域551。在一些实施例中，重掺杂区域551与区域552包含相同型式的掺质，例如P型或是N型掺质。
[0081]在一些实施例中，区域552、554或557系经由重掺杂区域551、558或559，而耦合至另一半导体装置，例如晶体管59。在一些实施例中，重掺杂区域55