半導(dǎo)體光學(xué)感測器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種半導(dǎo)體光學(xué)感測器，尤其涉及一種具有光屏蔽結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體光學(xué)感測器。
【背景技術(shù)】
[0002]一般而言，光學(xué)感測器將透鏡、感光元件、金屬繞線等元件制作并整合于一感光系統(tǒng)結(jié)構(gòu)中。入射光信號先經(jīng)由透鏡聚焦，而后由感光元件吸收并轉(zhuǎn)換為電信號，電信號再經(jīng)由金屬繞線傳輸至后級的電路以進(jìn)行電性分析或處理。然而，入射光信號可能無法完全被感光元件吸收，造成入射光信號發(fā)散至半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)中的其他部位，此時如果光學(xué)感測器包含多個感測單元所構(gòu)成的陣列，則發(fā)散的入射光會造成感測單元之間的串音干擾(crosstalk)，影響光學(xué)感測器的感測結(jié)果。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]鑒于現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明的一目的在于提供一種半導(dǎo)體光學(xué)感測器，以提高聚光能力與減低串音干擾并提升感測效能。
[0004]本發(fā)明揭露了一種半導(dǎo)體光學(xué)感測器，包含多個感測單元，用來感測一入射光信號以產(chǎn)生一電信號，其中一感測單元包含:一基板；一感光元件，其材料與該基板的材料不同，用來將該入射光信號轉(zhuǎn)換為該電信號；一透鏡，其材料包含與該基板相同的材料，用來改變該入射光信號的傳輸路徑，以將該入射光信號導(dǎo)向該感光元件；以及一光屏蔽元件，圍繞該感光元件，用來改變該入射光信號經(jīng)過該透鏡后的傳輸路徑或傳輸距離，以避免該入射光信號到達(dá)該感測單元的一相鄰感測單元的感光元件。
[0005]本發(fā)明另揭露了一種半導(dǎo)體光學(xué)感測器，用來感測一入射光信號以產(chǎn)生一電信號，包含:一基板；一感光元件，其材料與該基板的材料不同，用來將該入射光信號轉(zhuǎn)換為該電信號；一透鏡，其材料包含與該基板相同的材料，用來改變該入射光信號的傳輸路徑，以將該入射光信號導(dǎo)向該感光元件；一光局限元件，位于該感光元件的側(cè)面并且與該感光元件位于同一平面，用來吸收或反射經(jīng)過該透鏡后的該入射光信號；以及一光反射元件，位于該感光元件的上方，用來反射經(jīng)過該感光元件后的該入射光信號。
[0006]本發(fā)明的半導(dǎo)體光學(xué)感測器能夠有效減少入射光信號散射至鄰近的感測單元，因此可以降低感測單元之間的串音干擾并減少暗電流。
[0007]以下結(jié)合附圖和具體實施例對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)描述，但不作為對本發(fā)明的限定。
【附圖說明】
[0008]圖1A為本發(fā)明半導(dǎo)體光學(xué)感測器的一實作方式的立體結(jié)構(gòu)圖；
[0009]圖1B為圖1A的橫截面圖；
[0010]圖2為本發(fā)明半導(dǎo)體光學(xué)感測器的另一實作方式的橫截面圖；
[0011]圖3A為本發(fā)明半導(dǎo)體光學(xué)感測器的另一實作方式的立體結(jié)構(gòu)圖；
[0012]圖3B為圖3A的橫截面圖；
[0013]圖4為本發(fā)明半導(dǎo)體光學(xué)感測器的另一實作方式的橫截面圖；
[0014]圖5為本發(fā)明半導(dǎo)體光學(xué)感測器的另一實作方式的橫截面圖；
[0015]圖6A為本發(fā)明半導(dǎo)體光學(xué)感測器的另一實作方式的立體結(jié)構(gòu)圖；
[0016]圖6B為圖6A的橫截面圖；以及
[0017]圖7為本發(fā)明半導(dǎo)體光學(xué)感測器之制作流程圖。
[0018]其中，附圖標(biāo)記
[0019]10、20、30、60 半導(dǎo)體光學(xué)感測器
[0020]100、300、600 感測單元
[0021]110、310、610 透鏡
[0022]120、320、620 基板
[0023]130、330、630 感光元件
[0024]140、340光局限結(jié)構(gòu)
[0025]150、350光反射結(jié)構(gòu)
[0026]160、360介電層
[0027]640光屏蔽結(jié)構(gòu)
【具體實施方式】
[0028]本發(fā)明的揭露內(nèi)容包含半導(dǎo)體光學(xué)感測器，其具有良好的光局限及/或光反射結(jié)構(gòu)以避免入射光散射，因此可減低串音干擾。在實施為可能的前提下，本技術(shù)領(lǐng)域具有通常知識者能夠依本說明書的揭露內(nèi)容來選擇等效的元件來實現(xiàn)本發(fā)明，亦即本發(fā)明的實施并不限于后敘的實施例。
[0029]圖1A本發(fā)明半導(dǎo)體光學(xué)感測器的一實作方式的立體結(jié)構(gòu)圖，圖1B為圖1A的橫截面圖。半導(dǎo)體光學(xué)感測器10由多個感測單元100所組成，多個感測單元100以陣列的形式排列，圖中僅繪示某一列中三個相鄰的感測單元100的完整或局部結(jié)構(gòu)。位于基板120下方的半球狀構(gòu)造感測單元100的透鏡110，透鏡110的材料可以與基板120相同(例如是娃、絕緣層覆娃(silicon on insulator, SOI)、磷化銦(InP)、碳化娃(SiC)等，但不以此為限)，制作時可以藉由在同一塊基材上以半導(dǎo)體工藝的方法(例如蝕刻、壓印(imprinting)或圖案轉(zhuǎn)印(pattern transfer)等技術(shù)，不以此為限)制作出透鏡110。因為透鏡110與基板120的材料相同，透鏡110可以由半導(dǎo)體工藝技術(shù)所完成，而達(dá)到降低成本的功效。同時透鏡110與基板120之間的對準(zhǔn)步驟可以利用半導(dǎo)體工藝中的黃光微影技術(shù)來完成，所以工藝上相對簡單以及更為精準(zhǔn)。在其他實施例中，透鏡110的材料也可以與基板120不同。感測單元100的感光元件130制作于基板120的上表面，入射光信號(如圖1A所示之箭頭L)經(jīng)過透鏡110后聚焦在感光元件130上，然后經(jīng)由感光元件130轉(zhuǎn)換成電信號。
[0030]相鄰的感光元件130之間存在有光局限結(jié)構(gòu)140，光局限結(jié)構(gòu)140可以避免應(yīng)該由某一感測單元100吸收的入射光信號散射至其鄰近的感測單元100。在此實施例中，相鄰的感光元件130共用位于兩者之間的光局限結(jié)構(gòu)140 ;光局限結(jié)構(gòu)140與感光元件130同樣制作于基板120的上表面，而且光局限結(jié)構(gòu)140與感光元件130的材料相同，因此可以吸收散射的入射光信號以縮短其傳輸距離，達(dá)到將入射光信號局限在個別的感測單元100之內(nèi)的效果，以減低串音干擾。在一個實施例中，如圖1B所示，光局限結(jié)構(gòu)140與感光元件130的高度相同，也就是兩者可以在同樣的半導(dǎo)體工藝步驟中同時生成(例如在同一個沉積步驟中)，之后再藉由微影與蝕刻定義出兩者的范圍；然而在其他的實施例中，光局限結(jié)構(gòu)140的高度可以高于或低于感光元件130，以得到不同的光局限效果。
[0031]每一個感測單元100還包含光反射結(jié)構(gòu)150，其位于感光元件130的上方，也就是對基板120而言相對于透鏡110的另一側(cè)。更明確地說，光反射結(jié)構(gòu)150制作于介電層160的上方(為了在立體圖中清楚呈現(xiàn)各主要元件的相對位置，圖1A中省略介電層160)，介電層160可以是半導(dǎo)體中常見的介電材料，例如二氧化硅(Si02)等。光反射結(jié)構(gòu)150的功用主要在于反射未被或是未完全被感光元件130吸收的入射光信號，亦即改變?nèi)肷涔庑盘柕膫鬏敺较?，如此一來入射光信號可以有再次被感光元?30吸收的機(jī)會，以提高感光元件130的光電轉(zhuǎn)換效能，亦即提高感測單元100的感測能力。介電層160的厚度可依入射光信號的波長、介電質(zhì)的折射率與光反射結(jié)構(gòu)150的材料而調(diào)整，以達(dá)到最佳反射效果。光反射結(jié)構(gòu)150的材料可以例如是導(dǎo)電性材料、介電材料、半導(dǎo)體材料或其任意組合；在一個實施例中，當(dāng)光反射結(jié)構(gòu)150以金屬實作時，其與感光元件130之間可以透過導(dǎo)線(圖未示)連接，如此一來光反射結(jié)構(gòu)150除了作為反射光信號之用，還可以作為電極，用來跟半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)中其他的電子元件連接，例如電容、電阻、電感、晶體管等，這些電子元件可能制作于基板120的表面或是基板120的內(nèi)部。