[go: up one dir, main page]

TWI646678B - 影像感測裝置 - Google Patents

影像感測裝置 Download PDF

Info

Publication number
TWI646678B
TWI646678B TW106142915A TW106142915A TWI646678B TW I646678 B TWI646678 B TW I646678B TW 106142915 A TW106142915 A TW 106142915A TW 106142915 A TW106142915 A TW 106142915A TW I646678 B TWI646678 B TW I646678B
Authority
TW
Taiwan
Prior art keywords
dielectric layer
layer
sensing device
image sensing
disposed
Prior art date
Application number
TW106142915A
Other languages
English (en)
Other versions
TW201926660A (zh
Inventor
陳俊伯
Original Assignee
晶相光電股份有限公司
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 晶相光電股份有限公司 filed Critical 晶相光電股份有限公司
Priority to TW106142915A priority Critical patent/TWI646678B/zh
Priority to CN201711474245.8A priority patent/CN109904178A/zh
Priority to US15/876,704 priority patent/US10431626B2/en
Application granted granted Critical
Publication of TWI646678B publication Critical patent/TWI646678B/zh
Publication of TW201926660A publication Critical patent/TW201926660A/zh

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10F—INORGANIC SEMICONDUCTOR DEVICES SENSITIVE TO INFRARED RADIATION, LIGHT, ELECTROMAGNETIC RADIATION OF SHORTER WAVELENGTH OR CORPUSCULAR RADIATION
    • H10F39/00—Integrated devices, or assemblies of multiple devices, comprising at least one element covered by group H10F30/00, e.g. radiation detectors comprising photodiode arrays
    • H10F39/10—Integrated devices
    • H10F39/12—Image sensors
    • H10F39/15—Charge-coupled device [CCD] image sensors
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10F—INORGANIC SEMICONDUCTOR DEVICES SENSITIVE TO INFRARED RADIATION, LIGHT, ELECTROMAGNETIC RADIATION OF SHORTER WAVELENGTH OR CORPUSCULAR RADIATION
    • H10F39/00—Integrated devices, or assemblies of multiple devices, comprising at least one element covered by group H10F30/00, e.g. radiation detectors comprising photodiode arrays
    • H10F39/10—Integrated devices
    • H10F39/12—Image sensors
    • H10F39/18—Complementary metal-oxide-semiconductor [CMOS] image sensors; Photodiode array image sensors
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10F—INORGANIC SEMICONDUCTOR DEVICES SENSITIVE TO INFRARED RADIATION, LIGHT, ELECTROMAGNETIC RADIATION OF SHORTER WAVELENGTH OR CORPUSCULAR RADIATION
    • H10F39/00—Integrated devices, or assemblies of multiple devices, comprising at least one element covered by group H10F30/00, e.g. radiation detectors comprising photodiode arrays
    • H10F39/10—Integrated devices
    • H10F39/12—Image sensors
    • H10F39/199—Back-illuminated image sensors
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10F—INORGANIC SEMICONDUCTOR DEVICES SENSITIVE TO INFRARED RADIATION, LIGHT, ELECTROMAGNETIC RADIATION OF SHORTER WAVELENGTH OR CORPUSCULAR RADIATION
    • H10F39/00—Integrated devices, or assemblies of multiple devices, comprising at least one element covered by group H10F30/00, e.g. radiation detectors comprising photodiode arrays
    • H10F39/80—Constructional details of image sensors
    • H10F39/805—Coatings
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10F—INORGANIC SEMICONDUCTOR DEVICES SENSITIVE TO INFRARED RADIATION, LIGHT, ELECTROMAGNETIC RADIATION OF SHORTER WAVELENGTH OR CORPUSCULAR RADIATION
    • H10F39/00—Integrated devices, or assemblies of multiple devices, comprising at least one element covered by group H10F30/00, e.g. radiation detectors comprising photodiode arrays
    • H10F39/80—Constructional details of image sensors
    • H10F39/805—Coatings
    • H10F39/8057—Optical shielding
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10F—INORGANIC SEMICONDUCTOR DEVICES SENSITIVE TO INFRARED RADIATION, LIGHT, ELECTROMAGNETIC RADIATION OF SHORTER WAVELENGTH OR CORPUSCULAR RADIATION
    • H10F39/00—Integrated devices, or assemblies of multiple devices, comprising at least one element covered by group H10F30/00, e.g. radiation detectors comprising photodiode arrays
    • H10F39/80—Constructional details of image sensors
    • H10F39/806—Optical elements or arrangements associated with the image sensors
    • H10F39/8067—Reflectors
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B5/00—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
    • A61B5/72—Signal processing specially adapted for physiological signals or for diagnostic purposes
    • A61B5/7203—Signal processing specially adapted for physiological signals or for diagnostic purposes for noise prevention, reduction or removal
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10F—INORGANIC SEMICONDUCTOR DEVICES SENSITIVE TO INFRARED RADIATION, LIGHT, ELECTROMAGNETIC RADIATION OF SHORTER WAVELENGTH OR CORPUSCULAR RADIATION
    • H10F39/00—Integrated devices, or assemblies of multiple devices, comprising at least one element covered by group H10F30/00, e.g. radiation detectors comprising photodiode arrays
    • H10F39/011—Manufacture or treatment of image sensors covered by group H10F39/12
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10F—INORGANIC SEMICONDUCTOR DEVICES SENSITIVE TO INFRARED RADIATION, LIGHT, ELECTROMAGNETIC RADIATION OF SHORTER WAVELENGTH OR CORPUSCULAR RADIATION
    • H10F39/00—Integrated devices, or assemblies of multiple devices, comprising at least one element covered by group H10F30/00, e.g. radiation detectors comprising photodiode arrays
    • H10F39/10—Integrated devices
    • H10F39/12—Image sensors
    • H10F39/198—Contact-type image sensors [CIS]
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10F—INORGANIC SEMICONDUCTOR DEVICES SENSITIVE TO INFRARED RADIATION, LIGHT, ELECTROMAGNETIC RADIATION OF SHORTER WAVELENGTH OR CORPUSCULAR RADIATION
    • H10F39/00—Integrated devices, or assemblies of multiple devices, comprising at least one element covered by group H10F30/00, e.g. radiation detectors comprising photodiode arrays
    • H10F39/80—Constructional details of image sensors
    • H10F39/802—Geometry or disposition of elements in pixels, e.g. address-lines or gate electrodes
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10F—INORGANIC SEMICONDUCTOR DEVICES SENSITIVE TO INFRARED RADIATION, LIGHT, ELECTROMAGNETIC RADIATION OF SHORTER WAVELENGTH OR CORPUSCULAR RADIATION
    • H10F39/00—Integrated devices, or assemblies of multiple devices, comprising at least one element covered by group H10F30/00, e.g. radiation detectors comprising photodiode arrays
    • H10F39/80—Constructional details of image sensors
    • H10F39/806—Optical elements or arrangements associated with the image sensors
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10F—INORGANIC SEMICONDUCTOR DEVICES SENSITIVE TO INFRARED RADIATION, LIGHT, ELECTROMAGNETIC RADIATION OF SHORTER WAVELENGTH OR CORPUSCULAR RADIATION
    • H10F39/00—Integrated devices, or assemblies of multiple devices, comprising at least one element covered by group H10F30/00, e.g. radiation detectors comprising photodiode arrays
    • H10F39/80—Constructional details of image sensors
    • H10F39/806—Optical elements or arrangements associated with the image sensors
    • H10F39/8063—Microlenses
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10F—INORGANIC SEMICONDUCTOR DEVICES SENSITIVE TO INFRARED RADIATION, LIGHT, ELECTROMAGNETIC RADIATION OF SHORTER WAVELENGTH OR CORPUSCULAR RADIATION
    • H10F39/00—Integrated devices, or assemblies of multiple devices, comprising at least one element covered by group H10F30/00, e.g. radiation detectors comprising photodiode arrays
    • H10F39/80—Constructional details of image sensors
    • H10F39/811—Interconnections
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10K—ORGANIC ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES
    • H10K39/00—Integrated devices, or assemblies of multiple devices, comprising at least one organic radiation-sensitive element covered by group H10K30/00
    • H10K39/30—Devices controlled by radiation
    • H10K39/32—Organic image sensors

Landscapes

  • Solid State Image Pick-Up Elements (AREA)
  • Investigating, Analyzing Materials By Fluorescence Or Luminescence (AREA)

Abstract

本發明提供一種影像感測裝置，包括：一基板；複數個收集影像電荷的光電轉換單元，設置於該基板中；一第一介電層，設置於該基板上；複數層金屬層，設置於該第一介電層中，其中鄰近該基板之該金屬層定義為一第一金屬層，鄰近該第一介電層之頂部之該金屬層定義為一頂部金屬層；一溝槽，為一光學路徑，用以集中光學訊號，設置於該第一介電層中，位於相鄰之該等金屬層之間，且自該第一介電層之頂部朝該基板之方向延伸至該第一金屬層；一填入材料，如高折射率材料或允許特定波長通過的材料，填入該溝槽；一第二介電層，設置於該第一介電層上；以及一光源或一待測物，設置於該第二介電層上。

Description

影像感測裝置
本揭露係有關於一種影像感測裝置，特別是有關於一種可有效收集光學訊號及提高訊號雜訊比(SNR)之影像感測裝置，特別是用於生物醫學感測方面。
影像感測器(image sensor)是一種將光影像轉換為電訊號的半導體元件。影像感測器一般分為電荷耦合元件(CCD)與互補式金氧半(CMOS)影像感測器。上述影像感測器中，互補式金氧半(CMOS)影像感測器包括用來偵測入射光與將其轉換為電訊號的光二極體，以及用來傳輸與處理電訊號的邏輯電路。
目前的影像感測器中，除傳統用於感測影像之外，已有愈來愈多的影像感測器應用於各類的檢測工作，例如，生物醫學上的檢測，藉由待測物經外部光源照射後所發出的激發光來檢測或判斷待測物的諸多特性。
然而，不管用於感測影像或各類檢測工作，影像感測器仍存在例如串音(cross-talk)現象及訊號雜訊比(SNR)偏低的棘手問題，影響裝置效能。
因此，開發一種可有效收集光學訊號及提高訊號雜訊比(SNR)的影像感測裝置是眾所期待的。
根據本發明之一實施例，提供一種影像感測裝置，包括：一基板；複數個收集影像電荷的光電轉換單元，設置於該基板中；一第一介電層，設置於該基板上；複數層金屬層，設置於該第一介電層中，其中鄰近該基板之該金屬層定義為一第一金屬層，鄰近該第一介電層之頂部之該金屬層定義為一頂部金屬層；一溝槽，為一光學路徑，用以集中光學訊號，設置於該第一介電層中，位於相鄰之該等金屬層之間，且自該第一介電層之頂部朝該基板之方向延伸至該第一金屬層；一填入材料，如高折射率材料，允許特定波長通過或過濾特定波長之材料，填入該溝槽；一第二介電層，設置於該第一介電層上；以及一光源或一待測物，設置於該第二介電層上。
根據本發明之部分實施例，該第一介電層為一氧化層。
根據本發明之部分實施例，該填入材料為折射率高於1.4之材料、允許特定波長通過或是過濾特定波長之材料。
根據本發明之部分實施例，該高折射率材料為折射率介於1.8-2.2之材料或是過濾綠光之材料。
根據本發明之部分實施例，該第二介電層為一氮化矽層或其它適合材料之介電層。
根據本發明之部分實施例，該溝槽與該頂部金屬層接觸，彼此間無間隙。
根據本發明之部分實施例，該影像感測裝置更包 括一遮光層，設置於該第一介電層之頂部。
根據本發明之部分實施例，該遮光層由金屬、擋光的物質或吸收光的物質所構成。
根據本發明之部分實施例，該溝槽與該遮光層接觸，彼此間無間隙。
根據本發明之部分實施例，該待測物為一生物分子。
根據本發明之一實施例，提供一種影像感測裝置，包括：一基板；複數個收集影像電荷的光電轉換單元，設置於該基板中；一第一介電層，設置於該基板上；一遮光層，設置於該第一介電層之頂部；一溝槽，為一光學路徑，用以集中光學訊號，設置於該第一介電層中，自該第一介電層之頂部延伸至該基板，並與該遮光層接觸；一填入材料，如高折射率材料或過濾某特定波長材料，填入該溝槽；一第二介電層，設置於該第一介電層上；以及一光源或一待測物，設置於該第二介電層上。
為讓本發明之上述目的、特徵及優點能更明顯易懂，下文特舉一較佳實施例，並配合所附的圖式，作詳細說明如下。
10、100‧‧‧影像感測裝置
12、120‧‧‧基板
14、140‧‧‧光電轉換單元
16、160‧‧‧第一介電層
16’、160’‧‧‧第一介電層的頂部
18‧‧‧金屬層
20、200‧‧‧溝槽
22、220‧‧‧填入材料
24、240‧‧‧第二介電層
26、260‧‧‧光源
28、280‧‧‧待測物
29、290‧‧‧檢測光源
30‧‧‧第一金屬層
32‧‧‧第二金屬層
34‧‧‧第三金屬層
36‧‧‧頂部金屬層
38‧‧‧第一插栓
38’‧‧‧第二插栓
38”‧‧‧第三插栓
40、400‧‧‧遮光層
第1圖係根據本發明之一實施例，一種影像感測裝置之剖面示意圖；第2圖係根據本發明之一實施例，一種影像感測裝置之剖 面示意圖；第3圖係根據本發明之一實施例，一種影像感測裝置之剖面示意圖；以及第4圖係根據本發明之一實施例，一種影像感測裝置之剖面示意圖。
請參閱第1圖，根據本發明的一實施例，揭露一種影像感測裝置10。第1圖為本實施例影像感測裝置10的剖面示意圖。
如第1圖所示，影像感測裝置10包括基板12、收集影像電荷的光電轉換單元14、第一介電層16、複數層金屬層18、溝槽20、填入材料22、第二介電層24、以及光源26。
在本實施例中，影像感測裝置10為前照式(FSI)影像感測裝置。
根據本發明的部分實施例，影像感測裝置10亦可包括欲檢測的待測物28和檢測光源29。
如第1圖所示，光電轉換單元14設置於基板12中。第一介電層16設置於基板12上。金屬層18設置於第一介電層16中。
在本實施例中，金屬層18包括第一金屬層30、第二金屬層32、第三金屬層34、以及頂部金屬層36。第一金屬層30鄰近基板12，頂部金屬層36鄰近第一介電層16的頂部16’。金屬層18中的各金屬層之間藉由插栓(38、38’、38”)形成電性連接，例如，第一金屬層30與第二金屬層32之間藉由第一插栓 38形成電性連接，第二金屬層32與第三金屬層34之間藉由第二插栓38’形成電性連接，以及第三金屬層34與頂部金屬層36之間藉由第三插栓38”形成電性連接。
溝槽20設置於第一介電層16中，位於相鄰的金屬層18之間，例如，位於相鄰的第一金屬層30之間，位於相鄰的第二金屬層32之間，位於相鄰的第三金屬層34之間，以及位於相鄰的頂部金屬層36之間，且溝槽20自第一介電層16的頂部16’朝基板12的方向延伸至第一金屬層30。
在本實施例中，溝槽20朝基板12延伸的深度以不超過第一金屬層30為原則。然而，若產品對於高暗電流(Dark current)特徵可以接受，也可延伸至基板12。
填入溝槽20的填入材料22可包括高折射率材料、允許特定波長通過、或是過濾特定波長的材料，以於光源26或待測物28與光電轉換單元14之間形成光導元件(light guide element)。填入材料22亦可包括其他適合的材料，例如折射率高於鄰近介電層折射率的材料。
第二介電層24設置於第一介電層16上。光源26設置於第二介電層24上。
根據本發明的部分實施例，亦可將待測物28設置於第二介電層24上。待測物28可以任何形式或方式位於第二介電層24上，如第二介電層24中可形成一溝槽(Trench)，讓待測物28可放置其中(未圖示)。
根據本發明的部分實施例，可以下列方法製作上述光導元件，舉例來說，首先，於第一介電層16上，形成圖案 化光阻層(未圖示)，露出後續定義溝槽20的區域，之後，以此圖案化光阻層為罩幕，對第一介電層16進行蝕刻至第一介電層16中的適當深度(以不超過第一金屬層30為原則)，以於第一介電層16中，形成溝槽20，之後，於溝槽20中，填入材料22，至此，即完成上述光導元件的製作。
根據本發明的部分實施例，光電轉換單元14可為光電二極體(PD)或一感測元件，例如由光電二極體(Photodiode)、傳輸閘極(Transfer Gate)、重置閘極(Reset Gate)、源極隨耦器閘極(Source-follow Gate)、以及選擇閘極(Row-Select Gate)組成。
根據本發明的部分實施例，第一介電層16可為氧化層。
根據本發明的部分實施例，填入材料22可為折射率高於1.4的材料。
根據本發明的部分實施例，填入材料22可為折射率介於1.8-2.2的材料，或允許特定波長通過或是過濾特定波長之材料。
根據本發明的部分實施例，第二介電層24可為氮化矽層或氧化鉭層(TaO)。
根據本發明的部分實施例，待測物28可為生物分子，例如DNA。
在本實施例中，由光源26所發出的光線經由溝槽20所形成的光導元件傳導至光電轉換單元14。
根據本發明的部分實施例，由待測物28經檢測光 源29照射後所發出的激發光亦可經由溝槽20所形成的光導元件傳導至光電轉換單元14，以檢測或判斷待測物28的諸多特性。
在本實施例中，如果溝槽20中填入為高折射率材料22，使得進入光導元件的光線(訊號)可在溝槽20中產生全反射，達到良好的聚光效果，不會從溝槽20兩側穿透至鄰近畫素，可有效降低鄰近畫素間的串音(cross-talk)現象，避免畫素間的顏色摻混。
請參閱第2圖，根據本發明的一實施例，揭露一種影像感測裝置10。第2圖為本實施例影像感測裝置10的剖面示意圖。
如第2圖所示，影像感測裝置10包括基板12、收集影像電荷的光電轉換單元14、第一介電層16、複數層金屬層18、溝槽20、填入材料22、第二介電層24、以及光源26。
在本實施例中，影像感測裝置10為前照式(FSI)影像感測裝置。
根據本發明的部分實施例，影像感測裝置10亦可包括欲檢測的待測物28和檢測光源29。
如第2圖所示，光電轉換單元14設置於基板12中。第一介電層16設置於基板12上。金屬層18設置於第一介電層16中。
在本實施例中，金屬層18包括第一金屬層30、第二金屬層32、第三金屬層34、以及頂部金屬層36。第一金屬層30鄰近基板12，頂部金屬層36鄰近第一介電層16的頂部16’。 金屬層18中的各金屬層之間藉由插栓(38、38’、38”)形成電性連接，例如，第一金屬層30與第二金屬層32之間藉由第一插栓38形成電性連接，第二金屬層32與第三金屬層34之間藉由第二插栓38’形成電性連接，以及第三金屬層34與頂部金屬層36之間藉由第三插栓38”形成電性連接。
溝槽20設置於第一介電層16中，位於相鄰的金屬層18之間，例如，位於相鄰的第一金屬層30之間，位於相鄰的第二金屬層32之間，位於相鄰的第三金屬層34之間，以及位於相鄰的頂部金屬層36之間，且溝槽20自第一介電層16的頂部16’朝基板12的方向延伸至第一金屬層30。
在本實施例中，溝槽20朝基板12延伸的深度以不超過第一金屬層30為原則。然而，若產品對於高暗電流(Dark current)特徵可以接受，也可延伸至基板12。
值得注意的是，在本實施例中，溝槽20與頂部金屬層36實質接觸，即溝槽20與頂部金屬層36之間實質上不存在間隙。
根據本發明的部分實施例，溝槽20亦可與金屬層18中的其他金屬層實質接觸，即溝槽20與其他金屬層之間實質上不存在間隙。舉例來說，溝槽20可與第一金屬層30實質接觸，或溝槽20可與第二金屬層32實質接觸，或溝槽20可與第三金屬層34實質接觸。
填入溝槽20的填入材料22可包括高折射率材料、允許特定波長通過、或是過濾特定波長的材料，以於光源26或待測物28與光電轉換單元14之間形成光導元件(light guide element)。填入材料22亦可包括其他適合的材料，例如折射率高於鄰近介電層折射率的材料。
第二介電層24設置於第一介電層16上。光源26設置於第二介電層24上。
根據本發明的部分實施例，亦可將待測物28設置於第二介電層24上。待測物28可以任何形式或方式位於第二介電層24上，如第二介電層24中可形成一溝槽(Trench)，讓待測物28可放置其中(未圖示)。
根據本發明的部分實施例，可以下列方法製作上述光導元件，舉例來說，首先，於第一介電層16上，形成圖案化光阻層(未圖示)，露出後續定義溝槽20的區域，之後，以此圖案化光阻層為罩幕，依序對第一介電層16以及頂部金屬層36進行蝕刻至第一介電層16中的適當深度(以不超過第一金屬層30為原則)，以於第一介電層16中，形成溝槽20，之後，於溝槽20中，填入材料22，至此，即完成上述光導元件的製作。值得注意的是，在上述光導元件之前的金屬層18的製程中，於形成頂部金屬層36之後，暫不對金屬層36進行蝕刻製程。在進行溝槽蝕刻時，同步對頂部金屬層36進行蝕刻，以形成金屬層與溝槽的無間隙(self-align)製作。
根據本發明的部分實施例，光電轉換單元14可為光電二極體(PD)或一感測元件，例如由光電二極體(Photodiode)、傳輸閘極(Transfer Gate)、重置閘極(Reset Gate)、源極隨耦器閘極(Source-follow Gate)、以及選擇閘極(Row-Select Gate)組成。
根據本發明的部分實施例，第一介電層16可為氧化層。
根據本發明的部分實施例，填入材料22可為折射率高於1.4的材料。
根據本發明的部分實施例，填入材料22可為折射率介於1.8-2.2的材料。
根據本發明的部分實施例，第二介電層24可為氮化矽層或氧化鉭層(TaO)，或允許特定波長通過或是過濾特定波長之材料。
根據本發明的部分實施例，待測物28可為生物分子，例如DNA。
在本實施例中，由光源26所發出的光線經由溝槽20所形成的光導元件傳導至光電轉換單元14。
根據本發明的部分實施例，由待測物28經檢測光源29照射後所發出的激發光亦可經由溝槽20所形成的光導元件傳導至光電轉換單元14，以檢測或判斷待測物28的諸多特性。
在本實施例中，如果溝槽20中填入為高折射率材料22，使得進入光導元件的光線(訊號)可在溝槽20中產生全反射，達到良好的聚光效果，不會從溝槽20兩側穿透至鄰近畫素，可有效降低鄰近畫素間的串音(cross-talk)現象，避免畫素間的顏色摻混，另由於溝槽20與頂部金屬層36實質接觸，使得只有待測物的激發光是可進入光導元件，而外部光源所發出的光(雜訊)將完全為頂部金屬層36所阻擋，不會續向下或向兩側穿 透，可有效降低雜訊對於本畫素或鄰近畫素的干擾，對於提升各畫素的訊號雜訊比(signal-to-noise ratio，SNR)亦有相當的幫助。
請參閱第3圖，根據本發明的一實施例，揭露一種影像感測裝置10。第3圖為本實施例影像感測裝置10的剖面示意圖。
如第3圖所示，影像感測裝置10包括基板12、收集影像電荷的光電轉換單元14、第一介電層16、複數層金屬層18、溝槽20、填入材料22、第二介電層24、以及光源26。
在本實施例中，影像感測裝置10為前照式(FSI)影像感測裝置。
根據本發明的部分實施例，影像感測裝置10亦可包括欲檢測的待測物28和檢測光源29。
如第3圖所示，光電轉換單元14設置於基板12中。第一介電層16設置於基板12上。金屬層18設置於第一介電層16中。
在本實施例中，金屬層18包括第一金屬層30、第二金屬層32、第三金屬層34、以及頂部金屬層36。第一金屬層30鄰近基板12，頂部金屬層36鄰近第一介電層16的頂部16’。金屬層18中的各金屬層之間藉由插栓(38、38’、38”)形成電性連接，例如，第一金屬層30與第二金屬層32之間藉由第一插栓38形成電性連接，第二金屬層32與第三金屬層34之間藉由第二插栓38’形成電性連接，以及第三金屬層34與頂部金屬層36之間藉由第三插栓38”形成電性連接。
溝槽20設置於第一介電層16中，位於相鄰的金屬層18之間，例如，位於相鄰的第一金屬層30之間，位於相鄰的第二金屬層32之間，位於相鄰的第三金屬層34之間，以及位於相鄰的頂部金屬層36之間，且溝槽20自第一介電層16的頂部16’朝基板12的方向延伸至第一金屬層30。
在本實施例中，溝槽20朝基板12延伸的深度以不超過第一金屬層30為原則。然而，若產品對於高暗電流(Dark current)特徵可以接受，也可延伸至基板12。
值得注意的是，在本實施例中，影像感測裝置10更包括遮光層40，設置於第一介電層16的頂部16’。
根據本發明的部分實施例，遮光層40亦可設置於金屬層18之間的任何適當位置。舉例來說，遮光層40可設置於第一金屬層30與第二金屬層32之間，或設置於第二金屬層32與第三金屬層34之間，或設置於第三金屬層34與頂部金屬層36之間。
根據本發明的部分實施例，遮光層40可由金屬所構成，例如，鋁、銅、鎢，或由相關可以擋光或吸收光的物質所構成。
根據本發明的部分實施例，可根據不同的遮光需求，定義遮光層40的適當厚度。
值得注意的是，在本實施例中，溝槽20與設置於第一介電層16的頂部16’的遮光層40實質接觸，即溝槽20與遮光層40之間實質上並不存在有間隙。
根據本發明的部分實施例，溝槽20亦可與設置於 金屬層18之間的遮光層40實質接觸。
填入溝槽20的填入材料22可包括高折射率材料、允許特定波長通過、或是過濾特定波長的材料，以於光源26或待測物28與光電轉換單元14之間形成光導元件(light guide element)。填入材料22亦可包括其他適合的材料，例如折射率高於鄰近介電層折射率的材料。
第二介電層24設置於第一介電層16上。光源26設置於第二介電層24上。
根據本發明的部分實施例，亦可將待測物28設置於第二介電層24上。待測物28可以任何形式或方式位於第二介電層24上，如第二介電層24中可形成一溝槽(Trench)，讓待測物28可放置其中(未圖示)。
根據本發明的部分實施例，可以下列方法製作上述光導元件，舉例來說，首先，於遮光層40與第一介電層16上，形成圖案化光阻層(未圖示)，露出後續定義溝槽20的區域，之後，以此圖案化光阻層為罩幕，依序對遮光層40以及第一介電層16進行蝕刻至第一介電層16中的適當深度(以不超過第一金屬層30為原則)，以於第一介電層16中，形成溝槽20，之後，於溝槽20中，填入材料22，至此，即完成上述光導元件的製作。值得注意的是，在製作上述光導元件之前的遮光層40的製程中，於形成遮光層40之後，暫不對遮光層40進行蝕刻製程。在進行溝槽蝕刻時，同步對遮光層40進行蝕刻，以形成遮光層與溝槽的無間隙(self-align)製作。
根據本發明的部分實施例，光電轉換單元14可為 光電二極體(PD)或一感測元件，例如由光電二極體(Photodiode)、傳輸閘極(Transfer Gate)、重置閘極(Reset Gate)、源極隨耦器閘極(Source-follow Gate)、以及選擇閘極(Row-Select Gate)組成。
根據本發明的部分實施例，第一介電層16可為氧化層。
根據本發明的部分實施例，填入材料22可為折射率高於1.4的材料。
根據本發明的部分實施例，填入材料22可為折射率介於1.8-2.2的材料。
根據本發明的部分實施例，第二介電層24可為氮化矽層或氧化鉭層(TaO)。
根據本發明的部分實施例，待測物28可為生物分子，例如DNA。
在本實施例中，由光源26所發出的光線經由溝槽20所形成的光導元件傳導至光電轉換單元14。
根據本發明的部分實施例，由待測物28經檢測光源29照射後所發出的激發光亦可經由溝槽20所形成的光導元件傳導至光電轉換單元14，以檢測或判斷待測物28的諸多特性。
在本實施例中，如果溝槽20中填入為高折射率材料22，使得進入光導元件的光線(訊號)可在溝槽20中產生全反射，達到良好的聚光效果，不會從溝槽20兩側穿透至鄰近畫素，可有效降低鄰近畫素間的串音(cross-talk)現象，避免畫素間的 顏色摻混，另由於溝槽20與頂部遮光層40實質接觸，使得只有待測物的激發光可進入光導元件，而外部光源所發出的光(雜訊)將完全為遮光層40所阻擋，不會續向下或向兩側穿透，可有效降低雜訊對於本畫素或鄰近畫素的干擾，對於提升各畫素的訊號雜訊比(signal-to-noise ratio，SNR)亦有相當的幫助。
在本發明中，可選擇將遮光層40設置於第一介電層16的頂部16’，或將其設置於金屬層18之間的任何適當位置，如此一來，將不致影響原本的金屬層的製程及相關的電路運作。
請參閱第4圖，根據本發明的一實施例，揭露一種影像感測裝置100。第4圖為本實施例影像感測裝置100的剖面示意圖。
如第4圖所示，影像感測裝置100包括基板120、收集影像電荷的光電轉換單元140、第一介電層160、遮光層400、溝槽200、填入材料220、第二介電層240、以及光源260。
在本實施例中，影像感測裝置100為背照式(BSI)影像感測裝置。
根據本發明的部分實施例，影像感測裝置100亦可包括欲檢測的待測物280和檢測光源290。
如第4圖所示，光電轉換單元140設置於基板120中。第一介電層160設置於基板120上。遮光層400設置於第一介電層160的頂部160’。
值得注意的是，在本實施例中，溝槽200設置於第一介電層160中，且自第一介電層160的頂部160’延伸至基板 120，並與遮光層400實質接觸，即溝槽200與遮光層400之間實質上不存在間隙。
填入溝槽200的填入材料220可包括高折射率材料、允許特定波長通過、或是過濾特定波長的材料，以於光源260或待測物280與光電轉換單元140之間形成光導元件(light guide element)。填入材料220亦可包括其他適合的材料，例如折射率高於鄰近介電層折射率的材料。
第二介電層240設置於第一介電層160上。光源260設置於第二介電層240上。
根據本發明的部分實施例，亦可將待測物280設置於第二介電層240上。待測物280可以任何形式或方式位於第二介電層240上，如第二介電層240中可形成一溝槽(Trench)，讓待測物280可放置其中(未圖示)。
根據本發明的部分實施例，可以下列方法製作上述光導元件，舉例來說，首先，於遮光層400與第一介電層160上，形成圖案化光阻層(未圖示)，露出後續定義溝槽200的區域，之後，以此圖案化光阻層為罩幕，依序對遮光層400以及第一介電層160進行蝕刻至第一介電層160中的適當深度(以蝕刻至基板120為原則)，以於第一介電層160中，形成溝槽200，之後，於溝槽200中，填入材料220，至此，即完成上述光導元件的製作。值得注意的是，在製作上述光導元件之前的遮光層400的製程中，於形成遮光層400之後，暫不對遮光層400進行蝕刻製程。在進行溝槽蝕刻時，同步對遮光層400進行蝕刻，以形成遮光層與溝槽的無間隙(self-align)製作。
根據本發明的部分實施例，光電轉換單元140可為光電二極體(PD)或一感測元件，例如由光電二極體(Photodiode)、傳輸閘極(Transfer Gate)、重置閘極(Reset Gate)、源極隨耦器閘極(Source-follow Gate)、以及選擇閘極(Row-Select Gate)組成。
根據本發明的部分實施例，第一介電層160可為氧化層。
根據本發明的部分實施例，遮光層400可由金屬所構成，例如，鋁、銅、鎢，或由相關可以擋光或吸收光的物質所構成。
根據本發明的部分實施例，可根據不同的遮光需求，定義遮光層400的適當厚度。
根據本發明的部分實施例，填入材料220可為折射率高於1.4的材料。
根據本發明的部分實施例，填入材料220可為折射率介於1.8-2.2的材料，或允許特定波長通過或是過濾特定波長之材料。
根據本發明的部分實施例，第二介電層240可為氮化矽或氧化鉭層(TaO)。
根據本發明的部分實施例，待測物280可為生物分子，例如DNA。
在本實施例中，由光源260所發出的光線經由溝槽200所形成的光導元件傳導至光電轉換單元140。
根據本發明的部分實施例，由待測物280經檢測光 源290照射後所發出的激發光亦可經由溝槽200所形成的光導元件傳導至光電轉換單元140，以檢測或判斷待測物280的諸多特性。
在本實施例中，如果溝槽200中填入為高折射率材料220，使得進入光導元件的光線(訊號)可在溝槽200中產生全反射，達到良好的聚光效果，不會從溝槽200兩側穿透至鄰近畫素，可有效降低鄰近畫素間的串音(cross-talk)現象，避免畫素間的顏色摻混，另由於溝槽200與遮光層400實質接觸，使得只有待測物的激發光可進入光導元件，而外部光源所發出的光(雜訊)將完全為遮光層400所阻擋，不會續向下或向兩側穿透，可有效降低雜訊對於本畫素或鄰近畫素的干擾，對於提升各畫素的訊號雜訊比(signal-to-noise ratio，SNR)亦有相當的幫助。
雖然本發明已以數個較佳實施例揭露如上，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，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作任意之更動與潤飾，因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。

Claims (17)

  1. 一種影像感測裝置，包括：一基板；複數個收集影像電荷之光電轉換單元，設置於該基板中；一第一介電層，設置於該基板上；複數層金屬層，設置於該第一介電層中，其中鄰近該基板之該金屬層定義為一第一金屬層，鄰近該第一介電層之頂部之該金屬層定義為一頂部金屬層；一溝槽，設置於該第一介電層中，位於相鄰之該等金屬層之間，且自該第一介電層之頂部朝該基板之方向延伸至該第一金屬層；一填入材料，填入該溝槽；一第二介電層，設置於該第一介電層和該溝槽上，且該第二介電層直接接觸該第一介電層和該溝槽；以及一光源或一待測物，設置於該第二介電層上。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之影像感測裝置，其中該第一介電層為一氧化層。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之影像感測裝置，其中該填入材料為折射率高於1.4之材料。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之影像感測裝置，其中該填入材料包括折射率介於1.8-2.2之材料、允許特定波長通過之材料、或過濾特定波長之材料。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之影像感測裝置，其中該第二介電層為一氮化矽層或一氧化鉭層(TaO)。
  6. 如申請專利範圍第1項所述之影像感測裝置，其中該溝槽與該頂部金屬層接觸，彼此間無間隙。
  7. 如申請專利範圍第1項所述之影像感測裝置，更包括一遮光層，設置於該第一介電層之頂部。
  8. 如申請專利範圍第7項所述之影像感測裝置，其中該遮光層由金屬、擋光之物質、或吸收光之物質所構成。
  9. 如申請專利範圍第7項所述之影像感測裝置，其中該溝槽與該遮光層接觸，彼此間無間隙。
  10. 如申請專利範圍第1項所述之影像感測裝置，其中該待測物為一生物分子。
  11. 一種影像感測裝置，包括：一基板；複數個收集影像電荷之光電轉換單元，設置於該基板中；一第一介電層，設置於該基板上；一遮光層，設置於該第一介電層之頂部；一溝槽，設置於該第一介電層中，自該第一介電層之頂部延伸至該基板，並與該遮光層接觸；一填入材料，填入該溝槽；一第二介電層，設置於該第一介電層和該溝槽上，且該第二介電層直接接觸該第一介電層和該溝槽；以及一光源或一待測物，設置於該第二介電層上。
  12. 如申請專利範圍第11項所述之影像感測裝置，其中該第一介電層為一氧化層。
  13. 如申請專利範圍第11項所述之影像感測裝置，其中該遮光層由金屬、擋光之物質、或吸收光之物質所構成。
  14. 如申請專利範圍第11項所述之影像感測裝置，其中該填入材料為折射率高於1.4之材料。
  15. 如申請專利範圍第11項所述之影像感測裝置，其中該填入材料為折射率介於1.8-2.2之材料、允許特定波長通過之材料、或過濾特定波長之材料。
  16. 如申請專利範圍第11項所述之影像感測裝置，其中該第二介電層為一氮化矽層或一氧化鉭層(TaO)。
  17. 如申請專利範圍第11項所述之影像感測裝置，其中該待測物為一生物分子。
TW106142915A 2017-12-07 2017-12-07 影像感測裝置 TWI646678B (zh)

Priority Applications (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
TW106142915A TWI646678B (zh) 2017-12-07 2017-12-07 影像感測裝置
CN201711474245.8A CN109904178A (zh) 2017-12-07 2017-12-29 影像感测装置
US15/876,704 US10431626B2 (en) 2017-12-07 2018-01-22 Image sensor devices

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
TW106142915A TWI646678B (zh) 2017-12-07 2017-12-07 影像感測裝置

Publications (2)

Publication Number Publication Date
TWI646678B true TWI646678B (zh) 2019-01-01
TW201926660A TW201926660A (zh) 2019-07-01

Family

ID=65804057

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
TW106142915A TWI646678B (zh) 2017-12-07 2017-12-07 影像感測裝置

Country Status (3)

Country Link
US (1) US10431626B2 (zh)
CN (1) CN109904178A (zh)
TW (1) TWI646678B (zh)

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US11473191B2 (en) * 2019-02-27 2022-10-18 Applied Materials, Inc. Method for creating a dielectric filled nanostructured silica substrate for flat optical devices
US11810933B2 (en) * 2020-01-21 2023-11-07 Taiwan Semiconductor Manufacturing Co., Ltd. Image sensor device and fabrication method thereof
GB2595671B (en) * 2020-06-02 2022-10-19 X Fab Global Services Gmbh Optical sensor comprising a photodiode array
CN113611225B (zh) * 2021-08-19 2023-03-21 业成科技（成都）有限公司 光学显示器结构

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
TW200414281A (en) * 2002-09-27 2004-08-01 Sony Corp Solid photographing device and its manufacturing method
US20100204064A1 (en) * 2009-02-11 2010-08-12 Samsung Electronics Co., Ltd. Integrated bio-chip and method of fabricating the integrated bio-chip
US20110242376A1 (en) * 2010-04-02 2011-10-06 Sony Corporation Solid-state imaging device and method for manufacturing the same, and electronic apparatus and camera module
TW201332092A (zh) * 2012-01-31 2013-08-01 Taiwan Semiconductor Mfg 影像感測器及其製作方法
TW201715716A (zh) * 2013-08-05 2017-05-01 蘋果公司 具有內埋光屏蔽件及垂直閘之影像感測器

Family Cites Families (24)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4117672B2 (ja) * 2002-05-01 2008-07-16 ソニー株式会社 固体撮像素子及び固体撮像装置、並びにこれらの製造方法
KR100745985B1 (ko) * 2004-06-28 2007-08-06 삼성전자주식회사 이미지 센서
US7193289B2 (en) * 2004-11-30 2007-03-20 International Business Machines Corporation Damascene copper wiring image sensor
JP4944399B2 (ja) * 2005-07-04 2012-05-30 キヤノン株式会社 固体撮像装置
US7714535B2 (en) * 2006-07-28 2010-05-11 Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. Power storage device
KR100784387B1 (ko) * 2006-11-06 2007-12-11 삼성전자주식회사 이미지 센서 및 그 형성방법
US20090065820A1 (en) * 2007-09-06 2009-03-12 Lu-Yang Kao Method and structure for simultaneously fabricating selective film and spacer
JP5446281B2 (ja) * 2008-08-01 2014-03-19 ソニー株式会社 固体撮像装置、その製造方法および撮像装置
KR101500344B1 (ko) * 2008-08-26 2015-03-09 삼성전자 주식회사 이미지 센서
KR20100046766A (ko) * 2008-10-28 2010-05-07 삼성전자주식회사 이미지 센서
JP5423042B2 (ja) * 2009-02-25 2014-02-19 ソニー株式会社 固体撮像装置の製造方法
JP5644057B2 (ja) * 2009-03-12 2014-12-24 ソニー株式会社 固体撮像装置とその製造方法および撮像装置
KR101647779B1 (ko) * 2009-09-09 2016-08-11 삼성전자 주식회사 이미지 센서, 그 제조 방법, 및 상기 이미지 센서를 포함하는 장치
US8441052B2 (en) * 2009-10-21 2013-05-14 Hiok Nam Tay Color-optimized image sensor
KR101062330B1 (ko) * 2010-01-14 2011-09-05 (주)실리콘화일 배면광 포토다이오드 구조를 갖는 이미지 센서를 구비한 바이오칩
JP5853389B2 (ja) * 2011-03-28 2016-02-09 ソニー株式会社 半導体装置及び半導体装置の製造方法。
JP5408215B2 (ja) * 2011-09-20 2014-02-05 大日本印刷株式会社 固体撮像素子とその製造方法および固体撮像素子を用いた撮像装置
JP6128787B2 (ja) * 2012-09-28 2017-05-17 キヤノン株式会社 半導体装置
JP6190175B2 (ja) * 2013-06-19 2017-08-30 キヤノン株式会社 固体撮像装置の製造方法
JP6120094B2 (ja) * 2013-07-05 2017-04-26 ソニー株式会社 固体撮像装置およびその製造方法、並びに電子機器
JP6235412B2 (ja) * 2014-05-27 2017-11-22 ルネサスエレクトロニクス株式会社 半導体装置およびその製造方法
JP6664175B2 (ja) * 2015-09-11 2020-03-13 キヤノン株式会社 撮像装置及び撮像装置の製造方法
GB2558714B (en) * 2016-10-28 2020-04-08 Canon Kk Photoelectric conversion apparatus and image pickup system
TWI826089B (zh) * 2016-11-03 2023-12-11 大陸商深圳華大智造科技有限公司 用於生物或化學分析的生物感測器以及製造其的方法

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
TW200414281A (en) * 2002-09-27 2004-08-01 Sony Corp Solid photographing device and its manufacturing method
US20100204064A1 (en) * 2009-02-11 2010-08-12 Samsung Electronics Co., Ltd. Integrated bio-chip and method of fabricating the integrated bio-chip
US20110242376A1 (en) * 2010-04-02 2011-10-06 Sony Corporation Solid-state imaging device and method for manufacturing the same, and electronic apparatus and camera module
TW201332092A (zh) * 2012-01-31 2013-08-01 Taiwan Semiconductor Mfg 影像感測器及其製作方法
TW201715716A (zh) * 2013-08-05 2017-05-01 蘋果公司 具有內埋光屏蔽件及垂直閘之影像感測器

Also Published As

Publication number Publication date
US10431626B2 (en) 2019-10-01
TW201926660A (zh) 2019-07-01
CN109904178A (zh) 2019-06-18
US20190181164A1 (en) 2019-06-13

Similar Documents

Publication Publication Date Title
TWI550841B (zh) 影像感測器及其形成方法
US8237832B2 (en) Image sensor with focusing interconnections
TWI646678B (zh) 影像感測裝置
JP6021439B2 (ja) 固体撮像装置
CN108962924A (zh) 形成图像传感器的吸收增强结构的方法
TWI686938B (zh) 半導體裝置結構及其製造方法
US9613995B2 (en) Method of manufacturing semiconductor device
KR101023074B1 (ko) 이미지 센서 및 그 제조 방법
KR100791346B1 (ko) 이미지 센서 제조 방법 및 이에 따라 제조된 이미지 센서
CN111785750A (zh) 背照式图像传感器
WO2017098779A1 (ja) 固体撮像素子、撮像装置及び固体撮像素子の製造方法
CN108281435A (zh) 一种图像传感器及其形成方法
US20090090944A1 (en) Image Sensor and Method of Fabricating the Same
US9129876B2 (en) Image sensor and process thereof
KR100937657B1 (ko) 이미지 센서 및 그 제조 방법
US20020153478A1 (en) Method of preventing cross talk
US20090140361A1 (en) Image Sensor and Method of Manufacturing the Same
KR102810227B1 (ko) 후면 조사형 이미지 센서 및 그 제조 방법
WO2009066909A2 (en) Unit pixel of image sensor including photodiode having stacking structure
CN110120396B (zh) 影像传感器
KR20080079490A (ko) 배면 조명 이미지 센서 및 그 제조방법
CN219591401U (zh) 图像传感器及电子设备
KR20100076715A (ko) 이미지 센서 및 이미지 센서의 제조 방법
JP2019021892A (ja) 光学センサおよびその製造方法
KR100600945B1 (ko) 광집적률 개선을 위한 이미지센서