TWI606596B - 光學感測器及其製造方法 - Google Patents

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Description

光學感測器及其製造方法
本揭露係關於光學感測器及其製造方法。
光學感測器廣泛適用於不同的應用與產品中，例如攝影機、掃描器、複印機等。在不同技術領域中所使用的光學感測器係設計為因應不同目的。不同形式的改良應用於合適的技術領域中。
為了改良光學感測器的效能與尺寸縮小，使用不同的光學感測器之設計。評估效能的方式之一係量測光學感測器的量子效率。量子效率係撞擊光學元件的光子百分比，其產生電荷載體。其為光學感測器對於光的電子敏感性之量測。
本揭露的一些實施例係提供一種光學感測器，其包括半導體塊，其包括前側與背側；導波區，其係位於該半導體塊的該背側上方，其包括核心層，該導波區係用於引導入射光；以及光感測區域，其係位於該半導體塊中，其包括多接合光二極體，該光感測區域係用於感測發射光。
本揭露的一些實施例係提供一種光學感測器，其包括半導體塊，其包括前側與背側；導波區，其包括核心層，該導波區係用於引導入射光；光感測區域，該光感測區域係用於感測發射光；以 及互連區，其係位於該前側上方，該互連區係用於耦合該光感測區域，其中該互連區係位於該光感測區域與該導波區之間。
8‧‧‧光
20‧‧‧入射部
21‧‧‧光柵結構
23‧‧‧樣品置放部
25‧‧‧通路結構
27‧‧‧介電層、核心層
28‧‧‧介電層
28‧‧‧上包覆層
30‧‧‧濾光層
31‧‧‧阻層
33‧‧‧離子植入操作
51‧‧‧磊晶區
52‧‧‧隔離區
53‧‧‧源極區域
54‧‧‧汲極區域
55‧‧‧光感測區域
56‧‧‧閘極介電
57‧‧‧閘極電極
58‧‧‧閘極結構
59‧‧‧電晶體
70‧‧‧介電層
71‧‧‧第一層通路、接點
72‧‧‧互連
73‧‧‧互連區
75‧‧‧層間介電(ILD)層
81‧‧‧光
82‧‧‧光
83‧‧‧光
88‧‧‧反射光
100‧‧‧光學感測器
105‧‧‧光學感測器
200‧‧‧導波區
231‧‧‧樣品
278‧‧‧導波部
281‧‧‧覆蓋層
282‧‧‧介電層、下包覆層
511‧‧‧半導體塊
551、559、558‧‧‧接點插塞
551、558、559‧‧‧重摻雜區域
552‧‧‧淺槽區
553‧‧‧區域
554‧‧‧中間槽區
555‧‧‧區域
557‧‧‧深槽區
561‧‧‧閘極介電層
570‧‧‧摻雜區
571‧‧‧閘極電極層
578‧‧‧高摻雜區
579‧‧‧高摻雜區
800‧‧‧前側光學感測器
S1‧‧‧前側
S2‧‧‧背側
S23‧‧‧側壁
S27‧‧‧上表面
S45、S235、S534、S523‧‧‧界面
S55‧‧‧頂部表面
S57‧‧‧頂部表面
S100‧‧‧暴露部
S105‧‧‧暴露部
由以下詳細說明與附隨圖式得以最佳了解本揭露之各方面。注意，根據產業之標準實施方式，各種特徵並非依比例繪示。實際上，為了清楚討論，可任意增大或縮小各種特徵的尺寸。
圖1至4係根據本揭露的一些實施例說明光學感測器的剖面圖。
圖5至29係根據本揭露的一些實施例說明製造光學感測器的方法之操作的剖面圖。
圖30至31係根據本揭露的一些實施例說明光學感測器的剖面圖。
圖32係根據本揭露的一些實施例說明光學感測器的剖面圖。
以下揭示內容提供許多不同的實施例或範例，用於實施本申請案之不同特徵。元件與配置的特定範例之描述如下，以簡化本申請案之揭示內容。當然，這些僅為範例，並非用於限制本申請案。例如，以下描述在第二特徵上或上方形成第一特徵可包含形成直接接觸的第一與第二特徵之實施例，亦可包含在該第一與第二特徵之間形成其他特徵的實施例，因而該第一與第二特徵並非直接接觸。此外，本申請案可在不同範例中重複元件符號與/或字母。此重複係為了簡化與清楚之目的，而非支配不同實施例與/或所討論架構之間的關係。
再者，本申請案可使用空間對應語詞，例如「之下」、「低於」、「較低」、「高於」、「較高」等類似語詞之簡單說明，以 描述圖式中一元件或特徵與另一元件或特徵的關係。空間對應語詞係用以包括除了圖式中描述的位向之外，裝置於使用或操作中之不同位向。裝置或可被定位(旋轉90度或是其他位向)，並且可相應解釋本申請案使用的空間對應描述。可理解當一特徵係形成於另一特徵或基板上方時，可有其他特徵存在於其間。再者，本申請案可使用空間對應語詞，例如「之下」、「低於」、「較低」、「高於」、「較高」等類似語詞之簡單說明，以描述圖式中一元件或特徵與另一元件或特徵的關係。空間對應語詞係用以包括除了圖式中描述的位向之外，裝置於使用或操作中之不同位向。裝置或可被定位(旋轉90度或是其他位向)，並且可相應解釋本申請案使用的空間對應描述。
關於例如前側照射光學生物感測器之前側照射影像感測器，從生物樣品發射的光移動穿過傳導材料，例如金屬互連，以及環繞該互連的介電材料，以到達設計用於感測所發射之光的光感測區域。金屬互連可阻擋或散射部分的光，並且不可避免地削減光的強度，因而呈現低靈敏度。
藉由在生物樣品與互連之間置放光二極體，從影像感測器的電子元件分離光學元件。金屬互連將來自樣品的光開通，因而降低光的損失，並且可達到高量子效率。隨著光感測區域越接近樣品，光感測區域暴露至更高強度的待測光。
圖1係說明光學感測器100，其包含互連區73、導波區200以及光感測區域55。在一些實施例中，導波區200係在互連區73與/或光感測區域55上方。光感測區域55係在導波區200與互連區73之間。光感測區域55係在導波區200下方並且在互連區73上方。半導體塊511包含在磊晶區51中的磊晶層。光感測區域55係在磊晶區51中。半導體塊511包含前側S1與背側S2。在一些實施例中，導波區200係在半導體塊511的背側S2上方。互連區73係接近或接觸前側S1。
參閱圖1，光8入射在入射部20的光柵結構21上。在一些實施例中，介電層28包含在光柵結構21上方的凹處，因而介電層27中的光柵結構21暴露，以及光8直接入射在介電層27上。在一些實施例中，光8的波長範圍係約450奈米至約550奈米。光8從入射部20移動，並且在導波部278中傳播。光8幾乎都侷限在介電層27中。光8可為在導波區200中移動的雷射光。光8可為在介電層27中傳播的入射光。在一些實施例中，介電層27係導波區200的核心層27。導波區200導引光8從光源(未繪示)穿過導波區200的核心層27。光8到達導波區200的樣品置放部23，並且照射在樣品231上。由於光8係侷限在導波區200的核心層27中，因而光8本身可不與位於樣品置放部23中的樣品231反應。在一些實施例中，光8的表面消逝波(evanescent wave)係耦合核心層27上方的樣品231。響應光8的消散波，樣品231發出某波長的光，例如螢光。例如，發射的螢光之波長可為樣品231中的材料特徵。例如，在一些實施例中，樣品231發出不同波長的螢光，例如光81、光82與光83。光81、82與83穿過靠近導波區200底部的濾光層30。或者，從樣品231發出的波長係可穿透濾光層30。在一些實施例中，光81、82與83移動穿過濾光層30至磊晶區51。
在一些實施例中，濾光層30可為阻擋預定波長範圍的濾波器。在一些實施例中，濾光層30係設計用於過濾小於或大於光81、82與83之波長的光8之波長，因而光81、82與83係可穿透濾光層30，而光8無法穿透。光81、82與83穿過磊晶區51並且進入光感測區域55。
光感測區域55感測光，例如來自導波區200的發射光。在光感測區域55中，發射光，例如光81、82與83係分別在不同區域552、554與557被吸收。具體而言，光81、82與83係分別被吸收於區域552與區域553之間、區域554與區域555之間以及區域557與磊晶 區51之間的接合處。在一些實施例中，區域557係指深槽區557。在一些實施例中，區域554係指中間槽區554，以及區域552係指淺槽區552。對於不同波長的光，每一區域552、554、557的量子效率不同。例如，對於光81，接近區域557的量子效率係大於對於另一光長的量子效率，該另一波長例如光82或83的波長。大部分的光81係在區域557附近被吸收。在一些實施例中，光81、82、83的波長已分別增加順序係從最短至最長。在一些實施例中，光81可自約450nm至約550nm，光82可自約550nm至約650nm，以及光83可自約650nm至約800nm。
藉由區域552、554或557中吸收的光81轉換為區域557中的電荷載體。在一些實施例中，電荷載體可為正或負。電荷載體流至接點插塞551、559或558，因而將關於樣品231特性的資訊轉移至互連區73中的電路，用於進一步處理與/或輸出。
分別經由各區域552、554與557中的重摻雜區域551、558、559，將電荷載體轉移至第一層通路71。在一些實施例中，第一層通路亦可作為接點。例如，從區域552將電荷載體轉移至區域552內的重摻雜區域551。在一些實施例中，重摻雜區域551與區域552包含相同型式的摻質，例如P型或是N型摻質。
在一些實施例中，區域552、554或557係經由重摻雜區域551、558或559，而耦合至另一半導體裝置，例如電晶體59。在一些實施例中，重摻雜區域551、558或559係經由接點71或互連72而耦合至另一半導體裝置，例如電晶體59。從電晶體59將數據資訊轉移至互連區73中的電路。互連區73係耦合接近前側S1的光感測區域55中的多接合光二極體。多接合光二極體係以與前側S1接觸的多重接合而接近前側S1。在一些實施例中，多個電晶體59係耦合至多個光感測區域55，因而轉移在多個樣品置放部23中關於樣品231的數據資訊。電 晶體59的邊界係在前側S1。在一些實施例中，在光學感測器100中的其他電晶體結構係類似於電晶體59。
電晶體59係耦合至光感測區域55中的光感測元件，以轉移影像數據至電路，用於進一步處理與/或輸出。在一些實施例中，光感測元件包含光感測二極體。在一些實施例中，光感測二極體包含區域557與555。
在一些實施例中，介電層28係上包覆層，其包含例如SiO2之材料。在一些實施例中，介電層27係核心層27，其包含例如Ta2O5或SiON之材料。在一些實施例中，互連72或通路結構25可由例如鋁、銅、氮化鈦、鎢、鈦、鉭、氮化鉭、矽化鎳、矽化鈷、TaC、TaSiN、TaCN、TiAl、TiAlN、其他合適的傳導材料與/或其組合之材料組成。
在一些實施例中，以覆蓋層取代介電層28。在一些實施例中，覆蓋層包含金屬或金屬氧化物。該金屬包含鋁，以及該金屬氧化物包含二氧化鋁。在一些實施例中，玻璃層係位於覆蓋層與核心層27之間。位於核心層27上方的覆蓋層係包含奈米槽(nanowell)作為樣品置放部23。
光感測區域55係多接合光二極體，用於偵測不同波長的光。在一些實施例中，半導體塊511包含在磊晶區51中的第一導體型摻質，例如P型摻質。區域557包含第二導體型摻質，例如N型摻質。區域555包含第一傳導型摻質。在一些實施例中，半導體層，例如區域555，係槽區。區域554包含第二傳導型摻質。區域553包含第一傳導型摻質。在一些實施例中，區域553係槽區。區域552包含第二傳導型摻質。可依設計參數，變化每一半導體層的傳導型。重摻雜區551、558或559包含第二傳導型摻質。在一些實施例中，重摻雜區551、559或558的摻雜濃度係約10E18至10E21原子/cm3。重摻雜區 551、558或559較接近前側S1而非背側S2。在一些實施例中，重摻雜區551、558或559係與前側S1接觸。
區域552、553、554、555或557包含摻雜區570的薄層。摻雜區570係與前側S1接觸。在一些實施例中，摻雜區570比重摻雜區551、558或559更薄。在一些實施例中，摻雜區570的摻雜濃度係約10E18至10E20原子/cm3。在一些實施例中，相較於光感測區域55中的其他區域，摻雜區570包含較高摻雜濃度。摻雜區570可避免載體擴散至外部環境，例如至互連區73。藉由隔離接近前側S1的表面缺陷，摻雜區570降低暗電流。
在一些實施例中，在磊晶區51以及區域552、553、554、555或557中之一些部分中的摻雜濃度係約10E15至10E18原子/cm3。在一些實施例中，第一傳導型摻質係P型摻雜，例如硼。磊晶區51係輕摻雜的磊晶，因而磊晶區51中之第一傳導型摻質的摻雜濃度係小於半導體塊511之其他部分中的預定摻雜濃度。在一些實施例中，磊晶區51係由SiGe組成作為P型摻雜的摻雜濃度。在一些實施例中，磊晶區51係由SiC組成作為N型摻雜的摻雜濃度。在一些實施例中，磊晶區51包含SiGe或SiC的濃度分布。
區域557、554或552包含預定摻雜濃度之第二傳導型摻質，例如磷。在一些實施例中，該預定摻雜濃度係實質相同。在一些實施例中，該預定摻雜濃度係實質大於磊晶區51中之第一傳導型摻質的摻雜濃度。
區域555或553包含一些預定摻雜濃度的第一傳導型摻質，例如硼。在一些實施例中，該預定摻雜濃度係實質相同。區域555或553中之第一傳導型摻質的摻雜濃度係實質大於區域557、554或552中之第二傳導型摻質的預定摻雜濃度。
在一些實施例中，相較於區域557、554或552的另一 部分，接近前側S1之區域557、554或552的部分係分別包含較高的摻雜濃度。換言之，區域557、554或552可包含每一區域內之摻質的濃度梯度。較接近重摻雜區559、558或551之區域557、554或552的部分係作為區域557、554或552的終端，用於外部連接。在一些實施例中，重摻雜區559、558或551包含材料，例如金屬或其他傳導材料。
磊晶區51包含接近前側S1的隔離區52。在一些實施例中，隔離區52係淺溝槽隔離(STI)特徵或是矽的區域氧化作用(LOCOS)特徵。隔離區52將磊晶區51中或半導體塊511中之不同元件或區域定義且彼此隔離。例如，隔離區52將相鄰的光感測區域55彼此隔離、隔離光感測區域55與電晶體59、或是將電路的一些元件彼此隔離等。在一些實施例中，隔離區52係由介電材料製成。
電晶體59係位於磊晶區51的前側S1。電晶體59包含閘極結構58、源極區域53以及汲極區域54。閘極結構58包含閘極介電56與閘極電極57。
閘極介電56包含高k介電層或其組合。閘極介電56係由任何合適的介電材料所製成，例如氧化鉿(HfO)或是氧化矽鉿(HfSiO)。
電晶體59的閘極結構58、源極區域53以及汲極區域54係耦合至複數個第一層通路或是後續所稱之「接點」71。接點71出過介電層70，因而接點71連接閘極結構58、源極區域53或汲極區域54的一些部分。接點71係接觸源極區域53、汲極區域54或光感測區域55下方之前側S1的部分。在一些實施例中，接點71與介電層70係在層間介電(ILD)層75中。ILD層75係在電晶體59與光感測區域55下方。電晶體59係接近光感測區域55。互連區73包含電晶體59、ILD層75、介電層70以及互連72。為求簡化說明，在本揭露中，將通路結構與金屬線概括為互連。互連區73係在前側S1下方。
圖2係說明光學感測器100中的各種參數。在導波區200中，樣品置放部23係在背側S2上方一預定距離。在一些實施例中，該預定距離係厚度TH27與TH28的總和。介電層28的厚度係TH28。介電層27的厚度係TH27。在一些實施例中，厚度TH27係約150奈米加上約5至10百分比。在一些實施例中，濾光層20係位於背側S2與核心層27之間。濾光層30的厚度係TH30。在一些實施例中，厚度TH30係約2微米。在一些實施例中，濾光層30包含一些介電層的多重堆疊，設計用以過濾光8之不同波長，因而防止光8進入磊晶區51中。在一些實施例中，介電層的堆疊包含SiO2/Ta2O5交錯配置。
樣品置放部23係奈米槽，其寬度為W23。樣品置放部23的高度係實質等於介電層28的厚度TH28。在一些實施例中，厚度TH28可為約330奈米加上或減去約10百分比。在一些實施例中，厚度TH28與厚度TH27之間的比例約為2。
ILD層75係接觸磊晶區51的前側S1。界面S45係位於磊晶區51與光感測區域55之間。樣品231係在光感測區域55的頂部表面上方附近，相距約一預定高度H235。該預定高度H235約為厚度TH27、厚度TH30與高度H551之總和。高度H551係從背側S2至光感測區域55的界面S45。
光感測區域55係位於半導體塊511之背側S2與前側S1之間。光感測區域55包含多接合光二極體。多接合光二極體包含半導體層，例如區域552、553、554、555與557。
光感測區域55包含高度H55與寬度W557。高度H55係從前側S1至磊晶區51與區域557之間的界面S45。寬度W557係區域557的寬度。在一些實施例中，高度H551係約0.2微米至約0.5微米。
高度H551、H557與H555的總和係背側S2至區域555與區域554之間接合處的距離。在一些實施例中，該總和係約0.5微米 至約1.5微米。不同波長的光81、82或83在光感測區域55中具有不同的穿透深度。例如，關於約500奈米的光長，穿透深度約0.9至1微米。高度H551、H557、H555、H554與H553的總和係從背側S2至區域553至區域552之間的接合處之距離。在一些實施例中，該總和係約2.5微米至約3微米。高度H55與高度H551的總和係約為半導體塊511的高度。在一些實施例中，半導體塊511的高度係約2.5微米至約5微米。
在一些實施例中，區域557、555或554包含垂直部與水平部。水平部係實質平行於前側S1。前側S1係介電層70與磊晶區51之間的界面。
磊晶區51與區域557之間的界面係p-n接合。一些水平界面為區域557與區域555的水平部之間、區域555與區域554的水平部之間、區域554與區域553的水平部之間、以及區域553與區域552的水平部之間的p-n接合。一些垂直界面為接近區域557與區域555的垂直部之間、區域555與區域554的垂直部之間、區域554與區域553的垂直部之間、以及區域553與區域552的垂直部之間的電晶體59之p-n接合。光感測區域55係多接合光二極體結構，可感測在不同界面之不同波長的光。不同波長的光在光感測區域55中具有不同的穿透深度。多接合光二極體基於矽的光吸收性質而包含多重波長偵測。例如，區域553所環繞的區域552係第一光二極體；區域555與區域553所環繞的區域554係第二光二極體；以及磊晶區51所環繞的區域557係第三光二極體。
光感測區域55係多接合光二極體結構，其包含自樣品置放部23之不同深度的區域552、553、554、555與557，並且係用於感測不同波長的光。位於距離樣品置放部23較遠的光二極體，例如第三光二極體，偵測到較多具有較長波較長的光。位於距離樣品置放部 23較近的光二極體，例如第一光二極體，偵測到較多波長較短的光。
在一些實施例中，每一區域552、553、554、555或557的結構具有共同軸，其平行於高度H55的量測或是垂直於前側S1。在一些實施例中，高摻質濃度的高摻雜區579，如圖17所示，其環繞光感測區域55中的光二極體之周圍，因而防止外部電路的雜訊影像以及其他相鄰光二極體的串音干擾(cross-talk)。高摻雜區579降低光二極體的一些內部暗電流。
圖3係類似於圖1，差別在於在核心層27下方增加介電層282。
核心層27下方的介電層282包含厚度TH282。介電層282係核心層27下方之較低的包覆層。在一些實施例中，厚度TH282係實質大於厚度TH27或TH28，因而介電層282可提供支撐以握持介電層27。在一些實施例中，從樣品置放部23至背側S2的距離係約為厚度TH27、TH28與TH30的總和。總和係約3微米。在一些實施例中，取代在導波區200與光感測區域55之間置放互連區73(前側光學感測器)之配置型態，藉由在導波區200與互連區73之間置放光感測區域55(背側光學感測器)之配置型態而減少高度H252。在此配置中，來自樣品231的螢光，例如光81、82或83移動縮短的距離至光感測區域55。藉由將光感測區域55配置較接近樣品置放部23，到達界面S45、S534或S523的螢光強度增加。增加的強度造成光學感測器100的量子效率增加。藉由將互連區73配置比光感測區域55更遠離導波區200，光學元件與電子元件分離，該電子元件例如接點71或通路結構25，該光學元件例如介電層28或介電層27。在此替換中，螢光移動而無散射與互連區73中的金屬線減少。可藉由前述替換，增加螢光的信號與雜訊之比例。
在圖1中，核心層27下方的層係濾光層30。在一些實 施例中，濾光層30包含交錯介電層之堆疊的頂層，該交錯介電層之堆疊包含但不限於SiO2與Ta2O5。該頂層可為具有較低折射率之前述交錯介電層之一，例如SiO2。在一些實施例中，交錯介電層的SiO2係接觸核心層27。根據要過濾的目標波長，可設計交錯介電層之重複週期數。在圖3中，核心層27下方的層為介電層282。介電層282的厚度TH282約為510奈米加上或減去約十百分比。在一些實施例中，厚度TH282係實質大於高度H252，因而下包覆層282的厚度TH282與上包覆層28的厚度TH28之比例係約1至約2。在一些實施例中，介電層282係由折射率小於核心層27之第一折射率的材料組成。在一些實施例中，介電層282的折射率係小於、等於、或大於介電層28的第二折射率。參閱圖1，光感測區域55中的區域包含由第二傳導型摻質所組成的三個區域552、554與557，以及由第一傳導型摻質所組成的兩個區域553與555。在圖3中，光感測區域55中的區域包含由第二傳導型摻質所組成的兩個區域552與554，以及由第一傳導型摻質所組成的一個區域553。圖3中的光感測區域55之詳細討論如下。
第一傳導型摻質所組成的區域與第二傳導型摻質所組成的另一區域之間的界面係p-n接合。在不同位置、具有不同長度或不同位向的每一界面可區別地偵測不同波長的光81、82或83。p-n接合的不同組合作為不同光二極體，可偵測不同波長的光81、82或83。例如，區域554與磊晶區51之間的界面S45係p-n接合。第一水平接合，例如界面S523，其係較接近前側S1，第二水平接合，例如界面S45，其係較接近背側S2。
第一水平接合，例如界面S523，其最接近前側S1。第二水平接合，例如界面S45，其係與前側S1距離最遠或是最接近背側S2。從第一接合至第二接合的距離係高度H554與高度H553的總和係約2微米至約3微米。第一水平接合係小於第二水平接合。第三接 合，例如界面S534，其係位於第一接合與第二接合之間。從背側S2分別至第一接合、第二接合與第三接合的距離之比例係介於一範圍內自約4：1：2至約9：1：3。水平接合，例如界面S45、S534或S523，係實質平行於前側S1。水平接合係彼此平行。
圖4係說明一些光學感測器105與100之間的差別。在光學感測器100中，光感測區域55係位於導波區200與互連區73之間。光感測區域55係在磊晶區51下方。背側S2係位於導波區200與光感測區域55之間。來自樣品置放部23的光81移動至光感測區域55的頂部表面S55。頂部表面S55包含暴露部S100，其暴露至光81的一些強度。暴露部S100具有寬度W100。光81的一些強度係與距離的平方成反比，該距離例如高度H100。在與暴露部S100垂直的方向，量測高度H100。量測從來源至暴露部S100的高度H100，該來源例如樣品231。
在光學感測器105中，互連區73係位於導波區200與光感測區域55之間。背側S2係位於互連區73與光感測區域55之間。來自樣品置放部23的光81係移動至光感測區域55的頂部表面S57。頂部表面S57包含暴露部S105，其暴露至光81的一些強度。暴露部S105具有寬度W105。光81的一些強度係與距離的平方成反比，該距離係例如高度H105。在垂直於暴露部S105的方向中，量測高度H105。從來源至暴露部S105量測高度H105，該來源係例如樣品231。
比較光學感測器105與100，高度H100係小於高度H105。暴露部S100係小於暴露部S105。由於在光學感測器100中，暴露部S100的尺寸以及暴露部S100至樣品置放部23的距離皆縮小，因而暴露部S100與S105所接收的總照射量係實質相同。暴露部S100以小於暴露部S105的尺寸可接收光81的一些強度。藉由在導波區200與互連區73之間置放光感測區域55而縮短樣品至暴露部S100的距離，使得暴露部S100縮小。縮小暴露部S100幫助縮小光感測區域55的尺寸。在 一些實施例中，光學感測器100的像素尺寸係小於光學感測器105的像素尺寸，例如小於約10倍。
在圖5中，例如矽鍺(SiGe)或矽(Si)的半導體材料係磊晶成長於半導體基板50上方，以形成磊晶區51。在一實施例中，在成長過程(例如，原位摻雜)中，加入雜質至磊晶區51。例如，摻質包含砷、磷、銻、硼、二氟化硼、與/或其他可能的雜質。硼的來源包含在SiGe磊晶過程中使用的二硼烷氣體。以原位(in-situ)方式，藉由將含硼氣體導入至磊晶SiGe成長，完成在SiGe摻雜硼。在一些實施例中，藉由植入操作，形成硼或其他摻質，因而磊晶區51包含P型摻質。
阻層31係覆蓋磊晶區51的預定部分之頂部。在磊晶區51上方，進行離子植入操作。阻層31包含寬度W557的開口圖案，將磊晶區51暴露至高能量離子束。在一些實施例中，在原子階段經由高能量碰撞，將N型摻質植入磊晶區51中，因而摻質停止於前側S1下方並與其相距預定距離。
在圖6中，離子植入操作33以第一預定能量將摻質植入磊晶區51中，因而在前側S1下方形成區域557，其深度係實質等於高度H55。在區域557形成之後，剝除阻層31。
在圖7中，具有開口寬度為W555的另一阻層31係部分覆蓋區域557。開口係暴露區域557至另一離子植入操作33。在一些實施例中，寬度W555係比形成區域557的寬度W557短，如圖6所示。
在圖8中，離子植入操作33係以第二預定能量植入摻質置區域557中，因而在區域557上方高度H557與前側S1下方深度D555形成區域555的水平部分。將第二預定能量調整為小於第一能量，因而摻質係分布在比區域557更淺的區域555附近。在一些實施例中，在半導體塊511的前側S1上方，進行離子植入操作33。在一些實 施例中，區域555中的摻質係與磊晶區51相同型式，例如P型。在形成區域555之後，剝除阻層31。在區域55上方與下方的區域557包含摻質，例如N型摻質，其係與區域555的傳導型相反。形成第一半導體層，例如區域555。形成第一半導體層，其包含第一傳導型。
在圖9中，具有開口寬度W575的另一阻層31係部分覆蓋其中的區域557與區域555。開口係將區域557暴露至另一離子植入操作33。該開口係對準區域555的另一端。
在圖10中，離子植入操作33係以第三預定能量將摻質植入區域557中，以於區域555的水平部上方形成區域555的側部。在半導體塊511的前側S1上方，進行離子植入33。區域555的側部具有深度D555。將第三預定能量調節至小於第二能量的範圍，因而從深度D555向上至前側S1植入摻質。在一些實施例中，圖10中所實施的離子植入操作係包含具有不同離子能量的多重植入操作。為了形成垂直植入區，需要不同能量的離子以達到所述之摻雜狀況。在一些實施例中，摻質係與區域555的水平部相同型式，例如P型。在形成區域555的側部之後，剝除阻層31。區域555上方的區域554係包含與區域555相反傳導型的摻質，例如N型摻質。第二半導體層例如區域554，係包含第二傳導型的摻質。第二半導體層例如區域554係在第一半導體層中，該第一半導體層係例如區域555。在一些實施例中，第二半導體層係共形形成於第一半導體層內。第二半導體層的水平部係較接近前側S1而非第一半導體層的水平部。
在圖11中，具有開口寬度W545的另一阻層31係部分覆蓋區域554。在一些實施例中，寬度W545係比形成區域555的寬度W555短，如圖8所示。開口係將區域554暴露至離子植入操作33。開口W545係對準區域554與磊晶區51之間的界面。
在圖12中，離子植入操作33係以第四預定能量將摻質 植入區域554中，以於區域555的水平部上方形成區域553的水平部。在半導體塊511的前側S1上方，進行離子植入操作33。區域553的水平部係在前側S1下方深度D553。從深度D53向上至深度D553植入摻質。在一些實施例中，摻質係與區域555相同型式，例如P型。在形成區域553的水平部之後，剝除阻層31。在區域555上方的區域554係包含與區域553相反傳導型的摻質，例如N型摻質。
在圖13中，具有第一開口之寬度W525與第二開口之寬度W52的另一阻層31係部分覆蓋區域553之水平部上方的區域554。第一與第二開口係將下方區域554暴露至另一離子植入操作33。第二開口係對準區域553的端部。第一開口係對準區域553與磊晶區51之間的界面。
在圖14中，離子植入操作33係以第五預定能量將摻質植入至區域554中，以於區域553的水平部上方形成區域553的側部。區域553的側部係包含深度D553。從深度D553向上至前側S1植入摻質。在一些實施例中，圖14中的離子植入操作33係包含具有不同離子能量的多重植入操作。在一些實施例中，摻質係與區域555相同型式，例如P型。在形成區域555的側部之後，剝除阻層31。被區域553部分環繞的區域552係包含與區域553相反傳導型的摻質，例如N型摻質。
在圖15中，接點插塞551、558與559係形成為半導體層中的高摻雜區，例如分別為區域552、554與557。高摻雜區係接觸前側S1。在圖15中，具有三個開口的另一阻層31係部分覆蓋區域552、554與557。三個開口係將部分的下方區域552、554與557暴露至另一離子植入操作33。
離子植入操作33係將摻質植入至區域552、554與557中，以形成接點插塞551、558與559。在一些實施例中，摻質係與區 域557、555或552相同型式，例如P型。摻質濃度係實質大於區域552、554與557的摻質濃度。在形成接點插塞551、558與559之後，剝除阻層31。
在圖16中，在一些其他實施例中，藉由在光感測區域55外部之磊晶區51中具有開口的圖案化阻層31，形成高摻雜區579。在一些其他實施例中，形成高摻雜區579，因而高摻雜區579的深度或摻雜濃度係不同於區域552、554或557的深度或摻雜濃度。
在圖17中，藉由與形成高摻雜區579相同的操作，形成另一高摻雜區578。在一些實施例中，形成高摻雜區578之離子植入所使用的能量係高於形成高摻雜區579所使用的能量，因而高摻雜區578的形成更深入至磊晶區51中。在一些實施例中，形成的高摻雜區578之摻雜濃度係高於高摻雜區579或光感測區域55的摻雜濃度。所形成的高摻雜區578或579係環繞光感測區域55的周圍，以避免外部電路的雜訊影像以及相鄰光二極體(未繪示)的串音干擾(cross-talk)。在一些實施例中，高摻雜區578係包含與高摻雜區579相反的傳導型。例如，高摻雜區579包含第一傳導型的P型摻質。高摻雜區578係包含第二傳導型的N型摻質。高摻雜區578或579防止負或正電荷載體到達光感測區域55。高摻雜區578與579係彼此分離。
圖18係說明圖15所示操作之後的操作。在圖18中，在前側S1上方，包含形成隔離的圖案之阻層31係被覆蓋。
在圖19，磊晶區51係包含隔離區52，其形成係藉由在前側S1上的磊晶區51中蝕刻溝渠，並且以絕緣材料填充該溝渠，該絕緣體材料係例如氧化矽、氮化矽或氮氧化矽。
在圖20中，閘極介電層561係覆蓋在前側S1上方。在一實施例中，閘極介電層561係由合適的沉積製程所形成的薄膜。閘極電極層571係覆蓋閘極介電層561的頂部。在一實施例中，藉由一些 製程，在前側S1上方，順序沉積閘極介電層561與閘極電極層571。在一些實施例中，僅在預先定義的區域上方，形成閘極介電層561與閘極電極層571，用於形成電晶體結構。閘極電極層571係由任何合適的材料製成，例如多晶矽。藉由光微影蝕刻製程，將閘極介電層561與閘極電極層571圖案化。
在圖21中，轉移電阻特徵，以於前側S1上與隔離區52之間形成閘極結構58。閘極結構58包含閘極電極57與閘極介電56。
在圖22中，在一些實施例中，藉由離子植入或磊晶成長，形成源極區53或汲極區54。離子植入或磊晶成長係在源極區53或汲極區54導入摻質。在不同的實施例中，源極區53或汲極區54具有不同的摻雜概況，其係由多重製程植入所形成。
在圖23中，藉由任何合適的製程，在前側S1上方，覆蓋介電層70。介電層70係接觸閘極結構58。在介電層70的頂部上，形成阻層31。進行蝕刻操作331，以將圖案化的電阻特徵轉移至介電層70。
在圖24中，將圖案化的電阻特徵轉移至介電層70，因而形成溝渠。在一些實施例中，藉由任何合適的蝕刻製程而形成溝渠，例如選擇性蝕刻、乾式蝕刻與/或其組合。以傳導材料填充溝渠而形成接點71。以合適的製程，例如沉積製程，填充溝渠而形成接點71。接點71係電耦合閘極結構58、源極區53、汲極區54、接點插塞559、接點插塞558以及接點插塞551。調節CVD製程中的製程參數而控制接點71的深度。製程參數係包含總壓力、反應劑濃度、沉積溫度或沉積速度。
在圖25中，將電阻特徵轉移至傳導層，而沉積且圖案化傳導層。將電阻特徵轉移至傳導層，因而形成凹處與互連72。以介電材料填充凹處而在ILD層75上方形成另一介電層70。互連72係在介 電層70之間。互連區73係形成於前側，例如傳導塊511的前側S1。互連區73係包含ILD層75、介電層70以及互連72。在圖25中，沉積且蝕刻多層的互連72與介電層70，而形成互連區73。在一些實施例中，形成通路結構25因而耦合不同層中的金屬線。
在圖26中，半導體裝置，例如光學感測器100，其係上下翻轉，因而第二側，例如背側S2，其係位於第一側上方，如圖26所示。在一些實施例中，藉由平面化操作32，將半導體基板50平面化。平面化操作21係任何合適的操作，例如回蝕刻或是化學機械拋光(CMP)。進行平面化操作32，因而將位於磊晶區51上方的半導體基板50薄化。在一些實施例中，半導體基板50被薄化至暴露接近背側S2的磊晶區51的程度(未繪示於圖26中)。在前述實施例中，上方的光學堆疊，例如濾光層30與介電層(27、28)，其係直接位在磊晶區51上。在其他實施例中，將半導體基板50部分薄化至接近背側S2的磊晶區51未暴露的程度。在前述實施例中，上方的光學堆疊，例如濾光層30與介電層(27、28)，其係直接位在磊晶區51上。在另一實施例中，保留半導體基板50而不進行任何薄化操作。
進行平面化操作32，因而縮小從背側S2至界面S45的高度H252。在一些實施例中，使用終點偵測將高度H252縮小預定量。例如，以平面化操作32薄化背側S2時，可使用光87進行終點偵測。在一些實施例中，光87係單色光源，其係從背側S的表面反射。反射光88係從背側S2下方的界面78或界面S45上方反射。藉由磊晶區51中一些***的介電層或反射層形成界面78。當平面化操作32暴露界面78時，反射光88的光學性質改變，因而指示達到終點或是再一段預定距離即達到終點。
在一些其他的實施例中，終點偵測係藉由量測半導體塊511中的一些包埋線(未繪示)之電阻。由於平面化操作32縮小厚度TH8以及任何尺寸，例如包埋線的厚度或長度，因而改變電阻。平面化操作32停止在包埋線的預定電阻。在一些實施例中，包埋線係從前側S1連接至背側 S2。
在圖27中，導波區200係形成在第二側，例如與半導體塊511的前側S1對立之背側S2。藉由任何合適的製程，例如沉積，在互連區73上方形成毯狀物的濾光層30。在圖27中，介電層27係形成在濾光層30頂部上的毯狀物。
在圖27中，藉由合適的沉積製程，形成介電層27。介電層27係由比介電層28之第二折射率更高的第一折射率之材料組成。
在一些其他的實施例中，在濾光層30的頂部上，形成第一覆蓋層(未繪示)。而後，在第一覆蓋層的頂部上，形成核心層，例如介電層27。而後，在介電層27上方，形成第二覆蓋層毯狀物，例如介電層28，如圖28所示。
在圖28中，藉由任何合適的方法，例如光微影蝕刻操作中的蝕刻操作33，以樣品置放部23的凹處，將介電層27上方的介電層28圖案化。在一些實施例中，蝕刻操作33係選擇性蝕刻。
在一些實施例中，在介電層27上，沉積介電層28。而後，將介電層28圖案化以於介電層27上方形成開口。藉由任何合適的圖案化製程，在該開口下方與介電層27中，形成光柵結構21。
在一些實施例中，藉由蝕刻操作，可形成介電層28作為圖案化的上覆蓋層，以形成樣品置放部23，例如奈米槽。
圖29係說明前側光學感測器800。在一些實施例中，取代如圖26所示之上下翻轉中間產物以及在背側上形成導波區200，圖29係說明在半導體塊511的前側S1上，形成互連區73與導波區200。相較於使用例如光電倍增管(Photomultiplier Tube，PMT)或電荷耦合裝置(Charge Couple Device，CCD)之外部感測裝置的光學感測器，此處所描述之前側光學感測器800係整塊結構(monolithic structure)，並且提供發射螢光之樣品與光感測區域之間較短的距離。可預期得到較佳的靈敏度。
在互連區73的頂部上，形成導波區200，因而互連區73係在光感測區域55的頂部上。在互連區73的頂部上，形成濾光層30。藉由任何合適的沉積操作，在濾光層30的頂部上形成核心層27。核心層27可為介電層，其包含任何合適的介電材料。介電層可導引入射光通過樣品置放部23的下方。
在圖29中，將核心層27圖案化以形成光柵結構21。在核心層27的頂部上，覆蓋覆蓋層281。藉由在核心層27的頂部上沉積任何合適的傳導材料或是金屬氧化物，可形成覆蓋層281。在一些實施例中，傳導材料係由鋁製成，以及金屬氧化物係由二氧化鋁製成。
在一些實施例中，覆蓋層281係介電材料製成的包覆層。藉由任何合適的光微影蝕刻操作，例如類似於圖29中所示之蝕刻操作331的蝕刻操作，將覆蓋層281圖案化。將覆蓋層281圖案化以暴露光柵結構21並且形成樣品置放部23。可將樣品置放部23圖案化以於開口頂部具有寬度W231以及在開口的底部具有寬度W23。寬度W23係小於入射光的波長，例如光8。在一些實施例中，樣品置放部23係奈米槽。
在圖30中，在一些實施例中，互連區73係在半導體塊511的前側S1上方。互連區73係電耦合光感測區域55的多接合光二極體。光接合二極體係在半導體塊511中。多接合光二極體於前側S1鄰接互連區73。互連區73係位於多接合光二極體與導波區200之間。
導波區200係包含核心層27。核心層27可為介電層，用以將入射光8從光柵結構21引導至樣品置放部23。核心層27係包含光柵結構21以引導入射光，例如光8，至核心層27中。核心層27的介電層係包含預定厚度TH27，其係約150奈米加上約5至10百分比。樣品置放部23可為奈米槽23。來自樣品231的螢光，例如光81、82或83係從奈米槽23移動經由互連區73中的介電層70而到達光感測區域55。
覆蓋層281可為包含樣品置放部23的包覆層，用以接收樣 品231，例如單分子。該單分子可吸收入射光8並且發出螢光光81、82或83。在一些實施例中，覆蓋層281可為核心層27之頂部上的傳導層。該傳導層係包含樣品置放部23，以暴露核心層27。覆蓋層281係包含開口，其暴露導波區200的核心層27。該開口係包含小於光8之波長的寬度。
與前側S1鄰接的多接合光二極體可感測來自導波區200的螢光光81、82或83。多接合光二極體包含接合S522，其可偵測發射光，例如螢光光81、82或83。接合S522係接觸前側S1。
參閱圖31，圖31係說明光學感測器100，其具有接近半導體塊511之背側S2的導波區200。在一些實施例中，光學感測器100可偵測螢光，例如從單分子樣品231所發出的光81。單分子樣品231的即時定序可為平行的單分子DNA定序。相較於圖30所示之前側光學感測器800，光學感測器100可偵測從單分子樣品231所發出之較弱的光。關於單分子偵測，可能需要防止激發光到達光感測區域55，該激發光係例如光8，以促進信號與雜訊之比例。在平面波導中，例如在導波區200中，核心層27包含小於約0.3nm的表面粗糙度，以減少來自於核心層27內增加的激發光之表面散射。樣品置放部23可接收單分子以進行分析。
在一些實施例中，至少在上包覆層28中，可形成至少一樣品置放部23。樣品置放部23的上開口可大於樣品置放部23的底部。在本文中，樣品置放部23的形狀不受限制。例如，樣品置放部23的水平剖面可為圓形、橢圓形、矩形、正方形或是菱形。
參閱圖31，樣品置放部23的底部尺寸係可改變的。例如，寬度W23係樣品置放部23的底部尺寸。寬度W23可小於約激發光的波長，例如光8。在一些實施例中，寬度W23可小於激發光長的約一半、約四分之一或約八分之一。如本文中所述，寬度W23可指樣品置放部23的直徑獲最大尺寸，該樣品置放部23係包含圓形、橢圓形或矩形。關於水平剖面為正方形或菱形的樣品置放部23，寬度W23可實質等於該形狀之一側的 長度。在一實施例中，樣品置放部23的上開口之直徑可為約0.5至約10微米，以及樣品置放部23的直徑可為約10至約500nm。
在一些實施例中，樣品置放部23的側壁S23相對於垂直於樣品置放部23之底部的方向之角度可小於約60度。此架構可確定僅單分子可進入靠近樣品置放部23底部的區域並且可被偵測。
在一些實施例中，參閱圖31，樣品置放部23可延伸穿過上包覆層8的整個厚度。一些有效的激發區，例如有效的激發區234係延伸至樣品置放部23的底部。
在圖31中，關於包含樣品置放部23的平面光導，由於樣品置放部23的底端係位於核心層27的上表面S27之右部，因而有效激發區234的體積可等於表面消逝場(evanescent field)的有效區。
圖32係包含光學感測器100，其係類似於圖2中的光學感測器100，差別在於在圖32中，光感測區域55係鄰接導波區200。濾光層30的底部係接觸接近背側S2的光感測區域55之頂部。或者，光感測區域55係接近導波區200而未直接接觸導波區200。在區域530的另一半導體層係位於區域557上方。區域530的高度H530係從背側S2至區域557的頂部。在一些實施例中，區域530係高摻雜區，其摻質濃度比區域555的摻質濃度大至少一級。在一些實施例中，區域530係包含垂直部(為繪示於圖32中)與水平部。水平部係實質平行於前側S1或背側S2，以及垂直部係實質垂直於水平部，其係位於區域557的垂直部與隔離區52之間。
在一些實施例中，高度H530的範圍係約0.27微米至約0.4微米；高度H557的範圍係約0.5微米至約0.8微米；高度H555的範圍係約0.2微米至約0.3微米；高度H554的範圍係約0.4微米至約0.6微米；高度H553的範圍係約0.4微米至約0.6微米；以及高度H552的範圍係約0.6微米至約0.9微米。
在一些實施例中，區域530、555與553係包含P型摻質， 例如硼。例如區域530係包含高峰摻雜濃度，其範圍係約8E18原子/cm3至約2E19原子/cm3。區域555係包含高峰摻雜濃度，其範圍係約6E17原子/cm3至約1E18原子/cm3。區域553係包含高摻雜濃度，其範圍係約2E17原子/cm3至約5E17原子/cm3。區域555中的摻雜濃度可大於區域553中的摻雜濃度。在一些實施例中，區域557、554與552係包含N型摻質，例如磷。區域557係包含高峰摻雜濃度，其範圍係約4E16原子/cm3至約1E17原子/cm3。區域554係包含高峰摻雜濃度，其範圍係約8E16原子/cm3至約2E17原子/cm3。區域552係包含高峰摻雜濃度，其係約1E16原子/cm3。磊晶區51的摻雜濃度係約10E15原子/cm3。
本揭露的一些實施例係提供光學感測器。該光學感測器包含半導體塊，其包含前側與背側。導波區係位於該半導體塊的該背側上方。導波區包含核心層。導波區係用以引導入射光。光感測區域係位於該半導體塊中。光感測區域係包含多接合光二極體。光感測區域係用以感測發射光。
在本揭露的一些實施例中，導波區係包含上包覆層與下包覆層，以及下包覆層與上包覆層的厚度之比例係約1至約2。
在本揭露的一些實施例中，多接合光二極體係包含最接近前側的第一接合，以及與前側相距最遠的第二接合，第一接合與第二接合的距離係約2微米至約3微米。
在本揭露的一些實施例中，多接合光二極體係包含第一水平接合，其係比第二水平接合更接近前側，以及第一水平接合係小於第二水平接合。
在本揭露的一些實施例中，核心層係包含第一折射率，以及包覆層係包含第二折射率，第二折射率係小於第一折射率。
在本揭露的一些實施例中，導光區係包含濾光層。濾光層係位於背側與核心層之間。
在本揭露的一些實施例中，多接合光二極體係包含最近接前側的第一接合；最接近背側的第二接合；以及在第一接合與第二接合之間第三接合。背側至第一接合的距離、背側至第二接合的距離以及背側至第三接合的距離比例係約9：1：3。
在本揭露的一些實施例中，多接合光二極體係包含與背側相距第一預定距離的第二接合，以及該第一預定距離的範圍係約200nm至約500nm。
在本揭露的一些實施例中，多接合光二極體係包含與背側相距第二預定距離的第一接合。該第二預定距離係約2.5微米至約3微米。
在本揭露的一些實施例中，進一步包括在該核心層上方的包覆層，以及該包覆層係包括奈米槽。
在本揭露的一些實施例中，進一步包括在該核心層上方的覆蓋層，該覆蓋層係包括金屬或金屬氧化物。
在本揭露的一些實施例中，進一步包括在該核心層上方的覆蓋層，該覆蓋層係包括鋁或氧化鋁。
本揭露的一些實施例係提供光學感測器。該光學感測器包含半導體塊，其包含前側與背。導波區，其包括核心層。導波區係用於引導入射光。光感測區係用於感測發射光。互連區係位於該前側上方。互連區係用於耦合該光感測區域。互連區係位於該光感測區域與該導波區之間。
在本揭露的一些實施例中，導波區係包括包覆層。
在本揭露的一些實施例中，包覆層係包括奈米槽。
在本揭露的一些實施例中，包覆層係包括樣品置放部，其係用於接收包括單分子的樣品。
在本揭露的一些實施例中，核心層係包括光柵結構。
在本揭露的一些實施例中，心層係包括預定厚度，其係約150奈米加上約5至10百分比。
在本揭露的一些實施例中，光感測區域係包括多接合光二極體。多接合光二極體係包括與該前側接觸的接合。
在本揭露的一些實施例中，進一步包括在導波區之頂部上的覆蓋層。覆蓋層係包括暴露該導波區的開口。覆蓋層係包括金屬或金屬氧化物。
在本揭露的一些實施例中，開口的寬度係小於該入射光的波長。
前述內容概述一些實施方式的特徵，因而熟知此技藝之人士可更加理解本申請案揭示內容之各方面。熟知此技藝之人士應理解可輕易使用本申請案揭示內容作為基礎，用於設計或修飾其他製程與結構而實現與本申請案所述之實施方式具有相同目的與/或達到相同優點。熟知此技藝之人士亦應理解此均等架構並不脫離本申請案揭示內容的精神與範圍，以及熟知此技藝之人士可進行各種變化、取代與替換，而不脫離本申請案揭示內容之精神與範圍。
前述內容概述一些實施方式的特徵，因而熟知此技藝之人士可更加理解本申請案揭示內容之各方面。熟知此技藝之人士應理解可輕易使用本申請案揭示內容作為基礎，用於設計或修飾其他製程與結構而實現與本申請案所述之實施方式具有相同目的與/或達到相同優點。熟知此技藝之人士亦應理解此均等架構並不脫離本申請案揭示內容的精神與範圍，以及熟知此技藝之人士可進行各種變化、取代與替換，而不脫離本申請案揭示內容之精神與範圍。
8‧‧‧光
57‧‧‧閘極電極
20‧‧‧入射部
21‧‧‧光柵結構
23‧‧‧樣品置放部
25‧‧‧通路結構
27‧‧‧介電層、核心層
28‧‧‧上包覆層
28‧‧‧介電層
30‧‧‧濾光層
51‧‧‧磊晶區
52‧‧‧隔離區
53‧‧‧源極區域
54‧‧‧汲極區域
55‧‧‧光感測區域
56‧‧‧閘極介電
58‧‧‧閘極結構
59‧‧‧電晶體
70‧‧‧介電層
71‧‧‧第一層通路、接點
72‧‧‧互連
73‧‧‧互連區
75‧‧‧層間介電(ILD)層
81‧‧‧光
82‧‧‧光
83‧‧‧光
100‧‧‧光學感測器
200‧‧‧導波區
231‧‧‧樣品
278‧‧‧導波部
511‧‧‧半導體塊
551、558、559‧‧‧重摻雜區域
551、559、558‧‧‧接點插塞
552‧‧‧淺槽區
553‧‧‧區域
554‧‧‧中間槽區
555‧‧‧區域
557‧‧‧深槽區
570‧‧‧摻雜區
S1‧‧‧前側
S2‧‧‧背側

Claims (21)

  1. 一種光學感測器，其包括：半導體塊，其包括前側與背側；導波區，其係位於該半導體塊的該背側上方，其包括核心層以及下包覆層，該下包覆層位於該核心層下方，其中該下包覆層的厚度大於該核心層的厚度，該導波區係用於引導入射光；光感測區域，其係位於該半導體塊中，其包括多接合光二極體，該光感測區域係用於感測發射光；以及互連區，其係位於該前側上方，該互連區耦合該光感測區域，其中該光感測區域係位於該互連區與該導波區之間。
  2. 如請求項1所述之光學感測器，其中該導波區係包括上包覆層。
  3. 如請求項1所述之光學感測器，其中該多接合光二極體係包括最接近該前側的第一接合以及與該前側相距最遠的第二接合。
  4. 如請求項1所述之光學感測器，其中該多接合光二極體係包括第一水平接合及第二水平接合，該第一水平接合比該第二水平接合更接近該前側，以及該第一水平接合係小於該第二水平接合。
  5. 如請求項1所述之光學感測器，其中該導波區包括上包覆層，位於該核心層上方；該核心層係包括第一折射率，以及該上包覆層係包括第二折射率，該第二折射率係小於該第一折射率。
  6. 如請求項1所述之光學感測器，其中該導波區係包括濾光層，該濾光層係位於該背側與該核心層之間。
  7. 如請求項1所述之光學感測器，其中該多接合光二極體係包括：第一接合，其係最近接該前側；第二接合，其係最接近該背側；以及第三接合，其係位於該第一接合與該第二接合之間， 其中該第二接合與該背側相距第一預定距離，該第一接合與該背側相距第二預定距離，該第二預定距離大於該第一預定距離。
  8. 如請求項1所述之光學感測器，其中該多接合光二極體係包括第二接合，其係與該背側相距第一預定距離。
  9. 如請求項8所述之光學感測器，其中該多接合光二極體係包括第一接合，其係與該背側相距第二預定距離，該第二預定距離大於該第一預定距離。
  10. 如請求項1所述之光學感測器，進一步包括在該核心層上方的上包覆層，以及該上包覆層係包括奈米槽。
  11. 如請求項1所述之光學感測器，進一步包括在該核心層上方的覆蓋層，該覆蓋層係包括金屬或金屬氧化物。
  12. 如請求項1所述之光學感測器，進一步包括在該核心層上方的覆蓋層，該覆蓋層係包括鋁或氧化鋁。
  13. 一種光學感測器，其包括：半導體塊，其包括前側與背側；導波區，其包括核心層以及下包覆層，該下包覆層位於該核心層下方，其中該下包覆層的厚度大於該核心層的厚度，該導波區係用於引導入射光；光感測區域，該光感測區域係用於感測發射光；以及互連區，其係位於該前側上方，該互連區係用於耦合該光感測區域，其中該互連區係位於該光感測區域與該導波區之間。
  14. 如請求項13所述之光學感測器，其中該導波區係包括上包覆層。
  15. 如請求項14所述之光學感測器，其中該上包覆層係包括奈米槽。
  16. 如請求項14所述之光學感測器，其中該上包覆層係包括樣品置放部，其係用於接收包括單分子的樣品。
  17. 如請求項13所述之光學感測器，其中該核心層係包括光柵結構。
  18. 如請求項13所述之光學感測器，其中該核心層係包括預定厚度，其係約150奈米加上約5至10百分比。
  19. 如請求項13所述之光學感測器，其中該光感測區域係包括多接合光二極體，以及該多接合光二極體係包括與該前側接觸的接合。
  20. 如請求項13所述之光學感測器，進一步包括在導波區之頂部上的覆蓋層，該覆蓋層係包括暴露該導波區的開口，以及該覆蓋層係包括金屬或金屬氧化物。
  21. 如請求項20所述之光學感測器，其中該開口的寬度係小於該入射光的波長。
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