半导体元件及其制造方法技术

本发明专利技术公开一种半导体元件及其制造方法。该半导体元件包括：基底、感测器、介电层以及光导管结构。感测器位于基底中。介电层位于基底上。光导管结构填入介电层中的沟槽中。光导管结构对应于感测器。光导管结构具有渐变折射率。渐变折射率从光导管结构的中心往外围区域渐减。

【技术实现步骤摘要】
半导体元件及其制造方法
本专利技术涉及一种集成电路及其制造方法，且特别是涉及一种具有渐变折射率的光导管结构的半导体元件及其制造方法。
技术介绍
影像感测器(imagesensor)是一种将光学影像转换成电子信号的设备，它被广泛地应用在数字相机和其他电子光学设备中。早期的影像传感器采用模拟信号，如摄像管(videocameratube)。如今，影像感测器主要分为电荷耦合(charge-coupleddevice，CCD)型和互补式金属氧化半导体(CMOS)型两种。CMOS型影像感测器是应用CMOS制造技术，使光学影像转换为电信号的元件。相较于CCD型影像感测器，CMOS感测器可将信号处理电路制作成单一芯片，其不仅可使产品体积缩小，且也可相容于CMOS技术。因此，CMOS感测器具有节省制造成本以及降低电力损耗的优点。一般而言，会在感光元件上形成光导管结构，以增加CMOS型影像感测器的光敏感性。然而，光线行经光导管结构时，容易因为入射角度过大，而使得光线散射(lightscattering)至光导管结构以外的区域。此情形会造成干扰(cross-talk)现象，使得CMOS型影像感测器所接收到的噪声增加，进而降低影像分辨率。
技术实现思路
本专利技术提供一种具有渐变折射率的光导管结构的半导体元件及其制造方法，其可避免干扰现象，以减少噪声并提升影像分辨率。本专利技术提供一种半导体元件，包括：基底、感测器、介电层以及光导管结构。感测器位于基底中。介电层位于基底上。光导管结构填入介电层中的沟槽中。光导管结构对应于感测器。光导管结构具有渐变折射率。渐变折射率从光导管结构的中心往外围区域渐减。在本专利技术的一实施例中，所述光导管结构包括至少两层材料层。所述至少两层材料层包括第一材料层以及第二材料层。第一材料层至少位于所述沟槽的侧壁上。第二材料层位于所述第一材料层之间。所述第二材料层的折射率大于所述第一材料层的折射率。在本专利技术的一实施例中，所述第一材料层延伸覆盖至所述沟槽的底面，使得所述第一材料层形成连续结构。在本专利技术的一实施例中，所述第一材料层沿着沟槽的侧壁与底面以形成杯状结构。所述杯状结构的杯底具有曲率。所述曲率自光导管结构的顶面向底面突出。在本专利技术的一实施例中，所述半导体元件，还包括第三材料层以及第四材料层。第三材料层位于第一材料层的侧壁。第四材料层位于第三材料层的侧壁且覆盖第一材料层的部分表面，使得第四材料层围绕第二材料层。在本专利技术的一实施例中，所述第四材料层的折射率大于所述第三材料层的折射率。在本专利技术的一实施例中，所述渐变折射率具有平滑曲线。在本专利技术的一实施例中，所述半导体元件还包括钝化层，其至少位于光导管结构与介电层之间。在本专利技术的一实施例中，所述钝化层更延伸至光导管结构与基底之间、介电层与基底之间以及介电层的顶面。在本专利技术的一实施例中，所述钝化层的折射率大于或等于所述光导管结构的渐变折射率。本专利技术提供一种半导体元件的制造方法，其步骤如下。形成感测器于基底中。形成介电层于所述基底上。形成光导管结构于所述介电层中。所述光导管结构对应于所述感测器。所述光导管结构具有渐变折射率。所述渐变折射率从所述光导管结构的中心往外围区域渐减。在本专利技术的一实施例中，所述光导管结构的形成步骤如下。形成沟槽于所述介电层中。共形形成(Conformalforming)第一材料层于所述沟槽与所述介电层上。移除部分所述第一材料层，以暴露所述沟槽的底面与所述介电层的顶面。形成第二材料层于所述沟槽中，使得所述第二材料层位于所述第一材料层之间。所述第二材料层的折射率大于所述第一材料层的折射率。在本专利技术的一实施例中，所述所述光导管结构的形成步骤如下。形成沟槽于所述介电层中。共形形成第一材料层于所述沟槽与所述介电层上。形成第二材料层于所述第一材料层上。移除部分所述第一材料层与所述第二材料层，以暴露所述介电层的顶面。所述第二材料层的折射率大于所述第一材料层的折射率。在本专利技术的一实施例中，所述第一材料层延伸覆盖至所述沟槽的底面，使得所述第一材料层形成连续结构。在本专利技术的一实施例中，所述第一材料层沿着所述沟槽的侧壁与底面以形成杯状结构。所述杯状结构的杯底具有曲率。所述曲率自所述光导管结构的顶面向底面突出。在本专利技术的一实施例中，所述光导管结构的形成步骤如下。形成沟槽于所述介电层中。共形形成第一材料层于所述沟槽与所述介电层上。共形形成第三材料层于所述第一材料层上。移除部分所述第三材料层，以暴露所述第一材料层的表面，使得第三材料层覆盖所述第一材料层的侧壁。共形形成第四材料层于所述沟槽与所述介电层上。形成第二材料层于所述第四材料层上。移除部分所述第一材料层、所述第四材料层与所述第二材料层，以暴露所述介电层的顶面。在本专利技术的一实施例中，所述第二材料层的折射率大于所述第四材料层的折射率；所述第四材料层的折射率大于所述第三材料层的折射率；所述第三材料层的折射率大于所述第一材料层的折射率。在本专利技术的一实施例中，在形成所述第一材料层之前，还包括形成钝化层。所述钝化层至少位于所述光导管结构与所述介电层之间。在本专利技术的一实施例中，所述钝化层更延伸至光导管结构与基底之间、介电层与基底之间以及介电层的顶面。在本专利技术的一实施例中，所述钝化层的折射率大于或等于所述光导管结构的所述渐变折射率。基于上述，本专利技术通过具有渐变折射率的光导管结构，其使得光线随着从光导管结构的中心往外围区域渐减的渐变折射率改变其入射角度，使得光线从光导管结构的外围区域往中心靠近，由此降低光程差或色散的现象。另外，由于光线从较高折射率的钝化层抵达到较低折射率的介电层时，其容易产生全反射现象，使得光线反射回光导管结构中。因此，本专利技术的半导体元件不易产生散射，进而降低干扰现象并减少噪声，以提升影像分辨率。此外，本专利技术的材料层也可沿着沟槽的侧壁与底面以形成杯状结构。所述具有曲率的杯状结构可将从基底上方进入的光线聚焦至感测器，以进一步减少散射，并降低干扰现象。为让本专利技术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1为本专利技术的第一实施例的一种半导体元件的剖面示意图；图2A为图1的部分放大剖面示意图；图2B为图2A的折射率分布图；图3为本专利技术的第二实施例的一种半导体元件的制造流程图；图4A至4E为本专利技术的第二实施例的一种半导体元件的制造流程的剖面示意图；图5为本专利技术的第三实施例的一种半导体元件的制造流程图；图6为本专利技术的第三实施例的一种半导体元件的剖面示意图；图7为本专利技术的第四实施例的一种半导体元件的制造流程图；图8为本专利技术的第四实施例的一种半导体元件的剖面示意图。符号说明10、20、30、40：半导体元件100：基底101：钝化层102：感测器104：介电层106：沟槽108、208、308、408：光导管结构110：部分210、210a、310、410：第一材料层212、212a、312、412：第三材料层214、314、414：第四材料层216、316、416：第二材料层D：距离S100、S102、S104、S106、S108、S110、S112、S114、S116、S118、S200、S202、S204、S206、S208、S210、S212、S214、S300、S302本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种半导体元件，包括：感测器，位于基底中；介电层，位于所述基底上；以及光导管结构，填入所述介电层中的沟槽中，所述光导管结构对应于所述感测器，其中所述光导管结构具有渐变折射率，所述渐变折射率从所述光导管结构的中心往外围区域渐减。

【技术特征摘要】
2015.12.22 TW 1041430631.一种半导体元件，包括：感测器，位于基底中；介电层，位于所述基底上；以及光导管结构，填入所述介电层中的沟槽中，所述光导管结构对应于所述感测器，其中所述光导管结构具有渐变折射率，所述渐变折射率从所述光导管结构的中心往外围区域渐减。2.如权利要求1所述的半导体元件，其中所述光导管结构包括至少两层材料层，所述至少两层材料层包括：第一材料层，至少位于所述沟槽的侧壁上；以及第二材料层，位于所述第一材料层之间，其中所述第二材料层的折射率大于所述第一材料层的折射率。3.如权利要求2所述的半导体元件，其中所述第一材料层延伸覆盖至所述沟槽的底面，使得所述第一材料层形成连续结构。4.如权利要求2或3所述的半导体元件，其中所述第一材料层沿着所述沟槽的所述侧壁与所述底面以形成杯状结构，所述杯状结构的杯底具有曲率，所述曲率自所述光导管结构的顶面向底面突出。5.如权利要求4所述的半导体元件，还包括：第三材料层，位于所述第一材料层的侧壁；以及第四材料层，位于所述第三材料层的侧壁且覆盖所述第一材料层的部分表面，使得所述第四材料层围绕所述第二材料层。6.如权利要求5所述的半导体元件，其中所述第四材料层的折射率大于所述第三材料层的折射率。7.如权利要求1所述的半导体元件，其中所述渐变折射率具有平滑曲线。8.如权利要求1所述的半导体元件，还包括钝化层，至少位于所述光导管结构与所述介电层之间。9.如权利要求8所述的半导体元件，其中所述钝化层还延伸至所述光导管结构与所述基底之间、所述介电层与所述基底之间以及所述介电层的顶面。10.如权利要求8所述的半导体元件，其中所述钝化层的折射率大于或等于所述光导管结构的所述渐变折射率。11.一种半导体元件的制造方法，包括：形成感测器于基底中；形成介电层于所述基底上；以及形成光导管结构于所述介电层中，所述光导管结构对应于所述感测器，其中所述光导管结构具有渐变折射率，所述渐变折射率从所述光导管结构的中心往外围区域渐减。12.如权利要求11所述的半导体元件的制造方法，其中所述光导管结构的形成步骤包括：形成沟槽于所述介电层中；共形形成第一材料层于所...

【专利技术属性】
技术研发人员：李世平，陈昱安，黄绣雯，张娟华，
申请(专利权)人：力晶科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：中国台湾,71