感光装置

技术领域

本发明涉及一种感光装置，且特别是涉及一种具有半导体偏光结构的感光装置。

背景技术

随着计算机和通讯工业的发展，高效率的感光装置例如影像传感器的需求随之增加，其可应用在各种领域，例如数字相机、摄录影机、个人通讯系统、游戏元件、监视器、医疗用的微相机、机器人等。

背照式影像传感器为现今一种常见的高效率影像感测装置，且由于背照式影像传感器可以整合于传统的半导体制作工艺制作，因此具有制作成本较低、元件尺寸较小以及集成度较高的优点。此外，背照式影像传感器还具有低操作电压、低功率消耗、高量子效率(quantum efficiency)、低噪声(read-out noise)以及可根据需要进行随机存取(randomaccess)等优势，因此已广泛应用在现有的电子产品上。

随着元件尺寸的持续缩小以及半导体制作工艺的进步，背照式影像传感器的尺寸日益微缩。但是，除了尺寸要求之外，背照式影像传感器更面临光电转换效率(photo-electric conversion efficiency)、灵敏度(sensitivity)、低噪声(noise)等要求。

发明内容

本发明的目的在于提供一种感光装置，以解决上述问题。

根据本发明的一概念，提出一种感光装置，其包括半导体基底与光电二极管。半导体基底具有图案化的半导体偏光结构。图案化的半导体偏光结构具有半导体表面。光电二极管在半导体基底中。

根据本发明的另一概念，提出一种感光装置，其包括光电二极管、反射性网状元件及图案化的半导体偏光结构。光电二极管与反射性网状元件是分别在图案化的半导体偏光结构的相反侧上。

为了对本发明的上述及其他方面有更佳的了解，下文特举实施例，并配合所附的附图详细说明如下：

附图说明

图1为一实施例的感光装置的剖面示意图；

图2为一实施例的一偏光区的部分半导体基底的立体示意图；

图3为另一实施例的一偏光区的部分半导体基底的立体示意图；

图4为一实施例的四个像素中图案化的半导体偏光结构的条状部分的分布；

图5为另一实施例的四个像素中图案化的半导体偏光结构的条状部分的分布。

具体实施方式

以下是以一些实施例做说明。需注意的是，本发明并非显示出所有可能的实施例，未于本发明提出的其他实施态样也可能可以应用。再者，附图上的尺寸比例并非按照实际产品等比例绘制。因此，说明书和图示内容仅作叙述实施例之用，而非作为限缩本发明保护范围之用。另外，实施例中的叙述，例如细部结构、制作工艺步骤和材料应用等等，仅为举例说明之用，并非对本发明欲保护的范围做限缩。实施例的步骤和结构各的细节可在不脱离本发明的精神和范围内根据实际应用制作工艺的需要而加以变化与修饰。以下是以相同/类似的符号表示相同/类似的元件做说明。

请参照图1，其绘示根据一实施例的感光装置的剖面示意图。感光装置包括半导体基底102。半导体基底102可包括任意适当的半导体材料。一实施例中，半导体基底102是一硅基底，可由硅构成。其它实施例中，半导体基底102例如是一含硅(silicon-containing)基底、一三五族覆硅(III-V group-on-silicon)基底例如氮化镓覆硅(GaN-on-silicon)基底、一石墨烯覆硅基底(graphene-on-silicon)或一硅覆绝缘(silicon-on-insulator，SOI)基底等，但不限于此。半导体基底102可内形成有多个感光元件。实施例中，感光元件至少包含一感测区域，例如光电二极管(photodiode)204。感光元件也可包含电荷耦合元件(charge-coupled device，CCD)、互补式金属氧化物半导体(complementary metal-oxide-semiconductor，CMOS)影像传感器(CMOS image sensor，CIS)、主动(有源)式图元传感器(active-pixel sensor，API)或被动(无源)式图元传感器(passive-pixel sensor，PPI)等。

实施例中，感光装置的半导体基底102具有图案化的半导体偏光结构106。图案化的半导体偏光结构106具有半导体表面106S。一实施例中，半导体表面106S可为半导体基底102的背半导体表面，并相对于半导体基底102的前半导体表面102S。

实施例中，半导体基底102其在光入射侧的图案化的半导体偏光结构106可对入射光线进行过滤，使得只有具有期望偏振方向的光线能进入半导体基底102中受感光元件例如光电二极管204的感测。非期望偏振方向的光线并无法穿过半导体偏光结构，或者，可能从半导体表面106S反射回外界。因此，能提高感光装置的感测效率及准确性。

请参照图1与图2。图2绘示一偏光区的部分半导体基底102的立体示意图。图案化的半导体偏光结构106具有在方向D1(例如Z方向、高度方向、垂直方向、或纵方向)上凸起的条状部分(bar shape portion)106R。条状部分106R可在延伸方向K上连续延伸。此实施例中，条状部分106R的延伸方向K可实质上平行于方向D2(例如Y方向，可实质上垂直于Z方向)。此实施例中，条状部分106R在纵剖面上可呈上窄下宽的形状，例如具有从顶部(peak)往下逐渐变宽的脊形状(ridge shape)。条状部分106R的底部在方向D3(例如X方向，可实质上垂直于Z方向与Y方向)上的尺寸W(例如宽度)可为50nm～500nm。条状部分106R在方向D1上的尺寸H(例如高度)可为50nm～500nm。条状部分106R在方向D3上的间距(pitch/space)P可为50nm～300nm。实施例中，一偏光区中的条状部分106R可具有相同的延伸方向K。一偏光区中的条状部分106R可具有一致的尺寸W、尺寸H及/或间距P。但本发明不限于此，偏光区中的条状部分106R也可具有变化的尺寸W、尺寸H及/或间距P。图案化的半导体偏光结构106的条状部分106R可利用对半导体基底102的背半导体表面进行光刻蚀刻制作工艺形成。光刻蚀刻制作工艺可例如包括使用光致抗蚀剂及/或硬掩模的步骤。

请参照图1，沟槽隔离元件310可形成在半导体基底102中，用以隔离感光元件。沟槽隔离元件310可从半导体表面106S延伸至前半导体表面102S。沟槽隔离元件310可包括深沟槽隔离元件，其相对表面可分别露出半导体表面106S与前半导体表面102S。沟槽隔离元件310可包括折射率不同于半导体基底102的材料，例如绝缘材料，例如包括、但不限于氧化物例如氧化硅。沟槽隔离元件310可用以将入射光反射进入感光元件例如光电二极管204，从而提升光感测效率，并能避免邻近像素光线干扰，提高感测准确度。

反射性网状元件312可配置在图案化的半导体偏光结构106的光入射侧上。光电二极管204与反射性网状元件312是分别在图案化的半导体偏光结构106的相反侧上。一实施例中，反射性网状元件312可配置在沟槽隔离元件310上。反射性网状元件312可定义出开口的阵列。一实施例中，沟槽隔离元件310可对应反射性网状元件312，即在方向D1上彼此重叠。反射性网状元件312可包括反射性材料，例如金属，或其它合适的材料。一实施例中，具有导电性质的反射性网状元件312(例如金属)可为浮接(floating)或接地(grounded)。反射性网状元件312可用以将光线反射至图案化的半导体偏光结构106的半导体表面106S，能提升光感测效率，并能避免邻近像素光线干扰，提高感测准确度。

光学层314可配置在图案化的半导体偏光结构106的半导体表面106S上。光学层314可包括透光层，可包括、但不限于氧化物，例如氧化硅、氮氧化硅等。但本发明不限于此，光学层314也可包括抗反射层等其它合适的光学效果的元件层。一实施例中，光学层314的下表面可互补于图案化的半导体偏光结构106的半导体表面106S。

透镜316可配置在图案化的半导体偏光结构106的光入射侧上。一实施例中，透镜316可配置在光学层314的上表面上。透镜316可包括微透镜阵列。透镜316可对入射光线产生折射作用，将光线更加集中导向半导体基底102中的感光元件例如光电二极管204，从而提升光感测效率与感测准确度。

一实施例中，感光装置是一背照式影像传感器。一实施例中，感光装置是一红外线传感器，例如可用以感测远红外线。一实施例中，感光装置的像素可由半导体基底102被沟槽隔离元件310环绕的区域单元定义。一实施例中，像素是由反射性网状元件312环绕的数个区域定义，或反射性网状元件312的开口可对应像素/半导体基底102被沟槽隔离元件310环绕的区域单元。一实施例中，感光装置的像素可分别对应透镜316的单元，及/或感光元件例如光电二极管204，诸如此类。

实施例中，像素并不限于具有如图1与图2所示的条状部分106R的轮廓，且条状部分106R的延伸方向K平行于方向D2的偏光区。

图3绘示另一实施例的一偏光区的部分半导体基底102的立体示意图，其与图2所示的半导体基底102的差异在于，此实施例中，条状部分106R在纵剖面上可呈宽度一致的矩形状，条状部分106R的顶部在方向D3上的相对对角可实质上为直角。条状部分106R的尺寸W可为50nm～500nm。其余可参照图2的类似说明不再重复描述。

其它实施例中，像素可具有一个、二个、三个、四个、或其它更多数目的偏光区，且偏光区的条状部分106R的延伸方向K可视感光装置实际需求的偏光作用任意弹性调变。

请参照图4，其绘示一实施例的四个像素中图案化的半导体偏光结构106的条状部分106R的分布，其中以粗线条表示条状部分106R的顶部分布，并以细线条表示像素的范围。此实施例中，四个像素各具有一个偏光区。图4所示的四个偏光区的条状部分106R的延伸方向K1、延伸方向K2、延伸方向K3、延伸方向K4是互不相同，其可造成四个偏光区的偏光方向彼此不同。例如，延伸方向K1、延伸方向K2、延伸方向K3、延伸方向K4中任意两个延伸方向之间的差异可为45度或90度。像素在方向D2上的尺寸M可为0.7μm～15μm。像素在方向D3上的尺寸N可为0.7μm～15μm。但本发明不限于此。

请参照图5，其绘示一实施例的四个像素中图案化的半导体偏光结构106的条状部分106R的分布，其与图4绘示的实施例之间的差异在于，四个像素各具有条状部分106R的延伸方向互不相同的四个偏光区。例如，一个像素中，四个偏光区的条状部分106R的延伸方向K1、延伸方向K2、延伸方向K3、延伸方向K4中任意两个延伸方向之间的差异可为45度或90度。像素在方向D2上的尺寸M可为1.1μm～15μm。像素在方向D3上的尺寸N可为1.1μm～15μm。但本发明不限于此。

综上所述，根据实施例之概念的感光装置可具有以下优点。半导体基底在光入射侧具有图案化的半导体偏光结构，其可对入射光线进行过滤，因此能提高感光装置的感测效率及准确性。形成在半导体基底中的沟槽隔离元件可用以将入射光反射进入感光元件例如光电二极管，从而提升光感测效率，并能避免邻近像素光线干扰，提高感测准确度。配置在图案化的半导体偏光结构的光入射侧上的反射性网状元件，其可用以将光线反射至图案化的半导体偏光结构的半导体表面，从而提升光感测效率，并能避免邻近像素光线干扰，提高感测准确度。配置在图案化的半导体偏光结构的光入射侧上的透镜可对入射光线产生折射作用，将光线更加集中导向半导体基底中的感光元件例如光电二极管，从而提升光感测效率与感测准确度。因此，根据实施例的概念的感光装置可具有良好的感测效率及感测准确性。

综上所述，虽然结合以上实施例公开了本发明，然而其并非用以限定本发明。本发明所属技术领域中具有通常知识者，在不脱离本发明的精神和范围内，可作各种的更动与润饰。因此，本发明的保护范围应当以附上的权利要求所界定的为准。