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1、10申请公布号CN104241301A43申请公布日20141224CN104241301A21申请号201310559679322申请日2013111210212191020130620TWH01L27/14620060171申请人力智电子股份有限公司地址中国台湾新竹县竹北市台元一街5号9楼之172发明人林炳原74专利代理机构中国商标专利事务所有限公司11234代理人宋义兴54发明名称具有多个光感测器的光感测芯片及其制造方法57摘要本发明公开一种光感测芯片及其制造方法。光感测芯片包括硅基板及多个光感测器。该些光感测器形成于硅基板上。该些光感测器包括第一光感测器及第二光感测器。第一光感测器具有。
2、第一PN接面，第一PN接面形成有第一空乏区，用以接收入射光的第一光波段并产生第一光电流。第二光感测器具有第二PN接面，第二PN接面形成有第二空乏区，用以接收入射光的第二光波段并产生第二光电流。第一空乏区对应第一制程参数，第二空乏区对应第二制程参数。第一制程参数与第二制程参数不同。30优先权数据51INTCL权利要求书2页说明书6页附图9页19中华人民共和国国家知识产权局12发明专利申请权利要求书2页说明书6页附图9页10申请公布号CN104241301ACN104241301A1/2页21一种光感测芯片，其特征在于，包括一硅基板；以及多个光感测器，形成于上述硅基板上，该些光感测器包括一第一光感。
3、测器，具有一第一PN接面，上述第一PN接面形成有一第一空乏区，用以接收一入射光的一第一光波段并产生一第一光电流；以及一第二光感测器，具有一第二PN接面，上述第二PN接面形成有一第二空乏区，用以接收上述入射光的一第二光波段并产生一第二光电流，其中上述第一空乏区对应一第一制程参数，上述第二空乏区对应一第二制程参数，上述第一制程参数与上述第二制程参数不同。2如权利要求1所述的光感测芯片，其特征在于，上述第一制程参数及上述第二制程参数与一掺杂材质相关，上述第一空乏区的一第一掺杂材质与上述第二空乏区的一第二掺杂材质不同。3如权利要求1所述的光感测芯片，其特征在于，上述第一制程参数及上述第二制程参数与上述。
4、第一空乏区及上述第二空乏区的深度相关，上述第一空乏区的一第一深度与上述第二空乏区的一第二深度不同。4如权利要求1所述的光感测芯片，其特征在于，上述第一光感测器与上述第二光感测器并排或堆迭形成于上述硅基板上。5如权利要求1所述的光感测芯片，其特征在于，更包括一运算电路，耦接该些光感测器，用以根据上述第一光电流及/或上述第二光电流运算得到一入射光光谱。6如权利要求1所述的光感测芯片，其特征在于，该些光感测器选自由一红光感测器、一绿光感测器、一蓝光感测器、一环境光感测器、一接近感测器及一紫外光感测器所组成的群组。7一种光感测芯片制造方法，其特征在于，包括下列步骤A提供一硅基板；B于上述硅基板上形成多。
5、个光感测器；步骤B包括下列步骤B1形成具有一第一PN接面的一第一光感测器，并于上述第一PN接面形成有一第一空乏区，以接收一入射光的一第一光波段并产生一第一光电流；以及B2形成具有一第二PN接面的一第二光感测器，并于上述第二PN接面形成有一第二空乏区，以接收上述入射光的一第二光波段并产生一第二光电流，其中上述第一空乏区对应一第一制程参数，上述第二空乏区对应一第二制程参数，上述第一制程参数与上述第二制程参数不同。8如权利要求7所述的光感测芯片制造方法，其特征在于，上述第一制程参数及上述第二制程参数与一掺杂材质相关，上述第一空乏区的一第一掺杂材质与上述第二空乏区的一第二掺杂材质不同。9如权利要求7所。
6、述的光感测芯片制造方法，其特征在于，上述第一制程参数及上述第二制程参数与上述第一空乏区及上述第二空乏区的深度相关，上述第一空乏区的一第一深度与上述第二空乏区的一第二深度不同。权利要求书CN104241301A2/2页310如权利要求7所述的光感测芯片制造方法，其特征在于，步骤B1所形成的上述第一光感测器与步骤B2所形成的上述第二光感测器并排或堆迭形成于上述硅基板上。11如权利要求7所述的光感测芯片制造方法，其特征在于，更包括下列步骤C提供耦接该些光感测器的一运算电路，以根据上述第一光电流及/或上述第二光电流运算得到一入射光光谱。12如权利要求7所述的光感测芯片制造方法，其特征在于，该些光感测器。
7、选自由一红光感测器、一绿光感测器、一蓝光感测器、一环境光感测器、一接近感测器及一紫外光感测器所组成的群组。权利要求书CN104241301A1/6页4具有多个光感测器的光感测芯片及其制造方法技术领域0001本发明与光感测器有关，特别是关于一种具有多个光感测器的光感测芯片及其制造方法。背景技术0002一般而言，为了让光感测器只会对于特定范围的波长的光有反应，除了要先采用标准的硅制程制造一个PN接面二极管之外，还要再送到专门处理后制程的厂区去镀上一层特殊材质的光阻，以作为一彩色滤光片，以滤除光感测器不使用到的光波长信号。0003由于传统的光感测器需于不同厂区进行上述后制程处理，将会导致生产及运输成。
8、本增加。例如在晶圆厂制作完成具有光感测器的晶圆后，还需将具有光感测器的晶圆移送至其他后段制程的公司进行光阻镀膜，继而再送至后段封测厂进行封装测试。此外，在许多应用中，光感测芯片上需同时设置有多个具有不同波长感测范围的光感测器，若要将具有不同波长感测范围的该些光感测器制作于同一芯片上，则必须额外镀上多层彩色滤光片，导致整个制程的复杂度大幅增加，其生产效率也会因而降低。0004请参照图1，图1图示于传统的光感测芯片同时形成有红光感测器、绿光感测器及蓝光感测器的示意图。如图1所示，由于红光感测器RS、绿光感测器GS及蓝光感测器BS的上方都要分别镀上各自所需的第一滤光片RF、第二滤光片GF及第三滤光片。
9、BF，因而大幅增加整个制程的复杂度。发明内容0005因此，本发明提出一种不需彩色滤光片技术即能感测不同波段的光的具有多个光感测器的光感测芯片及其制造方法，以解决现有技术所遭遇到的上述种种问题。0006本发明的一范畴在于提出一种光感测芯片。于一较佳具体实施例中，光感测芯片包括硅基板及多个光感测器。该些光感测器形成于硅基板上。该些光感测器包括第一光感测器及第二光感测器。第一光感测器具有第一PN接面，第一PN接面形成有第一空乏区DEPLETIONREGION，用以接收入射光的第一光波段并产生第一光电流。第二光感测器具有第二PN接面，第二PN接面形成有第二空乏区，用以接收入射光的第二光波段并产生第二光。
10、电流。其中第一空乏区对应第一制程参数，第二空乏区对应第二制程参数，第一制程参数与第二制程参数不同。0007于一实施例中，第一制程参数及第二制程参数与掺杂材质相关，第一空乏区的第一掺杂材质与第二空乏区的第二掺杂材质不同。0008于一实施例中，第一制程参数及第二制程参数与第一空乏区及第二空乏区的深度相关，第一空乏区的第一深度与第二空乏区的第二深度不同。0009于一实施例中，第一光感测器与第二光感测器并排或堆迭形成于硅基板上。0010于一实施例中，光感测芯片更包括运算电路，运算电路耦接该些光感测器，用以根据第一光电流及/或第二光电流运算得到入射光光谱。说明书CN104241301A2/6页50011。
11、于一实施例中，该些光感测器选自由红光感测器、绿光感测器、蓝光感测器、环境光感测器、接近感测器及紫外光感测器所组成的群组。0012本发明的另一范畴在于提出一种光感测芯片制造方法。于一较佳具体实施例中，光感测芯片制造方法包括下列步骤A提供一硅基板；B于硅基板上形成多个光感测器；步骤B包括下列步骤B1形成具有第一PN接面的第一光感测器，并于第一PN接面形成有第一空乏区，以接收入射光的第一光波段并产生第一光电流；B2形成具有第二PN接面的第二光感测器，并于第二PN接面形成有第二空乏区，以接收入射光的第二光波段并产生第二光电流。其中，第一空乏区对应第一制程参数，第二空乏区对应第二制程参数，第一制程参数与。
12、第二制程参数不同。0013相较于现有技术，根据本发明的具有多个光感测器的光感测芯片及其制造方法不需进行镀上彩色滤光片等后制程加工，故能够于同一厂区完成光感测芯片的制作，有效降低生产成本及制程复杂度。此外，本发明的光感测芯片上的该些光感测器还可通过迭接方式来减少整个光感测芯片的光感测面积，进而达到减少面积、降低成本及提升芯片效率等功效。0014关于本发明的优点与精神可以通过以下的发明详述及附图得到进一步的了解。附图说明0015图1图示于传统的光感测芯片同时形成有红光感测器、绿光感测器及蓝光感测器的示意图。0016图2图示本发明的光感测芯片的一种结构的示意图。0017图3A至图3C分别图示图2中的。
13、第一光感测器、第二光感测器及第三光感测器的结构剖面示意图。0018图4A图示图2中的第一光感测器、第二光感测器及第三光感测器的等效电路图。0019图4B图示通过运算电路对第一光感测器、第二光感测器及第三光感测器产生的第一光电流、第二光电流及/或第三光电流进行运算。0020图5图示本发明的光感测芯片的另一种结构的示意图。0021图6图示图5的光感测芯片的结构剖面示意图。0022图7A图示图5中的第一光感测器至第七光感测器的等效电路图。0023图7B图示通过运算电路对第一光感测器、第二光感测器至第七光感测器产生的第一光电流、第二光电流及/或第七光电流进行运算。0024图8图示根据本发明的一具体实施。
14、例的光感测芯片制造方法的流程图。0025图9图示根据本发明的另一具体实施例的光感测芯片制造方法的流程图。0026主要元件符号说明0027S10S26流程步骤0028RS红光感测器GS绿光感测器0029BS蓝光感测器RF第一滤光片0030GF第二滤光片BF第三滤光片0031SUB硅基板2、5光感测芯片0032PD1PD7第一光感测器第七光感测器说明书CN104241301A3/6页60033J1J7第一PN接面第七PN接面0034J1PIN接面POL聚亚酰胺0035N、NWELL、P、P掺杂层0036CT运算电路SW1SW7第一开关第七开关003740运算单元VDD工作电压0038TR1、TR2。
15、电晶体开关IOUT输出电流0039VIA通孔PAD焊垫0040ITO铟锡氧化物ASI非晶硅具体实施方式0041根据本发明的一较佳具体实施例为一种具有多个光感测器的光感测芯片。于实际应用中，光感测芯片的该些光感测器可包含有红光R感测器、绿光G感测器、蓝光B感测器、环境光AMBIENTLIGHT感测器、接近PROXIMITY感测器、紫外光UV感测器或其他型式的光感测器，并且该些光感测器的数目可视实际需要而调整，并不以此例为限。0042请参照图2，图2图示光感测芯片的一种结构的示意图。如图2所示，光感测芯片2包括硅基板SUB、第一光感测器PD1、第二光感测器PD2及第三光感测器PD3。于此实施例中，。
16、第一光感测器PD1、第二光感测器PD2及第三光感测器PD3彼此并排形成于硅基板SUB上。需特别说明的是，不同于图1所图示的传统光感测芯片的红光感测器RS、绿光感测器GS及蓝光感测器BS上方均需分别镀上各自所需的第一滤光片RF、第二滤光片GF及第三滤光片BF，本实施例的光感测芯片2的第一光感测器PD1、第二光感测器PD2及第三光感测器PD3均不需额外镀上彩色滤光片。0043于此实施例中，该些光感测器PD1PD3可以是各种不同的光电二极管PHOTODIODE，例如PN接面光电二极管或PIN接面光电二极管，并无特定的限制。需说明的是，为了使得该些光感测器PD1PD3能够达到分别接收不同光波段的入射光。
17、的功效，此实施例可分别以不同的制程参数对各光感测器PD1PD3的硅基板SUB进行不同的掺杂DOPING制程。0044实际上，上述不同制程参数与掺杂制程中所采用的掺杂物DOPANT的掺杂材质与掺杂浓度有关。举例而言，若在硅基板SUB所加入的掺杂物的掺杂材质为三价元素，例如硼BORON，即会形成P型半导体区域；若加入的掺杂物的掺杂材质为五价元素，例如磷PHOSPHORUS，则会形成N型半导体区域。0045由此，各光感测器PD1PD3即可形成各种不同型式的PN接面，至于其空乏区的深度则可通过不同的掺杂浓度来调整。例如，同样是采用磷作为掺杂物，较高的掺杂浓度31017CM3所形成的空乏区深度会比较低的。
18、掺杂浓度51015CM3所形成的空乏区深度来得大。0046由上述可知此实施例通过在硅基板SUB加入具有不同掺杂材质与掺杂浓度的掺杂物的方式，使得各光感测器PD1PD3的PN接面形成具有不同深度的空乏区。由于具有不同深度的空乏区分别对应入射光中的不同光波段，因此，各光感测器PD1PD3即可分别通过各自具有不同深度的空乏区接收到不同光波段的入射光子并产生光电流。0047接下来，将分别就各光感测器PD1PD3的结构进行说明。请参照图3A至图3C，说明书CN104241301A4/6页7图3A至图3C分别图示图2中的第一光感测器PD1、第二光感测器PD2及第三光感测器PD3的结构剖面示意图。0048如。
19、图3A所示，第一光感测器PD1具有第一PN接面J1，第一PN接面J1将会形成有第一空乏区。于此例中，第一PN接面J1由浓度较高的N掺杂层与浓度较低的P磊晶层相接所形成。当入射光射入第一光感测器PD1时，第一PN接面J1的第一空乏区将会接收入射光中相对应的第一光波段并产生第一光电流。0049如图3B所示，第二光感测器PD2具有第二PN接面J2，第二PN接面J2将会形成有第二空乏区。于此例中，第二PN接面J2由浓度较高的NWELL掺杂层与浓度较低的P磊晶层相接所形成。当入射光射入第二光感测器PD2时，第二PN接面J2的第二空乏区将会接收入射光中相对应的第二光波段并产生第二光电流。0050如图3C所。
20、示，第三光感测器PD3具有第三PN接面J3，第三PN接面J3将会形成有第三空乏区。于此例中，第三PN接面J3由浓度较高的NWELL掺杂层与浓度较低的P磊晶层相接所形成，但与图3B不同的是，图3C中的NWELL内还有浓度更高的P掺杂层。当入射光射入第三光感测器PD3时，第三PN接面J3的第三空乏区将会接收入射光中相对应的第三光波段并产生第三光电流。0051图4A图示图2中的第一光感测器PD1、第二光感测器PD2及第三光感测器PD3的等效电路图。图4B图示通过运算电路CT对第一光感测器PD1、第二光感测器PD2及第三光感测器PD3产生的第一光电流、第二光电流及/或第三光电流进行运算。运算电路CT可。
21、通过控制第一开关SW1、第二开关SW2及第三开关SW3的开启或关闭，使得运算单元40能够选择性地根据第一光感测器PD1的第一光电流、第二光感测器PD2的第二光电流及第三光感测器PD3的第三光电流中的一个或多个运算得到所需的入射光光谱。0052请参照图5，图5图示光感测芯片的另一种结构的示意图。如图5所示，光感测芯片5包括硅基板SUB、第一光感测器PD1、第二光感测器PD2、第三光感测器PD3、第四光感测器PD4、第五光感测器PD5、第六光感测器PD6及第七光感测器PD7。于此实施例中，第二光感测器PD2、第三光感测器PD3、第四光感测器PD4、第五光感测器PD5、第六光感测器PD6及第七光感测。
22、器PD7彼此并排形成于硅基板SUB上，而第一光感测器PD1则是堆迭于第二光感测器PD2、第三光感测器PD3及第四光感测器PD4上方。0053需特别说明的是，不同于图1所图示的传统光感测芯片的红光感测器RS、绿光感测器GS及蓝光感测器BS上方均需分别镀上各自所需的第一滤光片RF、第二滤光片GF及第三滤光片BF，本发明的光感测芯片5的第一光感测器PD1、第二光感测器PD2、第三光感测器PD3、第四光感测器PD4、第五光感测器PD5、第六光感测器PD6及第七光感测器PD7均不需额外镀上任何彩色滤光片。0054于此实施例中，具有不同掺杂材质与掺杂浓度的掺杂物被加入至硅基板SUB，以使得各光感测器PD1。
23、PD7的PN接面形成具有不同深度的空乏区。由于具有不同深度的空乏区分别对应入射光中的不同光波段，因此，各光感测器PD1PD7即可分别通过各自具有不同深度的空乏区接收到不同光波段的入射光子并产生光电流。0055如图6所示，第二光感测器PD2、第三光感测器PD3、第四光感测器PD4、第五光感测器PD5、第六光感测器PD6及第七光感测器PD7可以是PN接面光电二极管，而第一光感测器PD1则可以是PIN接面光电二极管。需说明的是，光感测芯片5的各光感测器通过迭说明书CN104241301A5/6页8接方式可减少整个光感测芯片所占的光感测面积。0056第一光感测器PD1具有PIN接面J1，PIN接面J1。
24、将会形成有第一空乏区。当入射光射入第一光感测器PD1时，PIN接面J1的第一空乏区将会接收入射光中相对应的第一光波段并产生第一光电流。0057第二光感测器PD2具有第二PN接面J2，第二PN接面J2将会形成有第二空乏区。当入射光经过第一光感测器PD1后再射入第二光感测器PD2时，第二PN接面J2的第二空乏区将会接收入射光中相对应的第二光波段并产生第二光电流。0058第三光感测器PD3具有第三PN接面J3，第三PN接面J3将会形成有第三空乏区。当入射光经过第一光感测器PD1后再射入第三光感测器PD3时，第三PN接面J3的第三空乏区将会接收入射光中相对应的第三光波段并产生第三光电流。0059第四光。
25、感测器PD4具有第四PN接面J4，第四PN接面J4将会形成有第四空乏区。当入射光经过第一光感测器PD1后再射入第四光感测器PD4时，第四PN接面J4的第四空乏区将会接收入射光中相对应的第四光波段并产生第四光电流。0060至于第五光感测器PD5、第六光感测器PD6及第七光感测器PD7上方则未堆迭有其他光感测器。第五光感测器PD5具有第五PN接面J5，第五PN接面J5将会形成有第五空乏区。当入射光射入第五光感测器PD5时，第五PN接面J5的第五空乏区将会接收入射光中相对应的第五光波段并产生第五光电流。0061第六光感测器PD6具有第六PN接面J6，第六PN接面J6将会形成有第六空乏区。当入射光射入。
26、第六光感测器PD6时，第六PN接面J6的第六空乏区将会接收入射光中相对应的第六光波段并产生第六光电流。0062第七光感测器PD7具有第七PN接面J7，第七PN接面J7将会形成有第七空乏区。当入射光射入第七光感测器PD7时，第七PN接面J7的第七空乏区将会接收入射光中相对应的第七光波段并产生第七光电流。0063图7A图示图5中的第一光感测器PD1至第七光感测器PD7的等效电路图。图7B图示通过运算电路CT对第一光感测器PD1、第二光感测器PD2至第七光感测器PD7产生的第一光电流、第二光电流及/或第七光电流进行运算。运算电路CT可通过控制第一开关SW1至第七开关SW7的开启或关闭选择性地根据第一。
27、光感测器PD1的第一光电流、第二光感测器PD2的第二光电流至第七光感测器PD7的第七光电流中的一个或多个运算得到所需的入射光光谱。0064根据本发明的另一较佳具体实施例为一种光感测芯片制造方法。于实际应用中，光感测芯片制造方法用以制造具有多个光感测器的光感测芯片。请参照图8，图8图示光感测芯片制造方法的流程图。0065如图8所示，于步骤S10中，该方法提供一硅基板。于步骤S12中，该方法于硅基板上并排形成具有第一PN接面的第一光感测器以及具有第二PN接面的第二光感测器。其中，第一光感测器的第一PN接面形成有第一空乏区，用以接收入射光的第一光波段并产生第一光电流；第二光感测器的第二PN接面形成有。
28、第二空乏区，用以接收入射光的第二光波段并产生第二光电流。于步骤S14中，该方法提供耦接第一光感测器及第二光感测器的运算电路。运算电路用以根据第一光电流及/或第二光电流运算得到入射光光谱。0066需说明的是，第一空乏区对应第一制程参数，第二空乏区对应第二制程参数，其说明书CN104241301A6/6页9中，第一制程参数与第二制程参数不同。实际上，第一制程参数及第二制程参数与掺杂材质相关，亦与第一空乏区及第二空乏区的深度相关。于此实施例中，第一空乏区的一第一掺杂材质与该第二空乏区的一第二掺杂材质不同，第一空乏区的第一深度亦与第二空乏区的第二深度不同。0067接着，请参照图9，图9图示光感测芯片制。
29、造方法的另一实施例的流程图。如图9所示，于步骤S20中，该方法提供一硅基板。于步骤S22中，该方法于硅基板上并排形成具有第一PN接面的第一光感测器及具有第二PN接面的第二光感测器。于步骤S24中，该方法于第一光感测器上方堆迭形成具有PIN接面的第三光感测器。0068其中，第三光感测器的PIN接面形成有第三空乏区，用以接收入射光的第三光波段并产生第三光电流；第一光感测器的第一PN接面形成有第一空乏区，用以接收经过第三光感测器后再射入第一光感测器的入射光的第一光波段并产生第一光电流；第二光感测器的第二PN接面形成有第二空乏区，用以接收入射光的第二光波段并产生第二光电流。于步骤S26中，该方法提供耦。
30、接第一光感测器、第二光感测器及第三光感测器的运算电路。运算电路用以根据第一光电流、第二光电流及/或第三光电流运算得到入射光光谱。0069相较于现有技术，根据本发明的具有多个光感测器的光感测芯片及其制造方法不需进行镀上彩色滤光片等后制程加工，故能够于同一厂区完成光感测芯片的制作，有效降低生产成本及制程复杂度。此外，本发明的光感测芯片上的该些光感测器还可通过迭接方式来减少整个光感测芯片的光感测面积，进而达到减少面积、降低成本及提升芯片效率等功效。0070通过以上较佳具体实施例的详述，希望能更加清楚描述本发明的特征与精神，而并非以上述所公开的较佳具体实施例来对本发明的范畴加以限制。相反地，其目的是希。
31、望能涵盖各种改变及具相等性的安排于本发明所欲申请的专利范围的范畴内。说明书CN104241301A1/9页10图1图2图3A图3B说明书附图CN104241301A102/9页11图3C图4A说明书附图CN104241301A113/9页12图4B说明书附图CN104241301A124/9页13图5说明书附图CN104241301A135/9页14图6说明书附图CN104241301A146/9页15图7A说明书附图CN104241301A157/9页16图7B说明书附图CN104241301A168/9页17图8说明书附图CN104241301A179/9页18图9说明书附图CN104241301A18。