TWI555185B - 半導體元件及其製造方法 - Google Patents

Description

半導體元件及其製造方法 相關申請案

本申請案基於且主張西元2014年3月27日申請之美國臨時申請案第61/971445號之優先權，在此併入此申請案之揭露的全部以供參考。

本發明是有關於一種半導體元件，且特別是有關於一種半導體感測元件。

半導體影像感測器用以感測光。一般而言，半導體影像感測器包含互補式金屬氧化物半導體(CMOS)影像感測器(CIS)與電荷耦合元件(CCD)感測器，且已廣泛地使用在各種應用中，例如數位靜態相機(DSC)、行動電話相機、數位攝錄影機(DV)與數位攝影機(DVR)應用。這些半導體影像感測器利用一影像感測元件陣列，每個影像感測元件包含光電二極體與其它元件，以吸收光並將所吸收到的光轉換成數位資料或電子訊號。

背照式(BSI)互補式金屬氧化物半導體影像感測器為一種互補式金屬氧化物半導體影像感測器。背照式互補式金屬氧化物半導體影像感測器可操作來檢測從其背面投 射之光。背照式互補式金屬氧化物半導體影像感測器可縮短光學路徑並增加填充係數(fill factor)，以改善每單位面積之光敏度與量子效率，且可降低光串擾(cross talk)與光響應不均勻。因此，可大幅改善互補式金屬氧化物半導體影像感測器之影像品質。此外，背照式互補式金屬氧化物半導體影像感測器具有高主光線角(chief ray angle)，可允許較短之透鏡高度，而可達成較薄之相機模組。因此，背照式互補式金屬氧化物半導體影像感測器技術逐漸成為主流技術。

然而，當現有背照式互補式金屬氧化物半導體影像感測器已大致滿足其所欲目標時，這些感測器仍無法完全滿足各方面需求。

因此，本發明之一目的就是在提供一種半導體元件及其製造方法，其介於彩色濾光層與元件層之間的半導體層具有一表面，且此表面上形成有數個微結構，因此大多數的光可被這些微結構折射而進入半導體層，並由元件層所吸收。因此，半導體元件之量子效率因低反射與高吸收而獲得大幅提升。

根據本發明之上述目的，提出一種半導體元件，用以感測入射光。半導體元件包含基材、元件層、半導體層以及彩色濾光層。元件層設於基材上，且包含數個感光區。半導體層位於元件層之上方，且具有第一表面以及相對於第一表面之第二表面，其中第一表面鄰近元件層，且半導 體層包含數個微結構位於第二表面上。彩色濾光層設於半導體層之第二表面上。

依據本發明之一實施例，上述每一微結構具有剖面形狀，且剖面形狀為三角形、梯形或弧形。

依據本發明之另一實施例，上述微結構中之任相鄰二者彼此鄰接。

依據本發明之又一實施例，上述微結構中之任相鄰二者彼此分離。

依據本發明之再一實施例，上述每一微結構之高度大於λ/2.5，這些微結構之任相鄰二者之間之間距大於λ/2，λ代表入射光之波長。

根據本發明之上述目的，另提出一種半導體元件之製造方法。在此半導體元件之製造方法中，提供基材，其中元件層與半導體層依序形成在基材之表面上，半導體層具有第一表面以及與第一表面相對之第二表面，第一表面鄰近元件層。形成數個微結構於半導體層之第二表面上。形成彩色濾光層於半導體層之第二表面上。

依據本發明之一實施例，上述提供基材之操作包含以矽或鍺形成半導體層。

依據本發明之另一實施例，上述進行形成微結構之操作係利用微影製程與蝕刻製程。

依據本發明之又一實施例，上述進行形成微結構之操作係使每一微結構具有一剖面形狀，且此剖面形狀為三角形、梯形或弧形。

依據本發明之再一實施例，上述進行形成微結構之操作係使這些微結構之任相鄰二者彼此鄰接。

依據本發明之再一實施例，上述進行形成微結構之操作係使這些微結構之任相鄰二者彼此分離。

依據本發明之再一實施例，在形成微結構之操作與形成彩色濾光層之操作之間，上述半導體元件之製造方法更包含形成介電層覆蓋在半導體層之第二表面上，其中介電層具有平坦表面，且進行形成彩色濾光層之操作係將彩色濾光層形成在平坦表面上。

依據本發明之再一實施例，上述半導體元件之製造方法更包含形成數個微透鏡於彩色濾光層上。

根據本發明之上述目的，更提出一種半導體元件之製造方法。在此半導體元件之製造方法中，提供第一基材，此第一基材具有第一表面以及與第一表面相對之第二表面。形成數個微結構於第一基材之第二表面上。形成介電層覆蓋在第一基材之第二表面上。將第二基材接合至介電層。形成元件層於第一基材之第一表面上。將第三基材接合至元件層。移除第二基材與介電層以暴露出第一基材之第二表面。形成彩色濾光層於第一基材之第二表面上。

依據本發明之一實施例，上述提供第一基材之操作包含提供第一層與第二層堆疊在第一層上，且進行形成結構之操作係將這些微結構形成在第二層上。

依據本發明之另一實施例，在接合第二基材之操作與形成元件層之操作之間，上述半導體元件之製造方法更 包含移除第一層。

依據本發明之又一實施例，上述提供第一基材之操作包含以不同材料製作第一層與第二層。

依據本發明之再一實施例，在形成元件層之操作與接合第三基材之操作之間，上述半導體元件之製造方法更包含形成鈍化層覆蓋在元件層上、以及平坦化此鈍化層。

依據本發明之再一實施例，上述進行形成微結構之操作係使這些微結構之任相鄰二者彼此鄰接。

依據本發明之再一實施例，上述進行形成微結構之操作係使這些微結構之任相鄰二者彼此分離。

100‧‧‧半導體元件

102‧‧‧基材

104‧‧‧表面

106‧‧‧元件層

108‧‧‧感光區

110a‧‧‧半導體層

110b‧‧‧半導體層

112‧‧‧第一表面

114a‧‧‧第二表面

114b‧‧‧第二表面

116a‧‧‧微結構

116b‧‧‧微結構

118‧‧‧介電層

120‧‧‧表面

122‧‧‧彩色濾光層

124‧‧‧微透鏡層

126‧‧‧微透鏡

128‧‧‧入射光

130‧‧‧正面

132‧‧‧背面

200‧‧‧光罩

202‧‧‧光

300‧‧‧操作

302‧‧‧操作

304‧‧‧操作

400‧‧‧第一基材

402‧‧‧第一層

404‧‧‧第二層

406‧‧‧第一表面

408‧‧‧第二表面

410‧‧‧微結構

412‧‧‧表面

414‧‧‧介電層

416‧‧‧表面

418‧‧‧第二基材

420‧‧‧元件層

422‧‧‧感光區

424‧‧‧鈍化層

426‧‧‧表面

428‧‧‧第三基材

430‧‧‧介電層

432‧‧‧表面

434‧‧‧彩色濾光層

436‧‧‧微透鏡層

438‧‧‧微透鏡

440‧‧‧半導體元件

500‧‧‧光罩

502‧‧‧光

600‧‧‧操作

602‧‧‧操作

604‧‧‧操作

606‧‧‧操作

608‧‧‧操作

610‧‧‧操作

612‧‧‧操作

614‧‧‧操作

h1‧‧‧高度

h2‧‧‧高度

w1‧‧‧間距

w2‧‧‧間距

從以下結合所附圖式所做的詳細描述，可對本揭露之態樣有更佳的了解。需注意的是，根據業界的標準實務，各特徵並未依比例繪示。事實上，為了使討論更為清楚，各特徵的尺寸都可任意地增加或減少。

第1圖係繪示依照本發明之各實施方式的一種半導體元件的剖面示意圖。

第2A圖係繪示依照本發明之各實施方式的一種半導體元件之半導體層的剖面放大示意圖。

第2B圖係繪示依照本發明之各實施方式的一種半導體元件之半導體層的剖面放大示意圖。

第3A圖至第3D圖係繪示依照各實施方式之一種半導體元件之製造方法之各個中間階段的剖面示意圖。

第4圖係繪示依照各實施方式之一種半導體元件之製造方法的流程圖。

第5A圖至第5F圖係繪示依照各實施方式之一種半導體元件之製造方法之各個中間階段的剖面示意圖。

第6圖係繪示依照各實施方式之一種半導體元件之製造方法的流程圖。

以下的揭露提供了許多不同實施方式或實施例，以實施所提供之標的之不同特徵。以下所描述之構件與安排的特定例子係用以簡化本揭露。當然這些僅為實施例，並非用以做為限制。舉例而言，於描述中，第一特徵形成於第二特徵之上方或之上，可能包含第一特徵與第二特徵以直接接觸的方式形成的實施方式，亦可能包含額外特徵可能形成在第一特徵與第二特徵之間的實施方式，如此第一特徵與第二特徵可能不會直接接觸。此外，本揭露可能會在各實施例中重複參考數字及/或文字。這樣的重複係基於簡化與清楚之目的，以其本身而言並非用以指定所討論之各實施方式及/或配置之間的關係。如在此所使用的，用詞「及/或(and/or)」包含一或多個相關列示項目的任意或所有組合。

在一般之背照式互補式金屬氧化物半導體影像感測器中，在光由其背面投射且穿過彩色濾光層而進入彩色濾光層與下方元件層之間的半導體層之前，光會碰撞到半導體層之平坦表面，而半導體層之平坦表面會將大多數的 光反射。因此，背照式互補式金屬氧化物半導體影像感測器之量子效率會因半導體層之高光反射與元件層之低光接收而減少。

本揭露之實施方式係針對一種半導體元件及製造此半導體元件之方法，其中介於彩色濾光層與元件層之間的半導體層具有一表面，且此表面上形成有數個微結構，因此大多數的光可被這些微結構折射而進入半導體層，並由元件層所吸收。因此，半導體元件之量子效率因低反射與高吸收而獲得大幅提升。

第1圖係繪示依照本發明之各實施方式的一種半導體元件的剖面示意圖。在一些實施例中，半導體元件100為互補式金屬氧化物半導體影像感測元件，其可操作來感測入射光128。半導體元件100具有正面130與背面132。在特定實施例中，半導體元件100為背照式互補式金屬氧化物半導體影像感測元件，其可操作來感測從其背面132投射之入射光128。如第1圖所示，半導體元件100包含基材102、元件層106、半導體層110a與彩色濾光層122。基材102為半導體基材。基材102由單晶半導體材料或化合物半導體材料所組成。在一些例子中，基材102為矽基材。在一些實施例中，亦可使用鍺或玻璃來作為基材102之材料。

在一些實施例中，元件層106設於基材102之表面104上。在一替代實施例中，可在元件層106與基材102之間額外形成鈍化層(未繪示)。元件層106包含數個感光區 108。在一些例子中，每個感光區108包含一像素，此像素包含一影像感測元件，其中影像感測元件包含光電二極體與其它元件。感光區108操作來感測入射光128。

半導體層110a位於元件層106之上方。在一些實施例中，半導體層110a由矽、鍺、磊晶矽及/或磊晶鍺所組成。半導體層110a具有第一表面112以及相對於第一表面112之第二表面114a，第一表面112鄰近於元件層106。半導體層110a包含數個微結構116a形成在第二表面114a上。請參照第2A圖與第2B圖，第2A圖係繪示依照本發明之各實施方式的一種半導體元件之半導體層的剖面放大示意圖，第2B圖係繪示依照本發明之各實施方式的一種半導體元件之半導體層的剖面放大示意圖。在一些實施例中，每個微結構116a具有剖面形狀，此剖面形狀為三角形、梯形或弧形，例如半圓形或半橢圓形。舉例而言，每個微結構116a具有如第2A圖所示之三角形剖面形狀，而形成在半導體層110b之第二表面114b上的每個微結構116b具有如第2B圖所示之梯形剖面形狀。在這些例子中，半導體層110b類似於半導體層110a，係位於元件層106上方，且半導體層110b之第一表面112與第二表面114b相對並鄰近於元件層106。類似的，半導體層110b可由矽、鍺、磊晶矽及/或磊晶鍺所組成。

在一些例子中，微結構116a或116b規則排列。在一些例子中，微結構116a或116b不規則排列。此外，如第2A圖所示，微結構116a之任相鄰二者可彼此鄰接。在 一些例子中，如第2B圖所示，微結構116b之任相鄰二者彼此分離。在第2A圖所示之半導體層110a中，每個微結構116a具有高度h1，且微結構116a之任相鄰二者之間形成有一間距w1。在一些例子中，高度h1介於100λ與λ/100之間，且間距w1介於100λ與λ/100之間，其中λ代表入射光128之波長。在特定例子中，高度h1大於λ/2.5，且間距w1大於λ/2。在第2B圖所示之半導體層110b中，每個微結構116b具有高度h2，且微結構116b之任相鄰二者之間形成有一間距w2。在一些例子中，高度h2介於100λ與λ/100之間，且間距w2介於100λ與λ/100之間。在特定例子中，高度h2大於λ/2.5，且間距w2大於λ/2。

藉由微結構116a或116b，可增加第二表面114a或114b之面積，且入射光128投射於第二表面114a或114b之入射角小於入射光128投射於一平坦表面之入射角，因此入光射128之大多數可在微結構116a或116b中多次折射，接著穿過半導體層110a或110b而抵達元件層106，並由元件層106所吸收。因此，可大幅提升入射光128之吸收率。

在一些實施例中，彩色濾光層122形成在半導體層110a之第二表面114a上。彩色濾光層122包含許多排成一陣列之彩色濾光器，例如多個紅色濾光器、多個綠色濾光器與多個藍色濾光器。在一些實施例中，如第1圖所示，半導體元件100選擇性地包含介電層118，此介電層118形成來覆蓋半導體層110a之第二表面114a。在一些例子中， 介電層118由氧化矽、氮化矽或氮氧化矽所組成。介電層118之表面120係平坦的，且彩色濾光層122形成在介電層118之平坦的表面120上。

請再次參照第1圖，在一些實施例中，半導體元件100選擇性地包含微透鏡層124。此微透鏡層124形成在彩色濾光層122上。微透鏡層124包含數個微透鏡126。這些微透鏡126可將入射光128朝元件層106之感光區108導引並聚焦。這些微透鏡126可根據微透鏡126之折射率、以及感光區108與微透鏡126之間的距離而排列成具各種形狀的各種形式。

請參照第3A圖至第3D圖，第3A圖至第3D圖係繪示依照各實施方式之一種半導體元件之製造方法之各個中間階段的剖面示意圖。如第3A圖所示，提供基材102。基材102由單晶半導體材料或化合物半導體材料所構成。在一些實施例中，使用矽、鍺或玻璃來作為形成基材102之材料。依序形成元件層106與半導體層110a於基材102之表面104上。半導體層110a具有第一表面112以及與第一表面112相對之第二表面114a。在一些實施例中，先形成元件層106於半導體層110a之第一表面112上，接著利用例如接合(bonding)技術，將元件層106附著至基材102之表面104。在一些例子中，可選擇性地對半導體層110a之第二表面114a進行薄化製程，以縮減半導體層110a之厚度。在特定例子中，形成半導體層110a在暫時基材(未繪示)上，形成元件層106在半導體層110a之第一表面112 上，並將元件層106接合至基材102之表面104，接著進行薄化製程以移除暫時基材，半導體層110a可在薄化製程中被薄化。可利用化學機械研磨(CMP)技術來進行薄化製程。

在一些實施例中，元件層106包含數個感光區108。每個感光區108可包含一像素，此像素包含一影像感測元件，且影像感測元件包含光電二極體與其它元件。在一些例子中，半導體層110a由矽、鍺、磊晶矽及/或磊晶鍺所構成。

如第3C圖所示，數個微結構116a形成在半導體層110a之第二表面114a上。在一些實施例中，如第3B圖與第3C圖所示，利用微影製程與蝕刻製程進行形成微結構116a之操作，其中藉由透過光罩200而朝第二表面114a投射光202的方式來進行微影製程，以定義出欲形成微結構116a之區域，再根據微影製程的定義，於第二表面114a上進行蝕刻製程，以移除半導體層110a之一部分，而在第二表面114a上形成微結構116a。在一些例子中，利用乾式蝕刻技術或化學蝕刻技術進行蝕刻製程。在特定例子中，利用雷射移除技術形成這些微結構116a。

每個微結構116a可形成有三角形、梯形或弧形之剖面形狀，弧形可例如為半圓形或半橢圓形。微結構116a規則地形成。在一些例子中，微結構116a不規則地形成。在一些實施例中，請同時參照的2A圖與第3C圖，進行形成微結構116a之操作，以使微結構116a之任相鄰二者彼此鄰接。請參照第2B圖，在形成微結構116b之操作中， 微結構116b之任相鄰二者可彼此分離。每個微結構116a具有高度h1，且微結構116a之任相鄰二者之間形成有一間距w1。在一些例子中，高度h1介於100λ與λ/100之間，且間距w1介於100λ與λ/100之間，其中λ代表入射光128之波長。在特定例子中，高度h1大於λ/2.5，且間距w1大於λ/2。

在一些實施例中，於微結構116a形成後，形成彩色濾光層122於半導體層110a之第二表面114a上。彩色濾光層122包含許多排成一陣列之彩色濾光器，例如多個紅色濾光器、多個綠色濾光器與多個藍色濾光器。在一些實施例中，如第3D圖所示，於微結構116a形成後，形成介電層118，以覆蓋半導體層110a之第二表面114a，並填充微結構116a之任相鄰二者之間的間隙，而彩色濾光層122形成於介電層118上。介電層118可由氧化矽、氮化矽或氮氧化矽所構成。介電層118具有平坦之表面120，且彩色濾光層122形成在介電層118之平坦的表面120上。在一些例子中，利用熱氧化技術或沉積技術，例如化學氣相沉積(CVD)技術，進行形成介電層118之操作。在特定例子中，於介電層118形成後，對介電層118進行平坦化製程，以形成具有平坦之表面120的介電層118。可利用化學機械研磨技術進行平坦化製程。

在一些實施例中，於彩色濾光層122形成後，選擇性地形成包含數個微透鏡126之微透鏡層124於彩色濾光層122上，以完成半導體元件100。進行形成微透鏡126 之操作係可根據微透鏡126之折射率、以及感光區108與微透鏡126之間的距離，而以各種排列與各種形狀形成微透鏡126。

請一併參照第4圖與第3A圖至第3D圖，第4圖係繪示依照各實施方式之一種半導體元件之製造方法的流程圖。此方法始於操作300，以提供基材102，再依序形成元件層106與半導體層110a於基材102之表面104上，如第3A圖所示。半導體層110a具有第一表面112以及相對於第一表面112之第二表面114a。在一些實施例中，形成元件層106於半導體層110a之第一表面112上，並利用例如接合方式，將元件層106附著至基材102之表面104。選擇性地，對半導體層110a之第二表面114a進行薄化製程，以縮減半導體層110a之厚度。

在操作302中，如第3B圖與第3C圖所示，利用例如微影製程與蝕刻製程，形成微結構116a於半導體層110a之第二表面114a上。在一些例子中，利用乾式蝕刻技術或化學蝕刻技術進行蝕刻製程。在特定例子中，利用雷射移除技術形成這些微結構116a。可進行形成微結構116a之操作來使每個微結構116a具有三角形、梯形或弧形之剖面形狀，弧形可例如為半圓形或半橢圓形。微結構116a可規則地形成。在一些例子中，微結構116a不規則地形成。

在一些實施例中，進行形成微結構116a之操作，以使微結構116a之任相鄰二者彼此鄰接，如第2A圖所示。替代地，如第2B圖所示，可使微結構116b之任相鄰二者 彼此分離。在一些例子中，每個微結構116a之高度h1介於100λ與λ/100之間，且微結構116a之任相鄰二者之間的間距w1介於100λ與λ/100之間，其中λ代表入射光之波長。在特定例子中，每個微結構116a之高度h1大於λ/2.5，且微結構116a之任相鄰二者之間的間距w1大於λ/2。

在操作304中，形成彩色濾光層122於半導體層110a之第二表面114a上。彩色濾光層122包含包含許多排成一陣列之彩色濾光器，例如多個紅色濾光器、多個綠色濾光器與多個藍色濾光器。在一些實施例中，如第3D圖所示，先利用熱氧化技術或沉積技術形成介電層118，以覆蓋半導體層110a之第二表面114a，並填充微結構116a之任相鄰二者之間的間隙，再形成彩色濾光層122於介電層118上。介電層118具有利用平坦化製程所形成之平坦的表面120，而彩色濾光層122形成在此平坦之表面120上。在一些實施例中，選擇性地形成包含數個微透鏡126之微透鏡層124於彩色濾光層122上，以完成半導體元件100。

第5A圖至第5F圖係繪示依照各實施方式之一種半導體元件之製造方法之各個中間階段的剖面示意圖。如第5A圖所示，提供第一基材400。第一基材400具有第一表面406與第二表面408，其中第一表面406與第二表面408為第一基材400之相對二側。第一基材400可由單層結構所構成。在一些實施例中，如第5A圖所示，第一基材400包含第一層402與第二層404堆疊在第一層402上。第一層402與第二層404由單晶半導體材料或化合物半導體 材料所構成。在一些例子中，使用矽、鍺、磊晶矽、磊晶鍺或玻璃來作為形成第一層402與第二層404之材料。第一層402與第二層404可由不同材料所形成，例如，第一層402可由矽所形成，第二層404可由磊晶矽所形成。在特定例子中，第一層402與第二層404可由相同材料所形成。

如第5C圖所示，形成微結構410於第一基材400之第二表面408上，其中這些微結構410形成於第二層404上。在一些實施例中，如第5B圖與第5C圖所示，利用微影製程與蝕刻製程進行形成微結構410之操作，其中藉由透過光罩500而朝第二表面408投射光502的方式來進行微影製程，再根據微影製程的定義於第二表面408上進行蝕刻製程，以移除第一基材400之第二層404的一部分，而在第二表面408上形成微結構410。在一些例子中，利用乾式蝕刻技術或化學蝕刻技術進行蝕刻製程。在特定例子中，利用雷射移除技術形成這些微結構410。

在一些例子中，每個微結構410可形成有三角形、梯形或弧形之剖面形狀，弧形可例如為半圓形或半橢圓形。微結構410可規則排列。在一些例子中，微結構410不規則排列。在一些實施例中，請再次參照第5C圖，進行形成微結構410之操作，以使微結構410之任相鄰二者彼此鄰接。請同時參照第2B圖與第5C圖，微結構410之排列可類似於微結構116b，其中可使微結構410之任相鄰二者彼此分離。類似於第2A圖所示之微結構116a或第2B圖 所示之微結構116b，每個微結構410之高度可介於100λ與λ/100之間，且微結構410之任相鄰二者之間的間距可介於100λ與λ/100之間，其中λ代表入射光之波長。在特定例子中，每個微結構410之高度大於λ/2.5，且微結構410之任相鄰二者之間的間距大於λ/2。微結構410之安排與形狀可類似於第2A圖之微結構116a或第2B圖之微結構116b。

在微結構410形成於第一基材400之第二表面408上之後，形成介電層414，以覆蓋第一基材400之第二表面408，並填充微結構410之任相鄰二者之間的間隙，如第5C圖所示。在一些例子中，利用熱氧化技術或化學氣相沉積技術，進行形成介電層414之操作。舉例而言，介電層414由氧化物，例如氧化矽所構成。選擇性地，對介電層414進行平坦化操作，如此介電層414之表面416係平坦的。可利用化學機械研磨技術進行平坦化操作。

於形成介電層414之操作之後，提供第二基材418，並將第二基材418接合至介電層414之表面416。將介電層414之表面416平坦化成平坦，因此第二基材418可順利且穩固地與介電層414之表面416接合。在一些例子中，第二基材418由玻璃或半導體材料，例如矽與鍺所形成。選擇性地，於接合操作後，利用例如化學機械研磨技術或蝕刻技術，對第一基材400之第一表面406進行薄化操作，以移除部分之第一基材400。在特定例子中，如第5C圖所示，移除第一基材400之第一層402，以暴露出第 二層404之表面412。

接著，如第5D圖所示，形成元件層420於第一基材400之第二層404的表面412上。元件層420包含數個感光區422。在一些例子中，每個感光區422包含一像素，此像素包含一影像感測元件，其中影像感測元件包含光電二極體與其它元件。

在一些實施例中，於形成元件層420後，提供第三基材428，接著將第三基材428接合至元件層420。舉例而言，第三基材428由玻璃或半導體材料，例如矽與鍺所形成。在一些實施例中，如第5E圖所示，於第三基材428之接合操作之前，形成鈍化層424，以覆蓋元件層420。鈍化層424可例如由氧化矽、氮化矽或氮氧化矽所構成。在一些例子中，對鈍化層424進行平坦化操作，因此鈍化層424之表面426可為平坦。可利用化學機械研磨技術進行平坦化操作。由於鈍化層424之表面426被平坦化而呈平坦，因此可將第三基材428順利且穩固地接合至鈍化層424之表面426。

於第三基材428之接合操作後，利用例如化學機械研磨技術及/或蝕刻技術，在第二基材418上進行薄化操作，以依序移除第二基材418與介電層414。於薄化操作後，暴露出第一基材400之第二表面408上的微結構410，如第5E圖所示。

在一些實施例中，暴露出微結構410之後，形成彩色濾光層434於第一基材400之第二表面408上。彩色濾 光層434包含許多排成一陣列之彩色濾光器，例如多個紅色濾光器、多個綠色濾光器與多個藍色濾光器。在一些實施例中，如第5F圖所示，暴露出微結構410之後，先形成介電層430，以覆蓋第一基材400之第二表面408，並填充微結構410之任相鄰二者之間的間隙，接著形成彩色濾光層434於介電層430上。介電層430可由氧化矽、氮化矽或氮氧化矽所構成。介電層430具有平坦之表面432，且彩色濾光層434形成在平坦之表面432上。可利用熱氧化技術或沉積技術，例如化學氣相沉積技術，來形成介電層430。選擇性地，在介電層430形成後，對介電層430進行平坦化製程，因此介電層430之表面432係平坦的。可利用化學機械研磨技術進行平坦化製程。

在一些實施例中，再次如第5F圖所示，於彩色濾光層434形成後，形成包含數個微透鏡438之微透鏡層436於彩色濾光層434上，以完成半導體元件440。形成微透鏡438之操作係可根據微透鏡438之折射率、以及感光區422與微透鏡438之間的距離，而以各種排列與各種形狀形成微透鏡438。

請一併參照第6圖與第5A圖至第5F圖，第6圖係繪示依照各實施方式之一種半導體元件之製造方法的流程圖。此方法始於操作600，操作600提供第一基材400，第一基材400具有第一表面406以及與第一表面406相對之第二表面408。第一基材400可由單層結構所構成。在一些實施例中，如第5A圖所示，第一基材400包含第一層 402與第二層404堆疊在第一層402上。第一層402與第二層404可由不同材料所形成。在特定例子中，第一層402與第二層404可由相同材料所形成。

在操作602中，如第5B圖與第5C圖所示，利用例如微影製程與蝕刻製程，形成微結構410於第一基材400之第二表面408上。在一些例子中，利用乾式蝕刻技術或化學蝕刻技術進行蝕刻製程。可利用雷射移除技術形成這些微結構410。可進行形成微結構410之操作來使每個微結構410具有三角形、梯形或弧形之剖面形狀，弧形可例如為半圓形或半橢圓形。微結構410可規則地形成。在一些例子中，微結構410不規則地形成。

在一些實施例中，進行形成微結構410之操作，以使微結構410之任相鄰二者彼此鄰接，如第2A圖所示之微結構116a般。如同第2B圖所示之微結構116b，可使微結構410之任相鄰二者彼此分離。在一些例子中，每個微結構410之高度介於100λ與λ/100之間，且微結構410之任相鄰二者之間的間距介於100λ與λ/100之間，其中λ代表入射光之波長。在特定例子中，每個微結構410之高度大於λ/2.5，且微結構410之任相鄰二者之間的間距大於λ/2。

在操作604中，如第5C圖所示，形成介電層414，以覆蓋第一基材400之第二表面408。在一些例子中，利用熱氧化技術或化學氣相沉積技術，進行形成介電層414之操作。選擇性地，可利用例如化學機械研磨技術，對介電 層414進行平坦化操作，以形成具有平坦之表面416的介電層414。

在操作606中，再次如第5C圖所示，提供第二基材418，並將第二基材418接合至介電層414之表面416。在一些例子中，第二基材418由玻璃或半導體材料所形成。選擇性地，利用例如化學機械研磨技術或蝕刻技術，對第一基材400之第一表面406進行薄化操作，以移除部分之第一基材400。在特定例子中，移除第一基材400之第一層402，以暴露出第二層404之表面412。在操作608中，如第5D圖所示，形成元件層420於第一基材400之第二層404的表面412上。元件層420包含數個感光區422。每個感光區422可包含一像素。

在操作610中，提供第三基材428，並將第三基材428接合至元件層420。第三基材428可由玻璃或半導體材料，例如矽與鍺所形成。在一些實施例中，如第5E圖所示，形成鈍化層424，以覆蓋元件層420。在一些例子中，利用例如化學機械研磨技術平坦化鈍化層424，因此鈍化層424之表面426係平坦的。在操作612中，利用例如化學機械研磨技術及/或蝕刻技術，在第二基材418上進行薄化操作，以依序移除第二基材418與介電層414，而暴露出第一基材400之第二表面408與微結構410。

在操作614中，形成彩色濾光層434於第一基材400之第二表面408上。彩色濾光層434包含許多排成一陣列之彩色濾光器，例如多個紅色濾光器、多個綠色濾光器 與多個藍色濾光器。在一些實施例中，如第5F圖所示，先形成介電層430，以覆蓋第一基材400之第二表面408，接著形成彩色濾光層434於介電層430上。在特定例子中，介電層430具有平坦之表面432，且彩色濾光層434形成在平坦之表面432上。選擇性地，利用例如化學機械研磨技術，對介電層430進行平坦化製程。在一些實施例中，形成包含數個微透鏡438之微透鏡層436於彩色濾光層434上，以完成半導體元件440。

依照一實施例，本揭露揭示一種半導體元件，其操作來感測入射光。此半導體元件包含基材、元件層、半導體層以及彩色濾光層。元件層設於基材上，且包含數個感光區。半導體層位於元件層之上方，且具有第一表面以及相對於第一表面之第二表面。第一表面鄰近元件層。半導體層包含數個微結構位於第二表面上。彩色濾光層設於半導體層之第二表面上。

依照另一實施例，本揭露揭示一種半導體元件之製造方法。在此方法中，提供基材，且依序形成元件層與半導體層在基材之表面上。半導體層具有第一表面以及與第一表面相對之第二表面，第一表面鄰近元件層。形成數個微結構於半導體層之第二表面上。形成彩色濾光層於半導體層之第二表面上。

依照又一實施例，本揭露揭示一種半導體元件之製造方法。在此方法中，提供具有第一表面以及與第一表面相對之第二表面的第一基材。形成數個微結構於第一基材 之第二表面上。形成介電層覆蓋在第一基材之第二表面上。將第二基材接合至介電層。形成元件層於第一基材之第一表面上。將第三基材接合至元件層。移除第二基材與介電層以暴露出第一基材之第二表面。形成彩色濾光層於第一基材之第二表面上。

上述已概述數個實施例的特徵，因此熟習此技藝者可更了解本揭露之態樣。熟習此技藝者應了解到，其可輕易地利用本揭露做為基礎，來設計或潤飾其他製程與結構，以實現與在此所介紹之實施例相同之目的及/或達到相同的優點。熟習此技藝者也應了解到，這類對等架構並未脫離本揭露之精神和範圍，且熟習此技藝者可在不脫離本揭露之精神和範圍下，在此進行各種之更動、取代與替代。

100‧‧‧半導體元件

102‧‧‧基材

104‧‧‧表面

106‧‧‧元件層

108‧‧‧感光區

110a‧‧‧半導體層

112‧‧‧第一表面

114a‧‧‧第二表面

116a‧‧‧微結構

118‧‧‧介電層

120‧‧‧表面

122‧‧‧彩色濾光層

124‧‧‧微透鏡層

126‧‧‧微透鏡

128‧‧‧入射光

130‧‧‧正面

132‧‧‧背面

Claims (10)

1. 一種半導體元件，用以感測一入射光，該半導體元件包含：一基材；一元件層，設於該基材上，且包含複數個感光區；一半導體層，位於該元件層之上方，且具有一第一表面以及相對於該第一表面之一第二表面，其中該第一表面鄰近該元件層，且該半導體層包含複數個微結構位於該第二表面上，該元件層隔開該基材與該半導體層；一介電層，填充該些微結構之任相鄰二者之間的間隙，其中該介電層具有一平坦表面相對於該些微結構；一彩色濾光層，設於該介電層之該平坦表面上。
2. 如請求項1所述之半導體元件，其中該些微結構之任相鄰二者彼此鄰接。
3. 如請求項1所述之半導體元件，其中該些微結構之任相鄰二者彼此分離。
4. 如請求項1所述之半導體元件，其中每一該些微結構之一高度大於λ/2.5，該些微結構之任相鄰二者之間之一間距大於λ/2，λ代表該入射光之一波長。
5. 一種半導體元件之製造方法，包含：提供一半導體層，其中該半導體層具有一第一表面以及與該第一表面相對之一第二表面；形成一元件層於該半導體 層之該第一表面上，該元件層包含複數個感光區；在形成該元件層於該半導體層之該第一表面上之後，將該元件層接合至一基材之一表面；利用移除該半導體層之一部分的方式形成複數個微結構於該半導體層之該第二表面上；形成一介電層填充該些微結構之任相鄰二者之間的間隙，其中該介電層具有一平坦表面相對於該些微結構；以及形成一彩色濾光層於該介電層之該平坦表面上。
6. 如請求項5所述之半導體元件之製造方法，在將該元件層接合至該基材之該表面後，更包含該半導體層之該第二表面進行一薄化製程。
7. 如請求項5所述之半導體元件之製造方法，更包含形成複數個微透鏡於該彩色濾光層上。
8. 一種半導體元件之製造方法，包含：提供一第一基材，該第一基材具有一第一表面以及與該第一表面相對之一第二表面；利用移除該第一基材之一部分的方式形成複數個微結構於該第一基材之該第二表面上；形成一介電層覆蓋在該第一基材之該第二表面上；將一第二基材接合至該介電層；形成一元件層於該第一基材之該第一表面上；在形成該元件層於該第一基材之該第一表面上之後，將一第三基材接合至該元件層； 移除該第二基材與該介電層以暴露出該第一基材之該第二表面；形成另一介電層填充該些微結構之任相鄰二者之間的間隙，其中該另一介電層具有一平坦表面相對於該些微結構；以及形成一彩色濾光層於該另一介電層之該平坦表面上。
9. 如請求項8所述之半導體元件之製造方法，其中提供該第一基材之操作包含提供一第一層與一第二層堆疊在該第一層上，且進行形成該些微結構之操作係將該些微結構形成在該第二層上；以及在接合該第二基材之操作與形成該元件層之操作之間，該半導體元件之製造方法更包含移除該第一層。
10. 如請求項8所述之半導體元件之製造方法，在形成該元件層之操作與接合該第三基材之操作之間，更包含：形成一鈍化層覆蓋在該元件層上；以及平坦化該鈍化層。