CN101567371B - 集成电路结构 - Google Patents
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Abstract
本发明是有关于一种集成电路结构，包括：一基底；一金属化层，位于该基底之上，且该金属化层包括一介电层，以及位于该介电层之中的一金属线；以及一感应元件，位于该金属化层之上。该集成电路结构，包括：一半导体基底；多个金属化层，位于该半导体基底之上，且每一该些该金属化层包括一低介电系数介电层，以及位于该低介电系数介电层之中的复数条金属线；一第一钝化层，位于该些金属化层之上；以及一感应元件，位于该第一钝化层之中。藉由集成电路结构来增加感应元件的信号强度，减少串音(Cross-Talk)现象的发生，以降低制造成本。
Description
技术领域
本发明涉及一种感应元件，特别是涉及一种将感应元件整合于集成电路之中的集成电路结构。
背景技术
感应器一般是用来量测环境参数，例如光的亮度、声音、压力以及其他参数。感应器也广泛地用在影像应用领域，例如应用在夜视系统的红外线显示之中。目前的感应器通常与集成电路，例如一种可以在原位(In-Situ)处理感应信号的特定用途集成电路(Application SpecificIntegrated Circuit；ASIC)，整合在一起。由于影像应用包含大量的运算处理，因此将感应器与特定用途集成电路整合可以有效地增进显示效能。
传统上，感应光子的影像感应器形成在半导体基底的表面上(甚至是形成在半导体基底之中)。请参阅图1所示，图1是根据现有习知的技术所绘示的一种集成电路的结构剖面图。其中发光二极管4内设于半导体基底2之中。且发光二极管4可以排列而形成一个阵列。为了配合形成在同一个半导体基底之上的特定用途集成电路，会在发光二极管4上方形成多层(有时会多达9层)金属化层6。金属化层6包括介电层，以及形成于介电层之中的金属线。另外金属化层6之上形成有钝化层8。
为了让发光二极管4能感应到光子，必须使光子(如箭号10所绘示)必须能够穿透金属化层6的介电层以及位于其上方的钝化层8。然而也因此造成了发光二极管4所接的信号强度衰减。另外，金属化层6一般包括有低介电系数介电层以及蚀刻终止层位于两低介电系数介电层之间。由于蚀刻终止层与低介电系数介电层分别具有不同的折射系数，光子因而产生反射与折射，造成串音(Cross-Ta1k)现象。例如采用不一样材质的蚀刻终止层和低介电系数介电层，可能会产生不同的折射，使的原先预设入发光二极管41的光子被发光二极管42所吸收，因而造成信号扭曲。
由于传统感应器的形成方式具有与特定用途集成电路的形成方式相矛盾的需求。因此为了降低金属化层6和钝化层8的负面影响，较佳的方式是将集成电路中内层介电层和内层金属层的厚度尽可能地变薄。然而减少集成电路中内层介电层和内层金属层的厚度，不仅会使制程困难度提高，也很有可能使特定用途集成电路的效能降低，因而需要更复杂的制程步骤。因此有需要提供一种形成新的感应元件，以解决上述的问题。
由此可见，上述现有的集成电路结构在结构与使用上，显然仍存在有不便与缺陷，而亟待加以进一步改进。为了解决上述存在的问题，相关厂商莫不费尽心思来谋求解决之道，但长久以来一直未见适用的设计被发展完成，而一般产品又没有适切结构能够解决上述问题，此显然是相关业者急欲解决的问题。因此如何能创设一种新型的集成电路结构，实属当前重要研发课题之一，亦成为当前业界极需改进的目标。
有鉴于上述现有的集成电路结构存在的缺陷，本发明人基于从事此类产品设计制造多年丰富的实务经验及专业知识，并配合学理的运用，积极加以研究创新，以期创设一种新型的集成电路结构，能够改进一般现有的集成电路结构，使其更具有实用性。经过不断的研究、设计，并经过反复试作样品及改进后，终于创设出确具实用价值的本发明。
发明内容
本发明的目的在于,克服现有的集成电路结构存在的缺陷,而提供一种新型的集成电路结构，所要解决的技术问题是使其藉由集成电路结构来增加感应元件的信号强度，减少串音(Cross-Talk)现象的发生，以降低制造成本，非常适于实用。
本发明的目的及解决其技术问题是采用以下技术方案来实现的。依据本发明提出的一种集成电路结构，包括：一基底；一金属化层，位于该基底之上，且该金属化层包括一介电层，以及位于该介电层之中的一金属线；以及一感应元件，位于该金属化层之上。
本发明的目的及解决其技术问题还可采用以下技术措施进一步实现。
前述的集成电路结构，其中所述的介电层是一低介电系数介电层。
前述的集成电路结构，其更包括：一内层介电层；多个内层金属介电层，位于该内层介电层之上，其中每一该些内层金属介电层包括该介电层；以及一第一钝化层，位于该些内层金属介电层上方，其中该感应元件至少有一部分位于该第一钝化层之中。
前述的集成电路结构，其更包括：一焊垫，至少有一部分位于该第一钝化层之中；一第二钝化层，位于该焊垫之上，其中该焊垫通过该第二钝化层暴露于外。
前述的集成电路结构，其中所述的感应元件通过该第二钝化层暴露于外。
前述的集成电路结构，其中所述的感应元件被该第二钝化层所覆盖。
前述的集成电路结构，其更包括：一内层介电层；多个内层金属介电层，位于该层介电层之上，其中每一该些内层金属介电层包括该介电层；以及一钝化层，位于该些内层金属介电层上方，其中该感应元件位于该内层介电层和该钝化层之间。
本发明的目的及解决其技术问题还采用以下技术方案来实现。依据本发明提出的一种集成电路结构，包括：一半导体基底；多个金属化层，位于该半导体基底之上，且每一该些该金属化层包括一低介电系数介电层，以及位于该低介电系数介电层之中的复数条金属线；一第一钝化层，位于该些金属化层之上；以及一感应元件，位于该第一钝化层之中。
本发明的目的及解决其技术问题还可采用以下技术措施进一步实现。
前述的集成电路结构，其更包括：一焊垫，位于该第一钝化层之中；以及一第二钝化层，位于该第一钝化层、该焊垫以及该感应元件之上，其中该第二钝化层包括一第一开口，并通过该第一开口将该焊垫暴露于外。
前述的集成电路结构，其中所述的第一钝化层具有一介电系数，大于位于每一该些金属化层中的该低介电系数介电层的介电系数。
前述的集成电路结构，其中所述的第二钝化层包括一第二开口，并通过该第二开口将该感应元件暴露于外。
前述的集成电路结构，其中所述的感应元件被该第二钝化层所覆盖。
前述的集成电路结构，其更包括一电极与该焊垫位于同一平面，且两者系使用同一材质所制成，其中该电极位于该感应元件下方，并且与该感应元件电性连结。
本发明与现有技术相比具有明显的优点和有益效果。由以上技术方案可知，本发明的主要技术内容如下：
为达到上述目的，本发明提供了一种集成电路结构，包括：基底、金属化层以及感应元件。金属化层位于基底之上，且金属化层包括介电层，以及位于介电层之中的金属线。感应元件位于金属化层之上
此外，为达到上述目的，本发明还提供了一种集成电路结构，包括半导体基底、多个金属化层、第一钝化层以及感应元件。金属化层位于半导体基底之上，且每一个金属化层具有一低介电系数介电层，以及位于低介电系数介电层之中的金属线。第一钝化层位于多个金属化层之上。感应元件位于第一钝化层之中。
另外，为达到上述目的，本发明另还提供了一种集成电路结构，包括半导体基底、多个金属化层、第一钝化层、焊垫、电极、感应元件以及第二钝化层。金属化层位于半导体基底之上，且每一个金属化层具有一低介电系数介电层，以及位于低介电系数介电层之中的金属线。第一钝化层位于多个金属化层之上。焊垫位于第一钝化层之中。电极也位于第一钝化层之中。其中焊垫与电极由同一种材料所构成。感应元件位于并电性连结于电极之上。第二钝化层位于第一钝化层之上，且焊垫通过第二钝化层暴露于外。
借由上述技术方案，本发明集成电路结构至少具有下列优点及有益效果：
1、本发明藉由使用上述的集成电路结构来增加感应元件的信号强度，减少串音(Cross-Talk)现象的发生，以降低制造成本。
2、本发明藉由形成感应元件，使其邻近半导体芯片的上表面的方式，来增强感应元件接收信号的能力。在影像感应器中，由于待光子必须穿透的层数较少，光子折射与反射的机会降低，进而减少串音现象的发生。在其他种类的感应器中，例如声音或压力感应器，由于这样的设计，较易使感应元件通过半导体芯片的上表面暴露于外，不仅可增强其感应效能，且可降低制程成本。而在特定用途的集成电路的设计，也不再需要去考虑如何减少内层介电层或内层金属介电层的厚度。
综上所述，本发明一种集成电路结构，包括：基底、金属化层以及感应元件。金属化层位于基底之上，且金属化层包括介电层，以及位于介电层之中的金属线。感应元件位于金属化层之上，藉由集成电路结构来增加感应元件的信号强度，减少串音(Cross-Talk)现象的发生，以降低制造成本。本发明具有上述诸多优点及实用价值，其不论在产品结构或功能上皆有较大改进，在技术上有显著的进步，并产生了好用及实用的效果，且较现有的集成电路结构具有增进的突出功效，从而更加适于实用，诚为一新颖、进步、实用的新设计。
上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其他目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举较佳实施例，并配合附图，详细说明如下。
附图说明
图1是根据现有习知的技术所绘示的一种集成电路的结构剖面图，其中发光二极管形成于半导体基底的上表面。
图2至图7B是根据本发明的一较佳实施例制备集成电路结构所绘示的一系列的中间步骤结构剖面图，其中感应元件形成于形成在钝化层之中。
图2是绘示一种基底的结构剖面。
图3是绘示于金属化层上形成电极层，并且将电极层电性连结至金属线和介层插塞之后的结构剖面图。
图4是绘示图案化电极层38，以形成电极40以及焊垫42之后的结构剖面图。
图5是绘示藉由回蚀第一钝化层，以暴露出电极和焊垫之后的结构剖面图。
图6是绘示形成感应元件之后的结构剖面图。
图8是根据本发明的另一较佳实施例所绘示的集成电路结构的结构剖面图。
图9是根据本发明的又一较佳实施例所绘示的感应元件阵列的结构俯视图。
4：发光二极管 2：半导体基底
6：金属化层 8：钝化层
41：发光二极管 42：发光二极管
20：基底 21：区域
22：内层介电层 23：接触插塞
24：蚀刻终止层 26：内层金属介电层
28：金属线 30：介层插塞
34：金属化层 38：电极层
381：阻障层/黏着层 382：层
383：阻障层/黏着层 40：电极
42：焊垫 46：感应元件
50：半导体芯片 51：第一钝化层
52：第二钝化层
具体实施方式
为更进一步阐述本发明为达成预定发明目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图及较佳实施例，对依据本发明提出的集成电路结构其具体实施方式、结构、特征及其功效，详细说明如后。
有关本发明的前述及其他技术内容、特点及功效，在以下配合参考图式的较佳实施例的详细说明中将可清楚呈现。通过具体实施方式的说明，当可对本发明为达成预定目的所采取的技术手段及功效得一更加深入且具体的了解，然而所附图式仅是提供参考与说明之用，并非用来对本发明加以限制。
请参阅图2至图7B所示，是根据本发明的一较佳实施例制备集成电路结构所绘示的一系列的中间步骤结构剖面图。首先提供基底20，请参阅图2所示，是绘示一种基底20的结构剖面图。基底20较佳使用一般半导体材料，例如硅、硅锗或类似材料，所制备而成的半导体基底。被动元件及/或主动元件，例如晶体管、电阻、电容或其他类似元件则形成在基底20表面或形成于基底20上方。在本实施例之中是以区域21来代表被动元件及/或主动元件，且这些被动元件及/或主动元件可以是特定用途集成电路的一部分。
金属化层34形成在基底20之上，内层介电层22形成于金属化层34下方，且内层介电层22有可能是采用硼磷硅玻璃(BorophosphosilicateGlass；BPSG)或其他介电材质所制成。接触插塞23形成在内层介电层22上，用来使集成电路与位于其上方的金属化层34连接。内层金属介电层26形成于内层介电层22上方，其中内层金属介电层26可能是由具有低介电系数，例如介电系数实质小于3.9的材质所构成。内层金属介电层26也有可能是由介电系数实质小于2.5的超低介电系数材质所构成。较典型的材质有含碳的低介电系数材质，其中可能更包括硅、氧、氮以及元素的组合。内层金属介电层26的数目取决于集成电路的复杂度，其所采用的层数范围，大约从2层到9层之间。且采用蚀刻终止层24来隔离每一个内层金属介电层26。蚀刻终止层24可以由介电系数实质大于内层金属介电层26的介电系数的材质所构成。
金属线28和介层插塞30型成在内层介电层22和内层金属介电层26之中，用来内部连接形成在基底20上的多层集成电路，以及用来将后续所形成的感应元件连接到这些集成电路上。金属线28和介层插塞30系采用多层内连线制程(Damascene Process)所建构而成。由于内层介电层22、内层金属介电层26、金属线28和介层插塞30的制造方法业已为现有习知的技术，因此不在此赘述。
请参阅图3所示，是绘示于金属化层34上形成电极层38，并且将电极层38电性连结至金属线28和介层插塞30之后的结构剖面图。电极层38包括层382以及由钛、氮化钛、钽、氮化钽或其他类似材质所构成的阻障层/黏着层381及/或383。而层382则由铝、铜、钨或上述金属的合金所构成。
接着请参阅图4所示，是绘示图案化电极层38，以形成电极40以及焊垫42之后的结构剖面图。其中电极40及焊垫42较佳是与位于其下方的特征，例如金属线28，电性连结。然后再形成钝化层(第一第一钝化层51)。在本发明的一些实施例之中，第一钝化层51由氧化硅所构成。但在其他实施例之中，第一钝化层51也可以由未掺杂的硅酸盐玻璃或一般所使用，具有比位于其下方的内层介电层22和内层金属介电层26还高的介电系数，且具较大机械强度的介电材质。接着进行化学机械研磨，以平坦化第一第一钝化层51的上表面。
请参阅图5所示，是绘示藉由回蚀第一第一钝化层51，以暴露出电极40和焊垫42之后的结构剖面图。较佳有过蚀(Over-Etch)现象，使电极40的上半部高过回时候所留下来的钝化层51的上表面。然后如图6所绘示，形成感应元件46。感应元件46的形成包括毯覆沉积一感应材质层，以及图案化感应材质层以形成感应元件46。在本发明的一些实施例之中，感应元件46与两个电极40电性连结。在本发明的另外一些实施例之中，感应元件46只与单一个电极40电性连结。通过电极40以及位于电极40下方的金属线28和介层插塞30，可以将感应元件46与位于基底20上的集成电路连结。
感应元件46可以用来感应光的亮度(光子强度)，因此可以称为影像感应器46。感应元件46也可以用来感应其他环境参数，例如压力、声音或温度等。因此感应元件46的材质、形状、尺寸则端视其用途来加以决定。例如感应器46的尺寸较佳是大于所欲感应的声波或光线的波长。适用于感应元件46的材质包括聚合物、树脂或其他化合物。其中这些材质，可以在外在环境，例如光的亮度、压力等发生改变时，产生不同数量的电子(而成为预设的电子信号)。通过电极40以及位于电极40下方的金属线28和介层插塞30，可以将传输到集成电路，以进行后续处理。在本发明一个用来感应光线亮度的实施例之中，感应元件46是由硫化铅材质所构成。
请参阅图7A和第图7B所示，是绘示钝化层连续形成的结构剖面图。在本发明的一个实施例之中，第一钝化层51被连续地形成，以用来覆盖感应元件46及焊垫42。然后再在第一钝化层51上方形成一个额外的钝化层(以下称为第二钝化层52)。第二钝化层52较佳是由不同于第一钝化层51的材质所构成。典型的材质包括氮化硅和未掺杂的硅酸盐玻璃。但在其他实施例之中，也可以采用一般所使用的其他钝化材质。在本发明的另外一些实施例之中，只形成有一层钝化层，且在第一钝化层51覆盖感应元件46及焊垫42之后，及不再形成任何钝化层。
请再参阅图7A所示，绘示蚀刻第一钝化层51和第二钝化层52之后将焊垫42暴露于外的结构剖面图。其中感应元件46仍被第一钝化层51和第二钝化层52所覆盖。被覆盖的感应元件46的功能用来接收光子。在尚未被感应元件46感应之前，待测光子只需要穿透第一钝化层51和第二钝化层52。相较于传统的设计，感应元件形成在金属化层34的下方，本发明所提供的感应元件46可接收到强的信号。加上，待测光子只需要穿透至多一个由不同材质所构成的介面(在本发明的实施例之中，待测光子只需要穿透介于第一钝化层51和第二钝化层52之间的介面)，因此可以减少光子的折射与反射现象。因此信号串音现象也会减少。在本发明的另外一些实施例之中，待测标的可以是压力、声音或其他类似的标的，而感应元件46较佳是通过第一钝化层51和第二钝化层52暴露于外，如图7B所绘示。在本实施例之中，在移除覆盖于焊垫42上的一部分第一钝化层51和第二钝化层52的同时，也移除覆盖感应元件46的一部分第一钝化层51和第二钝化层52。
请参阅图8所示，是根据本发明的另一较佳实施例所绘示的集成电路结构的结构剖面图。其中感应元件46形成于第一钝化层51下方，且其中感应元件46位于内层介电层22与第一钝化层51之间。虽然与图7a的实施例比较起来，待测光子在达到感应元件46之前，必须穿过更多的介电层，但其感应结果仍然优于将感应元件46设于内层介电层22下方。
一个半导体芯片可以包括多个感应元件46。请参阅图9所示，是根据本发明的又一较佳实施例所绘示的半导体芯片(即晶片，下文均称为芯片)50的结构上视图。其中半导体芯片50包括一个由多个感应元件46所组合而成的阵列。其中每一个感应元件46具有与图7A或图7B实质相同的结构，并且使用与上述方法实质相同的制程所制造而成。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。
Claims (13)
1.一种集成电路结构，其特征在于其包括：
一基底；
一金属化层，位于该基底之上，且该金属化层包括一介电层，以及位于该介电层之中的一金属线；
一感应元件，位于该金属化层之上，用以感应光子；
一电极，直接位于该感应元件下方，并与该感应元件直接电性连结。
2.根据权利要求1所述的集成电路结构，其特征在于其中所述的介电层是一低介电系数介电层。
3.根据权利要求1所述的集成电路结构，其特征在于其更包括：
一内层介电层；
多个内层金属介电层，位于该内层介电层之上，其中每一该些内层金属介电层包括该介电层；以及
一第一钝化层，位于该些内层金属介电层上方，其中该感应元件至少有一部分位于该第一钝化层之中。
4.根据权利要求3所述的集成电路结构，其特征在于其更包括：
一焊垫，至少有一部分位于该第一钝化层之中；
一第二钝化层，位于该焊垫之上，其中该焊垫通过该第二钝化层暴露于外。
5.根据权利要求4所述的集成电路结构，其特征在于其中所述的感应元件通过该第二钝化层暴露于外。
6.根据权利要求4所述的集成电路结构，其特征在于其中所述的感应元件被该第二钝化层所覆盖。
7.根据权利要求1所述的集成电路结构，其特征在于其更包括：
一内层介电层；
多个内层金属介电层，位于该层介电层之上，其中每一该些内层金属介电层包括该介电层；以及
一钝化层，位于该些内层金属介电层上方，其中该感应元件位于该内层介电层和该钝化层之间。
8.一种集成电路结构，其特征在于其包括：
一半导体基底；
多个金属化层，位于该半导体基底之上，且每一该些该金属化层包括一低介电系数介电层，以及位于该低介电系数介电层之中的复数条金属线；
一第一钝化层，位于该些金属化层之上；
一感应元件，位于该第一钝化层之中，用以感应光子；以及
一电极，直接位于该感应元件下方，并与该感应元件直接电性连结。
9.根据权利要求8所述的集成电路结构，其特征在于其更包括：
一焊垫，位于该第一钝化层之中；以及
一第二钝化层，位于该第一钝化层、该焊垫以及该感应元件之上，其中该第二钝化层包括一第一开口，并通过该第一开口将该焊垫暴露于外。
10.根据权利要求9所述的集成电路结构，其特征在于其中所述的第一钝化层具有一介电系数，大于位于每一该些金属化层中的该低介电系数介电层的介电系数。
11.根据权利要求9所述的集成电路结构，其特征在于其中所述的第二钝化层包括一第二开口，并通过该第二开口将该感应元件暴露于外。
12.根据权利要求9所述的集成电路结构，其特征在于其中所述的感应元件被该第二钝化层所覆盖。
13.根据权利要求9所述的集成电路结构，其特征在于其中该电极与该焊垫位于同一平面，且两者系使用同一材质所制成。
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