CN109564925A - 具有集成光传感器的片上系统型相机以及制造片上系统型相机的方法 - Google Patents

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Abstract

片上系统型相机包括具有集成电路(40)的半导体本体(1)、传感器衬底(2)、根据像素阵列布置在传感器衬底中的传感器元件(3)、在传感器衬底中与传感器元件分开的光传感器(4)，以及入射表面(30)上的透镜或透镜阵列(15)。尤其可以是用于红色、绿色或蓝色的干涉滤光器的滤光器元件(11、12、13)布置在传感器元件和入射表面之间。

Description

具有集成光传感器的片上系统型相机以及制造片上系统型相 机的方法
在片上系统(SoC)中，电子系统或设备的所有部件被集成到单个芯片中或单个芯片上。
US 7,875,947 B2公开了由交替堆叠的不同折射率的无机材料(如SiO2、SiON、SiN或Si)形成的滤色器。
US 8,284,291 B2公开了一种光学透镜组件，其包括在图像侧具有凹面的透镜，该凹面具有至少一个拐点。
US 8,964,062 B1公开了一种计算设备的相机，其在相机模块中具有集成的环境光传感器。微处理器分析从该传感器获得的数据。
US 9,232,150 B2公开了一种用于使用图像传感器和每个由多个相邻像素组成的网格元素矩阵来估计计算环境光的系统。
US 2014/0022650 A1公开了一种光学单元，其包括布置在两个衬底之间的两个透镜，用于诸如照相机等图像处理单元。
US 2016/0006913 A1公开了一种光学装置，其包括具有图像传感器和环境光传感器和/或接近传感器的半导体衬底，以及具有透镜元件的光学衬底。
本发明的目的是公开一种具有集成光传感器的片上系统型相机和一种制造具有集成光传感器的片上系统型相机的方法。
该目的通过根据权利要求1的片上系统型相机和根据权利要求15或18的制造片上系统型相机的方法来实现。实施例和变型源自从属权利要求。
片上系统型相机包括含有半导体材料的传感器衬底、根据像素阵列布置在传感器衬底中的传感器元件、在传感器衬底中与传感器元件分开的光传感器，以及在传感器元件和光传感器上方的入射表面。传感器衬底连接到包括集成电路的半导体本体，并且布置在半导体本体和入射表面之间。每个传感器元件具有布置在传感器元件和入射表面之间的另外的部件，该另外的部件是滤光器元件或另外的传感器元件的堆叠。
在片上系统型相机的实施例中，前介电层布置在传感器衬底和入射表面之间，并且所述另外的部件中的每个是布置在前介电层中的滤光器元件。每个滤光器元件尤其可以是用于红光、绿光或蓝光的带通滤光器。
在另一实施例中，金属间隔物横向地布置在滤光器元件或另外的传感器元件处。
在另一实施例中，用于红光、绿光或蓝光的另一带通滤光器被布置为光传感器和入射表面之间的滤光器层。
在另一实施例中，所述另外的部件中的每个是所述另外的传感器元件的堆叠，所述传感器元件和所述另外的传感器元件布置在距入射表面不同的距离处。
在另一实施例中，透镜或透镜阵列由布置在入射表面上的半导体材料的氧化物形成。
在另一实施例中，模制材料覆盖透镜或透镜阵列，并且通过模制材料的修改区域(modified region)在光传感器上方形成漫射器。
另一实施例包括在半导体本体和传感器衬底之间的金属化层、接触垫、半导体本体中的通孔以及通孔中的金属化部。半导体本体位于金属化层和接触垫之间。通孔中的金属化部与金属化层和接触垫电连接。
另一实施例包括在半导体本体和传感器衬底之间的金属化层，在入射表面上方的光学部件和与金属化层与光学部件电连接的穿衬底互连部。
另一实施例包括穿透半导体本体的光学通孔和在与背离传感器衬底的一侧上与光学通孔相对的光学部件。
在另一实施例中，光传感器是选自环境光传感器、颜色传感器、具有多个像素或带的高光谱传感器、红外传感器和UV传感器的传感器。
另一实施例包括接近传感器、手势传感器或包括光源的飞行时间传感器。
在另一实施例中，光传感器包括用作另一相机的光传感器阵列。
在一方面，制造片上系统型相机的方法包括：提供具有集成电路的半导体本体，提供传感器衬底，该传感器衬底具有根据像素阵列布置的传感器元件和与传感器元件分开的光传感器，将传感器衬底固定到半导体本体，并形成至少一个多种滤光器元件。每种多个滤光器元件通过以下操作来形成：在传感器衬底上方的平坦表面上布置滤光器层，在该滤光器层上施加掩模，该掩模覆盖为滤光器元件提供的区域，使用掩模构造滤光器层，并且使表面平坦化。
特别地，通过以下操作可以为片上系统型相机提供三种多个滤光器元件：在传感器衬底上布置第一滤光器层，在第一滤光器层上施加第一掩模，该第一掩模覆盖为第一类型的滤光器元件提供的区域，使用第一掩模构造(尤其是蚀刻)第一滤光器层，平坦化表面，在平坦化表面上布置第二滤光器层，在第二滤光器层上施加第二掩模，该第二掩模覆盖为第二类型的滤光器元件提供的区域，使用第二掩模构造(尤其是)蚀刻第二滤光器层，平坦化表面、在平坦化表面上布置第三滤光器层，在第三滤光器层上施加第三掩模，该第三掩模覆盖为第三类型的滤光器元件提供的区域，使用第三个掩模构造(尤其是蚀刻)第三滤光器层，并且使表面平坦化。
在该方法的变型中，在蚀刻最后的滤光器层之后，在平坦化表面上布置UVIR阻挡滤光器层。在UV IR阻挡滤光器层上施加另一掩模，使用另一掩模蚀刻UV IR阻挡滤光器层，并且使表面平坦化。
在该方法的另一变型中，透镜层布置在传感器衬底上方，并且具有透镜或透镜阵列形状的转移掩模被施加在透镜层上。通过将转移掩模的形状转移到透镜层来形成透镜或透镜阵列。
在另一方面，制造片上系统型相机的方法包括：提供具有集成电路的半导体本体，提供传感器衬底，该传感器衬底具有根据像素阵列布置的传感器元件和与传感器元件分开的光传感器，将传感器衬底固定到半导体本体，和在传感器衬底上方布置透镜或透镜阵列。可以通过在传感器衬底上方布置透镜层，在透镜层上施加转移掩模来形成透镜或透镜阵列，该转移掩模具有透镜或透镜阵列的形状，并通过将转移掩模的形状转移到透镜层来形成透镜或透镜阵列。
在该方法的另一变型中，施加模制材料以覆盖透镜或透镜阵列，并且在光传感器上方通过修改光传感器上方的区域中的模制材料来形成漫射器。
在该方法的另一变型中，通过蚀刻平坦化表面中的沟槽并用金属填充沟槽，在滤光器元件处形成金属间隔物。
以下是结合附图对具有集成光传感器的片上系统型相机和制造片上系统型相机的方法的实施例的详细描述。
图1是具有滤光器、光传感器、通孔和模制材料的片上系统型相机的横截面视图。
图2是基于图1的具有不同滤光器的片上系统型相机的横截面视图。
图3是具有滤光器、光传感器、光学通孔和模制材料的片上系统型相机的横截面视图。
图4是具有传感器堆叠、光传感器、通孔和模制材料的片上系统型相机的横截面视图。
图5是具有传感器堆叠、光传感器、光学通孔和模制材料的片上系统型相机的横截面视图。
图6是具有滤光器、光传感器、通孔和模制材料的另一片上系统型相机的横截面视图。
图7是具有滤光器、光传感器和通孔的片上系统型相机的横截面视图。
图8是具有滤光器、光传感器和通孔的另一片上系统型相机的横截面视图。
图9是基于图8的具有不同滤光器的片上系统型相机的横截面视图。
图10是具有传感器堆叠、光传感器和通孔的片上系统型相机的横截面视图。
图11是基于图10的具有不同滤光器的片上系统型相机的横截面视图。
图12是传感器装置的俯视图。
图13是在施加第一滤光器层之后的中间产品的横截面视图。
图14是基于图13在构造出第一滤光器层并且表面被平坦化之后的横截面视图。
图15是基于图14在平坦化表面上施加掩模之后的横截面视图。
图16是基于图15在平坦化表面中蚀刻沟槽之后的横截面视图。
图17是基于图16在填充沟槽之后的横截面视图。
图18是基于图17在施加第二滤光器层之后的横截面视图。
图19是基于图18在构造出第二滤光器层并且表面被平坦化之后的横截面视图。
图20是基于图19在施加第三滤光器层之后的横截面视图。
图21是基于图20在构造出第三滤光器层并且表面被平坦化之后的横截面视图。
图22是基于图21在施加阻挡滤光器层之后的横截面视图。
图23是基于图22在施加另一掩模之后的横截面视图。
图24是基于图23在施加透镜层和转移掩模之后的横截面视图。
图25是基于图24在形成透镜之后的横截面视图。
图26是基于图25在半导体本体中形成通孔之后的横截面视图。
图27是基于图26在形成电通孔和光学通孔之后的横截面视图。
图1是具有集成光传感器的片上系统型相机的横截面视图。半导体本体1固定到包括半导体材料的传感器衬底2上，该半导体材料可以是与半导体本体1的半导体材料相同的种类，特别是例如硅。传感器元件3按照像素阵列布置在传感器衬底2中，并且至少一个光传感器4与传感器元件3分开地布置在传感器衬底2中。图1示例性示出了一个光传感器4，但是可以集成两个或更多个光传感器4。例如，传感器元件3可以通过深沟槽绝缘体16彼此分离并且与传感器衬底2分离。例如，光传感器4可以通过深沟槽绝缘体16与传感器衬底2分离。
前介电层5可以存在于传感器衬底2的背离半导体本体1的前侧上。中间介电层6可以布置在半导体本体1和传感器衬底2之间。中间介电层6可以包括在传感器衬底2固定到半导体本体1之前施加到半导体本体1的层部分和施加到传感器衬底2的另一层部分。这些层部分之间的边界在图1中用水平虚线表示。层部分可用于通过粘合将传感器衬底2固定到半导体本体1。后介电层7可以存在于半导体本体1的背离传感器衬底2的一侧。
中间介电层6可以包括布线，该布线包括结构化金属化层8和垂直互连部9。该布线尤其可以连接到传感器元件3的阵列、光传感器4和/或半导体本体1中的集成电路40的部件。集成电路40的细节对于本发明不是必要的，因此集成电路40仅在图1中通过掺杂井示意性地示出。例如，集成电路40可以特别是CMOS电路。
在根据图1的片上系统型相机中，滤光器元件11、12、13布置在传感器元件3上方。将相同滤光器类型的滤光器元件布置在传感器元件3上方的相同高度上可能是合适的。滤光器层10可以布置在光传感器4上方。滤光器层10可以是用于红光、绿光或蓝光的带通滤光器。第一类型的滤光器元件11可以布置在前介电层5的第一层部分中，第二类型的滤光器元件12可以布置在前介电层5的第二层部分中，第三类型的滤光器元件13可以布置在前介电层5的第三层部分中。例如，第一类型的滤光器元件11可以是用于红色的带通滤光器，第二类型的滤光器元件12可以是用于绿色的带通滤光器，并且第三类型的滤光器元件13可以是用于蓝色的带通滤光器。相同类型的滤光器元件(尤其是红色、绿色或蓝色滤光器)的布置高度顺序是任意的。可选的滤光器层10可以与任何类型的滤光器元件11、12、13处于相同的高度上。例如，带通滤光器可以由干涉滤光器形成。
滤光器元件的布置高度顺序可以与图1中所示的片上系统型相机不同，并且可以特别大。在片上系统型相机中可以布置其他类型的滤光器，特别是提供以保护集成电路免受辐射的滤光器。
UV IR阻挡滤光器14可选地布置在滤光器元件11、12、13上方。防止紫外线和红外线辐射到达传感器元件3的UV IR阻挡滤光器14可以是包括一系列层的干涉滤光器，其在图1中示意性地示出。UV IR阻挡滤光器14可以形成整个层，或者它可以凹在光传感器4上方，如图1中示例性示出的。根据预期的应用，可以采用另一种类型的滤光器代替UV IR阻挡滤光器14，特别是阻挡紫外辐射或红外辐射的滤光器。
光传感器4能够例如是环境光传感器、具有三个像素或带(RGB或XYZ)的颜色传感器、具有多个像素或带(例如，大于3且最高256)的高光谱传感器(片上光谱仪)，在其上开出UV IR阻挡层14的IR传感器或在其上开出UV IR阻挡层14的UV传感器。本发明包括将相机与这种传感器组合的任何片上系统。除了光传感器4之外，片上系统型相机可以包括接近传感器、手势传感器或包括光源和光学屏障的飞行时间传感器，所述光源尤其用于发射和检测IR辐射。光传感器4可以具有形成用作另一相机的阵列的多个像素。
入射表面30设置在传感器衬底2的背离半导体本体1的一侧上，在那儿，允许辐射沿在图1中由向下的箭头所指示的方向进入片上系统型相机。透镜15或透镜15的阵列被施加在传感器元件3阵列上方的入射表面30上，并且可以特别形成在透明或半透明材料层中，它可以是传感器衬底2的半导体材料的氧化物，例如，特别是SiO2。如图1中示例性示出的，透镜15或透镜15的阵列也可以布置在光传感器4上方。
接触垫17或再分布层可以布置在半导体本体1的背离传感器衬底2的后侧上。焊球18可以布置在接触垫17的至少一些上，用于外部电连接。不完全覆盖接触垫17的钝化层46也可以施加在后侧上。
通孔19或多个通孔19可以存在于半导体本体1中。接触垫17和嵌入在中间介电层6中的金属化层8之间的电互连部能够通过金属化部21形成，金属化部21布置在通孔19中的一个内。介电中间层20可选地使半导体本体1与金属化层21绝缘，以防止半导体本体1的短路。
图1示出了可选的金属间隔物22，其能够布置在滤光器层10和滤光器元件11、12、13的侧表面处，以形成限制立体入射角的孔。金属间隔物22可以包括例如TiN或W，并且可以通过例如化学气相沉积和随后的蚀刻形成。
图1还示出了另一光学部件24的布置。在该示例中，光学部件24是垂直腔面发射激光器(VCSEL)，但是可以以类似的方式提供其他光学部件。另外的接触垫25和穿衬底通孔29可以用作光学部件24的端子和布线的金属化层8之间的电连接部。从光学部件24的光发射方向在图1中由向上的箭头指示。
透镜15或透镜15的阵列可以被模制材料36覆盖，模制材料36对于期望波长范围内的辐射是足够透明的或者至少半透明的。可以在模制材料36中形成对于相关波长范围(特别是对于由光学部件24发射的辐射)基本上不透明的光学隔离层37，以提供孔。也可以在模制材料36中(特别是在光传感器4上方)通过模制材料36的区域修改形成漫射器38，这本身是已知的。这种漫射器38有助于消除由于滤光器特性对辐射入射角的依赖性而导致的滤光器层10的特性的偏移。
图2是基于图1的具有集成光传感器的另一片上系统型相机的横截面视图。UV IR阻挡滤光器14凹在光传感器4上方，并且另一滤光器48布置在光传感器4上方。另一滤光器48尤其可以是IR通滤光器，其允许红外辐射到达光传感器4，和/或UV阻挡滤光器，其防止紫外辐射到达光传感器4。UV IR阻挡滤光器14和另一滤光器48可以布置在相同的高度上，或者这些滤光器14、18中的一个可以处于比另一个更高的高度上。
图3是具有集成光传感器的另一片上系统型相机的横截面视图。与根据图1的实施例的对应元件类似的根据图3的实施例的元件用相同的附图标记表示。在根据图3的实施例中，光学部件24布置在半导体本体1的后侧上。可以包括侧壁绝缘体47的光学通孔39与光学部件24相对地设置在半导体本体1中。传感器衬底2凹在光学部件24上方。如果存在可选的UV IR阻挡滤光器14，则它也凹在光学部件24上方。因此，由光学部件24发射的辐射方向能够与根据图1的实施例中的辐射方向相同。发射的辐射在图3中由向上的箭头指示。
图3还示出了用于光传感器4的光学限制层23。光学限制层23可以是围绕位于光传感器4上方的区域的层，并且尤其可以是金属层，例如特别是TiN或W。光学限制层23可以通过在前介电层5中并且可选地在传感器衬底2中蚀刻沟槽，用金属填充沟槽并使表面平坦化来形成。在根据图1或图2的实施例中也可以提供这种光学限制层23。图3示例性示出了布置在滤光器元件13高度上的滤光器层10。该高度高于图1和2中所示的装置中滤光器层10的高度。相反，滤光器层10能够布置在滤光器元件11或12的较低高度中的一个上。如在根据图1或2的实施例中那样，UV IR阻挡滤光器14和/或另一滤光器48可以布置在光传感器4上方。
图4是具有集成光传感器的另一片上系统型相机的横截面视图。与根据图1或2的实施例的对应元件类似的根据图4的实施例的元件用相同的附图标记表示。在根据图4的实施例中，另外的传感器元件3'布置在传感器元件3上方而不是滤光器元件上方。传感器元件3和另外的传感器元件3'与入射表面30的距离在每个堆叠中变化。由于光进入硅的穿透深度取决于波长，因此传感器元件3和同一堆叠的另外的传感器元件3'的光谱灵敏度彼此不同。因此，在不使用滤光器的情况下，通过各个传感器元件分别检测红光、绿光和蓝光是可行的。另外的传感器元件3'可以设置有金属间隔物22，其类似于根据图1的实施例中的滤光器元件11、12、13的金属间隔物22。
图5是具有集成光传感器的另一片上系统型相机的横截面视图。与根据图3的实施例的对应元件类似的根据图5的实施例的元件用相同的附图标记表示。根据图5的实施例与根据图3的实施例的不同之处在于，另外的传感器元件3'代替滤光器元件如根据图4的实施例中那样布置在传感器元件3上方。
如在根据图1至4的片上系统型相机中那样，可以在根据图5的片上系统型相机中提供其他类型的滤光器，特别是保护集成电路免受辐射的滤光器。
图6是具有集成光传感器的另一片上系统型相机的横截面视图。与根据图1的实施例的对应元件类似的根据图6的实施例的元件用相同的附图标记表示。根据图6的实施例未设置有光学部件24。它包括如上结合根据图3的实施例描述的光学限制层23和包括如上结合根据图1的实施例描述的漫射器38的模制材料36。在根据图6的实施例中，UV IR阻挡滤光器14在光传感器4上方延伸。UV IR阻挡滤光器14也可以如根据图1至5的实施例那样凹陷。如在根据图2的实施例中那样，另一滤光器48可以布置在滤光器4上方。
图7是具有集成光传感器的另一片上系统型相机的横截面视图。与根据图6的实施例的对应元件类似的根据图7的实施例的元件用相同的附图标记表示。根据图7的实施例未设置模制材料。如果透镜15或透镜15的阵列形成在透镜层35中，则透镜层35的部分也可以保留在未被透镜15或透镜15的阵列占据的区域中，如图7中所示。在另一实施例中，透镜15或透镜15的阵列可以仅布置在传感器元件3的阵列上方，但不布置在光传感器4的上方，而其他特征与根据图7的实施例中的相同。在根据图7的实施例中，如在根据图2和4的实施例中那样，在光传感器4上方布置另一滤光器48。
图8是具有集成光传感器的另一片上系统型相机的横截面视图。与根据图7的实施例的对应元件类似的根据图8的实施例的元件用相同的附图标记表示。根据图8的实施例未设置光学限制层23。透镜15或透镜15的阵列布置在传感器元件3的阵列上方，但不在光传感器4的上方。
图9是具有集成光传感器的另一片上系统型相机的横截面视图。与根据图8的实施例的对应元件类似的根据图9的实施例的元件用相同的附图标记表示。在根据图9的片上系统型相机中，UV IR阻挡滤光器14凹在光传感器4上方，并且另一滤光器48布置在光传感器4上方。另一滤光器48尤其可以是IR通滤光器，其允许红外辐射到达光传感器4，和/或UV阻挡滤光器，其防止紫外辐射到达光传感器4。
图10是具有集成光传感器的另一片上系统型相机的横截面视图。与根据图8的实施例的对应元件类似的根据图10的实施例的元件用相同的附图标记表示。根据图10的实施例包括如上结合根据图3的实施例描述的光学限制层23。传感器元件3的阵列设置有如根据图4的实施例中的另外的传感器元件3′。
图11是具有集成光传感器的另一片上系统型相机的横截面视图。与根据图10的实施例的对应元件类似的根据图11的实施例的元件用相同的附图标记表示。根据图11的实施例不包括光传感器4上方的滤光器。可选的UV IR阻挡滤光器凹在光传感器4上方。
另外的实施例能够从根据图1至11的各种实施例推导出。传感器元件3的阵列可以设置有滤光器元件11、12、13或另外的传感器元件3’。具有或不具有光学隔离层37或漫射器38的模制材料36、滤光器层10、UV IR阻挡滤光器14、另一滤光器48、金属间隔物22、光学限制层23、光学部件24、通孔19、29、39以及透镜15或透镜15的阵列(特别是光传感器4上方的透镜15或透镜15的阵列)是可选的，并且可以以各种方式组合以获得其他的实施例。
图12是传感器装置的俯视图。根据图12中所示的图案，传感器元件3的阵列可以特别地设置有滤光器元件11、12、13。像素之间的界限用垂直和水平虚线表示。不同类型的阴影对应于用于红色、绿色和蓝色的滤光器元件，垂直平行线指示绿色滤光器。通过示例示意性地示出了通孔19的一些位置。通孔19可以布置在传感器元件和光传感器4的周围和下方，如图12用三点示意性地表示。通孔19有利的通过凸块提供稳定性。例如，光传感器4可以是颜色传感器26。图12示出了用于红色、绿色和蓝色的颜色传感器26。可另外提供光源27和/或光电传感器28用于各种应用和目的，包括例如飞行时间传感器。
下面结合图13至23描述制造包括干涉滤光器的片上系统型相机的实施例的方法，图13至23示出了中间产品的横截面视图。
图13示出了包括传感器元件3和光传感器4的传感器衬底2和半导体本体1的装置的横截面视图。半导体本体1和传感器衬底2彼此固定，尤其通过中间介电层6粘合来固定。产生第一类型的滤光器元件11的第一滤光器层31布置在传感器衬底2上。第一掩模41施加在第一滤光器层31上并覆盖待形成第一类型的滤光器元件11的区域。第一类型的滤光器元件11可以是红色滤光器，例如，尤其是形成红色带通滤光器的干涉滤光器。
图14是基于图13在形成第一类型的滤光器元件11之后的横截面视图。使用第一掩模41构造(尤其是蚀刻)图13中所示的第一滤光器层31，以形成第一类型的滤光器元件11。然后用合适的材料平坦化表面，该材料可以是为前介电层5提供的材料，特别是传感器衬底2的半导体材料的氧化物，例如SiO2。
图15是基于图14在平坦化表面上施加另外的第一掩模49之后的横截面视图。例如，另外的第一掩模49可以是光致抗蚀剂层。它在与第一类型的滤光器元件11相邻的区域中具有开口50。
图16是基于图15在平坦化表面中蚀刻沟槽51之后的横截面视图。沟槽51通过另外的第一掩模49的开口50蚀刻到前介电层5中来形成。例如，沟槽51可以通过干蚀刻形成。随后移除所述另外的第一掩模49。
图17是基于图16在沟槽51填充有光学屏蔽材料之后的横截面视图，该光学屏蔽材料尤其可以是诸如钨或TiN的金属。能够通过沉积(特别是化学气相沉积)来填充沟槽51。例如，通过随后的化学机械抛光或各向同性的回蚀获得平坦表面。因此，形成间隔物22以提供限制立体入射角的孔。
在施加前介电层5之前，间隔物22可以替代地形成为侧壁间隔物。间隔物可以通过为间隔物22和随后的各向异性蚀刻提供的材料的保形沉积来形成。
图18是基于图17在第二滤光器层32布置在平坦化表面上之后的横截面视图。第二滤光器层32产生第二类型的滤光器元件12。第二掩模42施加在第二滤光器层32上并覆盖待形成第二类型的滤光器元件12的区域。第二类型的滤光器元件12可以是绿色滤光器，例如，特别是形成绿色带通滤光器的干扰滤光器。在图18所示的示例中，第二掩模42包括光传感器4上方的另一部分。因此，合适的滤光器层(在该示例中是绿色滤光器)可以与为传感器元件3的阵列设置的滤光器元件一起形成在光传感器4上方。
图19是基于图18在形成第二类型的滤光器元件12之后的横截面视图。使用第二掩模42构造(尤其是蚀刻)图18中所示的第二滤光器层32，以形成第二类型的滤光器元件12。然后用合适的材料使表面平坦化，该材料也可以是为前介电层5提供的材料，特别是例如SiO2。根据以上描述，能够将另外的金属间隔物22施加到第二类型的滤光器元件12。
图20是基于图19在在第二类型的滤光器元件12的层中形成间隔物22并且第三滤光器层33布置在平坦化表面之后的横截面视图。第三滤光器层33产生第三类型的滤光器元件13。第三掩模43施加在第三滤光器层33上并覆盖待形成第三类型的滤光器元件13的区域。第三类型的滤光器元件13可以是蓝色滤光器，例如，特别是形成蓝色带通滤光器的干扰滤光器。用于不同类型的滤光器元件11、12、13的滤光器层31、32、33的施加顺序可能与上面给出的示例不同。
图21是基于图20在形成第三类型的滤光器元件13并且表面平坦化之后的横截面视图。使用第三掩模43构造(尤其是蚀刻)图20中所示的第三滤光器层33，以形成第三类型的滤光器元件13。然后用合适的材料使表面平坦化，该材料也可以是为前介电层5提供的材料，特别是例如SiO2。根据以上描述，可以将另外的金属间隔物22施加到第三类型的滤光器元件13。
图22是基于图21的横截面视图，并且还示出了UV IR阻挡滤光器层34，如果需要UVIR阻挡滤光器14，则可以将UV IR阻挡滤光器层34布置在平坦化表面上。UV IR阻挡滤光器层34可以包括如图22中示意性示出的一系列层。UV IR阻挡滤光器层34可以保持为整个层，或者可以使用第四掩模44来构造。
图23是基于图22在施加可选的第四掩模44之后的横截面视图。第四掩模44用于构造UV IR阻挡滤光器层34，使得产生UV IR阻挡滤光器14，这可以通过蚀刻来实现。由此在UVIR阻挡滤光器层34中形成的凹槽填充有合适的材料，该材料也可以是为前介电层5提供的材料，特别是例如SiO2。
图24是基于图23在平坦化表面上布置可选的透镜层35之后的横截面视图。透镜层35尤其可以是传感器衬底2的半导体材料的氧化物，特别是例如SiO2。施加转移掩模45，其具有待形成的透镜15或透镜15阵列的形状。例如，转移掩模45可以是结构化和退火的抗蚀剂层。转移掩模45的形状特别是通过蚀刻转移到透镜层35。这种将上层的表面结构转移到下层的技术本身是已知的。透镜层和转移掩模的使用仅是制造透镜或透镜阵列的一种方式。该方法不限于该变型，并且可以采用任何其他传统方法来制造透镜或透镜阵列。
图25是基于图24在形成透镜15或透镜15的阵列之后的横截面视图。在蚀刻工艺期间或之后完全移除转移掩模45。在图25所示的示例中，透镜层35已经从透镜15或透镜15的阵列占据的区域之外的所有区域移除。相反，透镜层35的部分可以保留在未被透镜15或透镜15的阵列占据的区域中，如在根据图7、8、9、10和11的实施例中那样。
图26是基于图25在半导体本体1中形成通孔之后的横截面视图。通孔19用于实现通过半导体本体1的电互连。可以为另一光学部件提供光学通孔39。如图26所示，如果传感器衬底2凹在光学通孔39上方可能是合适的。
图27是基于图26在施加金属化部21以实现通过半导体本体1的电互连和在半导体本体1的后侧上布置光学部件24之后的横截面视图。然后可以通过包括施加模制材料的其他方法步骤获得根据图3的实施例。
所描述的片上系统型相机允许增强晶片级光学部件(例如滤光器和透镜)的集成，尤其是减小相机的尺寸。此外，它有助于将多个CMOS图像传感器与诸如环境光传感器、颜色传感器和/或飞行时间传感器之类的离散传感器集成。
附图标记列表
1 半导体本体
2 传感器衬底
3 传感器元件
3' 另一传感器元件
4 光传感器
5 前介电层
6 中间介电层
7 后介电层
8 金属化层
9 垂直互连部
10 滤光器层
11 第一类型的滤光器元件
12 第二类型的滤光器元件
13 第三类型的滤光器元件
14 UV IR阻挡滤光器
15 透镜
16 深沟槽隔离层
17 接触垫
18 焊球
19 通孔
20 介电中间层
21 金属化部
22 金属间隔物
23 光学限制层
24 光学部件
25 另一接触垫
26 颜色传感器
27 光源
28 光传感器
29 穿衬底通孔
30 入射表面
31 第一滤光器层
32 第二滤光器层
33 第三滤光器层
34 UV IR阻挡滤光器层
35 透镜层
36 模制材料
37 光学隔离层
38 漫射器
39 光学通孔
40 集成电路
41 第一掩模
42 第二掩模
43 第三掩模
44 第四掩模
45 转移掩模
46 钝化层
47 侧壁绝缘体
48 另一滤光器
49 掩模
50 开口
51 沟槽

Claims (20)

1.一种片上系统型相机，包括：
-包括半导体材料的传感器衬底(2)，
-根据像素阵列布置在传感器衬底(2)中的传感器元件(3)，
-在传感器衬底(2)中与传感器元件(3)分开的光传感器(4)，和
-传感器元件(3)和光传感器(4)上方的入射表面(30)，
其特征在于
-所述传感器衬底(2)连接到包括集成电路(40)的半导体本体(1)，并且布置在半导体本体(1)和入射表面(30)之间，并且
-所述传感器元件(3)中的每个具有布置在传感器元件(3)和入射表面(30)之间的另外的部件，所述另外的部件是滤光器元件(11、12、13)或另外的传感器元件(3′)的堆叠。
2.根据权利要求1所述的片上系统型相机，还包括：
传感器衬底(2)和入射表面(30)之间的前介电层(5)，所述另外的部件中的每个是布置在所述前介电层(5)中的滤光器元件(11、12、13)。
3.根据权利要求1所述的片上系统型相机，还包括：
金属间隔物(22)，其横向布置在所述滤光器元件(11、12、13)或所述另外的传感器元件(3')处。
4.根据权利要求2所述的片上系统型相机，其中，所述滤光器元件(11、12、13)中的每个是用于红光、绿光或蓝光的带通滤光器。
5.根据权利要求4所述的片上系统型相机，还包括：
布置在光传感器(4)和入射表面(30)之间的滤光器层(10)，该滤光器层(10)是用于红光、绿光或蓝光的另一带通滤光器。
6.根据权利要求1所述的片上系统型相机，其中，所述另外的部件中的每个是所述另外的传感器元件(3')的堆叠，所述传感器元件(3)和所述另外的传感器元件(3')布置在距入射表面(30)的不同距离处。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的片上系统型相机，还包括：
透镜(15)或透镜(15)的阵列，其由布置在入射表面(30)上的半导体材料的氧化物形成。
8.根据权利要求7所述的片上系统型相机，还包括：
覆盖透镜(15)或透镜(15)的阵列的模制材料(36)，和
通过模制材料(36)的修改区域在光传感器(4)上方形成的漫射器(38)。
9.根据权利要求1至8中任一项所述的片上系统型相机，还包括：
-半导体本体(1)和传感器衬底(2)之间的金属化层(8)，
-接触垫(17)，所述半导体本体(1)布置在金属化层(8)和接触垫(17)之间，
-半导体本体(1)中的通孔(19)，和
-通孔(19)中的金属化部(21)，该金属化部(21)与金属化层(8)和接触垫(17)电连接。
10.根据权利要求1至9中任一项所述的片上系统型相机，还包括：
-半导体本体(1)和传感器衬底(2)之间的金属化层(8)，
-入射表面(30)上方的光学部件(24)，和
-与金属化层(8)和光学部件(24)电连接的穿衬底互连部(29)。
11.根据权利要求1至10中任一项所述的片上系统型相机，还包括：
-穿透半导体本体(1)的光学通孔(39)；
-在远离传感器衬底(2)的一侧上与光学通孔(39)相对的光学部件(24)。
12.根据权利要求1至11中任一项所述的片上系统型相机，其中，
所述光传感器(4)是选自环境光传感器、颜色传感器、具有多个像素或带的高光谱传感器、红外传感器和UV传感器的传感器。
13.根据权利要求1至12中任一项所述的片上系统型相机，还包括：
接近传感器，手势传感器或包括光源(27)的飞行时间传感器。
14.根据权利要求1至13中任一项所述的片上系统型相机，其中，
所述光传感器(4)包括用作另一相机的光传感器阵列。
15.一种制造片上系统型相机的方法，包括：
-提供具有集成电路(40)的半导体本体(1)，
-提供传感器衬底(2)，该传感器衬底(2)具有根据像素阵列布置的传感器元件(3)以及与传感器元件(3)分开的光传感器(4)，
-将传感器衬底(2)固定到半导体本体(1)上，
-形成至少一种多个滤光器元件(11、12、13)，每种所述多个滤光器元件(11、12、13)通过以下操作形成：
-在传感器衬底(2)上方的平坦表面上布置滤光器层(31、32、33)，
-在滤光器层(31、32、33)上施加掩模(41、42、43)，该掩模(41、42、43)覆盖为滤光器元件(11、12、13)提供的区域，
-使用掩模(41、42、43)构造滤光器层(31、32、33)，和
-使表面平坦化。
16.根据权利要求15所述的方法，还包括：
-在蚀刻最后的滤光器层(33)之后在平坦化表面上布置UV IR阻挡滤光器层(34)，
-在UV IR阻挡滤光器层(34)上施加另一掩模(44)，
-使用所述另一掩模(44)构造UV IR阻挡滤光器层(34)，和
-使表面平坦化。
17.根据权利要求15所述的方法，还包括：
-在传感器衬底(2)上方布置透镜层(35)，
-在透镜层(35)上施加转移掩模(45)，该转移掩模(45)具有透镜(15)或透镜(15)的阵列的形状，和
-通过将转移掩模(45)的形状转移到透镜层(35)来形成透镜(15)或透镜(15)的阵列。
18.一种制造片上系统型相机的方法，包括：
-提供具有集成电路(40)的半导体本体(1)，
-提供传感器衬底(2)，该传感器衬底(2)具有根据像素阵列布置的传感器元件(3)和与传感器元件(3)分开的光传感器(4)，
-将传感器衬底(2)固定到半导体本体(1)，和
-在传感器衬底(2)上方布置透镜(15)或透镜(15)的阵列。
19.根据权利要求17或18所述的方法，还包括：
-施加模制材料(36)，该模制材料(36)覆盖透镜(15)或透镜(15)的阵列，和
-通过修改光传感器(4)上方的区域中的模制材料(36)在光传感器(4)上方形成漫射器(38)。
20.根据权利要求15至19中任一项所述的方法，还包括：
通过在平坦化表面中蚀刻沟槽(51)并用金属填充该沟槽(51)，在滤光器元件(11、12、13)处形成金属间隔物(22)。
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