TW201942611A - 具有光學結構的積體電路 - Google Patents

Abstract

一種具有光學結構的積體電路。積體電路包括一半導體基板以及多個導光圖案層。多個導光圖案層位於半導體基板的上方，其中各導光圖案層分別具有多個開口以及多個對應的側壁部。各側壁部圍繞對應的開口。其中一導光圖案層的其中一開口於半導體基板上的投影與相鄰的導光圖案層的其中一開口於半導體基板上的投影至少部分重疊，以形成至少一光通孔，以使外界光線能經由這些導光圖案層傳遞至半導體基板。此外，一種具有光學結構的積體電路的製造方法亦被提出。

Description

具有光學結構的積體電路

本發明是有關於一種積體電路，且特別是有關於一種具有光學結構的積體電路。

在現行的影像感測器的製程中，會在半導體晶片上形成光學結構（例如：微透鏡、濾色器、微機電系統元件等等）。一般而言，此種光學結構是在執行積體電路的製程後，再進行額外的製程以形成。為了獲得準直器的光學結構，習知的方法是放置由微機電系統蝕刻製程製作的微機電系統準直器。然而，此種藉由微機電系統蝕刻製程而形成的光學結構，其製作複雜，且成本高昂，不利於廣泛生產。此外，利用此種方式形成的影像感測器也具有較大的厚度與體積。

本發明提供一種具有光學結構的積體電路，能藉由半導體基板的金屬內連線而形成光學結構。

本發明的具有光學結構的積體電路包括一半導體基板以及多個導光圖案層。多個導光圖案層位於半導體基板的上方，其中各導光圖案層分別具有多個開口以及多個對應的側壁部，其中各側壁部圍繞對應的開口，且其中一導光圖案層的其中一開口於半導體基板上的投影與相鄰的導光圖案層的其中一開口於半導體基板上的投影至少部分重疊，以形成至少一光通孔，並使外界光線能經由這些導光圖案層傳遞至半導體基板。

在本發明的一實施例中，上述的導光圖案層包括一第一導光圖案層、一第二導光圖案層以及一第三導光圖案層。第一導光圖案層位於半導體基板的上方，具有多個第一開口。第二導光圖案層位於第一導光圖案層的上方，具有多個第二開口，其中這些第一開口分別與這些第二開口相對應，且各第一開口於半導體基板上的投影與對應的第二開口於半導體基板上的投影在一第一區域上重疊。第三導光圖案層位於第二導光圖案層的上方，具有多個第三開口，其中這些第二開口分別與這些第三開口相對應，且各第二開口於半導體基板上的投影與對應的第三開口於半導體基板上的投影在一第二區域上重疊。

在本發明的一實施例中，上述的第一區域與第二區域至少部分重疊。

在本發明的一實施例中，上述的第一區域與第二區域完全重疊，且彼此對應的第一開口、第二開口以及第三開口形成至少一光通孔。

在本發明的一實施例中，上述的至少一光通孔的延伸方向垂直於半導體基板。

在本發明的一實施例中，上述的彼此對應的第一開口於半導體基板上的投影、第一區域、第二開口於半導體基板上的投影、第二區域以及第三開口於半導體基板上的投影沿著一排列方向依序排列，且排列方向與半導體基板的表面平行。

在本發明的一實施例中，上述的彼此對應的各第一開口、各第二開口以及各第三開口形成至少一光通孔，且至少一光通孔的延伸方向與半導體基板之間具有一夾角，且夾角小於90度。

在本發明的一實施例中，上述的導光圖案層是藉由積體電路的一金屬內連線而形成。

在本發明的一實施例中，上述的導光圖案層的材質為金屬。

在本發明的一實施例中，上述的具有光學結構的積體電路更包括多個介電層，其中各介電層分別位於其中二導光圖案層之間。

基於上述，本發明的實施例的具有光學結構的積體電路，能整合光學結構的製程與半導體元件的原有製程，並藉由半導體基板的金屬內連線的配置來同時形成導光圖案層，進而能直接在半導體晶片上形成光學結構。如此一來，利用此種方式形成的積體電路製程簡易、成本低廉，且能薄型化。

為讓本發明的上述特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉實施例，並配合所附圖式作詳細說明如下。

圖1A是依照本發明的一實施例的一種具有光學結構的積體電路的剖面示意圖。圖1B是依照本發明的一實施例的一種具有光學結構的積體電路的上視示意圖。請參照圖1A與圖1B，在本實施例中，具有光學結構OS的積體電路100包括一半導體基板110以及多個導光圖案層120。舉例而言，在本實施例中，半導體基板110上例如配置有作為感測元件（未繪示）的半導體元件，但本發明不以此為限。另一方面，在本實施例中，導光圖案層120是藉由積體電路100的一金屬內連線而形成。換言之，在本實施例中，導光圖案層120的材質為金屬（如：銅或鋁等金屬），但本發明不以此為限。在另一實施例中，導光圖案層120亦可由積體電路100中其他的結構（如：黑光阻）而形成，本發明皆不以此為限。

具體而言，如圖1A所示，在本實施例中，多個導光圖案層120位於半導體基板110的上方，其中各導光圖案層120分別具有多個開口OP以及多個對應的側壁部SP。舉例而言，各側壁部SP圍繞對應的開口OP，即側壁部SP1、側壁部SP2、側壁部SP3分別圍繞第一開口OP1、第二開口OP2以及第三開口OP3。並且，其中一導光圖案層（如：第二導光圖案層122）的其中一開口於半導體基板110上的投影與相鄰的導光圖案層（如：第一導光圖案層121或第一導光圖案層123）的其中一開口於半導體基板110上的投影至少部分重疊，以形成至少一光通孔TH。如此，外界光線能經由這些導光圖案層120傳遞至半導體基板110的感測元件上。

舉例而言，如圖1A所示，在本實施例中，積體電路100還包括多個介電層DL，而導光圖案層120包括一第一導光圖案層121、一第二導光圖案層122以及一第三導光圖案層123。如圖1A所示，在本實施例中，第一導光圖案層121位於半導體基板110的上方，第二導光圖案層122位於第一導光圖案層121的上方，第三導光圖案層123位於第二導光圖案層122的上方，且各介電層DL分別位於其中二導光圖案層120之間。

如圖1A所示，在本實施例中，第一導光圖案層121具有多個第一開口OP1，第二導光圖案層122具有多個第二開口OP2，而第三導光圖案層123具有多個第三開口OP3。這些第一開口OP1、第二開口OP2、第三開口OP3分別彼此相對應。並且，各第一開口OP1於半導體基板110上的投影與對應的第二開口OP2於半導體基板110上的投影在一第一區域R1上重疊，各第二開口OP2於半導體基板110上的投影與對應的第三開口OP3於半導體基板110上的投影在一第二區域R2上重疊，以形成至少一光通孔TH。也就是說，如圖1A所示，在本實施例中，第一區域R1與第二區域R2至少部分重疊，而能形成至少一光通孔TH。

更詳細而言，如圖1A所示，彼此對應的第一開口OP1、第二開口OP2、第三開口OP3完全重疊，因此在本實施例中，第一區域R1與第二區域R2完全重疊，因此，彼此對應的第一開口OP1、第二開口OP2、第三開口OP3能形成至少一光通孔TH。如此，在本實施例中，至少一光通孔TH的延伸方向D1會垂直於半導體基板110，換言之，在本實施例中，至少一光通孔TH為一直通孔。如此一來，外界光線能經由這些導光圖案層120傳遞至半導體基板110，進而能使半導體基板110上的感測元件（未繪示）讀取並辨識外界光線中的影像資訊。

在本實施例中，雖是以第一開口OP1、第二開口OP2、第三開口OP3完全重疊為例示，但本發明不以此為限。在另一實施例中，亦可使第一開口OP1、第二開口OP2、第三開口OP3僅部分重疊，以改善光通孔TH的高寬比（aspect ratio）。以下將搭配圖2來進行進一步地解說。

圖2是依照本發明的一實施例的另一種具有光學結構的積體電路的剖面示意圖。請參照圖2，本實施例的積體電路200與圖1A的積體電路100類似，而兩者的差異如下所述。請參照圖2，在本實施例中，不同的導光圖案層220的開口OP（即彼此對應的第一開口OP1、第二開口OP2以及第三開口OP3）並非完全重疊。舉例而言，在本實施例中，可使第二導光圖案層222的第二開口OP2與第一導光圖案層221的第一開口OP1以及第三導光圖案層223的第三開口OP3錯位，而第一導光圖案層221的第一開口OP1與第三導光圖案層223的第三開口OP3仍為完全重疊的關係。如此，第一區域R1仍會與第二區域R2完全重疊。因此，如圖2所示，在本實施例中，彼此對應的第一開口OP1、第二開口OP2以及第三開口OP3在第一區域R1與第二區域R2重疊的範圍內亦可形成至少一光通孔TH，且至少一光通孔TH的延伸方向D1仍是垂直於半導體基板110。

如此一來，外界光線也能經由這些導光圖案層220傳遞至半導體基板110，進而能使半導體基板110上的感測元件讀取並辨識外界光線中的影像資訊。然而，如圖2所示，在本實施例中，由於第一開口OP1、第二開口OP2、第三開口OP3僅部分重疊，因此，外界光線傳遞的路線將會受限。舉例而言，朝向右側下方行進的光線將被第二導光圖案層222的側壁部SP2限制，朝向左側下方行進的光線將被第三導光圖案層223的側壁部SP3和第一導光圖案層221的側壁部SP1限制。如此，光通孔TH的高寬比則可明顯增加而得到改善。

一般而言，在部分實施例中，光通孔TH的高寬比（高度H/寬度W）約1到2。而在本實施例中，光通孔TH的高寬比（高度H/寬度W）可大於10。如此一來，外界光線被傳遞至半導體基板110的入光角度將能更加準直，而可取得較為清晰的影像資訊。舉例而言，如圖1A所示，若光通孔TH的高寬比較小的話，外界光線則較容易被傳遞至相鄰的畫素區域，因此積體電路100的光學結構OS的準直性較為不如預期。然而，在圖2的實施例中，由於光通孔TH的高寬比明顯增加，因此積體電路200的光學結構OS的準直性能有效提升，而可取得較為清晰的影像資訊。應注意的是，此處的數值範圍皆僅是作為例示說明之用，其並非用以限定本發明。

在前述的實施例中，光通孔TH雖皆是直通孔為例示，但本發明不以此為限。在另一實施例中，亦可使光通孔TH形成斜向通孔的輪廓。以下將搭配圖3來進行進一步地解說。

圖3是依照本發明的一實施例的另一種具有光學結構的積體電路的剖面示意圖。請參照圖3，本實施例的積體電路300與圖2的積體電路200類似，而兩者的差異如下所述。請參照圖3，在本實施例中，彼此對應的第一開口OP1於半導體基板110上的投影、第一區域R1、第二開口OP2於半導體基板110上的投影、第二區域R2以及第三開口OP3於半導體基板110上的投影沿著一排列方向D2依序排列，且排列方向D2與半導體基板110的表面平行。

如此一來，在本實施例中，由於第一導光圖案層321的各第一開口OP1、第二導光圖案層322的各第二開口OP2以及第三導光圖案層323的各第三開口OP3會沿著排列方向D2而有序地遞移與錯位，因此，第一區域R1將不會與第二區域R2完全重疊。如此一來，彼此對應的各第一開口OP1、各第二開口OP2以及各第三開口OP3所形成的至少一光通孔TH的延伸方向D1與半導體基板110之間就會具有一夾角，且夾角小於90度。如此，即可使光通孔TH形成斜向通孔的輪廓，而可應用於具有特殊收光角度需求的情況。

如此，在前述實施例中，由於圖2至圖3的具有光學結構OS的積體電路200與積體電路300與圖1A的具有光學結構OS的積體電路100相似，因此圖2至圖3的具有光學結構OS的積體電路200與積體電路300亦能達到與前述的具有光學結構OS的積體電路100類似的效果與優點，在此就不再贅述。

綜上所述，本發明的實施例的具有光學結構的積體電路及其製造方法，能整合光學結構的製程與半導體元件的原有製程，並藉由半導體基板的金屬內連線的配置來同時形成導光圖案層，進而能直接在半導體基板上形成光學結構。如此一來，利用此種方式形成的積體電路製程簡易、成本低廉，且能薄型化。

雖然本發明已以實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明的精神和範圍內，當可作些許的更動與潤飾，故本發明的保護範圍當視後附的申請專利範圍所界定者為準。

100、200、300‧‧‧積體電路

110‧‧‧半導體基板

120、220、320‧‧‧導光圖案層

121、221、321‧‧‧第一導光圖案層

122、222、322‧‧‧第二導光圖案層

123、223、323‧‧‧第三導光圖案層

DL‧‧‧介電層

D1‧‧‧延伸方向

D2‧‧‧排列方向

H‧‧‧高度

OP、OP1、OP2、OP3‧‧‧開口

OS‧‧‧光學結構

R1‧‧‧第一區域

R2‧‧‧第二區域

SP、SP1、SP2、SP3‧‧‧側壁部

TH‧‧‧光通孔

W‧‧‧寬度

圖1A是依照本發明的一實施例的一種具有光學結構的積體電路的剖面示意圖。 圖1B是依照本發明的一實施例的一種具有光學結構的積體電路的上視示意圖。 圖2是依照本發明的一實施例的另一種具有光學結構的積體電路的剖面示意圖。 圖3是依照本發明的一實施例的另一種具有光學結構的積體電路的剖面示意圖。

Claims (9)

1. 一種具有光學結構的積體電路，包括： 一半導體基板；以及 多個導光圖案層，位於該半導體基板的上方，其中各該導光圖案層分別具有多個開口以及多個對應的側壁部，其中各該側壁部圍繞對應的該開口，且其中一該導光圖案層的其中一該開口於該半導體基板上的投影與相鄰的該導光圖案層的其中一該開口於該半導體基板上的投影至少部分重疊，以形成至少一光通孔，並使外界光線能經由該些導光圖案層傳遞至該半導體基板。
2. 如申請專利範圍第1項所述的具有光學結構的積體電路，其中該些導光圖案層包括： 一第一導光圖案層，位於該半導體基板的上方，具有多個第一開口； 一第二導光圖案層，位於該第一導光圖案層的上方，具有多個第二開口，其中該些第一開口分別與該些第二開口相對應，且各該第一開口於該半導體基板上的投影與對應的該第二開口於該半導體基板上的投影在一第一區域上重疊；以及 一第三導光圖案層，位於該第二導光圖案層的上方，具有多個第三開口，其中該些第二開口分別與該些第三開口相對應，且各該第二開口於該半導體基板上的投影與對應的該第三開口於該半導體基板上的投影在一第二區域上重疊。
3. 如申請專利範圍第2項所述的具有光學結構的積體電路，其中該第一區域與該第二區域至少部分重疊。
4. 如申請專利範圍第3項所述的具有光學結構的積體電路，其中該第一區域與該第二區域完全重疊，且彼此對應的該第一開口、該第二開口以及該第三開口形成該至少一光通孔。
5. 如申請專利範圍第3項所述的具有光學結構的積體電路，其中該至少一光通孔的延伸方向垂直於該半導體基板。
6. 如申請專利範圍第2項所述的具有光學結構的積體電路，其中彼此對應的該第一開口於該半導體基板上的投影、該第一區域、該第二開口於該半導體基板上的投影、該第二區域以及該第三開口於該半導體基板上的投影沿著一排列方向依序排列，且該排列方向與該半導體基板的表面平行。
7. 如申請專利範圍第6項所述的具有光學結構的積體電路，其中彼此對應的各該第一開口、各該第二開口以及各該第三開口形成該至少一光通孔，且至少一光通孔的延伸方向與該半導體基板之間具有一夾角，且該夾角小於90度。
8. 如申請專利範圍第1項所述的具有光學結構的積體電路，其中該些導光圖案層是藉由該積體電路的一金屬內連線而形成。
9. 如申請專利範圍第1項所述的具有光學結構的積體電路，其中該些導光圖案層的材質為金屬。