具有光学结构的集成电路的制作方法

本发明涉及一种集成电路，尤其涉及一种具有光学结构的集成电路。

背景技术：

在现行的图像传感器的制造中，会在半导体芯片上形成光学结构(例如：微透镜、滤色器、微机电系统元件等等)。一般而言，此种光学结构是在执行集成电路的制造后，再进行额外的制造以形成。为了获得准直器的光学结构，现有的方法是放置由微机电系统蚀刻制造制作的微机电系统准直器。然而，此种通过微机电系统蚀刻制造而形成的光学结构，其制作复杂，且成本高昂，不利于广泛生产。此外，利用此种方式形成的图像传感器也具有较大的厚度与体积。

技术实现要素：

本发明提供一种具有光学结构的集成电路，能通过半导体基板的金属内连线而形成光学结构。

本发明的具有光学结构的集成电路包括半导体基板以及多个导光图案层。多个导光图案层位于半导体基板的上方，其中各导光图案层分别具有多个开口以及多个对应的侧壁部，其中各侧壁部围绕对应的开口，且其中一导光图案层的其中一开口于半导体基板上的投影与相邻的导光图案层的其中一开口于半导体基板上的投影至少部分重叠，以形成至少一光通孔，并使外界光线能经由这些导光图案层传递至半导体基板。

在本发明的一实施例中，上述的导光图案层包括第一导光图案层、第二导光图案层以及第三导光图案层。第一导光图案层位于半导体基板的上方，具有多个第一开口。第二导光图案层位于第一导光图案层的上方，具有多个第二开口，其中这些第一开口分别与这些第二开口相对应，且各第一开口于半导体基板上的投影与对应的第二开口于半导体基板上的投影在第一区域上重叠。第三导光图案层位于第二导光图案层的上方，具有多个第三开口，其中这些第二开口分别与这些第三开口相对应，且各第二开口于半导体基板上的投影与对应的第三开口于半导体基板上的投影在第二区域上重叠。

在本发明的一实施例中，上述的第一区域与第二区域至少部分重叠。

在本发明的一实施例中，上述的第一区域与第二区域完全重叠，且彼此对应的第一开口、第二开口以及第三开口形成至少一光通孔。

在本发明的一实施例中，上述的至少一光通孔的延伸方向垂直于半导体基板。

在本发明的一实施例中，上述的彼此对应的第一开口于半导体基板上的投影、第一区域、第二开口于半导体基板上的投影、第二区域以及第三开口于半导体基板上的投影沿着排列方向依序排列，且排列方向与半导体基板的表面平行。

在本发明的一实施例中，上述的彼此对应的各第一开口、各第二开口以及各第三开口形成至少一光通孔，且至少一光通孔的延伸方向与半导体基板之间具有夹角，且夹角小于90度。

在本发明的一实施例中，上述的导光图案层是通过集成电路的金属内连线而形成。

在本发明的一实施例中，上述的导光图案层的材质为金属。

在本发明的一实施例中，上述的具有光学结构的集成电路还包括多个介电层，其中各介电层分别位于其中二导光图案层之间。

基于上述，本发明的实施例的具有光学结构的集成电路，能整合光学结构的制造与半导体元件的原有制造，并通过半导体基板的金属内连线的配置来同时形成导光图案层，进而能直接在半导体芯片上形成光学结构。如此一来，利用此种方式形成的集成电路制造简易、成本低廉，且能薄型化。

为让本发明的上述特征和优点能更明显易懂，下文特举实施例，并配合所附附图作详细说明如下。

附图说明

图1a是依照本发明的一实施例的一种具有光学结构的集成电路的剖面示意图。

图1b是依照本发明的一实施例的一种具有光学结构的集成电路的上视示意图。

图2是依照本发明的一实施例的另一种具有光学结构的集成电路的剖面示意图。

图3是依照本发明的一实施例的另一种具有光学结构的集成电路的剖面示意图。

【符号说明】

100、200、300：集成电路

110：半导体基板

120、220、320：导光图案层

121、221、321：第一导光图案层

122、222、322：第二导光图案层

123、223、323：第三导光图案层

dl：介电层

d1：延伸方向

d2：排列方向

h：高度

op、op1、op2、op3：开口

os：光学结构

r1：第一区域

r2：第二区域

sp、sp1、sp2、sp3：侧壁部

th：光通孔

w：宽度

具体实施方式

图1a是依照本发明的一实施例的一种具有光学结构的集成电路的剖面示意图。图1b是依照本发明的一实施例的一种具有光学结构的集成电路的上视示意图。请参照图1a与图1b，在本实施例中，具有光学结构os的集成电路100包括半导体基板110以及多个导光图案层120。举例而言，在本实施例中，半导体基板110上例如配置有作为感测元件(未示出)的半导体元件，但本发明不以此为限。另一方面，在本实施例中，导光图案层120是通过集成电路100的金属内连线而形成。换言之，在本实施例中，导光图案层120的材质为金属(如：铜或铝等金属)，但本发明不以此为限。在另一实施例中，导光图案层120也可由集成电路100中其他的结构(如：黑光阻)而形成，本发明皆不以此为限。

具体而言，如图1a所示，在本实施例中，多个导光图案层120位于半导体基板110的上方，其中各导光图案层120分别具有多个开口op以及多个对应的侧壁部sp。举例而言，各侧壁部sp围绕对应的开口op，即侧壁部sp1、侧壁部sp2、侧壁部sp3分别围绕第一开口op1、第二开口op2以及第三开口op3。并且，其中一导光图案层(如：第二导光图案层122)的其中一开口于半导体基板110上的投影与相邻的导光图案层(如：第一导光图案层121或第三导光图案层123)的其中一开口于半导体基板110上的投影至少部分重叠，以形成至少一光通孔th。如此，外界光线能经由这些导光图案层120传递至半导体基板110的感测元件上。

举例而言，如图1a所示，在本实施例中，集成电路100还包括多个介电层dl，而导光图案层120包括第一导光图案层121、第二导光图案层122以及第三导光图案层123。如图1a所示，在本实施例中，第一导光图案层121位于半导体基板110的上方，第二导光图案层122位于第一导光图案层121的上方，第三导光图案层123位于第二导光图案层122的上方，且各介电层dl分别位于其中二导光图案层120之间。

如图1a所示，在本实施例中，第一导光图案层121具有多个第一开口op1，第二导光图案层122具有多个第二开口op2，而第三导光图案层123具有多个第三开口op3。这些第一开口op1、第二开口op2、第三开口op3分别彼此相对应。并且，各第一开口op1于半导体基板110上的投影与对应的第二开口op2于半导体基板110上的投影在第一区域r1上重叠，各第二开口op2于半导体基板110上的投影与对应的第三开口op3于半导体基板110上的投影在第二区域r2上重叠，以形成至少一光通孔th。也就是说，如图1a所示，在本实施例中，第一区域r1与第二区域r2至少部分重叠，而能形成至少一光通孔th。

更详细而言，如图1a所示，彼此对应的第一开口op1、第二开口op2、第三开口op3完全重叠，因此在本实施例中，第一区域r1与第二区域r2完全重叠，因此，彼此对应的第一开口op1、第二开口op2、第三开口op3能形成至少一光通孔th。如此，在本实施例中，至少一光通孔th的延伸方向d1会垂直于半导体基板110，换言之，在本实施例中，至少一光通孔th为直通孔。如此一来，外界光线能经由这些导光图案层120传递至半导体基板110，进而能使半导体基板110上的感测元件(未示出)读取并辨识外界光线中的图像信息。

在本实施例中，虽是以第一开口op1、第二开口op2、第三开口op3完全重叠为例示，但本发明不以此为限。在另一实施例中，也可使第一开口op1、第二开口op2、第三开口op3仅部分重叠，以改善光通孔th的高宽比(aspectratio)。以下将搭配图2来进行进一步地解说。

图2是依照本发明的一实施例的另一种具有光学结构的集成电路的剖面示意图。请参照图2，本实施例的集成电路200与图1a的集成电路100类似，而两者的差异如下所述。请参照图2，在本实施例中，不同的导光图案层220的开口op(即彼此对应的第一开口op1、第二开口op2以及第三开口op3)并非完全重叠。举例而言，在本实施例中，可使第二导光图案层222的第二开口op2与第一导光图案层221的第一开口op1以及第三导光图案层223的第三开口op3错位，而第一导光图案层221的第一开口op1与第三导光图案层223的第三开口op3仍为完全重叠的关系。如此，第一区域r1仍会与第二区域r2完全重叠。因此，如图2所示，在本实施例中，彼此对应的第一开口op1、第二开口op2以及第三开口op3在第一区域r1与第二区域r2重叠的范围内也可形成至少一光通孔th，且至少一光通孔th的延伸方向d1仍是垂直于半导体基板110。

如此一来，外界光线也能经由这些导光图案层220传递至半导体基板110，进而能使半导体基板110上的感测元件读取并辨识外界光线中的图像信息。然而，如图2所示，在本实施例中，由于第一开口op1、第二开口op2、第三开口op3仅部分重叠，因此，外界光线传递的路线将会受限。举例而言，朝向右侧下方行进的光线将被第二导光图案层222的侧壁部sp2限制，朝向左侧下方行进的光线将被第三导光图案层223的侧壁部sp3和第一导光图案层221的侧壁部sp1限制。如此，光通孔th的高宽比则可明显增加而得到改善。

一般而言，在部分实施例中，光通孔th的高宽比(高度h/宽度w)约1到2。而在本实施例中，光通孔th的高宽比(高度h/宽度w)可大于10。如此一来，外界光线被传递至半导体基板110的入光角度将能更加准直，而可取得较为清晰的图像信息。举例而言，如图1a所示，若光通孔th的高宽比较小的话，外界光线则较容易被传递至相邻的画素区域，因此集成电路100的光学结构os的准直性较为不如预期。然而，在图2的实施例中，由于光通孔th的高宽比明显增加，因此集成电路200的光学结构os的准直性能有效提升，而可取得较为清晰的图像信息。应注意的是，此处的数值范围皆仅是作为例示说明之用，其并非用以限定本发明。

在前述的实施例中，光通孔th虽皆是直通孔为例示，但本发明不以此为限。在另一实施例中，也可使光通孔th形成斜向通孔的轮廓。以下将搭配图3来进行进一步地解说。

图3是依照本发明的一实施例的另一种具有光学结构的集成电路的剖面示意图。请参照图3，本实施例的集成电路300与图2的集成电路200类似，而两者的差异如下所述。请参照图3，在本实施例中，彼此对应的第一开口op1于半导体基板110上的投影、第一区域r1、第二开口op2于半导体基板110上的投影、第二区域r2以及第三开口op3于半导体基板110上的投影沿着排列方向d2依序排列，且排列方向d2与半导体基板110的表面平行。

如此一来，在本实施例的导光图案层320中，由于第一导光图案层321的各第一开口op1、第二导光图案层322的各第二开口op2以及第三导光图案层323的各第三开口op3会沿着排列方向d2而有序地递移与错位，因此，第一区域r1将不会与第二区域r2完全重叠。如此一来，彼此对应的各第一开口op1、各第二开口op2以及各第三开口op3所形成的至少一光通孔th的延伸方向d1与半导体基板110之间就会具有夹角，且夹角小于90度。如此，即可使光通孔th形成斜向通孔的轮廓，而可应用于具有特殊收光角度需求的情况。

如此，在前述实施例中，由于图2至图3的具有光学结构os的集成电路200与集成电路300与图1a的具有光学结构os的集成电路100相似，因此图2至图3的具有光学结构os的集成电路200与集成电路300也能达到与前述的具有光学结构os的集成电路100类似的效果与优点，在此就不再赘述。

综上所述，本发明的实施例的具有光学结构的集成电路及其制造方法，能整合光学结构的制造与半导体元件的原有制造，并通过半导体基板的金属内连线的配置来同时形成导光图案层，进而能直接在半导体基板上形成光学结构。如此一来，利用此种方式形成的集成电路制造简易、成本低廉，且能薄型化。

虽然本发明已以实施例揭示如上，然其并非用以限定本发明，任何所属技术领域中的技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作些许的更改与润饰，故本发明的保护范围当视权利要求所界定的为准。