堆叠透镜组件和用于其的制造方法与流程

本公开涉及光学领域，尤其涉及一种堆叠透镜组件和用于其的制造方法。

背景技术：

由互补金属-氧化物半导体(CMOS)技术制造的照相机模块的晶圆级制造有贡献于大容量消费品(例如，移动设备和机动汽车)中的照相机模块的包含。

图1示出被包含于移动设备190的照相机模块192中的晶圆级透镜100。图2是晶圆级透镜100的示例的现有技术的透镜组件200的剖面图。透镜组件200包括被间隔环230分离的下基板210和上基板240。上基板240包括轴向对齐于下基板210上的下部透镜212的上部透镜242。

下基板210和上基板240分别包括对齐结构251和252。下部透镜212和上部透镜242分别包括对齐结构253和254。对齐结构251-254用于保证在透镜组件200的制造期间，透镜212和242的轴向对齐。透镜组件200的缺点是包含对齐结构251-254至基板210、240和透镜212、242增加制造费用和复杂性。

技术实现要素：

在一个实施例中，公开堆叠透镜组件。堆叠透镜组件包括下基板和上基板。下基板包括下基板顶部表面，下基板顶部表面上具有下部元件和内部间隔件，内部间隔件至少部分地围绕下部元件。上基板包括上基板底部表面，上基板底部表面与下基板顶部表面相对且其上具有上部元件和外部间隔件，外部间隔件(i)被附接至内部间隔件并且(ii)至少部分地围绕上部元件。在平行于上基板并包括内部间隔件和外部间隔件的堆叠透镜组件的任一个剖面中，内部间隔件的整体在外部间隔件的周界内。

在另一个实施例中，公开堆叠透镜晶圆。堆叠透镜晶圆包括下部晶圆和上部晶圆。下部晶圆包括下部晶圆顶部表面，下部晶圆顶部表面上具有(i)多个下部元件和(ii)下部间隔件层，下部间隔件层具有(a)对齐于一个各自的下部元件的多个孔和(b)每个相邻的孔之间并至少部分地围绕每个孔的通道。上部晶圆包括上部晶圆底部表面，上部晶圆底部表面与下部晶圆顶部表面相对且其上具有(i)多个上部元件和(ii)具有每个对齐于一个各自的上部元件的多个孔的上部间隔件层。上部晶圆和下部晶圆被附接在一起，使得上部间隔件层的至少部分在通道内。

在另一个实施例中，公开用于制造堆叠透镜组件的方法。方法包括在下部晶圆上形成下部间隔件层，下部间隔件层具有(a)对齐于下部晶圆上的多个下部元件的各自一个的多个孔和(b)每个相邻的孔之间并至少部分地围绕每个孔的通道。方法还包括形成上部间隔件层，上部间隔件层具有每个对齐于上部晶圆的多个上部元件的各自一个的多个孔。方法还包括堆叠上部晶圆至下部晶圆，使得上部间隔件层的至少部分在通道内。

附图说明

图1示出被包含于移动设备的照相机模块中的晶圆级透镜。

图2是图1的晶圆级透镜的示例的现有技术的透镜组件的剖面图。

图3A和3B各自示出实施例中可以用作图1的晶圆级透镜的堆叠透镜组件的剖面图。

图4A至4E示出实施例中图3的堆叠透镜组件的内部间隔件和外部间隔件的可选剖面图。

图5是示出实施例中用于制造图3的堆叠透镜组件的示例性方法的流程图。

图6A和6B示出实施例中包括图3的堆叠透镜组件的元件和间隔件的第一下部晶圆组件的剖面图。

图7是实施例中包括图3的堆叠透镜组件的部件的第二下部晶圆组件的平面图。

图8是实施例中用于形成图6或7的下部晶圆上的元件和下部间隔件层的模具的剖面图。

图9A和9B分别示出实施例中包括图3的堆叠透镜组件的元件和间隔件的第一上部晶圆组件的平面图和剖面图。

图10是实施例中包括图3的堆叠透镜组件的部件的第二上部晶圆组件的平面图。

图11是实施例中用于形成图9的上部晶圆上的元件和上部间隔件层的模具的剖面图。

图12是实施例中由图5的方法形成的堆叠透镜晶圆的剖面图。

具体实施方式

图3A是可以用作移动设备190中的晶圆级透镜100的堆叠透镜组件300的第一剖面图。图3B是沿示于图3A中的剖面3B-3B'的堆叠透镜组件300的第二剖面图。参考示于图3A和3B中的坐标系398，图3A和3B的视图分别在x-z平面和x-y平面。剖面3B-3B'可以在由z坐标范围Δz表示的区域中的任一位置，使得其与内部间隔件320和外部间隔件330均相交。在下面描述中，最好同时查看图3A和3B。

堆叠透镜组件300包括下基板310和上基板340，在其之间具有内部间隔件320和外部间隔件330。下基板310具有其上具有下部元件312的上表面311。上基板340具有其上具有上部元件342的下表面341。沿表面322和表面331的至少一个，外部间隔件330被附接至内部间隔件320。内部间隔件320包括第一侧壁325。下表面341和内部间隔件320的顶部表面321被间隙336分离。

内部间隔件320围绕下部元件312，且外部间隔件330围绕上部元件342。在不脱离其范围的情况下，以下的至少一个成立：(a)内部间隔件320可以部分地围绕下部元件312且(b)外部间隔件330可以部分地围绕上部元件342。

外部间隔件330具有周界302，示于图3B中为虚线。外部间隔件330围绕内部间隔件320且内部间隔件320的整体在周界302内。在不脱离其范围的情况下，外部间隔件330可以部分地围绕内部间隔件320。例如，外部间隔件330可以在区域(例如示于图3B中的区域335)内包括间隙。

图3B中，内部间隔件320和外部间隔件330被示出具有正方形的剖面。在不脱离其范围的情况下，间隔件320可以具有非圆形的剖面(在剖面3B-3B'内)。例如，间隔件320和330的至少一个可以是圆形、或是具有圆角的矩形的。

下部元件312和上部元件342的至少一个可以是透镜。例如，如图3A中所示，下部元件312和上部元件342分别是具有共用光轴304的透镜，且下基板310和上基板340都是透明的。在不同的实施例中，上部元件342是透镜，下基板310是具有其上形成的下部元件312的设备层，其中下部元件312是图像传感器，例如CMOS图像传感器。在不同的实施例中，下部元件312是透镜，,上基板340是具有其上形成的上部元件342的设备层，其中上部元件342是图像传感器，例如CMOS图像传感器。

在坐标系398的x-z平面内，内部间隔件320可以具有L形的剖面，外部间隔件330可以具有矩形的剖面，如图3A中所示。间隔件320和330可以具有不同的剖面，其示例在示出内部间隔件320(1-5)和外部间隔件330(1-5)的剖面图的图4A至4E中示出。

图5是示出用于制造堆叠透镜组件300的示例性方法500的流程图。图5至12示出方法500的步骤且在下面描述中最好一起查看。

在步骤510中，方法500在下部晶圆上形成下部间隔件层，下部间隔件层具有(a)分别与下部晶圆上的多个下部元件的每个对齐的多个孔和(b)每个相邻的孔之间并至少部分地围绕每个孔的通道。在步骤510的示例中，下部间隔件层620形成在下部晶圆610的表面611上，分别如图6A和6B中的下部晶圆组件600的平面图和剖面图所示。图6B是沿剖面6B-6B'的下部晶圆组件600的剖面图。

多个下部元件312在下部晶圆610的表面611上。下部间隔件层620具有各自对齐于一个各自的下部元件312的多个孔622。为图解的清楚，在图6A中仅标注一个孔622(通过其周界)。

下部间隔件层620包括形成通道626的侧壁625，示于图6B中。通道626各别地围绕每个孔622并包括相邻的孔622之间的部分。图6A中的虚线表示限定通道626的侧壁625的表面。

通道626被示出为下部间隔件层620内完全围绕每个孔622的单个连续的通道。在不脱离其范围的情况下，通道626可以部分地围绕一个或多个孔622。在实施例中，下部间隔件层620包括分别围绕各自的孔622的多个非连续的通道626。

虽然孔622在坐标系398的x-y平面中是矩形的，但是在不脱离其范围的情况下，其可以是非矩形的。例如，图7是包括其上具有下部间隔件层720的下部晶圆610的晶圆组件700的平面图。晶圆组件700是下部晶圆组件600的示例。间隔件层720具有每个对齐于下部元件312的孔722。间隔件层720还包括通道726，通道726是通道626的示例。图6B还可以对应沿图7的剖面7B-7B'的晶圆组件700的剖面图。为图解的清楚，在图7中仅标注一个孔722(通过其周界)。

虽然孔722被示出为圆形的，但是在不脱离其范围的情况下，其可以是非圆形的。例如，孔722可以是具有圆角的矩形的。

步骤510可以可选地包括步骤512，其中方法500在下部晶圆上形成多个下部元件。在步骤512的示例中，下部元件312形成在下部晶圆610的表面611上。

可以通过领域中已知的晶圆级复制工艺在表面611上同时地形成下部元件312。可以由包含形成下部元件312和下部间隔件层(例如，下部间隔件层620和720)的模具的单个复制版(single replication master)，在表面611上同时地形成下部元件312和下部间隔件层620，如图8中所示。

图8是当下部元件312是晶圆级光学元件(例如，透镜)时，用于在下部晶圆610上形成下部元件312和下部间隔件层620的模具800的剖面图。模具800具有包括平面区域802、凹处812和凹处820的顶部表面。凹处812和820分别对应下部元件312和下部间隔件层620的形状。在步骤510的示例中，材料部分813和821分别被布置于凹处812和凹处820中，然后，通过将平面区域802和下部晶圆610的表面611结合，分别被塑造成下部元件312和下部间隔件层620的形状。材料部分813和821可以是光可固化材料(例如，通过紫外光)，使得步骤510还包括固化材料部分813和821。

在步骤520中，方法500在上部晶圆上形成上部间隔件层，上部间隔件层具有每个对齐于下部晶圆上的多个上部元件的各自一个的多个孔。在步骤510的示例中，上部间隔件层930形成在上部晶圆940的表面941上，分别如图9A和9B中的上部晶圆组件900的平面图和剖面图所示。图9B是沿剖面9B-9B'的上部晶圆组件900的剖面图。

多个上部元件342在上部晶圆940的表面941上。上部间隔件层930具有每个对齐于一个各自的上部元件342的多个孔932。为图解的清楚，图9A中仅标注一个孔932(通过其周界)。虽然孔932在坐标系398的x-y平面中是矩形的，但是在不脱离其范围的情况下，其可以是非矩形的。例如，图10是包括其上具有上部间隔件层1030的上部晶圆940的上部晶圆组件1000的平面图。上部晶圆组件1000是上部晶圆组件900的示例。间隔件层1030具有每个对齐于一个上部元件342的孔1032。图9B还可以对应沿图10的剖面10B-10B'的上部晶圆组件1000的剖面图。为图解的清楚，在图10中仅标注一个孔1032(通过其周界)。

虽然孔1032被示出为圆形的，但是在不脱离其范围的情况下，其可以是非圆形的。例如，孔1032可以是具有圆角的矩形的。上部间隔件层930和1030的一个或全部可以包括区域中(例如分别在区域935和1035中)的间隙。

在此，晶圆上的间隔件层的孔与晶圆上的元件的对齐意味着，没有间隔件层的部分覆盖或阻挡元件。例如，孔932与上部元件342的对齐意味着，没有上部间隔件层930的部分覆盖或阻挡上部元件342。孔932和上部元件342可以具有其各自的中心的对齐，然而，这种中心对中心的对齐对于孔932与上部元件342的对齐不是必需的。孔的其它示例包括孔622、722和1032。元件的其它示例包括下部元件312和上部元件342。

步骤520可以可选地包括步骤522，其中方法500在上部晶圆上形成多个上部元件。在步骤522的示例中，上部元件342形成在上部晶圆940的底部表面941上。

可以通过领域中已知的晶圆级复制工艺在底部表面941上同时地形成上部元件342。可以由包含形成上部元件342和上部间隔件层(例如，上部间隔件层930和1030)的模具的单个复制版，在底部表面941上同时形成上部元件342和上部间隔件层930，如图11中所示。

图11是当上部元件342是晶圆级光学元件(例如，透镜)时，用于在上部晶圆940上形成上部元件342和上部间隔件层930的模具1100的剖面图。模具1100具有包括平面区域1102、凹处1142和凹处1130的顶部表面。凹处1142和1130分别对应上部元件342和上部间隔件层930的形状。在步骤520的示例中，材料部分1143和1131分别被布置于凹处1142和1130中，然后，通过将平面区域1402和上部晶圆940的底部表面941结合，分别被塑造成上部元件342和上部间隔件层930的形状。材料部分1143和1131可以是光可固化材料(例如，通过紫外光)，使得步骤520还包括固化材料部分1143和1131。

在步骤530中，方法500堆叠上部晶圆和下部晶圆，使得上部间隔件层的至少部分在通道内。步骤530产生堆叠晶圆。在步骤530的示例中，上部晶圆组件900和下部晶圆组件600被堆叠以形成堆叠透镜晶圆1200，示于图12中。堆叠上部晶圆组件900和下部晶圆组件600可以包括在上部间隔件层930和下部间隔件层620之间，例如，在表面624和931的至少一个上，布置粘合剂。在堆叠透镜晶圆1200中，每个上部间隔件层的部分在通道626内，即，在下部间隔件层620的两个相对的侧壁625之间。

在步骤530的不同的示例中，上部晶圆组件1000和晶圆组件700被堆叠以形成具有由图12表示的剖面的堆叠透镜晶圆，除了下部间隔件层720和上部间隔件层1030分别替代下部间隔件层620和上部间隔件层930。

步骤540是可选的。在步骤540中，方法500沿分别在一个各自的内部间隔件的两个相对的侧壁之间的多个切割线，分割堆叠透镜晶圆以形成多个堆叠透镜组件。在步骤540的示例中，沿下部间隔件层620的两个相对的侧壁625之间的切割线1202分割堆叠透镜晶圆1200，以形成多个堆叠透镜组件300(图3)。在由步骤540产生的堆叠透镜组件300中，内部间隔件320和外部间隔件330分别是图12的下部间隔件层620和上部间隔件层930的部分。切割线1202可以分别对应图6A和9A的切割线602和902。可选地，切割线1202可以分别对应图7和10的切割线702和1002。

在不脱离其范围的情况下，上述的和下面所请求的特征可以以各种方式进行组合。以下示例仅示出一些可能的、非限制性的组合：

(A1)堆叠透镜组件包括下基板和上基板。下基板包括下基板顶部表面，下基板顶部表面上具有下部元件和内部间隔件，内部间隔件至少部分地围绕下部元件。上基板包括上基板底部表面，上基板底部表面与下基板顶部表面相对且其上具有上部元件和外部间隔件，外部间隔件(i)被附接至内部间隔件并且(ii)至少部分地围绕上部元件。在平行于上基板并包括内部间隔件和外部间隔件的堆叠透镜组件的任一个剖面中，内部间隔件的整体在外部间隔件的周界内。

(A2)如(A1)表示的堆叠透镜组件可以进一步包括内部基板的顶部表面和其正上方的上基板底部表面上的区域之间的间隙。

(A3)在如(A1)和(A2)的一个表示的堆叠透镜组件中，下部元件和上部元件的至少一个可以是透镜。

(A4)在如(A1)到(A3)的一个表示的堆叠透镜组件中，下部元件和上部元件可以分别是下部透镜和上部透镜，使得下部透镜和上部透镜共轴。

(A5)在如(A1)到(A4)的一个表示的堆叠透镜组件中，下部元件和上部元件的一个可以是图像传感器。

(A6)在如(A1)到(A5)的一个表示的堆叠透镜组件中，剖面可以是平行于下基板和上基板的至少一个的平面。

(A7)在如(A1)到(A6)的一个表示的堆叠透镜组件中，在下基板和上基板之间的平面中，外部间隔件可以至少部分地围绕内部间隔件。

(A8)如(A1)到(A7)的一个表示的堆叠透镜组件可以进一步包括内部间隔件和外部间隔件之间的粘合层。

(B1)堆叠透镜晶圆包括下部晶圆和上部晶圆。下部晶圆包括下部晶圆顶部表面，下部晶圆顶部表面在其上具有(i)多个下部元件和(ii)下部间隔件层，下部间隔件层具有(a)对齐于一个各自的下部元件的多个孔和(b)每个相邻的孔之间并至少部分地围绕每个孔的通道。上部晶圆包括上部晶圆底部表面，上部晶圆底部表面与下部晶圆顶部表面相对且其上具有(i)多个上部元件和(ii)具有每个对齐于一个各自的上部元件的多个孔的上部间隔件层。上部晶圆和下部晶圆被附接，使得上部间隔件层的至少部分在通道内。

(B2)在如(B1)表示的堆叠透镜晶圆中，通道可以是单个连续的通道。

(C1)用于制造堆叠透镜组件的方法包括在下部晶圆上形成下部间隔件层，下部间隔件层具有(a)对齐于下部晶圆上的多个下部元件的的各自一个的多个孔和(b)每个相邻的孔之间并至少部分地围绕每个孔的通道。方法还包括形成具有每个对齐于上部晶圆上的多个上部元件的各自一个的多个孔的上部间隔件层。方法还包括堆叠上部晶圆至下部晶圆，使得上部间隔件层的至少部分在通道内。

(C2)如(C1)表示的方法可以进一步包括在下部晶圆上形成多个下部元件的步骤。

(C3)在如(C2)表示的方法中，(a)形成下部间隔件层和(b)形成多个下部元件的步骤可以在单个步骤中发生。

(C4)如(C1)到(C3)的一个表示的方法可以进一步包括在上部晶圆上形成多个上部元件的步骤。

(C5)在如(C1)到(C4)的一个表示的方法中，(a)形成上部间隔件层和(b)形成多个上部元件的步骤可以在单个步骤中发生。

(C6)在如(C1)到(C5)的一个表示的方法中，堆叠的步骤可以进一步包括粘合上部晶圆和下部晶圆。

(C7)如(C1)到(C6)的一个表示的方法，其中堆叠的步骤产生堆叠透镜晶圆，方法可以进一步包括沿每个在一个各自的内部间隔件的两个相对的侧壁之间的多个切割线，分割堆叠透镜晶圆，以形成多个堆叠透镜组件。

在不脱离其范围的情况下，可以对上述系统和方法做出改变。因此，应该注意的是，在上述描述中包含的或在附图中示出的方式，应该被理解为说明性的且不具有限制意义。所附权利要求旨在覆盖在此描述的所有通用和特定特征，以及本方法和本系统的范围的在语言上的所有声明应被认为落入其间。