3D集成光学传感器和制造3D集成光学传感器的方法与流程

诸如环境光传感器或真彩色传感器的光学传感器通常配备有一个或更多个光学干涉滤光器。这些滤光器反射一个或更多个光谱带或光谱线而透射其他光谱线，同时保持对于那些感兴趣的波长几乎为零的吸收系数。它们的光学性质归因于具有不同折射率的多个薄介电材料层。

通常针对法向入射来设计光学干涉滤光器。然而，当入射光的入射角从零增加时，随着入射角的增加，滤光器的中心波长将朝向更短(即蓝色)波长移动。实际上，角度越大，移动越大。这种所谓的“蓝移”通常是不希望的并且限制了诸如环境光传感器或真彩色传感器的光学传感器的性能。

已经提出了不同的解决方案以克服在使用干涉滤光器时光谱移动对光学传感器性能的限制。例如，在光学传感器的顶部安装机械光圈以限制光照射到传感器之前的入射角。然而，这导致通常与移动设备要求不兼容的较大高度。其他解决方案涉及附接到光学传感器的漫射器。然而，为了减少光谱移动，需要在干涉滤光器的设计中对该干涉滤光器进行调整以与漫射器配合工作，即相对于光学和材料特性调节多个薄介电材料层。这通常涉及复杂的仿真，并且通常不能够应用于不同的传感器设计。实现与低光谱移动配对的足够的视场仍然是一个挑战。

本原理的目的是提供3d集成光学传感器和制造3d集成光学传感器的方法，其允许减小滤光器光谱移动的范围。

该目的通过独立权利要求的主题实现。从属权利要求中描述了进一步的改进和实施例。

应当理解，关于任何一个实施例描述的任何特征可以单独使用，也可以与本文描述的其他特征组合使用，并且除非被描述为替代方案，否则还可以与任何其他实施例的一个或更多个特征或者任何其他实施例的任何组合进行组合使用。此外，在不脱离所述3d集成光学传感器和制造3d集成光学传感器的方法的范围的情况下，也可以采用下面未描述的等同物和修改。

在至少一个实施例中，3d集成光学传感器包括半导体衬底、集成电路、布线、一个或多个滤光器层、透明间隔物层和片上漫射器。

半导体衬底具有主表面。例如，衬底包括诸如硅、二氧化硅、氧化铝、蓝宝石、锗、砷化镓(gaas)、硅和锗的合金、或磷化铟(inp)等的材料。借助于在晶片级的半导体工艺中的3d集成(例如借助于cmos工艺)将光学传感器的部件沉积在主表面上或集成到主表面中。术语“3d集成”涉及通过堆叠诸如硅晶片和/或管芯的衬底并且将它们垂直互连来制造集成电路。衬底可以提供用于与传感器接合的附加的电子部件，诸如端子，或另外的片上部件(诸如，驱动电路、a/d转换器等)，即通常用于操作和连接光学传感器的装置。

集成电路具有至少一个光敏区域，并且布置在衬底中主表面处或附近。例如，集成电路可以是将电磁辐射转换成传感器信号的半导体器件，例如在光电二极管的情况下，转换成光电流。术语“光”在下文中表示主要在约390至700nm波长的可见光范围内的电磁辐射。在更广泛的意义上，“光”还可以包括红外、可见和/或紫外(uv)的部分。可以在(第一)集成电路旁边实施另外的集成电路，例如以提供传感器阵列。集成电路的示例包括光电二极管、ccd或cmos光电传感器。

布线布置在半导体衬底上或半导体衬底中。布线连接到集成电路，并且因此提供到集成电路的电连接。例如，电子部件能够通过布线连接到光学传感器。

滤光器层布置在集成电路上，使其至少覆盖光敏区域。滤光器层具有依赖于方向的透射特性。这表明滤光器层的光学性质依赖于照射光学传感器的光的入射角。例如，法向入射是针对中心波长限定的，而当入射角增加时，该中心波长最终产生光谱移动。

透明间隔物层布置在主表面上，使间隔物层至少部分地包围滤光器层。间隔物厚度布置成限制滤光器层的光谱移动。片上漫射器布置在透明间隔物层上。

例如，透明间隔物层提供限定滤光器层和漫射器之间的工作距离。通常，光以一定的角度分布离开漫射器，该角度分布由漫射器的材料和光学性质决定。从另一方面来说，滤光器层的透射特性也依赖于照射滤光器的光的角度分布，例如，随着入射角的增加而移动。为了将光谱移动限制到特定程度，需要将漫射器和滤光器层设置在某个预定的工作距离内。例如，该工作距离由透明间隔物层提供。特别地，通过提供由漫射器和滤光器层材料和光学性质确定的足够的间隔物厚度，能够限制光谱移动。这样，能够用漫射器来增加视场，而仍然能够限制照射滤光器层的光的入射角。滤光器层不必具有特别适合于由漫射器提供的角度分布的专用滤光器结构。

该方法提供了低的z高度以及低的工艺复杂性和成本。此外，该解决方案同时避免了重新设计滤光器的需要。这由对感兴趣的辐射透明的透明间隔物层来支持，该感兴趣的辐射例如为红外(ir)光、可见光或紫外(uv-a/uv-b)光。优选地，例如，使用透明模具将漫射器和透明间隔物层模制到其他部件(即衬底、集成电路和/或滤光器层)上。透明间隔物层产生在滤光器层和漫射器之间的必要的工作距离或甚至最小足够距离。例如，这使所需模制步骤的数量和复杂性最小化，并且可以是降低制造成本和复杂性的关键进步。通常，在一些实施例中仅需要两个低复杂度的、平面的模具。此外，不需要重新设计滤光器，而仅通过调节间隔物厚度，就能够将给定的滤光器层设计与不同的光学传感器一起使用。对于大多数应用，也不需要机械光圈。由于漫射器以半导体工艺实现在芯片上，因此也不需要外部漫射器。半导体工艺能够在晶片级执行，使得能够同时制造许多光学传感器器件。例如，能够在晶片级实施cmos兼容的工艺步骤，其额外成本最低。在至少一个实施例中，间隔物厚度小于或等于片上漫射器的厚度。替代地或另外地，间隔物厚度被布置成将滤光器层的光谱移动限制到预定的最大值。例如，能够选择间隔物厚度，以将滤光器层处的入射角限制到大约或小于±10°、±20°或±30°。

在至少一个实施例中，透明间隔物层直接布置在滤光器层上。例如，借助于作为3d集成的一部分的晶片级模制直接将透明间隔物层布置在滤光器层上。实际上，在3d集成期间，还在晶片级上将滤光器层(例如多个介电层)施加到衬底上。

在至少一个实施例中，透明间隔物层在大于或等于主表面的50％的区域之上延伸。此外，透明间隔物以光敏区域为中心。特别地，间隔物层在大于主表面的60％、70％、80％或90％的区域之上延伸。此外，可以将透明间隔物层布置成使其在主表面的整个区域之上延伸。

透明间隔物层的大小对可能进入光学传感器的杂散光有影响。如果使间隔物层小于主表面的整个区域，则衬底边缘处的引用部分能够被漫射器或其他替代结构覆盖。防止不需要的杂散光进入光敏区域。另一方面，使透明间隔物层在主表面的整个区域之上延伸可以允许更容易且因此更经济地制造光学传感器。

在至少一个实施例中，透明间隔物层包括透明有机聚合物、硅树脂或环氧树脂材料。替代地或另外地，片上漫射器包括与透明间隔物层相同的材料。然而，漫射器的材料包括光散射颗粒。

用于透明间隔物层的材料需要与例如在半导体工艺中的晶片级的制造兼容。透明有机聚合物、硅树脂或环氧树脂材料满足该要求。此外，然而可以使用其他材料(诸如环氧树脂)，但能够控制晶片级应力并确保透明度，优选使用低应力硅树脂，因为它们仅产生在硅晶片顶部的非常低的应力。存在这样的可用的材料：其也是对uv透明的，并且不会随着时间的推移而降解，例如eg6301。

为片上漫射器和透明间隔物层使用相同的材料使得晶片级制造更容易。能够通过将光散射粒子添加到材料中来产生漫射器性质。例如，诸如tio2的金属氧化物颗粒在透明模具中提供光散射。

在至少一个实施例中，滤光器层在等于或大于主表面的50％的区域之上延伸。特别地，滤光器层在大于主表面的60％、70％、80％或90％的区域之上延伸。实际上，滤光器层也能够实现为覆盖主表面的整个区域。

滤光器层的大小也对可能进入光学传感器的杂散光有影响。如果使滤光器层小于主表面的整个区域，则衬底的边缘处的引用部分能够被漫射器或其他替代结构覆盖。防止不需要的杂散光进入光敏区域。另一方面，使滤光器层在主表面的整个区域之上延伸可以允许更容易且因此更经济地制造光学传感器。

在至少一个实施例中，滤光器层在与透明间隔物层相同的区域之上延伸。

在至少一个实施例中，滤光器层至少部分地框以光阻挡结构。光阻挡结构布置在主表面的边缘区域。光阻挡结构防止杂散光进入光学传感器。例如，能够例如使用不透明的模具材料通过晶片级模制来制造光阻挡结构。替代地或另外地，光阻挡结构还能够由包括与晶片级半导体工艺兼容的其他材料的框架实现，该其他材料例如为半导体、金属(诸如铝)或阻挡不期望的波长范围中的光的滤光器层。

在至少一个实施例中，滤光器层包括干涉滤光器。替代地或另外地，滤光器层包括等离子体滤光器。这些是具有依赖于方向的透射特性的滤光器的示例。此外，能够在半导体可兼容工艺中在晶片级应用它们。

在至少一个实施例中，光学传感器包括光圈阵列。该光圈阵列布置在滤光器层的上方或下方。

透明层所需的用以避免入射在漫射器上的辐射的高入射角(例如大于30°)的z高度可以大于1000μm。例如当试图在移动设备中使用该光学传感器时，这可能太大而不符合设计要求。通常只有50μm是可用的。例如，对于透明层与干涉滤光器组合的这种低的z高度需要额外的措施。光圈阵列满足这些要求并且允许光学传感器的较低高度。

因此，透明间隔物层的构思可以与光圈阵列结合。这能够在晶片级的半导体工艺中例如借助于cmos布局实现，通常没有额外的工艺步骤。

在至少一个实施例中，光圈阵列包括金属层的堆叠。上部金属层背向光敏区域并且具有第一光圈。下部金属层面向光敏区域并且具有第二光圈。实际上，每个第一光圈和第二光圈分别限制光圈阵列中的光路。

光路被设计成当入射光具有来自允许的角度区间的入射角时，允许该入射光入射到光敏区域。允许的角度区间由第一光圈和第二光圈的尺寸确定，并且分别相对于光路的光轴限定。上部金属层和下部金属层由cmos或半导体工艺制成。优选地，所述层由铝制成。

在至少一个实施例中，光圈阵列包括光圈层。该光圈层设置有在滤光器层上方的透明光圈区部的阵列。每个光圈区部都穿入光圈层中。

在至少一个实施例中，布线包括至少一个衬底通孔。该衬底通孔连接到布置在半导体衬底背面上的再分布层。替代地，布线包括布置在半导体衬底中或半导体衬底上的一个或更多个键合焊盘。

在至少一个实施例中，制造3d集成光学传感器的方法包括以下步骤中的至少一个。为半导体衬底提供包括至少一个光敏区域的集成电路。将该集成电路布置在衬底中主表面处或主表面附近。在半导体衬底上或半导体衬底中布置布线。将布线连接到集成电路。

将滤光器层布置在集成电路上，使滤光器层至少覆盖光敏区域。该滤光器层具有依赖于方向的透射特性。将透明间隔物层布置在滤光器层上，使其至少部分地包围滤光器层。将间隔物厚度布置成限制滤光器层的光谱移动。最后，在透明间隔物层上布置片上漫射器。

在至少一个实施例中，借助于cmos或半导体工艺在滤光器层的上方或下方布置光圈阵列。

下文将参考附图更详细地描述以上给出的原理，其中介绍了示例性实施例。

图1示出了光学传感器的示例性实施例，

图2示出了光学传感器的另一个示例性实施例，

图3示意性地示出了光学传感器的示例性实施例，

图4a、4b、4c示出了从不同方向显示的光学传感器的示意性示例性实施例，

图5a、5b示意性地示出了光学传感器的示例性实施例，

图6a、6b示意性地示出了光学传感器的示例性实施例，

图7a、7b示意性地示出了光学传感器的示例性实施例，

图8a、8b示出了光圈阵列的示例性实施例，

图9a，9b示出了光圈阵列的其他示例性实施例。

图1示出了光学传感器的示例性实施例。3d集成光学传感器包括半导体衬底100、集成电路200、布线300、滤光器层400、透明间隔物层500和漫射器600。在该特定实施例中，光学传感器还包括介电层700和几个硅通孔。

半导体衬底100具有主表面110。集成电路200布置在半导体衬底100中靠近主表面110处。集成电路200具有光敏区域210。通常，半导体衬底100构成硅晶片，或硅晶片的部分。在该特定实施例中，集成电路包括一个或更多个光电二极管，优选地在电磁频谱的可见或近红外范围内敏感的光电二极管。该光电二极管可以在cmos工艺技术中集成。能够一次制造单个或多个集成光学传感器，并借助于晶片级的晶片切割工艺单片化。

布线300提供到集成电路200的电连接。布线300被布置在半导体衬底中。布线300连接到集成电路200，并且因此提供到光敏区域210的电连接。介电层700包括布线300并且在该示例中形成为结构化金属层。布线300用于提供到集成光学传感器外部的部件和电源的电连接。在该实施例中，这是通过衬底通孔5实现的。该图中所示的衬底通孔5包括金属化部分15并且穿到半导体衬底100中。衬底通孔5通过后部布线17来连接布线300的接触区域16。例如，该后部布线17能够是再分布层等，或者是图案化的金属间层。

介电层700布置在主表面110上并且为滤光器层400提供基础。介电层700包括对目标波长或波长范围透明的材料，光学传感器将用于该目标波长或波长范围。优选地，介电层700包括至少一种半导体材料的化合物，例如，半导体材料(如硅)的氧化物或氮化物。通常，光学传感器对可见和近红外电磁辐射敏感。二氧化硅或sio2提供了这样的性质。此外，布线300的金属间层8布置在介电层700中。

可选地，能够将钝化层9嵌入到介电层6中。该钝化层9能够具有另外的介电材料，例如半导体材料的氮化物，尤其是si3n4。优选地，该钝化层9具有在光敏区域210上方的光圈13。替代地，钝化层9包括如图1中虚线所示的整个层。

在衬底100的后侧和/或硅通孔5的侧壁上设置另外的介电层18。该介电层18使金属化部分15和/或后部布线17与衬底的半导体材料隔离。凸块19连接到后部布线17以用于外部电连接。此外，覆盖后侧的部分的钝化层20不用于外部电连接。例如，该钝化层20可以是沉积的氮化硅层，并且尤其可以用于为后部布线17和硅通孔5的金属提供防潮和/或机械保护。

滤光器层400布置在介电层700的主表面上或直接布置在介电层700上。在晶片级工艺中，滤光器层400包括若干层，这些层可以被溅射或沉积在cmos工艺(优选为平面化的氧化物)的最后一层的顶部上，通过该工艺，光敏区域210或集成电路200被布置到了光学传感器中。

在该特定实施例中，滤光器层400是干涉滤光器。在其他实施例(未示出)中，滤光器层400也可以是等离子体滤光器。在两种情况下，滤光器层400包括不同部分层的堆叠。例如，干涉滤光器包括在目标频谱中具有不同折射率的介电材料的交替的层。各层的厚度由滤光器设计确定，例如通过专用滤光器设计软件确定。

滤光器层400具有由其滤光器设计确定的透射特性。透射特性随入射角变化。在这个意义上，滤光器层400的透射依赖于方向。干涉滤光器的示例包括截止滤光器、明视滤光器、彩色滤光器、带通滤光器及其任何组合。

透明间隔物层500被布置在滤光器层400上(更多细节见后边的附图)。间隔物厚度在滤光器层400和漫射器600之间提供一定距离。通常，滤光器层和漫射器的组合的特征在于工作距离。如果放置在工作距离内，则在变化的入射角的情况下，透射特性(即其中心波长)的光谱移动保持在给定的范围内。例如，光谱移动能够在例如小于±30°、±20°、±10°等的区间的入射角下保持恒定(或在±1nm、±2nm、±5nm等内)。入射在漫射器600上的光以漫射的角度分布离开。当照射在滤光器层400时，这些角度将导致更大或不需要的光谱移动。然而，由于通过间隔物厚度产生的工作距离，只有较小间隔的入射角入射在滤光器层400上。因此，能够将光谱移动限制到由透明间隔物层500的性质确定的程度(除其他参数以外)。不同的实施例是可能的，下面讨论一些示例。

透明间隔物层500包括例如环氧材料。替代地，透明间隔物层500也可包含硅树脂，即通常为合成的聚合物化合物。硅树脂在可见和近红外范围内能够是透明的。此外，环氧树脂和硅树脂都能够通过晶片级模制来施加。而且已经发现，当在硅晶片的顶部上使用时，这些材料减少了对其他部件的应力。此外，环氧树脂和硅树脂材料是可用的，这些材料在紫外线下也是透明的，并且不会随着时间的推移而降解(例如，见eg6301)。

例如，漫射器600旋涂在或通过模制布置在介电层700的顶部上。例如，该漫射器600包括具有光散射颗粒的透明有机层。光散射颗粒通常具有例如1至15微米的尺寸。通常，选择尺寸使得漫射器600内的散射遵循几何光学定律，使得基本上散射不依赖于波长。光以具有漫射的角度分布的角度离开漫射器600。此外，选择漫射器600和光散射颗粒的材料都不在目标波长范围中吸收。漫射器厚度通常在20到100微米的范围内。漫射器材料优选地与透明间隔物层500的材料相同。

在光学传感器的操作期间，光入射并且经由漫射器600进入。光可以以平行方式入射或作为不同方向的经漫射的入射光。在两种情况下，入射光以漫射的角度分布离开漫射器600。由于由间隔物厚度限定的工作距离，只有来自一定角度区间的光入射到滤光器层400上。所述区间能够由间隔物厚度确定，并且能够足以将滤光器层400的光谱移动限制到特定的预定的最大值。

所提出的光学传感器是全3d集成设计，并且所有处理步骤能够在晶片级的半导体或cmos兼容工艺中执行，而附加成本低。该设计减少了对外部光圈或外部漫射器的需要，以便减小滤光器漫射特性的角度依赖性。实际上，漫射器已经是传感器封装件的一部分。此外，能够使用不同的滤光器设计，而不需要适合于漫射器的专用滤光器设计。由于使用依赖于方向的滤光器层，整个设计导致好的角度依赖性和减小的光谱移动。这允许关于例如彩色滤光器和明视滤光器的限定的透射特性。

图2示出了光学传感器的另一示例性实施例。基于与图1中类似的总体设计，并且能够通过一个或更多个键合焊盘21来实现布线和电连接。为了更容易表示，并非图1中所示的所有部件也在图2中示出，但仍然可以存在。

漫射器600旋涂在或者通过模制布置在介电层700的顶部上。然而，漫射器600使介电层700的表面的至少某些部分打开以容纳键合焊盘21。该键合焊盘21布置在介电层700和钝化层9中的开口22中。此外，键合焊盘21包括形成为结构化金属层的布线300。键合焊盘21为电源提供电连接并提供到外部部件的电连接，以读取和接收光学传感器信号，用于进一步处理。

为了更容易解释，将在以下附图中采用更示意性的表示。下面讨论的光学传感器能够用硅通孔5(图1中所示)和/或键合焊盘21(图2中所示)来实现。然而，仅示出了具有硅通孔5的实施方式，因为这些构思能够类似地应用于光学传感器的其他实施例。

图3示意性地示出了光学传感器的示例性实施例。该图示出了具有漫射器600、透明间隔物层500和滤光器层400的光学传感器的侧视图。布线300包括硅通孔5。集成电路200包括光传感器，诸如光电二极管作为光敏区域210，但为了更容易表示而未示出(详见图1和图2)。半导体衬底100的背面120包括再分布层130，其能够通过凸块19连接。如前所述，能够存在诸如介电层和钝化层的其他层。然而，为了更容易的表示而未示出。

在该特定实施例中，滤光器层400布置在主表面110上。实际上，在该示例中，滤光器层400覆盖主表面110的大部分(或全部)。这使得光学传感器的制造更容易，因为滤光器层不必以过于精确的方式定位或对准在主表面上。透明间隔物层500布置在滤光器层400上。实际上，透明间隔物层覆盖滤光器层500的大部分(或整个)区域，即滤光器层400在与透明间隔物层500相同的区域之上延伸。最后，漫射器600布置在透明间隔物层500上。当漫射器600沉积在透明间隔物层500的整个区域上时，该漫射器600包围透明间隔物层500。

术语“透明”涉及通过吸收和反射感兴趣的波长而导致的入射辐射的微小损失。在该意义上，漫射器600和间隔物层500是透明的或至少是半透明的。漫射器600包括光散射颗粒，该光散射颗粒将入射光散射成角度分布。例如，在该实施例中，漫射器600和透明间隔物层500由相同(基础)材料(诸如环氧树脂或硅树脂)制成。

图4示意性地示出了从不同方向显示的光学传感器的示例性实施例。实际上，该图示出了图3中的光学传感器的实施方式的示例性尺寸。

a部分示出了光学传感器的俯视图。该装置具有1.66mm的长度和1.145mm的宽度。还描述了几个硅通孔和凸块(参见虚线圆圈)。此外，集成电路200和光敏区域210也由虚线表示。该附图包括沿光学传感器的长度和宽度的侧视图。b部分示出了来自一个角度的3d视图，以强调特征如何在光学传感器中突出。清楚可见的是延伸到半导体衬底中的若干硅通孔和分布在衬底100的背面120上(例如，在再分布层中)的凸块。在该实施例中，光学传感器具有0.418mm的总高度。c部分示出了沿b-b方向(如a部分所示)切割的光学传感器的截面。漫射器具有0.150mm的厚度，而间隔物厚度为0.050mm。(从凸块的下侧到漫射器600的外表面测量的)整个装置高度是0.518mm。这些尺寸仅被理解为示例而不是对精确值的任何限制。

图5a、5b示意性示出了光学传感器的示例性实施例。这些实施例对应于图3中所示的实施例，但具有滤光器层和透明间隔物层的不同实施方式。

在图5a中，滤光器层400和透明间隔物层500不覆盖相同的区域。实际上，透明间隔物层500被构造成使得漫射器600直接与滤光器层400的部分接合，例如在衬底100的边缘区域中接合。这旨在防止由光管效应导致的杂散辐射从侧面穿入。此外，诸如黑色滤光器的可选阻挡结构410布置在光学传感器的边缘处，以防止来自滤光器区域中的侧面的光管效应。

图5b示出了类似的方法，其中，透明间隔物层500被构造成使得漫射器600直接与滤光器层400的部分接合，例如在边缘区域中接合。在该实施例中，滤光器层400在与透明间隔物层500相同的区域之上延伸，但留出衬底的边缘区域。边缘区域直接与漫射器600接合，使得该漫射器完全包围滤光器层400和透明间隔物层500。由于漫射器600中的光散射，防止了杂散光到达光敏区域210。能够可选地添加诸如黑色滤光器的光阻挡结构以进一步减少光管效应。

图6a、6b示意性地示出了光学传感器的示例性实施例。这些实施例示出了可选的光圈阵列510，用于在辐射进入光敏区域(诸如光电二极管)之前将入射角限制在，例如，小于±30或±10度。光圈阵列510包括例如由cmos金属化形成的金属层的堆叠，将在图8a和8b中更详细地解释。然而，如果与晶片级的半导体工艺兼容，则除金属之外的其他材料是可能的。

图6a中所示的实施例对应于图3中所示的一个实施例，但是具有布置在光敏区域210(或集成电路200)和滤光器层400之间的堆叠金属层的附加光圈阵列510。图6b中所示的实施例对应于图5a或5b中的一个，但是具有布置在光敏区域210(或集成电路200)和滤光器层400之间的附加的光圈阵列510。替代地，光圈阵列510也能够布置在滤光器层400上，而不是其下方。

调节透明层的间隔物厚度以避免入射在漫射器600上的辐射的高入射角，例如，大于30°的入射角。然而，如上所述，在一些情况下，间隔物厚度可能高于1000μm。例如，当在移动设备中实施光学传感器时，这种厚度通常太大而不符合设计要求。光圈阵列510允许光学传感器的更低的高度。实际上，透明间隔物层的构思能够与光圈阵列510组合，如图6a和6b所示。所提出的金属堆叠能够例如借助于cmos布局在晶片级的半导体工艺中实现，而通常没有额外的处理步骤。

图7a和7b示意性地示出了光学传感器的示例性实施例。这些实施例示出了可选的光圈阵列，以在辐射进入光敏区域之前将入射角限制在更小的角度。光圈阵列包括具有透明光圈区部阵列的光圈层，所述光圈区部阵列在形成滤光器层之后通过晶片级沉积和结构化而形成，即光圈层布置在滤光器层上。细节将在图9a和9b中更详细地解释。

图6a和6b中所示的实施例分别对应于图5a和5b中所示的一个实施例，但是在光敏区域210(或集成电路200)上方和滤光器层400上具有附加的光圈层。替代地，光圈层520也能够布置在图3的光学传感器中。光圈层520也实现了光学传感器的更低高度。所提出的光圈区部的光圈层520能够在晶片级的半导体工艺中例如借助于cmos布局实现，而通常没有额外的工艺步骤。

图8a、8b示出了光圈阵列的示例性实施例。光圈阵列510包括金属层的堆叠，或与诸如cmos工艺的半导体工艺兼容的任何其他不透明材料。

图8a中的堆叠包括三个层m1、m2、m3，所述三个层通过通孔v彼此堆叠。该堆叠由半导体或cmos金属化形成。下部不透明层m1面向光敏区域210并且具有光圈am1。中间不透明层m2布置在下部不透明层m1之上并且具有光圈am2。上部不透明层m3背向光敏区域21并且具有光圈am3。光圈am3、am2、am3中的每一个分别限制光圈阵列中的光路。

只有当入射角来自允许的角度区间int时，光路才允许入射光到达光敏区域210。该区间由光圈am1、am2、am3的大小和形状确定。此外，入射角分别相对于光路的光轴oa限定。通常，零度的角度表示法向入射并且光平行于光轴oa。

图8b以俯视图示出了一个不透明层m3作为示例。在该特定实施例中，层m3包括方形光圈m3。优选地，其他层m1、m2分别具有相同或类似的形状的光圈am1、am2、am3。其他形状，诸如圆形、矩形等。

图9a、9b示出了光圈阵列的其他示例性实施例。图9a示出了基于光圈层的光圈阵列的横截面。光圈层520包括另外的半导体衬底30，例如另外的硅晶片。图9b示出了光圈层的俯视图。

光圈区部36形成在另外的半导体衬底30的主表面31中，例如通过蚀刻凹部32形成。在该实施例中，凹部32和光圈区部36具有与主表面31相同的尺寸，特别是相同的宽度w和相同的高度h。在其他实施例中，光圈区部18可以具有不同的尺寸和/或形状。

光圈层520布置在滤光器层400的中心，并且限制光的入射角到达光敏区域210的角度。在图中示出了主表面31的法线n和方向d。具有方向d(或更小的入射角)的入射辐射能够到达光圈区部36的底部33处的周边34(由形成角度α的虚线表示)。能够限制角度α，使得视场由圆锥体限制，该圆锥体的孔径等于主表面31的法线n与到达光圈区部36的底部33的中心35的入射辐射的任何方向d’之间的最大角度θ的两倍。图9b示出了光圈层的俯视图，其中光圈区部36的形状是圆形的。也能够实现其他形状，例如正方形、矩形、五边形、六边形等。

附图标记

5衬底通孔

8金属间层

9钝化层

13光圈

15金属化

16接触区域

17后部布线

18介电层

19凸块

20钝化

21键合焊盘

22开口

30衬底

31主表面

32蚀刻凹部

33底部

34周边

35中心

36光圈区部

100半导体衬底

110主表面

120背面

130再分布层

200集成电路

210光敏区域

300布线

400滤光器层

500透明间隔物层

510光圈阵列

520光圈层

600漫射器

700介电层

d方向

d’方向

h高度

n法线

w宽度

α入射角

θ最大角度