[發明專利]具有光柵的集成電路及其制造方法

無效

• 申請號: 200980135964.4
• 申請日: 2009-09-12
• 公開（公告）號: CN102150020A
• 公開（公告）日: 2011-08-10
• 發明（設計）人: 埃爾溫·海魯;馬佳麗·蘭姆伯特
• 申請（專利權）人: NXP股份有限公司
• 主分類號: G01J3/02
• 分類號: G01J3/02;G01J3/18;G01J3/28
• 代理公司: 中科專利商標代理有限責任公司 11021
• 代理人: 王波波

技術領域

本發明涉及一種集成電路，其包括：承載有多個光敏元件的襯底；以及光柵，所述光柵包括多個衍射元件，用于將入射光的各個光譜分量導引至相應的光敏元件。

本發明還涉及一種制造這種集成電路的方法。

背景技術

光敏集成電路(ICs)是眾所周知的。這類IC可以應用例如在電子裝置中的光傳感器，例如數碼相機、具有照相功能的移動電話等等。其它應用包括分光光度計。還可以舉出其它很多例子。

為了分析(例如量化)入射光的不同光譜分量，需要將入射光分離成這些分量，以及將其投射到不同的光敏元件上。這也可以使用例如濾色鏡來實現。然而，使用濾色鏡具有以下不足，即必須將附加的部分添加至集成電路，這樣就要求附加的工藝步驟，而這些步驟對于IC本身的加工工藝步驟來說不一定兼容的。可選的是，可以提供分離的濾光鏡，但是這樣會增加最終產品的成本并且可能會引入其它問題，例如位置和對準的問題。

出于對硅基互補金屬氧化物(CMOS)集成電路巨大的市場考慮，人們對提供這樣一種解決方案很感興趣，即允許分離入射光的光譜分量，并且易于集成在CMOS集成電路的制造工藝中。例如，美國專利申請No.US5,020,910公開了一種單片衍射分光計，其中提供了在光感測陣列上形成的衍射光柵。在集成電路的金屬層中形成所述衍射光柵，并且所述衍射光柵具有可變的坡度，使得可以將大量的特定波長投射至光感測陣列的不同部分。當將所述坡度的尺寸選擇為入射光的波長量級時，可以改進的靈敏度。

F.Yang等人在2007年的ElectronicsLetters，Vol.43，1279-1281頁，公開了一種采用了CMOS?0.18微米技術的集成顏色探測器，其中在CMOSIC中包括以最靠近硅襯底的金屬層中的金屬網格的形式的衍射光柵。

P.B.Catrysse等人在2003年的J.Opt.Soc.Am.A，Vol.20，No.12，2293-2306頁公開了一種采用了0.18微米CMOS技術的集成電路，其中將已構圖金屬層放置于集成電路襯底中的像素光探測器之上。已構圖金屬層用作濾色鏡。在實施例中，所述濾色鏡由金屬層的堆疊組成，層間周期性表現為在每個層內周期性的倍數。

這些CMOS集成電路的金屬層中的基于衍射光柵的解決方案的缺點在于通過這些光柵的光量是在零階，即沒有進行衍射。結果，在其中對光譜分量進行分離的高階衍射的有限強度可能會抑制這些光譜分量強度的精確確定。

發明內容

本發明試圖提供一種集成電路，其包括承載有多個光敏元件和光柵的襯底，其中光柵具有多個衍射元件，用于將入射光的各個光譜分量導引至相應的光敏元件，在相應的光敏元件中提高了這些光譜分量的強度。

本發明還試圖提供一種制造這種集成電路的方法。

根據本發明的一個方面，提出了一種集成電路，所述集成電路包括：襯底，所述襯底承載了多個光敏元件；以及閃耀光柵，所述閃耀光柵包括多個衍射元件，用于將入射光的各個光譜分量導引至相應的光敏元件，所述閃耀光柵包含層的堆疊，這些層中的至少一些層包括第一部分和其他部分的交替圖案，其中第一部分具有第一折射率，以及其他部分具有另一折射率，第一部分以這樣一種形式排列，使得每一個衍射元件包括堆疊的第一部分的階梯剖面，其中較高層中的第一部分橫向地延伸超過所述階梯剖面的較低層的第一部分。

閃耀光柵的鋸齒坡度衍射元件的近似采用金屬部分的階梯剖面相接的透明材料來形成，確保了入射光的主要部分以非零階的形式傳播通過所述光柵，從而確保了光譜地分離了入射光的主要部分。

在實施例中，所述第一部分為金屬部分。其優點在于可以采用現有的后端工藝技術來容易實現所述閃耀光柵。

優選地，每個衍射元件的上層包括：上部第一部分和上部其他部分，其中上部第一部分具有第一寬度，上部其他部分位于所述上部第一部分和相鄰衍射元件的上部第一部分之間，所述上部其他部分具有第二寬度，所述上部層的寬度是所述第一寬度和所述第二寬度之和，其中所述第二寬度和所述上部層寬度的比例不超過0.5。這樣也確保入射光的光量按照一階透射。

在優選實施例中，所述比例為1/3，在該比例下一階透射最優化。