具有集成光传感器的片上系统型相机以及制造片上系统型相机的方法技术方案

片上系统型相机包括具有集成电路(40)的半导体本体(1)、传感器衬底(2)、根据像素阵列布置在传感器衬底中的传感器元件(3)、在传感器衬底中与传感器元件分开的光传感器(4)，以及入射表面(30)上的透镜或透镜阵列(15)。尤其可以是用于红色、绿色或蓝色的干涉滤光器的滤光器元件(11、12、13)布置在传感器元件和入射表面之间。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】具有集成光传感器的片上系统型相机以及制造片上系统型相机的方法在片上系统(SoC)中，电子系统或设备的所有部件被集成到单个芯片中或单个芯片上。US7,875,947B2公开了由交替堆叠的不同折射率的无机材料(如SiO2、SiON、SiN或Si)形成的滤色器。US8,284,291B2公开了一种光学透镜组件，其包括在图像侧具有凹面的透镜，该凹面具有至少一个拐点。US8,964,062B1公开了一种计算设备的相机，其在相机模块中具有集成的环境光传感器。微处理器分析从该传感器获得的数据。US9,232,150B2公开了一种用于使用图像传感器和每个由多个相邻像素组成的网格元素矩阵来估计计算环境光的系统。US2014/0022650A1公开了一种光学单元，其包括布置在两个衬底之间的两个透镜，用于诸如照相机等图像处理单元。US2016/0006913A1公开了一种光学装置，其包括具有图像传感器和环境光传感器和/或接近传感器的半导体衬底，以及具有透镜元件的光学衬底。本专利技术的目的是公开一种具有集成光传感器的片上系统型相机和一种制造具有集成光传感器的片上系统型相机的方法。该目的通过根据权利要求1的片上系统型相机和根据权利要求15或18的制造片上系统型相机的方法来实现。实施例和变型源自从属权利要求。片上系统型相机包括含有半导体材料的传感器衬底、根据像素阵列布置在传感器衬底中的传感器元件、在传感器衬底中与传感器元件分开的光传感器，以及在传感器元件和光传感器上方的入射表面。传感器衬底连接到包括集成电路的半导体本体，并且布置在半导体本体和入射表面之间。每个传感器元件具有布置在传感器元件和入射表面之间的另外的部件，该另外的部件是滤光器元件或另外的传感器元件的堆叠。在片上系统型相机的实施例中，前介电层布置在传感器衬底和入射表面之间，并且所述另外的部件中的每个是布置在前介电层中的滤光器元件。每个滤光器元件尤其可以是用于红光、绿光或蓝光的带通滤光器。在另一实施例中，金属间隔物横向地布置在滤光器元件或另外的传感器元件处。在另一实施例中，用于红光、绿光或蓝光的另一带通滤光器被布置为光传感器和入射表面之间的滤光器层。在另一实施例中，所述另外的部件中的每个是所述另外的传感器元件的堆叠，所述传感器元件和所述另外的传感器元件布置在距入射表面不同的距离处。在另一实施例中，透镜或透镜阵列由布置在入射表面上的半导体材料的氧化物形成。在另一实施例中，模制材料覆盖透镜或透镜阵列，并且通过模制材料的修改区域(modifiedregion)在光传感器上方形成漫射器。另一实施例包括在半导体本体和传感器衬底之间的金属化层、接触垫、半导体本体中的通孔以及通孔中的金属化部。半导体本体位于金属化层和接触垫之间。通孔中的金属化部与金属化层和接触垫电连接。另一实施例包括在半导体本体和传感器衬底之间的金属化层，在入射表面上方的光学部件和与金属化层与光学部件电连接的穿衬底互连部。另一实施例包括穿透半导体本体的光学通孔和在与背离传感器衬底的一侧上与光学通孔相对的光学部件。在另一实施例中，光传感器是选自环境光传感器、颜色传感器、具有多个像素或带的高光谱传感器、红外传感器和UV传感器的传感器。另一实施例包括接近传感器、手势传感器或包括光源的飞行时间传感器。在另一实施例中，光传感器包括用作另一相机的光传感器阵列。在一方面，制造片上系统型相机的方法包括：提供具有集成电路的半导体本体，提供传感器衬底，该传感器衬底具有根据像素阵列布置的传感器元件和与传感器元件分开的光传感器，将传感器衬底固定到半导体本体，并形成至少一个多种滤光器元件。每种多个滤光器元件通过以下操作来形成：在传感器衬底上方的平坦表面上布置滤光器层，在该滤光器层上施加掩模，该掩模覆盖为滤光器元件提供的区域，使用掩模构造滤光器层，并且使表面平坦化。特别地，通过以下操作可以为片上系统型相机提供三种多个滤光器元件：在传感器衬底上布置第一滤光器层，在第一滤光器层上施加第一掩模，该第一掩模覆盖为第一类型的滤光器元件提供的区域，使用第一掩模构造(尤其是蚀刻)第一滤光器层，平坦化表面，在平坦化表面上布置第二滤光器层，在第二滤光器层上施加第二掩模，该第二掩模覆盖为第二类型的滤光器元件提供的区域，使用第二掩模构造(尤其是)蚀刻第二滤光器层，平坦化表面、在平坦化表面上布置第三滤光器层，在第三滤光器层上施加第三掩模，该第三掩模覆盖为第三类型的滤光器元件提供的区域，使用第三个掩模构造(尤其是蚀刻)第三滤光器层，并且使表面平坦化。在该方法的变型中，在蚀刻最后的滤光器层之后，在平坦化表面上布置UVIR阻挡滤光器层。在UVIR阻挡滤光器层上施加另一掩模，使用另一掩模蚀刻UVIR阻挡滤光器层，并且使表面平坦化。在该方法的另一变型中，透镜层布置在传感器衬底上方，并且具有透镜或透镜阵列形状的转移掩模被施加在透镜层上。通过将转移掩模的形状转移到透镜层来形成透镜或透镜阵列。在另一方面，制造片上系统型相机的方法包括：提供具有集成电路的半导体本体，提供传感器衬底，该传感器衬底具有根据像素阵列布置的传感器元件和与传感器元件分开的光传感器，将传感器衬底固定到半导体本体，和在传感器衬底上方布置透镜或透镜阵列。可以通过在传感器衬底上方布置透镜层，在透镜层上施加转移掩模来形成透镜或透镜阵列，该转移掩模具有透镜或透镜阵列的形状，并通过将转移掩模的形状转移到透镜层来形成透镜或透镜阵列。在该方法的另一变型中，施加模制材料以覆盖透镜或透镜阵列，并且在光传感器上方通过修改光传感器上方的区域中的模制材料来形成漫射器。在该方法的另一变型中，通过蚀刻平坦化表面中的沟槽并用金属填充沟槽，在滤光器元件处形成金属间隔物。以下是结合附图对具有集成光传感器的片上系统型相机和制造片上系统型相机的方法的实施例的详细描述。图1是具有滤光器、光传感器、通孔和模制材料的片上系统型相机的横截面视图。图2是基于图1的具有不同滤光器的片上系统型相机的横截面视图。图3是具有滤光器、光传感器、光学通孔和模制材料的片上系统型相机的横截面视图。图4是具有传感器堆叠、光传感器、通孔和模制材料的片上系统型相机的横截面视图。图5是具有传感器堆叠、光传感器、光学通孔和模制材料的片上系统型相机的横截面视图。图6是具有滤光器、光传感器、通孔和模制材料的另一片上系统型相机的横截面视图。图7是具有滤光器、光传感器和通孔的片上系统型相机的横截面视图。图8是具有滤光器、光传感器和通孔的另一片上系统型相机的横截面视图。图9是基于图8的具有不同滤光器的片上系统型相机的横截面视图。图10是具有传感器堆叠、光传感器和通孔的片上系统型相机的横截面视图。图11是基于图10的具有不同滤光器的片上系统型相机的横截面视图。图12是传感器装置的俯视图。图13是在施加第一滤光器层之后的中间产品的横截面视图。图14是基于图13在构造出第一滤光器层并且表面被平坦化之后的横截面视图。图15是基于图14在平坦化表面上施加掩模之后的横截面视图。图16是基于图15在平坦化表面中蚀刻沟槽之后的横截面视图。图17是基于图16在填充沟槽之后的横截面视图。图18是基于图17在施加第二滤光器层之后的横截面视图。图19是基于图18在构造出第二滤光器层并且表面被平坦化之后的横截面视图本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种片上系统型相机，包括：‑包括半导体材料的传感器衬底(2)，‑根据像素阵列布置在传感器衬底(2)中的传感器元件(3)，‑在传感器衬底(2)中与传感器元件(3)分开的光传感器(4)，和‑传感器元件(3)和光传感器(4)上方的入射表面(30)，其特征在于‑所述传感器衬底(2)连接到包括集成电路(40)的半导体本体(1)，并且布置在半导体本体(1)和入射表面(30)之间，并且‑所述传感器元件(3)中的每个具有布置在传感器元件(3)和入射表面(30)之间的另外的部件，所述另外的部件是滤光器元件(11、12、13)或另外的传感器元件(3′)的堆叠。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.06.16 EP 16174805.81.一种片上系统型相机，包括：-包括半导体材料的传感器衬底(2)，-根据像素阵列布置在传感器衬底(2)中的传感器元件(3)，-在传感器衬底(2)中与传感器元件(3)分开的光传感器(4)，和-传感器元件(3)和光传感器(4)上方的入射表面(30)，其特征在于-所述传感器衬底(2)连接到包括集成电路(40)的半导体本体(1)，并且布置在半导体本体(1)和入射表面(30)之间，并且-所述传感器元件(3)中的每个具有布置在传感器元件(3)和入射表面(30)之间的另外的部件，所述另外的部件是滤光器元件(11、12、13)或另外的传感器元件(3′)的堆叠。2.根据权利要求1所述的片上系统型相机，还包括：传感器衬底(2)和入射表面(30)之间的前介电层(5)，所述另外的部件中的每个是布置在所述前介电层(5)中的滤光器元件(11、12、13)。3.根据权利要求1所述的片上系统型相机，还包括：金属间隔物(22)，其横向布置在所述滤光器元件(11、12、13)或所述另外的传感器元件(3')处。4.根据权利要求2所述的片上系统型相机，其中，所述滤光器元件(11、12、13)中的每个是用于红光、绿光或蓝光的带通滤光器。5.根据权利要求4所述的片上系统型相机，还包括：布置在光传感器(4)和入射表面(30)之间的滤光器层(10)，该滤光器层(10)是用于红光、绿光或蓝光的另一带通滤光器。6.根据权利要求1所述的片上系统型相机，其中，所述另外的部件中的每个是所述另外的传感器元件(3')的堆叠，所述传感器元件(3)和所述另外的传感器元件(3')布置在距入射表面(30)的不同距离处。7.根据权利要求1至6中任一项所述的片上系统型相机，还包括：透镜(15)或透镜(15)的阵列，其由布置在入射表面(30)上的半导体材料的氧化物形成。8.根据权利要求7所述的片上系统型相机，还包括：覆盖透镜(15)或透镜(15)的阵列的模制材料(36)，和通过模制材料(36)的修改区域在光传感器(4)上方形成的漫射器(38)。9.根据权利要求1至8中任一项所述的片上系统型相机，还包括：-半导体本体(1)和传感器衬底(2)之间的金属化层(8)，-接触垫(17)，所述半导体本体(1)布置在金属化层(8)和接触垫(17)之间，-半导体本体(1)中的通孔(19)，和-通孔(19)中的金属化部(21)，该金属化部(21)与金属化层(8)和接触垫(17)电连接。10.根据权利要求1至9中任一项所述的片上系统型相机，还包括：-半导体本体(1)和传感器衬底(2)之间的金属化层(8)，-入射表面(30)上方的光学部件(24)，和-与金属化层(8)和光学部件(24)电连接的穿衬底互连部(29)。11.根据权利要求1至10中任一项所述的片上系统型相机，还包括：-穿透半导体...

【专利技术属性】
技术研发人员：马丁·施雷姆斯，托马斯·施托克迈尔，
申请(专利权)人：AMS有限公司，
类型：发明
国别省市：奥地利,AT