[发明专利]具有光栅的集成电路及其制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种集成电路，其包括：承载有多个光敏元件的衬底；以及光栅，所述光栅包括多个衍射元件，用于将入射光的各个光谱分量导引至相应的光敏元件。

本发明还涉及一种制造这种集成电路的方法。

背景技术

光敏集成电路(ICs)是众所周知的。这类IC可以应用例如在电子装置中的光传感器，例如数码相机、具有照相功能的移动电话等等。其它应用包括分光光度计。还可以举出其它很多例子。

为了分析(例如量化)入射光的不同光谱分量，需要将入射光分离成这些分量，以及将其投射到不同的光敏元件上。这也可以使用例如滤色镜来实现。然而，使用滤色镜具有以下不足，即必须将附加的部分添加至集成电路，这样就要求附加的工艺步骤，而这些步骤对于IC本身的加工工艺步骤来说不一定兼容的。可选的是，可以提供分离的滤光镜，但是这样会增加最终产品的成本并且可能会引入其它问题，例如位置和对准的问题。

出于对硅基互补金属氧化物(CMOS)集成电路巨大的市场考虑，人们对提供这样一种解决方案很感兴趣，即允许分离入射光的光谱分量，并且易于集成在CMOS集成电路的制造工艺中。例如，美国专利申请No.US5,020,910公开了一种单片衍射分光计，其中提供了在光感测阵列上形成的衍射光栅。在集成电路的金属层中形成所述衍射光栅，并且所述衍射光栅具有可变的坡度，使得可以将大量的特定波长投射至光感测阵列的不同部分。当将所述坡度的尺寸选择为入射光的波长量级时，可以改进的灵敏度。

F.Yang等人在2007年的ElectronicsLetters，Vol.43，1279-1281页，公开了一种采用了CMOS 0.18微米技术的集成颜色探测器，其中在CMOSIC中包括以最靠近硅衬底的金属层中的金属网格的形式的衍射光栅。

P.B.Catrysse等人在2003年的J.Opt.Soc.Am.A，Vol.20，No.12，2293-2306页公开了一种采用了0.18微米CMOS技术的集成电路，其中将已构图金属层放置于集成电路衬底中的像素光探测器之上。已构图金属层用作滤色镜。在实施例中，所述滤色镜由金属层的堆叠组成，层间周期性表现为在每个层内周期性的倍数。

这些CMOS集成电路的金属层中的基于衍射光栅的解决方案的缺点在于通过这些光栅的光量是在零阶，即没有进行衍射。结果，在其中对光谱分量进行分离的高阶衍射的有限强度可能会抑制这些光谱分量强度的精确确定。

发明内容

本发明试图提供一种集成电路，其包括承载有多个光敏元件和光栅的衬底，其中光栅具有多个衍射元件，用于将入射光的各个光谱分量导引至相应的光敏元件，在相应的光敏元件中提高了这些光谱分量的强度。

本发明还试图提供一种制造这种集成电路的方法。

根据本发明的一个方面，提出了一种集成电路，所述集成电路包括：衬底，所述衬底承载了多个光敏元件；以及闪耀光栅，所述闪耀光栅包括多个衍射元件，用于将入射光的各个光谱分量导引至相应的光敏元件，所述闪耀光栅包含层的堆叠，这些层中的至少一些层包括第一部分和其他部分的交替图案，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，第一部分以这样一种形式排列，使得每一个衍射元件包括堆叠的第一部分的阶梯剖面，其中较高层中的第一部分横向地延伸超过所述阶梯剖面的较低层的第一部分。

闪耀光栅的锯齿坡度衍射元件的近似采用金属部分的阶梯剖面相接的透明材料来形成，确保了入射光的主要部分以非零阶的形式传播通过所述光栅，从而确保了光谱地分离了入射光的主要部分。

在实施例中，所述第一部分为金属部分。其优点在于可以采用现有的后端工艺技术来容易实现所述闪耀光栅。

优选地，每个衍射元件的上层包括：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宽度，上部其他部分位于所述上部第一部分和相邻衍射元件的上部第一部分之间，所述上部其他部分具有第二宽度，所述上部层的宽度是所述第一宽度和所述第二宽度之和，其中所述第二宽度和所述上部层宽度的比例不超过0.5。这样也确保入射光的光量按照一阶透射。

在优选实施例中，所述比例为1/3，在该比例下一阶透射最优化。