CN117293153A - 半导体结构及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种半导体结构及其制造方法，该半导体结构包括基底、感光元件与导光结构。感光元件设置在基底中。导光结构位于感光元件上方。导光结构具有彼此相对的顶面与底面，且底面较顶面更接近基底。导光结构的最小宽度的位置位于顶面与底面之间。上述半导体结构及其制造方法可缩短制作工艺时间且可有效地降低散射光的信号干扰。

Description

半导体结构及其制造方法
本申请是中国发明专利申请(申请号：201810769160.0，申请日：2018年07月13日，发明名称：半导体结构及其制造方法)的分案申请。
技术领域
本发明涉及一种半导体结构及其制造方法，且特别是涉及一种具有导光结构的半导体结构及其制造方法。
背景技术
目前在以光致抗蚀剂材料制作导光柱时，若显影制作工艺的转速过快，则容易产生导光柱倒塌的问题。若显影制作工艺的转速过慢则会产生光致抗蚀剂残留情况且会增加制作工艺时间。此外，导光柱会受到散射光的信号干扰也是目前亟待解决的问题。
发明内容
本发明的目的在于提出一种半导体结构及其制造方法，其可缩短制作工艺时间且可有效地降低散射光的信号干扰。
本发明提供一种半导体结构，包括基底、感光元件与导光结构。感光元件设置在基底中。导光结构位于感光元件上方。导光结构具有彼此相对的顶面与底面，且底面较顶面更接近基底。导光结构的最小宽度的位置位于顶面与底面之间。
依照本发明的一实施例所述，在上述半导体结构中，导光结构可对准感光元件。
依照本发明的一实施例所述，在上述半导体结构中，导光结构的材料例如是负型光致抗蚀剂材料。
依照本发明的一实施例所述，在上述半导体结构中，顶面的宽度与底面的宽度可分别大于最小宽度。
依照本发明的一实施例所述，在上述半导体结构中，最小宽度的位置与底面的距离例如是导光结构的高度的三分之一至三分之二。
依照本发明的一实施例所述，在上述半导体结构中，导光结构的形状可为沙漏状。
依照本发明的一实施例所述，在上述半导体结构中，导光结构例如是导光柱。
依照本发明的一实施例所述，在上述半导体结构中，导光结构的高宽比例如是5至15。
依照本发明的一实施例所述，在上述半导体结构中，导光结构的高度例如是90微米(μm)至135微米。
依照本发明的一实施例所述，在上述半导体结构中，导光结构的最小宽度例如是9微米至15微米。
依照本发明的一实施例所述，在上述半导体结构中，还包括介电层与多个金属图案。介电层设置在基底上。导光结构可设置在介电层上。金属图案设置在介电层中。在金属图案之间具有间隙，且间隙对准感光元件。
本发明提供一种半导体结构的制造方法，包括以下步骤。提供基底。在基底中具有感光元件。在感光元件上方形成导光结构。导光结构具有彼此相对的顶面与底面，且底面较顶面更接近基底。导光结构的最小宽度的位置位于顶面与底面之间。
依照本发明的一实施例所述，在上述半导体结构的制造方法中，导光结构的形成方法例如是进行光刻制作工艺。光刻制作工艺可包括光致抗蚀剂涂布制作工艺、曝光制作工艺与显影制作工艺。
依照本发明的一实施例所述，在上述半导体结构的制造方法中，曝光制作工艺的焦点位置可位于顶面与底面之间。
依照本发明的一实施例所述，在上述半导体结构的制造方法中，最小宽度的位置可位于焦点位置。
依照本发明的一实施例所述，在上述半导体结构的制造方法中，焦点位置与底面的距离例如是导光结构的高度的三分之一至三分之二。
依照本发明的一实施例所述，在上述半导体结构的制造方法中，显影制作工艺的转速例如是850rpm(每分钟转速)至2000rpm。
依照本发明的一实施例所述，在上述半导体结构的制造方法中，显影制作工艺的显影时间例如是6分钟至15分钟。
依照本发明的一实施例所述，在上述半导体结构的制造方法中，导光结构可对准感光元件。
依照本发明的一实施例所述，在上述半导体结构的制造方法中，还可包括以下步骤。在基底上形成介电层。导光结构可形成在介电层上。在介电层中形成多个金属图案。在金属图案之间具有间隙，且间隙对准感光元件。
基于上述，在本发明所提出的半导体结构及其制造方法中，由于导光结构为最小宽度的位置位于导光结构的顶面与底面之间的特定结构，因此可使用较高转速的显影制作工艺来形成导光结构，且不会产生导光结构倒塌的情况。此外，由于可利用较高转速的显影制作工艺来形成导光结构，因此可有效地缩短制作工艺时间，且可防止光致抗蚀剂残留。另外，由于导光结构具有上述特定结构，因此导光结构可对散射光进行过滤，进而降低散射光的干扰。
为让本发明的上述特征和优点能更明显易懂，下文特举实施例，并配合所附的附图作详细说明如下。
附图说明
图1为本发明一实施例的半导体结构的剖视图。
符号说明
100：半导体结构
102：基底
104：感光元件
106：隔离结构
108：介电层
110：金属图案
112：间隙
114：导光结构
D：距离
H：高度
S1：顶面
S2：底面
W：最小宽度
W1、W2：宽度
具体实施方式
图1为本发明一实施例的半导体结构的剖视图。以下，经由图1来说明半导体结构100的制造方法。半导体结构100可应用于各种感光元件结构，如光学式指纹辨识元件(optical fingerprint recognition device)。
首先，提供基底102。基底102例如是硅基底。在基底102中具有感光元件104。感光元件104例如是光二极管，但本发明并不以此为限。此外，在基底100中还可具有隔离结构106，且感光元件104可位于相邻两个隔离结构106之间。隔离结构106例如是浅沟槽隔离结构(STI)。隔离结构106的材料例如是氧化硅。
接着，可在基底102上形成介电层108。介电层108可为单层结构或多层结构。在介电层108为多层结构的情况下，介电层108中的最上层可作为保护层使用。介电层108的材料例如是氧化硅、氮化硅或其组合。在介电层108的形成方法例如是化学气相沉积法。
然后，可在介电层108中形成多个金属图案110。在金属图案110之间具有间隙112，且间隙112对准感光元件104。金属图案110可用以遮蔽散射光，以防止散射光干扰的情况产生。金属图案110的材料例如是铜、铝或钨。挡光金属层110的形成方法例如是金属镶嵌法或组合使用沉积制作工艺、光刻制作工艺与蚀刻制作工艺。在本实施例中，金属图案110是以四层为例来进行说明，但本发明并不以此为限，所属技术领域具有通常知识者可依照产品需求来决定金属图案110的层数。此外，可通过适当减小间隙112的宽度来达到更好的滤光效果。
接下来，在感光元件104上方形成导光结构114。在本实施例中，导光结构114可形成在感光元件104上方的介电层108上，但本发明并不以此为限。导光结构114可作为光管(light pipe)使用。导光结构114可对准感光元件104。导光结构114例如是导光柱。导光结构114的材料例如是负型光致抗蚀剂材料。导光结构114的高宽比例如是5至15。在本实施例中，将导光结构114的高宽比定义为导光结构114的高度H与导光结构114的最小宽度W的比值。导光结构114的高度H例如是90微米至135微米。导光结构114的最小宽度W例如是9微米至15微米。
导光结构114具有彼此相对的顶面S1与底面S2，且底面S2较顶面S1更接近基底102。导光结构114的最小宽度W的位置位于顶面S1与底面S2之间。顶面S1的宽度W1与底面S2的宽度W2可分别大于最小宽度W，而使得导光结构114的形状可为沙漏状。导光结构114的最小宽度W的位置与底面S2的距离例如是导光结构114的高度的三分之一至三分之二。此外，导光结构114的最小宽度W的位置越靠近底面S2，可使得导光结构114具有更好的滤光效果。
导光结构114的形成方法例如是进行光刻制作工艺。光刻制作工艺可包括光致抗蚀剂涂布制作工艺、曝光制作工艺与显影制作工艺。在光致抗蚀剂涂布制作工艺中，光致抗蚀剂涂布制作工艺所使用的光致抗蚀剂材料例如是负型光致抗蚀剂材料。在曝光制作工艺中，曝光制作工艺的焦点位置可位于顶面S1与底面S2之间，因此导光结构114的最小宽度W的位置可位于所述焦点位置。所述焦点位置与底面S2的距离例如是导光结构114的高度的三分之一至三分之二。显影制作工艺的转速例如是850rpm至2000rpm。显影制作工艺的显影时间例如是6分钟至15分钟。
在另一实施例中，虽然未绘示于图1中，但更可在介电层108的顶面上形成最上层的金属图案110，且导光结构114的底部可位于相邻两个最上层的金属图案110之间的间隙112中。在此情况下，更可形成覆盖最上层的金属图案110的绝缘层(未示出)，且绝缘层可隔开导光结构114与最上层的金属图案110。
以下，通过图1来说明上述实施例的半导体结构100。此外，虽然半导体结构100的形成方法是以上述方法为例进行说明，但本发明并不以此为限。
请参照图1，半导体结构100包括基底102、感光元件104与导光结构114，且还可包括隔离结构106、介电层108、多个金属图案110中的至少一者。感光元件104设置在基底102中。导光结构114位于感光元件104上方。导光结构114具有彼此相对的顶面S1与底面S2，且底面S2较顶面S1更接近基底102。导光结构114的最小宽度W的位置位于顶面S1与底面S2之间。导光结构114可对准感光元件104。隔离结构106设置在基底102中，且感光元件104可位于相邻两个隔离结构106之间。介电层108设置在基底102上。金属图案110设置在介电层108中。在金属图案110之间具有间隙112，且间隙112对准感光元件104。导光结构114可设置在介电层108上。此外，半导体结构100中的各构件的材料、设置方式、形成方法、尺寸(dimension)与功效已于上述实施例进行详尽地说明，因此于此不再重复说明。
基于上述实施例可知，在上述半导体结构100及其制造方法中，由于导光结构114为最小宽度W的位置位于导光结构114的顶面S1与底面S2之间的特定结构，因此可使用较高转速的显影制作工艺来形成导光结构114，且不会产生导光结构114倒塌的情况。此外，由于可利用较高转速的显影制作工艺来形成导光结构114，因此可有效地缩短制作工艺时间，且可防止光致抗蚀剂残留。另外，由于导光结构114具有上述特定结构，因此导光结构114可有效地降低散射光的信号干扰。
综上所述，在上述半导体结构及其制造方法中，由于导光结构为最小宽度的位置位于导光结构的顶面与底面之间的特定结构，因此可同时达成防止导光结构在较高转速的显影制作工艺中倒塌、缩短制作工艺时间与降低散射光的信号干扰的目的。
虽然结合以上实施例公开了本发明，然而其并非用以限定本发明，任何所属技术领域中的技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，可作些许的更动与润饰，故本发明的保护范围应当以附上的权利要求所界定的为准。

Claims (20)

1.一种半导体结构，其特征在于，包括：
基底；
多个感光元件，设置在所述基底中；以及
多个导光结构，位于所述多个感光元件上方，其中所述多个导光结构为彼此间隔开的多个导光柱，且所述多个光导元件中的每一个具有彼此相对的顶面与底面，其中所述底面较所述顶面更接近所述基底，且所述多个导光结构中的每一个的最小宽度的位置位于所述顶面与所述底面之间。
2.根据权利要求1所述的半导体结构，其特征在于，所述多个导光结构分别对准所述多个感光元件，且所述多个导光结构中的每一个中没有任何界面。
3.根据权利要求1所述的半导体结构，其特征在于，所述多个导光结构的材料包括负型光致抗蚀剂材料。
4.根据权利要求1所述的半导体结构，其特征在于，对于所述多个导光结构中的每一个，所述顶面的宽度与所述底面的宽度分别大于所述最小宽度，且所述多个导光结构中的每一个的宽度自所述最小宽度的位置各自连续放大至所述顶面及所述底面。
5.根据权利要求1所述的半导体结构，其特征在于，对于所述多个导光结构中的每一个，所述最小宽度的位置与所述底面的距离为所述导光结构的高度的三分之一至三分之二。
6.根据权利要求1所述的半导体结构，其特征在于，所述多个导光结构中的每一个的形状包括沙漏状。
7.根据权利要求1所述的半导体结构，其特征在于，对于所述多个导光结构中的每一个，所述底面比所述顶面更靠近所述最小宽度的位置。
8.根据权利要求1所述的半导体结构，其特征在于，所述多个导光结构中的每一个的高宽比为5至15。
9.根据权利要求1所述的半导体结构，其特征在于，所述多个导光结构中的每一个的高度为90微米至135微米。
10.根据权利要求1所述的半导体结构，其特征在于，所述多个导光结构中的每一个的最小宽度为9微米至15微米。
11.根据权利要求1所述的半导体结构，其特征在于，还包括：
介电层，设置在所述基底上，其中所述多个导光结构设置在所述介电层上；以及
多个金属图案，设置在所述介电层中，其中在所述多个金属图案之间具有多个间隙，且所述多个间隙分别对准所述多个感光元件。
12.一种半导体结构的制造方法，其特征在于，包括：
提供基底，其中在所述基底中具有多个感光元件；以及
在所述多个感光元件上方形成多个导光结构，其中所述多个导光结构为彼此间隔开的多个导光柱，所述多个导光结构中的每一个具有彼此相对的顶面与底面，所述底面较所述顶面更接近所述基底，且所述多个导光结构中的每一个的最小宽度的位置位于所述顶面与所述底面之间。
13.根据权利要求12所述的半导体结构的制造方法，其特征在于，所述多个导光结构的形成方法包括进行光刻制作工艺，且所述光刻制作工艺包括光致抗蚀剂涂布制作工艺、曝光制作工艺与显影制作工艺。
14.根据权利要求13所述的半导体结构的制造方法，其特征在于，对于所述多个导光结构中的每一个，所述曝光制作工艺的焦点位置位于所述顶面与所述底面之间。
15.根据权利要求14所述的半导体结构的制造方法，其特征在于，对于所述多个导光结构中的每一个，所述最小宽度的位置位于所述焦点位置。
16.根据权利要求14所述的半导体结构的制造方法，其特征在于，对于所述多个导光结构中的每一个，所述焦点位置与所述底面的距离为所述导光结构的高度的三分之一至三分之二。
17.根据权利要求15所述的半导体结构的制造方法，其特征在于，对于所述多个导光结构中的每一个，所述底面比所述顶面更靠近所述最小宽度的位置。
18.根据权利要求13所述的半导体结构的制造方法，其特征在于，所述显影制作工艺的转速为850rpm至2000rpm。
19.根据权利要求12所述的半导体结构的制造方法，其特征在于，所述多个导光结构分别对准所述多个感光元件，且所述多个导光结构中的每一个中没有任何界面。
20.根据权利要求12所述的半导体结构的制造方法，其特征在于，还包括：
在所述基底上形成介电层，其中所述多个导光结构形成在所述介电层上；以及
在所述介电层中形成多个金属图案，其中在所述多个金属图案之间具有多个间隙，且所述多个间隙分别对准所述多个感光元件。
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