TW201928405A - 用於製造微透鏡之方法 - Google Patents
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Abstract
阻層(2)是塗佈在承載件(1)上,具有懸伸或凹入側壁的開口是形成在該阻層中,該承載件在該開口中未被覆蓋,透鏡材料(5)予以沉積,因此在該開口中的該承載件上形成透鏡(6),並且該阻層被移除。
Description
本發明是關於微透鏡的製造。
微透鏡是非常小的透鏡,該微透鏡一般具有小於1毫米的直徑,並可通常小至例如10微米。該微透鏡是廣泛地使用為光電半導體裝置的被動光學組件,以藉由折射聚集或擴散輻射。微透鏡是由具有折射率的材料所組成,該折射率與鄰近材料的折射率不同,以致於在微透鏡的表面處發生輻射的反射。由於該小尺寸,因此微透鏡的製造需要特別高精準度。
球形微透鏡可由例如光阻的熱回流(thermal reflow)生產。阻層是塗布至玻璃基板或熔融的矽氧基板上,並且形成圓柱形柱件的結構。該柱件的後續熱退火由於表面張力,而產生具有球形表面的結構。這些結構可由反應式離子蝕刻(reactive ion etching,RIE)而傳送至該基板或晶圓內。在此程序期間,初始透鏡的變形很難避免。對於一些其它圖案傳送方法而言,需要高處理溫度和高壓力,高溫和高壓可造成最終透鏡形狀由壓力引起的變形。再者,低產率和高處理成本是這些複雜程序流程的本質問題。
本發明的目的是提供一種用來製造微透鏡的有效方法。
上述之目的是以如申請專利範圍第1項所述之製造微透鏡的方法加以達成。該方法的變體衍生自附屬請求項。
該方法利用三維結構的阻層,該阻層具有開口,該開口具有懸伸或凹入側壁輪廓,該阻層可依據半導體技術的標準方法、特別是使用負光阻和光刻,來加以產生。負光阻是光阻的一種型式,其中,該光阻暴露至光線的部分(暴光)對於顯影劑變得不溶解,俾使只有該光阻的未暴光部分才會被顯影劑溶解。
提供用於該微透鏡的材料接著由蒸發技術、濺鍍程序、或與剝離程序(lift-off process)相容的任何其它程序加以沉積。該沉積的透鏡材料的一部分形成該微透鏡在該開口內。該沉積的透鏡材料的剩餘部分連同多餘的光阻,由接下來的剝離程序加以移除。
該方法包含在該承載件上塗佈阻層,在該阻層中形成開口,該開口具有懸伸或凹入側壁在其中,該承載件在該開口中未被覆蓋,沉積透鏡材料,因此在該開口中的承載件上形成透鏡,以及移除該阻層。該阻層可特別包含負光阻。
在該方法的變體中,該懸伸或凹入側壁是形成以包含至少一個階級(step),其在該阻層的不同深度的區域中提供該開口的不同寬度。該懸伸或凹入側壁可特別形成以包含複數個階級。在該方法的其它變體中,該懸伸或凹入側壁是平坦的。
在該方法的另外變體中,該透鏡材料是由蒸發或由濺鍍、特別是反應式濺鍍所沉積。
在另外的變體中,該透鏡材料是無機材料。
在另外的變體中,該承載件包含半導體基板及在該半導體基板上的介電質,而該阻層是塗佈在該介電質上。該介電質可特別包含金屬間介電質,金屬層是嵌入於該金屬間介電質中。該介電質可復包含形成在該金屬間介電質中或上的鈍化層,該透鏡是形成在該鈍化層的開孔上方。
在另外的變體中,該透鏡材料包含金屬的氧化物。在此變體中,該透鏡材料可特別包含選自由例如SiO2、HfO2、Nb2O5和TiO2所組成的群組的至少一個氧化物。其它氧化物也可是適合的。該透鏡材料可或者是例如無定形矽或無定形鍺。
接下來並連同附加的圖式是該方法的詳細描述。以上所描述的定義也可應用至接下來的描述,除非另外說明。
1‧‧‧承載件
2‧‧‧阻層
3‧‧‧開口
4‧‧‧階級
5‧‧‧透鏡材料
6‧‧‧透鏡
7‧‧‧半導體基板
8‧‧‧摻雜區域
9‧‧‧金屬間介電質
10‧‧‧鈍化層
11‧‧‧第一金屬層
12‧‧‧第二金屬層
13‧‧‧第三金屬層
14‧‧‧垂直互連
15‧‧‧開口
d1‧‧‧第一深度
d2‧‧‧第二深度
d3‧‧‧第三深度
d4‧‧‧第四深度
dh‧‧‧水平距離
h‧‧‧高度
w1‧‧‧第一寬度
w2‧‧‧第二寬度
w3‧‧‧第三寬度
w4‧‧‧第四寬度
第1圖是承載件上的三維圖案化的阻層的剖視圖。
第2圖是依據第1圖在沉積該透鏡材料後的剖視圖。
第3圖是依據第2圖在移除該阻層後的剖視圖。
第4圖是該透鏡在該側向位置上的高度的圖式。
第5圖是包含光二極體的半導體裝置的剖視圖,該光二極體設置有可依據該描述的方法所形成的透鏡。
第1圖顯示在承載件1的表面上的阻層2。具有懸伸或凹入側壁的開口3是形成在該阻層2中。該開口3貫穿該阻層2,以致於該承載件表面的區域在該開口3沒有被覆蓋。在下文中,參照至與該承載件表 面平行的特定平面的術語「該開口3的寬度」將意指那平面與該開口3的交界中所在的所有直線的最大長度。由於該懸伸或凹入側壁,因此,該開口3在與該承載件1相距小距離處的平面中的寬度大於該開口3在與該承載件1相距大距離處的平面中的寬度。一般說來,該開口3的形狀可相似於截錐體。該開口3中的該承載件表面的未被覆蓋區域可具有任何幾何形狀,並可特別是例如圓形、橢圓形或多角形。
該懸伸或凹入側壁可特別形成具有至少一個階級4。在第1圖中所顯示的例子中,有三個階級4當作例子。這種階級的數目是任意的。該階級4的邊緣可為圓的,並且該階級4的水平和垂直表面可為傾斜的,視所應用的生產程序而定。該階級4的高度可予以變化。在該方法的其它變體中,該開口3的該懸伸或凹入側壁可為平坦的。
該阻層2可特別包含負光阻。在半導體技術中,建構負光阻以形成具有懸伸或凹入側壁的開口的各種方法是已知的,因此,不需要進一步描述。舉例來說,標準的微影製程可在這些方法中利用。
第1圖顯示一個例子,其中,該開口3具有對應於四種不同寬度的三個階級4。最大的第一寬度w1是出現在該開口3的該側壁到達第一深度d1處,該深度d1等於該阻層2的厚度。較小的第二寬度w2、更小的第三寬度w3、以及最小的第四寬度w4,是出現在該阻層2僅分別到達第二深度d2、第三深度d3、以及第四深度d4的不同上方區域中。藉由調整彼此獨立的該深度d1、d2、d3、d4以提供該開口3的特定寬度w1、w2、w3、w4(其視與該承載件1相距的距離而定),可控制藉由在該開口3中沉積透鏡材料而生產的該透鏡的形狀。
第2圖顯示如何沉積該透鏡材料5以在該阻層2的該開口3中形成透鏡6。與之後的剝離程序相容的沉積程序是特別有利的。蒸發和反應式濺鍍是適合用來沉積該透鏡材料5的傳統沉積方法的例子,但其它沉積程序也可替代而應用。如果使用濺鍍程序,例如,則該透鏡材料噴濺目標物並撞擊該承載件1和該阻層2的表面。此是由第2圖中的箭頭所指示的。在第2圖中,斷線指示此沉積程序期間在該阻層2生長的透鏡6和另外透鏡材料的生長層的兩個中間狀態。
該沉積可加以控制以達成主要的等向沉積特性,特別是例如藉由設定該濺鍍程序的參數。定義該承載件1上的該透鏡材料5的沉積的不同開孔的該開口3的不同寬度w1、w2、w3、w4,影響因此所得到的該透鏡的形狀,特別是其表面的曲率。當越來越多透鏡材料5沉積在該開口3中時,凸起結構依據該不同的開孔和該等向沉積程序而被建立,直到終於得到該透鏡6的希望形狀為止。
第3圖顯示後續剝離程序的結果,藉由該剝離程序移除該阻層2連同已經沉積在該阻層2上的該透鏡材料5。該完成的透鏡6現在突出在該承載件1上。
第4圖的圖式顯示該透鏡6的高度的變異是該水平距離dh的函數,如第3圖中所指示的,以由該描述的方法使用SiO2作為該透鏡材料5所生產的圓柱形透鏡6為例。
該透鏡6可以各種幾何形狀來形成,視該阻層2的圖案化而定。該透鏡6可至少部分地例如為球形或圓柱形。該透鏡6的周界可例如為圓形或像是六角形的多角形。
該透鏡6的光學性質也視該透鏡材料5而定。舉例來說,SiO2可用作該透鏡材料5。濺鍍的SiO2具有大約1.4的折射率,在可見光譜中幾乎沒有分散(dispersion),並且向下至200奈米都沒有吸收。其它適合的透鏡材料為HfO2、Nb2O5和TiO2。HfO2具有大約2.0的折射率,並且向下至250奈米都是透明的。Nb2O5在可見和近紅外光譜中是透明的,並且具有通常2.4的折射率。TiO2的折射率更多,具有高達2.5的數值,因此即使對溫和地彎曲的透鏡仍提供相當短的焦距。2.4及更高的折射率是使用於具有通常1.55的折射率的清徹的環氧樹脂封裝件的前提要件。共濺鍍的可能性致使沉積具有單一材料所沒有的折射率的人工材料。無定形矽或無定形鍺也可有利地使用於在紅外線光譜中必需是透明的透鏡6。
第5圖為具有已經由該描述的方法所生產的透鏡的半導體裝置的例子的剖面圖。該半導體裝置包含像是例如光偵測器的光學組件,其設置有該透鏡。這種半導體裝置可在例如CMOS程序中生產。在依據第5圖的例子中,該半導體裝置具有半導體基板7,其具有基本摻雜,並設置有相反類型導電性的摻雜區域8,以為了形成光二極體的pn-接面。如果該半導體基板7具有例如基本p-型導電性,則該摻雜區域8可為n-阱。金屬間介電質9是塗布在該半導體基板7上或之上,並且金屬層是嵌入於該金屬間介電質9中以形成電線。
第5圖示意地顯示第一金屬層11、第二金屬層12、第三金屬層13、以及在該等金屬層之間的垂直互連14,其沒有覆蓋該光二極體。鈍化層10可配置在該金屬間介電質9中或之上。該鈍化層10可包含開口15在該光二極體上方,特別是如果該鈍化層10具有氮化物的該半導體材 料,以為了避免干擾。該鈍化層可由另一層予以平面化,其可包含與該金屬間介電質9相同的材料,如在第5圖中所顯示的例子。
該描述的方法具有優點,它致使以相對簡單和成本有效的方式從無機材料製造微透鏡,其與標準的CMOS程序相容。該方法是適合於透鏡材料的應用,其覆蓋電磁頻譜的寬範圍,並且提供高反射率。再者,該描述的方法致使在相同基板上生產不同材料和形狀的透鏡。該透鏡的直徑可在從幾微米至通常大約80微米的範圍內。
視該透鏡幾何而定,可在該透鏡之間達成非常小間隔,特別如果兩階段方法是用在沉積。該微透鏡是更準確地對準該基板,如果是應用該描述的方法、而不是傳統的方法,來生產微透鏡。此方法所達成的較高的集積密度促進像是抗反射塗件的塗件的額外沉積,例如在該相同基板上的複數個微透鏡上。
Claims (13)
- 一種製造微透鏡的方法,包含:提供承載件(1),在該承載件(1)上塗佈阻層(2),在該阻層(2)中形成開口(3),該開口(3)具有懸伸或凹入側壁在其中,該承載件(1)在該開口(3)中未被覆蓋,沉積透鏡材料(5),因此在該開口(3)中的承載件(1)上形成透鏡(6),以及移除該阻層(2)。
- 如申請專利範圍第1項所述之方法,其中,該阻層(2)包含負光阻。
- 如申請專利範圍第1或2項所述之方法,其中,該懸伸或凹入側壁是形成以包含至少一個階級,該階級在不同深度(d 1、d 2、d 3、d 4)的該阻層(2)的區域中提供不同寬度(w 1、w 2、w 3、w 4)的該開口(3)。
- 如申請專利範圍第3項所述之方法,其中,該懸伸或凹入側壁是形成以包含複數個階級(4)。
- 如申請專利範圍第1-4項中之一項所述之方法,其中,該透鏡材料(5)是由蒸發所沉積。
- 如申請專利範圍第1-4項中之一項所述之方法,其中,該透鏡材料(5)是由濺鍍所沉積。
- 如申請專利範圍第1-6項中之一項所述之方法,其中,該透鏡材料(5)是無機材料。
- 如申請專利範圍第1-7項中之一項所述之方法,其中,該承載件(1)包含半導體基板(7)及在該半導體基板(7)上的介電質(9、10),而該阻層(2)是塗佈在該介電質(9、10)上。
- 如申請專利範圍第8項所述之方法,其中,該介電質(9、10)包含金屬間介電質(9),而金屬層(11、12、13)是嵌入於該金屬間介電質(9)中。
- 如申請專利範圍第9項所述之方法,其中,該介電質(9、10)復包含形成在該金屬間介電質(9)中或上的鈍化層(10),該透鏡(6)是形成在該鈍化層(10)的開口(15)上方。
- 如申請專利範圍第1-10項中之一項所述之方法,其中,該透鏡材料(5)包含金屬的氧化物。
- 如申請專利範圍第1-10項中之一項所述之方法,其中,該透鏡材料(5)包含選自由SiO 2、HfO 2、Nb 2O 5和TiO 2所組成的群組的至少一個氧化物。
- 如申請專利範圍第1-10項中之一項所述之方法,其中,該透鏡材料(5)為無定形矽或無定形鍺。
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