TWI516806B - 光學元件結構及其製造方法 - Google Patents
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Description
本發明係關於一種半導體結構及其製造方法，更特別地是，相關於一種具有一光學元件結構形成於上的半導體結構，以及形成該光學元件結構的光學元件製造方法。
微透鏡廣泛地被應用在各種領域中，例如，微機電系統（MEMS），影像感測器，包括，電荷耦合元件（CCD）影像感測器，互補金屬氧化物導體（CMOS）影像感測器，光電及光子裝置等。
一般而言，微透鏡是被用來將光引導至感光元件（photosensitive component），且典型地，作用為一聚焦元件。微透鏡是被形成在一半導體基板上之一感光元件上方的一微小透鏡，由於光會通過微透鏡，因此微透鏡需準確地塑形，以確定光會被引導至該感光元件上。在一些例子中，微透鏡則是會用來將一光圖案轉換為一電荷圖案。
微透鏡通常是利用硬模方法（hard molding method）製成，然而，硬模方法卻很難製造微小的微透鏡圖案，也很難維持大面積的一致性。
另一種方法是利用一可光圖案化聚合物及一熱回流程序，在此方法中，微透鏡通常是藉由對形成在一彩色濾鏡上方的一聚合物層，或一感光元件、一介面層、或其他基板特性進行圖案化而形成，接著，則是執行一熱回流程序來加熱該已圖案化的聚合物，使其產生形變，以藉此產生微透鏡所需的形狀，在某些例子中，每一個微透鏡都會對齊形成在下方基板中相對應的影像感測器，因此，每一個微透鏡的入射光就可聚焦至相對應的影像感測器，在這樣的程序中，由於該聚合物特性的關係，所以微透鏡的曲度是固定的，也是受限的，而且，回流步驟所需的溫度也很高。
然而，隨著微透鏡之設計尺寸越來越小，在微透鏡的製造期間遭遇到問題，舉例而言，當設計尺寸不斷減小時，微透鏡的位置就會越來越接近，而當位置越接近在一起時，在熱回流程序期間，微透鏡就會出現相互融合的趨勢，但由於回流程序是在高溫下進行，因此，在微透鏡間的距離不斷縮短的情形下，將很難控制及避免微透鏡的融合。
另一個問題則是有關於焦距，由於半導體晶片上整合了越來越多的電路，所以增設了更多的層，使得裝置厚度不斷增加，而增設的層則是會造成焦距的增加，因此需要更薄的微透鏡，但是，為了製造更薄的微透鏡，通常需要更高的熱回流程序溫度，這將導致微透鏡融合的可能性增加。
再一個問題是有關光學連接及光學波導。光波導的製造程序面臨了與製造微透鏡相似的問題，在一些例子中，需要建構額外的微透鏡才能利用光波導。
因此，有需要解決上述的缺失/問題。
一般而言，微透鏡是被用來將光引導至感光元件（photosensitive component），且典型地，作用為一聚焦元件。微透鏡是被形成在一半導體基板上之一感光元件上方的一微小透鏡，由於光會通過微透鏡，因此微透鏡需準確地塑形，以確定光會被引導至該感光元件上。在一些例子中，微透鏡則是會用來將一光圖案轉換為一電荷圖案。
微透鏡通常是利用硬模方法（hard molding method）製成，然而，硬模方法卻很難製造微小的微透鏡圖案，也很難維持大面積的一致性。
另一種方法是利用一可光圖案化聚合物及一熱回流程序，在此方法中，微透鏡通常是藉由對形成在一彩色濾鏡上方的一聚合物層，或一感光元件、一介面層、或其他基板特性進行圖案化而形成，接著，則是執行一熱回流程序來加熱該已圖案化的聚合物，使其產生形變，以藉此產生微透鏡所需的形狀，在某些例子中，每一個微透鏡都會對齊形成在下方基板中相對應的影像感測器，因此，每一個微透鏡的入射光就可聚焦至相對應的影像感測器，在這樣的程序中，由於該聚合物特性的關係，所以微透鏡的曲度是固定的，也是受限的，而且，回流步驟所需的溫度也很高。
然而，隨著微透鏡之設計尺寸越來越小，在微透鏡的製造期間遭遇到問題，舉例而言，當設計尺寸不斷減小時，微透鏡的位置就會越來越接近，而當位置越接近在一起時，在熱回流程序期間，微透鏡就會出現相互融合的趨勢，但由於回流程序是在高溫下進行，因此，在微透鏡間的距離不斷縮短的情形下，將很難控制及避免微透鏡的融合。
另一個問題則是有關於焦距，由於半導體晶片上整合了越來越多的電路，所以增設了更多的層，使得裝置厚度不斷增加，而增設的層則是會造成焦距的增加，因此需要更薄的微透鏡，但是，為了製造更薄的微透鏡，通常需要更高的熱回流程序溫度，這將導致微透鏡融合的可能性增加。
再一個問題是有關光學連接及光學波導。光波導的製造程序面臨了與製造微透鏡相似的問題，在一些例子中，需要建構額外的微透鏡才能利用光波導。
因此，有需要解決上述的缺失/問題。
形成一光學元件的光學元件製造方法包括，形成一基板，一組凸塊，以及一覆蓋塗覆層，該組凸塊被形成在該基板上，且每一個凸塊具有一可控制的長寬比，該覆蓋塗覆層藉由一沈積方案而形成於該組凸塊及該基板上，根據該長寬比而形成一光學元件。
一光學元件結構包括一基板，一組凸塊，以及一彎曲層，該組凸塊被形成在該基板上，該彎曲層形成於該組凸塊及該基板上。
形成一光學元件的光學元件結構包括一基板，一突出物，以及一彎曲層，該突出物被形成在該基板上，該覆蓋塗覆層形成於該突出物以及該基板上。
一光學元件結構包括一基板，一組凸塊，以及一彎曲層，該組凸塊被形成在該基板上，該彎曲層形成於該組凸塊及該基板上。
形成一光學元件的光學元件結構包括一基板，一突出物，以及一彎曲層，該突出物被形成在該基板上，該覆蓋塗覆層形成於該突出物以及該基板上。
10‧‧‧基板
11‧‧‧透明層
12‧‧‧光罩
13‧‧‧溝渠
14、204‧‧‧凸塊
15‧‧‧透明彎曲層
16‧‧‧表面處理
17‧‧‧微透鏡
18‧‧‧凸面部分
19‧‧‧凹面部分
20‧‧‧光阻層
22‧‧‧開口
201、202‧‧‧層
20‧‧‧光阻層
205‧‧‧第一凹陷
206‧‧‧第一通孔
207‧‧‧第二凹陷
208‧‧‧第二通孔
209‧‧‧凹陷
211‧‧‧覆蓋塗覆層
212‧‧‧具角度側壁
300‧‧‧波導
2001‧‧‧第一光罩
2002‧‧‧第二光罩
2003‧‧‧第三光罩
2004‧‧‧第四光罩
參考所附圖式並透過接下來的敘述可對本案獲得最佳的瞭解，其中：
第1圖，其係揭示依照本發明實施例之半導體結構中之一初始結構示意圖；
第2圖，其係揭示依照本發明實施例在半導體結構中執行之一光微影程序的一示意圖；
第3圖，其係揭示依照本發明實施例之半導體結構中之一組凸塊的一示意圖；
第4圖，其係揭示依照本發明實施例之半導體結構中之一光阻層的一示意圖；
第5-7圖，其係揭示依照本發明實施例在半導體結構中執行之一蝕刻程序的示意圖；
第8圖，其係揭示依照本發明實施例之半導體結構中之一覆蓋塗覆層的一示意圖；
第9圖，其係揭示依照本發明實施例之半導體結構中之一熱處理的一示意圖；
第10圖，其係揭示依照本發明實施例之半導體結構中之一微透鏡陣列的一示意圖；
第11圖，其係揭示依照本發明實施例在半導體結構中執行之一光微影程序的一示意圖；
第12圖，其係揭示依照本發明實施例之半導體結構中之一組凸塊的一示意圖；
第13圖，其係揭示依照本發明實施例之半導體結構中之一光阻層的一示意圖；
第14-15圖，其係揭示依照本發明實施例在半導體結構中執行之一蝕刻程序的示意圖；
第16圖，其係揭示依照本發明實施例之半導體結構中之一沈積程序的一示意圖；
第17-18圖，其係揭示依照本發明實施例在半導體結構中執行之一蝕刻程序的示意圖；
第19圖，其係揭示依照本發明實施例之半導體結構中之一沈積程序的一示意圖；
第20圖，其係揭示依照本發明實施例之半導體結構中之一顯影程序的一示意圖；
第21圖，其係揭示依照本發明實施例之半導體結構中之一蝕刻程序的示意圖；
第22圖，其係揭示依照本發明實施例之半導體結構中之一組凸塊的一示意圖；
第23-24圖，其係揭示依照本發明實施例之半導體結構中之一波導的示意圖；以及
第25圖，其係揭示依照本發明實施例之半導體結構的半導體製造方法的一流程圖。
第1圖，其係揭示依照本發明實施例之半導體結構中之一初始結構示意圖；
第2圖，其係揭示依照本發明實施例在半導體結構中執行之一光微影程序的一示意圖；
第3圖，其係揭示依照本發明實施例之半導體結構中之一組凸塊的一示意圖；
第4圖，其係揭示依照本發明實施例之半導體結構中之一光阻層的一示意圖；
第5-7圖，其係揭示依照本發明實施例在半導體結構中執行之一蝕刻程序的示意圖；
第8圖，其係揭示依照本發明實施例之半導體結構中之一覆蓋塗覆層的一示意圖；
第9圖，其係揭示依照本發明實施例之半導體結構中之一熱處理的一示意圖；
第10圖，其係揭示依照本發明實施例之半導體結構中之一微透鏡陣列的一示意圖；
第11圖，其係揭示依照本發明實施例在半導體結構中執行之一光微影程序的一示意圖；
第12圖，其係揭示依照本發明實施例之半導體結構中之一組凸塊的一示意圖；
第13圖，其係揭示依照本發明實施例之半導體結構中之一光阻層的一示意圖；
第14-15圖，其係揭示依照本發明實施例在半導體結構中執行之一蝕刻程序的示意圖；
第16圖，其係揭示依照本發明實施例之半導體結構中之一沈積程序的一示意圖；
第17-18圖，其係揭示依照本發明實施例在半導體結構中執行之一蝕刻程序的示意圖；
第19圖，其係揭示依照本發明實施例之半導體結構中之一沈積程序的一示意圖；
第20圖，其係揭示依照本發明實施例之半導體結構中之一顯影程序的一示意圖；
第21圖，其係揭示依照本發明實施例之半導體結構中之一蝕刻程序的示意圖；
第22圖，其係揭示依照本發明實施例之半導體結構中之一組凸塊的一示意圖；
第23-24圖，其係揭示依照本發明實施例之半導體結構中之一波導的示意圖；以及
第25圖，其係揭示依照本發明實施例之半導體結構的半導體製造方法的一流程圖。
本份揭示將藉由特殊的實施例、並參考特定的圖式而進行敘述，但所揭示的內容並未因此受限，而是僅受到申請專利範圍的限制，所敘述的圖式僅作為示意而非限制之用，在圖式中，某些元件的大小可能為了舉例說明的目的而出現過大且未依比例繪製的情形，並且，尺寸及相關的尺寸也未必符合實際的真實縮小比例。
再者，在敘述及申請專利範圍中的用語“第一”、“第二”及類似者，是用來區分類似的元件，而非必然用於敘述順序，無論是時間上、空間上、等級上、或任何其他的方式，可理解地是，所使用的用語在適當的情況下是可交換的，並且，在此所敘述的實施例亦能夠以不同於在此所敘述、或舉例說明的順序而操作。
此外，在敘述及申請專利範圍中的用語“頂部”、“底部”、“在上方”、“在下方”及類似者，是用於敘述的目的，而非必然用來敘述相對的位置，可理解地是，所使用的用語在適當的情況下是可交換的，並且，在此所敘述的實施例亦能夠以不同於在此所敘述、或舉例說明的不同方位而操作。
要注意地是，用語“包括”（在申請專利範圍中所使用者）不應被解釋為是對之後所列之裝置的限制，其並未排除其他的元件、或步驟，因此，其應被解釋為是要具體指定正如所提之指定特性、整體、步驟、或構件的出現，但卻並未排除一或多個其他特性、整體、步驟、或構件、或其群組的出現或增加，因此，“一裝置包括裝置A以及B”所要表達的範圍不應被限制為是僅包含構件A以及B的裝置。
貫穿此份說明書之對於“一個實施例”或“一實施例”的參考，所表示地是關連於該實施例而敘述的一特殊特性、結構、或特徵被包括在至少一實施例中，因此，在貫穿本份說明書的各個位置中出現的用詞“在一個實施例中”或“在一實施例中”，並非皆表示是關連於相同的實施例，僅是有可能而已，再者，特殊的特性、結構、或特徵可以在一或多個實施例中以任何適合的方式結合，正如本領域具通常知識者可由此份揭示而明顯得知一樣。
類似地，應該要理解地是，在示範性實施例的敘述中，有時為了使揭示更具效率，以及幫助瞭解本份揭示之各方面構想的其中之一或多個，不同的特性會集中在單一個實施例、圖式、或其敘述中，然而，此種揭示方式不可被解釋為是要反應所主張的揭示需要比在每一個申請專利範圍中所明確記載者更多的特性，而是，正如接下來的申請專利範圍所反應的，本份揭示的構想所仰賴地是比單一個前述已揭示實施例的所有特性更少者，因此，由於每一個申請專利範圍皆可單獨作為一分開的實施例，故緊接在詳細敘述後的申請專利範圍於此明確地被併入本份詳細敘述中。
再者，當在此所敘述的一些實施例包括了一些非於其他實施例中所包括的其他特性的同時，不同實施例之特性的結合亦落在所揭示內容的範疇中，並形成不同的實施例，正如本領域中具通常知識者所瞭解的一樣，舉例而言，在接下來的申請專利範圍中，所主張的任何實施例皆可被用於任何結合中。
在於此所提供的敘述中，提出了許多的特殊詳細內容，然而，可理解地是，實施例可在沒有這些特殊詳細內容的情形下實行，在其他的例子中，為了不混淆對於此敘述的瞭解，因此，已知的方法、結構、以及技術並未詳細顯示。
牽涉到本份揭示的沈積方案可以指向選自下列群組的其中之一，包括：旋塗塗覆方案，電鍍方案，原子層沈積方案，物理氣相沈積方案，化學氣相沈積方案，適形沈積（conformal deposition）方案，非適形沈積方案，以及其結合，牽涉到本份揭示的蝕刻方案，舉例而言，部分蝕刻方案，主蝕刻方案，或回蝕刻方案，可指向選自下列群組的其中之一，包括：乾式蝕刻方案，濕式蝕刻方案，等向蝕刻方案，非等向蝕刻方案，及其結合，牽涉到本份揭示的研磨方案可以指向化學機械研磨方案。
現在，揭示內容將藉由數個實施例的詳細敘述而進行敘述，其他的實施例可在不脫離本份敘述之真實技術教示的情形下，根據本領域具通常知識者之知識而進行建構，且所主張的揭示僅受限於所附申請專利範圍的用語。
請參閱第1圖至第10圖，其顯示根據本揭示之一第一實施例，在半導體製造方法中，一微透鏡的一系列過渡結構。第1圖係揭示依照本發明實施例之半導體結構中之一初始結構的示意圖，在第1圖中，一初始結構包括一基板10，以及一透明層11，該透明層11是藉由已知的沈積方案而被形成在該基板10上，例如，旋塗沈積方法，ALD方法，氣相沈積方法等，該基板10包括的材料可為一玻璃，一樹脂，一彩色濾光片，以及一晶圓，或類似者。
第2圖係揭示依照本發明實施例在半導體結構中執行之一光微影程序的示意圖。在第2圖中，該透明層11利用執行具有預先定義圖案之一光罩12的光微影方案進行圖案化，其中，該透明層11會先執行一軟烤（亦稱之為預烤），接著再執行曝光，該透明層11為感光聚合材料，感光旋塗介電材料，或類似者。
第3圖係揭示依照本發明實施例之半導體結構中之一組凸塊的示意圖。在第3圖中，是藉由執行一顯影程序而將複數個溝渠13形成於該基板10上，並且，相對應地，該透明層11會被轉換為一組凸塊14（亦稱之為一組突出物）。
第4圖係揭示依照本發明實施例之半導體結構中之一光阻層的示意圖。在一些實施例中，由於該透明層11是由不具感光性的材料所製成，因此，就需藉由一沈積程序而將一光阻層20形成在該透明層11上，然後再利用光罩12執行光微影方法，以將預先定義的圖案轉印至該光阻層20上，如第4圖所示。
第5-7圖係揭示依照本發明實施例在半導體結構中執行之一蝕刻程序的示意圖。在第5圖中，該光阻層20中預先定義的不需要部分藉由一顯影程序而被移除，因而形成複數個開口22，在第6圖中，該複數個開口22更進一步地向下加深，直到與該基板10共平面，接著，在第7圖中，該光阻層20的剩餘部分利用一去光阻程序（stripping process）移除，因而形成一組凸塊14，其與第3圖中的該組凸塊14是一樣的。
第8圖係揭示依照本發明實施例之半導體結構中之一覆蓋塗覆層的示意圖。在第8圖中，接著執行一沈積方案，特別是一旋塗塗覆程序，以在該組凸塊14以及該基板10的上方形成一透明彎曲層15，該透明彎曲層15是聚合物材料，旋塗介電材料（SOD）、或可被應用在該旋塗塗覆程序的材料，而且，可實施為該組凸塊14以及該透明彎曲層15可使用相同的材料。
透過併入的金屬奈米粒子，半導體奈米粒子，或類似者，該透明彎曲層被作用為波吸收材料，因此，該透明彎曲層15能夠作為一彩色濾光層。
第9圖係揭示依照本發明實施例之半導體結構中之一熱處理的示意圖。在第9圖中，會對該透明彎曲層15執行一烘烤程序，以蒸發剩餘的溶劑，並安定該透明彎曲層15的形狀，進而形成一組微透鏡17，另外，為了加硬該透明彎曲層15，會進行一表面處理16，例如，紫外光（UV）硬化處理，去渣處理（de-scum treatment），脫色處理，化學溶劑處理等，在一些實施例中，該烘烤程序可達攝氏100度C。
舉例而言，該UV硬化處理是利用來自一UV源的一UV光對該組凸塊進行照射而執行，以及該脫色處理的執行是將該組微透鏡17置於一步進曝光機中進行曝光，該化學溶劑處理是藉由利用N-甲基吡咯烷酮（NMP，N-Methly-2-Pyrrolidone）以及丙酮處理該組微透鏡17的表面而執行，該去渣處理的執行是藉由利用氧電漿（oxygen plasma）對該組微透鏡17的表面進行處理。
第10圖係揭示依照本發明實施例之半導體結構中之一微透鏡陣列的示意圖。在第10圖中，該組微透鏡17的架構包括，該基板10，形成在該基板10上的一組凸塊14，以及在頂部的透明彎曲層15，該透明彎曲層15具有凸面部分18以及凹面部分19，並且，該二個部分分別具有個別的曲率半徑，其中，該曲率半徑可受控於複數個參數，該等參數包括，該組凸塊14之一個凸塊的長寬比，該組凸塊14間的間隙，該透明彎曲層15之材料的黏性，以及該旋塗塗覆方案的速度。
為了利用該組微透鏡17，該組凸塊14以及該透明彎曲層15間的折射率應該要小於0.3，並且應該要在300 nm至800 nm的波長範圍內進行測量，其可實施為在該組凸塊14以及該透明彎曲層15中使用相同的材料，以達成最大過渡以及最小的散射。
請參閱第11圖至第23圖，其顯示根據本揭示之一第二實施例，在半導體製造方法中，一波導的一系列過渡結構。第11圖係揭示依照本發明實施例在半導體結構中執行之一光微影程序的示意圖，在第11圖中，一初始結構包括一基板201以及一層202，該層202是藉由已知的沈積方案而形成在該基板201上，例如，旋塗沈積方法，ALD方法，氣相沈積方法等，該基板201包括選自下列群組其中之一者，包括：金屬包覆（cladding），印刷電路板，鏡體（mirror），球下金屬層（under bump metallurgy），玻璃，樹脂，半導體晶圓，及類似者，該層202是利用執行配合具有預先定義圖案的一第一光罩2001的光微影方案而進行圖案化，其中，該第一光罩2001為一灰階遮罩，且該層202會先執行一軟烤（亦稱之為預烤），接著再執行曝光，該層201為感光聚合材料，感光旋塗介電材料，或類似者。
第12圖係揭示依照本發明實施例之半導體結構中之一組凸塊的示意圖，在第12圖中，由於該灰階遮罩的效果，該層202可藉由顯影程序而被轉換為具有不同長寬比的一組凸塊204，其中，長寬比是逐漸減小的，該組凸塊204的材料可為選自下列群組的其中之一，包括：烯丙基樹脂（allyic resin），丙烯酸樹脂（acrylic resin），環氧樹脂（epoxy resin），苯環丁烯（benzocyclobutene），氟代聚酰亞胺（fluoropolyimide），氮氧化矽（SiOxNy），旋塗介電材料，或類似者。
第13圖係揭示依照本發明實施例之半導體結構中之一光阻層的示意圖。在一些實施例中，該組凸塊204是藉由一蝕刻程序而形成，一光阻層203會藉由一沈積程序而形成在該層202之上，如第13圖所示。
再者，在敘述及申請專利範圍中的用語“第一”、“第二”及類似者，是用來區分類似的元件，而非必然用於敘述順序，無論是時間上、空間上、等級上、或任何其他的方式，可理解地是，所使用的用語在適當的情況下是可交換的，並且，在此所敘述的實施例亦能夠以不同於在此所敘述、或舉例說明的順序而操作。
此外，在敘述及申請專利範圍中的用語“頂部”、“底部”、“在上方”、“在下方”及類似者，是用於敘述的目的，而非必然用來敘述相對的位置，可理解地是，所使用的用語在適當的情況下是可交換的，並且，在此所敘述的實施例亦能夠以不同於在此所敘述、或舉例說明的不同方位而操作。
要注意地是，用語“包括”（在申請專利範圍中所使用者）不應被解釋為是對之後所列之裝置的限制，其並未排除其他的元件、或步驟，因此，其應被解釋為是要具體指定正如所提之指定特性、整體、步驟、或構件的出現，但卻並未排除一或多個其他特性、整體、步驟、或構件、或其群組的出現或增加，因此，“一裝置包括裝置A以及B”所要表達的範圍不應被限制為是僅包含構件A以及B的裝置。
貫穿此份說明書之對於“一個實施例”或“一實施例”的參考，所表示地是關連於該實施例而敘述的一特殊特性、結構、或特徵被包括在至少一實施例中，因此，在貫穿本份說明書的各個位置中出現的用詞“在一個實施例中”或“在一實施例中”，並非皆表示是關連於相同的實施例，僅是有可能而已，再者，特殊的特性、結構、或特徵可以在一或多個實施例中以任何適合的方式結合，正如本領域具通常知識者可由此份揭示而明顯得知一樣。
類似地，應該要理解地是，在示範性實施例的敘述中，有時為了使揭示更具效率，以及幫助瞭解本份揭示之各方面構想的其中之一或多個，不同的特性會集中在單一個實施例、圖式、或其敘述中，然而，此種揭示方式不可被解釋為是要反應所主張的揭示需要比在每一個申請專利範圍中所明確記載者更多的特性，而是，正如接下來的申請專利範圍所反應的，本份揭示的構想所仰賴地是比單一個前述已揭示實施例的所有特性更少者，因此，由於每一個申請專利範圍皆可單獨作為一分開的實施例，故緊接在詳細敘述後的申請專利範圍於此明確地被併入本份詳細敘述中。
再者，當在此所敘述的一些實施例包括了一些非於其他實施例中所包括的其他特性的同時，不同實施例之特性的結合亦落在所揭示內容的範疇中，並形成不同的實施例，正如本領域中具通常知識者所瞭解的一樣，舉例而言，在接下來的申請專利範圍中，所主張的任何實施例皆可被用於任何結合中。
在於此所提供的敘述中，提出了許多的特殊詳細內容，然而，可理解地是，實施例可在沒有這些特殊詳細內容的情形下實行，在其他的例子中，為了不混淆對於此敘述的瞭解，因此，已知的方法、結構、以及技術並未詳細顯示。
牽涉到本份揭示的沈積方案可以指向選自下列群組的其中之一，包括：旋塗塗覆方案，電鍍方案，原子層沈積方案，物理氣相沈積方案，化學氣相沈積方案，適形沈積（conformal deposition）方案，非適形沈積方案，以及其結合，牽涉到本份揭示的蝕刻方案，舉例而言，部分蝕刻方案，主蝕刻方案，或回蝕刻方案，可指向選自下列群組的其中之一，包括：乾式蝕刻方案，濕式蝕刻方案，等向蝕刻方案，非等向蝕刻方案，及其結合，牽涉到本份揭示的研磨方案可以指向化學機械研磨方案。
現在，揭示內容將藉由數個實施例的詳細敘述而進行敘述，其他的實施例可在不脫離本份敘述之真實技術教示的情形下，根據本領域具通常知識者之知識而進行建構，且所主張的揭示僅受限於所附申請專利範圍的用語。
請參閱第1圖至第10圖，其顯示根據本揭示之一第一實施例，在半導體製造方法中，一微透鏡的一系列過渡結構。第1圖係揭示依照本發明實施例之半導體結構中之一初始結構的示意圖，在第1圖中，一初始結構包括一基板10，以及一透明層11，該透明層11是藉由已知的沈積方案而被形成在該基板10上，例如，旋塗沈積方法，ALD方法，氣相沈積方法等，該基板10包括的材料可為一玻璃，一樹脂，一彩色濾光片，以及一晶圓，或類似者。
第2圖係揭示依照本發明實施例在半導體結構中執行之一光微影程序的示意圖。在第2圖中，該透明層11利用執行具有預先定義圖案之一光罩12的光微影方案進行圖案化，其中，該透明層11會先執行一軟烤（亦稱之為預烤），接著再執行曝光，該透明層11為感光聚合材料，感光旋塗介電材料，或類似者。
第3圖係揭示依照本發明實施例之半導體結構中之一組凸塊的示意圖。在第3圖中，是藉由執行一顯影程序而將複數個溝渠13形成於該基板10上，並且，相對應地，該透明層11會被轉換為一組凸塊14（亦稱之為一組突出物）。
第4圖係揭示依照本發明實施例之半導體結構中之一光阻層的示意圖。在一些實施例中，由於該透明層11是由不具感光性的材料所製成，因此，就需藉由一沈積程序而將一光阻層20形成在該透明層11上，然後再利用光罩12執行光微影方法，以將預先定義的圖案轉印至該光阻層20上，如第4圖所示。
第5-7圖係揭示依照本發明實施例在半導體結構中執行之一蝕刻程序的示意圖。在第5圖中，該光阻層20中預先定義的不需要部分藉由一顯影程序而被移除，因而形成複數個開口22，在第6圖中，該複數個開口22更進一步地向下加深，直到與該基板10共平面，接著，在第7圖中，該光阻層20的剩餘部分利用一去光阻程序（stripping process）移除，因而形成一組凸塊14，其與第3圖中的該組凸塊14是一樣的。
第8圖係揭示依照本發明實施例之半導體結構中之一覆蓋塗覆層的示意圖。在第8圖中，接著執行一沈積方案，特別是一旋塗塗覆程序，以在該組凸塊14以及該基板10的上方形成一透明彎曲層15，該透明彎曲層15是聚合物材料，旋塗介電材料（SOD）、或可被應用在該旋塗塗覆程序的材料，而且，可實施為該組凸塊14以及該透明彎曲層15可使用相同的材料。
透過併入的金屬奈米粒子，半導體奈米粒子，或類似者，該透明彎曲層被作用為波吸收材料，因此，該透明彎曲層15能夠作為一彩色濾光層。
第9圖係揭示依照本發明實施例之半導體結構中之一熱處理的示意圖。在第9圖中，會對該透明彎曲層15執行一烘烤程序，以蒸發剩餘的溶劑，並安定該透明彎曲層15的形狀，進而形成一組微透鏡17，另外，為了加硬該透明彎曲層15，會進行一表面處理16，例如，紫外光（UV）硬化處理，去渣處理（de-scum treatment），脫色處理，化學溶劑處理等，在一些實施例中，該烘烤程序可達攝氏100度C。
舉例而言，該UV硬化處理是利用來自一UV源的一UV光對該組凸塊進行照射而執行，以及該脫色處理的執行是將該組微透鏡17置於一步進曝光機中進行曝光，該化學溶劑處理是藉由利用N-甲基吡咯烷酮（NMP，N-Methly-2-Pyrrolidone）以及丙酮處理該組微透鏡17的表面而執行，該去渣處理的執行是藉由利用氧電漿（oxygen plasma）對該組微透鏡17的表面進行處理。
第10圖係揭示依照本發明實施例之半導體結構中之一微透鏡陣列的示意圖。在第10圖中，該組微透鏡17的架構包括，該基板10，形成在該基板10上的一組凸塊14，以及在頂部的透明彎曲層15，該透明彎曲層15具有凸面部分18以及凹面部分19，並且，該二個部分分別具有個別的曲率半徑，其中，該曲率半徑可受控於複數個參數，該等參數包括，該組凸塊14之一個凸塊的長寬比，該組凸塊14間的間隙，該透明彎曲層15之材料的黏性，以及該旋塗塗覆方案的速度。
為了利用該組微透鏡17，該組凸塊14以及該透明彎曲層15間的折射率應該要小於0.3，並且應該要在300 nm至800 nm的波長範圍內進行測量，其可實施為在該組凸塊14以及該透明彎曲層15中使用相同的材料，以達成最大過渡以及最小的散射。
請參閱第11圖至第23圖，其顯示根據本揭示之一第二實施例，在半導體製造方法中，一波導的一系列過渡結構。第11圖係揭示依照本發明實施例在半導體結構中執行之一光微影程序的示意圖，在第11圖中，一初始結構包括一基板201以及一層202，該層202是藉由已知的沈積方案而形成在該基板201上，例如，旋塗沈積方法，ALD方法，氣相沈積方法等，該基板201包括選自下列群組其中之一者，包括：金屬包覆（cladding），印刷電路板，鏡體（mirror），球下金屬層（under bump metallurgy），玻璃，樹脂，半導體晶圓，及類似者，該層202是利用執行配合具有預先定義圖案的一第一光罩2001的光微影方案而進行圖案化，其中，該第一光罩2001為一灰階遮罩，且該層202會先執行一軟烤（亦稱之為預烤），接著再執行曝光，該層201為感光聚合材料，感光旋塗介電材料，或類似者。
第12圖係揭示依照本發明實施例之半導體結構中之一組凸塊的示意圖，在第12圖中，由於該灰階遮罩的效果，該層202可藉由顯影程序而被轉換為具有不同長寬比的一組凸塊204，其中，長寬比是逐漸減小的，該組凸塊204的材料可為選自下列群組的其中之一，包括：烯丙基樹脂（allyic resin），丙烯酸樹脂（acrylic resin），環氧樹脂（epoxy resin），苯環丁烯（benzocyclobutene），氟代聚酰亞胺（fluoropolyimide），氮氧化矽（SiOxNy），旋塗介電材料，或類似者。
第13圖係揭示依照本發明實施例之半導體結構中之一光阻層的示意圖。在一些實施例中，該組凸塊204是藉由一蝕刻程序而形成，一光阻層203會藉由一沈積程序而形成在該層202之上，如第13圖所示。
第14-15圖係揭示依照本發明實施例在半導體結構中執行之一蝕刻程序的示意圖，在第14圖中，一光微影方案藉由具有預先定義圖案的一第二光罩2002而執行，接著，該光阻層203中預先定義的不需要部分藉由一顯影程序而被移除，因而形成一第一凹陷205，在第15圖中，該第一凹陷205更進一步地藉由一蝕刻程序而向下加深至一預先定義的深度，以形成一第一通孔206。
第16圖係揭示依照本發明實施例之半導體結構中之一沈積程序的示意圖，在第16圖中，一沈積程序被執行來填滿該第一通孔206，直至與該光阻層203共平面的程度。
第17-18圖係揭示依照本發明實施例在半導體結構中執行之一蝕刻程序的示意圖，在第17圖中，藉由執行一光微影方案，一第三光罩2003可將一所需圖案轉印至該光阻層203上，接著則是執行一顯影程序，以形成具有該所需圖案的一第二凹陷207，在第18圖中，該第二凹陷207更進一步藉由一蝕刻程序而向下加深至一預先定義的深度，以形成一第二通孔208。
第19圖係揭示依照本發明實施例之半導體結構中之一沈積程序的示意圖，在第19圖中，一沈積程序被執行來填滿該第二通孔208，直至與該光阻層203共平面的程度。
第20圖係揭示依照本發明實施例之半導體結構中之一顯影程序的示意圖，在第20圖中，藉由執行一光微影方案，一第四光罩2004可將一所需圖案轉印至該光阻層203上，接著則是執行一顯影程序，以移除該光阻層203的不需要的部份，進而形成複數個凹陷209。
第21圖係揭示依照本發明實施例之半導體結構中之一蝕刻程序的示意圖，在第21圖中，該複數個凹陷209更進一步藉由一蝕刻程序而向下加深，以形成穿透至與該基板201共平面程度的複數個通孔210。
第22圖係揭示依照本發明實施例之半導體結構中之一組凸塊的示意圖，在第22圖中，為了形成該組凸塊204，該光阻層203的剩餘部分利用一去光阻程序(stripping process)移除。
第23-24圖係揭示依照本發明實施例之半導體結構中之一波導的示意圖，在第23圖中，為了形成一波導300，一覆蓋塗覆層211會藉由一沈積方案，特別是一旋塗塗覆程序，而形成覆蓋在該組凸塊204以及該基板201之上。該覆蓋塗覆層211是由金屬包覆(cladding)，聚合物材料，旋塗介電材料(SOD)，或可應用於旋塗塗覆程序之材料所製成，其亦可實施為該組凸塊204以及該覆蓋塗覆層211使用相同的材料，在一些實施例中，該覆蓋塗覆層211被形成在藉由一蝕刻程序(例如，一濕式蝕刻程序)而形成之一具角度側壁212上，以形成如第24圖所顯示的該波導300。在一些實施例中，該波導300是斜率為20度之錐形完整體且會聚光。
在前述的程序中，光學元件的形狀以及特性隨著數個參數而具高度可調性，第一個參數是，每一個凸塊的長寬比，其中，該長寬比由於可在光微影程序、或蝕刻程序中受到控制，因此，該微透鏡、或波導可製造為具有各種不同的長寬比，另外的參數則為該組凸塊的密度，旋塗塗覆程序的旋塗速度，該覆蓋塗覆層的黏度，該覆蓋塗覆層以及該組凸塊間的介面特性等。
接著，提供一半導體的製造方法，以總結用於形成半導體結構之上述一系列過度結構的程序。請參閱第25圖，其係揭示依照本發明實施例之半導體結構的半導體製造方法的一流程圖。
步驟1001在於提供一基板，步驟1002在於沈積一層於該基板上，步驟1003在於圖案化該層，以在該基板上形成一組凸塊，步驟1004在於執行一旋塗塗覆方案，以形成覆蓋在該組凸塊以及該基板上的一覆蓋塗覆層，以及步驟1005在於執行一烘烤程序。
更進一步的實施例提供如下。
實施例1：製造一光學元件的製造方法包括，形成一基板，一組凸塊，以及一覆蓋塗覆層，該組凸塊形成在該基板上，該覆蓋塗覆層藉由一沈積方法形成於該組凸塊及該基板之上。
實施例2：在根據上述實施例的方法中，該光學元件為一微透鏡以及一光導的其中之一。
實施例3：在根據上述實施例1或2的方法中，該沈積方法為選自下列群組的其中之一，包括：一旋塗塗覆方法，一原子層沈積方法，以及一氣相沈積方法。
實施例4：在根據上述實施例1-3之任一方法中，該提供步驟更包括，執行一光微影程序以及一蝕刻程序的其中之一，該光微影程序以及該蝕刻程序的其中之一的執行可在該基板上形成一凸塊，以作為該突出物。
實施例5：在根據上述實施例1-4之任一方法中，該覆蓋塗覆層更包括一材料，而該材料則可選自下列群組的其中之一，包括：一微透鏡材料，一彩色濾光材料，以及一波導材料。
實施例6：在根據上述實施例1-5之任一方法中，該基板更包括一材料，該基板可為選自下列群組的其中之一，包括：一金屬包覆(cladding)，一印刷電路板，一鏡體，一球下金屬層(under bump metallurgy)，一玻璃，一樹脂，一半導體晶圓，以及一彩色濾光片。
實施例7：在根據上述實施例1-6之任一方法中，該組凸塊更包括一材料，該材料可為選自下列群組的其中之一，包括：一烯丙基樹脂(allyic resin)，一丙烯酸樹脂(acrylic resin)，一環氧樹脂(epoxy resin)，一苯環丁烯(benzocyclobutene)，一氟代聚酰亞胺(fluoropolyimide)，一氮氧化矽(SiOxNy)，以及一旋塗介電材料。
實施例8：在根據上述實施例1-7之任一方法中，該組凸塊具有一密度參
數，該沈積方法具有一旋塗速度參數，以及該覆蓋塗覆層具有一黏度參數，以及相對於該組凸塊的一介面特性參數。
實施例9：在根據上述實施例1-8之任一方法中，更包括執行一烘烤程序。
實施例10：在根據上述實施例1-9之任一方法中，該波導為一完整體且會聚光。
實施例11：在根據上述實施例1-10之任一方法中，該組凸塊以及該覆蓋塗覆層具有相同的材料。
實施例12：一種光學元件結構包括，一基板，一組凸塊，以及一彎曲層，該組凸塊形成在該基板上，該彎曲層形成於該組凸塊及該基板上。
實施例13：在根據上述實施例的結構中，該組凸塊具有相同的長寬比。
實施例14：在根據上述實施例12或13的結構中，該結構更包括一間隙，該間隙位於該組凸塊中的二相鄰凸塊之間。
實施例15：在根據上述實施例12-14之任一結構中，該彎曲層具有一凸狀部分以及一凹狀部分，該凸狀部分及該凹狀部分分別具有個別的曲率半徑。
實施例16：在根據上述實施例12-15之任一結構中，該組凸塊具有逐漸減小的長寬比。
實施例17：在根據上述實施例12-16之任一結構中，更包括一斜率20度的錐形。
實施例18：在根據上述實施例12-17之任一結構中，更包括該組凸塊相對於該彎曲層的一折射率。
實施例19：在根據上述實施例12-18之任一結構中，該折射率小於0.3，且測量範圍介於波長300nm至800nm之間。
實施例20：一種光學元件結構包括，一基板，一突出物，以及一覆蓋塗覆層，該突出物形成在該基板上，該覆蓋塗覆層形成於該突出物以及該基板
上。
當所揭示的內容是藉由現今被視為最為實際且較佳的實施例而進行敘述的同時，應瞭解地是，所揭示的內容並無須被限制為所揭示的實施例，相反的，其可涵蓋被包括在所附申請專利範圍的精神以及範疇中的各種修飾以及類似配置，由於申請專利範圍相符於最廣義的解釋，因此即包含了所有如此的修飾以及類似的結構，所以，上述的敘述以及舉例說明不應被視為是對於所附申請專範圍所定義之本份揭示內容之範圍的限制。
10．．．基板
14．．．凸塊
15．．．透明彎曲層
17．．．微透鏡
18．．．凸面部分
19．．．凹面部分
Claims (13)
- 一種光學元件製造方法，包括下列步驟：提供一基板，並於其上形成一凸塊結構，該凸塊結構具有一寬度、一高度及一可控制的長寬比，其中該可控制的長寬比為該寬度與該高度之比值；以及藉由一旋塗塗覆方法在該凸塊結構及該基板上形成一覆蓋塗覆層，並根據該長寬比形成一光學元件，其中該覆蓋塗覆層覆蓋該凸塊結構，並在該凸塊結構之頂部具有一凸面部分。
- 如申請專利範圍第1項所述的方法，其中該光學元件為一微透鏡以及一光波導的其中之一。
- 如申請專利範圍第1項所述的方法，其中該旋塗塗覆方法被一原子層沈積方案，以及一氣相沈積方案之一者取代。
- 如申請專利範圍第1項所述的方法，其中該提供步驟更包括：執行一光微影程序以及一蝕刻程序的其中之一，以在該基板上形成該凸塊結構；以及執行一烘烤程序。
- 如申請專利範圍第1項所述的方法，其中該覆蓋塗覆層更包括選自下列群組的一材料，包括：一微透鏡材料，一彩色濾光材料，以及一波導材料。
- 如申請專利範圍第1項所述的方法，其中該基板更包括選自下列群組的其中之一，包括：一金屬包覆(cladding)，一印刷電路板，一鏡體，一球下金屬層(under bump metallurgy)，一玻璃，一樹脂，一半導體晶圓，以及一彩色濾光片。
- 如申請專利範圍第1項所述的方法，其中該凸塊結構更包括選自下列群組的一材料，包括：一烯丙基樹脂(allyic resin)，一丙烯酸樹脂(acrylic resin)，一環氧樹脂(epoxy resin)，一苯環丁烯(benzocyclobutene)，一氟代聚酸亞胺(fluoropolyimide)，一氮氧化矽(SiOxNy)，以及一旋塗介電材料。
- 如申請專利範圍第1項所述的方法，其中該凸塊結構具有一密度參數，該旋塗塗覆方法具有一旋塗速度參數，以及該覆蓋塗覆層具有一黏度參數，以及相對於該凸塊結構的一介面特性參數。
- 如申請專利範圍第2項所述的方法，其中該波導為一完整體且會聚光。
- 一種光學元件結構，包括：一基板；一組凸塊結構，其形成在該基板上；以及一彎曲層，其形成於該組凸塊結構之至少一者及該基板上方，其中該組凸塊結構之該至少一者被該彎曲層覆蓋。
- 如申請專利範圍第10項所述的結構，其中該組凸塊結構具有相同的長寬比且該彎曲層具有一凸狀部分以及一凹狀部分，以及該凸狀部分及該凹狀部分分別具有個別的曲率半徑。
- 如申請專利範圍第10項所述的結構，其中該組凸塊結構具有逐漸減小的長寬比。
- 一種光學元件結構，包括：一基板；一突出物，其形成在該基板上；以及一覆蓋塗覆層，其形成於該突出物以及該基板上方，以形成該光學元件，其中該突出物及該基板被該覆蓋塗覆層覆蓋。
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