[发明专利]光学元件结构及用于其的光学元件制造工艺

说明书

技术领域

本发明涉及半导体结构和用于该半导体结构的制造工艺。更具体地，本发明涉及其上形成有光学元件结构的半导体结构以及用于形成该光学元件结构的光学元件制造工艺。

背景技术

微透镜广泛地应用于各个领域中，诸如微机电系统(MEMS)、图像传感器(包括电荷耦合器件(CCD)图像传感器、互补金属氧化物半导体(CMOS)图像传感器)、光电器件和光子器件等。

通常，利用微透镜将光引导至光敏元件，并且微透镜通常用作聚焦元件。微透镜是在半导体衬底上方形成在光敏元件上的小透镜。因为光穿过微透镜，所以重要的是精确地成形用于将光引导至光敏元件上的微透镜。在一些实例中，微透镜将光图案转换为电荷图案。

通常，通过硬成型方法来形成微透镜。然而，硬成型方法很难制造较小的微透镜图案和在较大区域上保持相同的均匀性。

另一种方法包括可光图案化聚合物和热回流工艺。常常通过图案化在滤色器或光敏元件、介电层或其他衬底部件上方形成的聚合物层来形成微透镜。随后实施热回流工艺以加热用于变形的图案化的聚合物，从而制造微透镜的期望形状。在一些实例中，在下面的衬底中所形成的相应图像传感器的上方对准每个微透镜。因此，每个微透镜上的入射光都聚焦于相应的图像传感器。在这样的工艺中，通过聚合物的属性来确定和限制微透镜的曲率，并且回流步骤所需的工艺温度很高。

然而，由于设计尺寸减小，所以在制造微透镜期间会产生值得关注的问题。例如，由于设计尺寸减小，所以微透镜更紧密地放置在一起。由于微透镜更紧密地放置在一起，所以微透镜在热回流步骤期间趋向于融合。由于微透镜之间的间距缩短，所以很难控制高温下所采用的回流步骤，并且难以阻止微透镜融合。

值得关注的另一问题涉及焦距。由于更多的电路被集成到半导体芯片中，所以器件的厚度由于附加层而增加。因为附加层增大了焦距，因此需要更薄的微透镜。用于制造更薄的微透镜的热回流工艺通常使用更高的温度，从而导致微透镜融合的可能性增大。

值得关注的另一问题在于光学互连件和光波导。光波导的制造工艺面临着类似于制造微透镜的问题。在一些实例中，需要额外的微透镜以被配置为利用光波导。

因此，需要解决上述缺陷/问题。

发明内容

用于形成光学元件的光学元件制造工艺包括形成衬底、一组块体(block)和上覆涂层。在衬底上形成该组块体，块体的每一个都具有可控的纵横比。通过沉积方法在衬底和该组块体上方形成上覆涂层以根据纵横比形成光学元件。

在光学元件结构中，该结构包括衬底、一组块体和弯曲层。在衬底上形成该组块体。在该组块体和衬底上方形成弯曲层。

在用于形成光学元件的光学元件结构中，该结构包括衬底、突出物和上覆涂层。在衬底上形成突出物。在突出物和衬底上方形成上覆涂层。

为了解决现有技术中所存在的缺陷，根据本发明的一方面，提供了一种光学元件制造方法，包括：提供其上形成有一组块体的衬底，每个块体都具有可控的纵横比；以及通过沉积方案在所述一组块体和所述衬底上方形成上覆涂层以根据所述纵横比形成光学元件。

在该方法中，所述光学元件是微透镜和波导中的一种。

在该方法中，所述沉积方案是选自由旋涂方案、原子层沉积方案和基于汽相的沉积方案所组成的组中的一种。

在该方法中，提供步骤进一步包括实施光刻工艺和蚀刻工艺中的一种以在所述衬底上形成所述一组块体。

在该方法中，所述上覆涂层进一步包括选自由微透镜材料、滤色器材料和波导材料所组成的组中的一种材料。

在该方法中，所述衬底进一步包括选自由覆盖层、印刷电路板、平面镜、凸块下金属化层、玻璃、树脂、半导体晶圆和滤色器所组成的组中的一种。

在该方法中，所述一组块体进一步包括选自由烯丙基树脂、丙烯酸树脂、环氧树脂、苯并环丁烯、含氟聚酰亚胺、SiO_xN_y和旋涂介电材料所组成的组中的一种材料。

在该方法中，所述一组块体具有密度参数，所述沉积方案具有旋涂速度参数，所述上覆涂层具有相对于所述一组块体的粘性参数和界面性能参数。

该方法进一步包括：实施烘焙工艺的步骤。

在该方法中，所述波导是聚集光的整体。

在该方法中，所述一组块体和所述上覆涂层包括相同的材料。

根据本发明的另一方面，提供了一种光学元件结构，包括：衬底；一组块体，形成在所述衬底上；以及弯曲层，形成在所述一组块体和所述衬底上方。