具有彩色頂側(cè)的硅晶圓的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種硅晶圓，特別是涉及一種用來反射特定光線，具有彩色頂側(cè)的硅晶圓。
【背景技術(shù)】
[0002]光子晶體是周期性的光納米結(jié)構(gòu)，其影響光子的運(yùn)動(dòng)，與離子晶體影響電子于固體中運(yùn)動(dòng)的方式是大致相同的，它是由E.Yablonovutch與S.John于1987所提出的。對電磁波而言，能帶結(jié)構(gòu)存在于三維且具有周期性排列的介電常數(shù)的介質(zhì)中。它是所謂的光子帶隙的系統(tǒng)。在這樣的結(jié)構(gòu)中，由于電磁波在周期性介質(zhì)中散射，某些頻段的電磁波因破壞性干涉導(dǎo)致強(qiáng)度呈指數(shù)下降而無法傳送。因此，在頻譜上形成了能隙。光子晶體中電磁波的傳播特性，包括幅度、相位、偏振方向和波長，可以通過控制光子晶體的特性，如發(fā)射光譜、群速度色散、偏振特性、相位匹配等而顯著地模塊化。
[0003]光子晶體發(fā)生于自然界中，以結(jié)構(gòu)性著色的形式呈現(xiàn)，對許多形式的應(yīng)用有很大的幫助，例如，變色涂料和油墨、光子晶體光纖、光纖和光計(jì)算器。因?yàn)楣庾泳w是用于控制和操縱光線流的新光學(xué)材料，最近許多的應(yīng)用是在光子晶體結(jié)構(gòu)的發(fā)光二極管中，以提高其光提取效率。
[0004]請參閱圖1，美國專利第8，288，755號公開了一種具有光子晶體結(jié)構(gòu)于其內(nèi)部的發(fā)光元件。該發(fā)光元件具有一基板100，用來形成所有發(fā)光元件的部件并通透光線。一緩沖層108形成于(制造過程是由上往下，圖1僅顯示發(fā)光元件運(yùn)作時(shí)的狀況)基板100上。接著，在相同的制程中形成光子晶體圖案106和一墊圖案107。一發(fā)光結(jié)構(gòu)110形成于光子晶體圖案106上，并包括一第一導(dǎo)電層112、一發(fā)光層114與一第二導(dǎo)電層116。一絕緣層120形成于上表面與發(fā)光結(jié)構(gòu)110的側(cè)墻上。一第一歐姆層131與一第二歐姆層132建構(gòu)以填滿由絕緣層120所形成的開口。最終，產(chǎn)生一第一電極140與一第二電極150以連接外部電源。因此，當(dāng)一偏壓(_)與偏壓(+)分別施加到第一電極140與第二電極150時(shí)，光線L生成，經(jīng)由該光子晶體圖案106向上發(fā)射出。在這個(gè)時(shí)刻，光子晶體圖案106協(xié)助更多的光線射出該第一導(dǎo)電層112，S卩，增加了光提取效率。
[0005]前述的發(fā)明利用光子晶體的特色，允許特定頻段的光線通透，以加強(qiáng)光提取效率。光子晶體圖案于晶圓制程中形成，這是具有晶圓光子晶體結(jié)構(gòu)的一個(gè)應(yīng)用(或晶圓級設(shè)備)。因?yàn)槿绻m當(dāng)?shù)脑O(shè)計(jì)下，光子晶體也會具有反射特定光線的特色，光線能被反射而顯出特定的顏色，甚至顯示特定的標(biāo)志。對于某些具有開放操作區(qū)域的集成電路，例如，指紋識別傳感器的一部分，反射光可以指示手指的滑動(dòng)方向，或用于商業(yè)用途而于該區(qū)域提供商標(biāo)圖形。本發(fā)明聚焦在能實(shí)現(xiàn)上述目標(biāo)的結(jié)構(gòu)上。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0006]為了解決以上冋題，本發(fā)明提供了一種具有彩色頂側(cè)的娃晶圓，包含:一晶圓；一第一半導(dǎo)體層，形成于至少該晶圓的一頂側(cè)的一部分上，具有周期性結(jié)構(gòu)以形成一光柵圖案，及一第二半導(dǎo)體層，形成于該第一半導(dǎo)體層上，以一底側(cè)完全接觸該周期性結(jié)構(gòu)。該第一半導(dǎo)體層與該第二半導(dǎo)體層形成一光子晶體層，該光子晶體層反射一預(yù)定波長范圍內(nèi)的入射可見光線，以便該晶圓的頂部產(chǎn)生至少兩種不同顏色。
[0007]依照本案構(gòu)想，相鄰的周期性結(jié)構(gòu)間的中心距離范圍為10nm?700nm。
[0008]依照本案構(gòu)想，該周期性結(jié)構(gòu)的邊界形成一特定的標(biāo)志。
[0009]依照本案構(gòu)想，該第一半導(dǎo)體層或該第二半導(dǎo)體層的材質(zhì)為氧化銦錫、氧化鋅、氮化鈦、鈦、銀、鋁、銠、鈀、鎳金合金、鈦鉑合金，或前述材料的混合物。
[0010]依照本案構(gòu)想，該第一半導(dǎo)體層或該第二半導(dǎo)體層由硅、氮化硅、二氧化硅、聚酰亞胺、碳化硅或氮氧化硅所制成。
[0011]依照本案構(gòu)想，進(jìn)一步包含一第三半導(dǎo)體層與一第四半導(dǎo)體層，從下到上依次形成，于至少該第二半導(dǎo)體層的一部分、該晶圓的一部分或該第二半導(dǎo)體層與晶圓的一部分上，其中該第三半導(dǎo)體層與該第四半導(dǎo)體層形成一光子晶體層。
[0012]依照本案構(gòu)想，該第三半導(dǎo)體層具有周期性結(jié)構(gòu)且該第四半導(dǎo)體層的一底側(cè)完全接觸該周期性結(jié)構(gòu)。
[0013]依照本案構(gòu)想，進(jìn)一步包含一保護(hù)層，該保護(hù)層覆蓋該第二半導(dǎo)體層的上部，用以保護(hù)該第二半導(dǎo)體層。
[0014]依照本案構(gòu)想，該保護(hù)層為透明或半透明，以通透光線。
[0015]依照本案構(gòu)想，該周期性結(jié)構(gòu)為柱體、氣孔、堆棧棒體或堆棧奈米結(jié)構(gòu)。
[0016]本發(fā)明提供的硅晶圓，能從面對外部光線的表面反射特定顏色的光線。因此，通過切割具有與外部環(huán)境互動(dòng)的功能而不是被封裝的硅晶圓，從而能使其具有展現(xiàn)某些特定的標(biāo)志或商標(biāo)的優(yōu)點(diǎn)。
【附圖說明】
[0017]圖1為一現(xiàn)有的發(fā)光二極管，其具有光子晶體結(jié)構(gòu)以提高光提取效率；
[0018]圖2為本發(fā)明第一實(shí)施例的具有彩色頂側(cè)的彩色硅晶圓一部分的剖面；
[0019]圖3為在第一實(shí)施例中一基娃晶圓與一第一半導(dǎo)體層一部分的透視圖；
[0020]圖4為第一實(shí)施例中周期性結(jié)構(gòu)的部分上視圖；
[0021]圖5為第一實(shí)施例中彩色硅晶圓的上視圖；
[0022]圖6為本發(fā)明第二實(shí)施例的具有彩色頂側(cè)的彩色硅晶圓一部分的剖面；
[0023]圖7為第二實(shí)施例中一基硅晶圓與一第一半導(dǎo)體層一部分的透視圖；
[0024]圖8為第二實(shí)施例中周期性結(jié)構(gòu)的部分上視圖；
[0025]圖9為第二實(shí)施例中彩色硅晶圓的上視圖；
[0026]圖10為本發(fā)明第三實(shí)施例的具有彩色頂側(cè)的彩色硅晶圓一部分的剖面；
[0027]圖11為第三實(shí)施例中彩色娃晶圓的上視圖；
[0028]圖12為本發(fā)明第四實(shí)施例的具有彩色頂側(cè)的彩色硅晶圓一部分的剖面。
[0029]附圖標(biāo)記說明:100-基板；106_光子晶體圖案；107-墊圖案；108-緩沖層；110-發(fā)光結(jié)構(gòu)；112-第一導(dǎo)電層；114-發(fā)光層；116-第二導(dǎo)電層；120-絕緣層；131-第一歐姆層；132_第二歐姆層；140_第一電極；150_第二電極；20_彩色娃晶圓；202_基娃晶圓；2022_突出結(jié)構(gòu)；2024_平面部；204_第一半導(dǎo)體層；2042_周期性結(jié)構(gòu)；206_第二半導(dǎo)體層；208-保護(hù)層；30-彩色硅晶圓；302-基硅晶圓；304_第一半導(dǎo)體層；3042_周期性結(jié)構(gòu)；306_第二半導(dǎo)體層；40_彩色硅晶圓；402_基硅晶圓；404_第一半導(dǎo)體層；4042_周期性結(jié)構(gòu)；406_第二半導(dǎo)體層；408_第三半導(dǎo)體層；4082_周期性結(jié)構(gòu)；410_第四半導(dǎo)體層；412_保護(hù)層；50_彩色硅晶圓；502_基硅晶圓；504_第一半導(dǎo)體層；5042_周期性結(jié)構(gòu)；506-第二半導(dǎo)體層;a_中心間距；a’ -中心間距;a，，_中心間距。
【具體實(shí)施方式】
[0030]本發(fā)明將通過下列實(shí)施方式而更具體地描述。
[0031]第一實(shí)施例:
[0032]請參閱圖2至圖5，本發(fā)明的第一實(shí)施例通過該些圖示而說明。圖2顯示具有彩色頂側(cè)的一彩色娃晶圓20的剖面的一部分。彩色娃晶圓20包含一基娃晶圓202、一第一半導(dǎo)體層204、一第二半導(dǎo)體層206與一保護(hù)層208，依序形成。該第一半導(dǎo)體層204與第二半導(dǎo)體層206形成一光子晶體層。為了說明目的，該圖垂直方向未按比例繪示(基硅晶圓202的高度遠(yuǎn)較繪圖所示來得短)。
[0033]基硅晶圓202可為不同目的切割而產(chǎn)生許多芯片。依照本發(fā)明，該些晶粒的至少一側(cè)面朝外部光線，而非兩側(cè)都封裝于熱固塑料中。在此實(shí)施例中，由基硅晶圓202切下的芯片能進(jìn)一步處理而形成指紋辨識器。關(guān)于制造指紋辨識器的工藝，由于有許多用于偵測電容變化的感測元件，因此周期性突出結(jié)構(gòu)2022形成于芯片的上表面，基硅晶圓202的部分區(qū)域上。在突出結(jié)構(gòu)2022上為第一半導(dǎo)體層204?；杈A202未被第一半導(dǎo)體層204與第二半導(dǎo)體層206覆蓋的一平面部2024用于芯片切割。
[0034]依照圖2，第一半導(dǎo)體層204也形成于基硅晶圓202 —部分的頂側(cè)上。第一半導(dǎo)體層204具有周期性結(jié)構(gòu)2042，其形成一種光柵圖案。為了有更好的說明，請同時(shí)參見圖2與圖3。圖3為基硅晶圓202與第一半導(dǎo)體層204 —部分的透視圖。要注意的是圖3可由基硅晶圓202的任何部分切下。因而，任何數(shù)量的周期性結(jié)構(gòu)2042與排列都有可能，不僅限于圖3所示。第一半導(dǎo)體層204由鋁制成，并由濺鍍和蝕刻制程所形成。
[0035]圖4為周期性結(jié)構(gòu)2042的部分上視圖。該周期性結(jié)構(gòu)2042排列為一個(gè)方陣，相鄰的周期性結(jié)構(gòu)2042的中心間距由字母〃a〃表示。對于作為光子晶體微觀結(jié)構(gòu)的排列來說，〃a〃是某些可見光波長的四分之一。因此，〃a〃的范圍從10nm到700nm，在本實(shí)施例為150nmo
[0036]第二半導(dǎo)體層206由氧化銦錫制成，形成于第一半導(dǎo)體層204上。要強(qiáng)調(diào)的是第一半導(dǎo)體層204的硬度大于第二半導(dǎo)體層206的硬度，以支撐光子晶體結(jié)構(gòu)。第二半導(dǎo)體層206的底側(cè)實(shí)質(zhì)完全地接觸第一半導(dǎo)體層204的周期性結(jié)構(gòu)2042。也就是說氧化銦錫填充于周期性結(jié)構(gòu)2042間的空間，以便第二半導(dǎo)體層206與第一半導(dǎo)體層204整合。第一半導(dǎo)體層204與第二半導(dǎo)體層206因此運(yùn)作以反射一預(yù)定波長范圍內(nèi)的入射可見光線。因?yàn)閬碜缘谝话雽?dǎo)體層204與第二半導(dǎo)體層206的反射光線不同于來自第一半導(dǎo)體層204與第二半導(dǎo)體層206未覆蓋區(qū)的反射光線，以便該晶圓的頂部能產(chǎn)生至少兩種不同顏色。
[0037]為了有較清楚的說明，請?jiān)賲㈤唸D2。具有不同波長的光線以三個(gè)箭號所示(不同的填充效果:圓點(diǎn)、虛線和實(shí)線)。只有用具有圓點(diǎn)填充效果的箭頭可以自第二半導(dǎo)體層206的上表面反射，這也是為什么彩色硅晶圓20能提供任何設(shè)計(jì)的顏色。缺陷設(shè)計(jì)(移除某些周期性結(jié)構(gòu)2042，標(biāo)示于圖3的虛線框內(nèi))也可助于在特定反射角反射光線，促使該顏色能在特定的角度被看到。此外，周期性結(jié)構(gòu)2042的邊界形成特定的標(biāo)志。請參閱圖5，一個(gè)箭頭顯示手指滑動(dòng)方向能由光反射而表現(xiàn)，但不影響下方感測元件的效能。
[0038]保護(hù)層208覆蓋第二半導(dǎo)體層206的上部，用來保護(hù)第二半導(dǎo)體層206。保護(hù)層208應(yīng)具相當(dāng)程度的硬度，并可使用透明或半透明的材料制成。在本實(shí)施例中，保護(hù)層208是一層的鉆石薄膜，事實(shí)上也可以使用一層陶瓷。依照本發(fā)明的精神，保護(hù)層208可能不需要，只要第二半導(dǎo)體層206硬度足夠以抵抗由手指產(chǎn)生的摩擦力即可。
[0039]要注意的是第一半導(dǎo)體層204不限于由鋁所制成，第二半導(dǎo)體層206不限于由氧化銦錫所制成。實(shí)作上，第一半導(dǎo)體層204能使用像氧化銦錫、氧化鋅、氮化鈦、鈦、銀、銠、