光学天线及其制造方法和光学相控阵芯片与流程

1.本公开涉及半导体技术领域，特别是涉及一种光学天线及其制造方法和光学相控阵芯片。


背景技术：

2.激光雷达技术是一种高精度的3d图像感知技术，广泛应用于自动驾驶、机器人、无人机等领域。基于光学相控阵的激光雷达技术，利用相控阵实现光束在空间中的转向，从而可以实现纯固态的二维光束扫描。光学天线是光学相控阵中的关键器件，从光学天线射出的出射光的光斑发散角和出射光功率决定了激光雷达技术在测距应用中所能测量最远距离。


技术实现要素：

3.根据本公开的一些实施例，提供了一种光学天线，包括：介质层；多个天线结构，位于所述介质层中并在第一方向上彼此间隔开，所述多个天线结构中的每一个天线结构沿着与所述第一方向交叉的第二方向延伸；以及金属层，位于所述介质层中与所述多个天线结构相对，并且沿着所述第二方向延伸，其中，所述金属层具有面向所述多个天线结构的非平坦表面，以使得在所述多个天线结构中的每一个天线结构中传播的光的面向所述金属层射出的第一部分经所述非平坦表面反射并与所述光的背离所述金属层射出的第二部分发生干涉。
4.根据本公开的一些实施例，提供了一种光学相控阵芯片，包括如上所述的光学天线。
5.根据本公开的一些实施例，还提供了制造光学天线的方法，包括：提供绝缘体上半导体衬底，所述绝缘体上半导体衬底包括彼此堆叠的第一介质层和半导体层；至少通过对所述半导体层执行图形化工艺，形成多个天线结构，所述多个天线结构在第一方向上彼此间隔开，所述多个天线结构中的每一个天线结构沿着与所述第一方向交叉的第二方向延伸；以及形成嵌入有金属层的第二介质层，所述第二介质层与所述第一介质层一起包覆所述多个天线结构，其中，所述金属层具有面向所述多个天线结构的非平坦表面，以使得在所述多个天线结构中的每一个天线结构中传播的光的面向所述金属层射出的第一部分经所述非平坦表面反射并与所述光的背离所述金属层射出的第二部分发生干涉。
6.根据在下文中所描述的实施例，本公开的这些和其它方面将是清楚明白的，并且将参考在下文中所描述的实施例而被阐明。
附图说明
7.在下面结合附图对于示例性实施例的描述中，本公开的更多细节、特征和优点被公开，在附图中：
8.图1a
‑
图1c是本公开的一些实施例的光学天线100的结构示意图；
9.图2a是根据相关技术中的光学天线中射出的出射光的远场幅度分布的示意图；
10.图2b是根据相关技术中的光学天线中射出的出射光的远场幅度分布的示意图；
11.图2c根据本公开的光学天线100射出的出射光远场幅度分布的示意图；
12.图3a
‑
图3c是本公开的一些实施例的光学天线300的结构示意图；
13.图4a是根据相关技术中的光学天线中射出的出射光的远场幅度分布的示意图；
14.图4b是根据相关技术中的光学天线中射出的出射光的远场幅度分布的示意图；
15.图4c根据本公开的光学天线300射出的出射光远场幅度分布的示意图；
16.图5是根据本公开的一些实施例的制造光学天线的方法500的示意性流程图；
17.图6a
‑
图6e是根据本公开的一些实施例的方法500获得的半导体器件的截面结构示意图；
18.图7是根据本公开的一些实施例的方法500中形成嵌入有金属层的第二介质层的过程的流程图；
19.图8a
‑
图8i是根据本公开的一些实施例的方法500获得的半导体器件的截面结构示意图；
20.图9是根据本公开的一些实施例的方法500中形成多个天线结构的过程的流程图；以及
21.图10是根据本公开的一些实施例的方法500中形成嵌入有金属层的第二介质层的过程的流程图。
具体实施方式
22.将理解的是，尽管术语第一、第二、第三等等在本文中可以用来描述各种元件、部件、区、层和/或部分，但是这些元件、部件、区、层和/或部分不应当由这些术语限制。这些术语仅用来将一个元件、部件、区、层或部分与另一个元件、部件、区、层或部分相区分。因此，下面讨论的第一元件、部件、区、层或部分可以被称为第二元件、部件、区、层或部分而不偏离本公开的教导。
23.诸如“在
…
下面”、“在
…
之下”、“较下”、“在
…
下方”、“在
…
之上”、“较上”等等之类的空间相对术语在本文中可以为了便于描述而用来描述如图中所图示的一个元件或特征与另一个(些)元件或特征的关系。将理解的是，这些空间相对术语意图涵盖除了图中描绘的取向之外在使用或操作中的器件的不同取向。例如，如果翻转图中的器件，那么被描述为“在其他元件或特征之下”或“在其他元件或特征下面”或“在其他元件或特征下方”的元件将取向为“在其他元件或特征之上”。因此，示例性术语“在
…
之下”和“在
…
下方”可以涵盖在
…
之上和在
…
之下的取向两者。诸如“在
…
之前”或“在
…
前”和“在
…
之后”或“接着是”之类的术语可以类似地例如用来指示光穿过元件所依的次序。器件可以取向为其他方式(旋转90度或以其他取向)并且相应地解释本文中使用的空间相对描述符。另外，还将理解的是，当层被称为“在两个层之间”时，其可以是在该两个层之间的唯一的层，或者也可以存在一个或多个中间层。
24.本文中使用的术语仅出于描述特定实施例的目的并且不意图限制本公开。如本文中使用的，单数形式“一个”、“一”和“该”意图也包括复数形式，除非上下文清楚地另有指示。将进一步理解的是，术语“包括”和/或“包含”当在本说明书中使用时指定所述及特征、
整体、步骤、操作、元件和/或部件的存在，但不排除一个或多个其他特征、整体、步骤、操作、元件、部件和/或其群组的存在或添加一个或多个其他特征、整体、步骤、操作、元件、部件和/或其群组。如本文中使用的，术语“和/或”包括相关联的列出项目中的一个或多个的任意和全部组合，并且短语“a和b中的至少一个”是指仅a、仅b、或a和b两者。
25.将理解的是，当元件或层被称为“在另一个元件或层上”、“连接到另一个元件或层”、“耦合到另一个元件或层”或“邻近另一个元件或层”时，其可以直接在另一个元件或层上、直接连接到另一个元件或层、直接耦合到另一个元件或层或者直接邻近另一个元件或层，或者可以存在中间元件或层。相反，当元件被称为“直接在另一个元件或层上”、“直接连接到另一个元件或层”、“直接耦合到另一个元件或层”、“直接邻近另一个元件或层”时，没有中间元件或层存在。然而，在任何情况下“在
…
上”或“直接在
…
上”都不应当被解释为要求一个层完全覆盖下面的层。
26.本文中参考本公开的理想化实施例的示意性图示(以及中间结构)描述本公开的实施例。正因为如此，应预期例如作为制造技术和/或公差的结果而对于图示形状的变化。因此，本公开的实施例不应当被解释为限于本文中图示的区的特定形状，而应包括例如由于制造导致的形状偏差。因此，图中图示的区本质上是示意性的，并且其形状不意图图示器件的区的实际形状并且不意图限制本公开的范围。
27.除非另有定义，本文中使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)具有与本公开所属领域的普通技术人员所通常理解的相同含义。将进一步理解的是，诸如那些在通常使用的字典中定义的之类的术语应当被解释为具有与其在相关领域和/或本说明书上下文中的含义相一致的含义，并且将不在理想化或过于正式的意义上进行解释，除非本文中明确地如此定义。
28.如本文使用的，术语“衬底”可以表示经切割的晶圆的衬底，或者可以指示未经切割的晶圆的衬底。类似地，术语芯片和裸片可以互换使用，除非这种互换会引起冲突。应当理解，术语“薄膜”包括层，除非另有说明，否则不应当解释为指示垂直或水平厚度。需要说明的是，图中所示光学天线的各材料层的厚度仅仅只是示意，并不代表实际厚度。
29.发明人发现，光学天线射出的出射光的远场强度与光学天线的结构相关，出射光的远场强度分布将影响出射光合束成合束光后，合束光的主瓣光功率在不同扫描角度的大小。
30.根据本公开的一个方面，提供了一种光学天线，通过在介质层中设置金属层，并且该金属层具有面向天线结构的非平坦表面，可以优化经由光学天线射出的出射光的远场幅度分布、出射主瓣功率以及出射光的利用率。
31.图1a是根据本公开的一些实施例的光学天线100在第一方向的截面结构示意图，图1b是光学天线100在第二方向的截面结构示意图，图1c是光学天线100中的天线结构的平面结构示意图。
32.下面参看图1a
‑
图1c描述光学天线100的结构。
33.如图1a和图1b所示，光学天线100包括介质层110和位于介质层110中的多个天线结构120，多个天线结构120在第一方向上彼此间隔开，并且多个天线结构120中的每个天线结构120沿着与第一方向交叉的第二方向延伸。
34.根据一些实施例，如图1a
‑
图1c所示，第一方向为x方向，第二方向为与x方向垂直
的y方向，z方向为与该第一方向和第二方向所限定的平面垂直的第三方向。
35.继续参看图1a和图1b，光学天线100还包括位于介质层110中的金属层130。金属层130与多个天线结构120相对，并且沿着第二方向延伸。
36.金属层130具有面向多个天线结构120的非平坦表面，使得在多个天线结构120中的每一个天线结构中传播的光的面向金属层130射出的第一部分经该非平坦表面反射并与该光的背离该金属层130射出的第二部分发生干涉。
37.如图1b所示，在天线结构120中传播的光包括第一部分(如箭头b所示)和第二部分(如箭头a所示)，其中，第一部分面向金属层130射出，并由金属层130的面向天线结构120的面反射，形成反射光(如箭头c所示)。
38.需要说明的是，术语“在天线结构中传播的光”表示的是在天线结构中沿天线结构的长度方向传输的光，其包括从天线结构的一端沿着长度方向传输到另一端而出射的光以及从天线结构的侧面出射的光。
39.根据本公开实施例的光学天线，通过在介质层中设置金属层，并且该金属层具有面向天线结构的非平坦表面，使从天线结构面向金属层出射的第一部分光经由该非平坦表面反射后得到具有多种传播方向的反射光。反射光能够与从天线结构背离金属层出射的第二部分光发生不同程度的干涉，从而优化最终经由光学天线射出的出射光的远场幅度分布，即出射光在较大的扫描角度内均有较高的远场幅度。同时，避免由于反射光在xz平面内具有单一的传播方向而与背离金属层射出的第二部分光发生干涉，出射光的远场幅度分布发生劈裂(即在扫描区域的中心位置处出现光强度的损耗)，从而使出射光在合束成合束光后在较大的扫描角度范围内均具有较强的光强。
40.进一步，由于金属层对面向金属层射出的第一部分光进行反射，使经反射后得到的反射光与背离该金属层射出的第二部分光在yz平面内具有相同或相似的传播方向，增加了从光学天线中射出的光的出射主瓣功率，进一步提升了出射光在合束成合束光后的主瓣功率，提高出射光的利用率。
41.根据一些实施例，介质层的材料采用折射率较低的介质材料，例如，二氧化硅等。
42.根据一些实施例，天线结构的材料采用折射率较高的材料，例如，硅等。
43.在一些实施例中，金属层的材料采用氮化钛、铝、铜和金等反射率较高的材料，在此不作限制。通过将金属层的材料设置成反射率较高的材料，增加经金属层反射后得到的反射光的强度，进一步提升从光学天线中射出的光的出射主瓣功率。
44.在一些实施例中，如图1a和图1b所示，金属层130的非平坦表面包括沿着第一方向并列设置的多个凹面130a，其中，多个凹面中的各个凹面130a沿着第二方向延伸，并且分别与多个天线结构120中的各个天线结构120相对。
45.通过将金属层的非平坦表面设置成与多个天线结构中的各个天线结构相对的凹面，对于多个天线结构中的每一个天线结构，面向金属层出射的第一部分光均受到对应的凹面的反射得到反射光，进一步提升了由光学天线出射的合束光的光强和主瓣功率。
46.在一些实施例中，如图1a所示，凹面130a为弧形面。
47.将凹面设置成弧形面，使天线结构中传播的光的第一部分在射向该弧形面时，从天线结构到该弧形面的横截面的各处具有相同或相近的光程差。因此，第一部分的光经过金属层反射后与背离金属层出射的第二部分光发生干涉时，在不同的空间位置具有相同或
相近的干涉效果，进一步提升经由光学天线射出的出射光的远场幅度分布的优化效果。
48.需要理解的是，上述将金属层的非平坦表面的凹面设置成弧形面仅仅是示例性的。本领域技术人员应当理解，在其他实施例中，凹面130a还可以设置成具有“v”字形等形状的横截面，在此不作限制。
49.在一些实施例中，弧形面的曲率半径大于314nm。
50.在一些实施例中，金属层与多个天线结构之间的距离被配置成使得经反射的光的第一部分与光的第二部分的光程差为所述光的波长的整数倍。
51.继续参看图1b，在天线结构120中传播的光的第一部分(箭头b所示)经过反射后得到的反射光(箭头c所示)与第二部分(箭头a所示)的光程差为光的波长的整数倍。
52.通过将金属层与多个天线结构之间的距离配置成使得经反射的光的第一部分与光的第二部分的光程差为所述光的波长的整数倍，在该经反射的光的第一部分与该光的第二部分发生干涉时，干涉后的光具有增强的光强，进一步提升经由光学天线射出的出射光的远场幅度分布的优化效果。
53.在一些实施例中，金属层130的厚度大于等于50nm。
54.下面参看图1c对多个天线结构中的每一个天线结构的结构进行示例性介绍。根据一些实施例，如图1c所示，多个天线结构120的每一个天线结构120包括沿着第二方向延伸的本体部分121和在平行于该第一方向和第二方向所限定的平面的方向上从该本体部分121突出的多个突起部分122，该多个突起部分122沿着该第二方向周期性排布。
55.由于介质层的折射率较天线结构的折射率较低，通过在天线结构的侧面(即在垂直于第一方向和第二方向所限定的平面的方向上的该本体部分的表面)设置凸起部分，该凸起部分对在天线结构中传播的光产生扰动。同时，在根据本公开的实施例中，由于在天线结构下方设置了金属层，该金属层具有非平坦的表面，使在天线结构中传播的光的第一部分经由该非平坦表面反射后得到的反射光具有多种传播方向，避免经由光学天线射出的出射光的远场幅度分布发生劈裂。
56.图2a为根据相关技术从采用图1c的天线结构并在介质层中未设置金属层的光学天线中射出的出射光的远场幅度分布的示意图；图2b为根据相关技术从采用图1c的天线结构并在介质层中设置具有平坦表面的金属层的光学天线中射出的出射光的远场幅度分布的示意图；图2c为从根据本公开的实施例的光学天线100中射出的出射光的远场幅度分布的示意图。
57.如图2a所示，对于采用图1c的天线结构并在介质层中未设置金属层的光学天线，出射光的远场幅度分布呈现劈裂状，使得主瓣扫描区域的中心区域(从0
°
开始向两侧的方向延伸)存在较大的损耗。如图2b所示，对于采用图1c的天线结构并在介质层中设置具有平坦表面的金属层的光学天线，出射光的远场幅度分布未呈现劈裂状，但是，该远场幅度分布表现为在较小的扫描角度范围内具有较强的光强(集中在扫描角度0
°
附近)。如图2c所示，对于根据本公开的实施例的光学天线100，出射光的远场幅度未呈现劈裂状，并且远场幅度分布表现为在较大的扫描角度范围内均具有较强的光强。
58.图3a是根据本公开的一些实施例的光学天线300在第一方向的截面结构示意图，图3b光学天线300在第二方向的截面结构示意图，图3c是光学天线300中的天线结构的平面结构示意图。
59.下面参看图3a
‑
图3c描述光学天线300的结构。
60.如图3a和图3b所示，根据本公开的一些实施例的光学天线300包括介质层310和位于介质层310中的多个天线结构320，多个天线结构320在第一方向上彼此间隔开，并且多个天线结构320中的每个天线结构320沿着与第一方向交叉的第二方向延伸。
61.根据一些实施例，如图3a
‑
图3c所示，第一方向为x方向，第二方向为与x方向垂直的y方向，z方向为与该第一方向和第二方向所限定的平面垂直的第三方向。
62.继续参看图3a和图3b，根据本公开实施例的光学天线300还包括位于介质层310中的金属层330。金属层330与多个天线结构320相对，并且沿着第二方向延伸。
63.金属层330具有面向多个天线结构320的非平坦表面，使得在多个天线结构320中的每一个天线结构320中传播的光的面向金属层330射出的第一部分经该非平坦表面反射并与该光的背离该金属层330射出的第二部分发生干涉。
64.在根据本公开实施例的光学天线中，由于金属层具有面向天线结构的非平坦表面，从天线结构面向金属层出射的第一部分光经由该非平坦表面反射后，能够与从天线结构背离金属层出射的第二部分光发生干涉，从而优化最终经由光学天线射出的出射光的远场幅度分布，即出射光在较大的扫描角度内均有较高的远场幅度。这样，出射光在合束成合束光后，在较大的扫描角度范围内均具有较强的光强。
65.同时，由于金属层设置为非平面结构，从天线结构面向金属层出射的第一部分光经由该非平坦表面反射后得到的反射光xz平面内具有多种传播方向，避免由于反射光具有单一的传播方向而与背离金属层射出的第二部分光发生相同的干涉后，使经由光学天线射出的出射光的远场幅度分布发生劈裂，即避免扫描区域内(例如在中心位置处)的光的强度存在较大的损耗。
66.进一步，由于金属层对面向金属层射出的第一部分光进行反射，使经反射后得到的反射光与背离该金属层射出的第二部分光在yz平面内具有相同或相似的传播方向，增加了从光学天线中射出的光的出射主瓣功率，进一步提升了出射光在合束成合束光后的主瓣功率，提高出射光的利用率。
67.根据一些实施例，介质层的材料采用折射率较低的介质材料，例如，二氧化硅等。
68.根据一些实施例，天线结构的材料采用折射率较高的材料，例如，硅等。
69.在一些实施例中，金属层的材料采用氮化钛、铝、铜和金等反射率较高的材料，在此不作限制。通过将金属层的材料设置成反射率较高的材料，增加经金属层反射后得到的反射光的强度，进一步提升从光学天线中射出的光的出射主瓣功率。
70.在一些实施例中，如图3a所示，金属层330的非平坦表面包括沿着第一方向并列设置的多个凸面330a，其中，多个凸面中的各个凸面330a沿着第二方向延伸，并且分别与多个天线结构320中的各个天线结构320相对。
71.通过将金属层的非平坦表面设置成与多个天线结构中的各个天线结构相对的凸面，对于多个天线结构中的每一个天线结构，背离该金属层射出的第一部分光均受到对应的凸面的反射得到反射光，进一步提升了由光学天线出射的合束光的光强和主瓣功率。
72.在一些实施例中，如图3a所示，凸面330a为弧形面。
73.需要理解的是，上述将金属层的非平坦表面的凸面设置成弧形面仅仅是示例性的。本领域技术人员应当理解，在其他实施例中，凸面330a还可以设置成其他凸面形状，在
此不作限制。
74.在一些实施例中，金属层与多个天线结构之间的距离被配置成使得经反射的光的第一部分与光的第二部分的光程差为所述光的波长的整数倍。
75.通过将金属层与多个天线结构之间的距离配置成使得经反射的光的第一部分与光的第二部分的光程差为所述光的波长的整数倍，在该经反射的光的第一部分与该光的第二部分发生干涉时，干涉后的光具有增强的光强，进一步提升经由光学天线射出的出射光的远场幅度分布的优化效果。
76.在一些实施例中，金属层330的厚度大于等于50nm。
77.继续参看图3a
‑
图3c，根据一些实施例，多个天线结构320的每一个天线结构320包括第一天线层320a和第二天线层320b，该第一天线层320a和该第二天线层320b在垂直于该第一方向和该第二方向所限定的平面的方向(即z方向)上彼此正对，其中，该第一天线层的折射率大于或者等于该第二天线层的折射率。
78.通过设置与第一天线层正对的第二天线层，且该第二天线层的折射率小于或者等于该第一天线层的折射率，使该第二天线层对由第一天线层射出的出射光具有轻微的扰动，可以得到更长的光学天线，从而改善从光学天线中射出的光合束成合束光之后的光斑发散角。同时，当该第二天线层的折射率较该第一天线层的折射率小时，其对由第一天线层射出的出射光扰动非常轻微，使得在制造该光学天线的过程中，对工艺的精度要求更低。即在较低的工艺精度下，仍能实现对由第一天线层射出的出射光的扰动非常轻微，从而可以提高制造该光学天线的工艺制作的可靠性和稳定性。
79.根据一些实施例，介质层的材料采用折射率较低的介质材料，例如，二氧化硅等；第一天线层采用高折射率的材料，例如，硅等；第二天线层采用折射率低于或等于第一天线层而高于介质层的材料，例如氮化硅、多晶硅等。
80.在一些实施例中，如图3c所示，第二天线层320b包括沿着第二方向周期性排列的多个光栅结构。
81.根据一些实施例，如图3c所示，多个光栅结构中的每个光栅结构在该第一天线层320a上的投影在第一方向上超出第一天线层320a的占用区域。
82.根据另一些实施例，如图3a
‑
图3c所示，可以通过控制光栅结构与第一天线层320a之间的距离d、光栅结构的宽度w以及光栅结构的长度l，可以进一步减弱该第二天线层对由第一天线层射出的出射光的扰动以控制耦合强度，进一步改善从光学天线中射出的光合束成合束光之后的光斑发散角。
83.图4a为根据相关技术采用包括第一天线层和第二天线层的天线结构并在介质层中未设置金属层的光学天线中射出的出射光的远场幅度分布的示意图，图4b为根据相关技术采用包括第一天线层和第二天线层的天线结构并在介质层中设置具有平坦表面的金属层的光学天线中射出的出射光的远场幅度分布的示意图，图4c为根据本公开的实施例的光学天线300中射出的出射光的远场幅度分布的示意图。
84.如图4a所示，对于采用包括第一天线层和第二天线层的天线结构并在介质层中未设置金属层的光学天线，出射光在较小的扫描角度范围内具有较大的光强度。如图4b所示，对于采用包括第一天线层和第二天线层的天线结构并在介质层中设置具有平坦表面的金属层的光学天线，出射光在较大的扫描角度范围内具有较大的光强度，但是呈现劈裂状，使
得主瓣扫描区域的中心区域(从0
°
开始向两侧的方向延伸)存在较大的损耗。如图4c所示，对于根据本公开的实施例的光学天线300，出射光的远场幅度未呈现劈裂状，并且远场幅度分布表现为在较大的扫描角度范围内均具有较强的光强。
85.将理解的是，在一些实施例中，上面关于图1a
‑
图1c描述的光学天线100的某些特征和关于图3a
‑
图3c描述的光学天线300的某些特征在不冲突的情况下可以相互组合。例如，光学天线100中的天线结构120可以替换为光学天线300中的天线结构320。又例如，光学天线100中的金属层130可以替换为光学天线300中的金属层330。
86.根据本公开的另一方面，还提供了一种光学相控阵芯片，包括如上所述的光学天线。
87.根据本公开的另一个方面，提供了一种制造光学天线的方法，通过该制造方法制造的光学天线，在介质层中设置金属层，并且该金属层具有面向天线结构的非平坦表面，可以优化经由光学天线射出的出射光的远场幅度分布、出射主瓣功率以及出射光的利用率。同时，根据本公开的制造光学天线的方法可以集成mems制造工艺。
88.图5示出了根据本公开的一些实施例的制造光学天线的方法500的流程图。图6a
‑
图6e示出了根据一些实施例利用方法500获得的半导体器件的截面结构示意图。图7示出了根据一些实施例的方法500中形成嵌入有金属层的第二介质层的过程的流程图。
89.如图5所示，方法500包括：
90.步骤s510：提供绝缘体上半导体衬底，所述绝缘体上半导体衬底包括彼此堆叠的第一介质层和半导体层；
91.步骤s520：至少通过对所述半导体层执行图形化工艺，形成多个天线结构，所述多个天线结构在第一方向上彼此间隔开，所述多个天线结构中的每一个天线结构沿着与所述第一方向交叉的第二方向延伸；以及
92.步骤s530：形成嵌入有金属层的第二介质层，所述第二介质层与所述第一介质层一起包覆所述多个天线结构，其中，所述金属层具有面向所述多个天线结构的非平坦表面，以使得在所述多个天线结构中的每一个天线结构中传播的光的面向所述金属层射出的第一部分经光所述非平坦表面反射并与所述光的背离所述金属层射出的第二部分光发生干涉。
93.在步骤s510中，如图6a所示，提供绝缘体上半导体衬底600，其中半导体衬底600包括第一介质层620以及介质层上堆叠的半导体层630。在一些实施例中，半导体衬底600还包括起支撑作用的衬底层610，其中第一介质层620和半导体层630依次堆叠在该衬底层610上。
94.根据一些实施例，介质层的材料采用折射率较低的介质材料，例如，二氧化硅等。
95.根据一些实施例，天线结构的材料采用折射率较高的材料，例如，硅等。
96.根据一些实施例，绝缘体上半导体衬底包括绝缘体上硅衬底，例如soi芯片或者sog芯片等。
97.需要理解的是，绝缘体上半导体衬底可以是其中形成有芯片或者器件的半导体衬底，也可以是其中未形成芯片的半导体衬底，在此不作限制。
98.在一些实施例中，在步骤s520中，至少通过对半导体衬底600上的半导体层630执行图形化工艺，形成多个天线结构，该多个天线结构具有结合图1a
‑
图1c所述的光学天线中
的多个天线结构的结构。其中，该多个天线结构在第一方向上彼此间隔开，该多个天线结构中的每一个天线结构沿着与该第一方向垂直的第二方向延伸，并且该多个天线结构的每一个天线结构包括沿着第二方向延伸的本体部分和在平行于该第一方向和第二方向所限定的平面的方向上从该本体部分突出的多个突起部分，该多个突起部分沿着该第二方向周期性排布。
99.在一些实施例中，如图6b所示，通过对半导体层630执行图形化工艺，形成多个天线结构630a。该图形化工艺包括光刻、刻蚀工艺等，本领域技术人员所熟知的工艺，在此不再赘述。
100.根据一些实施例，如图7所示，在步骤s530中，形成嵌入有金属层的第二介质层包括：
101.步骤s710：形成覆盖所述第一介质层和所述多个天线结构的第一覆盖层，所述第一覆盖层与所述多个天线结构相对的多个部分向上凸出；
102.步骤s720：形成至少部分地覆盖所述第一覆盖层的所述金属层；以及
103.步骤s730：形成覆盖所述金属层的第二覆盖层，其中，所述第一覆盖层与所述第二覆盖层形成所述第二介质层。
104.在步骤s710中，如图6c所示，形成覆盖第一介质层620和多个天线结构620a的第一覆盖层621。由于多个天线结构620a的表面较第一介质层620的表面高，使得第一覆盖层620与多个天线结构620a相对的多个部分向上突出。在一些实施例中，第一覆盖层621与第一介质层采用相同的材料层。根据一些实施例，第一介质层620为氧化硅层，第一覆盖层621为氧化硅层。根据一些实施例，形成第一覆盖层621的方法包括但不限于化学气相沉积、物理气相沉积等，在此不做限制。
105.在步骤s720中，如图6d所示，形成覆盖第一覆盖层621的金属层640。根据一些实施例，金属层640的材料采用氮化钛、铝、铜和金等反射率较高的材料。根据一些实施例，形成金属层640的方法包括但不限于溅射沉积等，在此不做限制。
106.在步骤s730中，如图6e所示，形成覆盖金属层640的第二覆盖层622。在一些实施例中，第二覆盖层622与第一覆盖层621以及第一介质层采用相同的材料层，从而第一覆盖层621和第二覆盖层622共同构成的第二介质层与第一介质层620一起包覆天线结构620a。根据一些实施例，第一介质层620为氧化硅层，第一覆盖层621为氧化硅层，第二覆盖层622为氧化硅层。根据一些实施例，形成第二覆盖层622的方法包括但不限于采用沉积工艺形成第二覆盖材料层，通过研磨工艺对该第二覆盖材料层执行平坦化工艺，以形成第二覆盖层624。根据一些实施例，沉积工艺包括但不限于化学化学气相沉积、物理气相沉积等，在此不做限制。根据一些实施例，研磨工艺包括但不限于化学机械研磨等。
107.根据一些实施例，在完成步骤s530之后，还包括提供形成有器件的半导体衬底，通过将该形成有器件的半导体衬底与第二介质层的表面键合之后解除起支撑作用的衬底层610，完成光学天线的制造。
108.图8a
‑
图8i示出了根据一些实施例利用方法500获得的半导体器件的截面结构示意图。图9示出了根据一些实施例的方法500中形成多个天线结构的过程的流程图。图10示出了根据一些实施例的方法500中形成嵌入有金属层的第二介质层的过程的流程图。
109.在步骤s510中，如图8a所示，提供绝缘体上半导体衬底800，其中半导体衬底800包
括第一介质层820以及介质层上堆叠的半导体层830。在一些实施例中，半导体衬底800还包括起支撑作用的衬底层810，其中第一介质层820和半导体层830依次堆叠在该衬底层810上。
110.根据一些实施例，介质层的材料采用折射率较低的介质材料，例如，二氧化硅等。
111.根据一些实施例，天线结构的材料采用折射率较高的材料，例如，硅等。
112.根据一些实施例，绝缘体上半导体衬底包括绝缘体上硅衬底，例如soi衬底或者sog衬底等。
113.在一些实施例中，在步骤s520中，至少通过对半导体衬底800上的半导体层830执行图形化工艺，形成多个天线结构，该多个天线结构具有结合图3a
‑
图3c所述的光学天线中的多个天线结构的结构。其中，该多个天线结构中的每一个天线结构包括第一天线层和第二天线层。
114.形成该多个天线结构的步骤s520如图9所示。参看图9，步骤s520包括：
115.步骤s910：通过对所述半导体层执行图形化工艺，形成在所述第一方向上彼此间隔开的多个第一天线层；
116.步骤s920：形成覆盖所述第一介质层和所述多个第一天线层的第一覆盖层；以及
117.步骤s930：在所述第一覆盖层上形成多个第二天线层，各个第二天线层在垂直于所述第一方向和所述第二方向所限定的平面的方向上与各个第一天线层正对，所述第一天线层的折射率大于或者等于所述第二天线层的折射率。
118.在步骤s910中，如图8b所示，通过对半导体层830执行图形化工艺形成在第一方向彼此间隔开的多个第一天线层830a。该图形化工艺包括光刻、刻蚀工艺等，本领域技术人员所熟知的工艺，在此不再赘述。
119.在步骤s920中，如图8c所示，形成覆盖第一介质层820和多个第一天线层830a的第一覆盖层821。在一些实施例中，第一覆盖层821与第一介质层820采用相同的材料层。根据一些实施例，第一介质层820为氧化硅层，第一覆盖层821为氧化硅层。根据一些实施例，形成第一覆盖层821的方法包括但不限于采用沉积工艺形成第一覆盖材料层，通过研磨工艺对该第一覆盖材料层执行平坦化工艺，以形成第一覆盖层821。根据一些实施例，沉积工艺包括但不限于化学化学气相沉积、物理气相沉积等，在此不做限制。根据一些实施例，研磨工艺包括但不限于化学机械研磨等。
120.在步骤s930中，如图8d所示，在第一覆盖层821上形成多个第二天线层831，各个第二天线层831在垂直于第一方向和第二方向所限定的平面的方向上与各个第一天线821层正对，第一天线层830a的折射率大于或者等于第二天线层831的折射率。
121.根据一些实施例，介质层的材料采用折射率较低的介质材料，例如，二氧化硅等；第一天线层采用高折射率的材料，例如，硅等；第二天线层采用折射率低于或等于第一天线层而高于介质层的材料，例如氮化硅、多晶硅等。
122.根据一些实施例，在第一覆盖层821上形成多个第二天线层831的方法包括但不限于采用沉积工艺形成第二天线材料层，通过研磨工艺对该第二天线材料层执行平坦化工艺后通过图形化工艺形成多个第二天线层831。根据一些实施例，沉积工艺包括但不限于化学化学气相沉积、物理气相沉积等，在此不做限制。根据一些实施例，研磨工艺包括但不限于化学机械研磨等，在此不做限制。根据一些实施例，图形化工艺包括光刻、刻蚀工艺等。
123.在一些实施例中，在上述步骤s520中，通过控制多个第二天线层831与第一天线层830a之间的距离、多个第二天线层831中各个第二天线层831的宽度和长度，可以控制多个第二天线层831之间的耦合强度，改善该第二天线层对由第一天线层射出的出射光的扰动，进一步改善从光学天线中射出的光合束成合束光之后的光斑发散角。
124.形成嵌入有金属层的第二介质层的步骤s530如图10所示。参看图10，步骤s530包括：
125.步骤s1010：形成覆盖所述第一覆盖层和所述多个第二天线层的第二覆盖层；
126.步骤s1020：对所述第二覆盖层执行图形化工艺，以形成在所述第一方向彼此间隔开的多个脊条，所述多个脊条中的每两个相邻脊条位于所述多个第二天线层中的一个相应第二天线层的两侧上方；
127.步骤s1030：在经图形化的所述第二覆盖层上形成第三覆盖层，所述第三覆盖层包括多个凸出部，所述多个凸出部分别与所述多个脊条相对应；
128.步骤s1040：形成至少部分地覆盖所述第三覆盖层的所述金属层；以及
129.步骤s1050：形成覆盖所述金属层的第四覆盖层，其中，所述第一覆盖层、所述第二覆盖层、所述第三覆盖层和所述第四覆盖层形成所述第二介质层。
130.在步骤s1010中，如图8e所示，形成覆盖第一覆盖层821和多个第二天线层831的第二覆盖层822。在一些实施例中，第二覆盖层822与第一覆盖层821和第一介质层820采用相同的材料层。根据一些实施例，第一介质层820为氧化硅层，第一覆盖层821为氧化硅层，第二覆盖层822为氧化硅层。根据一些实施例，形成第二覆盖层822的方法包括但不限于采用沉积工艺形成第二覆盖材料层，通过研磨工艺对该第二覆盖材料层执行平坦化工艺，以形成第二覆盖层822。根据一些实施例，沉积工艺包括但不限于化学化学气相沉积、物理气相沉积等，在此不做限制。根据一些实施例，研磨工艺包括但不限于化学机械研磨等，在此不做限制。
131.在步骤s1020中，如图8f所示，对第二覆盖层822执行图形化工艺，以形成在第一方向彼此间隔开的多个脊条822a。多个脊条822a中的每两个相邻脊条822a位于多个第二天线层831中的一个相应第二天线层831的两侧上方。
132.在步骤s1030中，如图8g所示，在经图形化的第二覆盖层822上形成第三覆盖层823，第三覆盖层823包括多个凸出部，多个凸出部分别与多个脊条822a相对应。由于多个脊条822a的表面较第二覆盖层822其他区域的表面高，与多个脊条822a相对的部分向上突出形成凸出部，使得第三覆盖层823与多个天线结构820a相对的多个部分向下凹陷。在一些实施例中，第三覆盖层823与第二覆盖层822、第一覆盖层821以及第一介质层820采用相同的材料层。根据一些实施例，第一介质层820为氧化硅层，第一覆盖层821为氧化硅层，第二覆盖层822为氧化硅层，第三覆盖层823为氧化硅层。根据一些实施例，形成第三覆盖层823的方法包括但不限于化学化学气相沉积、物理气相沉积等，在此不做限制。
133.在步骤s1040中，如图8h所示，形成至少部分地覆盖第三覆盖层823的金属层840。根据一些实施例，金属层840的材料采用氮化钛、铝、铜和金等反射率较高的材料。根据一些实施例，形成金属层840的方法包括但不限于溅射沉积等，在此不做限制。
134.在步骤s1050中，如图8i所示，形成覆盖金属层840的第四覆盖层824。在一些实施例中，第四覆盖层824与第三覆盖层823、第二覆盖层822、第一覆盖层821以及第一介质层
820采用相同的材料层，从而第四覆盖层824与第三覆盖层823、第二覆盖层822、第一覆盖层821共同构成的第二介质层与第一介质层820一起包覆天线结构(包括第一天线层830a和第二天线层831)。根据一些实施例，第一介质层820为氧化硅层，第一覆盖层821为氧化硅层，第二覆盖层822为氧化硅层，第三覆盖层823为氧化硅层、第四覆盖层824为氧化硅层。根据一些实施例，形成第四覆盖层824的方法包括但不限于采用沉积工艺形成第四覆盖材料层，通过研磨工艺对该第四覆盖材料层执行平坦化工艺，以形成第四覆盖层824。根据一些实施例，沉积工艺包括但不限于化学化学气相沉积、物理气相沉积等，在此不做限制。根据一些实施例，研磨工艺包括但不限于化学机械研磨等，在此不做限制。
135.根据一些实施例，在完成步骤s530之后，将其中形成有器件的半导体衬底与第二介质层的表面键合，然后解除起支撑作用的衬底层810，完成光学天线的制造。
136.虽然在附图和和前面的描述中已经详细地说明和描述了本公开，但是这样的说明和描述应当被认为是说明性的和示意性的，而非限制性的；本公开不限于所公开的实施例。通过研究附图、公开内容和所附的权利要求书，本领域技术人员在实践所要求保护的主题时，能够理解和实现对于所公开的实施例的变型。在权利要求书中，词语“包括”不排除未列出的其他元件或步骤，不定冠词“一”或“一个”不排除多个，并且术语“多个”是指两个或两个以上。在相互不同的从属权利要求中记载了某些措施的仅有事实并不表明这些措施的组合不能用来获益。