TWI818121B - 半導體封裝及其製造方法 - Google Patents

Abstract

本揭露提供一種半導體封裝及其製造方法。半導體封裝包括光子晶粒、包封體及波導結構。光子晶粒包括基底及介電層。基底具有波導圖案。介電層設置在基底之上。包封體側向包封光子晶粒。波導結構延伸於光子晶粒的前側及包封體的頂表面上，且貫穿介電層以光學耦合於波導圖案。

Description

半導體封裝及其製造方法

本揭露有關於一種半導體封裝及其製造方法。

目前已將光子晶粒（也被稱為光子積體電路（photonic integrated circuit，PIC））與一些半導體技術整合在一起。這些整合的裝置可具有更佳的性能及/或額外功能。然而，目前光子晶粒之間的光學通訊僅能實現於某些封裝結構中。

本揭露的一些態樣提供一種半導體封裝。半導體封裝包括光子晶粒、包封體及波導結構。所述光子晶粒包括基底及介電層。所述基底具有波導圖案。所述介電層設置在所述基底之上。所述包封體側向包封所述光子晶粒。所述波導結構延伸於所述光子晶粒的前側及所述包封體的頂表面上，且貫穿所述介電層以光學耦合於所述波導圖案。

本揭露的另一些態樣提供一種半導體封裝。半導體封裝包括第一光子晶粒、第二光子晶粒、包封體及波導結構。所述第一光子晶粒及所述第二光子晶粒分別包括基底及介電層。所述基底具有波導圖案。所述介電層設置在所述基底之上。所述包封體側向包封所述第一光子晶粒及所述第二光子晶粒。所述波導結構橫跨所述包封體的位於第一光子晶粒與第二光子晶粒之間的一部分，且延伸到第一光子晶粒的前側及第二光子晶粒的前側上。所述波導結構貫穿所述第一光子晶粒的介電層及所述第二光子晶粒的介電層，以光學耦合於所述第一光子晶粒的波導圖案及所述第二光子晶粒的波導圖案。

在本揭露的又一些態樣中，提供一種半導體封裝的製造方法，包括：提供基底；將所述基底圖案化以在所述基底的表面處形成波導圖案；在所述基底之上形成介電層；形成貫穿所述介電層的開口以暴露出所述波導圖案；用包封體包封所述基底及所述介電層；以及在所述介電層及所述包封體之上形成波導結構。所述波導結構進一步延伸到所述介電層的開口中，以光學耦合於所述波導圖案。

圖1是示出根據本揭露的一些實施例的半導體封裝的製造方法的製程流程圖。圖2A到圖2O是示出處於圖1中所示的半導體封裝的製造方法期間的各個階段處的結構的剖視圖。

參考圖1及圖2A，執行步驟S100，以提供基底100。在一些實施例中，基底100是絕緣體上覆半導體（semiconductor-on-insulator，SOI）晶圓。在這些實施例中，基底100包括第一半導體層102、第二半導體層104及嵌入在第一半導體層102與第二半導體層104之間的掩埋絕緣層106。第一半導體層102可被視為薄半導體層，而第二半導體層104可被視為塊狀半導體基底。舉例而言，第一半導體層102的厚度可處於從100奈米到300奈米的範圍內。在一些實施例中，第一半導體層102及第二半導體層104的材料分別包括元素半導體材料、化合物半導體材料或半導體合金。舉例而言，所述元素半導體可包括Si或Ge。所述化合物半導體及半導體合金可分別包括SiGe、SiC、SiGeC、III-V族半導體或II-VI族半導體。舉例而言，III-V族半導體包括GaN、GaP、GaAs、AlN、AlP、AlAs、InN、InP、InAs、GaNP、GaNAs、GaPAs、AlNP、AlNAs、AlPAs、InNP、InNAs、InPAs、GaAlNP、GaAlNAs、GaAlPAs、GaInNP、GaInNAs、GaInPAs、InAlNP、InAlNAs或InAlPAs。II-VI族半導體可包括CdS、CdSe、CdTe、ZnS、ZnSe、ZnTe、HgS、HgSe、HgTe、CdSeS、CdSeTe、CdSTe、ZnSeS、ZnSeTe、ZnSTe、HgSeS、HgSeTe、HgSTe、CdZnS、CdZnSe、CdZnTe、CdHgS、CdHgSe、CdHgTe、HgZnS、HgZnSe、HgZnTe、CdZnSeS、CdZnSeTe、CdZnSTe、CdHgSeS、CdHgSeTe、CdHgSTe、HgZnSeS、HgZnSeTe或HgZnSTe。

參考圖1、圖2A及圖2B，執行步驟S102，以將第一半導體層102圖案化以形成至少一個波導圖案108。如此一來，波導圖案108可被視為形成在基底100的表面處。在一些實施例中，基底100具有多個晶粒區DR，且一些晶粒區DR分別具有至少一個波導圖案108。在一些實施例中，波導圖案108用作光學傳輸器或光學接收器。在這些實施例中，波導圖案108形成為條狀，且可從晶粒區DR的外圍部分延伸到晶粒區DR的中心部分。圖2B中虛線所圍繞的區域示出波導圖案108的示例性俯視圖。在一些實施例中，波導圖案108具有朝一端漸縮的俯視形狀。舉例而言，波導圖案108的此俯視形狀朝向晶粒區DR的邊緣漸縮。如此一來，波導圖案108的靠近晶粒區DR的邊緣處的窄端108a具有較小的寬度WD1，而波導圖案108的遠離晶粒區DR的邊緣處的寬端108b具有較大的寬度WD2。舉例而言，寬度WD1可處於從50奈米到150奈米的範圍內，而寬度WD2可處於從150奈米到500奈米的範圍內。另外，波導圖案108的長度L可處於從50微米到2000微米的範圍內。另一方面，波導圖案108的厚度實質上等於第一半導體層102（如圖2A中所示）的厚度。應注意，雖然圖1B繪示了在晶粒區DR中僅有一個波導圖案108，但實際上可在晶粒區DR中形成兩個或更多個波導圖案108。在一些實施例中，多個波導圖案108可沿著波導圖案108的寬度方向排列，其中波導圖案108的寬度方向為相交於（例如是垂直於）波導圖案108的長軸的方向。

除形成波導圖案108之外，可經由對第一半導體層102上執行圖案化操作來在晶粒區DR內形成多個光學裝置110。波導圖案108可與相鄰的光學裝置110連接，且此波導圖案108及光學裝置110可被視為同一半導體圖案的不同部分。所述半導體圖案的剖視圖中繪示的虛線示出波導圖案108與鄰近光學裝置110之間的邊界。然而，此邊界是虛構的，且僅出於說明目的而繪示。在某些實施例中，形成一些光學裝置110更包括在圖案化的第一半導體層102上額外形成其他材料層（未示出）。舉例而言，光學裝置110可分別包括調變器、光學探測器、光學放大器、光學耦合器、濾波器、探測器等。所屬領域中具有通常知識者可根據設計要求修改每一光學裝置110的數量及類型，本揭露並不僅限於此。

參考圖1及圖2C，執行步驟S104，以在基底100之上形成介電層112。介電層112覆蓋波導圖案108及光學裝置110。在一些實施例中，介電層112是多層結構且包括數個子層（未示出）的堆疊。另外，可在介電層112中形成多個內連線結構114。內連線結構114可包括導電通孔、導電線或其組合。所述導電通孔貫穿介電層112的子層中的一者，而導電線位於介電層112的子層中的一者上。內連線結構114（例如是內連線結構114的導電通孔）可電性連接於光學裝置110。在一些實施例中，介電層112的材料可包括氧化矽、氮化矽或其組合。另外，內連線結構114的材料可包括W、Cu、Al、Ti、Ta等或其組合。

參考圖1及圖2D，執行步驟S106，且形成導電接墊116及保護層118。導電接墊116形成在介電層112之上，且電性連接於內連線結構114。保護層118形成在介電層112及導電接墊116之上，且具有分別暴露出多個導電接墊116的頂表面的多個開口W。在一些實施例中，導電接墊116的材料可包括Al、Cu、Au或其組合。另外，保護層118的材料可包括氧化矽、氮化矽等或其組合。

在一些實施例中，在形成導電接墊116及保護層118之前，可在介電層112上設置額外保護層115。額外保護層115具有界定導電接墊116的位置及尺寸的多個開口。在這些實施例中，在形成導電接墊116之後，導電接墊116可被視為被保護層115側向環繞。此後，在保護層115及導電接墊116上設置保護層118。保護層115的材料可包括氧化矽、氮化矽等或其組合。在一些實施例中，保護層115的材料與保護層118的材料相同。在其他實施例中，保護層115的材料不同於保護層118的材料。另外，保護層115及保護層118可分別經由旋轉塗布製程或沉積製程（例如是化學氣相沉積（chemical vapor deposition，CVD）製程）來形成，而導電接墊116可經由鍍覆製程來形成。

參考圖1、圖2D及圖2E，執行步驟S108，以在晶粒區DR內形成貫穿保護層118、保護層115並延伸到介電層112中的開口W1。開口W1暴露出波導圖案108的一部分。在一些實施例中，波導圖案108的窄端108a位於開口W1內，而波導圖案108的寬端108b位於開口W1之外且被介電層112覆蓋。圖2E中虛線所圍繞的區域示出開口W1的底表面的示例性俯視圖。如此示例性俯視圖中所示，多個波導圖案108在開口W1的底表面處被暴露出來且被介電層112的一部分環繞。在一些實施例中，開口W1是經由微影製程及至少一種蝕刻製程形成。在這些實施例中，在圖2D中所示的晶圓結構上形成具有界定開口W1的位置及尺寸的開口的光阻圖案（未示出）。然後，使用此光阻圖案作為遮罩來對保護層118、保護層115及介電層112執行至少一次各向異性蝕刻製程以形成開口W1。經由調整光阻圖案中開口的尺寸及各向異性蝕刻製程的定向，可將開口W1形成為具有傾斜側壁SW。舉例而言，傾斜側壁SW與波導圖案108的頂表面的法線方向（由圖2E中所示的虛線示出）之間的角度θ處於從0°到45°的範圍內。此後，經由例如灰化製程（ashing process）或剝離製程（stripping process）移除光阻圖案。應注意，雖然在圖2E中僅繪示一個開口W1，但實際上可形成兩個或更多個開口W1。開口W1的數量根據晶粒區DR中的波導圖案108的數量而定，本揭露並不僅限於此。

參考圖1、圖2E及圖2F，執行步驟S110，而用犧牲材料120填充開口W1。在一些實施例中，犧牲材料120的形成方法可包括經由例如旋轉塗布製程或沉積製程在開口W1中填充初始犧牲材料（未示出）。初始犧牲材料（未示出）的頂表面可高於保護層118的頂表面。隨後，可經由平坦化製程移除初始犧牲材料的位於保護層118的頂表面上方的部分，以形成犧牲材料120。在一些實施例中，犧牲材料120的頂表面與保護層118的頂表面實質上共面。舉例而言，平坦化製程可包括回蝕製程。犧牲材料120的材料可類似於晶粒貼合膜（die attach film，DAF）的材料，或者可包括可移除膠、環氧樹脂、其類似者、另一類型的材料或其組合。

在形成犧牲材料120之後，可對目其的晶圓結構執行單體化製程。經單體化的結構可分別含有一晶粒區DR，且分別被稱為光子晶粒PD。在一些實施例中，單體化製程可包括鋸割製程、雷射燒蝕製程、蝕刻製程、其類似者或其組合。

參照圖1及圖2G，執行步驟S112，以提供載體CA。在一些實施例中，載體CA是玻璃載體，但本揭露並不僅限於此。另外，可在載體CA的隨後附接於光子晶粒PD的表面上形成黏合層（未示出）。舉例而言，所述黏合層可以是光熱轉換（light to heat conversion，LTHC）離形層或熱固化離形層。在一些實施例中，可在載體CA上形成重布線結構122。在預先形成黏合層的這些實施例中，黏合層（未示出）位於載體CA與重布線結構122之間。重布線結構122可包括一個或多個介電層124及形成在介電層124中的重布線元件126。雖然圖2G中所示的重布線結構122被繪示為具有兩個介電層124，但重布線結構122中可實際上包括三個或更多個介電層124。另外，重布線元件126可包括導電通孔、導電線或其組合，且可分布在介電層124中。此外，在一些實施例中，可在重布線結構122上形成導電柱128。導電柱128可延伸到最頂部介電層124中，且電性連接於重布線元件126。在一些實施例中，導電柱128的形成方法可包括在重布線結構122上形成晶種層（未示出）。然後，在晶種層上形成光阻圖案（未示出），所述光阻圖案具有界定導電柱128的位置及尺寸的開口。此後，可執行鍍覆製程以用導電材料填充光阻圖案的開口，以形成導電柱128。在形成導電柱128之後，移除光阻圖案、及晶種層的下面部分。舉例而言，導電材料可包括Cu、Al、Ti等或其組合。

參照圖1及圖2F到圖2H，執行步驟S114，以將多個光子晶粒PD附接到載體CA上。光子晶粒PD具有前側FS及與前側FS相對的背側BS。在一些實施例中，犧牲材料120、保護層118及導電接墊116的頂表面暴露於光子晶粒PD的前側FS，而第二半導體層104的底表面可被稱為光子晶粒PD的背側BS。光子晶粒PD的背側BS可附接到載體CA上。如此一來，光子晶粒PD的背側BS可面向載體CA，而光子晶粒PD的前側FS可背向載體CA。在重布線結構122預先形成在載體CA之上的這些實施例中，光子晶粒PD附接到重布線結構122上。另外，在一些實施例中，光子晶粒PD位於相鄰的導電柱128之間。應注意，雖然在圖2H中繪示了三個光子晶粒PD，但所屬領域中具有通常知識者可根據設計要求調整附接到載體CA的光子晶粒PD的數量。在一些實施例中，一些光子晶粒PD（例如是圖2H所示的中間光子晶粒PD）的多側形成有波導圖案108以及開口W1，以用於在各個方向上與相鄰光子晶粒PD進行通訊。

參考圖1及圖2I，執行步驟S116，而以包封體130包封光子晶粒PD。首先可由包封體130對光子晶粒PD進行包覆模制（over-mold），且可對包封體130執行平坦化製程以暴露出光子晶粒PD的前側FS。在一些實施例中，光子晶粒PD的前側FS可與包封體130的頂表面實質上共面。在導電柱128形成在載體CA之上的這些實施例中，導電柱128也被包封體130側向包封。另外，導電柱128的頂表面可與包封體130的頂表面實質上共面。

在上述實施例中，形成包封體130的步驟在形成導電柱128的步驟之後。然而，在替代實施例中，形成包封體130的步驟可在形成導電柱128的步驟之前。在這些替代實施例中，移除包封體130的一些部分以在包封體130中形成穿孔，且在這些穿孔中填充導電材料以形成導電柱128。

在一些實施例中，在經由包封體130模制光子晶粒PD之後，可移除填充在開口W1中的犧牲材料120（如圖2H所示）。圖2I中虛線所圍繞的區域示出相鄰光子晶粒PD的開口W1的示例性俯視圖。如此示例性俯視圖中所示，波導圖案108及介電層112在開口W1中的部分被暴露出來。另外，這些相鄰光子晶粒PD中的波導圖案108的窄端108a彼此相對。如剖視圖中所示，開口W1的側壁SW被暴露出來。在一些實施例中，可經由蝕刻製程（例如是各向異性蝕刻製程或各向同性蝕刻製程）移除犧牲材料120。

參照圖1、圖2I及圖2J，執行步驟S118，以在光子晶粒PD的前側FS之上形成第一聚合物層132。在一些實施例中，第一聚合物層132延伸到開口W1中，且波導圖案108與介電層112的暴露部分（如圖2I中所示）以及開口W1的側壁SW此時被第一聚合物層132覆蓋。另外，導電接墊116的頂表面及保護層118的頂表面也可被第一聚合物層132覆蓋。在一些實施例中，如圖2I中所示的重構晶圓的實質上整個表面被第一聚合物層132覆蓋。如此一來，包封體130的頂表面及導電柱128的頂表面也被第一聚合物層132覆蓋。在一些實施例中，第一聚合物層132是經由旋轉塗布製程或沉積製程而形成。第一聚合物層132的材料可包括矽氧烷系聚合物、光敏聚合物或其類似者。另外，第一聚合物層132的厚度可處於從1微米到10微米的範圍內。

參照圖1及圖2K，執行步驟S120，且將第一聚合物層132圖案化。如此一來，在對第一聚合物層132執行圖案化操作期間移除第一聚合物層132的位於開口W1的底表面處的部分，以使得在開口W1的底表面處暴露出下伏的波導圖案108及介電層112。此外，也可移除第一聚合物層132的額外部分，以暴露出導電接墊116及導電柱128。另一方面，保留第一聚合物層132的覆蓋包封體130、保護層118及開口W1的側壁SW的部分。在一些實施例中，對第一聚合物層132執行的圖案化操作可包括微影製程及蝕刻製程。舉例而言，所述蝕刻製程包括各向異性蝕刻製程。

參考圖1、圖2K及圖2L，執行步驟S122，以在第一聚合物層132之上形成核心聚合物層134。核心聚合物層134可全域地形成在第一聚合物層132之上，且波導圖案108及介電層112的被第一聚合物層132暴露出的部分（如圖2K所示）此時被核心聚合物層134覆蓋。在一些實施例中，波導圖案108及介電層112的這些部分與核心聚合物層134直接接觸。另外，導電接墊116及導電柱128也被核心聚合物層134覆蓋。在一些實施例中，核心聚合物層134的形成方法包括旋轉塗布製程或沉積製程。核心聚合物層134的材料不同於第一聚合物層132。在一些實施例中，核心聚合物層134的材料的折射率大於第一聚合物層132的折射率。舉例而言，核心聚合物層134與第一聚合物層132的材料可包括矽氧烷系聚合物、光敏聚合物等，且核心聚合物層134與第一聚合物層132分別具有處於從1.5到1.9範圍內的折射率。另外，核心聚合物層134的厚度可處於從1微米到10微米的範圍內。

參考圖1、圖2L及圖2M，執行步驟S124，以將核心聚合物層134圖案化而形成多個核心聚合物136。此些核心聚合物136是經圖案化的核心聚合物層134a的一些部分。圖2M中虛線所圍繞的區域是示出核心聚合物136及位於核心聚合物136周圍的元件的示例性俯視圖。如示例性俯視圖中所示，經圖案化的核心聚合物層134a具有開口W2，且經圖案化的核心聚合物層134a的延伸跨過開口W2的一些部分被稱為核心聚合物136。第一聚合物層132的位於相鄰光子晶粒PD上的一部分及包封體130的位於這些相鄰光子晶粒PD之間的一部分暴露在開口W2中。另外，這些相鄰光子晶粒PD的開口W1位於第二開口W2中，且被第一聚合物層132的上述部分環繞。核心聚合物136橫跨開口W1及第一聚合物層132的暴露在第二開口W2中的部分。另外，波導圖案108的在第一開口W1中的部分被核心聚合物136覆蓋，而介電層112的在第一開口W1中的一些部分被暴露出來。

參考圖2M中的示例性俯視圖，在一些實施例中，核心聚合物136連接在開口W2的彼此相對的邊緣之間。在一些實施例中，核心聚合物136分別形成為條狀，且可分別具有沿核心聚合物136的延伸方向而實質上維持恆定的寬度WD3。核心聚合物136的寬度WD3大於波導圖案108的寬度（如圖2B所示，其處於從寬度WD1到寬度WD2的範圍內）。舉例而言，核心聚合物136的寬度WD3可處於從1微米到10微米的範圍內。另一方面，在一些實施例中，核心聚合物136的長度L1可等於開口W2的長度，且可處於從1毫米到100毫米的範圍內。在一些實施例中，多個核心聚合物136可沿著核心聚合物136的寬度方向排列。核心聚合物136的數量可等於暴露於第一開口W1中的波導圖案108的數量。儘管在圖2M中的示例性俯視圖中繪示了3個核心聚合物136，但所屬領域中具有通常知識者可調整波導圖案108及核心聚合物136的數量兩者，本揭露並不僅限於此。

參考圖2M，如剖視圖中所示，核心聚合物136橫跨包封體130的位於相鄰光子晶粒PD之間的部分，且延伸於這些相鄰光子晶粒PD之上。此外，核心聚合物136共形地延伸而跨過相鄰光子晶粒PD的開口W1。這樣一來，第一聚合物層132的位於開口W1的側壁SW處的部分以及波導圖案108的位於開口W1中的部分與核心聚合物136接觸。在一些實施例中，第一聚合物層132及波導圖案108的這些部分直接接觸於核心聚合物136。

參考圖2L及圖2M，此外，在一些實施例中，在形成開口W2及核心聚合物136期間，可移除核心聚合物層134a的額外部分以形成多個開口W3及多個開口W4。開口W3暴露出導電接墊116，而開口W4暴露出導電柱128。

參考圖1、圖2M及圖2N，執行步驟S126，以在核心聚合物層134a之上形成重布線元件138。重布線元件138形成在核心聚合物層134a的頂表面之上，且延伸到核心聚合物層134a的暴露出導電接墊116與導電柱128的開口W3及開口W4中。如此一來，重布線元件138電性連接於導電接墊116及導電柱128。重布線結構138可包括導電通孔、導電跡線或其組合。在一些實施例中，重布線元件138可被視為扇出型重布線結構，且導電接墊116及導電柱128經由重布線元件138而向外布線。

另外，在一些實施例中，重布線元件138可不延伸到開口W2（如圖2M中所示）中，且不與核心聚合物136交疊。重布線元件138的形成方法可包括微影製程及鍍覆/沉積製程。另外，重布線元件138的材料可包括Cu、Al、Ti等或其組合。

參照圖1及圖2O，執行步驟S128，以形成第二聚合物層140。在一些實施例中，第二聚合物層140全域地形成在圖2N中所示的重構晶圓之上。如此一來，重布線元件138、核心聚合物136、核心聚合物層134a以及在開口W2中暴露出的第一聚合物層132及介電層112（如圖2M中所示）被第二聚合物層140覆蓋。在一些實施例中，第二聚合物層140的形成方法包括旋轉塗布製程或沉積製程。第二聚合物層140的材料可與第一聚合物層132的材料相同，且不同於核心聚合物層134a的材料。在一些實施例中，第一聚合物層132及第二聚合物層140由相同的材料製成，且此材料具有比核心聚合物層134a的材料的折射率小的折射率。舉例而言，第一聚合物層132、第二聚合物層140及核心聚合物層134a的材料可分別包括矽氧烷系聚合物、光敏聚合物等，且分別具有處於從1.5到1.9範圍內的折射率。另外，第二聚合物層140的厚度可處於從1微米到10微米的範圍內。至此，已在載體CA之上形成半導體封裝10。

圖3A是圖2O中的區域R的放大圖。圖3B是沿著圖3A中所示的A-A’線的剖視圖。圖3C是沿著圖3A中所示的B-B’線的剖視圖。圖3D是如圖3A中所示的波導結構及下伏的波導圖案的示例性俯視圖。圖3E是如圖3A中所示的波導結構的一部分及下伏的包封體的三維示意圖。

參考圖2O及圖3A，核心聚合物136、下伏的第一聚合物層132及上覆的第二聚合物層140統稱為波導結構142。波導結構142橫跨包封體130的位於相鄰光子晶粒PD之間的部分，且延伸於這些相鄰的光子晶粒PD上。在一些實施例中，波導結構142交疊於這些相鄰的光子晶粒PD的波導圖案108。另外，波導結構142進一步延伸到這些相鄰的光子晶粒PD的開口W1中，以光學耦合於這些相鄰的光子晶粒PD的波導圖案108。因此，波導結構142可用於實現相鄰光子晶粒PD的波導圖案108之間的光學通訊。從另一方面來看，波導結構142可被視為貫穿介電層112，且可與波導圖案108直接接觸。在一些實施例中，波導結構142的核心聚合物136可與波導圖案108直接接觸。

參考圖3A及圖3B，在開口W1的範圍內，核心聚合物136與波導圖案108接觸。核心聚合物136的頂表面及側壁被第二聚合物層140覆蓋，且核心聚合物136的底表面覆蓋波導圖案108的頂表面及介電層112的頂表面。換句話說，核心聚合物136的位於開口W1內的部分被第二聚合物層140、介電層112及波導圖案108包覆。由於波導圖案108與核心聚合物136接觸，因此光學訊號可成功地傳輸於核心聚合物136及波導圖案108之間。在一些實施例中，核心聚合物136的折射率大於第二聚合物層140及介電層112的折射率，而可有效地減少光學訊號損耗。舉例而言，核心聚合物136可具有約1.516的折射率。另外，第二聚合物層140可具有約1.511的折射率，而介電層112可由氧化矽製成並具有約1.47的折射率。

參考圖3A及圖3C，核心聚合物136的另一部分不與波導圖案108直接接觸，且被第一聚合物層132及第二聚合物層140包覆。核心聚合物136的此部分的頂表面及側壁被第二聚合物層140覆蓋，且核心聚合物136的此部分的底表面接觸於第一聚合物層132。這樣一來，波導結構142的第一聚合物層132及第二聚合物層140可共同地被視為包覆聚合物（cladding polymer）137，且核心聚合物層136被包覆聚合物137包覆。在一些實施例中，核心聚合物136的折射率也大於第一聚合物層132的折射率。如此一來，具有較高折射率的核心聚合物136可被具有較低折射率的材料包裹，而可有效地減少光學訊號的損耗。舉例而言，核心聚合物136可具有約1.516的折射率，而第一聚合物132可具有約1.511的折射率。

參考圖3A及圖3D，在波導圖案108從寬端108b向窄端108a漸縮的一些實施例中，波導圖案108從窄端108a到寬端108b實質上完整地被波導結構142覆蓋。如圖3D中所示，波導圖案108的寬端108b可連接到光學裝置110中的一者，以用作光學裝置110的光學傳輸之輸入/輸出。在一些實施例中，與波導圖案108連接的光學裝置110也被波導結構142覆蓋。另外，在一些實施例中，波導圖案108的窄端108a的寬度WD1相對於波導結構142的寬度WD4（亦即第二聚合物層140的沿跨越波導圖案108之方向而由一側壁至另一相對的側壁的寬度）的比率處於從0.1到0.9的範圍內。

參考圖3A及圖3E，波導結構142的所示部分位於包封體130的在相鄰光子晶粒PD之間的部分之上。如圖所示，核心聚合物136被包括第一聚合物層132及第二聚合物層140的包覆聚合物137包覆。

如上所述，波導結構142形成在重構的晶圓結構上。在所述重構的晶圓結構中，光子晶粒PD被包封體130側向包封。波導結構142連接於相鄰光子晶粒PD之間，且用於實現這些相鄰光子晶粒PD之間的光學通訊。另外，波導結構142以及彼此分隔開的光子晶粒PD整合在單一封裝結構（即，半導體封裝10）中。由於波導結構142在重構的晶圓結構之上延伸，因此光子晶粒PD之間的光學傳輸不再受半導體晶圓內未單體化的光子晶粒的配置（例如是未單體化光子晶粒之間的間隔）限制。在一些實施例中，波導結構142進一步與形成在重構的晶圓結構上的重布線結構（例如是重布線元件138）整合在一起，且可應用於扇出型半導體封裝中。

圖4是示出根據本揭露的一些實施例的波導結構142a及位於波導結構142a周圍的元件的剖視圖。參照圖4所述的實施例類似於參照圖2A到圖2O以及圖3A到圖3E所述的實施例。將僅論述這些實施例之間的差異，相似或相同的部分將不再贅述。另外，相似的參考編號指示相似的元件。

參考圖4，在一些實施例中，暴露出光子晶粒PD的波導圖案108的開口W1a具有階梯狀側壁SW1。在一些實施例中，開口W1a貫穿過保護層118及保護層115，並延伸到介電層112中。在這些實施例中，保護層118、保護層115及介電層112的堆疊被成形為具有多個階梯。每一梯級相對於下面的梯級而從開口W1a內向後凹入。在一些實施例中，開口W1a的階梯狀側壁SW1具有1到8個梯級。波導結構142a橫越開口W1a而共形地延伸，以使得波導結構142a的沿著開口W1a的階梯狀側壁SW1延伸的爬升部分也具有階梯形狀。換言之，波導結構142a的此爬升部分的第一聚合物層132、核心聚合物層136及第二聚合物層140可分別具有階梯狀頂表面。在一些實施例中，如圖4中所示，開口W1a的靠近光子晶粒PD邊緣的側壁的一部分具有階梯形狀，而開口W1a的遠離光子晶粒PD邊緣的側壁的另一部分具有傾斜表面。在替代實施例中，實質上整個開口W1a的側壁具有階梯形狀。在一些實施例中，開口W1a的形成方法包括微影製程、多次修整製程（對於光阻進行多次修整製程）及多次蝕刻製程。通過執行微影製程與蝕刻製程的組合或者各修整製程與蝕刻製程的組合以形成單一梯級。

經由形成具有階梯狀側壁SW1的開口W1a，可容易地降低波導結構142a的爬升部分的梯度。因此，可減小波導結構142a的爬升部分與波導結構142a的平坦部分（例如是波導結構142a的位於開口W1a的範圍之外的部分）之間的角度θ1。因此，可有效地減少波導結構142a的爬升部分與平坦部分的接合處的光學訊號損耗。

圖5是示出根據本揭露的替代實施例的波導結構的剖視圖。參照圖5所述的實施例類似於參照圖2A到圖2O以及圖3A到圖3E所述的實施例。將僅論述這些實施例之間的差異，相似或相同的部分將不再贅述。另外，相似的參考編號指示相似的元件。

參考圖5，在一些實施例中，核心聚合物136a（經圖案化的核心聚合物層134a的一部分）不與核心聚合物層134a的其他部分連接。圖5中虛線所圍繞的區域示出核心聚合物136a及核心聚合物層134a的其他部分的示例性俯視圖。如此示例性俯視圖中所示，在參考圖2M所述的對核心聚合物層134執行的圖案化操作之後，核心聚合物136a不連接到經圖案化核心聚合物層134a的在開口W2相對兩側處的部分，且核心聚合物136a的兩端位於開口W2的範圍內。因此，核心聚合物136a的長度L1小於沿著同一方向的開口W2的長度。如剖視圖中所示，第二聚合物層140填充在核心聚合物136a與核心聚合物層134a之間。

圖6A到圖6E是示出處於根據本揭露的一些實施例用於整合半導體封裝10與電子晶粒的製造方法期間的各個階段處的結構的剖視圖。

參考圖2O及圖6A，將第二聚合物層140圖案化以暴露出重布線元件138。另外，在經圖案化的第二聚合物層140之上形成重布線元件144。重布線元件144與暴露的重布線元件138電性連接。重布線元件144可分別包括導電通孔、導電跡線或其組合。在一些實施例中，重布線元件144可被視為扇出型重布線結構，且重布線元件138經由重布線元件144而進一步向外布線。在一些實施例中，重布線元件144分布在光子晶粒PD及包封體130之上。重布線元件144可與或可不與核心聚合物層136交疊，而下伏的重布線元件138可不與核心聚合物層136交疊。重布線元件144的形成方法可包括微影製程及鍍覆/沉積製程。重布線元件144的材料可包括Cu、Al、Ti等或其組合。在一些實施例中，還可在第二聚合物層140之上形成含有聚合物層及重布線元件的額外重布線層（未示出）。

參考圖6A及圖6B，翻轉圖5A中所示的封裝結構，並使第二聚合物層140及重布線元件144的表面附接於膠帶TP。在一些實施例中，膠帶TP連接於框架（未示出）。另外，從光子晶粒PD及包封體130剝除載體CA。在重布線結構122已形成在載體CA上的這些實施例中，此時載體CA是從重布線結構122剝除。在剝除載體CA之後，暴露出重布線結構122的背向光子晶粒PD的表面。在一些實施例中，在載體CA上預先形成諸如光熱轉換離形層或熱固化離形層等黏合層，而當將黏合層暴露於光或熱而使其失去黏性時，可剝除具有黏合層的載體CA。

參考圖6B及圖6C，圖案化重布線結構122的介電層124，以形成暴露出重布線結構122中的一些重布線元件126的開口。此後，在這些開口中分別形成電連接件146，且電連接件146電性連接於暴露的重布線元件126。在一些實施例中，電連接件146包括微凸塊、受控塌陷芯片連接（C4）凸塊、球柵陣列（ball grid array，BGA）球、焊球等。舉例而言，本揭露中所述的微凸塊的尺寸可處於從5微米到50微米的範圍內。在一些實施例中，在形成電連接件146之前，可在介電層124的這些開口中形成凸塊下金屬化（under bump metallization，UBM）層（未示出）。

參考圖6C及圖6D，翻轉圖6C中所示的封裝結構，且將電連接件146附接到膠帶TP1。在一些實施例中，膠帶TP1連接於框架（未示出）。此時，從當前結構剝除圖6C中所示的膠帶TP。如此一來，暴露出第二聚合物層140的表面及重布線元件144的表面。

參考圖6D及圖6E，將電子組件EC附接到圖6D中所示的封裝結構的暴露表面上。在一些實施例中，電子組件EC是單個電子晶粒，例如邏輯積體電路（IC）晶粒、記憶體晶粒、類比積體電路晶粒、特殊應用積體電路晶粒（application-specific IC，ASIC）等。在其他實施例中，電子組件EC是多個電子晶粒被包封在包封體（未示出）中的封裝結構。電子組件EC附接到重布線元件144的暴露表面上，且電性連接到重布線元件144。在一些實施例中，電子組件EC經由電連接件148電性連接到重布線元件144。舉例而言，電連接件148可包括微凸塊或C4凸塊。另外，在電子組件EC與下伏的封裝結構之間的空間中填充有底膠（underfill）150。如此一來，電連接件148被底膠150側向環繞。由於至少一些重布線元件144例如是經由重布線元件138及導電接墊116而電性連接到光子晶粒PD，因此電子組件EC與光子晶粒PD可相互電性連接。在一些實施例中，電子組件EC與下伏的光子晶粒PD部分地交疊。在其他實施例中，電子組件EC與光子晶粒PD完全交疊。所屬領域中具有通常知識者可調整電子組件EC及光子晶粒PD的尺寸及排列方式，本揭露並不僅限於此。

在附接電子組件EC之後，可移除圖6D中所示的膠帶TP1，且可對圖6E中部分地示出的晶圓結構的外圍區執行切割製程。至此，形成半導體封裝20。光子晶粒PD及電子組件EC整合在半導體封裝20內。應注意，光學耦合在相鄰光子晶粒PD之間的波導結構142與重布線元件（例如是重布線元件138及144）整合在一起，且位於光子晶粒PD與電子組件EC之間。

圖7是根據本揭露的一些實施例的半導體封裝30的示例性俯視圖。圖7中所示的半導體封裝30類似於圖6E中所示的半導體封裝20。將僅論述半導體封裝30與半導體封裝20之間的差異，相似或相同的部分將不再贅述。

參照圖6E及圖7，半導體封裝30包括多個光子晶粒PD及多個電子組件EC。光子晶粒PD彼此分離，且被包封體130側向環繞。在一些實施例中，光子晶粒PD排列成陣列。舉例而言，光子晶粒PD沿著三列及三行排列，但本揭露並不僅限於此。另外，多個導電柱128可設置在包封體130中。與圖6E中所示的說明類似，電子組件EC分別附接到光子晶粒PD上。如圖7中所示，在一些實施例中，電子組件EC的尺寸小於光子晶粒PD的尺寸，且電子組件EC可完整地交疊於與下伏的光子晶粒PD。包括核心聚合物136、下伏第一聚合物層132及上覆第二聚合物層140的波導結構142連接在光子晶粒PD之間，以作為用於傳遞數據的數據波導（data waveguide）。在一些實施例中，半導體封裝30更包括電源波導（power waveguide）152，電源波導152連接光子晶粒PD及電子組件EC的堆疊，且連接於光纖154。與波導結構142類似，功率波導152可包括核心聚合物及包覆所述核心聚合物的包覆聚合物層（兩者皆未示出）。

圖8是根據本揭露的一些實施例的半導體封裝40的示例性俯視圖。圖8中所示的半導體封裝40類似於圖7中所示的半導體封裝30。將僅論述半導體封裝40與半導體封裝30之間的差異，相似或相同的部分將不再贅述。

參考圖7及圖8，圖8中所示的半導體封裝40更包括至少一個額外光子晶粒PD’。在一些實施例中，如圖8中所示，半導體封裝40包括兩個額外光子晶粒PD’。在替代實施例中，半導體封裝40可包括單一額外光子晶粒PD’或三個以上額外光子晶粒PD’。本揭露並不僅限於額外光子晶粒PD’的數量。額外光子晶粒PD’設置在晶粒堆疊陣列之外圍。所述晶粒堆疊分別包括光子晶粒PD及上覆的電子組件EC。額外光子晶粒PD’在結構上類似於光子晶粒PD，且經由電源波導152及數據波導（即波導結構142）連接到光子晶粒PD。在一些實施例中，額外光子晶粒PD’連接到多個光纖154。一些光纖154連接到電源波導152，以作為在半導體封裝40與外部系統（未示出）之間傳輸電源訊號的光學電源輸入/輸出。另一方面，其他光纖154接到數據波導（即，波導結構142），以用作在半導體封裝40與外部系統（未示出）之間傳輸光學訊號的光學訊號輸入/輸出。舉例而言，連接到每一額外光子晶粒PD’的其中一光纖154連接到電源波導152，而連接到每一額外光子晶粒PD’的另外兩條光纖154連接到數據波導（即，波導結構142）。然而，所屬領域中具有通常知識者可根據設計要求調整光學訊號輸入/輸出的數量及光學功率輸入/輸出的數量，本揭露並不僅限於此。在一些實施例中，額外光子晶粒PD’設置在半導體封裝40的邊緣區處，且被其中設置有導電柱128的包封體130側向包封。在這些實施例中，額外光子晶粒PD’的側壁可與半導體封裝40的邊界實質上共面。如圖8中所示，半導體封裝40呈晶圓形式（wafer form），且半導體封裝40的大小及/或形狀類似於半導體晶圓的大小及/或形狀。作為替代地，半導體封裝40可被單體化成尺寸遠小於半導體晶圓的尺寸且形狀可能不同於半導體晶圓的形狀的封裝形式。此外，在一些實施例中，每一額外光子晶粒PD’的面積大於每一光子晶粒PD的面積，以為光纖154提供足夠的附著面積。然而，所屬領域中具有通常知識者可調整光子晶粒PD及額外光子晶粒PD’的面積，本揭露並不僅限於此。

圖9A及圖9B是根據本揭露的一些實施例的波導圖案的示例性俯視圖。

參考圖2B及圖9A，圖9A中所示的波導圖案208類似於圖2B中所示的波導圖案108，且具有窄端208a及寬端208b。波導圖案108與波導圖案208之間的差異在於圖2B中所示的波導圖案108的寬度從寬端108b到窄端108a以恆定的縮減率減小，而圖9A中所示的波導圖案208的寬度從寬端208b到窄端208a以多個縮減率而減小。如圖9A中所示，波導圖案208可被認為具有多個區域，且這些區域的寬度縮減率彼此不同。舉例而言，波導圖案208具有3個區域208-1、208-2及208-3，這3個區域從寬端208b到窄端208a依序排列。區域208-1的寬度縮減率大於區域208-2的寬度縮減率，且區域208-2的寬度縮減率大於區域208-3的寬度縮減率。

參考圖9A及圖9B，圖9B中所示的波導圖案308類似於圖9A中所示的波導圖案208，惟波導圖案308具有4個區域308-1、308-2、308-3及308-4。區域308-1、區域308-2、區域308-3及區域308-4從波導圖案308的寬端308b到窄端308a依序排列。區域308-1、區域308-2、區域308-3及區域308-4中的至少兩者的寬度縮減率彼此實質上相等。舉例而言，區域308-1與區域308-3可具有實質上相同的寬度縮減率。另外，區域308-1、308-2、308-3及308-4中的至少一者的寬度縮減率可為零。舉例而言，區域308-2的寬度沿著波導圖案308的延伸方向是恆定的。此外，波導圖案308的寬度在區域308-3與區域308-4之間的界面處可能不連續，而可在區域308-3與區域308-4之間的界面處觀察到寬度落差。

然而，所屬領域中具有通常知識者可根據製程要求修改波導圖案的形狀，以使得波導圖案可具有寬度縮減率相同或不同的少於3個區或4個以上區域。

圖10A到圖10C是示出處於根據本揭露的一些實施例的半導體封裝10a的製造方法期間的各個階段處的結構的剖視圖。參照圖10A到圖10C所述的實施例類似於參照圖2A到圖2O以及圖3A到圖3E所述的實施例。將僅論述這些實施例之間的差異，相似或相同的部分將不再贅述。另外，相似的參考編號指示相似的元件。

參考圖2K及圖10A，在一些實施例中，在將第一聚合物層132圖案化（如圖2K中所示）之後形成第一反射結構RF1。第一反射結構RF1形成在開口W1中，且覆蓋第一聚合物層132的一部分。在開口W1中，第一反射結構RF1設置在側壁SW的靠近光子晶粒PD的邊緣之一部分之上，且分別位於波導圖案108與光子晶粒PD的邊緣之間。圖10A中虛線所圍繞的區域示出相鄰光子晶粒PD的開口W1中的元件的示例性俯視圖。如此示例性俯視圖中所示，第一反射結構RF1位於波導圖案108的延伸方向上，且經由介電層112的一些部分而與波導圖案108側向分隔開。另外，形成在相鄰光子晶粒PD上的第一反射結構RF1彼此面向。第一反射結構RF1可由例如銅、鋁等或其組合等反射材料製成。用於形成第一反射結構RF1的方法可包括沉積製程（例如是物理氣相沉積製程）或鍍覆製程（例如是電鍍製程或無電鍍製程），且包括微影製程及蝕刻製程的圖案化製程。

參考圖2M及圖10B，在一些實施例中，可在形成核心聚合物136（如圖2M中所示）之後形成第二反射結構RF2。第二反射結構RF2覆蓋核心聚合物136的一部分，且與位於核心聚合物136之下的第一反射結構RF1交疊。圖10B中虛線所圍繞的區域示出相鄰光子晶粒PD的開口W2中的元件的示例性俯視圖。如此示例性俯視圖中所示，第二反射結構RF2覆蓋延伸而跨過開口W2的核心聚合物136的一部分。另外，形成在相鄰光子晶粒PD上的第二反射結構RF2彼此面向。第二反射結構RF2可由例如銅、鋁等或其組合等反射材料製成。用於形成第二反射結構RF2的方法可包括沉積製程（例如是物理氣相沉積製程）或鍍覆製程（例如是電鍍製程或無電鍍製程），且包括微影製程及蝕刻製程的圖案化製程。

參考圖2N、圖2O及圖10C，在一些實施例中，在形成第二反射結構RF2之後執行形成重布線元件138及第二聚合物層140的步驟，以形成半導體封裝10a。在替代實施例中，形成重布線元件138的步驟在形成第二反射結構RF2的步驟之前。本揭露並不僅限於形成第二反射結構RF2及重布線元件138的步驟的順序。半導體封裝10a類似於圖2O中所示的半導體封裝10，惟半導體封裝10a更包括第一反射結構RF1及第二反射結構RF2。通過將第一反射結構RF1及第二反射結構RF2設置在核心聚合物136的一些爬升區段的相對側處，可將傳輸穿過核心聚合物136的這些爬升區段的光訊號更好地約束在核心聚合物136中。因此，可減少波導結構142的訊號損耗。

如上所述，本揭露中的實施例的波導結構形成在重構的晶圓結構上。在所述重構的晶圓結構中，光子晶粒被包封體側向包封。波導結構連接在相鄰光子晶粒之間，且用於實現這些相鄰光子晶粒之間的光學通訊。另外，波導結構與分離的光子晶粒整合在單個封裝結構中。由於波導結構在重構的晶圓結構之上延伸，因此光子晶粒之間的光學傳輸不再受半導體晶圓內未單體化的光子晶粒的配置（例如是未單體化的光子晶粒之間的間隔）限制。在一些實施例中，波導結構進一步整合在形成在重構的晶圓結構上的重布線層中，且可應用於扇出型半導體封裝中。

還可包括其他的特徵及製程。舉例來說，可包括測試結構來輔助對三維（three dimensional，3D）封裝或三維積體電路（three dimensional integrated circuit，3DIC）裝置進行驗證測試。測試結構可包括例如形成在重布線層中或形成在基底上的測試接墊，所述測試接墊允許使用探針及/或探針卡等來對三維封裝或三維積體電路進行測試。可對中間結構及最終結構執行驗證測試。另外，本文中所公開的結構及方法可與測試方法結合使用，所述測試方法包括在中間階段驗證出已知良好的晶粒以提高良率且降低成本。

根據本揭露的一些實施例，一種半導體封裝包括光子晶粒、包封體及波導結構。所述光子晶粒包括基底及介電層。所述基底具有波導圖案。所述介電層設置在所述基底之上。所述包封體側向包封所述光子晶粒。所述波導結構延伸於所述光子晶粒的前側及所述包封體的頂表面上，且貫穿所述介電層以光學耦合於所述波導圖案。

在一些實施例中，所述基底包括第一半導體層、第二半導體層及位於所述第一半導體層與所述第二半導體層之間的掩埋絕緣層，其中所述第一半導體層具有所述波導圖案。

在一些實施例中，所述波導結構交疊於所述基底的所述波導圖案。

在一些實施例中，所述波導結構直接接觸於所述基底的所述波導圖案。

在一些實施例中，所述波導結構包括核心聚合物及包覆聚合物，且所述核心聚合物被所述包覆聚合物包覆。

在一些實施例中，所述核心聚合物實質上呈條狀。

在一些實施例中，所述包覆聚合物包括：第一聚合物層，位於所述核心聚合物的底表面之下；以及第二聚合物層，覆蓋所述核心聚合物的頂表面及側壁。

在一些實施例中，所述核心聚合物的底表面的一部分接觸於所述基底的所述波導圖案。

在一些實施例中，所述核心聚合物具有比所述包覆聚合物的折射率高的折射率。

在一些實施例中，半導體封裝更包括：第一反射結構，設置在所述第一聚合物層與所述核心聚合物之間；以及第二反射結構，設置在所述第二聚合物層上且交疊於所述第一反射結構。

在一些實施例中，所述第一反射結構及所述第二反射結構位於所述波導圖案的延伸方向上且與所述波導圖案側向分隔開。

在一些實施例中，所述介電層具有開口，所述波導結構延伸到所述介電層的所述開口中，且所述介電層的所述開口具有平坦側壁或階梯狀側壁。

根據本揭露的一些其他實施例，一種半導體封裝包括第一光子晶粒、第二光子晶粒、包封體及波導結構。所述第一光子晶粒及所述第二光子晶粒分別包括基底及介電層。所述基底具有波導圖案。所述介電層設置在所述基底之上。所述包封體側向包封所述第一光子晶粒及所述第二光子晶粒。所述波導結構橫跨所述包封體的位於第一光子晶粒與第二光子晶粒之間的一部分，且延伸到第一光子晶粒的前側及第二光子晶粒的前側上。所述波導結構貫穿所述第一光子晶粒的介電層及所述第二光子晶粒的介電層，以光學耦合於所述第一光子晶粒的波導圖案及所述第二光子晶粒的波導圖案。

在一些實施例中，所述第一光子晶粒及所述第二光子晶粒分別更包括：內連線結構，嵌入在所述介電層中；以及導電接墊，設置在所述介電層之上且電性連接於所述內連線結構。

在一些實施例中，半導體封裝更包括：多個重布線結構，分別設置在所述第一光子晶粒及所述第二光子晶粒之上，且電性連接於所述第一光子晶粒的所述導電接墊及所述第二光子晶粒的所述導電接墊。

在一些實施例中，半導體封裝更包括：多個電子晶粒，分別設置在所述第一光子晶粒及所述第二光子晶粒之上，且電性連接於所述多個重布線結構電性連接。

根據本揭露的一些實施例，一種半導體封裝的製造方法包括：提供基底；將所述基底圖案化以在所述基底的表面處形成波導圖案；在所述基底之上形成介電層；形成貫穿所述介電層的開口以暴露出所述波導圖案；用包封體包封所述基底及所述介電層；以及在所述介電層及所述包封體之上形成波導結構。所述波導結構進一步延伸到所述介電層的開口中，以光學耦合於所述波導圖案。

在一些實施例中，所述基底具有第一半導體層、第二半導體層及位於所述第一半導體層與所述第二半導體層之間的掩埋絕緣層，且所述波導圖案是經由將所述第一半導體層圖案化而形成。

在一些實施例中，半導體封裝的製造方法更包括：在包封所述基底及所述介電層之前，用犧牲材料來填充所述介電層中的所述開口；以及在經由所述包封體包封所述基底及所述介電層之後，移除所述犧牲材料。

在一些實施例中，所述形成所述波導結構的步驟包括：在所述介電層及所述包封體之上形成第一聚合物層，其中所述第一聚合物層延伸到所述介電層的所述開口中且覆蓋所述波導圖案；將所述第一聚合物層圖案化以移除所述第一聚合物層的一部分，以暴露出所述波導圖案；在所述第一聚合物層之上形成核心聚合物，其中所述核心聚合物延伸到所述介電層的所述開口中且接觸所述波導圖案；以及在所述第一聚合物層之上形成第二聚合物層，其中所述核心聚合物的側壁及頂表面被所述第二聚合物層覆蓋，且所述第一聚合物層、所述核心聚合物及所述第二聚合物層構成所述波導圖案。

10、10a、20、30、40:半導體封裝 100:基底 102:第一半導體層 104:第二半導體層 106:掩埋絕緣層 108、208、308:波導圖案 108a、208a、308a:窄端 108b、208b、308b:寬端 110:光學裝置 112:介電層 114:內連線結構 115:保護層 116:導電接墊 118:保護層 120:犧牲材料 122:重布線結構 124:介電層 126:重布線元件 128:導電柱 130:包封體 132:第一聚合物層 134、134a:核心聚合物層 136、136a:核心聚合物 137:包覆聚合物 138、144:重布線元件 140:第二聚合物層 142、142a:波導結構 146、148:電連接件 150:填充底膠 152:電源波導 154:光纖 208-1、208-2、208-3、308-1、308-2、308-3、308-4、R:區域 A-A’、B-B’:線 BS:背側 CA:載體 DR:晶粒區 EC:電子組件 L、L1:長度 FS:前側 PD、PD’:光子晶粒 RF1:第一反射結構 RF2:第二反射結構 S100、S102、S104、S106、S108、S110、S112、S114、S116、S118、S120、S122、S124、S126、S128:步驟 SW、SW1:側壁 TP、TP1:膠帶 W、W1、W1a、W2、W3、W4:開口 WD1、WD2、WD3、WD4:寬度 θ、θ1:角度

圖1是示出根據本揭露的一些實施例的半導體封裝的製造方法的製程流程圖。 圖2A到圖2O是示出處於圖1中所示的半導體封裝的製造方法期間的各個階段處的結構的剖視圖。 圖3A是圖2O中所示的區域R的放大圖。 圖3B是沿著圖3A中所示的A-A’線的剖視圖。 圖3C是沿著圖3A中所示的B-B’線的剖視圖。 圖3D是如圖3A中所示的波導結構及下伏的波導圖案的的示例性俯視圖。 圖3E是如圖3A中所示的波導結構的一部分及下伏的包封體的三維示意圖。 圖4是示出根據本揭露的一些實施例的波導結構及位於所述波導結構周圍的元件的剖視圖。 圖5是示出根據本揭露的替代實施例的波導結構的剖視圖。 圖6A到圖6E是示出處於根據本揭露的一些實施例用於整合半導體封裝與電子晶粒的製造方法期間的各個階段處的結構的剖視圖。 圖7是根據本揭露的一些實施例的半導體封裝的示例性俯視圖。 圖8是根據本揭露的一些實施例的半導體封裝的示例性俯視圖。 圖9A及圖9B是根據本揭露的一些實施例的波導圖案的示例性俯視圖。 圖10A到圖10C是示出處於根據本揭露的一些實施例的半導體封裝的製造方法期間的各個階段處的結構的剖視圖。

10:半導體封裝

108:波導圖案

112:介電層

122:重布線結構

130:包封體

132:第一聚合物層

134a:核心聚合物層

136:核心聚合物

138:重布線元件

140:第二聚合物層

R:區域

CA:載體

PD:光子晶粒

W1:開口

Claims (40)

1. 一種半導體封裝，包括：光子晶粒，包括：基底，具有波導圖案；以及介電層，設置在所述基底上；包封體，側向包封所述光子晶粒；以及波導結構，延伸於所述光子晶粒的前側及所述包封體的頂表面上，且貫穿所述介電層以光學耦合到所述波導圖案。
2. 如請求項1所述的半導體封裝，其中所述基底包括第一半導體層、第二半導體層及位於所述第一半導體層與所述第二半導體層之間的掩埋絕緣層，其中所述第一半導體層具有所述波導圖案。
3. 如請求項1所述的半導體封裝，其中所述波導結構交疊於所述基底的所述波導圖案。
4. 如請求項1所述的半導體封裝，其中所述波導結構直接接觸於所述基底的所述波導圖案。
5. 如請求項1所述的半導體封裝，其中所述波導結構包括核心聚合物及包覆聚合物，且所述核心聚合物被所述包覆聚合物包覆。
6. 如請求項5所述的半導體封裝，其中所述核心聚合物實質上呈條狀。
7. 如請求項5所述的半導體封裝，其中所述包覆聚合物包括：第一聚合物層，位於所述核心聚合物的底表面之下；以及第二聚合物層，覆蓋所述核心聚合物的頂表面及側壁。
8. 如請求項5所述的半導體封裝，其中所述核心聚合物的底表面的一部分接觸於所述基底的所述波導圖案。
9. 如請求項5所述的半導體封裝，其中所述核心聚合物具有比所述包覆聚合物的折射率高的折射率。
10. 如請求項7所述的半導體封裝，更包括：第一反射結構，設置在所述第一聚合物層與所述核心聚合物之間；以及第二反射結構，設置在所述核心聚合物上且交疊於所述第一反射結構。
11. 如請求項10所述的半導體封裝，其中所述第一反射結構及所述第二反射結構位於所述波導圖案的延伸方向上且與所述波導圖案側向分隔開。
12. 如請求項1所述的半導體封裝，其中所述介電層具有開口，所述波導結構延伸到所述介電層的所述開口中，且所述介電層的所述開口具有平坦側壁或階梯狀側壁。
13. 一種半導體封裝，包括：第一光子晶粒與第二光子晶粒，分別包括：基底，具有波導圖案；以及 介電層，設置在所述基底之上；包封體，側向包封所述第一光子晶粒及所述第二光子晶粒；以及波導結構，橫跨所述包封體的位於所述第一光子晶粒與所述第二光子晶粒之間的一部分，且延伸到所述第一光子晶粒的前側及所述第二光子晶粒的前側上，其中所述波導結構貫穿所述第一光子晶粒的所述介電層及所述第二光子晶粒的所述介電層，以光學耦合於所述第一光子晶粒的所述波導圖案及所述第二光子晶粒的所述波導圖案。
14. 如請求項13所述的半導體封裝，其中所述第一光子晶粒及所述第二光子晶粒分別更包括：內連線結構，嵌入在所述介電層中；以及導電接墊，設置在所述介電層之上且電性連接於所述內連線結構。
15. 如請求項14所述的半導體封裝，更包括：多個重布線結構，分別設置在所述第一光子晶粒及所述第二光子晶粒之上，且電性連接於所述第一光子晶粒的所述導電接墊及所述第二光子晶粒的所述導電接墊。
16. 如請求項15所述的半導體封裝，更包括：多個電子晶粒，分別設置在所述第一光子晶粒及所述第二光子晶粒之上，且電性連接於所述多個重布線結構。
17. 一種半導體封裝的製造方法，包括： 提供基底；將所述基底圖案化以在所述基底的表面處形成波導圖案；在所述基底之上形成介電層；形成貫穿所述介電層的開口，以暴露出所述波導圖案；用包封體包封所述基底及所述介電層；以及在所述介電層及所述包封體之上形成波導結構，其中所述波導結構進一步延伸到所述介電層的所述開口中，以光學耦合於所述波導圖案。
18. 如請求項17所述的半導體封裝的製造方法，其中所述基底具有第一半導體層、第二半導體層及位於所述第一半導體層與所述第二半導體層之間的掩埋絕緣層，且所述波導圖案是經由將所述第一半導體層圖案化而形成。
19. 如請求項17所述的半導體封裝的製造方法，更包括：在包封所述基底及所述介電層之前，用犧牲材料來填充所述介電層中的所述開口；以及在經由所述包封體包封所述基底及所述介電層之後，移除所述犧牲材料。
20. 如請求項18所述的半導體封裝的製造方法，其中所述形成所述波導結構的步驟包括：在所述介電層及所述包封體之上形成第一聚合物層，其中所述第一聚合物層延伸到所述介電層的所述開口中且覆蓋所述波導 圖案；將所述第一聚合物層圖案化以移除所述第一聚合物層的一部分，而暴露出所述波導圖案；在所述第一聚合物層之上形成核心聚合物，其中所述核心聚合物延伸到所述介電層的所述開口中且接觸所述波導圖案；以及在所述第一聚合物層之上形成第二聚合物層，其中所述核心聚合物的側壁及頂表面被所述第二聚合物層覆蓋，且所述第一聚合物層、所述核心聚合物及所述第二聚合物層構成所述波導結構。
21. 一種半導體封裝，包括：光子晶粒，包括：基底，具有形成於所述基底的前側表面的邊緣區域內的波導圖案；以及介電層，覆蓋所述基底的所述前側表面，且具有交疊於所述波導圖案的末端部分的開口；包封體，側向包封所述光子晶粒；以及波導結構，延伸於所述包封體與所述光子晶粒上，且延伸至所述介電層的所述開口中，以光學耦合於所述波導圖案，其中所述波導結構包括：第一聚合物層，延伸於所述包封體與所述介電層的頂面上，且更覆蓋所述介電層的所述開口的側壁；核心聚合物，覆蓋所述波導圖案的交疊於所述介電層的所述開口的所述末端部分，且沿著所述第一聚合物層的頂面而爬 升至所述介電層與所述包封體的所述頂面上；以及第二聚合物層，覆蓋所述核心聚合物的側壁與頂面。
22. 如請求項21所述的半導體封裝，其中所述核心聚合物的延伸至所述介電層的所述開口中的第一部分在不具有所述第一聚合物層位於其間的情況下接觸於所述波導圖案。
23. 如請求項22所述的半導體封裝，其中所述介電層更側向環繞所述波導圖案，且所述核心聚合物的所述第一部分的底面接觸於所述波導圖案與所述介電層。
24. 如請求項21所述的半導體封裝，其中所述核心聚合物的第二部分延伸於所述第一聚合物層上。
25. 如請求項24所述的半導體封裝，其中所述第一聚合物層與所述第二聚合物層完整地包繞所述核心聚合物的所述第二部分。
26. 如請求項21所述的半導體封裝，其中所述核心聚合物為核心聚合物層的線性部分。
27. 如請求項26所述的半導體封裝，其中所述核心聚合物層具有交疊於所述包封體與所述基底的所述邊緣區域的開口，且所述介電層的所述開口交疊於所述核心聚合物層的所述開口。
28. 如請求項27所述的半導體封裝，其中所述核心聚合物層的所述開口大於所述介電層的所述開口。
29. 如請求項27所述的半導體封裝，其中所述核心 聚合物連接所述核心聚合物層的所述開口的相對兩側。
30. 如請求項27所述的半導體封裝，其中所述核心聚合物延伸於所述核心聚合物層的所述開口中，且分離於所述核心聚合物層的其他部分。
31. 一種半導體封裝，包括：光子晶粒，包括：基底，具有位於所述基底的前側表面的波導圖案；以及介電層，覆蓋所述基底的所述前側表面，且具有交疊於所述波導圖案的末端部分的開口；包封體，側向包封所述光子晶粒，以及波導結構，延伸於所述包封體與所述光子晶粒上，且延伸至所述介電層的所述開口中，以光學耦合於所述波導圖案，其中所述波導結構包括：第一聚合物層，延伸於所述包封體與所述介電層的頂面上，且更覆蓋所述介電層的所述開口的側壁；第一反射圖案，覆蓋所述第一聚合物層的沿著所述介電層的所述開口的所述側壁延伸的部分；核心聚合物，覆蓋所述波導圖案的所述末端部分，且沿著所述第一反射圖案與所述第一聚合物層的頂面爬升至所述介電層與所述包封體的所述頂面上；第二反射圖案，覆蓋所述核心聚合物的沿著所述第一反射圖案的所述頂面延伸的部分；以及 第二聚合物層，覆蓋所述第二反射圖案與所述核心聚合物。
32. 如請求項31所述的半導體封裝，其中所述核心聚合物的沿著所述介電層的所述開口的所述側壁延伸的部分夾置於所述第一反射圖案與所述第二反射圖案之間。
33. 如請求項31所述的半導體封裝，其中所述波導圖案側向分離於所述第一反射圖案與所述第二反射圖案。
34. 如請求項33所述的半導體封裝，其中所述介電層更側向環繞所述波導圖案，且所述第一反射圖案的底部接觸於所述介電層。
35. 如請求項31所述的半導體封裝，其中所述第一反射圖案與所述第二反射圖案由金屬構成。
36. 一種半導體封裝，包括：多個光子晶粒，沿著多數列與多數行排列，且分別包括：基底，具有形成於所述基底的前側表面的邊緣區域內的波導圖案；以及介電層，覆蓋所述基底的所述前側表面，且具有交疊於所述波導圖案的末端部分的開口；包封體，側向包封所述多個光子晶粒；以及多個波導結構，分別跨過所述包封體的一部分而連接所述多個光子晶粒中的一者的所述波導圖案的所述末端部分與所述多個光子晶粒中的相鄰一者的所述波導圖案的所述末端部分，其中所 述多個波導結構分別包括核心聚合物與包繞所述核心聚合物的包覆聚合物。
37. 如請求項36所述的半導體封裝，其中多個所述核心聚合物為核心聚合物層的多個線性部分。
38. 如請求項36所述的半導體封裝，其中各核心聚合物的相對兩端直接接觸於所述多個光子晶粒中的一者的所述波導圖案與所述多個光子晶粒中的相鄰一者的所述波導圖案。
39. 如請求項37所述的半導體封裝，其中所述核心聚合物層具有多個所述核心聚合物延伸於其中的多個開口。
40. 如請求項39所述的半導體封裝，其中所述核心聚合物層的各開口交疊於所述多個光子晶粒中的一者的所述介電層的所述開口與所述多個光子晶粒中的相鄰一者的所述介電層的所述開口。