一种基于紫外光刻工艺的深亚微米刻蚀槽制作方法技术

本发明专利技术公开了一种基于紫外光刻工艺的深亚微米刻蚀槽制作方法。在晶圆基板上沉积第一掩膜层；用紫外光刻和第一刻蚀工艺刻蚀第一掩膜层制作出台面，台面侧壁的位置位于制作深亚微米刻蚀槽的位置；再在台面表面沉积第二掩膜层；利用第二刻蚀工艺刻蚀掉在台面正表面的第二掩膜层；利用第三刻蚀工艺刻蚀掉台面第一掩膜层，保留两根柱体；在晶圆基板上表面旋涂第三掩膜层填平并覆盖柱体，回刻第三掩膜层暴露柱体；利用第四刻蚀工艺去除两根柱体形成深亚微米刻蚀槽的第三掩膜层掩膜，以第三掩膜层剩余部分作为掩膜，在晶圆基板上刻蚀出深亚微米刻蚀槽。本发明专利技术避免了采用电子束曝光、深紫外光刻或纳米压印等工艺的高额成本，且掩膜侧壁具有更高垂直度。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及ー种深亚微米刻蚀槽制作方法，特别是涉及半导体激光器和光电子集成器件中一种基于紫外光刻エ艺的深亚微米刻蚀槽制作方法。
技术介绍
在光通信领域，光纤的发展为通信产业的历史改变了长距离数字通信的工作模式。而在光纤通信光源制作
，目前多种形式的各类激光光源的进ー步发展和与其他期间的大規模集成，也将大大改变当前光通信领域的现状，对军事及民用通信系统的开发产生深远影响。如同IC芯片的概念,半导体激光器(Laser Diode,简称LD)就是利用与传统半导体エ艺(Complementary Metal Oxide Semiconductor,简称CMOS)兼容的制备技木，将半导体光源模块制作在晶圆基板(wafer)上，有助于光通讯组件集成化、縮小体积， 并可以与其他光波导器件进ー步集成，減少封装次数。这使得半导体激光器器件与诸如光纤激光器、固体激光器等传统的分立光学器件激光器相比，具有大規模生产的能力，且成本低，稳定性高，集成度高，具有较强的器件整合等能力，是组成各种光纤通信系统的核心元件。所谓半导体激光器，也就是说在半导体器件上通过制作波导和谐振腔，形成激光器。最常见通信用半导体激光器，由于其通信波长需要，使用磷化铟(InP)量子阱片制作。基于半导体的激光器器件类型包括法布里-泊罗激光器(Fabry-Perot Laser)、分布式反馈激光器(Distributed Feedback Laser)、分布式布拉格光栅反射器激光器(DistributedBragg-gratings Reflector Laser)等。在这些激光器中，多种重要的结构,包括光栅结构、反射器结构，均通过ー个或多个刻蚀槽的结构特性实现。而刻蚀槽的制作，极大地依赖于光刻エ艺的精度水平。下面分别以磷化铟基上的基于刻蚀槽的半导体激光器为例，介绍半导体激光器上刻蚀槽的标准制作エ艺，整个エ艺分为四步 1)在需要刻蚀的器件上均匀涂覆光刻胶并匀胶和烘烤； 2)使用对应的掩膜进行光刻，通过显影、定影、清洗エ艺，将不需要的刻蚀槽图形的部分用光刻胶保护起来，暴露出需要去掉的刻蚀槽区域； 3)采用感应稱合等离子体刻蚀(InductivelyCoupled Plasma,简称ICP),将刻蚀槽区域刻蚀掉，形成刻蚀槽； 4)采用ICPエ艺或湿法清洗，去掉光刻胶，形成所需的刻蚀槽。半导体激光器刻蚀槽制作エ艺中的几个关键点 1)匀胶及烘烤エ艺，要求针对不同的刻蚀材料，选择正确的光刻胶，并通过正确的甩胶和烘烤，将所需厚度的光刻胶制作在晶圆基板上； 2)光刻エ艺，要求通过准确的曝光、显影和定影控制，将掩膜板上的图案转移到光刻胶层上；3)ICP刻蚀エ艺，要求精确控制刻蚀气体比例及所加刻蚀功率，在取得合适的刻蚀选择比的情况下，得到垂直、光滑、连续的刻蚀表面及准确的刻蚀深度； 上文提到的第二个エ艺难点，即光刻エ艺，基本决定了所制作的刻蚀槽的表面特征和尺寸特征。而这些特征，决定了刻蚀槽在激光器结构中所能起到的具体作用及特性，如反射率、损耗等。在采用紫外光刻エ艺的前提下，半导体激光器的刻蚀槽结构尺寸极限通常在O.5-1 μ m左右，在使用中会有较大的损耗，且无法进ー步制作尺寸精度要求较高的布拉格光栅等结构。目前，国内外常用的几种解决方法包括使用深紫外光刻(EUV-Lithography),纳米压印技术(Nanometer Imprinting),电子束光刻(E-Beam Lithography)等。这些技术的光刻精度均能超越紫外光刻的极限，达到深亚微米甚至纳米级别的精度。但是这些技术的采用均需将现有设备更新换代，所需资金较大，也需要更精密的エ艺调节才能实现。
技术实现思路
针对
技术介绍
中所提到的几种深亚微米刻蚀技术的不足，本专利技术的目的在于提供一种基于紫外光刻エ艺的深亚微米刻蚀槽制作方法，通过在现有的光刻エ艺中増加几个步骤，使用紫外光刻エ艺制作深亚微米金属掩膜，并通过此金属掩膜，使用紫外光刻エ艺制作深亚微米光刻胶掩膜，并通过此光刻胶掩膜，实现紫外光刻エ艺下的深亚微米刻蚀槽结构制作。本专利技术采用的技术方案的步骤如下 a.在晶圆基板上制作第一掩膜层； b.在第一掩膜层上用紫外光刻和第一刻蚀エ艺刻蚀第一掩膜层制作出刻穿台面或非刻穿台面，台面侧壁的位置对应位于制作深亚微米刻蚀槽的位置； c.再在晶圆基板上表面和刻穿台面表面制作第二掩膜层；或在非刻穿台面表面沉积第二掩膜层； d.利用第二刻蚀エ艺刻蚀掉在晶圆基板上表面和刻穿台面上表面的第二掩膜层，保留刻穿台面侧壁上的第二掩膜层侧面部分；或利用第二刻蚀エ艺刻蚀掉非刻穿台面上表面的第二掩膜层，保留非刻穿台面侧壁上的第二掩膜层侧面部分； e.利用第三刻蚀エ艺刻蚀掉刻穿台面的第一掩膜层，形成独自竖立的两根第二掩膜层柱体；或利用第三刻蚀エ艺刻蚀掉除第二掩膜层侧面部分和其正下方同一宽度所述第一掩膜层剩余部分的非刻穿台面，形成独自竖立的两根混合柱体； f.在晶圆基板上表面制作第三掩膜层，填平井覆盖两根柱体，回刻第三掩膜层直到两根柱体暴露；或在晶圆基板上表面制作第三掩膜层，填平井覆盖两根混合柱，回刻第三掩膜层直到所述第一掩膜层剰余部分暴露； g.利用第四刻蚀エ艺去除两根柱体，形成深亚微米刻蚀槽的第三掩膜层掩膜；或利用第四刻蚀エ艺去除两根混合柱，形成深亚微米刻蚀槽的第三掩膜层掩膜； h.以第三掩膜层剰余部分作为掩膜，在晶圆基板上刻蚀出深亚微米刻蚀槽。所述第一掩膜层为ニ氧化硅层，第二掩膜层为铬金属层，第三掩膜层为光刻胶层。所述第一掩膜层的厚度为2-2. 75 μ m，采用ニ氧化硅作为第一掩膜层2时使用等离子体增强化学气相沉积法制作；所述第二掩膜层厚度为100-200nm，采用铬金属作为第ニ掩膜层时，采用磁控溅射机进行制作；所述第三掩膜层厚度为I. 2-1. 9 μ m，采用光刻胶作为第三掩膜层时使用旋涂，烘烤方式制作。所述刻穿台面或非刻穿台面的台面高度为1-3倍深亚微米刻蚀槽的宽度。 所述第一刻蚀エ艺和第三刻蚀エ艺是各向异性的，基于四氟化碳和三氟甲烷的感应耦合等离子体刻蚀方法制作。所述第二刻蚀エ艺是各向异性的，基于氯气和氧气的感应耦合等离子体刻蚀方法制作。所述第三掩膜层的厚度为O. 8-1. 5倍的柱体或混合柱体高度。本专利技术与
技术介绍
相比，具有的有益效果是 本专利技术描述了ー种基于紫外光刻エ艺制作的深亚微米刻蚀槽的方法，通过使用深亚微米柱形结构作为反向掩膜进行进ー步制作，实现紫外光刻エ艺下的深亚微米刻蚀槽结构制作，避免采用更精密的エ艺。此类深亚微米刻蚀槽结构可以但不限于应用在激光器的反射光栅或反射器之中，用以减少损耗并更精确的控制刻蚀槽的功能特性。采用本专利技术基于紫外光刻エ艺制作的具有深亚微米刻蚀槽结构的光电子器件，具有低成本、高性能和多功能的特点，采用此方法制作的深亚微米刻蚀槽结构在半导体激光器等领域有很大应用前景。附图说明图I是在晶圆基板沉积ー层第一掩膜层 图2是在第一掩膜层上制作台面 图3是在第一掩膜层及晶圆基板沉积第二掩膜层 图4刻蚀第二掩膜层，保留第二掩膜层侧面部分 图5去除台面，形成柱体或混合柱体 图6是在晶圆基板表面形成填平柱体或混合柱体的第三掩膜层 图7刻蚀第三掩膜层直至暴露柱体或混合本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于紫外光刻工艺的深亚微米刻蚀槽制作方法，其特征在于，该方法的步骤如下：a．在晶圆基板（1）上制作第一掩膜层（2）；b．在第一掩膜层（2）上用紫外光刻和第一刻蚀工艺刻蚀第一掩膜层（2）制作出刻穿台面（3）或非刻穿台面（4），台面侧壁的位置对应位于制作深亚微米刻蚀槽的位置；c．再在晶圆基板（1）上表面和刻穿台面（3）表面制作第二掩膜层（5）；？或在非刻穿台面（4）表面沉积第二掩膜层（5）；d．利用第二刻蚀工艺刻蚀掉在晶圆基板（1）上表面和刻穿台面（3）上表面的第二掩膜层（5），保留刻穿台面（3）侧壁上的第二掩膜层侧面部分（6）；或利用第二刻蚀工艺刻蚀掉非刻穿台面（4）上表面的第二掩膜层（5），保留非刻穿台面4侧壁上的第二掩膜层侧面部分（6）；e．利用第三刻蚀工艺刻蚀掉刻穿台面（3）的第一掩膜层（2），形成独自竖立的两根第二掩膜层柱体（7）；或利用第三刻蚀工艺刻蚀掉除第二掩膜层侧面部分（6）和其正下方同一宽度所述第一掩膜层（2）剩余部分的非刻穿台面（4），形成独自竖立的两根混合柱体（8）；f．在晶圆基板1上表面制作第三掩膜层（9），填平并覆盖两根柱体（7），回刻第三掩膜层（9）直到两根柱体（7）暴露；或在晶圆基板（1）上表面制作第三掩膜层（9），填平并覆盖两根混合柱（8），回刻第三掩膜层（9）直到所述第一掩膜层2剩余部分暴露；g．利用第四刻蚀工艺去除两根柱体（7），形成深亚微米刻蚀槽的第三掩膜层（9）掩膜；或利用第四刻蚀工艺去除两根混合柱（8），形成深亚微米刻蚀槽的第三掩膜层（9）掩膜；h．以第三掩膜层（9）剩余部分作为掩膜，在晶圆基板（1）上刻蚀出深亚微米刻蚀槽。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：王磊，邹立，何建军，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：