[发明专利]一种基于紫外光刻工艺的深亚微米刻蚀槽制作方法

说明书

技术领域

本发明涉及一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工艺的深亚微米刻蚀槽制作方法。

背景技术

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技术领域，目前多种形式的各类激光光源的进一步发展和与其他期间的大规模集成，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工艺（Complementary Metal Oxide Semiconductor，简称CMOS）兼容的制备技术， 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、缩小体积，并可以与其他光波导器件进一步集成，减少封装次数。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，具有大规模生产的能力，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(Distributed Bragg-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，均通过一个或多个刻蚀槽的结构特性实现。而刻蚀槽的制作，极大地依赖于光刻工艺的精度水平。

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工艺，整个工艺分为四步：

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、清洗工艺，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）采用感应耦合等离子体刻蚀（Inductively Coupled Plasma，简称ICP），将刻蚀槽区域刻蚀掉，形成刻蚀槽； 

4）采用ICP工艺或湿法清洗，去掉光刻胶，形成所需的刻蚀槽。

半导体激光器刻蚀槽制作工艺中的几个关键点： 

1) 匀胶及烘烤工艺，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) 光刻工艺，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刻蚀工艺，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；

上文提到的第二个工艺难点，即光刻工艺，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。

在采用紫外光刻工艺的前提下，半导体激光器的刻蚀槽结构尺寸极限通常在0.5-1μm左右，在使用中会有较大的损耗，且无法进一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，也需要更精密的工艺调节才能实现。

发明内容

针对背景技术中所提到的几种深亚微米刻蚀技术的不足，本发明的目的在于提供一种基于紫外光刻工艺的深亚微米刻蚀槽制作方法，通过在现有的光刻工艺中增加几个步骤，使用紫外光刻工艺制作深亚微米金属掩膜，并通过此金属掩膜，使用紫外光刻工艺制作深亚微米光刻胶掩膜，并通过此光刻胶掩膜，实现紫外光刻工艺下的深亚微米刻蚀槽结构制作。

本发明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工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；