专利名称：一种单片集成微型透镜及其制作方法
技术领域：
本发明涉及一种单片集成微型透镜的制作方法，属半导体微细加工技术领域。
背景技术：
随着光纤通信技术的飞速发展，不仅对高速、高性能的光电器件需求曰益 增强，而且对高耦合效率、小容差等系统性能也提出了更高的要求，而在发光 器件如发光二极管、激光二极管等出光面以及光接收器件如PIN光探测器、MSM 光探测器等入光面制作微型透镜，可以较大幅度的提高光的耦合效率和改善耦 合容差，是一种非常有效的手段。
目前，半导体光器件用透镜主要分为两类 一类是外配的，俗称混合集成； 另外一类是在光器件的出光面或进光面单片集成透镜。随着光通讯技术的飞速 发展，后者将是未来高速光通讯器件发展的一趋势。当前，单片集成微型透镜 主要分两类，其一为采用半导体材料制作微型透镜，拟通过等离予干法刻蚀技 术或者多步骤湿法腐蚀技术形成透镜；其二，利用光刻胶作微型透镜的材料， 通过加热回流技术，使光刻胶收缩而形成圆弧状的微型透镜。
以上两类微型透镜的加工方法，具有各自的优势与不足，前者虽然材料折 射率大，聚光效果好，但是工艺加工条件苛刻，透镜的形貌不好控制；后者工 艺加工简单，透镜形貌好，但由于在芯片表面或者背面涂覆光刻胶不会太厚， 导致加热回流形成的透镜弧度不够，对提高光耦合性能不明显，而且透镜凸出 平面，可靠性有待提高。
发明内容
本发明需要解决的技术问题是提供一种加工工艺简单、聚光效果好、可靠
性高的单片集成樣t型透^:的制作方法。
3为解决上述问题，本发明所采取的技术方案是
一种单片集成微型透镜，包括基板和微型透镜，其特征在于，所述微型透 镜位于在基板的凹坑内。
其制作方法，包括以下工序
1) 在基板的一面形成一凹坑；
2) 用回流光刻胶填充凹坑，然后涂覆顶层掩蔽用光刻胶；
3) 将凹坑上的光刻胶形成一圆台状光刻胶柱；
4) 去除顶层掩蔽用光刻胶；
5) 应用回流工艺熔化光刻胶柱，形成微型透镜。 所迷基板包括半导体衬底或者铁电材料。 所述半导体衬底包括InP或者GaAs或者Si。 所述凹坑应用湿法腐蚀或者等离子体干法刻蚀制作而成。 所述圆台状的光刻胶柱应用光刻工艺和扫胶工艺制作而成。
所述用于顶层掩蔽的光刻胶与用于回流的光刻胶配合使用，二者共同实现 双层胶工艺。
采用上述单片集成微型透镜及其制作方法的有益效果在于秉承了光刻胶 回流制作微型透镜所具有的透镜形貌完整， 一致性好的优点，同时由于结合了 凹坑，更具有透镜弧形高度可控，对光的收聚效果更好；制作的微型透镜完全 位于凹坑内，可有效避免各种破碎，提高了透镜的完整性和可靠性；工艺相对 简单， 一致性和成品率比较高，易于批量生产。本发明的单片集成微型透镜的
图1~图5是以InP基板为例，单片集成微型透镜制作工艺的截面示意图。
具体实施例方式
下面结合附图对本发明做进一步详细描述
如图1所示，在InP基板1上，用光刻胶3作掩蔽，利用湿法腐蚀工艺腐
4蚀一凹i亢2。
所述凹坑的面积和深度根据微型透镜的特性进行调整。
所述湿法腐蚀工艺采用各向同性的HBr、HA和H20混合溶液，其体积比为1: 1: 9,在室温下(25°C)，腐蚀速率约为2 jLiffl/min。
所述凹坑也可采用等离子体干法刻蚀工艺制作。应用ICP刻蚀设备，调整 反应气体Cl2/CFUH2的流量比为7sccm: 8 sccm: 5. 5 sccm,射频入射功率为200W， 反应腔体里气压为4 5mTorr,制作一圆形或正方形的凹坑。通过调整反应气体 C12/CH4/H2的比例和射频入射功率以及反应腔体里的气压等条件，可实现腐蚀凹 坑目的，其腐蚀速率和腐蚀形貌均可控。
如图2所示，在图l基础上，用回流光刻胶4填充凹坑1，然后涂覆顶层 掩蔽用光刻胶3。所述回流的光刻胶4是MICR0CHEM公司的PMGI光刻胶，所述 掩蔽的光刻胶是SPA660光刻胶。
用于回流的光刻胶具有不溶于丙酮、折射率大、易于收缩变形特性；而用 于顶层掩蔽的光刻胶与回流的光刻胶配合使用，二者共同实现双层胶工艺。
如图3所示，在图2基础上，应用光刻工艺和扫胶工艺，将凹坑l上的光 刻胶4和3形成一圆台状光刻胶柱5和边缘区域6,然后其余区域的光刻胶全部 去掉。
如图4所述，利用回流光刻胶不溶于丙酮，而掩蔽胶溶于丙酮的特性，去 掉顶层掩蔽光刻胶3。
将衬底放置在热板上，控制热板温度为250°C ,进行光刻胶回流，回流10min， 即可形成纟敫型透4竟7,如图5所示。
基板还可以采用GaAs或者Si等其它多种的半导体材料，基板还可采用4失 电材料等。根据不同的基板，湿法腐蚀或者等离子体千法刻蚀的技术参数不同。
权利要求
1、一种单片集成微型透镜，包括基板和微型透镜，其特征在于所述微型透镜位于基板的凹坑内。
2、 根据权利要求l所述的单片集成微型透镜的制作方法，其特征是，包括 以下工序1) 在基板的一面形成一凹坑；2) 用回流光刻胶填充凹坑，然后涂覆顶层掩蔽用光刻胶；3) 将凹坑上的光刻胶形成一圆台状的光刻胶柱；4) 去除顶层掩蔽用光刻胶；5 )应用回流工艺熔化光刻胶柱，形成微型透镜。
3、 根据权利要求2所述单片集成微型透镜的制作方法，其特征在于所述基 板包括半导体衬底或者铁电材料。
4、 根据权利要求3所述单片集成微型透镜的制作方法，其特征在于所述半 导体衬底为InP或者GaAs或者Si。
5、 根据权利要求2所述单片集成微型透镜的制作方法，其特征在于所述凹 坑应用湿法腐蚀或者等离子体干法刻蚀制作而成。
6、 根据权利要求2所述单片集成微型透镜的制作方法，其特征在于所述圆 台状的光刻胶柱应用光刻工艺和扫胶工艺制作而成。
7、 根据权利要求2所述单片集成微型透镜的制作方法，其特征在于所述用 于顶层掩蔽的光刻胶与回流光刻胶配合使用，二者共同实现双层胶工艺。
全文摘要
本发明公开了一种单片集成微型透镜，包括基板和微型透镜，其特征在于，所述微型透镜位于基板的凹坑内，其制作方法，包括以下工序1)在基板的一面形成一凹坑；2)用回流光刻胶填充凹坑，然后涂覆顶层掩蔽用光刻胶；3)将凹坑上的光刻胶形成一圆台状的光刻胶柱；4)去除顶层掩蔽用光刻胶；5)应用回流工艺熔化光刻胶柱，形成微型透镜。与现有集成微型透镜相比，本发明具有透镜形状好、牢靠性好和可批量生产等特点，可广泛用于发光管、激光器、光探测器等光通讯器件。
文档编号G02B3/00GK101504468SQ20091007394
公开日2009年8月12日 申请日期2009年3月19日 优先权日2009年3月19日
发明者尹顺政, 曾庆明, 李献杰, 蔡道民, 赵永林, 高向芝 申请人:中国电子科技集团公司第十三研究所