一种在硅基工艺上制作光纤对准基座阵列的方法
【专利摘要】本发明公开了一种在硅基工艺上制作光纤对准基座阵列的方法，包括如下步骤：1.在光刻版上画出光纤对准基座所需的通孔阵列和尺寸；2.在硅晶圆正面生长一层氧化硅薄膜；3.在硅晶圆正面涂上光刻胶，并用光纤对准基座的光刻版曝光显影阵列孔图形；4.刻蚀氧化硅薄膜作为硬质掩膜层；5.刻蚀硅深孔，刻蚀停止在硅晶圆内；6.去除刻蚀残留的光刻胶和刻蚀反应聚合物；7.刻蚀硅晶圆正面和背面残留的氧化硅薄膜；8.在硅晶圆正面贴上蓝膜，保护正面图形；9.背面研磨硅深孔刻蚀残留的硅，直到硅通孔形成；10.撕除蓝膜撕除。本发明通过刻蚀硅通孔与背面研磨相结合，既降低硅通孔刻蚀难度，同时避免刻蚀硅通孔带来的额外费用，减少了工艺成本，提高了工艺效率。
【专利说明】一种在硅基工艺上制作光纤对准基座阵列的方法
【技术领域】
[0001]本发明属于半导体集成电路制造工艺，涉及一种在硅基工艺上制作光纤对准基座阵列的方法。
【背景技术】
[0002]当前，光通讯器件的应用越来越广泛，光纤到户工程也开始在经济发达地区逐步实行。在一个光系统中需要多个光纤通道用于光信号的处理，而细长的光纤需要固定在数量众多的光纤对准基座上才能保证固定光纤的质量满足系统要求。因此对准精度高且工艺稳定是光信号功率损耗小的基本需求。
[0003]目前业界最常用的是采用激光熔融玻璃的方法来制作光纤通孔基座，激光熔融方法有制作工艺粗糙，对准精度低，成本高且效率低下的缺点，以及光纤对准不良导致光信号功率损耗严重的问题，因此迫切需要一种高精度，低成本和高良率的制作工艺来取代它。
[0004]在半导体工艺中目前已有的做法是将725微米的硅晶圆刻穿，将三片芯片粘合在一起后做成一个光纤对准基座，需要阵列孔的孔径面内均匀性好，工艺重复性强，流程简单，成本低的优点。但为了将725微米的晶圆刻穿，需要有一步甚至两到三步的背面成膜并且经过多步干法及湿法刻蚀,成本较高且工艺复杂。为此,迫切需要一种高精度,低成本和高良率的制作工艺来取代它。
【发明内容】
[0005]本发明要解决的技术问题是提供一种在硅基工艺上制作光纤对准基座阵列的方法，该方法采用干法刻蚀500-650微米的深硅孔后再利用背面研磨出通孔的工艺方法，既可以减少传统工艺多步成膜的费用和时间，同时简化传统工艺多层膜干法和湿法刻蚀的复杂流程，工艺可实现度高。
[0006]为解决上述技术问题，本发明提供一种在硅基工艺上制作光纤对准基座阵列的方法，包括如下步骤:
[0007]1.1在光刻版上画出光纤对准基座所需要的通孔阵列和尺寸；
[0008]1.2在硅晶圆的正面生长一层氧化硅薄膜；
[0009]1.3在生长完氧化硅薄膜的硅晶圆正面涂上光刻胶，并用光纤对准基座的光刻版曝光显影出阵列孔图形；
[0010]1.4在干法刻蚀机台中刻蚀氧化硅薄膜作为硬质掩膜层；
[0011]1.5在硅干法刻蚀机台中刻蚀硅深孔，刻蚀停止在硅晶圆内；
[0012]1.6在去胶机台中去除刻蚀残留的光刻胶和刻蚀反应聚合物；
[0013]1.7在湿法酸槽中刻蚀硅晶圆正面和背面残留的氧化硅薄膜；
[0014]1.8在硅晶圆正面贴上蓝膜，保护正面图形；
[0015]1.9在背面研磨机台上研磨硅深孔刻蚀残留的硅，直到硅通孔形成；
[0016]1.10将硅晶圆正面的蓝膜撕除，工艺完成。[0017]进一步地，所述步骤1.1中，在光刻版上按照光纤阵列的排布及尺寸画上圆孔阵列，以及区分光纤对准基座正反面的标记孔。
[0018]进一步地，所述步骤1.2中，在硅晶圆的正面使用等离子体增强化学气相沉积方法生长一层3微米-6微米的氧化娃薄膜。
[0019]进一步地，所述步骤1.3中，所述光刻胶的厚度为0.1微米-5微米；所述光刻胶为正性光刻胶或负性光刻胶。
[0020]进一步地，所述步骤1.4中，在干法刻蚀机台中使用包含四氟甲烷，三氟甲烷的主刻蚀气体刻蚀硅晶圆正面的3微米-6微米的氧化硅薄膜，此氧化硅薄膜与残留的光刻胶作为后续硅通孔刻蚀的掩膜层。
[0021]进一步地，所述步骤1.5中，在硅干法刻蚀机台中，利用步骤1.4所得的光刻胶和氧化娃薄膜作为刻蚀掩膜层，部分刻蚀500微米-650微米的深娃孔,主刻蚀气体为六氟化硫，刻蚀停止在硅晶圆内，刻蚀深度的面内均匀性为10%，刻蚀残留的硅厚度为75微米-225微米。
[0022]进一步地，所述步骤1.6中，在去胶机台中去除经过步骤1.4，1.5两步之后的残余光刻胶以及刻蚀反应副产物；所述刻蚀反应副产物产生于步骤4和步骤5干法刻蚀过程中，所述刻蚀反应副产物粘附在通孔内壁以及硅晶圆表面，会导致后续的光纤穿孔困难。
[0023]进一步地，所述步骤1.6中，所述去胶机台为干法灰化去胶机台，所述刻蚀反应副产物为有机物，在该干法灰化去胶机台中用O2反应去除该刻蚀反应副产物。
[0024]进一步地，所述步骤1.7中，在湿法酸槽中使用氢氟酸和氟化氨的混合药液刻蚀步骤1.6之后在硅晶圆正面和背面残余的氧化硅薄膜；所述氢氟酸与氟化氨的混合比例范围为1:200至1:2 ;所述氧化硅薄膜的刻蚀速率为400-800A/min。
[0025]进一步地，所述步骤1.9中，在背面研磨机台上研磨步骤1.5所述残留的75微米-225微米厚度的硅，边研磨边清洗，直到将硅通孔磨穿，背面研磨的均匀性为面内3微米以内，研磨精度为0.01-1微米，晶圆背面的粗糙度在0.1微米以内。
[0026]进一步地，在步骤1.10完成后得到孔径均匀性好，精确度高，内壁光滑的126-150微米孔径，500-650微米的光纤对准基座阵列。
[0027]和现有方法相比，本发明的有益效果在于:本发明是在硅基半导体制造工艺上生产精度高，体积小，产量高，工艺监控稳定的光纤对准基座阵列，已有的做法是将725微米的硅晶圆刻穿，将三片芯片粘合在一起后做成一个光纤对准基座，需要阵列孔的孔径面内均匀性好，工艺重复性强，流程简单，成本低的优点。但为了将725微米的晶圆刻穿，需要有一步甚至两到三步的背面成膜并且经过多步干法及湿法刻蚀，成本较高且工艺复杂。为此，在本发明中采用干法刻蚀500-650微米的深硅孔后再利用背面研磨出通孔的工艺方法，既可以减少传统工艺多步成膜的费用和时间，同时简化传统工艺多层膜干法和湿法刻蚀的复杂流程，工艺可实现度高。在本发明中，利用硅基半导体制造工艺生产精度高，体积小，产量高，工艺监控成熟严格的优点，通过刻蚀深硅通孔与背面研磨相结合的工艺方法，既可以降低硅通孔刻蚀的工艺难度，同时可以避免由于刻蚀硅通孔而需要背面成膜所带来的额外费用，减少了工艺成本，提高了工艺效率。
【专利附图】
【附图说明】[0028]图1是本发明方法的步骤2硅晶圆正面生长氧化硅薄膜后的剖面示意图；
[0029]图2是本发明方法的步骤3光刻胶涂胶显影后的剖面示意图；
[0030]图3是本发明方法的步骤4氧化硅硬质掩膜刻蚀完成后的剖面示意图；
[0031]图4是本发明方法的步骤5刻蚀娃停止在娃晶圆内后的首I]面不意图；
[0032]图5是本发明方法的步骤6硅晶圆光刻胶和刻蚀反应聚合物去除后的剖面示意图；
[0033]图6是本发明方法的步骤7硅晶圆正面氧化硅薄膜去除后的剖面示意图；
[0034]图7是本发明方法的步骤9背面研磨剩余硅直到将硅通孔磨穿后的剖面示意图。
[0035]图中附图标记说明如下:
[0036]1:氧化硅薄膜；2:硅晶圆；3:光刻胶。
【具体实施方式】
[0037]下面结合附图和实施例对本发明作进一步详细的说明。
[0038]本发明是一种实现使用半导体的工艺流程在硅晶圆上实现光传导中光纤对准基座(OFA)阵列的工艺方法。此OFA膜层结构是由0.1微米?5微米的光刻胶，3微米-6微米的氧化硅薄膜，725微米的硅基板组成，正面氧化硅薄膜作为硅通孔的硬质掩膜层，干法刻蚀深硅孔500-650微米后，再经过背面研磨剩余的75-225微米的硅，得到500-650微米的硅通孔。此工艺流程既可以减少多步成膜的费用和时间，同时简化多层膜干法和湿法刻蚀的复杂流程，工艺可实现度高。
[0039]如图1-图7所示，本发明一种在硅基工艺上制作光纤对准基座阵列的方法，具体包括如下步骤:
[0040]1.在光刻版(mask)上画出光纤对准基座所需要的通孔阵列和尺寸；在光刻版上按照光纤阵列的排布及尺寸画上圆孔阵列，以及区分光纤对准基座正反面的标记孔。
[0041]2.在硅晶圆2的正面使用硅烷(SiH4)以等离子体化学气相沉积的方法生长一层氧化硅薄膜1，厚度为3微米-6微米，见图1 ;
[0042]3.在成长完氧化硅薄膜I的硅晶圆2正面涂上光刻胶3，光刻胶3的厚度为0.1微米-5微米，光刻胶3采用正性光刻胶或负性光刻胶皆可，并用光纤对准基座的光刻版曝光显影出阵列孔图形，见图2;
[0043]4.在干法刻蚀机台中刻蚀氧化硅薄膜I作为硬质掩膜层:在介质膜干法刻蚀机台中，使用四氟甲烷(CF4)，三氟甲烷(CHF3)等主刻蚀气体刻蚀硅晶圆2正面的3微米-6微米的氧化硅薄膜1，此氧化硅薄膜I与残留的光刻胶3作为后续硅通孔刻蚀的掩膜层，见图3 ；
[0044]5.在硅干法刻蚀机台中刻蚀硅通孔，利用光刻胶3和氧化硅薄膜I作为刻蚀掩膜层，刻蚀500-650微米的硅通孔，主刻蚀气体为六氟化硫(SF6),刻蚀停止在硅晶圆2内，刻蚀面内均匀性小于10%，刻蚀残留的硅晶圆2的厚度大约为75-225微米，见图4 ；
[0045]6.在干法灰化去胶机台中去除步骤4和步骤5两步之后刻蚀残留的光刻胶3和刻蚀反应聚合物(在步骤4和步骤5干法刻蚀过程中会产生大量的刻蚀反应副产物(即刻蚀反应聚合物)，粘附在通孔内壁以及硅晶圆2表面，会导致后续的光纤穿孔困难，该刻蚀反应副产物为有机物性质，可以在干法灰化去胶机台中用O2反应去除)，见图5 ；
[0046]7.在湿法酸槽中使用氢氟酸(HF)和氟化氨的混合药液(氢氟酸与氟化氨的混合比例范围为1:200至1:2)刻蚀硅晶圆2正面和背面残余的氧化硅薄膜1，氧化硅薄膜I的亥Ij蚀速率大约为400-800Λ/min,见图6 ；
[0047]8.在贴膜机台上在硅晶圆2的正面贴上蓝膜，保护正面图形不受后续背面研磨机台的损伤；
[0048]9.在背面研磨机台上研磨步骤5干法刻蚀后残留的75-225微米的剩余的硅，研磨过程中边研磨边清洗，直到将硅通孔磨穿(在研磨减薄的过程中，边研磨边用纯水冲洗，将研磨的碎屑从硅片背面冲走，最后再将硅片进行干燥处理后，研磨完成)，背面研磨的均匀性很好，大约为面内3微米以内，研磨精度高(研磨精度大约为0.01-1微米)，硅晶圆2背面的粗糙度在0.1微米以内，见图7。
[0049]10.背面研磨完成后，在揭膜机台上将硅晶圆2正面的蓝膜揭除；以上工艺完成后，可以得到孔径均匀性好，精确度高，内壁光滑的126-150微米(例如，126微米)孔径，500-650微米深度的光纤对准基座阵列。
【权利要求】
1.一种在硅基工艺上制作光纤对准基座阵列的方法，其特征在于，包括如下步骤: 1.1在光刻版上画出光纤对准基座所需要的通孔阵列和尺寸； 1.2在硅晶圆的正面生长一层氧化硅薄膜； 1.3在生长完氧化硅薄膜的硅晶圆正面涂上光刻胶，并用光纤对准基座的光刻版曝光显影出阵列孔图形； 1.4在干法刻蚀机台中刻蚀氧化硅薄膜作为硬质掩膜层； 1.5在硅干法刻蚀机台中刻蚀硅深孔，刻蚀停止在硅晶圆内； 1.6在去胶机台中去除刻蚀残留的光刻胶和刻蚀反应聚合物； 1.7在湿法酸槽中刻蚀硅晶圆正面和背面残留的氧化硅薄膜； 1.8在硅晶圆正面贴上蓝膜，保护正面图形； 1.9在背面研磨机台上研磨硅深孔刻蚀残留的硅，直到硅通孔形成； 1.10将硅晶圆正面的蓝膜撕除，工艺完成。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤1.1中，在光刻版上按照光纤阵列的排布及尺寸画上圆孔阵 列，以及区分光纤对准基座正反面的标记孔。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤1.2中，在硅晶圆的正面使用等离子体增强化学气相沉积方法生长一层3微米-6微米的氧化硅薄膜。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤1.3中，所述光刻胶的厚度为0.1微米-5微米；所述光刻胶为正性光刻胶或负性光刻胶。
5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤1.4中，在干法刻蚀机台中使用包含四氟甲烷，三氟甲烷的主刻蚀气体刻蚀硅晶圆正面的3微米-6微米的氧化硅薄膜，此氧化硅薄膜与残留的光刻胶作为后续硅通孔刻蚀的掩膜层。
6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤1.5中，在硅干法刻蚀机台中，利用步骤1.4所得的光刻胶和氧化硅薄膜作为刻蚀掩膜层，部分刻蚀500微米-650微米的深硅孔，主刻蚀气体为六氟化硫，刻蚀停止在硅晶圆内，刻蚀深度的面内均匀性为10%，刻蚀残留的硅厚度为75微米-225微米。
7.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤1.6中，在去胶机台中去除经过步骤1.4，1.5两步之后的残余光刻胶以及刻蚀反应副产物；所述刻蚀反应副产物产生于步骤4和步骤5干法刻蚀过程中，所述刻蚀反应副产物粘附在通孔内壁以及硅晶圆表面，会导致后续的光纤穿孔困难。
8.如权利要求7所述的方法，其特征在于，所述步骤1.6中，所述去胶机台为干法灰化去胶机台，所述刻蚀反应副产物为有机物，在该干法灰化去胶机台中用O2反应去除该刻蚀反应副产物。
9.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤1.7中，在湿法酸槽中使用氢氟酸和氟化氨的混合药液刻蚀步骤1.6之后在硅晶圆正面和背面残余的氧化硅薄膜；所述氢氟酸与氟化氨的混合比例范围为1:200至1:2 ;所述氧化硅薄膜的刻蚀速率为400-800/Vmin.,
10.如权利要求1或6所述的方法，其特征在于，所述步骤1.9中，在背面研磨机台上研磨步骤1.5所述残留的75微米-225微米厚度的硅，边研磨边清洗，直到将硅通孔磨穿，背面研磨的均匀性为面内3微米以内，研磨精度为0.01-1微米，晶圆背面的粗糙度在0.1微米以内。
11.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤1.10完成后得到孔径均匀性好，精确度高，内壁 光滑的126-150微米孔径，500-650微米的光纤对准基座阵列。
【文档编号】G02B6/13GK103809241SQ201210454065
【公开日】2014年5月21日 申请日期:2012年11月13日 优先权日:2012年11月13日
【发明者】袁苑, 郁新举, 吴智勇 申请人:上海华虹宏力半导体制造有限公司