专利名称：光学平台的形成方法
技术领域：
本发明涉及半导体技术领域，尤其涉及一种光学平台的形成方法。
背景技术：
硅光学平台(Si Optical Bench，SiOB)系统，是一种高度集成的光学元件平台。 LEDdighting emitting diode)由于其具有低功耗的特点，越来越吸引人们的注意，而且， LED也应用在硅光学平台上，用来提供光源。为了提高应用在硅光学平台上的LED的发光效率，现有技术在硅光学平台上形成凹槽，将LED芯片设置在凹槽内，利用凹槽的聚光作用提升LED的二次光学效率。图1图6为现有技术的一种硅光学平台的形成方法的剖面结构示意图，参考图 1 图6，现有技术的硅光学平台的形成方法包括参考图11，提供硅衬底10，热氧化所述硅衬底10，在所述硅衬底10的表面形成二氧化硅11，所述表面包括上表面、下表面以及四个侧面，由于为剖面图，图中只示意出两个侧面，且由于附图为硅衬底10的一部分，所以没有示意出侧面的二氧化硅。参考图2，在所述二氧化硅11的上表面形成第一图形化的光刻胶层121，下表面形成第二图形化的光刻胶层122，第一图形化的光刻胶层121定义出凹槽的图形，第二图形化的光刻胶层122定义出通孔的图形。参考图3，利用缓冲氧化硅腐蚀液(BOE)刻蚀未被第一图形化的光刻胶层121和第二图形化的光刻胶层122覆盖的二氧化硅。之后去除第一图形化的光刻胶层121和第二图形化的光刻胶层122。参考图4，利用氢氧化钾(KOH)溶液刻蚀未被二氧化硅11覆盖的硅衬底10，形成凹槽13，器件台14以及器件台14两侧的通孔1 5。其中，器件台14用于设置LED，凹槽13 作为聚光斗，可以提升LED的二次光学效率，通孔15可以用来设置散热管，用于LED的散热。参考图5，热氧化所述硅衬底10，在通孔15的侧壁形成二氧化硅111，从而在整个硅衬底的所有的表面，包括凹槽13的侧壁、底部，通孔15的侧壁以及硅衬底的上下表面、 侧面均形成有二氧化硅，该二氧化硅作为介质层在之后沉积金属时，将硅衬底10与金属隔
1 O参图6，在凹槽13的侧壁和底部、通孔15的侧壁、硅衬底10的上下表面沉积金属， 形成金属薄膜16，该金属薄膜16可以用于在以后的工艺中进行刻蚀形成金属布线，作为电子元件之间的互连线。以上方法形成的硅光学平台中的凹槽主要利用KOH溶液进行湿法刻蚀形成，形成的凹槽的底部和侧壁的夹角在7°左右，该角度可以很好的提升LED的二次光学效率。 但是，上述方法需要对硅衬底10的上下表面分别进行刻蚀，工艺较为复杂。申请号为“200410048116. 9”的中国专利申请公开了一种光学平台的制作方法，然而也没有解决以上所述的技术问题。
发明内容
本发明解决的问题是现有技术采用两面刻蚀的方法形成光学平台，工艺较为复
ο为解决上述问题，本发明提供一种光学平台的形成方法，包括提供半导体衬底，所述半导体衬底具有相对的上表面和下表面；使用干法刻蚀对所述半导体衬底的上表面进行刻蚀，在所述半导体衬底的上表面形成凹槽，在所述凹槽底部的半导体衬底中形成通孔，所述通孔贯穿所述半导体衬底；对所述半导体衬底进行氧化，在所述半导体衬底的上表面、下表面和侧壁，以及所述凹槽和通孔的表面形成氧化膜；形成金属层，覆盖所述半导体衬底的上表面、下表面的氧化膜，以及所述凹槽和通孔表面的氧化膜。可选的，所述在所述半导体衬底的上表面形成凹槽，在所述凹槽底部的半导体衬底中形成通孔包括对所述半导体衬底的上表面进行第一干法刻蚀，形成开口 ；对所述半导体衬底的上表面及所述开口底部的半导体衬底进行第二干法刻蚀，形成凹槽，并使所述开口贯穿所述半导体衬底形成通孔，所述通孔位于所述凹槽底部的半导体衬底中。可选的，所述对所述半导体衬底的上表面进行第一干法刻蚀，形成开口包括在所述半导体衬底的上表面形成硬掩膜层并对其进行图形化，定义出所述开口的图形；以所述图形化后的硬掩膜层为掩膜，对所述半导体衬底进行第一干法刻蚀，形成所述开口 ；去除所述图形化后的硬掩膜层。可选的，所述硬掩膜层的材料为氧化硅、氮化硅或它们的叠层结构。可选的，所述硬掩膜层的厚度为8000 A至30000人。可选的，所述对所述半导体衬底的上表面及所述开口底部的半导体衬底进行第二干法刻蚀，形成凹槽，并使所述开口贯穿所述半导体衬底形成通孔包括在所述半导体衬底的上表面形成光刻胶层并对其进行图形化，定义出凹槽的图形；以所述图形化后的光刻胶层为掩膜对所述半导体衬底进行第二干法刻蚀，形成凹槽，并使所述开口贯穿所述半导体衬底形成通孔；去除所述图形化后的光刻胶层。可选的，所述第二干法刻蚀中的反应气体包括六氟化硫(SF6)和氯化氢(HC1)，反应压强为5mTorr (毫托)至200mTorr。可选的，所述凹槽的侧壁偏离底面的角度为100° 135°。可选的，所述第二干法刻蚀中的反应气体包括六氟化硫(SF6)和全氟丁烯(C4F8)， 反应压强为5mTorr至ZOOmiTorr。可选的，所述凹槽的侧壁偏离底面的角度为90° 115°。
可选的，所述第二干法刻蚀中的反应气体包括六氟化硫(SF6)、三氟化氮(NF3)、 溴化氢(HBr)和氧气(O2)，其中，SF6的流量为5sccm至lOsccm，NF3的流量为70sccm至 200sccm, HBr的流量为70sccm至150sccm，O2的流量为5sccm至15sccm，反应压强为 50mTorr 至 150mTorr，刻蚀功率为 500W 至 1000W。可选的，所述凹槽的侧壁偏离底面的角度为120° 130°。可选的，所述在所述半导体衬底的上表面形成凹槽，在所述凹槽底部的半导体衬底中形成通孔包括在所述半导体衬底的上表面进行第三干法刻蚀，形成所述凹槽；对所述凹槽底部的半导体衬底进行第四干法刻蚀，形成所述通孔，所述通孔贯穿所述半导体衬底。可选的，所述第三干法刻蚀中的反应气体包括SF6和HC1，反应压强为5mTorr至 200111 !^可选的，所述凹槽的侧壁偏离底面的角度为100° 135°。可选的，所述第三干法刻蚀中的反应气体包括SF6和C4F8，反应压强为5mTorr至 200111 !^可选的，所述凹槽的侧壁偏离底面的角度为90° 115°。可选的，所述第三干法刻蚀中的反应气体包括SF6、NF3、HBr和02，其中，SF6的流量为 5sccm 至 lOsccm，NF3 的流量为 70sccm 至 200sccm，HBr 的流量为 70sccm 至 150sccm，O2 的流量为5sccm至15sccm，反应压强为SOmiTorr至150mTorr，刻蚀功率为500W至1000W。可选的，所述凹槽的侧壁偏离底面的角度为120° 130°。可选的，所述金属层的材料选自金(Au)，钼(Pt)，钛(Ti)或者他们的任意组合。与现有技术相比，本发明具有以下优点本技术方案利用干法刻蚀对半导体衬底的一个表面进行刻蚀，形成光学平台的凹槽和通孔，与现有技术的两面刻蚀方法相比，其工艺较为简单，便于工业应用。此外，可以通过调整干法刻蚀中的气体压强来调整形成的凹槽侧壁与底部的夹角，与湿法刻蚀相比，具有更高的可控性，有利于优化LED的二次光学效率，减少光能量损失。
图1至图6为现有技术的一种硅光学平台的形成方法的中间结构的剖面图；图7为本发明实施例光学平台的形成方法的流程示意图；图8至图15为本发明实施例光学平台的形成方法的中间结构的剖面图。
具体实施例方式现有技术对衬底的两面进行刻蚀以形成光学平台，且刻蚀方法以湿法刻蚀为主， 工艺复杂度较高，且可控性较差。本技术方案利用干法刻蚀对半导体衬底的一个表面进行刻蚀，形成光学平台的凹槽和通孔，与现有技术的两面刻蚀方法相比，其工艺较为简单，便于工业应用。此外，可以通过调整干法刻蚀中的气体压强来调整形成的凹槽侧壁与底部的夹角，与湿法刻蚀相比，具有更高的可控性，有利于优化LED的二次光学效率，减少光能量损失。为了使本领域的技术人员可以更好的理解本发明，下面结合附图详细说明本发明的具体实施方式
。在以下描述中阐述了具体细节以便于充分理解本发明。但是本发明能够以多种不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广。因此本发明不受下面公开的具体实施方式
的限制。图7为本发明实施例的光学平台的形成方法的流程示意图，参考图7，包括步骤S21，提供半导体衬底，所述半导体衬底具有相对的上表面和下表面；步骤S22，使用干法刻蚀对所述半导体衬底的上表面进行刻蚀，在所述半导体衬底的上表面形成凹槽，在所述凹槽底部的半导体衬底中形成通孔，所述通孔贯穿所述半导体衬底；步骤S23，对所述半导体衬底进行氧化，在所述半导体衬底的上表面、下表面和侧壁，以及所述凹槽和通孔的表面形成氧化膜；步骤S24，形成金属层，覆盖所述半导体衬底的上表面、下表面的氧化膜，以及所述凹槽和通孔表面的氧化膜。图8至图15为本发明实施例的光学平台的形成方法的中间结构的剖面图，下面结合图7和图8至图15对本实施例进行详细说明。结合图7和图8，执行步骤S21，提供半导体衬底，所述半导体衬底具有相对的上表面和下表面。具体的，提供半导体衬底20，所述半导体衬底20具有相对的上表面20a和下表面20b。所述半导体衬底20可以是硅锗衬底、III-V族元素化合物衬底(如砷化镓、磷化铟、氮化镓等)、碳化硅衬底或其叠层结构，本实施例中优选为硅衬底。结合图7和图9至图13，执行步骤S22，使用干法刻蚀对所述半导体衬底的上表面进行刻蚀，在所述半导体衬底的上表面形成凹槽，在所述凹槽底部的半导体衬底中形成通孔，所述通孔贯穿所述半导体衬底。参考图13，本实施例中，使用干法刻蚀对所述半导体衬底的上表面20a进行刻蚀，在所述半导体衬底20的上表面20a形成凹槽25，在所述凹槽25 底部的半导体衬底20中形成通孔23a，下面参考图9至图13进行详细说明。首先参考图9，在所述半导体衬底20的上表面20a依次形成硬掩膜层21和光刻胶层22，并对所述光刻胶层22进行图形化，定义出开口的图形，所述开口的图形的位置和形貌与所述通孔23a相一致。所述硬掩膜层21的材料可以是氧化硅、氮化硅或它们的叠层结构，其形成方法可以是化学气相沉积(CVD)，其厚度为8000 A至30000 A,由于后续的干法刻蚀过程会对硬掩膜层21造成损耗，上述厚度可以避免硬掩膜层21在干法刻蚀过程中被全部损耗去除，有利于保证干法刻蚀形成的图形形貌。所述光刻胶层22的形成方法可以是旋涂、喷涂等，其图形化方法可以包括曝光、显影、定影等。参考图10，以所述图形化后的光刻胶层为掩膜，对所述硬掩膜层21进行刻蚀，将所述开口的图形转移至所述硬掩膜层21上，之后去除所述光刻胶层，刻蚀的过程可以是干法刻蚀、湿法刻蚀等。参考图11，以所述图形化后的硬掩膜层为掩膜，对所述半导体衬底20进行第一干法刻蚀，形成开口 23，之后将所述图形化后的硬掩膜层去除，暴露出所述半导体衬底20的上表面20a。第一干法刻蚀中采用的刻蚀气体主要包括溴化氢，或现有技术中常用的其他用于刻蚀硅的反应气体。参考图12，在所述半导体衬底20的上表面20a上形成光刻胶层M并图形化，定义出凹槽的图形。本实施例中，所述凹槽的图形覆盖了相邻的两个开口 23。参考图13，以所述图形化后的光刻胶层M为掩膜对所述半导体衬底20进行第二干法刻蚀，形成凹槽25，并使所述开口贯穿所述半导体衬底20形成通孔23a，之后将所述图形化后的光刻胶层M去除，去除的方法可以是灰化(ashing)等。所述凹槽25底部相邻的通孔23a之间形成器件台，用于放置LED等光学设备。 所述第二干法刻蚀中的反应气体包括SF6和HCl，反应压强为5mTorr至200mTorr， 可以通过控制第二干法刻蚀中的反应压强来调整所述凹槽25的底面和侧壁之间的夹角d。 采用上述反应气体刻蚀形成的凹槽25的侧壁偏离底面的角度D为100° 135°，即所述凹槽25的侧壁和底面之间的夹角d为45° 80°。根据实施例的不同，所述第二干法刻蚀中的反应气体包括SF6和C4F8，反应压强为 5mTorr至200mTorr，可以通过控制第二干法刻蚀中的反应压强来调整所述凹槽25的底面和侧壁之间的夹角d。采用上述反应气体刻蚀形成的凹槽25的侧壁偏离底面的角度D为 90° 115°，即所述凹槽25的侧壁和底面之间的夹角d为65° 90°。作为一个优选的实施例，本实施例中所述第二干法刻蚀中的反应气体包括SF6、 NF3、HBr 和 02，其中，SF6 的流量为 5sccm 至 10sccm，NF3 的流量为 70sccm 至 200sccm，HBr 的流量为70sccm至150sccm，&的流量为5sccm至Msccm，反应压强为50mTorr至150mTorr, 刻蚀功率为500W至1000W。类似的，可以通过调整第二干法刻蚀中的反应压强来调整凹槽 25的底面和侧壁之间的夹角d，采用上述刻蚀气体刻蚀形成的凹槽25的侧壁偏离底面的角度D为120° 130°，即所述凹槽25的侧壁和底面之间的夹角d为50° 60°。需要说明的是，第二干法刻蚀过程中，形成的凹槽25的侧壁与底面相倾斜，使得所述刻蚀贯穿后的通孔23a的侧壁和底面之间也相互倾斜，但是这并不影响光学平台的功能和使用。所述凹槽25和通孔23a是使用干法刻蚀对所述半导体衬底20的上表面20a刻蚀形成的，由于刻蚀过程仅涉及单独的上表面20a，工艺较为简单，便于工业应用。而且可以通过控制干法刻蚀中的反应压强来调整刻蚀形成的凹槽25的侧壁和底面之间的夹角，与湿法刻蚀相比，可控性更强，有利于优化LED的二次光学效率，减少能量损失。结合图7和图14，执行步骤S23，对所述半导体衬底进行氧化，在所述半导体衬底的上表面、下表面和侧壁，以及所述凹槽和通孔的表面形成氧化膜。具体的，对所述半导体衬底20进行氧化，在所述半导体衬底20的上表面20a、下表面20b和侧壁，以及所述凹槽 25和通孔23a的表面形成氧化膜26。所述氧化的方法可以是热氧化，温度为1100°C，所述氧化膜26覆盖所述半导体衬底20的上表面20a、下表面20b和侧壁，并覆盖所述凹槽25的底面和侧壁，以及所述通孔23a的侧壁。结合图7和图15，执行步骤S24，形成金属层，覆盖所述半导体衬底的上表面、下表面的氧化膜，以及所述凹槽和通孔表面的氧化膜。具体的，形成金属层27，覆盖所述半导体衬底20的上表面20a、下表面20b的氧化膜26，以及所述凹槽25和通孔23a表面的氧化膜 26。所述金属层27的材料选自金，钼，钛其中之一或者他们的任意组合，其形成方法可以是溅射法。上述实施例使用第一干法刻蚀首先在半导体衬底的上表面形成开口，之后再通过第二干法刻蚀形成凹槽，并使所述开口贯穿所述半导体衬底形成通孔，在本发明的其他实施例中，也可以先形成凹槽再形成通孔，具体包括使用第三干法刻蚀在所述半导体衬底的上表面形成凹槽；之后对所述凹槽底部的半导体衬底进行第四干法刻蚀，形成贯穿半导体衬底的通孔。所述第三干法刻蚀的反应气体等反应条件以及刻蚀后形成的凹槽的形貌与前述实施例中的第二干法刻蚀一致，这里不再赘述。本发明虽然已以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定本发明，任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，都可以利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出可能的变动和修改，因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化及修饰，均属于本发明技术方案的保护范围。
权利要求
1.一种光学平台的形成方法，其特征在于，包括提供半导体衬底，所述半导体衬底具有相对的上表面和下表面；使用干法刻蚀对所述半导体衬底的上表面进行刻蚀，在所述半导体衬底的上表面形成凹槽，在所述凹槽底部的半导体衬底中形成通孔，所述通孔贯穿所述半导体衬底；对所述半导体衬底进行氧化，在所述半导体衬底的上表面、下表面和侧壁，以及所述凹槽和通孔的表面形成氧化膜；形成金属层，覆盖所述半导体衬底的上表面、下表面的氧化膜，以及所述凹槽和通孔表面的氧化膜。
2.根据权利要求1所述的光学平台的形成方法，其特征在于，所述在所述半导体衬底的上表面形成凹槽，在所述凹槽底部的半导体衬底中形成通孔包括对所述半导体衬底的上表面进行第一干法刻蚀，形成开口 ；对所述半导体衬底的上表面及所述开口底部的半导体衬底进行第二干法刻蚀，形成凹槽，并使所述开口贯穿所述半导体衬底形成通孔，所述通孔位于所述凹槽底部的半导体衬底中。
3.根据权利要求2所述的光学平台的形成方法，其特征在于，所述对所述半导体衬底的上表面进行第一干法刻蚀，形成开口包括在所述半导体衬底的上表面形成硬掩膜层并对其进行图形化，定义出所述开口的图形；以所述图形化后的硬掩膜层为掩膜，对所述半导体衬底进行第一干法刻蚀，形成所述开口 ；去除所述图形化后的硬掩膜层。
4.根据权利要求3所述的光学平台的形成方法，其特征在于，所述硬掩膜层的材料为氧化硅、氮化硅或它们的叠层结构。
5.根据权利要求3所述的光学平台的形成方法，其特征在于，所述硬掩膜层的厚度为 8000 A至 30000 A。
6.根据权利要求2所述的光学平台的形成方法，其特征在于，所述对所述半导体衬底的上表面及所述开口底部的半导体衬底进行第二干法刻蚀，形成凹槽，并使所述开口贯穿所述半导体衬底形成通孔包括在所述半导体衬底的上表面形成光刻胶层并对其进行图形化，定义出凹槽的图形；以所述图形化后的光刻胶层为掩膜对所述半导体衬底进行第二干法刻蚀，形成凹槽， 并使所述开口贯穿所述半导体衬底形成通孔；去除所述图形化后的光刻胶层。
7.根据权利要求2或6所述的光学平台的形成方法，其特征在于，所述第二干法刻蚀中的反应气体包括Si76和HCl，反应压强为5mTorr至200mTorr。
8.根据权利要求7所述的形成光学平台的方法，其特征在于，所述凹槽的侧壁偏离底面的角度为100° 135°。
9.根据权利要求2或6所述的光学平台的形成方法，其特征在于，所述第二干法刻蚀中的反应气体包括SF6和C4F8，反应压强为5mTorr至200mTorr。
10.根据权利要求9所述的光学平台的形成方法，其特征在于，所述凹槽的侧壁偏离底面的角度为90° 115°。
11.根据权利要求2或6所述的光学平台的形成方法，其特征在于，所述第二干法刻蚀中的反应气体包括SF6、NF3> HBr和02，其中，SF6的流量为5sccm至lOsccm，NF3的流量为 70sccm 至 200sccm，HBr 的流量为 70sccm 至 150sccm，& 的流量为 5sccm 至 15sccm，反应压强为50mTorr至150mTorr，刻蚀功率为500W至1000W。
12.根据权利要求11所述的光学平台的形成方法，其特征在于，所述凹槽的侧壁偏离底面的角度为120° 130°。
13.根据权利要求1所述的光学平台的形成方法，其特征在于，所述在所述半导体衬底的上表面形成凹槽，在所述凹槽底部的半导体衬底中形成通孔包括在所述半导体衬底的上表面进行第三干法刻蚀，形成所述凹槽；对所述凹槽底部的半导体衬底进行第四干法刻蚀，形成所述通孔，所述通孔贯穿所述半导体衬底。
14.根据权利要求13所述的光学平台的形成方法，其特征在于，所述第三干法刻蚀中的反应气体包括SF6和HCl，反应压强为5mTorr至200mTorr。
15.根据权利要求14所述的形成光学平台的方法，其特征在于，所述凹槽的侧壁偏离底面的角度为100° 135°。
16.根据权利要求13所述的光学平台的形成方法，其特征在于，所述第三干法刻蚀中的反应气体包括SF6和C4F8，反应压强为5mTorr至200mTorr。
17.根据权利要求16所述的光学平台的形成方法，其特征在于，所述凹槽的侧壁偏离底面的角度为90° 115°。
18.根据权利要求13所述的光学平台的形成方法，其特征在于，所述第三干法刻蚀中的反应气体包括SF6、NF3、HBr和02，其中，SF6的流量为kccm至10sccm，NF3的流量为70sccm 至200sccm，HBr的流量为70sccm至150sccm，O2的流量为5sccm至15sccm，反应压强为 50mTorr 至 150mTorr，刻蚀功率为 500W 至 1000W。
19.根据权利要求18所述的光学平台的形成方法，其特征在于，所述凹槽的侧壁偏离底面的角度为120° 130°。
20.根据权利要求1所述的光学平台的形成方法，其特征在于，所述金属层的材料选自金，钼，钛其中之一或者他们的任意组合。
全文摘要
一种光学平台的形成方法，包括提供半导体衬底，所述半导体衬底具有相对的上表面和下表面；使用干法刻蚀，在所述半导体衬底的上表面形成凹槽，在所述凹槽底部的半导体衬底中形成通孔，所述通孔贯穿所述半导体衬底；对所述半导体衬底进行氧化，在所述半导体衬底的上表面、下表面和侧壁，以及所述凹槽和通孔的表面形成氧化膜；形成金属层，覆盖所述半导体衬底的上表面、下表面的氧化膜，以及所述凹槽和通孔表面的氧化膜。本发明工艺较为简单，便于工业应用，而且可控性较强。
文档编号H01L33/00GK102479890SQ20101056827
公开日2012年5月30日 申请日期2010年11月30日 优先权日2010年11月30日
发明者张海洋, 李凡 申请人:中芯国际集成电路制造(北京)有限公司