一种脊波导激光器电极接触窗口的制作方法与流程

本发明涉及光电子技术领域，尤其涉及一种脊波导激光器电极接触窗口的制作方法。

背景技术：

脊波导激光器是一种常见的半导体激光器，其以制作简单、重复性好、成品率高等诸多优点而成为光纤通讯类半导体激光器的主流。

脊波导激光器的电流注入位置为脊波导结构的顶部表面，也称作电极接触窗口，电极接触窗口的顶部表面用来制作金属电极，在脊波导激光器的设计和制作中，对金属电极的尺寸、位置及厚度是有严格要求的。在脊波导结构顶部的金属电极的制作工艺中，电极接触窗口的制作是非常关键的一步，该技术关系到了脊波导激光器阈值电流、特征温度等许多重要的性能参数。一般，在制作电极接触窗口之前，需将脊波导结构顶部表面以外的其它部位的电介质层进行保护，为了只刻蚀脊波导结构顶部表面的电介质层，需要先去除覆盖脊波导结构的顶部表面的光刻胶，保留脊波导结构顶部表面以外的其它部位的光刻胶，此时需要采用高对准精度的曝光设备对脊波导结构的顶部表面涂覆的光刻胶进行光刻，此方式可以精确控制曝光区域在4微米内，从而能够获得高精度的电极接触窗口。

然而，高对准精度的曝光设备较为昂贵，而且还对光源要求较高。因此，脊波导激光器电极接触窗口的现有制作工艺采用高对准精度的曝光设备存在着成本高的问题。

技术实现要素：

本发明提供一种脊波导激光器电极接触窗口的制作方法，用以解决现有技术中存在的脊波导激光器电极接触窗口制作成本高的问题。

本发明实施例提供一种脊波导激光器电极接触窗口的制作方法，包括：

对晶元上沉积的波导层进行刻蚀，形成脊波导结构以及所述脊波导结构两侧的结构；

在所述脊波导结构和所述脊波导结构两侧的结构表面沉积电介质层；

在所述电介质层的表面涂覆光刻胶；

利用掩膜板对所述光刻胶进行光刻，将所述电介质层表面上覆盖所述脊波导结构的光刻胶去除；

对所述电介质层表面未去除的光刻胶进行热处理，令所述未去除的光刻胶在发生形变；

以所述光刻胶为掩膜对所述电介质层进行刻蚀，将覆盖在所述脊波导结构表面的电介质去除，形成电极接触窗口。

本发明实施例中，通过对所述电介质层表面未去除的光刻胶进行热处理，令所述未去除的光刻胶在发生形变，使得形变后的光刻胶能够覆盖因曝光范围过大而被暴露出的电介质层，从而避免了因曝光范围过大而被暴露出来的电介质层在后续刻蚀中被刻蚀掉的问题。因此，在解决上述技术问题的基础上，本发明实施例可采用半导体工艺中一般精度的曝光机进行曝光以实现脊波导激光器电极接触窗口的制作，对光刻设备的精度较现有技术要求更低，使用一般精度的光刻设备便能完成脊波导激光器电极接触窗口的制作，因此本发明实施例所公开的技术方案能够降低脊波导激光器电极接触窗口制作的成本。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简要介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域的普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的一种脊波导激光器电极接触窗口制作方法流程示意图；

图2为本发明实施例提供的一种脊波导激光器电极接触窗口制作结构示意图之一；

图3为本发明实施例提供的一种脊波导激光器电极接触窗口制作结构示意图之二；

图4为本发明实施例提供的一种脊波导激光器电极接触窗口制作结构示意图之三；

图5为本发明实施例提供的一种脊波导激光器电极接触窗口制作结构示意图之四；

图6为本发明实施例提供的一种脊波导激光器电极接触窗口制作结构示意图之五；

图7为本发明实施例提供的一种光刻胶形变方向示意图；

图8为本发明实施例提供的一种脊波导激光器电极接触窗口制作结构示意图之六；

图9为本发明实施例提供的一种脊波导激光器电极接触窗口制作结构示意图之七；

图10为本发明实施例提供的一种脊波导激光器电极接触窗口制作结构示意图之八；

图11为本发明实施例提供的一种脊波导激光器电极接触窗口处制作的金属电极的结构示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步地详细描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部份实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明实施例提供一种脊波导激光器电极接触窗口制作方法，如图1所示，为本发明实施例提供的一种脊波导激光器电极接触窗口制作方法流程示意图，图1中包括以下步骤：

s101：对晶元上沉积的波导层进行刻蚀，形成脊波导结构以及脊波导结构两侧的结构；

s102：在脊波导结构和脊波导结构两侧的结构表面沉积电介质层；

s103：在电介质层的表面涂覆光刻胶；

s104：利用掩膜板对光刻胶进行光刻，将电介质层表面上覆盖脊波导结构的光刻胶去除；

s105：对电介质层表面未去除的光刻胶进行热处理，令未去除的光刻胶在发生形变；

s106：以电介质层表面未去除的光刻胶为掩膜对电介质层进行刻蚀，将覆盖在脊波导结构表面的电介质去除，形成电极接触窗口，电极接触窗口为脊波导结构的电流注入窗口。

本发明实施例公开了一种脊波导激光器电极接触窗口的制作方法，应理解，本发明实施例也可以用于其它半导体器件的电极接触窗口制作工艺中。在本发明实施例的基础上未经创造性劳动而获得的其它半导体微米级制作工艺都应包含于本发明实施例中。

在s101的具体实施过程中，晶元包含衬底和生长于衬底之上的若干外延层，对于脊波导激光器，其晶元的外延层中至少包含一个有源层和位于有源层上下两侧的两个波导层，在本发明实施例中对晶元的具体材料结构并不做要求。

步骤s101刻蚀后的晶元结构如图2所示，包括脊波导结构1和脊波导结构两侧的结构，脊波导两侧的结构包括沟槽结构2和预留结构3，其中，沟槽结构2位于脊波导结构1和预留结构3之间，沟槽结构2包括两个侧壁，其中一个侧壁与脊波导结构1连接，另一个侧壁与预留结构3连接。在脊波导激光器制作工艺中，脊波导结构1的顶部将被制作电极接触窗口，而预留结构3将用于其它附加需求的实现，如作为打线区或者激光器的编号标记区等。

步骤s102在脊波导结构1和脊波导结构两侧的结构表面沉积电介质层，所获得的结构如图3所示，电介质层4覆盖脊波导结构1、沟槽结构2和预留结构3的表面。电介质层4能够起到保护脊波导激光器内部结构的作用，因此，其材质可以是氧化硅、氮化硅或其它绝缘介质材料，其厚度根据材料类型和工艺需求而定。可选的，所述电介质层4为性质稳定、制作工艺成熟的二氧化硅电介质层。可选的，采用等离子体增强化学气相沉积法(plasmaenhancedchemicalvapordeposition，pecvd)生长电介质层4。

步骤s103在电介质层的表面涂覆光刻胶获得如图4所示的结构，图4中，电介质层4的表面涂覆有光刻胶5。在电介质层4的表面涂覆光刻胶5时，由于光刻胶5多为亲油性，而电介质层4表面为亲水性，直接在电介质层4表面涂覆光刻胶5有可能造成光刻胶5与电介质层4的黏附性不理想的情况，因此可选的，在电介质层4的表面涂覆光刻胶5之前，先在电介质层4的表面蒸涂底胶，所蒸涂的底胶的极性兼具亲水性和亲油性，有利于提高光刻胶5与电介质层4的粘附性。

步骤s103在电介质层4的表面涂覆光刻胶5时，需保证光刻胶5的厚度和均匀性。可选的，采用匀胶机在电介质层4的表面旋涂光刻胶5，调整匀胶机的转速以控制光刻胶5的旋涂厚度，使光刻胶5的旋涂厚度至少将沟槽结构填平或接近填平。同时，脊波导结构1的顶部的光刻胶5也需要有一定厚度，可选的，光刻胶5的旋涂厚度至少为1μm。

步骤s104利用掩膜板对光刻胶进行光刻之前，先对图4所示的结构进行进行前烘处理，去除光刻胶5中多余的溶剂，以增加光刻胶5的黏附力。在光刻胶5冷却至室温后，对至少覆盖脊波导结构1的光刻胶区域进行曝光和显影，将电介质层4表面上覆盖脊波导结构的光刻胶去除。

步骤s104利用掩膜板对光刻胶5进行光刻时，与现有技术不同的是，如图5所示，光刻区域为至少覆盖脊波导结构1的光刻胶区域，包括覆盖脊波导结构1的光刻胶区域，以及填充在沟槽结构2内且邻近脊波导结构1的光刻胶区域。由于曝光区域不只是覆盖脊波导结构1的光刻胶区域，因此无需使用精度过高的曝光机，在此基础上，为了降低成本，本发明实施例所采用的曝光设备可以为普通精度的曝光设备。

在步骤s104中,进行曝光时，需严格控制曝光时长，曝光时长与光刻胶的种类及厚度、曝光机光源波长及曝光功率、介质层厚度及折射率等等多种因素有关。通过曝光，将掩膜板上的图案转移到光刻胶5上。为了提高掩膜图形转移的质量，可选的，在曝光后利用热板进行烘烤，然后冷却至室温之后进行显影，在进行显影时严格控制显影时间。

通过步骤s104获得的结构如图6所示，通过光刻去除了脊波导结构1表面上的光刻胶，但是由于光刻区域还包括填充在沟槽结构2内且邻近脊波导结构1的光刻胶区域，使得邻近脊波导结构1的沟槽结构2内的光刻胶5也被部分光刻，沟槽结构2内的光刻胶呈现出如图6所示的不规则的坑洼表面，沟槽结构2的侧壁覆盖的光刻胶5的厚度变薄，再加上曝光计量条件偏移，也可能造成沟槽结构2中填充的光刻胶5的整体厚度变薄，相比之下，尤其是沟槽结构2与脊波导结构1连接的侧壁上方覆盖的光刻胶5变得很薄，如图6中a所示的区域，在后续以光刻胶为掩膜刻蚀脊波导结构1上表面的电介质层形成电极接触窗口时，很容易将脊波导结构1的侧壁上方覆盖的光刻胶5以及电介质层4刻蚀掉，导致漏电流的产生。因此，需要通过步骤105对电介质层4表面未去除的光刻胶5进行热处理来避免此问题。

步骤s105对电介质层表面未去除的光刻胶进行热处理的具体实施过程中，所采用的光刻胶5应当是玻璃态光刻胶，这种光刻胶具有一个玻璃化温度，在玻璃化温度下产生热迁移，热迁移促使光刻胶产生流动性，例如光刻胶spr700-1.8，其在150℃时便可产生流动性。本申请选用具有此类特性的光刻胶，通过步骤105对电介质层4表面未去除的光刻胶5进行热处理控制光刻胶5的形变，来增加脊波导结构1的侧壁上方覆盖的光刻胶厚度，沟槽结构2内填充的光刻胶厚度。

具体的，步骤s105对电介质层表面未去除的光刻胶进行热处理控制光刻胶5的形变的示意图如图7所示，通过对电介质层4表面未去除的光刻胶5进行热处理，令覆盖预留区域3的光刻胶发生形变，并沿朝向沟槽结构2的方向进行热迁移；以及令填充在沟槽结构2内呈现坑洼表面的光刻胶5发生形变，并沿朝向沟槽结构2底部的方向进行热迁移，使沟槽结构2的侧壁上方和底部覆盖的光刻胶5厚度增加，尤其是令沟槽结构2与脊波导结构1连接的侧壁上方(参照图7的位置a)覆盖的光刻胶5的厚度增加。

步骤s105对电介质层4表面未去除的光刻胶5进行热处理后的获得的结构如图8所示，平沟槽结构2底部的光刻胶5厚度增加之后，能够填平或几乎填平沟槽结构2，能够对沟槽结构2的底部的电介质层4进行较好的保护，能够在后续以光刻胶5为掩膜刻蚀脊波导结构1上表面的电介质层4形成电极接触窗口时，保护沟槽结构2的底部的电介质层4不被刻蚀。沟槽结构2的侧壁表面的光刻胶5的厚度增加之后，尤其是沟槽结构2与脊波导结构1连接的侧壁上方(参见位置a)覆盖的光刻胶5的厚度增加之后，能够对沟槽结构2的侧壁表面的电介质层4进行较好的保护，能够在后续以光刻胶5为掩膜刻蚀脊波导结构1上表面的电介质层4形成电极接触窗口时，保护沟槽结构2的侧壁表面的电介质层4不被刻蚀。

步骤s106对脊波导结构1上表面的电介质层4刻蚀的方式可根据电介质层4材质而定，包括了湿法腐蚀和干法刻蚀。通常在半导体制作过程中，采用氧化硅或氮化硅作为电介质层4，这两种材料的湿法腐蚀工艺各向异性差，制作电极窗口的难度较高，因此多采用干法刻蚀对电介质层4进行刻蚀，如反应离子刻蚀(reactiveionetching，rie刻蚀)。

由于步骤s106对脊波导结构1上表面的电介质层4刻蚀时是以电介质层4表面未去除的光刻胶5为掩膜对电介质层4进行刻蚀的，光刻胶5覆盖的电介质层4不会被刻蚀掉，而未被光刻胶5覆盖的电介质层4将会被刻蚀，因此，只将脊波导结构1上表面的电介质层4刻蚀掉，从而实现了从光刻胶5到电介质层4的图案转移，以电介质层4表面未去除的光刻胶5为掩膜对电介质层4进行刻蚀，将覆盖在脊波导结构1表面的电介质去除形成电极接触窗口以后获得的结构如图9所示，脊波导结构1上表面电介质层4被刻蚀掉的区域即为电极接触窗口。

步骤106之后，还包括：通过去除电介质层4表面未去除的光刻胶5获得如图10所示的结构，并在电极接触窗口的表面生长金属电极，即完成了脊波导激光器金属电极的制作获得的结构如图11所示，如图11所示，在电极接触窗口表面生长金属电极6。

本发明实施例中，通过对所述电介质层表面未去除的光刻胶进行热处理，令所述未去除的光刻胶在发生形变，使得形变后的光刻胶能够覆盖因曝光范围过大而被暴露出的电介质层，从而避免了因曝光范围过大而被暴露出来的电介质层在后续刻蚀中被刻蚀掉的问题。因此，本发明实施例可采用半导体工艺中一般精度的曝光机进行曝光以实现脊波导激光器电极接触窗口的制作，对光刻设备的精度较现有技术要求更低，使用一般精度的光刻设备便能完成脊波导激光器电极接触窗口的制作，因此本发明实施例所公开的技术方案能够降低脊波导激光器电极接触窗口制作的成本。此外，现有脊波导激光器电极接触窗口的制作工艺中高精度的曝光设备在曝光对准时需要反复校准使得曝光操作过于繁琐，而且因为对准精度要求很高，掩膜板上的对准标记便也相应的更为复杂，采用本发明实施例后，由于对曝光精度的要求不再严苛，便可以简化曝光操作以及掩膜板的设计。

为了更进步说明本发明实施例所提供的技术方案，本发明提供以下具体实施例，需指出的是，以下具体实施例仅用于说明技术方案，并不代表本发明实施例仅包括或仅适用于以下情况。

第一种可行的实现方式

步骤1：对晶元上沉积的波导层进行刻蚀，形成脊波导结构1、沟槽结构2和预留结构3，获得如图2所示的结构。

步骤2：使用pecvd在已完成脊波导结构1、沟槽结构2和预留结构3的表层生长一层sio2电介质层4，获得如图3所示的结构，sio2的厚度以实际应用场景而定。

步骤3：使用烤箱在如图3所示的结构表面蒸涂六甲基乙硅胺烷(hmds)作为底胶，保证光刻胶和sio2电介质层4间有较好的黏附性，蒸涂温度为200-250℃。

步骤4：利用匀胶机旋涂光刻胶，通过调整转速得到所需厚度的光刻胶5，获得如图4所示的结构。

步骤5：利用热板对图4所示的结构

进行前烘，前烘温度85-100℃，持续1min，去除光刻胶5中多余溶剂，提高光刻胶黏附力，并冷却至室温。

步骤6：利用紫外曝光机进行曝光，曝光机功率设置为20±0.2mw，持续7-9s，以将掩膜板上的图形转移到光刻胶5上，如图5所示。

步骤7：利用热板进行曝后烘烤，提高复制图形的质量，曝后烘烤温度100-120℃，持续1min，并冷却至室温。

步骤8：在显影液mf26中进行显影，严格控制显影时间，一般为20-30s，环境温度为20℃，获得如图6所示的结构。

步骤9：利用热板进行后烘，使显影完的光刻胶进行热迁移，后烘温度为140-155℃，持续3min，光刻胶迁移方向如图7所示，迁移后的光刻胶的胶形变得平滑，对沟槽结构2和预留结构3的区域实现充分的保护，如图8所示。

步骤10：使用rie刻蚀对脊波导结构1顶部的sio2进行刻蚀去除，以形成最佳的电接触窗口，如图9所示。

步骤11：等离子体去胶，清除表层残留的光刻胶，如图10所示。

基于相同的技术构思，本发明实施提供第二种可行的实现方式

步骤1：对晶元上沉积的波导层进行刻蚀，形成脊波导结构、沟槽结构和预留结构。

步骤2：使用pecvd在已完成脊波导结构、沟槽结构和预留结构的表层生长一层sio2电介质层，电介质层的厚度为500nm。

步骤3：使用烤箱在电介质层表面蒸涂六甲基乙硅胺烷(hmds)作为底胶，蒸涂温度为250℃。

步骤4：利用匀胶机旋涂光刻胶spr700-1.8，通过调整转速得到所需厚度的光刻胶，在脊波导结构顶部的光刻胶厚度为1μm。

本步骤使用的光刻胶spr700-1.8，是因为该光刻胶的热稳定性较好，而且抗刻蚀能力突出。在脊波导结构顶部的光刻胶厚度为1μm，可保证光刻胶基本将两侧的沟槽结构填平。

步骤5：利用热板对光刻胶进行前烘，前烘温度90℃，持续1min，以去除光刻胶中多余溶剂，提高光刻胶黏附力，并冷却至室温。

步骤6：利用紫外曝光机进行曝光，曝光机功率设置为20±0.2mw，持续8s，以将掩膜板上的图形转移到光刻胶上。

步骤7：利用热板进行曝后烘烤，提高复制图形的质量，曝后烘烤温度100℃，持续2min，并冷却至室温。

步骤8：在显影液mf26中进行显影，显影时间为25s。

步骤9：利用热板进行后烘，使显影完的光刻胶进行热迁移，后烘温度为150℃，迁移后的胶形变得平滑，对沟槽结构和预留结构的区域实现充分的保护。

本步骤中，迁移后的沟槽结构内部和预留结构顶部的光刻胶厚度需在500nm以上，防止刻穿sio2，沟槽结构与脊波导结构相连的侧壁处的光刻胶应距脊波导结构上的sio2顶部200-500nm，以确保刻蚀后侧壁sio2包覆形貌良好，即sio2应保持侧壁完全包覆。

步骤10：刻蚀对脊波导结构顶部的sio2，以形成最佳的电接触窗口。

步骤11：等离子体去胶，去胶时长20min，以清除表层残留的光刻胶。

在本实施例提供的上述两种可能的实现方式中，均可采用半导体工艺中一般精度的曝光机进行曝光以实现脊波导激光器电极接触窗口的制作，这是因为，在本发明实施例中，通过对电介质层表面未去除的光刻胶进行热处理，令未去除的光刻胶在设定温度范围140-155℃发生形变，使得形变后的光刻胶能够覆盖因曝光范围过大而被暴露出来的电介质层，从而避免了因曝光范围过大而被暴露出来的电介质层在后续刻蚀中被刻蚀掉的问题。可见，本发明实施例对光刻设备的精度较现有技术要求更低，使用一般精度的曝光机便能完成脊波导激光器电极接触窗口的制作，因此本发明实施例所公开的技术方案能够降低脊波导激光器电极接触窗口制作的成本。此外，现有脊波导激光器电极接触窗口的制作工艺中高精度的曝光设备在曝光对准时需要反复校准使得曝光操作过于繁琐，而且因为对准精度要求很高，掩膜板上的对准标记便也相应的更为复杂，采用本发明实施例后，由于对曝光精度的要求不再严苛，便可以简化曝光操作以及掩膜板的设计。

尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。