CN103854968A - 漏斗型特大硅穿孔的制作方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种漏斗型特大硅穿孔的制作方法，步骤包括：1）在硅基板背面淀积二氧化硅刻蚀停止层；2）在硅基板正面淀积二氧化硅硬掩膜；3）光刻和二氧化硅硬掩膜干法刻蚀定义硅穿孔图形；4）间歇式干法刻蚀出硅通道；5）高能量各向同性干法刻蚀，形成漏斗形硅穿孔；6）低能量各向同性干法刻蚀；7）去除各刻蚀步骤形成的聚合物；8）湿法去除二氧化硅。本发明利用高精度的半导体工艺刻穿硅基板，形成硅片正面为漏斗形状的圆孔，作为光纤对准基座阵列，由于圆孔正面为较大的喇叭口，从而方便了光纤插入硅通道；同时，喇叭口交接处较圆滑，光纤插入时不容易折断，这样不仅提高了对准的精度和良率，还简化了制作工艺流程，降低了成本。

Description

漏斗型特大硅穿孔的制作方法
技术领域
本发明涉及半导体集成电路制造领域，特别是涉及一种漏斗型特大硅穿孔的制作方法。
背景技术
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全国大部地区逐步实行。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，光纤对准基座需要对准精度高且工艺稳定的要求才能满足光信号效率不被损失太多。目前业界常用的激光熔融玻璃的方法制作的光纤通孔基座，由于制作工艺粗糙，对准精度低，成本高且效率低下的缺点，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
本发明要解决的技术问题是提供一种漏斗型特大硅穿孔的制作方法，该方法不仅对准精度高，而且成本低廉。
为解决上述技术问题，本发明的漏斗型特大硅穿孔的制作方法，步骤包括：
1）在硅基板背面淀积二氧化硅刻蚀停止层；
2）在硅基板正面淀积二氧化硅硬掩膜；
3）通过光刻和二氧化硅硬掩膜干法刻蚀，定义出硅穿孔的图形；
4）用间歇式干法刻蚀，刻穿硅基板，形成硅通道；
5）高能量各向同性干法刻蚀，形成漏斗形硅穿孔；
6）低能量各向同性干法刻蚀，进一步处理硅穿孔；
7）去除以上各刻蚀步骤形成的聚合物；
8）湿法去除二氧化硅。
本发明利用高精度的半导体工艺，将硅基板刻穿，形成硅片正面为漏斗形状的圆孔，作为光纤对准基座阵列。由于圆孔正面为较大的喇叭口，因此光纤可以很方便地插入硅通道；同时，喇叭口交接处较圆滑，因此，光纤在插入的过程中不容易受到阻力而折断，如此，不仅简化了光纤对准基座阵列的制作工艺流程，降低了成本，而且提高了对准的精度和良率。
附图说明
图1是本发明实施例的漏斗型特大硅穿孔的制作工艺流程示意图。
图中附图标记说明如下：
1：单晶硅基板
2：二氧化硅
3：光刻胶
4：硅穿孔主通道
5：硅穿孔顶部喇叭口
具体实施方式
为对本发明的技术内容、特点与功效有更具体的了解，现结合图示的实施方式，详述如下：
本发明实施例的漏斗型特大硅穿孔，其具体制作工艺流程如下：
步骤1，如图1（a）所示，在硅基板背面用化学气相淀积方法淀积一层二氧化硅作为刻蚀停止层，以防止硅基板被刻穿后，刻蚀气体损伤刻蚀设备的硅片吸附盘。二氧化硅的膜厚在2.5微米以上即可。淀积条件为：采用常压，温度在350～450摄氏度，气体为硅烷和氧气的混合气体。
步骤2，如图1（b）所示，在硅基板正面用化学气相淀积方法淀积一层二氧化硅硬掩膜。二氧化硅膜厚在4.5微米以上即可。淀积条件为：采用常压，温度在350～450摄氏度，气体为硅烷和氧气的混合气体。
步骤3，通过光刻（图1（c））和二氧化硅硬掩膜干法刻蚀（图1（d）），把硅穿孔的尺寸和表面图形定义下来。硅穿孔的直径在120～150微米之间，比光纤的直径略大。
步骤4，用间歇式干法刻蚀工艺把725微米左右厚的硅基板刻穿，形成固定光纤用的硅通道，如图1（e）所示。此硅通道具有笔直的轮廓，整个硅通道至上而下保持同样的尺寸。
该间歇式干法刻蚀工艺包括交替进行的刻蚀和淀积（淀积含C、F等元素的有机聚合物薄膜）两个步骤。刻蚀步骤的工艺条件是：压力70～90毫托，上部电极功率1200～1500瓦，下部电极功率60～100瓦，气体为SF6，单步刻蚀时间为5～8秒。淀积步骤的工艺条件为：压力70～90毫托，上部电极功率1200～1500瓦，下部电极功率为30～50瓦，气体为C4F8，单步淀积时间为5～8秒。这两个步骤在刻蚀过程中交替发生，直到硅基板被刻穿为止。
步骤5，进行高能量各向同性的单步稳态干法刻蚀，对硅穿孔进行进一步的处理，形成一个顶部宽度为170～200微米、深度为70～100微米的喇叭口。
刻蚀条件为：压力100～150毫托，上部电极功率1200～1500瓦，下部电极功率为零，气体为SF6。
该工艺横向刻蚀速率远大于纵向刻蚀速率。由于有二氧化硅硬掩膜的存在，距离二氧化硅硬掩膜越近，横向刻蚀速率越快，即放大了硅穿孔的顶部开口，光纤在大开口处容易插入硅穿孔。同时，这种各向同性干法刻蚀工艺可以使得放大后的硅穿孔顶部与中部有光滑的交接面，减少光纤在插入硅穿孔时所受到的表面阻力。
步骤6，进行低能量各向同性干法刻蚀，进一步保证硅穿孔表面光滑度，降低光纤在插入硅穿孔时折断的可能性。
刻蚀条件为：压力20～50毫托，上部电极功率200～500瓦，下部电极功率为零，气体为SF6。
经过上述步骤5和6这两步各向同性干法刻蚀后，形成漏斗形硅穿孔，如图1（f）所示。
步骤7，使用氧气把以上各刻蚀步骤形成的聚合物去除干净。该工艺采用的压力为6～10托，上部电极功率为1000～2000瓦。
步骤8，湿法去除二氧化硅介质膜，如图1（g）所示。使用浓度为49%的氢氟酸把背面二氧化硅阻挡层和正面二氧化硅硬掩膜残留部分去除干净，这样一个漏斗型的特大硅穿孔就形成了，如图1（g）所示。

Claims (10)

1.漏斗型特大硅穿孔的制作方法，其特征在于，步骤包括：
1）在硅基板背面淀积二氧化硅刻蚀停止层；
2）在硅基板正面淀积二氧化硅硬掩膜；
3）通过光刻和二氧化硅硬掩膜干法刻蚀，定义出硅穿孔的图形；
4）用间歇式干法刻蚀，刻穿硅基板，形成硅通道；
5）高能量各向同性干法刻蚀，形成漏斗形硅穿孔；
6）低能量各向同性干法刻蚀，进一步处理硅穿孔；
7）去除以上各刻蚀步骤形成的聚合物；
8）湿法去除二氧化硅。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤1）和2），采用化学气相淀积方法，淀积条件为：常压，温度350～450摄氏度，气体为硅烷和氧气的混合气体。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述二氧化硅刻蚀停止层的厚度在2.5微米以上；所述二氧化硅硬掩膜的厚度在4.5微米以上。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述硅通道的直径为120～150微米；所述漏斗形硅穿孔顶部喇叭口的宽度为170～200微米，深度为70～100微米。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤4），所述间歇式干法刻蚀工艺包括交替进行的刻蚀和淀积两个步骤。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述间歇式干法刻蚀工艺的刻蚀步骤的条件是：压力70～90毫托，上部电极功率1200～1500瓦，下部电极功率60～100瓦，气体为SF6，单步刻蚀时间为5～8秒。
7.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述间歇式干法刻蚀工艺的淀积步骤的条件为：压力70～90毫托，上部电极功率1200～1500瓦，下部电极功率为30～50瓦，气体为C4F8，单步淀积时间为5～8秒。
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤5），刻蚀条件为：压力100～150毫托，上部电极功率1200～1500瓦，下部电极功率为零，气体为SF6。
9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤6），刻蚀条件为：压力20～50毫托，上部电极功率200～500瓦，下部电极功率为零，气体为SF6。
10.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤7），压力为6～10托，上部电极功率为1000～2000瓦。
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