CN106451067A - 一种脊波导激光器的金属电极层的制作方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种脊波导激光器的金属电极层的制作方法。该方法包括：在晶圆表面形成脊结构；在晶元的表面涂覆第一光刻胶层，第一光刻胶层覆盖脊结构；在第一光刻胶层上涂覆第二光刻胶层；对脊结构上方的第一光刻胶层及第二光刻胶层进行曝光，对第二光刻胶层显影，使第一光刻胶层裸露；对裸露的第一光刻胶层进行显影；通过磁控溅射进行金属沉积形成沉积层；去除剩余的第一光刻胶层及第二光刻胶层，剥离沉积层。磁控溅射方法的离子束的方向性比较自由，则溅射粒子可以直接沉积在脊结构的侧壁上，相比较电子束蒸发设备，无需分别转动脊波导激光器，使脊波导激光器倾斜，进行两次沉积。

Description

一种脊波导激光器的金属电极层的制作方法

技术领域

本发明涉及半导体光电技术领域，特别是一种脊波导激光器的金属电极层的制作方法。

背景技术

沉积膜层的光刻剥离工艺在半导体及微纳技术中有广泛应有，目前针对不同膜层沉积已有“单层胶”、“双层胶”、“三层胶”等剥离工艺。其中，双层胶工艺是利用在显影液中下层胶的溶解速度高于上层胶，得到上层胶与下层胶在脊结构的两侧形成外悬的屋檐式结构，然后对脊结构进行沉积膜层。

目前，对于多层欧姆接触金属电极沉积方式大多为传统的电子束蒸发方法。由于电子束蒸发的垂直入射方向性好，对脊波导倒梯形的脊结构激光器进行的金属沉积的时候，倒梯形的侧壁不能沉积金属，从而不能实现金属连通。为解决此问题需将样品倾斜处理，使电子束对准侧壁，以对侧壁进行沉积金属。并且，需要进行两次侧壁沉积工艺，增加了工艺复杂性，并造成贵金属的浪费，并且顶层膜厚均匀性较差。

发明内容

本发明的目的在于提供一种工艺简单，保证脊结构的沉积层的厚度均匀的脊波导激光器的金属电极层的制作方法。

一种脊波导激光器的金属电极层的制作方法，包括步骤：

在晶圆表面形成脊结构；

在晶圆的表面涂覆第一光刻胶层，第一光刻胶层覆盖所述脊结构；

在第一光刻胶层上涂覆第二光刻胶层；

对脊结构上方的第一光刻胶层及第二光刻胶层进行曝光，并对第二光刻胶层显影，使第一光刻胶层裸露；

对裸露的第一光刻胶层进行显影，去除裸露的第一光刻胶层，使第二光刻胶层的边缘相对于第一光刻胶层的边缘悬空；

通过磁控溅射进行金属沉积，形成沉积层；

去除剩余的第一光刻胶层及第二光刻胶层，剥离第一光刻胶层及第二光刻胶层上的沉积层。

通过上述脊波导激光器的金属电极层的制作方法得到的激光器，由于磁控溅射方法的离子束的方向性比较自由，则溅射粒子可以直接沉积在倒梯形脊结构的侧壁上，无需转动晶圆，使晶圆倾斜，分别对脊结构的两侧进行沉积。并且，对于脊结构的外表面的沉积时间统一，则保证脊结构的沉积层的厚度均匀。因此，上述脊波导激光器的金属电极层的制作方法的工艺简单，并保证脊结构的沉积层的厚度均匀的。

附图说明

图1为本实施方式的脊波导激光器的金属电极层的制作方法的流程图；

图2-1为根据图1所示的步骤S11及步骤12所对应的结构图；

图2-2为根据图1所示的步骤S11的具体流程步骤；

图2-3为根据图1所示的步骤S12的具体流程步骤；

图3为根据图1所示的步骤S13及步骤14所对应的结构图；

图4为根据图1所示的步骤14所对应的结构图；

图5为根据图1所示的步骤15所对应的结构图；

图6为根据图1所示的步骤16所对应的结构图；

图7为根据图1所示的步骤16的具体流程图。

具体实施方式

体现本发明特征与优点的典型实施方式将在以下的说明中详细叙述。应理解的是本发明能够在不同的实施方式上具有各种的变化，其皆不脱离本发明的范围，且其中的说明及图示在本质上是当作说明之用，而非用以限制本发明。

请参阅图1，本发明提供一种脊波导激光器的金属电极层的制作方法，包括步骤：

步骤S10，在晶圆表面形成脊结构。

在晶圆10的表面形成脊结构1。脊结构1的两侧形成有沟槽。

步骤S11，在晶圆的表面涂覆第一光刻胶层，第一光刻胶层覆盖脊结构。

步骤S12，在第一光刻胶层上涂覆第二光刻胶层。

步骤S13，对脊结构上方的第一光刻胶层及第二光刻胶层进行曝光，并对第二光刻胶层显影，使第一光刻胶层裸露。

步骤S14，对裸露的第一光刻胶层进行显影，去除裸露的第一光刻胶层，第二光刻胶层的边缘相对于第一光刻胶层的边缘悬空。

步骤S15，通过磁控溅射进行金属沉积，形成沉积层。

步骤S16，去除剩余的第一光刻胶层及第二光刻胶层，剥离第一光刻胶层及第二光刻胶层上的沉积层。

通过上述脊波导激光器的金属电极层的制作方法得到的激光器，由于磁控溅射方法的离子束的方向性比较自由，则溅射粒子可以从多个方向投射到倒梯形脊结构的侧壁上，形成沉积层。并且，对于脊结构的外表面的沉积时间统一，则保证脊结构的沉积层的厚度均匀。因此，上述脊波导激光器的金属电极层的制作方法的工艺简单，并保证脊结构的沉积层的厚度均匀。

具体在本实施方式中，脊波导激光器的金属电极层的制作方法还包括：使用烤箱在晶圆10的表面蒸涂底胶层。

使用烤箱蒸涂六甲基乙硅胺烷(HMDS)作为底胶，保证光刻胶和晶圆间有较好的黏附性。

具体地，底膜蒸涂温度为200-250℃。底膜蒸涂优选温度为250℃。

请参阅图2-1，步骤S11，在晶圆10的表面涂覆第一光刻胶层11，第一光刻胶层11覆盖脊结构1。

脊结构1位于晶圆10的表面，脊结构1的两侧为沟槽。晶圆10的表面涂覆第一光刻胶层11。

请参阅图2-2，具体在本实施方式中，步骤S11具体可以包括，步骤S111，利用匀胶机旋涂第一光刻胶，在晶圆10的表面形成第一光刻胶层11。通过控制匀胶机的转速控制第一光刻胶层11的厚度。通过调整转速得到所需厚度的均匀第一光刻胶层11。

第一光刻胶层11为正性光刻胶层。具体地，第一光刻胶层11的材料为AR-BR5460光刻胶中添加丙二醇甲醚醋酸酯PGMEA。AR-BR5460光刻胶以下简称“5460”，丙二醇甲醚醋酸酯PGMEA以下简称“添加液A”。具体选取的配方为：AR-BR5460光刻胶与PGMEA的体积比为2:4、2:2或2:1。AR-BR5460光刻胶可以得到稳定的双层结构，利于金属的沉积。并且，AR-BR5460光刻胶对于波长为270nm到红外区的光线，具有良好的透明性，热稳定性较好。

脊结构1两侧的沟槽内的第一光刻胶层11的表面低于脊结构1顶端端面。具体本实施方式中，第一光刻胶层的厚度大于沉积层的厚度0-0.1微米。如果第一光刻胶层11的厚度过大，会导致沉积层的边缘卷边。具体地，第一光刻胶层11的厚度取460nm，转速为4000rpm，则脊结构1两侧的沟槽底部的第一光刻胶层的胶厚为500nm。

对AR-BR 5460光刻胶进行了重新配置，通过调节添加液A与AR-BR5460光刻胶的体积比例，并结合匀胶机的转速可以实现第一光刻胶层厚度的渐变调整。在衬度达微米级的脊结构图形上实现均匀包覆，并在不同层次实现较好的胶厚控制。具体第一光刻胶层厚度随材料配比关系及转速的变化尺寸参见下表：

可以理解，对于不同型号的脊波导激光器，由于脊结构1的体积大小不同，因此，对应第一光刻胶层与第二光刻胶层的厚度不同，相应选择匀胶机的旋涂转速及材料配比。

上述脊波导激光器的金属电极层的制作方法还包括：步骤S112，热烘干第一光刻胶层11，热烘温度为130-150℃，热烘时间为5min。

利用热板进行前烘，去除第一光刻胶层11中多余的溶剂，提高第一光刻胶层11的黏附力，并冷却至室温。具体地，热烘条件为：热烘温度为130℃，热烘时间为5分钟。可以理解，本实施方式中的热板烘烤是可以由其他烘烤设备所替代，时间及温度可根据烘烤设备调整。

步骤S12，在第一光刻胶层11上涂覆第二光刻胶层12中，具体为：

请参阅图2-3，具体在本实施方式中，步骤S12具体可以包括，步骤S121，通过匀胶机旋涂第二光刻胶层12，匀胶机的转速为4000rpm。

第二光刻胶的型号为AR-P 3510。AR-P 3510光刻胶适用于集成电路制造中的掩膜加工，具有高敏感、高分辨率且在金属的表面附着力较好。匀胶机的旋涂条件为4000rpm。

第二光刻胶层的厚度为第一光刻胶厚度的3倍。即，第二光刻胶层的厚度为1.5微米。第二光刻胶层12的厚度不应过大，过大会不利于脊结构1的侧面沉积层保持连续性。保持第二光刻胶层12与第一光刻胶层11的厚度相当，有利于得到较好的剥离效果。

步骤S12还包括，步骤S122，热烘干所述第二光刻胶层12，热烘温度为100℃，热烘时间为2min。

利用热板进行前烘，可以去除第二光刻胶层12中多余的溶剂，提高第一光刻胶层11与第二光刻胶层12之间的结合效果，为后续的显影操作中得到较佳的胶形提供条件。最后并冷却至室温。热烘条件针对第一光刻胶层11与第二光刻胶层12综合进行，烘烤温度较高或烘烤时间较长都会使第一光刻胶层11显影困难。

步骤S13，对脊结构上方的第一光刻胶层及第二光刻胶层12进行曝光，并对第二光刻胶层显影，使第一光刻胶层11裸露。

第二光刻胶层12位于脊结构1上方的区域为曝光区。具体在本实施方式中，利用紫外曝光机对第一光刻胶层及第二光刻胶层的曝光区进行曝光。将掩模版的图形转移到第一光刻胶层及第二光刻胶层上。

具体地，紫外曝光的条件具体为：紫外曝光的功率为20±0.2MW，时间为6秒-10秒。选择使用的光刻版线条宽度为8微米-10微米，形成的曝光区的宽度为8微米-10微米。

对第二光刻胶层显影，曝光区的第二光刻胶层12首先被去除，剩余位于脊结构1两侧的第二光刻胶层。

请参阅图3，步骤S14，对裸露的第一光刻胶层进行显影，去除裸露的第一光刻胶层，使第二光刻胶层的边缘相对于第一光刻胶层的边缘悬空。具体地，第一光刻胶层11与曝光区相对的区域为显影区15，对显影区15进行显影，去除显影区15内的第一光刻胶层11，第二光刻胶层12的边缘与第一光刻胶层11的边缘形成外悬的屋檐结构13。屋檐结构13具体为：第二光刻胶层12的边缘相对于第一光刻胶层11的边缘凸出，形成与屋檐相近似的结构。屋檐结构13为两个，分别位于脊结构1的两侧。

通过步骤S13已经去除曝光区的第二光刻胶层12。显影区15与曝光区相对，再将显影区15的第一光刻胶层11去除，则剩余位于脊结构1两侧的第一光刻胶层。具体地，对显影区15显影选用的AR 300-47显影液，并且AR 300-47显影液与水以1:1的体积比进行配比，显影时间为70s-100s，形成屋檐结构13的宽度为2.5微米-3微米，即第二光刻胶层12相对于所述第一光刻胶层凸出2.5微米-3微米。

在显影过程中，控制第一光刻胶层11和第二光刻胶层12的显影尺寸，使第二光刻胶层12的边缘相对于第一光刻胶层11凸出。显影后双层胶的屋檐结构13的厚度需要达到3.5微米。屋檐结构13的厚度过小会造成沉积层卷边问题，同时屋檐结构13的厚度也会影响脊结构1的侧壁沉积金属的连续性。

具体在本实施方式中，请参阅图4，脊结构1的顶面侧边A与屋檐结构13的凸出处B的连线的延长线与晶圆10表面的交点位于显影区15内。脊结构1的顶面侧边A为脊结构1的顶面的两侧。屋檐结构13的最外侧为第二光刻胶层12相对于第一光刻胶层11最凸出处B，即第二光刻胶层12边缘的最凸出处。由于脊结构的1顶面侧边A与屋檐结构的最凸出处的连线的延长线与晶圆表面的交点位于显影区内。因此，投射到屋檐结构13上的溅射粒子，只能在晶圆的表面上沉积，不会在第一光刻胶层的侧壁上产生沉积层。当对第一光刻胶层及第二光刻胶层剥离之后，则在沉积层的边缘不会发生翘起，避免卷边现象发生。

并且，脊结构的侧壁与晶圆10表面的夹角，均大于第二光刻胶层的顶面的外侧与脊结构的底侧的连线、及第二光刻胶层最凸出处与脊结构的底侧的连线分别与晶圆10表面之间的夹角。即，脊结构的侧壁AF与晶圆表面DF的夹角，大于第二光刻胶层12的顶面的外侧边C与脊结构的底侧F的连线CF与晶圆表面DF的夹角。并且，脊结构的侧壁AF与晶圆表面DF的夹角，大于第二光刻胶层12最凸出处B与脊结构的底侧F的连线BF与晶圆表面DF的夹角。

具体在本实施方式中，脊结构的侧壁AF与晶圆表面DF的夹角为60度，CF与晶圆表面DF的夹角为20度，BF与晶圆表面DF的夹角为15度。

因此，AF与DF的夹角大于CF与DF的夹角，且AF与DF的夹角大于BF与DF的夹角，可以使投射到脊结构1的溅射粒子能够达到脊结构1侧壁的各个位置。避免溅射粒子投射不到脊结构侧壁的底部，保证脊结构1上沉积层14的连续性。

可以理解，当第二光刻胶层12显影后的侧面可以为不规则形状，则第二光刻胶层12的最凸出处B也可以为第二光刻胶层12的其他位置。

请参阅图5，步骤S15，通过磁控溅射进行金属沉积，形成沉积层14。

磁控溅射的电子束在电场的作用下，与氩原子发生碰撞，使其电离产生出氩离子和新的电子；新电子飞向基片，氩离子在电场作用下加速飞向阴极靶，并以高能量轰击靶表面，使靶材发生溅射。在溅射粒子中，中性的靶原子或分子沉积，形成沉积层14。磁控溅射具有设备简单、易于控制、镀膜面积大和附着力强等优点。

由于磁控溅射方法的离子束的方向性比较自由，由于脊结构1处的第一光刻胶层11与第二光刻胶层12被去除，则脊结构1露出。则溅射粒子可以直接在剩余的第一光刻胶层11、第二光刻胶层12的表面及倒梯形脊结构1的侧壁上沉积。相对于传统的沉积方法，无需分别转动晶圆10，进行两次沉积。并且，对于脊结构1的外表面的沉积时间统一，则保证脊结构1的沉积层14的厚度均匀。因此，上述脊波导激光器的金属电极层的制作方法的工艺操作较为简单，保证脊结构1的沉积层14的厚度均匀。

具体在本实施方式中，沉积的最佳条件，氩气的体积流量为30每分钟标准毫升(sccm)，工作气压70毫托(mTorr)。

请参阅图6，步骤S16，去除剩余的第一光刻胶层11及第二光刻胶层12，剥离第一光刻胶层11及第二光刻胶层12上的沉积层14。具体包括：

请参阅图7，步骤S161，利用去胶液去除剩余的第一光刻胶层11及第二光刻胶层12。其中，选用的去胶液为AR 300-73，去胶时间20分钟。

步骤S162，利用等离子体去除第一光刻胶层11及第二光刻胶层12的杂质。保证能够去除干净第一光刻胶层与第二光刻胶层，保证金属剥离干净。

虽然已参照几个典型实施方式描述了本发明，但应当理解，所用的术语是说明和示例性、而非限制性的术语。由于本发明能够以多种形式具体实施而不脱离发明的精神或实质，所以应当理解，上述实施方式不限于任何前述的细节，而应在随附权利要求所限定的精神和范围内广泛地解释，因此落入权利要求或其等效范围内的全部变化和改型都应为随附权利要求所涵盖。

Claims (10)

1.一种脊波导激光器的金属电极层的制作方法，包括步骤：

在晶圆表面形成脊结构；

在晶圆的表面涂覆第一光刻胶层，第一光刻胶层覆盖所述脊结构；

在第一光刻胶层上涂覆第二光刻胶层；

对脊结构上方的第一光刻胶层及第二光刻胶层进行曝光，并对第二光刻胶层显影，使第一光刻胶层裸露；

对裸露的第一光刻胶层进行显影，去除裸露的第一光刻胶层，使第二光刻胶层的边缘相对于第一光刻胶层的边缘悬空；

通过磁控溅射进行金属沉积，形成沉积层；

去除剩余的第一光刻胶层及第二光刻胶层，剥离第一光刻胶层及第二光刻胶层上的沉积层。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一光刻胶层的材料为在正性光刻胶中增加添加液，所述添加液为丙二醇甲醚醋酸酯，所述正性光刻胶与所述添加液的体积比2:4、2:2或2:1，所述匀胶机的转速为4000rpm，所述脊结构两侧沟槽内的第一光刻胶层的表面低于所述脊结构的顶端端面。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括热烘干所述第一光刻胶层，所述热烘温度为130-150℃，热烘时间为5min。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，通过匀胶机旋涂所述第二光刻胶层，所述匀胶机的转速为4000rpm。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第二光刻胶层的厚度为所述第一光刻胶厚度的3倍。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括热烘干所述第二光刻胶层，所述热烘温度为100℃，热烘时间为2min。

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述对脊结构上方的第二光刻胶层进行曝光的步骤中，所述紫外曝光的曝光功率为20±0.2mW，曝光时间为6秒-10秒，光刻版线条宽度为8微米-10微米。

8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在对脊结构上方的第一光刻胶层进行显影的步骤中，显影时间为70s-100s，使所述第二光刻胶层相对于所述第一光刻胶层凸出2.5微米-3微米。

9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述脊结构的顶端侧边与第二光刻胶层的边缘的最凸出处的连线的延长线与所述晶圆的裸露表面有交点。

10.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述脊结构的侧壁与所述晶圆表面的夹角，均大于所述第二光刻胶层的顶面的外侧与脊结构的底侧的连线、及第二光刻胶层最凸出处与脊结构的底侧的连线分别与晶圆表面之间的夹角。