CN108847574B - 一种脊波导电极开窗的方法 - Google Patents

一种脊波导电极开窗的方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种脊波导电极开窗的方法，包括：步骤：S1、对晶元上沉积的波导层进行刻蚀，形成脊波导结构及脊波导结构两侧的结构；S2、在脊波导结构及脊波导结构两侧结构的上表面生成电解质绝缘层；S3、在电解质绝缘层上涂覆下光刻胶，该下光刻胶的上表面高出脊波导结构的上表面；S4、在下光刻胶的上表面沉积金属介质层；S5、在金属介质层的上表面旋涂上光刻胶，利用掩膜版对脊波导结构上方的上光刻胶进行曝光和显影；S6、去除脊波导结构上方的金属介质层；S7、干法刻蚀去除上光刻胶和下光刻胶层；S8、去除脊波导结构上方的电解质绝缘层；S9、通过lift‑off工艺，去除电解质绝缘层上方的下光刻胶及金属介质层。

Description

一种脊波导电极开窗的方法
技术领域
本发明涉及半导体激光器技术领域，特别是涉及一种脊波导电极开窗的方法。
背景技术
在半导体激光器设计与制作中，为更好的实现对载流子及光波的限制，将激光器的电流注入位置设计为脊形波导，同时，其顶部表面用来制作金属电极，也称为电极接触窗口。电极接触窗口的制作工艺直接关系的激光器阈值电流、特征温度等许多重要的性能参数，因此通常对电极接触窗口的尺寸、位置及厚度都有严格的要求。传统脊波导上电极窗口的制备方法通常为，在已刻蚀的脊形结构及其两侧结构表面生长一层电介质层作为绝缘层，在绝缘层上旋涂光刻胶，利用掩膜版对脊波导上方光刻胶进行“欠曝光”，确保脊波导上绝缘层外露，之后利用光刻胶做掩膜对电解质层进行去除，形成电极接触窗口。但此方法要求光刻具有较高的对准精度，且光刻后脊波导两侧光刻胶易存在一定程度的脱落现象，导致其对脊波导侧壁绝缘层保护性差，刻蚀去除脊波导上绝缘层时，使脊波导两侧绝缘层受损，影响电极开窗效果。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：提供一种脊波导电极开窗的方法，该脊波导电极开窗的方法利用金属介质层做掩模，刻蚀去除其下方光刻胶及电解质绝缘层，利用lift-off工艺将绝缘层上方光刻胶及金属介质膜去除，实现电极开窗。
本发明为解决公知技术中存在的技术问题所采取的技术方案是：
一种脊波导电极开窗的方法，至少包括如下步骤：
S1、对晶元上沉积的波导层进行刻蚀，形成脊波导结构及脊波导结构两侧的结构；
S2、在脊波导结构及脊波导结构两侧结构的上表面生成电解质绝缘层；
S3、在电解质绝缘层上旋涂下光刻胶，该下光刻胶的上表面高出脊波导结构的上表面；
S4、在所述下光刻胶的上表面沉积金属介质层；
S5、在所述金属介质层的上表面旋涂上光刻胶，然后利用掩膜版对脊波导结构上方的上光刻胶进行曝光和显影；
S6、去除脊波导结构上方的金属介质层；
S7、干法刻蚀去除上光刻胶和下光刻胶层；
S8、去除脊波导结构上方的电解质绝缘层；
S9、通过lift-off工艺，去除电解质绝缘层上方的下光刻胶及金属介质层。
进一步：所述S1具体为：
S101：将激光器外延片放入丙酮溶液中首先进行超声清洗15分钟；然后用无水乙醇超声清洗15分钟；
S102、重复步骤S101两次；
S103、用去离子水超声清洗15分钟；
S104、利用N2气进行风干；
S105、利用光刻胶s1805进行匀胶，匀胶参数为3000rpm，匀胶时长为60s；
S106、进行前烘，前烘温度为115℃，前烘时长为90s；
S107、曝光时长为5s,显影时长为60s,将掩模板上脊形结构转移到光刻胶上；进而形成波导层；
S108、利用光刻胶做掩模，感应耦合等离子体刻蚀，具体为：设置刻蚀气体为Cl2和Ar， Cl2的流量为1～20sccm，Ar的流量为1～50sccm，刻蚀气体的压强为0.1～5Pa,射频功率为 50～250w,电感耦合等离子体刻蚀功率为100～300w,温度为150～220℃，刻蚀时间为4～7分钟，利用腐蚀液HCl:H3PO4＝1：3湿法腐蚀11分钟，形成垂直的脊波导结构，脊波导的高度范围是1.5μm～2.4μm，脊波导的宽度范围是1.5μm～2.4μm。
进一步：所述S2具体为：利用PECVD在脊波导结构及脊波导结构两侧的结构上沉积150～ 300nm厚的SiO2绝缘层。
进一步：所述S3具体为：选用光刻胶SPR 220-3，甩胶参数为2500rpm，甩胶时长为60s, 前烘温度为115℃，前烘时长为90s，形成下光刻胶层，该下光刻胶层位于凹槽部位处的厚度为3μm。
进一步：所述S4具体为：利用磁控溅射，选择溅射温度为20℃～26℃，溅射功率为100～ 500w,转速为5r/分钟,溅射时长为30分钟,在下光刻胶上表面蒸镀厚度为50nm的金介质层。
进一步：所述S5具体为：
S501、选用上光刻胶AZsfp1400，匀胶参数为1500rpm，匀胶时长为60s,前烘温度为95℃，前烘时长为100s；在金介质层上形成上光刻胶层；
S502、曝光时长为2s，显影时长为60s,使得脊波导结构上方的金介质层显露。
进一步：所述S6具体为：利用上光刻胶AZsfp1400做掩模，腐蚀液KI湿法去除脊波导结构上方的金介质层。
进一步：所述S7具体为：利用金介质层做掩模，设置感应耦合等离子体刻蚀参数，设置刻蚀气体为O2和Ar，O2的流量为20～100sccm，Ar的流量为1～10sccm，刻蚀气体的压强为1～5Pa，射频功率为50～250w，电感耦合等离子体刻蚀功率为100～400w，刻蚀时长为2分钟，去除上光刻胶层和脊波导结构上方的下光刻胶层,使脊波导结构上方的SiO2绝缘层外露。
进一步：所述S8具体为：利用感应耦合等离子体刻蚀，设置刻蚀气体为CH3F和Ar，CH3F 的流量为1～20sccm，Ar的流量为1～100sccm,刻蚀气体的压强为0.1～5Pa，射频功率50～ 300w，电感耦合等离子体刻蚀功率10～50w，刻蚀时长为7分钟，去除脊波导结构上方厚度为200nm的SiO2层。
进一步：所述S9具体为：利用NMP去胶液进行lift-out工艺，去除下光刻胶层及金介质层。
本发明具有的优点和积极效果是：
通过采用上述技术方案，本发明利用金属介质层做掩模，刻蚀去除其下方光刻胶及电解质绝缘层，利用lift-off工艺将绝缘层上方光刻胶及金属介质膜去除，实现电极开窗，相较于传统开窗工艺，其主要包括以下优点：
1.本发明对涉及到的光刻工艺对准精度要求更低，从而使得光刻工艺过程更加容易控制；
2.本发明利用金属介质层做掩模，对其下光刻胶及电介质层进行刻蚀去除后，其电极开窗后表面形貌更好；
3.本发明提供的电极开窗方法，不会对脊波导侧壁介质层形成腐蚀，侧壁介质层保护良好。
附图说明 ：
图1是本专利优选实施例中刻蚀后形成的脊波导结构及脊波导结构两侧结构示意图
图2是本专利优选实施例中脊波导及其两侧电解质绝缘层生长示意图；
图3是本专利优选实施例中电解质绝缘层上旋涂下光刻胶层示意图；
图4是本专利优选实施例中下光刻胶层上蒸镀金属介质层示意图；
图5是本专利优选实施例中金属介质层上旋涂上光刻胶层示意图；
图6是本专利优选实施例中利用光刻去除上光刻胶层示意图；
图7是本专利优选实施例中利用湿法腐蚀去除金属介质层示意图；
图8是本专利优选实施例中利用感应耦合等离子体刻蚀去除最下层光刻胶层示意图；
图9是本专利优选实施例中利用感应耦合等离子体刻蚀去除介质层示意图；
图10是本专利优选实施例中脊波导电极开窗结果示意图。
1、外延片；2、SiO2绝缘层；3、掩模层；4、金属介质层金；5、上光刻胶层。
具体实施方式
为能进一步了解本发明的发明内容、特点及功效，兹例举以下实施例，详细说明如下：
请参阅图1至图10，一种脊波导电极开窗的方法，包括：
步骤一：将激光器外延片1放入丙酮溶液中进行超声清洗15分钟，清洗完毕后用无水乙醇超声清洗15分钟,重复两次，用去离子水超声清洗15分钟,清洗完毕后利用N2气吹干；对外延片进行清洗，确保去除其表面可能存在的杂质；
步骤二：利用光刻胶s1805，匀胶参数3000rpm,60s，前烘温度为115℃，前烘时长为90s，曝光时长为5s,显影时长为60s,将掩模板上脊形结构转移到光刻胶上；利用光刻胶做掩模，感应耦合等离子体刻蚀，设置刻蚀气体为Cl2和Ar，Cl2的流量为5sccm，Ar的流量为10sccm, 两种混合气体的压强为0.3Pa,射频功率120w,电感耦合等离子体刻蚀功率(ICP)为200w, 温度200℃，刻蚀时间6分钟；利用腐蚀液HCl:H3PO4＝1：3湿法腐蚀11分钟，形成垂直的脊波导结构，脊波导高约2μm，宽约2μm，如图1所示；步骤二利用光刻及感应耦合等离子体干法刻蚀在外延片上形成脊波导；
步骤三：利用PECVD在脊波导及其两侧沉积200nm厚的SiO2绝缘层2，如图2所示；通过沉积SiO2使外延片与金属电极间绝缘，防止形成漏电；
步骤四：选用光刻胶SPR 220-3，甩胶参数2500rpm,60s,前烘温度为115℃，前烘时长为90s，形成胶厚约3μm的掩模层3，即下光刻胶层，如图3所示；旋涂SPR 220-3光刻胶作为干法刻蚀SiO2的掩模层、同时有利于其上金介质膜的剥离去除；
步骤五：利用磁控溅射，选择溅射温度为室温，室温的范围是20摄氏度至26摄氏度之间，溅射功率150w,转速5r/分钟,溅射时间30分钟,在光刻胶表面蒸镀50nm厚金属介质层金 4，如图4所示；溅射金介质层，降低了步骤六中光刻对准的精度，同时可确保最终干法刻蚀后形成的脊波导形貌较好；
步骤六：选用光刻胶AZsfp1400，匀胶参数为1500rpm,匀胶时长为60s,前烘温度为95℃，前烘时长为100s,形成上光刻胶层5，曝光时长为2s，显影时长为60s,完成如图5-6过程，此时脊波导上金介质层显露；用光刻的方法将期望的脊波导图形转移到金介质膜层上；
步骤七：利用光刻胶AZsfp1400做掩模，腐蚀液KI湿去除金介质层，如图7所示；
步骤八：利用金介质层做掩模，设置感应耦合等离子体刻蚀参数，设置刻蚀气体为O2和 Ar，氧气的流量为50sccm，Ar的流量为1sccm,刻蚀气体的压强为2Pa,射频功率50w,ICP功率300w,刻蚀时间2分钟，去除光刻胶s1805,使脊波导上方SiO2绝缘层外露，如图8所示；
步骤九：利用感应耦合等离子体刻蚀，设置刻蚀气体为CH3F和Ar，CH3F流量为5sccm，Ar流量为50sccm,刻蚀气体的压强0.5Pa,射频功率250w,ICP功率20w,刻蚀时间7分钟，去除脊波导上200nm厚SiO2层，如图9所示；
步骤十：利用NMP去胶液进行lift-out工艺，去除光刻胶s1805及其上金介质层，至此完成脊波导电极开窗工艺，如图10所示。
以上对本发明的实施例进行了详细说明，但所述内容仅为本发明的较佳实施例，不能被认为用于限定本发明的实施范围。凡依本发明申请范围所作的均等变化与改进等，均应仍归属于本发明的专利涵盖范围之内。

Claims (10)

1.一种脊波导电极开窗的方法，其特征在于：至少包括如下步骤：
S1、对晶元上沉积的波导层进行刻蚀，形成脊波导结构及脊波导结构两侧的结构；
S2、在脊波导结构及脊波导结构两侧结构的上表面生成SiO2绝缘层；
S3、在SiO2绝缘层上旋涂下光刻胶，该下光刻胶的上表面高出脊波导结构的上表面；
S4、在所述下光刻胶的上表面沉积金属介质层；
S5、在所述金属介质层的上表面旋涂上光刻胶，然后利用掩模板对脊波导结构上方的上光刻胶进行曝光和显影；
S6、去除脊波导结构上方的金属介质层；
S7、干法刻蚀去除上光刻胶层和脊波导结构上方的下光刻胶层；
S8、去除脊波导结构上方的SiO2绝缘层；
S9、通过lift-off工艺，去除SiO2绝缘层上方的下光刻胶及金属介质层。
2.根据权利要求1所述的脊波导电极开窗的方法，其特征在于：所述S1具体为：
S101：将激光器外延片放入丙酮溶液中首先进行超声清洗15分钟；然后用无水乙醇超声清洗15分钟；
S102、重复步骤S101两次；
S103、用去离子水超声清洗15分钟；
S104、利用N2气进行风干；
S105、利用光刻胶s1805进行匀胶，匀胶参数为3000rpm，匀胶时长为60s；
S106、进行前烘，前烘温度为115℃，前烘时长为90s；
S107、曝光时长为5s,显影时长为60s,将掩模板上脊形结构转移到光刻胶上；进而形成波导层；
S108、利用光刻胶做掩模，感应耦合等离子体刻蚀，具体为：设置刻蚀气体为Cl2和Ar，Cl2的流量为1～20sccm，Ar的流量为1～50sccm，刻蚀气体的压强为0.1～5Pa,射频功率为50～250w,电感耦合等离子体刻蚀功率为100～300w,温度为150～220℃，刻蚀时间为4～7分钟，利用腐蚀液HCl:H3PO4＝1：3湿法腐蚀11分钟，形成垂直的脊波导结构，脊波导的高度范围是1.5μm～2.4μm，脊波导的宽度范围是1.5μm～2.4μm。
3.根据权利要求1所述的脊波导电极开窗的方法，其特征在于：所述S2具体为：利用PECVD在脊波导结构及脊波导结构两侧的结构上沉积150～300nm厚的SiO2绝缘层。
4.根据权利要求1所述的脊波导电极开窗的方法，其特征在于：所述S3具体为：选用光刻胶SPR 220-3，甩胶参数为2500rpm，甩胶时长为60s,前烘温度为115℃，前烘时长为90s，形成下光刻胶层，该下光刻胶层位于凹槽部位处的厚度为3μm。
5.根据权利要求1所述的脊波导电极开窗的方法，其特征在于：所述S4具体为：利用磁控溅射，选择溅射温度为20℃～26℃，溅射功率为100～500w,转速为5r/分钟,溅射时长为30分钟,在下光刻胶上表面蒸镀厚度为50nm的金属介质层。
6.根据权利要求1所述的脊波导电极开窗的方法，其特征在于：所述S5具体为：
S501、选用上光刻胶AZsfp1400，匀胶参数为1500rpm，匀胶时长为60s,前烘温度为95℃，前烘时长为100s；在金属介质层上形成上光刻胶层；
S502、曝光时长为2s，显影时长为60s,使得脊波导结构上方的金属介质层显露。
7.根据权利要求1所述的脊波导电极开窗的方法，其特征在于：所述S6具体为：利用上光刻胶AZsfp1400做掩模，腐蚀液KI湿法去除脊波导结构上方的金属介质层。
8.根据权利要求1所述的脊波导电极开窗的方法，其特征在于：所述S7具体为：利用金属介质层做掩模，设置感应耦合等离子体刻蚀参数，设置刻蚀气体为O2和Ar，O2的流量为20～100sccm，Ar的流量为1～10sccm，刻蚀气体的压强为1～5Pa，射频功率为50～250w，电感耦合等离子体刻蚀功率为100～400w，刻蚀时长为2分钟，去除上光刻胶层和脊波导结构上方的下光刻胶层,使脊波导结构上方的SiO2绝缘层外露。
9.根据权利要求1所述的脊波导电极开窗的方法，其特征在于：所述S8具体为：利用感应耦合等离子体刻蚀，设置刻蚀气体为CH3F和Ar，CH3F的流量为1～20sccm，Ar的流量为1～100sccm,刻蚀气体的压强为0.1～5Pa，射频功率50～300w，电感耦合等离子体刻蚀功率10～50w，刻蚀时长为7分钟，去除脊波导结构上方厚度为200nm的SiO2绝缘层。
10.根据权利要求1所述的脊波导电极开窗的方法，其特征在于：所述S9具体为：利用NMP去胶液进行lift-out工艺，去除下光刻胶层及金属介质层。
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