CN111913244A - 光栅器件的形成方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种光栅器件的形成方法，通过在所述光栅层中形成在厚度方向上贯通的第一开口；然后，形成介质层，所述介质层覆盖所述第一开口的底壁和侧壁，并延伸覆盖所述光栅层的顶面；接着，沿所述第一开口中的所述介质层的一侧壁执行划片工艺，以形成多个芯片单元；由于所述介质层的存在，可以保护所第一开口的侧壁，即所述光栅层的侧壁，在执行所述划片工艺的过程中，可以避免对形成的所述芯片单元的侧壁造成损伤，从而可以避免对所述光栅结构的侧壁造成损伤。
Description
技术领域
本发明涉及半导体制造技术领域，特别涉及一种光栅器件的形成方法。
背景技术
随着微纳光电集成技术的不断发展，芯片的集成度越来越高，器件的尺寸不断缩小，用于传输光信号的波导逐渐缩小到了亚微米尺寸。光栅器件是一种重要的光学元件，广泛应用于光谱学、计量、光通信和信息处理等领域。具体的，在半导体相关领域中，光栅是由周期性的线条和间隔形成的图案。光栅的常规例子是半导体表面上具有限定的栅距的周期性波纹。由于光栅的周期性结构与电磁辐射发生相互作用光栅会表现出许多有趣的有用的特性，例如作为光谱计，波长滤波器和波长选择性反射器。因此，光栅的用途越来越多，例如采用光栅的半导体光电子器件。但在现有的光栅器件中，存在缺陷，例如光栅器件的侧壁上存在划痕或者凹凸缺陷等，从而会影响光栅器件的性能。
发明内容
本发明的目的在于提供一种光栅器件的形成方法，以解决光栅侧壁的缺陷问题。
为解决上述技术问题，本发明提供一种光栅器件的形成方法，所述光栅器件的形成方法包括：
提供半导体衬底；
形成光栅层，所述光栅层覆盖所述半导体衬底的第一表面；
形成介质层，所述介质层覆盖所述第一开口的底壁和侧壁，并延伸覆盖所述光栅层的顶面；
沿所述第一开口中的所述介质层的暴露出的侧壁执行划片工艺，以形成多个芯片单元；
去除所述介质层，暴露出第一开口中的所述半导体衬底；
刻蚀暴露出的部分厚度的所述半导体衬底，以在所述半导体衬底中形成与所述第一开口连通的第二开口，并形成光栅结构；其中，一个所述芯片单元包括至少一个所述光栅结构。
可选的，在所述的光栅器件的形成方法中，在形成所述光栅层之后，在所述光栅层中形成在厚度方向上贯通的第一开口之前，所述光栅器件的形成方法还包括：
形成一氧化层，所述氧化层覆盖所述半导体衬底的第二表面。
可选的，在所述的光栅器件的形成方法中，在所述光栅层中形成在厚度方向上贯通的第一开口的方法包括：
在所述光栅层上形成图形化的光刻胶层，所述图形化的光刻胶层中定义有多个光栅图形，并暴露出部分所述光栅层；
以所述图形化的光刻胶层为掩膜刻蚀暴露出的所述光栅层，在所述光栅层中形成在厚度方向上贯通的第一开口。
可选的，在所述的光栅器件的形成方法中，所述第二开口在所述半导体衬底垂向上的截面呈V型。
可选的，在所述的光栅器件的形成方法中，通过湿法刻蚀工艺去除所述介质层，所述湿法刻蚀工艺采用的刻蚀液为酸性溶液。
可选的，在所述的光栅器件的形成方法中，所述酸性溶液为磷酸、硝酸和乙酸中的至少一种。
可选的，在所述的光栅器件的形成方法中，所述光栅结构包括至少3个条纹结构，相邻的两个所述条纹结构通过所述第一开口和所述第二开口间隔；其中，所述条纹结构由部分所述光栅层和部分所述半导体衬底构成。
可选的，在所述的光栅器件的形成方法中，所述介质层为氮化层或者氮氧化层。
可选的，在所述的光栅器件的形成方法中，所述光栅层的材质为氧化硅。
可选的，在所述的光栅器件的形成方法中，通过湿法刻蚀工艺刻蚀暴露出的部分厚度的所述半导体衬底，所述湿法刻蚀工艺采用的刻蚀液为碱性溶液。
在本发明提供的光栅器件的形成方法中，通过在所述光栅层中形成在厚度方向上贯通的第一开口；形成介质层，所述介质层覆盖所述第一开口的底壁和侧壁，并延伸覆盖所述光栅的顶面；沿所述第一开口中的所述介质层的一侧壁执行划片工艺，以形成多个芯片单元；由于所述介质层的存在，可以保护所第一开口的侧壁，即所述光栅层的侧壁，在执行所述划片工艺的过程中，可以避免对形成的所述芯片单元的侧壁造成损伤；接着，去除所述介质层，暴露出所述第一开口中的所述半导体衬底；刻蚀暴露出的部分厚度的所述半导体衬底，以在所述半导体衬底中形成与所述第一开口连通的第二开口，并形成光栅结构。由于，避免了所述芯片单元的侧壁损伤，由此可避免对后续形成的各所述芯片单元的所述光栅结构的侧壁造成损伤。
附图说明
图1是本发明具体实施例提供的光栅器件的形成方法的流程示意图；
图2至图6是本发明具体实施例提供的光栅器件的形成方法中形成结构的示意图；
其中，附图标记说明如下，
100-半导体衬底；110-光栅层；120-氧化层；130-图形化的光刻胶层；140-第一开口；150-介质层；160-第二开口；170-光栅结构；180-条纹结构。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本发明提出的光栅器件的形成方法作进一步详细说明。根据下面说明，本发明的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。
请参考图1，其为本发明具体实施例提供的光栅器件的形成方法的流程示意图。如图1所示，所述光栅器件的形成方法包括：
步骤S1：提供半导体衬底；
步骤S2：形成光栅层，所述光栅层覆盖所述半导体衬底的第一表面；
步骤S3：在所述光栅层中形成在厚度方向上贯通的第一开口；
步骤S4：形成介质层，所述介质层覆盖所述第一开口的底壁和侧壁，并延伸覆盖所述光栅层的顶面；
步骤S5：沿所述第一开口中的所述介质层的一侧壁执行划片工艺，以形成多个芯片单元；
步骤S6：去除所述介质层，暴露出所述第一开口中的所述半导体衬底；
步骤S7：刻蚀暴露出的部分厚度的所述半导体衬底，以在所述半导体衬底中形成与所述第一开口连通的第二开口，并形成光栅结构；其中，一个所述芯片单元包括至少一个所述光栅结构。
接下去，结合附图2～6对以上步骤进行更详细的说明。其中，附图2～6为本发明实施例提供的光栅器件的形成方法中形成的结构示意图。
在步骤S1中，如图2所示，提供一半导体衬底100，所述半导体衬底100 可以为后续工艺提供操作平台，其可以是本领域技术人员所知的任何用以承载半导体集成电路组成元件的底材，可以是裸片，也可以是经过外延生长工艺处理后的晶圆。具体的，所述半导体衬底100例如可以是绝缘体上硅(silicon-on- insulator，SOI)基底、体硅(bulk silicon)基底、锗基底、锗硅基底、磷化铟(InP)基底、砷化镓(GaAs)基底或者绝缘体上锗基底等。优选的，所述半导体衬底100的晶向为晶体晶面(110)，在后续对所述半导体衬底执行刻蚀工艺时，可以使所述半导体衬底100不同的区域可产生不同的刻蚀速率，进而形成工艺所需的结构。
在步骤S2中，形成光栅层110，所述光栅层110覆盖所述半导体衬底100 的第一表面；接着，形成氧化层120，所述氧化层120覆盖所述半导体衬底100 的第二表面，所述第一表面与所述第二表面相对。所述光栅层110用于在后续形成光栅结构，在后续对半导体衬底执行刻蚀工艺时，所述氧化层120可避免所述半导体衬底的断裂，所述光栅层110和所述氧化层120可在同一工艺步骤中形成，以简化工艺。其中，所述光栅层110和所述氧化层120的材质均可为氧化硅，比如可以为二氧化硅，但不限于此，也可以为本领域人员所知的材质。
具体的，所述光栅层110和所述氧化层120可在同一工艺中形成，以简化工艺。更具体的，所述光栅层110和所述氧化层120可通过热氧化法和沉积法形成，比如高温氧化和化学气相沉积。较佳的，在形成所述光栅层110和所述氧化层120的步骤之前，可以对所述半导体衬底100执行清洗工艺，以去除所述半导体衬底100的污染物，比如去除颗粒和灰尘等，使形成的所述光栅层110和所述氧化层120与所述半导体衬底100之间具有良好的接触性。
如图3所示，在步骤S3中，在所述光栅层110中形成在厚度方向上贯通的第一开口140；具体的，在所述光栅层110中形成在厚度方向上贯通的第一开口 140的方法包括：首先，在所述光栅层110上形成图形化的光刻胶层130，所述图形化的光刻胶层130中定义有多个光栅图形，并暴露出部分所述光栅层110；接着，以所述图形化的光刻胶层130为掩膜刻蚀暴露出的所述光栅层110，在所述光栅层110中形成在厚度方向上贯通的第一开口140。
进一步的，在所述光栅层110上形成图形化的光刻胶层130的方法包括：在所述光栅层110上旋涂光刻胶，形成光刻胶层，并对所述光刻胶层进行曝光及显影，形成所述图形化的光刻胶层130。
如图5所示，在所述光栅层110中形成在厚度方向上贯通的第一开口140 之后，去除所述图形化的光刻胶层130。
在步骤S4中，如图5所示，形成介质层150，所述介质层150覆盖所述第一开口140的底壁和侧壁，并延伸覆盖所述光栅层110的顶面；优选的，所述介质层150的材质为氮化硅。所述介质层150能够保护所述第一开口140的侧壁，即保护所述光栅层110的表面，在后续执行划片工艺时，可以避免所述光栅层 110的表面损伤。
在步骤S5中，沿所述第一开口140中的所述介质层150的暴露出的侧壁执行划片工艺，以形成多个芯片单元。由于所述介质层150的存在，可以避免对切割后的所述芯片单元表面造成损伤，即能够避免对所述光栅层110的表面造成划伤，从可提高后续形成的光栅结构170的透光和滤光的效果。
在步骤S6中，去除所述介质层150，暴露出所述第一开口140中的所述半导体衬底100；通过湿法刻蚀工艺去除所述介质层150，所述湿法刻蚀工艺采用的刻蚀液为酸性溶液。所述酸性溶液为磷酸、硝酸和乙酸中的至少一种。酸性溶液对所述介质层150的可是选择比较高，可避免刻蚀过程中的刻蚀损伤，并可避免所述介质层150的残留。
在步骤S7中，如图6所示，刻蚀暴露出的部分厚度的所述半导体衬底100，以在所述半导体衬底100中形成与所述第一开口140连通的第二开口160，并形成光栅结构170。进一步的，所述光栅结构170包括至少3个条纹结构180，相邻的两个所述条纹结构180通过所述第一开口140和所述第二开口160间隔，即所述第一开口140和所述第二开口160用于相邻的两个所述条纹结构180之间的间隔；其中，所述条纹结构180由部分所述光栅层110和部分所述半导体衬底构成。其中，一个所述芯片单元包括至少一个所述光栅结构170。所述第二开口160在所述半导体衬底100垂向上的截面呈V型。优选的，通过湿法刻蚀工艺刻蚀暴露出的部分厚度的所述半导体衬底100，所述湿法刻蚀工艺采用的刻蚀液为碱性溶液，例如，碱性水溶液。进一步的，由于所述半导体衬底100的晶向为(110)，因此，在对暴露出的所述半导体衬底100进行刻蚀工艺时，所述晶向的选择能够影响所述刻蚀工艺的刻蚀速率，由此，在可以在所述半导体衬底 100中形成多个在垂向上呈V型的第二开口160。通过多个所述光栅结构170可以实现光源连接，以及可以实现对光源的滤光。
综上可见，在本发明提供的光栅器件的形成方法中，通过在所述光栅层中形成在厚度方向上贯通的第一开口；形成介质层，所述介质层覆盖所述第一开口的底壁和侧壁，并延伸覆盖所述光栅的顶面；沿所述第一开口中的所述介质层的一侧壁执行划片工艺，以形成多个芯片单元；由于所述介质层的存在，可以保护所第一开口的侧壁，即所述光栅层的侧壁，在执行所述划片工艺的过程中，可以避免对形成的所述芯片单元的侧壁造成损伤；接着，去除所述介质层，暴露出所述第一开口中的所述半导体衬底；刻蚀暴露出的部分厚度的所述半导体衬底，以在所述半导体衬底中形成与所述第一开口连通的第二开口，并形成光栅结构。由于，避免了所述芯片单元的侧壁损伤，由此可避免对后续形成的各所述芯片单元的所述光栅结构的侧壁造成损伤。
上述描述仅是对本发明较佳实施例的描述，并非对本发明范围的任何限定，本发明领域的普通技术人员根据上述揭示内容做的任何变更、修饰，均属于权利要求书的保护范围。
Claims (10)
1.一种光栅器件的形成方法，其特征在于，所述光栅器件的形成方法包括：
提供半导体衬底；
形成光栅层，所述光栅层覆盖所述半导体衬底的第一表面；
在所述光栅层中形成在厚度方向上贯通的第一开口；
形成介质层，所述介质层覆盖所述第一开口的底壁和侧壁，并延伸覆盖所述光栅层的顶面；
沿所述第一开口中的所述介质层的暴露出的侧壁执行划片工艺，以形成多个芯片单元；
去除所述介质层，暴露出所述第一开口中的所述半导体衬底；
刻蚀暴露出的部分厚度的所述半导体衬底，以在所述半导体衬底中形成与所述第一开口连通的第二开口，并形成光栅结构；其中，一个所述芯片单元包括至少一个所述光栅结构。
2.如权利要求1所述的光栅器件的形成方法，其特征在于，在形成所述光栅层之后，在所述光栅层中形成在厚度方向上贯通的第一开口之前，所述光栅器件的形成方法还包括：
形成氧化层，所述氧化层覆盖所述半导体衬底的第二表面。
3.如权利要求1所述的光栅器件的形成方法，其特征在于，在所述光栅层中形成在厚度方向上贯通的第一开口的方法包括：
在所述光栅层上形成图形化的光刻胶层，所述图形化的光刻胶层中定义有多个光栅图形，并暴露出部分所述光栅层；
以所述图形化的光刻胶层为掩膜刻蚀暴露出的所述光栅层，在所述光栅层中形成在厚度方向上贯通的第一开口。
4.如权利要求1所述的光栅器件的形成方法，其特征在于，所述第二开口在所述半导体衬底垂向上的截面呈V型。
5.如权利要求1所述的光栅器件的形成方法，其特征在于，通过湿法刻蚀工艺去除所述介质层，所述湿法刻蚀工艺采用的刻蚀液为酸性溶液。
6.如权利要求5所述的光栅器件的形成方法，其特征在于，所述酸性溶液为磷酸、硝酸和乙酸中的至少一种。
7.如权利要求1所述的光栅器件的形成方法，其特征在于，所述光栅结构包括至少3个条纹结构，相邻的两个所述条纹结构通过所述第一开口和所述第二开口间隔；其中，所述条纹结构由部分所述光栅层和部分所述半导体衬底构成。
8.如权利要求1所述的光栅器件的形成方法，其特征在于，所述介质层为氮化层或者氮氧化层。
9.如权利要求1所述的光栅器件的形成方法，其特征在于，所述光栅层的材质为氧化硅。
10.如权利要求1所述的光栅器件的形成方法，其特征在于，通过湿法刻蚀工艺刻蚀暴露出的部分厚度的所述半导体衬底，所述湿法刻蚀工艺采用的刻蚀液为碱性溶液。
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