CN1595617A - 用于显微机械加工晶体材料的蚀刻方法以及由此方法制备的器件 - Google Patents

Abstract

本发明通常涉及显微机械加工。具体地，本发明涉及定向离子蚀刻和各向异性湿蚀刻的方法以及由此制备的器件和结构。本发明具体应用到硅显微结构中并在相同的结构中提供将结晶表面和垂直干蚀刻表面结合在一起的结构。

Description

用于显微机械加工晶体材料的蚀刻 方法以及由此方法制备的器件

相关申请

本申请要求2003年5月23日申请的美国临时申请NO.60/472,910以及2003年5月23日申请的美国临时申请NO.60/472,909的优先权，在此并入这些申请的全部内容引作参考。

发明领域

本发明总的涉及显微机械加工。具体地，本发明涉及一种结合定向离子蚀刻和各向异性湿蚀刻的方法以及由此方法制备的器件和结构。本发明具体应用于硅显微机械加工。

背景技术

由于本发明使用干蚀刻技术蚀刻硅中的垂直侧壁的的实用方法，使硅的批量显微机械加工技术得以改变，正如BOSCH工艺的发明所产生的巨大变化。深干蚀刻技术在单晶硅中产生新的结构，具体地在那些的基于SOI硅的释放结构(released structures)中如加速计和静电激发器。在这种深干蚀刻工艺实现了一些新结构的同时，在硅中的传统结晶学(各向异性)蚀刻仍具有优势。湿各向异性蚀刻通常基于开口沉积在硅上的硬掩模，具有产生v形槽、u形槽、精确倒转的锥形坑、以及其它形状的在表面上定向的特点，这是本领域公知的。具体的形状决定于晶体取向、掩模开口形状、以及使用的特定湿蚀刻。用合适对准以及蚀刻条件的湿蚀刻的优点包括在同一时间批处理许多晶片的能力，获得非常平滑表面的能力，以及获得非垂直表面如V形槽的能力，以及产生高精度机械尺寸的能力。可选地，使用深等离子体蚀刻具有独立于晶轴限制的优点并产生具有高纵横比的垂直表面。本领域缺少的是接合这两种蚀刻形式以获得两种技术一起而可以更自由地形成形状和结构带来的好处。接合这两种蚀刻形式尤其有利于硅光具座技术，这里的元件如微光学器件、半导体激光器、光电探测器、光纤、以及其它元件，可使用蚀刻到硅中的机械特点与直接制备在硅晶片中或硅晶片上的集成构图的金属、焊料、电阻器、以及MEMS一起混合集成在硅晶片表面上。因此微系统比其它的系统装配困难。很显然其它的这种晶片级微系统如传感器、致动器、微射流、RF微器件，等等将从这种显微机械加工技术的改进中明显获得好处。例如，可以将本发明的方法应用到已知的批量显微机械加工的产品如加速计的制备中，以产生平衡干和湿蚀刻的结构。通过实施例的方法但不限于实施例，所公开的内容描述了可以实现并在混合的微光电系统有用的机械结构，该微光电系统以硅光具座、SiOB、硅晶片板、或简单的硅座所公知。

由于元件之间的定位公差常常限定在亚微米尺寸中，因此在显微光学器件的制备中光学元件彼此精确定位的能力是至关重要的。典型地，这种元件可包括光信号源，如激光器、检波器、以及集成或分散的波导管，如光导纤维、集成光路、或GRIN杆形透镜。另外，这种元件也包括光纤放大器、滤光器、调幅器、光栅、球形透镜、或其它用于传递或改变或分离光束的元件。在现有应用如光通信和消费光电子设备，以及当前正在开发的应用，如光学计算中，包括这些元件的显微光学器件是相当关键的。

可通过光学的微光具座，如硅光具座方便地提供在光学元件中保持精确的对准。光学的微光具座包括具有精确限定的表面的立体结构，光学元件可被精确设置到该表面上。很适宜用作光学的微光具座的一种材料是单晶硅，这是因为可各向异性蚀刻单晶硅而产生具有平面侧壁的立体结构，该平面侧壁是由硅的结晶平面精确限定而形成。例如，已知在选择恰当的蚀刻剂下蚀刻{111}硅平面比蚀刻{100}或{110}平面更慢。因此，通过各向异性蚀刻可形成包括主要是{111}平面的侧壁的结构。

许多光学元件设置在至少部分低于硅衬底顶面的位置的立体结构中，因此部分光程常常位于衬底顶面下，在衬底体积中。因此，必须在立体结构之间的光学微光具座中提供通路，以便可以在设置在关联的立体结构中的元件之间传输光。因此，光学微光具座应当保持为通过结构(如通路)彼此连通的立体结构。

当通过各向异性蚀刻常规地形成分立、不连通的立体结构时，以特定形状彼此连通的蚀刻结构，如凸角，在需要保持由结晶平面限定的精确形状的应用中产生显著问题。例如，在凸(露)角处两个{111}平面相交的地方，凸角不会表现为在两个平面之间的直线相交形式，而是被蚀刻剂快速侵蚀而在两个{111}平面之间产生圆形或复杂的相交。当持续蚀刻以达到包括{111}平面的结构的需要深度时，角部的制圆或侵蚀发展到使得在两个{111}平面之间相交的大部分被湮没的程度。由于在立体结构中提供该{111}平面以形成光学元件可朝着其精确定位的平面，在相交处的大部分{111}平面的缺少可引起在相交处元件定位的极大差异。因此，通过结晶平面提供的好处被不能接受地减少了。

常规地，为避免蚀刻相交特点，可使用划片切割。然而，由于这种切割典形地必须延伸穿过整个衬底，或消耗不希望地大部分衬底，因此划片切割是不理想的，并且不便于在衬底中的分离位置处定位。而且，划片切割产生穿过衬底表面沉积并留存在立体结构中的碎片，该碎片会干扰光学元件在该结构中的精确定位。

因此，本领域需要用于光学微光具座的技术，该技术允许具有结晶平面的立体结构与其它表面相交，而不会使相交平面的结晶定向恶化。而且，本领域还需要在同一结构中将结晶表面和垂直干蚀刻表面结合在一起。

发明概述

本发明提供具有蚀刻终止坑以及具有与蚀刻终止坑相邻设置的蚀刻部件，如各向异性蚀刻部件的衬底。该各向异性蚀刻部件可包括V形槽。该蚀刻终止坑具有适宜支撑蚀刻终止坑表面上的蚀刻终止层的形状。期望地，蚀刻终止坑在产生蚀刻部件前形成。该蚀刻终止层包括抗蚀刻剂的材料，该蚀刻剂用于产生蚀刻部件。在提供蚀刻终止层之后，在衬底中蚀刻各向异性蚀刻部件。该蚀刻终止层防止部件的蚀刻延伸到设置蚀刻终止坑的区域中。这种通过蚀刻终止层提供的蚀刻阻止使各向异性蚀刻部件的结晶平面壁保持相邻蚀刻终止坑处它们的结晶定向。例如，本发明提供显微机械加工的结晶衬底，包括：在衬底表面中设置的各向异性蚀刻槽；在衬底表面中设置的各向异性蚀刻坑，该坑包括侧壁以提供以用于与槽光学通信的反射表面；以及包括第一侧壁部分和第二侧壁部分的定向蚀刻的蚀刻终止坑，该第一侧壁部分相对于槽的纵向轴以非正交角度与槽相交以使至少部分槽的V形端部缺少，该第二侧壁部分与坑相交以使相邻蚀刻终止坑的至少部分坑侧壁缺少。

本发明也提供一种用于显微机械加工结晶衬底的方法，包括：提供具有表面的结晶衬底；定向蚀刻衬底中的第一蚀刻终止坑；用掩模材料涂覆第一蚀刻终止坑；各向异性湿蚀刻与第一蚀刻终止坑相邻的区域以提供设置在衬底表面中的槽；以及在第一蚀刻终止坑形成后各向异性湿蚀刻第一湿蚀刻坑，第一湿蚀刻坑包括侧壁以提供用于与槽光学通信的反射表面，其中第一蚀刻终止坑设在槽和第一湿蚀刻坑之间。另外，本发明提供由在前面描述的方法制备的显微机械加工结晶衬底。

另外，本发明提供一种用于显微机械加工结晶衬底的方法，包括：提供具有表面的结晶衬底；在衬底中定向蚀刻两个或更多个具有至少两个定向蚀刻终止坑的开口端部的、环形蚀刻终止坑以使它们各自的开口端部不为面对的关系；用掩模材料涂覆蚀刻终止坑；各向异性湿蚀刻围绕蚀刻终止坑的区域以提供具有设置在衬底中的底部的湿蚀刻坑并提供在每个蚀刻终止坑内的V形突起，该突起从湿蚀刻底部向上延伸。进一步本发明提供一种用于显微机械加工结晶衬底的方法，包括：提供具有表面的结晶衬底；定向蚀刻衬底表面中的蚀刻终止坑；用掩模材料涂覆蚀刻终止坑；各向异性湿蚀刻围绕蚀刻终止坑的区域以提供具有设置在衬底中的底部的湿蚀刻坑并提供与蚀刻终止坑相邻的两个或多个V形突起，该突起从湿蚀刻底部向上延伸。

附图的简要描述

结合附图阅读可以最好地理解上面的概述和下面对本发明优选实施例的详细描述，附图中：

图1示意性地描述了在衬底的上表面中提供的V形槽的顶视图，这里该V形槽包括具有楔形端部的两端；

图2A-2D示意性地描述了改变的衬底的顶视图，由于加入特点以产生根据本发明第一实施例的具有V形槽和邻接的蚀刻终止坑的结构；

图3A-3F和4A-4D示意性地描述了根据本发明的具有邻接的V形槽的可选蚀刻终止坑结构的顶视图；

图5示意性地描述了根据本发明的用于防止V形槽中的楔形端壁的形成的可选蚀刻终止坑结构的顶视图；

图6示意性地描述了根据本发明的用于在V形槽中提供部分的、有楔形端壁的可选蚀刻终止坑的顶视图；

图7示意性地描述了根据本发明的用于防止邻接蚀刻终止坑的三个V形槽中的楔形端壁的形成的可选蚀刻终止坑结构的顶视图；

图8-10示意性地描述了根据本发明的与用于提供光学组件的器件安装在一起的蚀刻终止坑和V形槽的进一步结构的顶视图；

图11-16示意性地描述了具有两个或更多个邻接蚀刻终止坑的V形槽的蚀刻终止坑的可选结构的顶视图；

图17-20示意性地描述了根据本发明的具有用于提供光学亚组件的具有蚀刻终止坑、V形槽、以及可选V形坑的衬底的顶视图；

图21-26示意性地描述了具有两个相互以90度定向并具有在两个V形槽的相交位置处设置的蚀刻终止坑的衬底的V形槽的顶视图；

图27和28示意性地描述了具有在设置两个相交V形槽的内侧的、凸角的位置处设置的蚀刻终止坑的衬底的顶视图；

图29A-29D、30、31、32A-32B、以及33示意性地描述了具有限定形成各向异性蚀刻部件的衬底的选定区域的蚀刻终止坑的衬底的顶视图和剖视图(29B、29D、30、32B)；

图34、35A、36以及37示意性地描述了具有相邻V形坑以在衬底上提供用于激光器固定件的位置并提供用于夹持球形光学元件的位置的U形蚀刻终止坑的衬底的顶视图；

图35B示意性地描述了在图35A中描述的衬底的剖视图；

图38A和39A示意性地描述了具有V形槽的衬底的顶视图，该V形槽具有蚀刻终止坑以及在槽内部设置的光纤止挡；

图38B和39B分别示意性地描述了图38A和39A中描述的衬底的剖视图。

图40描述了代表根据本发明的用于产生蚀刻终止坑以及相邻的各向异性蚀刻特点的工艺流程图；

图41描述了代表用于产生蚀刻终止坑和相邻的各向异性蚀刻特点的本发明的另一工艺的流程图；

图42仍然描述了代表用于产生蚀刻终止坑和相邻的各向异性蚀刻特点的本发明的另一工艺的流程图；

图43和44分别示意性地描述了包括V形槽以及邻接的蚀刻终止坑的衬底的顶视图和剖视图；

图45-51示意性地描述了根据图41的流程图中描述的方法在选定工艺步骤中的衬底的剖视图；

图52-58示意性地描述了根据图42的流程图中描述的方法在选定工艺步骤中的衬底的剖视图；

图59-64示意性地描述了根据图43的流程图中描述的方法在选定工艺步骤中的衬底的剖视图；

图65A示意性地描述了具有V形槽和截头V形坑并且V形槽和截头V形坑之间具有蚀刻终止坑的衬底的顶视图，这里该V形坑提供用于从衬底平面反射光的反射体表面，蚀刻终止坑提供光纤止挡；

图65B和65C分别示意性地描述了沿图65B中的线A-A截取的并具有设置在V形槽中的光纤的图65A的衬底的顶视图和侧剖视图；

图66示意性地描述了具有V形槽和截头V形坑并且V形槽和截头V形坑之间具有蚀刻终止坑的衬底的顶视图，这里该V形坑提供用于从衬底平面反射光的反射体表面，蚀刻终止坑提供光纤止挡；

图67A示意性地描述了具有两个V形槽并且V形槽之间有蚀刻终止坑的衬底，这里V形槽中的一个提供用于从衬底平面反射光的反射体表面，蚀刻终止坑提供光纤止挡；

图67B示意性地描述了图67A的并具有设置在一个V形槽中的光纤的衬底的顶视图；

图68A示意性地描述了具有两个V形槽并且在两个V形槽之间设置两个蚀刻终止坑和V形坑的衬底的顶视图，这里V形槽中的一个提供用于从衬底平面反射光的反射体表面，并且蚀刻终止坑中的一个提供用于沿表面对准光纤的机械止挡；

图68B示意性地描述了图68A的并具有设置在一个V形槽中的光纤的衬底的顶视图；

图69A示意性地描述了具有两个V形槽并且两个V形槽之间设置有两个蚀刻终止坑和V形坑的衬底的可选结构的顶视图，这里V形槽中一个提供用于从衬底平面反射光的反射体表面，并且蚀刻终止坑中一个提供光纤止挡；

图69B示意性地描述了沿图69A中线A-A截取的且具有设置在一个V形槽中的光纤和设置在V形坑中的球形透镜的衬底的顶视图；

图69C示意性地描述了与图69B相同且具有设置在衬底上表面下的光纤和球形透镜的衬底的侧剖视图；

图70示意性地描述了设置在V形槽中的光纤的侧视图；

图71A和71B分别示意性地描述了沿图71A中的线A-A截取的具有设置在湿蚀刻的坑中以在湿蚀刻的坑中提供V形突起的U形蚀刻终止坑的衬底的顶视图和侧剖面图；

图72示意性地描述了具有设置在湿蚀刻的坑中以在湿蚀刻的坑中提供四个V形突起的四个U形蚀刻终止坑的衬底的顶视图；

图73A和73B分别描述了沿图73A中的线A-A截取的，具有设置在湿蚀刻坑中以在湿蚀刻坑中提供四个V形突起的四个通常为三角形的蚀刻终止坑的衬底的顶视图和侧剖视突；

图73C示意性地描述了图73B的且具有用于夹持球形透镜的另外的V形坑；

图74A和74B分别示意性地描述了沿图74A中的线A-A截取的，具有设置在湿蚀刻的坑中以在湿蚀刻的坑中提供两个V形突起的AI@形蚀刻终止坑；

图75示意性地描述了具有在湿蚀刻的坑中设置的以在湿蚀刻的坑中提供四个V形突起的AX@形蚀刻终止坑的衬底的顶视图和侧剖视图；以及

图76-80示意性地描述了使用图52-58中描述的方法的另外的、任选的步骤。

发明的详细描述

现在参考图，其中相同的元件始终相同地被标记，根据本发明的器件几个不同的实施例被描述。不同的实施例包括具有至少两个共同部件、一个蚀刻终止坑以及相邻蚀刻终止坑的各向异性蚀刻特点的衬底。该蚀刻终止坑具有适宜支撑蚀刻终止坑表面上的蚀刻终止层的形状。在产生各向异性蚀刻的特点之前形成该蚀刻终止坑。蚀刻终止坑包括抗蚀刻剂的材料，该蚀刻剂用于生成各向异性蚀刻的特点。在提供蚀刻终止层之后，在衬底中蚀刻各向异性蚀刻的特点。该蚀刻终止层防止各向异性的蚀刻延伸到设置蚀刻终止坑的区域内。由蚀刻终止层形成的这种对各向异性蚀刻的防止提供使各向异性蚀刻的特点的结晶平面壁维持它们的相邻蚀刻终止坑的晶向。在结合描述本发明几个理想实施例的附图中阐释了这种防止蚀刻的的优点。

整个附图中，衬底材料选定为<100>定向的硅。然而，其它定向的硅，如<110>定向的硅，也可用于本发明。另外，其它各向异性晶体材料，如III BV半导体材料，例，InP、GaAs、InAs、或者GaP，也可用于本发明。根据特定光学器件的性能以及制备的特点选定衬底材料。衬底的晶向可根据制备特点需要的侧壁晶向来选定。例如，选定<100>定向的硅以形成具有相对衬底的上表面倾斜的侧除的特点。可选地，选定<110>定向的硅以形成具有侧壁的部件，该侧壁相对衬底的上表面垂直。

如图1中所示，在<100>定向的硅衬底6中通过各向异性蚀刻形成的典形部件的示例是V形槽2。如图2A-2D中描述，在本发明的第一方面中提供改进的V形槽2，即改进的V形槽12其具有特别适宜夹持柱状元件如光纤或图像输入杆透镜的结构。

首先参考图1中描述的V形槽2，V形槽2的每个表面是硅衬底6的{111}平面。该V形槽2可用已知的方法制造，如使用KOH水溶液完全蚀刻矩形坑眼掩模。不延伸到衬底6边缘的V形槽2包括两个楔形端壁4。端壁4从顶点5朝衬底6的上表面1向上倾斜。由于楔形端壁4可局部地或完全地封闭光程，而阻塞光传递到设置在V形槽2中的光学元件或从该光学元件中传出，因此光学亚组件中楔形端壁4常常是不希望的。另外，由于该楔形端壁4相对通常垂直光纤纵轴的光纤端面(endface)倾斜，因此楔形端壁4作为光纤止挡的功用很差。因此，需要产生没有一个或多个楔形端壁4的V形槽。

特别地，参考图2D，描述了根据本发明的V形槽结构，这里用虚线显示的一个楔形端壁14a从V形槽12被除去。该器件包括具有在其上表面中设有V形槽12和相邻蚀刻终止坑16的上表面11的衬底10。V形槽12和蚀刻终止坑16相交的边缘13是位于V形槽侧壁15的{111}平面中的直线段。通过蚀刻终止坑16和蚀刻终止层18提供去除直角端壁14a，同时在去除的端壁14a附近中保持侧壁15的{111}取向的能力。

在图2A-2D中描述了在衬底10的表面中形成蚀刻终止坑16和V形槽12的顺序。参考图2A，显示了在衬底10中形成蚀刻终止坑16的衬底顶前视图。如勾画的，蚀刻终止坑16具有在衬底10的上表面11的平面中的三角形横截面。也可使用除了三角形横截面的其他形状只要使用的形状适宜防止楔形槽12的楔形端壁14a的形成。下面参考图3和图4讨论可使用的形状类型。

蚀刻终止坑16的壁可期望地相对衬底10的上表面11以90度角，即垂直，延伸到衬底10中，并且蚀刻终止坑16可包括平行于上表面11的平面的平底。通过高纵横比干蚀刻，如反应离子蚀刻如BOSCH蚀刻工艺来制备蚀刻终止坑16的这种结构。或者，蚀刻终止坑16包括相对上表面11的平面倾斜的侧壁。不管使用的侧壁的斜度，在形成V形槽12的邻近区域，即在相交部分13处设置的侧壁部分16a延伸到衬底10的深度应大于V形槽12的邻接部分预期的深度。提供这种较深的侧壁部分以保证随后应用的蚀刻终止层18在V形槽12的蚀刻剂和蚀刻终止坑16之间提供阻挡层。

在蚀刻终止坑16形成以后，在侧壁16a和蚀刻终止坑16底部上保形地提供蚀刻终止层18。该蚀刻终止层18包括抗蚀刻剂的材料，该蚀刻剂用于形成V形槽12。例如，蚀刻终止层18可包括二氧化硅、氮化硅，可通过CVD或通过热氧化蚀刻终止坑16的表面16a提供二氧化硅，通过CVD提供氮化硅。可选地，可以用与蚀刻终止层18材料相同的层提供衬底10的上表面11。

通过适合的工艺，如用KOH或EDP通过矩形坑眼掩模各向异性湿蚀刻，在衬底10的表面11中形成V形槽12。定向矩形坑眼掩模以使矩形坑眼的周长与设置在衬底10的上表面11中的V形槽12的周长对齐。定向该矩形坑眼掩模以使矩形坑眼的端部的一部分覆盖蚀刻终止坑16。下面结合本发明的方法讨论如何提供掩模的进一步细节。

作为可选的另外步骤，从蚀刻终止坑16除去蚀刻终止层18。蚀刻终止层的除去使V形槽12与蚀刻终止坑16相通。这种相通使元件，如设置在V形槽12中的光纤延伸入蚀刻终止坑上的区域和紧贴设成与V形槽12的纵轴线垂直的蚀刻终止坑12的侧壁16a以提供光纤止挡17。

上面参考图2D描述的方法适合形成在此描述的所有结构。例如，下面描述的每个结构包括至少一个蚀刻终止坑，该蚀刻终止坑在相邻的各向异性蚀刻部件，如相邻坑形成的V形槽之前形成。另外，在形成各向异性蚀刻部件之前在蚀刻终止坑中提供蚀刻终止层。蚀刻终止层未描述在图中，是由于其在各向异性蚀刻的部件形成之后被除去了，可理解蚀刻终止层存在于蚀刻终止坑中同时形成各向异性蚀刻部件。

除了图2A-2D中描述的蚀刻终止坑16的三角截面形外，如图3C-3F以及4A-4D所示，也可使用根据本发明方法的其它横截面形状以完全或部分地防止V形槽的楔形端壁的形成。例如，图4A-4D中描述了用于完全防止楔形端壁44的形成的第一类蚀刻终止坑结构。图4A-4D描述了相邻不同横截面积的蚀刻终止坑46、47、48、49的V形槽42的顶前视图。在每个结构中，蚀刻终止坑46、47、48、49完全覆盖将形成V形槽42的楔形端壁44的衬底区域。通过参考上面图2D描述的器件的形成方法，在衬底中形成蚀刻终止坑46、47、48、49以及V形槽42。

蚀刻终止坑49的一个必要结构包括在沿V形槽42的纵轴上的顶点处连接的两个侧壁以便顶角α被纵轴对分。当顶角小于或等于90度时，这种结构的蚀刻终止坑49防止楔形端壁44的形成。

如图3C和3D中描述的，如果顶角大于90度，则在V形槽32中形成楔形端壁34。如图3A和3B中描述的，在顶角@等于180度即，为直线的结构中，在V形槽22中形成典形楔形端壁24。也就是，具有相邻V形槽形成区域的直侧壁23并垂直V形槽22的纵轴的蚀刻终止坑26允许楔形端壁24的形成。根据本发明设想的其它横截面形状的蚀刻终止坑，如在图3E和3F中描述的AW(@横截面形状描述。

如图38A-38B和39A-39B中描述，还可提供根据本发明的另一个结构的蚀刻终止坑386以便在V形槽384中形成光纤止挡387。图38A和39A描述了其中形成V形槽384的衬底380的顶视图。图38B和39B分别描述了沿图38A和39A中的线B-B截取的剖面图。蚀刻终止坑386具有促使V形光纤止挡387沿相邻蚀刻终止坑386的第一侧壁383的{111}晶面形成的形状。特别地，垂直V形槽384的纵轴定向的直侧壁383以促使图3B中的楔形端壁24形成的类似方式促使V形光纤止挡387的形成。蚀刻终止坑386也包括一对从第一端壁383穿过蚀刻终止坑386的倾斜的侧壁385。倾斜的侧壁385在选定的顶角相交，该顶角具有适合防止楔形表面形成的大小和定向，该楔形表面即为相邻倾斜侧壁385的V形槽384中的{111}表面。倾斜的侧壁385可具有图2D中描述的对应侧壁的相同结构。如图38B和39B的剖面图中描述，楔形光纤止挡387延伸超出V形槽384的最深部以使设置在V形槽384中的光纤381可紧贴V形光纤止挡387。

如图5中描述，防止楔形端壁形成的第二类蚀刻终止坑结构具有相对V形槽52的纵轴线以45度或更小的β角定向的平行四边形剖面形状，如图6的结构所描述，如果β角大于45度，那么在V形槽62中形成部分的楔形端壁64。在β角为90度的情况下，蚀刻终止坑的结构功能性地类似图3A中描述的蚀刻终止坑。另外，如图7中描述，可在蚀刻控制坑56的相对侧面上提供V形槽52、53、55。只要每个V形槽52、53、55的纵轴线相对蚀刻终止坑56的相邻表面以小于45度定向，根据本发明的蚀刻工艺在蚀刻终止坑56的相邻区域的V形槽52、53、55中不会产生楔形端壁。可提供任意数量的V形槽，并且这些槽不必具有相同的尺寸。

现在参考图2D中描述的结构，这里结合的V形槽14和蚀刻终止坑16提供具有夹持光导纤维的光纤止挡17的空腔，并通过在衬底10中或上面提供另外的部件来制备进一步的光学组件。这种组件用作与光纤光通信。具体地，由于光纤止挡17提供基准参考点以精确识别设置光纤终端的位置，所以图2D的结构非常适合具有其它光学元件的使用。

例如，图8-10描述根据本发明的另外结构的顶部前视图，该结构提供包括光纤81、91、101、V形槽84、94、104以及激光器固定件85、95、105的光学组件。可选地，提供检测器或VCSEL固定件以代替边缘发射激光器固定件85、95、105。具体地，参考图8，在与上面图2D中描述的类似结构中提供V形槽84以及具有光纤止挡83的邻接蚀刻终止坑86。图8设计的好处包括可任意地在靠近激光发射平面的边缘设置光纤、有透镜切口的光纤、或圆柱透镜而远离相邻的<111>平面的干涉和并不需要切割而除去该平面。然而，蚀刻边缘终止坑86的剖面不是精确的三角形，而是包括从蚀刻终止坑86的光纤止挡，在剖面中突起的蚀刻区域87，以致蚀刻终止坑86的剖面形状与箭头形状相似。可选的蚀刻区域87允许波束外延。另外，接近蚀刻区域87提供激光器固定件85并沿V形槽84的纵轴设置激光器固定件85。希望在光导纤维81的端部与激光器固定件85之间提供光学器件。因此，图9和10中描述的结构提供了用于接受光学元件的槽缝99、109。槽缝99、109与各自的蚀刻终止坑96、106相通并与蚀刻终止坑96、109同时形成。槽缝99、109包括垂直侧壁，但是，也可提供倾斜的侧壁。常规地图10的槽缝109具有平凸透镜的剖面形状，而槽缝99适宜接收除了球形透镜外的平坦光学镜片或透镜。

然而根据本发明的另一蚀刻终止坑结构中，该蚀刻终止坑可具有适合之种器件结构的类似菱形的剖面形状，该器件结构包括如图11-16中所述的，设置在蚀刻终止坑相对侧面上的两个或更多个V形槽。参考图11，所示衬底110包括具有两个设置在蚀刻终止坑116的相对侧面上的V形槽114、115的菱形剖面的蚀刻终止坑116。具有纵轴的V形槽114、115是共线的并在各自的蚀刻终止坑116顶点相交。具有各自蚀刻终止坑116部分的每个V形槽114、115之间的相交区域，具有与图2D中描述的V形槽14和蚀刻终止坑16之间的相交区域的相同几何形状。因此，出于上面给定的相同原因，在相邻蚀刻终止坑116的位置的V形槽114、115中未形成楔形端壁。以使设置在两个V形槽164、165中的各光纤端面彼此更接近，如图16中描述，蚀刻终止坑166可包括扁平的菱形形状。

以类似的方式，蚀刻终止坑136适合具有的剖面形状是在蚀刻终止坑136的一个侧面上具有单个V形槽134并具有在蚀刻终止坑136的相对侧面设置的两个或更多个V形槽135、137、139。另外，蚀刻终止坑136可具有适合防止在每个V形槽134、135、137、139中在相邻蚀刻终止坑136的V形槽134、135、137、139的各个位置处形成楔形端壁的剖面形状。图13中描述了用于这种蚀刻终止坑136的合适形状。蚀刻终止坑136提供用于设置在V形槽134中的光纤的两个光纤止挡137。然而，如图12中描述的，可提供防止多个V形槽124、125、126、127中的楔形端壁形成的蚀刻终止坑126的另外形状。例如，楔形端壁不以上面图4D和7的给定原因形成。

在硅光具座中，这种结构的应用包括将多个光纤与单个开口透镜或较大的多模光纤对准。或者，在显微流体学中，这种结构可用作多流动通道的流体混合。

进一步，图2D中描述的带相邻V形槽结构的两个蚀刻终止坑可以背对背的同轴关系设在单个衬底140中，在两个蚀刻终止坑146的三角断面之间延伸有通道149，如图14中描述的。这种结构提供用于每个V形槽144、145的光纤止挡147以使设置在V形槽144、145中的两个光纤端部之间的、或柱状物体之间的距离D可精确限定。另外，通道159足够长以便于两个机械止挡157之间插入光学元件。例如，可设槽缝153、或其它适合的形状，用于接受例如滤波器、隔离器等的光学元件。

然而在本发明的另一方面，如图17、18和20中显示，在具有其间设置V形坑的衬底中，提供两个或多个具有相邻的V形槽结构的上述的蚀刻终止坑。通过使用方形坑眼掩模而不是矩形坑眼掩模，可用用于形成V形槽的相同方法，用各向异性蚀刻来形成V坑179、189、209。可与槽174、184、204同时用各向异性蚀刻V形坑179、189、209。根据上面参考图2D描述的工艺，在蚀刻终止坑176、186、206之后蚀刻V形坑179、189、209并提供蚀刻终止层。V形坑179、189、209包括位于{111}晶面中的三角形侧壁以形成延伸入衬底170、180、200的四边正棱锥。如图17和18中描述的，象V形槽174、184，V形坑179、189延伸入衬底的深度应小于在V形坑179、189与蚀刻终止坑176、186之间的相交点处的蚀刻终止坑176、186的深度。在V形坑209不与蚀刻终止坑206相交的结构中，不必根据蚀刻终止坑206的深度选定V形坑209的深度。V形坑179、189、209提供用于夹持球形光学元件，如球形透镜的适宜形状。设置V形槽174、184、204使得设置在V形槽174、184、204中的光学元件可与设置在各自V形坑176、186、206中的光学元件光传递。在另一个结构中，如图19中描述，蚀刻终止坑196包括配置用以夹持球形光学元件的中心部分195。例如，中心部分可具有类似菱形的形状。蚀刻终止坑196的中心部分195具有与V形坑189一样用作夹持球形光学元件的相同功能，或可设置为夹持其它元件如分束立方体、滤波器、循环器等等。

在本发明的另一方面中，在两个各向异性部件相交以形成内侧的、凸角位置处设置蚀刻终止坑。通过掩模开口中的两个{111}平面的相交形成的凸角不能蚀刻以形成两个平面之间的直线相交，而是在两个相交的{111}平面之间产生圆形或复杂的腐蚀相交。圆角会扩展而除去相交附近处的材料，以致蚀刻掉相交附近处的很好限定的{111}平面而产生不是{111}平面的结构。因此，希望防止这种圆角的形成。

图21-28描述了根据本发明的几个蚀刻终止坑结构，这些结构可防止在内侧、凸角处不希望的蚀刻。期望通过上述参考图2D描述工艺，形成图21-28中的，在各向异性蚀刻V形槽之前蚀刻终止坑和蚀刻终止层设在衬底中的每个结构。例如，参考图21，衬底210的顶前视图显示在衬底中设置两个V形槽214。两个V形槽214定向成它们各自的纵轴线彼此之间成90度。在对应两个V形槽214否则会相交的位置处的衬底210的选定位置处设置蚀刻终止坑216。在选定的位置处提供蚀刻终止坑216防止V形槽214的相交。以45度角β设置蚀刻终止坑216，以便在相邻蚀刻终止216的V形槽中不形成楔形端壁。为在蚀刻终止坑216和V形槽214的纵轴线之间提供更容易的对准(较低的对准公差)，优选地为小于45度的角度。

图22-28中描述了防止蚀刻内侧凸角以及V形的V形槽端壁的可选蚀刻终止坑结构。图22-28中描述的每个结构包括以90度定向并具有与图21相同结构的中间蚀刻终止坑226、236、246、256、266的V形槽224、234、224、254、264。设置蚀刻终止坑226、236、246、256、266以防止V形槽224、234、244、254、264的相交。每个蚀刻终止坑226、236、246、256、266具有相对相邻的V形槽224、234、244、254、264的纵轴线以小于或等于45度设置的竖墙段。例如参考图22和23，蚀刻终止坑226、236包括用于夹持光学元件如滤波器、透镜、显微机械开关的内部部分225、235。当两个晶片对准并结转在一起时，这种元件可直接形成在晶片中，设置或粘合到晶片中，或形成在另一晶片上并凹进到空腔中。另外，如图25和26中描述，蚀刻终止坑256、266具有构造为设置在V形槽254、264中的光纤251、261提供光纤止挡257、267的形状。

而且如图27和28中描述，根据本发明提供蚀刻终止坑276、286的另外结构，该结构允许两个V形槽274、284相交同时防止内部凸角275、285的形成，因此避免了凸角补偿的需要。例如，衬底270、280的顶视图显示了在衬底270、280的上表面中提供多对V形槽274、284。多对V形槽对274、284在V形槽274、284的端部以90度角相交。在对应形成相交的V形槽274、284的内角275、285的位置的选定衬底位置处提供蚀刻终止坑276、286。在选定位置处提供用蚀刻终止层涂覆的蚀刻终止坑276、286防止内侧凸角275、285的形成。

本发明更进一步方面是，提供蚀刻终止坑296作为限定被各向异性蚀刻的衬底区域294的连续边界。提供这种蚀刻终止边界以便尽可能更深地蚀刻各向异性蚀刻部件。例如，参考图30，衬底300的剖视图显示在衬底中提供凹入的V形槽304。通过蚀刻终止坑306(涂覆有蚀刻终止层)的存在提供在上表面301的平面下形成V形槽304的能力。如果不提供蚀刻终止坑306，V形槽304的表面将如短划线307所示向上延伸到上表面301，并因此不会相对上表面301凹入。

参考图29A-29D，在形成各向异性蚀刻部件的区域中限定L形区域以提供L形蚀刻终止坑296。如图29A和29B中所描述，提供L形蚀刻终止坑296以允许形成{111}侧壁。如图29C和29D中描述，蚀刻的较宽坑296允许形成更深的部件。可选地，除了L形的其它形状也可用作蚀刻终止坑。例如，蚀刻终止坑316可具有如图31的顶视图中描述的T-形截面。根据由T形蚀刻终止坑316界定的各向异性蚀刻，可如图32A和32B中描述形成{111}侧壁。如图32B中描述，在横截面BB的附近区域中，各向异性蚀刻部件324可具有V形横截面。然而根据本发明也可使用其它形状作为限定各向异性蚀刻区域的蚀刻终止坑，如图33中描绘的结构。

在本发明的另一方面中，如图34-36中所示提供相邻V形坑345的U形蚀刻终止坑346以在衬底340上提供用于安装光学元件如激光器固定件的位置，并提供用于夹持光学元件如球形光学元件350的位置。图34和35A描述了衬底340的顶视图，其中在衬底中提供相邻V形坑345的U形蚀刻终止坑346。U形蚀刻终止坑346包括延伸到衬底340选定深度的侧壁。或者，U形蚀刻终止坑346的侧壁可为垂直的如图34中描述。可选地，U形蚀刻终止坑346的侧壁可相对衬底340的上表面倾斜。U形蚀刻终止坑346的侧壁可保形涂覆蚀刻终止层，或者，可选地，蚀刻终止坑346填充蚀刻终止层材料。另外，衬底表面301在蚀刻终止坑346内的部分343可提供蚀刻终止层。如上解释的，参考图2A-2D的工艺，蚀刻终止层包括防止用于形成各向异性蚀刻部件，如V形坑345，的蚀刻材料，

在提供期望的单层或多层蚀刻终止层之后，通过用形成V形槽的相同方法但使用方形坑眼掩模各向异性蚀刻形成V形坑345。不必使用精确的方形坑眼掩模，可用一个通常的方形坑，其包括突起以保护在蚀刻终止坑346内部的衬底表面部分343。V形坑345可在蚀刻可选的V形槽354的同时各向异性蚀刻。如图35B所示，V形坑345延伸到衬底中的深度小于V形坑345和蚀刻终止坑346之间的相交点处的蚀刻终止坑346的深度。在V形坑345不相交蚀刻终止坑346的结构中，不必相对蚀刻终止坑346的深度选定V形坑345的深度。

V形坑345提供用于夹持球形光学元件如球形透镜350，的适宜形状。衬底表面301的内部部分343提供激光器355和其他光学元件与球形透镜350光学连通的合适定位。提供U形蚀刻终止坑346允许相邻蚀刻终止坑346的V形坑345部分凹下在衬底340的表面下。如图35B描述，这种凹下使球形透镜350设置得更靠近激光器355。这对于具有存在于自由空间的焦点的透镜特别有用。例如，立方氧化锆的球形透镜具有接近2.0的折射率。用于具有这种透镜的准直设计的边缘发射激光器的理想位置应尽可能靠近球形透镜。被设计为安置透镜圆周靠近硅表面的垂直切面、通过常规方法蚀刻的V形坑可防止设置在硅衬底表面上的激光器太靠近透镜表面。平台343可防止这类问题，并被构建为可满足这种以及类似的设置需要。另外，如图36和37中描述，也可设置V形槽354、374用于设置在V形槽354、374和V形坑中的光纤之间的光学连通。参考图36，例如V形槽354可以图17的V形槽174的相同方式制备。可选地，如图37中描述，蚀刻终止坑376可围绕在其中形成V形坑375的区域形成。蚀刻终止坑376包括U形段366以提供与图35A的结构中的U形蚀刻坑346相同的功能。蚀刻终止坑376也包括防止在V形槽374中形成楔形端壁并提供光纤止挡377的三角形段378。

在本发明的另一方面中，图65-69描述结合有V形槽和/或V形坑的几个蚀刻终止坑结构，V形槽和/或V形坑宜于使从衬底平面到设置在衬底平面中的光学纤维的光、或从设置在衬底平面中的光学纤维到衬底平面的光重新定向。这种结构尤其适合与表面正交的光学或光电元件(如VCSEL)光学通信。通过参考上面图2D描述的工艺形成图65-69中的每个结构，这些结构具有在各向异性蚀刻V形槽/V形坑之前在衬底中提供的蚀刻终止坑及蚀刻终止层。

例如，参考图65A-65C，显示的衬底650是其中设置光纤V形槽652和截头V形坑655的衬底。成五边形形状的蚀刻终止坑656设置在V形槽652和V形坑656之间，五边形的一个三角部分指向到V形槽652内，成与图2D中与V形槽12相交的三角形蚀刻终止坑16相同的方式，以防止在相邻蚀刻终止坑656的端部处的V形槽652中形成楔形端壁。如图65C中描述，蚀刻终止坑651提供用作邻接光学纤维651的光纤止挡657的垂直表面，成与图2D的蚀刻终止坑16的光学止挡17相同的方式。蚀刻终止坑656设置在衬底上，其位置允许机械止挡657使得相对倾斜侧壁654的反向V形坑精确设置光纤651的端面以防止图70中描述的问题，这里一些来自光纤701的光704不能到达光学器件702因为光704反射回到光纤701上。因为V形槽侧壁的角度通过晶体结构固定，图70中描述的情况特别是具有由单晶硅各向异性蚀刻构造的显微亚安装件的问题。

当光点尺寸需要精确控制时精确设置光纤端面是很重要的，正如在光电探测器的情况下，通常使光点尺寸填充有源扩散结的～＞90％，或在耦合到多模光纤VCSELS的情况中，这里常使用～100um的间隙以使光束延伸完全填满纤维芯。而且，在显微光学、激光器连接、以及光纤光元件封装中，在光学透镜、光纤、以及有源器件之间的距离常常控制在几十微米以下到几微米或更小的数量级以产生最佳效果和连接的一致性。

各种其它结构的V形槽、蚀刻终止坑、以及V形坑都可获得图65A-65C描述的效果。例如，参考图66，在光纤V形槽662和截头V形坑664之间提供与蚀刻终止坑656不同形状的蚀刻终止坑666。蚀刻终止坑666仍可以包括与V形槽662相交的三角部分以防止在V形槽662中形成楔形端壁。与蚀刻终止坑656类似、蚀刻终止坑666提供光纤止挡667，以及V形坑665提供反射表面664。

图67A和67B中描述了，用于提供到光学纤维的偏离平面的光反射以及从光学纤维的偏离平面的光反射的其它可能结构。当使用<100>定向的硅时这种反射器可被制造为具有54.74度的小平面，例如，当通过本领域公知的偏离<100>轴线9.74度切割结晶块而使用的偏轴线切割<100>晶片时，产生45度小平面。如图67A和67B所示，相邻蚀刻终止坑676设置光纤V形槽672，相邻蚀刻终止坑676包括延伸到V形槽672的区域中以防止在V形槽672中形成楔形端壁的三角形部分。在这种情况，通过在蚀刻终止坑676的相对光纤V形槽672的侧面上设反射V形槽675提供反射表面674。蚀刻终止坑676也包括延伸到反射V形槽675的区域中以防止在反射V形槽675中形成楔形端壁的三角部分。因此，蚀刻终止坑676可以是如图67A和67B所示的菱形。如图67B中所示，靠近反射V形槽675的蚀刻终止坑676的侧壁可提供用于光纤671的光纤止挡677。

除了上面的用于提供到光学纤维的偏离平面的光反射以及从光学纤维的偏离平面的光反射的结构外，其它结构也是可能的，包括一种在光学纤维和反射器表面之间提供透镜的结构，这如图68A和68B所示。例如，相邻蚀刻终止坑686设置光纤V形槽682，蚀刻终止坑686也包括延伸到V形槽682的区域中以防止在反射V形槽682中形成楔形端壁的三角部分。蚀刻终止坑686也可延伸到用于夹持球形透镜683的V形坑688中。例如，这种结构对于单模式光纤器件是有用的，其中没有透镜的光束扩展和路径长度将防止在光纤和有源器件之间的充分耦合。反射V形槽685设置在衬底中以提供用于与设置在光纤槽682中的光纤681光学连通的反射器表面684。另外，为防止在衬底的上表面下的光束部分被封闭，在坑688的球形透镜和反射V形槽685之间提供间隙蚀刻终止坑689。

各种其他结构的V形槽和蚀刻终止坑也可获得在图68A和68B中描述的效果。例如，参考图69A和69B，在反射V形槽695和透镜V形坑698之间提供与蚀刻终止坑689不同形状的间隙蚀刻终止坑699。除了间隙蚀刻终止坑699的形状之外，在图69A和69B中描述的其余结构与图68A和68B中描述的类似。在蚀刻终止坑699区域中除去衬底材料使来自光纤691的光可到达反射器表面694。这种特定的间隙蚀刻终止坑699的结构允许反射器表面694设置在比图68A和68B的结构中的情况更靠近球形透镜693。另外，如图69C，衬底可构造成使光纤691和球形透镜693位于衬底的上表面690下面。这使得光学器件693从上表面690伸出以与光学光束697连通。图69C中所示的光束以45度显示。这可在具有偏离轴线切割硅晶片的实践中获得，然而，更典形地，发现54.74度的小平面产生反射到所示位置左面的光束697。图69C的一个示例形式是在将VCSEL耦合到单模光纤中。在这种情况，VCSEL有源区域可在朝向光纤跳动光束的反射器小平面上伸出。由54.747度小平面产生的角度偏差可通过球形透镜的高度最优化来矫正，使光束聚焦并在单模(或多模)光纤的中性轴线(N.A)中被俘获。

可选地，衬底可构造成使光纤和球形透镜延伸到衬底上表面的上面并且光学器件可悬浮在上表面上。

在本发明另一方面中，图71-75描述了设置在湿蚀刻坑中的环形蚀刻终止坑的几种结构以在湿蚀刻坑中提供V形突起，该突起可用作反射表面、安装结构、神经探针、或其中希望有锐边或锐点的任意应用。在U.S.专利申请No.10/076,858中发现相关结构的另一示例，在此并入其全部内容用作参考。图71-75的每个结构可以上述描述的相同方式形成，这里在衬底中提供蚀刻终止坑并用蚀刻终止层涂覆蚀刻终止坑然后蚀刻各向异性(湿蚀刻)部件。图71-75的结构的情况，各向异性蚀刻的区域围绕并包括蚀刻终止坑的位置。

例如，参考图71A和71B，显示了衬底7400，在衬底7400中在湿蚀刻坑7410的平坦底面上提供楔7490。为形成楔7490，首先U形蚀刻终止坑7430被干蚀刻或被加工到衬底7400中。然后用蚀刻终止层涂覆蚀刻终止坑7430。然后掩模衬底以提供对应湿蚀刻坑7410的外周长的矩形开口，并且在掩模开口中的衬底区域7410可被各向异性地蚀刻的同时形成湿蚀刻坑7410以及楔形凸起7490。也就是，在湿蚀刻中，形成湿蚀刻坑7410的倾斜侧壁和楔形凸起7490的倾斜侧壁并且蚀刻终止坑7430形成围绕楔形凸起7490的环。

如图72所示，在另一结构中多个U形蚀刻终止坑7530可用作提供多个楔形凸起7590。具体地，具有蚀刻终止层的四个U形蚀刻终止坑7530可彼此定向以形成具有相邻A+@中心设置的每个AU@的开口部分的A+@。随后以上面参考图71A和71B描述的相同的方式各向异性蚀刻产生湿蚀刻坑7510和四个楔形凸起7590，每个楔形凸起7590朝向A+@的中心向下倾斜以提供凹处7595，在凹处7590中安置球形透镜和其它物体。也可使用其它环形蚀刻终止坑。例如，参考图73A和73B，通常三角蚀刻坑7630可以A+@结构定向以提供与图72中描述的相同结构。

特别地，蚀刻终止坑7690采取截头三角形的形式，其中不提供三角形的一个顶点以形成三角形的开口端。每个三角形蚀刻终止坑7690的开口端相邻A+@中心设置。以参考图72的上面描述的相同方式随后各向异性蚀刻产生湿蚀刻坑7610和在每个蚀刻终止坑7690内的四个楔形凸起7690，每个楔形凸起7690朝向A+@的中心向下倾斜以提供凹处7595，在凹处7590中安置球形透镜和其它物体，如图73B所示。除了在衬底7600上提供湿蚀刻坑7610以及楔形凸起7690，也可提供其它的部件，如用于夹持球形透镜7625的V形坑7620，或提供图73C所示的光具座。

除了提供安装结构，本发明中的湿蚀刻工艺可用于提供适宜各种器件如探针尖、发射源、微量流体喷嘴、和/或从平面的光反射表面的结构。例如，AI@形蚀刻终止坑7730可干蚀刻或加工到衬底7700中，如图74A和74B中描述的。然后用蚀刻终止层涂覆蚀刻终止坑7730。衬底7700加掩模以提供对应湿蚀刻坑7710的外周长的矩形开口，并且在掩模开口中的衬底区域7700可被各向异性地蚀刻异同时形成湿蚀刻坑7710以及楔形凸起7790。在每个楔形凸起7790的顶部提供彼此非常靠近的刀形尖7791，通过AI@的垂直部分的宽度确定每个刀形尖7791之间的距离。可选地，如图70所示，以AX@形式提供蚀刻终止坑7830，后面紧随湿蚀刻以提供包括四个楔形凸起7890的湿蚀刻坑7810。

制备方法

根据本发明，提供了用于制备带具有用于接收光学元件的蚀刻终止坑和相邻的凹入区域如各向异性蚀刻区域的光学亚组件的方法。在图40-42的流程图中并结合图45-64的侧剖面图描述了三个示例的方法。在图43和44中描述图45-64的侧剖面图的定向。

参考图43，显示了衬底440的顶前视图，在衬底440中设有V形槽444以及相邻的蚀刻终止坑446。图43中显示的结构与图2D中显示的相同，其中从V形槽444除去一个V形槽端壁。图44中描述沿线BB截取的剖面图以显示在V形槽与蚀刻终止坑446相交的位置处的V形槽444的剖面图。图45-64描述沿与图44的剖面图的相同视图方向BB截取的衬底的剖面图。通过图40-42的流程图描述的每个方法制备的示例的零件具有与图43和44所示器件相同的最终结构。

现在参考图40，显示的流程图描述了根据本发明用于产生图43和44中描述的器件的方法。如图45中描述的，提供由<100>定向的硅制备的衬底。衬底450的处理艺开始于通过在衬底450的第一表面上提供保护层452以覆盖不提供蚀刻终止坑516的衬底部分450(图40工艺步骤4000)。也就是，保护层452包括蚀刻终止坑的开口451，通过该开口，衬底450表面部分可以接近以形成蚀刻终止坑516。

在衬底450的整个表面上沉积保护层452。此后，除去保护层452的一些部分以暴露在用于蚀刻终止坑516的选定区域中的衬底450表面。选择保护层452的材料以抵抗用于形成V形槽512的蚀刻剂。例如，二氧化硅是一种适宜的材料。通过CVD沉积二氧化硅或通过热氧化衬底表面提供二氧化硅。二氧化硅层应足够厚以用作在蚀刻终止坑形成其间的掩模。

在加上保护层452后，如图45所示，在步骤4010，在保护层452的选定部分上沉积开口限定层454。提供该开口限定层454以便提供开口457，如下面解释，通过开口蚀刻V形槽512。选定开口限定层454的位置以覆盖设置V形槽512的衬底表面部分。

如图46中描述，在步骤4020，继续进行选择性除去设置在蚀刻终止坑开口451中的衬底450一部分的处理以在衬底450形成蚀刻终止坑516。蚀刻终止坑516可通过反应离子蚀刻、等离子体蚀刻、离子铣削、或通过任意其它定向工艺方便地形成。另外，通过其它方法如各向同性或各向异性蚀刻形成蚀刻终止坑516、只要蚀刻终止坑516能获得期望的形状和深度。

在图47中描述的，在步骤4030，产生了蚀刻终止坑516，蚀刻终止坑516的表面被蚀刻终止层458覆盖，优选地是保形覆盖。蚀刻终止层458可通过热氧化衬底方便地提供以提供包括二氧化硅的蚀刻终止层458。蚀刻终止层458的合适选择包括抗蚀刻剂的任意材料，该蚀刻剂用于产生V形槽512。在热氧化步骤4030中，如图47中的描述，在先沉积的二氧化硅保护层452增加厚度并围绕开口限定层454的圆周。

具有蚀刻终止层458就位，在步骤4040，继续除去开口限定层454以在保护层452中提供V形槽开口455的处理，如图48所示。在步骤4050，除去足够厚的保护层452，以暴露在开口限定层454下面设置的衬底450的表面以便V形槽开口455与衬底表面450连通。保护层452的一部分和蚀刻终止层458保留在不形成V形槽512的表面上，如图49所示。用于除去保护层452厚度的适合工艺是短时的、湿或干的、氧化物蚀刻。

接下来，如图50所示，在步骤4060，选择性地除去可接近以穿过V形槽开口455的衬底450部分，以形成V形槽512，如图50所示。用于形成V形槽512的适宜工艺包括用EDP或TMAH的各向异性蚀刻。也可使用KOH；然而，由于KOH可腐蚀保护层452和蚀刻终止层458，因此KOH只在保护层452和蚀刻终止层458足够厚而不会被KOH完全除去的情况下使用。作为最终的可选步骤，保护层452和蚀刻终止层458的剩余部分可在步骤4070中除去，以产生图51描述的器件。

现在参考图41和52-58，描述了用于产生图43和44所示器件的根据本发明的另一方法。如图52中描述，提供由<100>定向的硅制备的衬底。衬底520的处理开始于图41工艺的步骤4100，通过在衬底520的第一表面上提供第一保护层522以覆盖既不提供蚀刻终止坑586也不提供V形槽582的衬底部分520。

在衬底520的整个表面上沉积第一保护层522。此后，可除去第一保护层522的一些部分以暴露在用于蚀刻终止坑586和V形槽582的选定区域处的衬底520表面。选择第一保护层522的材料，以抵抗将用于形成V形槽582的蚀刻剂。例如，氮化硅是一种适宜的材料。可通过CVD沉积氮化硅。

在加上第一保护层522后，如图52所示，在步骤4110，在第一保护层522和不形成V形槽582的衬底表面的选定部分上沉积第二包括层524。第二保护层524包括通过其可形成蚀刻终止坑586的开口521。例如，第二保护层524可包括例如CVD氧化物、磷硅酸盐玻璃、或硼磷硅酸盐玻璃。

在步骤4120，继续进行选择性除去设置在蚀刻终止坑开口521中的衬底520的一部分的处理以在衬底520中形成蚀刻终止坑586，如图53中描述。蚀刻终止坑586可通过反应离子蚀刻、等离子体蚀刻、离子铣削、或通过任意其它定向工艺方便地形成。另外，通过其它方法如各向同性或各向异性蚀刻形成蚀刻终止坑586，只要蚀刻终止坑586能获得期望的形状和深度。

如图54中描述的，在步骤4130，已经产生了蚀刻终止坑586，蚀刻终止坑586的表面以及第二保护层524被蚀刻终止层458覆盖，优选地为保形覆盖。蚀刻终止层528可通过CVD方便地提供。用于蚀刻终止层528的合适选择包括抗蚀刻剂的任意材料，如氮化硅，该蚀刻剂用于产生V形槽582。

蚀刻终止层528已就位，在步骤4140，继续除去设置在第二保护层524的上表面541上的蚀刻终止层528的一部分。如图55所示，留下设置在蚀刻终止坑586中的蚀刻终止层528的部分。通过任意适合的方式如平整或抛光执行4140的除去步骤。随后，在步骤4150中，如图56所示，除去第二保护层524以提供V形槽开口525。用于除去第二保护层524的适合方法包括用稀HF蚀刻。

接下来，如图57所示，在步骤4160，选择性地除去可通过V形槽开口525接近的部分衬底520，以形成V形槽582，如图50所示。用于形成V形槽582的适宜工艺包括使用KOH各向异性蚀刻，作为最终的可选步骤，第一保护层522和蚀刻终止层528的剩余部分可在步骤4170中除去，以产生图58中描述的器件。

可选地，在图54的步骤后，如图76所示，可用抗氮化物蚀刻的短效掩模材料529(例如蜡、聚合物和光刻胶)填充蚀刻终止坑586。如图77所示，在填充蚀刻终止坑586之后，在上表面541上的部分蚀刻终止层528通过蚀刻除去。随后，如图78中，第二保护层524被蚀刻掉。如图79中，然后衬底520被湿蚀刻。最后，如图80中，除去短效掩模材料529、蚀刻终止层528、以及第一保护层522。

现在参考图42和59-64，描述了用于产生图43和44所示器件的根据本发明的另一方法。如图59所示，提供由<100>定向的硅制备的衬底。衬底590的处理开始于图42的步骤4200，如图59所示，提供沉积在衬底590的选定部分上的保护性开口限定层594开始于图42的步骤4200。选定开口限定层594的开口位置以覆盖设置V形槽632的衬底表面部分。用作开口限定层524的合适材料是氮化硅。

通过在开口限定层594和未被开口限定层524覆盖的衬底部分上设置光刻胶，在步骤4210中，继续衬底590的处理。如图59所示，使用公知的方法，在光刻胶层592上构图以提供蚀刻终止坑开口591。如图60所示，在步骤4220中，继续选择性除去在蚀刻终止坑开口591中设置的部分衬底590以在衬底590中形成蚀刻终止坑636。通过不除去开口限定层594的方法方便地形成蚀刻终止坑636。另外，蚀刻终止坑636可通过其它方法形成，如各向同性蚀刻或各向异性蚀刻，只有蚀刻终止坑636可获得希望的形状和深度。

产生蚀刻终止坑636后，在步骤4230，除去光刻胶层592。在步骤4230，如图61中描述，氧化蚀刻终止坑636的表面以及衬底590的暴露表面以形成蚀刻终止层598。如图62所示，在步骤4240中，蚀刻终止层598已就位，继续通过除去开口限定层594来提供衬底590的未氧化区域597。

接下来，如图63所示，在步骤4250，选择性除去衬底590未氧化区域597以形成图63中描述的V形槽632。用于形成V形槽632的合适工艺包括用EDP或TMAH各向异性蚀刻。KOH也可被使用；但是，由于KOH会侵蚀氧化物蚀刻终止层598，因此只在蚀刻终止层598足够厚以至不会被KOH完全除去的情况下使用KOH。作为最后的可选步骤，可在步骤4260中除去蚀刻终止层598的剩余部分以产生图64中描述的器件。

通过前面的详述本领域技术人员可更好地理解本发明这些或其它的优点。因此，本领域技术人员可意识到在不脱离本发明的广泛发明理念下可对上面描述的实施例进行变化或修改。例如，可相邻蚀刻终止坑形成非各向异性蚀刻部件。因此可理解本发明不局限于在此描述的具体实施例，而是包括了在权利要求中阐释的发明范围和精神中的所有变化和修改。

Claims (10)

1、一种用于显微机械加工结晶衬底的方法，包括：

提供结晶衬底；

定向蚀刻在衬底中的一个第一蚀刻终止坑；

用掩模材料涂敷第一蚀刻终止坑；

各向异性湿蚀刻相邻第一蚀刻终止坑的区域以提供设置在衬底中的沟槽；以及

在第一蚀刻终止坑形成后各向异性湿蚀刻第一湿蚀刻坑，第一湿蚀刻坑包括侧壁以提供用于与沟槽光学连通的反射表面，

其中第一蚀刻终止坑设在沟槽和第一湿蚀刻坑之间。

2、根据权利要求1的用于显微加工结晶衬底的方法，包括：

定向蚀刻在衬底中的一个第二蚀刻终止层；

用掩模材料涂敷第二蚀刻终止坑；以及

各向异性湿蚀刻在第一和第二蚀刻终止坑之间的区域以在第一和第二蚀刻终止坑之间提供第二湿蚀刻坑。

3、根据权利要求1或2的方法，其特征在于第一蚀刻终止坑包括相对沟槽的纵轴线以非正交角度与沟槽相交的第一侧壁部分，以防止形成沟槽的至少一部分V形端部，和与第一湿蚀刻坑相交的第二侧壁部分，以防止形成相邻蚀刻终止坑的、第一湿蚀刻坑的至少部分侧壁。

4、根据权利要求1到3的任一方法，其特征在于衬底包括单晶硅。

5、根据权利要求1到4的任一方法，其特征在于第一蚀刻终止坑包括垂直侧壁以提供光纤止挡。

6、根据权利要求1到5的任一方法，其特征在于第一湿蚀刻坑包括细长坑并包括相对细长坑的纵轴线以非正交角度与细长坑相交的第二侧壁部分。

7、根据权利要求1-6的任一方法，其特征在于反射表面是衬底的结晶平面。

8、根据权利要求1-7的任一方法，其特征在于包括提供设置在沟槽中的光学纤维。

9、根据权利要求1到10的任一方法制备的显微机械加工的结晶衬底。

10、一种显微机械加工的结晶衬底，包括：

设置在衬底中的各响异性蚀刻沟槽；

设置在衬底中的各向异性坑，该坑包括侧壁以提供用于与沟槽光学连通的反射表面；以及包括第一侧壁部分和第二侧壁部分的定向蚀刻的蚀刻终止坑，该第一侧壁部分相对沟槽纵轴线以非正交角度与沟槽相交以便沟槽的至少部分V形端部是没有的，该第二侧壁部分与该坑相交以便相邻蚀刻终止坑的至少部分的坑的侧壁是没有的。

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