TW454046B - Method of forming a silicon layer on a surface - Google Patents

Description

A7 B7 五、發明説明（f )

本發w、.光學組件之製造。麟職，本發明 闕於形成相當厚销形成表社，轉 I 或數私石耻,私衫離_子錢。 ^ =轉縣學轉倾中，製造平面辨組件過程 ㈣节需要侧數層石夕石(純發石或摻雜石夕石)以界定出 光學組件。需要非常精麵_赠成光學裝置之描緣， 該裝置例如為波導，光柵，透鏡包含於光學組件中。除此， 通常必需_職軸_⑦石層_於其他材料上（通 常為心疏層以及一層或多層外包層）。 在製造社躲石絲、轉±，枚層贿優先地使 用活性離子_以得到形成裝置所需要精確度（解析度）。 蝕刻抑質大大地受到形成蝕刻遮罩所使用材料影響。 不同種類材料已使用作為該侧處理過程:例如銘，欽 ，鉻，錄，光阻性材料或梦》 金屬材寵常基於轉理由並不會產生令人滿意之結 果。第一，在遮罩層沉積過程中層金屬性顆粒將成長，這些 顆粒在下一蝕刻步驟中將產生蝕刻凹腔側邊壁面之粗縫性 (通常由倒邊所需要丰面侵入大於Q 1微米）。當使用該光 學裝置時該粗糖度將產生光學損耗。第二，當矽石在活性 離子姓刻過程中，將發生金屬性遮罩材料之喷塗作用。因 為金屬性原子並不會揮發，其再沉積於被银刻區域以及再 次形成粗趟度問題》需要深度蝕刻矽石時光阻材料，以及 聚合物遮罩通常具有三項主要缺點。第一，矽石及聚合物 遮罩間之蝕刻選擇性比率為相當低（約為2: i)，因此假如需 本紙张尺度適用中國國家標準（CNS ) Λ4現格（210X 297公澄） 4 54 0 4 6 A7 --------； _B7五、發明説明（2_ ) 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 ^深賴刻8摊石必需具有較厚之遮罩層。第二，在沉積 楚理過程巾聚合物獅鱗以及目岐祕顯案扭曲。 * ―，在使用聚合物遮罩情況下在釉刻處過用 密度受聰#!，_縣軸所需魏狀_㈣崎 為了解決先前所提及問題，必需提供遮罩材料，其結合 對鑛齒狀條件良好抵抗_時在轉子_為揮發性。^ 合這些要求。抑f子崎製造職中已經作為遮軍 材料以允許活性離子働，卜能夠達成約為舰之選擇性。 目前尋求觀㈣鱗獅作為髮造光雜件之梦石 ，刻處理，通常必需對石夕石層作車交深触刻，因此必需大於1 微米之辦罩。不過，當在雜下使贱化之傳統物理汽 相 >儿積法形成該厚財層树；g上，_成補將產生高 應力。當個電？絲蒸魏赫層時，產生伽pa張力 。當矽展藉由喷塗法沉積時，量測到約為400/pa應力以及 產生較大顆粒尺寸（對蝕刻側邊壁面形成粗糙度）。這些高 應力將使晶片彎曲，其在光石版印刷過程中將失去精確性 。在2微米厚度石夕層情況下，產生應力太大將使光學材料層 中產生裂縫，.而導致組件受到破壞。 本發明優先實施例中提供一種形成碎層之方法，特別 是大於1微米矽層將使所形成矽層中應力控制在可接受範 圍内。更特別地，本發明提供一種形成梦層在一個表面之 方法，其包含藉由物理沉積處理法沉積梦在該表面上，在該 沉積處理過程中，將所形成薄膜施以離子撞擊。 我們發現當梦層使用物理沉積法形成於表面時，形成 本纸張尺度適用中國國家標準（CNS ) Λ4規格（210 X 297公釐） r (請先閲讀背面之注意事項再填对本頁) < i mi ...... ί 、訂 d54 04 6 五. •、發明説明（3 A7 B7 ..->·:Λ*Γ·-/!;^·'':'';·.“ 經濟部中央標準局員工消贤合作杜印- 擊紐卿成销巾應力相當程度地 减i、，甚至形成相當厚魏在一層（或多層）石夕石上之情況。 發法要物觀積法為電子束蒸 離子撞擊物層具娜密修整之·。域細進灯 性離用於形成石夕遮罩_石層中能夠促使活 使絲作為較__石，藉以得到高度侧解析 側邊壁面姆度之問題°除此，在使用該技術 成夕圖案石夕石層於另外一層上，其已確認將減少晶 〜相。除此，在活性離子巍刻過程中能夠使用正常能 罝岔度使得蝕刻處理不會過度地延長。 本發明其他雛及優財由頂附_舉之實 例說明變為更加清楚。 附圖簡單說明： 圖1為實施本發明方法適當裝置之示意圖。 圖2顯示出圖案化咬石層製造過程，其中處理過程中石夕 遮罩藉由本發明方法製造出，圖2Α至2Η列舉製造過程之不 同步驟^ _ 本發明優先實施例對圖1說明。在本發明實施例中，電 子汽化處理法使用來由供應源釋出自由矽作為沉積於矽石 層（或堆疊層）上，後者形成於矽石所構成之基體上。同時， 氬原子朝著基體發射以在形成處理過程中對矽薄膜撞擊。 如圖1所示，本發明方法實施於真空室1中，真空藉由泵 (並未顯示出）經由開孔2加以維持。矽4提供於掛瑪5中作 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS.〉Λ4規格（2!0Χ297公犛） L ' (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) i. '1T.. A7 B7 五、.發明説明（年·） 為電子槍6之陽極^電子槍產生魏被加翻向石夕以及 對其加熱以促使矽原子之汽化。被汽化矽原子冷凝於真空 至之壁面上以及基體存在於例如為發石所構成之基體1〇表 面上，提供基體固定器11朝向真空室頂部（向上汽化為優先 地以防止表面受到灰塵之污染）。甚至於，依據本發明處理 過程，對基體加熱並非必要的，能夠提供加熱器12以保持基 體溫度例如為10〇。0，以促使沉積出矽原子黏附至矽石層上 。在真空槽中可提供移動遮蔽器15以促使梦原子沉積在矽 石層上在需要時加以中斷。 所使用裝置結構與傳統使用作為矽電子束汽化之裝置 相同。然而，除了先前所說明組件圖工裝置包含離子搶2〇配 置成投射離子束朝向基體10。在該範例中，離子槍廠牌為 Plasmlon，但是能夠使用其他電子搶。離子搶經由入口 供應氬氣以及產生氬氣離子(ΑΓ-)，其以大約為30度衝擊方 向到達發原子而對基體衝擊。離子束流量以及鉅量藉由離 子搶控制單元23加以控制。 經濟部中央標準局员工消费合作社印装 本發明優先實施例之方法說明如下。石夕來源4放置於 =堝5中並置於真空室1内，以及一種或多個基體放置於固 疋器11中。真空室再藉由開孔2施以真空抽除。離子搶2〇 再作用以及當其達到穩定操作狀態（通常在數分鐘後），電 子搶6作用以開始進行矽汽化。當汽化達到穩定情況時移 置遮蔽器1S在矽供應源及基體10間而保持為自由路徑。在 該情況下，矽原子投射以及黏附至矽層於基體10表面上以 及所形成之矽薄膜藉由氬離子加以撞擊' 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS )厶4規格（210X297公釐） 7 . 454 0^-6

五、發明説明(g _軸處理触錢純監視，·藉由提供 裝置黏附至基體固定紐達成。t沉積石夕數睡I 裝置之振盤頻率將改變。當沉積出所需躲數量ΐ遮蔽 =移練置_翁軒職桃収料搶 本發日聽理過簡形射射姻應力較遠 部層石夕原子數目與氬離子數目間之.比例。在每十個^卜 少於”讎子观歸確地，存在錄料部表面 上）情況下，赠況τ崎成應力則、姆於舰處理過程 所達到結果為較不顯著（小於_。#每十個魏子有一 個以及更多離子到達基體該應力減小效應變為顯著的。優 先地，操作條件為固定的以確保大於每十個原子有一個離 子之比值，甚至於縣地每伟軒有二讎仅比值。 在這些條件下，在1微米厚度硬層中所量測到應力能夠低於 200 Npa，而2微米情況為低於400 MPa。 經濟部中央標準局員工消费合作社印製

到達絲料表面之軒及原子數目分職定於離子 槍20以及電子搶6之電流，其能夠容易地加以控制。除此， 到達基體上外部表面之離子以及原子數目之最佳比值隨著 離子撞擊所使用之離子特性而變化Q 在實驗中所使用之電子搶將產生最大電流。在離 子搶出.口處氬離子流量為1_5至3 Sc〇n，離子能量在50ev至 100eV範圍内，離子流量密度為2毫安培每平方公分，總離 子流量為10至12毫安培。在該情況下有可能保持高速率之 矽沉積，通常約為10至20埃/秒。不過，承受較高電流之離 本紙浪尺度適用中國國家標準（CNS ) Λ4規格（210X 297公釐） 五、. 經濟部中央標準局負工消费合作钍印-, A7 B7 ''發明説明（& ) =能夠達顺高之魏積鱗及/或鋪雜速 率於具有較大表面之晶片上。 . ^ “在試驗中所使用離子槍型式為非常的有效率，其能夠 產生非常微小_加聽持簡侧力於雜室 常約為1至2x10·^ TorrO。 / 逍 使用作為撞擊以及形成謂臈之離子能量在5〇至⑽ ^圍^。太高籽能量並不能夠產生本發鴨能達成之 優為相反地將導致由希望形成之石夕層彈射出石夕原子。 本^财法从贿赴賴於厚 晶紅之扣壯。在沉射 每1〇個石夕原子有二個氮氣到達基板上。在 =、所:^職力普通電子束汽化所形成 目味，其表示關相#贿地減小應力。由於 = f、，本發明方法有可能切石層形成較射薄臈.λ 2其目前關容祕形成2微米神層_石 會產生裂缝。 \ 卜 …參考圖2說明藉由活性離子侧使石夕石層形成圖案之 -般處理法，.其包含勤本發明軸魏罩層之步驟。 圖2Α顯示出發石晶片1〇，其塗覆由傳統方法形成之石夕 石層。沉韻刻性遮罩之麵以—般方式配«。如圖28 所示，石夕層40沉積於扣層上如上述對圖1所說日月。當必需 ，度姓刻石夕石時，該石夕層4〇厚度必需大於聰。分別地如 Ϊ =2D所不，,〃―先阻層5G塗覆於⑪層40上，以及光阻層 丹命露以及形成μ暴露域下顧擇範圍之_。石夕層 hkikA/t^ t SI a TUt,£Jc>iS ) A4iitji~f7| 0x?s (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁}

Α7 Β7 五、發明説明（^ 暴路出部份勤活性侧綱如㈣s喊 轉 光阻部份藉由氧等離子塵除加以去除(。罩層餘完 全形成（圖2F)。: ^ 目前基體财面上存在之石夕石層藉由活性離子银刻而 钮刻通過遮罩（圖2G)。#刻處理過程之選擇性使用缺乏氟 等離子而提昇（藉由使用多氨或多碳等離子捕捉氣原子^ 成)。一般該用途之兹刻氣體例如為^，沾或一 旦石夕石層被敍刻出，其餘石夕遮罩藉由使用例如$性 蝕刻方式去除（圖2H)。 ，本發明_地適合顧於形餘#厚度⑦遮罩以使用 於製造石夕石為主光學組件，其包含光學裝置例如為微透鏡 以及光橋。 錄j本發明已經針對特定實施例說明，人們了解許多 變化，改變能夠形成但是並不會麟本發明申請專利範圍 所界疋之本發明。制地，雖然姻於優先實施例之物理 沉積處理法為電子束汽化，然而能夠使用其他物理沉積處 理法例如為喷塗法(以及形成薄臈進行離子撞擊）。 經濟部中央標準局負工消費合作杜印- 、同樣地，.雖然本發明優先實施例中使用作為撞擊離子 為氬離子有可紐雌他離子。例如，其他惰錄體 能夠替代氬，可獨立地或混合另外一種惰性氣體(較大原子 量離子為優先採用），其他材彳梅？(例如為I氣）關與惰 性軋體離子混合，在特定情況下惰性氣體離子能夠以另外 一種材料離子替代。 除此，雖然本發明方法使甩來形成矽層於矽石基體表 A s气乐尺度適用中S國家插率（CNS ) Λ4規格（2丨Ο X 29?公分） 1 Ο 454 6 五、.發明説明（名) A7 B7

於另外一 面上之砍石層上，财石層能夠十分良好地形成 個材料例如矽基體上^ 附圖簡單說明: 圖1為實施本發明方法適當裝置之示意圖。 圖2顯示出圖案化石夕石層製造過程，其中處理過程中石夕 遮罩藉由本發明方法製造出，圖2A至2H列舉製造過輊之不 同步驟。 附圖數字符號說明： 真空室1;開孔2;>ε夕來源4;掛竭5;電子槍6;基體 10;固定器11;加熱器12;遮蔽器15;離子槍20;入口 22;離子搶控制單元23;矽層40;光阻層50。 本紙張尺度適闲中國國家標準（CNS ) Λ4规格（2丨0 Χ 297公梦-) 1(

Claims (1)

1. 4 54 04 6 A8 B8 C8 D8

   經濟部中央標準局貞工消費合作社印製 夂、申請專利範圍 石基質上，遮罩層厚度至少為-微米; 歐： ’’、s時以離子撞擊遮罩層，以減小遮罩層中 ，應力或張應力或兩者，其將财石基料曲或產生 力或張應力或兩者通常小於或等於2晒Pa每微 遮罩層以界^出光學圖案於梦石 基質中。 2·依據申請專利範圍第1項之方法，其中沉積遮罩步驟係 使用電子雜助汽化之物理_處理法進行。 3. 依據申請專利範圍第㈣之方法，其中撞擊遮罩層之離子 為氬離子。 4. 、依據申請專纖圍第1項之方法，其中遮罩層由石夕原子形 成，以及更進-步在沉積遮罩層以及撞擊遮蕈層步驟之過 程中離子與石夕原子比例為1:10或更大。 5. 依據申請專利範圍第4項之方法，其中離子财原子比例 為2:10或更大。 6·依據申請專利範圍第丨項之方法，其中離子能量在5〇_ 100 eV範·圍内。 7. 依射料概H第1項之方法，其幢擊遮罩層離子為 惰性氣體。 8. 依據申請專利範圍第7項之方法，其中揸擊遮罩層離子包 含氫離子混合惰性氣體離子。 9. 依據申凊專利範圍第8項之方法，其中惰性氣體離子為氬 衣紙張尺度適用中國國家標準（CNS〉A4規格（2丨0 X 297公釐） (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁)

   申請專利範圍 Α8 Β8 C8 D8 經濟部中央標準局員工消費合作社印裝 離子。 請專利範圍第1項之方法，其中張應力等於或小 於200Mpa母微米。 專利範圍第1項之方法，其中壓應力等於或小 於200Mpa每微米。 12^據中請專麵奴雜，射顧力以及張應 力等於或小於2晒Pa每微米之遮罩層厚度。 ,, :::請專利範圍第1項之方法，其二學圖案為波導 R依f申請專利範圍第1項之方法，其中光學圖案為-種 由波導，光栅或透鏡種類選取出。 15. 依據申請專利範圍第！項之方法其中光學圖案在石夕石 基質内形成光學特徵。 16. 依據申請專利範圍第！項之方法其中石夕石基質界定出 心蕊區域或外包層區域或兩者。 R依據申請專利範圍第丨項之方法,其中梦石基質為含有 摻雜劑之矽石。 18. -種製造光學波導組件之方法，該組件具有石夕石基質以 及光學圖案形成於其中，該方法包含下列步驟： 利用物理沉積法沉積矽遮罩層直接地在矽石基質上至 厚度至少為一微米； 當沉積出遮罩層時以惰性氣體離子撞擊遮罩層，以減小 遮罩層中壓應力或張應力或兩者，否則其將使矽石基質彎 曲或產生裂縫，而小於或等於2〇〇MPa每微米之遮罩層厚度 ，因而形成蝕刻遮罩層以界定出光學圖案於矽石基質中。 衣紙張尺度適用中國國家標準（CNS > Α4規格（210X297公 (請先閲讀背面之注意事項存填寫本萸) /Λ. ,tr d 0 Δ 6 A 8 8 8 8 ABCD 六、申請專利範圍 20. 依據申請專利範圍第19項之方法,其中惰性氣體離子為 氬離子。 21. 依據申請專利範圍第19項之方法，其中惰性氣體離子能 量在50-100 eV範圍内。 22. 依據申請專利範圍第19項之方法，其中矽石基質為含有 摻雜劑矽石。 23. 依據申請專利範圍第19項之方法，其中矽石基質界定出 心蕊區域或外包層區域或兩者。 2 4 ·依據申請專利範圍第19項之方法，其中光學圖案為波導。 25.依據申請專利範圍第19項之方法，其中光學圖案為一種 由波導，光柵或透鏡種類選取出。 26·依據申請專利範圍第19項之方法，其中光學圖案在矽石 基質内形成光學特徵。 27.依據申請專利範圍第19項之方法，其中物理沉積法包含 電子束輔助汽化。 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部中央橾隼局負工消費合作社印製 表紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐）