專利名稱：具有削尖的波導y分支角的器件的制作方法
技術領域：
這里公開的內容一般涉及電路制造，特別地但非排它地涉及包括削尖的Y分支中例如集成光學部件、光子晶體器件以及其它微型器件的Y分支中的角的器件。
背景技術：
集成光學器件，例如在平面光波電路芯片上形成的集成光學器件，通常包括光波導形式的光學部件。事實上，光波導往往是所有集成光學器件的基礎部件。光波導用來將光信號從一個位置引導到另一位置，且經常在不同位置處叉開或“分開”，以允許將光信號傳到至幾個不同位置。用于光波導的“Y分支”分流器結構是通用結構，但也可以采用其它結構。
由于帶有集成光學器件的晶片的大尺寸(例如，大區域尺寸)，所以接觸光刻技術過去經常被用于制造光波導。通過使用光刻圖案化和蝕刻，多個光波導(包括它們的Y分支)可在半導體芯片上形成。
然而，接觸光刻和其它大區域光刻技術在Y分支處生成非優化的圓角或棱。也就是，它們的大規模曝光使其分辨率受到損壞，因此，難以生成尖角。由較差分辨率產生的圓角對集成光學器件的性能和效率以及光學網絡的整體性能造成不利的影響。具體地，在分流器位置處，相對于光信號入射圓角呈現出大的截面。這使Y分支上的入射能量變得無導向或分散，從而在該器件中損失。
在某些應用中，可采用高分辨率的步進器和掃描器(例如，另一種類型的光刻技術)。然而，由于它們的有限的區域尺寸，對于集成的光學器件應用這些儀器是不實際的。而且，光學性能的考慮妨礙了將多個小尺寸區域“結合在一起”，該多個小尺寸區域已經使用高分辨率步進器和掃描器形成。此外，由于光刻方法中使用的光的波屬性和曝光和顯影過程中光致抗蝕劑的表面張力，所以，生成的棱是圓的，其限制了某些器件的光學性能。
發明內容
為此，根據本發明的一個方面，提供一種方法，包括在一材料上光刻圖案化出光波導路徑，該光波導路徑包括第一分支、第二分支以及第一分支與第二分支相交處的角；基于所述光刻圖案各向異性地蝕刻所述材料的部分，以獲得確定所述角的所述材料的區域；以及從所述材料的區域各向同性地蝕刻所述材料的另外部分，以削尖所述角。
根據本發明的另一個方面，提供一種方法，包括在沉積在襯底上的覆層材料上光刻圖案化出Y形分支光波導路徑，該Y形分支光波導路徑包括Y形分支光波導路徑的第一分支分開成Y形分支光波導路徑的第二分支和第三分支處的角；基于所述光刻圖案，垂直蝕刻所述覆層材料，以有選擇地去除所述覆層材料的部分，從而根據Y形光波導分支路徑的所述角在覆層材料中形成圓角；以及在所述圓角處各向同性蝕刻所述覆層材料以有選擇地去除覆層材料的另外部分而削尖所述圓角。
根據本發明的再一個方面，提供一種方法，包括在沉積在襯底上的覆層材料上光刻圖案化出角；基于所述光刻圖案，垂直蝕刻所述覆層材料，以有選擇地去除所述覆層材料的部分，從而形成圓角；在所述圓角處各向同性蝕刻所述覆層材料以有選擇地去除覆層材料的另外部分而削尖所述圓角；在垂直蝕刻所述覆層材料的同時形成柱狀物，所述柱狀物具有與所述圓角相當的尺寸；在各向同性地蝕刻所述圓角的同時各向同性地蝕刻所述柱狀物，以根據由所述柱狀物衍射的光確定所述削尖的完成。
根據本發明的另外一個方面，提供一種器件，包括襯底；在襯底上形成的第一材料層；形成于第一材料層內的溝槽，所述溝槽具有第一半徑的角；多個形成于第一材料層中、用于形成衍射光柵的柱狀物，所述多個柱狀物具有基本等于第一半徑的第二半徑；所述多個柱狀物適于借助所述角的蝕刻工藝被蝕刻，所述多個柱狀物被形成為在所述角和所述多個柱的蝕刻工藝中衍射光。
參照附圖描述本發明的非限定性和非排它性實施例，其中，相同標號在各個附圖中自始自終是指相同部分，除非另有規定。
圖1是集成光學器件的Y分支的頂視圖，示出了根據本發明的實施例的尖角與圓角的比較。
圖2是圖1中的Y分支的頂視圖，示出了根據本發明的實施例對圓角的削尖。
圖3至圖8是剖面圖，示出削尖Y分支的圓角并形成圖1-2的集成光學器件的工藝流程。
圖9是用于監控用于將圖1-8的Y分支的角削尖的蝕刻的裝置和方法的實施例的示意圖。
具體實施例方式
這里將描述用于在集成光學部件和其它微型器件中削尖角(例如，位于Y分支處的角)的制造方法的實施例。在以下描述中，給出了許多具體細節，以提供對本發明的實施例的透徹理解。然而，本領域技術人員將理解，可不使用一個或更多的具體細節，或使用其它方法、部件、材料等來實施本發明。在其它例子中，沒有示出或詳細描述熟知的結構、材料或操作，以免使本發明的各方面難以理解。
在整個說明書中對“一個實施例”或“實施例”的參照是指結合該實施例進行描述的特性、結構、或特征包括在本發明的至少一個實施例中。在整個說明書中在不同地方出現詞組“在一個實施例中”或“在實施例中”，其不必全部都指同一實施例。而且，特性、結構、或特征可以任何適合的方式結合在一個或多個實施例中。
為了說明的簡潔和清晰，本發明的各個實施例采用多個視圖在附圖中示出。可理解，這樣的視圖僅是說明性的，而非按比例或按確切的外形繪制的。而且，可理解，由于不同的制造工藝、設備、設計公差、或其它實際考慮(其產生一個半導體器件與另一半導體器件的差異)，與圖中所示不同，采用本發明的原理的實際器件可在形狀、尺寸、配置、輪廓等上有所改變。
首先參考圖1，總體上以10示出的是形成用于集成光學器件的光波導的部分的Y分支的頂視圖。在一個實施例中，該Y分支10可以形成在集成電路12上。該Y分支10包括區域14(用于光波導的中心材料可位于該區域)，以及區域16、18、和20(覆層材料可位于該區域中)。
實線表示常規光刻技術(例如，圖案化和蝕刻)生成棱22、24、26、和27。特別地，在區域18形成圓角28。根據本發明的實施例，可使用蝕刻技術(例如，各向同性蝕刻)來增加圓角28的尖度，如匯集到銳角30的虛線(例如，棱36和38)所示。該蝕刻還可以進一步拓寬用于中心材料的區域14，如表示棱32、34、36以及38的虛線所示。
圖2示出根據本發明的實施例對圓角28的削尖。特別地，圓角28和棱26及27(現在如虛線所示)被蝕刻(如箭頭象征性地示出)，最后，形成相交成尖角30的棱36及38(現在如實線所示)。因為蝕刻工藝(例如各向同性蝕刻)在所有方向均勻地蝕刻掉材料，所以，在圓角28的半圓區域處的蝕刻在尖角30產生相當尖的交叉/棱。
根據本發明的實施例，棱22和24(現在如虛線所示)也通過相同的蝕刻工藝蝕刻，以分別生成棱32和34(現在如實線所示)。根據將在后面描述的實施例，在完成此蝕刻從而削尖Y分支10的圓角28后，中心材料可被沉積到區域14中。
圖3-8是橫截面圖，根據本發明的實施例，示出了削尖Y分支10的圓角28以及在集成電路12上形成本身作為波導的Y分支10的工藝流程。在圖3中，襯底40(例如，由硅或玻璃材料制成)已經在其頂部表面上沉積或以其它方式設置了覆層材料42。在一個實施例中，該覆層材料42可形成波導的下部覆層，以及Y分支10的分支之間的間隔的部分(例如，旁側覆層)。在實施例中，可用于覆層材料42的適合的材料是二氧化硅。光致抗蝕劑材料44(未圖案化的)在覆層材料42上形成。
接著，在圖4中，在光致抗蝕劑材料44上進行光刻圖案化，從而定義Y分支10的形狀，隨后垂直蝕刻，以獲得確定Y分支10的區域14的凹坑或溝槽，在所述凹坑或溝槽中設置中心材料。在一個實施例中，貫穿光致抗蝕劑材料44進行垂直蝕刻以形成用于區域14的溝槽可使用各向異性蝕刻技術，各向異性蝕刻在區域14選擇性地去除覆層材料42。
在一實施例中，接著可以除去所有的光致抗蝕劑材料44。在另一實施例中，光致抗蝕劑材料44可保持在原位，以用于下一工藝。無論是保持在原位還是去除，接著在圖5中進行各向同性蝕刻，以削尖圓角28，從而獲得尖角30。在一個實施例中，可將常規的蝕刻酸沉積到區域14的溝槽中，從而削尖圓角28，并通過去除鄰近區域14的覆層材料42來加寬溝槽，如圖5所示。
在圖6中，接著將中心材料46沉積到區域14的溝槽中。在一個實施例中，可使用薄膜沉積技術和/或回流技術來用中心材料46填充區域14的溝槽。適合的中心材料的例子包括但不限于，摻鍺二氧化硅、氮化硅、硅、或磷酸銦材料。在圖6的沉積工藝中，至少一些中心材料46可被沉積到非中心區域上。在圖7中進行化學機械拋光以除去除了中心區域14外的多余中心材料46。
在圖8中，上部的或最終的覆層材料48被沉積或回流到中心材料46上、間隔30上以及覆層材料42的剩余部分上。在一個實施例中可使用薄膜沉積技術沉積上部覆層材料48。上部覆層材料48可包括，但不限于，二氧化硅、摻磷氧化硅或其它適合的覆層材料。
從而，如圖3-8所示，在一個實施例中，可以在光刻工藝后使用各向同性蝕刻工藝來產生尖角。這生成了比那些通過傳統光刻來形成的角更尖銳的角。例如，圓角可具有約1微米的厚度/直徑，而在本發明的實施例中可產生接近約0.1微米的尖角。
本發明的一個實施例提供了晶片監控裝置和方法，以提供關于何時停止圖5中的蝕刻以獲得尖角30的信息。這樣的裝置和方法是有益的，例如，使得蝕刻不會提前停止(提前停止導致產生非尖角的不足蝕刻)或太遲停止蝕刻(太遲停止蝕刻導致去除太多材料的過度蝕刻)。這樣的裝置和方法的實施例如圖9中的監控器50所示。
監控器50的一個實施例可以是“原位”蝕刻監控器，使得最小特征尺寸的柱狀物52作為Y分支10位于同一芯片或集成電路12上。可在圖3和圖4中所示的相同的光刻圖案化和垂直蝕刻工藝過程中形成柱狀物52。即，使用圖案蝕刻和垂直蝕刻形成圓角28同時形成柱狀物52，該柱狀物52由相同的材料形成(例如，和下部覆層材料42相同的材料)。在一實施例中，柱狀物52是半圓形或圓形的，且每一柱狀物都具有和圓角28大體上相同的半徑或尺寸。
在一實施例中，柱狀物52可形成在一組中，使得當該柱狀物被在54處的激光或其它光源照亮時會形成衍射光柵。可使用諸如雪崩光電二極管、PIN光電探測器或其它光敏器件等合適的探測器56來探測由柱狀物52衍射的光。在根據一實施例的操作中，該柱狀物52在用來削尖圓角28的同一蝕刻工藝過程中被蝕刻，同時被52處的光源照射。因為每個柱狀物52都具有和圓角28的半徑大體上相同的半徑，用來去除(例如蝕刻掉)柱狀物52的時間多少等于用來將圓角28削尖成尖角30的時間多少。在蝕刻工藝過程中消除柱狀物52產生對衍射級中的一個的檢測(通過檢測器56)，或對由柱狀物52衍射的光線中一些類型的改變的檢測。通過該檢測信息，能夠確定柱狀物52的消除(從而完成將圓角28削尖成尖角30)。
總之，本發明的實施例可提供改進的Y分支分裂器，不論采用何種光刻溶液，該Y分支分裂器具有較尖的角。具有尖角的Y分支分裂器可提供較高的效率，使得集成光學器件性能的整體改進。
本發明所示出的實施例的以上描述，包括在摘要中所描述的，其目的不是窮舉的、也不是將本發明限制于所披露的精確形式。本領域技術人員將認識到，這里描述的本發明的特定實施例和示例僅為示范性目的，在本發明的范圍之內可作出各種等效修改。
例如，雖然此處已經描述了作為生成用于集成光學器件的Y分支的尖角的本發明實施例，應當理解，本發明的實施例可用于實現不一定具有“Y”結構的集成光學器件的其它部件。而且，本發明的實施例可包括集成光學器件之外的器件。可根據這里描述的方法的實施例制造各種微型裝置或微型結構(例如微機電結構(MEMS)和光子帶隙材料等)，以使其具有尖角。實際上，本發明的實施例可被用于得益于具有較尖的角或較尖的棱的任何類型的微型器件。所述角可被具有不同材料(例如在圖3-8中所示的用于波導的Y分支10中的材料)的區域包圍，或者，對于可將角用作樞轉點或懸臂的一些MEMS器件，所述不同的材料可以是空氣。
根據以上詳細的描述可對本發明進行這些修改。在所附權利要求書中所使用的術語不應被認作是將本發明限制于在說明書和權利要求書中所披露的具體實施例。相反，本發明的范圍完全由所附的權利要求書確定，權利要求書將根據已確立的權利要求解釋規則進行解釋。
權利要求
1.一種器件，包括襯底；在襯底上形成的第一材料層；形成于第一材料層內的溝槽，所述溝槽具有第一半徑的角；多個形成于第一材料層中、用于形成衍射光柵的柱狀物，所述多個柱狀物具有基本等于第一半徑的第二半徑；所述多個柱狀物適于借助所述角的蝕刻工藝被蝕刻，所述多個柱狀物被形成為在所述角和所述多個柱的蝕刻工藝中衍射光。
2.如權利要求1所述的器件，其中所述槽被限定成用于形成波導。
3.如權利要求2所述的器件，其中所述槽具有Y形分支形狀，并且所述角形成Y形分支形狀的叉開點。
4.如權利要求3所述的器件，其中所述第一材料層包括波導的覆層材料。
5.如權利要求1所述的器件，還包括形成于第一材料層內的多個槽，所述多個槽具有相應的第一半徑的多個角。
6.如權利要求5所述的器件，其中所述多個具有相應的多個角的多個槽被限定為在第一材料層內形成多個Y形分支波導。
7.如權利要求6所述的器件，其中所述襯底包括集成電路襯底。
8.如權利要求1所述的器件，其中所述具有角的槽形成于所述第一材料層內，以形成微機電結構。
9.如權利要求1所述的器件，其中所述多個柱狀物中的每個都包括半圓形柱狀物。
10.如權利要求1所述的器件，其中所述多個柱狀物中的每個都包括圓形柱狀物。
11.如權利要求1所述的器件，其中所述多個柱狀物適于用作所述角的蝕刻工藝的定時器。
12.如權利要求11所述的器件，其中所述多個柱狀物適于用作所述角的各向同性蝕刻工藝的定時器。
全文摘要
本發明提供一種器件，其包括襯底；在襯底上形成的第一材料層；形成于第一材料層內的溝槽，所述溝槽具有第一半徑的角；多個形成于第一材料層中、用于形成衍射光柵的柱狀物，所述多個柱狀物具有基本等于第一半徑的第二半徑；所述多個柱狀物適于借助所述角的蝕刻工藝被蝕刻，所述多個柱狀物被形成為在所述角和所述多個柱的蝕刻工藝中衍射光。
文檔編號G02B6/136GK101034187SQ20071009603
公開日2007年9月12日 申請日期2002年1月25日 優先權日2001年3月21日
發明者X·王, F·萊昂 申請人:英特爾公司