申请/专利权人：新加坡商格罗方德半导体私人有限公司

申请日：2018-11-20

公开（公告）日：2020-11-17

公开（公告）号：CN110007396B

主分类号：G02B6/04(20060101)

分类号：G02B6/04(20060101);G03F1/76(20120101);G03F1/80(20120101)

优先权：["20180104 US 15/861,697"]

专利状态码：有效-授权

法律状态：2020.11.17#授权;2019.08.06#实质审查的生效;2019.07.12#公开

摘要：本发明涉及用于互连与安装装置的伽玛沟槽阵列，所揭示的是具有伽玛γ沟槽的装置。所述γ沟槽可用于形成光纤阵列。可通过修改蚀刻掩模的阻剂特征，使用诸如RIE的干蚀刻来形成所述γ沟槽，以具有凸形弯曲侧壁。通过该干蚀刻将所述阻剂特征的轮廓转移至该衬底，以形成所述γ沟槽。所述γ沟槽未利用含K蚀刻剂形成，不仅避免程序工具的K+离子污染，也避免因处理含碱装置所造成的健康问题。

主权项：1.一种形成装置的方法，该方法包含：提供衬底；在该衬底上形成图型化光阻蚀刻掩模，其中，该图型化光阻蚀刻掩模包含具有各自的矩形轮廓的第一与第二细长光阻特征，且该第一与第二细长光阻特征通过使该衬底表面曝露的空间来分开；利用热回焊程序回焊该第一与第二细长光阻特征，以将该各自的矩形轮廓转换为各自的半圆柱形状；在回焊该第一与第二细长光阻特征之后，使用该图型化光阻蚀刻掩模进行干蚀刻，其中，该干蚀刻将已曝露的该衬底表面蚀刻，以形成具有凸形弯曲沟槽侧壁的伽玛沟槽；以及将光纤的端部置于该伽玛沟槽内。

全文数据：用于互连与安装装置的伽玛沟槽阵列技术领域本申请大体上涉及具有伽玛沟槽groove的装置。伽玛沟槽可在光纤阵列array中用于使光纤维持在预定位置。背景技术纤维阵列是用于各种类型的应用，诸如硅光子SiPh系统，包括用于通讯的光交换以及运用空间光学数据的感测应用，诸如DNA定序、天文学及核研究。纤维阵列的光纤端部是使用具有沟槽或信道channel的纤维阵列块来维持在固定位置。光纤对准光学系统的其它组件，诸如其它光纤、平面型波导或光电装置。习用的纤维阵列块运用v形槽来固定光纤的位置。v形槽是通过湿化学蚀刻技术所形成，其需要使用含有KOH的碱性溶液。然而，此类KOH溶液通常造成污染问题。特别的是，K+离子是扩散极快的碱金属离子，其不利于金属氧化物半导体MOS装置。另外，处理受K+离子污染的纤维阵列会造成健康问题，使其成为安全性危害。已对U型槽纤维阵列块进行研究。U型槽是通过准分子激光剥离技术所形成。然而，激光剥离不能精确地控制因激光束尺寸大一般约数平方公分所致的小芯距。这可能导致光纤松散地装配到u形槽内，对耦合效率有不利影响。另外，由于光束尺寸小导致处理时间长，激光剥离对于制造商用纤维阵列并不可行。本申请是针对纤维阵列块及纤维阵列。发明内容具体实施例大体上是关于具有伽玛沟槽的装置。在一项具体实施例中，揭示一种形成装置的方法。提供衬底substrate。在该衬底上形成图型化光阻蚀刻掩模。该图型化光阻蚀刻掩模包括具有凸形弯曲光阻侧壁的第一与第二细长球形光阻特征。所述第一与第二细长球形光阻特征是通过使衬底表面曝露的空间来分开。干蚀刻是使用该图型化光阻蚀刻掩模来进行。该蚀刻将该衬底的该曝露表面蚀刻，以形成具有凸形弯曲沟槽侧壁的伽玛γ沟槽。在另一项具体实施例中，揭示一种装置。该装置包括衬底。在该衬底上布置伽玛γ沟槽。该γ沟槽包括凸形沟槽侧壁。在又另一具体实施例中，揭示一种形成装置的方法。提供衬底。在该衬底上形成图型化光阻蚀刻掩模。该图型化光阻蚀刻掩模包括具有凸形弯曲光阻侧壁的多个细长球形光阻特征。相邻的细长球形光阻特征是通过使衬底表面曝露的空间来分开。干蚀刻是使用该图型化光阻蚀刻掩模来进行。该蚀刻将该衬底的该曝露表面蚀刻，以形成具有凸形弯曲沟槽侧壁的伽玛γ沟槽阵列。本文中所揭示的具体实施例的这些及其它优点及特征，透过参考以下说明及所附图式会变为显而易见。另外，要了解的是，本文中所述的各项具体实施例的特征并不互斥，并且可用各种组合及排列呈现。附图说明在图式中，不同视图中相似的附图标记大体上是指相同的零件。此外，图式不必然有依照比例绘示，而是在绘示本申请的原理时，大体上可能会出现重点描述的情况。在以下说明中，本申请的各项具体实施例是参照以下图式来说明，其中：图1a展示具有伽玛γ沟槽的装置的一具体实施例的三维视图；图1b展示具有γ沟槽的装置的一具体实施例的截面图；图2展示具有γ沟槽的纤维阵列的截面图；图3a至图3f展示形成具有γ沟槽的装置用的程序的一具体实施例的截面图；图4a至图4d展示形成γ沟槽的各个阶段的SEM影像；以及图5展示γ沟槽阵列及光纤的SEM影像。主要附图标记说明100装置、纤维阵列块101衬底150细长构件160γ沟槽160a侧壁160b侧壁200装置280光纤282光纤芯284纤维外壳290罩盖300程序301衬底320光阻层322图型化光阻层、蚀刻掩模325细长阻剂特征327空间342球形表面轮廓344空间350细长构件360γ沟槽400程序401衬底422图型化光阻掩模442球形细长光阻特征450细长构件460γ沟槽560γ沟槽590光纤w宽度h高度c曲率d距离、芯距D直径。具体实施方式具体实施例大体上是关于装置。更特别的是，具体实施例是关于包括伽玛γ沟槽的装置。γ沟槽可用于不同目的。在一项具体实施例中，所述装置包括具有γ沟槽的纤维阵列，用于使光纤端部置于固定的预定位置。举例而言，可将所述纤维阵列并入各种类型的SiPh系统，诸如光纤通讯系统、以及运用空间光学数据的感测系统，诸如DNA定序、天文学及核研究。图1a至图1b展示装置100的一具体实施例的各种视图。特别的是，图1a展示装置100的简化3维视图，而图1b展示装置100沿x方向的截面图。请参阅图1a至图1b，该装置包括衬底101。该装置可以是用于使纤维阵列的纤维维持在适当位置的纤维阵列块。其它类型的装置也可有作用。在一项具体实施例中，此衬底为硅衬底。提供其它类型的衬底也可有作用。硅衬底可以是硅100衬底。亦可运用具有其它结晶取向的衬底。该衬底举例而言，可为约1000μm厚。其它厚度也可有作用。该衬底包括至少一个γ沟槽160。该γ沟槽是布置在相邻的细长构件150之间。如图所示，该衬底包括多个γ沟槽及细长构件。沟槽的侧壁160a至160b为凸形侧壁，导致γ沟槽。所述沟槽如图所示，是沿着y方向布置。该或所述γ槽可用于安置纤维阵列的光纤端部。为其它目的提供γ沟槽也可有作用。如图所示，该衬底为上有形成γ沟槽的裸衬底。在一些具体实施例中，该衬底可包括装置层图中未展示。该装置层可作用为上有形成γ沟槽的层件。举例而言，该装置层可厚到足以容纳所述γ沟槽。该装置层举例而言，可以是氧化硅层。诸如聚合物层等其它类型的装置层也可作用为装置层。在一较佳具体实施例中，该纤维阵列块的所述γ沟槽有对称。举例而言，所述沟槽的宽度w、所述凸形侧壁的高度h与曲率c有对称，形成对称的γ沟槽。至于纤维阵列，选择宽度w的尺寸以能够准确且精确地安置具有所欲直径的光纤。纤维直径举例而言，包括外壳及纤维芯。所述纤维的直径应该大于w。由于γ沟槽具有凸形弯曲侧壁，所以可将所述纤维精确地固定到所述γ沟槽中的位置。另外，由于凸形弯曲侧壁的关系，所述γ沟槽可配适纤维宽度的宽广范围。提供不对称沟槽也可有作用。举例而言，可为具有不同直径的纤维提供不对称沟槽。举一实施例来说，所述沟槽的高度h可约为80μm，而宽度w可约为100μm。其它高度与宽度也可有作用。所述高度与宽度可取决于所述纤维的直径。举例而言，宽度w应足以容纳所述纤维。随着所述光纤的直径增大，所述沟槽的宽度w可能增大，反之亦然。在一项具体实施例中，该纤维阵列块的γ沟槽具有对称间距。举例而言，介于相邻沟槽之间的距离d对于该阵列块的沟槽是相同的。距离d可称为芯距。举例而言，d为介于相邻光纤的核心之间的距离。距离d可约为125μm。提供具有其它芯距或不对称间距的γ沟槽也可有作用。该阵列的芯距可取决于光学耦合装置的应用。举例而言，该阵列的芯距取决于硅光子SiPh装置的诸光栅的间距。所述γ沟槽的数目举例而言，决定用于容纳光纤的信道数目。在一项具体实施例中，细长构件是使用掩模与蚀刻技巧来建立，而未利用含有蚀刻剂的K+离子。在一项具体实施例中，使用图型化蚀刻掩模的干蚀刻是用于形成细长构件。该干蚀刻举例而言，包括电浆蚀刻、反应性离子蚀刻或离子研磨。下面表1展示用以形成细长构件的无K+离子干蚀刻的例示性配方：表1据了解，表1的配方为例示性，而其它干蚀刻配方也可有作用。该掩模包括图型化光阻掩模。举例而言，该图型化光阻掩模是使用光刻来图型化，诸如通过使用具有所欲图型的分划板以曝照源曝照阻剂层。在显影后，将该分划板的图型转移至该阻剂层，使衬底的待蚀刻区域曝露。该图型化光阻掩模的特征具有均匀厚度。将该图型化光阻掩模塑形以形成弯曲型或γ特征。这有助于在该衬底上形成γ沟槽。至于间距均匀的γ沟槽，所述图型化光阻掩模特征是均匀隔开。替代地，间距非均匀的γ沟槽可通过改变诸图型化光阻掩模特征之间的距离来形成。如所述，所述γ沟槽未利用含有蚀刻剂的K+离子来建立。这避免与K+离子污染有关的MOS装置可靠度问题，也避免与处理形成此类装置的碱有关的安全性或健康问题。另外，可实现具有精确安置而使用掩模与蚀刻技巧、高通量及低成本纤维阵列来建立γ沟槽的能力。图2展示装置200的一具体实施例的截面图。如图所示，该装置为纤维阵列。其它类型的装置也可有作用。该纤维阵列包括纤维阵列块100，如图1a至图1b所述。共通的组件可不作说明或详细说明。该纤维阵列块包括用于容纳具有直径D的光纤280的多个γ沟槽。光纤如图所示，包括围绕或包覆光纤芯282的纤维外壳284。γ沟槽160是布置在具有凸形侧壁的诸细长构件150之间。γ沟槽作用为纤维阵列的信道。如图所示，该纤维阵列块包括N个沟槽，形成N信道纤维阵列。如图所示，该纤维阵列块的γ沟槽包括均匀芯距d。提供具有不均匀芯距的阵列块也可有作用。诸如硅盖的罩盖290是布置在纤维阵列块上方。其它类型的罩盖也可有作用。该罩盖使所述纤维紧固在所述γ沟槽中的适当位置。该罩盖可通过例如夹钳或罩壳图中未展示予以紧固在纤维阵列块上方。通过其它技巧使该罩盖紧固，诸如通过使用黏着剂来紧固，也可有作用。图3a至图3f展示用于形成装置的程序300的一具体实施例的截面图。该装置可以是光学耦合装置。举例而言，该装置可以是纤维阵列。其它类型的装置也可有作用。请参阅图3a，提供衬底301。该衬底举例而言，作用为用于纤维阵列块的衬底。该衬底可以是硅衬底。硅衬底可以是硅100衬底。提供具有其它结晶取向的硅衬底也可有作用。其它类型的衬底也可有作用。该衬底的厚度应足以作用为纤维阵列块。举例而言，该衬底可约为1000μm厚。其它厚度也可有作用。在衬底301上形成光阻层320。该光阻层举例而言，可通过旋转涂布来形成。在该衬底上形成光阻层的其它方法也可有作用。在一项具体实施例中，该光阻层为正光阻层。该光阻层的厚度应足以作用为用于随后形成所述γ沟槽的蚀刻掩模。该光阻层的厚度举例而言，可为1μm至100μm。其它厚度也可有作用。该光阻层的厚度均匀度可约为±2％的等级。可将该光阻层预烘培。举例而言，可在约80℃至90℃的温度下将该光阻层预烘培约1小时。在将该光阻层预烘焙之后，透过具有所欲图型的分划板，用诸如UV曝照源的曝照源将其曝照。将受曝露光阻层显影，使该分划板的图型转移至该光阻层，如图3b所示。举例而言，图型化光阻层322包括通过与后续形成γ沟槽的位置对应的空间327分开的细长阻剂特征325。举例而言，该图型化阻剂层包括通过空间分开的细长阻剂特征阵列。所述空间的宽度可界定γ沟槽的开口的宽度，而所述细长阻剂特征的宽度则大约界定γ沟槽的间距。较佳的是，所述空间可具有均匀宽度以产生具有均匀宽度的γ沟槽。提供不均匀空间以产生具有不同宽度的γ沟槽也可有作用。举例而言，可裁制不同γ沟槽宽度以容纳具有不同直径的不同纤维。所述γ沟槽亦可具有均匀间距。举例而言，该间距可约为125μm。其它γ沟槽间距也可有作用。该间距举例而言，可取决于SiPh装置的诸光栅的间距。该间距可通过改变所述细长光阻特征的宽度来控制。在其它具体实施例中，所述γ沟槽具有不均匀间距，其可通过提供具有不同宽度的细长光阻特征来实现。请参阅图3c，处理该衬底以将所述细长光阻特征的垂直侧壁转化成凸形弯曲侧壁。举例而言，将细长光阻特征从具有矩形表面轮廓的特征转化成具有球形表面轮廓342的特征。在一项具体实施例中，该衬底的处理包括回焊程序，以形成具有球形轮廓的细长光阻特征。该回焊程序举例而言，可以是氮气N2环境中的热程序。回焊温度可在约80℃至90℃下持续约1小时。以其它温度与持续时间进行回焊程序也可有作用。该回焊程序将该细长光阻特征加热到高于其软化点例如，玻璃晶体管温度。该阻剂熔化，将所述光阻特征的矩形轮廓转化成球形轮廓。举例而言，表面张力造成所述光阻特征的轮廓变成球形轮廓。该阻剂特征的最终轮廓可取决于回焊程序配方及所述光阻特征的截面尺寸，诸如厚度与宽度。另外，该回焊程序造成底座处细长光阻特征的宽度扩展，使诸特征之间的空间344缩减。若要容纳该扩展，所述细长光阻特征之间的间隔应该将该扩展列入考虑，用以避免诸特征合并，并且用以产生具有所欲宽度的γ沟槽。若要避免合并，所述阻剂特征的厚度与间隔或间隙的比率应该约为10：1。其它厚度对间隙的比率也可有作用。在图3d中，随后将所述光阻特征当作蚀刻掩模用来蚀刻该衬底。在一项具体实施例中，该蚀刻为异向性干蚀刻。该干蚀刻未运用K+离子蚀刻剂。举例而言，该蚀刻为无K或无碱蚀刻。该干蚀刻举例而言，可以是电浆蚀刻、RIE或离子研磨。干蚀刻配方举例而言，可如先前在表1中所述。其它无K干蚀刻配方也可有作用。该蚀刻虽然使用该蚀刻掩模将该衬底异向性蚀刻，但仍然侵蚀到蚀刻掩模322。由于球形轮廓，光阻特征342的边缘受到侵蚀，使该衬底曝露，如图3e所示。随着该蚀刻继续进行，所述光阻特征愈来愈受到侵蚀，使该衬底愈来愈曝露。这在下伏衬底或装置层中产生具有凸形弯曲轮廓的细长构件350，以形成γ沟槽360。所述细长构件或沟槽的轮廓可通过所述细长光阻特征的轮廓、以及该蚀刻的长度来控制。一旦实现所述沟槽的所欲轮廓，该蚀刻便可终止。如果所述光阻特征有留下，则可通过例如灰化将其移除，如图3f所示。在一些情况下，该蚀刻可将所述光阻特征完全侵蚀。另外，在完全移除所述光阻特征之后，该蚀刻可继续进行。这将产生具有更陡曲线轮廓的侧壁。举例而言，随着该蚀刻继续进行，所述沟槽的侧壁将具有更线性的特性。另外，这使所述γ沟槽的开口的大小增大，能够于其中安置更大直径的纤维。图4a至图4d展示用于形成γ沟槽的程序400的不同阶段的扫描式电子显征镜SEM影像。在图4a中，所示为具有图型化光阻掩模422的衬底401，该图型化光阻掩模具有球形细长光阻特征442。使用RIE将该衬底蚀刻，以在细长构件450的阵列之间形成沟槽或γ沟槽460。所述沟槽的顶端的开口约为50μm，而所述沟槽的深度约为54μm。芯距例如相邻沟槽底端之间的距离约为125μm。于此处理阶段，所述细长构件类似具有球形轮廓的半圆柱体，各具有陡峭且弯曲的侧壁、以及平坦的顶峰或顶端表面。随着该蚀刻继续进行，愈来愈多所述阻剂特征受到侵蚀。请参阅图4b，该蚀刻完全侵蚀所述细长构件顶部的光阻特征。于该蚀刻的这个阶段，所述沟槽的开口增大到约73μm，而所述沟槽的深度增大到约66μm。该芯距如图所示，在约125μm处维持相同。进一步蚀刻的结果，所述细长构件或半圆柱体结构具备锐化顶峰或顶端表面、以及向外弯曲的侧壁。在图4c中，在完全侵蚀所述光阻特征之后，进一步蚀刻该衬底，并导致具有更宽开口的更深沟槽。如图所示，所述沟槽的开口增大到约92μm，而所述沟槽的深度增大到约77μm。该芯距如图所示，在约125μm处维持相同。另外，该蚀刻进一步锐化该半圆柱体结构的顶端表面。请参阅图4d，进一步蚀刻对开口宽度比对沟槽的深度有更大影响。这是因RIE滞后效应所致，其中深沟槽的底端正在经历蚀刻离子的耗尽。如图所示，所述沟槽的深度约为78μm，而该开口宽度约为102μm。该芯距在约125μm处维持相同。该蚀刻亦进一步锐化该半圆柱体结构的顶端表面。图5展示如前述固定在光学装置的γ沟槽560中的光纤590的SEM影像。该光纤具有约125±0.5μm的直径。该γ沟槽的开口如图所示，窄到足以容纳该光纤。如图所示，该光纤正停在该γ沟槽的开口的拐角上。该光学装置亦适用于具有更小直径的光纤。在这种情况下，该γ沟槽大到足以通过允许该光纤停在该γ沟槽内的深处来容纳该光纤。所述具体实施例可体现成其它特定形式而不会脱离其精神或主要特性。因此，前述具体实施例在所有层面都要视为说明性，而不是限制本文中所述的发明。本发明的范畴从而由随附权利要求书指出，而不是由前述说明指出，而且均等于权利要求书的意义及范围内的所有变更全都意欲囊括于其中。

权利要求：1.一种形成装置的方法，包含：提供衬底；在该衬底上形成图型化光阻蚀刻掩模，其中，该图型化光阻蚀刻掩模包含具有凸形弯曲光阻侧壁的第一与第二细长球形光阻特征，该第一与第二细长球形光阻特征通过使该衬底表面曝露的空间来分开；以及使用该图型化光阻蚀刻掩模进行干蚀刻，其中，该蚀刻将该衬底的已曝露的该表面蚀刻，以形成具有凸形弯曲沟槽侧壁的伽玛γ沟槽。2.如权利要求1所述的方法，其特征在于：形成该图型化光阻蚀刻掩模使通过空间来分开的细长光阻特征的阵列形成，其中，该细长光阻特征包含凸形弯曲光阻侧壁；以及进行该干蚀刻使介于该细长光阻特征之间的该空间中形成位在该衬底中的γ沟槽的阵列，其中，该γ沟槽包含凸形弯曲沟槽侧壁。3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，该γ沟槽的该阵列的间距为均匀。4.如权利要求2所述的方法，其特征在于，该γ沟槽的该阵列的间距为不均匀。5.如权利要求2所述的方法，其特征在于，该γ沟槽的该阵列的沟槽开口为大小均匀的沟槽开口。6.如权利要求2所述的方法，其特征在于，该γ沟槽的该阵列的沟槽开口大小全都不均匀。7.如权利要求2所述的方法，包含：将光纤的端部置于该γ沟槽的该阵列上；以及利用置于该γ沟槽的该阵列上的该光纤在该衬底上安装罩盖，以形成纤维阵列。8.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在该衬底上形成该图型化光阻蚀刻掩模包含：在该衬底上形成光阻层；将该光阻层图型化，以形成具有通过初始间隙分开的矩形截面的第一与第二图型化细长光阻特征；以及熔化该第一与第二图型化细长光阻特征，以形成该第一与第二细长球形光阻特征。9.如权利要求8所述的方法，其特征在于，该熔化使该初始间隙的宽度缩减,以在该第一与第二细长球形光阻特征之间产生该空间。10.如权利要求8所述的方法，其特征在于，该熔化包含进行热回焊程序。11.如权利要求1所述的方法，其特征在于，该干蚀刻随着继续进行蚀刻，而侵蚀该细长球形光阻特征的愈来愈多侧边，以形成该γ沟槽。12.如权利要求11所述的方法，其特征在于：在将该细长球形光阻特征完全侵蚀之后，该干蚀刻继续蚀刻该衬底；以及该γ沟槽的该凸形弯曲沟槽侧壁变为更陡。13.如权利要求1所述的方法，其特征在于，该衬底包含硅衬底。14.如权利要求1所述的方法，其特征在于：该衬底包含布置于该衬底上的装置层；以及该γ沟槽形成于该装置层中。15.一种装置，包含：衬底；以及布置于该衬底上的伽玛γ沟槽，其中，该γ沟槽包含凸形沟槽侧壁。16.如权利要求15所述的装置，其特征在于，该衬底包含具有凸形沟槽侧壁的γ沟槽的阵列。17.如权利要求16所述的装置，包含：置于该γ沟槽的该阵列中的光纤的端部；以及利用置于该γ沟槽的该阵列中的光纤的端部布置在该衬底上的罩盖，其中，该装置包含纤维阵列。18.如权利要求17所述的装置，其特征在于：该衬底包含硅；以及该罩盖包含硅。19.一种形成装置的方法，包含：提供衬底；在该衬底上形成图型化光阻蚀刻掩模，其中，该图型化光阻蚀刻掩模包含具有凸形弯曲光阻侧壁的多个细长球形光阻特征，其中，相邻的细长球形光阻特征通过使该衬底表面曝露的空间来分开；以及使用该图型化光阻蚀刻掩模进行干蚀刻，其中，该蚀刻将该衬底的已曝露的该表面蚀刻，以形成具有凸形弯曲沟槽侧壁的伽玛γ沟槽的阵列。20.如权利要求19所述的方法，其特征在于，在该衬底上形成该图型化光阻蚀刻掩模包含：在该衬底上形成光阻层；将该光阻层图型化，以形成具有通过初始间隙分开的矩形截面的第一与第二图型化细长光阻特征；以及熔化该第一与第二图型化细长光阻特征，以形成该第一与第二细长球形光阻特征。

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