[发明专利]一种单片集成微型透镜及其制作方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种单片集成微型透镜的制作方法，属半导体微细加工技术领域。 

背景技术

随着光纤通信技术的飞速发展，不仅对高速、高性能的光电器件需求日益增强，而且对高耦合效率、小容差等系统性能也提出了更高的要求，而在发光器件如发光二极管、激光二极管等出光面以及光接收器件如PIN光探测器、MSM光探测器等入光面制作微型透镜，可以较大幅度的提高光的耦合效率和改善耦合容差，是一种非常有效的手段。 

目前，半导体光器件用透镜主要分为两类：一类是外配的，俗称混合集成；另外一类是在光器件的出光面或进光面单片集成透镜。随着光通讯技术的飞速发展，后者将是未来高速光通讯器件发展的一趋势。当前，单片集成微型透镜主要分两类，其一为采用半导体材料制作微型透镜，拟通过等离子干法刻蚀技术或者多步骤湿法腐蚀技术形成透镜；其二，利用光刻胶作微型透镜的材料，通过加热回流技术，使光刻胶收缩而形成圆弧状的微型透镜。 

以上两类微型透镜的加工方法，具有各自的优势与不足，前者虽然材料折射率大，聚光效果好，但是工艺加工条件苛刻，透镜的形貌不好控制；后者工艺加工简单，透镜形貌好，但由于在芯片表面或者背面涂覆光刻胶不会太厚，导致加热回流形成的透镜弧度不够，对提高光耦合性能不明显，而且透镜凸出平面，可靠性有待提高。 

发明内容

本发明需要解决的技术问题是提供一种加工工艺简单、聚光效果好、可靠性高的单片集成微型透镜的制作方法。 

为解决上述问题，本发明所采取的技术方案是： 

一种单片集成微型透镜，包括基板和微型透镜，其特征在于，所述微型透镜位于在基板的凹坑内。 

其制作方法，包括以下工序： 

1)在基板的一面形成一凹坑； 

2)用回流光刻胶填充凹坑，然后涂覆顶层掩蔽用光刻胶； 

3)将凹坑上的光刻胶形成一圆台状光刻胶柱； 

4)去除顶层掩蔽用光刻胶； 

5)应用回流工艺熔化光刻胶柱，形成微型透镜。 

所述基板包括半导体衬底或者铁电材料。 

所述半导体衬底包括InP或者GaAs或者Si。 

所述凹坑应用湿法腐蚀或者等离子体干法刻蚀制作而成。 

所述圆台状的光刻胶柱应用光刻工艺和扫胶工艺制作而成。 

所述用于顶层掩蔽的光刻胶与用于回流的光刻胶配合使用，二者共同实现双层胶工艺。 

采用上述单片集成微型透镜及其制作方法的有益效果在于：秉承了光刻胶回流制作微型透镜所具有的透镜形貌完整，一致性好的优点，同时由于结合了凹坑，更具有透镜弧形高度可控，对光的收聚效果更好；制作的微型透镜完全位于凹坑内，可有效避免各种破碎，提高了透镜的完整性和可靠性；工艺相对简单，一致性和成品率比较高，易于批量生产。本发明的单片集成微型透镜的制作方法可广泛应用于光通讯领域里的各种有源和无源器件。 

附图说明

图1～图5是以InP基板为例，单片集成微型透镜制作工艺的截面示意图。 

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步详细描述： 

如图1所示，在InP基板1上，用光刻胶3作掩蔽，利用湿法腐蚀工艺腐 蚀一凹坑2。 

所述凹坑的面积和深度根据微型透镜的特性进行调整。 

所述湿法腐蚀工艺采用各向同性的HBr、H₂O₂和H₂O混合溶液，其体积比为1∶1∶9，在室温下(25℃)，腐蚀速率约为2μm/min。 

所述凹坑也可采用等离子体干法刻蚀工艺制作。应用ICP刻蚀设备，调整反应气体Cl₂/CH₄/H₂的流量比为7sccm∶8sccm∶5.5sccm，射频入射功率为200W，反应腔体里气压为4～5mTorr，制作一圆形或正方形的凹坑。通过调整反应气体Cl₂/CH₄/H₂的比例和射频入射功率以及反应腔体里的气压等条件，可实现腐蚀凹坑目的，其腐蚀速率和腐蚀形貌均可控。 

如图2所示，在图1基础上，用回流光刻胶4填充凹坑1，然后涂覆顶层掩蔽用光刻胶3。所述回流的光刻胶4是MICROCHEM公司的PMGI光刻胶，所述掩蔽的光刻胶是SPA660光刻胶。