CN109975904A - 一种高精度反射式doe衍射器件及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及微电子工艺的衍射微光学器件的加工方法，具体为一种高精度反射式DOE衍射器件，包括单晶硅基板(1)、多晶硅层(2)和光刻掩模版(3)，图案化所述多晶硅层以形成沟道区域，所述沟道区域的两侧包括对称设置的两个低掺杂区域，所述低掺杂区域的外侧包括对称设置的两个高掺杂区域；在所述多晶硅层的所述沟道区域、所述低掺杂区域及所述高掺杂区域上沉积岛状光阻层；所述岛状光阻层具有第一厚度及第二厚度。本发明的高精度反射式DOE衍射器件的制备方法用微电子加工工艺制备反射式DOE器件能有效控制图形精度和减少成本；通过对多晶硅层及光刻掩模版进行优化，确保图形的精度，并对其制备方法进行优化，延长了其使用寿命。
Description
技术领域
本发明涉及微电子工艺的衍射微光学器件的加工方法，具体为一种高精度反射式DOE衍射器件及其制备方法。
背景技术
以硅微电子为基础的微加工技术在过去的半个多世纪中取得了巨大的成就，大力的推动了集成电路的发展。硅是自然界中元素含量之首，而且人们已经对硅及其衍生物的特性有了足够的了解。得益于硅基加工工艺的巨大产业能力，需要精细加工工艺支持的微纳光学也得到了巨大的发展。微纳光学元件有着体积小，重量轻以及易于集成的特点。随着光电子技术的发展，微纳光学元件在生物医学，光纤通信和信息处理等领域有着广阔的应用。
微纳光学元件是通过微米/亚微米级的现代微纳加工技术制作而成，其中包括电子束直写技术、激光直写技术、掩模套刻技术、灰度掩模技术以及热融技术等。随着现代化信息器件对光学精细结构要求、器件的微型化以及集成化越来越高，因此利用已经相当成熟的硅基微电子加工工艺加工微纳光学结构成为了一个重要的研究方向。
发明内容
本发明的目的在于，提供一种高精度反射式DOE衍射器件的制备方法，该高精度反射式DOE衍射器件可利用发射光的衍射，光照射到有微结构的器件上，反射光投射到其他物体上会呈现衍射图案。
发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种高精度反射式DOE衍射器件，包括单晶硅基板、多晶硅层和光刻掩模版，所述多晶硅层设在单晶硅基板上，所述光刻掩模版设在多晶硅层上，还包括铝层和保护层，所述铝层设在多晶硅层上，所述保护层设在铝层上。
发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种高精度反射式 DOE衍射器件的制备方法，包括如下步骤：
一种高精度反射式DOE衍射器件，包括单晶硅基板(1)、多晶硅层(2)和光刻掩模版(3)，所述多晶硅层(2)设在单晶硅基板(1) 上，所述光刻掩模版(3)设在多晶硅层(2)上，还包括铝层(4) 和保护层(5)，所述铝层(4)设在多晶硅层(2)上，所述保护层 (5)设在铝层(4)上；
图案化所述多晶硅层以形成沟道区域，所述沟道区域的两侧包括对称设置的两个低掺杂区域，所述低掺杂区域的外侧包括对称设置的两个高掺杂区域；在所述多晶硅层的所述沟道区域、所述低掺杂区域及所述高掺杂区域上沉积岛状光阻层；所述岛状光阻层具有第一厚度及第二厚度，所述第一厚度小于所述第二厚度，具有所述第一厚度的所述岛状光阻层覆盖所述沟道区域的所述边缘及所述低掺杂区域。
进一步的，所述光刻掩模版包括：一基板；一碳纳米管层，所述碳纳米管层设置于所述第二基板的表面；一图案化铬层，覆盖于所述碳纳米管层远离第二基板的表面，且所述图案化铬层的图案与所述碳纳米管层中碳纳米管的排列图案相同；一遮盖层，所述遮盖层覆盖于所述图案化铬层远离第二基板的表面。
进一步的，所述碳纳米管层包括至少一碳纳米管膜，该碳纳米管膜中的碳纳米管平行于所述碳纳米管膜的表面且沿同一方向择优取向延伸，在延伸方向上相邻的碳纳米管通过范德华力首尾相连，所述碳纳米管膜中至少部分碳纳米管平行且间隔设置；所述碳纳米管层包括多个层叠设置的碳纳米管膜，该相邻的两个碳纳米管膜中碳纳米管的延伸方向成一α角度，30°＜α≤65°。
一种高精度反射式DOE衍射器件的制备方法，包括如下步骤：
步骤一：制备具有光学微结构的掩模版用于光刻；
步骤二：在单晶硅基板上生长厚度为1μm的多晶硅用于刻蚀，该步骤可以省略；
步骤三：利用掩模版对多晶硅层进行光刻和显影；
步骤四：对多晶硅层进行蚀刻。蚀刻的深度视具体情况而定，比如深度250nm±40nm；具体的，采用掩膜干法蚀刻多晶硅层，蚀刻时在光刻胶图形的侧壁上形成聚合物；向所述刻蚀腔体内通入具有离子轰击特性和反应活性的混合气体，以对干法蚀刻时形成的聚合物进行电浆处理；
步骤五：在图形上镀上铝层作为反射层；
步骤六：在图形上生长透明保护薄膜或晶圆工艺中的钝化层。
进一步的：所述的透明保护薄膜为银纳米线基透明导电薄膜；喷涂时采用浓度为0.1mg/ml—10mg/ml的银纳米线悬浮液，喷涂时间为 10s-5min，旋转速度为3000转/分钟—8000转/分。
进一步的，所述钝化层的制备工艺采用PECVD。
发明的有益效果是：本发明的高精度反射式DOE衍射器件的制备方法用微电子加工工艺制备反射式DOE器件能有效控制图形精度和减少成本；利用多晶硅作为刻蚀层可以精确控制刻蚀深度从而达到器件最佳衍射效率。通过对多晶硅层及光刻掩模版进行优化，确保图形的精度，并对其制备方法进行优化，延长了其使用寿命。
附图说明
图1为本发明的高精度反射式DOE衍射器件的结构示意图。
附图说明：1、单晶硅基板，2、多晶硅层，3、光刻掩模版，4、铝层， 5、保护层。
具体实施方式
现在结合附图对发明作进一步详细的说明。这些附图均为简化的示意图，仅以示意方式说明发明的基本结构，因此其仅显示与发明有关的构成。
一种高精度反射式DOE衍射器件，包括单晶硅基板(1)、多晶硅层(2)和光刻掩模版(3)，所述多晶硅层(2)设在单晶硅基板(1)上，所述光刻掩模版(3)设在多晶硅层(2)上，还包括铝层(4)和保护层(5)，所述铝层(4)设在多晶硅层(2) 上，所述保护层(5)设在铝层(4)上；
图案化所述多晶硅层以形成沟道区域，所述沟道区域的两侧包括对称设置的两个低掺杂区域，所述低掺杂区域的外侧包括对称设置的两个高掺杂区域；在所述多晶硅层的所述沟道区域、所述低掺杂区域及所述高掺杂区域上沉积岛状光阻层；所述岛状光阻层具有第一厚度及第二厚度，所述第一厚度小于所述第二厚度，具有所述第一厚度的所述岛状光阻层覆盖所述沟道区域的所述边缘及所述低掺杂区域。
进一步的，所述光刻掩模版包括：一基板；一碳纳米管层，所述碳纳米管层设置于所述第二基板的表面；一图案化铬层，覆盖于所述碳纳米管层远离第二基板的表面，且所述图案化铬层的图案与所述碳纳米管层中碳纳米管的排列图案相同；一遮盖层，所述遮盖层覆盖于所述图案化铬层远离第二基板的表面。
进一步的，所述碳纳米管层包括至少一碳纳米管膜，该碳纳米管膜中的碳纳米管平行于所述碳纳米管膜的表面且沿同一方向择优取向延伸，在延伸方向上相邻的碳纳米管通过范德华力首尾相连，所述碳纳米管膜中至少部分碳纳米管平行且间隔设置；所述碳纳米管层包括多个层叠设置的碳纳米管膜，该相邻的两个碳纳米管膜中碳纳米管的延伸方向成45°角。
一种高精度反射式DOE衍射器件的制备方法，包括如下步骤：
步骤一：制备具有光学微结构的掩模版用于光刻；
步骤二：在单晶硅基板上生长厚度为1μm的多晶硅用于刻蚀；
步骤三：利用掩模版对多晶硅层进行光刻和显影；
步骤四：对多晶硅层进行蚀刻到深度250nm±40nm；具体的，采用掩膜干法蚀刻多晶硅层，蚀刻时在光刻胶图形的侧壁上形成聚合物；向所述刻蚀腔体内通入氩气和氧气按照1:1的体积比的混合气体，以对干法蚀刻时形成的聚合物进行电浆处理；
步骤五：在图形上镀上铝层作为反射层，所述铝层的厚度为 50nm±10nm；
步骤六：在图形上生长透明保护薄膜。所述的透明保护薄膜为银纳米线基透明导电薄膜；喷涂时采用浓度为5mg/ml的银纳米线悬浮液，喷涂时间为1min，旋转速度为5000转/分。
以上述依据发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改，本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。
Claims (7)
1.一种高精度反射式DOE衍射器件，其特征在于：包括单晶硅基板(1)、多晶硅层(2)和光刻掩模版(3)，所述多晶硅层(2)设在单晶硅基板(1)上，所述光刻掩模版(3)设在多晶硅层(2)上，还包括铝层(4)和保护层(5)，所述铝层(4)设在多晶硅层(2)上，所述保护层(5)设在铝层(4)上；
图案化所述多晶硅层以形成沟道区域，所述沟道区域的两侧包括对称设置的两个低掺杂区域，所述低掺杂区域的外侧包括对称设置的两个高掺杂区域；在所述多晶硅层的所述沟道区域、所述低掺杂区域及所述高掺杂区域上沉积岛状光阻层；所述岛状光阻层具有第一厚度及第二厚度，所述第一厚度小于所述第二厚度，具有所述第一厚度的所述岛状光阻层覆盖所述沟道区域的所述边缘及所述低掺杂区域。
2.如权利要求1所述的高精度反射式DOE衍射器件，其特征在于，所述光刻掩模版包括：一基板；一碳纳米管层，所述碳纳米管层设置于所述第二基板的表面；一图案化铬层，覆盖于所述碳纳米管层远离第二基板的表面，且所述图案化铬层的图案与所述碳纳米管层中碳纳米管的排列图案相同；一遮盖层，所述遮盖层覆盖于所述图案化铬层远离第二基板的表面。
3.如权利要求1所述的高精度反射式DOE衍射器件，其特征在于，所述碳纳米管层包括至少一碳纳米管膜，该碳纳米管膜中的碳纳米管平行于所述碳纳米管膜的表面且沿同一方向择优取向延伸，在延伸方向上相邻的碳纳米管通过范德华力首尾相连，所述碳纳米管膜中至少部分碳纳米管平行且间隔设置；所述碳纳米管层包括多个层叠设置的碳纳米管膜，该相邻的两个碳纳米管膜中碳纳米管的延伸方向成一α角度，30°＜α≤65°。
4.一种高精度反射式DOE衍射器件的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：步骤一：制备具有光学微结构的掩模版用于光刻；
步骤二：利用掩模版对多晶硅层进行光刻和显影；
步骤三：对多晶硅层进行蚀刻；
步骤四：在图形上镀上铝层作为反射层；
步骤五：在图形上生长透明保护薄膜或晶圆工艺中的钝化层。
5.如权利要求4所述的高精度反射式DOE衍射器件的制备方法，其特征在于：所述的透明保护薄膜为银纳米线基透明导电薄膜；喷涂时采用浓度为0.1mg/ml—10mg/ml的银纳米线悬浮液，喷涂时间为10s-5min，旋转速度为3000转/分钟—8000转/分钟；所述钝化层的制备工艺采用PECVD。
6.如权利要求4所述的高精度反射式DOE衍射器件的制备方法，其特征在于：步骤一与步骤二之间还包括在单晶硅基板上生长厚度为1μm的多晶硅用于刻蚀。
7.如权利要求4所述的高精度反射式DOE衍射器件的制备方法，其特征在于：所述步骤三种采用掩膜干法蚀刻多晶硅层，蚀刻时在光刻胶图形的侧壁上形成聚合物；向所述刻蚀腔体内通入具有离子轰击特性和反应活性的混合气体，以对干法蚀刻时形成的聚合物进行电浆处理。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20190705 |
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