專利名稱：一種單片集成微型透鏡及其制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種單片集成微型透鏡的制作方法，屬半導(dǎo)體微細(xì)加工技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
隨著光纖通信技術(shù)的飛速發(fā)展，不僅對高速、高性能的光電器件需求曰益 增強(qiáng)，而且對高耦合效率、小容差等系統(tǒng)性能也提出了更高的要求，而在發(fā)光 器件如發(fā)光二極管、激光二極管等出光面以及光接收器件如PIN光探測器、MSM 光探測器等入光面制作微型透鏡，可以較大幅度的提高光的耦合效率和改善耦 合容差，是一種非常有效的手段。
目前，半導(dǎo)體光器件用透鏡主要分為兩類 一類是外配的，俗稱混合集成； 另外一類是在光器件的出光面或進(jìn)光面單片集成透鏡。隨著光通訊技術(shù)的飛速 發(fā)展，后者將是未來高速光通訊器件發(fā)展的一趨勢。當(dāng)前，單片集成微型透鏡 主要分兩類，其一為采用半導(dǎo)體材料制作微型透鏡，擬通過等離予干法刻蝕技 術(shù)或者多步驟濕法腐蝕技術(shù)形成透鏡；其二，利用光刻膠作微型透鏡的材料， 通過加熱回流技術(shù)，使光刻膠收縮而形成圓弧狀的微型透鏡。
以上兩類微型透鏡的加工方法，具有各自的優(yōu)勢與不足，前者雖然材料折 射率大，聚光效果好，但是工藝加工條件苛刻，透鏡的形貌不好控制；后者工 藝加工簡單，透鏡形貌好，但由于在芯片表面或者背面涂覆光刻膠不會太厚， 導(dǎo)致加熱回流形成的透鏡弧度不夠，對提高光耦合性能不明顯，而且透鏡凸出 平面，可靠性有待提高。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明需要解決的技術(shù)問題是提供一種加工工藝簡單、聚光效果好、可靠
性高的單片集成樣t型透^:的制作方法。
3為解決上述問題，本發(fā)明所采取的技術(shù)方案是
一種單片集成微型透鏡，包括基板和微型透鏡，其特征在于，所述微型透 鏡位于在基板的凹坑內(nèi)。
其制作方法，包括以下工序
1) 在基板的一面形成一凹坑；
2) 用回流光刻膠填充凹坑，然后涂覆頂層掩蔽用光刻膠；
3) 將凹坑上的光刻膠形成一圓臺狀光刻膠柱；
4) 去除頂層掩蔽用光刻膠；
5) 應(yīng)用回流工藝熔化光刻膠柱，形成微型透鏡。 所迷基板包括半導(dǎo)體襯底或者鐵電材料。 所述半導(dǎo)體襯底包括InP或者GaAs或者Si。 所述凹坑應(yīng)用濕法腐蝕或者等離子體干法刻蝕制作而成。 所述圓臺狀的光刻膠柱應(yīng)用光刻工藝和掃膠工藝制作而成。
所述用于頂層掩蔽的光刻膠與用于回流的光刻膠配合使用，二者共同實(shí)現(xiàn) 雙層膠工藝。
采用上述單片集成微型透鏡及其制作方法的有益效果在于秉承了光刻膠 回流制作微型透鏡所具有的透鏡形貌完整， 一致性好的優(yōu)點(diǎn)，同時由于結(jié)合了 凹坑，更具有透鏡弧形高度可控，對光的收聚效果更好；制作的微型透鏡完全 位于凹坑內(nèi)，可有效避免各種破碎，提高了透鏡的完整性和可靠性；工藝相對 簡單， 一致性和成品率比較高，易于批量生產(chǎn)。本發(fā)明的單片集成微型透鏡的


圖1~圖5是以InP基板為例，單片集成微型透鏡制作工藝的截面示意圖。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合附圖對本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)描述
如圖1所示，在InP基板1上，用光刻膠3作掩蔽，利用濕法腐蝕工藝腐
4蝕一凹i亢2。
所述凹坑的面積和深度根據(jù)微型透鏡的特性進(jìn)行調(diào)整。
所述濕法腐蝕工藝采用各向同性的HBr、HA和H20混合溶液，其體積比為1: 1: 9,在室溫下(25°C)，腐蝕速率約為2 jLiffl/min。
所述凹坑也可采用等離子體干法刻蝕工藝制作。應(yīng)用ICP刻蝕設(shè)備，調(diào)整 反應(yīng)氣體Cl2/CFUH2的流量比為7sccm: 8 sccm: 5. 5 sccm,射頻入射功率為200W， 反應(yīng)腔體里氣壓為4 5mTorr,制作一圓形或正方形的凹坑。通過調(diào)整反應(yīng)氣體 C12/CH4/H2的比例和射頻入射功率以及反應(yīng)腔體里的氣壓等條件，可實(shí)現(xiàn)腐蝕凹 坑目的，其腐蝕速率和腐蝕形貌均可控。
如圖2所示，在圖l基礎(chǔ)上，用回流光刻膠4填充凹坑1，然后涂覆頂層 掩蔽用光刻膠3。所述回流的光刻膠4是MICR0CHEM公司的PMGI光刻膠，所述 掩蔽的光刻膠是SPA660光刻膠。
用于回流的光刻膠具有不溶于丙酮、折射率大、易于收縮變形特性；而用 于頂層掩蔽的光刻膠與回流的光刻膠配合使用，二者共同實(shí)現(xiàn)雙層膠工藝。
如圖3所示，在圖2基礎(chǔ)上，應(yīng)用光刻工藝和掃膠工藝，將凹坑l上的光 刻膠4和3形成一圓臺狀光刻膠柱5和邊緣區(qū)域6,然后其余區(qū)域的光刻膠全部 去掉。
如圖4所述，利用回流光刻膠不溶于丙酮，而掩蔽膠溶于丙酮的特性，去 掉頂層掩蔽光刻膠3。
將襯底放置在熱板上，控制熱板溫度為250°C ,進(jìn)行光刻膠回流，回流10min， 即可形成纟敫型透4竟7,如圖5所示。
基板還可以采用GaAs或者Si等其它多種的半導(dǎo)體材料，基板還可采用4失 電材料等。根據(jù)不同的基板，濕法腐蝕或者等離子體千法刻蝕的技術(shù)參數(shù)不同。
權(quán)利要求
1、一種單片集成微型透鏡，包括基板和微型透鏡，其特征在于所述微型透鏡位于基板的凹坑內(nèi)。
2、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的單片集成微型透鏡的制作方法，其特征是，包括 以下工序1) 在基板的一面形成一凹坑；2) 用回流光刻膠填充凹坑，然后涂覆頂層掩蔽用光刻膠；3) 將凹坑上的光刻膠形成一圓臺狀的光刻膠柱；4) 去除頂層掩蔽用光刻膠；5 )應(yīng)用回流工藝熔化光刻膠柱，形成微型透鏡。
3、 根據(jù)權(quán)利要求2所述單片集成微型透鏡的制作方法，其特征在于所述基 板包括半導(dǎo)體襯底或者鐵電材料。
4、 根據(jù)權(quán)利要求3所述單片集成微型透鏡的制作方法，其特征在于所述半 導(dǎo)體襯底為InP或者GaAs或者Si。
5、 根據(jù)權(quán)利要求2所述單片集成微型透鏡的制作方法，其特征在于所述凹 坑應(yīng)用濕法腐蝕或者等離子體干法刻蝕制作而成。
6、 根據(jù)權(quán)利要求2所述單片集成微型透鏡的制作方法，其特征在于所述圓 臺狀的光刻膠柱應(yīng)用光刻工藝和掃膠工藝制作而成。
7、 根據(jù)權(quán)利要求2所述單片集成微型透鏡的制作方法，其特征在于所述用 于頂層掩蔽的光刻膠與回流光刻膠配合使用，二者共同實(shí)現(xiàn)雙層膠工藝。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種單片集成微型透鏡，包括基板和微型透鏡，其特征在于，所述微型透鏡位于基板的凹坑內(nèi)，其制作方法，包括以下工序1)在基板的一面形成一凹坑；2)用回流光刻膠填充凹坑，然后涂覆頂層掩蔽用光刻膠；3)將凹坑上的光刻膠形成一圓臺狀的光刻膠柱；4)去除頂層掩蔽用光刻膠；5)應(yīng)用回流工藝熔化光刻膠柱，形成微型透鏡。與現(xiàn)有集成微型透鏡相比，本發(fā)明具有透鏡形狀好、牢靠性好和可批量生產(chǎn)等特點(diǎn)，可廣泛用于發(fā)光管、激光器、光探測器等光通訊器件。
文檔編號G02B3/00GK101504468SQ20091007394
公開日2009年8月12日 申請日期2009年3月19日 優(yōu)先權(quán)日2009年3月19日
發(fā)明者尹順政, 曾慶明, 李獻(xiàn)杰, 蔡道民, 趙永林, 高向芝 申請人:中國電子科技集團(tuán)公司第十三研究所