[發明專利]一種頂角90°三角形槽階梯光柵的制作方法

有效

• 申請號: 201410166870.6
• 申請日: 2014-04-23
• 公開（公告）號: CN103901520A
• 公開（公告）日: 2014-07-02
• 發明（設計）人: 邱克強;王琦;劉正坤;徐向東;洪義麟;付紹軍
• 申請（專利權）人: 中國科學技術大學
• 主分類號: G02B5/18
• 分類號: G02B5/18;G03F7/20
• 代理公司: 北京科迪生專利代理有限責任公司 11251
• 代理人: 成金玉;孟卜娟

1.一種頂角90°三角形槽階梯光柵的制作方法，其特征在于步驟如下：

第1步、準備斜切的單晶硅片；

第2步、在所述斜切單晶硅片上鍍制20-100nm氮化硅(SiN_x)膜；

第3步、在所述氮化硅膜上涂100-1000nm厚度的光刻膠層，所述光刻膠層的厚度大于氮化硅(SiN_x)膜層的厚度；

第4步、在所述涂布光刻膠層的硅片上，采用有預定周期光柵圖形的掩模版，通過曝光、顯影等光刻工藝步驟，在所述光刻膠層內得到光刻膠光柵圖形；

第5步、以所述光刻膠光柵圖形為掩模，刻蝕氮化硅膜層，將光刻膠光柵圖形轉移成氮化硅光柵圖形；

第6步、以所述氮化硅光柵圖形為掩模，使用氫氧化鉀溶液(KOH)或TMAH堿性溶液，各向異性刻蝕硅，形成頂端有剩余氮化硅覆蓋的硅光柵結構；

第7步、將所述頂端有剩余氮化硅覆蓋的硅光柵結構放入氫氟酸(HF)溶液中，去除剩余氮化硅，獲得硅光柵結構；

第8步、在所述硅光柵結構上，涂光刻膠，填充光柵溝槽，獲得槽內填滿光刻膠的硅光柵結構；

第9步、對所述填滿光刻膠的硅光柵結構傾斜曝光，入射光線與光柵法線夾角數值上等于閃耀角，經顯影后獲得90°頂角的三角形槽光柵結構；

第10步、在所述90°頂角三角形槽光柵結構上鍍厚度大于100nm金屬膜，獲得90°頂角三角形槽階梯光柵。

2.根據權利要求1所述的頂角90°三角形槽階梯光柵的制作方法，其特征在于：所述第1步中用于斜切的單晶硅片是<110>或<100>單晶硅片，其表面分別與(110)晶格面或(100)晶格面平行；所述斜切單晶硅片是指對普通<110>或<100>型單晶硅片進行切割，新的表面與原表面或與原表面相平行的晶格面有一個角度，即切偏角；切偏角根據單晶硅片晶向與所制作階梯光柵閃耀角度θ_b確定。

3.根據權利要求1所述的頂角90°三角形槽階梯光柵的制作方法，其特征在于：所述第3步中的光刻膠為正性光刻膠，或負性光刻膠。

4.根據權利要求1所述的頂角90°三角形槽階梯光柵的制作方法，其特征在于：所述第5步中的刻蝕氮化硅膜層的條件：采用反應離子刻蝕(RIE)，反應氣體四氟化碳(CF4)，氣壓0.1-1.5Pa，射頻功率50-300W自偏壓100-200V，時間大于等于30秒。

5.根據權利要求1所述的頂角90°三角形槽階梯光柵的制作方法，其特征在于：所述第6步中的各向異性刻蝕硅的條件為：采用氫氧化鉀溶液或TMAH溶液，濃度20％-60％，溫度根據刻蝕速率確定，20℃-85℃，80℃時硅在<110>方向刻蝕速率約1.2μm/min；刻蝕深度根據光柵周期及閃耀角確定，對光柵溝槽密度79線/mm,閃耀角55°，深度應大于5.95μm，刻蝕時間5分鐘。

6.根據權利要求1所述的頂角90°三角形槽階梯光柵的制作方法，其特征在于：所述第7步中的所述去除氮化硅條件：10％-40％HF溶液，時間2-20分鐘。

7.根據權利要求1所述的頂角90°三角形槽階梯光柵的制作方法，其特征在于：所述第8步中的光刻膠為正性光刻膠，所填充光刻膠的厚度等于光柵溝槽深度。

8.根據權利要求1所述的頂角90°三角形槽階梯光柵的制作方法，其特征在于：所述第9步中對所述填滿光刻膠的硅光柵結構傾斜曝光，不需要掩模版，直接使用光強均勻的紫外光源曝光。

9.根據權利要求1所述的頂角90°三角形槽階梯光柵的制作方法，其特征在于：所述第10步中鍍制的反射膜根據階梯光柵工作波段確定，在可見光波段使用鋁膜，在紅外波段使用金膜；鍍制反射膜的方法是熱蒸發鍍膜或濺射鍍膜。