專(zhuān)利名稱：由共用襯底集中制作器件芯片的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及到用單片材料襯底集中制作多個(gè)器件芯片，尤其是微鏡芯片的方法。
背景技術(shù)：
由單片材料襯底集中生產(chǎn)多個(gè)同樣的器件(微鏡芯片，半導(dǎo)體激光器單元等)比用相應(yīng)數(shù)目的襯底各自生產(chǎn)可得到較高的生產(chǎn)效率和較低的成本。例如，日本專(zhuān)利公開(kāi)A-6(1994)-275714號(hào)公開(kāi)了一種方法，它是在單片材料襯底上制作幾個(gè)半導(dǎo)體激光器單元，然后將襯底分成小片來(lái)得到最終產(chǎn)品的。
附圖中的圖12A-12E說(shuō)明了上述常規(guī)方法的主要步驟。按照這種方法，規(guī)定數(shù)目的半導(dǎo)體激光器單元制作在共用的半導(dǎo)體材料襯底上。如圖12A所示，襯底1用粘合劑3臨時(shí)粘在玻璃片2上并拋光。然后，如圖12B所示，在襯底1的上表面蓋以抗蝕劑層4，再進(jìn)行腐蝕而在抗蝕劑層4中形成分割溝槽5。如圖12C所示，在襯底1上制作各半導(dǎo)體激光器單元的電極6a。最后，如圖12D所示，在相應(yīng)于分割溝槽5處將襯底1分割開(kāi)。這樣，就得到了圖12E所示的分立的半導(dǎo)體激光器單元。
按照常規(guī)的方法，在材料襯底1上制成了激光器單元的基本結(jié)構(gòu)后才制作分割溝槽。不利的是，這樣的制作過(guò)程由于附加了制作溝槽的步驟而降低了生產(chǎn)效率。

發(fā)明內(nèi)容
在上述狀況下提出了本發(fā)明。因此，本發(fā)明的目的是提供一種在單片材料襯底上制作多個(gè)器件芯片，尤其是微鏡芯片的方法，它比常規(guī)方法有較高的生產(chǎn)效率和較低的成本。
根據(jù)本發(fā)明的第一方面，提供了一種由共用襯底集中制作多個(gè)微鏡芯片的方法，每個(gè)微鏡芯片都包含微鏡單元，后者配有框架、與框架有隔離部分的鏡形成部分、以及連接鏡形成部分與框架的扭桿。此方法包括腐蝕共用襯底來(lái)形成上述的隔離部分；腐蝕共用襯底來(lái)形成分割溝槽以使共用襯底分割成微鏡芯片。制作隔離部分的腐蝕與制作分割溝槽的腐蝕是并行的。這樣，生產(chǎn)效率大為改善，因?yàn)闊o(wú)須進(jìn)行兩個(gè)獨(dú)立的制作隔離部分和分割溝槽的腐蝕過(guò)程。此外，減少腐蝕過(guò)程還可降低生產(chǎn)期間較脆的微鏡芯片破損的機(jī)會(huì)。
共用襯底可由例如硅制成。為具有導(dǎo)電性，硅襯底可摻以適當(dāng)?shù)膒型或n型雜質(zhì)。從共用襯底分割成的每個(gè)微鏡芯片可至少含有一個(gè)微鏡器件。為使生產(chǎn)效率較高，每個(gè)微鏡芯片可包含多個(gè)(例如80個(gè))安排成陣列的微鏡器件。
根據(jù)本發(fā)明，制作框架與鏡形成部分隔離部分的腐蝕和制作分割溝槽的腐蝕，可為干法或濕法腐蝕。優(yōu)選地，使用SF6氣體和C4F8氣體的DRIE(深度反應(yīng)離子刻蝕)可用于精確和精細(xì)的腐蝕結(jié)果。
優(yōu)選地，在進(jìn)行制作分隔溝槽的腐蝕時(shí)可形成與微鏡芯片角上相連的增強(qiáng)部分。此增強(qiáng)部分可由共用襯底未腐蝕的剩余部分來(lái)制成。
配備這種增強(qiáng)部分可防止共用襯底因微鏡芯片角上的應(yīng)力集中而過(guò)早地沿分割溝槽裂開(kāi)。增強(qiáng)部分的厚度可為，例如，10μm，使在不再需要時(shí)可容易地除去之。
優(yōu)選地，增強(qiáng)部分可與扭桿一起制成。
優(yōu)選地，分割溝槽可包括第一溝槽和終止在第一溝槽某處的第二溝槽。這種安排的好處是能作為保護(hù)物來(lái)防止裂痕沿第二溝槽擴(kuò)展。
優(yōu)選地，分割溝槽可包括彼此分開(kāi)的閉環(huán)，每個(gè)閉環(huán)圍繞著一個(gè)相應(yīng)的微鏡芯片。此外，每個(gè)閉環(huán)可擴(kuò)展為矩形或非矩形(例如，圓形)的。在此情形下，相鄰的環(huán)可由共用襯底的未腐蝕部分彼此隔開(kāi)。有利的是，即使在溝槽部分過(guò)早產(chǎn)生裂痕，共用襯底的剩余部分使裂痕不會(huì)向相鄰溝槽延伸。
優(yōu)選地，共用襯底可包括復(fù)合板塊，它包含第一導(dǎo)電層、第二導(dǎo)電層以及夾于其間的中間絕緣層，其中分割溝槽和所述隔離部分都制作在第一和第二導(dǎo)電層中。導(dǎo)電層可由n型或p型摻雜的硅制成。中間絕緣層可由二氧化硅制成，這可用氧化導(dǎo)電層表面來(lái)得到。
優(yōu)選地，分割溝槽的延伸可偏離共用襯底晶軸。
根據(jù)本發(fā)明的第二方面，提供了一種由共用襯底集中制作多個(gè)器件芯片的方法。此方法包括在建立器件芯片結(jié)構(gòu)的過(guò)程中進(jìn)行腐蝕；進(jìn)行腐蝕來(lái)制作分割溝槽以將共用襯底分割成分立的器件芯片；以及在分割溝槽中制作連接各器件芯片角的增強(qiáng)部分。建立器件芯片結(jié)構(gòu)過(guò)程中的腐蝕可與制作分割溝槽的腐蝕并行。增強(qiáng)部分可由共用襯底未腐蝕的剩余部分制成。
從下面的詳細(xì)描述并參照附圖，本發(fā)明的其他特點(diǎn)和優(yōu)點(diǎn)將更為明顯。


圖1為一平面圖，表示由本發(fā)明的方法生產(chǎn)的微鏡芯片的上部；圖2為一底視圖，表示圖1微鏡芯片的下部；圖3A、3B和3C分別為沿圖1A-A、B-B和C-C線截取的剖面圖；圖4A-4H和圖5A-5D說(shuō)明了本發(fā)明的方法的步驟；圖6表示本發(fā)明的方法所用的第一掩模；圖7表示本發(fā)明的方法所用的第二掩模；圖8表示本發(fā)明的方法所用的第三掩模；圖9為一剖面圖，表示根據(jù)本發(fā)明制作分割溝槽的一種可能安排；圖10A-11B表示根據(jù)本發(fā)明制作分割溝槽的其他可能安排；圖12A-12E表示由共用襯底制作半導(dǎo)體器件芯片的常規(guī)方法。
具體實(shí)施例方式
下面將參照

本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施發(fā)方式。
圖1-3說(shuō)明了根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施方式的微鏡芯片100(只表示四個(gè))。具體地，圖1為一平面圖，表示芯片100的上部，而圖2表示同一芯片100的下部。圖3A-3C分別為沿圖1A-A、B-B和C-C線截取的剖面圖。在說(shuō)明的實(shí)例中，為了說(shuō)明和描述清楚起見(jiàn)，每個(gè)微鏡芯片100都被描述為包含單個(gè)微鏡元件。然而，根據(jù)本發(fā)明，每個(gè)微鏡芯片100可包含排成陣列的多個(gè)微鏡元件(例如，80個(gè)元件)。
如圖1和2所示，作為單元的每個(gè)微鏡芯片100配有鏡子部分110、環(huán)繞鏡子部分110的框架以及連接鏡子部分110與框架120的一對(duì)扭桿130。鏡子部分110與框架120只由一對(duì)扭桿130彼此相連，而在其他部分則由縱向伸展的隔離部分100a隔開(kāi)。按照這種安排，鏡子部分110可繞扭桿130的軸線對(duì)框架120扭轉(zhuǎn)。微鏡芯片100的所有部件，除了鏡層111和絕緣表面140外，都可由導(dǎo)電材料集成制作。導(dǎo)電材料可為Si(硅)摻以P(磷)或As(砷)而得到的n型半導(dǎo)體，或Si摻以B(硼)得到的p型半導(dǎo)體。也可使用金屬如W(鎢)作為導(dǎo)電材料。
如圖1所示，鏡子部分110的上表面由薄反射層(鏡層)111構(gòu)成。此外，在鏡子部分的兩個(gè)相對(duì)的側(cè)面制作有第一梳狀電極110a、110b。
如圖2和3所示，框架120具有多層結(jié)構(gòu)，包括主框架部分121、一對(duì)電極基座122、以及夾在主框架部分121與電極基座122間的絕緣層140。電極基座122與由框架向內(nèi)伸展的第二梳狀電極122a、122b制作在一起。第二梳狀電極122a、122b就位于鏡子部分110的第一梳狀電極110a、110b之下。為免干擾鏡子部分110的工作，第一梳狀電極110a、110b在橫向上與第二梳狀電極122a、122b錯(cuò)開(kāi)(見(jiàn)圖3C)。如圖3B所示，扭桿130的厚度小于鏡子部分110并與主框架部分121相連。
下面參照?qǐng)D4A-4H和5A-SD來(lái)說(shuō)明制作微鏡芯片100的方法。注意，這些圖是沿圖1D-D線實(shí)線部分截取的剖面圖。
首先，如圖4A所示，制備兩個(gè)硅片100′。這些晶片是摻以n型或p型雜質(zhì)(例如As或B)而成為導(dǎo)電的。在每個(gè)晶片100′上，用熱氧化形成，例如，厚500nm的二氧化硅層140。
然后，如圖4B所示，使各二氧化硅層140彼此接觸，并在氮?dú)夥罩?00℃下退火使之固結(jié)。此后，拋光晶片表面而提供一SOI晶片101′(Si/SiO2/Si各層的厚度可為100μm、1μm和100μm)。SOI晶片101′的直徑為7.62cm(3英寸)。附加的二氧化硅層140用作中間絕緣層，使摻雜的硅襯底彼此電絕緣。
然后，如圖4C所示，SOI晶片101′的上表面蓋以氧化硅層10′(厚度為100nm-1000nm)，它將被加工成第一腐蝕掩模。氧化硅層10′可用，例如，熱氧化或CVD(化學(xué)汽相沉積)法來(lái)生長(zhǎng)。
然后，如圖4D所示，腐蝕氧化硅層10′來(lái)形成第一掩模圖形10。使用圖6所示的第一掩模20來(lái)進(jìn)行腐蝕。第一掩模20被配置得用來(lái)制作微鏡芯片100的鏡子部分110、第一梳狀電極110a、110b以及主框架121。腐蝕可為使用含HF溶液的濕法腐蝕，也可為使用CHF3氣體或C4F8氣體的干法腐蝕。
然后，在SOI晶片101′上用熱氧化或CVD法制作光致抗蝕劑層(其厚度可為0.5μm-50μm)，以產(chǎn)生第二腐蝕掩模。(可生長(zhǎng)Si3N4層來(lái)代替光致抗蝕劑層。)然后對(duì)光致抗蝕劑層進(jìn)行腐蝕以形成圖4E所示的第二掩模圖形。此腐蝕過(guò)程使用圖7所示的第二掩模40來(lái)進(jìn)行。第二掩模40被配置得用來(lái)制作扭桿130、增強(qiáng)部分150和支撐梁160?？捎脻穹ɑ蚋煞ǜg來(lái)代替光腐蝕。無(wú)論哪種情形，第一掩模圖形10都不應(yīng)被腐蝕掉。
如圖1所示，十字形的增強(qiáng)部分150處于四個(gè)微鏡芯片100的四個(gè)角彼此靠近處。增強(qiáng)部分150將各個(gè)芯片100的四個(gè)角連接起來(lái)。在微鏡芯片100被分割成分立產(chǎn)品時(shí)這些角處因應(yīng)力集中而易破裂。增強(qiáng)部分150保護(hù)脆弱的角處免受這種損傷。在徹底完成微鏡芯片100的分割后，除去增強(qiáng)部分150。支撐梁160為鏡子部分110和框架120搭橋。這樣，梁160就防止制作過(guò)程中引起的機(jī)械應(yīng)力只集中在扭桿處。在履行其作用后，除去支撐梁160。
然后，雖然圖中未示出，SOI晶片101′用粘性物質(zhì)如光致抗蝕劑或油脂臨時(shí)固定在圓形基座上。此臨時(shí)固定物應(yīng)質(zhì)是良好的導(dǎo)熱體(使在干法腐蝕過(guò)程中由圓形基座至晶片有效地導(dǎo)熱)，且在干法腐蝕期間的真空和加熱條件下不產(chǎn)生或產(chǎn)生極有限的真實(shí)氣體。圓形基座的直徑可為15.24cm(6英寸)。
然后，如圖4F所示，在有第一和第二掩模圖形10、30的情況下對(duì)晶片101′進(jìn)行第一腐蝕。優(yōu)選的腐蝕技術(shù)可為使用SF6氣體和C4F8氣體的DRIE(深度反應(yīng)離子刻蝕)。腐蝕繼續(xù)進(jìn)行直至達(dá)到指定的深度(例如，5μm)。也可不用DRIE而使用，例如，KOH溶液的濕法腐蝕技術(shù)。
然后，如圖4G所示，用有機(jī)溶劑或氧等離子體只除去第二掩模圖形30。此有機(jī)溶劑應(yīng)只與第二掩模圖形30的材料起反應(yīng)而不與第一掩模圖形10的材料起反應(yīng)，使得第一掩模圖形10沒(méi)有(或基本沒(méi)有)被腐蝕。
然后，如圖4H所示，在只存在第一掩模圖形10時(shí)進(jìn)行第二腐蝕。在所說(shuō)明的實(shí)施方式中，第二腐蝕為使用SF6氣體和C4F8氣體的DRIE。腐蝕繼續(xù)進(jìn)行直至達(dá)到指定的深度95μm(由晶片表面計(jì)量)。
上述步驟產(chǎn)生了中間絕緣層140以上的必須部件，相應(yīng)于鏡子部分110、第一梳狀電極110a-110b、主框架部分121、扭桿130以及支撐梁160。分隔空間100a、增強(qiáng)部分150及分割溝槽170a也與這些部件一起產(chǎn)生。應(yīng)注意，第一掩模20(圖6)不僅用來(lái)制作鏡子部分110、第一梳狀電極110a-110b和主框架部分121，而且也用來(lái)制作分隔空間100a和分割溝槽170a。這種同時(shí)或并行的制作無(wú)需使用額外的掩模來(lái)制作分割溝槽170a，這就提高了腐蝕過(guò)程的效率。同樣，第二掩模40(圖7)用來(lái)制作扭桿130和支撐梁160以及增強(qiáng)部分150。這樣，就無(wú)須準(zhǔn)備額外的掩模來(lái)制作增強(qiáng)部分150。優(yōu)選地，每個(gè)分割溝槽170a都被制作得沿偏離于硅襯底晶軸的方向伸展。這樣，就能防止襯底的裂痕沿溝槽170a擴(kuò)展。
在圖4H所示腐蝕過(guò)程完成后，從所述圓形基座上取下SOI晶片101′。然后，如圖5A所示，在晶片101′腐蝕過(guò)的一側(cè)敷以油脂50。翻面后再將晶片101′臨時(shí)粘在圓形基座上。
這樣做的有利處在于油脂50既用作臨時(shí)的粘接劑，也是晶片101′已腐蝕區(qū)的保護(hù)劑。
然后，用與圖4A-4H所示基本上相同的方法，處理晶片101′的下半部。具體地，如圖5B所示，對(duì)二氧化硅層(例如，厚100nm-1000nm)刻圖形而在晶片101′上制作第三掩模圖形11。SiO2層的腐蝕是用圖8所示的第三掩模50來(lái)進(jìn)行的。第三掩模50是這樣配置的，使將獲得電極基座122和第二梳狀電極122A、122b。
在存在第三掩模圖形11的情況下對(duì)晶片101′進(jìn)行腐蝕。使用的腐蝕技術(shù)可為用SF6氣體和C4F8氣體的DRIE。腐蝕繼續(xù)進(jìn)行直至達(dá)到100μm的預(yù)定深度(由晶片表面計(jì)量)。結(jié)果，得到了圖5C所示的結(jié)構(gòu)。
通過(guò)上述步驟，晶片101′被制作了相應(yīng)于電極基座122、第二梳狀電極122a-122b以及分割溝槽170b的部分。根據(jù)優(yōu)選的實(shí)施方式，在所需的微鏡芯片100結(jié)構(gòu)的制作中可制成分割溝槽170b。這時(shí)，在制作每個(gè)分割溝槽170b處，晶片101′的厚度逐漸減薄。然而，每四個(gè)微鏡芯片100的角由增強(qiáng)部分150(如圖1所示)相連。這樣就不會(huì)發(fā)生破裂，否則破裂會(huì)從芯片100的這些角處擴(kuò)大。
然后，如從圖5D所看到的，油脂50、第一掩模圖形10、第三掩模圖形11以及中間絕緣層140的指定部分，例如，用濕法腐蝕除去。此外，增強(qiáng)部分150和支撐梁160也被除去，以提供最終產(chǎn)品微鏡芯片100。增強(qiáng)部分150和支撐梁160也可用，例如，激光或焦耳加熱來(lái)燒去。增強(qiáng)部分150還可用機(jī)械切割來(lái)除去。
鏡子部分110的鏡層111可在完成上述步驟之前來(lái)制作。在上述實(shí)施方式中，SOI襯底的上、下側(cè)都受到腐蝕。根據(jù)本發(fā)明，Si襯底可只有一側(cè)受到腐蝕。
在上述實(shí)施方式中，增強(qiáng)部分150和扭桿130被同時(shí)制作成同樣的厚度。當(dāng)需要這些部件有不同的厚度時(shí)，可準(zhǔn)備一個(gè)以上的掩模，并在腐蝕過(guò)程的不同階段除去之。
如上所述，增強(qiáng)部分150防止了在微鏡芯片100鄰近的角處(見(jiàn)圖1)破裂的擴(kuò)大。用圖9-11B所示的安排可感受到同樣的優(yōu)點(diǎn)。
具體地，參照?qǐng)D9，SOI晶片制作有上分割溝槽170a和下分割溝槽170b，后者在與中間絕緣層140平行的方向上與前者稍錯(cuò)開(kāi)些。由于在晶片中存在中間絕緣層140，在制作分割溝槽170a、170b期間，晶片不會(huì)發(fā)生真正的破裂。在最后階段，中間絕緣層140受到腐蝕，使得上、下分割溝槽170a、170b彼此溝通。這樣就可正常地實(shí)現(xiàn)將微鏡芯片100分割成分立產(chǎn)品。
按照?qǐng)D10A所示的安排，沿y方向或襯底縱向伸展的分割溝槽經(jīng)過(guò)幾個(gè)微鏡芯片100而沒(méi)有中途終止。另一方面，沿x方向(垂直于y方向)伸展的分割溝槽是分段的，它終止于與縱向溝槽交界處。如圖所示，第1行(col.1)的各段，例如，在y方向上是與相鄰的第2和第3行的各段錯(cuò)開(kāi)的。這樣分段安排的特殊分割溝槽的優(yōu)點(diǎn)是可防止發(fā)生破裂沿特定溝槽的無(wú)限擴(kuò)展。圖10B表示一種類(lèi)似于圖10A所示的溝槽安排，除了橫向的分割溝槽被做成連續(xù)伸展而縱向分割溝槽被分成段以外。
圖11A和11B表示多個(gè)獨(dú)立的分割溝槽(形成閉環(huán))，每個(gè)溝槽都圍繞著一個(gè)微鏡芯片100。在圖11A的實(shí)例中，每個(gè)分割溝槽都是矩形，而在圖11B中每個(gè)分割溝槽都是圓形。無(wú)論哪種情形，在相鄰的分割溝槽間都存在著構(gòu)成襯底的材料，這有利于防止襯底中引起的破裂的擴(kuò)展。
這樣描述的本發(fā)明，顯然可有許多途徑加以改變。這樣的改變不被認(rèn)為背離本發(fā)明的構(gòu)思與范圍，并且所有這樣的修改，這對(duì)于本領(lǐng)域的技術(shù)人員是顯然的，都將包括在下面權(quán)利要求的范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種由共用襯底集中制作多個(gè)微鏡芯片的方法，每個(gè)微鏡芯片包含一個(gè)微鏡單元，該微鏡單元包括一個(gè)框架、通過(guò)隔離部分而與框架分開(kāi)的鏡形成部分、以及連接鏡形成部分與框架的扭桿，該方法包括腐蝕所述共用襯底以形成所述的隔離部分；以及，腐蝕所述共用襯底以形成將共用襯底分割成所述多個(gè)微鏡芯片的分割溝槽，其中制作所述隔離部分的腐蝕形成是與制作分割溝槽的腐蝕形成并行進(jìn)行的。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中在制作分割溝槽的腐蝕期間形成了連接各微鏡芯片角的增強(qiáng)部分，此增強(qiáng)部分是由共用襯底未腐蝕的剩余部分制成的。
3.根據(jù)權(quán)利要求2的方法，其中增強(qiáng)部分的制作是與扭桿的制作并行的。
4.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中分割溝槽包含第一溝槽和終止在第一溝槽某處的第二溝槽。
5.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中分割溝槽包含彼此分開(kāi)的閉環(huán)溝槽，每個(gè)閉環(huán)圍繞著一個(gè)相應(yīng)的微鏡芯片。
6.根據(jù)權(quán)利要求5的方法，其中每個(gè)閉環(huán)可擴(kuò)展為矩形或圓形。
7.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中共用襯底包含復(fù)合板塊，它包括第一導(dǎo)電層、第二導(dǎo)電層以及夾于其間的中間絕緣層，其中分割溝槽和所述隔離部分都制作在第一和第二導(dǎo)電層中。
8.根據(jù)權(quán)利要求7的方法，其中制作在第一導(dǎo)電層中的分割溝槽與制作在第二導(dǎo)電層中的分割溝槽是錯(cuò)開(kāi)的。
9.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中分割溝槽的伸展偏離于共用襯底晶軸。
10.一種由共用襯底集中制作多個(gè)器件芯片的方法，此方法包括在建立器件芯片結(jié)構(gòu)的過(guò)程中進(jìn)行腐蝕；進(jìn)行腐蝕以形成將共用襯底分割成分立的器件芯片的分割溝槽；以及在分割溝槽中形成增強(qiáng)部分而將各器件芯片的角連接起來(lái)；其中器件芯片的結(jié)構(gòu)形成過(guò)程中的腐蝕與形成分割溝槽的腐蝕是并行進(jìn)行的，并且其中所述增強(qiáng)部分是通過(guò)使共用襯底的一部分不受腐蝕而形成的。
全文摘要
多個(gè)微鏡芯片集中制作在共用襯底上。每個(gè)微鏡芯片由微鏡單元構(gòu)成，它包含框架、與框架有隔離部分的鏡形成部分、以及連接鏡形成部分與框架的扭桿。共用襯底受到腐蝕以提供隔離部分以及制作分割溝槽而將共用襯底分割成分立的微鏡芯片。制作隔離部分和分割溝槽的腐蝕是彼此并行的。
文檔編號(hào)H01L21/301GK1469154SQ0310647
公開(kāi)日2004年1月21日 申請(qǐng)日期2003年2月27日 優(yōu)先權(quán)日2002年7月18日
發(fā)明者高馬悟覺(jué), 博, 水野義博, 奧田久雄, 雄, 佐脇一平, 平, 壼井修, 孝, 中村義孝 申請(qǐng)人:富士通株式會(huì)社, 富士通媒體器件株式會(huì)社