一种光刻板及其应用与芯片

技术领域

本发明涉及芯片制造技术领域，尤其涉及一种光刻板及其应用与芯片。

背景技术

VCSEL(垂直腔面发射激光器)一般由P-DBR，氧化层，量子井以及N-DBR组成，在VCSEL的制备过程中，需要对氧化层进行氧化形成氧化孔，以此达到对光信号进行限制的目的，而氧化孔的形状则会影响到芯片的性能，如果氧化形状不规则，会影响远场的发散角，影响器件的性能。

目前，VCSEL的氧化工艺，大多是先将外延结构刻蚀至N-DBR处，从下往上依次露出了N-DBR，有源层，氧化层，P-DBR，然后再将氧化层通过氧化工艺氧化成规则的图形，而现有技术中刻蚀所采用的光刻板大多是呈多组规则排列的圆形结构，如图1所示，圆形区域对应的芯片发光孔(氧化孔)位置，剩下的白色区域为芯片上需要进行刻蚀形成Trench(沟槽)的位置，利用这种结构的光刻板对芯片进行光刻、刻蚀后，在进行氧化时，相邻的圆形区域是采用公用氧化Trench，即氧化时的水汽从Trench进入后，会向相邻的各个发光孔进行扩散，然后进行氧化，由于水汽向四周扩散的均匀性并不可控，因此会造成差异氧化，从而导致氧化得到的氧化形状不规则，进而会影响到后续制备得到的芯片的性能。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的是提供一种光刻板及其应用与芯片，通过对光刻板的版图进行设计，在不影响光电性能以及原有的芯片设计尺寸的前提下，能够得到规则的圆形的氧化图形，在一定程度上保证了后续制备得到的芯片的性能。

本发明通过以下技术手段解决上述技术问题：

一种光刻板，包括第一子板、第二子板和第三子板，所述第一子板、第二子板和第三子板上均设置有若干阵列排列的光刻版图，所述光刻版图包括多个相互独立的透光区域，多个所述透光区域均匀排列在同一圆周上，所述第一块透光区域光刻板板上的图形和第二块透光区域光刻板上的图形尺寸相同，且交错设置，所述第三块透光区域光刻板上的图形和第一块透光区域光刻板上的图形的位置相对应，且第三块透光区域光刻板上的图形小于第一块透光区域光刻板上的图形的尺寸。

进一步，一个所述光刻版图包括4-10个透光区域。

进一步，所述透光区域的形状为扇形。

透光区域扇形的结构，使得刻蚀得到的沟槽的形状也为扇形，沟槽扇形的结构对氧化时的水汽具有一定的诱导性，使其也能够呈扇形向内部扩散进行氧化，由此能够在一定程度上保证氧化得到的氧化孔的规整性。

此外，本发明还公开了上述光刻板在VCSEL芯片中的应用。

进一步，上述光刻板用于VCSEL芯片的氧化刻蚀工序。

进一步，所述光刻板的应用方法具体为：

S1：取全结构外延片，在外延片上旋涂一层光刻胶，然后使用第一子板进行曝光，显影后，镀上金属材料，得到P-欧姆接触间断金属环，去胶；

S2：在S1步骤得到的外延片表面旋涂光刻胶，使用第二子板进行曝光，显影后，通过干法刻蚀向下刻蚀至N-DBR层形成台阶，露出氧化层；

S3：利用湿法氧化工艺对氧化层进行氧化，形成氧化孔，定义出发光区域；

S4：氧化完成后，在S3步骤得到的外延片表面沉积一层光学膜；

S5：在光学膜表面旋涂上光刻胶，利用第三子板进行曝光，显影后，利用干法刻蚀对光学膜进行刻蚀，得到纵向通道；然后进行后续的常规制备工序。

进一步，所述S1和S5步骤中的金属材料为钛、铬、钨、金、铂、锑中的一种或几种。

进一步，所述全结构的外延片依次包括单晶衬底、N-DBR、量子阱有源层、氧化层、P-DBR。

进一步，本发明还公开了使用上述光刻板制备得到的VCSEL芯片。

本发明的有益效果：

(1)本发明的一种光刻板，对光刻板的版图进行设计，在氧化时候，每一个氧化孔对应使用单独的Trench进行氧化，解决了使用传统光刻板公用Trench导致差异氧化的问题，在一定程度上保证了氧化孔的形状，进而改善了VCSEL的发散角，保证了芯片的性能。

(2)本发明的一种光刻板应用于VCSEL芯片的氧化工序，能够在不影响光电性能以及原有的芯片设计尺寸的前提下改善氧化形状。

附图说明

图1是现有技术中的光刻板；

图2是本发明的第一子板的结构示意图；

图3是本发明的第二子板的结构示意图；

图4是本发明的第三子板的结构示意图；

图5是本发明实施例S1步骤得到晶圆结构示意图(局部)；

图6是本发明实施例S2步骤得到晶圆结构示意图；

图7是图6中A-A方向的剖视图；

图8是本发明实施例S5步骤得到晶圆结构示意图(为了更清楚，P-DBR表面的光学膜没有进行标识)；

图9是图8中B-B方向的剖视图；

图10为利用现有的光刻板进行氧化后得到的氧化孔的红外显微镜图；

图11为利用本发明的光刻板进行氧化后得到的氧化孔的红外显微镜图；

其中，第一子板1、第二子板2、第三子板3、透光区域4、衬底5、N-DBR 6、量子阱有源层7、氧化层8、P-DBR 9、P-欧姆接触金属环10、台阶11、光学膜12、通道13。

具体实施方式

以下将结合具体实施例对本发明进行详细说明：

实施例

如图2～图4所示，本发明的一种光刻板，包括第一子板1、第二子板2和第三子板3，第一子板1、第二子板2和第三子板3上均设置有若干矩形阵列排列的光刻版图，光刻版图包括多个相互独立的透光区域4，多个透光区域4均匀排列在同一圆周上，具体的一个光刻版图包括4-10个透光区域4，透光区域4的形状为扇形，第一子板1上的透光区域和第二子板2上的透光区域4的尺寸相同，且交错设置，第三子板3上的透光区域和第一子板1上的透光区域的位置相对应，且第三子板3上的透光区域的尺寸小于第一子板1上透光区域的尺寸。

具体的，利用本发明的光刻板在VCSEL芯片制备的氧化工序中的应用方法为：

S1：取全结构外延片，全结构的外延片依次包括单晶衬底5、N-DBR6、量子阱有源层7、氧化层8、P-DBR9等，本实施例的单晶衬底为砷化镓衬底，将其清洗干净并烘干，利用现有技术，在外延片上旋涂一层光刻胶，然后使用第一子板1进行曝光，显影后，镀上钛、铬、钨、金、铂、锑中的一种或几种金属材料，得到P-欧姆接触金属环10，去胶，如图5所示；

S2：在S1步骤得到的外延片表面旋涂光刻胶，使用第二子板2进行曝光，显影后，通过干法刻蚀向下刻蚀至N-DBR 6层形成台阶11，露出氧化层8，如图6-图7所示；

S3：利用湿法氧化工艺对氧化层8进行氧化，形成氧化孔，定义出发光区域；

S4：氧化完成后，在S3步骤得到的外延片表面沉积一层光学膜12；

S5：在光学膜12表面旋涂上光刻胶，利用第三子板3进行曝光，显影后，利用干法刻蚀对光学膜12进行刻蚀，得到纵向通道13，如图8、图9所示；

S6：利用溅射金属工艺，在通道13内镀上钛、铬、钨、金、铂、锑中的一种或几种金属材料，形成p面的金属互联，然后进行后续的常规制备工序，包括M2光刻、电镀、研磨、背面欧姆接触镀金、测试等得到本发明的VCSEL芯片。

通过图10和图11的对比可以看出，使用本发明的光刻板进行氧化得到的氧化孔形状更规则、更圆。

以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。本发明未详细描述的技术、形状、构造部分均为公知技术。