[发明专利]在半导体衬底上形成曲线轮廓的工艺

说明书

技术领域

本发明涉及一种在半导体器件上形成曲线轮廓的工艺，更具体地，涉及一种通过使衬底阳极化而在半导体器件上形成曲线轮廓的工艺。

背景技术

在日本专利公开No.55-13960中公开了一种现有技术，其涉及一种通过阳极化在半导体衬底的表面上制造微结构的工艺。阳极化用于在电解液中氧化衬底的上表面。以与阳极的排列相对应的图案选择性地在上表面中进行氧化，该阳极独立于衬底而形成，并且与衬底的下表面保持接触，从而使氧化部分的一部分留在衬底的上表面内。此后，去除该氧化部分以在衬底的上表面内留下一个凸起。该技术足以形成相对薄的轮廓或深度小的表面不规则物。但是，实际上很难给出许多应用领域所需要的具有平滑曲线表面的厚轮廓，这是因为氧化部分担当了阻挡阳极电流通过衬底的介电阻隔，从而抑制了氧化部分在衬底厚度方向的生长。因此，为了获得具有准确设计的曲线外形的厚轮廓，不仅仅需要重复氧化该上表面的步骤以局部形成氧化部分，在该氧化上表面的步骤之后去除氧化部分，还需要在各个步骤中使用不同设置的阳极。在这方面，上述现有技术不能用于提供具有足够深度或厚度的曲线表面。

日本专利公开No.2000-263556公开了另一种现有技术，其涉及一种用于制造微光学透镜的模具的工艺。该模具通过以下步骤制造：制备半导体衬底；在该衬底的上表面上设置介电掩模；在该掩模中形成一个或多个开口；将半导体衬底放置在电解液中；以及使那部分未被掩模覆盖的上表面阳极化，以将该部分变成多孔区域(porous zone)。此后，去除该多孔区域，以在衬底的上表面中留下圆形凸起。将紫外光固化树脂(ultraviolet curable resin)放置在该凸起中，并且在该凸起中固化处理该紫外光固化树脂，以获得凸透镜。虽然该现有技术公开了不会妨碍阳极化的多孔区域的形成，但是该工艺依赖于具有开口的掩模，从而使该多孔区域从每一开口的中心各向同性地形成。因此，所得到圆形凸起被限制为具有基本上相同的曲率半径。在这种局限下，不能采用该工艺来得到具有不同曲率半径或者复杂的表面轮廓的曲线轮廓。

此外，当使用具有微小开口的掩模来形成小曲线表面构造时，在初始阶段能够顺利地围绕该微小开口形成多孔层。但是，在初始阶段出现的气泡难以通过该微小开口排出而很可能留在多孔区域内，这样会阻止电解液进入衬底，从而妨碍了多孔区域的进一步产生。结果，不能控制多孔区域得到想要的的预定轮廓，从而不能再现准确的轮廓。另一方面，当使用具有相应的大开口的掩模形成相对大的表面轮廓时，在开口中心阳极化的速率极有可能比在开口周边的速率快很多，并且该速率难以控制。因此，多孔区域和所得的曲面难以获得准确控制的表面轮廓。

此外，由于掩模被沉积在进行阳极化的衬底一侧，并且该掩模一般是由诸如SiN之类具有相对小的厚度(例如，1μm或更小)的材料制成，因此由于应力随着多孔区域的生长而产生，使得掩模很容易被损坏。此外，在这方面，依赖位于衬底的阳极化一侧的掩模的工艺也不能满足提供准确控制的表面轮廓的要求。

发明内容

考虑到上述问题，实施本发明以提供一种在半导体衬底上形成曲线轮廓的改进工艺。根据本发明的工艺使用了具有相对的上表面和下表面的半导体衬底，并包括如下步骤：在所述下表面上形成阳极；将所述半导体衬底放置在电解液中。接着使电流在所述阳极和所述电解液中的阴极之间流动，以转换所述衬底的上表面使各部分之间深度各不相同，在所述上表面内留下多孔层；以及从所述衬底中去除所述多孔层，以在所述上表面上留下曲面。该工艺的特点在于所述阳极被沉积在下表面上以得到加固的结构，并且被配置为具有电场强度的预定分布，该电场强度穿过所述衬底的上表面和下表面并且所述衬底的各部分之间各不相同，从而提供具有与所述电场强度分布相匹配的变化深度的多孔层，并且在形成多孔层之后去除所述阳极。通过上述工艺，阳极与衬底整体化形成，以精确地得到与阳极图案严格一致的电场强度分布，从而能够准确地使多孔层以及所得的曲面成形。此外，由于阳极被配置为可以产生使衬底的各部分的电场强度都不同的电场强度的预定分布，因此很容易使所得的曲面具有连续变化的曲率半径。

此外，由于阳极化从整体暴露于电解液之中(即不被用以阻挡阳极化的材料覆盖或掩盖)的衬底上表面开始，并且阳极化的速率主要被衬底下表面上的阳极化图案所控制，因此很容易产生外形或轮廓被准确控制的多孔层，从而得到相应准确的曲面轮廓。

因此，该工艺非常适合用于形成曲率半径不一致的曲面(例如非球光学透镜)和各种具有精确控制的曲线轮廓的复杂的微结构。