[发明专利]通过结晶湿法蚀刻制备的片上衍射光栅

说明书

背景

衍射光栅（DG）是在需要发散波长的应用中被广泛使用的重要光学器件。在自由空间光学器件中，通常，通过在衬底上机械地抛光沟槽，或通过对由两光束干涉显影出的全息图案进行反应离子束蚀刻，来制作DG。在波导光学器件中，已通过利用标准的光刻和蚀刻技术来制作DG。

附图简述

尽管说明书以特别指出和独立地要求保护某些实施例的权利要求书作为结尾，但各实施例的优势可从下面结合附图对实施例的描述中得到更好的理解，在附图中：

图1a-1c示出根据实施例形成结构的方法。

图2a-2e示出根据实施例形成结构的方法。

图3示出根据实施例的结构。

图4示出根据实施例的结构。

图5示出根据实施例的系统。

具体实施方式

在对本发明实施例的如下详细描述中，对示出可投入实践的特定实施例的附图作出参照。充分详细地描述这些实施例，以使本领域技术人员将这些实施例投入实践。要理解，各实施例尽管是不同的，但不一定是相互排斥的。例如，这里结合一个实施例描述的特定特征、结构或特性可在其它实施例中实现而不脱离它们的精神和范围。另外要理解，可修正各公开实施例中的各个要素的位置或配置而不脱离它们的精神和范围。因此，下面的详细描述不具有限定意义，并且各实施例的范围仅由适当解释的所附权利权利要求连同这些权利要求授权的等效方案的全部范围来定义。在附图中，在若干视图中，类似的附图标记指示相同或相似的功能。

描述了形成和利用微电子结构（诸如衍射光栅结构）的方法和相关结构。这些方法和结构可包括：在(110)硅晶片衬底上形成光掩模，其中该光掩模包括平行四边形开口的周期性阵列，以及随后在所述（110）硅晶片衬底上进行时控湿法蚀刻以形成蚀刻进（110）硅晶片衬底中的衍射光栅结构。本文所描述的各种实施例实现了包括超高光学品质的平面衍射光栅的制作。

图1a-1c例示了形成诸如衍射光栅结构之类的微电子结构的实施例，例如，图1a例示了（110）衬底100的一部分的各个晶轴。在一个实施例中，衬底100的该部分可包括（110）硅衬底100的一部分。在其他实施例中，（110）衬底100可包括，例如，（110）单晶硅晶片衬底100的一部分。在实施例中，（110）硅衬底100的[110]方向115可垂直于（110）衬底100的平面，且在实施例中可相对于（110）衬底100的平面在向上方向上。（110）衬底100可包括四个对称的结晶面｛111｝，且可包括（-11-1）面101、（1-1-1）面103、（-111）面105以及（1-11）面107。这些结晶面可以以70.6度的角度111或109.4度的角度109彼此相交。

在实施例中，（110）衬底100可被用于制作片上DG，其中DG的沟槽可通过将沟槽蚀刻到衬底自身中（例如，通过使用湿蚀刻剂）来形成。在实施例中，可将结晶蚀刻剂施加到（110）衬底100上。例如，诸如但不限于KOH（氢氧化钾）、EDP（乙烯二胺邻苯二酚）、TMAH（四甲基氢氧化铵）或NH4OH（氢氧化铵）的湿蚀刻剂可被施加到（110）衬底100上。

将湿蚀刻剂施加到（110）衬底100上之后，由于在<111>方向上的高原子密度，（110）衬底100的｛111｝面形成蚀刻阻挡层。在实施例中，湿蚀刻剂可进行各向异性蚀刻，该蚀刻在｛111｝硅衬底100的平面中较慢，且产生垂直侧壁。在实施例中，通过利用适当地设计的光掩模图案，例如，通过使用包括平行四边形的周期性阵列的光掩模，可将带有完全光滑的垂直侧壁的锯齿状光栅结构结晶性地湿法蚀刻到衬底100中。在实施例中，可将沟槽状衍射光栅形成/蚀刻在衬底100中，该衬底100在某些情况下可包括平面DG，例如为阶梯光栅结构。

在实施例中，通过蚀刻工艺形成的衍射光栅结构可被分类为两种情况：在臂之间有70.6度角111的一种光栅结构120（图1b），在臂之间有109.4度角109的另一种光栅结构120’。在实施例中，衍射光栅结构120、120’的闪耀角（blazed angle）111、109可通过调整图1b-1c中的臂115、115’和117、117’的长度来控制。在实施例中，光栅120、120’的角111和109可分别在臂115、117和115’、117’之间。在实施例中，衍射光栅结构120、120’的臂115、117和115’、117’可包括锯齿状结构。