一种45度硅反射镜及其制作方法与流程

1.本发明涉及半导体技术、光学技术领域，尤其涉及一种45度硅反射镜及其制作方法。


背景技术：

2.目前，湿法刻蚀方式制备硅基反射镜通常采用(100)晶面的硅片，腐蚀出(111)晶面，其和硅片的(100)晶面的夹角为54.74
°
，(111)面作为反射面，(111)面因其原子密度大性质稳定且光滑，可以直接作为光学反射镜镜面使用。但是该方式制作的反射镜夹角为54.74
°
，在集成芯片中的使用成本较高。而要得到一个45
°
的反射镜，目前主要是通过采用(100)晶面的硅片，腐蚀出(110)晶面，但是腐蚀后的(110)倾斜晶面和(100)平行晶面由于其原子密度小，刻蚀后其表面比较粗糙，无法直接作为反射镜面使用，必需对反射表面进行抛光处理，而该处理方式比较复杂，成品率低。
3.现有技术中，如公开号为cn112764144a的专利提供了一种45
°
硅反射镜的设计制造结构以及制造方法，利用(100)硅片刻蚀(111)面形成的54.74
°
夹角，然后在反射镜的底座上刻蚀凹槽使反射镜底部向后倾斜，从而使形成的111面与水平面成45
°
角，该方式形成的反射镜因底面为不平行的面，主要靠两个棱角支撑，底部无法稳定，且对刻蚀的对位，划裂偏差等工艺要求比较高。
4.又如公开号为cn112782794a的专利也提供了一种45
°
硅反射镜的设计制造结构以及制造方法，使用(100)面硅片刻蚀出45
°
的(110)面，然后在粗糙的(110)面上涂覆熔融材料并加热融化，从而形成光滑的平面并镀金属反射层形成反射镜面。该技术制作复杂，成本高，工艺难度大，尤其是熔融材料的涂覆及融化工艺较复杂，存在较大的局限性，不利于批量的生产推广。
5.再如公开号为cn114594540a的专利也提供了一种45
°
硅基反射镜及其制作方法，该方法也是使用(100)面硅片刻蚀出45
°
的粗糙的(110)晶面，然后将刻蚀后的硅片分割成小的反射镜前体，再将反射镜前体粘贴在专用的夹具内对刻蚀出的(110)晶面进行抛光，从而形成高反射的反射镜晶面。该技术比较难的地方在于将硅片分割后的晶面抛光部分，由于硅片分割后的反射镜前体比较小，装入专用抛光夹具内的工艺操作比较难，而且抛光后的清洗下料均存在一定的难度，对良率有较大的影响，不利于批量生产推广。


技术实现要素：

6.有鉴于此，本发明提出了一种45度硅反射镜及其制作方法，该方式制作45度硅反射镜工艺简单，成品率高，成本低。
7.本发明的技术方案是这样实现的：
8.本发明提供了一种45度硅反射镜制作方法，包括如下操作步骤：
9.步骤s1、采用(100)单晶硅片，在硅片正面沿(110)晶面方向定向刻蚀产生倾斜面以及沿(100)晶面方向定向刻蚀产生平行面，倾斜面与平行面之间的夹角为45
°
；
10.步骤s2、将硅片的底面粗糙度等级抛光至镜面级，并保证该面与平行面保持平行；
11.步骤s3、将硅片切割分离获得反射镜集合体；
12.步骤s4、将反射镜集合体切割分离获得反射镜单体；
13.步骤s5、将反射镜单体上的倾斜面作为贴装底面，以抛光后的硅片的底面作为反射镜面，即形成45
°
硅反射镜。
14.在上述技术方案的基础上，优选的，所述步骤s3具体包括：沿所述倾斜面以及平行面的相交线并垂直于所述硅片进行第一切割，产生第一切割面，沿相邻两个倾斜面的中心线并垂直于所述硅片进行第二切割，产生第二切割面；将相邻所述第一切割面与第二切割面之间的长条状结构作为所述反射镜集合体。
15.在上述技术方案的基础上，优选的，在步骤s3之前还包括在抛光后的硅片的底面设置高反膜，所述高反膜为高反射金属膜或光学膜。
16.进一步，优选的，所述高反射率金属膜为银、金、铜、铝材料中任意一种。
17.在上述技术方案的基础上，优选的，步骤s1具体包括：步骤s1具体包括：在硅片表面形成蚀刻掩模，所述蚀刻掩模具有使所述基片表面露出的开口，对形成有蚀刻掩模的所述硅片进行湿法腐蚀，以形成刻槽，所述刻槽的两个侧壁相互垂直，两个侧壁为倾斜面，刻槽的底面为平行面。
18.在上述技术方案的基础上，优选的，反射镜单体的底面尺寸由相邻两个刻槽之间的间距所决定。
19.进一步，优选的，所述湿法腐蚀所使用的腐蚀液包括tmah和/或氢氧化钾、氢氧化钠的混合溶液。
20.在上述技术方案的基础上，优选的，所述步骤s4具体包括：沿反射镜集合体的长度方向间隔切割获得多个45
°
硅反射镜。
21.本发明还提供了一种上述制作方法制作的45
°
硅反射镜，所述45
°
硅反射镜包括与其底面呈45
°
夹角的倾斜面，所述倾斜面的为贴装面，所述底面为反射镜面。
22.本发明相对于现有技术具有以下有益效果：
23.(1)本发明专利所提供的45
°
硅基反射镜的制作方法，采用(100)硅晶圆衬底，通过湿法刻蚀工艺，在硅片正面沿(110)晶面方向定向刻蚀产生倾斜面以及沿(100)晶面方向定向刻蚀产生平行面，倾斜面与平行面之间的夹角为45
°
，由于通过刻蚀得到的45
°
的倾斜面及平行面均比较粗糙无法直接作为反射镜面，故本发明在此基础上将刻蚀后的硅片底面进行整体抛光，然后在进行切割，将此抛光面作为反射镜面，刻蚀的倾斜面作为焊接底面，如此即可形成一个45
°
硅反射镜，该方式制作工艺简单，成本低，且利于大批量推广使用；
24.(2)通过在抛光后的硅片的底面设置高反膜，可以适应不同波长的光能够有较高的反射率。
25.(3)通过将相邻两个刻槽之间的间距加大，则可以实现尺寸较大的反射镜底面，因此，可以获得较大反射面积的45度硅反射镜。
附图说明
26.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本
发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
27.图1为本发明公开的45度硅反射镜制作方法流程图；
28.图2为本发明的硅片刻蚀抛光后示意图；
29.图3为本发明公开的硅片分割位置示意图；
30.图4为本发明公开的分割后的反射镜集合体；
31.图5为本发明公开的分割后的反射镜集合体放置方式；
32.图6为本发明公开的单颗45度硅反射镜放置示意图；
33.附图标记：
34.1、硅片；2、倾斜面；3、平行面；4、底面；5、第一切割；6、第二切割；7、第一切割面；8、第二切割面；9、反射镜集合体
具体实施方式
35.下面将结合本发明实施方式，对本发明实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式仅仅是本发明一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。
36.如图1所示，结合图2-5，本发明实施例公开了一种45度硅反射镜制作方法，包括如下的步骤：
37.步骤s1、采用(100)单晶硅片，在硅片正面沿(110)晶面方向定向刻蚀产生倾斜面以及沿(100)晶面方向定向刻蚀产生平行面，倾斜面与平行面之间的夹角为45
°
。
38.上述操作步骤中，采用湿法刻蚀工艺，对硅片表面进行刻蚀以形成刻槽，刻槽由两个侧壁和一个底面组成，其中侧壁为所述的倾斜面，底面为所述的平行面，刻槽的横截面形状为等腰梯形。其中，100/110均是指硅片1内的晶格方向。
39.步骤s2、将硅片的底面粗糙度等级抛光至镜面级，并保证该面与平行面保持平行。
40.上述步骤中可以采用机械研磨方式对硅片的底面整个表面进行减薄抛光，使硅片的底面的粗糙等级保持一致，同时确保粗糙度等级均为镜面级。
41.步骤s3、将硅片切割分离获得反射镜集合体。在该步骤中，切割后的反射镜集合体为多个。
42.步骤s4、将反射镜集合体切割分离获得反射镜单体，在本实施例中，反射镜单体为多个。
43.步骤s5、将反射镜单体上的倾斜面作为贴装底面，以抛光后的硅片的底面作为反射镜面，即形成45
°
硅反射镜。
44.基于上述实施方案，本发明通过湿法刻蚀工艺，在硅片正面沿(110)晶面方向定向刻蚀产生倾斜面以及沿(100)晶面方向定向刻蚀产生平行面，倾斜面与平行面之间的夹角为45
°
，由于通过刻蚀得到的45
°
的倾斜面及平行面均比较粗糙无法直接作为反射镜面，故本发明在此基础上将刻蚀后的硅片的底面进行整体抛光为镜面级，然后在进行切割，将此抛光面作为反射镜面，刻蚀的倾斜面作为焊接底面，如此即可形成一个45
°
硅反射镜，该方式制作工艺简单，成本低，且利于大批量推广使用。
45.在一些实施方案中，步骤s3具体包括如下步骤：
46.沿所述倾斜面以及平行面的相交线并垂直于所述硅片进行第一切割，产生第一切割面；沿相邻两个倾斜面的中心线并垂直于所述硅片进行第二切割，产生第二切割面；将相邻所述第一切割面与第二切割面之间的长条状结构作为所述反射镜集合体。
47.可以理解的，上述技术方案所刻蚀形成的每个平行面与其相邻的两个倾斜面所构成的刻槽应当沿硅片的径向方向贯穿硅片，以最大化地利用硅片的径向尺寸，这样才能沿上述第一切割面和第二切割面切割分离得到长条状的反射镜集合体，所有的反射镜集合体的尺寸大小均保持一致，这样一来，可以保证切割分离出的反射镜单体尺寸一致性。
48.上述切割可以是切割刀具机械切割，也可以是激光切割或水刀切割，优选为机械切割，其切割精度更高。
49.在上述实施例中，第一切割面为倾斜面最底端到硅片的底面之间的垂直面，第二切割面为硅片厚度方向的切面。通过切割工艺获得的第一切割面和第二切割面表面均为粗糙面。这些表面无法作为反射镜的反射面。
50.在本实施例中，第二切割面和反射镜单体的底面呈90度，由于第一切割面和第二切割面均为硅片切割形成的面，均无法作为反射镜的反射面，同时刻蚀后的倾斜面表面粗糙度也高，倾斜面、第一切割面和第二切割面在实际作业过程中，较难实现抛光，抛光工艺复杂。
51.而本实施例通过预先将硅片的底面进行整体抛光为镜面级，在切割形成单颗反射镜后，由于反射镜的底面、第二切割面均和倾斜面呈45
°
角，此时，通过将倾斜面作为贴装焊接面，底面则作为反射镜面，相较于对倾斜面及第二切割面抛光方式而言，本实施例通过对硅片底面整体抛光方式，可操作性更强，且此种工艺操作简单、易于实现，可以大批量推广使用。
52.作为一些其他实施方式，在步骤s3之前还包括在抛光后的硅片的底面设置高反膜，高反膜为高反射金属膜或光学膜。由此设置，在进行45度硅反射镜制作时，可以根据不同波长的光来选择不同反射率的高反膜，来提高光的反射率。
53.本实施例的高反射率金属膜为银、金、铜、铝材料中任意一种，厚度为0.1～10um。在本实施例中，覆盖高反膜的方法例如可以是蒸发或溅射等。
54.在一些实施方案中，步骤s1具体包括：在硅片表面覆设2-4um厚的光刻胶作为掩膜，蚀刻掩模具有使所述基片表面露出的开口，对形成有蚀刻掩模的所述硅片进行湿法腐蚀，以形成刻槽，所述刻槽的两个侧壁相互垂直，两个侧壁为倾斜面，刻槽的底面为平行面。
55.在通过湿法腐蚀时，采用硅湿法腐蚀工艺对硅片腐蚀，所述湿法腐蚀所使用的腐蚀液包括tmah和/或氢氧化钾、氢氧化钠的混合溶液。
56.进行湿法腐蚀的腐蚀液对基片的不同晶面可以具有不同的腐蚀速率，因此，具有较高腐蚀速率的晶面的原子层被迅速消耗，具有较低腐蚀速率的晶面的原子层被消耗得较慢，由此，具有较低腐蚀速率的晶面被留下。
57.例如，当基片表面是硅(100)晶面时，该腐蚀溶液可以对硅(100)晶面具有较高腐蚀速率，对硅(110)晶面具有较低的腐蚀速率，经过一定时间的腐蚀后，硅(110)晶面从蚀刻掩模的开口露出，该(110)晶面与(100)晶面具有45度的夹角，并且，在腐蚀出的刻槽中，方向相对的两个(110)晶面之间夹角为90度，如果腐蚀的时间足够长，方向相对的两个(110)
晶面相交，相交处的原子层腐蚀速率低，形成腐蚀自停止，此时，刻槽的截面是等腰直角三角形，如果缩短腐蚀的时间，刻槽底部的(100)晶面还没有被完全腐蚀掉，此时，刻槽的截面是等腰梯形，并且，梯形的上底长于梯形的下底。
58.在具体实施过程中，如果刻槽的截面为直角三角形时，则会因切割刀宽度的影响，导致倾斜面会被切除一部分，这会减少倾斜面的尺寸。而本实施例优选的刻槽截面为等腰梯形。这是由于在切割过程中，通过第一切割可以将梯形的下底，也即平行面完全切除，这不会造成倾斜面尺寸的减少，即不减少反射镜贴装面积。
59.在一些实施方案中，步骤s4具体包括：沿反射镜集合体的长度方向间隔切割获得多个45
°
硅反射镜。在一些实施方案中，在切割时，可以控制第一切割面与第二切割面之间的距离。使切割间隔和第一切割面与第二切割面之间的距离相等，以使所述反射镜的底面形成为一正方形，方便后续的加工及应用。
60.第一实施例，本发明所提供的45
°
硅基反射镜的制作方法可以采用如下的步骤得以实施：
61.1、选用4寸圆形的100硅片1，并在其上表面形成厚度200nm的sin掩膜，并在sin上覆设3μm的光刻胶，并对上述的片子进行相对底边倾斜45
°
开孔光刻以及干法刻蚀，开出一系列贯穿sin掩膜的长方形孔，用于选择性的进行腐蚀；
62.2、使上述带有掩膜层的硅片1浸入80℃的质量分数为25％的tmah溶液中，腐蚀约7h，使其产生长条状的刻槽，以得到倾斜面和平行面，确保倾斜面与平行面之间的夹角为45
°
。
63.3、使用减薄抛光方式将硅片的底面粗糙度等级抛光至镜面级，并保证该面与平行面保持平行；硅片底面的抛光后的粗糙度小于10nm。
64.3、将刻蚀后的硅片切割成bar条(即所述反射镜集合体)。
65.4、将bar条依次摆放，切割成单颗芯粒(即所述的45
°
硅反射镜)。
66.5、使用清洗机将45
°
硅反射镜清洗干净。
67.作为第二实施例，本实施例提供一种45
°
硅基反射镜的制作方法，与实施例1基本相同，区别仅在于：腐蚀液为40％质量分数的氢氧化钾溶液，腐蚀时间约为5h。
68.值得注意的是，本实施例为了满足45度硅反射镜能够局部较大的反射面积，则需要切割后的反射镜单体的底面长度尺寸更大，这是因为本实施例是将反射镜单体的底面作为反射镜面，在实际作业过程中，可以通过控制相邻两个刻槽之间的间距，这是由于第一切割面和第二切割面之间的间距则为反射镜底面，而第一切割面位于清洗面和平行面交接处，而第二切割面位于相邻两个倾斜面中心，因此，相邻两个刻槽之间的间距越大，则第二切割面和第一切割面之间的间距越大，在实际的产品使用过程中，可以根据产品反射面积要求，来灵活控制刻蚀槽之间的间距，同时，反射镜的反射面积不受硅片厚度的限制。
69.上述操作方式可操作性也强，这相较于通过倾斜面作为反射镜而言，更容易控制反射镜的反射面积，由于倾斜面的角度需要和底面呈45
°
，因此倾斜面的长度受硅片厚度影响较大，刻槽的深度不能过大，这就限制了反射镜的反射面积在一定的范围内，而本技术则不受硅片厚度限制，因为倾斜面不作为反射镜面，只需要在刻蚀过程中，将相邻两个刻槽之间的间距加大，则可以实现尺寸较大的反射镜底面，因此，可以获得较大反射面积的45度硅反射镜。
70.本发明还公开了一种上述制作方法制作的45
°
硅反射镜，45
°
硅反射镜包括与其底面呈45
°
夹角的倾斜面，倾斜面的为贴装面，底面为反射镜面。通过上述制作方式制作的45
°
硅反射镜，工艺简单，成本低，且利于大批量推广使用。
71.以上所述仅为本发明的较佳实施方式而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

技术特征：
1.一种45度硅反射镜制作方法，其特征在于，包括如下操作步骤：步骤s1、采用(100)单晶硅片，在硅片的正面沿(110)晶面方向定向刻蚀产生倾斜面以及沿(100)晶面方向定向刻蚀产生平行面，倾斜面与平行面之间的夹角为45
°
；步骤s2、将硅片的底面粗糙度等级抛光至镜面级，并保证该面与平行面保持平行；步骤s3、将硅片切割分离获得反射镜集合体；步骤s4、将反射镜集合体切割分离获得反射镜单体；步骤s5、将反射镜单体上的倾斜面作为贴装底面，以抛光后的硅片的底面作为反射镜面，即形成45
°
硅反射镜。2.如权利要求1所述的45度硅反射镜制作方法，其特征在于，所述步骤s3具体包括：沿所述倾斜面以及平行面的相交线并垂直于所述硅片进行第一切割，产生第一切割面，沿相邻两个倾斜面的中心线并垂直于所述硅片进行第二切割，产生第二切割面；将相邻所述第一切割面与第二切割面之间的长条状结构作为所述反射镜集合体。3.如权利要求1所述的45度硅反射镜制作方法，其特征在于：在步骤s3之前还包括在抛光后的硅片的底面设置高反膜，所述高反膜为高反射金属膜或光学膜。4.如权利要求3所述的45度硅反射镜制作方法，其特征在于：所述高反射率金属膜为银、金、铜、铝材料中任意一种。5.如权利要求2所述的45度硅反射镜制作方法，其特征在于，步骤s1具体包括：在硅片表面形成蚀刻掩模，所述蚀刻掩模具有使所述基片表面露出的开口，对形成有蚀刻掩模的所述硅片进行湿法腐蚀，以形成刻槽，所述刻槽的两个侧壁相互垂直，两个侧壁为倾斜面，刻槽的底面为平行面。6.如权利要求5所述的45度硅反射镜制作方法，其特征在于，反射镜单体的底面尺寸由相邻两个刻槽之间的间距所决定。7.如权利要求5所述的45度硅反射镜制作方法，其特征在于；所述湿法腐蚀所使用的腐蚀液包括tmah和/或氢氧化钾、氢氧化钠的混合溶液。8.如权利要求2所述的45度硅反射镜制作方法，其特征在于；所述步骤s4具体包括：沿反射镜集合体的长度方向间隔切割获得多个45
°
硅反射镜。9.如权利要求1至8中任意一项所述的制作方法制作的45
°
硅反射镜，其特征在于，所述45
°
硅反射镜包括与其底面呈45
°
夹角的倾斜面，所述倾斜面的为贴装面，所述底面为反射镜面。

技术总结
本发明提出了一种45度硅反射镜及其制作方法，包括如下操作步骤：步骤S1、采用(100)单晶硅片，在硅片正面沿(110)晶面方向定向刻蚀产生倾斜面以及沿(100)晶面方向定向刻蚀产生平行面，倾斜面与平行面之间的夹角为45


技术研发人员：王虎 段会强 李林 尚书丽 安海岩
受保护的技术使用者：武汉锐晶激光芯片技术有限公司
技术研发日：2023.05.31
技术公布日：2023/8/31