光栅器件的形成方法
技术领域
本发明涉及半导体器件制造技术领域，特别涉及一种光栅器件的形成方法。
背景技术
随着微纳光电集成技术的不断发展，芯片的集成度越来越高，器件的尺寸不断缩小，用于传输光信号的波导逐渐缩小到了亚微米尺寸。光栅器件是一种重要的光学元件，广泛应用于光谱学、计量、光通信和信息处理等领域。具体的，在半导体相关领域中，光栅是一种利用多缝衍射原理使光发生色散(分解为光谱)的光学元件。光栅的常规例子是半导体表面上具有限定的栅距的周期性波纹。由于光栅的周期性结构与电磁辐射发生相互作用光栅会表现出许多有趣的有用的特性，例如作为光谱计，波长滤波器和波长选择性反射器。因此，光栅的使用越来越多。现有的光栅器件的形成方法中，包括：提供半导体衬底，并在半导体衬底上沉积光栅层，接着通常采用干法蚀刻光栅层以形成多个光栅条纹。但在上述方法中，会出现形成的多个光栅条纹的尺寸不均一的问题，进而直接影响光栅的性能，因此，需要一定的工艺或者方法形成光栅器件。
发明内容
本发明的目的在于提供一种光栅器件的形成方法，提高形成的多个光栅条纹的尺寸均一性。
为解决上述技术问题，本发明提供光栅器件的形成方法，所述光栅器件的形成方法包括：
提供半导体衬底；
形成光栅层，所述光栅层覆盖所述半导体衬底的第一表面；
在所述光栅层中形成在厚度方向上贯通的多个第一开口，所述第一开口暴露出部分所述半导体衬底；
通过湿法刻蚀工艺刻蚀暴露出的部分厚度的所述半导体衬底，以在所述半导体衬底中形成第二开口，并形成光栅结构；其中，所述光栅结构包括多个光栅条纹，相邻的两个所述光栅条纹之间通过所述第二开口隔离。
可选的，在所述的光栅器件的形成方法中，在通过湿法刻蚀工艺刻蚀暴露出的部分厚度的所述半导体衬底时，采用的刻蚀液为氢氧化钾。
可选的，在所述的光栅器件的形成方法中，在形成所述光栅层之后，在所述光栅层中形成在厚度方向上贯通的多个第一开口之前，所述光栅器件的形成方法，还包括：
形成保护层，所述保护层覆盖所述半导体衬底的第二表面。
可选的，在所述的光栅器件的形成方法中，所述保护层的材质为氧化硅或者氮氧化硅。
可选的，在所述的光栅器件的形成方法中，所述保护层的厚度至少与所述光栅层的厚度相同。
可选的，在所述的光栅器件的形成方法中，在所述光栅层中形成在厚度方向上贯通的多个第一开口的方法包括：
在所述光栅层上形成图形化的光刻胶层，所述图形化的光刻胶层中定义有多个等间距排布的光栅图形，并暴露出部分所述光栅层；
以所述图形化的光刻胶层为掩膜刻蚀暴露出的所述光栅层，在所述光栅层中形成在厚度方向上贯通的多个第一开口。
可选的，在所述的光栅器件的形成方法中，以所述图形化的光刻胶层为掩膜刻蚀暴露出的所述光栅层时，采用干法刻蚀工艺。
可选的，在所述的光栅器件的形成方法中，所述光栅层的厚度为800nm～1200nm。
可选的，在所述的光栅器件的形成方法中，所述光栅层为氧化硅层、多晶硅层或者金属层等。
可选的，在所述的光栅器件的形成方法中，所述第二开口在所述半导体衬底垂向上的截面呈V型。
在本发明提供的光栅器件的形成方法中，通过形成光栅层，所述光栅层覆盖所述半导体衬底的第一表面；然后，在所述光栅层中形成在厚度方向上贯通的多个第一开口，所述第一开口暴露出部分所述半导体衬底；以及，通过湿法刻蚀工艺刻蚀暴露出的所述半导体衬底，以在所述半导体衬底中形成第二开口，并形成光栅结构；其中，所述光栅结构包括多个光栅条纹，相邻的两个所述光栅条纹之间通过所述第二开口隔离。在通过所述湿法刻蚀工艺刻蚀暴露出的所述半导体衬底时，所述湿法刻蚀工艺与所述半导体衬底之间具有较高的刻蚀比，可以形成多个均匀分布的所述第二开口，此外，可以提高形成的多个光栅条纹之间的尺寸均一性(例如厚度和宽度等)，或者说间隔的均匀性，进一步的，通过湿法刻蚀形成所述第二开口，与现有技术相比，可避免干法刻蚀的过刻蚀，从而可以减小多个光栅条纹之间的间距。
附图说明
图1是本发明具体实施例提供的光栅器件的形成方法的流程示意图；
图2至图5是本发明具体实施例提供的光栅器件的形成方法中形成结构的示意图；
其中，附图标记说明如下，
100-半导体衬底；110-光栅层；120-保护层；130-图形化的光刻胶层；140-第一开口；150-第二开口；160-光栅结构；161-光栅条纹。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本发明提出的光栅器件的形成方法作进一步详细说明。根据下面说明，本发明的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。
请参考图1，其为本发明具体实施例提供的光栅器件的形成方法的流程示意图。如图1所示，所述光栅器件的形成方法包括：
步骤S1：提供半导体衬底；
步骤S2：形成光栅层，所述光栅层覆盖所述半导体衬底的第一表面；
步骤S3：在所述光栅层中形成在厚度方向上贯通的多个第一开口，所述第一开口暴露出部分所述半导体衬底；
步骤S4：通过湿法刻蚀工艺刻蚀暴露出的部分厚度的所述半导体衬底，以在所述半导体衬底中形成第二开口，并形成光栅结构；其中，所述光栅结构包括多个光栅条纹，相邻的两个所述光栅条纹之间通过所述第二开口隔离。
接下去，结合附图2～5对以上步骤进行更详细的说明。其中，附图2～5为本发明实施例提供的光栅器件的形成方法中形成的结构示意图。
在步骤S1中，参考图2，提供半导体衬底100；所述半导体衬底100可以为后续工艺提供操作平台，其可以是本领域技术人员所知的任何用以承载半导体集成电路组成元件的底材，可以是裸片，也可以是经过外延生长工艺处理后的晶圆。具体的，所述半导体衬底100例如可以是绝缘体上硅(silicon-on-insulator，SOI)基底、体硅(bulk silicon)基底、锗基底、锗硅基底、磷化铟(InP)基底、砷化镓(GaAs)基底或者绝缘体上锗基底等。优选的，所述半导体衬底100的晶向为晶体晶面(110)，在后续对所述半导体衬底执行刻蚀工艺时，可以使所述半导体衬底100不同的区域可产生不同的刻蚀速率，进而形成工艺所需的结构。
在步骤S2中，形成光栅层110，所述光栅层110为氧化硅层、多晶硅层或者金属层等。具体的，当所述光栅层110采用氧化硅层时，可以采用热氧化工艺、原位蒸汽生成工艺形成。更具体的，所述热氧化工艺可以通过氧化炉或快速热退火腔室，在氧气气体下对所述半导体衬底100进行500℃至1200℃的热氧化工艺；原位蒸气生成(ISSG)工艺是在快速热退火腔室中，通入氢气与氧气，在半导体衬底100表面原位化合成水蒸汽，再与半导体衬底100表面的硅等化合形成氧化硅层的过程。当所述光栅层110采用多晶硅层和金属层时，可以通过沉积的方法形成，例如化学气相沉积。本实施例中，所述光栅层优选采用氧化硅层。其中，所述光栅层110的厚度可以为800nm～1200nm。
此外，在形成所述光栅层110之后，还包括：形成保护层120，所述保护层120覆盖所述半导体衬底100的第二表面。在后续对所述半导体衬底100执行刻蚀工艺时，所述保护层120可以避免所述半导体衬底100的断裂，所述光栅层110和所述保护层120可以在同一工艺步骤中形成，以简化工艺。其中，所述保护层120的材质为氧化硅或者氮氧化硅，但不限于此，也可以为本领域人员所知的其它材质。所述保护层120的厚度可以为800nm～1500nm。
在步骤S3中，在所述光栅层110中形成在厚度方向上贯通的多个第一开口130，所述第一开口130暴露出部分所述半导体衬底100；具体的，在所述光栅层110中形成在厚度方向上贯通的多个第一开口130的方法包括：在所述光栅层110上形成图形化的光刻胶层140，所述图形化的光刻胶层140中定义有多个等间距排布的光栅图形，并暴露出部分所述光栅层110，通过所述图形化的光刻胶层140可定义后续形成的光栅条纹的位置，从而可以形成在所述半导体衬底100上分布均匀的光栅条纹；接着，以所述图形化的光刻胶层140为掩膜刻蚀暴露出的所述光栅层110，在所述光栅层110中形成在厚度方向上贯通的多个第一开口140。其中，在刻蚀暴露出的所述光栅层110时，可以采用干法刻蚀，该步骤中采用的干法刻蚀气体可以为四氟化碳(CF4)和三氟甲烷(CHF3)相结合。
在步骤S4中，通过湿法刻蚀工艺刻蚀暴露出的部分厚度的所述半导体衬底100，以在所述半导体衬底100中形成第二开口150，并形成光栅结构160；即剩余的所述光栅层110和所述半导体衬底100构成所述光栅结构160。其中，所述光栅结构160包括多个光栅条纹161，相邻的两个所述光栅条纹161之间通过所述第二开口150隔离，即部分所述光栅层110和部分所述半导体衬底构成所述光栅条纹161。优选的，通过湿法刻蚀工艺刻蚀暴露出的所述半导体衬底100时，采用的刻蚀液为氢氧化钾，所述湿法刻蚀工艺对所述半导体衬底100的刻蚀选择比较高，可以在所述半导体衬底100中形成多个均匀分布的所述第二开口150，此外，可以提高形成的多个光栅条纹161的尺寸均一性(例如厚度和宽度等)，或者说间隔的均匀性，进一步的，通过湿法刻蚀形成所述第二开口，与现有技术相比，可避免干法刻蚀的过刻蚀，从而可以减小多个光栅条纹161之间的间距。
较佳的，所述光栅结构160包括的光栅条纹的周期为100～200，以提高所述光栅器件的透光性。进一步，所述第二开口150在所述半导体衬底的垂向上呈V型，且所述第二开口150与所述第一开口150连通。光可沿所述第一开口140和所述第二开口150的侧壁倾斜和/或垂直进入，可以增加光栅条纹161的透光性，进而提高光栅结构160的光效利用率。更进一步的，由于所述半导体衬底100的晶向为(110)，因此，在对暴露出的所述半导体衬底100进行刻蚀工艺时，沿晶向会产生不同的刻蚀速率，从而使得形成所述第二开口150在半导体衬底100的垂向上呈V型。
综上可见，在本发明提供的光栅器件的形成方法中，通过形成光栅层，所述光栅层覆盖所述半导体衬底的第一表面；然后，在所述光栅层中形成在厚度方向上贯通的多个第一开口，所述第一开口暴露出部分所述半导体衬底；以及，通过湿法刻蚀工艺刻蚀暴露出的所述半导体衬底，以在所述半导体衬底中形成第二开口，并形成光栅结构；其中，所述光栅结构包括多个光栅条纹，相邻的两个所述光栅条纹之间通过所述第二开口隔离。通过所述湿法刻蚀工艺刻蚀暴露出的所述半导体衬底，所述湿法刻蚀工艺与所述半导体衬底之间具有较高的刻蚀比，可以形成多个均匀分布的所述第二开口，此外，可以提高形成的多个光栅条纹的尺寸均一性(例如厚度和宽度等)，或者说间隔的均匀性，进一步的，通过湿法刻蚀形成所述第二开口，与现有技术相比，可避免干法刻蚀的过刻蚀，从而可以减小多个光栅条纹之间的间距。
上述描述仅是对本发明较佳实施例的描述，并非对本发明范围的任何限定，本发明领域的普通技术人员根据上述揭示内容做的任何变更、修饰，均属于权利要求书的保护范围。
