專利名稱：光發(fā)射模塊、光檢測(cè)模塊、光學(xué)拾取設(shè)備及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及到一種用于記錄和存儲(chǔ)光學(xué)信息到光數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器中的的光學(xué)拾取設(shè)備，并且更具體地，涉及一種光發(fā)射模塊，光檢測(cè)模塊和把光發(fā)射模塊和光檢測(cè)模塊超小化地連接在一起形成的在手提光學(xué)記錄設(shè)備上應(yīng)用的光學(xué)拾取設(shè)備及其制造方法。
背景技術(shù)：
近來(lái)，數(shù)字多媒體環(huán)境發(fā)展了，個(gè)人計(jì)算機(jī)也普遍化，數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)很常見(jiàn)，并且無(wú)線和移動(dòng)通信技術(shù)也得到了發(fā)展。由此，移動(dòng)信息通信指的是諸如數(shù)字電視，數(shù)字音頻設(shè)備，個(gè)人數(shù)字助理(PDA)以及可視電話之類都很普遍，并且因此，大大增加在設(shè)備中處理和存儲(chǔ)的信息容量以及最小化重量輕的設(shè)備被認(rèn)為是主要的技術(shù)任務(wù)。
根據(jù)傳統(tǒng)技術(shù)，在組成光學(xué)拾取系統(tǒng)如CD和DVD時(shí)，分立的無(wú)源光學(xué)元件如聚焦透鏡，準(zhǔn)直透鏡，偏振光束分光器等依據(jù)光徑在預(yù)先制造的設(shè)備組件中對(duì)準(zhǔn)和裝配。而且，在組成光學(xué)檢測(cè)器時(shí)，單獨(dú)封裝的激光二極管和光電二極管依據(jù)光徑在預(yù)先制造的組件設(shè)備中組裝。
可是，在傳統(tǒng)方法中，最小化每個(gè)光學(xué)元件以及最小化分立的激光光源和光電二極管都是困難的。因此把元件應(yīng)用到手提光學(xué)記錄設(shè)備中比較困難。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明的一個(gè)目的就是提供一種光發(fā)射模塊，光檢測(cè)模塊和把光發(fā)射模塊和光檢測(cè)模塊超小化地連接在一起形成的在手提光學(xué)記錄設(shè)備上應(yīng)用的光學(xué)拾取設(shè)備及其制造方法。
本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供一種光發(fā)射模塊，光檢測(cè)模塊和把光發(fā)射模塊和光檢測(cè)模塊連接在一起形成的光學(xué)拾取設(shè)備及其制造方法，其能夠大量生產(chǎn)，減小元件費(fèi)用，并且利用微機(jī)械技術(shù)和半導(dǎo)體器件生產(chǎn)裝配過(guò)程來(lái)增加產(chǎn)品的一致性。
為了獲得上述和其他優(yōu)點(diǎn)，并且根據(jù)本發(fā)明的目的，如在此實(shí)施并廣義描述的。提供一種光檢測(cè)模塊，其包括一個(gè)硅襯底，其上在中間部分上下形成空腔；一個(gè)孔隔膜，其在硅襯底的空腔上形成并且設(shè)置有通過(guò)光的光孔；以及一個(gè)在硅襯底的上表面上形成的光電二極管，其用來(lái)接收光源的發(fā)射光以及從光盤(pán)反射的、具有預(yù)定信息的光信號(hào)，并將其轉(zhuǎn)換成用于檢測(cè)的電信號(hào)。
本發(fā)明還提供了一種光發(fā)射模塊，其包括一個(gè)板形硅絕緣體(SOI)襯底，其在上硅層和下硅層之間設(shè)置有二氧化硅膜；一個(gè)電極金屬焊盤(pán)，其附接在上硅層的部分上，在SOI襯底的上表面中被剝?nèi)?；激光二極管，其附接在電極金屬焊盤(pán)的上表面；以及以45°斜角在上硅層的一側(cè)上形成的反射鏡，用來(lái)反射從激光二極管發(fā)射的光。
本發(fā)明還提供了一種光拾取設(shè)備，其包括光發(fā)射模塊，其包括在上硅層和下硅層之間設(shè)置有二氧化硅的板形硅絕緣體襯底，附接在其上在硅絕緣體襯底上表面中被剝?nèi)サ纳瞎鑼拥牟糠稚系碾姌O金屬焊盤(pán)，附接在電極金屬焊盤(pán)上的上表面的激光二極管，以及以45°斜角在上硅層的一側(cè)上形成的反射鏡，用來(lái)反射從激光二極管發(fā)射的光；一個(gè)光檢測(cè)模塊，其包括放置在光發(fā)射模塊上部并且在其上的中間部分設(shè)置有空腔的硅襯底，在硅襯底的空腔中形成的孔隔膜，并且在其中心設(shè)置有光通過(guò)的光孔，以及在硅襯底的上表面形成的光電二極管，用來(lái)轉(zhuǎn)換從激光二極管發(fā)射的光和從光盤(pán)反射的帶有預(yù)定信息的光信號(hào)為用于檢測(cè)的電信號(hào)；以及粘接在光發(fā)射模塊和光檢測(cè)模塊之間用來(lái)保持其間均勻間隔的墊片(spacer)。
本發(fā)明還提供了一種制造光學(xué)檢測(cè)模塊的方法，其包括第一步，通過(guò)使用在{100}晶體方向摻雜N型雜質(zhì)的硅襯底作為原料來(lái)形成用來(lái)注入P型雜質(zhì)的開(kāi)口窗口，在硅襯底上構(gòu)圖一光敏膜，通過(guò)使用光敏膜作為掩膜來(lái)將P型雜質(zhì)注入到開(kāi)口窗口，以及剝?nèi)ス饷裟ず蛨?zhí)行用于退火和擴(kuò)散的熱處理來(lái)形成內(nèi)在的阱；第二步，在硅襯底上構(gòu)圖光敏膜，以在內(nèi)部阱的部分區(qū)域形成P型雜質(zhì)，剝?nèi)ス饷裟げ⑦M(jìn)行用于退火和擴(kuò)散的熱處理來(lái)形成光電二極管P型結(jié)，并且通過(guò)熱處理來(lái)實(shí)現(xiàn)p-I-n結(jié)結(jié)構(gòu)的光電二極管；第三步，在完成的光電二極管的硅襯底的上、下表面上分別淀積有二氧化硅薄膜/氮化硅薄膜/二氧化硅薄膜的三層結(jié)構(gòu)的多層的薄膜，通過(guò)使用利用光刻處理構(gòu)圖的光敏膜作為蝕刻掩膜，來(lái)剝?nèi)ピ诠枰r底的上表面上形成的多層薄膜中不被光敏膜覆蓋的部分，并然后將光敏膜剝?nèi)?；第四步，淀積一金屬薄膜以便在硅襯底上形成光電二極管和反射的薄膜，通過(guò)光刻處理在所淀積的金屬薄膜的表面上構(gòu)圖光敏膜。然后通過(guò)使用光敏膜作為蝕刻掩膜來(lái)有選擇地剝?nèi)ソ饘俦∧?，然后剝?nèi)ス饷裟?，并且因此形成光電二極管金屬電極接線、金屬電極焊盤(pán)以及反射薄膜；第五步，在硅襯底上淀積金屬薄膜，然后部分地蝕刻位于其中利用光刻處理和薄膜蝕刻技術(shù)將會(huì)形成光孔的部分上的蝕刻掩膜薄膜；第六步，在硅襯底的下表面構(gòu)圖光敏膜使得光敏膜與在晶圓上形成的孔隔膜對(duì)準(zhǔn)，通過(guò)使用光敏膜在硅襯底的下表面構(gòu)圖蝕刻掩膜薄膜，并且剝?nèi)ス饷裟ひ阅軌颢@得一個(gè)在下一步驟中可以利用濕的各向異性的硅蝕刻技術(shù)處理的蝕刻區(qū)域；第七步，通過(guò)注入含水的各向異性硅蝕刻劑通過(guò)該蝕刻掩膜薄膜來(lái)蝕刻所暴露的襯底的下表面的硅來(lái)形成空腔；第八步，利用反應(yīng)離子蝕刻，通過(guò)形成在硅襯底的上表面的蝕刻掩膜薄膜來(lái)剝?nèi)ニ┞兜亩鄬拥谋∧?，并且剝?nèi)パ谀け∧?lái)實(shí)現(xiàn)光孔；以及第九步，把由玻璃制成的墊片與硅襯底粘接來(lái)作為晶圓形式，并且將其切割成分立的芯片單元。
本發(fā)明還提供了一種制造光發(fā)射模塊的方法，其包括第一步，準(zhǔn)備硅絕緣體襯底作為原料，并且分別形成諸如氮化硅膜或二氧化硅膜之類的掩膜薄膜，它們不被各向異性硅蝕刻劑所蝕刻，并且在硅絕緣體襯底的上、下表面作為各向異性硅蝕刻掩膜層使用；第二步，在硅絕緣體襯底的上表面形成的蝕刻掩膜薄膜上涂上光敏膜，利用光刻處理來(lái)構(gòu)圖光敏膜，并且通過(guò)使用光敏膜作為蝕刻掩膜來(lái)確定各向異性蝕刻區(qū)并且剝?nèi)ナＯ碌墓饷魧樱瑥亩梅磻?yīng)離子蝕刻技術(shù)來(lái)剝?nèi)ケ┞兜奈g刻掩膜薄膜；第三步，通過(guò)注入各向異性硅蝕刻劑通過(guò)該蝕刻掩膜薄膜來(lái)蝕刻暴露的上硅層，以首先在上硅層的{111}晶體平面停止蝕刻，然后其次停止蝕刻二氧化硅膜，并且在各向異性蝕刻處理后剝?nèi)ビ米魑g刻掩膜的SOI襯底的上、下表面上的掩膜薄膜；第四步，在形成晶體平面的上硅層表面上涂上厚光敏膜，通過(guò)光刻處理構(gòu)圖，并且在構(gòu)圖的光敏膜上淀積金屬薄膜；第五步，通過(guò)注入在有機(jī)溶劑中融化厚的光敏膜，剝?nèi)ス饷裟ひ约叭诨诠饷裟ど闲纬傻慕饘俦∧?，并且僅僅在SOI襯底的氧化物膜的預(yù)定的區(qū)域留下金屬薄膜，該氧化物膜上沒(méi)有光敏膜，因此形成電極金屬焊盤(pán)；以及第六步，把墊片作為對(duì)準(zhǔn)器/組件與其上形成反射鏡和電極金屬焊盤(pán)的硅絕緣體襯底對(duì)準(zhǔn)/裝配在一起，然后將其切割成分立的芯片單元，并且使用焊接粘接技術(shù)將激光二極管與電極金屬焊盤(pán)對(duì)準(zhǔn)。
當(dāng)結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明時(shí)，上述和其他本發(fā)明的目的、特點(diǎn)、方面以及優(yōu)點(diǎn)將會(huì)變得更加明顯。


所包括的附圖用于提供對(duì)本發(fā)明的進(jìn)一步理解，并結(jié)合進(jìn)說(shuō)明書(shū)中并成為說(shuō)明書(shū)的一部分說(shuō)明了本發(fā)明的實(shí)施例，并結(jié)合說(shuō)明書(shū)一起用于說(shuō)明本發(fā)明的原理。
在圖中圖1示出了根據(jù)本發(fā)明的光學(xué)拾取設(shè)備的透視圖；圖2示出了圖1的截面圖；
圖3示出了根據(jù)本發(fā)明的光學(xué)檢測(cè)模塊的透視圖；圖4示出了圖3后表面的透視圖；圖5示出了圖3的平視圖；圖6示出了圖5后表面圖；圖7示出了沿著圖5的A-A′線的截面圖；圖8示出了根據(jù)本發(fā)明的光學(xué)發(fā)射模塊的透視圖；圖9是圖8的平視圖；圖10是沿著圖9的線B-B′的截面圖；圖11A到11J示出了根據(jù)本發(fā)明的光學(xué)檢測(cè)模塊的制造過(guò)程的截面圖；以及圖12A到12F示出了根據(jù)本發(fā)明的光學(xué)發(fā)射模塊的制造過(guò)程的截面圖。
具體實(shí)施例方式
現(xiàn)在將對(duì)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)地介紹，其例子將會(huì)在附圖中示出。圖1示出了根據(jù)本發(fā)明的光學(xué)拾取設(shè)備的透視圖；以及圖2示出了圖1的截面圖。
如圖所示，根據(jù)本發(fā)明的光學(xué)拾取設(shè)備50包括光檢測(cè)模塊10以及與光檢測(cè)模塊10連接的光發(fā)射模塊20。
從光發(fā)射模塊20發(fā)射的激光束L1通過(guò)在光檢測(cè)模塊10上形成的孔2，并且成為由諸如準(zhǔn)直透鏡、物鏡以及各種光學(xué)分配器之類的無(wú)源光學(xué)器件組成的光學(xué)拾取系統(tǒng)(沒(méi)有示出)中的一個(gè)入射光。該激光束被聚焦并且照射在光盤(pán)的記錄層上(沒(méi)有示出)，并且從光盤(pán)的記錄層上反射回來(lái)的光以逆著光徑的方向通過(guò)預(yù)定的光學(xué)分配器，并且被分成多個(gè)激光束L2-L8，因此成為在光檢測(cè)模塊10上的光電二極管12-16的入射光。
此時(shí)，將會(huì)獲得存儲(chǔ)在光盤(pán)的記錄層上的數(shù)據(jù)信號(hào)、照射在記錄層上的激光的聚焦補(bǔ)償信號(hào)，以及用來(lái)將發(fā)射的激光束的強(qiáng)度維持在一個(gè)預(yù)定水平的反饋信號(hào)。
下文將會(huì)參照?qǐng)D3到圖7來(lái)說(shuō)明該光檢測(cè)模塊。
如圖3到圖7所示，光檢測(cè)模塊10包括硅襯底1，其上集成有諸如PN結(jié)或P-I-N結(jié)二極管之類的光電二極管，用來(lái)將從光盤(pán)上反射回來(lái)并帶有預(yù)定的信息的光信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，并且檢測(cè)此信號(hào)。
在光電二極管中安放有一個(gè)電極，用來(lái)將光信號(hào)在光電二極管中轉(zhuǎn)換成的電信號(hào)輸出施加到外部的信號(hào)處理電路，一種功率電路，從而使光電二極管意味著一個(gè)包括電極的光電二極管。
利用微機(jī)械技術(shù)蝕刻，在硅襯底1的中下部分形成空腔6，并且在硅襯底1的中上部分形成由復(fù)合薄膜層組成的孔隔膜3。在孔隔膜3的上表面形成帶有預(yù)定厚度或復(fù)合薄膜層結(jié)構(gòu)的反射薄膜4，在孔隔膜3和反射薄膜4的中間部分形成用來(lái)允許激光束通過(guò)的光孔2。
假如從激光光源發(fā)射的激光束反射回激光二極管31，就會(huì)惡化激光二極管31的工作性能。因此，優(yōu)選地用可以屏蔽反射回激光二極管31的激光束的不透明材料來(lái)制成反射薄膜4。
光電二極管包括共地極11；發(fā)射激光束監(jiān)測(cè)光電二極管12，用于監(jiān)測(cè)激光光源的輸出光，并且通過(guò)反饋控制電路來(lái)使輸出光維持在一個(gè)預(yù)定的水平；射頻信號(hào)檢測(cè)光電二極管13和14，其帶有包含在從光盤(pán)的記錄層反射回的光信號(hào)中的數(shù)據(jù)信息；以及排放在右邊和左邊并被分成6個(gè)區(qū)域的光電二極管段(segment)15和16。
利用兩個(gè)光電二極管13和14的輸出差來(lái)檢測(cè)射頻信號(hào)，該射頻信號(hào)是存儲(chǔ)在光盤(pán)的記錄層上的數(shù)據(jù)信號(hào)。
光電二極管段15和16利用各個(gè)段15和16的輸出信號(hào)的組合來(lái)檢測(cè)在光盤(pán)上形成的聚焦形狀和聚焦深度的信息。通過(guò)反饋控制電路將該聚焦?fàn)顟B(tài)檢測(cè)信號(hào)使用在聚焦伺服控制中，從而維持中心會(huì)聚性能一致性。
利用一種各向蝕刻各向異性硅蝕刻方法，將在激光光孔2的下部形成的空腔6處理成金字塔形，并且空腔6的側(cè)壁傾斜形成的。
利用干蝕刻比如硅深度RIE來(lái)制造空腔6，RIE是一種反應(yīng)離子蝕刻法。
將具有預(yù)定厚度的墊片7粘接在硅襯底1上表面的預(yù)定區(qū)域，由此實(shí)現(xiàn)光檢測(cè)模塊10。
通過(guò)使用含恒定濃度的鈉的堿石灰玻璃比如PYREX玻璃作為原料來(lái)形成墊片7。
將原料拋光成期望的厚度，并且將除了與硅襯底連接在一起的連接部分以外的區(qū)域剝?nèi)ァＨ缓?，通過(guò)陽(yáng)極(anodic)粘接或在預(yù)先的連接部分構(gòu)圖金屬焊料的焊料粘接方法將原料也就是墊片7對(duì)準(zhǔn)/裝配在硅襯底1上，然后利用加熱來(lái)進(jìn)行裝配。
如圖8到10所示，在光發(fā)射模塊20中，在有一定厚度和面積的下硅層23的上表面上形成蝕刻阻止氧化物膜22，并且利用各向異性硅蝕刻處理將SOI(硅絕緣體)襯底26的特定區(qū)域也就是在蝕刻阻止氧化物膜22上形成的上硅層21剝?nèi)?。這里，電極金屬焊盤(pán)24被焊料粘接在暴露給剝?nèi)ゲ糠?7的蝕刻阻止氧化物膜22上，并且作為光發(fā)射器件的激光二極管31被粘接在電極金屬焊盤(pán)24上。
在剝?nèi)ゲ糠?7的一端，其上安裝有激光二極管31，更具體地，在上硅層21上，在上硅層21上形成的具有45°角的斜面的反射鏡21a以反射從激光二極管31發(fā)射的光。
使用半導(dǎo)體制造過(guò)程中的光刻技術(shù)來(lái)驅(qū)動(dòng)激光二極管31的電極金屬焊盤(pán)24，從而將45°反射鏡21a和電極金屬焊盤(pán)24之間的對(duì)準(zhǔn)誤差精確地保持在微米量級(jí)。
在連接激光二極管31之前，通過(guò)使用陽(yáng)極粘接等將用于組裝對(duì)準(zhǔn)的由堿石灰玻璃組成的第二墊片25作為常用晶圓處理形狀裝配在上硅層21上。然后將第二墊片25切割成單個(gè)的芯片形式，然后利用焊接粘接方法將激光二極管31裝配在上面，因而就實(shí)現(xiàn)了光發(fā)射模塊20。
下文中將會(huì)詳細(xì)地描述光檢測(cè)模塊的制造方法。
圖11A到11J示出了根據(jù)本發(fā)明的光檢測(cè)模塊的制造過(guò)程的截面圖。
如圖11A所示，首先，在{100}晶體方向摻有N型雜質(zhì)的硅襯底1被用作原料。
通過(guò)使用光刻處理在襯底1上構(gòu)圖光敏膜101，從而形成用于注入諸如硼或BF2之類的P型雜質(zhì)的開(kāi)口窗口，并且通過(guò)使用光敏膜101作為掩膜，利用離子注入方法來(lái)將P型雜質(zhì)注入開(kāi)口窗口102a中。此時(shí)，P型雜質(zhì)的數(shù)量與被注入的硅襯底的N型雜質(zhì)的濃度對(duì)應(yīng)，然后將光敏膜101剝?nèi)?。然后?zhí)行用于退火和擴(kuò)散的熱處理，由此形成內(nèi)在的阱102。
接著，如圖11B所示，通過(guò)使用光刻處理在襯底1上構(gòu)圖光敏膜103，從而在內(nèi)在的阱102的部分區(qū)域形成諸如硼或BF2之類的P型雜質(zhì)。然后，將光敏膜103剝?nèi)ィ?zhí)行用于退火和擴(kuò)散的熱處理，由此形成P型結(jié)104。
如圖11C所示，在熱處理時(shí)，將在硅襯底1的表面上產(chǎn)生的氧化物膜剝?nèi)?，因此就完成了具有P-I-N結(jié)的結(jié)構(gòu)的光電二極管12(圖中沒(méi)有示出)和13-16。
如圖11D所示，將低應(yīng)力的氮化硅分別淀積在硅襯底1的上、下表面上，在其上的光電二極管12(圖中沒(méi)有示出)和13-16是通過(guò)化學(xué)汽相淀積方法來(lái)實(shí)現(xiàn)的。
也有可能是在硅襯底1的上、下表面上分別淀積作為二氧化硅/氮化硅/二氧化硅的三層結(jié)構(gòu)的應(yīng)力補(bǔ)償?shù)亩鄬颖∧?06和107。
利用通過(guò)光刻處理構(gòu)圖的光敏膜105，將在硅襯底1的上表面形成的多層薄膜106中沒(méi)有被光敏膜105覆蓋的部分剝?nèi)?，然后就剝?nèi)ス饷裟?05。
接著，如圖11E所示，為了在硅襯底1上形成光電二極管12(沒(méi)有示出)和13-16以及反射薄膜4(參見(jiàn)圖11F)，淀積金屬薄膜108。然后，通過(guò)光刻處理在淀積的金屬薄膜108的表面上構(gòu)圖光敏膜109，然后使用光敏膜109作為蝕刻掩膜將金屬薄膜108有選擇地剝?nèi)?，并然后將光敏?09剝?nèi)?。由此形成光電二極管金屬電極接線、金屬電極焊盤(pán)以及反射薄膜4。
接著，如圖11F所示，將可以被用作蝕刻掩膜薄膜的金屬薄膜11(比如鉻膜)淀積在硅襯底1上，然后利用光刻處理和薄膜蝕刻技術(shù)將位于其上將會(huì)形成光孔12(參見(jiàn)圖11I)的部分的蝕刻掩膜薄膜部分的剝?nèi)ァ?br> 接著，如圖11G所示，在硅襯底1的下表面上構(gòu)圖光敏膜111。此時(shí)，使用雙面對(duì)準(zhǔn)技術(shù)將光敏膜111與在晶圓上形成的孔隔膜對(duì)準(zhǔn)。
通過(guò)使用光敏膜111，在硅襯底1的下表面利用反應(yīng)離子蝕刻技術(shù)來(lái)構(gòu)圖多層薄膜107，然后將光敏膜111剝?nèi)ィ纱双@得一個(gè)將在下一步驟中可以使用濕各向異性硅蝕刻技術(shù)處理的區(qū)域。
然后，如圖11H所示，通過(guò)注入諸如KOH(氫氧化鉀膜)、NaOH、TMAH(氫氧化四甲基銨膜)、EDP(乙二胺焦兒茶酚膜)等之類的含水各向異性硅蝕刻劑穿過(guò)多層薄膜107來(lái)蝕刻暴露的襯底1的下表面的硅，以及等等。由此處理具有被{111}晶平面包圍的側(cè)面傾斜的金字塔形的空腔6。在這個(gè)處理中，在低應(yīng)力薄膜或多層薄膜106上停止硅蝕刻。
接著，如圖11I所示，利用反應(yīng)離子蝕刻通過(guò)蝕刻掩膜薄膜110將暴露的低應(yīng)力薄膜或多層薄膜106剝?nèi)ィ⑶覄內(nèi)パ谀け∧?10，從而完成光孔2。
最后，如圖11J所示，將由玻璃材料制成的墊片7與硅襯底1粘接在一起作為晶圓形式，然后將其切割成分立的芯片單元，由此實(shí)現(xiàn)光檢測(cè)模塊10。
其上形成有多個(gè)墊片7的玻璃襯底被處理成晶圓形式，并且通過(guò)陽(yáng)極粘接將玻璃襯底與硅襯底1粘接在一起，以在高溫下對(duì)所述的兩個(gè)襯底施加高壓。
也有可能的是在玻璃襯底的焊接表面預(yù)先形成一個(gè)金屬焊料，然后利用加熱和焊接焊料通過(guò)焊接粘接將硅晶圓和玻璃晶圓臺(tái)彼此對(duì)準(zhǔn)。
下文，根據(jù)本發(fā)明的光發(fā)射模塊的制造方法將說(shuō)明如下。
圖12A到12F示出了根據(jù)本發(fā)明的光發(fā)射模塊的制造過(guò)程的截面圖。
如圖12A所示，使用SOI(硅絕緣體)襯底200作為原料分別形成諸如氮化硅膜或二氧化硅膜之類的掩膜薄膜201和202，它們不被各向異性的硅蝕刻劑蝕刻，而是利用氧化劑方法或淀積方法在硅絕緣體襯底200的上、下表面上作為各向異性的硅蝕刻掩膜使用。
該SOI襯底200由下硅襯底23、具有與{100}晶體方向拋光成9.74°的斜面的上硅層21和二氧化硅膜22組成，以及二氧化硅膜22設(shè)置在所述的兩個(gè)硅區(qū)域之間。
接著，如圖12B所示，在SOI襯底200的上硅層21上形成的蝕刻掩膜薄膜201的表面上涂上光敏膜203，并且利用光刻處理來(lái)構(gòu)圖該光敏膜203。然后，通過(guò)使用光敏膜203作為蝕刻掩膜，利用反應(yīng)離子蝕刻技術(shù)將暴露的蝕刻掩膜薄膜201剝?nèi)?，由此確定各向異性的蝕刻區(qū)域，并且將剩下的光敏膜203剝?nèi)ァ?br> 接著，如圖12C所示，通過(guò)注入諸如KOH、TMAH、EDP和NaOH等之類的各向異性硅蝕刻劑來(lái)蝕刻通過(guò)蝕刻掩膜薄膜201暴露的上硅層21。由此，該蝕刻首先停止上硅層21的{111}晶平面，然后該蝕刻接著被停止在二氧化硅膜22，由此精確地獲得上硅面22的蝕刻深度。具體地，該{111}晶平面，其是在蝕刻帶有拋光成與{100}晶體平面成9.74°的傾角斜面的上硅層21后形成的蝕刻剩余表面，其有一個(gè)與SOI襯底200成45°傾角的晶體平面200a，以及另一個(gè)蝕刻剩余表面，與{111}晶體平面200b正對(duì)斜面，與硅絕緣體襯底200成64.48°傾角。在此，使用硅的{100}晶體方向和{111}晶體方向成54.74°的晶體結(jié)構(gòu)的特性。在完成各向異性硅蝕刻處理以后，剝?nèi)プ鳛檠谀な褂玫墓杞^緣體襯底200的上、下表面的掩膜薄膜201和202。
接著，如圖12D所示，將厚光敏膜204涂覆在其上形成有45°傾角的晶體平面200a的上硅層21上，并且使用光刻處理來(lái)構(gòu)圖。然后，利用蒸餾法或噴射法在構(gòu)圖的光敏膜204上淀積金屬薄膜205。
接著，如圖12E所示，在諸如丙酮之類的有機(jī)溶劑中溶化厚光敏膜204(參見(jiàn)圖12D)，由此剝?nèi)ス饷裟?04以及在光敏膜204上形成的金屬薄膜205(參見(jiàn)圖12D)。由此，僅僅在其上不存在光敏膜204的氧化物膜22的預(yù)定襯底區(qū)域保留金屬薄膜205。由此形成電極金屬焊盤(pán)24。這種構(gòu)圖的方法被成為剝離(lift-off)。接著，如圖12F所示，將墊片25與其上利用陽(yáng)極粘接、環(huán)氧樹(shù)脂粘接以及使用金屬焊料作為粘接層等來(lái)形成成45°角的反射鏡21a和電極金屬焊盤(pán)24等等的SOI襯底200對(duì)準(zhǔn)/裝配在一起，并且然后將其切割成分立的芯片單元。然后，通過(guò)使用焊接粘接技術(shù)把激光二極管31與電極金屬焊盤(pán)24對(duì)準(zhǔn)，這樣就實(shí)現(xiàn)了光發(fā)射模塊20。
如上所述，在本發(fā)明中，利用微機(jī)械技術(shù)和半導(dǎo)體裝配制造過(guò)程來(lái)制造超小型化的光檢測(cè)模塊10和光發(fā)射模塊20，然后利用環(huán)氧樹(shù)脂將制造出的光檢測(cè)模塊10和光發(fā)射模塊20彼此粘接在一起，因而制造出光拾取設(shè)備。據(jù)此，有可能制造出超小產(chǎn)品，能夠大量地生產(chǎn)的產(chǎn)品，減小元件費(fèi)用以及增加元件一致性。
由于本發(fā)明在不脫其精神和本質(zhì)特征的情況下可以有幾種實(shí)現(xiàn)方式，因此應(yīng)該理解的是上面所述的實(shí)施例不應(yīng)該被上面描述的細(xì)節(jié)所限制，除非有其他規(guī)定，而應(yīng)該在所附的權(quán)利要求所定義的精神和范圍內(nèi)廣義地解釋。因此所有落在權(quán)利要求的邊界和范圍內(nèi)或等同于此種邊界和范圍內(nèi)的改變和修改都被所附權(quán)利要求所包括。
權(quán)利要求
1.一種光檢測(cè)模塊，包括一個(gè)硅襯底，其上在中間部分形成空腔；一個(gè)孔隔膜，其在硅襯底的空腔上形成，并設(shè)置有用于通過(guò)光的光孔；以及一個(gè)光電二極管陣列，其在硅襯底的上表面上形成，用來(lái)接收從光源發(fā)射的光以及從光盤(pán)上反射回來(lái)的光信號(hào)，并將其轉(zhuǎn)換成用于檢測(cè)的電信號(hào)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光檢測(cè)模塊，進(jìn)一步包括在孔隔膜的上表面上的反射薄膜。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光檢測(cè)模塊，其中所述光電二極管陣列包括一個(gè)共同的地電極；一個(gè)發(fā)射激光束的監(jiān)測(cè)光電二極管，用來(lái)監(jiān)測(cè)來(lái)自光源的光輸出，并且通過(guò)反饋控制電路將該光輸出保持在預(yù)定的水平；射頻信號(hào)檢測(cè)光電二極管，其具有包含在從光盤(pán)的記錄層反射回來(lái)的光信號(hào)中的數(shù)據(jù)信息；以及光電二極管段，其通過(guò)分成6個(gè)區(qū)域放置在左邊和右邊，用來(lái)檢測(cè)照射在光盤(pán)襯底上的激光束的聚焦形狀和聚焦深度的信息。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或3所述的光檢測(cè)模塊，其中每個(gè)光電二極管都是半導(dǎo)體P-N結(jié)二極管或P-I-N結(jié)二極管。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光檢測(cè)模塊，其中將墊片安裝在硅襯底的上表面的兩端。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的光檢測(cè)模塊，其中所述墊片是含有一定濃度鈉的堿石灰玻璃。
7.一種光發(fā)射模塊，包括板形硅絕緣體襯底，其在上硅層和下硅層之間設(shè)置有的二氧化硅膜；電極金屬焊盤(pán)，其附接在硅絕緣體襯底的上表面中剝?nèi)ド瞎鑼拥牟糠稚希患す舛O管，其附接在電極金屬焊盤(pán)的上表面上；以及反射鏡，其以45°角傾斜地形成在上硅層的一側(cè)上，用來(lái)反射從激光二極管發(fā)射的光。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的光發(fā)射模塊，其中將墊片粘接在硅絕緣體襯底的上表面的兩端上。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的光發(fā)射模塊，其中所述墊片是堿石灰玻璃。
10.一種光拾取設(shè)備，包括光發(fā)射模塊，其包括在上硅層和下硅層之間設(shè)置有二氧化硅膜的板形硅絕緣體襯底；附接在硅絕緣體襯底的上表面中剝?nèi)ド瞎鑼拥牟糠稚系碾姌O金屬焊盤(pán)；附接在電極金屬焊盤(pán)的上表面上的激光二極管；以及以45°傾斜地在上硅層的一側(cè)上形成的反射鏡，用來(lái)反射從激光二極管發(fā)射的光；光檢測(cè)模塊，其包括一個(gè)放置在光發(fā)射模塊的上部的硅襯底，并在其中間部分設(shè)置有空腔；一個(gè)在硅襯底的空腔上形成的孔隔膜，并在其中心部分設(shè)置有用于光通過(guò)的光孔；以及一個(gè)在硅襯底的上表面上形成的光電二極管，用來(lái)轉(zhuǎn)換從激光二極管發(fā)射的光，并將從光盤(pán)上反射回來(lái)的具有信息的光信號(hào)轉(zhuǎn)換成用于檢測(cè)的電信號(hào)；以及一個(gè)墊片，其粘接在光發(fā)射模塊和光檢測(cè)模塊之間，用來(lái)均勻地保持其間的間隔。
11.一種用于制造光檢測(cè)模塊的方法，包括下列步驟第一步，通過(guò)使用在{100}晶體方向摻雜有N型雜質(zhì)的硅襯底作為原料來(lái)形成用來(lái)注入P型雜質(zhì)的開(kāi)口窗口，在硅襯底上構(gòu)圖光敏膜，通過(guò)使用光敏膜作為掩膜來(lái)注入P型雜質(zhì)到該開(kāi)口窗口，并且將光敏膜剝?nèi)ィ?zhí)行用于退火和擴(kuò)散的熱處理來(lái)形成內(nèi)在的阱；第二步，在硅襯底上構(gòu)圖光敏膜，從而在內(nèi)在的阱的部分區(qū)域形成P型雜質(zhì)，將光敏膜剝?nèi)?，并?zhí)行用于退火和擴(kuò)散的熱處理來(lái)形成光電二極管P型結(jié)，并且通過(guò)熱處理來(lái)實(shí)現(xiàn)光電二極管的P-I-N結(jié)的結(jié)構(gòu)；第三步，在實(shí)現(xiàn)光電二極管的硅襯底的上、下表面上分別淀積有二氧化硅膜/氮化硅膜/二氧化硅膜的三層結(jié)構(gòu)的多層薄膜，通過(guò)使用利用光刻處理構(gòu)圖的光敏膜作為掩膜來(lái)剝?nèi)ピ诠枰r底的上表面上形成的多層薄膜中不被光敏膜覆蓋的部分，并然后將光敏膜剝?nèi)ィ坏谒牟?，淀積一層金屬薄膜使得在硅襯底上形成光電二極管和反射薄膜，使用光刻處理在淀積的金屬薄膜的表面上構(gòu)圖光敏膜，然后使用光敏膜作為掩膜來(lái)有選擇地剝?nèi)ソ饘俦∧?，隨后剝?nèi)ス饷裟ぃ⑶乙虼诵纬晒怆姸O管金屬電極接線、金屬電極焊盤(pán)以及反射薄膜；第五步，在硅襯底上淀積金屬薄膜，然后部分蝕刻位于其中利用光刻處理和薄膜蝕刻技術(shù)形成光孔的部分上的蝕刻掩膜；第六步，在硅襯底的下表面構(gòu)圖光敏膜使得光敏膜與在晶圓上形成的孔隔膜對(duì)準(zhǔn)，通過(guò)使用光敏膜，在硅襯底的下表面構(gòu)圖蝕刻掩膜薄膜，并且剝?nèi)ス饷裟な沟媚軌颢@得一個(gè)在下一步驟中能利用各向異性濕硅蝕刻技術(shù)處理的蝕刻區(qū)域；第七步，通過(guò)注入含水的各向異性硅蝕刻劑來(lái)蝕刻通過(guò)蝕刻掩膜薄膜的暴露的硅，從而來(lái)形成空腔；第八步，利用反應(yīng)離子蝕刻，剝?nèi)ネㄟ^(guò)在硅襯底的上表面形成的蝕刻掩膜薄膜暴露的多層薄膜，并且剝?nèi)ピ撗谀け∧?，從而?lái)實(shí)現(xiàn)光孔；以及第九步，把由玻璃制成的墊片與硅襯底粘接來(lái)作為晶圓形式，并且將其切割成分立的芯片單元。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，其中在第一步中使用硼或BF2作為P型雜質(zhì)。
13.根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，其中在第三步中通過(guò)使用化學(xué)汽相淀積法在硅襯底的上、下表面分別淀積低應(yīng)力的氮化硅。
14.根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，其中在第三步中，在硅襯底的上、下表面上分別淀積有二氧化硅膜/氮化硅膜/二氧化硅膜的三層結(jié)構(gòu)的多層薄膜。
15.根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，其中在第六步中使用雙面對(duì)準(zhǔn)技術(shù)在硅襯底的下表面上構(gòu)圖光敏膜。
16.根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，其中在第七步中，含水各向異性硅蝕刻劑是KOH(氫氧化鉀膜)、NaOH、TMAH(氫氧化四甲基銨膜)以及EDP(乙二胺焦兒茶酚膜)中的一種。
17.一種制造光發(fā)射模塊的方法，包括第一步，準(zhǔn)備硅絕緣體襯底作為原料并且分別形成諸如氮化硅膜或二氧化硅膜之類的掩膜薄膜，它們不被各向異性硅蝕刻劑蝕刻并且在硅絕緣體襯底的上、下表面作為各向異性硅蝕刻掩膜層使用；第二步，在硅絕緣體襯底的上表面形成的蝕刻掩膜薄膜上涂敷光敏膜，利用光刻處理來(lái)構(gòu)圖該光敏膜，并且通過(guò)使用光敏膜作為蝕刻掩膜利用反應(yīng)離子蝕刻技術(shù)來(lái)剝?nèi)ケ┞兜奈g刻掩膜薄膜，從而確定各向異性蝕刻區(qū)并且剝?nèi)ナＯ碌墓饷魧?；第三步，通過(guò)注入各向異性硅蝕刻劑來(lái)蝕刻通過(guò)蝕刻掩膜薄膜暴露的上硅層，從而首先在上硅層的{111}晶體平面來(lái)停止蝕刻，然后接著停止蝕刻二氧化硅膜，并且在各向異性蝕刻處理后剝?nèi)プ鳛槲g刻掩膜使用的硅絕緣體襯底上、下表面上的掩膜薄膜；第四步，在形成晶體平面的上硅層表面上淀積厚光敏膜，通過(guò)光刻處理來(lái)構(gòu)圖，并且在構(gòu)圖的光敏膜上淀積金屬薄膜；第五步，通過(guò)注入有機(jī)溶劑來(lái)融化厚光敏膜，剝?nèi)ス饷裟ず驮诠饷裟ど闲纬傻慕饘俦∧ぃ⑶覂H僅在預(yù)定的硅絕緣體襯底的不存在光敏膜的氧化物膜上留下金屬薄膜，因此形成電極金屬焊盤(pán)；以及第六步，將墊片作為對(duì)準(zhǔn)器/組件與其上形成反射鏡和電極金屬焊盤(pán)的硅絕緣體襯底對(duì)準(zhǔn)/裝配，然后將其切割成芯片單元，以及然后使用焊接連接技術(shù)將激光二極管與電極金屬焊盤(pán)對(duì)準(zhǔn)。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的方法，其中在第三步中的各向異性硅蝕刻劑是KOH、TMAH、EDP和NaOH中的一種。
19.根據(jù)權(quán)利要求17所述的方法，其中，在第三步中，該{111}晶體平面，一個(gè)在蝕刻帶有拋光成與{100}晶體平面成9.74°傾角斜面的上硅層后形成的蝕刻剩余表面具有與硅絕緣體襯底成45°傾角的晶體平面，以及另一個(gè)蝕刻剩余表面，面對(duì)著該斜面的{111}晶體平面，具有與硅絕緣體襯底成64.48°的傾角。
20.根據(jù)權(quán)利要求17所述的方法，其中該玻璃有一個(gè)帶有45°傾角的晶體平面。
21.根據(jù)權(quán)利要求17所述的方法，其中在第六步中使用陽(yáng)極粘接和環(huán)氧樹(shù)脂粘接中的一種來(lái)把硅絕緣體襯底和墊片粘接在一起。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種光發(fā)射模塊、光檢測(cè)模塊、把超小的光發(fā)射模塊和光檢測(cè)模塊連接在一起形成的光拾取設(shè)備以及其制造方法。最后，采用超小化技術(shù)，適合大規(guī)模生產(chǎn)的微機(jī)械技術(shù)以及半導(dǎo)體裝配制造過(guò)程，由此減小元件費(fèi)用并且增加元件的一致性。
文檔編號(hào)H01L31/12GK1504765SQ20031011883
公開(kāi)日2004年6月16日 申請(qǐng)日期2003年11月28日 優(yōu)先權(quán)日2002年11月29日
發(fā)明者李泳柱 申請(qǐng)人:Lg電子株式會(huì)社