專利名稱：一種plc光器件的制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種平面光分路器(Planar Lightwave Circuit,PLC)的制造方法，具體涉及一種光波導(dǎo)的制造方法，屬于PLC分路器技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
當(dāng)前，F(xiàn)TTX(光纖接入網(wǎng))建設(shè)的逐步展開，具體要實(shí)現(xiàn)FTTC(光纖到路邊)、 FTTB(光纖到大樓)、FTTH(光纖到家庭)、FTTD(光纖到桌面)、三網(wǎng)融合(語音網(wǎng)、數(shù)據(jù)網(wǎng)、 有線電視網(wǎng))等多媒體傳輸以及PDS(綜合布線系統(tǒng))方案。要建成全光纖網(wǎng)絡(luò)，除了需要各種各樣結(jié)構(gòu)配線光纜、引入光纜實(shí)現(xiàn)光纖網(wǎng)絡(luò)的接續(xù)和再分配外，還大量需要光分路器來最終完成光纖到戶的目的。PLC光器件一般在六種材料上制作，它們是鈮酸鋰(LiNb03)、III-V族半導(dǎo)體化合物、二氧化硅(SiO2)、SOI(Silicon-on-Insulator，絕緣體上硅)、聚合物(Polymer)和玻璃。其中，鈮酸鋰波導(dǎo)是通過在鈮酸鋰晶體上擴(kuò)散Ti離子形成波導(dǎo)，波導(dǎo)結(jié)構(gòu)為擴(kuò)散型。 InP波導(dǎo)以InP為稱底和下包層，以InGaAsP為芯層，以InP或者h(yuǎn)P/空氣為上包層，波導(dǎo)結(jié)構(gòu)為掩埋脊形或者脊形。二氧化硅波導(dǎo)以硅片為稱底，以不同摻雜的SiO2材料為芯層和包層，波導(dǎo)結(jié)構(gòu)為掩埋矩形。SOI波導(dǎo)是在SOI基片上制作，稱底、下包層、芯層和上包層材料分別為Si、SiO2, Si和空氣，波導(dǎo)結(jié)構(gòu)為脊形。聚合物波導(dǎo)以硅片為稱底，以不同摻雜濃度的Polymer材料為芯層，波導(dǎo)結(jié)構(gòu)為掩埋矩形。玻璃波導(dǎo)是通過在玻璃材料上擴(kuò)散Ag離子形成波導(dǎo)，波導(dǎo)結(jié)構(gòu)為擴(kuò)散型。在上述六種材料的PLC光器件中，二氧化硅光波導(dǎo)具有良好的光學(xué)、電學(xué)、機(jī)械性能和熱穩(wěn)定性，被認(rèn)為是無源光集成最有實(shí)用前景的技術(shù)途徑。目前，制造二氧化硅光波導(dǎo)的工藝通常為1)采用火焰水解法(FHD)或者化學(xué)氣相淀積工藝(CVD)，在硅片101上生長(zhǎng)一層 SiO2，其中摻雜磷、硼離子，作為光波導(dǎo)下包層102。然后繼續(xù)采用FHD或者CVD工藝，在下包層102上再生長(zhǎng)一層SiO2，作為光波導(dǎo)芯層103，其中摻雜鍺離子，獲得需要的折射率差， 并且通過退火硬化工藝使之前生長(zhǎng)的兩層SiO2變得致密均勻，如圖Ia所示；2)淀積一層光刻膠104，然后光刻形成圖形，將需要的光波導(dǎo)圖形用光刻膠保護(hù)起來。然后采用反應(yīng)離子刻蝕(RIE)工藝，將非光波導(dǎo)區(qū)域的二氧化硅刻蝕掉，如圖Ib所示；3)去掉光刻膠，采用FHD或者CVD工藝，在光波導(dǎo)芯層103上再覆蓋一層SiO2,其中摻雜磷、硼離子，作為光波導(dǎo)上包層105，然后通過退火硬化工藝，使上包層SW2變得致密均勻，如圖Ic所示。如上所述的二氧化硅光波導(dǎo)工藝技術(shù)目前是PLC光器件產(chǎn)品的主流制造技術(shù)，國際上比較普遍采用。但是，問題存在于設(shè)備投入高、維護(hù)成本高、原材料要求高(全部采用進(jìn)口材料)，此技術(shù)制造難度大
發(fā)明內(nèi)容
有鑒于此，本發(fā)明的目的在于提出一種新的技術(shù)難度小的光波導(dǎo)的制造方法，可以在較低的成本投入下，實(shí)現(xiàn)二氧化硅光波導(dǎo)器件的產(chǎn)業(yè)化規(guī)模生產(chǎn)。為達(dá)到本發(fā)明的上述目的，本發(fā)明提出了一種光波導(dǎo)器件的制造方法，具體包括提供一個(gè)硅襯底；在所述硅襯底上生長(zhǎng)一層二氧化硅；淀積光刻膠；光刻形成圖形；形成高折射率層；回刻部分所述高折射率層，將光刻膠上的所述高折射率層去除而保留在光刻膠之間的凹槽內(nèi)的所述高折射率層材料，以形成高折射率芯層；剝除光刻膠；形成低折射率膜上包層。其中，上述光波導(dǎo)器件的制造方法中，所述二氧化硅的厚度范圍為2-30微米；所述光刻膠的厚度范圍為5-15微米；所述的高折射率芯層的厚度范圍為2-20微米，其寬度范圍為2-30微米。本發(fā)明所提出的光波導(dǎo)的制造方法工藝過程簡(jiǎn)單，技術(shù)難度低，原材料以及生產(chǎn)設(shè)備要求低，降低了生產(chǎn)成本，易于實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化規(guī)模生產(chǎn)。


圖Ia至圖Ic為現(xiàn)有技術(shù)的二氧化硅光波導(dǎo)的制造工藝流程圖。圖加為本發(fā)明所提供的光波導(dǎo)的一個(gè)實(shí)施例的示意圖。圖2b為圖加所示光波導(dǎo)沿Cd方向的截面圖。圖3a至圖3f為本發(fā)明所提供的制造如圖2所示光波導(dǎo)的實(shí)施例工藝流程圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖與具體實(shí)施方式
對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說明，在圖中，為了方便說明，放大或縮小了層和區(qū)域的厚度，所示大小并不代表實(shí)際尺寸。盡管這些圖并不能完全準(zhǔn)確的反映出器件的實(shí)際尺寸，但是它們還是完整的反映了區(qū)域和組成結(jié)構(gòu)之間的相互位置，特別是組成結(jié)構(gòu)之間的上下和相鄰關(guān)系。同時(shí)在下面的描述中，所使用的術(shù)語襯底可以理解為包括正在工藝加工中的半導(dǎo)體襯底，可能包括在其上所制備的其它薄膜層。圖加為本發(fā)明所提供的光波導(dǎo)的一個(gè)實(shí)施例的示意圖，其中ab所示方向?yàn)楣庠诠獠▽?dǎo)中的傳播方向。圖2b為圖加所示光波導(dǎo)沿cd方向的截面圖。如圖2b所示，該光波導(dǎo)包括一個(gè)硅襯底201以及在硅襯底201上形成的作為下包層的二氧化硅層202、光波導(dǎo)芯層部分203、低折射率的覆蓋層204和石英材料的蓋子205。本發(fā)明所提出的如圖2b所示的光波導(dǎo)器件可以通過很多方法制造，以下所敘述的是本發(fā)明所提供的制造如圖2b所示光波導(dǎo)器件的一個(gè)實(shí)施例的工藝流程。首先，提供一個(gè)作為襯底用的硅片301，其厚度范圍優(yōu)選為1. 20-1. 30毫米。接著， 采用火焰水解法(FHD)或者化學(xué)氣相淀積工藝(CVD)的方法在在硅片301上生長(zhǎng)一層SiO2,其中摻雜磷、硼離子，作為光波導(dǎo)下包層302，如圖3a所示。接下來，在SW2層302上淀積一層厚度約為5-15微米的負(fù)性光刻膠303，然后掩膜、曝光、刻蝕形成凹槽304，如圖北所示。接下來，在3000rpm的條件下，采用旋涂的方法旋涂40秒得到一層約2微米厚的高折射率膜，并在旋涂材料中摻雜鍺離子以提高其折射率。然后利用緩沖氫氟酸刻蝕液 (BHF)刻蝕所形成的高折射率膜，將光刻膠303上的高折射率膜去除而僅保留在凹槽304內(nèi)的高折射率膜材料，以形成高折射率芯層305，如圖3c所示。然后剝除光刻膠303，如圖3d 所示。接下來，繼續(xù)采用旋涂的方法形成一層約2-20微米厚的低折射率的覆蓋層306， 如圖3e所示。最后，將石英片粘合于低折射率的覆蓋層306之上作為蓋子307，如圖3f所示，石英片307的厚度優(yōu)選為1. 20-1. 30毫米。如上所述，在不偏離本發(fā)明精神和范圍的情況下，還可以構(gòu)成許多有很大差別的實(shí)施例。應(yīng)當(dāng)理解，除了如所附的權(quán)利要求所限定的，本發(fā)明不限于在說明書中所述的具體實(shí)例。
權(quán)利要求
1.一種光波導(dǎo)器件的制造方法，包括 提供一個(gè)硅襯底；在所述硅襯底上生長(zhǎng)一層二氧化硅； 淀積光刻膠； 光刻形成圖形； 形成高折射率層；回刻部分所述高折射率層，將光刻膠上的所述高折射率層去除而保留在光刻膠之間的凹槽內(nèi)的所述高折射率層材料，以形成高折射率芯層； 剝除光刻膠； 形成低折射率膜上包層。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光波導(dǎo)器件的制造方法，其特征在于，所述二氧化硅的厚度范圍為2-30微米。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光波導(dǎo)器件的制造方法，其特征在于，所述光刻膠的厚度范圍為5-15微米。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光波導(dǎo)器件的制造方法，其特征在于，所述的高折射率芯層的厚度范圍為2-20微米，其寬度范圍為2-30微米。
全文摘要
本發(fā)明屬于平面光分路器(Planar Lightwave Circuit Splitter，PLC splitter)技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種光波導(dǎo)的制造方法，包括在硅片上生長(zhǎng)一層二氧化硅；淀積光刻膠；光刻形成圖形；在光刻膠之間的凹槽內(nèi)形成高折射率的光波導(dǎo)芯層；剝除光刻膠；形成低折射率膜上包層。本發(fā)明所提出的光波導(dǎo)的制造方法工藝過程簡(jiǎn)單，技術(shù)難度低，原材料以及生產(chǎn)設(shè)備要求低，降低了生產(chǎn)成本，易于實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化規(guī)模生產(chǎn)。
文檔編號(hào)G02B6/136GK102540336SQ201010604199
公開日2012年7月4日 申請(qǐng)日期2010年12月24日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月24日
發(fā)明者劉偉, 劉磊, 王鵬飛 申請(qǐng)人:蘇州東微半導(dǎo)體有限公司