一种平面光波导器件及其制作方法技术

本发明专利技术公开了一种平面光波导及其制作方法，所述制作方法包括：在衬底表面形成下包层；在下包层表面形成锗掺杂的二氧化硅层；对所述二氧化硅层进行多次退火处理，相邻两次退火中，后一次退火温度高于前一次退火温度；对所述二氧化硅层进行刻蚀，形成预设结构的波导芯层；形成覆盖所述波导芯层的保护层。通过多次阶梯状温度退火，在提高波导芯层相对于下包层折射率的同时保证了波导芯层的折射率均匀性。采用所述制作方法制备的平面光波导器件，波导芯层相对于下包层的折射率差值大于或等于1％，且波导芯层的折射率均匀性小于或等于0.02％。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及半导体器件制作工艺
，更具体地说，涉及一种平面光波导器件及其制作方法。
技术介绍
平面光波导器件以其体积小、集成度高、可靠性好等优点被广泛应用在光调制器、光开关、光功率分配器、光耦合器、波分复用器、光滤波器、偏振分束器以及微透镜等光学产品中。参考图1，图1为平面光波导器件的结构示意图，包括：衬底11；设置在所述衬底1表面下包层12；设置在所述下包层表面的波导芯层13；覆盖在所述波导芯层13表面的保护层14。在平面光波导器件中，所述波导芯层14为掺锗二氧化硅薄膜，为了保证平面光波导器件的光学性能，所述波导芯层14相对于下包层13需要较高的折射率，且需要具有较好的折射率均匀性。为了提高波导芯层14相对于下包层13的折射率，需要提高波导芯层14内锗的掺杂量，但是锗的掺杂量提高会使得波导芯层14的折射率均匀性降低。因此，如何在使得波导芯层14相对于下包层13具有较高折射率的同时保证波导芯层14具有较好的折射率均匀性，是平面光波导器件制作领域一个亟待解决的问题。
技术实现思路
为解决上述技术问题，本专利技术提供一种平面光波导器件及其制作方法，在提高波导芯层相对于下包层折射率的同时保证了波导芯层的折射率均匀性。为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：一种平面光波导器件的制作方法，该制作方法包括：在衬底表面形成下包层；在下包层表面形成锗掺杂的二氧化硅层；>对所述二氧化硅层进行多次退火处理，相邻两次退火中，后一次退火温度高于前一次退火温度；对所述二氧化硅层进行刻蚀，形成预设结构的波导芯层；形成覆盖所述波导芯层的保护层。优选的，在上述制作方法中，所述二氧化硅层的形成方法包括：在设定流量的硅烷、一氧化二氮以及锗烷构成的反应气体中，以设定的压强以及射频功率，采用PECVD镀膜工艺形成所述二氧化硅层。优选的，在上述制作方法中，所述硅烷的流量范围是100sccm-175sccm，包括端点值；所述一氧化二氮的流量范围是2500sccm-3000sccm，包括端点值；所述锗烷的流量范围是30sccm-160sccm，包括端点值；所述压强范围是2.1Torr-2.4Torr，包括端点值；所述射频功率是500W-700W，包括端点值。优选的，在上述制作方法中，所述波导芯层相对于所述下包层的折射率差是1.5％；其中，所述折射率差为所述波导芯层的折射率减去所述下包层的折射率所得的折射率差值除以所述下包层的折射率。优选的，在上述制作方法中，对所述二氧化硅层进行两次退火处理；其中，第一次退火处理的退火时间为4h-6h，包括端点值；第一次退火处理的退火温度大于或等于1000℃，且小于1050℃；第二次退火处理的退火时间为4h-6h，包括端点值；第二次退火处理的退火温度为1050-1100℃，包括端点值。本专利技术还提供了一种平面光波导器件，所述平面光波导器件采用上述任一种实施方式所述的制作方法制备，所述平面光波导器件的波导芯层的折射率均匀性小于或等于0.02％。优选的，在上述平面光波导器件中，所述波导芯层相对于所述下包层的折射率差是1.5％；其中，所述折射率差为所述波导芯层的折射率减去所述平面光波导器件的下包层的折射率所得的折射率差值除以所述下包层的折射率。优选的，在上述平面光波导器件中，所述平面光波导器件的传输损耗小于0.05dB/cm。从上述技术方案可以看出，本专利技术所提供的平面光波导器件的制作方法包括：在衬底表面形成下包层；在下包层表面形成锗掺杂的二氧化硅层；对所述二氧化硅层进行多次退火处理，相邻两次退火中，后一次退火温度高于前一次退火温度；对所述二氧化硅层进行刻蚀，形成预设结构的波导芯层；形成覆盖所述波导芯层的保护层。通过多次阶梯状温度退火，在提高波导芯层相对于下包层折射率的同时保证了波导芯层的折射率均匀性。采用所述制作方法制备的平面光波导器件，波导芯层相对于下包层的折射率差值大于或等于1％，且波导芯层的折射率均匀性小于或等于0.02％。附图说明为了更清楚地说明本专利技术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专利技术的实施例，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，还可以根据提供的附图获得其他的附图。图1为平面光波导器件的结构示意图；图2为本申请实施例提供的一种平面光波导器件的制作方法的流程示意图。具体实施方式下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，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例，都属于本专利技术保护的范围。本申请一个实施例提供了一种平面光波导器件的制作方法，参考图2，所述制作方法包括：步骤S11：在衬底表面形成下包层。为了提高所述波导芯层与所述衬底的接触稳定性，防止波导芯层脱落，所述下包层为二氧化硅层，由于所述波导芯层为掺锗的二氧化硅层，当所述下包层为二氧化硅层时，所述下包层与所述波导芯层具有相同的晶体结构，可以使得二者接触紧密。所述衬底为硅晶圆衬底，可以通过氧化工艺对所述硅晶圆衬底表面进行氧化形成二氧化硅层，将该二氧化硅成作为所述下包层。步骤S12：在下包层表面形成锗掺杂的二氧化硅层。在设定流量的硅烷、一氧化二氮以及锗烷构成的反应气体中，以设定的压强以及射频功率，采用PECVD镀膜工艺形成所述锗掺杂的二氧化硅层。在本实施例中，所述硅烷的流量范围是100sccm-175sccm，包括端点值；所述一氧化二氮的流量范围是2500sccm-3000sccm，包括端点值；所述锗烷的流量范围是30sccm-160sccm，包括端点值；所述压强范围是2.1Torr-2.4Torr，包括端点值；所述射频功率是500W-700W，包括端点值。通过调整反应气体中各气体的流量，能够调整最终形成的二氧化硅层中锗元素的含量。在上述参数范围内可以制备折射率差为0.75％与1.5％两种常见规格要求的光波导器件。其中，所述折射率差为所述波导芯层的折射率减去所述平面光波导器件的下包层的折射率所得的折射率差值除以所述下包层的折射率。对于折射率差规格为0.75％的平面光波导器件，作为波导芯层的二氧化硅层锗元素的含量较低，可以采用一次退火即可本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种平面光波导器件的制作方法，其特征在于，包括：在衬底表面形成下包层；在下包层表面形成锗掺杂的二氧化硅层；对所述二氧化硅层进行多次退火处理，相邻两次退火中，后一次退火温度高于前一次退火温度；对所述二氧化硅层进行刻蚀，形成预设结构的波导芯层；形成覆盖所述波导芯层的保护层。

【技术特征摘要】
1.一种平面光波导器件的制作方法，其特征在于，包括：
在衬底表面形成下包层；
在下包层表面形成锗掺杂的二氧化硅层；
对所述二氧化硅层进行多次退火处理，相邻两次退火中，后一次退火温
度高于前一次退火温度；
对所述二氧化硅层进行刻蚀，形成预设结构的波导芯层；
形成覆盖所述波导芯层的保护层。
2.根据权利要求1所述的制作方法，其特征在于，所述二氧化硅层的形
成方法包括：
在设定流量的硅烷、一氧化二氮以及锗烷构成的反应气体中，以设定的
压强以及射频功率，采用PECVD镀膜工艺形成所述二氧化硅层。
3.根据权利要求2所述的制作方法，其特征在于，所述硅烷的流量范围
是100sccm-175sccm，包括端点值；所述一氧化二氮的流量范围是
2500sccm-3000sccm，包括端点值；所述锗烷的流量范围是30sccm-160sccm，
包括端点值；所述压强范围是2.1Torr-2.4Torr，包括端点值；所述射频功率是
500W-700W，包括端点值。
4.根据权利要求1所述的制作方法，其特征在于，所述波导芯层相对于
所述下包层的折射率差是1.5...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘春梅，李朝阳，
申请(专利权)人：四川飞阳科技有限公司，
类型：发明
国别省市：四川;51