波导镜制造技术

一种镜子及其制造方法，所述方法包括：提供绝缘体上硅衬底，所述衬底包括：硅支撑层；在所述硅支撑层顶部的掩埋氧化物（BOX）层；在所述BOX层顶部的硅器件层；在所述硅器件层中形成通孔，所述通孔延伸到所述BOX层；从所述通孔处开始蚀刻掉所述BOX层的一部分，并沿第一方向背离所述通孔横向延伸，以在所述硅器件层和所述硅支撑层之间形成沟道；通过所述沟道将各向异性蚀刻施加到与所述沟道相邻的所述硅器件层和所述硅支撑层的区域；所述各向异性蚀刻跟随所述硅器件层和所述硅支撑层的取向平面，以在所述硅器件层的悬垂部分下方形成空腔；所述悬垂部分限定平坦的下侧表面，用于将光竖直地耦合进出所述硅器件层；以及将金属涂层施加在所述下侧表面上。

Waveguide mirror

【技术实现步骤摘要】
波导镜
根据本专利技术的实施例的一个或多个方面涉及波导镜和制造波导镜的方法，并且更具体地涉及在绝缘体上硅衬底上制造的波导镜。
技术介绍
硅光子学是一种快速发展的技术，其中对光学解决方案的需求满足硅芯片制造技术。通常，光学部件的制造在具有硅支撑层、中间绝缘层和位于绝缘层顶部的硅器件层的绝缘体上硅晶片上进行。通常，在设计光学部件时，希望避免复杂的制造技术和相关联的制造时间尺。还希望避免具有大尺寸的部件。
技术实现思路
根据本专利技术第一方面的实施例，提供了一种制造镜子的方法，所述方法包括：提供绝缘体上硅衬底，该衬底包括：硅支撑层；在硅支撑层顶部的掩埋氧化物(BOX)层；在BOX层顶部的硅器件层；在硅器件层中形成通孔，该通孔延伸到BOX层；从通孔处开始蚀刻掉BOX层的一部分，并沿第一方向背离通孔横向延伸，以在硅器件层和硅支撑层之间形成沟道；通过沟道将各向异性蚀刻施加到与沟道相邻的硅器件层和硅支撑层的区域；各向异性蚀刻跟随硅器件层和硅支撑层的取向平面，以在硅器件层的悬垂部分下方形成空腔；悬垂部分限定平坦的下侧表面，用于将光竖直地耦合到硅器件层中和从硅器件层竖直地耦出；以及将金属涂层施加到下侧表面。以这种方式，与传统的硅波导镜相比，镜子结构被“翻转”，因为反射表面形成在下侧表面上。有利地，这消除了在被镜子反射之前光行进通过硅-空气界面的需要。通过空气行进会导致更多散射和更多的光学损失。粗糙表面也导致额外的损耗，因此通过制造的镜子的硅器件层的光滑上表面的出口也是有利的。沟道也可以被称为BOX底切并且用于为蚀刻剂提供进入路径，其导致从硅器件层的底部向上进行蚀刻。正是这种从底部蚀刻的过程在硅器件层中产生了所需的悬垂。硅器件层的晶体结构意味着各向异性蚀刻工艺产生平坦的下侧表面。可选地，在各向异性蚀刻中使用的蚀刻剂是以下之一：氢氧化四甲基铵(TMAH)、KOH或CsOH。可选地，将金属涂层施加到下侧表面的步骤通过原子层沉积(ALD)进行。可选地，硅器件层是{100}取向的。也就是说，用作制造器件的起始点的绝缘体上硅晶片沿着使用米勒指数定义的{100}晶格平面(和等效平面)切割。注意，虽然晶片通常沿(100)平面切割，但是等效平面(010)和(001)将产生相同的效果。可以通过晶片平面指示绝缘体上硅晶片中的硅的取向。在其他实施例中，沿着切割晶片的晶面可以是{110}平面(即(110)表面和等效平面)。括号{}在此用于表示等效平面族，而圆括号()用于表示特定平面。以这种方式，因为已经产生了通孔和沟道，所以各向异性蚀刻对于沿着{111}平面的蚀刻是最具选择性的，这导致具有沿{111}平面延伸的下表面的悬垂器件层。也就是说，镜子的所得小平面沿{111}平面(即(111)、(-111)、(1-11)或(11-1))放置。在这样的实施例中，镜面通常与入射光的方向形成54.7度的角度。有利地，在不需要竖直蚀刻面的情况下制造成角度的镜子。镜面被翻转在器件层下方是特别有利的，因为它提供了用于将光竖直或基本竖直于(即垂直或基本垂直于)BOX层所放置的平面向上从硅波导反射出来的镜子。在使用中，对于沿硅波导传播到镜子的光，在镜子之前不暴露于空气。但是，与其他没有空气间隙的镜子不同；本镜子的制造方法不需要填充步骤。截面图像(扫描电子显微镜(SEM)或聚焦离子束(FIB))将揭示本专利技术的用途。在传统的镜子中，从俯视图可以看到形状。如果没有看到镜子特征，则表明使用了本专利技术。可选地，在硅器件层中形成通孔的步骤包括：蚀刻硅器件层中的通孔，通孔从硅器件层的上表面向下延伸到硅器件层和BOX层之间的界面，该通孔具有基底和两个侧壁；以及将保护性氮化物层施加到基底的区域。在蚀刻通孔之前，可能需要初始图案化步骤以去除硅器件层顶部上的氧化物层。通常使用标准光致抗蚀剂图案化步骤来施加保护性氮化物层。氮化物层用于控制后面的各向异性蚀刻步骤的扩散。这在空腔的制造期间产生了更大的灵活性，特别是底切硅器件层的过程以及由各向异性蚀刻产生的所得数量的悬垂区域。通过防止各向异性蚀刻到达通孔基底的某些部分，可以形成具有壁的空腔，该壁包括硅器件层的不多于一个悬垂部分，因此用于将光竖直地耦合到硅器件层中和竖直地耦合出硅器件层的不多于一个下侧表面。在一些实施例中，从初始通孔制造单个镜子。在其他实施例中，可以制造多个镜面。在仅制造一个镜面的情况下，可以将氮化物层施加到通孔的基底的第一部分；其中空腔和相关联的下侧表面将通过除了由保护性氮化物层覆盖的那些区域之外的所有区域处的通孔的各向异性蚀刻来产生。在需要不止一个镜面的情况下，保护性氮化物层通常位于通孔基底的中心部分。以这种方式，各向异性蚀刻将产生空腔，该空腔在保护性氮化物层的任一侧(并因此在通孔的任一侧)产生“悬垂”。每个悬伸部分限定平坦的下侧表面；也即“翻转的镜子”。可选地，蚀刻掉BOX层的一部分的步骤包括首先在氮化物层上方施加另外的保护图案层的步骤。根据本专利技术第二方面的实施例，提供了一种硅光子镜，包括：硅支撑层；在硅支撑层顶部的掩埋氧化物(BOX)层；在BOX层顶部的硅器件层；空腔，其延伸穿过硅器件层、BOX层和硅支撑层的区域；空腔的壁包括由硅器件层的悬垂部分限定的平坦的下侧表面，平坦的下侧表面用于将光竖直地耦合到硅器件层中和从硅器件层中竖直地耦合出；以及金属表面，其被施加到平坦的下侧表面。根据本专利技术第三方面的实施例，提供了一种制造镜子的方法，所述方法包括：提供绝缘体上硅衬底，该衬底包括：位于BOX层顶部的硅器件层；在硅器件层中形成V形槽，V形槽延伸到BOX层并具有第一成角度的壁和第二成角度的壁；为V形槽的两个成角度的壁中的仅一个壁提供反射涂层，以形成镜面；以及在反射表面的顶部上生长硅以填充V形槽，生长的硅和反射表面之间的界面形成镜子的反射表面。通常，产生V形槽的步骤包括使用TMAH、KOH或CSOH的各向异性蚀刻。蚀刻工艺可以包括蚀刻通孔的初始步骤，通常是从硅器件层的上表面向下竖直地延伸到将成为通孔的基底的部分，然后将各向异性蚀刻施加到通孔。初始图案化步骤可以简单地去除上氧化物层以准备各向异性蚀刻步骤。在硅器件层具有{100}取向的情况下，V形槽的壁将沿着等于或等效于{111}平面的平面(即(111)、(-111)、(1-11))或(11-1))。也就是说，镜子的所得小平面位于{111}平面上。V形槽由两个成角度的表面构成，这两个成角度的表面可以在凹槽的底部相交或基本上相交，以形成“V”的顶点。在一些实施例中，V形槽的基底可以具有长度为5μm或更大的平台(长度沿着平行于BOX平面的表面)。V形槽基底的平坦区域可有利于在填充过程中容易填充。可选地，反射涂层是氧化物层。可选地，所述反射涂层包括金属层和氧化物层；镜子的表面位于界面处。可选地，生长以填充V形槽的硅是外延硅。可选地，生长以填充V形槽的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种硅光子镜，其包括：/n硅支撑层；在所述硅支撑层顶部的掩埋氧化物BOX层；在所述BOX层顶部的硅器件层；/n空腔，所述空腔延伸穿过所述硅器件层、所述BOX层和所述硅支撑层的区域；所述空腔的壁包括由所述硅器件层的悬垂部分限定的平坦的下侧表面，所述平坦的下侧表面用于将光竖直地耦合到所述硅器件层中和从所述硅器件层中竖直地耦合出；以及/n金属表面，所述金属表面施加到所述平坦的下侧表面。/n

【技术特征摘要】
20180329 GB 1805241.51.一种硅光子镜，其包括：
硅支撑层；在所述硅支撑层顶部的掩埋氧化物BOX层；在所述BOX层顶部的硅器件层；
空腔，所述空腔延伸穿过所述硅器件层、所述BOX层和所述硅支撑层的区域；所述空腔的壁包括由所述硅器件层的悬垂部分限定的平坦的下侧表面，所述平坦的下侧表面用于将光竖直地耦合到所述硅器件层中和从所述硅器件层中竖直地耦合出；以及
金属表面，所述金属表面施加到所述平坦的下侧表面。


2.根据权利要求1所述的硅光子镜，其中所述平坦的下侧表面相对于所述硅器件层的顶表面形成54.7度的角度。


3.根据权利要求1或2所述的硅光子镜，其中所述空腔的壁包括所述硅器件层的不多于一个悬垂部分。


4.一种硅光子镜，其包括：
硅支撑层；在所述硅支撑层顶部的掩埋氧化物BOX层；在所述BOX层顶部的硅器件层；
空腔，所述空腔延伸穿过所述硅器件层、所述BOX层和所述硅支撑层的区域；所述空腔的壁包括由所述硅器件层的悬垂部分限定的不多于一个...

【专利技术属性】
技术研发人员：H尼卡南，JP德拉克，E科，D莱罗塞，SL马克拉，AS纳格拉，
申请(专利权)人：洛克利光子有限公司，
类型：新型
国别省市：英国;GB