波导结构的制造制造技术

一种制造波导结构以从波导层形成固体芯波导的方法可以包括：向波导层中蚀刻流体通道；向波导层中蚀刻第一空气间隙和第二空气间隙，其中，蚀刻第一空气间隙和第二空气间隙创建了在波导层中的在第一空气间隙与第二空气间隙之间的固体芯波导。一种用于制造波导结构以形成固体芯波导的方法可以包括：在衬底层中形成第一沟槽、第二沟槽和第三沟槽；以及在机械加工的衬底层上沉积波导层，其中，沉积波导层在与第一沟槽对应的位置处创建流体通道的中空芯，并且在波导层中与第二沟槽与第三沟槽之间的区域对应的位置处创建固体芯波导部分。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】波导结构的制造相关申请的交叉引用本申请要求2018年5月22日提交的美国临时申请第62/674,853号的权益，其全部内容在此通过引用并入本文中。
本公开内容总体上涉及用于制造波导的方法，并且更特别地涉及用于制造二维波导结构诸如具有固体芯波导、流体芯通道和/或流体芯波导的光流控芯片的方法。
技术介绍
诸如光学芯片和光流控芯片的波导结构在现代生物医学研究中至关重要。这些波导结构可以包括可以彼此设置在同一平面上并且可以以各种构造彼此相交的固体芯波导、流体通道和/或流体芯波导。用于制造所述结构的已知技术需要多个制造步骤。例如，用于制造波导芯片的已知技术可以包括六个或更多个光刻步骤、多个蚀刻步骤、多个沉积步骤以及牺牲芯去除过程。
技术实现思路
如上所述，用于制造诸如光学芯片和光流控芯片的波导结构的已知技术需要多个步骤。执行这些不同的步骤是困难、复杂、耗时且昂贵的。例如，对准步骤由于未对准而在波导结构中引入缺陷和瑕疵的各种机会。此外，牺牲芯去除过程可能极其耗时。此外，在利用生物传感器芯片和波导结构的领域中需要开发优化的芯片和波导架构，包括通过减少用于制造所述优化的芯片和结构的步骤和过程的数量，以改进总体可制造性、成本、产率和再现性。因此，需要用于制造包括光学芯片和光流控芯片的波导结构的改进技术，该改进技术比已知技术更简单、难度较小、耗时较少并且较便宜。本文中公开了可以解决以上需要中的一个或更多个的改进技术。在一些实施方式中，如本文中所描述的，单个光刻/蚀刻过程之后是接合过程可以替换先前技术所需的难处理且昂贵的一系列步骤。步骤总数量的减少可以允许较快、较高效、较不复杂和较便宜的生产(例如，可制造性、成本、产率、可再现性)，包括以商业规模进行的生产。消除对准步骤可以通过防止可能在传统的对准过程期间造成的未对准和缺陷来进一步改进质量控制。例如，这些技术可以实现具有比由保形涂层和蚀刻形成的缺陷少得多的缺陷的自动对准和波导相交。此外，与已知方法相比，本文描述的技术可以需要较少的微制造步骤，可以创建固体芯波导与流体芯通道的自动对准(而不是每个一个掩模)，可以在固体芯与流体芯之间创建整体式相交(monolithicintersection)，可以允许直接流体集成(例如，平面芯片表面可以实现接合技术以及较简单的流体互连)，可以消除对耗时的牺牲芯去除的需要，并且可以使得能够在比仅与传统方法兼容的那些材料更多的各种各样的材料之间进行选择。在一些实施方式中，提供了用于制造波导结构以从波导层形成至少一个固体芯波导的第一种方法，该第一种方法包括：向波导层中蚀刻流体通道；向波导层中蚀刻第一空气间隙和第二空气间隙，其中，蚀刻第一空气间隙和第二空气间隙创建了在波导层中的在第一空气间隙与第二空气间隙之间的固体芯波导；以及将覆盖层附接至波导层，以封闭流体通道。在第一种方法的一些实施方式中，波导层包括第一氧化物层和第二氧化物层，其中，第一氧化物层位于第二氧化物层的第一侧并且具有第一折射率，并且第二氧化物层具有比第一折射率低的第二折射率。在第一种方法的一些实施方式中：蚀刻流体通道包括一次蚀刻到第二氧化物层和第一氧化物层中；蚀刻第一空气间隙包括一次蚀刻到第二氧化物层和第一氧化物层中；蚀刻第二空气间隙包括一次蚀刻到第二氧化物层和第一氧化物层中。在第一种方法的一些实施方式中：波导层还包括第三氧化物层，该第三氧化物层位于第二氧化物层的与第一侧相对的第二侧，其中，第三氧化物层具有比第一折射率低的第三折射率；并且蚀刻流体通道包括一次蚀刻到第三氧化物层、第二氧化物层和第一氧化物层中；蚀刻第一空气间隙包括一次蚀刻到第三氧化物层、第二氧化物层和第一氧化物层中；蚀刻第二空气间隙包括一次蚀刻到第三氧化物层、第二氧化物层和第一氧化物层中。在第一种方法的一些实施方式中，第一种方法还包括：对波导层进行掺杂，以在波导层中创建具有比周围折射率低的掺杂折射率的一个或更多个掺杂区域，其中，一个或更多个掺杂区域与固体芯波导相邻。在第一种方法的一些实施方式中，一个或更多个掺杂区域与第一空气间隙和第二空气间隙相邻。在第一种方法的一些实施方式中，一个或更多个掺杂区域与流体通道相邻。在第一种方法的一些实施方式中，第一种方法还包括：对波导层进行掺杂以在波导层中创建具有比周围折射率高的掺杂折射率的一个或更多个掺杂区域，其中，一个或更多个掺杂区域形成固体芯波导。在第一种方法的一些实施方式中：波导结构包括ARROW(反共振反射光光波导)层；蚀刻流体通道包括蚀刻到波导层中而不蚀刻到ARROW层中；蚀刻第一空气间隙包括蚀刻到波导层中而不蚀刻到ARROW层中；蚀刻第二空气间隙包括蚀刻到波导层中而不蚀刻到ARROW层中。在第一种方法的一些实施方式中：波导结构包括ARROW层；波导结构包括在ARROW层与波导层之间的、与流体通道对应的位置处的蚀刻停止层；蚀刻流体通道包括：蚀刻到波导层中而不蚀刻到ARROW层中；溶解蚀刻停止层；蚀刻第一空气间隙包括一次蚀刻到波导层和ARROW层中；蚀刻第二空气间隙包括一次蚀刻到波导层和ARROW层中。在第一种方法的一些实施方式中：波导结构包括ARROW层；蚀刻流体通道包括执行干法蚀刻，之后执行湿法蚀刻；蚀刻第一空气间隙包括执行干法蚀刻，之后执行湿法蚀刻；并且蚀刻第一空气间隙包括执行干法蚀刻，之后执行湿法蚀刻。在第一种方法的一些实施方式中：波导结构包括ARROW层；蚀刻流体通道包括部分地蚀刻到波导层中而不蚀刻穿过波导层到达ARROW层；蚀刻第一空气间隙包括一次蚀刻到波导层和ARROW层中；并且蚀刻第二空气间隙包括一次蚀刻到波导层和ARROW层中。在第一种方法的一些实施方式中：蚀刻第一空气间隙包括一次蚀刻到波导层、ARROW层和衬底层中；蚀刻第二空气间隙包括一次蚀刻到波导层、ARROW层和衬底层中。在第一种方法的一些实施方式中：波导结构包括在波导层之下的ARROW层；波导结构包括在ARROW层与波导层之间的蚀刻停止层，该蚀刻停止层延伸到与流体通道对应的位置、与第一空气间隙对应的位置以及与第二空气间隙对应的位置；蚀刻流体通道包括蚀刻到波导层中而不蚀刻到ARROW层中；蚀刻第一空气间隙包括蚀刻到波导层中而不蚀刻到ARROW层中；蚀刻第二空气间隙包括蚀刻到波导层中而不蚀刻到ARROW层中；并且第一种方法还包括溶解(dissolving)蚀刻停止层。在第一种方法的一些实施方式中：波导结构包括耦接至波导层的衬底层；该方法还包括蚀刻到衬底中以创建与流体通道和固体芯波导中的一个或更多个相邻的第三空气间隙，其中，第三空气间隙被配置成引起在流体通道和固体芯波导中的一个或更多个中传播的光的内部反射。在第一种方法的一些实施方式中，第一种方法还包括：在第三空气间隙中设置透镜元件，其中，透镜元件被配置成收集从流体通道逸出到第三空气间隙中的光。在第一种方法的一些实施方式中，蚀刻到衬底中以创建第三空气间隙包括：对流体通道和固体芯波导中的一个或更多个进行底切(undercutti本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于制造波导结构以从波导层形成至少一个固体芯波导的方法，所述方法包括：/n向所述波导层中蚀刻流体通道；/n向所述波导层中蚀刻第一空气间隙和第二空气间隙；/n其中，蚀刻所述第一空气间隙和所述第二空气间隙创建了在所述波导层中的在所述第一空气间隙与所述第二空气间隙之间的固体芯波导；以及/n将覆盖层附接至所述波导层，以封闭所述流体通道。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20180522 US 62/674,8531.一种用于制造波导结构以从波导层形成至少一个固体芯波导的方法，所述方法包括：
向所述波导层中蚀刻流体通道；
向所述波导层中蚀刻第一空气间隙和第二空气间隙；
其中，蚀刻所述第一空气间隙和所述第二空气间隙创建了在所述波导层中的在所述第一空气间隙与所述第二空气间隙之间的固体芯波导；以及
将覆盖层附接至所述波导层，以封闭所述流体通道。


2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述波导层包括第一氧化物层和第二氧化物层，其中，所述第一氧化物层位于所述第二氧化物层的第一侧并且具有第一折射率，并且所述第二氧化物层具有比所述第一折射率低的第二折射率。


3.根据权利要求2所述的方法，其中：
蚀刻所述流体通道包括：一次蚀刻到所述第二氧化物层和所述第一氧化物层中；
蚀刻所述第一空气间隙包括：一次蚀刻到所述第二氧化物层和所述第一氧化物层中；以及
蚀刻所述第二空气间隙包括：一次蚀刻到所述第二氧化物层和所述第一氧化物层中。


4.根据权利要求2至3中任一项所述的方法，其中：
所述波导层还包括第三氧化物层，所述第三氧化物层位于所述第二氧化物层的与所述第一侧相对的第二侧，其中，所述第三氧化物层具有比所述第一折射率低的第三折射率，并且
蚀刻所述流体通道包括：一次蚀刻到所述第三氧化物层、所述第二氧化物层和所述第一氧化物层中；
蚀刻所述第一空气间隙包括：一次蚀刻到所述第三氧化物层、所述第二氧化物层和所述第一氧化物层中；并且
蚀刻所述第二空气间隙包括：一次蚀刻到所述第三氧化物层、所述第二氧化物层和所述第一氧化物层中。


5.根据权利要求1至4中任一项所述的方法，还包括：对所述波导层进行掺杂，以在所述波导层中创建具有比周围折射率低的掺杂折射率的一个或更多个掺杂区域，其中，所述一个或更多个掺杂区域与所述固体芯波导相邻。


6.根据权利要求5所述的方法，其中，所述一个或更多个掺杂区域与所述第一空气间隙和所述第二空气间隙相邻。


7.根据权利要求5至6中任一项所述的方法，其中，所述一个或更多个掺杂区域与所述流体通道相邻。


8.根据权利要求1至7中任一项所述的方法，还包括：对所述波导层进行掺杂，以在所述波导层中创建具有比周围折射率高的掺杂折射率的一个或更多个掺杂区域，其中，所述一个或更多个掺杂区域形成所述固体芯波导。


9.根据权利要求1至8中任一项所述的方法，其中：
所述波导结构包括ARROW层；
蚀刻所述流体通道包括：蚀刻到所述波导层中，而不蚀刻到所述ARROW层中；
蚀刻所述第一空气间隙包括：蚀刻到所述波导层中，而不蚀刻到所述ARROW层中；并且
蚀刻所述第二空气间隙包括：蚀刻到所述波导层中，而不蚀刻到所述ARROW层中。


10.根据权利要求1至9中任一项所述的方法，其中：
所述波导结构包括ARROW层；
所述波导结构包括在所述ARROW层与所述波导层之间的、与所述流体通道对应的位置处的蚀刻停止层；
蚀刻所述流体通道包括：
蚀刻到所述波导层中，而不蚀刻到所述ARROW层中；
溶解所述蚀刻停止层；
蚀刻所述第一空气间隙包括：一次蚀刻到所述波导层和所述ARROW层中；并且
蚀刻所述第二空气间隙包括：一次蚀刻到所述波导层和所述ARROW层中。


11.根据权利要求1至10中任一项所述的方法，其中：
所述波导结构包括ARROW层；
蚀刻所述流体通道包括：执行干法蚀刻，之后执行湿法蚀刻；
蚀刻所述第一空气间隙包括：执行干法蚀刻，之后执行湿法蚀刻；并且
蚀刻所述第一空气间隙包括：执行干法蚀刻，之后执行湿法蚀刻。


12.根据权利要求1至11中任一项所述的方法，其中：
所述波导结构包括ARROW层；
蚀刻所述流体通道包括：部分地蚀刻到所述波导层中，而不蚀刻穿过所述波导层到达所述ARROW层；
蚀刻所述第一空气间隙包括：一次蚀刻到所述波导层和所述ARROW层中；并且
蚀刻所述第二空气间隙包括：一次蚀刻到所述波导层和所述ARROW层中。


13.根据权利要求12所述的方法，其中：
蚀刻所述第一空气间隙包括：一次蚀刻到所述波导层、所述ARROW层和所述衬底层中；
蚀刻所述第二空气间隙包括：一次蚀刻到所述波导层、所述ARROW层和所述衬底层中。


14.根据权利要求1至13中任一项所述的方法，其中：
所述波导结构包括在所述波导层之下的ARROW层；
所述波导结构包括在所述ARROW层与所述波导层之间的蚀刻停止层，所述蚀刻停止层延伸到与所述流体通道对应的位置、与所述第一空气间隙对应的位置以及与所述第二空气间隙对应的位置；
蚀刻所述流体通道包括：蚀刻到所述波导层中，而不蚀刻到所述ARROW层中；
蚀刻所述第一空气间隙包括：蚀刻到所述波导层中，而不蚀刻到所述ARROW层中；
蚀刻所述第二空气间隙包括：蚀刻到所述波导层中，而不蚀刻到所述ARROW层中；并且
所述方法还包括：溶解所述蚀刻停止层。


15.根据权利要求1至14中任一项所述的方法，其中：
所述波导结构包括衬底层，所述衬底层耦接至所述波导层；
所述方法还包括：蚀刻到所述衬底中，以创建与所述流体通道和所述固体芯波导中的一个或更多个相邻的第三空气间隙，其中，所述第三空气间隙被配置成引起在所述流体通道和所述固体芯波导中的一个或更多个中传播的光的内部反射。


16.根据权利要求15所述的方法，还包括：在所述第三空气间隙中设置透镜元件，其中，所述透镜元件被配置成收集从所述流体通道逸出到所述第三空气间隙中的光。


17.根据权利要求15至16中任一项所述的方法，其中，蚀刻到所述衬底中以创建所述第三空气间隙包括：对所述流体通道和所述固体芯波导中的一个或更多个进行底切。


18.根据权利要求1至17中任一项所述的方法，其中，所述波导结构包括微制造的光纤对准特征。


19.根据权利要求1至18中任一项所述的方法，还包括：从所述波导层的执行蚀刻的表面对所述波导...

【专利技术属性】
技术研发人员：弗兰克·佐格，乔舒亚·韦恩·帕克斯，
申请(专利权)人：弗卢库斯有限公司，
类型：发明
国别省市：美国;US