一种PLC光器件的制造方法技术

本发明专利技术属于平面光分路器(Planar?Lightwave?Circuit?Splitter，PLC?splitter)技术领域，具体涉及一种光波导的制造方法，包括：在硅片上生长一层二氧化硅；淀积光刻胶；光刻形成图形；在光刻胶之间的凹槽内形成高折射率的光波导芯层；剥除光刻胶；形成低折射率膜上包层。本发明专利技术所提出的光波导的制造方法工艺过程简单，技术难度低，原材料以及生产设备要求低，降低了生产成本，易于实现产业化规模生产。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种平面光分路器(Planar Lightwave Circuit,PLC)的制造方法，具体涉及一种光波导的制造方法，属于PLC分路器

技术介绍
当前，FTTX(光纤接入网)建设的逐步展开，具体要实现FTTC(光纤到路边)、 FTTB(光纤到大楼)、FTTH(光纤到家庭)、FTTD(光纤到桌面)、三网融合(语音网、数据网、 有线电视网)等多媒体传输以及PDS(综合布线系统)方案。要建成全光纤网络，除了需要各种各样结构配线光缆、引入光缆实现光纤网络的接续和再分配外，还大量需要光分路器来最终完成光纤到户的目的。PLC光器件一般在六种材料上制作，它们是铌酸锂(LiNb03)、III-V族半导体化合物、二氧化硅(SiO2)、SOI(Silicon-on-Insulator，绝缘体上硅)、聚合物(Polymer)和玻璃。其中，铌酸锂波导是通过在铌酸锂晶体上扩散Ti离子形成波导，波导结构为扩散型。 InP波导以InP为称底和下包层，以InGaAsP为芯层，以InP或者hP/空气为上包层，波导结构为掩埋脊形或者脊形。二氧化硅波导以硅片为称底，以不同掺杂的SiO2材料为芯层和包层，波导结构为掩埋矩形。SOI波导是在SOI基片上制作，称底、下包层、芯层和上包层材料分别为Si、SiO2, Si和空气，波导结构为脊形。聚合物波导以硅片为称底，以不同掺杂浓度的Polymer材料为芯层，波导结构为掩埋矩形。玻璃波导是通过在玻璃材料上扩散Ag离子形成波导，波导结构为扩散型。在上述六种材料的PLC光器件中，二氧化硅光波导具有良好的光学、电学、机械性能和热稳定性，被认为是无源光集成最有实用前景的技术途径。目前，制造二氧化硅光波导的工艺通常为1)采用火焰水解法(FHD)或者化学气相淀积工艺(CVD)，在硅片101上生长一层 SiO2，其中掺杂磷、硼离子，作为光波导下包层102。然后继续采用FHD或者CVD工艺，在下包层102上再生长一层SiO2，作为光波导芯层103，其中掺杂锗离子，获得需要的折射率差， 并且通过退火硬化工艺使之前生长的两层SiO2变得致密均勻，如图Ia所示；2)淀积一层光刻胶104，然后光刻形成图形，将需要的光波导图形用光刻胶保护起来。然后采用反应离子刻蚀(RIE)工艺，将非光波导区域的二氧化硅刻蚀掉，如图Ib所示；3)去掉光刻胶，采用FHD或者CVD工艺，在光波导芯层103上再覆盖一层SiO2,其中掺杂磷、硼离子，作为光波导上包层105，然后通过退火硬化工艺，使上包层SW2变得致密均勻，如图Ic所示。如上所述的二氧化硅光波导工艺技术目前是PLC光器件产品的主流制造技术，国际上比较普遍采用。但是，问题存在于设备投入高、维护成本高、原材料要求高(全部采用进口材料)，此技术制造难度大
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术的目的在于提出一种新的技术难度小的光波导的制造方法，可以在较低的成本投入下，实现二氧化硅光波导器件的产业化规模生产。为达到本专利技术的上述目的，本专利技术提出了一种光波导器件的制造方法，具体包括提供一个硅衬底；在所述硅衬底上生长一层二氧化硅；淀积光刻胶；光刻形成图形；形成高折射率层；回刻部分所述高折射率层，将光刻胶上的所述高折射率层去除而保留在光刻胶之间的凹槽内的所述高折射率层材料，以形成高折射率芯层；剥除光刻胶；形成低折射率膜上包层。其中，上述光波导器件的制造方法中，所述二氧化硅的厚度范围为2-30微米；所述光刻胶的厚度范围为5-15微米；所述的高折射率芯层的厚度范围为2-20微米，其宽度范围为2-30微米。本专利技术所提出的光波导的制造方法工艺过程简单，技术难度低，原材料以及生产设备要求低，降低了生产成本，易于实现产业化规模生产。附图说明图Ia至图Ic为现有技术的二氧化硅光波导的制造工艺流程图。图加为本专利技术所提供的光波导的一个实施例的示意图。图2b为图加所示光波导沿Cd方向的截面图。图3a至图3f为本专利技术所提供的制造如图2所示光波导的实施例工艺流程图。 具体实施例方式下面结合附图与具体实施方式对本专利技术作进一步详细的说明，在图中，为了方便说明，放大或缩小了层和区域的厚度，所示大小并不代表实际尺寸。尽管这些图并不能完全准确的反映出器件的实际尺寸，但是它们还是完整的反映了区域和组成结构之间的相互位置，特别是组成结构之间的上下和相邻关系。同时在下面的描述中，所使用的术语衬底可以理解为包括正在工艺加工中的半导体衬底，可能包括在其上所制备的其它薄膜层。图加为本专利技术所提供的光波导的一个实施例的示意图，其中ab所示方向为光在光波导中的传播方向。图2b为图加所示光波导沿cd方向的截面图。如图2b所示，该光波导包括一个硅衬底201以及在硅衬底201上形成的作为下包层的二氧化硅层202、光波导芯层部分203、低折射率的覆盖层204和石英材料的盖子205。本专利技术所提出的如图2b所示的光波导器件可以通过很多方法制造，以下所叙述的是本专利技术所提供的制造如图2b所示光波导器件的一个实施例的工艺流程。首先，提供一个作为衬底用的硅片301，其厚度范围优选为1. 20-1. 30毫米。接着， 采用火焰水解法(FHD)或者化学气相淀积工艺(CVD)的方法在在硅片301上生长一层SiO2,其中掺杂磷、硼离子，作为光波导下包层302，如图3a所示。接下来，在SW2层302上淀积一层厚度约为5-15微米的负性光刻胶303，然后掩膜、曝光、刻蚀形成凹槽304，如图北所示。接下来，在3000rpm的条件下，采用旋涂的方法旋涂40秒得到一层约2微米厚的高折射率膜，并在旋涂材料中掺杂锗离子以提高其折射率。然后利用缓冲氢氟酸刻蚀液 (BHF)刻蚀所形成的高折射率膜，将光刻胶303上的高折射率膜去除而仅保留在凹槽304内的高折射率膜材料，以形成高折射率芯层305，如图3c所示。然后剥除光刻胶303，如图3d 所示。接下来，继续采用旋涂的方法形成一层约2-20微米厚的低折射率的覆盖层306， 如图3e所示。最后，将石英片粘合于低折射率的覆盖层306之上作为盖子307，如图3f所示，石英片307的厚度优选为1. 20-1. 30毫米。如上所述，在不偏离本专利技术精神和范围的情况下，还可以构成许多有很大差别的实施例。应当理解，除了如所附的权利要求所限定的，本专利技术不限于在说明书中所述的具体实例。权利要求1.一种光波导器件的制造方法，包括 提供一个硅衬底；在所述硅衬底上生长一层二氧化硅； 淀积光刻胶； 光刻形成图形； 形成高折射率层；回刻部分所述高折射率层，将光刻胶上的所述高折射率层去除而保留在光刻胶之间的凹槽内的所述高折射率层材料，以形成高折射率芯层； 剥除光刻胶； 形成低折射率膜上包层。2.根据权利要求1所述的光波导器件的制造方法，其特征在于，所述二氧化硅的厚度范围为2-30微米。3.根据权利要求1所述的光波导器件的制造方法，其特征在于，所述光刻胶的厚度范围为5-15微米。4.根据权利要求1所述的光波导器件的制造方法，其特征在于，所述的高折射率芯层的厚度范围为2-20微米，其宽度范围为2-30微米。全文摘要本专利技术属于平面光分路器(Planar Lightwave Circuit Splitter，PLC splitter)
，具体涉及一种光波导的制本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：王鹏飞，刘磊，刘伟，
申请(专利权)人：苏州东微半导体有限公司，
类型：发明
国别省市：