一种锥形多层脊波导的制作方法技术

本发明专利技术公开了一种合理利用等离子体刻蚀中的微负载效应制作锥形多层脊波导的方法。本发明专利技术公开的制作方法，工艺实施顺序是先浅刻蚀后深刻蚀。所述的浅刻蚀在硅片的表面单晶硅层上形成刻蚀深度由浅到深的硅槽，利用填充物填充所述硅槽，同时对硅片表面进行平坦化。后续的深刻蚀用来定义锥形多层脊波导的其它锥形台阶以及定义脊波导的目标器件区域。本发明专利技术公开的制作方法无需克服等离子体刻蚀中的微负载效应，简化了工序。形成的脊波导位于非底层和非顶层的台阶的高度从耦合端到压缩端逐渐减小。这种特殊的结构形式可以有效的减小脊波导的传输损耗，同时提高脊波导的耦合效率。

【技术实现步骤摘要】
一种锥形多层脊波导的制作方法
本专利技术涉及一种光波导的制作方法，尤其是一种锥形多层脊波导的制作方法。
技术介绍
在传统的多层脊波导中，追求各台阶高度沿波导纵向稳定不变，即不同刻蚀线宽的沟槽深度一致。而由于等离子体刻蚀工艺中的微负载效应，不同刻蚀线宽处的刻蚀深度出现很大的差异，这与传统的多层脊波导器件中沟槽刻蚀深度相等的要求相悖。为实现传统的多层脊波导，就必须克服这一微负载效应，从而增加工艺难度。等离子体刻蚀的微负载效应导致的刻蚀深度差异成为传统的多层脊波导器件性能下降的原因。本专利技术公开的一种锥形多层脊波导的制作方法，无需克服微负载效应，反而合理的利用等离子体刻蚀的微负载效应，制造出一种具有低传输损耗和高耦合效率的锥形多层脊波导。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术的不足，提供一种锥形多层脊波导的制作方法。本专利技术通过下述技术方案予以实现：步骤1：采用等离子体刻蚀工艺，在起始硅片表面上进行刻蚀。即根据第一掩膜图形去除硅片表面的一部分物质，所述第一掩膜图形线宽从脊波导耦合端到压缩端逐渐变大，利用等离子体刻蚀中的微负载效应，形成深度沿脊波导耦合端至压缩端逐渐变大的若干硅槽和位于硅槽之间的硅台面；步骤2：用填充物填充步骤1中所述硅槽，并对所述硅片表面进行平坦化；步骤3：根据第二掩膜图形去除硅片表面的另一部分物质，所述第二掩膜图形线宽从脊波导耦合端到压缩端逐渐变大，利用等离子体刻蚀中的微负载效应，再次得到深度沿脊波导耦合端至压缩端逐渐变大的硅槽，所述硅槽紧靠步骤1中形成的硅槽；步骤4：用填充物填充步骤3中所述硅槽，并对所述硅片表面进行平坦化；步骤5：根据第三掩膜图形深刻蚀去除硅片表面的第三部分物质，定义出脊波导的目标器件区域。所述第三掩膜图形线宽从脊波导耦合端到压缩端相等，得到刻蚀深度相等的硅槽，所述硅槽紧靠步骤3中形成的硅槽；步骤6：去除残留的填充物，然后对已成型的锥形多层硅脊波导覆盖涂层。上述制作方法中，所述脊波导各层台阶的刻蚀深度由刻蚀掩膜图形线宽最大处的刻蚀深度定义。上述制作方法中，硅槽填充后的上表面高度不低于硅台面的上表面高度上述制作方法中，所述脊波导制作成型后，还要在所述脊波导表面上覆盖涂层。本专利技术公开的制作工艺无需克服等离子刻蚀工艺中的微负载效应，反而加以利用，简化了工序。本专利技术公开的技术方案中的刻蚀顺序是先浅刻蚀后深刻蚀，可以回避进行深刻蚀后，对所形成硅槽的填充问题以及过厚填充物的表面平坦化问题，节约制造成本。同时，利用本专利技术公开的制作方法，通过对掩膜图形线宽的渐变控制，利用等离子体刻蚀工艺中的微负载效应，形成刻蚀深度沿波导耦合端到压缩端方向由浅到深渐变的硅槽，脊波导位于非底层和非顶层的台阶的高度从耦合端到压缩端逐渐减小，这种特殊的结构形式可以有效的减小脊波导的传输损耗。由于脊波导耦合端刻蚀深度浅，端面面积大，可以最大限度的接受光纤传输能量，提高脊波导的耦合效率。本专利技术公开的技术方案适用性较广，一般的CMOS工厂都可以直接采用，表面平坦化步骤可以使硅片表面平面化并有利于随后的光刻过程。附图说明图1是本专利技术公开的制作方法制作的一种锥形多层脊波导的立体图。图2是本专利技术公开的制作方法制作的一种锥形多层脊波导的平面示意图。图3是本专利技术中用于制作锥形多层脊波导的起始硅片示意图。图4是本专利技术公开的制作方法步骤1中将第一掩模图形转移到掩模物质上后的硅片示意图。图5是本专利技术公开的制作方法步骤1中利用等离子体刻蚀单晶硅层到目标深度后的硅片示意图。图6是本专利技术公开的制作方法步骤2中用填充物填充步骤1中所述硅槽，然后对硅片表面进行平坦化后的硅片示意图。图7是本专利技术公开的制作方法步骤3中将第二掩模图形转移到掩模物质上后的硅片示意图。图8是本专利技术公开的制作方法步骤3中利用等离子体刻蚀单晶硅层到目标深度后的硅片示意图。图9是本专利技术公开的制作方法步骤4中用填充物填充步骤3中所述硅槽，然后对硅片表面进行平坦化后的硅片示意图。图10是本专利技术公开的制作方法步骤5中将第三掩模图形转移到掩模物质上后的硅片示意图。图11是本专利技术公开的制作方法步骤5中利用等离子体刻蚀单晶硅层到目标深度后的硅片示意图。图12是本专利技术公开的制作方法步骤6中将制作过程中的掩模物质和填充物残留去除后的硅片示意图。图13是本专利技术公开的制作方法步骤6中在脊波导表面覆盖涂层后的硅片示意图。具体实施方式下面通过具体的实施例，同时结合附图对本专利技术进行详细地说明：图1和图2分别为采用本专利技术公开的制作方法制作的脊波导的立体图和平面示意图，以四层为例。如图1所示，脊波导20包括四层台阶24、25、26和27。如图2所示，脊波导20包含耦合端28和压缩端29。台阶25、26的高度从耦合端28至压缩端29逐渐减小。本专利技术公开的脊波导是在低折射率衬底平板材料上附着的高折射率单晶硅材料上制作，如图3所示。脊波导20制作在起始硅片30上，硅片30为一个包含表面单晶硅层31，埋层32和衬底33的硅片。本专利技术所提及的脊波导的各层台阶高度是指从台阶表面到埋层32上表面的垂直高度。埋层32可以是二氧化硅，也可以是与单晶硅折射率有差异的其它合适埋层。衬底33可以是单晶硅，也可以是其它合适的材料。硅片30可以用任何适用的方法制造，例如在氧化硅或其他衬底上沉积表面单晶硅层31。专利US5888297、US5417180、US5061642和US4771016公开了一些制作SOI硅片的方法，在此作为参考。本专利技术公开的一种锥形多层脊波导的制作方法，如下：步骤1：采用等离子体刻蚀工艺，在起始硅片30表面上进行刻蚀。即根据第一掩膜图形去除单晶硅层31的一部分物质，所述第一掩膜图形线宽从脊波导耦合端28到压缩端29逐渐变大，利用等离子体刻蚀中的微负载效应，形成深度沿波导耦合端28至压缩端29逐渐变大的若干硅槽和位于硅槽之间的硅台面。对硅片30进行清洗处理后，在其上沉积一层用于等离子体刻蚀阻挡层的掩模物质34，掩模物质可以是二氧化硅和氮化硅，也可以是合适的其它材料。第一掩膜图形线宽从脊波导耦合端28到压缩端29逐渐变大。利用光刻技术将第一掩模图形转移到掩模物质34上，形成用于等离子体刻蚀的掩模图形35。在波导耦合端28的掩模图形35的线宽较小，在波导压缩端29的掩模图形35的线宽较大。掩模图形线宽从耦合端28到压缩端29逐渐增大，具体如图4所示。图中的“A”，“B”，“C”，“D”和“E”分别对应于图2中的“A”，“B”“C”，“D”和“E”五个位置的截面。即波导耦合端28到压缩端29方向的五个位置的纵向切面。利用等离子体刻蚀技术对单晶硅层31进行刻蚀，形成深度沿波导耦合端28到压缩端29逐渐变大的硅槽36。硅槽36的宽度取决于第一掩膜图形的线宽，即其宽度也从脊波导耦合端28到压缩端29逐渐变大。由于等离子体刻蚀中的微负载效应，刻蚀的速率受到刻蚀过程中硅槽高宽比的影响，高宽比大的硅槽刻蚀速率低，刻蚀深度浅，高宽比小的硅槽则刻蚀速率高，刻蚀深度较深。我们以硅槽36位于脊波导压缩端29处(即硅槽36宽度最大处)的刻蚀深度作为等离子体刻蚀的参考深度，硅槽36位于脊波导耦合端28处(即硅槽36宽度最小处)的刻蚀深度大大小于此参考深度。刻蚀后的图形如图5所示。沿波导耦合端28到压缩端29的方向，硅槽36的深度本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种锥形多层脊波导的制作方法，所述脊波导包括耦合段和压缩端，包括以下步骤：步骤1：采用等离子体刻蚀工艺，在起始硅片表面上进行刻蚀。即根据第一掩膜图形去除硅片表面的一部分物质，所述第一掩膜图形线宽从脊波导耦合端到压缩端逐渐变大，利用等离子体刻蚀中的微负载效应，形成深度沿波导耦合端到压缩端逐渐变大的若干硅槽和位于硅槽之间的硅台面；步骤2：用填充物填充步骤1中所述硅槽，并对所述硅片表面进行平坦化；步骤3：根据第二掩膜图形去除硅片表面的另一部分物质，所述第二掩膜图形线宽从脊波导耦合端到压缩端逐渐变大，利用等离子体刻蚀中的微负载效应，再次得到深度沿波导耦合端到压缩端逐渐变大的硅槽，所述硅槽紧靠步骤1中形成的硅槽；步骤4：用填充物填充步骤3中所述硅槽，并对所述硅片表面进行平坦化；步骤5：根据第三掩膜图形深刻蚀去除硅片表面的第三部分物质，定义出脊波导的目标器件区域。所述第三掩膜图形线宽从脊波导耦合端到压缩端相等，得到刻蚀深度相等的硅槽，所述硅槽紧靠步骤3中形成的硅槽；步骤6：去除残留的填充物，然后对已成型的锥形多层硅脊波导覆盖涂层。

【技术特征摘要】
1.一种锥形多层脊波导的制作方法，所述脊波导包括耦合段和压缩端，包括以下步骤：步骤1：采用等离子体刻蚀工艺，在起始硅片表面上进行刻蚀，即根据第一掩膜图形去除硅片表面的一部分物质，所述第一掩膜图形线宽从脊波导耦合端到压缩端逐渐变大，利用等离子体刻蚀中的微负载效应，形成深度沿波导耦合端到压缩端逐渐变大的若干硅槽和位于硅槽之间的硅台面；步骤2：用填充物填充步骤1中所述硅槽，并对所述硅片表面进行平坦化；步骤3：根据第二掩膜图形去除硅片表面的另一部分物质，所述第二掩膜图形线宽从脊波导耦合端到压缩端逐渐变大，利用等离子体刻蚀中的微负载效应，再次得到深度沿波导耦合端到压缩端逐渐变大的硅槽，所述硅槽紧靠步骤1中形成的硅槽；步骤4：用填充物填充步骤3中所述硅槽，并对所述硅片表面进行平坦...

【专利技术属性】
技术研发人员：李冰，叶果，李小刚，
申请(专利权)人：上海圭光科技有限公司，
类型：发明
国别省市：