一種平面光波導(dǎo)器件及其制作方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種平面光波導(dǎo)及其制作方法，所述制作方法包括：在襯底表面形成下包層；在下包層表面形成鍺摻雜的二氧化硅層；對(duì)所述二氧化硅層進(jìn)行多次退火處理，相鄰兩次退火中，后一次退火溫度高于前一次退火溫度；對(duì)所述二氧化硅層進(jìn)行刻蝕，形成預(yù)設(shè)結(jié)構(gòu)的波導(dǎo)芯層；形成覆蓋所述波導(dǎo)芯層的保護(hù)層。通過(guò)多次階梯狀溫度退火，在提高波導(dǎo)芯層相對(duì)于下包層折射率的同時(shí)保證了波導(dǎo)芯層的折射率均勻性。采用所述制作方法制備的平面光波導(dǎo)器件，波導(dǎo)芯層相對(duì)于下包層的折射率差值大于或等于1％，且波導(dǎo)芯層的折射率均勻性小于或等于0.02％。
【專(zhuān)利說(shuō)明】一種平面光波導(dǎo)器件及其制作方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及半導(dǎo)體器件制作工藝【技術(shù)領(lǐng)域】，更具體地說(shuō)，涉及一種平面光波導(dǎo)器件及其制作方法。

【背景技術(shù)】
[0002]平面光波導(dǎo)器件以其體積小、集成度高、可靠性好等優(yōu)點(diǎn)被廣泛應(yīng)用在光調(diào)制器、光開(kāi)關(guān)、光功率分配器、光稱(chēng)合器、波分復(fù)用器、光濾波器、偏振分束器以及微透鏡等光學(xué)產(chǎn)品中。參考圖1，圖1為平面光波導(dǎo)器件的結(jié)構(gòu)示意圖，包括:襯底11 ;設(shè)置在所述襯底I表面下包層12 ;設(shè)置在所述下包層表面的波導(dǎo)芯層13 ;覆蓋在所述波導(dǎo)芯層13表面的保護(hù)層14。
[0003]在平面光波導(dǎo)器件中，所述波導(dǎo)芯層14為摻鍺二氧化硅薄膜，為了保證平面光波導(dǎo)器件的光學(xué)性能，所述波導(dǎo)芯層14相對(duì)于下包層13需要較高的折射率，且需要具有較好的折射率均勻性。
[0004]為了提高波導(dǎo)芯層14相對(duì)于下包層13的折射率，需要提高波導(dǎo)芯層14內(nèi)鍺的摻雜量，但是鍺的摻雜量提高會(huì)使得波導(dǎo)芯層14的折射率均勻性降低。因此，如何在使得波導(dǎo)芯層14相對(duì)于下包層13具有較高折射率的同時(shí)保證波導(dǎo)芯層14具有較好的折射率均勻性，是平面光波導(dǎo)器件制作領(lǐng)域一個(gè)亟待解決的問(wèn)題。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提供一種平面光波導(dǎo)器件及其制作方法，在提高波導(dǎo)芯層相對(duì)于下包層折射率的同時(shí)保證了波導(dǎo)芯層的折射率均勻性。
[0006]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案:
[0007]一種平面光波導(dǎo)器件的制作方法，該制作方法包括:
[0008]在襯底表面形成下包層；
[0009]在下包層表面形成鍺摻雜的二氧化硅層；
[0010]對(duì)所述二氧化硅層進(jìn)行多次退火處理，相鄰兩次退火中，后一次退火溫度高于前一次退火溫度；
[0011]對(duì)所述二氧化硅層進(jìn)行刻蝕，形成預(yù)設(shè)結(jié)構(gòu)的波導(dǎo)芯層；
[0012]形成覆蓋所述波導(dǎo)芯層的保護(hù)層。
[0013]優(yōu)選的，在上述制作方法中，所述二氧化硅層的形成方法包括:
[0014]在設(shè)定流量的硅烷、一氧化二氮以及鍺烷構(gòu)成的反應(yīng)氣體中，以設(shè)定的壓強(qiáng)以及射頻功率，采用PECVD鍍膜工藝形成所述二氧化硅層。
[0015]優(yōu)選的，在上述制作方法中，所述娃燒的流量范圍是100sccm-175sccm,包括端點(diǎn)值；所述一氧化二氮的流量范圍是2500sccm-3000sccm,包括端點(diǎn)值；所述鍺燒的流量范圍是30sccm-160sccm,包括端點(diǎn)值；所述壓強(qiáng)范圍是2.lTorr-2.4Torr,包括端點(diǎn)值；所述射頻功率是500W-700W，包括端點(diǎn)值。
[0016]優(yōu)選的，在上述制作方法中，所述波導(dǎo)芯層相對(duì)于所述下包層的折射率差是1.5% ；
[0017]其中，所述折射率差為所述波導(dǎo)芯層的折射率減去所述下包層的折射率所得的折射率差值除以所述下包層的折射率。
[0018]優(yōu)選的，在上述制作方法中，對(duì)所述二氧化硅層進(jìn)行兩次退火處理；
[0019]其中，第一次退火處理的退火時(shí)間為4h_6h，包括端點(diǎn)值；第一次退火處理的退火溫度大于或等于1000°c，且小于1050°C ;第二次退火處理的退火時(shí)間為4h-6h，包括端點(diǎn)值；第二次退火處理的退火溫度為1050-1100°C，包括端點(diǎn)值。
[0020]本發(fā)明還提供了一種平面光波導(dǎo)器件，所述平面光波導(dǎo)器件采用上述任一種實(shí)施方式所述的制作方法制備，所述平面光波導(dǎo)器件的波導(dǎo)芯層的折射率均勻性小于或等于
0.02%。
[0021]優(yōu)選的，在上述平面光波導(dǎo)器件中，所述波導(dǎo)芯層相對(duì)于所述下包層的折射率差是 1.5% ;
[0022]其中，所述折射率差為所述波導(dǎo)芯層的折射率減去所述平面光波導(dǎo)器件的下包層的折射率所得的折射率差值除以所述下包層的折射率。
[0023]優(yōu)選的，在上述平面光波導(dǎo)器件中，所述平面光波導(dǎo)器件的傳輸損耗小于0.05dB/cm。
[0024]從上述技術(shù)方案可以看出，本發(fā)明所提供的平面光波導(dǎo)器件的制作方法包括:在襯底表面形成下包層；在下包層表面形成鍺摻雜的二氧化硅層；對(duì)所述二氧化硅層進(jìn)行多次退火處理，相鄰兩次退火中，后一次退火溫度高于前一次退火溫度；對(duì)所述二氧化硅層進(jìn)行刻蝕，形成預(yù)設(shè)結(jié)構(gòu)的波導(dǎo)芯層；形成覆蓋所述波導(dǎo)芯層的保護(hù)層。通過(guò)多次階梯狀溫度退火，在提高波導(dǎo)芯層相對(duì)于下包層折射率的同時(shí)保證了波導(dǎo)芯層的折射率均勻性。采用所述制作方法制備的平面光波導(dǎo)器件，波導(dǎo)芯層相對(duì)于下包層的折射率差值大于或等于I %，且波導(dǎo)芯層的折射率均勻性小于或等于0.02 %。

【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0025]為了更清楚地說(shuō)明本發(fā)明實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡(jiǎn)單地介紹，顯而易見(jiàn)地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來(lái)講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下，還可以根據(jù)提供的附圖獲得其他的附圖。
[0026]圖1為平面光波導(dǎo)器件的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0027]圖2為本申請(qǐng)實(shí)施例提供的一種平面光波導(dǎo)器件的制作方法的流程示意圖。

【具體實(shí)施方式】
[0028]下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例。基于本發(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒(méi)有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。
[0029]本申請(qǐng)一個(gè)實(shí)施例提供了一種平面光波導(dǎo)器件的制作方法，參考圖2，所述制作方法包括:
[0030]步驟Sll:在襯底表面形成下包層。
[0031]為了提高所述波導(dǎo)芯層與所述襯底的接觸穩(wěn)定性，防止波導(dǎo)芯層脫落，所述下包層為二氧化硅層，由于所述波導(dǎo)芯層為摻鍺的二氧化硅層，當(dāng)所述下包層為二氧化硅層時(shí)，所述下包層與所述波導(dǎo)芯層具有相同的晶體結(jié)構(gòu)，可以使得二者接觸緊密。
[0032]所述襯底為硅晶圓襯底，可以通過(guò)氧化工藝對(duì)所述硅晶圓襯底表面進(jìn)行氧化形成二氧化硅層，將該二氧化硅成作為所述下包層。
[0033]步驟S12:在下包層表面形成鍺摻雜的二氧化硅層。
[0034]在設(shè)定流量的硅烷、一氧化二氮以及鍺烷構(gòu)成的反應(yīng)氣體中，以設(shè)定的壓強(qiáng)以及射頻功率，采用PECVD鍍膜工藝形成所述鍺摻雜的二氧化硅層。
[0035]在本實(shí)施例中，所述娃燒的流量范圍是100sccm-175sccm,包括端點(diǎn)值；所述一氧化二氮的流量范圍是2500sccm-3000sccm,包括端點(diǎn)值；所述鍺燒的流量范圍是30sccm-160sccm,包括端點(diǎn)值；所述壓強(qiáng)范圍是2.lTorr-2.4Torr,包括端點(diǎn)值；所述射頻功率是500W-700W，包括端點(diǎn)值。
[0036]通過(guò)調(diào)整反應(yīng)氣體中各氣體的流量，能夠調(diào)整最終形成的二氧化硅層中鍺元素的含量。在上述參數(shù)范圍內(nèi)可以制備折射率差為0.75%與1.5%兩種常見(jiàn)規(guī)格要求的光波導(dǎo)器件。其中，所述折射率差為所述波導(dǎo)芯層的折射率減去所述平面光波導(dǎo)器件的下包層的折射率所得的折射率差值除以所述下包層的折射率。
[0037]對(duì)于折射率差規(guī)格為0.75%的平面光波導(dǎo)器件，作為波導(dǎo)芯層的二氧化硅層鍺元素的含量較低，可以采用一次退火即可使得所述二氧化硅層中鍺元素均勻分布，使得其折射率均勻性較好。對(duì)于折射率差規(guī)格為1.5%的平面光波導(dǎo)器件，由于作為波導(dǎo)芯層的二氧化硅層的鍺元素含量較高，直接采用較高溫度對(duì)其進(jìn)行退火，所述二氧化硅層驟然在高溫下會(huì)出現(xiàn)應(yīng)力不均勻，會(huì)導(dǎo)致所述二氧化硅層撕裂甚至是脫落，因此需要采用下述步驟的退火方式進(jìn)行退火。
[0038]步驟S13:對(duì)所述二氧化硅層進(jìn)行多次退火處理，相鄰兩次退火中，后一次退火溫度高于前一次退火溫度。
[0039]采用溫度逐漸升高的階梯狀溫度退火，這樣，首先在較低溫度下對(duì)所述鍺摻雜的二氧化硅層進(jìn)行退火，在提高所述二氧化硅層內(nèi)鍺元素分布均勻性，進(jìn)而提高所述二氧化硅層折射率均勻性的同時(shí)，能夠防止所述二氧化硅層在驟然高溫下由于表面應(yīng)力過(guò)大導(dǎo)致薄膜撕裂甚至是脫落的問(wèn)題。當(dāng)經(jīng)過(guò)所述較低溫度退火后，所述二氧化硅層中的鍺元素相對(duì)于第一次退火前均勻性提升，薄膜的耐應(yīng)力能力也提高，此時(shí)，在設(shè)定范圍內(nèi)提高退火溫度，在較高溫度下對(duì)所述二氧化硅層進(jìn)行再一次退火，能夠進(jìn)一步提高鍺元素的均勻性，并提高所述二氧化硅層的加熱耐應(yīng)力能力。
[0040]可見(jiàn)，通過(guò)該步驟的溫度逐漸升高的階梯狀溫度退火處理方式，多次退火后，能夠使得所述二氧化硅層承受較高的退火溫度，使得內(nèi)部二氧化硅層均勻分布，提高其折射率均勻性。
[0041]采用本實(shí)施例所述退火處理方式，能夠使得作為波導(dǎo)芯層的二氧化硅層的折射率均勻性以及耐張力能力逐漸提高，在提高波導(dǎo)芯層折射率的同時(shí)，保證了波導(dǎo)芯層的折射率均勻性。
[0042]在本實(shí)施例中，可以對(duì)作為波導(dǎo)芯層的二氧化硅層進(jìn)行兩次退火處理。第一次退火處理的退火時(shí)間為4h-6h，包括端點(diǎn)值；第一次退火處理的退火溫度大于或等于1000°C，且小于1050°C ;第二次退火處理的退火時(shí)間為4h-6h，包括端點(diǎn)值；第二次退火處理的退火溫度為1050-1100°C，包括端點(diǎn)值。
[0043]優(yōu)選的，在本實(shí)施例中，所述第一次退火處理的退火溫度為1030°C，所述第二次退火處理的退火溫度為1080°C，兩次退火處理的退火時(shí)間均為5h。
[0044]步驟S14:對(duì)所述二氧化硅層進(jìn)行刻蝕，形成預(yù)設(shè)結(jié)構(gòu)的波導(dǎo)芯層。
[0045]對(duì)所述二氧化硅層進(jìn)行刻蝕時(shí)，可首先在所述二氧化硅層表面形成一層金屬層，所述金屬層可以為金屬鉻。
[0046]然后在所述金屬層表面形成光刻膠層，根據(jù)將要形成的波導(dǎo)芯層的結(jié)構(gòu)，對(duì)所述光刻膠層進(jìn)行曝光顯影，圖案化所述光刻膠層。
[0047]再以圖案化后的所述光刻膠層為掩膜，對(duì)所述金屬層進(jìn)行刻蝕，圖案化所述金屬層，將所述金屬層形成設(shè)置為的圖案結(jié)構(gòu)?？梢圆捎脻穹涛g對(duì)所述金屬層進(jìn)行刻蝕。
[0048]當(dāng)所述金屬層圖案化完成后，去除其表面的光刻膠層，清洗干燥后，以圖案化后的金屬層為掩膜層，對(duì)所述鍺摻雜的二氧化硅層進(jìn)行刻蝕，形成預(yù)設(shè)形狀的波導(dǎo)芯層。
[0049]最后，去除所述波導(dǎo)芯層表面的金屬層，進(jìn)行清洗干燥。
[0050]步驟S15:形成覆蓋所述波導(dǎo)芯層的保護(hù)層。
[0051]同樣可以采用PECVD鍍膜工藝子在所述波導(dǎo)芯層表面形成所述保護(hù)層。
[0052]本實(shí)施例所述制作方法可以在制備具有高折射率波導(dǎo)芯層的平面光波導(dǎo)器件的同時(shí)，保證所述波導(dǎo)芯層具有較好的折射率均勻性。
[0053]本申請(qǐng)另一實(shí)施例還提供了一種平面光波導(dǎo)器件，所述平面光波導(dǎo)器件的結(jié)構(gòu)可以參見(jiàn)圖1所示，包括:襯底U、下包層12、波導(dǎo)芯層13以及保護(hù)層I。
[0054]在本實(shí)施例所述的平面光波導(dǎo)器件中，所述波導(dǎo)芯層14的尺寸為的厚度時(shí)4 μ m，寬度是4 μ m。所述平面光波導(dǎo)器件的具有較小的傳輸損耗，其傳輸損耗小于0.05dB/cm。
[0055]所述平面光波導(dǎo)器件的最小彎曲半徑為2mm,光線稱(chēng)合損耗大于ldB/point。
[0056]本實(shí)施例所述平面光波導(dǎo)采用上述實(shí)施例所述制作方式制備，因此，可以增加作為波導(dǎo)芯層的二氧化硅層內(nèi)鍺元素的含量，最終制備的波導(dǎo)芯層的折射率差為1.5%，提高波導(dǎo)芯層14相對(duì)于下包層13的折射率。
[0057]同時(shí)，由于所述在制備所述波導(dǎo)芯層的過(guò)程中，采用多次退火處理，且退火溫度逐次升高，在使得作為波導(dǎo)芯層的二氧化硅層中的鍺元素均勻分布的同時(shí)，避免了所述二氧化硅層由于驟然高溫退火導(dǎo)致的撕裂或是脫落問(wèn)題。本實(shí)施例所述平面光波導(dǎo)器件的折射率均勻性小于或等于0.02%。
[0058]需要說(shuō)明的是，本申請(qǐng)實(shí)施例中所述的折射率差是以熱氧化的二氧化硅層(下包層)的折射率1.4580為參考折射率，并以155Inm光波長(zhǎng)為參考光波長(zhǎng)。具體的:
[0059]對(duì)于折射率差0.75%的平面光波導(dǎo)，作為波導(dǎo)芯層的二氧化硅層的折射率為1.4689 ；
[0060]對(duì)于折射率差為1.5%的平面光波導(dǎo)，作為波導(dǎo)芯層的二氧化硅層的折射率為1.4802。
[0061]對(duì)所公開(kāi)的實(shí)施例的上述說(shuō)明，使本領(lǐng)域?qū)I(yè)技術(shù)人員能夠?qū)崿F(xiàn)或使用本發(fā)明。對(duì)這些實(shí)施例的多種修改對(duì)本領(lǐng)域的專(zhuān)業(yè)技術(shù)人員來(lái)說(shuō)將是顯而易見(jiàn)的，本文中所定義的一般原理可以在不脫離本發(fā)明的精神或范圍的情況下，在其它實(shí)施例中實(shí)現(xiàn)。因此，本發(fā)明將不會(huì)被限制于本文所示的這些實(shí)施例，而是要符合與本文所公開(kāi)的原理和新穎特點(diǎn)相一致的最寬的范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種平面光波導(dǎo)器件的制作方法，其特征在于，包括: 在襯底表面形成下包層； 在下包層表面形成鍺摻雜的二氧化硅層； 對(duì)所述二氧化硅層進(jìn)行多次退火處理，相鄰兩次退火中，后一次退火溫度高于前一次退火溫度； 對(duì)所述二氧化硅層進(jìn)行刻蝕，形成預(yù)設(shè)結(jié)構(gòu)的波導(dǎo)芯層； 形成覆蓋所述波導(dǎo)芯層的保護(hù)層。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制作方法，其特征在于，所述二氧化硅層的形成方法包括: 在設(shè)定流量的硅烷、一氧化二氮以及鍺烷構(gòu)成的反應(yīng)氣體中，以設(shè)定的壓強(qiáng)以及射頻功率，采用PECVD鍍膜工藝形成所述二氧化硅層。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的制作方法，其特征在于，所述硅烷的流量范圍是100sccm-175sccm,包括端點(diǎn)值；所述一氧化二氮的流量范圍是2500sccm-3000sccm,包括端點(diǎn)值；所述鍺燒的流量范圍是30sccm-160sccm,包括端點(diǎn)值；所述壓強(qiáng)范圍是2.lTorr-2.4Torr，包括端點(diǎn)值；所述射頻功率是500W-700W，包括端點(diǎn)值。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制作方法，其特征在于，所述波導(dǎo)芯層相對(duì)于所述下包層的折射率差是1.5% ； 其中，所述折射率差為所述波導(dǎo)芯層的折射率減去所述下包層的折射率所得的折射率差值除以所述下包層的折射率。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制作方法，其特征在于，對(duì)所述二氧化硅層進(jìn)行兩次退火處理； 其中，第一次退火處理的退火時(shí)間為4h-6h，包括端點(diǎn)值；第一次退火處理的退火溫度大于或等于1000°C，且小于1050°C ;第二次退火處理的退火時(shí)間為4h-6h，包括端點(diǎn)值；第二次退火處理的退火溫度為1050-1100°C，包括端點(diǎn)值。
6.一種平面光波導(dǎo)器件，其特征在于，所述平面光波導(dǎo)器件采用如權(quán)利要求1-5任一項(xiàng)所述的制作方法制備，所述平面光波導(dǎo)器件的波導(dǎo)芯層的折射率均勻性小于或等于0.02%。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的平面光波導(dǎo)器件，其特征在于，所述波導(dǎo)芯層相對(duì)于所述下包層的折射率差是1.5% ； 其中，所述折射率差為所述波導(dǎo)芯層的折射率減去所述平面光波導(dǎo)器件的下包層的折射率所得的折射率差值除以所述下包層的折射率。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的平面光波導(dǎo)器件，其特征在于，所述平面光波導(dǎo)器件的傳輸損耗小于0.05dB/cm。
【文檔編號(hào)】G02B6/136GK104360442SQ201410658073
【公開(kāi)日】2015年2月18日 申請(qǐng)日期:2014年11月18日 優(yōu)先權(quán)日:2014年11月18日
【發(fā)明者】劉春梅, 李朝陽(yáng) 申請(qǐng)人:四川飛陽(yáng)科技有限公司