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技术领域，具体涉及一种光波导的制造方法。包括：在玻璃衬底上形成一层光刻胶；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，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】

本专利技术属于PLC分路器
，具体涉及一种平面光分路器(Planar Lightwave Circuit, PLC)的制造方法。
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(Si02)、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，如图1所示；2)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2所示；3)进行光刻，将需要的光波导图形用光刻胶104保护起来，如图3所示；4)采用反应离子刻蚀(RIE)工艺，将非光波导区域刻蚀掉，如图4所示；5)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SiO2变得致密均 勻，如图5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二氧化硅光波导的制造方法，可以在较低 的成本投入下，实现二氧化硅光波导的产业化规模生产。本专利技术提出的光波导器件的制造方法，具体步骤包括 提供一个石英玻璃衬底；淀积光刻胶； 光刻形成图形； 淀积一层低折射率材料； 淀积一层高折射率材料；回刻部分所述高折射率材料和低折射率材料，将光刻胶上的所述高折射率材料和低折 射率材料去除而保留淀积在光刻胶之间的凹槽内的所述高折射率层材料和低折射率材料， 以形成高折射率芯层和一层低折射率层； 剥除光刻胶； 淀积低折射率膜。其中，上述光波导器件的制造方法中，所述光刻胶的厚度范围为0.5-12微米；所 述的高折射率芯层的厚度范围为0. 5-11微米，其宽度范围为0. 5-20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，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。同时，该方法还可以应用在集成电路中，形成 光互连的光通路。附图说明图1至图5为现有技术的二氧化硅光波导的制造工艺流程图。图6为本专利技术提供的二氧化硅光波导的一个实施例的示意图。图7为图6所示二氧化硅光波导沿AB方向的截面图。图8至图13为本专利技术所提供的制造如图6所示二氧化硅光波导的一个实施例的 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6为本专利技术所提供的光波导的一个实施例的示意图，CD所示方向为二氧化硅光 波导中的光传播方向。图7为图6所示光波导沿AB方向的截面图。如图7所示，该光波导 包括作为下包层的石英衬底301、光波导芯层部分302、低折射率的覆盖层303和石英材料 的盖子304。本专利技术所提出的二氧化硅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7所示二氧化硅光波导器件的一个实施例的工艺流程。4首先，提供一个双面抛光的石英衬底201，其厚度优选为1. 25毫米。接着在石英衬 底201上淀积一层负性光刻胶202，光刻胶202的厚度可以为0. 5_12微米，然后光刻形成图 形，如图8所示。接下来，先用旋涂的方法涂一层0. 5微米厚的低折射率材料204，再用旋涂的方法 形成约2微米厚的高折射率的光波导芯层203。如图9所示，在高折射率旋涂材料中掺杂 Ge或者Ti离子以提高其折射率，在3000rpm的条件下，旋涂40秒即可得到约2_3微米厚的高折射率膜。接下来，采用缓冲氢氟酸蚀刻液(BHF)刻蚀光波导芯层203形成器件的光波导部 分，如图10所示。然后剥除光刻胶202，如图11所示。接下来，继续采用旋涂的方法形成10微米厚的低折射率的覆盖层204，如图12所 示。最后，将石英片粘合于低折射率的覆盖层204之上作为盖子205，如图13所示，石英片 205的厚度优选为1. 25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，其特征在于具体步骤包括 提供一个石英玻璃衬底；淀积光刻胶； 光刻形成图形； 淀积一层低折射率材料； 淀积一层高折射率材料；回刻部分所述高折射率材料和低折射率材料，将光刻胶上的所述高折射率材料和低折 射率材料去除而保留淀积在光刻胶之间的凹槽内的所述高折射率层材料和低折射率材料， 以形成高折射率芯层和一层低折射率层； 剥除光刻胶； 淀积低折射率膜。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，所述光刻胶的厚度范 围为0. 5-12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，所述的高折射率芯层 的厚度范围为0. 5-11微米，其宽度范围为0. 5-20微米。全文摘要本专利技术属于平面光分路器
，具体涉及一种光波导的制造方法。包括在玻璃衬底上形成一层光刻胶；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。本专利技术所提出的光波导本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种光波导器件的制造方法，其特征在于具体步骤包括：提供一个石英玻璃衬底；淀积光刻胶；光刻形成图形；淀积一层低折射率材料；淀积一层高折射率材料；回刻部分所述高折射率材料和低折射率材料，将光刻胶上的所述高折射率材料和低折射率材料去除而保留淀积在光刻胶之间的凹槽内的所述高折射率层材料和低折射率材料，以形成高折射率芯层和一层低折射率层；剥除光刻胶；淀积低折射率膜。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：王鹏飞，张卫，
申请(专利权)人：复旦大学，
类型：发明
国别省市：31