光波電路及其制造方法
【專利摘要】提供了一種光波電路和其制造方法。光波電路包括：第一襯底，具有形成在第一襯底的上部的刻印芯形成槽；芯層，其形成在所述刻印芯形成槽的內(nèi)部；BPSG粘結(jié)層，其形成在包括所述芯層的所述第一襯底上；第二襯底，其形成在所述BPSG粘結(jié)層上。因此，有效地改善了光波電路的光損失和分支均勻性，可以簡單地和低成本地制造光波電路，同時還可進一步改善光波電路的光損失和分支均勻性。
【專利說明】光波電路及其制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本發(fā)明涉及一種光波電路及其制造方法，以及更具體地涉及通過使用刻印光波電路芯來形成用來輸入或輸出光信號的每個光波電路以能夠有效改善光損失和分支均勻性的光波電路及其制造方法，其中制造可以被簡單和低成本地執(zhí)行，同時還能改善光波電路的光損失和分支均勻性。
【背景技術(shù)】
[0002]通常，被稱作分配器或光分頻器的具有將一個光波傳輸至多個用戶(I XN)的功能的光功率分路器在寬度光通信網(wǎng)絡(luò)中是非常重要的設(shè)備(根據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)的配置方法，也可以使用2XN的光功率分路器)，并且也應(yīng)用在數(shù)據(jù)通信、無源光網(wǎng)絡(luò)(Ρ0Ν)、光纖到戶(FTTH)等中。
[0003]光功率分路器中所需的重要特征是:1)優(yōu)良的分支均勻性(相對于輸入光波長、偏振或溫度改變具有低變異性);2)低光損失；以及3)低成本大量生產(chǎn)。然而，在當前制造光功率分路器的技術(shù)中，平面光波電路(PLC)技術(shù)已經(jīng)已知為最優(yōu)的實現(xiàn)這些特征的技術(shù)，以及PLC技術(shù)目前是用于制造光功率分路器的主要方法。
[0004]該方法用于構(gòu)建光電路，其中通過沉積多個二氧化硅層或薄聚合物膜，同時在二氧化硅或石英襯底上進行光刻和蝕刻來形成芯和圍繞芯的覆層，以及光信號根據(jù)芯的形狀使用芯和覆層之間的折射率差來分頻和混合。
[0005]因為已經(jīng)提出了將一個光波分成多個光波的不同結(jié)構(gòu)，所以存在多個配置光功率分路器的方法。這些結(jié)構(gòu)可以根據(jù)分頻光功率的形狀來被大體分為星形和樹形，以及已經(jīng)提供了使用Y-分支光波電路、多模干涉器(MMI)、星形耦合器、定向耦合器等等的方法。
[0006]然而，在使用例如MM1、星形耦合器、定向耦合器等等的結(jié)構(gòu)的裝置中，相對于入射光波長或偏振改變的光功率的分路比被改變。因此，這些結(jié)構(gòu)不能用于無源光網(wǎng)絡(luò)(PON)等市場中的商業(yè)化產(chǎn)品中，但是可以用于特定產(chǎn)品。
[0007]另一方面，因為Y-分支光功率分路器具有低波長依賴性并能夠小型化，所以Y-分支光功率分路器包括在最商業(yè)化的光功率分路器中，作為基本部件。然而，由于Y-分支的單位分頻器(1X2)以樹形串聯(lián)連接，所以依賴于輸出端的分支均勻性、制造過程、溫度、波長、偏振等的分頻比的改變量與樹的連接量成正比增加。因此，單位分頻器的分頻率應(yīng)該非常準確并且分頻比的改變量應(yīng)該非常小。
[0008]當根據(jù)制造光波電路芯的方法來對制造PLC的方法進行分類時，存在:1)在平面覆層襯底上形成壓印芯并在其上覆覆層的壓印工藝方法(這是當前用于制造PLC的主要方法)；以及2)形成具有芯形狀的刻印槽，在其中填充芯、通過化學機械拋光(CMP)或回蝕工藝平坦化該芯、及覆覆層的刻印工藝方法。
[0009]同時，制造的PLC芯片的輸入和輸出截面被拋光為斜面(大約8度的角)，以及同樣被拋光為斜面的拋光光纖陣列塊使用環(huán)氧樹脂粘結(jié)至拋光的截面。在此，光纖陣列塊是光纖陣列固定在包括上部和下部的光纖固定槽塊之間的塊。每個上部和下部具有大約I毫米的厚度，以及光纖陣列塊具有總計2毫米的厚度。
[0010]因此，在具有大約I毫米厚度的襯底上被處理的光纖陣列塊和PLC在粘結(jié)區(qū)具有差別。為了消除環(huán)氧樹脂粘結(jié)的變形，具有大約I毫米厚度的蓋玻璃被增加在PLC的襯底的上側(cè)。然而，因為環(huán)氧樹脂在材料特性上與PLC大大不同，所以由于溫度/濕度的改變而可能導致失真或分離。此外，當粘結(jié)PLC襯底和蓋玻璃時，需要相當大的和額外的制造工作，如相對于襯底的整個表面的環(huán)氧樹脂的厚度控制。
[0011]圖1是示出了根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的實施例的Y-分支光波電路的結(jié)構(gòu)的示意圖。
[0012]參考圖1，根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的實施例的Y-分支光波電路包括輸入光波電路10，以及第一和第二光波電路20和30。
[0013]在此，輸入光波電路10被設(shè)置為通過輸入側(cè)截面輸入光信號，以及具有向輸出側(cè)截面變寬的形狀。
[0014]第一和第二輸出光波電路20和30被設(shè)置為相對于輸入光波電路10的輸出側(cè)截面的中心線對稱地延伸。
[0015]傳統(tǒng)的Y-分支光波電路優(yōu)化了輸入光波電路10的寬度和長度，以及當?shù)谝缓偷诙敵龉獠娐?0和30之間的間隔為零時,第一和第二輸出光波電路10的分支角以及光損失被最小化。然而，當光波電路被制造時，在曝光工藝中實現(xiàn)的第一和第二輸出光波電路20和30之間的間隔具有最小I至2微米。因此，一定光損失可能發(fā)生。
[0016]同時，在傳統(tǒng)壓印工藝方法中，即使第一和第二輸出光波電路20和30之間的間隔在分支點被最小化，由于在第一和第二輸出光波電路20和30之間的窄縫隙中的蝕刻深度因為光波電路芯的蝕刻工藝中的RIE-滯后現(xiàn)象而小于其它區(qū)域，所以兩個第一和第二輸出光波電路20和30的截面的較下部被連接在一起，以及在覆層工藝中產(chǎn)生在窄縫隙中的氣泡，或者芯由于兩個第一和第二輸出光波電路20和30因為覆層的融化和燒結(jié)而彼此的牽拉而傾斜。
[0017]因此，為了解決這個問題，例如氧化硼(B203)、五氧化二磷(P2O5)的氧化物添加劑被重摻雜至覆層材料中，然后芯被覆層工藝中的覆層熔化和損壞，并且光損失被增加了。
[0018]此外，覆層工藝是需要長時間沉積厚度大約20至40微米的非常厚的膜的工藝。因此，產(chǎn)量被大大降低。此外，光波電路芯接收到由于構(gòu)成石英玻璃的底覆層襯底和重摻雜厚覆層的兩種材料之間的熱膨脹系數(shù)之間的大差異而帶來的應(yīng)力，因此分支均勻性的退化，尤其是偏振相關(guān)損耗(PDL)被增加。
[0019]覆層工藝與具有小于或等于I微米的傳統(tǒng)半導體工藝相比，改變了沉積膜的厚度。因此，沒有商業(yè)化的設(shè)備適于這個工藝，需要大量時間和工作來沉積厚膜作為高質(zhì)量的光學膜，因此，覆層工藝(lid clad process)是制造PLC中最困難的工藝。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0020]技術(shù)問題
[0021]本發(fā)明旨在提供一種光波電路，其在光學分支光波電路的操作和結(jié)構(gòu)的方面，通過使用壓印光波電路芯來形成用于輸入、分頻或輸出光信號的每個光波電路，從而能夠改善光損失和光功率的分支均勻性。
[0022]本發(fā)明還旨在提供一種制造分支光波電路的方法，通過該方法，不僅能夠容易地制造分支光波電路的結(jié)構(gòu)，而且也可以防止在光波電路的分支部中的光波電路的損壞或變形，光功率損耗可以被最小化，以及可以在制造分支光波電路的一個方面，通過具有刻印形狀的刻印形成槽來制造光波電路芯而改善分支均勻性。
[0023]本發(fā)明還旨在提供一種制造PLC的方法，通過該方法，通過改進粘結(jié)覆層和傳統(tǒng)PLC的覆玻璃的工藝，不僅能夠改進光功率分流比，而且制造也可以被進一步簡化，并且產(chǎn)量可以被增加。
[0024]本發(fā)明還旨在提供一種高產(chǎn)量和可靠性地制造PLC的方法，其中可以使用非接觸掩模代替具有襯底污染和高缺陷率的接觸掩模來進行高質(zhì)量的光刻，適用于200毫米或更大的大尺寸襯底。
[0025]技術(shù)方案
[0026]本發(fā)明的一個方面提供了一種光波電路，包括:第一襯底，具有刻印芯形成槽，形成在第一襯底的上部；芯層，形成在刻印芯形成槽內(nèi)；硼磷硅酸鹽玻璃(BPSG)粘結(jié)層，形成在包括芯層的第一襯底上；以及第二襯底，形成在BPSG粘結(jié)層上。
[0027]BPSG粘結(jié)層可以是使用Ge摻雜的BPSG (Ge-BPSG)或F摻雜的BPSG (F-BPSG),其中鍺(Ge)或氟(F)作為材料被摻雜的。
[0028]芯層優(yōu)選地使用Ge-BPSG形成，其中Ge作為材料被摻雜。然而，芯層可以使用F-BPSG形成，其中F作為材料被摻雜，或者Ge和F的組合物可以在芯層中被順序改變。
[0029]BPSG粘結(jié)層可以具有不同于芯層的折射率，并且可以被形成為具有與第一襯底相同的成分。
[0030]BPSG粘結(jié)層可以被插入芯層的槽的預(yù)定深度，從而提高工藝的可復制性和可靠性。
[0031]本發(fā)明的另一方面提供了一種制造光波電路的方法，包括:在其上完成了預(yù)設(shè)工藝的第一襯底上形成蝕刻掩模層；通過在蝕刻掩模層上刻印光波電路圖樣來形成蝕刻掩模圖樣；通過使用蝕刻掩模圖樣作為蝕刻屏障來蝕刻第一襯底，以至少一個刻印形狀形成光波電路槽；在蝕刻的光波電路槽上形成光波電路芯；平坦化第一襯底的表面；在制備的第一襯底和第二襯底中的至少一個上形成預(yù)定粘結(jié)層；以及粘結(jié)第一和第二襯底。
[0032]本發(fā)明的另一方面提供了一種制造光波電路的方法，包括:在其上完成了預(yù)設(shè)工藝的第一襯底上形成第一蝕刻掩模；通過使用第一蝕刻掩模層選擇性地蝕刻第一襯底來以至少一個刻印形狀形成光波電路槽；在蝕刻的光波電路槽中形成光波電路芯；使用第一蝕刻掩模作為阻擋層來平坦化第一襯底的表面；蝕刻第一蝕刻掩模；以及在包括光波電路槽的第一襯底的上表面上形成粘結(jié)層。
[0033]該方法還包括執(zhí)行平坦化工藝以去除第一襯底和芯的上表面之間的臺階差。
[0034]有益效果
[0035]根據(jù)本發(fā)明的光波電路及其制造方法，可以實現(xiàn)分支光波電路的光耗和光功率分流比通過使用刻印光波電路形成用于輸入或輸出光信號的每個光波電路而被改進的效果。
[0036]同樣，根據(jù)本發(fā)明，可以實現(xiàn)用于將光波電路芯填充至刻印光波電路槽的分支光波電路的制造過程防止光波電路的分支部損壞從而最小化光功率損耗的優(yōu)點。
[0037]此外，根據(jù)本發(fā)明，當具有能夠彎曲襯底的應(yīng)力的芯層使用刻印工藝而不是傳統(tǒng)的執(zhí)行接觸掩模光刻工藝的壓印工藝，被首先堆疊在彎曲襯底上時，在平坦襯底的表面上使用臺階作為刻印形狀來高質(zhì)量地執(zhí)行非接觸光刻工藝?？逃〔劭梢员恍纬?，以及芯可以被填充至刻印槽。因此，光波電路可以通過被光刻來高質(zhì)量制造。
[0038]根據(jù)本發(fā)明，因為高質(zhì)量非接觸光刻工藝被使用，所以可以使用8或12英寸的大尺寸晶片。
[0039]根據(jù)本發(fā)明，因為具有刻印形狀的光波電路槽與傳統(tǒng)Y-分支相比，在分支部被側(cè)壁分割，即使在共形沉積過程在輸入/輸出光波電路的一半寬度的厚度上進行時，光波電路芯也可以被填充。此外，在進行共形沉積之后，與傳統(tǒng)Y-分支相比，光波電路的芯表面在光傳播方向上可以不形成凸起。
[0040]同時，當在壓印芯工藝中制造Y-分支時，在芯的光刻工藝中，難以將在輸入光波電路的輸出側(cè)截面上限定第一和第二輸出光波電路的內(nèi)側(cè)的光刻膠之間的間隔減小為小于或等于大約1.5 μ m。同樣，在蝕刻芯之后必須的蝕刻表面清理過程中，因為芯的兩側(cè)都被熔化大約0.5 μ m，第一和第二輸出光波電路的內(nèi)側(cè)之間的間隔變?yōu)榇笥诨虻扔?.0 μ m。因此，因為第一和第二輸出光波電路的內(nèi)側(cè)之間的間隔由于蝕刻表面的清潔過程被擴大，所以光波電路的光損耗被增加。然而，當以壓印芯工藝制造Y-分支時，在蝕刻表面的清潔過程中，因為芯槽向兩側(cè)融化大約0.5 μ m，所以與壓印芯工藝相比，第一和第二輸出光波電路之間的間隔被縮窄0.5 μ m，因此可以降低光損耗。
[0041]根據(jù)本發(fā)明，在刻印光波電路槽中堆疊光波電路芯之前，沉積的芯的大小可以通過堆疊部分覆層作為同形沉積來調(diào)節(jié)。
[0042]根據(jù)本發(fā)明，通過在刻印光波電路槽中堆疊具有彼此不同成分的光波電路材料來形成芯的多個層，可以實現(xiàn)光波電路的折射率結(jié)構(gòu)可以在垂直于光波電路芯平行于該結(jié)構(gòu)的方向上改變的優(yōu)點。
[0043]根據(jù)本發(fā)明，光波電路可以被簡單地制造，而不需要通過在特定溫度下在第一和第二襯底上進行融合粘接或直接接合來沉積厚的覆層。
[0044]根據(jù)本發(fā)明，因為覆層可以使用純二氧化硅襯底來制造，其除了在粘結(jié)層上之外，在芯上沒有水平或垂直應(yīng)力，所以芯上的應(yīng)力被去除，并且光功率的分支均勻性相對于偏振、波長和溫度改變可以被改進。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0045]圖1是示出了根據(jù)傳統(tǒng)技術(shù)的Y-分支光波電路的結(jié)構(gòu)的示意圖。
[0046]圖2是示出了根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的分支光波電路的結(jié)構(gòu)的示意圖。
[0047]圖3至圖7是用于描述根據(jù)本發(fā)明的實施例的制造分支光波電路的方法的截面視圖和透視圖。
[0048]圖8是示出了根據(jù)本發(fā)明的另一實施例的光波電路的截面結(jié)構(gòu)的示意圖。
[0049]圖9至圖13是用于描述根據(jù)本發(fā)明的另一實施例的制造光波電路的方法的截面視圖和透視圖。
[0050]圖14是示出了相對于根據(jù)本發(fā)明的實施例制造的1X16光分路器裝置中每個芯信道的波長的光分路損失的曲線圖。
[0051]圖15是用于描述根據(jù)本發(fā)明的另一實施例的光波電路裝置的截面視圖。
[0052]圖16至圖21是用于描述根據(jù)本發(fā)明的另一實施例的制造光波電路裝置的方法的截面視圖。
【具體實施方式】
[0053]以下將具體描述根據(jù)本發(fā)明的示例性實施例。然而，本發(fā)明不限于下面所述的示例性實施例，并且可以以不同形式被實施。下面的示例性實施例被描述，用來使得本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠?qū)崿F(xiàn)和實施本發(fā)明。
[0054]應(yīng)該理解，盡管術(shù)語第一、第二等在此可以被用來描述各種元件，但是這些元件不應(yīng)被限于這些術(shù)語。這些術(shù)語僅被用于在元件之間進行區(qū)分。例如，在不背離本發(fā)明的范圍的情況下，第一元件可以被定義為第二元件，以及類似的第二元件可以被定義為第一元件。如在此使用的，術(shù)語“和/或”包括一個或多個所列相關(guān)術(shù)語中的任意或所有組合。
[0055]應(yīng)該理解，當元件被稱為“連接”或“藕接”至另一元件時，其可以直接連接或藕接至另一元件或者可以存在中間元件。相反，當元件被稱為“直接連接”或“直接藕接”至另一元件時，不存在中間元件。
[0056]在此使用的術(shù)語僅為了描述特定實施例的目的，并不用于限制本發(fā)明。如在此所使用的，單數(shù)形式“一”、“一個”和“該”都旨在也包括多數(shù)形式，除非上下文中清楚指示相反。還應(yīng)該理解術(shù)語“包括”、“包含”、“具有”和/或“有”表示所述特征、整數(shù)、步驟、操作、元件和/或組件的存在，但是不排除存在或增加一個或多個其它特征、整數(shù)、步驟、操作、元件、組件和/或它們的組。
[0057]除非有相反定義，否則在此使用的所有術(shù)語(包括技術(shù)和科學術(shù)語)具有與本領(lǐng)域技術(shù)人員通常理解的含義相同的含義。還應(yīng)該理解，術(shù)語，例如在通常使用的字典中定義的術(shù)語，應(yīng)被理解為具有與其在相關(guān)技術(shù)的上下文中含義一致的含義，除非在此被明確定義，否則不應(yīng)被解釋為理想化或過于正式的含義。
[0058]圖2是示出了根據(jù)本發(fā)明的實施例的分支光波電路的結(jié)構(gòu)的示意圖。
[0059]參考圖2，分支光波電路包括輸入光波電路100，以及第一和第二輸出光波電路200 和 300。
[0060]在此，輸入光波電路100被配置為通過輸入側(cè)截面輸入光信號，并且具有朝向輸出側(cè)截面變得更寬的形狀。
[0061]第一和第二輸出光波電路200和300被配置為從輸入光波電路10的輸出端截面，相對于中心線對稱地延伸。第一和第二輸出光波電路200和300的內(nèi)側(cè)被形成為在輸入光波電路100的輸出端的截面中彼此距離預(yù)定間隔W (優(yōu)選地為大約0.2 μ m至2.0 μ m)。
[0062]第一和第二輸出光波電路200和300的輸入側(cè)端部之間的間隔W,即，第一和第二輸出光波電路200和300的彼此相對的相鄰側(cè)之間的間隔W優(yōu)選地在大約0.2 μ m至2.0 μ m的范圍內(nèi)。
[0063]本發(fā)明的光分支光波電路被形成為從第一和第二輸出光波電路200和300的輸入側(cè)端部至輸出側(cè)截面以恒定寬度作為Y形分支到兩側(cè)。
[0064]以下，將解釋根據(jù)本發(fā)明的實施例的分支光波電路的制造方法。分支光波電路的結(jié)構(gòu)可以使用制造刻印光波電路芯的方法被制造以最大化其效果。
[0065]圖3至圖7是用于描述根據(jù)本發(fā)明的實施例的制造分支光波電路的制造方法的截面視圖和透視圖。[0066]參考圖3，制造分支光波電路的方法包括:通過使用蝕刻掩模層執(zhí)行光刻處理來形成刻印蝕刻掩模圖樣，即，具有上面參考圖2所述的分支光波電路形狀的光掩模(掩模版:未示出);在完成上述處理的結(jié)構(gòu)或第一襯底400上使用非接觸或接觸曝光設(shè)備，使用蝕刻掩模圖樣蝕刻第一襯底400 ;再去除蝕刻掩模；以及通過清潔污染的蝕刻接口(由于基于CF的聚合物材料沉積或蝕刻時蝕刻掩膜濺射導致的污染)形成用于形成光波電路芯的具有刻印形狀的光波電路槽410。
[0067]在此，在其上完成預(yù)定處理的第一襯底400可以是被用作光波電路的覆層的襯底，以及其表面可以被改變，從而光波電路的覆層能夠根據(jù)必要性被使用。例如，第一襯底可以是氧化硅襯底、二氧化硅襯底、形成覆層的襯底或?qū)⒁r底表面改變?yōu)楹愣ǜ叨鹊母矊拥囊r底。
[0068]蝕刻掩模層(未示出)可以是在第一襯底400上用于將光波電路蝕刻為刻印形狀的掩模層，以及蝕刻掩模圖樣是通過干蝕刻和濕蝕刻中的任一種或其組合使用光刻工藝將光刻膠圖樣轉(zhuǎn)移在蝕刻掩模層上來形成的。
[0069]參考圖4，具有圖3A的刻印形狀的覆層420的一部分被沉積在光波電路槽410上，例如，使用共形沉積化學氣相沉積(CVD)工藝，之后光波電路槽410被光波電路芯430填充。同時，如果類似于覆層共形沉積的工藝被重復，則具有不同折射率的多個光波電路芯可以沉積在具有刻印形狀的光波電路槽410上。因此，光波電路截面(二維)中的光波電路模式特征可以通過改變折射率或壓力分布而被調(diào)節(jié)。
[0070]然而，為了減少分支光波電路的光損失，當在輸入光波電路100的輸出側(cè)截面中的第一和第二輸出光波電路200和300的內(nèi)側(cè)之間的間隔被減少時，覆層420不需要被沉積在光波電路槽410的內(nèi)部，即，如上所述的芯槽中，并且理想的是通過在光波電路槽410的內(nèi)側(cè)上進行同形濕蝕刻工藝或干蝕刻工藝至大約0.2μηι至0.5 μ m的厚度來最小化第一和第二輸出光波電路200和300的內(nèi)側(cè)之間的間隔。
[0071]形成光波電路芯430的過程可以是將光波電路芯或光波電路覆層填充至具有刻印形狀的經(jīng)蝕刻的光波電路槽410中的過程。例如，理想的是使用CVD或火焰水解沉積(FHD)工藝等。芯和覆層之間的折射率差可以通過調(diào)節(jié)添加劑的量和成分來進行調(diào)節(jié)。例如，二氧化鍺(GeO2)，或五氧化二磷(P2O5)可能會增加折射率，以及氧化硼(B2O3)或氟(F)降低折射率。
[0072]同時，當使用CVD工藝將光波電路芯或覆層填充至光波電路槽410中時，理想的是通過共形沉積形成作為單一或多個層的CVD膜(共形沉積是無論沉積表面的垂直性或水平性，以相等的速度沉積沉積表面的工藝)，以及光波電路的結(jié)構(gòu)可以通過形成在垂直于光波電路并且平行于襯底的方向上被改變。例如，在共形沉積CVD方法中堆疊多層包括在具有刻印形的光波電路槽410上沉積一部分覆層膜，并填充光波電路芯膜。
[0073]參考圖5，被填充至光波電路槽410中的芯材料440之外的區(qū)域的芯材料(例如，光波電路芯或光波電路覆層或芯，等等)被全部去除，以及執(zhí)行平坦化襯底的表面的處理。這被稱作第一襯底平坦化處理。理想的是使用諸如CMP、回流、PR涂層、回蝕工藝等等的不同方法執(zhí)行第一襯底平坦化處理。
[0074]回流工藝是以下工藝:通過軟化或熔化導致的玻璃表面的表面張力來平坦化沉積玻璃膜的襯底、通過在氧化硅膜中摻雜氧化硼(B203)、五氧化二磷(P205)、氟(F)等、以及加熱到低于氧化硅襯底的熔點的沉積玻璃膜的熔點。
[0075]參考圖6，特定粘結(jié)層450和510形成在第一襯底400的表面和先前準備的第二襯底500 (例如，蓋玻璃)中的至少一個上，以及粘結(jié)層450和510在中空下被加熱、熔化和粘結(jié)。
[0076]此時，例如，理想地是應(yīng)用使用硼磷硅玻璃(BPSG)或氟的氧化硅玻璃作為主要材料的FHD方法來作為在第一和第二襯底400和500上形成特定粘結(jié)層450和510的工藝。然而，粘結(jié)層450和510可以使用諸如CVD、旋涂玻璃(SOG)等形成或通過擴散或離子注入硼(B)，磷(P)，或氟(F)等改變襯底的表面來形成。
[0077]優(yōu)選地，經(jīng)過FHD工藝的玻璃顆粒沉積處理在粘結(jié)層450和510上執(zhí)行。此時，玻璃顆粒層在被堅固之后可以被堅固超過二十倍，粘結(jié)層450和510優(yōu)選的具有小于或等于大約I微米的厚度。
[0078]同時，經(jīng)過FHD工藝的玻璃顆粒層容易破裂。因此，在沉積玻璃顆粒之后，在后續(xù)僅使用火焰而不插入沉積基材的襯底接觸和粘結(jié)工藝中加熱和固化玻璃顆粒層是有利的。
[0079]當粘結(jié)粘結(jié)層450和510時，由于鎖定在第一襯底400和第二襯底500之間的氣體而容易產(chǎn)生氣泡。因此，當熔化粘結(jié)層450和510時，在氦氣氛下以正常壓力使用中空電爐用于粘結(jié)氣氛是有利的。
[0080]同時，在粘結(jié)時，理想的是使用具有環(huán)形的多個加壓錘或設(shè)備對襯底施加壓力，從而第一和第二襯底400和500在從襯底的中心至襯底的邊緣的方向上被粘結(jié)，以及環(huán)形優(yōu)選地是同心環(huán)形，用于根據(jù)半徑調(diào)節(jié)壓力。
[0081]此外，當粘結(jié)第一和第二襯底400和500時，為了防止發(fā)生氣泡，用于排放氣泡的槽(未示出)通過使用切割鋸切割表面或干蝕刻穿過第一和第二襯底400和500的整個表面來形成。
[0082]例如，通過使用切割鋸僅切割襯底的表面并擴散FHD顆粒來形成棋盤圖樣的槽。此時，從每個格子單元散發(fā)的氣體可以沿槽通過襯底的側(cè)面排放。當粘結(jié)襯底時，氣體氣氛優(yōu)選是真空的，并且在使用形成如上所述槽的方法執(zhí)行該工藝時，理想的是使用諸如氦的具有高擴散速度的氣體。
[0083]同時，對粘結(jié)層450和510的厚度沒有限制，但是理想的是最小化其厚度，從而降低施加至芯的應(yīng)力。尤其是，第二襯底500優(yōu)選地具有蓋玻璃和覆層的功能，以及粘結(jié)層450和510的厚度在0.5至5.0 μ m的范圍內(nèi)，(優(yōu)選地，小于或等于大約I μ m)，以形成高質(zhì)量的光介質(zhì)。
[0084]圖7示出了通過熔融粘結(jié)第一和第二襯底400和500制成的光功率分路器的透視圖。
[0085]圖8是示出了根據(jù)本發(fā)明的另一實施例的光波電路裝置的截面結(jié)構(gòu)的示意圖。
[0086]參考圖8，根據(jù)本發(fā)明的另一實施例的光波電路裝置包括第一襯底600、芯層700、Ge-BPSG粘結(jié)層800、第二襯底900等。
[0087]在此，因為在第一和第二襯底100和400上完成了預(yù)定工藝，所以刻印的芯形成槽110通過預(yù)定蝕刻工藝形成在第一襯底100的上部，以及第二襯底400形成在BPSG粘結(jié)層300上，優(yōu)選地形成在鍺硼磷硅玻璃(Ge-BPSG)粘結(jié)層上。
[0088]芯層700形成在刻印芯形成槽610的內(nèi)部，該槽形成在第一襯底600上。例如，芯層700優(yōu)選地由Ge-BPSG形成，其中鍺(Ge)通過CVD或FHD工藝等被摻雜。
[0089]Ge-BPSG粘結(jié)層800形成在包括芯層700的第一襯底600上。例如，Ge-BPSG粘結(jié)層800優(yōu)選地由Ge-BPSG形成，其中Ge通過CVD或FHD工藝被摻雜。
[0090]此外，Ge-BPSG粘結(jié)層800的折射率不同于芯層700的折射率，Ge-BPSG粘結(jié)層800優(yōu)選地具有與第一襯底600相同的成分，以及具有與第一襯底600相同的折射率，以及Ge-BPSG粘結(jié)層800的厚度優(yōu)選地為大約I μ m至10 μ m。
[0091]圖9至圖13是用于描述根據(jù)本發(fā)明的另一實施例的光波電路裝置的裝置方法的截面視圖和透視圖。
[0092]參考圖9，通過使用曝光設(shè)備在完成上述預(yù)定工藝的結(jié)構(gòu)或第一襯底600上執(zhí)行使用蝕刻掩模層的光刻工藝，蝕刻掩模圖樣形成為刻印形狀，掩模層即具有期望光波電路形狀(例如，分支形或直線形等)的光掩模(掩模版:未示出)，之后使用蝕刻掩模圖樣蝕刻第一襯底600，然后通過去除蝕刻掩模形成用于形成光波電路的具有刻印形狀的芯形成槽610。
[0093]蝕刻掩模層(未不出)是用于在第一襯底600上的刻印形中蝕刻光波電路芯的掩模層，以及通過干蝕刻和濕蝕刻或其組合使用光刻工藝將光刻膠圖樣轉(zhuǎn)移至蝕刻掩模層來形成蝕刻掩模圖樣。
[0094]參考圖10，作為光波電路芯的芯層700形成在圖9的刻印芯形成槽610上，芯層700由Ge-BPSG形成，其中摻雜有Ge。
[0095]形成芯層700的工藝包括將光波電路芯或光波電路覆層和芯填入刻印芯形成槽610。例如，理想的是，使用CVD或FHD工藝等。因此，芯和覆層之間的折射率差可以根據(jù)所增加的諸如二氧化鍺(GeO2)或五氧化二磷(P2O5)的氧化物的量來調(diào)節(jié)。
[0096]同時，當使用CVD工藝將光波電路芯或覆層填入刻印芯形成槽610時，理想的是通過共形沉積(共形沉積是以相同速度進行沉積而不考慮沉積表面的垂直狀態(tài)或水平狀態(tài)的工藝)將CVD膜形成為單層或多層，通過在垂直于光波電路的光的處理軸的方向上形成，可以改變光波電路的結(jié)構(gòu)。例如，共形沉積CVD法中的多層堆疊包括:在刻印芯形成槽610上沉積一部分覆層膜，并填充多個具有不同折射率的光波電路芯膜。
[0097]如果重復與覆層共形沉積和芯沉積類似的工藝，可以在刻印芯形成槽610上沉積多個具有不同折射率的光波電路芯膜。因此，通過改變折射率或應(yīng)力分布，可以在光波電路橫截面(二維的)調(diào)節(jié)光波電路模式特性。
[0098]可選地，在將芯層700形成在刻印芯形成槽610上之后，可以進而執(zhí)行平坦化第一沉底600的整個表面的處理。這稱之為沉底平坦化處理。例如，理想的是，使用諸如CMP、回流、PR涂層、回蝕工藝等等的不同方法執(zhí)行襯底平坦化處理。
[0099]回流工藝是以下工藝:通過軟化或熔化導致的玻璃表面的表面張力來平坦化沉積玻璃膜的襯底、通過在氧化硅膜中摻雜氧化硼(B203)、五氧化二磷(P205)、氟(F)等、以及加熱到低于氧化硅襯底的熔點的沉積玻璃膜的熔點。
[0100]作為示例解釋襯底平坦化處理方法，在該方法中，去除不同于襯底槽的區(qū)域的芯材料，也就是，在第一襯底600上的刻印芯形成槽610。然而，不管使用上述哪種方法，均可以去除第一襯底600上的芯材料，但是，保留了去除了芯材料的第一襯底表面和刻印芯形成槽610之間的輕微襯底凸面。因此，難以制作襯底粘結(jié)所需要的厚度小于或等于約5nm的平坦表面。因此，在平坦化的第一襯底表面上堆疊粘結(jié)層和去除所保留的凸面的處理是必須的。
[0101]下面，將解釋使用CMP工藝去除凸面的方法。將主要解釋粘結(jié)層沉積和使用CMP工藝的凸面去除工藝，但是同樣適用使用諸如回流、PR涂層、回蝕工藝等方法所執(zhí)行的工藝。然而，由于需要平坦化到小于或等于數(shù)nm用于襯底粘結(jié)，當使用諸如回流、PR涂層、回蝕工藝等方法時，最終，理想地，需要通過CMP工藝處理表面。
[0102]由于芯層900和第一襯底600的拋光率不同，所以使用CMP工藝去除了第一襯底的芯的平坦化襯底表面具有約數(shù)十至數(shù)百nm的階差。也就是，芯表面低于第一襯底表面。階差中斷第一和第二襯底600和900的粘結(jié)，因此，芯的周圍不能粘結(jié)。因此，為了消除這一問題，理想的是，形成具有與第一襯底600相同的成分和與第一襯底600相同的折射率的Ge-BPSG粘結(jié)層(圖11的800) (Ge-BPSG粘結(jié)層具有和芯層不同的折射率)。
[0103]參考圖11，Ge-BPSG粘結(jié)層800形成在包含芯層700的第一襯底600的整個表面上，芯層700被填充進刻印芯形成槽610。例如，優(yōu)選使用其中摻雜有鍺(Ge)的Ge-BPSG作為材料，使用CVD和FHD工藝等作為方法將Ge-BPSG粘結(jié)層800形成為具有I μ m至10 μ m的厚度。
[0104]參考圖12，即使在如圖11形成Ge-BPSG粘結(jié)層800之后，芯表面和第一襯底表面的階差仍然存在。因此，執(zhí)行平坦化Ge-BPSG粘結(jié)層800以具有小于或等于約IOnm的厚度的工藝。
[0105]參考圖13，在圖12的平坦化Ge-BPSG粘結(jié)層800的整個表面上對齊和落下預(yù)先制備的第二襯底900之后，通過預(yù)定的熱處理工藝粘結(jié)第一和第二襯底600和900。此時，力口熱處理工藝的溫度是約400°C至600°C。
[0106]另外，在粘結(jié)的過程中，可以施加壓力，同時，壓力理想具有約0.1MPa至0.8MPa的范圍。
[0107]另外，在粘結(jié)第一和第二襯底600和900之后，為了增加第一和第二襯底600和900之間的粘結(jié)強度，可以進一步執(zhí)行高于軟化溫度(也就是，約700°C左右(優(yōu)選地，約500°C至IOO(TC))的加熱處理工藝2個小時至4個小時(優(yōu)選地，約3個小時)。
[0108]此時，Ge-BPSG粘結(jié)層800的摻雜物降低了 Ge-BPSG粘結(jié)層800的軟化溫度，以低于或等于約1000°c，從而增強粘結(jié)強度。同時，當使用沒有摻雜物的純氧化硅粘結(jié)層時，由于軟化溫度是非常高的，約1400°c，需要高熱處理。在這種情況下，芯熔化到第一和第二襯底600和900的內(nèi)部。因此，不能形成光波電路。
[0109]在另一方面，當粘結(jié)第一和第二襯底600和900時,為了防止產(chǎn)生氣泡,用于排放氣泡的槽(未示出)通過使用切割鋸切割表面或干蝕刻穿過第一和第二襯底600和900的粘結(jié)部的整個表面來形成。
[0110]圖14是示出了相對于根據(jù)本發(fā)明的實施例制造的1X16光分路器裝置中每個芯信道的波長的光分路損失的曲線圖。此時，由于1X16光分路器必須將輸入光分為16個分支輸出光，輸入光以2、4、8和16的順序執(zhí)行1X2光分支四次。由于以每個1X2光分支中3dB執(zhí)行光分布，以通道I至16中的每個通道中12dB減少光量。圖6的測量結(jié)果顯示約13dB的平均值的分支損失。
[0111]然而，考慮到輸入和輸出光波電路和光分路器之間的粘結(jié)損失是0.2Db(每0.1dBX輸入和輸出2)，16通道的通常分支損失是0.4dB (16通道包括4個1X2串聯(lián)通道；每通道
0.ldBX4=0.4dB), 1.5cm (1X16光分路器的整體長度)的光損失是0.1至0.2dB，這是優(yōu)良的結(jié)果。也就是，由于本發(fā)明的襯底粘結(jié)，幾乎沒有粘結(jié)界面的光損失。
[0112]圖15是用于描述根據(jù)本發(fā)明的另一實施例的光波電路裝置的截面視圖。本發(fā)明以下的描述將集中在上述實施例的差別。
[0113]參考圖15，根據(jù)本發(fā)明的再一其它實施例的光波電路裝置包括第一襯底1000、芯層2000、BPSG粘結(jié)層3000和第二襯底4000等。
[0114]根據(jù)本發(fā)明的再一其它實施例的一個重要特征具有BPSG粘結(jié)層3000插入芯層2000的槽的結(jié)構(gòu)。這一特征被構(gòu)想以確保根據(jù)本發(fā)明的實施例的制造工藝的可靠性和可重復性，其對于控制L2的深度是非常重要的。優(yōu)選地，L2被調(diào)節(jié)以具有小于或等于IOOOnm的深度，更優(yōu)選地，L2被調(diào)節(jié)以具有約Onm至200nm的深度。較小的L2的深度顯然是有利的。然而，通過將L2維持為小于或等于預(yù)定深度來確保處理余量是有利的。也就是，本發(fā)明的實施例的一個重要特征在于L2的深度被調(diào)節(jié)為在襯底的全部部分上小于或等于200nm，通過每個工藝將L2的深度調(diào)節(jié)為常量。
[0115]本發(fā)明的發(fā)明人已經(jīng)發(fā)現(xiàn):如果L2的深度被調(diào)節(jié)到小于或等于lOOOnm，每個最終制造的光波電路裝置的特征差異達到可以忽略的程度。這是因為當光在粘結(jié)層的折射率被維持為等于襯底的折射率的情況下被傳輸時，由于L2的深度差而沒有顯著的差別。根據(jù)本發(fā)明的實施例制造的光波電路裝置具有L2深度在O至IOOOnm的范圍內(nèi)多元分布，工藝余量被確保的優(yōu)點。因此，制造工藝的可重復性和可靠性可以被顯著改善，所制造的光波電路的產(chǎn)量增加。同時，根據(jù)本發(fā)明的制造方法，L2的深度通常被調(diào)節(jié)為小于或等于200nm，更優(yōu)選地，lOOnm。因此，制造工藝具有高可重復性和可靠性。
[0116]圖16至圖21是用于描述根據(jù)本發(fā)明的另一實施例的制造光波電路裝置的方法的截面視圖。
[0117]參考圖16,在完成上述工藝的結(jié)構(gòu)或第一襯底1000上沉積第一蝕刻掩模層1200和第二蝕刻掩模層1300，使用光刻法以刻印形狀形成掩模圖樣，通過使用掩模圖樣(未示出)蝕刻第一襯底1000來形成用于形成光波電路芯的刻印芯形成槽1100。
[0118]優(yōu)選地，第二蝕刻掩模層1300主要使用諸如Cr、N1、Cu、W等或者PR的金屬掩模，以增加相對于刻印芯形成槽1100蝕刻的掩模的選擇性。
[0119]第一蝕刻掩模層1200被用作相對于下面將描述的CMP工藝的拋光選擇層，而不是用于蝕刻芯槽的掩模，主要使用氮化硅(SiNx)膜，以增加相對于CMP工藝的拋光選擇性。
[0120]參考圖17，首先，去除圖16的第二蝕刻掩模層1300，使用摻雜有Ge或F的Ge-BPSG或F-BPSG作為材料將光波電路芯填充進刻印芯形成槽1100，以在第一襯底1000上形成芯層 2000。
[0121]在將芯層2000插入刻印芯形成槽1100之后，優(yōu)選使用CMP工藝，進而執(zhí)行平坦化第一襯底1000的整個表面的工藝。
[0122]接著，參考圖18，芯槽外部的芯層2000被去除，第一蝕刻掩模層1200被拋光。
[0123]然而，由于第一蝕刻模層1200的非常低的拋光率(與氧化硅的拋光率相比)，襯底的拋光速度被快速降低至約幾百分之一。因此，容易找到拋光工藝的停止時間。也就是，這起到CMP平坦化工藝中的CMP工藝的停止層的作用。[0124]為了增加拋光的選擇性(其是第一蝕刻掩模層1200的CMP工藝的停止層的功能)，理想的是使用氮化硅(SiNx)膜作為第一蝕刻掩模層1200，此時，將添加物添加到氧化鈰(CeO2)-基于研磨添加劑作為研磨添加劑。
[0125]接著，參考圖19，去除保留在第一襯底1000上的第一蝕刻掩模層1200。在這一工藝中，相對于襯底表面壓印或刻印芯層2000的上表面。圖8D示出了芯層2000的上表面，其作為示例被壓印或刻印。當根據(jù)第一掩模層1200的高拋光選擇性與氧化硅芯(Ge-BPSG或F-BPSG)相比對芯層進行較少的蝕刻時，可刻印或壓印芯層2000的上表面。
[0126]也就是，由于第一蝕刻掩模區(qū)域的內(nèi)部(覆蓋有第一蝕刻掩模的芯圖樣的外部區(qū)域)和第一蝕刻掩模區(qū)域的外部(其中第一蝕刻掩模被打開的芯圖樣的內(nèi)部區(qū)域)之間的拋光率差，例如，氮化硅(SiNx)膜和Ge-BPSG或F-BPSG芯之間的拋光率差，芯層2000的上表面具有凸形。凸形使得直接粘結(jié)第一和第二襯底困難。因此，進而需要第二襯底平坦化工藝。
[0127]參考圖20，在第一襯底1000的整個表面上形成Ge-BPSG或F-BPSG的粘結(jié)層3000，第一襯底包括通過使用摻雜Ge或F的Ge-BPSG或F-BPSG作為材料和CVD或FHD處理作為方法填充進刻印芯形成槽1100約Ιμπι至10 μ m的厚度范圍的芯層2000。此后，執(zhí)行第二襯底平坦化工藝。
[0128]第二襯底平坦化工藝是用于直接粘結(jié)的平坦化工藝。即使第二襯底平坦化工藝不是絕對必要，沒有該工藝，粘結(jié)不是容易的。執(zhí)行平坦化工藝使得粘結(jié)層800的表面的凸起具有小于或等于約IOnm的厚度是有利于粘結(jié)的。
[0129]根據(jù)本發(fā)明的其中形成刻印芯的實施例，一個重要特征在于通過第一蝕刻掩模層1200和兩個平坦化工藝來調(diào)整L2的深度。選擇這一工藝以確保在形成刻印芯和直接粘結(jié)第一和第二襯底的如上所述的工藝的可重復性和可靠性。
[0130]參考圖21，在將預(yù)先制備的第二襯底4000對準和裝配到平面化的Ge-BPSG粘結(jié)層3000的整個表面上之后，通過預(yù)定熱處理工藝粘結(jié)第一和第二襯底1000和4000。
[0131]在本說明書中，為了描述上的簡明，將本發(fā)明的示范性實施例分類為第一、第二和第三示范性實施例。然而，示范性實施例的相應(yīng)步驟或功能可與其它示范性實施例的相應(yīng)步驟或功能結(jié)合，以實施本發(fā)明的再一其它示范性實施例。
[0132]當參考其特定示范性實施例展示或描述本發(fā)明時，本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當理解，可以在形式和細節(jié)上進行各種改變，而不脫離所附的權(quán)利要求所限定的本發(fā)明的精神和范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種光波電路，包括: 第一襯底，具有刻印芯形成槽，其形成在所述第一襯底的上部； 芯層，其形成在所述刻印芯形成槽的內(nèi)部； 硼磷硅酸鹽玻璃(BPSG)粘結(jié)層，其形成在包括所述芯層的所述第一襯底上； 第二襯底，其形成在所述BPSG粘結(jié)層上。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述光波電路，其中，所述BPSG粘結(jié)層是使用摻雜有鍺(Ge)或氟(F)的Ge摻雜BPSG(Ge-BPSG)或F摻雜BPSG(F-BPSG)作為材料形成的層。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述光波電路，其中，所述芯層是使用摻雜有Ge或F的Ge-BPSG或F-BPSG作為材料形成的層。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述光波電路，其中，所述BPSG粘結(jié)層具有不同于所述芯層的折射率，且被形成為和所述第一襯底具有相同的成分。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述光波電路，其中，所述BPSG粘結(jié)層被插入所述芯層的槽達預(yù)定深度。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述光波電路，其中，所述預(yù)定深度是小于或等于lOOOnm。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述光波電路，其中，所述光波電路是分支光波電路，以及 第一和第二輸出光波電路在輸出側(cè)橫截面中的內(nèi)側(cè)面之間的間隔在0.2μηι至2.Ομπι的范圍中。
8.—種制造光波電路的方法，包括: 在完成預(yù)定工藝的第一襯底上形成蝕刻掩模層； 通過將光波電路圖樣刻印在所述蝕刻掩模層上，形成蝕刻掩模圖樣； 通過使用所述蝕刻掩模圖樣作為蝕刻屏障來蝕刻所述第一襯底，以至少一個刻印形狀形成光波電路槽； 在所蝕刻的光波電路槽上形成光波電路芯； 平坦化所述第一襯底的表面； 在所述第一襯底和預(yù)先制備的第二襯底中的至少一個上形成預(yù)定的粘結(jié)層；以及 粘結(jié)所述第一和第二襯底。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其中，通過干蝕刻或濕蝕刻或其組合蝕刻所述第一襯
。
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其中，使用Ge-BPSG或F-BPSG通過火焰水解沉積(FHD)法形成所述粘結(jié)層，或者在通過FHD法沉積玻璃顆粒層之后，僅使用火焰對所述玻璃顆粒層的表面加熱和固化，而不需要注入沉積基材料。
11.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其中，所述粘結(jié)層被形成為具有0.5 μ m至5.0 μ m范圍的厚度。
12.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其中，所述第一和第二襯底的粘結(jié)進一步包括使用切割鋸切割表面或在所述第一和第二襯底上進行干蝕刻，來形成用于排放氣泡的槽。
13.—種制造光波電路的方法，包括: 在完成規(guī)定工藝的第一襯底上形成第一蝕刻掩模層； 通過使用所述第一蝕刻掩模層有選擇地蝕刻所述第一襯底，以至少一個刻印形狀形成光波電路槽；在蝕刻的光波電路槽中形成光波電路芯； 使用所述第一蝕刻掩模層作為停止層，平坦化所述第一襯底的表面； 蝕刻所述第一蝕刻掩模層；以及 在包括所述光波電路槽的所述第一襯底的上表面形成粘結(jié)層。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，進一步包括執(zhí)行平坦化工藝，以去除所述第一襯底和所述芯的上表面之間的階差。
15.根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，進一步包括粘結(jié)第二襯底和所述第一襯底。
16.根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，其中所述粘結(jié)層被插入所述芯層的槽達預(yù)定深度。
【文檔編號】G02B6/00GK103502853SQ201180070692
【公開日】2014年1月8日 申請日期:2011年11月21日 優(yōu)先權(quán)日:2011年3月25日
【發(fā)明者】李谞榮, 李亨鐘 申請人:李谞榮