一種plc平面光波導(dǎo)與微流量計(jì)的集成加工方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于光流量器領(lǐng)域，具體涉及一種PLC平面光波導(dǎo)與微流量計(jì)的集成加工方法。
【背景技術(shù)】
[0002]光流量器近些年來發(fā)展很快。這一領(lǐng)域綜合了微流量計(jì)和光器件方面的技術(shù)，其應(yīng)用產(chǎn)品包括生化傳感器，能量和圖像顯示器等。其中，微流量計(jì)器件的基本結(jié)構(gòu)是加工一個(gè)嵌入式的通道讓流體產(chǎn)生微流動(dòng)，然后在其上再加工光波導(dǎo)就形成了光流量器。
[0003]很多研宄機(jī)構(gòu)目前用環(huán)氧樹脂PDMS(聚二甲基硅氧烷)作為微流量計(jì)器件的主要材料，由于其有良好的光學(xué)性能和容易制造，然而環(huán)氧樹脂材料的化學(xué)穩(wěn)定性不佳，高溫或其它環(huán)境因素會(huì)損壞器件的使用性能。
[0004]另一種方法是利用玻璃材料作為微流量計(jì)器件的主要材料，但是現(xiàn)有的使用玻璃材料的制備微流量計(jì)器件的方法主要是通過形成氣孔然后退火，氣孔擴(kuò)大形成微通道，這種方法存在很難精確控制微通道的形狀和尺寸的問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的在于提供一種化學(xué)穩(wěn)定性好、使用性能佳，同時(shí)能夠精確控制微通道的形狀和尺寸、波導(dǎo)芯(光器件)和微通道集成在一塊芯片上的PLC平面光波導(dǎo)與微流量計(jì)的集成加工方法。
[0006]為實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的目的，本發(fā)明提供了一種PLC平面光波導(dǎo)與微流量計(jì)的集成加工方法，在硅晶圓基體上生長(zhǎng)襯底，襯底上沉積摻雜的波導(dǎo)芯層，生長(zhǎng)掩膜層，通過光刻工藝在掩膜層生成一層圖形，通過干法刻蝕將掩膜層的圖形轉(zhuǎn)移至波導(dǎo)芯層，剝離掩膜層后，再在其上沉積覆蓋層；通過光刻工藝在覆蓋層上形成圖形，刻蝕部分覆蓋層直至將選定的需要加工成微通道的波導(dǎo)芯的側(cè)壁暴露，通過KOH溶液或四甲基氫氧化銨溶液腐蝕該處的波導(dǎo)芯直至形成微通道，從而與未暴露在外未被腐蝕的波導(dǎo)芯集成在一塊波導(dǎo)芯片上。
[0007]所述摻雜的波導(dǎo)芯層為摻鍺的波導(dǎo)芯層。
[0008]所述慘雜的波導(dǎo)芯層進(jìn)一步為慘憐玻璃。
[0009]KOH溶液的質(zhì)量濃度優(yōu)選為30-45 %。
[0010]四甲基氫氧化錢溶液的質(zhì)量濃度優(yōu)選為20-30%。
[0011]通過優(yōu)選的KOH溶液以及四甲基氫氧化銨溶液的質(zhì)量濃度，能夠獲得更好的腐蝕效率和腐蝕效果，更有利于形成形狀和尺寸可控的微通道以及未被腐蝕的光導(dǎo)芯的保留。
[0012]所述摻雜的波導(dǎo)芯層和襯底的相對(duì)折射率優(yōu)選為2.5-3%。
[0013]通過該折射率的優(yōu)選，能夠增加溶液的腐蝕選擇比，獲得更好腐蝕效果，更有利于形成形狀和尺寸可控的微通道。
[0014]腐蝕的溫度優(yōu)選為60-70 °C。
[0015]在優(yōu)選的腐蝕溫度下，能夠獲得更好的腐蝕效率和腐蝕效果，更有利于形成形狀和尺寸可控的微通道。
[0016]所述波導(dǎo)芯層優(yōu)選為鍺摻雜的Si02。
[0017]所述覆蓋層優(yōu)選為硼磷摻雜玻璃層，所述襯底為Si02。
[0018]本發(fā)明的有益效果:本發(fā)明針對(duì)現(xiàn)有的使用環(huán)氧樹脂PDMS作為微流量計(jì)器件的主要材料時(shí)存在的化學(xué)穩(wěn)定性不佳，高溫或其它環(huán)境因素會(huì)損壞器件的使用性能；使用玻璃材料作為微流量計(jì)器件的主要材料時(shí)很難精確控制微通道的形狀和尺寸的現(xiàn)狀，提供了一種能夠化學(xué)穩(wěn)定性好、高溫等條件下使用性能佳，且同時(shí)能夠精確控制微通道的形狀和尺寸、波導(dǎo)芯(光器件)和微信道集成在一塊芯片上的集成加工方法。首先，本發(fā)明使用的主體材料為玻璃材料，且針對(duì)使用玻璃材料時(shí)存在的很難精確控制微通道的形狀和尺寸的問題，發(fā)明人在刻蝕波導(dǎo)芯層得到所需形狀，在其上沉積覆蓋層后，巧妙地通過刻蝕覆蓋層覆蓋的波導(dǎo)芯層側(cè)壁，露出部分需要形成微通道的波導(dǎo)芯層側(cè)面，并通過KOH或四甲基氫氧化銨溶液對(duì)摻雜的S12 (即波導(dǎo)芯材料)和未摻雜的S1jf底層腐蝕是有選擇性的這一特性。通過KOH容液或四甲基氫氧化銨溶液將摻雜的S12腐蝕掉因而形成微通道。
[0019]通過KOH溶液或四甲基氫氧化銨溶液腐蝕露出側(cè)面的波導(dǎo)芯層，使用本發(fā)明的加工方法，能夠按照技術(shù)人員的需要刻蝕得到所需通道的大小和形狀波導(dǎo)芯后，通過巧妙的腐蝕過程精確控制微通道的形狀和尺寸，最終得到形狀和尺寸可控的微通道與未被腐蝕的波導(dǎo)芯在一塊芯片上的集成加工方法。
【附圖說明】
[0020]圖1是本發(fā)明的PLC平面光波導(dǎo)與微流量計(jì)的集成加工方法的流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0021 ] 以下實(shí)施例旨在進(jìn)一步說明本
【發(fā)明內(nèi)容】
，但本發(fā)明并不限于下述實(shí)施例。
[0022]實(shí)施例1
[0023]步驟1:
[0024]以硅晶圓為基體，在硅晶圓上通過熱氧化生長(zhǎng)15 - 20 μ m厚的二氧化硅襯底。
[0025]步驟2:
[0026]使用PECVD (等離子增強(qiáng)性氣相化學(xué)沉積)生長(zhǎng)一層2 — 4 μ m厚的摻Ge (鍺)的PSG (摻磷玻璃)，即本發(fā)明的波導(dǎo)芯層，該層和二氧化硅襯底的相對(duì)折射率為2.5 — 3%。
[0027]步驟3:
[0028]應(yīng)用LPCVD (低壓氣相化學(xué)沉積)在波導(dǎo)芯層上生長(zhǎng)一層非晶硅作為Hardmask (掩膜層);
[0029]應(yīng)用光刻工藝(光阻涂布(覆蓋光刻膠)、曝光、顯影)在掩膜層生成一層圖形；
[0030]運(yùn)用RIE (反應(yīng)離子刻蝕)刻蝕掩膜層，在其上形成圖形，然后去除光刻層；
[0031]應(yīng)用ICP(感應(yīng)耦合等離子增強(qiáng)型刻蝕系統(tǒng))刻蝕摻Ge(鍺)PSG層，將掩膜層圖形轉(zhuǎn)移至其上；
[0032]剝離掩膜層。
[0033]步驟4:
[0034]使用PECVD (等離子增強(qiáng)性氣相化學(xué)沉積)生長(zhǎng)一層10-15 μ m的BPSG (硼磷摻雜玻璃)，即本發(fā)明的覆蓋層。
[0035]應(yīng)用光刻工藝在BPSG上形成圖形，然后通過ICP刻穿BPSG層，在波導(dǎo)芯層側(cè)壁形成空洞，用以形成微通道，最后去除光刻層。
[0036]使用Κ0Η(氫氧化鉀)或TMAH(四甲基氫氧化錢)溶液，透過上步形成的空洞，在波導(dǎo)芯層濕法刻蝕出微通道。
[0037]如圖1所示，通過刻蝕圖1(b)的波導(dǎo)芯層，得到圖1(c)所示的刻蝕后的結(jié)構(gòu)，在經(jīng)過覆蓋層覆蓋后，通過進(jìn)一步部分刻蝕露出左邊的兩部分波導(dǎo)芯的側(cè)面，使用Κ0Η(氫氧化鉀)或TMAH(四甲基氫氧化銨)溶液腐蝕，形成形狀和尺寸可控的兩個(gè)微通道，而右邊未露出側(cè)面的波導(dǎo)芯得以保留，從而最終得到形狀和尺寸可控的微通道與未被腐蝕的波導(dǎo)芯在一塊芯片上的微流量計(jì)器件。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種PLC平面光波導(dǎo)與微流量計(jì)的集成加工方法，其特征在于，在硅晶圓基體上生長(zhǎng)襯底，襯底上沉積摻雜的波導(dǎo)芯層，生長(zhǎng)掩膜層，通過光刻工藝在掩膜層生成一層圖形，通過干法刻蝕將掩膜層的圖形轉(zhuǎn)移至波導(dǎo)芯層，剝離掩膜層后，再在其上沉積覆蓋層；通過光刻工藝在覆蓋層上形成圖形，刻蝕部分覆蓋層直至將選定的需要加工成微通道的波導(dǎo)芯的側(cè)壁暴露，通過KOH溶液或四甲基氫氧化銨溶液腐蝕該處的波導(dǎo)芯直至形成微通道，從而與未暴露在外未被腐蝕的波導(dǎo)芯集成在一塊波導(dǎo)芯片上。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的加工方法，其特征在于，所述摻雜的波導(dǎo)芯層為摻鍺的波導(dǎo)芯層。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的加工方法，其特征在于，所述摻雜的波導(dǎo)芯層為摻磷玻璃。4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的加工方法，其特征在于，KOH溶液的質(zhì)量濃度為30-45%。5.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的加工方法，其特征在于，四甲基氫氧化銨溶液的質(zhì)量濃度為 20-30%。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的加工方法，其特征在于，腐蝕的溫度為60-70°C。7.根據(jù)權(quán)利要求1-3任一項(xiàng)所述的加工方法，其特征在于，所述摻雜的波導(dǎo)芯層和襯底的相對(duì)折射率為2.5-3%。8.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的加工方法，其特征在于，所述波導(dǎo)芯層為鍺摻雜的S12。9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的加工方法，其特征在于，所述覆蓋層為硼磷摻雜玻璃層，所述襯底為S12。
【專利摘要】本發(fā)明的目的在于提供一種PLC平面光波導(dǎo)與微流量計(jì)的集成加工方法，通過在硅晶圓基體上生長(zhǎng)襯底，襯底上沉積摻雜的波導(dǎo)芯層，生長(zhǎng)掩膜層，通過光刻工藝在掩膜層生成一層圖形，通過干法刻蝕將掩膜層的圖形轉(zhuǎn)移至波導(dǎo)芯層，剝離掩膜層后，再在其上沉積覆蓋層；通過光刻工藝在覆蓋層上形成圖形，刻蝕部分覆蓋層直至將選定的需要加工成微通道的波導(dǎo)芯的側(cè)壁暴露，通過KOH溶液或四甲基氫氧化銨溶液腐蝕該處的波導(dǎo)芯直至形成微通道，從而與未暴露在外未被腐蝕的波導(dǎo)芯集成在一塊波導(dǎo)芯片上。
【IPC分類】G02B6/136
【公開號(hào)】CN104977654
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510340157
【發(fā)明人】曾祥恩
【申請(qǐng)人】湖南晶圖科技有限公司
【公開日】2015年10月14日
【申請(qǐng)日】2015年6月18日