專利名稱：均勻平面光波導(dǎo)的制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及均勻平面光波導(dǎo)的制造方法，更具體地說，涉及通過沉積之后進行拋光來制造均勻平面光波導(dǎo)的方法。
在制造光學(xué)通信裝置的集成光學(xué)方法中，為大規(guī)模生產(chǎn)并且彌補其弱點，已發(fā)展出平面光波導(dǎo)環(huán)路。

圖1A至1C表示制造平面光波導(dǎo)的傳統(tǒng)方法。圖1A表示的步驟為在基片100上沉積一下包層102和一芯層104。圖1B表示的步驟為在圖1A的芯層104上構(gòu)圖，然后制成波導(dǎo)106。圖1C表示的步驟為在圖1B的波導(dǎo)上沉積一上包層108。
圖1D為詳細展示由圖1A至1C所示的制造方法的流程圖。首先，在步驟112，沉積下包層和芯層。為進行沉積諸如聚合物等有機材料以旋轉(zhuǎn)涂覆方法沉積，而無機材料以化學(xué)汽相沉積(CVD)方法、改進CVD方法或者火焰水解沉積(FHD)方法沉積。此處，根據(jù)所用沉積方法及其條件，層的厚度有所不同。根據(jù)旋轉(zhuǎn)涂覆方法，在合成有機材料之后，通過加入既定溶劑調(diào)整該有機材料的濃度和粘度，將該混合物注入旋轉(zhuǎn)涂料器，然后通過高速旋轉(zhuǎn)該旋轉(zhuǎn)涂料器制得幾個微米厚的有機薄膜。在CVD方法中，向反應(yīng)爐中注入作為待沉積層材料的源氣體，并向反應(yīng)爐提供能量以便在基片上形成膜層。改進CVD方法包括低壓CVD(LPCVD)，常壓CVD(APCVD)，以及等離子體增強CVD(PECVD)。在FHD方法中，反應(yīng)氣體與氫氣和氧氣火焰合成，形成細灰，然后將細灰沉積在基片上。對于每一種沉積方法，主要采用硅基片作為基片。然而，也可采用由石英、氧化鋁(Al2O3)、砷化鎵(GaAs)、磷化銦(InP)或者屬于元素周期表中第III和V族元素的半導(dǎo)體化合物制成的基片。
在清潔的室內(nèi)制造圖紋。將其上沉積有膜層的晶片洗滌并干燥，在步驟116進行感光膠(PR)旋轉(zhuǎn)涂覆。這里，在步驟112和116之間，可以根據(jù)蝕刻條件在步驟114中沉積一金屬掩模。在PR旋轉(zhuǎn)涂覆之后，在步驟118將所得結(jié)構(gòu)烘烤，以使PR圖紋硬化，在步驟120利用掩模對準器將設(shè)計圖紋轉(zhuǎn)印至晶片上，并利用紫外(UV)射線照射其上。在照射紫外線形成圖紋之后，在步驟122利用顯影液除去未反應(yīng)的PR，然后在步驟124對裸露芯層進行干刻。這里，蝕刻是通過感應(yīng)耦合等離子體方法或反應(yīng)離子束蝕刻方法進行的。在蝕刻之后，在步驟126除去用作圖紋掩模的材料(PR或金屬膜)(稱作卸除蝕刻)，并在步驟128進行后退火。接著，在步驟130通過沉積形成上包層。在完成在晶片單元中進行的上述步驟之后，將晶片切割成器件單元，并經(jīng)過包裝步驟獲得完成的器件。
如上所述，在制造平面光波導(dǎo)的傳統(tǒng)方法中，薄膜的沉積基本上重復(fù)三次。然而，對于制造多層器件，則需要三次以上的沉積。這里，即使薄膜沉積條件最佳，膜層的厚度在2-3％厚度范圍內(nèi)是均勻的。如果薄膜厚度不均勻，則由該膜層形成的光波導(dǎo)的厚度也不均勻，從而造成不均勻的器件特性。圖2A是具有不均勻厚度的光波導(dǎo)的垂直截面圖，圖2B是圖2A所示具有不均勻厚度的光波導(dǎo)的側(cè)視圖。這里，標號200代表基片，標號202代表芯層，標號204代表包層，d代表光波導(dǎo)的厚度，W代表光波導(dǎo)的寬度，而l代表光波導(dǎo)的長度。上述不均勻厚度的器件呈現(xiàn)下述效應(yīng)。例如，一個排列好的波導(dǎo)多路分用器(AWG DEMUX)將輸入光信導(dǎo)的混合波長分離開并將獨立波長分布在信道之間。這里，各信道的相位差Δφ應(yīng)確定為一個既定間隔，并假定ΔL為路程差，β為波長的傳導(dǎo)折射率，則相位差可由等式Δφ＝ΔL·β表示。波導(dǎo)的傳導(dǎo)折射率由等式β＝Ko·dsinθ表示，其中Ko為波數(shù)，d為波導(dǎo)的厚度，并且θ為入射角。這里，如果波導(dǎo)不是同一的，其厚度d在光的傳播過程中變化，則光信號在各信道終端不會分離成所需的特定波長，增加了串音，這在制造時引起嚴重問題。
這種問題在采用光波導(dǎo)的器件中，以及在AWG DEMUX中可能發(fā)生。如果此問題造成的誤差在允許范圍內(nèi)，則器件尚可使用。然而，在具有多層結(jié)構(gòu)器件的情況下，需要對光信號進行更精確控制，這就需要一種更精確的光波導(dǎo)。
為解決上述問題，本發(fā)明目的在于提供一種制造平面光波導(dǎo)的方法，其包括一個表面拋光步驟，用于去除具有2-3％厚度偏離的上下包層及芯層厚度上的不平整，從而最大限度降低膜層的厚度差并提高表面的平面度。
相應(yīng)地，為實現(xiàn)上述目的，提供了一種制造均勻平面光波導(dǎo)的方法，包括如下步驟(a)在基片上沉積一下包層并拋光沉積表面；(b)在步驟(a)所得結(jié)構(gòu)上沉積一芯層并拋光該沉積表面；(c)在步驟(b)中其表面拋光的芯層上進行構(gòu)圖，以產(chǎn)生一光波導(dǎo)；以及(d)在經(jīng)過步驟(c)構(gòu)圖形成的光波導(dǎo)上沉積一上包層。
通過參照附圖對其優(yōu)選實施例進行詳細說明，將更加清楚本發(fā)明的上述目的及優(yōu)點。
圖1A至1C表示制造平面光波導(dǎo)的傳統(tǒng)方法的垂直截面圖；圖1D為詳細表示制造平面光波導(dǎo)的傳統(tǒng)方法的流程圖；圖2A為具有不均勻厚度的光波導(dǎo)的垂直截面圖；圖2B為圖2A所示具有不均勻厚度的光波導(dǎo)的側(cè)視圖；圖3為表示根據(jù)本發(fā)明的制造具有均勻厚度的平面光波導(dǎo)的方法的流程圖；以及圖4A至4C為表示表面拋光步驟的截面圖。
參照圖3，一種制造平面光波導(dǎo)的方法，包括沉積下包層的步驟300，拋光第一表面的步驟310，沉積芯層的步驟320，拋光第二表面的步驟330，構(gòu)圖的步驟340，沉積上包層的步驟350，以及拋光第三表面的步驟360。
在沉積上包層、芯層和下包層的步驟330、320和350中，可以采用旋轉(zhuǎn)涂覆、化學(xué)汽相沉積(VCD)、低壓CVD(LPCVD)、等離子體增強CVD(PECVD)、常壓CVD(APCVD)或者火焰水解沉積(FHD)方法。而且，基片可以由硅、石英、氧化鋁(Al2O3)、砷化鎵(GaAs)、磷化銦(InP)或者屬于元素周期表中第III和V族元素的半導(dǎo)體化合物制成。
第一，第二和第三表面拋光步驟310、330和360用于增加該表面平面度。表面拋光方法包括機械拋光方法和化學(xué)拋光方法。在機械拋光方法中，通過硬度大于待拋光表面材料硬度的材料對表面進行物理擦除。在化學(xué)拋光方法中，通過與待拋光表面化學(xué)反應(yīng)一點點溶解表面。而且，也可采用作為上述兩種方法結(jié)合的化學(xué)機械拋光方法。在化學(xué)機械拋光方法中，通過待拋光表面與化學(xué)藥劑的化學(xué)反應(yīng)來改變表面特性，可提高機械拋光效率。該方法主要用于有可能需要精密表面拋光的半導(dǎo)體制造工藝中和利用晶片的批量生產(chǎn)中。圖4A至4C表示上述機械化學(xué)拋光方法。詳細地說，圖4A畫出了一個未拋光沉積表面，其中標號400代表基片而標號402代表沉積層。圖4B表示采用拋光器具404的化學(xué)機械拋光方法，其中拋光媒劑由“○”表示而化學(xué)藥劑由“●”。圖4C表示拋光后的均勻平滑的表面。
例如，在二氧化硅光波導(dǎo)的情況下，待拋光目標由含有二氧化硅(SiO2)作為主要成份的硼磷石英玻璃(BPSG)制成，相應(yīng)地，目標物的表面特性在采用諸如SiO2顆粒和含堿(-OH)例如KOH的陶瓷顆粒等拋光媒劑時會發(fā)生變化。膜層的表面特性通過化學(xué)方程式變化，從而提高了機械拋光效率。
在本發(fā)明的制造均勻平面光波導(dǎo)的方法中，在步驟300沉積一下包層，然后在步驟310按上述方法進行表面拋光。接著，在步驟320向其上沉積芯層，在步驟330再次進行表面拋光。在完成芯層沉積和表面拋光之后，在步驟340進行構(gòu)圖。
下面詳細描述構(gòu)圖步驟340，在清洗晶片之后，在步驟342進行感光膠(PR)旋轉(zhuǎn)涂覆。在步驟342之前，可以在步驟341根據(jù)蝕刻條件沉積一金屬掩模。在PR旋轉(zhuǎn)涂覆之后，在步驟343進行烘烤以使PR圖紋硬化，然后在步驟344通過對準掩模將設(shè)計圖案轉(zhuǎn)印至PR上，并向其上照射紫外(UV)射線，在通過UV射線照射形成圖紋之后，在步驟345通過將其浸泡在既定溶液中進行顯影，然后在步驟346通過等離子蝕刻方法，例如感應(yīng)耦合等離子體方法或反應(yīng)離子束蝕刻方法對裸露芯層進行干刻，在蝕刻完成后，在步驟347將用作圖紋掩模的材料(PR或金屬膜)去除，然后在步驟348進行后退火，從而完成構(gòu)圖步驟。
在構(gòu)圖之后，在步驟350通過沉積形成上包層，并且在步驟360再次進行表面拋光。
在完成上述步驟之后，可以通過重復(fù)上述步驟制得多層結(jié)構(gòu)的器件。
在經(jīng)過上述拋光的單模二氧化硅波導(dǎo)的情況下，光波導(dǎo)的厚度偏差降低至500埃以內(nèi)的范圍。因為單模二氧化硅光波導(dǎo)的芯層厚度大約8μm，所以其厚度偏差為大約0.6％，與2-3％的傳統(tǒng)偏差相比，這是3-5倍的改進。在多模波導(dǎo)的情況下，光波導(dǎo)的尺寸增加并且其厚度偏差不變，從而進一步降低了其偏差比率。該光波導(dǎo)制造方法可應(yīng)用于涉及多波長的器件，采用長距離光傳輸?shù)钠骷蛘卟捎枚鄬庸獠▽?dǎo)的器件。
在本發(fā)明制造均勻平面光波導(dǎo)的方法中，進一步包括表面拋光步驟，從而在光波導(dǎo)厚度方面提高了其均勻性。其結(jié)果是，光波導(dǎo)內(nèi)的有效折射率變得均勻并且可以制造出精確的光學(xué)器件。特別地，在AWG DEMUX的情況下，各信道的相位差與期望值匹配，從而降低了串音。
權(quán)利要求
1.一種制造均勻平面光波導(dǎo)的方法，其特征是包括如下步驟(a)在一基片上沉積下包層，并拋光該沉積表面；(b)在步驟(a)所得結(jié)構(gòu)上沉積芯層，并拋光該沉積表面；(c)對步驟(b)中其表面被拋光的芯層進行構(gòu)圖，以制得光波導(dǎo)；以及(d)在經(jīng)過步驟(c)構(gòu)圖形成的光波導(dǎo)上沉積上包層。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其中基片由選自下組的材料制成，該組材料包括硅、石英、氧化鋁(Al2O3)、砷化鎵(GaAs)、磷化銦(InP)和屬于元素周期表中第III和V族元素的半導(dǎo)體化合物。
3.如權(quán)利要求1所述的方法，其中沉積下包層的步驟(a)通過選自下組的方法進行，該組方法包招旋轉(zhuǎn)涂覆、化學(xué)汽相沉積、等離子體增強化學(xué)汽相沉積、低壓化學(xué)汽相沉積、常壓化學(xué)汽相沉積以及火焰水解沉積方法。
4.如權(quán)利要求1所述的方法，其中拋光通過選自下組的方法進行，該組方法包括機械拋光、化學(xué)拋光以及化學(xué)機械拋光方法。
5.如權(quán)利要求1所述的方法，其中沉積芯層的步驟(b)通過選自下組的方法進行，該組方法包括旋轉(zhuǎn)涂覆、化學(xué)汽相沉積、等離子體增強化學(xué)汽相沉積、低壓化學(xué)汽相沉積、常壓化學(xué)汽相沉積以及火焰水解沉積方法。
6.如權(quán)利要求1所述的方法，其中沉積上包層的步驟(d)通過選自下組的方法進行，該組方法包括旋轉(zhuǎn)涂覆、化學(xué)汽相沉積、等離子體增強化學(xué)汽相沉積、低壓化學(xué)汽相沉積、常壓化學(xué)汽相沉積以及火焰水解沉積方法。
7.如權(quán)利要求1所述的方法，其中構(gòu)圖步驟(c)步驟包括如下步驟(c1)在表面拋光的芯層上進行感光膠旋轉(zhuǎn)涂覆；(c2)烘烤步驟(c1)所得結(jié)構(gòu)，以使感光膠圖紋硬化；(c3)通過對準掩模并向其上照射紫外線，將設(shè)計圖紋轉(zhuǎn)印至感光膠上；(c4)通過浸泡在既定溶液中對感光膠圖案進行顯影；(c5)按照設(shè)計圖紋對步驟(c4)所得結(jié)構(gòu)進行蝕刻，并除去所用圖紋掩模；以及(c6)對步驟(c5)所得結(jié)構(gòu)進行后退火。
8.如權(quán)利要求7所述的方法，其中構(gòu)圖步驟(c)還包括一個在步驟(c1)之前的在表面拋光的涂層上沉積金屬掩模的步驟。
9.如權(quán)利要求7所述的方法，其中蝕刻步驟(c5)通過等離子體蝕刻方法進行。
全文摘要
一種均勻平面光波導(dǎo)的制造方法,該方法包括如下步驟:(a)在一基片上沉積下包層,并拋光該沉積表面;(b)在步驟(a)所得結(jié)構(gòu)上沉積芯層并拋光該沉積表面;(c)對在步驟(b)中其表面被拋光的芯層進行構(gòu)圖,以制得光波導(dǎo);以及(d)在經(jīng)過步驟(c)構(gòu)圖形成的光波導(dǎo)上沉積包層。因為進一步包括了表面拋光步驟,所以提高了光波導(dǎo)厚度的均勻性。其結(jié)果是,光波導(dǎo)內(nèi)的有效折射率變得均勻,并能制造出更精確的光學(xué)器件。各信道的相位差與期望值匹配,從而降低了串音。
文檔編號C23C16/40GK1205444SQ9810320
公開日1999年1月20日 申請日期1998年7月13日 優(yōu)先權(quán)日1997年7月15日
發(fā)明者鄭善太 申請人:三星電子株式會社