CN100335924C - 用于在集成光学部件中削尖波导y分支的角的制造方法 - Google Patents

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Abstract

制造用于集成光学器件、光子晶体器件或用于微型器件中的光波导的基本尖的角的方法。首先使用光刻图案化和垂直蚀刻形成诸如圆角(28)等的非尖角。接着，使用各向同性蚀刻削尖该圆角。可使用监控器确定圆角(28)是否通过各向同性蚀刻充分削尖。

Description

用于在集成光学部件中削尖波导Y分支的角的制造方法
技术领域
这里公开的内容一般涉及电路制造，特别地但非排它地涉及用于削尖在Y分支中例如集成光学部件、光子晶体器件以及其它微型器件的Y分支中使用的角的制造方法，。
背景技术
集成光学器件，例如在平面光波电路芯片上形成的集成光学器件，通常包括光波导形式的光学部件。事实上，光波导往往是所有集成光学器件的基础部件。光波导用来将光信号从一个位置引导到另一位置，且经常在不同位置处叉开或“分开”，以允许将光信号传到至几个不同位置。用于光波导的“Y分支”分流器结构是通用结构，但也可以采用其它结构。
由于带有集成光学器件的晶片的大尺寸(例如，大区域尺寸)，所以接触光刻技术过去经常被用于制造光波导。通过使用光刻图案化和蚀刻，多个光波导(包括它们的Y分支)可在半导体芯片上形成。
然而，接触光刻和其它大区域光刻技术在Y分支处生成非优化的圆角或棱。也就是，它们的大规模曝光使其分辨率受到损坏，因此，难以生成尖角。由较差分辨率产生的圆角对集成光学器件的性能和效率以及光学网络的整体性能造成不利的影响。具体地，在分流器位置处，相对于光信号入射圆角呈现出大的截面。这使Y分支上的入射能量变得无导向或分散，从而在该器件中损失。
在某些应用中，可采用高分辨率的步进器和扫描器(例如，另一种类型的光刻技术)。然而，由于它们的有限的区域尺寸，对于集成的光学器件应用这些仪器是不实际的。而且，光学性能的考虑妨碍了将多个小尺寸区域“结合在一起”，该多个小尺寸区域已经使用高分辨率步进器和扫描器形成。此外，由于光刻方法中使用的光的波属性和曝光和显影过程中光致抗蚀剂的表面张力，所以，生成的棱是圆的，其限制了某些器件的光学性能。
发明内容
为此，根据本发明的一个方面，提供一种方法，包括：在一材料上光刻图案化出光波导路径，该光波导路径包括第一分支、第二分支以及第一分支与第二分支相交处的角；基于所述光刻图案各向异性地蚀刻所述材料的部分，以获得确定所述角的所述材料的区域；以及从所述材料的区域各向同性地蚀刻所述材料的另外部分，以削尖所述角。
根据本发明的另一个方面，提供一种方法，包括：在沉积在衬底上的覆层材料上光刻图案化出Y形分支光波导路径，该Y形分支光波导路径包括Y形分支光波导路径的第一分支分开成Y形分支光波导路径的第二分支和第三分支处的角；基于所述光刻图案，垂直蚀刻所述覆层材料，以有选择地去除所述覆层材料的部分，从而根据Y形光波导分支路径的所述角在覆层材料中形成圆角；以及在所述圆角处各向同性蚀刻所述覆层材料以有选择地去除覆层材料的另外部分而削尖所述圆角。
根据本发明的再一个方面，提供一种方法，包括：在沉积在衬底上的覆层材料上光刻图案化出角；基于所述光刻图案，垂直蚀刻所述覆层材料，以有选择地去除所述覆层材料的部分，从而形成圆角；在所述圆角处各向同性蚀刻所述覆层材料以有选择地去除覆层材料的另外部分而削尖所述圆角；在垂直蚀刻所述覆层材料的同时形成柱状物，所述柱状物具有与所述圆角相当的尺寸；在各向同性地蚀刻所述圆角的同时各向同性地蚀刻所述柱状物，以根据由所述柱状物衍射的光确定所述削尖的完成。
附图说明
参照附图描述本发明的非限定性和非排它性实施例，其中，相同标号在各个附图中自始自终是指相同部分，除非另有规定。
图1是集成光学器件的Y分支的顶视图，示出了根据本发明的实施例的尖角与圆角的比较。
图2是图1中的Y分支的顶视图，示出了根据本发明的实施例对圆角的削尖。
图3至图8是剖面图，示出削尖Y分支的圆角并形成图1-2的集成光学器件的工艺流程。
图9是用于监控用于将图1-8的Y分支的角削尖的蚀刻的装置和方法的实施例的示意图。
具体实施方式
这里将描述用于在集成光学部件和其它微型器件中削尖角(例如，位于Y分支处的角)的制造方法的实施例。在以下描述中，给出了许多具体细节，以提供对本发明的实施例的透彻理解。然而，本领域技术人员将理解，可不使用一个或更多的具体细节，或使用其它方法、部件、材料等来实施本发明。在其它例子中，没有示出或详细描述熟知的结构、材料或操作，以免使本发明的各方面难以理解。
在整个说明书中对“一个实施例”或“实施例”的参照是指结合该实施例进行描述的特性、结构、或特征包括在本发明的至少一个实施例中。在整个说明书中在不同地方出现词组“在一个实施例中”或“在实施例中”，其不必全部都指同一实施例。而且，特性、结构、或特征可以任何适合的方式结合在一个或多个实施例中。
为了说明的简洁和清晰，本发明的各个实施例采用多个视图在附图中示出。可理解，这样的视图仅是说明性的，而非按比例或按确切的外形绘制的。而且，可理解，由于不同的制造工艺、设备、设计公差、或其它实际考虑(其产生一个半导体器件与另一半导体器件的差异)，与图中所示不同，采用本发明的原理的实际器件可在形状、尺寸、配置、轮廓等上有所改变。
首先参考图1，总体上以10示出的是形成用于集成光学器件的光波导的部分的Y分支的顶视图。在一个实施例中，该Y分支10可以形成在集成电路12上。该Y分支10包括区域14(用于光波导的中心材料可位于该区域)，以及区域16、18、和20(覆层材料可位于该区域中)。
实线表示常规光刻技术(例如，图案化和蚀刻)生成棱22、24、26、和27。特别地，在区域18形成圆角28。根据本发明的实施例，可使用蚀刻技术(例如，各向同性蚀刻)来增加圆角28的尖度，如汇集到锐角30的虚线(例如，棱36和38)所示。该蚀刻还可以进一步拓宽用于中心材料的区域14，如表示棱32、34、36以及38的虚线所示。
图2示出根据本发明的实施例对圆角28的削尖。特别地，圆角28和棱26及27(现在如虚线所示)被蚀刻(如箭头象征性地示出)，最后，形成相交成尖角30的棱36及38(现在如实线所示)。因为蚀刻工艺(例如各向同性蚀刻)在所有方向均匀地蚀刻掉材料，所以，在圆角28的半圆区域处的蚀刻在尖角30产生相当尖的交叉/棱。
根据本发明的实施例，棱22和24(现在如虚线所示)也通过相同的蚀刻工艺蚀刻，以分别生成棱32和34(现在如实线所示)。根据将在后面描述的实施例，在完成此蚀刻从而削尖Y分支10的圆角28后，中心材料可被沉积到区域14中。
图3-8是横截面图，根据本发明的实施例，示出了削尖Y分支10的圆角28以及在集成电路12上形成本身作为波导的Y分支10的工艺流程。在图3中，衬底40(例如，由硅或玻璃材料制成)已经在其顶部表面上沉积或以其它方式设置了覆层材料42。在一个实施例中，该覆层材料42可形成波导的下部覆层，以及Y分支10的分支之间的间隔的部分(例如，旁侧覆层)。在实施例中，可用于覆层材料42的适合的材料是二氧化硅。光致抗蚀剂材料44(未图案化的)在覆层材料42上形成。
接着，在图4中，在光致抗蚀剂材料44上进行光刻图案化，从而定义Y分支10的形状，随后垂直蚀刻，以获得确定Y分支10的区域14的凹坑或沟槽，在所述凹坑或沟槽中设置中心材料。在一个实施例中，贯穿光致抗蚀剂材料44进行垂直蚀刻以形成用于区域14的沟槽可使用各向异性蚀刻技术，各向异性蚀刻在区域14选择性地去除覆层材料42。
在一实施例中，接着可以除去所有的光致抗蚀剂材料44。在另一实施例中，光致抗蚀剂材料44可保持在原位，以用于下一工艺。无论是保持在原位还是去除，接着在图5中进行各向同性蚀刻，以削尖圆角28，从而获得尖角30。在一个实施例中，可将常规的蚀刻酸沉积到区域14的沟槽中，从而削尖圆角28，并通过去除邻近区域14的覆层材料42来加宽沟槽，如图5所示。
在图6中，接着将中心材料46沉积到区域14的沟槽中。在一个实施例中，可使用薄膜沉积技术和/或回流技术来用中心材料46填充区域14的沟槽。适合的中心材料的例子包括但不限于，掺锗二氧化硅、氮化硅、硅、或磷酸铟材料。在图6的沉积工艺中，至少一些中心材料46可被沉积到非中心区域上。在图7中进行化学机械抛光以除去除了中心区域14外的多余中心材料46。
在图8中，上部的或最终的覆层材料48被沉积或回流到中心材料46上、间隔30上以及覆层材料42的剩余部分上。在一个实施例中可使用薄膜沉积技术沉积上部覆层材料48。上部覆层材料48可包括，但不限于，二氧化硅、掺磷氧化硅或其它适合的覆层材料。
从而，如图3-8所示，在一个实施例中，可以在光刻工艺后使用各向同性蚀刻工艺来产生尖角。这生成了比那些通过传统光刻来形成的角更尖锐的角。例如，圆角可具有约1微米的厚度/直径，而在本发明的实施例中可产生接近约0.1微米的尖角。
本发明的一个实施例提供了晶片监控装置和方法，以提供关于何时停止图5中的蚀刻以获得尖角30的信息。这样的装置和方法是有益的，例如，使得蚀刻不会提前停止(提前停止导致产生非尖角的不足蚀刻)或太迟停止蚀刻(太迟停止蚀刻导致去除太多材料的过度蚀刻)。这样的装置和方法的实施例如图9中的监控器50所示。
监控器50的一个实施例可以是“原位”蚀刻监控器，使得最小特征尺寸的柱状物52作为Y分支10位于同一芯片或集成电路12上。可在图3和图4中所示的相同的光刻图案化和垂直蚀刻工艺过程中形成柱状物52。即，使用图案蚀刻和垂直蚀刻形成圆角28同时形成柱状物52，该柱状物52由相同的材料形成(例如，和下部覆层材料42相同的材料)。在一实施例中，柱状物52是半圆形或圆形的，且每一柱状物都具有和圆角28大体上相同的半径或尺寸。
在一实施例中，柱状物52可形成在一组中，使得当该柱状物被在54处的激光或其它光源照亮时会形成衍射光栅。可使用诸如雪崩光电二极管、PIN光电探测器或其它光敏器件等合适的探测器56来探测由柱状物52衍射的光。在根据一实施例的操作中，该柱状物52在用来削尖圆角28的同一蚀刻工艺过程中被蚀刻，同时被52处的光源照射。因为每个柱状物52都具有和圆角28的半径大体上相同的半径，用来去除(例如蚀刻掉)柱状物52的时间多少等于用来将圆角28削尖成尖角30的时间多少。在蚀刻工艺过程中消除柱状物52产生对衍射级中的一个的检测(通过检测器56)，或对由柱状物52衍射的光线中一些类型的改变的检测。通过该检测信息，能够确定柱状物52的消除(从而完成将圆角28削尖成尖角30)。
总之，本发明的实施例可提供改进的Y分支分裂器，不论采用何种光刻溶液，该Y分支分裂器具有较尖的角。具有尖角的Y分支分裂器可提供较高的效率，使得集成光学器件性能的整体改进。
本发明所示出的实施例的以上描述，包括在摘要中所描述的，其目的不是穷举的、也不是将本发明限制于所披露的精确形式。本领域技术人员将认识到，这里描述的本发明的特定实施例和示例仅为示范性目的，在本发明的范围之内可作出各种等效修改。
例如，虽然此处已经描述了作为生成用于集成光学器件的Y分支的尖角的本发明实施例，应当理解，本发明的实施例可用于实现不一定具有“Y”结构的集成光学器件的其它部件。而且，本发明的实施例可包括集成光学器件之外的器件。可根据这里描述的方法的实施例制造各种微型装置或微型结构(例如微机电结构(MEMS)和光子带隙材料等)，以使其具有尖角。实际上，本发明的实施例可被用于得益于具有较尖的角或较尖的棱的任何类型的微型器件。所述角可被具有不同材料(例如在图3-8中所示的用于波导的Y分支10中的材料)的区域包围，或者，对于可将角用作枢转点或悬臂的一些MEMS器件，所述不同的材料可以是空气。
根据以上详细的描述可对本发明进行这些修改。在所附权利要求书中所使用的术语不应被认作是将本发明限制于在说明书和权利要求书中所披露的具体实施例。相反，本发明的范围完全由所附的权利要求书确定，权利要求书将根据已确立的权利要求解释规则进行解释。

Claims (21)

1、一种方法，包括：
在一材料上光刻图案化出光波导路径，该光波导路径包括第一分支、第二分支以及第一分支与第二分支相交处的角；
基于所述光刻图案各向异性地蚀刻所述材料的部分，以获得确定所述角的所述材料的区域；以及
从所述材料的区域各向同性地蚀刻所述材料的另外部分，以削尖所述角。
2、根据权利要求1所述的方法，其中光刻图案化所述角包括涂覆光致抗蚀剂材料。
3、根据权利要求2所述的方法，还包括在削尖所述角之前从所选择的区域去除所述光致抗蚀剂材料。
4、根据权利要求2所述的方法，其中所述角被削尖时所述光致抗蚀剂处于原位。
5、根据权利要求1所述的方法，其中所述材料包括第一材料，所述方法还包括：
将第二材料设置在所述区域中；以及
从所述区域外的区域去除多余的第二材料。
6、根据权利要求5所述的方法，其中去除多余的第二材料包括使用化学-机械抛光技术。
7、根据权利要求5所述的方法，还包括将第三材料设置在所述第二材料上。
8、根据权利要求7所述的方法，其中将所述第三材料设置在所述第二材料上和将所述第二材料设置在所述区域中包括使用沉积技术。
9、根据权利要求7所述的方法，其中所述第一和第三材料包括覆层材料，且所述第二材料包括中心材料。
10、根据权利要求1所述的方法，其中所述第一分支、第二分支和所述角包括集成光学器件的光波导的Y形分支的部分。
11、根据权利要求1所述的方法，其中所述角包括微机电结构器件、光子晶体器件或光子带隙器件其中之一的部分。
12、根据权利要求1所述的方法，还包括监控邻近所述区域的所述材料的部分的去除是否已经过了足够削尖所述角的时间。
13、根据权利要求12所述的方法，其中监控邻近所述区域的所述材料的所述部分的去除包括：
形成衍射光栅，所述衍射光栅具有半径与将被削尖的所述角基本相同的柱状物，其中所述角是圆的；
用光照射所述柱状物并检测由所述柱状物衍射的光；
在从所述材料的区域各向同性地蚀刻所述材料的另外部分同时各向同性地蚀刻所述柱状物；以及
根据所述柱状物被各向同性地蚀刻时检测到的由柱状物衍射的光，确定是否已经过了削尖所述角的足够时间。
14、一种方法，包括：
在沉积在衬底上的覆层材料上光刻图案化出Y形分支光波导路径，该Y形分支光波导路径包括Y形分支光波导路径的第一分支分开成Y形分支光波导路径的第二分支和第三分支处的角；
基于所述光刻图案，垂直蚀刻所述覆层材料，以有选择地去除所述覆层材料的部分，从而根据Y形光波导分支路径的所述角在覆层材料中形成圆角；以及
在所述圆角处各向同性蚀刻所述覆层材料以有选择地去除覆层材料的另外部分而削尖所述圆角。
15、根据权利要求14所述的方法，还包括在沟槽中靠近所述经垂直蚀刻和各向同性蚀刻形成的尖角沉积中心材料。
16、根据权利要求15所述的方法，还包括在去除沉积在所述沟槽外的多余中心材料的化学-机械抛光工艺之后，在所述中心材料上沉积另一覆层材料。
17、根据权利要求14所述的方法，还包括；
在对所述覆层材料进行所述垂直蚀刻的同时形成柱状物，所述柱状物具有与所述圆角相当的尺寸；以及
在各向同性地蚀刻所述圆角的同时各向同性地蚀刻所述柱状物，以根据由所述柱状物衍射的光确定所述削尖的完成。
18、根据权利要求14所述的方法，其中光刻图案化所述角包括使用光致抗蚀剂。
19、一种方法，包括：
在沉积在衬底上的覆层材料上光刻图案化出角；
基于所述光刻图案，垂直蚀刻所述覆层材料，以有选择地去除所述覆层材料的部分，从而形成圆角；
在所述圆角处各向同性蚀刻所述覆层材料以有选择地去除覆层材料的另外部分而削尖所述圆角；
在垂直蚀刻所述覆层材料的同时形成柱状物，所述柱状物具有与所述圆角相当的尺寸；
在各向同性地蚀刻所述圆角的同时各向同性地蚀刻所述柱状物，以根据由所述柱状物衍射的光确定所述削尖的完成。
20、如权利要求19所述的方法，其中所述角包括光波导的Y形分支的一部分。
21、如权利要求19所述的方法，还包括：
在沟槽中靠近所述尖角沉积中心材料，所述尖角是通过所述垂直蚀刻和所述各向同性蚀刻形成的；
在去除沉积在所述沟槽外的多余中心材料的化学-机械抛光工艺之后，在所述中心材料上沉积另一覆层材料。
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