CN101122655A - 光波导及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种晶圆级光波导及其制造方法，利用半导体集成电路制造工艺，能够制造出接触面光滑、厚度均匀且端面为任意角度镜面的微米级光波导，同时大幅度降低制造成本。

Description

光波导及其制造方法
技术领域
本发明涉及光电子通信技术领域，特别涉及一种晶圆级光波导及其制造方法。
背景技术
随着网络通信技术的飞速发展，人们对网络信息传输速度的要求日益提高。以往的“电”互连，也就是以铜线为基础的电子信号传输线路所能承载的信号带宽已经接近饱和，于是光互连技术为基础的光通信应运而生。光互连是一种利用光作为传递信息的载体，实现计算机系统结构内各部件之间或各系统之间互连的技术。从光互连所用的传输介质来看，主要有光波导互连、光纤互连以及自由空间光互连等技术。从光互连在计算机系统结构中所处的层次来看，它可以在计算机与计算机、背板与背板、平面内芯片与芯片及自由空间内芯片与芯片之间等不同层次实现光互连。光互连技术在通信带宽、等程传输、抗电磁干扰及低能耗等方面比电互连有巨大的优势。
在上述光互连传输介质中，光波导广泛应用于芯片内、芯片间与芯片模块以及背板之间的光互连。光波导由芯层(core layer)和包层(cladlayer)组成，其中芯层构成光路，光在光路中必须满足全反射才能高效地传播。因此在光波导中，芯层材料的折射率必须高于外包层材料的折射率，才能使光在光路中全反射从而沿着设计的路线传输。
光互连系统结构中通常包括作为光源的半导体激光器、反射耦合器、平板光波导(以下简称光波导)以及作为互连媒介的光纤，光波导的尺寸通常为微米级，发射端与接收端之间的互连通过光波导和光纤完成。出于芯片、背板的布局、器件尺寸等设计因素的考虑，激光器发出的光通常不会以直线的方式进入光纤，而是要转换一定角度。图1为具有光波导的光互连结构简化示意图。如图1所示，激光器发出的光20通过反射耦合器(端面12)进入平板光波导10，平板光波导10将光转换一个角度后以全反射的方式耦合进入光纤30。上述光波导10的端面12需要削成具有特定角度的斜面，典型的角度为45°，以便将入射光的方向转换90°，同时要求光波导10的端面12为镜面，以满足反射耦合器全反射的要求。
现有的形成上述光波导10的方法主要包括纳米压印技术和软模转印技术。纳米压印技术是利用光刻、刻蚀等半导体平面工艺技术在基底表面的压模材料，例如氧化硅(SiO2)或氮化硅(SiN)中形成与光路形状相匹配的纳米压印模具。然后利用纳米压印模具在光波导表面的芯层材料中压制出光路。图2至图5为说明利用纳米压印技术形成光波导结构的流程示意图。如图2所示，在基底20表面形成下包层22；然后在下外包层22表面形成芯层材料层24，如图3所示；随后，将纳米压印模具30与芯层材料层24压合，如图4所示，从而在芯层24中形成由芯层材料构成的光路26，如图5所示。图6为图5中光波导结构的立体示意图，如图6所示，箭头所指方向为光信号传输方向。位于基底20的外包层22表面的光路26，需要具有非常光滑的顶面和侧面，以保证在形成上包层之后光在光路中不会产生漫反射。此外更为重要的是，光路26的端面需为镜面，以保证入射光的全反射耦合。这就对纳米压印模具30的制作工艺提高了很高的要求，能够满足上述要求的纳米压印模具是非常昂贵的，这无疑大大增加了制造成本。而且，当设计的光路改变的时候，就要订购相应的模具，降低了工艺灵活性，进一步增加了成本。
软模转印技术是在模具上制造好光路之后，再覆盖结合到底材之上。该方法也有它的缺点，首先是制造工艺的过程比较长。软模具覆盖之后再去除还易产生残留物的问题。此外更为严重的就是镜面问题，软模具只能利用光纤材料本身来做镜面，镜面的反射效果受材质的限制，造成光信号损耗的减少程度受到限制。
发明内容
本发明的目的在于提供一种晶圆级光波导及其制造方法，该方法利用半导体集成电路制造工艺，能够制造出接触面光滑、厚度均匀且端面为任意角度镜面的微米级光波导，同时大幅度降低制造成本。
为达到上述目的，一方面，本发明提供了一种光波导，包括基底和基底上的限制层，所述限制层中具有凹槽，凹槽两侧的端面为斜面，至少在所述斜面表面具有反射镜面层，在所述凹槽中包括芯层，在所述芯层的表面具有包层。
优选地，所述基底和限制层为同一层。
所述包层包括位于芯层上表面的第一包层和位于芯层下表面的第二包层。
所述第二包层位于所述基底和所述限制层之间。
所述包层仅位于芯层的上表面，所述芯层的下表面为反射镜面层。
所述限制层的材料为硅、氧化硅，氮化硅，氮氧化硅、石英玻璃和硼磷硅酸盐玻璃中的一种。
所述芯层和包层的材料为可旋涂高分子感光材料。
所述反射镜面层的材料为金属层。
所述芯层的材料为正性光致抗蚀剂、负性光致抗蚀剂，感光型聚酰亚胺树脂(PSPI)，感光型溶胶凝胶(sol-gel)或其混合物或组合物。
所述斜面与所述基底表面之间的锐角为45度。
相应地，提供了一种光波导的制造方法，包括下列步骤：
提供一基底；
在所述基底上形成限制层并在所述限制层中形成凹槽，所述凹槽两侧端面为斜面；
至少在所述斜面表面形成反射镜面层；
在所述凹槽内至少旋涂形成芯层；并在所述芯层表面旋涂形成包层。
优选地，在所述基底中形成凹槽，使所述基底即成为限制层。
采用干法刻蚀、机械切割或激光切割的方法形成所述凹槽。
形成所述限制层的方法包括化学气相淀积、静电封接或粘接工艺。
所述包层形成于所述芯层的上表面和下表面，或仅形成于所述芯层的上表面。
当包层仅形成于所述芯层的上表面时，所述芯层的下表面为反射镜面层。
所述反射镜面层的材料为金属，利用物理气相淀积或电镀工艺形成。
所述芯层下表面的包层可形成于所述基底和所述限制层之间。
另一方面，提供了一种光波导，包括位于透明底材表面的依次由第一包层、芯层和第二包层组成的梯形叠层，所述梯形叠层的两侧面为斜面，所述斜面表面具有反射镜面层，所述梯形叠层表面具有半导体基底。
所述第一包层、芯层和第二包层的材料为可旋涂高分子感光材料。
所述反射镜面层的材料为金属。
所述斜面与所述透明底材表面之间的锐角为45度。
相应地，提供了一种光波导的制造方法，包括：
提供一透明底材；
在所述透明底材表面依次旋涂第一包层、芯层和第二包层材料并经固化形成由第一包层、芯层和第二包层组成的叠层结构；
利用激光将所述叠层结构两侧面切割成斜面；
在所述斜面表面沉积金属材料形成反射镜面层；
在所述叠层结构表面接合半导体基底材料。
所述第一包层、芯层和第二包层中每层的旋涂次数为一次或多次。
所述方法还包括移除所述透明底材的步骤。
与现有技术相比，本发明的技术方案具有以下优点：
本发明的晶圆级光波导及其制造方法以半导体集成电路(IC)制造工艺方法取代了成本高昂的模压技术制造晶圆级光波导，而且采用的技术为常规半导体工艺和常规半导体设备，光波导的芯层和包层均采用可旋涂的材料旋涂而成，厚度可以根据光路的设计要求灵活控制。旋涂材料经曝光固化形成光滑的芯层和包层的接触表面，该芯层和包层光滑的接触面有利于降低光传输过程中的漫反射。本发明光波导的端面采用等离子刻蚀工艺刻蚀或激光切割工艺或机械切割，能够形成具有任意角度的芯层端面，因此能够非常灵活地满足各种光路设计的需要。并沉积金属材料形成全反射的镜面端面，将光传输中光信号的损耗降低到了最低程度。本发明的晶圆级光波导制造工艺简单，降低了生产成本，提高了生产效率。而且由于本发明的光波导制造方法能够与IC工艺兼容，因此有利于实现光电器件的集成制造。
附图说明
通过附图中所示的本发明的优选实施例的更具体说明，本发明的上述及其它目的、特征和优势将更加清晰。在全部附图中相同的附图标记指示相同的部分。并未刻意按比例绘制附图，重点在于示出本发明的主旨。在附图中，为清楚明了，放大了层和区域的厚度。
图1为具有光波导的光互连结构简化示意图；
图2至图5为说明利用纳米压印技术形成光波导结构的流程示意图；
图6为图5中光波导结构的立体示意图；
图7A至图7G为说明根据本发明光波导制造方法第一实施例流程的剖面示意图；
图7G为根据本发明光波导结构第一实施例的结构示意图；
图7H为根据本发明光波导结构第二实施例的结构示意图；
图7I为根据本发明光波导结构第三实施例的结构示意图；
图7J为根据本发明光波导结构第四实施例的结构示意图；
图8A至图8H为说明根据本发明光波导制造方法第二实施例流程的剖面示意图；
图8H为根据本发明光波导结构第五实施例的结构示意图；
图8I为根据本发明光波导结构第六实施例的结构示意图；
图9A至图9D为说明根据本发明光波导制造方法第三实施例流程的剖面示意图；
图9D为根据本发明光波导结构第七实施例的结构示意图。
具体实施方式
在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明。但是本发明能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广。因此本发明不受下面公开的具体实施的限制。
根据本发明实施例的光波导的制造方法包括下列步骤：首先提供一基底；在所述基底上形成限制层并在所述限制层中形成凹槽，所述凹槽两侧端面为斜面；至少在所述斜面表面形成金属层；在所述凹槽内至少旋涂形成芯层；并在旋涂形成芯层之前旋涂形成第一包层，在旋涂形成芯层之后旋涂形成第二包层。在其他实施例中，可不形成第一包层，直接在金属层表面形成芯层；在其他实施例中，可基底中形成凹槽，直接利用基底作为限制层。为使本发明的目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。
图7A至图7G为说明根据本发明光波导制造方法第一实施例流程的剖面示意图。首先如图7A所示，本实施例首先提供一基底100，基底100可以包括半导体元素，例如单晶、多晶或非晶结构的硅或硅锗(SiGe)，也可以包括混合的半导体结构，例如碳化硅、锑化铟、碲化铅、砷化铟、磷化铟、砷化镓或锑化镓、合金半导体或其组合；也可以是绝缘体上硅(SOI)。此外，基底100还可以包括其它的材料，例如外延层或掩埋层的多层结构。虽然在此描述了可以作为基底100的材料的几个示例，但是可以作为半导体衬底的任何材料均落入本发明的精神和范围。本发明的光波导所使用的基底100的材料并无特殊限制，任何适合于支撑高分子聚合物的材料均可作为本发明光波导的基底。在较佳实施例中使用的基底除半导体材料之外还可以是耐热玻璃(pyrex)，例如石英玻璃、硼磷硅酸盐玻璃(BPSG)；或有机高分子树脂，例如但不限于聚酯树脂(polyester resin)、聚碳酸脂树脂(polycarbonate resin)、酚醛层压树脂或聚氨基甲酸酯树脂(polyurethane resin)；或它们的混合物，此外还可以是PCB板。
然后在所述基底表面形成一材料层110，该层作为后续形成的光波导的形状限制层。以下文中将该材料层110称为限制层。限制层110的材料优选但不限于硅、玻璃(SiO2)二氧化硅，例如可以是氮化硅，氮氧化硅、石英玻璃或BPSG等。可以采用化学气相淀积的方法形成该限制层110，也可采用静电封接的方法将玻璃和硅晶片封接在一起形成限制层110。此外还可用黏结的方法，用环氧树脂等粘接剂将限制层110与基底黏结在一起。也可采用旋涂(spin on)的方法，用可旋涂玻璃，如应用材料公司的商标为black diamond(BD)的可旋涂氧化硅形成限制层110。根据光波导的设计尺寸要求，可将限制层110切割成所需要的长、宽、高等几何尺寸。
在本发明的其他实施例中，还可以利用基底直接作为限制层，即在基底中利用刻蚀、机械切割或激光切割的方法直接形成凹槽。
在接下来的工艺步骤中，如图7B所示，在限制层110表面涂布光刻胶，并经曝光、显影、烘焙等光刻工艺图案化所述光刻胶，形成光刻胶图形120，作为后续刻蚀限制层110的掩膜。然后，以光刻胶图形120为掩膜对限制层110进行刻蚀，在限制层110中形成两侧端面为斜面的凹槽，如图7C所示。可使用各种适合的干法刻蚀法刻蚀上述限制层110，例如反应离子刻蚀(RIE)或等离子刻蚀(plasma etch)。在刻蚀期间，刻蚀的方向性可以通过控制等离子源的偏置功率和阴极(也就是衬底)偏压功率来实现。刻蚀气体包括含氟气体，例如四氟甲烷CF4、六氟乙烷C2F6和三氟甲烷CHF3等，以及惰性气体，例如氩气Ar。在反应室内同时通入上述气体，其中氩气Ar起到稀释刻蚀气体的作用，其流量为50sccm～400sccm；起刻蚀作用的气体中，四氟甲烷CF4的流量为10sccm～100sccm；六氟乙烷C2F6的流量为10sccm～400sccm；三氟甲烷CHF3的流量为10sccm～100sccm。反应室内将所述气体电离为等离子体的射频功率源的输出功率为50W～1000W；射频偏置功率源的输出功率为50W～250W。反应室内的压力设置为50mTorr～200mTorr，基底100温度控制在20℃和90℃之间。上述等离子刻蚀的过程是一种各向异性的刻蚀，刻蚀气体和稀释气体的共同作用使刻蚀后限制层110的凹槽端面115为斜面，且斜面115的倾斜角度为25度至75度，本实施例优选为45度。
在其它实施例中，形成斜面的方法也可以采用激光切割工艺或机械切割，根据需要得到具有不同角度的斜面的端面115。
对刻蚀后的限制层110表面进行清洗，去除刻蚀残留物和微粒。
然后，如图7D所示，在刻蚀后的限制层表面沉积一金属层130，以增强光反射效果。可采用物理气相淀积(PVD)工艺或电镀工艺形成所述金属层130。所述金属层130的材料优选但不限于金、银、铝、铬等金属，其厚度为1～5um。
在本发明方法的其他实施例中，可将限制层110上表面部分的金属层130利用化学机械研磨或化学蚀刻工艺移除，并对表面进行清洗。
接下来如图7E所示，利用旋涂(spin on)工艺，在凹槽底部旋涂下包层140。该层的材料可采用属于本领域技术人员所公知的可旋涂材料，例如但不限于聚压克力酸酯(polyacrylate)、聚硅氧烷(polysiloxane)、聚酰亚胺(polyimide)或聚碳酸脂(polycarbonate)，以及其他高分子感光聚合物，例如本领域技术人员公知的底部抗反射材料(barc)或富硅聚合物，如布鲁尔科技有限公司商标为GF的系列产品，或3-异丁烯酰氧基丙基三乙氧基硅烷(MPETS)和苯基三乙氧基硅烷(PhTES)的混合溶液。
随后对下包层140进行固化。固化的方法，并无特殊限制，为所属领域的技术人员所公知，例如但不限于光照固化或热固化，较佳实施例中以非偏振光照射方式加以固化。一般而言，非偏振光泛指无特定电场震荡方向限制，且具有一定波长范围的光源，例如紫外线、红外线或热射线等，较好为以紫外光固化。
然后，如图7F所示，在上述下包层140表面旋涂芯层材料并经紫外线固化后形成芯层150。根据芯层的厚度要求，芯层150的表面优选与金属层130的表面齐平，在本发明的其他实施例中，芯层150的表面可低于金属层130的表面。芯层材料为感光型高分子材料，且不添加光起始剂，所以该材料必须在特定波长的偏振光下照射，可以直接吸收光能量成为受激态(exciting state)，诱发产生方向性的链接，从而改变折射率。本实施例中所使用的偏振光的波长视所使用的感光材料而定。合适的感光材料包括但不限于例如各种光致抗蚀剂(包括正性光致抗蚀剂和负性光致抗蚀剂)，感光型聚酰亚胺树脂(PSPI)，感光型溶胶凝胶(sol-gel)或其混合物或组合物，或PhTES、N-甲基-2-吡咯烷酮(NMP)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)的混合溶液。
继续利用旋涂工艺在芯层150表面上包层160，如图7G所示。该层的材料与上包层相同，为本领域技术人员所公知的可旋涂材料，例如但不限于聚压克力酸酯(polyacrylate)、聚硅氧烷(polysiloxane)、聚酰亚胺(polyimide)或聚碳酸脂(polycarbonate)，以及其他高分子感光聚合物，例如本领域技术人员公知的底部抗反射材料(barc)或富硅聚合物等。然后对上包层160进行固化，固化的方法优选为紫外光照射。由光固化性树脂形成光波导的上部包层和芯层时，树脂根据固化时的紫外线照射量，折射率发生变化。所以有必要以高精度控制紫外线照射量，对上、下包层140和160固化时，紫外线的中心波长为365nm、强度200mW/cm2，距离10mm的紫外线光源，照射时间约30分钟，使其固化形成包层。在旋涂整片的芯层150后，需要按需求把它曝光显影成光波导线状结构，也就是光路。显影显开的部分会被上包层160填补，形成完整三维的光路。对芯层140进行固化时，紫外线的中心波长650nm、强度100mW/cm2，距离10mm的紫外线光源，照射时间约30分钟，使其固化形成芯层。
图7G为根据本发明光波导结构第一实施例的结构示意图。如图7G所示，箭头所示为光线传输路径。根据本发明第一实施例的光波导结构包括形成于基底表面的限制层110，所述限制层110中形成有凹槽，凹槽两侧的端面为斜面，至少在凹槽底部和斜面表面具有金属层130，以增加入射光的反射率。在限制层110的凹槽中至少包括依次堆叠的下包层140和芯层150，以及覆盖芯层150和限制层110表面的上包层160。其中芯层150的折射率远大于上包层160和下包层140的折射率。上述下包层140、芯层150和上包层160均采用可旋涂材料，利用旋涂工艺形成，因此得到的各层表面非常光滑，而且厚度一致性较高。
图7H为根据本发明光波导结构第二实施例的结构示意图。如图7H所示，箭头所示为光线传输路径。根据本发明第二实施例的光波导结构与上述第一实施例的光波导结构相比，包括下包层140、芯层150和上包层160的叠层结构被容纳于凹槽限制的范围内，因此下包层140、芯层150和上包层160的厚度一致性更加均匀。
图7I为根据本发明光波导结构第三实施例的结构示意图，图7J为根据本发明光波导结构第四实施例的结构示意图。箭头所示为光信号传输路径。如图7I和7J所示，上述方法可以不形成下包层，而是在凹槽中直接旋涂芯层150，然后在芯层150表面形成上包层160，从而形成图7I和7J所示的结构。
图8A至图8H为说明根据本发明光波导制造方法第二实施例流程的剖面示意图。首先如图8A所示，首先提供一基底200，基底200与本发明光波导制造方法第二实施例相同，除半导体材料之外，本发明的光波导所使用的基底200的材料并无特殊限制，任何适合于支撑高分子聚合物的材料均可作为本发明光波导的基底。在较佳实施例中使用的基底除半导体材料之外还可以是耐热玻璃(pyrex)，例如石英玻璃、硼磷硅酸盐玻璃(BPSG)；或有机高分子树脂，例如但不限于聚酯树脂(polyester resin)、聚碳酸脂树脂(polycarbonate resin)、酚醛层压树脂或聚氨基甲酸酯树脂(polyurethane resin)；或它们的混合物。
在基底200表面旋涂高分子感光聚合物，如聚压克力酸酯(polyacrylate)、聚硅氧烷(polysiloxane)、聚酰亚胺(polyimide)或聚碳酸脂(polycarbonate)等，并利用紫外线照射使其固化形成下包层210。
随后，如图8B所示，在所述下包层210表面通过CVD、静电封接、黏结等方法形成限制层220。在所述限制层220表面利用光刻工艺形成光刻胶掩膜图形230，如图8C所示。以上述光刻胶掩膜图形230为掩膜刻蚀限制层220，通过前述等离子刻蚀或RIE工艺在限制层220中形成凹槽，凹槽两侧的端面能够形成斜面225。在其他实施例中，可利用激光切割的方法形成两侧的端面为斜面225的凹槽。斜面225的倾斜角度为25度至75度，本实施例优选为45度，如图8D所示。
然后，在刻蚀后的限制层220和下包层210表面沉积一金属层230，如图8E所示，以增强光反射率。在本发明的其他实施例中，将限制层220表面的金属层研磨去除，或以其他方法去除。之后如图8F所示，本实施例优选形成光刻胶图形226将凹槽底部下包层210表面的所述金属层230露出，通过可等离子刻蚀工艺或RIE工艺刻蚀掉所述露出的金属层230，刻蚀剂采用含氯或含溴气体。移除光刻胶图形226，并对下包层210和金属层230表面进行清洗去除刻蚀残留物和微粒，以保证芯层和下包层210、金属层230的接触面没有杂质。
在接下来的工艺步骤中，利用旋涂工艺凹槽中旋涂芯层材料，经紫外线固化后形成芯层240，如图8G所示。芯层材料为感光型高分子材料，且不添加光起始剂，所以该材料必须在特定波长的偏振光下照射，可以直接吸收光能量成为受激态，诱发产生方向性的链接，从而改变折射率。本实施例中所使用的偏振光的波长视所使用的感光材料而定。合适的感光材料包括但不限于例如各种光致抗蚀剂(包括正性光致抗蚀剂和负性光致抗蚀剂)，感光型聚酰亚胺树脂(PSPI)，感光型溶胶凝胶(sol-gel)或其混合物或组合物，或PhTES、N-甲基-2-吡咯烷酮(NMP)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)的混合溶液。芯层240形成于整个凹槽内，其上表面与限制层220表面齐平，在芯层240表面旋涂高分子感光聚合物，如聚压克力酸酯(polyacrylate)、聚硅氧烷(polysiloxane)、聚酰亚胺(polyimide)或聚碳酸脂(polycarbonate)等，并经紫外线照射使其固化形成上包层250，如图8H所示。
图8H为根据本发明光波导结构第五实施例的结构示意图。在图8所示的光波导结构中，箭头所指为光信号传输方向。下包层210、芯层240和上包层250构成叠层结构。其中芯层240的折射率大于下包层210和上包层250的折射率。芯层240全部位于凹槽内，因此斜面的镜面反射面积更大，全反射的效果更好。下包层210、芯层240和上包层250的接触面更加笔直光滑。
图8I为根据本发明光波导结构第六实施例的结构示意图，箭头所指为光信号传输方向。在本实施例中，凹槽底部的金属反射层予以保留。
图9A至图9D为说明根据本发明光波导制造方法第三实施例流程的剖面示意图。首先如图9A所示，在透明材料、例如玻璃和石英的衬底300表面通过旋涂工艺依次旋涂下包层材料、芯层材料和上包层材料，经紫外线照射使其固化，依次形成下包层310、芯层320和上包层330。下包层310、芯层320和上包层330的材料与前述实施例中所述相同，在此不再赘述。
然后，如图9B所示，利用等离子刻蚀方式，优选通过激光切割或机械切割的方式，将下包层310、芯层320和上包层330组成的叠层结构的两侧切割成特定角度的斜面325，本实施例优选为45度。
随后在斜面325表面沉积或电镀一层金属层340，金属层340的材料与前述金属层相同，以增强光反射率，如图9C所示。然后，将由衬底300、下包层310、芯层320和上包层330组成的、侧面具有金属层340的梯形叠层结构粘接于硅或其他半导体材料基底350，如图9D所示。
图9D为根据本发明光波导结构第七实施例的结构示意图。箭头所指方向为光信号传输方向。图9中的光波导结构的下包层310、芯层320和上包层330三层材料都是旋涂上的，并且旋涂时没有像前述实施例中一样的限制层凹槽，因此下包层310、芯层320和上包层330之间的界面相对更加的平滑笔直。
半导体材料基底350、包括下包层310、芯层320和上包层330的光波导层和衬底300形成了三明治结构。因为衬底300的材料为玻璃，因此光信号也可以透过玻璃传输出去。在本发明的其他实施例中，如果要降低因为穿过衬底300造成的损耗，可以根据需要研磨去除该玻璃衬底300。
需要说明的是，在本发明的各个实施例中，下包层、芯层和上包层中，每层即可以通过一次旋涂完成，也可以通过多次旋涂完成，以达到准确的厚度控制要求。斜面的角度均是指斜面与基底表面所成的锐角的角度。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制。虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明。任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围情况下，都可利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案作出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均仍属于本发明技术方案保护的范围内。

Claims (25)

1.一种光波导，包括基底和基底上的限制层，所述限制层中具有凹槽，凹槽两侧的端面为斜面，至少在所述斜面表面具有反射镜面层，在所述凹槽中包括芯层，在所述芯层的表面具有包层。
2.如权利要求1所述的光波导，其特征在于：所述基底和限制层为同一层。
3.如权利要求1所述的光波导，其特征在于：所述包层包括位于芯层上表面的第一包层和位于芯层下表面的第二包层。
4.如权利要求3所述的光波导，其特征在于：所述第二包层位于所述基底和所述限制层之间。
5.如权利要求1所述的光波导，其特征在于：所述包层仅位于芯层的上表面，所述芯层的下表面为反射镜面层。
6.如权利要求1或2所述的光波导，其特征在于：所述限制层的材料为硅、氧化硅，氮化硅，氮氧化硅、石英玻璃和硼磷硅酸盐玻璃中的一种。
7.如权利要求3或5所述的光波导，其特征在于：所述芯层和包层的材料为可旋涂高分子感光材料。
8.如权利要求1或5所述的光波导，其特征在于：所述反射镜面层的材料为金属层。
9.如权利要求1所述的光波导，其特征在于：所述芯层的材料为正性光致抗蚀剂、负性光致抗蚀剂，感光型聚酰亚胺树脂(PSPI)，感光型溶胶凝胶(sol-gel)或其混合物或组合物。
10.如权利要求1所述的光波导，其特征在于：所述斜面与所述基底表面之间的锐角为45度。
11.一种光波导的制造方法，包括下列步骤：
提供一基底；
在所述基底上形成限制层并在所述限制层中形成凹槽，所述凹槽两侧端面为斜面；
至少在所述斜面表面形成反射镜面层；
在所述凹槽内至少旋涂形成芯层；并在所述芯层表面旋涂形成包层。
12.如权利要求11所述的方法，其特征在于：在所述基底中形成凹槽，使所述基底即成为限制层。
13.如权利要求11或12所述的方法，其特征在于：采用干法刻蚀、机械切割或激光切割的方法形成所述凹槽。
14.如权利要求11所述的方法，其特征在于：形成所述限制层的方法包括化学气相淀积、静电封接或粘接工艺。
15.如权利要求11所述的方法，其特征在于：所述包层形成于所述芯层的上表面和下表面，或仅形成于所述芯层的上表面。
16.如权利要求15所述的方法，其特征在于：当包层仅形成于所述芯层的上表面时，所述芯层的下表面为反射镜面层。
17.如权利要求11或15所述的方法，其特征在于：所述反射镜面层的材料为金属，利用物理气相淀积或电镀工艺形成。
18.如权利要求11或15所述的方法，其特征在于：所述芯层下表面的包层可形成于所述基底和所述限制层之间。
19.一种光波导，包括位于透明底材表面的依次由第一包层、芯层和第二包层组成的梯形叠层，所述梯形叠层的两侧面为斜面，所述斜面表面具有反射镜面层，所述梯形叠层表面具有半导体基底。
20.如权利要求19所述的光波导，其特征在于：所述第一包层、芯层和第二包层的材料为可旋涂高分子感光材料。
21.如权利要求19所述的光波导，其特征在于：所述反射镜面层的材料为金属。
22.如权利要求19所述的光波导，其特征在于：所述斜面与所述透明底材表面之间的锐角为45度。
23.一种光波导的制造方法，包括：
提供一透明底材；
在所述透明底材表面依次旋涂第一包层、芯层和第二包层材料并经固化形成由第一包层、芯层和第二包层组成的叠层结构；
利用激光将所述叠层结构两侧面切割成斜面；
在所述斜面表面沉积金属材料形成反射镜面层；
在所述叠层结构表面接合半导体基底材料。
24.如权利要求23所述的方法，其特征在于：所述第一包层、芯层和第二包层中每层的旋涂次数为一次或多次。
25.如权利要求23所述的方法，其特征在于：所述方法还包括移除所述透明底材的步骤。
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Cited By (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101907740A (zh) * 2009-06-05 2010-12-08 日东电工株式会社 光波导路的制造方法
CN102166845A (zh) * 2011-01-20 2011-08-31 中国科学院半导体研究所 增强纳米三明治品质因子的结构
CN102365567A (zh) * 2009-03-26 2012-02-29 松下电工株式会社 制造具有镜面的光波导的方法和光电复合配线板
CN103189768A (zh) * 2010-11-03 2013-07-03 英派尔科技开发有限公司 光波导的形成
CN104900749A (zh) * 2014-03-04 2015-09-09 中芯国际集成电路制造(上海)有限公司 光耦合器件及其形成方法
CN104977653A (zh) * 2015-06-18 2015-10-14 湖南晶图科技有限公司 一种plc波导微耦合镜面的加工方法
CN105700072A (zh) * 2014-11-24 2016-06-22 中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所 光波导及其制作方法、降低iii-v半导体波导侧壁散射损耗的方法
WO2016180051A1 (zh) * 2015-05-08 2016-11-17 中兴通讯股份有限公司 光波导的制备方法及装置
CN109239838A (zh) * 2018-11-13 2019-01-18 苏州晶方半导体科技股份有限公司 一种光波导及其制备方法、光波导系统
CN110908035A (zh) * 2019-12-24 2020-03-24 腾讯科技（深圳）有限公司 光波导的制作方法及光波导
CN111033335A (zh) * 2017-05-19 2020-04-17 阿道特公司 使用基于SOI的垂直分离波导的具有1xM个输出端口的三维光路
CN111061009A (zh) * 2019-12-30 2020-04-24 腾讯科技（深圳）有限公司 悬空光波导及其制备方法
CN111239897A (zh) * 2020-01-17 2020-06-05 上海新微技术研发中心有限公司 光波导微流体芯片的制造方法
CN114563842A (zh) * 2020-11-27 2022-05-31 深南电路股份有限公司 一种折射率渐变聚合物波导及其制作方法
CN115248478A (zh) * 2022-05-31 2022-10-28 上海大学 一种在板上制备光波导的方法

Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101059621B1 (ko) * 2008-12-09 2011-08-25 삼성전기주식회사 광도파로용 인쇄회로기판 및 그 제조방법
US9490148B2 (en) 2012-09-27 2016-11-08 Taiwan Semiconductor Manufacturing Company, Ltd. Adhesion promoter apparatus and method
CN104609719B (zh) * 2013-11-01 2017-12-05 上海华虹宏力半导体制造有限公司 一种光纤芯层的制作方法
WO2019010495A1 (en) * 2017-07-07 2019-01-10 Arizona Board Of Regents On Behalf Of The University Of Arizona QUICK MANUFACTURING OF OPTICAL OPTICAL COUPLER IN POLYMER BY GRAY LEVEL LITHOGRAPHY
US11768338B2 (en) * 2021-05-27 2023-09-26 Taiwan Semiconductor Manufacturing Company, Ltd. Optical interconnect structure, package structure and fabricating method thereof

Family Cites Families (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3663194A (en) * 1970-05-25 1972-05-16 Ibm Method for making monolithic opto-electronic structure
TW255015B (zh) * 1993-11-05 1995-08-21 Motorola Inc
JP3152907B2 (ja) * 1998-12-10 2001-04-03 沖電気工業株式会社 半導体受光素子及びその製造方法
JP3762208B2 (ja) * 2000-09-29 2006-04-05 株式会社東芝 光配線基板の製造方法
GB0201969D0 (en) * 2002-01-29 2002-03-13 Qinetiq Ltd Integrated optics devices
JP2005062557A (ja) * 2003-08-15 2005-03-10 Canon Inc 光素子装置、それを用いた二次元光導波路素子及び光電融合配線基板
US7058266B2 (en) * 2003-08-28 2006-06-06 Sony Corporation Optical waveguide module
US7125176B1 (en) * 2003-09-30 2006-10-24 Stafford John W PCB with embedded optical fiber
JP2006091241A (ja) * 2004-09-22 2006-04-06 Hitachi Cable Ltd 光電気複合配線部品及びこれを用いた電子機器
US7477809B1 (en) * 2007-07-31 2009-01-13 Hewlett-Packard Development Company, L.P. Photonic guiding device

Cited By (26)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102365567A (zh) * 2009-03-26 2012-02-29 松下电工株式会社 制造具有镜面的光波导的方法和光电复合配线板
US8655126B2 (en) 2009-03-26 2014-02-18 Panasonic Corporation Method of manufacturing optical waveguide having mirror face, and optoelectronic composite wiring board
CN101907740B (zh) * 2009-06-05 2012-03-28 日东电工株式会社 光波导路的制造方法
CN101907740A (zh) * 2009-06-05 2010-12-08 日东电工株式会社 光波导路的制造方法
CN103189768B (zh) * 2010-11-03 2016-08-24 英派尔科技开发有限公司 光波导的形成
CN103189768A (zh) * 2010-11-03 2013-07-03 英派尔科技开发有限公司 光波导的形成
CN102166845A (zh) * 2011-01-20 2011-08-31 中国科学院半导体研究所 增强纳米三明治品质因子的结构
CN104900749B (zh) * 2014-03-04 2017-05-17 中芯国际集成电路制造(上海)有限公司 光耦合器件及其形成方法
CN104900749A (zh) * 2014-03-04 2015-09-09 中芯国际集成电路制造(上海)有限公司 光耦合器件及其形成方法
CN105700072A (zh) * 2014-11-24 2016-06-22 中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所 光波导及其制作方法、降低iii-v半导体波导侧壁散射损耗的方法
CN105700072B (zh) * 2014-11-24 2019-05-17 中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所 光波导及其制作方法、降低iii-v半导体波导侧壁散射损耗的方法
WO2016180051A1 (zh) * 2015-05-08 2016-11-17 中兴通讯股份有限公司 光波导的制备方法及装置
CN106199830A (zh) * 2015-05-08 2016-12-07 中兴通讯股份有限公司 光波导的制备方法及装置
CN104977653A (zh) * 2015-06-18 2015-10-14 湖南晶图科技有限公司 一种plc波导微耦合镜面的加工方法
CN104977653B (zh) * 2015-06-18 2018-03-23 湖南晶图科技有限公司 一种plc波导微耦合镜面的加工方法
CN111033335A (zh) * 2017-05-19 2020-04-17 阿道特公司 使用基于SOI的垂直分离波导的具有1xM个输出端口的三维光路
CN111051940A (zh) * 2017-05-19 2020-04-21 阿道特公司 在硅衬底上具有聚合物波导的光学互连模块
WO2020098651A1 (zh) * 2018-11-13 2020-05-22 苏州晶方半导体科技股份有限公司 光波导
CN109239838A (zh) * 2018-11-13 2019-01-18 苏州晶方半导体科技股份有限公司 一种光波导及其制备方法、光波导系统
WO2020098652A1 (zh) * 2018-11-13 2020-05-22 苏州晶方半导体科技股份有限公司 光波导及其制备方法、光波导系统
CN110908035A (zh) * 2019-12-24 2020-03-24 腾讯科技（深圳）有限公司 光波导的制作方法及光波导
CN111061009A (zh) * 2019-12-30 2020-04-24 腾讯科技（深圳）有限公司 悬空光波导及其制备方法
CN111061009B (zh) * 2019-12-30 2022-06-28 腾讯科技（深圳）有限公司 悬空光波导及其制备方法
CN111239897A (zh) * 2020-01-17 2020-06-05 上海新微技术研发中心有限公司 光波导微流体芯片的制造方法
CN114563842A (zh) * 2020-11-27 2022-05-31 深南电路股份有限公司 一种折射率渐变聚合物波导及其制作方法
CN115248478A (zh) * 2022-05-31 2022-10-28 上海大学 一种在板上制备光波导的方法

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