CN102540335A - 一种plc光器件的制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于平面光分路器(Planar Lightwave Circuit Splitter，PLC splitter)技术领域，具体涉及一种光波导的制造方法，包括：在玻璃衬底上淀积一层光刻胶；光刻形成图形；在光刻胶之间的凹槽内形成高折射率的光波导芯层；将光刻胶固化；形成低折射率膜上包层。本发明所提出的光波导的制造方法工艺过程简单，技术难度低，原材料以及生产设备要求低，降低了生产成本，易于实现产业化规模生产。

Description

一种PLC光器件的制造方法

技术领域

本发明涉及一种平面光分路器(Planar Lightwave Circuit，PLC)的制造方法，具体涉及一种光波导的制造方法，属于PLC分路器技术领域。

背景技术

当前，FTTX(光纤接入网)建设的逐步展开，具体要实现FTTC(光纤到路边)、FTTB(光纤到大楼)、FTTH(光纤到家庭)、FTTD(光纤到桌面)、三网融合(语音网、数据网、有线电视网)等多媒体传输以及PDS(综合布线系统)方案。要建成全光纤网络，除了需要各种各样结构配线光缆、引入光缆实现光纤网络的接续和再分配外，还大量需要光分路器来最终完成光纤到户的目的。

PLC光器件一般在六种材料上制作，它们是：铌酸锂(LiNbO3)、III-V族半导体化合物、二氧化硅(SiO₂)、SOI(Silicon-on-Insulator，绝缘体上硅)、聚合物(Polymer)和玻璃。其中，铌酸锂波导是通过在铌酸锂晶体上扩散Ti离子形成波导，波导结构为扩散型。InP波导以InP为称底和下包层，以InGaAsP为芯层，以InP或者InP/空气为上包层，波导结构为掩埋脊形或者脊形。二氧化硅波导以硅片为称底，以不同掺杂的SiO₂材料为芯层和包层，波导结构为掩埋矩形。SOI波导是在SOI基片上制作，称底、下包层、芯层和上包层材料分别为Si、SiO₂、Si和空气，波导结构为脊形。聚合物波导以硅片为称底，以不同掺杂浓度的Polymer材料为芯层，波导结构为掩埋矩形。玻璃波导是通过在玻璃材料上扩散Ag离子形成波导，波导结构为扩散型。在上述六种材料的PLC光器件中，二氧化硅光波导具有良好的光学、电学、机械性能和热稳定性，被认为是无源光集成最有实用前景的技术途径。目前，制造二氧化硅光波导的工艺通常为：

1)采用火焰水解法(FHD)或者化学气相淀积工艺(CVD)，在硅片101上生长一层SiO₂，其中掺杂磷、硼离子，作为光波导下包层102，如图1a所示；

2)采用FHD或者CVD工艺，在下包层102上再生长一层SiO₂，作为光波导芯层103，其中掺杂锗离子，获得需要的折射率差，并且通过退火硬化工艺使之前生长的两层SiO₂变得致密均匀，如图1b所示；

3)进行光刻，将需要的光波导图形用光刻胶104保护起来，如图1c所示；

4)采用反应离子刻蚀(RIE)工艺，将非光波导区域刻蚀掉，如图1d所示；

5)去掉光刻胶，采用FHD或者CVD工艺，在光波导芯层103上再覆盖一层SiO₂，其中掺杂磷、硼离子，作为光波导上包层105，然后通过退火硬化工艺，使上包层SiO₂变得致密均匀，如图1e所示。

如上所述的二氧化硅光波导工艺技术目前是PLC光器件产品的主流制造技术，国际上比较普遍采用。但是，问题存在于设备投入高、维护成本高、原材料要求高(全部采用进口材料)，此技术制造难度大。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提出一种新的技术难度低的光波导的制造方法，可以在较低的成本投入下，实现光波导器件的产业化规模生产。

为达到本发明的上述目的，本发明提出了一种光波导器件的制造方法，具体包括：

提供一个石英玻璃衬底；

淀积光刻胶；

光刻形成图形；

形成高折射率层；

回刻部分所述高折射率层，将光刻胶上的所述高折射率层去除而保留在光刻胶之间的凹槽内的所述高折射率层材料，以形成高折射率芯层；

将光刻胶固化；

形成低折射率膜上包层。

其中，上述光波导器件的制造方法中，所述光刻胶的厚度范围为5-15微米；所述的高折射率芯层的厚度范围为2-20微米，其宽度范围为2-30微米。

本发明所提出的光波导的制造方法工艺过程简单，技术难度低，原材料以及生产设备要求低，降低了生产成本，易于实现产业化规模生产。

附图说明

图1a至图1e为现有技术的二氧化硅光波导的制造工艺流程图。

图2a为本发明所提供的光波导的一个实施例的示意图。

图2b为图2a所示光波导沿cd方向的截面图。

图3a至图3d为本发明所提供的制造如图2b所示光波导的实施例工艺流程图。

具体实施方式

下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细的说明，在图中，为了方便说明，放大或缩小了层和区域的厚度，所示大小并不代表实际尺寸。尽管这些图并不能完全准确的反映出器件的实际尺寸，但是它们还是完整的反映了区域和组成结构之间的相互位置，特别是组成结构之间的上下和相邻关系。同时在下面的描述中，所使用的术语衬底可以理解为包括正在工艺加工中的半导体衬底，可能包括在其上所制备的其它薄膜层。

图2a为本发明所提供的光波导的一个实施例的示意图，其中ab所示方向为光在光波导中的传播方向。图2b为图2a所示光波导沿cd方向的截面图。如图2b所示，该光波导包括一个石英玻璃衬底201、固化的光刻胶部分202、在光刻胶之间的凹槽内形成的光波导芯层部分203、低折射率的覆盖层204和石英材料的盖子205。

本发明所提供的如图2b所示的光波导器件可以通过很多方法制造，以下所叙述的是本发明所提供的制造如图2b所示光波导器件的一个实施例的工艺流程。

首先，提供一个双面抛光后的石英玻璃衬底301，其厚度范围优选为1.20-1.30毫米。然后在衬底301上上淀积一层厚度约为5-15微米的负性光刻胶302，然后光刻形成凹槽303，如图3a所示。

接下来，在3000rpm的条件下，采用旋涂的方法旋涂40秒得到一层约2微米厚的高折射率膜，并在旋涂材料中掺杂锗离子以提高其折射率。然后利用缓冲氢氟酸刻蚀液(BHF)刻蚀所形成的高折射率膜，将光刻胶302上的高折射率膜去除而仅保留在凹槽303内的高折射率膜材料，以形成高折射率芯层304，如图3b所示。

光波导芯层304形成以后，将光刻胶302烘培固化，然后继续采用旋涂的方法形成一层约2-20微米厚的低折射率的覆盖层305，如图3c所示。

最后，将石英片粘合于低折射率的覆盖层305之上作为盖子306，如图3d所示，石英片306的厚度优选为1.20-1.30毫米。

如上所述，在不偏离本发明精神和范围的情况下，还可以构成许多有很大差别的实施例。应当理解，除了如所附的权利要求所限定的，本发明不限于在说明书中所述的具体实例。

Claims (3)

1.一种光波导器件的制造方法，包括：

提供一个石英玻璃衬底；

淀积光刻胶；

光刻形成图形；

形成高折射率层；

回刻部分所述高折射率层，将光刻胶上的所述高折射率层去除而保留在光刻胶之间的凹槽内的所述高折射率层材料，以形成高折射率芯层；

将光刻胶固化；

形成低折射率膜上包层。

2.根据权利要求1所述的光波导器件的制造方法，其特征在于，所述光刻胶的厚度范围为5-15微米。

3.根据权利要求1所述的光波导器件的制造方法，其特征在于，所述的高折射率芯层的厚度范围为2-20微米，其宽度范围为2-30微米。

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