CN103760638A - 一种平面光波导器件制作方法 - Google Patents

一种平面光波导器件制作方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种平面光波导器件制作方法，包括：在二氧化硅芯层上形成光刻胶掩膜，对所述光刻胶掩膜进行热板坚膜，采用干法刻蚀工艺刻蚀所述二氧化硅芯层，形成波导芯层。直接采用光刻胶作为二氧化硅芯层的掩膜，无需制作多晶硅层或金属层，简化了制作流程，工艺简单，降低了制作过程中出现错误的几率，提供了产品的良率。并且，采用热板坚膜工艺对光刻胶掩膜进行坚膜，提高了光刻胶掩膜的强度，降低了在刻蚀二氧化硅芯层时对光刻胶掩膜形貌的破坏，最大程度降低了光刻胶掩膜形貌差而对二氧化硅芯层的刻蚀产生不良影响。

Description

一种平面光波导器件制作方法
技术领域
本发明涉及平面光波导器件技术领域，更具体地说，涉及一种平面光波导器件制作方法。
背景技术
平面光波导（Planar Lightwave Circuit，PLC）就是将光学模块整合在晶圆上的技术，有助于光通讯组件集成化，缩小体积，以及减少封装次数。平面光波导器件与诸如棱镜、透镜等传统的分立光学器件相比，具有大规模生产、低成本、高稳定性、高集成度等优点，是组成各种集成光器件的核心元件。
所谓平面光波导就是说光波导位于同一平面内，目前常见的平面光波导器件采用二氧化硅制作而成，但是现有的平面光波导器件的制作工艺复杂，降低了产品的良率。
发明内容
有鉴于此，本发明提供一种平面光波导器件制作方法，工艺简单，提高了产品的良率。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种平面光波导器件制作方法，包括：
在二氧化硅芯层上形成光刻胶掩膜；
对所述光刻胶掩膜进行热板坚膜；
采用干法刻蚀工艺刻蚀所述二氧化硅芯层，形成波导芯层。
优选的，所述光刻胶掩膜为正性光刻胶掩膜。
优选的，所述光刻胶掩膜厚度范围为2μm～3μm，包括端点值。
优选的，所述光刻胶掩膜厚度为2.7μm。
优选的，所述热板坚膜的温度范围为100℃～120℃，包括端点值，时间范围为50s～70s，包括端点值。
优选的，所述热板坚膜的温度为110℃，时间为60s。
优选的，所述干法刻蚀工艺为电感耦合等离子体刻蚀工艺。
优选的，所述电感耦合等离子体刻蚀工艺的工艺参数为基片温度范围为9℃～11℃，包括端点值；
压强范围为5mtorr～7mtorr，包括端点值；
C4F8气体流量范围为13sccm～15sccm，包括端点值；
He气体流量范围为173sccm～175sccm，包括端点值；
H2气体流量范围为9sccm～11sccm，包括端点值；
上电极功率范围为1650W～1750W，包括端点值；
下电极功率范围为480W～520W，包括端点值；
反应时间范围为20min～22min，包括端点值。
优选的，所述电感耦合等离子体刻蚀工艺的工艺参数为基片温度为10℃；
压强为6mtorr；
C4F8气体流量为14sccm；
He气体流量为174sccm；
H2气体流量为10sccm；
上电极功率为1700W；
下电极功率为500W；
反应时间为21min。
与现有技术相比，本发明所提供的技术方案具有以下优点：
本发明所提供的平面光波导器件制作方法，包括：在二氧化硅芯层上形成光刻胶掩膜，对所述光刻胶掩膜进行热板坚膜，采用干法刻蚀工艺刻蚀所述二氧化硅芯层，形成波导芯层。直接采用光刻胶作为二氧化硅芯层的掩膜，无需制作多晶硅层或金属层，简化了制作流程，工艺简单，降低了制作过程中出现错误的几率，提供了产品的良率。
并且，采用热板坚膜工艺对光刻胶掩膜进行坚膜，提高了光刻胶掩膜的强度，降低了在刻蚀二氧化硅芯层时对光刻胶掩膜形貌的破坏，最大程度降低了光刻胶掩膜形貌差而对二氧化硅芯层的刻蚀产生不良影响。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本申请实施例提供的一种平面光波导器件制作方法流程图；
图2a～2g为本申请实施例提供的一种平面光波导器件制作结构流程示意图。
具体实施方式
正如背景技术所述，但是现有的平面光波导器件的制作工艺复杂，良率低而且刻蚀出的深槽的侧壁不够陡直。发明人研究发现，造成这种缺陷的原因主要有目前制备平面光波导器件的波导芯层时，需要在用于制作波导芯层的二氧化硅层上制作多晶硅或金属层，以多晶硅或金属层作为掩膜，进而增加了制备多晶硅层或金属层、掩膜层刻蚀、清洗等多个步骤，增加了工艺复杂性，提高了制作过程中的出错率，进而降低了产品良率。
基于此，本发明提供了一种平面光波导器件制作方法，以克服现有技术存在的上述问题，包括：
在二氧化硅层芯层上形成光刻胶掩膜；
对所述光刻胶掩膜进行热板坚膜；
采用干法刻蚀工艺刻蚀所述二氧化硅层芯层，形成波导芯层。
由上述内容可以得知，本发明提供的方法直接采用光刻胶作为二氧化硅芯层的掩膜，无需制作多晶硅层或金属层，简化了制作流程，工艺简单，降低了制作过程中出现错误的几率，提供了产品的良率。
并且，采用热板坚膜工艺对光刻胶掩膜进行坚膜，提高了光刻胶掩膜的强度，降低了在刻蚀二氧化硅芯层时对光刻胶掩膜形貌的破坏，最大程度降低了光刻胶掩膜形貌差而对二氧化硅芯层的刻蚀产生不良影响。
以上是本发明的核心思想，为使本发明的上述目的、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。
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，但是本发明还可以采用其他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例的限制。
其次，本发明结合示意图进行详细描述，在详述本发明实施例时，为便于说明，表示器件结构的剖面图会不依一般比例作局部放大，而且所述示意图只是示例，其在此不应限制本发明保护的范围。此外，在实际制作中应包含长度、宽度及深度的三维空间尺寸。
本申请实施例提供了一种平面光波导器件制作方法，结合图1和2a～2g所示，对本申请实施例提供的平面光波导器件制作方法进行详细描述，其中，图1为本申请实施例提供的一种平面光波导器件制作方法流程图，图2a～2g为本申请实施例提供的一种平面光波导器件制作结构流程示意图。
制作方法包括：
S1、在二氧化硅芯层上形成光刻胶掩膜。
在衬底上形成有波导下包层，在波导下包层上形成有二氧化硅芯层，在二氧化硅芯层上形成有光刻胶掩膜。
具体的，
参考图2a所示，首先提供一衬底1，衬底为硅片；
参考图2b所示，在衬底1上形成波导下包层2，可以采用火焰水解法或者化学气相淀积工艺，在衬底上生长一层掺杂磷、硼离子的二氧化硅层，作为波导下包层；
参考图2c所示，在波导下包层2上形成二氧化硅芯层3，同样可以采用火焰水解法或者化学气相淀积工艺，在波导下包层上生长一层掺杂锗离子的二氧化硅芯层，用于制作波导芯层；
参考图2d所示，在二氧化硅芯层3上形成光刻胶层4；
最后，参考图2e所示，对光刻胶层4进行曝光显影形成光刻胶掩膜5，即将波导图形用光刻胶保护起来。
本申请实施例中，优选的光刻胶掩膜为正性光刻胶掩膜。
S2、对所述光刻胶掩膜进行热板坚膜。
本申请实施例优选的光刻胶掩膜的厚度制作较薄，可以对二氧化硅芯层刻蚀大深宽比的深槽，可选的光刻胶掩膜厚度范围为2μm～3μm，包括端点值，更为优选的光刻胶掩膜厚度2.7μm。
本申请实施例采用光刻胶作为掩膜，在后续对二氧化硅芯层进行刻蚀时，会对光刻胶掩膜造成损伤，因此需要将光刻胶掩膜的强度提高，最大程度减小损伤。
本申请实施例优选的采用热板坚膜工艺，不仅设备成本低，而且坚膜时间短，提高了生产效率。其中，热板坚膜的温度范围为100℃～120℃，包括端点值，时间范围为50s～70s，包括端点值。
更为优选的，热板坚膜的温度为110℃，时间为60s，在此温度和时间条件下，光刻胶掩膜强度最优。
S3、采用干法刻蚀工艺刻蚀所述二氧化硅芯层，形成波导芯层。
参考图2f所示，通过干法刻蚀工艺将二氧化硅芯层刻蚀，形成波导芯层6，而后去除光刻胶掩膜5。
本实施例采用的干法刻蚀工艺为电感耦合等离子体刻蚀工艺，其中，所述电感耦合等离子体刻蚀工艺的工艺参数为基片温度范围为9℃～11℃，包括端点值；
压强范围为5mtorr～7mtorr，包括端点值；
C4F8气体流量范围为13sccm～15sccm，包括端点值；
He气体流量范围为173sccm～175sccm，包括端点值；
H2气体流量范围为9sccm～11sccm，包括端点值；
上电极功率范围为1650W～1750W，包括端点值；
下电极功率范围为480W～520W，包括端点值；
反应时间范围为20min～22min，包括端点值。
所述电感耦合等离子体刻蚀工艺的工艺参数更为优选的为基片温度为10℃；
压强为6mtorr；
C4F8气体流量为14sccm；
He气体流量为174sccm；
H2气体流量为10sccm；
上电极功率为1700W；
下电极功率为500W；
反应时间为21min。
在上述更为优选的工艺参数条件下，其刻蚀性能最优，其中，在光刻胶掩膜的图形密集区（即光刻胶掩膜中，需要刻蚀的区域宽度在大约为3.3μm左右的区域）的刻蚀速率可达3300A/min，在光刻胶掩膜的图形疏松区（即光刻胶掩膜中，需要刻蚀的区域宽度在大约为10μm左右的区域）的刻蚀速率可达3700A/min，并且二氧化硅芯层对光刻胶掩膜的选择比达6:1，最终刻蚀得到的深槽侧壁角度陡直，具体为大于88度。
通过大量实验论证，采用光刻胶作为掩膜刻蚀二氧化硅芯层，在后续测试时完全达到要求。
S4、形成波导上包层。
参考图2g所示，形成覆盖波导芯层6的波导上包层7，可以采用火焰水解法或者化学气相淀积工艺生长一层掺杂磷、硼离子的二氧化硅层，作为波导上包层。
需要说明的是，图2a～2g并不是平面光波导器件的具体结构形状，只是形象的表示平面光波导器件的形成过程。
本申请实施例所提供的平面光波导器件制作方法，包括：在二氧化硅芯层上形成光刻胶掩膜，对所述光刻胶掩膜进行热板坚膜，采用干法刻蚀工艺刻蚀所述二氧化硅芯层，形成波导芯层。直接采用光刻胶作为二氧化硅芯层的掩膜，无需制作多晶硅层或金属层，简化了制作流程，工艺简单，降低了制作过程中出现错误的几率，提供了产品的良率。
并且，采用热板坚膜工艺对光刻胶掩膜进行坚膜，提高了光刻胶掩膜的强度，降低了在刻蚀二氧化硅芯层时对光刻胶掩膜形貌的破坏，最大程度降低了光刻胶掩膜形貌差而对二氧化硅芯层的刻蚀产生不良影响。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (9)

1.一种平面光波导器件制作方法，其特征在于，包括：
在二氧化硅芯层上形成光刻胶掩膜；
对所述光刻胶掩膜进行热板坚膜；
采用干法刻蚀工艺刻蚀所述二氧化硅芯层，形成波导芯层。
2.根据权利要求1所述的平面光波导器件制作方法，其特征在于，所述光刻胶掩膜为正性光刻胶掩膜。
3.根据权利要求2所述的平面光波导器件制作方法，其特征在于，所述光刻胶掩膜厚度范围为2μm～3μm，包括端点值。
4.根据权利要求3所述的平面光波导器件制作方法，其特征在于，所述光刻胶掩膜厚度为2.7μm。
5.根据权利要求3所述的平面光波导器件制作方法，其特征在于，所述热板坚膜的温度范围为100℃～120℃，包括端点值，时间范围为50s～70s，包括端点值。
6.根据权利要求5所述的平面光波导器件制作方法，其特征在于，所述热板坚膜的温度为110℃，时间为60s。
7.根据权利要求1所述的平面光波导器件制作方法，其特征在于，所述干法刻蚀工艺为电感耦合等离子体刻蚀工艺。
8.根据权利要求7所述的平面光波导器件制作方法，其特征在于，所述电感耦合等离子体刻蚀工艺的工艺参数为基片温度范围为9℃～11℃，包括端点值；
压强范围为5mtorr～7mtorr，包括端点值；
C4F8气体流量范围为13sccm～15sccm，包括端点值；
He气体流量范围为173sccm～175sccm，包括端点值；
H2气体流量范围为9sccm～11sccm，包括端点值；
上电极功率范围为1650W～1750W，包括端点值；
下电极功率范围为480W～520W，包括端点值；
反应时间范围为20min～22min，包括端点值。
9.根据权利要求8所述的平面光波导器件制作方法，其特征在于，所述电感耦合等离子体刻蚀工艺的工艺参数为基片温度为10℃；
压强为6mtorr；
C4F8气体流量为14sccm；
He气体流量为174sccm；
H2气体流量为10sccm；
上电极功率为1700W；
下电极功率为500W；
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