CN104609719A - 一种光纤芯层的制作方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种光纤芯层的制作方法，主要包含步骤如下：步骤1、在硅衬底上沉积第一层氧化膜；步骤2、在第一层氧化膜上采用物理气相沉积法沉积锗膜层；步骤3、运用光刻和刻蚀工艺定义出所需的锗膜层的特定图形；步骤4、在高温、氧气环境下，对锗膜层进行锗氧化，形成二氧化锗；步骤5、在全硅片上沉积第二层氧化膜；步骤6、利用化学机械研磨工艺对第二层氧化膜的表面进行平坦化。采用本发明方法能解决光纤芯层由于锗元素的掺入而导致的器件失效等问题。

Description

一种光纤芯层的制作方法

技术领域

本发明涉及半导体集成电路制造工艺，尤其涉及一种光纤芯层的制作方法。

背景技术

光纤是以光脉冲的形式传播信号，材质以玻璃或有机玻璃为主的网络传输介质。光纤主要由三部分组成：芯层（Core）、包层（Cladding）以及涂覆层（coating）。芯层和包层的主要成分为二氧化硅，而涂覆层的主要成分为丙烯酸树脂。为了降低光在光纤中传输的损耗，芯层的折射率要大于包层的折射率，以保证光在界面上是全发射。折射率的差异主要是通过在二氧化硅中掺入杂质来实现：在芯层中掺入锗以提高其折射率；而在包层中掺入氟以降低其折射率。

光纤的主要制作工艺包括玻璃加工、制棒、清洗、拉丝、性能测试以及包装入库等。其中，尤以制棒为最重要。制棒的工艺包括玻璃分相法、溶胶-凝胶法和气相沉积法，但是，这几种方法多少都有折射率剖面粗糙，原材料利用率低等缺点，从而导致光纤结构不完善，如光纤中有气泡、杂质、或者粗细不均，特别是芯-包层交界面不平滑等，当光传输到这些地方时，就会出现光的散射现象，从而造成光传输的损耗。

发明内容

本发明解决的技术问题是提供一种光纤芯层的制作方法，其利用物理气相沉积法沉积锗层，并通过光刻和刻蚀工艺定义出所需图形，再在氧气氛围中进行氧化的全新芯层制作方法，从而解决光纤芯层由于锗元素的掺入而导致的器件失效等问题。

为解决上述技术问题，本发明提供一种光纤芯层的制作方法，主要包含步骤如下：

步骤1、在硅衬底上沉积第一层氧化膜；

步骤2、在第一层氧化膜上采用物理气相沉积法沉积锗膜层；

步骤3、运用光刻和刻蚀工艺定义出所需的锗膜层的特定图形；

步骤4、在高温、氧气环境下，对锗膜层进行锗氧化，形成二氧化锗；

步骤5、在全硅片上沉积第二层氧化膜；

步骤6、利用化学机械研磨工艺对第二层氧化膜的表面进行平坦化。

在步骤1中，所述沉积第一层氧化膜的方法采用化学气相沉积法、旋涂法或炉管氧化法，所述第一层氧化膜是二氧化硅。所述第一层氧化膜的厚度为5～20微米。所述第一层氧化膜中掺入杂质以降低其折射率，掺杂元素为氟、碳，硼、磷或其任意组合，掺杂量为摩尔百分比0～10%。

在步骤2中，所述物理气相沉积法的压力为2～20豪托，反应温度为100～300摄氏度，采用气体为惰性气体（例如，氩气、氮气、氦气等），气体流量为20～80毫升每分钟。所述锗膜层的厚度为3～7微米。

在步骤4中，所述氧化温度为850摄氏度到1200摄氏度，最优温度为1150摄氏度，所述氧化时间为20小时到35小时，所述氧化气体流量为5升/分钟到10升/分钟。该步骤通过调节工艺参数以确保锗膜层全部被氧化，形成二氧化锗。

在步骤5中，所述沉积第二层氧化膜的方法采用化学气相沉积法或旋涂法。所述第二层氧化膜的折射率和步骤1中第一层氧化膜的折射率相同，即第二层氧化膜和第一层氧化膜的掺杂元素和掺杂量相同。

在步骤6完成后，在平坦化的表面上再继续沉积和第二层氧化膜相同折射率的膜层，以满足光纤芯层厚度的需求。

和现有技术相比，本发明具有以下有益效果：本发明提供了一种利用物理气相沉积法沉积锗层，并通过光刻和刻蚀工艺定义出所需图形，再在氧气氛围中进行氧化的全新芯层制作方法，从而以期解决由化学气相沉积法制作的掺锗的氧化硅由于掺杂量的不一致而导致的光纤传输损耗过高，甚至失效的问题。由于锗的薄膜是由物理气相沉积法制作的，而后再在氧气的氛围中氧化，全部形成氧化锗，不存在锗的含量在薄膜中分布不均而带来的一系列问题，提高了光纤的性能。

附图说明

图1-图6是本发明一种光纤芯层的制作方法的每一步骤完成后的断面示意图；其中，图1是本发明方法的步骤1完成后的示意图；图2是本发明方法的步骤2完成后的示意图；图3是本发明方法的步骤3完成后的示意图；图4是本发明方法的步骤4完成后的示意图；图5是本发明方法的步骤5完成后的示意图；图6是本发明方法的步骤6完成后的示意图；

图中附图标记说明如下：

101-硅衬底，102-第一层氧化膜，103-锗膜层，104-二氧化锗，105-第二层氧化膜。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步详细的说明。

如图1-图6所示，本发明一种光纤芯层的制作方法，包括如下步骤：

1.如图1所示，在硅衬底101上沉积第一层氧化膜102，该第一层氧化膜102可以采用二氧化硅，第一层氧化膜102的厚度为5～20微米，沉积第一层氧化膜102的方法包含但不限于化学气相沉积法、旋涂法和炉管氧化法；该第一层氧化膜102中可以掺入杂质以降低其折射率，掺杂元素为可以是硼，磷，碳，氟等元素，或这些元素的混合使用，掺杂量为摩尔百分比0～10%；

2.如图2所示，在第一层氧化膜102上通过物理气相沉积法沉积锗膜层103，锗膜层103的特定厚度为3～7微米；该步骤物理气相沉积法的工艺条件为：压力为2～20豪托，反应温度为100～300摄氏度，气体为氩气、氮气、氦气或其他惰性气体，气体流量为20～80毫升每分钟；

3.如图3所示，通过光刻和刻蚀工艺定义出所需的锗膜层103的特定图形；

4如图4所示，在高温、氧气的环境中，对特定图形的锗膜层103进行锗氧化，该步骤的工艺特点是所述氧化温度为850摄氏度到1200摄氏度，最优温度为1150摄氏度，所述氧化时间为20小时到35小时，所述氧化气体流量为5升/分钟到10升/分钟。要调节工艺参数以确保锗膜层103全部被氧化，形成二氧化锗104；锗氧化的方法包含但不限于炉管氧化法，快速热退火氧化法等；

5.如图5所示，在全硅片上沉积第二层氧化膜105，该步骤的工艺特点是要保证所沉积的第二层氧化膜105的折射率和第一层氧化膜102的折射率相同，即薄膜的掺杂量和元素要保证一致；沉积第二层氧化膜105的方法包含但不限于化学气相沉积法、旋涂法；

6.如图6所示，运用传统的化学机械研磨法对第二层氧化膜105的表面进行平坦化。在平坦化后，可以视具体情况在平坦化的表面上再继续沉积和第二层氧化膜105相同折射率的膜层，以满足光纤芯层厚度的需求。

在本发明中，由于锗膜层是采用物理气相沉积法生长的，而后再在氧气的氛围中氧化，全部形成二氧化锗，不存在锗的含量在薄膜中分布不均而带来的一系列问题，提高了光纤的性能。因此，本发明可以解决由传统化学气相沉积法制作的掺锗的氧化硅由于掺杂量的不一致而导致的光纤传输损耗过高，甚至失效的问题。

Claims (12)

1.一种光纤芯层的制作方法，其特征在于，主要包含步骤如下：

步骤1、在硅衬底上沉积第一层氧化膜；

步骤2、在第一层氧化膜上采用物理气相沉积法沉积锗膜层；

步骤3、运用光刻和刻蚀工艺定义出所需的锗膜层的特定图形；

步骤4、在高温、氧气环境下，对锗膜层进行锗氧化，形成二氧化锗；

步骤5、在全硅片上沉积第二层氧化膜；

步骤6、利用化学机械研磨工艺对第二层氧化膜的表面进行平坦化。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤1中，所述沉积第一层氧化膜的方法采用化学气相沉积法、旋涂法或炉管氧化法，所述第一层氧化膜是二氧化硅。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤1中，所述第一层氧化膜的厚度为5～20微米。

4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤1中，所述第一层氧化膜中掺入杂质以降低其折射率，掺杂元素为氟、碳，硼、磷或其任意组合，掺杂量为摩尔百分比0～10%。

5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤2中，所述物理气相沉积法的压力为2～20豪托，反应温度为100～300摄氏度，采用气体为惰性气体，气体流量为20～80毫升每分钟。

6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤2中，所述锗膜层的厚度为3～7微米。

7.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤4中，所述锗氧化的方法采用炉管氧化法或快速热退火氧化法。

8.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤4中，所述氧化温度为850摄氏度到1200摄氏度，所述氧化时间为20小时到35小时，所述氧化气体流量为5升/分钟到10升/分钟；该步骤中通过调节工艺参数以确保锗膜层全部被氧化，形成二氧化锗。

9.如权利要求8所述的方法，其特征在于，在步骤4中，所述氧化温度为1150摄氏度。

10.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤5中，所述沉积第二层氧化膜的方法采用化学气相沉积法或旋涂法。

11.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤5中，所述第二层氧化膜的折射率和步骤1中第一层氧化膜的折射率相同，即第二层氧化膜和第一层氧化膜的掺杂元素和掺杂量相同。

12.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤6完成后，在平坦化的表面上再继续沉积和第二层氧化膜相同折射率的膜层，以满足光纤芯层厚度的需求。