CN104635299A - 一种平面光波导的湿法刻蚀方法及制作方法 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种平面光波导的湿法刻蚀方法，用于对衬底表面的金属层进行快速刻蚀，所述湿法刻蚀方法包括：在金属层表面形成图案化的光刻胶层，作为第一掩膜层；将所述衬底具有金属的一面向上水平放置并浸没于刻蚀液中，对所述金属层进行刻蚀，形成图案化的金属层，在刻蚀过程中，使得所述刻蚀液与所述衬底相对运动；刻蚀完成后去除所述第一掩膜层。采用所述湿法刻蚀方法对所述衬底进行刻蚀，成本低且工作效率高。本申请还公开了一种平面光波导的制作方法，利用此方法能使制作光波导的效率提高，成本降低。

Description

一种平面光波导的湿法刻蚀方法及制作方法

技术领域

本发明涉及光通信设备制造技术领域，特别是涉及一种平面光波导的湿法刻蚀方法及制作方法。

背景技术

光通信是一种以光为媒介的通信方式，具有传输频带宽、通信容量大，抗电磁干扰能力强等优势，正在逐步取代传统的通信方式，因此，光通信设备的制造也呈现出蓬勃发展的态势。

平面光波导器件以其体积小、集成度高、可靠性好等优点被广泛应用在光调制器、光开关、光功率分配器、光耦合器、波分复用器、光滤波器、偏振分束器以及微透镜等光学产品中，从而成为制作光通信器件所需的一种常见部件。参考图1，图1为平面光波导的结构示意图，包括：衬底101；设置在所述衬底101表面的波导芯层102；覆盖在所述波导芯层2表面的保护层103。

在制备光波导器件时，需要制备金属掩膜层以便后续工艺中形成设定结构的波导芯层。制备设定结构的金属掩膜层时需要通过湿法刻蚀对衬底上的金属进行刻蚀，现有制作工艺需要具有金属层的衬底竖直放置在片盒中，故刻蚀槽中需要放置较多的刻蚀试剂以完全浸没衬底，以保证刻蚀效果。而大量的刻蚀试剂的使用导致平面光波导的制作成本较高，而且刻蚀速率慢，导致平面光波导的制作效率低。

发明内容

为解决上述问题，本发明提供了一种平面光波导的湿法刻蚀方法及制作方法，能够降低平面光波导的制作成本，提高制作效率。

本发明提供的一种平面光波导的湿法刻蚀方法，用于对衬底表面的金属层进行刻蚀，包括：

在金属层表面形成图案化的光刻胶层，作为第一掩膜层；

将所述衬底具有金属的一面向上水平放置并浸没于刻蚀液中，对所述金属层进行刻蚀，形成图案化的金属层，在刻蚀过程中，使得所述刻蚀液与所述衬底相对运动；

刻蚀完成后去除所述第一掩膜层。

优选的，在上述刻蚀方法中，所述使得所述刻蚀液与所述衬底相对运动是通过搅拌棒对所述刻蚀液进行机械搅拌，使得所述刻蚀液与所述衬底相对运动。

优选的，在上述刻蚀方法中，所述使得所述刻蚀液与所述衬底相对运动是通过超声设备对所述刻蚀液进行超声搅拌，使得所述刻蚀液与所述衬底相对运动。

优选的，在上述刻蚀方法中，所述使得所述刻蚀液与所述衬底相对运动是控制所述衬底进行运动，使得所述刻蚀液与所述衬底相对运动。

优选的，在上述刻蚀方法中，所述控制所述衬底进行运动是控制所述衬底进行定轴转动。

优选的，在上述刻蚀方法中，所述控制所述衬底进行运动是控制所述衬底进行往复直线运动。

优选的，在上述刻蚀方法中，所述刻蚀完成的判断方式包括：达到设定时间后，则判断所述刻蚀完成。

优选的，在上述刻蚀方法中，所述刻蚀完成的判断方式包括：观察浸没在所述刻蚀液内的未被所述第一掩膜层遮挡的金属层的颜色由黑色变为银白色时，则判断所述刻蚀完成。

本发明还提供了一种平面光波导的制作方法，包括：

在衬底表面形成芯层；

在所述芯层表面形成金属层；

采用如上面所述的湿法刻蚀方法对所述金属层进行刻蚀，图案化所述金属层；

以图案化后的金属层为第二掩膜层对所述芯层进行刻蚀，形成预设结构的波导芯层；

去除刻蚀后的金属层，在所述波导芯层表面形成保护层。

通过上述描述，本发明提供的湿法刻蚀方法包括：在金属层表面形成图案化的光刻胶层，作为第一掩膜层；将所述衬底具有金属的一面向上水平放置并浸没于刻蚀液中，对所述金属层进行刻蚀，形成图案化的金属层，在刻蚀过程中，使得所述刻蚀液与所述衬底相对运动；刻蚀完成后去除所述第一掩膜层。这种方法克服了现有技术中刻蚀液浪费和衬底静置造成的刻蚀效率低，以及存在刻蚀不足、过刻蚀的缺点，具有明显的有益效果。本发明中，衬底水平放置于刻蚀液中，因此将其浸没仅需较少的刻蚀液，节省了刻蚀液；刻蚀过程中，衬底与刻蚀液不再是静止的状态，而是用外力使二者相对运动，从而刻蚀液与衬底表面的金属更为充分地接触并反应，达到对金属进行快速刻蚀的目的；本发明灵活地采用计时法和表面状态判断法，对每个衬底的刻蚀完成状态分别进行有效的判断，从而保证每个衬底刻蚀的充分性，避免了刻蚀不充分和过度刻蚀的可能，使刻蚀更有效率，从而能够提高产品良率，达到降低平面光波导制造成本的目的。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例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，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为平面光波导的结构示意图；

图2为本发明实施例的平面光波导的湿法刻蚀流程图；

图3为本发明实施例的湿法刻蚀过程中对刻蚀液进行搅拌的示意图；

图4为本发明实施例的湿法刻蚀过程中使衬底运动的示意图；

图5-图13为本发明实施例的平面光波导的制作过程示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本申请实施例提供了一种平面光波导的湿法刻蚀方法，参考图2，图2为本申请实施例提供的一种平面光波导的湿法刻蚀方法的流程示意图，所述流程包括：

步骤S31：在金属层表面形成图案化的光刻胶层，作为第一掩膜层。

在该步骤中，所述金属层可以为铬或铜，先通过化学气相沉积或电镀方式在衬底表面形成所述金属层，然后涂一层光刻胶，利用光刻技术使光刻胶形成一定的图案，作为刻蚀金属层的掩膜层。此处利用光刻胶来保护位于其下的金属层不被刻蚀液所刻蚀，在后续步骤中对所述金属层进行刻蚀时，只有未被光刻胶保护的金属层部分才会得到刻蚀，这样才能最终形成金属图案。

步骤S32：将所述衬底具有金属的一面向上水平放置并浸没于刻蚀液中，对所述金属层进行刻蚀，形成图案化的金属层，在刻蚀过程中，使得所述刻蚀液与所述衬底相对运动。

在该步骤中，本实施例将衬底水平放置在刻蚀液中，这种方式相对于现有技术通常所采用的竖直放置方式具有明显的有益效果：由于衬底的厚度要远小于其长度，所以此时浸没衬底仅需要较少的刻蚀液，因此节省了刻蚀液，降低了刻蚀的成本。

在刻蚀过程中，使得刻蚀液与衬底相对运动，第一种实施方式是使得刻蚀液运动，请参考图3所示，图3为湿法刻蚀过程中用搅拌棒对刻蚀液进行搅拌的示意图，首先将刻蚀液302倒入容器303中，然后将衬底301水平放置并浸没于刻蚀液302中，其中，衬底301上表面有金属层。在本实施例中，尤其需要注意的是，在刻蚀过程中采用搅拌棒304对刻蚀液302进行搅拌，使得所述刻蚀液与所述衬底相对运动，实现对暴露在刻蚀液中的金属层的快速刻蚀。

需要进一步说明的是，此处利用搅拌棒进行搅拌的作用是：在刻蚀过程中，使刻蚀液产生相对于衬底的运动，从而使刻蚀液对金属的刻蚀速度更快。具体的原因可以从微观角度来分析，当刻蚀液中的一个离子与衬底表面的金属原子发生反应以后，生成了若干新的离子，假如此时刻蚀液静止，那新生成的若干新的离子要想离开发生反应的位置，就只能依靠微观粒子的自然运动，如布朗运动，而这种运动显然是速度不够快。无数新生成离子在原地短暂停留，就会阻挡其他的刻蚀液离子继续与衬底上金属原子反应，因而在宏观上来看，就降低了整体的刻蚀速率。而如果刻蚀液在外力的作用下相对于衬底进行运动时，这种相对运动能够使得刻蚀反应的产物很快从衬底表面的金属层上带走，从而新的刻蚀液离子就能很快补充过来，继续与金属原子发生反应，就提高了刻蚀速度。

本实施例是利用搅拌棒使刻蚀液产生运动，搅拌方向可以沿顺时针方向或逆时针方向，或者沿两个方向交替进行均可。当然，此处采取的方式并不限于使用搅拌棒，而是包括任何能够使得刻蚀液运动的方式。例如，还可以利用超声设备对所述刻蚀液进行超声搅拌，使刻蚀液中的离子在超声的作用下产生共振，也能达到刻蚀液与衬底进行相对运动的效果，从而也能起到加速刻蚀的作用。

第二种使得刻蚀液与衬底相对运动的方法是使得衬底运动。此时，一种实现方式可以如图4所示，图4为对衬底湿法刻蚀时使衬底运动的示意图，将衬底301放置于支座305上，该支座305能够在外力的驱动作用下运动，从而带动衬底运动，实现衬底与刻蚀液的相对运动，从而提高刻蚀速度。需要说明的是，此处衬底所进行的运动包括多种方式，例如往复直线运动或定轴转动方式，等等。

通过以上所述的各种方式，实现衬底与刻蚀液的相对运动，从而使得本发明相对于现有技术来说，具有更高的刻蚀速率。

步骤S33：刻蚀完成后去除所述第一掩膜层。

在该步骤中，本发明提供了两种判断刻蚀完成的方式，包括根据衬底表面状态判断和根据时间判断。

第一种判断方式是通过观察浸没在所述刻蚀液内的未被所述第一掩膜层遮挡的金属层的颜色由黑色变为银白色时，则判断所述刻蚀完成。即通过用肉眼观察衬底表面状态作为判断刻蚀完成的依据。

所述衬底为半导体材料衬底，会呈现银白色，金属层在进行湿法刻蚀时是通过酸溶液进行氧化，会呈现黑色。当反应完毕后，肉眼能够观察到衬底表面恢复为本身的银白色。

因此，可以依据上述原理对刻蚀过程进行判断：当浸没在刻蚀液内的未被第一掩膜层遮挡的金属层的颜色由黑色变为衬底本身所具有的银白色时，就表示刻蚀液已经恰好将暴露在外面的金属层全部刻蚀完毕，此时取出衬底是最恰当的时机。

此处将衬底表面状态变化作为刻蚀完成的判断标准，就能够针对每个衬底的具体情况进行具体分析，而不再利用一个规定的时间教条式的判断反应是否完毕，由于颜色的变化最能反应刻蚀的进度，因此，只要观察到衬底颜色变为银白色，就可以判断此时刻蚀恰好进行完毕，不会出现过度刻蚀或刻蚀不足的现象。

第二种判断方式是当达到设定时间后，则判断所述刻蚀完成。对于设定的金属材料，其在设定的刻蚀液中的腐蚀速度是固定的，因此，可以利用反应的时间进行判断。

例如，针对某一批次衬底的刻蚀，首先确认其中一个衬底的金属层的厚度h，再对此衬底进行刻蚀并记录刻蚀恰好完成的时间t，计算出该工艺下的平均刻蚀速率v，其中v＝h/t,然后利用相同的刻蚀工艺，对其他衬底进行刻蚀，就能利用衬底上金属层的厚度与该工艺的平均刻蚀速率，计算出反应恰好完成所需经历的时间，再利用计时的方法来判断刻蚀是否恰好完成。利用该方式同样能避免过度刻蚀或刻蚀不足的现象，实现对刻蚀工艺的精确控制，提高了刻蚀效率。

在该步骤中，可以采用常规光刻工艺中去除光刻胶的方式去除所述第一掩膜层，在此不再赘述。

通过上述描述可知，本实施例提供的湿法刻蚀方法降低了成本，并提高了刻蚀速率，避免了刻蚀不足和过刻蚀现象。

基于上述实施例，本申请的另一实施例还提供了一种平面光波导的制作方法，参考图5至图13，所述制作方法包括：

步骤S51：参考图5，在衬底101表面形成平面光波导的芯层102。

在该步骤中，衬底101可以是硅晶圆，也可以是砷化镓晶圆等等，该芯层102可以利用二氧化硅或其他可以用作光波导芯层的材料，而该芯层102形成的方式可以利用化学气相沉积工艺，也可以利用氧化工艺等等。

步骤S52：参考图6，在所述芯层102表面形成金属层104。

在该步骤中，金属可以利用铬或铜等，所用的金属只要能够当对芯层刻蚀时对芯层形成有效的屏蔽即可，金属层104的形成方式包括溅射或电镀等等。

步骤S53：采用上述实施例所述湿法刻蚀方法对金属层104进行刻蚀。

通过该步骤对金属层104进行刻蚀形成图案化的金属层104，在后续步骤中可以图案化的金属层104作为第二掩膜层对上述波导芯层102进行刻蚀，以形成与图案化的金属层104相对应的波导芯层102。如上述实施例所述可以通过光刻工艺，通过控制图案化的光刻胶层的图案结构来制备预设图案结构的图案化的金属层104。

上述步骤S31的实现方式可以参考图7-图8。

在金属层104上形成光刻胶层105。

对光刻胶层105进行图案化。

在该步骤中，光刻胶层的图案化利用的是掩膜板和光照。

上述步骤S32的实现方式可以参考图9。

以光刻胶图案为掩膜层对金属层104进行刻蚀。

在该步骤中，所用刻蚀液可以是铬腐蚀液或铜腐蚀液等等，刻蚀时，如本实施例提供的湿法刻蚀方法所述，将衬底水平的放置于刻蚀液中，并在刻蚀过程中使得刻蚀液与衬底相对运动，根据衬底表面状态变化或时间来判断刻蚀是否完成，刻蚀完成后形成图案化的金属层。

上述步骤S33的实现方式可以参考图10。

去除剩余的光刻胶，就仅留下了图案化的金属层104。

步骤S54：参考图11，以图案化后的金属层104为第二掩膜层对芯层102进行刻蚀，形成预设结构的平面光波导芯层。

步骤S55：参考图12，去除金属层104，仅留下图案化的芯层102。

步骤S56：参考图13，在波导芯层102表面形成保护层103。

需要说明的是本实施例所述制作方法基于上述湿法刻蚀方法，相同相似之处可以相互补充说明，在此不在赘述。

利用如上所述的平面光波导的制作方法，由于采用了上述实施例中的湿法刻蚀的方法，有效的降低了制作成本，并且提高了制作效率。

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)

1.一种平面光波导的湿法刻蚀方法，用于对衬底表面的金属层进行刻蚀，其特征在于，包括：

在金属层表面形成图案化的光刻胶层，作为第一掩膜层；

将所述衬底具有金属的一面向上水平放置并浸没于刻蚀液中，对所述金属层进行刻蚀，形成图案化的金属层，在刻蚀过程中，使得所述刻蚀液与所述衬底相对运动；

刻蚀完成后去除所述第一掩膜层。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述使得所述刻蚀液与所述衬底相对运动是通过搅拌棒对所述刻蚀液进行机械搅拌，使得所述刻蚀液与所述衬底相对运动。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述使得所述刻蚀液与所述衬底相对运动是通过超声设备对所述刻蚀液进行超声搅拌，使得所述刻蚀液与所述衬底相对运动。

4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述使得所述刻蚀液与所述衬底相对运动是控制所述衬底进行运动，使得所述刻蚀液与所述衬底相对运动。

5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，所述控制所述衬底进行运动是控制所述衬底进行定轴转动。

6.如权利要求4所述的方法，其特征在于，所述控制所述衬底进行运动是控制所述衬底进行往复直线运动。

7.如权利要求1-6任一项所述的方法，其特征在于，所述刻蚀完成的判断方式包括：达到设定时间后，则判断所述刻蚀完成。

8.如权利要求1-6任一项所述的方法，其特征在于，所述刻蚀完成的判断方式包括：观察浸没在所述刻蚀液内的未被所述第一掩膜层遮挡的金属层的颜色由黑色变为银白色时，则判断所述刻蚀完成。

9.一种平面光波导的制作方法，其特征在于，包括：

在衬底表面形成芯层；

在所述芯层表面形成金属层；

采用如权利要求1-8任一项所述的湿法刻蚀方法对所述金属层进行刻蚀，图案化所述金属层；

以图案化后的金属层为第二掩膜层对所述芯层进行刻蚀，形成预设结构的波导芯层；

去除刻蚀后的金属层，在所述波导芯层表面形成保护层。