CN108303766A - 一种平面光波导晶圆生产工艺方法 - Google Patents

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诸晓燕
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Abstract

本发明涉及一种平面光波导晶圆生产工艺方法，依次包括如下步骤：在基板的表面上沉积掩膜层；在掩膜层的表面涂覆光刻胶，使光刻胶形成层状结构；对光刻胶进行光刻，使光刻胶形成目标图形；对掩膜层失去光刻胶保护的部分进行刻蚀，使掩膜层被刻蚀的位置形成槽道；完全去除光刻胶；对基板与槽道接触的位置进行刻蚀，使得槽道深入至基板中；去除剩余的掩膜层；对基板的表面沉积芯层，使得芯层填入槽道内；对芯层的表面进行研磨；对芯层的表面沉积上包层。本发明使大尺寸的光波导晶圆翘曲在一个可控范围内，保证整个晶圆内光波导的尺寸，从而使八寸及以上光波导晶圆的良率大大提高，同时适用于小尺寸晶圆生产的平面光波导晶圆生产工艺方法。

Description

一种平面光波导晶圆生产工艺方法
技术领域
本发明涉及一种平面光波导晶圆生产工艺方法，属于光通信领域。
背景技术
光波导是集成光学重要的基础性部件，它能将光波束缚在光波长量级（微米纳料级）尺寸的介质中，目前硅基/石英基沉积二氧化硅光波导晶圆是应用最广泛的，虽然各种光波导晶圆工艺过程较为简单，没有半导导晶圆的套刻多层等工艺，但光波导晶圆由于要将光在波导中传播，任何细小的微变都是使光传播出现变化，目前国内外光波导晶圆生产都集中在生产四寸或六寸，这是由于晶圆越大，应力分布产生的翘曲使晶圆的良率不高从而无法进行生产，但是晶圆无论大小，生产过程的工艺步骤基本差不多，但单片大尺寸的晶圆的芯片颗粒大大多于单片小尺寸晶圆颗粒，所以大尺寸晶圆成本优势明显，用大尺寸晶圆生产的芯片成本是小尺寸晶圆生产的芯片成本的几分之一。
又如中国专利201610279110.5，即为现有生产方法，其生产过程中即会产生出上述问题。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术中存在的上述不足，而提供一种适用于大尺寸晶圆生产，使大尺寸的光波导晶圆翘曲在一个可控范围内，保证整个晶圆内光波导的尺寸，从而使八寸及以上光波导晶圆的良率大大提高，同时适用于小尺寸晶圆生产的平面光波导晶圆生产工艺方法。
本发明解决上述问题所采用的技术方案是：一种平面光波导晶圆生产工艺方法，其特征在于：依次包括如下步骤：
步骤①：在基板的表面上沉积掩膜层；
步骤②：步骤①结束后，在掩膜层的表面涂覆光刻胶，使光刻胶形成层状结构；
步骤③：步骤②结束后，对光刻胶进行光刻，使光刻胶形成目标图形；
步骤④：步骤③结束后，对掩膜层失去光刻胶保护的部分进行刻蚀，使掩膜层被刻蚀的位置形成槽道；
步骤⑤：步骤④结束后，完全去除光刻胶；
步骤⑥：步骤⑤结束后，对基板与槽道接触的位置进行刻蚀，使得槽道深入至基板中；
步骤⑦：步骤⑥结束后，去除剩余的掩膜层；
步骤⑧：步骤⑦结束后，对基板的表面沉积芯层，使得芯层填入槽道内；
步骤⑨：步骤⑧结束后，对芯层的表面进行研磨；
步骤⑩：步骤⑨结束后，对芯层的表面沉积上包层。
本发明步骤①中，用磁控溅射设备淀积铬（Cr）形成掩膜层，或者，用低压化学气相沉积（LPCVD）方法沉积多晶硅（Si）形成掩膜层。
本发明步骤②中，光刻胶为紫外光刻胶，通过用光分路器图形的掩模板进行曝光和显影，使光刻胶形成目标图形。
本发明步骤④中，用反应离子刻蚀（RIE）设备或感应耦合等离子体（ICP）设备，将掩膜层失去光刻胶保护的部分刻蚀除去，形成光波导的槽道。
本发明基板的材质为石英玻璃，步骤⑧中，用离子体增强化学汽相淀积（PECVD）方法在基板上生长数微米厚的掺杂SiO2膜作为芯层填入槽道里，同时，槽道的外侧的基板的上表面会沉积有芯层。
本发明步骤⑨中，通过精磨设备，对芯层的表面进行研磨，使得芯层的高度为基板中槽道的高度，去除槽道的外侧的基板的上表面的芯层。
本发明上包层材质为SiO2，步骤⑩中，上包层采用火焰水解淀积（FHD）设备或离子体增强化学汽相淀积（PECVD）设备进行生长。
本发明相比现有技术，整个晶圆平整，厚薄均匀，再进行后续工艺，使最后的晶圆基本没有翘曲产生，从而大尺寸的晶圆良率大大提高。
附图说明
图1是本发明对比实施例流程示意图。
图2是本发明实施例的流程示意图。
具体实施方式
下面结合附图并通过实施例对本发明作进一步的详细说明，以下实施例是对本发明的解释而本发明并不局限于以下实施例。
对比实施例。
参见图1。
现有技术中，平面光波导晶圆生产工艺步骤如下：
步骤①：采用透明的石英玻璃作为基板，通过等离子体增强化学汽相淀积（PECVD）方法在基板上生长数微米厚的掺杂SiO2膜作为波导的芯层；
步骤②：步骤①结束后，应用磁控溅射设备淀积金属或用低压化学气相沉积（LPCVD）方法沉积多晶硅（Si）形成掩膜层；
作为优选，金属选用铬（Cr）；
步骤③：步骤②结束后，接着再在掩膜层上面涂敷紫外光刻胶；
步骤④：步骤③结束后，通过用光分路器图形的掩模板曝光和显影，使光刻胶复制成需要图形；
步骤⑤：步骤④结束后，应用反应离子刻蚀（RIE）设备或感应耦合等离子体（ICP）设备，将没有光刻胶保护的那部分掩膜层刻蚀除去，从而将分路器的图形转移到掩膜层上；
步骤⑥：步骤⑤结束后，去除掩膜层上面的光刻胶；
步骤⑦：步骤⑥结束后，采用感应耦合等离子体（ICP）技术把芯层刻出分路器的图形；
步骤⑧：步骤⑦结束后，接着将芯层上面的掩膜层全部腐蚀掉；
步骤⑨：步骤⑧结束后，用火焰水解淀积（FHD）设备或离子体增强化学汽相淀积（PECVD）设备在基板和芯层的上方生长SiO2的上包层。
现有技术的整体思路是沉积整个面，然后去除大部分，留下很小的光波导部分，俗称阳刻。该方法厚薄不均，在多次高温工艺下，应力集中造成翘曲，这样在小尺寸晶圆生产还能满足要求，但大尺寸生产时，均匀性就会下降。
实施例。
参见图2。
一种平面光波导晶圆生产工艺方法，依次包括如下步骤：
步骤①：在基板的表面上沉积掩膜层；
作为优选，本实施例中基板的材质为石英玻璃；
作为优选，本步骤中用磁控溅射设备淀积铬（Cr）形成掩膜层，或者，用低压化学气相沉积（LPCVD）方法沉积多晶硅（Si）形成掩膜层；
步骤②：步骤①结束后，在掩膜层的表面涂覆光刻胶，使光刻胶形成层状结构；
作为优选，本步骤中光刻胶为紫外光刻胶，通过用光分路器图形的掩模板进行曝光和显影，使光刻胶形成目标图形；
步骤③：步骤②结束后，对光刻胶进行光刻，使光刻胶形成目标图形；
步骤④：步骤③结束后，对掩膜层失去光刻胶保护的部分进行刻蚀，使掩膜层被刻蚀的位置形成槽道；
作为优选，本步骤中用反应离子刻蚀（RIE）设备或感应耦合等离子体（ICP）设备，将掩膜层失去光刻胶保护的部分刻蚀除去，形成光波导的槽道；
步骤⑤：步骤④结束后，完全去除光刻胶；
步骤⑥：步骤⑤结束后，对基板与槽道接触的位置进行刻蚀，使得槽道深入至基板中；
步骤⑦：步骤⑥结束后，去除剩余的掩膜层；
步骤⑧：步骤⑦结束后，对基板的表面沉积芯层，使得芯层填入槽道内；
作为优选，本步骤中用离子体增强化学汽相淀积（PECVD）方法在基板上生长数微米厚的掺杂SiO2膜作为芯层填入槽道里，同时，槽道的外侧的基板的上表面会沉积有芯层；
步骤⑨：步骤⑧结束后，对芯层的表面进行研磨；
作为优选，本步骤中通过精磨设备，对芯层的表面进行研磨，使得芯层的高度为基板中槽道的高度，去除槽道的外侧的基板的上表面的芯层；
步骤⑩：步骤⑨结束后，对芯层的表面沉积上包层。
作为优选，本实施例中包层材质为SiO2；
步骤⑩中，上包层采用火焰水解淀积（FHD）设备或离子体增强化学汽相淀积（PECVD）设备进行生长。
本实施例采用的新工艺使用先刻去少部会的光波导槽，俗称阴刻。该方法虽然也会和上述阳刻的方法一样会造成翘曲，但在将芯层填充进去后，使用磨抛的方法使整个晶圆平整，厚薄均匀，再进行后续工艺，使最后的晶圆基本没有翘曲产生，从而大尺寸的晶圆良率大大提高。换言之，可以提供磨平这一辅助操作的可能性，提供了结构支持，而现有技术不具备磨平这个辅助操作的结构基础。
此外，需要说明的是，本说明书中所描述的具体实施例，其零、部件的形状、所取名称等可以不同，本说明书中所描述的以上内容仅仅是对本发明结构所作的举例说明。凡依据本发明专利构思所述的构造、特征及原理所做的等效变化或者简单变化，均包括于本发明专利的保护范围内。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，只要不偏离本发明的结构或者超越本权利要求书所定义的范围，均应属于本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种平面光波导晶圆生产工艺方法，其特征在于：依次包括如下步骤：
步骤①：在基板的表面上沉积掩膜层；
步骤②：步骤①结束后，在掩膜层的表面涂覆光刻胶，使光刻胶形成层状结构；
步骤③：步骤②结束后，对光刻胶进行光刻，使光刻胶形成目标图形；
步骤④：步骤③结束后，对掩膜层失去光刻胶保护的部分进行刻蚀，使掩膜层被刻蚀的位置形成槽道；
步骤⑤：步骤④结束后，完全去除光刻胶；
步骤⑥：步骤⑤结束后，对基板与槽道接触的位置进行刻蚀，使得槽道深入至基板中；
步骤⑦：步骤⑥结束后，去除剩余的掩膜层；
步骤⑧：步骤⑦结束后，对基板的表面沉积芯层，使得芯层填入槽道内；
步骤⑨：步骤⑧结束后，对芯层的表面进行研磨；
步骤⑩：步骤⑨结束后，对芯层的表面沉积上包层。
2.根据权利要求1所述的平面光波导晶圆生产工艺方法，其特征在于：步骤①中，用磁控溅射设备淀积铬形成掩膜层，或者，用低压化学气相沉积方法沉积多晶硅形成掩膜层。
3.根据权利要求1或2所述的平面光波导晶圆生产工艺方法，其特征在于：步骤②中，光刻胶为紫外光刻胶，通过用光分路器图形的掩模板进行曝光和显影，使光刻胶形成目标图形。
4.根据权利要求1或2所述的平面光波导晶圆生产工艺方法，其特征在于：步骤④中，用反应离子刻蚀设备或感应耦合等离子体设备，将掩膜层失去光刻胶保护的部分刻蚀除去，形成光波导的槽道。
5.根据权利要求1或2所述的平面光波导晶圆生产工艺方法，其特征在于：基板的材质为石英玻璃，步骤⑧中，用离子体增强化学汽相淀积方法在基板上生长掺杂SiO2膜作为芯层填入槽道里，同时，槽道的外侧的基板的上表面会沉积有芯层。
6.根据权利要求5所述的平面光波导晶圆生产工艺方法，其特征在于：步骤⑨中，通过精磨设备，对芯层的表面进行研磨，使得芯层的高度为基板中槽道的高度，去除槽道的外侧的基板的上表面的芯层。
7.根据权利要求1或2所述的平面光波导晶圆生产工艺方法，其特征在于：上包层材质为SiO2，步骤⑩中，上包层采用火焰水解淀积设备或离子体增强化学汽相淀积设备进行生长。
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