CN110658649A - 硅基液晶器件的制作方法及硅基液晶器件、波长选择开关 - Google Patents

硅基液晶器件的制作方法及硅基液晶器件、波长选择开关 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种硅基液晶器件的制作方法及硅基液晶器件、波长选择开关。所述硅基液晶器件的制作方法在覆盖底电极及相邻底电极之间间隔的钝化层上形成液态材料膜，液态材料膜填充钝化层上的凹陷，而后对液态材料膜进行固化形成固态覆膜，并对固态覆膜进行蚀刻，形成填充所述凹陷的填充部，而后再在硅片上形成覆盖钝化层及填充部的配向膜，通过利用填充部填充钝化层表面的凹陷，能够提升后续制作的配向膜的表面平坦性，进而使得液晶层中的液晶分子具有连续的排列方向，保证液晶特性均匀，提升波长选择开关等产品品质。

Description

硅基液晶器件的制作方法及硅基液晶器件、波长选择开关
技术领域
本发明涉及光学设备技术领域，尤其涉及一种硅基液晶器件的制作方法及硅基液晶器件、波长选择开关。
背景技术
波长选择开关(Wavelength Selective Switch，WSS)是可重构光分插复用器(Reconfigurable Optical Add-Drop Multiplexer，ROADM)的核心光电器件，可实现任意波长或任意波长组合在任意端口的光信号切换、衰减或阻断，是当前光通信行业的重点产品之一。
波长选择开关一般包括光纤阵列、整形透镜、衍射光栅、会聚透镜及控制芯片，光线阵列输入的光信号经过整形透镜准直、光斑整形后再经过衍射光栅，使得不同波长的光信号在空间中沿不同角度分开，再由会聚透镜将不同波长信号光信号聚焦在控制芯片上，由控制芯片将不同波长的光信号沿不同方向输出，从而实现光信号的切换、衰减或阻断。
现有技术常用硅基液晶(Liquid Crystal ON Silicon)器件作为波长选择开关中的控制芯片。硅基液晶器件包括相对设置的硅片及顶板、间隔设于硅片靠近顶板的一侧的多个反光的底电极、设于顶板靠近硅片一侧的透光的顶电极、设于硅片及底电极靠近顶板一侧的配向膜及设于配向膜与顶电极之间的液晶层，通过控制施加在底电极与顶电极上的电压能够控制液晶层中液晶的偏转角度。将硅基液晶器件作为波长选择开关中的控制芯片时，光信号由顶板一侧射入硅基液晶器件并经底电极反射后射出，通过调整液晶的偏转角度能够使得不同波长的光信号沿不同方向输出，从而实现光信号的切换。为了对底电极进行保护，通常需要在硅片上形成覆盖多个底电极及相邻底电极之间间隔的钝化层，配向膜形成在钝化层上，然而，由于底电极是间隔设置的，钝化层对应相邻底电极之间的间隔会形成凹陷，使得钝化层的表面平坦性较差，进而导致配向膜的表面平坦性较差，无法使得液晶层中的液晶分子具有连续性的排列方向，导致液晶特性不均匀，无法满足应用于波长选择开关的特性需求。
发明内容
本发明的目的在于提供一种硅基液晶器件的制作方法，能够提升配向膜的表面平坦性，使得液晶层中的液晶分子具有连续的排列方向，保证液晶特性均匀，提升产品品质。
本发明的另一目的在于提供一种硅基液晶器件，配向膜的表面平坦性高，液晶层中的液晶分子具有连续的排列方向，液晶特性均匀。
本发明的又一目的在于提供一种波长选择开关，其硅基液晶器件的配向膜的表面平坦性高，液晶层中的液晶分子具有连续的排列方向，液晶特性均匀。
为实现上述目的，本发明首先提供一种硅基液晶器件的制作方法，包括如下步骤：
步骤S1、提供硅片；
步骤S2、在硅片上形成间隔设置的多个底电极；
步骤S3、在硅片上形成覆盖多个底电极及相邻底电极之间间隔的钝化层；所述钝化层对应相邻底电极之间间隔形成凹陷；
步骤S4、在钝化层上形成液态材料膜，所述液态材料膜填充所述凹陷；对液态材料膜进行固化形成固态覆膜；
步骤S5、对固态覆膜进行蚀刻，形成填充所述凹陷的填充部；
步骤S6、在硅片上形成覆盖钝化层及填充部的配向膜；
步骤S7、提供顶板，在顶板上形成顶电极；
步骤S8、将硅片形成有配向膜的一侧与顶板形成有顶电极的一侧相对设置，在配向膜与顶电极之间形成液晶层，得到硅基液晶器件。
所述步骤S5中，对固态覆膜进行多次等离子体蚀刻以形成填充部；在进行每一次等离子体蚀刻前，量测固态覆膜的厚度并依据固态覆膜的厚度调整该次等离子体蚀刻的制程参数，使得进行该次等离子体蚀刻后固态覆膜位于凹陷上方以外的部分的厚度为进行该次等离子体蚀刻前固态覆膜位于凹陷上方以外的部分的厚度的二分之一。
所述步骤S5中，对固态覆膜进行3至5次等离子体蚀刻。
所述步骤S5中，对固态覆膜进行一次等离子体蚀刻以形成填充部；该一次等离子体蚀刻使用的蚀刻气体对固态覆膜的蚀刻速率大于对钝化层的蚀刻速率；进行该一次等离子体蚀刻后，固态覆膜位于凹陷上方以外的部分被完全去除。
所述步骤S5中，该一次等离子体蚀刻的蚀刻气体对固态覆膜的蚀刻速率与体对钝化层的蚀刻速率之比大于20：1。
所述钝化层包括依次设置的多层子钝化层，每一子钝化层的材料为氮化硅或氧化硅；
所述液态材料膜的材料为硅氧烷系材料、光阻材料或聚酰亚胺；
所述底电极的材料为铝。
所述步骤S4中，通过旋涂的方式在钝化层上形成液态材料膜。
所述底电极的厚度为2～3μm；所述底电极之间间隔的宽度为2～3μm；
所述钝化层位于底电极上的部分的厚度为100～200nm；
所述液态材料膜位于凹陷上方以外的部分的厚度为2～4μm；
所述S4中，对液态材料膜进行加热固化以形成固态覆膜，加热温度为250～350℃；
所述步骤S5之前，所述固态覆膜位于凹陷上方以外的部分的厚度为1～2μm。
本发明还提供一种硅基液晶器件，包括：相对设置的硅片及顶板、间隔设于硅片靠近顶板一侧的多个底电极、覆盖多个底电极及相邻底电极之间间隔的钝化层、设于钝化层靠近顶板一侧的填充部、覆盖钝化层及填充部的配向膜、设于顶板靠近硅片一侧的顶电极以及设于配向膜与顶电极之间的液晶层；所述钝化层对应相邻底电极之间间隔形成凹陷；所述填充部填充所述凹陷。
本发明还提供一种波长选择开关，包括上述的硅基液晶器件。
本发明的有益效果：本发明的硅基液晶器件的制作方法在覆盖底电极及相邻底电极之间间隔的钝化层上形成液态材料膜，液态材料膜填充钝化层上的凹陷，而后对液态材料膜进行固化形成固态覆膜，并对固态覆膜进行蚀刻，形成填充所述凹陷的填充部，而后再在硅片上形成覆盖钝化层及填充部的配向膜，通过利用填充部填充钝化层表面的凹陷，能够提升后续制作的配向膜的表面平坦性，进而使得液晶层中的液晶分子具有连续的排列方向，保证液晶特性均匀，提升产品品质。本发明的硅基液晶器件的配向膜的表面平坦性高，液晶层中的液晶分子具有连续的排列方向，液晶特性均匀。本发明的波长选择开关的硅基液晶器件的配向膜的表面平坦性高，液晶层中的液晶分子具有连续的排列方向，液晶特性均匀。
附图说明
为了能更进一步了解本发明的特征以及技术内容，请参阅以下有关本发明的详细说明与附图，然而附图仅提供参考与说明用，并非用来对本发明加以限制。
附图中，
图1为本发明的硅基液晶器件的制作方法的流程图；
图2为本发明的硅基液晶器件的制作方法的步骤S1及步骤S2的示意图；
图3为本发明的硅基液晶器件的制作方法的步骤S3的示意图；
图4及图5为本发明的硅基液晶器件的制作方法的步骤S4的示意图；
图6为本发明的硅基液晶器件的制作方法的步骤S5的示意图；
图7为本发明的硅基液晶器件的制作方法的步骤S6的示意图；
图8为本发明的硅基液晶器件的制作方法的步骤S7的示意图；
图9为本发明的硅基液晶器件的制作方法的步骤S8的示意图暨本发明的硅基液晶器件的结构示意图。
具体实施方式
为更进一步阐述本发明所采取的技术手段及其效果，以下结合本发明的优选实施例及其附图进行详细描述。
请参阅图1至图9，本发明提供一种硅基液晶器件的制作方法，包括如下步骤：
步骤S1、请参阅图2，提供硅片10。
具体地，所述硅片10包括底层电路11及设于底层电路11上的绝缘层12，所述绝缘层12上设有间隔设置的多个过孔121。
步骤S2、请参阅图2，在硅片10上形成间隔设置的多个底电极20。
具体地，多个底电极20形成在绝缘层12上，每一底电极20对应经一过孔121与底层电路11连接。
具体地，所述底电极20为反光的电极，其材料为铝。
具体地，所述底电极20的厚度为2～3μm，所述底电极20之间间隔的宽度为2～3μm。优选地，所述底电极20的厚度为2.5μm，相邻的底电极20之间间隔的宽度为2.5μm。
步骤S3、请参阅图3，在硅片10上形成覆盖多个底电极20及相邻底电极20之间间隔的钝化层30。所述钝化层30对应相邻底电极20之间间隔形成凹陷31。
具体地，请参阅图3，所述钝化层30包括依次设置的多层子钝化层32，每一子钝化层32的材料为氮化硅或氧化硅。
具体地，所述钝化层30位于底电极20上的部分的厚度为100～200nm，优选为150nm。
步骤S4、请参阅图4，在钝化层30上形成液态材料膜40，所述液态材料膜40填充所述凹陷31。请参阅图5，对液态材料膜40进行固化形成固态覆膜41。由于液态材料膜40的液体特性，其成膜后表面的平坦性极高，进而对液态材料膜40进行固化形成固态覆膜41的表面平坦性极高。
具体地，所述液态材料膜40的材料为硅氧烷系材料、光阻材料或聚酰亚胺。
优选地，所述硅氧烷系材料的结构通式为：
Figure BDA0002184903230000051
其中，A为H或CH3。
具体地，所述液态材料膜40位于凹陷31上方以外的部分的厚度为2～4μm，优选为3μm。
具体地，所述步骤S4中，通过旋涂(spin coating)的方式在钝化层30上形成液态材料膜40。
具体地，所述S4中，对液态材料膜40进行加热固化以形成固态覆膜41，加热温度为250～350℃，优选为300℃。
步骤S5、请参阅图6，对固态覆膜41进行蚀刻，形成填充所述凹陷31的填充部42。
具体地，在本发明的第一实施例中，所述步骤S5中，对固态覆膜41进行多次等离子体蚀刻以形成填充部42，优选为进行3至5次等离子体蚀刻。在进行每一次等离子体蚀刻前，量测固态覆膜41的厚度并依据固态覆膜41的厚度调整该次等离子体蚀刻的制程参数，使得进行该次等离子体蚀刻后固态覆膜41位于凹陷31上方以外的部分的厚度为进行该次等离子体蚀刻前固态覆膜41位于凹陷31上方以外的部分的厚度的二分之一。由于对固态覆膜41进行了多次等离子体蚀刻，残存在钝化层30除了凹陷31所在区域以外区域的表面的固态覆膜41极薄可以忽略不计，而形成的填充部42能够有效填充凹陷31，使得填充部42及钝化层30整体的表面平坦性较高。进一步地，第一实施例中，可以以氯气(Cl2)为蚀刻气体对固态覆膜41进行多次等离子体蚀刻。
具体地，在本发明的第二实施中，所述步骤S5中，对固态覆膜41进行一次等离子体蚀刻以形成填充部42。该一次等离子体蚀刻使用的蚀刻气体对固态覆膜41的蚀刻速率大于对钝化层30的蚀刻速率，进行该一次等离子体蚀刻后，固态覆膜41位于凹陷31上方以外的部分被完全去除，而形成的填充部42能够有效填充凹陷31，使得填充部42及钝化层30整体的表面平坦性较高。由于设置该一次等离子体蚀刻使用的蚀刻气体对固态覆膜41的蚀刻速率大于对钝化层30的蚀刻速率，能够减小形成填充部42的蚀刻制程对钝化层30的影响。进一步地，第一实施例中，可以以氯气为蚀刻气体对固态覆膜41进行一次等离子体蚀刻。
优选地，在第二实施例中，所述步骤S5中，该一次等离子体蚀刻的蚀刻气体对固态覆膜41的蚀刻速率与体对钝化层30的蚀刻速率之比大于20：1，以最大限度地减小形成填充部42的蚀刻制程对钝化层30的影响。
具体地，所述步骤S5之前，所述固态覆膜41位于凹陷31上方以外的部分的厚度为1～2μm，优选为1.5μm。
步骤S6、请参阅图7，在硅片10上形成覆盖钝化层30及填充部42的配向膜50。由于填充部42及钝化层30整体的表面平坦性较高，因此配向膜50的表面平坦性较高。
步骤S7、请参阅图8，提供顶板60，在顶板60上形成顶电极70。
具体地，所述顶电极70为透光的电极。
步骤S8、请参阅图9，将硅片10形成有配向膜50的一侧与顶板60形成有顶电极70的一侧相对设置，在配向膜50与顶电极70之间形成液晶层80，得到硅基液晶器件。由于配向膜50的表面平坦性较高，使得液晶层80中的液晶分子具有连续的排列方向，液晶特性均匀。
需要说明的是，本发明的硅基液晶器件的制作方法在覆盖底电极20及相邻底电极20之间间隔的钝化层30上形成液态材料膜40，液态材料膜40填充钝化层30上的凹陷31，的而后对液态材料膜40进行固化形成固态覆膜41，并对固态覆膜41进行蚀刻，形成填充所述凹陷31的填充部42，而后再在硅片10上形成覆盖钝化层30及填充部42的配向膜50，通过利用填充部42填充钝化层30表面的凹陷31，能够提升后续制作的配向膜50的表面平坦性，进而使得液晶层80中的液晶分子具有连续的排列方向，保证液晶特性均匀，提升产品品质。
基于同一发明构思，请参阅图9，本发明还提供一种硅基液晶器件，采用上述的硅基液晶器件的制作方法制得，所述硅基液晶器件包括：相对设置的硅片10及顶板60、间隔设于硅片10靠近顶板60一侧的多个底电极20、覆盖多个底电极20及相邻底电极20之间间隔的钝化层30、设于钝化层30靠近顶板60一侧的填充部42、覆盖钝化层30及填充部42的配向膜50、设于顶板60靠近硅片10一侧的顶电极70以及设于配向膜50与顶电极70之间的液晶层80。所述钝化层30对应相邻底电极20之间间隔形成凹陷31。所述填充部42填充所述凹陷31。
需要说明的是，本发明的硅基液晶器件采用上述的制作方法制作，具体在覆盖底电极20及相邻底电极20之间间隔的钝化层30上形成液态材料膜40，液态材料膜40填充钝化层30上的凹陷31，的而后对液态材料膜40进行固化形成固态覆膜41，并对固态覆膜41进行蚀刻，形成填充所述凹陷31的填充部42，而后再在硅片10上形成覆盖钝化层30及填充部42的配向膜50，通过利用填充部42填充钝化层30表面的凹陷31，能够提升的配向膜50的表面平坦性，进而使得液晶层80中的液晶分子具有连续的排列方向，保证液晶特性均匀，提升产品品质。
基于同一发明构思，本发明还提供一种波长选择开关，包括上述硅基液晶器件，在此不再对硅基液晶器件的结构进行重复性描述。
需要说明的是，本发明的波长选择开关的硅基液晶器件采用上述的制作方法制作，具体在覆盖底电极20及相邻底电极20之间间隔的钝化层30上形成液态材料膜40，液态材料膜40填充钝化层30上的凹陷31，的而后对液态材料膜40进行固化形成固态覆膜41，并对固态覆膜41进行蚀刻，形成填充所述凹陷31的填充部42，而后再在硅片10上形成覆盖钝化层30及填充部42的配向膜50，通过利用填充部42填充钝化层30表面的凹陷31，能够提升的配向膜50的表面平坦性，进而使得液晶层80中的液晶分子具有连续的排列方向，保证液晶特性均匀，提升产品品质。
综上所述，本发明的硅基液晶器件的制作方法在覆盖底电极及相邻底电极之间间隔的钝化层上形成液态材料膜，液态材料膜填充钝化层上的凹陷，而后对液态材料膜进行固化形成固态覆膜，并对固态覆膜进行蚀刻，形成填充所述凹陷的填充部，而后再在硅片上形成覆盖钝化层及填充部的配向膜，通过利用填充部填充钝化层表面的凹陷，能够提升后续制作的配向膜的表面平坦性，进而使得液晶层中的液晶分子具有连续的排列方向，保证液晶特性均匀，提升产品品质。本发明的硅基液晶器件的配向膜的表面平坦性高，液晶层中的液晶分子具有连续的排列方向，液晶特性均匀。本发明的波长选择开关的硅基液晶器件的配向膜的表面平坦性高，液晶层中的液晶分子具有连续的排列方向，液晶特性均匀。
以上所述，对于本领域的普通技术人员来说，可以根据本发明的技术方案和技术构思作出其他各种相应的改变和变形，而所有这些改变和变形都应属于本发明权利要求的保护范围。

Claims (10)

1.一种硅基液晶器件的制作方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤S1、提供硅片(10)；
步骤S2、在硅片(10)上形成间隔设置的多个底电极(20)；
步骤S3、在硅片(10)上形成覆盖多个底电极(20)及相邻底电极(20)之间间隔的钝化层(30)；所述钝化层(30)对应相邻底电极(20)之间间隔形成凹陷(31)；
步骤S4、在钝化层(30)上形成液态材料膜(40)，所述液态材料膜(40)填充所述凹陷(31)；对液态材料膜(40)进行固化形成固态覆膜(41)；
步骤S5、对固态覆膜(41)进行蚀刻，形成填充所述凹陷(31)的填充部(42)；
步骤S6、在硅片(10)上形成覆盖钝化层(30)及填充部(42)的配向膜(50)；
步骤S7、提供顶板(60)，在顶板(60)上形成顶电极(70)；
步骤S8、将硅片(10)形成有配向膜(50)的一侧与顶板(60)形成有顶电极(70)的一侧相对设置，在配向膜(50)与顶电极(70)之间形成液晶层(80)，得到硅基液晶器件。
2.如权利要求1所述的硅基液晶器件的制作方法，其特征在于，所述步骤S5中，对固态覆膜(41)进行多次等离子体蚀刻以形成填充部(42)；在进行每一次等离子体蚀刻前，量测固态覆膜(41)的厚度并依据固态覆膜(41)的厚度调整该次等离子体蚀刻的制程参数，使得进行该次等离子体蚀刻后固态覆膜(41)位于凹陷(31)上方以外的部分的厚度为进行该次等离子体蚀刻前固态覆膜(41)位于凹陷(31)上方以外的部分的厚度的二分之一。
3.如权利要求2所述的硅基液晶器件的制作方法，其特征在于，所述步骤S5中，对固态覆膜(41)进行3至5次等离子体蚀刻。
4.如权利要求1所述的硅基液晶器件的制作方法，其特征在于，所述步骤S5中，对固态覆膜(41)进行一次等离子体蚀刻以形成填充部(42)；该一次等离子体蚀刻使用的蚀刻气体对固态覆膜(41)的蚀刻速率大于对钝化层(30)的蚀刻速率；进行该一次等离子体蚀刻后，固态覆膜(41)位于凹陷(31)上方以外的部分被完全去除。
5.如权利要求4所述的硅基液晶器件的制作方法，其特征在于，所述步骤S5中，该一次等离子体蚀刻的蚀刻气体对固态覆膜(41)的蚀刻速率与体对钝化层(30)的蚀刻速率之比大于20：1。
6.如权利要求1所述的硅基液晶器件的制作方法，其特征在于，所述钝化层(30)包括依次设置的多层子钝化层(32)，每一子钝化层(32)的材料为氮化硅或氧化硅；
所述液态材料膜(40)的材料为硅氧烷系材料、光阻材料或聚酰亚胺；
所述底电极(20)的材料为铝。
7.如权利要求1所述的硅基液晶器件的制作方法，其特征在于，所述步骤S4中，通过旋涂的方式在钝化层(30)上形成液态材料膜(40)。
8.如权利要求1所述的硅基液晶器件的制作方法，其特征在于，所述底电极(20)的厚度为2～3μm；所述底电极(20)之间间隔的宽度为2～3μm；
所述钝化层(30)位于底电极(20)上的部分的厚度为100～200nm；
所述液态材料膜(40)位于凹陷(31)上方以外的部分的厚度为2～4μm；
所述S4中，对液态材料膜(40)进行加热固化以形成固态覆膜(41)，加热温度为250～350℃；
所述步骤S5之前，所述固态覆膜(41)位于凹陷(31)上方以外的部分的厚度为1～2μm。
9.一种硅基液晶器件，其特征在于，包括：相对设置的硅片(10)及顶板(60)、间隔设于硅片(10)靠近顶板(60)一侧的多个底电极(20)、覆盖多个底电极(20)及相邻底电极(20)之间间隔的钝化层(30)、设于钝化层(30)靠近顶板(60)一侧的填充部(42)、覆盖钝化层(30)及填充部(42)的配向膜(50)、设于顶板(60)靠近硅片(10)一侧的顶电极(70)以及设于配向膜(50)与顶电极(70)之间的液晶层(80)；所述钝化层(30)对应相邻底电极(20)之间间隔形成凹陷(31)；所述填充部(42)填充所述凹陷(31)。
10.一种波长选择开关，其特征在于，包括如权利要求9所述的硅基液晶器件。
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