CN114280890A - 一种铌酸锂光芯片脊形波导的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种铌酸锂光芯片脊形波导的制备方法，属于光芯片技术领域。因为在铌酸锂层与硬掩膜层之间设置了阻挡层，所以，在刻蚀硬掩膜层时，使得单位面积密度不同的两个区域的条状结构刻蚀均停止于阻挡层，所以，提高了刻蚀的均匀性和一致性。另外，铌酸锂具有较大的非线性光学系数、透光范围宽、透过率高，在刻蚀铌酸锂层的过程中，因为设置有阻挡层，所以，减少了两个密度分布不均的区域中条状结构之间的深度差异，并克服了不同区域条状结构中光源的串扰，从而提高了光芯片的光学性能。
Description
技术领域
本发明涉及光芯片技术领域，具体涉及一种铌酸锂光芯片脊形波导的制备方法。
背景技术
光芯片制造工艺是一种平面制作工艺，其结合光刻、刻蚀、沉积、离子注入等多种工艺，在同一衬底上形成大量各种类型的复杂器件，并将其互相连接以具有完整的光学功能。其中，任何一步工艺出现偏差，都可能会导致光路的性能参数偏离设计值。因此，制造光芯片对各步工艺的控制提出了更高的要求。
以刻蚀工艺为例，通常需要利用刻蚀技术，采用硬掩膜板或者金属掩膜板来形成各种刻蚀图形，如栅极图形。但是在衬底上所要刻蚀的各图形的大小、形状及分布密度存在较大差异时，由于光的折射和散射，会使得分布密度较大的区域中的部分光源游离至分布密度较小的区域，从而改变了各图形中原有光源的部分传播特性，降低了光学性能。
铌酸锂具有较大的非线性系数，并且透光范围宽，透过率高，在光芯片领域具有较好的应用。然而如何在铌酸锂层刻蚀得到均匀性、一致性较好的波导，值得进行研究。
发明内容
本发明是为了解决上述问题而进行的，目的在于提供一种铌酸锂光芯片脊形波导的制备方法。
本发明提供了一种铌酸锂光芯片脊形波导的制备方法，具有这样的特征，包括如下步骤：步骤S1，在衬底上由下到上依次设置铌酸锂层、阻挡层、硬掩膜层；步骤S2，在硬掩膜层上涂覆光刻胶，利用光刻胶曝光显影后，得到预定图案；步骤S3，基于预定图案，刻蚀硬掩膜层，并刻蚀停止于阻挡层，在硬掩膜层上得到具有多个条状结构的第一区域与具有多个条状结构的第二区域；步骤S4，基于硬掩膜层，移除光刻胶；步骤S5，刻蚀阻挡层；步骤S6，刻蚀铌酸锂层，得到铌酸锂脊形波导；步骤S7，移除阻挡层与硬掩膜层。
在本发明提供的铌酸锂光芯片脊形波导的制备方法中，还具有这样的特征：其中，第一区域中条状结构的单位面积的密度大于第二区域中条状结构的单位面积的密度。
在本发明提供的铌酸锂光芯片脊形波导的制备方法中，还具有这样的特征：其中，第一区域中条状结构并排设置，第二区域中条状结构并排设置。
在本发明提供的铌酸锂光芯片脊形波导的制备方法中，还具有这样的特征：其中，步骤3中，在刻蚀硬掩膜层的过程中，将第一区域中相邻两个条状结构之间的硬掩膜层的表面到衬底底面的高度记为H1，铌酸锂层的表面到衬底底面的高度记为H2，H1-H2>H3，H3为阻挡层的最大高度。
在本发明提供的铌酸锂光芯片脊形波导的制备方法中，还具有这样的特征：其中，在刻蚀停止于阻挡层时，第一区域中阻挡层到衬底底面的高度等于第二区域中阻挡层到衬底底面的高度。
在本发明提供的铌酸锂光芯片脊形波导的制备方法中，还具有这样的特征：其中，衬底由下到上包括硅衬底、二氧化硅缓冲层。
本发明提供了一种铌酸锂光芯片脊形波导的制备方法，具有这样的特征，包括如下步骤：步骤S1，在衬底上由下到上依次设置铌酸锂层、阻挡层、硬掩膜层；步骤S2，在硬掩膜层上涂覆光刻胶，利用光刻胶曝光显影后，得到预定图案；步骤S3，基于预定图案，刻蚀硬掩膜层，并刻蚀停止于阻挡层，在硬掩膜层上得到具有多个条状结构的第一区域与具有多个条状结构的第二区域；步骤S4，基于硬掩膜层与光刻胶，刻蚀阻挡层；步骤S5，刻蚀铌酸锂层，得到铌酸锂脊形波导；步骤S6，移除光刻胶、硬掩膜层以及阻挡层。
本发明提供了一种铌酸锂光芯片脊形波导的制备方法，具有这样的特征，包括如下步骤：步骤S1，在衬底上由下到上依次设置铌酸锂层、阻挡层、硬掩膜层；步骤S2，在硬掩膜层上涂覆光刻胶，利用光刻胶曝光显影后，得到预定图案；步骤S3，基于预定图案，刻蚀硬掩膜层，并刻蚀停止于阻挡层，在硬掩膜层上得到具有多个条状结构的第一区域与具有多个条状结构的第二区域；步骤S4，刻蚀阻挡层；步骤S5，刻蚀铌酸锂层，得到铌酸锂脊形波导。
在本发明提供的铌酸锂光芯片脊形波导的制备方法中，还具有这样的特征：其中，在步骤S4之前，保留光刻胶，基于光刻胶与硬掩膜层，刻蚀阻挡层。
在本发明提供的铌酸锂光芯片脊形波导的制备方法中，还具有这样的特征：其中，在步骤S4之前，移除光刻胶，基于硬掩膜层，刻蚀阻挡层。
发明的作用与效果
根据本发明所涉及的铌酸锂光芯片脊形波导的制备方法，因为在铌酸锂层与硬掩膜层之间设置了阻挡层，所以，在刻蚀硬掩膜层时，使得单位面积密度不同的两个区域的条状结构刻蚀均停止于阻挡层，所以，提高了刻蚀的均匀性和一致性。另外，铌酸锂具有较大的非线性光学系数、透光范围宽、透过率高，在刻蚀铌酸锂层的过程中，因为设置有阻挡层，所以，减少了两个密度分布不均的区域中条状结构之间的深度差异，并克服了不同区域条状结构中光源的串扰，从而提高了光芯片的光学性能。
附图说明
图1是本发明的实施例一中铌酸锂光芯片脊形波导的制备方法的流程图；
图2是本发明的实施例一中步骤1制得的铌酸锂脊形波导的切面结构示意图；
图3A是本发明的实施例一中步骤2涂覆光刻胶的铌酸锂脊形波导的切面结构示意图；
图3B是本发明的实施例一中步骤2曝光显影后的铌酸锂脊形波导的切面结构示意图；
图4A是本发明的实施例一中步骤3刻蚀硬掩膜层制得的铌酸锂脊形波导的切面结构示意图；
图4B是本发明的实施例一中步骤3刻蚀停止于阻挡层的铌酸锂脊形波导的切面结构示意图；
图5是本发明的实施例一中步骤4制得的铌酸锂脊形波导的切面结构示意图；
图6是本发明的实施例一中步骤5制得的铌酸锂脊形波导的切面结构示意图；
图7是本发明的实施例一中步骤6制得的铌酸锂脊形波导的切面结构示意图；
图8是本发明的实施例一中步骤7制得的铌酸锂脊形波导的切面结构示意图；
图9是本发明的实施例二中铌酸锂光芯片脊形波导的制备方法的流程图；
图10是本发明的实施例三中铌酸锂光芯片脊形波导的制备方法的流程图。
具体实施方式
为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，以下结合实施例及附图对本发明一种铌酸锂光芯片脊形波导的制备方法作具体阐述。
<实施例一>
图1是本发明的实施例一中铌酸锂光芯片脊形波导的制备方法的流程图。
如图1所示，本发明的实施例中铌酸锂光芯片脊形波导的制备方法包括如下步骤：
步骤S1，在衬底上由下到上依次设置铌酸锂层30、阻挡层40、硬掩膜层50。
图2是本发明的实施例中步骤1制得的铌酸锂脊形波导的切面结构示意图。
如图2所示，衬底由下到上依次为硅衬底10、二氧化硅缓冲层20。在二氧化硅缓冲层20上依次设置铌酸锂层30、阻挡层40、硬掩膜层50。
步骤S2，在硬掩膜层50上涂覆光刻胶60，利用光刻胶60曝光显影后，得到预定图案。
图3A是本发明的实施例一中步骤2涂覆光刻胶的铌酸锂脊形波导的切面结构示意图。
如图3A所示，涂覆的光刻胶60的厚度大于硬掩膜层50的厚度。
图3B是本发明的实施例一中步骤2曝光显影后的铌酸锂脊形波导的切面结构示意图。
如图3B所示，在硬掩膜层50上涂覆光刻胶60后，利用光刻技术，在光刻胶60上曝光显影后，得到预定图案。
步骤S3，基于预定图案，刻蚀硬掩膜层50，并刻蚀停止于阻挡层40，在硬掩膜层50上得到具有多个条状结构的第一区域与具有多个条状结构的第二区域。
图4A是本发明的实施例一中步骤3刻蚀硬掩膜层制得的铌酸锂脊形波导的切面结构示意图。
如图4A所示，基于步骤3得到的预定图案，刻蚀硬掩膜层50，并在硬掩膜层50上得到具有多个条状结构的第一区域与具有多个条状结构的第二区域。
第一区域包括5个条状结构，5个条状结构并排设置在硬掩膜层50上。5个条状结构从左到右依次为第一条状结构51、第二条状结构52、第三条状结构53、第四条状结构54、第五条状结构55。相邻两个条状结构之间的间距相等，并且第二条状结构52、第三条状结构53、第四条状结构54的线宽小于第一条状结构51与第五条状结构55的线宽。在本实施例中，第一区域中相邻两个条状结构之间的间距相等，在其他实施例中，第一区域中的条状结构的间距可以不相等，且可以设置更多的条状结构，也即单位面积的条状结构的数目可以设置更多。
第二区域包括3个条状结构，3个条状结构并排设置在硬掩膜层50上。3个条状结构从左到右依次为第六条状结构56、第七条状结构57、第八条状结构58。第六条状结构56、第七条状结构57、第八条状结构58之间的间距均相等，且第二区域中任一相邻两个条状结构之间的间距大于第一区域中任一相邻的两个条状结构之间的间距。在本实施例中，第二区域中的条状结构的数目为3个，在其他实施例中，第二区域中的条状结构可以设置更多，只要第一区域中单位面积的条状结构的密度大于第二区域中单位面积的条状结构的密度即可。
在对硬掩膜层50刻蚀的过程中，由于第二区域中的条状结构的单位面积的密度小于第一区域中的条状结构的单位面积的密度，在相同时间内第二区域刻蚀的速度大于第一区域。设第一区域中硬掩膜层50的表面到硅衬底10底面的高度为H1，第二区域中铌酸锂层30的表面到硅层底面的高度为H2，H1-H2>H3，H3为阻挡层40的最大高度。
图4B是本发明的实施例一中步骤3刻蚀停止于阻挡层的铌酸锂脊形波导的切面结构示意图。
对图4A中的硬掩膜层50继续刻蚀，并刻蚀停止于阻挡层40。刻蚀中，阻挡层40保持预设的厚度，因此在整个刻蚀过程中，厚度不发生变化，从而在对硬掩膜层50进行刻蚀的过程中，使得第一区域与第二区域中相邻两个条状结构之间的深度保持一致。
步骤S4，基于硬掩膜层50，移除光刻胶60。
图5是本发明的实施例一中步骤4制得的铌酸锂脊形波导的切面结构示意图。
如图5所示，将硬掩膜层50上方的光刻胶60进行移除，使得在阻挡层40上仅保留第一区域、第二区域中各自的多个条状结构。移除光刻胶60的方法采用现有技术中移除光刻胶60的方法即可。
步骤S5，对阻挡层40进行刻蚀。
图6是本发明的实施例一中步骤5制得的铌酸锂脊形波导的切面结构示意图。
如图6所示，基于硬掩膜层50，对阻挡层40进行刻蚀，在铌酸锂层30上得到深度均一的阻挡层40。
步骤S6，刻蚀铌酸锂层30，得到铌酸锂脊形波导。
图7是本发明的实施例一中步骤6制得的铌酸锂脊形波导的切面结构示意图。
如图7所示，基于硬掩膜层50与阻挡层40，对刻蚀铌酸锂层30进行刻蚀，得到深度均一的铌酸锂脊形波导。
步骤S7，将铌酸锂层30上的阻挡层40、硬掩膜层50进行移除。
图8是本发明的实施例一中步骤7制得的铌酸锂脊形波导的切面结构示意图。
如图8所示，将阻挡层40、硬掩膜层50移除后，得到深度均一的铌酸锂脊形波导。
根据本实施例所涉及的铌酸锂光芯片脊形波导的制备方法，通过在衬底上由下到上依次设置铌酸锂层、阻挡层、硬掩膜层。在对硬掩膜层进行刻蚀的过程中，因为在铌酸锂层与硬掩膜层之间设置了阻挡层，所以，在刻蚀硬掩膜层时，使得单位面积密度不同的两个区域的条状结构刻蚀均停止于阻挡层，所以，提高了刻蚀的均匀性和一致性。另外，铌酸锂具有较大的非线性光学系数、透光范围宽、透过率高，在刻蚀铌酸锂层的过程中，因为设置有阻挡层，所以，减少了两个密度分布不均的区域中条状结构之间的深度差异，并克服了不同区域条状结构中光源的串扰，从而提高了光芯片的光学性能。
<实施例二>
在本实施例中，给予与实施例一相同的结构相同的编号。
本实施例二与实施例一中制备铌酸锂光芯片脊形波导的方法基本相同，区别仅在于步骤S4。
图9是本发明的实施例二中铌酸锂光芯片脊形波导的制备方法的流程图。
如图9所示，本发明的实施例二中铌酸锂光芯片脊形波导的制备方法包括如下步骤：
步骤S1，在衬底上由下到上依次设置铌酸锂层30、阻挡层40、硬掩膜层50。
步骤S2，在硬掩膜层50上涂覆光刻胶60，利用光刻胶60曝光显影后，得到预定图案。
步骤S3，基于预定图案，刻蚀硬掩膜层50，并刻蚀停止于阻挡层40，在硬掩膜层50上得到具有多个条状结构的第一区域与具有多个条状结构的第二区域。
步骤S4，基于硬掩膜层50与光刻胶60，刻蚀阻挡层40。
步骤S5，刻蚀铌酸锂层30，得到铌酸锂脊形波导。
步骤S6，移除光刻胶60、硬掩膜层50以及阻挡层40。
因为本实施例在步骤S4中保留了光刻胶，并在最终的步骤S6中，将光刻胶、硬掩膜层以及阻挡层一同移除，所以，本实施例提供的制备铌酸锂光芯片脊形波导的方法节省了工艺步骤，降低了成本。
<实施例三>
在本实施例中，给予与实施例一相同的结构相同的编号。
本实施例三与实施例一制备铌酸锂光芯片脊形波导的方法基本相同，区别仅在于步骤S4。
图10是本发明的实施例三中铌酸锂光芯片脊形波导的制备方法的流程图。
如图10所示，本发明的实施例三中铌酸锂光芯片脊形波导的制备方法包括如下步骤：
步骤S1，在衬底上由下到上依次设置铌酸锂层30、阻挡层40、硬掩膜层50。
步骤S2，在硬掩膜层50上涂覆光刻胶60，利用光刻胶60曝光显影后，得到预定图案。
步骤S3，基于预定图案，刻蚀硬掩膜层50，并刻蚀停止于阻挡层40，在硬掩膜层50上得到具有多个条状结构的第一区域与具有多个条状结构的第二区域。
步骤S4，刻蚀阻挡层40。
在步骤S4之前保留光刻胶60，基于光刻胶60与硬掩膜层50，刻蚀阻挡层40。也即实施例二的步骤步骤S4。
另外，在步骤S4之前移除光刻胶60，基于硬掩膜层50，刻蚀阻挡层40。也即实施例一的步骤步骤S4。
因为在本实施例的步骤S4中，既可以保留光刻胶，在最终的步骤中将光刻胶、硬掩膜层以及阻挡层一同移除；也可以在本实施例的步骤S4中，移除光刻胶，在最终的步骤中，移除硬掩膜层以及阻挡层，所以，本实施例提供的制备铌酸锂光芯片脊形波导的方法节省了工艺步骤，降低了成本。
上述实施方式为本发明的优选案例，并不用来限制本发明的保护范围。
在上述实施例中，刻蚀硬掩膜层最终停止于阻挡层，在别的实施例中，也可以刻蚀停止于停止层。阻挡层的材料可以为氮化硅，氮化钛，也可以为其他常用的停止层的材料。
Claims (10)
1.一种铌酸锂光芯片脊形波导制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤S1，在衬底上由下到上依次设置铌酸锂层、阻挡层、硬掩膜层；
步骤S2，在所述硬掩膜层上涂覆光刻胶，利用所述光刻胶曝光显影后，得到预定图案；
步骤S3，基于所述预定图案，刻蚀所述硬掩膜层，并刻蚀停止于所述阻挡层，在所述硬掩膜层上得到具有多个条状结构的第一区域与具有多个条状结构的第二区域；
步骤S4，基于所述硬掩膜层，移除所述光刻胶；
步骤S5，刻蚀所述阻挡层；
步骤S6，刻蚀所述铌酸锂层，得到铌酸锂脊形波导；
步骤S7，移除所述阻挡层与所述硬掩膜层。
2.根据权利要求1所述的铌酸锂光芯片脊形波导制备方法，其特征在于：
其中，所述第一区域中所述条状结构的单位面积的密度大于所述第二区域中所述条状结构的单位面积的密度。
3.根据权利要求2所述的铌酸锂光芯片脊形波导制备方法，其特征在于：
其中，所述第一区域中所述条状结构并排设置，所述第二区域中所述条状结构并排设置。
4.根据权利要求3所述的铌酸锂光芯片脊形波导制备方法，其特征在于：
其中，步骤3中，在刻蚀所述硬掩膜层的过程中，将所述第一区域中相邻两个条状结构之间的所述硬掩膜层的表面到所述衬底底面的高度记为H1，所述铌酸锂层的表面到所述衬底底面的高度记为H2，H1-H2>H3，
H3为所述阻挡层的最大高度。
5.根据权利要求4所述的铌酸锂光芯片脊形波导制备方法，其特征在于：
其中，在刻蚀停止于所述阻挡层时，所述第一区域中所述阻挡层到所述衬底底面的高度等于所述第二区域中所述阻挡层到所述衬底底面的高度。
6.根据权利要求1所述的铌酸锂光芯片脊形波导制备方法，其特征在于：
其中，所述衬底由下到上包括硅衬底、二氧化硅缓冲层。
7.一种铌酸锂光芯片脊形波导制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤S1，在衬底上由下到上依次设置铌酸锂层、阻挡层、硬掩膜层；
步骤S2，在所述硬掩膜层上涂覆光刻胶，利用所述光刻胶曝光显影后，得到预定图案；
步骤S3，基于所述预定图案，刻蚀所述硬掩膜层，并刻蚀停止于所述阻挡层，在所述硬掩膜层上得到具有多个条状结构的第一区域与具有多个条状结构的第二区域；
步骤S4，基于所述硬掩膜层与所述光刻胶，刻蚀所述阻挡层；
步骤S5，刻蚀所述铌酸锂层，得到铌酸锂脊形波导；
步骤S6，移除所述光刻胶、所述硬掩膜层以及所述阻挡层。
8.一种铌酸锂光芯片脊形波导制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤S1，在衬底上由下到上依次设置铌酸锂层、阻挡层、硬掩膜层；
步骤S2，在所述硬掩膜层上涂覆光刻胶，利用所述光刻胶曝光显影后，得到预定图案；
步骤S3，基于所述预定图案，刻蚀所述硬掩膜层，并刻蚀停止于所述阻挡层，在所述硬掩膜层上得到具有多个条状结构的第一区域与具有多个条状结构的第二区域；
步骤S4，刻蚀所述阻挡层；
步骤S5，刻蚀所述铌酸锂层，得到铌酸锂脊形波导。
9.根据权利要求8所述的铌酸锂光芯片脊形波导制备方法，其特征在于：
其中，在步骤S4之前，保留所述光刻胶，基于所述光刻胶与所述硬掩膜层，刻蚀所述阻挡层。
10.根据权利要求8所述的铌酸锂光芯片脊形波导制备方法，其特征在于：
其中，在步骤S4之前，移除所述光刻胶，基于所述硬掩膜层，刻蚀所述阻挡层。
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|---|---|---|---|---|
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