CN1188722C - 静电式微机械全光开关制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种静电式微机械全光开关制造方法，涉及光电子技术领域中的全光开关器件的制造。本发明在N型单晶硅衬底上采用微电子大规模集成制造工艺技术制作全光开关的定齿、动齿、定动齿驱动电极、折叠悬梁、三角平衡梁、中间梁、硅微镜、垂直槽、V形槽等各部件。它利用在静电力作用下，使硅微镜在光纤内移动，达到硅微镜阻断或反射光纤光，从而对光达到开关作用。在光开关过程中，不存在光电转换，是一种全光开关。本发明还具有工艺简单成熟，制造成本低廉，能大批量生产等特点，制造的全光开关器件具有结构简单、可靠性好、体积小、重量轻、能耗低等优点，特别适用于高速大规模的全光光纤通信网络中作全光开关器件的制造。
Description
技术领域
本发明涉及光电子技术领域中的一种静电式微机械全光开关制造方法，特别适用于高速大规模的全光光纤通信网络中作光开关器件的制造。
背景技术
现代光纤通信正向全光通信方向发展，高速、宽带、大容量的发展趋势对光开关的需求越来越大、要求越来越高。传统的光一电一光(OEO)光开关表现出以下缺点：速度低、体积大、成本高。光纤光通信全光网络主要有两部分组成，即光传输和光交换，目前由于采用波分复用(WDM)技术使得光的传输能力大大提高，因此这就加大了对光交换的压力，目前光交换的核心是光一电一光开关(OEO开关)，它的开关过程需经过O/E、E/O转换，受光传输速度的限制，目前交换速率接近了电子的极限速率，而且随着光交换模块规模增大和通信速率的提高，OEO开关的体积和费用将直线上升。在主干网采用光缆替代铜缆并采用波分复用技术的光通信，OEO开关直接影响到光纤通信的发展速度。
发明内容
本发明所要解决的技术问题就是提供一种采用大规模集成电路微电子制造工艺技术生产静电式微机械全光开关制造方法，并且本发明工艺简单成熟，制造成本低廉，操作制造简易，本发明制造的微机械全光开关还具有结构简单，可靠性好，体积小，重量轻、能耗低等特点。
本发明所要解决的技术问题由下列技术方案实现的，它包括步骤：
在N型单晶硅1衬底上扩散一层浓硼层14，浓硼层14上涂一层光刻胶15；
用一块电极掩模版放在光刻胶15上，对位曝光显影，光刻胶15上曝光显影出定齿驱动电极2、动齿驱动电极5的光刻胶窗口形状，露出浓硼层14；
对定齿驱动电极2、动齿驱动电极5光刻胶窗口及光刻胶面溅射覆盖金属膜，剥离掉光刻胶15及光刻胶15上的金属膜，键合定齿驱动电极2和动齿驱动电极5成点金属层9；
N型单晶硅1衬底的浓硼层14上再次涂一层光刻胶16；
用一块定齿3、动齿4、折叠悬梁6、三角平衡梁7、中间梁8、硅微镜10、垂直槽12掩模版放在光刻胶16上，对位曝光显影，光刻胶16上曝光显影出定齿3、动齿4、折叠悬梁6、三角平衡梁7、中间梁8、硅微镜10、垂直槽12的光刻胶窗口形状，露出浓硼层14；
用感应耦合等离子体深槽刻蚀光刻胶窗口形状浓硼层14，刻蚀深度大于浓硼层14厚度，露出低掺杂的N型单晶硅1衬底；
用硅片划片机沿划片槽划出N型单晶硅1衬底硅片；
把N型单晶硅1硅片放入硅各向异性腐蚀液进行湿法腐蚀露出低掺杂的N型单晶硅1衬底，腐蚀深度至浓硼层14上的定齿3、动齿4、折叠悬梁6、三角平衡梁7、中间梁8、硅微镜10与N型单晶硅1衬底完全脱离为止；腐蚀垂直槽12深度至垂直槽12底部N型单晶硅1衬底成V形槽13结构；
手动掰单晶硅1硅片，形成单个管芯，管芯用绝缘胶粘结在光电管壳上，光纤11置放在垂直槽12和V形槽13内；
用金丝把定齿驱动电极2、动齿驱动电极5的金属层9与管壳的管脚连接，封帽，从而制成静电式微机械全光开关。
本发明相比背景技术具有如下优点：
1、本发明采用大规模集成电路微电子制造工艺技术，易于大批量生产，易集成化，方便扩展光开关阵列如：一路输入两路输出(1×2)、两路输入输出(2×2)……N×N多种规格产品，满足不同用户的需求。
2、本发明制造工艺简单成熟，制造成本低廉，操作制造简易。
3、用本发明制造的微机械全光开关具有结构简单，可靠性好、体积小、重量轻、能耗低等优点，并且还具有用于光纤通信中与通信信号的格式、波长、协议、调制方式、偏振作用、传输方向等参数无关。
附图说明
图1是本发明制造的静电式微机械全光开关的结构示意图。
图2是本发明制造的静电式微机械全光开关A-A向剖视结构示意图。
具体实施方式
参照图1、图2，本发明采取以下步骤：
(1)利用市售通用的扩散炉在N型单晶硅1衬底上扩散一层浓硼层14，实施例扩散浓硼层14厚度为100000，浓硼层14作为硅各向异性湿法腐蚀的自停止层，同时浓硼层14与N型单晶硅1衬底间形成P++n结，作为定齿驱动电极2和动齿驱动电极5的电隔离。
(2)在浓硼层14上涂一层AZ1450型光刻胶15，实施例涂光刻胶15的厚度为8000，并用烘箱在温度100℃烘烤15分钟。
(3)用一块电极掩模版放在光刻胶15上，在常规曝光机上对位曝光10秒钟，再放到四甲基氢氧化铵比水等于1∶3的显影液中显影10至60秒钟，在光刻胶15上得到定齿驱动电极2和动齿驱动电极5的光刻胶窗口形状，露出浓硼层14，实施例定齿驱动电极2制作成长方形条状结构，动齿驱动电极5制作成两个并列的正方形方块结构。
(4)用溅射工艺采用市售通用的磁控溅射台对定齿驱动电极2和动齿驱动电极5光刻胶窗口及光刻胶面的浓硼层14溅射金属膜，实施例一般溅射覆盖金属膜采用多层复合金属材料制作。用剥离工艺采用市售通用的超声波发生器，剥离掉光刻胶15及光刻胶15上的无用金属膜，对定齿、动齿驱动电极2、5金属膜键合加工成点金属层9。
(5)在N型单晶硅1衬底浓硼层14上再次涂一层AZ1450型光刻胶16，实施例涂光刻胶16的厚度为8000，并用烘箱在温度100℃烘烤15分钟。
(6)用一块定齿3、动齿4、折叠悬梁6、三角平衡梁7、中间梁8、硅微镜10、垂直槽12掩模版放在光刻胶16上，在常规曝光机上对位曝光10秒钟，再放到四甲基氢氧化铵比水等于1∶3的显影液中显影10至60秒钟，在光刻胶16上得到定齿3、动齿4、折叠县梁6、三角平衡梁7、中间梁8、硅微镜10、垂直槽12的光刻胶窗口形状，露出浓硼层14。实施例垂直槽12制作在N型单晶硅1衬底四周面上，并且垂直槽12之间为相互垂直相交结构。硅微镜10制作在垂直槽12的垂直相交点内，与垂直槽12成45°角。
(7)采用微机械加工专用的硅片深槽刻蚀设备，用感应耦合等离子体(ICP)进行深糟刻蚀光刻胶窗口形状浓硼层14，刻蚀深度大于浓硼层14厚度，露出掺杂的N型单晶硅1衬底。
(8)采用市售通用的硅片划片机沿划片槽划出N型单晶硅1衬底硅片。
(9)把N型单晶硅1硅片放入硅各向异性腐蚀液进行湿法腐蚀露出低掺杂的N型单晶硅1衬底释放结构，由于硅各向异性腐蚀液对掺杂浓度的选择性而只腐蚀露出的N型单晶硅1衬底，腐蚀深度至浓硼层14上的定齿3、动齿4、折叠悬梁6、三角平衡梁7、中间梁8、硅微镜10与N型单晶硅1衬底完全脱离成悬浮结构。腐蚀垂直槽12深度至垂直槽12底部N型单晶硅1衬底成V形槽13结构，实施例湿法腐蚀时间为25至30分钟。
(10)对N型单晶硅1硅片手动掰片，制作成单个全光开关管芯，管芯用绝缘胶粘结在光电管壳上，然后光纤11置放在垂直槽12和V形槽13内，硅微镜10加工制作在垂直槽12和V形槽13垂直相交点的光纤11内。实施例硅微镜10制作时镜面与N型单晶硅1衬底垂直、而与光纤11成45°角，用于传输光。
(11)采用市售通用超声键合台用金丝将定齿驱动电极2、动齿驱动电极5的金属层9与管壳的管脚连接，封帽，制作成本发明全光开关器件。
本发明简要工作原理如下：在定齿、动齿驱动电极2、5之间施加直流电压，此时与定齿、动齿驱动电极2、5上相连接的定齿3、动齿4之间产生静电力，在静电力的作用下使折叠悬梁6发生弯曲，带动硅微镜10在平行于N型单晶硅1衬底的方向上运动，硅微镜10起到一个光挡板作用，当硅微镜10被拉开时，光纤光通过对应光开关为开状态，当硅微镜10复位时，光纤光被反射对应光开关为关状态，从而实现光的开关作用。本发明在光开关过程中不存在光电转换，是一种全光开关，特别适用于高速大规模的全光光纤通信网络中作全光开关器件的制造。
Claims (1)
1、一种静电式微机械全光开关制造方法，包括步骤：
在N型单晶硅(1)衬底上扩散一层浓硼层(14)，浓硼层(14)上涂一层光刻胶(15)；
其特征在于还包括步骤：
用一块电极掩模版放在光刻胶(15)上，对位曝光显影，光刻胶(15)上曝光显影出定齿驱动电极(2)、动齿驱动电极(5)的光刻胶窗口形状，露出浓硼层(14)；
对定齿驱动电极(2)、动齿驱动电极(5)光刻胶窗口及光刻胶面溅射覆盖金属膜，剥离掉光刻胶(15)及光刻胶(15)上的金属膜，键合定齿驱动电极(2)和动齿驱动电极(5)成点金属层(9)；
在N型单晶硅(1)衬底的浓硼层(14)上再次涂一层光刻胶(16)；
用一块定齿(3)、动齿(4)、折叠悬梁(6)、三角平衡梁(7)、中间梁(8)、硅微镜(10)、垂直槽(12)掩模版放在光刻胶(16)上，对位曝光显影，光刻胶(16)上曝光显影出定齿(3)、动齿(4)、折叠悬梁(6)、三角平衡梁(7)、中间梁(8)、硅微镜(10)、垂直槽(12)的光刻胶窗口形状，露出浓硼层(14)；
用感应耦合等离子体深槽刻蚀光刻胶窗口形状浓硼层(14)，刻蚀深度大于浓硼层(14)厚度，露出低掺杂的N型单晶硅(1)衬底；
用硅片划片机沿划片槽划出N型单晶硅(1)衬底硅片；
把N型单晶硅(1)硅片放入硅各向异性腐蚀液进行湿法腐蚀露出低掺杂的N型单晶硅(1)衬底，腐蚀深度至浓硼层(14)上的定齿(3)、动齿(4)、折叠悬梁(6)、三角平衡梁(7)、中间梁(8)、硅微镜(10)与N型单晶硅(1)衬底完全脱离为止；腐蚀垂直槽(12)深度至垂直槽(12)底部N型单晶硅(1)衬底成V形槽(13)结构；
手动掰单晶硅(1)硅片，形成单个管芯，管芯用绝缘胶粘结在光电管壳上，光纤(11)置放在垂直槽(12)和V形槽(13)内；
用金丝把定齿驱动电极(2)、动齿驱动电极(5)的金属层(9)与管壳的管脚连接，封帽，从而制成静电式微机械全光开关。
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