一种数组波导光栅的加工方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种数组波导光栅的加工方法，属于波导材料加工技术领域。
【背景技术】
[0002]玻璃基的数组波导光删(AWG)器件变得越来越受欢迎，原因是这种器件具有通道多，差损低和容易与其它光器件集成在同一芯片上的特点。然而热应力导致的波导双折射会引起偏振相关波长漂移，这是影响数组波导光栅器件制造成品率的主要问题。
[0003]目前在数组波导光栅器件即AWG的加工生产工艺中，衬底层的过度干蚀是影响该器件成品率的关键因素。因为在波导芯材料和衬底材料之间干蚀是没有可选性的，波导芯层的干蚀深度是由时间来决定，在整个晶圆范围内干蚀的程度是不可能做到绝对一致，总有某些地方的衬底层被过度腐蚀掉，这样会导致晶圆上的芯片性能不一致，这反映在偏振相关波长漂移值上。消除偏振相关波长漂移的方法有几种，有的是在波导器件制造工艺完成后，如加半波片的方法。这种方法会增多几个工艺步骤，同时也会使差损增加。其它几种需要优化波导的设计和制造工艺参数，包括对波导结构的改进，譬如光栅波导的宽度，波导芯层，和上覆盖层的热膨胀系数的调整，衬底层在波导芯形成的过程中的过度干蚀问题的解决及上覆盖层的结构改良等。根据上面所叙述的，解决数组波导光删器件的偏振相关波长漂移的问题的技术方法有两种:A)在波导器件制造工艺完成后如加半波片的方法。这种方法会增多几个工艺步骤，同时也会使差损增加。B)优化波导的设计和制造工艺参数的方法也能用来降低数组波导光删器件的偏振相关波长漂移。但这种方法不能解决因偏振相关波长漂移而导致晶圆上芯片的成品率损失，这是因为衬底层的干蚀在晶圆上不均匀，有的地方腐蚀过度。
【发明内容】
[0004]针对现有技术中AWG的加工工艺主要由于衬底在波导芯层干蚀过程中被过度腐蚀，导致AWG的偏振相关波长漂移，使AWG的加工生产成品率大大降低；而现有解决AWG的偏振相关波长漂移问题的工艺存在步骤繁琐，且不能从根本上解决在波导层干蚀过程中对衬底层腐蚀，导致衬底层在晶圆上不均匀的缺陷；本发明的目的是在于提供一种通过在波导芯材料和衬底材料之间设置一层干蚀阻止层，有效防止衬底层在波导芯成型过程中被过度腐蚀，从而从根本上解决晶圆中的芯片偏振相关波长漂移值不一致的问题，大大提高AWG加工成品率的数组波导光栅的加工方法。
[0005]为了实现本发明的技术目的，本发明提供了一种数组波导光栅的加工方法，该方法是在数组波导光栅器件加工过程中包括在衬底层上沉积干蚀阻止层，再在干蚀阻止层上沉积波导芯层的步骤。
[0006]本发明的技术方案通过在波导芯材料和衬底材料之间生长一层干蚀阻止层，可以防止在波导芯层的干蚀过程中，由于过度干蚀而导致衬底层的某些地方被干蚀，从而引起衬底层在晶圆表面的厚度不均匀，导致偏振相关波长漂移值在晶圆不同位置的芯片上不能保持一致。通过设置干蚀阻止层可以很好地解决这一问题，保护衬底材料不被过度干蚀，能使AWG在加工后，晶圆中的芯片偏振相关波长漂移值基本一致，大大提高AWG的加工成品率。
[0007]本发明的数组波导光栅的加工方法还包括以下优选方案:
[0008]优选的方案中干蚀阻止层为Al2O3薄膜层。Al 203不能被以F为基础的氧化物腐蚀工艺等离子气体去除，如CF4，CHF3, C4H8等，可以很好地保护衬底层在波导芯层成型干蚀的过程中不被腐蚀。
[0009]较优选的方案中通过物理气相沉积法或原子层沉积法实现在衬底层上沉积Al2O3薄膜层。本发明优选的沉积方法能保证获得的Al2O3薄膜层厚度的均匀性，有利于对衬底层的保护。
[0010]较优选的方案中Al2O3薄膜层的厚度为100?200纳米。本发明优选的Al 203薄膜层最好是在100?200纳米范围内，该厚度范围的Al2O3干蚀阻止层就足够可以保护衬底层在波导芯层成型干蚀的过程中不被腐蚀，且这样厚度的Al2O3层也不会影响波导对光的传输性能。Al2O3薄膜层过厚会影响波导对光的传输性能，过薄不能很好地保护衬底层。
[0011]优选的方案中包括以下步骤:⑴在晶圆基底成生长衬底层；⑵在衬底层上沉积干蚀阻止层，(3)在干蚀阻止层上沉积波导芯层；(4)通过干蚀使波导芯成型；(5)湿法腐蚀去掉干蚀阻阻止层；(6)在波导芯上沉积覆盖层。
[0012]较优选的方案中通过湿法腐蚀去除在波导芯层的干蚀成型后暴露的干蚀阻止层部分。
[0013]较优选的方案中所述的湿法腐蚀可以通过H3PO4实现。本发明通过磷酸湿法腐蚀可以很好地去除干蚀阻止层(特别适用于Al2O3材料的腐蚀)在波导芯层干蚀成型完成后的裸露部分，且对衬底及波导芯层不会造成腐蚀。
[0014]本发明的有益效果:本发明的技术方案首次在AWG的加工过程中，通过在衬底层和波导芯层之间设置干蚀阻止层，能很好地防止衬底层在波导芯层干蚀成型过程中被过度腐蚀，保证了衬底层在晶圆表面的厚度均匀，使数组波导光栅的PDW值即偏振相关波长漂移值在晶圆不同位置的芯片上都会保持一致，且维持在较低的水平，显著地提高了通过PDW值来衡量的AWG成品率。
【附图说明】
[0015]【图1】为实施例1中在晶圆基底上依次生成衬底层、干蚀阻止层和波导芯层及掩膜层得到的AWG半成品结构截面示意图；
[0016]【图2】为图1的AWG半成品结构通过干蚀后的截面示意图；
[0017]【图3】为图2的AWG半成品结构通过干蚀后进一步采用湿法去除干蚀阻止层后的结构示截面意图；
[0018]【图4】为传统的AWG半成品结构(不含干蚀阻止层)通过干蚀后的截面示意图；
[0019]I为晶圆基底，2为衬底，3为干蚀阻止层，4为波导芯层，5为掩膜层。
【具体实施方式】
[0020]以下实施例旨在进一步说明本
【发明内容】
，而不是限制本发明权利要求的保护范围。
[0021]实施例1
[0022]步骤一:以硅晶圆为基底材料，对其表面进行清洁处理。
[0023]步骤二:通过热氧化生长在硅晶圆基底表面生长一层15?20微米厚的二氧化硅；二氧化硅层的厚度主要取决于光导的折射率，可以根据光导折射率的大小适当调整，光导的折射率越高该层的厚度越薄。
[0024]步骤三:使用PVD (物理气相沉积)在二氧化硅膜层上沉积一层约150纳米厚的Al2O3 (氧化铝)层;
[0025]步骤四:使用PECVD (等离子增强性气相化学沉积)生长一层6微米厚的PSG(掺磷玻璃)，该层和热氧化生长层相对折射率为0.75% ;再应用LPCVD (低压气相化学沉积)生长一层非晶硅作为掩膜层。
[0026]步骤五:通过光刻工艺(包括光阻涂布、曝光、显影等)在掩膜层生成一层图形，采用RIE (反应离子刻蚀)刻蚀掩膜层，在其上形成图形，然后去除光刻层，再应用ICP (感应耦合等离子增强型刻蚀系统)刻蚀PSG层，将掩膜层图形转移至其上，最后剥离掩膜层；
[0027]步骤六:使用磷酸湿法去除干蚀波导芯层后暴露部分的氧化铝；
[0028]步骤7:使用PECVD(等离子增强性气相化学沉积)生长一层10?15微米的BPSG (硼磷掺杂玻璃)。
[0029]图1是在晶圆基底上依次生成衬底层、干蚀阻止层和波导芯层及掩膜层得到的AWG半成品结构截面示意图，从图中可以看出在衬底层和波导芯层之间设置了干蚀阻止层。
[0030]图2是图1的AWG半成品结构通过干蚀后的截面示意图；该干蚀步骤，由于氧化硅薄膜干蚀阻止层的存在，无论波导芯层的干蚀的均匀度多么差，衬底层受干蚀阻止层的保护在波导芯层的干蚀成型的过程中不受影响。这样制得的数组波导光栅的PDW值(即偏振相关波长漂移值)在晶圆不同位置的芯片上都会保持一致且维持在较低的水平。
[0031]图3为图2的AWG半成品结构通过干蚀后进一步采用湿法去除干蚀阻止层后的结构示意图；从图3中可以看出，通过磷酸湿法去除干蚀阻止层后，晶圆表面的衬底层经过干蚀后任然保持均匀水平，不受干蚀破坏，且磷酸湿法腐蚀对衬底层不会有损伤。在很大程度上能使数组波导光栅的PDW值即偏振相关波长漂移值在晶圆不同位置的芯片上保持一致，且维持在较低的水平。这样的波导截面结构，由于有干蚀阻止层，晶圆中心区和晶圆边缘的芯片截面结构一致没有衬底层被过度腐蚀的现象发生。这样数组波导光栅即AWG晶圆的PDW指标值在通过设计和工艺调整调节到零后，在整片晶圆的芯片中PDW指针值会一致不会有变动了。
[0032]图4是传统的AWG半成品结构(不含干蚀阻止层)通过干蚀后的截面示意图，传统的波导截面结构，波导芯层的干蚀在整个晶圆范围内的不一致性导致衬底层有的地方会过度被腐蚀。如图4中的a是晶圆中心位置的芯波导截面结构，衬底层的过度腐蚀大约为2微米，b是对应的晶圆边缘位置芯片衬底层的过度腐蚀为2.4微米，它们之间的差有20%，也就是说在单一晶圆内其不一致性有20%，这样会带来芯片的PDW指针值的变化大于0.02纳米。
【主权项】
1.一种数组波导光栅的加工方法，其特征在于，在数组波导光栅器件加工过程中包括在衬底层上沉积干蚀阻止层，再在干蚀阻止层上沉积波导芯层的步骤。2.根据权利要求1所述的数组波导光栅的加工方法，其特征在于，所述的干蚀阻止层为Al2O3薄膜层。3.根据权利要求2所述的数组波导光栅的加工方法，其特征在于，通过物理气相沉积法或原子层沉积法实现在衬底层上沉积Al2O3薄膜层。4.根据权利要求2或3所述的数组波导光栅的加工方法，其特征在于，Al203薄膜层的厚度为100?200纳米。5.根据权利要求1所述的数组波导光栅的加工方法，其特征在于，包括以下步骤:(I)在晶圆基底成生长衬底层；(2)在衬底层上沉积干蚀阻止层，(3)在干蚀阻止层上沉积波导芯层；(4)通过干蚀使波导芯成型；(5)湿法腐蚀去掉干蚀阻阻止层；(6)在波导芯上沉积覆盖层。6.根据权利要求5所述的数组波导光栅的加工方法，其特征在，通过湿法腐蚀去除在波导芯层的干蚀成型后暴露的干蚀阻止层部分。7.根据权利要求5所述的数组波导光栅的加工方法，其特征在于，所述的湿法腐蚀可以通过H3PO4实现。
【专利摘要】本发明公开了一种数组波导光栅的加工方法，该方法是在数组波导光栅器件加工过程中包括一个在衬底层上沉积干蚀阻止层，再在干蚀阻止层上沉积波导芯层的步骤。该方法通过在波导芯材料和衬底材料之间设置一层干蚀阻止层，有效防止衬底层在波导芯成型过程中被过度腐蚀，从而从根本上解决晶圆中的芯片偏振相关波长漂移值不一致的问题，大大提高AWG加工成品率。
【IPC分类】G02B6/12
【公开号】CN105044837
【申请号】CN201510353381
【发明人】叶旻
【申请人】湖南晶图科技有限公司
【公开日】2015年11月11日
【申请日】2015年6月24日