一種平面光波導(dǎo)器件及其制作方法技術(shù)

本發(fā)明專利技術(shù)公開了一種平面光波導(dǎo)及其制作方法，所述制作方法包括：在襯底表面形成下包層；在下包層表面形成鍺摻雜的二氧化硅層；對所述二氧化硅層進行多次退火處理，相鄰兩次退火中，后一次退火溫度高于前一次退火溫度；對所述二氧化硅層進行刻蝕，形成預(yù)設(shè)結(jié)構(gòu)的波導(dǎo)芯層；形成覆蓋所述波導(dǎo)芯層的保護層。通過多次階梯狀溫度退火，在提高波導(dǎo)芯層相對于下包層折射率的同時保證了波導(dǎo)芯層的折射率均勻性。采用所述制作方法制備的平面光波導(dǎo)器件，波導(dǎo)芯層相對于下包層的折射率差值大于或等于1％，且波導(dǎo)芯層的折射率均勻性小于或等于0.02％。

【技術(shù)實現(xiàn)步驟摘要】

本專利技術(shù)涉及半導(dǎo)體器件制作工藝
，更具體地說，涉及一種平面光波導(dǎo)器件及其制作方法。
技術(shù)介紹
平面光波導(dǎo)器件以其體積小、集成度高、可靠性好等優(yōu)點被廣泛應(yīng)用在光調(diào)制器、光開關(guān)、光功率分配器、光耦合器、波分復(fù)用器、光濾波器、偏振分束器以及微透鏡等光學(xué)產(chǎn)品中。參考圖1，圖1為平面光波導(dǎo)器件的結(jié)構(gòu)示意圖，包括：襯底11；設(shè)置在所述襯底1表面下包層12；設(shè)置在所述下包層表面的波導(dǎo)芯層13；覆蓋在所述波導(dǎo)芯層13表面的保護層14。在平面光波導(dǎo)器件中，所述波導(dǎo)芯層14為摻鍺二氧化硅薄膜，為了保證平面光波導(dǎo)器件的光學(xué)性能，所述波導(dǎo)芯層14相對于下包層13需要較高的折射率，且需要具有較好的折射率均勻性。為了提高波導(dǎo)芯層14相對于下包層13的折射率，需要提高波導(dǎo)芯層14內(nèi)鍺的摻雜量，但是鍺的摻雜量提高會使得波導(dǎo)芯層14的折射率均勻性降低。因此，如何在使得波導(dǎo)芯層14相對于下包層13具有較高折射率的同時保證波導(dǎo)芯層14具有較好的折射率均勻性，是平面光波導(dǎo)器件制作領(lǐng)域一個亟待解決的問題。
技術(shù)實現(xiàn)思路
為解決上述技術(shù)問題，本專利技術(shù)提供一種平面光波導(dǎo)器件及其制作方法，在提高波導(dǎo)芯層相對于下包層折射率的同時保證了波導(dǎo)芯層的折射率均勻性。為實現(xiàn)上述目的，本專利技術(shù)提供如下技術(shù)方案：一種平面光波導(dǎo)器件的制作方法，該制作方法包括：在襯底表面形成下包層；在下包層表面形成鍺摻雜的二氧化硅層；>對所述二氧化硅層進行多次退火處理，相鄰兩次退火中，后一次退火溫度高于前一次退火溫度；對所述二氧化硅層進行刻蝕，形成預(yù)設(shè)結(jié)構(gòu)的波導(dǎo)芯層；形成覆蓋所述波導(dǎo)芯層的保護層。優(yōu)選的，在上述制作方法中，所述二氧化硅層的形成方法包括：在設(shè)定流量的硅烷、一氧化二氮以及鍺烷構(gòu)成的反應(yīng)氣體中，以設(shè)定的壓強以及射頻功率，采用PECVD鍍膜工藝形成所述二氧化硅層。優(yōu)選的，在上述制作方法中，所述硅烷的流量范圍是100sccm-175sccm，包括端點值；所述一氧化二氮的流量范圍是2500sccm-3000sccm，包括端點值；所述鍺烷的流量范圍是30sccm-160sccm，包括端點值；所述壓強范圍是2.1Torr-2.4Torr，包括端點值；所述射頻功率是500W-700W，包括端點值。優(yōu)選的，在上述制作方法中，所述波導(dǎo)芯層相對于所述下包層的折射率差是1.5％；其中，所述折射率差為所述波導(dǎo)芯層的折射率減去所述下包層的折射率所得的折射率差值除以所述下包層的折射率。優(yōu)選的，在上述制作方法中，對所述二氧化硅層進行兩次退火處理；其中，第一次退火處理的退火時間為4h-6h，包括端點值；第一次退火處理的退火溫度大于或等于1000℃，且小于1050℃；第二次退火處理的退火時間為4h-6h，包括端點值；第二次退火處理的退火溫度為1050-1100℃，包括端點值。本專利技術(shù)還提供了一種平面光波導(dǎo)器件，所述平面光波導(dǎo)器件采用上述任一種實施方式所述的制作方法制備，所述平面光波導(dǎo)器件的波導(dǎo)芯層的折射率均勻性小于或等于0.02％。優(yōu)選的，在上述平面光波導(dǎo)器件中，所述波導(dǎo)芯層相對于所述下包層的折射率差是1.5％；其中，所述折射率差為所述波導(dǎo)芯層的折射率減去所述平面光波導(dǎo)器件的下包層的折射率所得的折射率差值除以所述下包層的折射率。優(yōu)選的，在上述平面光波導(dǎo)器件中，所述平面光波導(dǎo)器件的傳輸損耗小于0.05dB/cm。從上述技術(shù)方案可以看出，本專利技術(shù)所提供的平面光波導(dǎo)器件的制作方法包括：在襯底表面形成下包層；在下包層表面形成鍺摻雜的二氧化硅層；對所述二氧化硅層進行多次退火處理，相鄰兩次退火中，后一次退火溫度高于前一次退火溫度；對所述二氧化硅層進行刻蝕，形成預(yù)設(shè)結(jié)構(gòu)的波導(dǎo)芯層；形成覆蓋所述波導(dǎo)芯層的保護層。通過多次階梯狀溫度退火，在提高波導(dǎo)芯層相對于下包層折射率的同時保證了波導(dǎo)芯層的折射率均勻性。采用所述制作方法制備的平面光波導(dǎo)器件，波導(dǎo)芯層相對于下包層的折射率差值大于或等于1％，且波導(dǎo)芯層的折射率均勻性小于或等于0.02％。附圖說明為了更清楚地說明本專利技術(shù)實施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對實施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本專利技術(shù)的實施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)提供的附圖獲得其他的附圖。圖1為平面光波導(dǎo)器件的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為本申請實施例提供的一種平面光波導(dǎo)器件的制作方法的流程示意圖。具體實施方式下面將結(jié)合本專利技術(shù)實施例中的附圖，對本專利技術(shù)實施例中的技術(shù)方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本專利技術(shù)一部分實施例，而不是全部的實施例。基于本專利技術(shù)中的實施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本專利技術(shù)保護的范圍。本申請一個實施例提供了一種平面光波導(dǎo)器件的制作方法，參考圖2，所述制作方法包括：步驟S11：在襯底表面形成下包層。為了提高所述波導(dǎo)芯層與所述襯底的接觸穩(wěn)定性，防止波導(dǎo)芯層脫落，所述下包層為二氧化硅層，由于所述波導(dǎo)芯層為摻鍺的二氧化硅層，當(dāng)所述下包層為二氧化硅層時，所述下包層與所述波導(dǎo)芯層具有相同的晶體結(jié)構(gòu)，可以使得二者接觸緊密。所述襯底為硅晶圓襯底，可以通過氧化工藝對所述硅晶圓襯底表面進行氧化形成二氧化硅層，將該二氧化硅成作為所述下包層。步驟S12：在下包層表面形成鍺摻雜的二氧化硅層。在設(shè)定流量的硅烷、一氧化二氮以及鍺烷構(gòu)成的反應(yīng)氣體中，以設(shè)定的壓強以及射頻功率，采用PECVD鍍膜工藝形成所述鍺摻雜的二氧化硅層。在本實施例中，所述硅烷的流量范圍是100sccm-175sccm，包括端點值；所述一氧化二氮的流量范圍是2500sccm-3000sccm，包括端點值；所述鍺烷的流量范圍是30sccm-160sccm，包括端點值；所述壓強范圍是2.1Torr-2.4Torr，包括端點值；所述射頻功率是500W-700W，包括端點值。通過調(diào)整反應(yīng)氣體中各氣體的流量，能夠調(diào)整最終形成的二氧化硅層中鍺元素的含量。在上述參數(shù)范圍內(nèi)可以制備折射率差為0.75％與1.5％兩種常見規(guī)格要求的光波導(dǎo)器件。其中，所述折射率差為所述波導(dǎo)芯層的折射率減去所述平面光波導(dǎo)器件的下包層的折射率所得的折射率差值除以所述下包層的折射率。對于折射率差規(guī)格為0.75％的平面光波導(dǎo)器件，作為波導(dǎo)芯層的二氧化硅層鍺元素的含量較低，可以采用一次退火即可本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護點】
一種平面光波導(dǎo)器件的制作方法，其特征在于，包括：在襯底表面形成下包層；在下包層表面形成鍺摻雜的二氧化硅層；對所述二氧化硅層進行多次退火處理，相鄰兩次退火中，后一次退火溫度高于前一次退火溫度；對所述二氧化硅層進行刻蝕，形成預(yù)設(shè)結(jié)構(gòu)的波導(dǎo)芯層；形成覆蓋所述波導(dǎo)芯層的保護層。

【技術(shù)特征摘要】
1.一種平面光波導(dǎo)器件的制作方法，其特征在于，包括：
在襯底表面形成下包層；
在下包層表面形成鍺摻雜的二氧化硅層；
對所述二氧化硅層進行多次退火處理，相鄰兩次退火中，后一次退火溫
度高于前一次退火溫度；
對所述二氧化硅層進行刻蝕，形成預(yù)設(shè)結(jié)構(gòu)的波導(dǎo)芯層；
形成覆蓋所述波導(dǎo)芯層的保護層。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制作方法，其特征在于，所述二氧化硅層的形
成方法包括：
在設(shè)定流量的硅烷、一氧化二氮以及鍺烷構(gòu)成的反應(yīng)氣體中，以設(shè)定的
壓強以及射頻功率，采用PECVD鍍膜工藝形成所述二氧化硅層。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的制作方法，其特征在于，所述硅烷的流量范圍
是100sccm-175sccm，包括端點值；所述一氧化二氮的流量范圍是
2500sccm-3000sccm，包括端點值；所述鍺烷的流量范圍是30sccm-160sccm，
包括端點值；所述壓強范圍是2.1Torr-2.4Torr，包括端點值；所述射頻功率是
500W-700W，包括端點值。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制作方法，其特征在于，所述波導(dǎo)芯層相對于
所述下包層的折射率差是1.5...

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：劉春梅，李朝陽，
申請(專利權(quán))人：四川飛陽科技有限公司，
類型：發(fā)明
國別省市：四川;51