一種擋光式微機電可變光衰減器的制作方法技術

本發明專利技術公開了一種擋光式微機電可變光衰減器的制作方法。該方法在微納加工工藝的基礎上，采用體硅加工技術制作可變光衰減器的固定擋光板和活動擋光板，通過在固定擋光板、活動擋光板上淀積擋光材料，起到對光束的遮擋限制作用；固定擋光板上制作通光孔，用于約束光斑大小，限制光的衍射作用；通過光刻、刻蝕等工藝制作可變光衰減器的活動擋光板，使活動擋光板能夠在外加驅動力的作用下線性運動，通過控制活動擋光板位置，實現對傳輸光能量的精確調節；最后通過圓片級鍵合，集成可變光衰減器固定擋光板和活動擋光板，實現對傳輸光能量的可控調節。上述方法采用常規的微納加工方法，工藝成熟可靠，制作精度高，可大大降低成本，適用于規模化生產。

【技術實現步驟摘要】
—種擋光式微機電可變光衰減器的制造方法
本專利技術涉及MEMS制造及工程領域，尤其涉及。
技術介紹
光衰減器作為光纖通信中的元器件，可以在外部激勵(機械、電力、磁力等)作用下，通過光學元件運動或光學狀態的改變，實現對光信號的強度進行調節。光衰減器是光通訊系統中重要的光無源器件之一，可以在光網絡中產生可控的衰減，與其他器件匹配很好地實現光增益平坦、動態增益平衡以及傳輸功率均衡，在光纖通訊、光纖模擬信號傳輸、光學傳感器模擬成像以及光纖測量等領域有著十分重要的應用。可變光衰減器衰減量可以改變，能主動精確平衡光功率，對信號實現實時處理，在發展上較具優勢。傳統的可變光衰減器存在著體積大，成本高，不易集成等缺點，一般只適于單通道衰減方式。隨著光通信網絡的發展，特別是波分復用技術的應用以及可靈活升級的可重構光分插復用器的潛在需求，越來越需要通道數多而體積小的可變光衰減器。為更好地滿足光通信的需求，VOA正朝著高集成、小型化、低成本的方向發展。傳統的機械方式已不能解決這些問題，因而出現了基于微納加工技術的MEMS可變光衰減器。MEMS VOA性能上除了保持傳統技術VOA的光學性能外，還具有衰減范圍大、驅動電壓低、體積小、易于多通道集成、響應速度快和性價比高等優點，具有廣泛的應用前景。根據光衰減機理不同，微機械可變光衰減器可以劃分為兩種類型:反射式和擋光式。反射式微機械可變光衰減器一般是利用靜電驅動反射鏡偏轉或變形使反射到輸出光纖中的光功率發生改變，有較高的衰減控制精度和較快的反應時間，但其工作電壓高，動態衰減范圍小，插入損耗較大。此外，反射式微機械可變光衰減器需要復雜的光纖對準光路。擋光式可變光衰減器采用微型擋板阻斷傳輸光信號來實現光能量衰減，可實現大范圍動態衰減，低插入損耗。擋光式可變光衰減器可以采用多種微機械加工技術來實現，目前國內外報道的主要有表面加工工藝、LIGA技術等、這些加工技術工藝較為復雜，并且目前器件生產的成品率很低，實現產業化還存在技術困難。因此開發一種工藝簡單、高制作精度和成品率、低成本的擋光式微機電可變光衰減器的制造方法對推動MEMS可變光衰減器的實用化具有重要意義。
技術實現思路
(一 )需要解決的技術問題針對傳統可變光衰減器體積大、成本高、不易集成的缺點，現有的擋光式可變光衰減器加工工藝復雜、成品率低的問題，本專利技術提出了一種擋光式微機電可變光衰減器的制作方案，采用微納加工技術制作，工藝簡單，制作精度高，易集成。這些技術突破大大提高了器件的制作精度和成品率，有效降低了制作成本，有利于規模化生產。( 二 )技術方案為了解決上述技術問題，本專利技術提供了，該方法包括固定擋光板和活動擋光板的制作、固定擋光板和活動擋光板的鍵合；其中，固定擋光板的制作包括:在基片I的正面光刻、刻蝕形成凹槽結構；基片I的背面刻蝕形成通光孔，所述通光孔和凹槽結構相連通；基片I的正面淀積擋光材料，形成遮光層，完成固定擋光板的制作；所述活動擋光板的制作包括:基片II的雙面淀積介質薄膜；刻蝕基片II背面的介質薄膜，形成刻蝕孔；基片II的正面淀積擋光材料，并刻蝕擋光材料，形成擋光結構及導線圖形；根據所述擋光結構及導線圖形依次刻蝕介質薄膜及基片II正面，形成活動擋光板彈性結構；基片II的背面的刻蝕孔處進行濕法腐蝕，形成凹槽結構；刻蝕所述凹槽結構底部形成通光孔，使活動擋光板彈性結構懸空，完成活動擋光板的制作；所述固定擋光板和活動擋光板的鍵合包括:分別在制作好的固定擋光板結構的基片I背面和活動擋光板結構的基片II正面淀積鍵合材料，通過光刻、刻蝕工藝形成鍵合結構，對基片I和基片II進行對準，使固定擋光板上的通光孔正對活動擋光板的通光孔，然后在一定的鍵合溫度、壓強下進行鍵合，完成可變光衰減器的制作。(三)有益效果從上述技術方案可以看出，本專利技術的有益效果是:1.本專利技術提供了一種擋光式可變光衰減器的制造方法，整個制作步驟只需要四塊掩膜版，工藝步驟簡單，所采用的都是常規的MEMS微納加工方法，不需要昂貴耗時的加工設備，技術成熟，成本低，制作精度高，有利于實現高成品率制作，適用于大規模生產。2.本專利技術采用固定遮光板與可動MEMS器件的集成方法，有效控制了光斑大小，減小了器件尺寸，有利于與CMOS器件集成。3.本專利技術提出了在固定擋光板和可動擋光板上制作凹槽結構，有利于限制光纖，簡化了對準和裝配，大大提高了成品率。【附圖說明】圖1示出了本專利技術提出的一種擋光式微機電可變光衰減器的結構圖；圖2示出了本專利技術中活動擋光板彈性結構的俯視圖；圖3(a)-圖3(d)示出了本專利技術提出的擋光式微機電可變光衰減器的固定擋光板的制作方法工藝流程圖；圖4(a)-圖4(f)示出了本專利技術提出的擋光式微機電可變光衰減器的活動擋光板的制作方法的工藝流程示意圖。【具體實施方式】為使本專利技術的目的、技術方案和優點更加清楚明白，以下結合具體實施例，并參照附圖，對本專利技術作進一步的詳細說明。圖1示出了本專利技術提出的一種擋光式微機電可變光衰減器的結構圖。如圖1所示，所述擋光式微機電可變光衰減器具體包括:固定擋光板和活動擋光板，所述固定擋光板和活動擋光板分別由基片I和基片II制作，固定擋光板和活動擋光板鍵合制作成可變光衰減器。所述基片I包括硅晶片、含氧化硅中間層和單晶硅器件層的SOI片、玻璃片或其它常用襯底基片；所述基片II包括硅晶片或含氧化硅中間層和單晶硅器件層的SOI片。其中，基片I的正面上制作有固定檔光板凹槽結構4，凹槽結構4的底部具有固定擋光板通光孔7，延伸至基片I的背面；在所述基片I的正面、凹槽結構4的表面和通光孔7的表面覆蓋有一層遮光薄膜層8，其為擋光材料。基片II從下至上依次包括體硅22，掩埋氧化層21和頂層硅20，體硅22下表面具有凹槽結構17，凹槽結構17的底部具有通光孔18，其延伸至頂層硅20的下表面；頂層硅20上刻蝕有活動擋光板彈性結構14，活動擋光板彈性結構14由具有擋光結構的折疊梁結構構成，活動擋光板彈性結構14上淀積有薄膜2和遮光層8，薄膜2用于遮光層8與活動擋光板彈性結構14之間的絕緣。圖2示出了本專利技術中所述活動擋光板彈性結構的俯視圖。如圖2所示，所述活動擋光板彈性結構為折疊梁結構形式，圖1為經過圖2所示虛線的剖面圖。所述活動擋光板彈性結構14下表面的掩埋氧化層21被腐蝕掉后，所述活動擋光板彈性結構14相對于掩膜氧化層21和體硅22懸空，具體為折疊梁結構，且其正對通光孔18上方處具有一擋光結構9，由折疊梁部分支撐，在外力的驅動下，該擋光結構9可以發生平移，即對準通光孔18或從通光孔18偏移，其在對準通光孔18時，擋光結構9上的遮光層8將固定擋光板下表面的通光孔7完全遮住，以阻斷進入通光孔7的輸入光纖中的光；當其從通光孔18正上方平移之后，可以打開通光孔7，使得輸入光纖中的光通過通光孔7入射至通光孔18，進而進入通光孔18另一側的輸出光纖。可見，所述活動擋光板彈性結構在外力驅動下，在輸入光纖和輸出光纖之間移入或移出，全部或部分阻斷傳輸光的通過，調節進入輸出光纖的傳輸光能量。本專利技術提出了一種擋光式微機電可變光衰減器制作方法。利用微納加工技術制作可變光衰減器的固定擋光板和活動擋光板，圖3(a)?圖3(d)示出了本專利技術中提出的擋光式微機電可變光衰減器的固定擋光板的制本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種擋光式微機電可變光衰減器的制作方法，該方法包括固定擋光板和活動擋光板的制作、固定擋光板和活動擋光板的鍵合；其中，固定擋光板的制作包括：在基片I的正面光刻、刻蝕形成凹槽結構；基片I的背面刻蝕形成通光孔，所述通光孔和凹槽結構相連通；基片I的正面淀積擋光材料，形成遮光層，完成固定擋光板的制作；所述活動擋光板的制作包括：基片II的雙面淀積介質薄膜；刻蝕基片II背面的介質薄膜，形成刻蝕孔；基片II的正面淀積擋光材料，并刻蝕擋光材料，形成擋光結構及導線圖形；根據所述擋光結構及導線圖形依次刻蝕介質薄膜及基片Ⅱ正面，形成活動擋光板彈性結構；基片II的背面的刻蝕孔處進行濕法腐蝕，形成凹槽結構；刻蝕所述凹槽結構底部形成通光孔，使活動擋光板彈性結構懸空，完成活動擋光板的制作；所述固定擋光板和活動擋光板的鍵合包括：分別在制作好的固定擋光板結構的基片I背面和活動擋光板結構的基片Ⅱ正面淀積鍵合材料，通過光刻、刻蝕工藝形成鍵合結構，對基片I和基片Ⅱ進行對準，使固定擋光板上的通光孔正對活動擋光板的通光孔，然后在一定的鍵合溫度、壓強下進行鍵合，完成可變光衰減器的制作。

【技術特征摘要】
1.一種擋光式微機電可變光衰減器的制造方法，該方法包括固定擋光板和活動擋光板的制作、固定擋光板和活動擋光板的鍵合； 其中，固定擋光板的制作包括: 在基片I的正面光刻、刻蝕形成凹槽結構； 基片I的背面刻蝕形成通光孔，所述通光孔和凹槽結構相連通； 基片I的正面淀積擋光材料，形成遮光層，完成固定擋光板的制作； 所述活動擋光板的制作包括: 基片II的雙面淀積介質薄膜； 刻蝕基片II背面的介質薄膜，形成刻蝕孔； 基片II的正面淀積擋光材料，并刻蝕擋光材料，形成擋光結構及導線圖形； 根據所述擋光結構及導線圖形依次刻蝕介質薄膜及基片II正面，形成活動擋光板彈性結構； 基片II的背面的刻蝕孔處進行濕法腐蝕，形成凹槽結構； 刻蝕所述凹槽結構底部形成通光孔，使活動擋光板彈性結構懸空，完成活動擋光板的制作； 所述固定擋光板和活動擋光板的鍵合包括: 分別在制作好的固定擋光板結構的基片I背面和活動擋光板結構的基片II正面淀積鍵合材料，通過光刻、刻蝕工藝形成鍵合結構，對基片I和基片II進行對準，使固定擋光板上的通光孔正對活動擋光板的通光孔，然后在一定的鍵合溫度、壓強下進行鍵合，完成可變光衰減器的制作。2.根據權利要求1所述的擋光式微機電可變光衰減器的制造方法，其特征在于，所述基片I包括硅晶片、含氧化硅中間層和單晶硅器件層的SOI片、玻璃片或其它常用襯底基片；所述基片II包括硅晶片或含氧化硅中間層和單晶硅器件層的SOI片。3.根據權利要求1所述的擋光式微機電可變光衰減器的制造方法，其特征在于，制作固定擋光板時，采用KOH或TMAH各向異性濕法腐蝕或各向異性反應離子干法刻蝕...

【專利技術屬性】
技術研發人員：毛旭，魏偉偉，呂興東，楊晉玲，楊富華，
申請(專利權)人：中國科學院半導體研究所，
類型：發明
國別省市：