硅基液晶器件及其制作方法与波长选择开关与流程

本发明涉及光学设备技术领域，尤其涉及一种硅基液晶器件及其制作方法与波长选择开关。

背景技术：

波长选择开关(wavelengthselectiveswitch，wss)是可重构光分插复用器(reconfigurableopticaladd-dropmultiplexer，roadm)的核心光电器件，可实现任意波长或任意波长组合在任意端口的光信号切换、衰减或阻断，是当前光通信行业的重点产品之一。

波长选择开关一般包括光纤阵列、整形透镜、衍射光栅、会聚透镜及控制芯片，光线阵列输入的光信号经过整形透镜准直、光斑整形后再经过衍射光栅，使得不同波长的光信号在空间中沿不同角度分开，再由会聚透镜将不同波长信号光信号聚焦在控制芯片上，由控制芯片将不同波长的光信号沿不同方向输出，从而实现光信号的切换、衰减或阻断。

现有技术常用硅基液晶(liquidcrystalonsilicon)器件作为波长选择开关中的控制芯片。硅基液晶器件包括相对设置的硅片及顶板、设于硅片与顶板之间的液晶层，间隔设于硅片靠近顶板的一侧的多个反光的底电极、设于顶板靠近硅片一侧的透光的顶电极，通过控制施加在底电极与顶电极上的电压能够控制液晶层中液晶的偏转角度。将硅基液晶器件作为波长选择开关中的控制芯片时，光信号由顶板一侧射入硅基液晶器件并经底电极反射后射出，通过调整液晶的偏转角度能够使得不同波长的光信号沿不同方向输出，从而实现光信号的切换。目前，为了提升硅基液晶器件的底电极的反射率，通常会在间隔设置的底电极上形成用于增强反射效果的介质层，然而，由于底电极是间隔设置的，使得多个底电极及相邻底电极之间间隔所在区域整体的表面平坦度较差，直接在多个底电极上形成介质层，介质层的平坦度较差，厚度很难控制，导致增强反射的效果大大降低。为解决这一问题，现有技术会在间隔设置的底电极上形成一层二氧化硅镀膜，而后对该二氧化硅镀膜进行一次化学机械抛光(chemicalmechanicalpolishing，cmp)处理对其进行减薄，而后对剩余的二氧化硅薄膜进行等离子体蚀刻以暴露出底电极，而相邻底电极之间残留有二氧化硅以提升多个底电极及相邻底电极之间间隔所在区域整体的表面平坦度，由于仅进行一次化学机械抛光处理，导致化学机械抛光处理后残留的二氧化硅镀膜的厚度较厚，而为了使得底电极完全暴露出来，一般采用过蚀刻的方式进行等离子体蚀刻，最终导致相邻底电极之间残留的二氧化硅表面存在较大的凹陷，对提升多个底电极及相邻底电极之间间隔所在区域整体的表面平坦度的效果十分有限。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种硅基液晶器件的制作方法，能够提升多个底电极及相邻底电极之间间隔所在区域整体的表面平坦度，提升产品的品质。

本发明的另一目的在于提供一种硅基液晶器件，多个底电极及相邻底电极之间间隔所在区域整体的表面平坦度较高，产品品质较好。

本发明的又一目的在于提供一种波长选择开关，其硅基液晶器件的多个底电极及相邻底电极之间间隔所在区域整体的表面平坦度较高，产品品质较好。

为实现上述目的，本发明首先提供一种硅基液晶器件的制作方法，包括如下步骤：

步骤s1、提供硅片；

步骤s2、在硅片上形成间隔设置的多个反光的底电极；

步骤s3、在硅片上形成覆盖多个底电极及相邻底电极之间间隔的平坦化材料膜；

步骤s4、对平坦化材料膜进行多次抛光处理以对平坦化材料膜进行减薄；

步骤s5、对减薄后的平坦化材料膜进行蚀刻处理，将减薄后的平坦化材料膜位于多个底电极上的部分去除，形成位于相邻底电极之间的填充部；

步骤s6、在多个底电极及填充部上形成介质层；

步骤s7、提供顶板，在顶板上形成透光的顶电极；

步骤s8、将硅片形成有底电极的一侧与顶板形成有顶电极的一侧相对设置，在硅片与顶板之间形成液晶层，得到硅基液晶器件。

所述介质层包括层叠设置的多层子介质层，相邻两个子介质层的材料分别为第一材料及第二材料，最靠近底电极的一层子介质层的材料为第一材料，第一材料的折射率大于第二材料的折射率。

所述第一材料和第二材料的介电常数均大于10；所述第一材料的折射率与第二材料的折射率的差值大于0.5。

所述平坦化材料膜的材料为二氧化硅；

所述底电极的材料为铝；

所述步骤s5中，对减薄后的平坦化材料膜进行蚀刻气体为氯气的等离子体蚀刻处理。

所述步骤s4中，对平坦化材料膜进行多次化学机械抛光处理。

所述步骤s4中，对平坦化材料膜进行化学机械抛光处理的次数为3至8次。

所述步骤s4中，除了第一次化学机械抛光处理外，在进行每一次化学机械抛光处理之前，通过量测平坦化材料膜的厚度并依据平坦化材料膜的厚度调整该次化学机械抛光处理的制程参数，使得进行该次化学机械抛光处理后平坦化材料膜位于底电极上的部分的厚度为进行该次化学机械抛光处理前平坦化材料膜位于底电极上的部分的厚度的二分之一。

所述步骤s3形成的平坦化材料膜位于底电极上的部分的厚度为0.5～1.5μm；所述步骤s4中，进行第一次化学机械抛光处理后，平坦化材料膜位于底电极上的部分的厚度为0.2～0.5μm。

本发明还提供一种硅基液晶器件，采用上述的硅基液晶器件的制作方法制得。

本发明还提供一种波长选择开关，包括上述的硅基液晶器件。

本发明的有益效果：本发明的硅基液晶器件的制作方法在硅片上形成覆盖多个底电极及相邻底电极之间间隔的平坦化材料膜后，对平坦化材料膜进行多次抛光处理以对平坦化材料膜进行减薄，而后对减薄后的平坦化材料膜进行蚀刻处理，以将减薄后的平坦化材料膜位于多个底电极上的部分去除，形成位于相邻底电极之间的填充部，通过进行多次抛光处理能够使得减薄后的平坦化材料膜位于底电极上的部分的厚度极薄，从而蚀刻制程后形成的填充部表面平坦度高，使得多个底电极及相邻底电极之间间隔所在区域整体的表面平坦度较高，提升产品的品质。本发明的硅基液晶器件的多个底电极及相邻底电极之间间隔所在区域整体的表面平坦度较高，产品品质较好。本发明的波长选择开关的硅基液晶器件的多个底电极及相邻底电极之间间隔所在区域整体的表面平坦度较高，产品品质较好。

附图说明

为了能更进一步了解本发明的特征以及技术内容，请参阅以下有关本发明的详细说明与附图，然而附图仅提供参考与说明用，并非用来对本发明加以限制。

附图中，

图1为本发明的硅基液晶器件的制作方法的流程图；

图2为本发明的硅基液晶器件的制作方法的步骤s1及步骤s2的示意图；

图3为本发明的硅基液晶器件的制作方法的步骤s3的示意图；

图4至图6为本发明的硅基液晶器件的制作方法的步骤s4的示意图；

图7为本发明的硅基液晶器件的制作方法的步骤s5的示意图；

图8为本发明的硅基液晶器件的制作方法的步骤s6的示意图；

图9为本发明的硅基液晶器件的制作方法的步骤s7的示意图；

图10为本发明的硅基液晶器件的制作方法的步骤s8的示意图暨本发明的硅基液晶器件的结构示意图。

具体实施方式

为更进一步阐述本发明所采取的技术手段及其效果，以下结合本发明的优选实施例及其附图进行详细描述。

请参阅图1至图10，本发明提供一种硅基液晶器件的制作方法，包括如下步骤：

步骤s1、请参阅图2，提供硅片10。

具体地，所述硅片10包括底层电路11及设于底层电路11上的绝缘层12，所述绝缘层12上设有间隔设置的多个过孔121。

步骤s2、请参阅图2，在硅片10上形成间隔设置的多个反光的底电极20。

具体地，多个底电极20形成在绝缘层12上，每一底电极20对应经一过孔121与底层电路11连接。

具体地，所述底电极20的材料为铝。

优选地，相邻的底电极20之间间隔的宽度为0.25μm。

步骤s3、请参阅图3，在硅片10上形成覆盖多个底电极20及相邻底电极20之间间隔的平坦化材料膜30。

具体地，所述平坦化材料膜30的材料为二氧化硅(sio2)。

具体地，所述步骤s3形成的平坦化材料膜30位于底电极20上的部分的厚度为0.5～1.5μm，优选为1μm。

步骤s4、请参阅图4至图6，对平坦化材料膜30进行多次抛光处理以对平坦化材料膜30进行减薄。

具体地，所述步骤s4中，对平坦化材料膜30进行多次化学机械抛光处理。

优选地，所述步骤s4中，对平坦化材料膜30进行化学机械抛光处理的次数为3至8次。

具体地，所述步骤s4中，除了第一次化学机械抛光处理外，在进行每一次化学机械抛光处理之前，通过量测平坦化材料膜30的厚度并依据平坦化材料膜30的厚度调整该次化学机械抛光处理的制程参数，使得进行该次化学机械抛光处理后平坦化材料膜30位于底电极20上的部分的厚度为进行该次化学机械抛光处理前平坦化材料膜30位于底电极20上的部分的厚度的二分之一。

进一步地，所述化学机械抛光处理的制程参数包括制程时间。

具体地，所述步骤s4中，进行第一次化学机械抛光处理后，平坦化材料膜30位于底电极20上的部分的厚度为0.2～0.5μm，优选为0.35μm。

具体地，在本发明的一优选实施例中，所述步骤s3形成的平坦化材料膜30位于底电极20上的部分的厚度为1μm，在所述步骤s4中，请结合图4，先进行第一次化学机械抛光处理使得平坦化材料膜30位于底电极20上的部分厚度为0.35μm，之后对第一次化学机械抛光处理后的平坦化材料膜30的厚度进行测量并根据测量结果调整第二次化学机械抛光处理的制程参数，而后请结合图5，进行第二次化学机械抛光处理使得平坦化材料膜30位于底电极20上的部分厚度减半为0.175μm，之后对第二次化学机械抛光处理后的平坦化材料膜30的厚度进行测量并根据测量结果调整第三次化学机械抛光处理的制程参数，而后请结合图6，进行第三次化学机械抛光处理使得平坦化材料膜30位于底电极20上的部分厚度再次减半为0.088μm，利用三次化学机械抛光处理对平坦化材料膜30进行减薄，当然，在本发明的其他实施例中，为了进一步减薄平坦化材料膜30的厚度，可以继续进行第四次、第五次、第六次及更多次的化学机械抛光处理，使得平坦化材料膜30位于底电极20上的部分厚度继续减薄为0.044μm、0.022μm、0.011μm及更薄的厚度，具体的化学机械抛光次数可以根据实际的产品需求进行相应的调整。

步骤s5、请参阅图7，对减薄后的平坦化材料膜30进行蚀刻处理，将减薄后的平坦化材料膜30位于多个底电极20上的部分去除，形成位于相邻底电极20之间的填充部31。由于经过多次抛光处理，最终减薄后的平坦化材料膜30位于多个底电极20上的部分的厚度极薄，因此，通过蚀刻处理去除减薄后的平坦化材料膜30位于多个底电极20上的部分而形成的填充物31的表面平坦度极高，使得多个底电极20及相邻底电极20之间间隔所在区域整体的表面平坦度较高。

具体地，所述步骤s5中，对减薄后的平坦化材料膜30进行蚀刻气体为氯气(cl2)的等离子体蚀刻处理。

步骤s6、请参阅图8，在多个底电极20及填充部31上形成介质层40。

具体地，所述介质层40包括层叠设置的多层子介质层41，相邻两个子介质层41的材料分别为第一材料及第二材料，最靠近底电极20的一层子介质层41的材料为第一材料，第一材料的折射率大于第二材料的折射率。

进一步地，所述第一材料和第二材料的介电常数均大于10。所述第一材料的折射率与第二材料的折射率的差值大于0.5。

优选地，第一材料为硅，第二材料为氧化钛。

具体地，在本发明的第一实施例中，所述介质层40包括五层子介质层41，分别第一、三及五层子介质层41的材料为硅，第二及第四层子介质层41材料为二氧化钛，膜厚依次是1000a、1700a、1000a、1700a及2000a，针对第一实施例分析得出，第一实施例的各子介质层41的电压降分别依次是34.9mv、8.7mv、34.9mv、8.7mv、69.8mv，总电压降为157mv，画素阵列与平面反射率分别是91.23％和98.17％。在本发明的第二实施例中，所述介质层40包括三层子介质层41，第一层子介质层41材料为硅，第二层子介质层41材料为二氧化钛，第三层子介质层41材料为硅，这三层材料的膜厚分别1000a、1700a、2000a，针对第二实施例分析得出，第二实施例的各子介质层41的电压降分别是33.4mv、8.3mv、66.8mv，总电压降是109mv，画素阵列反射率是90.42％，平面上的反射率是97.35％。在本发明第三实施例中，所述介质层40包括七层子介质层41，第一、三、五及七层子介质层41材料为硅，第二、第四及第六层子介质层41材料为二氧化硅，膜厚依次是1000a、1700a、1000a、1700a、1000a、1700a及2000a，第三实施例的各子介质层41电压降依次是36.6mv、9.1mv、36.6mv、9.1mv、36.6mv、9.1mv、73.1mv，总电压降为210mv，画素阵列与平面反射率分别是91.57％和99.26％。在本发明的第四实施例中，所述介质层40包括五层子介质层41，分别第一、三及五层子介质层41材料为二氧化钛，第二及第四层子介质层41材料为氧化铝，膜厚依次是1700a、2400a、1700a、2400a及3000a，电压降依次是63mv、13mv、63mv、13mv、111.2mv，总电压降为263mv，画素阵列与平面反射率分别是90.58％和96.34％。对比第一至第四实施例，可知第二及第三实施例的反射率相近，第三实施例的其电压降稍微高于第二实施例，如果可以用的层数增加，还可以使得反射率提高，但是总电压降也会随之提高，成本提高，因此第二实施例是最优的膜层数及材料，当然这仅仅是针对常规情形，特殊情形，也可以根据需要选择第一、三及四实施例。

具体地，本发明中由于填充物31的表面平坦度极高，使得多个底电极20及相邻底电极20之间间隔所在区域整体的表面平坦度较高，从而形成在多个底电极20及填充物31上的介质层40的平坦度高，介质层40中子介质层41的膜厚容易控制，能够保证介质层40增强器件反射率的效果。

步骤s7、请参阅图9，提供顶板50，在顶板50上形成透光的顶电极60。

步骤s8、请参阅图10，将硅片10形成有底电极20的一侧与顶板50形成有顶电极60的一侧相对设置，在硅片10与顶板50之间形成液晶层70，得到硅基液晶器件。由于填充物31的表面平坦度极高，使得多个底电极20及相邻底电极20之间间隔所在区域整体的表面平坦度较高，进而使得液晶层70中的液晶分子能够连续排列，得到均匀的液晶特性。

需要说明的是，本发明的硅基液晶器件的制作方法在硅片10上形成覆盖多个底电极20及相邻底电极20之间间隔的平坦化材料膜30后，对平坦化材料膜30进行多次抛光处理以对平坦化材料膜30进行减薄，而后对减薄后的平坦化材料膜30进行蚀刻处理，以将减薄后的平坦化材料膜30位于多个底电极20上的部分去除，形成位于相邻底电极20之间的填充部31，通过进行多次抛光处理能够使得减薄后的平坦化材料膜30位于底电极20上的部分的厚度极薄，从而蚀刻制程后形成的填充部31表面平坦度高，使得多个底电极20及相邻底电极20之间间隔所在区域整体的表面平坦度较高，有利于提升后续制作的介质层40的平坦度，能够保证介质层40增强器件反射率的效果，且能够使得液晶层70中液晶分子连续排列，得到均匀的液晶特性，提升产品的品质。

基于同一发明构思，请参阅图10，本发明还提供一种硅基液晶器件，采用上述的硅基液晶器件的制作方法制得。该硅基液晶器件包括相对设置的硅片10及顶板50、设于硅片10及顶板50之间的液晶层70、间隔设于硅片10靠近顶板50一侧的多个反光的底电极20、设于相邻底电极20之间的填充部31、设于多个底电极20及多个填充部31上的介质层40及设于顶板50靠近硅片10一侧的透光的顶电极60。

具体地，所述硅片10包括底层电路11及设于底层电路11上的绝缘层12，所述绝缘层12上设有间隔设置的多个过孔121，多个底电极20形成在绝缘层12上，每一底电极20对应经一过孔121与底层电路11连接。

具体地，所述介质层40包括层叠设置的多层子介质层41，相邻两个子介质层41的材料分别为第一材料及第二材料，最靠近底电极20的一层子介质层41的材料为第一材料，第一材料的折射率大于第二材料的折射率。

进一步地，所述第一材料和第二材料的介电常数均大于10。所述第一材料的折射率与第二材料的折射率的差值大于0.5。

优选地，第一材料为硅，第二材料为氧化钛。

需要说明的是，本发明的硅基液晶器件采用上述的硅基液晶器件的制作方法制作，具体在硅片10上形成覆盖多个底电极20及相邻底电极20之间间隔的平坦化材料膜30后，对平坦化材料膜30进行多次抛光处理以对平坦化材料膜30进行减薄，而后对减薄后的平坦化材料膜30进行蚀刻处理，以将减薄后的平坦化材料膜30位于多个底电极20上的部分去除，形成位于相邻底电极20之间的填充部31，通过进行多次抛光处理能够使得减薄后的平坦化材料膜30位于底电极20上的部分的厚度极薄，从而蚀刻制程后形成的填充部31表面平坦度高，使得多个底电极20及相邻底电极20之间间隔所在区域整体的表面平坦度较高，有利于提升介质层40的平坦度，能够保证介质层40增强器件反射率的效果，且能够使得液晶层70中液晶分子连续排列，得到均匀的液晶特性，提升产品的品质。

基于同一发明构思，本发明还提供一种波长选择开关，包括上述的硅基液晶器件，在此不再对硅基液晶器件的结构进行重复性描述。

需要说明的是，本发明的波长选择开关中的硅基液晶器件采用上述的硅基液晶器件的制作方法制作，具体在硅片10上形成覆盖多个底电极20及相邻底电极20之间间隔的平坦化材料膜30后，对平坦化材料膜30进行多次抛光处理以对平坦化材料膜30进行减薄，而后对减薄后的平坦化材料膜30进行蚀刻处理，以将减薄后的平坦化材料膜30位于多个底电极20上的部分去除，形成位于相邻底电极20之间的填充部31，通过进行多次抛光处理能够使得减薄后的平坦化材料膜30位于底电极20上的部分的厚度极薄，从而蚀刻制程后形成的填充部31表面平坦度高，使得多个底电极20及相邻底电极20之间间隔所在区域整体的表面平坦度较高，有利于提升介质层40的平坦度，能够保证介质层40增强器件反射率的效果，且能够使得液晶层70中液晶分子连续排列，得到均匀的液晶特性，提升产品的品质。

综上所述，本发明的硅基液晶器件的制作方法在硅片上形成覆盖多个底电极及相邻底电极之间间隔的平坦化材料膜后，对平坦化材料膜进行多次抛光处理以对平坦化材料膜进行减薄，而后对减薄后的平坦化材料膜进行蚀刻处理，以将减薄后的平坦化材料膜位于多个底电极上的部分去除，形成位于相邻底电极之间的填充部，通过进行多次抛光处理能够使得减薄后的平坦化材料膜位于底电极上的部分的厚度极薄，从而蚀刻制程后形成的填充部表面平坦度高，使得多个底电极及相邻底电极之间间隔所在区域整体的表面平坦度较高，提升产品的品质。本发明的硅基液晶器件的多个底电极及相邻底电极之间间隔所在区域整体的表面平坦度较高，产品品质较好。本发明的波长选择开关的硅基液晶器件的多个底电极及相邻底电极之间间隔所在区域整体的表面平坦度较高，产品品质较好。

以上所述，对于本领域的普通技术人员来说，可以根据本发明的技术方案和技术构思作出其他各种相应的改变和变形，而所有这些改变和变形都应属于本发明权利要求的保护范围。