一种plc平面光波导与微流量计的集成加工方法
【技术领域】
[0001]本发明属于光流量器领域，具体涉及一种PLC平面光波导与微流量计的集成加工方法。
【背景技术】
[0002]光流量器近些年来发展很快。这一领域综合了微流量计和光器件方面的技术，其应用产品包括生化传感器，能量和图像显示器等。其中，微流量计器件的基本结构是加工一个嵌入式的通道让流体产生微流动，然后在其上再加工光波导就形成了光流量器。
[0003]很多研宄机构目前用环氧树脂PDMS(聚二甲基硅氧烷)作为微流量计器件的主要材料，由于其有良好的光学性能和容易制造，然而环氧树脂材料的化学稳定性不佳，高温或其它环境因素会损坏器件的使用性能。
[0004]另一种方法是利用玻璃材料作为微流量计器件的主要材料，但是现有的使用玻璃材料的制备微流量计器件的方法主要是通过形成气孔然后退火，气孔扩大形成微通道，这种方法存在很难精确控制微通道的形状和尺寸的问题。
【发明内容】
[0005]本发明的目的在于提供一种化学稳定性好、使用性能佳，同时能够精确控制微通道的形状和尺寸、波导芯(光器件)和微通道集成在一块芯片上的PLC平面光波导与微流量计的集成加工方法。
[0006]为实现本发明的目的，本发明提供了一种PLC平面光波导与微流量计的集成加工方法，在硅晶圆基体上生长衬底，衬底上沉积掺杂的波导芯层，生长掩膜层，通过光刻工艺在掩膜层生成一层图形，通过干法刻蚀将掩膜层的图形转移至波导芯层，剥离掩膜层后，再在其上沉积覆盖层；通过光刻工艺在覆盖层上形成图形，刻蚀部分覆盖层直至将选定的需要加工成微通道的波导芯的侧壁暴露，通过KOH溶液或四甲基氢氧化铵溶液腐蚀该处的波导芯直至形成微通道，从而与未暴露在外未被腐蚀的波导芯集成在一块波导芯片上。
[0007]所述掺杂的波导芯层为掺锗的波导芯层。
[0008]所述惨杂的波导芯层进一步为惨憐玻璃。
[0009]KOH溶液的质量浓度优选为30-45 %。
[0010]四甲基氢氧化钱溶液的质量浓度优选为20-30%。
[0011]通过优选的KOH溶液以及四甲基氢氧化铵溶液的质量浓度，能够获得更好的腐蚀效率和腐蚀效果，更有利于形成形状和尺寸可控的微通道以及未被腐蚀的光导芯的保留。
[0012]所述掺杂的波导芯层和衬底的相对折射率优选为2.5-3%。
[0013]通过该折射率的优选，能够增加溶液的腐蚀选择比，获得更好腐蚀效果，更有利于形成形状和尺寸可控的微通道。
[0014]腐蚀的温度优选为60-70 °C。
[0015]在优选的腐蚀温度下，能够获得更好的腐蚀效率和腐蚀效果，更有利于形成形状和尺寸可控的微通道。
[0016]所述波导芯层优选为锗掺杂的Si02。
[0017]所述覆盖层优选为硼磷掺杂玻璃层，所述衬底为Si02。
[0018]本发明的有益效果:本发明针对现有的使用环氧树脂PDMS作为微流量计器件的主要材料时存在的化学稳定性不佳，高温或其它环境因素会损坏器件的使用性能；使用玻璃材料作为微流量计器件的主要材料时很难精确控制微通道的形状和尺寸的现状，提供了一种能够化学稳定性好、高温等条件下使用性能佳，且同时能够精确控制微通道的形状和尺寸、波导芯(光器件)和微信道集成在一块芯片上的集成加工方法。首先，本发明使用的主体材料为玻璃材料，且针对使用玻璃材料时存在的很难精确控制微通道的形状和尺寸的问题，发明人在刻蚀波导芯层得到所需形状，在其上沉积覆盖层后，巧妙地通过刻蚀覆盖层覆盖的波导芯层侧壁，露出部分需要形成微通道的波导芯层侧面，并通过KOH或四甲基氢氧化铵溶液对掺杂的S12 (即波导芯材料)和未掺杂的S1jf底层腐蚀是有选择性的这一特性。通过KOH容液或四甲基氢氧化铵溶液将掺杂的S12腐蚀掉因而形成微通道。
[0019]通过KOH溶液或四甲基氢氧化铵溶液腐蚀露出侧面的波导芯层，使用本发明的加工方法，能够按照技术人员的需要刻蚀得到所需通道的大小和形状波导芯后，通过巧妙的腐蚀过程精确控制微通道的形状和尺寸，最终得到形状和尺寸可控的微通道与未被腐蚀的波导芯在一块芯片上的集成加工方法。
【附图说明】
[0020]图1是本发明的PLC平面光波导与微流量计的集成加工方法的流程图。
【具体实施方式】
[0021 ] 以下实施例旨在进一步说明本
【发明内容】
，但本发明并不限于下述实施例。
[0022]实施例1
[0023]步骤1:
[0024]以硅晶圆为基体，在硅晶圆上通过热氧化生长15 - 20 μ m厚的二氧化硅衬底。
[0025]步骤2:
[0026]使用PECVD (等离子增强性气相化学沉积)生长一层2 — 4 μ m厚的掺Ge (锗)的PSG (掺磷玻璃)，即本发明的波导芯层，该层和二氧化硅衬底的相对折射率为2.5 — 3%。
[0027]步骤3:
[0028]应用LPCVD (低压气相化学沉积)在波导芯层上生长一层非晶硅作为Hardmask (掩膜层);
[0029]应用光刻工艺(光阻涂布(覆盖光刻胶)、曝光、显影)在掩膜层生成一层图形；
[0030]运用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；
[0031]应用ICP(感应耦合等离子增强型刻蚀系统)刻蚀掺Ge(锗)PSG层，将掩膜层图形转移至其上；
[0032]剥离掩膜层。
[0033]步骤4:
[0034]使用PECVD (等离子增强性气相化学沉积)生长一层10-15 μ m的BPSG (硼磷掺杂玻璃)，即本发明的覆盖层。
[0035]应用光刻工艺在BPSG上形成图形，然后通过ICP刻穿BPSG层，在波导芯层侧壁形成空洞，用以形成微通道，最后去除光刻层。
[0036]使用Κ0Η(氢氧化钾)或TMAH(四甲基氢氧化钱)溶液，透过上步形成的空洞，在波导芯层湿法刻蚀出微通道。
[0037]如图1所示，通过刻蚀图1(b)的波导芯层，得到图1(c)所示的刻蚀后的结构，在经过覆盖层覆盖后，通过进一步部分刻蚀露出左边的两部分波导芯的侧面，使用Κ0Η(氢氧化钾)或TMAH(四甲基氢氧化铵)溶液腐蚀，形成形状和尺寸可控的两个微通道，而右边未露出侧面的波导芯得以保留，从而最终得到形状和尺寸可控的微通道与未被腐蚀的波导芯在一块芯片上的微流量计器件。
【主权项】
1.一种PLC平面光波导与微流量计的集成加工方法，其特征在于，在硅晶圆基体上生长衬底，衬底上沉积掺杂的波导芯层，生长掩膜层，通过光刻工艺在掩膜层生成一层图形，通过干法刻蚀将掩膜层的图形转移至波导芯层，剥离掩膜层后，再在其上沉积覆盖层；通过光刻工艺在覆盖层上形成图形，刻蚀部分覆盖层直至将选定的需要加工成微通道的波导芯的侧壁暴露，通过KOH溶液或四甲基氢氧化铵溶液腐蚀该处的波导芯直至形成微通道，从而与未暴露在外未被腐蚀的波导芯集成在一块波导芯片上。2.根据权利要求1所述的加工方法，其特征在于，所述掺杂的波导芯层为掺锗的波导芯层。3.根据权利要求2所述的加工方法，其特征在于，所述掺杂的波导芯层为掺磷玻璃。4.根据权利要求1或2所述的加工方法，其特征在于，KOH溶液的质量浓度为30-45%。5.根据权利要求1或2所述的加工方法，其特征在于，四甲基氢氧化铵溶液的质量浓度为 20-30%。6.根据权利要求1所述的加工方法，其特征在于，腐蚀的温度为60-70°C。7.根据权利要求1-3任一项所述的加工方法，其特征在于，所述掺杂的波导芯层和衬底的相对折射率为2.5-3%。8.根据权利要求1或2所述的加工方法，其特征在于，所述波导芯层为锗掺杂的S12。9.根据权利要求8所述的加工方法，其特征在于，所述覆盖层为硼磷掺杂玻璃层，所述衬底为S12。
【专利摘要】本发明的目的在于提供一种PLC平面光波导与微流量计的集成加工方法，通过在硅晶圆基体上生长衬底，衬底上沉积掺杂的波导芯层，生长掩膜层，通过光刻工艺在掩膜层生成一层图形，通过干法刻蚀将掩膜层的图形转移至波导芯层，剥离掩膜层后，再在其上沉积覆盖层；通过光刻工艺在覆盖层上形成图形，刻蚀部分覆盖层直至将选定的需要加工成微通道的波导芯的侧壁暴露，通过KOH溶液或四甲基氢氧化铵溶液腐蚀该处的波导芯直至形成微通道，从而与未暴露在外未被腐蚀的波导芯集成在一块波导芯片上。
【IPC分类】G02B6/136
【公开号】CN104977654
【申请号】CN201510340157
【发明人】曾祥恩
【申请人】湖南晶图科技有限公司
【公开日】2015年10月14日
【申请日】2015年6月18日