专利名称：电控可调光衰减器芯片的制备方法
技术领域：
本发明涉及一种光衰减器的制备方法，特别是一种电可调光衰减器芯片的 制备方法，属微电子机械和光通讯器件技术领域。
背景技术：
可调式光衰减器(Variable Optical Attenuator简称VOA)是现代宽带光 网中的一种核心器件.在波分复用光纤网络(WDM Fiber Optical Networks)中， 用来调整各信道信号的强弱.同时还可以用于模拟光纤长距离传输或检测传输 系统的动态范围.传统的光机械VOA衰减范围宽(〉50db)，但体积大、响应时间 长(-l秒)、功率大，所以限制了其应用前景。近年来，有关微机械可调式光 衰减器的报道极多，其中主要利用反射镜的偏转而使反射到输出光纤的光功率 发生改变的居多，这种VOA实现了体积小，但响应时间(毫秒级)还有待于改 善。如据IEEE报道，1998年9月B. Barber等人研制了一种以静电驱动的微机 械光衰减器，其原理是依靠反射镜的位移来实现光衰减，最大缺点是这种结构 限制了它的响应时间。中国专利00127939.4报道一电磁驱动微机可变式光衰 减器，该衰减器采用挡光片和电磁驱动线圈结构，其缺点是响应时间长，达毫 秒级。中国专利02288433.5公开的电可调光衰减器，其包括输入输出单模双 光纤、准直透镜、钛铂金电极、氮化硅薄膜、二氧化硅支臂、重掺杂硅衬底、 空腔腐蚀孔、空腔、光学窗口发射膜、粘合剂、石英基座，引出电极、固定套、 外壳、石英管套17，重惨杂硅衬底上沉积有二氧化硅支臂，二氧化硅支臂的中 央是空腔，空腔上方的氮化硅薄膜构成光学窗口反射膜，光学窗口反射膜外围 有钛铂金电极，光学窗口反射膜和钛铂金电极构成悬浮在空腔上方的可动膜， 钛铂金电极和氮化硅薄膜上均匀分布的空腔腐蚀孔，钛铂金电极和重掺杂硅衬 底有电气连接，重掺杂硅衬底、二氧化硅支臂、氮化硅薄膜、钛铂金电极、空 腔和空腔腐蚀孔构成电可调光衰减器芯片，电可调光衰减器芯片粘结在石英基 座上，两根引出电极分别与钛铂金电极成电气连接，输入输出单模双光纤通过 粘合剂与准直透镜相连后，封装在石英管套内，石英管套及其内的准直透镜、
输入输出单模双光纤与石英基座及其上的电可调光衰减器芯片、引出电极通过 固定套一体化封装在外壳内。将电源馈加在两根引出电极之间，可动膜在静电 引力作用下使空腔的厚度发生改变。单色光从输入输出单模双光纤输入，经准 直透镜会聚到光学窗口反射膜，反射光进入输入输出单模双光纤，并从输入输
出单模双光纤输出。当电源电压从0伏连续增加到24V时，空腔的厚度从3/4 入逐渐减少到1/2A(入为入射光波长)，使光学窗口反射膜的反射率发生改变， 实现了反射光从3db到30db的连续衰减。由于其采用氮化硅薄膜空腔作为活 动元件，抗疲劳性差，因此造成器件的可靠性较差。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于提供一种电可调光衰减器芯片的制备方 法，通过该方法制备的电可调光衰减器芯片采用SOI技术，制作悬臂式电控反
射镜，取代氮化硅薄膜空腔作为活动元件。采用反射镜运动使得光偏出光路达
到衰减，取代原Fabry-Perot干涉仪结构，结构更简单，工艺更容易控制。 本发明所要解决的技术问题可以通过以下技术方案来实现 电可调光衰减器芯片的制备方法，包括如下步骤
1、 氧化选一 SOI (绝缘层上的硅)片，在其上、下表面各氧化出一层 二氧化硅层；中间一层二氧化硅层将SOI片分成上、下两个部分，以便于成型 上、下电极，氧化的工艺条件为温度U80。C，干氧10min，湿氧80min，干氧 15miru
2、 光刻
a、 在上表面的二氧化硅层正面涂正胶，通过光刻在上表面的二氧化硅层 上腐蚀出腐蚀孔和悬臂部分;光刻工艺参数为光刻版1N，坚膜20min，曝光40s， 显影77。。NaOH，然后用水清洗；最后用67。NaOH去胶，再用水清洗；
b、 在下表面的二氧化硅层正面涂正胶，通过光刻在上表面的二氧化硅层 上腐蚀出空腔部分；光刻工艺参数为光刻版1N，坚膜20min，曝光40s，显影 77。。NaOH,然后用水清洗；最后用6°/。NaOH去胶，再用水清洗；
3、 腐蚀
a、腐蚀上电极部分的硅层把SOI片的背面保护起来，放入25%的四甲 基氢氧化铵中，加热到85"C，腐蚀16min，以在上电极部分的硅层上腐蚀出腐蚀孔和悬臂部分；
b、腐蚀下电极部分的硅层把SOI片的正面保护起来，放入25%的四甲 基氢氧化铵中，加热到85-C，腐蚀16min，以在下电极部分的硅层上腐蚀出空 腔。
C、腐蚀中间的二氧化硅层将芯片放入氢氟酸水溶液中，腐蚀中间一层 的二氧化硅层，腐蚀完毕后清洗，烘干，氢氟酸水溶液的比例为氢氟酸水 =1:1;
4、做电极在完成的芯片的正反两面蒸金，形成上、下电极。
采用本发明方法制成的电可调光衰减器芯片，其采用SOI (绝缘层上硅) 技术，制作悬臂式电控反射镜，取代氮化硅薄膜空腔作为活动元件。S0I材料 与氮化硅材料比较有更高的抗疲劳性,增加了器件的可靠性。采用反射镜运动 使得光偏出光路达到衰减，取代原Fabry-Perot干涉仪结构，结构更简单，工 艺更容易控制。本发明的方法具有步骤简单，易控制的特点。
图1为本发明电可调光衰减器芯片的制备方法氧化步骤形成的芯片结构 示意图。
图2为本发明电可调光衰减器芯片的制备方法光刻步骤中a步骤涂胶的芯 片示意图。 一
图3为本发明电可调光衰减器芯片的制备方法光刻步骤中a步骤光刻后的 芯片示意图。
图4为本发明电可调光衰减器芯片的制备方法光刻步骤中a步骤去胶后的 芯片示意图。
图5为本发明电可调光衰减器芯片的制备方法光刻步骤中b步骤涂胶的芯 片示意图。
图6为本发明电可调光衰减器芯片的制备方法光刻步骤中b步骤光刻后的 芯片示意图。
图7为本发明电可调光衰减器芯片的制备方法腐蚀步骤中a步骤腐蚀后的 芯片示意图。
图8为本发明电可调光衰减器芯片的制备方法腐蚀步骤中a步骤去胶后的
芯片示意图。
图9为本发明电可调光衰减器芯片的制备方法腐蚀步骤中b步骤腐蚀后的 芯片示意图。
图10为本发明电可调光衰减器芯片的制备方法腐蚀步骤中c步骤腐蚀后 的芯片示意图。
图11为本发明电可调光衰减器芯片的制备方法做电极步骤后的芯片示意图。
具体实施例方式
为使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解， 下面结合具体实施方式
，进一步阐述本发明。
电可调光衰减器芯片的制备方法，包括如下步骤
1、 氧化参看图1，选一 SOI片，在其上、下表面和中间各氧化出一层 二氧化硅层l、 2、 3;中间一层二氧化硅层3将S0I片分成上、下两个部分4、
5，以便于成型上、下电极，氧化的工艺条件为温度1180。C，干氧10min，湿氧 80min， 干氧15min;
2、 光刻
a、 参看图2、图3和图4，在上表面的二氧化硅层1正面涂正胶6，通过 光刻在该二氧化硅层1上腐蚀出腐蚀孔7和悬臂部分8;光刻工艺参数为光刻 版1N，坚膜20min，曝光40s，显影7°/。oNaOH，然后用水清洗；最后用67oNaOH 去胶，再用水清洗；
b、 参看图5、图6和图7，在下表面的二氧化硅层2正面涂正胶9，通过 光刻在该二氧化硅层2上腐蚀出空腔部分10;光刻工艺参数为光刻版1N，坚 膜20min，曝光40s，显影77。。NaOH，然后用水清洗；最后用6%NaOH去胶， 再用水清洗；
3、 腐蚀
a、 参看图8，腐蚀上电极部分的硅层4:把SOI片的背面保护起来，放入 25%的四甲基氢氧化铵中，加热到85'C，腐蚀16min，以在上电极部分的硅层4 上腐蚀出腐蚀孔11和悬臂部分12;
b、 参看图9，腐蚀下电极部分的硅层5:把SOI片的正面保护起来，放入
25。％的四甲基氢氧化铵中，加热到85-C，腐蚀16min，以在下电极部分的硅层5 上腐蚀出空腔13。
c、参看图10腐蚀中间的二氧化硅层3:将芯片放入氢氟酸水溶液中，腐 蚀中间一层的二氧化硅层3，腐蚀完毕后清洗，烘干，氢氟酸水溶液的比例为 氢氟酸水二l:l;
4、做电极参看图11在完成的芯片的正反两面蒸金，形成上、下电极 14、 15。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业 的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中 描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下本发明还 会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发 明要求保护范围由所附的权利要求书及其等同物界定。
权利要求
1、电可调光衰减器芯片的制备方法，其特征在于，包括如下步骤1)、氧化选一SOI片，在其上、下表面和中间各氧化出一层二氧化硅层；中间一层二氧化硅层将SOI片分成上、下两个部分，以便于成型上、下电极，氧化的工艺条件为温度1180℃，干氧10min，湿氧80min，干氧15min；2)、光刻a、在上表面的二氧化硅层正面涂正胶，通过光刻在上表面的二氧化硅层上腐蚀出腐蚀孔和悬臂部分；光刻工艺参数为光刻版1N，坚膜20min，曝光40s，显影7‰NaOH，然后用水清洗；最后用6％NaOH去胶，再用水清洗；b、在下表面的二氧化硅层正面涂正胶，通过光刻在上表面的二氧化硅层上腐蚀出空腔部分；光刻工艺参数为光刻版1N，坚膜20min，曝光40s，显影7‰NaOH，然后用水清洗；最后用6％NaOH去胶，再用水清洗；3)、腐蚀a、腐蚀上电极部分的硅层把SOI片的背面保护起来，放入25％的四甲基氢氧化铵中，加热到85℃，腐蚀16min，以在上电极部分的硅层上腐蚀出腐蚀孔和悬臂部分；b、腐蚀下电极部分的硅层把SOI片的正面保护起来，放入25％的四甲基氢氧化铵中，加热到85℃，腐蚀16min，以在下电极部分的硅层上腐蚀出空腔。c、腐蚀中间的二氧化硅层将芯片放入氢氟酸水溶液中，腐蚀中间一层的二氧化硅层，腐蚀完毕后清洗，烘干，氢氟酸水溶液的比例为氢氟酸∶水＝1∶1；4)、做电极在完成的芯片的正反两面蒸金，形成上、下电极。
全文摘要
电控可调光衰减器芯片的制备方法，包括氧化、光刻、腐蚀和做电极步骤，其在上电极上形成一个悬臂部分，在下电极上形成一个空腔部分。本发明方法制成的电可调光衰减器芯片，其采用SOI(绝缘层上硅)技术，制作悬臂式电控反射镜，取代氮化硅薄膜空腔作为活动元件。SOI材料与氮化硅材料比较有更高的抗疲劳性，增加了器件的可靠性。采用反射镜运动使得光偏出光路达到衰减，取代原Fabry-Perot干涉仪结构，结构更简单，工艺更容易控制。本发明的方法具有步骤简单，易控制的特点。
文档编号G02B6/26GK101196595SQ200710043399
公开日2008年6月11日 申请日期2007年7月3日 优先权日2007年7月3日
发明者丁树芹, 张晓东, 沙长远, 王连卫 申请人:华东师范大学;上海永鼎光电子技术有限公司