专利名称：光波导器件及其制造方法
技术领域：
符合本发明的设备和制造方法涉及一种包括基板上的光波导部分和光学器件安装部分的光波导器件。
背景技术：
在光存取市场中使用的光学收发机大致分成由激光二极管(LD)、光电探测器(PD)、薄膜滤光器和透镜组成的微型光学模块、以及通过在硅基板上制造硅石波导以及表面安装LD和PD而配置的平面光波电路(PLC)。虽然它们两个都具有优缺点，但后者在成本和输送方面是更有利的，因为它不需要光轴调节。不需要光轴调节的该安装方法通常称为“被动对准安装(passive alignment mounting)”。在被动对准安装中，通过利用红外发射的光来对配置到光波导芯片和光学部件的对准标记执行图像检测和识别，从而确定光学部件相对光波导芯片的平面位置。通过被称为基座的块的高度来确定光学部件的垂直位置。因为基座高度可以以高精度制造，所以能够通过在基座上安装光学部件而使该高度以高精度与光波导匹配。
在日本专利号2,823,044中公开了该种光波导器件。图3示出了在该专利中公开的现有技术的光波导器件的分解透视图。在图3中，光波导器件50包括光波导部分56，其由具有形成在硅基板51上的下覆层521和522、芯层53和上覆层54的光波导形成层55组成。光波导器件50还包括光子器件安装部分57，其通过除去一部分光波导形成层55来构成。安装在光子器件安装部分57上的发光器件58光学连接至光波导部分56的端面，其通过除去一部分光波导形成层55而暴露。
光子器件安装部分57包括基座块59、由下覆层521组成的对准标记60、由配置在基座块59上的铬(Cr)膜61组成的基座块形成掩模62、和接触掩模62的发光器件58。下覆层521和522、芯层53和上覆层54是常压(atmosphere)化学气相淀积(CVD)膜。
换句话说，光波导器件50是在具有光波导电路的PLC芯片上表面安装发光器件58的结果。
图4示出了制造图3的光波导器件的方法的截面图，该操作按照图4(a)至图4(h)的顺序进行。在下文，将基于图3和图4给出说明。
在图4(a)中，下覆层521形成为膜，作为硅基板51上的第一层。
在图4(b)中，在下覆层521上构图如下的铬膜61，所述的铬膜随后成为用于形成基座块的掩模。这里，同时构图如下的铬膜61，所述的铬膜成为用于形成安装发光器件58所需的对准标记的掩模。
在图4(c)中，下覆层522形成为膜，作为第二层。
在图4(d)中，在下覆层552上淀积芯层53，该芯层成为光波导部分56的核心，并通过干蚀刻构图该波导。
在图4(e)中，淀积上覆层541作为用于嵌入芯层53的第一层并在高温下进行回流处理。上覆层541由低熔融膜构成。回流处理的温度通常为800℃至900℃。
在图4(f)中，上覆层542是作为第二层而形成的膜，从而完成了波导结构。
在图4(g)中，淀积铬膜63和光致抗蚀剂膜64，并构图以便只有铬膜63留在作为光波导部分56的光波导形成层55上。最后，通过利用铬膜63作为蚀刻掩模，通过干蚀刻暴露出芯层53的端面。而且，通过利用构图的铬膜61作为掩模62而形成基座块59和对准标记60，从而完成了光波导器件。
其后，如所需要的那样进行铬膜的去除、以及绝缘膜和电极金属的膜形成和构图。例如，在图4(h)中除去铬膜63。
在光波导器件50中，光波导部分56的芯层53和基座块59的高度仅由膜形成设备的精度控制。由于晶片表面的变化，膜形成设备的精度为大约1％。因此，当下覆层522的膜厚度为1.5μm时，芯层53和基座块59之间的高度间隙仅为15nm。因此，通过利用对准标记60调节水平方向和在基座块59上安装发光器件58，能够进行高精度的光学耦合而进行无需光轴调节。更具体地，发光器件58的有源层581和芯层53以高精度相对。顺便提及，在图4中，示出了每个单个操作的热处理温度。
由等离子CVD制备的膜可以具有高的折射率，并因此能够增加芯和覆层之间的折射率差，以显著提高设计时的灵活性。然而，通过等离子CVD形成的薄膜需要在高温下进行热处理，一般在1,100℃左右。
在光波导器件50中，芯层53是如前所述的常压CVD膜。这是因为，如果芯层53是等离子CVD膜，则通过在高温下热处理而氧化了铬膜61，并且基座块形成掩模62不再能正确地发挥作用。
发明内容
本发明的示范性实施例克服了上述缺点和以上没有描述的其它缺点。而且，本发明不需要克服以上描述的缺点，并且本发明的示范性实施例可以不克服以上描述的任何问题。
描述了一种光波导器件，其能够通过等离子CVD形成芯层，并且甚至需要高温热处理时，也能够高精度地制造基座块。
根据本发明的一方面，提供一种光波导器件，其包括光波导部分和光子器件安装部分。光波导部分包括具有形成在基板上的下覆层、芯层和上覆层的光波导形成层。光子器件安装部分是通过除去一部分光波导形成层来构成的。安装在光子器件安装部分上的光子器件光学连接至光波导部分的端面，其通过除去一部分光波导形成层而暴露。在光子器件安装部分中，除去芯层和上覆层。光子器件安装部分包括保留的部分下覆层和由配置在下覆层上的薄膜组成的掩模。该光子器件接触掩模。该掩模用作蚀刻掩模以保留部分下覆层。至少该芯层由等离子CVD膜组成。
因为芯层由等离子CVD膜组成，所以该芯的折射率可以是高的。因此，能够增加芯和覆层之间的折射率差，并显著提高设计光波导的灵活性。等离子CVD膜可在1,000℃或以上、优选在1,100℃或以上、更希望在1,200℃或以上形成膜后退火。在该情况下，可以增加该芯的折射率。
对构成下覆层的各层没有限制。例如，它可由淀积的第一和第二层组成。在该情况下，光子器件安装部分具有第二层，并且去除了芯层和上覆层。而且，光子器件安装部分包括部分留下的第一层和由配置在第一层上的薄膜组成的掩模。该掩模用作蚀刻掩模以部分留下第一层。
根据本发明的另一方面，提供一种具有光波导部分和光子器件安装部分的光波导器件的制造方法。光波导部分包括具有形成在基板上的下覆层、芯层和上覆层的光波导形成层。通过去除一部分光波导形成层来形成光子器件安装部分。安装在光子器件安装部分上的光子器件光学连接至光波导部分的端面，其通过去除一部分光波导形成层而被暴露。该方法包括以下的第一至第七操作。
在第一操作中，在基板上形成下覆层。在第二操作中，在要成为光子器件安装部分的部分上形成包括第一薄膜的蚀刻停止层。在第三操作中，在要成为光波导部分的部分上形成芯层。在第四操作中，在要成为光子器件安装部分的部分上以及在要成为光波导部分的部分上形成上覆层。在第五操作中，在要成为光子器件安装部分的部分中通过利用蚀刻停止层去除上覆层。在第六操作中，在蚀刻停止层上或在去除蚀刻停止层之后在蚀刻停止层的位置上形成包括第二薄膜的掩模。在第七操作中，在要成为光子器件安装部分的部分中通过利用该掩模去除下覆层。
至于将成为掩模的第二薄膜，去除了在蚀刻停止层上的芯层和上覆层，并如所需要的那样去除蚀刻停止层，然后在其上形成第二薄膜。因此，即使下覆层和芯层在形成第二薄膜之前在高温下经受热处理，对第二薄膜也没有影响。在制造工艺期间，一直通过蚀刻停止层或掩模来保护确定基座块的高度精度的蚀刻停止层下面或掩模下面的下覆层。因此，甚至当需要高温下热处理时，也能够以高精度制造基座块，而不会损伤掩模的功能。
在第一操作和第三操作中通过等离子CVD还能够形成至少芯层。在第六操作之前，该方法还可包括在1,000℃或以上、优选1,100℃或以上、更希望在1,200℃或以上对下覆层和芯层进行退火的操作。例如，通过等离子CVD在基板上淀积下覆层和芯层，通过干蚀刻形成光波导部分，并在1,000℃或以上退火下覆层和芯层，然后在芯层上形成上覆层。在该情况下，还可在该芯层的膜形成之后以及在下覆层的膜形成之后进行退火。
此外，下覆层可以由淀积的第一和第二层组成。在该情况下，在第一操作中在基板上形成第一层。在第三操作中，在要成为光子器件安装部分的部分上和在要成为光波导部分的部分上形成第二层，然后在要成为光波导部分的部分上形成芯层。在第五操作中，在要成为光子器件安装部分的部分中通过利用蚀刻停止层去除第二层和上覆层。在第七操作中，在要成为光子器件安装部分的部分中通过利用掩模去除第一层。因此，能够与用于在其上配置蚀刻停止层的下覆层相分离地形成与芯层接触的下覆层。配置两个下覆层的主要原因是使光子器件的有源层的高度与光波导部分的芯层的高度相匹配。此外，可以使高度的误差变小，因为光子器件的有源层和光波导部分的芯层的高度精度仅由第二层的膜厚度精度确定。
至少上覆层中的一个可由常压CVD膜组成。因为不需要增加覆层的折射率，所以可以使用常压CVD膜，对于常压CVD膜热处理温度相对较低，以避免产生无用的热应力。此外，应当优选石英膜，例如具有低熔点和诸如硼或磷等掺杂剂的硼磷硅酸盐玻璃(BPSG)膜。利用BPSG膜减小了热应力并便于芯的嵌入。还提高了平坦性并由此便于后处理构图。
换句话说，根据本发明的示范性实施例，甚至在必要的高温处理之后，通过利用高耐热且与氧化膜具有高蚀刻选择性的材料作为形成基座的蚀刻掩模，也能够制造高精度的基座。
根据本发明的示范性实施例，该芯层由等离子CVD膜组成，结果可以导致较高的该芯层的折射率。因此，能够增加芯层和覆层之间的折射率差，以显著提高设计光波导的灵活性。
根据本发明的示范性实施例，去除蚀刻停止层上的芯层和上覆层，并如所需要的那样去除蚀刻停止层，然后在其上形成成为掩模的第二薄膜。因此，即使下覆层和芯层在形成第二薄膜之前在高温下经受热处理，对第二薄膜也没有影响。在制造工艺期间，一直通过蚀刻停止层或掩模来保护确定基座块的高度精度的蚀刻停止层或掩模下面的下覆层。因此，甚至需要在高温下热处理时，也能够制造高精度的基座块，而不会损伤掩模的功能。
通过参考附图详细地描述本发明的示范性实施例，本发明的以上和其它方面将变得更加显而易见，其中图1示出了根据本发明的示范性实施例的光波导器件的实施例的分解透视图；图2(a)至图2(1)示出了根据本发明的示范性实施例的光波导器件的制造方法的截面图；图3示出了相关技术的光波导器件的分解透视图；和图4(a)至图4(h)示出了图3的相关技术的光波导器件的制造方法的截面图。
具体实施例方式
图1示出了根据本发明的示范性实施例的光波导器件的分解透视图。
图1示出了光波导器件10，其包括光波导部分16，该光波导部分包括形成在硅基板11上的具有下覆层121和122、芯层13和上覆层14的光波导形成层15。光波导器件10还包括通过除去一部分光波导形成层15而形成的光子器件安装部分17。安装在光子器件安装部分17上的发光器件18光学连接至光波导部分16的端面，其通过除去一部分光波导形成层15而被暴露。
光子器件安装部分17包括基座块19、对准标记20和掩模22。基座块19和对准标记20由部分保留的下覆层121组成。在基座块19和对准标记20的上部中，除去了下覆层122、芯层13和上覆层14。掩模22包括配置在下覆层121上的铬膜21。发光器件18接触掩模22。掩模22用作蚀刻掩模以部分留下下覆层121。
下覆层121和122以及芯层13由等离子CVD膜组成。等离子CVD膜在膜形成后在1,000℃或以上退火。通过利用该膜，能够增加芯层13和下覆层122之间的折射率差。因此，显著提高了设计光波导时的灵活性。
图2示出了图1的光波导器件的制造方法，该操作按照图2(a)至图2(1)的顺序进行。在下文中，将基于图1和图2给出根据本发明的示范性实施例的说明。
在图2(a)中，通过等离子CVD在硅基板11上形成下覆层121作为第一层。如果需要的话，可以在该层形成之后在约1,100℃进行高温退火处理。
在图2(b)中，通过等离子CVD在下覆层121上形成SiN膜31，其随后成为蚀刻停止层32。随后，构图SiN膜31，以在用于安装发光器件18的区域中留下SiN膜31。例如，在该情况下可以使用热磷酸作为蚀刻剂。使用SiN的原因是高耐热性，并且在诸如缓冲氢氟酸(NH4F/HF/H2O)的氢氟酸混合物的湿法蚀刻中具有与SiO2的高选择性。然而，因为SiN膜的应力通常很高，所以重要的是在该操作中通过构图它一次来减小应力。利用SiN的另一原因是其还可以通过等离子CVD形成。代替SiN膜，还能够使用SiON膜，其中在SiON膜中，N取代大。
在图2(c)中，通过等离子CVD形成下覆层122作为第二层。如果有必要，则可以在形成该层之后在约1,100℃进行高温退火处理。
在图2(d)中，再次通过等离子CVD淀积将成为芯层13的SiON膜，并通过干蚀刻在芯层13上构图该波导。其后，可在约1,100℃处进行高温退火处理。如果热应力没有问题，则可在构图该波导之前进行高温退火处理。
在图2(e)中，淀积上覆层141作为用于嵌入芯层13的第一层。然后在约850℃对上覆层141进行回流处理以嵌入芯层13。上覆层141可以是低熔融膜，例如BPSG膜。
在图2(f)中，形成上覆层142作为第二层以完成光波导形成层15。
在图2(g)中，在光波导形成层15上形成光致抗蚀剂膜23，这成为光波导部分16。通过干蚀刻去除各二氧化硅膜，所述二氧化硅膜包括在蚀刻停止层32上的下覆层122、芯层13和上覆层14。然而，因为SiN与SiO2的选择性低，所以优选进行干蚀刻直到留下少量SiO2的状态。反应离子蚀刻(RIE)适用于该干蚀刻。
在图2(h)中，通过利用SiN膜31作为蚀刻停止层，通过诸如缓冲氢氟酸的氢氟酸混合物的湿法蚀刻去除剩余的SiO2。因此，将成为光子器件安装部分17的部分与将成为光波导部分16的部分明显地隔开。
在图2(i)中，通过热磷酸去除用作蚀刻停止层的SiN膜31。这是为了防止基座块19的高度精度的退化。这是因为在图2(h)中SiN膜31被蚀刻掉一点，并且不能控制SiN膜31的蚀刻量。
在图2(j)中，通过在暴露的下覆层121上淀积铬膜21和光致抗蚀剂膜24并构图该铬膜21，从而形成了用于形成基座块19的掩模22。同时形成用于形成对准标记20的掩模22，在安装发光器件18时需要该对准标记。另外，同时构图该铬膜21作为用于形成芯层13的端面的蚀刻掩模。
在图2(k)中，通过利用在图2(j)中被构图的铬膜21作为蚀刻掩模，通过干蚀刻新暴露出芯层13的端面。而且，同时形成基座块19和对准标记20。为了获得精确的蚀刻，希望铬膜21的蚀刻率为下覆层121的蚀刻率的1/10或以下。反应离子蚀刻(RIE)适用于该干蚀刻。
在图2(l)中，在基座块19的掩模22上安装发光器件18以设置发光器件18的有源层181和芯层13相对，并完成光波导器件10。在该情况下，可去除铬膜，并且可如所需要的那样形成和构图绝缘膜或电极金属。例如，在图2(l)中，去除光波导部分16上的铬膜21。顺便提及，在图2中，示出了每个单个操作的热处理温度。
如上所述，用于提供根据本发明的示范性实施例的光波导器件的设备和制造方法可以获得以下效果。在去除下覆层122、芯层13、上覆层14和蚀刻停止层32之后，在下覆层121上形成将成为掩模22的铬膜21。因此，即使在形成铬膜21之前下覆层121和122以及芯层13在高温下经受了热处理，对铬膜21也没有影响。在制造工艺期间，通过蚀刻停止层32或掩模22保护下覆层121，其决定了基座块19的高度精度。因此，甚至当需要在高温下进行热处理时，也能够以高精度制造基座块19，而不会损伤掩模22的功能。
换句话说，根据本发明的示范性实施例，在高温退火处理之后，对成为掩模22的铬膜21进行构图以形成基座块19。因此，能够以高精度制造基座块19。
虽然以上描述了本发明的示范性实施例，但要理解，对本发明的示范性实施例的多种修改对于本领域技术人员来说是显而易见的，而没有脱离如在以下的权利要求和它们的法定等效物中所定义的本发明的精神和范围。
权利要求
1.一种光波导器件，包括光波导部分，其包括形成在基板上的下覆层；形成在所述下覆层上的芯层；和形成在所述芯层的上覆层；和光子器件安装部分；和光子器件，其安装在所述光子器件安装部分上并光学地连接至所述光波导部分的端面，其中至少所述芯层包括等离子化学气相淀积(CVD)膜。
2.根据权利要求1的光波导器件，其中在形成所述等离子CVD膜之后，在不小于1,000℃下对所述膜进行退火。
3.根据权利要求1的光波导器件，其中所述下覆层包括第一覆层和第二覆层。
4.一种光波导器件的制造方法，该光波导器件包括光波导部分和光子器件安装部分，所述方法包括在基板上形成下覆层；在所述光子器件安装部分上形成蚀刻停止层；在所述光波导部分上形成芯层；在所述光子器件安装部分上和在所述光波导部分上形成上覆层；通过利用所述蚀刻停止层作为蚀刻停止掩模来去除所述上覆层；在所述蚀刻停止层上形成掩模；和通过利用所述掩模作为蚀刻掩模，在所述光子器件安装部分中部分地去除所述下覆层和所述蚀刻停止层。
5.根据权利要求4的光波导器件的制造方法，其中通过等离子化学气相淀积(CVD)来形成至少所述芯层。
6.根据权利要求5的光波导器件的制造方法，进一步包括在所述的形成所述掩模之前，在不小于1,000℃下对至少所述芯层进行退火。
7.一种光波导器件的制造方法，该光波导器件包括光波导部分和光子器件安装部分，所述方法包括在基板上形成下覆层；在所述光子器件安装部分上形成蚀刻停止层；在所述光波导部分上形成芯层；在所述光子器件安装部分上和在所述光波导部分上形成上覆层；通过利用所述蚀刻停止层作为蚀刻停止掩模来去除所述上覆层；去除所述蚀刻停止层；在从其去除了所述蚀刻停止层的部分上形成掩模；和通过利用所述掩模作为蚀刻掩模，在所述光子器件安装部分中部分地去除所述下覆层。
8.根据权利要求7的光波导器件的制造方法，其中通过等离子化学气相淀积(CVD)来形成至少所述芯层。
9.根据权利要求8的光波导器件的制造方法，进一步包括在所述的形成所述掩模之前，在不小于1,000℃下对至少所述芯层进行退火。
10.一种光波导器件的制造方法，该光波导器件包括光波导部分和光子器件安装部分，所述方法包括在基板上形成第一下覆层；在所述光子器件安装部分上形成蚀刻停止层；在所述光子器件安装部分上和所述光波导部分上形成第二下覆层；在所述光波导部分上形成芯层；在所述光子器件安装部分上和在所述光波导部分上形成上覆层；通过利用所述蚀刻停止层作为蚀刻停止掩模来去除所述上覆层和所述第二下覆层；在所述蚀刻停止层上形成掩模；和通过利用所述掩模作为蚀刻掩模，在所述光子器件安装部分中部分地去除所述第一下覆层和所述蚀刻停止层。
11.根据权利要求10的光波导器件的制造方法，其中通过等离子化学气相淀积(CVD)形成至少所述芯层。
12.根据权利要求11的光波导器件的制造方法，进一步包括在所述的形成所述掩模之前，在不小于1,000℃下对至少所述芯层进行退火。
13.一种光波导器件的制造方法，该光波导器件包括光波导部分和光子器件安装部分，所述方法包括在基板上形成第一下覆层；在所述光子器件安装部分上形成蚀刻停止层；在所述光子器件安装部分上和所述光波导部分上形成第二下覆层；在所述光波导部分上形成芯层；在所述光子器件安装部分上和在所述光波导部分上形成上覆层；通过利用所述蚀刻停止层作为蚀刻停止掩模来去除所述上覆层和所述第二下覆层；去除所述蚀刻停止层；在从其去除了所述蚀刻停止层的部分上形成掩模；和通过利用所述掩模作为蚀刻掩模，在所述光子器件安装部分中部分地去除所述下覆层。
14.根据权利要求13的光波导器件的制造方法，其中通过等离子化学气相淀积(CVD)形成至少所述芯层。
15.根据权利要求14的光波导器件的制造方法，进一步包括在所述的形成所述掩模之前，在不小于1,000℃下对至少所述芯层进行退火。
全文摘要
提供一种包括光波导部分和光子器件安装部分的光波导器件。在高温退火后对掩模进行构图以形成其上安装有发光器件的基座块。因此，即使在制造工艺期间该器件在高温下经受热处理，对掩模也没有影响。这使得能够形成高精度的基座块。因此，在基座块上安装发光器件时能够实现高精度的光学耦合。
文档编号G02B6/136GK101063729SQ200710101939
公开日2007年10月31日 申请日期2007年4月27日 优先权日2006年4月28日
发明者渡边真也 申请人:日本电气株式会社