专利名称：在硅平台上实现awg与ld倒装集成的方法
技术领域：
本发明涉及光通信技术领域中的倒装工艺，尤其涉及一种在硅平台上实现AWG与 LD倒装集成的方法。
背景技术：
光通信用的单纤双向、三向器最初为TO-Can封装的激光器、探测器和薄膜干涉滤 光片(TFF)封装在一个金属固件里(OSA)，为节约激光器和探测器的TO-Can封装成本，以硅 基平面光波回路(PLC)作平台代替金属固件，将激光器、探测器裸芯片和TFF集成在硅基平 台，但TFF装配在硅基PLC平台仍存在TFF自身及与硅基波导耦合的成本，而将TFF的分波 功能用AWG波分复用/解复用器代替会进一步降低双向、三向器的成本。由于光电子器件本身的特点，它不仅仅要实现器件中芯片和外封装的电学连接， 还要实现光路的连接关系，所以耦合对准对整个器件最终性能具有决定性的影响。目前常 用的耦合对准技术主要分为有源对准技术和无源对准技术两种。采用有源对准技术，毫无 疑义能够获得器件和波导之间的最佳光耦合效率，但该技术在批量化生产的过程中，需要 施加偏置且反复对各个部件进行调整、校正光轴，并进行固定，其工作效率比较低，不适于 大规模的生产。而无源对准技术是在非工作状态下，根据事先设计和加工的各种定位标记 进行对准。这种技术获得的光电子器件的耦合效率存在有一定耦合效率容差的特点，器件 的耦合效率一致性不是特别好，总体耦合效率分布表现为高斯型的正态分布。但其耦合效 率的分布特性能够满足最终器件的耦合效率要求的条件下，无源对准技术具有明显的技术 优势。它不需要调整和校正光轴，固定和调整各个部件的设备、夹具、工具等组装设备的数 量会大大减少，组装工序的数量也相应大量减少，很容易实现批量自动化生产。同时，工业界的倒装技术、焊接技术、微定位技术和图像识别技术也在不断地向前 发展，并且愈来愈完善。其中的倒装技术，就是将芯片以相反的姿态安装在支撑物上，这种 技术的主要优势在于能够减轻芯片安装过程中的应力损伤、减少光电子器件中芯片和外封 装电极连接的寄生电感和寄生电容、实现对光电子器件高度的控制等等。这一系列技术的 发展，为光电子器件的无源对准技术作了充分的技术准备。与此同时，在硅、GaAs等衬底材料上实现的平台工艺技术，是利用晶向刻蚀工艺、 光回路布线技术和透明监视技术等工艺，实现半导体激光器、半导体光电探测器与WDM回 路等光无源器件混合集成在同一平面上。这种技术最终使得光电子器件的无源对准技术应 用水到渠成。
发明内容
(一)要解决的技术问题本发明的目的在于提供一种在硅平台上实现AWG与LD倒装集成的方法，以实现LD 和AWG的无源对准耦合。( 二)技术方案
为达到上述目的，本发明提供了一种在硅平台上实现二氧化硅阵列波导光栅 (AffG)与激光器(LD)倒装集成的方法，包括如下步骤步骤1 在硅片上制作对准标记和水平定位；步骤2 在硅片上制作出高度定位、凹槽和电极槽；步骤3 在电极槽中依次制作二氧化硅薄膜和Cr-Ni-Au电极；步骤4 在硅片上制作出AWG的倒装对准标记；步骤5 在倒装焊平台上将AWG倒装粘在硅平台上；步骤6 将LD根据定位标记倒装焊在硅平台上。上述方案中，步骤1中所述在硅片上制作对准标记和水平定位，是在硅片上涂上 显影胶，采用光刻方法制作出对准标记和水平定位的图形，然后通过感应耦合等离子体刻 蚀工艺，制作出对准标记和水平定位。上述方案中，步骤2中所述在硅片上制作出高度定位、凹槽和电极槽，是在硅片上 涂上显影胶，采用光刻方法制作出高度定位、凹槽和电极槽的图形，然后通过感应耦合等离 子体刻蚀工艺，制作出高度定位、凹槽和电极槽。上述方案中，所述凹槽是在制作高度定位时在有源层与AWG的波导芯区之间制作 的，用于防止LD的有源层与AWG的波导芯区碰撞。上述方案中，步骤3中所述在电极槽中依次制作二氧化硅薄膜和Cr-Ni-Au电极， 是在硅片上涂上显影胶，通过光刻找到电极槽的位置，然后在电极槽中采用等离子增强化 学气相沉积和电子束蒸发沉积依次制作二氧化硅薄膜和Cr-Ni-Au电极。上述方案中，步骤4中所述在硅片上制作出AWG的倒装对准标记，是在硅片上涂上 显影胶，通过光刻制作出AWG倒装对准标记的图形，然后通过感应耦合等离子体刻蚀工艺， 制作出AWG的倒装对准标记。上述方案中，步骤5中所述在倒装焊平台上将AWG倒装粘在硅平台上，是在倒装焊 平台上根据倒装上下对准原理，将AWG用非导电胶倒装粘在硅平台上，显微镜系统将AWG的 下表面和硅平台的上表面成像在同一监视器中，然后根据AWG倒装对准标记，当标记重合 时将AWG倒粘在硅平台上。上述方案中，步骤6中所述将LD根据定位标记倒装焊在硅平台上，是将AuSn焊料 放入电极槽中，然后将LD根据定位标记倒装焊在硅平台上实现与AWG波导的无源耦合。上述方案中，所述AWG与LD都倒装在硅平台上实现无源对准。上述方案中，所述AWG在倒装焊平台上与硅平台对准倒扣粘接，所述LD根据硅平 台上的定位标记倒装焊在硅平台上。(三)有益效果利用本发明提供的这种在硅平台上实现AWG与LD倒装集成的方法，实现了 LD和 AWG的无源对准耦合，并且本发明具有制作工艺简单，可规模化生产、成本低等特点。
图1是本发明提供的在硅平台上实现AWG与LD倒装集成的方法流程图；图2是将AWG与LD倒装在硅片上的结构示意图；图3A为硅平台上的对准标记与水平定位示意图;3B为硅平台上的高度定位、凹槽与电极槽示意图3C为电极槽内淀积二氧化硅薄膜和Cr-Ni-Au电极示意图；图3D为硅平台上的AWG倒装对准标记示意图；图4为倒装焊平台上AWG倒装原理示意图。其中，附图标记1-硅基二氧化硅阵列波导光栅(AWG)2-激光器(LD)3-激光器有源区4-硅基二氧化硅阵列波导光栅的波导芯层5-硅平台6-对准标记7-水平定位8-高度定位9-电极槽10- 二氧化硅薄膜Il-Cr-Ni-Au 电极12-AuSn 焊料13-凹槽14-AWG倒装对准标记15-显微镜系统16-监视器
具体实施例方式为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照 附图，对本发明进一步详细说明。本发明提供的这种在硅平台上实现AWG与LD倒装集成的方法，将AWG与LD根据 对准标记、水平定位、高度定位都倒装在硅片上，首先使用光刻及感应耦合等离子体(ICP) 刻蚀工艺在硅片上制作出对准标记、水平定位、高度定位、凹槽及电极槽部分，接着用光刻、 等离子增强化学气相沉积(PECVD)和电子束蒸发沉积在电极槽中依次制作二氧化硅薄膜 和Cr-Ni-Au电极，然后将AWG与LD都倒装在硅片上实现无源对准耦合。如图1所示，图1是本发明提供的在硅平台上实现AWG与LD倒装集成的方法流程 图，该方法包括以下步骤步骤1 在硅片上制作对准标记和水平定位；在本步骤中，所述在硅片上制作对准标记和水平定位，是在硅片上涂上显影胶，采 用光刻方法制作出对准标记和水平定位的图形，然后通过感应耦合等离子体刻蚀工艺，制 作出对准标记和水平定位。步骤2 在硅片上制作出高度定位、凹槽和电极槽；在本步骤中，所述在硅片上制作出高度定位、凹槽和电极槽，是在硅片上涂上显影 胶，采用光刻方法制作出高度定位、凹槽和电极槽的图形，然后通过感应耦合等离子体刻蚀工艺，制作出高度定位、凹槽和电极槽。所述凹槽是在制作高度定位时在有源层与AWG的波 导芯区之间制作的，用于防止LD的有源层与AWG的波导芯区碰撞。步骤3 在电极槽中依次制作二氧化硅薄膜和Cr-Ni-Au电极；在本步骤中，所述在电极槽中依次制作二氧化硅薄膜和Cr-Ni-Au电极，是在硅片 上涂上显影胶，通过光刻找到电极槽的位置，然后在电极槽中采用等离子增强化学气相沉 积和电子束蒸发沉积依次制作二氧化硅薄膜和Cr-Ni-Au电极。步骤4 在硅片上制作出AWG的倒装对准标记；在本步骤中，所述在硅片上制作出AWG的倒装对准标记，是在硅片上涂上显影胶， 通过光刻制作出AWG倒装对准标记的图形，然后通过感应耦合等离子体刻蚀工艺，制作出 AffG的倒装对准标记。步骤5 在倒装焊平台上将AWG倒装粘在硅平台上；在本步骤中，所述在倒装焊平台上将AWG倒装粘在硅平台上，是在倒装焊平台上 根据倒装上下对准原理，将AWG用非导电胶倒装粘在硅平台上，显微镜系统将AWG的下表面 和硅平台的上表面成像在同一监视器中，然后根据AWG倒装对准标记，当标记重合时将AWG 倒粘在硅平台上。步骤6 将LD根据定位标记倒装焊在硅平台上；在本步骤中，将LD根据定位标记倒装焊在硅平台上，是将AuSn焊料放入电极槽 中，然后将LD根据定位标记倒装焊在硅平台上实现与AWG波导的无源耦合。图2是将AWG与LD倒装在硅片上的结构示意图，其中左端的AWGl和右端的LD2 通过水平定位7和高度定位8倒装集成在硅平台5上来实现AWG的波导芯区4和LD的有 源层3的无源对准耦合。下面结合具体实施例详细介绍在硅平台上实现二氧化硅阵列波导光栅(AWG)与 激光器(LD)倒装集成的方法。第一步对准标记、水平定位的制作。在硅片5上，涂上显影胶，通过光刻制作出对准标记6和水平定位7的图形，然后 通过感应耦合等离子体(ICP)刻蚀工艺，制作出对准标记6和水平定位7，如图3A所示。第二步高度定位、凹槽和电极槽的制作。在制作出对准标记6和水平定位7的硅片5上，涂上显影胶，通过光刻制作出高度 定位8、凹槽13和电极槽9的图形，然后通过感应耦合等离子体(ICP)刻蚀工艺，制作出高 度定位8、凹槽13和电极槽9，如图;3B所示。第三步二氧化硅薄膜和Cr-Ni-Au电极的制作。在制作出高度定位8、凹槽13和电极槽9的硅片上，涂上显影胶，通过光刻找到电 极槽9的位置，然后在电极槽9中采用等离子增强化学气相沉积(PECVD)和电子束蒸发沉 积依次制作二氧化硅薄膜10和Cr-Ni-Au电极11，如图3C所示。第四步-MG倒装对准标记的制作。在制作二氧化硅薄膜10和Cr-Ni-Au电极11的硅片上，涂上显影胶，通过光刻制 作出AWG倒装对准标记的图形，然后通过感应耦合等离子体(ICP)刻蚀工艺，制作出AWG的 倒装对准标记14，如图3D所示。第五步将AWG倒装粘在硅平台上。
在倒装焊平台上，根据倒装上下对准原理将AWG用非导电胶倒装粘在硅平台上， 如图4所示，显微镜系统15将AWG 1的下表面和硅平台5的上表面成像在同一监视器16 中，然后根据AWG倒装对准标记14，当标记重合时将AWG 1倒粘在硅平台5上。第六步将LD倒装焊在硅平台上。把AuSn焊料放入电极槽中，然后将LD根据定位标记倒装焊在硅平台上实现与AWG 波导的无源耦合，如图2所示。以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详 细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡 在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保 护范围之内。
权利要求
1.一种在硅平台上实现二氧化硅阵列波导光栅AWG与激光器LD倒装集成的方法，其特 征在于，包括如下步骤步骤1 在硅片上制作对准标记和水平定位；步骤2 在硅片上制作出高度定位、凹槽和电极槽；步骤3 在电极槽中依次制作二氧化硅薄膜和Cr-Ni-Au电极；步骤4 在硅片上制作出AWG的倒装对准标记；步骤5 在倒装焊平台上将AWG倒装粘在硅平台上；步骤6 将LD根据定位标记倒装焊在硅平台上。
2.根据权利要求1所述的在硅平台上实现AWG与LD倒装集成的方法，其特征在于，步 骤1中所述在硅片上制作对准标记和水平定位，是在硅片上涂上显影胶，采用光刻方法制 作出对准标记和水平定位的图形，然后通过感应耦合等离子体刻蚀工艺，制作出对准标记 和水平定位。
3.根据权利要求1所述的在硅平台上实现AWG与LD倒装集成的方法，其特征在于，步 骤2中所述在硅片上制作出高度定位、凹槽和电极槽，是在硅片上涂上显影胶，采用光刻方 法制作出高度定位、凹槽和电极槽的图形，然后通过感应耦合等离子体刻蚀工艺，制作出高 度定位、凹槽和电极槽。
4.根据权利要求3所述的在硅平台上实现AWG与LD倒装集成的方法，其特征在于，所 述凹槽是在制作高度定位时在有源层与AWG的波导芯区之间制作的，用于防止LD的有源层 与AWG的波导芯区碰撞。
5.根据权利要求1所述的在硅平台上实现AWG与LD倒装集成的方法，其特征在于，步 骤3中所述在电极槽中依次制作二氧化硅薄膜和Cr-Ni-Au电极，是在硅片上涂上显影胶， 通过光刻找到电极槽的位置，然后在电极槽中采用等离子增强化学气相沉积和电子束蒸发 沉积依次制作二氧化硅薄膜和Cr-Ni-Au电极。
6.根据权利要求1所述的在硅平台上实现AWG与LD倒装集成的方法，其特征在于，步 骤4中所述在硅片上制作出AWG的倒装对准标记，是在硅片上涂上显影胶，通过光刻制作出 AWG倒装对准标记的图形，然后通过感应耦合等离子体刻蚀工艺，制作出AWG的倒装对准标 记。
7.根据权利要求1所述的在硅平台上实现AWG与LD倒装集成的方法，其特征在于，步 骤5中所述在倒装焊平台上将AWG倒装粘在硅平台上，是在倒装焊平台上根据倒装上下对 准原理，将AWG用非导电胶倒装粘在硅平台上，显微镜系统将AWG的下表面和硅平台的上表 面成像在同一监视器中，然后根据AWG倒装对准标记，当标记重合时将AWG倒粘在硅平台 上。
8.根据权利要求1所述的在硅平台上实现AWG与LD倒装集成的方法，其特征在于，步 骤6中所述将LD根据定位标记倒装焊在硅平台上，是将AuSn焊料放入电极槽中，然后将LD 根据定位标记倒装焊在硅平台上实现与AWG波导的无源耦合。
9.根据权利要求1所述的在硅平台上实现AWG与LD倒装集成的方法，其特征在于，所 述AWG与LD都倒装在硅平台上实现无源对准。
10.根据权利要求1所述的在硅平台上实现AWG与LD倒装集成的方法，其特征在于，所 述AWG在倒装焊平台上与硅平台对准倒扣粘接，所述LD根据硅平台上的定位标记倒装焊在硅平台上。
全文摘要
本发明公开了一种在硅平台上实现二氧化硅阵列波导光栅与激光器倒装集成的方法，包括如下步骤步骤1在硅片上制作对准标记和水平定位；步骤2在硅片上制作出高度定位、凹槽和电极槽；步骤3在电极槽中依次制作二氧化硅薄膜和Cr-Ni-Au电极；步骤4在硅片上制作出AWG的倒装对准标记；步骤5在倒装焊平台上将AWG倒装粘在硅平台上；步骤6将LD根据定位标记倒装焊在硅平台上。利用本发明提供的这种在硅平台上实现AWG与LD倒装集成的方法，实现了LD和AWG的无源对准耦合，并且本发明具有制作工艺简单，可规模化生产、成本低等特点。
文档编号G02B6/42GK102053318SQ200910237098
公开日2011年5月11日 申请日期2009年11月4日 优先权日2009年11月4日
发明者吴远大, 安俊明, 李俊一, 李建光, 王红杰, 胡雄伟 申请人:中国科学院半导体研究所