平面光波导器件的制作方法
【专利摘要】本发明提供了一种平面光波导器件的制作方法，包括：提供衬底，在衬底的一侧表面上依次层叠有下包层和芯层材料层；在芯层材料层背离衬底一侧的表面上形成多晶硅层，形成多晶硅层的环境温度为500℃～600℃。本发明所提供的制作方法，通过将形成多晶硅层的环境温度由原来的620℃降低至500℃～600℃，使多晶硅材料的沉积速率减慢，从而使晶粒变小，膜层致密性和反射率增大，进而使后续所形成的多晶硅掩膜的尺寸误差减小，侧壁的平整度提高，利用图案化后的多晶硅作为掩膜蚀刻芯层材料层所得到的芯层的尺寸与理想尺寸的差距减小，芯层表面形貌较好，提高了器件的性能和良率。
【专利说明】平面光波导器件的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及光波导【技术领域】，更具体地说，涉及一种平面光波导器件的制作方法。【背景技术】
[0002]光波导器件是集成光学重要的基础性器件，能将光波束缚在光波长量级尺寸的介质中，长距离无辐射地传输。光波导器件中的平面光波导器件由于其制作工艺采用成熟的半导体微细加工技术，具有工艺简单、重复性好、制作成本低等优点，成为领域内研究的焦点。
[0003]平面光波导器件包括:光分路器(Splitter)、星形稱合器(Star coupler)、可调式光衰减器(Variable Optical Attenuator, VOA)、光开关(Optical switch)、光梳(Interleaver)、阵列波导光栅(Array Waveguide Grating, AffG)等。
[0004]平面光波导器件的基本结构如图1所不，包括:衬底101 ;位于衬底101 —侧表面上的下包层102 ;位于下包层102背离衬底101 —侧表面上的芯层103 ;覆盖在芯层103上的上包层104。
[0005]现有技术中在制作上述平面光波导器件时，通常首先在衬底101上沉积下包层材料形成下包层102，然后在下包层102上沉积芯层材料，图案化芯层材料形成芯层103，之后再在芯层103上沉积上包层材料，形成上包层104。
[0006]其中，在图案化芯层材料形成芯层103时，芯层材料的蚀刻深度要求在7 μ m左右，线宽要求在I μ m左右，如果直接用光刻胶做掩膜蚀刻芯层材料，由于光刻胶对二氧化硅选择比低，大概只有6:1，且厚度太厚的光刻胶在工艺上难以实现，因此直接用光刻胶做芯层材料蚀刻的掩膜是不能实现的。通常采用的方式是在沉积完芯层材料后，再在芯层材料上沉积多晶硅膜层，然后在多晶硅膜层上形成光刻胶层，通过蚀刻多晶硅膜层，逐步将光刻胶层上的图案转移至芯层材料上，去除多晶硅膜层和光刻胶层，完成芯层103的制作。
[0007]上述利用多晶硅膜层做芯层材料蚀刻的掩膜的方法，虽然能够满足蚀刻深度7 μ m和线宽I μ m的工艺要求，但是由于作为掩膜的多晶硅膜层的晶粒较大，曝光时极易产生漫反射，导致所形成的光刻胶的尺寸大量偏离需要的工艺尺寸，进而使最终形成的芯层103的尺寸与理想尺寸的偏差较大；并且，由于多晶硅膜层的晶粒较大，使在对多晶硅蚀刻形成多晶硅掩膜后，多晶硅掩膜的侧壁形貌呈锯齿形，利用这种形貌不良的多晶硅做掩膜所蚀刻形成的芯层的尺寸误差较大，表面形貌不良，影响器件的性能和良率。
【发明内容】
[0008]本发明提供了一种平面光波导器件的制作方法，以改善器件芯层的尺寸和形貌不良的问题，提高器件的性能和良率。
[0009]为实现上述目的，本发明提供了如下技术方案:
[0010]一种平面光波导器件的制作方法，包括:提供衬底，在所述衬底的一侧表面上依次层叠有下包层和芯层材料层；在所述芯层材料层背离所述衬底一侧的表面上形成多晶硅层，所述形成多晶硅层的环境温度为500°C?600°C。
[0011]优选的，所述形成多晶硅层的环境温度为550°C。
[0012]优选的,所述形成多晶娃层的环境压力为150mt?250mt。
[0013]优选的，所述形成多晶硅层的环境压力为200mt。
[0014]优选的，所述形成多晶硅层所采用的工艺为低压化学气相沉积工艺。
[0015]优选的，在所述形成多晶硅层之后包括:在所述多晶硅层背离所述衬底一侧的表面上形成光刻胶层；图案化所述光刻胶层，使所述光刻胶层具有待形成芯层的图案；以所述光刻胶层为掩膜，图案化所述多晶硅层，使所述多晶硅层具有待形成芯层的图案；以所述多晶硅层为掩膜，图案化所述芯层材料层，形成芯层；在所述芯层背离所述衬底一侧的表面上形成上包层。
[0016]优选的，所述图案化所述多晶硅层所采用的工艺为干法刻蚀工艺。
[0017]优选的，所述图案化所述芯层材料层所采用的工艺为干法刻蚀工艺。
[0018]优选的，所述形成上包层所采用的工艺为化学气相沉积工艺。
[0019]优选的，形成所述芯层材料层所采用的工艺为化学气相沉积工艺。
[0020]与现有技术相比，本发明所提供的技术方案至少具有以下优点:
[0021]本发明所提供的平面光波导器件的制作方法，在形成下包层和芯层材料层后，形成多晶娃层时，环境温度为500°C?600°C,这一环境温度相对于现有技术中形成多晶娃层时的620°C的环境温度有所降低。由于降低了多晶硅层形成过程中的温度，因此多晶硅层的沉积速率减慢，气相直接成核并凝聚成大颗粒的问题得以避免，从而使多晶硅层成膜的晶粒变小，膜层致密性提高，反射率增大，使得曝光时多晶硅产生的漫反射现象极大减少，所得到的多晶硅掩膜的尺寸误差减小，侧壁的平整度提高。进而在后续的利用图案化后的多晶硅作为掩膜蚀刻芯层材料层的过程中，芯层材料层不至于由于多晶硅掩膜的尺寸不精确、侧壁平整度差等问题而出现过度蚀刻等问题，最终得到的芯层的尺寸与理想尺寸的差距减小，芯层表面形貌较好，提高了器件的性能和良率。
【专利附图】
【附图说明】
[0022]为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0023]图1为现有技术中平面光波导器件的基本结构图；
[0024]图2?图11为本发明实施例所提供的平面光波导器件的制作方法的工艺步骤图。【具体实施方式】
[0025]为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的【具体实施方式】做详细的说明。
[0026]在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是本发明还可以采用其他不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。[0027]其次，本发明结合示意图进行详细描述，在详述本发明实施例时，为便于说明，表示器件结构的剖面图会不依一般比例作局部放大，而且所述示意图只是示例，其在此不应限制本发明保护的范围。此外，在实际制作中应包含长度、宽度及深度的三维空间尺寸。
[0028]本实施例提供了一种平面光波导器件的制作方法，如图2?图11所示，该制作方法可包括以下步骤:
[0029]步骤S1:提供衬底201，如图2所示；
[0030]所述衬底201的材料优选的可为硅。
[0031]步骤S2:在衬底201 —侧的表面上形成下包层301，如图3所示；
[0032]所述下包层301的材料优选为二氧化硅。
[0033]形成所述下包层所采用的工艺优选为热氧化工艺。
[0034]步骤S3:在下包层301背离衬底201 —侧的表面上形成芯层材料层401，如图4所示；
[0035]下包层301和芯层材料层401依次层叠于衬底201上。
[0036]所述芯层材料层401的材料优选为二氧化硅。
[0037]形成所述芯层材料层401所采用的工艺优选为化学气相沉积工艺。
[0038]步骤S4:在芯层材料层501背离衬底201—侧的表面上形成多晶硅层501，形成多晶硅层501的环境温度为500°C?600°C，如图5所示；
[0039]本实施例中将制备多晶硅层501的环境温度设置为500°C?600°C(包括端点值)，这一环境温度相对于现有技术中制备多晶硅层的温度(通常为620°C左右)有所降低。由于薄膜制备时环境温度降低，材料的沉积速率会相应减慢，所形成的膜层质量会得到提高，如:晶粒变小、薄膜更加致密、薄膜的表面更平整、膜层的反射率更高，因此本采用本步骤所述的方法制备的多晶硅层501相对于现有技术所制备的多晶硅层的晶粒尺寸减小、膜层致密性、平整度和反射率提高，膜层整体质量得到极大提高。
[0040]发明人经大量实验发现，在形成多晶硅层501的环境温度为550°C时，得到的多晶娃层501的质量最优，因此形成多晶娃层的环境温度优选的可为500 °C?600 °C。
[0041]需要说明的是，上述“形成多晶硅层501的环境温度”具体的是指制备多晶硅层501的设备的沉积腔室内的温度。
[0042]为了进一步提高多晶硅层501的质量，本实施例中还可通过降低形成多晶硅层501时的环境压力实现。具体的，形成多晶娃层501的环境压力优选的可为150mt?250mt,更优选为200mt。
[0043]本实施例中，在降低多晶硅层501成膜时的环境温度的基础上，进一步降低成膜时的环境压力，使多晶硅材料的沉积速率变慢，避免了气相直接成核，并凝聚成大颗粒，从而进一步降低了晶粒的尺寸，提高了膜层的致密性，且进一步避免了由晶粒尺寸过大引起的膜层表面锯齿形等不平整问题，提高了膜层的平整度。
[0044]形成多晶硅层501所采用的工艺优选为化学气相沉积工艺，更优选为低压化学气相沉积工艺。
[0045]下面通过具体的对比数据对本实施例所形成的多晶硅层501具有更优的质量进行说明。
[0046]表I
【权利要求】
1.一种平面光波导器件的制作方法，其特征在于，包括: 提供衬底，在所述衬底的一侧表面上依次层叠有下包层和芯层材料层； 在所述芯层材料层背离所述衬底一侧的表面上形成多晶硅层，所述形成多晶硅层的环境温度为500°C~600°C。
2.根据权利要求1所述的平面光波导器件的制作方法，其特征在于，所述形成多晶硅层的环1--温度为550 C。
3.根据权利要求1或2所述的平面光波导器件的制作方法，其特征在于，所述形成多晶娃层的环境压力为150mt~250mt。
4.根据权利要求3所述的平面光波导器件的制作方法，其特征在于，所述形成多晶硅层的环境压力为200mt。
5.根据权利要求1所述的平面光波导器件的制作方法，其特征在于，所述形成多晶硅层所采用的工艺为低压化学气相沉积工艺。
6.根据权利要求1所述的平面光波导器件的制作方法，其特征在于，在所述形成多晶娃层之后包括: 在所述多晶硅层背离所述衬底一侧的表面上形成光刻胶层； 图案化所述光刻胶层， 使所述光刻胶层具有待形成芯层的图案； 以所述光刻胶层为掩膜，图案化所述多晶硅层，使所述多晶硅层具有待形成芯层的图案； 以所述多晶硅层为掩膜，图案化所述芯层材料层，形成芯层； 在所述芯层背离所述衬底一侧的表面上形成上包层。
7.根据权利要求6所述的平面光波导器件的制作方法，其特征在于，所述图案化所述多晶硅层所采用的工艺为干法刻蚀工艺。
8.根据权利要求6所述的平面光波导器件的制作方法，其特征在于，所述图案化所述芯层材料层所采用的工艺为干法刻蚀工艺。
9.根据权利要求6所述的平面光波导器件的制作方法，其特征在于，所述形成上包层所采用的工艺为化学气相沉积工艺。
10.根据权利要求1所述的平面光波导器件的制作方法，其特征在于，形成所述芯层材料层所采用的工艺为化学气相沉积工艺。
【文档编号】G02B6/13GK103926649SQ201410154161
【公开日】2014年7月16日 申请日期:2014年4月17日 优先权日:2014年4月17日
【发明者】向舟翊, 李朝阳 申请人:四川飞阳科技有限公司