一種plc平面光波導與微流量計的集成加工方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于光流量器領(lǐng)域，具體涉及一種PLC平面光波導與微流量計的集成加工方法。
【背景技術(shù)】
[0002]光流量器近些年來發(fā)展很快。這一領(lǐng)域綜合了微流量計和光器件方面的技術(shù)，其應用產(chǎn)品包括生化傳感器，能量和圖像顯示器等。其中，微流量計器件的基本結(jié)構(gòu)是加工一個嵌入式的通道讓流體產(chǎn)生微流動，然后在其上再加工光波導就形成了光流量器。
[0003]很多研宄機構(gòu)目前用環(huán)氧樹脂PDMS(聚二甲基硅氧烷)作為微流量計器件的主要材料，由于其有良好的光學性能和容易制造，然而環(huán)氧樹脂材料的化學穩(wěn)定性不佳，高溫或其它環(huán)境因素會損壞器件的使用性能。
[0004]另一種方法是利用玻璃材料作為微流量計器件的主要材料，但是現(xiàn)有的使用玻璃材料的制備微流量計器件的方法主要是通過形成氣孔然后退火，氣孔擴大形成微通道，這種方法存在很難精確控制微通道的形狀和尺寸的問題。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0005]本發(fā)明的目的在于提供一種化學穩(wěn)定性好、使用性能佳，同時能夠精確控制微通道的形狀和尺寸、波導芯(光器件)和微通道集成在一塊芯片上的PLC平面光波導與微流量計的集成加工方法。
[0006]為實現(xiàn)本發(fā)明的目的，本發(fā)明提供了一種PLC平面光波導與微流量計的集成加工方法，在硅晶圓基體上生長襯底，襯底上沉積摻雜的波導芯層，生長掩膜層，通過光刻工藝在掩膜層生成一層圖形，通過干法刻蝕將掩膜層的圖形轉(zhuǎn)移至波導芯層，剝離掩膜層后，再在其上沉積覆蓋層；通過光刻工藝在覆蓋層上形成圖形，刻蝕部分覆蓋層直至將選定的需要加工成微通道的波導芯的側(cè)壁暴露，通過KOH溶液或四甲基氫氧化銨溶液腐蝕該處的波導芯直至形成微通道，從而與未暴露在外未被腐蝕的波導芯集成在一塊波導芯片上。
[0007]所述摻雜的波導芯層為摻鍺的波導芯層。
[0008]所述慘雜的波導芯層進一步為慘憐玻璃。
[0009]KOH溶液的質(zhì)量濃度優(yōu)選為30-45 %。
[0010]四甲基氫氧化錢溶液的質(zhì)量濃度優(yōu)選為20-30%。
[0011]通過優(yōu)選的KOH溶液以及四甲基氫氧化銨溶液的質(zhì)量濃度，能夠獲得更好的腐蝕效率和腐蝕效果，更有利于形成形狀和尺寸可控的微通道以及未被腐蝕的光導芯的保留。
[0012]所述摻雜的波導芯層和襯底的相對折射率優(yōu)選為2.5-3%。
[0013]通過該折射率的優(yōu)選，能夠增加溶液的腐蝕選擇比，獲得更好腐蝕效果，更有利于形成形狀和尺寸可控的微通道。
[0014]腐蝕的溫度優(yōu)選為60-70 °C。
[0015]在優(yōu)選的腐蝕溫度下，能夠獲得更好的腐蝕效率和腐蝕效果，更有利于形成形狀和尺寸可控的微通道。
[0016]所述波導芯層優(yōu)選為鍺摻雜的Si02。
[0017]所述覆蓋層優(yōu)選為硼磷摻雜玻璃層，所述襯底為Si02。
[0018]本發(fā)明的有益效果:本發(fā)明針對現(xiàn)有的使用環(huán)氧樹脂PDMS作為微流量計器件的主要材料時存在的化學穩(wěn)定性不佳，高溫或其它環(huán)境因素會損壞器件的使用性能；使用玻璃材料作為微流量計器件的主要材料時很難精確控制微通道的形狀和尺寸的現(xiàn)狀，提供了一種能夠化學穩(wěn)定性好、高溫等條件下使用性能佳，且同時能夠精確控制微通道的形狀和尺寸、波導芯(光器件)和微信道集成在一塊芯片上的集成加工方法。首先，本發(fā)明使用的主體材料為玻璃材料，且針對使用玻璃材料時存在的很難精確控制微通道的形狀和尺寸的問題，發(fā)明人在刻蝕波導芯層得到所需形狀，在其上沉積覆蓋層后，巧妙地通過刻蝕覆蓋層覆蓋的波導芯層側(cè)壁，露出部分需要形成微通道的波導芯層側(cè)面，并通過KOH或四甲基氫氧化銨溶液對摻雜的S12 (即波導芯材料)和未摻雜的S1jf底層腐蝕是有選擇性的這一特性。通過KOH容液或四甲基氫氧化銨溶液將摻雜的S12腐蝕掉因而形成微通道。
[0019]通過KOH溶液或四甲基氫氧化銨溶液腐蝕露出側(cè)面的波導芯層，使用本發(fā)明的加工方法，能夠按照技術(shù)人員的需要刻蝕得到所需通道的大小和形狀波導芯后，通過巧妙的腐蝕過程精確控制微通道的形狀和尺寸，最終得到形狀和尺寸可控的微通道與未被腐蝕的波導芯在一塊芯片上的集成加工方法。
【附圖說明】
[0020]圖1是本發(fā)明的PLC平面光波導與微流量計的集成加工方法的流程圖。
【具體實施方式】
[0021 ] 以下實施例旨在進一步說明本
【發(fā)明內(nèi)容】
，但本發(fā)明并不限于下述實施例。
[0022]實施例1
[0023]步驟1:
[0024]以硅晶圓為基體，在硅晶圓上通過熱氧化生長15 - 20 μ m厚的二氧化硅襯底。
[0025]步驟2:
[0026]使用PECVD (等離子增強性氣相化學沉積)生長一層2 — 4 μ m厚的摻Ge (鍺)的PSG (摻磷玻璃)，即本發(fā)明的波導芯層，該層和二氧化硅襯底的相對折射率為2.5 — 3%。
[0027]步驟3:
[0028]應用LPCVD (低壓氣相化學沉積)在波導芯層上生長一層非晶硅作為Hardmask (掩膜層);
[0029]應用光刻工藝(光阻涂布(覆蓋光刻膠)、曝光、顯影)在掩膜層生成一層圖形；
[0030]運用RIE (反應離子刻蝕)刻蝕掩膜層，在其上形成圖形，然后去除光刻層；
[0031]應用ICP(感應耦合等離子增強型刻蝕系統(tǒng))刻蝕摻Ge(鍺)PSG層，將掩膜層圖形轉(zhuǎn)移至其上；
[0032]剝離掩膜層。
[0033]步驟4:
[0034]使用PECVD (等離子增強性氣相化學沉積)生長一層10-15 μ m的BPSG (硼磷摻雜玻璃)，即本發(fā)明的覆蓋層。
[0035]應用光刻工藝在BPSG上形成圖形，然后通過ICP刻穿BPSG層，在波導芯層側(cè)壁形成空洞，用以形成微通道，最后去除光刻層。
[0036]使用Κ0Η(氫氧化鉀)或TMAH(四甲基氫氧化錢)溶液，透過上步形成的空洞，在波導芯層濕法刻蝕出微通道。
[0037]如圖1所示，通過刻蝕圖1(b)的波導芯層，得到圖1(c)所示的刻蝕后的結(jié)構(gòu)，在經(jīng)過覆蓋層覆蓋后，通過進一步部分刻蝕露出左邊的兩部分波導芯的側(cè)面，使用Κ0Η(氫氧化鉀)或TMAH(四甲基氫氧化銨)溶液腐蝕，形成形狀和尺寸可控的兩個微通道，而右邊未露出側(cè)面的波導芯得以保留，從而最終得到形狀和尺寸可控的微通道與未被腐蝕的波導芯在一塊芯片上的微流量計器件。
【主權(quán)項】
1.一種PLC平面光波導與微流量計的集成加工方法，其特征在于，在硅晶圓基體上生長襯底，襯底上沉積摻雜的波導芯層，生長掩膜層，通過光刻工藝在掩膜層生成一層圖形，通過干法刻蝕將掩膜層的圖形轉(zhuǎn)移至波導芯層，剝離掩膜層后，再在其上沉積覆蓋層；通過光刻工藝在覆蓋層上形成圖形，刻蝕部分覆蓋層直至將選定的需要加工成微通道的波導芯的側(cè)壁暴露，通過KOH溶液或四甲基氫氧化銨溶液腐蝕該處的波導芯直至形成微通道，從而與未暴露在外未被腐蝕的波導芯集成在一塊波導芯片上。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的加工方法，其特征在于，所述摻雜的波導芯層為摻鍺的波導芯層。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的加工方法，其特征在于，所述摻雜的波導芯層為摻磷玻璃。4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的加工方法，其特征在于，KOH溶液的質(zhì)量濃度為30-45%。5.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的加工方法，其特征在于，四甲基氫氧化銨溶液的質(zhì)量濃度為 20-30%。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的加工方法，其特征在于，腐蝕的溫度為60-70°C。7.根據(jù)權(quán)利要求1-3任一項所述的加工方法，其特征在于，所述摻雜的波導芯層和襯底的相對折射率為2.5-3%。8.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的加工方法，其特征在于，所述波導芯層為鍺摻雜的S12。9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的加工方法，其特征在于，所述覆蓋層為硼磷摻雜玻璃層，所述襯底為S12。
【專利摘要】本發(fā)明的目的在于提供一種PLC平面光波導與微流量計的集成加工方法，通過在硅晶圓基體上生長襯底，襯底上沉積摻雜的波導芯層，生長掩膜層，通過光刻工藝在掩膜層生成一層圖形，通過干法刻蝕將掩膜層的圖形轉(zhuǎn)移至波導芯層，剝離掩膜層后，再在其上沉積覆蓋層；通過光刻工藝在覆蓋層上形成圖形，刻蝕部分覆蓋層直至將選定的需要加工成微通道的波導芯的側(cè)壁暴露，通過KOH溶液或四甲基氫氧化銨溶液腐蝕該處的波導芯直至形成微通道，從而與未暴露在外未被腐蝕的波導芯集成在一塊波導芯片上。
【IPC分類】G02B6/136
【公開號】CN104977654
【申請?zhí)枴緾N201510340157
【發(fā)明人】曾祥恩
【申請人】湖南晶圖科技有限公司
【公開日】2015年10月14日
【申請日】2015年6月18日