專利名稱：制造陣列波導(dǎo)器件的方法及裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是關(guān)于一種制造陣列波導(dǎo)光柵器件的方法及裝置，其利用離子束濺射或高密度等離子體(SHDP，super high density plasma)鍍覆，并通過四步驟制作陣列波導(dǎo)光柵(AWG，Arrayed WaveGuide)，從而消除傳統(tǒng)化學(xué)環(huán)境污染。
背景技術(shù)：
已知陣列波導(dǎo)光柵器件是采用熱氧化、金屬有機(jī)化學(xué)氣相沉積(MOCVD，Metal Organic Chemical Vapor Deposition)和等離子體增強(qiáng)型化學(xué)氣相沉積(PECVD，Plasma Enhanced Chemical VaporDeposition)制作。金屬有機(jī)化學(xué)氣相沉積和等離子體增強(qiáng)型化學(xué)氣相沉積均為化學(xué)方法，在工廠內(nèi)必需要求復(fù)雜的設(shè)備和廢氣處理設(shè)施。
參照?qǐng)D1，已知陣列波導(dǎo)光柵層結(jié)構(gòu)至少包括四層，Si或SiO2基底1、熱氧化SiO22、核心層3和等離子體增強(qiáng)型化學(xué)氣相沉積SiO2外層4。
15μm厚的熱氧化物SiO22沉積于Si或SiO2基底1，核心層3包括兩種材料，摻有GeO2的SiO25和SiO2+P2O5+B2O36，兩者均通過金屬有機(jī)化學(xué)氣相沉積或等離子體增強(qiáng)型化學(xué)氣相沉積或火焰水解沉積(FHD，F(xiàn)lame Hydrolysis Deposition)方法沉積于熱氧化SiO2層2。核心層中，摻有GeO2的SiO25通過SiO2+P2O5+B2O36隔離。外覆層4為通過等離子體增強(qiáng)型化學(xué)氣相沉積于核心層3的15～20μm厚SiO2。
已知制造方法具有四步，包括具有一掩膜制程的四個(gè)厚膜層沉積步驟。首先，在Si或SiO2基底上沉積15μm厚的熱氧化SiO2，生長15μm厚的熱氧化SiO2約需三周時(shí)間。然后，利用等離子體增強(qiáng)型化學(xué)氣相沉積制作核心層，核心層材料為通過金屬有機(jī)化學(xué)氣相沉積或等離子體增強(qiáng)型化學(xué)氣相沉積或火焰水解沉積制作摻有GeO2的SiO2，核心層通過SiO2+P2O5+B2O3隔離，其相對(duì)于核心層材料具有不同的折射率，外覆層為15～20μm厚的SiO2，等離子體增強(qiáng)型化學(xué)氣相沉積是該厚外覆層的沉積方法?？梢岳斫?，已知化學(xué)氣相沉積方法所需時(shí)間較久并且會(huì)產(chǎn)生污染。因此，提供一種無污染且高效制造高質(zhì)量陣列波導(dǎo)光柵器件的方法及裝置實(shí)為必要。

發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的在于提供一種無污染且高效制造高質(zhì)量陣列波導(dǎo)光柵器件的方法及裝置。
本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的本發(fā)明陣列波導(dǎo)光柵層結(jié)構(gòu)至少有四個(gè)加工步驟，包括具有一掩膜制程的多個(gè)厚膜層沉積步驟。第一層是離子束濺射或離子鍍覆15μm SiO2膜層代替熱氧化SiO2沉積。其次，采用離子束濺射或離子鍍覆以形成核心層摻有GeO2的SiO2膜，在半導(dǎo)體掩膜制程及反應(yīng)離子蝕刻(RIE，Reactive IonEtching)加工下，核心層材料摻有GeO2的SiO2能產(chǎn)生與附著層不同的折射率，核心寬度為4μm，核心高度為4～8μm，其間間隔大約為2μm。核心之間是通過SiO2+P2O5+B2O3材料隔離，其與核心材料具有不同折射率，離子束濺射或離子鍍覆的沉積方法用來代替金屬有機(jī)化學(xué)氣相沉積或等離子體增強(qiáng)型化學(xué)氣相沉積方法。外層是15～20μm的SiO2，其沉積采用離子束濺射或離子鍍覆。
制造陣列波導(dǎo)光柵器件的裝置包括一空腔、將該空腔抽至高真空的裝置、多個(gè)離子源，位于空腔內(nèi)且圍繞該空腔外圍放置、多個(gè)目標(biāo)靶，位于空腔內(nèi)圍繞空腔外圍且相對(duì)于對(duì)應(yīng)離子源，其中，該系統(tǒng)為制造陣列波導(dǎo)光柵器件創(chuàng)造一干凈且高密度等離子體沉積結(jié)構(gòu)。
與現(xiàn)有技術(shù)相比較，本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)通過離子束濺射或包括高密度等離子體鍍覆步驟的離子鍍覆沉積來代替金屬有機(jī)化學(xué)氣相沉積或等離子體增強(qiáng)型化學(xué)氣相沉積等常規(guī)化學(xué)氣相沉積方法，由于制程中所涉及的方法均是物理現(xiàn)象的變化，不涉及化學(xué)變化，所以不會(huì)產(chǎn)生有毒的廢物亦不致產(chǎn)生環(huán)境污染。

圖1是通過金屬有機(jī)化學(xué)氣相沉積或等離子體增強(qiáng)型化學(xué)氣相沉積或火焰水解沉積方法制造的傳統(tǒng)陣列波導(dǎo)光柵層結(jié)構(gòu)。
圖2是通過一種物理氣相沉積方法，即高密度等離子體鍍覆制造的新型陣列波導(dǎo)光柵層結(jié)構(gòu)。
圖3是實(shí)現(xiàn)本發(fā)明制造陣列波導(dǎo)光柵器件方法的裝置的示意圖，其中包括射頻能量供應(yīng)器、離子源、基底、快門、流速控制器及真空腔中的高真空泵。
具體實(shí)施方式
請(qǐng)參閱圖2，新型陣列波導(dǎo)光柵層結(jié)構(gòu)包括四層，Si或SiO2基底7、離子束濺射或離子鍍覆SiO28、核心層9及離子束濺射或離子鍍覆SiO2外覆層10。
Si或SiO2基底7厚度為0.6～1mm。15～20μm厚的離子束濺射或離子鍍覆SiO28沉積于Si或SiO2基底7。核心層9包括兩種材料，摻有GeO2的SiO211和SiO2+P2O5+B2O312均通過離子束濺射或離子鍍覆沉積于離子束濺射或離子鍍覆SiO2層8，摻有GeO2的SiO211寬為4～8μm，高為4～8μm，其間隔為2～4μm。在核心層9中，摻有GeO2的SiO211通過SiO2+P2O5+B2O312隔離。核心層9厚度為8～16μm，外覆層10是通過離子束濺射或離子鍍覆沉積于核心層9的15～20μm厚的SiO2。
請(qǐng)參閱圖3，新型陣列波導(dǎo)光柵沉積系統(tǒng)包括一真空腔13、一高真空泵14、一機(jī)械泵15、一氧氣流速控制器16、一氬氣流速控制器17，四個(gè)射頻能量供應(yīng)器18，19，20，21、三個(gè)快門22，23，24、四個(gè)Si或SiO2基底25，26，27，28及四個(gè)離子源29，30，31，32。
連接于高真空泵14的機(jī)械泵15使真空腔13中氣體密度降低至10-3/cm3。連接于真空腔13的高真空泵14降低真空腔13中氣體密度至10-7/cm3。連接于真空腔13的氧氣流速控制器16及氬氣流速控制器17是保持真空腔13中氧氣和氬氣密度。
射頻能量供應(yīng)器18提供生長陣列波導(dǎo)光柵薄膜的基底25電流，基底25的材料Si或SiO2。配合基底25的離子源30控制生長于基底25的薄膜質(zhì)量。射頻能量供應(yīng)器19提供放置薄膜材料如SiO2或摻有GeO2的SiO2或SiO2+P2O5+B2O3的目標(biāo)靶26電流，配合基底26的離子源32轟擊位于基底26的薄膜?？扉T22覆蓋目標(biāo)靶26以停止離子源32對(duì)置于目標(biāo)26的薄膜材料的轟擊。射頻能量供應(yīng)器20提供給放置薄膜材料如SiO2或摻有GeO2的SiO2或SiO2+P2O5+B2O3的目標(biāo)靶27電流，配合基底27的離子源31轟擊位于基底27的薄膜。快門23覆蓋目標(biāo)靶27以停止離子源31對(duì)置于目標(biāo)27的薄膜材料的轟擊。射頻能量供應(yīng)器21提供給放置薄膜材料如SiO2或摻有GeO2的SiO2或SiO2+P2O5+B2O3的目標(biāo)靶28電流，配合基底28的離子源29轟擊位于基底28的薄膜?？扉T24覆蓋目標(biāo)靶28以停止離子源29對(duì)置于目標(biāo)靶28的薄膜材料的轟擊。
圖3中只顯示了四套離子源、目標(biāo)靶、能量供應(yīng)器及快門，實(shí)踐中，可增加至八套。
整個(gè)實(shí)施過程無等離子體增強(qiáng)型化學(xué)氣相沉積處理，可以完全消除有毒氣體產(chǎn)生。新設(shè)計(jì)為制造陣列波導(dǎo)光柵器件采用干凈且高密度的等離子體。13.6MHZ的射頻能量供應(yīng)器結(jié)合濺射目標(biāo)靶及基底的離子源以在新系統(tǒng)中產(chǎn)生高密度等離子體。新型陣列波導(dǎo)光柵器件在應(yīng)用于密集型波分復(fù)用(DWDM)系統(tǒng)的光學(xué)陣列中具有很高優(yōu)勢(shì)。
權(quán)利要求
1.一制造陣列波導(dǎo)光柵器件的方法，其特征在于它包括以下步驟1)將SiO2薄膜以離子束濺射或離子鍍覆于基底；2)將摻有GeO2的SiO2薄膜以離子束濺射或離子鍍覆于SiO2薄膜，其中，經(jīng)掩膜及反應(yīng)離子蝕刻將摻有GeO2的SiO2薄膜區(qū)分為幾個(gè)隔開的片段；3)將SiO2+P2O5+B2O3薄膜以離子束濺射或離子鍍覆于摻有GeO2的SiO2薄膜上以隔離摻有GeO2的SiO2薄膜；4)將SiO2外覆層以離子束濺射或離子鍍覆于基底上。
2.如權(quán)利要求1所述制造陣列波導(dǎo)光柵器件的方法，其特征在于其進(jìn)一步提供一物理氣相沉積系統(tǒng)，其包括多個(gè)離子源及多個(gè)相對(duì)于相應(yīng)離子源的目標(biāo)靶，該離子源及目標(biāo)靶置于可控制為高真空的空腔內(nèi)圍繞空腔外圍以實(shí)現(xiàn)離子束濺射或離子鍍覆。
3.如權(quán)利要求2所述制造陣列波導(dǎo)光柵器件的方法，其特征在于該基底是部署于其中的一目標(biāo)靶。
4.如權(quán)利要求2所述制造陣列波導(dǎo)光柵器件的方法，其特征在于部分目標(biāo)靶裝配有相應(yīng)的快門以防止非相對(duì)離子源噴出的離子材料涂覆。
5.如權(quán)利要求4所述制造陣列波導(dǎo)光柵器件的方法，其特征在于當(dāng)非對(duì)應(yīng)目標(biāo)靶的離子源工作時(shí)該目標(biāo)靶對(duì)應(yīng)的快門關(guān)閉。
6.一種陣列波導(dǎo)光柵器件，其特征在于該陣列波導(dǎo)光柵器件是以權(quán)利要求1所述的方法制造。
7.如權(quán)利要求1所述制造陣列波導(dǎo)光柵器件的方法，其特征在于每一個(gè)摻GeO2的SiO2薄膜寬為4～8μm，高為4～8μm，其間隔為2～4μm。
8.如權(quán)利要求1所述制造陣列波導(dǎo)光柵器件的方法，其特征在于基底厚度為0.6～1mm，位于基底上的SiO2厚度是15～20μm，SiO2+P2O5+B2O3厚度為8～16μm，SiO2外覆層厚度是15～20μm。
9.如權(quán)利要求3所述制造陣列波導(dǎo)光柵器件的方法，其特征在于其中部署于基座的目標(biāo)靶是固定于真空腔頂部。
10.一陣列波導(dǎo)光柵沉積裝置，其特征在于該系統(tǒng)包括一空腔、將該空腔抽至高真空的裝置、多個(gè)離子源，位于空腔內(nèi)且圍繞該空腔外圍放置、多個(gè)目標(biāo)靶，位于空腔內(nèi)圍繞空腔外圍且相對(duì)于對(duì)應(yīng)離子源，其中，該系統(tǒng)為制造陣列波導(dǎo)光柵器件創(chuàng)造一干凈且高密度等離子體沉積結(jié)構(gòu)。
11.如權(quán)利要求10所述陣列波導(dǎo)光柵沉積裝置，其特征在于目標(biāo)靶的數(shù)目與陣列波導(dǎo)光柵器件的層數(shù)相一致。
12.如權(quán)利要求10所述陣列波導(dǎo)光柵沉積裝置，其特征在于一位于空腔頂部的目標(biāo)靶未裝配快門。
13.如權(quán)利要求10所述陣列波導(dǎo)光柵沉積裝置，其特征在于僅一套目標(biāo)靶-離子源定期同時(shí)工作。
全文摘要
一種制造陣列波導(dǎo)光柵器件的方法及裝置，是采用高密度等離子體技術(shù)，以消除傳統(tǒng)加工方法如金屬有機(jī)化學(xué)氣相沉積(MOCVD)與等離子體增強(qiáng)型化學(xué)氣相沉積(PECVD)使用有毒的化學(xué)物質(zhì)而產(chǎn)生的污染。
文檔編號(hào)C23C14/46GK1405586SQ0210269
公開日2003年3月26日 申請(qǐng)日期2002年3月6日 優(yōu)先權(quán)日2001年8月9日
發(fā)明者陳杰良, 呂昌岳, 姚一鼎 申請(qǐng)人:鴻富錦精密工業(yè)(深圳)有限公司, 鴻海精密工業(yè)股份有限公司