一种光波导及其制备方法、电子器件的制作方法
【专利摘要】本发明涉及一种光波导及其制备方法、电子器件。所述方法包括步骤S1：提供衬底；步骤S2：在所述衬底上依次形成底覆层、芯层和顶覆层，以形成光波导，其中所述底覆层和/或所述顶覆层通过喷射打印的方法形成。本发明为了解决现有技术中存在的问题，提供了一种基于聚合物的光波导的制备方法，在所述方法中选用气凝胶喷射打印形成所述底覆层和/或所述顶覆层，通过所述方法解决现有技术中尺寸的限制，而且所述方法具有优越的性能，例如低传播损失(low-propagation loss)、低串扰(low interchannel crosstalk)高带宽(high bandwidth)以及与MMF和光电探测器(photodetectors)具有高耦合效率(high coupling efficiency)。
【专利说明】
一种光波导及其制备方法、电子器件
技术领域
[0001]本发明涉及半导体领域，具体地，本发明涉及一种光波导及其制备方法、电子器件。
【背景技术】
[0002]在电子消费领域，多功能设备越来越受到消费者的喜爱，相比于功能简单的设备，多功能设备制作过程将更加复杂，比如需要在电路版上集成多个不同功能的芯片，因而出现了 3D 集成电路(integrated circuit，IC)技术，3D 集成电路(integrated circuit，IC)被定义为一种系统级集成结构，将多个芯片在垂直平面方向堆叠，从而节省空间。
[0003]微电子封装技术面临着电子产品“高性价比、高可靠性、多功能、小型化及低成本”发展趋势带来的挑战和机遇。随着对高性能计算机(high-performance computers,HPCs)中数据处理速度的不断提高，目前基于电线的背板(backplane)和板上(on-board)之间的互连成为高性能计算机的瓶颈。
[0004]对于更先进的下一代高性能计算机，光学互连(optical interconnect)技术实现了低功率消耗、高密度以及低成本的连接，上述各种优点引起了广泛的兴趣，在过去的数十年中，并行多模光纤(Mult1-Mode Fiber,MMF)模块在一些高性能计算机的机架到机架的互联(rack-to-rack interconnects)中得到发展。
[0005]现有技术中通过实验显示了相对与常规硅芯(S1-core)梯度折射率(graded-1ndex, GI)-芯聚合物光学波导的优越性能，例如低传播损失(low-propagat1nloss)、低串扰(low interchannel crosstalk)高带宽(high bandwidth)以及与 MMF 和光电探测器(photodetectors)具有高親合效率(high coupling efficiency)。
[0006]目前所述光波导的制备方法不仅步骤繁琐而且精确度较低，制约了所述光波导的应用，因此需要进一步改进所述光波导的制备方法，以进一步提高器件的性能。
【发明内容】
[0007]在
【发明内容】
部分中引入了一系列简化形式的概念，这将在【具体实施方式】部分中进一步详细说明。本发明的
【发明内容】
部分并不意味着要试图限定出所要求保护的技术方案的关键特征和必要技术特征，更不意味着试图确定所要求保护的技术方案的保护范围。
[0008]本发明为了克服目前存在问题，提供了一种光波导的制备方法，包括:
[0009]步骤S1:提供衬底；
[0010]步骤S2:在所述衬底上依次形成底覆层、芯层和顶覆层，以形成光波导，其中所述底覆层和/或所述顶覆层通过喷射打印的方法形成。
[0011 ] 可选地，所述步骤S2包括:
[0012]步骤S21:在所述衬底上依次形成所述底覆层和所述芯层；
[0013]步骤S22:在所述芯层上通过气凝胶喷射打印的方法形成低折射率顶覆材料层和高折射率顶覆材料层间隔设置的所述顶覆层。
[0014]可选地，所述步骤S2包括:
[0015]步骤S21:在所述衬底上通过所述喷射打印的方法形成底部电极以及覆盖所述底部电极的底覆层，其中在所述底覆层中形成有若干相互间隔的凹槽；
[0016]步骤S22:形成所述芯层，以覆盖所述底覆层并填充所述凹槽；
[0017]步骤S23:在所述芯层上形成所述顶覆层，以覆盖所述芯层；
[0018]步骤S24:在所述顶覆层上形成顶部电极。
[0019]可选地，所述步骤S22包括:
[0020]步骤S221:通过所述气凝胶喷射打印的方法形成具有若干开口的所述低折射率顶覆材料层；
[0021]步骤S222:通过所述气凝胶喷射打印的方法形成所述高折射率顶覆材料层，以填充所述开口，形成所述顶覆层。
[0022]可选地，在所述步骤S221和所述步骤S222之间还进一步包括对所述开口进行修整和冻结的步骤。
[0023]可选地，在所述步骤S24中，选用聚焦离子束气体辅助沉积的方法形成所述顶部电极。
[0024]可选地，所述底部电极选用银电极；
[0025]所述顶部电极选用银电极。
[0026]可选地，在所述步骤S21和所述步骤S22之间还进一步包括:在所述凹槽的侧壁上形成覆层间隙壁。
[0027]可选地，在形成所述覆层间隙壁之后还进一步包括等离子体修整的步骤。
[0028]可选地，所述底覆层和顶覆层具有不同的折射率。
[0029]可选地，所述方法还进一步包括步骤S3:执行紫外线固化步骤，以固化所述光波
B
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[0030]可选地，所述底覆层、所述芯层和所述顶覆层选用聚合物材料。
[0031]本发明还提供了一种基于上述的方法制备得到的光波导。
[0032]本发明还提供了一种电子装置，包括上述的光波导。
[0033]本发明为了解决现有技术中存在的问题，提供了一种基于聚合物的光波导的制备方法，在所述方法中选用气凝胶喷射打印形成所述底覆层和/或所述顶覆层，通过所述方法解决现有技术中尺寸的限制，而且所述方法具有优越的性能，例如低传播损失(low-propagat1n loss)、低串扰(low interchannel crosstalk)高带宽(highbandwidth)以及与MMF和光电探测器(photodetectors)具有高親合效率(high couplingefficiency)。
【附图说明】
[0034]本发明的下列附图在此作为本发明的一部分用于理解本发明。附图中示出了本发明的实施例及其描述，用来解释本发明的装置及原理。在附图中，
[0035]图1a-1b为现有技术一实施例中光波导的制备过程示意图；
[0036]图2a_2e为现有技术另一实施例中光波导的制备过程示意图；
[0037]图3a_3d为现有技术一实施例中光波导的制备过程示意图；
[0038]图4a_4d为现有技术另一实施例中光波导的制备过程示意图；
[0039]图5为本发明一【具体实施方式】中所述光波导的制备工艺流程图。
【具体实施方式】
[0040]在下文的描述中，给出了大量具体的细节以便提供对本发明更为彻底的理解。然而，对于本领域技术人员而言显而易见的是，本发明可以无需一个或多个这些细节而得以实施。在其他的例子中，为了避免与本发明发生混淆，对于本领域公知的一些技术特征未进行描述。
[0041]应当理解的是，本发明能够以不同形式实施，而不应当解释为局限于这里提出的实施例。相反地，提供这些实施例将使公开彻底和完全，并且将本发明的范围完全地传递给本领域技术人员。在附图中，为了清楚，层和区的尺寸以及相对尺寸可能被夸大。自始至终相同附图标记表示相同的元件。
[0042]应当明白，当元件或层被称为“在...上”、“与...相邻”、“连接至IJ”或“耦合至IJ”其它元件或层时，其可以直接地在其它元件或层上、与之相邻、连接或耦合到其它元件或层，或者可以存在居间的元件或层。相反，当元件被称为“直接在...上”、“与...直接相邻”、“直接连接到”或“直接耦合到”其它元件或层时，则不存在居间的元件或层。应当明白，尽管可使用术语第一、第二、第三等描述各种元件、部件、区、层和/或部分，这些元件、部件、区、层和/或部分不应当被这些术语限制。这些术语仅仅用来区分一个元件、部件、区、层或部分与另一个元件、部件、区、层或部分。因此，在不脱离本发明教导之下，下面讨论的第一元件、部件、区、层或部分可表示为第二元件、部件、区、层或部分。
[0043]空间关系术语例如“在...下”、“在...下面”、“下面的”、“在...之下”、“在...之上”、“上面的”等，在这里可为了方便描述而被使用从而描述图中所示的一个元件或特征与其它元件或特征的关系。应当明白，除了图中所示的取向以外，空间关系术语意图还包括使用和操作中的器件的不同取向。例如，如果附图中的器件翻转，然后，描述为“在其它元件下面”或“在其之下”或“在其下”元件或特征将取向为在其它元件或特征“上”。因此，示例性术语“在...下面”和“在...下”可包括上和下两个取向。器件可以另外地取向(旋转90度或其它取向)并且在此使用的空间描述语相应地被解释。
[0044]在此使用的术语的目的仅在于描述具体实施例并且不作为本发明的限制。在此使用时，单数形式的“一”、“一个”和“所述/该”也意图包括复数形式，除非上下文清楚指出另外的方式。还应明白术语“组成”和/或“包括”，当在该说明书中使用时，确定所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或部件的存在，但不排除一个或更多其它的特征、整数、步骤、操作、元件、部件和/或组的存在或添加。在此使用时，术语“和/或”包括相关所列项目的任何及所有组合。
[0045]为了彻底理解本发明，将在下列的描述中提出详细的步骤以及详细的结构，以便阐释本发明的技术方案。本发明的较佳实施例详细描述如下，然而除了这些详细描述外，本发明还可以具有其他实施方式。
[0046]目前光波导的制备方法具有很多中，下面将结合附图对所述制备方法分别进行说明，其中图1a-1b为现有技术一实施例中光波导的制备过程示意图；图2a_2e为现有技术另一实施例中光波导的制备过程示意图。
[0047]首先第一种方法如图1a所示，首先提供衬底101，在所述衬底101上形成芯层(core layer) 102，然后在所述芯层102上形成光掩膜层(photo-mask)，然后进行紫外光照射，加热，以得到光波导。
[0048]第二种方法如图1b所示，为了提高光波导的性能，提供衬底101，在所述衬底101上形成底覆层(bottom cladding) 104，然后形成芯层(core layer) 102，然后在所述芯层102上形成顶覆层(top cladding) 105，在所述顶覆层105上形成光掩膜层(photo-mask) 103，然后进行紫外光照射，加热，其中，所述底覆层和所述顶覆层具有不同的折射率。
[0049]第三种方法如图2a_2e所示，首先，提供衬底201，并在所述衬底上形成底部电极202，如图2a所示；然后形成底覆层203，以覆盖所述底部电极202，如图2b所示。
[0050]接着选用铸塑软模具(flexible mold) 204图案化所述底覆层203，以在所述底覆层203中形成凹槽，如图2c所示。
[0051]然后形成芯层205以覆盖所述底覆层203并填充所述凹槽，如图2d所示。
[0052]最后在所述顶覆层206上形成顶部电极207，如图2e所示。
[0053]虽然现有技术中存在多种制备方法，但是所述方法不仅繁琐而且效果和性能不够理想。
[0054]实施例1
[0055]本发明为了解决现有技术存在的问题，提供了一种新的光波导的制备方法，下面结合附图对所述方法作进一步的说明，其中图3a_3d为现有技术一实施例中光波导的制备过程示意图。
[0056]首先执行步骤301，提供衬底301，在所述衬底上形成底覆层302和芯层302。
[0057]具体地，如图3a所示，在该步骤中所述衬底301可以选用本领域常用的半导体衬底，所述衬底301可以是以下所提到的材料中的至少一种:硅、绝缘体上硅(SOI)、绝缘体上层叠硅(SSOI)、绝缘体上层叠锗化硅(S-SiGeOI)、绝缘体上锗化硅(SiGeOI)以及绝缘体上锗(GeOI)等。
[0058]可选地，在所述衬底301上形成底部电极(图中未示出)，所述底部电极可以选用常用的导电材料，并不局限于某一种，在该实施例中，所述底部电极选用金属银。
[0059]进一步，在所述衬底301上形成底覆层(bottom cladding) 302，以覆盖所述衬底301和所述底部电极。
[0060]其中所述底覆层选用具有较低或者较高折射率的聚合物材料。
[0061]然后在所述底覆层302上形成芯层(core layer) 303，其中，以覆盖所述底覆层，所述芯层303可以选用本领域常用的各种材料，并不局限于某一种。
[0062]执行步骤302，通过所述气凝胶喷射打印的方法形成具有开口图案的低折射率顶覆材料层。
[0063]具体地，如图3b所示，在该步骤中选用气凝胶喷射打印(Aerosol Jet Printing)的方法形成所述顶覆层。
[0064]本申请中选用气凝胶喷射打印(Aerosol Jet Printing)的方法形成所述顶覆层为低温度工艺方法，而且所述方法对环境更加温和，减小了废料的产生，还可以在非平面的衬底上进行打印，而且更加准确。
[0065]执行步骤303，所述开口图案进行修正和冻结的步骤。
[0066]具体地，所述方法可以选用本领域常用的方法，并不局限于某一种，在此不再赘述。
[0067]执行步骤304，通过所述气凝胶喷射打印的方法形成高折射率顶覆材料层305，以填充所述开口图案，形成所述顶覆层(top cladding) 304。
[0068]具体地，如图3c所示，在该步骤中选用所述气凝胶喷射打印的方法形成高折射率顶覆材料层305，以填充所述开口图案，形成梯度折射率(graded-1ndex，GI)的聚合物光学波导，其具有更加优异的性能，例如低传播损失(low-propagat1n loss)、低串扰(low interchannel crosstalk)高带宽(high bandwidth)以及与 MMF 和光电探测器(photodetectors)具有高親合效率(high coupling efficiency)。
[0069]在该实施例中还可以通过所述气凝胶喷射打印的方法形成具有开口图案的高折射率顶覆材料层；然后通过所述气凝胶喷射打印的方法形成低折射率顶覆材料层，以填充所述开口图案，形成所述顶覆层304。
[0070]其中所述低折射率顶覆材料层和高折射率顶覆材料层的折射率差别可以根据具体需要进行选择。
[0071]执行步骤305，执行紫外线固化步骤，以固化所述光波导。
[0072]具体地，如图3d所示，在该步骤中所述紫外线固化可以选用常规的方法，并不局限于某一种。
[0073]至此，完成了本发明实施例的光波导过程的介绍。在上述步骤之后，还可以包括其他相关步骤，此处不再赘述。并且，除了上述步骤之外，本实施例的制备方法还可以在上述各个步骤之中或不同的步骤之间包括其他步骤，这些步骤均可以通过现有技术中的各种工艺来实现，此处不再赘述。
[0074]本发明为了解决现有技术中存在的问题，提供了一种基于聚合物的光波导的制备方法，在所述方法中选用气凝胶喷射打印形成所述底覆层和/或所述顶覆层，通过所述方法解决现有技术中尺寸的限制，而且所述方法具有优越的性能，例如低传播损失(low-propagat1n loss)、低串扰(low interchannel crosstalk)高带宽(highbandwidth)以及与MMF和光电探测器(photodetectors)具有高親合效率(high couplingefficiency)。
[0075]图5为本发明一具体地实施方式中所述聚合物光波导的制备工艺流程图，具体包括以下步骤:
[0076]步骤S1:提供衬底；
[0077]步骤S2:在所述衬底上依次形成底覆层、芯层和顶覆层，以形成光波导，其中所述底覆层和/或所述顶覆层通过喷射打印的方法形成。
[0078]实施例2
[0079]本发明为了解决现有技术存在的问题，提供了一种新的光波导的制备方法，下面结合附图对所述方法作进一步的说明，其中图4a_4d为现有技术一实施例中光波导的制备过程示意图。
[0080]首先执行步骤401，在所述衬底401上通过所述喷射打印的方法形成底部电极402以及覆盖所述底部电极的底覆层403，其中所述底覆层403中具有若干相互间隔的凹槽。
[0081]具体地，如图4a所示，在该步骤中所述衬底401可以选用本领域常用的半导体衬底，所述衬底301可以是以下所提到的材料中的至少一种:硅、绝缘体上硅(SOI)、绝缘体上层叠硅(SSOI)、绝缘体上层叠锗化硅(S-SiGeOI)、绝缘体上锗化硅(SiGeOI)以及绝缘体上锗(GeOI)等。
[0082]可选地，所述底部电极402可以选用常用的导电材料，并不局限于某一种，在该实施例中，所述底部电极选用金属银。
[0083]进一步，在所述衬底401上形成底覆层(bottom cladding) 403，以覆盖所述衬底401和所述底部电极402。
[0084]其中所述底覆层选用具有较低或者较高折射率的聚合物材料。
[0085]其中所述底覆层403中具有若干相互间隔的凹槽，以用于在后续的步骤中形成图案化的芯层。
[0086]在本申请中选用胶喷射打印(Jet Printing)的方法形成所述底部电极402以及覆盖所述底部电极的底覆层403，所述方法为低温度工艺方法，而且所述方法对环境更加温和，减小了废料的产生，还可以在非平面的衬底上进行打印，而且更加准确。
[0087]执行步骤402，在所述凹槽的侧壁上形成覆层间隙壁。
[0088]具体地，在该步骤中选用氟化聚合物(fluorinated polymer)形成所述覆层间隙壁，以调整所述凹槽的开口以及深度。
[0089]可选地，接着执行等离子体修整的步骤，以进一步提高所述凹槽的轮廓，提高器件的性能。
[0090]执行步骤403，形成所述芯层404，以覆盖所述底覆层403并填充所述凹槽。
[0091]具体地，如图4b所示，在该步骤中形成的所述芯层404填充所述凹槽，通过所述方法形成图案化的芯层404。
[0092]其中所述芯层选用聚合物，但并不局限于某一种在此不再赘述。
[0093]执行步骤404，在所述芯层404上形成所述顶覆层405，以覆盖所述芯层404。
[0094]具体地，如图4c所示，所述顶覆层405和所述底覆层具有不同的折射率，以形成具有形成梯度折射率(graded-1ndex，GI)的聚合物光学波导，其具有更加优异的性能，例如低传播损失(low-propagat1n loss)、低串扰(low interchannel crosstalk)高带宽(high bandwidth)以及与MMF和光电探测器(photodetectors)具有高親合效率(highcoupling efficiency)。
[0095]执行步骤405，在所述顶覆层405上形成顶部电极406。
[0096]具体地，如图4d所示，在该步中所述顶部电极406可以选用常用的导电材料，并不局限于某一种，在该实施例中，所述顶部电极406选用金属银。
[0097]具体地，选用聚焦离子束(focused 1n beam)气体辅助沉积(gas assisteddeposit1n)的方法形成所述顶部电极406。
[0098]所述聚焦离子束(focused1n beam)气体辅助沉积(gas assisted deposit1n)法可以选用常规的操作参数，并不局限于某一范围，在此不再详细的描述。
[0099]至此，完成了本发明实施例的光波导过程的介绍。在上述步骤之后，还可以包括其他相关步骤，此处不再赘述。并且，除了上述步骤之外，本实施例的制备方法还可以在上述各个步骤之中或不同的步骤之间包括其他步骤，这些步骤均可以通过现有技术中的各种工艺来实现，此处不再赘述。
[0100]实施例3
[0101]本发明还提供了一种光波导，所述光波导选用实施例1或2所述的方法制备。通过本发明方法制备得到的光波导具有更低的能耗，还可以进一步提高光波导的性能和良率。
[0102]实施例4
[0103]本发明还提供了一种电子装置，包括实施例3所述的光波导。其中，光波导件为实施例3所述的半导体器件，或根据实施例1或2所述的制备方法得到的光波导。
[0104]本实施例的电子装置，可以是手机、平板电脑、笔记本电脑、上网本、游戏机、电视机、V⑶、DVD、导航仪、照相机、摄像机、录音笔、MP3、MP4、PSP等任何电子产品或设备，也可为任何包括所述半导体器件的中间产品。本发明实施例的电子装置，由于使用了上述的半导体器件，因而具有更好的性能。
[0105]本发明已经通过上述实施例进行了说明，但应当理解的是，上述实施例只是用于举例和说明的目的，而非意在将本发明限制于所描述的实施例范围内。此外本领域技术人员可以理解的是，本发明并不局限于上述实施例，根据本发明的教导还可以做出更多种的变型和修改，这些变型和修改均落在本发明所要求保护的范围以内。本发明的保护范围由附属的权利要求书及其等效范围所界定。
[0106]本发明已经通过上述实施例进行了说明，但应当理解的是，上述实施例只是用于举例和说明的目的，而非意在将本发明限制于所描述的实施例范围内。此外本领域技术人员可以理解的是，本发明并不局限于上述实施例，根据本发明的教导还可以做出更多种的变型和修改，这些变型和修改均落在本发明所要求保护的范围以内。本发明的保护范围由附属的权利要求书及其等效范围所界定。
【主权项】
1.一种光波导的制备方法，包括: 步骤S1:提供衬底； 步骤S2:在所述衬底上依次形成底覆层、芯层和顶覆层，以形成光波导，其中所述底覆层和/或所述顶覆层通过喷射打印的方法形成。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤S2包括: 步骤S21:在所述衬底上依次形成所述底覆层和所述芯层； 步骤S22:在所述芯层上通过气凝胶喷射打印的方法形成低折射率顶覆材料层和高折射率顶覆材料层间隔设置的所述顶覆层。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤S2包括: 步骤S21:在所述衬底上通过所述喷射打印的方法形成底部电极以及覆盖所述底部电极的底覆层，其中在所述底覆层中形成有若干相互间隔的凹槽； 步骤S22:形成所述芯层，以覆盖所述底覆层并填充所述凹槽； 步骤S23:在所述芯层上形成所述顶覆层，以覆盖所述芯层； 步骤S24:在所述顶覆层上形成顶部电极。4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述步骤S22包括: 步骤S221:通过所述气凝胶喷射打印的方法形成具有若干开口的所述低折射率顶覆材料层； 步骤S222:通过所述气凝胶喷射打印的方法形成所述高折射率顶覆材料层，以填充所述开口，形成所述顶覆层。5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，在所述步骤S221和所述步骤S222之间还进一步包括对所述开口进行修整和冻结的步骤。6.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，在所述步骤S24中，选用聚焦离子束气体辅助沉积的方法形成所述顶部电极。7.根据权利要求3或6所述的方法，其特征在于，所述底部电极选用银电极； 所述顶部电极选用银电极。8.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，在所述步骤S21和所述步骤S22之间还进一步包括:在所述凹槽的侧壁上形成覆层间隙壁。9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，在形成所述覆层间隙壁之后还进一步包括等离子体修整的步骤。10.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述底覆层和顶覆层具有不同的折射率。11.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还进一步包括步骤S3:执行紫外线固化步骤，以固化所述光波导。12.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述底覆层、所述芯层和所述顶覆层选用聚合物材料。13.—种基于权利要求1至12之一所述的方法制备得到的光波导。14.一种电子装置，包括权利要求13所述的光波导。
【文档编号】G02B6/122GK105842783SQ201510014269
【公开日】2016年8月10日
【申请日】2015年1月12日
【发明人】张海洋
【申请人】中芯国际集成电路制造(上海)有限公司