一种用于平面光波导器件的薄膜制备方法
【专利摘要】本发明提供了一种用于平面光波导器件的薄膜制备方法，包括：提供待制备薄膜的基底，所述基底上具有沟槽；在所述基底的沟槽区域施加偏压，使形成所述薄膜的离子沿与基底垂直方向呈一定夹角的方向入射进入沟槽，在所述沟槽的底部和侧壁上形成薄膜；其中，所述形成所述薄膜的离子位于所述基底上方的等离子体及等离子体鞘层中。本发明通过使形成所述薄膜的离子沿与基底垂直方向呈一定夹角的方向入射进入沟槽，在所述沟槽的底部和侧壁上形成薄膜，从而解决了沟槽侧壁上很难形成薄膜的问题，进而制备出了均匀性较好的上包层薄膜，提高了上包层薄膜的质量以及平面光波导器件的性能。
【专利说明】一种用于平面光波导器件的薄膜制备方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及光纤通信【技术领域】，更具体地说，涉及一种用于平面光波导器件的薄膜制备方法。
【背景技术】
[0002]平面光波导器件是未来集成光路的基础性部件，是光纤通信系统的必要组成部分，它能将光波束缚在光波长量级尺寸的平面介质波导中，稳定而无辐射的传输。
[0003]基于平面光波导技术解决方案的器件包括:分路器(Splitter)、星形耦合器(Star coupler)、可调光衰减器(Variable Optical Attenuator, VOA)、光开关(Opticalswitch)、光梳(Interleave)和阵列波导光栅(Array Waveguide Grating, AffG)等。根据不同应用场合的需求(如响应时间、环境温度等)，这些器件可以选择不同的材料体系以及加工工艺制作而成。值得一提的是，这些器件都是光无源器件，并且是独立的，他们之间可以相互组合，或者和其他有源器件相互组合，构成各种不同功能的高端器件。
[0004]平面光波导器件通常由下包层、芯层以及上包层构成，其中，上包层为B、P共掺的BPSG (Borophospho Silicate Glass,硼磷娃玻璃),是一种掺硼、磷的二氧化娃玻璃,其作用是匹配折射率和降低熔点，增加流动性和平坦度。目前，制备上包层薄膜的等离子体工艺主要为 PECVD (Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition,等离子体增强化学气相沉积)，其借助微波或射频等将含有上包层薄膜组分的气体电离，在局部区域形成等离子体，由于等离子体的活性很强，很容易发生反应，因此，在适当的条件下会在被加工的器件基底上沉积出期望的薄膜。
[0005]随着三维结构元器件的逐渐普遍，器件的尺寸越来越小，对薄膜质量的要求也越来越高。但是，如图1所示，现有技术中采用PECVD制备上包层薄膜的过程中，将BPSG材料填入基底I上芯层波导间的沟槽2时，等离子体及等离子体鞘层3中的离子都是沿垂直于基底I的方向入射进入沟槽2的，因此，很难在沟槽2的侧壁上形成薄膜，从而使得制备的上包层薄膜的均匀性和质量较差，进而影响了平面光波导器件的性能。
【发明内容】
[0006]有鉴于此，本发明提供了一种用于平面光波导器件的薄膜制备方法，以解决现有技术中由于沟槽侧壁上很难形成薄膜，而造成的上包层薄膜均匀性和质量较差，影响平面光波导器件性能的问题。
[0007]为实现上述目的，本发明提供如下技术方案:
[0008]一种用于平面光波导器件的薄膜制备方法，包括:
[0009]提供待制备薄膜的基底，所述基底上具有沟槽；
[0010]在所述基底的沟槽区域施加偏压，使形成所述薄膜的离子沿与基底垂直方向呈一定夹角的方向入射进入沟槽，在所述沟槽的底部和侧壁上形成薄膜；
[0011]其中，所述形成所述薄膜的离子位于所述基底上方的等离子体及等离子体鞘层中。
[0012]优选的，所述在所述基底的沟槽区域施加偏压，使形成所述薄膜的离子沿与基底垂直方向呈一定夹角的方向入射进入沟槽，在所述沟槽的底部和侧壁上形成薄膜的过程具体为:
[0013]在所述基底的沟槽区域施加偏压，改变所述沟槽区域对应的等离子体及等离子体鞘层的形状，使形成所述薄膜的离子沿与基底垂直方向呈一定夹角的方向入射进入沟槽，在所述沟槽的底部和侧壁上形成薄膜。
[0014]优选的，所述沟槽区域对应的等离子体及等离子体鞘层的形状为扇形。
[0015]优选的，所述偏压为直流偏压、射频偏压或脉冲偏压。
[0016]优选的，所述夹角的大小在预设的角度范围内，所述预设的角度范围是由沟槽的宽度和深度决定的。
[0017]优选的，所述偏压的大小和方向是由所述夹角的大小以及预设的角度范围决定的。
[0018]优选的，所述待制备的薄膜为平面光波导器件的上包层薄膜。
[0019]优选的，所述制备上包层薄膜的工艺为等离子体增强化学气相沉积工艺。
[0020]优选的，所述平面光波导器件夹角的预设角度范围为大于Θ，包括端点值，其中所述Θ =arctan (沟槽的宽度/深度)。
[0021]与现有技术相比，本发明所提供的技术方案具有以下优点:
[0022]本发明所提供的用于平面光波导器件的薄膜制备方法，通过在所述基底的沟槽区域施加偏压，使形成所述薄膜的离子沿与基底垂直方向呈一定夹角的方向入射进入沟槽，在所述沟槽的底部和侧壁上形成薄膜，从而解决了沟槽侧壁上很难形成薄膜的问题，进而制备出了均匀性较好的上包层薄膜，提高了上包层薄膜的质量以及平面光波导器件的性倉泛。
【专利附图】
【附图说明】
[0023]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。
[0024]图1为现有技术中米用PECVD制备薄膜的过程不意图；
[0025]图2为本发明一个实施例提供的用于平面光波导器件的薄膜制备方法的流程图；
[0026]图3为本发明一个实施例提供的制备薄膜的过程示意图。
【具体实施方式】
[0027]正如【背景技术】所述，现有的平面光波导器件上包层薄膜的均匀性和质量较差，使得平面光波导器件的性能较差，发明人研究发现，造成这种问题的原因主要是，采用现有的PECVD等离子体工艺制备上包层薄膜的过程中，将上包层薄膜材料BPSG填入芯层波导间的沟槽时，如图1所示，等离子体及等离子体鞘层中的离子都是沿垂直于基底的方向入射的，因此，很难在沟槽的侧壁上形成薄膜，从而使得上包层薄膜的均匀性较差，进而影响平面光波导器件的性能。
[0028]虽然现有技术中也有将BPSG材料填充进芯层波导间的沟槽的方法，但是，经常会出现沟槽填充不完全、有孔洞、气泡等问题，因此，现有技术中采用回流工艺对沟槽的填充难度也很大，并且，平面光波导器件狭长的沟槽，进一步增加了沟槽填充的难度。
[0029]基于此，本发明提供了一种用于平面光波导器件的薄膜制备方法，以克服现有技术存在的上述问题，包括:
[0030]提供待制备薄膜的基底，所述基底上具有沟槽；在所述基底的沟槽区域施加偏压，使形成所述薄膜的离子沿与基底垂直方向呈一定夹角的方向入射进入沟槽，在所述沟槽的底部和侧壁上形成薄膜；其中，所述形成所述薄膜的离子位于所述基底上方的等离子体及等离子体鞘层中。
[0031]本发明所提供的用于平面光波导器件的薄膜制备方法，通过在所述基底的沟槽区域施加偏压，使形成所述薄膜的离子沿与基底垂直方向呈一定夹角的方向入射进入沟槽，在所述沟槽的底部和侧壁上形成薄膜，从而解决了沟槽侧壁上很难形成薄膜的问题，进而制备出了均匀性较好的上包层薄膜，提高了上包层薄膜的质量以及平面光波导器件的性倉泛。
[0032]以上是本发明的核心思想，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。
[0033]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。
[0034]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。
[0035]下面通过几个实施例详细描述。
[0036]本发明的一个实施例提供了一种用于平面光波导器件的薄膜制备方法，其工艺流程图如图2所示,包括:
[0037]S201:提供待制备薄膜的基底；
[0038]本实施例提供的薄膜制备方法可以用于制备平面光波导器件的上包层薄膜，也可以用于制备其他元器件的薄膜，只要待制备薄膜的基底上具有沟槽，那么就可以采用本实施例提供的方法制备出均匀性较好的薄膜。
[0039]平面光波导器件通常由上包层、芯层以及下包层构成，采用传统的PECVD工艺制备上包层薄膜时，芯层波导间的沟槽侧壁上很难形成薄膜，从而使得形成的上包层薄膜均匀性较差，因此，为了制备出均匀性较好的上包层薄膜，需要在沟槽的底部和侧壁同时形成薄膜。
[0040]在制备上包层薄膜之前，首先需要提供待制备薄膜的基底，即提供已经制备好芯层和下包层的基底。由于芯层波导图形经刻蚀工艺成型以后，芯层波导间会具有沟槽，因此，所述待制备薄膜的基底上具有沟槽，且所述沟槽可能为多个。
[0041]S202:在所述基底的沟槽区域施加偏压，使形成所述薄膜的离子沿与基底垂直方向呈一定夹角的方向入射进入沟槽；[0042]芯层波导图形经刻蚀工艺成型以后，需要制备平面光波导器件的上包层薄膜，本实施例中采用PECVD工艺使待制备薄膜的材料成为位于基底上方局部区域的等离子体及等离子体鞘层，然后再在芯层的表面以及芯层波导间的沟槽区域形成待制备的薄膜。本实施例中优选采用PECVD工艺制备薄膜，当然，在本发明的其他实施例中可以采用其他等离子体工艺制备薄膜，例如，磁控溅射等。
[0043]本实施例中，如图3所示，在基底30的沟槽区域(如图3中虚线部分)施加了一个偏压，这一偏压形成的电场和磁场改变了等离子体以及等离子体鞘层中带电粒子的分布情况，即改变了所述沟槽区域对应的等离子体及等离子体鞘层的形状，使等离子鞘层中形成所述薄膜的离子沿与基底垂直方向呈一定夹角的方向入射进入沟槽。
[0044]改变后的沟槽区域对应的等离子体及等离子体鞘层的形状，可以是扇形，如图3中所示，也可以是其他几何形状。施加在基底上的偏压的大小和方向不同时，形成的等离子体及等离子体鞘层的形状不同，进入沟槽的离子的入射角度会不同，入射角度的大小范围也会随之改变。其中，所述偏压可以为直流偏压、射频偏压或脉冲偏压。
[0045]为了在特定形状的沟槽内侧壁和底部形成均匀的薄膜，就需要对离子的入射角度进行控制，使夹角的大小在预设的角度范围内。到达沟槽侧壁下边界的离子的入射方向与基底垂直方向的边界夹角Θ的大小可以根据沟槽的深度和宽度计算得出，只要离子的入射方向与基底垂直方向的夹角大于边界夹角Θ，那么离子就可以到达沟槽侧壁的中部或上部，即只要夹角的角度范围为大于边界夹角Θ，就可以在沟槽的整个侧壁上形成均匀的薄膜。
[0046]根据沟槽的宽度W和深度D计算出边界夹角Θ的过程为，如图3所示，tan Θ =W/D，则Θ =arctan (W/D)，即Θ =arctan (沟槽的宽度/深度)，在获知W和D的具体数值后，就可以计算出边界夹角Θ的大小，然后可以预设夹角范围为大于Θ，当然考虑到误差，可以使预设夹角范围的取值保留一定的裕值，从而可以使位于所述基底上方的等离子体及等离子体鞘层中的离子以这一夹角范围内进入沟槽，进而可以在沟槽的侧壁和底部形成均匀的薄膜。
[0047]本实施中，沟槽区域形成薄膜的离子是以与基底垂直方向呈一定夹角的方向入射的，所述夹角的大小均在预设的角度范围内，而预设角度范围是根据计算出的边界夹角Θ确定的，边界夹角Θ又是根据沟槽的宽度W和深度D计算出的，由此可知，预设角度范围是由沟槽的深度和宽度决定的，并且，施加在基底沟槽区域的偏压的大小和方向也是由夹角的大小以及预设的角度范围决定的。
[0048]S203:在所述沟槽的底部和侧壁上形成薄膜。
[0049]离子以预设角度进入沟槽后，在沟槽的左侧与右侧侧壁及沟槽底部都沉积有薄膜，从而可以得到均匀性较好的沟槽薄膜，进而提高了上包层薄膜的均匀性和质量。而基底的非沟槽区域上，由于并未另外施加偏压，因此，非沟槽区域的离子仍以垂直于基底的方向入射，沉积在基底的表面上，形成待制备的薄膜。
[0050]本实施例提供的用于平面光波导器件的薄膜制备方法，通过在所述基底的沟槽区域施加偏压，使形成所述薄膜的离子沿与基底垂直方向呈一定夹角的方向入射进入沟槽，在所述沟槽的底部和侧壁上形成薄膜，从而解决了沟槽侧壁上很难形成薄膜的问题，进而制备出了均匀性较好的上包层薄膜，提高了上包层薄膜的质量以及平面光波导器件的性能。并且，本实施例提供的用于平面光波导器件的薄膜制备方法，不会出现沟槽填孔不完全、有孔洞和气泡等问题，避免了采用回流工艺时由于有孔洞气泡等导致的薄膜质量较差的问题。
[0051]对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
【权利要求】
1.一种用于平面光波导器件的薄膜制备方法，其特征在于，包括: 提供待制备薄膜的基底，所述基底上具有沟槽； 在所述基底的沟槽区域施加偏压，使形成所述薄膜的离子沿与基底垂直方向呈一定夹角的方向入射进入沟槽，在所述沟槽的底部和侧壁上形成薄膜； 其中，所述形成所述薄膜的离子位于所述基底上方的等离子体及等离子体鞘层中。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述在所述基底的沟槽区域施加偏压，使形成所述薄膜的离子沿与基底垂直方向呈一定夹角的方向入射进入沟槽，在所述沟槽的底部和侧壁上形成薄膜的过程具体为: 在所述基底的沟槽区域施加偏压，改变所述沟槽区域对应的等离子体及等离子体鞘层的形状，使形成所述薄膜的离子沿与基底垂直方向呈一定夹角的方向入射进入沟槽，在所述沟槽的底部和侧壁上形成薄膜。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述沟槽区域对应的等离子体及等离子体鞘层的形状为扇形。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述偏压为直流偏压、射频偏压或脉冲偏压。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述夹角的大小在预设的角度范围内，所述预设的角度范围是由沟槽的宽度和深度决定的。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述偏压的大小和方向是由所述夹角的大小以及预设的角度范围决定的。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述待制备的薄膜为所述平面光波导器件的上包层薄膜。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述制备上包层薄膜的工艺为等离子体增强化学气相沉积工艺。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述平面光波导器件夹角的预设角度范围为大于Θ，包括端点值，其中所述0=arctan (沟槽的宽度/深度)。
【文档编号】G02B6/13GK103809242SQ201410085458
【公开日】2014年5月21日 申请日期:2014年3月10日 优先权日:2014年3月10日
【发明者】刘春梅, 李朝阳 申请人:四川飞阳科技有限公司