[發明專利]光波導及其制造方法

有效

• 申請號: 200710151335.3
• 申請日: 2007-09-25
• 公開（公告）號: CN101122655A
• 公開（公告）日: 2008-02-13
• 發明（設計）人: 邵鳴達;俞國慶;徐琴琴;王文龍;王蔚
• 申請（專利權）人: 晶方半導體科技（蘇州）有限公司
• 主分類號: G02B6/10
• 分類號: G02B6/10;G02B1/02;G02B6/13;H01L21/00
• 代理公司: 北京集佳知識產權代理有限公司
• 代理人: 逯長明

技術領域

本發明涉及光電子通信技術領域，特別涉及一種晶圓級光波導及其制造方法。

背景技術

隨著網絡通信技術的飛速發展，人們對網絡信息傳輸速度的要求日益提高。以往的“電”互連，也就是以銅線為基礎的電子信號傳輸線路所能承載的信號帶寬已經接近飽和，于是光互連技術為基礎的光通信應運而生。光互連是一種利用光作為傳遞信息的載體，實現計算機系統結構內各部件之間或各系統之間互連的技術。從光互連所用的傳輸介質來看，主要有光波導互連、光纖互連以及自由空間光互連等技術。從光互連在計算機系統結構中所處的層次來看，它可以在計算機與計算機、背板與背板、平面內芯片與芯片及自由空間內芯片與芯片之間等不同層次實現光互連。光互連技術在通信帶寬、等程傳輸、抗電磁干擾及低能耗等方面比電互連有巨大的優勢。

在上述光互連傳輸介質中，光波導廣泛應用于芯片內、芯片間與芯片模塊以及背板之間的光互連。光波導由芯層(core?layer)和包層(cladlayer)組成，其中芯層構成光路，光在光路中必須滿足全反射才能高效地傳播。因此在光波導中，芯層材料的折射率必須高于外包層材料的折射率，才能使光在光路中全反射從而沿著設計的路線傳輸。

光互連系統結構中通常包括作為光源的半導體激光器、反射耦合器、平板光波導(以下簡稱光波導)以及作為互連媒介的光纖，光波導的尺寸通常為微米級，發射端與接收端之間的互連通過光波導和光纖完成。出于芯片、背板的布局、器件尺寸等設計因素的考慮，激光器發出的光通常不會以直線的方式進入光纖，而是要轉換一定角度。圖1為具有光波導的光互連結構簡化示意圖。如圖1所示，激光器發出的光20通過反射耦合器(端面12)進入平板光波導10，平板光波導10將光轉換一個角度后以全反射的方式耦合進入光纖30。上述光波導10的端面12需要削成具有特定角度的斜面，典型的角度為45°，以便將入射光的方向轉換90°，同時要求光波導10的端面12為鏡面，以滿足反射耦合器全反射的要求。

現有的形成上述光波導10的方法主要包括納米壓印技術和軟模轉印技術。納米壓印技術是利用光刻、刻蝕等半導體平面工藝技術在基底表面的壓模材料，例如氧化硅(SiO₂)或氮化硅(SiN)中形成與光路形狀相匹配的納米壓印模具。然后利用納米壓印模具在光波導表面的芯層材料中壓制出光路。圖2至圖5為說明利用納米壓印技術形成光波導結構的流程示意圖。如圖2所示，在基底20表面形成下包層22；然后在下外包層22表面形成芯層材料層24，如圖3所示；隨后，將納米壓印模具30與芯層材料層24壓合，如圖4所示，從而在芯層24中形成由芯層材料構成的光路26，如圖5所示。圖6為圖5中光波導結構的立體示意圖，如圖6所示，箭頭所指方向為光信號傳輸方向。位于基底20的外包層22表面的光路26，需要具有非常光滑的頂面和側面，以保證在形成上包層之后光在光路中不會產生漫反射。此外更為重要的是，光路26的端面需為鏡面，以保證入射光的全反射耦合。這就對納米壓印模具30的制作工藝提高了很高的要求，能夠滿足上述要求的納米壓印模具是非常昂貴的，這無疑大大增加了制造成本。而且，當設計的光路改變的時候，就要訂購相應的模具，降低了工藝靈活性，進一步增加了成本。

軟模轉印技術是在模具上制造好光路之后，再覆蓋結合到底材之上。該方法也有它的缺點，首先是制造工藝的過程比較長。軟模具覆蓋之后再去除還易產生殘留物的問題。此外更為嚴重的就是鏡面問題，軟模具只能利用光纖材料本身來做鏡面，鏡面的反射效果受材質的限制，造成光信號損耗的減少程度受到限制。

發明內容

本發明的目的在于提供一種晶圓級光波導及其制造方法，該方法利用半導體集成電路制造工藝，能夠制造出接觸面光滑、厚度均勻且端面為任意角度鏡面的微米級光波導，同時大幅度降低制造成本。

為達到上述目的，一方面，本發明提供了一種光波導，包括基底和基底上的限制層，所述限制層中具有凹槽，凹槽兩側的端面為斜面，至少在所述斜面表面具有反射鏡面層，在所述凹槽中包括芯層，在所述芯層的表面具有包層。

優選地，所述基底和限制層為同一層。

所述包層包括位于芯層上表面的第一包層和位于芯層下表面的第二包層。

所述第二包層位于所述基底和所述限制層之間。

所述包層僅位于芯層的上表面，所述芯層的下表面為反射鏡面層。

所述限制層的材料為硅、氧化硅，氮化硅，氮氧化硅、石英玻璃和硼磷硅酸鹽玻璃中的一種。

所述芯層和包層的材料為可旋涂高分子感光材料。

所述反射鏡面層的材料為金屬層。