[發明專利]一種硅基納米級彎曲切趾光柵的制備方法

在審

• 申請號: 201911323677.8
• 申請日: 2019-12-20
• 公開（公告）號: CN111106531A
• 公開（公告）日: 2020-05-05
• 發明（設計）人: 王艷;徐鵬霄;王東辰;唐光華;顧曉文;周奉杰
• 申請（專利權）人: 中國電子科技集團公司第五十五研究所
• 主分類號: H01S5/12
• 分類號: H01S5/12
• 代理公司: 南京經緯專利商標代理有限公司 32200
• 代理人: 孫昱

本發明公開了一種硅基納米級彎曲切趾光柵的制備方法，包括：對襯底進行表面清潔及熱處理，襯底為SOI材料；涂覆電子束抗蝕劑UV135，電子束曝光寫標記；蒸發Ti/Pt合金，金屬剝離；涂覆高分辨率電子束抗蝕劑ZP520A，進行納米級彎曲切趾光柵淺刻蝕圖形的電子束曝光；頂層硅ICP淺刻蝕；涂覆高分辨率電子束抗蝕劑ZP520A，進行深刻蝕圖形的套刻與電子束曝光；頂層硅ICP深刻蝕；電子束光刻鄰近效應校正。該方法可制作納米級密集彎曲切趾光柵線條，具有易于控制、精度高、靈活性大的特點。

技術領域

本發明涉及硅基光無源器件加工技術，具體指用于激光器布拉格反饋諧振腔及硅基光耦合器的納米級彎曲切趾光柵的制作方法。

背景技術

隨著集成電路CMOS工藝的發展，銅導線電互聯成為了計算機芯片間數據傳輸的“瓶頸”，光互聯被認為是最具潛力和廣泛應用前景的技術。硅基光子學技術與CMOS工藝完全兼容，納米級彎曲切趾光柵根據周期不同，既可以制作激光器分布式布拉格反饋諧振腔，又可以制作空間光耦合器，在光通訊、激光雷達等領域有著重要的作用。

納米級彎曲切趾光柵通常長度在幾個毫米以上，且最小線條寬度小于百納米，為非對稱密集圖形，電子束曝光系統具有易于控制、套刻精度高的特點，適合實驗室條件下新器件的研發，配合ICP刻蝕技術，可以實現納米級彎曲切趾光柵的制備。以納米級切趾光柵制作的激光器諧振腔具有抑制旁瓣的作用，降低相鄰信道的串擾，彎曲光柵可以具有曲面透鏡的效果，有效提高腔體反射率。調整光柵周期可制作空間光耦合器，納米級切趾光柵具有方向性好、耦合效率高的優點，對封裝對準精度要求較低，適合工業化自動對準封裝，彎曲光柵具有光場聚焦的效果，可以大大縮短光斑轉換器長度。

目前國內外使用電子束光刻系統受制于加工穩定性（電子束漂移）和電子束曝光臨近效應等因素的影響，主要用于小范圍的圖形加工，比較應用于大面積、納米級密集線條的光柵器件加工。通過對正性電子束抗蝕劑曝光參數優化，襯底片親水性控制，在刻蝕工藝需要的抗蝕劑厚度上獲得了納米光柵結構。通過版圖修正，對電子束曝光鄰近效應進行校正，獲得具有高耦合效率、高均勻性納米級切趾光柵結構，是實現低損耗光互聯的關鍵技術。

發明內容

本發明的目的在于為了克服以上現有技術的不足而提供一種硅基納米級彎曲切趾光柵的制備方法，

本發明采用的技術方案如下：

一種硅基納米級彎曲切趾光柵的制備方法，包括以下步驟：

步驟1，對襯底進行表面清潔及熱處理；

步驟2，在襯底上涂覆電子束抗蝕劑，然后進行第一次電子束直寫曝光，寫標記；

步驟3，蒸發Ti/Pt合金，金屬剝離；

步驟4，將金屬剝離后的襯底涂覆電子束抗蝕劑，然后進行第二次電子束直寫曝光，寫淺刻蝕圖形；

步驟5，進行頂層硅ICP淺刻蝕；

步驟6，涂覆電子束抗蝕劑，然后進行第三次電子束直寫曝光，寫深刻蝕圖形及波導；

步驟7，頂層硅ICP深刻蝕；

步驟8，進行電子束光刻鄰近效應校正，得到硅基納米級彎曲切趾光柵。

進一步的，步驟1中所述襯底為硅、二氧化硅為主體的SOI襯底。

進一步的，步驟1中對襯底進行表面清潔及熱處理可以為通過有機溶劑處理襯底，進一步如采用丙酮或乙醇超聲處理或二者交替超聲處理，然后采用去離子水清洗后吹干，再用烘箱進一步烘干；熱處理過程為將烘干后的襯底置于熱板上，進行高溫烘烤，如在120-130℃條件下烘烤60-80秒。