[發(fā)明專利]一種雙層膠掩膜分步刻蝕亞納米級精度波導工藝

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202210582973.5
• 申請日: 2022-05-26
• 公開（公告）號: CN115016063A
• 公開（公告）日: 2022-09-06
• 發(fā)明（設計）人: 王磊;曲迪;李宗宴;付通;王謙;于帥;宋學穎
• 申請（專利權）人: 天津華慧芯科技集團有限公司
• 主分類號: G02B6/136
• 分類號: G02B6/136
• 代理公司: 天津市鼎和專利商標代理有限公司 12101
• 代理人: 蒙建軍

本發(fā)明公開了一種雙層膠掩膜分步刻蝕亞納米級精度波導工藝，屬于光芯片加工技術領域，包括：一、準備LNOI片；二、旋涂HSQ/ZEP：在LNOI片上旋涂HSQ/ZEP雙層膠，ZEP為底層膠；對ZEP的厚度進行調控；三、光刻顯影HSQ：利用電子束曝光波導圖形，顯影去除未曝光的HSQ；四、干法刻蝕ZEP：對刻蝕參數(shù)進行調控；五、分步刻蝕LN：首先利用CHF₃和Ar等離子體進行短時間的常規(guī)刻蝕，然后利用CHF₃等離子體進行更短時間的刻蝕，即利用化學刻蝕的各向同性減小LN波導的側壁起伏，然后重復步驟五，直至完成刻蝕；六、去除HSQ/ZEP：采用丁酮溶液去除HSQ/ZEP掩膜。

技術領域

本發(fā)明屬于光芯片加工技術領域，具體涉及一種雙層膠掩膜分步刻蝕亞納米級精度波導工藝。

背景技術

鈮酸鋰是最廣泛使用的光電材料之一，其電光特性出眾，基于鈮酸鋰制備的電光調制器是現(xiàn)代光纖通信技術的支柱。并且其透明窗口范圍、光學損耗、非線性性能、高速電光調制性能和壓電性能等方面相較硅有很大的優(yōu)勢。從1990年鈮酸鋰晶體產(chǎn)業(yè)化以來，人們就嘗試使用質子交換等技術來制備光波導，但是由于當時絕緣體上薄膜未開發(fā)成功，其集成光子學的巨大應用潛力并未被發(fā)掘。而近幾年出現(xiàn)的絕緣體上鈮酸鋰薄膜材料(LNOI)徹底改變了這一狀況。

LNOI片上低損耗波導的制備是探索LNOI在微納光子學應用的前提。波導的側壁起伏程度是傳輸損耗的主要影響因素。而側壁起伏程度主要由刻蝕掩膜精度和刻蝕工藝決定。現(xiàn)有技術無法采用高精度的HSQ掩膜刻蝕含氧化硅或氮化硅膜層的襯底，因為HSQ的去膠液BOE會損壞氧化硅或氮化硅；另外，現(xiàn)有的干法刻蝕鈮酸鋰工藝，刻蝕出的波導側壁起伏較大。

發(fā)明內容

本發(fā)明針對現(xiàn)有技術存在的不足，提出一種雙層膠掩膜分步刻蝕亞納米級精度波導工藝，在常規(guī)波導刻蝕工藝的基礎上進行了兩點改進，一是提出采用HSQ/ZEP雙層膠作為刻蝕LNOI上薄膜鈮酸鋰(LN)的掩膜，二是采用分步刻蝕的方法減小薄膜LN波導的側壁起伏，實現(xiàn)了LNOI上亞納米級精度波導加工。

本發(fā)明的目的是提供一種雙層膠掩膜分步刻蝕亞納米級精度波導工藝，包括：

步驟一、準備LNOI片；

步驟二、旋涂HSQ/ZEP：在所述LNOI片上旋涂HSQ/ZEP雙層膠，其中：ZEP為底層膠，HSQ為頂層膠；對ZEP的厚度進行調控，保證HSQ/ZEP后續(xù)可以去除干凈和HSQ/ZEP的整體耐刻蝕性；

步驟三、光刻顯影HSQ：利用電子束曝光波導圖形，顯影去除未曝光位置的HSQ；

步驟四、干法刻蝕ZEP：對氣體比例，偏壓功率，反應室壓力等刻蝕參數(shù)進行調控，保證ZEP的側壁形貌陡直，無側蝕現(xiàn)象；

步驟五、分步刻蝕LN：HSQ/ZEP作為掩膜，首先利用CHF₃和Ar等離子體進行短時間的常規(guī)刻蝕，然后利用CHF₃等離子體進行更短時間的刻蝕，利用化學刻蝕的各向同性減小薄膜LN波導的側壁起伏，然后重復該步驟五，直至完成刻蝕；

步驟六、去除HSQ/ZEP：采用丁酮溶液去除HSQ/ZEP掩膜。

優(yōu)選地，所述ZEP的厚度范圍是100nm～400nm，可以保證HSQ/ZEP去除干凈和HSQ/ZEP掩膜的整體耐刻蝕性。

優(yōu)選地，所述氣體比例為O₂:Ar＝2:1，偏壓功率為50W，反應室壓力為5mtorr。

優(yōu)選地，所述短時間的范圍是30s～25min。

本申請的有益效果是：