CN115842241A - 基于倏逝波调控的波导光栅天线及制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于倏逝波调控的波导光栅天线及制造方法，该波导光栅天线包括由下至上的体硅衬底、第一氧化层、器件层和第二氧化层；其中，所述器件层设有间隔预设距离的光栅结构和波导结构，所述波导结构配置为在接收到输入光时，将所述输入光耦合至光栅结构，所述光栅结构配置为将接收的耦合光发射至自由空间。本发明通过在单个器件层中实现光栅结构和波导结构的制备，降低了工艺的复杂度，不需要将光栅刻蚀深度控制到几个纳米，降低了工艺的难度，可轻松实现毫米量级的有效发射长度，解决了目前在单个器件层中制作毫米量级有效发射长度的波导光栅天线的制造难度大的技术问题。
Description
技术领域
本发明涉及半导体技术领域，尤其涉及到一种基于倏逝波调控的波导光栅天线及制造方法。
背景技术
近年来，由于自动驾驶的兴起，激光雷达作为一种高级别自动驾驶不可或缺的传感器，引起了人们极大的兴趣。传统激光雷达采用机械装置实现空间扫描，此类激光雷达一般存在成本高、尺寸大、难符合车规、机械结构易损坏、可量产性差等问题。光学相控阵可以消除机械装置，实现真正的纯固态激光雷达，极大的降低体积和成本，提高光束的扫描速度。
波导光栅是光学相控阵中的一个十分重要的器件，它用于将波导中的光发射到自由空间中。波导光栅的有效发射长度是一个很重要的参数，光栅的有效发射越长，沿波导方向的发散角越小，小的发散角有利于提高光学相控阵的分辨率。只通过刻蚀硅实现毫米级有效发射长度的波导光栅，刻蚀深度只有几个纳米，增加了工艺的难度。通过多层结构也可实现毫米级别的波导光栅，但同时也增加了工艺的复杂度。
发明内容
本发明的主要目的在于提供一种基于倏逝波调控的波导光栅天线及制造方法，旨在解决目前在单个器件层中制作毫米量级有效发射长度的波导光栅天线的制造难度大的技术问题。
为实现上述目的，本发明提供一种基于倏逝波调控的波导光栅天线，包括由下至上的体硅衬底、第一氧化层、器件层和第二氧化层；其中，所述器件层设有间隔预设距离的光栅结构和波导结构，所述波导结构配置为在接收到输入光时，将所述输入光耦合至光栅结构，所述光栅结构配置为将接收的耦合光发射至自由空间。
可选的，所述光栅结构通过设置于所述器件层顶部的若干条第一沟槽构成。
可选的，所述第一沟槽的深度小于等于器件层的厚度。
可选的，所述波导结构通过设置于所述器件层顶部的两条第二沟槽构成。
可选的，所述第二沟槽的深度等于器件层的厚度。
可选的，所述第一氧化层和第二氧化层采用绝缘SiO2层。
此外，为了实现上述目的，本发明还提供了一种基于倏逝波调控的波导光栅天线的制造方法，包括如下步骤：
S1：获取SOI晶圆；其中，所述SOI晶圆包括由下至上的硅衬底、第一氧化层和器件层；
S2：采用第一掩模刻蚀工艺，在器件层上光栅结构与波导结构的对应位置分别形成浅沟槽，获得光栅结构和波导中间结构；
S3：采用第二掩模刻蚀工艺，在器件层上波导结构对应位置形成深沟槽，获得波导结构；
S4：在器件层上沉积第二氧化层。
可选的，所述获取SOI晶圆，具体包括：提供一体硅衬底，形成第一氧化层于体硅衬底上，形成器件层于氧化层上。
此外，为了实现上述目的，本发明还提供了一种基于倏逝波调控的波导光栅天线的制造方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1：获取SOI晶圆；其中，所述SOI晶圆包括由下至上的硅衬底、第一氧化层和器件层；
S2：采用第三掩模刻蚀工艺，在器件层上光栅结构的对应位置形成浅沟槽，获得光栅结构；
S3：采用第四掩模刻蚀工艺，在器件层上波导结构对应位置形成深沟槽，获得波导结构；
S4：在器件层上沉积第二氧化层。
可选的，所述获取SOI晶圆，具体包括：提供一体硅衬底，形成第一氧化层于体硅衬底上，形成器件层于氧化层上。
本发明提出了一种基于倏逝波调控的波导光栅天线及制造方法，该波导光栅天线包括由下至上的体硅衬底、第一氧化层、器件层和第二氧化层；其中，所述器件层设有间隔预设距离的光栅结构和波导结构，所述波导结构配置为在接收到输入光时，将所述输入光耦合至光栅结构，所述光栅结构配置为将接收的耦合光发射至自由空间。本发明通过在单个器件层中实现光栅结构和波导结构的制备，降低了工艺的复杂度，不需要将光栅刻蚀深度控制到几个纳米，降低了工艺的难度，可轻松实现毫米量级的有效发射长度，解决了目前在单个器件层中制作毫米量级有效发射长度的波导光栅天线的制造难度大的技术问题。
附图说明
图1为本发明实施例中基于倏逝波调控的波导光栅天线的示意图。
图2为本发明实施例中基于倏逝波调控的波导光栅天线的结构示意图。
图3为本发明实施例中所采用的SOI晶圆的截面示意图。
图4为本发明实施例中基于倏逝波调控的波导光栅天线其一制造方法中第一次光刻刻蚀后的示意图。
图5为本发明实施例中基于倏逝波调控的波导光栅天线其一制造方法中第二次光刻刻蚀后的示意图。
图6为本发明实施例中基于倏逝波调控的波导光栅天线其二制造方法中第一次光刻刻蚀后的示意图。
图7为本发明实施例中基于倏逝波调控的波导光栅天线其二制造方法中第二次光刻刻蚀后的示意图。
本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。
具体实施方式
应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释发明，并不用于限定发明。
下面将结合发明实施例中的附图，对发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于发明保护的范围。
需要说明，发明实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。
另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在发明要求的保护范围之内。
目前，在相关技术领域中，在单个器件层中制作毫米量级有效发射长度的波导光栅天线的制造难度大。
为了解决这一问题，提出本发明的基于倏逝波调控的波导光栅天线及制造方法的各个实施例。本发明提供的基于倏逝波调控的波导光栅天线及制造方法，通过在单个器件层中实现光栅结构和波导结构的制备，降低了工艺的复杂度，不需要将光栅刻蚀深度控制到几个纳米，降低了工艺的难度，可轻松实现毫米量级的有效发射长度，解决了目前在单个器件层中制作毫米量级有效发射长度的波导光栅天线的制造难度大的技术问题。
参照图1，图1为本发明实施例方案涉及的基于倏逝波调控的波导光栅天线的示意图。
本实施例提供一种基于倏逝波调控的波导光栅天线，包括由下至上的体硅衬底、第一氧化层、器件层和第二氧化层；其中，所述器件层设有间隔预设距离的光栅结构和波导结构，所述波导结构配置为在接收到输入光时，将所述输入光耦合至光栅结构，所述光栅结构配置为将接收的耦合光发射至自由空间。
容易理解的，所述波导结构配置为在接收到输入光时，将所述输入光耦合至光栅结构，所述光栅结构配置为将接收的耦合光发射至自由空间。以此，本实施例通过倏逝波调控，可在不需要严苛控制刻蚀深度的条件下在单个器件层中实现更长的波导光栅
在优选的实施例中，所述光栅结构通过设置于所述器件层顶部的若干条第一沟槽构成，且所述第一沟槽的深度小于等于器件层的厚度；所述波导结构通过设置于所述器件层顶部的两条第二沟槽构成，且所述第二沟槽的深度等于器件层的厚度。
容易理解的，本实施例中，如图2所示，光在波导中传播，有一部分光是在包层里传播，这部分光会耦合到光栅，再通过光栅向自由空间中发射。由于光栅发射出去的光是由波导耦合到光栅里的一部分光，当增加光栅和波导之间的间隔，耦合到光栅处的光就会少，单位长度光栅发射出去光就会少，因此能把光栅做的更长都还有光能被光栅发射出去。
由此，通过倏逝波调控，即通过控制波导和光栅之间的距离，实现光栅扰动强度的控制，降低扰动强度，提高光栅的有效发射长度。
在优选的实施例中，所述第一氧化层和第二氧化层采用绝缘SiO2层。
需要说明的是，普通的单个器件层的通过浅刻蚀形成的光栅，100％的光直接进入到光栅部分，单位长度光栅辐射出来的光的比例是相同的，假设说是10％，那经过单位长度后，光只剩下90％了。后续再经过单位长度，此时就剩下81％了。本实施例提供的结构，假设单位长度由波导耦合到光栅部分的光只有2％，那光栅经过单位长度后是按2％的10％去辐射的，由此，可将光栅做的更长。
本实施例中，提供一种基于倏逝波调控的波导光栅天线不需要多层结构，在单个器件层中就可以实现，降低了工艺的复杂度，不需要将光栅刻蚀深度控制到几个纳米，降低了工艺的难度，可轻松实现毫米量级的有效发射长度。
在优选的实施例中，本申请还提供了一种基于倏逝波调控的波导光栅天线的其一制造方法，包括如下步骤：
S1：获取SOI晶圆；其中，所述SOI晶圆包括由下至上的硅衬底、第一氧化层和器件层；
S2：采用第一掩模刻蚀工艺，在器件层上光栅结构与波导结构的对应位置分别形成浅沟槽，获得光栅结构和波导中间结构；
S3：采用第二掩模刻蚀工艺，在器件层上波导结构对应位置形成深沟槽，获得波导结构；
S4：在器件层上沉积第二氧化层。
可选的，所述获取SOI晶圆，具体包括：提供一体硅衬底，形成第一氧化层于体硅衬底上，形成器件层于氧化层上，如图3所示。
具体而言，本实施例中，采用SOI晶圆，基于光刻和刻蚀等工艺过程获得基于倏逝波调控的波导光栅天线，主要工艺流程如下：
步骤一：此结构基于SOI晶圆，首先通过光刻、刻蚀等工艺过程得到光栅图形。其中，第一次光刻刻蚀后，如图4所示。
步骤二：保护住光栅处的图形，再次通过光刻、刻蚀等工艺过程得到最终的波导光栅和波导图形。其中，第二次光刻刻蚀后，如图5所示。
步骤三：采用PECVD沉积一层SiO2作为整个器件的上包层。其中，沉积上包层后，如图1所示。
在优选的实施例中，本申请还提供了一种基于倏逝波调控的波导光栅天线的其二制造方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1：获取SOI晶圆；其中，所述SOI晶圆包括由下至上的硅衬底、第一氧化层和器件层；
S2：采用第三掩模刻蚀工艺，在器件层上光栅结构的对应位置形成浅沟槽，获得光栅结构；
S3：采用第四掩模刻蚀工艺，在器件层上波导结构对应位置形成深沟槽，获得波导结构；
S4：在器件层上沉积第二氧化层。
可选的，所述获取SOI晶圆，具体包括：提供一体硅衬底，形成第一氧化层于体硅衬底上，形成器件层于氧化层上。
具体而言，本实施例中，采用SOI晶圆，基于光刻和刻蚀等工艺过程获得基于倏逝波调控的波导光栅天线，主要工艺流程如下：
步骤一：此结构基于SOI晶圆，通过光刻、刻蚀等工艺过程得到光栅图形。其中，第一次光刻刻蚀后，如图6所示。
步骤二：保护住光栅处的图形，再次通过光刻、刻蚀等工艺过程得到波导图形。其中，第二次光刻刻蚀后，如图7所示。
步骤三：采用PECVD沉积一层SiO2作为整个器件的上包层。其中，沉积上包层后，如图1所示。
在本实施例中，提供了一种基于倏逝波调控的波导光栅天线及制造方法，通过在单个器件层中实现光栅结构和波导结构的制备，降低了工艺的复杂度，不需要将光栅刻蚀深度控制到几个纳米，降低了工艺的难度，可轻松实现毫米量级的有效发射长度，解决了目前在单个器件层中制作毫米量级有效发射长度的波导光栅天线的制造难度大的技术问题。
本发明基于倏逝波调控的波导光栅天线制造方法的其他实施例或具体实现方式可参照上述各基于倏逝波调控的波导光栅天线实施例，此处不再赘述。
以上仅为发明的优选实施例，并非因此限制发明的专利范围，凡是利用发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在发明的专利保护范围内。
Claims (10)
1.一种基于倏逝波调控的波导光栅天线，其特征在于，包括由下至上的体硅衬底、第一氧化层、器件层和第二氧化层；其中，所述器件层设有间隔预设距离的光栅结构和波导结构，所述波导结构配置为在接收到输入光时，将所述输入光耦合至光栅结构，所述光栅结构配置为将接收的耦合光发射至自由空间。
2.如权利要求1所述的基于倏逝波调控的波导光栅天线，其特征在于，所述光栅结构通过设置于所述器件层顶部的若干条第一沟槽构成。
3.如权利要求2所述的基于倏逝波调控的波导光栅天线，其特征在于，所述第一沟槽的深度小于等于器件层的厚度。
4.如权利要求1所述的基于倏逝波调控的波导光栅天线，其特征在于，所述波导结构通过设置于所述器件层顶部的两条第二沟槽构成。
5.如权利要求4所述的基于倏逝波调控的波导光栅天线，其特征在于，所述第二沟槽的深度等于器件层的厚度。
6.如权利要求1所述的基于倏逝波调控的波导光栅天线，其特征在于，所述第一氧化层和第二氧化层采用绝缘SiO2层。
7.一种基于倏逝波调控的波导光栅天线的制造方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1：获取SOI晶圆；其中，所述SOI晶圆包括由下至上的硅衬底、第一氧化层和器件层；
S2：采用第一掩模刻蚀工艺，在器件层上光栅结构与波导结构的对应位置分别形成浅沟槽，获得光栅结构和波导中间结构；
S3：采用第二掩模刻蚀工艺，在器件层上波导结构对应位置形成深沟槽，获得波导结构；
S4：在器件层上沉积第二氧化层。
8.如权利要求7所述的基于倏逝波调控的波导光栅天线的制造方法，其特征在于，所述获取SOI晶圆，具体包括：提供一体硅衬底，形成第一氧化层于体硅衬底上，形成器件层于氧化层上。
9.一种基于倏逝波调控的波导光栅天线的制造方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1：获取SOI晶圆；其中，所述SOI晶圆包括由下至上的硅衬底、第一氧化层和器件层；
S2：采用第三掩模刻蚀工艺，在器件层上光栅结构的对应位置形成浅沟槽，获得光栅结构；
S3：采用第四掩模刻蚀工艺，在器件层上波导结构对应位置形成深沟槽，获得波导结构；
S4：在器件层上沉积第二氧化层。
10.如权利要求9所述的基于倏逝波调控的波导光栅天线的制造方法，其特征在于，所述获取SOI晶圆，具体包括：提供一体硅衬底，形成第一氧化层于体硅衬底上，形成器件层于氧化层上。
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Legal Events
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|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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