[发明专利]自对准硅基光纤夹具及制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种电子芯片制造领域中的半导体器件及制造方法。

背景技术

光信号相比电信号其载体频率更高，因此载波宽度更大，可以携带的信息量更多，因此对于大容量信息传输，光通信是主要的技术手段。

对于光通信设备，光纤是最常用的光传输设备和接入设备，用以传输光信号和连接不同的光信号处理模块。和传统的电信号连接不同，光纤之间的连接需要两个光纤之间有严格平行的切面、紧密的接触及中心准直性，以保证光信号可以低损耗的从一个光纤通过接面传输到另一个光纤。

由于光信号频率极高，波长很短，因此光纤的内径比传统电线细很多，以单模光纤为例，其直径只有125微米，因此本身不具备很强的刚性。同时为了保证其接面光滑，平整、紧密结合且中心准直，必须使用光纤夹具对光纤进行限位和定位，通过光纤夹具进行两个光纤接口的对接。

目前常用的光纤夹具材料一般为金属、塑料、陶瓷、玻璃等，通过模具或物理切割、打磨、钻孔等加工方法进行制造，一般为先用模具产生夹具单元的本体，然后采用机械打孔设备进行开孔，无法大规模成批量量产，同时其限位精度受加工机床或模具的限制，加工精度通常都在几十到几百微米之间，因此需要使用一些其它辅助设备来提高其定位精度。或者使用超精密机械加工设备，从而导致其生产成本极高。因此目前光通信相关设备及部件的价格长期居高不下。同时由于各部件间的加工误差、单个夹具内开孔尺寸的误差、不同光纤限位孔之间的误差，导致实际使用时，光纤对接一次成功率不高，容易造成光纤与夹具损坏，运营维护成本也很高。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种自对准硅基光纤夹具，它可以降低单个光纤夹具的制造成本，提高光纤夹具的精度，降低运营维护成本。

为了解决以上技术问题，本发明提供了一种自对准硅基光纤夹具，夹具单元本体材料为硅；单个夹具单元厚度为200至700微米；夹具由导向孔和限位孔组成，导向孔大于限位孔。

本发明的有益效果在于：使用成熟的半导体制造工艺，使用常用的硅片作为基板进行自对准硅基光纤夹具的制造，同时利用光刻设备对其尺寸和距离等物理尺寸进行严格控制，可以实现亚微米级的限位精度，远高于目前常用的机械加工方式。同时通过超大规模集成半导体工艺，单片硅片上可以大批量产生规格相同，严格受控的夹具单元，大大降低了单个夹具单元的成本，和传统的机械加工方式比，具有明显的成本优势。

单个夹具单元厚度为200至800微米，典型的为350至550微米。

其导向孔深度为20至150微米。

其导向孔倾斜度为20至60度。

优选的，其导向孔倾斜为35至55度。

其导向孔底部尺寸为限位孔+0.4至8微米。

优选的，导向孔底部尺寸为限位孔+0.4至1.6微米。

其限位孔深度为250至500微米，尺寸为光纤特征尺寸+0.1至10微米。

优选的，限位孔尺寸为光纤特征尺寸为+0.5至2微米。

相邻两限位孔中心之间的间距其尺寸与设计尺寸偏离为0.1至10微米。

优选的，相邻两限位孔中心之间的间距其尺寸与设计尺寸偏离为+/-0.5至2微米。

可以由单个夹具单元组合形成夹具组合体。

本发明还提供了一种自对准硅基光纤夹具的制造方法，其工艺步骤为：

步骤1、在硅基板上旋涂光刻胶，进行导向孔图形光刻；

步骤2、以光刻胶为掩模，刻蚀硅基板形成导向孔，其深度为20至150微米，控制其底部尺寸为最终的限位孔尺寸+硬掩模侧墙厚度；

步骤3、去胶后在已经刻蚀出导向孔的硅衬底上全面沉积硬掩模层，厚度为0.5至10微米；

步骤4、旋涂负性光刻胶进行填充；并通过曝光去除导向孔区域的光刻胶。只对导向孔以外的区域进行曝光，并在后续的显影中被保留，而导向孔区域不曝光，该区域的负性光刻胶可以自然被显影去除；

步骤5、以光刻胶为掩模，进行硬掩模层回刻，在导向孔侧壁形成硬掩模层侧墙，同时去除底部硬掩模层，同时在其他非导向孔区域的硬掩模层被光刻胶保护；

步骤6、然后再用硬掩模层为掩模刻蚀硅基板，自对准形成限位孔，其深度为250至500微米，硅基板剩余未刻蚀层厚度为50至250微米；

步骤7、硅片背面研磨减薄露出限位孔。