[发明专利]用于制造集成光子光学陀螺仪的工艺流程

说明书

本公开内容的方面涉及用于光学陀螺仪应用的基于紧凑型超低损耗集成光子学的波导的配置，以及制造那些波导以便于大规模制造的方法。描述了四个主要工艺流程：(1)基于氧化物沉积和退火的重复序列的工艺流程；(2)基于化学机械抛光(CMP)的工艺流程，然后是晶片结合；(3)镶嵌工艺流程，然后是氧化物沉积和退火或晶片结合；以及(4)基于CMP的工艺流程，然后是氧化物沉积。可采用这些工艺流程的任何组合来满足使用标准硅制造技术在硅基板上以一个或多个层制造光学陀螺仪波导的最终目标。

技术领域

本公开内容涉及基于集成光子学的光学陀螺仪的各种制造工艺，包括所述制造工艺，其中一些制造工艺涉及化学机械抛光(CMP)。

背景技术

陀螺仪(也简称为“陀螺仪(gyros)”)是可感测角速度的装置。陀螺仪的应用包括但不限于军事、飞机导航、机器人、自动驾驶汽车、虚拟现实、增强现实、游戏等。陀螺仪可以是机械的或光学的，并且可在精度、性能、成本和大小方面有所不同。由于光学陀螺仪没有任何移动件，因此它们比机械陀螺仪有优势，因为它们比具有移动件的机械陀螺仪更能承受冲击、振动和温度变化的影响。最常见的光学陀螺仪是光纤陀螺仪(FOG)，所述FOG基于因萨格纳克效应(在干涉测量中遇到的由旋转引起的现象)引起的光学相移的干涉测量进行操作。FOG的构造通常涉及包括若干匝保偏(PM)光纤的线圈。激光射入保偏光纤线圈的两端，使得两束光束沿相反方向传播。如果光纤线圈正在移动，则沿相反方向传播的光束相对于彼此经历不同的光学路径长度。通过建立干涉测量系统，可测量与光纤线圈的匝所包围的环路的面积和旋转光纤线圈的角速度成正比的较小路径长度差。所述路径长度差被表达为相位信号。

光学陀螺仪的相位信号与萨格纳克效应乘以角旋转速度成正比，如以下方程式所示：

ΔΦ＝(8πNA/λc)Ω

其中，N＝陀螺仪的匝数，

A＝封闭的面积

Ω＝角旋转速度

ΔΦ＝光学相位差信号

λ＝光的波长

c＝光速

基于光纤的陀螺仪可提供非常高的精度，但同时，它们占有面积更大，非常昂贵，并且由于装置基于需要精确对齐的离散光学部件构建而难以装配。通常，涉及手动对齐，这难以按比例放大以进行批量生产。

发明内容

本发明的发明人提出用基于波导的集成光子学部件代替光纤，以在半导体平台上实现成本效益好的轻松集成，这对于陀螺仪的批量生产更有前途。本申请描述使用重复沉积和退火步骤和/或化学机械抛光(CMP)技术在硅厂中制造氮化硅(SiN)波导芯的各种工艺流程，如下文详细说明。

附图说明

根据下文给出的详细描述以及根据本公开内容的各种实施方式的附图，将更充分地理解本公开内容。

图1是根据本公开内容的实施方式的具有在所选波长下具有超低氢离子吸收峰值的预生长氧化物层的基板的示意图。

图2是根据本公开内容的实施方式的在预生长氧化物上图案化以充当下部包覆层的氮化硅(SiN)波导芯的示意图。

图3是根据本公开内容的实施方式的在不同类型的氧化物层上图案化作为充当下部包覆层的起始材料的SiN波导芯的示意图。

图4是根据本公开内容的实施方式的具有氧化硅顶部包覆层的SiN波导芯的示意图。

图5是示出根据本公开内容的实施方式的氧化硅顶部包覆层的单独层的示意图。

图6是如根据本公开内容的示例性工艺制造的具有其顶部包覆层和底部包覆层的SiN波导芯的横截面的透射电子显微照片(TEM)。