Brevet FR2606554A1 — publié le 19880513

L'invention a pour objet un procédé de fabrication de composants électro-optiques intégrés ne nécessitant qu'une seule opération de masquage et les composants issus dudit procédé. Le procédé selon l'invention est remarquable dans la mesure où la fabrication s'effectue sans superposition de masques. Le procédé porte notamment sur la réalisation de composants électro-optiques intégrés sur niobate de lithium ne nécessitant qu'une seule opération de masquage. L'état de la technique peut être défini par le brevet FR.A.2.399.736. Dans ce brevet THOMPSON CSF, il est décrit une fabrication de guides de lumière intégrés dans une structure dont le matériau de base est du niobate ou du tantalate de lithium dopé localement. Dans une structure traitée selon l'invention, on limite le nombre d'électrodes et on crée un plan de masse à la partie inférieure du substrat, ce qui permet d'obtenir une configuration plus efficace des lignes de force du champ électrique agissant sur le guide de lumière. A cet effet, on réalise une couche très mince 12 de niobate de lithium comportant un guide de lumière 3, le reste 11 du substrat étant rendu conducteur par réduction préalable du matériau suivi d'une réoxydation partielle à partir de la face supérieure 120. FR.A.2.309.890 : dans ce brevet, il est décrit que l'on constitue un coupleur directionnel en disposant, en contact avec un substrat, deux guides d'ondes rectilignes et parallèles. Deux électrodes, respectivement disposées sur chacun des guides, permettent, par l'application d'une tension, de créer des lignes de champs électriques qui se forment à travers le substrat, traversent les deux guides suivant des directions sensiblement opposées et engendrant ainsi, dans les deux guides, des variations d'indice, égales en valeur absolue et de signes contraires, qui modifient la longueur de couplage. Jusqu'à présent, les composants électro-optiques intégrés sur niobate de lithium (LiNbO3) qu'il s'agisse de modulateurs, de commutateurs ou d'interferromètres, sont réalisés par diffusion de titane. Cette réalisation comprend deux étapes - fabrication de circuit optique - superposition des électrodes de commande Chacune de ces étapes comprend entre autre une opération de masquage, onéreuse et délicate donc, quelle que soit la technique de transfert de masque retenue, gravure ionique ou chimique ou décollement sous attaque (lift off), on ne peut éviter l'étape critique de la superposition des deux masques, les électrodes devant être soigneusement positionnées par rapport aux guides d'onde déjà réalisés sur le substrat.Le processus complet comprend donc, par exemple: Dépot de titane Masquage 1 Dépôt de résine photosensible I CIRCUIT I insolation de la résine au travers du masque I Développement OPTIQUE Gravure chimique ou bombardement I GRAVURE ionique I Enlèvement de la résine résiduelle après la gravure Diffusion Masquage 2 dépôt de résine photosensible I I superposition du 2eme masque I ELEC- I insolation de la résine au I travers du masque I LIFT OFF I développement TRODES I Dépôt d'aluminium ou d'or I enlèvement de la résine résiduelle I I soudure des contacts ~ Depuis quelques années, l'étude d'un nouveau procédé de fabrication des guides d'ondes dans le niobate de lithium a fait son apparition : c'est l'échange protonique.Ce procédé a soulevé un grand intérêt en raison de sa relative simplicité et de la très forte variation d'indice qu'il produit en surface du cristal, ce qui ouvre la porte à de nombreuses autres applications, mais en aucun cas, elles n'ont permis d'aboutir à un procédé de fabrication utilisant une seule opération de masquage. Le procédé de fabrication selon l'invention utilise, de manière spécifique, l'échange protonique à la réalisation de composants électro-optiques sur niobate de lithium ou analogue tel du tantalate de lithium. En modifiant la source de protons par dilution d'un sel de lithium, il est possible de créer des guides et de choisir les caractéristiques optiques, profil d'indice et pertes des guides et de les rendre, par exemple, très voisines de celles obtenues par diffusion de titane. De plus, par échange protonique, le circuit optique est réalisé par réaction chimique à travers un seul et unique masque métallique. Ledit masque peut être dessiné de manière à définir d'une part, le circuit optique et d'autre part, à faire office d'électrode. Le procédé complet comprend alors I 1) Masquage 1.1. dépôt de résine photosensible I par décollement sous attaque (lift off) 1.2. insolation de la résine au travers du masque 1 1.3. développement 1.4. dépôt d'aluminium ou d'or 1 1.5. enlèvement de la résine résiduelle I 1 2) Echange protonique 1 3) Soudure des contacts Selon un autre procédé, le transfert de masque utilisé peut ne pas être le procédé décollement sous attaque (lift off) mais une gravure chimique ou ionique. Le procédé est alors le suivant 1) Masquage 1.1. dépôt de métal 1.2. dépôt de résine photosensible 1.3. insolation de la résine au travers du masque 1.4. développement 1.5. gravure (ionique ou chimique) 1.6. enlèvement de la résine résiduelle 2) Echange protonique 3) Soudure des contacts. L'ensemble circuit optique et électrodes est donc réalisé en une seule opération de masquage. Cette simplification permet de réduire sensiblement les coûts de fabrication et présente un gros intérêt dans le cas des modulateurs et commutateurs implantés dans des réseaux locaux ou dans des capteurs, c'est-à-dire, des applications ne nécessitant pas des vitesses de modulation supérieure à 1 MHz. En effet, cette simplification limite les possibilités de jouer sur la forme des électrodes ce qui est indispensable dans les applications nécessitant des vitesses de l'ordre ou supérieurs au MHz. Les dessins ci-joint sont donnés à titre d'exemple indicatif et non limitatif. Ils représentent un mode de réalisation préféré selon l'invention. Ils permettront de comprendre aisément l'invention. La figure 1 est une vue schématique des différentes étapes du procédé de fabrication actuel utilisant la diffusion de titane et un premier masque pour la réalisation du guide. Le transfert de ce premier masque étant réalisé par gravure. La figure 2 est une vue schématique des différentes étapes du procédé de fabrication actuel utilisant la diffusion du titane et un second masque pour la réalisation des électrodes. Le transfert de ce second masque étant réalisé par décollement sous attaque (lift off). La figure 3 est une vue schématique des différentes étapes du procédé de fabrication selon l'invention utilisant l'échange protonique et un seul masque. La figure 1 représente schématiquement la réalisation du guide, réalisé par diffusion de titane. Le substrat de niobate de lithium 1 est recouvert d'une couche de titane 2, elle-même recouverte d!une résine photosensible 3. Un premier masque 4 est mis en place ; puis, l'ensemble subit une insolation aux ultra-violets 5. Le transfert de ce premier masque 4 est réalisé par gravure. Après cette insolation aux ultra-violets, c'est la phase de développement 6 ; on développe l'ensemble ; puis, on procède à la gravure 7 par une attaque chimique ou un bombardement ionique, ce qui laisse apparaitre une gravure. Le procédé de diffusion 8 est ensuite utilisé (à 10000C, pendant dix heures) pour former un guide d'onde optique 9. La figure 2 permet de visualiser les différentes étapes pour la réalisation des électrodes avec la mise en place d'un second masque dont le transfert est réalisé par décollement sous attaque (lift off). Le niobate de lithium 1 et son guide d'onde optique 9 sont recouverts d'une couche de résine photosensible 10. Un second masque 11 est mis en place ; puis, l'ensemble subit une nouvelle insolation aux ultra-violets, au travers du second masque 11. Après insolation, on développe (phase 25). On dépose alors une couche d'aluminium ou d'or 12 ; puis, on enlève la résine résiduelle 10, les éléments d'aluminium ou d'or 12 en contact avec le niobate de lithium 1 restant en place. Ces deux éléments vont faire office d'électrodes 13. I1 ne reste qu'à souder les contacts. Le procédé selon l'invention utilise l'échange protonique. Le transfert de ce masque est dans cet exemple réalisé par gravure. I1 pourrait tout aussi bien être réalisé par décollement sous attaque (lift off). L'élément niobate de lithium 14 ou analogue est recouvert d'aluminium 15 (ou autres métaux possibles) puis, d'une couche de résine photosensible 16. Un seul et unique masque 17 est mis en place. L'ensemble subit une insolation aux ultra-violets 18 au travers du masque 17. Puis, on procède au développement en 19, puis à la gravure en 20 par attaque chimique ou bombardement ionique. On enlève ensuite la résine résiduelle 16, ce qui permet d'obtenir des électrodes 23 et 24. Le procédé est alors le suivant 1) Masquage 1.1. dépôt de métal 1.2. dépôt de résine photosensible 1.3. insolation de la résine au travers du masque 1.4. développement 1.5. gravure (ionique ou chimique) 1.6. enlèvement de la résine résiduelle 2) Echange protonique 3) Soudure des contacts. Enfin, on crée un guide d'onde optique 22 par un échange protonique 21. I1 suffit alors de souder les contacts des électrodes 23,24. Selon un autre procédé, le substrat, par exemple, le niobate de lithium peut être préparé par une diffusion de titane sur toute la surface qui protège le substrat en vue de échange protonique ultérieur. REVENDICATIONS 1. Procédé de fabrication de composants électro-optiques intégrés dans une structure dont le matériau de base est du niobate de lithium ou du tantalate de lithium dopé localement caractérisé par le fait que l'on utilise une seule opération de masquage (17), pour réaliser le ou les guides optiques (22) par échange protonique et les électrodes (23,24). 2. Procédé selon la revendication 1 caractérisé par le fait que le transfert de masque peut être réalisé par gravure. 3. Procédé selon la revendication 1 caractérisé par le fait que le transfert de masque peut être réalisé par décollement sous attaque (lift off). 4. Procédé selon l'une quelconque des revendication 1 ou 2 caractérisé par le fait - que l'élément niobate de lithium (14) ou analogue est recouvert d'un métal (15) - puis, d'une couche de résine photosensible (16) ; un seul et unique masque (17) est mis en place - l'ensemble subit une insolation au travers du masque (17) - puis, l'on procède au développement (19), - puis à la gravure des électrodes (23 et 24), - puis à la création du guide d'onde optique (22) par un échange protonique (21), - puis l'on soude les contacts électriques. 5. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 ou 3 caractérisé par le fait que l'on dépose une couche de résine photosensible (16) sur le substrat (14), - on insole à travers le masque (17) - on développe - on dépose le métal (15) - et on enlève la résine résiduelle, ce qui crée simultanément le masque pour l'échange protonique et les futurs électrodes - on soude les contacts électriques. 6. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1, 2, 3, 4 ou 5 caractérisé par le fait que le substrat, par exemple, le niobate de lithium peut être préparé par une diffusion de titane sur toute la surface qui protège le substrat en vue de l'échange protonique ultérieur. 7. Composants électro-optiques intégrés réalisés selon l'une quelconque des revendications 1, 2, 3, 4, 5 ou 6.