一种BOX形氮化硅波导及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种BOX形氮化硅波导及其制备方法，属于光学材料技术领域，该方法包括：在半导体衬底上依次形成第一包覆层、第一牺牲层以及第二牺牲层；刻蚀第一牺牲层和第二牺牲层，去除第二牺牲层，形成条形槽；生长氮化硅材料，一部分生长在条形槽内，一部分覆盖在第一牺牲层上，表面平坦化，形成BOX氮化硅槽；生长第二包覆层，一部分填充满BOX氮化硅槽，一部分覆盖在第一牺牲层上，表面平坦化，形成光滑表面；生长氮化硅材料，覆盖光滑表面；刻蚀BOX氮化硅槽外的氮化硅材料，形成BOX氮化硅波导，刻蚀第一牺牲层；在第一包覆层和BOX氮化硅波导上生长第三包覆层，解决了传统工艺直接刻蚀介质材料SiO

【技术实现步骤摘要】
一种BOX形氮化硅波导及其制备方法
本专利技术涉及光学材料
，特别是涉及一种BOX形氮化硅波导及其制备方法。
技术介绍
光波导(OpticalWaveguide)是引导光波在其中传播的介质装置，又称介质光波导。介质波导是集成光学系统及其元件的基本结构单元。介质波导主要起限制、传输、耦合光波的作用。介质波导按截面形状可分圆柱波导(光纤)、薄膜(平面)波导、矩形(条形)波导和脊形波导四大类。集成光学中常用的是薄膜波导和矩形波导(BOX波导)。用于形成光波导的材料种类很多，氮化硅就是目前常用的一种制作光波导材料。目前，BOX波导生长制备方法主要有PECVD(等离子体增强化学的气相沉积法)和LPCVD(低压化学气相沉积)等。采用PECVD方法制备的氮化硅波导应力低，能够制备较厚的波导，但由于生长温度较低，杂质含量较高。而用LPCVD制备的波导通常均匀性更好，但残余应力很高，当厚度超过300纳米时，会出现龟裂脱落现象。现有生产工艺中，通常采用多次沉积或者干法刻蚀工艺在二氧化硅包裹层中开槽，然后在槽中填充氮化硅的方式获得BOX氮化硅光波导。但是在二氧化硅上直接挖槽得到的侧壁不够陡直，垂直度不高，底部和侧面不够平整，而且大多通过RIE刻蚀技术控制沟槽深度，对槽的宽度有要求。此外，当需要改变氮化硅光波导厚度时，需要重新调整生产制备工艺，花费的时间较多，非常的不方便。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种BOX形氮化硅波导及其制备方法，以解决上述现有技术存在的问题，该方法采用光刻/刻蚀αSi层形成BOX波导生长槽，使得BOX生长槽侧壁倾角达到86-88°，同时改善了氮化硅波导光滑程度，降低了同种介质层内采用RIE刻蚀技术控制沟槽深度的难度。为实现上述目的，本专利技术提供了如下方案：本专利技术提供一种BOX形氮化硅波导的制备方法，包括：在半导体衬底上依次形成第一包覆层、第一牺牲层以及第二牺牲层；刻蚀所述第一牺牲层和所述第二牺牲层，去除第二牺牲层，形成条形槽；生长氮化硅材料，一部分生长在所述条形槽内，一部分覆盖在所述第一牺牲层上，然后进行表面平坦化，形成BOX氮化硅槽；生长第二包覆层，一部分填充满所述BOX氮化硅槽，一部分覆盖在所述第一牺牲层上，然后进行表面平坦化，形成光滑表面；生长氮化硅材料，覆盖所述光滑表面；刻蚀BOX氮化硅槽外的氮化硅材料，形成BOX氮化硅波导，然后刻蚀第一牺牲层；在所述第一包覆层和所述BOX氮化硅波导上生长第三包覆层。进一步地，所述半导体衬底为硅衬底。进一步地，所述第一包覆层的厚度为2-3μm。进一步地，所述第一牺牲层为αSi，所述第二牺牲层为光刻胶。进一步地，所述第一牺牲层的厚度为100nm-2μm，所述第二牺牲层的厚度为3-5μm。进一步地，所述第一包覆层、所述第二包覆层和所述第三包覆层包括二氧化硅。进一步地，所述第三包覆层的厚度为4-10μm。进一步地，形成条形槽后，所述条形槽通过氢退火和热氧化处理工艺。进一步地，所述生长的方法包括物理气相沉积和化学气相沉积；所述刻蚀包括光刻、离子束刻蚀、湿法腐蚀刻蚀；所述表面平坦化采用化学机械平坦化工艺。本专利技术还提供一种BOX形氮化硅波导，包括：位于半导体衬底上的第一包覆层；和位于所述第一包覆层之上的BOX氮化硅波导；和位于所述BOX氮化硅波导内部的第二包覆层；和位于所述第一包覆层之上和包覆所述BOX氮化硅波导的第三包覆层；所述第一包覆层、所述第二包覆层和所述第三包覆层包括二氧化硅；所述半导体衬底为硅衬底；所述第一包覆层的厚度为100nm-2μm；所述第三包覆层的厚度为4-10μm。本专利技术公开了以下技术效果：光刻/刻蚀αSi层形成BOX波导生长槽，解决了传统工艺直接刻蚀介质材料SiO2垂直度不高的问题，使得BOX生长槽侧壁倾角达到86～88°。αSi的BOX波导生长槽通过氢退火和热氧化处理工艺降低波导侧壁表面粗糙度，最终可以大幅度改善氮化硅波导光滑程度，从而降低侧壁散射损耗。通过生长的αSi层厚度确定沟槽深度，降低了同种介质层内采用RIE刻蚀技术控制沟槽深度的难度。αSi的生长槽制备BOX波导仅需两次氮化硅材料的生长和两次光刻，较传统氮化硅BOX波导的氮化硅的生长和4～5次光刻刻蚀次数，减少了工艺环节，节约了生产成本。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为本专利技术BOX形氮化硅波导结构示意图；其中，1-半导体衬底，2-第一包覆层，3-BOX氮化硅波导，4-第二包覆层，5-第三包覆层；附图2-14为本专利技术的制备方法中一系列制程对应的剖面结构示意图。具体实施方式现详细说明本专利技术的多种示例性实施方式，该详细说明不应认为是对本专利技术的限制，而应理解为是对本专利技术的某些方面、特性和实施方案的更详细的描述。应理解本专利技术中所述的术语仅仅是为描述特别的实施方式，并非用于限制本专利技术。另外，对于本专利技术中的数值范围，应理解为还具体公开了该范围的上限和下限之间的每个中间值。在任何陈述值或陈述范围内的中间值以及任何其他陈述值或在所述范围内的中间值之间的每个较小的范围也包括在本专利技术内。这些较小范围的上限和下限可独立地包括或排除在范围内。除非另有说明，否则本文使用的所有技术和科学术语具有本专利技术所述领域的常规技术人员通常理解的相同含义。虽然本专利技术仅描述了优选的方法和材料，但是在本专利技术的实施或测试中也可以使用与本文所述相似或等同的任何方法和材料。本说明书中提到的所有文献通过引用并入，用以公开和描述与所述文献相关的方法和/或材料。在与任何并入的文献冲突时，以本说明书的内容为准。在不背离本专利技术的范围或精神的情况下，可对本专利技术说明书的具体实施方式做多种改进和变化，这对本领域技术人员而言是显而易见的。由本专利技术的说明书得到的其他实施方式对技术人员而言是显而易见得的。本申请说明书和实施例仅是示例性的。技术用语说明：热氧工艺，硅热氧化工艺，是硅平面技术中一项重要的工艺。硅(Si)与含有氧化物质的气体，例如水汽和氧气在高温下进行化学反应，而在硅片表面产生一层致密的二氧化硅(SiO2)薄膜。用热氧化装置将硅片置于用石英玻璃制成的反应管中，反应管用电阻丝加热炉加热一定温度(常用的温度为900～1200℃，在特殊条件下可降到600℃以下)，氧气或水汽通过反应管(典型的气流速度为1厘米/秒)时，在硅片表面发生化学反应：Si(固态)+O2(气态)→SiO2(固态)(干氧氧化)；或Si(固态)+2H2O(汽态)→SiO2(固态)+2H2(气态)(水汽氧化)；生成SiO2层，其本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种BOX形氮化硅波导的制备方法，其特征在于，包括：/n在半导体衬底上依次形成第一包覆层、第一牺牲层以及第二牺牲层；/n刻蚀所述第一牺牲层和所述第二牺牲层，去除第二牺牲层，形成条形槽；/n生长氮化硅材料，一部分生长在所述条形槽内，一部分覆盖在所述第一牺牲层上，然后进行表面平坦化，形成BOX氮化硅槽；/n生长第二包覆层，一部分填充满所述BOX氮化硅槽，一部分覆盖在所述第一牺牲层上，然后进行表面平坦化，形成光滑表面；/n生长氮化硅材料，覆盖所述光滑表面；/n刻蚀BOX氮化硅槽外的氮化硅材料，形成BOX氮化硅波导，然后刻蚀第一牺牲层；/n在所述第一包覆层和所述BOX氮化硅波导上生长第三包覆层。/n

【技术特征摘要】
1.一种BOX形氮化硅波导的制备方法，其特征在于，包括：
在半导体衬底上依次形成第一包覆层、第一牺牲层以及第二牺牲层；
刻蚀所述第一牺牲层和所述第二牺牲层，去除第二牺牲层，形成条形槽；
生长氮化硅材料，一部分生长在所述条形槽内，一部分覆盖在所述第一牺牲层上，然后进行表面平坦化，形成BOX氮化硅槽；
生长第二包覆层，一部分填充满所述BOX氮化硅槽，一部分覆盖在所述第一牺牲层上，然后进行表面平坦化，形成光滑表面；
生长氮化硅材料，覆盖所述光滑表面；
刻蚀BOX氮化硅槽外的氮化硅材料，形成BOX氮化硅波导，然后刻蚀第一牺牲层；
在所述第一包覆层和所述BOX氮化硅波导上生长第三包覆层。


2.根据权利要求1所述的BOX形氮化硅波导的制备方法，其特征在于，所述半导体衬底为硅衬底。


3.根据权利要求1所述的BOX形氮化硅波导的制备方法，其特征在于，所述第一包覆层的厚度为2-3μm。


4.根据权利要求1所述的BOX形氮化硅波导的制备方法，其特征在于，所述第一牺牲层为αSi，所述第二牺牲层为光刻胶。


5.根据权利要求1所述的BOX形氮化硅波导的制备方法，其特征在于，所述第一牺牲层的厚度为100nm-2μm，...

【专利技术属性】
技术研发人员：周章渝，肖寒，孙健，代天军，陈雨青，彭晓珊，王代强，张青竹，宁江华，张子砚，
申请(专利权)人：贵阳学院，
类型：发明
国别省市：贵州;52