一种大马士革氮化硅波导化学机械抛光方法技术

本发明专利技术提供一种大马士革氮化硅波导化学机械抛光方法，主要涉及集成光电技术领域，在沉积氮化硅步骤后进行反向刻蚀，去除大部分非波导区域氮化硅；然后生长一层保护衬底氧化硅的保护层；再进行正向光刻、正向刻蚀保护层、化学机械抛光、去除保护层、退火和沉积包层。反向刻蚀去除大部分非波导位置的氮化硅膜层，减小化学机械抛光工艺所需的时间。保护层可以保护衬底SiO2，减小SiN膜层的损耗，给CMP工艺一个相对较宽的时间范围，因此可以降低工艺难度，提升稳定性，良率也是提升的。良率也是提升的。良率也是提升的。

【技术实现步骤摘要】
一种大马士革氮化硅波导化学机械抛光方法


[0001]本专利技术主要涉及集成光电
，具体涉及一种大马士革氮化硅波导化学机械抛光方法。

技术介绍

[0002]氮化硅(SiN)波导因为传输损耗极低，在硅光领域受到越来越多的重视，用于波导的材料由于高质量低氢含量等要求，一般使用低压化学气相沉积工艺(LPCVD)生长，而不使用成本更低的等离子增强化学气相沉积工艺(PECVD)生长。而LPCVD生长的氮化硅薄膜具有很强的应力，一般超过400nm厚度时会出现裂纹，而且这种裂纹会贯穿整个硅片，因此当我们制作厚氮化硅波导时，通常无法直接使用先沉积氮化硅薄膜再进行刻蚀形成波导的工艺路线。
[0003]专利CN 110441860A《一种厚膜氮化硅波导的挖槽制备方法》中，第一步先通过刻蚀衬底形成氮化硅(SiN)或者氮氧化硅(SiON)波导所在的沟槽用于分散LPCVD氮化硅应力结构；第二步沉积部分用于波导的氮化硅或者氮氧化硅的膜层；第三步用基层上表面当做化学机械抛光(CMP)终止层进行平坦化工艺；第四步重复第二、三步形成波导需要的氮化硅(SiN)或者氮氧化硅(SiON)膜层，这样膜层有足够的厚度形成波导，且分散在衬底各处而无应力聚集；第五步通过光刻和刻蚀工艺形成波导。本该专利形成方法相对较复杂，且每次沉积和化学机械抛光工艺会在波导中形成一次薄薄的氧化层界面，影响波导传输。
[0004]目前国外Ligentec工艺平台凭借着大马士革工艺技术，实现800nm厚氮化硅波导的量产制备，而占据很大的市场份额。根据Pfeiffer M，Ko rdts A，Brasch V，et al.Photonic Damascene Process for Integr ated High－Q Microresonator Based，Nonlinear Photonics：arXiv，10.1364/OPTICA.3.000020[P].2015.，Ligentec大马士革工艺简要流程，第一步先使用非晶硅作为硬掩膜，在氧化硅衬底刻蚀形成波导凹槽；第二步通过非晶硅作为硬掩膜，在氧化硅衬底刻蚀释放应力的结构；第三步去除非晶硅硬掩膜；第四步沉积氮化硅；第五步通过化学机械抛光工艺平坦化；第六步沉积上包层。相较于专利CN 110441860A《一种厚膜氮化硅波导的挖槽制备方法》，Ligentec大马士革工艺氮化硅膜层一次沉积，无中间工艺影响质量更好，工艺简单，成本更低。
[0005]当我们用大马士革工艺流程使用制作厚氮化硅波导时，例如800nm厚度，直接第五步进行化学机械抛光会有一些问题需要解决。我们发现目前市场上，化学机械抛光使用的研磨液对于氮化硅的研磨速率并不是很快，导致研磨厚的氮化硅膜层时需要较长的研磨时间，且由于化学机械抛光的均一性相比其他工艺(例如刻蚀和化学气相沉积)较差，较长的研磨时间或造成一些其他问题不宜量产。为了解决研磨时间过长，一般会在化学机械抛光前加入一次反向刻蚀，去除除波导外的绝大部分氮化硅膜层从而减小化学机械抛光的时间。氮化硅波导衬底一般使用热氧形成的氧化硅，然而常见研磨液选择比不佳一般是氧化硅抛光速度大于氮化硅，因此增加平坦化难度，甚至有损伤氮化硅波导的风险。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的在于提供一种大马士革氮化硅波导化学机械抛光方法，解决现有技术中抛光氮化硅对氧化硅选择性不好、平坦化困难甚至有损伤氮化硅波导的风险的技术问题。
[0007]本专利技术公开了一种大马士革氮化硅波导化学机械抛光方法，在沉积氮化硅步骤后进行反向刻蚀，去除大部分非波导区域氮化硅；
[0008]然后生长一层保护衬底氧化硅的保护层；
[0009]再进行正向光刻、正向刻蚀保护层、化学机械抛光、去除保护层、退火和沉积包层。
[0010]去除大部分非波导位置的氮化硅膜层，减小化学机械抛光工艺所需的时间。
[0011]进一步的，先在氧化硅衬底上刻蚀波导和释放应力的凹槽，刻蚀深度H1要大于目标波导厚度H2。
[0012]进一步的，所述氮化硅沉积使用LPCVD工艺。
[0013]进一步的，所述氮化硅沉积厚度为H3。
[0014]进一步的，所述H3>H2。
[0015]进一步的，所述H1>H3。
[0016]进一步的，所述H3为400nm～800nm。
[0017]进一步的，所述反向刻蚀采用光刻胶作为掩膜，干法刻蚀，需要进行一些过刻蚀。
[0018]进一步的，所述反向刻蚀步骤中过刻蚀量H4为H1
‑
H2的厚度。
[0019]进一步的，所述保护层为硅或者金属铜或者金属铝膜层。
[0020]进一步的，当保护层为硅时，使用刻蚀速率硅远大于氮化硅的干法刻蚀方法。
[0021]进一步的，所述保护层厚度为H5，且所述H5＝H4。
[0022]本专利技术第二个目的是保护一种氮化硅波导，通过上述方法制得。
[0023]本专利技术第三个目的是保护一种大马士革氮化硅波导化学机械抛光方法的应用，用于氮化硅波导化学机械抛光。
[0024]与现有技术相比，本专利技术具有的有益效果是：
[0025]1.本专利技术增加一道反向刻蚀工艺，减小抛光区域，可以减小化学机械抛光工艺所需的70％～90％时间。
[0026]2.增加保护层且保护层抛光速率低于SiN。SiN第一由于反向刻蚀减小抛光区域而突出，压力大，第二抛光速率相比保护层更快，因此800nm高度差可以很快的抛光去除减少了时间。由于存在保护层，相较于对比例2SiO2和SiN不会被消耗，因此不需要增加生长LPCVD SiN。对比例1和对比例2都需要严格的管控CMP工艺时间，工艺时间直接影响CMP工艺结果，而保护层可以给CMP工艺一个相对较宽的时间范围，因此可以降低工艺难度，提升稳定性，良率也是提升的。
附图说明
[0027]图1为本专利技术步骤1示意图；
[0028]图2为本专利技术步骤2示意图；
[0029]图3为本专利技术步骤3示意图；
[0030]图4为本专利技术步骤4示意图；
[0031]图5为本专利技术步骤5示意图；
[0032]图6为本专利技术步骤5另一状态示意图；
[0033]图7为本专利技术步骤6示意图；
[0034]图8为本专利技术步骤7示意图；
[0035]图9为本专利技术步骤8示意图；
[0036]图10为本专利技术步骤9示意图；
[0037]图11为本专利技术步骤10示意图；
[0038]图12为对比例1工艺示意图；
[0039]图13为对比例2工艺示意图。
[0040]图中：1
‑
基底硅，2
‑
衬底氧化硅，3
‑
氮化硅，4
‑
保护层，5
‑
光刻胶。
具体实施方式
[0041]为使本专利技术实施方式的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本专利技术实施方式，对本专利技术实施方本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种大马士革氮化硅波导化学机械抛光方法，其特征在于：在沉积氮化硅步骤后进行反向刻蚀，去除大部分非波导区域氮化硅；然后生长一层保护衬底氧化硅的保护层；再进行正向光刻、正向刻蚀保护层、化学机械抛光、去除保护层、退火和沉积包层
。
2.根据权利要求1所述的一种大马士革氮化硅波导化学机械抛光方法，其特征在于，先在氧化硅衬底上刻蚀波导和释放应力的凹槽，刻蚀深度H1要大于目标波导厚度H2。3.根据权利要求1所述的一种大马士革氮化硅波导化学机械抛光方法，其特征在于，所述氮化硅沉积使用LPCVD工艺。4.根据权利要求3所述的一种大马士革氮化硅波导化学机械抛光方法，其特征在于：所述氮化硅沉积厚度为H3。5.根据权利要求4所述的一种大马士革氮化硅波导化学机械抛光方法，其特征在于：所述H3...

【专利技术属性】
技术研发人员：余巨峰，杨荣，余明斌，
申请(专利权)人：上海铭锟半导体有限公司，
类型：发明
国别省市：