半导体结构及其制造方法、芯片、光子计算系统技术方案

本发明专利技术涉及半导体领域，提出一种半导体结构及其制造方法、芯片、光子计算系统，其中，半导体结构的制造方法包括：提供一多层结构，所述多层结构包括一支撑衬底、设置在所述支撑衬底上的中间层，以及设置在所述中间层上的波导材料层；刻蚀所述波导材料层，以形成波导，其中，在刻蚀过程中，所述中间层形成凹陷；沉积第一氧化硅层，所述第一氧化硅层覆盖所述中间层的凹陷的侧壁；以及在所述波导侧壁形成第二氧化硅层，包括对所述波导侧壁进行氧化，以形成所述第二氧化硅层。本发明专利技术实施例可以优化半导体结构的形成。体结构的形成。体结构的形成。

【技术实现步骤摘要】
半导体结构及其制造方法、芯片、光子计算系统


[0001]本专利技术涉及半导体领域，更为具体而言，涉及一种半导体结构及其制造方法、芯片、光子计算系统。

技术介绍

[0002]半导体制造技术是芯片技术的基础，其被广泛应用于电子器件的制造以及集成电路的制造中。此外，半导体制造技术在波导及光子器件的集成中也有多年应用。半导体制造中常规的工艺包括光刻、蚀刻、材料沉积、离子注入等。
[0003]本专利技术人发现，在形成波导的过程中，刻蚀及其它工艺可能造成波导附近的材料层具有空隙(void)，在后续的一些工艺步骤中，可能导致空隙无法填充而被保留，对波导的性能或者半导体结构的特性具有不良的影响。

技术实现思路

[0004]在本专利技术一个示例性的实施方式中，提出了一种半导体结构的制造方法，包括：提供一多层结构，所述多层结构包括一支撑衬底、设置在所述支撑衬底上的中间层以及设置在所述中间层上的波导材料层；刻蚀所述波导材料层，以形成波导，其中，在刻蚀过程中，所述中间层形成凹陷；沉积第一氧化硅层，所述第一氧化硅层覆盖所述中间层的凹陷的侧壁；以及在所述波导侧壁形成第二氧化硅层，包括对所述波导侧壁进行氧化，以形成所述第二氧化硅层。
[0005]在一些实施方式中，所述形成第二氧化硅层在所述沉积第一氧化硅层之后。
[0006]在一些实施方式中，其中，所述沉积第一氧化硅层，包括在所述中间层、所述波导的侧壁沉积氧化硅材料，以及去除所述波导的侧壁的氧化硅材料，以暴露所述波导的侧壁。
[0007]在一些实施方式中，包括在所述刻蚀所述波导材料层之前，在所述波导材料层上形成一硬掩膜图案；其中，所述刻蚀所述波导材料层包括，以所述硬掩膜图案为掩膜对所述波导材料层进行刻蚀。
[0008]在一些实施方式中，包括：在形成所述第二氧化硅层之后，形成覆盖层，所述覆盖层覆盖所述波导。
[0009]在一些实施方式中，所述中间层包括绝缘层。
[0010]在一些实施方式中，所述波导材料层包括硅。
[0011]在一些实施方式中，在所述沉积第一氧化硅层中，垂直方向的沉积速率大于水平方向的沉积速率。
[0012]在一个示例性的实施方式中，提出一种半导体结构，由所述半导体结构的制造方法制造。
[0013]在一个示例性的实施方式中，提出一种芯片，包括所述半导体结构。
[0014]在一个示例性的实施方式中，提出一种光子计算系统，包括所述芯片。
[0015]本专利技术实施例可以优化波导特性，防止波导附近材料层中的空隙的形成，减少较
大空隙的形成，优化波导的性能以及半导体结构的特性；还可以降低波导侧壁的粗糙度。
[0016]本专利技术实施方式的各个方面、特征、优点等将在下文结合附图进行具体描述。根据以下结合附图的具体描述，本专利技术的上述方面、特征、优点等将会变得更加清楚。
附图说明
[0017]为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例描述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申请的一些实施例，对于本领域技术人员来讲，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实施方式。
[0018]图1～图6示出了本专利技术实施例中半导体结构制造方法的多个状态示意图。
[0019]图7～图8显示了波导附近的空隙。
具体实施方式
[0020]为了便于理解本专利技术技术方案的各个方面、特征以及优点，下面结合附图对本专利技术进行具体描述。应当理解，下述的各种实施方式只用于举例说明，而非用于限制本专利技术的保护范围。
[0021]在本专利技术的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接或可以相互通讯；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。本文中芯片的含义可以包括裸芯片。在涉及方法步骤时，本文图示的先后顺序代表了一种示例性的方案，但不表示对先后顺序的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本专利技术中的具体含义。在本文提及“氧化硅”时，其可以是Si
x
O
y
，即氧和硅的材料比例并不作特别限定。
[0022]本专利技术人发现，在形成波导的过程中，刻蚀等工艺可能造成波导附近的材料层具有空隙(void)，在后续的一些工艺步骤中，可能导致空隙无法填充而被保留，对波导的性能或者半导体结构的特性具有不良的影响。
[0023]例如，专利技术人发现，为了减少波导表面的粗糙度，采用热氧化工艺在波导表面形成线形氧化硅111(liner oxide)的过程中需要消耗一定量的波导表面硅，参见图7，该过程只能在有硅的部位(即波导104)形成一层线形氧化硅层，中间层102则未参加热氧化反应。另一方面，实际工艺过程中,参见附图7
‑
8，由于形成波导104时可能存在过度刻蚀或者其它工艺原因，中间层102(例如埋氧层)可能存在凹陷，导致线形氧化硅111和中间层102之间形成一定的空隙112(void)，空隙112将在后续的介质填充或材料生长工艺中造成缺陷。
[0024]本专利技术实施例可以改善其中的不足。
[0025]在本专利技术的一个示例性的实施例中，提出一种半导体结构的制造方法。
[0026]包括步骤：
[0027]S110提供一多层结构，所述多层结构包括一支撑衬底、设置在所述支撑衬底上的中间层，以及设置在所述中间层上的波导材料层；
[0028]S130刻蚀所述波导材料层，以形成波导，其中，在刻蚀过程中，所述中间层形成凹
陷；
[0029]S150沉积第一氧化硅层，所述第一氧化硅层覆盖所述中间层的凹陷的侧壁；以及
[0030]S170在所述波导侧壁形成第二氧化硅层，包括对所述波导侧壁进行氧化，以形成所述第二氧化硅层；
[0031]示例性地，其中，所述形成第二氧化硅层在所述沉积第一氧化硅层之后。
[0032]如图1，在步骤S110中，提供多层结构100，所述多层结构100包括一支撑衬底101、设置在所述支撑衬底上的中间层102，以及设置在所述中间层102上的波导材料层103。
[0033]其中多层结构100中的支撑衬底101材料可以是：硅、锗、碳化硅、砷化镓、磷化镓，可以是化合物半导体，也可以是合金半导体等，也可以是上述材料的组合。支撑衬底可以是以上材料的晶圆。示例性地，中间层102可以是绝缘层，例如二氧化硅，波导材料层103可以是硅、氮化硅。
[0034]示例性地，多层结构100可以是绝缘体上的半导体层，例如绝缘体上硅(SOI，Silicon
‑
On
‑
Insulator)晶圆，支撑衬底101为硅衬底，中间层102为埋氧层，波导材料层103为硅，又称作顶层硅。多层结构还可以是例如绝缘体上层叠锗本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种半导体结构的制造方法，包括：提供一多层结构，所述多层结构包括一支撑衬底、设置在所述支撑衬底上的中间层以及设置在所述中间层上的波导材料层；刻蚀所述波导材料层，以形成波导，其中，在刻蚀过程中，所述中间层形成凹陷；沉积第一氧化硅层，所述第一氧化硅层覆盖所述中间层的凹陷的侧壁；以及在所述波导侧壁形成第二氧化硅层，包括对所述波导侧壁进行氧化，以形成所述第二氧化硅层。2.如权利要求1所述的半导体结构的制造方法，其中，所述形成第二氧化硅层在所述沉积第一氧化硅层之后。3.如权利要求1或2所述的半导体结构的制造方法，其中，所述沉积第一氧化硅层，包括在所述波导的侧壁、所述中间层沉积氧化硅材料，然后去除所述波导的侧壁的氧化硅材料，以暴露所述波导的侧壁。4.如权利要求2所述的半导体结构的制造方法，包括在所述刻蚀所述波导材料层之...

【专利技术属性】
技术研发人员：孟怀宇，朱轩廷，沈亦晨，
申请(专利权)人：上海曦智科技有限公司，
类型：发明
国别省市：