一种适合激光与波导直接耦合的硅光芯片及其制造方法技术

本发明专利技术公开了一种适合激光与波导直接耦合的硅光芯片及其制造方法，硅光芯片包括：晶圆衬底，其上具有buried oxide(BOX)层，BOX层上有顶层硅；以及在顶层硅上形成的波导；在所述晶圆衬底上刻蚀有激光槽，激光槽的立面与波导的端面距离在0.3微米至1微米微米之间。本发明专利技术方法采用以氧化硅或氮化硅为材料的介质层取代光刻胶，作为定义激光槽与波导端面边界位置的刻蚀掩膜。介质层沉积时具有较Conformal(保形)的特性，能有效减小波导端面台阶，缩短激光芯片出光端面与硅波导直接耦合端面间距(Zgap)至1微米以下或至0.3微米，可以降低激光芯片与硅波导直接耦合时的光损耗。芯片与硅波导直接耦合时的光损耗。芯片与硅波导直接耦合时的光损耗。

【技术实现步骤摘要】
一种适合激光与波导直接耦合的硅光芯片及其制造方法


[0001]本专利技术涉及半导体制造
，特别涉及一种适合激光与波导直接耦合的硅光芯片及其制造方法。

技术介绍

[0002]在硅基芯片上实现III
‑
V 族材料 (如铟磷和镓砷) 集成最有效的方法是直接生长，但硅材料和镓砷、铟磷的晶格常数和热膨胀系数失配很大，到目前为止这一种芯片键合的方案，实现材料直接生长的大规模集成则还存在很多困难。
[0003]将生长好的铟磷材料和制作好的铟磷激光器与硅基芯片混合集成则是目前被广泛看好的方案，通称为混合集成。在多功能器件混合集成技术中，波导和激光器的耦合占着重要的角色，各种方案都是为了达到较高的耦合效率。现在最好的耦合方法是直接端面耦合法，效率可达 80% 以上，激光器在端面耦合过程中，越靠近波导则光损耗越少，但以厚硅为基础的硅光芯片工艺，其与激光耦合的波导端面有不可避免的 Ledge(壁架或者称台阶) 产生，至少1.5微米以上，使得激光芯片无法非常接近波导端面。

技术实现思路

[0004]本专利技术提供了一种适合激光与波导直接耦合的硅光芯片及其制造方法，其优点是有效减小硅光芯片上波导端面下的Ledge，使得激光贴片时得以非常接近波导端面，降低耦合过程中的光损耗，提高激光器与波导的耦合效率。
[0005]本专利技术的技术方案如下：一种适合激光与波导直接耦合的硅光芯片，其特征在于，包括：晶圆衬底，其上具有buried oxide (BOX)层,BOX层上有顶层硅；以及在顶层硅上形成的波导；在所述晶圆衬底上刻蚀有激光槽，激光槽的立面与波导的端面距离在0.3微米至1微米之间。
[0006]进一步的，所述晶圆衬底为SOI晶圆。
[0007]进一步的，激光槽用于连接硅基激光器，硅基激光器与波导耦合。
[0008]以及一种适合激光与波导直接耦合的硅光芯片的制造方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤1）：在具有BOX层的晶圆衬底上形成波导；步骤2）：在波导上沉积第一介质层；步骤3）：在第一介质层上，实施波导端面光刻，通过光刻胶涂布、曝光以及显影后在波导上形成第一光刻胶图形；步骤4）：干法刻蚀第一介质层；步骤5）：去除光刻胶；步骤6）：利用剩余的第一介质层作为刻蚀的掩膜，在波导上刻蚀出波导端面；
步骤7）：在波导上及晶圆衬底上沉积第二介质层；步骤8）：第二介质层各向异性干法蚀刻直到去除BOX层，残余在波导端面的第二介质层形成第二介质层侧墙；步骤9）：激光槽光刻，通过光刻胶涂布、曝光以及显影后在波导上形成第三光刻胶图形；步骤10）：在晶圆衬底蚀刻出激光槽；步骤11）：第二介质层湿法刻蚀，去除波导端面的第二介质层侧墙；步骤12）：去除光刻胶。
[0009]进一步的，第一介质层为氧化硅或氮化硅或二者的混合物。
[0010]进一步的，第一介质层的厚度满足：在步骤6）刻蚀出波导端面后，第一介质层仍有残余以对波导进行保护。
[0011]进一步的，第一介质层的最小厚度为波导刻蚀的深度除以蚀刻选择比，再加上工艺的窗口。
[0012]进一步的，第二介质层为氧化硅或氮化硅或二者的混合物。
[0013]进一步的，第二介质层的厚度在0.3微米至1微米之间。
[0014]进一步的，在步骤7）和步骤8）之间还存在步骤：侧墙光刻，通过光刻胶涂布、曝光以及显影后在波导上方的第二介质层上形成第二光刻胶图形。
[0015]进一步的，在步骤10）后，波导端面上方仍有剩余的第二介质层，且剩余介质层的厚度大于0.05微米。
[0016]进一步的，采用对第二介质层有高选择比的硅刻蚀菜单, 以降低氧化硅的损耗量。
[0017]进一步的，在步骤11）之前，还包括步骤：光刻，在波导上的第二介质层上形成第四光刻胶图形。
[0018]进一步的，在步骤11）中，湿法刻蚀溶液为BOE或者DHF综上所述，本专利技术的有益效果有：1．本专利技术有效减小硅光芯片上波导端面下的Ledge，使得激光贴片时得以非常接近波导端面，降低耦合过程中的光损耗，提高激光器与波导的耦合效率；2．本专利技术也可以应用在硅光晶圆端面耦合测试的范围，降低光信号在波导出口端面因为Ledge造成信号的反射程度，使得光纤能够与芯片的波导端面耦合更有效率。
附图说明
[0019]图1是硅光芯片中波导与激光器耦合的侧面示意图；图2是硅光芯片中波导与激光器耦合的俯视示意图；图3是激光器
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波导端面之间的距离Zgap与光损耗的关系图；图4是体现光刻胶Nonconformal(不保形)的特性的示意图；图5是体现本专利技术中介质层沉积时具有较Conformal(保形)的特性的示意图；图6是本专利技术对比例一中经过步骤1）后的硅光芯片的侧面示意图；图7是本专利技术对比例一中经过步骤1）后的硅光芯片的立体图；
图8是本专利技术对比例一中经过步骤2）后的硅光芯片的示意图；图9是本专利技术对比例一中经过步骤3）后的硅光芯片的示意图；图10是本专利技术对比例一中经过步骤4）后的硅光芯片的示意图；图11是本专利技术对比例一中经过步骤5）后的硅光芯片的示意图；图12是本专利技术对比例一中经过步骤6）后的硅光芯片的示意图；图13是本专利技术对比例一中经过步骤7）后的硅光芯片的示意图；图14是本专利技术对比例一中经过步骤8）后的硅光芯片的示意图；图15是本专利技术对比例一中经过步骤9）后的硅光芯片的示意图；图16是本专利技术带波导硅光芯片的制造方法中经过步骤1）后的硅光芯片示意图；图17是本专利技术带波导硅光芯片的制造方法中经过步骤2）后的硅光芯片示意图；图18是本专利技术带波导硅光芯片的制造方法中经过步骤3）后的硅光芯片示意图；图19是本专利技术带波导硅光芯片的制造方法中经过步骤4）后的硅光芯片示意图；图20是本专利技术带波导硅光芯片的制造方法中经过步骤5）后的硅光芯片示意图；图21是本专利技术带波导硅光芯片的制造方法中经过步骤6）后的硅光芯片示意图；图22是本专利技术带波导硅光芯片的制造方法中经过步骤7）后的硅光芯片示意图；图23是本专利技术带波导硅光芯片的制造方法中经过步骤8）后的硅光芯片示意图；图24是本专利技术带波导硅光芯片的制造方法中经过步骤9）后的硅光芯片示意图；图25是本专利技术带波导硅光芯片的制造方法中经过步骤10）后的硅光芯片示意图；图26是本专利技术带波导硅光芯片的制造方法中经过步骤11）后的硅光芯片示意图；图27是本专利技术带波导硅光芯片的制造方法中经过步骤12）后的硅光芯片示意图；图28是本专利技术带波导硅光芯片的制造方法中经过步骤13）后的硅光芯片示意图；图29是本专利技术带波导硅光芯片的制造方法中经过步骤14）后的硅光芯片示意图；图30是采用本专利技术对比例一中方法制造的硅光芯片的实物图；图31是采用本专利技术中方法制造的硅光芯片的实物图。
具体实施方式
[0020]下面结合附图详细说明本专利技术的具体实施方式。
[0021]实施例一：一种适合激光与波导直接耦合的硅光芯片，包括：晶圆衬底，其上具有BOX（buried oxide）层BOX层上有顶层硅；以及在顶层硅上形成的波导；本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种适合激光与波导直接耦合的硅光芯片，其特征在于，包括：晶圆衬底，其上具有BOX层，BOX层上有顶层硅；以及在顶层硅上形成的波导；在所述晶圆衬底上刻蚀有激光槽，激光槽的立面与波导的端面距离在0.3微米至1微米之间。2.根据权利要求1所述的适合激光与波导直接耦合的硅光芯片，其特征在于，所述晶圆衬底为SOI晶圆。3.根据权利要求1所述的适合激光与波导直接耦合的硅光芯片，其特征在于，激光槽用于连接硅基激光器，硅基激光器与波导耦合。4.一种适合激光与波导直接耦合的硅光芯片的制造方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤1）：在具有BOX层的晶圆衬底上形成波导；步骤2）：在波导上沉积第一介质层；步骤3）：在第一介质层上，实施波导端面光刻，通过光刻胶涂布、曝光以及显影后在波导上形成第一光刻胶图形；步骤4）：干法刻蚀第一介质层；步骤5）：去除光刻胶；步骤6）：利用剩余的第一介质层作为刻蚀的掩膜，在波导上刻蚀出波导端面；步骤7）：在波导上及晶圆衬底上沉积第二介质层；步骤8）：第二介质层各向异性干法蚀刻直到去除BOX层，残余在波导端面的第二介质层形成第二介质层侧墙；步骤9）：激光槽光刻，通过光刻胶涂布、曝光以及显影后在波导上形成第三光刻胶图形；步骤10）：在晶圆衬底蚀刻出激光槽；步骤11）：第二介质层湿法刻蚀，去除波导端面的第二介质层侧墙；步骤12）：去除光刻胶。5.根据权利要求4所述的适合激光与波导直接耦合的硅光芯片及其制造方法，其特征在于，第一介质层为氧化硅或氮化硅或二者的混合物。6.根据权利要求4所述的适合激光与波导直接耦合的硅光芯片及其制造方法，其...

【专利技术属性】
技术研发人员：龚正致，李超翰，廖世容，万远涛，
申请(专利权)人：浙江光特科技有限公司，
类型：发明
国别省市：