用于制备光学导波器的方法技术

本发明专利技术提供了一种制备导波器的方法，所述方法包括以下步骤：（ａ）提供导波器结构，所述导波器结构包括基底（２２）、在所述基底上的下包层（２０）和芯层（２４），所述芯层（２４）包含在所述下包层上的氮化硅、无定形硅或无定形硅－锗合金；（ｂ）将所述芯层图案化；以及（ｃ）退火（２８）所述导波器结构。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种。在另一方面，本专利技术涉及氮化硅基 和无定形硅基的光学导波器。
技术介绍
通常在光学通信应用中使用光学导波器。光学导波器通常包括被夹在下包层和上 包层之间的芯层。通常，芯层具有比下包层和上包层高的折射率。传统上，用二氧化硅形成芯层和包层，但芯层是被掺杂的(例如，掺杂有锗、磷、或 者钛)，以便于相对于包层增加其折射率。近年来，人们越来越注重通过使用等离子体增强 化学气相沉积法(PECVD)生长的氮化硅芯层或氮氧化硅芯层来制造在芯层和包层之间的 折射率差异较大的光学导波器。然而，在PECVD生长的氮化硅芯层和氮氧化硅芯层中，在光学通信应用中使用的 红外(IR)波长处，经常观察到高的光损耗(例如，5-lOdb/cm)。据信，损耗源自Si-H键、N-H 键和-OH键，在PEVCD期间，所述键从硅烷、一氧化二氮和/或氨气气体前体掺入到芯层中。 因此，有必要在高温下对芯层进行退火以去除芯层内的Si-H键、N-H键和-OH键。因此，通常按图1 (a)_图1 (e)中示出的先后顺序构造氮化硅基和氮氧化硅基的脊 导波器。首先，如图1(a)所示，下包层10 (例如，二氧化硅下包层)被沉积在硅片基底12 上。然后，如图1(b)所示，使用PECVD将氮化硅芯层或氮氧化硅芯层14沉积在下包层10 上。接着，如图1(c)中所描述的，结构被退火18，接着，如图1(d)所示，芯层14被图案化。 最后，如图1(e)所示，上包层16 (例如，二氧化硅上包层)被沉积在被退火被图案化的芯层 14上。氮氧化硅芯层具有约为1.6以上的折射率，然而，由于是高温退火(例如，在约 1000°C或更高的温度下退火)，因此氮氧化硅芯层会产生裂缝。开裂是由于氮氧化硅芯层、 包层和硅片之间存在不同的热膨胀系数造成的。不同的热膨胀系数导致在层内感应出的拉 伸应力值高到无法接受。对于氮化硅而言，开裂的问题甚至会变得更糟，这是因为氮化硅膜 具有比氮氧化硅膜更高的拉伸应力。
技术实现思路
根据以上内容，我们认识到需要用于制备低光学损耗的带有折射率约为1. 6以上 的芯层的脊导波器的方法。简而言之，在一个方面，本专利技术提供了一种制造导波器的方法。所述方法包括(a) 提供导波器结构，所述导波器结构包括基底、基底上的下包层和在下包层上的芯层，所述芯 层包含氮化硅、无定形硅或无定形硅-锗合金，(b)将芯层图案化，以及(C)将导波器结构 退火。优选地，所述方法还包括在退火导波器结构之后但在将芯层图案化之前，在芯层上方 沉积上包层。意想不到的是，相对于在图案化芯层之前进行退火的常规脊导波器构造方法，本专利技术的方法允许在降低的温度下并用更少的时间对氮化硅、无定形硅或无定形硅-锗合金 芯层进行有效地无裂缝退火。本专利技术方法的降低的退火温度与高温退火相比可降低应力， 并因此改善设备质量。在另一方面，本专利技术提供了一种用于制备环形谐振器的方法。所述方法包括以下 步骤(a)提供导波器结构，所述导波器结构包括基底、基底上的下包层和在下包层上的芯 层，所述芯层包含氮化硅、无定形硅或无定形硅-锗合金，(b)将芯层图案化，(C)在芯层上 沉积上包层，以提供夹层导波器结构，(d)退火夹层导波器结构，(e)在退火的夹层导波器 结构上沉积包含氮化硅、无定形硅或无定形硅-锗合金的环形谐振器层，以及(f)将环图案 化成环形谐振器层。在又一个方面，本专利技术提供了脊或通道导波器，所述导波器包括在二氧化硅下包 层上的图案化的芯层；其中芯层包含氮化硅、无定形硅或无定形硅锗合金，，并具有在约 1. 6和约4. 6之间的折射率并且基本无裂缝。如本文所使用的“二氧化硅”表示SiO2，其可选地掺杂有例如硼、磷、氟、钛、铝、锆等等以及它们的组合；“氮化硅”包括Si3N4和通过化学式SiOxNy表示的氮氧化硅的化合物，其中0 < y <4/3以及0<x<2;以及“基本无裂缝”意味着使用光学显微镜法观察到在4英寸(IOcm)直径的晶圆内所 述芯层无裂缝。附图说明图1 (a)、图1 (b)、图1 (c)、图1 (d)和图1 (e)使用示意性侧视图示出制备脊导波器 的常规方法；图2 (a)、图2 (b)、图2 (c)、图2 (d)和图2 (e)使用示意性侧视图示出本专利技术的制备 脊导波器的方法；图3 (a)、图3 (b)、图3 (c)、图3 (d)和图3 (e)使用示意性侧视图示出本专利技术的制备 通道导波器的方法；图4是实例1的环形谐振器的接收到的功率与波长的关系图；图5是比较例1的环形谐振器的接收到的功率与波长的关系图。具体实施例方式可使用在图2 (a)-图2 (e)和图3 (a)-图3 (e)中所示的方法构造本专利技术的导波器。 在图2(a)-图2(e)中所示的方法示出了制备脊导波器的步骤。首先，如图2(a)中所示，将 下包层20 (例如，二氧化硅下包层)沉积在基底22 (例如，硅片基底)上。然后，如图2(b) 中所示，将氮化硅或无定形硅芯层24沉积在下包层20上。接着，如图2(c)中所示，芯层24 被图案化为脊图案。然后，如图2(d)所示，将上包层26 (例如，二氧化硅上包层)沉积在图 案化的芯层24上。最后，如图2(e)所示，导波器被退火28。图3 (a)-图3 (e)示出了制备 通道导波器。除了围绕通道34的芯层完全被贯穿侵蚀(如图(3c)所示)之外，制备通道 导波器的方法基本与制备脊导波器的方法相同。本专利技术的导波器包括支撑在基底上的导波器结构。所述基底通常由市售的材料 (例如，硅、蓝宝石或熔凝石英)组成。优选地，基底为硅片。导波器结构包含在低折射率下包层(即，包含折射率低于芯层折射率的材料的包 层)上的高折射率氮化硅、无定形硅或无定形硅-锗合金芯层。优选地，导波器结构是夹层 导波器结构，在所述夹层导波器结构中，芯层夹在低折射率下包层和低折射率上包层之间。下包层包含折射率相对低的无定形材料，例如，二氧化硅、氧化锆、氧化铝、氟化 镁、低折射率的掺杂的二氧化硅(例如，掺杂有硼、磷、或氟的二氧化硅)等等。优选地，下 包层包含二氧化硅。优选地，下包层的折射率在约1.3和约1.5之间。通过本领域中已知 的方法可将下包层沉积在基底上。例如，可使用化学气相沉积(CVD)法，例如，PECVD、常压 化学气相沉积(APCVD)或低压化学气相沉积(LPVCD)；物理气相沉积(PVD)法，例如溅射、 蒸镀、电子束蒸镀、分子束外延生长以及脉冲激光沉积；火焰水解沉积(FHD)；以及溶胶-凝 胶法沉积下包层。优选地，使用PEVCD沉积下包层。典型地，下包层的厚度在约0. 5 μ m和约50 μ m之间(优选地，在约0. 5 μ m和约 3μπ 之间)。芯层包含氮化硅、无定形硅或无定形硅-锗合金(优选地，氮化硅或无定形硅；更 优选地，氮化硅)。当芯层包含氮化硅时，芯层的氮含量通常大于约20mol%。优选地，芯层 的折射率在约1. 6和4. 6之间；更优选地，在约1. 6和约3. 8之间；最优选地，在约1. 6和 约2.0之间。使用上述任意沉积技术可将芯层沉积在下包层上。优选地，使用PEV⑶沉积-H-* \=t心层。通常，芯层厚度在约0. 1 μ m和约2 μ m之间(优选地，在约0. 1 μ m和约Iymi 间)。可使用本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种制备导波器的方法，该方法包括以下步骤：（ａ）提供导波器结构，所述导波器结构包括基底、在所述基底上的下包层和在所述下包层上的芯层，所述芯层包含氮化硅、无定形硅或无定形硅－锗合金；（ｂ）将所述芯层图案化；以及（ｃ）将所述导波器结构退火。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：张俊颖，特里L史密斯，巴里J科赫，易亚沙，
申请(专利权)人：三M创新有限公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]