光波导的外延制备方法技术

本发明专利技术公开了光波导的外延制备方法，包括在所述脊上沉积硅岛。在一些实施例中，硅岛的制作可以采用选择性外延方法或常规外延方法。在一些实施例中，第二个硅岛在第一硅岛上沉积。在一些实施例中，多个硅岛分别采用不同的方法制作。

【技术实现步骤摘要】

技术介绍
本专利技术涉及。很多器件中用到了光波导。例如，光波导模式变换器可以在SOI硅片上制作。美国专利No. 7539373公开了一种上述模式变换器的例子。光波导的制作可以用到许多工序，例如化学刻蚀。刻蚀步骤会使得光波导表面粗糙，这种粗糙会导致入射光传输损失，降低变换器的效率。在现有技术基础上，有必要改进光波导及其制作方法。所有在本申请中提到的美国专利、专利申请和其他出版物在此都作为参考文献。关于本专利技术中要求受保护的实施例的简要说明在下文中陈述，但不作为对本专利技术范围的限制。已简要概括的本专利技术的实施例的其他细节，和/或本专利技术的其他实施例将在下文中“专利技术细节描述”中得到陈述。简要说明根据本专利技术的至少一个实施例，一个由体硅衬底，埋氧层，顶层硅和光刻胶层的硅片，依次用光刻法和刻蚀法在顶硅层上制作第一硅脊。在所述顶硅层上(包括脊区和非脊区)沉积一层氧化硅。在所述氧化硅层上刻蚀一个窗口。理想地是，所述窗口的宽度大于所述脊的宽度。用选择性外延工艺在所述窗口内沉积硅，从而在第一硅脊上形成一个硅岛。 之后，可以用化学机械抛光法(CMP)平坦化所述硅片的表面。如果需要多层脊/硅岛，选择性外延工艺可以重复实施。另一种替代方案是，常规外延(BEG)工艺也可用来形成多层脊 /硅岛。在一些实施例中，制备方法还包括在所述硅片上沉积第二氧化层，其中第二氧化层覆盖了脊和第一硅岛。去除所述第二氧化层的一部分，以形成位于所述第一硅岛上的第二窗口。理想地是，第二窗口宽于所述第一硅岛。用选择性外延方法，在第二窗口内沉积位于第一硅岛上的第二硅层。第二硅层构成了位于所述第一硅岛上的第二硅岛的母体。在一些实施例中，制备方法包括，提供一个带脊的硅片，在所述硅片上沉积有氧化层，其中，氧化层覆盖了所述硅片上的脊。所述氧化层的一部分被去除而在所述脊上形成一个窗口，例如用刻蚀方法。理想地是，所述窗口宽于所述第所述脊。然后，采用选择性外延工艺在所述脊上沉积出一个硅岛。 在一些实施例中，提供一个带脊硅片的步骤是，在带有顶硅层的硅片，所述硅片上覆有氧化层。去除氧化层的一部分，以形成位于顶硅层上的一个窗口。采用选择性外延方法，在窗口内沉积出一个位于所述顶硅层上的硅岛。在一些实施例中，制备方法包括，一个覆有顶硅层的硅片，其上有脊，所述脊旁边有保护层。所述硅片表面包括所述脊和保护层。用常规外延工艺在所述硅片上沉积一层硅， 其中，所述脊上沉积单晶硅，在所述保护层上沉积多晶硅。沉积在所述脊上的单晶硅构成硅岛。在一些实施例中，多晶硅被去除。如果需要多层脊/硅岛，可以通过多次重复BEG来实现。作为替代方案，也可以采用选择性外延方法新增多个脊/硅岛。在一些实施例中，还包括在所述第一硅岛旁边沉积第二保护层，其中，硅片表面包括第一硅岛和第二保护层。采用BEG在硅片表面沉积第二硅层。对第二硅层加工成形，即去除第二硅层的一部分。第二硅层的保留部分构成位于第一硅岛上的第二硅岛。在一些实施例中，提供一个覆有顶硅层且所述顶硅层上有脊和位于脊旁边的保护层的硅片的步骤是，在硅片的顶硅层表面沉积保护层。去除氧化层的一部分，以形成位于顶硅层上的一个窗口。采用选择性外延方法，在窗口内沉积出一个位于所述顶硅层上的硅岛。根据另一个实施例，一个由体硅衬底，埋氧层，带脊的顶层硅的硅片，在其上沉积氧化层和光刻胶层，所述氧化层的高度大于所述脊的高度，这样所述脊会被氧化层覆盖。采用光刻工艺，在所述氧化层上刻蚀出一个窗口。然后，可以采用选择性外延工艺填充所述窗口，形成位于所述脊上的硅岛。如果需要多层硅脊结构，上述过程可以重复进行。以上这些和其他的描绘了本专利技术特征的实施例，在权利要求部分被指出，并构成了本专利技术的一部分。然而，为了更好地理解本专利技术及其优势、使用本专利技术达到的目的，可以参考构成本专利技术另一部分的附图及其解释，这些图及其解释也揭示和描述了本专利技术的各种实施例。附图解释本专利技术的详细描述将在下文中结合特定附图在下文中给出。附图说明图1给出了带脊硅片的一个实施例。图2-4为制备带脊硅片的一种工艺的示意图。图5-9为制备带脊硅片的另一种工艺示意图。图10为脊上有一个硅岛的脊波导的示意图。图11为脊上有第一硅岛和第二硅岛的脊波导的示意图。图12-15描述了采用选择性外延方法在硅脊上的窗口内沉积出一个硅岛的一种工艺。图16-18描述了采用常规外延方法在硅脊上沉积硅岛的一种工艺。专利技术细节描述本专利技术可以由很多不同的方式体现，这里也描述了本专利技术的一些特定实施例。这种描述只是对本专利技术原则的举例说明，而非将本专利技术限制在特定的实施例范围内。为了本专利技术之目的，除非另行说明，附图中相同的数字应指向同一特征。本专利技术讨论了制造，比如SOI硅片上的脊波导。一些实施例中，波导脊是由多层脊构成，如图10，11和18所示。另外一些实施例中，波导脊具有三维的立体结构。本专利技术讨论了选择性外延(SEG)和常规外延(BEG)在硅脊上生长新硅层(例如硅岛)的方法。选择性外延的实施条件通常比常规外延更加严格。相对于BEG，SEG工艺配方要求低温、低压，和不同的反应气体环境。SEG工艺配方可以识别不同的衬底材料，即在硅(如单晶硅衬底)上沉积硅(如单晶硅)，但是如果衬底材料不是硅，那么在非硅材料上将不会沉积单晶硅。US4579621公开了一个选择性外延的实例。BEG工艺会在硅(如单晶硅衬底)上沉积硅(如单晶硅)，而在非硅材料上也会沉积多晶物质(如多晶硅)。例如，在BEG中，氧化物上会沉积多晶硅。一些实施例中，多次SEG用于在硅脊上制成多层脊(例如，在第一硅岛上生成第二硅岛)。一些实施例中，多次BEG也用于在硅脊上制成多层脊。一些实施例中，SEG用于在硅脊上制成第一脊，BEG用于在第一脊上制成第二脊；一些实施例中，BEG用于在硅脊上制成第一脊，SEG用于在第一脊上制成第二脊。可以新增任意合适数量的脊，如弟三脊，第四脊。在不同的实施例中，新增脊可以采用SEG和BEG工艺的任意组合来实现。图1是一个带有硅脊的硅片。在硅脊上可以使用本专利技术中公开的多种方法来制造其他的硅层(可以是多层)。这种带有硅脊30的硅片20可以采用多种可行的方法制作而成。图2-图9是制作这种硅脊的实施图例。图2是适合于制作硅脊30的平面硅片20。该硅片是由体硅衬底18、埋氧层22、顶层硅M以及光刻胶16构成。一些实施例中，硅脊30可以通过去除顶层硅M部分材料而制成。图3是硅片上去除部分光刻胶后的图形化示意图。例如，通过光刻过程把光刻胶16表面图形转移到刻蚀表面图形，光刻胶的剩余部分将保护顶层硅，刻蚀后也就会成为硅脊30，未被光刻胶保护的部分硅层38在刻蚀时会被去除。通过光刻-刻蚀步骤，光刻胶表面的二维图形就形成了硅脊30的三维结构。例如，一些实施例中，硅脊30沿着其长度方向是锥形。图4是除去顶层硅部分材料后留下硅脊30的示意图。剩余的光刻胶去除后就形成了一个如图1所示的带有硅脊30的硅片20。一些实施例中，硅脊30也可以通过在硅片上外延生长的方法制成。图5是适合于制作硅脊30的平面硅片20a。该硅片是由体硅衬底18、埋氧层22 以及顶层硅M构成，类似于图2的结构。图5在顶层硅16上增加了一个氧化层40(例如 Si02)。该氧化层可以通过热氧化或气相沉积而制成，比如低压化学气相沉积(LPCVD)、等本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种光波导的外延制备方法，包括：一个带脊的硅片；在所述硅片上沉积氧化层，所述氧化层覆盖了所述脊；去除所述氧化层的一部分，从而在所述脊上形成一个窗口，所述窗口比所述脊更宽；用选择性外延方法在所述窗口内、所述脊上沉积硅层，所述硅层构成位于所述脊上的第一硅岛的母体；对所述硅层加工成形，得到所述第一硅岛。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：李冰，李小刚，王浙辉，
申请(专利权)人：上海圭光科技有限公司，
类型：发明
国别省市：31