高纵横比波导及其制备方法和半导体器件与流程

本发明涉及硅光电子，特别是涉及一种高纵横比波导及其制备方法和半导体器件。

背景技术：

1、随着微电子机械系统(micro-electro-mechanical-systems，mems)的发展，高纵横比微细结构(high aspect ratio microstructures，harms)成为制作先进微器件的关键结构之一。该结构能显著改善微器件的驱动力、使用频率范围、灵敏度和位移量等技术指标而广泛应用于微光机电系统(micro-optical-electro-mechanical system，moems)、信息存储、光通信、大功率器件和极紫外及软x射线光刻等诸多领域。

2、在氮氧化硅波导工艺中，因设计需求制备高纵横比的尖端结构，也即横向尺寸很小，纵向厚度很大的结构，用于进出光耦合，在此工艺过程中遇到的问题是小尺寸限制了光刻胶的厚度，但光刻胶厚度不够导致刻蚀工艺很难调节。

3、应该注意，上面对技术背景的介绍只是为了方便对本申请的技术方案进行清楚、完整的说明，并方便本领域技术人员的理解而阐述的。不能仅仅因为这些方案在本申请的背景技术部分进行了阐述而认为上述技术方案为本领域技术人员所公知。

4、鉴于以上，有必要提供一种高纵横比波导及其制备方法和半导体器件，以解决现有技术中因小尺寸限制光刻胶的厚度，导致刻蚀工艺很难调节，制备高纵横比波导困难的问题。

技术实现思路

1、鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种高纵横比波导及其制备方法和半导体器件，用于解决现有技术中以解决现有技术中因小尺寸限制光刻胶的厚度，导致刻蚀工艺很难调节，制备高纵横比波导困难的问题。

2、为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种高纵横比波导的制备方法，所述高纵横比波导的制备方法包括：

3、s1：提供硅衬底；

4、s2：于所述硅衬底上依次形成氮氧化硅层及硬掩模层，所述硬掩模层为非晶硅层；

5、s3：对所述非晶硅层进行图形化处理，并刻蚀所述非晶硅层及所述氮氧化硅层，将所述氮氧化硅层形成垂直的氮氧化硅波导，所述氮氧化硅波导的纵横比≥6：1；

6、s4：于所述硅衬底上沉积第一表面钝化层，所述第一表面钝化层的厚度至少与所述非晶硅层齐平，获得波导结构；

7、s5：研磨步骤s4中获得的所述波导结构，将所述非晶硅层完全去除；

8、s6：于所述第一表面钝化层表面沉积第二表面钝化层，将所述氮氧化硅波导包裹。

9、可选地，所述非晶硅层的厚度为所述氮氧化硅层厚度的1/3。

10、可选地，所述氮氧化硅层的形成工艺包括化学气相沉积工艺；所述氮氧化硅层的厚度≤1.2μm。

11、可选地，步骤s3中的刻蚀工艺包括干法刻蚀。

12、可选地，步骤s5中的研磨工艺包括化学机械研磨工艺；研磨可分为两步，第一步使用选择比为1：1的研磨方式去除部分厚度的所述非晶硅层，第二步使用选择比为2：1的研磨方式去除剩余厚度的所述非晶硅层。

13、可选地，研磨第一步去除的部分厚度为所述非晶硅层80％以上的厚度，包括80％。

14、可选地，所述第一表面钝化层及所述第二表面钝化层的材料相同，均为氧化硅；形成所述第一表面钝化层及所述第二表面钝化层的方法包括化学气相沉积工艺。

15、本发明还提供一种高纵横比波导，所述高纵横比氮氧化硅波导是采用上述任意一项所述的高纵横比氮氧化硅波导的制备方法所制备。

16、可选地，重复进行步骤s2至步骤s6，以形成层叠排布的多层高纵横比氮氧化硅波导。

17、本发明还提供一种半导体器件，所述半导体器件包括上述中任意一项所述的高纵横比氮氧化硅波导。

18、如上所述，本发明的高纵横比波导及其制备方法和波导型探测器，具有以下有益效果：本发明的高纵横比波导的制备方法采用所述非晶硅层作为硬掩模层，所述非晶硅层与所述氮氧化硅层材料的性质不同，可以提高刻蚀的选择比，获得可控的高纵横比波导尖端，以降低耦合损耗，同时，在形成波导后易于从所述氮氧化硅波导表面去除，减少所述氮氧化硅波导的损失，降低所述氮氧化硅波导顶部平坦化的粗糙度；本发明的制备方法简单易操作，可以广泛应用于硅光子技术，同时可以扩展应用于集成电路特种工艺产品的生产和mems产品的工艺研发中。

技术特征：

1.一种高纵横比氮氧化硅波导的制备方法，其特征在于，所述高纵横比波导的制备方法包括：

2.根据权利要求1所述的高纵横比氮氧化硅波导的制备方法，其特征在于：所述非晶硅层的厚度为所述氮氧化硅层厚度的1/3。

3.根据权利要求1所述的高纵横比氮氧化硅波导的制备方法，其特征在于：所述氮氧化硅层的形成工艺包括化学气相沉积工艺；所述氮氧化硅层的厚度≤1.2μm。

4.根据权利要求1所述的高纵横比氮氧化硅波导的制备方法，其特征在于：步骤s3中的刻蚀工艺包括干法刻蚀。

5.根据权利要求1所述的高纵横比氮氧化硅波导的制备方法，其特征在于：步骤s5中的研磨工艺包括化学机械研磨工艺；研磨可分为两步，第一步使用选择比为1：1的研磨方式去除部分厚度的所述非晶硅层，第二步使用选择比为2：1的研磨方式去除剩余厚度的所述非晶硅层。

6.根据权利要求5所述的高纵横比氮氧化硅波导的制备方法，其特征在于：研磨第一步去除的部分厚度为所述非晶硅层80％以上的厚度，包括80％。

7.根据权利要求1所述的高纵横比氮氧化硅波导的制备方法，其特征在于：所述第一表面钝化层及所述第二表面钝化层的材料相同，均为氧化硅；形成所述第一表面钝化层及所述第二表面钝化层的方法包括化学气相沉积工艺。

8.一种高纵横比氮氧化硅波导，其特征在于：所述高纵横比氮氧化硅波导是采用权利要求1～7中任意一项所述的高纵横比氮氧化硅波导的制备方法所制备。

9.根据权利要求8所述的高纵横比氮氧化硅波导的制备方法，其特征在于：重复进行步骤s2至步骤s6，以形成层叠排布的多层高纵横比氮氧化硅波导。

10.一种半导体器件，其特征在于：所述半导体器件包括如权利要求8～9中任意一项所述的高纵横比氮氧化硅波导。

技术总结本发明提供一种高纵横比波导及其制备方法和半导体器件，高纵横比波导的制备方法包括：提供硅衬底；于硅衬底上形成氮氧化硅层及非晶硅层；刻蚀非晶硅层及氮氧化硅层，将氮氧化硅层形成垂直的氮氧化硅波导，氮氧化硅波导的纵横比≥6：1；沉积第一表面钝化层，第一表面钝化层的厚度至少与非晶硅层齐平；研磨上述结构，将非晶硅层完全去除并沉积第二表面钝化层，将氮氧化硅波导包裹。本发明的高纵横比波导的制备方法采用非晶硅层作为硬掩模层，非晶硅与氮氧化硅的性质不同，可以提高刻蚀的选择比，获得可控的高纵横比波导尖端，以降低耦合损耗，在形成波导后易于从氮氧化硅波导表面去除，减少氮氧化硅波导的损失，降低氮氧化硅波导顶部平坦化的粗糙度。技术研发人员：陈旭受保护的技术使用者：上海新微技术研发中心有限公司技术研发日：技术公布日：2024/5/16