一种低损耗氮化硅波导及制作方法与流程

本发明属于硅光电子，涉及一种低损耗氮化硅波导及制作方法。

背景技术：

1、氮化硅的折射率介于二氧化硅和硅之间，因此具有较大的能带间隙，没有双光子吸收和自由载流子效应，透明光学窗口可延伸至可见、近红外和中红外波段，因此，氮化硅波导是一种很好的光学材料，其可与cmos制备工艺完全兼容，成本低，具有大规模生产的潜力，作为集成光子器件将具有非常大的优势，能应用在太阳能、光传感、光通信等领域。

2、目前常用的氮化硅波导制备工艺中，为了达到较低损耗，一般都需要采用高温热氧化生长、高温退火或者激光热回流等工艺实现，对工艺难度要求较高，且较高的温度会对结构造成无法修复的损伤，如高温易产生晶格缺陷、高温崩裂、熔融等，无法保证前期的工艺不受损伤，因此无法与soi后道工艺兼容，使得工艺成本较高，适用范围有限。

3、因此，如何提供一种在低温条件下制备低损耗氮化硅波导的制作方法及氮化硅波导，以降低结构损伤，能够与soi后道工艺兼容，成为本领域技术人员亟待解决的技术问题。

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低损耗氮化硅波导及制作方法，用于解决现有技术中高温制备氮化硅波导对结构造成损伤、无法与后道工艺兼容等问题。

2、为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种低损耗氮化硅波导的制作方法，包括以下步骤：

3、提供一晶片，采用高密度等离子体化学气相沉积法在第一预设温度下于所述晶片上形成下包层，并平坦化所述下包层的上表面；

4、在第二预设温度下于所述下包层的上表面形成氮化硅波导芯层，并平坦化所述氮化硅波导芯层的上表面；

5、采用干法刻蚀图形化所述氮化硅波导芯层以得到波导层；

6、在第三预设温度下形成上包层，所述上包层覆盖所述波导层并填充入所述波导层的间隙处；

7、其中，所述第一预设温度、所述第二预设温度及所述第三预设温度均低于400℃。

8、可选地，形成所述上包层之前，对所述波导层的裸露侧面进行湿法刻蚀处理，以降低所述波导层的侧壁粗糙度。

9、可选地，在对所述波导层的裸露侧面进行湿法刻蚀处理的过程中，采用原子力显微镜获取所述波导层的侧壁图像，并基于所述图像调节所述波导层的侧壁粗糙度。

10、可选地，图形化所述氮化硅波导芯层之前，于所述晶片远离所述下包层的一面形成应力补偿层。

11、可选地，形成所述氮化硅波导芯层的方法包括等离子体增强化学气相沉积法及电感耦合等离子体增强化学气相沉积法中的一种或几种。

12、可选地，形成所述上包层的方法包括：

13、在低于400℃的温度下采用等离子体增强化学气相沉积法于所述波导层上形成预设厚度的第一上包层，且所述第一上包层覆盖所述波导层的侧壁；

14、在低于400℃的温度下采用高密度等离子体化学气相沉积法于所述第一上包层上形成预设厚度的第二上包层。

15、可选地，形成所述第二上包层后，还包括对所述第二上包层的上表面进行平坦化的步骤。

16、可选地，所述上包层与所述下包层的材质包括氧化层。

17、可选地，所述波导层包括条形波导和脊型波导。

18、本发明还提供一种低损耗氮化硅波导，包括：

19、晶片，所述晶片的上表面设有下包层；

20、波导层，位于所述下包层的上方；

21、上包层，位于所述波导层的上表面，且所述上包层填充入所述波导层的间隙处。

22、如上所述，本发明的低损耗氮化硅波导及制作方法中，全部流程采用低温工艺(低于400℃)，结合薄膜生长工艺、平坦化工艺、干法刻蚀工艺，能够制备出具有较平坦表面和侧壁的氮化硅波导，避免了高温的引入，降低工艺难度，节约工艺成本，同时能够与硅光后道工艺兼容，可广泛应用于介质波导制备、光传感器等领域。另外，采用湿法刻蚀工艺对波导层的侧壁粗糙度进行改善，使得侧壁光滑，实现较低的传输损耗。

技术特征：

1.一种低损耗氮化硅波导的制作方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的低损耗氮化硅波导的制作方法，其特征在于：形成所述上包层之前，对所述波导层的裸露侧面进行湿法刻蚀处理，以降低所述波导层的侧壁粗糙度。

3.根据权利要求2所述的低损耗氮化硅波导的制作方法，其特征在于：在对所述波导层的裸露侧面进行湿法刻蚀处理的过程中，采用原子力显微镜获取所述波导层的侧壁图像，并基于所述图像调节所述波导层的侧壁粗糙度。

4.根据权利要求1所述的低损耗氮化硅波导的制作方法，其特征在于：图形化所述氮化硅波导芯层之前，于所述晶片远离所述下包层的一面形成应力补偿层。

5.根据权利要求1所述的低损耗氮化硅波导的制作方法，其特征在于：形成所述氮化硅波导芯层的方法包括等离子体增强化学气相沉积法及电感耦合等离子体增强化学气相沉积法中的一种或几种。

6.根据权利要求1所述的低损耗氮化硅波导的制作方法，其特征在于，形成所述上包层的方法包括：

7.根据权利要求6所述的低损耗氮化硅波导的制作方法，其特征在于：形成所述第二上包层后，还包括对所述第二上包层的上表面进行平坦化的步骤。

8.根据权利要求1所述的低损耗氮化硅波导的制作方法，其特征在于：所述上包层与所述下包层的材质包括氧化层。

9.根据权利要求1所述的低损耗氮化硅波导的制作方法，其特征在于：所述波导层包括条形波导和脊型波导。

10.一种低损耗氮化硅波导，其特征在于，包括：

技术总结本发明提供一种低损耗氮化硅波导及制作方法，该方法包括：提供一晶片，在低于400℃的温度下于晶片上形成下包层，并平坦化下包层的上表面；在低于400℃的温度下于下包层的上表面形成氮化硅波导芯层，并平坦化氮化硅波导芯层的上表面；采用干法刻蚀图形化氮化硅波导芯层以得到波导层；在低于400℃的温度下形成覆盖波导层并填充入波导层的间隙处的上包层。本发明通过低温薄膜生长工艺结合平坦化工艺、干法刻蚀工艺，能够制备出具有较平坦表面和侧壁的氮化硅波导，避免了高温的引入，降低工艺难度，节约工艺成本，同时能够与硅光后道工艺兼容。另外，采用湿法刻蚀工艺对波导层的侧壁粗糙度进行改善，实现较低的传输损耗。技术研发人员：王白银,余明斌,汪巍,涂芝娟,杜晓阳,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：2024/5/19