硅光边缘耦合器的制备方法与流程

本发明涉及硅光子集成，尤其涉及一种硅光边缘耦合器的制备方法。

背景技术：

1、随着信息产业的快速发展以及物联网、云计算和大数据时代的到来，人们对于信息数据的容量和处理速度的要求越来越高。采用光纤作为传输媒介的光通信技术日渐成为满足当前飞速增长的通讯和数据传输的重要手段，与传统通信系统相比，光纤通信系统具有频带宽、传输容量大、传输损耗小、误码率低和抗电磁干扰能力强等优势。

2、随着摩尔定律的发展，传统的微电子器件尺寸逐渐减小，件性能和功耗不断地改善，但在巨大的数据应用需求下，在速率和功耗等方面的缺点日益凸显，而光集成技术(photonic integrated circuit，pic)在尺寸、功耗、成本、可靠性等方面优势明显，是未来发展主流。

3、硅光芯片信号的输入输出主要是通过边缘耦合器(edge computing，ec)与其他芯片进行传输，所以边缘耦合器的性能对器件有着非常重要的影响。目前边缘耦合器一般是有高折射率波导材料加低折射率的包层组成，性能较好的边缘耦合器有悬臂梁或深硅蚀结构和多层氮化硅波导结构，悬臂梁结构损耗较小，但最大的问题是机械稳定性能差，对后续切割封装带来很大挑战，稳定性差，多层氮化硅波导结构虽然稳定性好，但是工艺标记复杂，而且损耗偏大。

4、因此，有必要提供一种新型的硅光边缘耦合器的制备方法以解决现有技术中存在的上述问题。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种硅光边缘耦合器的制备方法，在保持简单的制备工艺同时，能有效提高边缘耦合器效率，同时提高硅光边缘耦合器的可靠性和良率。

2、为实现上述目的，本发明的所述硅光边缘耦合器的制备方法，包括：

3、提供衬底；

4、在所述衬底的表面形成第一包层；

5、在所述第一包层背向所述衬底的表面形成波导层；

6、在所述波导层和未被所述波导层覆盖的所述第一包层的表面上形成若干第二包层，若干所述第二包层以m个连续的所述第二包层为一个单元，每一个所述单元中所述第二包层的折射率不同；

7、刻蚀若干所述第二包层和所述第一包层，形成环绕所述波导层的隔离槽，以形成硅光边缘耦合器。

8、本发明的有益效果在于：在所述波导层和未被所述波导层覆盖的所述第一包层的表面上形成若干第二包层，通过刻蚀若干所述第二包层和所述第一包层，形成环绕所述波导层的隔离槽，以形成硅光边缘耦合器，不需要进行做深硅刻蚀，也不需要做悬臂梁，大大增强了边缘耦合器的稳定性，提高了器件的可靠性和良率。同时，由于若干所述第二包层在化学式上属于同一材料，不需要额外的图形化，刻蚀工艺采用最简单的单芯层工艺相同，工艺步骤少，工艺控制简单，有效降低生产制造成本。

9、可选地，在所述衬底的表面形成第一包层，包括：

10、通过热氧化、低压力化学气相沉积法、等离子体增强化学气相沉积、原子层沉积或物理气相沉积形成所述第一包层。

11、可选地，在所述第一包层背向所述衬底的表面形成波导层，包括：

12、在所述第一包层背向所述衬底的表面形成初始波导层；

13、在所述初始波导层上涂覆光刻胶，对所述光刻胶进行曝光，以形成光刻图案；

14、以所述光刻图案为掩膜，刻蚀所述初始波导层，以形成所述波导层，其中，所述波导层覆盖所述第一包层背向所述衬底的部分表面。

15、可选地，在所述第一包层背向所述衬底的表面形成初始波导层，包括：

16、通过低压力化学气相沉积法、等离子体增强化学气相沉积、原子层沉积、物理气相沉积或键合工艺在所述第一包层背向所述衬底的表面形成初始波导层。

17、可选地，所述波导层的材料为硅、氮化硅、氮氧化硅、铌酸锂、氧化铝、氮化铝、钛酸钡、氧化铪、iii-v族材料。

18、可选地，在所述波导层和未被所述波导层覆盖的所述第一包层的表面上形成若干第二包层，包括：

19、通过热氧化、低压力化学气相沉积法、等离子体增强化学气相沉积、原子层沉积或物理气相沉积形成若干所述第二包层。

20、可选地，所述第一包层的材料和所述第二包层的材料为二氧化硅、氮氧化硅或掺杂氧化硅。

21、可选地，所述掺杂氧化硅包括磷酸盐玻璃、掺氟的硅酸盐玻璃或硼磷硅玻璃。

22、可选地，通过不同的工艺生成所述单元中的若干所述第二包层，所述工艺包括热氧化、低压力化学气相沉积法、等离子体增强化学气相沉积、原子层沉积或物理气相沉积。

23、可选地，通过相同的工艺，采用不同的工艺条件，生成所述单元中的若干所述第二包层，所述工艺包括热氧化、低压力化学气相沉积法、等离子体增强化学气相沉积、原子层沉积或物理气相沉积，所述工艺条件包括温度、气压、硅源和氧源比例。

24、可选地，通过相同的工艺，相同的工艺条件，生成若干初始包层，对若干所述初始包层进行不同元素的掺杂，以形成所述单元中的若干所述第二包层。

技术特征：

1.一种硅光边缘耦合器的制备方法，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的硅光边缘耦合器的制备方法，其特征在于，在所述衬底的表面形成第一包层，包括：

3.根据权利要求1所述的硅光边缘耦合器的制备方法，其特征在于，在所述第一包层背向所述衬底的表面形成波导层，包括：

4.根据权利要求3所述的硅光边缘耦合器的制备方法，其特征在于，在所述第一包层背向所述衬底的表面形成初始波导层，包括：

5.根据权利要求1、3或4任意一项所述的硅光边缘耦合器的制备方法，其特征在于，所述波导层的材料为硅、氮化硅、氮氧化硅、铌酸锂、氧化铝、氮化铝、钛酸钡、氧化铪、iii-v族材料。

6.根据权利要求1所述的硅光边缘耦合器的制备方法，其特征在于，在所述波导层和未被所述波导层覆盖的所述第一包层的表面上形成若干第二包层，包括：

7.根据权利要求1、2或6任意一项所述的硅光边缘耦合器的制备方法，其特征在于，所述第一包层的材料和所述第二包层的材料为二氧化硅、氮氧化硅或掺杂氧化硅。

8.根据权利要求7所述的硅光边缘耦合器的制备方法，其特征在于，所述掺杂氧化硅包括磷酸盐玻璃、掺氟的硅酸盐玻璃或硼磷硅玻璃。

9.根据权利要求1所述的硅光边缘耦合器的制备方法，其特征在于，通过不同的工艺生成所述单元中的若干所述第二包层，所述工艺包括热氧化、低压力化学气相沉积法、等离子体增强化学气相沉积、原子层沉积或物理气相沉积。

10.根据权利要求1所述的硅光边缘耦合器的制备方法，其特征在于，通过相同的工艺，采用不同的工艺条件，生成所述单元中的若干所述第二包层，所述工艺包括热氧化、低压力化学气相沉积法、等离子体增强化学气相沉积、原子层沉积或物理气相沉积，所述工艺条件包括温度、气压、硅源和氧源比例。

11.根据权利要求1所述的硅光边缘耦合器的制备方法，其特征在于，通过相同的工艺，相同的工艺条件，生成若干初始包层，对若干所述初始包层进行不同元素的掺杂，以形成所述单元中的若干所述第二包层。

技术总结本发明提供了一种硅光边缘耦合器的制备方法，包括提供衬底，在所述衬底的表面形成第一包层，在第一包层背向所述衬底的表面形成波导层，在波导层和未被波导层覆盖的第一包层的表面上形成若干第二包层，若干第二包层以m个连续的第二包层为一个单元，每一个单元中所述第二包层的折射率不同，刻蚀若干第二包层和第一包层，形成环绕波导层的隔离槽，以形成硅光边缘耦合器，不需要进行做深硅刻蚀，也不需要做悬臂梁，大大增强了边缘耦合器的稳定性，提高了器件的可靠性和良率，同时，相对于多芯层材料的边缘耦合器(如多层氮化硅)，本发明图形化工艺和单芯层结构相同，不引入额外图形化工艺，简化了制造工艺并降低制造成本。技术研发人员：朱南飞,张轲,余云初受保护的技术使用者：上海赛丽微电子有限公司技术研发日：技术公布日：2024/6/2