硅光器件用加热器及其制备方法与流程

本发明涉及半导体工艺，尤其涉及一种硅光器件用加热器及其制备方法。

背景技术：

1、硅基光电子技术结合了集成电路超大规模、超高精度的技术特点和光子超高速率、超低能耗的技术优势。硅基光电子器件具有大带宽、低损耗、低成本、cmos工艺兼容等特点，应用于不同场景的光通信和光互连，结合多维复用和相干通信等技术来提升传输容量和系统吞吐量，并降低成本和能耗，取得了显著成效。硅光子学波分复用的挑战之一是热控制。温度升高会引起材料的膨胀和极化，硅材料的热膨胀系数相对于极化系数来说很小，因此硅具有较高的热光系数，所谓热光系数是指折射率随温度变化而变化的现象，光在硅波导中传输其波长位移为80pm/k。用于硅波导热光控制的电阻式加热器已经在许多变化中得到了证明。在输入输出端口由于硅材料高的热光系数，在室温状态下容易因能量转换造成温度改变而改变硅材料的折射率带来的相位变化等问题，因此加热器对保持输入输出端口的温度恒定起到了很大的作用；另外在波分复用以及热光控制器件中加热器是否能够精准高效的温度调节非常关键。

2、硅基光电子技术中多采用电阻式加热器，其主要工作原理焦耳定律：q＝i2r，在加热器电阻两端加电压，载流子在电场作用下定向移动，并在移动的过程中产生碰撞，从而产生热量。理想的加热器要求其工作功耗低、效率高。

3、单独采用si半导体材料做的加热器由于电阻高，要达到同样的加热功率需要较高的工作电压，单独采用金属材料的加热器，由于电阻值低同样功率情况下需要更大的电流，这样就要求该结构具备有更高的点流承载能力，与此同时达到好的加热效果。

4、因此，有必要提供一种新型的硅光器件用加热器及其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器件用加热器及其制备方法，通过填充介质能够提高加热器的电流承载能力和加热效果。

2、为实现上述目的，本发明的所述一种硅光器件用加热器的制备方法，包括：

3、对沉积的第一介质层刻蚀以形成接触孔；

4、在所述第一介质层表面和所述接触孔内壁沉积形成薄膜层；

5、在所述第二薄膜层表面沉积金属层，并在所述接触孔内部形成中间孔；

6、在所述中间孔内部填充第二介质层；

7、去除部分所述第二介质层、所述金属层、所述第一薄膜层、所述第二薄膜层和所述第一介质层直至各部分高度齐平，以形成加热器。

8、本发明所述硅光器件用加热器的制备方法的有益效果在于：通过在接触孔内壁依次沉积第一薄膜层和第二薄膜层和金属层之后，在形成的中间孔内部填充第二介质层，以便于在形成的加热器内部注入第二介质层之后，提升成型后的加热器的电流承载能力和加热效果。

9、可选的，所述在所述第一介质层表面和所述接触孔内壁沉积形成薄膜层，包括：

10、通过气相沉积工艺在所述接触孔内壁和所述第一介质层表面沉积ti层；

11、在沉积的所述ti层的厚度达到第一预设厚度之后，通过气相沉积工艺在所述ti层上沉积tin层直至达到第二预设厚度。

12、可选的，所述ti层和所述tin层的沉积工艺包括物理气相沉积和化学气相沉积中的其中一种，所述ti层的厚度小于所述tin层的厚度。

13、可选的，所述第二介质层包括填充层和窗口层，所述在所述中间孔内部填充第二介质层，包括：

14、在所述中间孔内部沉积所述填充层直至将所述中间孔内部完全填充，并且超过所述金属层顶部表面所在高度；

15、在所述填充层上沉积所述窗口层，以使得所述窗口层完全覆盖所述填充层表面和所述金属层顶部表面。

16、可选的，所述填充层包括高密度等离子体氧化层hdp ox或者高深宽比工艺氧化层harp ox，所述窗口层包括电子级正硅酸乙酯teos ox。

17、可选的，所述窗口层的厚度至少为所述填充层厚度的三倍。

18、可选的，所述去除部分所述第二介质层、所述金属层、所述第一薄膜层、所述第二薄膜层和所述第一介质层直至各部分高度齐平，包括：

19、采用化学机械抛光工艺，沿着依次对所述第二介质层、所述金属层、所述薄膜层和所述第一介质层进行打磨，在露出所述第一介质层之后继续将所述金属层、所述薄膜层和所述第一介质层表面高度打磨至一致，以得到所述加热器。

20、可选的，所述方法还包括通过铜互连方式将所述加热器两端引出。

21、本发明还提供了一种硅光器件用加热器，包括：

22、第一介质层；

23、接触孔，设置在所述第一介质层内部；

24、薄膜层，设置在所述接触孔内壁；

25、金属层，设置在所述接触孔内部并与所述第一薄膜层表面贴合；

26、中间孔，设置在所述金属层内部；

27、第二介质层，设置在所述中间孔内部并将所述中间孔填充；

28、其中，所述第一介质层、所述薄膜层和所述第二介质层顶部所在高度齐平。

29、本发明所述硅光器件用加热器的有益效果在于：通过在加热器内部注入第二介质层以调整加热器的电阻，以便于提高加热器的电流承载能力和加热能力。

30、可选的，所述薄膜层包括第一薄膜层和第二薄膜层，所述第一薄膜层设置在所述接触孔内壁，所述第二薄膜层设置在所述第一薄膜层内壁，所述金属层设置在所述第二薄膜层表面。

技术特征：

1.一种硅光器件用加热器的制备方法，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的硅光器件用加热器的制备方法，其特征在于，所述在所述第一介质层表面和所述接触孔内壁沉积形成薄膜层，包括：

3.根据权利要求2所述的硅光器件用加热器的制备方法，其特征在于，所述ti层和所述tin层的沉积工艺包括物理气相沉积和化学气相沉积中的其中一种，所述ti层的厚度小于所述tin层的厚度。

4.根据权利要求1所述的硅光器件用加热器的制备方法，其特征在于，所述第二介质层包括填充层和窗口层，所述在所述中间孔内部填充第二介质层，包括：

5.根据权利要求4所述的硅光器件用加热器的制备方法，其特征在于，所述填充层包括高密度等离子体氧化层hdp ox或者高深宽比工艺氧化层harp ox，所述窗口层包括电子级正硅酸乙酯teos ox。

6.根据权利要求4所述的硅光器件用加热器的制备方法，其特征在于，所述窗口层的厚度至少为所述填充层厚度的三倍。

7.根据权利要求1所述的硅光器件用加热器的制备方法，其特征在于，所述去除部分所述第二介质层、所述金属层、所述薄膜层和所述第一介质层直至各部分高度齐平，包括：

8.根据权利要求1所述的硅光器件用加热器的制备方法，其特征在于，所述方法还包括通过铜互连方式将所述加热器两端引出。

9.一种硅光器件用加热器，其特征在于，包括：

10.根据权利要求9所述的硅光器件用加热器，其特征在于，所述薄膜层包括第一薄膜层和第二薄膜层，所述第一薄膜层设置在所述接触孔内壁，所述第二薄膜层设置在所述第一薄膜层内壁，所述金属层设置在所述第二薄膜层表面。

技术总结本发明提供了一种硅光器件用加热器及其制备方法，所述制备方法包括：对沉积的第一介质层刻蚀以形成接触孔；在所述第一介质层表面和所述接触孔内壁沉积形成薄膜层；在所述薄膜层表面沉积金属层，并在所述接触孔内部形成中间孔；在所述中间孔内部填充第二介质层；去除部分所述第二介质层、所述金属层、所述薄膜层和所述第一介质层直至各部分高度齐平，以形成加热器。本发明有效提高了加热器的电流承载能力和加热效果。技术研发人员：钟晓兰,胡正军受保护的技术使用者：上海集成电路研发中心有限公司技术研发日：技术公布日：2024/11/21