光波导及其制造方法与流程

本发明涉及集成电路技术领域，具体涉及一种光波导及其制造方法。

背景技术：

光波导(opticalwaveguide)是引导光波在其中传播的介质装置，又称介质光波导。光波导有两大类：一类是集成光波导，包括平面(薄膜)介质光波导和条形介质光波导，它们通常都是光电集成器件(或系统)中的一部分，所以叫作集成光波导；另一类是圆柱形光波导，通常称为光纤。

图1是现有的一种集成光波导的结构示意图，所述光波导包括衬底11、下包层12、芯层13以及上包层14。其中，所述下包层12为采用热氧化(thermaloxidation)工艺形成的二氧化硅层，所述上包层14为采用等离子体增强化学气相沉积(pecvd，plasmaenhancedchemicalvapordeposition)工艺形成的二氧化硅层。图1所示的光波导结构简单，但其波导损耗较大。

技术实现要素：

本发明所要解决的是现有光波导的波导损耗大的问题。

本发明通过下述技术方案实现：

一种光波导的制造方法，包括：

提供半导体衬底；

在所述半导体衬底的上表面形成下包层；

在所述下包层的上表面的第一区域形成波导结构；

采用高温氧化气相沉积工艺在所述下包层的上表面的第二区域和所述波导结构的上表面沉积第一上包层，所述第一区域和所述第二区域组成所述下包层的上表面；

在所述第一上包层的上表面形成第二上包层。

可选的，所述在所述半导体衬底的上表面形成下包层包括：

采用高温热氧化工艺在所述半导体衬底的上表面形成所述下包层。

可选的，所述下包层的材料为二氧化硅，所述下包层的厚度为1微米至20微米。

可选的，所述在所述下包层的上表面的第一区域形成波导结构包括：

采用低压化学气相沉积工艺在所述下包层的上表面沉积芯层；

采用干法刻蚀工艺对所述芯层进行刻蚀，获得所述波导结构。

可选的，所述芯层的材料为si3n4，，所述芯层的厚度为100纳米至2微米。

可选的，所述第一上包层的材料为二氧化硅，所述第一上包层的厚度为400纳米至4微米。

可选的，所述在所述第一上包层的上表面形成第二上包层包括：

采用等离子体化学气相沉积工艺在所述第一上包层的上表面沉积所述第二上包层。

可选的，所述第二上包层的材料为二氧化硅，所述第二上包层的厚度为1微米至20微米。

基于同样的发明构思，本发明还提供一种光波导，包括：

半导体衬底；

下包层，位于所述半导体衬底的上表面；

波导结构，位于所述下包层的上表面的第一区域；

采用高温氧化气相沉积工艺获得的第一上包层，位于所述下包层的上表面的第二区域和所述波导结构的上表面，所述第一区域和所述第二区域组成所述下包层的上表面；

第二上包层，位于所述第一上包层的上表面。

可选的，所述下包层的材料为二氧化硅，所述下包层的厚度为1微米至20微米。

可选的，所述波导结构的材料为si3n4，所述波导结构的厚度为100纳米至2微米。

可选的，所述第一上包层的材料为二氧化硅，所述第一上包层的厚度为400纳米至4微米。

可选的，所述第二上包层的材料为二氧化硅，所述第二上包层的厚度为1微米至20微米。

本发明与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：

本发明提供的光波导及其制造方法，采用高温氧化气相沉积工艺在波导结构与原有上包层之间增加一层上包层。由于采用高温氧化气相沉积工艺沉积的上包层更为致密，更有利于波导的传输，因而显著降低了波导的传输损耗。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明实施例的限定。在附图中：

图1是现有的一种集成光波导的结构示意图；

图2至图7是本发明实施例的光波导的制作过程的结构示意图。

具体实施方式

波导的传输损耗，一方面取决于波导结构本身的材料，另一方面取决于上包层和下包层的质量。现有的光波导在形成过程中，由于下包层是沉积在半导体衬底上的，因而可以采用热氧化工艺获得所述下包层。采用热氧化工艺获得的下包层致密无缺陷，对波导造成的传输损耗较小。而上包层没有了半导体衬底作为依托，不能采用热氧化工艺制造，现有技术中通过等离子体增强化学气相沉积工艺形成。采用等离子体增强化学气相沉积工艺获得的上包层离子损伤大，致密性欠缺，对波导造成的传输损耗大。基于此，本发明提供一种光波导及其制造方法，通过采用高温氧化气相沉积工艺在波导结构与原有上包层之间增加一层上包层，降低波导的传输损耗。

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。

实施例1

本实施例提供一种光波导的制造方法，所述光波导的制造方法包括下列步骤：

提供半导体衬底；

在所述半导体衬底的上表面形成下包层；

在所述下包层的上表面的第一区域形成波导结构；

采用高温氧化气相沉积工艺在所述下包层的上表面的第二区域和所述波导结构的上表面沉积第一上包层，所述第一区域和所述第二区域组成所述下包层的上表面；

在所述第一上包层的上表面形成第二上包层。

如图2所示，提供半导体衬底21，所述半导体衬底21可以为硅基衬底。硅基衬底可以为体硅衬底，例如可以为p型硅衬底，也可以为n型硅衬底。

如图3所示，在所述半导体衬底21的上表面形成下包层22。进一步，可以采用高温热氧化工艺在所述半导体衬底21的上表面形成所述下包层22，所述高温热氧化工艺可以为干法氧化工艺，也可以为湿法氧化工艺。作为一具体实施例，所述下包层22的材料可以为二氧化硅，所述下包层22的厚度可以为1微米至20微米。

在所述下包层22的上表面的第一区域形成波导结构，可通过薄膜沉积工艺和刻蚀工艺实现。

如图4所示，可以采用低压化学气相沉积工艺在所述下包层22的上表面沉积芯层23，所述芯层23用于形成所述波导结构。作为一具体实施例，所述芯层23的材料可以为si3n4，所述芯层23的厚度可以为100纳米至2微米。

如图5所示，可以采用干法刻蚀工艺对所述芯层23进行刻蚀，获得所述波导结构24，所述干法刻蚀工艺可以为反应离子刻蚀工艺，也可以为等离子刻蚀工艺。具体地，在所述芯层23的上表面形成光刻胶层或者采用掩膜版，对需要形成所述波导结构24的部分进行保护，对未进行保护的所述芯层23的其他区域进行刻蚀，直至暴露出所述下包层22，最后去除光刻胶或移开掩膜版，即形成所述波导结构24。

如图6所示，采用高温氧化(high-temperatureoxidation)气相沉积工艺在所述下包层22的上表面的第二区域和所述波导结构24的上表面沉积第一上包层25，所述第一区域和所述第二区域组成所述下包层的上表面。作为一具体实施例，所述高温氧化气相沉积工艺的温度可以为800至1000度，反应式：sih2cl2+2n2o→sio2+2n2+2hcl。所述第一上包层25的材料可以为二氧化硅，所述第一上包层25的厚度可以为400纳米至4微米。

如图7所示，采用等离子体化学气相沉积工艺在所述第一上包层25的上表面沉积所述第二上包层26。作为一具体实施例，所述第二上包层26的材料可以为二氧化硅，所述第二上包层26的厚度可以为1微米至20微米。

需要说明的是，本实施例的上述制作过程中，为包括所述波导结构24的光波导的制作过程，当该光波导集成在光电子集成芯片中时，上述制作过程只是集成芯片的部分制作工艺，该部分制作工艺与其它器件的制作过程不冲突。

本实施例提供的光波导的制造方法，采用高温氧化工艺在所述波导结构24与所述第二上包层26之间设置所述第一上包层25。由于采用高温氧化工艺沉积的上包层更为致密，更有利于波导的传输，因而显著降低了波导的传输损耗。实测图1所示的光波导的波导损耗达到0.8db/cm，而实测采用本实施例的制造方法获得的光波导的波导损耗低至0.1db/cm。

实施例2

本实施例提供一种光波导，图7是所述光波导的结构示意图，所述光波导包括半导体衬底21、下包层22、波导结构24、第一上包层25以及第二上包层26。

具体地，所述半导体衬底21可以为硅基衬底。硅基衬底可以为体硅衬底，例如可以为p型硅衬底，也可以为n型硅衬底。

所述下包层22位于所述半导体衬底21的上表面。作为一具体实施例，所述下包层22的材料可以为二氧化硅，所述下包层22的厚度可以为1微米至20微米。

所述波导结构24位于所述下包层22的上表面的第一区域。作为一具体实施例，所述波导结构24的材料可以为si3n4，所述波导结构24的厚度可以为100纳米至2微米。

所述第一上包层25采用高温氧化气相沉积工艺获得的，且所述第一上包层25位于所述下包层22的上表面的第二区域和所述波导结构24的上表面，所述第一区域和所述第二区域组成所述下包层22的上表面。作为一具体实施例，所述第一上包层25的材料可以为二氧化硅，所述第一上包层25的厚度可以为400纳米至4微米。

所述第二上包层26位于所述第一上包层25的上表面。作为一具体实施例，所述第二上包层26的材料可以为二氧化硅，所述第二上包层26的厚度可以为1微米至20微米。

本实施例提供的光波导，采用高温氧化工艺在所述波导结构24与所述第二上包层26之间设置所述第一上包层25。由于采用高温氧化工艺沉积的上包层更为致密，更有利于波导的传输，因而显著降低了波导的传输损耗。

以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。