[發明專利]基于硅基的光無源集成器件設計平臺及其制作方法

有效

• 申請號: 201310492016.4
• 申請日: 2013-10-18
• 公開（公告）號: CN103560133A
• 公開（公告）日: 2014-02-05
• 發明（設計）人: 袁曉君;徐艷平;廖鵬
• 申請（專利權）人: 綿陽芯聯芯通信科技有限公司
• 主分類號: H01L27/04
• 分類號: H01L27/04;H01L21/822;H01L21/70
• 代理公司: 四川省成都市天策商標專利事務所 51213
• 代理人: 羅韜

技術領域

本發明涉及一種用于第四代移動通信（TD-LTE）技術的光纖通訊的元件，更具體的說，本發明主要涉及一種基于硅基的光無源集成器件設計平臺及其制作方法。

背景技術

目前公眾所知的光無源集成電路芯片的制作方法采用石英作為襯底，在石英表面鍍鈦，再在上面沉積和光刻出所需要的光路；然而，前述的工藝與標準的微電子制造工藝不同，需要大量采用特種工藝設備，因而需要增加巨額的特種設備投入，不利于光無源集成電路芯片生產成本的控制，同時石英鍍鈦面上的光路由于缺乏緩沖介質，實際使用時會對光波的傳輸造成衰減現象，因而有必要針對光無源集成電路芯片的結構及其制造方法做進一步的研究和改進。

發明內容

本發明的目的之一在于針對上述不足，提供一種基于硅基的光無源集成器件設計平臺及其制作方法，以期望解決現有技術中石英襯底的光無源集成電路芯片生產升本高，且在進行光波引導時易造成其衰減等技術問題。

為解決上述的技術問題，本發明采用以下技術方案：

本發明一方面提供了一種基于硅基的光無源集成器件設計平臺，包括芯片襯底，所述芯片襯底的材質為硅基材料；所述芯片襯底的上方涂覆有下緩沖層，所述下緩沖層的上方還涂覆有上緩沖層，所述下緩沖層與上緩沖層之間還設有芯層；所述芯層由下緩沖層與上緩沖層完全包覆；所述芯層上設有呈圖案狀的引導光路。

作為優選，進一步的技術方案是：所述下緩沖層與上緩沖層的厚度均為10至20微米。

更進一步的技術方案是：所述芯層厚度為1至5微米。

更進一步的技術方案是：所述下緩沖層與上緩沖層的材質為四乙氧基硅烷。

更進一步的技術方案是：所述芯層的材質為氮氧化硅。

本發明另一方面提供了一種上述基于硅基的光無源集成器件設計平臺的制作方法，所述的方法包括如下步驟：

步驟A、下緩沖層生長，在硅基材料的芯片襯底上涂覆液態的四乙氧基硅烷，并經過高溫退火處理以形成下緩沖層；

步驟B、芯層生長，采用硅烷、一氧化碳與氮氣的混合氣體在下緩沖層的表面進行粒子沉積以形成芯層；

步驟C、芯層圖案制作，在芯層表面涂覆光刻膠，并在掩模板上預設圖案，通過將掩模板與光刻膠層進行對準及圖案曝光，使得光刻膠層上顯影呈現的圖案與掩模板上預設的圖案完全一致，然后按照光刻膠層上顯影的圖案，通過反應離子刻蝕法在芯層上形成與光刻膠層上相同的圖案，最后去除光刻膠；

步驟D、重復步驟A，在芯層的上方生長上緩沖層，使芯層處于上緩沖層與下緩沖層之間。

作為優選，進一步的技術方案是：所述步驟A中的液態四乙氧基硅烷的高溫退火處理的溫度為1000至1400攝氏度，處理時間為18至54小時。

更進一步的技術方案是：所述步驟B中通過控制硅烷、一氧化碳與氮氣在混合氣體中所占的比例，將生長后的芯層的折射率控制在1.46％至2.0％的范圍內；所述混合氣體中硅烷占氮氣總量的1％至于4％，所述一氧化氮占硅烷與氮氣混合氣體的0.6％至2.0％。

更進一步的技術方案是：所述步驟C中光刻膠層的厚度為2至6微米。

更進一步的技術方案是：所述步驟C中去除光刻膠后，對由下緩沖層與芯層組成的晶圓進行清洗，再執行步驟D。

與現有技術相比，本發明的有益效果之一是：通過采用硅基材料替代石英作為芯片襯底，由于硅基的硬度比石英要高，且價格便宜，因此可有效降低光無源集成電路芯片的生產成本，而增設的上下緩沖層可保證芯片薄膜厚度以及折射率均勻性，且增加芯片薄膜的致密性和粘附性，通過將芯層的折射率控制在一個較高的范圍內，可以大大減少光無源集成電路的尺寸，提高單片晶圓的器件產率；同時本發明所提供的一種基于硅基的光無源集成器件設計平臺的結構及其制作工藝簡單，可兼容當前的互補金屬氧化物半導體（CMOS）工藝，并尤其適用于移動互聯網和第四代移動通信（TD-LTE）產業，利于工業化、大規模生產，且可在通信領域中的所有光無源集成器件上使用，應用范圍廣闊。

附圖說明

圖1為用于說明本發明一個實施例的結構示意圖；

圖中，1為芯片襯底，2為上緩沖層、3為下緩沖層、4為芯層。

具體實施方式

下面結合附圖對本發明作進一步闡述。