[發明專利]采用標準CMOS工藝制備脊型光波導的方法

有效

• 申請號: 201410191727.2
• 申請日: 2014-05-08
• 公開（公告）號: CN103956408B
• 公開（公告）日: 2017-03-01
• 發明（設計）人: 黃北舉;張贊;張贊允;程傳同;毛旭瑞;陳弘達
• 申請（專利權）人: 中國科學院半導體研究所
• 主分類號: H01L31/18
• 分類號: H01L31/18;H01L31/173
• 代理公司: 中科專利商標代理有限責任公司11021
• 代理人: 任巖

技術領域

本發明涉及一種光波導，特別涉及到采用標準CMOS工藝制備脊型光波導的方法。

背景技術

近半個世紀來，隨著集成電路的發展，硅基材料和器件工藝已經非常成熟，而且隨著工藝特征尺寸的不斷縮小，集成電路的集成度也一直按照摩爾定律飛速向前發展。芯片更高的集成度帶來的不僅僅是晶體管數目的增加，更是芯片功能和處理速度的提升。然而，隨著特征尺寸的不斷縮小和集成度的不斷增加，微電子工藝的局限性也日趨明顯。雖然單個晶體管的延時和功耗越來越小，但是互連線的延時和功耗卻越來越大并逐漸占據主導。在當今的處理器中，電互連引起的功耗占了整個芯片總功耗的80％以上。因此，可以看到深亞微米特征尺寸下電互連延遲和功耗的瓶頸，已經嚴重制約了芯片性能的進一步提高。于是人們把目光投向了片上光互連。光互連能解決電互連固有的瓶頸，具有高帶寬、抗干擾和低功耗等優點，可用于系統芯片中時鐘信號傳輸，解決信號的相互干擾和時鐘歪斜問題。

通常，片上光互連鏈路由光耦合器、光電調制器、光濾波器和光電探測器組成，光波導作為光信號的傳輸媒介，是組成這些器件的基本單元。光波導由高折射率的芯層和低折射率的包層組成，由于芯層的折射率高，利用光的全反射現象，可將光信號限制在波導芯層傳播。硅基光波導普遍制作在絕緣體上硅(SOI)襯底上，制作工藝與CMOS工藝兼容，但由于制作光波導所選的SOI襯底需要較厚的頂層硅(220nm左右)和埋氧層(2μm左右)，與CMOS集成電路的襯底不同，所以無法直接實現光波導器件與CMOS電路單片集成。為了解決此問題，通常的做法是更換CMOS集成電路的襯底，或者采用晶片鍵合、倒裝焊等工藝，混合集成光波導器件與CMOS集成電路。通過這些方法雖然可以實現光與電的集成，但卻引入了新的問題。更換CMOS集成電路的襯底會降低電路的性能，也會影響標準CMOS工藝的穩定性；而混合集成的方法則會提高工藝復雜度，增加工藝成本。因此，為了解決光波導器件與CMOS集成電路單片集成的問題，有必要提出新的標準CMOS工藝的光波導。

發明內容

本發明的目的在于，提供一種采用標準CMOS工藝制備脊型光波導的方法，光波導與CMOS電路在同一硅襯底上，其制作完全采用標準CMOS工藝，可以實現光波導器件與CMOS電路單片集成，有望在片上光互連網絡中獲得重要應用。

本發明一種采用標準CMOS工藝制備脊型光波導的方法，包括如下步驟：

步驟1：取一襯底，作為脊型光波導的芯層；

步驟2：在襯底上相隔預定距離制備兩個局部氧化隔離層，形成脊型光波導的兩側包層；

步驟3：在兩個局部氧化隔離層之間及兩個局部氧化隔離層上制備一包層，形成脊型光波導的上包層；

步驟4：將襯底減薄，完成制備。

本發明的有益效果是，光波導與CMOS電路在同一硅襯底上，其制作完全采用標準CMOS工藝，可以實現光波導器件與CMOS電路單片集成，有望在片上光互連網絡中獲得重要應用。

附圖說明

為進一步說明本發明的技術內容，以下結合實施例及附圖詳細說明本發明的具體內容，其中：

圖1為本發明的結構剖面圖；

圖2為本發明的具體實施例的脊型光波導剖面圖；

圖3為本發明的具體實施例的脊型光波導剖面光場強度分布圖。

具體實施方式

請參閱圖1圖2所示，本發明提供一種采用標準CMOS工藝制備脊型光波導的方法，包括如下步驟：

步驟1：取一襯底11，作為脊型光波導的芯層，所述襯底11的材料為硅。該襯底11采用標準CMOS工藝襯底，摻雜一般為p型10¹⁶cm^-3，吸收系數為0.06cm^-1，會導致0.26dB/cm的傳輸損耗，對于芯片內通信，由于距離較短，其損耗可忽略。

步驟2：在襯底11上相隔預定距離制備兩個局部氧化隔離層12，形成脊型光波導的包層，所述局部氧化隔離層12是通過標準CMOS工藝中的硅的局部氧化技術形成，所述局部氧化隔離層12的材料為二氧化硅。微電子集成電路中局部氧化隔離層12是用于將有源區進行電氣隔離的，在本發明中則用來形成光波導的兩側包層。局部氧化隔離層12與CMOS集成電路中用于有源區隔離的局部氧化隔離層同時制作，工藝完全相同。其深度根據CMOS工藝的不同而有所不同，例如對于1微米線寬的工藝其深度一般可達到600納米以上，足以形成光波導結構。其寬度由設計者定義，在1微米線寬的工藝下，其寬度最小可以定義為1微米。