[發明專利]一種多層硅光子器件的制備方法

有效

• 申請號: 202011065943.4
• 申請日: 2020-09-30
• 公開（公告）號: CN112285827B
• 公開（公告）日: 2022-10-04
• 發明（設計）人: 唐波;張鵬;楊妍;李志華;劉若男;李彬;黃凱
• 申請（專利權）人: 中國科學院微電子研究所
• 主分類號: G02B6/13
• 分類號: G02B6/13
• 代理公司: 北京辰權知識產權代理有限公司 11619
• 代理人: 金銘

本發明涉及一種多層硅光子器件的制備方法。多層硅光子器件的制備方法：步驟a：提供第一SOI片，在頂層硅上形成有源器件，然后沉積第一層間介質；步驟b：將第二SOI片鍵合在第一層間介質上，使第二SOI片的頂層硅與第一層間介質貼合，刻蝕去除第二SOI片的背襯底和埋氧化層，然后形成有源器件，再沉積第二層間介質；步驟c：重復步驟b，直至形成N層堆疊結構；步驟d：可選擇性地進行后加工處理，形成多層硅光子器件。本發明采用鍵合的方法將SOI片的頂層單晶硅鍵合至硅光SOI器件片，鍵合完成后利用單晶硅的優勢制備有源和低損耗無源器件，此方法可以多次鍵合制備多層低損耗硅基無源有源器件。

技術領域

本發明涉及半導體生產工藝領域，特別涉及一種多層硅光子器件的制備方法。

背景技術

目前硅基光子器件通常是基于SOI襯底的頂層硅制作。SOI是硅晶體管結構在絕緣體之上的意思，原理就是在硅晶體管之間(即頂層硅和背襯底之間)加入絕緣體物質(埋氧化層，BOX)，可使兩者之間的寄生電容比原來的少上一倍。優點是可以較易提升時脈，并減少電流漏電成為省電的IC。對于多層硅光子器件，需要在基礎SOI上沉積多層膜，以形成多層器件結構。傳統的方法是：SOI頂層硅以上的層次主要通過以下兩種方式實現：以CVD方法沉積氮化硅或者氮氧化硅的方法制作，而這兩種材料只能制備無源器件；或者，以CVD方法沉積多晶或者非晶硅，雖然可以制備有源器件，但是作為無源波導的損耗又太高。

為此，特提出本發明。

發明內容

本發明的主要目的在于提供一種多層硅光子器件的制備方法，該方法采用鍵合的方法將SOI片的頂層單晶硅鍵合至硅光SOI器件片，鍵合完成后利用單晶硅的優勢制備有源和低損耗無源器件，此方法可以多次鍵合制備多層低損耗硅基無源有源器件。

為了實現以上目的，本發明提供了以下方案。

一種多層硅光子器件的制備方法，所述多層硅光子器件包括多個形成有有源器件的硅層，其制備方法為：

步驟a：提供一個第一SOI片，在所述第一SOI片的頂層硅上形成第一有源器件，然后沉積第一層間介質；

步驟b：將第二SOI片鍵合在所述第一層間介質上，使所述第二SOI片的頂層硅與所述第一層間介質貼合，刻蝕去除所述第二SOI片的背襯底和埋氧化層，然后形成第二有源器件，再沉積第二層間介質；

步驟c：重復步驟b，直至形成N層堆疊結構；

步驟d：可選擇性地進行后加工處理，形成多層硅光子器件；

其中，所述N為大于等于3的整數。

本發明按照由下至上的順序，先在基礎SOI片上制作第一層有源器件，然后以層間介質為間隔，不斷重復“鍵合SOI片、刻蝕背襯底和埋氧化層、形成有源器件、間隔介質”的步驟，從而將制作出多層有源器件層。在制作過程中，由于SOI片的頂層硅均為單晶硅，所以所有有源器件均在單晶硅上形成，波導損耗低，同時也可以在該單晶硅層上制作無源器件。另外，由于單晶硅具有更規則均勻的形貌，因此制作出的器件性能穩定性高。

因此，本發明的鍵合工藝用于替代現有的沉積工藝具有很大優勢。

本發明所述的多層硅光子器件包括但不限于波導器件、耦合器、調制器或探測器等硅光子集成類型的半導體器件。

與現有技術相比，本發明達到了以下技術效果：

(1)解決現有多層硅光子器件制作工藝中波導低損耗和制作無源器件無法兼顧的問題。

附圖說明

通過閱讀下文優選實施方式的詳細描述，各種其他的優點和益處對于本領域普通技術人員將變得清楚明了。附圖僅用于示出優選實施方式的目的，而并不認為是對本發明的限制。

圖1為傳統單層SOI光子器件的結構示意圖；