CN102004281A

CN102004281A - 低粗糙度的光波导器件的制造方法

Info

Publication number: CN102004281A
Application number: CN2010102786129A
Authority: CN
Inventors: 余泳
Original assignee: Shanghai Huahong Grace Semiconductor Manufacturing Corp
Current assignee: Shanghai Huahong Grace Semiconductor Manufacturing Corp
Priority date: 2010-09-10
Filing date: 2010-09-10
Publication date: 2011-04-06

Abstract

本发明提出一种低粗糙度的光波导器件的制造方法，用于在绝缘体上硅工艺中制作低粗糙度的光波导器件，绝缘体上硅依次包括衬底层、氧化掩埋层和顶层单晶硅。该制造方法包括以下步骤：在顶层单晶硅上沉积硬质掩模层；在硬质掩模层上涂覆光刻胶并曝光显影；刻蚀未被光刻胶覆盖的部分硬质掩模层至曝露出部分顶层单晶硅的一定厚度；去除残留光刻胶；氧化暴露出的顶层单晶硅，在顶层单晶硅上形成氧化层；以及湿法刻蚀掉氧化层至顶层单晶硅。本发明所提供的低粗糙度的光波导器件的制造方法，利用湿法刻蚀的方法重新刻蚀单晶硅顶层上的氧化层，使得刻蚀出的单晶硅顶层的粗糙度大大降低，从而减少光波导器件的光传播损耗。

Description

低粗糙度的光波导器件的制造方法

技术领域

本发明属于半导体器件制程领域，更涉及一种低粗糙度的光波导器件的制造方法。

背景技术

光波导是集成光学中的一个重要元素，是平面光波回路里的一个基本单元结构，在许多领域的应用获得了成功。绝缘体上硅(SOI)材料经常用来制作光波导器件。利用SOI材料制作光波导器件，具有波导特性好、器件结构紧凑、制作工艺与IC工艺兼容便于光电子集成、能制作三位器件等有点。

相比传统体硅材料，SOI的特点在于，在表面很薄的一个单晶硅层下是一个绝缘层，主要是以氧化硅作为绝缘材料。绝缘层之下是传统的体硅材料，这一层的作用是对上面的结构起到机械支撑作用。SOI的机构在不改变器件尺寸的前提下，大大减小了器件的漏电流，降低了器件发热量，从而使器件性能大大提高。

SOI脊形光波导是实现SOI光电子集成的基础。目前制作过程中，利用干法刻蚀制作的SOI脊形光波导，其上下界面的光滑度很高，光耗损主要来自粗糙的侧壁引起的界面散射损耗。

在器件设计过程中，一般会把界面假设为理想光滑的情况，侧壁的粗糙度大，必然会造成器件的光学性能整体劣化。

发明内容

本发明针对现有技术存在的缺点，采用氧化+湿法回蚀氧化层，在整个工艺步骤中的顺序设计独特，具有避免氧化工艺造成副作用的功能。

为了达到上述目的，本发明提供一种低粗糙度的光波导器件的制造方法，用于在绝缘体上硅工艺中制作低粗糙度的光波导器件，绝缘体上硅依次包括衬底层、氧化掩埋层和顶层单晶硅，制造方法包括以下步骤：

在顶层单晶硅上沉积硬质掩模层；在硬质掩模层上涂覆光刻胶并曝光显影；刻蚀未被光刻胶覆盖的部分硬质掩模层至曝露出部分顶层单晶硅；去除残留光刻胶；氧化暴露出的顶层单晶硅，在顶层单晶硅上形成氧化层；以及湿法刻蚀掉氧化层至顶层单晶硅。

进一步说，在湿法刻蚀掉氧化层至顶层单晶硅之后，还包括以下步骤：

在所形成的结构中的一部分上涂覆光刻胶，以暴露出部分顶层单晶硅；

刻蚀暴露出的顶层单晶硅至氧化掩埋层；

去除光刻胶和硬质掩模层。

进一步说，沉积硬质掩模层的步骤包括：

在顶层单晶硅上沉积或者热氧化二氧化硅薄膜；以及

在二氧化硅薄膜上沉积氮化硅薄膜。

进一步说，二氧化硅薄膜的厚度为10～50纳米。

进一步说，氮化硅薄膜的厚度为80～500纳米。

进一步说，利用氢氟酸溶液去除氧化层及硬质掩膜层。

本发明所提供的低粗糙度的光波导器件的制造方法，利用湿法刻蚀的方法重新刻蚀单晶硅顶层上的氧化层，使得刻蚀出的单晶硅顶层的粗糙度大大降低，从而减少光波导器件的光损耗。

附图说明

图1所示为本发明较佳实施例中低粗糙度的光波导器件的制造方法流程图；以及

图2a～2i所示为在图1所示的各个流程中的器件结构示意图。

具体实施方式

为了更了解本发明的技术内容，特举具体实施例并配合所附图式说明如下。

图1所示为本发明较佳实施例中低粗糙度的光波导器件的制造方法流程图；图2a～2i所示为在图1所示的各个流程中的器件结构示意图。

请结合参考图1～图2i。

SOI结构包括衬底层201、氧化掩埋层202和单晶硅顶层203。单晶硅顶层203上形成的脊形光波导的侧壁的粗糙度对于光传输的损耗率有很大的影响。

本发明的低粗糙度的光波导器件的制造方法包括以下步骤：

步骤S101：在SOI结构的单晶硅顶层203上沉积硬质掩模层204(如图2a所示的结构)。

通常该硬质掩模层为：先在顶层单晶硅203上应用热氧化或者化学气象沉积工艺制作10到50纳米厚度的二氧化硅薄膜，然后在二氧化硅薄膜上面应用化学气象沉积工艺制作80到500纳米厚度的氮化硅薄膜。在实际的应用中，膜厚或者膜质可以变化，只要可以在随后的氧化工艺中起到作为硬质掩模层有效的阻挡氧扩散即可。

步骤S102：在硬质掩模层204上涂覆光刻胶205并曝光显影(如图2b所示的结构)。

光刻胶205可以用旋转涂覆的方式均匀涂覆在硬质掩模层204上，曝光显影之后，利用显影液将未曝光的光刻胶洗掉。

步骤S103：刻蚀未被光刻胶205覆盖的部分的硬质掩模层204至暴露出的部分顶层单晶硅203的一定厚度(如图2c所示的结构)。刻蚀方法可以采用干法刻蚀。

步骤S104：去除残留光刻胶(如图2d所示的结构)。

步骤S105：对暴露出的顶层单晶硅203进行氧化，在顶层单晶硅203上形成氧化层206(如图2e所示的结构)。该步骤中，不仅对顶层单晶硅203的平面进行氧化，而且也对侧壁进行氧化，氧化的厚度约为3～30纳米。

步骤S106：湿法刻蚀氧化层206至顶层单晶硅203(如图2f所示的结构)。湿法刻蚀所采用的刻蚀剂可以采用氢氟酸，将氧化层206全部刻蚀掉。

至此，SOI上所形成的脊形光波导的侧壁，由于是由湿法刻蚀而形成的，其粗糙度大大降低。

若要进一步形成电路之间的间隔，可采用局域刻蚀的方法对于S106所形成的结构进行进一步的处理。

步骤S107：在步骤S106所形成的结构中的一部分上涂覆光刻胶，以暴露出部分顶层单晶硅203(如图2g所示的结构)。

步骤S108：刻蚀暴露出的顶层单晶硅203至氧化掩埋层202(如图2h所示的结构)。

步骤S109：去除光刻胶和硬质掩模层204。可以利用酸溶液去除硬质掩模层204(如图2i所示的结构)。

虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明。本发明所属技术领域中具有通常知识者，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作各种的更动与润饰。因此，本发明的保护范围当视权利要求书所界定者为准。

Claims

1.一种低粗糙度的光波导器件的制造方法，用于在绝缘体上硅工艺中制作低粗糙度的光波导器件，所述绝缘体上硅依次包括衬底层、氧化掩埋层和顶层单晶硅，其特征是，所述制造方法包括以下步骤：

在所述顶层单晶硅上沉积硬质掩模层；

在所述硬质掩模层上涂覆光刻胶并曝光显影；

刻蚀未被光刻胶覆盖的部分硬质掩模层至曝露出部分顶层单晶硅的一定厚度；

去除残留光刻胶；

氧化暴露出的所述顶层单晶硅，在所述顶层单晶硅上形成氧化层；以及

湿法刻蚀掉所述氧化层至所述顶层单晶硅。

2.根据权利要求1所述的低粗糙度的光波导器件的制造方法，其特征是，在湿法刻蚀掉所述氧化层至所述顶层单晶硅之后，还包括以下步骤：

在所形成的结构中的一部分上涂覆光刻胶，以暴露出部分所述顶层单晶硅；

刻蚀暴露出的所述顶层单晶硅至所述氧化掩埋层；

去除光刻胶和所述硬质掩模层。

3.根据权利要求1所述的低粗糙度的光波导器件的制造方法，其特征是，其中所述沉积硬质掩模层的步骤包括：

在所述顶层单晶硅上沉积或者热氧化二氧化硅薄膜；以及

在所述二氧化硅薄膜上沉积氮化硅薄膜。

4.根据权利要求3所述的台阶式顶层单晶硅的绝缘体上硅衬底硅片的制作方法，其特征是，其中所述二氧化硅薄膜的厚度为10～50纳米。

5.根据权利要求3所述的台阶式顶层单晶硅的绝缘体上硅衬底硅片的制作方法，其特征是，其中所述氮化硅薄膜的厚度为80～500纳米。

6.根据权利要求1所述的台阶式顶层单晶硅的绝缘体上硅衬底硅片的制作方法，其特征是，其中，利用氢氟酸溶液去除所述氧化层及所述硬质掩膜层。